JP6912474B2 - 負荷における電流モニタリング - Google Patents

Description

本発明は、負荷を通る電流の決定に関する。特に本発明は、ディザリングを用いて駆動される負荷を介する電流決定に関する。

油圧用途においては、多くの場合、流れが調整された弁が使用される。特に連続弁においては、弁を通って流れる電流は、油圧に正比例することができる。圧力は、油圧制御ピストンにより制御される。油圧制御ピストンは、磁石電機子を用いて調整可能である。磁石電機子は、コイルの磁気的影響下にある。磁石電機子又は制御ピストンの分離摩擦を回避するために、弁のコイルを通って流れる電流を、ディザリングを用いて、直流成分及びディザリング成分から構成可能である。ディザリング成分は、既定の時間間隔で変更され及びリップル電流としても既知である。ディザリング周期は、通常、ディザリング周波数が約７０ないし４００Ｈｚの範囲にあるように選択されている。これにより、磁石電機子及び制御ピストンが、微弱に振動する。そのため、磁石電機子及び制御ピストンを、直流を用いて、より良好に制御可能である。その結果、電気的駆動と油圧効果との間のヒステリシスを低減可能である。

通常、電磁弁のコイルを通って流れる電流を制御する駆動装置が備えられる。駆動装置は、制御ラインを用いて制御部品と接続されている。そのため、ディザリング及び電流供給は、駆動装置によって実行される。一方制御装置は、主として、直流成分又はそれと同等の大きさを、駆動装置に対して要求する。

実際にコイルを通って流れる電流は、駆動装置の側で、決定もされ及び処理ユニットに対してリードバックされる。しかしながら、ディザリングは電流の決定に影響する。そのため、平均値又は実効値が、全ディザリング周期に亘って決定される。ディザリング周期の長さに応じて、それに関連する遅延が、制御目的又はテスト目的では容認できない可能性がある。これに対して代替的に、コイルを通って流れる平均電流が、連続的にも決定され及び要求に応じて更に処理装置へ渡されることができる。しかしながらこの場合、決定された電流値は、供給の時点には、既に古くなっている可能性がある。

特開２００９−２３０４６３号は、直流成分とディザリング成分との組み合わせを用いて、流れが制御された弁を駆動する技術に関する。

欧州特許出願公開第０ ９２９ ０２０号は、流れが制御された弁において、弁に作用する力に依存して、ディザリング成分を変更することを提案する。

特開２００９−２３０４６３号公報 欧州特許出願公開第０ ９２９ ０２０号明細書

本発明の課題は、ディザリングを用いて駆動される電気負荷を通って流れる電流をより良好に決定可能な、改善された技術を提供することである。

本発明は、独立請求項の対象を用いて、この課題を解決する。従属請求項は、好適な実施形態を反映する。

負荷を通って流れる電流の平均値を決定する第１の方法において、電流は直流成分及びディザリング成分を含む。また、ディザリング成分を既定の時間間隔で周期的に、既定の曲線形状で変更する。方法は、瞬時電流を捕捉するステップと、ディザリング成分の周期期間、振幅、及び曲線形状のディザリングパラメータを決定するステップと、瞬時電流及びディザリングパラメータに基づいて、周期に亘る電流の平均値を決定するステップと、を含む。

負荷を通って流れる電流の実効値を決定する第２の方法において、電流は直流成分及びディザリング成分を含む。また、ディザリング成分を既定の時間間隔で周期的に、既定の曲線形状で変更する。方法は、瞬時電流を捕捉するステップと、ディザリング成分の周期期間、振幅、及び曲線形状のディザリングパラメータを決定するステップと、瞬時電流及びディザリングパラメータに基づいて、周期に亘る電流の実効値を決定するステップと、を含む。

負荷を通って流れる電流の直流成分を決定する第３の方法において、電流は直流成分及びディザリング成分を含む。また、ディザリング成分を既定の時間間隔で変更する。方法は、瞬時電流を捕捉するステップと、ディザリング成分の量を決定するステップと、瞬時電流及びディザリング成分の量に基づいて電流を決定するステップと、を含む。

