JP2004011564A - モータ駆動式スロットル弁の制御方法及びモータ駆動式スロットル弁制御装置 - Google Patents
モータ駆動式スロットル弁の制御方法及びモータ駆動式スロットル弁制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004011564A JP2004011564A JP2002168005A JP2002168005A JP2004011564A JP 2004011564 A JP2004011564 A JP 2004011564A JP 2002168005 A JP2002168005 A JP 2002168005A JP 2002168005 A JP2002168005 A JP 2002168005A JP 2004011564 A JP2004011564 A JP 2004011564A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- throttle valve
- value
- deviation
- throttle
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
- F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
- F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
- F02D11/106—Detection of demand or actuation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/0007—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for using electrical feedback
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
- F02D9/02—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning induction conduits
- F02D2009/0201—Arrangements; Control features; Details thereof
- F02D2009/0284—Throttle control device with means for signalling a certain throttle opening, e.g. by a steplike increase of throttle closing spring force
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1409—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using at least a proportional, integral or derivative controller
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/1422—Variable gain or coefficients
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
- F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
- F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
Abstract
【課題】電子制御スロットルのスロットル弁の位置制御で、位置の目標値が微小に変化する場合、非線形な摩擦の影響が大きく、制御ゲインを大きくするなど従来の方法では弁の応答がハンチングしてしまう。また、弁の動作も微小変化時は再現性が確保しにくい。このためエンジンのアイドル回転数制御に要求される空気量の制御性を電子制御スロットルで実現するのは難しい。
【解決手段】スロットル弁の位置が目標値に近づいたら位置制御の積分計算を中止し、目標値との偏差が大きくなったら積分計算を再開する。また、目標値の変化に同期して、積分値に、摩擦分がない場合、モータとばねとがつり合うモータ出力を設定する。
【選択図】 図５
【解決手段】スロットル弁の位置が目標値に近づいたら位置制御の積分計算を中止し、目標値との偏差が大きくなったら積分計算を再開する。また、目標値の変化に同期して、積分値に、摩擦分がない場合、モータとばねとがつり合うモータ出力を設定する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットル弁をモータによって電子制御する装置に関し、特にスロットル弁の位置をフィードバック制御するスロットル弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御スロットルの位置制御にはアイドル回転数を一定に制御するためにスロットル弁の位置分解能を向上する技術が従来から使われている。位置制御は、センサで検出したスロットル弁の位置をマイコンのＡ／Ｄ変換器でディジタル化し、ソフトウエアによって、目標となるスロットル弁位置との差（以下、偏差）に基づいてスロットル弁が目標値に一致するようにＰＩＤ制御などを利用してモータを制御するものである。
【０００３】
このため、スロットル弁を０．１度など微細に動かそうとすると、モータ，ギア及び弁の回転軸に発生する摩擦に加えて、モータに直流機を利用した場合はブラシの摩擦の影響が無視できなくなり、目標とする位置が数十度など大きく変化したときに比べて、目標値に一致するまでの時間がかかる。
【０００４】
そこで特開平１０−４７１３５号公報や特開平７−３３２１３６号公報ではスロットル弁の位置と目標とする位置との偏差が小さくなるにつれてＰＩＤ制御のゲインを大きくしたり、あるいは国際公開公報ＷＯ９９／５３１８２号公報では微小開度制御時には大きな補正係数に切替えたりすることが記載されている。
【０００５】
さらには特開平１０−２３８３７０号公報や特開２００１−７３８１７号公報ではスロットル弁に作用する戻しばねとデフォルトばね（退避走行用ばね）との作用力の切り替わり位置付近では積分項を特定の値（積分項を除去することも含む）に制御したりする方法が記載されている。
【０００６】
一般的なマイコン内蔵のＡ／Ｄ変換器の分解能は１０ビットまでであるので、弁の全閉から全開までは約９０度であるので１０ビットでのＡ／Ｄ変換では位置検出の分解能が約０．１度となり、０．１度の精度で制御することは不可能である。そこで、制御分解能が必要なアイドル回転数制御に対応する全閉から１０度付近の領域に限って位置検出の分解能を向上するため、位置センサの出力に例えば４倍のアンプを通してＡ／Ｄ変換を施すことで分解能を２ビット増加させている（特開平６−１０１５５０号公報参照）。
【０００７】
また、オーバーサンプリングによりＡ／Ｄ変換後の処理を使って位置検出の分解能を向上する方法も利用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のいずれの方法でも目標位置の微小ステップに対してスロットル弁を精度よく追従させるのは容易ではない。
【０００９】
スロットル弁の静止しているときの摩擦と動いているときの摩擦の大きさが異なることと、摩擦の状態が急激に変化することが、摩擦の特徴でＰＩＤ制御など通常の線形制御方式ではハンチングが生じやすくなる（静止している弁にトルクを加え、一定の割合で増加させた場合、の摩擦の概念を図４に示す）。
【００１０】
制御ゲインやトルクを大きくして、静止しているスロットル弁を動かすと摩擦が急激に減少し、目標位置を超えてしまい、再び逆方向のトルクを加えなくてはならなくなる。
【００１１】
したがって、ゲインを増加する方法ではハンチングを抑えることは困難であり、また、静止摩擦の最大値は再現性がなく、弁の応答にばらつきがでるという問題もある。
【００１２】
位置センサの信号をアンプで増幅し、Ａ／Ｄ変換の分解能を等価的に向上する方法では、自動車の環境からのノイズにより、分解能向上が増幅率から期待される値より小さくなってしまうことと、アンプの増幅率にばらつきがあるため位置精度にもばらつきが生じてしまうという問題がある。
【００１３】
オーバーサンプリングにより分解能を向上するには、Ａ／Ｄ変換の平均値が信号レベルに対応することが前提であるが、多くのＡ／Ｄ変換器はこのことを保証しているわけではない。
【００１４】
したがって、オーバーサンプリングの回数から期待されるほどは、分解能は向上しない。また、位置制御の周期に対して十分短い時間で多くのＡ／Ｄ変換をしなければならないため、高速のＡ／Ｄ変換器を必要としたり、マイコンのソフトウエアの負荷率が高くなるといった問題がある。
【００１５】
