JP7723751B2 - モータの制御装置及びモータの制御方法 - Google Patents

モータの制御装置及びモータの制御方法

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Description

本発明は、回転角度を規制するストッパが備えられた回転体を速度フィードバック制御によって回転駆動する、モータの制御装置及びその制御方法に関する。
モータによって回転駆動される回転体の回転角度を規制する機械的なストッパが備えられた制御対象機器の一例として、特開2018-123716号公報(特許文献1)に記載されるような可変バルブタイミング(VVT;Variable Valve Timing)機構が知られている。VVT機構では、モータによってクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角度を変化させることで、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングが変更される。
特開2018-123716号公報
ストッパが備えられたVVT機構の制御では、例えば、バルブタイミングの基準角度の学習などを目的として、モータによって回転駆動される回転体を機械的なストッパに押し付ける処理が実行されている。この学習処理を実行するとき、基準角度の学習精度が不十分であると、回転体がストッパに押し付けられているにもかかわらずこれを判断できず、回転体を目標角度まで回転駆動させようとして、電動モータに過大な電流が供給されてしまう。
そこで、本発明は、機械的なストッパによって回転体の回転角度が規制された状態において、回転体を速度フィードバック制御によって回転駆動するモータに過大な電流が供給されないようにする、モータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
モータの制御装置は、回転角度を規制するストッパが備えられた回転体を速度フィードバック制御によって回転駆動させる。このとき、モータの制御装置は、モータの目標回転速度とその実回転速度との偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下になった状態が所定時間継続したとき、ストッパによって回転体の回転角度が規制されていると判定し、モータに供給する電流を制限する。
本発明によれば、機械的なストッパによって回転体の回転角度が規制された状態において、回転体を速度フィードバック制御によって回転駆動するモータに過大な電流が供給されないようにすることができる。
車両に搭載されたエンジンシステムの一例を示す概要図である。 VVT機構の一例を示す縦断面図である。 図2におけるA-A断面図である。 図2におけるB-B断面図である。 従来技術における不具合を説明するための図である。 VVT制御処理の一例を示すフローチャートである。 VVT制御処理の一例を示すフローチャートである。 VVT制御処理の一例を示すフローチャートである。 VVT制御処理の一例を示すフローチャートである。 電流制限値が不適切である場合の不具合を示す説明図である。 電流制限値を適正化する方法及びその効果の説明図である。 電動モータへの電流を制限した効果の説明図である。
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図1は、本実施形態に係るモータの制御装置が適用され得る、車両に搭載されたエンジンシステムの一例を示している。
自動車などの車両に搭載されたエンジン10は、例えば、直列4気筒のガソリンエンジンである。各気筒に吸気(吸入空気)を導入する吸気管12の所定箇所には、エンジン10の負荷の一例として挙げられる吸気流量Qを検出する吸気流量センサ14が取り付けられている。吸気流量センサ14としては、例えば、エアフローメータなどの熱線式流量計を使用することができる。なお、エンジン10の負荷としては、吸気流量Qに限らず、例えば、吸気負圧、過給圧力、スロットル開度、アクセル開度など、トルクと密接に関連する状態量を使用することができる。
各気筒の燃焼室16に吸気を導入する吸気ポート18には、燃焼室16を臨む端部開口を開閉する吸気弁20が配置されている。吸気弁20の吸気上流に位置する吸気ポート18の所定箇所には、吸気弁20の傘部背面に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁22が取り付けられている。燃料噴射弁22は、電磁コイルの通電によって磁気吸引力が発生すると、スプリングによって閉弁方向に付勢されている弁体がリフトし、先端の噴孔が開弁して燃料を噴射する。燃料噴射弁22には、噴孔の開弁時間に略比例した燃料が噴射されるように、所定圧力に調圧された燃料が供給されている。なお、燃料噴射弁22は、吸気弁20の傘部背面に向けて燃料を噴射する構成に限らず、燃焼室16に燃料を直接噴射する構成、又はこれらの両方を備えた構成であってもよい。
燃料噴射弁22の噴孔から噴射された燃料は、吸気ポート18の端部開口と吸気弁20との間の隙間を通って燃焼室16に吸気と共に導入され、点火プラグ24の火花点火によって着火燃焼する。この結果、燃焼圧力が、ピストン26をクランクシャフト(図示せず)に向けて押し下げることで、クランクシャフトを回転駆動させる。
また、燃焼室16から排気を導出する排気ポート28には、燃焼室16を臨む端部開口を開閉する排気弁30が配置されている。そして、排気弁30によって排気ポート28の端部開口が開弁すると、排気ポート28の端部開口と排気弁30との間の隙間を通って、排気が排気管32へと排出される。排気管32の所定箇所には、触媒コンバータ34が取り付けられている。排気に含まれる有害物質は、触媒コンバータ34によって無害成分に浄化された後、排気管32の終端開口から大気中に放出される。ここで、触媒コンバータ34としては、例えば、排気に含まれるCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、及びNOx(窒素酸化物)を同時に浄化する三元触媒を使用することができる。
吸気弁20を開閉駆動する吸気カムシャフト36の端部には、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト36の相対回転角度を変化させることで、吸気弁20のバルブタイミングを変更する電動式のVVT機構100が取り付けられている。ここで、VVT機構100は、吸気弁20に限らず、吸気弁20及び排気弁30の少なくとも一方に配置されていればよい。なお、VVT機構100の詳細については後述する。
エンジンシステムの所定箇所には、上述した吸気流量センサ14に加えて、水温センサ38、エンジン回転速度センサ40、クランク角センサ42、カム角センサ44、及びモータ回転速度センサ46が夫々取り付けられている。水温センサ38は、エンジン10の冷却水温度(水温)Twを検出する。エンジン回転速度センサ40は、エンジン10の回転速度Neを検出する。クランク角センサ42は、クランクシャフトの基準位置からの回転角度θCRKを検出する。カム角センサ44は、吸気カムシャフト36の基準位置からの回転角度θCAMを検出する。モータ回転速度センサ46は、VVT機構100の電動モータ(詳細については後述する)の出力軸の回転速度Nmを検出する。なお、以下の説明においては、電動モータの出力軸の回転速度を、電動モータの回転速度と略記する。
