(57)【要約】【課題】  回路の単純化、部品の最小化による信頼性の確保、及び経済性の増大が得られながらも、システムの性能を向上させることができる、アクチュエータの電流制御方法を提供する。【解決手段】  アクチュエータに流れるフィードバック電流を測定するステップと、入力信号に基づいて算出された目標電流とフィードバック電流との誤差成分に応じてＰＷＭデューティ比を決定して、ＰＷＭ信号を生成するステップと、ＰＷＭ信号に基づいてアクチュエータに供給する電流を制御するステップと、ＰＷＭ信号の毎周期内で半周期の時間差をもってフィードバック電流をモニタして、平均電流を推定した後、推定された平均電流に基づいて供給電流制御の誤りの有無を判断するステップとを含む。【選択図】  図３
2006197796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンス成分のあるアクチュエータに供給される電流を制御するアクチュエータの電流制御方法であって、
前記アクチュエータに流れるフィードバック電流を測定するステップと、
入力信号に基づいて算出された目標電流と前記フィードバック電流との誤差成分に応じてＰＷＭデューティ比を決定して、ＰＷＭ信号を生成するステップと、
前記ＰＷＭ信号に基づいて前記アクチュエータに供給する電流を制御するステップと、
前記ＰＷＭ信号の毎周期内で半周期の時間差をもって前記フィードバック電流をモニタして、平均電流を推定した後、推定された平均電流に基づいて前記供給電流制御の誤りの有無を判断するステップとを含むことを特徴とするアクチュエータの電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの電流制御方法に関し、より詳しくは、比例制御ソレノイドとモータなどのように、インダクタンス成分のあるアクチュエータに供給される電流を制御するアクチュエータの電流制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術によりインダクタンス成分のあるアクチュエータを制御する技術は、図１及び図２に示す電流制御装置に代表される。
【０００３】
図１は、従来の第１実施例によるアクチュエータの電流制御装置の構成を示すブロック図であり、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）１０と、Ｄ／Ａ変換器２１と、差動積分器２２と、ＰＷＭ(pulse width modulated)パルス発生部２３と、アクチュエータ駆動部３１と、アクチュエータ３２と、電流感知部４１と、低域通過フィルタ４２とで構成される。
【０００４】
このように構成された電流制御装置は、マイコン１０において、入力信号によって算出された目標電流(Ｉｃ)が、Ｄ／Ａ変換器２１を通じてアナログ信号に変換され、差動積分器２２は、この信号を、電流感知部４１からフィードバックされる電流信号と比較して誤差比だけ差動積分する。
【０００５】
差動積分器２２の積分結果は、ＰＷＭパルス発生部２３によりＰＷＭ信号に変換され、ＰＷＭ信号によりアクチュエータ駆動部３１が動作して、アクチュエータ３２に供給する電流を制御、すなわち、アクチュエータ３２を駆動させる。
【０００６】
電流感知部４１は、アクチュエータ３２に流れる電流、すなわち、フィードバック電流(Ｉｄ)を感知し、マイコン１０は、低域通過フィルタ４２を通過したフィードバック電流（Ｉｄ）を監視し、電流制御装置の故障の有無を判断する。
【０００７】
図２は、従来の第２実施例によるアクチュエータの電流制御装置の構成を示すブロック図であり、アクチュエータ駆動部３１と、アクチュエータ３２と、電流感知部４１と、低域通過フィルタ４２と、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御器５１を有するマイコン５０とで構成される。
【０００８】
このように構成された電流制御装置におけるマイコン５０は、図１に示した電流制御装置におけるＤ／Ａ変換器２１と、差動積分器２２と、ＰＷＭパルス発生部２３との機能を行うものであって、ソフトウェアフィードバック方式と称することもある。このために、マイコン５０のＰＩ制御器５１によってＰＷＭデューティ比が決定され、このＰＷＭ信号は、アクチュエータ３２に供給される電流を制御する。
【０００９】
先ず、マイコン５０の制御ロジックは、入力信号に基づいて目標電流(Ｉｃ)を算出し、電流感知部４１は、アクチュエータ３２に流れる電流、すなわち、フィードバック電流(Ｉｄ)を感知する。
【００１０】
