(57)【要約】    【課題】  モータの回転角速度を大きな遅れなくかつ精度良く求めることができ、以って、モータの逆起電圧を考慮したモータ電流のＰＷＭ制御が精度良く行える可変動弁機構の制御装置を提供する。    【解決手段】  モータの駆動電源の電圧と、モータの回転角速度から推定した逆起電圧とから、モータの有効駆動電圧を求め、該有効駆動電圧と電流指令値に対応する印加電圧とから、PWM制御におけるデューティ比を設定する。ここで、前記回転角速度の演算に用いる回転角の検出データにヒステリシス処理を施すことで、バルブスプリング反力によって回転角の検出信号に重畳するノイズ成分を除去する。【選択図】  図２
2006200387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動制御によって機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構の制御装置であって、
前記モータの回転角を検出する角度センサを備え、前記角度センサで検出される前記回転角に基づいて前記モータの回転角速度を求め、前記回転角速度に基づいて前記モータの逆起電圧を推定し、該逆起電圧に基づいてモータ電流の制御信号を設定すると共に、
前記角度センサによる検出結果の所定幅を超える変化に対して応答変化するヒステリシス処理信号を生成し、該ヒステリシス処理信号に基づいて前記回転角速度を求めることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】
前記逆起電圧と前記モータの電源電圧とから前記モータにおける有効駆動電圧を求め、該有効駆動電圧で目標モータ電流が得られるように、前記モータへの電圧印加をスイッチングするデューティ比を設定することを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構の制御装置。
【請求項３】
前記角度センサの最新の検出結果が、前記ヒステリシス処理信号の前回値±前記所定幅の不感帯内であるときに前記ヒステリシス処理信号を前回値に保持し、前記角度センサの最新の検出結果が、前記不感帯を超えたときに、前記ヒステリシス処理信号を前記角度センサの最新の検出結果が不感帯を超えた分だけ増減変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の可変動弁機構の制御装置。
【請求項４】
前記所定幅を前記回転角に応じて可変に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
【請求項５】
前記可変動弁機構が、前記モータの回転角に応じて前記機関バルブのリフトを可変とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
【請求項６】
前記可変動弁機構が、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定されたドライブシャフトと、一端部に連係した前記駆動カムの回転により揺動するロッカアームと、前記ロッカアームの他端部に連係して機関バルブを開作動させる揺動カムとを備え、前記モータの駆動制御によって前記ロッカアームの揺動支点を変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動制御によって機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、制御軸をモータによって回転駆動することで、機関バルブのリフトを作動角と共に可変とする可変動弁機構が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−００３７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記可変動弁機構においては、モータが回転することで逆起電圧が生じるため、ＰＷＭ制御によってモータ電流を精度良く制御するためには、前記逆起電圧を考慮してスイッチングのデューティ比を決定することが望まれる。
前記逆起電圧は、前記モータの回転角速度から推定することができる。
しかし、バルブスプリング反力等によって制御軸に作用する荷重によって、モータの回転角を検出する角度センサの検出信号にノイズが重畳する。
【０００４】
このため、前記角度センサで検出される回転角情報を微分して回転角速度を求め、該回転角速度から逆起電圧を推定すると、逆起電圧を正確に推定することができず、結果、モータ電流を高精度に制御することができないという問題があった。
