JP2013214693A - ソレノイド制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】過電流の検出を可能としつつ、ソレノイドの両端子間のショート異常を検出することのできるソレノイド制御装置を提供する。
【解決手段】このソレノイド制御装置は、ソレノイド30の給電経路に設けられたMOSFET41をPWM駆動することによりソレノイド30の駆動電流をその都度の目標となる電流となるようにフィードバック制御する。ここでは、ソレノイド30の駆動電流が過電流判定電流値に達したときに過電流検出信号を出力する過電流検出回路46を設ける。そして、過電流検出信号に基づいて過電流の有無を検出する。また、過電流検出回路46が過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを監視することにより、ソレノイド30の両端子間のショートの有無を検出する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ソレノイドの駆動電流をその都度の目標とする電流となるようにフィードバック制御するソレノイド制御装置に関する。
ソレノイドの給電経路にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子をPWM駆動することによりソレノイドの駆動電流をフィードバック制御するソレノイド制御装置が知られている。従来、この種のソレノイド制御装置としては、特許文献1に記載の装置が知られている。特許文献1に記載のソレノイド制御装置は、ソレノイドの駆動電流(実電流)を検出する電流検出部を備えている。このソレノイド制御装置は、ソレノイドの駆動電流の目標値を設定し、電流検出部の検出電流値と目標値との偏差を解消するデューティ比をPWM制御にて演算する。そして、デューティ比に応じた駆動信号を駆動回路に出力することでスイッチング素子をPWM駆動し、ソレノイドの駆動電流をフィードバック制御する。
特開2012−13098号公報
ところで、このソレノイド制御装置においてソレノイドの両端子間がショートした場合、PWM駆動に基づきスイッチング素子がオンされたとき、過電流が発生する。このとき、ソレノイド制御装置は、検出電流値が目標値よりも大きくなると、検出電流値を目標値に一致させるべく、駆動信号のデューティ比を減少させる。これにより、ソレノイドの駆動電流が「0[A]」若しくはそれに近い値まで低下する。このため、ソレノイド制御装置は、検出電流値が目標値よりも小さくなると、今度はデューティ比を増加させる。よって、再び過電流が発生する。そしてこれ以降、ソレノイドの駆動電流が大きく変動する、いわゆるハンチング現象が発生する。
従来、過電流異常や電流異常などを検出する手段が提案されているが、これらの検出手段は、定常的な異常、すなわちソレノイドの駆動電流が所定値以上に張り付いた状態を検出するロジックに基づいて異常検出を行う。このため、従来の検出手段では、ハンチング現象を伴うソレノイドの両端子間のショートを適切に検出することができない。ソレノイドの両端子間のショートに対して適切な対策を施すためにも、この異常を検出することのできるソレノイド制御装置が望まれている。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過電流の検出を可能としつつ、ソレノイドの両端子間のショート異常を検出することのできるソレノイド制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、給電経路を介してソレノイドに供給される駆動電流を検出する電流検出部を備え、前記給電経路に設けられたスイッチング素子をPWM駆動することにより前記電流検出部の検出電流値をその都度の目標とする電流値となるようにフィードバック制御するソレノイド制御装置において、前記ソレノイドの駆動電流が過電流判定電流値に達したときに過電流検出信号を出力する過電流検出部を備え、前記過電流検出信号に基づいて過電流の有無を検出するとともに、前記過電流検出部が前記過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを監視することにより前記ソレノイドの両端子間のショートの有無を検出することを要旨とする。
同構成によれば、ソレノイドの配線系の地絡などに起因してソレノイドの駆動電流が過電流判定電流値に達すると、過電流検出部が過電流検出信号を出力する。このため、過電流検出信号に基づいて過電流の有無を検出することができる。一方、ソレノイドの両端子間がショートした場合、前述のように、電流のフィードバック制御に起因してデューティ比及び駆動電流が上下するハンチング現象が発生する。このとき上記構成によれば、過電流部検出部が過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返すので、これを監視することで、ショートの有無を検出することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のソレノイド制御装置において、前記ショートが検出されることを条件に、前記スイッチング素子に対するPWM駆動信号のデューティ比を固定値に設定するを要旨とする。
同構成によれば、ソレノイドの両端子間がショートした場合であっても、電流フィードバック制御に起因してデューティ比が大きくなりすぎるのを抑制することができる。そのため、デューティ比が大きくなり過ぎて、スイッチング素子を含む各種素子が過電流により損傷するのを未然に防止することができる。また、固定値は、PWM駆動信号がオン状態のときに駆動電流が過電流判定電流値に達するように設定することが望ましい。このように固定値を設定すれば、ソレノイドの両端子間がショートしている期間、PWM駆動信号がオン状態になるのに応じて過電流検出部が作動し、過電流検出部が過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返す。一方、ショートが解消された場合、過電流が発生しなくなるため、過電流検出部は過電流検出信号を出力しなくなる。よって、過電流検出部が過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを監視することで、ショートが解消されたか否かを検出することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のソレノイド制御装置において、前記ショートが発生していないときにデューティ比を前記固定値に設定した状態で前記電流検出部により検出される電流値を正常値として、デューティ比を前記固定値に設定した際に前記電流検出部の検出電流値が前記正常値である場合、デューティ比の固定を解除することを要旨とする。
