JP6540568B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、出力ギアと噛み合って回転するモータギアを有するモータを制御する電子制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載のように、モータを制御する制御ユニット（電子制御装置）が知られている。制御ユニットは、マイコンと、ドライバ及びインバータ回路と、回転検出器と、を備えている。マイコンは、ドライバ及びインバータ回路を介して、モータに流れる電流を制御している。回転検出器は、モータの回転を検出し、マイコンにパルス信号を出力している。

マイコンは、パルス信号に基づきモータが回転しているか否かを判定する。また、マイコンは、モータの電極の電圧レベルを検出する。そして、マイコンは、モータの回転が停止している場合の電圧レベルに基づき、モータにおける短絡等の異常を検出している。

特開２０１０−１５８１３１号公報

モータのモータギアが、出力ギアと噛み合って回転する構成が考えられる。この構成では、モータギア及び出力ギアの少なくとも一方において歯が破損する等の異常が生じることがある。しかしながら、モータギア及び出力ギアの少なくとも一方に異常が生じた場合であっても、モータの回転が停止している場合の電圧レベルは変化し難い。そのため、上記構成では、モータギア及び出力ギアの異常を判定できない虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、モータギア及び出力ギアの異常を判定することができる電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として下記の実施形態における具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。

本発明のひとつは、出力ギア（２２０，２３０，２４０，２５０）と噛み合って回転するモータギア（２１４）を有するモータ（２１０）を制御する電子制御装置であって、
モータに駆動電流を流し、モータギア及び出力ギアを回転させる回転制御部（１０，２０）と、
駆動電流を検出し、検出信号を出力する電流検出部（３０）と、
駆動電流においてモータのトルク変動に伴って生じるトルクリップルを検出信号に基づき検出するリップル検出部（Ｓ１２）と、
リップル検出部により検出されたトルクリップルの値と閾値とを比較し、トルクリップルの値が閾値を超える場合に、出力ギア及びモータギアの少なくとも一方に異常が生じていると判定する異常判定部（Ｓ１４，Ｓ１６）と、
を備え、
異常判定部には、出力ギアの回転角度を検出する回転センサからセンサ信号が入力され、
異常判定部は、センサ信号に基づき、トルクリップルの値及び閾値の比較を同じ回転角度で複数回行い、同じ回転角度でトルクリップルの値が閾値を複数回超える場合にのみ、異常が生じていると判定する。

モータギア及び出力ギアの少なくとも一方に異常が生じた場合、モータのトルクが変動する。このトルク変動に応じて、駆動電流で生じるトルクリップルの値が大きくなる。よって、モータギア及び出力ギアの少なくとも一方に異常が生じた場合、トルクリップルの値が大きくなる。これに対し上記構成では、異常判定部が、トルクリップルの値に基づき、モータギア及び出力ギアの異常を判定している。したがって、電子制御装置では、モータギア及び出力ギアの異常を判定することができる。

第１実施形態に係る電子制御装置、アクチュエータ、及び、ウェイストゲートバルブの概略構成を示す図である。 電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。 回転角度に対する駆動電流の値を示す図である。 異常判定処理の処理手順を示すフローチャートである。 トルクリップルの波形について説明するための図である。 トルクリップルの波形について説明するための図である。 トルクリップルの波形について説明するための図である。 トルクリップルの波形について説明するための図である。 ギアに異常が生じた場合におけるトルクリップルのピーク値を示す図である。 ギアに異常が生じた場合におけるトルクリップルのピーク値を示す図である。 ギアに異常が生じた場合におけるトルクリップルのピーク値を示す図である。

図面を参照して説明する。なお、複数の実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。

（第１実施形態）
先ず、図１及び図２に基づき、電子制御装置１００の概略構成について説明する。

本実施形態において、電子制御装置１００は、車両用のＥＣＵである。図１に示すように、電子制御装置１００は、アクチュエータ２００を制御する。アクチュエータ２００の駆動により、ウェイストゲートバルブ３００が開閉動作を行う。ウェイストゲートバルブ３００は、ウエストゲートバルブ、又は、ＷＧＶとも称することができる。

また、本実施形態において、電子制御装置１００は、アクチュエータ２００に加えて、エンジンも制御している。例えば、電子制御装置１００は、スロットルバルブの開度を調整するスロットルアクチュエータを制御する。また、電子制御装置１００は、燃料噴射量を調整するインジェクタ、及び、点火プラグに高電圧を印加する点火装置を制御する。

アクチュエータ２００は、モータ２１０と、平ギア２２０と、ウォーム２３０と、ヘリカルギア２４０と、アーム２５０と、を有している。モータ２１０は、出力軸２１２と、出力軸２１２に設けられたモータギア２１４と、を有している。モータギア２１４には、平ギア２２０が噛み合っている。平ギア２２０の軸部にはウォーム２３０が連結されている。また、ウォーム２３０は、ヘリカルギア２４０と噛み合っている。

ヘリカルギア２４０は、軸部２４２を中心に回転する。軸部２４２には、ヘリカルギア２４０と一体回転するアーム２５０が設けられている。アーム２５０の一端は、ロッド３１０を介してウェイストゲートバルブ３００が連結されている。以下、平ギア２２０、ウォーム２３０、ヘリカルギア２４０、及び、アーム２５０をまとめて、出力ギアとも称する。出力ギアは、モータギア２１４の回転力及び回転方向を変換して、ロッド３１０に伝達するものである。また、モータギア２１４、平ギア２２０、ウォーム２３０、ヘリカルギア２４０、及び、アーム２５０をまとめて、ギアとも称する。ギアは、ギヤとも称することができる。本実施形態において、ギアの少なくとも１つは、樹脂材料を用いて形成されている。

