JP2022095314A

JP2022095314A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2022095314A
Application number: JP2020208571A
Authority: JP
Inventors: 郁弥新居; Fumiya Arai; 誠己羽野; Masaki Uno
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: JP7514180B2

Abstract

【課題】モータに供給する駆動電流の変動を抑制する。【解決手段】ＶＣＲコントローラ２３０は、アクチュエータ１９８の相対角度を検出する第１のレゾルバ２８０の出力値、及びアクチュエータ１９８の回転軸に対して減速機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第２のレゾルバ２９０の出力値を使用して制御シャフト１９６を目標角度に制御する。このとき、ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常になると、その直後の制御サイクルにおいて、その直前に求められた回転角度を使用してアクチュエータ１９８を制御し、それ以降の制御サイクルにおいて、第２のレゾルバ２９０の出力値から求められた回転角度を使用してアクチュエータ１９８を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転軸の相対角度を検出する相対角度センサ、及びモータの回転軸に対して減速機を介して連結された出力軸の絶対角度を検出する絶対角度センサの各出力値を使用してモータを制御する、モータ制御装置に関する。

自動車などの車両に搭載された可変圧縮比機構の制御においては、特開２００６－２２６１３３号公報（特許文献１）に記載されるように、複リンク機構の出力軸の回転角度から内燃機関の実際の圧縮比（実圧縮比）を検出する圧縮比センサが使用されている。圧縮比センサは、モータの回転軸の回転角度を０°～３６０°の範囲で相対角度として検出する相対角度センサと、モータの回転軸に対して減速機を介して連結された出力軸の絶対角度を検出する絶対角度センサと、を含んで構成されている。そして、制御開始時における絶対角度センサの出力値を基点として、相対角度センサの出力値から出力軸の回転角度が求められている。ここで、相対角度センサ及び絶対角度センサとしては、回転角度に応じた正弦波信号（Ｓｉｎ信号）及び余弦波信号（Ｃｏｓ信号）を出力するレゾルバが使用され、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の逆正接から回転角度が求められている。

ところで、相対角度センサの励磁信号が瞬断したり、又は相対角度センサの励磁信号にノイズが重畳したりすると、相対角度センサから出力されるＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲から逸脱し、相対角度センサの出力値が異常であると診断されてしまう。この場合、制御開始時における絶対角度センサの出力値を基点として相対角度センサの出力値から求められた出力軸の回転角度に代えて、絶対角度センサの出力値から求められた出力軸の回転角度を使用してモータが制御されている。

特開２００６－２２６１３３号公報

しかしながら、このように回転角度を求める角度センサを切り替えると、絶対角度センサの分解能が相対角度センサの分解能に比べて低いことから切替前後における回転角度に段差が生じ易く、目標角度と回転角度との偏差の微分値が大きくなってしまう。このため、可変圧縮比機構を目標圧縮比に近づけるフィードバック制御において、モータに供給する駆動電流が大きく変動してしまうおそれがあった。モータに供給する駆動電流が大きく変動すると、例えば、電子制御装置の駆動回路の発熱、可変圧縮比機構を制御するときの応答性や保持性に影響が及んでしまう。

そこで、本発明は、モータの回転軸の相対角度を検出する相対角度センサの出力値が異常になり、モータの回転軸に対して減速機を介して連結された出力軸の絶対角度を検出する絶対角度センサの出力値を使用してモータを制御するようになっても、モータに供給する駆動電流の変動を抑制可能な、モータ制御装置を提供することを目的とする。

モータの制御装置は、モータの回転軸の相対角度を検出する相対角度センサの出力値、及びモータの回転軸に対して減速機を介して連結された出力軸の絶対角度を検出する絶対角度センサの出力値を使用して、モータを目標角度に制御する。そして、モータの制御装置は、相対角度センサの出力値が正常である場合、制御開始時における絶対角度センサの出力値を基点として相対角度センサの出力値から求められた出力軸の回転角度を使用して前記モータを制御する。また、モータの制御装置は、相対角度センサの出力値が異常になった場合、その直後の制御サイクルにおいて、その直前に求められた出力軸の回転角度を使用してモータを制御し、それ以降の制御サイクルにおいて、絶対角度センサの出力値から求められた出力軸の回転角度を使用して前記モータを制御する。

本発明によれば、モータの回転軸の相対角度を検出する相対角度センサの出力値が異常になり、モータの回転軸に対して減速機を介して連結された出力軸の絶対角度を検出する絶対角度センサの出力値を使用してモータを制御するようになっても、モータに供給する駆動電流の変動を抑制することができる。

