JP2001174285A - 回転角度検出センサの温度特性調整方法 - Google Patents

回転角度検出センサの温度特性調整方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触式の検出素子を備えた回転角度検出セ
ンサ及びその出力値を取込んでＥＣＵ（電子制御ユニッ
ト）内部で演算される各種制御値の温度特性を適切に調
整すること。 【解決手段】 ２重系のスロットル開度センサ３０を構
成するホールＩＣ３１，３２によってスロットルバルブ
１２のスロットル開度に対する角度検出値、その近傍の
使用環境の温度変化を常時モニタした温度検出値が検出
される。そして、ホールＩＣ３１，３２による角度検出
値が自らの温度検出値にて適切に調整され、外部接続さ
れるＥＣＵにてスロットル開度が検出される。加えて、
片方のホールＩＣ３１による温度検出値がＥＣＵに取込
まれることで、ＥＣＵ内部で演算される電動モータ２０
の抵抗値の温度特性等を考慮した各種制御値をその温度
検出値に基づき適切に調整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転角度
を検出する非接触式の検出素子を備えた回転角度検出セ
ンサ及びその出力値を取込む電子制御ユニットにおける
温度特性調整方法に関し、例えば、内燃機関への吸入空
気量を調節するスロットルバルブの回転角度を検出する
ホール素子、ホールＩＣ等の非接触式の検出素子を備え
たスロットル開度センサ及び内燃機関用電子制御ユニッ
トによる各種制御値の温度特性調整に利用することがで
きる。
【０００２】
【従来の技術】従来、回転角度検出センサの温度特性調
整方法に関連する先行技術文献としては、特開昭４８−
４８０８７号公報、特開平２−１６８１８１号公報にて
開示されたものが知られている。
【０００３】前者のものでは、磁気抵抗素子を用いた磁
気センサであって、磁気抵抗素子に直列にダイオードを
接続し、磁気センサからの出力電圧に対して温度補償す
る技術が示されている。また、後者のものでは、磁気抵
抗素子を用いた磁気センサであって、正特性感温抵抗素
子（正特性サーミスタ）と固定抵抗とで温度調整された
電源電圧を供給し、磁気センサからの出力電圧に対して
温度補償する技術が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前者のもの
では、磁気センサの磁気抵抗素子と直列にダイオードを
接続、また、後者のものでは、磁気センサの磁気抵抗素
子と並列に正特性感温抵抗素子を接続することで、使用
環境温度が変化したときのセンサ出力への影響をそれぞ
れ補正しようとするものである。
【０００５】このため、使用環境温度が一定レベルで大
きく変化するようなときには、温度変化に追従した補正
がなんとか可能であるが、例えば、車両のスロットルバ
ルブ等の回転体の回転角度を検出するようなときには、
センサや回転体を回転する電動モータ等の構成部品毎の
配置部位や車両の走行前後・走行条件等の変化に応じて
センサや電動モータ等の配置部位の温度は一様ではない
ため、前述のような一定の温度特性を呈する素子による
補正では十分な温度補償を行うことは無理であった。
【０００６】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、回転体の回転角度を検出する
非接触式の検出素子を備えた回転角度検出センサの温度
特性及びその出力値を取込んで電子制御ユニット内部で
演算される各種制御値の温度特性を適切に調整可能な回
転角度検出センサの温度特性調整方法の提供を課題とし
ている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の回転角度検出
センサの温度特性調整方法によれば、非接触式の検出素
子は回転体の回転角度に対する角度検出値を取出す出力
取出用端子と別にその近傍の使用環境の温度変化を常時
モニタした温度検出値を取出す温度モニタ用端子を備え
ており、非接触式の検出素子による角度検出値が自らの
