WO2017213259A1 - 回転角度センサの診断装置及び診断方法、並びに、アクチュエータの制御装置 - Google Patents

回転角度センサの診断装置及び診断方法、並びに、アクチュエータの制御装置 Download PDF

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章 清村
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Definitions

  • the present invention relates to a diagnostic device and diagnostic method for a rotation angle sensor, and an actuator control device.
  • an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor diagnosis device and diagnosis method, and an actuator control device that improve the accuracy of normality of the rotation angle sensor.
  • the rotation angle sensor diagnostic device that outputs two signals correlated in accordance with the rotation angle determines whether the numerical value obtained from the two signals is within a predetermined range. It is determined whether or not a failure has occurred in the rotation angle sensor.
  • the rotation angle sensor diagnostic device determines that a failure has occurred in the rotation angle sensor, the numerical value is within the predetermined range, and the rotation angle obtained from the two signals is 0 °. , 90 °, 180 °, or 270 °, the rotation angle sensor failure determination is canceled when the angle cannot be recognized.
  • the actuator that rotates the rotating body is arranged so that the rotation angle obtained from the output value of the rotation angle sensor that outputs two signals correlated in accordance with the rotation angle of the rotating body converges to the target angle.
  • the control device for the actuator to be controlled determines whether or not a failure has occurred in the rotation angle sensor, depending on whether or not the numerical value obtained from the two signals is within a predetermined range.
  • the actuator control device determines that a failure has occurred in the rotation angle sensor, the numerical value is within the predetermined range, and the rotation angle obtained from the two signals is 0 °, 90
  • the failure determination of the rotation angle sensor is canceled.
  • the accuracy of normality determination of the rotation angle sensor can be improved.
  • FIG. 1 is a system diagram illustrating an example of an internal combustion engine for a vehicle. It is the elements on larger scale which show an example of a stopper mechanism. It is explanatory drawing which shows an example of a resolver output. It is explanatory drawing of a resolver output and square sum when a sine wave signal becomes abnormal. It is explanatory drawing of the square sum and rotation angle when a sine wave signal becomes abnormal. It is explanatory drawing of a resolver output and square sum when a cosine wave signal becomes abnormal. It is explanatory drawing of the sum of squares and rotation angle when a cosine wave signal becomes abnormal. It is explanatory drawing of the measured value of a rotation angle when a sine wave signal becomes abnormal. It is explanatory drawing of the rotation angle detected when a resolver is normal. It is a flowchart which shows an example of a failure determination process. It is a flowchart which shows an example of a failure determination cancellation
  • FIG. 1 shows an example of an internal combustion engine for a vehicle.
  • the internal combustion engine 100 includes a cylinder block 110, a piston 120 fitted into a cylinder bore 112 of the cylinder block 110 so as to be reciprocally movable, a cylinder head 130 having an intake port 130A and an exhaust port 130B, an intake port 130A and an exhaust port.
  • An intake valve 132 and an exhaust valve 134 that open and close the opening end of the port 130B are provided.
  • the piston 120 is connected to the crankshaft 140 via a connecting rod (connecting rod) 150 including a lower link 150A and an upper link 150B.
  • a combustion chamber 160 is formed between the crown surface 120 ⁇ / b> A of the piston 120 and the lower surface of the cylinder head 130.
  • An ignition plug 170 that ignites an air-fuel mixture of fuel and air is attached to substantially the center of the cylinder head 130 that forms the combustion chamber 160.
  • the internal combustion engine 100 changes the compression ratio by changing the volume of the variable valve timing (VTC: Valve Timing Control) mechanism 180 that makes the phase with respect to the crankshaft 140 during the open period of the intake valve 132 variable and the combustion chamber 160.
  • VTC Valve Timing Control
  • VCR Variable Compression Ratio
  • the VTC mechanism 180 changes the phase of the intake camshaft 200 relative to the crankshaft 140 with an actuator such as an electric motor, for example, so that the operation angle of the intake valve 132 remains constant while the operation angle of the intake valve 132 remains constant. Advance or retard the phase. Note that the VTC mechanism 180 is not limited to the phase of the intake valve 132, and the phase of at least one of the intake valve 132 and the exhaust valve 134 may be variable.
  • the VCR mechanism 190 makes the compression ratio of the internal combustion engine 100 variable by changing the volume of the combustion chamber 160 by a multi-link mechanism as disclosed in, for example, JP-A-2002-276446.
  • a multi-link mechanism as disclosed in, for example, JP-A-2002-276446.
  • the crankshaft 140 has a plurality of journal portions 140A and a plurality of crankpin portions 140B, and the journal portion 140A is rotatably supported by a main bearing (not shown) of the cylinder block 110.
  • the crankpin portion 140B is eccentric from the journal portion 140A, and a lower link 150A is rotatably connected thereto.
