WO2018173504A1 - 回転角度検出装置及びその位相ずれ検出方法 - Google Patents

回転角度検出装置及びその位相ずれ検出方法 Download PDF

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phase shift
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浩幸 侭田
和彦 新井
真吾 大場
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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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    • F02D41/22Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle detection device including a resolver and a phase shift detection method thereof.
  • the amplitude of an electromotive voltage induced through a rotor in two detection coils fixed at a phase difference of 90 ° by an AC excitation signal supplied to an excitation coil of a resolver is There is known one that utilizes the fact that it fluctuates in the form of a cosine wave and a sine wave as the rotor rotates (see, for example, Patent Document 1).
  • the resolver signal output from each of the two detection coils is sampled at the timing of the peak value by a timer signal having a predetermined period of the excitation signal, and the sampling voltage value is A / D (Analog / Digital)
  • the rotation angle of the rotor is detected based on the converted digital data.
  • an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device capable of detecting a phase shift between an excitation signal and a timer signal while reducing costs.
  • the rotational angle detection device is provided with a resolver that receives an alternating excitation signal and outputs an alternating resolver signal that is induced by the excitation signal and changes in amplitude according to the rotational angle of the rotor, and the excitation signal.
  • the resolver signal is periodically output at the timing when the excitation signal reaches the peak value when there is no phase shift between the excitation signal and the timer signal.
  • the rotation angle of the rotor is determined.
  • a rotation angle calculation unit for calculating, based on the timer signal, periodically sampling the excitation signal at a predetermined timing and sampling
  • An excitation signal converter that A / D converts the voltage value of the excitation signal, and a phase shift that detects the presence or absence of a phase shift based on a change in the second conversion value obtained by A / D conversion at the excitation signal converter
  • a detection unit for calculating, based on the timer signal, periodically sampling the excitation signal at a predetermined timing and sampling
  • An excitation signal converter that A / D converts the voltage value of the excitation signal, and a phase shift that detects the presence or absence of a phase shift based on a change in the second conversion value obtained by A / D conversion at the excitation signal converter
  • a detection unit for calculating, based on the timer signal, periodically sampling the excitation signal at a predetermined timing and sampling
  • the phase shift detection method of the rotation angle detection device outputs an AC resolver signal that receives an AC excitation signal and varies in amplitude according to the rotation angle of the rotor while being induced by the excitation signal. Based on the resolver and the timer signal that has undergone initial phase alignment with the excitation signal, the period at which the excitation signal reaches its peak value when there is no phase shift between the excitation signal and the timer signal.
  • the resolver signal is sampled and the voltage value of the sampled resolver signal is A / D converted, and based on the first conversion value obtained by A / D conversion at the resolver signal converter And a rotation angle calculation unit that calculates a rotation angle of the child, the excitation signal is sampled periodically at a predetermined timing based on the timer signal. Grayed, the voltage value of the sampled excitation signal to obtain a second conversion value by converting A / D, detects the presence or absence of a phase shift based on the second conversion value.
  • the rotation angle detection device of the present invention it is possible to detect a phase shift between the excitation signal and the timer signal while reducing the cost.
  • 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.
  • a fuel injection valve 170 for injecting fuel and an ignition plug 180 for igniting a mixture of fuel and air are attached to the cylinder head 130 so as to face the combustion chamber 160.
  • the crankshaft 140 has a plurality of journal portions 140A and a crankpin portion 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.
  • the upper link 150B has a lower end side rotatably connected to one end of the lower link 150A by a connecting pin 152, and an upper end side rotatably connected to the piston 120 by a piston pin 154.
  • the internal combustion engine 100 includes a variable compression ratio (VCR) mechanism 190 that makes the compression ratio variable by changing the volume of the combustion chamber 160.
  • VCR variable compression ratio
  • 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 upper end of the control link 192 is rotatably connected to the other end of the lower link 150A by a connecting pin 194, and the lower end is rotatably connected to the lower portion of the cylinder block 110 via the 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 is fitted rotatably.
  • the control shaft 196 is meshed with an output shaft 198B of a compression ratio control actuator 198 (that is, the electric motor 198A) using the electric motor 198A as a power source via a reduction gear 198C.
  • a compression ratio control actuator 198 that is, the electric motor 198A
  • the rotational position of the control shaft 196 is controlled.
  • the VCR mechanism 190 is electronically controlled by a VCR controller 200 incorporating a processor such as a microcomputer.
  • the VCR controller 200 is communicably connected to an engine controller 220 including a processor such as a microcomputer that electronically controls the internal combustion engine 100 via a CAN (Controller Area Network) 210 which is an example of an in-vehicle network. Yes. Therefore, arbitrary data can be transmitted and received between the VCR controller 200 and the engine controller 220 via the CAN 210.
  • CAN Controller Area Network
  • the engine controller 220 receives output signals from a rotation speed sensor 230 that detects the rotation speed Ne of the internal combustion engine 100 and a load sensor 240 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 220 refers to a map in which a compression ratio suitable for the rotation speed and the load is set, and calculates a target compression ratio by the VCR mechanism 190 according to the rotation speed Ne and the load Q of the internal combustion engine 100. Then, the engine controller 220 transmits target compression ratio data to the VCR controller 200 via the CAN 210.
  • the VCR controller 200 that has received the target compression ratio data 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 output to (electric motor 198A) is controlled.
  • the VCR controller 200 controls the drive current for the compression ratio control actuator 198 by outputting a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the control terminal of the semiconductor switching element to turn on or off the semiconductor switching element.
  • the VCR controller 200 calculates a duty ratio, which is an on / off time ratio of the semiconductor switching element, based on the deviation between the target compression ratio and the actual compression ratio, and outputs a PWM signal having this duty ratio. Output.
  • the compression ratio sensor that detects the actual compression ratio of the internal combustion engine 100 includes a resolver 250 that is a relative angle sensor for detecting the relative angle ⁇ r of the output shaft 198B of the compression ratio control actuator 198, and the output shaft of the compression ratio control actuator 198. And an absolute angle sensor 260 for detecting the absolute angle ⁇ a of the control shaft 196 meshingly connected to 198B.
  • the resolver 250 detects the rotation angle of the output shaft 198B of the compression ratio control actuator 198 in the range of 0 to 360 °.
  • the VCR controller 200 adds the amount of change in the relative angle ⁇ r based on the output value of the resolver 250 to the absolute angle ⁇ a based on the output value of the absolute angle sensor 260 at the time of starting the engine, so that the absolute value of the control shaft 196 is increased. Calculate the angle.
  • the VCR controller 200 detects the actual compression ratio of the internal combustion engine 100 according to the absolute angle of the control shaft 196.
  • the resolver 250 and the absolute angle sensor 260 are used together, the resolver 250 has high resolution, but cannot distinguish between 0 ° and 360 ° of the same phase, for example. This is because the absolute angle can be detected, but the resolution is low.
  • FIG. 2 shows an example of a first embodiment of a relative angle detection device that detects the relative angle ⁇ r.
  • the relative angle detection device (rotation angle detection device) includes a resolver 250 and a part of the VCR controller 200.
  • the resolver 250 receives the excitation signal from the VCR controller 200 and outputs a resolver signal corresponding to the rotation angle of the output shaft 198B of the compression ratio control actuator 198.
  • the VCR controller 200 outputs the resolver signal output from the resolver 250 to the resolver signal. Based on this, the relative angle ⁇ r is detected.
  • the resolver 250 includes a rotor 251, an excitation coil 252, and a pair of detection coils 253 and 254.
  • the rotor 251 is mounted coaxially with the output shaft 198B of the compression ratio control actuator 198 and rotates integrally with the output shaft 198B of the compression ratio control actuator 198.
  • the excitation coil 252 is supplied with an excitation signal from the VCR controller 200.
  • the pair of detection coils 253 and 254 outputs an electromotive voltage induced via the rotor 251 by the electromagnetic force of the excitation coil 252 supplied with the excitation signal as a resolver signal.
  • the pair of detection coils 253 and 254 are fixed in the vicinity of the rotor 251 with a phase difference of 90 °. Further, the circumferential side surface of the rotor 251 is uneven so that the distances or gaps with the detection coils 253 and 254 periodically change according to the rotation angle of the rotor 251.
  • FIG. 3 shows the voltage value of the excitation signal supplied to the excitation coil 252 of the resolver 250 and resolver signals (cosine signal / sine) output from the pair of detection coils 253 and 254 as the rotor 251 of the resolver 250 rotates. Signal) and the voltage value.
  • the excitation signal supplied from the VCR controller 200 to the excitation coil 252 is an AC voltage such as a sine wave having a period P (for example, 100 ⁇ s) and an amplitude ( ⁇ V m to + V m ). is there.
  • the resolver signal output from the pair of detection coils 253 and 254 is an electromotive voltage induced via the rotor 251 by the electromagnetic force of the excitation coil 252 to which the excitation signal is supplied.
  • the peak value timing is an AC voltage substantially similar to the excitation signal.
  • the detection coil 253 is generated by the electromagnetic force of the excitation coil 252 as shown in FIG.
  • the resolver signal in which the amplitude (peak value) of the generated electromotive voltage fluctuates in a cosine wave (COS or ⁇ COS) shape with the voltage value ( ⁇ V c to + V c ) as the amplitude with respect to the rotation angle of the rotor 251. Output. Further, as shown in FIG.
