JP2748488B2 - スロットル開度制御装置 - Google Patents
スロットル開度制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンに付属したメイン、サブの２つの
スロットルアクチュエータを備えるスロットル開度制御
装置に関し、メイン側の故障をいち早く検出し、サブ側
の制御を開始することによって、スロットル開度制御装
置の信頼性を向上させるものである。
スロットルアクチュエータを備えるスロットル開度制御
装置に関し、メイン側の故障をいち早く検出し、サブ側
の制御を開始することによって、スロットル開度制御装
置の信頼性を向上させるものである。
電子制御によるスロットルバルブの開度を制御する装
置は、特開昭61-54329号公報で開示されている。この従
来装置は、単一のバルブ機構しか備えていないため、バ
ルブ機構が動かなくなった場合、エンジンの回転が上が
ってしまう。このような問題を未然に防ぐため、この装
置では各種の故障診断方法を開示しているが、これらの
故障診断方法は、定常的または準定常的な信号をもとに
診断を行うため、突発的な故障が生じた場合、すみやか
に故障検出ができないといった問題を持っている。即
ち、突発的な故障が生じても、その故障によって生じた
異常動作が、十分落ち着いてからでないと故障検出がで
きず、エンジン回転上昇を未然に防ぐことが比較的困難
であるという問題を持っている。
置は、特開昭61-54329号公報で開示されている。この従
来装置は、単一のバルブ機構しか備えていないため、バ
ルブ機構が動かなくなった場合、エンジンの回転が上が
ってしまう。このような問題を未然に防ぐため、この装
置では各種の故障診断方法を開示しているが、これらの
故障診断方法は、定常的または準定常的な信号をもとに
診断を行うため、突発的な故障が生じた場合、すみやか
に故障検出ができないといった問題を持っている。即
ち、突発的な故障が生じても、その故障によって生じた
異常動作が、十分落ち着いてからでないと故障検出がで
きず、エンジン回転上昇を未然に防ぐことが比較的困難
であるという問題を持っている。
そのため本発明は、バルブ機構が動かなくなるといっ
た故障が生じた場合でも、故障発生を速やかに検出し、
スロットルバルブ制御機能の全部または一部を遂行でき
るようにして、スロットル開度制御装置の信頼性を向上
させることを目的とする。
た故障が生じた場合でも、故障発生を速やかに検出し、
スロットルバルブ制御機能の全部または一部を遂行でき
るようにして、スロットル開度制御装置の信頼性を向上
させることを目的とする。
本発明の概要を第１図（ａ）に沿って説明すれば、本
発明は、エンジンの吸気管途中に設けられたメインとサ
ブの２つのスロットルバルブを有し、メイン側のスロッ
トルバルブ（２）が故障した場合に、サブ側のスロット
ルバルブ（６）にて前記エンジンの吸気量を制御するも
のにおいて、 前記エンジンの吸気量を制御する指令値を成すスロッ
トル開度指令信号（CS）を発生する手段（800）、 前記エンジンの前記吸気管の途中に設けられた前記メ
インスロットルバルブを駆動する手段（801）、 前記メインスロットルバルブ（２）の位置を検出し、
メインスロットルポジション信号（MPS）を発する手段
（802）、 該メインスロットルポジション信号（MPS）と前記ス
ロットル開度指令信号（CS）とから制御信号を演算し、
前記メインスロットルバルブを駆動する手段（801）に
前記制御信号を与えるメインスロットルバルブ制御手段
（803）、 前記メインスロットルバルブ（２）とは別の位置に取
付けられた前記サブスロットルバルブ（６）を駆動する
手段（804）、 前記サブスロットルバルブ（６）の位置を検出し、サ
ブスロットルポジション信号（SPS）を発する手段（80
5）、 前記スロットル開度指令信号（CS）と、前記メインス
ロットルポジション信号（MPS）とから、前記メインス
ロットルバルブを駆動する手段（801）と、前記メイン
スロットルポジション信号を発する手段（802）と前記
メインスロットルバルブ制御手段（803）とを含む状態
方程式で記述されるメインスロットル制御系（MSYS）の
数学モデルに従って、正常であり故障のないときの前記
メインスロットルバルブの開度の推定値（PV）を出力す
