JP5597117B2 - リニアソレノイドの電流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアソレノイドの電流制御装置に係り、特に、自動的に電流フィードバック制御を実行する電流制御ＩＣを用いたリニアソレノイドの電流制御装置に関する。

近年のハイブリッド車や電気自動車の開発に伴い、変速機に要求される機能が多機能化している。それらの多機能化に対応するため、変速機の制御基板においては、多くの回路を一つの制御基板上に実装する必要がある。そのため、従来のリニアソレノイドの電流制御に使用されているリニアソレノイドの電流検出回路を含め、各機能に要する回路は可能な限り実装面積が小さい事が望ましい。

それに対して、リニアソレノイドの電流検出回路及び電流フィードバック機能等を一つのパッケージとした電流制御ＩＣが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電流制御ＩＣを用いることにより、リニアソレノイドの電流検出回路及び電流フィードバック回路等を別々に制御基板に実装する必要がないため、それらの機能に必要な回路の実装面積を縮小することができる。

国際公開第２００２／０８６９１９号

しかしながら、特許文献１記載の電流制御ＩＣは、リニアソレノイドの温度変化によりリニアソレノイドの内部抵抗が変化した際にデューティを補正する手段は備えていないものである。リニアソレノイドの温度が変化すると、それに伴いリニアソレノイドの内部抵抗が変化するため、低温時には電流が流れやすく、高温時には電流が流れにくくなる。そのため、温度に関わらずある一定の指示電流に対して同じデューティのＰＷＭパルスを出力すると、温度によって電流応答が変わることになり、オーバーシュートの誘発、もしくは応答時間の遅延の要因となる。

また、電圧が変化すると、電流制御ＩＣが出力するＰＷＭパルスの高さが変わることになり、同じデューティに対して低電圧時には電流は小さくなり、高電圧時には電流は大きくなる。そのため、電圧に関わらずある一定の指示電流に対して同じデューティのＰＷＭパルスを出力すると、こちらもまたオーバーシュートの誘発、もしくは応答時間の遅延の要因となる。

特に、当該リニアソレノイドの電流制御装置により制御されるリニアソレノイドが、変速機の制御に用いられる場合、目標とする電流値をオーバーシュートしたり、応答時間が遅延すると、最適な変速制御が行えないこととなる。

本発明の目的は、目標電流値が変化し、温度や電圧に変化が生じた場合でも所望の電流応答を実現できるリニアソレノイドの電流制御装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、リニアソレノイドの出力電流値を検出し、前記リニアソレノイドの電流指示値と前記出力電流値との差と帰還率（フィードバックゲイン）に基づいて前記リニアソレノイドへの入力ＰＷＭパルスのデューティ値を計算して電流フィードバック制御を実行する電流制御ＩＣと制御手段とを備えるリニアソレノイドの電流制御装置であって、前記制御手段は、目標電流値が変化したか否かを判断し、前記目標電流値が変化したと判断された場合には、基準電圧及び基準温度において、前記目標電流値に対するデューティ値の前記目標電流値の変化の前後の差分を算出し、デューティ値の差分に対して、前記リニアソレノイドの温度を検出する温度検出手段により検出された温度に応じてデューティ値の差分の補正を行い、さらに、デューティ値の差分に対して、前記リニアソレノイドに供給される電源電圧に応じてデューティ値の差分の補正を行い、前記基準電圧及び前記基準温度において、温度と電源電圧に応じて補正されたデューティ値の差分に対する電流値の差分を前記目標電流値から増減させた補正後の電流指示値を前記電流制御ＩＣに出力し、前記目標電流値が変化した後、所定の周期は、第一の帰還率を前記電流制御ＩＣに設定し、所定周期経過後は前記第一の帰還率よりも小さい第二の帰還率を前記電流制御ＩＣに設定するようにしたものである。
かかる構成により、目標電流値が変化し、温度や電圧に変化が生じた場合でも所望の電流応答を実現できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記目標電流値が変化した後、所定の周期は、前記補正後の電流指示値を前記電流制御ＩＣに出力し、所定周期経過後は、前記目標電流値を電流指示値として前記電流制御ＩＣに出力するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記温度検出手段により検出された温度が前記基準温度より高い場合には前記デューティ値が大きくなるように補正し、前記温度検出手段により検出された温度が前記基準温度より低い場合には前記デューティ値が小さくなるように補正するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記電源電圧の値が前記基準電圧より高い場合には前記デューティ値が小さくなるように補正し、前記電源電圧の値が前記基準電圧より低い場合には前記デューティ値が大きくなるように補正するようにしたものである。

本発明によれば、目標電流変化後、所定指示回数が経過するまでは、帰還率を高く設定し、目標電流を温度と電圧で補正した補正後指示電流を電流制御ＩＣに指示するため、温度や電圧に変化が生じた場合でも、所望の応答性を実現できる。所定の指示回数経過後は帰還率を低く設定し本来の目標電流値を電流制御ＩＣに指示するので、帰還率を低くしたことでオーバーシュートを回避することができ、リニアソレノイドの電流を本来の目標電流値に収束させることでができる。

