JP5362241B2 - 比例電磁弁の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディザ重畳電流を比例電磁弁に流すための比例電磁弁の駆動装置に関し、特に低電流域におけるディザ重畳電流の波形歪みを抑制する比例電磁弁の駆動回路に関する。

種々のアクチュエータに用いられる比例電磁弁は、コイルに流れる電流により発生する電磁力でプランジャの位置を制御することで、プランジャに接するスプールの位置を調整し、油圧を制御する。図６に比例電磁弁の一例を示す。

ここで、スプールの位置は、コイルを流れる電流により定まる。従って、比例電磁弁の駆動回路は、このコイルに流れる電流が所望の電流（目標電流）になるように、指令値を出力する。また、スプールの応答性改善や、磁性体のヒステリシス特性の影響を抑えるために、現実にコイルに流す電流には一定周期で振動するディザ電流が重畳される。図７に、ディザ電流が重畳されたディザ重畳電流の波形の一例を示す。この場合、スプール位置は、図中に破線で示すディザ重畳電流の平均電流により定まる。

比例電磁弁の駆動回路は、比例電磁弁に図７に示すディザ重畳電流を流すために、目標電流を流すための指令値に、ディザ電流を重畳するための指令値を加えた指令値を比例電磁弁に対して与える。

ここで、特許文献１の比例電磁弁の制御装置では、出力段回路の時定数回路に比例弁コイルと並列に抵抗を付加して、比例弁コイルの閉鎖回路の時定数を小さくしている。
特開平１０−１８４９７２号公報

ところで、比例電磁弁の駆動回路としては、一般的に図８に示すＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路が使用される。このＰＷＭ回路において、電流を減少させるときは、半導体スイッチをオフし、電流をフリーホイールダイオードおよび巻き線抵抗で熱に変換させて消費させる。

この電流減少時の、各電気素子の電圧関係は、式（１）に示すようになる。

Vf：フリーホイールダイオードの順電圧

ここで、Vf、L*di/dtは、電流i（ｔ）によらず一定であるのに対して、R*i(t)は電流に比例する。従って、（１）式が成立する限界点が存在する。（１）式が成立しなくなるところでは、電流の傾きが緩やかになり、di/dtが小さくなることで（１）式の関係が維持される。この場合、図９に示すように、ディザ波形に歪みが生じ、十分に電流が下がらなくなる。

上記のようなことから、目標電流にディザ電流を重畳する場合、目標電流値が高いときは、比例電磁弁に指令通りの電流が流れるが、低電流域では、波形歪みによって電流が下がりきらず、平均電流が持ち上がり目標電流よりも大きな電流が流れてしまうという問題があった。この様子を図１０に示す。

ここで、平均電流が目標電流からずれるということは、プランジャの位置、つまりスプールの位置がずれるということであり、ひいては油圧制御がずれということになる。

特許文献１の回路を用いたとき、上記の低電流域での波形歪みは改善されるが、抵抗による電流ブレーキを利用するため、熱損失が増加するという別の問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、低電流域であっても、熱損失を増加させることなく、比例電磁弁に流れる電流と目標電流との乖離を抑制することである。

本発明の一つの実施態様に従う比例電磁弁（Ｖ）の駆動装置（１）は、前記比例電磁弁（Ｖ）を駆動するための駆動指令値を、前記比例電磁弁（Ｖ）に流すべき目標電流を示す電流指令値に変換する電流変換手段（１０，１２）と、少なくともディザ電流の振幅指令を含むディザ指令値を決定するディザ指令手段（１４，１６）と、前記比例電磁弁（Ｖ）内に流れる電流を検出する電流検出手段（２４）と、前記電流変換手段（１０，１２）が出力する電流指令値、及び前記ディザ指令手段（１４，１６）が出力するディザ指令値及び前記電流検出手段（２４）が検出した電流に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、前記生成したＰＷＭ信号を前記比例電磁弁（Ｖ）へ供給するＰＷＭ信号生成手段（１８）と、前記電流検出手段（２４）が検出した電流と、前記電流変換手段（１０，１２）が出力した電流指令値とを比較する比較手段（２６）と、を備え、前記ディザ指令手段（１４，１６）は、前記比較手段（２６）による比較の結果により、前記ディザ電流の振幅指令値を調整する。

