JP2003284369A - Ｅｍｖａアマチュアの位置および速度を推定する方法 - Google Patents
Ｅｍｖａアマチュアの位置および速度を推定する方法Info
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 第１のソレノイド命令に基づいて付勢され、
バルブアマチュアを引付ける第１のソレノイドコイルを
含む電磁式バルブ作動システムのバルブアマチュアの位
置及び速度を推定する方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、第１のソレノイド命令のため
のパラメータを入手するステップと、第１のソレノイド
コイルの特性を測定するステップと、入手したパラメー
タ及び測定された特性に基づいてバルブアマチュアの位
置及び速度を推定するステップとを含む。
バルブアマチュアを引付ける第１のソレノイドコイルを
含む電磁式バルブ作動システムのバルブアマチュアの位
置及び速度を推定する方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、第１のソレノイド命令のため
のパラメータを入手するステップと、第１のソレノイド
コイルの特性を測定するステップと、入手したパラメー
タ及び測定された特性に基づいてバルブアマチュアの位
置及び速度を推定するステップとを含む。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはバルブ
を作動させる分野に関し、詳述すれば、電磁式バルブア
クチュエータシステム内のバルブアマチュアの位置及び
速度を推定する方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の典型的なビークルのエンジンで
は、バルブが弁座に対して閉じた位置から、弁座からあ
る距離の開いた位置まで作動し、燃料及び空気混合体の
ような流体を燃焼室内へ、または燃焼室から選択的に通
過させている。近年、可変バルブタイミングのような幾
つかのバルブ動作が進歩したことによって、パワー出
力、燃料効率、及び排出物が改善されてきた。可変バル
ブタイミングは、閉または開サイクルの持続時間、また
はバルブの閉または開サイクルのタイミングの何れかを
能動的に調整する方法である。現在、ホンダ及びフェラ
ーリを含む幾つかの自動車メーカーは、彼等のエンジン
に可変バルブタイミングを与えるために、機械的デバイ
スを使用している。 【０００３】可変バルブタイミングの分野におけるより
近年の開発では、バルブヘッドを開閉するためにアマチ
ュアの両側に配置した２つのソレノイドコイルを使用す
るようになってきている。ソレノイドコイルの一方を付
勢するとアマチュアに電磁吸引力が働き、バルブは活動
したコイルに向かって運動する。対向するソレノイドコ
イルを動作させると、対向する活動コイルに向かう電磁
吸引力がアマチュアに加わり、バルブは他の方向に向か
って運動する。電磁式バルブアクチュエータ（即ち、
“ＥＭＶＡ”）として知られるこのシステムによれば、
開閉サイクルの持続時間及びタイミングを連続的に変化
させることが可能であり、パワー出力、燃料効率、及び
排出物のさらなる改良さえも見込まれる。 【０００４】エンジンにおいては、バルブを開位置と閉
位置との間で迅速に運動させ、またバルブを弁座に対し
て“柔らかく着座”させることが望まれている。ＥＭＶ
Ａによって発生する力（ソレノイドコイルとアマチュア
との間の距離、及び印加されるコイル動作電流に関係付
けられる）は、アマチュアがソレノイドコイルに接近す
るにつれて非線形に増加する。事実、ソレノイドコイル
はアマチュアをソレノイドコイルに対して激しく衝突さ
せ、それがまたバルブヘッドを弁座に激しく衝突させ
る。弁座へのバルブの衝突、またはソレノイドコイルへ
のアマチュアの衝突は、ビークル内に望ましくない雑
音、振動、及びハーシネス（“ＮＶＨ”）を発生させ
る。 【０００５】本明細書が参照している米国特許出願第10
/109,350号には、ＮＶＨを最小にするためにＥＭＶＡを
制御する方法が開示されている。この方法は、アマチュ
アの位置及び速度に部分的に依存している。アマチュア
の位置は位置センサによって測定することはできるが、
位置センサをＥＭＶＡ内に組み込むのは比較的高価であ
る。従って、自動車業界においては、位置センサを用い
ずにバルブアマチュアの位置及び速度を推定する方法を
考案することが要望されている。 【０００６】 【実施の形態】以下の本発明の２つの好ましい方法の説
明は、本発明をこれらの好ましい方法に限定する意図の
下になされるものではなく、当業者が本発明を製造し、
使用するのを可能にするためになされるものである。 【０００７】図１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃに示すように、本
発明の好ましい方法は、ビークルのエンジンの電磁式バ
ルブアクチュエータ（“ＥＭＶＡ”）１０を制御するた
めに使用することができる。好ましい方法は、船舶のエ
ンジン、航空機のエンジン、または他の流体作動システ
