JP2012507981A - 車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、ジェネレータ（５）と、該ジェネレータの動作を制御する第１の制御回路モジュール（４）と、該第１の制御回路モジュールと同じ構造ユニットにまとめられたディジタルインタフェース（９）と、プログラミング制御される第２の制御回路モジュール（３）とを備えた、車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニットに関する。本発明によれば、前記第２の制御回路モジュールは、前記第１の制御回路モジュールおよび前記ディジタルインタフェースと同じ構造ユニットに収容され、前記ディジタルインタフェースを介して制御情報を受信する。

Description

本発明は車両に搭載された電気システムに給電を行うジェネレータユニットに関する。

従来技術
独国公開第１０３２１８７２号明細書から、ジェネレータ動作を制御するための２つの制御回路モジュールが協働する、車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニットが公知である。ここで、第１の制御回路モジュールはジェネレータとともに１つのジェネレータユニットにまとめられており、構造的に分離された第２の制御回路モジュールからディジタルインタフェースを介して制御情報を受信する。第２の制御回路モジュールは制御装置内のソフトウェアによって実現されている。通常動作中、第２の制御回路モジュールは、ジェネレータの励起電流を調整するためのスイッチングトランジスタを駆動する。第２の制御回路モジュールから出力される制御量、例えば制御値またはその変化速度が許容範囲を外れて妥当でなくなり、第２の制御回路モジュールの障害が示唆されると、第１の制御回路モジュールがジェネレータの制御を引き継ぐ。

ソフトウェアの形態の第２の制御回路モジュールが設けられることにより、複雑であるが多くの観点から最適な制御ストラテジを利用することができる。しかし、こうした公知のジェネレータユニットには、これと外部の第２の制御回路モジュールとのあいだの摩擦のない通信が必ずしも保証されないという問題がある。ジェネレータユニットで適応化または事後開発が行われる場合、ふつう、摩擦のない協調動作を保証するために、ソフトウェアの形態の第２の制御回路モジュールにおいて調整の内容を考慮することが要求される。経済的に有意となるように第２の制御回路モジュールは機関制御装置に組み込まれるが、車両の機関制御装置とジェネレータユニットとは別々のメーカで製造されるので、事後開発の際にはこれらを協調させなければならない。こうした事後開発は煩雑であり大きな費用がかかる。

発明の開示
本発明は、ジェネレータと、ジェネレータの動作を制御する第１の制御回路モジュールと、ディジタルインタフェースと、プログラミング制御される第２の制御回路モジュールとを備えており、第１の制御回路モジュールとディジタルインタフェースとが１つの構造ユニットにまとめられている、車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニットに関する。本発明によれば、第２の制御回路モジュールも前述の構造ユニットに組み込まれており、ディジタルインタフェースを介して制御情報を受信する。こうしたジェネレータユニットは種々の利用目的に柔軟に適合可能であり、ジェネレータユニット以外で煩雑な適応化を行う必要はない。これは、例えばジェネレータユニットを所定の型式の自動車に適合させる場合など、ジェネレータ内または第１の制御回路モジュール内で行われる全ての変更を第２の制御回路モジュールのプログラミングにおいて考慮することができ、ディジタルインタフェースを介して制御情報を出力する機関制御装置などの外部ユニットでの適応化を行わずにすむからである。

最も簡単なケースでは、第２の制御回路モジュールは、外部ユニットから送信されてきた制御情報を第１の制御回路モジュールで処理可能なフォーマットへ変換するプロトコル変換器の機能のみを有する。ただし、有利には、第２の制御回路モジュールは通常動作モード中にジェネレータを制御するように構成され、第１の制御回路モジュールは障害動作モード中にのみジェネレータの制御を担当するように構成される。これにより、複雑な制御ストラテジは第２の制御回路モジュールにおいて実現される。つまり、第１の制御回路モジュールの機能は車両に搭載された電気システムの電圧維持にとって必須の基本的機能のみに限定されるので、第１の制御回路モジュールを簡単かつロバストに構成することができる。

