JP4158513B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機の励磁電流を制御することにより出力電圧を調整する車両用発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の燃費向上のため、補機の電子化等により低トルク化が進む一方で、車両用発電機に対してはますます大容量化が求められており、その発電の挙動がアイドリング時などにおけるエンジン回転の変動に大きく影響するようになっている。このため、通信により、車両用発電機の励磁電流等の発電トルクに関する情報を車両用発電機からエンジン制御装置に送信してエンジン制御に活用したり、車両の状態に応じて励磁電流を制限して発電量を可変して発電トルクを制御するなど、エンジン制御装置との連携制御が行われている。
【０００３】
従来から、車両用発電機の励磁電流を検出して、この検出した励磁電流が所定の励磁電流制限値以下となるように励磁電流駆動トランジスタを断続制御する車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。これらの車両用発電制御装置では、励磁電流駆動トランジスタに流れる励磁電流を検出しており、この検出した励磁電流が所定の励磁電流制限値を越えるときに励磁電流駆動トランジスタをオフ状態に切り替えるため、電気負荷が急に増大した場合等であっても急激な発電トルクの上昇を抑制することができ、エンジン回転の安定化等を図ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１８４３００号公報（第２−４頁、図１−３）
【特許文献２】
特許第２９１６８３７号公報（第２−４頁、図１−６）
【特許文献３】
特開平２−３０７４００号公報（第２−５頁、図１−４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に開示された車両用発電制御装置では、励磁電流の瞬時値が励磁電流制限値以上になると一定時間励磁電流駆動トランジスタをオフするようにしているので、励磁電流の平均値を検出して制御に反映させているわけではない。このため、励磁電流の脈動によって励磁電流の検出精度が低下するという問題があり、励磁電流制限の目標値に対してずれが生じていた。
【０００６】
また、励磁電流駆動トランジスタを定周波の信号で制御していないため、励磁電流制限の目標値により大幅に励磁電流駆動トランジスタのスイッチング周期が変動してしまうという問題があった。このため、スイッチング周期が短いときにはスイッチング損失による温度上昇が生じ、反対にスイッチング周期が長いときには車両用発電機の出力電圧の変動が大きくなってランプ類の明暗等の不都合を生じていた。
【０００７】
さらに、励磁電流駆動トランジスタに流れる電流を励磁電流として検出しているため、このトランジスタがオフ状態のときに励磁巻線に流れる環流電流を測定することができず、正確な励磁電流の検出を行うことができないという問題があった。上述した特許文献１に開示された車両用発電制御装置では、電気負荷遮断時に励磁電流駆動トランジスタのオフ状態が長時間継続した場合には、励磁巻線に実際に流れる励磁電流が０になってもこのトランジスタがオフされる直前の励磁電流値を保持して制御が行われるため、この保持された励磁電流値を用いてエンジン制御装置が実際よりも大きな発電機トルクを予測してエンジン回転を制御すると、エンジン回転が上昇してしまう。
【０００８】
また、上述した特許文献２あるいは特許文献３に開示された車両用発電制御装置では、励磁電流駆動トランジスタに流れる電流を平滑して励磁電流の検出を行っているため、励磁巻線に流れる環流電流は考慮されておらず、正確な励磁電流の検出を行うことができない点に変わりはない。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、励磁電流を精度よく検出することができる車両用発電制御装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、励磁電流駆動トランジスタのスイッチング周波数の変動による不具合の発生を防止することができる車両用発電制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の励磁巻線に流れる励磁電流を断続する開閉素子と、開閉素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、開閉素子がオン状態のときに電流検出手段によって検出された電流値に基づいて最新の励磁電流平均値を推定する平均電流検出手段と、平均電流検出手段によって推定された励磁電流平均値と、励磁電流制限値とに基づいて一定周期で開閉素子の断続状態を制御する開閉素子駆動手段とを備えている。開閉素子に流れる励磁電流に基づいて励磁電流平均値を推定することにより、開閉素子のオフ時に励磁巻線に流れる電流を含めて正確な励磁電流の検出を行うことが可能になり、高精度に励磁電流制御を行うことができる。また、一定周期で開閉素子を駆動することにより、同じ周期で確実に励磁電流を検出することが可能になり、励磁電流の検出遅れを少なくすることにより、開閉素子の断続の周期が変動することによって不具合が発生することを防止することができる。さらに、励磁電流平均値を求めたり、この励磁電流平均値と励磁電流制限値とに基づいて開閉素子を制御する動作は、マイクロコンピュータ等の複雑な回路を用いなくても比較的少ない回路規模で実現可能であり、車両用発電機という厳しい環境下で使用する車両用発電制御装置を低コストで実現することが可能になる。
【００１１】
また、上述した平均電流検出手段は、開閉素子がオフ状態からオン状態に切り替わった直後に電流検出手段によって検出された電流値と、開閉素子がオン状態からオフ状態に切り替わる直前に電流検出手段によって検出された電流値とを用いて、励磁電流平均値の推定を行うことが望ましい。これにより、開閉素子がオン状態のときに検出された励磁電流値を用いて正確に励磁電流平均値を求めることが可能になる。
【００１２】
また、上述した開閉素子駆動手段は、励磁電流平均値および励磁電流制限値と、開閉素子の前回の駆動デューティ比とに基づいて、開閉素子を駆動する今回の駆動デューティ比を設定して、開閉素子の断続状態を制御することが望ましい。これにより、励磁電流制限値に励磁電流平均値が収束するように開閉素子の駆動デューティ値を制御することができ、安定した励磁電流制御が可能になる。
【００１３】
また、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の励磁巻線に流れる励磁電流を断続する開閉素子と、開閉素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された励磁電流値と、励磁電流制限値とに基づいて生成される一定周期のＰＷＭ信号によって開閉素子の断続状態を制御するとともに、ＰＷＭ信号の最小デューティ値が０よりも大きな所定値に設定された開閉素子駆動手段とを備えることが望ましい。これにより、車両用発電機の出力電圧が所定の調整電圧設定値を長時間にわたって上回るような場合であっても、一定周期で開閉手段がオンされるため、正確に励磁電流値を検出することが可能になり、検出された励磁電流値を用いてエンジン回転等の制御を行う場合であっても、検出精度の低下に基づいてエンジン回転が上昇する等の不具合を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置と車両用発電機やバッテリ等との接続状態が示されている。
