JP2005157874A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータが外力により動かされて位置センサの出力が異常になったときに正常な状態に復帰させることができるようにしたアクチュエータ制御装置を提供する。
【解決手段】位置センサ３の出力が異常になったときに、アクチュエータ１を一定の動作時間の間動作させて位置センサの出力の値が正常であるか否かを判定する過程を繰り返すことにより、位置センサ３の出力が正常な値を示す状態を探索する。位置センサ３の出力が正常な値を示す状態が見出されたときにアクチュエータ１の出力部の位置を予め定めた位置に復帰させて、アクチュエータの制御を正常な状態に復帰させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータを駆動源したアクチュエータにより操作される操作対象物の位置を目標位置に一致させるようにアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置に関するものである。

モータを駆動源としたアクチュエータにより特定の操作対象物を操作する場合には、操作対象物の位置を検出する位置センサをアクチュエータに内蔵して、該位置センサにより検出される操作対象部の位置を目標位置に一致させるようにモータを制御することが行われる。

例えば、内燃機関のスロットルバルブを操作するためにモータを駆動源としたアクチュエータを設けて、スロットルバルブの位置を、アクセルペダルまたはアクセルグリップにより指示された位置まで変位させる制御を行う場合には、アクチュエータの出力部の位置からスロットルバルブの位置を検出する位置センサをアクチュエータに設けて、位置センサにより検出されるスロットルバルブの位置をアクセルペダルまたはアクセルグリップにより指示された目標位置に一致させるようにアクチュエータを制御するようにしたアクチュエータ制御装置が用いられる。この種の制御装置は例えば特許文献１に示されている。

また二輪駆動の状態と四輪駆動の状態とを切り換える変速機を備えた車両においては、特許文献２に示されているように、二輪駆動の状態と四輪駆動の状態とを切り換えるシフトスリーブを変速機に設けて、モータを駆動源としたアクチュエータの出力部を該シフトスリーブに連結し、切り換え指令を与える手元スイッチの状態に応じて、シフトスリーブを目標位置まで変位させるようにアクチュエータを制御することにより、二輪駆動の状態と四輪駆動の状態とを切り換えるようにしている。

更にＶベルト式の車両用自動変速機においては、特許文献３に示されているように、ベルトクラッチ機構を操作するカムを駆動するアクチュエータを設けて、エンジンの回転速度がアイドリング回転速度まで低下したときにベルトクラッチ機構を遮断状態にする位置までカムを変位させるようにアクチュエータを制御することにより、エンジンと駆動輪との間の動力の伝達を絶つようにしている。
特開平６−１６７２３７号公報 特開２００２−２６４６８５号公報 特開平１１−１６５６８６号公報

上記のように、位置センサの出力により操作対象物の現在位置を検出して、検出した位置を目標位置に一致させるように制御するアクチュエータ制御装置においては、位置センサの出力値が正常な範囲にあるか否かを判定する判定手段を設けて、位置センサの出力を外部に導く出力線の断線や短絡、あるいは位置センサ自体の故障によりその出力値が異常になったときに、異常な制御が行われるのを防ぐためにそれ以降の制御を中止し、位置センサを交換するようにしていた。また、位置センサがアクチュエータに内蔵されている場合には、位置センサをアクチュエータとともに交換するようにしていた。

しかしながら、位置センサの出力が異常になるのは、位置センサからの出力線の断線、短絡や、位置センサの故障等が生じた場合に限られるわけではなく、コントローラ側の誤動作によって操作対象物が目標位置を越える位置まで変位した場合や、操作対象物に外力が作用してアクチュエータのモータが回転させられた場合には、位置センサが正常であっても位置センサの出力が正常な範囲から外れるため、上記のように、位置センサの出力が異常になったときに一律に位置センサ及び（または）アクチュエータを交換するとすると、アクチュエータ及び位置センサが正常であるにもかかわらず交換されることがあり、不経済であった。

本発明の目的は、制御手段の誤動作によりアクチュエータのモータが余計に回転させられたり、外力によりモータが回転させられたりしたことに起因して位置センサの出力が異常になったときに、位置センサ及び（または）アクチュエータを交換することなく、正常な状態に復帰させることができるようにしたアクチュエータ制御装置を提供することにある。

本発明は、操作対象物に連結される出力部とモータを駆動源として出力部を駆動する駆動機構とを備えたアクチュエータと、アクチュエータの出力部の位置を検出する位置センサと、位置センサにより検出される出力部の位置を目標位置に一致させるようにアクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備えたアクチュエータ制御装置を対象とする。

