JP2020068357A - ソレノイドバルブ制御装置及びソレノイドバルブの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切にソレノイドバルブを制御できるソレノイドバルブ制御装置を提供する。【解決手段】ソレノイドバルブ制御装置は、ソレノイドバルブに要求される要求出力に応じたソレノイドバルブのソレノイドに通電する電流の基本電流値を第１周期Ｔ１毎に設定する基本電流値設定部と、周期がディザ周期Ｔｄであるディザ電流値を設定するディザ電流値設定部と、基本電流値とディザ電流値とに基づいてソレノイドに通電する電流の目標電流値を設定する目標電流値設定部と、ソレノイドに実際に流れている電流の実電流値を検出する電流検出部と、デューティ比を設定するデューティ比設定部と、デューティ比に基づきソレノイドをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、を備え、ディザ周期Ｔｄよりも長い第２周期Ｔ２毎にデューティ比を設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、ソレノイドバルブの駆動を制御するソレノイドバルブ制御装置、及びソレノイドバルブの制御方法に関する。

従来、流体の流通を制御する際にソレノイドバルブが利用されてきた。ソレノイドバルブは、ソレノイドに流れる電流により電磁弁の開閉が行われる。ここで、電磁弁の弁体が静止している状態において、弁体を動かす場合には弁体に静摩擦が作用し、既に動いている弁体を継続して動かす場合には、当該静摩擦が作用しない。このため、ソレノイドバルブのソレノイドに互いに等しい電流値の電流を通電した場合であっても、弁体が動いている状態と弁体が静止している状態とでソレノイドバルブの開度に差異が生じ、特性に影響する可能性がある。そこで、当該静摩擦を低減すべく、電磁弁の開閉状態に拘らず、ソレノイドに流れる電流を周期的に変化させて弁体を微振動させているものがある（例えば特許文献１）。

特許文献１にはソレノイドの励磁電流を制御する電流制御装置が記載されている。この電流制御装置は、目標設定手段、デューティ比設定手段、及びＰＷＭ信号生成手段を備えている。目標設定手段は、ＰＷＭ信号生成手段により生成されるＰＷＭ信号のパルス周期であるＰＷＭ周期よりも長いディザ周期で周期的に変化する値を、励磁電流の目標値である目標電流値として設定する。デューティ比設定手段は、ＰＷＭ信号のデューティ比を目標電流値に基づき設定する。目標設定手段が前記目標電流値を設定する周期及びデューティ比設定手段がデューティ比を設定する周期は、ディザ周期よりも短くなるように構成されている。これにより、ディザ周期で発生させたディザを正確に目標電流値に反映させることができ、ディザが反映された目標電流値に基づきデューティ比設定手段のＦＢ制御部が負帰還制御を行っている。

特開２０１４−１９７６５５号公報

ディザが付与された電流を出力するには、一般的にディザ周期に対してデューティ比の設定周期を十分に短くしないと適切に制御することができないと言われている。このため、特許文献１に記載の技術では、ディザ周期によってはデューティ比の設定周期を短くする必要があり、電流制御装置の演算負荷が著しく増大する可能性がある。係る場合、高性能な演算処理装置が必要となることからコストアップが必要となったり、演算ができずにソレノイドバルブが制御できなくなったりする可能性がある。

そこで、コストアップすることなく適切にソレノイドバルブを制御することが可能なソレノイドバルブ制御装置及びソレノイドバルブの制御方法が求められる。

本発明に係るソレノイドバルブ制御装置の特徴構成は、ソレノイドバルブに要求される要求出力に応じた前記ソレノイドバルブのソレノイドに通電する電流の基本電流値を第１周期毎に設定する基本電流値設定部と、周期がディザ周期であるディザ電流値を設定するディザ電流値設定部と、前記基本電流値と前記ディザ電流値とに基づいて前記ソレノイドに通電する電流の目標電流値を設定する目標電流値設定部と、前記ソレノイドに実際に流れている電流の実電流値を検出する電流検出部と、前記目標電流値と前記実電流値とに基づいて、前記ディザ周期よりも長い第２周期毎にデューティ比を設定するデューティ比設定部と、前記デューティ比に基づき前記ソレノイドをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、デューティ比設定部はディザ周期よりも長い第２周期毎にデューティ比を設定することができる。したがって、演算負荷の高いデューティ比の演算頻度を減らしつつ、従来と同様にディザを付与した上でソレノイドバルブを作動することが可能となる。

