JP2014020222A - 電子制御スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動回路に供給される直前の電圧が低下した場合にスロットルバルブの動作の応答性が低下することを抑制する。
【解決手段】電子制御スロットル装置１は、バッテリ８からの電力でモータ９を駆動することによってスロットルバルブを開閉制御する駆動回路２と、バッテリ８から駆動回路２への電力供給経路Ｌ１の最も下流側に位置し、バッテリ８からの電力を継電自在なリレー３と、スロットルバルブの目標開度と実開度との偏差に応じて、駆動回路２への制御対象入力を演算するフィードバック演算部５と、フィードバック演算部５で駆動回路２の制御対象入力を演算するためのゲインを演算するフィードバックゲイン調整部６と、電力供給経路Ｌ１におけるリレー３の下流側又は上流側の電圧を検出し、検出された電圧が所定値Ｂ以下である場合に、フィードバック演算部５及びフィードバックゲイン調整部６の演算を停止させる電圧監視部７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御スロットル装置に関し、特にアクセル指示開度に基づいてスロットル開度をフィードバック制御する電子制御スロットル装置に関する。

近年、自動二輪車等の車両の電子制御スロットル装置では、アクセル指示開度に応じて目標スロットル開度を算出し、スロットル開度が目標スロットル開度に一致するように、スロットルバルブを開閉駆動するモータをフィードバック制御することによって、運転者の要求に応じたスロットル開度制御が行われている。

かかる電子制御スロットル装置は、車両に搭載されているバッテリからの電力を利用してモータを駆動するものであるが、かかるモータの駆動電圧は、バッテリの劣化、他のデバイスによる負荷、レクティファイヤレギュレータ等の原因によって低下する可能性も考えられる。

かかる状況下で、特許文献１は、内燃機関の制御装置に関し、バッテリの電圧を検出して、バッテリの電圧が所定の判定値より低い場合には、スロットルバルブの開度制御を禁止する構成が開示されている。

特開２００７−１６２６２５号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、バッテリとモータ駆動回路との間には様々な切換回路や継電回路等を含む電源回路等の電力供給経路が設けられ、バッテリからの電力はかかる電力供給経路を介してモータ駆動回路に供給されるものであるから、特許文献１の構成においては、モータ駆動回路の直前の経路で電圧が低下した場合には、その電圧の低下を検出できない。これにより、特許文献１の構成においては、モータ駆動回路の直前の電圧が低下した場合には、スロットルバルブの動作の応答性が低下したり、かかるスロットルバルブの動作の応答性の低下に起因して、フィードバック制御系に不要な影響が生じるような可能性も考えられる。

例えば、フィードバック制御系に生じ得る不要な影響としては、スロットル開度が目標スロットル開度に収束し難くなるために、モータの制御対象入力が大きくなり、モータ駆動回路に供給される電圧が元の状態に戻った際に予期せぬスロットルバルブの動作が発生することが考えられる。また、適応制御によるフィードバック制御を実行している場合には、フィードバック制御系に生じ得る不要な影響としては、モータ駆動回路に供給される電圧が元の状態に戻った際に、フィードバックゲイン調整のためのパラメータの値が実際の駆動特性からずれてしまうことが考えられる。

よって、現状では、モータ駆動回路に供給される直前の電圧が低下した場合にスロットルバルブの動作の応答性が低下することを抑制できる電子制御スロットル装置を実現する必要性は高いと考えられる。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、モータ駆動回路に供給される直前の
電圧が低下した場合にスロットルバルブの動作の応答性が低下することを抑制可能な電子制御スロットル装置を提供するを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、バッテリからの電力を利用してモータを駆動することによってスロットルバルブを開閉制御する駆動回路と、前記バッテリから前記駆動回路への電力供給経路に配設されるリレーの内で最も下流側に位置し、前記バッテリからの電力を継電自在なリレーと、前記スロットルバルブの目標開度と実開度との偏差に応じて、前記駆動回路への制御対象入力を演算するフィードバック演算部と、前記フィードバック演算部で前記制御対象入力を演算するためのゲインを演算するフィードバックゲイン調整部と、前記電力供給経路における前記リレーの下流側又は上流側の電圧を検出し、検出された電圧が第１閾値以下である場合に、前記フィードバック演算部及び前記フィードバックゲイン調整部の演算を停止させる電圧監視部と、を備える電子制御スロットル装置であることを第１の局面とする。

