JP2015012109A

JP2015012109A - ソレノイド制御装置

Info

Publication number: JP2015012109A
Application number: JP2013135836A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　圭; Kei Sato; 圭佐藤; 弘喜味間; Hiroyoshi Ajima; 健太郎大矢; Kentaro Oya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2015-01-19
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP5974990B2

Abstract

【課題】スイッチング素子のデューティ比をフィードバック制御することで、ソレノイドへの通電電流を制御するソレノイド制御装置において、適切なフィードバックが行われるようにする。
【解決手段】(i)実電流Ｉａｆがマップデータにおけるディーティ比１００％に対応する電流である上限電流Ｉｌｉｍｉｔ以下である場合に、マップデータに基づいて、実デューティ比Ｄａｆを取得するとともに、(ii)実電流Ｉａｆが上限電流Ｉｌｉｍｉｔを超える場合に、上記のデューティ比と電流との関係を近似させた関数Ｄ＝α・Ｉ＋βに基づいて、実デューティ比Ｄａｆを取得するように構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ソレノイドへの通電電流を制御することで、そのソレノイドの駆動を制御するソレノイド制御装置に関する。

ソレノイド制御装置は、ソレノイドと電源との間に配設されたスイッチング素子を含んで構成され、そのスイッチング素子のパルスオン時間とパルスオフ時間との比であるデューティ比を変更することによって、ソレノイドへの通電電流を制御するのが一般的である。そして、デューティ比の制御には、下記特許文献に記載されているように、目標となるデューティ比と、実際にソレノイドを流れる電流をデューティ比に換算した実デューティ比との偏差に基づいて、フィードバック制御が行われる場合がある。そして、その実デューティ比を取得する際には、設定された条件下（例えば、基準温度で、かつ、電源の電圧が基準電圧である場合）において得られたスイッチング素子のディーティ比とソレノイドに流れる電流との関係を示すマップデータが用いられる。

特開２０１０−２４５２８２号公報特開２０１０−１９９４３８号公報

上記のデューティ比と電流との関係を取得する場合、当然に、デューティ比１００％に対する電流までしか取得できない。つまり、デューティ比と電流との関係を示すマップデータは、デューティ比１００％までしか存在しない。しかしながら、例えば、あるデューティ比に対して、温度が低くなるほど、また、電源の電圧が高くなるほど、ソレノイドに流れる電流は大きくなる。そして、上記のデューティ比と電流との関係は、設定された条件下のものであるため、実際にソレノイドを流れる電流は、そのマップデータにおけるデューティ比１００％に対応する電流を超える場合があり得るのである。

上記特許文献２に記載の装置においては、実際にソレノイドを流れる電流が、マップデータにおけるデューティ比１００％に対応する電流を超えた場合には、実際にソレノイドを流れる電流をデューティ比に換算する際、デューティ比を１００％とするようになっている。つまり、実際にはソレノイドに大きな電流が流れているような場合であっても、適切にフィードバックされない虞があるのである。詳しく言えば、そのような場合、大きな電流が流れ続けることになるのである。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、適切なフィードバックを行い、ソレノイドに流れる電流を適切化することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のソレノイド制御装置は、スイッチング素子のデューティ比を制御することでソレノイドへの通電電流を制御するコントローラが、(a)ソレノイドに実際に流れる電流である実電流を取得する実電流取得部と、(b)その実電流を換算したデューティ比である実デューティ比を取得する実デューティ比取得部と、(c)スイッチング素子の制御目標となるデューティ比である目標デューティ比を決定する目標デューティ比決定部とを有し、それら目標デューティ比と実デューティ比との偏差に基づいて、スイッチング素子のデューティ比をフィードバック制御するように構成され、そのコントローラが、さらに、(d)設定された条件下におけるスイッチング素子のデューティ比とソレノイドに流れる電流との関係を示すマップデータを記憶する記憶部を有し、実デューティ比取得部が、 (i)実電流がマップデータにおけるディーティ比１００％に対応する電流である上限電流以下である場合に、マップデータに基づいて、実デューティ比を取得するとともに、(ii)実電流が上限電流を超える場合に、上記のデューティ比と電流との関係を近似させた関数に基づいて、実デューティ比を取得するように構成される。

