ソレノイド駆動装置、及びブレーキ装置
【課題】ソレノイドを流れる電流を、より適切に目標電流に近づけることが可能なソレノイド駆動装置等を提供すること。
【解決手段】ソレノイドを流れる電流が所与の目標電流に近付くようにスイッチング素子を駆動する駆動制御手段を備えるソレノイド駆動装置であって、第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化と第１の所定電流以下の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、駆動制御手段は、補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づきスイッチング素子を駆動することを特徴とする。
【解決手段】ソレノイドを流れる電流が所与の目標電流に近付くようにスイッチング素子を駆動する駆動制御手段を備えるソレノイド駆動装置であって、第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化と第１の所定電流以下の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、駆動制御手段は、補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づきスイッチング素子を駆動することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を介して直流電源からソレノイドに電流を供給するソレノイド駆動装置に関し、特に、ソレノイドを流れる電流が所与の目標電流に近付くようにスイッチング素子を駆動するソレノイド駆動装置、及びこれを利用したブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動電流を指示する駆動信号に基づいて、駆動回路からリニアソレノイドに駆動電流が供給され、電流モニタ回路でモニタされた駆動電流に対応した電流モニタ信号に基づいて、駆動信号の駆動電流指示値が設定されるフィードバック制御により駆動制御される装置についての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３６１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置においては、温度変化や電源電圧変動に基づいて装置の特性が変化した場合についての考慮がなされていない。この結果、駆動電流指示値に対してソレノイドを流れる電流のオーバーシュートが大きくなったり、応答性が低下したりするという不都合が生じ得る。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ソレノイドを流れる電流を、より適切に目標電流に近づけることが可能なソレノイド駆動装置、及びこれを利用したブレーキ装置を提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
電源とソレノイドを導通させ又は遮断するスイッチング素子と、
前記ソレノイドを流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が所与の目標電流に近付くように前記スイッチング素子を駆動する駆動制御手段と、
を備えるソレノイド駆動装置であって、
第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、前記第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化と前記第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づき前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする、
ソレノイド駆動装置である。
【０００７】
この本発明の第１の態様によれば、第１の所定電流以下の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化と第１の所定電流以下の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づきスイッチング素子を駆動するため、ソレノイドを流れる電流を、より適切に目標電流に近づけることができる。
【０００８】
本発明の第１の態様において、
前記駆動制御手段は、デューティー比を決定して前記スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する手段であって、所定の場合には１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動する手段であり、
前記補正演算手段は、前記駆動制御手段が１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動しているときに前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づいて、前記補正演算を行なう手段であるものとすると、好適である。
【０００９】
ここで、「所定の場合」とは、デューティー比を演算した結果、１００％以上のデューティー比が算出された場合、或いはソレノイドを流れる電流が所与の目標電流の所定割合（例えば８０％程度）に至るまで、等と定めることができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、
車両に搭載されるブレーキ装置であって、
本発明の第１の態様のソレノイド駆動装置を備え、
油圧系制御のためのソレノイドバルブを前記ソレノイド駆動装置によって駆動することを特徴とする、