  • Upper link 150B has a lower end side rotatably connected to one end of lower link 150A by connecting pin 152, and an upper end side rotatably connected to piston 120 by piston pin 154.
  • the control link 192 has an upper end side rotatably connected to the other end of the lower link 150A by a connecting pin 194 and a lower end side rotatably connected to the lower portion of the cylinder block 110 via a control shaft 196.
  • the control shaft 196 is rotatably supported by the engine body (cylinder block 110) and has an eccentric cam portion 196A that is eccentric from the center of rotation, and the eccentric cam portion 196A includes a control link 192.
  • the lower end side is rotatably fitted.
  • the rotation position of the control shaft 196 is controlled by a compression ratio control actuator 198 using an electric motor.
  • the VCR mechanism 190 is provided with a stopper mechanism 210 that restricts the displacement (rotation) when the control shaft 196 rotates beyond the normal control range.
  • the stopper mechanism 210 includes a substantially fan-shaped first member 210 ⁇ / b> A whose main part is fixed to the control shaft 196, and a plate-shaped second member 210 ⁇ / b> B fixed to the cylinder block 110.
  • the first member 210A rotates integrally with the control shaft 196.
  • the second member 210B defines the central angle of the first member 210A when the control shaft 196 rotates beyond a maximum compression ratio (upper limit) or a minimum compression ratio (lower limit) that is a normal control range.
  • the stopper mechanism 210 functions when the control shaft 196 exceeds the normal control range, in the normal control, the first member 210A and the second member 210B do not contact each other. Generation of abnormal noise can be suppressed.
  • the stopper mechanism 210 is used not only to restrict the displacement of the control shaft 196 but also to learn the reference position of the control shaft 196.
  • the stopper mechanism 210 only needs to be able to regulate the displacement of at least one of the highest compression ratio side and the lowest compression ratio side with respect to the rotation of the control shaft 196.
  • the stopper mechanism 210 is not limited to the substantially fan-shaped first member 210 ⁇ / b> A and the plate-shaped second member 210 ⁇ / b> B, and it is sufficient that the displacement of the control shaft 196 can be regulated by two or more members having other shapes.
  • the VTC mechanism 180 and the VCR mechanism 190 are electronically controlled by a VTC controller 220 and a VCR controller 230, each of which includes a processor such as a microcomputer.
  • the VTC controller 220 and the VCR controller 230 are connected to an engine controller 250 having a built-in processor such as a microcomputer that electronically controls the internal combustion engine 100 via, for example, a CAN (Controller Area Network) 240 that is an example of an in-vehicle network. ing. Therefore, arbitrary data can be transmitted and received between the VTC controller 220, the VCR controller 230, and the engine controller 250 via the CAN 240.
  • CAN Controller Area Network
  • a vehicle-mounted network not only CAN240 but well-known networks, such as FlexRay (trademark), can be used.
  • the engine controller 250 receives output signals of a rotation speed sensor 260 that detects the rotation speed Ne of the internal combustion engine 100 and a load sensor 270 that detects the load Q of the internal combustion engine 100 as an example of the operating state of the internal combustion engine 100. Have been entered.
  • the load Q of the internal combustion engine 100 for example, a state quantity closely related to the torque, such as an intake negative pressure, an intake air flow rate, a supercharging pressure, an accelerator opening, and a throttle opening can be used.
  • the engine controller 250 refers to, for example, a map in which target values suitable for the rotational speed and load are set, and the target angle of the VTC mechanism 180 and the VCR mechanism 190 according to the rotational speed Ne and load Q of the internal combustion engine 100.
  • the engine controller 250 transmits the target angle and the target compression ratio to the VTC controller 220 and the VCR controller 230 via the CAN 240, respectively.
  • the engine controller 250 is not limited to the output signals of the rotational speed sensor 260 and the load sensor 270, but the rotational speed Ne and the load Q of the internal combustion engine 100 from other controllers (not shown) connected via the CAN 240. It can also be read.
  • the VTC controller 220 that has received the target angle feedback-controls the drive current output to the actuator of the VTC mechanism 180 so that the actual angle (actual angle) detected by a sensor (not shown) converges to the target angle.
  • the VCR controller 230 that has received the target compression ratio also compresses the compression ratio control actuator 198 of the VCR mechanism 190 so that an actual compression ratio (actual compression ratio) detected by a compression ratio sensor described later converges to the target compression ratio.
  • the drive current to be output to is feedback controlled. By doing so, the VTC mechanism 180 and the VCR mechanism 190 are controlled to target values corresponding to the operating state of the internal combustion engine 100.
