JP4502022B2

JP4502022B2 - 車両用発電制御装置

Info

Publication number: JP4502022B2
Application number: JP2008025823A
Authority: JP
Inventors: 冬樹前原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2028-02-06
Also published as: CN101503084A; CN101503084B; EP2088715B1; EP2088715A1; US20090195223A1; JP2009189140A; US8164313B2

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の発電制御を行う車両用発電制御装置に関する。

近年、車両の燃費向上のため、低アイドルや低フリクション化が進む一方で、システムの電動化による電気負荷の増大により、車両用発電機の作動によるトルク変動がエンジン回転挙動に大きく影響するようになってきている。このため、エンジン制御と車両用発電機の発電制御とが協調した制御により、電源の安定供給とアイドル回転の安定化を両立させた制御や、減速回生効果による燃費向上制御が行われるようになってきている。これを実現するために、エンジン制御装置と車両用発電機に搭載されている発電制御装置との間で多くの情報のやりとりが必要になってきており、通信線数の増大が少なく、低コストで対応できるＬＩＮプロトコルなどのデジタル通信が用いられるようになってきている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３２５０８５号公報（第４−８頁、図１−７）

ところで、特許文献１に開示されたＬＩＮプロトコルを用いたデジタル通信は、低コストで実現できる反面、通信速度が遅いので、情報量が多くなって通信フレームが多くなると、数回に分けて送受信を行う必要がでてくるので、通信遅れが大きくなるという問題があった。このため、通信遅れが問題となる発電制御や発電量情報などの信号については、特許文献１に開示された手法は適応が難しい。また、速度の必要な通信フレームの頻度を増やす方法も考えられるが、通信スケジュールが複雑になるという問題があり、全体のソフトウエアを構築しにくいため採用が難しい。

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、通信遅れの発生を抑えることができ、通信スケジュールを複雑化することもなく多種類の信号を高品質で送信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。

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して車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置であって、外部制御装置との間で双方向のシリアル通信を行い、外部制御装置から周期的に送られてくる通信フレームを受信する通信制御手段と、通信フレームには、切替え情報と、切替え情報の内容毎に異なる内容を対応させた発電制御情報とが含まれており、通信フレームに含まれる切替え情報に応じて、同じ通信フレームに含まれる発電制御情報の内容を解読する通信フレーム処理手段と、通信フレーム処理手段によって解読された発電制御情報に基づいて車両用発電機の発電制御を行う発電制御手段とを備えている。

通信フレーム内に発電制御情報とともに切替え情報を含ませ、切替え情報に応じて発電制御情報の内容を切り替えることにより、多くの種類の発電制御情報を送信することが可能になり、通信遅れの発生を抑えることができる。また、通信フレームの送受信は従来から行われている手法を用いることができるため、通信スケジュールが複雑化することもない。さらに、通信速度の必要な発電制御情報を優先的に通信フレームに含ませることにより、必要な通信速度を確保し、多種類の発電制御情報が含まれる高品質な通信が可能となる。

また、上述した切替え情報に応じて内容が切り替えられる発電制御情報は、所定期間新たな内容が外部制御装置から指示されない場合に内容がデフォルト値に再設定されることが望ましい。ノイズや温度環境の厳しい車両用発電機では、車両用発電制御装置が保持している発電制御情報の内容が外来の電源ノイズなどで変更される場合があるが、このような場合であっても、更新されない発電制御情報の内容を周期的にデフォルト値に設定することにより、所定期間後にはデフォルト値に基づいた発電制御を行うことができるため、発電低下や過電圧状態が長時間継続することがなく、バッテリ上りによる路上故障などの重大故障になることを防止することができる。

また、上述した通信制御手段は、受信した切替え情報を、次回の送信タイミングで外部制御装置に向けて送信することが望ましい。外来ノイズにより誤った内容の発電制御情報を車両用発電制御装置が受信した場合であっても、この誤った内容が次の送信タイミングで外部制御装置に送られるため、再度正しい内容の発電制御情報を外部制御装置から送信することができ、異常な発電状態が継続して路上故障に至ることを防止することができる。

