JP2007295659A - 車両用発電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両用発電制御装置2は、車両用発電機1の励磁巻線102を断続制御して車両用発電機1の出力電圧を設定値に制御しており、車両用発電機1の回転数を周期的に検出する回転検出回路208と、回転検出回路208の検出結果に基づいて回転低下を検出したときに、回転低下量に基づいて励磁電流を抑制するとともに、回転低下を検出していないときに、励磁電流の抑制を解除する励磁電流制限値演算部204、発電電圧・励磁電流制御回路206とを備えている。
【選択図】図1
Description
キースイッチ(図示せず)がオンされると、ECU5からキーオン信号が車両用発電制御装置2に向けて送信される。車両用発電制御装置2内の通信制御回路209は、ECU5から送られてくるキーオン信号をC端子を介して受信すると、電源回路205に向けてこのキーオン信号を入力する。電源回路205は、入力されるキーオン信号に応じて、各部に供給する動作電圧の生成を開始する。
エンジンが始動されて回転を開始し、車両用発電機1の回転数がアイドリング回転まで上昇すると車両用発電機1による発電が開始される。そして、車両用発電機1の出力電圧がバッテリ3の端子電圧以上になると、バッテリ3への充電が行われるためその端子電圧およびバッテリ3に接続されている車両用発電機1の出力電圧が上昇する。車両用発電機1の出力電圧が調整電圧以上になると、発電電圧・励磁電流制御回路206はローレベルの信号(あるいはデューティ比が下限値に設定されたPWM信号)をMOS−FET201へ出力する。これにより、MOS−FET201はオフ状態となって励磁電流が減少し、これに伴い車両用発電機1の出力電圧が低下して調整電圧以下になるため再びMOS−FET201はオン状態となり、励磁電流が増加する。上記の動作を繰り返し、発電機電圧は調整電圧に制御される。
−前回のNa平均値(例えば100ms移動平均)
これにより、エンジン燃焼行程による回転脈動の影響を低減した低周波の回転変動を検出することができる。また、他方の偏差ΔNa_Hは、偏差ΔNa_Lとは逆に、エンジン燃焼行程による回転脈動のみによる高周波の回転変動値を示すものであり、平均処理なしの取得回転数Naの差により算出する。すなわち、以下のようになる。
次に、励磁電流制限値演算部204は、取得した回転数Na、励磁電流IF、出力電圧VBに基づいて、ECU5から取得した制御定数k0、不感帯IFαを補正する(ステップ1006)。具体的には、制御定数k0を補正することにより、以下に示す低周波回転変動制御定数kLと高周波回転変動制御定数kHが得られ、不感帯IFαを補正することにより、以下に示す不感帯IFα’が得られる。
高周波回転変動制御定数kH=A’×k0
×(B’×Na+C’×IF+D’×VB+E’)
不感帯IFα’=F×(Na−E)×IFα
ここで、A、B、C、D、E、F、A’、B’、C’、D’は定数である。なお、上記の制御定数kL、kHは、回転数Na、励磁電流IF、出力電圧(発電機電圧)VBの3つの値に基づいて変更(補正)したが、この中の少なくとも1つの値に基づいて変更するようにしてもよい。また、不感帯IFα’は回転数Naのみに基づいて変更(補正)したが、回転数Na、励磁電流IF、出力電圧(発電機電圧)VBの3つの値の少なくとも1つの値に基づいて変更するようにしてもよい。また、上述した制御定数kL、kHや不感帯IFα’は、励磁電流制限値演算部204が演算によって求める場合を説明したが、ECU5による演算によって決定し、ECU5から送信された値を取得するようにしてもよい。
IF+kH×ΔNa_H,IF+IFα’)
ここで、「MIN」は3つのパラメータの中の最小値を抽出する関数である。この式は、現在のIF検出値に対し、それぞれkL×ΔNa_L、kH×ΔNa_H、IFα’を加算した値の最小値を励磁電流制限値IF_LIMITとすることを意味している。このような励磁電流制限値IF_LIMITを設定することにより、回転が低下したときに、ΔNa_Lあるいは、ΔNa_Hが負の値となり、励磁電流制限値IF_LIMITが現在の励磁電流IFよりも小さくなるので、車両用発電機1の発電トルクが減少し、回転低下を抑制するように動作する。特に、エンジンの燃焼工程に起因する回転低下(kH×ΔNa_H)と、発電機トルク変動や他の補機のトルク変動あるいはエンジンの吸入空気量制御等による比較的緩やかに発生する回転低下(kL×ΔNa_L)とを区別して検出し、それぞれの回転低下に対応する励磁電流抑制値を個々に演算し((IF+kL×ΔNa_L)と(IF+kH×ΔNa_H))、演算した励磁電流抑制値の小さい方の値にて励磁電流を制限しており、これにより、外乱などによる回転変動およびエンジンの燃焼行程により発生する回転変動の両方の回転変動に対して最適な回転安定効果、電圧安定効果が得られる。なお、本実施形態では、回転低下時にはIF+kL×ΔNa_LとIF+kH×ΔNa_Hの値が小さい方を選択的に用いたが、予め決められた方の値を固定的に用いるようにしてもよい(この場合には他の値は不要であり、演算を省略することができる)。
次に、アイドリング状態において、他の補機などの作動による外乱によってアイドリング回転が落ち込んだときの動作を説明する。図7は、外乱による回転低下時の動作タイミングを示す図である。また、図8は発電機回転数に対する発電機トルク(駆動トルク)特性を示す図である。図7において、矢印で示すタイミングで、エンジンによって駆動されている補機が動作し、アイドリング回転が低下し始めるものとする。従来構成の動作が点線で、本実施形態の構成の動作が実線で示されている。また、図8において点線で示される曲線は、負荷電流が40Aの場合に出力電圧が一定に制御されたときの特性を示している。
