JP4670720B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置に関する。

従来から、アイドリング状態において燃焼行程に起因するエンジン回転変動を車両用発電機の発電トルク制御で安定化させるために、回転低下タイミングで励磁電流減少させ、回転増加タイミングで励磁電流を増加させるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、車両用発電機の発電トルクに起因するアイドル回転の２〜３秒周期のハンチングを抑制するために、発電トルク値を励磁電流と回転から逐次演算し、このトルク値の増加速度が所定値以下になるよう励磁電流を制限する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭５８−２１７７４３号公報（第１−４頁、図１−５） 特開２００３−２８４２５７号公報（第３−６頁、図１−８）

ところで、特許文献１に開示された技術では、回転低下あるいは回転増加のタイミングのみで励磁電流の減少、増加を決定した場合に、エンジンの回転変動は抑制できるが、車両用発電機の出力電圧の変動をまったく考慮していないため、出力電圧の変動が大きいという問題があった。このため、バッテリの過放電あるいは過充電を生じる可能性がある。

また、特許文献２に開示された技術では、車両用発電機に起因するアイドル回転の変動は抑制できるが、車両用発電機以外に起因するアイドル回転の変動を積極的に抑制することはできず、回転変動や出力電圧の変動が大きくなるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転安定性と電圧安定性の両方を改善することができる車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の励磁
巻線を断続制御して車両用発電機の出力電圧を設定値に制御しており、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、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、現在の励磁電流に対し、発電トルクが減少するように回転低下量に基づいた値だけ励磁電流を減少させ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、励磁電流制限手段は、車両用発電機の相電圧の周波数から検出した回転検出値を平均化して高周波成分を除去し、回転低下の検出を行うとともに、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している。これにより、回転低下時の発電機トルクが減少するため、発電機トルク挙動、エンジン制御作用および他の補機の作動などを含めた全ての要因によるアイドル時の回転変動が低減可能であり、かつ、回転低下がない場合には、励磁電流制限を解除することにより、発電機電圧も所望の値に維持することができ、回転安定性と電圧安定性の両方を改善することができる。

また、発電機トルクを演算して、回転低下の程度に応じて回転低下抑制に必要な目標値トルクを演算して励磁電流制限値を決定することができるため、回転数、発電状態、発電機種類に関わらず、常に安定した回転低下抑制効果を得ることができる。

また、上述した制御定数は、車両用発電機と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が望ましい。これにより、回転低下時の慣性トルクを相殺するように発電機トルクを調整することができ、回転低下を抑制しつつ過度な抑制はせずに電圧変動を最小限に抑えることが可能となる。

また、上述した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が望ましい。これにより、回転増加時の励磁電流の増加速度を抑えることができ、急激な発電機トルクの増加を抑制して、発電機トルク急増による回転低下を抑えることができる。

また、上述した制御定数は、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が望ましい。回転数、発電機出力電圧、励磁電流値に応じて制御定数を変更することにより、車両条件変動に対して確実な回転安定性、電圧安定性を実現することができる。

また、上述した制御定数は、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が望ましい。励磁電流抑制制御を実施した結果としての回転変動、電圧変動を評価して制御定数を補正することができるため、より安定した回転安定性、電圧安定性を実現することができる。

また、上述した励磁電流の増加割合は、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が望ましい。回転数、発電機出力電圧、励磁電流値に応じて励磁電流の増加割合を変更することにより、車両条件変動に対して確実な回転安定性、電圧安定性を実現することができる。

また、上述した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が望ましい。励磁電流抑制制御を実施した結果としての回転変動、電圧変動を評価して励磁電流の増加割合を補正することができるため、より安定した回転安定性、電圧安定性を実現することができる。

また、上述した回転検出手段および励磁電流制限手段は、車両用発電機に内蔵されていることが望ましい。励磁電流抑制制御に必要な機能を車両用発電機に内蔵することにより、外部制御装置の処理負荷を軽減することができるとともに、外部制御装置と車両用発電機との間の通信量を低減することができ、これらの間で通信が必要な場合であっても比較的低速な通信方法を採用することができる。