また、制御分解能向上のため吸気管を加工して（ボアを球面形状に加工する）スロットル弁の位置に対する空気量の感度を下げたり、高分解能のＡ／Ｄ変換器を採用するなどの方法ではコストが高くなるという問題がある。
【００１６】
上記従来技術のいずれの方法を用いても、スロットル弁の位置分解能あるいは空気量の制御分解能をある程度向上することは可能であるが、摩擦など不感帯に起因するスロットル弁のハンチングを完全に防ぐのは難しく、また、応答の再現性を確保するのも困難である。
【００１７】
スロットル弁のハンチングや再現性のない動作（経年変化の影響を受けた動作）はアイドル回転数制御をはじめとするエンジン制御に悪影響を及ぼす。ハンチングにはモータや位置センサなどスロットルの回転部分を摩耗させて経年変化を来たすという問題もある。
【００１８】
本発明は、このような従来技術の問題点について着目してなされたもので、スロットル弁のハンチングを防ぎ、再現性良く（経年変化の影響を受けず）位置制御の分解能を向上するスロットル弁の制御装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では基本的に、スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力として前回の出力値と同じ値を出力するように構成した。また、偏差の所定値はアイドル回転数制御においてスロットル弁の制御に要求される角度である０．１度を上限とした。
【００２０】
また本発明を別の見方で捕らえると、スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力の演算の中の積分項の演算を停止するものであるといえる。
【００２１】
またさらに、スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力としてばねの力に見合った値を出力するものであるともいえる。
【００２２】
この方法を実現する制御装置は、第一の発明では、
スロットル弁の位置を検出するスロットル弁位置検出手段と、
入力信号に対応して所定の位置までスロットル弁を回転または移動させるスロットル弁駆動手段と、
運転者がアクセルペダルの踏み込んだ量に応じて、目標とすべきスロットル弁の位置を計算する目標スロットル位置計算手段と、
目標とすべきスロットル弁の位置と実際のスロットル弁の位置を比較して、位置偏差を計算するスロットル弁位置偏差計算手段と
位置偏差を小さくするようにスロットル弁を回転または移動させる制御信号を所定のタイミングで計算しスロットル弁駆動手段に供給する制御計算手段を備え、
この制御計算手段は位置偏差の絶対値を監視し、所定値以下になったときには、制御信号の計算を中止し、その時点にスロットル駆動手段に与えていた信号を保持することで出力を固定し、位置偏差の絶対値が所定値を超えたときには再び位置偏差の大きさに対応した制御信号を計算し、スロットル駆動手段に位置偏差を小さくするための信号を供給するよう構成した。
【００２３】
第二の発明では、
スロットル弁の位置を検出するスロットル弁位置検出手段と、
入力信号に対応して所定の位置までスロットル弁を回転または移動させるスロットル弁駆動手段と、
運転者がアクセルペダルの踏み込んだ量に応じて、目標とすべきスロットル弁の位置を計算する目標スロットル位置計算手段と、
目標とすべきスロットル弁の位置と実際のスロットル弁の位置を比較して、位置偏差を計算するスロットル弁位置偏差計算手段と、
位置偏差に所定値を乗じて積分し、積分値をスロットル弁駆動手段に入力する積分値計算手段とに加えて積分値設定手段とを備え、
積分値設定手段は位置偏差と目標スロットル弁位置との少なくても一方によって積分値計算手段が計算した積分値を変更するよう構成した。
【００２４】
【発明の実施の形態】
エンジンへの吸入空気量を制御するスロットル弁は、アクセルペダルの位置や運転状態から最適な空気量をマイクロコンピュータ（以下マイコンと呼ぶ）で求め、モータによってスロットル弁を最適な位置に制御する、いわゆる電子制御スロットル装置として構成されている。
【００２５】
しかし運転者のアクセル操作によって要求されるトルクを得るために必要な空気量とエンジンが実際に必要とするトルクを得るための空気量との関係はエンジンの運転状態によって変化し、常に一定と言うわけではない。例えば、燃費低減を狙った筒内噴射エンジンでは運転状態によって、均質燃焼と成層燃焼の燃焼方式を切り換えるため、両燃焼方式の違いによりアクセル踏込み量に対する要求空気量に差が出る。また、ポート噴射エンジンであってもアイドル制御弁やオートクルーズ装置として機能するとき、アクセルの踏込み量では調整できないきめ細かい制御が要求される。
【００２６】
電子制御スロットルの位置制御はスロットル弁の位置を目標位置に一致させるもので、両者の偏差に基づいたフィードバック制御が利用されている。走行時は運転者に加減速の違和感を感じさせないようにメカ式のスロットル弁と同程度の応答性が必要である。アイドル時は、スロットル弁を用いて従来のアイドル回転数制御用のバイパス弁と同等の精度で空気量を調整しなくてはならないため、スロットル弁の位置制御としては０．１度以下、例えば０．０５度と言った高い分解能が必要になる。また、弁の動作の再現性、すなわち、経年変化（例えば機械部分のフリクションの変化，バネ特性の変化などによる）を生じることなく長期に亘って同じ特性で制御できることも当然重要である。
【００２７】
図１に従来のオーバーサンプリングの概念を示す。スロットル弁の全閉（０度）から全開（９０度）までが位置センサの１Ｖから４Ｖに対応しており、Ａ／Ｄ変換器の入力範囲は０から５Ｖであるとき、１０ビットのＡ／Ｄ変換器の１ビットは約０．０８８度であるが、電圧としては５ｍＶに相当するので末尾のビット
（ＬＳＢ）付近はノイズの影響が大きく分解能が低下する。そこで図１のように例えば、連続８回、Ａ／Ｄ変換器によるサンプリングし、その平均値をもって真のセンサ出力とする。この方法では８回のオーバーサンプリングで形式的には３ビット分だけ分解能が増加することになる。
【００２８】
図２に示すようにスロットル弁位置に対する空気量の感度を（ａ）から（ｂ）に下げることができれば、位置検出分解能の向上と同様の効果が得られる。例えば、図３に示すようにスロットル弁の全閉付近では弁が開いても開口面積が急激には増加しないように弁の軌道に沿って吸気管の形状を変更する方法がある。これら従来技術と本実施例との違いを以下説明する。
【００２９】
図７に本発明の一実施例であるスロットル弁の制御装置の構成を示す。吸気管７０に設けられたスロットル弁７１はバタフライ弁であり、減速ギア７２を介して直流モータ７３により駆動される。スロットル弁７１は図示しないエアクリーナから流入する空気を適当に調整しやはり図示しないエンジンに供給する。スロットル弁７１の回転軸に取り付けられたばね７４は、モータがトルクを発生しなければスロットル弁が一定の位置に戻るように設定されている。これによりエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵ）７５が異常を検出してモータ駆動回路７６をオフにした場合も、所定の空気量を確保して、エンジンが停止したり回転数が異常に高くなったりせず、最寄りの修理工場などまでは走行できるフェールセーフ機能を実現している。ＥＣＵ７５はアクセルペダルの位置センサ７７とスロットル弁の位置センサ７８の信号をＡ／Ｄ変換する。次に、エンジンの運転状態に応じて目標となるスロットル弁の位置を求め、測定したスロットル弁の位置との差（偏差）に基づいて、偏差が少なくなるようにＰＩＤ制御などのフィードバック制御を用いて、駆動回路に与えるべき信号を計算する。この信号はＰＷＭ信号として駆動回路に伝え、駆動回路はこのＰＷＭ信号を増幅しモータを駆動する。
【００３０】
図８にスロットル弁の制御装置の図７とは異なる構成を示す。図７の構成とは異なり、エンジンを制御するＥＣＵ７５に加えて、主にスロットルを動かす制御装置８０（以下、ＴＣＵ）が付加されている。ＥＣＵ７５ではアクセルペダルの位置センサ７７の信号をＡ／Ｄ変換し、エンジンの運転状態に応じて目標となるスロットル弁の位置を求め、これをシリアル通信でＴＣＵ８０に転送する。ＴＣＵ８０はスロットル弁の位置センサ７８の信号をＡ／Ｄ変換し、これと目標となるスロットル弁の位置とが一致するようなデューティー比のＰＷＭ信号を出力する。これを駆動回路７６に伝え、駆動回路７６はこのＰＷＭ信号を増幅しモータを駆動する点は図７の構成と同じである。
【００３１】
図９はスロットル弁の回転軸に取り付けられたばねの特性を示している。ばねにはプリロードが設定されており、デフォルト位置を境にスロットル弁に加えられるトルクの符号が反転する。デフォルト位置から離れるにしたがってトルクは大きくなるが、基本的にはプリロードのトルクがばねによるトルクのほとんどを占める。スロットル弁を特定の位置で静止させるためには、ばねにつり合うトルクを発生する必要がある。アイドル回転数制御などでスルットル弁を特定の範囲内で０．１度など微細に動かすときには、応答の過渡状態を除けば、モータに必要なトルクはほぼ一定になる。
