電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置
【課題】 電磁アクチュエータからサーチコイルを無くし、簡単な構成で正確にエアギャップを推定できる電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置を提供することである。
【解決手段】 励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、車両の停止状態を検出する車両停止状態検出手段と、前記車両停止状態検出手段により車両の停止状態を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、を具備して構成する。
【解決手段】 励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、車両の停止状態を検出する車両停止状態検出手段と、前記車両停止状態検出手段により車両の停止状態を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、を具備して構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御４輪駆動車両等のトルク伝達機構等で使用される電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子制御４輪駆動車両等のトルク伝達機構等では、左右一対のプラネタリギヤセットと、各プラネタリギヤセットに連結されたサンギヤのトルクを可変制御するための一対のブレーキ機構を含んでいる。各ブレーキ機構は、湿式多板ブレーキと、この多板ブレーキを作動する電磁アクチュエータを含んでいる。
【０００３】
電磁アクチュエータは、筒状内部空間に設けられ、磁性体材料から成るコア（ヨーク）と、所定のエアギャップを以ってコアと筒状内部空間の軸方向に対向するように配置された磁性体材料から成るアーマチュアと、コアとアーマチュアとの間の環状空間に挿入された励磁コイルと、アーマチュアに連結されたピストン等から構成される。
【０００４】
励磁コイルに電流を印加すると、コアとアーマチュアとエアギャップとから構成される磁気回路に磁路が形成され、コアとアーマチュア間のエアギャップに電磁力が発生する。この電磁力によりアーマチュアがコアに引き付けられて推力が発生する。この推力により、アーマチュアと一体に連結されたピストンが多板ブレーキを押し付け、多板ブレーキに発生する摩擦力によりブレーキトルクが発生する。このブレーキトルクにより多板ブレーキに連結された車軸のトルクが制御される。
【０００５】
マイクロコンピュータを搭載したＥＣＵにより、車両の旋回方向及び操舵力又は操舵角等の走行状態に相当するブレーキトルクを発生するために、左右の電磁ソレノイドに流す目標電流値を算出し、左右の電磁ソレノイドに流す励磁電流がそれぞれの目標電流値に一致するよう制御して、左右の後ろ車軸への出力トルクを可変に制御している。
【０００６】
励磁コイルに流す励磁電流値を目標電流値に高速に収束させるために、車両の走行状態に相当するブレーキトルクに対応する目標電流値がＥＣＵにより算出される。ＥＣＵは目標電流値と励磁コイルに流れる実電流との差分に応じて、ＰＷＭ制御を行い、ＰＷＭ駆動信号をスイッチング素子の制御端子に供給する。
【０００７】
スイッチング素子は、バッテリ電源とグラウンド間に励磁コイルと直列に設けられており、制御端子に印加されるＰＷＭ駆動信号のハイ／ローに応じてオン／オフし、励磁コイルの電流が制御される。
【０００８】
電流還流用ダイオード（フライホイールダイオード）が励磁コイルと並列に設けられており、スイッチング素子がオフすると、励磁コイルに発生する逆起電力により電流還流用ダイオードがオンし、励磁コイルに還流電流を流して平滑化する。
【０００９】
励磁コイルに流れる実電流を検出して、ＰＩＤ演算手段により実電流と目標電流とを比較して、実電流が目標電流値に一致するようＰＷＭ制御をする。
【００１０】
このように、励磁コイルの電流値が目標電流値に高速に収束するようスイッチング素子に印加するＰＷＭ駆動信号のパルス幅を制御している。
【００１１】
一方、多板ブレーキの摩擦力による磨耗によりコアとアーマチュアとの間のエアギャップが狭くなって変動し、エアギャップが狭くなると推力が増大する。上述のように励磁コイルに電流が流れることにより磁気回路に磁束が発生する。エアギャップにかかる推力は磁束により決まるものなので、磁束検出に基づき推力を正確に制御する必要がある。
【００１２】
磁束検出に基づき推力を正確に制御するための先行技術文献としての特許文献１がある。特許文献１は、磁束が通る磁路内にサーチコイルを配設し、パルス波形の実電流を励磁コイルに流し、磁気回路の磁路に発生する磁束の変化によるサーチコイルに発生する起電力を測定し、磁束計算を行い、計算結果の磁束、エアギャップ断面積及コア等の透磁率に基づいて、推力を算出することを開示している。
【特許文献１】特開２００２−３０３６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１では、上述のようにサーチコイルを用いて磁束を検出するものであるため、サーチコイルに係る部品コストが増加する問題がある。また、サーチコイルに発生する起電力は、励磁コイルに対する巻き数が少ないことから、大きな磁気エネルギーを出力することはできない。
【００１４】
これにより、サーチコイルに発生する起電力は、車両内で使用される無線機や携帯電話機からの電波によるスパイクノイズの影響を受けてばらつく。サーチコイル出力起電力を積分すると、起電力中のスパイクノイズ値なども積分されるので、積分値から計算された磁束の値が大きく変化し、推力の推定値に大きな誤差を生じるという問題点があった。
【００１５】
また、励磁コイル内での磁束の形成には、磁束回路を構成するヨークとアーマチュアの形状のバラツキによるバラツキがある。更に、エアギャップ長が変化すると、磁気回路のエアギャップに係る磁気抵抗が変化して磁気回路の磁束形成も大きく変化し、サーチコイルを磁束検出のための最適なレイアウトとすることができないという問題点があった。
【００１６】
このように、磁気回路の磁束を算出することにより、推力を推定する方法では、推定誤差が大きくなるという問題点があった。
【００１７】
一方、上述したような電磁アクチュエータにおいて、励磁コイルに流す励磁電流が同一であればエアギャップが小さくなるほど推力は大きくなるという関係にある。よって、コアとアーマチュアとの間のエアギャップが推定できれば、このエアギャップの大きさに応じて励磁電流を制御することにより、所望の推力を得ることができる。
【００１８】
よって、本発明の目的は、簡単な構成でコアとアーマチュアとの間のエアギャップを推定可能な電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１記載の発明によると、励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、車両の停止状態を検出する車両停止状態検出手段と、前記車両停止状態検出手段により車両の停止状態を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置が提供される。
【００２０】
請求項２記載の発明によると、励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有し、前記励磁コイルに通電することにより電磁ブレーキを締結する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、前記電磁ブレーキの非締結時を検出する非締結時検出手段と、前記非締結時検出手段で前記電磁ブレーキの非締結時を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置が提供される。
【００２１】
請求項３記載の発明によると、請求項１又は２記載の発明において、励磁コイルの温度を検出する温度検出手段と、励磁コイルの温度に基づいてインダクタンスを補正するインダクタンス補正手段を更に具備した電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発明によると、励磁コイルに発生する磁束に基づいてエアギャップを推定しなくて良いので、電磁アクチュエータからサーチコイルを無くすことができ、電磁アクチュエータのコストを低減可能である。
【００２３】