  • the detection coil 254 has an amplitude (peak value) of an electromotive voltage generated by the electromagnetic force of the excitation coil 252 with respect to the rotation angle of the rotor 251 ( ⁇ A resolver signal that varies in a sine wave (SIN or -SIN) shape having an amplitude of V s to + V s ) is output. Therefore, if the peak value of each resolver signal output from the pair of detection coils 253 and 254 can be detected, the rotation angle of the rotor 251, that is, the relative angle ⁇ r can be detected.
  • the resolver signal output from the detection coil 253 is referred to as a cosine signal
  • the resolver signal output from the detection coil 254 is referred to as a sine signal.
  • the VCR controller 200 includes an excitation signal generation unit 201, a cosine signal conversion unit 202, a sine signal conversion unit 203, and a relative angle calculation unit (rotation angle calculation unit) 204.
  • the excitation signal generator 201 generates an excitation signal to be output to the excitation coil 252 of the resolver 250 based on an internal clock signal output from an internal transmitter (not shown).
  • the cosine signal conversion unit 202 is an A / D converter that samples the cosine signal output from the detection coil 253 of the resolver 250 and converts the voltage value into A / D (Analog / Digital).
  • the sine signal converter 203 is an A / D converter that samples the sine signal output from the detection coil 254 of the resolver 250 and A / D converts the voltage value.
  • the relative angle calculation unit 204 calculates an arc tangent (ARCTAN) based on digital data as an A / D conversion value (first conversion value) converted by the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203. Then, the rotation angle of the rotor 251, that is, the relative angle ⁇ r is calculated.
  • the cosine signal converter 202 and the sine signal converter 203 form a resolver signal converter.
  • the VCR controller 200 includes a trigger signal generation unit 205, a timer signal generation unit 206, and a reference signal generation unit 207.
  • the trigger signal generation unit 205 generates a trigger signal that serves as a reference for sampling timing in the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203.
  • the timer signal generation unit 206 generates a timer signal for generating a trigger signal by the trigger signal generation unit 205 at a cycle twice that of the excitation signal based on an internal clock signal output from an internal transmitter (not shown).
  • the reference signal generation unit 207 generates a reference signal that is compared with a timer signal and a voltage level (voltage value) in order for the trigger signal generation unit 205 to generate a trigger signal.
  • the excitation signal generator 201 and the timer signal generator 206 are connected to the A / D in the cosine signal converter 202 and the sine signal converter 203, for example, when the ignition switch is turned on and the power supply voltage is supplied to the VCR controller 200. Before starting the conversion sampling, the excitation signal and the timer signal are generated in the state in which the initial phase matching is performed so that the initial phases of the excitation signal and the timer signal coincide with each other.
  • FIG. 4 shows an example of sampling timing in the A / D conversion of the excitation signal converter 208.
  • the excitation signal generator 201 and the timer signal generator 206 mutually perform initial phase alignment between the excitation signal and the timer signal before starting the A / D conversion sampling, respectively, Generate a timer signal.
  • the timer signal generated by the timer signal generator 206 is a triangular or sawtooth signal having a period 2P (for example, 200 ⁇ s) that is twice the period P of the excitation signal generated by the excitation signal generator 201.
  • the trigger signal generated by the trigger signal generation unit 205 is changed from a low potential to a high level when the voltage level of the timer signal generated by the timer signal generation unit 206 is equal to or higher than the voltage level of the reference signal generated by the reference signal generation unit 207. Change to potential (or from high potential to low potential).
  • the reference signal generated by the reference signal generation unit 207 has a rising timing (or falling timing) of the trigger signal generated based on the reference signal and the timer signal by the trigger signal generation unit 205, which is the maximum among the peak values of the excitation signal.
  • the level is set in advance so as to coincide with the timing when the peak value of the voltage value (+ V m ) is reached.
  • the cosine signal conversion unit 202 samples the cosine signal and A / D converts the voltage value thereof.
  • the conversion unit 203 samples the sine signal and A / D converts the voltage value.
  • the cosine signal conversion unit 202 can sample the peak value in one cycle of the cosine signal
  • the sine signal conversion unit 203 can sample the peak value in one cycle of the sine signal.
  • the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203 each generate a phase shift between the excitation signal and the timer signal based on the timer signal that has been subjected to initial phase alignment with respect to the excitation signal.
  • the resolver signal is periodically sampled at the timing when the excitation signal reaches the peak value, and the voltage value of the sampled resolver signal is A / D converted.
  • the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203 can sample the peak value (normal value) in one cycle of the cosine signal and the sine signal in a state where no phase shift occurs, whereas the phase shift does not occur. In the generated state, the voltage value (abnormal value) deviated from the peak value in one cycle of the cosine signal and the sine signal is sampled.
  • the rotation angle of the rotor 251 that is, the relative angle ⁇ r may not be accurately detected.
  • the relative angle detection device of this embodiment further includes an excitation signal conversion unit 208 and a phase shift detection unit 209.
  • the excitation signal converter 208 samples the excitation signal generated by the excitation signal generator 201 and A / D converts the voltage value.
  • the phase shift detection unit 209 detects the presence or absence of a phase shift between the excitation signal and the timer signal based on the digital data as the A / D conversion value (second conversion value) converted by the excitation signal conversion unit 208. .
  • the relative angle calculation unit 204 and the phase shift detection unit 209 which are a part of the relative angle detection device, store a program stored in advance in a nonvolatile memory such as a ROM (Read Only Memory) in the processor of the VCR controller 200. It may be realized by reading, or a part or all may be realized by a hardware configuration.
  • a part or all of the configuration can be realized by hardware, for example, the trigger signal generation unit 205 is configured as a comparison circuit including a comparator.
  • the timing at which the excitation signal conversion unit 208 samples the excitation signal is the rise (or fall) timing of the trigger signal generated by the trigger signal generation unit 205, similarly to the sampling timing of the cosine signal and sine signal (FIG. 4). reference). That is, the excitation signal conversion unit 208 samples the excitation signal periodically at the same timing as the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203.
  • the excitation signal conversion unit 208 samples the peak value of the excitation signal when the voltage value of the excitation signal is sampled in a state where no phase shift occurs in the excitation signal with respect to the timer signal, and the A / D at this time
  • a / D conversion value AD1 0 becomes a value corresponding to the maximum voltage value of the excitation signal (+ V m).
  • the excitation signal converter 208 samples the voltage value of the excitation signal in a state where the phase shifts ⁇ t1 ( ⁇ P) and ⁇ t2 (> ⁇ t1 and ⁇ P) occur in the excitation signal with respect to the timer signal, the excitation signal The voltage value deviated from the timing of the peak side peak value is sampled.
  • the A / D conversion value after the phase shift ⁇ t1 and AD1 when the A / D conversion value after the phase shift .DELTA.t2 AD1 2 to, A / D conversion value AD1 1, AD1 2 is, A / D conversion value AD1 0 Change from.
  • the excitation signal conversion unit 208 samples the peak value of the excitation signal when sampling the voltage value of the excitation signal in a state where no phase shift occurs in the timer signal with respect to the excitation signal, and the A / D at this time
  • a / D conversion value AD1 0 becomes a value corresponding to the maximum voltage value of the excitation signal (+ V m).
  • the excitation signal conversion unit 208 samples the voltage value of the excitation signal in a state where the phase shifts ⁇ t1 ( ⁇ P) and ⁇ t2 (> ⁇ t1 and ⁇ P) occur in the timer signal with respect to the excitation signal, the excitation signal The voltage value of the phase shifted from the timing of the peak side peak value is sampled.
  • the A / D conversion value after the phase shift ⁇ t1 and AD1 when the A / D conversion value after the phase shift .DELTA.t2 AD1 2 to, A / D conversion value AD1 1, AD1 2 is, A / D conversion value AD1 0 Change from.
  • a / D conversion value AD1 0 is previously stored in a nonvolatile memory such as ROM (Read Only Memory).
  • a / D conversion value AD1 0 following neighborhood value such as a ROM as a threshold TH for determining the presence or absence of a phase shift occurs
  • the VCR controller 200 can perform the following fail-safe process. For example, the VCR controller 200 stops feedback control for converging the actual compression ratio of the internal combustion engine 100 to the target compression ratio. That is, the VCR controller 200 holds the drive current output to the compression ratio control actuator 198 (electric motor 198A) of the VCR mechanism 190 in a state where a phase shift occurs and fixes the absolute angle of the control shaft 196. Alternatively, the VCR controller 200 may shift the compression ratio to the low compression side by not outputting a drive current to the compression ratio control actuator 198.
  • the VCR controller 200 forcibly operates the compression ratio control actuator 198 to a mechanical initial position that restricts the rotation of the control shaft 196 regardless of the value of the target compression ratio. If this mechanical initial position defines a known initial angle of the control shaft 196, the absolute angle of the control shaft 196 is set to the initial angle when the control shaft 196 is rotated to the mechanical initial position. After the resetting, feedback control for converging the actual compression ratio of the internal combustion engine 100 to the target compression ratio may be performed again.
  • the reference signal generated by the reference signal generation unit 207 is the rising (or falling) timing of the trigger signal generated by the trigger signal generation unit 205 by comparing the timer signal with the reference signal. Is set in advance so as to coincide with the timing when the peak value in the one cycle of the excitation signal reaches the peak value which is the maximum voltage value (+ V m ) (see FIG. 4). Instead of this, the rising (or falling) timing of the trigger signal generated by the trigger signal generating unit 205 coincides with the timing when the valley side peak value that is the minimum voltage value ( ⁇ Vm) of the excitation signal is reached. As described above, the level of the reference signal can be set in advance.