本発明においては、位置センサの出力の値が異常であるときにエラー判定を行うセンサエラー判定手段と、センサエラー判定手段がエラー判定を行ったときにアクチュエータ制御手段によるアクチュエータの制御を停止させた状態でアクチュエータを一定の動作時間の間動作させる過程と位置センサの出力が正常な値を示したか否かを判定する過程とを行うことにより、位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する位置センサ出力探索手段と、位置センサ出力探索手段により、位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されたときに、アクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させて停止させるようにアクチュエータを制御するアクチュエータ位置復帰手段と、位置センサ出力探索手段により位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに位置センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段とを設けた。

上記のように、位置センサの異常が検出されたときにアクチュエータを動作させて位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する判定過程を行うことにより位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する位置センサ出力探索手段を設けて、この探索手段により、位置センサが正常な値の出力を発生する状態が見出されたときに、アクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させてモータを停止させるようにすると、制御手段の誤動作によりアクチュエータのモータが余計に回転させられたり、外力によりモータが回転させられたことに起因して、位置センサ自体は異常でないにもかかわらず位置センサの出力が異常になったときに、位置センサ及び（または）アクチュエータを交換することなく、正常な状態に復帰させることができるため、正常な位置センサ及び（または）アクチュエータの交換を余儀なくされるという不都合が生じるのを防ぐことができる。

位置センサ自体に異常が生じたときには、上記位置センサ出力探索手段による探索を行っても、位置センサの出力が正常な値を示す状態を見出すことはできない。従って、上記のように、位置センサ出力探索手段により位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに位置センサが異常であると判定するようにすると、位置センサ自体が故障したことの検出を的確に行わせることができる。

本発明の好ましい態様では、センサエラー判定手段がエラー判定を行ったときにアクチュエータ制御手段によるアクチュエータの制御を停止させた状態で、一定の動作時間の間前記モータを一方向に回転させることによりアクチュエータを動作させて位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する第１の判定過程と、第１の判定過程により位置センサの出力が正常な値を示していると判定されなかったときに第１の判定過程での動作時間よりも長い動作時間の間モータを他方向に回転させることによりアクチュエータを動作させて位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する第２の判定過程とからなる判定過程を少なくとも１回行うことにより、位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索するように、位置センサ探索手段が構成される。

この場合も、アクチュエータ位置復帰手段は、位置センサ出力探索手段により、位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されたときに、アクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させて停止させる制御を行うように構成される。

位置センサ出力探索手段が上記のように構成される場合、センサ異常判定手段は、位置センサ出力探索手段が行う判定過程が設定された回数実行されても位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに位置センサが異常であると判定するように構成することができる。

以上のように、本発明によれば、位置センサの異常が検出されたときにアクチュエータを動作させて位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する判定過程を行うことにより位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する位置センサ出力探索手段を設けて、この探索手段により、位置センサが正常な値の出力を発生する状態が見出されたときに、アクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させてモータを停止させるようにしたので、制御手段の誤動作によりアクチュエータのモータが余計に回転させられたり、外力によりモータが回転させられたことに起因して、位置センサ自体は異常でないにもかかわらず位置センサの出力が異常になったときに、位置センサ及び（または）アクチュエータを交換することなく、正常な状態に復帰させることができる。従って、正常な位置センサの交換を余儀なくされるという不都合が生じるのを防ぐことができる。

また本発明においては、位置センサ出力探索手段により位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに位置センサが異常であると判定するので、位置センサ自体が故障したことの検出を的確に行わせることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましいと思われる実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の構成を示したもので、同図において１は操作対象物２に連結される出力部とモータを駆動源として出力部を駆動する駆動機構とを備えたアクチュエータ、３はアクチュエータに内蔵されて、該アクチュエータの出力部（出力軸や出力レバー）の位置を検出する位置センサ、４は位置センサ３により検出される出力部の位置を目標位置に一致させるようにアクチュエータ１のモータを制御するアクチュエータ制御手段である。本発明において、アクチュエータ１が操作する操作対象物２は、目標位置に一致させられるように制御されるものであればいかなるものでもよい。