  • the compression ratio sensor that detects the actual compression ratio of the internal combustion engine 100 includes a relative angle sensor 280 that detects the relative angle of the output shaft of the compression ratio control actuator 198, and a speed reducer 198 A with respect to the output shaft of the compression ratio control actuator 198. And an absolute angle sensor 290 that detects an absolute angle of the control shaft 196 that is connected thereto.
  • the VCR controller 230 detects the rotation angle of the control shaft 196, in other words, the compression ratio of the internal combustion engine 100, from the output value of the relative angle sensor 280 with the output value of the absolute angle sensor 290 at the time of engine start as a base point. This is because the relative angle sensor 280 has high resolution, for example, it cannot distinguish between 0 ° and 360 ° of the same phase, and the absolute angle sensor 290 can detect the absolute angle of the control shaft 196, but the resolution Is low.
  • the relative angle sensor 280 and the absolute angle sensor 290 include two signals that correlate according to the rotation angle of the rotating body, specifically, a resolver that outputs a sine wave signal and a cosine wave signal.
  • the resolver includes, for example, a rotor that rotates integrally with a rotating body, and a stator on which a one-phase excitation coil and a two-phase output coil are wound. When an AC voltage is applied to the excitation coil of the stator, each output coil has two phases of a sine wave signal and a cosine wave signal that change according to the rotation angle (electrical angle) of the rotating body, as shown in FIG. Voltage is generated.
  • the VCR controller 230 can calculate the rotation angle of the rotating body by calculating the arc tangent of the sine wave signal and the cosine wave signal output from the resolver. Further, the VCR controller 230 obtains the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal output from the resolver, and whether or not a failure has occurred in the resolver according to whether or not the sum of squares is within a normal range. Determine whether. Further, when the VCR controller 230 determines that the resolver has failed, the sum of squares is within the normal range, and the rotation angle of the rotating body is 0 °, 90 °, 180 °, or 270 °. When the angle cannot be recognized, the resolver failure determination is canceled.
  • the VCR controller 230 has functions as a rotation angle sensor diagnostic device and an actuator control device.
  • the circuit for generating and processing the sine wave signal and cosine wave signal of the resolver has inherent variations in the circuit, the sum of squares of the sine wave signal and cosine wave signal is unique even if the resolver is normal.
  • the upper limit threshold and the lower limit threshold that define the normal range are set by adding / subtracting a predetermined value to / from a unique value in consideration of variations of the generation circuit and the processing circuit, for example.
  • the sine wave signal When a failure occurs in the output coil of the resolver, and the sine wave signal is always 0, as shown in FIG. 4, the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal is a cosine wave that changes in half the period of the cosine wave signal. Takes shape. In this case, since the sine wave signal is always 0, the rotation angle of the rotating body obtained from the arc tangent of the sine wave signal and the cosine wave signal is always 0 ° or 180 ° as shown in FIG. .
  • the rotation angle of the rotating body obtained from the arc tangent of the sine wave signal and the cosine wave signal is measured within a range of 0 ° to 90 °, as shown in FIG. It was found to be distributed in the range of 0 ° to 28 °.
  • the rotation angle of the rotating body obtained from the arc tangent of the sine wave signal and the cosine wave signal may similarly be distributed in the range of 62 ° to 90 °. I understood. Therefore, in consideration of resolver variations and the like, when the resolver is normal, as shown in FIG.
  • the rotation angle of the rotating body obtained from the arc tangent of the sine wave signal and cosine wave signal is 30 ° to 60 °. It is possible to grasp that there is a high possibility that it is within the range. Even when the rotation angle of the rotating body is within the range of 90 ° to 360 °, when the resolver is normal, the rotating angle of the rotating body is 120 ° to 150 °, 210 ° to 240 °, or 300 ° to 330 °. It can be similarly understood that there is a high possibility of being within the range.
  • the rotator obtained by the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal being within the normal range and obtained from the arc tangent of the sine wave signal and the cosine wave signal
  • the rotation angle is within the range of 30 ° to 60 °, 120 ° to 150 °, 210 ° to 240 °, or 300 ° to 330 °, for example, it may be determined that an erroneous determination is made due to noise superposition or the like. it can.
  • a range in which the rotation angle of the rotating body is ⁇ 30 ° (330 °) to 30 ° is an example of an angle that cannot be recognized as the rotation angle being 0 °, and the rotation angle of the rotating body is 60 °.
  • the ranges of ⁇ 120 °, 150 ° to 210 °, and 240 ° to 300 ° are examples of angles that cannot be recognized as 90 °, 180 °, and 270 °, respectively.
  • FIG. 10 shows an example of a failure determination process that is repeatedly executed by the processor of the VCR controller 230 every first predetermined time when the VCR controller 230 is activated.
  • the failure determination process is stopped when it is determined that a failure has occurred in the resolver.
  • step 1 the processor of the VCR controller 230 reads a sine wave signal and a cosine wave signal from the resolver.
