JP2013073944A

JP2013073944A - ソレノイドの通電制御装置

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Publication number: JP2013073944A
Application number: JP2011209444A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Inagaki; 浩之稲垣; Hiroaki Shimoi; 宏章下井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: JP5915054B2

Abstract

【課題】ソレノイドの特性にバラツキがある場合でも、ソレノイドに通電される電流を適切に制御することが可能なソレノイドの通電制御装置を提供する。
【解決手段】ソレノイドの通電制御装置１００は、ソレノイドに通電する駆動電流の目標値である目標電流Ｉｒと実際の駆動電流の検出値である検出電流Ｉｆｂとの偏差を積分補償する積分演算部１３と、検出電流Ｉｆｂとソレノイドの通電を制御するＰＷＭ制御部１８に供給する指示電圧Ｖｒとに基づきソレノイドの状態量を推定する状態量推定部１４と、積分演算部１３により積分補償された偏差と、ソレノイドの状態量と、ソレノイドのインダクタンス分及び抵抗分の夫々の特性バラツキを示す特性パラメータと、に基づいて指示電圧を演算する指示電圧演算部１６と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ソレノイドの電流を制御するソレノイドの通電制御装置に関する。

従来、電磁弁の開閉制御やアクチュエータの駆動にソレノイドが利用されている。このようなソレノイドの通電制御はＰＷＭ制御により行われる。ここで、ソレノイドの特性は同一設計の製品であってもバラツキを有することがある。上記電磁弁やアクチュエータの安定した制御を行うには、このような特性のバラツキを考慮する必要がある。このような技術として下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載のリニアソレノイドの電流制御装置は、判定手段と、実抵抗値算出手段と、比較手段と、補正手段とを備えて構成される。判定手段は、リニアソレノイドの抵抗値が算出可能か否かを判定する。実抵抗値算出手段は、判定手段からの信号、車両走行に応じて設定されるリニアソレノイドへの指令電流値、及び出力電圧値に基づき実抵抗値を算出する。比較手段は、算出された実抵抗値と記憶装置内の抵抗値とを比較する。補正手段は、比較手段による比較結果に基づき、記憶装置内の抵抗値を補正する。リニアソレノイドの電流制御装置は、このような補正された抵抗値に基づき出力電圧値を出力する。

特開平９−２８０４１１号公報

ここで、ソレノイドの特性を決定するパラメータには、抵抗分の他にインダクタンス分がある。したがって、特許文献１に記載の技術では、インダクタンス分のバラツキがある場合には、適切に制御を行うことができないことがある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、ソレノイドの特性にバラツキがある場合でも、ソレノイドに通電される電流を適切に制御することが可能なソレノイドの通電制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るソレノイドの通電制御装置の特徴構成は、
ソレノイドに通電する駆動電流の目標値である目標電流と実際の前記駆動電流の検出値である検出電流との偏差を積分補償する積分演算部と、
前記検出電流と、前記ソレノイドの通電を制御するＰＷＭ制御部に供給する指示電圧とに基づき前記ソレノイドの状態量を推定する状態量推定部と、
前記積分演算部により積分補償された偏差と、前記ソレノイドの状態量と、前記ソレノイドのインダクタンス分及び抵抗分の夫々の特性バラツキを示す特性パラメータと、に基づいて前記指示電圧を演算する指示電圧演算部と、
を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、ソレノイドのインダクタンス分や抵抗分等の特性バラツキがあった場合でも、電流応答を劣化させること無く電流制御することができる。したがって、ソレノイドに通電される電流を適切に制御することができる。

また、前記目標電流の高周波域のゲインをあげる目標値フィルタが備えられ、前記積分演算部が前記目標電流として前記目標値フィルタによりゲインがあげられた目標電流を用いる構成とすると好適である。

このような構成とすれば、高周波域の応答性を向上させることができる。

また、前記指示電圧の演算に用いられる前記特性パラメータは、前記状態量推定部の出力の応答性を状態フィードバックゲインで調整した値が加算されてあると好適である。

このような構成とすれば、特性パラメータと共に、状態フィードバックゲインで電流応答性を改善することが可能となる。

ソレノイドの通電制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。ソレノイドの通電制御装置の機能ブロックを模式的に示すブロック図である。ソレノイド電流のステップ応答比較結果である。ソレノイド電流のステップ応答比較結果である。ソレノイドの通電制御装置の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係るソレノイドの通電制御装置（以下「通電制御装置」とする）１００は、ソレノイドの特性バラツキがあった場合でも適切にソレノイドに通電する電流を制御する機能を備えている。このようなソレノイドは、例えば電磁弁の開閉制御やアクチュエータの駆動に利用される。本通電制御装置１００は、このようなソレノイドを制御対象とする。

