(57)【要約】      （修正有）【課題】減速ギア機構を備えたアクチュエータにおいて、ギアのバックラッシュに起因して駆動初期時に発生するＡＣＴ軸のオーバーシュート現象を防止する制御装置を提供する。【解決手段】アクチュエータ制御装置１は、減速機構部を備えたモータを駆動源とするアクチュエータの駆動制御を行う。制御装置１は、ＡＣＴ出力軸の実作動角度と指令作動角度から算出した目標回転数と、ＡＣＴ出力軸の実回転数に基づき制御電圧を算出し出力する回転数フィードバック制御部７と、アクチュエータ始動時にモータに対し一定の制御電圧を出力するバックラッシュ解消制御部１２とを有する。バックラッシュ解消制御部１２には、ＡＣＴ出力軸の実作動角度が閾値を超えたか否かを判断する作動角度判定部１３と、実作動角度が閾値を超えるまでモータに対し一定の制御電圧を出力する固定電圧出力部１４が設けられている。【選択図】図４
2020035124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有するモータと、
前記回転軸に取り付けられたモータギアと、該モータギアと少なくとも１つの減速ギアを介して噛み合い回転する出力ギアと、前記出力ギアが取り付けられ該出力ギアと共に回転する出力軸と、を有する減速機構部と、
前記回転軸の回転角度を検出する第１角度センサと、前記出力軸の回転角度を検出する第２角度センサと、を有するコントローラ部と、を備えてなるアクチュエータの駆動制御を行うアクチュエータ制御装置であって、
該アクチュエータ制御装置は、
前記第２角度センサによって検出された前記出力軸の実際の作動角度と、前記出力軸に対する指令作動角度に基づいて、前記出力軸の目標回転数を算出する目標回転数算出部と、
前記目標回転数算出部にて算出された前記目標回転数と、前記出力軸の実際の作動角度から算出された前記出力軸の実際の回転数に基づき、前記モータに対する制御電圧を算出し、前記モータに対し出力する回転数フィードバック制御部と、
前記アクチュエータの始動時に、前記モータに対し一定の制御電圧を出力するバックラッシュ解消制御部と、を有し、
該バックラッシュ解消制御部は、
前記減速機構部における各ギアのバックラッシュが解消して前記出力軸が作動し、前記出力軸の実際の作動角度が所定の閾値を超えたか否かを判断する作動角度判定部と、
前記アクチュエータの駆動開始から、前記作動角度判定部により、前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えたと判断されるまで、前記モータに対し一定の制御電圧を出力する固定電圧出力部と、を有し、
当該アクチュエータ制御装置は、前記作動角度判定部により、前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えたと判断された後は、前記モータに対し前記回転数フィードバック制御部から制御電圧を出力することを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータ制御装置において、
前記閾値は、前記減速機構部における前記ギアのバックラッシュ累積値よりも大きい値に設定されていることを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のアクチュエータ制御装置において、
前記減速機構部は、２個以上の減速ギアを有することを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のアクチュエータ制御装置において、
前記モータへの相電流の通電は、パルス状の印加電圧のduty比を変化させるＰＷＭ制御により実施され、
前記固定電圧出力部は、前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えるまで、前記duty比を一定とすることを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のアクチュエータ制御装置において、
前記アクチュエータは、エンジンの吸排気系システムに配される排気ガス再循環システムに使用されることを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のアクチュエータ制御装置において、
前記アクチュエータは、エンジンの吸排気系システムに配される可変ノズルターボチャージャに使用されることを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項７】
回転軸を有するモータと、
