JP6172049B2 - Control device for engine starter - Google Patents
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Description
本発明は、通電により回転駆動される回転機と、エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと噛み合う連結位置又は前記リングギアと噛み合わない非連結位置に移動可能に設けられ、前記回転機の回転力が付与されるピニオンギアと、通電によって前記ピニオンギアを前記非連結位置から前記連結位置まで移動させる電磁ソレノイドと、を備えるエンジン始動装置に適用される制御装置に関する。 The present invention is provided movably to a rotating machine that is rotationally driven by energization and a coupling position that meshes with a ring gear coupled to an engine crankshaft or a non-coupled position that does not mesh with the ring gear. The present invention relates to a control device applied to an engine starter that includes a pinion gear to which a force is applied and an electromagnetic solenoid that moves the pinion gear from the unconnected position to the connected position by energization.
この種の制御装置としては、下記特許文献1に見られるように、ピニオンギアとリングギアとの当接予定タイミング以前であって、電磁ソレノイドに対する通電開始から所定時間経過後に、電磁ソレノイドに対する通電電流を低減させるものが知られている。この制御装置によれば、非連結位置から連結位置に向かう方向におけるピニオンギアの移動速度を低減させることができ、ピニオンギアがリングギアに衝突する速度を低減させることができる。これにより、エンジン始動装置の耐久性を向上させることができる。
As this type of control device, as shown in
ここで、ピニオンギアがリングギアに衝突する速度をより適切な速度とする上では、ピニオンギアの移動速度を把握できる構成が望まれる。ただし、ピニオンギアの移動速度を直接検出するセンサをエンジン始動装置に設けると、エンジン始動装置の部品数が増大する。 Here, in order to make the speed at which the pinion gear collides with the ring gear more appropriate, a configuration capable of grasping the moving speed of the pinion gear is desired. However, if the engine starter is provided with a sensor that directly detects the movement speed of the pinion gear, the number of parts of the engine starter increases.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ピニオンギアの移動速度を直接検出するセンサを備えることなく、ピニオンギアの移動速度を把握することができるエンジン始動装置の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an engine starter that can grasp the movement speed of the pinion gear without providing a sensor that directly detects the movement speed of the pinion gear. It is to provide a control device.
上記目的を達成すべく、本発明は、通電により回転駆動される回転機(20)と、スイッチ(SUp〜SWn)を有してかつ直流電源(34)に電気的に接続され、前記回転機を回転駆動させるべく、前記スイッチの操作によって前記直流電源の電圧を前記回転機に印加する電力変換回路(30)と、エンジンのクランク軸(60)に連結されたリングギア(62)と噛み合わない非連結位置又は前記リングギアと噛み合う連結位置に移動可能であって、前記回転機の回転力が伝達されるピニオンギア(52)と、ソレノイドコイル(42)と、前記ピニオンギアに機械的に接続された可動鉄心(44)とを有し、前記ソレノイドコイルに対する通電によって発生する電磁力により前記可動鉄心を移動させることで、前記ピニオンギアを前記非連結位置から前記連結位置に移動させる電磁ソレノイド(40)と、を備えるエンジン始動装置に適用され、前記ソレノイドコイルに対する印加電圧と、前記ソレノイドコイルに流れる電流値の変化量とを取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記印加電圧と前記電流値の変化量とに基づき、前記ソレノイドコイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段によって算出された前記インダクタンスに基づき、前記ピニオンギアの位置を算出する位置算出手段と、前記位置算出手段によって算出された前記ピニオンギアの位置に基づき、前記非連結位置から前記連結位置に向かう方向における前記ピニオンギアの移動速度を算出する速度算出手段と、前記速度算出手段によって算出された前記移動速度を制御すべく、前記ソレノイドコイルに流れる電流を操作する電流操作手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes a rotating machine (20) that is rotationally driven by energization, a switch (SUp to SWn), and is electrically connected to a DC power source (34), The power conversion circuit (30) for applying the voltage of the DC power supply to the rotating machine by operating the switch and the ring gear (62) connected to the crankshaft (60) of the engine are not engaged with each other. The pinion gear (52), the solenoid coil (42), and the pinion gear that are movable to a non-connection position or a connection position that meshes with the ring gear are transmitted mechanically to the pinion gear. A movable iron core (44), and moving the movable iron core by electromagnetic force generated by energization of the solenoid coil. An acquisition means for acquiring an applied voltage to the solenoid coil and a change amount of a current value flowing through the solenoid coil; and an electromagnetic solenoid (40) that moves from the connection position to the connection position. An inductance calculating means for calculating an inductance of the solenoid coil based on the applied voltage acquired by the acquiring means and an amount of change in the current value, and the pinion based on the inductance calculated by the inductance calculating means. A position calculating means for calculating the position of the gear, and a speed calculation for calculating a moving speed of the pinion gear in a direction from the non-connected position toward the connected position based on the position of the pinion gear calculated by the position calculating means. Means and the speed calculating means To control the moving speed which is characterized by comprising a current operation means for operating the current flowing through the solenoid coil.
