JP2005164412A - 磁束検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 正確に目標電流値における磁束を検出することのできる磁束検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 磁束検出装置において、励磁コイルと、ＰＷＭ駆動信号に基づいてオン／オフする第１スイッチ手段と、励磁コイルと並列に接続された第２スイッチ手段と、磁気回路の磁束の変化により起電圧を発生するサーチコイルと、励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、サーチコイルに発生した起電圧を検出する起電圧検出手段と、電流値が目標電流値に等しくなるようにデューティ比を算出するＰＩＤ演算手段と、ＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭ駆動信号生成手段と、目標電流値がゼロに変化してから第１時刻から第１所定時間が経過した第２時刻までの起電圧の第１積分値から、第２時刻から第１所定時間が経過した第３時刻までの起電圧の第２積分値を減算して、磁気回路の磁束を算出する磁束算出手段とを具備して構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子制御４輪駆動車両等のトルク伝達機構等で使用される磁束検出装置に関する。

例えば、電子制御４輪駆動車両等のトルク伝達機構等では、左右一対のプラネタリギヤセットと、各プラネタリギヤセットに連結されたサンギヤのトルクを可変制御するための一対のブレーキ機構を含んでいる。各ブレーキ機構は、湿式多板ブレーキと、この多板ブレーキを作動する電磁アクチュエータを含んでいる。

電磁アクチュエータは、筒状内部空間に設けられ、磁性体材料から成るコア（ヨーク）と、所定のギャップを持ってコアと筒状内部空間の軸方向に対向するように配置された磁性体材料から成るアーマチュアと、コアとアーマチュアとの間の環状空間に挿入された励磁コイルと、アーマチュアに連結されたピストンとから構成される。

励磁コイルに電流を印加すると、コアとアーマチュアとギャップとから構成される磁気回路に磁路が形成されて、コアとアーマチュア間のギャップに電磁力が発生する。この電磁力によりアーマチュアがコアに引き付けられて推力が発生する。この推力により、アーマチュアと一体に連結されたピストンが多板ブレーキを押し付け、多板ブレーキに発生する摩擦力によりブレーキトルクが発生する。

マイクロコンピュータを搭載した電子制御ユニットにより、車両の旋回方向及び操舵力又は操舵角に基づいて目標電流値を算出し、左右の電磁ソレノイドに流す電流値を制御して、左右の後ろ車軸への出力トルクを可変に制御している。

励磁コイルに流す電流値を高速に目標電流値に収束させるために、アクセル入力に相当する外輪指令トルクに対応する目標電流値が電子制御ユニットの目標電流算出部により算出される。ＰＩＤ演算手段は目標電流値と励磁コイルに流れる実電流との差分に応じて、ＰＷＭ制御を行い、ＰＷＭ駆動信号をスイッチング素子の制御端子に供給する。

スイッチング素子は、電源とグラウンド間に励磁コイルと直列に設けられており、制御端子に印加されるＰＷＭ駆動信号がハイレベルの時、オンして励磁コイルに電流を供給し、ローレベルの時オフする。

電流還流用ダイオードが励磁コイルと並列に設けられており、スイッチング素子がオフすると、励磁コイルに発生する逆起電力により電流還流用ダイオードがオンし、励磁コイルに還流電流を流して平滑化する。

励磁コイルに流れる実電流を検出して、ＰＩＤ演算手段により実電流と目標電流とを比較して、実電流が目標電流値に一致するようＰＷＭ制御をする。このように、励磁コイルの電流値が目標電流値に高速に収束するようスイッチング素子に印加するＰＷＭ駆動信号のパルス幅を制御している。

一方、多板ブレーキの摩擦力による磨耗によりコアとアーマチュアとの間のエアギャップが狭くなり、エアギャップが狭くなると推力が増大する。上述のように励磁コイルに電流が流れることにより磁気回路に磁束が発生する。ギャップにかかる電磁力は磁束により決まるものなので、この電磁力を正確に制御する必要がある。

電磁力を正確に制御するための先行技術文献として特許文献１，２がある。特許文献１，２は、磁束が通る磁路内にサーチコイルを配設し、パルス波形の実電流を励磁コイルに流し、磁気回路の磁路に発生する磁束の変化によりサーチコイルに発生する起電力を測定し、この誘導起電力を時間積分して磁束を検出することにより、所望の磁束となる電流値を励磁コイルに流すことを開示している。
特開２００２−３０３６６０号公報 特開２００２−３０３６５９号公報

