JP4473778B2 - 回転角検出装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献1の図2に示すように、増幅した信号は中間開度で飽和してしまうため、センサ出力と回転角との変換特性(ゲイン)を学習できないという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、センサおよび増幅器のバラツキを合わせて学習できるようにして、回転角検出精度を十分に高めることができるようにすることを目的とする。
また請求項2記載の発明では、前記基準回転角を、前記回転体が機械的に固定される最小回転角および最大回転角とするようにした。
また請求項3記載の発明では、前記第2の学習は、2つの回転角の第1変換部による回転角検出値θmax、θminおよび所定倍増幅した信号値Vnmax、Vnminに基づいて、次式により算出される所定倍増幅された信号値Vnの第2変換部による回転角検出値θnに対するゲインdVn/dθnの学習を含むようにした。
かかる構成によると、第1の学習によって求めた第1変換部の変換特性(ゲイン)dv/dθと、前記任意の回転角におけるセンサ信号値Vmax、Vminを用いて、(θmax−θmin)は次式により求められる。
θmax−θmin=dv/dθ・(Vmax−Vmin)
これにより、第2変換部におけるゲインdVn/dθnを、上記の式によって学習することができる。
また、請求項5記載の発明では、前記第2変換部の回転角検出値が最大出力値(飽和点)となる回転角を、前記第2変換部の回転角検出値が選択される回転領域の上限として設定されるようにした。
また、請求項6記載の発明では、当該回転角検出装置が、機関弁の少なくとも作動角およびリフト量を変更する可変動弁機構における制御軸の作動角に対応する回転角を検出する装置であるようにした。
図1は、本実施形態におけるシステムの概要を示す。
エンジン(ガソリン内燃機関)100は、吸気バルブの作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する可変動弁機構101を備え、該可変動弁機構101には、前記作動角を可変動弁機構101の後述する制御軸の回転角によって検出する回転角センサ102が装着されている。
前記制御装置103内において、前記回転角信号をそのままA/D変換する第1A/D変換器104を介してCPU105に入力されると共に、前記回転角信号を増幅器106によって所定倍増幅した回転角信号をA/D変換する第2A/D変換器107介してCPU105に入力される。なお、第1A/D変換器104、第2A/D変換器107は、CPU105内に組み込まれているものであってもよい。
図2、図3は、可変動弁機構の構成を示す。
前記吸気駆動軸3には、吸気バルブ52のバルブリフタ52aに当接して吸気バルブ52を開閉駆動する揺動カム54が相対回転可能に外嵌されている。
また、前記吸気駆動軸53の一端部には、クランクシャフトに対する前記吸気駆動軸53の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ52の作動角の中心位相を連続的に変更する位相変更機構201が配設されており、駆動軸センサ202で検出される駆動軸3の回転位相に基づいて、回転位相を目標値に制御する。
前記可変動弁機構101は、図2及び図3に示すように、吸気駆動軸53に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム61と、この駆動カム61に相対回転可能に外嵌するリング状リンク62と、吸気駆動軸3と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸63と、この制御軸63に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム64と、この制御カム64に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク62の先端に連結されたロッカアーム65と、このロッカアーム65の他端と揺動カム64とに連結されたロッド状リンク66と、を有している。