  • step 2 the processor of the VCR controller 230 calculates the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • step 3 the processor of the VCR controller 230 determines whether or not the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal is not less than the lower limit threshold and not more than the upper limit threshold, in other words, the sum of squares is within the normal range. If the processor of the VCR controller 230 determines that the sum of squares is greater than or equal to the lower threshold and less than or equal to the upper threshold, the process proceeds to step 4 (Yes), but determines that the sum of squares is less than the lower threshold or greater than the upper threshold. If so, the process proceeds to step 5 (No).
  • step 4 the processor of the VCR controller 230 determines that the resolver is normal, that is, the resolver has not failed.
  • step 5 the processor of the VCR controller 230 determines that a failure has occurred in the resolver.
  • a failure determination process it is determined whether or not a failure has occurred in the resolver based on whether or not the sum of squares of the sine wave signal and cosine wave signal output from the resolver is within a normal range. Specifically, if the sum of squares of the sine wave signal and cosine wave signal is within the normal range, the resolver is determined to be normal, and if the sum of squares deviates from the normal range, the resolver has failed. It is determined that
  • the processor of the VCR controller 230 When it is determined that the resolver has failed, the processor of the VCR controller 230 outputs a control signal to the compression ratio control actuator 198 of the VCR mechanism 190, and performs fail-safe operation for setting the compression ratio of the internal combustion engine 100 to the minimum compression ratio. You may migrate.
  • the processor of the VCR controller 230 determines that the resolver is out of order, the rotor obtained from the arc tangent of the sine wave signal and cosine wave signal of the resolver at an arbitrary timing (for example, when the engine is stopped). The rotation angle may be shifted within the normal range.
  • FIG. 11 shows an example of a failure determination cancellation process that is repeatedly executed every second predetermined time after the processor of the VCR controller 230 determines that the resolver has failed.
  • the second predetermined time may be the same as the first predetermined time or may be different from the first predetermined time.
  • the failure determination cancellation process is stopped when the resolver failure determination is canceled.
  • step 11 the processor of the VCR controller 230 reads a sine wave signal and a cosine wave signal from the resolver.
  • step 12 the processor of the VCR controller 230 calculates the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • step 13 the processor of the VCR controller 230 calculates the rotation angle of the rotating body by calculating the arc tangent of the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • step 14 the processor of the VCR controller 230 determines whether or not the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal is greater than or equal to the lower limit threshold and less than or equal to the upper limit threshold. If the processor of the VCR controller 230 determines that the sum of squares is greater than or equal to the lower threshold and less than or equal to the upper threshold, the process proceeds to step 15 (Yes), while determining that the sum of squares is less than the lower threshold or greater than the upper threshold. If so, the process proceeds to step 19 (No).
  • step 15 the processor of the VCR controller 230 causes the rotation angle of the rotating body to be not less than the lower limit angle and not more than the upper limit angle, that is, the rotation angle of the rotating body is 30 ° to 60 °, 120 ° to 150 °, 210 ° to 240 °. Alternatively, it is determined whether the angle is within the range of 300 ° to 330 °. If it is determined that the rotation angle of the rotating body is not less than the lower limit angle and not more than the upper limit angle, the process proceeds to step 16 (Yes), while the rotation angle of the rotating body is determined to be less than the upper limit angle or greater than the upper limit angle. If so, the process proceeds to step 19 (No).
  • step 16 the processor of the VCR controller 230 increments a counter that counts the number of times when the sum of squares is within the normal range and the rotation angle is determined to be within the predetermined angle range. This counter is reset to 0 when it is determined that a failure has occurred in the resolver.
  • the processor of the VCR controller 230 determines whether or not the counter indicates a predetermined number of times or more.
  • the predetermined number of times is a threshold value for eliminating even if the condition that the sum of squares is within the normal range and the rotation angle is within the predetermined angle range happens to happen for some reason. For example, it may be a constant of 2 or more.
  • the predetermined number of times is desirably stored in a non-volatile memory such as a flash ROM (Read Only Memory) so that it can be rewritten in response to an instruction from the outside.
  • the processor of the VCR controller 230 advances the process to step 18 if it is determined that the counter indicates the predetermined number or more (Yes), and ends the process if it is determined that the counter indicates the predetermined number of times. (No).
  • step 18 the processor of the VCR controller 230 cancels the resolver failure determination. Note that when the resolver failure determination is canceled, the failure determination process is re-executed. In step 19, the processor of the VCR controller 230 resets the counter to zero.