ムのような他の適当なデバイスのＥＭＶＡ １０を制御
するために使用することもできる。 【０００８】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は、開位置（図１Ａに示す）と閉位置（図１Ｃに示
す）との間で運動するバルブヘッド１２を含んでいる。
バルブヘッド１２は閉位置から開位置へ運動することに
よって、流体を、オリフィス１４を通して選択的に通過
させるように機能する。好ましくは、バルブヘッド１２
は、オリフィス１４からある距離を選択的に運動して燃
料及び空気混合体をエンジンの燃焼室（一部分だけを示
す）内へ通過させることを可能にし、次いで、オリフィ
ス１４の周りの弁座１６に着座するように運動して燃料
及び空気混合体の通過を遮断する。 【０００９】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は更に、バルブステム１８、アマチュアステム２
０、第１のばね２２、及び第２のばね２４を含んでい
る。バルブステム１８は、オリフィス１４から離れた位
置からバルブヘッド１２を作動させるように機能する。
アマチュアステム２０、第１のばね２２、及び第２のば
ね２４は、バルブステム１８と共働してＥＭＶＡ １０
の温度変化の効果を実質的に無効にする。第１のばね２
２はバルブステム１８をアマチュアステム２０に向かっ
てバイアスし、一方第２のばね２４は第２のバルブステ
ムをバルブステム１８に向かってバイアスする。このよ
うに、バルブステム１８及びアマチュアステム２０は、
バルブヘッド１２の運動中には実質的に１つのユニット
として動作するが、エンジン内の温度変動によってもた
らされるバルブステム１８の伸びを許容するようになっ
ている。バルブステム１８及びアマチュアステム２０を
一緒にバイアスする力を加える他に、第１のばね２２及
び第２のばね２４は、バルブヘッド１２を開位置と閉位
置との間の平衡位置、即ち“中央位置”（図１Ｂに示
す）にバイアスするように設計することが好ましい。 【００１０】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は更に、アマチュアステム２０及びバルブステム１
８を介してバルブヘッド１２に結合されているバルブア
マチュア２６、バルブアマチュア２６の一方の側に配置
されている第１のソレノイドコイル２８、バルブアマチ
ュア２６の他方の側に配置されている第２のソレノイド
コイル３０を含んでいる。好ましくは、バルブアマチュ
ア２６はアマチュアステム２０から伸びていて、矩形、
円筒形、または他の適切な形状であり、鋼のような磁化
可能な比較的強い材料を含む。第１のソレノイドコイル
２８は、バルブアマチュア２６上に電磁力を発生してバ
ルブヘッド１２を閉位置に運動させるように機能し、一
方第２のソレノイドコイル３０は、バルブアマチュア２
６上に電磁力を発生してバルブヘッド１２を開位置に運
動させるように機能する。 【００１１】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は更に、入力命令（図示してない）を含む。入力命
令は、ソレノイドコイルを交互に作動させ、バルブヘッ
ド１２を開位置から中央位置を通して閉位置まで運動さ
せ、またバルブヘッド１２を閉位置から中央位置を通し
て開位置まで運動させるように機能する。入力命令は、
いろいろな要因の中で特にばね定数、アマチュアの走行
距離、及び要素の質量に依存して、約３ミリ秒のサイク
ル時間でバルブヘッド１２を連続動作させ得ることが好
ましい。 【００１２】アマチュアの位置及び速度を推定する好ま
しい方法は、第１のソレノイド命令及び第２のソレノイ
ド命令のためのパラメータを入手するステップと、第１
のソレノイドコイル２８及び第２のソレノイドコイル３
０の特性を測定するステップと、第１のソレノイド命令
のための入手したパラメータ、第２のソレノイド命令の
ための入手したパラメータ、第１のソレノイドコイル２
８の測定された特性、及び第２のソレノイドコイル３０
の測定された特性に基づいて、バルブアマチュア２６の
位置及び速度を推定するステップとを含む。好ましい方
法は更に、以下に説明する、または当業者には明白な他
の動作を含むことができる。 【００１３】本発明の第１の好ましい方法は、入力電圧
を入手するステップと、ソレノイドコイルの電流を測定
するステップとを含む。４状態オブザーバを含むこの方
法は、もし第１のソレノイドコイル及び第２のソレノイ
ドコイルを同時に動作させないのであれば、３状態オブ
ザーバに縮小することができる。２状態オブザーバを含
む本発明の第２の好ましい方法は、入力電流を入手する
ステップと、ソレノイドコイルの磁束を測定するステッ
プとを含む。制御システムに関する文献から公知の方法
であるオブザーバは、測定されたパラメータまたは状態
から未測定のパラメータまたは状態を再構築する。オブ
ザーバは、典型的には２つの成分からなる。即ち、モデ
ル複製成分、及び測定された状態と推定された状態との
間の誤差に基づくフィードバック補正項である。 【００１４】第１の好ましい方法では、パラメータを入
