WO2017217461A1 - 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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日立オートモティブシステムズ株式会社
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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 method, and an actuator control device with improved failure diagnosis accuracy.
  • a diagnostic device for a rotation angle sensor that outputs two signals correlated in accordance with the rotation angle obtains a reference value from the two signals. Thereafter, the diagnostic device for the rotation angle sensor determines whether or not a failure has occurred in the rotation angle sensor based on whether or not the numerical value obtained from the two signals is within a predetermined range including the reference value. Diagnose.
  • the actuator control that controls the actuator that rotates the rotating body so that the output value of the rotating angle sensor that outputs two signals correlated in accordance with the rotation angle of the rotating body converges to the target angle.
  • the apparatus obtains a reference value from the two signals.
  • the actuator control device determines whether a failure has occurred in the rotation angle sensor based on whether the numerical value obtained from the two signals is within a predetermined range including the reference value. Diagnose.
  • 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 a block diagram which shows the production
  • 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 obtain 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.
  • the rotation angle obtained from the two signals of the relative angle sensor 280 is “output value of the relative angle sensor 280”
  • the rotation angle obtained from the two signals of the absolute angle sensor 290 is “absolute angle sensor”. 290 output value ".
  • the VCR controller 230 includes an excitation signal generator 230A, an excitation circuit 230B, a sine wave circuit 230C, a cosine wave circuit 230D, and an A / D converter 230E.
  • the excitation signal generator 230A generates an excitation signal composed of a sine wave (AC) having a predetermined frequency, for example.
  • the excitation circuit 230B amplifies the excitation signal from the excitation signal generator 230A and applies it to the excitation coil of the resolver Res.
  • the sine wave circuit 230C shapes the sine wave signal output from the output coil of the resolver Res and outputs it to the A / D converter 230E.
  • the cosine wave circuit 230D shapes the cosine wave signal output from the output coil of the resolver Res and outputs it to the A / D converter 230E.
  • the A / D converter 230E converts the sine wave signal and the cosine wave signal output from the sine wave circuit 230C and the cosine wave circuit 230D into digital signals.
  • the VCR controller 230 reads the sine wave signal and the cosine wave signal converted into digital signals by the A / D converter 230E, calculates the arc tangent thereof, and obtains the rotation angle of the rotating body. Based on the sum of squares of the signal, it is diagnosed whether or not a failure has occurred in the resolver Res. At this time, the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal includes individual variations such as variations in the excitation signal generator 230A, variations in the excitation circuit 230B, variations in the resolver Res, variations in the sine wave circuit 230C and the cosine wave circuit 230D. , Variation of the A / D converter 230E is included. Further, the square sum of the sine wave signal and the cosine wave signal includes, as non-reproducible variations, for example, variations due to temperature characteristics in each circuit, eccentric variations due to deteriorated wear of the rotor, and the like.
  • the VCR controller 230 learns a reference value for failure diagnosis when a learning flag output from a diagnostic tool connected to the CAN 240 changes from LOW to HI in a vehicle assembly factory. That is, the VCR controller 230 changes the compression ratio of the internal combustion engine 100 to the low compression ratio side so that the displacement of the control shaft 196 to the low compression ratio side is regulated by the stopper mechanism 210. Then, the VCR controller 230 changes the compression ratio of the internal combustion engine 100 to the high compression ratio side, and every predetermined angle ⁇ 0 until the control shaft 196 is restricted from being displaced to the high compression ratio side by the stopper mechanism 210.
  • the sum of squares of the sine wave signal and cosine wave signal output from the resolver Res is learned as a reference value. Since the reference value can be referred to in subsequent control, it is written in a table of a nonvolatile memory such as a flash ROM (Read Only Memory).
  • a nonvolatile memory such as a flash ROM (Read Only Memory).
  • FIG. 6 shows an example of a reference value learning process executed by the processor of the VCR controller 230 according to the control program stored in the nonvolatile memory.
  • This learning process can be executed during self-shutdown, for example, when the learning flag of the diagnostic tool changes from LOW to HI, or when the vehicle travels for a predetermined time or a predetermined distance.
  • a failure of the absolute angle sensor 290 is diagnosed, but a failure of the relative angle sensor 280 can also be diagnosed by a similar process.
  • step 1 the processor of the VCR controller 230 outputs, for example, a drive signal to the compression ratio control actuator 198 of the VCR mechanism 190, thereby The compression ratio control actuator 198 is rotated so that the compression ratio changes to the low compression ratio side.
