(57)【要約】車載のバッテリに接続された発電機１と、発電機１の発電電圧を調整するためのレギュレータＩＣ４を含むレギュレータ２０と、レギュレータ２０に接続されたＥＣＵ１０とを備えている。レギュレータ２０からＥＣＵ１０に入力されるＤＦ信号のオン率情報として、所定のサンプリング時間中に計測されるＤＦ信号のオン時間を平均化処理した平均値を用いることにより、回路規模を軽減するとともに、回路の最適化、制御の安定化およびコストダウンを実現する。
2005031964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載のバッテリに接続された発電機と、前記発電機の発電電圧を調整するためのレギュレータＩＣを含むレギュレータと、前記レギュレータに接続されたＥＣＵとを備えた車両用交流発電機の制御装置において、
前記レギュレータから前記ＥＣＵに入力されるＤＦ信号のオン率情報として、所定のサンプリング時間中に計測される前記ＤＦ信号のオン時間を平均化処理した平均値を用いたことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
【請求項２】
前記レギュレータＩＣは、
前記発電機の界磁電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するパワートランジスタと、
前記ＤＦ信号のオン時間をカウント値として計測するとともにリセット信号により前記カウント値が０クリアされるカウンタと、
前記サンプリング時間毎にサンプリング信号および前記リセット信号を生成するタイマと、
前記サンプリング信号に応答して前記カウント値を平均化処理する平均化回路と、
前記平均化回路により算出された平均値を格納する記憶回路と
を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の制御装置。
【請求項３】
前記サンプリング時間は、あらかじめ任意の値に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用交流発電機の制御装置。
【請求項４】
前記ＤＦ信号は、前記パワートランジスタのゲート論理信号であることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機の制御装置。
【請求項５】
前記レギュレータＩＣは、アンドゲートを有し、
前記アンドゲートは、前記ゲート論理信号のＯＮ期間に前記カウンタにクロック信号を入力することを特徴とする請求項４に記載の車両用交流発電機の制御装置。
【請求項６】
前記ＦＤ信号は、前記パワートランジスタのコレクタ端子側のフィールド論理信号であることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機の制御装置。
【請求項７】
前記レギュレータＩＣは、オアゲートを有し、
前記オアゲートは、前記フィールド論理信号のＯＦＦ期間に前記カウンタにクロック信号を入力することを特徴とする請求項６に記載の車両用交流発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、車載のバッテリに接続され且つ車両エンジンにより駆動される交流発電機の発電電圧を制御する車両用交流発電機の制御装置に関し、特に、回路規模の軽減、回路の最適化、制御の安定化およびコストダウンを実現した車両用交流発電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】  一般に、車両用交流発電機の制御装置において、エンジン制御用ＥＣＵ（電子制御ユニット）は、フィールドスイッチ率（ＤＦ：Ｄｕｔｙ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  ｃｏｉｌ）をモニタして、界磁電流のＯＮ／ＯＦＦをデューティ制御することにより、発電機の発電量を適正に制御している。このときモニタされるＤＦ信号は、発電機の発電率情報を表すＰＷＭ信号であり、発電機のレギュレータによって生成される。また、ＤＦ信号は、フィールドスイッチ（パワートランジスタ）のＯＮ／ＯＦＦ（導通／非導通）状態そのものを表すのが一般的である。
しかしながら、レギュレータによるパワートランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御は、一般的に、約５０Ｈｚ〜２００Ｈｚのパルス幅変調に基づいており、サイクル毎のＯＮ率の安定については保証されておらず、バラバラである。たとえば、発電機作動中において、或るサイクル毎のＯＮ率は、５０％→７０％→１０％→・・・のように、前後の値に関連なく、大小さまざまな値で変動していることが多い。