また、上述した制御定数あるいは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が望ましい。外部制御装置によって制御定数や励磁電流の増加割合を変更することにより、エンジンの種類等車種に応じた最適な設定が可能になり、確実な回転安定性、電圧安定性の実現が、一種類の車両用発電制御装置を用いて可能となり、車両用発電制御装置の品種増加を抑えることができる。

また、上述した励磁電流制限手段は、車両用発電機の相電圧の周波数から検出した回転検出値を平均化して高周波成分を除去することにより、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が望ましい。これにより、外乱などによる回転変動に対して
特に回転安定効果、電圧安定効果が得られる。

また、上述した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、回転検出値に対する平均化処理の有無を使い分けることにより区別して検出し、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が望ましい。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。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置と車両用発電機やバッテリ、電気負荷、ＥＣＵとの接続状態が示されている。

図１において、車両用発電制御装置２は、車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）の電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。また、車両用発電制御装置２は、Ｂ端子以外に、通信端子（Ｃ端子）とグランド端子（Ｅ端子）を有している。Ｂ端子は、所定の充電線を介してバッテリ３や各種の電気負荷４に接続されている。Ｃ端子は、外部制御装置としてのＥＣＵ５に接続されている。Ｅ端子は、車両用発電機２のフレームに接続されている。なお、図１では、車両用発電制御装置２は、車両用発電機１と並行して図示したが、実際には車両用発電機１に内蔵されている。

車両用発電機１は、固定子に含まれる３相の固定子巻線１０１と、回転子に含まれる励磁巻線１０２と、固定子巻線１０１の３相出力を全波整流するために設けられた整流回路１０３とを含んで構成されている。この車両用発電機１の出力電圧の制御は、励磁巻線１０２に対する通電を車両用発電制御装置２によって適宜断続制御することにより行われる。

次に、車両用発電制御装置２の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置２は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ２０１、環流ダイオード２０２、センス抵抗２０３、励磁電流制限値演算部２０４、電源回路２０５、発電電圧・励磁電流制御回路２０６、励磁電流検出回路２０７、回転検出回路２０８、通信制御回路２０９を備えている。

ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１は、励磁巻線１０２に直列に接続されており、オン状態のときに励磁巻線１０２に励磁電流が流れる。環流ダイオード２０２は、励磁巻線１０２に並列に接続されており、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。

電源回路２０５は、所定の動作電圧を生成する。発電電圧・励磁電流制御回路２０６は、車両用発電機１の出力電圧および励磁電流を設定値に制限する。励磁電流検出回路２０７は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１のソース電位に基づいて励磁巻線１０２に流れる励磁電流を検出する。ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１のソースには励磁電流検出用のセンス抵抗２０３が接続されており、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１のソース・ドレイン間およびセンス抵抗２０３を介して励磁電流が流れたときに生じるセンス抵抗２０３の端子電圧に基づいて励磁電流検出回路２０７による励磁電流の検出が行われる。回転検出回路２０８は、固定子巻線１０１のいずれかの相に現れる相電圧を監視することにより、車両用発電機１の回転数を検出し、検出した回転数に対応する電圧を出力する。

励磁電流制限値演算部２０４は、励磁電流検出回路２０７によって検出された励磁電流と、回転検出回路２０８によって検出された車両用発電機１の回転数と、車両用発電機１の出力電圧とに基づいて、励磁電流を制限するための励磁電流制限値を演算する。

図２は、回転検出回路２０８の詳細構成を示す図である。図２に示すように、回転検出回路２０８は、抵抗５０１、５０２、５０３、５０６、５０９、トランジスタ５０４、コンデンサ５０５、５０８、ダイオード５０７、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換回路５１０を備えている。固定子巻線１０１のいずれかの相電圧が抵抗５０１、５０２からなる分圧回路によって分圧され、トランジスタ５０４のベースに印加される。トランジスタ５０４とそのコレクタ側に接続された抵抗５０３によって波形整形回路が構成されており、相電圧波形を整形した信号がトランジスタ５０４のコレクタから出力される。この信号はコンデンサ５０５および抵抗５０６からなる微分回路に入力され、この微分出力がダイオード５０７によって整流された後、コンデンサ５０８および抵抗５０９からなる充放電回路に入力される。以上の構成によって、固定子巻線１０１の相電圧の周波数に比例した電圧が生成され、ＡＤ変換回路５１０に入力される。ＡＤ変換回路５１０は、入力電圧を所定ビット数（例えば８ビット）のデジタルデータに変換して出力する。