過電流検出部は、その各種素子にノイズが混入すると、過電流を誤検出して、過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返す可能性がある。このような状況では、請求項2に記載のソレノイド制御装置は、実際にはソレノイドの両端子間がショートしていないにもかかわらず、過電流検出部の出力に基づいてデューティ比を誤って固定してしまうおそれがある。一方、PWM駆動信号のデューティ比が固定されていれば、ソレノイドの駆動電流が一定となるため、電流検出部により検出される電流値が一定値を示す。よって、ショートが発生していないときにデューティ比を固定値に設定した状態で電流検出部の検出電流値を実験などで測定すれば、その正常値を予め測定することができる。この点、上記構成によれば、デューティ比が誤って固定されたとしても、電流検出部の検出電流値が正常値である場合、すなわち実際にはショートが発生していない場合には、デューティ比の固定が解除される。このため、デューティ比が誤って固定される状況を回避することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載のソレノイド制御装置において、前記ショートが検出された後、前記過電流検出部が前記過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを更に監視することで前記ショートが解消されたか否かを検出し、前記ショートの解消が検出されることを条件に、デューティ比の固定を解除することを要旨とする。
同構成によれば、ソレノイドの両端子間のショートが解消されたとき、デューティ比の固定が自動的に解除されるため、ソレノイド制御装置の動作を復帰させるための操作が特に必要ない。よって、利便性が向上する。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のソレノイド制御装置において、前記ショートが発生していないときにデューティ比を前記固定値に設定した状態で前記電流検出部により検出される電流値を正常値として、デューティ比の固定の解除が、前記ショートの解消が検出されること、及び前記電流検出部の検出電流値が前記正常値であることの双方が成立することを条件に行われることを要旨とする。
過電流検出部は、その各種素子にノイズが混入すると、過電流を適切に検出することができず、過電流の発生時でも過電流検出信号を出力しない可能性がある。このような状況では、請求項4に記載のソレノイド制御装置は、過電流検出部の出力に基づきショートの解消を誤検出してデューティ比の固定を解除するおそれがある。この点、上記構成によれば、ショートの解消を誤検出したとしても、電流検出部の検出電流値が正常値でない場合、すなわち実際にはショートが解消されていない場合には、デューティ比の固定が解除されない。よって、デューティ比の固定が誤って解除される状況を回避することができる。
ところで、ソレノイドの駆動源となるバッテリの電圧が経年劣化により低下すると、デューティ比が同じでもソレノイドの駆動電流が低下する。また、ソレノイド制御装置によっては、外気温に応じて駆動電流が変化するといった温度特性を有している装置もある。よって、請求項2〜5のいずれか一項に記載のソレノイド制御装置については、請求項6に記載の発明のように、「前記固定値が、前記ソレノイドの駆動電源となるバッテリの電圧に基づいて設定される」といった構成を採用することが有効である。また、請求項2〜6のいずれか一項に記載のソレノイド制御装置については、請求項7に記載の発明のように、「前記固定値が、外気温に基づいて設定される」といった構成を採用することが有効である。これにより、バッテリ電圧や外気温の変化に応じて適切な固定値を設定することができるため、ソレノイドの両端子間のショートが解消されたか否かをより的確に検出することができる。
本発明にかかるソレノイド制御装置によれば、過電流の検出を可能としつつ、ソレノイドの両端子間のショート異常を検出することができる。
車両の油圧式のパワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図。 本発明にかかるソレノイド制御装置の第1の実施形態についてその構成を示すブロック図。 第1の実施形態のソレノイド制御装置についてその駆動回路及び過電流検出回路の回路構成を示す回路図。 (a)〜(c)は、第1の実施形態のソレノイド制御装置の動作例を示すタイミングチャート。 第1の実施形態のソレノイド制御装置によるショート発生検出処理の手順を示すフローチャート。 第1の実施形態のソレノイド制御装置によるショート解消検出処理の手順を示すフローチャート。 本発明にかかるソレノイド制御装置の第2の実施形態についてそのショート発生検出処理の手順を示すフローチャート。 第2の実施形態のソレノイド制御装置によるショート解消検出処理の手順を示すフローチャート。 本発明にかかるソレノイド制御装置の変形例についてそのショート発生検出処理の手順を示すフローチャート。
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態について図1〜図6を参照して説明する。はじめに、図1を参照して、本実施形態のソレノイド制御装置を適用した車両の油圧式パワーステアリング装置の概要について説明する。
図1に示すように、この油圧式のパワーステアリング装置では、ステアリングホイール1にその回転軸としてステアリングシャフト2が取り付けられている。ステアリングシャフト2の下端部には、ラック・ピニオン機構3を介して転舵シャフト4が連結されている。そして、ユーザによるステアリングホイール1の操作に伴いステアリングシャフト2が回転すると、その回転運動がラック・ピニオン機構3を介して転舵シャフト4の軸方向の往復直線運動に変換される。また、転舵シャフト4の軸方向の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド5を介して転舵輪6に伝達されることにより、転舵輪6の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
この油圧式のパワーステアリング装置は、ユーザによるステアリング操作をアシストする機構として、転舵シャフト4が内部を摺動する油圧シリンダ10と、油圧シリンダ10に作動油を供給するオイルポンプ11と、油圧シリンダ10に対する作動油の給排を制御する切替弁12とを備えている。
油圧シリンダ10は、転舵シャフト4に形成された隔壁13により区画される第1の油圧室10aと第2の油圧室10bとを備えている。第1及び第2の油圧室10a,10bは、第1及び第2の油路14a,14bを介して切替弁12に接続されている。