本発明のソレノイド制御装置は、実電流がマップデータにおけるディーティ比１００％に対応する電流である上限電流より大きくなった場合であっても、デューティ比と電流との関係を近似させた関数を用いて、その大きな実電流を、仮想的に１００％を超える大きさのデューティ比に換算することが可能である。つまり、本発明のソレノイド制御装置は、実デューティ比として１００％を超える値がフィードバックされるように構成されている。したがって、本発明のソレノイド制御装置によれば、上記のように、ソレノイドを流れる電流が上限電流を超えた場合であっても、適切なフィードバックが行われ、ソレノイドを流れる電流を抑えて適切な大きさとすることが可能である。

本発明のソレノイド制御装置における「マップデータ」には、設定された条件下におけるデューティ比と電流との関係として、例えば、標準温度で、かつ、電源電圧をある値で一定とした場合におけるものを採用可能である。つまり、予め、スイッチング素子のデューティ比を変更しつつ、それらデューティ比の各々に対する電流を実測して、それらデューティ比とそれに対応する電流とで表される複数個のデータを、マップデータとして採用することができる。

本発明のソレノイド装置における「実デューティ比取得部」は、実電流が上限電流以下である場合、マップデータに基づいて実デューティ比を取得するが、その際、マップデータを用いて、種々の補間法により実デューティ比を取得するように構成することができる。なお、スイッチング素子のデューティ比とソレノイドを流れる電流との関係は、多くの範囲でほぼ線形特性を有するため、補間法として線形補間を用いれば、単純な方法で、実際の値に比較的近い値を算出することが可能である。

また、実デューティ比取得部は、実電流が上限電流を超えた場合に用いる「デューティ比と電流との関係を近似させた関数」は、何次の関数であってもよい。ただし、スイッチング素子のデューティ比とソレノイドを流れる電流との関係は、多くの範囲でほぼ線形特性を有するため、デューティ比と電流との関係を近似させた一次直線に基づいて実デューティ比を取得するように構成することができる。例えば、その近似直線は、上記のマップデータを構成する複数個のデータから、最小二乗法等の既知の手法によって、求めることができる。そして、求めた近似直線の傾きおよび切片を記憶させておくことで、上限電流を超えた実電流に対して、１００％を超える実デューティ比に換算することができる。

請求可能発明の実施例であるソレノイド制御装置を含む車両用ブレーキシステムの回路図である。図１の車両用ブレーキシステムの制御を司るブレーキ電子制御ユニットの機能を示すブロック図である。 (a)図２に示すブレーキ電子制御ユニットに含まれる駆動回路の回路図である。(b)図３(a)の駆動回路における電流の変化を示す図である。図３(a)の駆動回路におけるスイッチング素子のデューティ比とソレノイドを流れる電流との関係を示すマップデータ、および、その関係を近似させた直線を示すグラフである。上記ブレーキ電子制御ユニットの作動を模式的に示す制御ブロック図である。図２のブレーキ電子制御ユニットによって実行される実デューティ比取得プログラムを表すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の一実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

図１に、請求可能発明の実施例であるソレノイド制御装置１０を含んで構成される車両用ブレーキシステムの回路図を示す。その車両用ブレーキシステムは、ソレノイドを有する電磁弁を複数備えており、本実施例のソレノイド制御装置１０は、それら複数の電磁弁の各々のソレノイド１２（図２参照）を制御の対象としている。なお、車両用ブレーキシステムが備える複数の電磁弁を具体的に言えば、共通通路２０と４つのブレーキシリンダ２２の各々との間に設けられてそれら４つのブレーキシリンダ２２の液圧を調整するための４つの保持弁２４および４つの減圧弁２６，レギュレータ３０と共通通路２０とを接続あるいは遮断するためのレギュレータカット弁３２，マスタシリンダ４０と共通通路２０とを接続あるいは遮断するためのマスタカット弁４２，ストロークシミュレータ５０への作動液の流入を許容あるいは禁止するためのシミュレータカット弁５２，動力式液圧源装置６０から共通通路２０への作動液の流入を制御する増圧用リニア弁６２，共通通路２０のリザーバ６４への作動液の流出を制御する減圧用リニア弁６６，共通通路２０に設けられて左輪に対応する部分と右輪に対応する部分とを接続・遮断するための連通弁６８である。