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、電気負荷、ＥＣＵとの接続状態が示されている。

図１において、車両用発電制御装置２は、車両用発電機１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。また、車両用発電制御装置２は、Ｂ端子以外に、通信端子（Ｃ端子）とグランド端子（Ｅ端子）を有している。Ｂ端子は、所定の充電線を介してバッテリ３や各種の電気負荷４に接続されている。Ｃ端子は、外部制御装置としてのＥＣＵ５に接続されている。Ｅ端子は、車両用発電機２のフレームに接続されている。なお、図１では、車両用発電制御装置２は、車両用発電機１と並行して図示したが、実際には車両用発電機１に内蔵されている。

車両用発電機１は、固定子に含まれる３相の固定子巻線１０１と、回転子に含まれる励磁巻線１０２と、固定子巻線１０１の３相出力を全波整流するために設けられた整流回路１０３とを含んで構成されている。この車両用発電機１の出力電圧の制御は、励磁巻線１０２に対する通電を車両用発電制御装置２によって適宜断続制御することにより行われる。

次に、車両用発電制御装置２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２は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ２０１、環流ダイオード２０２、センス抵抗２０３、通信フレーム処理回路２０４、電源回路２０５、発電電圧・励磁電流制御回路２０６、励磁電流検出回路２０７、回転検出回路２０８、通信制御回路２０９を備えている。

ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１は、励磁巻線１０２に直列に接続されており、オン状態のときに励磁巻線１０２に励磁電流が流れる。環流ダイオード２０２は、励磁巻線１０２に並列に接続されており、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。

電源回路２０５は、所定の動作電圧を生成する。発電電圧・励磁電流制御回路２０６は、車両用発電機１の出力電圧を一定に維持したり、励磁電流を設定値以下に制限するなどの発電制御を行う。発電制御の内容や制御パラメータは、ＥＣＵ５から送られてくる通信フレームに含まれる発電制御情報（具体例については後述する）に基づいて設定される。励磁電流検出回路２０７は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１のソース電位に基づいて励磁巻線１０２に流れる励磁電流を検出する。ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１のソースには励磁電流検出用のセンス抵抗２０３が接続されており、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１のソース・ドレイン間およびセンス抵抗２０３を介して励磁電流が流れたときに生じるセンス抵抗２０３の端子電圧に基づいて励磁電流検出回路２０７による励磁電流の検出が行われる。回転検出回路２０８は、固定子巻線１０１のいずれかの相に現れる相電圧を監視することにより、車両用発電機１の回転数を検出し、検出した回転数に対応する電圧を出力する。通信制御回路２０９は、Ｃ端子を介してＥＣＵ５との間で双方向のシリアル通信を行い、ＥＣＵ５から周期的に送られてくる通信フレームを受信する。また、通信制御回路２０９は、Ｃ端子を介してＥＣＵ５に向けて通信フレームを送信する。通信フレーム処理回路２０４は、ＥＣＵ５から送られてきた通信フレームの内容を解読するとともに、ＥＣＵ５に向けて送信する通信フレームを作成する。

上述した通信制御回路２０９が通信制御手段に、発電電圧・励磁電流制御回路２０６が発電制御手段に、通信フレーム処理回路２０４が通信フレーム処理手段にそれぞれ対応する。本実施形態の車両用発電制御装置２はこのような構成を有しており、次に動作を説明する。

本実施形態では、車両用発電制御装置２とＥＣＵ５との間で送受信される通信フレームに信号切替えｂｉｔを含ませておいて、通信フレームを受信した車両用発電制御装置２において、この信号切替えｂｉｔに応じて、同じ通信フレームに含まれる信号切替えデータの内容を切り替えて発電制御を行っている。信号切替えｂｉｔが切替え情報に、信号切替えデータが発電制御情報に対応する。