アクチュエータ２００には、回転センサ４００が配置されている。回転センサ４００は、ヘリカルギア２４０の回転角度を検出し、検出した回転角度に基づくセンサ信号を電子制御装置１００へ出力する。以下、ヘリカルギア２４０の回転角度を、単に回転角度とも称する。回転角度は、ウェイストゲートバルブ３００の開度と対応している。よって、回転センサ４００は、開度センサと称することもできる。

アクチュエータ２００では、モータ２１０の通電によりモータギア２１４が回転する。モータギア２１４の回転は、平ギア２２０及びウォーム２３０を介してヘリカルギア２４０に伝達される。そして、ヘリカルギア２４０の回転に伴いロッド３１０が移動する。これにより、ウェイストゲートバルブ３００が開閉動作を行う。

図２に示すように、電子制御装置１００は、駆動回路１０と、マイコン２０と、電流検出回路３０と、第１ＡＤＣ４０と、第２ＡＤＣ５０と、を備えている。また、電子制御装置１００は、端子として、電源端子１００ａ、第１モータ端子１００ｂ、第２モータ端子１００ｃ、センサ端子１００ｄ、及び、グランド端子１００ｅを有している。

駆動回路１０は、マイコン２０からの制御信号に応じて、モータ２１０に駆動電流を流すものである。詳しく言うと、駆動回路１０は、モータ２１０のアーマチャコイル等に駆動電流を流すものである。本実施形態において、モータ２１０は直流モータである。そのため、駆動回路１０は、モータ２１０に直流電流を流すように構成されている。

駆動回路１０は、４個のＦＥＴ１２〜１８を有し、Ｈブリッジ回路を構成している。本実施形態において、ＦＥＴ１２〜１８は、Ｎチャネル型とされている。ＦＥＴ１２，１４のドレインは、電源端子１００ａを介して、電源５００と電気的に接続されている。電源５００は、例えば、１２Ｖを出力する車両用のバッテリである。

ＦＥＴ１２，１６のソースは、第１モータ端子１００ｂを介して、モータ２１０と電気的に接続されている。ＦＥＴ１４のソース及びＦＥＴ１８のドレインは、第２モータ端子１００ｃを介してモータ２１０と電気的に接続されている。ＦＥＴ１６のドレイン及びＦＥＴ１８のソースは、グランド端子１００ｅを介して、グランド６００と電気的に接続されている。

各ＦＥＴ１２〜１８のゲートは、マイコン２０と電気的に接続されている。マイコン２０は、各ＦＥＴ１２〜１８に制御信号を出力している。マイコン２０は、制御信号により、ＦＥＴ１２〜１８のオンオフ状態を制御している。マイコン２０は、ＦＥＴ１２，１８をオンにするとともにＦＥＴ１４，１６をオフにすることで、モータ２１０を正転させる。一方、マイコン２０は、ＦＥＴ１２，１８をオフにするとともにＦＥＴ１４，１６をオンにすることで、モータ２１０を逆転させる。駆動回路１０及びマイコン２０は、特許請求の範囲に記載の回転制御部に相当する。

電流検出回路３０は、駆動電流を検出するものである。本実施形態において、電流検出回路３０は、抵抗３２とオペアンプ３４とを有している。抵抗３２の一端は、ＦＥＴ１４のソース及びＦＥＴ１８のドレインの接続点と電気的に接続されている。抵抗３２の他端は、第２モータ端子１００ｃと電気的に接続されている。よって、抵抗３２は、ＦＥＴ１４のソース及びＦＥＴ１８のドレインと、第２モータ端子１００ｃと、を電気的に中継している。これにより、抵抗３２には、駆動電流が流れる。

オペアンプ３４は、抵抗３２に流れる駆動電流を電圧に変換して出力する。オペアンプ３４の入力端子は、抵抗３２の両端に接続されている。オペアンプ３４の出力端子は、第１ＡＤＣ４０と電気的に接続されている。なお、電流検出回路３０は、特許請求の範囲に記載の電流検出部に相当する。

第１ＡＤＣ４０は、オペアンプ３４が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。第１ＡＤＣ４０は、マイコン２０と電気的に接続されている。第１ＡＤＣ４０は、変換したデジタル信号をマイコン２０に出力する。以下、第１ＡＤＣ４０がマイコン２０へ出力する信号を電流信号と示す。電流信号は、駆動電流の値を示すデジタル信号である。電流信号、及び、オペアンプの出力するアナログ信号は、特許請求の範囲に記載の検出信号に相当する。

マイコン２０は、電流信号に基づき、駆動電流が所定値となるように制御信号を生成している。すなわち、マイコン２０は、駆動電流が所定値となるように、モータ２１０を電流フィードバック制御している。

第２ＡＤＣ５０は、アナログ信号であるセンサ信号をデジタル信号に変換するものである。第２ＡＤＣ５０は、センサ端子１００ｄを介して回転センサ４００と電気的に接続されている。また、第２ＡＤＣ５０は、マイコン２０とも電気的に接続されている。第２ＡＤＣ５０は、デジタル信号に変換したセンサ信号をマイコン２０に出力する。