吸気流量センサ14、水温センサ38、エンジン回転速度センサ40、クランク角センサ42、カム角センサ44、及びモータ回転速度センサ46の各出力信号は、マイクロコンピュータ(図示せず)を内蔵したエンジン制御モジュール(ECM)200に入力されている。エンジン制御モジュール200は、吸気流量センサ14及びエンジン回転速度センサ40から吸気流量Q及び回転速度Neを夫々読み込み、これらに基づいてエンジン運転状態に応じた基本燃料噴射量を演算する。また、エンジン制御モジュール200は、水温センサ38から水温Twを読み込み、基本燃料噴射量を水温Twなどで補正した燃料噴射量を演算する。そして、エンジン制御モジュール200は、エンジン運転状態に応じたタイミングで燃料噴射弁22及び点火プラグ24に作動信号を夫々出力し、燃料噴射量に応じた燃料を燃料噴射弁22から噴射させるとともに、点火プラグ24によって燃料と空気との混合気を着火燃焼させる。このとき、エンジン制御モジュール200は、図示しない空燃比センサから空燃比を読み込み、排気中の空燃比が目標空燃比に近づくように、燃料噴射弁22をフィードバック制御する。
エンジン制御モジュール200は、燃料噴射弁22及び点火プラグ24の制御に加えて、吸気流量センサ14及びエンジン回転速度センサ40から吸気流量Q及び回転速度Neを夫々読み込み、エンジン運転状態に応じたVVT機構100の目標角度を演算する。また、エンジン制御モジュール200は、回転速度Neに1/2を乗算して吸気カムシャフト36の回転速度Nc(Nc=Ne×1/2)を演算するとともに、モータ回転速度センサ46から回転速度Nmを読み込む。さらに、エンジン制御モジュール200は、VVT機構100が目標角度に近づくように、吸気カムシャフト36の回転速度Nc、電動モータの回転速度Nm及びVVT機構100の減速比に応じた電動モータの目標回転速度Ntを演算する。そして、エンジン制御モジュール200は、CAN(Controller Area Network)などの周知の車載ネットワークを介して、マイクロコンピュータ(図示せず)を内蔵したVVTコントローラ250に電動モータの目標回転速度Ntを送信する。ここで、VVTコントローラ250には、エンジン制御モジュール200と同様に、電動モータの回転速度Nmを検出するモータ回転速度センサ46の出力信号が入力されている。なお、VVTコントローラ250が、モータの制御装置の一例として挙げられる。
電動モータの目標回転速度Ntを受信したVVTコントローラ250は、モータ回転速度センサ46から電動モータの実際の回転速度(実回転速度)Nmを読み込み、実回転速度Nmが目標回転速度Ntに近づくように、電動モータに供給する電流をフィードバック制御する。要するに、VVTコントローラ250は、速度フィードバック制御によってVVT機構100の電動モータに供給する電流を制御する。
図2~図4は、VVT機構100の一例を示している。なお、図2~図4に示すVVT機構100はあくまで一例であって、電動モータによって回転駆動される回転体の回転角度を規制する機械的なストッパが備えられていれば、当業者にとって周知のVVT機構であってもよい。
VVT機構100は、図2に示すように、タイミングスプロケット(カムスプロケット)102と、カバー部材104と、位相変更機構106と、を備えている。タイミングスプロケット102は、タイミングチェーン108を介して、エンジン10のクランクシャフトによって回転駆動される。そして、タイミングスプロケット102は、これと一体化された吸気カムシャフト36を回転駆動させる。カバー部材104は、吸気カムシャフト36を基準としたタイミングスプロケット102よりも遠位側において、エンジン10の固定構造物であるチェーンカバー110に対してボルト112で締結されている。位相変更機構106は、タイミングスプロケット102と吸気カムシャフト36との間に配置されて、吸気カムシャフト36に対するタイミングスプロケット102の相対回転角度を変更する。ここで、タイミングスプロケット102が、回転体の一例として挙げられる。
タイミングスプロケット102は、吸気カムシャフト36の端部の外周面に対して、ボールベアリング114を介して相対回転可能に配置されている。タイミングスプロケット102の外周部の側面であって、吸気カムシャフト36より遠位側に位置する側面には、内周に波形状の内歯116A(図3参照)が形成された環状部材116、及び円環形状のプレート118が、ボルト120によって締結されている。また、タイミングスプロケット102の内周面の一部には、図4に示すように、円弧形状のストッパ凸部102Aが周方向に沿って所定長さに亘って形成されている。
プレート118の遠位側の外周部には、位相変更機構106の減速機122、及び電動モータ124の各構成部材を覆うように、吸気カムシャフト36から遠位方向に向かって延びる円筒形状のハウジング126が、ボルト128によって締結されている。ハウジング126は、非鉄金属によって形成されて、ヨークとして機能する。ハウジング126の遠位側に位置する先端面には、円環プレート形状の保持部126Aが一体的に連結されている。そして、ハウジング126は、これよりも遠位側に配置されたカバー部材104によって、カバー部材104と少なくとも所定間隔を隔てつつ覆われている。
吸気カムシャフト36の端部には、従動回転体である従動部材130が、カムボルト132によって締結されている。また、吸気カムシャフト36の先端部の外周面の一部には、図4に示すように、タイミングスプロケット102のストッパ凸部102Aが相対回転可能に嵌合する、円弧形状のストッパ凹溝36Aが周方向に沿って所定長さに亘って形成されている。ここで、タイミングスプロケット102のストッパ凸部102A、及び吸気カムシャフト36のストッパ凹溝36Aによって、ストッパが構成される。
そして、吸気カムシャフト36に対してタイミングスプロケット102が相対回転し、ストッパ凸部102Aがストッパ凹溝36Aの内面に当接すると、吸気カムシャフト36に対するタイミングスプロケット102の相対回転が阻止される。このため、吸気カムシャフト36に対するタイミングスプロケット102の最大進角位置及び最大遅角位置が規定され、吸気弁20のバルブタイミングの可変範囲が制限されることとなる。
従動部材130は、鉄系金属によって形成され、図2及び図3に示すように、吸気カムシャフト36の近位側に配置された円板部130Aと、吸気カムシャフト36の遠位側に配置された円筒部130Bと、を含んで構成されている。円板部130Aには、吸気カムシャフト36と略同径を有する円環形状の凸部130Cが一体的に形成され、ここにボールベアリング114の内輪の一部が嵌合されている。また、円板部130Aの外周部には、複数のローラ134を保持する保持器136が一体的に形成されている。
位相変更機構106は、吸気カムシャフト36と同心に配置された電動モータ124と、電動モータ124の回転速度を減速しつつ吸気カムシャフト36に伝達する減速機122と、を含んで構成されている。
