JPH0776892B2 - 電流制限機能を有するパワードライブ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、車両用油圧制御系に用いられる電気駆動アク
チュエータ（例えば、ソレノイドバルブ駆動用ソレノイ
ド）の駆動（ドライブ）を行わせるためのパワードライ
ブ回路に関し、さらに詳しくは、このパワードライブ回
路を通って流れる電流値が所定値を超えないように制限
することができるようにした回路に関する。

（従来の技術） 車両用油圧制御系に用いられるソレノイドバルブ駆動用
ソレノイド等に従来から用いられているパワードライブ
回路としては、第４図に示すようにトランジスタを用い
たものがある。この回路では、車載のバッテリ電源ライ
ン（Vccライン）31からアースに至る配線32,35,38,39中
に、図示の如くNPN型トランジスタ41および電気モー
タ、ソレノイド等の電気駆動アクチュエータ（例えば、
ソレノイド）43を直列に配しており、このNPN型トラン
ジスタ41のベースに接続される配線33には、コントロー
ル信号入力端子45が接続されている。このため、この入
力端子45に信号電流が流されると、トランジスタ41がON
となり、電気駆動アクチュエータ43が通電されて駆動さ
れる。

さらに、このパワードライブ回路においては、例えば、
上記配線38,39がショートする等した時に、この配線を
大きな電流が流れるのを防止する電流制限機能を付与す
るための、PNP型トランジスタ42および電気抵抗44が図
示のように配設されている。上述の配線のショート等が
生じて電気抵抗44を大きな電流が流れると、この抵抗44
の前後の電圧差が大きくなる。この抵抗44の前後には、
配線37,36を介してトランジスタ42のベースおよびエミ
ッタが接続されているので、上記電圧差が大きくなると
トランジスタ42をONにさせ、トランジスタ41のベースに
流れる電流を配線34を介してバイパスさせる。このた
め、トランジスタ41を通過する電流値がこれ以上増加す
ることがなくなり、過電流が流れるのが防止される。

（発明が解決しようとする問題） このように、従来においては、２個のトランジスタを用
いて電気駆動アクチュエータのドライブ機能と、過電流
を制限する機能とを付与していたのであるが、このため
には、少なくとも２個のトランジスタが必要であった。

さらに、車両用油圧制御系に用いられる電気駆動アクチ
ュエータは車載のバッテリから電力供給を受けて駆動さ
れるのであるが、バッテリ使用電圧は充電時とある程度
放電した時とで差があり、例えば、定格24Vのバッテリ
では、その使用電圧は27V〜19V程度までの範囲となる。
このため、従来のパワードライブ回路の場合には、この
バッテリ電圧のバラツキに応じて電気駆動アクチュエー
タの通電電流値がバラツキその駆動制御が不正確になる
おそれがあるという問題があった。

本発明は、電界効果トランジスタ（FET）の特性に鑑
み、この電界効果トランジスタ１個のみで、上記ドライ
ブ機能および過電流制限機能を共に有するばかりでな
く、電源電圧が変動した場合でも電気機能アクチュエー
タに常にほぼ一定の電流を供給して駆動制御を行うこと
ができるような構成のパワードライブ回路を提供するこ
とを目的とする。

なお、 ロ．発明の構成 （問題を解決するための手段） 上記目的達成のための手段として、本発明のパワードラ
イブ回路50は、第１図に示すように、電源端子61とアー
ス端子65間を結ぶ配線62,63,64上に、電気駆動アクチュ
エータ（例えば、ソレノイドバルブ駆動用ソレノイド）
70と直列に、ドレイン電極Ｄおよびソース電極Ｓをこの
配線に接続させて電界効果トランジスタ51を配設し、ソ
ース電極Ｓと電気駆動アクチュエータ70との間には負帰
還用電気抵抗52を直列に接続し、さらに、この電界効果
トランジスタ51のゲート電極Ｇにはコントロール信号出
力手段71を接続し、負帰還用電気抵抗52のアース側端子
ｂとゲート電極Ｇとの間に一定の電圧を印加する定電圧
印加手段（ツェナーダイオード）53を配設している。こ
のため、コントロール信号出力手段71からの信号出力時
に、電界効果トランジスタ51のゲート電極Ｇと負帰還用
電気抵抗52との間に、ツェナーダイオード53の作用によ
り、一定の電圧が印加される。

