JP6377316B2 - Valve control device - Google Patents
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Description
本発明は、電子制御バルブを制御するバルブ制御装置に関する。 The present invention relates to a valve control device that controls an electronic control valve.
従来、バルブをPID(Proportional Integral Derivative)制御などのフィードバック制御により電子制御する技術が知られている。この技術による制御対象のバルブとして、例えば、エンジンを冷却する冷却水の流量を制御する冷却水バルブが挙げられる。この冷却水バルブは、冷却水を冷却するラジエータ近傍を通過する経路への冷却水の流量を、その開度により調節可能にするものである。また、このラジエータ近傍を通過する経路を通る冷却水は、エンジン近傍のウォータージャケットへ供給される。また、このような冷却水バルブを用いるエンジンの冷却システムによれば、冷却水バルブの開度を制御することにより、ウォータージャケットへ供給される冷却水の流量が調節され、その結果として冷却水により冷却されるエンジンの温度を調節することができる。 Conventionally, a technique for electronically controlling a valve by feedback control such as PID (Proportional Integral Derivative) control is known. As a valve to be controlled by this technique, for example, a cooling water valve for controlling the flow rate of cooling water for cooling the engine can be cited. This cooling water valve enables the flow rate of the cooling water to the path passing through the vicinity of the radiator for cooling the cooling water to be adjusted by the opening degree. Further, the cooling water passing through the path passing through the vicinity of the radiator is supplied to a water jacket in the vicinity of the engine. Further, according to the engine cooling system using such a cooling water valve, the flow rate of the cooling water supplied to the water jacket is adjusted by controlling the opening degree of the cooling water valve, and as a result, the cooling water The temperature of the cooled engine can be adjusted.
上述のエンジンの冷却システムにおいて、冷却水バルブの制御は、エンジンの温度を調節するために目標とする冷却水の温度に基づいて算出された目標開度と、冷却水バルブの実開度とに基づくPID制御により行われ、実開度が目標開度に達した場合に、冷却水バルブを駆動するモータに対する通電を停止していた。 In the engine cooling system described above, the cooling water valve is controlled based on the target opening calculated based on the target cooling water temperature for adjusting the engine temperature and the actual opening of the cooling water valve. When the actual opening reaches the target opening, the energization to the motor that drives the cooling water valve is stopped.
また、関連する技術として、冷却水温センサの出力信号のA/D変換値に基づいて算出したモータ初期温度から、TVCのモータの許容通電時間を演算することにより、TCVの実バルブ開度を目標バルブ開度に制御する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a related technique, the actual valve opening of the TCV is set as a target by calculating the allowable energization time of the TVC motor from the initial motor temperature calculated based on the A / D conversion value of the output signal of the cooling water temperature sensor. A technique for controlling the valve opening is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、冷却水バルブには、その機械的構成に起因する非線形なフリクションが存在し、このようなフリクションなどを要因として、モータの通電を停止した後にオーバーシュートあるいはアンダーシュートが生じ、目標開度に留まることができない場合がある。このような場合、通電を停止後に、再度モータに対して通電を開始して冷却水バルブを目標開度に到達させる必要があり、結果として、目標開度到達後の消費電力が増大するという問題がある。このような問題は、冷却水バルブに限らず、非線形なフリクションを持つ全てのバルブに起こり得る問題である。 However, the cooling water valve has non-linear friction due to its mechanical configuration. Due to such friction, overshoot or undershoot occurs after the motor is de-energized, and the target opening is reduced. You may not be able to stay. In such a case, after energization is stopped, it is necessary to start energization of the motor again and cause the cooling water valve to reach the target opening, resulting in an increase in power consumption after reaching the target opening. There is. Such a problem is not limited to the cooling water valve, and may occur in all valves having nonlinear friction.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、バルブの制御において、目標開度到達後の消費電力を低減することができるバルブ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a valve control device capable of reducing power consumption after reaching a target opening degree in valve control.
