JP6053689B2 - オルタネータ電子制御システムを備える自動車電気システム - Google Patents

オルタネータ電子制御システムを備える自動車電気システム Download PDF

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Description

本発明は、自動車の内燃エンジンに結合されるオルタネータ電子制御システムを備える自動車電気システムに関連する。
周知のように、オルタネータは、内燃エンジンにより回転する車両電気装置であり、そのためエンジン自体の総消費量及び排出物質に少なからぬ影響を与える。
都市交通における自動車の燃料消費量及び汚染排出物質を削減するため、自動車メーカーは、自動車にオルタネータ電子制御システムを徐々に導入している。
現在周知のオルタネータ電子制御システムは本質的に内燃エンジンの動作点にしたがって効率指数を計算し、計算による効率指数にしたがってオルタネータロータの回転速度を制御する、及び/又はその励磁/界磁電流を変動させるための構成を有する。
しかし周知のように、内燃エンジンの動作点は、事前予測が困難な供給対象の車両電気負荷と車両バッテリの端子の両端部に存在する電圧の両方にしたがって変動するオルタネータからの必要電流に間接的な関連性を有するので、上述した電子制御システムにおける効率指数の計算は常に大変複雑で近似的である。
上記の説明に加えて、上記の周知の電子制御システムによるオルタネータ制御は内燃エンジンのトルクパターンに限定されるが、経時的に放電が徐々に生じるバッテリの充電状態を考慮に入れていない。
出願人は、以下の目的、つまり
‐エネルギーの浪費を削減してエンジン自体の性能を向上させるように、電気摩擦、ゆえにオルタネータにより自動車の内燃エンジンに生じる抵抗トルクを軽減すること、
‐自動車エンジンにより発生される機械的トルクを高い精度で制御するように、内燃エンジンへのオルタネータの電気負荷の影響を動的に推定すること、
米国特許第4651081号は、エンジン始動中の不安定回転と、エンジンの加速/減速条件と、エンジンなどの過負荷条件とを検出して、発電機の出力電圧をマイクロコンピュータにより調整する、車両充電発電機のための制御装置を開示している。
米国特許第5608309号は、車両交流発電機制御システムを開示しており、電圧指令ユニットにより指令される目標発生電圧と電圧検出回路により検出されるバッテリ電圧との間の差分を演算ユニットが記憶し、電圧差分に対応する電圧が、電圧指令ユニットにより発生される指令電圧に付加される。
欧州特許第0735641号は、発電機への制御信号により電磁ノイズを抑制するとともに、制御信号を受信する入力端子が接地されていてもバッテリへの過充電を防止することのできる、内燃エンジンのための充電制御システムを開示している。
‐平均バッテリ寿命を延長すること、
‐内燃エンジンの消費量及び排出物質を削減すること、
を特に達成できる解決法を見つけようとして、徹底的な研究を実施した。
ゆえに、上述した目的を達成できる解決法を提供することが本発明の目的である。
この目的は、添付の請求の範囲に規定されたオルタネータ電子制御システムに関連する本発明によって達成される。
本発明に係る製作される自動車のための車両電気システムのブロック図である。 図1に図示された自動車エンジンの状態を示すステートマシンである。 本発明に係るオルタネータ電子制御システムにより実行される動作を含むフローチャートである。 図1に図示されたオルタネータ電子制御システムにより実行される第1調整手順のブロック図である。 図1に図示されたオルタネータ電子制御システムにより実行される第2調整手順のブロック図である。 図1に図示されたオルタネータ電子制御システムにより実行される第3調整手順のブロック図である。 図1に図示されたオルタネータ電子制御システムにより実行される第4、第5、第6調整手順のブロック図である。
当業者が本発明を実行及び使用できるように、これから添付の図を参照して本発明が詳しく記載される。記載された実施形態に対する様々な変更は当業者には直ちに明らかとなり、記載された一般原理は他の実施形態及び用途に適用されてもよく、それにより添付の請求項に規定された本発明の保護範囲を逸脱することはない。そのため、記載及び図示された実施形態に本発明が限定されると考えられるべきでなく、むしろここに記載及び請求される原理及び特徴にしたがった最も広い保護範囲が本発明に付与されるものとする。
非限定的な実施例として、図1は、自動車3(概略図示)の内燃エンジン2を備える自動車電気システム1のブロック図を示す。
自動車電気システム1は、電気供給用電圧/電流Vsupply/Isupplyを出力するようにオルタネータ4のロータを回転させるのに適した伝動部材5を用いて内燃エンジン2に結合されたオルタネータ4を備える。
オルタネータ4は周知のタイプのものであり、オルタネータ4自体により発生される供給電圧Vsupを調整するのに適した電気制御電流Iregが流れるのに適した誘導電流回路(不図示)を備えることを明記すること以外には、さらに説明することはない。
自動車3はさらに、車両電気システム7を通してオルタネータ4に電気接続された電気バッテリ6、及び車両電気システム7を用いてオルタネータ4と電気バッテリ6に電気接続された一連の車両電気負荷8を備える。
車両電気負荷8は例えば、ヘッドライトシステムの電気システム、及び/又はワイパシステムの電気システム、及び/又はリアウィンドウ加熱システムの電気システム、又は自動車3に存在してオルタネータ4による供給を受ける他のタイプの類似の電気/電子装置/機器を備えてもよい。
