JP2735550B2 - 電磁弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、制御手段からの指令信号と電磁弁からの帰
還信号に基づいて同電磁弁の作動状態を変化させる電磁
弁制御装置に関する。 〔従来技術〕 例えば自動車用動力舵取装置においては、車速，操舵
角等により走行状態を検出し、この走行状態に応じた駆
動電流を電磁弁に印加してその開度を制御し、これによ
り動力舵取装置のパワーシリンダに印加する油圧を変化
させて、操舵出力トルクに対するハンドルトルクの比率
が低速または大操舵角域では小になり、高速または小操
舵角域では大になるように制御するものがある。 このような動力舵取装置においては、例えば第８図に
示すような電磁弁制御装置が使用され、車速及び操舵角
に基づき図略のマイクロプロセッサにより演算された指
令信号Vaは差動増幅回路20に入力され、次に述べる帰還
回路40からの帰還信号Vcとの信号差を増幅した出力信号
Vbにより、駆動回路25を介して電磁弁30のコイル31に印
加する駆動電流Ｉを制御するようにしている。この駆動
電流Ｉは電流検出回路35により電圧信号として検出さ
れ、帰還回路40を経て帰還信号Vcとして差動増幅回路20
に帰還され、電源58の電圧やコイル31の抵抗が変動して
も指令信号Vaに対応する所定の駆動電流Ｉがコイル31に
印加されるようになっている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 かかる従来技術においては、コイル31のマイナス側31
aに接地等の異常が生ずると電流検出用抵抗36により検
出される電圧信号が０となり、駆動信号Vcも０となるの
で差動増幅回路20の増幅器21が飽和状態となって出力信
号Vbも飽和状態となる。これにより電磁弁30は全開又は
全閉となり、ハンドルが極端に重くなり、または極端に
軽くなるという問題が生じる。 このような問題を解決するために、本出願人は先に特
願昭61-232529号に係る発明を行い、電磁弁30を制御す
る信号（例えばVb）と電磁弁30からの帰還信号Vcとの間
に所定の信号差が生じたことを電磁弁の異常と判断する
異常検出回路と、この異常検出回路が異常を検出すれば
前記差動増幅回路の増幅率をほぼ１に制御する信号制御
装置を設けることを提案した。この技術によればコイル
31に接地等の異常が生じても、増幅器21が飽和状態とな
ることはなくなるので上記問題はほぼ解決されるが、帰
還信号Vcによるフィードバック制御は行われないので電
源58の電圧やコイル31の抵抗の変動によりコイル31に印
加される駆動電流が変動し、このため駆動電流が過大ま
たは過小となってハンドルトルクが過大または過小とな
ったり、コイル31が異常発熱したりするという問題は残
る。本発明はこのような問題を解決しようとするもので
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 このために、本発明による電磁弁制御装置は、第１図
に示す如く、制御手段１と、電磁弁30と、前記制御手段
１からの指令信号と前記電磁弁30からの帰還信号の差を
増幅する差動増幅回路20と、この差動増幅回路の出力信
号に応じた駆動電流を前記電磁弁30に供給する駆動回路
25と、前記電磁弁30を流れた前記駆動電流を検出する電
流検出回路35と、この電流検出回路の出力信号を前記帰
還信号として前記差動増幅回路20に帰還する帰還回路40
を備えてなる電磁弁制御装置において、前記差動増幅回
路20からの出力信号またはこの出力信号と関連して変化
する前記駆動回路25から前記電磁弁30へ供給される駆動
信号と前記帰還回路40からの帰還信号との間に所定以上
の信号差が生ずれば前記電磁弁30の異常と判断する異常
検出回路45と、この異常検出回路が前記異常を検出した
場合には、前記制御手段１から出力される指令信号を正
常な範囲よりも狭い所定の最大値と最小値の範囲内に収
まるように制限する出力制限手段２と、前記異常検出回
路45が前記異常を検出すると前記差動増幅回路20が前記
