JP2001023819A - リニアソレノイド制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出信号のサンプリング数を増大させること
なく、制御応答性の向上を図ることが可能なリニアソレ
ノイド制御装置を提供する。 【解決手段】 リニアソレノイドＬの電流経路を断続す
るスイッチング素子ＴＲは、駆動回路１０が生成するＰ
ＷＭ信号により駆動制御され、マイコン１６は、電流検
出回路１２が生成するリニアソレノイドＬの駆動電流に
応じた検出信号を、平滑化回路１４を介して取り込み、
その検出値に従って、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御
する。平滑化回路１４は、駆動電流の目標値が変更され
駆動電流が大きく変動する過渡期間の間、バイパス経路
Ｂを介して駆動電流に対する遅延のない検出信号をマイ
コン１６に供給し、その他の期間では、抵抗器Ｒ４及び
コンデンサＣからなる積分回路を介して、信号レベルの
安定した検出信号をマイコン１６に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス幅変調を用
いてリニアソレノイドの通電電流を制御するリニアソレ
ノイド制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、油圧や空気流量を制御するバ
ルブ等を駆動するためにリニアソレノイドが用いられて
いる。ここで、図４は、この種のリニアソレノイドの駆
動を制御するリニアソレノイド制御装置の一例を示す回
路図である。

【０００３】このリニアソレノイド制御装置１０２は、
図４に示すように、リニアソレノイドＬの電流経路に設
けられたスイッチング素子（ここでは電界効果トランジ
スタを使用）ＴＲを、パルス幅変調された信号（ＰＷＭ
信号）により駆動する駆動回路１０と、リニアソレノイ
ドＬと直列に設けた抵抗器Ｒ１を介してリニアソレノイ
ドＬに実際に流れる駆動電流を検出し、電流の大きさに
応じた電圧値を有する検出信号を生成する電流検出回路
１２と、抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣからなり、電流検
出回路にて生成された検出信号を積分することにより、
検出信号を平滑化する平滑化回路１１４と、平滑化回路
１１４にて平滑化された検出信号をＡＤ変換して取り込
み、取り込んだ検出値に基づき、駆動回路１０が生成す
るＰＷＭ信号のデューティ比を制御する等の処理を実行
するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１
１６とを備えている。

【０００４】なお、電流検出用の抵抗器Ｒ１には、スイ
ッチング素子ＴＲとの接続端側に、スイッチング素子Ｔ
Ｒがオンからオフに変化した時、即ち電流経路の遮断時
に、リニアソレノイドＬに蓄積されたエネルギーを逃が
すためのダイオードＤ１が接続されている。また、抵抗
器Ｒ１の両端と電流検出回路１２との間には、電流検出
回路１２の入力インピーダンスと整合させるために一対
の抵抗器Ｒ２，Ｒ３が接続されている。

【０００５】このように構成されたリニアソレノイド制
御装置１０２では、ＰＷＭ信号に従ってスイッチング素
子ＴＲが電流経路を断続することにより、リニアソレノ
イドＬへの通電が行われる。すると、電流検出回路１２
は、実際にリニアソレノイドＬを流れる駆動電流に従っ
た検出信号を出力し、この検出信号を、平滑化回路１１
４が積分することにより平滑化してマイコン１１６に供
給する。

【０００６】即ち、駆動電流（ひいては検出信号）は、
スイッチング素子ＴＲのオン／オフ動作に同期した交流
成分（以下、リップルという）を含んでおり、常に変動
を繰り返しているため、そのままでは、マイコン１１６
がＡＤ変換を行うサンプルタイミングによって、検出値
が大きく異なってしまうことになる。そこで、平滑化回
路１１４により、検出信号が駆動電流の平均値を表すよ
うに検出信号を平滑化することにより、取り込むタイミ
ングによって、検出値がばらついてしまうことのないよ
うにしているのである。

【０００７】そして、マイコン１１６では、平滑化され
た検出信号をサンプリングしてなる検出値（以下、サン
プリング値という）と、リニアソレノイドＬに流すべき
電流の目標値とを比較して、サンプリング値が目標値に
一致するようにＰＷＭ信号のデューティ比を制御する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、平滑化回路１
１４により平滑化された検出信号は、実際の駆動電流の
変動に対してその影響が遅れて表れることになるため、
制御応答性が低下してしまうという問題があった。

