(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回転速度を回転速度０を起点として時間的に変化させたときの該回転軸の時間的に変化する回転速度を表わす速度データを取得し、該回転軸が一定角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサから出力される隣接パルス信号間の時間間隔を表わす時間データを、各回転速度ごとに算出する第１算出過程と、
前記速度データに基づいて理論的に算出される回転角度と、前記時間データに基づいて回転角度を計測することを模擬したときに算出される回転角度との間の遅れ角度を表わす遅れ角度データを、各回転角度ごとに算出することにより、回転速度と遅れ角度との対応関係を作成する作成過程とを有するシミュレーションステップ、および
前記センサから実際に出力されたパルス信号を取得し、該パルス信号に基づいて、前記回転軸の回転速度を算出する第２算出過程と、
前記第２算出過程において算出された回転速度を前記回転軸の回転角度に変換する変換過程と、
前記シミュレーションステップで作成された前記対応関係に基づいて、前記変換過程で得られた回転角度を補正する補正過程とを有する計測ステップ
を有することを特徴とする回転角度計測方法。
【請求項２】
エンジンの出力軸の回転速度を回転速度０を起点として時間的に変化させたときの該出力軸の時間的に変化する回転速度を表わす速度データを取得し、該出力軸が一定角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサから出力される隣接パルス信号間の時間間隔を表わす時間データを、各回転速度ごとに算出する第１算出過程と、
前記速度データに基づいて理論的に算出される回転角度と、前記時間データに基づいて回転角度を計測することを模擬したときに算出される回転角度との間の遅れ角度を表わす遅れ角度データを、各回転角度ごとに算出することにより、回転速度と遅れ角度との対応関係を作成する作成過程とを有するシミュレーションステップ、および
前記センサから実際に出力されたパルス信号を取得し、該パルス信号に基づいて、前記出力軸の回転速度を算出する第２算出過程と、
前記第２算出過程において算出された回転速度を前記出力軸の回転角度に変換する変換過程と、
前記シミュレーションステップで作成された前記対応関係に基づいて、前記変換過程で得られた回転角度を補正することにより補正済回転角度を生成する補正過程と、
前記補正過程で生成された前記補正済回転角度に基づいて前記エンジンのバルブを動かすアクチュエータを制御することにより該バルブの開度を制御する制御過程とを有するバルブ制御ステップ
を有することを特徴とするエンジンバルブ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリエンコーダ等、回転軸が一定回転角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサから出力されるパルス信号に基づいて回転軸の回転角度を計測する回転角度計測方法および回転角度計測装置、並びに、エンジンの出力軸の回転角度に応じてエンジンバルブの開度を制御するエンジンバルブ制御方法およびエンジンバルブ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より回転軸にロータリエンコーダ等、回転軸が一定回転角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサを取り付けておき、その出力パルスを計数することにより回転軸の回転角度を計測する手法が広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、近年では、回転軸の回転角度をロータリエンコーダ等からのパルス信号を単に計数するだけでは足りないほどの高精度で計測することが求められている。
【０００４】
例えば、エンジンの燃費や出力の向上を目的として、エンジンの出力軸の回転角度に基づいてエンジンバルブの開度を様々に制御する実験が行なわれるが（非特許文献１参照）、バルブ開度を制御するにあたってはバルブをピストンに接触させないことが絶対条件となる。この条件の下でバルブの開度を様々に制御しようとしたとき、出力軸の回転角度計測値が誤差を含むと、最小限その誤差に応じた分だけはバルブをピストンから常に離れた位置に置くように制御する必要がある。したがって誤差に応じた分だけ実験の自由度が制限される結果となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】三菱重工技報  ＶＯＬ．４５  ＮＯ．３：２００８  １８〜２１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、回転軸が一定角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサから出力されるパルス信号に基づいて、回転軸の回転角度を高精度に計測する回転角度計測方法および回転角度計測装置、並びに、エンジンの出力軸の回転角度を高精度に計測し、その回転角度に基づいてエンジンバルブの開度を制御するエンジンバルブ制御方法およびエンジンバルブ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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の回転角度計測方法は、
