特開 2024-132315 ソレノイド駆動制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132315

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ソレノイド駆動制御装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/18 20060101AFI20240920BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01F7/18 S

H01F7/18 Q

F16K31/06 310A

F16K31/06 310B

F16K31/06 385A

F16K31/06 385C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043058

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】大見 祐輝

【テーマコード（参考）】

3H106

【Ｆターム（参考）】

3H106DA02

3H106EE14

3H106EE27

3H106FA04

3H106FB25

3H106KK03

3H106KK17

(57)【要約】

【課題】ノイズ対策部品を追加したりソフトウェアの処理負荷を増大させることなく、ノイズの発生を抑制できるソレノイド駆動制御装置を提供する。
【解決手段】ＰＷＭ信号生成部２０は、車両に搭載されるバッテリ電源ＢＡＴＴより電磁弁を構成するリニアソレノイド１に通電を行うＦＥＴ２に出力するＰＷＭ信号を生成する。シャント抵抗３及びアンプ９はソレノイド１に通電される実電流値を検出し、デューティ比設定部１９はソレノイド１に通電される実電流値が目標電流値に追従するようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。電流制御状態判定部１３はソレノイド１に通電される電流の制御状態が定常状態又は過渡状態の何れであるかを判定し、電源変動検出部１６は、バッテリ電源ＢＡＴＴの変動が閾値Ｘを超えたか否か判定する。ディザ付与部１８は、過渡状態と判定され且つ電圧変動が閾値Ｘを超えたと判断されるとより小さい第２ディザ振幅βを付与し、過渡状態と判定され変動が閾値Ｘ以下であると判断されると第１ディザ振幅αを付与して制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載されるバッテリ電源より、電磁弁を構成するリニアソレノイド（１）に通電を行う駆動回路（２）に出力するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部（２０）と、
前記リニアソレノイドに通電される実電流値を検出する電流検出部（３，９）と、
前記リニアソレノイドに通電される実電流値が目標電流値に追従するように、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するデューティ比設定部（１９）と、
前記リニアソレノイドに通電される電流の制御状態が、定常状態又は過渡状態の何れであるかを判定する制御状態判定部（１３）と、
前記バッテリ電源の変動が閾値を超えたか否か判定する電源監視部と、
前記目標電流値に、必要に応じて所定のディザ振幅及び前記ＰＷＭ信号の搬送波周期よりも長いディザ周期で周期的に変化するディザ制御値を付与するディザ制御部（１７、１８）と、を備え、
前記ディザ制御部は、前記制御状態判定部が前記過渡状態と判定し、且つ前記電源監視部において前記変動が前記閾値を超えたと判断すると、予め設定した第１ディザ振幅よりも小さい第２ディザ振幅を付与し、
前記制御状態判定部が前記過渡状態と判定し、且つ前記電源監視部において前記変動が前記閾値以下であると判断すると、前記第１ディザ振幅を付与して制御するソレノイド駆動制御装置。

【請求項2】

前記ディザ制御部は、前記制御状態判定部が前記定常状態と判定すると、前記ディザ制御値を付与しない請求項１記載のソレノイド駆動制御装置。

【請求項3】

前記電源監視部は、所定の時間区間毎に前記変動の最大値と最小値とを検出してピークトゥピーク値を算出し、当該ピークトゥピーク値を前記閾値と比較する請求項１記載のソレノイド駆動制御装置。

【請求項4】

前記電源監視部は、前記閾値を、搭載される車両について前記変動のピークトゥピーク値とノイズレベルとを測定した取得データに基づいて、ノイズ試験規格値を越えない、又は前記電流の制御について誤動作が発生しない値に設定する請求項３記載のソレノイド駆動制御装置