  • the phase shift detection unit 209 performs excitation based on whether the A / D conversion value obtained by sampling the excitation signal in the excitation signal conversion unit 208 and A / D converting the voltage value is changed. It is possible to detect the presence or absence of a phase shift between the signal and the timer signal.
  • the sampling timing of the cosine signal and the sine signal is based on the timer signal and the reference signal so that the peak value (peak side peak value or valley side peak value) in one cycle of the excitation signal becomes the timing. Detection of the presence or absence of a phase shift between the excitation signal and the timer signal based on the change in the A / D conversion value when the voltage value of the excitation signal is sampled at the sampling timing. Can do.
  • the cycle of the timer signal is set to twice the cycle P of the excitation signal, it is not limited to this.
  • the cycle of the timer signal is determined so that the sampling frequency is appropriately adjusted according to the processing speed such as the A / D conversion speed in the cosine signal converter 202, the sine signal converter 203, and the excitation signal converter 208.
  • the cycle may be a predetermined cycle that is 1 time the cycle P or 3 times or more.
  • the sampling timing of the cosine signal and the sine signal is set to the peak value (peak side peak value or valley side peak value) of the excitation signal based on the timer signal and the reference signal. Based on the change in the A / D conversion value when the voltage value of the excitation signal is sampled at the sampling timing, the presence or absence of a phase shift between the excitation signal and the timer signal is detected. Yes. Therefore, according to the relative angle detection device according to the first embodiment, the microcomputer of the VCR controller 200 performs BIST (Built-In ⁇ Self-Test) function or period measurement for monitoring the synchronization between the timer signal and the excitation signal. Even if a monitoring timer is not provided, the presence or absence of a phase shift between the excitation signal and the timer signal can be detected, and both the detection of the phase shift presence and cost reduction can be achieved. It becomes.
  • BIST Built-In ⁇ Self-Test
  • the VCR controller 200 can detect, for example, a PWM timer signal or an interrupt processing timer signal. Whether or not there is a phase shift between the various signals and the timer signal or the excitation signal after initial phase alignment with the timer signal or the excitation signal for various signals synchronized with the excitation signal It is also possible to estimate.
  • FIG. 8 shows an example of a second embodiment of a relative angle detection device that detects the relative angle ⁇ r.
  • the relative angle detection device of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that the sampling timing of A / D conversion differs between the cosine signal conversion unit 202, the sine signal conversion unit 203, and the excitation signal conversion unit 208.
  • the VCR controller 200 further includes a detection trigger signal generation unit 205A and a deviation detection reference signal generation unit 207A.
  • the trigger signal generation unit 205 generates a trigger signal that is a reference for sampling timing in the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203, but the shift detection trigger signal that is a reference for sampling timing in the excitation signal conversion unit 208 is shifted.
  • a reference signal for generating a trigger signal in the trigger signal generation unit 205 is generated in the reference signal generation unit 207, but a shift detection for generating a shift detection trigger signal in the shift detection trigger signal generation unit 205A.
  • the reference signal for generation is generated by the reference signal generation unit 207A for deviation detection.
  • the deviation detection reference signal generated by the deviation detection reference signal generation unit 207A has a voltage level (voltage value) different from that of the reference signal generated by the reference signal generation unit 207. That is, the deviation detection reference signal is generated when the deviation detection trigger signal generated by the deviation detection trigger signal generation unit 205A based on the deviation detection reference signal and the timer signal has a rising (or falling) timing. Levels are set in advance so as to be timings other than the peak value in one cycle. Therefore, the timing at which the excitation signal converter 208 samples the excitation signal is the rise (or fall) timing of the deviation detection trigger signal, and samples a voltage value other than the peak value in one cycle of the excitation signal.
  • the excitation signal conversion unit 208 periodically samples the excitation signal at timings different from those of the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203.
  • FIG. 9 shows an example of an A / D conversion value of the excitation signal when a delay ⁇ t3 less than a half cycle (P / 2) occurs in the excitation signal with respect to the timer signal.
  • the deviation detection reference signal generated by the deviation detection reference signal generation unit 207A is the rise of the deviation detection trigger signal generated by the deviation detection trigger signal generation unit 205A based on the deviation detection reference signal and the timer signal.
  • the level is set in advance so that the (or falling) timing coincides with the timing when the voltage value of the excitation signal becomes zero (0).
  • the excitation signal conversion unit 208 samples the excitation signal using the rising edge (or falling edge) of the deviation detection trigger signal as a trigger after the initial phase alignment between the excitation signal and the timer signal.
  • the A / D conversion value according to the excitation signal conversion unit 208 at this time is AD2 0, a / D conversion value AD2 0 becomes zero.
  • the excitation signal conversion unit 208 outputs the excitation signal at a timing when the voltage value of the excitation signal becomes larger than zero in a state where a delay ⁇ t3 less than a half cycle (P / 2) is generated in the excitation signal with respect to the timer signal. Sampling. Therefore, when the A / D conversion value according to the excitation signal conversion unit 208 at this time is AD2 1, A / D conversion value AD2 1 is a value that is increased than A / D conversion value AD2 0 is zero.
  • the excitation signal conversion unit 208 compares the timer signal with the reference signal in the trigger signal generation unit 205 after the initial phase alignment between the excitation signal and the timer signal, as in the first embodiment.
  • excitation signals are sampled by using a trigger signal rising (or falling) as a trigger.
  • the peak side peak value is sampled. Therefore, when the A / D conversion value AD1 0 by the excitation signal conversion unit 208 at this time, A / D conversion value AD1 0 corresponds to the maximum voltage value of the excitation signal (+ V m).
  • the excitation signal conversion unit 208 samples a voltage value less than the maximum voltage value (+ V m ) of the excitation signal when a delay ⁇ t3 less than a half cycle (P / 2) occurs in the excitation signal with respect to the timer signal. Will do. Therefore, when the A / D conversion value according to the excitation signal conversion unit 208 at this time is AD1 1, A / D conversion value AD1 1 takes a value reduced from the A / D conversion value AD1 0.
  • FIG. 10 shows an example of the A / D conversion value of the excitation signal when the advance ⁇ t4 of less than a half cycle (P / 2) occurs in the excitation signal with respect to the timer signal.
  • the excitation signal conversion unit 208 samples the excitation signal using the rising edge (or falling edge) of the deviation detection trigger signal as a trigger after the initial phase alignment between the excitation signal and the timer signal.
  • a / D conversion value AD2 0 by the excitation signal conversion unit 208 is zero.
  • the excitation signal conversion unit 208 outputs the excitation signal at a timing when the voltage value of the excitation signal becomes smaller than zero in a state where the advance ⁇ t4 less than a half cycle (P / 2) is generated in the excitation signal with respect to the timer signal. Sampling. Therefore, when the A / D conversion value according to the excitation signal conversion unit 208 at this time is AD2 1, A / D conversion value AD2 1 takes a value reduced from the A / D conversion value AD2 0.
  • the excitation signal conversion unit 208 compares the timer signal with the reference signal in the trigger signal generation unit 205 after the initial phase alignment between the excitation signal and the timer signal, as in the first embodiment.
  • excitation signal sampling is performed with the rising (or falling) of the generated trigger signal as a trigger.
  • a / D conversion value AD1 0 by the excitation signal conversion unit 208 as described above, the maximum voltage value (+ V m) Equivalent to.
  • the excitation signal conversion unit 208 samples a voltage value less than the maximum voltage value (+ V m ) of the excitation signal in a state where the advance ⁇ t4 less than a half cycle (P / 2) is generated in the excitation signal with respect to the timer signal. Will do. Therefore, when the A / D conversion value according to the excitation signal conversion unit 208 at this time is AD1 1, A / D conversion value AD1 1 takes a value reduced from the A / D conversion value AD1 0.
  • the excitation signal conversion unit 208 in the second embodiment is set so that the sampling timing of the excitation signal becomes the timing of the peak value in one cycle of the excitation signal, similarly to the sampling timing of the cosine signal and the sine signal.
  • the excitation signal converter 208 in the second embodiment samples the voltage value of the excitation signal at a timing other than the excitation signal peak value (peak side peak value and valley side peak value), such as the timing when the excitation signal becomes zero. It is configured as follows.
  • a / D conversion value AD2 0 is previously stored in a nonvolatile memory such as ROM.
  • a predetermined range ( ⁇ ⁇ AD2 0 ⁇ ⁇ ) including the A / D conversion value AD2 0 is stored in advance in a nonvolatile memory such as a ROM.
  • the phase shift detection unit 209 determines that the A / D conversion value AD2 n is an A / D conversion value. It is determined to be decreased with respect to AD2 0 diagnoses and proceeds to the excitation signal to the timer signal is generated. When it is determined that the A / D conversion value AD2 n satisfies ⁇ ⁇ AD2 0 ⁇ ⁇ , the phase shift detection unit 209 diagnoses that there is no phase shift between the timer signal and the excitation signal. .
  • the excitation signal conversion unit 208 has been described as a configuration in which the excitation signal is sampled and A / D converted once in one cycle of the timer signal.