上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸3が回転すると、駆動カム61を介してリング状リンク62がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム65が制御カム64の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク66を介して揺動カム54が揺動して吸気バルブ52が開閉駆動される。
これにより、吸気バルブ52の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ52の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
回転角センサの外郭をなすケーシング1は、図4、図5に示すように、樹脂材料等により有底の略筒状体として一体に形成され、略筒状の周壁部1Aと、該周壁部1Aの底面をなす底面部1Bと、周壁部1Aの内周側に位置して該底面部1Bに突設され、後述する信号ヨーク10,11の磁極片部10A,11Aを保持するヨーク保持部1Cと、底面部1Bの外縁側から周壁部1Aと軸方向の反対側に向けて延びる裾筒部1Dと、底面部1Bの中央側に突設された筒状の軸受保持部1Eとによって大略構成されている。
ここで、信号ヨーク10は、図6、図7に示す如く、回転軸6の軸心Oを中心として周方向に延びると共に所定の角度(例えば、約90°程度)にわたって円弧状に形成された磁極片部10Aと、該磁極片部10Aから径方向内向きに屈曲して形成され、マグネット9の上側を覆う位置まで延びるオーバーハング部10Bとより構成されている。また、信号ヨーク11も同様に、円弧状の磁極片部11Aと、オーバーハング部11Bとにより構成されている。
前記レバーは、回転軸6から径方向に突出し、その突出端側は、前記可変動弁機構101の制御軸63側のレバー(図示せず)と係合されている。また、レバー14には、マグネット9を初期位置(回転角θが零となる位置)に向けて付勢する戻しばね15が取付けられている。
前記整流ヨーク16,17は、図6、図7に示す如く、ケーシング1内に位置して信号ヨーク10,11の間に配設され、マグネット9を直径方向の両側から取囲むように配置されると共に、磁性連結板18を介してケーシング1内に取付けられている。
ケーシング1の凹状空間2内に設けられた連結部材としての磁性連結板18は、円弧状またはC字状に湾曲した磁性金属板等からなり、樹脂成形等の手段によってケーシング1内に固着されると共に、信号ヨーク11、整流ヨーク16,17等の外周側に沿って周方向に延びている。また、磁性連結板18の両端側には、整流ヨーク16,17の連結部16B,17Bが固着、連結されている。
そして、マグネット9から発生する磁束は、信号ヨーク10,11との対向部位で発生する磁束が検出用磁路Hkを通過し、信号ヨーク10,11と対向していない部位で発生する磁束が整流用磁路Hsを通過するようになる。従って、整流ヨーク16,17は、磁性連結板18と協働してマグネット9の磁界を整流し、検出用磁路Hkを通過する磁束の量がマグネット9と信号ヨーク10,11との対向面積に比例して変化するように設定するものである。
まず、検出用磁路Hkは、図8、図9に示す如く、マグネット9の円弧面部9A(N極)と信号ヨーク10の磁極片部10Aとの間の磁気抵抗R1と、マグネット9の円弧面部9B(S極)と信号ヨーク11の磁極片部11Aとの間の磁気抵抗R2と、ホール素子12の位置におけるオーバーハング部10B,11B間の磁気抵抗Rhとが直列に接続された磁気回路とみなすことができる。
R1=G/A・・・(1)
また、対向面積Aは、マグネット9の円弧面部9A,9Bの外径をD、マグネット9の軸方向の厚さをt、円弧面部9Aと磁極片部10Aとが軸心Oを中心として対向する角度(中心角)を対向角度θ’とすると、次式(2)で表される。
この場合、例えばマグネット9の円弧面部9A,9Bと信号ヨーク10,11との対向角度θ’が零となるマグネット9の回転角(例えば、図8中に仮想線で示す位置)をマグネット9の初期位置とすれば、対向角度θ’はマグネット9の回転角θに等しいので、θに置換えて前記式(2)を式(1)に代入すると、次式(3)が得られる。
また、信号ヨーク10,11は、マグネット9の直径方向両側に配置されているため、信号ヨーク11側の磁気抵抗R2は磁気抵抗R1と等しくなり(R2=R1)、磁気抵抗Rhは回転角θに対して一定値であるから、検出用磁路Hk全体の磁気抵抗Rkは、次式(4)で表される。