マイコン２０は、ギアの少なくとも１つに異常が生じているか否かを判定する。すなわち、マイコン２０は、アクチュエータ２００に異常が生じているか否かを判定する。言い換えると、マイコン２０は、ギアの異常、すなわちアクチュエータ２００の異常を検出する。以下、ギアの異常についてマイコン２０が判定する処理を、異常判定処理と示す。異常判定処理は、異常検出処理とも言い換えることができる。マイコン２０は、ギアの異常として、例えば、少なくとも１つのギアにおける歯の破損、ロッド３１０がアーム２５０から外れること、及び、アーム２５０がヘリカルギア２４０から外れることを検出する。

ところで、モータ２１０では、回転角度に応じた磁気抵抗の変化によりコギングが生じる。詳しく言うと、コギングとは、モータ２１０の回転角度に応じた磁気抵抗の変化により、モータ２１０のトルクが変動することである。このコギング等により、駆動電流の値は、モータ２１０の回転角度に応じて変動する。図３に示すように、駆動電流の値は、ヘリカルギア２４０の回転角度に応じて変動する。

この駆動電流の変動は、トルクリップルと称することができる。すなわち、トルクリップルは、モータ２１０のトルク変動に伴って生じる駆動電流の値の変動である。なお、図３では、駆動電流が一定値となるようにマイコン２０が駆動回路１０に制御信号を出力している場合において、モータ２１０に流れる駆動電流の値を示している。駆動電流においてトルクリップルは、モータ２１０が所定角度回転する度に生じている。

図３に示す例では、所定の回転角度域でギアに異常が生じている。以下、ギアの異常によりモータ２１０のトルクが変動している回転角度域を、異常角度域と示す。ギアが正常な場合におけるトルクリップルの値に較べて、異常角度域におけるトルクリップルの値は大きくなっている。

マイコン２０は、駆動電流で生じるトルクリップルの値に基づき、異常判定処理を行う。また、マイコン２０は、駆動電流に加えて、センサ信号を用いて異常判定処理を行う。詳しく言うと、マイコン２０は、第１ＡＤＣ４０からの電流信号、及び、第２ＡＤＣ５０の出力信号に基づき、異常判定処理を行う。

なお、駆動電流にノイズが生じる場合もある。ノイズとしては、電子制御装置１００内の回路で生じるものや、外部の電磁波が電子制御装置１００に入力されることで生じるものが想定される。

次に、図３〜図１１に基づき、マイコン２０における異常判定処理の処理手順について説明する。

マイコン２０は、例えば、電子制御装置１００に電源が入力された場合に、異常判定処理を開始する。図４に示すように、異常判定処理においてマイコン２０は、先ず、検出条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０）。検出条件とは、マイコン２０がトルクリップルの検出を行うか否かを判定するための前提条件である。

検出条件としては、車両が停車していることを採用することができる。詳しく言うと、本実施形態では、検出条件として、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替えられたことを採用する。

マイコン２０は、Ｓ１０において検出条件が成立しないと判定すると、異常判定処理を終了する。マイコン２０は、異常判定処理を終了すると、異常判定処理を再度開始する。すなわち、電子制御装置１００に電源が入力されている間には、マイコン２０が異常判定処理を繰り返し行う。本実施形態においてマイコン２０は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替えられる度に、Ｓ１０において検出条件が成立したと判定する。

マイコン２０は、Ｓ１０において検出条件が成立すると判定すると、駆動電流におけるトルクリップルの波形を解析する（Ｓ１２）。詳しく言うと、マイコン２０は、駆動電流で生じるトルクリップルを検出し、検出したトルクリップルの値、及び、トルクリップルが生じた回転角度域を記憶する。マイコン２０におけるＳ１２の処理を行う機能は、特許請求の範囲に記載のリップル検出部に相当する。

マイコン２０は、所定期間において、出力ギアが回転可能な回転角度の全域の各値をとるように、モータ２１０及びギアを回転させる。すなわち、マイコン２０は、ウェイストゲートバルブ３００が移動可能な全ての開度をとるように、モータ２１０及びギアを回転させる。例えば、ヘリカルギア２４０の回転可能な回転角度が０°〜１８０°の場合、マイコン２０は、先ず、回転角度を０°とする。そしてマイコン２０は、回転角度が大きくなるようにモータ２１０を回転させ、回転角度を１８０°とする。

電流検出回路３０は、マイコン２０がモータ２１０を回転させている期間において、駆動電流を検出し続ける。すなわち、電流検出回路３０は、出力ギアが回転可能な回転角度の全域において、駆動電流の検出を行う。よって、マイコン２０は、出力ギアが回転可能な回転角度の全域における駆動電流に対して、トルクリップルの検出を行う。

マイコン２０が、出力ギアの回転可能な回転角度の全域の各値をとるようにモータ２１０及びギアを回転させ、トルクリップルを検出することを、駆動電流をスキャンすると言い換えることもできる。本実施形態においてマイコン２０は、検出条件が成立する度に、駆動電流を１回スキャンする。なお、マイコン２０は、検出条件が成立する度に、駆動電流を複数回スキャンしてもよい。

停車していることが検出条件とされているため、電流検出回路３０は、停車している場合の駆動電流を検出している。また、マイコン２０は、停車している場合の駆動電流に対して、トルクリップルの検出を行っている。

図５〜図８では、トルクリップル及びノイズが生じた場合における駆動電流の波形を示している。図５〜図８の黒丸は、マイコン２０が第１ＡＤＣ４０から電流信号を取得するタイミングを示している。よって、図５〜図８の黒丸の値は、マイコン２０に入力される電流信号の値に対応している。