【００１５】
図１において、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）の電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。
車両用発電機２は、固定子に含まれる三相の固定子巻線２００と、この固定子巻線２００の三相出力を全波整流するために設けられた整流回路２０２と、回転子に含まれる励磁巻線２０４とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、励磁巻線２０４に対する通電を車両用発電制御装置１によって適宜断続制御することにより行われる。車両用発電機２のＢ端子はバッテリ３と電気負荷４に接続されており、Ｂ端子からバッテリ３や電気負荷４に充電電流や動作電流が供給される。また、車両用発電制御装置１は、通信端子Ｘを介してＥＣＵ（エンジン制御装置）５に接続されている。
【００１６】
次に、車両用発電制御装置１の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置１は、電源回路１００、電圧制御回路１１０、励磁電流検出回路１２０、励磁電流制御回路１３０、通信制御回路１４０、励磁電流駆動トランジスタ１６０、環流ダイオード１６２、アンド回路１６４、抵抗１７０、１７２、１７４を備えている。
【００１７】
電源回路１００は、制御端子Ｓを有しており、この制御端子Ｓに電源オン信号が入力されると、所定の動作電圧を生成して車両用発電制御装置１の各回路に供給する。
電圧制御回路１１０は、車両用発電機２の出力電圧を、抵抗１７２、１７４によって構成された分圧回路を介して検出しており、車両用発電機２の出力電圧が所定の調整電圧設定値Ｖreg となるように制御するために、所定周期のパルス列からなるＰＷＭ（パルス幅変調）信号としての電圧制御信号を生成して出力する。
【００１８】
図２は、電圧制御回路１１０の詳細構成を示す図である。図２に示すように、電圧制御回路１１０は、電圧比較器１１１、抵抗１１２、コンデンサ１１３、鋸波信号重畳回路１１４、オア回路１１５を含んで構成されている。抵抗１１２とコンデンサ１１３とによってローパスフィルタが形成されており、車両用発電機２の出力電圧を抵抗１７２、１７４によって分圧した後の電圧を平滑する。この平滑された電圧は、電圧比較器１１１のマイナス端子に入力される。また、鋸波信号重畳回路１１４は、通信制御回路１４０によって設定される調整電圧設定値Ｖreg （正確には、車両用発電機２の出力電圧が抵抗１７２、１７４によって分圧されて入力されるため、この調整電圧設定値Ｖreg をこれらの抵抗１７２、１７４による分圧比を掛けた値）に対して、所定周期（例えば５ｍｓ）の鋸波信号を重畳させた基準電圧Ｖ１を生成して出力する。この基準電圧Ｖ１は電圧比較器１１１のプラス端子に入力される。電圧比較器１１１は、マイナス端子に入力された車両用発電機２の出力電圧に対応する平滑電圧と、プラス端子に鋸波信号重畳回路１１４から入力される基準電圧Ｖ１とを比較し、平滑電圧の方が基準電圧Ｖ１よりも低いときに出力をハイレベルにし、反対に平滑電圧の方が基準電圧Ｖ１よりも高いときに出力をローレベルにする。オア回路１１５は、電圧比較器１１１の出力信号と最小デューティ信号との論理和を出力する。この最小デューティ信号とは、鋸波信号重畳回路１１４によって重畳される鋸波信号と同じ周期を有し、所定の最小デューティ値（例えば３％）に設定された信号である。
【００１９】
図３は、図２に示した電圧制御回路１１０内部で入出力される信号波形を示す図である。図３において、「基準電圧Ｖ１」は鋸波信号重畳回路１１４によって生成される信号波形を、「最小デューティ信号」はオア回路１１５に入力されるデューティ値３％の信号波形をそれぞれ示している。図３に示すように、調整電圧設定値Ｖreg に対して鋸波信号を重畳することにより、５ｍｓ周期でピーク電圧がＶreg 、最小電圧がＶmin となる基準電圧Ｖ１が生成される。
【００２０】
図４は、電圧制御回路１１０から出力される電圧制御信号の説明図である。横軸は車両用発電機２の出力電圧を示す「発電機出力電圧」に、縦軸は電圧制御回路１１０から出力される電圧制御信号のデューティ値をそれぞれ示している。車両用発電機２の出力電圧がＶmin よりも低い場合には、電圧制御回路１１０内の電圧比較器１１１の出力が常にハイレベルになるため、オア回路１１５から出力される電圧制御信号のデューティ値が１００％となる。また、車両用発電機２の出力電圧がＶmin と調整電圧Ｖreg の間にある場合には、電圧比較器１１１からはこれらの電圧の大小関係によって決まる所定のデューティ値を有する信号が出力され、オア回路１１５から電圧制御信号として出力される。さらに、車両用発電機２の出力電圧が調整電圧設定値Ｖreg よりも高くなると、電圧比較器１１１の出力が常にローレベルになるため、オア回路１１５からはデューティ値が３％の最小デューティ信号が電圧制御信号として出力される。
【００２１】
また、図１に示した励磁電流検出回路１２０は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成される励磁電流駆動トランジスタ１６０のソース側の電位に基づいて励磁巻線２０４に流れる励磁電流を検出する。励磁電流駆動トランジスタ１６０のソース側には励磁電流検出用のセンス抵抗である抵抗１７０が接続されており、励磁電流駆動トランジスタ１６０のソース・ドレイン間および抵抗１７０を介して励磁電流が流れたときに生じる抵抗１７０の端子電圧に基づいて、励磁電流検出回路１２０による励磁電流の検出が行われる。
【００２２】
図５は、励磁電流検出回路１２０の詳細構成を示す図である。図５に示すように、励磁電流検出回路１２０は、演算増幅器１２１、抵抗１２２、１２３、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換回路１２４を備えている。演算増幅器１２１と２つの抵抗１２２、１２３によって、これらの各抵抗値によって決まる所定の増幅率を有する増幅器が構成されており、励磁電流に応じた値を有する入力電圧が増幅されて出力される。Ａ／Ｄ変換回路１２４は、入力端子（ＩＮ）にこの増幅器の出力信号が、クロック端子（ＣＬ）には所定周波数のクロック信号ＣＬＫが負論理で入力されており、クロック信号ＣＬＫがハイレベルからローレベルに変化するタイミングで前段の増幅器の出力電圧を取り込んで、所定ビット数のデジタルデータ（励磁電流値）に変換する。クロック信号ＣＬＫの周波数は、鋸波信号や最小デューティ信号の周波数のｎ倍、例えば６４倍に設定されている。このクロック信号ＣＬＫの周波数は、アンド回路１６４から励磁電流駆動トランジスタ１６０に入力されるＰＷＭ信号の分解能（ステップ数）に対応している。
【００２３】
また、図１に示した励磁電流制御回路１３０は、励磁電流駆動トランジスタ１６０に流れる励磁電流に基づいて最新の励磁電流平均値を推定し、この推定した励磁電流平均値が通信制御回路１４０によって指定された励磁電流制限値ＩＦref 以下になるように、所定の励磁電流制御を行う。励磁電流制御の詳細については後述する。
【００２４】
通信制御回路１４０は、通信端子Ｘを介してＥＣＵ５との間でシリアル通信を行っており、ＥＣＵ５から送られてくる動作開始信号や調整電圧信号（調整電圧Ｖreg ）、励磁電流制限値信号（励磁電流制限値ＩＦref ）を受信する。また、通信制御回路１４０は、励磁電流制御回路１３０によって推定された励磁電流推定値を通信端子Ｘを介してＥＣＵ５に向けて送信する。
【００２５】
