JP2017223571A - 回転角度センサの診断装置及び診断方法 - Google Patents

回転角度センサの診断装置及び診断方法 Download PDF

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Abstract

【課題】回転角度センサの故障診断精度を向上させる。【解決手段】ＶＣＲ機構１９０には、内燃機関１００の圧縮比を変更する制御シャフト１９６の絶対角度（回転角度）を検出する絶対角度センサ２９０が取り付けられている。ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、ＣＡＮ２４０に接続された診断ツールからの指示に応答して、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を基準値として求める。その後、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が、基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、絶対角度センサ２９０に故障が発生しているか否かを診断する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転角度センサの診断装置及び診断方法に関する。
回転角度センサにおいて、特開２０１２−１４５４８８号公報（特許文献１）に記載されるように、回転体の回転角度θに応じた正弦波信号（Ｓｉｎθ）及び余弦波信号（Ｃｏｓθ）の二乗和（Ｓｉｎ２θ＋Ｃｏｓ２θ）が正常範囲内にあるか否かによって、回転角度センサの故障を診断する技術が提案されている。
特開２０１２−１４５４８８号公報
しかしながら、回転角度センサの正弦波信号及び余弦波信号の生成回路及び処理回路には、その回路に固有のばらつきがあるため、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和は、回転角度センサが正常であっても、一意な値（Ｓｉｎ２θ＋Ｃｏｓ２θ＝１）になるとは限らない。このため、正常範囲を画定する上限閾値及び下限閾値は、生成回路及び処理回路のばらつきを考慮して誤診断が行われない値に設定されており、故障診断精度が良好ではなかった。
そこで、本発明は、故障診断精度を向上させた、回転角度センサの診断装置及び診断方法を提供することを目的とする。
このため、本発明では、回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置は、前記２つの信号から基準値を求める。その後、回転角度センサの診断装置は、前記２つの信号から求められる数値が、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する。
本発明によれば、回転角度センサの故障診断精度を向上させることができる。
車両用内燃機関の一例を示すシステム図である。 ストッパ機構の一例を示す部分拡大図である。 レゾルバ出力の一例を示す説明図である。 正弦波信号及び余弦波信号の生成回路及び処理回路を示す構成図である。 正弦波信号及び余弦波信号の二乗和に含まれるばらつきの説明図である。 基準値の学習処理の一例を示すフローチャートである。 正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を記憶するテーブルの説明図である。 学習処理の一例を示すタイムチャートである。 故障診断処理の一例を示すフローチャートである。 絶対角度センサの故障を診断する閾値の説明図である。 正弦波信号が異常となった場合の二乗和の説明図である。
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、車両用内燃機関の一例を示す。
内燃機関１００は、シリンダブロック１１０と、シリンダブロック１１０のシリンダボア１１２に往復動可能に嵌挿されたピストン１２０と、吸気ポート１３０Ａ及び排気ポート１３０Ｂが形成されたシリンダヘッド１３０と、吸気ポート１３０Ａ及び排気ポート１３０Ｂの開口端を開閉する吸気バルブ１３２及び排気バルブ１３４と、を有している。
ピストン１２０は、クランクシャフト１４０に対して、ロアリンク１５０Ａ及びアッパリンク１５０Ｂを含むコンロッド（コネクティングロッド）１５０を介して連結されている。そして、ピストン１２０の冠面１２０Ａとシリンダヘッド１３０の下面との間に、燃焼室１６０が形成されている。燃焼室１６０を形成するシリンダヘッド１３０の略中央には、燃料と空気との混合気を着火する点火栓１７０が取り付けられている。
また、内燃機関１００は、吸気バルブ１３２の開期間のクランクシャフト１４０に対する位相を可変とする可変バルブタイミング（ＶＴＣ：Valve Timing Control）機構１８０と、燃焼室１６０の容積を変更することで、圧縮比を可変とする可変圧縮比（ＶＣＲ：Variable Compression Ratio）機構１９０と、を備えている。
ＶＴＣ機構１８０は、例えば、電動モータなどのアクチュエータによって、クランクシャフト１４０に対する吸気カムシャフト２００の位相を変更することで、吸気バルブ１３２の作動角を一定としたまま、吸気バルブ１３２の作動角の中心位相を進角又は遅角させる。なお、ＶＴＣ機構１８０は、吸気バルブ１３２の位相に限らず、吸気バルブ１３２及び排気バルブ１３４の少なくとも一方の位相を可変とすることもできる。
ＶＣＲ機構１９０は、例えば、特開２００２−２７６４４６号公報に開示されるような複リンク機構によって、燃焼室１６０の容積を変更させることで、内燃機関１００の圧縮比を可変とする。以下、ＶＣＲ機構１９０の一例について説明する。