駆動電流では、所定角度域でのみトルクリップルが生じる。以下、トルクリップル及びノイズが生じていない場合における駆動電流の状態を定常状態と示す。定常状態における駆動電流の値は、トルクリップル及びノイズが生じている場合に対して、変動し難い。以下、定常状態における駆動電流の値を定常値と示す。なお、図５〜図８では、定常値が一定値となるようにマイコン２０が駆動回路１０に制御信号を出力している場合において、モータ２１０に流れる駆動電流の値を示している。

以下、駆動電流において生じるトルクリップルの波形の例として、図５〜図８における４つの例について説明する。なお、図５に示すトルクリップルの波形は、図３に示すトルクリップルの波形と同じである。

図５に示す例では、モータ２１０が一方向に回転し、時間ｔ１、時間ｔ２、時間ｔ３、時間ｔ４、時間ｔ５、時間ｔ１９、時間ｔ２０、時間ｔ２１の順に時間が経過している。駆動電流では、時間ｔ２から時間ｔ５の間でトルクリップルが生じ、時間ｔ１９から時間ｔ２１の間でノイズが生じている。

時間ｔ１から時間ｔ２の間において、駆動電流は定常状態とされている。例えば、時間ｔ１から時間ｔ２の間における駆動電流の平均値が定常値である。時間ｔ２から時間ｔ３の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が大きくなる。そして、時間ｔ３を過ぎると、駆動電流の値が下降する。時間ｔ３のときにおける駆動電流の値は、駆動電流においてトルクリップルが生じている状態での最大値である。以下、時間ｔ３における駆動電流の値から定常値を減じた値を、第１ピーク値と示す。

時間ｔ３から時間ｔ４の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が小さくなる。そして、時間ｔ４を過ぎると、駆動電流の値が上昇する。時間ｔ４のときにおける駆動電流の値は、駆動電流においてトルクリップルが生じている状態での最小値である。なお、時間ｔ４における駆動電流の値は、定常値よりも小さい。以下、定常値から時間ｔ４における駆動電流の値を減じた値を、第２ピーク値と示す。時間ｔ４から時間ｔ５の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が大きくなる。時間ｔ５のとき、駆動電流は、ほぼ定常値とされている。以上のように、図５に示すトルクリップルでは、駆動電流の値が上昇した後に下降し、再び上昇している。

図５に示す駆動電流では、時間経過に伴って、時間ｔ１から時間ｔ５までの間の波形を繰り返す。以下、駆動電流においてトルクリップルが生じる時間をリップル時間と示す。図５に示す例において、リップル時間は、時間ｔ２から時間ｔ５までの時間である。

時間ｔ１９のとき、駆動電流は、ほぼ定常値とされている。時間ｔ１９から時間ｔ２０の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が大きくなる。そして、時間ｔ２０を過ぎると、駆動電流の値が下降する。すなわち、時間ｔ２０のときにおける駆動電流の値は、駆動電流においてノイズが生じている状態での最大値である。

時間ｔ２０から時間ｔ２１の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が小さくなる。時間ｔ２１のとき、駆動電流は、ほぼ定常値とされている。以上のように、ノイズでは、駆動電流の値が定常値から上昇した後に下降し、定常値に戻っている。以下、駆動電流にノイズが生じてい時間をノイズ時間と示す。詳しく言うと、ノイズ時間は、時間ｔ１９から時間ｔ２１までの時間である。

図６に示す例において、トルクリップルでは、駆動電流の値が下降した後に上昇し、再び下降している。この例では、モータ２１０が、図５に示す例と反対方向に回転している。そして、時間ｔ６、時間ｔ７、時間ｔ８、時間ｔ９、時間ｔ１０、時間ｔ１９、時間ｔ２０、時間ｔ２１の順に時間が経過している。駆動電流は、時間ｔ６から時間ｔ７までの間において定常状態である。駆動電流では、時間ｔ７から時間ｔ１０の間でトルクリップルが生じている。

時間ｔ７から時間ｔ８の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が小さくなる。時間ｔ８のときにおける駆動電流の値は、駆動電流においてトルクリップルが生じている状態での最小値である。以下、定常値から時間ｔ８における駆動電流の値を減じた値を、第３ピーク値と示す。

そして、時間ｔ８から時間ｔ９の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が大きくなる。時間ｔ９のときにおける駆動電流の値は、駆動電流においてトルクリップルが生じている状態での最大値である。なお、時間ｔ９における駆動電流の値は、定常値よりも大きい。以下、時間ｔ９における駆動電流の値から定常値を減じた値を、第４ピーク値と示す。

時間ｔ９から時間ｔ１０の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が小さくなる。時間ｔ１０のとき、駆動電流は、ほぼ定常値とされている。図６に示す駆動電流では、時間経過に伴って、時間ｔ６から時間ｔ１０までの間の波形を繰り返す。この例において、リップル時間は、時間ｔ７から時間ｔ１０までの時間である。

図７に示す例において、トルクリップルでは、駆動電流の値が上昇した後に下降している。この例では、モータ２１０が、図５に示す例と同じ方向に回転している。そして、時間ｔ１１、時間ｔ１２、時間ｔ１３、時間ｔ１４、時間ｔ１９、時間ｔ２０、時間ｔ２１の順に時間が経過している。駆動電流は、時間ｔ１１から時間ｔ１２までの間において定常状態である。駆動電流では、時間ｔ１２から時間ｔ１４の間でトルクリップルが生じている。

