(57)【要約】  簡易かつ低コストな構成で、故障検出処理を実行するとともに、高速かつ高精度な位置制御を実現することができる電子制御式バルブの制御装置および制御方法を得る。キャリブレーション処理部（１０）は、外部から入力される参照指令で駆動される際の、第１位置検出器（５）から出力されるパルス形式の離散的なモータ軸回転角と、第２位置検出器（６）から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求め、補正処理部（２０）は、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、アナログ電圧をバルブ軸回転角に変換し、制御部（３０）は、バルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスＤＣモータ（２）への駆動指令を生成し、故障検出処理部（４０）は、モータ軸回転角と、バルブ軸回転角とに基づいて、第１位置検出器（５）および第２位置検出器（６）の少なくとも一方の故障を検出する。
2013164930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、前記リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、前記バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置であって、
前記駆動源であるブラシレスＤＣモータと、
前記ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、
前記バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、
外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの前記第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理部と、
前記キャリブレーション処理部で求めた前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係に基づいて、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理部と、
前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、前記ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御部と、
前記第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、前記第１位置検出器および前記第２位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する故障検出処理部と、
を備えた電子制御式バルブの制御装置。
【請求項２】
前記第１位置検出器は、分解能が、電気角で６０ｄｅｇ、３０ｄｅｇ、または１５ｄｅｇであって、前記第２位置検出器は、磁気検出の非接触式である
請求項１に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション処理部は、外部から入力される参照指令により駆動される際に、前記第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角を電圧の多項式として近似した関係を得るとともに、
前記多項式が定期的に取得される
請求項１または請求項２に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項４】
前記補正処理部は、前記第２位置検出器からの出力と、モータ軸とバルブ軸との間の伝達機構系の係数と、前記キャリブレーション処理部で求めた前記モータ軸回転角を電圧の多項式として近似した関係とに基づいて、前記第２位置検出器が有する非線形特性を補正して出力する
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記位置指令および前記バルブ軸回転角を入力として、電流指令を出力する第１制御部と、
前記電流指令、前記バルブ軸回転角および前記ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータの母線電圧を入力として、前記駆動指令を出力する第２制御部と、を有し、
前記第１制御部は、
前記位置指令と前記バルブ軸回転角との偏差を入力として、修正偏差を出力する不感帯と、
前記修正偏差および前記バルブ軸回転角を入力として、比例器、積分器および微分器によりＰＩＤ演算して前記電流指令を出力するＰＩＤ制御器と、
前記電流指令を制限処理する第１飽和器と、
を有し、位置制御系および速度制御系として機能し、
前記第２制御部は、
制御周期の影響で遅れる電気角の位相遅れ分を補正する位相補正量を出力する位相補正器と、
前記位相補正量、前記電気角および角速度に基づいて、前記電流指令を前記ブラシレスＤＣモータの各相の相電流指令に分配する電流指令分配器と、
前記相電流指令と、フィードバックされた前記ブラシレスＤＣモータの各相の推定電流との差分演算で得られる電流偏差を入力として、相電圧指令を出力する電流制御器と、
前記電流制御器から出力される相電流指令に対して、基準電圧と前記インバータの母線電圧との比率で前記相電流指令を補正する電圧補正器と、
前記電圧補正器からの出力を実使用電圧範囲内で制限処理する第２飽和器と、
前記電気角を平滑化して前記ブラシレスＤＣモータの角速度を求めるフィルタと、
前記位相補正量、前記電気角、前記角速度およびあらかじめ測定された誘起電圧に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータの各相の誘起電圧を推定する誘起電圧推定器と、
前記誘起電圧推定器から出力される推定誘起電圧と、前記飽和器から出力される相電圧指令との差分演算で得られる電圧偏差に基づいて、推定電流を求めるための、モータ１相あたりの電圧と電流との関係を一次遅れ要素でモデル化した電流推定器と、
を有し、電流制御系として機能する
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第２飽和器の出力をもとに、補正後相電圧を演算して出力する不感帯補正器を有し、
前記不感帯補正器は、直流の相電圧指令を与えたときのブラシレスＤＣモータの巻線電流を計測して得られる相電圧指令と巻線電流との関係から得られる電圧の不感帯をδ、前記第２飽和器の出力をＶ*j_comp、係数をａ、前記不感帯補正器の出力をＶ*j_comp_cとして、ｇ（Ｖ*j_comp）およびｇ’（Ｖ*j_comp）を、Ｖ*j_compを変数とした単調増加関数とする次式で与えられる
【数１】
2013164930.tif 000017
請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項７】
前記位相補正器から出力される位相補正量が、固定値または可変値である
請求項５または請求項６に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項８】
前記故障検出処理部は、
前記第１位置検出器から出力される電気角をもとに演算したバルブ軸回転角と、前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角との偏差の絶対値と、所定の閾値との大小関係を判別する条件判定部を有し、
前記条件判定部での判定結果を駆動可否判定フラグとして出力する
請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項９】
前記故障検出処理部での故障判定により、前記第２位置検出器が故障していると判定された場合、前記第１位置検出器の出力に基づいて駆動制御が継続される
請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項１０】
開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、前記リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、前記バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置によって実行される電子制御式バルブの制御方法であって、
前記電子制御式バルブの制御装置は、
前記駆動源であるブラシレスＤＣモータと、
前記ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、
前記バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、を備え、
外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの前記第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理ステップと、
前記キャリブレーション処理ステップで求めた前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係に基づいて、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理ステップと、
前記補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、前記ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御ステップと、
前記第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角とに基づいて、前記第１位置検出器および前記第２位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する故障検出処理ステップと、
を備えた電子制御式バルブの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電子スロットルバルブや排気ガス再循環バルブ等、車載用途での位置決め制御を目的として使用されるバルブが、ブラシレスＤＣモータにより駆動される電子制御式バルブの制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バルブ回転軸に設けられた２個のスロットル開度センサと、モータ回転軸に設けられた２個の磁気センサとを有する電子スロットル装置において、多重化されたスロットル開度センサの何れかに故障（異常）が生じた場合に、故障したスロットル開度センサを特定するとともに、正常な他方のスロットル開度センサを使用して制御を継続する電子スロットル装置の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