自動車電気システム1はさらに、上記供給電圧Vsupを調整するように上記制御電流を変動させる構成を有するオルタネータ電子制御システム9を備える。
オルタネータ電子制御システム9は本質的に、インテリジェントバッテリ状態センサ15(IBS)、ボディコンピュータ16、電子制御ユニット18、及びインテリジェントオルタネータモジュール19(IAM)を備える。
インテリジェントバッテリ状態センサ15は、作動状態を一瞬ごとに監視するため電気バッテリ6に電気結合され、一連のバッテリ状態パラメータpam_batを測定し、出力するための構成を備える。
図1に示された例では、測定によるバッテリ状態パラメータpam_batは、バッテリ内部温度tbat_measとバッテリ充電状態SOC_measとバッテリ電圧Vbat_measとバッテリ電流Ibat_measとを含む。
オルタネータ電子制御システム9は、さらにインテリジェントバッテリ状態センサ15をボディコンピュータ16に接続するデータ通信線20を備える。インテリジェントバッテリ状態センサ15は、データ通信線20を介してバッテリ状態パラメータpam_bat(tbat_meas,SOC_meas,Vbat_meas,Ibat_meas)をボディコンピュータ16に通信する構成を備える。データ通信線20は、LIN(ローカル相互接続ネットワーク)プロトコルを実行するデータ/制御バスを用いて設けられることが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。
ボディコンピュータ16は、オルタネータ4に接続された車両電気負荷8の各々のオン/オフ状態を判断して、オン状態の車両電気負荷8の各々について、電圧又は電流に対応することが好ましい電気供給の大きさと関連する電気供給範囲により規定される供給制限を決定する構成を備える。電気供給範囲は、電気の大きさ、つまり電圧又は電流の最大及び最小値のそれぞれにより上下が画定される。
ボディコンピュータ16は、バッテリ状態パラメータpam_batにしたがって各車両電気負荷8の電気供給範囲を決定する構成を備えてもよい。
この目的のため、車両電気負荷8の供給制限と関連する車両電気負荷8についての一つ以上の所定の動作マップを含む内部メモリ(不図示)を、ボディコンピュータ16が備えるとよい。各動作マップは、電気供給範囲、つまりバッテリ状態パラメータpam_batが変動する際に対応する車両電気負荷8へ供給される最大及び最小電圧/電流値を提供することができる。
各動作マップは、各状態/バッテリパラメータについて、又は状態/バッテリパラメータの各グループについて、車両電気負荷8へ供給される最大許容値により上方が、また最小許容電圧/電流値により下方が画定される対応する電気供給範囲を含む。
以下の例では、説明の単純化のためであるが普遍性を損なうことなく、△V(Vmin,Vmax)で示される最大及び最小供給電圧値により画定される電気供給範囲が検討され、Vminはi番目の車両電気負荷8の最小供給電圧であるのに対して、Vmaxは最大供給電圧である。
ボディコンピュータ16はさらに、主要な制限、つまりオン状態にある単一の車両電気負荷8の電気供給範囲△V(Vmin,Vmax)を画定する最大/最小電圧Vmax,Vminにしたがって主要電気供給範囲△Vlimit(VMIN,VMAX)を決定する構成を備える。この目的のため、車両電気負荷8の電気供給範囲△V(Vmin,Vmax)の最大及び最小電圧値をそれぞれ割り当てる主要最大電圧VMAX及び主要最小電圧VMINを、ボディコンピュータ16が決定するとよい。
ボディコンピュータ16はさらに、例えば車両ダッシュボード21に存在するオルタネータ警告灯(不図示)を用いてオルタネータ4の誤作動条件を信号で知らせるように、オルタネータ4の診断入力データを受信し、データ通信線22を介してこれを車両ダッシュボード21へ通信することができる。
ボディコンピュータ16はさらに、主要電力供給範囲△Vlimit(VMIN,VMAX)とバッテリ状態パラメータpam_batとを電子制御ユニット18に提供するように通信線23を介して電子制御ユニット18と通信し、これからオルタネータ4の診断データを受信する構成を備える。図の例では、通信線23が一つ以上のCANバスを有することが好ましいが、必ずしも有しなくてもよい。
インテリジェントオルタネータ制御モジュール19は、データ通信線24を介して電子制御ユニット18から調整電圧Vregを受け取る構成を備える。図1に図示された例では、データ通信線24はLINバスを有することが好ましいが、必ずしも有しなくてもよい。
インテリジェントオルタネータ制御モジュール19はオルタネータ4に電気接続され、オルタネータ4の作動状態を診断するための構成を備え、データ通信線24を介してオルタネータ診断データを電子制御ユニット18へ通信する。
インテリジェントオルタネータ制御モジュール19はさらに、供給電圧Vsupplyを発生させるように、オルタネータ4の誘導/界磁回路で循環している励磁/制御電流Iregを調整電圧Vregにしたがって調整するための構成を備える。例えば、調整電圧Vregにしたがってオルタネータ4の誘導/界磁回路へ供給される励磁/制御電流Iregのデューティサイクルを変動させることのできるPWM型電流調整器を、インテリジェントオルタネータ制御モジュール19が有することが好ましいが、必ずしも有しなくてもよい。インテリジェントオルタネータ制御モジュール19は、オルタネータ4の励磁/制御電流Iregのデータを示すデューティサイクルを電子制御ユニット18に通信する構成を備えるとよい。
例えばオルタネータ4の動作負荷にしたがって調整電圧Vregの多様な制御構成について構造的に有効な限度を決定すると共に、オルタネータ4により生じる摩擦影響の計算を決定するため、電子制御ユニット18によりこの値が使用されるとよい。