しかしながら、特許文献１は上述のようにパルス波形の実電流を励磁コイルに流して磁気回路の磁路に発生する磁束の変化によりサーチコイルに発生する起電力を測定し、この誘導起電力を時間積分するというものであるが、ＰＷＭ駆動信号によりスイッチング素子をオン／オフを制御して電磁ソレノイドにパルス波形の電流を流す必要があるためにＰＷＭコントロール中の電流変化による起電圧も磁束計算に使用すると正確な磁束計算が出来ないという問題があった。

また、ＰＷＭコントロール中の電流変化による起電圧を磁束計算の対象外とすることも考えられるが、電流パルスの立ち上がりから立下りまでの間でＰＷＭコントロール中の電流変化による起電圧であるか否かの判断が困難である。

よって、本発明の目的は、目標電流値がゼロになってＰＷＭ駆動信号がローレベルに遷移した時刻から誘導起電力がゼロに変化する時刻までの誘導起電力を時間積分することにより目標電流値における正確な磁束を検出することのできる磁束検出装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、電源とグラウンド間に設けられ、磁気回路に磁束を発生する励磁コイルと、前記励磁コイルに直列に接続され、ＰＷＭ駆動信号に基づいてオン／オフする第１スイッチ手段と、前記励磁コイルと並列に接続され、前記第１スイッチ手段がオフのときオンし、前記第１スイッチ手段がオンのときオフする第２スイッチ手段と、前記磁気回路の磁束の変化により起電圧を発生するサーチコイルと、前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記サーチコイルに発生した前記起電圧を検出する起電圧検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流値が目標電流値に一致するように、パルス周期時間に対するハイレベルの割合を示すデューティ比を算出するＰＩＤ演算手段と、前記デューティ比に該当する前記ＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭ駆動信号生成手段と、前記目標電流値がゼロに変化した後の第１時刻から前記励磁コイルに流れる電流がゼロになるために要する時間を越える第１所定時間が経過した第２時刻までの前記起電圧の第１積分値から、前記第２時刻から前記第１所定時間が経過した第３時刻までの前記起電圧の第２積分値を減算して、前記磁気回路の磁束を算出する磁束算出手段とを具備したことを特徴とする磁束検出装置が提供される。

請求項１の磁束検出装置によると、目標電流値がゼロに変化すると、ＰＩＤ演算手段及びＰＷＭ駆動信号生成手段により、励磁コイルに流れる電流をゼロにするべく、ＰＷＭ駆動信号がローレベルに変化されて、励磁コイルに流れる電流がゼロへと徐々に変化していく。

磁束算出手段は、励磁コイルに流れる電流がゼロに変化した第１時刻から励磁コイルに流れる電流がゼロになるために要する時間を越える第１所定時間が経過した第２時刻までの起電圧の第１積分値から第２時刻から第１所定時間が経過した第３時刻までの起電圧の第２積分値を減算して、磁気回路の磁束を算出する。

この第１積分値から第２積分値を減算することによりドリフト起電圧による誤差成分が除去されること及びＰＷＭ制御中の起電圧が磁束算出に含まれていないことから正確な磁束を算出することができる。

請求項２記載の発明によると、前記第１時刻は前記目標電流値がゼロに変化したことによる前記ＰＷＭ駆動信号の開始時刻であることを特徴とする磁束検出装置が提供される。

請求項２の磁束検出装置によると、目標電流値がゼロに変化したことによるＰＷＭ駆動信号の開始時刻、即ち、目標電流値がゼロでないときのＰＷＭ駆動信号の終了時刻から起電圧に基づいて磁束計算を開始するので、目標電流値における磁束を正確に算出することができる。

請求項３記載の発明によると、車両走行時における第１目標電流値を算出する目標値算出手段と、車両停止時において試験パターンの生成を指示する試験パターン生成指示手段と、前記試験パターン生成指示手段による指示に基づいて第２所定時間のハイレベル、前記第１所定時間の２倍以上の第３所定時間のローレベルからなる試験パターンを生成する試験パターン生成手段と、前記試験パターン及び前記第１目標電流値のいずれかを選択して前記目標電流値を前記ＰＩＤ演算手段に出力する選択手段とを更に具備したことを特徴とする磁束検出装置が提供される。