以下、特許文献１に記載された発明について説明する。この発明は、ＤＣモータをＨブリッジでドライブし、モータ回転軸と直結されたバルブ回転軸を回転動作させる電子スロットルバルブに関するものである。また、この発明は、アクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサや、車速センサ、温度センサ等の出力から決定されるスロットル開度指令に基づいて、この指令にバルブ回転軸が追従するように、位置制御を実行するものである。実スロットル開度は、スロットル開度指令と、バルブ回転軸に設けられた２重系のスロットル開度センサの出力とを用いた位置制御により、目標開度が実現される。【０００４】
ここで、スロットル開度センサの故障検知は、以下のようなステップで実行されている。まず、第１ステップで、２つのスロットル開度センサからの出力（これを、「ＳＳ＿Ａ」、「ＳＳ＿Ｂ」とする）の差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。この差分の絶対値が所定閾値を超える場合には、続く第２ステップまたは第３ステップが実行される。【０００５】
すなわち、第２ステップでは、２つの磁気センサからの出力（これを「ＥＳ＿Ａ」、「ＥＳ＿Ｂ」とする）の一方ＥＳ＿Ａと、スロットル開度センサの出力の一方ＳＳ＿Ａとの差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。このとき、この差分の絶対値が所定閾値を超えない場合には、ＳＳ＿Ｂを出力したスロットル開度センサを故障と判断し、ＳＳ＿Ａによる位置制御が実行される。【０００６】
また、第２ステップにおいて、ＥＳ＿ＡとＳＳ＿Ａとの差分の絶対値が所定閾値を超える場合に、第３ステップが実行される。第３ステップでは、磁気センサの出力ＥＳ＿Ａと、スロットル開度センサの出力の他方ＳＳ＿Ｂとの差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。このとき、この差分の絶対値が所定閾値を超えない場合には、ＳＳ＿Ａを出力したスロットル開度センサを故障と判断し、ＳＳ＿Ｂによる位置制御が実行される。【０００７】
なお、２つのスロットル開度センサの双方が故障と判断された場合には、２つの磁気センサからの出力の何れか一方（ＥＳ＿ＡまたはＥＳ＿Ｂ）による位置制御が実行される。これにより、故障したスロットル開度センサを正確に特定するとともに、正常な他方のスロットル開度センサを使用して、制御を継続している。【０００８】
また、従来から、バルブ回転軸に設けられた２個のスロットル開度センサと、モータ回転軸に設けられた２個の磁気センサとを有する電子スロットル装置において、磁気センサまたはモータロータの故障判別が可能な電子スロットル装置の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。【０００９】
以下、特許文献２に記載された発明について説明する。この発明も、電子スロットルバルブに関するものであって、特許文献１と同様であるが、故障検知の対象が、磁気センサおよびマグネットロータ（すなわち、モータロータ）である点が異なる。【００１０】
ここで、磁気センサおよびマグネットロータの故障検知は、以下のようなステップで実行されている。まず、第１ステップで、磁気センサからの出力ＥＳと、スロットル開度センサからの出力ＳＳから換算したＥＳ＿ＴＨとの差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。この差分の絶対値が所定閾値を超える場合には、続く第２ステップまたは第３ステップが実行される。【００１１】
すなわち、第２ステップでは、実スロットル開度ＳＳが、スロットル開度指令と一致しているか否かが判定される。第２ステップにおいて、実スロットル開度ＳＳがスロットル開度指令と一致していない場合には、第３ステップで、実スロットル開度の変化率が所定閾値を超えるか否かが判定される。【００１２】
第３ステップにおいて、所定閾値を超えた場合には、マグネットロータが正常であり、磁気センサが異常であると判断され、逆の場合には、マグネットロータが異常であり、磁気センサが正常であると判断される。これにより、実スロットル開度ＳＳに基づいて予測される磁気センサ出力が正しくない場合に、それが磁気センサの故障なのか、またはマグネットロータの故障なのかが特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−９０５８８号公報
【特許文献２】特開２００１−９８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載の電子スロットル装置の制御装置では、バルブ回転軸およびモータ回転軸にそれぞれ２個のセンサを設ける必要があるので、コストが高くなるという問題がある。【００１５】
また、スロットル開度センサの故障を検知するために、２つのスロットル開度センサ出力どうしの閾値判定を実行するとともに、２つの磁気センサ出力の一方および他方と、２つのスロットル開度センサ出力の一方および他方との閾値判定を２段階に分けて実行するという、３つのステップを踏む必要がある。そのため、判定処理が複雑化して、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やマイコンでの演算処理負荷が高くなるという問題もある。【００１６】
さらに、特許文献２に記載の電子スロットル装置の制御装置は、スロットル開度センサが正常であることを条件とした磁気センサおよびマグネットロータの故障検知であって、特許文献１と組み合わせることでこの制約を解消することができるものの、判定処理がさらに複雑化するという問題がある。【００１７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡易かつ低コストな構成で、故障検出処理を実行するとともに、高速かつ高精度な位置制御を実現することができる電子制御式バルブの制御装置および制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明に係る電子制御式バルブの制御装置は、開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置であって、駆動源であるブラシレスＤＣモータと、ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理部と、キャリブレーション処理部で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理部と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御部と、第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、第１位置検出器および第２位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する故障検出処理部と、を備えたものである。【００１９】
また、この発明に係る電子制御式バルブの制御方法は、開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置によって実行される電子制御式バルブの制御方法であって、電子制御式バルブの制御装置は、駆動源であるブラシレスＤＣモータと、ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、を備え、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理ステップと、キャリブレーション処理ステップで求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理ステップと、補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御ステップと、第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角とに基づいて、第１位置検出器および第２位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する故障検出処理ステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係る電子制御式バルブの制御装置および制御方法によれば、キャリブレーション処理部（ステップ）は、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求め、補正処理部（ステップ）は、キャリブレーション処理部で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換し、制御部（ステップ）は、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成し、故障検出処理部（ステップ）は、第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、第１位置検出器および第２位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する。
そのため、簡易かつ低コストな構成で、故障検出処理を実行するとともに、高速かつ高精度な位置制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電子制御式バルブの制御装置を、バルブ機構とともに示すブロック構成図である。
【図２】図１のキャリブレーション処理部を詳細に示すブロック構成図である。
【図３】図１の補正処理部を詳細に示すブロック構成図である。
【図４】図１の制御部を詳細に示すブロック構成図である。
【図５】図４の第１制御部を詳細に示すブロック構成図である。
【図６】図４の第２制御部を詳細に示すブロック構成図である。
【図７】図１の故障検出処理部を詳細に示すブロック構成図である。
【図８】図７の故障検出処理部における条件判定処理を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２に係る電子制御式バルブの制御装置を、バルブ機構とともに示すブロック構成図である。
【図１０】図９の制御部における第２制御部を詳細に示すブロック構成図である。
【図１１】図９の故障検出処理部を詳細に示すブロック構成図である。