電動モータ124は、タイミングスプロケット102と一体的に回転するハウジング126と、ハウジング126の内部に回転自由に配置されたモータ軸138と、ハウジング126の内周面に固定された一対の永久磁石140、142と、ハウジング126の保持部126Aに固定された固定子144と、を含んで構成されている。モータ軸138は、円筒形状に形成され、アーマチュアとして機能する。モータ軸138の略中央位置の外周には、複数の極を有する鉄心ロータ146が固定されている。鉄心ロータ146には、電磁コイル148が巻き回されている。
モータ軸138は、カムボルト132の外周、及び従動部材130の円筒部130Bの外周に対して、ボールベアリング150及びニードルベリング152を介して、相対回転可能に配置されている。また、モータ軸138の近位側の端部には、減速機122の一部を構成する、円筒形状の偏心軸部154が一体的に形成されている。
減速機122は、偏心回転運動をする偏心軸部154と、偏心軸部154の外周に配置されたボールベアリング156と、ボールベアリング156の外周に配置されたローラ134と、ローラ134を転動方向に保持しつつ径方向への移動を許容する保持器136と、保持器136と一体化された従動部材130と、を含んで構成されている。偏心軸部154の外周面に形成されたカム面の軸心は、モータ軸138の軸心Xから径方向へと僅かに偏心している。ここで、ボールベアリング156及びローラ134などは、遊星噛み合い部として機能する。
また、ボールベアリング156の外輪の外周面には、ローラ134が常時当接している。さらに、ボールベアリング156の外周には円環形状の隙間158が形成され、この隙間158によってボールベアリング156の全体が、偏心軸部154の偏心回転に伴って径方向へと移動可能、要するに、偏心可能になっている。各ローラ134は、ボールベアリング156の偏心動作に伴って径方向へと移動しつつ環状部材116の内歯116Aに嵌まり込むとともに、保持器136によって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動するように構成されている。
次に、このようなVVT機構100の動作について説明する。
エンジン10のクランクシャフトが回転すると、タイミングチェーン108を介してタイミングスプロケット102が回転され、その回転力によって環状部材116、プレート118及びハウジング126を介して電動モータ124が同期回転する。一方、環状部材116の回転力は、ローラ134、保持器136及び従動部材130を介して、吸気カムシャフト36に伝達される。これによって、吸気カムシャフト36が回転し、そこに形成されたカムが吸気弁20を開閉させる。
クランクシャフトに対する吸気カムシャフト36の相対回転角度、要するに、吸気弁20のバルブタイミングを変更するときには、電磁コイル148に通電して電動モータ124を作動させる。電動モータ124が作動すると、そのモータ回転力が減速機122を介して吸気カムシャフト36に伝達される。即ち、モータ軸138の回転に伴い偏心軸部154が偏心回転すると、各ローラ134がモータ軸138の1回転ごとに、保持器136により径方向にガイドされながら、環状部材116の1つの内歯116Aを乗り越えて隣接する他の内歯116Aに転動しながら移動する。そして、各ローラ134が、これを順次繰り返しながら円周方向へと転接する。そして、各ローラ134の転接によって、モータ軸138の回転が、減速されつつ従動部材130に伝達される。なお、モータ軸138の回転が従動部材130に伝達されるときの減速比は、ローラ134の個数などによって任意に設定することができる。
よって、タイミングスプロケット102に対して吸気カムシャフト36が正逆相対回転して、その相対回転角度が変更される。これによって、吸気弁20の開閉タイミングが、進角側又は遅角側に変更される。
このとき、タイミングスプロケット102に対する吸気カムシャフト36の正逆相対回転は、ストッパ凸部102Aがストッパ凹溝36Aの内面に当接することで規制される。即ち、従動部材130が、偏心軸部154の偏心回転に伴ってタイミングスプロケット102の回転方向と同方向に相対回転することによって、ストッパ凸部102Aがストッパ凹溝36Aの一方の側面に当接して、それ以上の回転が規制される。これによって、吸気カムシャフト36は、タイミングスプロケット102に対する相対回転角度が最大進角へと変更される。一方、従動部材130が、タイミングスプロケット102の回転方向と逆方向に相対回転することによって、ストッパ凸部102Aがストッパ凹溝36Aの他の側面に当接して、それ以上の回転が規制される。これによって、吸気カムシャフト36は、タイミングスプロケット102に対する相対回転角度が最大遅角へと変更される。
ところで、VVT機構100の機械的なストッパは、例えば、バルブタイミングの基準位相を学習したり、エンジン10の停止時に次回の始動に備えて最遅角位相にしたり、エンジン10の作動中に最進角位相にしたりすることに使用される。VVT機構100の電動モータ124を速度フィードバック制御によって回転駆動するとき、基準角度の学習精度が不十分であると、ストッパによって吸気カムシャフト36に対するタイミングスプロケット102の相対回転が規制されているにもかかわらずこれを判断できないおそれがある。この場合、VVTコントローラ250は、吸気カムシャフト36に対してタイミングスプロケット102をストッパ作動位置まで回転駆動させようとする。そして、VVTコントローラ250は、図5に示すように、電動モータ124の実際の回転速度(実回転速度)を目標回転速度に近づけるべく、電動モータ124に供給する電流値を徐々に増加させ、最終的には、電動モータ124に過大な電流を供給してしまう。
そこで、VVTコントローラ250は、電動モータ124の目標回転速度Ntとその実回転速度Nmとの偏差の絶対値が所定範囲内になった状態が所定時間継続したとき、タイミングスプロケット102のストッパ凸部102Aが吸気カムシャフト36のストッパ凹溝36Aの内面に当接していると判定する。そして、VVTコントローラ250は、ストッパ凸部102Aがストッパ凹溝36Aの内面に当接していると判定すれば、電動モータ124に供給する電流を制限し、電動モータ124に過大な電流が供給されないようにする。以下、この処理について、詳細に説明する。
図6~図9は、VVTコントローラ250が起動されたことを契機として、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが所定の時間間隔で繰り返し実行する、VVT制御処理の一例を示している。なお、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、例えば、フラッシュROM(Read Only Memory)などの不揮発性に格納されたアプリケーションプログラムに従って、VVT制御処理を実行する。また、マイクロコンピュータのRAM(Random Access Memory)などの揮発性メモリに予め確保された変数領域には、ストッパへの押し付けが行われているか否かの判定結果を保持する判定フラグが確保されている。ここで、判定フラグにおいては、ストッパへの押し付けが行われていることを示す「TRUE(例えば、1)」、ストッパへの押し付けが行われていないことを示す「FALSE(例えば、0)」が選択的にセットされ、その初期値が「FALSE」になっている。
