JP2013213448A - スロットル弁駆動装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 故障の可能性が検出されたときに適切なフェールセーフ動作を行うことにより、意図しない急激な加速を確実に防止することができるスロットル弁駆動装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 スロットル弁駆動装置の故障が検出（仮検出）されると仮検出フラグＦＦＤＥＴを「１」に設定し、その状態が検出待ち時間ＴＦＤＥＴ継続すると、故障検出判定がなされ、仮故障フラグＦＦＴＭＰを「１」に設定する。仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」に設定された時点から確定待ち時間ＴＦＦＩＸが経過するまでの期間中は、スロットル弁駆動電源の供給を維持しつつ、制御信号ＳＣＴＬの出力を停止する。確定待ち時間ＴＦＦＩＸが経過した時点において仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」であれば、スロットル弁駆動電源の供給を停止する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁を駆動するスロットル弁駆動装置の制御装置に関し、特にスロットル弁駆動装置の故障判定機能を有する制御装置に関する。

特許文献１には、スロットル弁とモータとの間に電磁クラッチが設けられ、電磁クラッチがオン状態にあるときは、モータによってスロットル弁を駆動する一方、電磁クラッチがオフ状態にあるときは、アクセルペダルの操作量に応じて機械的にスロットル弁を駆動できるように構成されたスロットル弁駆動装置が示されている。さらに特許文献１には、スロットル弁駆動装置の故障が検出されたときは、電磁クラッチをオフするフェールセーフ動作を行う点が示されている。故障検出の手法として、スロットル弁の指令開度と検出開度との差が所定偏差以上である状態が所定時間以上継続したときに、故障と判定する手法が示されている。

特開平４−３５０３３２号公報

特許文献１に示されるように、スロットル弁駆動装置が故障であるとの判定を確定させるためには、開度偏差が所定偏差以上である状態が所定時間継続したことを確認する必要があり、通常数百ミリ秒程度の時間を要する。そのため、所定時間経過するまでの間に、運転者の意図しない急激な加速が行われるおそれがある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、故障の可能性が検出されたときに適切なフェールセーフ動作を行うことにより、意図しない急激な加速を確実に防止することができるスロットル弁駆動装置の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、電源装置（１１）から電源が供給され、内燃機関（１）の吸気通路（２）に設けられたスロットル弁（３）を駆動する駆動手段（８，９，２３）を備えるスロットル弁駆動装置の制御装置において、前記駆動手段に制御信号（ＳＣＴＬ）を供給し、前記スロットル弁（３）の開度を制御する開度制御手段と、前記スロットル弁駆動装置の故障を検出する故障検出手段と、前記スロットル弁駆動装置の故障が検出された故障検出時点（ｔ１）から所定時間（ＴＦＦＩＸ）内は、前記開度制御手段からの前記制御信号（ＳＣＴＬ）の出力を停止し、前記故障検出時点（ｔ１）から前記所定時間（ＴＦＦＩＸ）が経過した時点において前記故障が検出された状態が維持されているときに前記電源装置（１１）から前記駆動手段への電源供給を停止するフェールセーフ処理手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスロットル弁駆動装置の制御装置において、前記フェールセーフ処理手段は、前記故障検出時点（ｔ１）から前記所定時間（ＴＦＦＩＸ）が経過する前に前記スロットル弁駆動装置が正常状態に復帰したときは、前記開度制御手段からの前記制御信号（ＳＣＴＬ）の出力を直ちに開始させることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、スロットル弁駆動装置の故障が検出された故障検出時点から所定時間内は、開度制御手段が制御信号が出力することが停止され、故障検出時点から所定時間が経過した時点において故障が検出された状態が維持されているときは、電源装置から駆動手段への電源供給が停止される。故障が検出されると直ちに制御信号の出力が停止されるので、駆動手段によるスロットル弁の駆動が行われなくなり、意図しない急激な加速を確実に防止できる。さらに故障検出状態が所定時間維持されているときは、電源供給が停止されるので、スロットル弁の誤作動をより確実に防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、故障検出時点から所定時間が経過する前にスロットル弁駆動装置が正常状態に復帰したときは、制御信号の出力が直ちに開始される。電源供給を停止すると、正常状態に復帰したとしても迅速に通常制御を開始することは困難であるが、制御信号の出力を停止しただけの状態では、制御信号の出力を再開することにより直ちに通常制御開始することができ、迅速な通常制御への復帰が可能となる。