図３は、励磁電流検出回路２０７の詳細構成を示す図である。図３に示すように、励磁電流検出回路２０７は、演算増幅器６０１、抵抗６１０、６１１、ＡＤ変換回路６１２を備えている。演算増幅器６０１と２つの抵抗６１０、６１１によって、２つの抵抗６１０、６１１の各抵抗値によって決まる所定の増幅率を有する増幅器が構成されており、励磁電流に応じた値を有する入力電圧が増幅されて出力される。ＡＤ変換回路６１２は、入力端子（ＩＮ）にこの増幅器の出力信号が入力され、クロック端子（ＣＬ）に発電電圧・励磁電流制御回路２０６から出力される駆動信号が負論理で入力されており、駆動信号がハイレベルからローレベルに変化するタイミングで前段の増幅器の出力電圧を取り込んで、所定ビット数（例えば８ビット）のデジタルデータ（励磁電流値）に変換する。

図４は、発電電圧・励磁電流制御回路２０６の詳細構成を示す図である。図４に示すように、発電電圧・励磁電流制御回路２０６は、デジタルコンパレータ７０１、抵抗７０２、コンデンサ７０３、差動増幅器７０４、電圧比較器７０５、７０６、鋸波発生回路７０７、アンド回路７０８を備えている。デジタルコンパレータ７０１は、一方の入力端子（ＩＮ+ ）に入力される励磁電流制限値演算部２０４からの励磁電流制限値と、他方の入力端子（ＩＮ- ）に入力される励磁電流検出回路２０７からの励磁電流検出値とを比較し、励磁電流制限値の方が励磁電流検出値よりも大きいときにはハイレベルの信号を出力する。この出力信号は、抵抗７０２とコンデンサ７０３によって構成される平滑回路に入力されて平滑された後、電圧比較器７０６のプラス端子に入力される。この電圧比較器７０６は、鋸波発生回路７０７から出力される鋸波信号がマイナス端子に入力されており、この鋸波信号とプラス端子に入力される平滑後の電圧とを比較することにより、比較結果に対応したデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力する。差動増幅器７０４は、電源回路２０５によって生成される基準電圧Ｖref と車両用発電機１の出力電圧との差電圧を増幅する。差動増幅器７０４の出力信号は電圧比較器７０５のプラス端子に入力される。この電圧比較器７０５は、鋸波発生回路７０７から出力される鋸波信号がマイナス端子に入力されており、この鋸波信号とプラス端子に入力される差動増幅器７０４の出力信号のそれぞれの電圧を比較することにより、比較結果に対応したデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力する。アンド回路７０８は、２つの電圧比較器７０５、７０６の出力信号の論理積信号を出力する。この論理関信号は、駆動信号としてＭＯＳ−ＦＥＴ２０１のゲートに入力される。このようにしてアンド回路７０８からＭＯＳ−ＦＥＴ２０１に向けて駆動信号が出力され、基準電圧Ｖref に対応する電圧制御あるいは励磁電流制限値に対応する励磁電流制御が行われる。

上述した回転検出回路２０８が回転検出手段に、励磁電流制限値演算部２０４、発電電圧・励磁電流制御回路２０６が励磁電流制限手段にそれぞれ対応する。本実施形態の車両用発電制御装置２はこのような構成を有しており、次にその制御動作を説明する。