ここで、前記角度センサからの検出信号をローパスフィルタで処理してから微分する構成とすれば、ノイズの影響を抑制できるが、この場合、回転角速度の推定値の位相が実際の回転角速度に対して大きく遅れてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、モータの回転角速度を大きな遅れなくかつ精度良く求めることができ、以って、モータの逆起電圧を考慮したＰＷＭ制御が精度良く行える可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明では、モータの駆動制御によって機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構の制御装置であって、角度センサで検出される前記モータの回転角に基づいて回転角速度を求め、前記回転角速度に基づいて前記モータの逆起電圧を推定し、該逆起電圧に基づいてモータ電流の制御信号を設定すると共に、
前記角度センサによる検出結果の所定幅を超える変化に対して応答変化するヒステリシス処理信号を生成し、該ヒステリシス処理信号に基づいて前記回転角速度を求める構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によると、角度センサの検出信号が、ノイズの重畳によって実際の回転角を中心に前記所定幅内で変動しても、ヒステリシス処理信号は前記ノイズの重畳に対応して変動することがなく、結果、角度センサの検出信号からノイズ成分が取り除かれる。
そして、ノイズによる変動幅を超える変化が発生すると、ヒステリシス処理信号が応答変化してそのときの回転角速度が求められ、該回転角速度から逆起電圧が推定される。
【０００８】
従って、ノイズ影響を排除して回転角速度（逆起電圧）を求めることができ、更に、回転角速度（逆起電圧）に大きな位相遅れが生じることがなく、モータの駆動制御（ＰＷＭ制御）を精度良く行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は、実施形態における可変動弁機構を示す図である。
図１に示す可変動弁機構１は、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等に開示されるように、機関バルブのリフトを作動角と共に変化させる機構であり、本実施形態では、吸気バルブに適用した例を示す。
【００１０】
前記可変動弁機構１は、シリンダヘッド（図示せず）に摺動自在に設けられた吸気バルブ１１と、前記シリンダヘッド上部のカムブラケット（図示せず）に回転自在に支持された駆動軸２と、前記駆動軸２に対して圧入等により固定された駆動偏心カム３と、前記駆動軸２の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されると共に駆動軸２と平行に配置された制御軸１２と、前記制御軸１２の制御偏心カム１８に揺動自在に支持された中間部材としてのロッカアーム６と、吸気バルブ１１の上端部に配置されたタペット１０に当接する揺動カム９と、を備えている。
【００１１】
前記駆動偏心カム３とロッカアーム６とは、リンクアーム４によって連係されており、ロッカアーム６と揺動カム９とは、リンク部材８によって連係されている。
前記駆動軸２は、タイミングチェーン又はタイミングベルトを介して内燃機関のクランクシャフトによって駆動される。
前記駆動偏心カム３は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸２の軸心から所定量だけオフセットしていると共に、前記外周面に、リンクアーム４の環状部が回転可能に嵌合している。
【００１２】
前記ロッカアーム６は、略中央部が前記制御偏心カム１８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン５を介して前記リンクアーム４のアーム部が連係していると共に、他端部に、連結ピン７を介して前記リンク部材８の上端部が連係している。
前記制御偏心カム１８は、制御軸１２の軸心から偏心しており、これにより、制御軸１２の角度位置に応じてロッカアーム６の揺動中心が変化する。
【００１３】
前記揺動カム９は、駆動軸２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン１７を介して前記リンク部材８の下端部が連係している。
前記揺動カム９の下面には、駆動軸２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面及びカム面が、揺動カム９の揺動位置に応じてタペット１０の上面に当接するようになっている。
【００１４】
即ち、前記基円面はベースサークル区間として、吸気バルブ１１のリフト量が０となる区間であり、揺動カム９が揺動してカム面がタペット１０に接触すると、吸気バルブ１１が徐々にリフトしていくことになる。
なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００１５】
前記制御軸１２は、図１に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータであるＤＣサーボモータ１３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。
前記ＤＣサーボモータ１３は、コントローラ５０からの制御信号によって制御され、ウォームギア１５を介して制御軸１２を回転駆動する。
