(57)【要約】【課題】自動車のターボチャージャ１の可変翼１ａを駆動するモータ２のモータ回転位置制御装置において、エンコーダ３の欠相時にも、バックアップによりターボ運転を継続できるターボチャージャ制御装置を提供する。【解決手段】イグニッションスイッチＩＧＮをＯＮしたときのイニシャライズ時に、２相エンコーダ３の欠相を診断し、健全相のエンコーダ信号のみを用いて、モータ２の回転位置制御を継続し、ターボ運転を続行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のターボチャージャの吸入空気導入路の通路に配置された可変翼を開閉駆動するモータと、このモータを回転駆動するモータドライバと、前記モータの回転軸に連結され２相のパルス信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダのパルス信号に基き前記モータの回転位置を演算する回転位置演算手段と、目標開度信号および前記回転位置演算手段の出力信号とに基き前記モータドライバを制御する制御手段とを備えた自動車のターボチャージャ制御装置において、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、正常な他相のパルス信号に基いて、前記モータの回転位置を検出するエンコーダのバックアップ手段を備えたことを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記回転位置演算手段は、ＣＰＵとその周辺回路及び外部とのＩ／Ｆ回路を含み、前記制御手段は、外部から入力した目標開度信号および前記回転位置演算手段の出力信号とに基き前記モータドライバを制御するように構成したことを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、正常な他相のパルス信号と、前記モータに対する回転方向指令とに基いて、前記モータの回転位置を検出するエンコーダのバックアップ手段を備えたことを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項４】
請求項３において、前記モータに対する回転方向指令は、前記モータドライバ制御手段から、前記エンコーダの異常信号と前記モータの回転位置信号とを入力するエンジン制御装置の出力であることを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、前記バックアップ手段が動作中には、その制御周期を正常時に比べて長くする制御周期延長手段を備えたことを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記バックアップ手段の起動時に、前記モータをその限界まで回転させて、モータ回転位置の設定を行うイニシャライズ手段を備えたことを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記目標開度信号が変化する毎に、前記モータをその限界まで回転させて、モータ回転位置の設定を行うイニシャライズ手段を備えたことを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項８】
請求項６または７において、前記イニシャライズ手段は、前記モータを、過給圧が低下する方向の限界まで回転させて、モータ回転位置の設定を行うように構成したことを特徴とする自動車のターボチャージャ制御装置。
【請求項９】
制御対象を駆動するモータと、このモータを回転駆動するモータドライバと、前記モータの回転軸に連結され２相のパルス信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダのパルス信号に基き前記モータの回転位置を演算する回転位置演算手段と、制御対象に対する目標位置信号および前記回転位置演算手段の出力信号とに基き前記モータドライバを制御する制御手段とを備えたモータ回転位置制御装置において、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、正常な他相のパルス信号に基いて、前記モータの回転位置を検出するエンコーダのバックアップ手段を備えたことを特徴とするモータ回転位置制御装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、正常な他相のパルス信号と、前記モータに対する回転方向指令とに基いて、前記モータの回転位置を検出するエンコーダのバックアップ手段を備えたことを特徴とするモータ回転位置制御装置。
【請求項１１】
請求項９または１０において、前記制御手段は、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、前記バックアップ手段が動作中には、その制御周期を正常時に比べて長くする制御周期延長手段を備えたことを特徴とするモータ回転位置制御装置。
【請求項１２】
