JP5460235B2 - 自動車における電圧差を補償するための装置 - Google Patents

Description

本発明は電圧差を補償するための装置。

自動車業界においては、省エネと有害物質排出低減の問題は益々課題を提起し、新たな技術の利用強化に結びつく。そうこうしているうちにいわゆるスタート−ストップ機能は益々普及してゆく。この機能においては車両が可能な限りイグニッションオフされ、必要に応じて再始動される。但しこのようなスタート過程では、スターターのエネルギー需要の高さに基づいて搭載電源電圧の降下が引き起こされる。この電圧降下は、とりわけラジオ受信機及び／又はナビゲーションシステムのエラーに結び付き、照明装置、例えばインストルメントパネルの照明の暗さに結びつく。このような電圧降下ないしはその結果として生じる作用は通常は電圧安定器の使用によって低減されている。この電圧安定器により、所定の機器に対する電圧はほぼ一定に維持されるようになる。そのため搭載電源電圧が低下した場合には安定器が活動化される。

しかしながらこの切替えの際にはシステムに起因する電圧変動も生じてしまう。このことは接続されている照明装置においてちらつきとして現れ、自動車のドライバーにとっては表示の読み取りにくさにつながり、最悪のケースではこのちらつきにいらだちを覚えるようになる。

ＤＥ １０ ２００４ ０３６ ５６３ Ａ１明細書からは、自動車における電気的負荷のための給電部と関連して用いられる電圧安定装置が公知である。ここでは直列に接続された電圧変換器を用いて付加的電圧を生成している。この付加的電圧は、クリティカルな電圧負荷への給電に重畳され得る電圧であるため、電圧変動が生じ、この変動は高電流負荷のオンオフの際に補償され得る。

ＤＥ １０ ２００５ ０５７ ３０６ Ａ１明細書からは、直流電圧電源網の電圧安定化のための装置及び方法が公知である。ここではクリティカルな電圧負荷、特にランプに対する所要の電力が、直列に接続された電圧変換器を用いて次のように生成されている。すなわち、電圧変換器の電力の一部、例えば約１／６のみが必要とされるように生成される。

ＤＥ １０ ２００４ ０３６ ５６３ Ａ１明細書 ＤＥ １０ ２００５ ０５７ ３０６ Ａ１明細書

本発明の基礎をなす課題は、表示装置の目障りな可視的輝度変化が効果的に回避される、電圧差の補償のための装置を提供することである。

前記課題は、請求項１の特徴部分に記載の装置、請求項６の特徴部分に記載された方法、請求項８による自動車によって解決される。

電圧安定化のための装置を示した図 マイクロコントローラによる制御機能を備えた図１による装置を示した図 比較器２０を備えた図１による装置を示した図 マイクロコントローラによる付加的な制御機能を備えた図３による装置を示した図 電圧経過を表した図 自動車を表した図

本発明の別の有利な実施例ないし改善例は従属請求項に記載されている（これらは個別に用いてもよいしでも相互に組み合わせて用いてもよい）。

本発明の第１の実施例は、電圧差の補償のための装置に関しており、この装置は、
マイクロコントローラと、
電圧変換器と、
パルス幅変調コントローラと、
前記電圧変換器の入力電圧を測定し当該測定値を前記マイクロコントローラに伝送する電圧測定機器−Ｉｎと、
前記電圧変換器の出力電圧を測定する出力電圧分圧器と、
前記マイクロコントローラによって印加される電圧を変調する電圧変調器と、
構成要素とが含まれており、
前記出力電圧分圧器に印加された電圧と前記電圧変調器によって変調された電圧が前記構成要素によって算術的に結合され、そのように結合された電圧が入力信号としてパルス幅変調コントローラに印加され、
さらに前記マイクロコントローラにより、前記パルス幅変調コントローラにおいて電圧上昇レートが設定され、それによって出力電圧が所定の時間内で上昇する。

本発明の有利な実施形態によれば、電圧変調器がＲＣ回路とダイオードを含んでいる。

さらに別の有利な実施例によれば、前記構成要素は直接的なケーブル接続部として構成されており、それによって結合された電圧が出力電圧の加算からなり、さらに前記電圧変調器によって変調された電圧は入力信号としてパルス幅変調コントローラに印加される。

さらに別の有利な実施例によれば、前記構成要素は、比較器を含んでいる。

本発明の別の実施例によれば、出力電圧の測定のために電圧測定機器−Ｏｕｔ Ｍｉｋｒｏが含まれており、出力電圧の測定値が前記マイクロコントローラに伝送可能である。

本発明の第２の実施例は、電圧差の補償のための方法に関するものであり、この方法は以下の方法ステップを含んでいる。すなわち、
測定値を引き続きマイクロコントローラに伝送する電圧測定機器−Ｉｎによって入力電圧を測定するステップと、
出力電圧分圧器によって出力電圧を測定するステップと、
電圧変調器に印加する電圧をマイクロコントローラによって変調するステップと、
出力電圧分圧器に印加された出力電圧と電圧変調器によって変調された電圧を構成要素によって算術的に結合し、そのように結合された電圧を入力信号としてパルス幅変調コントローラに印加するステップと、
マイクロコントローラによってパルス幅変調コントローラに対する電圧上昇レートを設定し、それによって出力電圧を所定の時間内で上昇させるステップが含まれている。