回転軸の回転速度を表わす模擬データを取得し、回転軸が一定角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサから出力される隣接パルス信号間の時間間隔を表わす時間データを、回転速度ごとに算出する第１算出過程と、
第１算出過程で算出された時間データに応じた、回転軸の回転角度を上記パルス信号に基づいて計測したときの計測遅れ角度を表わす遅れ角度データを、回転速度ごとに算出することにより、回転速度と計測遅れ角度との対応関係を作成する作成過程とを有するシミュレーションステップ、および
上記センサから出力されたパルス信号を取得し、そのパルス信号に基づいて、回転軸の回転速度を算出する第２算出過程と、
第２算出過程において算出された回転速度を回転軸の回転角度に変換する変換過程と、
シミュレーションステップで作成された上記対応関係に基づいて、変換過程で得られた回転角度を補正する補正過程とを有する計測ステップ
を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の回転角度計測方法によれば、シミュレーションステップにより上記の対応関係を作成しておき、実際の計測にあたっては、そのシミュレーションステップで作成された対応関係に基づいて回転角度を補正することにより回転軸の回転角度が高精度に計測される。
【０００９】
また、本発明の回転角度計測装置は、
回転軸が一定角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサと、
上記センサから出力されたパルス信号に基づいて、回転軸の回転速度を算出する算出部と、
算出部により算出された回転速度を回転軸の回転角度に変換する変換部と、
回転軸の回転速度と、変換部での変換により得られる回転軸の回転角度の、回転軸の真の回転角度からの偏差との対応関係を記憶しておく記憶部と、
記憶部に記憶された対応関係に基づいて、変換部で得られた回転角度を補正する補正部とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の回転角度計測装置は、回転軸の回転速度と、その出力軸の回転角度の真の回転角度からの偏差との対応関係を、例えば上記のシミュレーション等により作成して記憶しておく記憶部を備えている。本発明の回転角度計測装置によれば、その記憶部に記憶された対応関係に基づいて回転角度を補正する構成を有するため、回転軸の回転角度が高精度に計測される。
【００１１】
また、上記目的を達成する本発明のエンジンバルブ制御方法は、
エンジンの出力軸の回転速度を表わす模擬データを取得し、その出力軸が一定角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサから出力される隣接パルス信号間の時間間隔を表わす時間データを、回転速度ごとに算出する第１算出過程と、
第１算出過程で算出された時間データに応じた、上記出力軸の回転角度をパルス信号に基づいて計測したときの計測遅れ角度を表わす遅れ角度データを、回転速度ごとに算出することにより、回転速度と計測遅れ角度との対応関係を作成する作成過程とを有するシミュレーションステップ、および
上記センサから出力されたパルス信号を取得し、そのパルス信号に基づいて、上記出力軸の回転速度を算出する第２算出過程と、
第２算出過程において算出された回転速度を出力軸の回転角度に変換する変換過程と、
シミュレーションステップで作成された上記対応関係に基づいて、変換過程で得られた回転角度を補正することにより補正済回転角度を生成する補正過程と、
補正過程で生成された補正済回転角度に基づいてエンジンのバルブを動かすアクチュエータを制御することによりバルブの開度を制御する制御過程とを有するバルブ制御ステップ
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のエンジンバルブ制御方法によれば、エンジンの出力軸の回転角度を上記の本発明の回転角度計測方法に基づいて計測し、そのようにして計測された回転角度に基づいてバルブの開度を制御するため、バルブの開度を高精度に制御することができる。
【００１３】
さらに本発明のエンジンバルブ制御装置は、
エンジンの出力軸が一定角度回転するごとにパルス信号を出力するセンサと、
上記センサから出力されたパルス信号に基づいて、出力軸の回転速度を算出する算出部と、
算出部により算出された回転速度を出力軸の回転角度に変換する変換部と、