自動車のターボチャージャの吸入空気導入路の通路に配置された可変翼をモータで開閉駆動するステップと、モータドライバによって前記モータを回転駆動するステップと、前記モータの回転軸に連結されたエンコーダから２相のパルス信号を出力するステップと、前記エンコーダのパルス信号に基き前記モータの回転位置を演算するステップと、目標開度信号および前記回転位置演算の出力信号とに基き前記モータドライバを制御する自動車のターボチャージャ制御方法において、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、正常な他相のパルス信号に基いて、前記モータの回転位置を検出することを特徴とする自動車のターボチャージャ制御方法。
【請求項１３】
モータドライバによりモータを回転駆動し、このモータにより制御対象を駆動するステップと、前記モータの回転軸に連結されたエンコーダから２相のパルス信号を出力するステップと、前記エンコーダのパルス信号に基き前記モータの回転位置を演算するステップと、制御対象に対する目標位置信号および前記回転位置演算の出力信号とに基き前記モータドライバを制御するモータ回転位置制御方法において、前記２相のパルス信号のいずれか一相の信号の異常時に、正常な他相のパルス信号に基いて、前記モータの回転位置を検出することを特徴とするモータ回転位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のターボチャージャ内のエンコーダの異常時のバックアップを備えたターボチャージャ制御装置および方法並びにモータ回転位置制御装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のターボチャージャの吸入空気導入路の通路には、可変翼を開閉駆動するモータを回転駆動するモータドライバと、前記モータの回転軸に連結され２相のパルス信号を出力する２相式インクリメンタルエンコーダ（Incremental Encoder）を備えている。
【０００３】
このエンコーダに欠相が発生し、正常なエンコーダ波形が得られなくなった場合には、何らかのバックアップが必要である。
【０００４】
モータ回転位置を２相のエンコーダを用いて検出する場合に、エンコーダの信号の欠相を検出した後の処理として、特許文献１に開示された技術がある。すなわち、異常検知用フラグをセットした後に制御を停止するか、あるいはシステム的に安全な方向へ動作させた後に制御を停止するといった方法が採られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３４０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術によると、一旦、エンコーダ異常と判断された後は、異常な装置ということで、制御装置を正常品と交換するしかない。このため、ターボチャージャに直付け状態となっている制御装置の場合は、エンジンルーム内に設置されているターボチャージャごと交換することになり、交換に要する作業費、工数は相当なものとなる。
【０００７】
本発明の目的は、自動車のターボチャージャにおける位置検出装置の故障時にも、簡単な制御内容の追加により、動作を継続できる冗長性を持たせることである。
【０００８】
本発明の他の目的は、モータを用いた回転位置制御装置のモータ位置検出機能のバックアップを図り、位置検出装置の故障に対する冗長性とシステムの信頼性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、を主特徴とする。
【００１０】
ターボチャージャの過給圧コントロールは、目標位置への制御許容差も比較的広く設定でき、例えば、通常制御精度が３％であるのに対し、２倍の６％、且つ、応答性に関しても、１〜２秒程度であれば最低限の動作が保証できる。
【００１１】
そこで、本発明の望ましい実施態様においては、エンコーダの異常判定時のバックアップ動作として、次の４つを行うことにより、目的を達成する。
【００１２】
（１）通常時、２相のエンコーダを用いてモータ位置の制御を実施しているところ、異常時で、且つ２相あるエンコーダ信号のうちいずれかの相が正常である場合は、その正常な相の信号に基いて制御を継続するように制御系を構成する。
【００１３】
（２）上記のケースで制御を継続する場合、片方のみのエンコーダ信号を用いるため、頻繁な制御周期での回転方向の動作は実施せず、正常時に例えば２０［ｍｓ］である動作周期を、１［ｓ］周期とする。また、片側のみの動作であるため、指令位置まで回転させるだけのオープンループ制御とし、フィードバック制御は実施しない。
【００１４】
（３）現在位置から次の位置へ動く場合は、一旦、安全側である全開ストッパ位置（過給圧を低下させる方向）へ当て付けた後に、目標位置へのオープンループ制御を実施する。
【００１５】