  • the resolver failure determination cancellation processing after determining that a failure has occurred in the resolver, the sum of squares of the sine wave signal and cosine wave signal is within the normal range, and the sine wave signal and cosine wave signal If the rotation angle of the rotating body obtained from the arc tangent of is within a predetermined angle range, it is determined that the resolver failure determination may have been erroneous. When the above condition is continuously established a predetermined number of times, it is determined that the resolver failure determination is an error, and the failure determination is canceled. For this reason, the normal determination precision of a resolver can be improved. Instead of using a counter, when the above condition is satisfied once, it may be determined that the resolver failure determination is an error.
  • the method of diagnosing a failure of the relative angle sensor 280 and the absolute angle sensor 290 as the rotation angle sensor has been described.
  • the rotation angle sensor other rotation angle sensors using a resolver or the like can be used. Also good.
  • the subject that diagnoses the rotation angle sensor failure is not limited to the processor of the VCR controller 230, but may be a failure diagnosis processor, a processor of another controller, or a dedicated circuit.

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Abstract

回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置は、２つの信号から求められる数値が所定範囲内にあるか否かに応じて、回転角度センサに故障が発生しているか否かを判定する。そして、回転角度センサの診断装置は、回転角度センサに故障が発生していると判定した場合、数値が所定範囲内にあり、かつ、２つの信号から求められる回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度であるとき、回転角度センサの故障判定を解除する。

Description

回転角度センサの診断装置及び診断方法、並びに、アクチュエータの制御装置
　本発明は、回転角度センサの診断装置及び診断方法、並びに、アクチュエータの制御装置に関する。
　回転角度センサにおいて、特開２０１２－１４５４８８号公報（特許文献１）に記載されるように、回転体の回転角度θに応じた正弦波信号（Ｓｉｎθ）及び余弦波信号（Ｃｏｓθ）の二乗和（Ｓｉｎ２θ＋Ｃｏｓ２θ）が正常範囲内にあるか否かによって、回転角度センサの故障を診断する技術が提案されている。
特開２０１２－１４５４８８号公報
　このような故障診断技術において、回転角度センサが正常であるにもかかわらず、例えば、正弦波信号又は余弦波信号にノイズが重畳したとき、その二乗和が一時的に正常範囲を逸脱し、故障と診断されてしまうおそれがある。回転角度センサが故障と診断された場合、制御対象システムがフェイルセイフ運転へと移行するので、その診断は誤りであったことを早急に確定し、フェイルセイフ運転を解除することが望ましい。しかしながら、正弦波信号及び余弦波信号の発生回路などのばらつきを考慮して正常範囲が設定されているため、その二乗和と正常範囲との比較だけでは、回転角度センサが正常であると確定することは困難であった。
　そこで、本発明は、回転角度センサの正常判定精度を向上させた、回転角度センサの診断装置及び診断方法、並びに、アクチュエータの制御装置を提供することを目的とする。
　このため、本発明では、回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置は、前記２つの信号から求められる数値が所定範囲内にあるか否かに応じて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを判定する。そして、回転角度センサの診断装置は、前記回転角度センサに故障が発生していると判定した場合、前記数値が前記所定範囲内にあり、かつ、前記２つの信号から求められる回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度であるとき、前記回転角度センサの故障判定を解除する。
　また、本発明では、回転体の回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの出力値から求められる回転角度が目標角度に収束するように、前記回転体を回転するアクチュエータを制御するアクチュエータの制御装置は、前記２つの信号から求められる数値が所定範囲内にあるか否かに応じて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを判定する。そして、アクチュエータの制御装置は、前記回転角度センサに故障が発生していると判定した場合、前記数値が前記所定範囲内にあり、かつ、前記２つの信号から求められる回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度であるとき、前記回転角度センサの故障判定を解除する。
　本発明によれば、回転角度センサの正常判定精度を向上させることができる。
車両用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。 レゾルバ出力の一例を示す説明図である。 正弦波信号が異常となった場合のレゾルバ出力及び二乗和の説明図である。 正弦波信号が異常となった場合の二乗和及び回転角度の説明図である。 余弦波信号が異常となった場合のレゾルバ出力及び二乗和の説明図である。 余弦波信号が異常となった場合の二乗和及び回転角度の説明図である。 正弦波信号が異常となった場合の回転角度の実測値の説明図である。 レゾルバが正常である場合に検出される回転角度の説明図である。 故障判定処理の一例を示すフローチャートである。 故障判定解除処理の一例を示すフローチャートである。
　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、車両用内燃機関の一例を示す。
　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を含むコンロッド（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栓１７０が取り付けられている。