【０００９】これに対して特開平８−２４０２７７号公
報には、電流検出回路からの検出信号を、積分回路を介
することなくマイコンに直接取り込むよう構成し、ＰＷ
Ｍ信号の１周期のうち、特徴的な値が得られる２つのタ
イミング（例えば、スイッチング素子のオンからオフ，
又はオフからオンへの切替タイミング等）にて電流の検
出を行い、この検出値に基づいて、検出信号（即ち駆動
電流）の平均値を推定することにより、制御応答性を向
上させたものが開示されている。

【００１０】しかし、この装置では、ＰＷＭ信号の１周
期の間に検出信号のサンプリングを２回も行っており処
理負荷が大きいため、高速処理が可能な高コストのマイ
コンを用いなければならず、装置が高価なものとなって
しまうという問題があった。本発明は、上記問題点を解
決するために、検出信号のサンプリング数を増大させる
ことなく、制御応答性の向上を図ることが可能なリニア
ソレノイド制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に発明された請求項１に記載のリニアソレノイド制御装
置では、駆動手段が、リニアソレノイドの電流経路を、
パルス幅変調された駆動信号に従って導通，遮断しする
と共に、電流検出手段が、リニアソレノイドに流れる電
流に応じた検出信号を生成し、この検出信号を平滑化手
段にて平滑化したものを、サンプリング手段がサンプリ
ングする。そして、サンプリング手段でのサンプリング
値に基づいて、駆動制御手段が、リニアソレノイドに流
れる電流の平均値が、設定された目標値と一致するよう
駆動信号のデューティ比を制御する。

【００１２】なお、本発明では、平滑化手段に、電流検
出手段にて生成された検出信号を、サンプリング手段に
直接供給するバイパス経路が設けられており、バイパス
制御手段は、駆動制御手段での目標値が変更されると、
このバイパス経路を導通させ、以後、前記サンプリング
手段でのサンプリング値が、変更された目標値に対応し
た値に達するまでの過渡期間の間、バイパス経路の導通
状態を保持する。

【００１３】つまり、目標値が変更され駆動電流の平均
値が大きく変動する過渡期間では、バイパス経路を介し
て実際の駆動電流に即した検出信号が駆動制御手段に供
給され、一方、駆動電流の平均値が大きく変動すること
のないそれ以外の期間では、平滑化手段により平滑化さ
れた検出信号が駆動制御手段に供給されることになる。

【００１４】また、バイパス経路が遮断された時点にお
ける検出信号の信号レベルは、バイパス経路への切替が
行われない場合と比較して、実際の駆動電流の平均値に
より近いものとなるため、以後、平滑化された検出信号
の信号レベルは、速やかに実際の駆動電流の平均値に収
束する。

【００１５】従って、本発明のリニアソレノイド制御装
置によれば、目標値が変更された時には、駆動電流の変
動が時間遅れなく表れる検出信号に基づいて応答性のよ
い制御を行うことができ、それ以外の時には、駆動手段
の動作に基づく駆動電流のリップルの影響を受けない安
定した制御を行うことができる。

【００１６】次に、請求項２記載のソレノイド駆動装置
では、駆動制御手段は、過渡期間の間、変更された目標
値に対して過剰なデューティ比を設定する。即ち、過剰
なデューティ比とは、目標値を大きくした時には、目標
値に対応したデューティ比より大き目の値、目標値を小
さくした時には、目標値に対応したデューティ比より小
さ目の値のことである。

【００１７】このように構成された本発明のソレノイド
制御装置によれば、過渡期間の間も目標値に対応したデ
ューティ比を設定する場合と比較して、過渡期間におけ
る駆動電流の平均値の変化が速やかに進行するため、過
渡期間を短縮することができ、目標値が変更された時の
制御応答性をより向上させることができる。

【００１８】なお、サンプリング手段でのサンプリング
は、どのようなタイミングで行ってもよいが、請求項３
記載のように、リニアソレノイドの電流経路の状態が導
通から遮断に切り替わるタイミングで行うことが望まし
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用された実施例のリニ
アソレノイド制御装置の構成を表す回路図である。

【００２０】なお、本実施例のリニアソレノイド制御装
置は、先に説明した従来装置１０２とは、一部構成が異
なっているだけであるため、同じ構成部分については、
同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を
中心に説明する。即ち、図１に示すように、本実施例の
リニアソレノイド制御装置２において、平滑化回路１４
は、抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣに加えて、平滑化回路
１４の出力の上限値を、制御用電源電圧ＶDD以下に制限
するダイオードＤ２と、リニアソレノイドＬの電流供給
端Ｔがグランドショートとなる故障時に、これを速やか
に検出させるためのダイオードＤ３とを備えている。

