JP6856483B2 - 流体制御弁の制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、流体の流れを制御する流体制御弁の制御装置に関するものである。

従来技術として、特許文献１には、流体制御弁としての二重偏心弁と、この二重偏心弁を制御する制御部を有する装置が開示されている。そして、二重偏心弁は、弁座と、弁体と、弁体を駆動させて開度を調整するモータ部と、を有する。

国際公開第２０１６／００２５９９号

特許文献１に開示される二重偏心弁のような流体制御弁において、弁座にシール部材が設けられている場合がある。この場合、開閉弁時において、弁体がシール部材に摺動する低開度域にて、シール部材の摺動抵抗が生じる。これにより、低開度域にて、弁体の動きが遅くなり、要求開度に達するまでの時間に遅れが生じて、開度制御の応答性が低下するおそれがある。あるいは、シール部材の摺動抵抗が大きいため、弁体、または弁座に求められる耐久性が厳しくなるおそれがある。

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、シール部材が設けられている弁の摺動抵抗を加味して、開度制御の応答性の向上とシール部材への負荷の軽減の少なくとも一方を図ることができる流体制御弁の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、弁座と、弁体と、前記弁体を駆動させて開度を調整する駆動部と、を有し、前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に前記弁体と前記弁座との間を封止するシール部材が設けられた流体制御弁と、前記流体制御弁を制御する制御部と、を有する流体制御弁の制御装置において、前記制御部は、開閉弁時にて、前記弁体又は前記弁座が前記シール部材に摺動する開度範囲であるシール部材影響範囲内の開度では、前記駆動部の制御量を補正し、前記制御量はＰＩＤ演算値として算出され、前記制御部は、前記ＰＩＤ演算値をオフセットして、または、前記ＰＩＤ演算値に任意の定数を掛けて、または、ＰＩＤ制御のゲインを変更させて、前記ＰＩＤ演算値を補正し、前記ＰＩＤ演算値は、前記シール部材の硬度、または摩擦係数と相関のある指標を用いて補正されること、を特徴とする。

この態様によれば、開閉弁時に、シール部材影響範囲内の開度において、駆動部の制御量を補正することにより、弁体の駆動を速くして、開度制御の応答性を向上させることができる。あるいは、シール部材影響範囲内の開度において、駆動部の制御量を補正することにより、弁体の駆動を遅くして、シール部材への負荷を軽減できる。
また、ＰＩＤ演算値を大きくすることにより、弁体の駆動を速くして、開度制御の応答性を向上させることができる。あるいは、ＰＩＤ演算値を小さくすることにより、弁体の駆動を遅くして、シール部材への負担を軽減できる。
また、シール部材の硬度、または摩擦係数に応じて、駆動部の制御量を調整して、適切に弁体の駆動を制御することができる。

上記の態様においては、前記制御部は、前記シール部材影響範囲の学習を行うこと、が好ましい。

この態様によれば、ロバスト性を向上させることができる。すなわち、例えば流体制御弁の個体差や何らかの外乱の影響などによってシール部材影響範囲の変動が生じる場合であっても、安定して、開閉弁時に、シール部材影響範囲内の開度において、駆動部の制御量を補正することができる。

そして、シール部材影響範囲の学習を行う一態様として、前記シール部材影響範囲の学習は、前記シール部材影響範囲外の任意の開度から前記駆動部の制御量を一定として閉弁させていくときに、前記シール部材影響範囲における上限開度の設計値である設計上限開度以下の開度にて、実開度の変化量が所定値以下となったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、が好ましい。

また、シール部材影響範囲の学習を行う他の態様として、前記シール部材影響範囲の学習は、前記シール部材影響範囲外の任意の開度から前記駆動部の制御量を一定として閉弁させていくときに、実開度の時間変化を示す曲線にて変曲点が現れるときの開度未満の開度にて、実開度の変化量が所定値以下となったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、が好ましい。

また、シール部材影響範囲の学習を行う他の態様として、前記シール部材影響範囲の学習は、実開度が指令開度に近づく度に指令開度を小さくして前記シール部材影響範囲外の任意の開度から微小開度ずつ閉弁させていくときに、実開度が指令開度に近づくまでに要する時間が所定時間よりも長くなったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、が好ましい。

また、シール部材影響範囲の学習を行う他の態様として、前記シール部材影響範囲の学習は、実開度が指令開度に近づく度に指令開度を小さくして前記シール部材影響範囲外の任意の開度から微小開度ずつ閉弁させていくときに、所定時間当たりの実開度の変化量が所定値以下になったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、が好ましい。