時間ｔ１２から時間ｔ１３の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が大きくなる。時間ｔ１３のときにおける駆動電流の値は、駆動電流においてトルクリップルが生じている状態での最大値である。以下、時間ｔ１３における駆動電流の値から定常値を減じた値を、第５ピーク値と示す。

そして、時間ｔ１３から時間ｔ１４の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が小さくなる。時間ｔ１４のとき、駆動電流は、ほぼ定常値とされている。図７に示す駆動電流では、時間経過に伴って、時間ｔ１１から時間ｔ１４までの間の波形を繰り返す。この例において、リップル時間は、時間ｔ１２から時間ｔ１４までの時間である。

図８に示す例において、トルクリップルでは、駆動電流の値が下昇した後に上昇している。この例では、モータ２１０が、図７に示す例と反対方向に回転している。そして、時間ｔ１５、時間ｔ１６、時間ｔ１７、時間ｔ１８、時間ｔ１９、時間ｔ２０、時間ｔ２１の順に時間が経過している。駆動電流は、時間ｔ１５から時間ｔ１６までの間において定常状態である。駆動電流では、時間ｔ１６から時間ｔ１８の間でトルクリップルが生じている。

時間ｔ１６から時間ｔ１７の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が小さくなる。時間ｔ１７のときにおける駆動電流の値は、駆動電流においてトルクリップルが生じている状態での最小値である。以下、定常値から時間ｔ１７における駆動電流の値を減じた値を、第６ピーク値と示す。

そして、時間ｔ１７から時間ｔ１８の間では、時間が経過するほど、駆動電流の値が大きくなる。時間ｔ１８のとき、駆動電流は、ほぼ定常値とされている。図８に示す駆動電流では、時間経過に伴って、時間ｔ１５から時間ｔ１８までの間の波形を繰り返す。この例において、リップル時間は、時間ｔ１６から時間ｔ１８までの時間である。

Ｓ１２においてマイコン２０は、駆動電流に対してパターンマッチングを行うことで、駆動電流にトルクリップルが生じているか否かを判定する。言い換えると、マイコン２０は、上記した４つの例のどれかと同じ挙動で駆動電流が変動しているか否かに基づき、駆動電流にトルクリップルが生じているか否かを判定する。マイコン２０は、例えば、駆動電流の値の上昇又は下降のタイミング、駆動電流の値の変動におけるピーク値の大きさ、及び、変動する時間の長さに基づき、パターンマッチングを行う。

このとき、マイコン２０は、駆動電流の値の変動が、トルクリップルによるものか、ノイズよるものか、を判定する。一般的に、リップル時間は、ノイズ時間よりも長い。そのため、マイコン２０は、駆動電流の値の変動に掛かる時間が所定時間よりも長い場合に、ノイズではなくトルクリップルが駆動電流に生じていると判定する。そして、マイコン２０は、駆動電流にトルクリップルが生じていると判定すると、トルクリップルの値、及び、トルクリップルが生じている回転角度域を算出して記憶する。本実施形態においてマイコン２０は、トルクリップルの値として、トルクリップルのピーク値を記憶する。

図５に示すトルクリップルが駆動電流に生じている場合、マイコン２０は、ピーク値として、例えば、第１ピーク値、第２ピーク値、又は、第１ピーク値及び第２ピーク値の平均値を記憶する。図６に示すトルクリップルが駆動電流に生じる場合、マイコン２０は、ピーク値として、例えば、第３ピーク値、第４ピーク値、又は、第３ピーク値及び第４ピーク値の平均値を記憶する。図７に示すトルクリップルが駆動電流に生じる場合、マイコン２０は、ピーク値として第５ピーク値を記憶する。図８に示すトルクリップルが駆動電流に生じる場合、マイコン２０は、ピーク値として第６ピーク値を記憶する。

次に、マイコン２０は、トルクリップルの値が閾値を超えるか否かを判定する（Ｓ１４）。図９〜図１１に示すように、マイコン２０は、各トルクリップルのピーク値とピーク閾値とを比較し、ピーク値がピーク閾値より大きいか否かを判定する。ピーク閾値とは、トルクリップルのピーク値に対する閾値である。なお、図９〜図１１では、マイコン２０が検出したトルクリップルのピーク値を黒丸で示し、ピーク閾値を一点鎖線で示している。Ｓ１４においてマイコン２０は、少なくとも１つのピーク値がピーク閾値よりも大きいか否かを判定する。

一般的に、駆動電流の定常値が大きいほど、トルクリップルのピーク値が大きい。これに対し、マイコン２０は、定常値が大きいほど閾値を大きくする。詳しく言うと、マイコン２０は、定常値が大きいほどピーク閾値を大きくする。以上によればマイコン２０は、定常値に応じて決定される閾値と、トルクリップルの値と、を比較してＳ１４の判定を行う。

また、マイコン２０は、判定を行うトルクリップルの前に検出されたトルクリップルの値に基づき、閾値を算出する。本実施形態においてマイコン２０は、判定を行うトルクリップルの前に検出された複数のトルクリップルの平均値に基づき、閾値を算出する。