有利には、第２の制御回路モジュールは、少なくとも部分的にセンサの初期的な測定値に基づいてジェネレータの制御を行うように構成されている。これにより、機関制御装置などの外部の制御情報源において、ジェネレータ制御のための測定値を処理する必要がなくなる。このため、機関制御装置のオペレーティングソフトウェアが簡単化される。機関制御装置がジェネレータに対する制御情報を出力する場合、この出力はジェネレータの型式に依存しない形式で行われる。したがって、ジェネレータの型式ごとに異なるバージョンのオペレーティングソフトウェアを用意しなくてよい。

有利には、障害動作モードの制御は、ディジタルインタフェースを介して受信される制御情報を用いずに行われる。第１の制御回路モジュールによる制御では、最適な制御は必ずしも保証されないかもしれないが、エラーを有する制御情報や制御情報の欠落によって完全に不適切な制御が行われるという危険はなくなる。

通常動作モードまたは障害動作モードの発生は、特に車両に搭載された電気システムの少なくとも１つの駆動パラメータの値に基づいて、監視モジュールにより判別される。

監視モジュールは、駆動パラメータの値が第２の制御回路モジュールによって設定された限界値を超過したか否かに基づいて通常動作モードまたは障害動作モードの発生を判別するように構成されている。当該の監視モジュールを、ユニットの組み込み前に、ジェネレータユニットの適用環境に適合させる必要はなく、こうした調整は第２の制御回路モジュールで自動的に行われる。第２の制御回路モジュールではこのために必要な手段をプログラムステップの形態で容易に実現することができる。

機能エラーを回避するため、限界値を設定することができるのは、ジェネレータユニットが通常動作モードで動作している時間内に限られる。

第１の制御回路モジュールはＡＳＩＣとして実現されているため、特に、それぞれの適用環境に依存する変更が行われない標準制御機能を担当するのに適している。したがって、標準制御モジュールとしての第１の制御回路モジュールは、本発明のジェネレータユニット内で、多様な型式の自動車に対応する第２の制御回路モジュールと組み合わされて用いられる。このことは、予備の要素の点で有利である。

また、特に、第１の制御回路モジュールが監視モジュールとともに１つの半導体モジュールにまとめられている場合、ジェネレータユニットの必要スペースおよび使用素子数の点で有利である。

本発明のジェネレータユニットを含む車両に搭載された電気システムの概略図である。

以下に、本発明のさらなる特徴および利点を、図示の実施例に則して詳細に説明する。

図１には、車両に搭載された電気システム２の概略図が示されている。電気システム２はジェネレータ制御回路１を含み、このジェネレータ制御回路１は制御量を出力することによりジェネレータ５に出力電圧を形成させる。当該の出力電圧はジェネレータ５に接続された整流器５１を介して電気システム２へ印加される。また、電気システム２は、バッテリ２１および複数の電気的負荷２２を含む。ジェネレータ制御回路１はコネクタ９およびディジタルバスを介して電気システム２の制御装置８に接続されており、ここで、コネクタ９は、ディジタルインタフェース８１、アナログのＤＦＭ線路（ジェネレータの負荷離脱を示す線路）、Ｋｌ１５線路（イグニションスイッチオンを表す線路）、Ｓ線路（センス線路；バッテリ端子電圧線路）およびＷ線路（ジェネレータ相線路）を含む。

ジェネレータ制御回路１は、ＡＳＩＣとして実現された基本制御回路モジュール４と、プログラミング可能なディジタル回路、特にマイクロコントローラ、ＦＰＧＡモジュールまたはＣＰＬＤモジュールとして実現された高次制御回路モジュール３と、監視モジュール６とを含む。基本制御回路モジュール４および監視モジュール６は、本発明の有利な実施形態では、共通の半導体モジュール７としてまとめられている。

基本制御回路モジュール４はＰＷＭ制御信号によって駆動される出力段４２を含み、この出力段４２は、ＰＷＭ制御信号のオンオフ比に比例する励起電流をジェネレータ５の励起コイル５２へ出力する。出力段４２の制御入力側には切換スイッチ４１が接続されており、これにより、基本制御回路モジュール４の内部制御回路のＰＷＭ制御信号あるいは高次制御回路モジュール３からのＰＷＭ制御信号が選択的に出力段４２へ印加される。