ソレノイドコイルに対する通電によって発生する電磁力により、可動鉄心は移動する。ここで、可動鉄心の位置に応じて、ソレノイドコイルのインダクタンスが変化する。また、可動鉄心がピニオンギアに機械的に接続されていることから、可動鉄心の位置と、ピニオンギアの位置とを関係付けることができる。このため、ソレノイドコイルのインダクタンスと、ピニオンギアの位置とを関係付けることができる。ここで、ソレノイドコイルのインダクタンスは、ソレノイドコイルの印加電圧と、ソレノイドコイルに流れる電流値の変化量とによって算出することができる。こうした点に鑑み、上記発明は、取得手段、インダクタンス算出手段、及び位置算出手段を備えている。このため、ピニオンギアの位置を算出することができる。また、上記発明は、速度算出手段を備えている。このため、ピニオンギアの移動速度を直接検出するセンサをエンジン始動装置に設けることなく、ピニオンギアの移動速度を把握することができる。そして、電流操作手段によってピニオンギアの移動速度を制御することができる。 The movable iron core moves due to the electromagnetic force generated by energizing the solenoid coil. Here, the inductance of the solenoid coil changes according to the position of the movable iron core. Further, since the movable iron core is mechanically connected to the pinion gear, the position of the movable iron core and the position of the pinion gear can be related. For this reason, the inductance of the solenoid coil can be related to the position of the pinion gear. Here, the inductance of the solenoid coil can be calculated from the applied voltage of the solenoid coil and the amount of change in the current value flowing through the solenoid coil. In view of these points, the present invention includes an acquisition unit, an inductance calculation unit, and a position calculation unit. For this reason, the position of the pinion gear can be calculated. Moreover, the said invention is provided with the speed calculation means. For this reason, the moving speed of the pinion gear can be grasped without providing a sensor for directly detecting the moving speed of the pinion gear in the engine starting device. The moving speed of the pinion gear can be controlled by the current operation means.
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機としてのエンジンを搭載した車両に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment in which a control device according to the invention is applied to a vehicle equipped with an engine as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、車両には、スタータ10が備えられている。スタータ10は、モータ20、インバータ30、及び電磁ソレノイド40を備えている。本実施形態において、モータ20は、多相(3相)交流回転機であり、ロータ22と、U,V,W相ステータコイル24U,24V,24Wとを備えている。U,V,W相ステータコイル24U,24V,24Wのそれぞれの第1端は、中性点Nにて互いに接続されている。本実施形態では、モータ20として、永久磁石同期機を用いており、特に、IPMSMを用いている。
As shown in FIG. 1, the vehicle is provided with a
インバータ30は、¥相上アームスイッチS¥p(¥=U,V,W)、及び¥相下アームスイッチS¥nの直列接続体を3組備える3相インバータである。詳しくは、¥相上,下アームスイッチS¥p,S¥nの接続点は、¥相ステータコイル24¥の第2端(モータ20の¥相端子)に接続されている。インバータ30は、また、¥相上,下アームスイッチS¥p,S¥nを操作対象とする制御回路32を備えている。なお、本実施形態では、スイッチS¥#(#=p,n)として、半導体スイッチング素子であるIGBTを用いている。さらに、スイッチS¥#には、フリーホイールダイオードD¥#が逆並列に接続されている。
The
インバータ30の正極端子Tp(上アームスイッチS¥pのコレクタ)には、「直流電源」としてのバッテリ34の正極端子が接続され、インバータ30の負極端子Tn(下アームスイッチS¥nのエミッタ)には、バッテリ34の負極端子が接続されている。バッテリ34の負極端子には、電磁ソレノイド40を構成するソレノイドコイル42の第1端が接続されている。ソレノイドコイル42の第2端には、中性点Nが接続されている。電磁ソレノイド40は、ソレノイドコイル42に加えて、プランジャ44(「可動鉄心」に相当)と、リターンスプリング46とを備えている。
The positive terminal of the battery 34 as a “DC power supply” is connected to the positive terminal Tp (the collector of the upper arm switch S ¥ p) of the
スタータ10は、さらに、ワンウェイクラッチ50、ピニオンギア52、レバー54、及びストッパ56を備えている。ピニオンギア52は、ワンウェイクラッチ50及びレバー54を介して、プランジャ44に機械的に接続されている。ピニオンギア52は、ワンウェイクラッチ50を介してロータ22に連結されている。ワンウェイクラッチ50は、ロータ22の回転軸の回転速度からピニオンギア52の回転速度を減算した相対回転速度が負でない場合にのみロータ22からピニオンギア52へとトルクを伝達させ、上記相対回転速度が負となる場合にロータ22及びピニオンギア52の間でトルクを伝達させない部材である。ストッパ56は、ピニオンギア52がリングギア62に噛み合った後、ピニオンギアの移動を阻止する部材である。