手する第１のステップは、第１のソレノイド命令及び第
２のソレノイド命令のための入力電圧を入手するステッ
プを含むことが好ましい。入力電圧を入手するステップ
は、適当なセンサを用いて入力電圧を測定するか、また
は適当なプロセッサを用いてソレノイド命令に基づいて
入力電圧を計算するの何れかによって達成することが好
ましい。代替として、入力電圧を入手するステップは、
他の適当なデバイスまたは方法を用いて達成することが
できる。特性を測定する第２のステップは、第１のソレ
ノイドコイル及び第２のソレノイドコイルの電流を測定
するステップを含む。ソレノイドコイルの電流を測定す
るステップは、電流センサと、その電流に比例する電圧
を出力する差動増幅器とを用いて達成することが好まし
いが、代替として、他のどのようなデバイスまたは方法
を用いて達成することもできる。 【００１５】第１の好ましい方法では、バルブアマチュ
アの位置及び速度を推定する第３のステップは、以下の
４つの一次非線形常微分方程式に基づくＥＭＶＡモデル
を使用することが好ましい。 【数１】 【数２】 【数３】 【数４】 これら４つの状態は、バルブアマチュアの位置ｘ1、バ
ルブアマチュアの速度ｘ2、第１のソレノイドコイル電
流ｘ3、第２のソレノイドコイル電流ｘ4を含む。ソレノ
イド命令のためのパラメータは、第１のソレノイドコイ
ルへの入力電圧ｕ1及び第２のソレノイドコイルへの入
力電圧ｕ2を含む。上式の他の要素は、ダンピングｃ、
実効ばね剛さｋ、バルブアマチュア、バルブヘッド、第
１及び第２のばねの一部分、ばねキーパー及びラッシュ
キャップ、アマチュアステム、及びバルブステムの実効
運動質量ｍ、それぞれのソレノイドコイルの抵抗ＲOC及
びＲCC、それぞれのソレノイドコイルのインダクタンス
ＬOC及びＬCC、それぞれのソレノイドコイルの磁束ΨOC
及びΨCC、バルブアマチュアに作用する磁力ｆem、及び
ＥＭＶＡに作用するエンジン負荷擾乱ｆeを含む。ダン
ピング及びモデルの剛さは線形として表されているが、
代替として非線形として表すことができる。更に、上式
は、アマチュア位置の飽和及び渦電流損の省略を含む幾
つかの単純化を好ましく含んでいるが、代替として、さ
らなる単純化を含むことができる。４つの状態を解くこ
とによって、第１のソレノイド命令のための入力電圧、
第２のソレノイド命令のための入力電圧、測定された第
１のソレノイドコイル電流、及び測定された第２のソレ
ノイドコイル電流から、バルブアマチュアの位置及び速
度を推定することができる。勿論、バルブアマチュアの
位置及び速度は、他の適当なモデルまたは方程式を用い
て、入力電圧及び測定された電流から推定することがで
きる。 【００１６】第２の好ましい方法では、パラメータを入
手する第１のステップは、第１のソレノイド命令及び第
２のソレノイド命令のための入力電流を入手するステッ
プを含む。入力電流を入手するステップは、適当な電流
センサを用いて入力電流を測定するか、または適当なプ
ロセッサを用いてソレノイド命令に基づいて入力電流を
計算するの何れかによって達成することが好ましい。代
替として、入力電流を入手するステップは、他の適当な
デバイスまたは方法を用いて達成することができる。特
性を測定する第２のステップは、第１のソレノイドコイ
ル及び第２のソレノイドコイルの磁束を測定するステッ
プを含む。ソレノイドコイルの磁束を測定するステップ
は、ホール効果センサのような適当なセンサを用いて達
成することが好ましいが、代替として、他のどのような
デバイスまたは方法を用いて達成することもできる。 【００１７】第２の好ましい方法では、バルブアマチュ
アの位置及び速度を推定する第３のステップは、上述し
た第１及び第２の方程式に類似する２つの方程式に基づ
くＥＭＶＡのモデルを好ましく使用する。２つの状態を
解くことによって、第１のソレノイド命令のための入力
電流、第２のソレノイド命令のための入力電流、測定さ
れた第１のソレノイドコイルの磁束、及び測定された第
２のソレノイドコイルの磁束から、バルブアマチュアの
位置及び速度を推定することができる。勿論、バルブア
マチュアの位置及び速度は、他の適当なモデルまたは方
程式を用いて、入力電流及び測定された磁束から推定す
ることができる。 【００１８】好ましい方法は更に、フィードバック補正
項を含むことができる。フィードバックは、好ましく
は、第１のソレノイドコイルの特性を推定するステップ
と、第１のソレノイドコイルの推定された特性及び測定
された特性に基づいて第１の誤差を計算するステップ
と、第２のソレノイドコイルの特性を推定するステップ
と、第２のソレノイドコイルの推定された特性及び測定
された特性に基づいて第２の誤差を計算するステップと
を含む。バルブアマチュアの位置及び速度の推定は更
に、計算された第１の誤差及び計算された第２の誤差に
基づく。計算された誤差のこのフィードバックは、推定
の精度を向上させることができる補正効果を与える。 【００１９】第１の好ましい方法では、フィードバック
補正項は、好ましくは、第１のソレノイドコイルの電流
を推定するステップと、第１のソレノイドコイルの推定