ソレノイド１は、図１に示すように、通電制御装置１００によって駆動される。通電制御装置１００は、マイクロコンピュータ４を中核として、駆動回路５や電流検出部６を有して構成される。マイクロコンピュータ４は、ＣＰＵコア、プログラムメモリ、パラメータメモリ、ワークメモリ、通信制御部、Ａ／Ｄコンバータ、タイマ、ポートなどを有して構成される。このような構成は一般的な事項であり、説明を容易にするため図示及び詳細な説明は省略する。

プログラムメモリは、制御プログラムなどが格納された不揮発性のメモリである。パラメータメモリは、プログラムの実行の際に参照される種々のパラメータが格納された不揮発性のメモリである。なお、パラメータメモリは、プログラムメモリと区別することなく、プログラムメモリに含められていても良い。プログラムメモリやパラメータメモリは、例えばフラッシュメモリなどによって構成されると好適である。ワークメモリは、プログラム実行中の一時データを一時記憶するメモリである。ワークメモリは、揮発性で問題なく、高速にデータの読み書きが可能なＤＲＡＭ（dynamic RAM）やＳＲＡＭ（static RAM）により構成される。

駆動回路５は、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）やＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などのパワー半導体を用いたスイッチング回路や、マイクロコンピュータ４の出力信号のドライブ能力を向上するドライバ回路などを有して構成される。ソレノイド１を駆動するスイッチング回路や、ドライバ回路の構成については公知であるので詳細な説明は省略する。なお、図１における符号７は保護ダイオードである。また、駆動回路５には、自己診断機能が備えられており、過電流、短絡、断線、温度上昇などの診断結果がマイクロコンピュータ４に伝達されるように構成されている。

マイクロコンピュータ４は、例えば自動車においては不図示の走行制御ＥＣＵなど、上位の制御装置からソレノイドバルブの制御指令を受け、その制御指令に基づいてソレノイド１を制御する。具体的には、ソレノイド１を駆動する駆動電流を制御して、プランジャを任意の位置へ変位させてバルブ部材をスリーブ内で摺動させる。ソレノイド１に実際に流れる電流は、電流検出部６により検出され、マイクロコンピュータ４に伝達される。電流検出部６は、ホールＩＣ等を用いた電流センサで構成されても良いし、シャント抵抗を用いた電流検出回路により構成されても良い。マイクロコンピュータ４は、ソレノイド１の制御指令に基づく目標電流Ｉｒとソレノイド１に実際に流れる電流（検出電流Ｉｆｂ）との偏差に基づいて電流フィードバック制御を行う。そして、例えばＰＷＭ（pulse width modulation）制御などによって、駆動回路５に印加される電圧をスイッチングすることによって駆動電流を制御する。

なお、図１に例示したように、本実施形態では、プログラムメモリやワークメモリなどが１つのチップ（マイクロコンピュータ４）に集積された形態を例示しているが、当然ながら複数のチップによってマイクロコンピューティングシステムが構成されても良い。また、本実施形態においては、通電制御装置１００は、マイクロコンピュータ４を中核として構成され、半導体チップとしてのハードウェアと、プログラムやパラメータなどのソフトウェアとの協働によりその機能が実現される。但し、通電制御装置１００の実施態様は、このようなハードウェアとソフトウェアとの協働に限定されるものではなく、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などを利用してハードウェアのみで構成されることを妨げるものではない。

以下、通電制御装置１００の詳細について説明する。図２に示すように、通電制御装置１００は、目標値フィルタ１１と、積分演算部１３と、状態量推定部１４と、特性パラメータ記憶部１５と、指示電圧演算部１６と、状態フィードバックゲイン記憶部１７とを有している。各機能部は、上述したように、マイクロコンピュータ４を中核として、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される。図２は、機能ブロックとしての構成を示したものであり、各機能部は必ずしも独立して存在する必要はない。

