JP2001090557A - 電子スロットル装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マグネットロータを診断し、その故障を検知
する機能を備えた電子スロットル装置の制御装置を提供
する。 【解決手段】 自動車用内燃機関のスロットルバルブを
電気モータで駆動する電子スロットル装置において、電
気モータＭは、回転軸１７上の異なる位置に固定された
複数のマグネットロータ３ａ，３ｂと、各マグネットロ
ータ３ａ，３ｂの周囲に配置されたステータ３３と、各
マグネットロータ３ａ，３ｂが発生する磁界を検知する
複数の磁気センサ４ａ，４ｂを具備し、磁気センサ４
ａ，４ｂの出力信号に基づいてマグネットロータ３ａ，
３ｂの故障を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子スロットル装
置の制御装置に係り、特に、内燃機関のスロットルバル
ブを駆動するアクチュエータ（電気モータ）の信頼性を
向上させた電子スロットル装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用内燃機関のスロットルバ
ルブを制御する方式として、従来のアクセルペダルによ
る機械的かつ直接的なバルブ操作に代えて、アクセルペ
ダルの操作量をセンサにより検知して電気信号に変換
し、これをモータ等のロータリアクチュエータへ供給し
てバルブを開閉させる電子スロットル装置（ドライブ・
バイ・ワイヤ；ＤＢＷ）が開発されている。

【０００３】このような電子スロットル装置では、スロ
ットルバルブの開弁方向への駆動はもちろんのこと、閉
弁方向への駆動もアクチュエータにより行われることか
ら、当該アクチュエータには多重化機能およびフェール
セーフ機能の付与が不可欠である。

【０００４】従来から、電子スロットル装置にはバルブ
リターンスプリングが設けられ、電子スロットル装置が
何らかの原因で故障したときにはアクチュエータへの給
電を停止して不動作状態とし、バルブリターンスプリン
グの弾性力でスロットルバルブを所定開度以下まで強制
的に戻すように構成されていた。しかしながら、バルブ
リターンスプリングを利用した機械的なスロットル戻し
機構は、作動摩耗等により信頼性が経年的に損なわれる
という問題があった。

【０００５】このような問題点を解決するために、例え
ば特開平８−２２８４６６号公報では、電気モータとし
て、回転軸に永久磁石のマグネットロータを備えたトル
クモータを採用し、ステータコイルへの非通電状態で
は、マグネットロータの磁力（およびターンスプリン
グ）によってスロットルバルブが所定開度以下まで強制
的に戻される機構が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、トルクモータのマグネットロータによるスロットル
戻し機構がフェールセーフとして機能するが、電子スロ
ットル装置が、そのトルクモータのマグネットロータの
不具合により機能停止すると、フェールセーフ機能も同
時に喪失してしまうという問題があった。

【０００７】すなわち、マグネットロータは一般的に、
鉄心の外周部にＳＮ極の永久磁石（ロータリーマグネッ
ト）を交互に配置して構成され、鉄心へのロータリーマ
グネットの固定は接着剤により行われることが多い。し
かしながら、接着剤は金属に比べて機械的強度が弱い上
に、熱にも弱く、経年劣化特性を有する。さらに、極め
て稀なケースではあるが、ロータリーマグネット自身が
機械的に破壊したり、磁力が減磁されて磁石として機能
しなくなる場合も想定される。

【０００８】このように、マグネットロータ自身も、そ
の機能を喪失する要因を潜在的に抱えているにもかかわ
らず、上記した従来のフェールセーフ機能は、マグネッ
トロータが常に正常であることを前提としているので、
本来の制御機能がマグネットロータの不具合により失わ
れると、フェールセーフ機能も同時に失われてしまうと
いう問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、マグネットロータを診断し、その故障を検
知する機能を備えた電子スロットル装置の制御装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、以下のような手段を講じた点に特徴
がある。

【００１１】(1) 内燃機関のスロットルバルブを駆動す
る電気モータおよびスロットルセンサを含み、前記電気
モータが、回転軸上に固定されたマグネットロータと、
前記各マグネットロータの周囲に配置され、ステータ巻
線が巻回されたステータと、前記マグネットロータが発
生する磁界を検知する磁気センサとを少なくとも含む電
子スロットル装置の制御装置において、前記スロットル
センサにより検知されたスロットル開度および前記磁気
センサの検知結果から予測されるスロットル開度に基づ
いてマグネットロータの故障を診断する故障診断手段を
具備し。

