JP2005291139A

JP2005291139A - Method of controlling electronically controlled throttle

Info

Publication number: JP2005291139A
Application number: JP2004109577A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ichihashi; 哲也市橋; Masatoshi Hoshino; 雅俊星野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controlling method by which the operation of an electronically controlled throttle is made equivalent to that performed at a steady voltage even if a power supply voltage is higher than that in an usual use, and by which the electronically-controlled throttle body is protected. <P>SOLUTION: The method of controlling the electronically controlled throttle comprises a DC motor, a throttle valve, a means for connecting them, and a sensor for sensing the opening of the throttle valve. Further, a power supply voltage-based limit value and a predetermined voltage-based limit value are provided for the voltage which is applied to the DC motor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電子制御スロットルのスロットルバルブ位置制御方法に関する。 The present invention relates to a throttle valve position control method for an electronically controlled throttle.

図１に電子制御スロットルの構造を示す。電子制御スロットルはスロットルバルブと
ＤＣモータを減速ギア、あるいはなんらかのリンク機構により連結しＤＣモータに電圧あるいは電流を与えることにより連結されたスロットルバルブを動かすものである。電子制御スロットルのスロットルバルブ位置制御方法としてはスロットルバルブ開度指令とスロットルバルブ現在開度の偏差を用いたＰＩＤ制御方式やモデルマッチング方式がある（例えば特許文献１参照）。いずれの方式においても制御演算部分においてはスロットルバルブ現在開度を任意のスロットルバルブ開度指令に一致させる為に必ず制御演算定数の調整が必要である。また電子制御スロットル駆動をするための電源電圧は、実際に電子制御スロットルが使用される電圧にて制御定数の調整を行う。 FIG. 1 shows the structure of an electronically controlled throttle. The electronically controlled throttle connects the throttle valve and the DC motor by a reduction gear or some kind of link mechanism, and moves the connected throttle valve by applying voltage or current to the DC motor. As a throttle valve position control method of an electronically controlled throttle, there are a PID control method and a model matching method using a deviation between a throttle valve opening command and a throttle valve current opening (see, for example, Patent Document 1). In either method, the control calculation constant must be adjusted in the control calculation portion in order to make the current throttle valve opening coincide with an arbitrary throttle valve opening command. The power supply voltage for driving the electronically controlled throttle is adjusted by a voltage at which the electronically controlled throttle is actually used.

特開平９−１５８７６４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-158864

電源電圧の上限値の影響を避けるためには図５に示すように制御演算結果の上限値を電源電圧の上限値以下になるように制御定数を調整すれば良いが、このように制御定数を調整した場合、電源電圧の上限値を有効に使えないために同じく図５に示すように、十分なスロットルバルブの応答性を確保できない。よってスロットルバルブの応答性確保のために制御定数調整時は図６に示すように、制御演算内部での出力は電源電圧の上限値にかかわらないようし、制御演算出力に電源電圧のリミッタをかけ、制御量出力とするのが一般的である。しかし図６に示すような制御定数調整では電源電圧の上昇時のスロットルバルブ挙動について配慮がされておらず、図７に示すように制御定数調整時の電圧より電源電圧が上昇した場合、制御定数調整時よりも高い電圧がＤＣモータに印加されることになるため、電子制御スロットルのＤＣモータ発生トルクが上昇し、スロットルバルブの応答が速くなる。それに伴いバルブのオーバーシュートが発生することにより、エンジン回転数がオーバーシュートする。あるいはスロットルバルブがストッパに衝突し、スロットルバルブあるいはスロットルバルブとＤＣモータとの連結部分が欠損する可能性を有する等の問題があった。本発明は通常使用時よりも電源電圧が高くなった場合の電子制御スロットルの動作においても定常電圧時の動作と同等にすることを目的としており、さらに電子制御スロットル本体の保護機能を提供することを目的とする。 In order to avoid the influence of the upper limit value of the power supply voltage, the control constant may be adjusted so that the upper limit value of the control calculation result is equal to or lower than the upper limit value of the power supply voltage as shown in FIG. When adjusted, the upper limit value of the power supply voltage cannot be used effectively, and as shown in FIG. 5, sufficient responsiveness of the throttle valve cannot be ensured. Therefore, when adjusting the control constant to ensure the response of the throttle valve, as shown in Fig. 6, the output inside the control calculation is not related to the upper limit value of the power supply voltage, and a limiter of the power supply voltage is applied to the control calculation output. The control amount output is generally used. However, the control constant adjustment as shown in FIG. 6 does not give consideration to the throttle valve behavior when the power supply voltage increases, and when the power supply voltage rises higher than the voltage during the control constant adjustment as shown in FIG. Since a higher voltage than that at the time of adjustment is applied to the DC motor, the torque generated by the DC motor of the electronically controlled throttle increases, and the response of the throttle valve becomes faster. Along with this, an overshoot of the valve occurs, resulting in an overshoot of the engine speed. Alternatively, there is a problem that the throttle valve may collide with the stopper and the connection portion between the throttle valve or the throttle valve and the DC motor may be lost. An object of the present invention is to make the operation of the electronically controlled throttle when the power supply voltage is higher than that during normal use even when it is equivalent to the operation at the steady voltage, and to provide a protection function for the electronically controlled throttle body With the goal.