出力軸の回転速度と、変換部での変換により得られる出力軸の回転角度の、その出力軸の真の回転角度からの偏差との対応関係を記憶しておく記憶部と、
記憶部に記憶された上記対応関係に基づいて、変換部で得られた回転角度を補正することにより補正済回転角度を生成する補正部と、
エンジンのバルブを動かすアクチュエータと、
補正部で生成された補正済回転角度に基づいてアクチュエータを制御することによりバルブの開度を制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のエンジンバルブ制御装置には、本発明の回転角度計測装置が組み込まれており、エンジンの出力軸の回転角度を高精度に計測してエンジンバルブの開度を高精度に制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の本発明によれば、回転角度が高精度に計測される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態としてのエンジンバルブ制御装置を、制御対象とともに模式的に示したブロック図である。
【図２】図１に１つのブロックで示す補正済角度算出部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】遅れ補正マップ作成装置を示したブロック図である。
【図４】変数ｘ（ｔ）および遅延変数ｘ（ｔ−Δ）で表わされる回転速度［ｒ／ｍｉｎ］の、時間変化を表わした図である。
【図５】図４の領域Ｄ１の部分の拡大図である。
【図６】横軸に理論値（変数ｘ（ｔ））をとり、縦軸に理論値からの偏差（図５の縦方向の差分）をとって示した図である。
【図７】図３に１つのブロックで示す角度算出部の内部構成を示すブロック図である。
【図８】角度算出部で算出された回転角度［ｄｅｇ］の時間変化を示した図である。
【図９】図８に示す領域Ｄ２の部分の拡大図である。
【図１０】回転角度［ｄｅｇ］の、理論値からの偏差（図９の縦方向の差分）の時間変化を示した図である。
【図１１】遅れ補正マップを表わした図である。
【図１２】回転角度［ｄｅｇ］とバルブ変位［ｍｍ］の時間変化の比較例を示した図である。
【図１３】本実施形態における、回転角度［ｄｅｇ］と、その回転角度［ｄｅｇ］から変換されたバルブ変位［ｍｍ］の時間変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態としてのエンジンバルブ制御装置を、制御対象とともに模式的に示したブロック図である。ここに示すエンジンバルブ制御装置１は、プログラムを実行するコンピュータを含むハードウェアと、そのコンピュータで実行されるエンジンバルブ制御プログラムとの組合せで実現されている。ただし、高速処理等のためにハードウェアのみで実現してもよい。
【００１９】
この図１の左上には、ガソリンを燃料とするエンジン１０が示されており、このエンジン１０は、出力軸２０Ａと、その出力軸２０Ａに同軸に結合された結合シャフト２０Ｂとを介してモータ３０に接続されている。このモータ３０は、エンジン１０側に動力を与えるだけでなく、エンジン１０側からの動力で発電するダイナモの役割りも兼ねており、エンジン１０の負荷としても作用する。ここでは、ダイナモの役割りも含めて単に「モータ」３０と称する。またこのエンジン１０には、制御対象であるアクチュエータ１２０が示されている。このアクチュエータ１２０は、この図１の右下にも示されているように、アクチュエータアンプ１１０から伝達されてきた制御信号に応じて、エンジン１０のエンジンバルブ１１を駆動し、エンジンバルブ１１を、そのエンジンバルブ１１の開度があらかじめ決められたパターンに時間的に変化するように、制御する。このアクチュエータ１２０によるエンジンバルブ１１の制御については再度後述する。
【００２０】
エンジン１０の出力軸２０Ａには、スリット円盤４０Ａとリングギア４０Ｂが取り付けられている。スリット円盤４０Ａとリングギア４０Ｂは、実際に備えられているのは１つずつであるが、この図１には、出力軸２０Ａに取り付けられている状態の図形と、出力軸２０Ａをこの図１の紙面に垂直な方向に見たときの円形の図形との双方で示されている。
【００２１】
スリット円盤４０Ａは、エンジン１０の出力軸２０Ａに元々備えられていたものではなく、アクチュエータ１２０の制御実験用に取り付けたものである。このスリット円盤４０Ａには、出力軸２０Ａが１回転する間にパルス信号を７２０パルス出力するスリットと、出力軸２０Ａが１回転するごとにパルス信号を１パルスだけ出力するスリットとが形成されている。１回転７２０パルスのスリットは出力軸２０Ａの回転角度計測用であり、１回転１パルスのスリットは、出力軸回転の原点検出用である。このスリット円盤４０Ａには光センサが取り付けられ、その光センサで得られたパルス信号がセンサアンプ５０Ａを介して出力される。ここでは、１回転７２０パルスの出力を「７２０［Ｐ／Ｒ］のパルス信号」と称し、１回転１パルスの出力を「１［Ｐ／Ｒ］のパルス信号」と称する。センサアンプ５０Ａから出力された７２０［Ｐ／Ｒ］のパルス信号は、補正済角度算出部６０Ａに入力され、１［Ｐ／Ｒ］のパルス信号は、補正済角度算出部６０Ａに入力されるとともに、もう１つの補正済角度算出部６０Ｂにも入力される。
