JP2009283719A - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁弁を駆動するソレノイド制御回路を保護する電流誘導回路の異常を検出可能な制御装置を提供する。
【解決手段】 インダクタンスを有するソレノイド３を制御するＥＣＵ３０であって、ソレノイド方向に電流を流すことによりソレノイドを駆動し、ソレノイド方向に電流を流さないことによりソレノイド３を停止するＩＰＤ（ソレノイド制御回路）２と、ソレノイド３とＩＰＤ２との間に設けられ、ＩＰＤ２がソレノイド３を駆動してから停止する際に、ソレノイド方向へ電流を誘導するクランプ回路（電流誘導回路）６と、クランプ回路６付近に発生する負電圧を正電圧に変換する変換回路１１と、ＩＰＤ２によりソレノイド３を駆動させてから停止させる際に、変換回路１１により変換された正電圧の値が所定値以上の場合に、クランプ回路６が異常であると判定するマイコン３２とを備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電磁弁の備えるソレノイドを制御するソレノイド制御回路をサージ電圧から保護する電流誘導回路の異常を検出する技術に関する。

ソレノイドを備えた電磁弁を駆動する制御装置の構成を図１に示す。制御装置は、マイコン１と、ソレノイド制御回路（以下、ＩＰＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ）と称する）２と、電流誘導回路（以下、クランプ回路とも呼ぶ）６とを有している。
ソレノイド３に直列に半導体のスイッチング素子を具備するＩＰＤ２を接続する。このＩＰＤ２をマイコン１からの制御信号によってオン、オフ制御してソレノイド３を通電状態と非通電状態とに切り替える。
ＩＰＤ２は、ソレノイド３の方向（以下、ソレノイド方向と呼ぶ）へ電流を流すことによりソレノイド３を駆動し、ソレノイド３方向に電流を流さないことによりソレノイド３を停止させる。

ソレノイド３はインダクタンスを有し、ソレノイド３を通電状態から非通電状態に切り替えた瞬間に負のサージ電圧が発生することが知られている。発生したサージ電圧からＩＰＤ２を保護するために、ツェナーダイオード４とダイオード５とを有するクランプ回路６を設けている。
マイコン１からの制御信号を受けてＩＰＤ２がオンすると、図１に示す経路Ａでバッテリからソレノイド３（すなわち、ソレノイド方向）に電流（以下、ソレノイド電流と呼ぶ）が流れる。また、ＩＰＤ２をオフして、ソレノイド３を非通電状態にすると、ソレノイド３のインダクタンスによりソレノイド電流の変化を打ち消す方向に誘導起電力が発生する。この誘導起電力がサージ電圧となる。サージ電圧でＩＰＤ２が故障しないようにするために、図１に示す経路Ｂでクランプ回路６側からソレノイド３の方向に電流（以下、この電流をサージ電流と呼ぶ）を流す。ＩＰＤ２は、ソレノイド３との接続を内部のスイッチング素子でオフすることで、ＩＰＤ２自体の故障を防いでいる。

特許文献１では、負荷に流れる電流を検出する電流検出抵抗に発生する負電圧を増幅する電圧増幅回路と、電圧増幅回路により増幅された電圧と、基準電圧とを比較することにより、電流検出抵抗に流れる定格電流以上の負荷電流を検出するコンパレータとを有する過電流検出回路が開示されている。

特開平９−２１８７０１号公報

クランプ回路６内に設けたツェナーダイオード４に故障が発生すると、ソレノイド３の切り替え時に発生したサージ電圧が０［Ｖ］に収束するまでに時間がかかり、ソレノイド３のオフ後にソレノイド３に電流が流れ続ける時間が長くなる。これにより、例えば、ソレノイド３を自動変速機に使用した場合、ツェナーダイオード４が故障すると、変速ショック等の異常が発生する。
そこで、ツェナーダイオード４の故障判定を実施したいが、サージ電圧は負電圧であるためマイコン１に直接取り込むことはできない。
特許文献１にも負電圧のサージ電圧に基づいてツェナーダイオード４の故障を判定する技術は開示されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電磁弁を駆動するソレノイド制御回路を保護する電流誘導回路の異常を検出可能な制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の制御装置は、インダクタンスを有するソレノイドを制御する制御装置であって、ソレノイド方向へ電流を流すことにより前記ソレノイドを駆動し、該ソレノイド方向に電流を流さないことにより前記ソレノイドを停止するソレノイド制御回路と、前記ソレノイドと前記ソレノイド制御回路との間に設けられ、前記ソレノイド制御回路が前記ソレノイドを駆動してから停止する際に、前記ソレノイド方向へ電流を誘導する電流誘導回路と、前記電流誘導回路付近に発生する負電圧を正電圧に変換する電圧変換部と、前記ソレノイド制御回路により前記ソレノイドを駆動させてから停止させる際に、前記電圧変換部により変換された正電圧の値が所定値以上の場合に、前記電流誘導回路が異常であると判定する制御部とを備える構成としている。