前記回転軸に取り付けられたモータギアと、該モータギアと少なくとも１つの減速ギアを介して噛み合い回転する出力ギアと、前記出力ギアが取り付けられ該出力ギアと共に回転する出力軸と、を有する減速機構部と、を備えてなるアクチュエータの駆動制御方法であって、
前記アクチュエータの始動時に、前記モータに対し一定の制御電圧を印加するバックラッシュ解消制御を実施することを特徴とするアクチュエータ制御方法。
【請求項８】
請求項７記載のアクチュエータ制御方法において、
前記アクチュエータは、前記出力軸の回転角度を検出する角度センサを備え、
前記バックラッシュ解消制御は、
該角度センサによって前記出力軸の作動角度を検出し、
前記アクチュエータの駆動開始から、前記出力軸の実際の作動角度が所定の閾値を超えたと判断されるまで、前記モータに対し前記一定の制御電圧の印加を継続することにより実施されることを特徴とするアクチュエータ制御方法。
【請求項９】
請求項８記載のアクチュエータ制御方法において、
前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えたと判断された後は、
前記角度センサによって検出された前記出力軸の実際の作動角度と、前記出力軸に対する指令作動角度に基づいて、前記出力軸の目標回転数を算出し、
該目標回転数と、前記出力軸の実際の作動角度から算出された前記出力軸の実際の回転数に基づき、前記モータに対する制御電圧を算出して前記モータに印加する回転数フィードバック制御を実施することを特徴とするアクチュエータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速ギア機構によりモータの回転を減速して出力するアクチュエータの制御技術に関し、特に、自動車用エンジンの吸排気系システム等に使用されるアクチュエータに適用して有効な制御装置・制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用エンジンの吸排気系システムでは、粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ２）などの排出量を減らすため、排気ガス再循環システム（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation System）や、可変ノズルターボチャージャ（ＶＮＴ：Variable Nozzle Turbocharger）などがシステム内に組み込まれており、そこでは、排気ガスの再循環量やターボチャージャの過給量の制御のため、電動モータを用いたアクチュエータ（以下、適宜ＡＣＴと略記する）が使用されている。アクチュエータには、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）からの指令を受けて、その指令値に応じた位置に素早く・正確にＡＣＴ出力軸を動かすインテリジェント・ダイナミック・アクチュエータ（Intelligent Dynamic Actuator：ＩＤＡ）が使用される。
【０００３】
ＥＧＲやＶＮＴには作動制御用のバルブやノズル（以下、バルブ等と略記する）が設けられており、前述のＩＤＡによってバルブ等の開度を調整することにより、排気ガスの再循環量等が制御される。この場合、アクチュエータは、多段の減速ギア機構によってモータの回転を減速して出力する構成となっており、ＡＣＴ出力軸の回転角度を検出することにより、バルブ等の開度が把握される。検出されたＡＣＴ出力軸の回転角度は微分されて回転数に変換され、アクチュエータ制御装置は、このＡＣＴ出力軸の実際の回転数を用いてモータをフィードバック制御する。
【０００４】
フィードバック制御に際しては、ＥＣＵ側から、車両の運転状況等に応じて、ＡＣＴ出力軸に対し、現在求められる作動角度を示す指令作動角度が送られる。アクチュエータ制御装置は、ＥＣＵから送られて来た指令作動角度と、ＡＣＴ出力軸の実際の作動角度との差に基づいてモータの目標回転数を算出する。そして、算出した目標回転数と、ＡＣＴ出力軸の実際の回転数を用いて、モータがＰＩＤ制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５４５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、このようなアクチュエータでは、減速ギア機構の各ギアにバックラッシュが存在するため、モータの回転軸が回転しても、バックラッシュが解消するまでの間、ＡＣＴ軸が回転しない時間が生じる。図７は、従来のアクチュエータにおけるＡＣＴ軸の回転数の変化（図７（ａ））、モータに印加される制御電圧の変化（同（ｂ））を示す説明図である。図７に示すように、減速ギア機構を有するアクチュエータでは、制御開始からＡＣＴ軸が実際に回転するまでの間に、バックラッシュのためＡＣＴ軸が回転しない空走区間（空走時間）が存在する。