更に、車両停止状態でエアギャップの推定を行うので、電磁ブレーキは非締結状態となり、エアギャップ推定のために励磁コイルに定電圧を印加してたとえ電磁ブレーキが締結されても、車両停止状態であるため、安定してエアギャップの推定を行うことができる。
【００２４】
請求項２記載の発明によると、電磁ブレーキの非締結時にエアギャップの推定を行うことができ、請求項１と同様な効果を達成することができる。電磁ブレーキ非締結時は車両停止状態と車両走行状態を含む場合があるが、車両走行状態の電磁ブレーキ非締結時にエアギャップの推定を行う場合には、励磁コイルに印加する定電圧として電磁ブレーキが締結しない程度の低い定電圧を印加する必要がある。
【００２５】
請求項３記載の発明によると、励磁コイルの温度に基づいてインダクタンスを補正しているので、正確なエアギャップの推定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の磁束検出装置又はエアギャップ推定装置を適用可能なフロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）車ベースの４輪駆動車両の動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、動力伝達系は、車両前方に配置されたエンジン２の動力がトランスミッション４の出力軸４ａから伝達されるフロントデファレンシャル装置６と、このフロントデファレンシャル装置６からの動力がプロペラシャフト８を介して伝達される増速装置（変速装置）１０と、増速装置１０からの動力が伝達されるリヤデファレンシャル装置１２と、車両の走行制御などを行うＥＣＵ１３とを主に含んでいる。
【００２８】
フロントデファレンシャル装置６は従来周知の構造となっており、トランスミッション４の出力軸４ａからの動力をデフケース６ａ内の複数のギヤ１４と出力軸１６，１８を介して左右の前輪駆動軸２０，２２に伝達することにより、各前輪が駆動される。
【００２９】
リヤデファレンシャル装置１２は、後で説明するように、一対のプラネリギヤセットと、それぞれ多板ブレーキ機構（多板クラッチ機構）の締結を制御する一対の電磁アクチュエータを含んでおり、電磁アクチュエータを制御して左右の後輪駆動軸２４，２６に動力を伝達することにより、各後輪が駆動される。
【００３０】
図２は増速装置（変速装置）１０と、増速装置１０の下流側に配置されたリヤデフンシャル装置１２の断面図である。増速装置１０はケーシング２８中に回転可能に取り付けられた入力シャフト３０と、出力シャフト（ハイポイドピニオンシャフト）３２を含んでいる。
【００３１】
増速装置１０は更に、オイルポンプサブアセンブリ３４と、プラネタリキャリアサブアセンブリ３８と、直結クラッチサブアセンブリ４０と、変速ブレーキ４２を含んでいる。
【００３２】
増速装置１０の下流側に設けられたリヤデファレンシャル装置１２は、ハイポイドピニオンシャフト３２の先端に形成されたハイポイドピニオンギヤ４４を有している。
【００３３】
ハイポイドピニオンギヤ４４はハイポイドリングギヤ４８と噛み合っており、ハイポイドリングギヤ４８からの動力は左右に一対設けられたプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのリングギヤに入力される。
【００３４】
プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤは左側後ろ車軸２４、右側後ろ車軸２６周りに回転可能に取り付けられている。プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのプラネタリキャリアは、左側後ろ車軸２４、右側後ろ車軸２６に固定されている。プラネタリキャリアに担持されたプラネットギヤがサンギヤ及びリングギヤに噛み合っている。
【００３５】
左右のプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂは、サンギヤのトルクを可変制御するために設けられた電磁ブレーキ機構５１に連結される。電磁ブレーキ機構５１は、湿式多板ブレーキ５２と、この多板ブレーキ５２を作動する電磁アクチュエータ５６を含んでいる。
【００３６】
湿式多板ブレーキ５２のブレーキプレートはケーシング５４に固定され、ブレーキディスクはプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤに固定されている。
【００３７】
電磁アクチュエータ５６は、環状溝を有する磁性材料から成るリング状コア（ヨーク）５８と、リング状コア５８の環状溝中に挿入された環状の励磁コイル６０と、リング状コア５８に所定のギャップを持って対向する磁性材料から成るリング状アーマチュア６２と、アーマチュア６２に連結された環状ピストン６４とから構成される。
【００３８】
励磁コイル６０に励磁電流を流すと、アーマチュア６２が励磁コイル６０に流れる励磁電流により磁気回路に発生した磁束によりコア５８に引き付けられて推力が発生する。この推力により、アーマチュア６２と一体に連結されたピストン６４が多板ブレーキ５２を押し付けることで、ブレーキトルクが発生する。
【００３９】
これにより、プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤはそれぞれケーシング５４に対して固定され、ハイポイドピニオンシャフト３２の駆動力はプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのリングギヤ、プラネットギヤ、プラネットキャリアを介して左右の後ろ車軸２４，２６に伝達される。
【００４０】
このように、励磁コイル６０に流す励磁電流を制御することにより、入力シャフト３０の駆動力を直結状態で或いは増速装置１０で増速して、左右の後ろ車軸２４，２６に任意に分配することができ、最適な旋回制御を実現することができる。
【００４１】
上述したように、同一の推力を得るためには、エアギャップが大きくなればなる程大きな励磁電流が必要である。よって、適当な方法でエアギャップを推定できれば、必要とする推力を発生する励磁電流の大きさがわかることになる。
【００４２】
以下、図３乃至図１３を参照して、本発明実施形態の電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置について説明する。本発明では、励磁コイルに定電圧を印加し、電流立ち上がり時間或いは立ち下がり時間と励磁コイル抵抗値に基づいて、励磁コイルのインダクタンスを算出し、コアとアーマチュアとの間のエアギャップを推測する。
【００４３】
図３のＲＬ直列回路において、電圧をＥ、コイルの抵抗をＲ、コイルのインダクタンスをＬとすると、電流ｉは、
ｉ＝Ｅ／Ｒ（１−ｅ−（Ｒ／Ｌ）ｔ）
＝Ｉ（１−ｅ−ｔ／τ）
ここで、Ｉ＝Ｅ／Ｒ，Ｌ／Ｒ＝τ（時定数）である。
【００４４】
図４はコイルに定電圧を印加した時の電流立ち上がり時のタイムチャート、図５は電流立ち下がり時のタイムチャートである。
【００４５】
図４において、原点における接線の傾きは、
｜ｄｉ／ｄｔ｜ｔ＝０＝Ｅ／Ｒτ，｜ｄｉ´／ｄｔ｜ｔ＝０＝１／τ
上記原理によって、インダクタンスＬは下記のように計算する。
【００４６】
ｔ＝０でスイッチをオンすると、ｉ＝Ｅ／Ｒ（１−ｅｘｐ（−Ｒ／Ｌ＊ｔ））であるから、
Ｌ＝Ｒ＊時定数＝Ｒ＊（電流値がＥ／Ｒ＊０．６３２に立ち上がるまでの所要時間）
次に、図６乃至図１０のフローチャートを参照して、本発明実施形態のエアギャップ推定方法について説明する。まず、図６のステップＳ１０で検出条件をチェックする。この検出条件の詳細は図７のフローチャートに示されている。
【００４７】
図７のステップＳ３０において、インダクタンスの検出が完了したか否かを判定し、完了していない場合にはステップＳ３１へ進んで車速が０であるか否かを判定する。
【００４８】
ステップＳ３１で車速が０、即ち車両が停止状態にあると判定された場合には、ステップＳ３２へ進んで時定数の計測時に印加する定電圧の電圧値が指定範囲内であるか否かを判定する。ここで、車両停止状態では電磁ブレーキ機構５１は非締結状態となっており、車輪回転速度は０であり、好ましくはギヤ位置はＰ又はＮに入れられている。
【００４９】
電圧値が指定範囲内であると判定された場合には、ステップＳ３３へ進んでブレーキがオン状態か否かを判定する。ここでブレーキをチェックしているのは、車両が完全な停止状態で励磁コイルのインダクタンスを検出したいからである。
【００５０】