The
ピニオンギア52は、エンジンのクランク軸60に連結されたリングギア62と噛み合い可能とされている。詳しくは、上アームスイッチS¥#の全てがオフ操作されてソレノイドコイル42に通電されない場合、プランジャ44に作用するリターンスプリング46の付勢力により、プランジャ44は、初期位置に位置する。これにより、ピニオンギア52は、リングギア62と噛み合わない位置(以下、非連結位置)に位置する。一方、上アームスイッチS¥#の少なくとも1つがオン操作され、バッテリ34を電力供給源としてソレノイドコイル42に通電される場合、電磁ソレノイド40の電磁力(吸引力)がリターンスプリング46の付勢力に打ち勝つことにより、プランジャ44は、その軸線方向において初期位置から最終位置に移動させられる。プランジャ44が最終位置に向かって移動するに連れて、ピニオンギア52は、非連結位置からリングギア62と噛み合う位置(以下、連結位置)に向かって押し出され、その後ストッパ56に到達する。ピニオンギア52がリングギア62と噛み合った状態において、ピニオンギア52がモータ20によって回転駆動されると、クランク軸60に初期回転が付与される(クランキングが行われる)。
The
なお、バッテリ34からソレノイドコイル42への通電が遮断されると、ソレノイドコイル42の吸引力が無くなることで、プランジャ44に作用するリターンスプリング46の付勢力により、プランジャ44は、初期位置まで移動させられる。これにより、ピニオンギア52が非連結位置まで移動させられ、ピニオンギア52とリングギア62との噛み合いが解除される。
When the energization from the battery 34 to the
制御回路32には、U相ステータコイル24Uに流れる電流(以下、U相電流)を検出するU相電流センサ64Uの検出値や、V相ステータコイル24Vに流れる電流(以下、V相電流)を検出するV相電流センサ64Vの検出値や、W相ステータコイル24Wに流れる電流(以下、W相電流)を検出するW相電流センサ64Wの検出値、さらにはインバータ30の入力電圧を検出する電圧センサ66の検出値が入力される。制御回路32は、クランキングを行うべく、スイッチS¥#をオンオフ操作することで、ピニオンギア52の押し出し制御及びモータ20の回転駆動制御を含むエンジン始動制御を行う。
The
続いて、図2を用いて、エンジン始動制御について説明する。ここで、図2は、制御回路32によって実行されるエンジン始動制御に関する処理のブロック図である。なお、本実施形態では、制御量を回転速度とする。
Next, engine start control will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 is a block diagram of processing relating to engine start control executed by the
2相変換部32aは、U相電流センサ64Uの検出値IU、V相電流センサ64Vの検出値IV、W相電流センサ64Wの検出値IW、及びモータ20の電気角θに基づき、固定座標系におけるU相電流IU,V相電流IV,W相電流IWを、回転座標系における電流であるd軸電流Idr及びq軸電流Iqrに変換する。なお、電気角θは、回転角センサ(例えばレゾルバ)の検出値であってもよいし、オブザーバ等を利用した周知のセンサレス制御から得られる推定値であってもよい。
The two-phase conversion unit 32a is a fixed coordinate system based on the detection value IU of the U-phase
指令電流算出部32bは、速度指令値ω*に基づき、回転座標系における電流の指令値であるd軸指令電流Id*と、q軸指令電流Iq*とを算出する。ちなみに、速度指令値ω*は、例えば、制御回路32よりも上位の制御装置(例えば、車両制御を統括する制御装置)から入力されてもよいし、制御回路32で生成してもよい。
The command
指令電圧算出部32cは、d軸電流Idr,q軸電流Iqrをd軸指令電流Id*,q軸指令電流Iq*にフィードバック制御するための操作量として、d,q軸指令電圧Vd*,Vq*を算出する。具体的には、d軸電流Idr及びd軸指令電流Id*の偏差ΔIdに基づく比例積分制御によってd軸指令電圧Vd*を算出してかつ、q軸電流Iqr及びq軸指令電流Iq*の偏差ΔIqに基づく比例積分制御によってq軸指令電圧Vq*を算出する。
The command
3相変換部32d(「指令電圧算出手段」に相当)は、電気角θに基づき、d,q軸指令電圧Vd*,Vq*をモータ20の固定座標系における3相の指令電圧V¥*(¥=U,V,W)に変換する。デューティ生成部32eは、電圧センサ66によって検出された入力電圧VINVによって指令電圧V¥*を規格化した値「2×V¥*/VINV」を、¥相デューティ信号D¥として算出する。これらデューティ信号D¥は、d,q軸電流Idr,Iqrを指令電流Id*,Iq*にフィードバック制御するための操作量となる。
The three-
2相変調部32f(「2相変調手段」に相当)は、各デューティ信号D¥の各相間の差を維持しつつ、これらのうち最小となるデューティ信号をバッテリ34の負極端子の電位と一致させる2相変調処理を行う。詳しくは、2相変調部32fは、まず、各デューティ信号D¥のうち、最小となるデューティ信号を第1補正量ΔDaとして算出する。2相変調部32fは、¥相デューティ信号D¥から第1補正量ΔDaを減算することで、¥相補正デューティ信号D¥2を算出する。 The two-phase modulation unit 32f (corresponding to “two-phase modulation unit”) maintains the difference between the respective phases of the respective duty signals D ¥, and matches the minimum duty signal among them with the potential of the negative terminal of the battery 34. Two-phase modulation processing is performed. Specifically, the two-phase modulation unit 32f first calculates a minimum duty signal among the duty signals D ¥ as the first correction amount ΔDa. The two-phase modulation unit 32f calculates the ¥ phase correction duty signal D ¥ 2 by subtracting the first correction amount ΔDa from the ¥ phase duty signal D ¥.