（４）制御装置内エンコーダによるモータ位置制御は実施せずに、システム的に上位となっているエンジン制御用コントローラからの開側への動作指令あるいは閉側への動作指令のみによる制御とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の望ましい実施態様によれば、２相エンコーダの１相に故障が発生しても、簡単な制御手段の追加により、最低限の動作継続が可能となり、うまくいけば、交換することなく、自動車の生涯走行を終了することができる。
【００１７】
本発明の望ましい実施形態によれば、モータ回転位置制御装置におけるエンコーダ機能のバックアップ動作が可能であり、エンコーダの故障に対する冗長性やシステムの信頼性を向上させることが可能である。
【００１８】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の説明の中で明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の一実施例による自動車のターボチャージャ制御装置の概略構成を示すものである。
【００２０】
基本的には、モータ２の出力軸に設けられたギヤ２ａ〜２ｃ，７を介して、ターボチャージャ１内の可変翼１ａの翼角度を変化させ、ターボチャージャ１の加給圧を変化させるものである。
【００２１】
モータ２の出力軸には、ギヤの他に、モータの回転位置検出用のロータリーエンコーダ３が設けられている。
【００２２】
本実施例では、２相のインクリメンタルエンコーダ３を用いている。エンコーダ３は、回転位置を信号に変換するためのホール素子４を備えており、エンコーダ３の回転位置をエンコーダパルス信号４ａ（φＡ），４ｂ（φＢ）に変換して制御装置５へ入力する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例におけるエンコーダからの出力信号波形図である。２相エンコーダのφＡ信号４ａとφＢ信号４ｂは、位相が９０度ずれており、例えば、φＡの立ち上り又は立ち下り時のφＢの信号のレベルを見ることにより、モータの回転方向が判る。したがって、これらのエンコーダ信号のパルス数を計数することにより、モータの回転位置を検出することが可能である。
【００２４】
一方、図１の他の制御装置６から、制御装置５へターボチャージャモータ回転位置（ターボチャージャ内回転翼角度）の目標開度信号６ａが入力され、制御装置５は、目標開度信号６ａとモータの回転位置が等しくなるように、モータ２を駆動する。このため、制御装置５は、信号５ａを出力し、モータドライバ１０を介して、目標開度信号６ａに従ってモータ２の回転位置を制御する。
【００２５】
図３は、本発明の一実施例における制御装置５の内部構成を示すブロック図である。
【００２６】
制御装置５は、ＣＰＵ９（Central Processing Unit），Ｉ／Ｏ（Input/Output）８，Ａ／Ｄ変換器１４、ＲＡＭ１５、ＲＯＭ１６、不揮発性メモリ１７から構成されている。本実施例の場合、Ｉ／Ｏ８に入力された目標開度信号６ａと、エンコーダパルス４ａ，４ｂ（φＡ，φＢ）から得られるモータ２の回転位置信号の値が等しくなるように、モータドライバ１０へ制御信号５ａを出力する。なお、外部との間での、温度データや目標開度信号などの信号の授受は、コミュニケーションドライバ１３を介して実行するようにしても良い。
【００２７】
ＣＰＵ９は、ＲＯＭ１６から制御演算式を読み出し、ＲＡＭ１５に計算値を保持する機能を有している。不揮発性メモリ１７は、制御装置５の電源が切れた後も、演算データ等を保持したい場合に用いるもので、保持するデータが無い場合は設けなくてもよい。
【００２８】
この制御装置において、モータの回転位置を検出するためには、本システムがインクリメンタル式のエンコーダ３のみで構成されているので、絶対位置が決まっておらず、最初に原点位置を求める必要がある。そこで、本実施例では、少なくとも通電開始後、通常の制御開始に先立ち、イニシャライズを実行する。ここで言うイニシャライズとは、まず、一方向のみへモータ２を動作させ続け、一定時間、エンコーダパルスのカウント値が変化しなくなったことによって、この地点を動作基準と定めることである。次に、一方向の動作基準点を求めた後に、反対の方向へモータを動作させて同様に一定時間カウンタ値が変化しない地点を求めて、この位置をもうひとつの動作基準点として、最初の基準点との差で動作可能範囲を把握することである。
【００２９】
図４は、２相エンコーダの２相信号φＡとφＢの状態変化によるモータの回転のカウントの方向のロジックを示す図である。通常、ＣＰＵ外部で同様のハードウェア構成をとっているものでも同様であるが、本実施例では、このロジックを内臓したＣＰＵ９を用いており、カウント値を常時読み込むことが可能である。
【００３０】
図５および図６は、モータがそれぞれ異なる方向に回転している場合に、図４のロジックに基くカウンタ値の変化を示す図である。
【００３１】
エンコーダに、欠相異常が生じた場合、正常時に比べ、欠相の発生によって、１回の欠相につき４カウントずれるので、この分だけ、検出誤差が発生する。
【００３２】
