JP4770468B2

JP4770468B2 - 車両用発電機の制御装置

Info

Publication number: JP4770468B2
Application number: JP2006004174A
Authority: JP
Inventors: 鉄也西里
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP2007189788A

Description

本発明は、車両用発電機の出力電圧を制御して減速時のエネルギー回収を効率良く行う技術に関する。

エンジンより駆動される車両用発電機は、バッテリ及び車両用電気負荷に電力を供給すると共に、車両の減速時にはエネルギーを回収してバッテリを充電する。ここで、減速移行時のエネルギー回収に伴う過度な減速度によって生じる減速ショックが問題となる。

上記減速時のエネルギー回収技術に関連して、例えば、特許文献１には、減速による燃料カット運転時に車両の実減速度が目標減速度になるように発電機の発電量を制御する技術が記載されている。
特開２００４−１２０８７７号公報

しかしながら、上記特許文献１では必ずしも減速移行時の減速ショックを改善することはできない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、減速移行時の減速ショックを緩和すると共に、減速時のエネルギー回収を効率良く行い、燃費の改善を図ることができる技術を実現することである。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る第１の形態は、エンジンにより駆動されてバッテリ及び車両用電気負荷に電力を供給する発電機と、車両の減速状態を検出する減速状態検出手段と、前記発電機の出力電圧を、減速時には前記バッテリへの充電を促進する第１電圧に制御し、非減速時には前記第１電圧よりも低い第２電圧に制御する電圧制御手段と、を備えた車両用発電機の制御装置であって、前記バッテリの充電電流に影響を及ぼすバッテリの状態に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、前記車両用電気負荷が消費する消費電流を検出する消費電流検出手段と、車両の運転状態が非減速から減速に移行すると、検出されたパラメータ値及び消費電流から前記発電機の出力電圧を第１電圧に制御したときの当該発電機の出力電流を推定し、この推定された出力電流から車両の減速度を算出する減速度算出手段と、少なくとも車両速度に応じて減速度の上限制限値を設定する減速度設定手段と、を有し、前記電圧制御手段は、算出された減速度が前記上限制限値を超えているときには当該上限制限値に収まるように、前記発電機の出力電圧を前記第１電圧よりも低下させる。

この形態によれば、減速時に発電機の出力電圧を高くして減速エネルギーを回収する場合に、発電機の発電量に影響を及ぼすバッテリの状態（残容量や温度等）を考慮して出力電圧を高くしたときの減速度の推定を精度良く行い、この推定された減速度が上限制限値を超えると予想されるときには推定減速度が上限制限値に収まるように発電機の出力電圧を制御する。これにより、過度な減速度を抑制して減速ショックを緩和すると共に、減速時のエネルギー回収を効率良く行い、燃費の改善を図ることができる。

また、第２の形態では、前記減速度設定手段は、前記車両速度と路面勾配に応じて減速度の上限制限値を設定する。この形態によれば、減速度に影響を及ぼす路面勾配（上り勾配や下り勾配）を考慮して減速度上限制限値を決定するので、車両の走行状況に合わせて確実に過度な減速度を抑制し、減速ショックを緩和することができる。

本発明によれば、減速移行時の減速ショックを緩和すると共に、減速時のエネルギー回収を効率良く行い、燃費の改善を図ることができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。

［ブロック構成］
図１は本発明に係る実施形態の車両用発電機の制御装置を実現するブロック図である。

図１に示すように、本実施形態では、エンジン制御を実行するコントロールユニット（Electronic Control Unit；以下、「ＥＣＵ」という）１０が、図２に示す発電機の出力電圧の制御を実行する。尚、本実施形態の車両としては、レシプロエンジンやロータリエンジンを搭載する車両、ハイブリッド自動車や燃料電池車両、その他の電気自動車等の発電機及びバッテリを搭載する各種の車両に適用可能である。また、本実施形態の発電機の制御装置は、車両以外の他の用途の発電機にも適用できる。

本実施形態の車両には、発電機１及びバッテリ２に加えて、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ３、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ４、車速を検出する車速センサ５、バッテリ２の（壁面）温度を検出するバッテリ温度センサ６、路面勾配を検出する路面勾配センサ７が設けられている。

ＥＣＵ１０は、発電機１及びバッテリ２に電気的に接続されている。発電機１はエンジンにより駆動されて発電し、車両用電気負荷やバッテリ２に電力を供給する。車両用電気負荷としては、例えば、ランプ類、カーナビゲーション等の電子機器、エアコン機器その他の車両用電装品が挙げられる。

ＥＣＵ１０には、上記クランク角センサ３からのクランク角検出信号、スロットル開度センサ４からのスロットル開度検出信号、車速センサ５からの車速検出信号、バッテリ温度検出センサ６からのバッテリ温度検出信号、路面勾配センサ７からの路面勾配検出信号が夫々入力される。