アクチュエータ制御手段４は、目標位置設定信号発生部５が発生する目標位置設定信号（アクチュエータの出力部の目標位置を与える信号）と位置センサ３の出力信号との偏差を演算する偏差演算部６と、偏差演算部６により演算された偏差に例えばＰＩＤ演算を施して、該偏差を零にするために必要なアクチュエータの操作量を演算する操作量演算部７と、操作量演算部７により演算された操作量だけアクチュエータ１の出力部を動かすようにアクチュエータ１のモータに駆動電流を供給する駆動回路８とにより構成されている。本実施形態では、アクチュエータ制御手段４の各部のうち、偏差演算部６及び操作量演算部７は、マイクロコンピュータにより構成され、駆動回路８はハードウェア回路により構成される。

目標位置設定信号発生部５は、人為的な操作される操作部（操作レバー、操作ペダル、操作スイッチ等）を有して、該操作部の操作に応じて目標位置設定信号を変化させるようにしたものでもよく、演算によりアクチュエータの目標位置を求めて、求めた目標位置を与える信号を発生させるもの（通常はマイクロコンピュータ内でソフトウェア上に構成されるもの）でもよい。例えば、内燃機関により駆動される発電機において、内燃機関のスロットルバルブを操作するようにアクチュエータを設けて、該発電機の出力電圧を設定値に保つように、スロットルバルブの開度を制御する場合には、発電機の負荷の変動に対してその出力電圧を設定値に保つために必要なスロットルバルブの目標位置を演算により求めて、スロットルバルブの位置を演算された目標位置に一致させるように制御することが行われる。

本発明においては、マイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより、センサエラー判定手段１０と、位置センサ出力探索手段１１と、アクチュエータ位置復帰手段１２と、センサ異常判定手段１３とが更に設けられる。

センサエラー判定手段１０は、位置センサ３の出力の値が、通常の制御時にとり得る正常な範囲の値であるか否かを判定して、位置センサの出力の値が正常な範囲から外れているとき（異常であるとき）に、エラー判定を行う手段である。

位置センサ出力探索手段１１は、センサエラー判定手段１０がエラー判定を行ったときにアクチュエータ制御手段４によるモータの制御を停止させた状態でアクチュエータ１を一定の動作時間の間動作させる過程と位置センサ３の出力が正常な値を示したか否かを判定する過程とを行うことにより、位置センサ３の出力が正常な値を示す状態を探索する手段である。

本実施形態では、この位置センサ出力探索手段１１を、センサエラー判定手段１０がエラー判定を行ったときにアクチュエータ制御手段４によるアクチュエータの制御を停止させた状態で、モータを一定の動作時間の間一方向に回転させることによりアクチュエータを動作させて位置センサ３の出力が正常な値を示すか否かを判定する第１の判定過程と、該第１の判定過程により位置センサ３の出力が正常な値を示していると判定されなかったときに第１の判定過程での動作時間よりも長い動作時間の間モータを他方向に回転させることによりアクチュエータを動作させて位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する第２の判定過程とからなる判定過程を少なくとも１回行うことにより、位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索するように構成する。

位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索するために、上記判定過程を繰り返し行わせる場合には、新たに行う判定過程でのアクチュエータの動作時間を前回の判定過程での動作時間よりも長く設定して探索する範囲を徐々に拡大していく。

アクチュエータ位置復帰手段１２は、位置センサ出力探索手段１１により、位置センサ３の出力が正常な値を示す状態が見出されたときに、アクチュエータ１の出力部の位置を予め定めた位置に復帰させて停止させるようにアクチュエータ１のモータを制御する手段で、この手段は例えば、位置センサ出力探索手段１１により位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されたときに目標位置設定信号発生部５に指令を与えることにより、該目標位置設定信号発生部から位置センサの出力部の復帰位置に相当する目標位置設定信号を発生させて、アクチュエータ制御手段４に制御動作を行わせるように構成することができる。この場合アクチュエータ制御手段４は、位置センサ３の出力信号と目標位置設定信号（アクチュエータの出力部の復帰位置を与える信号）との偏差を零にするようにアクチュエータ１のモータを制御して、アクチュエータ１の出力部を予め定めた位置に復帰させる。

位置センサ出力探索手段１１により位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されたときのアクチュエータの出力部の復帰位置は任意に設定できるが、通常は、アクチュエータの出力部の初期位置（例えば操作対象物２の位置を制御する際の出力部の移動範囲の一方の限界位置）に設定するのが好ましい。

センサ異常判定手段１３は、位置センサ出力探索手段１１により位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに位置センサ３が異常であると判定する手段で、本実施形態では、このセンサ異常判定手段が、位置センサ出力探索手段１１により判定過程が設定された回数実行されても位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに位置センサが異常であると判定するように構成される。センサ異常判定手段１３によりセンサが異常であると判定されたときには、アクチュエータの制御を禁止して位置センサを交換する。位置センサがアクチュエータに内蔵されている場合には、位置センサをアクチュエータとともに交換するようにしてもよい。

