JP4684950B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気回路の磁束密度に応じた検出出力によって回転体の回転角を検出する回転角検出装置の出力特性を学習して安定した検出精度を維持する技術に関する。

特許文献１には、吸・排気弁のバルブリフト量を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関において、可変動弁機構の制御軸の回転角を検出する回転角センサによってバルブリフト量を検出しつつ、燃料カット中に可変動弁機構を駆動して最小バルブリフト量としたときの検出値に基づいてバルブリフト量の学習（回転角センサの出力特性の学習）を行うことが開示されている。
特開２００５−１８８２８６号公報

この種の回転角センサでは、任意の回転角に対して出力値が設計値に対して一律にばらつくオフセットばらつきと、回転角変化量に対する出力値の変化量の特性が初期の設計特性に対してばらつくゲインばらつきが生じる可能性がある。
オフセットばらつきの要因としては、工場でセンサを取り付ける際に、取り付け誤差によって生じることが多く、また、ゲインばらつきは、センサの劣化によって生じることが多く、回転角の変化に対してセンサの出力値の変化（傾き）が小さくなる傾向となる。

しかし、上記特許文献１に記載された回転角センサの学習処理は、センサの検出値（出力値）を学習値分オフセットする補正となるため、上記オフセットばらつきに対しては有効であるものの、ゲインばらつきに対しては、補償することができず、検出精度を十分に補償することができないという問題があった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、磁気回路の磁束密度に応じた検出出力によって回転体の回転角を検出する回転角検出装置に対し、該回転角検出装置に特有な出力特性を利用しつつ、オフセットばらつきおよびゲインばらつきを同時に補正して、十分な検出精度を補償できるようにすることを目的とする。

このため、請求項１に係る発明は、
アクチュエータと、
該アクチュエータで回転される回転体と、
磁石部材と、該磁石部材の周囲に配置されるヨーク部材を備え、前記磁石部材またはヨーク部材の一方が前記回転体に接続され、前記磁石部材およびヨークから構成される磁気回路の磁束密度に応じた検出出力によって前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置と、
から構成されるシステムに適用される制御装置であって、
該制御装置は前記回転角検出装置の出力特性を学習する出力特性学習手段を含み、
装置であって、
該出力特性学習手段は、初めての学習時に、前記回転体が、前記磁束密度が０となる所定回転角とは異なる基準回転角に位置するときの出力値を初期学習値として記憶し、
その後の学習時に、前記回転体が基準回転角に位置するときの出力値と、前記初期学習値と、予め記憶された前記所定回転角と基準回転角との設計出力値変化量とに基づいて、該回転角検出装置の出力ゲイン（回転角変化量／出力値変化量）を学習補正することを特徴とする。

請求項１に係る発明によると、
また、磁束密度が０となる所定回転角での出力値は、設計出力値に対し、取り付け誤差等によるオフセットばらつきは生じうるが、出力値が磁束密度検出分を含んでいないため経時変化しない。したがって、ゲインばらつきは、該所定回転角での出力値が一定に維持されたまま、ゲイン（傾き）が変化するように生じる。

そこで、まず、初回の学習で、オフセットばらつきを学習する。該オフセットばらつきを学習した後の、前記所定回転角での出力値は一定に維持される。また、オフセットばらつきの学習によっては、所定回転角と基準回転角との出力値変化量は変化せず、センサ劣化等によるゲインばらつきによって変化する。
したがって、２回目以降の学習では、所定回転角と基準回転角との設計出力値変化量を、ゲインばらつきによって生じる基準回転角での出力値の初期学習値に対する変化分によって補正することにより、出力ゲインを正しく学習補正することができる。

また、請求項２に係る発明は、
前記初めての学習時に、前記回転体を基準回転角方向に駆動し、基準回転角に位置したことを判定した後に、出力値を読み込んで初期学習値として記憶することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
基準回転角として前記回転体がストッパで規制されるような回転角を選択し、回転体を基準回転角方向に駆動し、ストッパで規制される基準回転角に到達してこの位置に維持されることを判定してから、学習を行うことにより、学習精度を確保することができる。

また、請求項３に係る発明は、
前記出力ゲインを次式によって算出し、前回算出値を最新の算出値で書き換えることにより学習補正することを特徴とする。
出力ゲイン＝所定回転角と基準回転角との間の回転角変化量／（所定回転角と基準回転角との間の出力値変化量）−（２回目以降学習時の基準回転角での出力値−初期学習値）
請求項３に係る発明によると、
上記の式によって、出力ゲインを算出することができ、最新の算出値で書き換えて学習補正することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態におけるシステムの概要を示す。
エンジン（ガソリン内燃機関）１００は、吸気バルブの作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する可変動弁機構１０１を備え、該可変動弁機構１０１には、前記作動角を可変動弁機構１０１の後述する制御軸の回転角によって検出する回転角センサ１０２が装着されている。該回転角センサ１０２は、センサ内に形成された磁気通路の磁束密度が制御軸の回転角変化によって変化し、該磁束密度に応じた検出出力によって回転角を検出できるように構成されているが、詳細は後述する。