クランクシャフト１４０は、複数のジャーナル部１４０Ａと複数のクランクピン部１４０Ｂとを有し、シリンダブロック１１０の主軸受（図示せず）に、ジャーナル部１４０Ａが回転自在に支持されている。クランクピン部１４０Ｂは、ジャーナル部１４０Ａから偏心しており、ここにロアリンク１５０Ａが回転自在に連結されている。アッパリンク１５０Ｂは、下端側が連結ピン１５２によりロアリンク１５０Ａの一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン１５４によりピストン１２０に回転可能に連結されている。コントロールリンク１９２は、上端側が連結ピン１９４によりロアリンク１５０Ａの他端に回動可能に連結され、下端側が制御シャフト１９６を介してシリンダブロック１１０の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御シャフト１９６は、回転可能に機関本体（シリンダブロック１１０）に支持されていると共に、その回転中心から偏心している偏心カム部１９６Ａを有し、この偏心カム部１９６Ａにコントロールリンク１９２の下端側が回転可能に嵌合している。制御シャフト１９６は、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータ１９８によって回動位置が制御される。
このような複リンク機構を用いたＶＣＲ機構１９０においては、制御シャフト１９６が圧縮比制御アクチュエータ１９８によって回動されると、偏心カム部１９６Ａの中心位置、つまり、機関本体（シリンダブロック１１０）に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク１９２の下端の搖動支持位置が変化すると、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン１２０の位置が高くなったり低くなったりして、燃焼室１６０の容積が増減し、内燃機関１００の圧縮比が変更される。このとき、圧縮比制御アクチュエータ１９８の作動を停止させると、ピストン１２０の往復動によって、制御シャフト１９６の偏心カム部１９６Ａに対してコントロールリンク１９２が回転し、圧縮比が低圧縮比側へと推移する。
ＶＣＲ機構１９０には、図２に示すように、通常の制御範囲を越えて制御シャフト１９６が回転したときに、その変位（回転）を規制するストッパ機構２１０が取り付けられている。ストッパ機構２１０は、制御シャフト１９６に要の部分が固定された略扇形状の第１の部材２１０Ａと、シリンダブロック１１０に固定された板形状の第２の部材２１０Ｂと、を有する。第１の部材２１０Ａは、制御シャフト１９６と一体となって回転する。第２の部材２１０Ｂは、通常の制御範囲である最高圧縮比（上限）又は最低圧縮比（下限）を越えて制御シャフト１９６が回転したときに、第１の部材２１０Ａの中心角を規定する２辺と当接し、機構部品の一例である制御シャフト１９６の変位を規制する。ここで、ストッパ機構２１０は、制御シャフト１９６が通常の制御範囲を越えたときに機能するため、通常制御においては第１の部材２１０Ａと第２の部材２１０Ｂとが当接することがなく、例えば、異音発生などを抑制することができる。なお、ストッパ機構２１０は、制御シャフト１９６の変位を規制するだけでなく、制御シャフト１９６の基準位置を学習するためにも使用される。
ストッパ機構２１０としては、制御シャフト１９６の回転に関して、最高圧縮比側及び最低圧縮比側の少なくとも一方の変位を規制できればよい。また、ストッパ機構２１０は、略扇形状の第１の部材２１０Ａ及び板形状の第２の部材２１０Ｂに限らず、他の形状をなす２つ以上の部材によって制御シャフト１９６の変位を規制できればよい。
ＶＴＣ機構１８０及びＶＣＲ機構１９０は、マイクロコンピュータなどのプロセッサを内蔵した、ＶＴＣコントローラ２２０及びＶＣＲコントローラ２３０によって夫々電子制御される。ＶＴＣコントローラ２２０及びＶＣＲコントローラ２３０は、例えば、車載ネットワークの一例であるＣＡＮ（Controller Area Network）２４０を介して、内燃機関１００を電子制御する、マイクロコンピュータなどのプロセッサを内蔵したエンジンコントローラ２５０に接続されている。従って、ＶＴＣコントローラ２２０、ＶＣＲコントローラ２３０及びエンジンコントローラ２５０の間では、ＣＡＮ２４０を介して任意のデータを送受信できる。なお、車載ネットワークとしては、ＣＡＮ２４０に限らず、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）などの公知のネットワークを使用することができる。
エンジンコントローラ２５０には、内燃機関１００の運転状態の一例として、内燃機関１００の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２６０、及び、内燃機関１００の負荷Ｑを検出する負荷センサ２７０の各出力信号が入力されている。ここで、内燃機関１００の負荷Ｑとしては、例えば、吸気負圧、吸気流量、過給圧力、アクセル開度、スロットル開度など、トルクと密接に関連する状態量を使用することができる。エンジンコントローラ２５０は、例えば、回転速度及び負荷に適合した目標値が設定されたマップを参照し、内燃機関１００の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに応じた、ＶＴＣ機構１８０の目標角度及びＶＣＲ機構１９０の目標圧縮比を夫々求める。そして、エンジンコントローラ２５０は、ＣＡＮ２４０を介して、目標角度及び目標圧縮比をＶＴＣコントローラ２２０及びＶＣＲコントローラ２３０へと夫々送信する。なお、エンジンコントローラ２５０は、回転速度センサ２６０及び負荷センサ２７０の各出力信号に限らず、ＣＡＮ２４０を介して接続された他のコントローラ（図示せず）から内燃機関１００の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑを読み込むこともできる。