ＥＣＵ５は、車両のキースイッチ（図示せず）が投入された後車両用発電制御装置１に向けて動作開始信号を送信するとともに、励磁電流を制限する励磁電流制限値信号を送信する。また、ＥＣＵ５は、車両用発電制御装置１から送られてくる励磁電流推定値を受信し、エンジン回転制御を行う。
【００２６】
上述した励磁電流駆動トランジスタ１６０が開閉素子に、励磁電流検出回路１２０が電流検出手段に、励磁電流制御回路１３０が平均電流検出手段に、励磁電流制御回路１３０、電圧制御回路１１０、抵抗１７２、１７４、アンド回路１６４が開閉素子駆動手段にそれぞれ対応する。
【００２７】
本実施形態の車両用発電制御装置１はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
＜通常電気負荷時の動作＞
まず、バッテリ３が適度に充電されており、電気負荷４が極端に大きくない通常電気負荷時の動作を説明する。
【００２８】
車両の運転者によってキースイッチが投入されると、ＥＣＵ５は、車両用発電制御装置１の通信端子Ｘに向けて動作開始信号を送信する。通信制御回路１４０は、通信端子Ｘを介してこの動作開始信号を受信すると、電源回路１００の制御端子Ｓに電源オン信号を入力する。以後、電源回路１００によって車両用発電制御装置１内の各回路に動作電圧が供給され、車両用発電制御装置１全体が動作を開始する。
【００２９】
その後、ＥＣＵ５から調整電圧信号や励磁電流制限値信号が送られてくるが、通常電気負荷時においては、エンジン回転立ち上がり後に車両用発電機２の出力電圧が調整電圧信号によって指定された調整電圧設定値Ｖreg に制御される。しかし、励磁電流は少ないので励磁電流制御は実施されず、励磁電流駆動トランジスタ１６０は、電圧制御回路１１０から出力される５ｍｓ周期の電圧制御信号のみにしたがってオンオフ制御される。
【００３０】
＜電気負荷大時の動作＞
次に、バッテリ３が過放電状態であったり、電気負荷４が過大である電気負荷大時の動作を説明する。
電気負荷大時の場合には、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力電圧が調整電圧Ｖref に上昇するまで励磁電流を増加しようとするが、ＥＣＵ５から送られてきた励磁電流制限値信号によって指定された励磁電流制限値ＩＦref 以下に励磁電流平均値が制御される。
【００３１】
図６は、電気負荷大時に励磁電流を制御する動作手順を示す流れ図である。
電圧制御回路１１０によって生成される電圧制御信号は５ｍｓ周期でローレベルからハイレベルに立ち上がるＰＷＭ信号であり、この信号がアンド回路１６４を介して励磁電流駆動トランジスタ１６０に入力されると、５ｍｓ周期で励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフからオンに切り替わる（ステップ１００）。
【００３２】
次に、励磁電流制御回路１３０は、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフからオンに切り替わった後に、励磁電流検出回路１２０によって最初に検出された励磁電流値ＩＦON1 を取り込み（ステップ１０１）、この取り込んだ励磁電流値を励磁電流平均値ＩＦavに設定する（ステップ１０２）。
【００３３】
次に、励磁電流制御回路１３０は、前回励磁電流駆動トランジスタ１６０がオンされたときに設定された前回の制限デューティ値Ｆduty(old) と、励磁電流制限値ＩＦref と励磁電流平均値ＩＦavとに基づいて、今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を以下の（１）式を用いて計算する（ステップ１０３）。なお、「制限デューティ値」とは、励磁電流制御回路１３０からアンド回路１６４に入力される励磁電流制限用の信号のデューティ値であり、その値は、検出された励磁電流値に基づいてその都度推定される励磁電流平均値や、通信制御回路１４０から入力される励磁電流推定値等に基づいて、以下に示す手順にしたがって設定される。
【００３４】
Ｆduty(new)＝Ｆduty(old)＋Ｋ（ＩＦref −ＩＦav） …（１）
ここで、Ｋは正の定数である。この（１）式は、推定される励磁電流平均値ＩＦavの方が励磁電流制限値ＩＦref よりも小さい場合には今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を前回の制限デューティ値Ｆduty(old) よりも大きな値に更新し、反対に、推定される励磁電流平均値ＩＦavの方が励磁電流制限値ＩＦref よりも大きい場合には今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を前回の制限デューティ値Ｆduty(old) よりも小さな値に更新するためのものである。
【００３５】
次に、励磁電流制御回路１３０は、現在のＦデューティ値Ｆduty(C) が、ステップ１０３の計算で求めた今回の制限デューティ値Ｆduty(new)よりも小さいか否かを判定する（ステップ１０４）。現在のＦデューティ値Ｆduty(C)は、例えばＰＷＭ制御の分解能を６ビットとすると、１から６４ステップまでの範囲となるが、最初は「１」に設定されている。
【００３６】
例えば、前回の制限デューティ値Ｆduty(old) が、５０％のデューティ値に対応する「３２」に設定されているものとすると、ステップ１０４の判定では肯定判断が行われる。次に、励磁電流制御回路１３０は、現在のＦデューティ値Ｆduty(C)の内容に対して１を加算する更新処理を行うとともに（ステップ１０５）、次の励磁電流値ＩＦON(n)の取り込みを行い（ステップ１０６）、以下の式を用いて新しい励磁電流平均値ＩＦavを推定する計算を行う（ステップ１０７）。
【００３７】
ＩＦav＝（ＩＦON(1)＋ＩＦON(n)）／２ …（２）
その後、ステップ１０３に戻って今回の新しい制限デューティ値の計算以降の処理が繰り返される。このようにして、現在のＦデューティ値Ｆduty(C) が次第に増加するとともに、励磁電流平均値ＩＦavが毎回計算され今回のＦデューティ値Ｆduty(C)が更新されており、その内に現在のＦデューティ値Ｆduty(C)の方が今回の制限デューティ値Ｆduty(new)よりも大きくなる。すると、ステップ１０４の判定において否定判断が行われる。
【００３８】
次に、励磁電流制御回路１３０は、出力をハイレベルからローレベルに切り替えて、アンド回路１６４の出力をローレベルに変更することにより、励磁電流駆動トランジスタ１６０をオンからオフに切り替える（ステップ１０８）。
また、励磁電流制御回路１３０は、この時点での現在のＦデューティ値Ｆduty(C)を前回の制限デューティ値Ｆduty(old) として保持する（ステップ１０９）。以上の処理が、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフからオンに切り替わる毎、すなわち５ｍｓ毎に繰り返される。
【００３９】
図７は、図６に示した制御動作に対応する動作タイミングを示す図である。図７において、「ＶＦ」はアンド回路１６４から励磁電流駆動トランジスタ１６０に入力される信号を、「ＩＦ」は励磁巻線２０４に流れる電流を、「ＩＦTr」は励磁電流駆動トランジスタ１６０に流れる電流をそれぞれ示している。
【００４０】