電子制御ユニット18は、一連の車両作動状態(詳細を後述)、ボディコンピュータ16により決定される主要供給範囲△Vlimit(VMIN,VMAX)、及びバッテリ状態パラメータpar_bat、一連の車両データとにしたがって、インテリジェントオルタネータ制御モジュール19へ供給される調整電圧Vregを決定する構成を備える。
例えば、エンジンrpm en_sp、自動車の外部温度tes、トルクload_v、及び自動車速度vh_sp等、以下エンジンパラメータとして示される一連のエンジン作動パラメータを決定する構成を、電子制御ユニット18が備える。この目的のため、エンジンrpm en_sp、自動車の外部温度tes、内燃エンジンにより発生されるトルクload_v、及び自動車の速度vh_spを測定/決定するのに適した特定のセンサを、オルタネータ電子制御システム9が備えるとよい。
電子制御ユニット18はさらに、自動車3の内燃エンジン2の一連の作動条件/状態にしたがって(詳細を後述)、オルタネータ4の一連のオルタネータ制御手順/アルゴリズムを実行する構成を備える。
実施例を挙げると、図2は、以下エンジン作動状態として示される自動車3の複数の作動時機能状態、及び一つの作動状態から他の状態への対応の移行モードを含む図を概略的に示す。本発明の理解に関連しているエンジン作動状態は、内燃エンジン2が運転中であるシステム運転状態(冷間時エンジン管理、受動的ブースト、回生制動、定常状態、急速充電のブロック)、内燃エンジンがオフ条件からシステム運転状態へ移行し、クランキング条件と関連するシステムオン状態(エンジンオフ、自動停止、クランキング管理のブロック)、及び内燃エンジン2がシステム運転状態からオフ状態へ移行している条件と関連するシステムオフ状態(NP、オフ、遮断のブロック)を本質的に包含する。
図2及び3を参照すると、電子制御ユニット18は、上述したように、システムオン状態(ブロック110)、システムオフ状態(ブロック120)、又はシステム運転状態(ブロック130)である作動時エンジン状態(ブロック100)を判断する構成を備える。
すなわち電子制御ユニット18は、以下では受動的ブースト状態と記される第1作動状態であるとシステム運転状態中に判断した時に、オルタネータ4の第1調整/制御手順/アルゴリズム(ブロック170)(後で詳述)を実行するための構成を備える。
すなわち、電子制御ユニット18は、システム運転状態中に、以下の条件、つまり、測定によるバッテリ充電状態SOC_measが所定の充電閾値SOClim以上の条件(ブロック140)、自動車の加速度Accを示す第1の大きさが正であって第1加速度閾値Acclim以上の条件(ブロック150)が生じた時に、受動的ブースト状態と判断する(ブロック160)構成を備える。この目的のため、第1の大きさは、車両の加速度Acc、及び/又は内燃エンジン2により発生される機械的トルク、及び/又はエンジン4自体により経時的に発生される機械的トルクの微分係数に対応する。
すなわち、電子制御ユニット18はさらに、システム運転状態の間に、以下では回生制動状態(ブロック190)と記される第2作動状態であると判断した時にオルタネータ4の第2制御アルゴリズム/手順(ブロック180)(詳細を後述)を実行する構成を備える。
図3を参照すると、電子制御ユニット18は、システム運転状態の間に、以下の条件、すなわち、測定によるバッテリ充電状態SOC_measが所定の充電閾値SOClim以上の条件(ブロック140)、自動車3の加速度を示す第1の大きさが負であり(ブロック200)、ゆえに例えば制動により、及び/又は自動車3そのものの停止により生じる減速を自動車3が受けていることを示す条件が発生した時に、回生制動状態と判断する(ブロック190)。
さらに、システム運転状態の間に、以下では定常状態(ブロック220)と記される第3作動状態と判断された時に、オルタネータ4の第3制御アルゴリズム/手順を実行する(ブロック210)(詳細を後述)ための構成を電子制御ユニット18は備える。
図3を参照すると、電子制御ユニット18は、システム運転状態の間に、測定によるバッテリ充電状態SOC_meas 12が所定の充電閾値SOClimより高く(ブロック140)、自動車3の加速度を示す第1の大きさが正であって第1所定閾値より低い(ブロック230)時に、定常状態であると判断する。
さらに、以下では急速充電状態(ブロック250)と記される第4作動状態であると判断した時に、オルタネータ4の第4制御アルゴリズム/手順を実行する(ブロック240)(詳細を後述)するための構成を電子制御ユニット18は備える。
すなわち、電子制御ユニット18は、システム運転状態の間に、電気バッテリ6の測定充電状態SOC_measが所定の充電閾値SOClimより低い(ブロック260)時に、急速充電状態であると判断する。
さらに、システムオン状態の間に、以下ではクランク状態(ブロック280)と記される第5作動状態であると判断した時に、オルタネータ4の第5制御アルゴリズム/手順(ブロック270)(詳細を後述)を実行するように電子制御ユニット18が構成されている。電子制御ユニット18は、内燃エンジン2がクランキング状態である時にクランク状態と判断する。
さらに、システムオフ状態の間に、以下では停止/自動停止状態(ブロック300)と記される第6作動状態と判断した時に、オルタネータ4の第6制御アルゴリズム/手順(ブロック290)(詳細を後述)を実行するように電子制御ユニット18が構成されている。電子制御ユニット18は、手動制御により、又は自動制御により、内燃エンジン2が停止した時に、それぞれ『停止/自動停止』状態であると判断する。