【００１２】(2) 内燃機関のスロットルバルブを駆動す
る電子スロットル装置の電気モータが、回転軸上の異な
る位置に固定された複数のマグネットロータと、前記各
マグネットロータの周囲に配置され、ステータ巻線が巻
回されたステータと、前記各マグネットロータが発生す
る磁界を検知する複数の磁気センサとを少なくとも含む
電子スロットル装置の制御装置において、前記各磁気セ
ンサの検知結果に基づいて各マグネットロータの故障を
診断する故障診断手段を具備し、前記故障診断装置は、
各磁気センサの出力信号の差分が所定値を超えると、い
ずれかのマグネットロータが故障したと診断する。

【００１３】上記した特徴(1) によれば、マグネットロ
ータに不具合が生じたときに、これを確実に検知するこ
とができる。

【００１４】上記した特徴(2) によれば、複数のマグネ
ットロータのいずれかに不具合が生じたときに、これを
確実に検知することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１、２は、本発明を適用した電子スロ
ットル装置およびその制御システムの主要部の構成を示
したブロック図であり、特に、図２は制御システムに相
当するＥＣＵの構成を機能的に示したブロック図であ
る。

【００１６】内燃機関のシリンダ１０には、吸気管１
１、排気管１２、吸気弁１３および排気弁１４が設けら
れ、吸気管１１の通路内には、内燃機関に供給する空気
量を制御するためのスロットルバルブ１５が、スロット
ルシャフト１６により揺動自在に軸支されている。前記
スロットルシャフト１６にはトルクモータＭの回転軸１
７が連結され、その回転角度すなわちスロットル開度
は、スロットル（開度）センサ１８により検知されてＥ
ＣＵ（電子制御ユニット）２０へ通知される。

【００１７】前記トルクモータＭは、回転軸１７上の異
なる位置に複数（本実施形態では、２つ）のマグネット
ロータ３ａ，３ｂを隣接配置して構成される。各マグネ
ットロータ３ａ，３ｂが発生する磁界は２つの磁気セン
サ４ａ，４ｂによってそれぞれ検知され、ＥＣＵ２０へ
通知される。トルクモータＭのステータ３３は全てのマ
グネットロータ３ａ，３ｂに共通であり、その励磁電流
すなわち磁界強度はＥＣＵ２０によって制御される。

【００１８】運転者がアクセルペダル２１を操作した際
の操作量はアクセル開度センサ２２により検知され、ア
クセル開度信号としてＥＣＵ２０へ通知される。ＥＣＵ
２０は、前記スロットルセンサ１８により検知されたス
ロットル開度、前記アクセル開度センサ２２により検知
されたアクセル開度、および車速センサや温度センサ等
により検知された車速Ｖや水温Ｔ等に基づいて、トルク
モータＭのドライバーユニット１９を制御する。

【００１９】ドライバーユニット１９は、図２に示した
ように、パワートランジスタをＨ状に接続したＨブリッ
ジ回路を備え、前記ＥＣＵ２０は、各パワートランジス
タの導通タイミングを制御してトルクモータＭに所定の
回転トルクを発生させる。

【００２０】電子スロットル装置１の制御システムとし
ての前記ＥＣＵ２０は、前記アクセル開度、車速Ｖおよ
び水温Ｔ等に基づいてスロットルバルブ１５の目標開度
を決定する目標開度決定部２０１と、前記スロットルセ
ンサ１８の出力信号に基づいてスロットルバルブ１５の
実開度を求める実開度判定部２０２と、前記各目標開度
決定部２０１および実開度判定部２０２の出力に基づい
てドライバーユニット１９を制御するモータ制御部２０
３と、前記磁気センサ４ａ，４ｂの出力信号に基づいて
各マグネットロータ３ａ，３ｂの故障を診断する故障診
断部２０４とを含む。

【００２１】前記モータ制御部２０３は、モータＭをリ
ターンスプリング６５のバネ力に抗して駆動するための
基本電流量（フィードフォワード量）を、前記目標開度
決定部２０１で決定された目標開度の関数として記憶し
ている。そして、目標開度と実開度との偏差に応じた補
正電流量（フィードバック量）を求め、常時は基本電流
量と補正電流量との和をモータＭへ供給する。

【００２２】図３は、前記電子スロットル装置１の第１
実施形態の主要部の部分破断断面図、図４は、その機能
を模式的に表現した図であり、前記と同一の符号は同一
または同等部分を表している。