図７に示すように、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオンされると、励磁電流駆動トランジスタ１６０および励磁巻線２０４に流れる電流が上昇を開始する。励磁電流駆動トランジスタ１６０がオンされた直後に、励磁電流検出回路１２０によって励磁電流検出が行われると、励磁電流制御回路１３０は、最初の励磁電流値ＩＦon(1) を取り込むとともに、この値を励磁電流平均値ＩＦavに設定し、（１）式を用いて今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を計算する。この段階では、現在のＦデューティ値Ｆduty(C)は「１」であって、今回の制限デューティ値Ｆduty(new) 以下であるため、２回目の励磁電流の取り込みが行われる。このような動作が、現在のＦデューティ値Ｆduty(C)が今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を越えるまで繰り返され、越えると励磁電流制御回路１３０の出力がハイレベルからローレベルに切り替わる。
【００４１】
これにより、現在の励磁電流平均値を推定し、この励磁電流平均値が励磁電流制限値に収束するように今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を設定する動作が行われる。
＜電気負荷遮断時の動作＞
次に、大きな電気負荷４の接続が急に遮断された場合の動作を説明する。図８は、電気負荷遮断時の本実施形態の車両用発電制御装置１の動作タイミング図である。また、図９は比較のために示した電気負荷遮断時の従来構成（特許文献１に開示された構成）の車両用発電制御装置の動作タイミングである。これらの図において、「電気負荷」は電気負荷４の接続状態を、「励磁電圧」は励磁電流駆動トランジスタ１６０を駆動する電圧を、「励磁電流」は励磁巻線２０４に実際に流れる励磁電流を、「発電機出力電圧」は車両用発電機２の出力電圧をそれぞれ示している。
【００４２】
図９に示すように、従来構成の車両用発電制御装置では、電気負荷遮断前は、励磁電流駆動トランジスタを適宜オンオフすることにより、車両用発電機の出力電圧がほぼ調整電圧設定値Ｖreg となるように制御される。その後、大きな電気負荷が遮断されると、車両用発電機の出力電圧は、一時的に上昇し、励磁電流が低下するまで調整電圧設定値Ｖreg よりも高い状態が継続する。その間、励磁電流駆動トランジスタはオフ状態を維持する。励磁電流の検出は励磁電流駆動トランジスタがオン状態のときにしかできないので、従来構成の車両用発電制御装置では、電気負荷遮断前の励磁電流値を保持して制御を行っている。一方、実際に励磁巻線に流れる励磁電流は、励磁巻線の時定数に応じて低下し続けるので、検出した（保持した）励磁電流値と実際に励磁巻線に流れる励磁電流値との間で乖離が生じる（図９のΔＩｆ）。したがって、エンジン制御装置は、この検出した励磁電流値を用いてアイドル回転制御を行う場合には、実際の励磁電流値よりも大きな励磁電流値に対応する発電機トルクに対して安定した回転を維持できるようにエンジン回転数を制御するため、一時的にエンジン回転数が上昇するという不具合が発生する。
【００４３】
これに対し、本実施形態の車両用発電制御装置１では、図８に示すように、大きな電気負荷４が遮断されて、車両用発電機２の出力電圧が長時間調整電圧設定値Ｖreg を越える場合であっても、電圧制御回路１１０からは最小のデューティ値（３％）を有する電圧制御信号が出力される。したがって、励磁電流駆動トランジスタ１６０は、確実に５ｍｓ間隔でオンされ、この繰り返し周期で正確な励磁電流の検出が行われるため、検出した励磁電流値と実際に励磁巻線２０４に流れる励磁電流値との間の乖離はなくなる。このため、正確な励磁電流値が通信制御回路１４０からＥＣＵ５に送られ、ＥＣＵ５によるアイドル回転制御時にエンジン回転数が上昇することを防止することができる。
【００４４】
このように、本実施形態の車両用発電制御装置１では、励磁電流駆動トランジスタ１６０に流れる励磁電流に基づいて励磁電流平均値を計算しており、このトランジスタ１６０のオフ時に励磁巻線２０４に流れる電流を含めて正確な励磁電流の検出を行うことが可能になり、高精度に励磁電流制御を行うことができる。また、一定周期（例えば５ｍｓ）で励磁電流駆動トランジスタ１６０を駆動することにより、同じ周期で確実に励磁電流を検出することが可能になり、励磁電流の検出遅れを少なくすることにより、励磁電流駆動トランジスタ１６０の断続の周期が変動することによって不具合が発生することを防止することができる。さらに、励磁電流平均値を求めたり、この励磁電流平均値と励磁電流制限値とに基づいて励磁電流駆動トランジスタ１６０を制御する動作は、マイクロコンピュータ等の複雑な回路を用いなくても比較的少ない回路規模で実現可能であり、車両用発電機という厳しい環境下で使用する車両用発電制御装置１を低コストで実現することが可能になる。
【００４５】
また、本実施形態の励磁電流制御回路１３０では、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフ状態からオン状態に切り替わった直後に励磁電流検出回路１２０によって検出された励磁電流値と、反対にオン状態からオフ状態に切り替わる直前に検出された励磁電流値とを用いて、上述した（２）式を用いて励磁電流平均値の推定（計算）を行っており、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオン状態のときに検出された励磁電流値を用いて正確に励磁電流平均値を求めることが可能になる。
【００４６】
また、励磁電流制御回路１３０は、励磁電流平均値、励磁電流制限値、励磁電流駆動トランジスタ１６０の前回の駆動デューティ比に基づいて、今回の駆動デューティ比を設定しており、励磁電流制限値に励磁電流平均値が収束するように励磁電流駆動トランジスタ１６０の駆動デューティ値を制御することができるため、安定した励磁電流制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図である。
【図２】電圧制御回路の詳細構成を示す図である。
【図３】図２に示した電圧制御回路内部で入出力される信号波形を示す図である。
【図４】電圧制御回路から出力される電圧制御信号の説明図である。
【図５】励磁電流検出回路の詳細構成を示す図である。
【図６】電気負荷大時に励磁電流を制御する動作手順を示す流れ図である。
【図７】図６に示した制御動作に対応する動作タイミングを示す図である。
【図８】電気負荷遮断時の本実施形態の車両用発電制御装置の動作タイミング図である。
【図９】電気負荷遮断時の従来構成の車両用発電制御装置の動作タイミングである。
【符号の説明】
１ 車両用発電制御装置
２ 車両用発電機
３ バッテリ
４ 電気負荷
５ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
１００ 電源回路
１１０ 電圧制御回路
１２０ 励磁電流検出回路
１３０ 励磁電流制御回路
１４０ 通信制御回路
１６０ 励磁電流駆動トランジスタ
１６２ 環流ダイオード
１６４ アンド回路
１７０、１７２、１７４ 抵抗
２００ 固定子巻線
２０２ 整流回路
２０４ 励磁巻線
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機の励磁電流を制御することにより出力電圧を調整する車両用発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の燃費向上のため、補機の電子化等により低トルク化が進む一方で、車両用発電機に対してはますます大容量化が求められており、その発電の挙動がアイドリング時などにおけるエンジン回転の変動に大きく影響するようになっている。このため、通信により、車両用発電機の励磁電流等の発電トルクに関する情報を車両用発電機からエンジン制御装置に送信してエンジン制御に活用したり、車両の状態に応じて励磁電流を制限して発電量を可変して発電トルクを制御するなど、エンジン制御装置との連携制御が行われている。
