JP4476312B2 - 変速機用制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車輌に搭載される変速機を制御する変速機用制御装置に係り、特に、自動変速機の油圧制御に用いられるリニアソレノイド等の誘導性負荷の電流を制御する変速機用制御装置に関するものである。

従来、自動変速機の油圧制御に用いられるリニアソレノイドの電流制御装置として、目標の油圧値を得るためにリニアソレノイドに通電されるパルス電流をモニタし、パルス電流のデューティ比を補正するフィードバック制御を行う方法が知られている。

上記フィードバック制御は、通常、通電時間による発熱などで発生するリニアソレノイドの抵抗変化による電流変動をはやく最適に補正できるように調整し、さらに制御によるオーバーシュートを防止するため、その制御ゲインを比較的小さな値としており、目標の電流値に徐々に近づくような設定方法が採用されている。

しかしながら、車輌に搭載される上記リニアソレノイドの電流制御装置において、リニアソレノイドの電源であるバッテリは、ほかの機器の電源にもなっているので、例えば、エアコンの作動やワイパーの作動により、電圧が変動する場合がある。このように、エアコンの作動やワイパーの作動などによってバッテリの電圧変動が発生した場合、電圧変動量に比例したリニアソレノイドの電流変動が発生し、このとき、フィードバック制御が作動してパルス電流のデューティ比を補正する。しかし、前述したように、制御ゲインはリニアソレノイドの抵抗変化に応じて最適に設定されたものであるため、リニアソレノイドの電源電圧変動によるリニアソレノイドの電流変動に関しては適した値ではない。そのためリニアソレノイドの電源電圧変動に即座に対応できず目標の電流値となるまでに遅れを生じることになる。

この課題を解決するために、フィードフォワード制御およびフィードバック制御で算出されたデューティ比に対し、基準電圧と現在の電圧比を積算することでパルス電流のデューティ比を補正するリニアソレノイド弁の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、リニアソレノイドの通電経路に電圧降下量(抵抗値)が切替え可能な負荷抵抗切替え回路を設置し、リニアソレノイドの電源電圧変動時に負荷抵抗切替え回路を操作することによって、リニアソレノイドに通電する電流を制御する誘導性負荷の通電制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−３１２８３０号公報（段落００１０〜００１１、図１） 特開２００２−２３８６９号公報（段落００１３〜００１７、図１）

ところで、リニアソレノイド自体の回路構成はほぼコイルと同様の形態であり、リニアソレノイドは、時刻をｔ（ｓｅｃ）、リニアソレノイドにかかる電圧をＶＬ（ｔ）（ＶＬ（ｔ）は電源電圧とデューティ比によって負荷駆動回路からリニアソレノイドにかかる電圧）、抵抗をＲ（ｔ）（リニアソレノイドの抵抗値は通電により発生する発熱など温度変化により変化する）、インダクタンスをＬ（Ｈ）とすると、リニアソレノイドに通電される電流Ｉ（ｔ）が、一般的にＩ（ｔ）＝ＶＬ（ｔ）（１−ｅｘｐ（−Ｒ（ｔ）・ｔ／Ｌ）
）Ｒ（ｔ）に近いものとなる。このためリニアソレノイドの電流制御を左右する要因となるのは時間的要素を除いては主に電圧と抵抗である。

上記特許文献１に開示されたリニアソレノイド弁の制御装置は図２に示す構成がとられている。図２は特許文献１に開示されたリニアソレノイド弁の制御装置のシステムの全体構成を説明するブロック図で、この図２において、自動変速機の変速制御部２００では、目標の油圧値を得るために目標油圧値・目標電流値変換部２０１で、リニアソレノイド２０２の油圧・電流特性に基づいてリニアソレノイド２０２に通電させる目標電流を決定する。

目標油圧値・目標電流値変換部２０１において、リニアソレノイド２０２の目標電流が決定されると、リニアソレノイド２０２に通電する電流を目標電流に一致させるため、ＰＷＭ（パルス幅変調）出力回路２０３に指示する出力デューティ比を算出する。出力デューティ比はフィードフォワード制御部２０４とフィードバック制御部２０５で算出したデューティ比で構成される。