本発明の請求項１は、ＤＣモータに印加する電圧に所定の電圧に基づく制限値を設けたことを特徴とするものである。同様に本発明の請求項２は、ＤＣモータに印加する電流を所定の電流値に基づく制限値を設けたことを特徴とするものでもある。本発明の請求項３は、制御演算に積分演算機能を持つ場合、請求項１，請求項２にかかわる制限を受けた場合、積分演算の更新を停止することを特徴とするものである。 The first aspect of the present invention is characterized in that a limit value based on a predetermined voltage is provided for the voltage applied to the DC motor. Similarly, claim 2 of the present invention is characterized in that a limit value based on a predetermined current value is provided for the current applied to the DC motor. The third aspect of the present invention is characterized in that when the control calculation has an integral calculation function, the update of the integral calculation is stopped when the restriction related to the first and second aspects is imposed.

本発明によれば、電子制御スロットルにおいて、電源電圧として所定の電圧よりも高い電圧が電子制御スロットルに駆動電圧として印加された場合において、所定の電圧時と同等のスロットルバルブの応答性を確保できるのでエンジン回転数のオーバーシュートやエンジントルクが急激に発生することによるトルクショック発生防止ができる効果がある。又、同様に電子制御スロットルにおいて、所定の電圧よりも高い電圧が電子制御スロットルに駆動電圧として印加された場合において、スロットルバルブのオーバーシュートを押さえることにより、スロットルバルブストッパへの衝突を防ぐことが出来、電子制御スロットル本体のダメージを抑制できる。 According to the present invention, in the electronically controlled throttle, when a voltage higher than a predetermined voltage is applied as a drive voltage to the electronically controlled throttle, the responsiveness of the throttle valve equivalent to that at the predetermined voltage can be ensured. Therefore, there is an effect that it is possible to prevent the occurrence of torque shock due to the overshoot of the engine speed and the sudden generation of engine torque. Similarly, in the electronically controlled throttle, when a voltage higher than a predetermined voltage is applied as a driving voltage to the electronically controlled throttle, it is possible to prevent a collision with the throttle valve stopper by suppressing the overshoot of the throttle valve. Yes, it can suppress damage to the electronically controlled throttle body.

