DE102006012931B4

DE102006012931B4 - Elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor

Info

Publication number: DE102006012931B4
Application number: DE102006012931A
Authority: DE
Inventors: Michihisa Kobe Yokono
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2007077823A; DE102006012931A1; US7143745B1; JP4062630B2

Abstract

Elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor, die folgendes aufweist:
eine elektronische Drossel (1, 2), die einen Motor (100) steuert;
eine CPU (11) mit einem Drosselöffnungserfassungsabschnitt, der die Drosselöffnung der elektronischen Drossel verarbeitet, und mit einem Steuerabschnitt (16), der die Drosselöffnung gemäß einem Betriebszustand des Motors (100) zu einem Sollwert steuert;
wobei der Drosselöffnungserfassungsabschnitt folgendes aufweist:
einen Drosselöffnungssensor (3), der eine Sensorspannung entsprechend der Drosselöffnung erzeugt;
einen Offset-Teil, der die Sensorspannung in eine Vielzahl von Spannungen mit Offsets (V1 bis V4) umwandelt;
eine Verteilungsschaltung (14), die die Spannungen mit Offsets (V1 bis V4) zu einem einzigen Pfad verteilt; und
einen A/D-Wandler (12), der die zum einzigen Pfad verteilten Spannungen (V1 bis V4) einer A/D-Umwandlung unterzieht;
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Verteilungsschaltabschnitt (15) vorgesehen ist, der eine Verteilungsschaltsteuerung des Verteilungsteils (14) durchführt, um so einzelne Ergebnisse der Umwandlung für jede der Vielzahl von Spannungen (V1...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Drossel-Steuereinheit zum Steuern von beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor und insbesondere eine neue Technik, bei welcher eine Genauigkeit beim Erfassen einer Drosselöffnung unter Verwendung eines billigen A/D-Wandlers mit niedriger Auflösung verbessert werden kann.
Im Allgemeinen wird in einer elektronischen Drossel-Steuereinheit für einen Motor das Ausmaß einer Öffnung einer elektronischen Drossel auf eine Rückkopplungsweise derart gesteuert, dass sie mit einer Soll-Drosselöffnung übereinstimmt, die gemäß dem Betriebszustand eines Fahrzeugs geeignet berechnet ist, an welchem die Einheit installiert ist (siehe beispielsweise ein erstes Patentdokument: JP 10222205 A ).
Dafür dient die elektronische Drossel-Steuereinheit (ECU) zur A/D-Umwandlung einer Ausgangsspannung eines Drosselöffnungssensors, berechnet sie eine Soll-Drosselöffnung unter Verwendung des A/D-gewandelten Werts der Drosselöffnung (des erfassten Werts) und steuert sie die elektronische Drossel auf eine Rückkopplungsweise.
Zusätzlich ist es insbesondere während eines Leerlaufbetriebs nötig, die Luftmenge (die Menge an Einlassluft), die in den Motor gesaugt wird, auf genaue Weise zu steuern, um eine relativ niedrige Leerlaufgeschwindigkeit beizubehalten, und somit ist eine Drosselsteuerung mit hoher Zuverlässigkeit erforderlich.
Um die Menge an Einlassluft, die in den Motor gesaugt wird, auf genaue Weise zu steuern, ist es nötig, die elektronische Drossel mit hoher Genauigkeit zu steuern, und dafür ist es auch nötig, einen Ausgangsspannungswert des Drosselöffnungssensors mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu erfassen.
Demgemäß ist eine elektronische Drossel-Steuereinheit vorgeschlagen worden, bei welcher zum Erfassen einer Drosselöffnungssensorspannung in einem Leerlaufgeschwindigkeitsbereich mit einem hohen Maß an Genauigkeit ein nx (n Mal) Verstärker in der Steuereinheit vorgesehen ist, und zwei Spannungen, d. h. eine Drosselöffnungssensorspannung (Drosselöffnungsspannung), die von einem Stellglied einer elektronischen Drossel ausgegeben wird, und ein durch Verstärken der Drosselöffnungsspannung mit dem nx-Verstärker erhaltener Spannungswert, eingelesen werden, so dass diese zwei Spannungswerte gemäß dem Betriebsbereich des Motors abwechselnd von einem zu einem anderen geschaltet werden (siehe beispielsweise ein zweites Patentdokument: JP 06101550 A ).
Ebenso ist eine elektronische Drossel-Steuereinheit vorgeschlagen worden, bei welcher eine Drosselöffnungsspannung in eine Vielzahl von Spannungen mit Offsets umgewandelt wird, die dann durch eine Vielzahl von A/D-Wandlern oder einen einzigen A/D-Wandler ausgelesen werden, wodurch eine Drosselöffnungsspannung mit hoher Genauigkeit basierend auf den Ergebnissen einer A/D-Umwandlung der jeweiligen Spannungswerte erfasst wird (siehe beispielsweise ein drittes Patentdokument: JP 2003028001 A bzw. DE 10206953 A1 ).
Weiterhin ist im dritten Patentdokument auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher die Vielzahl von Spannungen mit Offsets, die durch einen Transistorschalter umgewandelt sind, durch einen einzigen A/D-Wandler gelesen werden.
Bei den bekannten elektronischen Drossel-Steuereinheiten für einen Motor gibt es das folgende Problem. In dem Fall der elektronischen Drossel-Steuereinheiten, die im zweiten und im dritten Patentdokument beschrieben sind, gibt es nämlich beispielsweise eine Möglichkeit, dass aufgrund eines Unterschieds oder einer Schwankung bezüglich einer Genauigkeit zwischen der Vielzahl von A/D-Wandlern Fehler in Bezug auf die erfassten Werte verursacht werden könnten, wodurch nachteilige Auswirkungen auf eine Drosselsteuerung ausgeübt werden.
