JPH04233010A - パルス幅変調圧力制御弁構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパルス幅変調圧力制御弁
構成に関し、且つ特にパルス幅変調弁と、ピストン／ば
ねダンパ−アキュムレータと、圧力フィードバック用圧
力変換器とを含むパルス幅変調弁構成に関する。本発明
は典型的にはフィードバック制御系で使用される可変力
ソレノイド弁に直接に取って代わる。この装置は比例ソ
レノイド弁の同じ性能要求を満足すると同時に必要なコ
ストを高い額でかなり改善する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術のソレノイド弁構成は、車両の
伝動装置で使用されるブレーキ機構のクラッチのような
流体応答アクチュエータへ供給される流体の量を制御す
るために使用されている。これらのソレノイド弁を制御
する１つの特別の方法は該弁をパルス幅変調で駆動する
ことである。１つのそのようなアプローチは、１９７８
年９月２６日に許可された米国特許第４，１１６，３２
１号でみられるように電気入力信号が弁構成要素を正確
な様態で変位させるサーボ弁を含む二段階弁組立体の使
用を含む。この特許された装置は圧力調整に関係してい
る。特許された装置では、弁出力流れは制御信号に比例
しないが、制御信号の積分にに比例する。動作中、特許
された系は、圧力信号、軸トルク、又は軸の回転速度で
あり得る制御ループの一点からのフィードバック信号を
必要とする。特許された装置は閉ループ系で使用されね
ばならない。’３２１号特許で開示されている弁は積分
器と作用上等しいので、それは常に９０゜位相の遅れを
有する。

【０００３】流体応答アクチュエータを制御するために
使用される別のソレノイド弁は１９８７年１月２３日に
出願された米国特許出願第６，２０８号でみられること
ができる。この特定の出願は制御系で作動される開ルー
プを開示している。二段階弁組立体は交番出力信号を提
供するパルス幅変調回路によって駆動され、そのデュー
ティサイクルは１つの段階のスプールの位置をもたらす
ように且つそれによってアクチュエータの流れをもたら
すように変化されることができる。作用的には、出願第
６，２０８号の弁組立体は積分器の代わりに時間遅れ要
素として動作する。そのような系はより低い周波数にお
いて積分器よりも少ない位相遅れを制御系に提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述に鑑みて且つ本発明
に従って、パルス幅変調弁と、ピストン／ばねダンパ−
アキュムレータと、圧力フィードバック用圧力変換器と
を含むパルス幅変調弁構成が提供される。この構成は、
内部圧力フィードバックを有し、その出力圧力が入力指
令に比例する可変力ソレノイド弁の代替物である。先に
述べた閉ループ系は特に物理的系から由来し且つ弁自体
と直接に関連しない系制御パラメータから来るフィード
バック信号を用いることによってパルス幅変調弁の概念
を制御系の応答に利用する。パルス幅変調圧力制御弁構
成は比例圧力入力を必要とする多数の且つ多様な系への
広い応用をもった装置である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述に鑑みて、本発明
の第一の目的は、駆動弁の選択が被駆動系にトランスペ
アレントであるように比例ソレノイド弁に直接に取って
代わることである。

【０００６】本発明の別の目的は、比例圧力入力を必要
とする種々の系への広い応用をもった装置を提供するこ
とである。

【０００７】本発明の更に別の目的は減少されたコスト
で電気液圧制御系のパイロット段階のための弁を提供す
ることである。

【０００８】上述の目的並びにこの開示からの理解から
明らかである他の付随的な利点を考慮して、本発明は添
付図面を参照して読む時にその作用、動作、構造及び利
点を当業者が容易に理解し得るように以下で詳細に説明
される本発明の現在好適とされる形で例示された装置、
組合せ、及び構成を含む。

【０００９】

【実施例】図１は液圧装置又はアクチュエータ１２の動
作を制御するための閉ループ負フィードバック制御系１
０のブロック線図を示す。制御系１０は制御装置１４と
パルス幅変調制御弁構成１６とを含み、該パルス幅変調
制御弁構成１６は閉ループ負フィードバック構成で配置
され、制御された流体圧力を制御弁構成１６の出力ライ
ン１８に発生する。出力ライン１８は圧力調整器入力２
２へ結合された出力ライン１８における制御された流体
圧力に対する圧力調整器２０の応答によってアクチュエ
ータ１２を制御する。アクチュエータ１２は出力ライン
１８へ直結されることができたが、圧力調整器２０の導
入は出力ライン１８に生じた圧力が圧力調整器２０によ
って増幅されることを可能にし、それによりより高い圧
力及び／又は流れ入力を必要とするアクチュエータの制
御を可能にする。