前記回転角センサ１０２で検出された回転角信号（出力電圧）は、可変動弁機構１０１の制御装置１０３に入力され、Ａ／Ｄ変喚器１０４によりＡ／Ｄ変換された後、ＣＰＵ１０５で回転角に変換される（Ａ／Ｄ変換器はＣＰＵに内蔵されていてもよい）。
そして、該回転角検出値に基づいて可変動弁機構１０１の制御信号を生成してアクチュエータ駆動回路１０６に出力し、該アクチュエータ駆動回路１０６から出力された駆動信号によって前記可変動弁機構１０１を駆動し、吸気バルブの作動角及びバルブリフト量を目標値にフィードバック制御する。

図２、図３は、可変動弁機構の構成を示す。
前記エンジン１００には、各気筒に一対の吸気バルブ５２が設けられており、これら吸気バルブ５２の上方に、図外のクランクシャフトによって回転駆動される吸気駆動軸５３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気駆動軸３には、吸気バルブ５２のバルブリフタ５２ａに当接して吸気バルブ５２を開閉駆動する揺動カム５４が相対回転可能に外嵌されている。

前記吸気駆動軸５３と揺動カム５４との間には、吸気バルブ２の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する可変動弁機構１０１が設けられている。
また、前記吸気駆動軸５３の一端部には、クランクシャフトに対する前記吸気駆動軸５３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ５２の作動角の中心位相を連続的に変更する位相変更機構２０１が配設されており、駆動軸センサ２０２で検出される駆動軸３の回転位相に基づいて、回転位相を目標値に制御する。

これら可変動弁機構１０１と位相変更機構２０１とで、バルブタイミングとリフト量（作動角）とを同時かつ独立して可変な可変動弁機構が構成される。
前記可変動弁機構１０１は、図２及び図３に示すように、吸気駆動軸５３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム６１と、この駆動カム６１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク６２と、吸気駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸６３と、この制御軸６３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム６４と、この制御カム６４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク６２の先端に連結されたロッカアーム６５と、このロッカアーム６５の他端と揺動カム６４とに連結されたロッド状リンク６６と、を有している。

制御軸６３は、電動アクチュエータ６７（モータ）によりギヤ列６８を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸３が回転すると、駆動カム６１を介してリング状リンク６２がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム６５が制御カム６４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク６６を介して揺動カム５４が揺動して吸気バルブ５２が開閉駆動される。

また、制御軸６３の回転角度を電動アクチュエータ６７によって変化させることにより、ロッカアーム６５の揺動中心となる制御カム６４の軸心位置が変化して揺動カム５４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ５２の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ５２の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。

図４〜図１１は、上記回転角センサ１０２の構成および作用を示す。
回転角センサの外郭をなすケーシング１は、図４、図５に示すように、樹脂材料等により有底の略筒状体として一体に形成され、略筒状の周壁部１Ａと、該周壁部１Ａの底面をなす底面部１Ｂと、周壁部１Ａの内周側に位置して該底面部１Ｂに突設され、後述する信号ヨーク１０，１１の磁極片部１０Ａ，１１Ａを保持するヨーク保持部１Ｃと、底面部１Ｂの外縁側から周壁部１Ａと軸方向の反対側に向けて延びる裾筒部１Ｄと、底面部１Ｂの中央側に突設された筒状の軸受保持部１Ｅとによって大略構成されている。

ここで、周壁部１Ａの内周側には、マグネット９、信号ヨーク１０，１１、ホール素子１２、整流ヨーク１６，１７、磁性連結板１８等を収容する凹状空間２が設けられ、該凹状空間２は板状の蓋体３により閉塞されている。また、周壁部１Ａの外周側には、前記制御装置１０３に接続されるコネクタ４と、外部の取付部位に取付けられる取付フランジ５とが設けられている。コネクタ４の内部には、凹状空間２の内，外にわたって延びる複数本のピン端子４Ａ（１本のみ図示）が設けられている。

ケーシング１内に回転可能に設けられた回転軸６は、軸受７を用いて軸受保持部１Ｅ内に取付けられ、底面部１Ｂを貫通して延びると共に、図５中の軸線Ｏ−Ｏ（軸心Ｏ）を中心として回転する。回転軸６の一端側は凹状空間２の外部に突出し、この突出端側にはレバー１４が取付けられている。また、回転軸６の他端側は凹状空間２内に突出し、この突出端側には略円板状の回転板８が一体に形成されている。

前記マグネット９は、ケーシング１内に位置して回転板８上に固着され、矩形状または小判状の板状体からなり、回転軸６の軸線Ｏ−Ｏに対して径方向の両側に延びると共に、軸方向に所定の厚さをもって形成されている。また、マグネット９は、径方向の両端側が軸心Ｏを中心として円弧状に延びる円弧面部９Ａ，９Ｂを備え、例えば一方の円弧面部９ＡがＮ極となり、他方の円弧面部９ＢがＳ極となっている。