ソレノイド制御部32g(「操作量加算手段」に相当)は、第2補正量ΔDbを算出する。第2補正量ΔDbは、ピニオンギア52を非連結位置から連結位置へと移動させるための操作量である。具体的には、第2補正量ΔDbが大きいほど、電磁力が大きくなり、ピニオンギア52の非連結位置から連結位置へと向かう方向の移動速度が高くなる。
The solenoid control unit 32g (corresponding to “operation amount adding means”) calculates a second correction amount ΔDb. The second correction amount ΔDb is an operation amount for moving the
補正部32hは、2相変調部32fから出力された¥相補正デューティ信号D¥2に、ソレノイド制御部32gから出力された第2補正量ΔDbを加算することで、¥相指令デューティ信号D¥*を算出する。
The
生成部32iは、インバータ30の3相の出力電圧を指令電圧D¥*を模擬した電圧とするための操作信号g¥#を生成する。本実施形態では、¥相指令デューティ信号D¥*と、キャリア信号tc(例えば三角波信号)との大小比較に基づくPWM処理により操作信号g¥#を生成する。具体的には、¥相指令デューティ信号D¥*がキャリア信号tcよりも大きい場合、¥相上アーム操作信号g¥pの論理を「H」とし、¥相下アーム操作信号g¥nの論理を「L」とする。一方、¥相指令デューティ信号D¥*がキャリア信号tc以下となる場合、¥相上アーム操作信号g¥pの論理を「L」とし、¥相下アーム操作信号g¥nの論理を「H」とする。本実施形態において、論理「H」の操作信号g¥#は、スイッチS¥#のオン操作を指示する信号であり、論理「L」の操作信号g¥#は、スイッチS¥#のオフ操作を指示する信号である。ここで、¥相上アーム操作信号g¥pと、対応する¥相下アーム操作信号g¥nとは、基本的には互いに論理が反転されている。なお、本実施形態では、上述したように、デューティ生成部32eにおいて指令電圧が規格化されている。このため、キャリア信号tcの最大値が1以上の値に設定されてかつ最小値が0に設定されている。
The generation unit 32i generates an operation signal g ¥ # for setting the three-phase output voltage of the
先の図1の説明に戻り、生成部32iによって生成された操作信号g¥p,g¥nは、スイッチS¥p,S¥nに対して出力される。これにより、速度指令値ω*が0以外の値となる場合、U,V,W相ステータコイル24U,24V,24Wのそれぞれには、電気角で互いに位相が120度ずれた正弦波状の交流電流が流れることとなる。 Returning to the description of FIG. 1, the operation signals g \ p and g \ n generated by the generation unit 32i are output to the switches S \ p and S \ n. Thus, when the speed command value ω * is a value other than 0, each of the U, V, and W phase stator coils 24U, 24V, and 24W has sinusoidal alternating currents that are 120 degrees out of phase with each other in electrical angle. Will flow.
続いて、図3及び図4を用いて、本実施形態にかかるピニオンギア52の位置の算出手法について説明する。
Next, a method for calculating the position of the
図3に示すように、ソレノイドコイル42に対する通電によって発生する吸引力により、プランジャ44は初期位置から最終位置に向かって移動する。本実施形態では、プランジャ44の位置が初期位置から最終位置に向かって移動するに連れて、ソレノイドコイル42のインダクタンスLnが徐々に大きくなる。また、ピニオンギア52がプランジャ44に機械的に接続されていることから、プランジャ44の位置と、ピニオンギア52の位置とを関係付けることができる。このため、ソレノイドコイル42のインダクタンスLnと、ピニオンギア52の位置とを関係付けることができる。ここで、ソレノイドコイル42のインダクタンスLnは、図4に示すように、ソレノイドコイル42に対する印加電圧Vnと、規定時間T(例えば、制御回路32の処理周期)におけるソレノイドコイル42に流れる電流値の変化量ΔInとによって変化する。具体的には、インダクタンスLnが小さい場合の電流の変化量ΔIn1は、インダクタンスLnが大きい場合の電流の変化量ΔIn2よりも大きくなる。こうした点に着目すれば、インダクタンスLnと、ピニオンギア52の位置とを一義的に関係付けることができる。
As shown in FIG. 3, the
図5に、本実施形態にかかるエンジン始動制御処理の手順を示す。この処理は、制御回路32によって、例えば所定の処理周期で繰り返し実行される。なお、本実施形態において、制御回路32が「取得手段」、「インダクタンス算出手段」、「位置算出手段」、「速度算出手段」、「電流操作手段」、「目標値設定手段」及び「クランキング手段」に相当する。
FIG. 5 shows the procedure of the engine start control process according to this embodiment. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、まずステップS10において、ピニオンギア52の押し出しを開始すべく、ソレノイドコイル42に対する直流電流の通電を開始する。ここで、直流電流は、第2補正量ΔDbが大きいほど大きくなる。なお、本実施形態において、後述するステップS32において肯定判断されるまでは、速度指令値ω*が0に設定され、3相変換部32dから出力される¥相指令電圧V¥*が0とされる。このため、第2補正量ΔDbがそのまま¥相指令デューティD¥*となる。したがって、第2補正量ΔDbが大きいほど、スイッチS¥#の1スイッチング周期Tswに対する上アームスイッチS¥pのオン操作期間Tonの比率「Ton/Tsw」(デューティ比)が大きくなる。
