JP4893434B2 - 車両用発電機制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の内燃機関によって回転駆動される発電機の発電電圧を制御する車両用発電機制御システムに関する。

従来の車両用発電機の制御システムとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載された車両用発電機の制御システムは、発電機に、車両の内燃機関の動作状態に適合した発電を行なわせるべく、エンジンＥＣＵが、エンジン負荷状態に応じた発電機の目標発電電圧を、デューティ比によって指示するパルス信号を出力する。発電制御装置は、そのエンジンＥＣＵからのハルス信号に応じて、発電機の基準電圧（通常１４．４Ｖ一定）を、低電圧側（例えば０Ｖ）から高電圧側（例えば１６Ｖ）まで可変するようにしている。
特開平５−２６８７３３号公報

ただし、特許文献１に記載の制御システムのように、エンジンＥＣＵが、発電機の目標発電電圧を指示する構成であると、例えば、エンジン始動時などにおいて、発電機における発電のために必要な発電トルクを抑制する必要が生じた場合に、その調整を直接的に行なうことが困難になる。

そこで、例えばエンジンＥＣＵが、内燃機関の運転状態に応じて、発電制御装置（電圧調整器）に対して、発電機の界磁巻線に接続されたスイッチング素子をデューティ駆動する際の駆動デューティ比を示す指示信号を出力して、発電機における発電トルクを直接調整可能に構成することが考えられる。

しかしながら、このように構成すると、車両における電気負荷が変動した場合に、駆動デューティ比が一定であっても、バッテリの充電電圧が過充電状態となったり、充電不足状態となったりするおそれが生じる。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、電圧調整器に対して、発電機の界磁電流を制御するためのスイッチング素子の駆動デューティ比に関する指示が与えられる場合であっても、発電機の発電電圧を適切な範囲に制御することが可能な車両用発電機制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の車両用発電機制御システムは、
電気子巻線及び界磁巻線を備え、車両の内燃機関によって回転駆動される発電機の発電電圧を制御するものであって、
界磁巻線に接続されたスイッチング素子をデューティ駆動することにより、界磁巻線に流れる界磁電流を制御して、発電機の出力電圧を調整する電圧調整器と、
電圧調整器に対して、車両の内燃機関の運転状態に応じて、スイッチング素子をデューティ駆動する際の駆動デューティ比を示す指示信号を出力する指示信号出力手段とを有し、
電圧調整器は、
指示信号に基づいて、スイッチング素子を駆動するための第１のデューティ信号を生成する第１の生成手段と、
第１のデューティ信号におけるデューティ比が増加傾向を示す場合に発電機によって充電されるバッテリの充電電圧の上限電圧を、発電機の目標発電電圧に設定し、減少傾向を示す場合にバッテリの充電電圧の下限電圧を目標発電電圧に設定するとともに、バッテリの実際の充電電圧と上限電圧又は下限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成する第２の生成手段と、
バッテリの実際の充電電圧と上限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号とで、デューティ比の低い方の信号に基づいて、スイッチング素子を駆動する最終的な駆動デューティ信号を生成し、バッテリの実際の充電電圧と下限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号とで、デューティ比の高い方の信号に基づいて、駆動デューティ信号を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする。

上述した構成によれば、第２の生成手段において、第１のデューティ信号のデューティ比が増加傾向を示す場合には、発電機によって充電されるバッテリの充電電圧の上限電圧が目標発電電圧に設定され、減少傾向を示す場合には、バッテリの充電電圧の下限電圧が目標発電電圧に設定される。指示信号に基づく第１のデューティ信号のデューティ比が増加する場合、発電機の発電電圧がバッテリの適正電圧範囲を超える可能性が高くなり、逆に、デューティ比が減少する場合には、発電機の発電電圧がバッテリの適正電圧範囲を下回る可能性が高くなるためである。

そして、上限電圧が目標発電電圧に設定された場合には、指示信号に基づく第１のデューティ信号と、その上限電圧とバッテリ電圧との差に応じた第２のデューティ信号の内、デューティ比の低い方の信号に基づいて、最終的な駆動デューティ信号を生成する。このため、第１のデューティ信号のデューティ比では、発電機の発電電圧がバッテリの適正電圧範囲を上回ってしまう場合、それよりも低いデューティ比を有する第２のデューティ信号に基づいて最終的な駆動デューティ信号が生成されることになる。このため、発電機の発電電圧が、バッテリの適正電圧範囲を超えることを抑制することができる。また、第１のデューティ信号のデューティ比では、発電機の発電電圧がバッテリの適正電圧範囲を下回ってしまう場合、それよりも高いデューティ比を有する第２のデューティ信号に基づいて最終的な駆動デューティ信号が生成される。従って、発電機の発電電圧が、バッテリの適正電圧範囲を下回ることを抑制することができる。以上のようにして、電圧調整器に対して、単に、スイッチング素子の駆動デューティ比を示す指示信号を与えるだけであっても、電圧調整器は、バッテリの適正電圧範囲を外れないように発電機の発電電圧を調整することが可能になる。