制限された指令信号をそのまま出力するように制御する
信号制御回路50を備えたことを特徴とするものである。 〔作用〕 異常検出回路45は、差動増幅回路20からの出力信号ま
たはこれと関連して変化する信号と、帰還回路40からの
帰還信号を比較する。この両信号の信号差が所定値以
下、すなわち正常な状態であれば、差動増幅回路20は制
御手段１からの指令信号と帰還回路40からの帰還信号と
の信号差を増幅して出力し、この出力信号が駆動回路25
を介して電磁弁30のコイルに印加する駆動電流を制御す
る。電磁弁30のコイルのマイナス側が接地する等の異常
が生じて前記信号差が所定値以上となれば、異常検出回
路45は電磁弁30が異常であると判断し、出力制限手段２
は制御手段１から出力される指令信号を正常な範囲より
も狭い所定の最大値と最小値の範囲内に収まるように制
限し、また信号制御回路50は異常検出回路45が前記異常
を検出すると差動増幅回路20が前記制限された指令信号
をそのまま出力するように制御し、これにより電磁弁30
のコイルに印加する駆動電流を制御する。 〔発明の効果〕 上述の如く、本発明によれば、電磁弁のコイルのマイ
ナス側が接地する等の異常が生ずれば出力制限手段は制
御手段から出力される指令信号を正常な範囲よりも狭い
所定の最大値と最小値の範囲内に収まるように制限する
と共に、信号制御回路は差動増幅回路がこの制限された
指令信号をそのまま出力するように制御するので、差動
増幅回路からの出力信号は飽和することなく指令信号に
応じて変化し、電磁弁のコイルへの印加電流を制御す
る。このような場合は電磁弁からの帰還信号によるフィ
ードバック制御は行われなくなり、従って所定の指令信
号に対応する電磁弁への駆動電流は電源電圧や電磁弁の
コイルの抵抗の変動等により変動して出力範囲が全体と
してずれるが、出力制限手段は制御手段から出力される
指令信号の範囲を正常な場合よりも狭い所定の範囲に制
限するので、電源電圧やコイルの抵抗が変動しても電磁
弁への駆動電流は所定の最大値と最小値の範囲内におさ
まるようにすることができ、動力舵取装置などの被制御
機器の作動に不具合を生じたり、電磁弁のコイルに異常
発熱を生じたりすることがなくなる。 〔実施例〕 以下に、第２図〜第７図に示す実施例の説明をする。 第３図は、本発明による電磁弁制御装置が適用される
動力舵取装置及びその周辺の全体構造を示す。入力軸14
及び出力軸15を有する動力舵取装置10は、両軸14,15の
間に設けられたサーボ弁11及び反力機構13と、ラックピ
ニオン機構により出力軸15に連結されたパワーシリンダ
12により構成され、入力軸14はハンドル軸を介して操舵
ハンドル19に連結され、パワーシリンダ12のラックバー
12aは操舵リンク機構を介して図略の操向車輪に連結さ
れている。自動車エンジンにより駆動される供給ポンプ
16からの一定流量の作動流体は分流弁17により所定比率
で分配され、その一方はサーボ弁11を経てパワーシリン
ダ12に供給され、他方は電磁弁30を経てリザーバ19に戻
され、この電磁弁30の上流側圧力が反力機構13に印加さ
れている。電磁弁30の開度の変化により反力機構13に印
加される作動流体圧が変化すれば入力軸14と出力軸15の
間の捩りばね特性が変化してサーボ弁11の作動特性が変
化し、これによりパワーシリンダ12に導かれる作動流体
圧の変化特性を制御して、操向車輪に出力される操舵出
力トルクに対するハンドルトルクの比率を制御するよう
になっている。 第２図に示す電磁弁制御装置は、第３図に示す動力舵
取装置10の電磁弁30のコイル31への通電制御を行うもの
で、差動増幅回路20と、駆動回路25と、電流検出回路35
と、帰還回路40と、異常検出回路45と、信号制御回路50
と、マイクロプロセッサ（以下単にCPUという）60を主
要な構成要素としている。 CPU60には図略の読出し専用メモリ（ROM）と書込み可
能メモリ（RAM）が接続され、インターフェイス61を介
して入力された車速信号ｖ及び操舵角信号θに基づいて
デジタル指令信号Daを演算し、デジタル指令信号DaはD/