  • the accuracy of phase shift detection can be improved by sampling the excitation signal a plurality of times in one cycle of the timer signal and performing A / D conversion. Therefore, the deviation detection reference signal 207A creates a plurality of deviation detection reference signals having different voltage levels, and the deviation detection trigger signal generation unit 205A has a plurality of deviation detection triggers corresponding to the plurality of deviation detection reference signals. It is good also as a structure which produces
  • the excitation signal sampling time is different from the cosine signal and sine signal sampling times, and the excitation signal peak value such as the timing when the excitation signal voltage value becomes zero.
  • the timing is set to be other than (peak side peak value and valley side peak value). The presence or absence of a phase shift between the excitation signal and the timer signal is detected based on the change in the A / D conversion value when the voltage value of the excitation signal is sampled at the sampling timing.
  • phase shift is less than a half cycle (P / 2) of the excitation signal, It can be specified whether the phase shift is delayed or advanced.
  • the sampling in the excitation signal conversion unit 208 is matched with the sampling timing in the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203, and the peak value or valley side of the excitation signal is detected. It was done at the timing when the peak value was reached. Instead, in order to improve the accuracy of phase shift detection between the excitation signal and the timer signal, sampling in the excitation signal conversion unit 208 may be performed as follows.
  • the relative angle detection device can be configured so as to be performed at one or more other timings (for example, when the excitation signal has a valley-side peak value). Further, when the sampling in the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203 is performed at a timing at which the excitation signal valley-side peak value is obtained, the excitation signal conversion unit 208 is sampled at the timing at which the excitation signal valley-side peak value is obtained. In addition, the relative angle detection device can be configured to perform at one or more other timings (for example, timing when the peak value of the excitation signal is reached).
  • the excitation signal conversion unit 208 performs sampling at a timing other than the peak value in one cycle of the excitation signal.
  • sampling in the excitation signal conversion unit 208 may be performed as follows. That is, when the sampling in the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203 is performed at a timing at which the peak value of the excitation signal becomes a peak value, the sampling in the excitation signal conversion unit 208 is performed at a plurality of timings other than the peak value of the excitation signal.
  • the shift detection reference signal generation unit 207A can set the level of a plurality of shift detection reference signals so that the voltage value of the excitation signal becomes a valley peak value and zero (for example, timing).
  • the level of a plurality of shift detection reference signals so that the voltage value of the excitation signal becomes a valley peak value and zero (for example, timing).
  • sampling in the cosine signal conversion unit 202 and the sine signal conversion unit 203 is performed at a timing at which the excitation signal valley-side peak value is obtained
  • sampling in the excitation signal conversion unit 208 is performed in a plurality other than the valley-side peak value of the excitation signal.
  • the deviation detection reference signal generation unit 207A can set the level of the plurality of deviation detection reference signals so that the timing is (eg, the timing at which the excitation signal voltage value becomes the valley peak value and zero).
  • the relative angle detection device is configured by the resolver 250 and a part of the VCR controller 200, but instead of a part of the VCR controller 200, a part of the engine controller 220 or other control. It can consist of devices.
  • the relative angle calculation unit 204 and the phase shift detection unit 209 which are a part of the relative angle detection device, are realized by reading a program stored in advance in a nonvolatile memory such as a ROM (Read Only Memory) into the processor of the VCR controller 200.
  • a part or the whole may be realized by a hardware configuration.
  • the trigger signal generation unit 205 is configured as a comparison circuit including a comparator.
  • a relative angle detection device in which the rotor 251 of the resolver 250 is connected to the output shaft 198B of the compression ratio control actuator 198 in the VCR mechanism 190 is illustrated.
  • the rotational angle of the rotating element in the internal combustion engine such as VEL (Valve Event and Lift) which is a variable valve operating angle / lift continuously variable system or VTC (Valve Timing Control System) which is a variable valve mechanism is not limited to this. You may connect the rotor 251 of the resolver 250 to the output shaft of the actuator for controlling.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... VCR controller, 250 ... Resolver, 251 ... Rotor, 252 ... Excitation coil, 253, 254 ... Detection coil, 201 ... Excitation signal generation part, 202 ... Cosine signal conversion part, 203 ... Sine signal conversion part, 204 ... Relative Angle calculation unit, 205 ... trigger signal generation unit, 205A ... deviation detection trigger signal generation unit, 206 ... timer signal generation unit, 207 ... reference signal generation unit, 207A ... deviation detection reference signal generation unit, 208 ... excitation signal conversion , 209 ... phase shift detector

