JP6453325B2 - 自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムに関する。

本発明は、また、この種のシステムを備えた自動車のオルタネータに関する。

全ての自動車に存在するオルタネータは、調整ループを有し、調整ループは、オンボード電気ネットワークの電圧を、約１４Ｖに維持することを可能にする。

しかし、オルタネータのレギュレータは、時には、オンボードネットワークの過電圧（＞１８Ｖ）の検出などの、いわゆる保護機能を含む。

特定のレギュレータは、オルタネータの電流の生成を止める一方、他のレギュレータは、ダッシュボードに赤い警告灯を点灯させることにより、車両およびエンジンを、可能な限り迅速に停止できるよう、運転者に警告を行う。

オルタネータのレギュレータによって過電圧が検出された場合、バッテリおよび接続された構成部品の両方を破損し得る過電圧から機器を保護するために、励起を止めなければならない。

現在のレギュレータのほとんどにおいて、この機能は、アナログデジタルコンバータ（ＣＡＮ）から発せられた信号を処理することにより実行される。”アナログ”として知られる、最も古いレギュレータにおいては、この機能は、調整ループの小さな信号によって実行され、これは、上記のデジタルの解決策と、事実上同等である。

しかし、取得チェーン全体およびデジタル処理手段は、この検出の経路上にあり、次いで、これらの機能の共通モードが参照される。

この共通モードにおいて問題または欠陥が生じた場合、レギュレータは、この過電圧を検出しないかもしれず、バッテリの過負荷の一因となることがあり、これは、バッテリおよびその端子に接続される機器を損傷する場合がある。

図１は、従来技術のこれらの既知のレギュレータの概略図を示している。

例えば、検出器の抵抗器Ｒ１，Ｒ２またはＲ３が分流され、それらの値が過電圧を生成する程度まで増加した場合、フィルタのキャパシタＣ１が短絡されていると、アナログ−デジタルコンバータＣＡＮは、期待値よりも低い誤ったデータを供給し、そしてクロックＨが”ＯＮ”コマンドによりブロックされていても、これらがいわゆる共通モードにあるため、アーキテクチャは、それ自体の故障を検出することができない。オルタネータの励起電流を切り替えるパワーＭＯＳＦＥＴを含む、レギュレータの全ての機能は、共通モードに関連するこの問題によって潜在的に影響される。

結論として、従来技術においては、過電圧の検出は、レギュレータに不良がないという原則の下に設計されている。

しかし、オンボードネットワークの電圧は、不良を有し得るレギュレータの要素にも依存する。

本発明の目的は、よって、これらの不利益をなくすことである。

特に、本発明の主題は、自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムである。

このシステムは、供給電圧の調整のためのデジタル型の装置と、オンボード電気ネットワークの過電圧からの保護のための装置と、を備える、それら自体は知られている種類のものである。

この種のシステムにおいて、調整装置と、保護装置とは、オンボード電気ネットワークに供給を行うオルタネータの励起を、合同で制御する。

本発明によれば、保護装置は、調整装置とは別個のものである。

このシステムにおいて、保護装置により生成され、かつ、励起を制御する過電圧信号が、調整装置により生成される励起信号よりも優先される。

特定の実施形態によれば、保護装置は、
− 供給電圧および／またはオンボード電気ネットワークに接続されたバッテリの端子におけるバッテリ電圧を取得するための第１の手段と、
− 供給電圧および／またはバッテリ電圧を、それぞれ、第１の基準電圧および／または第２の基準電圧と比較するための手段と、
− 比較のための手段の出力信号の積分のための手段と、
− 積分された出力信号から、過電圧信号を生成するインターフェイス手段と、を備える。

特定の特徴によれば、比較のための手段は、ヒステリシスを有する。

もう１つの特定の特徴によれば、取得のための第１の手段は、供給電圧および／またはバッテリ電圧を取得するための第１の手段と、第１のフィルタリング手段と、を備える。

積分のための手段は、好ましくは、第１のクロックにより制御されるオフセットレジスタを備える。

もう１つの特定の特徴によれば、保護装置は、過電圧信号の命令により、オルタネータの励起回路を開くことができる、半導体保護スイッチを備え、かつ、専用の電力供給を追加で備える。

特定の特徴によれば、本発明に係る自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムは、オルタネータの励起回路を切り替えることができ、かつ、過電圧信号による励起信号の確認のための手段により生成される制御信号により制御される、半導体励起スイッチを備える電力回路、を追加的に備える。

特定の実施形態によれば、調整装置は、
− バッテリ電圧の取得のための第２の手段と、
− バッテリ電圧に従い励起信号を生成する、例えばデジタル型の調整ループと、
を備える。