【００２３】図３において、スロットルシャフト１６お
よびトルクモータＭの回転軸１７は一体的に構成され、
軸受け７１、７２および７３によりハウジング２に対し
て回転自在に軸支されている。回転軸１７の一端側には
２つのマグネットロータ３ａ，３ｂが隣接して固定さ
れ、各マグネットロータ３ａ，３ｂの端面と対向する位
置には、それぞれ磁気センサ４ａ，４ｂが設けられてい
る。前記２つのマグネットロータ３ａ，３ｂは、回転軸
１７への固定後に一括着磁される。

【００２４】図４は、非通電状態のデフォルト状態を示
し、吸気管１１より左側では、スロットルバルブ１５の
回転運動を上下方向の平行運動として表現している。

【００２５】スロットルバルブ１５は、車両が退避走行
可能な、例えばアイドル回転数よりやや高い機関回転数
に対応した空気量を供給し得る角度に維持されている。
なお、退避走行とは、モータＭへの通電が遮断された場
合でも、車両を修理工場等まで安全に移動できる自力走
行をいう。

【００２６】バルブレバー６４は、スロットルバルブ１
５の回動運動に連動して図中上下方向へ移動し、図示し
たデフォルト状態から開弁方向へは中間レバー６１を伴
って移動し、デフォルト状態から閉弁方向へはデフォル
トレバー６２を伴って移動する。中間レバー６１および
デフォルトレバー６２は、デフォルトスプリング６３の
弾性力によりバルブレバー６４を挟持するように構成さ
れている。中間レバー６１には、一端を固定されたリタ
ーンスプリング６５の他端が係合し、デフォルト状態で
は、リターンスプリング６５およびマグネットロータ３
ａ，３ｂの作用によりデフォルトストッパ５１へ押し付
けられている。

【００２７】このようなデフォルト状態を実現するた
め、トルクモータＭの回転軸１７とスロットルバルブ１
５とは、図５に示したように、前記デフォルト状態のと
きに各マグネットロータ３ａ，３ｂがステータ３３に対
してオフセット状態となり、その結果、トルクモータＭ
がオフでも閉弁方向へ常時回転トルクを発生するような
位相で、予め固定されている。

【００２８】図４のデフォルト状態からトルクモータＭ
が正転駆動されてスロットルバルブ１５が開弁方向へ回
動されると、バルブレバー６４は、中間レバー６１、デ
フォルトレバー６２およびデフォルトスプリング６３と
共に図中上方向へ移動する。このとき、スロットルバル
ブ１５の回転角度は２つのスロットルセンサ１８ａ，１
８ｂおよび磁気センサ４ａ，４ｂにより検知される。開
弁方向への動作限界は全開ストッパ５２により規定され
る。このとき、マグネットロータ３ａ，３ｂとステータ
３３との位置関係は、図６に示したようになる。

【００２９】一方、開弁状態からトルクモータＭへの通
電が中断されると、スロットルバルブ１５は、前記リタ
ーンスプリング６５の弾性力およびマグネットロータ３
ａ，３ｂの保持力で閉弁方向へ回動され、これに連動し
て、バルブレバー６４は、中間レバー６１、デフォルト
レバー６２およびデフォルトスプリング６３と共に図中
下方へ移動する。バルブレバー６４が、図４のデフォル
ト位置まで戻ると、それ以上の閉弁動作はデフォルトス
トッパ５１により阻止される。

【００３０】また、図４のデフォルト状態から、トルク
モータＭが逆転駆動されてスロットルバルブ１５が全閉
方向へ更に回動されると、バルブレバー６４は、デフォ
ルトスプリング６３による弾性力に抗して、中間レバー
６１と離れてデフォルトレバー６２と共に図中下方向へ
移動する。閉弁方向への動作限界は全閉ストッパ５３に
より規定される。

【００３１】このような構成において、トルクモータＭ
のマグネットロータ３ａ，３ｂは回転軸１７に対して同
位相で固定されているので、回転軸１７の回転角度にか
かわらず、各磁気センサ４ａ，４ｂにより検知される磁
束密度は一致する。ＥＣＵ２０の故障診断部２０４は、
各磁気センサ４ａ，４ｂの出力信号を比較し、両者の差
分が所定値を超えると、いずれかのマグネットロータ３
ａ，３ｂに不具合が生じたものと診断する。

【００３２】ＥＣＵ２０は、故障診断部２０４がマグネ
ットロータ３ａ，３ｂの故障と診断すると、以下のいず
れかのフェールセーフ動作を実行する。図７は、各フェ
ールセーフ動作における励磁電流Ｉの制御方法を示した
図である。