図１に電子制御スロットルの構造を示す。電子制御スロットル５はスロットルバルブ４とＤＣモータ３を減速ギア２、あるいはなんらかのリンク機構により連結し、ＤＣモータに電圧あるいは電流を与えることにより連結されたスロットルバルブを動かすものである。スロットルバルブにはバルブ開度センサ１が取り付けられ、スロットルバルブの現在開度を検出する。またスロットルバルブは３６０度回転するわけではなく、最低空気量に調整できるように全閉点を設けてあり、その為のストッパがある。このストッパはスロットルバルブと電子スロットル本体とのクリアランスで実現される場合や、スロットルバルブシャフト、もしくはＤＣモータと、スロットルバルブの連結部分に設けられる。図２に示す電子制御スロットルのコントローラはＥＣＵあるいはアクセルペダルの情報を基に与えられるスロットルバルブ開度指令とスロットルバルブ現在開度を一致させるべくＤＣモータに電圧もしくは電流を印加する。電子制御スロットルの制御方法としては図３に示すような演算部分の設計がなされる。ここで図３は公知の方式として、電源電圧リミッタのみが設けられているものを示した。図４は本発明による所定電圧リミッタを設けた状態を示す実施例である。電源電圧が電子制御スロットルを通常使用する電圧以上の電圧となっている場合、ＤＣモータへ制御系調整時に意図していない電圧が印加されることとなる。これによりスロットルバルブは制御系調整時よりも高速な動きをすることになり、エンジン制御全体への影響（エンジン回転数のオーバーシュート等）を及ぼすこととなる。そこで図４に示すように所定電圧リミットを設ける。この所定電圧リミットは電源電圧が通常使用時よりも高電圧の状態（バッテリーの２ケ直列接続なども含む）においても、電源電圧によらず製品出荷のときなどの調整に用いる所定電圧（基準電圧）に基づく制限値を設けたものであり、ある値以上の電圧出力をしない様にしたものである。これを設けることにより、図８に示すように高電源電圧時において演算結果Ａが電源電圧リミッタ通過後においても所定電圧以上で実際には電子制御スロットルに演算結果Ａどうりの電圧を印加できる状態であっても、所定電圧リミッタ上限値までしか電圧を印加させないようにすることができる。これにより図６の制御定数調整時の制御量と同様の制御量演算結果が得られ、制御定数調整結果の意図に反した電圧の印加を防ぐことができる。それにより、スロットルバルブの応答も制御定数調整時と同様にできるものである。本発明の所定電圧リミットは電源電圧にかかわらないある一つの値としてもよいが、電源電圧に連動した何種類かの電圧を設定してもよい。また本発明の所定電圧リミットはＤＣモータに印加する電流値の所定値リミットとしても同様の効果が得られる。また所定電圧もしくは所定電流の制限はモータドライバによるハード的な機能で実現しても良い。図９に本発明の制御方式フローチャートを示す。代表的な演算例としてＰＩＤ制御方式を示す。スロットルバルブ目標と現在スロットルバルブ位置との偏差を求め、ステップ６の演算式に示す計算によりＰａ比例項分を演算する。同様にステップ７の演算式により、Ｐｄ微分項分を演算する。ステップ８の選択により前回制御量が各電圧制限の値に到達している場合はステップ１０の分岐へ移行し、積分項分の更新を行わないようにする。ステップ８の選択により前回制御量が各電圧制限の値に到達していない場合はステップ９へと移行し、ステップ９の演算式に従いＰｉ積分項分を演算する。演算されたＰａ比例項分，Ｐｄ微分項分，Ｐｉ積分項分を基にステップ１１の演算式により演算結果Ａを求める。次に求められた演算結果Ａをステップ１２の部分で電源電圧制限の値に到達していないか判定し、到達している場合はステップ１３のように演算結果Ａを求める。次に演算結果Ａをステップ１４部分での所定電圧制限の値に到達していないか判定する。到達している場合はステップ１５の演算式に従い演算結果Ａを求める。最終出力の制御量はステップ１６のようにここまでで求められた演算結果Ａとなる。ここではＰＩＤ制御方式を代表に取り図示してあるが、その他の制御方式であっても最終出力制御量に所定電圧もしくは所定電流による制限を設けることにより同様の効果が得られる。また演算方式にかかわらずモータドライバによるハード的な機能で実現しても同様の効果を得られる。本発明請求項３の実施例として図９フローチャートのステップ８に示すように制御量が各電圧上限値に制限されている場合は、積分項の増加を防止する仕組みとする。これは積分項がオーバーシュートすることによる、スロットルバルブ位置の収束性の悪化を防止するためである。本発明においては請求項３に示すように電源電圧上限値に制限されているときだけでなく、本発明において付加した、所定電圧リミッタによる制限を受けた場合にも積分項の増加防止策を付加することとする。これにより電源電圧が通常使用時よりも高い場合にも制御定数調整時と同等の応答を確保することができる。ここではＰＩＤ制御方式を代表に取って説明しているが、目標に対する偏差量をもとに演算されたある変数を積算してゆく積分項機能のある制御方式であれば同様の仕組みで本発明を適用できる。 FIG. 1 shows the structure of an electronically controlled throttle. The electronically controlled throttle 5 connects the throttle valve 4 and the DC motor 3 by the reduction gear 2 or some kind of link mechanism, and moves the connected throttle valve by applying voltage or current to the DC motor. A valve opening sensor 1 is attached to the throttle valve to detect the current opening of the throttle valve. The throttle valve does not rotate 360 degrees, but has a fully closed point so that it can be adjusted to the minimum air amount, and there is a stopper for that purpose. This stopper is provided in the case where it is realized by the clearance between the throttle valve and the electronic throttle body, or is provided at the connecting portion between the throttle valve shaft or the DC motor and the throttle valve. The electronically controlled throttle controller shown in FIG. 2 applies a voltage or current to the DC motor so as to make the throttle valve opening command given based on the ECU or accelerator pedal information coincide with the current throttle valve opening. As a control method of the electronic control throttle, a calculation part as shown in FIG. 3 is designed. Here, FIG. 3 shows a known system in which only a power supply voltage limiter is provided. FIG. 4 shows an embodiment in which a predetermined voltage limiter according to the present invention is provided. When the power supply voltage is higher than the voltage that normally uses the electronic control throttle, an unintended voltage is applied to the DC motor when adjusting the control system. As a result, the throttle valve moves faster than when the control system is adjusted, and this affects the overall engine control (overshoot of engine speed, etc.). Therefore, a predetermined voltage limit is provided as shown in FIG. This specified voltage limit is a specified voltage (reference voltage) that is used for adjustments at the time of product shipment, regardless of the power supply voltage, even when the power supply voltage is higher than that during normal use (including two series connection of batteries). ), And