好適な実施形態では、前記比較手段（２６）は、前記電流検出手段（２４）が検出した電流を平滑化する平滑化手段（３０）を備え、前記平滑化手段（３０）が平滑化して得た平均電流と前記電流指令値により定まる目標電流とを比較してもよい。

好適な実施形態では、前記比較手段（２６）は、前記電流検出手段（２４）が検出した電流について、前記電流指令値により定まる目標電流よりも大きい電流の積分値と、前記電流指令値により定まる目標電流よりも小さい電流の積分値とを比較してもよい。

以下、本発明の一実施形態に係る比例電磁弁の駆動装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る比例電磁弁の駆動装置１の構成図である。比例電磁弁の駆動装置１は、比例電磁弁が利用されているアクチュエータを駆動させるため操作レバー５０からの駆動指令値を受けて、比例電磁弁を駆動する。特に本実施形態に係る比例電磁弁の駆動装置１は、比例電磁弁に流れる電流が所定の閾値以下の低電流域において、比例電磁弁に流れる平均電流を精度よく制御するために、ディザ振幅を小さくする。

比例電磁弁の駆動装置１は、以下に説明する個々の構成要素ないし機能を、電気回路で実現してもよいし、プロセッサ及びメモリを備えたコンピュータシステムに所定のコンピュータプログラムを実行させることにより実現してもよいし、あるいは、セミカスタムＩＣで実現してもよい。さらには、これらの組み合わせであってもよい。

比例電磁弁の駆動装置１は、駆動指令値を比例電磁弁に流す目標とする目標電流に変換する電流変換部１０と、目標電流を流すための指令値を生成する電流指令生成部１２と、ディザ電流を重畳するためのディザ指令値を生成するディザ電流指令生成部１４と、ディザ電流指令生成部１４が生成したディザ指令値を調整するディザ調整部１６と、比例電磁弁Ｖ内を流れる電流をモニタする電流モニタ部２４と、電流指令生成部１２で生成された電流指令値Ａとディザ調整部１６で調整された後のディザ指令値Ｂとを加算する加算機１７と、加算機１７の出力と電流モニタ部２４が出力するモニタ電流Ｉとの差を検出する誤差アンプ２７の出力に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部１８と、ＰＷＭ信号Ｃに従って、半導体スイッチを駆動する駆動回路２０と、モニタした電流Ｉと電流指令値Ａとを比較して、比較結果に基づいてディザ振幅の縮小指令Ｃをディザ調整部１６へ出力する比較部２６とを備える。

電流変換部１０は、操作レバー５０の操作量に対応する駆動指令値を、比例電磁弁Ｖに流す電流の目標値である目標電流値に変換する。

電流指令生成部１２は、比例電磁弁Ｖにおいて目標電流値を流すための電流指令値Ａに変換する。ここで、比例電磁弁Ｖに電流指令値Ａ通りの電流、つまり目標電流が流れると、プランジャの位置は目標通りとなる。

ディザ電流指令生成部１４が生成するディザ指令値は、比例電磁弁Ｖの種類に応じて定まる。例えば、ディザ電流の振幅及び周波数は、比例電磁弁Ｖのスプールの特性に応じて予め定められている。つまり、ディザ電流指令生成部１４は、比例電磁弁Ｖの種類に応じて定まるディザ電流の振幅及び周波数の指令値を含むディザ指令値を出力する。

ディザ調整部１６は、電流変換部１０が出力した目標電流値、及び比較部２６が出力したディザ振幅の縮小指令Ｃに従って、ディザ電流指令生成部１４が生成したディザ指令値を調整する。例えば、電流変換部１０が出力した目標電流が低電流域である場合、ディザ調整部１６は、ディザ電流指令生成部１４が生成したディザ電流の振幅を小さくするように、ディザ指令値を調整する（フィードフォワード）。また、比例電磁弁Ｖ内を流れる電流をモニタしたモニタ電流Ｉの平均値が目標電流よりも大きいときに、比較部２６からはディザ振幅の縮小指令Ｃが出力され、ディザ調整部１６は、さらに、ディザ電流の振幅を小さくするように調整する（フィードバック）。ディザ振幅の縮小指令Ｃに、モニタ電流Ｉの平均値と目標電流との乖離幅の大きさを示す情報が含まれているときは、ディザ調整部１６は、その乖離幅が大きいほど、ディザ電流の振幅を縮小させる幅を大きくしてもよい。