電流の決定は、瞬時電流に基づいて、非常に迅速に行なうことができる。電流を決定する要求と最終的に決定された電流との間の待ち時間は、短くすることができる。それによりこの方法を、セーフティクリティカルな又は高度に動的な制御プロセスにも、適したものとすることができる。実行されるディザリングの種類に応じて、ディザリングパラメータは、殆ど労力をかけずに負荷を通って流れる電流を決定するために使用可能な、単純な大きさとすることができる。これにより電流決定を、迅速に、かつより少ない処理手段を使用して実行可能である。さらに、負荷の電流制御とディザリングとを、より良好に、相互分離可能である。ディザリングは、特に、事実上完全に透過的に実行可能である。そのため、負荷の電流を制御する第１成分、又は電流を決定する第２成分は、ディザリングを扱う必要がない。

好適には、ディザリングパラメータは、ディザリング成分の量に関する指標を含む。ディザリング成分が既知である場合、従って、電流を得るために、瞬時電流からディザリング成分を減算することができる。一実施形態において、ディザリングパラメータは、ディザリング成分の量に線形依存する。

ディザリング成分は、周期的に既定の曲線形状で変更可能である。その際、ディザリングパラメータは曲線形状に関する指標を含む。例示的な曲線形状は、矩形、三角形、又は鋸歯形状を含む。曲線形状、及び例えば曲線形状の位相角が既知である場合、従って、ディザリング成分は容易に決定可能である。位相角は、異なる形状で、例えば時間間隔のカウントとして離散的に与えられることができる。その際、既定の数の時間間隔が、周期毎に備えられる。

更なる実施形態において、ディザリングパラメータはディザリングの周期期間に関する指標を含む。

電流は、ディザリングの周期に亘る平均値に対応するよう、決定可能である。この決定のために、ディザリング周期に亘って電流を監視する必要はない。しかしながら好適には、電流は、計算的に瞬時電流及び１つ以上のディザリングパラメータに基づいて決定可能である。これにより、電流の更なる処理を簡略化可能である。更なる好適な実施形態において、決定された電流は周期に亘る実効値を含む。これにより、ディザリングの曲線形状を選択する際の柔軟性を高めることができる。また更なる実施形態において、決定された電流は、直流成分のみを含む。その際、ディザリング成分は、決定から除かれる。このアプローチは、ディザリング成分が周期に亘り等しい部分に対して正及び負である場合に、特に推奨されることができる。この場合直流成分は、負荷を通って流れる電流の平均値にも対応できる。

方法は、特に２つの装置を用いて実行可能である。その際、一方の駆動装置は、負荷を通る電流を制御し及び検出もする。また他方の装置は、駆動装置を制御する。

負荷を通る電流を駆動する駆動装置において、電流は、既定の直流電流と、既定の時間間隔でディザリングパラメータに基づいて周期的に変更されるディザリング電流と、を含む。ディザリングパラメータは、ディザリング成分の周期期間、振幅、及び曲線形状を含む。駆動装置は、負荷を通る瞬時電流を決定する検出装置と、瞬時電流及びディザリングパラメータを提供するインターフェイスと、を備える。

駆動装置は、例えば集積回路又は統合制御部品として構成されることができる。ディザリング、好適には、完全に駆動装置により制御される。相互に連続する時間間隔における、曲線形状、周期期間、周期毎の時間間隔の数、又はディザリング電流のステップ幅等のディザリングパラメータは、確実に記憶可能、又は外部から特定可能である。さらに好適には、直流成分は外部から特定可能である。駆動装置と、別の制御装置との間の通信は、例えば、シリアルインターフェイスを用いて行なうことができる。このためには、例えば工業的にテスト済みであり、かつ広く使用されているＳＰＩバスが適している。

上述の駆動装置を用いて駆動される負荷を通る電流の平均値を決定する装置は、駆動装置を用いて決定される瞬時電流及びディザリングパラメータを要求し、及び瞬時電流及びディザリングパラメータに基づいて負荷を通る電流の平均値を決定するよう、設定されている。

上述の駆動装置を用いて駆動される負荷を通る電流の実効値を決定する装置は、駆動装置を用いて決定される瞬時電流及びディザリングパラメータを要求し、及び瞬時電流及びディザリングパラメータに基づいて負荷を通る電流の実効値を決定するよう、設定されている。