上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、バルブを開方向または閉方向に駆動する駆動装置を制御するバルブ制御装置であって、前記バルブの開度の目標値と前記バルブの開度の実測値との偏差に基づいて前記駆動装置の操作量を算出する操作量算出部と、前記バルブの開度が前記目標値に達したかどうかを判断する判断部と、前記判断部により前記バルブの開度が前記目標値に達したと判断された場合、前記操作量算出部により算出された操作量に基づいて、該操作量とは異なる操作量である補正量を算出する補正量算出部とを備える。 In order to solve the above-described problem, one aspect of the present invention is a valve control device that controls a driving device that drives a valve in an opening direction or a closing direction, and includes a target value of the valve opening and an opening of the valve. An operation amount calculation unit that calculates an operation amount of the driving device based on a deviation from an actual measurement value of the degree, a determination unit that determines whether or not an opening degree of the valve has reached the target value, and the determination unit A correction amount for calculating a correction amount that is an operation amount different from the operation amount based on the operation amount calculated by the operation amount calculation unit when it is determined that the opening degree of the valve has reached the target value A calculation unit.
本発明によれば、バルブの制御において、目標開度到達後の消費電力を低減することができる。 According to the present invention, power consumption after reaching the target opening can be reduced in the control of the valve.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本実施の形態に係るエンジン冷却システムについて説明する。図1は、本実施の形態に係るエンジン冷却システムを示す模式図である。 First, the engine cooling system according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine cooling system according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態に係るエンジン冷却システム1は、エンジン11、ウォータージャケット12、ウォーターポンプ13、冷却水バルブ21、モータ22、ポジションセンサ23、水温センサ24、ECU(Engine Control Unit)31、ラジエータ41、ヒータ42、スロットル43、メイン流路パイプ91、サブ流路パイプ92、バイパス流路パイプ93を備える。
As shown in FIG. 1, the
エンジン冷却システム1は、メイン流路パイプ91、サブ流路パイプ92、またはバイパス流路パイプ93を介して冷却水を循環させ、ウォータージャケット12によりエンジン11の温度を制御する。
The
エンジン11は、自動車等の車両の内燃機関である。ウォータージャケット12は、エンジン11近傍に備えられ、その内部の冷却水によりエンジン11を冷却するものである。メイン流路パイプ91は、ラジエータ41に冷却水を流入させるものである。サブ流路パイプ92は、ヒータ42及びスロットル43に冷却水を流入させるものである。バイパス流路パイプ93は、ウォータージャケット12から流出した冷却水をウォーターポンプ13に流入させるものである。なお、ラジエータ41、ヒータ42及びスロットル43に流入した冷却水はウォーターポンプ13に流入する。ウォーターポンプ13は、ウォータージャケット12に冷却水を流入させるものである。ラジエータ41は、冷却水を冷却するものである。ヒータ42は、車室内を暖めるものである。スロットル43は、エンジン11への呼気の流入量を制御するものである。
The
冷却水バルブ21は、ロータリ式のバルブであり、外周面の一部に開口部が設けられ、その開度によってメイン流路パイプ91及びサブ流路パイプ92へ冷却水を流入させるものである。モータ22は、冷却水バルブ21を駆動するアクチュエータとしての直流モータである。ポジションセンサ23は、冷却水バルブ21の周方向の位置を検出することにより、メイン流路パイプ91及びサブ流路パイプ92に対する冷却水バルブ21の開度を検出するものである。水温センサ24は、冷却水の温度を検出するものである。ECU31は、プロセッサとメモリを備え、エンジン11に係る各種動作を制御するマイクロコントローラであり、本実施例においては、水温センサ24及びポジションセンサ23により検出された冷却水バルブ21の位置及び冷却水の温度に基づいて、モータ22の動作を操作するものとする。
The
上述のような構成により、冷却水は、メイン流路パイプ91を経由して循環することでラジエータ41により冷却され、バイパス流路パイプ93を経由する場合は冷却されずに循環する。また、エンジン冷却システム1は、冷却水バルブ21の開度により冷却水の循環経路を切り替え、また、メイン流路パイプ91への冷却水の流入量を制御することによりエンジン11の温度を制御する。
With the configuration described above, the cooling water is cooled by the
次に、冷却水バルブとシール部材について説明する。図2は、冷却水バルブとシール部材を示す模式図である。 Next, the cooling water valve and the seal member will be described. FIG. 2 is a schematic view showing a cooling water valve and a seal member.
