JP3808864B2 - 協調制御装置 - Google Patents
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Description
この発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、発電モードの切り替えの頻度や、高発電モードの発生頻度を小さくし、燃費を向上させることを目的とする。
この協調制御装置では、主に発電モードの切り替えを制御する電子制御ユニットと、電力負荷量を制御する電子制御ユニットとを別体で構成してあり、レイアウトの自由度や、メンテナンス性を高めている。
この協調制御装置によれば、前記した特定の電力負荷が協調制御可能な場合に、その電力負荷の電力負荷量を低減させることで、全体の電力負荷量を低減させ、発電機を低発電モードで運転させるようにする。
この協調制御装置によれば、前記した特定の電力負荷とは異なる他の電力負荷に対して協調制御を行うので、全体電力負荷量を効率良く低減させることができ、発電機を低発電モードで運転させやすくなる。
この協調制御装置では、主に発電モードの切り替えを制御する電子制御ユニットと、協調制御を行わせる電子制御ユニットとを別体で構成してあり、レイアウトの自由度や、メンテナンス性を高めている。
請求項2に記載した発明によれば、2つの電子制御ユニット間の通信により、協調制御と発電モードの切り替えを行うようにしたので、電子制御ユニット同士を離れた位置に配置することが可能になる。また、各電子制御ユニットを小型化することが可能になる。したがって、レイアウトの自由度や、メンテナンス性が高まる。
請求項3に記載した発明によれば、所定時間経過後の電力負荷量が演算された電力負荷を協調制御するので、全体の電力負荷量の制御を速やかに行うことができる。したがって、発電モードの低発電モードで運転させやすくなり、燃費を向上できる。
請求項4に記載した発明によれば、所定時間経過後の電力負荷量が演算された電力負荷と異なる電力負荷を協調制御するので、全体の電力負荷量の制御が容易になる。したがって、発電機を低発電モードで運転させやすくなり、燃費を向上できる。
請求項5に記載した発明によれば、特定の電力負荷の電力負荷量の変動に起因して全体の電力負荷量が閾値を越えることが予想された場合に、その変動が一時的なものである場合に、予測値が閾値を越えた場合でも、低発電モードを維持させるようにしたので、発電モードの切り替え頻度が低下し、燃費を向上させることができる。
請求項6に記載した発明によれば、2つの電子制御ユニット間の通信により、協調制御と発電モードの切り替えを行うようにしたので、各電子制御ユニットの小型化が可能になると共に、レイアウトの自由度や、メンテナンス性が高まる。
図1に示すように、内燃機関であるエンジン1の出力軸2には、その一端にプーリ3が取り付けられている。プーリ3と、このプーリ3から離れた位置にあるプーリ4との間には、ACGベルト5が巻き回されている。さらに、プーリ4は、発電機6の入力軸7の一端に固定されており、エンジン1が駆動すると発電機6が稼動するようになっている。
エアコンディショナW1は、コンプレッサや、ファン、ファンを回転させるモータ、運転者が操作する各種スイッチなどから構成される。リアデフロスタW2は、リアガラス熱線、電力供給を行うリレー、制御回路、運転者が操作する各種スイッチなどから構成される。パワーウィンドウW3は、ウィンドウガラスを移動させるモータ、運転者が操作する各種スイッチなどから構成される。ヘッドライトW4は、ランプ、運転者が操作する各種スイッチなどから構成される。カーナビゲーション装置W5は、制御装置、表示装置、運転者が操作する各種スイッチなどから構成される。