された電流及び測定された電流に基づいて第１の誤差を
計算するステップと、第２のソレノイドコイルの電流を
推定するステップと、第２のソレノイドコイルの推定さ
れた電流及び測定された電流に基づいて第２の誤差を計
算するステップとを含み、上記バルブアマチュアの位置
及び速度の推定は、更に、計算された第１の誤差及び計
算された第２の誤差に基づく。勿論、第１の好ましい方
法のフィードバックループは、他の適当な要因、方程
式、またはモデルに基づくことができる。 【００２０】第２の好ましい方法では、フィードバック
補正項は、好ましくは、第１のソレノイドコイルの磁束
を推定するステップと、第１のソレノイドコイルの推定
された磁束及び測定された磁束に基づいて第１の誤差を
計算するステップと、第２のソレノイドコイルの推定さ
れた磁束及び測定された磁束に基づいて第２の誤差を計
算するステップとを含み、上記バルブアマチュアの位置
及び速度の推定は、更に、計算された第１の誤差及び計
算された第２の誤差に基づく。勿論、第２の好ましい方
法のフィードバックループは、他の適当な要因、方程
式、またはモデルに基づくことができる。 【００２１】以上に、本発明の好ましい方法を２つのソ
レノイドコイルに関連して説明したが、この好ましい方
法は第１のソレノイドコイル及び第２のソレノイドコイ
ルの活動しているコイルだけと共に使用することができ
る。活動しているコイルだけを使用すると、オブザーバ
の命令、複雑さ、及び計算時間が減少する。更に、本発
明の好ましい方法を１つのＥＭＶＡ（吸気バルブ）に関
連して説明したが、この好ましい方法はエンジン内の複
数のＥＭＶＡ（吸気バルブ及び排気バルブの両者）に使
用することができる。 【００２２】当業者には上記説明並びに添付図面から明
白なように、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から
逸脱することなく、本発明の好ましい方法に変更及び変
化を与えることが可能である。
を作動させる分野に関し、詳述すれば、電磁式バルブア
クチュエータシステム内のバルブアマチュアの位置及び
速度を推定する方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の典型的なビークルのエンジンで
は、バルブが弁座に対して閉じた位置から、弁座からあ
る距離の開いた位置まで作動し、燃料及び空気混合体の
ような流体を燃焼室内へ、または燃焼室から選択的に通
過させている。近年、可変バルブタイミングのような幾
つかのバルブ動作が進歩したことによって、パワー出
力、燃料効率、及び排出物が改善されてきた。可変バル
ブタイミングは、閉または開サイクルの持続時間、また
はバルブの閉または開サイクルのタイミングの何れかを
能動的に調整する方法である。現在、ホンダ及びフェラ
ーリを含む幾つかの自動車メーカーは、彼等のエンジン
に可変バルブタイミングを与えるために、機械的デバイ
スを使用している。 【０００３】可変バルブタイミングの分野におけるより
近年の開発では、バルブヘッドを開閉するためにアマチ
ュアの両側に配置した２つのソレノイドコイルを使用す
るようになってきている。ソレノイドコイルの一方を付
勢するとアマチュアに電磁吸引力が働き、バルブは活動
したコイルに向かって運動する。対向するソレノイドコ
イルを動作させると、対向する活動コイルに向かう電磁
吸引力がアマチュアに加わり、バルブは他の方向に向か
って運動する。電磁式バルブアクチュエータ（即ち、
“ＥＭＶＡ”）として知られるこのシステムによれば、
開閉サイクルの持続時間及びタイミングを連続的に変化
させることが可能であり、パワー出力、燃料効率、及び
排出物のさらなる改良さえも見込まれる。 【０００４】エンジンにおいては、バルブを開位置と閉
位置との間で迅速に運動させ、またバルブを弁座に対し
て“柔らかく着座”させることが望まれている。ＥＭＶ
Ａによって発生する力（ソレノイドコイルとアマチュア
との間の距離、及び印加されるコイル動作電流に関係付
けられる）は、アマチュアがソレノイドコイルに接近す
るにつれて非線形に増加する。事実、ソレノイドコイル
はアマチュアをソレノイドコイルに対して激しく衝突さ
せ、それがまたバルブヘッドを弁座に激しく衝突させ
る。弁座へのバルブの衝突、またはソレノイドコイルへ
のアマチュアの衝突は、ビークル内に望ましくない雑
音、振動、及びハーシネス（“ＮＶＨ”）を発生させ
る。 【０００５】本明細書が参照している米国特許出願第10
/109,350号には、ＮＶＨを最小にするためにＥＭＶＡを
制御する方法が開示されている。この方法は、アマチュ
アの位置及び速度に部分的に依存している。アマチュア
の位置は位置センサによって測定することはできるが、
位置センサをＥＭＶＡ内に組み込むのは比較的高価であ
る。従って、自動車業界においては、位置センサを用い
ずにバルブアマチュアの位置及び速度を推定する方法を
考案することが要望されている。 【０００６】 【実施の形態】以下の本発明の２つの好ましい方法の説
明は、本発明をこれらの好ましい方法に限定する意図の
下になされるものではなく、当業者が本発明を製造し、