前記信号ヨーク１０，１１は、磁性金属材料等により形成され、ケーシング１の凹状空間２内に位置してマグネット９を直径方向の両側から取囲むように配設され、ホール素子１２と協働してマグネット９の回転角を検出する。
ここで、信号ヨーク１０は、図６、図７に示す如く、回転軸６の軸心Ｏを中心として周方向に延びると共に所定の角度（例えば、約９０°程度）にわたって円弧状に形成された磁極片部１０Ａと、該磁極片部１０Ａから径方向内向きに屈曲して形成され、マグネット９の上側を覆う位置まで延びるオーバーハング部１０Ｂとより構成されている。また、信号ヨーク１１も同様に、円弧状の磁極片部１１Ａと、オーバーハング部１１Ｂとにより構成されている。

この場合、磁極片部１０Ａ，１１Ａは、図６中の軸心Ｏを中心とする円周Ｃに沿って配置され、その直径方向に離間すると共に、軸方向に所定の寸法をもって延びている。そして、磁極片部１０Ａ，１１Ａは、一方の磁極片部１０Ａがマグネット９の円弧面部９Ａと径方向の隙間をもって対向し、他方の磁極片部１１Ａが円弧面部９Ｂと径方向の隙間をもって対向すると共に、これら２箇所の対向面積はマグネット９の回転角θに対して比例的に変化する構成となっている。

また、オーバーハング部１０Ｂ，１１Ｂは、図５に示す如く、軸方向の隙間をもって互いに重なり合うように配置され、これらの間にはホール素子１２が配置されている。これにより、マグネット９のＮ極とＳ極との間には、図８、図９に示す如く、信号ヨーク１０，１１とホール素子１２と介した検出用の閉磁路（以下、検出用磁路Ｈｋという）が形成されている。

前記ホール素子１２は、図４、図５に示す如く、ケーシング１内に設けられた基板１３上に搭載され、マグネット９と信号ヨーク１０，１１との対向面積に応じて検出用磁路Ｈｋ中の磁束密度が変化するときに、この磁束密度を検出してコネクタ４から制御装置１０３に検出信号を出力する。
前記レバーは、回転軸６から径方向に突出し、その突出端側は、前記可変動弁機構１０１の制御軸６３側のレバー（図示せず）と係合されている。また、レバー１４には、マグネット９を初期位置（回転角θが零となる位置）に向けて付勢する戻しばね１５が取付けられている。

そして、前記可変動弁機構１０１の駆動によって制御軸６３が回転するときは、その動作がレバー１４を介して回転軸６に伝達され、回転軸６が戻しばね１５に抗してマグネット９と一緒に回転することにより、マグネット９と信号ヨーク１０，１１との間で対向面積（磁束密度）が変化し、この磁束密度の変化はホール素子１２により制御軸６３の回転角（吸気バルブの作動角、リフト量）として検出される。

磁性金属材料等により形成された一対の整流ヨーク１６，１７は、マグネット９のうち信号ヨーク１０，１１と対向していない部位から発生する磁束（漏れ磁束）を吸収することにより、信号ヨーク１０，１１を通過する磁束を整流するものである。
前記整流ヨーク１６，１７は、図６、図７に示す如く、ケーシング１内に位置して信号ヨーク１０，１１の間に配設され、マグネット９を直径方向の両側から取囲むように配置されると共に、磁性連結板１８を介してケーシング１内に取付けられている。

また、整流ヨーク１６は、回転軸６の軸心Ｏを中心として例えば７０〜９０°程度の角度（中心角）にわたって円弧状に形成された磁極片部１６Ａと、該磁極片部１６Ａの外周側から突出し、磁性連結板１８と連結される略Ｌ字状の連結部１６Ｂとにより構成されている。また、整流ヨーク１７も同様に、円弧状の磁極片部１７Ａと、連結部１７Ｂとにより構成されている。

そして、磁極片部１６Ａ，１７Ａは、図６中の円周Ｃ上で信号ヨーク１０，１１（磁極片部１０Ａ，１１Ａ）間の隙間を埋める位置に配設され、この位置で円周Ｃに沿って周方向に延びると共に、軸方向に所定の寸法を有している。これにより、４個の磁極片部１０Ａ，１１Ａ，１６Ａ，１７Ａは略円筒状に並んで配置され、マグネット９を全周にわたって取囲んでいる。

また、磁極片部１６Ａ，１７Ａは、マグネット９が回転するときに、一方の磁極片部１６Ａがマグネット９の円弧面部９Ａと径方向の隙間をもって対向し、他方の磁極片部１７Ａが円弧面部９Ｂと径方向の隙間をもって対向すると共に、これら２箇所の対向面積はマグネット９の回転角θに対して比例的に変化する。
ケーシング１の凹状空間２内に設けられた連結部材としての磁性連結板１８は、円弧状またはＣ字状に湾曲した磁性金属板等からなり、樹脂成形等の手段によってケーシング１内に固着されると共に、信号ヨーク１１、整流ヨーク１６，１７等の外周側に沿って周方向に延びている。また、磁性連結板１８の両端側には、整流ヨーク１６，１７の連結部１６Ｂ，１７Ｂが固着、連結されている。