図2に示すように、メイン流路パイプ91及びサブ流路パイプ92の冷却水流入口近傍には、それぞれ、その外周を覆うようにシール部材91a,92aが設けられている。また、冷却水バルブ21は、回転軸21aを軸として周方向に回転することにより、メイン流路パイプ91及びサブ流路パイプ92に対する開口部の位置を変更する。この開口部の位置により、メイン流路パイプ91及びサブ流路パイプ92へそれぞれ流入される冷却水の量が調整される。このような構成において、冷却水バルブ21とシール部材91a,92aとの間で非線形なフリクション、スティックスリップなどが発生する。この非線形なフリクションやスティックスリップは、停止した冷却水バルブが目標開度に留まることを妨げる要因となり得る。
As shown in FIG. 2,
次に、ウォームギヤについて説明する。図3は、ウォームギヤを示す模式図である。 Next, the worm gear will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing the worm gear.
図3に示すように、モータ22による駆動力は、モータ22の回転軸に設けられたギヤ81、ギヤ81に噛み合うギヤ82、ギヤ82と同軸上に設けられて一体に回転するギヤ83、ギヤ83に噛み合うギヤ84、ギヤ84と同軸上に設けられて一体に回転するウォーム85を介して、ウォーム85に噛み合うウォームホイール86に伝達される。また、伝達された駆動力は、冷却水バルブ21の回転軸21aに接続されたウォームホイール86の回転軸86aにより冷却水バルブ21へ伝達される。このような駆動力の伝達においては、ギヤ間において様々な非線形摩擦が発生する。更に、ウォーム85とウォームホイール86により構成されるウォームギヤにおいては、ウォーム85のねじれ方向及びねじり角などを要因として方向性を持ったヒステリシスが発生する。このようなヒステリシスは、冷却水バルブ21が停止した後に、目標開度に達するまでの冷却水バルブ21の動作方向に関わらず、冷却水バルブ21が目標開度に対して、所定の方向に所定のずれを生じさせる要因となり得る。なお、本実施の形態において、ウォームギヤに起因するヒステリシスは、閉方向よりも開方向に大きいものとする。この場合、冷却水バルブ21は、目標開度に達した後、それまで開方向に動作していた場合は、順方向にずれが生じ、閉方向に動作していた場合は逆方向にずれが生じる。
As shown in FIG. 3, the driving force of the
次に、ECUのハードウェア構成について説明する。図4は、ECUのハードウェア構成を示すブロック図である。 Next, the hardware configuration of the ECU will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a hardware configuration of the ECU.
図4に示すように、ECU31は、CPU(Central Processing Unit)311、メモリ312、入出力インターフェイス313、駆動回路314を備える。CPU311及びメモリ312は、協働して冷却水バルブ21の制御に係る処理を行う。また、入出力インターフェイス313はCPU311の入出力に係るインターフェイスであり、CPU311はこの入出力インターフェイス313を介してポジションセンサ23及び水温センサ24による検出結果を取得するとともに、入出力インターフェイス313を介してモータ22の操作量に応じた信号を駆動回路314に出力する。この駆動回路314は、モータ22をPWM(Pulse Width Modulation)制御するPWM回路であり、入力された信号の大きさに応じてパルス幅のデューティ比を変更することによりモータ22を駆動する。
As shown in FIG. 4, the
次に、バルブ制御装置の機能構成について説明する。なお、本実施の形態において、ECU31がバルブ制御装置として機能するものとする。図5は、バルブ制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。なお、以降の説明においては、制御対象を冷却水バルブ21の開度に限定する。
Next, the functional configuration of the valve control device will be described. In the present embodiment, it is assumed that the
図5に示すように、バルブ制御装置5は、操作量算出部51、判断部52、補正量算出部53を機能として備える。なお、これらの機能は、上述したCPU311及びメモリ312が協働することにより実現されるものとする。
As shown in FIG. 5, the
操作量算出部51は、エンジン11を目標温度とするために目標とするウォータージャケット12に対する冷却水の流量である目標流量に基づいて演算される、目標とする冷却水バルブ21の開度である目標開度の値としての目標値と、フィードバックとしてのポジションセンサ23により検出された冷却水バルブ21の実測値(現在値)とに基づくPID制御によりモータ22に対する操作量を算出する。なお、本実施の形態において、冷却水バルブ21の可動域は190°とし、モータ22の駆動に係る分解能を240として約0.344度単位で冷却水バルブ21の開度を制御するため、冷却水バルブ21の制御可動域は約82.6°となる。また、操作量を正方向に増加させた場合に冷却水バルブ21は開方向に制御されるものとする。また、冷却水バルブ21の制御は、所定のサンプリング周期でなされるものとする。
The operation
判断部52は、制御偏差と目標開度の変更とに基づいて、冷却水バルブ21が目標開度に達したかどうかを判断する。
The
また、補正量算出部53は、冷却水バルブ21が目標開度に達するまでの動作方向に応じて、それぞれ個別に補正量を算出する。なお、補正量算出部53は、目標開度に達するまでの動作方向を判定するため、操作量算出部51により算出された1サンプル前の操作量、または1サンプル前の制御偏差などを参照するものとするが、どのような手段を用いて動作方向を判定しても良い。なお、補正量算出部53により算出された補正量は、操作量として駆動回路314に出力されるものとする。
Further, the correction
次に、判断処理について説明する。図6は、判断処理の動作を示すフローチャートである。なお、この処理において、操作量は操作量算出部によりすでに算出されているものとする。 Next, the determination process will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the determination process. In this process, it is assumed that the operation amount has already been calculated by the operation amount calculation unit.