車両に搭載された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。レゾルバの一例を示す構造図である。レゾルバ出力の一例を示す説明図である。レゾルバ出力値の診断処理の一例を示すフローチャートである。モータ駆動処理の一例を示すフローチャートである。従来技術におけるモータ駆動電流の変化状態を示す説明図である。提案技術におけるモータ駆動電流の変化状態を示す説明図である。

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、車両に搭載された内燃機関（エンジン）１００の一例を示している。

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プラグ１７０が取り付けられている。

また、内燃機関１００は、クランクシャフト１４０に対する吸気バルブ１３２の開時期の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の容積を変更して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、図示しない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してもよい。

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、内燃機関１００の燃焼室１６０の容積を変更させて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が回転可能に支持されている。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が回転可能に連結されている。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の一端に回転可能に連結され、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の他端に回転可能に連結され、下端側が制御シャフト１９６を介してシリンダブロック１１０の下部に回転可能に連結されている。詳細には、制御シャフト１９６は、回転可能にシリンダブロック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用のアクチュエータ１９８によって回転位置が制御される。

このような複リンク機構を用いたＶＣＲ機構１９０においては、アクチュエータ１９８によって制御シャフト１９６が回転すると、偏心カム部１９６Ａの中心位置、つまり、シリンダブロック１１０に対する相対位置が変化する。これによって、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の圧縮比を変更することができる。このとき、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ＲＮＧ１を越えて制御シャフト１９６が回転したときに、その変位（角度）を規制して機械的な回転可能範囲ＲＮＧ２を規定するストッパ機構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、を有している。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ＲＮＧ１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辺のいずれかと当接し、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ＲＮＧ１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は、ＣＡＮ２４０を使用して任意のデータを送受信することができる。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を読み込んでもよい。

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って検出された実際の角度（実角度）が目標角度に近づくように、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って検出された実際の圧縮比（実圧縮比）が目標圧縮比に近づくように、ＶＣＲ機構１９０のアクチュエータ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夫々制御される。

内燃機関１００の実圧縮比を検出する圧縮比センサは、アクチュエータ１９８の回転軸の相対角度を検出する第１のレゾルバ２８０と、アクチュエータ１９８の回転軸に対して減速機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第２のレゾルバ２９０と、を含んでいる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、制御開始時の第２のレゾルバ２９０の出力値を基点として、第１のレゾルバ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、第１のレゾルバ２８０は、相対角度を検出する際の分解能が高い反面、例えば、同一位相の０°と３６０°とを区別できず、第２のレゾルバ２９０は、制御シャフト１９６の絶対角度を検出できる反面、絶対角度を検出する際の分解能が低いためである。ここで、第１のレゾルバ２８０が、相対角度センサの一例として挙げられ、第２のレゾルバ２９０が、絶対角度センサの一例として挙げられる。また、制御シャフト１９６が、アクチュエータの回転軸に対して減速機を介して連結された出力軸の一例として挙げられる。

第１のレゾルバ２８０及び第２のレゾルバ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。第１のレゾルバ２８０は、図３に示すように、回転体と一体的に回転するロータ２８２と、１相の励磁コイル２８４Ａ並びに２相の出力コイル２８４Ｂ及び２８４Ｃが巻かれたステータ２８４と、を有している。ここで、ステータ２８４の２相の出力コイル２８４Ｂ及び２８４Ｃは、９０°の角度差をもって配置されている。そして、ステータ２８４の励磁コイル２８４Ａに交流電流からなる励磁信号を印加すると、各出力コイル２８４Ｂ及び２８４Ｃには、図４に示すような、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からなる２相電圧が発生する。第２のレゾルバ２９０は、第１のレゾルバ２８０と同様な構成をなしているため、その説明は省略することとする。従って、以下の説明においては、第１のレゾルバ２８０と第２のレゾルバ２９０とを区別する必要がない場合、第１のレゾルバ２８０の説明をもって、第２のレゾルバ２９０の説明を併せてしたこととする。

ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０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。また、ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０から出力された正弦波信号及び余弦波信号の二乗和（ｓｉｎ^２θ＋ｃｏｓ^２θ）を演算し、この二乗和が所定の正常範囲内にあるか否かに応じて、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であるか否かを診断することもできる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると診断した場合、制御開始時の第２のレゾルバ２９０の出力値を基点として第１のレゾルバ２８０の出力値から求めた回転角度に代えて、第２のレゾルバ２９０の出力値を用いてＶＣＲ機構１９０を制御する。