特定の特徴によれば、これらの取得のための第２の手段は、レジスタのブリッジを備える、バッテリ電圧を取得するための第２の手段と、キャパシタを備える第２のフィルタリング手段と、を備える。

もう１つの特定の実施形態によれば、デジタル調整ループは、第２のクロックにより制御される、第２のフィルタリング手段の出力における、アナログ−デジタルコンバータと、アナログ−デジタルコンバータの出力における、マイクロコントローラ、有線論理回路、または類似のものと、を備える。

本発明に係る制御システムの特定の実施形態によれば、調整装置と、保護装置とは、別々の基板上の２つの個別の電子ブロックの形態で製造される。

本発明は、また、自動車のオルタネータに関し、このオルタネータは、上述の自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムを備える点が、特徴となる。

これらのいくつかの基本的な明細事項は、従来技術との比較における、本発明によって提供される利点を、当業者に対して明確にした。

本発明の詳細な明細事項は、添付の図面と関連して、以下の明細書にて与えられる。これらの図面は、明細書の本文を単に例示する役割を果たすものであり、いかなるやり方でも、本発明の範囲の限定を構成しないことに留意すべきである。

調整装置に組み込まれた過電圧からの保護のための装置を備える、従来技術において既知の、自動車のオンボードネットワークの供給電圧を制御するためのシステムの概略図。 本発明に係る調整装置とは別個の、過電圧からの保護のための装置の総観図。 図２に示された保護装置により生成される過電圧信号のタイミング図。 本発明に係る自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムの実施形態の概略図。 図２に示された保護装置の特定の実施形態の詳細図。 図４に示された自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムの電力回路の実施形態の詳細図。 本発明に係る自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムのもう１つの実施形態の概略図。

前提部において既に示されているように、図１は、自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧Ｂ＋Ａを制御するためのシステム１の包括的なアーキテクチャを示している。

オルタネータは、このネットワークに供給電圧Ｂ＋Ａを供給し、ネットワークに接続されたバッテリを充電する。

アナログ−デジタルコンバータ３と互換性のあるレベル２とされた後、バッテリ電圧Ｂ＋は、フィルタリング４され、処理装置５によって処理される前に、サンプリングされる。

主としてマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサにより、あるいは有線論理回路により構成される、この処理装置５は、変調パルス幅を有する励起信号ＥＸＣを生成し、励起信号ＥＸＣは、増幅６の後、オルタネータの励起回路８すなわち習慣的にはロータコイルと直列の、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの形態の半導体励起スイッチ７を制御する。

励起信号ＥＸＣのデューティサイクルは、オルタネータにより供給されるネットワークの供給電圧Ｂ＋Ａを制御する等のために、処理装置５により決定され、バッテリ電圧Ｂ＋を公称電圧に維持する。

図１に示される一般的に知られた制御システム１において、デジタル調整ループ９は、処理装置５と、励起スイッチ７を制御するドライバ増幅器６との間に、バッテリの端子における過電圧からの保護のための一体化された装置１０を備えており、この装置は、送信される信号を分析する。

デジタル調整ループ９に不良がある場合、一体化された保護装置１０は、もはや機能しなくなる。

他方で、図２は、調整装置２，４，９，６、特にデジタル調整ループ９とは別個の、過電圧からの保護のための装置１１を示している。

本発明の第１の実施形態において、この保護装置１１は、
− 車両のオンボード電気ネットワークに供給を行う、オルタネータにより供給される供給電圧Ｂ＋Ａを、取得およびフィルタリングする、第１の取得手段１２と、
− この供給電圧Ｂ＋Ａを、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較するための手段１３と、
− 比較のための手段１３の出力信号Ｓ１の積分のための手段１４と、
− 供給電圧Ｂ＋Ａが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えたことを示す、過電圧信号ＯＶＤを、積分された出力信号Ｓ２から生成する、インターフェイス手段１５と、を備える。

比較のための手段１３は、すなわち図３に明らかに示すように、ヒステリシスを有し、供給電圧Ｂ＋Ａは、過電圧信号ＯＶＤがアクティブとなるためには、供給電圧Ｂ＋Ａが高い閾値Ｖ＿ＯＶＤ＿_Ｈに達するまで、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を著しく超えなければならない。

逆に、過電圧信号ＯＶＤは、供給電圧Ｂ＋Ａが、低い閾値Ｖ＿ＯＶＤ＿_Ｌまで、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも著しく低下した場合にのみ、非アクティブ化される。