【００１６】
ここで、制御軸１２の回転角度は、例えばポテンショメータからなる角度センサ１４によって検出され、この検出した実際の制御状態に基づいて上記ＤＣサーボモータ１３がクローズドループ制御される。
前記可変動弁機構１の作用を説明すると、駆動軸２が回転すると、駆動偏心カム３のカム作用によってリンクアーム４が上下動し、これに伴ってロッカアーム６が揺動する。
【００１７】
このロッカアーム６の揺動は、リンク部材８を介して揺動カム９へ伝達され、該揺動カム９が揺動する。
この揺動カム９のカム作用によって、タペット１０が押圧され、吸気バルブ１１がリフトする。
ここで、ＤＣサーボモータ１３により回転駆動されて制御軸１２の角度が変化すると、ロッカアーム６の揺動運動の中心位置が動いて該ロッカアーム６の初期位置が変化し、引いては揺動カム９の初期揺動位置が変化する。
【００１８】
例えば制御偏心カム１８が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として上方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１７側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。
つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がタペット１０から離れる方向に傾く。
従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、基円面が長くタペット１０に接触し続け、カム面がタペット１０に接触する期間は短い。
【００１９】
従って、吸気バルブ１１のリフト量が全体として小さくなり、かつ、吸気バルブ１１の開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も小さくなる。
逆に、制御偏心カム１８が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として下方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１７側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。
【００２０】
つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がタペット１０に近付く方向に傾く。
従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、タペット１０と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。
従って、吸気バルブ１１のリフト量が全体として大きくなり、かつ、吸気バルブ１１の作動角も拡大する。
【００２１】
前記制御偏心カム１８の初期位置は制御軸１２の回転角度に応じて連続的に変化し、これに伴って、吸気バルブ１１のリフト特性は連続的に変化する。
つまり、リフト及び作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。
ここで、前記コントローラ５０の構成を、図２に示す制御ブロック図に従って説明する。
【００２２】
前記角度センサ１４からの検出信号（出力電圧）は、角度信号入力部５０１に入力され、角度信号入力部５０１では、前記検出信号（出力電圧）を制御軸１２の回転角のデータに変換して出力する。
前記制御軸１２の回転角データは、モータ電流指令生成部５０２に入力される。
前記モータ電流指令生成部５０２には、機関運転状態に基づいて別途演算される制御軸１２の角度指令（目標角度）が入力され、該角度指令と前記角度センサ１４で検出された実際の角度とに基づいてモータ電流指令（目標モータ電流）を演算して出力する。
【００２３】
ＰＷＭデューティ算出部５０３では、前記モータ電流指令を入力し、ＤＣサーボモータ１３に流れる電流が前記指令値になるように、ＤＣサーボモータ１３への電源供給をスイッチングするデューティ比を算出する。
前記デューティ比はＰＷＭ信号発生回路５０４に入力され、ＰＷＭ信号発生回路５０４では、前記デューティ比のスイッチングパルス（ＰＷＭパルス）をスイッチング回路５０５に出力する。
【００２４】
前記スイッチング回路５０５は、スイッチングパルス（ＰＷＭパルス）に応じて、駆動電源５０６からの前記ＤＣサーボモータ１３への電源供給のＯＮ・ＯＦＦを切り換える。
ところで、前記ＤＣサーボモータ１３に前記モータ電流指令に従った電流を精度良く流すため、前記ＰＷＭデューティ算出部５０３では、前記駆動電源５０６の電圧と、ＤＣサーボモータ１３の回転に伴って発生する逆起電圧とに基づいてデューティ比を決定するようになっている。
【００２５】
前記ＰＷＭデューティ算出部５０３では、前記デューティ比を、
デューティ比＝（モータに印加すべき電圧ＶＭ）／（モータ駆動に使える有効電圧ＶＡ）
