JP2005518988A - Ｐｗｍ制御の油圧弁の有効電流の電圧偏差と温度偏差を校正する方法と回路装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に電子式自動車ブレーキ制御装置のためのパルス幅変調方式の電流制御における有効電流（Ｉ_RMS）と測定電流（Ｉ_mess）との偏差を小さくする方法に関する。この場合、測定電流（Ｉ_mess）が制御周期（ｔ_PWM）内の設定された所定の時点で検出され、温度および／または供給電圧に依存する補正値による補正が行われ、この補正値が測定電流（Ｉ_mess）に加算され、それによって修正された目標電流（Ｉ_soll）が電流制御のために供される。本発明は更に、負荷電流をＰＷＭ制御するための回路を有する、複数の誘導負荷を制御するための回路装置に関する。この場合、本発明による方法が、ＰＷＭ回路に電気的に接続されたマイクロコンピュータまたはマイクロコンピュータシステム内でプログラムとして実行される。

Description

本発明は、請求項１と１１の前提部分に記載した、ＰＷＭ制御の油圧弁の有効電流の電圧偏差と温度偏差を校正するための方法と回路装置に関する。

パルス幅変調された電流による弁制御（ＰＷＭ電流制御）の場合、少なくともコイルの時定数とＰＷＭ周波数との比が不所望であるときに、コイル内の有効電流と制御される目標電流との間に大きな違いが生じることが知られている。更に、供給電圧や温度のような外部のパラメータへの依存性が存在することが知られている。

例えば持続的に作動させられる誘導負荷（例えば弁コイル）を通って（最大）電流
Ｉ_100%＝Ｖ_REFx／（Ｒ_L＋Ｒ_DSon-LS） （１）
が流れる。従って、この電流は
− 弁の上側の電圧に依存し、従って自動車に供される、端子ＫＬ３０Ｂのバッテリ電圧に間接的に依存し、
− コイル抵抗Ｒ_Lに依存し、そして負荷を作動させるために使用される半導体要素のオン−抵抗Ｒ_DSon-LSに（少し）依存する。両抵抗は温度に強く依存する。負荷抵抗については１°Ｃあたり約0.4％の変化（これは例えば銅の温度係数であり、実際のコイルは幾分小さな依存性を有する）が典型的な値であり、Ｒ_DSon-LS（例えばチップ上に設けられたパワーMOSFEST）については１°Ｃあたり約0.5％の変化が典型的な値である。

本発明の課題は、目標電流と負荷内を流れる有効電流からの偏差を小さくする、負荷を駆動するための方法と回路装置を提供することである。

この課題は請求項１記載の方法と請求項１１，１２記載の回路装置によって解決される。

本発明による補正値とは、正および負の数値をとり得る補正電流ΔＩであると理解される。

パルス幅変調方式の電流制御における有効電流Ｉ_RMSと測定電流Ｉ_messとの偏差を小さくする本発明の方法の場合、制御周期ｔ_PWM内の作動時間ｔ_onの半分で測定電流Ｉ_messを決定すると有利である。

供給電圧依存性は、所定の不連続な基準点から弁特有の表が抽出されることによって補償されると有利である。この場合、不連続な基準点が、目標電流Ｉ_sollと供給電圧Ｖ_KL30Bによって形成された対の値からなっていると特に有利である。更に、不連続な基準点の間にある値が補間によって決定されると有利である。

弁特有の表がデータメモリ内に記憶されていると有利である。この場合、データメモリは好ましくは、点火装置のスイッチを切った後でもそのデータを保存する非揮発性データメモリである。

各々の負荷、特に各々の弁コイルのための補正値が、別個に定められるかあるいは表に記憶されていると有利である。

他の有利な実施形は、従属請求項と、図に基づく実施の形態の次の説明から明らかである。

図１には、時間ｔに対する弁コイルの電流の変化が記入されている。ＰＷＭ制御による電流制御の際、平均電流
Ｉ_AVG＝ＤＣ×Ｉ_100%＝ＤＣ×Ｖ_REFx ／（Ｒ_L＋Ｒ_DSon-LS） （２）
が生じる。この場合、ＤＣはＰＷＭ制御のデューティファクタ（デューティサイクル）である。本発明に従って使用可能なＰＷＭ制御の作用は、国際出願ＰＣ／ＥＰ０１１５０４０に既に記載されている。厳密に言えば、直線１による制御または理想のｅ関数による制御の場合のみ同じことが当てはまる。

電流制御のために、記号＠（“ａｔ”）で示した所定の時間で、例えば作動時間ｔ_onの半分で、現在のコイル電流を測定しなければならない。従って、コントローラは測定された電流Ｉ_mess
Ｉ_mess＝Ｉ（＠ｔ_on／２）＝Ｉ_soll （３）
を調節する。測定された電流Ｉ_messは直線による制御の場合にのみ平均電流Ｉ_AVGに等しい。理想的なｅ関数による制御の場合には（鉄心を持たないコイルに相当する）、時点ｔ_on／２で測定された電流Ｉ_messは平均電流Ｉ_AVGよりも大きい。しかし、弁の電流制御の場合、平均電流Ｉ_AVGよりも幾分小さな有効電流Ｉ_RMSが重要である。鉄心を備えたコイルとして簡単化して示すことができる弁の場合、付加的に飽和効果（ヒステリシス）となる。それによって、電流曲線２の変化から明らかなような非線形性が生じる。これから、有効電流Ｉ_RMSと測定された電流Ｉ_messの間の他の偏差が生じる。すなわち、近似的には、
Ｉ_soll＝Ｉ_AVG＝ＤＣ×Ｖ_REFx ／（Ｒ_L＋Ｒ_DSon-LS） （４）
が当てはまる。この式は、ＰＷＭ周波数が高ければ高いほど正確である。