図２は、車両用発電制御装置２とＥＣＵ５との間で送受信される通信フレームの内容を示す図である。図２（Ａ）には、ＥＣＵ５から車両用発電制御装置２に向けて送信される通信フレーム（以後、この通信フレームを「ＩＤ１通信フレーム」と称する）の内容が示されている。また、図２（Ｂ）、（Ｃ）には、車両用発電制御装置２からＥＣＵ５に向けて送信される通信フレーム（以後、図２（Ｂ）に示す通信フレームを「ＩＤ２通信フレーム」、図２（Ｃ）に示す通信フレームを「ＩＤ３通信フレーム」と称する）の内容が示されている。

図２（Ａ）に示すように、ＩＤ１通信フレームには、信号切替えｂｉｔ、信号切替えデータ、調整電圧、励磁電流制限が含まれる。信号切替ｂｉｔは、信号切替えデータで示される発電制御情報の種類を示す２ビットデータであり、同時にこの２ビットデータで発電電圧・励磁電流制御回路２０６によって行われる制御内容も指定される。調整電圧は、車両用発電機１の出力電圧（Ｂ端子電圧あるいはバッテリ３の端子電圧）を一定に制御する場合の電圧値である。励磁電流制限は、励磁巻線１０２に流れる励磁電流を制限する場合の励磁電流の最大値である。なお、本実施形態では、信号切替えｂｉｔによって内容が切り替わる信号切替えデータだけでなく、上述した調整電圧、励磁電流制限を含めた全体が発電制御情報として用いられる。

図３は、ＩＤ１通信フレームに含まれる信号切替えｂｉｔと制御内容および信号切替えデータの内容との対応を示す図である。図３に示すように、信号切替ｂｉｔが“００”の場合は、制御内容として「アイドル回転安定制御」が指定される。また、信号切替えデータの各ビットに、アイドル回転安定制御の有無、制御方式、制御定数Ｋ、制御定数Ｋ適用の有無が対応付けられる。信号切替ｂｉｔが“０１”の場合は、制御内容として「徐励ダウン時間／発電抑制解除電圧／過熱制御」が指定される。また、信号切替えデータの各ビットに、徐励ダウン時間、発電抑制解除電圧、過熱制御温度が対応付けられる。信号切替ｂｉｔが“１０”の場合は、制御内容として「制限Ｆduty」が指定される。また、信号切替えデータの各ビットに、制限Ｆdutyの値が対応付けられる。信号切替ｂｉｔが“１１”の場合は、制御内容として「標準設定」が指定される。また、信号切替えデータの各ビットに、徐励速度の値が対応付けられる。

また、図２（Ｂ）に示すように、ＩＤ２通信フレームには、ダイアグ情報、発電電圧出力、励磁電流出力、Ｆduty出力、電圧制御出力が含まれている。ダイアグ情報は、図示しない異常検出回路によって異常の有無を診断した結果を示すデータである。発電電圧出力は、検出したＢ端子電圧の値である。励磁電流出力は、励磁電流検出回路２０７によって検出された励磁電流値である。Ｆduty出力は、励磁巻線１０２に励磁電流を流すＭＯＳ−ＦＥＴ２０１の駆動デューティの値である。

また、図２（Ｃ）に示すように、ＩＤ３通信フレームには、サプライヤ情報、発電機タイプ、信号切替えデータ、信号切替えｂｉｔが含まれる、信号切替えデータおよび信号切替えｂｉｔは、このＩＤ３通信フレームの送信タイミングの直前にＥＣＵ５から送られてきたＩＤ１通信フレームに含まれていた信号切替えデータおよび信号切替えｂｉｔのそれぞれの値をそのまま格納したものである。