【図１２】図１１の故障検出処理部における第１条件判定処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１１の故障検出処理部における第２条件判定処理を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る電子制御式バルブの制御装置における位相補正器の入出力関係を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る電子制御式バルブの制御装置の位相補正器における具体的な位相補正量を求める処理を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４に係る電子制御式バルブの制御装置の第２制御部を詳細に示すブロック構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態４に係る電子制御式バルブの制御装置の第２制御部における不感帯補正器の処理を示す説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態４に係る電子制御式バルブの制御装置の、不感帯補正器の処理を記述する上での、相電圧指令と巻線電流との計測例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明に係る電子制御式バルブの制御装置および制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００２３】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る電子制御式バルブの制御装置について、図１〜８を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る電子制御式バルブの制御装置を、バルブ機構１とともに示すブロック構成図である。以下、バルブ機構１と電子制御式バルブの制御装置とを合わせて制御システムと称する。
【００２４】
図１において、この制御システムは、バルブ機構１、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣＭ）２、ブラシレスＤＣモータ２の駆動回路であるインバータ３、ＰＷＭ処理部４、ブラシレスＤＣモータ２のモータ回転軸（厳密には、モータロータ回転軸）の角度（モータ軸回転角）を検出する第１位置検出器５、およびバルブ機構１のバルブ回転軸の角度（バルブ軸回転角）を検出する第２位置検出器６を備えている。
【００２５】
また、この制御システムには、第１位置検出器５および第２位置検出器６の検出値をもとにキャリブレーションを行うキャリブレーション処理部１０、第２位置検出器６の検出値に対して補正を加える補正処理部２０、バルブ軸回転角を所定の位置に整定させるための制御部３０、および第１位置検出器５および第２位置検出器６の故障を判定する故障検出処理部４０が設けられている。
【００２６】
バルブ機構１を駆動するアクチュエータは、ブラシレスＤＣモータ２である。また、ブラシレスＤＣモータ２には、例えばロータに着磁された磁石の磁極位置を、ホールＩＣのようなパルス出力形式で出力する第１位置検出器５が設けられている。第１位置検出器５の角度分解能は、例えば電気角で６０ｄｅｇ、３０ｄｅｇまたは１５ｄｅｇであって、離散的にモータ軸回転角を検出するものとする。
【００２７】
また、バルブ機構１のバルブ軸回転角を検出する第２位置検出器６は、例えばバルブ軸に磁石を備え、バルブ軸の回転に伴う磁界変化を、アナログ出力形式で出力する非接触式の磁気センサとする。
【００２８】
なお、バルブ機構１には、付勢手段として、スプリング（図示せず）が連結されている。スプリングには、プレロードが与えられており、スプリングによるリターントルクが、例えばバルブ機構１のバルブ軸（図示せず）の閉弁方向に作用する。
【００２９】
一方、ブラシレスＤＣモータ２には、モータ回転軸と連動した歯車減速機のような動力伝達機構（図示せず）を介してスプリングが連結されており、バルブ機構１が制御されない状態（例えば通電カットされた状態）では、スプリングのプレロードによるリターントルクで、バルブ軸が機械端に押し当てられた状態となる、いわゆる機構的なフェールセーフ機能を有している。
【００３０】
続いて、電子制御式バルブの制御装置の制御の概略的な流れについて説明する。この制御装置は、バルブ軸回転角を所定角度に整定することを主目的としており、位置指令に対して実位置（バルブ軸回転角）が追従するようにフィードバック制御が組まれる。
【００３１】
具体的には、位置指令と実位置とに基づいて制御部３０で駆動指令を算出し、この駆動指令をＰＷＭ処理部４に入力することで、ＰＷＭ処理部４からはＰＷＭ指令が出力される。また、ＰＷＭ指令に基づいてインバータ３のハイサイドアームおよびローサイドアームを適切なタイミングでスイッチングすることで、ブラシレスＤＣモータ２が目標値に追従するように駆動される。
【００３２】
ここで、バルブ機構１に設けられた第２位置検出器６は、アナログ出力形式なので、フィードバック制御におけるフィードバック量である実位置を、角度の次元にスケーリングする必要がある。そこで、以下の初期化動作を実行する。
【００３３】
まず、フィードバック制御を組む前に、参照指令として、例えば一定量の電圧を駆動指令として与え、オープンループでブラシレスＤＣモータ２を一方向に駆動させる。このとき、ブラシレスＤＣモータ２のモータ軸回転角を検出する第１位置検出器５の出力と、バルブ機構１に設けられた第２位置検出器６の出力であるアナログ電圧としてのバルブ軸回転角とに基づいて、キャリブレーション処理部１０で、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求める。
【００３４】
なお、この初期化動作においては、参照指令とＰＷＭ処理部４とが接続され、キャリブレーション処理部１０と補正処理部２０とが非接続である点に留意する。この初期化動作が完了すると、キャリブレーション処理部１０で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係を補正処理部２０に移植するために、キャリブレーション処理部１０と補正処理部２０とが一旦接続され、移植が完了した時点で再び非接続となる。その後、ＰＷＭ処理部４と制御部３０とが接続され、フィードバック制御が可能な状態となる。
【００３５】
また、補正処理部２０は、キャリブレーション処理部１０で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係と、動力伝達機構の減速比とを情報として有しており、第２位置検出器６からのアナログ電圧をバルブ軸回転角に補正し、これを実位置として出力することで、バルブ軸回転角を目標値に追従させるフィードバック制御系が構成される。
【００３６】
また、故障検出処理部４０は、補正処理部２０の出力であるバルブ軸回転角と、第１位置検出器５の出力であるモータ軸回転角とに基づいて、第２位置検出器６の故障判定を実行し、判定結果をＰＷＭ処理部４に出力する。なお、故障検出処理部４０は、制御装置の動作中は、常時第２位置検出器６の故障判定を実行している。
【００３７】
以上が、電子制御式バルブの制御装置の制御の概略的な流れである。次に、演算処理を実行するキャリブレーション処理部１０、補正処理部２０、制御部３０および故障検出処理部４０の各部について詳細に説明する。
【００３８】
まず、図２を参照しながら、キャリブレーション処理部１０の演算処理について説明する。図２は、図１のキャリブレーション処理部１０を詳細に示すブロック構成図である。キャリブレーション処理部１０は、電気角の時系列テーブル１１、電圧の時系列テーブル１２および電圧と電気角との関係を示すテーブル１３を有し、第１位置検出器５の出力および第２位置検出器６の出力を入力とする。
【００３９】
キャリブレーション処理部１０の演算処理は、参照指令とＰＷＭ処理部４とが接続された状態でブラシレスＤＣモータ２が強制的に駆動されている状態で実行されるので、第１位置検出器５のパルス状の入力をパルスのエッジでカウントアップすることで、電気角の時系列テーブル１１が生成される。ここで、第１位置検出器５の出力は、上述したように離散的な信号であって、階段状の１ステップが電気角分解能θe0に相当する。
【００４０】
また、同時に、第２位置検出器６のアナログ状の入力電圧に基づいて、電圧の時系列テーブル１２が生成される。このとき、電気角の時系列テーブル１１と電圧の時系列テーブル１２とは、同期して取得されているので、両者を組み合わせると、電気角１ステップ毎の電圧が離散的に取得されることとなり、結果的に、電圧と電気角との関係を示すテーブル１３が生成される。なお、この電圧と電気角との関係は、次式（１）の関数として表される。
【００４１】
【数１】
2013164930.tif 000003
【００４２】
式（１）において、ｆ（Ｖ）は、電圧Ｖの関数であることを示している。なお、式（１）の最も簡単な例としては、電気角θeを、電圧Ｖの一次式とする近似であるが、第２位置検出器６の電気的特性が完全に線形ではないことを考慮して、一般的に電圧Ｖの多項式として近似してもよい。その結果、キャリブレーション処理部１０は、電圧と電気角との関係である式（１）を出力する。
【００４３】
すなわち、キャリブレーション処理部１０は、式（１）に相当する電圧と電気角との情報を出力することになるが、出力の形式はこれに限らず、例えば、電圧と電気角との関係を示すテーブル１３をそのまま出力し、後述する補正処理部２０内で上記テーブルを外挿または内挿して用いてもよい。
【００４４】
また、このキャリブレーション処理部１０での演算処理は、電子制御式バルブの組立後に１回以上実行することはもちろんのこと、バルブの車両搭載後においても定期的に実行してもよい。
【００４５】
次に、図３を参照しながら、補正処理部２０の演算処理について説明する。図３は、図１の補正処理部２０を詳細に示すブロック構成図である。図３において、補正処理部２０は、伝達機構系および検出器系の補正処理部２１を有し、上述した電圧と電気角との関係と、第２位置検出器６からのアナログ電圧とに基づいて、次式（２）を用いて電圧を補正する。
【００４６】
【数２】
2013164930.tif 000004
【００４７】
式（２）において、θvは補正処理部２０の出力であるバルブ軸回転角を示し、ｐnはモータ極対数を示し、ηは減速比を示している。また、式（２）において、ｐnおよびηは定数なので、第２位置検出器６の出力である電圧から補正したバルブ軸回転角を得ることができる。
【００４８】
このように、初期化動作でキャリブレーション処理部１０が電圧と電気角との関係を求め、補正処理部２０に移植することによって、第２位置検出器６の出力電圧の、角度へのスケーリングが可能になる。また、キャリブレーション処理部１０においては、式（１）におけるｆ（Ｖ）を多項式近似で表現しているので、第２位置検出器６が有するアナログ出力形式特有の非線形特性も補正され、バルブ軸回転角の高分解能化が可能となる。