オイルポンプ11は、車載エンジン(図示略)を駆動源として動作する。オイルポンプ11は、貯留タンク15に貯留された作動油を吸い上げて加圧し、加圧された作動油を供給油路14cを介して切替弁12に供給する。
切替弁12は、ステアリングシャフト2の途中に設けられている。切替弁12は、ステアリングシャフト2の回転に基づき第1及び第2の油圧室10a,10bに対する作動油の給排を行う。これにより、第1の油圧室10aと第2の油圧室10bとの間に差圧が発生し、この差圧に応じた力が隔壁13に働く。そして、この隔壁13に働く力により転舵シャフト4が軸方向に変位することでステアリング操作が補助される。
オイルポンプ11と切替弁12とを接続する供給油路14cの途中部分には、可変オリフィスとして機能する電磁弁16が設けられている。電磁弁16は、その電磁ソレノイドへの通電量に応じて弁開度が変化する。電磁弁16の弁開度に応じてオイルポンプ11から切替弁12に供給される作動油の流量が調整される。また、供給油路14cには、電磁弁16の上流側と下流側とを短絡する帰還油路14dが設けられている。帰還油路14dには、流量制御弁17が設けられている。流量制御弁17は、オイルポンプ11から過剰な作動油が供給されることで電磁弁16の前後に差圧が生じると、スプリング18の付勢力に抗して変位する。これにより、過剰な作動油は、流量制御弁17から第3の油路14eを介して貯留タンク15に排出される。
一方、この油圧式のパワーステアリング装置は、電磁弁16のソレノイドの通電制御を行うソレノイド制御装置19、及び車両の状態量を検出するための各種センサ20〜22を備えている。舵角センサ20は、ステアリングホイール1の操舵角を検出する。車速センサ21は、車両の速度を検出する。回転速度センサ22は、車載エンジンの回転速度(回転数)を検出する。これら各センサ20〜22の出力は、CAN(Controller Area Network)などの車載ネットワーク25を介してソレノイド制御装置19に取り込まれている。ソレノイド制御装置19は、各センサ20〜22により検出される操舵角、車両の速度、及び車載エンジンの回転速度に基づいて切替弁12に供給する作動油の流量をマップ演算する。また、ソレノイド制御装置19は、演算された流量に基づいて電磁弁16のソレノイドに供給すべき電流の目標値を設定する。そして、ソレノイド制御装置19は、電磁弁16のソレノイドの駆動電流がその目標値となるようにフィードバック制御を実行する。これにより、車両の状態量に応じて油圧シリンダ10に供給される作動油の流量が変更されるため、車両状態に応じた最適なアシスト力が操舵系に付与され、操舵フィーリングが向上する。また、流量制御弁17により圧力損失が抑制されるため、エネルギー消費が低減される。
次に、図2を参照して、ソレノイド制御装置19の構成について説明する。
図2に示すように、ソレノイド制御装置19は、制御対象である電磁弁16のソレノイド30と、ソレノイド30の駆動を制御する制御部(ECU)40と、ソレノイド30の駆動電源となるバッテリ50とを備えている。
バッテリ50は、車両に搭載されたバッテリであり、イグニッションスイッチ60を介して制御部40に接続されている。
制御部40は、バッテリ50からソレノイド30への給電を断続させるスイッチング素子としてのPチャンネル型MOSFET41を備えている。また、制御部40は、駆動回路42を介してMOSFET41のスイッチングを操作することによりソレノイド30の駆動電流を制御するマイコン43を備えている。さらに、制御部40は、ソレノイド30の駆動電流を検出する電流検出回路(電流検出部)44と、ソレノイド30の給電経路に発生する過電流を検出する過電流検出回路(過電流検出部)46とを備えている。
電流検出回路44は、ソレノイド30とグランドとを接続する接地ラインに配置されたシャント抵抗Rsを備えている。電流検出回路44は、シャント抵抗Rsの両端子間の電圧に基づいてソレノイド30の駆動電流に応じた電圧信号を出力する。電流検出回路44の出力信号は、ローパスフィルタ45を介して平滑化され、マイコン43の電流検出端子43cに入力される。
マイコン43は、電流検出端子43cに入力される信号に基づいてソレノイド30の駆動電流を求める。また、マイコン43は、車載ネットワーク25を介して取り込まれる各センサ20〜22の出力信号に基づきソレノイド30の駆動電流の目標値を設定する。そして、マイコン43は、ソレノイド30の駆動電流と目標値とを比較し、ソレノイド30の駆動電流を目標値に一致させるべく、ソレノイド30をPWM駆動する際のデューティ比を演算する。また、マイコン43は、演算されたデューティ比に対応するPWM駆動信号を駆動回路42に出力する。このとき、駆動回路42を通じてデューティ比に応じた駆動パルスが生成され、この駆動パルスに基づいてMOSFET41がオン/オフ駆動する。これにより、デューティ比に対応した電流(平均電流)がソレノイド30に供給される。マイコン43のこうした動作により、ソレノイド30の駆動電流は、その都度の目標値となるようにフィードバック制御される。
過電流検出回路46は、MOSFET41とバッテリ50とを接続する給電経路に配置された検出抵抗Rdを備えている。過電流検出回路46は、検出抵抗Rdの両端子間の電圧に基づいてソレノイド30の給電経路に発生する過電流を検出する。
なお、ソレノイド30には、その逆起電力に起因する素子の損傷を防止すべく、ダイオードDが並列に接続されている。
次に、図3を参照して、駆動回路42及び過電流検出回路46の回路構成について詳述する。
図3に示すように、MOSFET41は、ゲート端子に抵抗R1及びR2を介してバッテリ電圧が印加されることで、通常はオフ状態となっている。
駆動回路42は、MOSFET41をオン/オフさせるための第1のトランジスタ47を備えている。第1のトランジスタ47は、NPN型のバイポーラトランジスタからなる。第1のトランジスタ47のコレクタ端子は、抵抗R1及びR2の中間点に接続されている。第1のトランジスタ47のエミッタ端子は、グランドに接続されている。第1のトランジスタ47のベース端子は、抵抗R3を介してマイコン43のPWM制御端子43bに接続されている。第1のトランジスタ47のベース−エミッタ間には、第1のトランジスタ47の動作を安定させる抵抗R4が接続されている。この駆動回路42では、マイコン43のPWM制御端子43bから出力されるPWM駆動信号が抵抗R3を介して第1のトランジスタ47のベース端子に入力されることで、第1のトランジスタ47のオン/オフ制御が行われる。そして、第1のトランジスタ47がオンされたとき、MOSFET41のゲート端子がグランド電位となることで、MOSFET41がオンされる。
過電流検出回路46は、抵抗R5及びR6から構成される直列回路を備え、この直列回路が検出抵抗Rdに並列に接続されている。また、過電流検出回路46は、検出抵抗Rdを流れる電流が過電流判定電流値に達したときにオンされる第2のトランジスタ48を備えている。