なお、ディザ調整部１６は、フィードフォワードによる調整及びフィードバックによる調整のいずれか一方のみを行ってもよいし、両方を行ってもよい。

ＰＷＭ信号生成部１８は、加算機１７において電流指令値Ａと、調整済みのディザ指令値Ｂとが加算された指令値とモニタ電流Ｉとの差を検出する誤差アンプ２７の出力に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。

駆動回路２０は、ＰＷＭ信号の電圧変換（昇圧）などを行って、ＰＷＭ信号に従うように半導体スイッチＳＷを動作させる。

比較部２６は、電流指令生成部１２が生成した電流指令値Ａと、電流モニタ部２４がモニタした、比例電磁弁Ｖ内を現実に流れているモニタ電流Ｉとを比較し、その比較結果をディザ調整部１６へ出力する。

比較部２６の構成の具体例を図２及び図３に示す。

図２に示す第１の態様では、比較部２６は、平滑化手段３０と比較手段３２とを備える。

平滑化手段３０は、電流モニタ部２４がモニタしたモニタ電流Ｉを平滑化して、平均電流を求める。

比較手段３２は、平滑化手段３０で生成された平均電流と電流指令値Ａが示す目標電流とを比較する。そして、比較手段３２は、平均電流値が目標電流値と一致するか否かを判定する。そして、平均電流値が目標電流値よりも大きいときは、ディザ振幅の縮小指令Ｃをディザ調整部１６へ出力する。このディザ振幅の縮小指令Ｃは、モニタ電流Ｉの平均電流値と目標電流値との乖離の大きさ示す情報を含んでいてもよい。

図３に示す第２の態様では、比較部２６は、積分手段３４，３６と、比較手段３８とを備える。

積分手段３４は、モニタ電流Ｉのうち、電流指令値Ａが示す目標電流値よりも大きい電流を、一定の時間の間積分する。

積分手段３６は、モニタ電流Ｉのうち、電流指令値Ａが示す目標電流値よりも小さい電流を、一定の時間の間積分する。

比較手段３８は、積分手段３４の積分結果と積分手段３６の積分結果とを比較して、モニタ電流Ｉの平均値と目標電流との差を求める。すなわち、積分手段３４の積分結果と積分手段３６の積分結果とが一致すればモニタ電流Ｉの平均値と目標電流とが一致する。積分手段３４の積分結果が積分手段３６の積分結果よりも大きいときは、比較手段３８は、ディザ振幅の縮小指令Ｃをディザ調整部１６へ出力する。第１の態様と同様に、ディザ振幅の縮小指令Ｃは、モニタ電流Ｉの平均電流値と目標電流値との乖離の大きさ示す情報を含んでいてもよい。

なお、積分手段３４，３６が積分を行う時間は、少なくともディザ電流の１周期以上である。

図４は、上述した本実施形態に係る駆動装置１においてディザ振幅を決定する際の処理手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに従って説明する。

まず、ディザ調整部１６は、ディザ電流指令生成部１４が出力するディザ指令値を受け付ける。また、ディザ調整部１６は、電流変換部１０が出力する目標電流値を受け付ける。そして、ディザ指令値に含まれているディザ振幅の値を、目標電流値に応じて定める（Ｓ１０）。例えば、ディザ調整部１６は、目標電流値がある閾値以下の低電流域であれば、ディザ振幅を小さくする。ディザ調整部１６は、目標電流値が低電流域でないときは、ディザ指令値に含まれるディザ振幅は変更しない。

電流モニタ部２４は、比例電磁弁Ｖ内の電流を常時モニタしている（Ｓ１２）。

比較部２６は、電流モニタ部２４がモニタしたモニタ電流Ｉの平均値と、電流指令値が示す目標電流値とを比較する（Ｓ１４）。そして、モニタ電流Ｉの平均値が目標電流値よりも大きいときは（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、比較部２６がディザ振幅の縮小指令Ｃをディザ調整部１６へ出力し、ディザ調整部１６がディザ振幅の縮小指令Ｃに従ってディザ振幅を小さくする（Ｓ１８）。これに対して、モニタ電流Ｉの平均値が目標電流値よりも大きくないときは（Ｓ１６：Ｎｏ）、比較部２６がディザ振幅の縮小指令Ｃを出力しないので、ステップＳ１８はスキップされる。