本発明の一実施形態にかかるスロットル弁駆動装置及びその制御装置を示す図である。 図１の一部の構成をより詳細に示すブロック図である。 スロットル弁の駆動制御を行う処理のフローチャートである。 図３の処理を説明するためのタイムチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるスロットル弁駆動装置とその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１の吸気通路２には、スロットル弁３が設けられている。スロットル弁３は、モータ６によりギヤ機構９を介して駆動可能に構成されている。スロットル弁３には、該スロットル弁３を閉弁方向に付勢するリターンスプリング（図示せず）と、スロットル弁３を開弁方向に付勢する弾性部材（図示せず）とが取り付けられている。したがって、モータ６による駆動力がスロットル弁３に加えられない状態では、スロットル弁３の開度ＴＨは、リターンスプリングの付勢力と、弾性部材の付勢力とが釣り合うデフォルト開度ＴＨＤＥＦ（例えば５度）に保持される。

モータ６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）７に接続されており、その作動がＥＣＵ７により制御される。スロットル弁３には、スロットル弁開度ＴＨを検出する第１スロットル弁開度センサ８ａと、同様にスロットル弁開度ＴＨを検出する第２スロットル弁開度センサ８ｂとが設けられており、それらセンサの検出信号は、ＥＣＵ７に供給される。スロットル弁開度センサが２つ設けられているのは、信頼性を高めるためである。第１及び第２スロットル弁開度センサ８ａ，８ｂにより検出される開度を、以下それぞれ「第１検出スロットル弁開度ＴＨ１」及び「第２検出スロットル弁開度ＴＨ２」という。

またＥＣＵ７には、エンジン１が搭載された車両の運転者の要求出力を検出するアクセルペダルの踏み込み量ＡＰ（以下「アクセルペダル操作量ＡＰ」という）を検出するアクセルセンサ１０が接続されており、その検出信号がＥＣＵ７に供給される。

図２は、ＥＣＵ７及びその周辺回路の構成をより具体的に示す図であり、ＥＣＵ７は、各種演算処理を実行する中央演算ユニット（ＣＰＵ）２１、出力回路２３、センサ電源出力端子２４、及び電源回路２５を備えている。ＣＰＵ２１には、第１及び第２スロットル弁開度センサ８ａ，８ｂと、アクセルセンサ９とが入力回路（図示せず）を介して接続されており、ＣＰＵ２１には、デジタル値に変換された検出値、すなわち第１検出スロットル弁開度ＴＨ１、第２検出スロットル弁開度ＴＨ２、及びアクセルペダル操作量Ａが入力される。

出力回路２３はリレー１２を介してバッテリ１１に接続されており、バッテリ１１からリレー１２を介して電源が供給される。リレー１２の励磁コイルは一端がバッテリ１１に接続され、他端がＣＰＵ２１に接続されており、リレー１２はＣＰＵ２１によってオンオフ制御される。図２には、リレー１２がオンである状態が示されている。

スロットル弁３の駆動電源（以下単に「駆動電源」という）、換言すればモータ６を駆動する電力は、バッテリ１１からリレー１２及び出力回路２３を介して供給される。一方、ＥＣＵ７自体の電源としては、電源回路２５により安定化された電源電圧ＶＳが使用され、センサ電源出力端子２４には電源電圧ＶＳが供給される。なお、図２においてはバッテリ１１の出力が電源回路２５に接続されているが、実際にはスイッチ回路などを介して接続されている。

本実施形態では、通常制御中は、リレー１２をオンすることにより駆動電源が供給される一方、後述する第２フェールセーフ動作中は、リレー１２をオフすることにより、駆動電源の供給が停止（駆動電源が遮断）される。