（１）エンジン始動前
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。

エンジンが始動前で車両用発電機１の回転が停止している場合には、車両用発電機１の出力電圧が発生しておらず、しかも、バッテリ３の端子電圧は１２Ｖ程度で調整電圧（基準電圧Ｖref ）よりも低いため、発電電圧・励磁電流制御回路２０６は、ハイレベルの信号（あるいはデューティ比が上限値に設定されたＰＷＭ信号）をＭＯＳ−ＦＥＴ２０１へ出力する。これにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１はオン状態となり、励磁巻線１０２に励磁電流が流れて初期励磁状態となる。

（２）アイドリング時
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。

次に、励磁電流制限値演算部２０４によって励磁電流制限値を設定する動作について説明する。図５は、励磁電流制限値演算部２０４によって励磁電流制限値を決定する動作手順を示す流れ図である。図５に示す一連の動作手順は、所定間隔（例えば５ｍｓ毎）で実施されるものであり、主にアイドリング時において励磁電流制限値を演算する内容が示されている。

まず、励磁電流制限値演算部２０４は、励磁電流制限を行うために必要な制御定数ｋ０と不感帯ＩＦαをＥＣＵ５から、車両用発電機１の回転数Ｎａを回転検出回路２０８から、励磁電流ＩＦを励磁電流検出回路２０７から、出力電圧ＶＢを車両用発電機１からそれぞれ取得する（ステップ１００１〜１００４）。

次に、励磁電流制限値演算部２０４は、取得した車両用発電機１の回転数Ｎａに基づいて２種類の偏差ΔＮａ＿L、ΔＮａ＿Hを演算する（ステップ１００５）。ここで、一方の偏差ΔＮａ＿Lは、取得した回転数Ｎａに対して例えば移動平均処理を実施した場合の偏差であり、前回の平均処理結果と今回の平均処理結果との差を示している。すなわち、以下のようになる。

ΔＮａ＿L＝今回のＮａ平均値（例えば１００ｍｓ移動平均）
−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。

ΔＮａ＿H＝今回のＮａ−前回のＮａ
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。

低周波回転変動制御定数ｋＬ＝Ａ×ｋ０×（Ｂ×Ｎａ＋Ｃ×ＩＦ＋Ｄ×ＶＢ＋Ｅ）
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。

次に、励磁電流制限値演算部２０４は、エンジンがアイドル状態か否かを判定する（ステップ１００７）。判定方法としては、車両用発電機１の回転数Ｎａが設定回転以下、例えば３０００ｒｐｍ以下のときにアイドル状態と判定する。また、より確実な判定方法としては、ＥＣＵ５から通信により車両情報を受信し、車速が０ｋｍ／ｈでスロットルオフの場合をアイドル状態としてもよい。

次に、励磁電流制限値演算部２０４は、励磁電流制限値ＩＦ＿LIMITを設定する（ステップ１００８）。この設定は、以下の式を用いた計算によって行われる。

ＩＦ＿LIMIT＝ＭＩＮ（ＩＦ＋ｋＬ×ΔＮａ＿L，
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）。

また、回転上昇している場合には、ΔＮａ＿Lあるいは、ΔＮａ＿Hが正の値となるため、励磁電流制限値ＩＦ＿LIMITはＩＦ +ＩＦα’となり、現在の励磁電流ＩＦに対して所定量ＩＦα’だけ大きい値で制限され、すなわち、励磁電流の抑制が解除され、車両用発電機１の出力電圧が調整電圧以下にある場合には励磁電流ＩＦは所定速度で増加する。

次に、励磁電流制限値演算部２０４は、回転低下時の｜ΔＮａ＿L｜が所定の基準値ΔＮ１より大きいか否かを判定する（ステップ１００９）。大きい場合、すなわち回転低下量が通常（基準値）よりも大きい場合には、車両用発電機１以外の大きな機械負可が投入された場合であってエンストの可能性があると判断し、励磁電流制限値演算部２０４は制御定数ｋ０が大きくなるよう（例えば１．１倍）に補正する（ステップ１０１１）。これにより、励磁電流制限値がより低くなり、車両用発電機１のトルク抑制の度合いを大きくすることができるので、エンジンの回転落ち込みを低減することができる。