上述の駆動装置を用いて駆動される負荷を通る電流の直流成分を決定する装置は、駆動装置を用いて決定される瞬時電流及びディザリング成分の量を要求し、及び瞬時電流及びディザリング成分に基づいて負荷を通る電流を決定するよう、設定されている。

１つ以上の追加的なディザリングパラメータもまた、電流を決定する装置により使用されることができる。その際、１つ以上の追加的なパラメータは、駆動装置のより早い時点で特定されていた。従って装置の側では、これらの追加的なパラメータは既知である。

最後に説明された実施形態においては、電流の決定は装置の側で行なわれる。しかしながら、上述された方法は、完全に駆動装置により実行されることも可能である。その際、決定された、負荷を通って流れる電流は、外部に提供されることができる。

例えば、瞬時電流をディザリング電流のステップ幅と共に伝送することにより、いつでも、目標仕様との比較が可能である。従って、ディザリングの周期に亘って電流が平均化されるまでの待機が除かれる。目標値としては、例えば、ディザリングパラメータに加算された、ディザリングの周期に亘って平均化された目標電流が機能する。もちろん、別の目標値も使用可能である。従って更に、ディザリングの正常機能をモニタリング可能である。

本発明により、負荷の正しい機能を、従来技術と比較してより良好に、かつより短時間でモニタリング可能である。

本発明は、次に、添付の図面を参照して詳説される。

負荷を通る電流を制御するシステムの回路図である。 図１の負荷を通る電流の例示的な経過を示すグラフである。 図１の負荷を通って流れる電流を決定する方法のフローチャートである。

図１は、負荷１０５を通る電流を制御するシステム１００の回路図を示す。負荷１０５は、特に連続弁である、流れが制御された油圧弁を備えることができる。連続弁は、切り換え位置の間での連続的な移行を可能とする。そのため、油圧流体の体積流を、比例的に調節可能である。連続弁は、比例弁、調整弁、又はサーボ弁を、特に、例えば自動車のドライブトレインにおける変速機を制御するために、備えることができる。従って図示の実施形態において、負荷１０５は、磁石電機子とも称する電機子１１５を有するコイルを備える。電機子１１５は、制御ピストンとも称する油圧ピストン１２０に作用する。油圧弁を通る油圧回路は、図１には示されていない。

負荷１０５を通る電流は、電流源１２５から供給され及び駆動装置１３０により制御される。駆動装置１３０は、インターフェイス１４０を用いて制御装置１３５と通信できる。制御装置１３５は、通常、処理ユニット１４５を備える。処理ユニット１４５は、既定の制御タスクを実行するために、負荷１０５を通って流れる電流用の仕様を決定し、及びそれを駆動装置１３０に伝送するよう設定されている。

駆動装置１３０は、処理ユニット１５０、負荷１０５を通って流れる電流を制御する電流コントローラ、及び負荷１０５を通って流れる電流の瞬時値を決定する検出装置１６０を備える。図示の実施形態において、直列抵抗１６５（シャント）が、負荷１０５の電流経路に挿入されている。検出装置１６０は、直列抵抗１６５の両端で降下する電圧を決定する。

電流コントローラ１５５は、負荷１０５を通る電流を調整するよう設定されている。負荷１０５は、２つの成分から構成されている。直流成分は、好適にはインターフェイス１４０を介して外部から特定される。またディザリング成分は、電流コントローラ１５５の側で生成される。ディザリング成分は、以下に、図２を参照して詳述される。ディザリングを実行するパラメータは、駆動装置１３０に確実に記憶可能、又はインターフェイス１４０を用いて外部から特定可能である。通常、ディザリングパラメータは１度だけ初期化される。ディザリングパラメータは、その後それ以上変更されない。負荷１０５を通って流れるべき直流成分は、その後需要に応じてインターフェイス１４０を介して外部から特定され、及び駆動装置１３０又は電流コントローラ１５５により独立して変換される。そのため、実際に負荷１０５を通って流れる電流が供給される場合、瞬時電流は検出装置１６０を用いて検出可能である。