ここで、電子制御ユニット10に送信される制御情報としては、電力負荷Wが消費する電力(電力負荷量)の情報と、電力負荷Wの動作状態を示す情報とがある。このうち、動作状態を示す情報とは、例えば、エアコンディショナW1であれば、稼動(ON)又は停止(OFF)を示す信号と、設定温度に基づくファン電圧の情報、始動時からの経過時間の情報などがあげられる。リアデフロスタW2であれば、ON又はOFFを示す情報などがある。パワーウィンドウW3や、ヘッドライトW4であれば、ON又はOFFを示す情報などがある。ナビゲーション装置W5であれば、ON又はOFFを示す情報や、車両の位置に関する情報などがある。なお、各電力負荷Wの制御情報は、一定時間毎に電子制御ユニット10に送信される。
この電子制御ユニット10は、CPU(中央演算装置)やメモリなどから構成され、電力負荷Wや、電流センサ12からの情報に基づいて実際の全体の電力負荷量(全電力負荷量)を演算する全電力負荷量演算手段31と、電力負荷Wや、他のセンサなどの情報を受け取る動作状態確認手段32と、前記の2つの手段からの情報に基づいて所定時間経過後の全体電力負荷量の予測値を求める先読み予測手段33と、協調制御を行う電力負荷の電力負荷量の目標値を設定する目標値設定手段34と、目標値に基づいて協調制御の電力負荷量低減手段35と、実際の全体電力負荷量に応じて発電モードを切り替える信号を発電機6に出力する切替手段36とを備えている。
図2では、電力負荷A及び電力負荷B並びに電力負荷Cの各電力付加量の総和が全体電力負荷量に相当し、この全体電力負荷量を発電機6のみで賄う場合を例示してある。
各電力付加Wの電力負荷量を協調制御しない従来制御では、全体電力負荷量が閾値CPを超えると、全体電力負荷量の増加に従って発電機6を高発電モードに切り替えられる。
これに対して、協調制御装置では、全体電力負荷量が閾値CPを超えると、各電力負荷A,B,Cが消費する電力を同じ割合で低下させ、全体電力負荷量を閾値CP以下にする。これにより、発電機6を低発電モードで運転させることが可能になる。
さらに、電力負荷量を低減させる電力負荷A,B,Cの優先順位を決定する情景を予め定めておき、優先順位の高い電力負荷(電力負荷Aと電力負荷B)から順番に電力負荷量を低減させ、全体電力負荷量を閾値CP以下に低減させることもできる。優先順位は、搭乗者に対する影響や、運転への影響が小さい電力負荷Wの順位を定められる。
そして、全体電力負荷量に占める割合(負荷率)の大きい電力負荷(電力負荷C)の電力負荷量を低減させ、全体電力負荷量を閾値CP以下に低減させても良い。
また、全体電力負荷量が閾値CPよりも高いところに上限値HCPを設定し、閾値CPよりも低いところに下限値LCPを設定してある。上限値HCP及び下限値LCPは、発電モードを切り替える際のハンチングを考慮して設定されているヒステリシスの上限値及び下限値に相当する。上限値HCPは、例えば、閾値CPの1.1倍から1.3倍程度の値が設定されている。また、下限値LCPは、例えば、閾値CPの0.8倍から0.95倍程度の値が設定されている。
図3において、時刻t0までの全体電力負荷量は、エアコンコンディショナW1が、例えば、25℃の設定温度で運転しているときの全体電力負荷量を示している。このときの全体電力負荷量は、上限値HCPよりも低いので、発電機6は、低発電モードで運転している。
そして、このファン電圧の目標値は、実際のエアコンディショナW1の制御に用いられると共に、通信ユニット15から通信線16を介して電子制御ユニット10に送信される。
そして、先読み予測手段33は、時刻t0におけるファン電圧及び全体電力負荷量と、ファン電圧の目標値とから、所定時間経過後(時刻t1)の全体電力負荷量を予測する。具体的には、ファン電圧は、一定の電圧変化率で増加するものとみなし、時刻t1のファン電圧の予測値を演算する。さらに、このファン電圧の予測値に基づいて、時刻t1におけるエアコンコンディショナW1の電力負荷量を演算する。そして、演算したエアコンディショナW1の電力負荷量に、時刻t0における他の電力負荷Wの電力負荷量を加算し、この値を時刻t1における全体電力負荷量の予測値とする。