図２は、目標電流Ｉ_sollに対する、ＫＬ３０Ｂの異なる電圧と異なるコイル温度に関しての、電子ブレーキ制御装置の電磁弁のための測定された電流Ｉ_messと有効電流Ｉ_RMSの間の差を示している。目標電流Ｉ_sollが大きくなるにつれて、差が小さくなる。これは、電流コントローラが飽和に達し始めることから生じる（すなわち、デューティサイクルが約１００％になる）。

目標電流Ｉ_sollへの依存性を除去するために、最初の補正は比較的に簡単である。所定の目標電流Ｉ_sollのために、グラフから求められた電流差が加算される。これは所定の電圧と所定の温度のためにのみうまくゆく。例：Ｖ_KL30B＝１２ＶおよびＴ＝２５°Ｃの場合の目標値補正（曲線３）。有効電流Ｉ_RMS＝１Ａを達成するために、目標電流Ｉ_soll＝１Ａ＋62.5ｍＡが設定される。

図３：電圧と温度の依存性を検出するために、基準曲線（Ｖ_KL30B＝１２ＶおよびＴ＝２５°Ｃの場合）からの図２の曲線の偏差を示すことが適切である（図３参照）。例えば目標電流Ｉ_soll＝1.1Ａの場合、２５°Ｃの一定温度における約９〜16.5Ｖの電圧変化の際に−37.5ｍＡ／＋29ｍＡの最高電圧依存性が生じる。それとは逆に、12Ｖの一定の電圧における約−40〜180°Ｃの温度変化の場合、目標電流Ｉ_soll＝1.1Ａのときの＋10.5ｍＡ／−25.5ｍＡの最高温度依存性を読み取ることができる。この両依存性は簡単に線形に加算されない。なぜなら、両コーナー点｛17Ｖ，−40°Ｃ｝と｛９ｖ，180°Ｃ｝において1.1Ａについて、＋30.5ｍＡ／−49.5ｍＡの偏差だけが達成されるからである。しかし、電圧の影響は温度よりも非常に大きい。

図３から、電圧依存性の補正のために、（弁特有の）表が生じる。そのために、所定の不連続な基準点が使用される。この基準点はそれぞれ対の値（Ｉ_soll，Ｖ_KL30B）からなっている。この場合、各々の対の値（Ｉ_soll，Ｖ_KL30B）のために、目標値適合のためのそれぞれ１つの補正電流ΔＩが記憶される。中間値は補間によって決定される。図３の曲線１９に一致する、弁の９Ｖの電圧と１８０°Ｃの温度の場合に、例えば目標電流を２００ｍＡから１０００ｍＡに上昇すべきである。目標電流Ｉ_soll＝１０００ｍＡを達成するために、補正電流ΔＩ＝−４５ｍＡが目標電流Ｉ_soll＝１０００ｍＡに加えられる。しかし、弁がその時定数に基づいて目標電流の設定に遅れて追従するので、補正のために、初めのうちは補正電流ΔＩ＝−１０ｍＡだけが設定される。これはＩ_soll＝２００ｍＡのときの電流補正に一致する。これによって、弁の電流変化は曲線１９の変化に適合する。更に、補正電流ΔＩは目標電流Ｉ_soll＝１０００ｍＡを達成するまで曲線１９の変化に対応して調節される。

