JP3807603B2

JP3807603B2 - 車両用発電装置

Info

Publication number: JP3807603B2
Application number: JP2001306812A
Authority: JP
Inventors: 義貴木内; 寛文加古; 有司宇佐美; 直樹沢田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: JP2003113726A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用発電装置に関し、特に変速ショック緩和可能な車両用発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、オルタネータと呼ばれる車両用交流発電機やアイドルストップ車両に用いられる車両用発電電動機では、エンジン始動後は、車載電気負荷への給電、エンジン始動乃至エンジン停止中の車載機器駆動で費やされたバッテリ蓄電電力の回復などのために、走行中は常に発電状態が維持される。
【０００３】
特開２０００−２０４９９５は、車両減速中でバッテリが十分に電力受け入れ可能なレベルである場合に発電電流を増加して回生制動効果を高め、車両減速中でバッテリが十分に電力受け入れることができないレベルである場合に発電電流の増加を回避することを提案している。これにより、バッテリ異常を招くことなく回生制動を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車両のエンジンは変速機を通じて車軸に結合されるのが通常であるが、車両走行中にこの変速機が減速側（ロー側）すなわち大減速比がシフトされると、エンジン回転数がアップしてエンジンのポンピング抵抗や摩擦抵抗が増大し、これは車軸に対して制動力の増大として機能する。このような状況は、車輪とエンジンとの回転数比が上記新しい変速比率にマッチした値になるまで持続する。また、上記したエンジン回転数のアップは、フィードバック制御によるその抑制が利くまでの一時期だけではあるが発電中の発電電圧のアップによる発電電流の増大とそれによる制動力の一時的なアップも招く。
【０００５】
その結果、上記シフト直後の制動力の一時的なアップにより、車両安定性や運転快適性が損なわれる可能性があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構成で上記変速時のショックを減らして車両安定性や運転快適性を向上することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用発電装置は、変速機を通じて車輪を駆動するエンジンにより駆動されて発電する発電機と、前記発電機の発電量を制御する発電制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記発電制御手段は、入力される前記変速機の変速比変更情報及び車両制動操作情報に基づいて前記変速比が小減速比から大減速比へ変更された場合に車両制動操作が行われない状態でのみ前記発電制御部に前記発電量の低減を指令することを特徴としている。
【０００８】
これにより、変速直後の車両走行慣性エネルギー変化がエンジン加速し、車軸側からみて制動力の急増が生じる現象を発電機の発電負荷低減により部分的又は完全に補償することができ、変速時のショックを減らして車両安定性や運転快適性を向上することができる。
【０００９】
なお、ここでいう「発電量の低減」とは、発電量０の状態を超えて電動出力の状態にまで移行することを含むものとする。
【００１０】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の車両用発電装置において更に、前記発電制御手段が、前記変速比変更情報、車速情報及び車両制動操作情報に基づいて所定車速以上にて前記変速比が小減速比から大減速比へ変更された場合に車両制動操作が行われない状態でのみ前記発電制御部に前記発電量の低減を指令することを特徴としている。
【００１１】
これにより低車速時に上記変速が生じて変速ショックが小さい場合に発電能力の低下によるバッテリ放電の増大を防止することができる。
【００１２】