また、前記ディザ周期は前記第１周期よりも長い周期であると好適である。

このような構成とすれば、ソレノイドバルブの状況が時々刻々と変化する場合であっても、基本電流値設定部がソレノイドバルブの状況に応じた適切な基本電流値を設定することができ、当該基本電流値とディザ電流値とに基づいて適切な目標電流値を設定することが可能となる。

また、前記第２周期は、前記ディザ周期よりも長く、且つ、前記ディザ周期の２周期よりも短い周期であると好適である。

このような構成とすれば、演算負荷を下げつつ、より短い周期のディザをソレノイドバルブに付与できる。

また、本発明に係るソレノイドバルブの制御方法の特徴構成は、ソレノイドバルブに要求される要求出力に応じた前記ソレノイドバルブのソレノイドに通電する電流の基本電流値を第１周期毎に設定する基本電流値設定ステップと、周期がディザ周期であるディザ電流値を設定するディザ電流値設定ステップと、前記基本電流値と前記ディザ電流値とに基づいて前記ソレノイドに通電する電流の目標電流値を設定する目標電流値設定ステップと、前記ソレノイドに実際に流れている電流の実電流値を検出する電流検出ステップと、前記目標電流値と前記実電流値とに基づいて、前記ディザ周期よりも長い第２周期毎にデューティ比を設定するデューティ比設定ステップと、前記デューティ比に基づき前記ソレノイドをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップと、を備える点にある。

このようなソレノイドバルブの制御方法であっても、上述したソレノイドバルブ制御装置と実質的に差異はなく、ソレノイドバルブ制御装置と同様の効果を奏することが可能である。

ソレノイドバルブ制御装置の構成を模式的に示す図である。 タイムチャートの一例である。

本発明に係るソレノイドバルブ制御装置は、適切にソレノイドバルブを制御することができるように構成される。以下、本実施形態のソレノイドバルブ制御装置１について説明する。

図１は、本実施形態のソレノイドバルブ制御装置１の構成を模式的に示したブロック図である。ソレノイドバルブ制御装置１は、基本電流値設定部１０、ディザ電流値設定部２０、目標電流値設定部３０、デューティ比設定部３５、ＰＷＭ制御部４０、電流検出部５０の各機能部を備えて構成される。各機能部はソレノイドバルブ２の制御に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

基本電流値設定部１０は、ソレノイドバルブ２に要求される要求出力に応じたソレノイドバルブ２のソレノイド３に通電する電流の基本電流値を第１周期Ｔ１毎に設定する。ソレノイドバルブ２に要求される要求出力とは、ソレノイドバルブ２により制御される流体が供給される機器からソレノイドバルブ２に対して要求される出力であって、ソレノイドバルブ２から吐出すべき流体の流量（吐出量）にあたる。このような要求出力は、ソレノイドバルブ制御装置１とは異なる他のシステム（上記「機器」や制御ユニットなど）から伝達される。

ここで、ソレノイドバルブ２は周知のようにソレノイド３に通電することにより弁体が移動し、ソレノイドバルブ２を流通する流体の流量が制御される。この時の弁体の移動量はソレノイド３に通電された電流の大きさに応じたものとなる。そこで、基本電流値設定部１０は、ソレノイドバルブ２から吐出される流体の流量や圧力が、他のシステムから伝達された要求出力を実現するために、ソレノイド３に通電する電流の電流値を設定する。この電流値は本実施形態では基本電流値と称される。