位置センサ出力探索手段１１、アクチュエータ位置復帰手段１２及びセンサ異常判定手段１３を構成するためにマイクロコンピュータに実行させるタスクのアルゴリズムの要部を示すフローチャートを図２に示した。

図２に示したタスクは、センサエラー判定手段１０がエラー判定を行ったとき（位置センサのエラーを検出したとき）に実行される。図２に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１においてアクチュエータ制御手段４によるアクチュエータの制御を停止させる。次いでステップ２においてキースイッチがオフにされて運転を終了することが指示されたときに、ステップ３で動作時間Ｔiを初期値に設定し、ステップ４においてアクチュエータのモータを設定された動作時間Ｔiの間正方向に（一方向に）回転させるように駆動してアクチュエータを一方向に動作させる。アクチュエータが停止したところでステップ５において位置センサの出力が正常な値を示しているか否かを判定する。その結果、位置センサの出力が正常であると判定されたときには、ステップ６に進んでアクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させ、ステップ７で制御を終了して電源をオフにする。

ステップ５において位置センサの出力が正常な値でないと判定されたときには、ステップ８に進んで動作時間Ｔiに設定された加算時間Ｔxを加えた時間を新たな動作時間Ｔi+1とし、ステップ９でアクチュエータのモータを設定された動作時間Ｔi+1の間逆方向に（他方向に）回転させることにより、アクチュエータを他方向に動作させる。アクチュエータが停止したところでステップ１０を実行して位置センサの出力が正常な値を示しているか否かを判定する。その結果位置センサの出力が正常な値を示していると判定されたときには、ステップ６に進んでアクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させ、ステップ７で制御を終了して電源をオフにする。

ステップ６でアクチュエータの出力部の位置を復帰させ、ステップ７で制御を終了した状態では、位置センサ３が正常な値の検出出力を発生する正常な状態に制御系が復帰しているので、キースイッチをオン状態にすることにより、アクチュエータ１の制御を支障なく再開させることができる。

ステップ１０において位置センサの出力の値が正常な値でないと判定されたときには、ステップ１１に進んで、ステップ４以降の過程におけるアクチュエータの動作回数が設定回数に達したか否かを判定する。その結果アクチュエータの動作回数が設定回数に達していないと判定されたときにはステップ１２で動作時間Ｔi+1に設定された加算時間Ｔyを加えた時間を新たな動作時間Ｔiとした後、ステップ４に戻って上記と同じ過程を繰り返す。ステップ１１においてアクチュエータの動作回数が設定回数に達していると判定されたときには、ステップ１３で位置センサが異常であると判定して以後のアクチュエータの制御を禁止した後、ステップ１４で電源をオフにする。

図２に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ１，２，３，４，５，８，９，１０，１１及び１２により、センサエラー判定手段がエラー判定を行ったときにアクチュエータ制御手段によるアクチュエータの制御を停止させた状態で、一定の動作時間Ｔiの間モータを一方向に回転させることによりアクチュエータを動作させて位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する第１の判定過程（ステップ４，５）と、第１の判定過程で位置センサの出力が正常な値を示していると判定されなかったときに第１の判定過程での動作時間よりも長い動作時間Ｔi+1の間モータを他方向に回転させることによりアクチュエータを動作させて位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する第２の判定過程（ステップ９，１０）とからなる判定過程を少なくとも１回行うことにより、位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する位置センサ出力探索手段が構成される。

またステップ６により、位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されたときに、アクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させて停止させるようにアクチュエータを制御するアクチュエータ位置復帰手段が構成される。更にステップ１１及び１３により、位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに位置センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段が構成される。