【００４９】
さらに、磁石と検出面との間のギャップ調整等に代表される組立時の公差およびセンサ個体差に起因した出力のばらつきも補正することができるので、通常のようにデータシート上で既知なセンサ単体の特性をそのまま適用する場合と比較して、センサの出力ばらつきも抑制することができる。
【００５０】
続いて、図４〜６を参照しながら、制御部３０の演算処理について説明する。図４は、図１の制御部３０を詳細に示すブロック構成図である。図４において、制御部３０は、第１制御部３１および第２制御部３２を有し、位置指令、実位置（バルブ軸回転角）およびインバータ３の母線電圧が入力されて、駆動指令を出力する。
【００５１】
なお、以降に示すフィードバック制御の状態では、参照指令とＰＷＭ処理部４とは非接続となり、制御部３０とＰＷＭ処理部４とが接続状態となる。また、キャリブレーション処理部１０と補正処理部２０とは非接続となる。
【００５２】
図５は、図４の第１制御部３１を詳細に示すブロック構成図である。図５において、第１制御部３１は、不感帯３１１、ＰＩＤ制御器３１２および飽和器３１３を有している。また、第１制御部３１は、位置指令および実位置（バルブ軸回転角）が入力されて、電流指令、具体的にはｑ軸電流指令を出力するもので、位置指令と実位置との実偏差を零にするように電流指令が演算され、出力される制御系である。
【００５３】
不感帯３１１は、この実偏差に対して作用するものであり、具体的な演算は、次式（３）で表される。式（３）において、ｅは位置指令と実位置との実偏差を示し、εは不感帯幅を示し、ｋは不感帯の間の傾きを示し、ｅ’は修正偏差を示している。
【００５４】
【数３】
2013164930.tif 000005
【００５５】
この不感帯３１１は、ＰＩＤ制御で一般的に使用されるものであるが、作動流体等の負荷抵抗が作用する電子制御式バルブでは、特に実偏差の小さい領域において、第１制御部３１の出力である電流指令の感度を小さくすることで、バルブを任意開度で保持する際の微振動を抑制することができる。
【００５６】
ＰＩＤ制御器３１２は、比例器、積分器および微分器（望ましくは、擬似微分器）からなる制御器であって、図５では、一例として微分先行型ＰＩ−Ｄ制御の構成を示している。しかしながら、これ以外にも、Ｉ−ＰＤ制御等、古典制御理論の範疇であれば、どのような構成であってもよい。また、飽和器３１３は、電流指令を上下限値で制限処理する。
【００５７】
図６は、図４の第２制御部３２を詳細に示すブロック構成図である。図６において、第２制御部３２は、電流指令分配器３２１、誘起電圧推定器３２２、２つの電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂ、２つの電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂ、飽和器３２５、電圧補正器３２６、バルブ軸／電気角変換器３２７、フィルタ３２８および位相補正器３２９を有している。
【００５８】
以下、第２制御部３２の各部の動作について説明する。なお、第２制御部３２は、電流指令、実位置（バルブ軸回転角）およびインバータ３の母線電圧が入力されて、駆動指令である相電圧指令を出力するものであって、いわゆる電流制御を電流センサレスで実現している。
【００５９】
電流指令分配器３２１は、電流指令（ｑ軸電流指令）ｉq_comを、Ｕ相電流指令ｉu_comおよびＶ相電流指令ｉv_comに分配する処理を行う。ここで、分配に当たって必要な電気角は、バルブ軸／電気角変換器３２７で、実位置であるバルブ軸回転角を、モータ軸回転角（電気角）に変換する次式（４）によって得られる。
【００６０】
【数４】
2013164930.tif 000006
【００６１】
式（４）により、連続的に変化する電気角が与えられるので、ブラシレスＤＣモータ２の駆動方式の１つである正弦波駆動が可能となる。なお、正弦波駆動以外にも、１２０度通電矩形波駆動や１８０度通電矩形波駆動も可能であることは、いうまでもない。
【００６２】
また、電流指令分配器３２１は、次式（５）を用いて、直流電流を交流電流に分配する。
【００６３】
【数５】
2013164930.tif 000007
【００６４】
ここで、式（５）の右辺Ｃ（θe、Δθe）は、電気角θeと後述する位相補正量Δθeとの関数であり、三角関数を要素として持つ３×２の方向余弦行列である。また、式（５）の左辺のＷ相電流指令ｉw_comは、ブラシレスＤＣモータ２の電流制御において、３相のうちの２相が制御できれば、残り１相も自動的に制御できるので計算する必要はない。また、式（５）の右辺のｄ軸電流指令ｉd_comも、簡単のために零とする。
【００６５】
したがって、電流指令分配器３２１における入出力関係としては、入力が、電流指令、バルブ軸／電気角変換器３２７から出力された電気角、この電気角をフィルタ３２８で擬似微分して得られた電気角速度、および位相補正器３２９から出力された位相補正量Δθeであって、出力が、Ｕ相電流指令ｉu_comおよびＶ相電流指令ｉv_comである。なお、フィルタ３２８および位相補正器３２９については、後述する。
【００６６】
誘起電圧推定器３２２は、駆動中にブラシレスＤＣモータ２の各相巻線に発生する誘起電圧を推定する。誘起電圧推定器３２２の出力であるＵ相推定誘起電圧ｅu_estおよびＶ相推定誘起電圧ｅv_estは、次式（６）で表される。
【００６７】
【数６】
2013164930.tif 000008
【００６８】
ここで、式（６）の右辺のωeは、電気角速度であり、ｅnormは、例えばブラシレスＤＣモータ２を外部からある一定回転数で駆動させた場合に、ブラシレスＤＣモータ２に発生するＵ相誘起電圧およびＶ相誘起電圧の片振幅を、当該回転数で除した単位角速度あたりの電圧であり、Ｄ（θe、Δθe）は、電気角θeと位相補正量Δθeとの関数として表現される三角関数の要素を持つ２×１のベクトルである。
【００６９】
続いて、フィルタ３２８および位相補正器３２９について説明する。フィルタ３２８は、バルブ軸／電気角変換器３２７の出力として得られる電気角を時間微分して、電気角速度ωeを生成するものである。例えば、フィルタ３２８を擬似微分器とすれば、次式（７）で表される。
【００７０】
【数７】
2013164930.tif 000009
【００７１】
式（７）において、Ｔおよびαは定数を示している。式（７）のように、右辺分母の特性である一次遅れ要素を加えることで、観測ノイズ等の影響を受けにくくすることができる。また、当然のことながら、フィルタ３２８は、式（７）で表される擬似微分器以外にも、移動平均フィルタや、前進差分、後退差分のような単純な要素としてもよく、位置から速度を求めるための演算であれば、どのような要素あってもよい。
【００７２】
次に、位相補正器３２９について説明する。一般的に、第２制御部３２のように、モータ制御に電流ループが存在する場合、モータ角速度の増大に伴って、電流ループの制御周期の影響により、実位置の読み込み遅れ（位相遅れ）が増大する。
【００７３】
このことを図６と照らし合わせると、電流指令分配器３２１の出力である相電流指令および誘起電圧推定器３２２の出力である推定誘起電圧の位相が、モータ実機の実相電流や実誘起電圧の応答に対して遅れる結果、ブラシレスＤＣモータ２の応答性が低下する。そこで、位相補正器３２９は、この応答性低下を解消するために、制御周期に起因する制御演算の位相遅れ分を補正するという観点で導入される。
【００７４】
位相補正器３２９は、次式（８）を用いて算出される位相補正量Δθeを、電流指令分配器３２１および誘起電圧推定器３２２に出力する。式（８）において、ＴθはブラシレスＤＣモータ２の一定回転数における電気角１周期の時間を示し、Δｔcは第２制御部３２の制御周期を示している。
【００７５】
【数８】
2013164930.tif 000010
【００７６】
すなわち、電流指令分配器３２１の出力である相電流指令および誘起電圧推定器３２２の出力である推定誘起電圧を推定する場合に必要な電気角に対して、位相補正器３２９の出力である位相補正量Δθeを加味することで、電流制御する第２制御部３２の制御周期による各相の電流指令の演算遅れや、誘起電圧の演算遅れを抑制することができる。なお、位相補正量Δθeは、例えばブラシレスＤＣモータ２が発生しうる最大角速度から決定した固定値として設定することができる。
【００７７】
続いて、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂは、電流指令分配器３２１の出力であるＵ相電流指令ｉu_comおよびＶ相電流指令ｉv_comと、後述するＵ相推定電流ｉu_estおよびＶ相推定電流ｉv_estとをそれぞれ差分演算した電流偏差であるｉu_com−ｉu_est、ｉv_com−ｉv_estに基づいて、Ｕ相電圧指令およびＶ相電圧指令を生成するものである。最も簡単な例としては、公知技術である電流偏差に比例した電圧指令の出力となるように、比例器のみで電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂを構成する。なお、これ以外にも、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂを比例器および積分器で構成してもよい。
【００７８】
次に、電圧補正器３２６について説明する。車載用途で用いられる電子制御式バルブでは、その動力源としてバッテリが用いられることが多い。一般的に、バッテリは、経年変化によるバッテリ電圧の低下や、キーＯＮ時等のバッテリ電圧の変動といった電圧変化を生じる。具体的には、例えばブラシレスＤＣモータ２がインバータ３の定格電圧で駆動されている場合に、電圧レベルが低下すると、制御系から出力される駆動指令が同じであっても、ブラシレスＤＣモータ２の回転数は低下する。
【００７９】
このことを制御系の観点から見ると、制御系のゲインが小さくなっていることと等価である。したがって、このように動力源の変化によっても、応答性を損なうことなく安定した駆動を実現するためには、制御系から出力される駆動指令を補正する必要がある。そこで、電圧補正器３２６は、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂの出力である相電圧指令を、次式（９）を用いて補正する。
【００８０】
【数９】
2013164930.tif 000011
【００８１】