また、励磁電流制限値演算部２０４は、電圧低下時の｜ΔＶＢ｜（車両用発電機１の出力電圧の偏差）が所定の基準値ΔＶＢ１より大きいか否かを判定する（ステップ１０１０）。大きい場合、すなわち電圧低下量が通常（基準値）より大きい場合には、大きな電気負可４が投入されてバッテリ３の端子電圧が大きく落ち込んだ場合であって、電子機器の性能低下などが発生する可能性があると判断し、励磁電流制限値演算部２０４は制御定数ｋ０が小さくなるよう（例えば０．９倍）に補正する（ステップ１０１２）。これにより、励磁電流制限値がより高くなり、車両用発電機１の出力を増加させるので、出力電圧低下を抑制することができる。

以上の一連の動作を実施して処理を終了する。上記動作が、５ｍｓ毎に周期的に繰り返されることにより、継続して励磁電流制限値が決定され、この値が発電電圧・励磁電流制御回路２０６に送られて、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１の断続状態が制御される。

図６は、励磁電流制限値演算部２０４によって励磁電流制限値を決定する変形例の動作手順を示す流れ図である。図６に示す動作手順は、励磁電流制限値を演算する方法として、一度発電機トルクを演算し、それを基にして回転変動に応じた値に基づいて目標となるトルク値（目標値トルク）を決定し、この目標値トルクになるような励磁電流制限値を演算して決定することに特徴がある。ステップ１１０１〜１１０７の動作とステップ１１１０〜１１１３の動作は、図５に示したステップ１００１〜１００７の動作とステップ１００９〜１０１２の動作と基本的に同じであり（但し、ステップ１１０５、１１０６ではΔＮａ＿H、ｋＨに関する動作が省略されている点でステップ１００５、１００６の動作と異なっている）、相違点であるステップ１１０８、１１０９の動作に着目して説明を行うものとする。

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を用いて、予めメモリ（図示せず）に格納されている車両用発電機１のトルクマップテーブルを検索し、必要に応じて補間演算を行うことにより、発電機トルクＴａを求める（ステップ１１０８）。

次に、励磁電流制限値演算部２０４は、回転変動ΔＮａに制御定数ｋＨ’を乗じた値を減じてトルク値Ｔａを補正して目標値トルクを決定するとともに、この目標値トルクから逆変換を行って励磁電流制限値ＩＦ＿LIMITを演算する（ステップ１１０９）。このとき、制御定数ｋＨ’を、車両用発電機１やこれを駆動するエンジン、それ以外のエンジン補機をも含めた回転系の慣性モーメント程度とすることにより、回転低下を回転増加に転じるために必要な発電機トルクの抑制を可能とする励磁電流制限値を得ることができる。

このように、発電機トルクを算出して、回転変動量に対して回転を抑制させるために必要かつ充分な励磁電流制限値を正確に求めることができるので、エンジンの回転安定性、車両用発電機１の出力電圧安定性が向上するほか、車両条件が変動しても、常に、車両用発電機１の出力電圧変動が少ない安定した回転変動抑制効果を得ることができる。

（３）アイドリング時に外乱が発生したときの動作
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。

従来の車両用発電制御装置の場合には、発電機回転が低下すると発電機出力が低下するので励磁電流が増加する。これにより、発電機回転の低下により発電機トルクが増加し、回転の低下が助長されて回転が大きく落ち込んでしまう（図７（Ａ）点線）。そして、励磁電流を供給するＭＯＳ−ＦＥＴが完全にオンして励磁電流が最大となる（図７（Ｃ）点線）。発電機トルクは、図７（Ｂ）および図８のＡ点からＢ点に移行する。その後、発電機トルクは減少し始めるが、慣性によりある回転まで下降を続ける（図７（Ｂ）および図８のＢ点からＣ点に移行する）。その後、回転は上昇してもとの回転に戻って行くが、回転が低下している間に、エンジン制御側でのアイドル回転制御にて空気量の増量が行われており、回転数はオーバーシュートを起こし、その後再び回転が低下し、発電機トルクが増加して回転が大きく低下する。上記の動作を繰り返し、補機の作動などをきっかけとして、数秒周期でアイドル回転が１００ｒｐｍから２００ｒｐｍ以上大きく変動する現象（アイドルハンチング）が発生する。

