JP4818293B2

JP4818293B2 - 車両用発電制御装置

Info

Publication number: JP4818293B2
Application number: JP2008060390A
Authority: JP
Inventors: 俊也小西
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: US20090230764A1; US8138729B2; JP2009219246A

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状態を制御する車両用発電制御装置に関する。

車両用発電機は、制御端子（バッテリのプラス端子または車両用発電機の出力端子）の電圧を検出し、基準値と比較して、制御端子の電圧が基準値よりも高いときに界磁電流のオン／オフ制御を行うトランジスタをオフに、反対に基準値よりも低いときにこのトランジスタをオンにすることにより、界磁巻線の通電率を制御して、制御端子の電圧を一定値に保持するよう制御している。

電気負荷が投入された場合、まずバッテリから投入された電気負荷分の電流の持ち出しが行われ、それによって低下した電圧分を界磁巻線の通電率を増加させて発電量を増加させることにより、制御端子の電圧が調整電圧となるよう制御する。この制御は瞬時に行われるため、制御端子の電圧はほとんど低下せずにほぼ一定の値に維持される。但し、このとき、車両用発電機の界磁電流を急増させることから、車両用発電機の発電トルクは急増し、それによって、エンジン回転数の落ち込みが発生する。特に、アイドル回転域では、このときのエンジン回転数の落ち込みによりエンジンストールに陥る可能性がある。

このような現象を回避するための従来技術として、界磁電流を増加させる場合に界磁巻線の通電率の増加速度を制限し、車両用発電機の発電トルクの急増を抑制する手法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、この手法は車両用発電機の発電を抑制する機能であるため、トルク変動は抑えられるが、この機能の動作中は発電量が不足して車両用発電機の出力電圧の落ち込みが発生する。
特開平５−３００６６９号公報（第３−５頁、図１−１１）

ところで、特許文献１に開示された従来手法では、電気負荷投入時には界磁巻線の通電率の増加速度制限により出力電圧の落ち込みが発生するため、ヘッドライトを点灯した状態ではヘッドライトの明暗が発生する可能性があるという問題があった。

また、最近では、車載機器としてＥＣＵ（電子制御装置）やＥＰＳ（電動パワーステアリング）等の電圧変化に敏感な電子機器が増加しているため、これらの電子機器の正常な動作を確保するためにも、極端な電圧の落ち込みを抑制しつつ、エンジンストールを防止する必要がある。

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、車両用発電機の出力電圧の落ち込みを抑制するとともにエンジンストール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。

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、車両用発電機の界磁巻線への通電を断続制御して車両用発電機の出力電圧を調整電圧に制御しており、界磁巻線に接続されたスイッチング素子と、車両用発電機の出力電圧が調整電圧よりも低くなったときにスイッチング素子を断続する駆動デューティを増加させるデューティ決定手段と、電気負荷が投入された後であって所定時間経過後にデューティ決定手段によって設定される駆動デューティの増加速度を制限する負荷応答制御を行う負荷応答制御手段とを備え、スイッチング素子における電気負荷投入前の駆動デューティと、電気負荷投入に伴って増加する駆動デューティの増加分あるいはこの増加分が基準値を超えたときにその旨を示す情報とを有する通知を外部制御装置に向けて送信する通信制御手段とを備え、駆動デューティの増加分が基準値を超えた場合には、所定時間経過するまでは負荷応答制御を行わずに発電制御を行う車両用発電制御装置であって、負荷応答制御手段は、外部制御装置が電気負荷投入前の駆動デューティに応じて決定した駆動デューティの初期値及び増加速度を外部制御装置から受信し、駆動デューティの初期値及び増加速度の情報に基づいて負荷応答制御を行っている。

電気負荷投入後所定時間が経過するまでは負荷応答制御を行わずに発電が行われるため、車両用発電機の出力電圧の落ち込みを少なくすることができる。また、所定時間経過後に負荷応答制御を行うことにより、エンジン回転数の大きな落ち込みおよびエンジンストールを防止することができる。すなわち、負荷応答制御の開始時間を所定時間遅らせることにより、車両用発電機の出力電圧の落ち込みの程度とエンジン回転数の落ち込みの程度をともに少なくすることができる。なお、それぞれの落ち込みの程度は、負荷応答制御を開始するまでの時間を可変することで調整することができる。