積分のための手段１４は、また、過電圧信号ＯＶＤが１つの状態から別の状態にフリップするために、供給電圧Ｂ＋Ａが、所定の期間Ｔ＿ＯＶＤよりも長い期間にわたって、高い閾値Ｖ＿ＯＶＤ＿_Ｈの上に留まること、および低い閾値Ｖ＿ＯＶＤ＿_Ｌの下に留まることを必要とする。

図４は、過電圧信号ＯＶＤが、どのように電力回路１６に作用するかを、明らかに示しており、電力回路１６は、本発明に係る制御システム１７において、オルタネータの励起を、制御信号ＥＸＣ＿ＤＲに従い切り替える、励起スイッチ７（パワーＭＯＳＦＥＴ）を備える。

過電圧信号ＯＶＤは、デジタル調整ループ９により生成された励起信号ＥＸＣよりも優先され（よって、調整ループ９は、過電圧からの保護のための装置を備えず）、すなわち、励起信号ＥＸＣは、過電圧信号ＯＶＤに従って、確認のための手段１８により確認されるか、または確認されない。

過電圧信号ＯＶＤが、アクティブでない（過電圧が検出されない）場合、調整ループ９は、オルタネータの励起を正常に制御し、制御信号ＥＸＣ＿ＤＲは、励起信号ＥＸＣと同一である。

過電圧信号ＯＶＤが、アクティブである（過電圧が検出された）場合、励起信号ＥＸＣは、この過電圧信号ＯＶＤにより置換され、すなわち、制御信号ＥＸＣ＿ＤＲは、過電圧信号ＯＶＤと同一となり、これにより、オルタネータの励起は、図３に示されるタイミング図に従って停止される。

保護装置１１および電力回路１６の動作を、図５および図６と関連して説明するが、図５および図６は、その概略図が図４に示されている本発明に係る制御システム１７の、第２の特定の実施形態を詳細に示している。

この第２の実施形態において、自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧Ｂ＋Ａのための制御システム１７は、過電圧からの保護のための装置１１を備えており、装置１１は、オルタネータの端子に存在する供給電圧Ｂ＋Ａと、バッテリ電圧Ｂ＋と、を生成する。

第１の取得手段１９は、供給電圧Ｂ＋Ａとバッテリ電圧Ｂ＋とが、第１のフィルタリング手段２０によりフィルタリングされる前に、供給電圧Ｂ＋Ａとバッテリ電圧Ｂ＋とを、保護装置１１の電気構成部品、特にデジタル構成部品と互換性のあるレベルに戻すことを可能にする。

ヒステリシスと比較するための手段１３は、供給電圧Ｂ＋Ａおよびバッテリ電圧Ｂ＋、より具体的には比例電圧を、それぞれ、基準電圧発生器２１により供給される第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１および第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較すること、ならびに、これらの値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の一方または他方が超えられたことを表す出力信号Ｓ１を生成すること、を可能にする。

本発明のこの第２の特定の実施形態におけるこれらの比較するための手段１３は、図５に明らかに示されている。

これらの手段は、２つの比較器２２，２３により構成され、比較器２２，２３は、第１の取得手段１９と第１のフィルタリング手段２０とにより構成される第１の取得手段１２により供給される供給電圧Ｂ＋Ａとバッテリ電圧Ｂ＋とに比例する電圧を、それぞれの非反転入力において受け取り、かつ、第１および第２の基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を、それぞれの反転入力において受け取る。

これらの比較器２２，２３の出力は、論理ＯＲ２４により合成され、積分のための手段１４の入力において出力信号Ｓ１を供給する。

図５に明らかに示されるように、これらの積分のための手段１４は、複数のトグルＤ２５により形成されたオフセットレジスタにより構成されており、トグルＤ２５は、第１のクロック２６の各期間にて出力信号Ｓ１をサンプリングおよび保存する。

いくつかの連続する期間にわたってアクティブに維持される出力信号Ｓ１のみが、ベクトルの形態にある、積分された出力信号Ｓ２を生成し、出力信号Ｓ２の全成分は、アクティブであり、かつ、特に複数の入力２７を有する論理ＡＮＤとアクティブな過電圧信号ＯＶＤとを備える、出力インターフェイス手段１５として生成することができる。

本発明に係る保護装置１１は、調整装置２，４，９，１６に依存しないように、専用の電力供給２８を備える。

特に、この電力供給２８は、基準電圧発生器２１に供給を行う。

自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧Ｂ＋Ａを制御するシステム１７のこの第２の実施形態の、しかし第１の実施形態のものでもある、電力回路１６は、図６に詳細に示されている。