図4を参照すると、電子制御ユニット18により実行されるオルタネータ4の第1制御手順/アルゴリズムは本質的に、目標電圧Vobjを決定するステップ、目標電圧Vobjと測定によるバッテリ電圧Vbat_measとの間の差分を示すエラー信号Verrを計算するステップ、及びエラー信号Verrと目標電圧Vobjにしたがって、開ループ調整システム/回路26を用いて調整電圧Vregを判断するステップを含む。
すなわち、主要電気供給範囲△Vlimit(VMIN,VMAX)、バッテリ電流Ibat_meas、及び内燃エンジン2により回転供給される車両電気機器25のオン/オフ状態にしたがって、目標電圧Vobjが計算される。
オルタネータ4の第1制御手順/アルゴリズムは、以下のステップ、すなわち例えば所定速度で回転するエンジン冷却ファン及び/又はDPF(ディーゼル粒子フィルタ)再生ユニットである、内燃エンジン2自体により回転供給される車両電子機器25と関連する電圧VECMlimを計算するステップ、及び電気バッテリ6によるバッテリ電流Ibattの発生に関連する電圧V1(Ibat)を計算するステップを用いて、目標電圧Vobjを判断する。
オルタネータ4により発生される電圧が作動中の車両電子機器25への供給に充分であるように電圧VECMlimはオルタネータ4の調整電圧の所定最小値に対応するのに対して、電圧V1(Ibat)は、電気バッテリ6による電流Ibatの供与の間に電気バッテリ6の放電を防止するのに必要な最小の所定電圧値に実質的に対応する。
オルタネータ4の第1制御手順/アルゴリズムは、目標電圧Vobjを計算し、こうして上限値、つまり主要電気供給範囲△Vlimit(VMIN,VMAX)の下方電圧VMINと電圧VECMlimと電圧V1(Ibat_meas)との間の最大値を決定する。詳細に述べると、Vobj=MAX(VMIN,VECMlim,V1(Ibat_meas)である。
目標電圧Vobjの計算時に、オルタネータ4の第1制御手順/アルゴリズムは、詳細を後述する比例積分PI型の開ループ調整システム/回路26を用いて調整電圧Vregを決定する。
図5を参照すると、オルタネータ4の第2制御手順/アルゴリズムは、目標電圧Vobjを決定するステップ、目標電圧Vobjと測定によるバッテリ電圧Vbat_measとの間の差分を示すエラー信号Verrを計算するステップ、及びエラー信号Verrと目標電圧Vobjにしたがって開ループ調整システム/回路26を用いて調整電圧Vregを決定するステップを本質的に含む。
すなわち、以下のパラメータにしたがって目標電圧Vobjが計算される。パラメータは、車両電子機器25の起動に関連する電圧VECMlim、バッテリ電流Ibatt_measに関連する電圧V1(Ibat_meas)、エンジンrpm en_spに関連する電圧V2(en_sp)である。
電圧V2(en_sp)は、オルタネータにより発生される電気摩擦により内燃エンジンに生じる制動トルク変動を制限するように、また、正常作動条件から、内燃エンジン2の回転速度が所定の最小値を有するアイドリング作動条件までの、段階的な、つまり脈動的でないエンジン自体の移行を好都合な形で保証するように決定される所定の最小値に対応する。
オルタネータ4の第2制御手順/アルゴリズムは、下限値、つまり主要電気供給範囲△Vlimit(VMIN,VMAX)の上方電圧VMINと、電圧VECMlimと、電圧V1(Ibat_meas)と、電圧V2(en_sp)との間の最小値を決定する目標電圧Vobjを計算する。詳細に述べると、Vobj=min(VMAX,VECMlim,V1(Ibat),V2(Ibat))である。
オルタネータ4の第2制御手順/アルゴリズムはこうして、自動車3が減速状態にある時にオルタネータ4の調整電圧Vregを制御して、車両機器25の起動により、また電気バッテリ6により、主要電気供給範囲により決定される限度/制限と適合する可能な最高値をオルタネータ4に割り当てる。
目標電圧Vobjの計算時に、オルタネータ4の第2制御手順/アルゴリズムは、調整システム/回路26(開ループ又は閉ループ)を用いて調整電圧Vregを決定する。
上述の記載から、第2手順/アルゴリズムを用いてオルタネータ4の調整電圧Vregに関連する目標電圧Vobjに可能な「最高」値を割り当てることにより、オルタネータ4により内燃エンジン2に印加される電気摩擦の上昇制御が決定され、これが、一方では減速ステップ中に内燃エンジン2により供与されるトルクの減少の実施と、他方では車両機器25と電気バッテリ6の両方の供給に充分であるオルタネータ4による電圧の供与の保証とを可能にすることは、さらに注目に値する。
さらに、第1手順/アルゴリズムを用いてオルタネータ4の調整電圧Vregに関連する目標電圧Vobjに可能な「最低」値を割り当てることによって、オルタネータ4により内燃エンジン2へ印加される電気摩擦の制御による低下が決定されると好都合であり、これが、一方ではエンジン自体の消費量/排出物質の軽減と共に内燃エンジン2により供与されるトルクの上昇の実施と、他方では車両機器25と電気バッテリ6の両方への供給に充分であるオルタネータ4による電圧の供与の保証を可能にすることは注目に値する。
図4及び5に示された例を参照すると、上に記載された第1及び第2制御手順/アルゴリズムにより使用される開ループ調整システム/回路26は、フィルタリングブロック27、加算器ブロック28、比例積分ブロック29、加算器ブロック30、及び勾配制限ブロック31を備える。