第2のトランジスタ48は、PNP型のバイポーラトランジスタからなる。第2のトランジスタ48のベース端子は、抵抗R5及びR6の中間点に接続されている。第2のトランジスタ48のエミッタ端子は、イグニッションスイッチ60を介してバッテリ50に接続されている。第2のトランジスタ48のコレクタ端子は、抵抗R7を介してMOSFET41のゲート端子に接続されている。
なお、抵抗R5には、コンデンサCが並列に接続されている。
この過電流検出回路46では、検出抵抗Rdを流れる電流が上昇してその電圧降下が大きくなると、抵抗R5及びR6の中間点における電圧降下も大きくなる。これにより、第2のトランジスタ48のベース端子に印加される電圧が低下し、第2のトランジスタ48がオンされる。この過電流検出回路46では、検出抵抗Rdを流れる電流が過電流判定電流値Ithに達したときに第2のトランジスタ48がオン状態となるように、抵抗R5及びR6のそれぞれの抵抗値が設定されている。そして、第2のトランジスタ48がオン状態となっている場合、駆動回路42の第1のトランジスタ47がオンされると、抵抗R2及び抵抗R7の分圧値に対応した電圧がMOSFET41のゲート端子に印加され、MOSFET41がオフ状態となる。このようにMOSFET41のゲート電圧が制御されることで、ソレノイド30の駆動電流が抑制されるため、ソレノイド制御装置19が過電流から保護される。
また、過電流検出回路46は、第2のトランジスタ48がオン状態となったとき、すなわち過電流が検出されたとき、マイコン43の過電流検出端子43aの電位を変化させる第3のトランジスタ49を備えている。
第3のトランジスタ49は、NPN型のバイポーラトランジスタからなる。第3のトランジスタ49のベース端子は、抵抗R8を介して第2のトランジスタ48と抵抗R7との中間点に接続されている。第3のトランジスタ49のコレクタ端子は、マイコン43の過電流検出端子43aに接続されている。第3のトランジスタ49のエミッタ端子は、グランドに接続されている。なお、第3のトランジスタ49のベース−エミッタ間には、第3のトランジスタ49の動作を安定させる抵抗R9が接続されている。また、マイコン43の過電流検出端子43aには、抵抗R10を介して所定の基準電圧(「+Vcc」)も印加されており、過電流検出端子43aの電位は、通常、基準電圧に対応する電位(論理的にハイレベルの電位)となっている。
この過電流検出回路46では、第2のトランジスタ48がオン状態になると、バッテリ電圧が抵抗R8を介して第3のトランジスタ49のベース端子に印加され、第3のトランジスタ49がオンされる。よって、マイコン43の過電流検出端子43aの電位がグランド電位に対応する電位(論理的にローレベルの電位)に変化する。これにより、マイコン43では、過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化することに基づいて、過電流を検出することができる。なお、本実施形態では、過電流検出回路46から過電流検出端子43aに出力されるローレベルの信号が過電流検出信号となっている。
ところで、図2に破線で示すように、例えば異物の付着などによりソレノイド30の両端子間がショートした場合、ソレノイド制御装置19は図4に示すように動作する。まず、ソレノイド30の両端子間が時刻t1でショートしたとすると、図4(a)に示すように、この時点からソレノイド30の駆動電流(実駆動電流)が増加する。このとき、電流検出回路44を通じて検出される電流(検出電流値)Idはローパスフィルタ45による遅れを有するため、マイコン43は時刻t1で駆動電流の増加を検出することができない。このため、図4(b)に示すように、PWM駆動信号のデューティ比は変化しない。そして、図4(a)に示すように、時刻t2で実駆動電流が過電流判定電流値Ithに達すると、過電流検出回路46により実駆動電流が抑制される。
その後、マイコン43が、駆動電流の検出遅れ分が経過した時刻t3で、検出電流値Idが目標値よりも大きいことを検出したとする。このとき、マイコン43は、検出電流値Idを目標電流に一致させるべく、図4(b)に示すように、PWM駆動信号のデューティ比を「0」まで減少させる。これにより、図4(a)に示すように、実駆動電流が「0[A]」まで減少する。そして、マイコン43は、時刻t4で検出電流値Idが目標値よりも小さいことを検出すると、今度は、図4(b)に示すように、PWM駆動信号のデューティ比を増加させる。そしてこれ以降、PWM駆動信号のデューティ比の増減が繰り返されることで、図4(a)に示すように、実駆動電流が過電流判定電流値Ithと「0[A]」との間で変化を繰り返す、いわゆるハンチング現象が発生する。
ところで、このようなデューティ比の変動に起因するハンチング現象が発生した場合、図4(c)に示すように、マイコン43の過電流検出端子43aの電位は、実駆動電流が過電流判定電流値Ithに達する時刻t2でハイレベルからローレベルに変化する。また、過電流検出端子43aの電位は、実駆動電流が過電流判定電流値Ith未満となる時刻t3でローレベルからハイレベルに変化する。またその後も、過電流検出端子43aの電位は実駆動電流の変化に応じてローレベルとハイレベルとの間で変化を繰り返す。
そこで、本実施形態のマイコン43は、過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化する状態が継続しているとき、換言すれば過電流検出回路46が過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているとき、ソレノイド30の両端子間がショートしたと判断する。そして、ソレノイド30の両端子間がショートした場合、PWM駆動信号のデューティ比を固定値Daに設定する。これにより、デューティ比が上昇することがなくなり、過電流で素子が損傷するのを防止することができる。さらに、図2に示すように、マイコン43は、例えば車両のインストルメントパネルなどに設けられた警告灯70を車載ネットワーク25を介して点灯することでユーザに警告を発する。
また、本実施形態のマイコン43は、デューティ比固定値Daを、PWM駆動信号がオン状態のときに実駆動電流が過電流判定電流値Ithに達するように設定する。これにより、ソレノイド30の両端子間がショートしている期間、PWM駆動信号がオン状態になるのに対応して過電流検出回路46が作動し、過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化する状態が継続する。また、ソレノイド30の両端子間のショートが解消された場合、実駆動電流が過電流判定電流値Ith未満となるため、過電流検出端子43aの電位がハイレベルに維持される。このため、マイコン43は、デューティ比を固定している期間も過電流検出端子43aの電位を監視し、その電位が継続してハイレベルに維持されたとき、ショートが解消されたと判断する。そして、ショートが解消された場合、デューティ比の固定を解除し、警告灯70を消灯する。