目標角度を受信したＶＴＣコントローラ２２０は、図示しないセンサにより検出された実際の角度（実角度）が目標角度に収束するように、ＶＴＣ機構１８０のアクチュエータに出力する駆動電流をフィードバック制御する。また、目標圧縮比を受信したＶＣＲコントローラ２３０は、後述する圧縮比センサにより検出された実際の圧縮比（実圧縮比）が目標圧縮比に収束するように、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ１９８に出力する駆動電流をフィードバック制御する。このようにすることで、ＶＴＣ機構１８０及びＶＣＲ機構１９０は、内燃機関１００の運転状態に応じた目標値に制御される。
内燃機関１００の実圧縮比を検出する圧縮比センサは、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力軸の相対角度を検出する相対角度センサ２８０と、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力軸に対して減速機１９８Ａを介して連結された制御シャフト１９６の絶対角度を検出する絶対角度センサ２９０と、を含む。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、機関始動時の絶対角度センサ２９０の出力値を基点として、相対角度センサ２８０の出力値から制御シャフト１９６の回転角度、要するに、内燃機関１００の圧縮比を検出する。これは、相対角度センサ２８０は、分解能が高い反面、例えば、同一位相の０°と３６０°とを区別できず、また、絶対角度センサ２９０は、制御シャフト１９６の絶対角度を検出できる反面、分解能が低いためである。
相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ２９０は、回転体の回転角度に応じて相関する２つの信号、具体的には、正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバなどからなる。レゾルバは、例えば、回転体と一体的に回転するロータと、１相の励磁コイル及び２相の出力コイルが巻かれたステータと、を有する。そして、ステータの励磁コイルに交流電圧を印加すると、各出力コイルには、図３に示すように、回転体の回転角度（電気角）に応じて変化する正弦波信号及び余弦波信号の２相電圧が発生する。ＶＣＲコントローラ２３０は、レゾルバから出力された正弦波信号及び余弦波信号の逆正接を演算することで、回転体の回転角度を求めることができる。なお、以下の説明においては、相対角度センサ２８０の２つの信号から求めた回転角度を「相対角度センサ２８０の出力値」、絶対角度センサ２９０の２つの信号から求めた回転角度を「絶対角度センサ２９０の出力値」と呼ぶこととする。
ここで、レゾルバの正弦波信号及び余弦波信号の生成回路及び処理回路のばらつきについて考察する。
ＶＣＲコントローラ２３０は、図４に示すように、励磁信号生成器２３０Ａ、励磁回路２３０Ｂ、正弦波回路２３０Ｃ、余弦波回路２３０Ｄ及びＡ／Ｄ変換器２３０Ｅを有する。励磁信号生成器２３０Ａは、例えば、所定周波数の正弦波（交流）からなる励磁信号を生成する。励磁回路２３０Ｂは、励磁信号生成器２３０Ａからの励磁信号を増幅して、レゾルバＲｅｓの励磁コイルに印加する。正弦波回路２３０Ｃは、レゾルバＲｅｓの出力コイルから出力された正弦波信号を整形し、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅへと出力する。余弦波回路２３０Ｄは、レゾルバＲｅｓの出力コイルから出力された余弦波信号を整形し、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅへと出力する。Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅは、正弦波回路２３０Ｃ及び余弦波回路２３０Ｄから出力された正弦波信号及び余弦波信号をデジタル信号に変換する。
そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅでデジタル信号に変換された正弦波信号及び余弦波信号を読み込み、その逆正接を演算することで回転体の回転角度を求めると共に、この２つの信号の二乗和に基づいてレゾルバＲｅｓに故障が発生しているか否かを診断する。このとき、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和には、個体ばらつきとして、励磁信号生成器２３０Ａのばらつき、励磁回路２３０Ｂのばらつき、レゾルバＲｅｓのばらつき、正弦波回路２３０Ｃ及び余弦波回路２３０Ｄのばらつき、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅのばらつきが含まれている。また、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和には、非再現ばらつきとして、例えば、各回路における温度特性によるばらつき、ロータの劣化摩耗による偏心ばらつきなどが含まれている。
正弦波信号及び余弦波信号の二乗和のばらつきについて、図５に示すように、「個体ばらつき＋非再現ばらつき」と「個体ばらつき」とを比較すると、「個体ばらつき」がばらつきの大半を占めている。従って、ＶＣＲコントローラ２３０の初期化処理として、レゾルバから出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を演算すれば、個体ばらつきのみを含んだ基準値（学習値）を求めることができる。そして、この基準値に対して、非再現ばらつきを考慮することで、故障診断用の閾値（上限閾値及び下限閾値）を求めることができる。