（作用） 上記構成のパワードライブ回路50を用いると、コントロ
ール信号出力手段71から所定のドライブ信号が出力され
ると、ツェナーダイオード53により電界効果トランジス
タ51のゲート電極Ｇと負帰還用電気抵抗52との間に一定
の電圧Vcが印加される。この電界効果トランジスタ51が
配設される配線62,63を流れる電流値がi1であったとす
ると、負帰還用抵抗52においてVr（＝i1×r1）だけ電圧
効果が生じるため、電界効果トランジスタ51のゲート電
極Ｇとソース電極Ｓとの間には、この電圧降下分だけ低
い一定の電圧V_GS（＝Vc−Vr）が印加される。

ここで、電界効果トランジスタの特性は、第５図に示す
ように、ゲート電極Ｇとソース電極Ｓとの間の印加電圧
V_GSが一定である限り、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓ
との間の電圧変化に拘らず印加出圧V_GSに対応する一定
の電流i1が流れる。なお、この特性は電界効果トランジ
スタの特性として周知のことである。

このため、電界効果トランジスタ51のドレイン電極Ｄか
らソース電極Ｓには、印加電圧V_GSに対応した所定の電
流i1が流れる。この電流i1は、電気駆動アクチュエータ
70を通ってアース側65に流れるため、コントロール信号
出力手段71からの信号出力により電気駆動アクチュエー
タ70のドライブがなされる。

ここで、例えば、配線63がアース側にショートして、配
線62から電界効果トランジスタ51を通って大電流が流れ
ようとしても、電界効果トランジスタ51のドレイン電極
Ｄからソース電極Ｓに流れる電流の大きさは、ゲート電
極Ｇとソース電極Ｓとの間に印加される電圧により決ま
るため、上記ショートが生じた場合にもこの電流はほぼ
一定に保持され、過電流が流れるのが防止される。

これについて詳細に説明する。電界効果トランジスタ51
は、図５に示すように、ゲート電極Ｇとソース電極Ｓと
の間の印加電圧V_GSに対応した電流i1を流す特性を有し
ているのであるが、この印加電圧あるV_GSがV_GS′まで高
くなったときには、図において破線で示すように、電流
もi1′まで大きくなり、印加電圧がV_GS″まで低くなっ
たときには、図において一点鎖線で示すように、電流は
i1″まで小さくなるという特性を有している。配線63の
ショート等により配線62,63を流れる電流値が増加する
と、負帰還用抵抗52での電圧降下Vrが増加するのに対し
てツェナーダイオード53による印加電圧Vcは一定である
ので、印加電圧V_GS（＝Vc−Vr）は小さくなり、電界効
果トランジスタ51により配線62,63を流れる電流が下げ
られる。すなわち、配線62,63を流れる電流が増加しよ
うとすると、負帰還回路の作用により、電界効果トラン
ジスタ51はこの電流を下げる作用を行うため、上記のよ
うなショートが生じた場合でもこの電流がほぼ一定に保
持され、過電流が流れるのが防止されるのである。

一方、電界効果トランジスタ51のゲート電極Ｇとソース
電極Ｓとの間に同一の電圧が印加されたとしても、製品
バラツキにより、ドレイン電極Ｄからソース電極Ｓに流
れる電流ｉは製品毎に多少のバラツキが生じる。しかし
ながら、本発明のパワードライブ回路50の場合には、こ
のような電流ｉのバラツキがあっても負帰還用抵抗53を
この電流ｉが流れて生じる電圧降下により負帰還がかけ
られることになり、このバラツキを小さくすることがで
きる。