【０００７】
この場合、ＥＣＵ側では、制御開始に伴い、ＡＣＴ軸の回転数が目標回転数（図７（ａ）の破線）となるようにモータに電圧を印加する。ところが、モータを駆動しても、空走区間中はＡＣＴ軸が回転しないため、ＥＣＵ側は出力不足と判断し、電圧を上げて行く（図７（ｂ）のＰ部）。その一方で、モータ回転軸が作動すると、やがて減速ギア機構内のバックラッシュが解消し、ＡＣＴ軸が回転し始める（図７（ａ）のＱ時点）。しかしながら、このとき、モータ印加電圧は、目標回転数に沿った出力（図７（ａ）の破線）を大きく上回った値となっているため、図７（ａ）に実線にて示したように、ＡＣＴ軸の回転数が駆動開始と共に急激に大きくなる。すなわち、ＡＣＴ軸をゆっくり回転させ始めようとしても、いきなり立ち上がってしまう状態となり、目標回転数を大きくオーバーシュートしてしまう、という問題があった。
【０００８】
このようなオーバーシュートが生じると、バルブ等の開度を正確に調整することができず、エンジンの制御精度が低下するおそれがある。また、エンジン吸排気系システムに用いられるアクチュエータは、作動停止を頻繁に繰り返すため、そのたびにオーバーシュートが生じると、モータ温度が上昇し、エンジンルーム内に熱が溜まりやすくなるという問題も生じる。特に、ギア数が多い多段の減速機構では、バックラッシュが累積して空走区間が長くなるため、バックラッシュに起因するオーバーシュートが生じ易く、有効な対策が求められていた。
【０００９】
本発明の目的は、減速ギア機構を備えたアクチュエータにおいて、ギアのバックラッシュに起因して駆動初期時に発生するＡＣＴ軸のオーバーシュート現象を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のアクチュエータ制御装置は、回転軸を有するモータと、前記回転軸に取り付けられたモータギアと、該モータギアと少なくとも１つの減速ギアを介して噛み合い回転する出力ギアと、前記出力ギアが取り付けられ該出力ギアと共に回転する出力軸と、を有する減速機構部と、前記回転軸の回転角度を検出する第１角度センサと、前記出力軸の回転角度を検出する第２角度センサと、を有するコントローラ部と、を備えてなるアクチュエータの駆動制御を行うアクチュエータ制御装置であって、該アクチュエータ制御装置は、前記第２角度センサによって検出された前記出力軸の実際の作動角度と、前記出力軸に対する指令作動角度に基づいて、前記出力軸の目標回転数を算出する目標回転数算出部と、前記目標回転数算出部にて算出された前記目標回転数と、前記出力軸の実際の作動角度から算出された前記出力軸の実際の回転数に基づき、前記モータに対する制御電圧を算出し、前記モータに対し出力する回転数フィードバック制御部と、前記アクチュエータの始動時に、前記モータに対し一定の制御電圧を出力するバックラッシュ解消制御部と、を有し、該バックラッシュ解消制御部は、前記減速機構部における各ギアのバックラッシュが解消して前記出力軸が作動し、前記出力軸の実際の作動角度が所定の閾値を超えたか否かを判断する作動角度判定部と、前記アクチュエータの駆動開始から、前記作動角度判定部により、前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えたと判断されるまで、前記モータに対し一定の制御電圧を出力する固定電圧出力部と、を有し、当該アクチュエータ制御装置は、前記作動角度判定部により、前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えたと判断された後は、前記モータに対し前記回転数フィードバック制御部から制御電圧を出力することを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、アクチュエータの始動時に、モータに対し一定の制御電圧を出力するバックラッシュ解消制御部を設け、バックラッシュを解消した後、フィードバック制御を実施する。このため、従来のアクチュエータにように、アクチュエータ始動時に、空走状態でフィードバック制御を行うことがなく、フィードバック制御が安定し、アクチュエータのオーバーシュート動作が抑えられる。
【００１２】