また、本発明は、かかる第１の特徴に加えて、前記電圧監視部が、検出された電圧が前記第１閾値より大きい第２閾値以下である場合に、前記フィードバック演算部の中で積分項を演算する演算部を停止し、前記フィードバックゲイン調整部の演算周期を長くすることを第２の局面とする。

本発明の第１の局面における電子制御スロットル装置によれば、バッテリから駆動回路への電力供給経路に配設されるリレーの内で最も下流側に位置し、バッテリからの電力を継電自在なリレーの下流側又は上流側の電圧が第１閾値以下である場合に、フィードバック演算部及びフィードバックゲイン調整部による演算を停止することによって、駆動回路への制御対象入力を０としてスロットルバルブを閉方向に駆動するので、モータ駆動回路に供給される電圧が低下した場合にスロットルバルブの動作の応答性が低下することを抑制できる。

また、本発明の第２の局面における電子制御スロットル装置によれば、リレーの下流側又は上流側の電圧が第１閾値より大きい第２閾値以下である場合に、フィードバック演算のうち、積分項の演算を停止することによって、積分項が飽和することを抑制するので、リレーの下流側又は上流側の電圧が始動時に低下した場合にスロットル開度が全閉状態になることを回避し、始動性を向上できる。また、フィードバックゲイン調整部による演算周期を長くするので、モータの緩慢な駆動に実際の駆動特性を近似させることができる。

図１は、本発明の実施形態における電子制御スロットル装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す電子制御スロットル装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電子制御スロットル装置につき、詳細に説明する。

〔電子制御スロットル装置の構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における電子制御スロットル装置の構成につき、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における電子制御スロットル装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態における電子制御スロットル装置１は、図示を省略する車両、典型的には自動二輪車に搭載され、駆動回路２、リレー３、偏差算出部４、フィードバック演算部５、フィードバックゲイン調整部６、電圧監視部７、加算部１０、及び切換部１１、１２、１３を主な構成要素として備えている。かかる偏差算出部４、フィードバック演算部５、フィードバックゲイン調整部６、電圧監視部７、加算部１０、及び切換部１１、１２、１３は、典型的には、車両に搭載され図示を省略するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の演算処理装置の機能ブロックとして示すが、個別の又は集積化された電子回路等から成っていてもかまわない。また、加算部１０は、フィードバック演算部５の機能の中に含まれていてもかまわない。また、切換部１１、１２、１３は、偏差算出部４、フィードバック演算部５、フィードバックゲイン調整部６、及び電圧監視部７のいずれかの機能の中に含まれていてもかまわない。

駆動回路２は、制御対象入力に従って、車両に搭載されたバッテリ８からの電力を利用して制御対象であるモータ９を駆動することによって、車両の図示を省略するエンジンの吸気系に配設されたスロットルバルブを開閉制御するものである。

リレー３は、バッテリ８から駆動回路２への電力供給経路Ｌ１におけるリレーの内で最も下流側で駆動回路２の手前に配設されるものであり、ＥＣＵ内の図示を省略するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からのオン／オフ信号に応じて、バッテリ８から駆動回路２への電力の供給／供給停止を直接的に切り換えるものである。なお、図示を省略するが、バッテリ８とリレー３との間の電力供給経路Ｌ１には、様々な切換回路や継電回路を含む電源回路、具体的にはイグニッションスイッチ、バッテリ８に対してＥＣＵの上流側のリレー、ＥＣＵのメインリレー等が配設されている。また、リレー３と駆動回路２との間の電力供給経路Ｌ１は、典型的には、リレー３の出力端３ｂと駆動回路２の図示を省略する入力端とを電気的に接続する配線である。