上記車両用ブレーキシステムには、ブレーキ電子制御ユニット１００（以下、「ＥＣＵ１００」という場合がある）が設けられている。ＥＣＵ１００は、各種電磁弁２４，２６，３２，４２，５２，６２，６４，６６の作動を制御する制御装置であり、各ブレーキ装置のブレーキシリンダ２２に作用させる作動液の液圧を制御するものである。ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主体として構成されたコントローラ１０２と、各種電磁弁２４，２６，３２，４２，５２，６２，６６，６８のそれぞれに対応する複数の駆動回路１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６，１１８とを有している。それら複数の駆動回路１０４等には、電源としてのバッテリ１２０が接続されており、各種電磁弁１０４等に、そのバッテリ１２０から電力が供給される。

さらに、複数の駆動回路１０４等には、上記のコントローラ１０２が接続されており、そのコントローラ１０２が、それら複数の駆動回路１０４等に各制御信号を送信する。詳しくは、コントローラ１０２は、マスタカット弁４２，シミュレータカット弁５２のそれぞれの駆動回路１１０，１１２にそれら電磁弁を開閉するための電流制御信号を送信し、増圧用リニア弁６２，減圧用リニア弁６６の駆動回路１１４，１１６には、各リニア弁６２，６６の有するソレノイド１２の発生させる磁気力を制御するための電流制御信号を送信し、保持弁２４，減圧弁２６の駆動回路１０４，１０６には、各種電磁弁の開閉時間を制御するための電流制御信号を送信する。その電流制御信号は、スイッチング素子のデューティ比に応じたものであり、各電磁弁２４等が有するソレノイド１２への通電制御については、後に詳しく説明するものとする。

上記の駆動回路１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６，１１８は、すべて同様の構成であるため、それらの構成について、増圧用リニア弁６２に対応する駆動回路１１４を代表して説明する。駆動回路１１４は、図３(ａ)に示すように、バッテリ１２０，ソレノイド（ソレノイドコイル）１２，スイッチング素子１３０が直列的に接続されて構成される。なお、抵抗１３２は、ソレノイド１２，スイッチング素子１３０等を含め、駆動回路１１４全体の抵抗を等価的に表したものである。スイッチング素子１３０は、例えばトランジスタとすることができ、デューティ制御されることにより、ソレノイド１２に印加される電圧が制御されて、ソレノイド１２に流れる電流が制御される。駆動回路１１４には、ソレノイド１２に実際に流れる電流である実電流を検出する電流モニタ１３４が設けられている。

図３(ａ)の制御回路においては、次式が成り立つ。
ｕ(ｔ)＝Ｒ・ｉ(ｔ)＋Ｌ・ｄｉ(ｔ)／ｄｔ
ここで、ｕ(ｔ)はスイッチング素子１３０のデューティ制御によりソレノイド１２に印加された電圧であり、ｉ(ｔ)はソレノイド１２に流れる電流である。また、Ｌはソレノイド１２のインダクタンスであり、Ｒは駆動回路１１４全体の抵抗値である。そして、上式をラプラス変換すると（ｄ／ｄｔ＝ｓ）、次式が得られる。
Ｉ(ｓ)＝｛１／(Ｌ・ｓ＋Ｒ)｝・Ｕ(ｓ)
この式に示すように、電圧（デューティ比）と電流との間の伝達関数は一次遅れ応答の式で表される。図３(ｂ)に示すように、電流値は、デューティ比の変化に対して（過渡的に）、遅れて増加し、その後（定常的に）、デューティ比および抵抗値で決まる一定の大きさとなる。

また、ＥＣＵ１００は、図２に示すように、記憶部１４０を有しており、後に詳しく説明するプログラムや、図４に示すマップデータ等が記憶されている。その図４に示すマップデータは、スイッチング素子１３０のデューティ比とソレノイド１２に流れる電流との関係を示すものであり、標準温度Ｔ［℃］かつ電源電圧が設定電圧Ｅ［Ｖ］での条件下において、予め取得されたデータを、マップ化したものである。より詳しく言えば、上記の条件下において、スイッチング素子１３０のデューティ比Ｄを変更しつつ制御して、それら各デューティ比Ｄに対して一定の大きさとなった電流値Ｉを取得し、マップデータは、図４に示すように、それらデューティ比Ｄおよび電流Ｉからなるデータ複数個で構成されるものである。