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Abstract

回転角度検出装置は、交流の励磁信号が入力されるレゾルバから回転子の回転角度に応じて振幅変動する交流電圧値として出力されるレゾルバ信号を、励磁信号に対して初期位相合わせが行われたタイマ信号に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれが発生していない場合に励磁信号がピーク値となるタイミングで周期的にサンプリングしてA/D変換することで、回転子の回転角度を検出する。そして、タイマ信号に基づく所定タイミングで周期的に励磁信号をサンプリングし、サンプリングした励磁信号の電圧値をA/D変換して得られるA/D変換値AD1(n=1,2…)の変化に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出する。

Description

回転角度検出装置及びその位相ずれ検出方法
 本発明は、レゾルバを含む回転角度検出装置及びその位相ずれ検出方法に関する。
 従来の回転角度検出装置として、レゾルバの励磁コイルに供給された交流の励磁信号により、90°の位相差で固定された2つの検出コイルにおいて回転子を介して誘起される起電圧の振幅が、回転子の回転に伴ってそれぞれ余弦波状及び正弦波状に変動することを利用するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。かかる回転角度検出装置では、励磁信号の所定倍周期のタイマ信号により、2つの検出コイルからそれぞれ出力されるレゾルバ信号をピーク値となるタイミングでサンプリングし、そのサンプリング電圧値をA/D(Analog/Digital)変換したデジタルデータに基づいて回転子の回転角度を検出する。
特開2012-98195号公報
 ところで、A/D変換のサンプリングが、励磁信号とタイマ信号との間に生じた位相ずれによって、誤ったタイミングで行われることを抑制するために、上記の回転角度検出装置等に内蔵されたコンピュータのBIST(Built-In Self-Test)機能又は周期計測用の監視用タイマによって、タイマ信号と励磁信号との同期を監視することが考えられる。
 しかしながら、上記の回転角度検出装置等に内蔵されたコンピュータでは、コスト低減の観点から、BIST機能や監視用タイマを割り当てるためのハードウェア資源を省略する傾向にあるため、このような回転角度検出装置においても、励磁信号とタイマ信号との同期を監視する機能を維持することが望まれる。
 そこで、本発明は以上のような問題点に鑑み、コスト低減を図りつつ、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれを検出可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。
 このため、本発明に係る回転角度検出装置は、交流の励磁信号が入力され、励磁信号によって誘起されつつ回転子の回転角度に応じて振幅変化する交流のレゾルバ信号を出力するレゾルバと、励磁信号に対して初期位相合わせが行われたタイマ信号に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれが発生していない場合に励磁信号がピーク値となるタイミングで、周期的にレゾルバ信号をサンプリングし、サンプリングしたレゾルバ信号の電圧値をA/D変換するレゾルバ信号変換部と、レゾルバ信号変換部でA/D変換して得られた第1変換値に基づいて、回転子の回転角度を演算する回転角度演算部と、を備えるものであって、タイマ信号に基づいて、所定タイミングで周期的に励磁信号をサンプリングし、サンプリングした励磁信号の電圧値をA/D変換する励磁信号変換部と、励磁信号変換部でA/D変換して得られた第2変換値の変化に基づいて、位相ずれの有無を検出する位相ずれ検出部と、をさらに備えている。
 また、本発明に係る、回転角度検出装置の位相ずれ検出方法は、交流の励磁信号が入力され、励磁信号によって誘起されつつ回転子の回転角度に応じて振幅変化する交流のレゾルバ信号を出力するレゾルバと、励磁信号に対して初期位相合わせが行われたタイマ信号に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれが発生していない場合に励磁信号がピーク値となるタイミングで、周期的にレゾルバ信号をサンプリングし、サンプリングしたレゾルバ信号の電圧値をA/D変換するレゾルバ信号変換部と、レゾルバ信号変換部でA/D変換して得られた第1変換値に基づいて、回転子の回転角度を演算する回転角度演算部と、を備えた回転角度検出装置が、タイマ信号に基づいて、所定タイミングで周期的に励磁信号をサンプリングし、サンプリングした励磁信号の電圧値をA/D変換して第2変換値を取得し、第2変換値に基づいて位相ずれの有無を検出している。
 本発明の回転角度検出装置によれば、コスト低減を図りつつ、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれを検出することができる。
車両用内燃機関の一例を示す構成図である。 第1実施形態に係る相対角度検出装置の一例を示す構成図である。 レゾルバの励磁信号及びレゾルバ信号を説明する模式図である。 A/D変換のサンプリングタイミングを示すタイムチャートである。 位相ずれによるレゾルバ信号のサンプリング値変化を示すタイムチャートである。 励磁信号ずれによる励磁信号変換値の変化を示すタイチャートである。 タイマ信号ずれによる励磁信号変換値の変化を示すタイムチャートである。 第2実施形態に係る相対角度検出装置の一例を示す構成図である。 励磁信号遅れによる励磁信号変換値の変化を示すタイムチャートである。 励磁信号進みによる励磁信号変化値の変化を示すタイムチャートである。
 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。シリンダヘッド130には、燃焼室160に臨んで、燃料を噴射する燃料噴射弁170と、燃料と空気との混合気を着火する点火栓180とが取り付けられている。
 クランクシャフト140は、複数のジャーナル部140Aとクランクピン部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に回動可能に連結されている。
 また、内燃機関100は、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を備えている。
 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。
 VCR機構190において、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の下端部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198Aを動力源として用いた圧縮比制御アクチュエータ198(すなわち電動モータ198A)の出力軸198Bと減速機198Cを介して噛合接続する。この圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bが回転動作することで制御シャフト196の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によって回動させられると、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)に対する相対上下位置が変化する。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(通電)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、圧縮比が低圧縮側へと推移する。
 VCR機構190は、マイクロコンピュータ等のプロセッサを内蔵した、VCRコントローラ200によって電子制御される。VCRコントローラ200は、例えば、車載ネットワークの一例であるCAN(Controller Area Network)210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等のプロセッサを内蔵したエンジンコントローラ220と通信可能に接続されている。したがって、VCRコントローラ200とエンジンコントローラ220との間では、CAN210を介して任意のデータを送受信できる。
 エンジンコントローラ220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230、及び、内燃機関100の負荷Qを検出する負荷センサ240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220は、例えば、回転速度及び負荷に適合する圧縮比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に応じてVCR機構190による目標圧縮比を算出する。そして、エンジンコントローラ220は、CAN210を介して、目標圧縮比のデータをVCRコントローラ200へ送信する。
 目標圧縮比のデータを受信したVCRコントローラ200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(電動モータ198A)に出力する駆動電流を制御する。例えば、VCRコントローラ200は、PWM(Pulse Width Modulation)信号を半導体スイッチング素子の制御端子に出力して半導体スイッチング素子をオン又はオフさせることで圧縮比制御アクチュエータ198に対する駆動電流を制御する。この場合には、VCRコントローラ200は、目標圧縮比と実圧縮比との偏差に基づいて、半導体スイッチング素子のオン・オフの時間比率であるデューティ比を演算し、このデューティ比を有するPWM信号を出力する。
 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198Bの相対角度θrを検出するための相対角度センサであるレゾルバ250と、圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bに噛合接続された制御シャフト196の絶対角度θaを検出するための絶対角度センサ260と、を含む。ここで、レゾルバ250は、圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bの回転角度を0~360°の範囲で検出する。そして、VCRコントローラ200は、機関始動時の絶対角度センサ260の出力値に基づく絶対角度θaに対して、レゾルバ250の出力値に基づく相対角度θrの変化量を加えることで、制御シャフト196の絶対角度を算出する。そして、VCRコントローラ200は、制御シャフト196の絶対角度に応じて、内燃機関100の実圧縮比を検出する。レゾルバ250及び絶対角度センサ260を併用するのは、レゾルバ250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260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。
[第1実施形態]
 図2は、相対角度θrを検出する相対角度検出装置の第1実施形態の一例を示す。相対角度検出装置(回転角度検出装置)は、レゾルバ250と、VCRコントローラ200の一部と、で構成されている。レゾルバ250は、VCRコントローラ200から励磁信号が入力されて、圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bの回転角度に応じたレゾルバ信号を出力し、VCRコントローラ200は、レゾルバ250から出力されたレゾルバ信号に基づいて相対角度θrを検出する。