A変換器62によりアナログ電圧指令信号（以下単に指令
信号という）Vaに変換されて差動増幅回路20に入力され
る。 差動増幅回路20は、差動増幅器21と、抵抗R1,R2と、
コンデンサC1により構成され、前記指令信号Vaと後述す
る帰還回路40からの帰還信号Vcを比較し、その差を増幅
して出力信号Vbとするものである。駆動回路25は、比較
器26と、三角波発振器27と、抵抗R3と、トランジスタTR
1により構成され、バッテリ58とコイル31の間に設けら
れたトランジスタTR1は出力信号Vbによりその導通が制
御されてコイル31に流れる電流をデューティ比制御し、
電磁弁30の開度を変化させてハンドルトルクの比率を制
御するようになっている。コイル31のプラス側31bとア
ースとの間にはダイオードＤが接続されている。 電流検出回路35は、コイル31のマイナス側31aとアー
スの間に接続された電流検出用抵抗36よりなり、コイル
31に流れる電流を電圧信号として検出するものである。
帰還回路40は、増幅器41と、抵抗R5,R6,R7,R8と、コン
デンサC2により構成され、電流検出用抵抗36により検出
された前記電圧信号を帰還信号Vcとして差動増幅回路20
に帰還するものである。 異常検出回路45は、比較器46と、緩衝増幅器47,48に
より構成され、コイル31のプラス側31bの電圧Vgを抵抗R
9とコンデンサC3よりなるフィルタ55により平滑化した
電圧信号Vhと帰還信号Vcを比較して、コイル31のマイナ
ス側31aが接地する等の異常により両信号Vh,Vcに所定以
上の信号差が生ずれば異常と判断して出力信号Vfを変化
させるものである。信号制御装置50は、増幅器21のマイ
ナス端子と出力端子間に接続されたトランジスタTR2
と、抵抗R8により構成され、異常検出回路45が異常を検
出してその出力信号Vfが変化すればトランジスタTR2を
導通させて差動増幅回路20の出力信号Vbが指令信号Vaと
同じになるようにするものである。また異常検出回路45
はA/D変換器63を経てCPU60に接続され、フェイル信号Ｆ
を与えるようになっている。 CPU60は、正常な状態においては、電磁弁30のコイル3
1に印加される駆動電流Ｉが、第４図に図形化して示す
特性マップＭの如く、車速ｖ及び操舵角θに応じて最小
値I1と最大値I2の間で変化するようにデジタル指令信号
Daを演算する。しかしながら、前述の如き異常が生じて
異常検出回路45からA/D変換器63を介して入力されるフ
ェイル信号Ｆが１（正常な場合は０）となった場合に
は、前述と同様に演算されるデジタル信号Daの出力の範
囲を、次に述べる如く、前記正常な状態の場合よりも狭
い所定の範囲に制限するものである。なお、特性マップ
Ｍは前記図略のROMに記憶されている。 前記異常が生じた場合におけるデジタル指令信号Daの
範囲の制限を更に説明する。このような異常が生じて帰
還信号Vbによるフィードバック制御が行われなくなった
場合における指令信号Vaまたはデジタル指令信号Daと駆
動電流Ｉとの間の特性は第５図に示す通りであり、バッ
テリ58の電圧とコイル31の抵抗が正常な値にあるときの
特性は直線Ａで示され、前述の最小及び最大の駆動電流
I1及びI2に対応する指令信号Vaの値はV1及びV2となり、
デジタル指令信号Daの値はD1及びD2となる。しかしなが
らこの特性の勾配は充放電によるバッテリ58の電圧変化
及び温度変化等によるコイル31の抵抗値変化の影響を受
けて変化し、バッテリ58の電圧が最も低くかつコイル31
の抵抗値が最も大きくなった場合には特性Ｂに示す如く
勾配は最小となり、前記電圧が最も高くかつ前記抵抗値
が最も小さくなった場合には特性Ｃに示す如く勾配は最
大となる。第５図に示す如く、特性Ｂの場合の最小駆動
電流I1に対応するデジタル指令信号Daの値をDminとし、
特性Ｃの場合の最大駆動電流I2に対応するデジタル指令
信号Daの値をDmaxとすれば、Dmin〜Dmaxなる範囲は正常
な場合の範囲D1〜D2よりも狭くなり、デジタル指令信号
Daをこのような範囲Dmin〜Dmax内に制限すれば、バッテ