本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置を用いた変速機制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の動作内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の電流-デューティ変換テーブルの図である。 本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の温度補正テーブルの図である。 本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の電圧補正テーブルの図である。 本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の動作説明図である。 本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の動作説明図である。

以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置を用いた変速機制御システムの構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置を用いた変速機制御システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置２１は変速機制御装置２０に備えられた、マイクロコンピュータ２２と電流制御ＩＣ２２から構成される。変速機３０の中には、変速機３０に変速動作をさせるためのアクチュエータとして、リニアソレノイド３１が内蔵されている。

マイクロコンピュータ２２は電流指示値と帰還率を電流制御ＩＣ２２に与え、電流制御ＩＣ２３は、与えられた電流指示値と帰還率、及び自ら検出したリニアソレノイド３１の電流から適切なデューティを算出し、ＰＷＭパルスをリニアソレノイド３１に印加する。ＰＷＭパルスの電圧はバッテリ１０から供給される。また、電流制御ＩＣ２３で検出したリニアソレノイド３１の電流は、マイクロコンピュータ２２に送信される。

変速機３０の内部には、変速機を動かすための変速機オイル（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）が収納されている。リニアソレノイド３１はＡＴＦの中に漬けられている。リニアソレノイド３１の温度が変化すると、それに伴いリニアソレノイドの内部抵抗が変化する。本実施形態では、リニアソレノイド３１の温度を測定し、内部抵抗の温度の影響を補正するようにしている。そのため、本実施形態では、変速機３０の内部に温度センサＳＥ１を備えている。温度センサＳＥ１は、ＡＴＦの温度を測定するものであるが、前述のように、リニアソレノイド３１がＡＴＦの中に漬けられているため、ＡＴＦの温度を測定することで、リニアソレノイド３１の温度を測定できる。測定したリニアソレノイド３１の温度情報は、電流制御装置２１に取り込まれる。

次に、図２〜図７を用いて、本実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の動作について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるリニアソレノイドの電流制御装置の動作内容を示すフローチャートである。

図２のステップＳ１０において、マイクロコンピュータ２２は、目標油圧等から目標電流値を算出する。

次に、ステップＳ２０において、マイクロコンピュータ２２は、今回算出した目標電流値が、前回目標電流値から変化したかどうかを判断する。ステップＳ２０で変化無し（ＮＯ）と判断した場合は、ステップＳ９０に進み、油圧等から算出された目標電流値をそのまま電流制御ＩＣ２３に指示する。

ステップＳ２０で目標電流値が変化した（ＹＥＳ）と判断した場合、ステップＳ３０に進み、今回の目標電流に相当するデューティを求める。次に、ステップＳ４０において、前回の目標電流に相当するデューティを求める。

ここで、ステップＳ３０とステップＳ４０で求めるデューティは、例えば、図３の様な電流−デューティ変換テーブルを用いて求める。図３のデューティ値については、基準電圧、基準温度における各電流値に対する妥当なデューティ値を実験的に求め、電流とデューティの対応関係を変換テーブルの形で保持している。

その後、ステップＳ５０において、ステップＳ３０とステップＳ４０で求めたデューティの差分の絶対値を算出する。

次に、ステップＳ６０において、ステップＳ５０で求めたデューティの差分に対して温度補正を行う。温度補正は、例えば、図４の様な温度補正テーブルを用いて行う。図４の温度補正値は、基準温度Ｔ０における温度補正係数を１．０としたとき、各温度における妥当な補正値を実験的に求め、温度補正テーブルの形で保持している。温度センサＳＥ１によって検出された温度に対する補正係数を温度補正テーブルから読み出し、この補正係数をデューティの差分に乗じて補正する。

その後、ステップＳ７０において、ステップＳ６０で温度補正を行ったデューティに対して電圧補正を行う。電圧補正の方法については、例えば、図５のような実験的に求めた電圧補正テーブルを用いることができる。図５の電圧補正値は、基準電圧Ｖ０における電圧補正係数を１．０としたとき、各電圧における妥当な補正値を実験的に求め、電圧補正テーブルの形で保持している。バッテリから供給される電源電圧に対する補正係数を電圧補正テーブルから読み出し、この補正係数を温度補正されたデューティの差分に乗じて補正する。

次に、ステップＳ８０において、電流制御ＩＣ２３への指示電流を計算する。指示電流の計算式は、電流制御ＩＣ２３内部のデューティ計算式により異なるが、最終的にステップＳ７０で求めたデューティを電流制御ＩＣ２３が出力するように、電流制御ＩＣの内部のデューティ計算式を逆算して指示電流を求める。例えば、電流制御ＩＣへの指示電流は図６のようになる。電流の流れにくい、高温、低電圧状態ではステップＳ８０で求める電流指示値はステップＳ１０で算出した目標電流よりも大きくなる。逆に、電流の流れやすい低温、高電圧状態では、図７に示すように、ステップＳ８０で求める電流指示値はステップＳ１０で算出した目標電流よりも小さくなる。