一方、ソレノイド30の駆動源となるバッテリ50の電圧が低下すると、実駆動電流が低下する。このため、デューティ比を固定しているときにPWM駆動信号がオン状態になるのに対応して過電流検出回路46を確実に作動させるためには、バッテリ電圧が低下するほど、デューティ比固定値Daを大きくすることが望ましい。
そこで、本実施形態のマイコン43は、図2に示すように、バッテリ50の電圧をバッテリ電圧センサ23を通じて検出し、検出したバッテリ電圧に基づいてデューティ比固定値Daを例えば5%〜10%の範囲で設定する。なお、デューティ比固定値Daとバッテリ電圧との関係は予め実験などにより求められており、それらの関係がマップ化されて図2に示す制御部40のメモリ80に記憶されている。また、バッテリ50の電圧は、制御部40の外部に設けたバッテリ電圧センサの出力を車載ネットワーク25を介してマイコン43に取り込んでもよい。
次に、図5及び図6を参照して、マイコン43により実行されるこのようなショート発生検出処理及びショート解消検出処理について説明する。はじめに、図5を参照して、ショート発生検出処理についてその作用とともに説明する。なお、マイコン43は、図5に示す処理を所定の演算周期をもって繰り返し実行する。また、ショート検出カウンタCDSの値は、その初期値として「0」に設定されている。
図5に示すように、この処理では、マイコン43は、はじめに、所定時間Taの期間に1回以上、過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化したか否かを判断する(ステップS1)。所定時間Taは、図4に例示したハンチング現象の発生時に過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化する現象を1回以上検出することのできる時間となるように予め実験などにより設定されている。マイコン43は、所定時間Taの期間に過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化しなかった場合(ステップS1:NO)、ショート検出カウンタCDSの値をリセットし(ステップS8)、フローをステップS1に戻す。
一方、ソレノイド30の両端子間がショートすると、過電流検出端子43aの電位が所定時間Taの期間に1回以上、ハイレベルからローレベルに変化する。マイコン43は、これを検出した場合(ステップS1:YES)、ショート検出カウンタCDSの値をインクリメントする(ステップS2)。また、マイコン43は、ショート検出カウンタCDSの値が判定値Cth以上であるか否かを判断する(ステップS3)。マイコン43は、ショート検出カウンタCDSの値が判定値Cth未満である場合(ステップS3:NO)、フローをステップS1に戻す。
その後も所定時間Taの期間に1回以上、過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化する状態が継続している場合、マイコン43はステップS2の処理を繰り返し実行する。これにより、ショート検出カウンタCDSの値が増加する。そして、マイコン43は、ショート検出カウンタCDSの値が判定値Cthに達すると(ステップS3:YES)、ソレノイド30の両端子間がショートしたと判定する。このとき、マイコン43は、バッテリ電圧センサ23によりバッテリ電圧を検出する(ステップS4)。そして、メモリ80に記憶されているバッテリ電圧とデューティ比固定値Daとの関係を示すマップに基づいてデューティ比固定値Daを演算し(ステップS5)、PWM駆動信号のデューティ比を固定値Daに設定する(ステップS6)。これにより、デューティ比の変動が解消される。また、マイコン43は、警告灯70を点灯する(ステップS7)。これにより、ユーザは異常の発生を容易に認知することができる。
なお、PWM駆動信号のデューティ比が固定されて以降、ソレノイド30の両端子間がショートしている期間は、所定時間Taの期間に1回以上、過電流検出端子43aの電位がハイレベルとローレベルとの間で変化する。このため、マイコン43はステップS6の処理を繰り返し実行する。よって、デューティ比固定値Daがその都度のバッテリ電圧に応じて変更される。これにより、ソレノイド30の両端子間がショートしている期間、過電流検出端子43aの電位がハイレベルからローレベルに変化する状態を確実に継続することができる。
次に、図6を参照して、ショート解消検出処理についてその作用とともに説明する。なお、マイコン43は、図6に示す処理をデューティ比を固定した後に実行する。また、ショート復帰カウンタCDRの値は、その初期値として「0」に設定されている。
図6に示すように、この処理では、マイコン43は、はじめに、所定時間Taの期間、過電流検出端子43aがハイレベルに維持されているか否かを判断する(ステップS10)。ここで、ソレノイド30の両端子間が未だショートしている場合、過電流検出端子43aの電位が所定時間Taの期間に1回以上、ハイレベルからローレベルに変化する。マイコン43は、これを検出した場合(ステップS10:NO)、ショート復帰カウンタCDRの値をリセットし(ステップS15)、フローをステップS10に戻す。
一方、ショートが解消された場合、過電流検出端子43aの電位が、所定時間Taの期間、ハイレベルに維持される。マイコン43は、これを検出した場合(ステップS10:YES)、ショート復帰カウンタCDRの値をインクリメントする(ステップS11)。また、マイコン43は、ショート復帰カウンタCDRの値が判定値Cth以上であるか否かを判断する(ステップS12)。マイコン43は、ショート復帰カウンタCDRの値が判定値Cth未満である場合(ステップS12:NO)、フローをステップS10に戻す。
その後も過電流検出端子43aの電位が、所定時間Taの期間、ハイレベルに維持されている場合、マイコン43はステップS11の処理を繰り返し実行する。これにより、ショート復帰カウンタCDRの値が増加する。そして、マイコン43は、ショート復帰カウンタCDRの値が判定値Cthに達すると(ステップS12:YES)、ショートが解消されたと判定する。このとき、マイコン43は、デューティ比の固定を解除し(ステップS13)、ソレノイド制御装置の動作を復帰する。本実施形態ではこのように、ショートの解消時にソレノイド制御装置の動作が自動的に復帰するため、利便性が向上する。また、マイコン43は、警告灯70を消灯する(ステップS14)。これにより、ユーザは異常が解消されたことを容易に認知することができる。