【請求項5】

前記電源監視部は、前記バッテリ電源の電圧の変動を前記閾値と比較する請求項１から４の何れか一項に記載のソレノイド駆動制御装置。

【請求項6】

前記電源監視部は、前記バッテリ電源の電流の変動を前記閾値と比較する請求項１から４の何れか一項に記載のソレノイド駆動制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニアソレノイドを駆動する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両に搭載される自動変速機などの油圧回路に設けられ、油圧の制御を行う電磁弁；リニアソレノイドバルブを駆動する装置については、変速機が多段化することによって、駆動対象となるリニアソレノイドの数も増加する傾向にある。また、油圧の制御性、例えば油圧の応答性や、ＡＴＦ；オートマチック・トランスミッション・フルードに含まれる鉄粉等への耐コンタミ性、つまり油圧回路の目詰まり抑制等を向上させるため、電流振幅の制御幅も増加している。図１４、図１５に示すように、これらに起因して、通電する電流量や通電電流の変動が増加することに伴い、バッテリ電圧・電流の変動も増加する。すると、ソレノイドを駆動することにより発生するノイズレベルが増加する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６６１０２４０号公報

【特許文献2】特許第６８７４５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の駆動装置においても、ノイズレベルを抑制する対策は行われているが、駆動周波数に応じたソレノイドノイズが低周波であるため、フィルタ回路や平滑化コンデンサを追加すると、比較的大きな容量が必要となるため部品体格が大きくなる。これにより、大幅なコストアップを招く。また、ソフトウェア的な対策として、複数のソレノイドを駆動するタイミングをずらす方法があるが、マイコンに対する割り込み処理の発生周期が高速化するため、ソフト処理負荷が大幅に増加してしまう、といった問題がある。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズ対策部品を追加したりソフトウェアの処理負荷を増大させることなく、ノイズの発生を抑制できるソレノイド駆動制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載のソレノイド駆動制御装置によれば、ＰＷＭ信号生成部は、車両に搭載されるバッテリ電源より、電磁弁を構成するリニアソレノイドに通電を行う駆動回路に出力するＰＷＭ信号を生成する。電流検出部は、リニアソレノイドに通電される実電流値を検出し、デューティ比設定部は、リニアソレノイドに通電される実電流値が目標電流値に追従するようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。制御状態判定部は、リニアソレノイドに通電される電流の制御状態が定常状態又は過渡状態の何れであるかを判定し、電源監視部は、バッテリ電源の変動が閾値を超えたか否か判定する。

【0007】

ディザ制御部は、制御状態判定部が過渡状態と判定し、且つ電源監視部において前記変動が閾値を超えたと判断すると、予め設定した第１ディザ振幅よりも小さい第２ディザ振幅を付与し、制御状態判定部が過渡状態と判定し、且つ前記変動が閾値以下であると判断すると第１ディザ振幅を付与して制御する。このように、電流制御の状態に応じて付与するディザ振幅の大きさを変化させることで、バッテリ電源の変動を低減できる。したがって、ノイズ対策部品を追加したりソフトウェアの処理負荷を増大させることなく、バッテリの電圧変動に起因するノイズレベルを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態であり、ソレノイド駆動制御装置の構成を示す図