【００３２】
図１０にスロットル弁の位置制御装置のブロック図を示す。位置制御としてはＰＩＤ制御を利用する。この制御は目標となる位置と位置センサで測定した位置とが一致するように、モータの駆動回路に入力するＰＷＭのデューティ比を計算するものである。位置の目標値と測定値との偏差の比例分，積分および微分をそれぞれ計算し、それらの合計がＰＷＭのデューティ比となる。目標となるスロットル位置が０．１度程度変化したときの制御の挙動を考えると、基本的には偏差が小さいので比例分はほぼ０になる。また、微分も弁の速度は大きくないためほぼ０である。しかし、スロットル弁はほぼ一定の位置を保持することが必要で、ＰＷＭのデューティ比はばねのトルクに対応する値になっている。したがって、この場合、デューティ比のほとんどは積分が分担していることになる。
【００３３】
以下、スロットル弁の位置制御方式の詳細を述べる。まず、スロットル弁のハンチングを防ぐ方法、次に、弁を再現性よく動作させる方法を説明する。
【００３４】
図１１は従来のスルットル弁の位置制御を用いたときのスロットル弁の値と駆動回路に加えるＰＷＭ信号のデューティを概念的に表したもので、ハンチングが発生する場合である。スロットル弁が目標値に近づき、弁のスピードが低下すると摩擦の影響が大きくなり、目標値に一致せずに静止してしまう。このときモータのトルクはばねだけでなく摩擦を含めたトルクとつり合うことになる。また、偏差は０ではないため積分計算によって積分値が時間と共に増加するが、静止摩擦もモータのトルクにしたがって増加するので、スロットル弁は静止したままになる。モータのトルクが静止摩擦の最大値を超えると動摩擦の領域になり摩擦が急激に減少するので、スロットル弁は目標値を超えて動いてしまう。制御は、偏差の符号が反転するので、積分値は減少を始めるが再び目標に一致しないで静止してしまう。目標位置の微小なステップ動作に対するスルットル弁の応答はこの繰り返しでハンチングが発生する。
【００３５】
そこで、図１２にあるようにスロットル弁が目標値に接近し、偏差の絶対値が所定値を下回った場合は積分の計算を中止し、スロットル弁を静止させ、モータに加えるＰＷＭのデューティー比も固定する。これにより、偏差はわずかに残るがスロットル弁のハンチングを避けることができる。なお、図１０のブロック図では位置制御にＰＩＤを利用したので積分計算は明示的に表れるが、制御によっては積分計算が明示的でなく、ディジタルフィルタの一部としてソフトウエア上に実現されるものもある。しかし、目標値に追従することを目的としたサーボ制御では、積分計算はディジタルフィルタとして等価的に実行されている。そのような制御を利用している場合は、積分に対応するディジタルフィルタの計算を中止することで同等の効果を得ることができる。また、目標値が変化するなどして偏差の絶対値が所定の範囲を超えたときは、積分計算を再開し、スルットル弁が目標値に追従できるようにする。
【００３６】
以上、説明した方法の処理内容をフローチャートにまとめたのが図１３である。この計算は２ｍｓなど所定の周期毎に実行する。ステップ１３１では位置センサで測定したスロットル弁の位置とその目標値との偏差を計算する。ステップ
１３２では偏差に比例ゲインを乗じ、比例分を求める。ステップ１３３では偏差の差分に微分ゲインを乗じる。ステップ１３４では偏差の絶対値を評価し、例えば１度以下であれば積分の計算をせずにステップ１３７に移行する。そうでなければステップ１３５で、偏差に積分ゲインを乗じて、ステップ１３６で前回の積分値に加算する。ステップ１３７では以上計算した比例，微分，積分の各成分を合計して、ＰＷＭのデューティを求める。ここで偏差の絶対値が１度以下のときは合計する積分値は前回の積分値を使うことになる。
【００３７】
次に目標位置の微小なステップ動作に対するスルットル弁の応答に再現性を持たせる方法について述べる。図１４は前述のハンチングを抑えるスルットル弁の位置制御を用いたときの、スロットル弁の値と駆動回路に加えるＰＷＭ信号のデューティを概念的に表したもので、目標値に対してスロットル弁の応答には再現性がない。目標値のステップ幅は０．１度など微小であり、摩擦がないときに理想的にモータとばねがつり合い、スロットル位置が保持されるトルク（デューティ比）の基準値は一定と考えてよい。またこの静止時のトルクは位置制御の積分値に対応している。しかし、実際には回転部分には摩擦があり、また摩擦の大きさにはばらつきがあるため、スロットル弁が目標値に近づいたときのデューティ比は基準値と一致せず、また毎回、異なる値になる。したがって、保持する積分値にもばらつきが生じるので目標値が変化したときは当然、毎回、異なる積分値から積分計算をはじめることになる。弁が回転を始めると摩擦は急激に減少するため、この保持されているデューティ比の大きさによって、弁の動作が変わってしまう。これは、制御ゲインは摩擦を含めて調整しても、ばらつきまでは考慮できないからである。ばねのトルクが弁を閉じる方向とすると、デューティ比の保持値が、摩擦なしでばねにつり合う基準値より小さいときは、弁の応答時間が長くなり、保持値が基準値より大きいときは弁の応答にオーバーシュートを生じる。これを解消するためには図１５のように指令値が変化したとき、保持されている積分値を基準値に設定し直せばよい。そうすれば各ステップ応答で同じに設定した基準値から積分計算を始めることになり、応答の再現性が向上する。なお、前述の一定の条件下で積分を中止する方法と、積分値を所定値に設定する方法は上記の説明のように併用することも可能であるが、別々に使用してもそれぞれの効果を上げることができる。
【００３８】
以上、説明した方法の処理内容をフローチャートにまとめたのが図１６である。この計算は２ｍｓなど所定の周期毎に実行する。ステップ１６１では位置センサで測定したスロットル弁の位置とその目標値との偏差を計算する。ステップ
１６２では偏差の絶対値が所定値以下で、かつ目標値の差分が所定の範囲かどうかを評価する。すなわち、弁の静止状態から目標値が微小なステップ状の変化をしたときを検出する。目標値変化が微小でないときは積分値を設定し直す必要はないのでステップ１６５に移行する。静止状態から目標値が微小ステップ状に変化したときはステップ１６３でスロットル弁の位置に応じた、理想的にばねとつり合うデューティ比（基準値）を求める。動摩擦は再現性が高く測定も容易なので、この基準値は動摩擦を含めてばねとつり合うデューティ比としてもよい。この場合は目標値の変化の方向に応じて動摩擦の符号が変わるので、対応して基準値も計算する必要がある。ステップ１６４では基準値に対応するデューティ比から偏差が０ではないため、わずかに残る比例分を引いて、設定すべき積分値を求める。ステップ１６５ではＰＩＤ制御など通常の位置制御の計算をする。
【００３９】
本発明の実施態様について以下説明する。
【００４０】
第二の発明では、位置偏差の絶対値が所定値以下になったときは、摩擦などの不感帯によるハンチングを防ぐため、積分値設定手段は積分値計算手段での積分計算を中止し、積分値を保持し、位置偏差の絶対値が所定値以上になったとき再び積分計算を始めてもよい。
【００４１】
さらに、第二の発明では、位置偏差の絶対値が所定値以下であって、目標スロットル位置が所定の変化率以上で変化したとき、あるいは位置偏差の絶対値が所定値を超えたときは、積分値設定手段により積分値を所定の値に設定してもよい。積分値に設定する値としては、スロットル弁が現在のスロットル位置とは異なる、目標スロットル位置で、想定していない摩擦などの影響がなく理想的に静止していることに対応する値を予め使用してもよいし、スロットル弁が現在のスロットル位置で想定していない摩擦などの影響がなく理想的に静止していることに対応する値を使用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のスロットル弁の制御装置によれば、スロットル弁を目標とする位置に一致させる位置制御で、目標値の微小な変化に対して弁のハンチングを防ぎ、位置分解能を向上することができる。また、目標値の微小な変化に対して、弁の応答の再現性を高くすることができる。これによりアイドル回転数制御などエンジン制御の性能向上が可能である。また、スロットル位置に対する空気量の感度を下げるために吸気管の加工などをする必要がなくなり、コスト面でも有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オーバーサンプリングの方式を表す概念図。
【図２】スロットル弁の位置と空気量の関係図。
【図３】吸気管を加工してスロットル弁の位置に対する空気量の感度を下げる方法を示す概念図。
【図４】スロットル弁の摩擦の動作を表す概念図。
【図５】本発明であるスロットル弁の制御装置の第一の構成図。
【図６】本発明であるスロットル弁の制御装置の第二の構成図。
【図７】本発明の一実施例に係わる電子制御スロットルの第一の構成図。
【図８】本発明の一実施例に係わる電子制御スロットルの第二の構成図。