この作用は第５図を参照して説明した上記作用と同様で
ある。例えば、位置a,b間にツェナーダイオード53によ
り定電圧Vcを印加したとき、ソース電極Ｓから規定電流
i1がながれるような電流効果トランジスタ51を用いる場
合、この電界効果トランジスタの製品毎のバラツキによ
り、実際に用いられる電界効果トランジスタによって
は、印加電圧Vcが同じでも、ソース電力Ｓから流れる電
流が上記規定電流i1より大きくなったり、小さくなった
りする、すなわち、製品毎にバラツクことがある。

例えば、このような製品バラツキにより、ソース電極Ｓ
から流れる電流が上記規定電流i1より大きくなると、負
帰還用抵抗52を流れるときにこの部分での電圧降下量が
大きくなる。このため、電界効果トランジスタ51のゲー
ト電極Ｇとソース電極Ｓとの間の印加電圧はこのような
大きくなった電圧降下分だけ小さくなり、その結果、ソ
ース電極Ｓから流れる電流が抑えられ、規定電流i1に近
づく。製品バラツキにより、ソース電極Ｓから流れる電
流が規定電流i1より小さくなる場合も同様で、負帰還用
抵抗52での電圧降下が小さくなり、ソース電極Ｓから流
れ出る電流が大きくなり、規定電流i1に近づく。

一方、電源端子61の電圧（すなわち、バッテリ電圧）Vc
cが変動した場合にも上記と同様の作用により、電気駆
動アクチュエータ70に流れる電流値はほぼ一定の値に維
持される。

以上の説明から分かるように、本発明のパワードライブ
回路を用いれば、電界効果トランジスタ51の製品毎の性
能が多少バラついたとしても、また、電源端子61の電圧
が変動したとしても、ソース電極Ｓに接続された負帰還
用抵抗52の負帰還作用により、ソース電極Ｓから電気駆
動アクチュエータ70に流れる電流値は常にほぼ規定電流
値に設定することができる。

（実施例） 以下、図面により、本発明の好ましい実施例について説
明する。

第２図は２個のソレノイドバルブ155,156によりクラッ
チ制御される無段変速機の油圧回路を示し、これらソレ
ノイドバルブ155,156はそれぞれ、本発明に係るパワー
ドライブ回路50,50により駆動される。無段変速機Ｔ
は、入力軸１を介してエンジンＥにより駆動される定吐
出量型油圧ポンプＰと、車輪Ｗを駆動する出力軸２を有
する可変容量型油圧モータＭとを有している。これら油
圧ポンプＰおよび油圧モータＭは、ポンプＰの吐出口お
よびモータＭの吸入口を連通させる第１油路Laとポンプ
Ｐの吸入口およびモータＭの吸出口を連通させる第２油
路Lbとの２本の油路により油圧閉回路を構成して連結さ
れている。

また、エンジンＥにより駆動されるチャージポンプ10の
吐出口がチェックバルブ11を有するチャージ油路Lhおよ
び一対のチェックバルブ3,3を有する第３油路Lcを介し
て閉回路に接続されており、チャージポンプ10によりオ
イルサンプ15から汲み上げられチャージ圧リリーフバル
ブ12により調圧された作動油がチェックバルブ3,3の作
用により上記２本の油路La,Lbのうちの低圧側の油路に
供給される。さらに、高圧および低圧リリーフバルブ6,
7を有してオイルサンプ15に繋がる第５および第６油路L
e,Lfが接続されたシャトルバルブ４を有する第４油路Ld
が上記閉回路に接続されている。このシャトルバルブ４
は、２ポート３位置切換弁であり、第１および第２油路
La,Lbの油圧差に応じて作動し、第１および第２油路La,
Lbのうち高圧側の油路を第５油路Leに連通させるととも
に低圧側の油路を第６油路Lfに連通させる。これにより
高圧側の油路のリリーフ油圧は高圧リリーフバルブ６に
より調圧され、低圧側の油路のリリーフ油圧は低圧リリ
ーフバルブ７により調圧される。