　また、内燃機関１００は、吸気バルブ１３２の開期間のクランクシャフト１４０に対する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の容積を変更することで、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、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することもできる。
　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、燃焼室１６０の容積を変更させることで、内燃機関１００の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が回転自在に支持されている。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が回転自在に連結されている。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の一端に回動可能に連結され、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の他端に回動可能に連結され、下端側が制御シャフト１９６を介してシリンダブロック１１０の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御シャフト１９６は、回転可能に機関本体（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アクチュエータ１９８によって回動位置が制御される。
　このような複リンク機構を用いたＶＣＲ機構１９０においては、制御シャフト１９６が圧縮比制御アクチュエータ１９８によって回動されると、偏心カム部１９６Ａの中心位置、つまり、機関本体（シリンダブロック１１０）に対する相対位置が変化する。これにより、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の圧縮比が変更される。このとき、圧縮比制御アクチュエータ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、通常の制御範囲を越えて制御シャフト１９６が回転したときに、その変位（回転）を規制するストッパ機構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、を有する。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辺と当接し、構成部品の一例である制御シャフト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などのプロセッサを内蔵した、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などのプロセッサ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の間では、ＣＡＮ２４０を介して任意のデータを送受信できる。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を読み込むこともできる。
　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り検出された実際の角度（実角度）が目標角度に収束するように、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り検出された実際の圧縮比（実圧縮比）が目標圧縮比に収束するように、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ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、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力軸の相対角度を検出する相対角度センサ２８０と、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力軸に対して減速機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絶対角度センサ２９０と、を含む。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、機関始動時の絶対角度センサ２９０の出力値を基点として、相対角度センサ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、相対角度センサ２８０は、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、また、絶対角度センサ２９０は、制御シャフト１９６の絶対角度を検出できる反面、分解能が低いためである。
　相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ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レゾルバなどからなる。レゾルバは、例えば、回転体と一体的に回転するロータと、１相の励磁コイル及び２相の出力コイルが巻かれたステータと、を有する。そして、ステータの励磁コイルに交流電圧を印加すると、各出力コイルには、図３に示すように、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の２相電圧が発生する。
　そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、レゾルバ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、レゾルバから出力された正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を求め、この二乗和が正常範囲内にあるか否かに応じて、レゾルバに故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ＶＣＲコントローラ２３０は、レゾルバに故障が発生していると判定した場合、二乗和が正常範囲内にあり、かつ、回転体の回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度であるとき、レゾルバの故障判定を解除する。なお、ＶＣＲコントローラ２３０は、回転角度センサの診断装置、アクチュエータの制御装置としての機能を備えている。
　レゾルバの正弦波信号及び余弦波信号の生成回路及び処理回路には、その回路に固有のばらつきがあるため、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和は、レゾルバが正常であっても、一意な値（Ｓｉｎ２θ＋Ｃｏｓ２θ＝１）になるとは限らない。このため、正常範囲を画定する上限閾値及び下限閾値は、生成回路及び処理回路のばらつきを考慮し、例えば、一意な値に対して所定値を加減算することで設定されている。
　レゾルバの出力コイルに故障が発生し、図４に示すように、正弦波信号が常に０となると、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和は、余弦波信号の半分の周期で変化する余弦波形状を呈するようになる。この場合、正弦波信号が常に０となるため、正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度は、図５に示すように、常に０°又は１８０°となってしまう。従って、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が下限閾値以上である正常範囲であっても、回転体の回転角度が０°又は１８０°のままとなり、正常判定精度が良好ではないことが理解されよう。なお、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が上限閾値以下である正常範囲についても同様である（以下同様）。
　一方、レゾルバの出力コイルに故障が発生し、図６に示すように、余弦波信号が常に０となると、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和は、正弦波信号の半分の周期で変化する正弦波形状を呈するようになる。この場合、余弦波信号が常に０となるため、正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度は、図７に示すように、常に９０°又は２７０°となってしまう。従って、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が下限閾値以上である正常範囲であっても、回転体の回転角度が９０°又は２７０°のままとなり、正常判定精度が良好ではないことが理解されよう。