図示しないキースイッチが投入されると、ＥＣＵ５は、車両用発電制御装置２に向けて動作開始信号を送信する。車両用発電制御装置２内の通信制御回路２０９は、ＥＣＵ５から送られてくる動作開始信号を受信すると、電源回路２０５に電源オン信号を送る。これにより、車両用発電制御装置２の各回路に電源が供給され、車両用発電制御装置２が動作を開始する。以後、ＥＣＵ５から所定の通信スケジュールにしたがって送られてくる通信フレームに含まれる各種のデータに基づく発電制御が行われる。

図４は、ＥＣＵ５の通信スケジュールを示すタイミング図である。ＥＣＵ５は、信号切替えｂｉｔを“１１”にセットしたＩＤ１通信フレームを作成して車両用発電制御装置２に向けて送信した後、ＩＤ２通信フレームの受信およびＩＤ３通信フレームの受信を行う（ステップ１００）。

次に、ＥＣＵ５は、信号切替えｂｉｔを“０１”にセットしたＩＤ１通信フレームを作成して車両用発電制御装置２に向けて送信した後、ＩＤ２通信フレームの受信およびＩＤ３通信フレームの受信を行う（ステップ１０１）。

同様に、ＥＣＵ５は、信号切替えｂｉｔを“１０”にセットしたＩＤ１通信フレームを作成して車両用発電制御装置２に向けて送信した後、ＩＤ２通信フレームの受信およびＩＤ３通信フレームの受信を行う（ステップ１０２）。

また、ＥＣＵ５は、信号切替えｂｉｔを“００”にセットしたＩＤ１通信フレームを作成して車両用発電制御装置２に向けて送信した後、ＩＤ２通信フレームの受信およびＩＤ３通信フレームの受信を行う（ステップ１０３）。

このようにして、ＩＤ１通信フレーム送信とＩＤ２通信フレームおよびＩＤ３通信フレームの受信を１セットとした通信サイクルが、ＩＤ１通信フレーム内の信号切替えｂｉｔの内容を変更して繰り返される。

図５は、ＥＣＵ５からＩＤ１通信フレームを受信した車両用発電制御装置２の動作手順を示す流れ図である。通信フレーム処理回路２０４は、ＩＤ１通信フレームを受信したか否かを判定しており（ステップ２００）、受信していない場合には否定判断を行ってこの判定を繰り返す。

ＩＤ１通信フレームを受信した場合にはステップ２００の判定において肯定判断が行われ、次に、通信フレーム処理回路２０４は、ＩＤ１通信フレームに含まれる各種データを読み込むとともに（ステップ２０１）、この読み込んだデータに含まれる信号切替えｂｉｔに基づいて信号切替えデータの内容を解読する（ステップ２０２）。

次に、通信フレーム処理回路２０４は、解読した信号切替えデータの中に３秒以上内容が更新されないものがあるか否かを判定し（ステップ２０３）、更新されないものがある場合には肯定判断を行ってそのデータの内容を所定のデフォルト値に設定する（ステップ２０４）。このようにしてステップ２０１において読み込まれたデータやステップ２０２において解読されたデータは発電電圧・励磁電流制御回路２０６に送られて発電制御のパラメータとして用いられる。