請求項３の磁束検出装置によると、車両停止中に試験パターンを生成して磁束を算出し、車両走行中は磁束の算出を行うことがないので、車両走行中に全く悪影響を及ぼさず且つ正確な磁束を算出することができる。

請求項１記載の発明によると、励磁コイルに流れる電流がゼロに変化した第１時刻から励磁コイルに流れる電流がゼロになるために要する時間を越える第１所定時間が経過した第２時刻までの起電圧の第１積分値から、第２時刻から第１所定時間が経過した第３時刻までの起電圧の第２積分値を減算して、磁気回路の磁束を算出するので、ドリフト起電圧による誤差成分が除去されること及びＰＷＭ制御中の起電圧が磁束算出に含まれていないことから正確な磁束を算出することができる。

請求項２記載の発明によると、目標電流値がゼロでないときのＰＷＭ駆動信号の終了時刻から起電圧に基づいて磁束計算を開始するので、目標電流値における磁束を正確に算出することができる。

請求項３記載の発明によると、車両停止中に磁束を算出し、車両走行中には磁束の算出することがないので、車両走行中に全く悪影響を及ぼさず且つ正確な磁束を算出することができる。

図１は、本発明の磁束検出装置を適用可能なフロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）車ベースの４輪駆動車両の動力伝達装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、動力伝達系は、車両前方に配置されたエンドン２の動力がトランスミッション４の出力軸４ａから伝達されるフロントデファレンシャル装置６と、このフロントデファレンシャル装置６からの動力がプロペラシャフト８を介して伝達される増速装置（変速装置）１０と、増速装置１０からの動力が伝達されるリヤデファレンシャル装置１２を主に含んでいる。

フロントデファレンシャル装置６は従来周知の構造となっており、トランスミッション４の出力軸４ａからの動力をデフケース６ａ内の複数のギヤ１４と出力軸１６，１８を介して左右の前輪駆動軸２０，２２に伝達することにより、各前輪が駆動される。

リヤデファレンシャル装置１２は、後で説明するように、一対のプラネリギヤセットと、それぞれ多板ブレーキ機構（多板クラッチ機構）の締結を制御する一対の電磁アクチュエータを含んでおり、電磁アクチュエータを制御して左右の後輪駆動軸２４，２６に動力を伝達することにより、各後輪が駆動される。

図２は増速装置（変速装置）１０と、増速装置１０の下流側に配置されたリヤデフンシャル装置１２の断面図である。増速装置１０はケーシング２８中に回転可能に取り付けられた入力シャフト３０と、出力シャフト（ハイポイドピニオンシャフト）３２を含んでいる。

増速装置１０は更に、オイルポンプサブアセンブリ３４と、プラネタリキャリアサブアセンブリ３８と、直結クラッチサブアセンブリ４０と、変速ブレーキ４２を含んでいる。

増速装置１０の下流側に設けられたリヤデファレンシャル装置１２は、ハイポイドピニオンシャフト３２の先端に形成されたハイポイドピニオンギヤ４４を有している。

ハイポイドピニオンギヤ４４はハイポイドリングギヤ４８と噛み合っており、ハイポイドリングギヤ４８からの動力は左右に一対設けられたプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのリングギヤに入力される。

プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤは左側後ろ車軸２４、右側後ろ車軸２６周りに回転可能に取り付けられている。プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのプラネタリキャリアは、左側後ろ車軸２４、右側後ろ車軸２６に固定されている。プラネタリキャリアに担持されたプラネットギヤがサンギヤ及びリングギヤに噛み合っている。

左右のプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂは、サンギヤのトルクを可変制御するために設けられたブレーキ機構５１に連結される。ブレーキ機構５１は、湿式多板ブレーキ５２と、この多板ブレーキ５２を作動する電磁アクチュエータ５６を含んでいる。

湿式多板ブレーキ５２のブレーキプレートはケーシング５４に固定され、ブレーキディスクはプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤに固定されている。

電磁アクチュエータ５６は、環状溝を有する磁性材料から成るリング状コア（ヨーク）５８と、リング状コア５８の環状溝中に挿入された環状の励磁コイル６０と、リング状コア５８に所定のギャップを持って対向する磁性材料から成るリング状アーマチュア６２と、アーマチュア６２に連結された環状ピストン６４とから構成される。