上記制御装置において、前記制御部は、異常であると判定した場合に、異常であることを外部に通知する信号を出力する、又は異常情報を記憶部に記憶させる構成を備えているとよい。

本発明の制御方法は、インダクタンスを有するソレノイドを制御する制御方法であって、ソレノイド制御回路によってソレノイド方向へ電流を流すことにより前記ソレノイドを駆動し、前記ソレノイド方向に電流を流さないことにより前記ソレノイドを停止するソレノイド駆動／停止制御ステップと、前記ソレノイドを駆動してから停止する際に、前記ソレノイド方向へ電流を誘導する電流誘導回路付近に発生する負電圧を正電圧に変換する電圧変換ステップと、前記電圧変換ステップにより変換した正電圧の値が所定値以上である場合に、前記電流誘導回路が異常であると判定する判定ステップとを有している。

本発明によれば、電磁弁を駆動するソレノイド制御回路を保護する電流誘導回路の異常が検出可能となる。

添付図面を参照しながら本発明の最良の実施例を説明する。

まず、図２を参照しながら本実施例の構成を説明する。図２には、エンジン及び変速機の制御を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（本発明の制御装置に該当する）３０とその周辺装置との接続構成を示す。

ＥＣＵ３０には、エンジンの運転状態や変速機の状態を示す各種センサが接続されている。図２には、各種センサとして、スロットル開度センサ２１と、アクセル開度センサ２２と、車速センサ２３と、クランク角センサ２４と、シフトポジションセンサ２５とを示す。なお、図示のセンサ以外にも複数のセンサからのセンサ信号がＥＣＵ３０には入力される。

スロットル開度センサ２１は、エンジンの吸気管に設けられた電子制御スロットル４３の開度に応じた信号をＥＣＵ３０に出力する。
アクセル開度センサ２２は、ドライバによるアクセルペダル（不図示）の操作量を検出する。アクセル開度センサ２２は、検出したアクセル開度を表す信号をＥＣＵ３０に出力する。
車速センサ２３は、例えば、ドライブシャフトの回転数に基づいて車両の走行速度である車速を検出する。車速センサ２３は、検出した車速を表す信号をＥＣＵ３０に出力する。
クランク角センサ２４は、クランクシャフトの回転速度（エンジン回転数）およびクランクシャフトの回転角度を検出する。クランク角センサ２４は、検出したクランクシャフトの回転速度や回転角度を表す信号をＥＣＵ３０出力する。
シフトポジションセンサ２５は、車両の自動変速機５０の変速位置を切り替えるべく車両運転者により操作されるシフトレバーの操作位置（ドライブ（Ｄ）レンジ、ニュートラル（Ｎ）レンジ、リバース（Ｒ）レンジ、パーキング（Ｐ）レンジ）に応じた信号をＥＣＵ３０に出力する。

ＥＣＵ３０は、入力インターフェース回路３１、マイコン（本発明の制御部に該当する）３２、出力インターフェース回路３３を備えている。また、マイコン３２内には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３２３、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）３２４等の広く知られた一般的な回路が設けられている。

ＣＰＵ３２１は、ＲＯＭ３２２に記録されたプログラムを読み込んで、このプログラムに従った演算を行う。ＣＰＵ３２１の処理手順については、フローチャートを参照しながら後述する。ＲＡＭ３２３には、演算結果のデータが書き込まれ、ＥＥＰＲＯＭ３２４には、ＲＡＭ３２３に書き込まれていたデータで、電源オフ時に保存の必要なデータが書き込まれる。