前記シール部材影響範囲の学習を行う態様においては、前記制御部は、前記流体制御弁の全閉位置を学習する全閉学習を併せて行うこと、が好ましい。

本開示の流体制御弁の制御装置によれば、開度制御の応答性の向上とシール部材への負荷の軽減の少なくとも一方を図ることができる。

二重偏心弁を備えた電動式の流体制御弁の斜視図である。 全閉状態における弁部を一部破断して示す斜視図である。 全開状態における弁部を一部破断して示す斜視図である。 全閉状態の弁座、弁体及び回転軸を示す側面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態で行われるＰＩＤ制御のブロック線図である。 駆動デューティ比を補正する制御フローの一例を示す図である。 ゴム補正フラグの制御フロー図である。 駆動デューティ比を補正する制御フローの一例を示す図である。 偏差と比例ゲインの関係を示す図である。 偏差と積分ゲインの関係を示す図である。 スタック温と所定値の関係を示す図である。 ゴムシール影響範囲の学習についての第１の学習方法を示す制御フロー図である。 開度の時間変化を示す図である。 ゴムシール影響範囲の学習についての第２の学習方法を示す制御フロー図である。 ゴムシール影響範囲の学習についての第３，４の学習方法を示す制御フロー図である。 実開度が指令開度に近づくまでに要する時間により判定を行う場合の制御フロー図である。 実開度の変化量により判定を行う場合の制御フロー図である。 開度の時間変化を示す図である。 ゴムシール影響範囲内における開度制御の応答性を示す図である。

本開示に係る実施形態である流体制御弁の制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態では、二重偏心弁を備えた電動式の流体制御弁１が使用される。この流体制御弁１は、例えば燃料電池車に搭載され、その駆動用モータ（図示略）に電力を供給する燃料電池システムにおいて、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池スタックから排出されるエアが流れる通路を開閉する封止弁として使用される。

図１に示すように、流体制御弁１は、二重偏心弁より構成される弁部２と、モータを内蔵したモータ部３（「駆動部」の一例）と、複数のギヤを内蔵した減速機構部４と、を備える。弁部２は、内部に流体が流れる流路１１を有する金属製の管部１２を含み、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及び回転軸１５が配置される。流路１１の内形、弁座１３の外形、弁体１４の外形は、それぞれ平面視で円形又はほぼ円形をなしている。回転軸１５には、モータの回転力が複数のギヤを介して伝えられるようになっている。この実施形態で、流路１１を有する管部１２は、ハウジング６の一部に相当し、モータ部３のモータや減速機構部４の複数のギヤは、このハウジング６により覆われる。ハウジング６は、アルミ等の金属により形成される。

図２と図３に示すように、流路１１には段部１０が形成され、その段部１０に弁座１３が組み込まれる。弁座１３は、円環状をなし、中央に円形又はほぼ円形の弁孔１６を有する。弁孔１６の縁部には環状のシート面１７が形成される。本実施形態では、弁座１３に、弁座１３と弁体１４との間を封止するためのゴムシール部１３ａ（「シール部材」の一例）が設けられており、このゴムシール部１３ａにシート面１７が形成されている。弁体１４は、円板状をなし、その外周には、シート面１７に対応する環状のシール面１８が形成される。弁体１４は回転軸１５に固定され、回転軸１５と一体的に回動するようになっている。

図２〜図５に示すように、回転軸１５の軸線Ｌ１は、弁体１４及び弁孔１６の径方向と平行に伸び、弁孔１６の中心Ｐ１から弁孔１６の径方向へ偏心して配置されると共に、弁体１４のシール面１８が回転軸１５の軸線Ｌ１から弁体１４の軸線Ｌ２が伸びる方向へ偏心して配置される。また、弁体１４を回転軸１５の軸線Ｌ１を中心に回動させることにより、弁体１４のシール面１８が、弁座１３のシート面１７に面接触する全閉位置（図２参照）とシート面１７から最も離れる全開位置（図３参照）との間で移動可能に構成される。

この実施形態では、モータ部３のモータの回転力が回転軸１５に伝えられることにより、回転軸１５は軸線Ｌ１を中心に回転する。これにより、図５において、全閉位置から弁体１４が開弁方向（図５に示す矢印Ｆ１の方向、すなわち図５において時計方向）へ回動し始めると同時に、弁体１４のシール面１８が弁座１３のシート面１７から離れ始めると共に回転軸１５の軸線Ｌ１を中心とする回動軌跡ｔ１，ｔ２に沿って移動し始めるようになっている。このようにして、モータ部３のモータは、回転軸１５を軸線Ｌ１を中心に開弁方向に回転させて、弁体１４を駆動させて開度を調整する。

図４と図５に示すように、弁体１４は、その上側の板面１４ａから突出し回転軸１５に固定される山形状の固定部１４ｂを含む。この固定部１４ｂは回転軸１５の軸線Ｌ１から回転軸１５の径方向へずれた位置にて、回転軸１５の先端から突出するピン１５ａを介して回転軸１５に固定される。また、図５に示すように、固定部１４ｂは、弁体１４の軸線Ｌ２上に配置され、固定部１４ｂを含む弁体１４が、弁体１４の軸線Ｌ２を中心に左右対称形状をなすように形成される。

また、流体制御弁１は、リターンスプリング（不図示）を有する。このリターンスプリングは、モータ部３のモータにより回転軸１５が開弁方向に回転するように発生するモータ駆動力に対抗して、回転軸１５を閉弁方向に回転するように付勢している。