ここで、式（９）の左辺Ｖu_comp、Ｖv_compおよびＶw_compは、電圧補正器３２６の出力としての各相の相電圧指令である。また、式（９）の右辺について、Ｖbaseは基準電圧（固定値）を示し、Ｖbusはインバータ３の母線電圧を示し、Ｖu*およびＶv*は電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂの出力であるＵ相およびＶ相の相電圧指令であって、Ｖw*は上記Ｖu*およびＶv*から演算されるＷ相の相電圧指令である。このようにして、ＶbusがＶbaseに対して小さい場合は、相電圧指令を増やし、逆に、ＶbusがＶbaseに対して大きい場合は、相電圧指令を減らす操作を自動的に行うので、電圧変動による応答性劣化を防止することができる。
【００８２】
次に、飽和器３２５は、インバータ３の電圧レベルに応じて、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令およびＷ相電圧指令の片振幅を制限するものである。
【００８３】
続いて、電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂは、飽和器３２５の出力として得られるＵ相電圧指令Ｖu_comp*およびＶ相電圧指令Ｖv_comp*と、前述した誘起電圧推定器３２２の出力として得られるＵ相推定誘起電圧ｅu_estおよびＶ相推定誘起電圧ｅv_estとに基づいて、Ｕ相およびＶ相に流れる相電流を推定するものである。
【００８４】
一般的に、３相モータの相電流を個別にフィードバック制御する一般的な電流制御では、第２制御部３２のゲイン（すなわち、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂのゲイン）を、電流応答が発振しない程度にまでハイゲイン設定し、電流制御の帯域幅を広くして応答性を向上させる。
【００８５】
一方、電流センサを用いずに、擬似的に電流フィードバック制御を実行する場合においても同様に、誘起電圧の推定精度や電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂの電流モデルの精度が高く、第２制御部３２のゲイン（すなわち、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂのゲイン）を、電流応答が発振しない程度にまでハイゲイン設定すれば、実相電流と推定相電流とはよく一致し、電流応答は向上する。また、このような状態においては、相電圧指令は、３相モータの実相電圧と一致しているものと見なすことができる。
【００８６】
そこで、Ｕ相推定電流ｉu_estおよびＶ相推定電流ｉv_estを演算するために、電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂの電流モデルとして、例えばハーネスを含む１相あたりの巻線抵抗をＲ、１相あたりの巻線インダクタンスをＬとした一次遅れ要素を設定する。ここで、電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂの具体的な演算は、第２制御部３２の制御周期をΔｔcとして、次式（１０）および次式（１１）で表される。式（１０）および式（１１）において、ｎはサンプリング数であり、正の整数である。
【００８７】
【数１０】
2013164930.tif 000012
【００８８】
【数１１】
2013164930.tif 000013
【００８９】
以上が、電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂを一次遅れ要素としてモデル化した場合におけるＵ相推定電流ｉu_estおよびＶ相推定電流ｉv_estの演算方法である。
【００９０】
このように、バルブ機構１を開閉制御する場合に、誘起電圧推定器３２２の出力であるＵ相およびＶ相の推定誘起電圧と、飽和器３２５の出力であるＵ相およびＶ相の相電圧指令とに基づいて、３相モータ１相あたりの電圧と電流との関係を一次遅れ要素でモデル化した、電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂで演算される各相の推定電流（式（１０）および式（１１）参照）を、相電流指令に対してフィードバックする構成とすることで、電流センサを不要とした擬似的な電流フィードバック制御系、すなわち電流センサレス制御系を構成することができる。
【００９１】
また、バルブ機構１をブラシレスＤＣモータ２で開閉制御する用途において、特にフェールセーフ目的のスプリングが設けられているバルブ機構１では、スプリングによるリターントルクがモータ発生トルクに重畳して、速度が出やすい方向に駆動する場合に、速度上昇による誘起電圧上昇によって、ブラシレスＤＣモータ２に流れる電流が減少し、停止位置近辺でブレーキを作用させるための電流を流しにくくなって、バルブが機械端と衝突してバウンドするという状態が起こりうる。しかしながら、上述した擬似的な電流フィードバック制御系を構成した第２制御部３２の作用によって、巻線インダクタンスの影響による電流遅れを補償できるので、機械端と衝突することなく、高速な応答を実現することができる。
【００９２】
次に、図７を参照しながら、故障検出処理部４０の演算処理について説明する。図７は、図１の故障検出処理部４０を詳細に示すブロック構成図である。図７において、故障検出処理部４０は、電気角の時系列テーブル４１、電気角／バルブ軸変換器４２および条件判定部４３を有し、補正処理部２０の出力であるバルブ軸回転角および第１位置検出器５のパルス状の出力が入力されて、駆動可否判定フラグをＰＷＭ処理部４に出力する。
【００９３】
第１位置検出器５のパルス状の入力は、パルスのエッジでカウントアップされ、電気角の時系列テーブル４１が生成される。このとき、第１位置検出器５の出力は、離散的な信号なので、階段状の１ステップが電気角分解能θe0に相当する。電気角／バルブ軸変換器４２は、電気角の時系列テーブル４１から出力される離散的な信号を、次式（１２）を用いて、バルブ軸回転角に変換する。
【００９４】
【数１２】
2013164930.tif 000014
【００９５】
式（１２）において、θed_vは電気角／バルブ軸変換器４２の出力を示し、θedは電気角／バルブ軸変換器４２の入力を示し、ｐnはモータ極対数を示し、ηは減速比を示している。なお、モータ極対数ｐnおよび減速比ηは、定数である。
【００９６】
続いて、条件判定部４３は、電気角／バルブ軸変換器４２で演算されたθed_vと、バルブ軸回転角θvとの偏差に基づいて、第２位置検出器６の故障判定を実行する。条件判定部４３の具体的な演算過程を、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００９７】
まず、条件判定部４３は、バルブ軸回転角θvと電気角／バルブ軸変換器４２で演算されたθed_vとの偏差の絶対値が、角度閾値θth以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００９８】
ステップＳ１において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第２位置検出器６が正常であると判断し、駆動可能であるという駆動可否判定フラグを出力して（ステップＳ２）、図８の処理を終了する。
【００９９】
一方、ステップＳ１において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、第２位置検出器６が異常であると判断し、駆動不可能であるという駆動可否判定フラグを出力して（ステップＳ３）、図８の処理を終了する。
【０１００】
この駆動可否判定フラグは、ＰＷＭ処理部４に出力され、受けたフラグが駆動不可能なフラグであれば、ＰＷＭ処理部４内で駆動指令を強制的に零として、ブラシレスＤＣモータ２を強制停止させる。すなわち、補正処理部２０の出力であるバルブ軸回転角と、第１位置検出器５の出力から式（１２）を用いて求めた値とを比較することで、第１位置検出器５と第２位置検出器６とが単一構成であっても、簡易的な論理で第２位置検出器６の故障を検出できるとともに、モータを強制停止させることができる。
【０１０１】
このように、バルブ機構１に設けられた第２位置検出器６の出力を高分解能化した量でフィードバック制御が実行され、かつ内部ループに電流センサレスの電流制御系を構成したことから、高速かつ高精度な位置制御を実現することができる。さらに、バルブ機構１およびブラシレスＤＣモータ２にそれぞれ単一構成のセンサを設けてセンサ個数を減らすことで、位置検出器の故障検出を簡易かつ低コストで実現することができる。
【０１０２】
以上のように、実施の形態１によれば、キャリブレーション処理部（ステップ）は、外部から入力される参照指令で駆動される際の、第１位置検出器から出力されるパルス形式の離散的なモータ軸回転角と、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求め、補正処理部（ステップ）は、キャリブレーション処理部で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換し、制御部（ステップ）は、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成し、故障検出処理部（ステップ）は、第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、第１位置検出器および第２位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する。
そのため、簡易かつ低コストな構成で、故障検出処理を実行するとともに、第２位置検出器の出力ばらつきが抑制されたバルブ軸回転角をフィードバック量とした高速かつ高精度な位置制御を実現することができる。
【０１０３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電子制御式バルブの制御装置について、図９〜１３を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態２に係る電子制御式バルブの制御装置を、バルブ機構とともに示すブロック構成図である。
【０１０４】
この発明の実施の形態２が、上述した実施の形態１と異なる点を図９について示すと、制御部３０Ａに入力される実位置が、補正処理部２０の出力と第１位置検出器５の出力とで選択される点、および図示していないが、制御部３０Ａに入力される位置指令が、実位置の選択に応じて変更される点である。
【０１０５】
図１０は、図９の制御部３０Ａにおける第２制御部３２Ａを詳細に示すブロック構成図である。図１０において、実位置の選択に応じて、バルブ軸／電気角変換器３２７の出力と、第１位置検出器５の出力とが選択される点が、上述した実施の形態１と異なる。
【０１０６】