【図９】スロットル弁の位置とばねのトルクとの関係図。
【図１０】本発明であるスロットル弁の位置制御装置の構成図。
【図１１】スロットル弁がハンチングするときの位置とデューティを表す概念図。
【図１２】本発明を用いてスロットル弁のハンチングを抑えたときの位置とデューティを表す概念図。
【図１３】本発明の第一の処理を示すフローチャート。
【図１４】スロットル弁の動作に再現性がないときの位置とデューティを表す概念図。
【図１５】本発明を用いてスロットル弁の動作の再現性を向上したときの位置とデューティを表す概念図。
【図１６】本発明の第二の処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
７０…吸気管、７１…スロットル弁、７２…減速ギア、７３…直流モータ、
７４…ばね、７５…ＥＣＵ、７６…駆動回路、７７…アクセルペダルの位置センサ、７８…スロットル弁の位置センサ、８０…ＴＣＵ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットル弁をモータによって電子制御する装置に関し、特にスロットル弁の位置をフィードバック制御するスロットル弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御スロットルの位置制御にはアイドル回転数を一定に制御するためにスロットル弁の位置分解能を向上する技術が従来から使われている。位置制御は、センサで検出したスロットル弁の位置をマイコンのＡ／Ｄ変換器でディジタル化し、ソフトウエアによって、目標となるスロットル弁位置との差（以下、偏差）に基づいてスロットル弁が目標値に一致するようにＰＩＤ制御などを利用してモータを制御するものである。
【０００３】
このため、スロットル弁を０．１度など微細に動かそうとすると、モータ，ギア及び弁の回転軸に発生する摩擦に加えて、モータに直流機を利用した場合はブラシの摩擦の影響が無視できなくなり、目標とする位置が数十度など大きく変化したときに比べて、目標値に一致するまでの時間がかかる。
【０００４】
そこで特開平１０−４７１３５号公報や特開平７−３３２１３６号公報ではスロットル弁の位置と目標とする位置との偏差が小さくなるにつれてＰＩＤ制御のゲインを大きくしたり、あるいは国際公開公報ＷＯ９９／５３１８２号公報では微小開度制御時には大きな補正係数に切替えたりすることが記載されている。
【０００５】
さらには特開平１０−２３８３７０号公報や特開２００１−７３８１７号公報ではスロットル弁に作用する戻しばねとデフォルトばね（退避走行用ばね）との作用力の切り替わり位置付近では積分項を特定の値（積分項を除去することも含む）に制御したりする方法が記載されている。
【０００６】
一般的なマイコン内蔵のＡ／Ｄ変換器の分解能は１０ビットまでであるので、弁の全閉から全開までは約９０度であるので１０ビットでのＡ／Ｄ変換では位置検出の分解能が約０．１度となり、０．１度の精度で制御することは不可能である。そこで、制御分解能が必要なアイドル回転数制御に対応する全閉から１０度付近の領域に限って位置検出の分解能を向上するため、位置センサの出力に例えば４倍のアンプを通してＡ／Ｄ変換を施すことで分解能を２ビット増加させている（特開平６−１０１５５０号公報参照）。
【０００７】
また、オーバーサンプリングによりＡ／Ｄ変換後の処理を使って位置検出の分解能を向上する方法も利用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のいずれの方法でも目標位置の微小ステップに対してスロットル弁を精度よく追従させるのは容易ではない。
【０００９】
スロットル弁の静止しているときの摩擦と動いているときの摩擦の大きさが異なることと、摩擦の状態が急激に変化することが、摩擦の特徴でＰＩＤ制御など通常の線形制御方式ではハンチングが生じやすくなる（静止している弁にトルクを加え、一定の割合で増加させた場合、の摩擦の概念を図４に示す）。
【００１０】
制御ゲインやトルクを大きくして、静止しているスロットル弁を動かすと摩擦が急激に減少し、目標位置を超えてしまい、再び逆方向のトルクを加えなくてはならなくなる。
【００１１】
したがって、ゲインを増加する方法ではハンチングを抑えることは困難であり、また、静止摩擦の最大値は再現性がなく、弁の応答にばらつきがでるという問題もある。
【００１２】
位置センサの信号をアンプで増幅し、Ａ／Ｄ変換の分解能を等価的に向上する方法では、自動車の環境からのノイズにより、分解能向上が増幅率から期待される値より小さくなってしまうことと、アンプの増幅率にばらつきがあるため位置精度にもばらつきが生じてしまうという問題がある。
【００１３】
オーバーサンプリングにより分解能を向上するには、Ａ／Ｄ変換の平均値が信号レベルに対応することが前提であるが、多くのＡ／Ｄ変換器はこのことを保証しているわけではない。
【００１４】
したがって、オーバーサンプリングの回数から期待されるほどは、分解能は向上しない。また、位置制御の周期に対して十分短い時間で多くのＡ／Ｄ変換をしなければならないため、高速のＡ／Ｄ変換器を必要としたり、マイコンのソフトウエアの負荷率が高くなるといった問題がある。
【００１５】
また、制御分解能向上のため吸気管を加工して（ボアを球面形状に加工する）スロットル弁の位置に対する空気量の感度を下げたり、高分解能のＡ／Ｄ変換器を採用するなどの方法ではコストが高くなるという問題がある。
【００１６】
上記従来技術のいずれの方法を用いても、スロットル弁の位置分解能あるいは空気量の制御分解能をある程度向上することは可能であるが、摩擦など不感帯に起因するスロットル弁のハンチングを完全に防ぐのは難しく、また、応答の再現性を確保するのも困難である。
【００１７】
スロットル弁のハンチングや再現性のない動作（経年変化の影響を受けた動作）はアイドル回転数制御をはじめとするエンジン制御に悪影響を及ぼす。ハンチングにはモータや位置センサなどスロットルの回転部分を摩耗させて経年変化を来たすという問題もある。
【００１８】
本発明は、このような従来技術の問題点について着目してなされたもので、スロットル弁のハンチングを防ぎ、再現性良く（経年変化の影響を受けず）位置制御の分解能を向上するスロットル弁の制御装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では基本的に、スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力として前回の出力値と同じ値を出力するように構成した。また、偏差の所定値はアイドル回転数制御においてスロットル弁の制御に要求される角度である０．１度を上限とした。
【００２０】
また本発明を別の見方で捕らえると、スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力の演算の中の積分項の演算を停止するものであるといえる。
【００２１】
またさらに、スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力としてばねの力に見合った値を出力するものであるともいえる。
【００２２】
この方法を実現する制御装置は、第一の発明では、
スロットル弁の位置を検出するスロットル弁位置検出手段と、
入力信号に対応して所定の位置までスロットル弁を回転または移動させるスロットル弁駆動手段と、
運転者がアクセルペダルの踏み込んだ量に応じて、目標とすべきスロットル弁の位置を計算する目標スロットル位置計算手段と、
目標とすべきスロットル弁の位置と実際のスロットル弁の位置を比較して、位置偏差を計算するスロットル弁位置偏差計算手段と
位置偏差を小さくするようにスロットル弁を回転または移動させる制御信号を所定のタイミングで計算しスロットル弁駆動手段に供給する制御計算手段を備え、
この制御計算手段は位置偏差の絶対値を監視し、所定値以下になったときには、制御信号の計算を中止し、その時点にスロットル駆動手段に与えていた信号を保持することで出力を固定し、位置偏差の絶対値が所定値を超えたときには再び位置偏差の大きさに対応した制御信号を計算し、スロットル駆動手段に位置偏差を小さくするための信号を供給するよう構成した。
【００２３】
第二の発明では、
スロットル弁の位置を検出するスロットル弁位置検出手段と、
入力信号に対応して所定の位置までスロットル弁を回転または移動させるスロットル弁駆動手段と、
運転者がアクセルペダルの踏み込んだ量に応じて、目標とすべきスロットル弁の位置を計算する目標スロットル位置計算手段と、
目標とすべきスロットル弁の位置と実際のスロットル弁の位置を比較して、位置偏差を計算するスロットル弁位置偏差計算手段と、
位置偏差に所定値を乗じて積分し、積分値をスロットル弁駆動手段に入力する積分値計算手段とに加えて積分値設定手段とを備え、
積分値設定手段は位置偏差と目標スロットル弁位置との少なくても一方によって積分値計算手段が計算した積分値を変更するよう構成した。
【００２４】
【発明の実施の形態】