そして、本実施形態の流体制御弁の制御装置は、このような二重偏心弁を備えた電動式の流体制御弁１に設けられたモータ部３などを制御する制御部２１を有する（図１参照）。

ここで、制御部２１は、ＰＩＤ制御により、入力される実開度信号及び要求開度信号に基づいて流体制御弁１の開度を制御する。例えば図６に示すように、制御部２１は、入力される実開度信号及び要求開度信号に基づいて要求開度と実開度との偏差を算出し、この算出された偏差に基づいてモータ部３のモータ（制御対象）の制御量としての駆動デューティ比ＤＵＴＹを算出する。このようにして、本実施形態では、駆動デューティ比ＤＵＴＹが、ＰＩＤ演算値として算出される。そして、制御部２１は、この算出された駆動デューティ比ＤＵＴＹに応じて、モータへ印加する電圧を制御する。このようにして、制御部２１は、モータをフィードバック制御することにより、流体制御弁１の実開度を要求開度に近付けるようにして、流体制御弁１の開度を制御している。

ところで、流体制御弁１において、低開度域では、ゴムシール部１３ａが弁体１４の動作に影響を及ぼす範囲、すなわち、弁体１４がゴムシール部１３ａに摺動する開度範囲となっており、ゴムシール部１３ａの摺動抵抗が生じる。すると、開度制御の応答性の観点から考えると、弁体１４の動きが遅くなって、図２０の実線に示すように、ゴムシール影響範囲（ゴムシール部１３ａが弁体１４の動作に影響を及ぼす範囲）では、例えば開弁時に要求開度に達するまでの時間について図２０の点線で示す理想の制御よりも遅れが生じるおそれがある。このように、開度制御の応答性が低下するおそれがある。あるいは、ゴムシール部１３ａの耐久性の観点から考えると、摺動抵抗が大きいため、弁体１４、あるいは弁座１３に求められる耐久性が厳しくなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、低開度域における開度制御の応答性の低下、あるいは、ゴムシール部１３ａへの負担を軽減するために、制御部２１は、開閉弁時にて、ゴムシール影響範囲内の開度では、制御出力、すなわち、モータ部３のモータの制御量である駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する。

具体的には、制御部２１は、図７に示す制御フローチャートに基づく制御を実行する。図７に示すように、通常の駆動デューティ比ＤＵＴＹの演算を行っているとき（ステップＳ１）に、ゴム補正フラグｒｆｌｇが「ＯＮ」となったら（ステップＳ２：ＹＥＳ）、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３にて行う補正の内容については、後述する。

ここで、図８に示すように、ゴム補正フラグｒｆｌｇは、ステップＳ１１にて取得した開度センサ値ａｎがステップＳ１２にて取得したゴム開度学習値ｒａｎ以下であるとき（ステップＳ１３：ＹＥＳ）に、「ＯＮ」となる（ステップＳ１４）。一方、ゴム補正フラグｒｆｌｇは、開度センサ値ａｎがゴム開度学習値ｒａｎよりも大きいとき（ステップＳ１３：ＮＯ）に、「ＯＦＦ」となる（ステップＳ１５）。

ここで、開度センサ値ａｎは、実開度であり、例えば流体制御弁１に設けられた開度センサ（不図示）の検出値である。また、ゴム開度学習値ｒａｎは、ゴムシール影響範囲における上限開度の値であり、例えば後で詳しく述べる学習方法で学習した値である。なお、ゴムシール影響範囲における上限開度の値として、ゴム開度学習値ｒａｎの代わりに、予め決められた設計値を使用してもよい。

このようにして、制御部２１は、実開度がゴムシール影響範囲における上限開度以下、すなわち、実開度がゴムシール影響範囲内（低開度域）の開度であるときに、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する。

ここで、図７のステップＳ３において駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する際には、制御部２１は、例えば以下の数式に示すように、通常の駆動デューティ比ＤＵＴＹをオフセットして駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する。
［数１］
（補正後の駆動デューティ比ＤＵＴＹ）＝（通常の駆動デューティ比ＤＵＴＹ）＋（所定値Ａ）

なお、所定値Ａは、オフセット値である。そして、所定値Ａは、開度制御の応答性を向上させるため弁体１４の動きを速くする場合には、正の値の駆動デューティ比ＤＵＴＹ（例えば５％相当の値）である。一方、所定値Ａは、ゴムシール部１３ａへの負担を軽減するため弁体１４の動きを遅くする場合には、負の値の駆動デューティ比ＤＵＴＹ（例えば−５％相当の値）である。

また、他の実施例として、図７のステップＳ３において駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する際には、制御部２１は、例えば以下の数式に示すように、通常の駆動デューティ比ＤＵＴＹに任意の定数（所定値Ｂ）を掛けて駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正してもよい。
［数２］
（補正後の駆動デューティ比ＤＵＴＹ）＝（通常の駆動デューティ比ＤＵＴＹ）×（所定値Ｂ）