目標値フィルタ１１は、目標電流Ｉｒの高周波域のゲインをあげる。目標電流Ｉｒとは、ソレノイド１に通電する駆動電流の目標値である。このような目標値フィルタ１１を設けた場合のステップ応答が図３（ａ）に示され、目標値フィルタ１１を設けていない場合のステップ応答が図３（ｂ）に示される。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）には、夫々ソレノイド１の温度を変化させた場合の例が示される。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、目標値フィルタ１１を設けることにより立上り時間が短くなり、応答性が向上しているのがわかる。このような目標値フィルタ１１を設けてゲインをあげることで、通電制御装置１００の応答性を向上させることができる。

積分演算部１３は、目標値フィルタ１１を通過後の目標電流Ｉｒと実際の駆動電流の検出値である検出電流Ｉｆｂとの偏差を積分補償する機能部である。目標値フィルタ１１を通過後の目標電流Ｉｒとは、目標値フィルタ１１によりゲインがあげられた目標電流である。検出電流Ｉｆｂは電流検出部６により検出される。偏差は、加算器（減算器）１２によって演算される。積分演算部１３は、このような加算器１２により求められた目標電流Ｉｒと検出電流Ｉｆｂとの偏差の積分値を演算する。

状態量推定部１４は、検出電流Ｉｆｂと、ソレノイド１の通電を制御するＰＷＭ制御部１８に供給する指示電圧Ｖｒの１周期前の値とに基づきソレノイド１の状態量を推定する。検出電流Ｉｆｂとは、上述のように電流検出部６により検出される。指示電圧Ｖｒの１周期前の値は、状態量推定部１４の入力段に設けられた遅延要素１９により求められる。ソレノイド１の状態量とは、ソレノイド１の状態を示す量である。本実施形態では、ＰＷＭ制御されたソレノイド１の駆動電流の変化量に相当する。

特性パラメータ記憶部１５は、ソレノイド１のインダクタンス分及び抵抗分の夫々の特性バラツキを示す特性パラメータが記憶される。ここで、ソレノイド１を設計値どおりに作製した場合でも所定のバラツキが含まれる。特性パラメータ記憶部１５は、このような特性（特に、インダクタンス分及び抵抗分）のワースト値を規定するパラメータが記憶される。なお、このような特性パラメータは、予め記憶された値から、適宜、変更することも可能である。

このような特性パラメータを設定した場合のステップ応答が図４（ａ）に示され、特性パラメータを設定していない場合のステップ応答が図４（ｂ）に示される。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）には、図３と同様に夫々ソレノイド１の温度を変化させた場合の例が示される。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、特性パラメータを設定することにより温度依存性が小さくなり、応答性が向上しているのがわかる。

指示電圧演算部１６は、積分演算部１３により積分補償された偏差と、ソレノイド１の状態量と、特性パラメータとに基づき指示電圧Ｖｒを演算する。積分演算部１３により積分補償された偏差とは、目標電流Ｉｒと検出電流Ｉｆｂとの偏差を積分補償したものである。ソレノイド１の状態量とは、状態量推定部１４により推定された状態量である。特性パラメータとは、特性パラメータ記憶部１５に記憶されてある特性パラメータである。

状態フィードバックゲイン記憶部１７は、状態フィードバックゲインが記憶されている。このような状態フィードバックゲインは、ソレノイド１のインダクタンス分と抵抗分とに基づいて規定され、電流応答性を向上させる。本実施形態では、指示電圧演算部１６は、指示電圧Ｖｒを演算するにあたり特性パラメータを用いるが、当該特性パラメータは状態量推定部１４の出力の応答性を状態フィードバックゲインで調整した値が加算されたものが用いられる。

ＰＷＭ制御部１８は、指示電圧Ｖｒ及びソレノイド１の電流特性に基づいて駆動回路５の制御指令（例えば、ＰＷＭ指令）を演算する機能部である。また、ＰＷＭ指令に基づいてＰＷＭ信号を生成し、駆動回路５に当該ＰＷＭ信号を出力する。

このように、本通電制御装置１００では、目標電流Ｉｒに対して検出電流Ｉｆｂを用いてフィードバック制御するだけでなく、目標電流Ｉｒと検出電流Ｉｆｂとの偏差の積分補償した値に対して状態量及び特性パラメータを用いてフィードバック制御される。このため、２自由度のフィードバック系を構成するので、より高いロバスト安定性を実現することが可能となる。