　レゾルバの正弦波信号が異常となった場合、正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度を０°～９０°の範囲内で実測すると、図８に示すように、０°～２８°の範囲に分布することが分かった。また、レゾルバの余弦波信号が異常となった場合、正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度は、同様にして、６２°～９０°の範囲に分布することが分かった。従って、レゾルバのばらつきなどを考慮すると、レゾルバが正常である場合、図９に示すように、その正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度は、３０°～６０°の範囲内にある可能性が高いことが把握できる。なお、回転体の回転角度が９０°～３６０°の範囲内においても、レゾルバが正常である場合、回転体の回転角度が１２０°～１５０°、２１０°～２４０°又は３００°～３３０°の範囲内にある可能性が高いことが同様に把握できる。
　よって、レゾルバに故障が発生したと判定された場合、その正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が正常範囲内にあり、かつ、その正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度が３０°～６０°、１２０°～１５０°、２１０°～２４０°又は３００°～３３０°の範囲内にあるとき、例えば、ノイズ重畳などによって誤判定が行なわれたと判断することができる。なお、回転体の回転角度が－３０°（３３０°）～３０°の範囲が、その回転角度が０°であると認識できない角度の一例として挙げられ、また、回転体の回転角度が６０°～１２０°、１５０°～２１０°及び２４０°～３００°の範囲が、夫々、その回転角度が９０°、１８０°及び２７０°であると認識できない角度の一例として挙げられる。
　図１０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のプロセッサが第１の所定時間ごとに繰り返し実行する、故障判定処理の一例を示す。なお、以下の説明においては、相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ２９０を区別する必要がないため、これらをレゾルバと称することとする。また、故障判定処理は、レゾルバに故障が発生していると判定された場合、その実行が中止される。
　ステップ１（図１０では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、レゾルバから正弦波信号及び余弦波信号を読み込む。
　ステップ２では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を算出する。
　ステップ３では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下、要するに、二乗和が正常範囲内にあるか否かを判定する。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下であると判定すれば処理をステップ４へと進める一方（Ｙｅｓ）、二乗和が下限閾値未満又は上限閾値より大きいと判定すれば処理をステップ５へと進める（Ｎｏ）。
　ステップ４では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、レゾルバは正常である、要するに、レゾルバに故障が発生していないと判定する。
　ステップ５では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、レゾルバに故障が発生していると判定する。
　かかる故障判定処理によれば、レゾルバから出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が正常範囲内にあるか否かに基づいて、レゾルバに故障が発生しているか否かが判定される。具体的には、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が正常範囲内にあれば、レゾルバが正常であると判定され、その二乗和が正常範囲を逸脱していれば、レゾルバが故障していると判定される。
　ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、レゾルバが故障していると判定したとき、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ１９８に制御信号を出力し、内燃機関１００の圧縮比を最低圧縮比にするフェイルセイフ運転に移行してもよい。また、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、レゾルバが故障していると判定したとき、任意のタイミング（例えば、機関停止中など）で、レゾルバの正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度を、正常範囲内にシフトしてもよい。
　図１１は、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、レゾルバが故障していると判定した後に第２の所定時間ごとに繰り返し実行する、故障判定解除処理の一例を示す。ここで、第２の所定時間は、第１の所定時間と同一であってもよく、また、第１の所定時間と異なっていてもよい。なお、故障判定解除処理は、レゾルバの故障判定が解除された場合、その実行が中止される。
　ステップ１１では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、レゾルバから正弦波信号及び余弦波信号を読み込む。
　ステップ１２では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を算出する。
　ステップ１３では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、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。
　ステップ１４では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、正弦波信号及び余弦波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を判定する。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下であると判定すれば処理をステップ１５へと進める一方（Ｙｅｓ）、二乗和が下限閾値未満又は上限閾値より大きいと判定すれば処理をステップ１９へと進める（Ｎｏ）。
　ステップ１５では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、回転体の回転角度が下限角度以上かつ上限角度以下、要するに、回転体の回転角度が３０°～６０°、１２０°～１５０°、２１０°～２４０°又は３００°～３３０°の角度範囲内にあるか否かを判定する。そして、回転体の回転角度が下限角度以上かつ上限角度以下であると判定すれば処理をステップ１６へと進める一方（Ｙｅｓ）、回転体の回転角度が下限角度未満又は上限角度より大きいと判定すれば処理をステップ１９へと進める（Ｎｏ）。
　ステップ１６では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、二乗和が正常範囲内にあり、かつ、回転角度が所定の角度範囲内にあると判定された回数を計数するカウンタをインクリメントする。なお、このカウンタは、レゾルバに故障が発生したと判定されたときに、０にリセットされる。