これに対して、図3に破線L1で示すように、全体電力負荷量の予測値が、閾値CP以上、かつ上限値HCP未満であると判定されたときには、協調制御を行う。この場合は、目標値設定手段34によって、全体電力負荷量が閾値CPよりも低い値に落ち着くようにファン電圧の目標値を定める。そして、電力負荷量低減手段35が、エアコンディショナW1に対して、ファン電圧の目標値を、目標値設定手段34で設定した値に書き換えるように指令する。
これにより、エアコンディショナW1のファン電圧が、設定温度に応じた当初の電圧よりも低い値(目標値設定手段34で設定されたファン電圧)に抑えられる。その結果、エアコンディショナW1の電力負荷量が抑制され、時刻t1における実際の全体電力負荷量は、図3において実線L2で示すように、閾値CP未満になる。したがって、発電機6は低発電モードを維持する。
電子制御ユニット10の動作状態確認手段32は、各種の温度センサから車室内の温度や、外気温を、所定時間毎に取得する。先読み予測手段33は、動作状態確認手段32が取得した温度の情報と、ファン電圧と、全体電力負荷量演算手段31で演算した全体電力負荷量とから、所定時間経過後の全体電力負荷量を予測する。具体的には、時刻t3の時点の情報から所定時間経過後の時刻t4におけるファン電圧を、電圧変化率を一定として演算する。そして、このファン電圧に基づいて、時刻t4におけるエアコンディショナW1の電力負荷量及び全体電力負荷量の予測値を求める。
全体電力負荷量が閾値CPを超えていれば、協調制御は行わない。また、全体電力負荷量が下限値LCP以下である場合も、協調制御は行わない。これに対して、図4に破線L3で示すように、下限値LCPを超え、閾値CP以下の範囲内では、電子制御ユニット10が協調制御を行う。
前者は、全体電力負荷量が閾値CPよりも低い値に落ち着くようなファン電圧の目標値を、目標値設定手段34が設定する。そして、電力負荷量低減手段35で、エアコンディショナW1のファン電圧の目標値を、目標値設定手段34で定めたファン電圧の目標値に置き替えさせる。
また、後者の場合には、前述のように、他の電力負荷Wの消費電力を一定の割合でカットしたり、特定の電力負荷Wの消費電力を優先的に低減させたりする。
どちらの場合であっても、図4に実線L4で示すように、時刻t4における全体電力負荷量は、閾値CP未満の値に制御される。したがって、協調制御を行わない場合に比べて早いタイミングで、電子制御ユニット10の切替手段36から発電機6に所定の切替信号を出力させ、低発電モードに切り替えることができる。
時刻t5において、リアデフロスタW2のスイッチがONになると、実際にリアデフロスタW2の消費電力を増加させる前に、電子制御ユニット10が全体電力負荷量の変化を推定する。具体的には、動作状態確認手段32に、リアデフロスタW2のスイッチがONになったことを示す制御情報が入力される。先読み予測手段33は、時刻t5における全体電力負荷量に、リアデフロスタW2が動作することにより増加する電力負荷量を加算し、全体電力負荷量の予測値を演算する。この予測値が、図5に破線L6で示すように、閾値CP以上で、上限値HCP未満である場合には、他の電力負荷Wの電力負荷量を低減させる。目標値設定手段34は、電力負荷量を低減させる電力負荷Wを選択し、その低減量を設定する。そして、電力負荷量低減手段35が、対象となる電力負荷Wに必要な制御情報を送信する。
なお、リアデフロスタW2は、その作動時にタイマのカウントを開始する。そして、例えば、時刻t6でタイマ継続時間が終了したら、リアデフロスタW2は、自動的に停止し、リアデフロスタW2の電力負荷量がゼロになる。このときに、リアデフロスタW2は、停止を通知する制御情報を電子制御ユニット10に出力する。電子制御ユニット10は、この信号を受け取ったら、他の電力負荷Wの協調制御を終了させる。協調制御を終了しても、リアデフロスタW2の電力負荷量の分だけ全体電力負荷量が低減されるので、発電機6は低発電モードを維持することができる。また、タイマ継続時間が終了する前に、運転者などがリアデフロスタW2を停止させることもあるが、この場合も同様の処理が行われる。