なお、所定値Ｂは、開度制御の応答性を向上させるため弁体１４の動きを速くする場合には１よりも大きい値（例えば１．５）である一方、ゴムシール部１３ａへの負荷を軽減するため弁体１４の動きを遅くする場合には１未満の値（例えば０．７）である。

また、その他、制御部２１は、ＰＩＤ制御のゲインを変更させて、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正してもよい。そこで、図９に示すように、ゴム補正フラグｒｆｌｇが「ＯＮ」であれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ゴム補正時のＰＩＤ制御のゲインを取得して（ステップＳ２２）、駆動デューティ比ＤＵＴＹの演算を行う（ステップＳ２３）。一方、ゴム補正フラグｒｆｌｇが「ＯＦＦ」であれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、通常時のＰＩＤ制御のゲインを取得して（ステップＳ２４）、駆動デューティ比ＤＵＴＹの演算を行う（ステップＳ２３）。

そして、このときのＰＩＤ制御のゲインの一例として、図１０に比例ゲインＫＰを示し、図１１に積分ゲインＫＩを示す。図１０と図１１に示すように、比例ゲインＫＰと積分ゲインＫＩについて、弁体１４の動きを速くする場合（図中の短い破線）には通常時の値（図中、「ｂａｓｅ」と表記して示す値）よりもゴム補正時の値を大きくする一方、弁体１４の動きを遅くする場合（図中の長い破線）には通常時の値よりもゴム補正時の値を小さくする。

さらに、本実施形態では、ゴムシール部１３ａの温度を推定して、この推定結果をもとに、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正してもよい。このとき、例えば水温（スタック温）や吸気温や外気温をもとに、ゴムシール部１３ａの温度の判定（低温判定など）を行う。例えば図１２に示すようなスタック温と所定値Ａの関係図を用いて、スタック温に応じて変化する所定値Ａを用いて駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する。なお、図１２においては、スタック温が高くなるほど所定値Ａは大きくなり、スタック温が低くなるほど所定値Ａは小さくなる。このようにして、制御部２１は、駆動デューティ比ＤＵＴＹを、さらにゴムシール部１３ａの硬度と相関のある指標を用いて補正してもよい。なお、ゴムシール部１３ａの硬度と相関のある指標として、１トリップ間のモータ部３のモータへの総通電時間も考えられる。

以上のように、本実施形態によれば、制御部２１は、開閉弁時にて、ゴムシール影響範囲内の開度では、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する。これにより、開閉弁時に、ゴムシール影響範囲内の開度において、駆動デューティ比ＤＵＴＹをゴムシール影響範囲外の開度のときよりも大きくすることにより、弁体１４の駆動を速くして、開度制御の応答性を向上させることができる。あるいは、ゴムシール影響範囲内の開度において、駆動デューティ比ＤＵＴＹをゴムシール影響範囲外の開度のときよりも小さくすることにより、弁体１４の駆動を遅くして、ゴムシール部１３ａへの負荷を軽減することができる。なお、ゴムシール影響範囲内の開度の大きさによってゴムシール部１３ａの摺動抵抗の大きさが変化するときには、駆動デューティ比ＤＵＴＹの補正量を、ゴムシール影響範囲内の開度の大きさに応じて変化させてもよい。

また、制御部２１は、駆動デューティ比ＤＵＴＹをオフセットして、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正する。これにより、オフセット値を正の値として駆動デューティ比ＤＵＴＹを大きくすることにより、弁体１４の駆動を速くして、開度制御の応答性を向上させることができる。あるいは、オフセット値を負の値として駆動デューティ比ＤＵＴＹを小さくすることにより、弁体１４の駆動を遅くして、ゴムシール部１３ａへの負荷を軽減することができる。

また、制御部２１は、駆動デューティ比ＤＵＴＹに任意の定数を掛けて、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正してもよい。これにより、任意の定数を１よりも大きい値として駆動デューティ比ＤＵＴＹを大きくすることにより、弁体１４の駆動を速くして、開度制御の応答性を向上させることができる。あるいは、オフセット値を１よりも小さい値として駆動デューティ比ＤＵＴＹを小さくすることにより、弁体１４の駆動を遅くして、ゴムシール部１３ａへの負荷を軽減することができる。

また、制御部２１は、ＫＰゲインとＫＩゲインを変更させて、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正してもよい。これにより、ＫＰゲインとＫＩゲインを大きくして駆動デューティ比ＤＵＴＹを大きくすることにより、弁体１４の駆動を速くして、開度制御の応答性を向上させることができる。あるいは、ＫＰゲインとＫＩゲインを小さくして駆動デューティ比ＤＵＴＹを小さくすることにより、弁体１４の駆動を遅くして、ゴムシール部１３ａへの負荷を軽減することができる。

また、駆動デューティ比ＤＵＴＹは、さらに、ゴムシール部１３ａの硬度と相関のある指標を用いて補正されるとしてもよい。これにより、ゴムシール部１３ａの硬度に応じて、駆動デューティ比ＤＵＴＹを調整して、適切に弁体１４の駆動を制御することができる。