また、請求項２に記載の車両用発電機制御システムは、
電気子巻線及び界磁巻線を備え、車両の内燃機関によって回転駆動される発電機の発電電圧を制御する車両用発電機制御システムであって、
界磁巻線に接続されたスイッチング素子をデューティ駆動することにより、界磁巻線に流れる界磁電流を制御して、発電機の出力電圧を調整する電圧調整器と、
電圧調整器に対して、車両の内燃機関の運転状態に応じて、スイッチング素子をデューティ駆動する際の駆動デューティ比を示す指示信号を出力する指示信号出力手段とを有し、
電圧調整器は、
指示信号に基づいて、スイッチング素子を駆動するための第１のデューティ信号を生成する第１の生成手段と、
発電機によって充電されるバッテリの充電電圧を所定の基準電圧と比較して、バッテリの充電電圧が所定の基準電圧よりも高い場合にバッテリの充電電圧の上限電圧を、発電機の目標発電電圧に設定し、低い場合にバッテリの充電電圧の下限電圧を目標発電電圧に設定するとともに、バッテリの実際の充電電圧と上限電圧又は下限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成する第２の生成手段と、
バッテリの実際の充電電圧と上限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号とで、デューティ比の低い方の信号に基づいて、スイッチング素子を駆動する最終的な駆動デューティ信号を生成し、バッテリの実際の充電電圧と前記下限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号とで、デューティ比の高い方の信号に基づいて、駆動デューティ信号を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする。

請求項２による車両用発電機制御システムは、上限電圧と下限電圧とのいずれか一方を目標発電電圧に設定する条件のみが、請求項１の車両用発電機制御システムと異なり、その他の構成は、請求項１の車両用発電機制御システムと同様である。このため、請求項２の車両用発電機制御システムによっても、電圧調整器に対して駆動デューティ比を示す指示信号を与えるだけであっても、電圧調整器は、バッテリの適正電圧範囲を外れないように発電機の発電電圧を調整することが可能になる。

請求項２の車両用発電機制御システムでは、バッテリの充電電圧を所定の基準電圧と比較して、バッテリの充電電圧が所定の基準電圧よりも高い場合には上限電圧を目標発電電圧に設定し、低い場合には下限電圧を目標発電電圧に設定する。バッテリ電圧が基準電圧よりも高い場合、発電機の発電電圧がバッテリの適正電圧を超える可能性が高くなり、逆に、バッテリ電圧が基準電圧よりも低い場合、発電機の発電電圧がバッテリの適正電圧を下回る可能性が高くなるためである。

請求項３に記載したように、指示信号は、Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号との組み合わせからなるものであり、第１の生成手段は、Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が所定の周期範囲に収まる場合に、その周期においてＨｉレベル信号の占める時間比率に基づいて、第１のデューティ信号を生成することが好ましい。これにより、電圧調整器に対して、簡便かつ明瞭に駆動デューティ比を示す指示信号を与えることをできる。

請求項４に記載したように、指示信号におけるＨｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が所定周期範囲外であって、当該周期範囲よりも短い場合、第２の生成手段は、バッテリの充電電圧の上限電圧を目標発電電圧に設定して、バッテリの実際の充電電圧と上限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成することにより、駆動デューティ信号のデューティ比を第２のデューティ信号のデューティ比に基づいて設定することが好ましい。このようにすると、スイッチング素子の駆動デューティ比を指示する指示信号を用いて、実質的に、バッテリの充電電圧の上限電圧を目標電圧として、発電機に発電を行なわせるように、電圧調整器に対して指示することができる。

請求項５に記載したように、指示信号におけるＨｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が所定周期範囲外であって、当該周期範囲よりも長い場合、第２の生成手段は、指示信号がＨｉレベル信号であるとき、バッテリの充電電圧の上限電圧を目標発電電圧に設定して、バッテリの実際の充電電圧と上限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成し、指示信号がＬｏレベル信号であるとき、バッテリの充電電圧の下限電圧を目標発電電圧に設定して、バッテリの実際の充電電圧と下限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成して、駆動デューティ信号のデューティ比を第２のデューティ信号のデューティ比に基づいて設定することが好ましい。

このようにすると、スイッチング素子の駆動デューティ比を指示する指示信号を用いて、バッテリの充電電圧の上限電圧ばかりでなく、下限電圧をも目標電圧として、発電機に発電を行なわせるように、電圧調整器に対して指示することができるようになる。

請求項６に記載したように、第２のデューティ信号のデューティ比の変化速度に対して、予め制限が設けられることが好ましい。これにより、発電機の発電電圧の変化速度を、適切な速度に抑えることができる。

また、請求項７に記載したように、電圧調整器は、駆動デューティ信号の周期、指示信号の所定の周期範囲、及び指示信号から第１のデューティ信号を生成する際の分解能についての情報を保持するとともに、その保持する情報を変更可能な情報保持手段を備えることが好ましい。これにより、発電機の発電制御に関して、その制御内容を容易に調整・変更することができる。

以下、本発明を実施形態による車両用発電機制御システムについて、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、本実施形態による車両用発電機制御システムの概略的な構成を示す構成図である。車両用発電機制御システムは、車両に搭載された交流発電機（オルタネータ）の発電電圧を、バッテリの過充電や充電不足が生じない適正範囲（例えば１２Ｖ〜１５Ｖ）に制御するものであり、主に、電圧調整器としてのレギュレータ１００と、当該レギュレータ１００に対して、後述するスイッチング素子５０，５４の駆動に関する指示を与えるエンジン制御ＥＣＵとからなる。