ＣＰＵ３２１は、センサ信号に基づいてエンジン点火タイミングや、燃料噴射量等を制御する制御信号を生成する。生成した制御信号はインジェクタ４１や点火プラグ４２に出力される。また、ＣＰＵ３２１は、アクセル開度センサ２２によって測定されたアクセルペダルの操作量に応じて、電子制御スロットル（スロットルバルブの開度）４３を制御する。
また、ＣＰＵ３２１は、シフトポジションセンサ２５の出力信号に基づいて、車両運転者の操作するシフトレバーの操作位置を検出する。検出した操作位置に応じてＩＰＤ２を制御し、自動変速機５０の変速比が運転者の操作するシフトレバー位置に応じたものとなるように制御する。
ＣＰＵ３２１で生成された制御信号は、出力インターフェース回路３３を介して、インジェクタ４１、点火プラグ４２、電子制御スロットル４３等に出力される。

次に、図３を参照しながらサージ電圧からＩＰＤ（ソレノイド制御回路）２を保護す電流誘導回路及びその電流誘導回路の故障を検出する回路の構成について説明する。
上述したようにソレノイド３の通電状態から非通電状態への切替え時に、ソレノイド３のインダクタンスによってサージ電圧が発生する。このサージ電圧でＩＰＤ２が故障しないように保護する電流誘導回路としてクランプ回路６を設けている。クランプ回路６は、図３に示すようにツェナーダイオード４とダイオード５とを有している。

本実施例では、さらにツェナーダイオード４の故障を検出するために、ソレノイド３に生じる負のサージ電圧を正電圧に変換する変換回路（本発明の電圧変換部に該当する）１１を設けている。変換回路１１は、抵抗７と、ダイオード８と、ツェナーダイオード９と、プルアップ抵抗１０とを有している。抵抗７は、一端をダイオード５のアノード端子に接続し、他端を接地電位に接続している。ダイオード８は、ダイオード５と抵抗７との接続点である節点Ｓにカソード端子を接続し、アノード端子をツェナーダイオード９のアノード端子と接続している。ツェナーダイオード９は、カソード端子をプルアップ抵抗１０との節点Ｕに接続している。節点Ｕは、マイコン３２のＡＤ入力ポートに接続している。

ソレノイド３が通電状態のときには、ソレノイド電流は、クランプ回路６側には流れず、節点Ｓの電圧は０［Ｖ］となる。プルアップ抵抗１０が接続された節点Ｕの電圧は、節点Ｓの電圧０［Ｖ］に、ダイオード８の電圧とツェナーダイオード９のツェナー電圧とを加算した電圧となる。例えば、ダイオード８の電圧を１［Ｖ］、ツェナーダイオード９のツェナー電圧を３［Ｖ］とすると、節点Ｕの電圧は４［Ｖ］となる。この節点Ｕの電圧がＡＤ入力ポートに入力される。

次に、ＩＰＤ２をオフし、ソレノイド３を通電状態から非通電状態に切り替えると、クランプ回路６側からソレノイド３にサージ電流が流れる。例えば、抵抗７の抵抗値を２［Ω］、サージ電流を１［Ａ］とすると、このときの節点Ｓの電圧は−２［Ｖ］となる。
このとき節点Ｕの電圧は、節点Ｓの電圧−２［Ｖ］に、ダイオード８の電圧とツェナーダイオード９のツェナー電圧とを加算した電圧となる。前述のようにダイオード８の電圧を１［Ｖ］、ツェナーダイオード９のツェナー電圧を３［Ｖ］とすると、節点Ｕの電圧は２［Ｖ］となる。この節点Ｕの電圧がＡＤ入力ポートに入力される。

図４（Ａ）には、ツェナーダイオード４が正常に動作しているときのコネクタＴ電圧、ソレノイド電流、サージ電流、マイコン３２のＡＤ入力ポート電圧のそれぞれの波形を示す。なお、以下では、バッテリ電圧を１２［Ｖ］、サージ電流の最大値を１［Ａ］、抵抗７の抵抗値を７［Ａ］、ダイオード８の電圧を１［Ｖ］、ツェナーダイオード９のツェナー電圧を３［Ｖ］として説明する。
コネクタＴ電圧は、ＥＦＩ−ＥＣＵ２０とソレノイド３とを接続するコネクタＴの電圧波形を示す。図４（Ａ）に示す区間ａでは、ＩＰＤ２がオンし、ソレノイド３が通電状態にある。このとき、ソレノイド３にはバッテリからの１２［Ｖ］の電圧が印加されるため、コネクタＴの電圧は１２［Ｖ］を示す。また、ソレノイド３には、バッテリの１２［Ｖ］電圧に応じたソレノイド電流が流れる。
また、ソレノイド３が通電状態のときには、サージ電流は０［Ａ］を示し、マイコン３２のＡＤ入力ポートには、ダイオード８の１［Ｖ］と、ツェナーダイオードのツェナー電圧の３［Ｖ］とで４［Ｖ］の電圧が入力される。