In this series of processes, first, in step S10, energization of a direct current to the
続くステップS12では、¥相電流センサ64¥によって検出された¥相電流と、電圧センサ66によって検出された入力電圧VINVとを取得する。続くステップS14では、取得された¥相電流I¥に基づき、規定時間T(処理周期)における¥相電流I¥の変化量ΔInを算出する。また、取得された¥相電流I¥及び入力電圧VINVと、電流変化量ΔInとに基づき、ソレノイドコイル42に対する印加電圧Vnを算出する。本実施形態では、入力電圧VINV、各ステータコイル24¥における電圧降下量、及びソレノイドコイル42における電圧降下量の関係に着目し、以下に説明する手法によって印加電圧Vnを算出する。
In the subsequent step S12, the $ -phase current detected by the $ -phase current sensor 64 \ and the input voltage VINV detected by the voltage sensor 66 are acquired. In the subsequent step S14, the change amount ΔIn of the ¥ phase current I ¥ at the specified time T (processing cycle) is calculated based on the acquired ¥ phase current I ¥. Further, the applied voltage Vn to the
各ステータコイル24U,24V,24Wのそれぞれの抵抗を「Rm」とし、各ステータコイル24U,24V,24Wのそれぞれのインダクタンスを「Lm」とし、ソレノイドコイル42の抵抗を「Rn」とし、ソレノイドコイル42に流れる電流を「I」とする。この場合、「(Rm/3+Rn)×I+(Lm×ΔIn)/(3×T)+Vn=VINV」の関係が成立する。このため、ソレノイドコイル42に対する印加電圧Vnを「VINV−(Rm/3+Rn)×I−(Lm×ΔIn)/(3×T)」によって算出できる。ここで、ソレノイドコイル42に流れる電流Iは、¥相電流I¥(例えば、規定時間Tにおける¥相電流I¥の平均値)によって把握できる。なお、上述した手法は、上アームスイッチS¥pのオン期間におけるものである。上アームスイッチS¥pのオフ期間においては、印加電圧Vnを「−(Rm/3+Rn)×I−(Lm×ΔIn)/(3×T)」によって算出できる。
The resistance of each
続くステップS16では、上記変化量ΔIn、印加電圧Vn及び規定時間Tに基づき、ソレノイドコイル42のインダクタンスLnを算出する。具体的には、印加電圧Vnと規定時間Tとの積を電流の変化量ΔInで除算することでインダクタンスLnを算出する。
In the subsequent step S16, the inductance Ln of the
続くステップS18では、上記ステップS16で算出されたインダクタンスLnを入力として、インダクタンスLnとピニオンギア52の位置Xとが一義的に関係付けられたマップ又は数式を用いて、ピニオンギア52の位置Xを算出する。ここで、上記マップ又は数式は、実験等により予め定められるものである。
In the subsequent step S18, the position L of the
続くステップS20では、算出されたピニオンギア52の位置Xに基づき、ピニオンギア52がリングギア62に到達(より具体的には、当接)したか否かを判断する。ステップS20において否定判断した場合には、リングギア62に到達していないと判断し、ステップS22に進む。ステップS22では、ピニオンギア52の位置Xの時間微分により、ピニオンギア52の移動速度Vpiを算出する。本実施形態では、今回の処理周期において算出されたピニオンギア52の位置X(n)から前回の処理周期において算出されたピニオンギア52の位置X(n−1)を減算した値を処理周期で除算することで、上記移動速度Vpiを算出する。
In subsequent step S20, based on the calculated position X of the
続くステップS24では、移動速度Vpiを第1目標速度Vtgt1に制御するための第2補正量ΔDbを算出する。第1目標速度Vtgt1は、ピニオンギア52がリングギア62に衝突する場合の音の増大を抑制したり、スタータ10の信頼性の低下を回避したりする観点から設定される。ここでは、第1目標速度Vtgt1が高いほど、第2補正量ΔDbが大きく設定される。なお、ステップS24の処理の完了後、上記ステップS12に戻る。
In the subsequent step S24, a second correction amount ΔDb for controlling the moving speed Vpi to the first target speed Vtgt1 is calculated. The first target speed Vtgt1 is set from the viewpoint of suppressing an increase in sound when the
上記ステップS20において肯定判断した場合には、ピニオンギア52がリングギア62に到達したと判断し、ステップS26に進む。ステップS26では、第2補正量ΔDbを一定値に設定する。この処理は、ピニオンギア52をリングギア62に押し付けることで、ピニオンギア52がリングギア62から離脱することを防止するための処理である。
If an affirmative determination is made in step S20, it is determined that the