使用するのを可能にするためになされるものである。 【０００７】図１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃに示すように、本
発明の好ましい方法は、ビークルのエンジンの電磁式バ
ルブアクチュエータ（“ＥＭＶＡ”）１０を制御するた
めに使用することができる。好ましい方法は、船舶のエ
ンジン、航空機のエンジン、または他の流体作動システ
ムのような他の適当なデバイスのＥＭＶＡ １０を制御
するために使用することもできる。 【０００８】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は、開位置（図１Ａに示す）と閉位置（図１Ｃに示
す）との間で運動するバルブヘッド１２を含んでいる。
バルブヘッド１２は閉位置から開位置へ運動することに
よって、流体を、オリフィス１４を通して選択的に通過
させるように機能する。好ましくは、バルブヘッド１２
は、オリフィス１４からある距離を選択的に運動して燃
料及び空気混合体をエンジンの燃焼室（一部分だけを示
す）内へ通過させることを可能にし、次いで、オリフィ
ス１４の周りの弁座１６に着座するように運動して燃料
及び空気混合体の通過を遮断する。 【０００９】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は更に、バルブステム１８、アマチュアステム２
０、第１のばね２２、及び第２のばね２４を含んでい
る。バルブステム１８は、オリフィス１４から離れた位
置からバルブヘッド１２を作動させるように機能する。
アマチュアステム２０、第１のばね２２、及び第２のば
ね２４は、バルブステム１８と共働してＥＭＶＡ １０
の温度変化の効果を実質的に無効にする。第１のばね２
２はバルブステム１８をアマチュアステム２０に向かっ
てバイアスし、一方第２のばね２４は第２のバルブステ
ムをバルブステム１８に向かってバイアスする。このよ
うに、バルブステム１８及びアマチュアステム２０は、
バルブヘッド１２の運動中には実質的に１つのユニット
として動作するが、エンジン内の温度変動によってもた
らされるバルブステム１８の伸びを許容するようになっ
ている。バルブステム１８及びアマチュアステム２０を
一緒にバイアスする力を加える他に、第１のばね２２及
び第２のばね２４は、バルブヘッド１２を開位置と閉位
置との間の平衡位置、即ち“中央位置”（図１Ｂに示
す）にバイアスするように設計することが好ましい。 【００１０】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は更に、アマチュアステム２０及びバルブステム１
８を介してバルブヘッド１２に結合されているバルブア
マチュア２６、バルブアマチュア２６の一方の側に配置
されている第１のソレノイドコイル２８、バルブアマチ
ュア２６の他方の側に配置されている第２のソレノイド
コイル３０を含んでいる。好ましくは、バルブアマチュ
ア２６はアマチュアステム２０から伸びていて、矩形、
円筒形、または他の適切な形状であり、鋼のような磁化
可能な比較的強い材料を含む。第１のソレノイドコイル
２８は、バルブアマチュア２６上に電磁力を発生してバ
ルブヘッド１２を閉位置に運動させるように機能し、一
方第２のソレノイドコイル３０は、バルブアマチュア２
６上に電磁力を発生してバルブヘッド１２を開位置に運
動させるように機能する。 【００１１】好ましい方法に使用されているＥＭＶＡ
１０は更に、入力命令（図示してない）を含む。入力命
令は、ソレノイドコイルを交互に作動させ、バルブヘッ
ド１２を開位置から中央位置を通して閉位置まで運動さ
せ、またバルブヘッド１２を閉位置から中央位置を通し
て開位置まで運動させるように機能する。入力命令は、
いろいろな要因の中で特にばね定数、アマチュアの走行
距離、及び要素の質量に依存して、約３ミリ秒のサイク
ル時間でバルブヘッド１２を連続動作させ得ることが好
ましい。 【００１２】アマチュアの位置及び速度を推定する好ま
しい方法は、第１のソレノイド命令及び第２のソレノイ
ド命令のためのパラメータを入手するステップと、第１
のソレノイドコイル２８及び第２のソレノイドコイル３
０の特性を測定するステップと、第１のソレノイド命令
のための入手したパラメータ、第２のソレノイド命令の
ための入手したパラメータ、第１のソレノイドコイル２
８の測定された特性、及び第２のソレノイドコイル３０
の測定された特性に基づいて、バルブアマチュア２６の
位置及び速度を推定するステップとを含む。好ましい方
法は更に、以下に説明する、または当業者には明白な他
の動作を含むことができる。 【００１３】本発明の第１の好ましい方法は、入力電圧
を入手するステップと、ソレノイドコイルの電流を測定
するステップとを含む。４状態オブザーバを含むこの方
法は、もし第１のソレノイドコイル及び第２のソレノイ
ドコイルを同時に動作させないのであれば、３状態オブ
ザーバに縮小することができる。２状態オブザーバを含
む本発明の第２の好ましい方法は、入力電流を入手する
ステップと、ソレノイドコイルの磁束を測定するステッ
プとを含む。制御システムに関する文献から公知の方法