これにより、マグネット９のＮ極とＳ極との間には、図８、図９に示す如く、整流ヨーク１６，１７と磁性連結板１８とを介した整流用の閉磁路（以下、整流用磁路Ｈｓという）が形成され、この整流用磁路Ｈｓは、マグネット９に対して検出用磁路Ｈｋと並列に配置されている。
そして、マグネット９から発生する磁束は、信号ヨーク１０，１１との対向部位で発生する磁束が検出用磁路Ｈｋを通過し、信号ヨーク１０，１１と対向していない部位で発生する磁束が整流用磁路Ｈｓを通過するようになる。従って、整流ヨーク１６，１７は、磁性連結板１８と協働してマグネット９の磁界を整流し、検出用磁路Ｈｋを通過する磁束の量がマグネット９と信号ヨーク１０，１１との対向面積に比例して変化するように設定するものである。

ここで、検出用磁路Ｈｋおよび整流用磁路Ｈｓを通過する磁束と、マグネット９の回転角θとの関係について述べる。
まず、検出用磁路Ｈｋは、図８、図９に示す如く、マグネット９の円弧面部９Ａ（Ｎ極）と信号ヨーク１０の磁極片部１０Ａとの間の磁気抵抗Ｒ１と、マグネット９の円弧面部９Ｂ（Ｓ極）と信号ヨーク１１の磁極片部１１Ａとの間の磁気抵抗Ｒ２と、ホール素子１２の位置におけるオーバーハング部１０Ｂ，１１Ｂ間の磁気抵抗Ｒｈとが直列に接続された磁気回路とみなすことができる。

そして、信号ヨーク１０側の磁気抵抗Ｒ１は、円弧面部９Ａと磁極片部１０Ａとの対向面積Ａと、これらの間に位置するエアギャップの寸法Ｇとを用いて、次式（１）で表される。
Ｒ１＝Ｇ／Ａ・・・（１）
また、対向面積Ａは、マグネット９の円弧面部９Ａ，９Ｂの外径をＤ、マグネット９の軸方向の厚さをｔ、円弧面部９Ａと磁極片部１０Ａとが軸心Ｏを中心として対向する角度（中心角）を対向角度θ’とすると、次式（２）で表される。

Ａ＝π・Ｄ・ｔ・θ’／３６０・・・（２）
この場合、例えばマグネット９の円弧面部９Ａ，９Ｂと信号ヨーク１０，１１との対向角度θ’が零となるマグネット９の回転角（例えば、図８中に仮想線で示す位置）をマグネット９の初期位置とすれば、対向角度θ’はマグネット９の回転角θに等しいので、θに置換えて前記式（２）を式（１）に代入すると、次式（３）が得られる。

Ｒ１＝（３６０・Ｇ）／（π・Ｄ・ｔ・θ）・・・（３）
また、信号ヨーク１０，１１は、マグネット９の直径方向両側に配置されているため、信号ヨーク１１側の磁気抵抗Ｒ２は磁気抵抗Ｒ１と等しくなり（Ｒ２＝Ｒ１）、磁気抵抗Ｒｈは回転角θに対して一定値であるから、検出用磁路Ｈｋ全体の磁気抵抗Ｒｋは、次式（４）で表される。

Ｒｋ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｈ
＝２・Ｒ１＋Ｒｈ
＝７２０・Ｇ／（π・Ｄ・ｔ・θ）＋Ｒｈ・・・（４）
これにより、磁気抵抗Ｒｋの逆数である検出用磁路Ｈｋ全体のパーミアンス（１／Ｒｋ）は、（４）式から判るように、マグネット９の回転角θに対して１次関数に近い状態で変化し、例えば図１０中に実線で示す特性線１９のように、回転角θに対してほぼ直線状に変化する。従って、検出用磁路Ｈｋを通過する磁束は、回転角θの変化に伴ってほぼ比例的に増減することが判る。

一方、整流用磁路Ｈｓの磁束について述べると、この整流用磁路Ｈｓは、マグネット９の円弧面部９Ａと整流ヨーク１６の磁極片部１６Ａとの間の磁気抵抗Ｒ３と、マグネット９の円弧面部９Ｂと整流ヨーク１７の磁極片部１７Ａとの間の磁気抵抗Ｒ４とが直列に接続された磁気回路とみなすことができる。
そして、整流ヨーク１６側の磁気抵抗Ｒ３は、前記式（３）の場合とほぼ同様に、マグネット９の外径Ｄおよび厚さｔ、エアギャップの寸法Ｇ、円弧面部９Ａと磁極片部１６Ａとの対向角度θ”を用いて、次式（５）で表される。