負荷１０５を通る電流を、平均値、実効値、又は直流成分の形式で決定するために、検出された瞬時電流を、検出時点で有効であったディザリングパラメータに基づいて計算することが、提案される。第１変形例において、瞬時電流及びディザリングパラメータは、駆動装置１３０の側で処理されることが可能である。そのため、最終的に決定された電流は、インターフェイス１４０を用いて外部に提供されることが可能である。別の変形例においては、瞬時電流及びディザリングパラメータは、インターフェイス１４０を介して外部に提供される。また、電流は外部で、例えば制御装置１３５又は制御装置１３５の処理ユニット１４５を用いて決定される。

図２は、負荷１０５を通る電流２０５の例示的な経過を示す。電流２０５は、各時点に対して、直流成分２１０及びディザリング成分２１５から構成される。ディザリング成分２１５は、直流成分２１０に関して、正のみ、負のみ、又は図示のように、異なる時点で正又は負であることが可能である。ディザリング成分２１５は、既定の時間間隔２２０で変化する。その際、既定の数の時間間隔２２０が、周期期間２２５をもたらす。ディザリングに影響する更なるパラメータは、振幅２３０又はステップ幅２３５を含むことができる。さらに、ディザリング成分２１５の曲線形状は、随意の時点で、その絶対値を決定する。

例示的に、三角形のディザリングが示される。この三角形は、油圧弁の制御において、負荷１０５として頻繁に使用される。ディザリング成分２１５は、時間間隔２２０の０乃至ｋで、既定の一定のステップ幅２３５で最大振幅２３０まで上昇する。ディザリング成分２１５は、そこから時間間隔２２０の３ｋまで、ステップ的に再度低減され、また続いて時間間隔２２０の４ｋ‐１まで、再度ステップ的に上昇される。下降及び上昇は、この場合、時間に亘って線形で発生する。ｋは、ディザリングの周期期間２２５と時間間隔２２０との間で既定の関係を確立するために特定可能な変数である。

図示された三角形において、ディザリング成分２１５の平均値は、全周期２２５に亘り０である。ディザリング成分２１５の実効値は、選択された三角形において、ピーク値の２／√３に対応する。その際、ピーク値は、ディザリング成分２１５の最大値と最小値との間の差異である。従ってこの場合、ピーク値は振幅２３０の２倍に等しい。三角形以外の他の曲線形状も可能である。例えば、他の実施形態においては、曲線形状として、正弦形状、鋸歯形状、又は矩形を使用することができる。

駆動装置１３０は、ディザリング成分２１５を外部から特定された直流成分２１０に重ねあわせるよう設定されている。ディザリング成分２１５の決定は、この場合、前述のパラメータ２２０乃至２３５、曲線形状、及び必要に応じて更なるパラメータに基づいて、完全に駆動装置１３０の側で行なわれる。

既定の時点に対して負荷１０５を通って流れる電流２０５を決定するために、異なる実施形態において、直流成分２１０、電流２０５の平均値又は実効値を、周期期間２２５に亘って決定可能である。この場合決定は、負荷１０５を通る瞬時電流及び１つ以上のディザリングパラメータに基づいて行なわれる。瞬時電流は、決定が実行される時間間隔２２０内に負荷１０５を通って流れる電流量である。

図３は、図１の負荷１０５を通って流れる電流２０５を決定する方法３００のフローチャートを示す。左の領域には、好適には制御装置１３５により実行されるステップが示されている。一方右の領域には、好適には駆動装置１３０により処理されるステップが示されている。

電流の実際の決定にかかわらず、通常は、ステップ３０５において、制御装置１３５の側でディザリングパラメータを決定する。またステップ３１０において、駆動装置１３０の側でディザリングパラメータを受け付ける又はアクティブ化する。インターフェイス１４０の設計に応じて、制御装置１３５と駆動装置１３０との間の通信は、１つ以上の既定のレジスタへのアドレス指定及びアクセスを、モジュール１３０及び１３５のいずれか１つの側に備えることができる。各ディザリングパラメータのために、例えば、個別のレジスタが駆動装置１３０の側に備えられることが可能である。次に制御装置１３５は、所望されるディザリングパラメータのための適切な値を、個々のレジスタに書き込むことができる。