Zusätzlich existiert in einem Fall, in welchem die Vielzahl von Spannungen mit Offsets, die durch den Transistorschalter umgewandelt sind, durch den einzigen A/D-Wandler gelesen werden, ein weiteres Problem. Es gibt nämlich eine Möglichkeit, dass aufgrund des inneren Widerstands des Transistorschalters Fehler in Bezug auf die erfassten Werte erzeugt werden könnten, was zu nachteiligen Einflüssen auf eine Drosselsteuerung führt.
Weiterhin gibt es in einem Fall, in welchem ein A/D-Wandler hoher Auflösung verwendet wird, um die Drosselöffnungsspannung mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu erfassen, auch ein weiteres Problem eines Herausforderns einer Erhöhung der Kosten für die gesamte Einheit.
Schließlich offenbart die DE 102 55 584 A1 auch eine Vorrichtung zur Regelung einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors, welche sich eines A/D-Wandlers zur Erfassung der Drosselklappenstellung bedient.
Die vorliegende Erfindung soll die Probleme lösen, auf die oben Bezug genommen ist, und hat als ihre Aufgabe, eine elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor zu erhalten, die nicht nur Einflüsse aufgrund eines Genauigkeitsfehlers oder eines Unterschieds zwischen A/D-Wandlern durch Verwenden eines einzigen billigen A/D-Wandlers niedriger Auflösung zusammen mit einem Offset-Teil und einem Verteilungs-Teil ohne die Intervention von irgendeinem Transistorschalter sowie den Einfluss eines Erfassungsfehlers aufgrund des Werts des inneren Widerstands eines Transistorschalters vermeiden kann, sondern es auch möglich macht, eine genaue Steuerung einer elektronischen Drossel basierend auf einer hochgenauen Drosselöffnungsspannung (einem erfassten Wert) durchzuführen, ohne eine Erhöhung von Kosten herauszufordern.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor folgendes auf: eine elektronische Drossel, die einen Motor steuert; eine CPU mit einem Drosselöffnungserfassungsabschnitt, der die Drosselöffnung der elektronischen Drossel erfasst und mit einem Steuerabschnitt, der die Drosselöffnung gemäß einem Betriebszustand des Motors zu einem Sollwert steuert; wobei der Drosselöffnungserfassungsabschnitt folgendes aufweist: einen Drosselöffnungssensor, der eine Sensorspannung entsprechend der Drosselöffnung erzeugt; einen Offset-Teil, der die Sensorspannung in eine Vielzahl von Spannungen mit Offsets umwandelt; eine Verteilungsschaltung, die die Spannungen mit Offsets zu einem einzigen Pfad verteilt; und einen A/D-Wandler, der die zum einzigen Pfad verteilten Spannungen einer A/D-Umwandlung unterzieht; wobei ein Verteilungsschaltabschnitt vorgesehen ist, der eine Verteilungsschaltsteuerung des Verteilungsteils durchführt, um so einzelne Ergebnisse der Umwandlung für jede der Vielzahl von Spannungen zu erhalten, und die CPU die Ergebnisse der Umwandlung für jede der Vielzahl von Spannungen untereinander vergleicht, um so eine in der Auflösung erhöhte Umwandlungsgenauigkeit der zu steuernden Drosselöffnung zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor zu erhalten, die eine genaue Steuerung einer elektronischen Drosselklappe basierend auf einer Drosselöffnungsspannung durchführen kann, die mit hoher Genauigkeit erfasst wird, ohne eine Erhöhung der Kosten herauszufordern.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Hardwarekonfiguration einer elektronischen Drossel-Steuereinheit für einen Motor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine erklärende Ansicht, die konzeptmäßig eine Beziehung zwischen einer Eingangsspannung eines n-Bit-A/D-Wandlers und dem Ergebnis seiner A/D-Umwandlung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine erklärende Ansicht, die konzeptmäßig einen Spannungserfassungsprozess hoher Genauigkeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine erklärende Ansicht, die konzeptmäßig einen weiteren Spannungserfassungsprozess hoher Genauigkeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine erklärende Ansicht, die konzeptmäßig einen weiteren Spannungserfassungsprozess hoher Genauigkeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine erklärende Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Drosselöffnung einer elektronischen Drossel und der Ausgangsspannung (Sensorspannung) eines Drosselöffnungssensors zeigt, der beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Hierin nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden, während auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Ausführungsbeispiel 1
1 ist ein Blockdiagramm, das eine elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Beispiel für die Hardwarekonfiguration des Motors und seiner Umgebung zeigt.
In 1 ist an einem Einlassrohr 100a eines Motors 100 eine elektronische Drosselklappe 1 (die hierin nachfolgend einfach ”Drosselklappe” genannt wird) zum Einstellen der Menge an Einlassluft, die dort hindurch fließt, installiert.
An der Drosselklappe 1 ist ein Gleichstrommotor 2 angebracht, der als Drosselstellglied zum Steuern der Öffnung der Drosselklappe 1 dient.
Die Drosselklappe 1 und der Gleichstrommotor 2 bilden zusammen eine elektronische Drossel zum Steuern der Menge an Einlassluft, die in den Motor 100 gesaugt wird.
Ein Drosselöffnungssensor 3 zum Erzeugen einer Sensorspannung entsprechend dem Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1 (hierin nachfolgend Drosselöffnung genannt) ist an der Drosselklappe 1 angebracht.
Eine ECU (elektronische Steuereinheit) nimmt die Sensorspannung von dem Drosselöffnungssensor 3 sowie Erfassungsinformation (d. h. Information über den Betriebszustand des Motors 100) von anderen verschiedenen Arten von Sensoren (nicht gezeigt) herein und erzeugt ein Antriebssteuersignal für den Gleichstrommotor 2.