図２には、ソレノイドバルブ制御装置１による処理のタイミングチャートが示される。基本電流値設定部１０は、図２の（ａ）に示されるような予め設定された第１周期Ｔ１毎に基本電流値を設定する。図２の（ｂ）には、基本電流値設定部１０により設定された基本電流値の一例が示される。特に限定されるものではないが、本実施形態では第１周期Ｔ１を１０ミリ秒として説明する。

このようなソレノイドバルブ２に要求される要求出力に応じたソレノイドバルブ２のソレノイド３に通電する電流の基本電流値を第１周期Ｔ１毎に設定する工程は、ソレノイドバルブの制御方法における基本電流値設定ステップと称される。

図１に戻り、ディザ電流値設定部２０は、周期がディザ周期Ｔｄであるディザ電流値を設定する。周期がディザ周期Ｔｄであるディザ電流値を設定するとは、予め設定されているディザ周期Ｔｄで周期的に変化する電流（ディザ電流）の電流値（ディザ電流値）を設定することをいう。このような電流の電流値が、ディザ電流値に相当する。ディザ電流値設定部２０は、図２の（ｃ）に示されるような予め設定されたディザ周期Ｔｄでディザ電流値を設定する。

本ソレノイドバルブ制御装置１では、基本電流値設定部１０により設定された基本電流値にディザ電流値が重畳された電流値（後述する「目標電流値」に相当）からなる電流を、ソレノイドバルブ２の開度に拘らずソレノイド３に通電することで、弁体を微振動させている。ディザ電流値は、例えばソレノイドバルブ２の環境温度や、或いは、ソレノイドバルブ２により流通が制御される流体の温度によって予め設定しておくと良い。係る構成の場合には、ディザ電流値設定部２０は、ソレノイドバルブ２の環境温度や、或いは、ソレノイドバルブ２により流通が制御される流体の温度に応じて、ディザ電流値を設定する。

本実施形態では、ディザ周期Ｔｄは第１周期Ｔ１よりも長い周期で設定される。ディザ周期Ｔｄについても特に限定されるものではないが、本実施形態ではディザ周期Ｔｄを４０ミリ秒として説明する。

このような周期がディザ周期Ｔｄであるディザ電流値を設定する工程は、ソレノイドバルブの制御方法におけるディザ電流値設定ステップと称される。

目標電流値設定部３０は、基本電流値とディザ電流値とに基づいてソレノイド３に通電する電流の目標電流値を設定する。基本電流値は、上述した基本電流値設定部１０により設定され、伝達される。ディザ電流値は、上述したディザ電流値設定部２０により設定され、伝達される。目標電流値設定部３０は、基本電流値にディザ電流値を重畳する、すなわち基本電流値にディザ電流値を加算して目標電流値を設定する。

ここで、詳細は後述するが、目標電流値設定部３０は、常に基本電流値にディザ電流値を重畳するのではなく、基本電流値にディザ電流値を重畳する場合としない場合とがある。本実施形態では、基本電流値にディザ電流値を重畳する場合には、基本電流値の電流がディザ電流値によって周期的に変化し、このような周期的に変化する電流値が目標電流値に相当する。一方、基本電流値にディザ電流値を重畳しない場合には、基本電流値の電流はディザ電流値によっては周期的に変化せず、基本電流値が目標電流値となる。

このような基本電流値とディザ電流値とに基づいてソレノイド３に通電する電流の目標電流値を設定する工程は、ソレノイドバルブの制御方法における目標電流値設定ステップと称される。

電流検出部５０は、ソレノイド３に実際に流れている電流の実電流値を検出する。ソレノイド３に実際に流れている電流の実電流値とは、その時点においてソレノイド３に実際に流れている電流の電流値である。このような実電流値の検出は、例えば電流センサや抵抗器による検出など、公知の方法を用いて行うことが可能である。電流検出部５０により検出された実電流値は、後述するデューティ比設定部３５に伝達される。