ところで、特開２００１−２５８２９５号公報に参照される従来装置においては、平均値ラッチ回路を含む平均化回路を設け、外部からの入力信号を平均化して外乱を排除することにより、外乱ノイズにより周期を乱された入力信号の影響を軽減する技術が示されている。
また、特開２００１−１４５３９７号公報には、オルタネータ発生電圧と目標電圧との偏差から、２分割探索法（大小値を繰り返す）に基づいて印加電圧のＯＮ／ＯＦＦ比を探索する場合の、ＤＦ信号の比率値変動を急速修正する技術が示されている。この場合、２分割探索法に基づく印加電圧のＯＮ／ＯＦＦ比の探索において、ＤＦ信号の比率値のふらつき改善を目的として、探索前に、０％または１００％のＯＮ率を連続出力して、急速修正している。なお、連続出力後において、比率値は、探索深度限界まで上下変動する。
【発明の開示】
従来の車両用交流発電機の制御装置は以上のように、制御用入力パラメータの１つであるＤＦ信号が、たとえ一定周期毎のモニタリングに対しても、脈絡のない様々な信号が連続したものであることから、レギュレータによるフィールドスイッチ率（ＤＦ信号）がサイクル毎にバラバラとなるので、ＤＦ信号をそのままモニタ信号として取り込んだ場合に制御が不安定となるので、制御を安定化することができず、制御の信頼性に不安が生じるという問題点があった。
また、回路が複雑で回路規模が大きくなることから、コストアップを招くという問題点があった。
さらに、従来装置では、一定数のデューティサンプリング値を平均化しているので、デューティの周波数が各々で異なる可能性があることから、サンプリング時間（デューティの周波数に依存する）が一定でなくなるうえ、サンプリング時間を任意に設定することができず、条件設定の柔軟性を全く有していないという問題点があった。
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、回路規模を軽減するとともに、回路の最適化、制御の安定化およびコストダウンを実現した車両用交流発電機の制御装置を得ることを目的とする。
この発明は、車載のバッテリに接続された発電機と、発電機の発電電圧を調整するためのレギュレータＩＣを含むレギュレータと、レギュレータに接続されたＥＣＵとを備えた車両用交流発電機の制御装置において、レギュレータからＥＣＵに入力されるＤＦ信号のオン率情報として、所定のサンプリング時間中に計測されるＤＦ信号のオン時間を平均化処理した平均値を用いる。
【図面の簡単な説明】  図１はこの発明の実施の形態１による車両用交流発電機の制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図２はこの発明の実施の形態１による車両用交流発電機の制御装置を周辺関連部とともに概略的に示す回路構成図である。
図３はこの発明の実施の形態１による処理動作のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図４はこの発明の実施の形態１によるサンプリング動作を示すタイミングチャートであり、フィールドスイッチ周期Ｔｓｗが一定の場合のサンプリング周期ＴＳａを示している。
図５はこの発明の実施の形態１によるサンプリング動作を示すタイミングチャートであり、フィールドスイッチ周期Ｔｓｗ１〜Ｔｓｗ４が一定でない場合のサンプリング周期ＴＳｂを示している。
図６はこの発明の実施の形態２による車両用交流発電機の制御装置の機能構成を示すブロック図であり、フィールドスイッチ率を示すＯＮ／ＯＦＦ信号としてパワートランジスタのコレクタ端子側の信号を用いた場合を示している。
【発明を実施するための最良の形態】  実施の形態１．
以下、図１〜図５を参照しながら、この発明の実施の形態１による車両用交流発電機の制御装置について説明する。
図１において、オルタネータ１（交流発電機）のロータに設けられた界磁コイル２は、フィールドスイッチング素子として機能するパワートランジスタ３が接続されている。
パワートランジスタ３のゲート端子には、レギュレータＩＣ４からのゲート論理信号ＧＬ（制御信号）が印加されており、パワートランジスタ３は、制御信号によりＯＮ／ＯＦＦ駆動されて、界磁コイル２に流れる界磁電流をデューティ制御している。
レギュレータＩＣ４は、アンドゲート５、カウンタ６、タイマ７、平均化回路８および記憶回路９とともに、オルタネータ１の発電電圧を制御するレギュレータ２０を構成している。
レギュレータ２０は、オルタネータ１に含まれている（図２参照）。
また、アンドゲート５、カウンタ６、タイマ７、平均化回路８および記憶回路９は、レギュレータＩＣ４内の機能の一部として含まれていてもよい。
アンドゲート５は、カウンタ６のクロック信号ＣＬＫ１とゲート論理信号ＧＬとの論理積をとり、ゲート論理信号ＧＬのＨレベル区間に対応したクロック数の論理積信号をカウンタ６に入力する。
カウンタ６は、クロック信号ＣＬＫ１に応答した論理積信号が入力される毎にカウント値をインクリメントし、ゲート論理信号ＧＬのデューティ比に対応したカウント値を平均化回路８に入力する。