ＰＩ制御器５１は、目標電流(Ｉｃ)とフィードバック電流(Ｉｄ)が入力されると、目標電流(Ｉｃ)とフィードバック電流(Ｉｄ)の誤差成分に応じてＰＷＭデューティ比を決定し、ＰＷＭポートからＰＷＭ信号を出力する。
【００１１】
マイコン５０のＰＷＭポートに連結されたアクチュエータ駆動部３１は、ＰＷＭ信号により動作して、アクチュエータ３２に供給する電流を制御し、すなわち、アクチュエータ３２を駆動させる。
【００１２】
マイコン５０は、低域通過フィルタ４２を通過したフィードバック電流(Ｉｄ)を監視して、電流制御装置の故障の有無を判断する。
【００１３】
しかしながら、上述した従来のアクチュエータの電流制御装置は、以下のような問題点があった。
【００１４】
第１実施例による電流制御装置は、複雑なアナログ回路に起因しているため、信頼性及び経済性に劣るという問題点があった。回路が複雑なほど、多くの電子部品が使用され、この多くの部品のうち、信頼性が確保されていない部品がある場合、全体回路の性能に相当な問題を引き起こすという短所があった。
【００１５】
第２実施例による電流制御装置は、ソフトウェアフィードバック方式を適用して、信頼性及び経済性が多少向上してはいるものの、フィードバックされる平均電流を推定するにあたって、遮断周波数の低い低域通過フィルタを通過した信号を用いることによる、様々な問題点があった。低域通過フィルタは、アクチュエータのインダクタンスによる逆起電力の影響をなくし、脈動する電流波形を平滑化するために、キャパシタンスの大きいＲＣフィルタを使用するが、これによって、現在、アクチュエータに供給される実際の電流を測定するにあたって、相当の時間遅れが発生して、システム制御応答性に劣るという短所があった。尚、上記第１実施例及び第２実施例による電流制御装置は、文献公知発明に係るものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、アクチュエータフィードバック電流の平均電流を測定するにあたって、ＰＷＭ信号の毎周期内で半周期の時間差をもってフィードバック電流をモニタし、平均電流を推定するアルゴリズムを採用することにより、回路の単純化、部品の最小化による信頼性の確保、及び経済性の増大が得られながらも、システムの性能を向上させることができる、アクチュエータの電流制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明によるアクチュエータの電流制御方法は、アクチュエータに流れるフィードバック電流を測定するステップと、入力信号に基づいて算出された目標電流とフィードバック電流との誤差成分に応じてＰＷＭデューティ比を決定して、ＰＷＭ信号を生成するステップと、ＰＷＭ信号に基づいてアクチュエータに供給する電流を制御するステップと、ＰＷＭ信号の毎周期内で半周期の時間差をもってフィードバック電流をモニタして、平均電流を推定した後、推定された平均電流に基づいて供給電流制御の誤りの有無を判断するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、アクチュエータフィードバック電流の平均電流を測定するにあたって、ＰＷＭ信号の毎周期内で半周期の時間差をもってフィードバック電流をモニタし、平均電流を推定するアルゴリズムを採用することにより、低域通過フィルタのようなデジタルフィルタを用いていないので、アクチュエータ内のインダクタンスによる時間遅れを除いて、その他の時間遅れは発生せず、システムの信頼性が向上する効果が得られる。
【００１９】
また、制御回路が単純化し、電子部品の最小化による信頼性が確保され、システムの経済性が向上するという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態は多数存在し得るが、以下では、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。この実施の形態によって、本発明の目的、特徴及び利点が容易に理解され得る。
【００２１】
本発明によるアクチュエータの電流制御方法を行うことができる電流制御装置は、図３に示すように、アクチュエータ駆動部３１と、アクチュエータ３２と、電流感知部４１と、ＰＩ制御器１０１と平均電流推定器１０２を有するマイコン１００とで構成される。
【００２２】
マイコン１００は、制御ロジックによって、入力信号に基づいた目標電流(Ｉｃ)を算出し、ＰＩ制御器１０１は、電流感知部４１からフィードバック電流(Ｉｄ)が入力されると、目標電流(Ｉｃ)とフィードバック電流Ｉｄとの誤差成分に応じてＰＷＭデューティ比を決定して、ＰＷＭポートからＰＷＭ信号を出力し、平均電流推定器１０２は、ＰＷＭ信号の毎周期内で半周期の時間差をもってフィードバック電流(Ｉｄ)をモニタして、平均電流を推定した後、推定された平均電流に基づいて電流制御装置の故障の有無を判断する。