前記アクチュエータ制御装置において、前記閾値として、前記減速機構部における前記ギアのバックラッシュ累積値よりも大きい値を設定しても良い。また、前記減速機構部に、２個以上の減速ギアを配したアクチュエータに本発明を適用しても良い。さらに、前記モータへの相電流の通電を、パルス状の印加電圧のduty比を変化させるＰＷＭ制御により実施し、前記固定電圧出力部は、前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えるまで、前記duty比を一定とするような制御を行っても良い。
【００１３】
加えて、エンジンの吸排気系システムに配される排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）に使用されるアクチュエータや、エンジンの吸排気系システムに配される可変ノズルターボチャージャ（ＶＮＴ）に使用されるアクチュエータに本発明を適用しても良い。ＥＧＲやＶＮＴに使用されるアクチュエータにように断続的に長時間稼働する機器においては、オーバーシュートによる負荷が大きいため、当該制御は効果的である。
【００１４】
一方、本発明のアクチュエータ制御方法は、回転軸を有するモータと、前記回転軸に取り付けられたモータギアと、該モータギアと少なくとも１つの減速ギアを介して噛み合い回転する出力ギアと、前記出力ギアが取り付けられ該出力ギアと共に回転する出力軸と、を有する減速機構部と、を備えてなるアクチュエータの駆動制御方法であって、前記アクチュエータの始動時に、前記モータに対し一定の制御電圧を印加するバックラッシュ解消制御を実施することを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、アクチュエータの始動時に、モータに対し一定の制御電圧を印加するバックラッシュ解消制御を実施するので、従来のアクチュエータにように、アクチュエータ始動時に空走状態でフィードバック制御を行うことがない。その結果、その後にフィードバック制御を実施する場合も、制御状態が安定し、アクチュエータのオーバーシュート動作を抑えることが可能となる。
【００１６】
前記アクチュエータ制御方法において、前記アクチュエータに前記出力軸の回転角度を検出する角度センサを設け、該角度センサによって前記出力軸の作動角度を検出し、前記アクチュエータの駆動開始から、前記出力軸の実際の作動角度が所定の閾値を超えたと判断されるまで、前記モータに対し前記一定の制御電圧の印加を継続することにより、前記バックラッシュ解消制御を実施しても良い。
【００１７】
また、前記出力軸の実際の作動角度が前記閾値を超えたと判断された後は、前記角度センサによって検出された前記出力軸の実際の作動角度と、前記出力軸に対する指令作動角度に基づいて、前記出力軸の目標回転数を算出し、該目標回転数と、前記出力軸の実際の作動角度から算出された前記出力軸の実際の回転数に基づき、前記モータに対する制御電圧を算出して前記モータに印加する回転数フィードバック制御を実施しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のアクチュエータ制御装置によれば、アクチュエータの始動時に、モータに対し一定の制御電圧を出力するバックラッシュ解消制御部を設け、バックラッシュを解消した後にフィードバック制御に移行するので、従来のアクチュエータにように、アクチュエータ始動時に、空走状態でフィードバック制御を行うことがない。このため、フィードバック制御が安定し、アクチュエータのオーバーシュート動作を抑えることが可能となる。
【００１９】
本発明のアクチュエータ制御方法によれば、アクチュエータの始動時に、モータに対し一定の制御電圧を印加するバックラッシュ解消制御を実施するので、従来のアクチュエータにように、アクチュエータ始動時に空走状態でフィードバック制御を行うことがない。その結果、その後にフィードバック制御を実施する場合も、制御状態が安定し、アクチュエータのオーバーシュート動作を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である制御装置・制御方法にて駆動制御されるアクチュエータを用いたエンジン吸排気系のシステム構成を示す説明図である。
【図２】可変ノズルターボチャージャの排気系側の構成を示す説明図である。
【図３】減速機構付きアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明によるアクチュエータ制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
【図５】図４のアクチュエータ制御装置における制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明による制御が実施されるアクチュエータの動作を示す説明図である。