別の有利な実施例によれば、前記電圧上昇レートはマイクロコントローラにより、出力電圧が線形に上昇するように選択されている。

さらに本発明は、エネルギー供給部と、少なくとも１つの負荷と、前記エネルギー供給部から供給される入力電圧と出力電圧の間の電圧差の補償のための装置とを含み、前記出力電圧が自動車における少なくとも１つの負荷に対する供給電圧として用いられている自動車も含む。

以下では本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。なお以下の本発明の有利な実施形態の説明では同じ若しくは比較可能な構成要素には同じ符号が付されている。

図１には電圧安定化のための装置１１が概略的に示されている。この電圧安定化装置１１はパルス幅変調コントローラ（ＰＷＭコントローラ）１６と電圧変換器１４を含んでいる。この場合このＰＷＭコンとロータ１６と電圧変換器１４は１つの機器に集積されていてもよい。電圧変換器１４には入力電圧Ｖｉｎが印加される。さらに電圧安定化装置１１は、マイクロコントローラ１２と、電圧測定機器−Ｉｎ １５と、構成要素１８と、電圧変調器１９と、出力電圧分圧器２１を含んでいる。前記出力電圧分圧器２１は、出力電圧Ｖｏｕｔの測定機能とＰＷＭコントローラとしての機能を有している。

出力電圧Ｖｏｕｔは（この電圧に対して電圧変換器１４が制御を行う）、本発明による実施例においては可変の設定ができない分圧器を介して測定されるため、電圧変換器１４から送出される出力電圧Ｖｏｕｔは固定である。電圧変換器１４から送出される出力電圧ＶｏｕｔもＰＷＭコントローラ１６の入力信号に依存している。

ＰＷＭコントローラ１６は電圧変換器１４のための駆動制御パルスを供給する。このＰＷＭコントローラ１６も構成要素１８から電圧変換器１４のための駆動制御パルスの算出のための動作特性値を受取る。前記構成要素１８では、測定されると共に印加される出力電圧Ｖｏｕｔに対してアナログ電圧が算術的に（例えば加算によって）結合される。この付加的なアナログ電圧はマイクロコントローラ１２によって開始される。

入力電圧Ｖｉｎの測定値は、電圧測定機器−Ｉｎ １５によって測定され、マイクロコントローラ１２に伝送される。マイクロコントローラ１２によって生成されたＰＷＭ信号は、電圧変調器１９、例えばＲＣ回路とそれに接続されたダイオードからなる電圧変調器１９を介してアナログ電圧に変換される。それに対しては、出力電圧分圧器２１に印加された出力電圧Ｖｏｕｔの電圧も構成要素１８において加算される。この場合出力電圧分圧器２１は、達成すべき出力電圧Ｖｏｕｔの所望の最小値に対して設計されている。ＰＷＭの比に依存して、ＰＷＭコントローラ１６の制御に対応する別の電圧が生じる。このＰＷＭコントローラ１６に印加される、出力電圧Ｖｏｕｔの目標量の操作によって、電圧変換器１４の予め静的な出力電圧Ｖｏｕｔが所定の規模で上昇可能となる。マイクロコントローラ１２を用いることにより、新たな出力電圧Ｖｏｕｔに対する入力電圧Ｖｉｎの差が求められ、そのつど時間的に同じ大きさの電圧値が設定される。電圧変換器１４はさらに予め定められた出力電圧Ｖｏｕｔ目標値に制御されるので、付加的なアナログ電圧により、ＰＷＭコントローラ１６において実際の出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い電圧値の印加が達成される。それにより電圧変換器１４によって追従制御されるべき電圧差が少なくなる。さらにマイクロコントローラ１２は、固定的に設定される電圧上昇レートをＰＷＭコントローラ１６に転送する。つまりマイクロコントローラ１２を用いることにより次のようなことが達成される。すなわち電圧変換器１４のスイッチオンのもとで電圧変換器１４の出力電圧Ｖｏｕｔが過度に大きいか若しくは過度に小さい値に急激に変化することがなくなる。出力電圧Ｖｏｕｔは、マイクロコントローラ１２によって設定された電圧上昇レートに基づいて、固定的に設定された時間内で上昇する。この電圧上昇レートは線形的であってもよい。