例えば前記の図１２に示すようにゴムシール部１３ａの硬度と相関のある指標としてスタック温を用いる場合に、スタック温が高いときはゴムシール部１３ａの温度が高く、硬度が低いとして、前記の所定値Ａ（オフセット値）を大きくすることで、補正後の駆動デューティ比ＤＵＴＹを大きくする。そして、これにより、ゴムシール部１３ａの硬度が低いときには、弁体１４の動きを速くして、開度制御の応答性をさらに向上させることができる。

また、スタック温が低い領域から高い領域まで、上記の温度補正をする場合、図１２に示すように、所定値Ａをマップで持ってもよい。

ここで、ゴムシール影響範囲の上限開度は、前記のように学習値または所定値（例えば設計値）を用いて設定されるが、ロバスト性を高めるために学習値を用いて設定されることが望ましい。

そこで、本実施形態では、制御部２１は、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）がオフされる車両のキーオフ時（または、イグニッションスイッチがオンされる車両のキーオン時）に、ゴムシール影響範囲の学習を行う。また、このとき、流体制御弁１の全閉位置を学習する全閉学習を併せて行ってもよい。

まず、第１の学習方法について説明する。第１の学習方法は、流体制御弁１について、ゴムシール影響範囲外の任意の開度から、駆動デューティ比ＤＵＴＹを一定としながら閉弁させて、弁体１４をゴムシール部１３ａに突き当てる。そして、このとき生じる実開度の単位時間当たりの変化量の挙動をもとに、ゴムシール影響範囲を学習する（ＤＵＴＹ固定学習）。ここで、ゴムシール影響範囲においては、駆動デューティ比ＤＵＴＹを一定としてモータ部３のモータの駆動力が一定であれば、ゴムシール部１３ａの摺動抵抗により、実開度の単位時間当たりの変化量はゴムシール影響範囲外のときよりも小さくなる。

第１の学習方法において、具体的には、制御部２１は、図１３に示す制御フローチャートに基づく制御を実行する。図１３に示すように、開度学習要求がある場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）に、開度指令値ｇｏａｎとして所定値Ｃ（例えば４０°）を取得する（ステップＳ３２）。次に、｜ａｎ−ｇｏａｎ｜≦（所定値Ｄ）の条件を満たす場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、すなわち、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎになった場合、または、近付いた場合には、駆動デューティ比ＤＵＴＹを所定値Ｅ（例えば３％または０％）とする（ステップＳ３４）。そして、このようにして駆動デューティ比ＤＵＴＹを小さくして、スプリング力（前記のリターンスプリングによる付勢力）により閉弁させていく。なお、所定値Ｄは、例えば０．１°である。

その後、開度センサ値ａｎが設計上限開度以下であり（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、全閉学習フラグｆｃｆｌｇが「ＯＦＦ」であれば（ステップＳ３６：ＮＯ）、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔが所定値Ｆ以下であるか否かを判断する（ステップＳ３７）。ここで、設計上限開度は、ゴムシール影響範囲における上限開度の設計値である。また、時間微分ｄａｎｔは、開度センサ値ａｎに対して時間微分を行って算出される値であり、開度センサ値ａｎの単位時間当たりの変化量である。また、所定値Ｆは、例えば０．１°である。

そして、時間微分ｄａｎｔが所定値Ｆ以下であれば（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、そのときの開度センサ値ａｎをゴム開度学習値ｒａｎとして学習し（ステップＳ３８）、全閉学習フラグｆｃｆｌｇを「ＯＮ」とする（ステップＳ３９）。

このようにして、本実施形態では、例えば図１４に示すように、流体制御弁１を、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０（時刻Ｔ１）から、駆動デューティ比ＤＵＴＹを一定として、閉弁させていく。そして、設計上限開度θ１（基準開度）に達した（時刻Ｔ２）後、この設計上限開度θ１以下の開度にて、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔが所定値Ｆ以下になったとき（時刻Ｔ３）の開度θ２を実際のゴムシール影響範囲の上限開度であるとして学習する。そして、開度θ２以下の開度範囲がゴムシール影響範囲であるとして学習する。

なお、図１３に示す制御フローチャートにおいて、ステップＳ３６において、全閉学習フラグｆｃｆｌｇが「ＯＮ」であれば（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、全閉学習を行う（ステップＳ４０）。このようにして、ゴムシール影響範囲の学習とともに、全閉学習も併せて行われる。

また、開度センサ値ａｎは、微少時間（例えば２ｍｓ）毎に検出される。そこで、ステップＳ３７においては、開度センサ値ａｎの変化量として、今回検出された開度センサ値ａｎと前回検出された開度センサ値ａｎの差が所定値Ｆ以下であれば（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、そのときの（今回検出された）開度センサ値ａｎがゴム開度学習値ｒａｎとして学習される（ステップＳ３８）としてもよい。