ＶＣＲコントローラ２３０は、例えば、車両の組立工場において、ＣＡＮ２４０に接続された診断ツールから出力される学習フラグがＬＯＷからＨＩになったことを契機として、故障診断の基準値を夫々学習する。即ち、ＶＣＲコントローラ２３０は、内燃機関１００の圧縮比を低圧縮比側へと変化させ、制御シャフト１９６が、ストッパ機構２１０により低圧縮比側への変位が規制された状態とする。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、内燃機関１００の圧縮比を高圧縮比側へと変化させ、制御シャフト１９６が、ストッパ機構２１０により高圧縮比側への変位が規制されるまでの所定角度θ0ごとに、レゾルバＲｅｓから出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を基準値として学習する。基準値は、その後の制御で参照され得るため、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリのテーブルに書き込まれる。
図６は、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、不揮発性メモリに格納された制御プログラムに従って実行する、基準値の学習処理の一例を示す。この学習処理は、診断ツールの学習フラグがＬＯＷからＨＩになったことを契機とする他、例えば、車両が所定時間又は所定距離走行したことを契機として、セルフシャットダウン中に実行することもできる。なお、以下の説明では、絶対角度センサ２９０の故障を診断することを前提としているが、同様な処理によって、相対角度センサ２８０の故障を診断することもできる。
ステップ１（図６では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ１９８に駆動信号を出力することで、内燃機関１００の圧縮比が低圧縮比側に変化するように圧縮比制御アクチュエータ１９８を回転させる。このとき、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、例えば、速度フィードバック制御により圧縮比制御アクチュエータ１９８の回転を制御する（以下同様）。
ステップ２では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、相対角度センサ２８０の出力値が変化したか否かを介して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したか否かを判定する。圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したときには、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態となっている。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したと判定すれば処理をステップ３へと進める一方（Ｙｅｓ）、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止していないと判定すれば処理をステップ１へと戻す（Ｎｏ）。
ステップ３では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、内蔵された計時機能を利用して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止してから第１の所定時間経過したか否かを判定する。ここで、第１の所定時間は、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が確実に規制された状態となるまでの時間を確保するものであって、例えば、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力特性及び減速機１９８Ａの減速比などに応じて適宜設定することができる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、第１の所定時間経過したと判定すれば処理をステップ４へと進める一方（Ｙｅｓ）、第１の所定時間経過していないと判定すれば待機する（Ｎｏ）。
ステップ４では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を求める。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、図７に示すように、不揮発性メモリのテーブルに、絶対角度センサ２９０の出力値（回転角度）に関連付けて二乗和を書き込む。要するに、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された回転角度と二乗和とを関連付けて記憶（学習）する。
ステップ５では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ１９８に駆動信号を出力することで、内燃機関１００の圧縮比が高圧縮比側に変化するように圧縮比制御アクチュエータ１９８を回転させる。
ステップ６では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、絶対角度センサ２９０の出力値を読み込み、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態を基準として、制御シャフト１９６が所定角度θ0の倍数回転したか否かを判定する。ここで、所定角度θ0は、例えば、絶対角度センサ２９０の出力特性、要求される精度などに応じて適宜設定することができる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、制御シャフト１９６が所定角度θ0の倍数回転したと判定すれば処理をステップ７へと進める一方（Ｙｅｓ）、制御シャフト１９６が所定角度θ0の倍数回転していないと判定すれば処理をステップ８へと進める（Ｎｏ）。