オルタネータは、公知のように、固定子であるステータに含まれる３相のステータコイル（電気子巻線）と、このステータコイルの３相出力を全波整流して、車両に搭載された電気機器やバッテリに出力するための整流器と、回転子であるロータに含まれるロータ巻線（界磁巻線）６０を有している。

レギュレータ１００は、オルタネータのロータ巻線６０に接続されたスイッチング素子５０，５４を備え、これらのスイッチング素子５０，５４をデューティ制御によってオンオフ駆動する。これにより、ロータ巻線６０の通電電流が制御され、その結果、オルタネータの発電電圧が制御される。

スイッチング素子５０，５４は、発電制御回路４０から出力される駆動デューティ信号によって駆動される。そして、スイッチング素子５０，５４のいずれか一方がオンしたときには他方がオフするように、発電制御回路４０とスイッチング素子５４のゲート端子との間には、インバータ素子５２が設けられている。

レギュレータ１００は、図示しない車両のエンジンの運転状態を制御するエンジン制御ＥＣＵから、スイッチング素子５０，５４をデューティ駆動する際のデューティ比や、オルタネータの目標発電電圧を指示する指示信号を受信する。すなわち、エンジン制御ＥＣＵが、本発明における指示信号出力手段に相当する。なお、エンジン制御ＥＣＵは、エンジンの運転状態（エンジン回転数、エンジン水温など）に応じて、例えばオルタネータにおける発電動作のための発電トルクによってエンジンストールなどが生じないようにデューティ比を指示したり、また減速時に発電量の増加を図るべく目標発電電圧を指示したりする。

このエンジン制御ＥＣＵは、指示信号として、Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号とが周期的に繰り返される信号を出力する。本実施形態では、エンジン制御ＥＣＵから出力される指示信号において、Ｌｏレベル信号→Ｈｉレベル信号→Ｌｏレベル信号（もしくはＨｉレベル信号→Ｌｏレベル信号→Ｈｉレベル信号）に切り替えられるまでの切替周期が所定周期範囲に収まる場合、その周期においてＨｉレベル信号の占める時間比率を、そのままデューティ比の指示値として扱う。

また、指示信号におけるＨｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が所定周期範囲よりも短い場合には、オルタネータに対して、バッテリ充電電圧の上限電圧（例えば１５Ｖ）を目標として発電動作させるための、発電電圧の目標値を指示するものとして扱う。

さらに、指示信号におけるＨｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が所定周期範囲よりも長い場合、すなわち、所定周期範囲内では信号のレベルが上述した変化を示さない場合であって、指示信号がＨｉレベル信号であるとき、オルタネータを、バッテリの充電電圧の上限電圧を目標として発電動作させるべく、発電電圧の目標値を上限電圧とすることを指示するものとして扱う。一方、所定周期範囲内では信号のレベルが変化しない場合であって、指示信号がＬｏレベル信号であるときには、オルタネータを、バッテリの充電電圧の下限電圧（例えば１２Ｖ）を目標として発電動作させるべく、発電電圧の目標値を下限電圧とすることを指示するものとして扱う。

このようにすることで、エンジン制御ＥＣＵは、その指示信号によって、スイッチング素子５０，５４の駆動デューティ比を直接レギュレータ１００に指示することができることに加え、バッテリの充電電圧の上限電圧や下限電圧を目標電圧として、オルタネータに発電を行なわせるように、レギュレータ１００に対して指示することができるようになる。

レギュレータ１００は、エンジン制御ＥＣＵから出力された指示信号を受信して、二値化する二値化回路１０、及び二値化された指示信号に対してフィルタ処理を施して、指示信号に重畳したノイズを除去するフィルタ回路２０を備える。フィルタ回路２０によってフィルタ処理が行なわれた指示信号は、信号処理回路３０に出力される。

信号処理回路３０の構成について、図２の構成図を用いて説明する。信号処理回路３０は、まず、指示信号におけるＨｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期を検出する周期検出部３１を備える。この周期検出部３１は、例えば指示信号において、Ｈｉレベル信号からＬｏレベル信号への切替（立下りエッジ）もしくはＬｏレベル信号からＨｉレベル信号への切替（立上りエッジ）を検出するエッジ検出回路と、このエッジ検出回路によって検出される２つの立下りエッジ間（もしくは立ち上がりエッジ間）の時間間隔を測定する測定回路とによって構成される。

また、信号処理回路３０は、Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期におけるＨｉレベル信号の占める時間比率から、デューティ比を算出するデューティ比検出部３２を備える。このデューティ比検出部３２は、例えば、指示信号がＨｉレベル信号となっている経過時間（Ｈｉレベル時間）を計測するＨｉレベル時間計測回路と、周期検出部３１から取得した切替周期に対する、Ｈｉレベル時間の比率からデューティ比を算出するデューティ比演算回路とから構成される。

さらに、信号処理回路３０は、デューティ比検出部３２が出力したデューティ比を記憶するデューティ比記憶部３３と、デューティ比検出部３２から出力されるデューティ比と、デューティ比記憶部３３に記憶されたデューティ比とを比較して、デューティ比が増加していることを示す増加信号、もしくは減少していることを示す減少信号を出力するデューティ比比較部３３を備える。