フィルタリングブロック27は、入力バッテリ電圧Vbat_measを受け取り、インテリジェントバッテリ状態センサ15により導入される読み取りノイズを都合よく除去するように高周波数のバッテリ電圧Vbat_measをフィルタリングし、フィルタリングされたバッテリ電圧Vbat_filtを出力するための構成を備える可動の平均的な低域フィルタを有することが好ましいが、必ずしも有しなくてもよい。
加算器ブロック28は、入力目標電圧Vobj及びフィルタリング後のバッテリ電圧Vbat_filtを受け取り、測定電圧Vbat_measと目標電圧(Vobj)との間の差分を示すエラー信号Verrを出力するための構成を備える。
比例積分ブロック29は、エラー信号Verrに所定の定数K1を掛けて、第2定数Verr*K2(必ずしもK1と等しくなくてよい)が掛けられたエラー信号を経時的に積分するための構成を備える。
加算器ブロック30は、比例積分ブロック29により出力される入力エラー信号Verr及び目標電圧Vobjを受け取って、Verrと目標電圧Vobjとの和に対応する補償後の目標値Vobj′を出力する構成を備える。
勾配制限ブロック31は、補償後の入力目標電圧Vobj′を受け取って、所定の最大最小範囲内にこれを維持するように補正後の目標電圧Vobj′の微分係数(好ましくは離散微分係数)を経時的に限定し、オルタネータ4の調整電圧Vregを出力するための構成を備える。
開ループの影響はさらに、運転中に過少/過大分流も非ゼロのエラーも発生させずに目標Vobjに接近する調整電圧Vregについてのより段階的な制御を保証することであるのに対して、閉ループの影響は、オルタネータ4と電気バッテリ6とから成る電気システムで起こり得る電荷分散の回復を保証することである。
オルタネータ4の第3制御手順/アルゴリズムは、上記の条件に加えて最適なSOCを維持するように電圧Vregを電子制御ユニット18が調整するために設けられる。オルタネータ4の第3制御手順/アルゴリズムは、電気バッテリ6の目標充電状態SOC_objと測定によるその充電状態SOC_measとの間の差分△SOCにしたがって、また閉ループ制御システム/回路32を用いて、調整電圧Vregを決定するステップを含む。
図6を参照すると、以下のパラメータを示す一連のデータにしたがって目標充電状態SOCobjを判断する構成を電子制御ユニット18は有する。パラメータは、エンジン速度en_sp、自動車速度vn_sp、内燃エンジン2のトルクload_v、及び電気バッテリの外部の周囲温度tesである。
この目的のため、電子制御ユニット18は、以下の関数を用いて目標充電状態SOCobjを決定するとよい。
SOCobj=K+f1(vn_sp)+f2(en_sp)+f3(load_v)+f4(tes))
上式において、Kは所定の定数であり、f1(vn_sp)は車両速度が変動する際の充電状態を示す値を決定できる関数であり、f2(en_sp)はエンジン速度が変動する際のバッテリの充電状態を示す値を決定できる関数であり、f3(load_v)はトルクが変動する際のバッテリの充電状態を示す値を決定できる関数であり、f4(tes)は電気バッテリ6の外部温度が変動する際のバッテリの充電状態を示す値を決定できる関数である。
図6に示された閉ループ制御システム/回路32は、オルタネータ4の第3制御手順/アルゴリズムの実行中に電子制御ユニット18によって使用され、加算器ブロック35、調整ブロック37、補償器ブロック36、加算器ブロック38、及び計算ブロック39を備える。
加算器ブロック35は、入力による目標充電状態SOCobj及び測定による充電状態SOCmeasを受け取り、二つの状態の間の充電差分△SOCを示す信号を出力するための構成を備える。
調整器ブロック37は、相互に異なる角度係数を有する区分を備える実質的に不連続な線形パターンを示す関数Iobj(△SOC)を用いて、充電差分△SOCにしたがって目標電流Iobjを計算するための構成を備える。
図6に示された例を参照すると、関数Iobjは、−△SOCと△SOCとの間であってほぼゼロに等しい最小角度係数m1を示す第1線形区分Iobj1(△SOC)、−△SOCと−△SOCとの間及び△SOCと△SOCとの間であって係数m1より高い角度係数m2を有する第2区分Iobj2(△SOC)、並びに−△SOCより低くて△SOCより高く、実質的にゼロに等しい角度係数m3を有する充電値△SOCと関連する第3区分Iobj3(△SOC)を含む。充電差分△SOCは電気バッテリ6の公称値SOCのおよそ2%に等しいことが好ましいのに対して、第3区分Iobj3(△SOC)はオルタネータ4により供与されるとよい最大電流の例えばおよそ75%に等しい目標電流に対応するとよい。
補償器ブロック36は、入力による充電差分△SOC及び目標電流Iobjを受け取り、目標電流Iobj自体の補償係数ICSを出力するための構成を備える。以下の条件が発生した時に、補償器ブロック36が起動される。それは、目標電流の絶対値|Iobj|が、測定チェーンに沿って起こり得る電流Iobjの散逸に関連する所定の閾値max_driftより低い、また充電差分の絶対値|△SOC|が所定の最小エラーより高い条件である。
補償器ブロック36は、充電差分△SOCの運転エラーを誘発するかもしれない測定チェーンに沿った電流の散逸を補償する大きさの補償係数ICSを決定するための構成を備える。
加算器ブロック38は、測定による入力バッテリ電流Ibat_meas、目標電流Iobj、及び補償係数ICSを受け取り、以下の方法で目標電流差分△Iobjを決定するための構成を備える。
△Iobj=Iobj+ICS−Ibat_meas
計算ブロック39は、目標電流差分△Iobjを受け取り、関数△Vreg=fg(△Iobj)を用いて電圧△Vregの変動を出力するための構成を備える。