【００２３】
電流感知部４１は、アクチュエータ３２に流れる電流、すなわち、フィードバック電流(Ｉｄ)を感知して、マイコン１００に入力する。
【００２４】
アクチュエータ駆動部３１は、マイコン１００のＰＷＭポートに連結され、前記ＰＷＭ信号によって動作して、アクチュエータ３２に供給する電流を制御し、すなわち、アクチュエータ３２を駆動させる。
【００２５】
以下、図３乃至図７を参照して、このように構成されたアクチュエータの電流制御装置により行われる本発明の電流制御方法による詳細動作過程について説明する。
【００２６】
先ず、マイコン１００の制御ロジックは、入力信号に基づいて目標電流(Ｉｃ)を算出し、電流感知部４１は、アクチュエータ３２に流れる電流、すなわち、フィードバック電流(Ｉｄ)を感知する。
【００２７】
ＰＩ制御器１０１は、目標電流(Ｉｃ)とフィードバック電流(Ｉｄ)が入力されると、目標電流(Ｉｃ)とフィードバック電流(Ｉｄ)との誤差成分に応じてＰＷＭデューティ比を決定して、ＰＷＭポートからＰＷＭ信号を出力する。ここで、ＰＩ制御器１０１は、フィードバック電流(Ｉｄ)の誤差成分が、正（＋）であるときは、ＰＷＭデューティ比を増加させる方向にＰＷＭ信号を出力し、フィードバック電流(Ｉｄ)の誤差成分が、負（−）であるときは、ＰＷＭデューティ比を減少させる方向にＰＷＭ信号を出力する。
【００２８】
マイコン１００のＰＷＭポートに連結されたアクチュエータ駆動部３１は、前記ＰＷＭ信号により動作して、アクチュエータ３２に供給する電流を制御し、すなわち、アクチュエータ３２を駆動させる。
【００２９】
マイコン１００の平均電流推定器１０２は、ＰＷＭ信号の毎周期内で半周期の時間差をもって、電流感知部４１を通じて感知されたフィードバック電流(Ｉｄ)をモニタして平均電流を推定し、推定された平均電流に基づいて、電流制御装置の故障の有無を判断する。すなわち、ＰＷＭ信号に基づいてアクチュエータ３２に供給する電流の制御過程に対する誤りの有無を判断する。
【００３０】
次に、図４乃至図７を参照して、このような平均電流推定器１０２による平均電流推定方法を検証する。
【００３１】
図４は、アクチュエータに周期がｔpであるＰＷＭ信号を印加するとき、ＰＷＭ信号とこれに相応する電流パターンとの関係を示す波形図である。
【００３２】
図４において、ＰＷＭのハイレベル時、任意の時点ｔｒでのアクチュエータ電流は、以下の式１で近似化する。
【００３３】
［式１］
2006197796.tif 000003
【００３４】
（ここで、Ｅはバッテリー電圧、Ｒはアクチュエータの内部抵抗、Ｉｏはアクチュエータの初期電流、Ｌはアクチュエータのインダクタンスである。）
【００３５】
したがって、ピークにおける電流は、以下の式２で表される。
【００３６】
［式２］
2006197796.tif 000004
【００３７】
また、ＰＷＭローレベルでの電流変化とボトム電流は、それぞれ以下の式３と式４で表される。
【００３８】
［式３］
2006197796.tif 000005
【００３９】
［式４］
2006197796.tif 000006
【００４０】
アクチュエータを一定のデューティ比で駆動し続けると、熱によりアクチュエータ抵抗が増加し、アクチュエータ電流は段々減少するようになるが、結局として、一定の電流で飽和される。この際、ピークでの電流は、式２のＩｏがボトム電流となるので、Ｉｏに式４を代入して展開すると、以下の式５のように級数の形となる。
【００４１】
［式５］
2006197796.tif 000007
【００４２】
式５をまとめると、以下の式６が得られる。
【００４３】
［式６］
2006197796.tif 000008
【００４４】
また、ボトム電流は、式４と式６によって、以下の式７となる。
【００４５】
［式７］
2006197796.tif 000009
【００４６】
したがって、ｔｋほどの一定のデューティ比でのピークトゥピーク（PEAK to PEAK）電流は、式６と式７によって、以下の式８となる。
【００４７】
［式８］
2006197796.tif 000010
【００４８】
アクチュエータ電流リップルの解析のために、以下のような電気的仕様を例として挙げる。
【００４９】
Ｒ＝６．５Ω（アクチュエータ飽和抵抗＋シャント抵抗）                            Ｌ＝９．９ｍＨ ａｔ １ＫＨｚ
【００５０】
ここで、式８によって、バッテリ電圧が１６Ｖであるときのリップルを求めると、図５の通りである。ここで、図５は、アクチュエータの一例として、ソレノイドで発生する電流リップルを示すグラフである。