その後、あるいは３秒以上内容が更新されない信号切替データがない場合にはステップ１０３の判定において否定判断が行われた後に、通信フレーム処理回路２０４は、ダイアグ情報、発電電圧、励磁電流、Ｆduty等を取得してＩＤ２通信フレームを作成し（ステップ２０５）、この作成したＩＤ２通信フレームを通信制御回路２０９からＣ端子経由でＥＣＵ５に送信する（ステップ２０６）。また、通信フレーム処理回路２０４は、サプライヤ情報、発電機タイプ、ステップ２０１で読み込んだ信号切替えｂｉｔおよび信号切替えデータを含むＩＤ３通信フレームを作成し（ステップ２０７）、この作成したＩＤ３通信フレームを通信制御回路２０９からＣ端子経由でＥＣＵ５に送信する（ステップ２０８）。ＥＣＵ５は、このＩＤ３通信フレームを受信することで、誤った信号切替えｂｉｔや信号切替えデータが送られていないかどうかを監視することができ、誤った信号が送られたと判定した場合には、次回のＩＤ１通信フレームで正しい信号を送信し直す。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置２では、通信フレーム内に信号切替えデータとともに信号切替えｂｉｔを含ませ、信号切替えｂｉｔに応じて信号切替えデータの内容を切り替えることにより、多くの種類の信号切替えデータを送信することが可能になり、通信遅れの発生を抑えることができる。また、通信フレームの送受信は従来から行われている通信スケジュールを用いることができるため、通信スケジュールが複雑化することもない。さらに、通信速度の必要な発電制御情報を信号切替えデータとして優先的に通信フレームに含ませることにより、必要な通信速度を確保し、多種類の発電制御情報が含まれる高品質な通信が可能となる。

また、ノイズや温度環境の厳しい車両用発電機１では、車両用発電制御装置２が保持している信号切替えデータの内容が外来の電源ノイズなどで変更される場合があるが、このような場合であっても、更新されない信号切替えデータの内容を周期的にデフォルト値に設定することにより、所定期間後にはデフォルト値に基づいた発電制御を行うことができるため、発電低下や過電圧状態が長時間継続することがなく、バッテリ上りによる路上故障などの重大故障になることを防止することができる。

また、車両用発電制御装置２側で受信した信号切替えデータを次回の送信タイミングでＥＣＵ５に向けて送信しており、外来ノイズにより誤った内容の信号切替えデータを車両用発電制御装置２が受信した場合であっても、この誤った内容が次の送信タイミングでＥＣＵ５に送られるため、再度正しい内容の信号切替えデータをＥＣＵ５から送信することができ、異常な発電状態が継続して路上故障に至ることを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図２および図３にＩＤ１通信フレームの内容の具体例を示したが、これらの内容は適宜追加あるいは変更、削除するようにしてもよい。

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。車両用発電制御装置とＥＣＵとの間で送受信される通信フレームの内容を示す図である。ＩＤ１通信フレームに含まれる切替え情報に対応する発電制御情報の内容を示す図である。ＥＣＵの通信スケジュールを示すタイミング図である。ＥＣＵからＩＤ１通信フレームを受信した車両用発電制御装置の動作手順を示す流れ図である。

符号の説明

１車両用発電機
２車両用発電制御装置
３バッテリ
４電気負荷
５ＥＣＵ
２０１ＭＯＳ−ＦＥＴ
２０２環流ダイオード
２０３センス抵抗
２０４通信フレーム処理回路
２０５電源回路
２０６発電電圧・励磁電流制御回路
２０７励磁電流検出回路
２０８回転検出回路
２０９通信制御回路

Claims

車両用発電機の励磁巻線に流れる励磁電流を断続して前記車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置であって、
外部制御装置との間で双方向のシリアル通信を行い、前記外部制御装置から周期的に送られてくる通信フレームを受信する通信制御手段と、
前記通信フレームには、切替え情報と、前記切替え情報の内容毎に異なる内容を対応させた前記発電制御情報とが含まれており、前記通信フレームに含まれる切替え情報に応じて、同じ通信フレームに含まれる前記発電制御情報の内容を解読する通信フレーム処理手段と、
前記通信フレーム処理手段によって解読された前記発電制御情報に基づいて前記車両用発電機の発電制御を行う発電制御手段と、
を備え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、
前記切替え情報に応じて内容が切り替えられる前記発電制御情報は、所定期間新たな内容が前記外部制御装置から指示されない場合に内容がデフォルト値に再設定されることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１または２において、
前記通信制御手段は、受信した切替え情報を、次回の送信タイミングで前記外部制御装置に向けて送信することを特徴とする車両用発電制御装置。