続くステップS28では、上記ステップS12〜18,S22の処理で説明した手法と同様に、ピニオンギア52の位置Xと、ピニオンギア52の移動速度Vpiとを算出する。続くステップS30では、上記ステップS28で算出された移動速度Vpiを第2目標速度Vtgt2に制御するための第2補正量ΔDbを算出する。第2目標速度Vtgt2は、ピニオンギア52がストッパ56に衝突する場合の音の増大を抑制したり、スタータ10の信頼性の低下を回避したりする観点から設定される。第2目標速度Vtgt2は、第1目標速度Vtgt1と同一の値に設定してもよいし、相違する値に設定してもよい。
In the subsequent step S28, the position X of the
続くステップS32では、上記ステップS28で算出されたピニオンギア52の位置Xに基づき、ピニオンギア52がストッパ56に到達(より具体的には、当接)したか否かを判断する。ステップS32において否定判断した場合には、ストッパ56に到達していないと判断し、上記ステップS28に戻る。一方、上記ステップS32において肯定判断した場合には、ストッパ56に到達したと判断し、ステップS34に進む。ステップS34では、ピニオンギア52を回転駆動させるべく、モータ20の回転駆動を開始する。より具体的には、速度指令値ω*を0よりも大きい値に設定する。本実施形態において、速度指令値ω*は、0よりも大きい規定速度に向かって漸近するように設定される。
In subsequent step S32, based on the position X of the
続くステップS36では、エンジン回転速度NE(クランク軸60の回転速度)が閾値速度Nα以上になるまで待機する。この処理は、エンジン回転速度NEがエンジンの燃焼を開始できる程度まで上昇したか否かを判断するための処理である。なお、エンジン回転速度NEは、例えば、クランク軸60の回転速度を検出するセンサによって検出してもよいし、モータ20の回転速度から算出してもよい。また、ステップS36において肯定判断した場合、この一連の処理を一旦終了する。
In the subsequent step S36, the process waits until the engine speed NE (rotational speed of the crankshaft 60) becomes equal to or higher than the threshold speed Nα. This process is a process for determining whether or not the engine speed NE has increased to such an extent that combustion of the engine can be started. The engine rotational speed NE may be detected by a sensor that detects the rotational speed of the
ピニオンギア52の移動速度を直接検出するセンサを用いる場合、このセンサの取付け位置は、ピニオンギア52近傍の位置とされる。この位置にセンサを設置すると、水やグリス、さらには異物等がセンサに付着する懸念がある。ここで、本実施形態によれば、ピニオンギア52の移動速度を直接検出するセンサを用いることなく、ピニオンギア52の位置と、ピニオンギア52の移動速度とを算出することができる。
When a sensor that directly detects the moving speed of the
また、本実施形態では、ソレノイドコイル42を介してモータ20の中性点Nをバッテリ34に接続し、インバータ30を介してバッテリ34を中性点Nに接続した。このため、ピニオンギア52の押し出し制御を行うための専用の半導体スイッチを設けることなく、インバータ30を構成するスイッチS¥#のオンオフ操作により、ピニオンギア52の押し出し制御と、ピニオンギア52の回転駆動制御との双方を行うことができる。
In this embodiment, the neutral point N of the
さらに、インダクタンスLnとピニオンギア52の位置Xとが関係付けられたマップ又は数式を用いてピニオンギア52の位置Xを算出した。このため、ピニオンギア52の位置Xを算出するための演算負荷を低減させることができる。
Further, the position X of the
加えて、ピニオンギア52がストッパ56に到達したことを条件として、モータ20を回転駆動させてリングギア62に初期回転を付与した。ピニオンギア52がストッパ56近傍に位置する場合のインダクタンスLnは最も大きくなるため、ソレノイドコイル42が発生する磁束も大きくなる。したがって、プランジャ44の吸引力が大きくなり、ピニオンギア52がストッパ56に到達する直前において、ピニオンギア52の移動速度が最も大きくなる。こうした状況下、ピニオンギア52を回転駆動させながらストッパ56に衝突させると、衝突に伴い発生する音が増大したり、スタータ10の信頼性が低下したりするといった問題が生じ得る。このため、ピニオンギア52がストッパ56に到達したことを条件として、モータ20を回転駆動させてリングギア62に初期回転を付与することで、衝突に伴い発生する音を低減させたり、スタータ10の信頼性の低下を回避したりすることができる。
In addition, on the condition that the
加えて、インダクタンスLnの算出に、相電流を検出する電流センサ64¥を流用した。このため、インダクタンスLnの算出用に、新たな電流センサを追加することを回避できる。 In addition, a current sensor 64 ¥ for detecting the phase current was used for calculating the inductance Ln. For this reason, it is possible to avoid adding a new current sensor for calculating the inductance Ln.
(その他の実施形態)
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
The above embodiment may be modified as follows.