ブレーキ装置である。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、各ソレノイドバルブを流れる電流を、より適切に目標電流値に近づけることができるため、ブレーキペダルの踏み込み量を、より正確に反映したブレーキトルクを出力することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ソレノイドを流れる電流を、より適切に目標電流に近づけることが可能なソレノイド駆動装置、及びこれを利用したブレーキ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係るソレノイド駆動装置１のシステム構成例である。
【図２】電源２の供給電圧Ｖｂｓやソレノイド抵抗ＲＬの変動に応じてデューティー比が不適切なものとなる不都合が顕著に表れる場面における、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の変化を示す図である。
【図３】補正演算部４８による補正演算を説明するための説明図である。
【図４】車両のブレーキ装置において油圧系を制御するためのソレノイドバルブが、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって駆動される場合の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の一実施例に係るソレノイド駆動装置１について説明する。図１は、本発明の一実施例に係るソレノイド駆動装置１のシステム構成例である。ソレノイド駆動装置１は、電源２から供給される電力を用いてソレノイド３を駆動する装置であり、主要な構成として、第１のスイッチング素子１０と、第２のスイッチング素子２０と、電流モニタ部３０と、Ａ／Ｄコンバータ３２と、平均化処理部３４と、減算器３６と、ＰＩ制御演算部３８と、加算器４０と、デューティー演算部４２と、パルス生成部４４と、駆動部４６と、補正演算部４８と、還流ダイオード５０と、を備える。
【００１６】
電源２は、例えばバッテリー及びスイッチング電源装置からなり、直流をソレノイド駆動装置１に供給している。ソレノイド３は、例えば６［ｍＨ］で４．５［Ω］程度のものが用いられる。
【００１７】
第１のスイッチング素子１０は、例えばＰチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタであり、逆止用ダイオードが並列に接続されている。第１のスイッチング素子１０は、駆動部４６によりオン／オフ制御される。
【００１８】
第２のスイッチング素子２０は、例えばＮチャネルＭＯＳ型トランジスタであり、逆止用ダイオードが並列に接続されている。第２のスイッチング素子２０は、ソレノイド駆動装置１が作動状態である間、オン状態に維持される。
【００１９】
従って、第１のスイッチング素子１０がオン状態とされたときに、電源２からソレノイド３を通ってグランド端子に電流が流れることとなる。
【００２０】
電流モニタ部３０は、第２のスイッチング素子２０の両端電圧を監視しており、これを第２のスイッチング素子２０の抵抗値で除した電流値を示す電圧信号｛Ｖ｝を出力する。なお、電圧信号｛Ｖ｝は、次式（１）で表される。式中、Ｉはソレノイドを流れる電流を示している。
【００２１】
Ｖ＝０．４５＋１．４×Ｉ …（１）
【００２２】
Ａ／Ｄコンバータ３２は、電流モニタ部３０から入力されるアナログ信号｛Ｖ｝を、デジタル信号｛Ｖｍ｝に変換して出力する。
【００２３】
平均化処理部３４は、Ａ／Ｄコンバータ３２から入力されるデジタル信号｛Ｖｍ｝の移動平均｛Ｖａ＝Ｖｍ（１）＋Ｖｍ（２）＋…Ｖｍ（ｋ）／ｋ｝を算出して出力する。
【００２４】
減算器３６は、外部ＣＰＵ５から入力される電流値指示信号｛Ｖｄ｝から移動平均｛Ｖａ｝を除した値を出力する。ここで、電流値指示信号｛Ｖｄ｝は、ソレノイド３に供給すべき目標電流値を電圧信号として表現したものであり、次式（２）で表される。式中、Ｉ＃は目標電流値を示している。
【００２５】
Ｖｄ＝０．４５＋１．４×Ｉ＃ …（２）
【００２６】
ＰＩ制御演算部３８は、減算器３６から入力される偏差信号｛ｅｎ＝Ｖｄ−Ｖａ｝に基づいて、ＰＩ制御演算を行なう。具体的には、電流値指示信号｛Ｖｄ｝の増減変更値｛ΔＶ｝を次式（３）に基づいて算出し、加算器４０に出力する。式中、Ｋｐは比例項のゲインであり、Ｋｉは積分項のゲインである。また、ＰＩ制御演算部３８は、外部ＣＰＵ５から入力されるゲイン補正信号によって上記ゲインを補正する機能や、外部ＣＰＵ５からの指示に応じてＰＩ制御とＰ制御を切換える機能等を有してよい。
【００２７】
ΔＶ＝Ｋｐ×ｅｎ＋Ｋｉ×∫ｅｎ・ｄｔ …（３）
【００２８】
加算器４０は、外部ＣＰＵ５から入力される電流値指示信号｛Ｖｄ｝と、ＰＩ制御演算部３８から入力される増減変更値｛ΔＶ｝を加算し、デューティー演算部４２に出力する。
【００２９】
デューティー演算部４２は、加算器４０から入力される値｛Ｖｄ＋ΔＶ｝に応じた電流がソレノイド３に供給されるように、第１のスイッチング素子１０に供給するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティー比を決定する。具体的には、例えば次式（４）に基づいてデューティー比｛ｄｕｔｙ｝を決定し、パルス生成部４４に出力する。式中、Ｉ＃＃はＰＩ制御演算部３８から入力される増減変更値｛ΔＶ｝を加味した目標電流値である。また、ＲＬはソレノイド抵抗であり、Ｖｆは還流ダイオード５０の順方向電圧であり、Ｖｂｓは電源２の供給電圧であり、これらの値は初期値としてデューティー演算部４２が保持している。
【００３０】
ｄｕｔｙ＝（Ｉ＃＃×ＲＬ＋Ｖｆ）／（Ｖｂｓ＋Ｖｆ）
但し、Ｉ＃＃＝｛（Ｖｄ＋ΔＶ）−０．４５｝／１．４ …（４）
【００３１】
また、デューティー演算部４２は、上式（４）で算出されたデューティー比｛ｄｕｔｙ｝が大きい場合には（１００％以上となった場合には）、デューティー比を１００％に設定してソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝を速やかに上昇させ、その後は電流値指示信号｛Ｖｄ｝と｛Ｖａ｝の差分に基づく制御を行なう。係る制御は、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝が所定値（例えば目標電流｛Ｉ＃｝の８０％等）に至るまではデューティー比を１００％に設定し、その後は電流値指示信号｛Ｖｄ｝と｛Ｖａ｝の差分に基づく制御を行なうとしてもよい。