偏差算出部４は、アクセル指示開度に応じたスロットルバルブの目標開度（目標スロットル開度）とモータ９からの制御対象出力との偏差を算出するものである。偏差算出部４は、信号経路Ｌ２と信号経路Ｌ２から分岐した信号経路Ｌ３及び信号経路Ｌ４とを介して、算出した偏差をフィードバック演算部５に出力する。かかる信号経路Ｌ２及び信号経路Ｌ４には、フィードバック演算部５への偏差の出力／出力停止を切り換える切換部１１、１２が配設されている。

フィードバック演算部５は、第１制御部５１と第２制御部５２とを備えている。第１制御部５１は、信号経路Ｌ３を介して偏差算出部４から入力された偏差を積算的に保持しない演算部であり、例えばＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御における比例項の演算及び微分項の演算を行う演算部である。第２制御部５２は、信号経路Ｌ４を介して偏差算出部４から入力された偏差を積算的に保持する演算部であり、例えばＰＩＤ制御における積分項の演算を行う演算部である。フィードバック演算部５は、第１制御部５１の演算結果と第２制御部５２の演算結果とを加算部１０に出力し、加算部１０は、第１制御部５１の演算結果と第２制御部５２の演算結果とを加算演算する。これにより、加算部１０からの出力は、偏差算出部４から入力された偏差に応じて、実スロットル開度が目標スロットル開度に一致するようにモータ９によってスロットルバルブを開閉駆動するための制御対象入力となる。かかる制御対象入力は、駆動回路２及びフィードバックゲイン調整部６に出力される。

フィードバックゲイン調整部６は、加算部１０から入力された制御対象入力及びモータ９から入力された制御対象出力に従って、フィードバック演算部５における第１制御部５
１及び第２制御部５２で行われる演算に対するゲインを演算するものである。フィードバックゲイン調整部６は、信号経路Ｌ５を介して演算されたゲインを第１制御部５１及び第２制御部５２に出力する。かかる、信号経路Ｌ５には、第１制御部５１及び第２制御部５２へのゲインの出力／出力停止を切り換える切換部１３が配設されている。

電圧監視部７は、停止判断部７１と更新周期切換部７２とを備えている。

具体的には、停止判断部７１は、第１の機能として、駆動回路２及びモータ９に対するより直接的な電圧であるリレー３の出力端３ｂの電圧Ｖｂ２を検出し、検出された電圧Ｖｂ２が所定値Ｂ（＜所定値Ａ）以下である場合には、モータ９は実質的に停止状態に近い状態にあるから、フィードバック演算部５を稼働する必然性はないし、仮にフィードバック演算部５を稼働すれば、偏差算出部４から出力される偏差がそこに積算的に保持される一方で、フィードバックゲイン調整部６から出力されるゲインは不要に増大して、フィードバック演算部５の演算に起因する制御対象入力が不要に増大してしまうことを考慮して、切換部１１、１２、１３を全てオフする。これによって、停止判断部７１は、偏差算出部４から出力される偏差をフィードバック演算部５における第１制御部５１及び第２制御部５２に入力させないようにすると共に、フィードバックゲイン調整部６から出力されるフィードバック演算部５における第１制御部５１及び第２制御部５２に入力させないようにして、第１制御部５１及び第２制御部５２の演算を完全に停止させ、これに対応してフィードバックゲイン調整部６の演算を完全に停止させる。

また、停止判断部７１がこのようにリレー３の出力端３ｂの電圧Ｖｂ２を検出した場合に、検出された電圧Ｖｂ２が所定値Ｂまでは下がっていないが、所定値Ｂより大きな所定値Ａ以下である場合には、モータ９は相対的にゆっくりと回転しており、フィードバック演算部５の演算自体は成立するため、その第１制御部５１及び第２制御部５２の全ての演算を停止する必然性は低いことを考慮して、停止判断部７１は、第２の機能として、切換部１２のみをオフしてもよい。これにより、停止判断部７１は、偏差算出部４から入力された偏差を積算的に保持する演算部である第２制御部５２の演算を停止させることも可能である。また、このように停止判断部７１がリレー３の出力端３ｂの電圧Ｖｂ２を検出した場合に、検出された電圧Ｖｂ２が所定値Ｂまでは下がっていないが、所定値Ｂより大きな所定値Ａ以下である場合には、モータ９は相対的にゆっくりと回転しているため、フィードバックゲイン調整部６のゲインの演算を頻繁に行う必然性はないから、更新周期切換部７２は、フィードバックゲイン調整部６の演算周期を通常時の演算周期より相対的に長くする指令をフィードバックゲイン調整部６に出力し、フィードバックゲイン調整部６は、相対的に長い演算周期でゲインを演算して、フィードバック演算部５の第１制御部５１に出力してもよい。かかる場合、停止判断部７１の動作及び更新周期切換部７２の動作は、双方を行ってもよいし、何れか一方を行ってもよい。