また、カウンタ６は、あらかじめ任意に設定されたサンプリング時間中の平均値が求められる毎に、タイマ７からのリセット信号ＲＳＴによりカウント値がリセット（０クリア）される。
タイマ７は、サンプリング時間に対応したサンプリング信号ＣＬＫ２の生成時に、リセット信号ＲＳＴを生成する。なお、サンプリング時間（サンプリング信号ＣＬＫ２の生成周期）は、目標仕様に応じて、あらかじめ任意に設定される。
平均化回路８は、サンプリング信号ＣＬＫ２が入力される毎に、カウンタ６のカウント値を平均化処理して、平均値を記憶回路９に格納する。
ＥＣＵ１０は、記憶回路９に格納された平均値を読み込み、レギュレータＩＣ４に対してフィードバック情報として入力する。これに応答して、レギュレータＩＣ４は、パワートランジスタ３に対する制御信号を生成し、オルタネータ１の発電電圧を制御する。
図２において、オルタネータ１は、３相巻線および３相整流回路を有するステータと、界磁コイル２を有するロータと、パワートランジスタ３およびレギュレータＩＣ４を含むレギュレータ２０とを備えている。
レギュレータ２０は、オルタネータ１の出力端子Ｂ、Ｅおよび制御端子Ｐを介してステータ回路に接続され、フィールド端子Ｆを介して界磁コイル２に接続されるとともに、制御端子Ｃを介してＥＣＵ１０に接続されている。
オルタネータ１の出力端子Ｂ、Ｅ間には、車載のバッテリ２０および電気負荷２２が接続されている。
図１および図２において、レギュレータＩＣ４は、パワートランジスタ３のＯＮ／ＯＦＦ信号を監視している。
このとき、モニタ用のＤＦ信号としては、図１のように、パワートランジスタ３のゲート論理信号ＧＬを用いている。
また、レギュレータ２０は、アンドゲート５を介して、カウンタ６のクロック信号ＣＬＫ１とゲート論理信号ＧＬとの論理積をとって、ゲート論理信号ＧＬがＯＮ期間の間にクロック信号ＣＬＫ１がカウンタ６に入力され、所定のサンプリング時間（サンプリング信号ＣＬＫ２の周期）毎にカウント値を平均化処理する構成となっている。
次に、図３〜図５を参照しながら、図１および図２に示したこの発明の実施の形態１による平均化処理について具体的に説明する。
図３の処理ルーチンは、レギュレータ２０内のレギュレータＩＣ４により、各構成要素５〜９と関連して実行される。
図３において、まず、パワートランジスタ３のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すゲート論理信号ＧＬがＨレベル（ＯＮ状態）か否かを判定する（ステップＳ１）。
ステップＳ１において、ゲート論理信号ＧＬがＨレベル（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、レギュレータＩＣ４からのクロック信号ＣＬＫ１が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２）。
ステップＳ２において、クロック信号ＣＬＫ１が入力された（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、カウンタ６のカウント値をインクリメントしてカウントアップし（ステップＳ３）、ステップＳ４に進む。
一方、ステップＳ１において、ゲート論理信号ＧＬがＬレベル（ＯＦＦ状態）（すなわち、ＮＯ）と判定されるか、または、ステップＳ２において、クロック信号ＣＬＫ１が入力されていない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、カウンタ６のインクリメント処理（ステップＳ３）を実行せずに、ステップＳ４に進む。
次に、タイマ７からのサンプリング信号ＣＬＫ２が入力されたか否かにより、所定のサンプリング時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。
ステップＳ４において、サンプリング信号ＣＬＫ２が入力された（サンプリング時間が経過した）（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、サンプリングされたカウント値とサンプリング周期とを用いて、平均化回路８により、平均化処理を実行する（ステップＳ５）。
続いて、平均化回路８で算出された平均値（平均フィールドスイッチ率）を記憶回路９に格納するとともに（ステップＳ６）、リセット信号ＲＳＴによりカウンタ６のカウント値を０クリアし（ステップＳ７）、図３の処理ルーチンを終了して、ステップＳ１にリターンする。
以下、ステップＳ１〜Ｓ７の処理が繰り返し実行される。
記憶回路９内の平均フィールドスイッチ率は、任意のタイミングで実行される出力指令に応答して、ＥＣＵ１０に送出される。