上記したデューティ比記憶部３３は、デューティ比検出部３２から新たなデューティ比が出力される度に、そのデューティ比を記憶するとともに、同時に、前回の記憶値であるデューティ比をデューティ比比較部３４に出力するものである。従って、デューティ比比較部３４は、デューティ比検出部３２から出力されたデューティ比の前回値と今回値とを比較することになる。そして、デューティ比比較部３４は、前回値よりも今回値の方が大きい場合には、デューティ比の増加を示す増加信号を出力し、前回値よりも今回値の方が小さい場合には、デューティ比の減少を示す減少信号を出力する。

このように、信号処理回路３０は、指示信号におけるＨｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期、デューティ比、及びデューティ比の増加もしくは減少を検出して発電制御回路４０に出力する。

発電制御回路４０は、信号処理回路３０から入力される信号と、実際のバッテリの充電電圧とに基づいて、スイッチング素子５０，５４をデューティ駆動するための駆動デューティ信号を生成する。以下、図３のフローチャートに基づいて、発電制御回路４０が駆動デューティ信号を生成するための演算処理について説明する。

まず、ステップＳ１０において、信号処理回路３０から入力された切替周期が予め規定された周期範囲に収まっているか否かを判定する。このとき、規定の周期範囲に収まっていると判定されると、ステップＳ２０の処理に進む。ステップＳ２０では、指示信号のデューティ比に基づいて、そのデューティ比を有する一定周期の第１のデューティ信号を生成する。すなわち、指示信号の切替周期が規定の周期範囲内に収まっている限り、図４に示すように、指示信号のデューティ比と第１のデューティ信号のデューティ比とは、1対１に対応することになる。

一方、ステップＳ１０において、指示信号の切替周期が規定の周期範囲よりも長いと判定されると、ステップＳ３０の処理に進む。そして、ステップＳ３０では、指示信号が、Ｈｉレベル信号であるか、Ｌｏレベル信号であるかを判定する。上述したように、本実施形態では、切替周期が規定の周期範囲よりも長いとき、指示信号がＨｉレベル信号であると、発電電圧の目標値を上限電圧とすることを指示するものとして扱う。このため、ステップＳ３０において、指示信号はＨｉレベル信号であると判定されると、ステップＳ４０に進んで、便宜的に、第１のデューティ信号のデューティ比を１００％に設定する。さらに、ステップＳ７０に進んで、オルタネータの発電電圧の目標値として、バッテリ電圧の上限電圧を設定する。

本実施形態では、詳しくは後述するが、オルタネータの発電電圧が、バッテリ充電電圧の上限電圧もしくは下限電圧を超えないようにしながら、上限電圧もしくは下限電圧に一致させるための第２のデューティ信号が生成される。そして、バッテリ充電電圧の上限電圧に基づいて第２のデューティ信号が生成された場合には、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号のうち、デューティ比の小さい方の信号に基づいて、最終的な駆動デューティ信号が生成される。従って、上述したように、第１のデューティ信号としてデューティ比１００％の信号を生成することにより、駆動デューティ信号は、常に第２のデューティ信号に基づいて生成されることになる。このため、駆動デューティ信号によりオルタネータの発電電圧が上限電圧に一致するように制御されるので、実質的に、上限電圧を目標発電電圧として、オルタネータに発電動作を行わせることと等価となる。

逆に、ステップＳ３０において、指示信号がＬｏレベル信号であると判定されたときには、ステップＳ４０に進んで、便宜的に、第１のデューティ信号のデューティ比を０％に設定する。さらに、ステップＳ８０に進んで、オルタネータの発電電圧の目標値として、バッテリ電圧の下限電圧を設定する。この場合には、第２のデューティ信号が下限電圧に基づいて生成されるので、最終的な駆動デューティ信号は、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号のうち、デューティ比の大きいほうの信号に基づいて生成されることになる。このため、上述したように、第１のデューティ信号としてデューティ比０％の信号を生成することにより、駆動デューティ信号は、常に第２のデューティ信号に基づいて生成される。これにより、オルタネータの発電電圧が下限電圧に一致するように制御され、実質的に、下限電圧を目標電圧としてオルタネータに発電動作を行わせることと等価となる。

なお、ステップＳ１０において、指示信号の切替周期が、規定の周期範囲よりも短い場合も、ステップＳ４０に進んで、第１のデューティ信号のデューティ比を１００％に設定する。これは、本実施形態では、上述したように、指示信号における切替周期が規定の周期範囲よりも短い場合、バッテリ充電電圧の上限電圧を、発電電圧の目標値として指示するものとして扱うためである。

ステップＳ２０において、指示信号のデューティ比と同一のデューティ比を有する一定周期の第１のデューティ信号が生成されると、引き続き、ステップＳ６０の処理が実行される。ステップＳ６０では、信号処理回路３０からの増加信号もしくは減少信号に基づいて、指示信号のデューティ比が増加しているのか、減少しているのか、それとも変化せずに一定であるのかを判定する。

このステップＳ６０の判定処理において、指示信号のデューティ比が増加していると判定されると、ステップＳ７０に進んで、オルタネータの発電電圧の目標値として、バッテリ充電電圧の上限電圧を設定する。また、ステップＳ６０の判定処理において、指示信号のデューティ比が減少していると判定されると、ステップＳ８０に進んで、オルタネータの発電電圧の目標値として、バッテリ充電電圧の下限電圧を設定する。さらに、ステップＳ６０の判定処理において、指示信号のデューティ比が変化していないと判定されると、設定されている目標発電電圧を変更することなく、ステップＳ９０の処理に進む。