【００３２】
このような駆動制御は、例えば、ソレノイド３が、車両のブレーキ装置において油圧系を制御するためのソレノイドとして用いられる場合に行なわれる。すなわち、運転者がブレーキペダルを踏み込んでからブレーキトルク（ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝に応じて変化する）がある程度のトルクに至るまではデューティー比を１００％とし、その後はＰＩ制御によってブレーキトルクを所望の値に維持し、いわゆるＡＢＳ（Antilock Brake Systeｍ）を作動させる。なお、係る場合の構成例について後述する。
【００３３】
パルス生成部４４はデューティー演算部４２から入力されるデューティー比｛ｄｕｔｙ｝を有するＰＷＭ信号｛ｔ＝Ｔｐｗｍ・ｄｕｔｙ｝を生成し、駆動部４６に出力する。駆動部４６は、ＰＷＭ信号｛ｔ＝Ｔｐｗｍ・ｄｕｔｙ｝に応じて第１のスイッチング素子１０をオン／オフ制御する。こうして、電流モニタ部３０により検出された電流｛Ｉ｝が、電流値指示信号｛Ｖｄ｝の示す目標電流値｛Ｉ＃｝に近付くように、第１のスイッチング素子１０が駆動されることとなる。
【００３４】
ここで、このような構成を有するソレノイド駆動装置１において発生しうる不都合について説明する。現実にソレノイド駆動装置１が使用される場面では、電源２の供給電圧Ｖｂｓやソレノイド抵抗ＲＬは一定値ではなく、電源２の供給電圧Ｖｂｓはバッテリーの充電状態等によって変動し、ソレノイド抵抗ＲＬは温度によって変動する。このため、例えば電源２の供給電圧Ｖｂｓがデューティー演算部４２の保持する初期値よりも高くなった場合には、式（４）に鑑みると、デューティー比を小さく変更すべきである。しかしながら、デューティー演算部４２の保持する初期値を用いて算出されるデューティー比は、電源２の供給電圧Ｖｂｓの上昇を加味した理想値よりも大きくなってしまう。
【００３５】
図２は係る不都合が顕著に表れる場面における、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の変化を示す図である。図中、破線は理想的な電流｛Ｉ｝の変化を示しており、実線は電源２の供給電圧Ｖｂｓが上昇したにも拘わらずデューティー演算部４２の保持する初期値を用いてデューティー比を算出した場合の電流｛Ｉ｝の変化を示している。この場合、図示する如く、電流｛Ｉ｝が目標電流値｛Ｉ＃｝に対してオーバーシュートし、また、定常的に誤差が生じる可能性がある。
【００３６】
そこで、本実施例のソレノイド駆動装置１は、補正演算部４８を備え、補正演算された電源２の供給電圧Ｖｂｓ＃やソレノイド抵抗ＲＬ＃をデューティー演算部４２に供給することとした。そして、デューティー演算部４２は、例えば電源投入時には自己が保持する初期値を用いてデューティー比を決定し、補正演算部４８から補正演算値が入力されると補正演算値を用いてデューティー比を決定する。
【００３７】
図３は、補正演算部４８による補正演算を説明するための説明図である。補正演算部４８は、第１の所定電流（例えば、上記ブレーキ装置の例のように、目標電流値｛Ｉ＃｝が略一定値として定められている場合、その１０％程度の電流とする）以下の領域におけるソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ１／Δｔ１｝に基づいて電源２の供給電圧Ｖｂｓを補正演算し、第１の所定電流に比して高い第２の所定電流（例えば、目標電流値｛Ｉ＃｝が略一定値として定められている場合、その８０％程度の電流とする）以上の領域におけるソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ２／Δｔ２｝と、上記｛ΔＩ１／Δｔ１｝の差分に基づいてソレノイド抵抗ＲＬを補正演算する。なお、係る補正演算は、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の変化が大きいデューティー比が１００％の期間で行なうと好適である。
【００３８】
より具体的には、第１の所定電流以下の領域における２点間の時間｛Δｔ１｝と、電流｛Ｉ｝の変化｛ΔＩ１｝を測定する。低電流領域においては、電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ１／Δｔ１｝は電源２の供給電圧Ｖｂｓをソレノイド３のインダクタンスＬで除した値に等しくなるため、次式（５）に基づいて電源２の供給電圧Ｖｂｓの補正演算値Ｖｂｓ＃を算出する。
【００３９】
Ｖｂｓ＃＝（ΔＩ１／Δｔ１）×Ｌ …（５）
【００４０】
また、第２の所定電流以下の領域における２点間の時間｛Δｔ２｝と、電流｛Ｉ｝の変化｛ΔＩ２｝を測定する。高電流領域においては、電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ２／Δｔ２｝は次式（６）で表されるため、次式（７）を用いてソレノイド抵抗ＲＬの補正演算値ＲＬ＃を算出する。
【００４１】
ΔＩ２／Δｔ２＝｛Ｖｂｓ−ＲＬ・Ｉ｝／Ｌ …（６）
ＲＬ＃＝（ΔＩ１／Δｔ１−ΔＩ２／Δｔ２）×Ｌ／Ｉ …（７）
【００４２】
このように補正演算を行なうと、補正演算値Ｖｂｓ＃及びＲＬ＃が、より実際の値に近いものとなる。従って、デューティー演算部４２が決定するデューティー比が、より適切なものとなり、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝を、より適切に目標電流値｛Ｉ＃｝に近づけることができる。この結果、オーバーシュートを防止しつつ高速応答を実現することもできる。
【００４３】