【００２２】
また、リングギア４０Ｂは、エンジン１０の起動用にエンジン１０の出力軸２０Ａに元々備えられていたものである。このリングギア４０Ｂの外周には、１周あたり１９３個のギアが形成されており、このギアを検出する磁気センサを取付けることにより、その磁気センサから出力軸２０Ａの１回転あたり１９３パルスのパルス信号が得られる。このパルス信号は、センサアンプ５０Ｂを介して出力され、補正済角度算出部６０Ｂに入力される。ここでは、センサアンプ５０Ｂからの１回転あたり１９３パルスの出力を「１９３［Ｐ／Ｒ］のパルス信号」と称する。
【００２３】
２つの補正済角度算出部６０Ａ，６０Ｂでは、それぞれ、エンジン１０の出力軸２０Ａの、現在の補正済の回転角度が算出される。この回転角度は、出力軸２０Ａの回転に伴って常に変化している値である。ここでは一方の補正済角度算出部６０Ａで算出された補正済の回転角度をＣＡＡと称し、もう一方の補正済角度算出部６０Ｂで算出された補正済の回転角度をＣＡＢと称する。これら２つの補正済角度算出部６０Ａ，６０Ｂの構成については後述する。
【００２４】
一方の補正済角度算出部６０Ａで算出された補正済の回転角度ＣＡＡは、アクチュエータ制御部１３０と制御信号異常判定部７０との双方に入力され、もう一方の補正済角度算出部６０Ｂは、制御信号異常判定部７０に入力される。
【００２５】
制御信号異常判定部７０では、２つの補正済角度算出部６０Ａ，６０Ｂから出力された２つの補正済回転角度ＣＡＡ，ＣＡＢを比較し、それらが互いに一致するか否かが判定され、異なっていたときには何らかの異常が発生したことがオペレータに通知される。
【００２６】
アクチュエータ制御部１３０は、位置指令部９０と、ＰＩＤ制御部１００と、アクチュエータアンプ１１０とを有する。位置指令部９０には、出力軸２０Ａの回転角度とエンジンバルブ１１の位置（開度）とを対応づけた位置指令パターン９１が記憶されている。
【００２７】
補正済角度算出部６０Ａから出力されアクチュエータ制御部１３０に入力された補正済回転角度ＣＡＡは、位置指令部９０において、エンジンバルブ１１の位置を表わす基準信号Ｒｅｆに変換される。この位置指令部９０での変換により生成された基準信号ＲｅｆはＰＩＤ制御部１００に入力される。
【００２８】
また、アクチュエータ１２０には、そのアクチュエータ１２０の位置（エンジンバルブ１１の位置に対応する）を検出するセンサ１２１が備えられており、そのセンサ１２１から出力されたフィードバック信号ＦｂもＰＩＤ制御部１００に入力される。
【００２９】
ＰＩＤ制御部１００では、基準信号Ｒｅｆとフィードバック信号Ｆｂの入力を受け、フィードバック信号Ｆｂが基準信号Ｒｅｆと一致するようにＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）を組み合わせたＰＩＤ制御を行ない、制御信号ＣＬを出力する。この制御信号ＣＬはアクチュエータアンプ１１０を介してアクチュエータ１２０に与えられ、アクチュエータ１２０は、この制御信号ＣＬに応じて移動し、エンジンバルブ１１を位置指令パターン９１の通りに動作させる。
【００３０】
図２は、図１に１つのブロックで示す補正済角度算出部の内部構成を示すブロック図である。図１には、２つの補正済角度算出部６０Ａ，６０Ｂが示されているが、それらは互いに同一構成であり、したがってこの図２では、補正済角度算出部６０と称している。ただし、具体的な数値を使った説明においては、この図２に示す補正済角度算出部６０に、スリット円盤４０Ａに由来する７２０［Ｐ／Ｒ］のパルス信号が入力されるものとして、説明する。
【００３１】
図２に示す補正済角度算出部６０は、回転速度算出部６１と、角度算出部６２と、記憶部６３と、遅れ補正部６４とを有する。ここで、記憶部６３には、シミュレーションによって作成された「遅れ補正マップ」が記憶されている。このシミュレーションおよび遅れ補正マップについては後述する。
【００３２】
ここでは、図２に示す補正済角度算出部６０についてその概要のみ説明し、遅れ補正マップ作成のためのシミュレーションについて説明した後に、再度、図２の補正済角度算出部６０について説明する。
【００３３】
回転速度算出部６１には、図１に示すスリット円盤４０Ａ又はリングギア４０Ｂに由来するパルス信号が入力される。
【００３４】
回転速度算出部６１では、入力されたパルス信号に基づいて、出力軸２０Ａ（図１参照）の回転速度［ｒ／ｍｉｎ］が算出される。また角度算出部６２には、回転速度算出部６１で算出された回転速度［ｒ／ｍｉｎ］と１［Ｐ／Ｒ］のパルス信号が入力され、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］に基づいて、１［Ｐ／Ｒ］のパルス信号が入力されたタイミングを基準としたときの、出力軸２０Ａ（図１参照）の回転角度［ｄｅｇ］が算出される。記憶部６３には、遅れ補正マップが記憶されており、遅れ補正部６４では、角度算出部６２で算出された回転角度［ｄｅｇ］が、記憶部６３に記憶されている遅れ補正マップに基づいて補正され、補正済の回転角度ＣＡ［ｄｅｇ］が生成される。