であるオブザーバは、測定されたパラメータまたは状態
から未測定のパラメータまたは状態を再構築する。オブ
ザーバは、典型的には２つの成分からなる。即ち、モデ
ル複製成分、及び測定された状態と推定された状態との
間の誤差に基づくフィードバック補正項である。 【００１４】第１の好ましい方法では、パラメータを入
手する第１のステップは、第１のソレノイド命令及び第
２のソレノイド命令のための入力電圧を入手するステッ
プを含むことが好ましい。入力電圧を入手するステップ
は、適当なセンサを用いて入力電圧を測定するか、また
は適当なプロセッサを用いてソレノイド命令に基づいて
入力電圧を計算するの何れかによって達成することが好
ましい。代替として、入力電圧を入手するステップは、
他の適当なデバイスまたは方法を用いて達成することが
できる。特性を測定する第２のステップは、第１のソレ
ノイドコイル及び第２のソレノイドコイルの電流を測定
するステップを含む。ソレノイドコイルの電流を測定す
るステップは、電流センサと、その電流に比例する電圧
を出力する差動増幅器とを用いて達成することが好まし
いが、代替として、他のどのようなデバイスまたは方法
を用いて達成することもできる。 【００１５】第１の好ましい方法では、バルブアマチュ
アの位置及び速度を推定する第３のステップは、以下の
４つの一次非線形常微分方程式に基づくＥＭＶＡモデル
を使用することが好ましい。 【数１】 【数２】 【数３】 【数４】 これら４つの状態は、バルブアマチュアの位置ｘ1、バ
ルブアマチュアの速度ｘ2、第１のソレノイドコイル電
流ｘ3、第２のソレノイドコイル電流ｘ4を含む。ソレノ
イド命令のためのパラメータは、第１のソレノイドコイ
ルへの入力電圧ｕ1及び第２のソレノイドコイルへの入
力電圧ｕ2を含む。上式の他の要素は、ダンピングｃ、
実効ばね剛さｋ、バルブアマチュア、バルブヘッド、第
１及び第２のばねの一部分、ばねキーパー及びラッシュ
キャップ、アマチュアステム、及びバルブステムの実効
運動質量ｍ、それぞれのソレノイドコイルの抵抗ＲOC及
びＲCC、それぞれのソレノイドコイルのインダクタンス
ＬOC及びＬCC、それぞれのソレノイドコイルの磁束ΨOC
及びΨCC、バルブアマチュアに作用する磁力ｆem、及び
ＥＭＶＡに作用するエンジン負荷擾乱ｆeを含む。ダン
ピング及びモデルの剛さは線形として表されているが、
代替として非線形として表すことができる。更に、上式
は、アマチュア位置の飽和及び渦電流損の省略を含む幾
つかの単純化を好ましく含んでいるが、代替として、さ
らなる単純化を含むことができる。４つの状態を解くこ
とによって、第１のソレノイド命令のための入力電圧、
第２のソレノイド命令のための入力電圧、測定された第
１のソレノイドコイル電流、及び測定された第２のソレ
ノイドコイル電流から、バルブアマチュアの位置及び速
度を推定することができる。勿論、バルブアマチュアの
位置及び速度は、他の適当なモデルまたは方程式を用い
て、入力電圧及び測定された電流から推定することがで
きる。 【００１６】第２の好ましい方法では、パラメータを入
手する第１のステップは、第１のソレノイド命令及び第
２のソレノイド命令のための入力電流を入手するステッ
プを含む。入力電流を入手するステップは、適当な電流
センサを用いて入力電流を測定するか、または適当なプ
ロセッサを用いてソレノイド命令に基づいて入力電流を
計算するの何れかによって達成することが好ましい。代
替として、入力電流を入手するステップは、他の適当な
デバイスまたは方法を用いて達成することができる。特
性を測定する第２のステップは、第１のソレノイドコイ
ル及び第２のソレノイドコイルの磁束を測定するステッ
プを含む。ソレノイドコイルの磁束を測定するステップ
は、ホール効果センサのような適当なセンサを用いて達
成することが好ましいが、代替として、他のどのような
デバイスまたは方法を用いて達成することもできる。 【００１７】第２の好ましい方法では、バルブアマチュ
アの位置及び速度を推定する第３のステップは、上述し
た第１及び第２の方程式に類似する２つの方程式に基づ
くＥＭＶＡのモデルを好ましく使用する。２つの状態を
解くことによって、第１のソレノイド命令のための入力
電流、第２のソレノイド命令のための入力電流、測定さ
れた第１のソレノイドコイルの磁束、及び測定された第
２のソレノイドコイルの磁束から、バルブアマチュアの
位置及び速度を推定することができる。勿論、バルブア
マチュアの位置及び速度は、他の適当なモデルまたは方
程式を用いて、入力電流及び測定された磁束から推定す
ることができる。 【００１８】好ましい方法は更に、フィードバック補正
項を含むことができる。フィードバックは、好ましく
は、第１のソレノイドコイルの特性を推定するステップ
と、第１のソレノイドコイルの推定された特性及び測定
された特性に基づいて第１の誤差を計算するステップ
と、第２のソレノイドコイルの特性を推定するステップ
と、第２のソレノイドコイルの推定された特性及び測定
された特性に基づいて第２の誤差を計算するステップと
を含む。バルブアマチュアの位置及び速度の推定は更