=2・R1+Rh
=720・G/(π・D・t・θ)+Rh・・・(4)
これにより、磁気抵抗Rkの逆数である検出用磁路Hk全体のパーミアンス(1/Rk)は、(4)式から判るように、マグネット9の回転角θに対して1次関数に近い状態で変化し、例えば図10中に実線で示す特性線19のように、回転角θに対してほぼ直線状に変化する。従って、検出用磁路Hkを通過する磁束は、回転角θの変化に伴ってほぼ比例的に増減することが判る。
そして、整流ヨーク16側の磁気抵抗R3は、前記式(3)の場合とほぼ同様に、マグネット9の外径Dおよび厚さt、エアギャップの寸法G、円弧面部9Aと磁極片部16Aとの対向角度θ”を用いて、次式(5)で表される。
ここで、整流ヨーク16の中心角をαとすれば、対向角度θ”は、図8から判るように、この中心角αとマグネット9の回転角θとを用いて、次式(6)で表される。
θ”=α−θ・・・(6)
また、整流ヨーク17側の磁気抵抗R4は、磁気抵抗R3と等しくなるから(R4=R3)、整流用磁路Hs全体の磁気抵抗Rsは次式(7)で表される。
=2・R3
=720・G/{π・D・t・(α−θ)}・・・(7)
これにより、整流用磁路Hs全体のパーミアンス(1/Rs)は、前記式(7)から求めると、図10中に点線で示すように、例えばマグネット9の回転角θ=αとなる位置で折曲がった山形状の特性線20となる。従って、整流用磁路Hsを通過する磁束は、回転角θの変化に伴って山形状に増減することが判る。
そこで、本実施形態では、前記制御装置において前記CPU108によって、以下のような変換特性の学習を行う。
ステップS1では、前記第1A/D変換器104からの信号値、つまり回転角センサ102からの信号を増幅することなくA/D変換した値に基づいて、回転角検出値を変換する第1変換特性の学習が終了したかを判定する。
上記第1変換特性の学習が終了していないと判定されたときは、ステップS2へ進んで、該第1変換特性の学習を実行する。
図13を参照して、前記制御軸63の2つの基準回転角での最小回転角θ1と最大回転角θ2における第1A/D変換器104でのA/D変換された信号値V1、V2に基づいて、回転角変化量Δθに対する信号値変化量ΔVのゲインdv/dθを次式(8)のように算出する。
=(V2−V1)/(θ2−θ1)・・・(8)
ここで、最小回転角θ1は、吸気バルブの作動角およびリフト量の最小値における制御軸63および回転軸6の回転角に相当し、最大回転角θ2は、吸気バルブの作動角およびリフト量の最大値における制御軸63および回転軸6の回転角に相当し、いずれも可変動弁機構101に設けられた図示しないストッパに規制されて機械的に固定される。
(V−V1)/(θ−θ1)=dv/dθ
→θ=θ1+(V−V1)/(dv/dθ)・・・(9)
このようにして、前記第1変換特性の学習が終了すると、ステップS1の判定がYESとなってステップS3以降へ進み、前記第2A/D変換器107からの信号値、つまり回転角センサ102からの信号を所定倍増幅した後A/D変換した値に基づいて、回転角検出値を変換する第2変換特性の学習を行う。
なお、前記回転角領域の判別は、例えば、第1A/D変換器104(または第2A/D変換器107)で変換された信号値を、領域切換点に相当するしきい値と比較して判別すればよい。
前記計測を終了すると、ステップS3の判定がYESとなってステップS5へ進み、前記ステップS4での計測結果に基づいて、以下のように第2変換特性の学習を行う。
第2変換特性における回転角変化量Δθに対する信号値変化量ΔVのゲインdvn/dθnは、次式(10)で表される。
ここで、前記(θmax−θmin)は、前記第1変換特性の学習されたゲインdv/dθと、信号値Vmin、Vmaxを用いて、次式(11)で算出される
θmax−θmin=dv/dθ・(Vmax−Vmin)・・・(11)
したがって、(11)式で算出された(θmax−θmin)を、前記(10)式に代入して、第2変換特性におけるゲインdvn/dθnが学習される。
(Vn−Vnmin)/(θ−θmin)=dnv/dnθ
→θ=θmin+(Vn−Vnmin)/(dnv/dnθ)・・・(12)
あるいは、次式(13)のように算出してもよい。
(Vnmax−Vn)/(θmax−θ)=dnv/dnθ