ステップＳ９０では、ステップＳ７０もしくはステップＳ８０にて設定された電圧目標値と実際のバッテリ電圧との差に基づいて、設定された電圧目標値を超えない範囲で、実際のバッテリ電圧を電圧目標値に一致させるための第２のデューティ信号が生成される。

続くステップＳ１００では、設定された電圧目標値が上限電圧であるか、下限電圧であるかを判定する。そして、上限電圧である場合には、ステップ１１０の処理に進み、下限電圧である場合には、ステップＳ１２０の処理に進む。

ステップＳ１１０では、第１及び第２のデューティ信号の内、デューティ比の小さい方の信号に基づいて、スイッチング素子５０，５４をデューティ駆動するための駆動デューティ信号を生成する。また、ステップＳ１２０では、第１及び第２のデューティ信号の内、デューティ比の大きい方の信号に基づいて、スイッチング素子５０，５４をデューティ駆動するための駆動デューティ信号を生成する。

本実施形態では、上述したように、エンジン制御ＥＣＵが、指示信号によって、スイッチング素子５０，５４をデューティ制御する際のデューティ比を指示することができる。これにより、エンジン制御ＥＣＵは、オルタネータにおける発電トルクを直接調整可能となり、例えばエンジンの始動時にエンジンの始動性を妨げないように、オルタネータの発電トルクを調節したりすることも可能になる。

しかしながら、エンジン制御ＥＣＵが、スイッチング素子５０，５４のデューティ比を指示する場合、車両における電気機器の動作状態が変化して電気負荷が変動した場合など、たとえデューティ比が一定であっても、バッテリの充電電圧が過充電状態となったり、充電不足状態となったりするおそれが生じる。

そのため、本実施形態では、上述したように、バッテリ充電電圧の上限電圧もしくは下限電圧を目標発電電圧として設定する。この時、エンジン制御ＥＣＵからの指示信号のデューティ比が増加している場合には、バッテリ電圧が上限電圧を超える可能性が高くなるので、目標発電電圧として上限電圧を設定する。一方、指示信号のデューティ比が減少しているときには、バッテリ電圧が下限電圧を下回る可能性が高くなるので、目標発電電圧として下限電圧を設定する。

そして、目標発電電圧と実際のバッテリ電圧との差に基づいて設定される第２のデューティ信号を用いることで、上述したような不具合（バッテリの過充電や充電不足）が生じることを防止する。すなわち、上限電圧が目標発電電圧に設定された場合には、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号の内、デューティ比が小さい方の信号に基づいて、駆動デューティ信号を設定する。このため、第１のデューティ信号のデューティ比では、オルタネータの発電電圧がバッテリの上限電圧を上回ってしまうような場合、それよりも低いデューティ比を有する第２のデューティ信号に基づいて最終的な駆動デューティ信号が生成されることになる。なお、第２のデューティ信号は、バッテリ電圧を上限電圧を超えない範囲で、上限電圧に一致させるように生成されるので、上述したケースでは、ほぼ、第１のデューティ信号のデューティ比よりも小さいデューティ比となる。このため、オルタネータの発電電圧が、バッテリの適正電圧範囲を超えることを抑制することができる。

また、第１のデューティ信号のデューティ比では、オルタネータの発電電圧がバッテリの下限電圧を下回ってしまう場合、それよりも高いデューティ比を有する第２のデューティ信号に基づいて最終的な駆動デューティ信号が生成される。なお、第２のデューティ信号は、実際のバッテリ電圧が下限電圧を下回らない範囲で、下限電圧に一致するように生成されるので、上述したケースでは、ほぼ、第１のデューティ信号のデューティ比よりも高いデューティ比となる。従って、オルタネータの発電電圧が、バッテリの適正電圧範囲を下回ることを抑制することができる。

以上のようにして、エンジン制御ＥＣＵがレギュレータ１００に対して、スイッチング素子５０，５４の駆動デューティ比を示す指示信号を与える場合であっても、レギュレータ１００は、バッテリの適正電圧範囲を外れないようにオルタネータの発電電圧を調整することが可能になる。

図５は、本実施形態によるオルタネータの発電制御の一例として、指示信号の切替周期が規定の周期範囲に属する場合に、第１及び第２のデューティ信号に基づいて、駆動デューティ信号が生成される様子を示した波形図である。

図５に示すように、第１のデューティ信号は、指示信号のデューティ比と同一のデューティ比を有するように生成される。ただし、指示信号のデューティ比を算出した後に第１のデューティ信号を生成するため、指示信号のデューティ比と第１のデューティ信号のデューティ比とは1周期分ずれている。

また、図５に示す例では、連続的に、指示信号のデューティ比が増加している。このため、オルタネータの目標発電電圧が、バッテリの上限電圧Ｖ１に設定されている。従って、第２のデューティ信号は、この上限電圧Ｖ１と実際のバッテリ電圧との差に基づいて生成される。

駆動デューティ信号は、図５から明らかなように、第１及び第２のデューティ信号のデューティ比のうち、低い方のデューティ比を有するように生成される。これにより、原則として、指示信号のデューティ比に対応したデューティ比を有する第１のデューティ信号に基づいてデューティ駆動を行いつつ、オルタネータの発電電圧がバッテリ電圧の上限電圧Ｖ１を超えるおそれが生じたときには、第２のデューティ信号に基づいてデューティ駆動が実行される。