【図2】第１実施形態であり、マイコン内部の機能ブロックを中心に示す図

【図3】ディザ振幅Ａｄの設定処理を示すフローチャート

【図4】電流制御処理を示すフローチャート

【図5】電圧変動の閾値の設定例を示す図

【図6】指示電流の変化に応じた定常状態、過渡状態の定義を示す図

【図7】ディザ振幅Ａｄを付与しない場合の電流波形を示す図

【図8】ディザ振幅Ａｄを付与した場合の電流波形を示す図

【図9】ディザ振幅Ａｄを付与しない場合の拡大した電流波形を示す図

【図10】ディザ振幅βを付与した場合の電流波形を示す図

【図11】ディザ振幅αを付与した場合の電流波形を示す図

【図12】第２実施形態であり、ソレノイド駆動制御装置の構成を示す図

【図13】第２実施形態であり、マイコン内部の機能ブロックを中心に示す図

【図14】電源変動に応じて発生するノイズレベルの一例を示す図（その１）

【図15】電源変動に応じて発生するノイズレベルの一例を示す図（その２）

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のソレノイド駆動制御装置は、電磁弁を構成するリニアソレノイド１を駆動するため、バッテリ電源ＢＡＴＴとグランドとの間に接続される、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２、リニアソレノイド１、シャント抵抗３及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４の直列回路を備えている。ＦＥＴ２は所謂駆動ＭＯＳであり、ＦＥＴ４は所謂カットＭＯＳである。ＦＥＴ２のソースとＦＥＴ４のドレインとの間には、還流ダイオード５が接続されている。

【0010】

駆動回路に相当するＦＥＴ２及び４のスイッチング制御は、マイクロコンピュータ；マイコン６によって行われる。リニアソレノイド１に通電する際には、ＦＥＴ４が連続的にオン状態にされ、ＦＥＴ２がＰＷＭ信号によって断続的にオンされる。バッテリ電源ＢＡＴＴの電圧は、分圧抵抗３１及び３２によって例えば１／４程度に分圧される。分圧された電圧は、抵抗素子７及びコンデンサ８よりなるＲＣフィルタを介してマイコン６のＡ／Ｄ変換入力端子に入力されている。シャント抵抗３の両端は、アンプ９の各入力端子に接続されている。アンプ９の出力端子は、抵抗素子１０及びコンデンサ１１よりなるＲＣフィルタを介してマイコン６のＡ／Ｄ変換入力端子に接続されている。マイコン６は、バッテリ電源ＢＡＴＴの電圧と、シャント抵抗３の端子電圧とをそれぞれＡ／Ｄ変換してモニタする。シャント抵抗３及びアンプ９は電流検出部に相当する。

【0011】

図２に示すように、マイコン６は、指示電流設定部１２によりリニアソレノイド１に通電する目標電流値を指示する。電流制御状態判定部１３は、指示される電流値の変化に基づいて電流制御の状態を判定する。Ａ／Ｄ変換部１４，１５は、バッテリ電源ＢＡＴＴの電圧とシャント抵抗３の端子電圧とをそれぞれＡ／Ｄ変換する。電源監視部に相当する電源変動検出部１６は、Ａ／Ｄ変換部１４が出力するデータを受けてバッテリ電源ＢＡＴＴの電圧変動を検出する。ディザ振幅設定部１７は、前記電圧変動と、電流制御状態判定部１３が判定した電流制御の状態とに応じてＰＷＭ制御に付与するディザ振幅を設定する。

【0012】

ディザ付与部１８は、前記ディザ振幅と、指示電流設定部１２が指示した電流値とに応じて、ディザ周期毎に変化するディザ制御値を付与する。ディザ振幅設定部１７及びディザ付与部１８は、ディザ制御部に相当する。デューティ比設定部１９は、前記ディザ制御値と、Ａ／Ｄ変換部１５が出力するデータとに応じてＰＷＭ制御のデューティ比を設定する。ＰＷＭ信号生成部２０は、前記デューティ比に応じて、所定の搬送波周期によるＰＷＭ信号をＦＥＴ２のゲートに出力する。尚、図２において、ＦＥＴ４の図示は省略している。

【0013】

次に、本実施形態の作用について説明する。図３に示すように、マイコン６は、電流制御における最新の指示電流Ｉｉと前回の制御周期における指示電流Ｉｉｐと比較する。図５に示すように、両者の差の絶対値が「０」であれば電流制御は「定常状態」であり、前記差の絶対値が「０」より大であれば電流制御は「過渡状態」である（Ｓ１）。定常状態と判定すると（Ｓ２；ＹＥＳ）ディザ振幅Ａｄを「０」に設定し（Ｓ３）、過渡状態と判定すると（Ｓ２；ＮＯ）ステップＳ４に移行する。