また、図９において、実位置の選択を考慮したことにより、故障検出処理部４０Ａの構成も上述した実施の形態１と異なっている。以下、故障検出処理部４０Ａの構成および演算処理について、詳細に説明する。
【０１０７】
なお、この発明の実施の形態２の主たる目的は、第２位置検出器６が故障した場合であっても、第１位置検出器５の出力を用いて、バルブ機構１の開閉制御を継続可能とすることにある。
【０１０８】
図１１は、図９の故障検出処理部４０Ａを詳細に示すブロック構成図である。図１１において、故障検出処理部４０Ａは、図７に示した条件判定部４３に代えて、２段階の第１条件判定部４４および第２条件判定部４５を有している。
【０１０９】
第１条件判定部４４の具体的な演算過程を、図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、第１条件判定部４４は、実施の形態１と同様に、バルブ軸回転角θvと電気角／バルブ軸変換器４２で演算されたθed_vとの偏差の絶対値が、角度閾値θth以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。
【０１１０】
ステップＳ１において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第２位置検出器６が正常であると判断し、第２位置検出器６が正常であるというフラグを出力して（ステップＳ１１）、図１２の処理を終了する。
【０１１１】
一方、ステップＳ１において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、第２位置検出器６が異常であると判断し、第２位置検出器６が異常であるというフラグを出力して（ステップＳ１２）、図１２の処理を終了する。
【０１１２】
続いて、第２条件判定部４５の具体的な演算過程を、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、第２条件判定部４５は、第１条件判定部４４から出力されるフラグに基づいて、第２位置検出器６が正常であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。
【０１１３】
ステップＳ２１において、第２位置検出器６が正常である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、駆動可能であるという駆動可否判定フラグをＰＷＭ処理部４に出力して（ステップＳ２２）、図１３の処理を終了する。これにより、第２位置検出器６の出力をフィードバック量としたバルブ機構１の開閉制御が実行される。
【０１１４】
一方、ステップＳ２１において、第２位置検出器６が異常である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、第２条件判定部４５は、第１位置検出器５の出力をフィードバック量として適用するか否かを判定する（ステップＳ２３）。
【０１１５】
なお、この判定は、単に第１位置検出器５の出力を適用するか否かを決めるだけでもよい。また、これに限定されず、例えば一旦フィードバックループを切って、参照指令でブラシレスＤＣモータ２を一定回転数で駆動した場合に、一定回転数から算出される第１位置検出器５のカウント数の理論的な時間幅と、実際に第１位置検出器５から出力されたパルスをカウントしたときの時間幅との差分の絶対値が所定時間幅以下か否かで、第１位置検出器５の出力を適用するか否かを決めてもよい。
【０１１６】
ステップＳ２３において、第１位置検出器５の出力を適用する（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第２条件判定部４５は、駆動可能であるという駆動可否判定フラグをＰＷＭ処理部４に出力して（ステップＳ２４）、図１３の処理を終了する。
【０１１７】
これにより、第１位置検出器５の出力をフィードバック量としたバルブ機構１の開閉制御に移行するので、この時点で、制御部３０Ａへの入力である実位置および位置指令は、第１位置検出器５を参照した実位置およびモータ軸回転角換算の位置指令にそれぞれスイッチされる。また、制御部３０Ａ内の第２制御部３２Ａへの入力である実位置も、第１位置検出器５を参照した実位置へとスイッチされる。
【０１１８】
一方、ステップＳ２３において、第１位置検出器５の出力を適用しない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、第２条件判定部４５は、駆動不可能であるという駆動可否判定フラグをＰＷＭ処理部４に出力して（ステップＳ２５）、図１３の処理を終了する。これにより、ブラシレスＤＣモータ２が停止される。
【０１１９】
このようにすることで、第２位置検出器６が異常であっても、第１位置検出器５の出力を位置のフィードバック量とした駆動制御を継続することが可能となり、位置検出器を相互に監視する簡易なロジックとともに、電子制御式バルブの故障耐性を向上させることができる。
【０１２０】
なお、上記実施の形態２においては、フィードバック量として第１位置検出器５の出力を適用する状態に移行した時点で、ブラシレスＤＣモータ２のモータ軸回転角として、離散的な電気角の信号を扱うことになるので、式（５）および式（６）で示した行列Ｃ（θe、Δθe）およびベクトルＤ（θe、Δθe）が、電気角分解能毎の離散的な値となる。
【０１２１】
この場合、実施の形態１で用いる三角関数の演算が必要なくなり、電気角分解能毎に零次ホールドしたものとして、行列Ｃ（θe、Δθe）およびベクトルＤ（θe、Δθe）の要素を、三角関数を使うことなく演算することができる。そのため、電子制御式バルブを駆動するための演算を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やマイコンのような処理装置での演算負荷を軽減することができる。
【０１２２】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電子制御式バルブの制御装置について、図１４、１５を参照しながら説明する。図１４は、この発明の実施の形態３に係る電子制御式バルブの制御装置における位相補正器３２９Ａの入出力関係を示す説明図である。なお、位相補正器３２９Ａは、上述した実施の形態１、２の第２制御部３２、３２Ａに適用される。
【０１２３】
上記実施の形態１で説明したように、位相補正器３２９は、第２制御部３２、３２Ａの制御周期に起因した位相遅れ分を補正する目的で導入したものであるが、実施の形態１、２では、その位相遅れ分の補正量が固定値であると説明した。しかしながら、ブラシレスＤＣモータ２が停止している状態からの始動直後には、実位置の取り込みに位相遅れが存在しないので、補正量を固定値とすると、ブラシレスＤＣモータ２の始動不能、またはブラシレスＤＣモータ２が意図しない方向に駆動され、場合によっては発振するといった、電子制御式バルブにとっては不適な状態に陥ることがある。
【０１２４】
そこで、これに対して、図１４に示した位相補正器３２９Ａは、フィルタ３２８の出力である角速度（電気角換算）に基づいて、位相補正量を変更可能な構成としている。位相補正器３２９Ａにおける具体的な位相補正量を求める処理を、図１５に示す。
【０１２５】
図１５（ａ）は、全閉状態を０ｄｅｇとしてバルブを駆動制御し、所定角度に整定させた場合の、モータ軸回転角（電気角）のプロファイルを示し、１５（ｂ）は、上記角度プロファイルにおけるモータの角速度プロファイルを示している。
【０１２６】
ここで、位相補正器３２９Ａでは、図１５（ｃ）に示すように、停止状態での位相補正量を０として、図１５（ｂ）の角速度プロファイルを参照しながら、角速度の閾値を境にして一定の位相補正量を出力する。また、別の形態として、図１５（ｄ）に示すように、角速度の関数として曲線近似や直線近似を使用して、位相補正量を可変とした出力とする。
【０１２７】
このようにすることで、ブラシレスＤＣモータ２の始動不能、またはブラシレスＤＣモータ２が意図しない方向に駆動され、場合によっては発振するといった、電子制御式バルブにとっては不適な状態を解消することができる。
【０１２８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る電子制御式バルブの制御装置について、図１６〜１８を参照しながら説明する。図１６は、この発明の実施の形態４に係る電子制御式バルブの制御装置における第２制御部３２Ｂを詳細に示すブロック構成図である。なお、不感帯補正器３３０は、上述した実施の形態１〜３の第２制御部３２、３２Ａにも同様に適用できる。
【０１２９】
ブラシレスＤＣモータおよびインバータを含む系では、モータプリドライバの特性やインバータに付随する寄生ダイオード等の影響で、相電圧指令が小さい領域で所定の電流が流せない不感帯領域が生じる場合がある。
【０１３０】
具体的には、電流制御器３２３Ａおよび３２３Ｂの出力である相電圧指令が小さい状態、すなわち相電圧指令のＤｕｔｙ比が小さい状態で、ブラシレスＤＣモータ２の巻線にこのＤｕｔｙ比相当の電圧が印加されず、Ｄｕｔｙ比相当の電圧を巻線抵抗で除した所定の電流が流せない状態が生じる。
【０１３１】
そこで、飽和器３２５の出力をもとに、図１７に示すように、横軸を飽和器３２５の出力である相電圧指令とし、縦軸を補正後相電圧としたテーブルを不感帯補正器３３０に具備する。ここで、電圧の不感帯δは、インバータ３とブラシレスＤＣモータ２とからなる系の挙動を実測して求める。上記系の挙動とは、インバータ３およびブラシレスＤＣモータ２までを系とした挙動であって、例えば、ＰＷＭ処理部４の入力である駆動指令として、相電圧指令０から母線電圧Ｖbus相当までの相電圧指令の直流値を与えたときの巻線電流を計測すればよい。
【０１３２】
そして、図１８に示すように、横軸を相電圧指令、縦軸を巻線電流として計測データを整理すれば、電圧の不感帯δを求めることができる。ここで、電圧の不感帯δは、正の実数である。また、図１８には、電流の流れる方向が正の場合のみを示しているが、電流の流れる方向が負方向、すなわち駆動指令として、電圧指令０から母線電圧−Ｖbus相当までの電圧指令の直流値を与えたときの巻線電流を計測した結果から、負側の電圧の不感帯を求めることができる。
【０１３３】
ただし、電流の流れる方向が負方向の場合には、通常、図１８の原点に対して点対称な計測データとなるので、電流の流れる方向が正方向における電圧の不感帯δに負の符号を付けた−δとして決定できる。よって、電圧の不感帯は、上記計測結果をもとにした固定値として定めることができる。当然のことながら、上記計測結果として電圧の不感帯が無ければ零としてもよい。このようにして、不感帯補正器３３０に設けるテーブルの具体的な関係式は、次式（１３）となる。
【０１３４】
【数１３】
2013164930.tif 000015
【０１３５】