ステップ７では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を求める。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、図７に示すように、不揮発性メモリのテーブルに、絶対角度センサ２９０の出力値（回転角度）に関連付けて二乗和を順次書き込む。要するに、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態から所定角度ごとに、制御シャフト１９６の回転角度と二乗和とを関連付けて記憶（学習）する。
ステップ８では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、相対角度センサ２８０の出力値が変化したか否かを介して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したか否かを判定する。圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したときには、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、高圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態となっている。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したと判定すれば処理をステップ９へと進める一方（Ｙｅｓ）、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止していないと判定すれば処理をステップ５へと戻す（Ｎｏ）。
ステップ９では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、内蔵された計時機能を利用して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止してから第２の所定時間経過したか否かを判定する。ここで、第２の所定時間は、高圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が確実に規制された状態となるまでの時間を確保するものであって、例えば、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力特性及び減速機１９８Ａの減速比などに応じて適宜設定することができる。第２の所定時間は、第１の所定時間と同一であってもよく、第１の所定時間と異なっていてもよい。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、第２の所定時間経過したと判定すれば処理をステップ１０へと進める一方（Ｙｅｓ）、第２の所定時間経過していないと判定すれば待機する（Ｎｏ）。
なお、高圧縮比側への規制位置は、所定角度の倍数になっていない可能性があるため、高圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態では、絶対角度センサ２９０の出力値（回転角度）及び二乗和を不揮発性メモリのテーブルに書き込めばよい。また、不揮発性メモリのテーブルに空きがある場合には、最後に記憶した絶対角度センサ２９０の出力値及び二乗和を書き込めばよい。
ステップ１０では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、制御シャフト１９６の作動範囲として、低圧縮比側への変位が規制された状態と高圧縮比側への変位が規制された状態とにより画定される作動範囲を設定し、これを不揮発性メモリに書き込む。この作動範囲は、例えば、制御シャフト１９６が作動範囲を越えて回転しようとすることを抑制し、圧縮比制御アクチュエータ１９８の発熱量、消費電力などを低減することに寄与することができる。
かかる学習処理によれば、図８に示すように、診断ツールから出力される学習フラグがＬＯＷからＨＩになると、ＶＣＲ機構１９０の制御シャフト１９６が低圧縮比側へと回転し、相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ２９０の各出力値が低圧縮比側の規制位置に向かって徐々に変化し始める。制御シャフト１９６が低圧縮比側の規制位置に向かって変化した結果、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、低圧縮比側への変位が規制された状態で第１の所定時間経過すると、ＶＣＲ機構１９０の制御シャフト１９６が高圧縮比側へと回転し始める。
そして、制御シャフト１９６の回転に伴って、相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ２９０の各出力値が高圧縮比側の規制位置へと向かって徐々に変化し始める。低圧縮比側の規制位置から高圧縮比側の規制位置まで変化する過程において、制御シャフト１９６が所定角度回転するたびに、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が求められ、絶対角度センサ２９０の出力値と関連付けられた状態で不揮発性メモリのテーブルに格納される。また、制御シャフト１９６が高圧縮比側の規制位置に向かって変化した結果、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、高圧縮比側への変位が規制された状態で第２の所定時間経過すると、圧縮比制御アクチュエータ１９８の作動範囲が設定される。