【００３５】
この補正済の回転角度ＣＡは、図１に示すように、補正済回転角度ＣＡＡの場合は制御信号異常判定部７０とアクチュエータ制御部１３０に入力され、補正済回転角度ＣＡＢの場合は、制御信号異常判定部７０に入力される。
【００３６】
ここで、図２に示す補正済角度算出部６０の説明を中断し、記憶部６３に記憶されている遅れ補正マップを生成するためのシミュレーションについて説明する。
【００３７】
図３は、遅れ補正マップ作成装置を示したブロック図である。
【００３８】
この遅れ補正マップ作成装置２は、プログラムを実行するコンピュータと、そのコンピュータ内で実行されるシミュレーションプログラムとにより構成されており、遅れ補正マップは、この遅れ補正マップ作成装置２を使ったシミュレーションにより作成される。
【００３９】
この遅れ補正マップ作成装置２は、遅延時間算出部２１０と、位相遅れ算出部２２０と、角度算出部２３０と、差分算出部２４０とを有する。
【００４０】
差分算出部２４０では遅れ補正マップが作成され、その作成された遅れ補正マップは、図２に示す補正済角度算出部６０を構成する記憶部６３に記憶される。
【００４１】
この図３に示す遅れ補正マップ作成装置２には、出力軸２０Ａ（図１参照）の回転速度［ｒ／ｍｉｎ］に対応する数値が入力される。本実施形態では、この数値は、０［ｒ／ｍｉｎ］から始まり１０００［ｒ／ｍｉｎ］まで、時間経過に従って直線的に変化する変数である。
【００４２】
遅延時間算出部２１０では、各時刻に入力されてきた回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を表わす数値に基づいて、図１に示すスリット円盤４０Ａ又はリングギア４０Ｂ（ここではスリット円盤４０Ａとして説明する）に由来する隣接パルス信号間の時間間隔を表わす時間データが、順次変更される数値（回転速度）ごとに算出される。
【００４３】
具体的には、この遅延時間算出部２１０では、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を表わす数値をｘとしたときｘ／６０により［ｒ／ｓ］の単位の回転速度が算出され、その逆数６０／ｘ［ｓ／ｒ］を算出することにより１回転あたりに要する時間［Ｓ］が算出され、その値６０／ｘを７２０で割る（（６０／ｘ）×（１／７２０））ことにより、隣接パルス信号間の時間間隔［Ｓ］を表わす時間データが算出される。
【００４４】
位相遅れ算出部２２０では、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を表わす変数ｘ（ｔ）で表わされる時間関数（前述の通り、ここでは０〜１０００［ｒ／ｍｉｎ］まで直線的に変化する変数）の位相が、遅延時間算出部２１０で算出された時間データ相当分だけ遅延される。ここでは、数値ｘが時間関数であることを明示するために変数ｘ（ｔ）と称する。ここでは、この遅延を受けた変数（時間関数）を遅延変数と称し、ｘ（ｔ−Δ）と表記する。
【００４５】
図４は、変数ｘ（ｔ）および遅延変数ｘ（ｔ−Δ）で表わされる回転速度［ｒ／ｍｉｎ］の、時間変化を表わした図、図５は、図４の領域Ｄ１の部分の拡大図である。
【００４６】
図４では、ほとんど重なっていて詳細は不明であるが、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を表わす変数ｘ（ｔ）は、この図４に示すように、時間に従って直線的に変化している。図５中の、「理論値」は、変数ｘ（ｔ）の変化を示したもの、７２０［Ｐ／Ｒ］は、７２０［Ｐ／Ｒ］のスリット円盤４０Ａ由来のパルス信号を想定したときの遅延変数ｘ（ｔ−Δ）を表わしたもの、１９３［Ｐ／Ｒ］は１９３［Ｐ／Ｒ］のリングギア４０Ｂ由来のパルス信号を想定して上記と同様の計算を行うことにより算出された遅延変数を表わしたものである。
【００４７】
図５は、スリット円盤４０Ａであれリングギア４０Ｂであれ、パルス信号に基づいて回転速度を計算すると、この図５に示すように計測遅れが生じることを表わしている。
【００４８】
またこの図５は、パルス信号が時間的に細かければ（例えば７２０［Ｐ／Ｒ］）、遅れは小さく、粗ければ（例えば１９３［Ｐ／Ｒ］）、遅れが大きいことを意味している。
【００４９】
図６は、横軸に理論値（変数ｘ（ｔ））をとり、縦軸に理論値からの偏差（図５の縦方向の差分）をとって示した図である。
【００５０】
この図６中の７２０［Ｐ／Ｒ］は、図５に示す、理論値のカーブ（ここでは直線）と、７２０［Ｐ／Ｒ］のカーブとの間の、図５の縦方向の差分であり、図６中の１９３［Ｐ／Ｒ］は、図５に示す、理論値のカーブと１９３［Ｐ／Ｒ］のカーブとの間の、図５の縦方向の差分である。
【００５１】
この図６から、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］が低いほど計測遅れが大きいことが分かる。