ステップＳ３３でブレーキオン状態と判定された場合には、ステップＳ３４へ進んでエンジン回転数が一定値以上か否かを判定する。エンジン回転数が一定値以上の場合に、インダクタンスの検出が可能となる（ステップＳ３５）。
【００５１】
ステップＳ３０が肯定判定の場合及びステップＳ３１〜Ｓ３４が否定判定の場合には、本処理を終了する。
【００５２】
図８を参照すると、他の実施形態の検出条件のフローチャートが示されている。まず、ステップＳ４０でインダクタンスの検出が完了したか否かを判定し、完了していない場合にはステップＳ４１へ進んで電磁ブレーキ機構５１が非締結か否かを判定する。
【００５３】
電磁ブレーキ機構５１が非締結時には、電磁ブレーキ機構５１を締結して駆動力配分を行っていない状態であり、車両停止状態及びＦＦ駆動モード状態を含んでいる。
【００５４】
ステップＳ４１で電磁ブレーキ機構５１が非締結状態と判定された場合には、ステップＳ４２へ進んで時定数の計測時に印加する定電圧の電圧値が指定範囲内であるか否かを判定する。
【００５５】
ここで注意すべきは、ＦＦ駆動状態でエアギャップの推定を行う場合には、励磁コイルに定電圧を印加しても電磁ブレーキ機構５１が締結されないような低い定電圧を選択する必要があることである。
【００５６】
ステップＳ４２で電圧値が指定範囲内であると判定された場合には、ステップＳ４３へ進んでエンジン回転数が一定値以上か否かを判定する。エンジン回転数が一定値以上の場合に、インダクタンスの検出が可能となる（ステップＳ４４）。ステップＳ４０が肯定判定の場合及びステップＳ４１〜Ｓ４３が否定判定の場合には、本処理を終了する。
【００５７】
このように検出条件のチェックが終了したならば、図６のステップＳ１１で励磁コイルのインダクタンスを検出する。このインダクタンスの検出ステップは図９のフローチャートに示されている。
【００５８】
図９のインダクタンスの検出方法は、電流立ち上がり時間でインダクタンスを算出する方法である。まず、ステップＳ５０で通常の駆動力制御時に励磁コイル６０に流している電流を停止する。
【００５９】
次いで、ステップＳ５１へ進んで励磁コイル６０に定電圧を印加し、電流値が規定値、すなわち最大電流値の０．６３２倍になるまでの時間（時定数）を計算する（ステップＳ５２）。
【００６０】
次いで、ステップＳ５３へ進んでＬ＝Ｒτより、励磁コイル６０の抵抗値と時定数τから励磁コイル６０のインダクタンスＬを算出する。
【００６１】
図６のステップＳ１１でインダクタンスの検出が終了したら、ステップＳ１２へ進んで励磁コイル６０の抵抗値から推測した温度と湿式多板ブレーキ５２の油温を比較する。
【００６２】
一般的に、銅線を巻回したコイルの抵抗と温度とは図１１に示すような比例関係にある。よって、励磁コイル６０の抵抗を測定することにより、励磁コイルの温度を検出することができる。
【００６３】
次いで、ステップＳ１３で抵抗値から推測した励磁コイル６０の温度と油温との差分が所定の閾値、例えば５０℃、を超えたか否かを判定する。閾値を超えたと判定された場合には、エアギャップの検出に適している環境下と言えないので本処理を終了する。
【００６４】
ステップＳ１３で閾値を越えていないと判定された場合には、ステップＳ１４へ進んでステップＳ１１で検出したインダクタンスの値が妥当か否かを判定する。即ち、図１０のインダクタンス妥当性判断フローチャートでインダクタンスの妥当性を判断する。
【００６５】
図１０のステップＳ６０でインダクタンスの上限をチェックし、ステップＳ６１で上限値を上回るか否かを判定し、上回ると判定された場合にはステップＳ６５へ進んでこのインダクタンスの値を放棄し、故障カウンタをインクルメントする。
【００６６】
ステップＳ６１で上限値を上回らないと判定された場合には、ステップＳ６２でインダクタンスの下限値をチェックし、ステップＳ６３でインダクタンスの下限値を下回るか否かを判定する。
【００６７】
下限値を下回ると判定された場合には、ステップＳ６５でこのインダクタンスの値を放棄し、故障カウンタをインクルメントする。下限値を下回らないと判定された場合には、ステップＳ６４でこのインダクタンスの値を妥当と判断する。
【００６８】
図６のステップＳ１４でインダクタンスの値が妥当と判断された場合には、ステップＳ１５へ進んでコイル周囲温度、即ち湿式多板ブレーキ５２の油温及び励磁コイル６０の抵抗値から励磁コイル６０の温度を推定し、ステップＳ１１で検出したインダクタンス値を温度補正する。
【００６９】
具体的には、励磁コイル６０のインダクタンスは温度及び励磁電流により変化するため、実験により温度及び励磁電流を変化させて図１２に示すようなテーブルを作成する。図１２において、直線Ａは励磁電流が１アンペア（Ａ）の時の、直線Ｂは３アンペア（Ａ）の時の、直線Ｃは５アンペア（Ａ）の時の、励磁コイル６０の温度とインダクタンスの関係を示している。
【００７０】
よって、励磁コイル６０のインダクタンス検出時の励磁電流を１アンペア（Ａ）とすれば、直線Ａに基づいて励磁コイル６０の温度からインダクタンスを検出することができる。
【００７１】
このように温度補正後のインダクタンスの検出が終了すると、図１３に示すインダクタンス−エアギャップテーブルからエアギャップを推定することができる。
【００７２】
次いで、ステップＳ１６へ進んで検出したインダクタンスで励磁コイル６０の電流応答性を調整し、ステップＳ１７で検出したエアギャップから励磁コイル６０の電流制御量を調整する。尚、ステップＳ１７の詳細については後述する。
【００７３】
ステップＳ１４でインダクタンス値が妥当でないと判定された場合には、ステップＳ１８へ進んでこのインダクタンス値を放棄し、故障カウンタをインクルメントする。このステップＳ１８は図１０のステップＳ６５と同一ステップである。
【００７４】
ステップＳ１９では、故障カウンタが閾値を上回るか否かを判定し、上回ると判定された場合には、ステップＳ２０へ進んでカーナビゲーションシステム又はインパネのメータ等にアラーム信号を表示する。
【００７５】
次に、図１４〜図１７を参照して、本発明のエアギャップ推定方法で推定したエアギャップから励磁コイル６０に流す励磁電流を制御する方法について説明する。
【００７６】
図１４は、図２中の電磁アクチュエータ５６の励磁コイル６０に流れる励磁電流を制御するための励磁コイル６０及び周辺回路図である。電磁ソレノイド７０は、図１４に示すように、スイッチ手段（第１のスイッチ手段）８０と、フライホイールダイオード（第２のスイッチ手段）８２と、励磁コイル６０を有する。
【００７７】
第１のスイッチ手段８０は、バッテリ電源９０から励磁コイル６０への電流の供給のオン／オフをするためのスイッチであり、制御電極に印加されるＰＷＭ駆動信号のハイレベル／ローレベルに応じて、オン／オフする、例えば、Ｎチャネル型ＦＥＴ（以下、ＦＥＴと略す）で構成する。
【００７８】
ＦＥＴ８０と励磁コイル６０は、バッテリ電源９０とグラウンド間に直列に接続されている。例えば、ＦＥＴ８０は、ドレインが所定の正電圧、例えば１２Ｖのバッテリ電源９０に接続され、ソースが励磁コイル６０の一端（以下、第１端）に接続されている。ゲートには、ＰＷＭ駆動信号が印加される。
【００７９】
フライホイールダイオード８２は、励磁コイル６０と並列に接続されている。例えば、ダイオード８２は、アノードがグラウンドに接続され、カソードが励磁コイル６０の第１端に接続されている。
【００８０】
フライホイールダイオード８２は、ＦＥＴ８０がオフすると励磁コイル６０の両端に発生する逆起電力により順バイアスされてオンして、図１４に示すように、励磁コイル６０に還流電流ａを流す。フライホイールダイオード８２は、ＦＥＴ８０がオンすると、逆バイアスされてオフする。
【００８１】
一定のクロック周期に対するＰＷＭ駆動信号のハイレベルの時間の割合をディーティ比と呼ぶ。ＰＷＭ駆動信号がハイレベルのとき、ＦＥＴ８０がオンして、励磁コイル６０に励磁電流が流れ、デューティ比％に相当する励磁電流が増加する。
【００８２】
また、ＰＷＭ駆動信号がローレベルのとき、ＦＥＴ８０がオフし、励磁コイル６０の両端に逆起電力が発生して、還流電流ａが流れる。一方、デューティ比が０になると、還流電流ａが０になるまで減少する。
【００８３】
励磁コイル６０は、第１端がＦＥＴ８０のソースに接続され、他端（以下、第２端）が後述する電流検出手段１２２に設けられた抵抗２６０を介してグラウンドに接続されている。バッテリ電源９０よりＦＥＴ８０、励磁コイル６０及び抵抗２６０を介してグラウンドへ電流が流れる。このように、電磁アクチュエータ５６からはサーチコイルが無くなっている。
【００８４】