ところで、アクチュエータ１９８の相対角度を検出する第１のレゾルバ２８０の励磁信号が瞬断したりノイズが重畳したりすると、ロータ２８２の回転に伴って２相の出力コイル２８４Ｂ及び２８４Ｃから出力されるＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号が乱れてしまう。この場合、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲から逸脱し、第１のレゾルバ２８０の出力値に代えて、第２のレゾルバ２９０の出力値を使用してアクチュエータ１９８の制御が行われるようになる。第２のレゾルバ２９０の出力値から求められた回転角度は、第１のレゾルバ２８０の出力値から求められた回転角度より精度が低いため、アクチュエータ１９８の制御において使用するレゾルバの切替前後において、回転角度に段差が発生し易い。そして、回転角度に大きな段差が発生すると、ＶＣＲ機構１９０を目標角度（目標圧縮比）に近づけるフィードバック制御において、目標角度と回転角度との偏差の微分値が大きくなり、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流が大きく変動してしまうおそれがある。

そこで、ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０の出力値が正常である場合、制御開始時における第２のレゾルバ２９０の出力値を基点として第１のレゾルバ２８０の出力値から求められた制御シャフト１９６の回転角度を使用してアクチュエータ１９８を制御する。また、ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常になった場合、その直後の制御サイクルにおいて、その直前に求められた制御シャフト１９６の回転角度を使用してアクチュエータ１９８を制御し、それ以降の制御サイクルにおいて、第２のレゾルバ２９０の出力値から求められた制御シャフト１９６の回転角度を使用してアクチュエータ１９８を制御する。要するに、ＶＣＲコントローラ２３０は、制御シャフト１９６の回転角度を求めるレゾルバを切り替えた直後の制御サイクルにおいて、その直前の制御サイクルで求められた回転角度を使用してアクチュエータ１９８を制御する。

図５は、ＶＣＲコントローラ２３０が起動されたことを契機として、ＶＣＲコントローラ２３０が第１の所定時間ｔ１（例えば、５１２μｓ）ごとに繰り返し実行する診断処理の一例を示している。ＶＣＲコントローラ２３０は、マイクロコンピュータの不揮発性メモリに格納されたアプリケーションプログラムにより診断処理を実行し、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であるか否かを診断する。なお、診断処理を実行するに先立ってＶＣＲコントローラ２３０の起動時に、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であるか否かの診断結果を示す異常フラグＦが「０（正常）」に設定される。

ステップ１０（図５では「Ｓ１０」と略記する。以下同様。）では、ＶＣＲコントローラ２３０が、第１のレゾルバ２８０の出力信号、即ち、２相の出力コイル２８４Ｂ及び２８４Ｃから出力されるＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号を夫々読み込む。

ステップ１１では、ＶＣＲコントローラ２３０が、第１のレゾルバ２８０から読み込んだＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和、即ち、二乗和＝Ｓｉｎ^２θ＋Ｃｏｓ^２θを算出する。ここで、θは、第１のレゾルバ２８０のロータ２８２の回転角度、即ち、アクチュエータ１９８の回転軸の回転角度である。

ステップ１２では、ＶＣＲコントローラ２３０が、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下であるか否か、要するに、二乗和が正常範囲内にあるか否かを判定する。ここで、正常範囲を画定する下限閾値及び上限閾値は、例えば、第１のレゾルバ２８０の出力特性などを考慮して適宜設定することができる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲内にあると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１３へと進める。一方、ＶＣＲコントローラ２３０は、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲内にない、要するに、二乗和が正常範囲を逸脱していると判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ１４へと進める。

ステップ１３では、ＶＣＲコントローラ２３０が、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲内にあったので、異常フラグＦを「０（正常）」に設定する。その後、ＶＣＲコントローラ２３０は、診断処理を終了させる。

ステップ１４では、ＶＣＲコントローラ２３０が、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲を逸脱していたので、異常フラグＦを「１（異常）」に設定する。その後、ＶＣＲコントローラ２３０は、診断処理を終了させる。

かかる診断処理によれば、第１のレゾルバ２８０から出力されるＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲内にあるか否かを判定することで、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であるか否かを診断することができる。具体的には、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲内にあれば、第１のレゾルバ２８０の出力値が正常であると診断され、異常フラグＦが「０（正常）」に設定される。一方、Ｓｉｎ信号及びＣｏｓ信号の二乗和が正常範囲を逸脱していれば、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると診断され、異常フラグＦが「１（異常）」に設定される。従って、任意のタイミングで異常フラグＦを参照することで、第１のレゾルバ２８０の出力値が正常であるか異常であるかを認識することができる。