Ｒ３＝３６０・Ｇ／（（π・Ｄ・ｔ・θ”） ・・・（５）
ここで、整流ヨーク１６の中心角をαとすれば、対向角度θ”は、図８から判るように、この中心角αとマグネット９の回転角θとを用いて、次式（６）で表される。
θ”＝α−θ・・・（６）
また、整流ヨーク１７側の磁気抵抗Ｒ４は、磁気抵抗Ｒ３と等しくなるから（Ｒ４＝Ｒ３）、整流用磁路Ｈｓ全体の磁気抵抗Ｒｓは次式（７）で表される。

Ｒｓ＝Ｒ３＋Ｒ４
＝２・Ｒ３
＝７２０・Ｇ／｛π・Ｄ・ｔ・（α−θ）｝・・・（７）
これにより、整流用磁路Ｈｓ全体のパーミアンス（１／Ｒｓ）は、前記式（７）から求めると、図１０中に点線で示すように、例えばマグネット９の回転角θ＝αとなる位置で折曲がった山形状の特性線２０となる。従って、整流用磁路Ｈｓを通過する磁束は、回転角θの変化に伴って山形状に増減することが判る。

ここで、例えば信号ヨーク１０，１１の間に整流ヨーク１６，１７を配置していない場合には、信号ヨーク１０，１１の間でマグネット９から発生する漏れ磁束が浮遊状態となって検出用磁路Ｈｋに侵入し易くなり、この侵入現象は、前述した検出用磁路Ｈｋのパーミアンス（１／Ｒｋ）に対して、整流用磁路Ｈｓのパーミアンス（１／Ｒｓ）が加わった状態に相当する。

この結果、整流ヨーク１６，１７を配置していない場合には、検出用磁路のパーミアンスが、例えば図１０中に示す２つの特性線１９，２０を加算した非線形な特性となるため、このパーミアンス特性に応じて回転角センサから出力される検出信号は、例えば図１１中に仮想線で示す特性線１００のように、マグネットの回転角に対してＳ字状に大きく歪んだ非線形な出力特性となり易い。

これに対し、本実施形態の回転角センサでは、整流ヨーク１６，１７と磁性連結板１８とによって漏れ磁束を整流用磁路Ｈｓに吸収できるため、漏れ磁束による整流用磁路Ｈｓ側のパーミアンス特性（特性線２０）と、マグネット９の回転角θに対してリニアな特性をもつ検出用磁路Ｈｋ側のパーミアンス特性（特性線１９）とを分離することができ、検出用磁路Ｈｋのパーミアンス特性が漏れ磁束によって歪むのを防止することができる。

これにより、回転角センサから検出用磁路Ｈｋのパーミアンス特性に応じて検出信号が出力されるときには、例えば図８中に実線で示す特性線２１のように、検出信号をマグネット９の回転角θに応じてほぼ比例的に変化させることができ、特性線２１の歪み、誤差等を小さく抑制できると共に、検出信号に対してほぼリニアに近い出力特性を与えることができる。

かかる回転角センサにおいては、既述したように、センサの取り付け誤差などによって生じるオフセットばらつきと、センサの劣化によって生じるゲインばらつきにより、出力特性が設計値に対し変化してしまい、真の回転角度を検出できなくなるという問題がある。
そこで、本実施形態では、前記制御装置において前記ＣＰＵ１０５によって、以下のような出力特性の学習を行う。

図１２は、同上実施形態の学習のフローを示す。
ステップＳ１では、回転角センサ１０２からの出力値（出力電圧のＡ／Ｄ変換値）ＡＤＩＮＶＥＬを読み込む。
ステップＳ２では、初期学習が終了前かを、初期学習終了フラグｆＩＮＴＬＲＮが０であるかによって、判定する。ここで、初期学習とは後述するように、基準回転角での回転角センサ１０２の出力値の誤差を学習するもので、オフセットばらつきの学習である。

初めはｆＩＮＴＬＲＮ＝０であり、初期学習が終了していないと判定されて、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、学習許可条件が成立したかを判定する。学習許可条件としては、この学習を実行しても運転への影響がなく学習精度も確保できる運転状態、具体的には、基準回転角として最小の回転角位置つまり吸気バルブのリフト量を最小として学習を行うので、定常なアイドル、低負荷運転、燃料カット時あるいはエンジン停止時などであることを条件とすればよい。あるいは、この初期学習は、初めに１回行うだけであり、始動時および始動直後は一般的に、吸気バルブのリフト量を最小リフト量にセットしているので、始動検出直後に初期学習を行う構成としてもよい。

上記学習許可条件が成立していると判定されたときは、ステップＳ４へ進み、この学習を行うため目標回転角ＴＧＶＥＬを、次式のように、本フローの実行周期毎に所定量ＬＲＡＮＤＥＣ＃ずつ減少させていく。
ＴＧＶＥＬ＝ＴＧＶＥＬold（前回値）−ＬＲＡＮＤＥＣ＃・・・（８）
これは、基準回転角として制御軸６３の回転がストッパで規制される最小回転角を選択して学習を行うため、実回転角が最小回転角となるまで現在の目標回転角から徐々に減少させるようにしたものである。