図２には、出力電圧Ｖｏｕｔを測定するための電圧測定機器−Ｏｕｔ−Ｍｉｋｒｏ １３を備えその測定値がマイクロコントローラ１２に伝送されている（図１に類似の）装置１１が示されている。マイクロコントローラ１２は電圧測定機器−Ｉｎ １５の値を電圧測定機器−Ｏｕｔ−Ｍｉｋｒｏ １３の値と比較し、ＶｉｎがＶｏｕｔよりも小さい場合に信号をＰＷＭコントローラ１６に転送する。マイクロコントローラ１２はここでは相応の入出力機能を介してＰＷＭコントローラ１６に応答している。このマイクロコントローラ１２による入出力電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔの付加的な監視は、もはや入力電圧Ｖｉｎがほとんど存在せず、電圧変換器１４が電圧を上方に向けて過度に比例制御すべく試みているようなときに特に有利となる。なぜならそのような試みは電圧変換器１４の過度な応答を引き起こしかねないからである。マイクロコントローラ１２は相応の信号をＰＷＭコントローラ１６に送信し、それによってコントロールされた電圧変換が行われるようになる。

図３には図２に類似の装置１１が示されており、この場合は構成要素１８が比較器２０として構成されている。ここでは測定された出力電圧Ｖｏｕｔに対して付加的にアナログ電圧が加算されているが、但しこのアナログ電圧は比較器を介してＰＷＭコントローラ１６に供給される。この比較器２０では、マイクロコントローラ１２のＰＷＭ信号から形成されたアナログ信号によって、電圧基準値が設定されている。それにより、ＰＷＭコントローラ１６が必要とする目標値が次のように変更され得る。すなわち出力電圧Ｖｏｕｔが所定の値だけ正若しくは負の方向に変化し得るように変更される。すなわちこのことは、電圧変換器１４によって生成される出力電圧Ｖｏｕｔが図２による装置１１とは反対に、低減されることも可能であることを意味する。この変換によれば、出力電圧Ｖｏｕｔの変化の動特性を高くすることが達成される。

図４には、出力電圧Ｖｏｕｔの測定のための付加的な電圧測定機器−Ｏｕｔ−Ｍｉｋｒｏ １３を備えた図３に類似の装置１１が示されており、ここではその測定値がマイクロコントローラ１２に伝送されている。マイクロコントローラ１２は電圧測定機器−Ｉｎ １５の値を電圧測定機器−Ｏｕｔ−Ｍｉｋｒｏ １３の値と比較し、ＶｉｎがＶｏｕｔよりも小さい場合に信号をＰＷＭコントローラ１６に転送する。マイクロコントローラ１２はここでは相応の入出力機能を介してＰＷＭコントローラ１６に応答している。このマイクロコントローラ１２による入出力電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔの付加的な監視は、もはや入力電圧Ｖｉｎがほとんど存在せず、電圧変換器１４が電圧を上方に向けて過度に比例制御すべく試みているようなときに特に有利となる。なぜならそのような試みは電圧変換器１４の過度な応答を引き起こしかねないからである。マイクロコントローラ１２は相応の信号をＰＷＭコントローラ１６に送信し、それによってコントロールされた電圧変換が行われるようになる。

図３から図６に示されているような装置１１によれば次のような利点が得られる。すなわち、入力電圧Ｖｉｎ（これは搭載源電圧であってもよい）が電圧測定機器−Ｉｎ １５によって常時監視され、電圧変換器１４のＰＷＭコントローラ１６が次のように駆動制御される。すなわちＰＷＭコントローラ１６に印加される出力電圧Ｖｏｕｔの電圧変化が固定的に設定される上昇時間でなされるように駆動制御される。そのときの電圧の跳躍的変化は、肉眼に知覚されないくらい緩慢となる。

図５には、前記装置１１を用いた電圧降下の例示的な電圧経過が示されている。

ここでは図１及び図２に相当する装置１１の投入のもとで曲線カーブ１を有する特性曲線経過が示されている。電圧降下、例えば符号Ｐ４における自動車の始動過程の際の電圧降下は、電圧変換器１４によって一定の値Ｐ６まで昇圧制御される。それにより、短時間の電圧変化Ｐ４，Ｐ５も生じる。その規模は車両内の照明ディスプレイの光強度変化によるちらつきが十分に視認し得るくらいである。ここで本発明による装置１１を用いれば、曲線カーブＫ２で示されているような一定の上昇時間が達成され、これによって、目障りなちらつきも視認されないようになる。