この欠相は、エンコーダを用いたモータの回転検出システムでは致命的な誤差となる。このため、通常はφＡ，φＢ相信号のほかに、Ｚ相と呼ばれるエンコーダが一回転する間に一回パルスが出るエンコーダを設けて、一周する間のパルスを数えてカウント値が規定値と異なるようであれば、エンコーダが異常であるという判定を行っている。
【００３３】
モータの回転方向が一定であり、かつ一定値以上の速度で回転している場合、エンコーダのパルスは、一定の値で増加するか、または、減少するかしかない訳である。そこで、この条件の下でパルスの変化をモニタし、増加し続けなければならないのに減少した場合、または、減少し続けなければならないのに増加したことがある場合を、欠相と判断することが可能である。正常である条件は、次の３つであり、これらをチェックする。
【００３４】
（１）モータが一方向のみに回転している。
【００３５】
（２）モータの回転速度が一定値以上。
【００３６】
（３）カウンタの変化が一方向のみに変化。
【００３７】
図７は、本発明の一実施例におけるイグニッションスイッチをＯＮしたときのエンコーダ異常診断処理フローである。
【００３８】
ステップ７００での自動車のイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）ＯＮの後、ステップ７０１でのイニシャライズ指示により、イニシャライズ処理を開始する。その後、ステップ７０２でエンコーダカウンタをリセット（Ｃ＝０）し、イニシャライズをスタートする。
【００３９】
ステップ７０３でイニシャライズ中、正転方向にモータが動き始め、ステップ７０４でこれを確認すると、ステップ７０５では、モータ速度が一定値Ａ以上となったかどうかを確認する。モータ速度が一定値Ａ以上となった場合には、ステップ７０６にてカウンタ値をＣｎに取り込み、次のパルス変化を待つ。次のパルス変化が発生し、モータ速度が一定値Ａ以上のままで、その時のエンコーダカウント値ＣをＣｎに取り込み、ステップ７０７での判定が、前回のカウンタ値Ｃｎ−１と比較し差が１であれば正常である。しかし、そうでない場合は、エンコーダに欠相が発生したと判断し、ステップ７０８に飛んで、エンコーダ異常処理を行う。
【００４０】
ステップ７０４にて、正転でないと判定した場合は、逆にカウンタを減らしていき、ステップ７１１での判定が、前回カウンタ値との差がー１であれば正常、そうでない場合はやはり、ステップ７０８に飛んでエンコーダ異常処理を行う。
【００４１】
以下、ステップ７１２〜７１９においては、現パルスと次のパルス時間の間隔が異常に長い場合もエンコーダ異常と判断できるので、このためのタイマーTを設定している。
【００４２】
図８は本発明の一実施例における通常制御中のエンコーダ異常診断処理フローである。
【００４３】
異常診断ロジックは、図７と同じく（１）〜（３）の３条件であり、これらをチェックする。ステップ８００で通常制御が開始されると、ステップ８０１では目標位置信号の入力を確認する。ステップ８０２では、現在位置が、まだ、目標位置に到達していないことを確認し、ステップ８０３でモータを動作させ、ステップ８０４でエンコーダカウンタをリセット（Ｃ＝０）し、通常制御をスタートする。
【００４４】
モータ動作中を確認するステップ８０５の後の、ステップ８０６〜８２１の処理は、図７におけるステップ７０４〜７１９と同一であり、詳細は省略する。
【００４５】
このロジックにより、イニシャライズ時には欠相がなくても、その後、通常動作している最中に欠相が生じた場合の異常を診断可能である。
【００４６】
図９は、本発明の一実施例において、１相エンコーダ異常時の他相エンコーダの信号のみでバックアップするエンコーダカウントロジックの説明図である。
【００４７】
本図では、φＢ（Ｂ相）の信号が正常な場合を例に採って図示している。片側の信号のみであるから、エンコーダ信号の立ち上がり信号もしくは立ち下り信号のエッジが発生したときに、エンコーダのカウント値を、正常時の１カウントに対し、異常時には２カウント変化させる。また、このカウント値の変化は、モータ駆動指令信号が発生している条件との論理積で実行する必要がある。こうすることで、モータの機械的遊びや、モータのコギングトルクおよび振動等の外的な応力により、モータが通電されていない場合でも、エンコーダが動作し、パルスが変化し、この信号でカウント値が変化するのを防止する意味がある。
【００４８】
図１０は、本発明の一実施例におけるエンコーダ異常時のバックアップ処理フローであり、図９に示すバックアップ時のエンコーダカウントロジックである。エンコーダカウント値の変化を診て、ステップ１００にてエンコーダ異常と診断した後のロジックである。ステップ１０１では、最初に故障したエンコーダがどちらなのかを判定し、正常な方のエンコーダの信号を選択し、これを基にバックアップを行う。ここでは、最初にエッジが生じた相を正常と診断し、これをバックアップに採用している。
【００４９】
図１１は、本発明の一実施例においてエンコーダに欠相が発生した場合のφA、φB相のエンコーダ信号とカウンタの増減の説明図である。
【００５０】