【００５２】
図３に戻って説明を続ける。
【００５３】
回転速度０〜１０００［ｒ／ｍｉｎ］を表わす変数ｘ（ｔ）と、位相遅れ算出部２２０で算出された遅延変数ｘ（ｔ−Δ）は、角度算出部２３０に入力され、それぞれ独立に、出力軸２０Ａ（図１参照）の回転角度［ｄｅｇ］に相当する角度データに変換される。ここでは、代表的に変数ｘ（ｔ）を取り上げて、角度データに変換される過程を説明する。
【００５４】
図７は、図３に１つのブロックで示す角度算出部２３０の内部構成を示すブロック図である。
【００５５】
この図７に示す角度算出部２３０は、回転速度／角速度変換部２３１、角速度／角度変換部２３２、および角度／回転角度変換部２３３で構成されている。
【００５６】
回転速度／角速度変換部２３１では、変数ｘ（ｔ）、遅延変数ｘ（ｔ−Δ）のそれぞれが、角速度に変換される。具体的には、この回転速度／角速度変換部２３１では、回転速度を表わす変数ｘ（ｔ）［ｒ／ｍｉｎ］に２π／６０が乗算され、角速度、ｘ（ｔ）×２π／６０［ｒａｄ／ｓ］が算出される。
【００５７】
次の、角速度／角度変換部２３２では、回転速度／角速度変換部２３１で得られた角速度ｘ（ｔ）×２π／６０［ｒａｄ／ｓ］が時間積分されて、角度［ｒａｄ］が算出される。さらに、角度／回転角度変換部２３３では、角速度／角度変換部２３２で算出された角度［ｒａｄ］をθとしたとき、一旦、ｓｉｎθが演算され、次いでａｒｃｓｉｎθが演算される。
【００５８】
角速度／角度変換部２３２での角速度の積分により算出される角度［ｒａｄ］＝θは、出力軸２０Ａの回転角度の範囲である０〜２π［ｒａｄ］を越えて漸増する値であり、角度／回転角度変換部２３３では、ｓｉｎθおよびａｒｃｓｉｎθの演算により、０〜２πの範囲内の回転角度［ｒａｄ］に変換される。この角度／回転角度変換部２３３では、そのようにして算出された回転角度［ｒａｄ］にさらに１８０／πが乗算されることにより、ｄｅｇ．の単位の回転角度［ｄｅｇ］に変換される。
【００５９】
角度算出部２３０では、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を表わす変数ｘ（ｔ）だけでなく遅延変数ｘ（ｔ−Δ）についても同様な演算が行なわれて、遅延変数ｘ（ｔ−Δ）に対応する回転角度［ｄｅｇ］も算出される。
【００６０】
図８は、角度算出部で算出された回転角度［ｄｅｇ］の時間変化を示した図、図９は、図８に示す領域Ｄ２の部分の拡大図である。
【００６１】
図８の中央は０［ｄｅｇ］および１８０［ｄｅｇ］であり、上側の折り返し点は９０［ｄｅｇ］、下側の折り返し点は２７０［ｄｅｇ］である。ここでは回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を表わす変数ｘ（ｔ）を直線的に変化させていることにより（図４参照）、この図８では、回転角度［ｄｅｇ］の時間変化を表わすカーブの周期が時間経過に従って狭まっている。また、この図８ではほとんど重なっていて詳細は不明であるが、図９に示すように、変数ｘ（ｔ）から算出した回転角度［ｄｅｇ］のカーブと、遅延変数ｘ（ｔ−Δ）から算出した回転角度［ｄｅｇ］のカーブは、一致せず、偏差をもっている。図９中の「理論値」は変数ｘ（ｔ）から算出した回転角度［ｄｅｇ］を示したカーブ、７２０［Ｐ／Ｒ］は、７２０［Ｐ／Ｒ］のスリット円盤４０Ａ（図１参照）由来のパルス信号を想定したときの遅延変数ｘ（ｔ−Δ）から算出した回転角度［ｄｅｇ］を示したカーブ、１９３［Ｐ／Ｒ］は、１９３［Ｐ／Ｒ］のリングギア４０Ｂ（図１参照）由来のパルス信号を想定したときの遅延変数から算出した回転角度［ｄｅｇ］を示したカーブである。
【００６２】
図５に示す、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］の計測遅れと同じく、図９から、スリット円盤４０Ａおよびリングギア４０Ｂのいずれであってもパルス信号に基づいて計測した回転角度［ｄｅｇ］に計測遅れが生じていることが分かる。また、この図９から、繰り返し周波数の高いパルス信号（例えば７２０［Ｐ／Ｒ］）に基づいて計測した回転角度［ｄｅｇ］の計測遅れは、繰り返し周波数の低いパルス信号（例えば１９３［Ｐ／Ｒ］）に基づいて計測した回転角度［ｄｅｇ］の計測遅れよりも小さいことが分かる。
【００６３】
図１０は、回転角度［ｄｅｇ］の、理論値からの偏差（図９の縦方向の差分）の時間変化を示した図である。
【００６４】
この図１０中の７２０［Ｐ／Ｒ］は、図９に示す理論値のカーブと、７２０［Ｐ／Ｒ］のカーブとの間の、図９の縦方向の差分を示すカーブであり、図１０中の１９３［Ｐ／Ｒ］は、図９に示す理論値と１９３［Ｐ／Ｒ］のカーブとの間の、図９の縦方向の差分を示すカーブである。
【００６５】