即ち、リニアソレノイド２０２の基準電圧をＶＢ、現在の電圧をＶＣ、リニアソレノイド２０２の基準抵抗をＲＢ、基準抵抗ＲＢと現在の抵抗差をΔＲＢとする。フィードフォワード制御部２０４では、まず基準電圧ＶＢ、基準抵抗ＲＢの下でのデューティ比とリニアソレノイド２０２に通電される電流を予め計測し、リニアソレノイド電流とデューティ比をマップ化しておき、リニアソレノイド２０２に通電する目標電流に合わせて前述したリニアソレノイド電流とデューティ比のマップから必要な出力デューティ比を算出し、フィードフォワード制御する。

また、フィードバック制御部２０５では、基準抵抗ＲＢが現在の抵抗（ＲＢ＋ΔＲＢ）に変化することによるリニアソレノイド２０２に通電される電流変化分を補正するために、リニアソレノイド２０２の現在の電流値と目標電流値を比較して出力デューティ比を補正する。さらに基準電圧ＶＢが現在の電圧ＶＣに変化した際に、電源電圧補正部２０６で基準電圧ＶＢと現在の電圧ＶＣとの電圧比を出力デューティ比に積算することによって出力デューティ比を補正している。

しかし、この電源電圧補正部２０６では、リニアソレノイド２０２の抵抗変化による電流補正量であるはずのフィードバック制御部２０５で算出されたデューティ比も同時に電源電圧比で積算することになってしまい、電源電圧変動時にフィードバック制御部２０５での補正分のデューティ比により、オーバーシュートの発生につながる可能性が高くなる。例えば、現在の抵抗が基準抵抗より大きく変化しており、そのためフィードバッグ制御部２０５によるデューティ補正量が大きくなっている状況で電源電圧変動が発生した場合は、電源電圧補正部２０６により本来の抵抗補正分のデューティ比が大きく変動してしまい、オーバーシュートの発生につながる可能性が高い。

フィードバック制御部２０５のリニアソレノイド２０２に対する伝達関数は、電源電圧からみた場合は下記１式となり、また、目標電流からみた場合は下記２式のようになる。

特許文献１で述べられているように、仮にフィードバック制御ゲインを小さく設定していた場合、上記１式に示す電源電圧からみたリニアソレノイド２０２に対する伝達関数によると、電源電圧補正部２０６による補正（×ＶＣ／ＶＢ）により若干改善はされるものの（基準電源電圧比０．５〜１．５程度の補正のため）、電源電圧変動によるリニアソレノイド２０２の伝達関数Ｌ（Ｓ,Ｖ,Ｒ）変動量の方が大きいため、リニアソレノイド２０２の電源電圧変動がリニアソレノイド電流に直接影響を与えやすいことが理解される。

反対にフィードバック制御ゲインを大きくしていた場合は、上記１式に示す電源電圧からみたリニアソレノイド２０２に対する伝達関数によると、電源電圧変動時のリニアソレノイド電流に与えるリニアソレノイド２０２の伝達関数Ｌ（Ｓ,Ｖ,Ｒ）変動量の影響は小さくなるが、反対に上記２式に示す目標電流からみたリニアソレノイド２０２に対する伝達関数から、リニアソレノイド２０２に通電する電流を目標電流に追随させるための制御中にオーバーシュートを発生する可能性が高くなる。

なお、図２において、符号２０７はリニアソレノイド２０２を駆動する負荷駆動回路、符号２０８は電源を示している。また、Ｓはラプラス変数、Ｌ（Ｓ，Ｖ，Ｒ）は電源電圧Ｖ，リニアソレノイド抵抗Ｒおよびラプラス変数によるリニアソレノイド２０２の伝達関数を示し、Ｋｐは比例ゲイン、Ｔ１は積分時間を示している。

また、特許文献２に開示された誘導性負荷の通電制御装置は、従来のリニアソレノイド電流制御装置の機構に負荷抵抗切替え回路を追加するものであるため、従来装置に比べて部品点数が増え、機構が複雑になり価格が上がる課題がある。

この発明は上記従来技術の課題を解消するためになされたもので、変速中の油圧制御による目標電流変動およびリニアソレノイド等の誘導性負荷の電源電圧変動の各々に合わせて同時に最適な形でリニアソレノイド等の誘導性負荷に通電される電流を制御し、精度を向上させる変速機用制御装置を提供するものである。