以上説明したように、本実施形態のソレノイド制御装置によれば、以下のような効果が得られる。
(1)ソレノイド制御装置19には、ソレノイド30の駆動電流が過電流判定電流値に達したとき、マイコン43に過電流検出信号を出力する過電流検出回路46を設けることとした。そして、ソレノイド制御装置19は、過電流検出信号に基づいて過電流の有無を検出することとした。また、ソレノイド制御装置19は、過電流検出回路46が過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを監視することで、ソレノイド30の両端子間のショートを検出することとした。これにより、過電流の検出を可能としつつ、ソレノイド30の両端子間のショート異常を検出することができる。
(2)ソレノイド30の両端子間がショートすると、電流のフィードバック制御に起因してデューティ比が大きく変動する。この際、デューティ比が大きくなりすぎると、MOSFET41を含む各種素子が過電流により損傷するおそれがある。これに対し、ソレノイド制御装置19は、ソレノイド30の両端子間のショートを検出したとき、MOSFET41に対するPWM駆動信号のデューティ比を固定値Daに設定することとした。これにより、デューティ比の上昇に起因して過電流で各種素子が損傷するのを未然に防止することができる。また、固定値Daは、PWM駆動信号がオン状態のときに駆動電流が過電流判定電流値に達するように設定されている。このため、ソレノイド制御装置19は、過電流検出端子43aが過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを引き続き監視することで、ショートが解消されたか否かを検出することができる。
(3)ソレノイド制御装置19は、バッテリ電圧に基づいて固定値Daを設定することとした。詳しくは、バッテリ電圧が低下するほど、固定値Daを大きくすることとした。これにより、PWM駆動信号がオン状態になる度に、駆動電流を過電流判定電流値Ithまで確実に上昇させることができる。その結果、ソレノイド制御装置19は、ソレノイド30の両端子間のショートが解消されたか否かをより的確に検出することができる。
(4)ソレノイド制御装置19は、ソレノイド30の両端子間のショートが解消されたことを検出したとき、デューティ比の固定を解除することとした。これにより、ソレノイド制御装置19の動作を復帰させるための操作が特に必要ないため、利便性が向上する。
(5)ソレノイド制御装置19は、ソレノイド30の両端子間のショートを検出したとき、警告灯70を点灯させることとした。また、ショートが解消されたことを検知したとき、警告灯70を消灯させることとした。これにより、ユーザはショート異常の発生、並びにショート異常の解消を容易に認知することができる。
<第2の実施形態>
続いて、本発明の第2の実施形態について説明する。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図2に例示した過電流検出回路46は、その各種素子にノイズが混入すると、過電流を誤検出してローレベルの信号を繰り返し出力する可能性がある。このような状況では、ソレノイド制御装置19が図5に示したショート発生検出処理を実行すると、実際にはソレノイド30の両端子間がショートしていないにもかかわらず、過電流検出回路46の出力に基づいてPWM駆動信号のデューティ比を固定したり、警告灯70を点灯するおそれがある。
一方、PWM駆動信号のデューティ比が固定されれば、ソレノイド30の駆動電流が一定となるため、電流検出回路44により検出される電流値Id(実際にはその平均値)が一定値を示す。よって、ショートが発生していないときにデューティ比を固定値Daに設定した状態で電流検出回路44の検出電流値を実験などで測定すれば、その正常値を予め測定することができる。
そこで本実施形態では、ショートしていないときにデューティ比を固定値Daに設定した状態で電流検出回路44により検出される電流値を予め実験などで測定し、その測定値が正常値Inとしてメモリ80に記憶されている。また、ショート発生時にデューティ比を固定値Daに設定した状態で電流検出回路44により検出される電流値を予め実験などで測定し、その測定値が異常値Ieとしてメモリ80に記憶されている。そして、ソレノイド制御装置19は、ショート発生検出処理においてデューティ比を固定したとき、電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inであることを条件にデューティ比の固定を解除する。また、デューティ比を固定したとき、電流検出回路44の検出電流値Idが異常値Ieであることを条件に警告灯70を点灯する。
一方、過電流検出回路46は、その各種素子にノイズが混入すると、過電流を適切に検出することができず、過電流の発生時でもローレベルの信号を出力しない可能性がある。このような状況では、第1の実施形態のソレノイド制御装置19が図6に示したショート解消検出処理を実行すると、ショートの解消を誤検出してデューティ比の固定を解除したり、警告灯70を消灯するおそれがある。
そこで本実施形態のソレノイド制御装置19は、ショート解消検出処理の実行の際、
過電流検出回路46の出力に基づきショートの解消が検出されること、及び電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inであることの双方の条件が成立することを条件にデューティ比の固定を解除するとともに、警告灯70を消灯する。以下、その詳細を図7及び図8を参照して説明する。
はじめに、図7を参照して、マイコン43により実行されるショート発生検出処理についてその作用とともに説明する。なお、図7において図5に示す処理と同一の処理には同一の符号を付すことにより重複する説明を割愛する。
図7に示すように、マイコン43は、PWM駆動信号のデューティ比を固定値Daに設定した後(ステップS6)、電流検出回路44の検出電流値Idが異常値Ieであるか否かを判断する(ステップS20)。詳しくは、マイコン43は、予め設定された所定値をΔIとして、検出電流値Idが「Ie−ΔI≦Id≦Ie+ΔI」なる関係を満たしている場合、検出電流値Idが異常値Ieであると判断する。そして、マイコン43は、検出電流値Idが異常値Ieである場合(ステップS20:YES)、警告灯70を点灯する(ステップS7)。
これにより、デューティ比が固定された際に電流検出回路44の検出電流値Idが異常値Ieを示している場合、すなわちソレノイド30の両端子間がショートしている場合には警告灯70が点灯する。よって、ユーザは警告灯70の点灯によりショートの発生を確実に知ることができる。