また、外部制御装置から負荷応答制御の情報を送ることにより、電気負荷の使用状況や車両の走行状況等を考慮した発電制御が可能となる。また、電気負荷投入から所定時間経過前までに、車両用発電制御装置と外部制御装置との間で負荷応答制御に必要な情報を送受信すればよいため、送受信に要する時間に伴う制御遅れを防止することができる。

また、上述した通信制御手段から外部制御装置への通知の送信は、外部制御装置から車両用発電制御装置への情報の送信動作よりも優先して行われることが望ましい。これにより、負荷応答制御に必要な情報を外部制御装置から受信し終わるまでに要する時間を短縮することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用発電制御システムの構成を示す図であり、車両用発電制御装置が内蔵される車両用発電機と、ＥＣＵ（外部制御装置）やバッテリ、電気負荷等との接続状態が示されている。

図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、車両用発電制御装置５、電機子巻線６、界磁巻線７、整流器８を含んで構成されている。この車両用発電機１は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。界磁巻線７は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線７は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線６は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成している。この電機子巻線６は、界磁巻線７の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。電機子巻線６に誘起される交流出力が整流器８に供給される。整流器８は、電機子巻線６の交流出力を全波整流する。整流器８の出力が、車両用発電機１の出力としてＢ端子から外部に取り出され、バッテリ２や電気負荷スイッチ４を介して電気負荷３に供給される。車両用発電機１の出力は、回転子の回転数や界磁巻線７に流れる界磁電流の通電量に応じて変化し、その界磁電流は車両用発電制御装置５によって制御される。

次に、車両用発電制御装置５の詳細について説明する。車両用発電制御装置５は、スイッチング素子５１、環流ダイオード５２、分圧回路５３、電圧制御回路５４、デューティ決定回路５５、ＬＲＣ（負荷応答制御）回路５６、通信制御回路５７を含んで構成されている。デューティ決定回路５５がデューティ決定手段に、ＬＲＣ回路５６が負荷応答制御手段に、通信制御回路５７が通信制御手段にそれぞれ対応する。

スイッチング素子５１は、ゲートがデューティ決定回路５５に接続され、ドレインが車両用発電機１のＢ端子に接続され、ソースが還流ダイオード５２を介してＥ端子（接地端子）に接続されている。また、スイッチング素子５１のソースはＦ端子を介して界磁巻線７に接続されており、スイッチング素子５１がオンされると界磁巻線７に界磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。還流ダイオード５２は、界磁巻線７と並列に接続されており、スイッチング素子５１がオフされたときに、界磁巻線７に流れる界磁電流を還流させる。

分圧回路５３は、２つの抵抗によって構成されており、車両用発電機１の出力電圧（あるいはバッテリ２の端子電圧でもよい）を分圧する（分圧された電圧を「検出電圧Ｖ」とする）。電圧制御回路５４は、検出電圧Ｖと所定の基準電圧とを比較し、検出電圧Ｖが基準電圧よりも低いときにハイレベルの信号を出力し、反対に検出電圧Ｖが基準電圧よりも高いときにローレベルの信号を出力する。

デューティ決定回路５５は、電圧制御回路５４の出力信号に対応して、スイッチング素子５１をオン／オフ制御する駆動デューティ（界磁巻線７の導通率）Ｆdutyを決定する。デューティ決定回路５５は、この駆動デューティＦdutyでスイッチング素子５１を駆動する。

ＬＲＣ回路５６は、電気負荷投入に応じてデューティ決定回路５５の駆動デューティＦdutyが増加したときにその増加分ΔＦd を算出し、この増加分ΔＦd が基準値を超える場合にはその旨の情報をＥＣＵ９に送り、負荷応答制御に必要な情報をＥＣＵ９から受信し、デューティ決定回路５５の駆動デューティＦdutyを変更して負荷応答制御を行う。