ステップＳ５では、回転角センサ１０２の出力値変化量ＤＴＡＤＩＮＶＥＬを次式によって算出する。
ＤＴＡＤＩＮＶＥＬ＝ＡＤＩＮＶＥＬold（前回値）−ＡＤＩＮＶＥＬ・・・（９）
ステップＳ６では、目標回転角ＴＧＶＥＬが最小回転角である０未満になったかを判定し、０未満になったときにステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、前記出力値変化量ＤＴＡＤＩＮＶＥＬが、所定値ＬＲＮＰＯＩＮＴ＃以下になったかを判定する。
出力値変化量ＤＴＡＤＩＮＶＥＬが所定値ＬＲＮＰＯＩＮＴ＃以下になったと判定されると、制御軸６３の回転動作が停止し、実回転角ＲＥＶＥＬがストッパで規制される最小回転角に到達したと判断し、ステップＳ８へ進んで、現在読み込まれた出力値ＡＤＩＮＶＥＬを、初期学習値ＬＲＮＶＥＬＩＮＴとしてストアする。

ここで、上記基準回転角（最小回転角）における回転角センサ１０２の設計出力値０．５Ｖに対し、工場での回転角センサ取り付け誤差などによって出力値にずれ（オフセットばらつき）を生じるが、初回の学習で基準回転角での出力値を学習値ＬＲＮＶＥＬＩＮＴとしてストアすることで、後述するように出力特性のうち、オフセットばらつきが学習補正される。

ステップＳ８では、上記初期学習が終了したので前記初期学習終了フラグｆＩＮＴＬＲＮを１にセットする。
このようにして、初期学習が終了すると、２回目以降はステップＳ２の判定がＹＥＳとなってステップＳ１０へ進む。
ステップＳ１０〜ステップＳ１４は、前記ステップＳ３〜ステップＳ７と全く同様にして、学習許可条件成立後に制御軸６３を強制的に最小回転角まで駆動し、該最小回転角への到達を確認した後、ステップＳ１５で回転角センサ１０２の出力値ＡＤＩＮＶＥＬを、学習値ＬＲＮＶＥＬとしてストアする。

そして、ステップＳ１６で、回転角センサ１０２の出力ゲインＶＥＬＧＡＩＮを、次式（１０）により算出し、初めてのゲイン算出時は、設計値を、２回目以降のゲイン算出時は、前回算出された値を、今回算出した値に書き換える。つまり、出力ゲインＶＥＬＧＡＩＮを学習補正する。
ＶＥＬＧＡＩＮ＝４５［ｄｅｇ］／｛２．０−（ＬＲＮＶＥＬ−ＬＲＮＶＥＬＩＮＴ）｝［Ｖ］
・・・（１０）
この出力ゲイン算出式（１０）については、後に詳述する。

ステップＳ１７では、前記ゲイン学習が終了したことを示すため、ゲイン学習終了フラグｆＧＡＩＮＬＲＮを１にセットする。
図１３は、実回転角ＲＥＶＥＬを検出するフローを示す。
ステップＳ２１では、回転角センサ１０２からの出力値ＡＤＩＮＶＥＬを読み込む。
ステップＳ２２では、前記ゲイン学習が終了したかを、ゲイン学習終了フラグｆＧＡＩＮＬＲＮの値によって判定する。

ｆＧＡＩＮＬＲＮ＝０でゲイン学習終了前と判定されたときは、ステップＳ２３へ進み、制御軸６３の実回転角ＲＥＶＥＬ（吸気バルブの作動角、リフト量）を、下記の出力値／回転角の変換式（１１）によって、算出する。
ＲＥＶＥＬ＝（ＡＤＩＮＶＥＬ−ＬＲＮＶＥＬＩＮＴ）×ＶＥＬＧＡＩＮ０
・・・（１１）
ここで、出力ゲインＶＥＬＧＡＩＮ０は、学習前の設計値である。具体的には、図１４に示すように、検出される回転角範囲９０ｄｅｇに対して出力値変化量が４Ｖであるので、ＶＥＬＧＡＩＮ０＝２２．５［ｄｅｇ／Ｖ］である。

また、ＬＲＮＶＥＬＩＮＴは、前記初期学習の終了前は最小回転角における設計出力値（０．５Ｖ）に設定されており、初期学習終了後に上記学習された出力値に更新される。
したがって、初期学習が終了すると、回転角センサ１０２の出力特性は、図１５において設計出力特性から点線で示すオフセットばらつきを学習した特性に変更される。
その後、ステップＳ２２でゲイン学習終了と判定されると、ステップＳ２４へ進み、前記２回目以降に学習された出力値ＬＲＮＶＥＬおよび出力ゲインＶＥＬＧＡＩＮを用いた、下記の出力値／回転角の変換式（１２）によって、算出する。