ＥＣＵ１３は、旋回方向、舵角、スロットル開度及び車速等の車両の走行状態に応じたトルク配分のための制御等を行う。ＥＣＵ１３は電磁アクチュエータ５６が発生するブレーキトルクが走行状態に応じて最適なものとなるように電磁アクチュエータ５６を制御する電磁アクチュエータ制御手段１００として機能するプログラムを実行する。
【００８５】
図１５は本発明の実施形態による電磁アクチュエータ制御手段１００の機能ブロック図である。図１５に示すように、電磁アクチュエータ制御手段１００は、本発明によるエアギャップ長推定手段１１０と、目標伝達トルク算出手段１１２と、目標制御電流値算出手段１１４と、ＰＩＤ演算手段１１６と、選択手段１１８と、ＰＷＭ駆動信号生成手段１２０と、電流検出手段１２２を有する。
【００８６】
図１５中の目標伝達トルク算出手段１１２は、旋回方向、図示しない操舵角センサより出力される操舵角、図示しないスロットル開度センサより出力されるスロットル開度及び図示しない車速センサ等より出力される車両の走行状態に応じて、左右の後輪車軸２４，２６に分配する目標伝達トルクを算出する。
【００８７】
図１６は目標制御電流値算出手段１１４の機能ブロック図である。図１６に示すように、目標制御電流値算出手段１１４は、目標制御電流変換マップ２５０と、目標制御電流変換手段２５２を有する。
【００８８】
目標制御電流変換マップ２５０には、各目標伝達トルク及び各エアギャップの組み合わせに対して、対応する目標制御電流値が予め記憶されている。このマップ２５０は、電磁アクチュエータ５６の実験により、各エアギャップでの目標制御電流値に対する推力によるブレーキトルク（目標伝達トルク）を求めることにより作成する。
【００８９】
目標制御電流変換手段２５２は、図示しない記憶手段に記憶されているエアギャップ長及び目標伝達トルク算出手段１１２により算出された目標伝達トルクの組み合わせから、目標制御電流変換マップ２５０を参照して、対応する目標制御電流値に変換する。
【００９０】
図１５中のＰＩＤ演算手段１１６は、電流検出手段１２２により検出された実電流値が目標電流値に収束するようにＰＷＭ駆動信号のデューティ比を決定する。即ち、電流検出手段１２２により検出された実電流と目標電流値との差分に応じて、目標値が実電流よりも大であれば、実電流が増加するよう、目標値が実電流よりも小であれば、実電流が減少するよう、目標値が実電流と一致すれば、実電流が維持されるようにデューティ比を決定する。
【００９１】
選択手段１１８は、エアギャップ長推定手段１１０及びＰＩＤ演算手段１１６より出力されたデューティ比のいずれか一方の有効なデューティ比を選択して、ＰＷＭ駆動信号生成手段１２０に出力する。
【００９２】
ＰＷＭ駆動信号生成手段１２０は、選択手段１１８より出力されるデューティ比のＰＷＭ駆動信号を電磁ソレノイド７０に出力する。
【００９３】
電流検出手段１２２は、図１４に示すように、抵抗２６０、オペアンプ２６２、平均化手段２６４及びＡ／Ｄ変換器２６６を有する。抵抗２６０は一端が励磁コイル６０及びオペアンプ２６２のマイナス端子に接続され、他端が接地されオペアンプ２６２のプラス端子に接続されている。
【００９４】
オペアンプ２６２は、抵抗２６０の両端の電圧を算出することにより、励磁コイル６０に流れた電流値を検出する。平均化手段２６４は、オペアンプ２６２より出力された電流値（アナログ）を、例えば、ＣＲフィルタにより平均化する。Ａ／Ｄ変換器２６６は一定のサンプリング周期で平均化手段２６４より出力されるアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換する。
【００９５】
電磁アクチュエータ５６の通常制御においては、まず、目標伝達トルク算出手段１１２で車両の走行状態に応じて左右の後輪車軸２４，２６に分配する目標伝達トルクを算出する。
【００９６】
そして、目標制御電流値算出手段１１４中の目標制御電流変換手段２５２は、本発明方法により推定されたエアギャップ及び目標伝達トルク算出手段１１２により算出された目標伝達トルクから、図１７のステップＳ７０で示すように、目標制御電流値算出手段１１４中の目標制御電流変換マップ２５０を参照して、目標制御電流を算出する。
【００９７】
ＰＩＤ演算手段１１６は、電流検出手段１２２により検出された励磁電流が目標制御電流に一致するようにＰＷＭ制御する。これにより、目標伝達トルクが発生し、車両の後輪車軸２４，２６を駆動することができる。
【００９８】
以上を説明したように、本発明実施形態によれば温度に応じた励磁コイル６０のインダクタンスを算出し、このインダクタンスに基づいてエアギャップを推定して、エアギャップに応じて励磁コイル６０に流す目標制御電流値を制御しているので、電磁ソレノイド７０からサーチコイルを無くすことができ、サーチコイル及びサーチコイルの起電力を検出する回路等が不要となり、電磁アクチュエータ５６のコストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】４輪駆動車両の動力伝達系を示す概略図である。
【図２】増速装置（変速装置）及びリヤデファレンシャル装置の断面図である。
【図３】ＲＬ直列回路を示す図である。
【図４】電流立ち上がり時のタイムチャートである。
【図５】電流立ち下がり時のタイムチャートである。
【図６】本発明実施形態に係るエアギャップを推定するフローチャートである。
【図７】インダクタンスの検出条件をチェックするフローチャートである。
【図８】インダクタンスの他の検出条件をチェックするフローチャートである。
【図９】電流立ち上がり時のインダクタンスの検出を示すフローチャートである。
【図１０】インダクタンスの妥当性判断のフローチャートである。
【図１１】励磁コイルの温度と抵抗との関係を示すグラフである。
【図１２】励磁コイルの温度とインダクタンスとの関係を示すテーブルである。
【図１３】励磁コイルのインダクタンスとエアギャップとの関係を示すテーブルである。
【図１４】電磁ソレノイド及び周辺回路を示す図である。
【図１５】電磁アクチュエータ制御手段の機能ブロック図である。
【図１６】図１５中の目標制御電流値算出手段の機能ブロック図である。
【図１７】電磁アクチュエータの通常制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 増速装置（変速装置）
１２ リヤデファレンシャル装置
２４，２６ 後ろ車軸
３０ 入力シャフト
３２ 出力シャフト
５０Ａ，５０Ｂ プラネタリギヤセット
５１ 電磁ブレーキ機構
５２ 湿式多板ブレーキ
５６ 電磁アクチュエータ
５８ コア（ヨーク）
６０ 励磁コイル
６２ アーマチュア
７０ 電磁ソレノイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御４輪駆動車両等のトルク伝達機構等で使用される電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子制御４輪駆動車両等のトルク伝達機構等では、左右一対のプラネタリギヤセットと、各プラネタリギヤセットに連結されたサンギヤのトルクを可変制御するための一対のブレーキ機構を含んでいる。各ブレーキ機構は、湿式多板ブレーキと、この多板ブレーキを作動する電磁アクチュエータを含んでいる。
【０００３】
電磁アクチュエータは、筒状内部空間に設けられ、磁性体材料から成るコア（ヨーク）と、所定のエアギャップを以ってコアと筒状内部空間の軸方向に対向するように配置された磁性体材料から成るアーマチュアと、コアとアーマチュアとの間の環状空間に挿入された励磁コイルと、アーマチュアに連結されたピストン等から構成される。
【０００４】
励磁コイルに電流を印加すると、コアとアーマチュアとエアギャップとから構成される磁気回路に磁路が形成され、コアとアーマチュア間のエアギャップに電磁力が発生する。この電磁力によりアーマチュアがコアに引き付けられて推力が発生する。この推力により、アーマチュアと一体に連結されたピストンが多板ブレーキを押し付け、多板ブレーキに発生する摩擦力によりブレーキトルクが発生する。このブレーキトルクにより多板ブレーキに連結された車軸のトルクが制御される。
【０００５】
マイクロコンピュータを搭載したＥＣＵにより、車両の旋回方向及び操舵力又は操舵角等の走行状態に相当するブレーキトルクを発生するために、左右の電磁ソレノイドに流す目標電流値を算出し、左右の電磁ソレノイドに流す励磁電流がそれぞれの目標電流値に一致するよう制御して、左右の後ろ車軸への出力トルクを可変に制御している。
【０００６】