次に、第２の学習方法について、第１の学習方法と異なる点を中心に説明する。第２の学習方法において、具体的には、制御部２１は、図１５に示す制御フローチャートに基づく制御を実行する。図１５に示すように、開度センサ値ａｎの二階微分ｄ２ａｎｔ２を求める（ステップＳ４５）。そして、変曲点通過フラグｐｆｌｇが「ＯＮ」であれば（ステップＳ４６：ＹＥＳ）、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔを求めて（ステップＳ４９）、この時間微分ｄａｎｔを用いて前記の第１の学習方法（図１３参照）と同様にゴム開度学習値ｒａｎを学習する（ステップＳ５０〜Ｓ５３）。ここで、変曲点通過フラグｐｆｌｇは、二階微分ｄ２ａｎｔ２の絶対値が所定値Ｇ（例えば０．１）以下である場合（ステップＳ４７：ＹＥＳ）に、「ＯＦＦ」から「ＯＮ」となる（ステップＳ４８）。

このようにして、本実施形態では、例えば図１４に示すように、流体制御弁１を、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から、駆動デューティ比ＤＵＴＹを一定として、閉弁させていく。このとき、開度センサ値ａｎの時間変化を示す曲線にて変曲点（図１４に表記）が現れるときの開度未満の開度にて、すなわち、任意の開度θ０から弁体１４が動き出して閉弁し始めるときに変曲点通過フラグｐｆｌｇが「ＯＮ」となる開度以降にて、前記の第１の学習方法と同様にゴムシール影響範囲の学習を行う。そして、これにより、流体制御弁１を任意の開度θ０から閉弁し始めるときの弁体１４の動き出し時において、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔが所定値Ｆ以下になったときであっても、そのときの開度が実際のゴムシール影響範囲における上限開度であるとして誤って学習すること（動きだしの誤学習）を回避できる。

次に、第３の学習方法について説明する。第３の学習方法は、流体制御弁１について、ゴムシール影響範囲外の任意の開度から、微少開度ずつ閉弁させていき、実開度が指令開度（指令される開度）に近づくまでに要する時間をもとに、ゴムシール影響範囲を学習する（第１のランプ起動学習）。ここで、ゴムシール影響範囲においては、ゴムシール部１３ａの摺動抵抗により、実開度が指令開度に近づくまでの時間はゴムシール影響範囲外のときよりも長くなる。

第３の学習方法において、具体的には、制御部２１は、図１６に示す制御フローチャートに基づく制御を実行する。図１６に示すように、開度学習要求がある場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）には、ランプフラグｒａｍｐｆｌｇが「ＯＮ」であれば（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、｜ａｎ−ｇｏａｎ｜≦（所定値Ｄ）の条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ６６）。

ここで、ランプフラグｒａｍｐｆｌｇは、開度指令値ｇｏａｎが所定値Ｃとして取得され（ステップＳ６３）、｜ａｎ−ｇｏａｎ｜≦（所定値Ｄ）の条件が満たされる場合（ステップＳ６４：ＹＥＳ）に、「ＯＦＦ」から「ＯＮ」となる（ステップＳ６５）。

そして、ステップＳ６６において、｜ａｎ−ｇｏａｎ｜≦（所定値Ｄ）の条件を満たす場合（ステップＳ６６：ＹＥＳ）には、開度指令値ｇｏａｎが変化するまでの時間をモニタ（観察）してゴム開度学習値ｒａｎを推定する（ステップＳ６７）。

ここで、ステップＳ６７においては、図１７に示すように、到達カウンタｆｃｎｔｒが所定時間Ｈ以上であれば（ステップＳ８１：ＹＥＳ）、そのときの開度センサ値ａｎをゴム開度学習値ｒａｎとして学習し（ステップＳ８２）、全閉学習フラグｆｃｆｌｇを「ＯＮ」とする（ステップＳ８３）。なお、所定時間Ｈは、例えば６ｍｓである。

一方、図１６のステップＳ６６において、例えば後述する開度指令値ｇｏａｎの除変（ステップＳ６８）を行った後に、｜ａｎ−ｇｏａｎ｜≦（所定値Ｄ）の条件を満たさない場合（ステップＳ６６：ＮＯ）には、到達カウンタｆｃｎｔｒをカウントアップする（ステップＳ７２）。

前記のようにステップＳ６７においてゴム開度学習値ｒａｎを推定した後、以下の数式を用いて開度指令値ｇｏａｎを除変（更新）させる（ステップＳ６８）。ここで、所定値Ｉは、徐変開度であり、例えば０．５°である。
［数３］
（徐変後の開度指令値ｇｏａｎ）＝（徐変前の開度指令値ｇｏａｎ）−（所定値Ｉ）

次に、到達カウンタｆｃｎｔｒを「０」とし（ステップＳ６９）、全閉学習フラグｆｃｆｌｇが「ＯＮ」であれば（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、全閉学習を行う（ステップＳ７１）。