図９に示すようにマイコン２０は、１回の異常判定処理において、トルクリップルが生じた回転角度毎にピーク閾値を変化させる。この例において異常判定処理が開始されると、マイコン２０は、複数のトルクリップルを検出するとともに、検出した複数のトルクリップルのピーク値を算出する。次にマイコン２０は、算出した複数のピーク値の平均値に対して所定値を加えた値をピーク閾値として算出する。なおマイコン２０は、算出した複数のピーク値の平均値に対して所定値を乗算した値をピーク閾値として算出してもよい。

そしてマイコン２０は、次に検出するトルクリップルのピーク値と、算出したピーク閾値と、を比較してＳ１４の判定を行う。これによりマイコン２０は、判定を行うピーク値毎にピーク閾値を算出する。

また、図１０に示すようにマイコン２０は、１回の異常判定処理において、ピーク閾値を一定値としてもよい。例えば、マイコン２０は、駆動電流を２回スキャンする。なおマイコン２０は、この２回のスキャンを、１回の異常判定処理で行ってもよく、２回の異常判定処理で１回ずつ行ってもよい。

そしてマイコン２０は、１回目のスキャンで検出した全てのトルクリップルのピーク値を算出する。マイコン２０は、算出した全てのピーク値の平均値に基づき、ピーク閾値を算出する。次に、マイコン２０は、２回目のスキャンで検出するトルクリップルに対して、１回目のスキャンにより算出したピーク閾値を用いてＳ１４の判定を行う。これにより、マイコン２０は、Ｓ１４において、判定を行う全てのピーク値を、一定値であるピーク閾値と比較して判定を行う。

ギアの少なくとも１つにおいて歯が破損した場合には、特定の回転角度域でのみモータ２１０が軽負荷状態となる。すなわち、出力ギアが回転可能な回転角度の全域のうちの特定の回転角度域のみが、異常角度域となる。この場合には、図９及び図１０に示すように、特定の回転角度域でのみ、ピーク値がピーク閾値よりも大きくなる。

また、ロッド３１０がアーム２５０から外れた場合や、アーム２５０がヘリカルギア２４０から外れた場合には、出力ギアが回転可能な回転角度の全域で、モータ２１０が軽負荷状態となる。すなわち、出力ギアが回転可能な回転角度の全域が、異常角度域となる。この場合には、図１１に示すように、出力ギアが回転可能な回転角度の全域で、ピーク値がピーク閾値よりも大きくなる。なお、マイコン２０による電流フィードバック制御により、ギアに異常が生じた場合であっても、定常値は、ほぼ一定値とされる。

マイコン２０は、Ｓ１４においてトルクリップルの値が閾値を超えた判定すると、閾値を超えたトルクリップルの生じている回転角度域が異常角度域である判定する。そして、マイコン２０は、この異常角度域を記憶する。

マイコン２０は、Ｓ１４においてトルクリップルの値が閾値を超えた判定すると、同じ回転角度でトルクリップルの値が閾値を複数回超えているか否かを判定する（Ｓ１６）。言い換えると、マイコン２０は、Ｓ１４において異常角度域である判定した回転角度域において、トルクリップルの値が閾値を複数回超えているか否かを判定する。本実施形態において、マイコン２０は、同じ回転角度でピーク値がピーク閾値よりも複数回大きくなっているか否かを判定する。

Ｓ１６においてマイコン２０は、同じ回転角度でトルクリップルの値が閾値を超えた回数が、回数閾値以上か否かを判定する。回数閾値とは、マイコン２０がＳ１６の判定に用いる閾値である。回数閾値は、２回でもよく、３回以上であってもよい。なお、マイコン２０におけるＳ１４及びＳ１６の処理を行う機能は、特許請求の範囲に記載の異常判定部に相当する。

マイコン２０は、Ｓ１６において同じ回転角度でトルクリップルの値が閾値を複数回超えたと判定すると、通知処理及びフェールセーフ処理を行う（Ｓ１８）。通知処理とは、ギアに異常が生じていることを外部に通知する処理である。詳しく言うと、マイコン２０は、通知処理として、車両に設けられた警告灯を点灯させる。これにより、マイコン２０は、ユーザに対して、ギアに異常が生じていることを通知する。

例えば、マイコン２０は、フェールセーフ処理として、エンジンに流れる空気量を抑制する。また、マイコン２０は、フェールセーフ処理として、異常角度域を通らないようにモータ２１０を制御してもよい。さらに、マイコン２０は、フェールセーフ処理として、ウェイストゲートバルブ３００がほぼ完全に閉まるようにモータ２１０を回転させてもよい。マイコン２０におけるＳ１８の処理を行う機能は、特許請求の範囲に記載のセーフ処理部に相当する。マイコン２０は、Ｓ１８の処理を行った後、異常判定処理を終了する。

マイコン２０は、Ｓ１４においてトルクリップルの値が閾値を超えていないと判定すると、異常判定処理を終了する。詳しく言うと、Ｓ１４においてマイコン２０は、検出した全てのトルクリップルのピーク値がピーク閾値以下の場合に、異常判定処理を終了する。

また、マイコン２０は、Ｓ１６において同じ回転角度でトルクリップルの値が閾値を複数回超えていないと判定すると、異常判定処理を終了する。詳しく言うと、マイコン２０は、Ｓ１６において同じ回転角度でピーク値がピーク閾値よりも複数回大きくされていないと判定すると、異常判定処理を終了する。

次に、上記した電子制御装置１００の効果について説明する。

ギアの少なくとも１つに異常が生じた場合、モータ２１０のトルクが変動する。このトルク変動により、駆動電流で生じるトルクリップルの値が大きくなる。よって、ギアの少なくとも１つに異常が生じた場合、トルクリップルの値が大きくなる。これに対し本実施形態では、マイコン２０が、トルクリップルの値に基づき、ギアの異常を判定している。したがって、電子制御装置１００では、ギアの異常を判定することができる。