励磁コイルに流す励磁電流値を目標電流値に高速に収束させるために、車両の走行状態に相当するブレーキトルクに対応する目標電流値がＥＣＵにより算出される。ＥＣＵは目標電流値と励磁コイルに流れる実電流との差分に応じて、ＰＷＭ制御を行い、ＰＷＭ駆動信号をスイッチング素子の制御端子に供給する。
【０００７】
スイッチング素子は、バッテリ電源とグラウンド間に励磁コイルと直列に設けられており、制御端子に印加されるＰＷＭ駆動信号のハイ／ローに応じてオン／オフし、励磁コイルの電流が制御される。
【０００８】
電流還流用ダイオード（フライホイールダイオード）が励磁コイルと並列に設けられており、スイッチング素子がオフすると、励磁コイルに発生する逆起電力により電流還流用ダイオードがオンし、励磁コイルに還流電流を流して平滑化する。
【０００９】
励磁コイルに流れる実電流を検出して、ＰＩＤ演算手段により実電流と目標電流とを比較して、実電流が目標電流値に一致するようＰＷＭ制御をする。
【００１０】
このように、励磁コイルの電流値が目標電流値に高速に収束するようスイッチング素子に印加するＰＷＭ駆動信号のパルス幅を制御している。
【００１１】
一方、多板ブレーキの摩擦力による磨耗によりコアとアーマチュアとの間のエアギャップが狭くなって変動し、エアギャップが狭くなると推力が増大する。上述のように励磁コイルに電流が流れることにより磁気回路に磁束が発生する。エアギャップにかかる推力は磁束により決まるものなので、磁束検出に基づき推力を正確に制御する必要がある。
【００１２】
磁束検出に基づき推力を正確に制御するための先行技術文献としての特許文献１がある。特許文献１は、磁束が通る磁路内にサーチコイルを配設し、パルス波形の実電流を励磁コイルに流し、磁気回路の磁路に発生する磁束の変化によるサーチコイルに発生する起電力を測定し、磁束計算を行い、計算結果の磁束、エアギャップ断面積及コア等の透磁率に基づいて、推力を算出することを開示している。
【特許文献１】特開２００２−３０３６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１では、上述のようにサーチコイルを用いて磁束を検出するものであるため、サーチコイルに係る部品コストが増加する問題がある。また、サーチコイルに発生する起電力は、励磁コイルに対する巻き数が少ないことから、大きな磁気エネルギーを出力することはできない。
【００１４】
これにより、サーチコイルに発生する起電力は、車両内で使用される無線機や携帯電話機からの電波によるスパイクノイズの影響を受けてばらつく。サーチコイル出力起電力を積分すると、起電力中のスパイクノイズ値なども積分されるので、積分値から計算された磁束の値が大きく変化し、推力の推定値に大きな誤差を生じるという問題点があった。
【００１５】
また、励磁コイル内での磁束の形成には、磁束回路を構成するヨークとアーマチュアの形状のバラツキによるバラツキがある。更に、エアギャップ長が変化すると、磁気回路のエアギャップに係る磁気抵抗が変化して磁気回路の磁束形成も大きく変化し、サーチコイルを磁束検出のための最適なレイアウトとすることができないという問題点があった。
【００１６】
このように、磁気回路の磁束を算出することにより、推力を推定する方法では、推定誤差が大きくなるという問題点があった。
【００１７】
一方、上述したような電磁アクチュエータにおいて、励磁コイルに流す励磁電流が同一であればエアギャップが小さくなるほど推力は大きくなるという関係にある。よって、コアとアーマチュアとの間のエアギャップが推定できれば、このエアギャップの大きさに応じて励磁電流を制御することにより、所望の推力を得ることができる。
【００１８】
よって、本発明の目的は、簡単な構成でコアとアーマチュアとの間のエアギャップを推定可能な電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１記載の発明によると、励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、車両の停止状態を検出する車両停止状態検出手段と、前記車両停止状態検出手段により車両の停止状態を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置が提供される。
【００２０】
請求項２記載の発明によると、励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有し、前記励磁コイルに通電することにより電磁ブレーキを締結する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、前記電磁ブレーキの非締結時を検出する非締結時検出手段と、前記非締結時検出手段で前記電磁ブレーキの非締結時を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置が提供される。
【００２１】
請求項３記載の発明によると、請求項１又は２記載の発明において、励磁コイルの温度を検出する温度検出手段と、励磁コイルの温度に基づいてインダクタンスを補正するインダクタンス補正手段を更に具備した電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発明によると、励磁コイルに発生する磁束に基づいてエアギャップを推定しなくて良いので、電磁アクチュエータからサーチコイルを無くすことができ、電磁アクチュエータのコストを低減可能である。
【００２３】
更に、車両停止状態でエアギャップの推定を行うので、電磁ブレーキは非締結状態となり、エアギャップ推定のために励磁コイルに定電圧を印加してたとえ電磁ブレーキが締結されても、車両停止状態であるため、安定してエアギャップの推定を行うことができる。
【００２４】
請求項２記載の発明によると、電磁ブレーキの非締結時にエアギャップの推定を行うことができ、請求項１と同様な効果を達成することができる。電磁ブレーキ非締結時は車両停止状態と車両走行状態を含む場合があるが、車両走行状態の電磁ブレーキ非締結時にエアギャップの推定を行う場合には、励磁コイルに印加する定電圧として電磁ブレーキが締結しない程度の低い定電圧を印加する必要がある。
【００２５】
請求項３記載の発明によると、励磁コイルの温度に基づいてインダクタンスを補正しているので、正確なエアギャップの推定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の磁束検出装置又はエアギャップ推定装置を適用可能なフロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）車ベースの４輪駆動車両の動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、動力伝達系は、車両前方に配置されたエンジン２の動力がトランスミッション４の出力軸４ａから伝達されるフロントデファレンシャル装置６と、このフロントデファレンシャル装置６からの動力がプロペラシャフト８を介して伝達される増速装置（変速装置）１０と、増速装置１０からの動力が伝達されるリヤデファレンシャル装置１２と、車両の走行制御などを行うＥＣＵ１３とを主に含んでいる。
【００２８】
フロントデファレンシャル装置６は従来周知の構造となっており、トランスミッション４の出力軸４ａからの動力をデフケース６ａ内の複数のギヤ１４と出力軸１６，１８を介して左右の前輪駆動軸２０，２２に伝達することにより、各前輪が駆動される。
【００２９】
リヤデファレンシャル装置１２は、後で説明するように、一対のプラネリギヤセットと、それぞれ多板ブレーキ機構（多板クラッチ機構）の締結を制御する一対の電磁アクチュエータを含んでおり、電磁アクチュエータを制御して左右の後輪駆動軸２４，２６に動力を伝達することにより、各後輪が駆動される。
【００３０】
図２は増速装置（変速装置）１０と、増速装置１０の下流側に配置されたリヤデフンシャル装置１２の断面図である。増速装置１０はケーシング２８中に回転可能に取り付けられた入力シャフト３０と、出力シャフト（ハイポイドピニオンシャフト）３２を含んでいる。
【００３１】
増速装置１０は更に、オイルポンプサブアセンブリ３４と、プラネタリキャリアサブアセンブリ３８と、直結クラッチサブアセンブリ４０と、変速ブレーキ４２を含んでいる。
【００３２】
増速装置１０の下流側に設けられたリヤデファレンシャル装置１２は、ハイポイドピニオンシャフト３２の先端に形成されたハイポイドピニオンギヤ４４を有している。
【００３３】