図6に示された例では、関数△Vreg=fg(△Iobj)はステップ関数であり、目標電流変動範囲(−△Iobj1,△Iobj1)ではゼロステップ△Vreg=0であり、目標電流変動範囲(△Iobj1,△Iobj2)と(−△Iobj1,−△Iobj2)ではそれぞれ第1ステップ△Vreg=−VR1,VR1であり、目標電流変動範囲(−△Iobj1,−△Iobj2)と(△Iobj1,△Iobj2)ではそれぞれで|VR2|>|VR1|である第2ステップ△Vreg=−VR2,VR2を含む。図の例では、|VR1|はおよそ0.1Vに等しく、|VR2|はおよそ0.2Vに等しく、|△Iobj1|=2A、|△Iobj2|=4Aである。
図7を参照すると、オルタネータ4の第4制御手順/アルゴリズムは、SOCが低過ぎる時に電子制御ユニット18がオルタネータ4の調整電圧Vregを可能な最高電圧レベルに調整するために設けられる。
オルタネータ4の第4制御手順/アルゴリズムは、例えば公称バッテリ電圧Vbat_nomの95%に等しい値を有する所定の調整電圧Vreg_QUICKを発生させるステップを含む。
代わってオルタネータ4の第5制御手順/アルゴリズムは、クラッキング時に、rpmの上昇を容易にするために調整電圧Vregが最初は低く維持されてから、クランキング後のrpmオーバーシュートを軽減するため高く維持される、二つのクランキングサブステップをエンジンrpm en_spにしたがって電子制御ユニット18が規定するために設けられる。
オルタネータ4の第5制御手順/アルゴリズムは、クランキング中にrpm en_spが所定の閾値EN1より低いと所定の第1最小調整電圧V1reg_Crankを発生させ、クランキング中にエンジンrpm en_spが閾値EN1より高いか低いと所定の第2最大調整電圧V2reg_Crankを発生させるステップを含む。
代わってオルタネータ4の第6制御手順/アルゴリズムは、13.5Vと14.5Vの間に含まれる校正可能な値を有する所定の調整電圧Vreg_CALを発生させるステップを含む。
電子制御ユニット18はさらに、「バッテリ再生」サイクルで運転することで、いわゆる「メモリ効果」を都合よく軽減してより長い電気バッテリの寿命を保証するように、例えば95%に等しいSOCobjに続く所定の時間間隔でオルタネータ4の第3制御手順/アルゴリズムを実行する構成を備えてもよい。すなわち、「バッテリ再生」サイクルは、例えば1,2か月など所定の時間間隔でバッテリを完全に再充電する構成を備える。
本発明で得られる長所は、上の説明から明らかである。
本発明は、一方ではエネルギー浪費の軽減を判断して他方ではエンジン自体の性能を向上させる自動車の内燃エンジンにおけるオルタネータにより生じる、電気摩擦、ひいては抵抗トルクを軽減する。
本発明はさらに、自動車エンジンにより発生される機械的トルクを制御するように、内燃エンジンに対するオルタネータの電気負荷の影響を動的に推定することができる。実際、(IAMのデューティサイクル関数において)オルタネータにより生じる摩擦の影響と(バッテリSOCによる)目標アイドリングの両方が、すべてのエンジン条件での処理を向上させるため動的に推定される。
本発明はさらに、平均バッテリ寿命を都合よく延長して内燃エンジンの消費量及び排出物質を削減することができる。すなわち、出願人により行われた研究で、上述の制御システムから得られる消費量の削減はNEDCサイクルの2〜3%程度であることが実証された。
本発明ではさらに、様々なエンジン構成への最適な適応を得ることができ、好都合である。実際、あらゆるタイプの燃料について、無過給エンジンとターボ過給エンジンの両方で、エンジン/トランスミッション結合に関係なくIAM+LIN+IBSアーキテクチャを備えるいかなるタイプの内燃エンジンにも、同じアルゴリズム構造が適用され得る。
添付の請求項に規定された本発明の保護範囲を逸脱することなく、上に開示された説明に変更及び変形が加えられてもよいことが、最終的に明らかである。

Claims (19)

  1. 自動車(3)の内燃エンジン(2)を備える自動車(3)の自動車電気システム(1)であって、複数の車両電気負荷(8)と、電気バッテリ(6)と、前記車両電気負荷(8)及び前記電気バッテリ(6)へ供給されるのに適した供給電圧(Vsup)を発生させるため前記内燃エンジン(2)により作動可能なオルタネータ(4)とを備え、前記オルタネータ(4)は前記供給電圧(Vsup)を調整するのに適した電気制御電流(Ireg)が使用時に流れるのに適した誘導電気回路を備える自動車電気システム(1)であり、前記供給電圧(Vsup)を調整するように前記電気制御電流(Ireg)を変動させる構成を有するオルタネータ電子制御システム(9)を備える自動車電気システム(1)であり、前記オルタネータ電子制御システム(9)がさらに、
    ‐前記電気バッテリ(6)の作動状態を示す一連のバッテリパラメータ(pam_bat)を決定し、
    ‐前記自動車(3)の加速度を示す少なくとも一つの第1車両パラメータ(Acc)を決定し、
    ‐前記内燃エンジン(2)の作動状態を判断し、
    ‐前記内燃エンジンの前記作動状態、前記第1車両パラメータ(Acc)、及び前記バッテリパラメータ(pam_bat)にしたがって電気調整電圧(Vreg)を決定し、
    ‐前記電気調整電圧(Vreg)にしたがって使用時に前記オルタネータ(4)の前記誘導電気回路を循環する前記電気制御電流(Ireg)を変動させる、
    前記オルタネータ電子制御システム(9)は、第1条件と判断された時に、運転中の前記車両電気負荷(8)の電力供給範囲(△V(Vmin,Vmax))を画定する最大/最小電圧(Vmax,Vmin)にしたがった主要電気供給範囲(△Vlimit(VMIN,VMAX))の下方電圧(VMIN)に基づいて、前記オルタネータ(4)の前記電気調整電圧(Vreg)に関連する目標電圧(Vobj)を決定し、第1調整手順を実行して前記電気調整電圧(Vreg)を低下させる構成を備え、