さらに、第１および第２油路La,Lb間には、両油路を短
絡する第７油路Lgが設けられており、この第７油路Lgに
はこの油路の開度を制御する可変絞り弁からなるクラッ
チ弁５が配設されている。このため、クラッチ弁５の絞
り量を制御することにより油圧ポンプＰから油圧モータ
Ｍへの駆動力伝達を制御するクラッチ制御を行わせるこ
とができる。

また、エンジンＥにより油圧ポンプＰを駆動し、この油
圧ポンプＰからの油圧により油圧モータＭが回転駆動さ
れ、この回転が出力軸２を介して車輪Ｗに伝達され、車
輪Ｗの駆動がなされるのであるが、油圧モータＭは、例
えば斜板アキシャルピストンモータであり、この斜板の
角度を制御することにより、変速機Ｔの変速比を無段階
に変化させることができる。なお、この斜板角の制御に
ついての説明は良く知られているので省略する。

一方、上記クラッチ弁５の作動制御は、クラッチサーボ
バルブ80によりなされ、このクラッチサーボバルブ80の
作動は、コントロール100からの信号に応じて作動する
パワードライブ回路50,50によりデューティ比駆動され
る一対のソレノイドバルブ155,156により制御される。
コントローラ100には、車速Ｖ、エンジン回転数Ne、ス
ロットル開度θ_th、油圧モータＭの斜板傾斜角θ_tr、運
転者により操作されるアクセルペダルの開度θ_accを示
す各信号が入力されており、これらの信号に基づいて所
望の走行制御がなされるように上記各ソレノイドバルブ
の制御を行う信号が出力される。

以下に、クラッチサーボバルブ80の構造およびその作動
を第３図を併用して、詳細に説明する。

このバルブ80は、シリンダ部材81と、このシリンダ部材
81に図中左右に滑動自在に嵌挿されたピストン部材82
と、ピストン部材82が嵌挿されたシリンダ室を覆って取
り付けられたカバー部材85と、ピストン部材82を図中左
方に付勢するばね87とからなる。ピストン部材82のピス
トン82aは上記シリンダ室を２分割して左右シリンダ室8
3,84を形成せしめ、両シリンダ室83,84にはポート86a,8
6bを介して油圧ライン110,112が接続されている。

油圧ライン110の油圧は、チャージポンプ10の吐出油を
チャージ圧リリーフバルブ12により調圧した作動油が油
圧ライン101を介して導かれたものであり、油圧ライン1
12の油圧は、油圧ライン101から分岐したオリフィス111
aを有する油圧ライン111の油圧を、デューティ比制御さ
れる２個のソレノイドバルブ155,156により制御して得
られる油圧である。ソレノイドバルブ156はオリフィス1
11aを有する油圧ライン111から油圧ライン112への作動
油の流通量をデューティ比に応じて開閉制御するもので
あり、ソレノイドバルブ155は油圧ライン112から分岐す
る油圧ライン113とオリフィス114aを介してドレン側に
連通する油圧ライン114との間に配され、所定のデュー
ティ比に応じて油圧ライン113からドレン側への作動油
の流出を行わせるものである。

このため、油圧ライン110を介して右シリンダ室52には
チャージ圧リリーフバルブ12により調圧されたチャージ
圧が作用するのであるが、油圧ライン112からは上記２
個のソレノイドバルブ155,156の作動により、チャージ
圧よりも低い圧が左シリンダ室83に供給される。ここ
で、右シリンダ室84の受圧面積は左シリンダ室83の受圧
面積よりも小さいため、左右シリンダ室83,84内の油圧
によりピストン部材82が受ける力は、ばね87の付勢力を
考慮しても、右シリンダ室84内の油圧P1に対して、左シ
リンダ室83内の油圧がこれより低い所定の値P2（P1＞P
2）のときに釣り合うようになっている。このため、ソ
レノイドバルブ155,156により、油圧ライン112から左シ
リンダ室83に供給する油圧を上記所定の値P2より大きく
なるように制御すれば、ピストン部材82を右動させるこ
とができ、左シリンダ室83に供給する油圧をP2より小さ
くなるように制御すれば、ピストン部材82を左動させる
ことができる。