なお、図５に示す例では、実際のバッテリ電圧が目標発電電圧である上限電圧Ｖ１に近づくほど、連続的にデューティ比が減少するように、第２のデューティ信号のデューティ比を定めている。このようにすると、オルタネータの発電電圧が上限電圧Ｖ１を超えることを精度良く防止できる。

ただし、指示信号によるデューティ比に対応する第１のデューティ信号を優先すべく、例えば、実際のバッテリ電圧が上限電圧Ｖ１未満である場合には、第２のデューティ信号のデューティ比を１００％に設定し、上限電圧Ｖ１以上となったとき、第２のデューティ信号のデューティ比を０％に設定しても良い。このようにすると、実際のバッテリ電圧が上限電圧Ｖ１に達するまでは、第１のデューティ信号に従って駆動デューティ信号が生成され、上限電圧Ｖ１を超えた時点で、その駆動デューティ信号のデューティ比が０％に抑えられるようになる。

また、図６は、図５に示す状況と類似した状況において、指示信号のデューティ比が増加から減少に転じ、その後、再び増加する場合の波形図を示している。

図６に示すように、指示信号のデューティ比が減少することに起因して、電圧目標値が上限電圧Ｖ１から下限電圧Ｖ２に切り替えられる。そして、第２のデューティ信号は、この下限電圧Ｖ２と実際のバッテリ電圧との差に基づいて設定される。図６の例では、実際のバッテリ電圧が、下限電圧Ｖ２よりも比較的高い値であるため、第２のデューティ信号のデューティ比は相対的に小さい２０％の値に設定されている。そして、下限電圧Ｖ２が電圧目標値に設定された場合には、第１のデューティ信号と第２のデューティ信号のデューティ比の内、高いデューティ比に基づいて駆動デューティ信号のデューティ比が設定されるので、駆動デューティ信号のデューティ比は、第１のデューティ信号のデューティ比３０％に基づいて、３０％に設定される。

なお、目標発電電圧が下限電圧Ｖ２に設定された場合の、第２のデューティ信号として、実際のバッテリ電圧が下限電圧Ｖ２を上回っている限り０％のデューティ比となり、下限電圧Ｖ２以下となったときに１００％のデューティ比となる信号を用いても良い。

図７は、指示信号の切替周期が規定の周期範囲よりも短い場合の状況を示す波形図である。図７に示すように、指示信号の切替周期が規定の周期範囲よりも短い場合、第１のデューティ信号のデューティ比が、便宜的に１００％に設定されるとともに、目標発電電圧として上限電圧Ｖ１が設定されている。従って、駆動デューティ信号は、実際のバッテリ電圧と上限電圧Ｖ１との差に応じて生成される第２のデューティ信号に基づいて生成される。このため、オルタネータの発電電圧は、上限電圧Ｖ１を超えない範囲で、上限電圧Ｖ１に近づくように制御され、実質的に、オルタネータの発電電圧の目標値を、上限電圧Ｖ１に定めたことと等価となる。

ただし、この場合、第１のデューティ信号を生成しないようにするとともに、第１のデューティ信号が生成されないときには、第２のデューティ信号に基づいて駆動デューティ信号を生成するように演算処理を行なっても、上述の例と同等の結果が得られる。

なお、図７に示す例の場合、バッテリ電圧が上限電圧Ｖ１未満であるとき１００％のデューティ比となり、上限電圧Ｖ１以上になると０％のデューティ比となるように、第２のデューティ信号を生成することは好ましくない。そのような第２のデューティ信号を用いた場合、オルタネータの発電電圧が、上限電圧Ｖ１を大きく上回ったり下回ったりする可能性が生じるためである。換言すれば、エンジン制御ＥＣＵから、上限電圧Ｖ１を発電目標電圧として指示された場合には、実際のバッテリ電圧と上限電圧Ｖ１との差の大きさに応じて連続的にデューティ比が変化するように、第２のデューティ信号を生成することが好ましい。

さらに、エンジン制御ＥＣＵから、上限電圧Ｖ１を発電目標電圧として指示された場合には、第２デューティ信号のデューティ比の変化速度に制限を設けても良い（例えば、１０％／1秒）。このようにすれば、バッテリ電圧の過度の変化を抑制し、適性電圧範囲から外れることを低減することができる。

図８は、指示信号の切替周期が規定の周期範囲よりも長い場合の状況を示す波形図である。図８に示すように、指示信号の切替周期が規定の周期範囲よりも長い場合、指示信号がＨｉレベル信号であれば、目標発電電圧として上限電圧Ｖ１が設定され、Ｌｏレベル信号であれば、目標発電電圧として下限電圧Ｖ２が設定される。そして、第１のデューティ信号のデューティ比は、上限電圧Ｖ１が目標発電電圧に設定されたとき１００％となり、下限電圧Ｖ２が目標発電電圧に設定されたとき０％となるので、結果的に、第２のデューティ信号に基づいて駆動デューティ信号が生成される。

このため、上限電圧Ｖ１が目標発電電圧として設定されたときには、オルタネータの発電電圧は、上限電圧Ｖ１を超えない範囲で、上限電圧Ｖ１に近づくように制御され、実質的に、オルタネータの発電電圧の目標値を、上限電圧Ｖ１に定めたことと等価となる。また、下限電圧Ｖ２が目標発電電圧として設定されたときには、オルタネータの発電電圧は、下限電圧Ｖ２を下回らない範囲で、下限電圧Ｖ１に近づくように制御され、実質的に、オルタネータの発電電圧の目標値を、下限電圧Ｖ２に定めたことと等価となる。