以下に、図５の制御ブロック図を参照しつつ、ソレノイド１２への通電制御について、詳しく説明する。まず、目標電流演算部１５０において、各電磁弁２４等のソレノイド１２への供給電流の目標値である目標電流Ｉｒｅｆが決定される。詳細な説明は省略するが、例えば、増圧リニア弁６２および減圧用リニア弁６６の目標電流は、運転者のブレーキ操作に応じた制動力となるように共通通路２０の目標液圧が求められ、実際の液圧がその目標液圧となるように、決定される。次に、目標デューティ比決定部１５２において、スイッチング素子１３０を制御する場合のデューティ比Ｄｎが、記憶部１４０に記憶されているマップデータと目標電流Ｉｒｅｆとに基づいて、線形補間により決定されて、出力される。

続いて、温度対応補正部１５４において、目標デューティ比決定部１５２において決定された目標デューティ比Ｄｎは、温度補正係数ＫＴを用いて補正されて、出力される（デューティ比Ｄｏｕｔ）。また、電源電圧対応補正部１５６においては、バッテリ１２０の電圧の大きさに基づいて、入力されたデューティ比Ｄｏｕｔが補正されて、出力される（Ｄｏｕｔ１）。電源電圧が低い場合は高い場合より、入力されたデューティ比Ｄｏｕｔを大きくする補正が行われる。電源電圧とデューティ比の補正値との関係は予め取得されて、例えば、マップ化されて記憶されている。さらに、ノイズ除去部１５８においては、入力されたデューティ比Ｄｏｕｔ１が下限値（例えば、０とすることができる）と上限値（例えば、１００％とすることができる）との間にない場合には、下限値、あるいは、上限値に決定されて、出力される（Ｄｏｕｔ２）。

スイッチング素子制御部１６０は、入力されたデューティ比Ｄｏｕｔ２でスイッチング素子１３０を制御するものである。そのデューティ比Ｄｏｕｔ２によるスイッチング素子１３０の制御によりソレノイド１２にそれに応じた電流が供給される。

ソレノイド１２に流れた実際の電流（実電流）は電流モニタ１３４によって検出され、フィードバックされる。なお、その電流モニタ１３４において検出された実電流Ｉａ（アナログ値）は、Ａ／Ｄ変換部１６２において、ディジタル値に変換されて出力され、電流モニタ補正部１６４において、電流モニタ１３４の温度補正が行われたり、ディジタル値が電流値に変換されたりする。また、ディジタルフィルタ１６６において、ノイズ等が除去されて、平滑化される。本実施例においては、移動平均値が取得されて、出力される（Ｉａｆ）。

実デューティ比取得部１６８において、入力された実電流Ｉａｆが実デューティ比Ｄａｆに換算される。なお、本実施例のソレノイド制御装置１０は、実電流のデューティ比への換算方法に特徴を有するものであるため、その換算方法ついては、後に詳しく説明するものとする。そして、実デューティ比Ｄａｆと目標デューティ比Ｄｎとの差である偏差ΔＤ（＝Ｄｎ−Ｄａｆ）が取得され、ＰＩＤ制御部３２６に供給される。ＰＩＤ制御部１７０においては、デューティ比の偏差ΔＤが小さくなるように、フィードバック制御値ＤＦＢが取得される。そして、温度対応補正部１５４から出力されたデューティ比Ｄｏｕｔに加えられる。

なお、温度対応補正部１５４の出力値Ｄｏｕｔは、フィードフォワード制御値ＤＦＦであるため（Ｄｏｕｔ＝ＤＦＦ）、デューティ制御部１６０に入力されるデューティ比は、フィードフォワード制御値とフィードバック制御値とを合わせた大きさ（ＤＦＢ＋ＤＦＦ）とされるのであり、スイッチング素子１３０については、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを合わせた制御が行われることになる。

次に、実デューティ比取得部１６８における実電流のデューティ比への換算方法について、詳しく説明する。実電流のデューティ比への換算は、図６にフローチャートを示す実デューティ比取得プログラムが実行されることによって行われる。この実デューティ比取得プログラムでは、まず、ステップ１（以下、ステップを「Ｓ」と略す）において、実電流Ｉａｆが取得される。そして、Ｓ２において、その取得された実電流Ｉａｆが、マップデータにおけるデューティ比１００％に対応する電流である上限電流Ｉｌｉｍｉｔより大きいか否かの判定が行われる。