Die ECU 10 enthält eine CPU 11, die einen Hauptkörper eines Mikrocomputers bildet und darin einen A/D-Wandler, einen Verteilungsschaltabschnitt 15 und einen Verarbeitungsoperationsabschnitt (Steuerabschnitt) 16 enthält. Ebenso enthält die ECU 10 weiterhin eine Verteilungsschaltung (einen Verteilungsteil 14), die auf einer Eingangsseite des A/D-Wandlers 12 eingefügt ist, eine Offset-Schaltung (einen Offset-Teil), die eine Vielzahl von Widerständen 101 bis 104 aufweist, die auf einer Eingangsseite der Verteilungsschaltung 14 eingefügt sind, und einen Operationsverstärker 13 (Puffer), der zwischen einem Ausgangsanschluss des Drosselöffnungssensors 3 und einem Eingangsanschluss der Verteilungsschaltung 14 eingefügt ist.
Die Widerstände 101 bis 104 haben Impedanzen mit jeweils wechselseitig unterschiedlichen Widerstandswerten R1 bis R4, und sie sind zwischen einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 13 und der Erdung in Reihe geschaltet eingefügt. Als Ergebnis wird die Vielzahl von Spannungen mit Offsets V1 bis V4, die von einer Eingangsspannung (der Sensorspannung) umgewandelt sind, von jeweils einzelnen einen Enden der Widerstände 101 bis 104 erzeugt.
Hier ist zu beachten, dass die einzelnen Widerstandswerte R1 bis R4 beliebig eingestellt werden können.
Die Offset-Schaltung ist zusammengesetzt aus einer Impedanzschaltung mit der Vielzahl von Widerständen 101 bis 104 zum Erzeugen der Vielzahl von Spannungen mit Offsets V1 bis V4 mit einer Eingangsspannung V1 und die einzelnen Widerstände 101 bis 104 haben ihre einen Enden jeweils an die einzelnen Eingangsanschlüsse des Verteilungsschaltungsteils 14 angeschlossen.
Die Verteilungsschaltung 14 hat eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen, die jeweils die Vielzahl von Offsetspannungen V1 bis V4 gleichzeitig hereinnehmen, und einen einzigen Ausgangsanschluss und dient dazu, in Reaktion auf ein Verteilungsschaltsignal vom Verteilungsschaltabschnitt 15 jeweils eine der Spannungen mit Offsets V1 bis V4 auszuwählen, die jeweils den vier Eingangsanschlüssen eingeprägt sind, um sie von ihrem einzigen Ausgangsanschluss auszugeben. Der Ausgangsanschluss der Verteilungsschaltung 14 ist mit einem Eingangsanschluss des A/D-Wandlers verbunden.
In 1 ist ein Fall gezeigt, in welchem die Ausgangsspannung V1 des Operationsverstärkers 13 ausgewählt ist (siehe die durchgezogene Linie), und die anderen Spannungen mit Offsets V2 bis V4 in nicht ausgewählten Zuständen sind (siehe gestrichelte Linien). In diesem Fall wird die Spannung mit Offset V1 von der Verteilungsschaltung 14 ausgegeben und zum A/D-Wandler in der CPU 11 eingegeben.
Hier ist zu beachten, dass die Verteilungsschaltung 14 Schaltsignal-Eingangsanschlüsse hat, die ein Schaltsignal empfangen, um ihre Ausgangsspannung in Reaktion auf das Verteilungsschaltsignal vom Verteilungsschaltabschnitt 15 beliebig in eine der Eingangsspannungen V1 bis V4 zu schalten.
Die Schaltsignal-Eingangsanschlüsse der Verteilungsschaltung 14 sind mit einem Verteilungsschaltabschnitt 15 in der CPU 11 verbunden.
Zusätzlich dient der Operationsverstärker 13 zum Trennen der Seite des Drosselöffnungssensors 3 und der Impedanzen der Widerstände 101 bis 104 (der Offset-Schaltung) voneinander, wodurch die jeweiligen Widerstandswerte R1 bis R4 reduziert werden können und gleichzeitig die Genauigkeit des durch den A/D-Wandler A/D-gewandelten Werts erhöht werden kann.
Der A/D-Wandler 12 in der CPU 11 nimmt die Sensorspannung vom Drosselöffnungssensor 3 über den Operationsverstärker 13, die Widerstände 101 bis 104 und die Verteilungsschaltung 14 in der ECU 10 als die Spannungen mit Offsets V1 bis V4 herein, wandelt sie in eine digitale Spannung um und gibt sie zum Verarbeitungsoperationsabschnitt 16 in der CPU 11 ein.
Der Drosselöffnungssensor 3, der Operationsverstärker 13, die Widerstände 101 bis 104 und die Verteilungsschaltung 14 in der ECU 10 und der A/D-Wandler 12 und der Verteilungsschaltabschnitt 15 in der CPU 11 bilden zusammen einen Drosselöffnungserfassungsabschnitt.
Der Drosselöffnungserfassungsabschnitt erfasst einen Spannungswert, der aus den Spannungen mit Offsets V1 bis V4 verteilt (ausgewählt) ist, als die Drosselöffnung der elektronischen Drossel (der Drosselklappe 1), die ein schließliches Objekt für eine Steuerung wird.
Die durch den Drosselöffnungserfassungsabschnitt erfasste Drosselöffnung wird für Steuerberechnungen des Verarbeitungsoperationsabschnitts 16 verwendet und trägt somit zur Erzeugung eines Antriebssteuersignals zum Gleichstrommotor 2 bei.
Das bedeutet, dass der Verarbeitungsoperationsabschnitt 16 in der CPU 11 einen Drossel-Steuerabschnitt enthält, der gemäß dem Betriebszustand des Motors 100 einen Sollwert der Drosselöffnung berechnet und das Ausmaß einer Öffnung der Drosselklappe 1 durch Antreiben und Steuern des Gleichstrommotors 2 basierend auf einem Antriebssteuersignal entsprechend dem Sollwert der Drosselöffnung zu dem Sollwert steuert.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist es durch das Vorsehen der Widerstände 101 bis 104 (der Offset-Schaltung) zum Umwandeln der Sensorspannungsausgabe vom Drosselöffnungssensor 3 in die Vielzahl von Spannungen mit Offsets V1 bis V4 und durch beliebiges Auswählen eines Spannungswerts aus den Spannungen mit Offsets V1 bis V4 möglich, das Ausmaß einer Öffnung der Drosselklappe 1 in der Form des zu steuernden Endobjekts mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu erfassen.