式（１３）において、Ｖ*j_comp_cは、不感帯補正器３３０の出力である補正後相電圧であって、ｇ（Ｖ*j_comp）およびｇ’（Ｖ*j_comp）は、入力Ｖ*j_compの増加に対して出力ｇ（Ｖ*j_comp）およびｇ’（Ｖ*j_comp）が単調に増加する関数である。また、ａは、正の実数であって、計測結果に見合った値として定める。
【０１３６】
ここで、ｇ（Ｖ*j_comp）は、Ｖ*j_compが電圧の不感帯−δよりも小さい領域で定義され、ｇ（−δ）＝−δを満たす関数である。また、ｇ’（Ｖ*j_comp）は、Ｖ*j_compが電圧の不感帯δよりも大きい領域で定義され、ｇ’（δ）＝δを満たす関数である。添え字ｊは、ｕ相ないしｖ相に対応した入出力を意味する。
【０１３７】
すなわち、不感帯補正器３３０は、飽和器３２５の出力Ｖ*j_compが電圧の不感帯−δより小さい領域では、ａδを切片として飽和器３２５の出力Ｖ*j_compを変数とした単調増加な関数ｇ（Ｖ*j_comp）からなる式（１３）の一行目で補正後相電圧Ｖ*j_comp_cを出力する。
【０１３８】
また、不感帯補正器３３０は、飽和器３２５の出力Ｖ*j_compが電圧の不感帯−δ以上＋δ以下の領域では、式（１３）の二行目で補正後相電圧Ｖ*j_comp_cを零として出力し、飽和器３２５の出力Ｖ*j_compが電圧の不感帯δよりも大きい領域では、−ａδを切片として飽和器３２５の出力Ｖ*j_compを変数とした単調増加な関数ｇ’（Ｖ*j_comp）からなる式（１３）の三行目で補正後相電圧Ｖ*j_comp_cを出力する。なお，この単調増加な関数ｇ（Ｖ*j_comp）およびｇ’（Ｖ*j_comp）の最も簡易な一例として、Ｖ*j_compとした次式（１４）で、関係式を与えることもできる。
【０１３９】
【数１４】
2013164930.tif 000016
【０１４０】
次に、不感帯補正器３３０の効果を説明する。まず、不感帯補正器３３０がない場合について説明する。電流指令と電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂが出力する推定電流とは、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂで決定される電流制御帯域内で一致するので、電流指令と推定電流とが完全に一致した時点の電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂの入力である電流偏差は零となり、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂの出力である相電圧指令Ｖj*（ｊ＝ｕ〜ｖ）が零となる。さらに、相電圧指令Ｖj*（ｊ＝ｕ〜ｖ）が、電圧補正器３２６および飽和器３２５を通過した後の駆動指令も零となる。
【０１４１】
ここで、電流センサレスで擬似的な電流フィードバック制御系を組んだ場合、インバータ３で駆動されるブラシレスＤＣモータ２の巻線電流が不明であることに注意されたい。つまり、電流センサレスでの擬似的な電流フィードバック制御系は、実質的に電流のフィードフォワード制御となる。よって、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂと電圧補正器３２６と飽和器３２５と電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂとからなる制御ループで、いかにしてインバータ３とブラシレスＤＣモータ２とからなる系の挙動を忠実に再現した上での電圧指令が生成できるかという点が重要である。
【０１４２】
そこで、この発明の実施の形態４では、インバータ３とブラシレスＤＣモータ２とからなる系の挙動をさらに精緻化するモデルとして、不感帯補正器３３０を追加する。これは、電流指令が小さい場合に、電流偏差が零になることで電流指令どおりの巻線電流（以下、実相電流とも呼ぶ）が流せないことを解決するためのものである。
【０１４３】
この不感帯補正器３３０は、先の図１８に示したように、相電圧指令と巻線電流との関係をあらかじめ計測し、その計測結果をもとにしたテーブルを図１７のように構成し、飽和器３２５の出力Ｖ*j_comp（ｊ＝ｕ〜ｖ）より補正後相電圧Ｖ*j_comp_c（ｊ＝ｕ〜ｖ）を生成して出力する。その結果、飽和器３２５の出力が電圧の不感帯の範囲内だった場合にも、電流指令と電流推定器３２４Ａ、３２４Ｂの出力である推定電流との電流偏差が零ではないので、電流制御器３２３Ａ、３２３Ｂからは、常に所定の相電圧指令が生成されるようになる。
【０１４４】
このようにすることで、電流指令が小さい領域でもブラシレスＤＣモータ２の巻線に電流指令どおりの巻線電流を流すことができるので、電流の推定精度をより向上させることができる。特に、直流の電流指令に対する巻線電流の推定精度が向上し、バルブ機構１の負荷が比較的軽い、例えば全閉近傍における低電流領域での電流制御が緻密にできるので、実位置応答を衝突させることなく、さらに安定に滑らかな応答とすることができる。
【０１４５】
なお、実施の形態１では、アナログ出力形式の第２位置検出器６によるフィードバック制御、実施の形態２では、アナログ出力形式の第２位置検出器６によるフィードバック制御、および第２位置検出器６が故障と判断された場合には、パルス出力形式の第１位置検出器５によるフィードバック制御、という制御の形態について説明した。ここで、これらの複合形態として、第２位置検出器６によるフィードバック制御および第１位置検出器５によるモータ転流タイミングの制御としてもよい。
【０１４６】
この制御形態は、例えばブラシレスＤＣモータ２の通電方法として、１２０度通電矩形波駆動を適用する場合には、第２位置検出器６のようにアナログ信号を使用して転流パターンを決定するよりも、むしろ第１位置検出器５のように離散的な電気角が直接検出できるパルス出力形式で転流パターンを決定したほうが、パルスのエッジ検出だけで転流パターンを決定できるという意味で、転流パターンのロジックを簡易化することができる。
【０１４７】
また、この発明のすべての実施の形態において、参照指令によるモータの強制駆動は、両方向、すなわちバルブの開方向へも閉方向へも当然可能である。モータ軸とバルブ軸との中間に歯車減速機構のような動力伝達機構が介在する構成では、バックラッシのガタに起因して、開方向と閉方向との行き帰りで、第２位置検出器６の出力特性がガタ分だけ異なることがある。
【０１４８】
そこで、上記両方向へのバルブ軸の動作角度全範囲にわたってモータを強制駆動したときの第１位置検出器５および第２位置検出器６を利用して、キャリブレーション処理部１０で開側と閉側との特性をそれぞれ多項式近似し、補正処理部２０にこれを移植する。そして、制御される方向が開方向か閉方向かによって、補正のための上記多項式を使い分ける。
【０１４９】
このようにすることで、動力伝達機構のガタ分に起因した第２位置検出器６の出力誤差も抑制され、補正処理部２０から出力されるバルブ軸回転角の精度をより向上させることができる。
【０１５０】
さらに、この発明のすべての実施の形態について、電子スロットルバルブ、排気ガス再循環バルブ、廃熱回収バルブ、ＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）アクチュエータ、電動ポンプに代表される車載用機器への適用はもちろんのこと、ブラシレスＤＣモータで駆動される機器であれば何でもよく、例えばロボットや工作機械のようなＦＡ機器等への適用もまた可能である。
【図１】
2013164930.tif 000018
【図２】
2013164930.tif 000019
【図３】
2013164930.tif 000020
【図４】
2013164930.tif 000021
【図５】
2013164930.tif 000022
【図６】
2013164930.tif 000023
【図７】
2013164930.tif 000024
【図８】
2013164930.tif 000025
【図９】
2013164930.tif 000026
【図１０】
2013164930.tif 000027
【図１１】
2013164930.tif 000028
【図１２】
2013164930.tif 000029
【図１３】
2013164930.tif 000030
【図１４】
2013164930.tif 000031
【図１５】
2013164930.tif 000032
【図１６】
2013164930.tif 000033
【図１７】
2013164930.tif 000034
【図１８】
2013164930.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月8日(2015.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この発明に係る電子制御式バルブの制御装置は、開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置であって、駆動源であるブラシレスＤＣモータと、ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理部と、キャリブレーション処理部で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理部と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御部と、第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、第２位置検出器の故障を検出し、第１位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理部と、を備え、キャリブレーション処理部がバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行されるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、この発明に係る電子制御式バルブの制御方法は、開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置によって実行される電子制御式バルブの制御方法であって、電子制御式バルブの制御装置は、駆動源であるブラシレスＤＣモータと、ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、を備え、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理ステップと、キャリブレーション処理ステップで求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理ステップと、補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御ステップと、第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角とに基づいて、第２位置検出器の故障を検出し、第１位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理ステップと、を備え、キャリブレーション処理ステップがバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行されるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、前記リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、前記バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置であって、