ここでは、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を表わす変数ｘ（ｔ）は直線的に変化させており（図４参照）、したがって図１０の横軸の時間［ｓ］は、そのまま回転速度［ｒ／ｍｉｎ］に置き換えることができる。すなわち、この図１０から、回転速度［ｒ／ｍｉｎ］が速いほど、回転速度の計測遅れが大きく、その計測遅れの変化は、直線的な変化ではなく、図１０に示すようにカーブを描いて漸増していることが分かる。
【００６６】
図７に示す角度算出部２３０、すなわち図３に１つのブロックで示す角度算出部２３０では、変数ｘ（ｔ）と遅延変数ｘ（ｔ−Δ）のそれぞれについての、上述した回転角度［ｄｅｇ］、すなわち、図８，図９に示す回転角度［ｄｅｇ］を算出する演算が行なわれる。
【００６７】
図３に示す遅れ補正マップ作成装置２を構成する差分算出部２４０では、図１０を参照して説明した差分が算出される。すなわち、この差分算出部では、変数ｘ（ｔ）に基づいて算出された回転角度［ｒａｄ］と、遅延変数ｘ（ｔ−Δ）に基づいて算出された回転角度［ｒａｄ］との間で差分が演算され、図１０に示すような差分角度カーブが求められる。
【００６８】
図１１は、遅れ補正マップを表わした図である。この図１１は、カーブ自体はそのままにして、図１０の横軸の時間［ｓ］を回転速度［ｒ／ｍｉｎ］に書き直し、図１０の縦軸の差分角度［ｄｅｇ］を補正角度［ｄｅｇ］に書き直した図に相当する。
【００６９】
図１に示す、７２０［Ｐ／Ｒ］のスリット円盤４０Ａに由来するパルス信号から算出された回転角度［ｒａｄ］については、この図１１の７２０［Ｐ／Ｒ］のカーブに従って補正し、１９３［Ｐ／Ｒ］のリングギア４０Ｂに由来するパルス信号から算出された回転角度［ｒａｄ］については、この図１１の１９３［Ｐ／Ｒ］のカーブに従って補正することにより、計測遅れのない回転角度［ｒａｄ］が計測されることになる。
【００７０】
図３に示す遅れ補正マップ作成装置２を構成する差分算出部２４０で作成された図１０に示す差分角度［ｄｅｇ］のカーブ、すなわち、図１１に示す遅れ補正マップは、図２に示す補正済角度算出部６０（図１に示す補正済角度算出部６０Ａ，６０Ｂ）の記憶部６３に記憶される。
【００７１】
ここで再び、図２に示す補正済角度算出部６０の説明に戻る。
【００７２】
前述の通り、回転速度算出部６１には、図１に示すスリット円盤４０Ａ又はリングギア４０Ｂに由来するパルス信号が入力される。ここでは、説明の都合上、スリット円盤４０Ａに由来する７２０［Ｐ／Ｒ］のパルス信号が入力されるものとして説明する。
【００７３】
回転速度算出部６１では、入力されてきた７２０［Ｐ／Ｒ］のパルス信号をサンプリングタイムごとに計数し、そのパルス信号の繰り返し周波数［Ｈｚ］が算出される。ここで、サンプリングタイム間隔をＴ［ｓ］、その間のパルス数をＮ［ｐ］としたとき、繰り返し周波数は、Ｎ／Ｔ［Ｈｚ］となる。この回転速度算出部６１ではさらに、このＮ／Ｔ［Ｈｚ］に６０／７２０が乗算されることにより、回転速度、Ｎ／Ｔ×６０／７２０［ｒ／ｍｉｎ］が算出される。
【００７４】
この回転角度算出部６１で算出された回転速度［ｒ／ｍｉｎ］は、図５に示す通りの計測遅れを持った値である。この算出された回転速度［ｒ／ｍｉｎ］は、角度算出部６２と遅れ補正部６４に入力される。ここでは角度算出部６２について先に説明する。角度算出部６２では、入力されてきた回転速度［ｒ／ｍｉｎ］が回転角度［ｒａｄ］に変換される。この角度算出部における回転速度［ｒ／ｍｉｎ］を回転角度［ｒａｄ］に変換するための演算は、図３に示す遅れ補正マップ作成装置２を構成する角度算出部２３０における演算と同じであり、重複説明は省略する。ただし、図２に示す補正角度算出部６０の角度算出部６２には、スリット円盤４０Ａ（図１参照）由来の、１［Ｐ／Ｒ］のパルス信号が入力され、そのパルス信号が入力された時点が回転角度０［ｄｅｇ］の基準となる。この角度算出部６２で算出された回転角度［ｒａｄ］は、図９に示す通りの計測遅れを持った値である。この角度算出部６２で算出された回転角度［ｄｅｇ］は遅れ補正部６４に入力される。
【００７５】
遅れ補正部６４は、記憶部６３に記憶された遅れ補正マップ（図１１参照）を参照して、その遅れ補正マップの、回転速度算出部６１から受け取った回転速度［ｒ／ｍｉｎ］に対応した補正角度［ｄｅｇ］の値を得て、角度算出部６２から受け取った回転角度［ｒａｄ］に補正角度［ｄｅｇ］が加算されて、計測遅れのない回転角度ＣＡ［ｒａｄ］が算出される。
【００７６】
図１に戻って説明する。
【００７７】
図１に示すエンジンバルブ制御装置１の補正済角度算出部６０Ａでは、スリット円盤４０Ａ由来のパルス信号に基づいて算出された、出力軸２０Ａの回転角度［ｒａｄ］が上記の通りに補正されて、補正済の回転角度ＣＡＡが算出され、制御信号異常判定部７０とアクチュエータ制御部１３０の双方に入力される。一方、もう一方の補正済角度算出部６０Ｂでは、リングギア４０Ｂ由来のパルス信号に基づいて算出された、出力軸２０Ａの回転角度［ｒａｄ］が上記と同様にして補正されて補正済の回転角度ＣＡＢが算出され、制御信号異常判定部７０に入力される。
【００７８】
この図１に示すエンジンバルブ制御装置１のその後の動作は前述の通りである。