【図７】従来のアクチュエータの動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、本発明による制御装置・制御方法を、エンジンの吸排気系に用いられるアクチュエータに適用した例について述べる。図１は、本発明の一実施形態である制御装置・制御方法にて駆動制御されるアクチュエータを用いたエンジン吸排気系のシステム構成を示す説明図である。
【００２２】
エンジン３１は、自動車用のディーゼルエンジンであり、図１に示すように、エンジン３１には、吸気系３２を介して燃焼用の空気が供給され、排気系３３を介して燃焼後の排気ガスが排出される。吸気系３２には、エアクリーナ３４とインタークーラ３５が設けられており、エンジン３１には、エアクリーナ３４等を介して、車外から新しい空気が供給される。排気系３３には、エキゾーストブレーキ３６とマフラー３７が設けられており、マフラー３７により、排気ガスの温度や圧力を下げて排気音を抑制しつつ、エンジン３１の排気ガスが車外に排出される。
【００２３】
図１のシステムではさらに、エンジン３１の前後を連通させる形で排気ガス再循環システム（以下、ＥＧＲと略記する）３８が設けられている。また、吸気系３２と排気系３３の間には、可変ノズルターボチャージャ（以下、ＶＮＴと略記する）３９が配されている。
【００２４】
ここで、ＥＧＲ３８は、エンジン３１の排気の一部を吸気側に還流させることにより、吸入空気の酸素濃度を低減させるシステムであり、エンジン３１の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの低減を図るものである。ＥＧＲ３８には、吸気側に還流させる排気ガス量を調整するため、ＥＧＲバルブ４１が設けられている。ＥＧＲバルブ４１は、モータを駆動源とするアクチュエータ（ＡＣＴ）４２によって作動する。ＡＣＴ４２は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４３と接続されたＡＣＴ制御装置１によって制御され、ＥＣＵ４３の指令を受け、その指令値に応じた開度にＥＧＲバルブ４１を作動させる。
【００２５】
一方、ＶＮＴ３９は、いわゆる過給機であり、排気ガスを利用してエンジンが吸入する空気の密度を高め、エンジンの燃焼効率上げて出力を向上させる。ＶＮＴ３９では、吸気系３２側にコンプレッサホイール４４、排気系３３側にタービンホイール４５が設けられており、コンプレッサホイール４４とタービンホイール４５は同軸上に配されている。そして、排気ガスによってタービンホイール４５が回転すると、コンプレッサホイール４４も回転し、新気が吸入圧縮されてエンジン３１に供給される。これにより、エンジン出力が増大し、この出力増による余力を排気ガス対策に充てることができ、排気ガスのクリーン化が図られる。
【００２６】
図２は、ＶＮＴ３９の排気系３３側の構成を示す説明図である。図２に示すように、ＶＮＴ３９には、タービンホイール４５側のハウジング４６内にノズルベーン４７が設けられて、その開口面積Ａを変化させることにより排気の流速を調整し、過給圧を制御する。その際、ノズルベーン４７は、モータを駆動源とするアクチュエータ（ＡＣＴ）４８によって作動する。ＡＣＴ４８は、ＥＣＵ４３と接続されたＡＣＴ制御装置４９によって制御され、ＥＣＵ４３の指令を受け、その指令値に応じた開度にノズルベーン４７を作動させる。
【００２７】
このようなエンジンの吸排気系に使用されるＡＣＴ４２,４８は、電動モータを駆動源としており、複数のギアを用いた多段減速ギア機構によってモータの回転を減速して出力する。図３は、ＡＣＴ４２の構成を示す分解斜視図である。なお、ＡＣＴ４８も同様の構成となっている。図３に示すように、ＡＣＴ４２は、モータ５１と減速機構部５２、コントローラ部５３とから構成されている。
【００２８】
モータ５１は、ステータ５４とロータ５５を有する３相駆動のブラシレスモータであり、ＡＣＴ制御装置１によって、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にて駆動される。モータ５１の各相電流の通電は、パルス状の波形を有する印加電圧信号のduty比（ＯＮ／ＯＦＦ時間比）を変化させることによって制御される。ロータ５５は、モータ回転軸５６に固定されており、ステータ５４内に回転自在に支持されている。回転軸５６の端部には、ピニオンギア（モータギア）５７が取り付けられている。回転軸５６の回転角度は、図示しない角度センサ（第１角度センサ）によって検出されている。
【００２９】
