JP4684950B2 - 制御装置 - Google Patents
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Description
オフセットばらつきの要因としては、工場でセンサを取り付ける際に、取り付け誤差によって生じることが多く、また、ゲインばらつきは、センサの劣化によって生じることが多く、回転角の変化に対してセンサの出力値の変化(傾き)が小さくなる傾向となる。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、磁気回路の磁束密度に応じた検出出力によって回転体の回転角を検出する回転角検出装置に対し、該回転角検出装置に特有な出力特性を利用しつつ、オフセットばらつきおよびゲインばらつきを同時に補正して、十分な検出精度を補償できるようにすることを目的とする。
アクチュエータと、
該アクチュエータで回転される回転体と、
磁石部材と、該磁石部材の周囲に配置されるヨーク部材を備え、前記磁石部材またはヨーク部材の一方が前記回転体に接続され、前記磁石部材およびヨークから構成される磁気回路の磁束密度に応じた検出出力によって前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置と、
から構成されるシステムに適用される制御装置であって、
該制御装置は前記回転角検出装置の出力特性を学習する出力特性学習手段を含み、
装置であって、
該出力特性学習手段は、初めての学習時に、前記回転体が、前記磁束密度が0となる所定回転角とは異なる基準回転角に位置するときの出力値を初期学習値として記憶し、
その後の学習時に、前記回転体が基準回転角に位置するときの出力値と、前記初期学習値と、予め記憶された前記所定回転角と基準回転角との設計出力値変化量とに基づいて、該回転角検出装置の出力ゲイン(回転角変化量/出力値変化量)を学習補正することを特徴とする。
また、磁束密度が0となる所定回転角での出力値は、設計出力値に対し、取り付け誤差等によるオフセットばらつきは生じうるが、出力値が磁束密度検出分を含んでいないため経時変化しない。したがって、ゲインばらつきは、該所定回転角での出力値が一定に維持されたまま、ゲイン(傾き)が変化するように生じる。
したがって、2回目以降の学習では、所定回転角と基準回転角との設計出力値変化量を、ゲインばらつきによって生じる基準回転角での出力値の初期学習値に対する変化分によって補正することにより、出力ゲインを正しく学習補正することができる。
前記初めての学習時に、前記回転体を基準回転角方向に駆動し、基準回転角に位置したことを判定した後に、出力値を読み込んで初期学習値として記憶することを特徴とする。
請求項2に係る発明によると、
基準回転角として前記回転体がストッパで規制されるような回転角を選択し、回転体を基準回転角方向に駆動し、ストッパで規制される基準回転角に到達してこの位置に維持されることを判定してから、学習を行うことにより、学習精度を確保することができる。
前記出力ゲインを次式によって算出し、前回算出値を最新の算出値で書き換えることにより学習補正することを特徴とする。
出力ゲイン=所定回転角と基準回転角との間の回転角変化量/(所定回転角と基準回転角との間の出力値変化量)−(2回目以降学習時の基準回転角での出力値−初期学習値)
請求項3に係る発明によると、
上記の式によって、出力ゲインを算出することができ、最新の算出値で書き換えて学習補正することができる。
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。該回転角センサ102は、センサ内に形成された磁気通路の磁束密度が制御軸の回転角変化によって変化し、該磁束密度に応じた検出出力によって回転角を検出できるように構成されているが、詳細は後述する。
そして、該回転角検出値に基づいて可変動弁機構101の制御信号を生成してアクチュエータ駆動回路106に出力し、該アクチュエータ駆動回路106から出力された駆動信号によって前記可変動弁機構101を駆動し、吸気バルブの作動角及びバルブリフト量を目標値にフィードバック制御する。
前記エンジン100には、各気筒に一対の吸気バルブ52が設けられており、これら吸気バルブ52の上方に、図外のクランクシャフトによって回転駆動される吸気駆動軸53が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