    前記第1条件は、
    ‐前記内燃エンジンの前記作動状態がエンジン運転状態(SYSTEM RUNNING)に対応し、
    ‐前記電気バッテリの充電状態(SOCmeas)を示す前記バッテリパラメータ(pam_bat)が所定の充填閾値(SOClim)以上であり、
    ‐前記自動車(3)の前記加速度を示す前記第1車両パラメータ(Acc)が第1所定加速度閾値(ACClim)以上とする、
    構成を備えることを特徴とする、自動車電気システム(1)。
  2. 第2条件と判断された時に、前記主要電気供給範囲(△Vlimit(VMIN,VMAX)の上方電圧(VMAX)に基づいて目標電圧(Vobj)を決定し、前記電気調整電圧(Vreg)を上昇させるのに適した第2調整手順を実行する構成を前記システムが備え、
    前記第2条件は、
    ‐前記内燃エンジンの前記作動状態がエンジン運転状態(SYSTEM RUNNING)に対応し、
    ‐前記電気バッテリの充電状態(SOCmeas)を示す前記バッテリパラメータ(pam_bat)が所定の充電閾値(SOClim)以上であり、
    ‐前記第1車両パラメータ(Acc)が前記自動車(3)の減速度を示す、
    請求項1に記載の自動車電気システム。
  3. 前記オルタネータ電子制御システム(9)は、第3条件と判断された時に前記電気調整電圧(Vreg)を調整する第3調整手順を実行する構成を備え、
    前記第3条件は、
    ‐前記内燃エンジン(2)の前記作動状態がエンジン運転状態(SYSTEM RUNNING)に対応し、
    ‐前記電気バッテリの充電状態(SOCmeas)を示す前記バッテリパラメータ(pam_bat)が所定の充電閾値(SOClim)以上であり、
    ‐前記自動車(3)の前記加速度を示す前記第1車両パラメータ(Acc)が正であって第1所定閾値(ACClim)より低い、
    請求項2に記載の自動車電気システム。
  4. 前記システム(9)は、第4条件と判断された時に所定値を前記電気調整電圧(Vreg)に割り当てるのに適した第4調整手順を実行する構成を備え、
    前記第4条件は、
    ‐前記作動時の車両/エンジン状態がエンジン運転状態(SYSTEM RUNNING)に対応し、
    ‐前記電気バッテリの充電状態(SOCmeas)を示す前記バッテリパラメータ(pa_bat)が所定の充電閾値(SOClim)より低く、
    ‐前記自動車(3)の前記加速度を示す前記第1車両パラメータ(Acc)が正であって前記第1所定閾値(ACClim)より低い、
    請求項3に記載の自動車電気システム。
  5. 運転時に、前記オルタネータ電子制御システム(9)が、
    ‐前記目標電圧(Vobj)を決定し、
    ‐前記目標電圧(Vobj)と測定バッテリ電圧(Vbat_meas)との間の差分を示すエラー信号(Verr)を計算し、
    ‐前記エラー信号(Verr)と前記目標電圧(Vobj)とにしたがって、比例積分タイプの開ループ調整システム/回路(26)を用いて前記電気調整電圧(Vreg)を決定する、
    構成を備えるように前記第1調整手順が計画される、請求項1乃至4の何れか1項に記載の自動車電気システム。
  6. 運転時に、前記電子制御システム(9)が、
    ‐運転中の前記車両電気負荷(8)の電力供給範囲(△V(Vmin,Vmax))を画定する前記最大/最小電圧(Vmax,Vmin)にしたがって、主要電気供給範囲(△Vlimit(VMIN,VMAX))を計算し、
    ‐前記内燃エンジン(2)により回転する機器(25)の起動に関連する第1電圧(VECMlim)を計算し、
    ‐バッテリ電流(Ibat_meas)を示す前記バッテリパラメータ(pam_bat)に関連する第2電圧(V1(Ibat))を計算し、
    ‐前記主要電気供給範囲(△Vlimit(VMIN,VMAX))の下方電圧(VMIN)と前記第1電圧(VECMlim)と前記第2電圧(V1(Ibat_meas))とのうちから、最大値を判断することにより、前記目標電圧(Vobj)を計算する、
    構成を備えるように前記第1調整手順が計画される、請求項5に記載の自動車電気システム。
  7. 運転時に、前記オルタネータ電子制御システム(9)が、
    ‐単一の運転中の前記車両電気負荷(8)の電力供給範囲(△V(Vmin,Vmax)を画定する前記最大/最小電圧(Vmax,Vmin)にしたがって、主要電気供給範囲(△Vlimit(VMIN,VMAX)を計算し、
    ‐前記機器(25)の起動に関連する第1電圧(VECMlim)を計算し、
    ‐バッテリ電流(Ibat_meas)を示す前記バッテリパラメータに関連する第2電圧(V1(Ibat_meas))を計算し、
    ‐エンジン速度(en_sp)を示す車両パラメータに関連する第3電圧(V2(en_sp))を計算し、
    ‐前記主要電気供給範囲(△Vlimit(VMIN,VMAX)の上方電圧(VMAX)と前記第1電圧(VECMlim)と前記第2電圧(V1(Ibat_meas))と前記第3電圧(V2(en_sp))とのうちから、最小値を決定することにより、前記目標電圧(Vobj)を計算する、
    構成を備えるように前記第2調整手順が計画される、請求項5又は6に記載の自動車電気システム。
  8. 比例積分タイプの前記開ループ調整システム/回路(26)は、