ピニオンギア５７は、減速機構部５２の第１減速ギア５８と噛合している。減速機構部５２には、ピニオンギア５７、第１減速ギア５８、第２減速ギア５９及び出力ギア６１が設けられている。出力ギア６１はＡＣＴ出力軸６２に固定されており、ＡＣＴ出力軸６２にはレバー６３が取り付けられている。モータ回転軸５６の回転は、ギア５８〜６１にて減速されてＡＣＴ出力軸６２に伝達され、ＡＣＴ出力軸６２と共にレバー６３が作動する。ＥＧＲ３８では、このレバー６３の作動角度に応じて、ＥＧＲバルブ４１の開度が変化する。
【００３０】
一方、ＡＣＴ出力軸６２には、図示しないセンサマグネットが取り付けられている。また、コントローラ部５３には、モータ５１の駆動制御用の素子と共に、センサマグネットに対向して角度センサ（第２角度センサ）６４が設けられている。ＥＣＵ４３の指令に基づき、モータ５１が作動すると、ＡＣＴ出力軸６２の作動角度（＝レバー６３の作動角度）が、角度センサ６４によって検出される。レバー６３の作動角度はＥＧＲバルブ４１の開度と対応しており、モータ５１は、角度センサ６４の検出値に基づいて、ＰＩＤフィードバック制御される。
【００３１】
図４は、ＡＣＴ制御装置１の構成を示す制御ブロック図である。なお、ＡＣＴ制御装置４９も同様の構成となっており、同様の機能・作用を有している。また、本発明によるアクチュエータ制御方法も、このＡＣＴ制御装置１によって実施される。ＡＣＴ制御装置１は、従来の制御装置と同様にＡＣＴ出力軸６２の回転数フィードバック制御を行うと共に、ＡＣＴ４２の駆動初期時にバックラッシュ解消制御を実施し、ＡＣＴ出力軸６２のオーバーシュート現象を防止する。
【００３２】
図４に示すように、ＡＣＴ制御装置１にはまず、ＥＣＵ４３からの指令作動角度を受ける指令角度受信部２と、角度センサ６４からの検出信号を受ける実角度データ受信部３が設けられている。指令角度受信部２には、ＥＣＵ４３から、エンジン３１の状態や車両の走行状態等に基づいて、ＥＧＲバルブ４１の開度が指令作動角度として入力される。実角度データ受信部３には、角度センサ６４にて検出したＡＣＴ出力軸６２の実際の作動角度（＝レバー６３の作動角度）が入力される。
【００３３】
指令角度受信部２と実角度データ受信部３の後段には、目標回転数設定部４が設けられている。目標回転数設定部４には、角度比較部５と目標回転数算出部６が設けられている。角度比較部５では、指令角度受信部２から入力された指令角度と、実角度データ受信部３から入力されたＡＣＴ出力軸６２の実際の作動角度（実作動角度θａ）が比較される。目標回転数算出部６は、角度比較部５における比較結果に基づいて、モータ５１の目標回転数を算出し出力する。
【００３４】
目標回転数設定部４の後段には、回転数フィードバック制御部７が設けられている。回転数フィードバック制御部７には、目標回転数算出部６から目標回転数が入力され、また、実角度データ受信部３から微分演算部８を介して、ＡＣＴ出力軸６２の実際の回転数（実回転数）が入力される。なお、微分演算部８では、実角度データ受信部３から得たＡＣＴ出力軸６２の実際の作動角度データを微分することにより、ＡＣＴ出力軸６２の実際の回転数を算出している。また、回転数フィードバック制御部７には、回転数比較部９と制御電圧算出部１１が設けられている。回転数比較部９では、目標回転数設定部４から入力された目標回転数と、微分演算部８から入力された実回転数が比較される。制御電圧算出部１１は、回転数比較部９における比較結果に基づいて、モータ５１に対し出力する電圧（制御電圧）を算出し出力する。
【００３５】
一方、ＡＣＴ制御装置１には、回転数フィードバック制御部７とは別に、バックラッシュ解消制御部１２が設けられている。バックラッシュ解消制御部１２は、ＥＣＵ４３の指令に基づき、ＡＣＴ４２の駆動初期時に、ＡＣＴ出力軸６２の回転角度がある閾値（例えば、０.５〜１度程度）に達するまでモータ５１に対し一定の所定電圧を出力する。バックラッシュ解消制御部１２には、ＡＣＴ出力軸６２の実作動角度θａが所定の閾値θｓを超えたか否かを判定する作動角度判定部１３と、実作動角度θａが閾値θｓを超えるまで、モータ５１に対し一定の電圧（ＰＷＭduty比が一定）を出力する固定電圧出力部１４が設けられている。作動角度判定部１３には、実角度データ受信部３からＡＣＴ出力軸６２の実作動角度θａが入力され、それと、ＲＯＭ１５内に格納されているバックラッシュ解消制御閾値θｓが比較される。なお、制御中における実作動角度データなどの各種検出データや算出値は適宜ＲＡＭ１６に格納される。
【００３６】