【００２１】なお、ダイオードＤ３は、抵抗器Ｒ４と並
列に、電流検出回路１２側からコンデンサＣ側へ向かう
方向が順方向となるように接続されている。そして、正
常時には、リニアソレノイドＬのインダクタンス分によ
り、駆動電流、即ち検出信号の電圧値が急激に変化する
ことがない。従って、検出信号の電圧値がコンデンサＣ
の電位と比較して、瞬時的にダイオードＤ３のオン電圧
より大きくなることがなく、平滑化回路１４は、通常の
積分回路として動作する。しかし、リニアソレノイドＬ
の電流供給端Ｔがグランドショートすると、抵抗器Ｒ１
に流れる電流はリニアソレノイドＬのインダクタンス分
の影響を受けなくなるため、抵抗器Ｒ１の両端電圧が駆
動用電源電圧＋Ｂ近くまで急激に上昇する。その結果、
検出信号の信号レベルも急激に上昇して、ダイオードＤ
３がオンすることにより、平滑化回路１４の出力、即
ち、マイコン１６への入力も急上昇し、この検出信号の
急変をマイコン１６は、異常として検出するのである。

【００２２】なお、この時、制御用電源電圧ＶDDの供給
を受けるマイコン１６への入力が、制御用電源電圧ＶDD
を越えると、マイコン１６が破壊されてしまう可能性が
あるため、ダイオードＤ２により検出信号の上限を制限
する保護回路が設けられているのである。

【００２３】また、本実施例において、平滑化回路１４
には、抵抗器Ｒ４の両端間を短絡するバイパス経路Ｂが
設けれられており、このバイパス経路Ｂ上には、マイコ
ン１６が出力するバイパス信号ＰＡに従って、バイパス
経路Ｂを導通，遮断するアナログスイッチＳＷが設けら
れている。

【００２４】つまり、アナログスイッチＳＷによりバイ
パス経路Ｂが遮断されている時には、電流検出回路１２
が生成する検出信号は、抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣか
らなる積分回路を介してマイコン１６に供給され、一
方、アナログスイッチＳＷによりバイパス経路Ｂが導通
している時には、電流検出回路１２が生成する検出信号
は、マイコン１６に直接供給されることになる。

【００２５】次に、マイコン１６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，
ＲＡＭを中心に構成され、平滑化回路１４からの検出信
号をサンプリングしてデジタルデータに変換するＡＤ変
換器等を備えている。そして、マイコン１６は、以下に
説明する駆動信号設定処理の他、リニアソレノイドＬに
流す駆動電流の目標値を設定する目標値設定処理等を実
行する。

【００２６】以下、マイコン１６が実行する駆動信号設
定処理を、図２に示すフローチャートに沿って説明す
る。なお、別途実行される目標値設定処理により目標値
が変更された場合、その時、既に設定されていた目標値
を元の目標値と呼び、この元の目標値に応じたデューテ
ィ比をＤＴ１、また、目標値設定処理により新たに設定
された目標値を変更後の目標値と呼び、この変更後の目
標値に対応するデューティ比をＤＴ３、更に、これらの
過渡期間に設定されるデューティ比をＤＴ２と呼ぶ。

【００２７】但し、デューティ比ＤＴ２は、変更後の目
標値が元の目標値より増加する場合には、デューティ比
ＤＴ３より大きめ（例えば、１．２倍）に設定され、逆
に、変更後の目標値が元の目標値より減少する場合に
は、デューティ比ＤＴ３より小さめ（例えば、０．８
倍）に設定されるものとする。

【００２８】本処理が起動されると、まずＳ１１０で
は、バイパス信号ＰＡがオンに設定されているか否かを
判断し、肯定判定された場合、即ちバイパス経路Ｂが導
通状態にある場合にはＳ１５０に移行し、一方、否定判
定された場合、即ちバイパス経路Ｂが遮断状態にある場
合にはＳ１２０に進む。

【００２９】Ｓ１２０では、別途実行される目標値設定
処理により、新たな目標値が設定されたか否かを判断
し、否定判定された場合、即ち、目標値を変更する必要
がない場合には、そのまま本処理を終了する。一方、Ｓ
１２０にて肯定判定された場合、即ち、目標値を変更す
る必要がある場合には、Ｓ１３０に移行し、変更後の目
標値に対応したデューティ比ＤＴ３に基づいて過渡期間
用のデューティ比ＤＴ２を求め、駆動回路１０にて生成
される駆動信号のデューティ比が、元の目標値に対応し
たデューティ比ＤＴ１から、過渡期間用のデューティ比
ＤＴ２に変更されるように、駆動回路１０に設定値変更
指令を出力する。