図6に示すように、まず、判断部52は、前回サンプルの制御偏差が0であるか否かを判断する(S101)。
As shown in FIG. 6, first, the
前回サンプルの制御偏差が0ではない場合(S101,NO)、判断部52は、現サンプルでの制御偏差が0であるかどうかを判断する(S102)。
When the control deviation of the previous sample is not 0 (S101, NO), the
現サンプルでの制御偏差が0である場合(S102,YES)、判断部52は、目標開度が変更されたかどうかを判断する(S103)。
When the control deviation in the current sample is 0 (S102, YES), the
目標開度が変更されない場合(S103,NO)、補正量算出部53は、冷却水バルブ21が目標開度に達するまでの動作方向が開方向か否かを判断する(S104)。
When the target opening is not changed (S103, NO), the correction
動作方向が開方向である場合(S104,YES)、補正量算出部53は、1サンプル前の操作量に基づいて、逆方向、つまり閉方向の補正量を算出し(S105)、その後、判断部52は、次のサンプルを待機し(S106)、再度、前回サンプルの制御偏差が0であるか否かを判断する(S101)。
When the operation direction is the open direction (S104, YES), the correction
一方、動作方向が閉方向である場合(S104,NO)、補正量算出部53は、1サンプル前の操作量に基づいて、順方向、つまり閉方向の補正量を算出し(S107)、その後、判断部52は、次のサンプルを待機し(S106)、再度、前回サンプルの制御偏差が0であるか否かを判断する(S101)。
On the other hand, when the operation direction is the closing direction (S104, NO), the correction
また、ステップS103の判断において目標開度が変更された場合(S103,YES)、判断部52は、次のサンプルを待機し(S106)、再度、前回サンプルの制御偏差が0であるか否かを判断する(S101)。
When the target opening is changed in the determination in step S103 (S103, YES), the
また、ステップS102の判断において現サンプルの制御偏差が0ではない場合(S102,NO)、判断部52は、次のサンプルを待機し(S106)、再度、前回サンプルの制御偏差が0であるか否かを判断する(S101)。
When the control deviation of the current sample is not 0 in the determination in step S102 (S102, NO), the
また、ステップS101の判断において前回サンプルの制御偏差が0である場合(S101,YES)、判断部52は、次のサンプルを待機し(S106)、再度、前回サンプルの制御偏差が0であるか否かを判断する(S101)。
If the control deviation of the previous sample is 0 in the determination in step S101 (S101, YES), the
次に、補正量について説明する。図7〜図11は、それぞれ、補正量の出力パターンA〜Eを示す図である。なお、図7〜図11における補正量は、操作量との比較のため、便宜上、操作量に対して順方向の補正量としている。 Next, the correction amount will be described. 7 to 11 are diagrams showing correction amount output patterns A to E, respectively. For the sake of convenience, the correction amount in FIGS. 7 to 11 is a forward correction amount with respect to the operation amount for comparison with the operation amount.