供給電圧（例えばＫＬ３０Ｂの供給電圧）の変動または急激な変化を補正するために、現在の電圧測定値と今までの値とによって平均を求めると有利である。

温度依存性を補正するために、電流制御によって調節されたデューティサイクルにより、温度を間接的に検出することができる。式（４）から、
Ｒ_L＋Ｒ_DSon-LS＝（ＤＣ×Ｖ_REFx）／Ｉ_soll （５）
となる。この式は、現在のデューティサイクルにとって最終的にコイル抵抗Ｒ_L（およびオン−抵抗Ｒ_DSon-LS）だけが重要であることを示している。コイル温度は間接的にのみ生じる。従って、先ず最初に、図３からデータをコイル抵抗Ｒ_L（およびオン−抵抗Ｒ_DSon-LS）の依存性に換算することが適している：
Ｒ_L(Ｔ)＝Ｒ_L(＠Ｔ_Bezug)×(１＋α_Spule×(Ｔ_aktuell−Ｔ_Bezug)) あるいは
Ｒ_DSon-LS(Ｔ)＝Ｒ_DSon-LS(＠Ｔ_Bezug)×(１＋α_Ron×(Ｔ_aktuell−Ｔ_Bezug)) (6)
式（６）において、コイル抵抗Ｒ_L(Ｔ)またはオン−抵抗Ｒ_DSon-LS(Ｔ)の温度に依存する値は、基準温度Ｔ_Bezugのときの知られている抵抗値Ｒ_L(＠Ｔ_Bezug)，Ｒ_DSon-LS(＠Ｔ_Bezug)を考慮して決定される。そのために、知られている抵抗値Ｒ_L(＠Ｔ_Bezug)，Ｒ_DSon-LS(＠Ｔ_Bezug)に補正係数が掛けられる。この補正係数は実質的に、温度係数（α_Spule，α_Ron）と、現在のデューティサイクルによって決定される現在の温度Ｔ_aktuellと基準温度Ｔ_Bezugとの温度差とからなっている。この場合、α_Spuleは使用されるコイル材料の温度依存性を示し、α_Ronはオン−抵抗Ｒ_DSon-LSの温度依存性を示す。オン−抵抗Ｒ_DSon-LSはスイッチの寄生抵抗である。この場合、このスイッチは半導体チップ上に設けられたMOSFETトランジスタの形をしている。更に、この必要な切換え機能を、他の方法で、例えばリレー技術、双極技術等で達成することができる。更に、依存性を温度ではなく、Ｒ_L＋Ｒ_DSon-LSに関連づけることは、弁や半導体チップの異なる温度を正しく検出するという利点がある。なぜなら、現在のデューティサイクルでは、この異なる温度が暗示的に得られるからである。

表には更に、対の値（Ｉ_soll，Ｒ_L＋Ｒ_DSon-LS）についてそれぞれ、目標値適合のためにΔＩが記憶されている。ここで、付加的な校正が有利である。なぜなら、式（４）が近似的に適用されるからである。具体的な弁および基準値（例えばＩ_soll＝１Ａ、温度＝２５°Ｃ、Ｖ_KL30B＝１２Ｖ）の場合のデューティサイクルを測定し、適当なオフセットによって表を換算することが望ましい。

ＰＷＭ制御の際の電流測定と、平均電流と、有効電流との違いを示す図である。 代表的な油圧弁についての測定された電流と有効電流の差を示す図である。 １２Ｖの供給電圧と２５°Ｃの温度の時に存在する差と相対的に、代表的な油圧弁についての測定された電流と有効電流の差を示す図である。

Claims (12)

1. 特に電子式自動車ブレーキ制御装置のためのパルス幅変調方式の電流制御における有効電流（Ｉ_RMS）と測定電流（Ｉ_mess）との偏差を小さくする方法において、測定電流（Ｉ_mess）が制御周期（ｔ_PWM）内の設定された所定の時点で検出され、温度および／または供給電圧に依存する補正値による補正が行われ、この補正値が測定電流（Ｉ_mess）に加算され、それによって修正された目標電流（Ｉ_soll）が電流制御のために供されることを特徴とする方法。
2. 供給電圧依存性が補正されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 補正値が表、特にデータメモリに記憶されていることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 複数の負荷が制御され、補正値が各々の負荷、特に各々の弁コイルために個別的に定められていることを特徴とする、請求項１〜３の少なくとも一つに記載の方法。
5. ２つの表値の間にある温度および／または供給電圧について、最適な補正値を決定するために、補間が行われることを特徴とする、請求項３または４記載の方法。
6. 目標値の急激な変化を補正するために、現在の目標値とこれまでの目標値の平均が求められることを特徴とする、請求項１〜５の少なくとも一つに記載の方法。
7. 温度が、電流制御によって調節されたデューティサイクルによって間接的に決定されることを特徴とする、請求項１〜６の少なくとも一つに記載の方法。
8. コイル抵抗（Ｒ_L）と、負荷（Ｒ_DSon-LS）を駆動するための接続された半導体要素の抵抗の合計（Ｒ_AVG）が温度を決定するために用いられることを特徴とする、請求項７記載の方法。
9. 温度を測定するためにまたは間接的な温度値を決定するために、複数のＰＷＭ周期（ｔ_PWM）のデューティサイクルの平均が求められることを特徴とする、請求項７または８記載の方法。
10. 特に点火装置のスイッチを入れた直後、特に点火装置を再スタートさせた後で、間接的に決定された温度値（Ｒ_AVG）の平均値のために、測定または推定された現在の制御装置温度のときのコイルの目標抵抗値が使用されることを特徴とする、請求項７〜９の少なくとも一つに記載の方法。
11. 負荷電流をＰＷＭ制御するための回路を有する、複数の誘導負荷を制御するための回路装置において、請求項１〜１０の少なくとも一つに記載の方法が、ＰＷＭ回路に電気的に接続されたマイクロコンピュータまたはマイクロコンピュータシステム内でプログラムとして実行されることを特徴とする回路装置。
12. 負荷電流をＰＷＭ制御するための回路を有する、特に請求項１１記載の、複数の誘導負荷を制御するための回路装置において、請求項１〜１０の少なくとも一つに記載の方法の少なくとも一部が、デジタルロジックによって実現されていることを特徴とする回路装置。

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