【００３０】続くＳ１４０では、バイパス信号ＰＡをオ
ンに設定することにより、バイパス経路Ｂを導通させて
Ｓ１５０に進む。Ｓ１５０では、平滑化回路１４からの
検出信号をマイコン１６に内蔵されたＡＤ変換器によ
り、駆動信号の立ち下がりタイミング（リニアソレノイ
ドＬの電流経路が導通から遮断に切り替わるタイミン
グ）にてサンプリングして取り込む。

【００３１】続くＳ１６０では、Ｓ１５０にて読み込ん
だ検出信号の信号レベルが、変更後の目標値に達してい
るか否かを判断し、達していなければそのまま本処理を
終了する。一方、Ｓ１６０にて、検出信号の信号レベル
が変更後の目標値に達していると判定された場合には、
Ｓ１７０に移行して、駆動回路１０が生成する駆動信号
のデューティ比が、過渡期間用のデューティ比ＤＴ２か
ら変更後の目標値に対応したデューティ比ＤＴ３に変更
されるように、駆動回路１０に設定値変更指令を出力
し、続くＳ１８０では、バイパス信号ＰＡをオフに設定
することにより、バイパス経路Ｂを遮断して本処理を終
了する。

【００３２】即ち、図３に示すように、電流検出回路１
２が生成する検出信号の信号レベルは、駆動信号による
電流経路の導通，遮断に応じて増減変化する。そして、
バイパス信号ＰＡがオフに設定（Ｓ１１０−ＮＯ）され
平滑化回路１４のバイパス経路Ｂが遮断されている時に
は、抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣからなる積分回路が、
この検出信号を平滑化するため、目標値の変更がない
（Ｓ１２０−ＮＯ）状態が継続すると、図３中デューテ
ィ比ＤＴ１の期間に示すように、平滑化回路１４の出
力、即ちマイコン１６に入力される検出信号は、電流検
出回路１２が生成する検出信号の平均値に等しい一定レ
ベルとなる。

【００３３】その後、目標値が変更され（Ｓ１２０−Ｙ
ＥＳ）、デューティ比がＤＴ１からＤＴ２に切り替わる
（Ｓ１３０）と同時に、バイパス信号ＰＡがオンに設定
（Ｓ１４０）されバイパス経路Ｂが導通すると、図３中
デューティ比ＤＴ２の期間に示すように、電流検出回路
１２が生成する検出信号が、そのまま平滑化回路１４の
出力となってマイコン１６に供給される。

【００３４】そして、平滑化回路１４の出力が、変更後
の目標値に達すると（Ｓ１６０−ＹＥＳ）、デューティ
比が過渡期間用の値ＤＴ２から変更後の目標値に対応し
た値ＤＴ３に切り替わる（Ｓ１７０）と同時に、バイパ
ス信号ＰＡがオフに設定（Ｓ１８０）される。これによ
り、バイパス経路Ｂが遮断され、以後、電流検出回路１
２が生成する検出信号は、平滑化されてマイコン１６に
供給される。

【００３５】なお、バイパス経路Ｂが遮断された時点に
おける検出信号の信号レベルは、バイパス経路Ｂへの切
替を行わない場合（図３中に点線で示した信号レベルを
参照）と比較して、実際の駆動電流の平均値に近いもの
となっているため、平滑化された検出信号の信号レベル
は、速やかに実際の駆動電流の平均値（変更後の目標
値）に収束する。

【００３６】以上説明したように、本実施例のリニアソ
レノイド制御装置２においては、駆動電流の目標値が変
更された時には、その後、検出信号の信号レベルが変更
された目標値に達するまでの過渡期間の間、電流検出回
路１２が生成する検出信号を、平滑化することなくマイ
コン１６に直接供給し、それ以外の期間では、電流検出
回路１２が生成する検出信号を平滑化してマイコン１６
に供給するようにされている。

【００３７】従って、本実施例のリニアソレノイド制御
装置２によれば、目標値が変更され駆動電流の平均値が
大きく変動する過渡期間では、駆動電流の変動が時間遅
れなく表れる検出信号に基づいて応答性のよい制御を行
うことができ、一方、駆動電流の平均値が大きく変動す
ることのないそれ以外の期間では、平滑化された検出信
号に基づいて、駆動電流のリップルの影響を受けない安
定した制御を行うことができる。

【００３８】なお、過渡期間における検出信号のサンプ
リングは、その検出値に基づいて精密な制御を行うため
のものではなく、デューティ比の切替タイミング（ＤＴ
２→ＤＴ３）を検出するためのものであり、検出信号の
平均レベルを求める等する必要がないため、駆動信号の
１周期の間に１度だけ検出すれば充分であり、マイコン
１６の処理負荷を増大させてしまうことがない。つま
り、本実施例によれば、比較的低速なマイコン１６を用
いることができ、装置を安価に構成することができる。