温度検出値にて適切に調整されつつ、出力取出用端子に
外部接続された電子制御ユニットにそれぞれ取込まれ、
回転体の回転角度が検出される。加えて、片方の非接触
式の検出素子の温度検出部による温度検出値が温度モニ
タ用端子に外部接続された電子制御ユニットに取込ま
れ、電子制御ユニット内部で演算される各種制御値がそ
の温度検出値に基づき調整される。即ち、非接触式の検
出素子のうちの片方の非接触式の検出素子からは本来の
回転体の回転角度に対するスロットル開度に対する角度
検出値と同時に、その近傍の使用環境の温度検出値が取
出されることとなる。このため、外部接続される電子制
御ユニット内部では、回転体の回転角度と共に、取込ん
だ温度検出値に基づき各種制御値が適切に調整できると
いう効果が得られる。
【０００８】請求項２の回転角度検出センサの温度特性
調整方法では、回転体を回転するためその近傍に配設さ
れた電動モータの各種特性として例えば、抵抗値、イン
ダクタンス値、トルク値等を使用環境の温度変化に対処
すべく温度モニタ用端子からの温度検出値に基づき適切
に調整しフィードバック制御することができるという効
果が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。
【００１０】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる回転角度検出センサの温度特性調整方法が適用され
た内燃機関用吸気量制御装置の全体構成を示す断面図で
ある。また、図２は図１の左側面図である。そして、図
３は図２の２個のホールＩＣのリード配列を示す拡大詳
細図である。
【００１１】図１において、内燃機関用吸気量制御装置
は主として、内燃機関（図示略）への吸気通路１１が形
成されたスロットルボデー１０と、この吸気通路１１内
で回動軸１３に固定され回動自在に軸支された略円板形
状のスロットルバルブ１２と、この回動軸１３にギヤ連
結されたアクチュエータとしての電動モータ２０と、ス
ロットルバルブ１２の回転角度としてのスロットル開度
を検出するスロットル開度センサ３０とからなる。この
スロットル開度センサ３０等からの出力信号は、図示し
ないＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニッ
ト）に入力され、ＥＣＵにて内燃機関の運転状態に応じ
て演算された駆動信号によって電動モータ２０が回転駆
動されることで、スロットルバルブ１２が所望のスロッ
トル開度に制御される。
【００１２】アルミニウムダイカスト製からなるスロッ
トルボデー１０は、内燃機関のインテークマニホルド
（図示略）にボルト等を用いて固定されている。また、
スロットルバルブ１２はその回動軸１３の一端がスロッ
トルボデー１０のベアリングホルダ部１４に支持された
ボールベアリング１５、他端がスロットルボデー１０の
ベアリングホルダ部１６に支持されたスラストベアリン
グ１７にて回動自在に軸支されている。なお、スロット
ルボデー１０のベアリングホルダ部１６にはキャップ１
８が挿嵌されている。そして、スロットルボデー１０の
吸気通路１１に対してスロットルバルブ１２が回動され
形成される間隙によって内燃機関への吸気量（吸入空気
量）が調節される。
【００１３】電動モータ２０はスロットルボデー１０に
形成されたモータ収容部１９に収容されている。電動モ
ータ２０にはモータ給電用端子２１が突設され、電動モ
ータ２０の出力軸先端にはピニオンギヤ２２が挿嵌され
ている。また、スロットルバルブ１２の回動軸１３の一
端に固定されたロータ２５には樹脂ギヤ２７がインサー
ト成形され、このロータ２５の内周面にはスロットル開
度センサ３０を構成する円筒形状の永久磁石２８が接合
されている。そして、ピニオンギヤ２２はスロットルボ
デー１０に固定された固定軸２３を回転中心とする中間
減速ギヤ２４を介して樹脂ギヤ２７と噛合されている。
このロータ２５と一体的な樹脂ギヤ２７の外周側には、
イグニッションスイッチ（図示略）がオフ等され、電動