実電流Ｉａｆが上限電流Ｉｌｉｍｉｔ以下である場合には、Ｓ３において、図４に示したマップデータに基づいて線形補間により実デューティ比Ｄａｆが取得される。一方、実電流Ｉａｆが上限電流Ｉｌｉｍｉｔより大きい場合には、Ｓ４において、マップデータに示したデューティ比と電流との関係を近似させた直線に基づいて、実デューティ比Ｄａｆが取得される。具体的には、マップデータを構成する複数個のデータに基づいて最小二乗法により求められた近似直線（回帰直線）Ｄ＝α・Ｉ＋β（図４における二点鎖線）の傾きαおよび切片βが、記憶部１４０に記憶させられている。そして、その一次関数に基づいて、上限電流Ｉｌｉｍｉｔより大きい実電流Ｉａｆに対応する実デューティ比Ｄａｆが取得される。つまり、その近似直線を用いることにより、上限電流Ｉｌｉｍｉｔより大きい実電流Ｉａｆが、１００％を超える実デューティ比Ｄａｆに換算されるのである。以上で、実デューティ比取得プログラムが終了する。

上記のような制御により、本実施例のソレノイド制御装置１０においては、実デューティ比として１００％を超える値がフィードバックされるため、上限電流Ｉｌｉｍｉｔより大きい実電流Ｉａｆがソレノイド１２に流れている場合であっても、適切なフィードバックが行われ、ソレノイド１２を流れる電流を適切な大きさとすることができる。また、本実施例のソレノイド制御装置１０は、実電流Ｉａｆが上限電流Ｉｌｉｍｉｔ以下である場合には、線形補間により実デューティ比Ｄａｆが取得されるため、実電流Ｉａｆが上限電流Ｉｌｉｍｉｔ以下である場合に近似直線を用いて実デューティ比を取得するより、適切なフィードバックが行われるようになっている。

なお、本実施例のソレノイド制御装置１０は、スイッチング素子１３０を含む駆動回路と、その駆動回路を制御するコントローラ１０２とを含んで構成されている。また、そのコントローラ１０２は、電流モニタ１３４の検出結果から実際にソレノイド１２を流れる電流を取得する実電流取得部１７０と、実電流をデューティ比に換算した実デューティ比を取得する実デューティ比取得部１６８と、目標デューティ比を決定する目標デューティ比決定部１５２と、設定条件下におけるデューティ比と電流との関係を示すマップデータを記憶する記憶部１４０とを有している。さらに、その実電流取得部１７０は、実デューティ比取得プログラムのＳ１を実行する部分等を含んで構成され、実デューティ比取得部１６８は、実デューティ比取得プログラムのＳ２〜Ｓ４を実行する部分を含んで構成されている。

１０：ソレノイド制御装置１２：ソレノイド２４：保持弁２６：減圧弁３２：レギュレータカット弁４２：マスタカット弁５２：シミュレータカット弁６２：増圧用リニア弁６６：減圧用リニア弁６８：連通弁１００：ブレーキ電子制御ユニット［ＥＣＵ］１０２：コトローラ１０４〜１１６：駆動回路１２０：バッテリ〔電源〕１３０：スイッチング素子１３４：電流モニタ１４０：記憶部１５２：目標デューティ比決定部１６８：実デューティ比取得部１７０：実電流取得部

Claims

ソレノイドと電源との間に配設されたスイッチング素子と、そのスイッチング素子のデューティ比を制御することで前記ソレノイドへの通電電流を制御するコントローラとを備え、前記ソレノイドの駆動を制御するソレノイド制御装置であって、
前記コントローラが、
(a)前記ソレノイドに実際に流れる電流である実電流を取得する実電流取得部と、(b)その実電流を換算したデューティ比である実デューティ比を取得する実デューティ比取得部と、(c)前記スイッチング素子の制御目標となるデューティ比である目標デューティ比を決定する目標デューティ比決定部とを有し、それら目標デューティ比と実デューティ比との偏差に基づいて、前記スイッチング素子のデューティ比をフィードバック制御するように構成され、
そのコントローラが、さらに、
設定された条件下における前記スイッチング素子のデューティ比と前記ソレノイドに流れる電流との関係を示すマップデータを記憶する記憶部を有し、
前記実デューティ比取得部が、
(i)前記実電流が前記マップデータにおけるディーティ比１００％に対応する電流である上限電流以下である場合に、前記マップデータに基づいて、前記実デューティ比を取得するとともに、(ii)前記実電流が前記上限電流を超える場合に、デューティ比と電流との前記関係を近似させた関数に基づいて、前記実デューティ比を取得するように構成されたソレノイド制御装置。