上記したように、ギアの歯が破損した場合には、特定の回転角度域でのみ、トルクリップルの値が大きくなる。一方、駆動電流のノイズは、回転角度の値にかかわらず生じる。これに対し、本実施形態においてマイコン２０は、駆動電流のスキャンを複数回行い、同じ回転角度でトルクリップルの値が閾値を複数回超える場合にのみ、ギアに異常が生じていると判定する。これによれば、マイコン２０が１回のスキャンのみでギアの異常を判定する構成に較べて、ノイズに基づきギアが異常と判定してしまうことを効果的に抑制することができる。したがって、ギアにおける歯の破損に対して、判定精度を向上することができる。

本実施形態において、マイコン２０は、出力ギアが回転可能な回転角度の全域の各値をとるようにギアを回転させるとともに、回転角度の全域でトルクリップルの検出を行っている。これによれば、出力ギアが回転可能な回転角度の全域において、ギアの異常を検出することができる。

車両が走行している場合、ウェイストゲートバルブ３００には、エンジンの排気圧等により応力が作用する。そのため、車両が走行している場合には、モータ２１０のトルクが変動し易い。言い換えると、車両が停車している場合には、走行している場合に較べて、モータ２１０のトルクが変動し難い。よって、車両が停車している場合には、駆動電流の値が変動し難い。

本実施形態においてマイコン２０は、車両が停車している場合の駆動電流に対してトルクリップルを検出している。これによれば、マイコン２０は、車両が走行している場合の駆動電流に対して検出を行う構成に較べて、検出精度を向上することができる。したがって、マイコン２０は、ギアの異常を判定する判定精度を向上することができる。

一般的に、樹脂材料は、金属材料に較べて軽い。しかしながら、樹脂材料は、金属材料よりも破損し易い。そのため、樹脂材料を用いて形成されたギアは、金属材料を用いて形成されたギアに較べて異常が生じ易い。これに対して本実施形態では、ギアの異常を判定することができる。そのため、ギアの構成材料として樹脂材料採用し易く、ギアを軽量化することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態において、マイコン２０は、トルクリップルのピーク値と、ピーク閾値と、を比較してＳ１４の判定を行う例を示したが、これに限定するものではない。マイコン２０が、トルクリップルにおけるピーク値以外の値と、この値に対応する閾値と、を比較してＳ１４の判定を行う例を採用することもできる。例えば、マイコン２０は、ピーク値を２で割った値と、閾値と、を比較してＳ１４の判定を行ってもよい。また、マイコン２０は、駆動電流にトルクリップルが生じている回転角度のうちの最も小さい回転角度からモータ２１０が所定角度回転したときのトルクリップルの値と、閾値と、を比較してＳ１４の判定を行ってもよい。

上記実施形態において、マイコン２０は、Ｓ１４の処理を行った後にＳ１６の処理を行う例を示したが、これに限定するものではない。異常判定処理においてマイコン２０が、Ｓ１６の処理を行わない例を採用することもできる。この例においてマイコン２０は、Ｓ１４においてトルクリップルの値が閾値を超えたと判定すると、Ｓ１８の処理を行う。

上記実施形態において、モータ２１０は直流モータである例を示したが、これに限定するものではない。モータ２１０は、交流モータである例を採用することもできる。例えば、モータ２１０が三相交流モータの場合、モータ２１０における１つの相に流れる駆動電流を電流検出回路３０が検出する。そして、マイコン２０は、交流電流である駆動電流において生じるトルクリップルの値に基づき、異常判定処理を行う。なお、この例では、駆動回路１０がモータ２１０に交流を流すように構成される。

上記実施形態において、マイコン２０は、Ｓ１８において通知処理及びフェールセーフ処理の両方を行う例を示したが、これに限定するものではない。マイコン２０は、通知処理及びフェールセーフ処理の一方のみを行ってもよい。

上記実施形態において、駆動回路１０は、４個のＦＥＴ１２〜１８を有し、Ｈブリッジ回路を構成する例を示した。しかしながら、これに限定するものではない。駆動回路１０は、マイコン２０からの制御信号に応じてモータ２１０に駆動電流を流す構成であればよい。Ｎチャネル型のＦＥＴ１２〜１８とは異なるスイッチング素子を駆動回路１０が有していてもよい。

上記実施形態において、抵抗３２は、ＦＥＴ１４のソース及びＦＥＴ１８のドレインと、第２モータ端子１００ｃと、の間に配置された例を示したが、これに限定するものではない。抵抗３２は、駆動電流が流れる箇所に配置されていればよい。また、電流検出回路３０は抵抗３２とオペアンプ３４とを有する例を示したが、これに限定するものではない。電流検出回路３０は駆動電流を検出するものであればよい。

上記実施形態において、車両が停車しているときにのみ、マイコン２０が、トルクリップルの検出を行う例を示した。しかしながら、これに限定するものではない。マイコン２０は、車両が走行しているときに、トルクリップルの検出を行ってもよい。すなわち、電子制御装置１００は、車両が走行しているときに、ギアの異常を検出してもよい。

上記実施形態において、電子制御装置１００は、出力ギアを回転させることで車両のウェイストゲートバルブ３００の開閉を制御する例を示したが、これに限定するものではない。出力ギアと噛み合って回転するモータギア２１４をモータ２１０が有し、電子制御装置１００がモータ２１０を制御する構成であればよい。