このピストン部材82の左右方向の移動は、リンク機構88
を介して、クラッチ弁５に伝達される。クラッチ弁５
は、第１バルブ孔5bを有する固定部材5aと、この固定部
材5a内に回転自在に配された第２バルブ孔5dを有する回
転部材5cとからなり、回転部材5cに連結されたアーム5e
が上記リンク機構88に連結されており、上記ピストン部
材82の移動に伴って回転部材5cが回転される。回転部材
5cが回転されると、第１および第２バルブ孔5b,5dの連
通開度が全開から全閉まで変化する。なお、図示の如
く、ピストン部材82が最大限まで左動した状態で、クラ
ッチ弁５における連通開度が全開になり、この後、ピス
トン部材82右動させるのに応じて連通開度が全閉まで漸
次変化する。

ここで、第１バルブ孔5bは無段変速機Ｔの閉回路を構成
する第１油路Laに連通し、第２バルブ孔5dは第２油路Lb
に連通しているため、上記第１および第２バルブ孔5b,5
dの連通開度を変化させることにより、第１および第２
油路La,Lbの短絡路である第７油路Lgの開度を変化させ
ることができ、これによりクラッチ制御がなされる。す
なわち、コントローラ100からの信号に基づいて、上記
ソレノイドバルブ155,156をデューティ比制御すること
により、クラッチ制御がなされる。

この場合におけるソレノイドバルブ155,156のデューテ
ィ比制御は、それぞれパワードライブ回路50,50により
行われる。このパワードライブ回路50,50は、電源ライ
ン61とアース端子65とを結ぶ配線155a,155bおよび156a,
156b上に、ソレノイドバルブ155,156と直列に配設され
ている。このパワードライブ回路50は、第１図に示した
構成をしており、電界効果トランジスタ51のドレイン電
極Ｄがそれぞれ配線155a,156aを介して電源ライン61に
接続され、ソース電極Ｓには負帰還用電気抵抗52が直列
に接続されるとともに、この電気抵抗52は配線155b,156
bを介して、それぞれソレノイドバルブ155,156に接続さ
れている。一方、コントローラ100の出力配線100a,100b
はそれぞれ、上記電界効果トランジスタ51,51のゲート
電極Ｇに接続されており、ゲート電極Ｇと電気抵抗52の
下流側端部とはツェナーダイオード53を有して接続され
ている。

このため、コントローラ100から出力配線100a,100bを介
して、各ゲート電極Ｇに所定の信号出力を与えると、ツ
ェナーダイオード53の作用により、ゲート電極Ｇと電気
抵抗52の下流側端部との間には一定電圧Vcが印加され
る。このとき、ゲート電極Ｇとソース電極Ｓ間には、こ
の一定電圧Vcから電気抵抗52を流れる電流i1により生じ
る電圧Vr（＝i1×r1）分だけ低いほぼ一定の電圧V
_GS（＝Vc−Vr）が印加される。但し、上記抵抗値r1は小
さく設定されており、通常の状態では、V_GS≒Vcであ
る。このため、電界効果トランジスタ51のドレイン電極
Ｄからソース電極Ｓには、印加電圧V_GSに対応した所定
の電流i1が流れる。この電流i1は、ソレノイドバルブ15
5,156を通ってアース側65に流れるため、コントローラ1
00からの信号出力によりソレノイドバルブ155,156の駆
動制御がなされる。なお、本例のソレノイドバルブ155,
156はデューティ比制御されるものであり、コントロー
ラ100から各電界効果トランジスタ51,51のゲート電極Ｇ
にはデューティ比に対応した信号が出力される。