この発明に係る変速機用制御装置は、通電される電流値に応じた油圧を出力する誘導性負荷の電源電圧をモニタすると共に、上記誘導性負荷を駆動する負荷駆動回路に通電されるパルス電流をモニタし、上記パルス電流のデューティ比を制御する変速機用制御装置であって、上記負荷駆動回路に通電される電流をフィードバック制御して上記デューティ比を制御するフィードバック制御部と、上記フィードバック制御部のフィードバック制御と並列して上記誘導性負荷の目標電流および電源電圧に応じてフィードフォワード制御でデューティ比を算出するフィードフォワード制御部と、上記フィードバック制御部と上記フィードフォワード制御部からの出力デューティ比を上下限クリップする出力デューティ比上下限クリップ手段と、を備えた変速機用制御装置において、上記フィードフォワード制御部は、上記目標電流の変動に対して上記フィードバック制御部の制御に先駆けてデューティ比を出力する目標電流フィードフォワード制御部と、上記電源電圧の変動時に出力デューティ比に対しデューティ比補正量を加減算し、デューティ比補正制御を行う電源電圧フィードフォワード制御部を備え、上記フィードバック制御部は、所定のゲインに設定される目標電流値フィルタと、ＰＩＤ制御部を備え、上記目標電流の変動時は、上記目標電流値フィルタと上記ＰＩＤ制御部を通したデューティ比の算出を行い、上記電源電圧の変動時は、上記ＰＩＤ制御部でのみデューティ比補正を実施するものである。

この発明によれば、変速機に用いられるリニアソレノイド等の誘導性負荷の目標電流変
動および電源電圧変動が同時に発生した場合においても、リニアソレノイド等の誘導性負荷に通電する電流を最適な形で制御でき、精度を向上させた変速機用制御装置が得られる効果がある。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る変速機用制御装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この発明は上記実施の形態により限定されるものではなく、この発明の趣旨に基づく諸種の設計的変更をも含むものである。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る変速機用制御装置のシステムの全体構成を示すブロック図である。図１において、自動変速機の変速制御部１００では、目標の油圧値を得るために目標油圧値・目標電流値変換部１０１で、誘導性負荷、例えばリニアソレノイド１０２の油圧・電流特性に基づいてリニアソレノイド１０２に通電させる目標電流を決定する。

目標油圧値・目標電流値変換部１０１において、リニアソレノイド１０２の目標電流が決定されると、リニアソレノイド１０２に通電する電流を目標電流に一致させるため、ＰＷＭ（パルス幅変調）出力回路１０３に指示する出力デューティ比を算出する。出力デューティ比はフィードフォワード制御部１０４とフィードバック制御部１０５で算出したデューティ比で構成される。

フィードフォワード制御部１０４は、リニアソレノイド１０２の目標電流と電源１０６の電圧変動に対しステップ応答的に必要なデューティ比を算出し、出力する制御を行い、目標電流フィードフォワード制御部１０７と電源電圧フィードフォワード制御部１０８から構成される。

目標電流フィードフォワード制御部１０７は、目標電流の変動に対しフィードバック制御に先駆けてデューティ比を出力する制御を実施する。事前に計測しておいたリニアソレノイド１０２の基準電圧と基準抵抗の下でのリニアソレノイド電流とデューティ比の関係マップから目標電流に応じた出力デューティ比を検索し、出力する制御を行う。このため急激な目標電流変動に対してもステップ応答的な電流補正制御が実施できる。

電源電圧フィードフォワード制御部１０８は、電源電圧変動時に出力デューティ比に対しデューティ比補正量を加減算し、デューティ比補正制御を行う。デューティ比補正量は、電源電圧変動量と目標電流とデューティ比補正量マップから現在の電源電圧変動量(基準電圧と現在の電圧の差)と目標電流を元にして検索する。なお、電源電圧変動量と目標電流とデューティ比マップは、電源電圧変動量と目標電流を軸とし、目標電流フィードフォワード制御部１０７で算出されたデューティ比に対するデューティ補正量をプロットした３次元マップである。