励磁コイル６０に電流を印加すると、アーマチュア６２が励磁コイル６０に流れる電流により発生した磁束よりコア５８に引き付けられて推力が発生する。この推力により、アーマチュア６２と一体に連結されたピストン６４が多板ブレーキ５２を押し付けることで、ブレーキトルクが発生する。

これにより、プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤはそれぞれケーシング５４に対して固定され、ハイポイドピニオンシャフト３２の駆動力はプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのリングギヤ、プラネットギヤ、プラネットキャリアを介して左右の後ろ車軸２４，２６に伝達される。

このように、励磁コイル６０に流す電流を制御することにより、入力シャフト３０の駆動力を直結状態で或いは増速装置１０で増速して、左右の後ろ車軸２４，２６に任意に分配することができ、最適な旋回制御を実現することができる。

サーチコイル６１がリング状コア５８の環状溝中に励磁コイル６０に隣接して挿入されて配設されている。サーチコイル６１は、コア５８、アーマチュア６２及びギャップで構成される磁気回路の磁束を検出する。

図３は、本発明の実施形態による磁束検出装置８０の機能ブロック図である。電磁アクチュエータ制御装置は、磁束検出装置８０を含んでおり、入力シャフト３０の駆動力を直結状態で或いは増速装置１０で増速して、左右の後ろ車軸２４，２６に任意に分配するための旋回制御を行う制御装置である。

磁束検出装置８０は、目標電流値に励磁コイル６０に流れる実電流を高速に収束させる機能及び目標電流値での磁気回路の磁束を検出する機能を有し、目標値算出手段８４、試験パターン生成指示手段８６、試験パターン生成手段８８、選択手段９０、ＰＩＤ演算手段９２、ＰＷＭ駆動信号生成手段９４、電流検出手段９６、起電圧検出手段９８及び磁束検出手段１００を有する。

目標値算出手段８４は、車両の旋回方向及び操舵力又は操舵角に基づいて車両走行中における励磁コイル６０に流す目標電流値を算出する。試験パターン生成指示手段８６は、試験パターンを生成する条件が満たされると、試験パターン生成手段９０に試験パターンの生成を指示する。

試験パターンを生成条件は、車の走行に悪影響が無い場合であることである。車の走行に悪影響が無い場合とは、目標値算出手段８４が現在目標電流値ゼロを出力し、ブレーキトルクの制御をしていないこと且つ試験パターンの有効な時間以内の近い将来ブレーキトルクの制御がないことをいう。この条件として、例えば、車が停止している場合である。

試験パターン生成手段８８は、試験パターン生成指示手段８６より試験パターン生成指示を受けると、次の試験パターンを発生する。試験パターンは、磁束検出のための目標値を示すパターンであり、第１時間（第２所定時間）のハイレベル、第２時間（第３所定時間）のローレベルから成る試験パターンである。

第１時間は、所望の目標値に収束するのに要する時間を越える時間である。試験パターンがハイレベルから開始されているのは、試験パターン生成条件より試験パターン生成の直前では目標値がゼロであるからである。所望の目標値とは、磁束が最も精度良く検出できる目標値であり、例えば、３．５Ａである。

第２時間は、ＰＷＭ制御オフしてから励磁コイル６０に流れる電流が確実にゼロになるまでに要する時間を越える第３時間（第１所定時間）（例えば、１秒間）の２倍の時間に、ハイレベルの立下りからハイレベル終了によるＰＷＭ駆動信号周期が終了するまでの時間を加えた時間である。

後者の時間を加えるのは、ハイレベル終了によるＰＷＭ制御の停止時刻に同期した時刻を磁束測定開始時刻とすることにより精度良く磁束を検出するためである。また、後述するようにハイレベル終了時点では起電圧がマイナスとなって正確な磁束検出を行うことができない。

ＰＷＭ制御オフしてから励磁コイル６０に流れる電流がゼロになるまでに要する時間は、励磁コイル６０のインダクタンス成分と抵抗成分から成る時定数より決まる時間であり、計算又は実測により求めることができる。