  • the processor of the VCR controller 230 controls the rotation of the compression ratio control actuator 198 by, for example, speed feedback control (the same applies hereinafter).
  • step 2 the processor of the VCR controller 230 determines whether or not the compression ratio control actuator 198 has stopped, for example, based on whether or not the output value of the relative angle sensor 280 has changed.
  • the compression ratio control actuator 198 stops, the first member 210A of the stopper mechanism 210 comes into contact with the second member 210B, and the displacement of the control shaft 196 to the low compression ratio side is restricted. If the processor of the VCR controller 230 determines that the compression ratio control actuator 198 has stopped, the process proceeds to step 3 (Yes), while if it determines that the compression ratio control actuator 198 has not stopped, the process proceeds to step 3. Return to 1 (No).
  • step 3 the processor of the VCR controller 230 determines whether or not a first predetermined time has elapsed since the compression ratio control actuator 198 stopped using, for example, a built-in timing function.
  • the first predetermined time is to secure a time until the displacement of the control shaft 196 to the low compression ratio side is surely regulated.
  • the first predetermined time is an output of the compression ratio control actuator 198. It can be appropriately set according to the characteristics and the reduction ratio of the reducer 198A.
  • the processor of the VCR controller 230 proceeds to step 4 if it is determined that the first predetermined time has elapsed (Yes), but waits if it is determined that the first predetermined time has not elapsed (No). .
  • step 4 the processor of the VCR controller 230 obtains the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal output from the absolute angle sensor 290. Then, as shown in FIG. 7, the processor of the VCR controller 230 writes the sum of squares in association with the output value (rotation angle) of the absolute angle sensor 290 in the non-volatile memory table. In short, the processor of the VCR controller 230 associates and stores (learns) the rotation angle at which the displacement of the control shaft 196 to the low compression ratio side is restricted and the sum of squares.
  • step 5 the compression ratio control is performed so that the processor of the VCR controller 230 outputs a drive signal to the compression ratio control actuator 198 of the VCR mechanism 190, for example, so that the compression ratio of the internal combustion engine 100 changes to the high compression ratio side.
  • the actuator 198 is rotated.
  • step 6 the processor of the VCR controller 230 reads the output value of the absolute angle sensor 290, for example, and the control shaft 196 is set at a predetermined angle ⁇ with reference to the state where the displacement of the control shaft 196 to the low compression ratio side is regulated. It is determined whether or not a multiple of 0 has been rotated.
  • the predetermined angle ⁇ 0 can be appropriately set according to, for example, output characteristics of the absolute angle sensor 290, required accuracy, and the like. If the processor of the VCR controller 230 determines that the control shaft 196 has rotated a multiple of the predetermined angle ⁇ 0 , the process proceeds to step 7 (Yes), while the control shaft 196 has rotated a multiple of the predetermined angle ⁇ 0. If not, the process proceeds to step 8 (No).
  • step 7 the processor of the VCR controller 230 obtains the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal output from the absolute angle sensor 290. Then, as shown in FIG. 7, the processor of the VCR controller 230 sequentially writes the sum of squares in association with the output value (rotation angle) of the absolute angle sensor 290 in the table of the nonvolatile memory. In short, the processor of the VCR controller 230 stores (learns) the rotation angle of the control shaft 196 and the sum of squares in association with each other for each predetermined angle from the state in which the displacement of the control shaft 196 toward the low compression ratio is restricted.
  • step 8 the processor of the VCR controller 230 determines whether or not the compression ratio control actuator 198 has stopped, for example, based on whether or not the output value of the relative angle sensor 280 has changed.
  • the compression ratio control actuator 198 stops, the first member 210A of the stopper mechanism 210 comes into contact with the second member 210B, and the displacement of the control shaft 196 to the high compression ratio side is restricted. If the processor of the VCR controller 230 determines that the compression ratio control actuator 198 has stopped, the process proceeds to step 9 (Yes), while if it determines that the compression ratio control actuator 198 has not stopped, the process proceeds to step 9. Return to 5 (No).
  • step 9 the processor of the VCR controller 230 determines whether or not a second predetermined time has elapsed since the compression ratio control actuator 198 stopped using, for example, a built-in timing function.
  • the second predetermined time secures a time until the displacement of the control shaft 196 to the high compression ratio side is surely regulated.