ＲＥＶＥＬ＝（ＡＤＩＮＶＥＬ−ＬＲＮＶＥＬ）×ＶＥＬＧＡＩＮ・・・（１２）
次に、前記出力ゲインＶＥＬＧＡＩＮの算出式（１０）について、図１４、図１５を参照して説明する。
図１４は、回転角センサ１０２のマグネット９の回転位置における磁気回路（検出用磁路Ｈｋ）の磁束密度φと、センサ出力Ｖoutを示し、マグネット９の磁極Ｎ，Ｓを結ぶ方向と、一対の信号ヨーク１０，１１同士が対向する方向とが直交する位置にあるとき磁束密度が０となり、この位置（以下０Ｔ点という）を中心として相反する方向に４５ｄｅｇずつ回転させた線形な出力特性が得られる角度範囲（９０ｄｅｇ）を、回転角検出範囲として設定してある。したがって、最小回転角０ｄｅｇに対し、０Ｔ点の回転角は４５ｄｅｇ、最大回転角は９０ｄｅｇとなる。

そして、この回転角範囲で制御軸６３の回転がストッパで規制される最小回転角（基準回転角）における最小出力値が０．５Ｖ、０Ｔ点における出力値が２．５Ｖ、最大回転角における最大出力値が４．５Ｖに設計されている。
そこで、出力ゲインを、定義に従い、最小回転角と０Ｔ点との間の回転角変化量／出力値変化量として算出すると、回転角変化量は、（１０）式の分子に示されるように４５ｄｅｇとなる。

一方、出力値変化量は、以下のようにして求められる。
図１５は、回転角センサ１０２の出力特性の学習を示し、０Ｔ点では、回転角センサ１０２の取付誤差などにより初期のオフセットばらつきを生じるが、その後は、出力値が磁束密度検出分を含んでいないため経時変化することなく、初期学習後の出力値{＝２．５＋（ＬＲＮＶＥＬＩＮＴ−０．５）}［Ｖ］に維持される。

これに対し、０Ｔ点から離れた回転角では、初期学習で前記オフセットばらつきを補正した後、経時変化によりさらに出力値のずれを生じる。この経時変化（劣化）による出力値のずれ量は、０Ｔ点から離れた回転角ほど増大し、最小回転角位置では、最も大きなずれ量を生じる。
そして、前記出力特性劣化後の０Ｔ点での出力値から基準回転角での出力値ＬＲＮＶＥＬを差し引けば、現在の出力特性での基準回転角（最小回転角０ｄｅｇ）から０Ｔ点（回転角４５ｄｅｇ）までの出力値の変化量、つまり（１０）式の分母が、下記のように算出される。

出力値変化量＝２．５＋（ＬＲＮＶＥＬＩＮＴ−０．５）−ＬＲＮＶＥＬ
＝２．０−（ＬＲＮＶＥＬ−ＬＲＮＶＥＬＩＮＴ）・・・（１３）
（１３）式において、２．０［Ｖ］は、０Ｔ点での設計出力値２．５［Ｖ］から基準回転角（最小回転角０ｄｅｇ）での設計出力値０．５［Ｖ］を差し引いた設計出力値変化量であり、（ＬＲＮＶＥＬ−ＬＲＮＶＥＬＩＮＴ）は、基準回転角（最小回転角０ｄｅｇ）での劣化電圧である。

したがって、上記設計出力値変化量２［Ｖ］を予め記憶して用いることで、基準回転角（最小回転角０ｄｅｇ）の出力値ＬＲＮＶＥＬを学習するだけで、出力値変化量、さらには出力ゲインを求めることができる。
かかる本発明の出力特性の学習を、特許文献１等従来の学習と比較すると、従来の学習では、基準回転角での出力値の学習値によって、全回転角がオフセット補正されることになり（図１４に一点鎖線で示す）、劣化によって出力ゲイン（傾き）が減少すると、特に高回転角域では大きな実際の出力値とのずれが大きくなり、大きな検出誤差を生じてしまうこととなる。

一方、本発明の出力特性の学習によれば、初めに、センサ取付誤差などで生じるオフセットばらつきを学習し、その後、出力ゲインの劣化（ゲインばらつき）を学習するので、２つの異なるばらつきが分離して高精度に学習され、常時、正確に回転角を検出することができる。
また、出力ゲインの学習は、基本的に異なる２つの回転角位置での出力値を必要とするが、ポテンショメーター式等の接点型回転角センサの場合は、ストッパで規制される最小回転角位置などでの学習は行えるが、他の１つの回転角位置、例えば、同じくストッパで規制される最大回転角位置での学習が実質的には難しい（吸気バルブを強制的に最大リフト位置に維持することは運転への影響が大きい）、あるいは十分な学習機会が得られず、さらには、２つの回転角での学習時期が離れてしまうなど、良好な学習を行うことができない。