第２時間が第３時間の２倍の時間を含むのは、ＰＷＭ駆動信号がハイ側とロー側で起電圧の極性が逆に出力されることによるドリフト起電圧を除去するためである。

選択手段９０は、試験パターン生成手段８６により、試験パターンが生成されているとき、試験パターンを選択し、試験パターンが生成されていないとき、目標値算出手段８４より出力される目標値を選択する。

ＰＩＤ演算手段９２は、選択手段９０により出力された目標値と電流検出手段９６により検出された励磁コイル６０に流れる実電流との差分に対応して、目標値が実電流よりも大であれば、実電流が増加するよう、目標値が実電流よりも小であれば、実電流が減少するよう、目標値が実電流と一致すれば、実電流を維持するようにデューティ比を算出する。デューティ比とは、ハイレベルの時間／パルスクロック周期で定義される。

ＰＷＭ駆動信号生成手段９４は、ＰＷＭ駆動信号周期のＰＷＭ駆動クロック信号に同期（ＰＷＭ同期）して、ＰＩＤ演算手段９２より出力されるデューティ比のＰＷＭ駆動信号をソレノイド７０に出力する。電流検出手段９６は、励磁コイル６０に流れる実電流を検出する。

図４は励磁コイル６０に流れる電流と、ソレノイド推力Ｆと、磁束Φと、エアギャップＡＧとの関係を示す図である。図４に示すように、励磁コイル６０に電流が流れると、コア５８、アーマチュア６２及びギャップＡＧより成る磁気回路に磁束Φが発生する。この磁束Φの変化率（ｄΦ／ｄｔ）に対応してサーチコイル６１の両端に起電圧ｅが発生する。

起電圧検出手段９８はサーチコイル６１の両端に発生した起電圧ｅを検出する。サーチコイル６１の起電圧ｅと、サーチコイル６１の巻き数Ｎと、励磁コイル６０に流れる電流により発生する磁束Φの時間変化率ｄΦ／ｄｔとの関係は、ファラデーの法則により次式（１）の関係が成り立つ。

ｅ＝Ｎ×（ｄΦ／ｄｔ） ・・・ （１）
磁束Φは起電圧ｅを時間に対して積分すれば算出できるため、図３の磁束算出手段１００は、式（１）を変形して式（２）により時間積分をすることにより、磁束Φを検出する。

但し、ｔ０は積分開始時刻、ｔ１はｔ０より上述の第３時間が経過した時刻、ｔ２はｔ１より上述の第３時間が経過した時刻である。式（２）で第１項から第２項を減算するのは、後で詳細に説明するように、第１項には第２項と同じ値だけドリフト起電圧による誤差が含まれることから、第１項から第２項を減算することによりドリフト起電圧による誤差を除去するためである。

また、電磁力Ｆは次式（３）により算出される。

Ｆ＝Φ²／（２μＳ） ・・・ （３）
但し、μは磁気回路の透磁率、Ｓはアーマチュア６２とコア５８との間のギャップの断面積である。

図５は、ソレノイド７０、電流検出手段９６及び起電圧検出手段９８の構成例を示す図である。電流検出手段９６は抵抗１１０、オペアンプ１１２及びＡ／Ｄ変換器１１４を有する。抵抗１１０は一端が励磁コイル６０及びオペアンプ１１２のマイナス端子に接続され、他端が接地されオペアンプ１１２のプラス端子に接続されている。

オペアンプ１１２は抵抗１１０の両端の電圧を算出することにより、励磁コイル６０に流れた電流値を検出する。Ａ／Ｄ変換器１１４は一定のサンプリング周期でオペアンプ１１２より出力されるアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換する。

起電圧検出手段９８は、電源１１９（バッテリ電源１１８の電圧をレギュレータにより生成した電圧、例えば、５Ｖ）とグラウンド間に直列に接続された第１及び第２抵抗１２０，１２２、オペアンプ１２４及びＡ／Ｄ変換器１２６を有する。第１及び第２抵抗１２０，１２２は、電源１１９より供給される電圧を分圧して、オペアンプ１２４のマイナス端子を所望の電圧にバイアスする。

オペアンプ１２４は、マイナス端子が第１及び第２抵抗１２０，１２２の接続点及びサーチコイル６１の一端に接続され、プラス端子がサーチコイル６１の他端に接続され、サーチコイル６１の両端に発生する起電圧ｅを検出する。