として算出する。
前記モータに印加すべき電圧ＶＭは、前記ＤＣサーボモータ１３の直流抵抗をＲＭとし、モータ電流指令値をＩＣＭＤとすると、
ＶＭ＝ＩＣＭＤ×ＲＭ
として算出される。
【００２６】
つまり、前記モータに印加すべき電圧ＶＭは、前記ＤＣサーボモータ１３の直流抵抗ＲＭを既知のデータとして予め記憶しておくことで、モータ電流指令値ＩＣＭＤから求めることができる。
一方、モータ駆動に使える有効電圧ＶＡは、駆動電源５０６の電圧からＤＣサーボモータ１３の回転に伴って発生する逆起電圧を減算した値である。
【００２７】
前記駆動電源５０６の電圧は、駆動電圧検出部５０７で検出され、前記ＰＷＭデューティ算出部５０３に出力される。
また、ＤＣサーボモータ１３の回転に伴って発生する逆起電圧は、ＤＣサーボモータ１３の回転角速度に基づき逆起電圧算出部５０８で算出され、前記ＰＷＭデューティ算出部５０３に出力される。
【００２８】
前記逆起電圧算出部５０８には、回転速度算出部５０９で求められた回転角速度のデータが入力され、前記逆起電圧算出部５０８では、前記回転角速度のデータに予め記憶されている定数を乗じることで逆起電圧を求め、これを前記ＰＷＭデューティ算出部５０３に出力する。
前記回転速度算出部５０９は、前記角度信号入力部５０１から出力される制御軸１２の回転角データを微分することで、回転角速度のデータを求める。
【００２９】
尚、前記回転速度算出部５０９では、最新の回転角と一定時間（例えば１０ｍｓ）前の回転角との差分を、回転角速度を示すデータとして算出する。
ここで、前記角度信号入力部５０１と回転速度算出部５０９との間には、回転角のデータからノイズを除去するためのヒステリシス処理を行うヒステリシス処理部５１０が設けられている。
【００３０】
前記角度センサ１４が回転角を検出する制御軸１２には、バルブスプリング反力等による荷重が作用し、これによって前記角度センサ１４の検出信号にノイズが重畳する（図３参照）。
このため、前記角度センサ１４の検出結果から直接回転角速度を算出すると、ノイズ成分の変動を拾ってしまい（図４参照）、回転角速度の算出精度が大きく低下し、引いては、逆起電圧の推定精度が低下して、モータ電流指令値に調整することができなくなる。
【００３１】
そこで、ヒステリシス処理部５１０でノイズを除去した後の回転角信号に基づいて、回転角速度を算出させることで、逆起電圧の推定精度を確保し、モータ電流指令値に精度良く調整できるようにしてある。
次に、前記ヒステリシス処理部５１０における処理内容の詳細を、図５のフローチャートに従って説明する。
【００３２】
ステップＳ１では、ヒステリシス処理部５１０から回転速度算出部５０９に出力する回転角HysCenter（ヒステリシス処理信号）の前回値に予め記憶されたヒステリシス幅HysWidthを加算した値よりも、角度信号入力部５０１で最新に検出された回転角VEL#ANGL0が大きいか否かを判別する。
そして、VEL#ANGL0＞HysCenter＋HysWidthであるときには、ステップＳ２へ進み、回転角信号HysCenterを下式に従って更新する。
【００３３】
HysCenter＝VEL#ANGL0−HysWidth
一方、VEL#ANGL0≦HysCenter＋HysWidthであるときには、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、前記回転角HysCenterの前回値から前記ヒステリシス幅HysWidthを減算した値よりも、角度信号入力部５０１で最新に検出された回転角VEL#ANGL0が小さいか否かを判別する。
【００３４】
そして、VEL#ANGL0＜HysCenter−HysWidthであるときには、ステップＳ４へ進み、回転角HysCenterを下式に従って更新する。
HysCenter＝VEL#ANGL0＋HysWidth
また、ステップＳ３でVEL#ANGL0≧HysCenter−HysWidthであると判別されたとき、即ち、HysCenter−HysWidth≦VEL#ANGL0≦HysCenter＋HysWidthであって、回転角VEL#ANGL0が、前記回転角HysCenterの前回値±前記ヒステリシス幅HysWidthの不感帯内であるときには、ステップＳ５へ進む。
【００３５】
ステップＳ５では、前記回転角HysCenterを前回値のままに保持させる。
尚、前記ヒステリシス幅HysWidthは、ノイズ成分の振幅と略同じ値に設定され、前記回転速度算出部５０９では、前記回転角HysCenterを微分することで、回転角速度を求める。
上記構成によると、角度信号入力部５０１から出力される回転角VEL#ANGL0が、前記ヒステリシス幅HysWidthを超える変化を示さない場合、即ち、ノイズ成分の重畳によって回転角VEL#ANGL0が実際の回転角を中心として変動する場合には、前記回転角HysCenterは前記変動に応答変化せずに一定を保つ（図６参照）。
【００３６】