次に、マイコン３２がＩＰＤ２を制御して、ソレノイド３を通電状態から非通電状態に切り替えようとすると、ソレノイド３のインダクタンスによってサージ電圧が発生し、コネクタＴ電圧が負電圧側に低下する（図４（Ａ）の区間ｂ参照）。
また、発生したサージ電圧がツェナーダイオード４のツェナー電圧に達すると、ツェナーダイオード４が導通し、ツェナーダイオード４、ダイオード５を経由してサージ電流が流れる。

サージ電流が流れると、図３に示す節点Ｓの電圧が低下する。抵抗７の抵抗値を２［Ω］とすると、節点Ｓの電圧は０［Ｖ］から−２［Ｖ］に変化する。このため、ダイオード８とツェナーダイオード９とを介して入力されるＡＤ入力ポートの電圧が４［Ｖ］から２［Ｖ］に低下する。

図４（Ｂ）には、ツェナーダイオード４に故障が発生した場合のコネクタＴ電圧、ソレノイド電流、サージ電流、マイコン３２のＡＤ入力ポート電圧のそれぞれの波形を示す。
ツェナーダイオード４に故障が発生すると、ツェナーダイオード４のツェナー電圧が低下し、コネクタＴ電圧の負側の低下が小さくなる。このため、サージ電流が流れ続ける時間が正常時よりも長くなり、ソレノイド電流が０［Ａ］に収束するまでに時間がかかる（図４（Ａ）の区間ｂと、図４（Ａ）の区間ｂ’参照）
マイコン３２は、ＩＰＤ２をオンからオフに切り替えてから所定時間（例えば、１００［μｓ］）後のＡＤ入力ポートの入力電圧をモニタすることで、ツェナーダイオード４が正常状態にあるのか、故障状態にあるのかを判定することができる。すなわち、ツェナーダイオード４が正常状態にあれば、ＡＤ入力ポートの入力電圧は、所定時間後には４［Ｖ］に戻っているが、ツェナーダイオード４が故障状態にあれば、ＡＤ入力ポートの入力電圧は４［Ｖ］よりも低い電圧のままである。

図５を参照しながらマイコン３２によるツェナーダイオード４の故障判定の第１の処理手順を説明する。
マイコン３２は、ＩＰＤ２のスイッチをオンからオフに切り替えると（ステップＳ１／ＹＥＳ）、切り替えてから１００［μｓ］後のＡＤ入力ポートの電圧を取得する（ステップＳ２）。
ＡＤ入力ポートの電圧が４．０［Ｖ］よりも小さければ（ステップＳ３／ＹＥＳ）、マイコン３２は、クランプ回路６のツェナーダイオード４が故障していると判定する（ステップＳ４）。また、ＡＤ入力ポートの電圧が４．０［Ｖ］以上であれば（ステップＳ３／ＮＯ）、マイコン３２はクランプ回路６のツェナーダイオード４に故障は発生していないと判定する。

次に、図６を参照しながらマイコン３２によるツェナーダイオード４の故障判定の第２の処理手順を説明する。なお、この手順では、マイコン３２は、ＡＤ入力ポートの電圧の変化を検出し、電圧変化の傾きが所定値よりも小さければクランプ回路６のツェナーダイオード４が故障していると判定する。
マイコン３２は、ＩＰＤ２のスイッチをオンからオフに切り替えると（ステップＳ１１／ＹＥＳ）、例えば、５［μｓ］〜５０［μｓ］の区間で、５［μｓ］ごとにＡＤ入力ポートの電圧を取得する（ステップＳ１２）。
電圧を取得したマイコン３２は、ＡＤ入力ポートの入力電圧の変化の傾きを求める。求めたＡＤ入力ポートの入力電圧の変化が、０．５［Ｖ／μｓ］よりも小さければ（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、マイコン３２はクランプ回路６のツェナーダイオード４に故障が発生していると判定する（ステップＳ１４）。また、ＡＤ入力ポートの入力電圧の変化が、０．５［Ｖ／μｓ］よりも大きければ（ステップＳ１３／ＮＯ）、クランプ回路６のツェナーダイオードに故障は発生していないと判定する。