　ステップ１７では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、カウンタが所定回数以上を示しているか否かを判定する。ここで、所定回数は、何らかの原因で、二乗和が正常範囲内にあり、かつ、回転角度が所定の角度範囲内にある条件がたまたま成立しても、これを排除するための閾値であって、例えば、２以上の定数とすることができる。この所定回数は、外部からの指示に応答して書き換え可能とすべく、例えば、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリに格納しておくことが望ましい。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、カウンタが所定回数以上を示していると判定すれば処理をステップ１８へと進める一方（Ｙｅｓ）、カウンタが所定回数未満を示していると判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。
　ステップ１８では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、レゾルバの故障判定を解除する。なお、レゾルバの故障判定が解除された場合には、故障判定処理が再実行される。
　ステップ１９では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、カウンタを０にリセットする。
　かかる故障判定解除処理によれば、レゾルバに故障が発生していると判定された後、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が正常範囲内にあることに加え、正弦波信号及び余弦波信号の逆正接から求められる回転体の回転角度が所定の角度範囲内にあると、レゾルバの故障判定が誤りであった可能性があると判断される。そして、上記条件が連続して所定回数成立すると、レゾルバの故障判定は誤りであったと確定し、その故障判定が解除される。このため、レゾルバの正常判定精度を向上させることができる。なお、カウンタを用いずに、上記条件が１回成立したときに、レゾルバの故障判定は誤りであったと確定してもよい。
　また、レゾルバが正常であるにもかかわらず、例えば、正弦波信号又は余弦波信号にノイズが重畳して故障と判定されても、上記条件の成立によって故障判定が解除されるため、ＶＣＲ機構１９０などの制御対象システムのフェイルセイフ運転を抑制することができる。このため、制御対象システムの制御性が向上し、例えば、燃費向上、ドライバビリティなどを向上させることができる。
　以上の実施形態においては、回転角度センサとして相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ２９０の故障を診断する方法について説明したが、回転角度センサとしては、レゾルバなどを使用する他の回転角度センサであってもよい。また、回転角度センサの故障を診断する主体は、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサに限らず、故障診断用のプロセッサ、他のコントローラのプロセッサ、専用回路であってもよい。
　　２３０　ＶＣＲコントローラ
　　２８０　相対角度センサ
　　２９０　絶対角度センサ

Claims (15)

  1. 　回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置であって、
    　前記２つの信号から求められる数値が所定範囲内にあるか否かに応じて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを判定し、
    　前記回転角度センサに故障が発生していると判定した場合、前記数値が前記所定範囲内にあり、かつ、前記２つの信号から求められる回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度であるとき、前記回転角度センサの故障判定を解除する、
    　回転角度センサの診断装置。
  2. 　前記２つの信号は、正弦波信号及び余弦波信号である、
    　請求項１に記載の回転角度センサの診断装置。
  3. 　前記数値は、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の二乗和である、
    　請求項２に記載の回転角度センサの診断装置。
  4. 　前記数値が前記所定範囲内にあり、かつ、前記２つの信号から求められる回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度である条件が連続して所定回数成立したとき、前記回転角度センサの故障判定を解除する、
    　請求項１に記載の回転角度センサの診断装置。
  5. 　前記数値が前記所定範囲内にあるとき、前記回転角度センサが正常であると判定し、前記数値が前記所定範囲を逸脱しているとき、前記回転角度センサに故障が発生していると判定する、
    　請求項１に記載の回転角度センサの診断装置。
  6. 　前記回転角度センサは、内燃機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構の制御軸又はアクチュエータの回転角度を検出する、
    　請求項１に記載の回転角度センサの診断装置。
  7. 　前記回転角度センサは、回転体と一体的に回転するロータと、１相の励磁コイル及び２相の出力コイルを備えたステータと、を有するレゾルバである、
    　請求項１に記載の回転角度センサの診断装置。
  8. 　回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの診断装置が、
    　前記２つの信号から求められる数値が所定範囲内にあるか否かに応じて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを判定し、
    　前記回転角度センサに故障が発生していると判定した場合、前記数値が前記所定範囲内にあり、かつ、前記２つの信号から求められる回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度であるとき、前記回転角度センサの故障判定を解除する、
    　ことを特徴とする回転角度センサの診断方法。
  9. 　前記２つの信号は、正弦波信号及び余弦波信号である、
    　請求項８に記載の回転角度センサの診断方法。
  10. 　前記数値は、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の二乗和である、
    　請求項９に記載の回転角度センサの診断方法。
  11. 　回転体の回転角度に応じて相関する２つの信号を出力する回転角度センサの出力値から求められる回転角度が目標角度に収束するように、前記回転体を回転するアクチュエータを制御するアクチュエータの制御装置であって、前記２つの信号から求められる数値が所定範囲内にあるか否かに応じて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを判定し、前記回転角度センサに故障が発生していると判定した場合、前記数値が前記所定範囲内にあり、かつ、前記２つの信号から求められる回転角度が０°、９０°、１８０°又は２７０°であると認識できない角度であるとき、前記回転角度センサの故障判定を解除する、
    　アクチュエータの制御装置。
  12. 　前記回転角度センサに故障が発生していると判定したとき、前記アクチュエータをフェイルセイフ運転する、
    　請求項１１に記載のアクチュエータの制御装置。
  13. 　前記回転角度センサに故障が発生していると判定したとき、任意のタイミングで、前記回転角度センサの出力値から求められる回転角度を前記所定範囲内にシフトする、
    　請求項１１に記載のアクチュエータの制御装置。
  14. 　前記２つの信号は、正弦波信号及び余弦波信号である、
    　請求項１１に記載のアクチュエータの制御装置。
  15. 　前記数値は、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の二乗和である、
    　請求項１４に記載のアクチュエータの制御装置。
PCT/JP2017/021505 2016-06-09 2017-06-09 回転角度センサの診断装置及び診断方法、並びに、アクチュエータの制御装置 WO2017213259A1 (ja)

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