一方、マイコン43は、検出電流値Idが異常値Ieでない場合(ステップS20:NO)、検出電流値Idが正常値Inであるか否かを判断する(ステップS21)。詳しくは、マイコン43は、検出電流値Idが「In−ΔI≦Id≦In+ΔI」なる関係を満たしている場合、検出電流値Idが正常値Inであると判断する。そして、マイコン43は、検出電流値Idが正常値Inである場合(ステップS21:YES)、デューティ比の固定を解除する(ステップS22)。
これにより、過電流検出回路46の出力に基づきデューティ比が誤って固定されたとしても、電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inである場合、すなわち実際にはショートが発生していない場合には、デューティ比の固定が解除される。よって、デューティ比が誤って固定される状況を回避することができる。
なお、マイコン43は、検出電流値Idが正常値Inでない場合(ステップS21:NO)、一連の処理を終了する。
次に、図8を参照して、マイコン43により実行されるショート解消検出処理についてその作用とともに説明する。なお、図8において図6に示す処理と同一の処理には同一の符号を付すことにより重複する説明を割愛する。
図8に示すように、マイコン43は、ショート復帰カウンタCDRの値が判定値Cthに達したとき(ステップS12:YES)、すなわちショートの解消が検出されたとき、電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inであるか否かを判断する(ステップS23)。このステップS23の処理は図7に示したステップS21の処理と同様である。そして、マイコン43は、検出電流値Idが正常値Inである場合(ステップS23:YES)、デューティ比の固定を解除するとともに(ステップS13)、警告灯70を消灯する(ステップS14)。一方、マイコン43は、検出電流値Idが正常値Inでない場合(ステップS23:YES)、一連の処理を終了する。この場合、マイコン43は所定時間経過後に図8に示す処理を再び実行する。なおその際、マイコン43はショート復帰カウンタCDRの値を「0」に設定する。
これにより、過電流検出回路46の出力に基づきショートの解消が誤検出されたとしても、電流検出回路44の検出電流値Idが正常値でない場合、すなわち実際にはショートが解消されていない場合には、デューティ比の固定が解除されない、よって、デューティ比の固定が誤って解除される状況を回避することができる。また、検出電流値Idが正常値Inである場合、すなわちショートが解消された場合には、デューティ比の固定の解除、及び警告灯70の消灯を確実に実行することができる。
以上説明したように、本実施形態のソレノイド制御装置によれば、第1の実施形態による(1)〜(5)と同等の効果、もしくはそれらに準じた効果が得られるとともに、以下のような効果が得られる。
(6)ソレノイド制御装置19は、デューティ比を固定値Daに設定した際に電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inである場合、デューティ比の固定を解除することとした。これにより、ソレノイド30の両端子間のショートが発生していないときにデューティ比が誤って固定される状況を回避することができる。
(7)ソレノイド制御装置19は、デューティ比を固定値Daに設定した際に電流検出回路44の検出電流値Idが異常値Ieである場合、警告灯70を点灯することとした。これにより、ユーザは警告灯70の点灯によりショートの発生を確実に知ることができる。
(8)ソレノイド制御装置19は、ショートの解消が検出されること、及び電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inであることの双方が成立することを条件にデューティ比の固定を解除することとした。これにより、ショートが解消されていないにもかかわらずデューティ比の固定が誤って解除される状況を回避することができる。
(9)ソレノイド制御装置19は、ショートの解消が検出されること、及び電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inであることの双方が成立することを条件に警告灯70を消灯することとした。これにより、ショートが解消された場合には、警告灯70を確実に消灯することができる。
<他の実施形態>
なお、各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・第2の実施形態では図7に示す処理に代えて図9に示す処理を実行してもよい。詳しくは、図9に示すように、マイコン43は、PWM駆動信号のデューティ比を固定値Daに設定した後(ステップS6)、電流検出回路44の検出電流値Idが正常値Inであるか否かを判断する(ステップS21)。そして、検出電流値Idが正常値Inである場合(ステップS21:YES)、デューティ比の固定を解除する(ステップS22)。一方、マイコン43は、検出電流値Idが正常値Inでない場合(ステップS21:NO)、警告灯を点灯する(ステップS7)。このような構成であっても、第2の実施形態に準じた効果を得ることが可能である。
・第2の実施形態では、検出電流値Idが正常値Inと一致することをもって検出電流値Idが正常値Inであると判断してもよい。また、検出電流値Idが異常値Ieと一致することをもって検出電流値Idが異常値Ieであると判断してもよい。
・各実施形態では、図5及び図7に例示したステップS1の処理で用いられる所定時間、並びに図6及び図8に例示したステップS10の処理で用いられる所定時間を同一の時間Taに設定することとしたが、これらを異なる時間に設定してもよい。また、図5及び図7に例示したステップS3の処理で用いられる判定値、並びに図6及び図8に例示したステップS12の処理で用いられる判定値についても、これらを異なる値に設定してもよい。
・各実施形態では、ソレノイド30の両端子間のショートが検出されたとき、警告灯70を点灯させることとしたが、この構成を省略してもよい。詳しくは、第1の実施形態では、図5に例示したショート発生検出処理においてステップS7の処理を省略するとともに、図6に例示したショート解消検出処理においてステップS14の処理を省略すればよい。また、第2の実施形態では、図7に例示したショート発生検出処理においてステップS20及びステップS7の処理を省略し、ステップS6の処理に続いてステップS21の処理を実行すればよい。また、図8に例示したショート解消検出処理においてステップS14の処理を省略すればよい。