【0014】

ステップＳ４では、電源変動検出部１６において、所定時間内における電源電圧変動ＶＢｐ－ｐを算出する。すなわち、Ａ／Ｄ変換部１４がバッテリ電源ＢＡＴＴの電圧を所定のサンプリング間隔により連続して読み込んでいる状態で、所定時間内におけるサンプル値の内で最高値と最低値とを選択して、両者の差を電源電圧変動ＶＢｐ－ｐとする。それから、電源電圧変動ＶＢｐ－ｐが閾値Ｘよりも大か否かを判断し（Ｓ５）、閾値Ｘ以下であれば（ＮＯ）ディザ振幅Ａｄを正の値であるαに設定する（Ｓ７）。

【0015】

一方、閾値Ｘよりも大であれば（ＹＥＳ）ディザ振幅Ａｄを上記のαよりも小さい値のβに設定する（Ｓ６）。尚、閾値Ｘやディザ振幅Ａｄのα、βの値は、予め行った電流制御についてノイズの発生状態を評価して取得したデータ等に基づいて最適な値を設定する。例えば、ノイズ試験規格値を越えない、又はリニアソレノイド１の駆動制御について誤動作が発生しない値に設定すると良い。α、βは、それぞれ第１、第２ディザ振幅に相当する。

【0016】

例えば、図５に示すように、バッテリ電源ＢＡＴＴの電圧変動が０．４Ｖの場合のノイズレベルが１２０ｄＢμＡであり、変動が０．７Ｖの場合のノイズレベルが１２４ｄＢμＡであるとする。許容するノイズレベルを両者の間に設定する場合に、閾値Ｘを例えば
０．５Ｖとする。

【0017】

図４に示すソレノイド電流制御処理では、指示電流設定部１２が指示電流Ｉｉを設定すると（Ｓ１１）、その値に基づいて図３に示すディザ振幅Ａｄ設定処理が実行される（Ｓ１２）。そして、指示電流Ｉｉとディザ振幅Ａｄとにより、目標電流Ｉｔを設定する（Ｓ１３）。電流の立上がり時は（Ｉｔ＝Ｉｉ＋Ａｄ／２）に設定し、立下がり時は
（Ｉｔ＝Ｉｉ－Ａｄ／２）に設定する。

【0018】

デューティ比設定部１９は、Ａ／Ｄ変換部１５よりリニアソレノイド１に流れる実電流Ｉａを取得すると（Ｓ１４）、例えば目標電流Ｉｔと実電流Ｉａとの偏差にＰＩ（Proportional Integral）制御演算を行うことでＰＷＭ制御におけるデューティ比Ｒｄを算出する（Ｓ１５）。ＰＷＭ信号生成部２０は、上記のデューティ比Ｒｄに基いて周期ＴｐのＰＷＭ信号を生成し、ＦＥＴ２のゲートに出力する（Ｓ１６）。

【0019】

図７はディザ振幅Ａｄを付与しない場合の電流波形を示し、図８はディザ振幅Ａｄを付与した場合の電流波形を示している。尚、図７から図１１の縦軸は何れも電流であるが、電流の変動を直接検出する場合は第２実施形態で説明する。図１４、図１５に示したように、基本的に電圧の変動と電流の変動とは同様に捉えることができる。

【0020】

より詳細に説明すると、図９に示すように、ステップＳ３によりディザ振幅Ａｄを「０」に設定するケースは、例えば平均電流値が１Ａである場合に、電流変動振幅のピークトゥピーク値Ｉｐ－ｐが０．１Ａ程度であり、ノイズの抑制を優先するケースである。図１０に示すように、ステップＳ６によりディザ振幅Ａｄをβに設定するケースは、電流変動振幅のピークトゥピーク値Ｉｐ－ｐがやや大きく０．３Ａ程度の場合であり、ノイズの抑制と油圧制御性との双方に配慮するケースである。図１１に示すように、ステップＳ７によりディザ振幅Ａｄをαに設定するケースは、電流変動振幅のピークトゥピーク値Ｉｐ－ｐが更に大きく０．５Ａ程度の場合であり、油圧制御性を優先するケースである。