  • the output of the compression ratio control actuator 198 is secured. It can be appropriately set according to the characteristics and the reduction ratio of the reducer 198A.
  • the second predetermined time may be the same as the first predetermined time or may be different from the first predetermined time.
  • the processor of the VCR controller 230 advances the process to step 10 if it is determined that the second predetermined time has elapsed (Yes), and waits if it is determined that the second predetermined time has not elapsed (No). .
  • the output of the absolute angle sensor 290 is in a state where the displacement of the control shaft 196 toward the high compression ratio is restricted.
  • the value (rotation angle) and the sum of squares may be written in the table of the nonvolatile memory. If there is a vacant table in the nonvolatile memory, the last stored output value and sum of squares of the absolute angle sensor 290 may be written.
  • step 10 the processor of the VCR controller 230 operates as an operation range of the control shaft 196, which is defined by a state in which the displacement toward the low compression ratio is restricted and a state in which the displacement toward the high compression ratio is restricted. Set the range and write it to the non-volatile memory.
  • This operating range can contribute to, for example, suppressing the control shaft 196 from rotating beyond the operating range and reducing the amount of heat generated by the compression ratio control actuator 198, power consumption, and the like.
  • the output values of the relative angle sensor 280 and the absolute angle sensor 290 begin to gradually change toward the restriction position on the high compression ratio side.
  • the sum of squares of the sine wave signal and cosine wave signal output from the absolute angle sensor 290 each time the control shaft 196 rotates by a predetermined angle. Is stored in the non-volatile memory table in a state associated with the output value of the absolute angle sensor 290.
  • the operation range of the compression ratio control actuator 198 is set.
  • the non-volatile memory table is written in a state in which the rotation angle and the sum of squares are associated with each other in response to an external instruction at a vehicle assembly plant or the like. For this reason, if the environment of a vehicle assembly plant or the like is managed to be constant, it is considered that only the individual variation of the absolute angle sensor 290 is included in the sum of squares written in the table. Therefore, a failure can be diagnosed by referring to the table of the nonvolatile memory and using the sum of squares stored therein as a reference value.
  • FIG. 9 shows an example of a failure diagnosis process of the absolute angle sensor 290 that is executed by the processor of the VCR controller 230 according to the control program stored in the nonvolatile memory after the learning process is completed.
  • step 11 the processor of the VCR controller 230 reads the sine wave signal and the cosine wave signal from the absolute angle sensor 290.
  • 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 control shaft 196 by calculating the arc tangent of the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • step 14 the processor of the VCR controller 230 refers to the non-volatile memory table and sets an upper threshold and a lower threshold for diagnosing a failure. That is, the processor of the VCR controller 230 refers to the table of the nonvolatile memory and obtains a square sum (reference value) associated with the rotation angle of the control shaft 196.
  • the processor of the VCR controller 230 calculates a predetermined ratio (for example, 15%) of the sum of squares to obtain a predetermined value, and sets the upper and lower thresholds by adding and subtracting the predetermined value to and from the square sum.
  • a predetermined ratio for example, 15%
  • the processor of the VCR controller 230 can multiply the square sum by a different predetermined ratio (for example, 1.15 and 0.85), or add or subtract a certain value (fixed value) to the square sum to obtain the upper limit.
  • a threshold value and a lower threshold value can also be set.
  • the processor of the VCR controller 230 sets a predetermined range including the sum of squares in consideration of non-reproduction variation.
  • step 15 the processor of the VCR controller 230 determines whether the sum of squares 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 a normal range (predetermined range). If the processor of the VCR controller 230 determines that the sum of squares is not less than the lower threshold and not more than the upper threshold, the process proceeds to step 16 (Yes), but if the sum of squares is not less than the lower threshold and not more than the upper threshold. If determined, the process proceeds to step 17 (No).
  • step 16 the processor of the VCR controller 230 determines that the absolute angle sensor 290 is normal.
  • step 17 the processor of the VCR controller 230 determines that the absolute angle sensor 290 has failed.
  • the threshold value for diagnosing a failure of the absolute angle sensor 290 is obtained by considering non-reproducible variation with respect to a reference value including only individual variation. For this reason, as shown in FIG. 10, the lower limit threshold value for diagnosing the failure of the absolute angle sensor 290 is larger than the value set so that no erroneous diagnosis is performed, and the failure has occurred in the absolute angle sensor 290. The frequency of diagnosis can be improved. The same applies to the upper threshold for diagnosing a failure of the absolute angle sensor 290. When the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal output from the absolute angle sensor 290 exceeds the threshold value, it is diagnosed that a failure has occurred in the absolute angle sensor 290.