Obwohl es hier nicht dargestellt ist, ist es in einem Fall, in welchem ein Tiefpassfilter (mit einem Widerstand und einem Kondensator) auf die vom Drosselöffnungssensor 3 zur ECU 10 eingegebene Sensorspannung angewendet wird, nötig, die Widerstandswerte R1 bis R4 der einzelnen Widerstände 101 bis 104 auf größere Werte einzustellen, um einen zufrieden stellenden Dynamikbereich der Sensorspannung für die Drosselöffnung sicherzustellen.
Allgemein ist herausgefunden worden, dass dann, wenn sich auf eine Umwandlung der Sensorspannung in die Vielzahl von Spannungen mit Offsets V1 bis V4 hin eine externe Impedanz erhöht, eine Abweichung zwischen der Eingangsspannung und dem Ergebnis einer A/D-Umwandlung im A/D-Wandler 12 erzeugt werden wird.
Demgemäß ist, um dies zu vermeiden, der Operationsverstärker 13 (Puffer) für eine Impedanzwandlung eingefügt, wie es in 1 gezeigt ist. Als Ergebnis können die Widerstandswerte R1 bis R4 der Widerstände 101 bis 104 bis zu einem solchen Ausmaß auf kleinere Werte eingestellt werden, dass sie die A/D-Umwandlung im A/D-Wandler 2 nicht beeinflussen.
Als Nächstes wird auf eine Operation zum Erfassen der Drosselöffnung mit hoher Genauigkeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in 1 gezeigt ist, Bezug genommen werden, während auf die 2 bis 4 Bezug genommen wird. Zuerst wird die Auflösung des A/D-Wandlers beschrieben werden.
Im Allgemeinen wird die Auflösung a des A/D-Wandlers 12 durch eine Bitzahl dargestellt und ist die Auflösung von n Bits (wobei n eine natürliche Zahl ist) unter Verwendung einer Referenzspannung Vref für den A/D-Wandler 12 durch den folgenden Ausdruck (1) gegeben. a = Vref/2n (1 )
Die durch den obigen Ausdruck (1) gegebene Auflösung a zeigt an, dass eine Spannung, die kleiner als dieser Wert ist, nicht bestimmt oder identifiziert werden kann.
2 ist eine erklärende Ansicht, die konzeptmäßig eine Beziehung zwischen einem Eingangsspannungswert (einem analogen Wert) V des A/D-Wandlers 12 und einem A/D-gewandelten Wert (einem digitalen Wert) Z in einem Zeitdiagramm darstellt.
In 2 sind A/D-gewandelte Werte ”Z – 1, Z und Z + 1” gezeigt, wenn der Eingangsspannungswert des A/D-Wandlers 12 von ”V1 [V]” zu ”V1 + a [V]” ansteigt.
In 2 wird in dem Fall eines Verwendens des A/D-Wandlers 12 mit einer Auflösung von ”a [V]” (n Bits), wie sie im Ausdruck (1) gezeigt ist, unter der Annahme, dass eine Eingangsspannung mit einem resultierenden A/D-gewandelten Wert (dem Ergebnis einer A/D-Wandlung) von ”Z” als ”V1 [V]” eingestellt ist, eine Eingangsspannung mit einem resultierenden A/D-Umwandlungswert von ”Z + 1” ”V1 + a [V]”.
Anders ausgedrückt wird in einem Fall, in welchem eine Eingangsspannung V, die innerhalb eines Bereichs von ”V1 ≦ V < V1 + a” liegt, einer A/D-Umwandlung unterzogen wird, ein als Ergebnis der A/D-Umwandlung erhaltener A/D-gewandelter Wert Z (ein fester oder konstanter Wert).
3 ist eine erklärende Ansicht, die konzeptmäßig eine erhöhte Genauigkeit der Eingangsspannungs-Erfassungsverarbeitung des A/D-Wandlers 12 in einem Zeitdiagramm darstellt.
In 3 ist ein Verfahren zum Ermöglichen der Erfassung einer Eingangsspannung durch die Verwendung des A/D-Wandlers 12 mit einer Auflösung von a (n Bits) mit hoher Genauigkeit äquivalent zu dem Fall eines Verwendens eines A/D-Wandlers mit einer Auflösung von a/2 (n + 1 Bits) dargestellt.
In 3 kann die Erfassung einer Spannungsposition mit einer Auflösung von a/2 (einem hohen Maß an Genauigkeit) durch den A/D-gewandelten Wert einer Eingangsspannung (einer Spannung mit Offset) VA und dem A/D-gewandelten Wert einer Spannung VB (= VA – a/2), der durch Addieren eines Offsets von ”–a/2 [V]” zu der Eingangsspannung VA erhalten wird, durchgeführt werden.
Anders ausgedrückt wird die Spannung mit Offset VB aus der Eingangsspannung VA durch Verwenden der Offset-Schaltung (der Widerstände 101 bis 104) erzeugt und werden die einzelnen Eingangsspannungen VA, VB über die Verteilungsschaltung 14 zum A/D-Wandler 12 in der CPU 11 verteilt.
Der A/D-Wandler 12 unterzieht die einzelnen Eingangsspannungen VA, VB einer A/D-Umwandlung mit einer Auflösung von a (n Bits) und der Verarbeitungsoperationsabschnitt 16 verwendet den A/D-gewandelten Spannungswert zur Steuerberechnungsverarbeitung.
Als Ergebnis ist es möglich, eine Steuerauflösung äquivalent zu derjenigen zu erlangen, die in dem Fall eines Verwendens des durch den A/D-Wandler 12 mit einer Auflösung von a/2 (n + 1 Bits) umgewandelten Werts erhalten wird.