・上記実施形態では、ピニオンギア52の初期位置からの移動が開始された後、ピニオンギア52がリングギア62に到達するまでの期間において、目標速度を第1目標速度Vtgt1に固定したがこれに限らない。例えば、上記期間の前半において、目標速度を第1規定速度に設定し、上記期間の後半において目標速度を第1規定速度よりも低い第2規定速度に切り替えてもよい。これにより、ピニオンギア52を迅速にリングギア62にかみ合わせることと、ピニオンギア52とリングギア62との衝突速度を低減させることとのバランスを図ることができる。また例えば、ピニオンギア52がリングギア62に到達してからストッパ56に到達するまでの期間の前半を第3規定速度に設定し、上記期間の後半において目標速度を第3規定速度よりも低い第4規定速度に切り替えてもよい。
In the above embodiment, the target speed is fixed to the first target speed Vtgt1 in the period from the start of the movement of the
・「交流回転機」としては、IPMSMに限らず、例えばSPMSMであってもよい。また、「交流回転機」としては、ロータに永久磁石を備える永久磁石界磁型同期機に限らず、例えば、ロータに界磁巻線を備える巻線界磁型同期機であってもよい。 The “AC rotating machine” is not limited to IPMSM, but may be SPMSM, for example. Further, the “AC rotating machine” is not limited to a permanent magnet field type synchronous machine including a permanent magnet in the rotor, and may be a wound field type synchronous machine including a field winding in the rotor, for example.
また、回転機としては、交流モータに限らず、例えば上記特許文献1に記載されているような直流モータであってもよい。この場合、ソレノイドコイルは、直流モータを構成するフィールドコイルに直列接続されることなく、ソレノイドコイルとフィールドコイルとのそれぞれは、直流電源としてのバッテリに並列接続される。こうした構成であっても、ソレノイドコイルに対する印加電圧と、ソレノイドコイルに流れる電流の変化量とに基づきソレノイドコイルのインダクタンスを算出することができる。このため、ピニオンギアの位置と移動速度とを算出することができる。なお、上記構成の場合、直流モータを回転駆動させるべく、バッテリの電圧を直流モータに印加する電力変換回路は、ソレノイドコイル及びフィールドコイルのそれぞれと、バッテリとの間を電気的に開閉するマグネットスイッチを含む回路となる。
Further, the rotating machine is not limited to an AC motor, and may be a DC motor as described in
・インバータ30を構成するスイッチング素子としては、IGBTに限らず、例えば電界効果トランジスタであってもよい。
The switching element constituting the
・インダクタンスLn算出用の電流を検出する電流センサとしては、上記実施形態に例示したものに限らない。例えば、ソレノイドコイル42とバッテリ34の負極端子とを接続する電気経路に電流センサを備え、この電流センサによってインダクタンスLn算出用の電流を検出してもよい。また例えば、U,V,W相下アームスイッチSUn,SVn,SWnのエミッタ側に電流センサをそれぞれ備え、これら電流センサによってインダクタンスLn算出用の電流を検出してもよい。
The current sensor for detecting the current for calculating the inductance Ln is not limited to the one exemplified in the above embodiment. For example, a current sensor may be provided in an electrical path connecting the
・プランジャ44が初期位置から最終位置に移動するに連れて、ソレノイドコイル42のインダクタンスLnが徐々に減少するように電磁ソレノイド40が構成されていてもよい。要は、プランジャ44が初期位置から最終位置に移動するに連れて、インダクタンスLnの変化速度の符号が同一であって、かつインダクタンスLnが徐々に変化するように電磁ソレノイド40が構成されているなら、インダクタンスLnとピニオンギア52の位置とを一義的に関係付けることができる。
The
・上記実施形態では、ピニオンギア52がストッパ56に到達してからモータ20を回転駆動させたがこれに限らない。ピニオンギア52がストッパ56に到達する前においてモータ20を回転駆動させてもよい。この場合、デューティ生成部32eから正弦波信号である¥相デューティ信号D¥が出力される。そして、補正部32hにおいて¥相補正デューティD¥2に第2補正量ΔDbが重畳された信号に基づき、生成部32iにおいて操作信号g¥#が生成される。
In the above embodiment, the
20…モータ、30…インバータ、40…電磁ソレノイド、52…ピニオンギア。 20 ... motor, 30 ... inverter, 40 ... electromagnetic solenoid, 52 ... pinion gear.
Claims (5)
スイッチ(SUp〜SWn)を有してかつ直流電源(34)に電気的に接続され、前記回転機を回転駆動させるべく、前記スイッチの操作によって前記直流電源の電圧を前記回転機に印加する電力変換回路(30)と、
エンジンのクランク軸(60)に連結されたリングギア(62)と噛み合わない非連結位置又は前記リングギアと噛み合う連結位置に移動可能であって、前記回転機の回転力が伝達されるピニオンギア(52)と、
ソレノイドコイル(42)と、前記ピニオンギアに機械的に接続された可動鉄心(44)とを有し、前記ソレノイドコイルに対する通電によって発生する電磁力により前記可動鉄心を移動させることで、前記ピニオンギアを前記非連結位置から前記連結位置に移動させる電磁ソレノイド(40)と、を備えるエンジン始動装置に適用され、
前記回転機は、交流電流により回転駆動される交流回転機であり、
前記回転機を構成するステータコイル(24U〜24W)の中性点(N)は、前記ソレノイドコイルを介して前記直流電源に電気的に接続され、
前記スイッチは、上アームスイッチ(SUp〜SWp)と、前記上アームスイッチに直列接続された下アームスイッチ(SUn〜SWn)とを含み、
前記ソレノイドコイルに対する印加電圧と、前記ソレノイドコイルに流れる電流値の変化量とを取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記印加電圧と前記電流値の変化量とに基づき、前記ソレノイドコイルのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、
前記インダクタンス算出手段によって算出された前記インダクタンスに基づき、前記ピニオンギアの位置を算出する位置算出手段と、
前記位置算出手段によって算出された前記ピニオンギアの位置に基づき、前記非連結位置から前記連結位置に向かう方向における前記ピニオンギアの移動速度を算出する速度算出手段と、
前記速度算出手段によって算出された前記移動速度を制御すべく、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの操作によって前記ソレノイドコイルに流れる電流を操作する電流操作手段と、を備えることを特徴とするエンジン始動装置の制御装置。 A rotating machine (20) that is rotationally driven by energization;
Power having a switch (SUp to SWn) and electrically connected to a DC power source (34), and applying a voltage of the DC power source to the rotating machine by operating the switch so as to drive the rotating machine. A conversion circuit (30);
A pinion gear (movable to a non-engagement position that does not mesh with the ring gear (62) coupled to the crankshaft (60) of the engine or a connection position that meshes with the ring gear and to which the rotational force of the rotating machine is transmitted. 52),
A solenoid coil (42) and a movable iron core (44) mechanically connected to the pinion gear, and the pinion gear is moved by moving the movable iron core by electromagnetic force generated by energization of the solenoid coil. And an electromagnetic solenoid (40) that moves the unconnected position to the connected position.