一方で、停止判断部７１は、駆動回路２及びモータ９に対しては間接的な電圧であるが、バッテリ８に対しては直接的な電圧となるリレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１を検出してもよい。かかる電圧Ｖｂ１を検出する場合の停止判断部７１における停止判断部７１及び更新周期切換部７２の各動作は、リレー３の出力端３ｂの電圧Ｖｂ２を検出した場合のものと同様である。但し、かかる電圧Ｖｂ１の検出は、駆動回路２へ印加される電圧を直接的に検出できる電圧Ｖｂ２の検出よりは、優先順位が低いものである。また、もちろん、停止判断部７１は、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１及びリレー３の出力端３ｂの電圧Ｖｂ２の双方を検出してもかまわない。

なお、停止判断部７１は、必ずしもリレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１そのもの又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２そのものを検出する必要はなく、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１と同電位の電圧又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２と同電位の電圧を検出できる位置でかかる
電圧を検出すればよい。例えば、リレー３の入力端３ａと同電位の電圧を検出できる位置としては、リレー３の上流側の電力供給経路Ｌ１にある直近の分岐回路又はリレーまでの位置であればよく、リレー３の出力端３ｂと同電位の電圧を検出できる位置としては、リレー３の下流側の電力供給経路Ｌ１にある駆動回路２の入力端までの位置であればよい。

〔動作〕
次に、以上の構成を有する電子制御スロットル装置１の動作につき、図２を参照して、詳細に説明する。

図２は、図１に示す電子制御スロットル装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

始めに、図２（ａ）に示すように、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２（以下、電源電圧値と表記）が所定値Ａより大きい場合には（時間ｔ＝０〜ｔ１）、停止判断部７１及び更新周期切換部７２は何も処理を実行しない。これにより、図２（ｂ）に示すように、フィードバック演算部５は、偏差算出部４から入力された偏差に応じて、駆動回路２への制御対象入力をフィードバック演算する。また、フィードバックゲイン調整部６は、所定の演算周期（更新周期）でフィードバック演算部５で駆動回路２への制御対象入力を演算するためのゲイン（モデルパラメータ）を演算する。この処理により、図２（ｃ）に示すように、実スロットル開度ＴＨ２はアクセル指示開度に応じた目標スロットル開度ＴＨ１に追従するようになる。

次に、図２（ａ）に示すように、電源電圧値が所定値Ａ以下に低下した場合に（時間ｔ＝ｔ１〜ｔ２）、図２（ｂ）に示すように、停止判断部７１は、切換部１１、１３はオンのままで切換部１２をオフすることによって偏差算出部４が算出した偏差が第２制御部５２に出力されないようにする。また、更新周期切換部７２は、フィードバックゲイン調整部６によるフィードバックゲインの演算周期を通常時の演算周期より長くする。このような処理によれば、フィードバック演算のうち、積分項の演算が停止され、積分項が飽和することが抑制されるので、電源電圧値が始動時に低下した場合にスロットル開度が全閉状態になることを回避し、始動性を向上できる。また、モータ９の緩慢な駆動に実際の駆動特性を近似させることができる。

次に、図２（ａ）に示すように、電源電圧値が所定値Ｂ以下に低下した場合に（時間ｔ＝ｔ２〜ｔ３）、図２（ｂ）に示すように、停止判断部７１は、切換部１１、１２をオフすることによって偏差算出部４が算出した偏差が第１制御部５１及び第２制御部５２に出力されないようにすることにより、フィードバック演算部５の演算を停止する。また、停止判断部７１は、切換部１３をオフすることによって、フィードバックゲイン調整部６による演算を停止する。このような処理によれば、駆動回路２への制御対象入力は０となり、図２（ｃ）に示すように、実スロットル開度ＴＨ２は閉方向に駆動されるので、駆動回路２に供給される電圧が低下した場合にスロットルバルブの動作の応答性が低下することを抑制できる。