システム１００の通常作動においては、制御装置１３５の側で、所望される直流成分２１０を、ステップ３１５で決定し、駆動装置１３０に伝送する。また駆動装置１３０において、ステップ３２０で、所望される直流成分２１０を受け付ける又はアクティブ化する。ステップ３１５及び３２０は、通常、頻繁に実行する。

負荷１０５を通る電流を、制御装置１３５の側で決定するために、ステップ３２５において電流決定を要求する。またステップ３３０において、駆動装置１３０により電流決定を実行する。ステップ３３５において、決定された瞬時電流及び少なくとも１つのディザリングパラメータを、提供又は伝送する。またステップ３４０において、それらに基づいて、制御装置１３５の側で、実際に負荷１０５を通って流れる電流を決定する。この場合、ステップ３３５において、ディザリングパラメータ及び必要に応じて更なるパラメータが使用される。これらのパラメータは、例えば、制御装置１３５の側でステップ３０５又は３１５のいずれか１つのステップから既知である。更なるパラメータは、例えば、ディザリングの周期期間又はディザリング周波数（ステップ３０５）を含むことができる。

別の実施形態では、電流２０５の決定は、駆動装置１３０の側でも実行できる。続いて、決定された電流を、制御装置１３５に伝送又は提供する。

瞬時電流に基づいて電流２０５を決定するために、通常は、瞬時電流を決定した時点に対するディザリングが、どの時間間隔２２０において存在したか、が少なくとも既知である必要がある。次にディザリング成分２１５は、例えば、図２の例における曲線形状を知り及び周期期間２２５又は変数ｋを絶対値として計算的に決定可能である。次に、電流２０５の所望される量を、ディザリング成分２１５を減算した瞬時電流に基づいて決定可能である。

好適には、個別の電流決定の基礎となるディザリングパラメータのみが、瞬時電流と共に、駆動装置１３０の側で外部に提供される。特に、ディザリングパラメータは、瞬時電流の決定が行なわれた時間間隔２２０を示す数値指標として提供可能である。指標は、好適には、駆動装置１３０の側で、各周期２２５の後に既定の値にリセットされ、及び続いて、各時間間隔２２０においてインクリメントされる。インターフェイス１４０が、例えばＳＰＩバスとして構成されている場合、従って、瞬時電流を提供する１つ以上のレジスタ、及び指標を提供する１つ以上の更なるレジスタを、備えることができる。

１００ システム
１０５ 負荷
１１０ コイル
１１５ 電機子
１２０ ピストン
１２５ 電流源
１３０ 駆動装置
１３５ 制御装置
１４０ インターフェイス
１４５ 処理ユニット
１５０ 処理ユニット
１５５ 電流コントローラ
１６０ 検出装置
１６５ 直列抵抗
２０５ 電流
２１０ 直流成分
２１５ ディザリング成分
２２０ 時間間隔
２２５ 周期期間
２３０ 振幅
２３５ ステップ幅
３００ 方法
３０５ ディザリングパラメータを決定するステップ
３１０ ディザリングパラメータを受け付ける／アクティブ化するステップ
３１５ 直流成分を決定するステップ
３２０ 直流成分を受け付ける／アクティブ化するステップ
３２５ 電流決定を要求するステップ
３３０ 電流決定を実行するステップ
３３５ 決定された瞬時電流及び少なくとも１つのディザリングパラメータを伝送するステップ
３４０ 電流を決定するステップ

Claims (7)