に、計算された第１の誤差及び計算された第２の誤差に
基づく。計算された誤差のこのフィードバックは、推定
の精度を向上させることができる補正効果を与える。 【００１９】第１の好ましい方法では、フィードバック
補正項は、好ましくは、第１のソレノイドコイルの電流
を推定するステップと、第１のソレノイドコイルの推定
された電流及び測定された電流に基づいて第１の誤差を
計算するステップと、第２のソレノイドコイルの電流を
推定するステップと、第２のソレノイドコイルの推定さ
れた電流及び測定された電流に基づいて第２の誤差を計
算するステップとを含み、上記バルブアマチュアの位置
及び速度の推定は、更に、計算された第１の誤差及び計
算された第２の誤差に基づく。勿論、第１の好ましい方
法のフィードバックループは、他の適当な要因、方程
式、またはモデルに基づくことができる。 【００２０】第２の好ましい方法では、フィードバック
補正項は、好ましくは、第１のソレノイドコイルの磁束
を推定するステップと、第１のソレノイドコイルの推定
された磁束及び測定された磁束に基づいて第１の誤差を
計算するステップと、第２のソレノイドコイルの推定さ
れた磁束及び測定された磁束に基づいて第２の誤差を計
算するステップとを含み、上記バルブアマチュアの位置
及び速度の推定は、更に、計算された第１の誤差及び計
算された第２の誤差に基づく。勿論、第２の好ましい方
法のフィードバックループは、他の適当な要因、方程
式、またはモデルに基づくことができる。 【００２１】以上に、本発明の好ましい方法を２つのソ
レノイドコイルに関連して説明したが、この好ましい方
法は第１のソレノイドコイル及び第２のソレノイドコイ
ルの活動しているコイルだけと共に使用することができ
る。活動しているコイルだけを使用すると、オブザーバ
の命令、複雑さ、及び計算時間が減少する。更に、本発
明の好ましい方法を１つのＥＭＶＡ（吸気バルブ）に関
連して説明したが、この好ましい方法はエンジン内の複
数のＥＭＶＡ（吸気バルブ及び排気バルブの両者）に使
用することができる。 【００２２】当業者には上記説明並びに添付図面から明
白なように、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から
逸脱することなく、本発明の好ましい方法に変更及び変
化を与えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ、Ｂ、及びＣは、本発明の好ましい方法に使
用される電磁式バルブアクチュエータの断面図である。 【符号の説明】 １０ 電磁式バルブアクチュエータ（ＥＭＶＡ） １２ バルブヘッド １４ オリフィス １６ 弁座 １８ バルブステム ２０ アマチュアステム ２２ 第１のばね ２４ 第２のばね ２６ バルブアマチュア ２８ 第１のソレノイドコイル ３０ 第２のソレノイドコイル
用される電磁式バルブアクチュエータの断面図である。 【符号の説明】 １０ 電磁式バルブアクチュエータ（ＥＭＶＡ） １２ バルブヘッド １４ オリフィス １６ 弁座 １８ バルブステム ２０ アマチュアステム ２２ 第１のばね ２４ 第２のばね ２６ バルブアマチュア ２８ 第１のソレノイドコイル ３０ 第２のソレノイドコイル
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｐ 3/66 Ｇ０１Ｐ 3/66 Ｚ
(72)発明者 イブラヒム ハスカラ
アメリカ合衆国 ミシガン州 48174 ブ
ラウンストーン ブラウンストーン スク
ウェア ドライヴ 23771 ＃202
Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA05 BA06 CA34 GA01
GA52
3G018 AB09 BA38 CA12 DA70 EA22
FA01 FA06 FA07 GA00 GA01
GA06 GA07 GA09
3H106 DA23 DB02 DB13 DB26 DB32
DC02 DD05 FB33 KK17
5H550 AA16 BB05 DD10 JJ04 LL34
LL60
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電磁式バルブ作動システム内のバルブア
マチュアの位置及び速度を推定する方法であって、上記
システムは、第１のソレノイド命令に基づいて付勢され
て上記バルブアマチュアを引き付ける第１のソレノイド
コイルを含み、上記方法は、 上記第１のソレノイド命令のためのパラメータを入手す
るステップと、 上記第１のソレノイドコイルの特性を測定するステップ
と、 上記入手したパラメータ及び上記測定された特性に基づ
いて、上記バルブアマチュアの位置及び速度を推定する
ステップと、を含むことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US33941801P | 2001-12-11 | 2001-12-11 | |