通信制御回路５７は、Ｃ端子（通信端子）および信号線を介して接続されているＥＣＵ９との間で各種情報の送受信を行う。各種情報の送受信は、ノイズの影響を抑えるためにはデジタル通信で行うことが望ましい。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に車両用発電機１とＥＣＵ９とが含まれる車両用発電制御システムの動作を説明する。図２は、電気負荷３の投入に対応して車両用発電制御装置５において行われる発電制御の動作手順を示す流れ図である。

車両用発電制御装置５内のＬＲＣ回路５６は、デューティ決定回路５５によって決定される電気負荷投入後の駆動デューティＦdutyを取り込み、電気負荷投入によって増加して駆動デューティＦdutyの増加分ΔＦd を算出し（ステップ１００）、この増加分ΔＦd が基準値を超えたか否かを判定する（ステップ１０１）。超えていない場合には否定判断が行われ、ステップ１００の動作が繰り返される。

また、増加分ΔＦd が基準値を超えている場合にはステップ１０１の判定で肯定判断が行われ、次に、ＬＲＣ回路５６は、その旨を示す通知として、電気負荷３が投入される直前の駆動デューティＦ0duty と、駆動デューティＦdutyが基準値を超えて増加することを知らせるための増加フラグとを通信制御回路５７からＥＣＵ９に向けて送信する（ステップ１０２）。ＥＣＵ９は、車両用発電制御装置５において負荷応答制御を行うために必要な駆動デューティＦdutyの増加速度（ｄＦ／ｄｔ）と駆動デューティＦdutyの初期値Ｆsduty （例えば、Ｆsduty ＝Ｆ0duty ）とを決定し、車両用発電制御装置５に向けて送信する。なお、この通知をＥＣＵ９に送信する処理は、ＥＣＵ９から車両用発電制御装置５への情報（各種制御信号）の送信動作よりも優先して行われる。なお、車両用発電制御装置５からＥＣＵ９に向けて送信する通知としては、Ｆ0duty と増加フラグの代わりにΔＦd を送るようにしてもよい。

ＬＲＣ回路５６は、ＥＣＵ９から送り返されてくる初期値Ｆsduty と増加速度（ｄＦ／ｄｔ）を受信後（ステップ１０３）、電気負荷投入に応じて駆動デューティＦdutyが増加してから時間ｔ０が経過したか否かを判定する（ステップ１０４）。時間ｔ０が経過していない場合には否定判断が行われ、この判定が繰り返される。なお、電気負荷投入に応じて増加した駆動デューティＦdutyを制限する制御は行われず、上限値（例えば１００％）の駆動デューティＦdutyでスイッチング素子５１が駆動される。

また、時間ｔ０が経過した場合にはステップ１０４の判定において肯定判断が行われ、次に、ＬＲＣ回路５６は、ＥＣＵ９から送られてきた初期値Ｆsduty と増加速度（ｄＦ／ｄｔ）に基づいて、デューティ決定回路５５の駆動デューティＦdutyを制御する（ステップ１０５）。この制御は、駆動デューティＦdutyが上限値に達するまで、あるいは、車両用発電機の出力電圧ＶＢが調整電圧Ｖreg に達するまで行われる（ステップ１０６）。

図３は、電気負荷投入に応じた負荷応答制御動作時の信号波形を示す図である。図３において、Ｎｅはエンジン回転数を示している。図３に示すように、電気負荷３が投入された後も時間ｔ０が経過するまでは負荷応答制御は行われず、上限値（例えば１００％）の駆動デューティＦdutyでスイッチング素子５１が駆動される。また、時間ｔ０が経過した後は、ＥＣＵ９から送られてくる情報（Ｆsduty 、ｄＦ／ｄｔ）に基づいて負荷応答制御が行われ、徐々に増加する駆動デューティＦdutyでスイッチング素子５１が駆動される。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置５では、電気負荷投入後所定時間ｔ０が経過するまでは負荷応答制御を行わずに発電制御を行うため、車両用発電機１の出力電圧の落ち込みを少なくすることができる。また、所定時間ｔ０経過後に負荷応答制御を行うことにより、エンジン回転数の大きな落ち込みおよびエンジンストールを防止することができる。すなわち、負荷応答制御の開始時間を所定時間ｔ０遅らせることにより、車両用発電機１の出力電圧の落ち込みの程度とエンジン回転数の落ち込みの程度をともに少なくすることができる。なお、それぞれの落ち込みの程度は、負荷応答制御を開始するまでの時間を可変することで調整することができる。