【０００３】
従来から、車両用発電機の励磁電流を検出して、この検出した励磁電流が所定の励磁電流制限値以下となるように励磁電流駆動トランジスタを断続制御する車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。これらの車両用発電制御装置では、励磁電流駆動トランジスタに流れる励磁電流を検出しており、この検出した励磁電流が所定の励磁電流制限値を越えるときに励磁電流駆動トランジスタをオフ状態に切り替えるため、電気負荷が急に増大した場合等であっても急激な発電トルクの上昇を抑制することができ、エンジン回転の安定化等を図ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１８４３００号公報（第２−４頁、図１−３）
【特許文献２】
特許第２９１６８３７号公報（第２−４頁、図１−６）
【特許文献３】
特開平２−３０７４００号公報（第２−５頁、図１−４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に開示された車両用発電制御装置では、励磁電流の瞬時値が励磁電流制限値以上になると一定時間励磁電流駆動トランジスタをオフするようにしているので、励磁電流の平均値を検出して制御に反映させているわけではない。このため、励磁電流の脈動によって励磁電流の検出精度が低下するという問題があり、励磁電流制限の目標値に対してずれが生じていた。
【０００６】
また、励磁電流駆動トランジスタを定周波の信号で制御していないため、励磁電流制限の目標値により大幅に励磁電流駆動トランジスタのスイッチング周期が変動してしまうという問題があった。このため、スイッチング周期が短いときにはスイッチング損失による温度上昇が生じ、反対にスイッチング周期が長いときには車両用発電機の出力電圧の変動が大きくなってランプ類の明暗等の不都合を生じていた。
【０００７】
さらに、励磁電流駆動トランジスタに流れる電流を励磁電流として検出しているため、このトランジスタがオフ状態のときに励磁巻線に流れる環流電流を測定することができず、正確な励磁電流の検出を行うことができないという問題があった。上述した特許文献１に開示された車両用発電制御装置では、電気負荷遮断時に励磁電流駆動トランジスタのオフ状態が長時間継続した場合には、励磁巻線に実際に流れる励磁電流が０になってもこのトランジスタがオフされる直前の励磁電流値を保持して制御が行われるため、この保持された励磁電流値を用いてエンジン制御装置が実際よりも大きな発電機トルクを予測してエンジン回転を制御すると、エンジン回転が上昇してしまう。
【０００８】
また、上述した特許文献２あるいは特許文献３に開示された車両用発電制御装置では、励磁電流駆動トランジスタに流れる電流を平滑して励磁電流の検出を行っているため、励磁巻線に流れる環流電流は考慮されておらず、正確な励磁電流の検出を行うことができない点に変わりはない。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、励磁電流を精度よく検出することができる車両用発電制御装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、励磁電流駆動トランジスタのスイッチング周波数の変動による不具合の発生を防止することができる車両用発電制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の励磁巻線に流れる励磁電流を断続する開閉素子と、開閉素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、開閉素子がオン状態のときに電流検出手段によって検出された電流値に基づいて最新の励磁電流平均値を推定する平均電流検出手段と、平均電流検出手段によって推定された励磁電流平均値と、励磁電流制限値とに基づいて一定周期で開閉素子の断続状態を制御する開閉素子駆動手段とを備えている。開閉素子に流れる励磁電流に基づいて励磁電流平均値を推定することにより、開閉素子のオフ時に励磁巻線に流れる電流を含めて正確な励磁電流の検出を行うことが可能になり、高精度に励磁電流制御を行うことができる。また、一定周期で開閉素子を駆動することにより、同じ周期で確実に励磁電流を検出することが可能になり、励磁電流の検出遅れを少なくすることにより、開閉素子の断続の周期が変動することによって不具合が発生することを防止することができる。さらに、励磁電流平均値を求めたり、この励磁電流平均値と励磁電流制限値とに基づいて開閉素子を制御する動作は、マイクロコンピュータ等の複雑な回路を用いなくても比較的少ない回路規模で実現可能であり、車両用発電機という厳しい環境下で使用する車両用発電制御装置を低コストで実現することが可能になる。
【００１１】
また、上述した平均電流検出手段は、開閉素子がオフ状態からオン状態に切り替わった直後に電流検出手段によって検出された電流値と、開閉素子がオン状態からオフ状態に切り替わる直前に電流検出手段によって検出された電流値とを用いて、励磁電流平均値の推定を行うことが望ましい。これにより、開閉素子がオン状態のときに検出された励磁電流値を用いて正確に励磁電流平均値を求めることが可能になる。
【００１２】
また、上述した開閉素子駆動手段は、励磁電流平均値および励磁電流制限値と、開閉素子の前回の駆動デューティ比とに基づいて、開閉素子を駆動する今回の駆動デューティ比を設定して、開閉素子の断続状態を制御することが望ましい。これにより、励磁電流制限値に励磁電流平均値が収束するように開閉素子の駆動デューティ値を制御することができ、安定した励磁電流制御が可能になる。
【００１３】
また、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の励磁巻線に流れる励磁電流を断続する開閉素子と、開閉素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された励磁電流値と、励磁電流制限値とに基づいて生成される一定周期のＰＷＭ信号によって開閉素子の断続状態を制御するとともに、ＰＷＭ信号の最小デューティ値が０よりも大きな所定値に設定された開閉素子駆動手段とを備えることが望ましい。これにより、車両用発電機の出力電圧が所定の調整電圧設定値を長時間にわたって上回るような場合であっても、一定周期で開閉手段がオンされるため、正確に励磁電流値を検出することが可能になり、検出された励磁電流値を用いてエンジン回転等の制御を行う場合であっても、検出精度の低下に基づいてエンジン回転が上昇する等の不具合を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置と車両用発電機やバッテリ等との接続状態が示されている。
【００１５】
図１において、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）の電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。
車両用発電機２は、固定子に含まれる三相の固定子巻線２００と、この固定子巻線２００の三相出力を全波整流するために設けられた整流回路２０２と、回転子に含まれる励磁巻線２０４とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、励磁巻線２０４に対する通電を車両用発電制御装置１によって適宜断続制御することにより行われる。車両用発電機２のＢ端子はバッテリ３と電気負荷４に接続されており、Ｂ端子からバッテリ３や電気負荷４に充電電流や動作電流が供給される。また、車両用発電制御装置１は、通信端子Ｘを介してＥＣＵ（エンジン制御装置）５に接続されている。