エンジンへの吸入空気量を制御するスロットル弁は、アクセルペダルの位置や運転状態から最適な空気量をマイクロコンピュータ（以下マイコンと呼ぶ）で求め、モータによってスロットル弁を最適な位置に制御する、いわゆる電子制御スロットル装置として構成されている。
【００２５】
しかし運転者のアクセル操作によって要求されるトルクを得るために必要な空気量とエンジンが実際に必要とするトルクを得るための空気量との関係はエンジンの運転状態によって変化し、常に一定と言うわけではない。例えば、燃費低減を狙った筒内噴射エンジンでは運転状態によって、均質燃焼と成層燃焼の燃焼方式を切り換えるため、両燃焼方式の違いによりアクセル踏込み量に対する要求空気量に差が出る。また、ポート噴射エンジンであってもアイドル制御弁やオートクルーズ装置として機能するとき、アクセルの踏込み量では調整できないきめ細かい制御が要求される。
【００２６】
電子制御スロットルの位置制御はスロットル弁の位置を目標位置に一致させるもので、両者の偏差に基づいたフィードバック制御が利用されている。走行時は運転者に加減速の違和感を感じさせないようにメカ式のスロットル弁と同程度の応答性が必要である。アイドル時は、スロットル弁を用いて従来のアイドル回転数制御用のバイパス弁と同等の精度で空気量を調整しなくてはならないため、スロットル弁の位置制御としては０．１度以下、例えば０．０５度と言った高い分解能が必要になる。また、弁の動作の再現性、すなわち、経年変化（例えば機械部分のフリクションの変化，バネ特性の変化などによる）を生じることなく長期に亘って同じ特性で制御できることも当然重要である。
【００２７】
図１に従来のオーバーサンプリングの概念を示す。スロットル弁の全閉（０度）から全開（９０度）までが位置センサの１Ｖから４Ｖに対応しており、Ａ／Ｄ変換器の入力範囲は０から５Ｖであるとき、１０ビットのＡ／Ｄ変換器の１ビットは約０．０８８度であるが、電圧としては５ｍＶに相当するので末尾のビット
（ＬＳＢ）付近はノイズの影響が大きく分解能が低下する。そこで図１のように例えば、連続８回、Ａ／Ｄ変換器によるサンプリングし、その平均値をもって真のセンサ出力とする。この方法では８回のオーバーサンプリングで形式的には３ビット分だけ分解能が増加することになる。
【００２８】
図２に示すようにスロットル弁位置に対する空気量の感度を（ａ）から（ｂ）に下げることができれば、位置検出分解能の向上と同様の効果が得られる。例えば、図３に示すようにスロットル弁の全閉付近では弁が開いても開口面積が急激には増加しないように弁の軌道に沿って吸気管の形状を変更する方法がある。これら従来技術と本実施例との違いを以下説明する。
【００２９】
図７に本発明の一実施例であるスロットル弁の制御装置の構成を示す。吸気管７０に設けられたスロットル弁７１はバタフライ弁であり、減速ギア７２を介して直流モータ７３により駆動される。スロットル弁７１は図示しないエアクリーナから流入する空気を適当に調整しやはり図示しないエンジンに供給する。スロットル弁７１の回転軸に取り付けられたばね７４は、モータがトルクを発生しなければスロットル弁が一定の位置に戻るように設定されている。これによりエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵ）７５が異常を検出してモータ駆動回路７６をオフにした場合も、所定の空気量を確保して、エンジンが停止したり回転数が異常に高くなったりせず、最寄りの修理工場などまでは走行できるフェールセーフ機能を実現している。ＥＣＵ７５はアクセルペダルの位置センサ７７とスロットル弁の位置センサ７８の信号をＡ／Ｄ変換する。次に、エンジンの運転状態に応じて目標となるスロットル弁の位置を求め、測定したスロットル弁の位置との差（偏差）に基づいて、偏差が少なくなるようにＰＩＤ制御などのフィードバック制御を用いて、駆動回路に与えるべき信号を計算する。この信号はＰＷＭ信号として駆動回路に伝え、駆動回路はこのＰＷＭ信号を増幅しモータを駆動する。
【００３０】
図８にスロットル弁の制御装置の図７とは異なる構成を示す。図７の構成とは異なり、エンジンを制御するＥＣＵ７５に加えて、主にスロットルを動かす制御装置８０（以下、ＴＣＵ）が付加されている。ＥＣＵ７５ではアクセルペダルの位置センサ７７の信号をＡ／Ｄ変換し、エンジンの運転状態に応じて目標となるスロットル弁の位置を求め、これをシリアル通信でＴＣＵ８０に転送する。ＴＣＵ８０はスロットル弁の位置センサ７８の信号をＡ／Ｄ変換し、これと目標となるスロットル弁の位置とが一致するようなデューティー比のＰＷＭ信号を出力する。これを駆動回路７６に伝え、駆動回路７６はこのＰＷＭ信号を増幅しモータを駆動する点は図７の構成と同じである。
【００３１】
図９はスロットル弁の回転軸に取り付けられたばねの特性を示している。ばねにはプリロードが設定されており、デフォルト位置を境にスロットル弁に加えられるトルクの符号が反転する。デフォルト位置から離れるにしたがってトルクは大きくなるが、基本的にはプリロードのトルクがばねによるトルクのほとんどを占める。スロットル弁を特定の位置で静止させるためには、ばねにつり合うトルクを発生する必要がある。アイドル回転数制御などでスルットル弁を特定の範囲内で０．１度など微細に動かすときには、応答の過渡状態を除けば、モータに必要なトルクはほぼ一定になる。
【００３２】
図１０にスロットル弁の位置制御装置のブロック図を示す。位置制御としてはＰＩＤ制御を利用する。この制御は目標となる位置と位置センサで測定した位置とが一致するように、モータの駆動回路に入力するＰＷＭのデューティ比を計算するものである。位置の目標値と測定値との偏差の比例分，積分および微分をそれぞれ計算し、それらの合計がＰＷＭのデューティ比となる。目標となるスロットル位置が０．１度程度変化したときの制御の挙動を考えると、基本的には偏差が小さいので比例分はほぼ０になる。また、微分も弁の速度は大きくないためほぼ０である。しかし、スロットル弁はほぼ一定の位置を保持することが必要で、ＰＷＭのデューティ比はばねのトルクに対応する値になっている。したがって、この場合、デューティ比のほとんどは積分が分担していることになる。
【００３３】
以下、スロットル弁の位置制御方式の詳細を述べる。まず、スロットル弁のハンチングを防ぐ方法、次に、弁を再現性よく動作させる方法を説明する。
【００３４】
図１１は従来のスルットル弁の位置制御を用いたときのスロットル弁の値と駆動回路に加えるＰＷＭ信号のデューティを概念的に表したもので、ハンチングが発生する場合である。スロットル弁が目標値に近づき、弁のスピードが低下すると摩擦の影響が大きくなり、目標値に一致せずに静止してしまう。このときモータのトルクはばねだけでなく摩擦を含めたトルクとつり合うことになる。また、偏差は０ではないため積分計算によって積分値が時間と共に増加するが、静止摩擦もモータのトルクにしたがって増加するので、スロットル弁は静止したままになる。モータのトルクが静止摩擦の最大値を超えると動摩擦の領域になり摩擦が急激に減少するので、スロットル弁は目標値を超えて動いてしまう。制御は、偏差の符号が反転するので、積分値は減少を始めるが再び目標に一致しないで静止してしまう。目標位置の微小なステップ動作に対するスルットル弁の応答はこの繰り返しでハンチングが発生する。
【００３５】
そこで、図１２にあるようにスロットル弁が目標値に接近し、偏差の絶対値が所定値を下回った場合は積分の計算を中止し、スロットル弁を静止させ、モータに加えるＰＷＭのデューティー比も固定する。これにより、偏差はわずかに残るがスロットル弁のハンチングを避けることができる。なお、図１０のブロック図では位置制御にＰＩＤを利用したので積分計算は明示的に表れるが、制御によっては積分計算が明示的でなく、ディジタルフィルタの一部としてソフトウエア上に実現されるものもある。しかし、目標値に追従することを目的としたサーボ制御では、積分計算はディジタルフィルタとして等価的に実行されている。そのような制御を利用している場合は、積分に対応するディジタルフィルタの計算を中止することで同等の効果を得ることができる。また、目標値が変化するなどして偏差の絶対値が所定の範囲を超えたときは、積分計算を再開し、スルットル弁が目標値に追従できるようにする。
【００３６】
以上、説明した方法の処理内容をフローチャートにまとめたのが図１３である。この計算は２ｍｓなど所定の周期毎に実行する。ステップ１３１では位置センサで測定したスロットル弁の位置とその目標値との偏差を計算する。ステップ
１３２では偏差に比例ゲインを乗じ、比例分を求める。ステップ１３３では偏差の差分に微分ゲインを乗じる。ステップ１３４では偏差の絶対値を評価し、例えば１度以下であれば積分の計算をせずにステップ１３７に移行する。そうでなければステップ１３５で、偏差に積分ゲインを乗じて、ステップ１３６で前回の積分値に加算する。ステップ１３７では以上計算した比例，微分，積分の各成分を合計して、ＰＷＭのデューティを求める。ここで偏差の絶対値が１度以下のときは合計する積分値は前回の積分値を使うことになる。
【００３７】