The rotating machine is an AC rotating machine that is rotationally driven by an AC current,
The neutral point (N) of the stator coil (24U to 24W) constituting the rotating machine is electrically connected to the DC power source via the solenoid coil,
The switch includes an upper arm switch (SUp to SWp) and a lower arm switch (SUn to SWn) connected in series to the upper arm switch,
Obtaining means for obtaining an applied voltage to the solenoid coil and a change amount of a current value flowing through the solenoid coil;
An inductance calculating means for calculating an inductance of the solenoid coil based on the applied voltage acquired by the acquiring means and the amount of change in the current value;
Position calculating means for calculating the position of the pinion gear based on the inductance calculated by the inductance calculating means;
Based on the position of the pinion gear calculated by the position calculating means, speed calculating means for calculating a moving speed of the pinion gear in a direction from the non-connected position toward the connected position;
An engine having current operating means for operating a current flowing through the solenoid coil by operating the upper arm switch and the lower arm switch so as to control the moving speed calculated by the speed calculating means; Control device for starter.
前記電流操作手段は、前記移動速度を前記目標値に制御すべく、前記ソレノイドコイルに流れる電流を操作する請求項1記載のエンジン始動装置の制御装置。 Further comprising target value setting means for setting a target value of the moving speed according to the position of the pinion gear;
2. The control device for an engine starter according to claim 1, wherein the current operation means operates a current flowing through the solenoid coil so as to control the moving speed to the target value. 3.
前記回転機を回転駆動させるための前記回転機に対する3相指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、
前記3相指令電圧の各相間の差を維持しつつ、前記3相指令電圧のうち最小となる指令電圧を前記直流電源の負極端子の電位と一致させる2相変調処理を行う2相変調手段と、
前記2相変調処理が施された前記3相指令電圧のそれぞれに、前記ピニオンギアを移動させるための操作量を加える操作量加算手段と、
前記移動速度の制御と、前記回転機の回転駆動制御との双方を行うべく、前記操作量が加えられた前記3相指令電圧に基づき、前記スイッチを操作する手段と、を含む請求項1又は2記載のエンジン始動装置の制御装置。 The current operation means includes
Command voltage calculating means for calculating a three-phase command voltage for the rotating machine for rotating the rotating machine;
Two-phase modulation means for performing two-phase modulation processing for maintaining a minimum command voltage among the three-phase command voltages to match a potential of a negative terminal of the DC power supply while maintaining a difference between the phases of the three-phase command voltage ,
An operation amount adding means for adding an operation amount for moving the pinion gear to each of the three-phase command voltages subjected to the two-phase modulation processing;
And control of the moving speed, to perform both the rotation drive control of the rotating machine, based on the three-phase command voltage the operation amount is added, according to claim 1 and means for operating the switch or 3. A control device for an engine starting device according to 2 .
前記エンジン始動装置には、前記連結位置において、前記非連結位置から前記連結位置へと向かう方向の前記ピニオンギアの移動を阻止するストッパ(56)がさらに備えられ、
前記位置算出手段によって算出された前記ピニオンギアの位置に基づき前記ピニオンギアが前記ストッパに到達したと判断されたことを条件として、前記回転機を回転駆動させて前記リングギアに回転力を付与するクランキング手段をさらに備える請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジン始動装置の制御装置。 The electromagnetic solenoid is configured such that the inductance of the solenoid coil gradually increases as the movable iron core moves from a position corresponding to the unconnected position to a position corresponding to the connected position.
The engine starter further includes a stopper (56) that prevents movement of the pinion gear in a direction from the non-connection position to the connection position at the connection position.
On the condition that the pinion gear has reached the stopper based on the position of the pinion gear calculated by the position calculating means, the rotating machine is driven to rotate to apply a rotational force to the ring gear. The control device for an engine starter according to any one of claims 1 to 4 , further comprising cranking means.
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