基本制御回路モジュール４の内部制御回路は、バッテリ端子電圧またはジェネレータ出力電圧、または場合によりＫｌ１５線路またはＷ線路の信号など他の制御パラメータ、あるいは、センサで検出されたジェネレータ５の駆動パラメータに固定に線路接続されており、そこから得られる関係にしたがって、ＰＷＭ制御信号を導出する。

基本制御回路モジュール４は制御パラメータをディジタルバスおよびコネクタ９を介して受け取る。このために、図１の実施例では、基本制御回路モジュール４および監視モジュール６は共通のバスインタフェース１１を利用している。ジェネレータ５で測定される制御パラメータは直接の線路を介して特にアナログ信号として基本制御回路モジュール４へ供給され、これにより、バスの障害によって制御パラメータが基本制御回路モジュール４へ到達しないというおそれが排除される。

監視モジュール６は、Ｋｌ１５線路、Ｓ線路またはＷ線路の信号を、コネクタ９を介して受け取る。電気システム２の給電電圧に障害が生じているか否かを検出するために、監視モジュール６は、例えば、Ｓ線路の電位または当該の電位の変化速度を高次制御回路モジュール３によってあらかじめ定められた限界値と比較する。Ｓ線路の電位がこうした２つの限界値によって定められる範囲を外れる場合、あるいは、Ｓ線路の電位の変化速度が所定の限界値を超過する場合には、給電電圧の障害が検出される。障害が発生していない場合には、監視モジュール６は切換スイッチ４１を駆動して、高次制御回路モジュール３のＰＷＭ信号が出力段４２へ印加されるようにする。障害が発生している場合には、基本制御回路モジュール４の内部制御回路のＰＷＭ信号が出力段４２へ導通される。電気システム２の電圧が許容範囲を外れる場合、電気システム２に接続された電気的負荷２１の損傷またはデータ損失の危険を最小化するには、できるだけ迅速に補正を行わなければならない。こうした迅速な補正には、ＡＳＩＣモジュールの迅速な応答時間に基づいて、基本制御回路モジュール４のほうがプログラミング制御される高次制御回路モジュール３よりも良好に適している。

さらに、監視モジュール６は、信号線路１２を介して、高次制御回路モジュール３に接続されている。高次制御回路モジュール３は、通常動作モードでは設定された時間範囲、通常１００ｍｓ内で制御量をジェネレータ５へ出力し、この動作を、信号線路１２へのデッドマン信号の出力によって示すようにプログラミングされている。制御量の出力は例えばＰＷＭ信号のオンオフ比の更新として行われる。デッドマン信号とは、例えば、信号線路１２上で制御量が出力されるたびに生じる電圧のレベル反転であるか、または、制御量が出力されるたびに送出されるパルスである。デッドマン信号がない場合、高次制御回路モジュール３におけるプログラムフローの障害が示唆される。このようなケースではジェネレータ５へ出力される制御量が正しいことが保証されないので、監視モジュール６はジェネレータ５が基本制御回路モジュール４によって駆動されるように切換スイッチ４１を操作する。

切換スイッチ４１を駆動する監視モジュール６の信号は高次制御回路モジュール３へ供給される。したがって、高次制御回路モジュール３は、ジェネレータユニット５が障害動作モードにあり、出力される制御量に対して応動しないケースを識別するように構成されている。この場合、高次制御回路モジュール３の内部制御回路の追従は停止され、高次制御回路モジュール３に記憶されているパラメータが、ジェネレータ制御の無駄な試行において、所定の値へ調整されることが阻止される。これは、監視モジュール６が後に通常動作へ復帰したときに完全に不適切な出力値を生じさせることになるからである。

通常動作への復帰は、監視モジュール６によって監視されている信号レベルが再び許容範囲内へ入った場合に行われる。

高次制御回路モジュール３の機能は、所望のジェネレータ出力を直接に表すジェネレータ制御命令（任意の形態で符号化されてバスを介して受信される信号）を、ジェネレータ５および出力段４１に適合する形態のＰＷＭ信号へ変換することに限定されてもよい。この手段により、制御命令を出力する搭載コンピュータなどの外部制御ユニットをジェネレータユニットのコンポーネントに適合させる必要がなくなる。制御の適応化は高次制御回路モジュール３のソフトウェアの適応化によって容易に行うことができる。