ＣＰＵ２１は、アクセルペダル操作量ＡＰに応じてスロットル弁３の目標開度ＴＨＲを決定し、検出スロットル弁開度ＴＨＸ（ＴＨ１またはＴＨ２の何れか一方が選択される）が目標開度ＴＨＲと一致するように制御信号ＳＣＴＬを決定し、出力回路２３に供給する。出力回路２３は、制御信号ＳＣＴＬに応じた駆動信号をモータ６に供給する。

ＣＰＵ２１はさらに第１及び第２検出スロットル弁開度ＴＨ１，ＴＨ２と、目標開度ＴＨＲとに基づいて、スロットル弁駆動装置（スロットル弁開度センサ８ａ，８ｂ，モータ６，ギヤ機構９，出力回路２３）の故障検出を行い、その検出結果に応じたフェールセーフ動作制御を行う。

図３は、ＣＰＵ２１で所定時間毎に実行されるスロットル弁駆動制御処理のフローチャートである。
ステップＳ１１では、故障判定フラグＦＦＡＩＬが「１」であるか否かを判別する。故障判定フラグＦＦＡＩＬは、故障判定が確定したとき「１」に設定されるフラグであり（ステップＳ２３参照）、故障判定が確定していないときは「０」に設定されている。したがって、最初はステップＳ１１の答は否定（ＮＯ）であり、ステップＳ１２に進んで、第１及び第２スロットル弁開度センサ８ａ，８ｂから入力される第１及び第２検出スロットル弁開度ＴＨ１，ＴＨ２を読み込む。

ステップＳ１３では、第１及び第２検出スロットル弁開度ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて、スロットル弁駆動装置の故障検出を行う。故障検出方法としては、１）第１検出スロットル弁開度ＴＨ１と第２検出スロットル弁開度ＴＨ２との開度差ＤＴＨ（＝｜ＴＨ１−ＴＨ２｜）が相関故障判定閾値以上であることを検出する、２）第１検出スロットル弁開度ＴＨ１及び／または第２検出スロットル弁開度ＴＨ２が、地絡閾値以下であることを検出する、３）第１検出スロットル弁開度ＴＨ１または第２検出スロットル弁開度ＴＨ２と目標開度ＴＨＲと差（制御偏差）が、偏差判定閾値以上であることを検出するといった方法が適用される。なお、本実施形態では、ステップＳ１３における故障検出は仮故障検出とし、仮故障検出時点から検出待ち時間ＴＦＤＥＴが経過した時点を故障検出時点としている。

ステップＳ１３で故障（仮故障）が検出されたときに、仮検出フラグＦＦＤＥＴが「１」に設定される。仮検出フラグＦＦＤＥＴは、初期状態は「０」であり、故障が検出されている間は「１」に保持され、正常状態に復帰したときは「０」に戻される。

ステップＳ１４では、仮検出フラグＦＦＤＥＴが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、仮故障フラグＦＦＴＭＰを「０」に設定し（ステップＳ１６）、通常制御を行う。すなわち、駆動電源を供給するとともに、制御信号ＳＣＴＬを出力する（ステップＳ１７，Ｓ１８）。仮故障フラグＦＦＴＭＰは、後述するステップＳ１９で「１」に設定されるフラグである。通常制御では、制御信号ＳＣＴＬは、検出スロットル弁開度ＴＨＸ（ＴＨ１またはＴＨ２）を目標開度ＴＨＲに一致させるように設定される。

ステップＳ１４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、仮検出フラグＦＦＤＥＴが「１」に設定された時点から検出待ち時間ＴＦＤＥＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判別する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の答が否定（ＮＯ）である間は、ステップＳ１６に進み、通常制御を継続する。