図４は、車両のブレーキ装置において油圧系を制御するためのソレノイドバルブが、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって駆動される場合の構成例である。
【００４４】
ブレーキ装置７０は、ブレーキ装置７０全体を制御するブレーキＥＣＵ７０Ａと、ブレーキペダルになされたブレーキ操作が伝達されるマスターシリンダー７１と、ブレーキ液を蓄えるリザーバータンク７２と、ストロークシミュレーター７３と、各車輪に出力される制動力を調節するブレーキアクチュエーター７４と、を備える。この場合、ブレーキＥＣＵ７０Ａが、上記説明した外部ＣＰＵ５として機能する。
【００４５】
ブレーキアクチュエーター７４は、ポンプ７５及びこれを駆動するモータ７６と、ポンプ７５から圧送される油圧によって内部の油圧が高圧に維持されるアキュームレーター７７と、アキュームレーター７７の油圧を調整するカットバルブ７８と、各車輪に対して設けられ、開閉動作によって、各車輪に出力される制動力を調節する各車輪用制御バルブ７９Ａ、７９Ｂ、７９Ｃ、及び７９Ｄ（図３では、簡便のため、一つのブロックとして記載している）と、を備える。なお、各車輪からリザーバータンク７２に還流する油圧経路については、図示及び説明を省略する。
【００４６】
ここで、カットバルブ７８、各車輪用制御バルブ７９Ａ、７９Ｂ、７９Ｃ、及び７９Ｄの少なくとも一部は、ソレノイドバルブとして構成され、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって駆動される。この場合、ソレノイドバルブに対応した個数のソレノイド駆動装置１を備えるものとしてよい。
【００４７】
ブレーキ装置７０では、アキュームレーター７７内部のアキュームレーター圧はブレーキＥＣＵ７０Ａにより監視されており、これが所定の圧力を下回るとアキュームレーター圧を上昇させるようにモータ７６が駆動される。また、所定の圧力を上回ると、カットバルブ７８が開放されてアキュームレーター圧を低下させる。
【００４８】
運転者によりブレーキペダルが踏み込まれると、マスターシリンダー７１内部の液圧室に発生するマスターシリンダー圧が、通信によりブレーキＥＣＵ７０Ａに入力される。ブレーキＥＣＵ７０Ａは、マスターシリンダー圧に応じた制動力を出力するように、各車輪用制御バルブ７９Ａ〜７９Ｄを制御する。なお、この際にストロークシミュレーター７３は、マスターシリンダー７１からの油圧経路が遮断されている状態においても、運転者のブレーキ踏力に応じた自然なブレーキストロークを発生させる。
【００４９】
このように、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって各ソレノイドバルブを制御することにより、各ソレノイドバルブを流れる電流を、より適切に目標電流値に近づけることができる。この結果、ブレーキペダルの踏み込み量を、より正確に反映したブレーキトルクを出力することができる。
【００５０】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５１】
例えば、デューティー比の決定手法については実施例のものに限らず、ソレノイドを流れる電流を目標電流に近付けるための如何なる制御手法（例えば、ＰＩＤ制御等）を採用してもよい。
【００５２】
また、目標電流とソレノイドを流れる電流を比較する際に移動平均を求める処理を省略してもよい。また、単純移動平均に限らず、加重平均等を用いてフィルタリング処理を行なっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ ソレノイド駆動装置
２ 電源
３ ソレノイド
５ 外部ＣＰＵ
１０ 第１のスイッチング素子
２０ 第２のスイッチング素子
３０ 電流モニタ部
３２ Ａ／Ｄコンバータ
３４ 平均化処理部
３６ 減算器
３８ ＰＩ制御演算部
４０ 加算器
４２ デューティー演算部
４４ パルス生成部
４６ 駆動部
４８ 補正演算部
５０ 還流ダイオード
７０ ブレーキ装置
７０Ａ ブレーキＥＣＵ（外部ＣＰＵ）
７１ マスターシリンダー
７２ リザーバータンク
７３ ストロークシミュレーター
７４ ブレーキアクチュエーター
７５ ポンプ
７６ モータ
７７ アキュームレーター
７８ カットバルブ
７９Ａ、７９Ｂ、７９Ｃ、及び７９Ｄ 各車輪用制御バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を介して直流電源からソレノイドに電流を供給するソレノイド駆動装置に関し、特に、ソレノイドを流れる電流が所与の目標電流に近付くようにスイッチング素子を駆動するソレノイド駆動装置、及びこれを利用したブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動電流を指示する駆動信号に基づいて、駆動回路からリニアソレノイドに駆動電流が供給され、電流モニタ回路でモニタされた駆動電流に対応した電流モニタ信号に基づいて、駆動信号の駆動電流指示値が設定されるフィードバック制御により駆動制御される装置についての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３６１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置においては、温度変化や電源電圧変動に基づいて装置の特性が変化した場合についての考慮がなされていない。この結果、駆動電流指示値に対してソレノイドを流れる電流のオーバーシュートが大きくなったり、応答性が低下したりするという不都合が生じ得る。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ソレノイドを流れる電流を、より適切に目標電流に近づけることが可能なソレノイド駆動装置、及びこれを利用したブレーキ装置を提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