る状態観測手段（806）、 前記メインスロットルポジション信号（MPS）と前記
状態観測手段（806）からの前記推定値（PV）とを比較
し、前記メインスロットル制御系（MSYS）が故障と判定
したときにサブ起動指令信号（SSC）を出力する判定手
段（807）、 該判定手段（807）からの前記サブ起動指令信号（SS
C）が出力されたときに、前記スロットル開度指令信号
（CS）と前記サブスロットルポジション信号（SPS）と
から制御信号を演算し、前記サブスロットルバルブを駆
動する手段に前記制御信号を与えるサブスロットルバル
ブ制御手段（808）とを備えるものである。
発明は、エンジンの吸気管途中に設けられたメインとサ
ブの２つのスロットルバルブを有し、メイン側のスロッ
トルバルブ（２）が故障した場合に、サブ側のスロット
ルバルブ（６）にて前記エンジンの吸気量を制御するも
のにおいて、 前記エンジンの吸気量を制御する指令値を成すスロッ
トル開度指令信号（CS）を発生する手段（800）、 前記エンジンの前記吸気管の途中に設けられた前記メ
インスロットルバルブを駆動する手段（801）、 前記メインスロットルバルブ（２）の位置を検出し、
メインスロットルポジション信号（MPS）を発する手段
（802）、 該メインスロットルポジション信号（MPS）と前記ス
ロットル開度指令信号（CS）とから制御信号を演算し、
前記メインスロットルバルブを駆動する手段（801）に
前記制御信号を与えるメインスロットルバルブ制御手段
（803）、 前記メインスロットルバルブ（２）とは別の位置に取
付けられた前記サブスロットルバルブ（６）を駆動する
手段（804）、 前記サブスロットルバルブ（６）の位置を検出し、サ
ブスロットルポジション信号（SPS）を発する手段（80
5）、 前記スロットル開度指令信号（CS）と、前記メインス
ロットルポジション信号（MPS）とから、前記メインス
ロットルバルブを駆動する手段（801）と、前記メイン
スロットルポジション信号を発する手段（802）と前記
メインスロットルバルブ制御手段（803）とを含む状態
方程式で記述されるメインスロットル制御系（MSYS）の
数学モデルに従って、正常であり故障のないときの前記
メインスロットルバルブの開度の推定値（PV）を出力す
る状態観測手段（806）、 前記メインスロットルポジション信号（MPS）と前記
状態観測手段（806）からの前記推定値（PV）とを比較
し、前記メインスロットル制御系（MSYS）が故障と判定
したときにサブ起動指令信号（SSC）を出力する判定手
段（807）、 該判定手段（807）からの前記サブ起動指令信号（SS
C）が出力されたときに、前記スロットル開度指令信号
（CS）と前記サブスロットルポジション信号（SPS）と
から制御信号を演算し、前記サブスロットルバルブを駆
動する手段に前記制御信号を与えるサブスロットルバル
ブ制御手段（808）とを備えるものである。
上記の本発明によれば、メインスロットルバルブを中
心とした状態方程式で記述されるメインスロットル制御
系の数学モデルに従って現代制御理論を応用した状態観
測手段が、上記制御系の正常時のメインスロットルバル
ブ開度の推定値を出力しているので、何らかの異常が上
記制御系に生じると、前記推定値と実際のメインスロッ
トルバルブ開度との間の偏差が大となり、上記系の故障
を速やかに、かつ正確に検出できる。つまり、上記制御
系に突発的な故障が生じた場合、直ちにこの故障の過程
において前記偏差が生じるので、この偏差に基づいて故
障診断を行うことになり、速やかに故障検出ができる。
そして、この故障を検出すると、メインスロットルバル
ブに代行してサブスロットルバルブがエンジンの吸気量
の制御を速やかに代行するので、故障にかかわらずエン
ジン性能の変動を少なくできる。
心とした状態方程式で記述されるメインスロットル制御
系の数学モデルに従って現代制御理論を応用した状態観
測手段が、上記制御系の正常時のメインスロットルバル
ブ開度の推定値を出力しているので、何らかの異常が上
記制御系に生じると、前記推定値と実際のメインスロッ
トルバルブ開度との間の偏差が大となり、上記系の故障
を速やかに、かつ正確に検出できる。つまり、上記制御
系に突発的な故障が生じた場合、直ちにこの故障の過程
において前記偏差が生じるので、この偏差に基づいて故
障診断を行うことになり、速やかに故障検出ができる。