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CPU105によって、以下のような出力特性の学習を行う。
ステップS1では、回転角センサ102からの出力値(出力電圧のA/D変換値)ADINVELを読み込む。
ステップS2では、初期学習が終了前かを、初期学習終了フラグfINTLRNが0であるかによって、判定する。ここで、初期学習とは後述するように、基準回転角での回転角センサ102の出力値の誤差を学習するもので、オフセットばらつきの学習である。
ステップS3では、学習許可条件が成立したかを判定する。学習許可条件としては、この学習を実行しても運転への影響がなく学習精度も確保できる運転状態、具体的には、基準回転角として最小の回転角位置つまり吸気バルブのリフト量を最小として学習を行うので、定常なアイドル、低負荷運転、燃料カット時あるいはエンジン停止時などであることを条件とすればよい。あるいは、この初期学習は、初めに1回行うだけであり、始動時および始動直後は一般的に、吸気バルブのリフト量を最小リフト量にセットしているので、始動検出直後に初期学習を行う構成としてもよい。
TGVEL=TGVELold(前回値)−LRANDEC#・・・(8)
これは、基準回転角として制御軸63の回転がストッパで規制される最小回転角を選択して学習を行うため、実回転角が最小回転角となるまで現在の目標回転角から徐々に減少させるようにしたものである。
DTADINVEL=ADINVELold(前回値)−ADINVEL・・・(9)
ステップS6では、目標回転角TGVELが最小回転角である0未満になったかを判定し、0未満になったときにステップS7に進む。
出力値変化量DTADINVELが所定値LRNPOINT#以下になったと判定されると、制御軸63の回転動作が停止し、実回転角REVELがストッパで規制される最小回転角に到達したと判断し、ステップS8へ進んで、現在読み込まれた出力値ADINVELを、初期学習値LRNVELINTとしてストアする。
このようにして、初期学習が終了すると、2回目以降はステップS2の判定がYESとなってステップS10へ進む。
ステップS10〜ステップS14は、前記ステップS3〜ステップS7と全く同様にして、学習許可条件成立後に制御軸63を強制的に最小回転角まで駆動し、該最小回転角への到達を確認した後、ステップS15で回転角センサ102の出力値ADINVELを、学習値LRNVELとしてストアする。
VELGAIN=45[deg]/{2.0−(LRNVEL−LRNVELINT)}[V]
・・・(10)
この出力ゲイン算出式(10)については、後に詳述する。
図13は、実回転角REVELを検出するフローを示す。
ステップS21では、回転角センサ102からの出力値ADINVELを読み込む。
ステップS22では、前記ゲイン学習が終了したかを、ゲイン学習終了フラグfGAINLRNの値によって判定する。
REVEL=(ADINVEL−LRNVELINT)×VELGAIN0
・・・(11)
ここで、出力ゲインVELGAIN0は、学習前の設計値である。具体的には、図14に示すように、検出される回転角範囲90degに対して出力値変化量が4Vであるので、VELGAIN0=22.5[deg/V]である。
したがって、初期学習が終了すると、回転角センサ102の出力特性は、図15において設計出力特性から点線で示すオフセットばらつきを学習した特性に変更される。
その後、ステップS22でゲイン学習終了と判定されると、ステップS24へ進み、前記2回目以降に学習された出力値LRNVELおよび出力ゲインVELGAINを用いた、下記の出力値/回転角の変換式(12)によって、算出する。
次に、前記出力ゲインVELGAINの算出式(10)について、図14、図15を参照して説明する。
図14は、回転角センサ102のマグネット9の回転位置における磁気回路(検出用磁路Hk)の磁束密度φと、センサ出力Voutを示し、マグネット9の磁極N,Sを結ぶ方向と、一対の信号ヨーク10,11同士が対向する方向とが直交する位置にあるとき磁束密度が0となり、この位置(以下0T点という)を中心として相反する方向に45degずつ回転させた線形な出力特性が得られる角度範囲(90deg)を、回転角検出範囲として設定してある。したがって、最小回転角0degに対し、0T点の回転角は45deg、最大回転角は90degとなる。