このようなソレノイド３に実際に流れている電流の実電流値を検出する工程は、ソレノイドバルブの制御方法における電流検出ステップと称される。

デューティ比設定部３５は、目標電流値と実電流値とに基づいて、ディザ周期Ｔｄよりも長い第２周期Ｔ２毎にデューティ比を設定する。目標電流値は、上述した目標電流値設定部３０により設定され、伝達される。実電流値は、上述した電流検出部５０により検出され、伝達される。ここで、本実施形態では、図１に示されるように電源５と接地電位との間にソレノイド３と直列に接続されたスイッチ４が設けられる。このスイッチ４が閉じ状態とされることで、ソレノイド３に所期の電流値の電流が通電される。スイッチ４は、例えばトランジスタを用いて構成すると良い。上述したデューティ比とは、本実施形態では第２周期Ｔ２において、スイッチ４を閉状態にする期間の比率にあたる。本実施形態では、図２に示されるように、第２周期Ｔ２は、ディザ周期Ｔｄよりも長く、且つ、ディザ周期Ｔｄの２周期よりも短い周期に設定されている。デューティ比設定部３５は、このような第２周期Ｔ２毎にデューティ比を設定する。

このような目標電流値と実電流値とに基づいて、ディザ周期Ｔｄよりも長い第２周期Ｔ２毎にデューティ比を設定する工程は、ソレノイドバルブの制御方法におけるデューティ比設定ステップと称される。

ＰＷＭ制御部４０は、デューティ比に基づきソレノイド３をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。デューティ比は上述したデューティ比設定部３５により設定され、伝達される。ＰＷＭ制御は公知であるので、ここでの説明は省略する。本実施形態では、ＰＷＭ制御部４０は、ディザ周期Ｔｄよりも長い第２周期Ｔ２でスイッチ４をＰＷＭ制御する。すなわち、１／Ｔ２ヘルツのスイッチング周波数でＰＷＭ制御部４０はＰＷＭ制御を行う。ここで、本実施形態ではディザ周期Ｔｄは４０ミリ秒であるとして説明した。そこで、本実施形態では、第２周期Ｔ２として５０ミリ秒が用いられる（図２の（ｄ）参照）。

上述したように、ＰＷＭ制御に用いられるデューティ比はソレノイド３に実際に流れている電流の実電流値に基づいて設定されている。したがって、ＰＷＭ制御では、ソレノイド３に実際に流れている電流の電流値（実電流値）をＰＷＭ制御部４０にフィードバックしてＰＷＭ制御が行われる。

このようなデューティ比に基づきソレノイド３をＰＷＭ制御する工程は、ソレノイドバルブの制御方法におけるＰＷＭ制御ステップと称される。

以上、本ソレノイドバルブ制御装置１の構成について説明したが、上述したように、本ソレノイドバルブ制御装置１の目標電流値設定部３０は、常に基本電流値にディザ電流値を重畳するのではなく、基本電流値にディザ電流値を重畳する場合としない場合とがある。以下、具体的に説明する。

ソレノイドバルブ制御装置１では、各機能部が第１周期Ｔ１、ディザ周期Ｔｄ、第２周期Ｔ２、第３周期Ｔ３に沿って制御が行われる。第１周期Ｔ１は、上述したように基本電流値設定部１０が基本電流値を設定する周期である。ディザ周期Ｔｄは、上述したように、ディザ電流値設定部２０がディザ電流値を設定する周期である。第２周期Ｔ２は、上述したように、デューティ比設定部３５がデューティ比を設定する周期である。第３周期Ｔ３は、目標電流値設定部３０が、基本電流値にディザ電流値を重畳するか否かの切り替えを行う周期である。

すなわち、本実施形態では、第３周期Ｔ３は、目標電流値設定部３０により基本電流値にディザ電流値を重畳して設定された目標電流値に応じて、ソレノイド３に通電する電流の電流値が周期的に変化する重畳期間と、目標電流値設定部３０により基本電流値にディザ電流値が重畳されないで設定された目標電流値に応じて、ソレノイド３に通電する電流の電流値が周期的に変化しない非重畳期間とからなる。