次に、図２（ａ）に示すように電源電圧値が所定値Ｂより大きい値に復帰した場合に（時間ｔ＝ｔ３〜ｔ４）、停止判断部７１は、切換部１２をオフにしたまま切換部１１をオンすることによって偏差算出部４が算出した偏差が第１制御部５１に出力されるようにすることにより、積分項の演算以外のフィードバック演算を再開する。また、更新周期切換部７２は、フィードバックゲイン調整部６によるフィードバックゲインの演算周期を通常時の演算周期より長くする。

次に、図２（ａ）に示すように電源電圧値が所定値Ａより大きい値に復帰した場合に（
時間ｔ＝ｔ４以後）、停止判断部７１は、切換部１２をオンする。これにより、フィードバック演算部５は、駆動回路２への制御対象入力のフィードバック演算処理を再開する。また、フィードバックゲイン調整部６は、通常時の演算周期でフィードバック演算部５で駆動回路２への制御対象入力を演算するためのゲインを演算する。この処理により、図２（ｃ）に示すように、実スロットル開度ＴＨ２はアクセル指示開度に応じた目標スロットル開度ＴＨ１に追従するようになる。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態における電子制御スロットル装置１では、電圧監視部７が、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２を検出し、検出された電圧が所定値Ｂ以下である場合に、フィードバック演算部５及びフィードバックゲイン調整部６の演算を停止させる。このような構成によれば、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２が所定値Ｂ以下である場合に、駆動回路２への制御対象入力が０となり、スロットルバルブが閉方向に駆動されるので、スロットルバルブの動作の応答性が低下することを抑制できる。

また、本発明の実施形態における電子制御スロットル装置１では、電圧監視部７は、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２が所定値Ａ以下である場合に、フィードバック演算のうち、積分項の演算を停止し、フィードバックゲイン調整部６の演算周期を通常時の演算周期より長くする。このような構成によれば、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２が所定値Ａ以下である場合に、積分項が飽和することが抑制されるので、リレー３の入力端３ａの電圧Ｖｂ１又は出力端３ｂの電圧Ｖｂ２が始動時に低下した場合にスロットル開度が全閉状態になることを回避し、始動性を向上できる。また、モータ９の緩慢な駆動に実際の駆動特性を近似させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１…電子制御スロットル装置
２…駆動回路
３…リレー
４…偏差算出部
５…フィードバック演算部
６…フィードバックゲイン調整部
７…電圧監視部７
８…バッテリ
９…モータ
１０…加算部
１１、１２、１３…切換部
５１…第１制御部
５２…第２制御部
７１…停止判断部
７２…更新周期切換部
Ｌ１…電力供給経路
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５…信号経路

Claims (2)

1. バッテリからの電力を利用してモータを駆動することによってスロットルバルブを開閉制御する駆動回路と、
   前記バッテリから前記駆動回路への電力供給経路に配設されるリレーの内で最も下流側に位置し、前記バッテリからの電力を継電自在なリレーと、
   前記スロットルバルブの目標開度と実開度との偏差に応じて、前記駆動回路への制御対象入力を演算するフィードバック演算部と、
   前記フィードバック演算部で前記制御対象入力を演算するためのゲインを演算するフィードバックゲイン調整部と、
   前記電力供給経路における前記リレーの下流側又は上流側の電圧を検出し、検出された電圧が第１閾値以下である場合に、前記フィードバック演算部及び前記フィードバックゲイン調整部の演算を停止させる電圧監視部と、
   を備えることを特徴とする電子制御スロットル装置。
2. 前記電圧監視部は、検出された電圧が前記第１閾値より大きい第２閾値以下である場合に、前記フィードバック演算部の中で積分項を演算する演算部を停止し、前記フィードバックゲイン調整部の演算周期を長くすることを特徴とする請求項１に記載の電子制御スロットル装置。

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