最後に、ステップＳ９０において、電流制御装置２２はステップＳ８０で求めた電流指示値を電流制御ＩＣ２３へ送信する。

電流制御ＩＣ２３は、マイクロコンピュータ２２から指示されたリニアソレノイドの目標電流値と前記出力電流値との差と指定された帰還率（フィードバックゲイン）に基づいてリニアソレノイドへの入力ＰＷＭパルスのデューティ値を計算し、電流フィードバック制御を自動的に実行するものである。このように、電流制御ＩＣ２３のフィードバック量は、帰還率を外部から指定して変えることができるものである。そこで、本実施形態では、マイクロコンピュータ２２は、所定の周期が経過するまで（図６の例では１周期）の時間ｔ１〜ｔ２では、高い帰還率（例えば、１００％）を設定して、応答性を高くする。但し、応答性が高いままだと、図６に一点鎖線で示すように、実際の電流値が目標値に対してオーバーシュートする。このオーバーシュートを回避するため、所定の周期経過後の指示タイミングｔ２以降のタイミングでは、低い帰還率（例えば、２５％）として、応答性は低くして、オーバーシュートを回避できる。

図１に示した変速機３０において、リニアソレノイド３１によって制御されるのは、例えば、変速比を変えるためのアクチュエータの動作位置である。この場合、目標電流は、目標変速比を実現するための目標油圧から決定されるものである。従って、目標電流に対して実電流が大きくオーバーシュートするということは、油振の要因に成り得ることであり、変速特性が悪化する可能性がある。それに対して、本実施形態のように、帰還率を変えて、オーバーシュートを回避することで、変速性能を向上することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、温度補正値は実験的に求めた温度補正テーブルから求めているが、温度変化に伴う抵抗値変化の比率などから求めてもよい。また、電圧補正値についても、実験的に求めた電圧補正テーブルではなく、ある基準電圧に対する電圧比から求めてもよい。

本実施形態によれば、温度や電圧に変化が生じた場合でも所望の電流応答を実現できるものとなる。

また、電流制御ＩＣ自体に温度や電圧によりデューティを補正する機能がなくても、電流制御ＩＣへの指示電流を温度や電圧等の周囲条件に応じて補正して、所定の周期間フィードフォワード的に与えることにより、油圧等から算出された目標電流の出力に必要なデューティにある程度近い値を早い段階で出力することができる。そのため、所定周期以降の指示タイミングで低い帰還率を選択しても応答性を悪化させることなく、尚且つ、低い帰還率を選択することでオーバーシュートなく電流制御を行うことができる。

１０…バッテリ
２０…変速機制御装置
２１…電流制御装置
２２…マイクロコンピュータ(ＭＣ)
２３…電流制御ＩＣ
３０…変速機
３１…リニアソレノイド
ＳＥ１…温度センサ

Claims (4)

1. リニアソレノイドの出力電流値を検出し、前記リニアソレノイドの電流指示値と前記出力電流値との差と帰還率（フィードバックゲイン）に基づいて前記リニアソレノイドへの入力ＰＷＭパルスのデューティ値を計算して電流フィードバック制御を実行する電流制御ＩＣと制御手段とを備えるリニアソレノイドの電流制御装置であって、
   前記制御手段は、
   目標電流値が変化したか否かを判断し、前記目標電流値が変化したと判断された場合には、基準電圧及び基準温度において、前記目標電流値に対するデューティ値の前記目標電流値の変化の前後の差分を算出し、
   デューティ値の差分に対して、前記リニアソレノイドの温度を検出する温度検出手段により検出された温度に応じてデューティ値の差分の補正を行い、
   さらに、デューティ値の差分に対して、前記リニアソレノイドに供給される電源電圧に応じてデューティ値の差分の補正を行い、
   前記基準電圧及び前記基準温度において、温度と電源電圧に応じて補正されたデューティ値の差分に対する電流値の差分を前記目標電流値から増減させた補正後の電流指示値を前記電流制御ＩＣに出力し、
   前記目標電流値が変化した後、所定の周期は、第一の帰還率を前記電流制御ＩＣに設定し、所定周期経過後は前記第一の帰還率よりも小さい第二の帰還率を前記電流制御ＩＣに設定する
   ことを特徴とするリニアソレノイドの電流制御装置。
2. 請求項１に記載のリニアソレノイドの電流制御装置において、前記目標電流値が変化した後、所定の周期は、前記補正後の電流指示値を前記電流制御ＩＣに出力し、所定周期経過後は、前記目標電流値を電流指示値として前記電流制御ＩＣに出力することを特徴とするリニアソレノイドの電流制御装置。
3. 請求項１に記載のリニアソレノイドの電流制御装置において、
   前記温度検出手段により検出された温度が前記基準温度より高い場合には前記デューティ値が大きくなるように補正し、前記温度検出手段により検出された温度が前記基準温度より低い場合には前記デューティ値が小さくなるように補正することを特徴とする電流制御装置。
4. 請求項１に記載のリニアソレノイドの電流制御装置において、
   前記電源電圧の値が前記基準電圧より高い場合には前記デューティ値が小さくなるように補正し、前記電源電圧の値が前記基準電圧より低い場合には前記デューティ値が大きくなるように補正することを特徴とする電流制御装置。

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