【００１６】
次に、車両用発電制御装置１の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置１は、電源回路１００、電圧制御回路１１０、励磁電流検出回路１２０、励磁電流制御回路１３０、通信制御回路１４０、励磁電流駆動トランジスタ１６０、環流ダイオード１６２、アンド回路１６４、抵抗１７０、１７２、１７４を備えている。
【００１７】
電源回路１００は、制御端子Ｓを有しており、この制御端子Ｓに電源オン信号が入力されると、所定の動作電圧を生成して車両用発電制御装置１の各回路に供給する。
電圧制御回路１１０は、車両用発電機２の出力電圧を、抵抗１７２、１７４によって構成された分圧回路を介して検出しており、車両用発電機２の出力電圧が所定の調整電圧設定値Ｖreg となるように制御するために、所定周期のパルス列からなるＰＷＭ（パルス幅変調）信号としての電圧制御信号を生成して出力する。
【００１８】
図２は、電圧制御回路１１０の詳細構成を示す図である。図２に示すように、電圧制御回路１１０は、電圧比較器１１１、抵抗１１２、コンデンサ１１３、鋸波信号重畳回路１１４、オア回路１１５を含んで構成されている。抵抗１１２とコンデンサ１１３とによってローパスフィルタが形成されており、車両用発電機２の出力電圧を抵抗１７２、１７４によって分圧した後の電圧を平滑する。この平滑された電圧は、電圧比較器１１１のマイナス端子に入力される。また、鋸波信号重畳回路１１４は、通信制御回路１４０によって設定される調整電圧設定値Ｖreg （正確には、車両用発電機２の出力電圧が抵抗１７２、１７４によって分圧されて入力されるため、この調整電圧設定値Ｖreg をこれらの抵抗１７２、１７４による分圧比を掛けた値）に対して、所定周期（例えば５ｍｓ）の鋸波信号を重畳させた基準電圧Ｖ１を生成して出力する。この基準電圧Ｖ１は電圧比較器１１１のプラス端子に入力される。電圧比較器１１１は、マイナス端子に入力された車両用発電機２の出力電圧に対応する平滑電圧と、プラス端子に鋸波信号重畳回路１１４から入力される基準電圧Ｖ１とを比較し、平滑電圧の方が基準電圧Ｖ１よりも低いときに出力をハイレベルにし、反対に平滑電圧の方が基準電圧Ｖ１よりも高いときに出力をローレベルにする。オア回路１１５は、電圧比較器１１１の出力信号と最小デューティ信号との論理和を出力する。この最小デューティ信号とは、鋸波信号重畳回路１１４によって重畳される鋸波信号と同じ周期を有し、所定の最小デューティ値（例えば３％）に設定された信号である。
【００１９】
図３は、図２に示した電圧制御回路１１０内部で入出力される信号波形を示す図である。図３において、「基準電圧Ｖ１」は鋸波信号重畳回路１１４によって生成される信号波形を、「最小デューティ信号」はオア回路１１５に入力されるデューティ値３％の信号波形をそれぞれ示している。図３に示すように、調整電圧設定値Ｖreg に対して鋸波信号を重畳することにより、５ｍｓ周期でピーク電圧がＶreg 、最小電圧がＶmin となる基準電圧Ｖ１が生成される。
【００２０】
図４は、電圧制御回路１１０から出力される電圧制御信号の説明図である。横軸は車両用発電機２の出力電圧を示す「発電機出力電圧」に、縦軸は電圧制御回路１１０から出力される電圧制御信号のデューティ値をそれぞれ示している。車両用発電機２の出力電圧がＶmin よりも低い場合には、電圧制御回路１１０内の電圧比較器１１１の出力が常にハイレベルになるため、オア回路１１５から出力される電圧制御信号のデューティ値が１００％となる。また、車両用発電機２の出力電圧がＶmin と調整電圧Ｖreg の間にある場合には、電圧比較器１１１からはこれらの電圧の大小関係によって決まる所定のデューティ値を有する信号が出力され、オア回路１１５から電圧制御信号として出力される。さらに、車両用発電機２の出力電圧が調整電圧設定値Ｖreg よりも高くなると、電圧比較器１１１の出力が常にローレベルになるため、オア回路１１５からはデューティ値が３％の最小デューティ信号が電圧制御信号として出力される。
【００２１】
また、図１に示した励磁電流検出回路１２０は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成される励磁電流駆動トランジスタ１６０のソース側の電位に基づいて励磁巻線２０４に流れる励磁電流を検出する。励磁電流駆動トランジスタ１６０のソース側には励磁電流検出用のセンス抵抗である抵抗１７０が接続されており、励磁電流駆動トランジスタ１６０のソース・ドレイン間および抵抗１７０を介して励磁電流が流れたときに生じる抵抗１７０の端子電圧に基づいて、励磁電流検出回路１２０による励磁電流の検出が行われる。
【００２２】
図５は、励磁電流検出回路１２０の詳細構成を示す図である。図５に示すように、励磁電流検出回路１２０は、演算増幅器１２１、抵抗１２２、１２３、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換回路１２４を備えている。演算増幅器１２１と２つの抵抗１２２、１２３によって、これらの各抵抗値によって決まる所定の増幅率を有する増幅器が構成されており、励磁電流に応じた値を有する入力電圧が増幅されて出力される。Ａ／Ｄ変換回路１２４は、入力端子（ＩＮ）にこの増幅器の出力信号が、クロック端子（ＣＬ）には所定周波数のクロック信号ＣＬＫが負論理で入力されており、クロック信号ＣＬＫがハイレベルからローレベルに変化するタイミングで前段の増幅器の出力電圧を取り込んで、所定ビット数のデジタルデータ（励磁電流値）に変換する。クロック信号ＣＬＫの周波数は、鋸波信号や最小デューティ信号の周波数のｎ倍、例えば６４倍に設定されている。このクロック信号ＣＬＫの周波数は、アンド回路１６４から励磁電流駆動トランジスタ１６０に入力されるＰＷＭ信号の分解能（ステップ数）に対応している。
【００２３】
また、図１に示した励磁電流制御回路１３０は、励磁電流駆動トランジスタ１６０に流れる励磁電流に基づいて最新の励磁電流平均値を推定し、この推定した励磁電流平均値が通信制御回路１４０によって指定された励磁電流制限値ＩＦref 以下になるように、所定の励磁電流制御を行う。励磁電流制御の詳細については後述する。
【００２４】
通信制御回路１４０は、通信端子Ｘを介してＥＣＵ５との間でシリアル通信を行っており、ＥＣＵ５から送られてくる動作開始信号や調整電圧信号（調整電圧Ｖreg ）、励磁電流制限値信号（励磁電流制限値ＩＦref ）を受信する。また、通信制御回路１４０は、励磁電流制御回路１３０によって推定された励磁電流推定値を通信端子Ｘを介してＥＣＵ５に向けて送信する。
【００２５】
ＥＣＵ５は、車両のキースイッチ（図示せず）が投入された後車両用発電制御装置１に向けて動作開始信号を送信するとともに、励磁電流を制限する励磁電流制限値信号を送信する。また、ＥＣＵ５は、車両用発電制御装置１から送られてくる励磁電流推定値を受信し、エンジン回転制御を行う。
【００２６】
上述した励磁電流駆動トランジスタ１６０が開閉素子に、励磁電流検出回路１２０が電流検出手段に、励磁電流制御回路１３０が平均電流検出手段に、励磁電流制御回路１３０、電圧制御回路１１０、抵抗１７２、１７４、アンド回路１６４が開閉素子駆動手段にそれぞれ対応する。
【００２７】