請求項１記載の構成について更に説明すると、発電制御手段は、前記変速比変更情報及び車両制動操作情報に基づいて車両制動操作が行われない状態でのみ前記変速比が小減速比から大減速比へ変更された場合に前記発電制御部に前記発電量の低減を指令することを特徴としている。
【００１３】
これにより、車両制動操作がおこなわれる場合には、上記発電量の低減を中止又は弱化するので、車両制動操作がおこなわれた時に十分な車両制動力を得ることができる。
【００１４】
好適態様によれば、交流発電機である前記発電機と前記バッテリとの間に介設されるインバータを有し、前記発電制御手段は、前記インバータの制御により前記発電機の位相制御により前記発電量を低減する。
【００１５】
上記変速ショックが変速直後に急激に生じるが発電機の界磁電流低減に伴う界磁電流の低下では、レスポンスよく変速ショックの低減ができない。これに対して、本構成では、同期機の電機子電流の位相制御により発電量を低減するので、変速ショック抑止をレスポンス良く実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。
【００１７】
（全体構成）
図１は本発明の車両用発電装置の一実施例を示すブロック図である。
【００１８】
１は、エンジン７のクランク軸に連結されて本発明でいう発電機をなす界磁巻線型同期機、２は電流制御回路、３はコントローラ（本発明で言う発電制御手段）、４は高圧バッテリ、５は低圧バッテリ、６はエンジン制御ＥＣＵ、８は降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００１９】
界磁巻線型同期機１は、ステータコアに巻装された三相の電機子巻線１１、ロータコアに巻装された界磁巻線１２、ロータ角度位置を検出する磁極位置センサ１３、界磁巻線１１と逆並列接続されたフライホイルダイオード１４を有するが、構成自体は通常の界磁巻線型同期機であるので更なる詳細説明は省略する。
【００２０】
電流制御回路２は、６個のパワーＭＯＳトランジスタ（スイッチング素子）２１１〜２１６で構成された三相のインバータ２１、ハイサイドスイッチ構成をもつ界磁電流スイッチ２２、電機子電流を検出する電流センサ２３、高圧バッテリ４と並列接続された平滑コンデンサ２４をもつが、回路構成自体はもはや周知であるので更なる詳細説明は省略する。
【００２１】
コントローラ３は、マイコン内蔵の制御装置３１と、制御装置３１からの界磁電流及び電機子電流の各指令値を各デューテイのＰＷＭ電圧Ｇ１〜Ｇ７に変換してパワーＭＯＳトランジスタ２１１〜２１６及び界磁電流スイッチ２２に出力する駆動回路３２とを有するが、回路構成自体はもはや周知であるので更なる詳細説明は省略する。なお、Ｇ１〜Ｇ６は、インバータ２１の各パワーＭＯＳトランジスタ２１１〜２１６のゲート端子に印加されるＰＷＭ制御電圧であり、Ｇ７は、界磁電流スイッチ２２のゲート端子に印加されるＰＷＭ制御電圧である。また、コントローラ３により行われるインバータ２１の制御による三相電機子電流の制御及び界磁電流スイッチ２２の制御による界磁電流制御自体は従来の界磁巻線型同期機のものと本質的に同じであり周知であるので説明を省略する。また、コントローラ３は、エンジン制御ＥＣＵ６と通信し、また外部より必要な情報を授受し、この情報に基づいてエンジン始動制御、発電制御、トルクアシスト制御、回生制動制御などの回転電機制御モードに従って界磁巻線型同期機（本発明で言う発電機）を制御する。これらの制御自体は周知であるので、本発明に関連する部分のみを後で詳細説明するものとする。
【００２２】
エンジン制御ＥＣＵ６は、エンジン始動後は、コントローラ３から受信した要求電力と、他から受信した出た車両要求出力との合計としてエンジン出力の要求値を算出し、このエンジン出力の要求値に相当するエンジン出力を発生するようにエンジン７を制御する。エンジン制御ＥＣＵ６は、変速機のシフト情報、車速情報、制動操作情報（ブレーキペダル踏み込み量情報やブレーキブースター圧情報）、エンジン回転数情報などを図示しない検出センサ群から読み込んで、これらの情報に基づいて、エンジン出力制御、エンジン自動停止制御やその後のエンジン再始動制御などのエンジン制御を行う。これらの制御自体は周知であり、本発明に関連が薄いので詳細説明を省略する。
【００２３】