電源とソレノイドを導通させ又は遮断するスイッチング素子と、
前記ソレノイドを流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が所与の目標電流に近付くように前記スイッチング素子を駆動する駆動制御手段と、
を備えるソレノイド駆動装置であって、
第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、前記第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化と前記第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づき前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする、
ソレノイド駆動装置である。
【０００７】
この本発明の第１の態様によれば、第１の所定電流以下の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化と第１の所定電流以下の領域におけるソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づきスイッチング素子を駆動するため、ソレノイドを流れる電流を、より適切に目標電流に近づけることができる。
【０００８】
本発明の第１の態様において、
前記駆動制御手段は、デューティー比を決定して前記スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する手段であって、所定の場合には１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動する手段であり、
前記補正演算手段は、前記駆動制御手段が１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動しているときに前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づいて、前記補正演算を行なう手段であるものとすると、好適である。
【０００９】
ここで、「所定の場合」とは、デューティー比を演算した結果、１００％以上のデューティー比が算出された場合、或いはソレノイドを流れる電流が所与の目標電流の所定割合（例えば８０％程度）に至るまで、等と定めることができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、
車両に搭載されるブレーキ装置であって、
本発明の第１の態様のソレノイド駆動装置を備え、
油圧系制御のためのソレノイドバルブを前記ソレノイド駆動装置によって駆動することを特徴とする、
ブレーキ装置である。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、各ソレノイドバルブを流れる電流を、より適切に目標電流値に近づけることができるため、ブレーキペダルの踏み込み量を、より正確に反映したブレーキトルクを出力することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ソレノイドを流れる電流を、より適切に目標電流に近づけることが可能なソレノイド駆動装置、及びこれを利用したブレーキ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係るソレノイド駆動装置１のシステム構成例である。
【図２】電源２の供給電圧Ｖｂｓやソレノイド抵抗ＲＬの変動に応じてデューティー比が不適切なものとなる不都合が顕著に表れる場面における、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の変化を示す図である。
【図３】補正演算部４８による補正演算を説明するための説明図である。
【図４】車両のブレーキ装置において油圧系を制御するためのソレノイドバルブが、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって駆動される場合の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の一実施例に係るソレノイド駆動装置１について説明する。図１は、本発明の一実施例に係るソレノイド駆動装置１のシステム構成例である。ソレノイド駆動装置１は、電源２から供給される電力を用いてソレノイド３を駆動する装置であり、主要な構成として、第１のスイッチング素子１０と、第２のスイッチング素子２０と、電流モニタ部３０と、Ａ／Ｄコンバータ３２と、平均化処理部３４と、減算器３６と、ＰＩ制御演算部３８と、加算器４０と、デューティー演算部４２と、パルス生成部４４と、駆動部４６と、補正演算部４８と、還流ダイオード５０と、を備える。
【００１６】
電源２は、例えばバッテリー及びスイッチング電源装置からなり、直流をソレノイド駆動装置１に供給している。ソレノイド３は、例えば６［ｍＨ］で４．５［Ω］程度のものが用いられる。
【００１７】
第１のスイッチング素子１０は、例えばＰチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタであり、逆止用ダイオードが並列に接続されている。第１のスイッチング素子１０は、駆動部４６によりオン／オフ制御される。
【００１８】
第２のスイッチング素子２０は、例えばＮチャネルＭＯＳ型トランジスタであり、逆止用ダイオードが並列に接続されている。第２のスイッチング素子２０は、ソレノイド駆動装置１が作動状態である間、オン状態に維持される。
【００１９】
従って、第１のスイッチング素子１０がオン状態とされたときに、電源２からソレノイド３を通ってグランド端子に電流が流れることとなる。
【００２０】
電流モニタ部３０は、第２のスイッチング素子２０の両端電圧を監視しており、これを第２のスイッチング素子２０の抵抗値で除した電流値を示す電圧信号｛Ｖ｝を出力する。なお、電圧信号｛Ｖ｝は、次式（１）で表される。式中、Ｉはソレノイドを流れる電流を示している。