a voltage value exceeding a certain value is not provided. By providing this, as shown in FIG. 8, when the calculation result A is higher than the predetermined voltage even after passing the power supply voltage limiter at the time of the high power supply voltage, the voltage corresponding to the calculation result A can be actually applied to the electronic control throttle. Even so, it is possible to apply the voltage only to the predetermined voltage limiter upper limit value. As a result, a control amount calculation result similar to the control amount at the time of control constant adjustment in FIG. 6 is obtained, and application of a voltage contrary to the intention of the control constant adjustment result can be prevented. Thereby, the response of the throttle valve can be made in the same manner as when the control constant is adjusted. The predetermined voltage limit of the present invention may be a certain value regardless of the power supply voltage, but several kinds of voltages linked to the power supply voltage may be set. Further, the same effect can be obtained when the predetermined voltage limit of the present invention is a predetermined value limit of the current value applied to the DC motor. Further, the limitation of the predetermined voltage or the predetermined current may be realized by a hardware function by the motor driver. FIG. 9 shows a control method flowchart of the present invention. A PID control method is shown as a typical calculation example. The deviation between the throttle valve target and the current throttle valve position is obtained, and the Pa proportional term is calculated by the calculation shown in the calculation formula of step 6. Similarly, the Pd derivative term is calculated by the calculation formula of step 7. If the previous control amount has reached the value of each voltage limit as a result of the selection in step 8, the process proceeds to the branch of step 10 so as not to update the integral term. If the previous control amount has not reached each voltage limit value as a result of the selection in step 8, the process proceeds to step 9, and the Pi integral term is calculated according to the calculation formula in step 9. Based on the calculated Pa proportional term, Pd differential term, and Pi integral term, the calculation result A is obtained by the calculation formula of step 11. Next, it is determined whether or not the calculated calculation result A has reached the power supply voltage limit value in the step 12, and if it has been reached, the calculation result A is calculated as in step 13. Next, it is determined whether the calculation result A has reached the predetermined voltage limit value in step 14. If it has reached, the calculation result A is obtained according to the calculation formula of step 15. The control amount of the final output is the calculation result A obtained so far as in step 16. Here, the PID control method is representatively illustrated, but even with other control methods, the same effect can be obtained by limiting the final output control amount by a predetermined voltage or a predetermined current. The same effect can be obtained even if it is realized by a hardware function by a motor driver regardless of the calculation method. As an embodiment of claim 3 of the present invention, when the controlled variable is limited to each voltage upper limit value as shown in step 8 of the flowchart of FIG. This is to prevent the convergence of the throttle valve position from deteriorating due to overshoot of the integral term. In the present invention, not only when the power supply voltage is limited to the upper limit value as shown in claim 3, but also when the restriction by the predetermined voltage limiter added in the present invention is applied, a measure for preventing the integral term from increasing is added. I decided to. As a result, even when the power supply voltage is higher than that during normal use, a response equivalent to that during control constant adjustment can be ensured. Here, the PID control method is described as a representative, but any control method having an integral term function that integrates a certain variable calculated based on the deviation amount with respect to the target has the same mechanism. Can be applied.