| US60/339418 | 2001-12-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003284369A true JP2003284369A (ja) | 2003-10-03 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| CN112810666B (zh) * | 2019-11-15 | 2023-02-10 | 比亚迪股份有限公司 | 列车定位测速方法、设备、系统、计算机设备及存储介质 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5424637A (en) * | 1993-03-15 | 1995-06-13 | Caterpillar Inc. | Method and apparatus for determining the position of an armature in an electromagnetic actuator using observer theory |
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| US6176208B1 (en) * | 1997-07-03 | 2001-01-23 | Nippon Soken, Inc. | Electromagnetic valve driving apparatus |
| DE19836769C1 (de) * | 1998-08-13 | 2000-04-13 | Siemens Ag | Verfahren zum Bestimmen der Position eines Ankers |
| DE19960796C5 (de) * | 1998-12-17 | 2009-09-10 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama-shi | Elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung und Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils |
| US6474276B1 (en) * | 1999-05-19 | 2002-11-05 | Fev Motorentechnik Gmbh | Method for controlling an electromagnetic valve drive mechanism for a gas exchange valve in an internal combustion piston engine |
| US6657847B1 (en) * | 1999-07-13 | 2003-12-02 | Siemens Automotive Corporation | Method of using inductance for determining the position of an armature in an electromagnetic solenoid |
| DE10020896A1 (de) * | 2000-04-29 | 2001-10-31 | Lsp Innovative Automotive Sys | Verfahren zur Bestimmung der Position eines Ankers/ eines Ventils |
-
2002
- 2002-09-18 GB GB0221623A patent/GB2383141B/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-10-18 GB GB0224253A patent/GB2385139B/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-06 FR FR0215466A patent/FR2833424A1/fr not_active Withdrawn
- 2002-12-11 JP JP2002359704A patent/JP2003284369A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010029334A1 (en) | 2008-09-12 | 2010-03-18 | Controlled Power Technologies Ltd | Apparatus and manufacturing process for an electrical machine |
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| GB2385139B (en) | 2004-02-04 |
| GB2383141B (en) | 2004-03-17 |
| GB0224253D0 (en) | 2002-11-27 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041129 |
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