次に目標位置の微小なステップ動作に対するスルットル弁の応答に再現性を持たせる方法について述べる。図１４は前述のハンチングを抑えるスルットル弁の位置制御を用いたときの、スロットル弁の値と駆動回路に加えるＰＷＭ信号のデューティを概念的に表したもので、目標値に対してスロットル弁の応答には再現性がない。目標値のステップ幅は０．１度など微小であり、摩擦がないときに理想的にモータとばねがつり合い、スロットル位置が保持されるトルク（デューティ比）の基準値は一定と考えてよい。またこの静止時のトルクは位置制御の積分値に対応している。しかし、実際には回転部分には摩擦があり、また摩擦の大きさにはばらつきがあるため、スロットル弁が目標値に近づいたときのデューティ比は基準値と一致せず、また毎回、異なる値になる。したがって、保持する積分値にもばらつきが生じるので目標値が変化したときは当然、毎回、異なる積分値から積分計算をはじめることになる。弁が回転を始めると摩擦は急激に減少するため、この保持されているデューティ比の大きさによって、弁の動作が変わってしまう。これは、制御ゲインは摩擦を含めて調整しても、ばらつきまでは考慮できないからである。ばねのトルクが弁を閉じる方向とすると、デューティ比の保持値が、摩擦なしでばねにつり合う基準値より小さいときは、弁の応答時間が長くなり、保持値が基準値より大きいときは弁の応答にオーバーシュートを生じる。これを解消するためには図１５のように指令値が変化したとき、保持されている積分値を基準値に設定し直せばよい。そうすれば各ステップ応答で同じに設定した基準値から積分計算を始めることになり、応答の再現性が向上する。なお、前述の一定の条件下で積分を中止する方法と、積分値を所定値に設定する方法は上記の説明のように併用することも可能であるが、別々に使用してもそれぞれの効果を上げることができる。
【００３８】
以上、説明した方法の処理内容をフローチャートにまとめたのが図１６である。この計算は２ｍｓなど所定の周期毎に実行する。ステップ１６１では位置センサで測定したスロットル弁の位置とその目標値との偏差を計算する。ステップ
１６２では偏差の絶対値が所定値以下で、かつ目標値の差分が所定の範囲かどうかを評価する。すなわち、弁の静止状態から目標値が微小なステップ状の変化をしたときを検出する。目標値変化が微小でないときは積分値を設定し直す必要はないのでステップ１６５に移行する。静止状態から目標値が微小ステップ状に変化したときはステップ１６３でスロットル弁の位置に応じた、理想的にばねとつり合うデューティ比（基準値）を求める。動摩擦は再現性が高く測定も容易なので、この基準値は動摩擦を含めてばねとつり合うデューティ比としてもよい。この場合は目標値の変化の方向に応じて動摩擦の符号が変わるので、対応して基準値も計算する必要がある。ステップ１６４では基準値に対応するデューティ比から偏差が０ではないため、わずかに残る比例分を引いて、設定すべき積分値を求める。ステップ１６５ではＰＩＤ制御など通常の位置制御の計算をする。
【００３９】
本発明の実施態様について以下説明する。
【００４０】
第二の発明では、位置偏差の絶対値が所定値以下になったときは、摩擦などの不感帯によるハンチングを防ぐため、積分値設定手段は積分値計算手段での積分計算を中止し、積分値を保持し、位置偏差の絶対値が所定値以上になったとき再び積分計算を始めてもよい。
【００４１】
さらに、第二の発明では、位置偏差の絶対値が所定値以下であって、目標スロットル位置が所定の変化率以上で変化したとき、あるいは位置偏差の絶対値が所定値を超えたときは、積分値設定手段により積分値を所定の値に設定してもよい。積分値に設定する値としては、スロットル弁が現在のスロットル位置とは異なる、目標スロットル位置で、想定していない摩擦などの影響がなく理想的に静止していることに対応する値を予め使用してもよいし、スロットル弁が現在のスロットル位置で想定していない摩擦などの影響がなく理想的に静止していることに対応する値を使用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のスロットル弁の制御装置によれば、スロットル弁を目標とする位置に一致させる位置制御で、目標値の微小な変化に対して弁のハンチングを防ぎ、位置分解能を向上することができる。また、目標値の微小な変化に対して、弁の応答の再現性を高くすることができる。これによりアイドル回転数制御などエンジン制御の性能向上が可能である。また、スロットル位置に対する空気量の感度を下げるために吸気管の加工などをする必要がなくなり、コスト面でも有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オーバーサンプリングの方式を表す概念図。
【図２】スロットル弁の位置と空気量の関係図。
【図３】吸気管を加工してスロットル弁の位置に対する空気量の感度を下げる方法を示す概念図。
【図４】スロットル弁の摩擦の動作を表す概念図。
【図５】本発明であるスロットル弁の制御装置の第一の構成図。
【図６】本発明であるスロットル弁の制御装置の第二の構成図。
【図７】本発明の一実施例に係わる電子制御スロットルの第一の構成図。
【図８】本発明の一実施例に係わる電子制御スロットルの第二の構成図。
【図９】スロットル弁の位置とばねのトルクとの関係図。
【図１０】本発明であるスロットル弁の位置制御装置の構成図。
【図１１】スロットル弁がハンチングするときの位置とデューティを表す概念図。
【図１２】本発明を用いてスロットル弁のハンチングを抑えたときの位置とデューティを表す概念図。
【図１３】本発明の第一の処理を示すフローチャート。
【図１４】スロットル弁の動作に再現性がないときの位置とデューティを表す概念図。
【図１５】本発明を用いてスロットル弁の動作の再現性を向上したときの位置とデューティを表す概念図。
【図１６】本発明の第二の処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
７０…吸気管、７１…スロットル弁、７２…減速ギア、７３…直流モータ、
７４…ばね、７５…ＥＣＵ、７６…駆動回路、７７…アクセルペダルの位置センサ、７８…スロットル弁の位置センサ、８０…ＴＣＵ。
Claims (9)
- スロットル弁をモータによって制御するものにおいて、
スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力として前回の出力値と同じ値を出力することを特徴とするモータ駆動式スロットル弁駆動方法。 - 請求項１に記載のものにおいて、前記所定の値が角度にして０．１度を上限とすることを特徴とするモータ駆動式スロットル弁駆動方法。
- スロットル弁をモータによって制御するものにおいて、
スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力の演算の中の積分項の演算を停止することを特徴とするモータ駆動式スロットル弁駆動方法。 - スロットル弁をモータによって制御するものにおいて、
スロットル弁の実際の位置と目標位置との偏差が所定値まで近づいたら制御出力としてばねの力に見合った値を出力することを特徴とするモータ駆動式スロットル弁駆動方法。 - スロットル弁の位置を検出するスロットル弁位置検出手段と、
入力信号に対応して所定の位置までスロットル弁を回転または移動させるスロットル弁駆動手段と、
運転者がアクセルペダルの踏み込んだ量に応じて、目標とすべきスロットル弁の位置を計算する目標スロットル位置計算手段と、
目標とすべきスロットル弁の位置と実際のスロットル弁の位置を比較して、位置偏差を計算するスロットル弁位置偏差計算手段と、
位置偏差を小さくするようにスロットル弁を回転または移動させる制御信号を所定のタイミングで計算しスロットル弁駆動手段に供給する制御計算手段を備え、
この制御計算手段は位置偏差の絶対値を監視し、所定値以下になったときには、制御信号の計算を中止し、その時点にスロットル駆動手段に与えていた信号を保持することで出力を固定し、位置偏差の絶対値が所定値を超えたときには再び位置偏差の大きさに対応した制御信号を計算し、スロットル駆動手段に位置偏差を小さくするための信号を供給することを特徴とするスロットル弁の制御装置。 - スロットル弁の位置を検出するスロットル弁位置検出手段と、
入力信号に対応して所定の位置までスロットル弁を回転または移動させるスロットル弁駆動手段と、
運転者がアクセルペダルの踏み込んだ量に応じて、目標とすべきスロットル弁の位置を計算する目標スロットル位置計算手段と、
目標とすべきスロットル弁の位置と実際のスロットル弁の位置を比較して、位置偏差を計算するスロットル弁位置偏差計算手段と、
位置偏差に所定値を乗じた量を積分し、積分値をスロットル弁駆動手段に入力する積分値計算手段とに加えて