  • the absolute angle sensor 290 is diagnosed as normal. Therefore, the failure diagnosis accuracy of the absolute angle sensor 290 can be improved.
  • the sine wave signal when the output coil that outputs the sine wave signal is short-circuited, the sine wave signal always shows 0 as shown in FIG. In this case, the sum of squares of the sine wave signal and the cosine wave signal exhibits a cosine wave shape that changes in half the period of the cosine wave signal, as shown in FIG. Since the threshold range defined by the upper limit threshold and the lower limit threshold is narrowed, this can be diagnosed early even if the output coil that outputs the sine wave signal is short-circuited.
  • the processor of the VCR controller 230 diagnoses that a failure has occurred in the absolute angle sensor 290
  • the processor outputs a control signal to the compression ratio control actuator 198 of the VCR mechanism 190 to fail-safe the internal combustion engine to a minimum compression ratio. You may shift to driving.
  • the processor of the VCR controller 230 diagnoses that a failure has occurred in the absolute angle sensor 290
  • the output value of the absolute angle sensor 290 is set to an upper threshold and a lower threshold at an arbitrary timing (for example, when the engine is stopped). You may shift within the range defined by.
  • the rotation angle sensor may be another angle sensor using a resolver or the like.
  • 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つの信号から基準値を求める。その後、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、基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する。

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
　しかしながら、回転角度センサ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、回転角度センサが正常であっても、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て誤診断が行われない値に設定されており、故障診断精度が良好ではなかった。
　そこで、本発明は、故障診断精度を向上させた、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つの信号から基準値を求める。その後、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、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する。
　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つの信号から基準値を求める。その後、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、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する。
　本発明によれば、回転角度センサの故障診断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。 正弦波信号及び余弦波信号の生成回路及び処理回路を示す構成図である。 正弦波信号及び余弦波信号の二乗和に含まれるばらつきの説明図である。 基準値の学習処理の一例を示すフローチャートである。 正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を記憶するテーブルの説明図である。 学習処理の一例を示すタイムチャートである。 故障診断処理の一例を示すフローチャートである。 絶対角度センサの故障を診断する閾値の説明図である。 正弦波信号が異常となった場合の二乗和の説明図である。
　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、機構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。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。なお、以下の説明においては、相対角度センサ２８０の２つの信号から求めた回転角度を「相対角度センサ２８０の出力値」、絶対角度センサ２９０の２つの信号から求めた回転角度を「絶対角度センサ２９０の出力値」と呼ぶこととする。
　ここで、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のばらつきについて考察する。
　ＶＣＲコントローラ２３０は、図４に示すように、励磁信号生成器２３０Ａ、励磁回路２３０Ｂ、正弦波回路２３０Ｃ、余弦波回路２３０Ｄ及びＡ／Ｄ変換器２３０Ｅを有する。励磁信号生成器２３０Ａは、例えば、所定周波数の正弦波（交流）からなる励磁信号を生成する。励磁回路２３０Ｂは、励磁信号生成器２３０Ａからの励磁信号を増幅して、レゾルバＲｅｓの励磁コイルに印加する。正弦波回路２３０Ｃは、レゾルバＲｅｓの出力コイルから出力された正弦波信号を整形し、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅへと出力する。余弦波回路２３０Ｄは、レゾルバＲｅｓの出力コイルから出力された余弦波信号を整形し、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅへと出力する。Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅは、正弦波回路２３０Ｃ及び余弦波回路２３０Ｄから出力された正弦波信号及び余弦波信号をデジタル信号に変換する。
　そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅでデジタル信号に変換された正弦波信号及び余弦波信号を読み込み、その逆正接を演算することで回転体の回転角度を求めると共に、この２つの信号の二乗和に基づいてレゾルバＲｅｓに故障が発生しているか否かを診断する。このとき、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和には、個体ばらつきとして、励磁信号生成器２３０Ａのばらつき、励磁回路２３０Ｂのばらつき、レゾルバＲｅｓのばらつき、正弦波回路２３０Ｃ及び余弦波回路２３０Ｄのばらつき、Ａ／Ｄ変換器２３０Ｅのばらつきが含まれている。また、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和には、非再現ばらつきとして、例えば、各回路における温度特性によるばらつき、ロータの劣化摩耗による偏心ばらつきなどが含まれている。
　正弦波信号及び余弦波信号の二乗和のばらつきについて、図５に示すように、「個体ばらつき＋非再現ばらつき」と「個体ばらつき」とを比較すると、「個体ばらつき」がばらつきの大半を占めている。従って、ＶＣＲコントローラ２３０の初期化処理として、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を演算すれば、個体ばらつきのみを含んだ基準値（学習値）を求めることができる。そして、この基準値に対して、非再現ばらつきを考慮することで、故障診断用の閾値（上限閾値及び下限閾値）を求めることができる。
　ＶＣＲコントローラ２３０は、例えば、車両の組立工場において、ＣＡＮ２４０に接続された診断ツールから出力される学習フラグがＬＯＷからＨＩになったことを契機として、故障診断の基準値を夫々学習する。即ち、ＶＣＲコントローラ２３０は、内燃機関１００の圧縮比を低圧縮比側へと変化させ、制御シャフト１９６が、ストッパ機構２１０により低圧縮比側への変位が規制された状態とする。そして、ＶＣＲコントローラ２３０は、内燃機関１００の圧縮比を高圧縮比側へと変化させ、制御シャフト１９６が、ストッパ機構２１０により高圧縮比側への変位が規制されるまでの所定角度θ0ごとに、レゾルバＲｅｓから出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を基準値として学習する。基準値は、その後の制御で参照され得るため、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリのテーブルに書き込まれる。
　図６は、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、不揮発性メモリに格納された制御プログラムに従って実行する、基準値の学習処理の一例を示す。この学習処理は、診断ツールの学習フラグがＬＯＷからＨＩになったことを契機とする他、例えば、車両が所定時間又は所定距離走行したことを契機として、セルフシャットダウン中に実行することもできる。なお、以下の説明では、絶対角度センサ２９０の故障を診断することを前提としているが、同様な処理によって、相対角度センサ２８０の故障を診断することもできる。
　ステップ１（図６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、例えば、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ１９８に駆動信号を出力することで、内燃機関１００の圧縮比が低圧縮比側に変化するように圧縮比制御アクチュエータ１９８を回転させる。このとき、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、例えば、速度フィードバック制御により圧縮比制御アクチュエータ１９８の回転を制御する（以下同様）。
　ステップ２では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、相対角度センサ２８０の出力値が変化したか否かを介して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したか否かを判定する。圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したときには、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態となっている。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したと判定すれば処理をステップ３へと進める一方（Ｙｅｓ）、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止していないと判定すれば処理をステップ１へと戻す（Ｎｏ）。
　ステップ３では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、内蔵された計時機能を利用して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止してから第１の所定時間経過したか否かを判定する。ここで、第１の所定時間は、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が確実に規制された状態となるまでの時間を確保するものであって、例えば、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力特性及び減速機１９８Ａの減速比などに応じて適宜設定することができる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、第１の所定時間経過したと判定すれば処理をステップ４へと進める一方（Ｙｅｓ）、第１の所定時間経過していないと判定すれば待機する（Ｎｏ）。
　ステップ４では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を求める。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、図７に示すように、不揮発性メモリのテーブルに、絶対角度センサ２９０の出力値（回転角度）に関連付けて二乗和を書き込む。要するに、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された回転角度と二乗和とを関連付けて記憶（学習）する。
　ステップ５では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、ＶＣＲ機構１９０の圧縮比制御アクチュエータ１９８に駆動信号を出力することで、内燃機関１００の圧縮比が高圧縮比側に変化するように圧縮比制御アクチュエータ１９８を回転させる。
　ステップ６では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、絶対角度センサ２９０の出力値を読み込み、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態を基準として、制御シャフト１９６が所定角度θ0の倍数回転したか否かを判定する。ここで、所定角度θ0は、例えば、絶対角度センサ２９０の出力特性、要求される精度などに応じて適宜設定することができる。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、制御シャフト１９６が所定角度θ0の倍数回転したと判定すれば処理をステップ７へと進める一方（Ｙｅｓ）、制御シャフト１９６が所定角度θ0の倍数回転していないと判定すれば処理をステップ８へと進める（Ｎｏ）。