ディザ調整部１６は、ディザ振幅の指示を含むディザ指令値を出力し（Ｓ２０）、以下、これらの処理を繰り返し実行する。

これにより、低電流域でのディザ重畳電流の波形は、図５に示すようになる。すなわち、本実施形態に係る駆動装置１が比例電磁弁Ｖを駆動すると、低電流域のディザ重畳電流の波形の振幅が抑制される。振幅抑制後のディザ重畳電流の波形は、振幅抑制前のディザ重畳電流の波形よりも、電流の変動幅が小さくなっている。その結果、本実施形態に係る駆動装置１で比例電磁弁Ｖを駆動すると、振幅抑制をしない場合に生じる、低電流域での波形の歪みの影響を受けにくくなる。従って、平均電流と目標電流との乖離幅も小さくなり、精度が向上する。

さらに、特許文献１の発明とは異なり、比例電磁弁の回路に新たに抵抗を追加するようなこともしないので、従来よりも熱損失が増加することもない。

上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

例えば、上述した実施形態ではディザ電流として三角波を用いたが、正弦波または矩形波でもよい。

本発明の一実施形態に係る比例電磁弁の駆動装置１の構成図である。 比較部２６の具体例を示す。 比較部２６の具体例を示す。 本実施形態に係る駆動装置１においてディザ振幅を決定する際の処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る駆動装置１によって駆動された比例電磁弁の低電流域でのディザ重畳電流の波形を示す。 従来技術に係る比例電磁弁の一例を示す。 従来技術に係るディザ電流が重畳されたディザ重畳電流の波形の一例を示す。 従来技術に係るＰＷＭ回路の一例を示す。 従来技術に係る低電流域でのディザ波形の歪みを示す。 従来技術に係る低電流域での目標電流と平均電流のずれを示す。

符号の説明

１ 駆動装置
１０ 電流変換部
１２ 電流指令生成部
１４ ディザ電流指令生成部
１６ ディザ調整部
１７ 加算機
１８ ＰＷＭ信号生成部
２０ 駆動回路
２４ 電流モニタ部
２６ 比較部
２７ 誤差アンプ

Claims (3)

1. 比例電磁弁（Ｖ）の駆動装置（１）であって、
   前記比例電磁弁（Ｖ）を駆動するための駆動指令値を、前記比例電磁弁（Ｖ）に流すべき目標電流を示す電流指令値に変換する電流変換手段（１０，１２）と、
   少なくともディザ電流の振幅指令を含むディザ指令値を決定するディザ指令手段（１４，１６）と、
   前記比例電磁弁（Ｖ）内に流れる電流を検出する電流検出手段（２４）と、
   前記電流変換手段（１０，１２）が出力する電流指令値、及び前記ディザ指令手段（１４，１６）が出力するディザ指令値及び前記電流検出手段（２４）が検出した電流に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、前記生成したＰＷＭ信号を前記比例電磁弁（Ｖ）へ供給するＰＷＭ信号生成手段（１８）と、
   前記電流検出手段（２４）が検出した電流と、前記電流変換手段（１０，１２）が出力した電流指令値とを比較する比較手段（２６）と、を備え、
   前記比較手段（２６）は、前記電流検出手段（２４）が検出した電流を平滑化する平滑化手段（３０）を備え、前記平滑化手段（３０）が平滑化して得た平均電流と前記電流指令値とを比較し、
   前記ディザ指令手段（１４，１６）は、前記比較手段（２６）による比較の結果により、前記ディザ電流の振幅指令値を調整する比例電磁弁の駆動装置。
2. 前記比較手段（２６）は、
   前記平滑化手段（３０）が平滑化して得た前記平均電流と前記電流指令値により定まる目標電流とを比較することを特徴とする請求項１記載の比例電磁弁の駆動装置。
3. 前記比較手段（２６）は、
   前記電流検出手段（２４）が検出した電流について、前記電流指令値により定まる目標電流よりも大きい電流の積分値と、前記電流指令値により定まる目標電流よりも小さい電流の積分値とを比較することを特徴とする請求項１記載の比例電磁弁の駆動装置。
   
   
   

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