ステップＳ１５の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１９に進み、仮故障フラグＦＦＴＭＰを「１」に設定する。続くステップＳ２０では、仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」に設定された時点から確定待ち時間ＴＦＦＩＸ（例えば２００ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であり、駆動電源の供給を維持しつつ、制御信号ＳＣＴＬの出力を停止する第１フェールセーフ動作を実行する（ステップＳ２１，Ｓ２２）。制御信号ＳＣＴＬの出力が停止されると、モータ６の駆動力がスロットル弁３に印加されなくなるため、スロットル弁３の開度はデフォルト開度ＴＨＤＥＦに変化する。

ステップＳ２０の答が肯定（ＹＥＳ）となる前に仮検出フラグＦＦＤＥＴが「０」に戻されたときは、ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）となって通常制御に復帰する。駆動電源の供給が維持されているため、迅速な復帰が可能である。

仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」に設定された状態でステップＳ２０の答が肯定（ＹＥＳ）となると、スロットル弁駆動装置が故障していると判定し、故障判定フラグＦＦＡＩＬを「１」に設定し（ステップＳ２３）、駆動電源を遮断するとともに制御信号ＳＣＴＬの出力を停止する第２フェールセーフ動作を実行する（ステップＳ２４，Ｓ２５）。故障判定フラグＦＦＡＩＬが「１」に設定されると、以後はステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ１１から直ちにステップＳ２４に進む処理が繰り返される。

図４は、図３の処理を説明するためのタイムチャートであり、図４（ａ）にはスロットル弁３の実開度ＴＨＡ（実線）と、第１検出スロットル弁開度ＴＨ１（太い破線）及び第２検出スロットル弁開度ＴＨ２（細い破線）とが示されている。図４には、上述した開度差ＤＴＨが相対故障判定閾値以上となった例が示されている。

時刻ｔ０より少し前に第１スロットル弁開度センサ８ａの故障が発生し、第１検出スロットル弁開度ＴＨ１が減少し始め、時刻ｔ０において開度差ＤＴＨが相対故障検出閾値以上となって、仮検出フラグＦＦＤＥＴが「１」に設定される（同図（ｂ））。このとき第２スロットル弁開度センサ８ｂは、正常であって第２検出スロットル弁開度ＴＨ２は実開度ＴＨＡとほぼ等しくなっている。

時刻ｔ０から検出待ち時間ＴＦＤＥＴが経過するまでは、通常制御が継続され、検出待ち時間ＴＦＤＥＴが経過した時刻ｔ１において、仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」に設定され（同図（ｃ））、駆動電源の供給を維持しつつ制御信号ＳＣＴＬの出力を停止する第１フェールセーフ動作が開始される（同図（ｅ））。その結果、実開度ＴＨＡはデフォルト開度ＴＨＤＥＦに向かって変化し、デフォルト開度ＴＨＤＥＦに維持される。

その後時刻ｔ１から確定待ち時間ＴＦＦＩＸが経過した時刻ｔ２において、故障しているとの判定が確定され、故障判定フラグＦＦＡＩＬが「１」に設定され（同図（ｄ））、制御信号ＳＣＴＬの出力を停止しかつ駆動電源を遮断する第２フェールセーフ動作が開始される（同図（ｅ））。したがって、実開度ＴＨＡがデフォルト開度ＴＨＤＥＦに確実に維持される。

なお、図４（ａ）に示す一点鎖線は、故障判定が確定する時刻ｔ２まで通常制御を実行した場合における実開度ＴＨＡの変化例を示しており、確定待ち時間ＴＦＦＩＸが経過するまでの期間において、実開度ＴＨＡが大きく増加し、運転者が意図しない加速が行われる可能性がある。これに対し、図３の処理によれば、実開度ＴＨＡは最大開度ＴＨＭＡＸ以下に制御され、運転者の意図しない急加速を確実に回避することができる。