降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８は、高圧バッテリ４から低圧バッテリ５へ送電する。コントローラ３は受信した低圧バッテリ５の電圧に基づいて降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８の動作を制御して高圧バッテリ４から低圧バッテリ５への送電をフィードバック制御し、低圧バッテリ５の電圧を一定範囲に維持する。
【００２４】
（発電制御）
次に、発電制御のうち、この実施例の特徴をなす変速時発電量低減制御の部分について図２のフローチャートを参照して以下に説明する。なお、図２に示すルーチンは、上記発電を行っている（言い換えればエンジン７が稼働している）間中、運転に支障がない短時間間隔で繰り返し実行される。
【００２５】
図２では、まず高圧バッテリ４の電圧（又は推定容量）や車載電気負荷の稼働状態などに基づいて界磁巻線型同期機１が発電するべき電力である要求電力Ｐを算出する（Ｓ１０１）。この要求電力とは、本質的にバッテリを所定容量レベルに維持するためのバッテリ充放電電力と車載電気負荷の消費電力との合計であるが、簡易的に高圧バッテリ４の電圧又は残存容量を一定範囲に保持するために界磁巻線型同期機１が発生するべき電力としてもよい。
【００２６】
次に、図示しないブレーキペダル踏み量センサ（又はブレーキブースター圧検出センサ）からの検出信号に基づいて、ブレーキペダルが踏み込まれたか（すなわち車両制動操作が行われたか）どうかを判定し（Ｓ１０２）、踏み込まれた場合には、後述する発電量の低減による車両制動力の削減は好ましくないので、後述のステップを迂回して図示しないメインルーチンにリターンする。
【００２７】
次に、図示しない車速センサからの検出信号に基づいて、車速が所定しきい値Ｖｔｈ以上かどうかを判定する（Ｓ１０３）。これは、車速が所定しきい値Ｖｔｈ以上であれば低速向けシフト（小減速比から大減速比へのシフト）による変速ショックが大きいためである。車速が所定しきい値Ｖｔｈ未満なら変速ショックが小さく後述の発電量低減は不要であるとしてメインルーチンにリターンし、車速が所定しきい値Ｖｔｈ以上なら次のステップＳ１０４へ進む。
【００２８】
Ｓ１０４では、変速機のシフト位置を検出する図示しないシフト位置センサからの検出信号に基づいて小減速比のシフト位置から大減速比のシフト位置への変速（以下、低速向けシフトともいう）がなされたかどうかを検出し、この変速がなされたと判定した場合には、シフトフラグＦを１として（Ｓ１０５）、発電量低減制御のためにステップＳ１０７へ進む。この変速がなされなかったと判定した場合には、シフトフラグＦが１かどうかを判定し（Ｓ１０６）、シフトフラグＦが１であれば発電量低減制御がまだ必要であるとしてステップＳ１０７に進み、シフトフラグＦが０であればシフトがなされておらず発電量低減制御は不要なのでメインルーチンにリターンする。
【００２９】
ステップＳ１０７では、上記シフトから十分時間が経過しているため後述する発電量低減制御がもはや不要であるかどうかの判定を行い、もはや不要であればシフトフラグＦを０に戻してメインルーチンにリターンし、上記シフトからまだあまり時間が経過しておらず発電量低減制御が必要であれば、ステップＳ１０９へ進む。
【００３０】
この実施例ではステップＳ１０７の判定は、上記シフトによりエンジンが車軸又は車輪に与える制動力の一時的増加が略０とみなせるか（所定小値以下か）どうかで判定する。更に説明すると、上記シフトを行った直後（マニュアルクラッチではその後、クラッチを繋いだ段階で）、エンジンは車軸（車体）により強く増速され、その増速率に比例して大きなエンジンから車軸に大きな制動力が加えられ、その後、エンジン回転数は、車速とシフト後の減速比とで決定される定常値に収束し、この収束後は、エンジンが車軸に与える制動力は、この定常値に対応するエンジンのポンピング損失や摩擦損失に対応する制動力の値に収束する。したがって、エンジン回転数は、シフト時点から上記収束時点までの間に増速状態となり、この増速状態において、エンジンが車軸に与える制動力は一時的に大きくなる。
【００３１】
なお、この実施例では、上記Ｓ１０７の判定は、エンジン回転数の微分値が所定正値以上かどうかで判定したが、単純にタイマーなどで決定してもよい。
【００３２】