【００１０】制御弁構成１６は制御装置の出力ライン２
４において制御装置１４によって発生されたパルス幅変
調駆動回路信号に応じてアクチュエータ１２を駆動する
。パルス幅変調駆動回路信号は弁構成入力２６において
制御弁構成１６によって受取られる。制御装置入力ライ
ン２８において制御装置１４によって受取られた誤り信
号は比較点３０において加算された２つの異なる信号の
結合から生じる。比較点３０は、正の入力ライン３２に
おける圧力指令信号又は入力制御信号を、出力ライン３
４において弁構成１６によって発生され且つ負入力３６
によって比較点３０へ受取られた圧力フィードバック信
号の負の値と比較する。

【００１１】図２は制御系１０で使用されるパルス幅変
調（ＰＷＭ）制御弁構成１６のより詳細な実施例を示す
。ＰＷＭ制御弁構成１６はオン−オフソレノイド弁又は
パルス幅変調弁３８と、ダンパ−アキュムレータ４０と
、圧力変換器４２とを含む。

【００１２】動作中、ＰＷＭ弁３８の信号入力４４は弁
構成入力２６へ結合される。制御装置入力ライン２８に
おいて制御装置１４によって受取られた誤り信号に応じ
て、制御装置１４はＰＷＭ弁３８のデューティサイクル
を発生するパルス幅変調駆動回路信号を発生する。

【００１３】図３はＰＷＭ弁３８の簡単化した例示であ
る。ＰＷＭ弁３８は流体源４８と出力制御口５０との間
の流体流れを変調する。パイロット流体は制御装置１４
の作用を通して出力制御口５０によって解放され又は弁
作用される。流体源４８はポンプ又は他の流体供給ユニ
ットの形であることができる。ＰＷＭ弁３８は圧力下の
流体を流体源４８からライン５２を通して受取るように
なっている。例示された実施例では、ＰＷＭ弁３８は複
数個の出口を有する。それら出口の１つは流体を溜め部
又は貯溜部５４へ排出する。出力制御口５０はパイロッ
ト流体室５６へ結合され（図２参照）、パイロット流体
室５６を経て圧力調整器２０、ダンパ−アキュムレータ
４０、及び圧力変換器４２へも結合される。

【００１４】ＰＷＭ弁３８は共通点５８を有する開いた
中心構成である。基本的な弁設計は、単にポペットをコ
イルの付勢又は戻しばねの作用に応じて弁座に対して開
閉することによって流体源４８からの流れが弁３８の出
力制御口５０へ又は排出部５９へ偏流される。

【００１５】弁３８は第１のオリフィス６０及び第２の
オリフィス６２の組合せを使用し、第１のオリフィス６
０及び第２のオリフィス６２を通る流れはパルス幅変調
信号によって制御され、所望の流体流れをもたらす。第
１のオリフィス６０及び第２のオリフィス６２は交互に
動作するので、オリフィスの一方が閉鎖されている時に
他方のオリフィスは開放している。その結果、第１のオ
リフィス６０が開放している時、流体流れはライン５２
及び出力制御口５０を通る。第２のオリフィス６２が開
放している時、流体流れは出力制御口５０及び排出部５
９を通る。