ツェナーダイオード４の故障を検出したマイコン３２は、予め設けられたランプを点灯して、故障の発生を通知する。また、マイコン３２は、異常の発生をメモリに記録する。
なお、ツェナーダイオード４の異常を検出したマイコン３２は、ソレノイド３の反応遅れ時間を検出して、検出した遅れ時間分だけ早くソレノイド３を通電状態から非通電状態に切り替えるように制御してもよい。
また、ソレノイド３の反応遅れ時間が所定の基準値を超えた場合には、異常と判定して、マイコン３２は、故障の発生を通知する信号を外部に出力するとよい。
マイコン３２がクランプ回路（電流誘導回路）６の異常を判定してメモリに記録したり、異常が発生したことを外部に信号出力することで、クランプ回路６の異常をユーザに認識させることができる。従って、ユーザは異常が発生した箇所を容易に特定することができ、ユーザの使い勝手を向上させることができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これ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内において種々変形実施可能である。

ソレノイドを駆動する回路構成を示す図である。 ＥＦＩ−ＥＣＵとその周辺回路の接続構成を示す図である。 ソレノイドを駆動する回路の構成と、この回路に含まれる回路素子の故障を検出するための変換回路の構成を示す図である。 （Ａ）は、正常時のコネクタＴの電圧と、ソレノイド電流と、サージ電流と、マイコンのＡＤ入力ポートとの波形を示す図であり、（Ｂ）は、異常時のコネクタＴの電圧と、ソレノイド電流と、サージ電流と、マイコンのＡＤ入力ポートとの波形を示す図である。 マイコンによる故障判定の第１の処理手順を示すフローチャートである。 マイコンによる故障判定の第２の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ マイコン
２ ＩＰＤ（ソレノイド制御回路）
３ ソレノイド
４、９ ツェナーダイオード
５、８ ダイオード
６ クランプ回路（電流誘導回路）
１１ 変換回路（電圧変換部）
２１ スロットル開度センサ
２２ アクセル開度センサ
２３ 車速センサ
２４ クランク角センサ
２５ シフトポジションセンサ
３１ 入力インターフェース回路
３２ マイコン（制御部）
３３ 出力インターフェース回路
４１ インジェクタ
４２ 点火プラグ
４３ 電子制御スロットル
５０ 自動変速機

Claims (3)

1. インダクタンスを有するソレノイドを制御する制御装置であって、
   ソレノイド方向に電流を流すことにより前記ソレノイドを駆動し、該ソレノイド方向に電流を流さないことにより前記ソレノイドを停止するソレノイド制御回路と、
   前記ソレノイドと前記ソレノイド制御回路との間に設けられ、前記ソレノイド制御回路が前記ソレノイドを駆動してから停止する際に、前記ソレノイド方向へ電流を誘導する電流誘導回路と、
   前記電流誘導回路付近に発生する負電圧を正電圧に変換する電圧変換部と、
   前記ソレノイド制御回路により前記ソレノイドを駆動させてから停止させる際に、前記電圧変換部により変換された正電圧の値が所定値以上の場合に、前記電流誘導回路が異常であると判定する制御部と、
   を備えた制御装置。
2. 前記制御部は、異常であると判定した場合に、異常であることを外部に通知する信号を出力する、又は異常情報を記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. インダクタンスを有するソレノイドを制御する制御方法であって、
   ソレノイド制御回路によってソレノイド方向へ電流を流すことにより前記ソレノイドを駆動し、前記ソレノイド方向に電流を流さないことにより前記ソレノイドを停止するソレノイド駆動／停止制御ステップと、
   前記ソレノイドを駆動してから停止する際に、前記ソレノイド方向へ電流を誘導する電流誘導回路付近に発生する負電圧を正電圧に変換する電圧変換ステップと、
   前記電圧変換ステップにより変換した正電圧の値が所定値以上である場合に、前記電流誘導回路が異常であると判定する判定ステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。

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