JP3830319B2 - 回転角度検出センサの温度特性調整方法 - Google Patents

Description

【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リード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リードを備えており、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、出力取出用リードに接続され、センサカバーに一体成型されたコネクタの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熱可塑性樹脂にて被覆された温度モニタ用リード、コネクタ部の温度モニタ用端子およびその接続部分を介し、センサカバーに一体に成型されたコネクタの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になる。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１８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２８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，ＯＵＴ２）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（ＶＤＤ）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ＩＣ３１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、ＰＢＴ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４９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４０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４２、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４７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３１３，３２３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 Erasable 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３１２，３２２に入力される。このようにＡ／Ｄ変換器３１２，３２２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、ＥＥＰＲＯＭ３１５，３２５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ＩＣ３１，３２の出力取出用リード（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）３８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２０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ＤＵＴＹ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３１３，３２３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リード３８と別に温度検出部３１３による温度検出値を温度情報出力回路３１８を介して取出す温度モニタ用リード３９を有し、出力取出用リード３８と温度モニタ用リード３９を、センサカバー４０に一体成型されるコネクタ部５０の出力取出用端子４２，４４と温度モニタ用端子４３にそれぞれ接続し、かつ温度モニタ用リード３９と温度モニタ用端子４３およびその接続した部分は熱可塑性樹脂にて被覆し、出力取出用端子４２，４４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ＩＣ３１，３２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３１１，３２１、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、出力取出用リード３８からセンサカバー４０に一体成型されたコネクタ部５０の出力取出用端子４２，４４の先端部５２，５４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、熱可塑性樹脂にて被覆した温度モニタ用リード３９、コネクタ部５０の温度モニタ用端子４３およびその接続部分を介し温度モニタ用リード３９からセンサカバー４０に一体成型されたコネクタ部５０の温度モニタ用端子４３の先端部５３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ＰＩＤ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ＰＩＤ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

Claims (2)

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と、前記温度検出部からの温度検出値により前記検出素子の温度特性を調整する温度特性補正回路とを一体的に内蔵し、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リード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リードを有し、
   前記出力取出用リードと前記温度モニタ用リードを、センサカバーに一体成型されるコネクタの出力取出用端子と温度モニタ用端子にそれぞれ接続し、かつ前記温度モニタ用リード、温度モニタ用端子および前記接続した部分は熱可塑性樹脂にて被覆し、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. 前記回転体を回転するための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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