 レゾルバ250には、回転子251、励磁コイル252及び一対の検出コイル253,254が含まれる。回転子251は、圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bと同軸に取り付けられ、圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bと一体的に回転する。励磁コイル252は、VCRコントローラ200から励磁信号が供給される。一対の検出コイル253,254は、励磁信号が供給された励磁コイル252の電磁力により回転子251を介して誘起される起電圧をレゾルバ信号として出力する。一対の検出コイル253,254は、90°の位相差をもって回転子251の近傍に固定されている。また、回転子251の周方向側面は、回転子251の回転角度に応じて検出コイル253,254との距離又はギャップが周期的に変化するように、凹凸形成されている。
 図3は、レゾルバ250の励磁コイル252へ供給される励磁信号の電圧値と、レゾルバ250の回転子251の回転に伴って一対の検出コイル253,254から出力されるレゾルバ信号(余弦信号・正弦信号)の電圧値と、の関係を示す。VCRコントローラ200から励磁コイル252へ供給される励磁信号は、図3(a)に示すように、周期P(例えば100μs)かつ振幅(-Vm~+Vm)の例えば正弦波等の交流電圧である。これに対し、一対の検出コイル253,254から出力されるレゾルバ信号は、励磁信号が供給された励磁コイル252の電磁力により回転子251を介して誘起される起電圧であるので、図3(b),(c)に示すように、ピーク値となるタイミングが励磁信号と略同様の交流電圧となる。
 しかし、圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bの回転に伴って、レゾルバ250の回転子251が回転すると、検出コイル253は、図3(b)に示すように、励磁コイル252の電磁力によって発生する起電圧の振幅(ピーク値)が、回転子251の回転角度に対して、電圧値(-Vc~+Vc)を振幅とした余弦波(COS又は-COS)状に変動するレゾルバ信号を出力する。また、検出コイル254は、図3(c)に示すように、励磁コイル252の電磁力によって発生する起電圧の振幅(ピーク値)が、回転子251の回転角度に対して、電圧値(-Vs~+Vs)を振幅とした正弦波(SIN又は-SIN)状に変動するレゾルバ信号を出力する。したがって、一対の検出コイル253,254から出力される各レゾルバ信号のピーク値を検出できれば、回転子251の回転角度すなわち相対角度θrを検出することができる。以下、検出コイル253から出力されるレゾルバ信号を余弦信号といい、検出コイル254から出力されるレゾルバ信号を正弦信号というものとする。
 再び図2を参照すると、VCRコントローラ200は、励磁信号発生部201、余弦信号変換部202、正弦信号変換部203及び相対角度演算部(回転角度演算部)204を備えている。励磁信号発生部201は、図示省略の内蔵発信器から出力される内蔵クロック信号に基づいてレゾルバ250の励磁コイル252へ出力する励磁信号を発生させる。余弦信号変換部202は、レゾルバ250の検出コイル253から出力された余弦信号をサンプリングしてその電圧値をA/D(Analog/Digital)変換するA/D変換器である。正弦信号変換部203は、レゾルバ250の検出コイル254から出力された正弦信号をサンプリングしてその電圧値をA/D変換するA/D変換器である。相対角度演算部204は、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203で変換されたA/D変換値(第1変換値)としてのデジタルデータに基づいてアークタンジェント(ARCTAN)を演算することで、回転子251の回転角度すなわち相対角度θrを演算する。なお、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203がレゾルバ信号変換部をなす。
 また、VCRコントローラ200は、トリガ信号生成部205、タイマ信号発生部206及び基準信号生成部207を備えている。トリガ信号生成部205は、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるサンプリングタイミングの基準となるトリガ信号を生成する。タイマ信号発生部206は、図示省略の内蔵発信器から出力される内蔵クロック信号に基づいて、トリガ信号生成部205でトリガ信号を生成するためのタイマ信号を励磁信号の2倍周期で発生させる。基準信号生成部207は、トリガ信号生成部205でトリガ信号を生成するためにタイマ信号と電圧レベル(電圧値)を比較される基準信号を生成する。励磁信号発生部201及びタイマ信号発生部206は、例えば、イグニッションスイッチがオン操作されてVCRコントローラ200に電源電圧が供給されたとき等、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるA/D変換のサンプリングを開始する前に、励磁信号及びタイマ信号の初期位相を相互に一致させる初期位相合わせが行われた状態で、励磁信号及びタイマ信号を発生させるように構成される。
 図4は、励磁信号変換部208のA/D変換におけるサンプリングタイミングの一例を示す。まず、励磁信号発生部201及びタイマ信号発生部206は、A/D変換のサンプリングを開始する前に、励磁信号とタイマ信号との間の初期位相合わせを相互に行ってから、それぞれ励磁信号及びタイマ信号を発生させる。タイマ信号発生部206で発生するタイマ信号は、励磁信号発生部201で発生する励磁信号の周期Pの2倍の周期2P(例えば200μs)を有する三角波状ないし鋸波状信号である。トリガ信号生成部205で生成されるトリガ信号は、タイマ信号発生部206で発生するタイマ信号の電圧レベルが基準信号生成部207で発生する基準信号の電圧レベル以上となったときに低電位から高電位へ(または高電位から低電位へ)変化する。基準信号生成部207で発生する基準信号は、トリガ信号生成部205で基準信号及びタイマ信号に基づいて生成されるトリガ信号の立ち上がりタイミング(または立下りタイミング)が、励磁信号のピーク値のうち最大電圧値(+Vm)の山側ピーク値となるときのタイミングと一致するように、予めレベル設定されている。そして、トリガ信号生成部205で生成されたトリガ信号の立ち上がり(または立下り)をトリガとして、余弦信号変換部202は余弦信号をサンプリングしてその電圧値をA/D変換し、また、正弦信号変換部203は正弦信号をサンプリングしてその電圧値をA/D変換する。このとき、余弦信号変換部202は余弦信号の1周期におけるピーク値をサンプリングでき、正弦信号変換部203は、正弦信号の1周期におけるピーク値をサンプリングすることができる。要するに、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203は、それぞれ、励磁信号に対して初期位相合わせが行われたタイマ信号に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれが発生していない場合に励磁信号がピーク値となるタイミングで、周期的にレゾルバ信号をサンプリングし、サンプリングしたレゾルバ信号の電圧値をA/D変換する。
 しかし、図5に示すように、励磁信号とタイマ信号との初期位相合わせを相互に行った後に、何らかの要因により、タイマ信号に対して励磁信号に位相ずれが発生すると、励磁信号の山側ピーク値となるタイミングがサンプリングタイミングからずれると共に、余弦信号及び正弦信号のピーク値となるタイミングも、同様にサンプリングタイミングからずれてしまう。このため、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203は、位相ずれが発生していない状態では余弦信号及び正弦信号の1周期おけるピーク値(正常値)をサンプリングできるのに対し、位相ずれが発生した状態では余弦信号及び正弦信号の1周期におけるピーク値からずれた電圧値(異常値)をサンプリングすることになる。したがって、サンプリングした異常値をA/D変換しても、回転子251の回転角度すなわち相対角度θrを正確に検出することができなくなるおそれがある。これは、励磁信号に対してタイマ信号に位相ずれが発生した場合についても同様である。
 このため、図2に示されるように、本実施形態の相対角度検出装置は、励磁信号変換部208及び位相ずれ検出部209を更に備えている。励磁信号変換部208は、励磁信号発生部201で発生した励磁信号をサンプリングしてその電圧値をA/D変換する。位相ずれ検出部209は、励磁信号変換部208で変換されたA/D変換値(第2変換値)としてのデジタルデータに基づいて励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出する。
 ここで、相対角度検出装置の一部である相対角度演算部204及び位相ずれ検出部209は、VCRコントローラ200のプロセッサに、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリに予め格納されたプログラムを読み込んで実現されるか、あるいは、ハードウェアの構成により一部又は全部が実現されてもよい。また、相対角度検出装置の他の構成については、例えば、トリガ信号生成部205が比較器を備えた比較回路として構成される等、その一部又は全部をハードウェアによって実現することができる。
 励磁信号変換部208が励磁信号をサンプリングするタイミングは、余弦信号及び正弦信号のサンプリングタイミングと同様に、トリガ信号生成部205で生成されたトリガ信号の立ち上がり(または立下り)タイミングである(図4参照)。すなわち、励磁信号変換部208は、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203と同じタイミングで周期的に励磁信号をサンプリングする。励磁信号変換部208は、サンプリングした励磁信号の電圧値をA/D変換したデジタルデータであるA/D変換値AD1(n=1,2,…)を、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリに遂次記憶させる。
 図6を参照して、タイマ信号に対して励磁信号に位相ずれが発生した場合の位相ずれ検出方法について説明する。励磁信号変換部208は、タイマ信号に対して励磁信号に位相ずれが発生していない状態で励磁信号の電圧値をサンプリングする場合、励磁信号の山側ピーク値をサンプリングし、このときのA/D変換値をAD1とすると、A/D変換値AD1は励磁信号の最大電圧値(+Vm)に相当する値となる。しかし、励磁信号変換部208は、タイマ信号に対して励磁信号に位相ずれΔt1(≠P),Δt2(>Δt1かつ≠P)が発生した状態で励磁信号の電圧値をサンプリングする場合、励磁信号の山側ピーク値のタイミングからずれた電圧値をサンプリングすることになる。位相ずれΔt1後のA/D変換値をAD1とし、位相ずれΔt2後のA/D変換値をAD1とすると、A/D変換値AD1,AD1は、A/D変換値AD1から変化する。すなわち、タイマ信号に対する励磁信号の位相ずれΔt1及びΔt2が、励磁信号の周期Pの正の倍数でなければ、A/D変換値AD1,AD1は、A/D変換値AD1から変化する。したがって、位相ずれ検出部209がA/D変換値AD1(n=1,2,…)を監視することで、タイマ信号に対して励磁信号に位相ずれが発生しているか否かを検出することができる。
 図7を参照して、励磁信号に対してタイマ信号に位相ずれが発生した場合の位相ずれ検出方法について説明する。励磁信号変換部208は、励磁信号に対してタイマ信号に位相ずれが発生していない状態で励磁信号の電圧値をサンプリングする場合、励磁信号の山側ピーク値をサンプリングし、このときのA/D変換値をAD1とすると、A/D変換値AD1は励磁信号の最大電圧値(+Vm)に相当する値となる。しかし、励磁信号変換部208は、励磁信号に対してタイマ信号に位相ずれΔt1(≠P),Δt2(>Δt1かつ≠P)が発生した状態で励磁信号の電圧値をサンプリングする場合、励磁信号の山側ピーク値のタイミングからずれた位相の電圧値をサンプリングすることになる。位相ずれΔt1後のA/D変換値をAD1とし、位相ずれΔt2後のA/D変換値をAD1とすると、A/D変換値AD1,AD1は、A/D変換値AD1から変化する。すなわち、励磁信号に対するタイマ信号の位相ずれΔt1及びΔt2が励磁信号の周期Pの正の倍数でなければ、A/D変換値AD1,AD1は、A/D変換値AD1から変化する。したがって、位相ずれ検出部209がA/D変換値AD1(n=1,2,…)を監視することで、励磁信号に対してタイマ信号に位相ずれが発生しているか否かを検出することができる。
 位相ずれ検出部209は、位相ずれが発生していない状態においてサンプリングされる励磁信号の最大電圧値(+Vm)をA/D変換したA/D変換値AD1に対して、揮発性メモリに記憶されたA/D変換値AD1(n=1,2,…)が変化したか否かに基づいて、タイマ信号と励磁信号との間における位相ずれの有無を検出する。A/D変換値AD1はROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリに予め記憶されている。