図から、欠相が発生し、カウント値が異常となった後の最初のパルスの発生した相のエンコーダをバックアップ用に使用すれば良いことが判る。すなわち、図中の異常相判定の時点で、エッジの検出されている相のエンコーダは正常なことが判るので、以後この相、図１１の例ではφBの信号を基に制御すれば良いことが判る。
【００５１】
図１０に戻って、ステップ１０１で健全なエンコーダの信号としてφＢ相を選んだ後、ステップ１０８でカウントをセットする、その後、ステップ１０９では、エンコーダのエッジが発生するのを待つ。ステップ１１０で、バックアップ用に選択したφＢ相エンコーダ信号のエッジが発生したら、ステップ１１１において、モータの出力方向を判定する。そして、ステップ１１２または１１３において、方向信号に応じてエンコーダカウント値の２カウントづつのインクリメントあるいはデクリメントを行う。
【００５２】
また、本バックアップ制御に際しては、１方のみのエンコーダ信号とモータ駆動信号によるモータ回転方向だけでモータ位置検出を行うため、頻繁な正転、反転動作を行うとエンコーダの検出位置ずれが発生する。このため、動作周期を通常の場合に比べ、十分に大きくして、このずれが発生しにくくする。
【００５３】
ターボチャージャの遅れ時間は通常１秒程度あるため、０．５秒から１秒おきに位置制御を実施しても十分制御可能である。また、頻繁に動作させる必要がある場合は、目標位置信号が更新され、前回値に対し変更する必要がある場合は、一旦、全開ストッパ位置まで動作させ基準位置に押し付けた後に、目標位置への動作を行うことにより、検出位置ずれを無くすことが可能である。
【００５４】
一般に、全開ストッパ位置あるいは全閉ストッパ位置のどちらか一方で十分であるが、エンジンの過給圧が上昇する方は、頻繁に過給圧が上昇することになり、最悪エンジン破壊にもつながりかねない。そこで、過給圧が低下する方向のストッパ位置に押付ける事が望ましい。
【００５５】
図１２は、本発明の一実施例による自動車のターボチャージャ制御装置におけるエンコーダ故障時のバックアップ制御の制御イメージ図である。フィードバック制御用のエンコーダ３の故障時のバックアップとして、エンジン制御装置１２１からのモータ動作指令信号の通りにモータを動作させて、エンジン制御装置１２１がターボチャージャの過給圧信号１２２を基に、フィードバックする制御である。したがって、通常はエンジン制御装置１２１からモータ位置制御装置１２３へ目標開度信号が入力され、モータ位置制御装置１２３からは、現在位置信号をエンジン制御装置１２１に返信する制御を行っている。ここで、モータ位置制御装置１２３側でエンコーダ３の故障が発生し、この情報をエンジン制御装置１２１に返した場合は、上記のように、過給圧とモータ動作信号でフィードバック制御することで最低限のターボ過給圧制御が可能である。
【００５６】
以上のような簡単なロジックにより、エンコーダの欠相等により、モータ位置検出装置が正常に動作できない場合のバックアップ動作が可能である。
【００５７】
本実施例によれば、モータを用いた位置制御装置のモータ位置検出機能のバックアップ動作が可能であり、装置の故障に対する冗長性やシステムの信頼性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施例による自動車のターボチャージャ制御装置の概略構成図。
【図２】本発明の一実施例におけるエンコーダからの出力信号波形図。
【図３】本発明の一実施例における制御装置５の内部構成を示すブロック図。
【図４】２相エンコーダの２相信号φＡとφＢの状態変化によるモータの回転のカウント方向のロジックを示す図。
【図５】モータ正転時の、図４のロジックに基くカウンタ値の変化を示す図。
【図６】モータ反転時の、図４のロジックに基くカウンタ値の変化を示す図。
【図７】本発明の一実施例におけるイグニッションスイッチをＯＮしたときのエンコーダ異常診断処理フロー図。
【図８】本発明の一実施例における通常制御中のエンコーダ異常診断処理フロー図。
【図９】本発明の一実施例において、１相エンコーダ異常時の他相エンコーダの信号のみでバックアップするエンコーダカウントロジックの説明図。
【図１０】本発明の一実施例におけるエンコーダ異常時のバックアップ処理フロー。
【図１１】本発明の一実施例においてエンコーダに欠相が発生した場合のφA、φB相のエンコーダ信号とカウンタの増減の説明図。
【図１２】本発明の一実施例による自動車のターボチャージャ制御装置におけるエンコーダ故障時のバックアップ制御の制御イメージ図。
【符号の説明】
【００５９】
１…ターボチャージャ、２…モータ、２ａ〜２ｃ…ギヤ、３…ロータリーエンコーダ、４…ホール素子、５…制御装置、６…他の制御装置、７…ウォームギヤ、８…Ｉ／Ｏ、９…ＣＰＵ、１０…モータドライバ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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