以上のように本実施形態では、仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」に設定される時刻ｔ１が請求項１に記載した「故障検出時点」に相当し、時刻ｔ１から確定待ち時間ＴＦＦＩＸが経過するまでの期間内は、駆動電源の供給を維持しつつ制御信号ＳＣＴＬの出力が停止され（第１フェールセーフ動作）、時刻ｔ１から確定待ち時間ＴＦＦＩＸが経過した時刻ｔ２において仮検出フラグＦＦＤＥＴ（仮故障フラグＦＦＴＭＰ）が「１」であるときは、制御信号ＳＣＴＬの出力を停止するとともに駆動電源の供給が停止される（第２フェールセーフ動作）。故障検出時点（ｔ１）で直ちに制御信号ＳＣＴＬの出力が停止されるので、スロットル弁３の実開度ＴＨＡは迅速にデフォルト開度ＴＨＤＥＦに移行し、意図しない急激な加速を確実に防止できる。さらに故障検出状態（仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」である状態）が確定待ち時間ＴＦＦＩＸに亘って維持されたときは、駆動電源の供給が停止されるので、スロットル弁３の誤作動をより確実に防止することができる。

また時刻ｔ１から確定待ち時間ＴＦＦＩＸが経過する前にスロットル弁駆動装置が正常状態に復帰したときは、すなわち仮故障フラグＦＦＴＭＰが「１」から「０」に戻されたときは、制御信号ＳＣＴＬの出力が直ちに開始される（図３，Ｓ１４、Ｓ１８）。駆動電源の供給を停止すると、正常状態に復帰したとしても迅速に通常制御を開始することは困難であるが、制御信号ＳＣＴＬの出力を停止しただけの状態では、制御信号ＳＣＴＬの出力を再開することにより直ちに通常制御を開始することができ、迅速な通常制御への復帰が可能となる。

本実施形態では、バッテリ１１が電源装置に相当し、スロットル弁開度センサ８ａ，８ｂ，モータ６，ギヤ機構９，及び出力回路２３がスロットル弁駆動装置に相当し、モータ６，ギヤ機構９，及び出力回路２３が駆動手段に相当し、リレー１２がフェールセーフ処理手段の一部に相当し、ＣＰＵ２１が開度制御手段、故障検出手段、及びフェールセーフ処理手段の一部を構成する。より具体的には、図３のステップＳ１３が故障検出手段に相当し、ステップＳ１４〜Ｓ１６及びＳ１９〜Ｓ２５がフェールセーフ処理手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、スロットル弁開度センサが２つ設けられている例を示したが、これに限るものではなく、本発明はスロットル弁開度センサが１つのみ設けられているスロットル弁駆動装置の制御装置にも適用可能である。

また電源装置はバッテリに限るものではなく、エンジンによる駆動される発電機のみ、あるいは発電機とバッテリとの組み合わせであってもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンに設けられるスロットル弁駆動装置の制御にも適用が可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
６ モータ（スロットル弁駆動装置）
８ａ，８ｂ スロットル弁開度センサ（スロットル弁駆動装置）
１１ バッテリ（電源装置）
１２ リレー（フェールセーフ処理手段）
２１ ＣＰＵ（開度制御手段、故障検出手段、フェールセーフ処理手段）
２３ 出力回路（スロットル弁駆動装置）

Claims (2)

1. 電源装置から電源が供給され、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁を駆動する駆動手段を備えるスロットル弁駆動装置の制御装置において、
   前記駆動手段に制御信号を供給し、前記スロットル弁の開度を制御する開度制御手段と、
   前記スロットル弁駆動装置の故障を検出する故障検出手段と、
   前記スロットル弁駆動装置の故障が検出された故障検出時点から所定時間内は、前記開度制御手段からの前記制御信号の出力を停止し、
   前記故障検出時点から前記所定時間が経過した時点において前記故障が検出された状態が維持されているときに前記電源装置から前記駆動手段への電源供給を停止するフェールセーフ処理手段とを備えることを特徴とするスロットル弁駆動装置の制御装置。
2. 前記フェールセーフ処理手段は、前記故障検出時点から前記所定時間が経過する前に前記スロットル弁駆動装置が正常状態に復帰したときは、前記開度制御手段からの前記制御信号の出力を直ちに開始させることを特徴とする請求項１に記載のスロットル弁駆動装置の制御装置。

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