なお、図８に示す例の場合も、図７に示す例の場合と同様に、必ずしも第１のデューティ信号を生成する必要はない。また、実際のバッテリ電圧と上限又は下限電圧Ｖ１，Ｖ２との差に応じて、デューティ比が０％と１００％のいずれかとなる第２のデューティ信号を生成することは好ましくない。

さらに、エンジン制御ＥＣＵから、下限電圧Ｖ２を発電目標電圧として指示された場合にも、第２デューティ信号のデューティ比の変化速度に一定もしくは可変の制限値を設けても良い。制限値を可変する場合、実際のバッテリ電圧が下限電圧Ｖ２に近づくほど、デューティ比の変化が小さくなるように制限値を設定することが好ましい。これにより、実際のバッテリ電圧が下限電圧Ｖ２を大きく下回る可能性を低減できるためである。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、指示信号のデューティ比の増加・減少に基づいて、オルタネータの発電電圧が、バッテリ電圧範囲の上限電圧もしくは下限電圧を越える可能性が高いとみなした。しかしながら、オルタネータの発電電圧がバッテリ電圧範囲の上限電圧もしくは下限電圧を越える可能性は、その他の手法によっても判定することができる。

例えば、実際のバッテリ電圧を、基準電圧、例えば適正電圧範囲の上限電圧と下限電圧との中間電圧と比較し、中間電圧よりも高い場合には、上限電圧を超える可能性が高いと判定し、中間電圧よりも低い場合には、下限電圧を下回る可能性が高いと判定しても良い。

このような手法によって、オルタネータの発電電圧がバッテリ電圧範囲の上限電圧もしくは下限電圧を越える可能性を判定して、その判定結果に応じた目標発電電圧を設定するには、図３のステップＳ６０の処理を、図９のステップＳ６５の処理に変更するのみで良い。

この場合のオルタネータの発電制御の一例を、図１０の波形図に示す。図１０に示すように、実際のバッテリ電圧が、所定の基準電圧（中間電圧）を下回っている場合には、下限電圧Ｖ２を電圧目標値として設定し、所定の基準電圧を上回っている場合には、上限電圧Ｖ１を電圧目標値として設定する。

なお、図１０に示す波形図では、第２のデューティ信号のデューティ比が、電圧目標値と実際のバッテリ電圧との差に応じて連続的に変化するのではなく、実際のバッテリ電圧が上限電圧Ｖ１以下、もしくは下限電圧Ｖ２以上であるとき（Ｖ２≦実際のバッテリ電圧≦Ｖ１）０％のデューティとなり、実際のバッテリ電圧が上限電圧Ｖ１以上、もしくは下限電圧Ｖ２以下であるとき（Ｖ２＞実際のバッテリ電圧、実際のバッテリ電圧＞Ｖ１）、１００％となるようにしている。このようなデューティ比を持つ第２のデューティ信号を採用した場合であっても、オルタネータの発電電圧を適切に制御することができる。また、図１０において、時間Ｔは、実際のバッテリ電圧が所定の基準電圧を超えてから、目標電圧値が切り替えられるまでの遅れ時間を示している。

また、上述した実施形態において、駆動デューティ信号の周期、指示信号の所定の周期範囲、及び指示信号から第１のデューティ信号を生成する際の分解能などの発電制御における各種の制御定数についての情報を、ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの交換もしくは書き換え可能な記憶素子に保持しつつ、発電制御回路４０に提供するようにしても良い。なお、指示信号から第１のデューティ信号を生成する際の分解能とは、第１のデューティ信号を生成する際のデューティ比の最小変化単位（例えば、１％、５％、１０％など）をいう。

このような構成を採用すると、オルタネータの発電制御に関して、その制御内容を容易に調整・変更することができる。なお、制御定数を変更するには、記憶素子を用いる他に、発電制御回路４０に対して、複数のスイッチを備えたスイッチ回路を接続し、それら複数のスイッチの接続状態を切り替えることにより、所望の制御定数を示す信号を発電制御回路４０に入力するように構成しても良い。

実施形態による車両用発電機制御システムの概略的な構成を示す構成図である。 図１の信号処理回路３０の構成を示す構成図である。 図１の発電制御回路４０において、駆動デューティ信号を生成するために実行される演算処理を示すフローチャートである。 指示信号のデューティ比と第１のデューティ信号のデューティ比との関係を示すグラフである。 指示信号の切替周期が規定の周期範囲に属する場合に、第１及び第２のデューティ信号に基づいて、駆動デューティ信号が生成される様子を示した波形図である。 図５に示す状況と類似した状況において、指示信号のデューティ比が増加から減少に転じ、その後、再び増加する場合に、第１及び第２のデューティ信号に基づいて、駆動デューティ信号が生成される様子を示した波形図である。 指示信号の切替周期が規定の周期範囲よりも短い場合において、第１及び第２のデューティ信号に基づいて、駆動デューティ信号が生成される様子を示した波形図である。 指示信号の切替周期が規定の周期範囲よりも長い場合において、第１及び第２のデューティ信号に基づいて、駆動デューティ信号が生成される様子を示した波形図である。 変形例による、駆動デューティ信号を生成するための演算処理を示すフローチャートである。 変形例における、オルタネータの発電制御の一例を示す波形図である。