ステップ10(図6では「S10」と略記する。以下同様。)では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電動モータ124の目標回転速度と実回転速度との速度偏差を算出する。具体的には、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、モータ回転速度センサ46から電動モータ124の回転速度Nmを読み込み、エンジン制御モジュール200から受信した目標回転速度Ntから回転速度Nmを減算することで速度偏差を算出する(速度偏差=目標回転速度Nt-回転速度Nm)。なお、モータ回転速度センサ46によって検出された回転速度Nmは、電動モータ124の実回転速度を表しているため、以下の説明においてはこれを「実回転速度Nm」と称することとする。また、エンジン10の回転速度Neは電動モータ124の実回転速度Nmと密接に関連するため、エンジン10の回転速度Neを電動モータ124の実回転速度Nmと見做してもよい。
ステップ11では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、ステップ10で算出した速度偏差、及び電動モータ124に実際に供給している電流の電流値(実電流値)に応じて、電動モータ124に供給する電流指令値を算出する。
ステップ12では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、判定フラグが「FALSE」であるか否か、要するに、ストッパへの押し付けが行われているか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、判定フラグが「FALSE」、即ち、ストッパへの押し付けが行われていないと判定すれば(Yes)、処理をステップ13へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、判定フラグが「TRUE」、即ち、ストッパへの押し付けが行われていると判定すれば(No)、処理をステップ17へと進める。
ステップ13では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、速度偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下であるか否かを判定する。ここで、所定下限値及び所定上限値は、ストッパへの押し付けが行われているか否かを判定するための1つのパラメータであって、例えば、VVT機構100の作動特性などを考慮して適宜決定することができる。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下であると判定すれば(Yes)、処理をステップ14へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下でない、要するに、速度偏差の絶対値が所定下限値未満又は所定上限値より大きいと判定すれば(No)、処理をステップ19へと進める。
ステップ14では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、例えば、タイマ機能を使用して、速度偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下となった状態が所定時間継続しているか否かを判定する。ここで、所定時間は、ストッパへの押し付けが行われているか否かを判定するための他のパラメータであって、例えば、ストッパへの押し付けが完了する時間を考慮して適宜決定することができる。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下となった状態が所定時間継続していると判定すれば(Yes)、処理をステップ15へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下となった状態が所定時間継続していないと判定すれば(No)、処理をステップ19へと進める。
ステップ15では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、揮発性メモリに予め確保された変数領域に、電動モータ124に供給している電流の実電流値を保存する。
ステップ16では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、判定フラグを「TRUE」にする、要するに、ストッパへの押し付けが行われていると判定する。
ステップ17では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、速度偏差の符号が反転したか否か、具体的には、前回の制御サイクルの速度偏差の符号と今回の制御サイクルの速度偏差の符号とが異なっているか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差の符号が反転したと判定すれば(Yes)、処理をステップ18へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差の符号が反転していないと判定すれば(No)、処理をステップ19へと進める。
ステップ18では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、判定フラグを「FALSE」にする、要するに、ストッパへの押し付けが解除されたと判定する。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、処理をステップ19へと進める。
ステップ19では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、判定フラグが「TRUE」であるか否か、即ち、ストッパへの押し付けが行われていると判定したか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、判定フラグが「TRUE」であると判定すれば(Yes)、処理をステップ20へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、判定フラグが「TRUE」でない、即ち、ストッパへの押し付けが行われていないと判定すれば(No)、処理をステップ45へと進める。
ステップ20では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、ステップ10で算出した速度偏差が0以上であるか否か、要するに、進角側への押し付けか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差が0以上であると判定すれば(Yes)、処理をステップ21へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、速度偏差が0以上でない、要するに、遅角側への押し付けであると判定すれば(No)、処理をステップ33へと進める。
ステップ21では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、前回の制御サイクルにおいて判定フラグが「FALSE」であったか否か、要するに、前回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていなかったか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、前回の制御サイクルにおいて判定フラグが「FALSE」であったと判定すれば(Yes)、処理をステップ22へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、前回の制御サイクルにおいて判定フラグが「FALSE」でない、要するに、前回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていたと判定すれば(No)、処理をステップ27へと進める。