1. 負荷（１０５）を通って流れる電流（２０５）の平均値を決定する方法（３００）であって、前記電流（２０５）は直流成分（２１０）及びディザリング成分（２１５）を含み、及び該ディザリング成分（２１５）を既定の時間間隔（２２０）で周期的に、既定の曲線形状で変更し、前記方法（３００）は、瞬時電流を捕捉するステップ（３３０）と、前記ディザリング成分（２１５）の周期期間（２２５）、振幅（２３０）、及び曲線形状のディザリングパラメータ（２２０〜２３５）を決定するステップと、前記瞬時電流及び前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）に基づいて周期に亘る前記電流（２０５）の平均値を決定するステップ（３４０）と、を含む方法（３００）。
2. 負荷（１０５）を通って流れる電流（２０５）の実効値を決定する方法（３００）であって、前記電流（２０５）は直流成分（２１０）及びディザリング成分（２１５）を含み、及び該ディザリング成分（２１５）を既定の時間間隔（２２０）で周期的に、既定の曲線形状で変更し、前記方法（３００）は、瞬時電流を捕捉するステップ（３３０）と、前記ディザリング成分（２１５）の周期期間（２２５）、振幅（２３０）、及び曲線形状のディザリングパラメータ（２２０〜２３５）を決定するステップと、前記瞬時電流及び前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）に基づいて、周期に亘る前記電流（２０５）の実効値を決定するステップと、を含む方法（３００）。
3. 負荷（１０５）を通って流れる電流（２０５）の直流成分（２１０）を決定する方法（３００）であって、前記電流（２０５）は前記直流成分（２１０）及びディザリング成分（２１５）を含み、及び該ディザリング成分（２１５）を既定の時間間隔（２２０）で変更し、前記方法（３００）は、瞬時電流を捕捉するステップ（３３０）と、前記ディザリング成分の量を決定するステップと、前記瞬時電流及び前記ディザリング成分の前記量に基づいて前記電流（２０５）を決定するステップ（３４０）と、を含む方法（３００）。
4. 負荷（１０５）を通る電流（２０５）を駆動する駆動装置（１３０）であって、前記電流（２０５）は、既定の直流電流（２１０）と、既定の時間間隔（２２０）でディザリングパラメータ（２２０〜２３５）に基づいて周期的に変更されるディザリング電流（２１５）と、を含み、前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）は、ディザリング成分（２１５）の周期期間（２２５）、振幅（２３０）、及び曲線形状を含み、前記駆動装置（１３０）は、前記負荷（１０５）を通る瞬時電流を決定する検出装置（１６０）と、前記瞬時電流及び前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）を提供するインターフェイス（１４０）と、を備える駆動装置（１３０）。
5. 負荷（１０５）を通る電流（２０５）の平均値を決定する装置（１３５）であって、前記負荷（１０５）は、前記電流（２０５）が既定の直流電流（２１０）と既定の時間間隔（２２０）でディザリングパラメータ（２２０〜２３５）に基づいて周期的に変更されるディザリング電流（２１５）と、を含むよう駆動装置（１３０）を用いて駆動され、前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）は、ディザリング成分（２１５）の周期期間（２２５）、振幅（２３０）、及び曲線形状を含み、前記装置（１３５）は、前記駆動装置（１３０）を用いて決定される瞬時電流及び前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）を要求し、及び前記瞬時電流及び前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）に基づいて前記負荷（１０５）を通る前記電流（２０５）の前記平均値を決定するよう、設定されている装置（１３５）。
6. 負荷（１０５）を通る電流（２０５）の実効値を決定する装置（１３５）であって、前記負荷（１０５）は、前記電流（２０５）が既定の直流電流（２１０）と既定の時間間隔（２２０）でディザリングパラメータ（２２０〜２３５）に基づいて周期的に変更されるディザリング電流（２１５）と、を含むよう駆動装置（１３０）を用いて駆動され、前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）は、ディザリング成分（２１５）の周期期間（２２５）、振幅（２３０）、及び曲線形状を含み、前記装置（１３５）は、前記駆動装置（１３０）を用いて決定される瞬時電流及び前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）を要求し、及び前記瞬時電流及び前記ディザリングパラメータ（２２０〜２３５）に基づいて前記負荷（１０５）を通る前記電流（２０５）の実効値を決定するよう、設定されている装置（１３５）。
7. 負荷（１０５）を通る電流（２０５）の直流成分を決定する装置（１３５）であって、前記負荷（１０５）は、前記電流（２０５）が既定の直流電流（２１０）と既定の時間間隔（２２０）で変更されるディザリング電流（２１５）と、を含むよう駆動装置（１３０）を用いて駆動され、前記装置（１３５）は、前記駆動装置（１３０）を用いて決定される瞬時電流及びディザリング成分の量を要求し、及び前記瞬時電流及び前記ディザリング成分の量に基づいて前記負荷（１０５）を通る前記電流（２０５）を決定するよう、設定されている装置（１３５）。

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