ハイポイドピニオンギヤ４４はハイポイドリングギヤ４８と噛み合っており、ハイポイドリングギヤ４８からの動力は左右に一対設けられたプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのリングギヤに入力される。
【００３４】
プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤは左側後ろ車軸２４、右側後ろ車軸２６周りに回転可能に取り付けられている。プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのプラネタリキャリアは、左側後ろ車軸２４、右側後ろ車軸２６に固定されている。プラネタリキャリアに担持されたプラネットギヤがサンギヤ及びリングギヤに噛み合っている。
【００３５】
左右のプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂは、サンギヤのトルクを可変制御するために設けられた電磁ブレーキ機構５１に連結される。電磁ブレーキ機構５１は、湿式多板ブレーキ５２と、この多板ブレーキ５２を作動する電磁アクチュエータ５６を含んでいる。
【００３６】
湿式多板ブレーキ５２のブレーキプレートはケーシング５４に固定され、ブレーキディスクはプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤに固定されている。
【００３７】
電磁アクチュエータ５６は、環状溝を有する磁性材料から成るリング状コア（ヨーク）５８と、リング状コア５８の環状溝中に挿入された環状の励磁コイル６０と、リング状コア５８に所定のギャップを持って対向する磁性材料から成るリング状アーマチュア６２と、アーマチュア６２に連結された環状ピストン６４とから構成される。
【００３８】
励磁コイル６０に励磁電流を流すと、アーマチュア６２が励磁コイル６０に流れる励磁電流により磁気回路に発生した磁束によりコア５８に引き付けられて推力が発生する。この推力により、アーマチュア６２と一体に連結されたピストン６４が多板ブレーキ５２を押し付けることで、ブレーキトルクが発生する。
【００３９】
これにより、プラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのサンギヤはそれぞれケーシング５４に対して固定され、ハイポイドピニオンシャフト３２の駆動力はプラネタリギヤセット５０Ａ，５０Ｂのリングギヤ、プラネットギヤ、プラネットキャリアを介して左右の後ろ車軸２４，２６に伝達される。
【００４０】
このように、励磁コイル６０に流す励磁電流を制御することにより、入力シャフト３０の駆動力を直結状態で或いは増速装置１０で増速して、左右の後ろ車軸２４，２６に任意に分配することができ、最適な旋回制御を実現することができる。
【００４１】
上述したように、同一の推力を得るためには、エアギャップが大きくなればなる程大きな励磁電流が必要である。よって、適当な方法でエアギャップを推定できれば、必要とする推力を発生する励磁電流の大きさがわかることになる。
【００４２】
以下、図３乃至図１３を参照して、本発明実施形態の電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置について説明する。本発明では、励磁コイルに定電圧を印加し、電流立ち上がり時間或いは立ち下がり時間と励磁コイル抵抗値に基づいて、励磁コイルのインダクタンスを算出し、コアとアーマチュアとの間のエアギャップを推測する。
【００４３】
図３のＲＬ直列回路において、電圧をＥ、コイルの抵抗をＲ、コイルのインダクタンスをＬとすると、電流ｉは、
ｉ＝Ｅ／Ｒ（１−ｅ−（Ｒ／Ｌ）ｔ）
＝Ｉ（１−ｅ−ｔ／τ）
ここで、Ｉ＝Ｅ／Ｒ，Ｌ／Ｒ＝τ（時定数）である。
【００４４】
図４はコイルに定電圧を印加した時の電流立ち上がり時のタイムチャート、図５は電流立ち下がり時のタイムチャートである。
【００４５】
図４において、原点における接線の傾きは、
｜ｄｉ／ｄｔ｜ｔ＝０＝Ｅ／Ｒτ，｜ｄｉ´／ｄｔ｜ｔ＝０＝１／τ
上記原理によって、インダクタンスＬは下記のように計算する。
【００４６】
ｔ＝０でスイッチをオンすると、ｉ＝Ｅ／Ｒ（１−ｅｘｐ（−Ｒ／Ｌ＊ｔ））であるから、
Ｌ＝Ｒ＊時定数＝Ｒ＊（電流値がＥ／Ｒ＊０．６３２に立ち上がるまでの所要時間）
次に、図６乃至図１０のフローチャートを参照して、本発明実施形態のエアギャップ推定方法について説明する。まず、図６のステップＳ１０で検出条件をチェックする。この検出条件の詳細は図７のフローチャートに示されている。
【００４７】
図７のステップＳ３０において、インダクタンスの検出が完了したか否かを判定し、完了していない場合にはステップＳ３１へ進んで車速が０であるか否かを判定する。
【００４８】
ステップＳ３１で車速が０、即ち車両が停止状態にあると判定された場合には、ステップＳ３２へ進んで時定数の計測時に印加する定電圧の電圧値が指定範囲内であるか否かを判定する。ここで、車両停止状態では電磁ブレーキ機構５１は非締結状態となっており、車輪回転速度は０であり、好ましくはギヤ位置はＰ又はＮに入れられている。
【００４９】
電圧値が指定範囲内であると判定された場合には、ステップＳ３３へ進んでブレーキがオン状態か否かを判定する。ここでブレーキをチェックしているのは、車両が完全な停止状態で励磁コイルのインダクタンスを検出したいからである。
【００５０】
ステップＳ３３でブレーキオン状態と判定された場合には、ステップＳ３４へ進んでエンジン回転数が一定値以上か否かを判定する。エンジン回転数が一定値以上の場合に、インダクタンスの検出が可能となる（ステップＳ３５）。
【００５１】
ステップＳ３０が肯定判定の場合及びステップＳ３１〜Ｓ３４が否定判定の場合には、本処理を終了する。
【００５２】
図８を参照すると、他の実施形態の検出条件のフローチャートが示されている。まず、ステップＳ４０でインダクタンスの検出が完了したか否かを判定し、完了していない場合にはステップＳ４１へ進んで電磁ブレーキ機構５１が非締結か否かを判定する。
【００５３】
電磁ブレーキ機構５１が非締結時には、電磁ブレーキ機構５１を締結して駆動力配分を行っていない状態であり、車両停止状態及びＦＦ駆動モード状態を含んでいる。
【００５４】
ステップＳ４１で電磁ブレーキ機構５１が非締結状態と判定された場合には、ステップＳ４２へ進んで時定数の計測時に印加する定電圧の電圧値が指定範囲内であるか否かを判定する。
【００５５】
ここで注意すべきは、ＦＦ駆動状態でエアギャップの推定を行う場合には、励磁コイルに定電圧を印加しても電磁ブレーキ機構５１が締結されないような低い定電圧を選択する必要があることである。
【００５６】
ステップＳ４２で電圧値が指定範囲内であると判定された場合には、ステップＳ４３へ進んでエンジン回転数が一定値以上か否かを判定する。エンジン回転数が一定値以上の場合に、インダクタンスの検出が可能となる（ステップＳ４４）。ステップＳ４０が肯定判定の場合及びステップＳ４１〜Ｓ４３が否定判定の場合には、本処理を終了する。
【００５７】
このように検出条件のチェックが終了したならば、図６のステップＳ１１で励磁コイルのインダクタンスを検出する。このインダクタンスの検出ステップは図９のフローチャートに示されている。
【００５８】
図９のインダクタンスの検出方法は、電流立ち上がり時間でインダクタンスを算出する方法である。まず、ステップＳ５０で通常の駆動力制御時に励磁コイル６０に流している電流を停止する。
【００５９】
次いで、ステップＳ５１へ進んで励磁コイル６０に定電圧を印加し、電流値が規定値、すなわち最大電流値の０．６３２倍になるまでの時間（時定数）を計算する（ステップＳ５２）。
【００６０】
次いで、ステップＳ５３へ進んでＬ＝Ｒτより、励磁コイル６０の抵抗値と時定数τから励磁コイル６０のインダクタンスＬを算出する。
【００６１】
図６のステップＳ１１でインダクタンスの検出が終了したら、ステップＳ１２へ進んで励磁コイル６０の抵抗値から推測した温度と湿式多板ブレーキ５２の油温を比較する。
【００６２】
一般的に、銅線を巻回したコイルの抵抗と温度とは図１１に示すような比例関係にある。よって、励磁コイル６０の抵抗を測定することにより、励磁コイルの温度を検出することができる。
【００６３】
次いで、ステップＳ１３で抵抗値から推測した励磁コイル６０の温度と油温との差分が所定の閾値、例えば５０℃、を超えたか否かを判定する。閾値を超えたと判定された場合には、エアギャップの検出に適している環境下と言えないので本処理を終了する。
【００６４】