ステップ22では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、今回の制御サイクルにおいて判定フラグが「TRUE」であるか否か、要するに、今回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われているか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、今回の制御サイクルにおいて判定フラグが「TRUE」であると判定すれば(Yes)、処理をステップ23へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、今回の制御サイクルにおいて判定フラグが「TRUE」でない、要するに、ストッパへの押し付けが行われていないと判定すれば(No)、処理をステップ27へと進める。
ステップ23では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、進角側の学習値がストッパへの押し付け判定時の実電流値以下であるか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、進角側の学習値が実電流値以下であると判定すれば(Yes)、処理をステップ24へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、進角側の学習値が実電流以下でない、即ち、進角側の学習値が実電流値より大きいと判定すれば(No)、処理をステップ26へと進める。
ステップ24では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電動モータ124に供給する電流を制限するためのパラメータである電流制限値を、ストッパへの押し付け判定時の実電流値に設定する。
ステップ25では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、進角側の学習値を、ストッパへの押し付け判定時の実電流値に設定する。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、処理をステップ27へと進める。
ステップ26では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値として進角側の学習値を採択する。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、処理をステップ27へと進める。
ステップ27では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、モータ回転速度センサ46から電動モータ124の実回転速度Nmを読み込み、これが0であるか否か、要するに、エンジン10の停止時のストッパへの押し付けであるか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電動モータ124の実回転速度Nmが0であると判定すれば(Yes)、処理をステップ28へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電動モータ124の実回転速度Nmが0でないと判定すれば(No)、処理をステップ31へと進める。
ステップ28では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値を所定値だけ増加させる。即ち、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、例えば、エンジン10の停止時の吸気カムシャフト36のカムトルクによって現在の電流制限値ではVVT機構100を作動させられないことを考慮し、電流制限値を所定値だけ大きくする。
ステップ29では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値が所定の電流上限値以上であるか否か、要するに、吸気カムシャフト36のカムトルクに抗してストッパへの押し付けが行われているか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電流制限値が電流上限値以上であると判定すれば(Yes)、処理をステップ30へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電流制限値が電流上限値以上でない、要するに、吸気カムシャフト36のカムトルクに抗してストッパへの押し付けが行われていないと判定すれば(No)、処理をステップ31へと進める。
ステップ30では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電動モータ124への通電をOFFにする。要するに、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、エンジン10の停止過程においてストッパへの押し付けが完了したと判定し、例えば、無駄な電力消費を抑制すべく、電動モータ124への電流供給を中止する。
ステップ31では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、ストッパへの押し付けが継続されているか否かを判定する。具体的には、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、現在の速度偏差を再度算出し、ステップ10で算出した速度偏差から現在の速度偏差を減算した値の絶対値が所定偏差以下であるか否か、要するに、2つの速度偏差に応じてストッパへの押し付けが継続されているか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、ストッパへの押し付けが継続されていると判定すれば(Yes)、処理をステップ45へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、ストッパへの押し付けが継続されていないと判定すれば(No)、処理をステップ32へと進める。
ステップ32では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値を所定値だけ増加させる。要するに、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、進角側のストッパへの押し付けにおいて、設定した電流制限値ではエンジン10の回転上昇に追従できないことを考慮し、これに対処すべく電流制限値を所定値だけ大きくする。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、処理をステップ45へと進める。