上記実施形態において、判定を行うトルクリップルの前に検出された複数のトルクリップルの平均値に基づき、マイコン２０が閾値を算出する例を示したが、これに限定するものではない。例えば、マイコン２０は、判定を行うトルクリップルの１つ前に検出したトルクリップルの値のみに基づき、閾値を算出してもよい。また、マイコン２０は、定常値のみに基づき、閾値を算出してもよい。

１０…駆動回路、１２…ＦＥＴ、１４…ＦＥＴ、１６…ＦＥＴ、１８…ＦＥＴ、２０…マイコン、３０…電流検出回路、３２…抵抗、３４…オペアンプ、４０…第１ＡＤＣ、５０…第２ＡＤＣ、１００…電子制御装置、１００ａ…電源端子、１００ｂ…第１モータ端子、１００ｃ…第２モータ端子、１００ｄ…センサ端子、１００ｅ…グランド端子、２００…アクチュエータ、２１０…モータ、２１２…出力軸、２１４…モータギア、２２０…平ギア、２３０…ウォーム、２４０…ヘリカルギア、２４２…軸部、２５０…アーム、３００…ウェイストゲートバルブ、３１０…ロッド、４００…回転センサ、５００…電源、６００…グランド

Claims (9)

1. 出力ギア（２２０，２３０，２４０，２５０）と噛み合って回転するモータギア（２１４）を有するモータ（２１０）を制御する電子制御装置であって、
   前記モータに駆動電流を流し、前記モータギア及び前記出力ギアを回転させる回転制御部（１０，２０）と、
   前記駆動電流を検出し、検出信号を出力する電流検出部（３０）と、
   前記検出信号に基づき、前記モータのトルク変動に伴って生じるトルクリップルを検出するリップル検出部（Ｓ１２）と、
   前記リップル検出部により検出された前記トルクリップルの値と閾値とを比較し、前記トルクリップルの値が前記閾値を超える場合に、前記出力ギア及び前記モータギアの少なくとも一方に異常が生じていると判定する異常判定部（Ｓ１４，Ｓ１６）と、
   を備え、
   前記異常判定部には、前記出力ギアの回転角度を検出する回転センサからセンサ信号が入力され、
   前記異常判定部は、前記センサ信号に基づき、前記トルクリップルの値及び前記閾値の比較を同じ前記回転角度で複数回行い、同じ前記回転角度で前記トルクリップルの値が前記閾値を複数回超える場合にのみ、異常が生じていると判定する電子制御装置。
2. 出力ギア（２２０，２３０，２４０，２５０）と噛み合って回転するモータギア（２１４）を有するモータ（２１０）を制御する電子制御装置であって、
   前記モータに駆動電流を流し、前記モータギア及び前記出力ギアを回転させる回転制御部（１０，２０）と、
   前記駆動電流を検出し、検出信号を出力する電流検出部（３０）と、
   前記検出信号に基づき、前記モータのトルク変動に伴って生じるトルクリップルを検出するリップル検出部（Ｓ１２）と、
   前記リップル検出部により検出された前記トルクリップルの値と閾値とを比較し、前記トルクリップルの値が前記閾値を超える場合に、前記出力ギア及び前記モータギアの少なくとも一方に異常が生じていると判定する異常判定部（Ｓ１４，Ｓ１６）と、
   を備え、
   前記回転制御部は、車両が停車している場合に、前記モータギア及び前記出力ギアを回転させることで、前記車両のウェイストゲートバルブ（３００）の開閉を制御し、
   前記電流検出部は、前記車両が停車している場合の前記駆動電流を検出し、
   前記リップル検出部は、前記車両が停車している場合の前記駆動電流に対して、前記トルクリップルの検出を行う電子制御装置。
3. 前記異常判定部には、前記出力ギアの回転角度を検出する回転センサからセンサ信号が入力され、
   前記異常判定部は、前記センサ信号に基づき、前記トルクリップルの値及び前記閾値の比較を同じ前記回転角度で複数回行い、同じ前記回転角度で前記トルクリップルの値が前記閾値を複数回超える場合にのみ、異常が生じていると判定する請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記異常判定部は、前記トルクリップルのピーク値と、前記閾値としてのピーク閾値と、を比較し、前記ピーク値が前記ピーク閾値よりも大きい場合に異常が生じていると判定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子制御装置。
5. 前記回転制御部は、所定期間において、前記出力ギアが回転可能な回転角度の全域の各値をとるように、前記出力ギアを回転させ、
   前記電流検出部は、前記出力ギアが回転する回転角度の全域において、前記駆動電流の検出を行い、
   前記リップル検出部は、前記出力ギアが回転する回転角度の全域における前記駆動電流に対して、前記トルクリップルの検出を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子制御装置。
6. 前記異常判定部は、判定を行う前記トルクリップルの前に検出された前記トルクリップルの値に基づき、前記閾値を算出する請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子制御装置。
7. 前記異常判定部により異常が生じていると判定されると、異常が生じていることを外部に通知する通知処理、及び、フェールセーフ処理の少なくとも一方を行うセーフ処理部（Ｓ１８）をさらに備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子制御装置。
8. 前記モータは直流モータである請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子制御装置。
9. 前記モータギア及び前記出力ギアの少なくとも一方は、樹脂材料を用いて形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子制御装置。

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