符号の説明

１０…二値化回路
２０…フィルタ回路
３０…信号処理回路
３１…周期検出部
３２…デューティ比検出部
３３…デューティ比記憶部
３４…デューティ比比較部
４０…発電制御回路
５０，５４…スイッチング素子
６０…ロータ巻線
１００…レギュレータ

Claims (7)

1. 電気子巻線及び界磁巻線を備え、車両の内燃機関によって回転駆動される発電機の発電電圧を制御する車両用発電機制御システムであって、
   前記界磁巻線に接続されたスイッチング素子をデューティ駆動することにより、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御して、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整器と、
   前記電圧調整器に対して、前記車両の内燃機関の運転状態に応じて、前記スイッチング素子をデューティ駆動する際の駆動デューティ比を示す指示信号を出力する指示信号出力手段とを有し、
   前記電圧調整器は、
   前記指示信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動するための第１のデューティ信号を生成する第１の生成手段と、
   前記第１のデューティ信号におけるデューティ比が増加傾向を示す場合に前記発電機によって充電されるバッテリの充電電圧の上限電圧を、前記発電機の目標発電電圧に設定し、減少傾向を示す場合に前記バッテリの充電電圧の下限電圧を前記目標発電電圧に設定するとともに、前記バッテリの実際の充電電圧と前記上限電圧又は下限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成する第２の生成手段と、
   前記バッテリの実際の充電電圧と前記上限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、前記第１のデューティ信号と前記第２のデューティ信号とで、デューティ比の低い方の信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動する最終的な駆動デューティ信号を生成し、前記バッテリの実際の充電電圧と前記下限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、前記第１のデューティ信号と前記第２のデューティ信号とで、デューティ比の高い方の信号に基づいて、前記駆動デューティ信号を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする車両用発電機制御システム。
2. 電気子巻線及び界磁巻線を備え、車両の内燃機関によって回転駆動される発電機の発電電圧を制御する車両用発電機制御システムであって、
   前記界磁巻線に接続されたスイッチング素子をデューティ駆動することにより、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御して、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整器と、
   前記電圧調整器に対して、前記車両の内燃機関の運転状態に応じて、前記スイッチング素子をデューティ駆動する際の駆動デューティ比を示す指示信号を出力する指示信号出力手段とを有し、
   前記電圧調整器は、
   前記指示信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動するための第１のデューティ信号を生成する第１の生成手段と、
   前記発電機によって充電されるバッテリの充電電圧を所定の基準電圧と比較して、前記バッテリの充電電圧が所定の基準電圧よりも高い場合に前記バッテリの充電電圧の上限電圧を、前記発電機の目標発電電圧に設定し、低い場合に前記バッテリの充電電圧の下限電圧を前記目標発電電圧に設定するとともに、前記バッテリの実際の充電電圧と前記上限電圧又は下限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成する第２の生成手段と、
   前記バッテリの実際の充電電圧と前記上限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、前記第１のデューティ信号と前記第２のデューティ信号とで、デューティ比の低い方の信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動する最終的な駆動デューティ信号を生成し、前記バッテリの実際の充電電圧と前記下限電圧との差に基づいて第２のデューティ信号が生成されたとき、前記第１のデューティ信号と前記第２のデューティ信号とで、デューティ比の高い方の信号に基づいて、前記駆動デューティ信号を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする車両用発電機制御システム。
3. 前記指示信号は、Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号との組み合わせからなるものであり、前記第１の生成手段は、Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が所定の周期範囲に収まる場合に、その周期においてＨｉレベル信号の占める時間比率に基づいて、前記第１のデューティ信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用発電機制御システム。
4. 前記指示信号における前記Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が前記所定周期範囲外であって、当該周期範囲よりも短い場合、前記第２の生成手段は、前記バッテリの充電電圧の上限電圧を目標発電電圧に設定して、前記バッテリの実際の充電電圧と前記上限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成することにより、前記駆動デューティ信号のデューティ比を前記第２のデューティ信号のデューティ比に基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載の車両用発電機の制御システム。
5. 前記指示信号における前記Ｈｉレベル信号とＬｏレベル信号との切替周期が前記所定周期範囲外であって、当該周期範囲よりも長い場合、前記第２の生成手段は、前記指示信号がＨｉレベル信号であるとき、前記バッテリの充電電圧の上限電圧を目標発電電圧に設定して、前記バッテリの実際の充電電圧と前記上限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成し、前記指示信号がＬｏレベル信号であるとき、前記バッテリの充電電圧の下限電圧を目標発電電圧に設定して、前記バッテリの実際の充電電圧と前記下限電圧との差に応じた第２のデューティ信号を生成して、前記駆動デューティ信号のデューティ比を前記第２のデューティ信号のデューティ比に基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載の車両用発電機制御システム。
6. 前記第２のデューティ信号のデューティ比の変化速度に対して、予め制限が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の車両用発電機制御システム。
7. 前記電圧調整器は、前記駆動デューティ信号の周期、前記指示信号の所定の周期範囲、及び前記指示信号から前記第１のデューティ信号を生成する際の分解能についての情報を保持するとともに、その保持する情報を変更可能な情報保持手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の車両用発電機制御システム。

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