図9は、エンジンの燃焼行程による回転脈動に対する従来の動作タイミングを示す図である。図9(A)に示すように、通常、エンジンの燃焼行程の点火による爆発タイミングに同期して周期的な(例えば40ms周期)回転変動が発生する。この回転変動に応じて、図8に示したトルク特性で説明したように、回転低下時に励磁電流が増加して発電機トルクが増大するので、車両用発電機1の発電動作によりエンジン回転の変動を助長することになる。また、回転低下時に発電能力が不足すると、図8(D)に示すように、車両用発電機1の出力電圧(発電機電圧)の落ち込みが発生してしまう。このような動作により、エンジン振動や車両用発電機1を駆動するベルトのばたつきなどの不具合が生じる可能性がある。特に、3気筒エンジンや、近年の燃費向上を重視した低フリクション車両などと車両システムの電動化によって増加傾向にある車両用発電機1の大電力化とが相俟って、今後重要な問題となることが予想される。
2 車両用発電制御装置
3 バッテリ
4 電気負荷
201 MOS−FET
202 環流ダイオード
203 センス抵抗
204 励磁電流制限値演算部
205 電源回路
206 発電電圧・励磁電流制御回路
207 励磁電流検出回路
208 回転検出回路
209 通信制御回路
Claims (15)
- 車両用発電機の励磁巻線を断続制御して前記車両用発電機の出力電圧を設定値に制御する車両用発電制御装置において、
前記車両用発電機の回転数を周期的に検出する回転検出手段と、
前記回転検出手段の検出結果に基づいて回転低下を検出したときに、回転低下量に基づいて励磁電流を抑制するとともに、回転低下を検出していないときに、励磁電流の抑制を解除する励磁電流制限手段と、
を備える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、
前記励磁電流制限手段は、現在の励磁電流値から、前記回転低下量に制御定数を乗算した値を減じて励磁電流値を決定する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、
前記励磁電流制限手段は、現在の励磁電流値、発電機回転数から演算した発電機トルクから、この発電機トルクに前記回転低下量に制御定数を乗算した値を減じて目標値トルクを算出し、この目標値トルクを実現するために必要な励磁電流値を決定することを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項3において、
前記制御定数は、前記車両用発電機と前記車両用発電機を駆動するエンジンとエンジン補機を含む慣性モーメント程度に設定されることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1〜4のいずれかにおいて、
前記励磁電流制限手段は、回転低下を検出していないときに、現在の励磁電流値から所定の増加割合にて徐々に増加させて励磁電流の抑制を解除することを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項2〜4のいずれかにおいて、
前記制御定数は、前記車両用発電機の回転数、出力電圧、励磁電流の少なくとも1つの値に基づいて変更されることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項2〜4、6のいずれかにおいて、
前記制御定数は、励磁電流の抑制実施時の回転変動量あるいは発電機電圧変動量に基づいて補正されることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項5において、
前記励磁電流の増加割合は、前記車両用発電機の回転数、出力電圧、励磁電流の少なくとも1つの値に基づいて変更されることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項5または8において、
前記励磁電流の増加割合は、励磁電流の抑制実施時の回転変動量あるいは発電機電圧変動量に基づいて補正されることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1〜9のいずれかにおいて、
前記回転検出手段および前記励磁電流制限手段は、前記車両用発電機に内蔵されていることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項2〜4、6、7のいずれかにおいて、
前記制御定数は、外部制御装置から送信されることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項5、8、9のいずれかにおいて、
前記励磁電流の増加割合は、外部制御装置から送信されることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1〜12のいずれかにおいて、
前記励磁電流制限手段は、エンジンの燃焼工程に起因する回転脈動を排除して回転低下の検出を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1〜13のいずれかにおいて、
前記励磁電流制限手段は、エンジンの燃焼工程に起因する回転脈動のみについて回転低下の検出を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1〜14のいずれかにおいて、
前記励磁電流制限手段は、エンジンの燃焼工程に起因する回転低下と、発電機トルク変動や他の補機のトルク変動あるいはエンジンの吸入空気量制御等による比較的緩やかに発生する回転低下とを区別して検出し、それぞれの回転低下に対応する励磁電流抑制値を個々に演算し、演算した励磁電流抑制値の小さい方の値にて励磁電流を制限することを特徴する車両用発電制御装置。
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