図２に示したタスクにおいては、判定過程を繰り返す場合に、新たに行う判定過程での動作時間を前回の動作時間よりも長く設定することにより、アクチュエータの移動範囲を徐々に拡大しながら位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索するようにしている。例えば図３に示したように、ステップ１でアクチュエータの出力部がＰoの位置で停止した場合には、図２のステップ３で動作時間をＴ1としてアクチュエータの出力部をＰ1の位置まで移動させて位置センサの出力が正常な値を示しているか否かの判定を行う。この判定の結果位置センサの出力が正常値を示していないときには、図２のステップ８で動作時間をＴ2としてアクチュエータの出力部をＰ2の位置まで移動させて、位置センサの出力が正常な値を示しているか否かを判定する。この判定の結果位置センサの出力が正常値を示していないときには、ステップ１２で動作時間をＴ3としてアクチュエータの出力部をＰ3の位置まで移動させ、この位置でも位置センサの出力が正常な値を示さなかったときには、ステップ８で動作時間をＴ4としてアクチュエータの出力部をＰ4の位置まで移動させる。このようにしてアクチュエータの出力部の移動範囲を徐々に拡大しながら判定を繰り返す。アクチュエータの動作回数が設定回数に達しても（判定を設定回数繰り返しても）位置センサの出力が正常な値を示さない場合には、位置センサが異常であると判定して以後のアクチュエータの制御を禁止する。

上記の例では、位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する際に、アクチュエータを所定の動作時間の間動作させるようにしたが、アクチュエータを駆動するモータとしてパルスモータが用いられる場合には、モータに与える駆動パルスの数を適宜に設定することにより、アクチュエータの出力部の移動範囲を徐々に拡大しながら判定を繰り返すようにしてもよい。

本発明の一実施形態の構成を示したブロック図である。 図１の実施形態においてマイクロコンピュータに実行させるタスクのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。 本発明の実施形態において判定過程を繰り返して位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する際のアクチュエータの動作時間の変化の一例を説明するための説明図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ 操作対象物
３ 位置センサ
４ アクチュエータ制御手段
５ 目標位置設定信号発生部
１０ センサエラー判定手段
１１ 位置センサ出力探索手段
１２ アクチュエータ位置復帰手段
１３ センサ異常判定手段

Claims (2)

1. 操作対象物に連結される出力部とモータを駆動源として前記出力部を駆動する駆動機構とを備えたアクチュエータと、前記アクチュエータの出力部の位置を検出する位置センサと、前記位置センサにより検出される前記出力部の位置を目標位置に一致させるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備えたアクチュエータ制御装置において、
   前記位置センサの出力の値が異常であるときにエラー判定を行うセンサエラー判定手段と、
   前記センサエラー判定手段がエラー判定を行ったときに前記アクチュエータ制御手段による前記アクチュエータの制御を停止させた状態で前記アクチュエータを一定の動作時間の間動作させる過程と前記位置センサの出力が正常な値を示したか否かを判定する過程とを行うことにより、前記位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する位置センサ出力探索手段と、
   前記位置センサ出力探索手段により、前記位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されたときに、前記アクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させて停止させるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ位置復帰手段と、
   前記位置センサ出力探索手段により前記位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに前記位置センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段と、
   を具備してなるアクチュエータ制御装置。
2. 操作対象物に連結される出力部とモータを駆動源として前記出力部を駆動する駆動機構とを備えたアクチュエータと、前記アクチュエータの出力部の位置を検出する位置センサと、前記位置センサにより検出される前記出力部の位置を目標位置に一致させるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備えたアクチュエータ制御装置において、
   前記位置センサの出力の値が異常であるときにエラー判定を行うセンサエラー判定手段と、
   前記センサエラー判定手段がエラー判定を行ったときに前記アクチュエータ制御手段による前記アクチュエータの制御を停止させた状態で、一定の動作時間の間前記モータを一方向に回転させることにより前記アクチュエータを動作させて前記位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する第１の判定過程と、前記第１の判定過程により前記位置センサの出力が正常な値を示していると判定されなかったときに前記第１の判定過程での動作時間よりも長い動作時間の間前記モータを他方向に回転させることにより前記アクチュエータを動作させて前記位置センサの出力が正常な値を示すか否かを判定する第２の判定過程とからなる判定過程を少なくとも１回行うことにより、前記位置センサの出力が正常な値を示す状態を探索する位置センサ出力探索手段と、
   前記位置センサ出力探索手段により、前記位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されたときに、前記アクチュエータの出力部の位置を予め定めた位置に復帰させて停止させるように前記モータを制御するアクチュエータ位置復帰手段と、
   前記位置センサ出力探索手段が行う前記判定過程におけるアクチュエータの動作回数が設定回数に達しても前記位置センサの出力が正常な値を示す状態が見出されなかったときに前記位置センサが異常であると判定するセンサ異常判定手段とを具備し、
   前記判定過程が繰り返される際には、新たに行う判定過程での動作時間が前回の動作時間よりも長く設定されること、
   を特徴とするアクチュエータ制御装置。
   

Images