電子制御スロットルの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of an electronically controlled throttle. 電子制御スロットルの制御システムの一例図である。It is an example figure of the control system of an electronic control throttle. 電子制御スロットルの制御演算ブロックの従来図である。It is a prior art figure of the control calculation block of an electronic control throttle. 電子制御スロットルの制御演算ブロックの本発明図である。It is this invention figure of the control calculation block of an electronic control throttle. 電子制御スロットルの制御定数未調整時の動作図である。It is an operation | movement figure at the time of the control constant unadjustment of an electronically controlled throttle. 電子制御スロットルの従来方式制御定数調整時の動作図である。It is an operation | movement figure at the time of the conventional system control constant adjustment of an electronically controlled throttle. 電子制御スロットルの従来方式制御定数調整時で、高電圧入力時の動作図である。It is an operation | movement figure at the time of the high voltage input at the time of the conventional system control constant adjustment of an electronic control throttle. 電子制御スロットルの本発明方式制御定数調整時で、高電圧入力時の動作図である。It is an operation diagram at the time of high voltage input when adjusting the control constant of the electronic control throttle according to the present invention. 本発明の一実施例のフローチャート図である。It is a flowchart figure of one Example of this invention.

Explanation of symbols

１…バルブ開度センサ、２…減速ギヤ、３…ＤＣモータ、４…スロットルバルブ、５…電子制御スロットル。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Valve opening sensor, 2 ... Reduction gear, 3 ... DC motor, 4 ... Throttle valve, 5 ... Electronically controlled throttle

Claims

In an electronically controlled throttle comprising a DC motor, a throttle valve, means for connecting them and a throttle valve opening sensor, a limit value based on a power supply voltage and a limit value based on a predetermined voltage are provided for the voltage applied to the DC motor. An electronically controlled throttle control method.

In an electronically controlled throttle comprising a DC motor, a throttle valve, a means for connecting them, and a throttle valve opening sensor, a limit value based on a power supply voltage and a limit value based on a predetermined current are provided for the current applied to the DC motor. An electronically controlled throttle control method characterized by the above.

3. The electronic control throttle control method according to claim 1, wherein the restriction by the limit value is provided with a saturation or increase prevention means in a control term of an integral element included in a control calculation. Control method of control throttle.