ステップＳ１３で閾値を越えていないと判定された場合には、ステップＳ１４へ進んでステップＳ１１で検出したインダクタンスの値が妥当か否かを判定する。即ち、図１０のインダクタンス妥当性判断フローチャートでインダクタンスの妥当性を判断する。
【００６５】
図１０のステップＳ６０でインダクタンスの上限をチェックし、ステップＳ６１で上限値を上回るか否かを判定し、上回ると判定された場合にはステップＳ６５へ進んでこのインダクタンスの値を放棄し、故障カウンタをインクルメントする。
【００６６】
ステップＳ６１で上限値を上回らないと判定された場合には、ステップＳ６２でインダクタンスの下限値をチェックし、ステップＳ６３でインダクタンスの下限値を下回るか否かを判定する。
【００６７】
下限値を下回ると判定された場合には、ステップＳ６５でこのインダクタンスの値を放棄し、故障カウンタをインクルメントする。下限値を下回らないと判定された場合には、ステップＳ６４でこのインダクタンスの値を妥当と判断する。
【００６８】
図６のステップＳ１４でインダクタンスの値が妥当と判断された場合には、ステップＳ１５へ進んでコイル周囲温度、即ち湿式多板ブレーキ５２の油温及び励磁コイル６０の抵抗値から励磁コイル６０の温度を推定し、ステップＳ１１で検出したインダクタンス値を温度補正する。
【００６９】
具体的には、励磁コイル６０のインダクタンスは温度及び励磁電流により変化するため、実験により温度及び励磁電流を変化させて図１２に示すようなテーブルを作成する。図１２において、直線Ａは励磁電流が１アンペア（Ａ）の時の、直線Ｂは３アンペア（Ａ）の時の、直線Ｃは５アンペア（Ａ）の時の、励磁コイル６０の温度とインダクタンスの関係を示している。
【００７０】
よって、励磁コイル６０のインダクタンス検出時の励磁電流を１アンペア（Ａ）とすれば、直線Ａに基づいて励磁コイル６０の温度からインダクタンスを検出することができる。
【００７１】
このように温度補正後のインダクタンスの検出が終了すると、図１３に示すインダクタンス−エアギャップテーブルからエアギャップを推定することができる。
【００７２】
次いで、ステップＳ１６へ進んで検出したインダクタンスで励磁コイル６０の電流応答性を調整し、ステップＳ１７で検出したエアギャップから励磁コイル６０の電流制御量を調整する。尚、ステップＳ１７の詳細については後述する。
【００７３】
ステップＳ１４でインダクタンス値が妥当でないと判定された場合には、ステップＳ１８へ進んでこのインダクタンス値を放棄し、故障カウンタをインクルメントする。このステップＳ１８は図１０のステップＳ６５と同一ステップである。
【００７４】
ステップＳ１９では、故障カウンタが閾値を上回るか否かを判定し、上回ると判定された場合には、ステップＳ２０へ進んでカーナビゲーションシステム又はインパネのメータ等にアラーム信号を表示する。
【００７５】
次に、図１４〜図１７を参照して、本発明のエアギャップ推定方法で推定したエアギャップから励磁コイル６０に流す励磁電流を制御する方法について説明する。
【００７６】
図１４は、図２中の電磁アクチュエータ５６の励磁コイル６０に流れる励磁電流を制御するための励磁コイル６０及び周辺回路図である。電磁ソレノイド７０は、図１４に示すように、スイッチ手段（第１のスイッチ手段）８０と、フライホイールダイオード（第２のスイッチ手段）８２と、励磁コイル６０を有する。
【００７７】
第１のスイッチ手段８０は、バッテリ電源９０から励磁コイル６０への電流の供給のオン／オフをするためのスイッチであり、制御電極に印加されるＰＷＭ駆動信号のハイレベル／ローレベルに応じて、オン／オフする、例えば、Ｎチャネル型ＦＥＴ（以下、ＦＥＴと略す）で構成する。
【００７８】
ＦＥＴ８０と励磁コイル６０は、バッテリ電源９０とグラウンド間に直列に接続されている。例えば、ＦＥＴ８０は、ドレインが所定の正電圧、例えば１２Ｖのバッテリ電源９０に接続され、ソースが励磁コイル６０の一端（以下、第１端）に接続されている。ゲートには、ＰＷＭ駆動信号が印加される。
【００７９】
フライホイールダイオード８２は、励磁コイル６０と並列に接続されている。例えば、ダイオード８２は、アノードがグラウンドに接続され、カソードが励磁コイル６０の第１端に接続されている。
【００８０】
フライホイールダイオード８２は、ＦＥＴ８０がオフすると励磁コイル６０の両端に発生する逆起電力により順バイアスされてオンして、図１４に示すように、励磁コイル６０に還流電流ａを流す。フライホイールダイオード８２は、ＦＥＴ８０がオンすると、逆バイアスされてオフする。
【００８１】
一定のクロック周期に対するＰＷＭ駆動信号のハイレベルの時間の割合をディーティ比と呼ぶ。ＰＷＭ駆動信号がハイレベルのとき、ＦＥＴ８０がオンして、励磁コイル６０に励磁電流が流れ、デューティ比％に相当する励磁電流が増加する。
【００８２】
また、ＰＷＭ駆動信号がローレベルのとき、ＦＥＴ８０がオフし、励磁コイル６０の両端に逆起電力が発生して、還流電流ａが流れる。一方、デューティ比が０になると、還流電流ａが０になるまで減少する。
【００８３】
励磁コイル６０は、第１端がＦＥＴ８０のソースに接続され、他端（以下、第２端）が後述する電流検出手段１２２に設けられた抵抗２６０を介してグラウンドに接続されている。バッテリ電源９０よりＦＥＴ８０、励磁コイル６０及び抵抗２６０を介してグラウンドへ電流が流れる。このように、電磁アクチュエータ５６からはサーチコイルが無くなっている。
【００８４】
ＥＣＵ１３は、旋回方向、舵角、スロットル開度及び車速等の車両の走行状態に応じたトルク配分のための制御等を行う。ＥＣＵ１３は電磁アクチュエータ５６が発生するブレーキトルクが走行状態に応じて最適なものとなるように電磁アクチュエータ５６を制御する電磁アクチュエータ制御手段１００として機能するプログラムを実行する。
【００８５】
図１５は本発明の実施形態による電磁アクチュエータ制御手段１００の機能ブロック図である。図１５に示すように、電磁アクチュエータ制御手段１００は、本発明によるエアギャップ長推定手段１１０と、目標伝達トルク算出手段１１２と、目標制御電流値算出手段１１４と、ＰＩＤ演算手段１１６と、選択手段１１８と、ＰＷＭ駆動信号生成手段１２０と、電流検出手段１２２を有する。
【００８６】
図１５中の目標伝達トルク算出手段１１２は、旋回方向、図示しない操舵角センサより出力される操舵角、図示しないスロットル開度センサより出力されるスロットル開度及び図示しない車速センサ等より出力される車両の走行状態に応じて、左右の後輪車軸２４，２６に分配する目標伝達トルクを算出する。
【００８７】
図１６は目標制御電流値算出手段１１４の機能ブロック図である。図１６に示すように、目標制御電流値算出手段１１４は、目標制御電流変換マップ２５０と、目標制御電流変換手段２５２を有する。
【００８８】
目標制御電流変換マップ２５０には、各目標伝達トルク及び各エアギャップの組み合わせに対して、対応する目標制御電流値が予め記憶されている。このマップ２５０は、電磁アクチュエータ５６の実験により、各エアギャップでの目標制御電流値に対する推力によるブレーキトルク（目標伝達トルク）を求めることにより作成する。
【００８９】
目標制御電流変換手段２５２は、図示しない記憶手段に記憶されているエアギャップ長及び目標伝達トルク算出手段１１２により算出された目標伝達トルクの組み合わせから、目標制御電流変換マップ２５０を参照して、対応する目標制御電流値に変換する。
【００９０】
図１５中のＰＩＤ演算手段１１６は、電流検出手段１２２により検出された実電流値が目標電流値に収束するようにＰＷＭ駆動信号のデューティ比を決定する。即ち、電流検出手段１２２により検出された実電流と目標電流値との差分に応じて、目標値が実電流よりも大であれば、実電流が増加するよう、目標値が実電流よりも小であれば、実電流が減少するよう、目標値が実電流と一致すれば、実電流が維持されるようにデューティ比を決定する。
【００９１】
選択手段１１８は、エアギャップ長推定手段１１０及びＰＩＤ演算手段１１６より出力されたデューティ比のいずれか一方の有効なデューティ比を選択して、ＰＷＭ駆動信号生成手段１２０に出力する。
【００９２】
ＰＷＭ駆動信号生成手段１２０は、選択手段１１８より出力されるデューティ比のＰＷＭ駆動信号を電磁ソレノイド７０に出力する。
【００９３】
電流検出手段１２２は、図１４に示すように、抵抗２６０、オペアンプ２６２、平均化手段２６４及びＡ／Ｄ変換器２６６を有する。抵抗２６０は一端が励磁コイル６０及びオペアンプ２６２のマイナス端子に接続され、他端が接地されオペアンプ２６２のプラス端子に接続されている。
【００９４】