これに対し、本実施形態の車両用発電制御装置２を用いた場合には、上述したように、回転の低下を検出して、発電機トルクが減少するように励磁電流の制限を行うので、補機の作動によりアイドリング回転が低下したときに励磁電流を減少させるように動作し、発電機トルクの増加が従来の車両用発電制御装置に比べて低く抑えられている。その結果、回転の低下が助長されることがなく、アイドリング回転の落ち込みが小さくなる。図７（Ｂ）および図８のＡ点からＢ’点に移行する。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置２によって、補機の作動あるいは運転者のアクセル操作等の外乱によりアイドリング回転が落ち込んだ時の車両用発電機１の駆動トルクの急増を防止することができるので、エンジン回転の落ち込みを抑制することができ、アイドリング時のエンジン回転の安定性を向上させることができる。これにより、車両用発電機１の発電機トルクの増加に起因するアイドリング回転の落ち込み、ハンチング現象、および、補機作動による回転低下によって発生する車両振動の防止が可能となる。また、エンジンストールの防止あるいは出力電圧変動によって発生するランプ類の明暗の防止が図られるほか、アイドリング回転の低下、エンジンの低フリクション化が可能となり、燃費の向上に貢献するとともにアイドル時のエンジン制御の適合の工数削減などの効果がある。

（４）アイドリング時にエンジン燃焼行程の回転脈動が発生したときの動作
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。

図１０は、エンジンの燃焼行程による回転脈動に対する本実施形態の動作タイミングを示す図である。本実施形態の車両用発電制御装置２を用いた場合には、回転低下を検出したときに発電機トルクが減少するように励磁電流の制限を行うので、点火のタイミングでエンジン回転が上昇しその後下降に転じるときに発電機トルクを減少させることができ、従来の場合に比べて回転の低下が抑制され、エンジンの燃焼行程による回転変動を低減することができる。

また、回転低下時に励磁電流を抑えるのでバッテリ電圧の低下は発生するが、回転低下が抑制されるので、電圧低下量が小さくなる、一方、回転上昇時は、励磁電流の制限が解除されるので、回転上昇時に励磁電流が増加することにより、バッテリ３の端子電圧は従来に比べて調整電圧付近で制御することができ、電圧制御性も改善することができる。

一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図である。 回転検出回路の詳細構成を示す図である。 励磁電流検出回路の詳細構成を示す図である。 発電電圧・励磁電流制御回路の詳細構成を示す図である。 励磁電流制限値演算部によって励磁電流制限値を決定する動作手順を示す流れ図である。 励磁電流制限値演算部によって励磁電流制限値を決定する変形例の動作手順を示す流れ図である。 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。 発電機回転数に対する発電機トルク特性を示す図である。 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。 エンジンの燃焼行程による回転脈動に対する本実施形態の動作タイミングを示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電機
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 (12)

1. 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、現在の励磁電流に対し、発電トルクが減少するように回転低下量に基づいた値だけ励磁電流を減少させ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、前記励磁電流制限手段は、前記車両用発電機の相電圧の周波数から検出した回転検出値を平均化して高周波成分を除去し、回転低下の検出を行うとともに、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。
2. 請求項１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。
3. 請求項１または２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。
4. 請求項１または２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。
5. 請求項１、２、４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。
6. 請求項３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。
7. 請求項３または６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。
8. 請求項１〜７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。
9. 請求項１、２、４、５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。
10. 請求項３、６、７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。
11. 請求項１〜１０のいずれかにおいて、
    前記励磁電流制限手段は、前記車両用発電機の相電圧の周波数から検出した回転検出値を平均化して高周波成分を除去することにより、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。
12. 請求項１〜１１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、回転検出値に対する平均化処理の有無を使い分けることにより区別して検出し、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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