【0021】

以上のように本実施形態によれば、マイコン６のＰＷＭ信号生成部２０は、車両に搭載されるバッテリ電源ＢＡＴＴより、電磁弁を構成するリニアソレノイド１に通電を行うＦＥＴ２に出力するＰＷＭ信号を生成する。シャント抵抗３及びアンプ９は、リニアソレノイド１に通電される実電流値を検出し、デューティ比設定部１９は、リニアソレノイド１に通電される実電流値が目標電流値に追従するようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。電流制御状態判定部１３は、リニアソレノイド１に通電される電流の制御状態が定常状態又は過渡状態の何れであるかを判定し、電源変動検出部１６は、バッテリ電源ＢＡＴＴの変動が閾値Ｘを超えたか否か判定する。

【0022】

ディザ付与部１８は、電流制御状態判定部１３が過渡状態と判定し、且つ電源変動検出部１６において電圧変動が閾値Ｘを超えたと判断すると、予め設定した第１ディザ振幅αよりも小さい第２ディザ振幅βを付与し、過渡状態と判定し、且つ前記変動が閾値Ｘ以下であると判断すると第１ディザ振幅αを付与して制御する。このように、電流制御の状態に応じて付与するディザ振幅の大きさを変化させることで、バッテリ電源ＢＡＴＴの変動を低減できるので、バッテリの電圧変動に起因するノイズレベルを抑制することが可能になる。また、対策回路や素子の追加によるコストアップを招くことなく、マイコン６におけるソフトウェア処理負荷の増加を抑えながらノイズを抑制できる。

【0023】

また、ディザ付与部１８は、電流制御状態判定部１３が定常状態と判定するとディザ制御値を付与しないので、不要なディザ制御の実行を阻止できる。また、電源変動検出部１６は、所定の時間区間毎に電源電圧変動の最大値と最小値とを検出してピークトゥピーク値ＶＢｐ－ｐを算出し、当該ピークトゥピーク値ＶＢｐ－ｐを閾値Ｘと比較する。その閾値Ｘを、搭載される車両について変動のピークトゥピーク値ＶＢｐ－ｐとノイズレベルとを測定した取得データに基づいて、ノイズ試験規格値を越えない、又はリニアソレノイド１の駆動制御について誤動作が発生しない値に設定する。これにより、閾値Ｘを妥当に設定できる。

【0024】

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図１２及び図１３に示すように、第２実施形態のソレノイド駆動装置は、バッテリ電源ＢＡＴＴの電圧変動に替えて電流変動をモニタする構成である。バッテリ電源ＢＡＴＴとＦＥＴ２のドレインとの間にはシャント抵抗２１が接続されており、シャント抵抗２１の両端は、それぞれアンプ２２の各入力端子に接続されている。アンプ２２の出力端子は、ＲＣフィルタを構成する抵抗素子７の一端に接続されている。また、図１２では、駆動ＭＯＳとして複数のＦＥＴ２（１）～２（４）を示している。

【0025】

以上のように構成される第２実施形態は、マイコン６がバッテリ電源ＢＡＴＴの電圧に替えて電流の変動をモニタする以外は第１実施形態と同様であるが、本発明において想定している電源の変動は、リニアソレノイド１に流れる電流に起因するものであるから、電圧に比較して電流の方が変動を直接的に捉え易いため、より高い精度で制御を行うことができる。

【0026】

（その他の実施形態）
駆動回路を構成する半導体素子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らない。
電流検出部は、電流センサにより構成しても良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0027】

図面中、１はリニアソレノイド、２はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、３はシャント抵抗、４はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、６はマイクロコンピュータ、９はアンプ、１２は指示電流設定部、１３は電流制御状態判定部、１６は電源変動検出部、１７はディザ振幅設定部、１８はディザ付与部、１９はデューティ比設定部、２０はＰＷＭ信号生成部を示す。

【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】