本実施形態では、第３周期Ｔ３は、ディザ周期Ｔｄ及び第２周期Ｔ２の最小公倍数からなる周期で設定される。上述したように、本実施形態ではディザ周期Ｔｄは４０ミリ秒であり、第２周期Ｔ２は５０ミリ秒である。そこで、第３周期Ｔ３は、図２の（ｅ）に示されるように、２００ミリ秒に設定される。目標電流値設定部３０は、第３周期Ｔ３が２００ミリ秒であることは予め記憶しておくように構成すると良い。ここで、理解を容易にするために、以下では第３周期Ｔ３のうち、前半部を重畳期間とし、後半部を非重畳期間として説明する。

図２の（ｆ）には、目標電流値設定部３０により設定された目標電流値の時系列変化が示される。この図では、第３周期Ｔ３の前半部は時刻ｔ１からｔ２までの期間及び時刻ｔ３からｔ４までの期間であり、後半部は時刻ｔ２からｔ３までの期間及び時刻ｔ４からｔ５までの期間となっている。したがって、第３周期Ｔ３は、時刻ｔ１からｔ３までの期間（時刻ｔ３からｔ５までの期間）が相当する。

時刻ｔ１からｔ２の間は、目標電流値設定部３０は図２の（ｂ）で示した基本電流値に対して、図２の（ｃ）のディザ周期Ｔｄにしたがって周期的に変化するようにディザ電流値を重畳する。したがって、この時刻ｔ１からｔ２の間は、基本電流値にディザ電流値が重畳された電流値が目標電流値として用いられる。

一方、時刻ｔ２からｔ３の間は、目標電流値設定部３０は図２の（ｂ）で示した基本電流値に対してディザ電流値の重畳を行わない。したがって、この時刻ｔ２からｔ３の間は、ディザ電流値が重畳されていない基本電流値が目標電流値として用いられる。

以下同様に、時刻ｔ３からｔ４の間は、基本電流値にディザ電流値が重畳された電流値が目標電流値として用いられ、時刻ｔ４からｔ５の間は、ディザ電流値が重畳されていない基本電流値が目標電流値として用いられる。このように本実施形態では、第３周期Ｔ３は、基本電流値にディザ電流値を重畳して設定された目標電流値がディザ周期Ｔｄに応じて周期的に変化する重畳期間と、基本電流値にディザ電流値が重畳されないで設定された目標電流値がディザ周期Ｔｄに応じて変化しない非重畳期間とから構成される。

このように構成することで、本ソレノイドバルブ制御装置１にあっては、実質的にディザが付与される周期（実ディザ周期）は第３周期Ｔ３（２００ミリ秒）となり、実ディザ周期に対してデューティ比の設定周期にあたる第２周期Ｔ２（５０ミリ秒）を十分に短くすることができる。したがって、ソレノイドバルブ２を適切に制御することが可能となる。また、本ソレノイドバルブ制御装置１によれば、演算負荷が著しく増大することはないので、上記実施形態のような制御を行うにあたり、例えば高性能な演算処理装置を用いる必要がない。したがって、コストアップをすることもない。このように本ソレノイドバルブ制御装置１によれば、コストアップすることなく適切にソレノイドバルブ２を制御することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第３周期Ｔ３は、前半部が重畳期間であり、後半部が非重畳期間であるとして説明したが、前半部が非重畳期間であり、後半部が重畳期間であっても良い。また、重畳期間と非重畳期間とは、互いに異なる時間となるように設定することも可能である。係る場合、例えば予め所定の比率を設定しておくことで、当該比率に基づき重畳期間と非重畳期間との夫々の時間を設定することが可能である。

上記実施形態では、ディザ周期Ｔｄは第１周期Ｔ１よりも長い周期であるとして説明したが、ディザ周期Ｔｄは第１周期Ｔ１と等しい周期とすることも可能であるし、第１周期Ｔ１よりも短い周期とすることも可能である。