ナビゲーション装置W5が、車両の現在位置と、地図データとから、車両が所定時間以内にトンネルに入ると判定したときには、その旨を通知する制御情報を電子制御ユニット10の動作状態確認手段32に出力する。そして、電子制御ユニット10では、先読み予測手段33が、トンネル内を走行するときの全体電力負荷量を予測する。具体的には、時刻t7において、所定時間経過後に、車両がトンネルに入ると判断された場合には、ヘッドライトW4を点灯したときの電力負荷量を演算し、この電力負荷量を時刻t7における全体電力負荷量に加算する。この全体電力負荷量の予測値が、閾値CP未満であれば、協調制御は行わない。これに対して、破線L8に示すように、予測値が閾値CP以上、かつ上限値HCP未満であれば、他の電力負荷Wに対して協調制御を行う。その結果、実線L9に示すように全体電力負荷量が閾値CP以下になり、低発電モードが維持される。
さらに、電力負荷量の変動を先読みして、全体電力負荷量の変動が少なくなるように電力負荷の制御を行うので、車両の電力負荷状態を安定させることができる。
また、各電力負荷Wと切り替え電子制御ユニット10との間の通信は、切り替え電子制御ユニット10の要求に応じて電力負荷Wが情報を送信するようにしても良い。電力負荷W側の通信ユニット15の負荷を低減でき、装置を小型化できる。また、切り替え電子制御ユニット10が必要に応じて電力負荷Wの稼動状態を調べるようにすると、通信のトラフィック量を低減できる。
この実施の形態では、図1に示すような協調制御装置において、全体電力負荷量が所定の範囲内であるときに協調制御を行う代わりに、電力負荷量が閾値CPを超える時間が一定時間内に収まる場合に、全体電力負荷量の制御を行うことを特徴とする。
具体的には、前記の実施の形態と同様に、時刻t0における全体電力負荷量を演算すると共に、エアコンディショナW1の制御情報を取得し、時刻t1における全体電力負荷量の予測値を演算する。この際に、予測値が閾値CP以上であれば、電子制御ユニット10は、その継続時間を調べる。継続時間が所定の時間内であれば、エアコンディショナW1に対して協調制御を行い、全体電力負荷量が閾値CP未満になるようにファン電圧を制御する。ここで、前記所定の時間とは、電力負荷量を強制的に低く設定しても支障をきたさない程度の時間間隔である。なお、閾値CP未満であれば、協調制御は行わない。また、閾値CPを越える時間が長い場合であっても、全体電力負荷量の予測値が、上限値HCP未満であれる場合には、第1の実施の形態と同様な協調制御を行う。
このようにすると、いずれの場合であっても、発電機4は、低発電モードを維持することができる。
この実施の形態では、図1に示すような協調制御装置において、電力負荷量の増加が、非常に短い時間で終了する場合には、実際の全体電力負荷量を変化させずに、発電機を低発電モードに固定する。
図8に示すように、この実施の形態の協調制御装置は、第1電子制御ユニット40と、第1電子制御ユニット40に通信線41を介して接続される第2電子制御ユニット50とを有している。
第1電子制御ユニット40は、発電機6及び電流センサ11,12、第2電子制御ユニット50に接続され、切替手段36を備えている。また、第1電子制御ユニット40には、他のセンサ(不図示)なども接続されている。
第2電子制御ユニット50は、第1電子制御ユニット40及び各電力負荷Wにそれぞれ通信線41及び通信線16で接続され、全体電力負荷量演算手段31と、動作状態確認手段32と、先読み予測手段33と、目標値設定手段34と、電力負荷量低減手段35とを備えている。
第2電子制御ユニット50は、第1電子制御ユニット40を経由して、発電機6の発電量の情報や、バッテリ8に入出力される電力の情報を取得し、全体電力負荷量演算手段31で全体電力負荷量を演算する。また、第1電子制御ユニット40を経由して取得する各種センサ(不図示)の情報と、通信線16を介して取得する各電力負荷Wの情報とから動作状態確認手段32が、電力負荷Wの動作状態を判定する。そして、以降は、前述の第1から第3の実施の形態と同様に、所定時間後の全体電力負荷量を予測し、必要に応じて協調制御を行い、発電機6が低発電モードで運転する頻度を高める。