尚、サーチコイル６１の両端は、励磁コイル６０に流れる電流が減少（磁束Φが減少）したときに検出される起電圧ｅが増加するように、電位が大きい方をオペアンプ１２４のプラス端子に接続し、電位が小さい方をオペアンプ１２４のマイナス端子に接続する。Ａ／Ｄ変換器１２６は、一定のサンプリング周期により起電圧ｅのアナログ電圧をデジタル電圧に変換する。

ソレノイド７０はスイッチ手段１３０、電流還流用ダイオード１３２及び励磁コイル６０を有する。スイッチ手段１３０は、ＰＷＭ駆動信号のハイレベル／ローレベルに応じてオン／オフするスイッチであり、例えば、ハイレベルでオン，ローレベルでオフするＮチャネル型ＦＥＴ（以下、ＦＥＴと略す）で構成する。

ＦＥＴ１３０と励磁コイル６０はバッテリ電源１１８とグラウンド間に直列に接続されている。例えば、ＦＥＴ１３０は、ドレインが所定の正電圧、例えば１２Ｖのバッテリ電源１１８に接続され、ソースが励磁コイル６０の一端（以下、第１端）に接続されている。

電流還流用ダイオード１３２（第２スイッチ手段）は、励磁コイル６０と並列に接続されている。例えば、ダイオード１３２は、アノードがグラウンドに接続され、カソードが励磁コイル６０の第１端に接続され、ＦＥＴ１３０がオフすると発生する逆起電圧により順バイアスされてオンし、ＦＥＴ１３０がオンのときオフする。

励磁コイル６０は、第１端がＦＥＴ１３０のソースに接続され、他端（以下、第２端）が抵抗１１０を通してグラウンドに接続されている。バッテリ電源１１８よりＦＥＴ１３０及び励磁コイル６０を通してグラウンドへ電流が流れる。

図６は磁束算出手段１００の動作フローチャートであり、図７はタイムチャートである。図７において、縦軸に試験パターン、試験パターンがハイレベルによるＰＷＭ制御開始から終了までの時間を示すＰＷＭ信号時間、ＰＷＭ駆動信号、励磁コイル６０の実電流、起電圧ｅを、横軸に時間を示している。

時刻ｔ０はＰＷＭ信号時間がオフになった時刻である。時刻ｔ１は時刻ｔ０から上述の第３時間が経過した時刻であり、時刻ｔ２は時刻ｔ１から第３時間が経過した時刻である。

以下、これらの図６及び図７を参照して、本発明の磁束算出方法について説明する。

（ａ） 磁束検出の動作
試験パターン生成指示手段８６は、車両停止中において上記条件を満たしている場合、試験パターン生成の指示を試験パターン生成手段８８に指示する。

試験パターン生成手段８８は、試験パターン生成指示を受けると、図７に示すように、第１時間のハイレベル、第２時間のローレベルから成る試験パターンを生成して、選択手段９０及び磁束算出手段１００に出力する。

選択手段９０は、試験パターンが生成された場合は試験パターン生成手段８８により生成された試験パターンを目標値として選択し、試験パターンが生成されていない場合は目標値算出手段８４より出力された目標値を選択する。

ＰＩＤ演算手段９２は、選択手段９０により入力された目標値と電流検出手段９０により検出された励磁コイル６０に流れる実電流との差分に基づいて、実電流が目標値に一致するようにデューティ比を算出する。

ＰＷＭ駆動信号生成手段９４は、ＰＷＭ同期して、ＰＩＤ演算手段９２により算出されたデューティ比のＰＷＭ駆動信号をＦＥＴ１３０のゲートに供給する。ＦＥＴ１３０は、ＰＷＭ駆動信号に従ってオン／オフして、図７に示すように、励磁コイル６０に電流が流れる。

ＦＥＴ１３０がオンのとき、バッテリ電源１１８から励磁コイル６０を通してグラウンドに電流が流れる。ＦＥＴ１３０かオフのとき、電流還流用ダイオード１３２がオンして、図５中の矢印ａで示すように、励磁コイル６０の第２端→グラウンド→ダイオード１３２→励磁コイル６０の第１端→励磁コイル６０の第２端回りの還流電流が流れて、励磁コイル６０のインダクタンス成分と抵抗成分により決まる時定数に従って励磁コイル６０の第２端の電位が０になる。