上記実施形態では、第２周期Ｔ２はディザ周期Ｔｄよりも長く、且つ、ディザ周期Ｔｄの２周期よりも短い周期であるとして説明したが、第２周期Ｔ２はディザ周期Ｔｄよりも長く、且つ、ディザ周期Ｔｄの２周期よりも長い周期であっても良い。

上記実施形態では、第３周期Ｔ３は、ディザ周期Ｔｄ及び第２周期Ｔ２の最小公倍数からなる周期であるとして説明したが、第３周期Ｔ３は、ディザ周期Ｔｄ及び第２周期Ｔ２の最小公倍数でない周期であっても良い。例えば、第３周期Ｔ３はディザ周期Ｔｄ及び第２周期Ｔ２の最小公倍数に次いで小さい公倍数からなる周期とすることも可能であるし、その次以降の公倍数からなる周期とすることも可能である。更には、第３周期Ｔ３はディザ周期Ｔｄ及び第２周期Ｔ２の公倍数でない周期とすることも可能である。

上記実施形態では、第１周期Ｔ１が１０ミリ秒であり、ディザ周期Ｔｄが４０ミリ秒であり、第２周期Ｔ２が５０ミリ秒であり、第３周期Ｔ３が２００ミリ秒であるとして説明した。しかしながら、これらは単なる一例であり、夫々異なる値に設定することも可能である。

本発明は、本発明は、ソレノイドバルブの駆動を制御するソレノイドバルブ制御装置、及びソレノイドバルブの制御方法に用いることが可能である。

１：ソレノイドバルブ制御装置
２：ソレノイドバルブ
３：ソレノイド
１０：基本電流値設定部
２０：ディザ電流値設定部
３０：目標電流値設定部
３５：デューティ比設定部
４０：ＰＷＭ制御部
５０：電流検出部
Ｔ１：第１周期
Ｔ２：第２周期
Ｔｄ：ディザ周期

Claims (4)

1. ソレノイドバルブに要求される要求出力に応じた前記ソレノイドバルブのソレノイドに通電する電流の基本電流値を第１周期毎に設定する基本電流値設定部と、
   周期がディザ周期であるディザ電流値を設定するディザ電流値設定部と、
   前記基本電流値と前記ディザ電流値とに基づいて前記ソレノイドに通電する電流の目標電流値を設定する目標電流値設定部と、
   前記ソレノイドに実際に流れている電流の実電流値を検出する電流検出部と、
   前記目標電流値と前記実電流値とに基づいて、前記ディザ周期よりも長い第２周期毎にデューティ比を設定するデューティ比設定部と、
   前記デューティ比に基づき前記ソレノイドをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
   を備えるソレノイドバルブ制御装置。
2. 前記ディザ周期は前記第１周期よりも長い周期である請求項１に記載のソレノイドバルブ制御装置。
3. 前記第２周期は、前記ディザ周期よりも長く、且つ、前記ディザ周期の２周期よりも短い周期である請求項１又は２に記載のソレノイドバルブ制御装置。
4. ソレノイドバルブに要求される要求出力に応じた前記ソレノイドバルブのソレノイドに通電する電流の基本電流値を第１周期毎に設定する基本電流値設定ステップと、
   周期がディザ周期であるディザ電流値を設定するディザ電流値設定ステップと、
   前記基本電流値と前記ディザ電流値とに基づいて前記ソレノイドに通電する電流の目標電流値を設定する目標電流値設定ステップと、
   前記ソレノイドに実際に流れている電流の実電流値を検出する電流検出ステップと、
   前記目標電流値と前記実電流値とに基づいて、前記ディザ周期よりも長い第２周期毎にデューティ比を設定するデューティ比設定ステップと、
   前記デューティ比に基づき前記ソレノイドをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップと、
   を備えるソレノイドバルブの制御方法。

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