そして、この故障を検出すると、メインスロットルバル
ブに代行してサブスロットルバルブがエンジンの吸気量
の制御を速やかに代行するので、故障にかかわらずエン
ジン性能の変動を少なくできる。
本発明においては、故障が発生した場合に、早期にこ
の故障を検出するとともに、サブシステムによって代行
させているので、エンジン吸気量の思わぬ変動が少な
く、エンジン回転スピードや発生トルクの変動を少なく
することができる。よって、このエンジンで駆動される
設備や装置の性能や安全性を損なうことがない。特に、
車両用エンジンにあっては、万一の場合でも異常と感じ
る走行が発生しないので、運転者に不安をもたらすこと
がなく、安全走行に寄与できる。
の故障を検出するとともに、サブシステムによって代行
させているので、エンジン吸気量の思わぬ変動が少な
く、エンジン回転スピードや発生トルクの変動を少なく
することができる。よって、このエンジンで駆動される
設備や装置の性能や安全性を損なうことがない。特に、
車両用エンジンにあっては、万一の場合でも異常と感じ
る走行が発生しないので、運転者に不安をもたらすこと
がなく、安全走行に寄与できる。
以下、一実施例について説明する。
第１図（ｂ）において、１はアクセルポジションセン
サであり、車両運転者の足で操作されるアクセルペダル
1aの変位量を検出している。２はエンジン100の吸気管1
01の途中に設けられたメインスロットルバルブで、３の
メインモータで駆動される。４はメインスロットルポジ
ションセンサであり、前記メインスロットルバルブの変
位量を検出する。５はメインスロットルコントローラ
で、アクセルポジションセンサ１からのスロットルバル
ブ開度の制御目標値とメインスロットルポジションセン
サ２からの実際値の制御偏差に基づき、メインモータ３
を駆動する。メインスロットルコントローラ５は、例え
ば特開昭61-54329号公報で開示されているPID制御器
（比例、積分、微分動作の制御器）で構成される。
サであり、車両運転者の足で操作されるアクセルペダル
1aの変位量を検出している。２はエンジン100の吸気管1
01の途中に設けられたメインスロットルバルブで、３の
メインモータで駆動される。４はメインスロットルポジ
ションセンサであり、前記メインスロットルバルブの変
位量を検出する。５はメインスロットルコントローラ
で、アクセルポジションセンサ１からのスロットルバル
ブ開度の制御目標値とメインスロットルポジションセン
サ２からの実際値の制御偏差に基づき、メインモータ３
を駆動する。メインスロットルコントローラ５は、例え
ば特開昭61-54329号公報で開示されているPID制御器
（比例、積分、微分動作の制御器）で構成される。
６はサブスロットルバルブで、メインスロットルバル
ブ２と直列に、吸気管101に取付けられる。サブスロッ
トルバルブ６には、非作動時にはバルブ常開となるよう
に、図示しないリターンスプリングが取付けられる。７
はサブモータで、サブスロットルバルブ６を駆動する。
８はサブスロットルポジションセンサであり、前記サブ
スロットルバルブ６の変位量を検出する。９はサブスロ
ットルコントローラで、故障検出器10のサブ起動指令信
号SSCが出力されている時に、アクセルポジションセン
サ１からの目標値となるスロットル開度指令信号CSとサ
ブスロットルポジションセンサ８からのスロットルバル
ブの変位量の実際値との間の制御偏差に基づき、サブモ
ータ７を駆動する。サブスロットルコントローラ９は、
メインスロットルコントローラ５と同様、PID制御器等
で構成される。
ブ２と直列に、吸気管101に取付けられる。サブスロッ
トルバルブ６には、非作動時にはバルブ常開となるよう
に、図示しないリターンスプリングが取付けられる。７
はサブモータで、サブスロットルバルブ６を駆動する。
８はサブスロットルポジションセンサであり、前記サブ
スロットルバルブ６の変位量を検出する。９はサブスロ
ットルコントローラで、故障検出器10のサブ起動指令信
号SSCが出力されている時に、アクセルポジションセン
サ１からの目標値となるスロットル開度指令信号CSとサ
ブスロットルポジションセンサ８からのスロットルバル
ブの変位量の実際値との間の制御偏差に基づき、サブモ
ータ７を駆動する。サブスロットルコントローラ９は、
メインスロットルコントローラ５と同様、PID制御器等