　ステップ７では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和を求める。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、図７に示すように、不揮発性メモリのテーブルに、絶対角度センサ２９０の出力値（回転角度）に関連付けて二乗和を順次書き込む。要するに、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、低圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態から所定角度ごとに、制御シャフト１９６の回転角度と二乗和とを関連付けて記憶（学習）する。
　ステップ８では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、相対角度センサ２８０の出力値が変化したか否かを介して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したか否かを判定する。圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したときには、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、高圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態となっている。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止したと判定すれば処理をステップ９へと進める一方（Ｙｅｓ）、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止していないと判定すれば処理をステップ５へと戻す（Ｎｏ）。
　ステップ９では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、例えば、内蔵された計時機能を利用して、圧縮比制御アクチュエータ１９８が停止してから第２の所定時間経過したか否かを判定する。ここで、第２の所定時間は、高圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が確実に規制された状態となるまでの時間を確保するものであって、例えば、圧縮比制御アクチュエータ１９８の出力特性及び減速機１９８Ａの減速比などに応じて適宜設定することができる。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、第１の所定時間と異なっていてもよい。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、第２の所定時間経過したと判定すれば処理をステップ１０へと進める一方（Ｙｅｓ）、第２の所定時間経過していないと判定すれば待機する（Ｎｏ）。
　なお、高圧縮比側への規制位置は、所定角度の倍数になっていない可能性があるため、高圧縮比側への制御シャフト１９６の変位が規制された状態では、絶対角度センサ２９０の出力値（回転角度）及び二乗和を不揮発性メモリのテーブルに書き込めばよい。また、不揮発性メモリのテーブルに空きがある場合には、最後に記憶した絶対角度センサ２９０の出力値及び二乗和を書き込めばよい。
　ステップ１０では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、制御シャフト１９６の作動範囲として、低圧縮比側への変位が規制された状態と高圧縮比側への変位が規制された状態とにより画定される作動範囲を設定し、これを不揮発性メモリに書き込む。この作動範囲は、例えば、制御シャフト１９６が作動範囲を越えて回転しようとすることを抑制し、圧縮比制御アクチュエータ１９８の発熱量、消費電力などを低減することに寄与することができる。
　かかる学習処理によれば、図８に示すように、診断ツールから出力される学習フラグがＬＯＷからＨＩになると、ＶＣＲ機構１９０の制御シャフト１９６が低圧縮比側へと回転し、相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ２９０の各出力値が低圧縮比側の規制位置に向かって徐々に変化し始める。制御シャフト１９６が低圧縮比側の規制位置に向かって変化した結果、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、低圧縮比側への変位が規制された状態で第１の所定時間経過すると、ＶＣＲ機構１９０の制御シャフト１９６が高圧縮比側へと回転し始める。
　そして、制御シャフト１９６の回転に伴って、相対角度センサ２８０及び絶対角度センサ２９０の各出力値が高圧縮比側の規制位置へと向かって徐々に変化し始める。低圧縮比側の規制位置から高圧縮比側の規制位置まで変化する過程において、制御シャフト１９６が所定角度回転するたびに、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が求められ、絶対角度センサ２９０の出力値と関連付けられた状態で不揮発性メモリのテーブルに格納される。また、制御シャフト１９６が高圧縮比側の規制位置に向かって変化した結果、ストッパ機構２１０の第１の部材２１０Ａが第２の部材２１０Ｂに当接し、高圧縮比側への変位が規制された状態で第２の所定時間経過すると、圧縮比制御アクチュエータ１９８の作動範囲が設定される。
　不揮発性メモリのテーブルには、車両の組立工場などにおいて外部からの指示に応答して、回転角度及び二乗和が関連付けられた状態で書き込まれる。このため、車両の組立工場などの環境を一定に管理すれば、テーブルに書き込まれる二乗和には、絶対角度センサ２９０の個体ばらつきのみが含まれていると考えられる。従って、不揮発性メモリのテーブルを参照し、そこに格納された二乗和を基準値として故障を診断することができる。
　図９は、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、学習処理が終了した後、不揮発性メモリに格納された制御プログラムに従って実行する、絶対角度センサ２９０の故障診断処理の一例を示す。
　ステップ１１では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０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、制御シャフト１９６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、不揮発性メモリのテーブルを参照し、故障を診断するための上限閾値及び下限閾値を設定する。即ち、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、不揮発性メモリのテーブルを参照し、制御シャフト１９６の回転角度に関連付けられている二乗和（基準値）を求める。そして、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、二乗和の所定割合（例えば、１５％）を算出して所定値とし、二乗和に所定値を加減算することで、上限閾値及び下限閾値を設定する。なお、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、二乗和に異なる所定比率（例えば、１．１５及び０．８５）を乗算することで、又は、二乗和に一定値（固定値)を加減算することで、上限閾値及び下限閾値を設定することもできる。要するに、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、非再現ばらつきを考慮して、二乗和を包含する所定範囲を設定する。