そして、ＥＣＵ１０は、上記クランク角検出信号からエンジン回転速度Ｎ、上記スロットル開度検出信号からスロットル開度（アクセル開度）Ａ、上記車速検出信号から車速Ｓｐ、上記バッテリ温度検出信号からバッテリ温度Ｔｂ、上記路面勾配検出信号から路面勾配Ｓｉを演算すると共に、バッテリ充放電電流値Ｉｂ、バッテリ電圧値Ｖｂ及びバッテリ残容量Ｃを検出する。

更に、ＥＣＵ１０は、図２でも述べるように、バッテリ温度Ｔｂ及びバッテリ残容量Ｃからバッテリ充電電流値Ｉｂ１、エンジン回転速度Ｎから発電機回転速度、発電機回転速度とバッテリ電圧値Ｖｂから発電機１の出力電流Ｉａ、バッテリ充放電電流値Ｉｂと発電機出力電流Ｉａから車両用電気負荷の消費電流Ｉｅ、基準電圧での発電機出力電流Ｉａ１、発電機出力電流Ｉａ１と車速Ｓｐと路面勾配Ｓｉとから車両減速度Ｇａ、車速Ｓｐと路面勾配Ｓｉから減速度上限値Ｇｂを夫々演算し、これらの演算結果に基づいて発電機１の出力電圧の制御（以下、発電機制御とも言う。）を実行する。

ＥＣＵ１０は、上記各検出信号を用いた演算処理を行うＣＰＵ，図２で後述する発電機制御を実行するプログラムを格納するＲＯＭ，演算結果等を保持するＲＡＭ等を有し、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することで、エンジン制御や図２で後述する発電機制御を実現する。

［発電機制御］
図２は本実施形態の発電機制御を示すフローチャートである。

本実施形態の発電機制御は、ＥＣＵ１０が図１に示す減速度算出部１１、減速度設定部１２、消費電流検出部１３、減速状態検出部１４、電圧制御部１５、パラメータ値検出部１６として図２のフローに示す各機能を実行することで実現される。尚、発電機１の出力電圧は、発電機１のフィールドコイル電流を制御することで変更可能であり、このフィールドコイル電流を増加すると出力電圧は上昇する。

図２において、ＥＣＵ１０はパラメータ値検出部１６として、上記クランク角検出信号からエンジン回転速度Ｎ、上記スロットル開度検出信号からスロットル開度（アクセル開度）Ａ、上記車速検出信号から車速Ｓｐ、上記バッテリ温度検出信号からバッテリ温度Ｔｂ、上記路面勾配検出信号から路面勾配Ｓｉを演算すると共に、バッテリ充放電電流値Ｉｂ、バッテリ電圧値Ｖｂ及びバッテリ残容量Ｃを検出する（Ｓ１）。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１で演算された車速Ｓｐが所定車速（例えば、３０ｋｍ／ｈ）以上であるか判定する（Ｓ２）。そして、車速Ｓｐが所定車速以上ならば、ＥＣＵ１０は減速状態検出部１４として、スロットル開度Ａが全閉状態であるか判定する（Ｓ３）。

上記Ｓ３でスロットル開度Ａが全閉状態ならば減速状態であるため、ＥＣＵ１０は、発電機１の出力電圧をバッテリ２への充電を促進する第１電圧に制御したときのバッテリ充電電流Ｉｂ１をバッテリ残容量Ｃ及びバッテリ温度Ｔｂから推定演算する（Ｓ４）。ここで、バッテリ充電電流Ｉｂ１は、バッテリ温度Ｔｂが高いほど及びバッテリ残容量Ｃが少ないほど、バッテリ充電電流Ｉｂ１が高くなるようなマップＭ１を予め実験等で算出しておき、このマップＭ１に基づいて算出される。マップＭ１はバッテリ温度Ｔｂ及びバッテリ残量量Ｃとバッテリ充電電流Ｉｂ１との関係を示している。

次に、ＥＣＵ１０は消費電流検出部１３として、発電機回転速度とバッテリ電圧Ｖｂとに基づき発電機出力電流Ｉａを算出すると共に、その時点でのバッテリ充放電電流Ｉｂと算出された発電機出力電流Ｉａとから車両用電気負荷の消費電流Ｉｅを算出する（Ｓ５）。ここで、発電機回転速度はエンジン回転数Ｎ×プーリ比により算出される。また、車両用電気負荷の消費電流Ｉｅは、Ｉｅ＝Ｉａ−Ｉｂにより算出される。

次に、ＥＣＵ１０は、発電機１の出力電圧を第１電圧に制御したときの発電機出力電流Ｉａ１をバッテリ充電電流Ｉｂ１と車両用電気負荷の消費電流Ｉｅとに基づき推定演算する（Ｓ６）。ここで、発電機出力電流Ｉａ１は、Ｉａ１＝Ｉｂ１＋Ｉｅにより算出される。