また、この協調制御装置は、2輪車、3輪車、4輪車などの車両などに適用できる。
6 発電機
8 バッテリ
10 電子制御ユニット
31 全体電力負荷量演算手段
32 動作状態確認手段
33 先読み予測手段
34 目標値設定手段
35 電力負荷量低減手段
36 切替手段(発電モード切替手段)
40 第1電子制御ユニット
50 第2電子制御ユニット
CP 閾値
W 電力負荷
Claims (6)
- エンジンにより駆動される発電機でバッテリの充電を行うと共に、複数の電力負荷に電力を供給するにあたり、所定の電力負荷量を閾値として前記発電機の発電モードを低発電モード又は高発電モードに切り替える発電モード切替手段を備える協調制御装置において、
前記電力負荷の全体の電力負荷量を演算する全体電力負荷量演算手段と、前記電力負荷の動作状態を取得する動作状態確認手段と、全体の電力負荷量及び前記電力負荷の動作状態に基づいて、所定時間経過後の少なくとも1つの電力負荷の電力負荷量及び全体の電力負荷量の予測値を演算する先読み予測手段と、全体の電力負荷量の前記予測値が前記閾値よりも大きく、かつその差が所定値以下の場合に、全体の電力負荷量が前記閾値未満になるように、少なくとも1つの電力負荷に対して電力負荷量の目標値を設定する目標値設定手段とを備え、前記目標値に従って電力負荷量を低減させることを特徴とする協調制御装置。 - 前記発電モード切替手段を第1電子制御ユニットに備え、前記第1電子制御ユニットとは別体で構成した第2電子制御ユニットに、前記全体電力負荷量演算手段と、前記動作状態確認手段と、前記先読み予測手段と、前記目標値設定手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の協調制御装置。
- 前記先読み予測手段によって所定時間経過後の電力負荷量が演算された電力負荷に対して、電力負荷量を低減させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の協調制御装置。
- 前記先読み予測手段によって所定時間経過後の電力負荷量が演算された電力負荷とは異なる電力負荷に対して、電力負荷量を低減させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の協調制御装置。
- エンジンにより駆動される発電機でバッテリの充電を行うと共に、複数の電力負荷に電力を供給するにあたり、所定の電力負荷量を閾値として前記発電機の発電モードを低発電モード又は高発電モードに切り替える発電モード切替手段を備える協調制御装置において、
前記電力負荷の全体の電力負荷量を演算する全体電力負荷量演算手段と、前記電力負荷の動作状態を取得する動作状態確認手段と、全体の電力負荷量及び特定の電力負荷の動作状態に基づいて、所定時間経過後の少なくとも1つの電力負荷の電力負荷量及び全体の電力負荷量の予測値を演算する先読み予測手段とを備え、全体の電力負荷量の前記予測値が前記閾値よりも大きいときに、前記特定の電力負荷の稼動時間を調べ、稼動時間の長さが所定値以下である場合に、その間の発電モードを低発電モードに設定し、前記特定の電力負荷の稼動時間が所定値を超える場合には、少なくとも1つの電力負荷の電力負荷量を低減させることを特徴とする協調制御装置。 - 前記発電モード切替手段を第1電子制御ユニットに備え、前記第1電子制御ユニットとは別体で構成した第2電子制御ユニットに、前記全体電力負荷量演算手段と、前記動作状態確認手段と、前記先読み予測手段とを備えることを特徴とする請求項5に記載の協調制御装置。
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