電流検出手段９６は、励磁コイル６０に流れた電流を検出する。ＰＩＤ演算手段９２は、目標値と電流検出手段９０により検出された励磁コイル６０に流れる実電流との差分に基づいて、実電流値が目標値に一致するようにデューティ比を算出する。

ＰＷＭ駆動信号生成手段９４は、ＰＷＭ同期して、デューティ比に対応するＰＷＭ駆動信号をＦＥＴ１３０に供給することにより、図７に示すように、励磁コイル６０の電流を目標電流に収束させる。即ち、試験パターンにおいては、所望の電流値、例えば、３．５Ａに収束させる。

図７に示すように、目標値がハイからローへ変化したとする。磁束算出手段１００は、図６中のステップＳ２において、目標値がゼロに変化したか否かを判別する。目標値がゼロに変化した場合、ステップＳ３に進む。ゼロに変化していなければ、ステップＳ２でループする。

ステップＳ３において、ＰＷＭ駆動信号の出力同期終了のタイミング（ＰＷＭ駆動クロック信号の最初の立ち上がり）であるか否かを判定する。ＰＷＭ駆動信号の出力同期終了のタイミングであれば、ステップＳ４に進む。ＰＷＭ駆動信号の出力同期終了のタイミングでなければ、ステップＳ３をループする。

図７では、時刻ｔ０がＰＷＭ駆動信号の出力同期終了のタイミングなのでステップＳ４に進む。尚、出力同期終了のタイミング以前では、図７に示すように起電圧はマイナスとなって、正確な磁束の算出ができない。

目標値がゼロに変化すると、図７に示すように、ＰＩＤ演算手段９２は、デューティ比をゼロにする。ＰＷＭ駆動信号生成手段９４は、ＰＷＭ同期して、時刻ｔ０において、ＰＷＭ駆動信号をローレベルにする。

ＰＷＭ駆動信号がローレベルになると、ＦＥＴ１３０がオフし、励磁コイル６０に逆起電力が発生して電流還流用ダイオード１３２がオンする。電流還流用ダイオード１３２がオンすると、図７に示すように、励磁コイル６０に上述の還流電流が励磁コイル６０のインダクタンス成分と抵抗成分により決まる時定数に従って徐々に流れて、電流がゼロとなる。電流がゼロになると起電力がドリフト起電圧ｅｄに等しくなる。

ステップＳ４において、起電圧検出手段９８により検出された起電圧ｅを読み込む。このとき、図７に示すように、起電圧ｅにはドリフト起電圧ｅｄが含まれている。ステップＳ６において、起電圧ｅを時間軸に対して積分する。

即ち、起電圧ｅとサンプリング時間との乗算値をサーチコイル６１の巻き数Ｎで割り算した結果に累積積分値を加算して累積積分値とする。但し、ｔ０における累積積分値はゼロにリセットされている。

ステップＳ８において、時刻ｔ０より一定時間、例えば、１秒経過したか否かを判断する。一定時間経過していなければ、ステップＳ４に戻る。一定時間経過したならば、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、時刻ｔ０より一定時間経過した時刻ｔ１での累積積分値Ｓ１を保持する。この累積積分値Ｓ１は、図７に示すように、ドリフト起電圧ｅｄによる誤差成分Ｓ２を含んでいる。

ステップＳ１２において、起電圧検出手段９８により検出された起電圧ｅを読み込む。ステップＳ１４において、起電圧ｅを時間軸に対して積分する。即ち、起電圧ｅとサンプリング時間との乗算値をサーチコイル６１の巻き数Ｎで割り算した結果に累積積分値を加算して累積積分値とする。但し、ｔ１における累積積分値はゼロにリセットされている。

ステップＳ１６において、時刻ｔ１より一定時間、例えば、１秒経過したか否かを判断する。一定時間経過していなければ、ステップＳ１２に戻る。一定時間経過したならば、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８において、時刻ｔ１より一定時間経過した時刻ｔ２での累積積分値Ｓ３を保持する。この累積積分値Ｓ３は、図７に示すように、（ｔ１−ｔ０）と（ｔ２−ｔ１）が等しいことからドリフト起電圧ｅｄによる誤差成分Ｓ２に等しい値である。