→θ=θmax−(Vnmax−Vn)/(dnv/dnθ)・・・(13)
さらに、上記とは別に設定したもしくはθminとして選択した前記最小回転角θ1での第2A/D変喚器によるA/D変換値Vn1を用いて、次式(14)のように算出してもよい。
上記のように、第1変換特性、第2変換特性を定期的に順次学習しつつ、回転角領域毎に第1変換特性、第2変換特性のいずれかを選択して、回転角が検出される。
このようにすれば、第1変換特性の学習後に、増幅された信号値を用いる第2変換特性の学習を、増幅器の増幅特性のバラツキとセンサ出力特性のバラツキとを合わせて正確に学習することができ、全回転角領域にわたって高い回転角検出精度を維持することができる。
なお、本発明は、上記実施形態のように、磁電変換方式の回転角センサを用いた装置において、センサのマグネットのバラツキ劣化により信号値/回転角変換特性が変化しやすいので、特に、学習の効果が大きいが、ポテンショメータ等の接触型の回転角センサを用いた装置にも適用できることは勿論である。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)請求項1〜3のいずれか1つに記載の回転角検出装置において、
磁力を電力に変換して回転角を検出する非接触型のセンサ部からの信号を入力することを特徴とする。
(ロ)請求項1〜3、上記(イ)のいずれか1つに記載の回転角検出装置において、
前記変換特性の学習は、回転角変化量に対する信号値変化量のゲインを学習した後、該ゲインと2点の信号値とに基づいて、信号値を回転角検出値に変換する変換式を学習することを特徴とする。
Claims (6)
- 回転体の回転角に応じてセンサ部から出力された回転角信号をそのままの信号値に基づいて回転角検出値に変換する第1変換部と、前記回転角信号を所定倍増幅した信号値に基づいて回転角検出値に変換する第2変換部と、を備え、回転角領域に応じて、前記第1変換部と第2変換部とによる回転角検出値のいずれかを選択する回転角検出装置であって、
少なくとも2つの基準回転角での回転角検出信号を前記第1変換部で変換した回転角検出値と、予め設定されている基準回転角相当値とに基づいて、前記第1変換部における変換特性を学習する第1の学習を行うと共に、
前記第2変換部の回転角検出値が選択される回転角領域での少なくとも2つの任意の回転角での、前記第1の学習を行った第1変換部による回転角検出値と、前記所定倍増幅した信号値とに基づいて、第2変換部における変換特性を学習する第2の学習を行うことを特徴とする回転角検出装置。 - 前記基準回転角は、前記回転体が機械的に固定される最小回転角および最大回転角であることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。
- 前記第2の学習は、2つの回転角の第1変換部による回転角検出値θmax、θminおよび所定倍増幅した信号値Vnmax、Vnminに基づいて、次式により算出される所定倍増幅された信号値Vnの第2変換部による回転角検出値θnに対するゲインdVn/dθnの学習を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転角検出装置。
dVn/dθn=(Vnmax−Vnmin)/(θmax−θmin) - 前記第2変換部の回転角検出値が最大出力値(飽和点)となる回転角よりも小さい予め決められた回転角を、前記第2変換部の回転角検出値が選択される回転領域の上限として設定されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の回転角検出装置。
- 前記第2変換部の回転角検出値が最大出力値(飽和点)となる回転角を、前記第2変換部の回転角検出値が選択される回転領域の上限として設定されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の回転角検出装置。
- 当該回転角検出装置が、機関弁の少なくとも作動角およびリフト量を変更する可変動弁機構における制御軸の作動角に対応する回転角を検出する装置であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の回転角検出装置。
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