【００３９】また、本実施例では、過渡期間の間に設定
する駆動信号のデューティ比ＤＴ２を、変更後の目標値
に対応したデューティ比ＤＴ３より過剰となるように設
定しているので、過渡期間の間もデューティ比ＤＴ３に
設定した場合より、駆動電流の変化がより速やかなもの
となり、過渡期間が短縮されるため、制御応答性を向上
させることができる。

【００４０】更に、本実施例では、電流検出回路１２が
生成する検出信号の信号レベルが急激に増大した場合
に、抵抗器Ｒ４を介することなく、コンデンサＣを急速
充電するダイオードＤ３が設けられている。従って、本
実施例によれば、リニアソレノイドＬの電流供給端Ｔが
グランドショートとなる異常が発生した場合に、マイコ
ン１６に入力される検出信号が電源電圧ＶDDまで急上昇
するため、この異常をマイコン１６に速やかに検出させ
ることができ、その結果、異常に対する処理を迅速に行
わせることができる。

【００４１】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて
実施することができる。例えば、上記実施例では、バイ
パス経路ＢにスイッチＳＷを設け、導通，遮断するよう
に構成したが、マイコン１６がＡＤ変換入力を２つ有し
ている場合は、電流検出回路１２の出力と平滑化回路１
４の出力とをそれぞれ別のＡＤ変換器を介してマイコン
１６に取り込むように構成し、必要に応じて読み込みを
行うＡＤ変換器を切り替えて使用することにより、スイ
ッチＳＷやバイパス信号ＰＡを設けることなく構成して
もよい。

【００４２】また、上記実施例では、過渡期間の間、デ
ューティ比を変更後の目標値に対応した値ＤＴ３より過
剰な値ＤＴ２に設定しているが、目標値の変更があった
場合、直ちに、変更後の目標値に対応した値ＤＴ３に設
定するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のリニアソレノイド制御装置の構成を
表す回路図である。

【図２】 駆動信号設定処理の内容を表すフローチャー
トである。

【図３】 実施例における装置各部の動作を表す波形図
である。

【図４】 従来装置の構成を表す回路図である。

【符号の説明】

２…リニアソレノイド制御装置 １０…駆動回路
１２…電流検出回路 １４…平滑化回路 １６…マイクロコンピュータ
（マイコン） Ｂ…バイパス経路 Ｃ…コンデンサ Ｄ１〜Ｄ
３…ダイオード Ｌ…リニアソレノイド Ｒ１〜Ｒ４…抵抗器 ＳＷ
…アナログスイッチ Ｔ…電流供給端 ＴＲ…スイッチング素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H106 EE04 FA04 FB08 FB24 KK02 5H004 GA02 HA14 HB14 JA03 JB15 JB17 JB19 JB20 KA22 KA31 KA69 KB13 KB32 KB34 LB04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リニアソレノイドの電流経路を、パルス
   幅変調された駆動信号に従って導通，遮断する駆動手段
   と、 前記リニアソレノイドに流れる電流に応じた検出信号を
   生成する電流検出手段と、 該電流検出手段にて生成された検出信号を平滑化する平
   滑化手段と、 該平滑化手段の出力をサンプリングするサンプリング手
   段と、 該サンプリング手段でのサンプリング値に基づいて、前
   記リニアソレノイドに流れる電流の平均値が、設定され
   た目標値と一致するよう前記駆動信号のデューティ比を
   制御する駆動制御手段と、 を備えたリニアソレノイド制御装置において、 前記平滑化手段に、 前記電流検出手段にて生成された検出信号を、前記サン
   プリング手段に直接供給するバイパス経路を設け、 前記駆動制御手段に、 前記目標値が変更されると前記バイパス経路を導通さ
   せ、前記サンプリング手段でのサンプリング値が変更さ
   れた目標値に対応した値に達するまでの過渡期間の間、
   前記バイパス経路の導通状態を保持するバイパス制御手
   段を設けたことを特徴とするリニアソレノイド制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記駆動制御手段は、前記過渡期間の
   間、前記変更された目標値に対して過剰なデューティ比
   を設定することを特徴とする請求項１記載のソレノイド
   駆動装置。
3. 【請求項３】 前記サンプリング手段は、前記リニアソ
   レノイドの電流経路の状態が導通から遮断に切り替わる
   タイミングでサンプリングを行うことを特徴とする請求
   項１又は請求項２記載のソレノイド駆動装置。