この場合において、上記電気抵抗52を通って流れる電流
により生じる電圧降下により、電界効果トランジスタ51
のゲート電極Ｇおよびソース電極Ｓの間の印加電圧に対
して負帰還がかかることになる。このため、前述のよう
に、電界効果トランジスタ51の製品バラツキにより、上
記印加電圧に対するドレイン電極Ｄからソース電極Ｓへ
の電流量特性にバラツきがあった場合でも、上記負帰還
によりこのバラツキが吸収され、ソレノイドバルブ155,
156に流れる電流値は常にほぼ一定に維持される。

同様に、電源ライン61の電圧、すなわちバッテリ電圧Vc
cは充電直後と所定量使用した後とでかなり相違するの
であるが、このような相違があっても上記と同様な理由
からソレノイドバルブ155,156に流れる電流値はほぼ一
定に維持される。

また、パワードライブ回路50,50と、ソレノイドバルブ1
55,156とは、車両上で離れて配設されることが多く、こ
のため、両者はハーネス155b,156bにより接続されるこ
とが多いがのであるが、このハーネス155b,156bが、例
えばドアに挟まれて車体に接触してショートするという
ようなことも考えられる。このような場合でも、電界効
果トランジスタ51のゲート電極Ｇとソース電極Ｓとの間
に印加される電圧V_GSはほぼ一定に維持されるので、上
記ショートによっても配線155a,156aを過電流が流れる
ということがない。

ハ．発明の効果 以上説明したように、本発明のパワードライブ回路によ
れば、１個の電界効果トランジスタを用いるだけで、電
気駆動アクチュエータのドライブ制御、ショート時等で
の過電流防止、製品バラツキによる制御電流値のバラツ
キ抑制および電源電圧の変動に伴う制御電流値の変動防
止を全て行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るパワードライブ回路を示す電気回
路図、 第２図は上記パワードライブ回路により駆動制御される
ソレノイドバルブを用いてクラッチの開度制御を行わせ
るようにした油圧式無段変速機の油圧回路図、 第３図は上記クラッチおよびその制御を行うサーボバル
ブを示す断面図、 第４図は従来のパワードライブ回路を示す電気回路図、 第５図は電界効果トランジスタの特性を示すグラフであ
る。 ５……クラッチ弁、10……チャージポンプ 50……パワードライブ回路 51……電界効果トランジスタ 53……ツェナーダイオード 80……クラッチサーボバルブ 155,156……ソレノイドバルブ 100……コントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両用油圧制御系に用いられる電気駆動ア
   クチュエータへの通電電流制御を行うため、電源端子と
   アース端子間を結ぶ配線上に前記電気駆動アクチュエー
   タと直列に配設されてなるパワードライブ回路におい
   て、 前記電源端子側にドレイン電極が接続され、前記アース
   端子側にソース電極が接続されて前記配線上に配設され
   た電界効果トランジスタと、 前記ソース電極と前記電気駆動アクチュエータとの間に
   位置して前記配線上に前記電界効果トランジスタに対し
   て直列に配設された負帰還用電気抵抗と、 前記電界効果トランジスタのゲート電極に接続されて前
   記電気駆動アクチュエータの駆動制御信号を前記ゲート
   電極に送出するコントロール信号出力手段と、 前記配線上における前記負帰還用電気抵抗のアース側端
   部と前記ゲート電極との間に一定の電圧を印加する定電
   圧印加手段と からなることを特徴とする電流制限機能を有するパワー
   ドライブ回路。
2. 【請求項２】前記電気駆動アクチュエータがソレノイド
   バルブ駆動用ソレノイドであり、 前記コントロール信号出力手段がこのソレノイドの駆動
   制御信号を前記ゲート電極に出力するようになっている
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のパワードラ
   イブ回路。
3. 【請求項３】前記ソレノイドバルブがデューティ制御ソ
   レノイドバルブであり、前記コントロール信号出力手段
   は前記ソレノイド駆動デューティ比を制御するデューテ
   ィ比信号を前記ゲート電極に出力するようになっている
   ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のパワードラ
   イブ回路。