補正量算出部53により出力される補正量には、様々なパターンが考えられる。図7に示す出力パターンAは、直前の操作量に対してそれ以下の補正量を出力して減衰させたものである。また、図8に示す出力パターンBは、直前の操作量に対してそれ以上の補正量を出力して減衰させたものである。また、図9に示す出力パターンは、直前の操作量に対してそれ以下の補正量を減衰させながら所定の周期間隔で出力したものである。また、図10に示す出力パターンは、直前の操作量に対してそれ以下の絶対値である補正量を、所定の周期間隔で操作量に対して逆方向と順方向とを交互に切り替えながら出力してその絶対値を減衰させたものである。また、図11に示す出力パターンは、直前の操作量に対してそれ以上の補正量を出力したものである。
Various patterns can be considered as the correction amount output by the correction
補正量算出部53は、このような出力パターンと、冷却水バルブ21の動作方向に対する補正量の出力方向、直前の操作量の絶対値と、これに乗じる所定の係数に基づいて、補正量を算出する。なお、この出力パターン、出力方向、所定の係数は、予め冷却水バルブ21の特性に応じて予め設定されていても良く、また、冷却水バルブ21の制御に係るパラメータに応じて適宜変更されても構わない。また、所定の係数は、例えば、モータ22の駆動に係る分解能などに応じて決定されることも考えられる。
The correction
以上説明したように、冷却水バルブ21が目標開度に達した場合に、所定の補正量を算出することにより、非線形なフリクションやスリップスティックに対応することができる。また、それまでの動作方向に応じて、個別に補正量を算出することにより、上述したような方向性を持ったヒステリシスに対応することができる。また、本実施の形態に係るバルブ制御装置5によれば、これらの対応により、目標開度到達後のオーバーシュートあるいはアンダーシュートを低減させることができ、したがって、これらに起因する消費電力の増大を防ぐことができ、冷却水バルブ21の制御に係る消費電力を低減することができる。また、オーバーシュートあるいはアンダーシュートを低減させることができるため、目標開度に対する制御性が向上し、したがって、冷却水温の制御性を向上させることができる。また、目標開度到達後のオーバーシュートあるいはアンダーシュートの低減により、結果として冷却水バルブ21の制御に係る通電時間が短縮され、モータ22の駆動力を冷却水バルブ21へ伝達するギヤやウォームギヤなどの機械部分の耐久性を向上させることができる。
As described above, when the cooling
本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the gist or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, and is not restricted by the text of the specification. Moreover, all modifications, various improvements, substitutions and modifications belonging to the equivalent scope of the claims are all within the scope of the present invention.
1 エンジン冷却システム、5 バルブ制御装置、11 エンジン、12 ウォータージャケット、13 ウォーターポンプ、21 冷却水バルブ、22 モータ、23 ポジションセンサ、24 水温センサ、31 ECU、41 ラジエータ、42 ヒータ、43 スロットル、51 操作量算出部、52 判断部、53 補正量算出部、81〜84 ギヤ、85 ウォーム、86 ウォームホイール、91 メイン流路パイプ、91a シール部材、92 サブ流路パイプ、92a シール部材、93 バイパス流路パイプ、311 CPU、312 メモリ、313 入出力インターフェイス、314 駆動回路。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記バルブの開度の目標値と前記バルブの開度の実測値との偏差に基づいて前記駆動装置の操作量を算出する操作量算出部と、
前記バルブの開度が前記目標値に達したかどうかを判断する判断部と、
前記判断部により前記バルブの開度が前記目標値に達したと判断された場合、前記操作量算出部により算出された操作量に基づいて、該操作量とは異なる操作量である補正量を算出する補正量算出部とを備え、
前記補正量算出部は、前記バルブの開度が前記目標値に達するまでのバルブの動作方向が開方向である場合に開方向の補正量を算出し、前記動作方向が閉方向である場合に閉方向の補正量を算出することを特徴とするバルブ制御装置。 A valve control device that controls a drive device that drives a valve in an opening direction or a closing direction,
An operation amount calculator that calculates an operation amount of the drive device based on a deviation between a target value of the valve opening and an actual value of the valve opening;
A determination unit for determining whether or not the opening of the valve has reached the target value;
When the determination unit determines that the opening degree of the valve has reached the target value, a correction amount that is an operation amount different from the operation amount is calculated based on the operation amount calculated by the operation amount calculation unit. A correction amount calculation unit for calculating,
The correction amount calculation unit calculates the correction amount in the open direction when the valve operating direction until the valve opening degree reaches the target value is the open direction, and when the operation direction is the closed direction A valve control device that calculates a correction amount in a closing direction.
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