バックラッシュ解消制御部１２にはさらに、制御移行指示部１７が設けられている。この制御移行指示部１７は、作動角度判定部１３により、ＡＣＴ出力軸６２の実作動角度θａが閾値θｓを超えたことが検出されると、回転数フィードバック制御部７に対し制御切替信号Ｓｃを出力する。また、制御移行指示部１７からの制御切替信号Ｓｃは、出力切替スイッチ１８にも送出され、これを受けた出力切替スイッチ１８は、モータ５１に対する電圧印加経路を、バックラッシュ解消制御部１２側から回転数フィードバック制御部７側に切り替える。なお、出力切替スイッチ１８では、ＥＣＵ４３の指令によりＡＣＴ４２が始動する際は、電圧印加経路がバックラッシュ解消制御部１２側に設定される。
【００３７】
また、制御切替信号Ｓｃを受ける回転数フィードバック制御部７側には、現在の制御形態が、バックラッシュ解消制御なのか、回転数フィードバック制御なのかを判断する制御形態判定部１９が設けられている。制御形態判定部１９は、ＥＣＵ４３の指令によってＡＣＴ４２が始動した後、制御移行指示部１７から制御切替信号Ｓｃを受けるまでは、バックラッシュ解消制御が実施されていると判断する。そして、制御切替信号Ｓｃを受けると、回転数フィードバック制御を実施すべきと判断し、制御電圧算出部１１の算出結果に応じた電圧値を回転数フィードバック制御部７から出力する。これにより、ＡＣＴ４２の制御形態が、バックラッシュ解消制御から回転数フィードバック制御に切り替わる。
【００３８】
図５は、ＡＣＴ制御装置１における制御手順を示すフローチャート、図６は、本発明による制御が実施されるアクチュエータの動作を示す説明図であり、（ａ）はＡＣＴ出力軸６２の角度変化、（ｂ）はＡＣＴ出力軸６２の回転数変化、（ｃ）は制御電圧（モータ印加電圧）変化を示す説明図である。なお、前述同様、ＡＣＴ制御装置４９においても同様の制御が実施される。
【００３９】
図５に示すように、ここでは、ＥＣＵ４３の指令によってＡＣＴ４２が始動すると（ステップＳ１）、まず、バックラッシュ解消制御Ｓ２が実施される。バックラッシュ解消制御Ｓ２では、ＡＣＴ４２が始動すると、制御電圧として一定電圧Ｖ１がモータ５１に出力される（ステップＳ１１）。この場合、バックラッシュ解消制御部１２は、ＥＣＵ４３のＡＣＴ始動指令を受けると、固定電圧出力部１４から出力切替スイッチ１８を介して、一定電圧Ｖ１をモータ５１に出力する。
【００４０】
ステップＳ１１にて一定電圧Ｖ１を出力した後、バックラッシュ解消制御部１２は、電圧Ｖ１を出力しつつ、作動角度判定部１３にて、ＡＣＴ出力軸６２の実作動角度θａが閾値θｓを超えたか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２にて、実作動角度θａが所定の閾値θｓを超えていない場合には、一定電圧Ｖ１の出力を維持する。すなわち、ＡＣＴ制御装置１は、図６（ａ）,（ｃ）に示すように、ＡＣＴ出力軸６２の実作動角度θａが閾値θｓに至るまでは、バックラッシュ解消制御区間として、一定電圧Ｖ１を出力する。その際、モータ５１は電圧Ｖ１によって駆動され、ＡＣＴ出力軸６２は、バックラッシュ解消点Ｑ（図７（ａ）のＱと同じ：空走区間終了）から作動を開始する（図６（ａ）,（ｂ））。
【００４１】
ここで、当該制御では、閾値θｓとして、減速機構部５２における各ギアのバックラッシュ累積値θ０＋αの角度が設定されている。すなわち、閾値θｓは、バックラッシュ累積値θ０よりも大きい値に設定されている（θｓ＞θ０）。この場合、角度αは、バックラッシュの完全解消を担保するための付加範囲であり、これにより、製品によるバックラッシュのばらつきを吸収し、確実にバックラッシュ解消制御を実施する。前述のように、角度αとしては０.５〜１度程度の値が設定されるが、バックラッシュが解消した後は、できるだけ速やかにフィードバック制御に移行することが望ましいため、角度αには、バックラッシュの完全解消が可能な最低限度の値が設定される。
【００４２】
作動を開始したＡＣＴ出力軸６２は、やがてその作動角度θａがθｓに達する。作動角度判定部１３により、θａがθｓを超えたことが把握されると、制御移行指示部１７から制御切替信号Ｓｃが出力される。これにより、バックラッシュ解消制御が終了し、制御形態が回転数フィードバック制御に切り替えられる。前述のように、閾値θｓはθ０よりも大きい値に設定されているため、アクチュエータ始動時にＡＣＴ出力軸６２は確実に作動し、バックラッシュが解消しないうちに制御形態が回転数フィードバック制御に切り替わることはない。
【００４３】
このようにしてバックラッシュを確実に解消した後、ＡＣＴ４２は、回転数フィードバック制御部７により、フィードバック制御される。すなわち、実作動角度θａが所定の閾値θｓを超えた場合には、ステップＳ１３に進み、バックラッシュ解消制御を終了し、制御形態を回転数フィードバック制御に切り替え（図５のＳ１２→Ｓ１３→Ｓ３）、ルーチンを抜ける。これにより、閾値θｓ到達点Ｒから先は、ＡＣＴ出力軸６２は、目標回転数に追従して作動し（図６（ｂ））、制御電圧も安定した状態で変化する（図６（ｃ））。その結果、ＡＣＴ出力軸６２の作動角度θａも安定的に推移し（図６（ａ））、バックラッシュに起因して駆動初期時に発生するＡＣＴ軸のオーバーシュート現象を防止することが可能となる。