モータ２０への通電が停止されたとき、回動軸１３を介
してスロットルバルブ１２を初期開度位置に戻すための
コイル状のリターンスプリング２９が装着されている。
なお、ロータ２５には回動軸１３に対してアイドル位置
に合致させ固定するための位置決め用孔２６が穿設され
ている。
【００１４】スロットル開度センサ３０は、磁界発生源
である円筒形状の永久磁石２８と樹脂成形のセンサカバ
ー４０に一体成形にて配置された２重系で非接触式の検
出素子としての２個のホールＩＣ３１，３２と、これら
ホールＩＣ３１，３２と外部のＥＣＵとを電気的に接続
するための導電性金属薄板からなるリードフレーム３３
と、これらホールＩＣ３１，３２への磁束を集中させる
磁性材料からなる分割型のステータ３４とから構成され
ている。
【００１５】２個のホールＩＣ３１，３２は、それらの
感磁面にＮ極またはＳ極の磁界が発生するとその磁界に
感応して起電力（Ｎ極の磁界にて（＋）電位、Ｓ極の磁
界にて（−）電位）がそれぞれ発生するよう永久磁石２
８の内周側に対向して配置されている。なお、本実施例
のホールＩＣ３１，３２は並列に１８０度逆方向に配置
されている。
【００１６】リードフレーム３３は、図２に示すよう
に、導電性金属薄板としての銅板等からなり、例えば、
５〔Ｖ〕のセンサ供給電圧が印加される信号入力用端子
（ＶＤＤ）４１、スロットルバルブ１２のスロットル開
度信号を取出すための出力取出用端子（ＯＵＴ１，ＯＵ
Ｔ２）４２，４４、ホールＩＣ３１に一体的に内蔵され
た後述の温度検出部に接続されホールＩＣ３１の近傍の
使用環境の温度変化を常時モニタするための温度モニタ
用端子４３、接地用端子（ＧＮＤ）４５から構成されて
いる。
【００１７】なお、２個のホールＩＣ３１，３２の各リ
ード配列は、図３に示すように、信号入力用リード（Ｖ
ＤＤ）３６、接地用リード（ＧＮＤ）３７、出力取出用
リード（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）３８及び片方のホールＩ
Ｃ３１の温度モニタ用リード３９からなる。これら各リ
ードとリードフレーム３３の各端子との接続部分は、Ｐ
ＢＴ等の熱可塑性樹脂からなるコネクトホルダ３５によ
り被覆されている。また、２分割されたステータ３４は
コネクトホルダ３５の外周側にそれぞれ嵌合され固定さ
れ、ステータ３４と２個のホールＩＣ３１，３２との間
には所定の隙間が確保されている。
【００１８】センサカバー４０はスロットルボデー１０
の開口側を閉塞すると共に、軽量で製造容易、かつ安価
でスロットル開度センサ３０の各端子間を電気的に絶縁
するＰＢＴ等の熱可塑性樹脂からなる樹脂成形品であ
る。このセンサカバー４０には、スロットルボデー１０
の開口側に形成された凸状部４８と嵌合される凹状部４
９が形成され、スロットルボデー１０に図示しないクリ
ップによって結合され組付完了される。このように、ス
ロットルボデー１０の凸状部４８とセンサカバー４０の
凹状部４９とが嵌合されることで、センサカバー４０側
に配置固定された２個のホールＩＣ３１，３２と、スロ
ットルボデー１０に回動自在に軸支されたスロットルバ
ルブ１２の回動軸１３と一体的に回転するロータ２５の
内周側に配置固定された永久磁石２８との位置関係が補
償される。
【００１９】また、図２に示すように、センサカバー４
０の側面に一体成形されたコネクタ部５０は、リードフ
レーム３３の信号入力用端子４１、出力取出用端子４
２、温度モニタ用端子４３、出力取出用端子４４、接地
用端子４５の各先端部５１〜５５及び電動モータ２０の
モータ通電用端子４６の先端部５６，５７等から構成さ
れている。なお、このモータ通電用端子４６の他端には
モータ接続用端子４７が一体的に接合され、スロットル
ボデー１０とセンサカバー４０との組付状態で、電動モ
ータ２０のモータ給電用端子２１がモータ接続用端子４
７を介してモータ通電用端子４６に接続される。
【００２０】次に、スロットル開度センサ３０を構成す
るホールＩＣ３１，３２の内部演算によるスロットル開