このようにして、本実施形態では、例えば図１９に示すように、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに近づいたら開度指令値ｇｏａｎを徐変させるようにして、流体制御弁１を、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から微小開度ずつ閉弁させていく。すると、このとき、ゴムシール影響範囲では、ゴムシール部１３ａの摺動抵抗により、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに近づくまでの時間が長くなる。そこで、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに近づくまでの時間が所定時間Ｈよりも長くなったときの開度θＸ（開度センサ値ａｎ）が実際のゴムシール影響範囲の上限開度であるとして学習し、開度θＸ以下の開度の範囲がゴムシール影響範囲であるとして学習する。なお、変形例として、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに追いついたら開度指令値ｇｏａｎを徐変させてもよい。また、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎになるまでの時間が所定時間Ｈよりも長くなったときの開度θＸが実際のゴムシール影響範囲の上限開度であるとして学習してもよい。

次に、第４の学習方法について説明する。第４の学習方法は、前記の第３の学習方法と同等に、流体制御弁１について、ゴムシール影響範囲外の任意の開度から、微少開度ずつ閉弁させていく。しかし、第４の学習方法は、前記の第３の学習方法と異なり、所定時間２ｍｓあたりの変化量≒時間微分値をもとに、ゴムシール影響範囲を学習する（第２のランプ起動学習）。ここで、ゴムシール影響範囲においては、ゴムシール部１３ａの摺動抵抗により、所定時間２ｍｓあたりの変化量≒時間微分値はゴムシール影響範囲外のときよりも小さくなる。

第４の学習方法において、具体的には、制御部２１は、前記の図１６に示す制御フローチャートに示すように、ステップＳ６７において、センサ出力の変化量をモニタしてゴム開度学習値ｒａｎを推定する。なお、第４の学習方法において、図１６に示すステップＳ６９，７２の処理は行われない。

ここで、ステップＳ６７においては、図１８に示すように、開度センサ値ａｎの現在値と前回値の差の絶対値が所定値Ｊ（例えば０．０３°）以下になったら（ステップＳ９１：ＹＥＳ）、そのときの開度センサ値ａｎをゴム開度学習値ｒａｎとして学習し（ステップＳ９２）、全閉学習フラグｆｃｆｌｇを「ＯＮ」とする（ステップＳ９３）。

このようにして、本実施形態では、図１９に示すように、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに近づいたら開度指令値ｇｏａｎを徐変させて、流体制御弁１を、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から微小開度ずつ閉弁させていく。すると、このとき、ゴムシール影響範囲では、ゴムシール部１３ａの摺動抵抗により、開度センサ値ａｎの変化量が小さくなる。そこで、開度センサ値ａｎの変化量（例えば開度センサ値ａｎの現在値と前回値の差の絶対値）が所定値Ｊ以下になったときの開度θＸ（開度センサ値ａｎ）がゴムシール影響範囲における上限開度であるとして学習し、その開度θＸ以下の開度の範囲がゴムシール影響範囲であるとして学習する。

以上のように、本実施形態によれば、制御部２１は、ゴムシール影響範囲の学習を行う。これにより、ロバスト性を向上させることができる。すなわち、例えば流体制御弁１の個体差や何らかの外乱の影響などによってゴムシール影響範囲の変動が生じる場合であっても、安定して、開閉弁時に、ゴムシール影響範囲内の開度において、駆動デューティ比ＤＵＴＹを補正することができる。

また、ゴムシール影響範囲の学習は、ゴムシール影響範囲外（ゴムシール影響範囲の開度よりも大きい）の任意の開度θ０から駆動デューティ比ＤＵＴＹを一定として閉弁させて行われる。そして、このとき、ゴムシール影響範囲の学習は、設計上限開度以下の開度にて、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔ（所定時間当たりの変化量）が所定値Ｆ以下となったときの開度がゴムシール影響範囲の上限開度であるとして学習される。このようにして、一定の速さで流体制御弁１を閉弁させるときに、実開度の所定時間当たりの変化量が小さくなったときの開度が、ゴムシール影響範囲の上限開度として学習される。

これにより、一定の速さで流体制御弁１を閉弁させるだけで、容易に、ゴムシール影響範囲の学習を行うことができる。また、本実施形態では、設計上限開度以下の開度にて、ゴムシール影響範囲の学習が行われる。そのため、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から閉弁し始めるときに、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔが所定値Ｆ以下となったとしても、そのときの開度は設計上限開度よりも大きいので、誤ってゴムシール影響範囲の学習が行われない。したがって、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０からの弁体１４の動きだし時における誤学習を回避できる。

また、ゴムシール影響範囲の学習は、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から駆動デューティ比ＤＵＴＹを一定として閉弁させて行われる。そして、このとき、開度センサ値ａｎの時間変化を示す曲線にて変曲点が現れるときの開度未満の開度にて、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔが所定値Ｆ以下となったときの開度がゴムシール影響範囲の上限開度であるとして学習されるとしてもよい。