また、ＥＣＵ９から負荷応答制御の情報（Ｆsduty 、ｄＦ／ｄｔ）を送ることにより、電気負荷３の使用状況や車両の走行状況等を考慮した発電制御が可能となる。また、電気負荷投入から所定時間ｔ０経過前までに、車両用発電制御装置５とＥＣＵ９との間で負荷応答制御に必要な情報を送受信すればよいため、送受信に要する時間に伴う制御遅れを防止することができる。

また、車両用発電制御装置５からＥＣＵ９に通知を送信する処理（図２のステップ１０２の動作）は、ＥＣＵ９から車両用発電制御装置５への情報（各種制御信号）の送信動作よりも優先して行われるため、負荷応答制御に必要な情報を車両用発電制御装置５がＥＣＵ９から受信し終わるまでに要する時間を短縮することができる。

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種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、電気負荷投入してから時間ｔ０が経過した後に、ＥＣＵ９から送られてくる情報（Ｆsduty 、ｄＦ／ｄｔ）に基づいて負荷応答制御を行うようにしたが、これらの受信情報を車両用発電制御装置５自身で決定し、ＥＣＵ９と連携することなく車両用発電制御装置５のみで負荷応答制御を実施するようにしてもよい。

一実施形態の車両用発電制御システムの構成を示す図である。電気負荷の投入に対応して車両用発電制御装置において行われる発電制御の動作手順を示す流れ図である。電気負荷投入に応じた負荷応答制御動作時の信号波形を示す図である。

符号の説明

１車両用発電機
２バッテリ
３電気負荷
５車両用発電制御装置
６電機子巻線
７界磁巻線
８整流器
９ＥＣＵ
５１スイッチング素子
５２環流ダイオード
５３分圧回路
５４電圧制御回路
５５デューティ決定回路
５６ＬＲＣ回路
５７通信制御回路

Claims

車両用発電機の界磁巻線への通電を断続制御して前記車両用発電機の出力電圧を調整電圧に制御する車両用発電制御装置において、
前記界磁巻線に接続されたスイッチング素子と、
前記車両用発電機の出力電圧が前記調整電圧よりも低くなったときに前記スイッチング素子を断続する駆動デューティを増加させるデューティ決定手段と、
電気負荷が投入された後であって所定時間経過後に前記デューティ決定手段によって設定される前記駆動デューティの増加速度を制限する負荷応答制御を行う負荷応答制御手段と、
前記スイッチング素子における電気負荷投入前の駆動デューティと、電気負荷投入に伴って増加する前記駆動デューティの増加分あるいはこの増加分が基準値を超えたときにその旨を示す情報とを有する通知を外部制御装置に向けて送信する通信制御手段と、
を備え、前記駆動デューティの増加分が基準値を超えた場合には、前記所定時間経過するまでは前記負荷応答制御を行わずに発電制御を行う車両用発電制御装置であって、
前記負荷応答制御手段は、前記外部制御装置が前記電気負荷投入前の駆動デューティに応じて決定した駆動デューティの初期値及び増加速度を前記外部制御装置から受信し、前記駆動デューティの初期値及び増加速度の情報に基づいて負荷応答制御を行う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、
前記通信制御手段から前記外部制御装置への前記通知の送信は、前記外部制御装置から車両用発電制御装置への情報の送信動作よりも優先して行われることを特徴とする車両用発電制御装置。