積分値設定手段とを備え、積分値設定手段は位置偏差と目標スロットル弁位置との少なくても一方によって積分値計算手段が計算した積分値を変更することを特徴とするスロットル弁の制御装置。 - 請求項６に記載のスロットル弁の制御装置であって、位置偏差の絶対値が所定値以下になったときは、摩擦などの不感帯によるハンチングを防ぐため、積分値設定手段は積分値計算手段での積分計算を中止し、積分値を保持し、位置偏差の絶対値が所定値以上になったとき再び積分計算を始めることを特徴とするスロットル弁の制御装置。
- 請求項６に記載のスロットル弁の制御装置であって、位置偏差の絶対値が所定値以下であって、目標スロットル位置が所定の変化率以上で変化したとき、あるいは位置偏差の絶対値が所定値を超えたときは、積分値設定手段が、スロットル弁が現在のスロットル位置とは異なる、目標スロットル位置で、想定していない摩擦などの影響がなく理想的に静止していることに対応する値を設定することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
- 請求項６に記載のスロットル弁の制御装置であって、位置偏差の絶対値が所定値以下であって、目標スロットル位置が所定の変化率以上で変化したとき、あるいは位置偏差の絶対値が所定値を超えたときは、積分値設定手段が、スロットル弁が現在のスロットル位置で想定していない摩擦などの影響がなく理想的に静止していることに対応する値を設定することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002168005A JP2004011564A (ja) | 2002-06-10 | 2002-06-10 | モータ駆動式スロットル弁の制御方法及びモータ駆動式スロットル弁制御装置 |
| US10/245,590 US6874471B2 (en) | 2002-06-10 | 2002-09-18 | Method and apparatus for controlling motor drive type throttle valve |
| DE10243613A DE10243613A1 (de) | 2002-06-10 | 2002-09-19 | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer motorbetriebenen Drosselklappe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002168005A JP2004011564A (ja) | 2002-06-10 | 2002-06-10 | モータ駆動式スロットル弁の制御方法及びモータ駆動式スロットル弁制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004011564A true JP2004011564A (ja) | 2004-01-15 |
Family
ID=29706792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002168005A Pending JP2004011564A (ja) | 2002-06-10 | 2002-06-10 | モータ駆動式スロットル弁の制御方法及びモータ駆動式スロットル弁制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6874471B2 (ja) |
| JP (1) | JP2004011564A (ja) |
| DE (1) | DE10243613A1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009141109A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光デバイスの制御方法および光モジュール |
| JP2013204484A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Kubota Corp | エンジンの電子ガバナ |
| JP2014058934A (ja) * | 2012-09-19 | 2014-04-03 | Keihin Corp | 電子制御装置 |
| DE102007003257B4 (de) * | 2006-05-09 | 2016-04-28 | Mitsubishi Electric Corp. | Drosselsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor |
| JP2019060369A (ja) * | 2017-09-25 | 2019-04-18 | 愛三工業株式会社 | 流体制御弁の制御装置 |
| JP7385153B1 (ja) | 2022-06-23 | 2023-11-22 | 株式会社デンソーダイシン | 絞り弁制御装置 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3826014B2 (ja) * | 2001-11-02 | 2006-09-27 | 愛三工業株式会社 | 電子スロットル制御装置 |
| JP3872743B2 (ja) * | 2002-03-28 | 2007-01-24 | 株式会社日立製作所 | スロットルバルブ開閉装置 |
| US7005821B2 (en) * | 2003-05-22 | 2006-02-28 | Calsonic Kansei Corporation | Servomotor controller |
| US20040232864A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-11-25 | Hideki Sunaga | Apparatus for controlling motor |
| JP4196345B2 (ja) * | 2004-02-18 | 2008-12-17 | 株式会社デンソー | バルブ開閉制御装置 |
| JP2006025470A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Moric Co Ltd | 電動車両の駆動制御装置 |
| JP2006097500A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Honda Motor Co Ltd | 汎用エンジンのスロットル装置 |
| DE102005054737A1 (de) * | 2005-11-17 | 2007-05-24 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine |
| DE102006061889B3 (de) * | 2006-12-28 | 2008-03-27 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer optimierten Notlauffunktion bei einem mit einem Fehler behafteten Motor eines Kraftfahrzeugs |
| JP4654212B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2011-03-16 | 本田技研工業株式会社 | 駆動量制御装置 |
| US8344707B2 (en) * | 2008-07-25 | 2013-01-01 | Cirrus Logic, Inc. | Current sensing in a switching power converter |
| US8212491B2 (en) * | 2008-07-25 | 2012-07-03 | Cirrus Logic, Inc. | Switching power converter control with triac-based leading edge dimmer compatibility |
| JP5393506B2 (ja) * | 2010-01-27 | 2014-01-22 | 三菱重工業株式会社 | エンジンの吸気系に用いられる制御弁の制御装置及び制御方法 |
| US8594914B2 (en) * | 2010-08-27 | 2013-11-26 | GM Global Technology Operations LLC | Dynamic hysteresis control systems and methods |
| DE202014003887U1 (de) * | 2014-05-09 | 2015-08-11 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Computerprogramm zur Steuerung eines hysteresebehafteten Stellglieds |
| CN111746294B (zh) * | 2019-03-28 | 2022-07-12 | 台达电子工业股份有限公司 | 电动机车的加速补偿系统及加速补偿方法 |