度情報及び温度情報の流れを示す図４のブロック図を参
照して説明する。
【００２１】図４において、スロットル開度センサ３０
のホールＩＣ３１，３２はホール素子を用いた回転角度
検出部３１１，３２１にて検出されたスロットルバルブ
１２のスロットル開度に対応する角度検出値がＡ／Ｄ変
換器３１２，３２２に入力される。また、スロットル開
度センサ３０のホールＩＣ３１，３２は温度検出部３１
３，３２３を有し、同時に温度検出部３１３，３２３に
て検出されたその近傍の使用環境の温度変化の温度検出
値が温度特性補正回路３１４，３２４に入力される。
【００２２】そして、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasa
ble Programmable ROM）３１５，３２５に予め書込まれ
た設定値が温度特性補正回路３１４，３２４に取込まれ
温度検出値が補正されたのちＡ／Ｄ変換器３１２，３２
２に入力される。このようにＡ／Ｄ変換器３１２，３２
２に入力された値はディジタル変換されたのち調整回路
３１６，３２６に入力され、ＥＥＰＲＯＭ３１５，３２
５に予め書込まれた設定値に基づきオフセット調整、ゲ
イン調整、クランプ調整が行われる。なお、オフセット
調整にてスロットル開度〔°〕に対する調整出力〔Ｖ〕
のオフセット分が一致され、ゲイン調整にてスロットル
開度〔°〕に対する調整出力〔Ｖ〕の傾きが一致され、
クランプ調整にてスロットル開度〔°〕に対する調整出
力〔Ｖ〕の最大値・最小値が設定される。
【００２３】調整回路３１６，３２６で調整された値は
Ｄ／Ａ変換器３１７，３２７に出力されアナログ変換さ
れたのちスロットル開度情報として上述のホールＩＣ３
１，３２の出力取出用リード（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）３
８からリードフレーム３３の出力取出用端子４２，４４
の先端部５２，５４を介してコネクタ部５０に外部接続
されたＥＣＵへ出力される。一方、ホールＩＣ３１では
調整回路３１６から調整値がＤ／Ａ変換器３１７を介し
て温度情報出力回路３１８に入力され、この温度情報出
力回路３１８からの温度情報は上述の温度モニタ用リー
ド３９からリードフレーム３３の温度モニタ用端子４３
の先端部５３を介してコネクタ部５０に外部接続された
ＥＣＵへ出力される。
【００２４】次に、上述の内燃機関用吸気量制御装置の
電動モータ２０に対するＥＣＵの制御値演算の処理手順
を示す図５のブロック図に基づいて説明する。
【００２５】図５において、まず、目標スロットル開度
演算処理Ｓ１では、アクセル開度センサ（図示略）から
のアクセル開度情報に基づき目標スロットル開度が算出
される。次の加減速トルク演算処理Ｓ２では、目標スロ
ットル開度演算処理Ｓ１で算出された目標スロットル開
度とスロットル開度センサ３０からのスロットル開度情
報によるスロットル開度との偏差に基づきスロットル制
御系の加減速トルクが算出される。なお、スロットル制
御系における他のトルク成分については省略されてい
る。
【００２６】また、モータ温度演算処理Ｓ３では、スロ
ットル開度センサ３０からの温度情報によってその近傍
の使用環境にある電動モータ２０の温度が算出される。
次のモータ電流演算処理Ｓ４では、前段で算出された加
減速トルク等に対する要求トルクをパラメータとし、そ
の要求トルクの発生に必要な電動モータ２０のモータ電
流がスロットル開度に応じて算出される。このとき、モ
ータ温度演算処理Ｓ３で算出された電動モータ２０の温
度に応じて電動モータ２０のモータ電流が補正される。
【００２７】そして、逆起電圧演算処理Ｓ５では、前段
で算出された電動モータ２０のモータ電流、目標スロッ
トル開度演算処理Ｓ１で算出された目標スロットル開
度、モータ温度演算処理Ｓ３で算出された電動モータ２
０の温度及びスロットル開度センサ３０からのスロット
ル開度情報に応じて逆起電圧が算出される。次の出力Ｄ
ＵＴＹ演算処理Ｓ６では、前段で算出された電動モータ
２０のモータ電流に対して逆起電圧が考慮された電流値