また、回転角VEL#ANGL0が、前記ヒステリシス幅HysWidth（ノイズ成分の振幅）を超える変化を示した場合には、回転角VEL#ANGL0が前記ヒステリシス幅HysWidthを超えて変化した分だけ、回転角HysCenterを応答変化させる（図６参照）。
従って、ヒステリシス処理後の前記回転角HysCenterは、前記回転角VEL#ANGL0からノイズ成分を除去した信号となり（図３参照）、ノイズの重畳による変動に基づいて回転角速度が算出されることがなく、回転角速度の検出精度が向上する（図７参照）。
【００３７】
また、回転角速度の検出精度が向上することで、逆起電圧の推定精度が向上し、前記ＤＣサーボモータ１３の電流をモータ電流指令値に精度良く調整できるようになる。
また、回転角VEL#ANGL0がノイズ成分による変動幅を超える変化を示したときに、直ちに前記回転角HysCenterが応答変化するので（図６参照）、実際の回転角速度に対して回転角速度の推定値が大きな位相遅れを生じることがなく、位相ずれによる制御性の悪化を回避できる。
【００３８】
ところで、上記実施形態では、前記ヒステリシス幅HysWidthを固定値としたが、ノイズ成分の振幅が、リフト量によるバルブスプリング反力の変化等によって変化する場合には、前記ヒステリシス幅HysWidthを前記回転角HysCenter（リフト量）に応じて変化させる構成とすることができる。
図８は、上記構成とした第２実施形態を示す制御ブロック図である。
【００３９】
図８の制御ブロック図は、前記図２の制御ブロック図に対して、ヒステリシス幅設定部５１１が追加されている点のみが異なる。
前記ヒステリシス幅設定部５１１には、前記ヒステリシス処理部５１０から出力される回転角HysCenterが入力され、該回転角HysCenterに応じて前記ヒステリシス幅HysWidthを可変に設定して、前記ヒステリシス処理部５１０に出力する。
【００４０】
前記ヒステリシス幅設定部５１１では、上記構成の可変動弁機構１において、制御軸１２の角度が可変範囲の中間位置付近であるときにバルブスプリング反力が最も大きくなってノイズの振幅が最も大きくなることに対応して、回転角HysCenterが可変範囲の中間位置付近であるときに前記ヒステリシス幅HysWidthを最も大きな値に設定する（図９参照）。
【００４１】
図１０のフローチャートは、前記ヒステリシス処理部５１０及びヒステリシス幅設定部５１１における処理内容を示す。
ステップＳ１１では、前記回転角HysCenterに基づいて前記ヒステリシス幅HysWidthを設定し、ステップＳ１２〜ステップＳ１６では、前記ステップＳ１１で設定したヒステリシス幅HysWidthを用いて前記ステップＳ１〜ステップＳ５と同様にして、前記回転角HysCenterを更新設定する。
【００４２】
上記の第２実施形態によると、ノイズの振幅が回転角に応じて変化することに対応して、必要最小限のヒステリシス幅HysWidthを設定させることができるので、回転角速度の応答遅れの発生をより抑制しつつ、ノイズ成分を拾って回転角速度が推定されてしまうことを防止できる。
尚、可変動弁機構１の構造を、図１に示したものに限定するものではなく、また、可変動弁機構１で開特性が可変とされる機関バルブを吸気バルブに限定するものでもなく、可変とする機関バルブの開特性を、リフト及び作動角に限定するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態における可変動弁機構を示す斜視図。
【図２】第１実施形態におけるコントローラの制御機能を示すブロック図。
【図３】角度検出値に対するノイズの重畳状態を示す図。
【図４】ヒステリシス処理前の角度データを用いて演算した角速度データの特性を示す図。
【図５】第１実施形態におけるコントローラの制御機能を示すフローチャート。
【図６】実施形態におけるセンサ検出値とヒステリシス処理後の角度データとの相関を示す図。
【図７】ヒステリシス処理後の角度データを用いて演算した角速度データの特性を示す図。
【図８】第２実施形態におけるコントローラの制御機能を示すブロック図。
【図９】第２実施形態におけるヒステリシス処理後の角度データとヒステリシス幅との相関を示す図。
【図１０】第２実施形態におけるコントローラの制御機能を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４４】
１…可変動弁機構，１１…吸気バルブ，１２…制御軸，１３…ＤＣサーボモータ，１４…角度センサ，５０１…角度信号入力部，５０２…モータ電流指令生成部，５０３…ＰＷＭデューティ算出部，５０４…ＰＷＭ信号発生回路，５０５…スイッチング回路，５０６…駆動電源，５０７…駆動電圧検出部，５０８…逆起電圧算出部，５０９…回転速度算出部，５１０…ヒステリシス処理部，５１１…ヒステリシス幅設定部
【図１】
2006200387.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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