【００２１】
Ｖ＝０．４５＋１．４×Ｉ …（１）
【００２２】
Ａ／Ｄコンバータ３２は、電流モニタ部３０から入力されるアナログ信号｛Ｖ｝を、デジタル信号｛Ｖｍ｝に変換して出力する。
【００２３】
平均化処理部３４は、Ａ／Ｄコンバータ３２から入力されるデジタル信号｛Ｖｍ｝の移動平均｛Ｖａ＝Ｖｍ（１）＋Ｖｍ（２）＋…Ｖｍ（ｋ）／ｋ｝を算出して出力する。
【００２４】
減算器３６は、外部ＣＰＵ５から入力される電流値指示信号｛Ｖｄ｝から移動平均｛Ｖａ｝を除した値を出力する。ここで、電流値指示信号｛Ｖｄ｝は、ソレノイド３に供給すべき目標電流値を電圧信号として表現したものであり、次式（２）で表される。式中、Ｉ＃は目標電流値を示している。
【００２５】
Ｖｄ＝０．４５＋１．４×Ｉ＃ …（２）
【００２６】
ＰＩ制御演算部３８は、減算器３６から入力される偏差信号｛ｅｎ＝Ｖｄ−Ｖａ｝に基づいて、ＰＩ制御演算を行なう。具体的には、電流値指示信号｛Ｖｄ｝の増減変更値｛ΔＶ｝を次式（３）に基づいて算出し、加算器４０に出力する。式中、Ｋｐは比例項のゲインであり、Ｋｉは積分項のゲインである。また、ＰＩ制御演算部３８は、外部ＣＰＵ５から入力されるゲイン補正信号によって上記ゲインを補正する機能や、外部ＣＰＵ５からの指示に応じてＰＩ制御とＰ制御を切換える機能等を有してよい。
【００２７】
ΔＶ＝Ｋｐ×ｅｎ＋Ｋｉ×∫ｅｎ・ｄｔ …（３）
【００２８】
加算器４０は、外部ＣＰＵ５から入力される電流値指示信号｛Ｖｄ｝と、ＰＩ制御演算部３８から入力される増減変更値｛ΔＶ｝を加算し、デューティー演算部４２に出力する。
【００２９】
デューティー演算部４２は、加算器４０から入力される値｛Ｖｄ＋ΔＶ｝に応じた電流がソレノイド３に供給されるように、第１のスイッチング素子１０に供給するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティー比を決定する。具体的には、例えば次式（４）に基づいてデューティー比｛ｄｕｔｙ｝を決定し、パルス生成部４４に出力する。式中、Ｉ＃＃はＰＩ制御演算部３８から入力される増減変更値｛ΔＶ｝を加味した目標電流値である。また、ＲＬはソレノイド抵抗であり、Ｖｆは還流ダイオード５０の順方向電圧であり、Ｖｂｓは電源２の供給電圧であり、これらの値は初期値としてデューティー演算部４２が保持している。
【００３０】
ｄｕｔｙ＝（Ｉ＃＃×ＲＬ＋Ｖｆ）／（Ｖｂｓ＋Ｖｆ）
但し、Ｉ＃＃＝｛（Ｖｄ＋ΔＶ）−０．４５｝／１．４ …（４）
【００３１】
また、デューティー演算部４２は、上式（４）で算出されたデューティー比｛ｄｕｔｙ｝が大きい場合には（１００％以上となった場合には）、デューティー比を１００％に設定してソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝を速やかに上昇させ、その後は電流値指示信号｛Ｖｄ｝と｛Ｖａ｝の差分に基づく制御を行なう。係る制御は、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝が所定値（例えば目標電流｛Ｉ＃｝の８０％等）に至るまではデューティー比を１００％に設定し、その後は電流値指示信号｛Ｖｄ｝と｛Ｖａ｝の差分に基づく制御を行なうとしてもよい。
【００３２】
このような駆動制御は、例えば、ソレノイド３が、車両のブレーキ装置において油圧系を制御するためのソレノイドとして用いられる場合に行なわれる。すなわち、運転者がブレーキペダルを踏み込んでからブレーキトルク（ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝に応じて変化する）がある程度のトルクに至るまではデューティー比を１００％とし、その後はＰＩ制御によってブレーキトルクを所望の値に維持し、いわゆるＡＢＳ（Antilock Brake Systeｍ）を作動させる。なお、係る場合の構成例について後述する。
【００３３】
パルス生成部４４はデューティー演算部４２から入力されるデューティー比｛ｄｕｔｙ｝を有するＰＷＭ信号｛ｔ＝Ｔｐｗｍ・ｄｕｔｙ｝を生成し、駆動部４６に出力する。駆動部４６は、ＰＷＭ信号｛ｔ＝Ｔｐｗｍ・ｄｕｔｙ｝に応じて第１のスイッチング素子１０をオン／オフ制御する。こうして、電流モニタ部３０により検出された電流｛Ｉ｝が、電流値指示信号｛Ｖｄ｝の示す目標電流値｛Ｉ＃｝に近付くように、第１のスイッチング素子１０が駆動されることとなる。
【００３４】
ここで、このような構成を有するソレノイド駆動装置１において発生しうる不都合について説明する。現実にソレノイド駆動装置１が使用される場面では、電源２の供給電圧Ｖｂｓやソレノイド抵抗ＲＬは一定値ではなく、電源２の供給電圧Ｖｂｓはバッテリーの充電状態等によって変動し、ソレノイド抵抗ＲＬは温度によって変動する。このため、例えば電源２の供給電圧Ｖｂｓがデューティー演算部４２の保持する初期値よりも高くなった場合には、式（４）に鑑みると、デューティー比を小さく変更すべきである。しかしながら、デューティー演算部４２の保持する初期値を用いて算出されるデューティー比は、電源２の供給電圧Ｖｂｓの上昇を加味した理想値よりも大きくなってしまう。
【００３５】
図２は係る不都合が顕著に表れる場面における、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の変化を示す図である。図中、破線は理想的な電流｛Ｉ｝の変化を示しており、実線は電源２の供給電圧Ｖｂｓが上昇したにも拘わらずデューティー演算部４２の保持する初期値を用いてデューティー比を算出した場合の電流｛Ｉ｝の変化を示している。この場合、図示する如く、電流｛Ｉ｝が目標電流値｛Ｉ＃｝に対してオーバーシュートし、また、定常的に誤差が生じる可能性がある。
【００３６】