本実施形態の車両用発電制御装置１はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
＜通常電気負荷時の動作＞
まず、バッテリ３が適度に充電されており、電気負荷４が極端に大きくない通常電気負荷時の動作を説明する。
【００２８】
車両の運転者によってキースイッチが投入されると、ＥＣＵ５は、車両用発電制御装置１の通信端子Ｘに向けて動作開始信号を送信する。通信制御回路１４０は、通信端子Ｘを介してこの動作開始信号を受信すると、電源回路１００の制御端子Ｓに電源オン信号を入力する。以後、電源回路１００によって車両用発電制御装置１内の各回路に動作電圧が供給され、車両用発電制御装置１全体が動作を開始する。
【００２９】
その後、ＥＣＵ５から調整電圧信号や励磁電流制限値信号が送られてくるが、通常電気負荷時においては、エンジン回転立ち上がり後に車両用発電機２の出力電圧が調整電圧信号によって指定された調整電圧設定値Ｖreg に制御される。しかし、励磁電流は少ないので励磁電流制御は実施されず、励磁電流駆動トランジスタ１６０は、電圧制御回路１１０から出力される５ｍｓ周期の電圧制御信号のみにしたがってオンオフ制御される。
【００３０】
＜電気負荷大時の動作＞
次に、バッテリ３が過放電状態であったり、電気負荷４が過大である電気負荷大時の動作を説明する。
電気負荷大時の場合には、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力電圧が調整電圧Ｖref に上昇するまで励磁電流を増加しようとするが、ＥＣＵ５から送られてきた励磁電流制限値信号によって指定された励磁電流制限値ＩＦref 以下に励磁電流平均値が制御される。
【００３１】
図６は、電気負荷大時に励磁電流を制御する動作手順を示す流れ図である。
電圧制御回路１１０によって生成される電圧制御信号は５ｍｓ周期でローレベルからハイレベルに立ち上がるＰＷＭ信号であり、この信号がアンド回路１６４を介して励磁電流駆動トランジスタ１６０に入力されると、５ｍｓ周期で励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフからオンに切り替わる（ステップ１００）。
【００３２】
次に、励磁電流制御回路１３０は、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフからオンに切り替わった後に、励磁電流検出回路１２０によって最初に検出された励磁電流値ＩＦON1 を取り込み（ステップ１０１）、この取り込んだ励磁電流値を励磁電流平均値ＩＦavに設定する（ステップ１０２）。
【００３３】
次に、励磁電流制御回路１３０は、前回励磁電流駆動トランジスタ１６０がオンされたときに設定された前回の制限デューティ値Ｆduty(old) と、励磁電流制限値ＩＦref と励磁電流平均値ＩＦavとに基づいて、今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を以下の（１）式を用いて計算する（ステップ１０３）。なお、「制限デューティ値」とは、励磁電流制御回路１３０からアンド回路１６４に入力される励磁電流制限用の信号のデューティ値であり、その値は、検出された励磁電流値に基づいてその都度推定される励磁電流平均値や、通信制御回路１４０から入力される励磁電流推定値等に基づいて、以下に示す手順にしたがって設定される。
【００３４】
Ｆduty(new)＝Ｆduty(old)＋Ｋ（ＩＦref −ＩＦav） …（１）
ここで、Ｋは正の定数である。この（１）式は、推定される励磁電流平均値ＩＦavの方が励磁電流制限値ＩＦref よりも小さい場合には今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を前回の制限デューティ値Ｆduty(old) よりも大きな値に更新し、反対に、推定される励磁電流平均値ＩＦavの方が励磁電流制限値ＩＦref よりも大きい場合には今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を前回の制限デューティ値Ｆduty(old) よりも小さな値に更新するためのものである。
【００３５】
次に、励磁電流制御回路１３０は、現在のＦデューティ値Ｆduty(C) が、ステップ１０３の計算で求めた今回の制限デューティ値Ｆduty(new)よりも小さいか否かを判定する（ステップ１０４）。現在のＦデューティ値Ｆduty(C)は、例えばＰＷＭ制御の分解能を６ビットとすると、１から６４ステップまでの範囲となるが、最初は「１」に設定されている。
【００３６】
例えば、前回の制限デューティ値Ｆduty(old) が、５０％のデューティ値に対応する「３２」に設定されているものとすると、ステップ１０４の判定では肯定判断が行われる。次に、励磁電流制御回路１３０は、現在のＦデューティ値Ｆduty(C)の内容に対して１を加算する更新処理を行うとともに（ステップ１０５）、次の励磁電流値ＩＦON(n)の取り込みを行い（ステップ１０６）、以下の式を用いて新しい励磁電流平均値ＩＦavを推定する計算を行う（ステップ１０７）。
【００３７】
ＩＦav＝（ＩＦON(1)＋ＩＦON(n)）／２ …（２）
その後、ステップ１０３に戻って今回の新しい制限デューティ値の計算以降の処理が繰り返される。このようにして、現在のＦデューティ値Ｆduty(C) が次第に増加するとともに、励磁電流平均値ＩＦavが毎回計算され今回のＦデューティ値Ｆduty(C)が更新されており、その内に現在のＦデューティ値Ｆduty(C)の方が今回の制限デューティ値Ｆduty(new)よりも大きくなる。すると、ステップ１０４の判定において否定判断が行われる。
【００３８】
次に、励磁電流制御回路１３０は、出力をハイレベルからローレベルに切り替えて、アンド回路１６４の出力をローレベルに変更することにより、励磁電流駆動トランジスタ１６０をオンからオフに切り替える（ステップ１０８）。
また、励磁電流制御回路１３０は、この時点での現在のＦデューティ値Ｆduty(C)を前回の制限デューティ値Ｆduty(old) として保持する（ステップ１０９）。以上の処理が、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフからオンに切り替わる毎、すなわち５ｍｓ毎に繰り返される。
【００３９】
図７は、図６に示した制御動作に対応する動作タイミングを示す図である。図７において、「ＶＦ」はアンド回路１６４から励磁電流駆動トランジスタ１６０に入力される信号を、「ＩＦ」は励磁巻線２０４に流れる電流を、「ＩＦTr」は励磁電流駆動トランジスタ１６０に流れる電流をそれぞれ示している。
【００４０】
図７に示すように、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオンされると、励磁電流駆動トランジスタ１６０および励磁巻線２０４に流れる電流が上昇を開始する。励磁電流駆動トランジスタ１６０がオンされた直後に、励磁電流検出回路１２０によって励磁電流検出が行われると、励磁電流制御回路１３０は、最初の励磁電流値ＩＦon(1) を取り込むとともに、この値を励磁電流平均値ＩＦavに設定し、（１）式を用いて今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を計算する。この段階では、現在のＦデューティ値Ｆduty(C)は「１」であって、今回の制限デューティ値Ｆduty(new) 以下であるため、２回目の励磁電流の取り込みが行われる。このような動作が、現在のＦデューティ値Ｆduty(C)が今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を越えるまで繰り返され、越えると励磁電流制御回路１３０の出力がハイレベルからローレベルに切り替わる。