【００４４】
このように、本発明によるアクチュエータ制御装置１では、ＡＣＴ４２の始動時に、モータ５１に対し一定の制御電圧を出力するバックラッシュ解消制御部１２を設け、バックラッシュを解消した後にフィードバック制御に移行する。このため、従来のアクチュエータにように、アクチュエータ始動時に、空走状態でフィードバック制御を行うことがなく、その後のフィードバック制御が安定し、ＡＣＴ４２のオーバーシュート動作を防止することが可能となる。
【００４５】
また、本発明によるアクチュエータ制御装置・制御方法によれば、ギア数の多い多段減速機構においても、閾値θｓの設定により確実にオーバーシュート防止が図られる。そしてこれにより、ＥＧＲバルブ４１の開度を正確に調整することが可能となり、制御精度の向上が図られる。さらに、オーバーシュートが生じにくくなるため、モータ温度の上昇も抑制され、特に、ＥＧＲやＶＮＴに使用されるアクチュエータにように断続的に長時間稼働し、オーバーシュートによる負荷が大きい機器においてはその効果も大きい。
【００４６】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、本発明の制御装置・制御方法をディーゼルエンジンの吸排気系に用いられるアクチュエータに適用した例を示したが、本発明は、ガソリンエンジンの吸排気系に用いられるアクチュエータにも適用可能である。また、前述の実施形態では、モータ５１に３相駆動のブラシレスモータを使用した例を示したが、モータの種類や駆動方法はこれには限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によるアクチュエータ制御装置・制御方法は、エンジン関係のアクチュエータのみならず、家電製品に用いられるアクチュエータなど、減速ギア機構を備えたアクチュエータ一般に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１      アクチュエータ（ＡＣＴ）制御装置
２      指令角度受信部
３      実角度データ受信部
４      目標回転数設定部
５      角度比較部
６      目標回転数算出部
７      回転数フィードバック制御部
８      微分演算部
９      回転数比較部
１１    制御電圧算出部
１２    バックラッシュ解消制御部
１３    作動角度判定部
１４    固定電圧出力部
１５    ＲＯＭ
１６    ＲＡＭ
１７    制御移行指示部
１８    出力切替スイッチ
１９    制御形態判定部
３１    エンジン
３２    吸気系
３３    排気系
３４    エアクリーナ
３５    インタークーラ
３６    エキゾーストブレーキ
３７    マフラー
３８    排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）
３９    可変ノズルターボチャージャ（ＶＮＴ）
４１    ＥＧＲバルブ
４２    アクチュエータ（ＡＣＴ）
４３    ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
４４    コンプレッサホイール
４５    タービンホイール
４６    ハウジング
４７    ノズルベーン
４８    アクチュエータ（ＡＣＴ）
４９    アクチュエータ（ＡＣＴ）制御装置
５１    モータ
５２    減速機構部
５３    コントローラ部
５４    ステータ
５５    ロータ
５６    モータ回転軸
５７    ピニオンギア
５８    第１減速ギア
５９    第２減速ギア
６１    出力ギア
６２    アクチュエータ（ＡＣＴ）出力軸
６３    レバー
６４    角度センサ
Ａ      開口面積
Ｑ      バックラッシュ解消点
Ｒ      閾値到達点
Ｓｃ    制御切替信号
Ｖ１    一定電圧
θ０     バックラッシュ累積値
θａ    実作動角度
θｓ    バックラッシュ解消制御閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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