　ステップ１５では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、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（所定範囲）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にあると判定すれば処理をステップ１６へと進める一方（Ｙｅｓ）、二乗和が下限閾値以上かつ上限閾値以下にないと判定すれば処理をステップ１７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、絶対角度センサ２９０が正常であると判定する。
　ステップ１７では、ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサが、絶対角度センサ２９０が故障していると判定する。
　かかる故障診断処理によれば、絶対角度センサ２９０の故障を診断する閾値は、個体ばらつきのみを含んでいる基準値に対して、非再現ばらつきを考慮することで求められる。このため、図１０に示すように、絶対角度センサ２９０の故障を診断する下限閾値は、誤診断が行われないように設定された値より大きくなり、絶対角度センサ２９０に故障が発生していると診断する頻度を向上させることができる。なお、絶対角度センサ２９０の故障を診断する上限閾値についても同様である。そして、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が閾値を越えると、絶対角度センサ２９０に故障が発生していると診断される。一方、絶対角度センサ２９０から出力される正弦波信号及び余弦波信号の二乗和が閾値を越えなければ、絶対角度センサ２９０は正常であると診断される。従って、絶対角度センサ２９０の故障診断精度を向上させることができる。
　絶対角度センサ２９０において、正弦波信号を出力する出力コイルがショートすると、図１１に示すように、正弦波信号が常に０を示すようになる。この場合、正弦波信号及び余弦波信号の二乗和は、図１１に示すように、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。そして、上限閾値及び下限閾値で画定される閾値の範囲が狭くなったことから、正弦波信号を出力する出力コイルがショートしても、これを早期に診断することができる。また、ノイズ重畳などによって故障が発生したと誤診断されても、早期に絶対角度センサ２９０が正常であると診断されるので、例えば、故障発生によって移行したフェイルセイフ運転を解除することができ、制御対象システムであるＶＣＲ機構１９０の機能を発揮することができる。
　ＶＣＲコントローラ２３０のプロセッサは、絶対角度センサ２９０に故障が発生したと診断した場合、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、絶対角度センサ２９０に故障が発生したと診断した場合、任意のタイミング（例えば、機関停止中など）で、絶対角度センサ２９０の出力値を、上限閾値及び下限閾値で画定される範囲内にシフトしてもよい。
　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、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
　　Ｒｅｓ　レゾルバ

Claims (16)

  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、前記２つの信号から事前に求められた基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する、
    　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. 　前記基準値及び前記数値は、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. 　前記基準値は、所定角度ごとに求められる、
    　請求項１に記載の回転角度センサの診断装置。
  5. 　前記所定範囲は、前記基準値の所定割合である幅を有する、
    　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診断し、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診断する、
    　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、内燃機関の圧縮比を可変とする可変圧縮比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。
  8. 　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。
  9. 　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つの信号から基準値を求めた後、
    　前記２つの信号から求められる数値が、前記基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する、
    　回転角度センサの診断方法。
  10. 　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９に記載の回転角度センサの診断方法。
  11. 　前記基準値及び前記数値は、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１０に記載の回転角度センサの診断方法。
  12. 　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、前記２つの信号から事前に求められた基準値を包含する所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記回転角度センサに故障が発生しているか否かを診断する、
    　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診断したとき、前記アクチュエータをフェイルセイフ運転へと切り替える、
    　請求項１２に記載のアクチュエータの制御装置。
  14. 　前記回転角度センサに故障が発生していると診断したとき、任意のタイミングで、前記回転角度センサの出力値を前記所定範囲内にシフトする、
    　請求項１２に記載のアクチュエータの制御装置。
  15. 　前記回転体は、内燃機関の圧縮比を可変とする可変圧縮比機構の制御軸である、
    　請求項１２に記載のアクチュエータの制御装置。
  16. 　前記基準値は、前記制御軸の低圧縮比側及び高圧縮比側への回転を規制するストッパ機構の作動範囲で求められる、
    　請求項１５に記載のアクチュエータの制御装置。
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