    ‐前記測定バッテリ電圧(Vbat_meas)と前記目標電圧(Vobj)との間の差分を示すエラー信号(Verr)を出力するために、前記目標電圧(Vobj)と前記測定バッテリ電圧(Vbat_meas)とを受け取り、
    ‐経時積分エラー信号(Verr)を決定するために、定数(K1)が掛けられた前記エラー信号(Verr)を積分し、
    ‐前記経時積分エラー信号(Verr)を前記目標電圧(Vobj)に付加することにより補償目標電圧(Vobj′)を判断し、
    ‐前記補償目標電圧(Vobj’)の微分係数を所定の最大‐最小微分範囲内に限定することにより前記電気調整電圧(Vreg)を経時的に決定する
    求項5乃至7の何れか1項に記載の自動車電気システム。
  9. 運転時に、前記オルタネータ電子制御システム(9)が、
    ‐前記電気バッテリ(6)の目標充電状態(SOC_obj)と前記電気バッテリの測定充電状態(SOC_meas)との間の差分(△SOC)にしたがって、閉ループ制御システム/回路(32)を用いて前記電気調整電圧(Vreg)を決定する、
    構成を備えるように前記第3調整手順が計画される、請求項3乃至8の何れか1項に記載の自動車電気システム。
  10. 運転時に、以下の関数、
    SOCobj=K+f1(vn_sp)+f2(en_sp)+f3(load_v)+f4(tes))
    を用いて前記目標充電状態(SOCobj)を判断する構成を前記オルタネータ電子制御システム(9)が備えるように前記第3調整手順が計画され、
    上式において、
    Kは所定の定数であり、
    f1(vn_sp)は、前記自動車(2)の速度(vn_sp)が変動する際に前記電気バッテリ(6)の充電状態を示す値を決定できる関数であり、
    f2(en_sp)は、エンジン速度(en_sp)が変動する際に前記電気バッテリの充電状態を示す値を決定できる関数であり、
    f3(load_v)は、トルク(load_v)が変動する際に前記電気バッテリの充電状態を示す値を決定できる関数であり、
    f4(tes)は、前記電気バッテリ(6)の外部温度(tes)が変動する際に前記電気バッテリ(6)の充電状態を示す値を決定できる関数である、
    請求項9に記載の自動車電気システム。
  11. 前記閉ループ制御システム/回路(32)は、
    ‐入力による前記目標充電状態(SOCobj)と測定による前記充電状態(SOCmeas)との間の充電差分(△SOC)を示す信号を出力するために、前記二つの状態を受け取り、
    ‐実質的に線形で不連続なパターンを有する関数(Iobj(△SOC))を用いて、前記充電差分(△SOC)にしたがって目標電流(Iobj)を計算し、
    ‐前記充電差分(△SOC)と前記目標電流(Iobj)とにしたがって前記目標電流(Iobj)の補償係数(ICS)を決定し、
    ‐バッテリ電流(Ibat_meas)を示す前記バッテリパラメータに関連する第2電圧(V1(Ibat_meas))を計算し、
    ‐以下のように目標電流差分(△Iobj)を決定し、
    △Iobj=Iobj+ICS−Ibat_meas
    ‐前記目標電流差分(△Iobj)にしたがった所定のステップ関数(△Vreg=fg(△Iobj))を用いて電圧変動(△Vreg)を決定し、
    ‐計算による前記電圧変動(△Vreg)と前回計算時に決定された前記電気調整電圧(Vreg_old)とにしたがって前記電気調整電圧(Vreg)を決定する
    求項10に記載の自動車電気システム。
  12. 運転時に、公称バッテリ電圧(Vbat_nom)の90から100%の値を有する所定の調整電圧(Vreg_QUICK)を発生させる構成を前記オルタネータ電子制御システム(9)が備えるように前記第4調整手順が計画される、請求項4乃至11の何れか1項に記載の自動車電気システム。
  13. 前記オルタネータ電子制御システム(9)は、前記内燃エンジン(2)がクランキングステップにある時にエンジン速度(en_sp)を制御するために前記オルタネータ(4)の第5調整手順(ブロック270)を実行する、請求項1乃至12の何れか1項に記載の自動車電気システム。
  14. 運転時に、前記オルタネータ電子制御システム(9)が、
    ‐クランキング中に前記エンジン速度(en_sp)が所定の閾値(EN1)より低い時に、第1所定最小調整電圧(V1reg_Crank)を決定し、
    ‐クランキング中に前記エンジン速度(en_sp)が前記閾値(EN1)より高い時に、前記第1所定最小調整電圧(V1reg_Crank)より高い第2所定最大調整電圧(V2reg_Crank)を決定する、
    構成を備えるように前記第5調整手順が計画される、請求項13に記載の自動車電気システム。
  15. 前記オルタネータ電子制御システム(9)は、高い目標充電(SOCobj)を得るように前記第3調整手順を所定の時間間隔で実行する、請求項3に記載の自動車電気システム。
  16. 請求項1乃至15の何れか1項に記載の自動車電気システム(1)を備える自動車(2)。
  17. 請求項1乃至15の何れか1項に記載の自動車電気システム(1)のためのオルタネータ電子制御システム(9)。
  18. 請求項1乃至15の何れか1項に記載の自動車電気システム(1)のための車両電子制御ユニット(18)。
  19. 運転時に、請求項1乃至15の何れか1項に記載の構成を前記車両電子制御ユニット(18)が備えるように計画された車両電子制御ユニット(18)にロード可能なソフトウェア。
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