Zusätzlich wird die obige Berechnungsverarbeitung auf die Sensorspannung von dem Drosselöffnungssensor 3 angewendet, so dass 2^b Spannungen, die aufeinander folgend um ”–a/2^b [V] (wobei b eine natürliche Zahl ist)” voneinander versetzt sind, zu dem A/D-Wandler 12 mit einer Auflösung von a [V] (n Bits) eingegeben werden, wo sie zum Vergleich miteinander von einer analogen in eine digitale Form umgewandelt werden, wodurch die Spannung (die Drosselöffnung) mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann, die im Wesentlichen äquivalent zu derjenigen ist, die in dem Fall eines Verwendens eines A/D-Wandlers von ”(n + b) Bits” erhalten wird.
Demgemäß wird, wie es in 1 gezeigt ist, die Erzeugung von Spannungen mit Offsets V1, V2, V3, V4, ... (d. h. V2 = V1 – a/2^b [V], V3 = V2 – a/2^b [V], V4 = V3 – a/2^b [V], ...) aus der Eingangsspannung V1 [V] unter Verwendung der Widerstände 101 bis 104 und einer beliebigen Anzahl von seriellen Widerständen in der ECU 10 für eine Erhöhung bezüglich der Genauigkeit der Erfassung der Drosselöffnung effektiv.
Hierin nachfolgend werden die einzelnen Spannungen mit Offsets V1, V2, V3, V4, ... mittels des Verteilungsschaltsignals vom Verteilungsschaltabschnitt 15 in der CPU 11 zum A/D-Wandler 12 verteilt, wodurch sie unter Verwendung des A/D-Wandlers 12 mit einer Auflösung von n Bits von einer analogen in eine digitale Form umgewandelt werden.
Zusätzlich steuert der Verarbeitungsoperationsabschnitt 16 (der Drossel-Steuerabschnitt) in der CPU 11 den Gleichstrommotor 12 und die Drosselklappe 1 durch Verwenden der addierten Werte als Ergebnis der A/D-Umwandlung. Somit ist es möglich, eine Steuerauflösung äquivalent zu derjenigen zu erhalten, die in dem Fall einer Steuerung durch Verwenden der umgewandelten Werte des A/D-Wandlers von (n + b) Bits erhalten wird.
Es ist herausgefunden worden, dass es beispielsweise zum Steuern der Leerlaufgeschwindigkeit (einige 100 Umdrehungen pro Minute) des Motors 100 mit einem ausreichend hohen Maß an Genauigkeit nötig ist, die Sensorspannung vom Drosselöffnungssensor 3 einer A/D-Umwandlung unter Verwendung eines A/D-Wandlers mit einer Auflösung von 12 Bits oder darüber zu unterziehen.
In 1 werden die vier Spannungen mit Offsets V1 bis V4 durch Verwenden der vier Widerstände 101 bis 104 erzeugt, so dass eine Erhöhung bezüglich der Genauigkeit von zwei Bits durchgeführt werden kann.
Demgemäß wird hierin nachfolgend auf die Verarbeitung Bezug genommen werden, wenn die Drosselöffnung in der Nähe einer Leerlaufgeschwindigkeit im Wesentlichen mit einem hohen Maß an Genauigkeit von ”12 Bits” durch Verwenden des A/D-Wandlers 12 von beispielsweise ”10 Bits” erfasst wird.
4 ist eine erklärende Ansicht, die gleich der 3 konzeptmäßig die erhöhte Genauigkeit der Eingangsspannungs-Erfassungsverarbeitung des A/D-Wandlers 12 in einem Zeitdiagramm darstellt.
In 4 sind die Ergebnisse einer A/D-Umwandlung gezeigt, wenn zur Verteilungsschaltung 14 eingegebene vier Spannungen mit Offsets VA bis VD (entsprechend V1 bis V4) jeweils zum A/D-Wandler 12 von 10 Bits eingegeben werden.
Wie es in 4 gezeigt ist, ist es durch Vergleichen der einzelnen Ergebnisse einer A/D-Umwandlung in der CPU 11 miteinander möglich, eine Umwandlungsgenauigkeit von 12 (= 10 + 2) Bits zu erreichen.
Nun ist unter der Annahme, dass die Referenzspannung Vref für den A/D-Wandler 12 von 10 Bits 5 [V] ist, die Auflösung a des A/D-Wandlers 12 aus dem oben angegebenen Ausdruck (1) durch den folgenden Ausdruck (2) gegeben. a = 5/2¹⁰≒ 4,8 [mV] (2)
Demgemäß wird, um eine Erfassung im Wesentlichen mit einer Auflösung von 12 Bits durchzuführen, die oben angegebene natürliche Zahl b auf 2 (= 12 – 10) eingestellt und wird ein Offset VOF für die einzelnen Spannungen mit Offsets V1 bis V4 erhalten, wie es durch den folgenden Ausdruck (3) gezeigt ist. VOF = a/2²= a/4 ≒ 1,2 [mV] (3)
Demgemäß erzeugen die Widerstände 101 bis 104 (siehe 1) Spannungen mit Offsets VB bis VD (d. h. VB (= V2) ≒ VA – 1,2 [mV], VC (= V3) ≒ VB – 1,2 [mV], VD (= V4) ≒ VC – 1,2 [mV]) basierend auf der vom Drosselöffnungssensor 3 eingegebenen Sensorspannung VA (entsprechend einer geteilten Spannung V1), wie es in 4 gezeigt ist.
Ebenso unterzieht der A/D-Wandler 12 von 10 Bits die einzelnen Spannungen mit Offsets VA bis VD (V1 bis V4) jeweils einer A/D-Umwandlung, vergleicht die einzelnen Ergebnisse einer A/D-Umwandlung miteinander und erfasst eine Drosselöffnung (entsprechend dem Ergebnis von (VA + VB + VC + VD)) einer Auflösung um 2 Bits höher als die ursprüngliche als zu steuerndes Objekt.