これにより、一定の速さで流体制御弁１を閉弁させるだけで、容易に、ゴムシール影響範囲の学習を行うことができる。また、本実施形態では、開度センサ値ａｎの時間変化を示す曲線にて変曲点が現れるときの開度未満の開度にて、ゴムシール影響範囲の学習が行われる。そのため、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から閉弁し始めるときに、開度センサ値ａｎの時間微分ｄａｎｔが所定値Ｆ以下となったとしても、そのときの開度は開度センサ値ａｎの時間変化を示す曲線にて変曲点が現れるときの開度となるので、ゴムシール影響範囲の学習が誤って行われない。したがって、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０からの弁体１４の動きだし時における誤学習を回避できる。

また、ゴムシール影響範囲の学習は、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに近づく度に開度指令値ｇｏａｎを小さくして、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から微小開度ずつ閉弁させて行われる。そして、このとき、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに近づくまでに要する時間が所定時間Ｈよりも長くなったときの開度センサ値ａｎがゴムシール影響範囲の上限開度であるとして学習されるとしてもよい。

また、ゴムシール影響範囲の学習は、開度センサ値ａｎが開度指令値ｇｏａｎに近づく度に開度指令値ｇｏａｎを小さくして、ゴムシール影響範囲外の任意の開度θ０から微小開度ずつ閉弁させて行われる。そして、このとき、開度センサ値ａｎの変化量（例えば開度センサ値ａｎの現在値と前回値の差の絶対値）が所定値Ｊ以下となったときの開度センサ値ａｎがゴムシール影響範囲の上限開度であるとして学習されるとしてもよい。

また、ゴムシール影響範囲の学習は、全閉学習と併せて行われてもよい。これにより、流体制御弁１の全閉位置を学習することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えばゴムシール部は、弁座１３ではなく、弁体１４に備わっていてもよい。

１ 流体制御弁
２ 弁部
１３ 弁座
１３ａ ゴムシール部
１４ 弁体
１６ 弁孔
１７ シート面
１８ シール面
２１ 制御部
ＤＵＴＹ 駆動デューティ比
ａｎ 開度センサ値
ｒａｎ ゴム開度学習値
ｇｏａｎ 開度指令値
ｄａｎｔ 時間微分
ｄ２ａｎｔ２ 二階微分

Claims (7)

1. 弁座と、弁体と、前記弁体を駆動させて開度を調整する駆動部と、を有し、前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に前記弁体と前記弁座との間を封止するシール部材が設けられた流体制御弁と、前記流体制御弁を制御する制御部と、を有する流体制御弁の制御装置において、
   前記制御部は、開閉弁時にて、前記弁体又は前記弁座が前記シール部材に摺動する開度範囲であるシール部材影響範囲内の開度では、前記駆動部の制御量を補正し、
   前記制御量はＰＩＤ演算値として算出され、
   前記制御部は、前記ＰＩＤ演算値をオフセットして、または、前記ＰＩＤ演算値に任意の定数を掛けて、または、ＰＩＤ制御のゲインを変更させて、前記ＰＩＤ演算値を補正し、
   前記ＰＩＤ演算値は、前記シール部材の硬度、または摩擦係数と相関のある指標を用いて補正されること、
   を特徴とする流体制御弁の制御装置。
2. 請求項１の流体制御弁の制御装置において、
   前記制御部は、前記シール部材影響範囲の学習を行うこと、
   を特徴とする流体制御弁の制御装置。
3. 請求項２の流体制御弁の制御装置において、
   前記シール部材影響範囲の学習は、前記シール部材影響範囲外の任意の開度から前記駆動部の制御量を一定として閉弁させていくときに、前記シール部材影響範囲における上限開度の設計値である設計上限開度以下の開度にて、実開度の変化量が所定値以下となったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、
   を特徴とする流体制御弁の制御装置。
4. 請求項２の流体制御弁の制御装置において、
   前記シール部材影響範囲の学習は、前記シール部材影響範囲外の任意の開度から前記駆動部の制御量を一定として閉弁させていくときに、実開度の時間変化を示す曲線にて変曲点が現れるときの開度未満の開度にて、実開度の変化量が所定値以下となったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、
   を特徴とする流体制御弁の制御装置。
5. 請求項２の流体制御弁の制御装置において、
   前記シール部材影響範囲の学習は、実開度が指令開度に近づく度に指令開度を小さくして前記シール部材影響範囲外の任意の開度から微小開度ずつ閉弁させていくときに、実開度が指令開度に近づくまでに要する時間が所定時間よりも長くなったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、
   を特徴とする流体制御弁の制御装置。
6. 請求項２の流体制御弁の制御装置において、
   前記シール部材影響範囲の学習は、実開度が指令開度に近づく度に指令開度を小さくして前記シール部材影響範囲外の任意の開度から微小開度ずつ閉弁させていくときに、所定時間当たりの実開度の変化量が所定値以下になったときの開度が前記シール部材影響範囲の上限開度であるとして学習するように行われること、
   を特徴とする流体制御弁の制御装置。
7. 請求項２乃至６のいずれか１つの流体制御弁の制御装置において、
   前記シール部材影響範囲の学習は、前記流体制御弁の全閉位置を学習する全閉学習と併せて行われること、
   を特徴とする流体制御弁の制御装置。

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