【００３３】(1) 第１動作…ステータ３３への給電を中
止する［図７(1) ］。この結果、機能を喪失していない
マグネットロータ（およびリターンスプリング６５）に
より、スロットルバルブ１５が図４のデフォルト位置ま
で戻されるので退避動作を実行できる。

【００３４】(2) 第２動作…ステータ３３へ常時よりも
大きな（例えば、２倍）電流を供給する［図７(2) ］。
例えば、前記基本電流量（フィードフォワード量）を２
倍に増やす。この結果、機能を喪失していないマグネッ
トロータが強く付勢されるので、常時と同様のスロット
ル制御を継続できる。

【００３５】なお、いずれのフェールセーフ動作におい
ても、マグネットロータに不具合が生じたことを運転者
に通知すべく、警告灯を点灯、あるいは警報音を発生さ
せて運転者に退避動作を促すことが望ましい。

【００３６】図８は、前記故障診断部２０４による診断
アルゴリズムの一例を示したフローチャートであり、ス
テップＳ１において主電源（例えば、イグニッションス
イッチ）のオン操作が検知されると、ステップＳ２では
磁気センサ４ａの検出信号Ｍ１が読み取られ、ステップ
Ｓ３では、磁気センサ４ｂの検出信号Ｍ２が読み取られ
る。ステップＳ４では、各検出信号Ｍ１，Ｍ２の差分Δ
Ｍが基準値Ｍref と比較され、差分ΔＭが基準値Ｍref
を上回ると、いずれかのマグネットロータが故障してい
ると診断し、ステップＳ５において、警告灯を点灯、あ
るいは警報音を発生させて運転者に退避動作を促す。

【００３７】図９は、前記電子スロットル装置１の第２
実施形態の主要部の部分破断断面図、図１０は、その動
作を示したフローチャートであり、前記と同一の符号は
同一または同等部分を表している。本実施形態は、マグ
ネットロータ３を単一構成とした点で第１実施形態とは
異なっている。

【００３８】故障診断部２０４により、ステップＳ１１
において主電源のオン操作が検知されると、ステップＳ
１２では、スロットルセンサ１８の出力信号に基づいて
スロットルの実開度θが検知される。ステップＳ１３で
は、スロットルセンサ１８を診断するために、検知され
た実開度θが所定の上下限値内に収まっているか否かが
判別される。前記所定の上下限値は、例えばスロットル
バルブ１５の全閉状態および全開状態に対応しており、
検知された実開度θが上下限値から外れていると、スロ
ットルセンサ１８を故障と診断してステップＳ２２へ進
む。ステップＳ２２では、警告灯を点灯、あるいは警報
音を発生させると共に、前記フィードバック制御を中止
してフィードフォワード制御のみを実行する。

【００３９】一方、スロットルセンサ１８が正常と診断
されると、ステップＳ１４では、磁気センサ４により磁
束密度φが検知される。なお、第１実施形態と同様に複
数の磁気センサ４ａ，４ｂを設けた場合は、その平均値
または大きい側の値で磁束密度φを代表することができ
る。

【００４０】ステップＳ１５では、検知された磁束密度
φが所定の上下限値内に収まっているか否かに基づい
て、磁気センサ４が前記スロットルセンサ１８と同様に
診断され、検知結果が上下限値から外れていると、磁気
センサ４を故障と診断してステップＳ２１へ進む。ステ
ップＳ２１では、警告灯を点灯、あるいは警報音を発生
させる。

【００４１】磁気センサ４も正常と診断されると、ステ
ップＳ１６では、検知されたスロットルの実開度θに対
応した磁気センサ４の出力対応値φthが検索される。図
１１は、スロットルの実開度θと磁気センサ４の出力対
応値（磁束密度）φthとの対応関係の一例を示した図で
あり、故障診断部２０４には、上記した対応関係がマッ
プ形式で予め記憶されており、入力された実開度θに対
応した出力対応値φthを検索する。

【００４２】ステップＳ１７では、磁気センサ４により
検知された磁束密度φと前記検索された出力対応値φth
との偏差｜φ−φth｜が基準偏差φref と比較される。
ここで、偏差｜φ−φth｜が基準偏差φref よりも小さ
ければ、磁気センサ４に異常がない旨の診断を下してス
テップＳ１８へ進み、通常制御（フィードフォワード制
御＋フィードバック制御）を継続する。