Jedoch unterzieht die in 1 gezeigte Offset-Schaltung die Eingangsspannung V1 mittels der Widerstände 101 bis 104 einer Spannungsteilung, um die Spannungen mit Offsets V2 bis V4 zu erzeugen, so dass sich dann, wenn sich beispielsweise die Eingangsspannung V1 ändert, auch die Spannung mit Offset V2 ändert und somit nicht notwendigerweise genau mit dem oben angegebenen Spannungswert (V1 – 1,2 [mV]) übereinstimmt.
In einem Fall, in welchem es erwünscht ist, die Drosselklappe 1 nur während eines Leerlaufs mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu steuern, müssen jedoch die Widerstandswerte R1 bis R4 der einzelnen Widerstände 101 bis 104 nur auf derartige Weise eingestellt werden, dass die Spannungen mit Offsets V2 bis V4 in der Nähe der Sensorspannung von dem Drosselöffnungssensor 3 zur Zeit eines Leerlaufs so werden, wie es durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellt ist. V2 ≒ V1 – 1,2 [mV] V3 ≒ V2 – 1,2 [mV] V4 ≒ V3 – 1,2 [mV] (4)
Beispielsweise werden unter der Annahme, dass die beim Leerlauf erfasste Sensorspannung etwa 0,7 [V] ist, die einzelnen Widerstandswerte R1 bis R4 so eingestellt, wie es durch den folgenden Ausdruck (5) dargestellt ist. R1 = R2 = R3 = 18 [Ω] R4 = 10 [kΩ] (5)
Als Nächstes wird auf die genaue Drosselöffnungs-Erfassungsverarbeitung gemäß den vier Arten von Spannungen mit Offsets V1 bis V4 Bezug genommen werden, die zu dem A/D-Wandler 12 eingegeben werden, während auf erklärende Ansichten der 5 und 6 Bezug genommen wird.
5 ist eine erklärende Ansicht, die gleich der 4 konzeptmäßig eine erhöhte Genauigkeit der Eingangsspannungs-Erfassungsverarbeitung des A/D-Wandlers 12 in einem Zeitdiagramm darstellt.
Wie es oben angegeben ist, ist die Drosselklappe 1 der elektronischen Drossel betriebsmäßig mit dem Gleichstrommotor 2 verbunden, der durch ein Antriebssteuersignal von der ECU 10 angetrieben wird, so dass sich die Sensorspannung in Verbindung mit dem Betrieb der Drosselklappe 1 ändert.
6 zeigt die Betriebskennlinien der Drosselklappe 1 und des Drosselöffnungssensors 3, die beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In 6 stellt die Abszissenachse die aktuelle Drosselöffnung der Drosselklappe 1 dar und stellt die Ordinatenachse die vom Drosselöffnungssensor 3 ausgegebene Sensorspannung dar.
Wie es in 6 gezeigt ist, ändert sich die Sensorspannung (die Ausgangsspannung des Drosselöffnungssensors 3) in Verbindung mit dem Betrieb der Drosselklappe 1 linear (wie eine gerade Linie), so dass sie gemäß dem Betrieb zu einer Öffnungsseite der Drosselklappe 1 ansteigt. Zusätzlich wird dann, wenn das Ausmaß einer Öffnung der Drosselklappe 1 konstant oder fest gehalten wird, die Sensorspannung auch auf einer konstanten oder festen Spannung gehalten, die dem konstanten oder festen Ausmaß der Öffnung entspricht.
In 5 ist ein Spannungspegel, der durch eine Strich-Doppelpunkt-Linie angezeigt ist, eine Soll-Drosselöffnungsspannung Vo (die hierin nachfolgend ”Soll-Öffnungsspannung” genannt wird), und ist äquivalent zu dem Sensorspannungswert entsprechend einer Soll-Steueröffnung der Drosselklappe 1.
Hier ist die Drosselöffnungs-Erfassungsverarbeitung in dem Fall gezeigt, in welchem die geteilte Spannung V1 (Sensorspannung), die zu der Verteilungsschaltung 14 eingegeben wird, gesteuert wird, um von einem Anfangszustand, der niedriger als die Soll-Öffnungsspannung Vo ist, bis zu der Soll-Öffnungsspannung Vo anzusteigen.
Die Soll-Öffnungsspannung Vo ist dann, wenn sie durch Verwenden der geteilten Spannung V1 und der Auflösung a dargestellt wird, V1 + (a/4) × 3 [V], was größer als die geteilte Spannung V1 [V] ist, aber kleiner als V1 + a [V].
Ebenso wird gleich dem oben angegebenen (siehe die 2 bis 4) der Wert, der durch eine A/D-Umwandlung der geteilten Spannung V1 mittels des A/D-Wandlers 12 erhalten wird, als Z angenommen.
In einer Periode T1 in 5 wird eine Eingangsspannung VA von der Verteilungsschaltung 14 zum A/D-Wandler 12 eingegeben.
Zu dieser Zeit ist die Eingangsspannung VA kleiner als der A/D-gewandelte Wert Z der geteilten Spannung V1, so dass die CPU 11 die Drosselklappe 1 derart antreibt, dass sie sich zu ihrer Öffnungsseite bewegt.
In der folgenden Periode T2 kommt die Eingangsspannung VA zu dem A/D-Wandler 12 bei dem A/D-gewandelten Wert Z an, so dass die Drosselklappe 1 zu dieser Zeit bei dem Ausmaß an Öffnung gehalten wird.
Zusätzlich wird das Verteilungsschaltsignal von dem Verteilungsschaltabschnitt 15 in der CPU 11 zu einem Auswahlsignal der Eingangsspannung VB geschaltet, wobei das Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1 gehalten wird, wie es ist.
Als Ergebnis wird die Eingangsspannung von der Verteilungsschaltung 14 zu dem A/D-Wandler 12 von VA zu VB geschaltet.