次に、ＥＣＵ１０は減速度算出部１１として、発電機出力電流Ｉａ１と車速Ｓｐと路面勾配Ｓｉとに基づき車両減速度Ｇａを算出する（Ｓ７）。

次に、ＥＣＵ１０は減速度設定部１２として、車速Ｓｐと路面勾配Ｓｉとに基づき減速度Ｇａの上限制限値Ｇｂを算出する（Ｓ８）。ここで、減速度上限制限値Ｇｂは、車速Ｓｐが速いほど及び路面勾配Ｓｉが上り勾配であるほど、減速度上限制限値Ｇｂが高くなるようなマップＭ２を予め実験等で算出しておき、このマップＭ２に基づいて算出される。マップＭ２は車速Ｓｐ及び路面勾配Ｓｉと減速度上限制限値Ｇｂとの関係を示している。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ７で算出された減速度ＧａがＳ８で設定された減速度上限制限値Ｇｂより大きいか判定する（Ｓ９）。そして、減速度Ｇａが減速度上限制限値Ｇｂより大きいならば、ＥＣＵ１０は電圧制御部１５として、発電機１の出力電圧を第１電圧（１４Ｖ）より低下するように制御する（Ｓ１０）。即ち、Ｇａ−Ｇｂの差分ほどの減速度が緩和されるように発電機１の出力電圧を低下させる。

また、ＥＣＵ１０は、減速度Ｇａが減速度上限制限値Ｇｂ以下ならば、ＥＣＵ１０は電圧制御部１５として、発電機１の出力電圧を第１電圧（１４Ｖ）になるように制御する（Ｓ１１）。

一方、上記Ｓ２で車速Ｓｐが所定車速に満たない場合、上記Ｓ３でスロットル開度Ａが全閉状態ではない非減速状態の場合には、ＥＣＵ１０は電圧制御部１５として、発電機１の出力電圧を第１電圧より低い第２電圧（１２．５Ｖ）になるように制御する（Ｓ１２）。

［効果の説明］
上記実施形態によれば、減速時（Ｓ３→Ｓ１１）は非減速時（Ｓ３→Ｓ１２）に比べて発電機１の出力電圧を第１電圧（１４Ｖ）まで高くして減速エネルギーを回収（バッテリを充電）する場合に、発電機１の発電量に影響を及ぼすバッテリ残容量Ｃや温度Ｔｂを考慮して発電機１の出力電圧を第２電圧（１２．５Ｖ）から第１電圧（１４Ｖ）まで高くしたときの減速度Ｇａを推定演算し、この推定減速度Ｇａが上限制限値Ｇｂを超えると予想されるときには推定減速度Ｇａが上限制限値Ｇｂに収まるように（Ｇａ−Ｇｂの差分ほどの減速度が緩和されるように）発電機１の出力電圧を第１電圧よりも低下させる（Ｓ９，Ｓ１０）。これにより、過度な減速度を抑制して減速ショックを緩和すると共に、減速時のエネルギー回収を効率良く行い、燃費の改善を図ることができる。

また、減速度Ｇａに影響を及ぼす路面勾配Ｓｉを考慮して減速度上限制限値Ｇｂを決定するので、車両の走行状況に合わせて確実に過度な減速度を抑制し、減速ショックを緩和することができる。

本発明に係る実施形態の車両用発電機の制御装置を実現するブロック図である。本実施形態の発電機制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１発電機
２バッテリ
３クランク角センサ
４スロットル開度センサ
５車速センサ
６バッテリ温度センサ
７路面勾配センサ
１０ＥＣＵ
１１減速度算出部
１２減速度設定部
１３消費電流検出部
１４減速状態検出部
１５電圧制御部
１６パラメータ値検出部

Claims

エンジンにより駆動されてバッテリ及び車両用電気負荷に電力を供給する発電機と、車両の減速状態を検出する減速状態検出手段と、前記発電機の出力電圧を、減速時には前記バッテリへの充電を促進する第１電圧に制御し、非減速時には前記第１電圧よりも低い第２電圧に制御する電圧制御手段と、を備えた車両用発電機の制御装置であって、
前記バッテリの充電電流に影響を及ぼすバッテリの状態に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、
前記車両用電気負荷が消費する消費電流を検出する消費電流検出手段と、
車両の運転状態が非減速から減速に移行すると、検出されたパラメータ値及び消費電流から前記発電機の出力電圧を第１電圧に制御したときの当該発電機の出力電流を推定し、この推定された出力電流から車両の減速度を算出する減速度算出手段と、
少なくとも車両速度に応じて減速度の上限制限値を設定する減速度設定手段と、を有し、
前記電圧制御手段は、算出された減速度が前記上限制限値を超えているときには当該上限制限値に収まるように、前記発電機の出力電圧を前記第１電圧よりも低下させることを特徴とする車両用発電機の制御装置。
前記減速度設定手段は、前記車両速度と路面勾配に応じて減速度の上限制限値を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御装置。