【００１６】図４、図５及び図６に示したように、制御
装置１４によって発生されたＰＷＭの信号のデューティ
サイクルは圧力指令及び圧力フィードバック信号の値に
従って変化する。ＰＷＭ弁３８は、制御装置１４によっ
て提供され且つソレノイド巻線６４へ適用された交番信
号のデューティサイクルに応答する。図４、図５及び図
６に示したように、ＰＷＭ信号は一定の時間周期（又は
周波数）と可変のデューティサイクルとを有する。破線
６６より上の波形の部分はソレノイド巻線６４の付勢時
間を表わす。第１のオリフィス６０及び第２のオリフィ
ス６２を通る流量はＰＷＭ信号のデューティサイクルの
関数として零又は最大値のいずれかである。１つの好適
な形では、デューティサイクルを減らすことは第２のオ
リフィス６２を通る流量を有効に増加させる。第２のオ
リフィス６２を通る流量が変調されるにつれて、共通点
５８における流量変化もあり、その結果パイロット流体
室５６中の圧力変化を伴う。動作中、ＰＷＭ弁３８の入
力４４における交番ＰＷＭ信号のデューティサイクルは
流体室５６への平均流れを制御する。ＰＷＭ弁３８が高
い周波数、典型的には５０ヘルツでパルス動作される時
、その結果生じるライン５０における圧力はパルスの持
続時間に比例し、高圧力流れを提供する。

【００１７】図２に示したように、出力制御口５０はパ
イロット流体室５６へ結合される。パイロット流体室５
６は出力制御口５０をダンパアキュムレータ４０、圧力
変換器４２及び圧力調整器２０へ結合する。ＰＷＭ弁３
８の応答は通常は殆ど最大限の圧力変化が１サイクル中
にみられるようになっているので、圧力パルスの大きさ
は減少されねばならない。ダンパ−アキュムレータ４０
はハウジング７０中に滑動可能に係合されたピストン６
８をばね６９に抗して偏位させることによってＰＷＭ弁
３８のパルス動作エネルギを吸収し、それによりパイロ
ット流体室５６内の圧力変動を減衰する。出力制御口５
０における圧力値は完全には平滑にされず、平均値付近
で若干の小さな量のディザを有する。

【００１８】ダンパ−アキュムレータ４０はＰＷＭパル
ス周波数における高い程度の減衰を提供するために適合
したそのピストン６８の表面積とそのばね６９の率とを
有する。しかしながら、制御信号に比例するデューティ
サイクルの低周波数変化は大きく減衰されないので、ダ
ンパ−アキュムレータ４０はＰＷＭパルス周波数におけ
る圧力変化を高く減衰すると同時に低周波数デューティ
サイクル変化がパイロット流体室中の圧力の対応したア
ナログ変化を生じるようにさせる。

【００１９】パイロット流体室５６の出力は制御弁構成
１６の出力ライン１８である。出力ライン１８はパイロ
ット流体室５６のアナログ出力圧力を圧力調整器２０へ
送出する。圧力調整器２０の作用はより重い負荷がアク
チュエータ１２によって駆動され得るように出力ライン
１８における出力圧力を増幅することである。圧力調整
器２０は低い動力アクチュエータが制御系で使用される
時には必要でない。

【００２０】ＰＷＭ弁構成１６の動作を履行するために
、圧力変換器４２はパイロット流体室５６内での圧力蓄
積を検知し且つ測定する。圧力変換器４２はＰＷＭ弁３
８の圧力出力を示す電気信号を発生する。この電気信号
は比較点３０において圧力指令と結合され、制御装置１
４がＰＷＭ弁３８を制御するために使用する誤り信号を
発生する。

【００２１】圧力変換器４２は当業界での最近の開発に
よって低コストで作られることができるセンサである。 制御装置１４は圧力変換器４２から信号を受取り、それ
を所望の動作を示す圧力指令信号と比較し、且つ圧力に
必要とされる駆動デューティサイクルを発生する。

【００２２】パルス幅変調制御弁構成１６は圧力調整器
２０を通してアクチュエータ１２へ結合される。圧力調
整器入力２２は出力ライン１８へ連結され、それにより
圧力調整器２０の液圧作動装置７２を流体室５６と連結
する。液圧作動装置７２は閉じた中心スプール又は閉鎖
部材７４によって画成され、該閉じた中心スプール又は
閉鎖部材７４は圧力調整器２０の本体部分７８中に設け
られた細長い滑り路７６中に滑動可能に配置され又は収
容される。スプール７４はライン口８０と排出口８２又
は出力口８４のいずれかとの間の流体流れを調整する。 排出口８２は溜め部８６へ結合され、一方出力口８４は
アクチュエータ１２へ連結される。