電源電圧フィードフォワード制御部１０８は、電源電圧変動によるリニアソレノイド電流変動が発生してからデューティ比補正を開始するフィードバック制御部１０５よりはやく電源電圧変動に即応してデューティ比補正を行えるため、電源電圧変動によるリニアソレノイド電流変動を低減できる。さらに出力デューティ比は目標電流を軸としたマップを使用することにより、電源電圧変動と目標電流変動が同時に発生した場合においてもデューティ比補正によるオーバーシュート発生などの二次災害を防止することができ、適切なデューティ比補正を行うことができる。

次に、フィードバック制御部１０５について説明する。フィードバック制御部１０５は
２自由度ＰＩＤ制御を用いるため、目標電流値フィルタ１０９とＰＩＤ制御部１１０から構成され、ＰＩＤ制御部１１０は、比例ゲイン１１０ａ、積分ゲイン１１０ｂ、微分ゲイン１１０ｃから構成されている。目標電流変動時は、フィードバック制御によるデューティ比は目標電流値フィルタ１０９とＰＩＤ制御部１１０を通したデューティ比の算出が行われる。これに対してリニアソレノイド１０２の電流変動時は、フィードバック制御部１０５ではＰＩＤ制御部１１０でのみデューティ比補正が実施される。つまりフィードバック制御部１０５の目標電流および電源電圧変動それぞれに対するリニアソレノイド１０２への伝達関数は、電源電圧からみた場合は下記３式となり、また、目標電流からみた場合は下記４式のようになる。

電源電圧からみたリニアソレノイド１０２への伝達関数は上記３式になり、ＰＩＤ制御部１１０のフィードバックゲインを電源電圧変動に合わせて調整し、比較的大きなゲインに設定することにより、電源電圧によるリニアソレノイド１０２の伝達関数Ｌ（Ｓ,Ｖ,Ｒ）の変動がフィードバック制御部１０５に影響を与えないようにすることができる。また、電源電圧フィードフォワード制御１０８により、電源電圧変動時のリニアソレノイド１０２の伝達関数Ｌ（Ｓ,Ｖ,Ｒ）の変動の影響が低減できていれば、さらにフィードバック制御部１０５に与える影響が少なくなる。

一方、目標電流からみたリニアソレノイド１０２に対する伝達関数は上記４式になり、ＰＩＤ制御部１１０を電源電圧変動に対して最適なフィードバックゲインを設定した状態でも、目標電流値フィルタ１０９のゲインａ、ｂを目標電流値のフィードバック制御に最適な値に設定しておけば、ＰＩＤ制御部１１０のうちＰＩ制御を利用して、目標電流に最適なフィードバック制御を実現できる。このようにリニアソレノイド電流補正のためにフィードバックゲインを目標電流変動と電源電圧変動のそれぞれの状況に応じて変更することなく固定できるため、事前にフィードバック制御系の安定化を考慮することができる。

また、これらのフィードバック制御を行う場合、ラプラス逆変換を実施し、漸化式を求めると、下記５式あるいは６式のようになる。

上記５式は目標電流値フィルタ１０９の漸化式、６式はＰＩＤ制御部１１０の漸化式、つまり実施の形態１によるフィードバック制御部１０５の漸化式である。

出力デューティ比上下限クリップ制御部１１１では、前述したフィードフォワード制御１０４とフィードバック制御１０５で算出されたデューティ比をＰＷＭ出力回路１０３で実現可能なパルス幅出力となるように、出力可能なデューティ比の上限値を上回った場合はデューティ上限値に、また、出力可能なデューティ比の下限値を下回った場合はデューティ下限値に出力デューティ比を置き換える制御を実施する。このことによりＰＷＭ出力回路１０３の誤作動を防止する。

なお、図１において、符号１１２はリニアソレノイド１０２を駆動する負荷駆動回路を示している。また、Ｓはラプラス変数、Ｌ（Ｓ，Ｖ，Ｒ）は電源電圧Ｖ，リニアソレノイド抵抗Ｒおよびラプラス変数によるリニアソレノイド１０２の伝達関数を示し、Ｋｐは比例ゲイン、Ｔ１は積分時間、ＴＤは微分時間、ＫＤは微分ゲインを示している。さらに、ａおよびｂは目標電流値フィルタゲインを示している。

以上のように、実施の形態１に係る変速機用制御装置によれば、変速機に用いられるリニアソレノイドの目標電流変動および電源電圧変動が同時に発生した場合においても、リニアソレノイドに通電する電流を最適な形で制御できる。また、フィードバック制御部１０５のゲインを固定にできるため、制御の安定化を検討した上でのシステム構築が実施できる。