| CN113296390B (zh) * | 2021-05-24 | 2022-06-07 | 福建盛海智能科技有限公司 | 一种基于位置式pid的控制方法及终端 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2859049B2 (ja) | 1992-09-17 | 1999-02-17 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関の絞り弁制御装置 |
| JP3321989B2 (ja) | 1994-06-01 | 2002-09-09 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関のスロットル制御装置 |
| JP3228137B2 (ja) | 1996-07-31 | 2001-11-12 | 株式会社デンソー | 内燃機関のスロットル制御装置 |
| JP3159102B2 (ja) | 1997-02-20 | 2001-04-23 | 株式会社デンソー | 内燃機関の電子スロットル制御装置 |
| JP4076204B2 (ja) | 1998-04-14 | 2008-04-16 | 株式会社日立製作所 | エンジンのスロットル弁の制御方法および制御装置 |
| JP3333477B2 (ja) | 1999-09-01 | 2002-10-15 | 株式会社日立製作所 | スロットル制御装置 |
| US6523522B1 (en) * | 2001-08-22 | 2003-02-25 | General Motors Corporation | Method and apparatus for operating a throttle plate motor driving a throttle plate having opposing return springs |
-
2002
- 2002-06-10 JP JP2002168005A patent/JP2004011564A/ja active Pending
- 2002-09-18 US US10/245,590 patent/US6874471B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-09-19 DE DE10243613A patent/DE10243613A1/de not_active Ceased
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007003257B4 (de) * | 2006-05-09 | 2016-04-28 | Mitsubishi Electric Corp. | Drosselsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor |
| JP2009141109A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光デバイスの制御方法および光モジュール |
| JP2013204484A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Kubota Corp | エンジンの電子ガバナ |
| JP2014058934A (ja) * | 2012-09-19 | 2014-04-03 | Keihin Corp | 電子制御装置 |
| JP2019060369A (ja) * | 2017-09-25 | 2019-04-18 | 愛三工業株式会社 | 流体制御弁の制御装置 |
| JP7385153B1 (ja) | 2022-06-23 | 2023-11-22 | 株式会社デンソーダイシン | 絞り弁制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030226542A1 (en) | 2003-12-11 |
| US6874471B2 (en) | 2005-04-05 |
| DE10243613A1 (de) | 2004-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2004011564A (ja) | モータ駆動式スロットル弁の制御方法及びモータ駆動式スロットル弁制御装置 | |
| US5157956A (en) | Method of calibrating a throttle angle sensor | |
| US7025040B2 (en) | Device for controlling throttle valve | |
| US20020103596A1 (en) | Closed-loop actuator control system having bumpless gain and anti-windup logic | |
| JPWO2008081643A1 (ja) | Ｅｇｒバルブ制御装置 | |
| US6155231A (en) | Throttle valve controller | |
| KR0137942B1 (ko) | 내연기관의 스로틀밸브의 제어방법 및 장치 | |
| KR940002216B1 (ko) | 전자식 드로틀밸브 개방도 제어장치 | |
| US20030084873A1 (en) | Electronic throttle control apparatus | |
| US5947086A (en) | Throttle valve control apparatus | |
| KR0151710B1 (ko) | 차량용 내연기관의 작동 매개 변수의 제어 시스템 | |
| JP2654148B2 (ja) | スリップ制御装置 | |
| US6523522B1 (en) | Method and apparatus for operating a throttle plate motor driving a throttle plate having opposing return springs | |
| US5809966A (en) | Method and arrangement for controlling a positioning device of an internal combustion engine | |
| JP3737106B2 (ja) | アイドリング段階における内燃機関の回転数制御のための方法および装置 | |
| JP3321989B2 (ja) | 内燃機関のスロットル制御装置 | |
| JP3333477B2 (ja) | スロットル制御装置 | |
| KR100284869B1 (ko) | 엔진 제어장치 | |
| JP4169764B2 (ja) | 内燃機関のスロットル制御装置 | |
| JPWO2003014554A1 (ja) | スロットル弁の制御装置 | |
| JP3709583B2 (ja) | 内燃機関のスロットル制御装置 | |
| JP2008199851A (ja) | Ｄｃモータ接地異常判定装置 | |
| JP3518377B2 (ja) | 電子制御スロットル弁の制御装置 | |
| JPS61210237A (ja) | 車両用内燃機関のアクセル制御装置 | |
| JP2711674B2 (ja) | スロットルバルブ開度制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040126 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060512 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060512 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060901 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061121 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070424 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070625 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070828 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071029 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20071211 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20080125 |