【００４１】
これにより、現在の励磁電流平均値を推定し、この励磁電流平均値が励磁電流制限値に収束するように今回の制限デューティ値Ｆduty(new) を設定する動作が行われる。
＜電気負荷遮断時の動作＞
次に、大きな電気負荷４の接続が急に遮断された場合の動作を説明する。図８は、電気負荷遮断時の本実施形態の車両用発電制御装置１の動作タイミング図である。また、図９は比較のために示した電気負荷遮断時の従来構成（特許文献１に開示された構成）の車両用発電制御装置の動作タイミングである。これらの図において、「電気負荷」は電気負荷４の接続状態を、「励磁電圧」は励磁電流駆動トランジスタ１６０を駆動する電圧を、「励磁電流」は励磁巻線２０４に実際に流れる励磁電流を、「発電機出力電圧」は車両用発電機２の出力電圧をそれぞれ示している。
【００４２】
図９に示すように、従来構成の車両用発電制御装置では、電気負荷遮断前は、励磁電流駆動トランジスタを適宜オンオフすることにより、車両用発電機の出力電圧がほぼ調整電圧設定値Ｖreg となるように制御される。その後、大きな電気負荷が遮断されると、車両用発電機の出力電圧は、一時的に上昇し、励磁電流が低下するまで調整電圧設定値Ｖreg よりも高い状態が継続する。その間、励磁電流駆動トランジスタはオフ状態を維持する。励磁電流の検出は励磁電流駆動トランジスタがオン状態のときにしかできないので、従来構成の車両用発電制御装置では、電気負荷遮断前の励磁電流値を保持して制御を行っている。一方、実際に励磁巻線に流れる励磁電流は、励磁巻線の時定数に応じて低下し続けるので、検出した（保持した）励磁電流値と実際に励磁巻線に流れる励磁電流値との間で乖離が生じる（図９のΔＩｆ）。したがって、エンジン制御装置は、この検出した励磁電流値を用いてアイドル回転制御を行う場合には、実際の励磁電流値よりも大きな励磁電流値に対応する発電機トルクに対して安定した回転を維持できるようにエンジン回転数を制御するため、一時的にエンジン回転数が上昇するという不具合が発生する。
【００４３】
これに対し、本実施形態の車両用発電制御装置１では、図８に示すように、大きな電気負荷４が遮断されて、車両用発電機２の出力電圧が長時間調整電圧設定値Ｖreg を越える場合であっても、電圧制御回路１１０からは最小のデューティ値（３％）を有する電圧制御信号が出力される。したがって、励磁電流駆動トランジスタ１６０は、確実に５ｍｓ間隔でオンされ、この繰り返し周期で正確な励磁電流の検出が行われるため、検出した励磁電流値と実際に励磁巻線２０４に流れる励磁電流値との間の乖離はなくなる。このため、正確な励磁電流値が通信制御回路１４０からＥＣＵ５に送られ、ＥＣＵ５によるアイドル回転制御時にエンジン回転数が上昇することを防止することができる。
【００４４】
このように、本実施形態の車両用発電制御装置１では、励磁電流駆動トランジスタ１６０に流れる励磁電流に基づいて励磁電流平均値を計算しており、このトランジスタ１６０のオフ時に励磁巻線２０４に流れる電流を含めて正確な励磁電流の検出を行うことが可能になり、高精度に励磁電流制御を行うことができる。また、一定周期（例えば５ｍｓ）で励磁電流駆動トランジスタ１６０を駆動することにより、同じ周期で確実に励磁電流を検出することが可能になり、励磁電流の検出遅れを少なくすることにより、励磁電流駆動トランジスタ１６０の断続の周期が変動することによって不具合が発生することを防止することができる。さらに、励磁電流平均値を求めたり、この励磁電流平均値と励磁電流制限値とに基づいて励磁電流駆動トランジスタ１６０を制御する動作は、マイクロコンピュータ等の複雑な回路を用いなくても比較的少ない回路規模で実現可能であり、車両用発電機という厳しい環境下で使用する車両用発電制御装置１を低コストで実現することが可能になる。
【００４５】
また、本実施形態の励磁電流制御回路１３０では、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオフ状態からオン状態に切り替わった直後に励磁電流検出回路１２０によって検出された励磁電流値と、反対にオン状態からオフ状態に切り替わる直前に検出された励磁電流値とを用いて、上述した（２）式を用いて励磁電流平均値の推定（計算）を行っており、励磁電流駆動トランジスタ１６０がオン状態のときに検出された励磁電流値を用いて正確に励磁電流平均値を求めることが可能になる。
【００４６】
また、励磁電流制御回路１３０は、励磁電流平均値、励磁電流制限値、励磁電流駆動トランジスタ１６０の前回の駆動デューティ比に基づいて、今回の駆動デューティ比を設定しており、励磁電流制限値に励磁電流平均値が収束するように励磁電流駆動トランジスタ１６０の駆動デューティ値を制御することができるため、安定した励磁電流制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図である。
【図２】電圧制御回路の詳細構成を示す図である。
【図３】図２に示した電圧制御回路内部で入出力される信号波形を示す図である。
【図４】電圧制御回路から出力される電圧制御信号の説明図である。
【図５】励磁電流検出回路の詳細構成を示す図である。
【図６】電気負荷大時に励磁電流を制御する動作手順を示す流れ図である。
【図７】図６に示した制御動作に対応する動作タイミングを示す図である。
【図８】電気負荷遮断時の本実施形態の車両用発電制御装置の動作タイミング図である。
【図９】電気負荷遮断時の従来構成の車両用発電制御装置の動作タイミングである。
【符号の説明】
１ 車両用発電制御装置
２ 車両用発電機
３ バッテリ
４ 電気負荷
５ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
１００ 電源回路
１１０ 電圧制御回路
１２０ 励磁電流検出回路
１３０ 励磁電流制御回路
１４０ 通信制御回路
１６０ 励磁電流駆動トランジスタ
１６２ 環流ダイオード
１６４ アンド回路
１７０、１７２、１７４ 抵抗
２００ 固定子巻線
２０２ 整流回路
２０４ 励磁巻線
Claims (2)
- 車両用発電機の励磁巻線に流れる励磁電流を断続する開閉素子と、
一定周期で前記開閉素子の断続状態を制御する開閉素子駆動手段と、
前記車両用発電機の出力電圧が設定値になるようにＰＷＭ信号によって前記開閉素子を制御する電圧制御手段と、
前記開閉素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
前記開閉素子がオン状態のときに前記電流検出手段によって検出された電流値に基づいて最新の励磁電流平均値を推定する平均電流検出手段と、
を備え、前記平均電流検出手段によって推定された前記励磁電流平均値と、励磁電流制限値とに基づいて、前記開閉素子を断続するタイミングを決定し、前記車両用発電機の出力電圧が前記設定値以上になった場合においても前記ＰＷＭ信号の最小デューティ値を０よりも大きな所定値に設定することを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項１において、
前記開閉素子駆動手段は、前記励磁電流平均値および前記励磁電流制限値と、前記開閉素子の前回の駆動デューティ比に基づいて、前記開閉素子を駆動する今回の駆動デューティ比を設定して、前記開閉素子の断続状態を制御することを特徴とする車両用発電制御装置。
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