図６は、ＶＣＲコントローラ２３０が起動されたことを契機として、ＶＣＲコントローラ２３０が第２の所定時間ｔ２（例えば、１ｍｓ）ごとに繰り返し実行するモータ駆動処理の一例を示している。ＶＣＲコントローラ２３０は、診断処理と同様に、マイクロコンピュータの不揮発性メモリに格納されたアプリケーションプログラムによりモータ駆動処理を実行する。なお、第２の所定時間ｔ２は、第１の所定時間ｔ１と同じでもよいが、制御性の観点から第１の所定時間ｔ１より長いことが望ましい。

ステップ２０では、ＶＣＲコントローラ２３０が、異常フラグＦを参照し、これが「０」に設定されているか否か、要するに、第１のレゾルバ２８０の出力値が正常であるか否かを判定する。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、異常フラグＦが「０」に設定されていると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２１へと進める。一方、ＶＣＲコントローラ２３０は、異常フラグＦが「１」に設定されている、即ち、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ２３へと進める。

ステップ２１では、ＶＣＲコントローラ２３０が、起動時（制御開始時）における第２のレゾルバ２９０の出力値を基点として、第１のレゾルバ２８０の出力値から制御シャフト１９６の回転角度を算出する。具体的には、ＶＣＲコントローラ２３０は、制御サイクルごとに、第１のレゾルバ２８０から出力されるＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号の逆正接からアクチュエータ１９８の回転軸の回転角度を求める。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、起動時において第２のレゾルバ２９０から出力されたＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号の逆正接から求められた回転角度を基点として、各制御サイクルで求められたアクチュエータ１９８の回転軸の回転角度を逐次積算し、減速機１９８Ａの減速比を考慮して、その積算値から制御シャフト１９６の回転角度を算出する。

ステップ２２では、ＶＣＲコントローラ２３０が、前回の制御サイクルにおいて求められた制御シャフト１９６の回転角度を保持する変数「前回値」に、今回の制御サイクルにおいて求められた制御シャフト１９６の回転角度を書き込んで更新する。その後、ＶＣＲコントローラ２３０は、処理をステップ２７へと進める。

ステップ２３では、ＶＣＲコントローラ２３０が、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であったため、第２のレゾルバ２９０の出力値から制御シャフト１９６の回転角度を算出する。具体的には、ＶＣＲコントローラ２３０は、第２のレゾルバ２９０から出力されるＳｉｎ信号及びＣｏｓ信号の逆正接から制御シャフト１９６の回転角度を算出する。

ステップ２４では、ＶＣＲコントローラ２３０が、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると診断した直後の制御サイクルであるか否かを判定する。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると診断した直後の制御サイクルであると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２５へと進める。一方、ＶＣＲコントローラ２３０は、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると診断した直後の制御サイクルでないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ２７へと進める。

ステップ２５では、ＶＣＲコントローラ２３０が、ステップ２３で算出した回転角度と変数「前回値」が示す回転角度との偏差の絶対値が所定値より大きいか否かを判定する。ここで、所定値は、前回の制御サイクルにおける回転角度と今回の制御サイクルにおける回転角度の段差が大きいため、アクチュエータ１９８に出力する駆動電流が大きく変動するおそれがあるか否かを判定する閾値であって、例えば、アクチュエータ１９８及びその駆動回路の特性などを考慮して適宜設定することができる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、偏差の絶対値が所定値より大きいと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２６へと進める。一方、ＶＣＲコントローラ２３０は、偏差の絶対値が所定値以下であると判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ２７へと進める。

ステップ２６では、ＶＣＲコントローラ２３０が、今回の制御サイクルで使用する回転角度を変数「前回値」が示す回転角度とする。その後、ＶＣＲコントローラ２３０は、処理をステップ２７へと進める。

ステップ２７では、ＶＣＲコントローラ２３０が、制御シャフト１９６の回転角度が目標角度に近づいて収束するように、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流をフィードバック制御する。ここで、フィードバック制御としては、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）に限らず、ＰＩ制御（比例積分制御）、ＰＤ制御（比例微分制御）などであってもよい。その後、ＶＣＲコントローラ２３０は、モータ駆動処理を終了させる。

かかるモータ駆動処理によれば、異常フラグＦが「０」、即ち、第１のレゾルバ２８０の出力値が正常であれば、起動時における第２のレゾルバ２９０の出力値を基点として、第１のレゾルバ２８０の出力値から求められた回転角度が目標角度に近づいて収束するように、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流がフィードバック制御される。この場合、今回の制御サイクルを実行するたびに、前回の制御サイクルにおける回転角度を保持する変数「前回値」が逐次更新される。