次に、通電制御装置１００が行う処理について図５のフローチャートを用いて説明する。マイクロコンピュータ４は、図５に示すフローチャートの一連の処理を繰り返し実行する。図５に示されるように、電流フィードバック制御の最初にマイクロコンピュータ４は、目標電流Ｉｒの値を取得し（ステップ＃０１）、検出電流Ｉｆｂの値を取得する（ステップ＃０２）。目標電流Ｉｒが取得されると、応答性をあげるために目標値フィルタ１１を通過させる（ステップ＃０３）。

次に、目標値フィルタ１１を通過後の目標電流Ｉｒ及び検出電流Ｉｆｂの偏差が演算され（ステップ＃０４）、積分演算部１３により積分値が演算される（ステップ＃０５）。現在の指示電圧Ｖｒ及び検出電流Ｉｆｂに基づき、状態量推定部１４により状態量が演算される（ステップ＃０６）。更に、この推定量と特性パラメータと状態フィードバックゲインと積分値とに基づき、指示電圧Ｖｒが演算される（ステップ＃０７）。

ＰＷＭ制御部１８は指示電圧ＶｒをＰＷＭ信号に変換し（ステップ＃０８）、ＰＷＭ信号を出力する（ステップ＃０９）。このようにして、駆動回路５のスイッチング回路をＰＷＭ制御によりスイッチングさせるためのＰＷＭ信号がＰＷＭ制御部１８によって生成される。生成されたＰＷＭ信号は、マイクロコンピュータ４のポートから出力され、駆動回路５のドライバ回路を介してスイッチング回路のスイッチング素子の制御端子（ゲートやベース）に入力される。ＰＷＭ制御により、断続的にソレノイド１に通電され、駆動電流が供給される。

このように本通電制御装置１００によれば、ソレノイド１のインダクタンス分や抵抗分等の特性バラツキがあった場合でも、電流応答を劣化させること無く電流制御することができる。したがって、ソレノイド１に通電される電流を適切に制御することができる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、目標電流Ｉｒの高周波域のゲインをあげる目標値フィルタ１１が加算器（減算器）１２の入力段に設けられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。目標値フィルタ１１を設けずに通電制御装置１００を構成することも当然に可能である。

上記実施形態では、特性パラメータは、状態量推定部１４の出力の応答性を状態フィードバックゲインで調整した値が加算してあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。特性パラメータに状態フィードバックゲインで調整した値を加算しない構成とすることも当然に可能である。係る場合、特性パラメータ記憶部１５を設けずに構成することが可能である。

本発明は、ソレノイドの電流を制御するソレノイドの通電制御装置に用いることが可能である。

１：ソレノイド
１１：目標値フィルタ
１３：積分演算部
１４：状態量推定部
１６：指示電圧演算部
１８：ＰＷＭ制御部
１００：通電制御装置（ソレノイドの通電制御装置）
Ｉｆｂ：検出電流
Ｉｒ：目標電流
Ｖｒ：指示電圧

Claims

ソレノイドに通電する駆動電流の目標値である目標電流と実際の前記駆動電流の検出値である検出電流との偏差を積分補償する積分演算部と、
前記検出電流と、前記ソレノイドの通電を制御するＰＷＭ制御部に供給する指示電圧とに基づき前記ソレノイドの状態量を推定する状態量推定部と、
前記積分演算部により積分補償された偏差と、前記ソレノイドの状態量と、前記ソレノイドのインダクタンス分及び抵抗分の夫々の特性バラツキを示す特性パラメータと、に基づいて前記指示電圧を演算する指示電圧演算部と、
を備えるソレノイドの通電制御装置。
前記目標電流の高周波域のゲインをあげる目標値フィルタが備えられ、
前記積分演算部が前記目標電流として前記目標値フィルタによりゲインがあげられた目標電流を用いる請求項１に記載のソレノイドの通電制御装置。
前記指示電圧の演算に用いられる前記特性パラメータは、前記状態量推定部の出力の応答性を状態フィードバックゲインで調整した値が加算されてある請求項１又は２に記載のソレノイドの通電制御装置。