 具体的には、図6及び図7を参照して、例えば、VCRコントローラ200において、A/D変換値AD1以下の近傍値が位相ずれ発生の有無を判定するための閾値THとしてROM等の不揮発性メモリに予め記憶され、位相ずれ検出部209は、A/D変換値AD1(n=1,2,…)が閾値TH以上であれば、タイマ信号と励磁信号との間に位相ずれが発生していない、と判定する一方、A/D変換値AD1(n=1,2,…)が閾値TH未満であれば、タイマ信号と励磁信号との間に位相ずれが発生している、と判定することができる。
 位相ずれ検出部209において、タイマ信号と励磁信号との間に位相ずれが発生していると判定された場合には、VCRコントローラ200は、以下のようなフェールセーフ処理を行うことができる。例えば、VCRコントローラ200は、内燃機関100の実圧縮比を目標圧縮比に収束させるフィードバック制御を停止する。すなわち、VCRコントローラ200は、VCR機構190の圧縮比制御アクチュエータ198(電動モータ198A)に出力する駆動電流を、位相ずれが発生したときの状態に保持して制御シャフト196の絶対角度を固定する。あるいは、VCRコントローラ200は、圧縮比制御アクチュエータ198に対して駆動電流を出力しないようにして、圧縮比を低圧縮側へ推移させてもよい。あるいは、VCRコントローラ200は、目標圧縮比の値にかかわらず、制御シャフト196の回動を制限する機械的な初期位置まで、圧縮比制御アクチュエータ198を強制的に動作させる。この機械的な初期位置が制御シャフト196の既知の初期角度を規定するものであれば、制御シャフト196を機械的な初期位置までに回動させたときに制御シャフト196の絶対角度を初期角度にリセットした後、再び、内燃機関100の実圧縮比を目標圧縮比に収束させるフィードバック制御を行ってもよい。
 なお、前述の相対角度検出装置において、基準信号生成部207で発生する基準信号は、トリガ信号生成部205でタイマ信号と基準信号との比較により生成されるトリガ信号の立ち上がり(または立下り)タイミングが、励磁信号の1周期におけるピーク値のうち最大電圧値(+Vm)である山側ピーク値となるときのタイミングと一致するように、予めレベル設定されていた(図4参照)。これに代えて、トリガ信号生成部205で生成されるトリガ信号の立ち上がり(または立下り)タイミングが、励磁信号の最小電圧値(-Vm)である谷側ピーク値となるときのタイミングと一致するように、基準信号のレベル設定を予め行うこともできる。この場合においても、位相ずれ検出部209は、励磁信号変換部208において励磁信号をサンプリングしてその電圧値をA/D変換したA/D変換値が変化しているか否かに基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出することができる。要するに、相対角度検出装置では、余弦信号及び正弦信号のサンプリングタイミングが、励磁信号の1周期におけるピーク値(山側ピーク値又は谷側ピーク値)のタイミングとなるように、タイマ信号及び基準信号に基づいて設定されている場合に、そのサンプリングタイミングで励磁信号の電圧値をサンプリングしたときのA/D変換値の変化に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出することができる。
 また、タイマ信号の周期を励磁信号の周期Pの2倍としたが、これに限定されない。例えば、タイマ信号の周期は、余弦信号変換部202、正弦信号変換部203及び励磁信号変換部208におけるA/D変換速度等の処理速度に応じて、サンプリング頻度を適宜調整すべく、励磁信号の周期Pの1倍、又は3倍以上の所定倍周期としてよい。
 このような第1実施形態に係る相対角度検出装置では、余弦信号及び正弦信号のサンプリングタイミングが、タイマ信号及び基準信号に基づいて、励磁信号のピーク値(山側ピーク値又は谷側ピーク値)のタイミングとなるように設定され、そのサンプリングタイミングで励磁信号の電圧値をサンプリングしたときのA/D変換値の変化に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出している。したがって、第1実施形態に係る相対角度検出装置によれば、VCRコントローラ200のマイクロコンピュータが、タイマ信号と励磁信号との同期を監視するためのBIST(Built-In Self-Test)機能又は周期計測用の監視用タイマを備えていない場合であっても、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出することができ、位相ずれ有無の検出及びコスト低減の両立を図ることが可能となる。
 また、第1実施形態に係る相対角度検出装置によれば、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出できるので、VCRコントローラ200が、例えばPWMタイマ信号又は割り込み処理用タイマ信号等、励磁信号と同期する各種信号に対して、タイマ信号又は励磁信号と相互に初期位相合わせを行った後に、各種信号とタイマ信号又は励磁信号との間における位相ずれが発生しているか否かを推定することも可能となる。
[第2実施形態]
 次に、相対角度検出装置の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一構成については、同一符号を付すことでその説明を省略又は簡潔にする。
 図8は、相対角度θrを検出する相対角度検出装置の第2実施形態の一例を示す。第2実施形態の相対角度検出装置は、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203と励磁信号変換部208との間でA/D変換のサンプリングタイミングが異なるという点で第1実施形態と異なる。具体的には、VCRコントローラ200は、検出用トリガ信号生成部205A及びずれ検出用基準信号生成部207Aを更に備えている。余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるサンプリングタイミングの基準となるトリガ信号をトリガ信号生成部205で生成するが、励磁信号変換部208におけるサンプリングタイミングの基準となるずれ検出用トリガ信号をずれ検出用トリガ信号生成部205Aで生成する。また、トリガ信号生成部205においてトリガ信号を生成するための基準信号は基準信号生成部207で生成されるが、ずれ検出用トリガ信号生成部205Aにおいてずれ検出用トリガ信号を生成するためのずれ検出用基準信号はずれ検出用基準信号生成部207Aで生成される。
 ずれ検出用基準信号生成部207Aで生成されるずれ検出用基準信号は、基準信号生成部207で生成される基準信号と異なる電圧レベル(電圧値)を有している。すなわち、ずれ検出用基準信号は、ずれ検出用トリガ信号生成部205Aにおいてずれ検出用基準信号とタイマ信号とに基づいて生成されるずれ検出用トリガ信号の立ち上がり(または立下り)タイミングが、励磁信号の1周期におけるピーク値以外のタイミングとなるように、予めレベル設定される。したがって、励磁信号変換部208が励磁信号をサンプリングするタイミングは、ずれ検出用トリガ信号の立ち上がり(または立下り)タイミングであり、励磁信号の1周期におけるピーク値以外の電圧値をサンプリングする。すなわち、励磁信号変換部208は、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203と異なるタイミングで周期的に励磁信号をサンプリングする。励磁信号変換部208は、サンプリングした励磁信号の電圧値をA/D変換したデジタルデータであるA/D変換値AD2(n=1,2,…)を、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリに遂次記憶させる。
 図9は、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の遅れΔt3が発生した場合における励磁信号のA/D変換値の一例を示す。ずれ検出用基準信号生成部207Aで発生するずれ検出用基準信号は、ずれ検出用トリガ信号生成部205Aにおいて、ずれ検出用基準信号とタイマ信号とに基づいて生成されるずれ検出用トリガ信号の立ち上がり(または立下り)タイミングが、励磁信号の電圧値が零(0)となるときのタイミングと一致するように、予めレベル設定されている。
 まず、励磁信号変換部208が、励磁信号とタイマ信号との間における初期位相合わせ後に、ずれ検出用トリガ信号の立ち上がり(または立下り)をトリガとして励磁信号のサンプリングを行う場合について説明する。この場合、タイマ信号に対して励磁信号に遅れが発生していない状態では励磁信号の電圧値が零であるので、このときの励磁信号変換部208によるA/D変換値をAD2とすると、A/D変換値AD2は零となる。一方、励磁信号変換部208は、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の遅れΔt3が発生した状態では、励磁信号の電圧値が零よりも大きくなるタイミングで励磁信号をサンプリングする。このため、このときの励磁信号変換部208によるA/D変換値をAD2とすると、A/D変換値AD2は、零であるA/D変換値AD2よりも増加した値となる。
 これに対し、仮に、励磁信号変換部208が、第1実施形態と同様に、励磁信号とタイマ信号との間における初期位相合わせ後に、トリガ信号生成部205においてタイマ信号と基準信号とを比較して生成されるトリガ信号の立ち上がり(または立下り)をトリガとして励磁信号のサンプリングを行う場合について考える。この場合には、タイマ信号に対して励磁信号に遅れが発生していない状態では、山側ピーク値をサンプリングすることになる。したがって、このときの励磁信号変換部208によるA/D変換値をAD1とすると、A/D変換値AD1は励磁信号の最大電圧値(+Vm)に相当する。一方、励磁信号変換部208は、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の遅れΔt3が発生した状態では、励磁信号の最大電圧値(+Vm)未満の電圧値をサンプリングすることになる。したがって、このときの励磁信号変換部208によるA/D変換値をAD1とすると、A/D変換値AD1はA/D変換値AD1よりも減少した値となる。
 図10は、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の進みΔt4が発生した場合における励磁信号のA/D変換値の一例を示す。まず、励磁信号変換部208が、励磁信号とタイマ信号との間における初期位相合わせ後に、ずれ検出用トリガ信号の立ち上がり(または立下り)をトリガとして励磁信号のサンプリングを行う場合について説明する。この場合、タイマ信号に対して励磁信号に進みが発生していない状態では、前述のように、励磁信号変換部208によるA/D変換値AD2は零となる。一方、励磁信号変換部208は、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の進みΔt4が発生した状態では、励磁信号の電圧値が零よりも小さくなるタイミングで励磁信号をサンプリングする。このため、このときの励磁信号変換部208によるA/D変換値をAD2とすると、A/D変換値AD2はA/D変換値AD2よりも減少した値となる。
 これに対し、仮に、励磁信号変換部208が、第1実施形態と同様に、励磁信号とタイマ信号との間における初期位相合わせ後にトリガ信号生成部205においてタイマ信号と基準信号とを比較して生成されるトリガ信号の立ち上がり(または立下り)をトリガとして励磁信号のサンプリングを行った場合について考える。この場合には、タイマ信号に対して励磁信号に進みが発生していない状態では、励磁信号変換部208によるA/D変換値AD1は、前述のように、最大電圧値(+Vm)に相当する。一方、励磁信号変換部208は、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の進みΔt4が発生した状態では、励磁信号の最大電圧値(+Vm)未満の電圧値をサンプリングすることになる。したがって、このときの励磁信号変換部208によるA/D変換値をAD1とすると、A/D変換値AD1はA/D変換値AD1よりも減少した値となる。
 このように、第2実施形態における励磁信号変換部208は、励磁信号のサンプリングタイミングが、余弦信号及び正弦信号のサンプリングタイミングと同様に、励磁信号の1周期におけるピーク値のタイミングとなるよう設定される第1実施形態と異なる。すなわち、第2実施形態における励磁信号変換部208は、励磁信号が零になるタイミング等、励磁信号のピーク値(山側ピーク値及び谷側ピーク値)以外のタイミングで励磁信号の電圧値をサンプリングするように構成されている。このため、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の遅れが発生した場合には、A/D変換値が増加する一方、タイマ信号に対して励磁信号に半周期(P/2)未満の進みが発生した場合には、A/D変換値が減少する。したがって、位相ずれ検出部209が、揮発性メモリに保持されているA/D変換値AD2(n=1,2,…)を監視することで、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無だけでなく、位相ずれが励磁信号の半周期(P/2)未満であれば、その位相ずれが遅れ又は進みのいずれであるかを特定することができる。