そこで、本実施例のソレノイド駆動装置１は、補正演算部４８を備え、補正演算された電源２の供給電圧Ｖｂｓ＃やソレノイド抵抗ＲＬ＃をデューティー演算部４２に供給することとした。そして、デューティー演算部４２は、例えば電源投入時には自己が保持する初期値を用いてデューティー比を決定し、補正演算部４８から補正演算値が入力されると補正演算値を用いてデューティー比を決定する。
【００３７】
図３は、補正演算部４８による補正演算を説明するための説明図である。補正演算部４８は、第１の所定電流（例えば、上記ブレーキ装置の例のように、目標電流値｛Ｉ＃｝が略一定値として定められている場合、その１０％程度の電流とする）以下の領域におけるソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ１／Δｔ１｝に基づいて電源２の供給電圧Ｖｂｓを補正演算し、第１の所定電流に比して高い第２の所定電流（例えば、目標電流値｛Ｉ＃｝が略一定値として定められている場合、その８０％程度の電流とする）以上の領域におけるソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ２／Δｔ２｝と、上記｛ΔＩ１／Δｔ１｝の差分に基づいてソレノイド抵抗ＲＬを補正演算する。なお、係る補正演算は、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝の変化が大きいデューティー比が１００％の期間で行なうと好適である。
【００３８】
より具体的には、第１の所定電流以下の領域における２点間の時間｛Δｔ１｝と、電流｛Ｉ｝の変化｛ΔＩ１｝を測定する。低電流領域においては、電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ１／Δｔ１｝は電源２の供給電圧Ｖｂｓをソレノイド３のインダクタンスＬで除した値に等しくなるため、次式（５）に基づいて電源２の供給電圧Ｖｂｓの補正演算値Ｖｂｓ＃を算出する。
【００３９】
Ｖｂｓ＃＝（ΔＩ１／Δｔ１）×Ｌ …（５）
【００４０】
また、第２の所定電流以下の領域における２点間の時間｛Δｔ２｝と、電流｛Ｉ｝の変化｛ΔＩ２｝を測定する。高電流領域においては、電流｛Ｉ｝の時間変化｛ΔＩ２／Δｔ２｝は次式（６）で表されるため、次式（７）を用いてソレノイド抵抗ＲＬの補正演算値ＲＬ＃を算出する。
【００４１】
ΔＩ２／Δｔ２＝｛Ｖｂｓ−ＲＬ・Ｉ｝／Ｌ …（６）
ＲＬ＃＝（ΔＩ１／Δｔ１−ΔＩ２／Δｔ２）×Ｌ／Ｉ …（７）
【００４２】
このように補正演算を行なうと、補正演算値Ｖｂｓ＃及びＲＬ＃が、より実際の値に近いものとなる。従って、デューティー演算部４２が決定するデューティー比が、より適切なものとなり、ソレノイド３を流れる電流｛Ｉ｝を、より適切に目標電流値｛Ｉ＃｝に近づけることができる。この結果、オーバーシュートを防止しつつ高速応答を実現することもできる。
【００４３】
図４は、車両のブレーキ装置において油圧系を制御するためのソレノイドバルブが、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって駆動される場合の構成例である。
【００４４】
ブレーキ装置７０は、ブレーキ装置７０全体を制御するブレーキＥＣＵ７０Ａと、ブレーキペダルになされたブレーキ操作が伝達されるマスターシリンダー７１と、ブレーキ液を蓄えるリザーバータンク７２と、ストロークシミュレーター７３と、各車輪に出力される制動力を調節するブレーキアクチュエーター７４と、を備える。この場合、ブレーキＥＣＵ７０Ａが、上記説明した外部ＣＰＵ５として機能する。
【００４５】
ブレーキアクチュエーター７４は、ポンプ７５及びこれを駆動するモータ７６と、ポンプ７５から圧送される油圧によって内部の油圧が高圧に維持されるアキュームレーター７７と、アキュームレーター７７の油圧を調整するカットバルブ７８と、各車輪に対して設けられ、開閉動作によって、各車輪に出力される制動力を調節する各車輪用制御バルブ７９Ａ、７９Ｂ、７９Ｃ、及び７９Ｄ（図３では、簡便のため、一つのブロックとして記載している）と、を備える。なお、各車輪からリザーバータンク７２に還流する油圧経路については、図示及び説明を省略する。
【００４６】
ここで、カットバルブ７８、各車輪用制御バルブ７９Ａ、７９Ｂ、７９Ｃ、及び７９Ｄの少なくとも一部は、ソレノイドバルブとして構成され、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって駆動される。この場合、ソレノイドバルブに対応した個数のソレノイド駆動装置１を備えるものとしてよい。
【００４７】
ブレーキ装置７０では、アキュームレーター７７内部のアキュームレーター圧はブレーキＥＣＵ７０Ａにより監視されており、これが所定の圧力を下回るとアキュームレーター圧を上昇させるようにモータ７６が駆動される。また、所定の圧力を上回ると、カットバルブ７８が開放されてアキュームレーター圧を低下させる。
【００４８】
運転者によりブレーキペダルが踏み込まれると、マスターシリンダー７１内部の液圧室に発生するマスターシリンダー圧が、通信によりブレーキＥＣＵ７０Ａに入力される。ブレーキＥＣＵ７０Ａは、マスターシリンダー圧に応じた制動力を出力するように、各車輪用制御バルブ７９Ａ〜７９Ｄを制御する。なお、この際にストロークシミュレーター７３は、マスターシリンダー７１からの油圧経路が遮断されている状態においても、運転者のブレーキ踏力に応じた自然なブレーキストロークを発生させる。
【００４９】
このように、本実施例に係るソレノイド駆動装置１によって各ソレノイドバルブを制御することにより、各ソレノイドバルブを流れる電流を、より適切に目標電流値に近づけることができる。この結果、ブレーキペダルの踏み込み量を、より正確に反映したブレーキトルクを出力することができる。
【００５０】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５１】
例えば、デューティー比の決定手法については実施例のものに限らず、ソレノイドを流れる電流を目標電流に近付けるための如何なる制御手法（例えば、ＰＩＤ制御等）を採用してもよい。