そこで、出力ゲインを、定義に従い、最小回転角と0T点との間の回転角変化量/出力値変化量として算出すると、回転角変化量は、(10)式の分子に示されるように45degとなる。
図15は、回転角センサ102の出力特性の学習を示し、0T点では、回転角センサ102の取付誤差などにより初期のオフセットばらつきを生じるが、その後は、出力値が磁束密度検出分を含んでいないため経時変化することなく、初期学習後の出力値{=2.5+(LRNVELINT−0.5)}[V]に維持される。
そして、前記出力特性劣化後の0T点での出力値から基準回転角での出力値LRNVELを差し引けば、現在の出力特性での基準回転角(最小回転角0deg)から0T点(回転角45deg)までの出力値の変化量、つまり(10)式の分母が、下記のように算出される。
=2.0−(LRNVEL−LRNVELINT)・・・(13)
(13)式において、2.0[V]は、0T点での設計出力値2.5[V]から基準回転角(最小回転角0deg)での設計出力値0.5[V]を差し引いた設計出力値変化量であり、(LRNVEL−LRNVELINT)は、基準回転角(最小回転角0deg)での劣化電圧である。
かかる本発明の出力特性の学習を、特許文献1等従来の学習と比較すると、従来の学習では、基準回転角での出力値の学習値によって、全回転角がオフセット補正されることになり(図14に一点鎖線で示す)、劣化によって出力ゲイン(傾き)が減少すると、特に高回転角域では大きな実際の出力値とのずれが大きくなり、大きな検出誤差を生じてしまうこととなる。
また、出力ゲインの学習は、基本的に異なる2つの回転角位置での出力値を必要とするが、ポテンショメーター式等の接点型回転角センサの場合は、ストッパで規制される最小回転角位置などでの学習は行えるが、他の1つの回転角位置、例えば、同じくストッパで規制される最大回転角位置での学習が実質的には難しい(吸気バルブを強制的に最大リフト位置に維持することは運転への影響が大きい)、あるいは十分な学習機会が得られず、さらには、2つの回転角での学習時期が離れてしまうなど、良好な学習を行うことができない。
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つに記載の制御装置において、
基準回転角として、前記回転体がストッパで規制される回転角を選択することを特徴とする制御装置。
(ロ)上記(イ)に記載の制御装置において、
前記回転体の目標回転角を前記ストッパで規制される基準回転角に近づくように徐々に変更しつつ、回転角センサの出力値変化量が所定値以下となったときに、基準回転角での出力値を学習することを特徴とする制御装置。
(ハ)請求項1〜3、上記(イ)、(ロ)のいずれか1つに記載の制御装置において、
前記回転体は、吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構のバルブ特性変更量に応じて回転角が変化する制御軸であることを特徴とする制御装置。
(ニ)上記(ハ)に記載の制御装置において、
前記基準回転角として吸気バルブの低負荷時での特性に対応した回転角を選択し、前記出力ゲインの学習を、定常なアイドル、低負荷運転時、燃料カット中またはエンジン停止時に許可することを特徴とする制御装置。
Claims (1)
- アクチュエータと、
該アクチュエータで回転される回転体と、
磁石部材と、該磁石部材の周囲に配置されるヨーク部材を備え、前記磁石部材またはヨーク部材の一方が前記回転体に接続され、前記磁石部材およびヨークから構成される磁気回路の磁束密度に応じた検出出力によって前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置と、
から構成されるシステムに適用される制御装置であって、
該制御装置は前記回転角検出装置の出力特性を学習する出力特性学習手段を含み、
装置であって、
該出力特性学習手段は、初めての学習時に、前記回転体が、前記磁束密度が0となる所定回転角とは異なる基準回転角に位置するときの出力値を初期学習値として記憶し、
その後の学習時に、前記回転体が基準回転角に位置するときの出力値と、前記初期学習値と、予め記憶された前記所定回転角と基準回転角との設計出力値変化量とに基づいて、該回転角検出装置の出力ゲイン(回転角変化量/出力値変化量)を学習補正することを特徴とする制御装置。
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