ステップ33では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、モータ回転速度センサ46から電動モータ124の実回転速度Nmを読み込み、これが所定の回転速度以下であるか否かを判定する。要するに、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、遅角側のストッパへの押し付けにおいて、電動モータ124の実回転速度Nmと関連性が強い吸気カムシャフト36の回転速度が所定値以下であるかを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電動モータ124の実回転速度Nmが所定の回転速度以下であると判定すれば(Yes)、処理をステップ34へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電動モータ124の実回転速度Nmが所定の回転速度以下でない、要するに、電動モータ124の実回転速度Nmが所定の回転速度より大きいと判定すれば(No)、処理をステップ35へと進める。
ステップ34では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電動モータ124への通電をOFFにする。要するに、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、吸気カムシャフト36の回転速度が所定値以下である場合、吸気カムシャフト36のカムトルクによって遅角側のストッパへの押し付けが可能であるので、電動モータ124への電流供給を中止して、無駄な電力消費を抑制する。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、処理をステップ35へと進める。
ステップ35では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、前回の制御サイクルにおける判定フラグが「FALSE」であったか否か、要するに、前回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていなかったか否を判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、前回の制御サイクルにおける判定フラグが「FALSE」であったと判定すれば(Yes)、処理をステップ36へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、前回の制御サイクルにおける判定フラグが「FALSE」でない、要するに、前回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていたと判定すれば(No)、処理をステップ41へと進める。
ステップ36では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、今回の制御サイクルにおける判定フラグが「TRUE」であるか否か、要するに、今回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われているか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、今回の制御サイクルにおける判定フラグが「TRUE」であると判定すれば(Yes)、処理をステップ37へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、今回の制御サイクルにおける判定フラグが「TRUE」でない、要するに、今回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていないと判定すれば(No)、処理をステップ41へと進める。
ステップ37では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、遅角側の学習値がストッパへの押し付け判定時の実電流値以下であるか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、遅角側の学習値が実電流以下であると判定すれば(Yes)、処理をステップ38へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、遅角側の学習値が実電流値以下でない、即ち、実電流値より大きいと判定すれば(No)、処理をステップ40へと進める。
ステップ38では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値をストッパへの押し付け判定時の実電流値に設定する。
ステップ39では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、遅角側の学習値を、ストッパ押し付け判定時の実電流値に設定する。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、処理をステップ41へと進める。
ステップ40では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値として遅角側の学習値を採択する。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、処理をステップ41へと進める。
ステップ41では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、モータ回転速度センサ46から電動モータ124の実回転速度Nmを読み込み、これが0であるか否か、要するに、エンジン10の停止時のストッパへの押し付けであるか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電動モータ124の実回転速度Nmが0であると判定すれば(Yes)、処理をステップ42へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電動モータ124の実回転速度Nmが0でないと判定すれば(No)、処理をステップ45へと進める。
ステップ42では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値を所定値だけ増加させる。即ち、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、例えば、エンジン10の停止時の吸気カムシャフト36のカムトルクによって現在の電流制限値ではVVT機構100を作動させられないことを考慮し、電流制限値を所定値だけ大きくする。
ステップ43では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流制限値が所定の電流上限値以上であるか否か、要するに、吸気カムシャフト36のカムトルクに抗してストッパへの押し付けが行われているか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電流制限値が電流上限値以上であると判定すれば(Yes)、処理をステップ44へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電流制限値が電流上限値以上でない、要するに、吸気カムシャフト36のカムトルクに抗してストッパへの押し付けが行われていないと判定すれば(No)、処理をステップ45へと進める。