有利には、高次制御回路モジュール３はさらに、所望のジェネレータ出力の設定に関連するタスクを引き受ける。これにより外部制御ユニットの負荷が軽減される。オペレーティングソフトウェアは簡単化され、ジェネレータユニットの個々の技術要素に依存しなくなるので、僅かな数のバージョンが必要なだけであり、また、その他の制御タスクに対する外部制御ユニットの応答時間が短縮される。ジェネレータ５に対する制御量の設定に必要な計算を行うために、高次制御回路モジュール３は、センサの測定値、例えばバッテリ端子電圧および／またはジェネレータ温度などを直接にまたはバスを介して受信する。このようにすれば、高次制御回路モジュール３が搭載コンピュータから受け取るタスクを、動作中の負荷のタスクまたは全エネルギを消費するタスクへ制限することができる。ジェネレータの駆動がこれらの設定に基づいて高次制御回路モジュール３によって設定されれば、必要な出力が長期にわたって充足され、ジェネレータ５の過度に高い駆動温度を回避するなどの境界条件が満足されるうえ、搭載コンピュータの計算能力への要求も高くならない。

通常動作モードおよび障害動作モードについて説明したが、障害動作モードへの切り換えとは、技術的障害を取り除くべきことに結びつくものであることに留意されたい。短時間の障害動作モードは、ジェネレータユニットがエラーなく完全に動作している場合でも、特に、接続されている電気的負荷の出力が短時間だけ変動することによって生じうる。したがって、設定された最大時間範囲を超えて障害動作モードが持続ないし反復する場合にのみ、運転者に対して、障害が発生したことおよびその除去が必要であることのメッセージが表示され、あるいは場合により、監視モジュール６によって障害の検出のための限界値およびこれが超過されたことが示唆される。

Claims (8)

1. ジェネレータ（５）と、
   該ジェネレータの動作を制御する第１の制御回路モジュール（４）と、
   ディジタルインタフェース（９）と、
   プログラミング制御される第２の制御回路モジュール（３）と
   を備えており、
   前記第１の制御回路モジュールと前記ディジタルインタフェースとは１つの構造ユニットにまとめられている、
   車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニットにおいて、
   前記第２の制御回路モジュールは、前記構造ユニットに組み込まれており、前記ディジタルインタフェースを介して制御情報を受信する
   ことを特徴とする車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニット。
2. 前記第２の制御回路モジュールは前記ジェネレータを通常動作モード中に制御するように構成されており、前記第１の制御回路モジュールは前記ジェネレータを障害動作モード中に制御するように構成されている、請求項１記載の車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニット。
3. 前記ディジタルインタフェースを介して受信される前記制御情報は少なくとも部分的にセンサの初期的な測定値を含む、請求項２記載の車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニット。
4. 前記障害動作モード中は、前記ディジタルインタフェースを介して受信される前記制御情報を用いずに制御を行う、請求項２または３記載の車両に搭載された電気システム用のジェネレータユニット。
5. 前記電気システムの少なくとも１つの駆動パラメータの値に基づいて前記通常動作モードまたは前記障害動作モードの発生を判別する監視モジュール（６）が設けられている、請求項２から４までのいずれか１項記載の電気システム用のジェネレータユニット。
6. 前記監視モジュールは、前記少なくとも１つの駆動パラメータの値が前記第２の制御回路モジュールによって設定された限界値を超過したか否かに基づいて前記通常動作モードまたは前記障害動作モードの発生を判別するように構成されている、請求項５記載の電気システム用のジェネレータユニット。
7. 前記第１の制御回路モジュールはＡＳＩＣとして実現されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気システム用のジェネレータユニット。
8. 前記第１の制御回路モジュールは前記監視モジュールとともに１つの半導体モジュールにまとめられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気システム用のジェネレータユニット。

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