この点、本発明による出力ゲインの学習は、磁電変換方式の回転角センサ１０２において、磁束密度が０となる回転角での出力値は変化しないという特性に着目して、実質的に１箇所（最小回転角）での出力値の学習を行うだけで、常に良好かつ高精度な学習を行うことができ、安定した回転角検出精度を確保でき、ひいては、可変動弁機構１０１の制御精度を高精度に維持することができる。

また、回転角として実施形態のような吸気バルブ（または排気バルブ）の作動角に対応する制御軸回転角を検出するものの他、スロットル開度等を検出するなど、所定の回転角範囲で回転するものであれば、どのようなものでも適用できる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装置において、
基準回転角として、前記回転体がストッパで規制される回転角を選択することを特徴とする制御装置。

かかる構成によると、回転体を基準回転角に安定させた状態で高精度に学習を行える。
（ロ）上記（イ）に記載の制御装置において、
前記回転体の目標回転角を前記ストッパで規制される基準回転角に近づくように徐々に変更しつつ、回転角センサの出力値変化量が所定値以下となったときに、基準回転角での出力値を学習することを特徴とする制御装置。

かかる構成によると、回転体を徐々に基準回転角方向に移動させつつ回転角センサの出力値変化量が所定値以下となったときに、基準回転角に到達したことを判断して、学習を行うことができる。
（ハ）請求項１〜３、上記（イ）、（ロ）のいずれか１つに記載の制御装置において、
前記回転体は、吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構のバルブ特性変更量に応じて回転角が変化する制御軸であることを特徴とする制御装置。

かかる構成によると、本発明による回転角検出装置の出力特性の学習により、可変動弁機構による吸気バルブのバルブ特性を可変とする制御の精度を高精度に維持することができる。
（ニ）上記（ハ）に記載の制御装置において、
前記基準回転角として吸気バルブの低負荷時での特性に対応した回転角を選択し、前記出力ゲインの学習を、定常なアイドル、低負荷運転時、燃料カット中またはエンジン停止時に許可することを特徴とする制御装置。

かかる構成によると、低負荷時に可変動弁機構によって吸気バルブの作動角やリフト量を最小としたり、バルブタイミングを最遅角位置とする低負荷時の特性とするときの可変動弁機構の制御軸回転角を基準回転角として選択し、定常なアイドル、低負荷運転時、燃料カット中またはエンジン停止時に学習を許可することで、運転への影響を与えることなく学習を行うことができる。

実施形態のシステム概要を示す図 実施形態における可変動弁機構を示す斜視図。 図２に示す可変動弁機構の断面図。 同上実施形態における回動角センサを一部破断して示す正面図。 図４中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた回動角センサの縦断面図。 マグネット、信号ヨーク、整流ヨーク等を図５中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた部分拡大断面図。 信号ヨーク、整流ヨークおよび磁性連結板を示す斜視図。 マグネット、信号ヨーク、整流ヨーク、ホール素子等の配置関係を示す模式的構成図である。 回動角センサの検出用磁路と整流用磁路とを等価的な磁気回路として示す回路図である。 マグネットの回動角と検出用磁路、整流用磁路のパーミアンスとの関係を示す特性線図である。 マグネットの回動角とセンサの検出信号との関係を示す特性線図である。 実施形態における出力特性学習のフローチャート。 上記出力特性学習後の実回転角検出のフローチャート。 実施形態における回転角センサのマグネットの回転位置における磁束密度と、センサ出力を示す図。 上記回転角センサの出力特性の学習を示す図。

符号の説明

２…吸気バルブ、３…吸気駆動軸、４…揺動カム、６３…制御軸、６４…制御カム、６５…ロッカアーム、６６…ロッド状リンク、６７…電動アクチュエータ、６８…ギヤ列、１００…エンジン、１０１…可変動弁機構、１０２…回転角センサ、１０３…制御装置、１０４…Ａ／Ｄ変喚器、１０５…ＣＰＵ、１０６…アクチュエータ駆動回路

Claims (1)

1. アクチュエータと、
   該アクチュエータで回転される回転体と、
   磁石部材と、該磁石部材の周囲に配置されるヨーク部材を備え、前記磁石部材またはヨーク部材の一方が前記回転体に接続され、前記磁石部材およびヨークから構成される磁気回路の磁束密度に応じた検出出力によって前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置と、
   から構成されるシステムに適用される制御装置であって、
   該制御装置は前記回転角検出装置の出力特性を学習する出力特性学習手段を含み、
   装置であって、
   該出力特性学習手段は、初めての学習時に、前記回転体が、前記磁束密度が０となる所定回転角とは異なる基準回転角に位置するときの出力値を初期学習値として記憶し、
   その後の学習時に、前記回転体が基準回転角に位置するときの出力値と、前記初期学習値と、予め記憶された前記所定回転角と基準回転角との設計出力値変化量とに基づいて、該回転角検出装置の出力ゲイン（回転角変化量／出力値変化量）を学習補正することを特徴とする制御装置。

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