ステップ44では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電動モータ124への通電をOFFにする。要するに、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、エンジン10の停止過程においてストッパへの押し付けが完了したと判定し、例えば、無駄な電力消費を抑制すべく、電動モータ124への電流供給を中止する。
ステップ45では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、ステップ11で算出した電流指令値が電流制限値より大きいか否かを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電流指令値が電流制限値より大きいと判定すれば(Yes)、処理をステップ46へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電流指令値が電流制限値より大きくない、要するに、電流指令値が電流制限値以下であると判定すれば(No)、処理をステップ47へと進める。
ステップ46では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流指令値を電流制限値に設定する。要するに、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、電流指令値を電流制限値に制限する。
ステップ47では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、電流指令値に応じた電流を電動モータ124に供給し、例えば、PID制御又はPI制御によって電動モータ124をフィードバック制御する。これによって、VVT機構100の電動モータ124は、速度フィードバック制御されることとなる。
ステップ48では、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、ストッパへの押し付けが解除されたか否か、具体的には、前回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われ、かつ今回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていないかを判定する。そして、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、ストッパへの押し付けが解除されたと判定すれば(Yes)、処理をステップ49へと進める。一方、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、ストッパへの押し付けが解除されていないと判定すれば(No)、今回の制御サイクルにおけるVVT制御処理を終了させる。
ステップ49では、ストッパへの押し付けが解除されたので、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータが、フィードバック制御における積分項をクリアする。フィードバック制御における積分項をクリアすることで、ストッパ押し付け解除後の制御性の低下を抑制することができる。その後、VVTコントローラ250のマイクロコンピュータは、今回の制御サイクルにおけるVVT制御処理を終了させる。
かかるVVT制御処理によれば、ストッパへの押し付けが行われていないと判定されている場合、電動モータ124の目標速度と実速度との偏差の絶対値が所定の下限値以上かつ所定の上限値以下である状態が所定時間継続すると、ストッパへの押し付けが行われたと判定される。ストッパへの押し付けが行われたと判定されると、そのときに電動モータ124に供給していた電流の実電流値が保存されるとともに、ストッパへの押し付けが行われているか否かの判定結果を示す判定フラグが「TRUE」に設定される。一方、ストッパへの押し付けが行われていると判定されている場合、前回の制御サイクルと今回の制御サイクルとの間で、電動モータ124の目標速度と実速度との偏差の符号が反転していれば、判定フラグが「FALSE」にクリアされる。従って、電動モータ124の目標速度と実速度との偏差を使用して、ストッパへの押し付けが行われたか、又はストッパへの押し付けが解除されたかを判定することができる。
そして、ストッパへの押し付けが行われていると判定された場合、電動モータ124の速度偏差が0以上であれば、進角側のストッパへの押し付けであると判定される一方、電動モータ124の速度偏差が0未満、即ち、負の値をとるのであれば、遅角側のストッパへの押し付けであると判定される。要するに、電動モータ124の速度偏差の符号に応じて電動モータ124の回転方向を判定することで、進角側のストッパへの押し付けか、又は遅角側のストッパへの押し付けかを判定することができる。
進角側のストッパへの押し付けであると判定された場合、前回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われず、今回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていれば、進角側の学習値がストッパへの押し付け判定時の実電流値以下であるか否かが判定される。そして、進角側の学習値が実電流値以下であれば、進角側の学習値が不適切であると判断して、電流制限値が実電流値に設定されるとともに、進角側の学習値が実電流値に設定される。一方、進角側の学習値がストッパへの押し付け判定時の実電流値より大きければ、進角側の学習値は適切であると判断して、電流制限値として進角側の学習値が採択される。従って、電流制限値でストッパへの押し付けが行われない場合への対策として、進角側の電流を制限するための学習値を学習することができる。
その後、電動モータ124の実回転速度Nmが0、即ち、エンジン10の停止過程におけるストッパへの押し付けであれば、吸気カムシャフト36のカムトルクに抗してVVT機構100の電動モータ124を回転可能とすべく、電流制限値が所定値だけ増加される。そして、電流制限値が所定の電流上限値に達すると、ストッパへの押し付けが行われていると判定して電動モータ124への通電がOFFにされる。従って、エンジン10の停止過程においてストッパへの押し付けが行われると、電動モータ124への通電がOFFになって、無駄な電力消費を抑制することができる。
進角側のストッパへの押し付けは、吸気カムシャフト36の回転速度より速く電動モータ124を回転させる必要がある。このため、電動モータ124に供給する電流の電流値を制限することで、図10に示すように、電動モータ124の回転速度が吸気カムシャフト36の回転速度を下回り、進角側のストッパへの押し付けができなくなる可能性がある。そこで、進角側のストッパへの押し付けが継続できなければ、図11に示すように、電流制限値を所定値だけ増加させ、進角側のストッパへの押し付けを行えるようにする。
一方、遅角側のストッパへの押し付けであると判定された場合、電動モータ124の実回転速度Nmが所定の回転速度以下、即ち、吸気カムシャフト36の回転速度が所定値以下であれば、吸気カムシャフト36のカムトルクにより遅角側のストッパへの押し付けが可能であると判定する。そして、カムトルクにより遅角側のストッパへの押し付けが可能であると判定されると、無駄な電力消費を抑制すべく、電動モータ124への通電がOFFにされる。