【００７９】
図１２は、比較例であって、回転角度［ｄｅｇ］とバルブ変位［ｍｍ］の時間変化を示した図である。この図１２には、バルブ変位とともにピストンの軌跡も示されている。
【００８０】
この図１２において、「理論値」は、理論通りの誤差のない回転角度［ｒａｄ］の時間変化と、その理論通りの回転角度［ｒａｄ］を図１に示すアクチュエータ制御部１３０に入力してその回転角度［ｒａｄ］から変換されたバルブ変位［ｍｍ］を示している。また、この図１２の７２０［Ｐ／Ｒ］は、スリット円盤４０Ａ（図１参照）由来のパルス信号に基づいて図２に示す角度算出部６２で回転角度［ｒａｄ］を算出し、遅れ補正部６４による遅れ補正を行なわない場合の回転角度［ｒａｄ］の時間変化と、その回転角度［ｒａｄ］から変換されたバルブ変位［ｍｍ］を示している。また、図１に示すエンジンバルブ制御装置１では、リングギア４０Ｂ由来のパルス信号から算出した回転角度［ｒａｄ］はエンジンバルブの制御には用いられていないが、図１２の１９３［Ｐ／Ｒ］は、リングギア４０Ｂ由来のパルス信号から算出した、ただし遅れ補正部６４（図２参照）で遅れ補正を行なう前の回転速度［ｒａｄ］と、その回転速度［ｒａｄ］を仮にアクチュエータ制御部１３０に入力したとしてその回転速度［ｒａｄ］からバルブ変位を求めたときのバルブ変位［ｍｍ］を示している。
【００８１】
この図１２の円Ｒ１の部分に着目すると、理論値通りのバルブ変位の場合はピストンとは干渉せず円滑な動作が期待できるにもかかわらず、７２０［Ｐ／Ｒ］のバルブ変位の場合はピストンとほぼ接触していて、エンジンバルブをこのように変位させることは危険を伴うことになる。１９３［Ｐ／Ｒ］のバルブ変位の場合、ピストンと完全に接触することとなり、エンジンバルブをこのように変位させることは不可能である。すなわち、パルス信号に基づいて計測された回転角度［ｄｅｇ］が誤差を持つ場合、バルブ変位とピストン軌跡との間に、その誤差の分だけ余裕を持たせる必要があり、その分、バルブ変位が制約を受け、バルブ変位実験の自由度が狭まることになる。
【００８２】
図１３は、本実施形態における、アクチュエータ制御部に入力される回転角度［ｄｅｇ］と、その回転角度［ｄｅｇ］から変換されたバルブ変位［ｍｍ］の時間変化を示した図である。図１２と同様、この図１３にも、バルブ変位とともにピストンの軌跡が示されている。
【００８３】
この図１３に示す補正済の回転角度［ｄｅｇ］は、図２に示す記憶部６３に記憶された遅れ補正マップ（図１１参照）に基づいて遅れ補正部６４により補正された後の回転角度であり、図１２に示す理論値としての回転角度［ｄｅｇ］と高精度に一致している。したがって、この回転角度［ｄｅｇ］から変換されたバルブ変位も、図１２における理論値と高精度に一致し、円Ｒ２に示すように、バルブとピストンは干渉することなく、余裕をもって互いに離れており、バルブ変位実験を安全に進めることができる。
【００８４】
尚、ここでは、バルブ変位実験を行なうためのエンジンバルブ制御装置について説明したが、本発明は、エンジンバルブの制御にのみ利用可能なものではなく、回転軸の回転角度を高精度に計測する場面において広範囲に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１    エンジンバルブ制御装置
２    遅れ補正マップ作成装置
１０    エンジン
１１    エンジンバルブ
２０Ａ    出力軸
２０Ｂ    結合シャフト
３０    モータ
４０Ａ    スリット円盤
４０Ｂ    リングギア
５０Ａ，５０Ｂ    センサアンプ
６０，６０Ａ，６０Ｂ    補正済角度算出部
６１    回転速度算出部
６２，２３０    角度算出部
６３    記憶部
６４    遅れ補正部
７０    制御信号異常判定部
９０    位置指令部
９１    位置指令パターン
１００    ＰＩＤ制御部
１１０    アクチュエータアンプ
１２０    アクチュエータ
１２１    センサ
１３０    アクチュエータ制御部
２１０    遅延時間算出部
２２０    位相遅れ算出部
２３１    回転速度／角速度変換部
２３２    角速度／角度変換部
２３３    角度／回転角度変換部
２４０    差分算出部
【図１】
0005709646.tif 000002
【図２】
0005709646.tif 000003
【図３】
0005709646.tif 000004
【図４】
0005709646.tif 000005
【図５】
0005709646.tif 000006
【図６】
0005709646.tif 000007
【図７】
0005709646.tif 000008
【図８】
0005709646.tif 000009
【図９】
0005709646.tif 000010
【図１０】
0005709646.tif 000011
【図１１】
0005709646.tif 000012
【図１２】
0005709646.tif 000013
【図１３】
0005709646.tif 000014