この発明に係る変速機用制御装置は、車輌に搭載される自動変速機のリニアソレノイドに通電する電流を負荷駆動回路に与えるパルス幅によって制御する変速機用制御装置に利用できる。

この発明の実施の形態１を示す変速機用制御装置のシステムの全体構成を示すブロック図である。 従来の変速機用制御装置のシステムの全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００、２００ 変速制御部
１０１、２０１ 目標油圧値・目標電流値変換部
１０２、２０２ リニアソレノイド
１０３、２０３ ＰＷＭ（パルス幅変調）出力回路
１０４、２０４ フィードフォワード制御部
１０５、２０５ フィードバック制御部
１０６、２０８ 電源
１０７ 目標電流フィードフォワード制御部
１０８ 電源電圧フィードフォワード制御部
１０９ 目標電流値フィルタ
１１０ ＰＩＤ制御部
１１１ 出力デューティ比上下限クリップ制御部
１１２、２０７ 負荷駆動回路
２０６ 電源電圧補正部

Claims (7)

1. 通電される電流値に応じた油圧を出力する誘導性負荷の電源電圧をモニタすると共に、上記誘導性負荷を駆動する負荷駆動回路に通電されるパルス電流をモニタし、上記パルス電流のデューティ比を制御する変速機用制御装置であって、
   上記負荷駆動回路に通電される電流をフィードバック制御して上記デューティ比を制御するフィードバック制御部と、
   上記フィードバック制御部のフィードバック制御と並列して上記誘導性負荷の目標電流および電源電圧に応じてフィードフォワード制御でデューティ比を算出するフィードフォワード制御部と、
   上記フィードバック制御部と上記フィードフォワード制御部からの出力デューティ比を上下限クリップする出力デューティ比上下限クリップ手段と、を備えた変速機用制御装置において、
   上記フィードフォワード制御部は、上記目標電流の変動に対して上記フィードバック制御部の制御に先駆けてデューティ比を出力する目標電流フィードフォワード制御部と、上記電源電圧の変動時に出力デューティ比に対しデューティ比補正量を加減算し、デューティ比補正制御を行う電源電圧フィードフォワード制御部を備えると共に、
   上記フィードバック制御部は、所定のゲインに設定される目標電流値フィルタと、ＰＩＤ制御部を備え、上記目標電流の変動時は、上記目標電流値フィルタと上記ＰＩＤ制御部を通したデューティ比の算出を行い、上記電源電圧の変動時は、上記ＰＩＤ制御部でのみデューティ比補正を実施することを特徴とする変速機用制御装置。
2. 上記フィードバック制御部は、上記ＰＩＤ制御部による制御のフィードバックゲインを変化させずに変速中の目標電流への誘導性負荷電流のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１記載の変速機用制御装置。
3. 上記フィードバック制御部は、上記ＰＩＤ制御部による制御のフィードバックゲインを変化させずに誘導性負荷の電源電圧変動中の目標電流への誘導性負荷電流のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１記載の変速機用制御装置。
4. 上記フィードフォワード制御部は、事前に誘導性負荷の基準電圧と基準抵抗を定めて計測したデューティ比・誘導性負荷電流マップから上記誘導性負荷に通電する目標電流に適したデューティ比を検索し、出力制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の変速機用制御装置。
5. 上記フィードフォワード制御部は、誘導性負荷の電源電圧変動に合わせてデューティ比を加減算補正し、上記誘導性負荷の電源電圧変動が与える負荷駆動回路に通電される電流変動を最小限にすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の変速機用制御装置。
6. 上記フィードフォワード制御部は、誘導性負荷の電源電圧の基準値との差と目標電流を軸としたマップに基づいたデューティ比を加減算補正することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の変速機用制御装置。
7. 上記出力デューティ比上下限クリップ手段は、フィードフォワード制御部とフィードバック制御部で決定した出力デューティ比が、負荷駆動回路にパルス電流を出力するＰＷＭ出力回路において出力可能なパルス幅の上下限に収まるように調整することを特徴とする
   請求項１〜６の何れか一項に記載の変速機用制御装置。

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