【００５２】
また、目標電流とソレノイドを流れる電流を比較する際に移動平均を求める処理を省略してもよい。また、単純移動平均に限らず、加重平均等を用いてフィルタリング処理を行なっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ ソレノイド駆動装置
２ 電源
３ ソレノイド
５ 外部ＣＰＵ
１０ 第１のスイッチング素子
２０ 第２のスイッチング素子
３０ 電流モニタ部
３２ Ａ／Ｄコンバータ
３４ 平均化処理部
３６ 減算器
３８ ＰＩ制御演算部
４０ 加算器
４２ デューティー演算部
４４ パルス生成部
４６ 駆動部
４８ 補正演算部
５０ 還流ダイオード
７０ ブレーキ装置
７０Ａ ブレーキＥＣＵ（外部ＣＰＵ）
７１ マスターシリンダー
７２ リザーバータンク
７３ ストロークシミュレーター
７４ ブレーキアクチュエーター
７５ ポンプ
７６ モータ
７７ アキュームレーター
７８ カットバルブ
７９Ａ、７９Ｂ、７９Ｃ、及び７９Ｄ 各車輪用制御バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源とソレノイドを導通させ又は遮断するスイッチング素子と、
前記ソレノイドを流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が所与の目標電流に近付くように前記スイッチング素子を駆動する駆動制御手段と、
を備えるソレノイド駆動装置であって、
第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、前記第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化と前記第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づき前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする、
ソレノイド駆動装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、デューティー比を決定して前記スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する手段であって、所定の場合には１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動する手段であり、
前記補正演算手段は、前記駆動制御手段が１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動しているときに前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づいて、前記補正演算を行なう手段である、
請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
【請求項３】
車両に搭載されるブレーキ装置であって、
請求項１又は２に記載のソレノイド駆動装置を備え、
油圧系制御のためのソレノイドバルブを前記ソレノイド駆動装置によって駆動することを特徴とする、
ブレーキ装置。
【請求項１】
電源とソレノイドを導通させ又は遮断するスイッチング素子と、
前記ソレノイドを流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が所与の目標電流に近付くように前記スイッチング素子を駆動する駆動制御手段と、
を備えるソレノイド駆動装置であって、
第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づく第１の補正演算値と、前記第１の所定電流に比して高い第２の所定電流以上の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化と前記第１の所定電流以下の領域における前記ソレノイドを流れる電流の時間変化との差分に基づく第２の補正演算値と、を算出する補正演算手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記補正演算手段により算出された第１及び第２の補正演算値に基づき前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする、
ソレノイド駆動装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、デューティー比を決定して前記スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する手段であって、所定の場合には１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動する手段であり、
前記補正演算手段は、前記駆動制御手段が１００％デューティーで前記スイッチング素子を駆動しているときに前記ソレノイドを流れる電流の時間変化に基づいて、前記補正演算を行なう手段である、
請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
【請求項３】
車両に搭載されるブレーキ装置であって、
請求項１又は２に記載のソレノイド駆動装置を備え、
油圧系制御のためのソレノイドバルブを前記ソレノイド駆動装置によって駆動することを特徴とする、
ブレーキ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１９９４３８（Ｐ２０１０−１９９４３８Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４６６４（Ｐ２００９−４４６６４）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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