Zu dieser Zeit ist der A/D-gewandelte Wert der Eingangsspannung VB ”Z – 1”, und es wird erfasst, dass die Sensorspannung bei der geteilten Spannung V1 ankommt.
In der folgenden Periode T3 wird erfasst, dass die Sensorspannung (die Eingangsspannung VB) niedriger als die Soll-Öffnungsspannung Vo ist, so dass die CPU 11 die Drosselklappe 1 derart antreibt, dass sie zu ihrer Öffnungsseite bewegt wird.
In der folgenden Periode T4 kommt die Eingangsspannung VB zu dem A/D-Wandler 12 bei dem A/D-gewandelten Wert Z an, so dass die Drosselklappe 1 zu dieser Zeit bei dem Ausmaß an Öffnung gehalten wird.
Dann wird das Verteilungsschaltsignal von dem Verteilungsschaltabschnitt 15 zu einem Auswahlsignal der Eingangsspannung VC geschaltet, wobei das Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1 gehalten wird, wie es ist.
Als Ergebnis wird die Eingangsspannung von der Verteilungsschaltung 14 zum A/D-Wandler 12 von VB zu VC geschaltet.
Zu dieser Zeit ist der A/D-gewandelte Wert der Eingangsspannung VC ”Z – 1”, und es wird erfasst, dass die Sensorspannung bei ”V1 + (a/4)” ankommt.
In der folgenden Periode T5 wird bestimmt, dass die Sensorspannung (die Eingangsspannung VC) niedriger als die Soll-Öffnungsspannung Vo ist, so dass die CPU 11 die Drosselklappe derart antreibt, dass sie zu ihrer Öffnungsseite bewegt wird.
In der folgenden Periode T6 kommt die Eingangsspannung VC zum A/D-Wandler 12 bei dem A/D-gewandelten Wert Z an, so dass die Drosselklappe 1 zu dieser Zeit bei dem Ausmaß an Öffnung gehalten wird.
Darauf folgend wird das Verteilungsschaltsignal von dem Verteilungsschaltabschnitt 15 zu einem Auswahlsignal der Eingangsspannung VD geschaltet, wobei das Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1 gehalten wird, wie es ist.
Als Ergebnis wird die Eingangsspannung von der Verteilungsschaltung 14 zum A/D-Wandler 12 von VC zu VD geschaltet.
Zu dieser Zeit ist der A/D-gewandelte Wert der Eingangsspannung VD ”Z – 1”, und es wird erfasst, dass die Sensorspannung bei ”V1 + (a/4) × 2” ankommt.
In der folgenden Periode T7 wird erfasst, dass die Sensorspannung (die Eingangsspannung VD) niedriger als die Soll-Öffnungsspannung Vo ist, so dass die CPU 11 die Drosselklappe 1 derart antreibt, dass sie zu ihrer Öffnungsseite bewegt wird.
In der folgenden Periode T8 kommt die Eingangsspannung VD zum A/D-Wandler 12 bei dem A/D-gewandelten Wert Z an, so dass die Drosselklappe 1 zu dieser Zeit bei dem Ausmaß an Öffnung gehalten wird.
Darauf folgend wird das Verteilungsschaltsignal vom Verteilungsschaltabschnitt zu einem Auswahlsignal der Eingangsspannung VA geschaltet, wobei das Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1 gehalten wird, wie es ist.
Als Ergebnis wird die Eingangsspannung von der Verteilungsschaltung 14 zum A/D-Wandler 12 von VD zu VA geschaltet.
Zu dieser Zeit ist der A/D-gewandelte Wert der Eingangsspannung VA ”Z – 1”, und es wird erfasst, dass die Sensorspannung bei ”V1 + (a/4) × 3” (= Vo) ankommt.
Das bedeutet, dass in der Periode T8 erfasst wird, dass die Sensorspannung mit der Soll-Öffnungsspannung Vo übereinstimmt.
Somit wird aufgrund der Erfassung, dass die Sensorspannung mit der Soll-Öffnungsspannung Vo übereinstimmt, das Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1 gehalten wie es ist, aber im Motor 100 könnte die Drosselklappe 1 einer äußeren Kraft, wie beispielsweise durch Einlassluft, etc. unterzogen werden, so dass es eine Möglichkeit gibt, dass das Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1 verändert werden könnte.
Demgemäß wird in einer Periode T9 nach der Periode T8 durch Schalten der zu dem A/D-Wandler 12 verteilten Spannung von VA zu VD auf periodische Weise und durch Vergleichen der Eingangsspannungen VD und VA miteinander erfasst, ob die Drosselöffnung auf dem Sollwert gehalten werden kann.
Da sich die zum Steuern des Maßes an Öffnung der Drosselklappe 1 erforderliche Auflösung gemäß dem Betriebszustand des Motors 100 ändert, ändern sich auch die Schaltperiode und die Zeitgabe der Verteilungsschaltung 14 gemäß dem Betriebszustand des Motors 100.
Wie es oben beschrieben ist, enthält die elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung den Drosselöffnungssensor 3 zum Erzeugen einer Sensorspannung entsprechend dem Ausmaß an Öffnung der Drosselklappe 1, die Widerstände 101 bis 104 (die Offset-Schaltung) zum Umwandeln der vom Drosselöffnungssensor 3 ausgegebenen Sensorspannung in die Vielzahl von Spannungen mit Offsets V1 bis V4, die Verteilungsschaltung 14 zum Verteilen der Spannungen mit Offsets V1 bis V4 zu einem einzigen Pfad, den A/D-Wandler 12 zur A/D-Umwandlung der zum einzigen Pfad verteilten Spannungen mit Offsets V1 bis V4, den Drosselöffnungserfassungsabschnitt mit dem Verteilungsschaltabschnitt 15 zum Durchführen der Verteilungsschaltsteuerung der Verteilungsschaltung 14 und dem Verarbeitungsoperationsabschnitt 16 (dem Steuerabschnitt) zum Steuern der Drosselöffnung zu einem Sollwert gemäß dem Betriebszustand des Motors 100, wobei die Spannungen mit Offsets V1 bis V4 mittels des Drosselöffnungserfassungsabschnitts unter Verwendung des einzigen billigen A/D-Wandlers 12 mit niedriger Auflösung als die Drosselöffnung (zu steuerndes Objekt) erfasst werden. Demgemäß wird ein vorteilhafter Effekt erreicht, dass eine elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor erhalten werden kann, die nachteilige Einflüsse aufgrund eines Genauigkeitsfehlers des A/D-Wandlers 12 sowie die Erzeugung eines Erfassungsfehlers aufgrund des Werts eines inneren Widerstands des Transistorschalters vermeiden kann und eine genaue Steuerung der elektronischen Drosselklappe basierend auf der mit hoher Genauigkeit erfassten Drosselöffnungsspannung durchführen kann, ohne eine Erhöhung der Kosten herauszufordern.