【００５１】
平均電流は、二つのピーク電流の算術平均値となり、低周波フィルタを介さずに、ＰＷＭ周期内のある地点において電流検出を行うと、電流誤差は、ピークトゥピークの半分に該当するほどの誤差が発生する。
【００５２】
ＰＷＭハイ及びローレベルでの平均電流Ｉａｖｇ（ｔｒ）及びＩａｖｇ（ｔｆ）は、各時間区間において、式１及び式３を積分し、各時間値で割ると、以下の式９と式１０となる。
【００５３】
［式９］
2006197796.tif 000011
【００５４】
［式１０］
2006197796.tif 000012
【００５５】
電流が飽和するとき、Ｉｏは式７となり、Ｉ（ｔｋ）は式６となるが、これを代入して再整理すると、以下の式１１と式１２となる。
【００５６】
［式１１］
2006197796.tif 000013
【００５７】
［式１２］
2006197796.tif 000014
【００５８】
この際、平均電流を通る時点は、以下の式１３と式１４のような方程式によって算出される。
【００５９】
［式１３］
2006197796.tif 000015
【００６０】
［式１４］
2006197796.tif 000016
【００６１】
式１３と式１４は、以下の式１５と式１６のようにまとめられる。
【００６２】
［式１５］
2006197796.tif 000017
【００６３】
［式１６］
2006197796.tif 000018
【００６４】
結局として、１周期の平均電流は、以下の式１７となる。
【００６５】
［式１７］
2006197796.tif 000019
【００６６】
したがって、時点ｔｒとtｆにおいて電流をモニタして、式１７により平均電流を算出すればよいが、該当時点で正確に電流をモニタしなければならない方式では、高性能のプロセッサが要求される。
【００６７】
このようなアクチュエータの制御条件での平均電流通過時点は、図６の通りである。
【００６８】
図６において、電流の立上りと立下りでの各平均電流を通る時点の時間差は、ＰＷＭの半周期に該当することがわかる。
【００６９】
したがって、ＰＷＭの１周期内で半周期の時間差をもって電流をモニタして、平均電流を求める方式を適用する。これを式で表すと、以下の式１８となる。
【００７０】
［式１８］
2006197796.tif 000020
【００７１】
これを適用すると、図７のように近似化した平均電流を算出することができる。
【００７２】
上述した詳細の説明では、本発明の実施の形態に限って説明したが、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、本発明の技術が当業者によって容易に変形されて実施され得ることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の第１実施例によるアクチュエータの電流制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の第２実施例によるアクチュエータの電流制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明によるアクチュエータの電流制御方法を行うことができる電流制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した電流制御装置のアクチュエータに印加されるＰＷＭ信号と、これに相応する電流パターンとの関係を示す波形図である。
【図５】図３に示した電流制御装置のアクチュエータで発生する電流リップルを示すグラフである。
【図６】図３に示した電流制御装置のアクチュエータで発生するフィードバック電流の平均電流通過時点を示すグラフである。
【図７】図３に示した電流制御装置において、本発明による半周期モニタリングによって算出された平均電流を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
３１    アクチュエータ駆動部
３２    アクチュエータ
４１    電流感知部
１００  マイコン
１０１  ＰＩ制御器
１０２  平均電流推定器
【図１】
2006197796.tif 000021
【図２】
2006197796.tif 000022
【図３】
2006197796.tif 000023
【図４】
2006197796.tif 000024
【図５】
2006197796.tif 000025
【図６】
2006197796.tif 000026
【図７】
2006197796.tif 000027