ステップＳ１０９では、上記した増速中のエンジンが車軸に与える制動力の一時的な増加量ΔＦｅをキャンセルするために発電量を低減するべく要求電力を低減する。
【００３３】
この要求電力の低減は、種々の方式で行うことができる。たとえばほとんどの場合、増加量ΔＦｅは、発電中の発電機が車軸に与える制動力よりも大きいので、上記エンジン増速期間中発電を０として発電機が車軸に与える制動力をその摩擦損失及び風損に対応する制動力だけとしてもよい。あるいは、上記増加量ΔＦｅはシフト直後に極大値となり、その後、緩やかに減少する特性をもつので、発電機の発電量（要求電力）をシフト直後に０とし、その後、緩やかに（たとえば一定増加率で）本来の要求電力値まで増加させてもよい。その他、発電機の発電量（要求電力）をシフト直後に０を超えて所定の電動出力として、更に上記増加量ΔＦｅを補償してもよい。更に高度の制御として、予め記憶するエンジン回転数と今回のシフトのパターンと上記ΔＦｅとのマップにエンジン回転数と今回のシフトのパターンとを代入して、今回のΔＦｅを推定し、このΔＦｅに見合う可能な発電量削減や電動出力増大を行ってもよい。更に、エンジン回転数の微分値からΔＦｅを算出し、このΔＦｅを最大限補償可能な発電量削減や電動出力増大を行ってもよい。
【００３４】
なお、図示しないメインルーチンでは、上記ステップＳ１０１又はＳ１０９で決定した要求出力に見合う発電を行うように好適にはインバータ２１の制御（界磁電流の制御でもよい）が行われる。
【００３５】
上記制御により、高速走行時に低速向けのシフトが行われ、かつ、制動操作が行われない場合における変速ショックを低減乃至解消することができる。一例における高速走行時に低速向けのシフトが行われ、かつ、ブレーキ制動操作が行われない場合のエンジン制動力（エンジンが車軸に与える制動力）と発電機制動力（発電機が車軸に与える制動力）とそれらの合計制動力との時間変化を図３に示す。
【００３６】
また、高速走行時に低速向けのシフトが行われ、その後、ブレーキ制動操作が行われた場合におけるエンジン制動力（エンジンが車軸に与える制動力）と発電機制動力（発電機が車軸に与える制動力）とブレーキ制動力とそれらの合計制動力との時間変化を図４に示す。
【００３７】
なお、図３、図４において、シフト前にはアクセルペダルは踏み込まれておらず、エンジンはその摩擦損失とポンピング損失とに見合う制動力を車軸に与えているものとする。図３、図４における破線は、上記実施例の変速時発電量低減制御を行わない場合の回転機制動力及び合計制動力の変化を示す。図３、図４において、シフトにより回転機制動力がステップ的に増大しているのは、エンジン回転数が増大したために回転機の回転数が増大したため、発電電圧が増大して発電出力が増大したためである。
【００３８】
（変形態様）
上記実施例では、発電機として界磁巻線型同期機を用いたが、発電機として従来の発電専用の発電機を用いる場合も実質的に同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用発電装置の回路構成を示すブロック回路図である。
【図２】図１のおける変速時発電量低減制御を示すフローチャートである。
【図３】ブレーキ制動を行わない場合の各制動力の変化を示すタイミングチャートである。
【図４】ブレーキ制動を行う場合の各制動力の変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１界磁巻線型同期機（発電機）
３コントローラ（発電制御手段）
７エンジン
２１インバータ
２２界磁電流スイッチ

Claims

変速機を通じて車輪を駆動するエンジンにより駆動されて発電する発電機と、
前記発電機の発電量を制御する発電制御手段と、
を備える車両用発電装置において、
前記発電制御手段は、
入力される前記変速機の変速比変更情報及び車両制動操作情報に基づいて前記変速比が小減速比から大減速比へ変更された場合に車両制動操作が行われない状態でのみ前記発電制御部に前記発電量の低減を指令することを特徴とする車両用発電装置。
請求項１記載の車両用発電装置において、
前記発電制御手段は、
前記変速比変更情報、車速情報及び車両制動操作情報に基づいて所定車速以上にて前記変速比が小減速比から大減速比へ変更された場合に車両制動操作が行われない状態でのみ前記発電制御部に前記発電量の低減を指令することを特徴とする車両用発電装置。