一方、ステップＳ４において、サンプリング信号ＣＬＫ２が入力されていない（サンプリング時間が経過していない）（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ５〜Ｓ７を実行せずに、図３の処理ルーチンを終了してステップＳ１にリターンする。
なお、前述した通り、サンプリング時間は、あらかじめユーザ（設計者）により任意に設定することができる。
たとえば、図４のように、パワートランジスタ３によるフィールドスイッチ周期Ｔｓｗが常に一定の場合には、フィールドスイッチ周期ＴｓｗのＮ倍（Ｔｓｗ×Ｎ）の周期毎にカウント値をサンプリングするように、サンプリング信号ＣＬＫ２の生成周期を設定する。
ここで、整数Ｎは、２以上の任意数に設定することができるが、著しく大きい場合には平均化情報が得られるまでの応答性が低下するため、システム全体の要求仕様などに応じて、実用的な範囲内の値に設定されることが望ましい。
図３のように、サンプリング周期ＴＳａ（＝Ｔｓｗ×Ｎ）を設定した場合、平均フィールドスイッチ率Ｋａは、ゲート論理信号ＧＬのＯＮ時間Ｔｏ（カウント値に相当）をサンプリング周期ＴＳａで除算した値（＝Ｔｏ／ＴＳａ）となる。
一方、図５のように、フィールドスイッチ周期Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２、Ｔｓｗ３、Ｔｓｗ４が制御タイミング毎に変化する場合には、最長のフィールドスイッチ周期Ｔｓｗ３よりも十分に長いサンプリング周期ＴＳｂとなるように、サンプリング信号ＣＬＫ２の生成周期を設定する。
この場合、平均化処理（ステップＳ５）により得られる平均フィールドスイッチ率Ｋｂは「Ｔｏ／ＴＳｂ」となる。
このように、平均化処理するにより、安定したフィールドスイッチ率の情報を得ることができる。
なお、平均化処理としては、除算回路を用いることもできるが、回路規模が大きくなるのを回避するために、たとえば、カウンタによりビットシフトなどの周知技術が用いられる。
このように、任意のサンプリング時間中のゲート論理信号ＧＬのオン時間Ｔｏをカウンタ６で測定し、ＯＮ時間Ｔｏを平均化して平均フィールドスイッチ率を求めることにより、ＥＣＵ１０において、ＤＦ信号のオン率情報として、安定な平均フィールドスイッチ率を取得することができる。また、このとき、回路規模を大型化することもない。
また、ＥＣＵ１０がフィールドスイッチ率をモニタする際に、前後の脈絡のない信号に乱されることがなくなるので、ある程度安定したＤＦ信号を得ることができ、エンジン制御の安定化が実現する。
したがって、回路規模を軽減しつつ、ＥＣＵ１０によるエンジン制御を安定化することができる。
また、サンプリング時間や平均化処理のアルゴリズムを、ある程度任意に指定することができるので、回路の最適化が容易となり、コストダウンを実現することができる。
また、発電機の制御側（レギュレータ２０側）で全ての処理が実行されるので、車両に搭載されるＥＣＵ１０の仕様を選ばずに、様々な制御装置に安定した信号を提供することができる。
さらに、除算回路や遅延回路などの複雑な追加回路を用いることなく、レギュレータＩＣ４内の機能で構成することができるので、回路規模を大幅に軽減することができる。
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、フィールドスイッチ率を示すＯＮ／ＯＦＦ信号として、パワートランジスタ３のゲート論理信号ＧＬを用いたが、パワートランジスタ３のコレクタ側端子（ドレイン側端子）の信号を用いてもよい。
図６はこの発明の実施の形態２による車両用交流発電機の制御装置を示すブロック図であり、モニタ信号としてパワートランジスタ３のコレクタ側端子のフィールド論理信号ＦＬを用いた場合を示している。
図６において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または、符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
この場合、レギュレータ２０Ａに入力されるモニタ信号の論理が逆極性になるので、レギュレータ２０Ａには、前述（図１）のアンドゲート５に代えて、オアゲート５Ａが設けられる。
オアゲート５Ａは、パワートランジスタ３のコレクタ端子側のフィールド論理信号ＦＬを取り込み、クロック信号ＣＬＫ１との論理和をとって極性反転した信号を、論理和信号としてカウンタ６に入力する。
すなわち、オアゲート５Ａは、フィールド論理信号ＦＬのＯＦＦ期間（ゲート論理信号ＧＬのＯＮ期間に相当）において、クロック信号ＣＬＫ１のＯＦＦパルスを通過させ、カウンタ６をカウントアップさせる。
以下、前述と同一処理が実行されるので、この場合も、前述と同等の作用効果を奏する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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