確認のための手段１８は、複数の入力２９を有する論理ＮＯＲを備えており、論理ＮＯＲは、保護のためおよび他のサービス信号のための装置１１により生成される過電圧信号ＯＶＤにより駆動される。

このゲート２９の出力は、もう１つのゲート３０にて、励起信号ＥＸＣと合成され、ゲート３０は、励起スイッチ７の制御信号ＥＸＣ＿ＤＲを生成するために、ＡＮＤ機能を提供する。

よって、この他のゲート３０の出力ＥＸＣ＿ＤＲは、過電圧信号ＯＶＤが非アクティブである場合に、励起信号ＥＸＣと同じであり、他のサービス信号も、非アクティブである。

過電圧信号ＯＶＤがアクティブである場合、他のサービス信号の状態にかかわらず、ゲート２９の出力は、非アクティブであり、オルタネータの励起ＥＸＣ＿ＯＵＴを遮断する、デジタル調整ループ９によって供給される励起信号ＥＸＣにかかわらず、他のゲート３０の出力における、制御信号ＥＸＣ＿ＤＲは、非アクティブである。

本発明に係る自動車のオンボード電気ネットワークの供給Ｂ＋Ａの制御システム１７の電力回路１６は、図１に示されるような、一般的な既知の制御システム１の電力回路１６とは、２つの論理ゲート２９，３０のみが異なることに留意すべきである。

励起電流は、ＭＯＳＦＥＴ型の励起スイッチ７によって切り替えられ、地帰路は、フリーホイールダイオード３１を備える。

励起電流ＩＲＯＴは、シャント３２によって測定され、シャント３２の端子にて、演算増幅器３３によって、電位の差が測定される。

本発明に係る自動車のオンボード電気ネットワークの供給の制御のためのシステム１７の調整のための装置２，４，９，１６は、また、既知の一般的なシステム１の調整のための装置２，４，９，１６と同じ要素を含み、それらは、図４に示されるように、
− レジスタ３４の少なくとも１つのブリッジにより構成される第２の取得手段２と、少なくとも１つのキャパシタ３５により構成される第２のフィルタリング手段４と、を備える、バッテリ電圧Ｂ＋の取得のための第２の手段２，４と、
− デジタル−アナログコンバータ３と、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサにより構成される、処理装置５と、を備えるデジタル調整ループ９と、
− 第２のクロック３６と、
である。

本質的な違いは、本発明に係るシステム１７の調整ループ９は、どのような機能の共通モードも回避するために、一体化された保護装置１０を含まないことである。

同じ理由から、保護装置１１の第１のクロック２６は、調整ループ９の第２のクロック３６とは別個のものである。

本発明に係る自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧Ｂ＋Ａの制御のためのシステム１７は、ＡＳＩＣの形態で製造される。

このモジュール性の結果として、かつ調整装置２，４，９，１６が、従来の調整装置２，４，９，１０，１６とほとんど変わらず、さらに簡素化されているため、新たなＡＳＩＣの開発は、縮小された投資しか必要としない。

図７は、本発明に係る自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧を制御するためのシステムのもう１つの実施形態を示している。この実施形態において、この場合１１’で示されている保護装置は、それ自体の半導体電力スイッチ（ＭＯＳＦＥＴトランジスタ）７’を備える。このスイッチ７’は、保護スイッチであり、保護スイッチは、ＯＶＤ信号の命令により、オルタネータの励起回路を開くことができ、かつ供給電圧Ｂ＋Ａと回路１６の励起スイッチ７との間に直列に介在される。

図７に係る実施形態は、保護装置１１’と、レギュレータの残り部分との間に、より大きな分離を提供し、保護装置１１’に、励起スイッチ７’から独立して、オルタネータの励起電流を絶つ可能性を与え、これは、例えば、オルタネータの励起コイルにおける最大の励起電流を伴う、短絡時に、不良のある励起スイッチ７の場合に、より大きな利点を有する。この実施形態は、レギュレータの残り部分が埋め込まれている基板とは別個の、分離された基板上の保護装置１１’の保護のために適しており、このことは、例えば励起スイッチ７の熱破壊の結果として、どのようなレギュレータの過熱に対しても耐性を向上させることを可能にすることにより、その保護機能を強化する。専用の電力供給２８は、また、保護装置１１’とレギュレータの残り部分との間のこの分離を強化する。

本発明に係る制御システム１７を備えるオルタネータは、よって、従来のモデルと比べて、明確な競争的利点の利益を得るものであり、それは、同等の費用で、過電圧からの保護を絶対的にするためである。

本発明は、単に上述の好適な実施形態に、限定されないことが理解される。

言及された電子構成部品の種類は、よって、単なる実施の例である。これらは、同じ機能または同じ機能の群を実行する、他の構成部品によって、必要なだけ代替的に置換することができる。