が加算され、かつバッテリ電圧が考慮され、電動モータ
２０に実際に出力する出力ＤＵＴＹが算出される。
【００２８】更に、ＥＣＵ内のモータ駆動回路６０で
は、出力ＤＵＴＹ演算処理Ｓ６からの出力ＤＵＴＹに基
づき電動モータ２０に出力するための出力電流ＤＵＴＹ
が形成され電動モータ２０に出力されることで電動モー
タ２０が駆動され、スロットル開度センサ３０で検出さ
れたスロットル開度が最終的に目標スロットル開度に一
致するように調整される。このように、スロットル開度
センサ３０にて近傍の使用環境の温度変化が常時モニタ
され、電動モータ２０のモータトルク変化、磁束密度変
化、摩擦トルク変化等が補正されることで、モータ駆動
回路６０から電動モータ２０に出力するための適切な出
力電流ＤＵＴＹが得られることとなる。
【００２９】次に、上述の内燃機関用吸気量制御装置の
スロットルバルブ１２のスロットル開度を設定する電動
モータ２０に対するＥＣＵのＰＩＤ制御（Proportional
Integral Differential Control；比例・積分・微分制
御）によるフィードバック制御におけるＰＩゲイン演算
の処理手順を示す図６のフローチャートに基づいて説明
する。なお、このＰＩゲイン演算ルーチンは所定時間毎
にＥＣＵにて繰返し実行される。
【００３０】図６において、ステップＳ１０１でスロッ
トル開度センサ３０からの温度情報が読込まれる。次に
ステップＳ１０２に移行して、ステップＳ１０１で読込
まれたホールＩＣ３１，３２の近傍の使用環境温度を検
出するスロットル開度センサ３０からの温度〔℃〕をパ
ラメータとしてＰＩゲインがマップから算出されたの
ち、本ルーチンを終了する。ここで、温度とＰＩゲイン
との関係は温度が上昇するにつれてＰＩゲインが増大す
る正特性を有している。
【００３１】このように、本実施例の回転角度検出セン
サの温度特性調整方法は、回転体としてのスロットルバ
ルブ１２のスロットル開度（回転角度）を検出する非接
触式の検出素子としてのホールＩＣ３１，３２を備えて
おり、これらホールＩＣ３１，３２がその近傍の使用環
境の温度変化を常時モニタ自在な温度検出部３１３，３
２３を一体的に内蔵し、片方のホールＩＣ３１がスロッ
トルバルブ１２のスロットル開度に対する角度検出値を
取出す出力取出用端子４２と別に温度検出部３１３によ
る温度検出値を取出す温度モニタ用端子４３を有し、出
力取出用端子４２からの角度検出値と同時に温度モニタ
用端子４３からの温度検出値を外部接続したＥＣＵ（図
示略）に取込み、ＥＣＵ内部で演算される各種制御値を
温度モニタ用端子４３からの温度検出値に基づき調整す
るものである。
【００３２】つまり、回転角度検出センサとして２重系
のスロットル開度センサ３０を構成するホールＩＣ３
１，３２はスロットルバルブ１２のスロットル開度に対
する角度検出値を検出する回転角度検出部３１１，３２
１、その近傍の使用環境の温度変化を常時モニタした温
度検出値を検出する温度検出部３１３，３２３を備えて
おり、ホールＩＣ３１，３２による角度検出値が自らの
温度検出値にて適切に調整されつつ、出力取出用端子４
２，４４に外部接続されたＥＣＵにそれぞれ取込まれ、
スロットルバルブ１２のスロットル開度が検出される。
加えて、片方のホールＩＣ３１の温度検出部３１３によ
る温度検出値が温度モニタ用端子４３に外部接続された
ＥＣＵに取込まれ、ＥＣＵ内部で演算される各種制御値
がその温度検出値に基づき調整される。即ち、スロット
ル開度センサ３０を構成するホールＩＣ３１，３２のう
ちの片方のホールＩＣ３１からは本来のスロットルバル
ブ１２のスロットル開度に対する角度検出値と同時に、
その近傍の使用環境の温度検出値が取出されることとな
る。このため、外部接続されるＥＣＵ内部では、スロッ
トル開度センサ３０によるスロットルバルブ１２のスロ
ットル開度と共に、取込んだ温度検出値に基づき各種制
御値を適切に調整することができる。
【００３３】なお、上述のルーチンでは使用環境の温度
変化に対処すべく電動モータ２０に対するＥＣＵのＰＩ