ステップＳ２０において、累積積分値Ｓ１より累積積分値Ｓ３を減算した値（Ｓ１−Ｓ３）を時刻ｔ０における所望の目標電流値における磁束Φとする。このとき得られた磁束は、起電圧の読込開始時刻がＰＷＭ制御停止時刻であること、ＰＷＭ制御中の起電圧が含まれていない起電圧に基づいて算出されたこと、及びドリフト起電圧による誤差が除去されていることから、精度の良いものである。

（ｂ） 車両の走行中の動作
車両の走行中において、目標値算出手段８４は車両の旋回方向及び操舵力又は操舵角に基づいて目標電流値を算出する。選択手段９０は目標値算出手段８４より出力された目標値を選択してＰＩＤ演算手段９２に出力する。

ＰＩＤ演算手段９２、ソレノイド７０及び電流検出手段９６の動作は、上述の磁束の検出の動作と同様である。磁束算出手段１００は、試験パターンが生成されていないので、磁束を検出することはない。

このように、磁束検出装置８０は、車両の走行中の動作に全く影響を及ぼすことなく精度良く磁束を検出することができる。

４輪駆動車両の動力伝達系を示す概略図である。 増速装置（変速装置）及びリヤデファレンシャル装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による磁束検出装置の構成図である。 磁束、起電圧及び吸引力を示す図である。 ソレノイド、電流検出手段及び起電圧検出手段の構成図である。 磁束算出手段の動作フローチャートである。 磁束算出を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 増速装置（変速装置）
１２ リヤデファレンシャル装置
２４，２６ 後ろ車軸
３０ 入力シャフト
３２ 出力シャフト
５０Ａ，５０Ｂ プラネタリギヤセット
５１ ブレーキ機構
５２ 湿式多板ブレーキ
５６ 電磁アクチュエータ
５８ コア（ヨーク）
６０ 励磁コイル
６１ サーチコイル
６２ アーマチュア
７０ ソレノイド
８０ 磁束検出装置
８４ 目標電流値算出手段
８６ 試験パターン生成指示手段
８８ 試験パターン生成手段
９０ 選択手段
９２ ＰＩＤ演算手段
９４ ＰＷＭ駆動信号生成手段
９６ 電流検出手段
９８ 起電圧検出手段
１００ 磁束算出手段

Claims (3)

1. 磁束検出装置であって、
   電源とグラウンド間に設けられ、磁気回路に磁束を発生する励磁コイルと、
   前記励磁コイルに直列に接続され、ＰＷＭ駆動信号に基づいてオン／オフする第１スイッチ手段と、
   前記励磁コイルと並列に接続され、前記第１スイッチ手段がオフのときオンし、前記第１スイッチ手段がオンのときオフする第２スイッチ手段と、
   前記磁気回路の磁束の変化により起電圧を発生するサーチコイルと、
   前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記サーチコイルに発生した前記起電圧を検出する起電圧検出手段と、
   前記電流検出手段が検出した電流値が目標電流値に一致するように、パルス周期時間に対するハイレベルの割合を示すデューティ比を算出するＰＩＤ演算手段と、
   前記デューティ比に該当する前記ＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭ駆動信号生成手段と、
   前記目標電流値がゼロに変化した後の第１時刻から前記励磁コイルに流れる電流がゼロになるために要する時間を越える第１所定時間が経過した第２時刻までの前記起電圧の第１積分値から、前記第２時刻から前記第１所定時間が経過した第３時刻までの前記起電圧の第２積分値を減算して、前記磁気回路の磁束を算出する磁束算出手段と、
   を具備したことを特徴とする磁束検出装置。
2. 前記第１時刻は前記目標電流値がゼロに変化したことによる前記ＰＷＭ駆動信号の開始時刻であることを特徴とする請求項１記載の磁束検出装置。
3. 車両走行時における第１目標電流値を算出する目標値算出手段と、車両停止時において試験パターンの生成を指示する試験パターン生成指示手段と、前記試験パターン生成指示手段による指示に基づいて第２所定時間のハイレベル、前記第１所定時間の２倍の時間以上の第３所定時間のローレベルからなる試験パターンを生成する試験パターン生成手段と、前記試験パターン及び前記第１目標電流値のいずれかを選択して前記目標電流値を前記ＰＩＤ演算手段に出力する選択手段とを更に具備したことを特徴とする請求項１記載の磁束検出装置。

Images