また、前回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われず、今回の制御サイクルではストッパへの押し付けが行われていれば、遅角側の学習値がストッパへの押し付け判定時の実電流値以下であるか否かが判定される。そして、遅角側の学習値が実電流以下であれば、遅角側の学習値が不適切であると判断して、電流制限値が実電流値に設定されるとともに、遅角側の学習値が実電流値に設定される。一方、遅角側の学習値がストッパへの押し付け判定時の実電流値より大きければ、遅角側の学習値は適切であると判断して、電流制限値として遅角側の学習値が採択される。従って、電流制限値でストッパへの押し付けが行われない場合への対策として、遅角側の電流を制限するための学習値を学習することができる。
その後、電動モータ124の実回転速度Nmが0、即ち、エンジン10の停止過程におけるストッパへの押し付けであれば、吸気カムシャフト36のカムトルクに抗してVVT機構100の電動モータ124を回転可能とすべく、電流制限値が所定値だけ増加される。そして、電流制限値が所定の電流上限値に達すると、ストッパへの押し付けが行われていると判定して電動モータ124への通電がOFFにされる。従って、エンジン10の停止過程においてストッパへの押し付けが行われると、電動モータ124への通電がOFFになって、無駄な電力消費を抑制することができる。
このように進角側の処理若しくは遅角側の処理が実行されるか、又は今回の制御サイクルにおいてストッパへの押し付けが行われていないと判定されている場合、電流指令値が電流制限値より大きければ、電流指令値が電流制限値に制限される。そして、電動モータ124が、電流指令値に応じてフィードバック制御される。従って、図12に示すように、ストッパへの押し付けが行われている場合、電動モータ124に供給する電流の電流値が制限され、電動モータ124に過大な電流が流れることを抑制することができる。
また、ストッパへの押し付けが解除された場合、電動モータ124のフィードバック制御の積分項がクリアされるので、ストッパへの押し付け解除後の制御性の低下を抑制することができる。
なお、当業者であれば、上記実施形態の技術的思想について、その一部を省略したり、その一部を適宜組み合わせたり、その一部を周知技術に置換したりすることで、新たな実施形態を生み出せることを容易に理解できるであろう。
その一例を挙げると、車両に搭載されたエンジン10は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。また、VVT機構100の電動モータ124への供給電流を制限するための電流制限値は、例えば、電動モータ124の特性などを考慮して設定した固定値であってもよい。さらに、本実施形態は、VVT機構100に限らず、モータによって回転駆動される回転体の回転角度を規制するストッパが備えられた、周知の制御対象機器にも適用できることはいうまでもない。
36…吸気カムシャフト 36A…ストッパ凹溝 46…モータ回転速度センサ 100…VVT機構 102…タイミングスプロケット(回転体) 102A…ストッパ凸部 124…電動モータ 250…VVTコントローラ(モータの制御装置)

Claims (13)

  1. 回転角度を規制するストッパが備えられた回転体を速度フィードバック制御によって回転駆動するモータの制御装置であって、
    前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下になった状態が所定時間継続したとき、前記ストッパによって前記回転体の回転角度が規制されていると判定し、前記モータに供給する電流を制限する、
    モータの制御装置。
  2. 前記モータに供給する電流は、所定の電流制限値に制限される、
    請求項1に記載のモータの制御装置。
  3. 前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下になった状態が所定時間継続したとき、前記モータに供給している電流の実電流値に応じて前記電流制限値の学習値を学習する、
    請求項2に記載のモータの制御装置。
  4. 前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差の符号に応じて前記モータの回転方向を判定し、前記モータの回転方向に対応した前記学習値を夫々学習する、
    請求項3に記載のモータの制御装置。
  5. 前記学習値が前記実電流値以下であるとき、前記電流制限値として前記学習値を採択する、
    請求項3に記載のモータの制御装置。
  6. 前記電流制限値が所定の電流上限値に達したとき、前記モータへの通電を停止する、
    請求項5に記載のモータの制御装置。
  7. 前記モータに供給する電流を制限することで前記モータの回転が停止したとき、前記電流制限値を徐々に大きくする、
    請求項2に記載のモータの制御装置。
  8. 前記モータに供給する電流を制限した状態において、前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下になった状態が所定時間継続したときの前記偏差と、現在の前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差と、に応じて前記ストッパによって前記回転体の回転角度が規制されているか否かを判定し、前記ストッパによって前記回転体の回転角度が規制されていないと判定すれば、前記電流制限値を徐々に大きくする、
    請求項2に記載のモータの制御装置。
  9. 回転角度を規制するストッパが備えられた回転体を速度フィードバック制御によって回転駆動するモータの制御装置が、
    前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下になった状態が所定時間継続したとき、前記ストッパによって前記回転体の回転角度が規制されていると判定し、前記モータに供給する電流を制限する、
    モータの制御方法。
  10. 前記モータの制御装置が、前記モータに供給する電流を所定の電流制限値に制限する、
    請求項9に記載のモータの制御方法。
  11. 前記モータの制御装置が、前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差の絶対値が所定下限値以上かつ所定上限値以下になった状態が所定時間継続したとき、前記モータに供給している電流の実電流値に応じて前記電流制限値の学習値を学習する、
    請求項10に記載のモータの制御方法。
  12. 前記モータの制御装置が、前記モータの目標回転速度と当該モータの実回転速度との偏差の符号に応じて前記モータの回転方向を判定し、前記モータの回転方向に対応した前記学習値を夫々学習する、
    請求項11に記載のモータの制御方法。
  13. 前記モータの制御装置が、前記学習値が前記実電流値以下であるとき、前記電流制限値として前記学習値を採択する、
    請求項11に記載のモータの制御方法。
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