Ｄ制御によるフィードバック制御におけるＰＩゲイン演
算について述べたが、この他、使用環境の温度変化に応
じて変化する電動モータ２０の抵抗値、インダクタンス
値、トルク値等を検出された温度変化に基づき適切に調
整しフィードバック制御することもできる。このような
回転角度検出センサの温度特性調整方法は、スロットル
バルブ１２を回転するためその近傍に配設した電動モー
タ２０の各種特性を温度モニタ用端子４３からの温度検
出値に基づき調整するものであると言える。
【００３４】ところで、車両の走行前後、走行条件等の
変化のうち特定の温度状態として例えば、走行直後にお
ける特殊な高温状態等の際には、温度検出値をＥＣＵ側
で基準位置の学習用として用いないようにすれば、通常
のセンサ出力への影響を排除でき、安定したセンサ出力
補正が可能となる。また、温度検出値を補正したのち基
準位置の学習用として記憶することで、温度が変化して
も常に一定基準開度を検出するようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る回転角度出力調整方法が適用された内燃機関用吸気量
制御装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】 図２は図１の左側面図である。
【図３】 図３は図２の２個のホールＩＣのリード配列
を示す拡大詳細図である。
【図４】 図４は図１のスロットル開度センサを構成す
るホールＩＣの内部演算に基づくスロットル開度情報及
び温度情報の流れを示すブロック図である。
【図５】 図５は図１の電動モータに対するＥＣＵの制
御値演算の処理手順を示すブロック図である。
【図６】 図６は図１の電動モータに対するＥＣＵのＰ
ＩＤ制御によるフィードバック制御におけるＰＩゲイン
演算の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１２ スロットルバルブ（回転体） ２０ 電動モータ ３１，３２ ホールＩＣ（非接触式の検出素子） ４２，４４ 出力取出用端子 ４３ 温度モニタ用端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱岡 孝 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 萩尾 弘文 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA06 BC04 CB01 CB04 CB08 CC01 DA01 DA05 DD08 EA03 GA52 2F077 AA13 JJ01 JJ08 JJ23 NN04 NN17 QQ04 TT06 UU20 VV02 VV10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転体の回転角度を検出する非接触式の
    検出素子を備えた回転角度検出センサの温度特性調整方
    法において、 前記検出素子はその近傍の使用環境の温度変化を常時モ
    ニタ自在な温度検出部を一体的に内蔵し、前記回転体の
    回転角度に対する角度検出値を取出す出力取出用端子と
    別に前記温度検出部による温度検出値を取出す温度モニ
    タ用端子を有し、 前記出力取出用端子からの角度検出値と同時に前記温度
    モニタ用端子からの温度検出値を外部接続した電子制御
    ユニットに取込み、前記電子制御ユニット内部で演算さ
    れる各種制御値を前記温度モニタ用端子からの温度検出
    値に基づき調整することを特徴とする回転角度検出セン
    サの温度特性調整方法。
  2. 【請求項２】 前記回転体を回転するためその近傍に配
    設した電動モータの各種特性を前記温度モニタ用端子か
    らの温度検出値に基づき調整することを特徴とする回転
    角度検出センサの温度特性調整方法。
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