リ58の電圧及びコイル31の抵抗が如何に変動してもコイ
ル31への駆動電流Ｉが最小値I1よりも小となることはな
く、最大値I2よりも大となることはなくなる。なお、Dm
in及びDmaxに対応する指令信号Vaの値はVmin及びVmaxで
ある。 なお、前述したような異常が生ぜず、従って帰還信号
Vbによるフィードバック制御がなされている正常な状態
においては、指令信号Vaまたはデジタル指令信号Daと駆
動電流Ｉとの間の特性は第５図の直線Ａの通りに安定的
に保たれる。 次にCPU60の制御動作につき説明する。 自動車のメインスイッチを入れれば、CPU60は各変数
０または所定の初期値に設定する。自動車の走行状態に
おいて時々刻々変化する車速ｖ及び操舵角θは図略の車
速センサ及び操舵角センサにより検出されて、現在の値
が図略のレジスタに記憶される。異常検出回路45からの
フェイル信号Ｆ（正常値は0,異常値は１）も同様に記憶
される。CPU60は所定の時間間隔で割込信号が入力され
る都度、第７図のフローチャートにより示される制御プ
ログラムに基づき処理動作を実行する。なお、この制御
プログラムは前記図略のROMに記憶されている。 CPU60は、先ずステップ101〜103において図略のレジ
スタに記憶された車速V,操舵角θ及びフェイル信号Ｆを
読み込んだ後、ステップ104において車速ｖ及び操舵角
θに基づいて特性マップＭよりデジタル指令信号Daを演
算する。続くステップ105において、CPU60はフェイル信
号Ｆの値を判定し、Ｆ＝０であればステップ110に進ん
で前記デジタル指令信号DaをそのままD/A変換器62に出
力し、Ｆ＝０でなければ（すなわちＦ＝１であれば）次
のステップ106に進む。ステップ106において、CPU60は
デジタル指令信号Daを前記値Dminと比較し、Da＜Dminで
あればステップ107においてDa＝Dminとした後ステップ1
10に進んでこのデジタル指令信号Daを出力し、Da＜Dmin
でなければ次のステップ108に進む。ステップ108におい
て、CPU60はデジタル指令信号Daを前記値Dmaxと比較
し、Da＞Dmaxであればステップ109においてDa＝Dmaxと
した後、またDa＞Dmaxでなければそのまま、ステップ11
0に進んでデジタル指令信号Daを出力する。ステップ110
が終了すれば、CPU60は第７図のフローチャートによる
処理動作の実行を、次の割込信号が入力されるまで停止
する。以上によりCPU60は特性マップＭより車速ｖ及び
操舵角θに基づいてデジタル指令信号Daを演算し、正常
な場合にはこのデジタル指令信号DaをそのままD/A変換
器62に出力し、異常検出回路45が異常と判断した場合に
はデジタル指令信号Daを正常な場合の範囲D1〜D2よりも
狭い範囲Dmin〜Dmaxに制限してD/A変換器62に出力す
る。 デジタル指令信号DaをD/A変換器62により変換した指
令信号Vaは差動増幅回路20の差動増幅器21の一方の入力
端子に入力され、他方の入力端子には帰還回路40からの
帰還信号Vcが入力されている。正常な場合には信号制御
回路50のトランジスタTR2は導通されていないので、差
動増幅回路20はこの両信号Va,Vcの差を増幅して出力信
号Vbとして出力する。この出力信号Vbは電磁弁30を駆動
する駆動回路25の比較器26に供給され、三角波発振器27
により発振される第６図（ａ）に示す三角波と比較され
る。そして三角波発振器27から出力される三角波の信号
レベルが出力信号Vbのレベルよりも小さい場合はトラン
ジスタTR1は導通されているが、この両レベルの関係が
逆になればトランジスタTR1は遮断され、これにより電
磁弁30のコイル31に印加される駆動電流Ｉは出力信号Vb
の増減に応じて増減するようデューティ比制御される。 この駆動電流Ｉはコイル31のマイナス側31aとアース
の間に接続された電流検出回路35の電流検出用抵抗36に
より電圧信号として検出され、帰還回路40の抵抗R7とコ
ンデンサC2よりなるフィルタにより平滑化された後、増
幅器41で増幅され、帰還信号Vcとなって前記差動増幅器