不揮発性メモリのテーブルには、車両の組立工場などにおいて外部からの指示に応答して、回転角度及び二乗和が関連付けられた状態で書き込まれる。このため、車両の組立工場などの環境を一定に管理すれば、テーブルに書き込まれる二乗和には、絶対角度センサ２９０の個体ばらつきのみが含まれていると考えられる。従って、不揮発性メモリのテーブルを参照し、そこに格納された二乗和を基準値として故障を診断することができる。
図９は、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、学習処理が終了した後、不揮発性メモリに格納された制御プログラムに従って実行する、絶対角度センサ２９０の故障診断処理の一例を示す。
ステップ１１では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０から正弦波信号及び余弦波信号を読み込む。
ステップ１２では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を算出する。
ステップ１３では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、正弦波信号及び余弦波信号の逆正接を演算することで、制御シャフト１９６の回転角度を求める。
ステップ１４では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、不揮発性メモリのテーブルを参照し、故障を診断するための上限閾値及び下限閾値を設定する。即ち、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、不揮発性メモリのテーブルを参照し、制御シャフト１９６の回転角度に関連付けられている二乗和（基準値）を求める。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、二乗和の所定割合（例えば、１５％）を算出して所定値とし、二乗和に所定値を加減算することで、上限閾値及び下限閾値を設定する。なお、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、二乗和に異なる所定比率（例えば、１．１５及び０．８５）を乗算することで、又は、二乗和に一定値（固定値)を加減算することで、上限閾値及び下限閾値を設定することもできる。要するに、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、非再現ばらつきを考慮して、二乗和を包含する所定範囲を設定する。
ステップ１５では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下、要するに、二乗和が正常範囲（所定範囲）内にあるか否かを判定する。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下にあると判定すれば処理をステップ１６へと進める一方（Ｙｅｓ）、二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下にないと判定すれば処理をステップ１７へと進める（Ｎｏ）。
ステップ１６では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０が正常であると判定する。
ステップ１７では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０が故障していると判定する。
かかる故障診断処理によれば、絶対角度センサ２９０の故障を診断する閾値は、個体ばらつきのみを含んでいる基準値に対して、非再現ばらつきを考慮することで求められる。このため、図１０に示すように、絶対角度センサ２９０の故障を診断する下限閾値は、誤診断が行われないように設定された値より大きくなり、絶対角度センサ２９０に故障が発生していると診断する頻度を向上させることができる。なお、絶対角度センサ２９０の故障を診断する上限閾値についても同様である。そして、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が閾値を越えると、絶対角度センサ２９０に故障が発生していると診断される。一方、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が閾値を越えなければ、絶対角度センサ２９０は正常であると診断される。従って、絶対角度センサ２９０の故障診断精度を向上させることができる。
絶対角度センサ２９０において、正弦波信号を出力する出力コイルがショートすると、図１１に示すように、正弦波信号が常に０を示すようになる。この場合、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和は、図１１に示すように、余弦波信号の半分の周期で変化する余弦波形状を呈する。そして、上限閾値及び下限閾値で画定される閾値の範囲が狭くなったことから、正弦波信号を出力する出力コイルがショートしても、これを早期に診断することができる。また、ノイズ重畳などによって故障が発生したと誤診断されても、早期に絶対角度センサ２９０が正常であると診断されるので、例えば、故障発生によって移行したフェイルセイフ運転を解除することができ、制御対象システムであるＶＣＲ機構１９０の機能を発揮することができる。
ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、絶対角度センサ２９０に故障が発生したと診断した場合、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ１９８に制御信号を出力し、内燃機関の圧縮比を最低圧縮比にするフェイルセイフ運転に移行してもよい。また、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、絶対角度センサ２９０に故障が発生したと診断した場合、任意のタイミング（例えば、機関停止中など）で、絶対角度センサ２９０の出力値を、上限閾値及び下限閾値で画定される範囲内にシフトしてもよい。
以上の実施形態においては、回転角度センサとして相対角度センサ２８０、絶対角度センサ２９０の故障を診断する方法について説明したが、回転角度センサとしては、レゾルバなどを使用する他の角度センサであってもよい。また、回転角度センサの故障を診断する主体は、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサに限らず、故障診断用のプロセッサ、他のコントローラのプロセッサ、専用回路であってもよい。
ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
（１）回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置であって、前記２つの信号から基準値を求めた後、前記２つの信号から求められる数値が、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する。
（２）前記基準値は、所定角度ごとに求められる。
（３）前記所定範囲は、前記基準値の所定割合である幅を有する。
（４）前記数値が前記所定範囲内にあるとき、前記回転角度センサが正常であると診断し、前記数値が前記所定範囲を逸脱しているとき、前記回転角度センサに故障が発生していると診断する。
（５）前記回転角度センサは、内燃機関の圧縮比を可変とする可変圧縮比機構の制御軸又はアクチュエータの回転角度を検出する。
（６）前記回転角度センサは、回転体と一体的に回転するロータと、１相の励磁コイル及び２相の出力コイルを備えたステータと、を有するレゾルバである。
（７）回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置が、前記２つの信号から基準値を求めた後、前記２つの信号から求められる数値が、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する。
（８）回転体の回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの出力値が目標角度に収束するように、前記回転体を回転するアクチュエータを制御するアクチュエータの制御装置であって、前記２つの信号から基準値を求めた後、前記２つの信号から求められる数値が、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する。
（９）前記回転角度センサに故障が発生していると診断したとき、前記アクチュエータをフェイルセイフ運転へと切り替える。
（１０）前記回転角度センサに故障が発生していると診断したとき、任意のタイミングで、前記回転角度センサの出力値を前記範囲内にシフトする。
（１１）前記回転体は、前記内燃機関の圧縮比を可変とする可変圧縮比機構の制御軸である。
（１２）前記基準値は、前記制御軸の低圧縮比側及び高圧縮比側への回転を規制するストッパ機構の作動範囲で求められる。
（１３）前記２つの信号は、正弦波信号及び余弦波信号である。
（１４）前記基準値及び前記数値は、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の二乗和である。
（１５）前記基準値は、外部からの指示に応答して求められる。
２３０ ＶＣＲコントローラ
２８０ 相対角度センサ
２９０ 絶対角度センサ
Ｒｅｓ レゾルバ

Claims (6)

  1. 回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置であって、
    前記２つの信号から求められる数値が、前記２つの信号から事前に求められた基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する、
    ことを特徴とする回転角度センサの診断装置。
  2. 前記２つの信号は、正弦波信号及び余弦波信号である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の回転角度センサの診断装置。
  3. 前記基準値及び前記数値は、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の二乗和である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の回転角度センサの診断装置。
  4. 前記基準値は、所定角度ごとに求められる、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の回転角度センサの診断装置。
  5. 前記所定範囲は、前記基準値の所定割合である幅を有する、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の回転角度センサの診断装置。
  6. 回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置が、
    前記２つの信号から基準値を求めた後、
    前記２つの信号から求められる数値が、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する、
    ことを特徴とする回転角度センサの診断方法。
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