オペアンプ２６２は、抵抗２６０の両端の電圧を算出することにより、励磁コイル６０に流れた電流値を検出する。平均化手段２６４は、オペアンプ２６２より出力された電流値（アナログ）を、例えば、ＣＲフィルタにより平均化する。Ａ／Ｄ変換器２６６は一定のサンプリング周期で平均化手段２６４より出力されるアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換する。
【００９５】
電磁アクチュエータ５６の通常制御においては、まず、目標伝達トルク算出手段１１２で車両の走行状態に応じて左右の後輪車軸２４，２６に分配する目標伝達トルクを算出する。
【００９６】
そして、目標制御電流値算出手段１１４中の目標制御電流変換手段２５２は、本発明方法により推定されたエアギャップ及び目標伝達トルク算出手段１１２により算出された目標伝達トルクから、図１７のステップＳ７０で示すように、目標制御電流値算出手段１１４中の目標制御電流変換マップ２５０を参照して、目標制御電流を算出する。
【００９７】
ＰＩＤ演算手段１１６は、電流検出手段１２２により検出された励磁電流が目標制御電流に一致するようにＰＷＭ制御する。これにより、目標伝達トルクが発生し、車両の後輪車軸２４，２６を駆動することができる。
【００９８】
以上を説明したように、本発明実施形態によれば温度に応じた励磁コイル６０のインダクタンスを算出し、このインダクタンスに基づいてエアギャップを推定して、エアギャップに応じて励磁コイル６０に流す目標制御電流値を制御しているので、電磁ソレノイド７０からサーチコイルを無くすことができ、サーチコイル及びサーチコイルの起電力を検出する回路等が不要となり、電磁アクチュエータ５６のコストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】４輪駆動車両の動力伝達系を示す概略図である。
【図２】増速装置（変速装置）及びリヤデファレンシャル装置の断面図である。
【図３】ＲＬ直列回路を示す図である。
【図４】電流立ち上がり時のタイムチャートである。
【図５】電流立ち下がり時のタイムチャートである。
【図６】本発明実施形態に係るエアギャップを推定するフローチャートである。
【図７】インダクタンスの検出条件をチェックするフローチャートである。
【図８】インダクタンスの他の検出条件をチェックするフローチャートである。
【図９】電流立ち上がり時のインダクタンスの検出を示すフローチャートである。
【図１０】インダクタンスの妥当性判断のフローチャートである。
【図１１】励磁コイルの温度と抵抗との関係を示すグラフである。
【図１２】励磁コイルの温度とインダクタンスとの関係を示すテーブルである。
【図１３】励磁コイルのインダクタンスとエアギャップとの関係を示すテーブルである。
【図１４】電磁ソレノイド及び周辺回路を示す図である。
【図１５】電磁アクチュエータ制御手段の機能ブロック図である。
【図１６】図１５中の目標制御電流値算出手段の機能ブロック図である。
【図１７】電磁アクチュエータの通常制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 増速装置（変速装置）
１２ リヤデファレンシャル装置
２４，２６ 後ろ車軸
３０ 入力シャフト
３２ 出力シャフト
５０Ａ，５０Ｂ プラネタリギヤセット
５１ 電磁ブレーキ機構
５２ 湿式多板ブレーキ
５６ 電磁アクチュエータ
５８ コア（ヨーク）
６０ 励磁コイル
６２ アーマチュア
７０ 電磁ソレノイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、
車両の停止状態を検出する車両停止状態検出手段と、
前記車両停止状態検出手段により車両の停止状態を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、
前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、
前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、
前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、
を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置。
【請求項２】
励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有し、前記励磁コイルに通電することにより電磁ブレーキを締結する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、
前記電磁ブレーキの非締結時を検出する非締結時検出手段と、
前記非締結時検出手段で前記電磁ブレーキの非締結時を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、
前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、
前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、
前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、
を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置。
【請求項３】
前記励磁コイルの温度を検出する温度検出手段と、
励磁コイルの温度に応じて、前記インダクタンスを補正するインダクタンス補正手段を更に具備したことを特徴とする請求項１又は２記載の電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置。
【請求項１】
励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、
車両の停止状態を検出する車両停止状態検出手段と、
前記車両停止状態検出手段により車両の停止状態を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、
前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、
前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、
前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、
を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置。
【請求項２】
励磁コイルを有するコアと、エアギャップを介して該コアと対向するように配置されたアーマチュアとを有し、前記励磁コイルに通電することにより電磁ブレーキを締結する電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置であって、
前記電磁ブレーキの非締結時を検出する非締結時検出手段と、
前記非締結時検出手段で前記電磁ブレーキの非締結時を検出した際に、前記励磁コイルに所定の定電圧を印加する定電圧印加手段と、
前記定電圧印加手段で前記励磁コイルに定電圧を印加した際に、前記励磁コイルの時定数を計測する時定数計測手段と、
前記時定数と前記励磁コイルの抵抗から該励磁コイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、
前記インダクタンス算出手段で算出したインダクタンスに基づいて、エアギャップを推定するエアギャップ推定手段と、
を具備したことを特徴とする電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置。
【請求項３】
前記励磁コイルの温度を検出する温度検出手段と、
励磁コイルの温度に応じて、前記インダクタンスを補正するインダクタンス補正手段を更に具備したことを特徴とする請求項１又は２記載の電磁アクチュエータのエアギャップ推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−４０９７５（Ｐ２００７−４０９７５Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３６１２９（Ｐ２００６−１３６１２９）
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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