21の他方の入力端子に供給される。この状態においては
指令信号Vaによる駆動電流Ｉの制御はフィードバック制
御が行われているので、バッテリ58の電圧やコイル31の
抵抗が変化しても、第５図の特性Ａのように安定的に保
たれる。 しかしながら、コイル31のマイナス側31aが接地する
等の異常が生ずれば異常検出回路45が作動して作動制御
回路50のトランジスタTR2を導通させ、差動増幅回路20
の出力信号Vbが指令信号Vaと同じになるようにすると同
時に、CPU60から出力されるデジタル指令信号Daの範囲
はDmin〜Dmaxの範囲に制限される。駆動回路25は正常な
場合と同様に作動して、コイル31への駆動電流は出力信
号Vbの増減に応じてデューティ比制御される。この場合
の指令信号Vaに対する駆動電流Ｉの変化特性は、先に第
５図により説明した如く、バッテリ58の電圧やコイル31
の抵抗が正常な場合には特性Ａで示す通りとなるが、フ
ィードバック制御は行われていないので此等の電圧や抵
抗が変化すればそれに応じて全体として変化する。しか
しながら、この場合にはデジタル指令信号Daの範囲が、
前述の如く、正常な場合の範囲D1〜D2よりも狭い範囲Dm
in〜Dmaxに限定されるので、変化特性が最も大幅に変化
した特性ＢまたはＣの場合でも、駆動電流Ｉが最小値I1
よりも小となり、あるいは最大値I2よりも大となること
はない。従って、本実施例においては、ハンドルトルク
が過大または過小となったり、コイル31が異常発熱を生
じたりすることはない。 上記実施例においては異常検出回路45は帰還信号Vcと
コイル31のプラス側31aの電圧信号Vgを比較し、両信号V
c,Vgの差が所定以上となれば電磁弁30に異常が生じると
判断しているが、電圧信号Vgの代りに差動増幅回路20か
らの出力信号Vbを用いてもよく、あるいは出力信号Vbと
関連して変化するその他の信号を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による電磁弁制御装置の全体構成図、第
２図〜第７図は動力舵取装置における本発明の一実施例
を示し、第２図は電磁弁制御装置の全体構成を示すブロ
ック図、第３図は動力舵取装置及びその周辺の全体構造
図、第４図は操舵角及び車速に対する駆動電流またはデ
ジタル指令信号の特性マップ、第５図は指令信号または
デジタル指令信号に対する駆動電流の特性を示す図、第
６図は駆動回路の動作の説明図、第７図は制御プログラ
ムを示すフローチャート、第８図は従来技術の第２図相
当図である。 符号の説明 １……制御手段、２……出力制限手段、20……差動増幅
回路、25……駆動回路、30……電磁弁、35……電流検出
回路、40……帰還回路、45……異常検出回路、50……信
号制御回路。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．制御手段と、電磁弁と、前記制御手段からの指令信
   号と前記電磁弁からの帰還信号の差を増幅する差動増幅
   回路と、この差動増幅回路の出力信号に応じた駆動電流
   を前記電磁弁に供給する駆動回路と、前記電磁弁を流れ
   た前記駆動電流を検出する電流検出回路と、この電流検
   出回路の出力信号を前記帰還信号として前記差動増幅回
   路に帰還する帰還回路を備えてなる電磁弁制御装置にお
   いて、前記差動増幅回路からの出力信号またはこの出力
   信号と関連して変化する前記駆動回路から前記電磁弁へ
   供給される駆動信号と前記帰還回路からの帰還信号との
   間に所定以上の信号差が生ずれば前記電磁弁の異常と判
   断する異常検出回路と、この異常検出回路が前記異常を
   検出した場合には、前記制御手段から出力される指令信
   号を正常な範囲よりも狭い所定の最大値と最小値の範囲
   内に収まるように制限する出力制限手段と、前記異常検
   出回路が前記異常を検出すると前記差動増幅回路が前記
   制限された指令信号をそのまま出力するように制御する
   信号制御回路を備えたことを特徴とする電磁弁制御装
   置。