似たような作用はエンジンの始動後の走行開始時にも生じる（時点Ｐ５）。ここではジェネレータがまさに迅速に"通常電圧"を提供する。このことは再び、接続されている負荷におけるちらつきを引き起こす（波線の曲線カーブＫ３参照）。それに対して本発明に相応する曲線カーブＫ２は固定的に設定された均一な上昇のもとに維持される。そしてこの曲線カーブＫ２が時点Ｐ６において優勢な搭載電源電圧に一致して初めて電圧変換器１４が遮断される。つまり本発明は少なくとも１つの負荷の安定化した電圧供給を光のちらつきのような目障りな作用を引き起こすことなく実現できる。この負荷とは例えばディスプレイ方式の速度計や水温計などであってもよい。

図６には、例えばバッテリのようなエネルギ供給部３２から供給される入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの間の電圧差を補償するための（前述したような）装置１１を含んだ自動車３０が概略的に示されている。この場合出力電圧Ｖｏｕｔは自動車３０における負荷３１への供給電圧として用いられている。この負荷３１は例えばナビゲーション機器やディスプレイの照明装置であってもよい。

本発明は特に自動車の搭載電源電圧の制御に適したものである。

１１ 電圧安定化装置
１２ マイクロコントローラ
１４ 電圧変換器
１６ パルス幅変調コントローラ
１８ 構成要素
１９ 出力電圧変調器
３０ 自動車
３１ 負荷
３２ エネルギー供給部

Claims (8)

1. 電圧差の補償のための装置において、
   マイクロコントローラ（１２）と、
   電圧変換器（１４）と、
   パルス幅変調コントローラ（１６）と、
   前記電圧変換器（１４）の入力電圧（Ｖｉｎ）を測定し当該測定値を前記マイクロコントローラ（１２）に伝送する電圧測定機器−Ｉｎ（１５）と、
   前記電圧変換器（１４）の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を測定する出力電圧分圧器（２１）と、
   前記マイクロコントローラ（１２）によって印加される電圧を変調する電圧変調器（１９）と、
   構成要素（１８）とが含まれており、
   前記出力電圧分圧器（２１）に印加された電圧（Ｖｏｕｔ）と前記電圧変調器（１９）によって変調された電圧が前記構成要素（１８）によって算術的に結合され、そのように結合された電圧が入力信号としてパルス幅変調コントローラ（１６）に印加され、
   さらに前記マイクロコントローラ（１２）により、前記パルス幅変調コントローラ（１６）において電圧上昇レートが設定され、それによって出力電圧（Ｖｏｕｔ）が所定の時間内で上昇するように構成されていることを特徴とする装置。
2. 前記電圧変調器（１９）はＲＣ回路とダイオードを含んでいる、請求項１記載の装置。
3. 前記構成要素（１８）は直接的なケーブル接続部として構成されており、それによって結合された電圧が出力電圧（Ｖｏｕｔ）の加算からなり、さらに前記電圧変調器（１９）によって変調された電圧は入力信号としてパルス幅変調コントローラ（１６）に印加される、請求項１または２記載の装置。
4. 前記構成要素（１８）は、比較器（２０）を含んでいる、請求項１または２記載の装置。
5. 出力電圧（Ｖｏｕｔ）の測定のために電圧測定機器−Ｏｕｔ Ｍｉｋｒｏ（１３）が含まれており、出力電圧（Ｖｏｕｔ）の測定値が前記マイクロコントローラ（１２）に伝送可能である、請求項１から４いずれか１項記載の装置。
6. 電圧差の補償のための方法において、
   測定値を引き続きマイクロコントローラ（１２）に伝送する電圧測定機器−Ｉｎ（１５）によって入力電圧（Ｖｉｎ）を測定するステップと、
   出力電圧分圧器（２１）によって出力電圧（Ｖｏｕｔ）を測定するステップと、
   電圧変調器（１９）に印加する電圧をマイクロコントローラ（１２）によって変調するステップと、
   出力電圧分圧器（２１）に印加された出力電圧（Ｖｏｕｔ）と電圧変調器（１９）によって変調された電圧を構成要素（１８）によって算術的に結合し、そのように結合された電圧を入力信号としてパルス幅変調コントローラ（１６）に印加するステップと、
   マイクロコントローラ（１２）によってパルス幅変調コントローラ（１６）に対する電圧上昇レートを設定し、それによって出力電圧（Ｖｏｕｔ）を所定の時間内で上昇させるステップが含まれていることを特徴とする方法。
7. 前記電圧上昇レートはマイクロコントローラにより、出力電圧（Ｖｏｕｔ）が線形に上昇するように選択されている、請求項６記載の方法。
8. エネルギー供給部（３２）と、少なくとも１つの負荷（３１）と、前記エネルギー供給部（３２）から供給される入力電圧（Ｖｉｎ）と出力電圧（Ｖｏｕｔ）の間の電圧差の補償のための請求項１から５いずれか１項記載の装置（１１）とを含み、前記出力電圧（Ｖｏｕｔ）が自動車（３０）における少なくとも１つの負荷（３１）に対する供給電圧として用いられることを特徴とする自動車。

Images