前記駆動源であるブラシレスＤＣモータと、
前記ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、
前記バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、
外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの前記第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理部と、
前記キャリブレーション処理部で求めた前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係に基づいて、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理部と、
前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、前記ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御部と、
前記第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、前記第２位置検出器の故障を検出し、前記第１位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理部と、
を備え、前記キャリブレーション処理部での処理がバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行される電子制御式バルブの制御装置。
【請求項２】
前記第１位置検出器は、分解能が、電気角で６０ｄｅｇ、３０ｄｅｇ、または１５ｄｅｇであって、前記第２位置検出器は、磁気検出の非接触式である
請求項１に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション処理部は、外部から入力される参照指令により駆動される際に、前記第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角を電圧の多項式として近似した関係を得る
請求項１または請求項２に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項４】
前記補正処理部は、前記第２位置検出器からの出力と、モータ軸とバルブ軸との間の伝達機構系の係数と、前記キャリブレーション処理部で求めた前記モータ軸回転角を電圧の多項式として近似した関係とに基づいて、前記第２位置検出器が有する非線形特性を補正して出力する
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記位置指令と前記バルブ軸回転角とインバータの母線電圧とを入力として駆動指令を出力する第１制御部および第２制御部から構成され、
前記第１制御部は、
前記位置指令と前記バルブ軸回転角との差分演算で得られる偏差が零となるようにフィードバック制御演算された結果として電流指令を出力し、
前記第２制御部は、
前記電流指令と前記バルブ軸回転角と前記インバータの母線電圧とをもとに、前記電流指令に実相電流が追従するように、電流センサレスでフィードバック制御演算された結果として駆動指令を出力する
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記位置指令および前記バルブ軸回転角を入力として、電流指令を出力する第１制御部と、
前記電流指令、前記バルブ軸回転角および前記ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータの母線電圧を入力として、前記駆動指令を出力する第２制御部と、を有し、
前記第１制御部は、
前記位置指令と前記バルブ軸回転角との偏差を入力として、修正偏差を出力する不感帯と、
前記修正偏差および前記バルブ軸回転角を入力として、比例器、積分器および微分器によりＰＩＤ演算して前記電流指令を出力するＰＩＤ制御器と、
前記電流指令を制限処理する第１飽和器と、
を有し、位置制御系および速度制御系として機能し、
前記第２制御部は、
制御周期の影響で遅れる電気角の位相遅れ分を補正する位相補正量を出力する位相補正器と、
前記位相補正量、前記電気角および角速度に基づいて、前記電流指令を前記ブラシレスＤＣモータの各相の相電流指令に分配する電流指令分配器と、
前記相電流指令と、フィードバックされた前記ブラシレスＤＣモータの各相の推定電流との差分演算で得られる電流偏差を入力として、相電圧指令を出力する電流制御器と、
前記電流制御器から出力される相電流指令に対して、基準電圧と前記インバータの母線電圧との比率で前記相電流指令を補正する電圧補正器と、
前記電圧補正器からの出力を実使用電圧範囲内で制限処理する第２飽和器と、
前記電気角を平滑化して前記ブラシレスＤＣモータの角速度を求めるフィルタと、
前記位相補正量、前記電気角、前記角速度およびあらかじめ測定された誘起電圧に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータの各相の誘起電圧を推定する誘起電圧推定器と、
前記誘起電圧推定器から出力される推定誘起電圧と、前記飽和器から出力される相電圧指令との差分演算で得られる電圧偏差に基づいて、推定電流を求めるための、モータ１相あたりの電圧と電流との関係を一次遅れ要素でモデル化した電流推定器と、
を有し、電流制御系として機能する
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第２飽和器の出力をもとに、補正後相電圧を演算して出力する不感帯補正器を有し、
前記不感帯補正器は、直流の相電圧指令を与えたときのブラシレスＤＣモータの巻線電流を計測して得られる相電圧指令と巻線電流との関係から得られる電圧の不感帯をδ、前記第２飽和器の出力をＶ*j_comp、係数をａ、前記不感帯補正器の出力をＶ*j_comp_cとして、ｇ（Ｖ*j_comp）およびｇ’（Ｖ*j_comp）を、Ｖ*j_compを変数とした単調増加関数とする次式で与えられる
【数１】
2013164930.tif 000036
請求項６に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項８】
前記位相補正器から出力される位相補正量が、固定値または可変値である
請求項６または請求項７に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項９】
前記故障検出処理部は、
前記第１位置検出器から出力される電気角をもとに演算したバルブ軸回転角と、前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角との偏差の絶対値と、所定の閾値との大小関係を判別する条件判定部を有し、
前記条件判定部での判定結果を駆動可否判定フラグとして出力する
請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項１０】
前記故障検出処理部での故障判定により、前記第２位置検出器が故障していると判定された場合、前記第１位置検出器の出力に基づいて駆動制御が継続される
請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の電子制御式バルブの制御装置。
【請求項１１】
開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、前記リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、前記バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置によって実行される電子制御式バルブの制御方法であって、
前記電子制御式バルブの制御装置は、
前記駆動源であるブラシレスＤＣモータと、
前記ブラシレスＤＣモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第１位置検出器と、
前記バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第２位置検出器と、を備え、
外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの前記第１位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理ステップと、
前記キャリブレーション処理ステップで求めた前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係に基づいて、前記第２位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理ステップと、
前記補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、前記ブラシレスＤＣモータへの駆動指令を生成する制御ステップと、
前記第１位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角とに基づいて、前記第２位置検出器の故障を検出し、前記第１位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理ステップと、
を備え、前記キャリブレーション処理ステップがバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行される電子制御式バルブの制御方法。
【国際調査報告】
2013164930.tif 000037
2013164930.tif 000038