【００２３】スプール７４は比較的小径の心棒９２によ
って連結された第１のランド８８と第２のランド９０と
を有する。第１のランド８８にピストン９３が連結され
る。環状空間９４が心棒８４を取囲み、出力口８４が第
１のランド８８及び第２のランド９０の相対的位置に依
存してライン口８０又は排出口８２のいずれかと連通す
ることを可能にする。

【００２４】ＰＷＭ弁３８がパイロット流体室５６内に
圧力を確立するようにパルス動作されるにつれて、スプ
ール７４は反動し且つ滑り路７６内で移動することによ
って力を釣合わせようとする。ばねからなる機械的弾性
手段９６は端部室９８の端部壁に衝突し且つ第２のラン
ド９０に衝突する。ばね９６によって生じた力と結合さ
れた第２のランド９０に対して作用する端部室９８内の
流体圧力によって加えられた力はピストン９３に対して
作用する室５６内の流体圧力によって加えられた力と釣
合おうとする。２つの対向する力の間のこの反作用は滑
り路７６内でスプール７４を位置決めする。フィードバ
ックオリフィス９９を通る流体の流れを環状空間９４及
び端部室９８の間の流れを制限することによって制限す
ることは、動的状態のもとでの圧力調整器２０に及ぼす
安定化作用を提供する。

【００２５】滑り路７６内でのスプール７４の位置はア
クチュエータ１２の作用を制御する。動作中、スプール
７４は、ＰＷＭ弁３８によってパイロット流体室５６内
に確立された圧力に依存して、図２に示したように左又
は右へ滑動する。圧力調整器２０はパイロット流体室５
６と出力ライン８４における圧力との間に存在する圧力
差を釣合わせるように動作する。圧力の釣合を達成する
ために、スプール７４は右へ又は左へ移動してライン口
８０及び排出口８２を開放し又は閉鎖し、それによりア
クチュエータ１２は適正に位置決めされる。パイロット
流体室５６内の圧力を変化することができるのはこの釣
合過程である。この圧力は圧力変換器４２によって検知
され、該圧力変換器４２は制御装置入力ライン２８にお
いて制御装置１４によって受取られた誤り信号を圧力指
令と共同して発生する。このようにして、ＰＷＭ信号の
デューティサイクルはＰＷＭ弁３８及び圧力調整器２０
の相互作用から生じるパイロット流体室５６内の変化す
る圧力に適合するように変化する。その結果として、ア
クチュエータ１２の制御は、圧力指令信号とパイロット
流体室５６内に生じた流体圧力とに応答するＰＷＭ制御
弁構成１６を利用する閉ループ系によって達成される。 この系はアクチュエータ位置又はアクチュエータ圧力を
指示するセンサをもたないアクチュエータの使用を可能
にする。

【００２６】本発明の上述の説明は例示及び説明のため
に与えられている。本発明を開示された正確な形に制限
することは意図されず、明らかに多くの修正及び変更が
上の教示に鑑みて可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の教示に従って構成された制御系のブロッ
ク線図。

【図２】本発明の制御系で使用されるパルス幅変調制御
弁構成の概略図。

【図３】本発明で有用な弁構成の簡単化した説明図。

【図４】図２及び図３に示した弁の動作の理解に有用な
グラフ図。

【図５】図２及び図３に示した弁の動作の理解に有用な
グラフ図。

【図６】図２及び図３に示した弁の動作の理解に有用な
グラフ図。

【符号の説明】

１０　　閉ループ負フィードバック制御系　　　　１２
　　アクチュエータ １４　　制御装置　　　　１６　　パルス幅変調制御弁
構成　　　　２０　　圧力調整器 ３０　　比較点　　　　３８　　パルス幅変調弁　　　
　４０　　ダンパ−アキュムレータ ４２　　圧力変換器　　　　４８　　流体源　　　　５
０　　出力制御口　　　　５９　　排出部 ５６　　パイロット流体室　　　　６０，６２　　オリ
フィス６４　　ソレノイド巻線　　　　６８，９３　　
ピストン　　　　６９　　ばね ７２　　液圧作動装置　　　　７４　　スプール又は閉
鎖部材　　　　８０　　ライン口 ８２　　排出口　　　　８４　　出力口　　　　８６　
　溜め部９９　　フィードバックオリフィス