本発明は、よって、以下の特許請求の範囲によって定義される文脈内に残る全ての可能な変形実施形態を包含する。

Claims (11)

1. 自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧（Ｂ＋Ａ）を制御するためのシステム（１７）であって、前記供給電圧（Ｂ＋Ａ）の調整のためのデジタル調整装置（２，４，９，１６）と、前記オンボード電気ネットワークの過電圧からの保護装置（１１）と、を備え、前記デジタル調整装置（２，４，９，１６）および前記保護装置（１１）は、前記オンボード電気ネットワークに供給を行うオルタネータの励起を合同で制御する、システム（１７）において、
   前記保護装置（１１）は、前記デジタル調整装置（２，４，９，１６）とは別個のものであり、前記保護装置（１１）により生成され、かつ、前記励起を制御する過電圧信号（ＯＶＤ）が、前記デジタル調整装置（２，４，９，１６）により生成される励起信号（ＥＸＣ）よりも優先され、前記オルタネータの励起回路（８）を切り替えることができ、かつ、前記過電圧信号（ＯＶＤ）による前記励起信号（ＥＸＣ）の確認のための確認システム（１８）により生成される制御信号（ＥＸＣ＿ＤＲ）により制御される、半導体励起スイッチ（７）を備える電力回路（１６）、を追加的に備える、ことを特徴とするシステム（１７）。
2. 前記保護装置（１１）は、
   − 前記供給電圧（Ｂ＋Ａ）および／または前記オンボード電気ネットワークに接続されたバッテリの端子におけるバッテリ電圧（Ｂ＋）を取得するための第１の取得システム（１２）と、
   − 前記供給電圧（Ｂ＋Ａ）および／または前記バッテリ電圧（Ｂ＋）を、それぞれ、第１の基準電圧（Ｖｒｅｆ１）および／または第２の基準電圧（Ｖｒｅｆ２）と比較するための比較システム（１３）と、
   − 前記比較システム（１３）の出力信号（Ｓ１）の積分のための積分システム（１４）と、
   − 前記積分された出力信号（Ｓ２）から、前記過電圧信号（ＯＶＤ）を生成するインターフェイスシステム（１５）と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１７）。
3. 前記比較システム（１３）は、ヒステリシスを有する、ことを特徴とする、請求項２に記載のシステム（１７）。
4. 前記取得のための第１の取得システム（１２）は、前記供給電圧（Ｂ＋Ａ）および／または前記バッテリ電圧（Ｂ＋）を取得するための第１のキャプチャシステム（１９）と、第１のフィルタ（２０）と、を備える、ことを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のシステム（１７）。
5. 前記積分システム（１４）は、第１のクロック（２６）により制御されるオフセットレジスタ（２５）を備える、ことを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のシステム（１７）。
6. 前記デジタル調整装置（２，４，９，１６）は、
   − 前記バッテリ電圧（Ｂ＋）の取得のための第２の取得システム（２，４）と、
   − 前記バッテリ電圧（Ｂ＋）に従い、前記励起信号（ＥＸＣ）を生成する、デジタル調整ループ（９）と、
   を備える、ことを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のシステム（１７）。
7. 前記第２の取得システム（２，４）は、レジスタ（３４）の少なくとも１つのブリッジを含む前記バッテリ電圧（Ｂ＋）を取得するための第２のキャプチャシステム（２）と、少なくとも１つのキャパシタ（３５）を含む第２のフィルタ（４）と、を備える、ことを特徴とする、請求項６に記載のシステム（１７）。
8. 前記デジタル調整ループ（９）は、前記第２のフィルタ（４）の出力において、第２のクロック（３６）により制御される、アナログ−デジタルコンバータ（３）と、
   前記アナログ−デジタルコンバータ（３）の出力における、有線論理回路である処理装置（５）と、
   を備える、ことを特徴とする、請求項７に記載のシステム（１７）。
9. 前記デジタル調整装置（２，４，９，１６）と、前記保護装置（１１）とは、別々の基板上の２つの個別の電子ブロックとして製造される、ことを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１７）。
10. 前記保護装置（１１）は、前記過電圧信号（ＯＶＤ）の命令により、前記オルタネータの励起回路（８）を開くことができる、半導体保護スイッチ（７’）および、専用の電力供給（２８）を備える、ことを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１７）。
11. 請求項１に記載の、自動車のオンボード電気ネットワークの供給電圧（Ｂ＋Ａ）を制御するためのシステム（１７）を備える、ことを特徴とする自動車のオルタネータ。

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