Zusätzlich enthält die Offset-Schaltung die Widerstände 101 bis 104 (Impedanzen) und enthält der Drosselöffnungserfassungsabschnitt den Operationsverstärker 13 (den Puffer), der zwischen dem Drosselöffnungssensor und der Offset-Schaltung eingefügt ist, und dient der Operationsverstärker 13 zum Trennen einer Seite des Drosselöffnungssensors 3 und einer Impedanzseite. Mit einer solchen Anordnung können die Impedanzen (Widerstandswerte R1 bis R4) der Offset-Schaltung reduziert werden, wodurch die Umwandlungsgenauigkeit des A/D-Wandlers 12 weiter verbessert werden kann.
Darüber hinaus enthält die Offset-Schaltung die Widerstände 101 bis 104 mit jeweils wechselseitig unterschiedlichen Impedanzwerten (Widerstandswerten R1 bis R4), die beliebig eingestellt werden können, und hat die Verteilungsschaltung 14 eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen, nimmt die Vielzahl von Spannungen mit Offsets V1 bis V4, die von den einzelnen Anschlüssen der Vielzahl von Widerständen 101 bis 104 ausgegeben werden, zur gleichen Zeit über die Vielzahl von Eingangsanschlüssen herein und gibt eine ausgewählte Spannung zum A/D-Wandler 12 ein. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, eine beliebige Steuerungsauflösung entsprechend einer erwünschten Genauigkeit im einzigen billigen A/D-Wandler 12 zu erreichen.
Weiterhin wird die Drosselöffnung durch abwechselndes Schalten und Erfassen der Vielzahl von Spannungen mit Offsets erfasst, so dass ein vorteilhafter Effekt erreicht wird, dass die aktuelle Position der Drosselöffnung mit einem hohen Maß an Genauigkeit erfasst werden kann.
Weiterhin wird eine Vielzahl von Eingangsspannungen (beim Beispiel der 5 VA und VD) zu der Verteilungsschaltung 14 abwechselnd miteinander verglichen, selbst nachdem die Drosselöffnungsspannung bei der Soll-Öffnungsspannung Vo angekommen ist. Somit ist es selbst dann, wenn die Drosselöffnung aufgrund einer äußeren Kraft, wie beispielsweise eines der Drosselklappe 1 zugeteilten Luftstroms oder einer Operationsträgheit der Drosselklappe 1, verändert wird, möglich, eine Veränderung bezüglich des Ausmaßes an Öffnung zu erfassen, um dadurch die Drosselöffnung zu dem Sollwert zu steuern.

Claims

Elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor, die folgendes aufweist: eine elektronische Drossel (1, 2), die einen Motor (100) steuert; eine CPU (11) mit einem Drosselöffnungserfassungsabschnitt, der die Drosselöffnung der elektronischen Drossel verarbeitet, und mit einem Steuerabschnitt (16), der die Drosselöffnung gemäß einem Betriebszustand des Motors (100) zu einem Sollwert steuert; wobei der Drosselöffnungserfassungsabschnitt folgendes aufweist: einen Drosselöffnungssensor (3), der eine Sensorspannung entsprechend der Drosselöffnung erzeugt; einen Offset-Teil, der die Sensorspannung in eine Vielzahl von Spannungen mit Offsets (V1 bis V4) umwandelt; eine Verteilungsschaltung (14), die die Spannungen mit Offsets (V1 bis V4) zu einem einzigen Pfad verteilt; und einen A/D-Wandler (12), der die zum einzigen Pfad verteilten Spannungen (V1 bis V4) einer A/D-Umwandlung unterzieht; dadurch gekennzeichnet, dass ein Verteilungsschaltabschnitt (15) vorgesehen ist, der eine Verteilungsschaltsteuerung des Verteilungsteils (14) durchführt, um so einzelne Ergebnisse der Umwandlung für jede der Vielzahl von Spannungen (V1 bis V4) zu erhalten, und dass die CPU (11) die Ergebnisse der Umwandlung für jede der Vielzahl von Spannungen (V1 bis V4) untereinander vergleicht, um so eine in der Auflösung erhöhte Umwandlungsgenauigkeit der zu steuernden Drosselöffnung zu erhalten.
Elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor nach Anspruch 1, wobei der Offset-Teil Impedanzen aufweist; der Drosselöffnungserfassungsabschnitt weiterhin einen Puffer (13) aufweist, der zwischen dem Drosselöffnungssensor (3) und dem Offset-Teil eingefügt ist; und der Puffer (13) zum Trennen einer Seite des Drosselöffnungssensors und der Impedanzen voneinander dient.
Elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Offset-Teil eine Vielzahl von Widerständen (101 bis 104) mit wechselseitig unterschiedlichen Impedanzwerten (R1 bis R4) aufweist, die beliebig eingestellt werden können.
Elektronische Drossel-Steuereinheit für einen Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Drosselöffnung durch abwechselndes Erfassen der Vielzahl von Spannungen mit Offsets (V1 bis V4) erfasst wird, die durch den Verteilungsschaltabschnitt (15) geschaltet werden.