 位相ずれ検出部209は、位相ずれが発生していない状態においてサンプリングされる励磁信号の電圧値(例えば零)をA/D変換したA/D変換値AD2に対して、揮発性メモリに記憶されたA/D変換値AD2(n=1,2,…)が増加又は減少しているか否かを判定する。そして、位相ずれ検出部209は、A/D変換値AD2が増加していると判定した場合には、タイマ信号に対して励磁信号に遅れが発生していると診断する。一方、位相ずれ検出部209は、A/D変換値AD2が減少していると判定した場合には、タイマ信号に対して励磁信号に進みが発生していると診断する。A/D変換値AD2はROM等の不揮発性メモリに予め記憶されている。
 具体的には、例えば、VCRコントローラ200において、A/D変換値AD2を含む所定範囲(-α≦AD2≦α)がROM等の不揮発性メモリに予め記憶されている。位相ずれ検出部209は、A/D変換値AD2(n=1,2,…)がAD2>αを満たす場合には、A/D変換値AD2がA/D変換値AD2に対して増加していると判定してタイマ信号に対して励磁信号に遅れが発生していると診断する。一方、位相ずれ検出部209は、A/D変換値AD2(n=1,2,…)がAD2<-αを満たす場合には、A/D変換値AD2がA/D変換値AD2に対して減少していると判定してタイマ信号に対して励磁信号に進みが発生していると診断する。位相ずれ検出部209は、A/D変換値AD2が-α≦AD2≦αを満たすと判定した場合には、タイマ信号と励磁信号との間に位相ずれが発生していないと診断する。
 なお、第2実施形態の相対角度検出装置では、励磁信号変換部208が、タイマ信号の1周期において1回、励磁信号をサンプリングしてA/D変換する構成として説明したが、これに代えて、タイマ信号の1周期において複数回、励磁信号をサンプリングしてA/D変換を行うことで、位相ずれ検出の精度向上を図ることができる。したがって、ずれ検出用基準信号207Aは電圧レベルの異なる複数のずれ検出用基準信号を作成し、ずれ検出用トリガ信号生成部205Aが、複数のずれ検出用基準信号に対応した複数のずれ検出用トリガ信号を生成する構成としてもよい。
 このような第2実施形態に係る相対角度検出装置では、励磁信号のサンプリングタイムが、余弦信号及び正弦信号のサンプリングタイムと異なり、励磁信号の電圧値が零になるタイミング等、励磁信号のピーク値(山側ピーク値及び谷側ピーク値)以外のタイミングとなるように設定されている。そして、そのサンプリングタイミングで励磁信号の電圧値をサンプリングしたときのA/D変換値の変化に基づいて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれの有無を検出している。これにより、第1実施形態と同様に、位相ずれ有無の検出及びコスト低減の両立を図ることが可能となるだけでなく、位相ずれが励磁信号の半周期(P/2)未満であれば、その位相ずれが遅れ又は進みのいずれであるかを特定することができる。
 なお、第1実施形態の相対角度検出装置では、励磁信号変換部208におけるサンプリングを、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるサンプリングタイミングに一致させて、励磁信号の山側ピーク値又は谷側ピーク値となるときのタイミングで行っていいた。これに代えて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれ検出の精度を向上すべく、励磁信号変換部208におけるサンプリングを以下のようにしてもよい。すなわち、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるサンプリングが励磁信号の山側ピーク値となるタイミングで行われる場合、励磁信号変換部208におけるサンプリングを、励磁信号の山側ピーク値となるタイミングに加えて、他の1つ以上のタイミング(例えば励磁信号の谷側ピーク値となるときのタイミング)で行うように、相対角度検出装置を構成することができる。また、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるサンプリングが励磁信号の谷側ピーク値となるタイミングで行われる場合、励磁信号変換部208におけるサンプリングを、励磁信号の谷側ピーク値となるタイミングに加えて、他の1つ以上のタイミング(例えば励磁信号の山側ピーク値となるときのタイミング)で行うように、相対角度検出装置を構成することができる。
 また、第2実施形態の相対角度検出装置では、励磁信号変換部208におけるサンプリングを、励磁信号の1周期におけるピーク値以外のタイミングで行っていた。これに代えて、励磁信号とタイマ信号との間における位相ずれ検出の精度を向上すべく、励磁信号変換部208におけるサンプリングを以下のようにしてもよい。すなわち、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるサンプリングが励磁信号の山側ピーク値となるタイミングで行われる場合、励磁信号変換部208におけるサンプリングを、励磁信号の山側ピーク値以外の複数のタイミング(例えば励磁信号の電圧値が谷側ピーク値及び零となるタイミング)で行うように、ずれ検出用基準信号生成部207Aにおいて複数のずれ検出用基準信号をレベル設定することができる。また、余弦信号変換部202及び正弦信号変換部203におけるサンプリングが励磁信号の谷側ピーク値となるタイミングで行われる場合、励磁信号変換部208におけるサンプリングを、励磁信号の谷側ピーク値以外の複数のタイミング(例えば励磁信号の電圧値が谷側ピーク値及び零となるタイミング)で行うように、ずれ検出用基準信号生成部207Aにおいて複数のずれ検出用基準信号をレベル設定することができる。
 第1実施形態及び第2実施形態において、相対角度検出装置をレゾルバ250及びVCRコントローラ200の一部によって構成したが、VCRコントローラ200の一部に代えて、エンジンコントローラ220の一部又はその他の制御装置で構成することができる。
 相対角度検出装置の一部である相対角度演算部204及び位相ずれ検出部209は、VCRコントローラ200のプロセッサに、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリに予め格納されたプログラムを読み込んで実現されるか、あるいは、ハードウェアの構成により一部又は全部が実現されてもよい。また、相対角度検出装置の他の構成については、例えば、トリガ信号生成部205が比較器を備えた比較回路として構成される等、その一部又は全部をハードウェアによって実現することができる。
 第1実施形態及び第2実施形態において、本発明の回転角度検出装置として、VCR機構190における圧縮比制御アクチュエータ198の出力軸198Bにレゾルバ250の回転子251が接続された相対角度検出装置を例示したが、これに限らず、バルブ作動角・リフト連続可変システムであるVEL(Valve Event and Lift)や可変動弁機構であるVTC(Valve Timing Control System)等、内燃機関における回転要素の回転角度を制御するためのアクチュエータの出力軸にレゾルバ250の回転子251を接続してもよい。
 以上、本発明者によってなされた発明を第1実施形態及び第2実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
 200…VCRコントローラ、250…レゾルバ、251…回転子、252…励磁コイル、253,254…検出コイル、201…励磁信号発生部、202…余弦信号変換部、203…正弦信号変換部、204…相対角度演算部、205…トリガ信号生成部、205A…ずれ検出用トリガ信号生成部、206…タイマ信号発生部、207…基準信号生成部、207A…ずれ検出用基準信号生成部、208…励磁信号変換部、209…位相ずれ検出部

Claims (14)

  1.  交流の励磁信号が入力され、前記励磁信号によって誘起されつつ回転子の回転角度に応じて振幅変化する交流のレゾルバ信号を出力するレゾルバと、
     前記励磁信号に対して初期位相合わせが行われたタイマ信号に基づいて、前記励磁信号と前記タイマ信号との間における位相ずれが発生していない場合に前記励磁信号がピーク値となるタイミングで、周期的に前記レゾルバ信号をサンプリングし、サンプリングした前記レゾルバ信号の電圧値をA/D変換するレゾルバ信号変換部と、
     前記レゾルバ信号変換部でA/D変換して得られた第1変換値に基づいて、前記回転子の回転角度を演算する回転角度演算部と、
    を備えた回転角度検出装置であって、
     前記タイマ信号に基づいて、所定タイミングで周期的に前記励磁信号をサンプリングし、サンプリングした前記励磁信号の電圧値をA/D変換する励磁信号変換部と、
     前記励磁信号変換部でA/D変換して得られた第2変換値に基づいて、前記位相ずれの有無を検出する位相ずれ検出部と、
    をさらに備えた回転角度検出装置。
  2.  前記励磁信号変換部は、前記レゾルバ信号変換部が前記レゾルバ信号をサンプリングするタイミングと同じタイミングで周期的に前記励磁信号をサンプリングする、請求項1に記載の回転角度検出装置。
  3.  前記励磁信号変換部は、前記レゾルバ信号変換部が前記レゾルバ信号をサンプリングするタイミングと異なるタイミングで周期的に前記励磁信号をサンプリングする、請求項1に記載の回転角度検出装置。
  4.  前記位相ずれ検出部は、前記励磁信号変換部でA/D変換して得られた前記第2変換値の増減に基づいて、前記位相ずれの方向を特定する、請求項3に記載の回転角度検出装置。
  5.  前記位相ずれ検出部は、前記第2変換値が増加したと判定したときに前記位相ずれが遅れ方向であると特定する一方、前記第2変換値が減少したと判定したときに前記位相ずれが進み方向であると特定する、請求項4に記載の回転角度検出装置。
  6.  前記励磁信号変換部は、複数のタイミングで周期的に前記励磁信号をサンプリングする、請求項1に記載の回転角度検出装置。
  7.  前記タイマ信号は前記励磁信号の所定倍周期である、請求項1に記載の回転角度検出装置。
  8.  前記レゾルバの前記回転子は、内燃機関における回転要素の回転角度を制御するアクチュエータの出力軸と接続される、請求項1~請求項7のいずれか1つに記載の回転角度検出装置。
  9.  前記内燃機関における回転要素の回転角度を制御するアクチュエータは、前記内燃機関の圧縮比を可変制御する可変圧縮比機構の圧縮比制御アクチュエータである、請求項8に記載の回転角度検出装置。
  10.  前記位相検出部が前記位相ずれを検出したときに、フェールセーフ処理を行う、請求項9に記載の回転角度検出装置。
  11.  前記フェールセーフ処理は、前記内燃機関の実際の圧縮比を目標圧縮比に収束させるフィードバック制御を停止することである、請求項10に記載の回転角度検出装置。
  12.  前記フェールセーフ処理は、前記圧縮比制御アクチュエータへの通電を停止することである、請求項10に記載の回転角度検出装置。
  13.  前記フェールセーフ処理は、前記圧縮比制御アクチュエータを初期位置まで強制的に動作させることである、請求項10に記載の回転角度検出装置。
  14.  交流の励磁信号が入力され、前記励磁信号によって誘起されつつ回転子の回転角度に応じて振幅変化する交流のレゾルバ信号を出力するレゾルバと、
     前記励磁信号に対して初期位相合わせが行われたタイマ信号に基づいて、前記励磁信号と前記タイマ信号との間における位相ずれが発生していない場合に前記励磁信号がピーク値となるタイミングで、周期的に前記レゾルバ信号をサンプリングし、サンプリングした前記レゾルバ信号の電圧値をA/D変換するレゾルバ信号変換部と、
     前記レゾルバ信号変換部でA/D変換して得られた第1変換値に基づいて、前記回転子の回転角度を演算する回転角度演算部と、
    を備えた回転角度検出装置の位相ずれ検出方法であって、
     前記回転角度検出装置は、前記タイマ信号に基づいて、所定タイミングで周期的に前記励磁信号をサンプリングし、サンプリングした前記励磁信号の電圧値をA/D変換して第2変換値を取得し、前記第2変換値に基づいて前記位相ずれの有無を検出する、回転角度検出装置の位相ずれ検出方法。
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