・外気温に応じてソレノイド30の駆動電流が変化するような温度特性を有しているソレノイド制御装置では、外気温に基づいてデューティ比固定値Daを設定してもよい。具体的には、図2に破線で示すように、外気温を検出する温度センサ24を設ける。そして、マイコン43は、温度センサ24により検出される外気温に基づいてデューティ比固定値Daをマップ演算する。なお、デューティ比固定値Daと外気温との関係を示すマップは、外気温が高いほど、デューティ比固定値Daが小さくなるようなマップ形状となる。また、バッテリ電圧及び外気温の双方に基づいてデューティ比固定値Daを設定してもよいし、バッテリ電圧及び外気温のいずれか一方に基づいてデューティ比固定値Daを設定してもよい。
・各実施形態では、デューティ比固定値Daをバッテリ電圧に基づいて設定することとしたが、これに代えて、デューティ比固定値Daを予め定められた一定値に設定してもよい。
・各実施形態では、ソレノイド30の両端子間がショートしたとき、PWM駆動信号のデューティ比を固定値Daに設定することとしたが、この処理を割愛して警告灯70の点灯のみを行ってもよい。詳しくは、第1の実施形態では、図5に例示したショート発生検出処理においてステップS6の処理を省略すればよい。また、第2の実施形態では、図7に例示したショート発生検出処理においてステップS6、S21、S22を省略すればよい。
・過電流検出回路46の構成は適宜変更可能である。過電流検出回路46は、ソレノイド30の駆動電流が過電流判定電流値に達したときに過電流検出信号を出力するものであればよい。また、駆動回路42の構成についても適宜変更可能である。
・各実施形態では、バッテリ50からソレノイド30への給電を断続させるスイッチング素子として、Pチャンネル型MOSFET41を用いることとしたが、適宜のスイッチング素子を用いることが可能である。
・各実施形態では、警告手段として警告灯70を用いることとしたが、例えば音により警告するスピーカなどを用いてもよい。
・各実施形態では、本発明を車両の油圧式のパワーステアリング装置に設けられるソレノイド制御装置に適用することとしたが、本発明は適宜のソレノイド制御装置に適用することが可能である。本発明は、ソレノイドの給電経路に設けられたスイッチング素子をPWM駆動することによりソレノイドの駆動電流をその都度の目標とする電流となるようにフィードバック制御するソレノイド制御装置であれば、適用することが可能である。
<付記>
次に、各実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
(イ)請求項2又は3に記載のソレノイド制御装置において、警告を発する警告手段を更に備え、前記ショート発生時にデューティ比を前記固定値に設定した状態で前記電流検出部により検出される電流値を異常値として、デューティ比を前記固定値に設定した際に前記電流検出部の検出電流値が前記異常値である場合、前記警告手段から警告を発することを特徴とするソレノイド制御装置。ショート発生時にデューティ比を固定値に設定した状態で電流検出部の検出電流値を実験などで測定すれば、その異常値を予め測定することができる。よって、上記構成によれば、デューティ比が固定された際に電流検出部の検出電流値が異常値を示している場合、すなわちソレノイドの両端子間がショートしている場合には警告手段から警告が発せられる。よって、ユーザは警告手段からの警告によりショートの発生を確実に知ることができる。
(ロ)付記イに記載のソレノイド制御装置において、前記ショートが発生していないときにデューティ比を前記固定値に設定した状態で前記電流検出部により検出される電流値を正常値として、前記ショートが検出された後、前記過電流検出部が前記過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを更に監視することで前記ショートが解消されたか否かを検出し、前記ショートの解消が検出されること、及び前記電流検出部の検出電流値が前記正常値であることの双方が成立することを条件に前記警告手段からの警告を停止することを特徴とするソレノイド制御装置。同構成によれば、ショートの解消が検出された際に電流検出部の検出電流値が正常値である場合、すなわちショートが解消された場合には、警告手段からの警告を確実に停止することができる。
19…ソレノイド制御装置、24…温度センサ、30…ソレノイド、41…MOSFET(スイッチング素子)、44…電流検出部(電流検出部)、46…過電流検出回路(過電流検出部)、50…バッテリ、70…警告灯(警告手段)。

Claims (7)

  1. 給電経路を介してソレノイドに供給される駆動電流を検出する電流検出部を備え、前記給電経路に設けられたスイッチング素子をPWM駆動することにより前記電流検出部の検出電流値をその都度の目標とする電流値となるようにフィードバック制御するソレノイド制御装置において、
    前記ソレノイドの駆動電流が過電流判定電流値に達したときに過電流検出信号を出力する過電流検出部を備え、前記過電流検出信号に基づいて過電流の有無を検出するとともに、前記過電流検出部が前記過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを監視することにより前記ソレノイドの両端子間のショートの有無を検出する
    ことを特徴とするソレノイド制御装置。
  2. 前記ショートが検出されることを条件に、前記スイッチング素子に対するPWM駆動信号のデューティ比を固定値に設定する
    請求項1に記載のソレノイド制御装置。
  3. 前記ショートが発生していないときにデューティ比を前記固定値に設定した状態で前記電流検出部により検出される電流値を正常値として、
    デューティ比を前記固定値に設定した際に前記電流検出部の検出電流値が前記正常値である場合、デューティ比の固定を解除する
    請求項2に記載のソレノイド制御装置。
  4. 前記ショートが検出された後、前記過電流検出部が前記過電流検出信号の出力及びその停止を繰り返しているか否かを更に監視することで前記ショートが解消されたか否かを検出し、前記ショートの解消が検出されることを条件に、デューティ比の固定を解除する
    請求項2又は3に記載のソレノイド制御装置。
  5. 前記ショートが発生していないときにデューティ比を前記固定値に設定した状態で前記電流検出部により検出される電流値を正常値として、デューティ比の固定の解除が、前記ショートの解消が検出されること、及び前記電流検出部の検出電流値が前記正常値であることの双方が成立することを条件に行われる
    請求項4に記載のソレノイド制御装置。
  6. 前記固定値が、前記ソレノイドの駆動電源となるバッテリの電圧に基づいて設定される
    請求項2〜5のいずれか一項に記載のソレノイド制御装置。
  7. 前記固定値が、外気温に基づいて設定される
    請求項2〜6のいずれか一項に記載のソレノイド制御装置。
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