【００４３】これに対して、偏差｜φ−φth｜が基準偏
差φref よりも大きければ、ステップＳ１９においてマ
グネットロータ３の故障と診断し、ステップＳ２０で
は、警告灯を点灯、あるいは警報音を発生させると共に
モータＭへの通電を中止する。この結果、スロットルバ
ルブ１５がリターンスブリング６５により図９のデフォ
ルト位置まで戻されるので退避動作を実行できる。

【００４４】上記したように、本実施形態によれば、マ
グネットロータに不具合が生じたときに、これを確実に
検知することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が達
成される。

【００４６】(1) 請求項１の発明によれば、マグネット
ロータに不具合が生じたときに、これを確実に検知する
ことができる。

【００４７】(2) 請求項２の発明によれば、複数のマグ
ネットロータのいずれかに不具合が生じたときに、これ
を確実に検知することができる。

【００４８】(3) 請求項３の発明によれば、一部のマグ
ネットロータに不具合が生じても、機能を喪失していな
い他のマグネットロータが常時よりも強く付勢されるの
で、常時と同様のスロットル制御を継続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電子スロットル装置およびそ
の制御システムの主要部の構成を示したブロック図であ
る。

【図２】ＥＣＵの機能ブロック図である。

【図３】本発明を適用した電子スロットル装置の第１実
施形態の断面図である。

【図４】電子スロットル装置の構成を模式的に示した図
である。

【図５】トルクモータの非駆動状態を示した図である。

【図６】トルクモータの駆動状態を示した図である。

【図７】フェールセーフ動作時におけるトルクモータの
励磁方法を示した図である。

【図８】第１実施形態の故障診断アルゴリズムのフロー
チャートである。

【図９】本発明を適用した電子スロットル装置の第２実
施形態の断面図である。

【図１０】第２実施形態の故障診断アルゴリズムのフロ
ーチャートである。

【図１１】スロットルの実開度と磁気センサの出力との
対応関係を示した図である。

【符号の説明】

３，３ａ，３ｂ…マグネットロータ、４，４ａ，４ｂ…
磁気センサ、１０…シリンダ、１１…吸気管、１５…ス
ロットルバルブ、１６…スロットルシャフト、１８…ス
ロットルセンサ、１９…ドライバーユニット、２０…Ｅ
ＣＵ，３３…ステータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 33/02 Ｈ０２Ｋ 33/02 Ｂ (72)発明者 高橋 潤 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 鈴木 栄 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3G065 CA34 CA38 DA05 FA12 GA09 GA11 GA41 GA46 HA21 HA22 JA04 JA09 JA11 KA02 KA14 3G084 BA05 DA27 DA31 DA33 EA11 EB12 EC03 FA05 FA10 FA20 3G301 JB02 JB09 LA03 LC03 ND02 PA11A PE08Z PF01Z PF03Z 5H633 BB08 BB15 GG02 GG04 GG09 GG21 GG23 HH03 HH07 HH08 JA08 JB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のスロットルバルブを駆動する
   電気モータおよびスロットルセンサを含み、 前記電気モータが、 回転軸上に固定されたマグネットロータと、 前記各マグネットロータの周囲に配置されたステータお
   よびその巻線と、 前記マグネットロータが発生する磁界を検知する磁気セ
   ンサとを少なくとも含む電子スロットル装置の制御装置
   において、 前記スロットルセンサにより検知されたスロットル開度
   および前記磁気センサの検知結果から予測されるスロッ
   トル開度に基づいてマグネットロータの故障を診断する
   故障診断手段を具備したことを特徴とする電子スロット
   ル装置の制御装置。
2. 【請求項２】 内燃機関のスロットルバルブを駆動する
   電子スロットル装置の電気モータが、 回転軸上の異なる位置に固定された複数のマグネットロ
   ータと、 前記各マグネットロータの周囲に配置されたステータお
   よびその巻線と、 前記各マグネットロータが発生する磁界を検知する複数
   の磁気センサとを少なくとも含む電子スロットル装置の
   制御装置において、 前記各磁気センサの検知結果に基づいて各マグネットロ
   ータの故障を診断する故障診断手段を具備し、 前記故障診断装置は、各磁気センサの出力信号の差分が
   所定値を超えると、いずれかのマグネットロータが故障
   したと診断することを特徴とする電子スロットル装置の
   制御装置。
3. 【請求項３】 前記故障診断手段がいずれかのマグネッ
   トロータを故障と診断すると、前記電気モータへ常時よ
   りも大きな電流を供給することを特徴とする請求項２に
   記載の電子スロットル装置の制御装置。