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アクチュエータを作動する流体の圧力
   をアナログ制御信号の関数として変化させるための制御
   系であって、オン−オフソレノイド弁であって、流体充
   満室へ結合されてその中で流体圧力の変化を発生する前
   記弁の出力制御口に流体圧力パルスを発生するように電
   気信号を受取る巻線を有するオン−オフソレノイド弁と
   、前記室へ結合され、前記室内の圧力に比例するフィー
   ドバック信号を発生する圧力感知手段と、前記圧力パル
   スの減衰を提供するように前記室へ結合され、前記弁と
   共同して前記流体室の出力にアナログ出力圧力を発生す
   る減衰手段と、前記フィードバック信号を所望の動作と
   比較し且つ該比較の関数としてアナログ制御信号を提供
   する手段と、前記アナログ制御信号を受取るように且つ
   出力交番信号を提供するように連結され、該出力交番信
   号のデューティサイクルが前記アナログ制御信号の関数
   であり、前記交番信号が前記オン−オフソレノイド弁の
   動作を行うようにソレノイド巻線へ適用されるパルス幅
   変調制御装置と、を含む制御系。
2. 【請求項２】　　前記流体室の前記出力へ結合された圧
   力調整器を含み、該圧力調整器が制御系のアクチュエー
   タを制御する請求項１に記載された制御系。
3. 【請求項３】　　前記減衰手段がハウジング内に滑動可
   能に係合されたピストンを含み、該ピストンの移動がば
   ねによって減衰される請求項１に記載された制御系。
4. 【請求項４】　　電気液圧制御系の圧力フィードバック
   可変力ソレノイド弁に取って代わり得る液圧アクチュエ
   ータへの流体圧力を変調する制御弁構成であって、オン
   −オフソレノイド弁であって、流体充満室へ連結されて
   その中で流体圧力の変化を発生する前記弁の出力制御口
   に流体圧力パルスを発生するように電気信号を受取る巻
   線を有するオン−オフソレノイド弁と、前記室へ連結さ
   れ、前記室内の圧力に比例するフィードバック信号を発
   生する圧力感知手段と、前記圧力パルスの減衰を提供す
   るように前記室へ連結され、前記弁と共同して前記流体
   室の出力にアナログ出力圧力を発生し、アクチュエータ
   を制御する減衰手段と、を含む制御弁構成。
5. 【請求項５】　　前記減衰手段がハウジング内に滑動可
   能に係合されたピストンを含み、該ピストンの移動がば
   ねによって減衰される請求項４に記載された制御弁構成
   。
6. 【請求項６】　　前記流体室の前記出力へ結合された圧
   力調整器を含み、該圧力調整器が制御系のアクチュエー
   タを制御する請求項４に記載された制御弁構成。
7. 【請求項７】　　パルス反復周波数を有するパルス幅変
   調（ＰＷＭ）制御信号のデューティサイクルに比例して
   制御圧力を調整する方法であって、パイロット流体室中
   へのパイロット流体を前記ＰＷＭ信号の出力に比例して
   変化することと、前記パルス反復周波数における前記パ
   イロット流体の前記パイロット流体室中の圧力の変化を
   減衰することと、前記パイロット流体室中の前記パイロ
   ット流体の圧力を測定することと、前記測定された圧力
   を入力制御信号と比較することと、前記比較に比例して
   前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルを調節することと
   、のステップからなる方法。
8. 【請求項８】　　パルス反復周波数を有するパルス幅変
   調（ＰＷＭ）制御信号のデューティサイクルに比例して
   制御圧力を調整する装置であって、パイロット流体室中
   へのパイロット流体を前記ＰＷＭ信号の出力に比例して
   変化する手段と、前記パルス反復周波数における前記パ
   イロット流体の前記パイロット流体室中の圧力の変化を
   減衰する手段と、前記パイロット流体室中の前記パイロ
   ット流体の圧力を測定する手段と、前記測定された圧力
   を入力制御信号と比較する手段と、前記比較に比例して
   前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルを調節する手段と
   、を含む装置。
9. 【請求項９】　　前記減衰手段がピストン及びばねを含
   む請求項８に記載されたパルス反復周波数を有するパル
   ス幅変調（ＰＷＭ）制御信号のデューティサイクルに比
   例して制御圧力を調整する装置。