一方、異常フラグＦが「１」、即ち、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると、起動時における第２のレゾルバ２９０の出力値を基点として、第１のレゾルバ２８０の出力値から回転角度を求める代わりに、第２のレゾルバ２９０の出力値から回転角度が直接求められる。そして、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると診断された直後の制御サイクルでは、前回の制御サイクルにおける回転角度と今回の制御サイクルにおける回転角度との偏差の絶対値が所定値より大きければ、今回の制御サイクルで使用する回転角度が変数「前回値」が示す回転角度とされる。その後、このように決定された回転速度が目標角度に近づいて収束するように、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流がフィードバック制御される。また、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常であると診断された直後の制御サイクルにおいて、前回の制御サイクルにおける回転角度と今回の制御サイクルにおける回転角度との偏差の絶対値が所定値以下であれば、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流が大きく変動するおそれがない。この場合、第２のレゾルバ２９０の出力値から求められた回転角度が目標角度に近づいて収束するように、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流がフィードバック制御される。

一方、第１のレゾルバ２８０の出力値が異常となった直後の制御サイクルでない、即ち、異常診断がなされた２回目以降の制御サイクルでは、第２のレゾルバ２９０の出力値から求められた回転角度が目標角度に近づいて収束するように、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流がフィードバック制御される。

従って、使用するセンサを切り替えた直後の制御サイクルにおいて、前回の制御サイクルで使用した回転角度を使用することで、以下で説明するように、アクチュエータ１９８に供給する駆動電流の変動を抑制することができる。

第１のレゾルバ２８０の励磁信号にノイズが重畳したときのアクチュエータ１９８の駆動電流を所定条件下でシミュレーションしたところ、従来技術においては、図７に示すように、ノイズ重畳によって駆動電流が大きく変動することが確認できた。一方、提案技術においては、図８に示すように、ノイズ重畳があっても駆動電流の変動が極めて小さいことが確認できた。これは、第１のレゾルバ２８０の出力信号が異常であると診断された直後の制御サイクルにおいて、前回の制御サイクルにおける回転角度を使用してアクチュエータ１９８の駆動電流をフィードバック制御することで、特に、フィードバック制御における微分項の変動が抑制されたためであると推測される。

なお、当業者であれば、上記実施形態の技術的思想について、その一部を省略したり、その一部を適宜組み合わせたり、その一部を周知技術に置換したりすることで、新たな実施形態を生み出せることを容易に理解できるであろう。

その一例を挙げると、本実施形態は、ＶＣＲ機構１９０に限定されず、相対角度センサ及び絶対角度センサを使用して制御対象機器を制御するものにも適用可能である。

１９６制御シャフト(出力軸）
１９８アクチュエータ（モータ）
１９８Ａ減速機
２３０ＶＣＲコントローラ（モータの制御装置）
２８０第１のレゾルバ（相対角度センサ）
２９０第２のレゾルバ（絶対角度センサ）

Claims

モータの回転軸の相対角度を検出する相対角度センサの出力値、及び前記モータの回転軸に対して減速機を介して連結された出力軸の絶対角度を検出する絶対角度センサの出力値を使用して、前記モータを目標角度に制御するモータの制御装置であって、
前記相対角度センサの出力値が正常である場合、制御開始時における前記絶対角度センサの出力値を基点として前記相対角度センサの出力値から求められた前記出力軸の回転角度を使用して前記モータを制御し、
前記相対角度センサの出力値が異常になった場合、その直後の制御サイクルにおいて、その直前に求められた前記出力軸の回転角度を使用して前記モータを制御し、それ以降の制御サイクルにおいて、前記絶対角度センサの出力値から求められた前記出力軸の回転角度を使用して前記モータを制御する、
モータの制御装置。
前記相対角度センサの出力値が異常になった場合、その直前に求められた前記出力軸の回転角度と前記絶対角度センサの出力値から求められた前記出力軸の回転角度との偏差が所定値より大きいときのみ、前記相対角度センサの出力値が異常になった直後の制御サイクルにおいて、その直前に求められた前記出力軸の回転角度を使用して前記モータを制御する、
請求項１に記載のモータの制御装置。
前記相対角度センサは、前記モータの回転軸の回転角度に応じた正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバからなり、
前記正弦波信号及び前記余弦波信号の二乗和が正常範囲を逸脱したとき、前記相対角度センサの出力値が異常であると診断する、
請求項１又は請求項２に記載のモータの制御装置。
前記絶対角度センサは、前記出力軸の回転角度に応じた正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバからなる、
請求項１～請求項３のいずれか１つに記載のモータの制御装置。