で構成される。
10は故障検出器で、アクセルポジションセンサ１から
の目標値と、メインスロットルポジション４からの実際
値から、メインスロットル制御系の故障を検出し、サブ
起動指令信号SSCを出力する（なお、実際の装置ではメ
インスロットルコントローラ５と故障検出器10とサブス
ロットルコントローラ９とはマイクロコンピュータ内部
で構成され、これについては後述する）。
の目標値と、メインスロットルポジション４からの実際
値から、メインスロットル制御系の故障を検出し、サブ
起動指令信号SSCを出力する（なお、実際の装置ではメ
インスロットルコントローラ５と故障検出器10とサブス
ロットルコントローラ９とはマイクロコンピュータ内部
で構成され、これについては後述する）。
故障検出器10の構成を第２図に示す。故障検出器10
は、状態観測器21と判定ロジック22によって構成され
る。状態観測器21は、スロットル開度指令信号CSと同じ
アクセルポジションセンサ信号uk（ｋは、サンプリング
時点を表す）と、メインスロットルポジションセンサ４
からのメインスロットルポジション信号MPSと同じ信号y
kとから、メインスロットル制御系の数学モデルに従っ
て、正常時のメインスロットルバルブ２の位置の推定値
PV（以下ではkという）を出力する。判定ロジック22
は、メインスロットルポジションセンサ４からの信号yk
と、状態観測器21からのメインスロットルバルブ２の位
置の推定値kとを比較し、その結果、メインスロット
ル制御系が故障したと判定したときは、サブ起動指令信
号SSCを出力する。
は、状態観測器21と判定ロジック22によって構成され
る。状態観測器21は、スロットル開度指令信号CSと同じ
アクセルポジションセンサ信号uk（ｋは、サンプリング
時点を表す）と、メインスロットルポジションセンサ４
からのメインスロットルポジション信号MPSと同じ信号y
kとから、メインスロットル制御系の数学モデルに従っ
て、正常時のメインスロットルバルブ２の位置の推定値
PV（以下ではkという）を出力する。判定ロジック22
は、メインスロットルポジションセンサ４からの信号yk
と、状態観測器21からのメインスロットルバルブ２の位
置の推定値kとを比較し、その結果、メインスロット
ル制御系が故障したと判定したときは、サブ起動指令信
号SSCを出力する。
次に、状態観測器21の設計法を説明する。ここでは、
メインスロットルコントローラ５は、Ｐ（比例）制御器
で構成されているものとする。今、メインモータ３が直
流モータであるとすると、モータとスロットルバルブの
運動方程式は、以下の様に記述できる。
メインスロットルコントローラ５は、Ｐ（比例）制御器
で構成されているものとする。今、メインモータ３が直
流モータであるとすると、モータとスロットルバルブの
運動方程式は、以下の様に記述できる。
Va ：モータ入力電圧 〔Ｖ〕 ia ：モータ電機子電流 〔Ａ〕 La ：モータ電機子インダクタンス〔Ｈ〕 Ra ：モータ電機子抵抗 〔Ω〕 ec ：モータ逆起電力 〔Ｖ〕 τ ：トルク 〔Ｎ・ｍ〕 Ｊ ：慣性モーメント 〔kg・m2〕 Ｄ ：粘性係数 〔Ｎ・ｍ・ｓ〕 θ ：スロットルポジション 〔rad〕 k1 ：逆起電力係数 〔Ｖ・Ｓ〕 k2 ：トルク係数 〔Ｎ・m/A〕 ここで、モータ電機子インダクタンスLaは、十分小さ
いとして、 （但し、ｔは時間）とおいて、モータおよびスロット
ルバルブ系の状態方程式を求めると、m(t) ＝Ａｍχｍ（ｔ）＋Bmum(t) ………（５） ym(t)＝Ｃｍχｍ（ｔ） ………（６） Cm＝〔０ １〕 となる。次に式（４），（５），（６）を用いて、ア
クセルポジションセンサ１からの信号u(t)、メインスロ
ットルポジションセンサ４からの信号y(t)に至るメイン
スロットル制御系の状態方程式を求める。ここで、
u(t),y(t)は、時刻ｔにおけるアクセルポジションセン
サ１とメインスロットルポジションセンサ４からの信号
とする。ここでは、コントローラ５は、Ｐ（比例）制御
をするものとする。即ち、 um(t)＝Kp（u(t)−y(t)） ………（７） （但し、Kpは比例ゲイン） （４），（５），（６），（７）式からum(t)を消去
して、 とおいて、 Cc＝〔０ １〕 となる。次に、式（８），（９），（10）から、メイ
ンスロットル制御系の離散系状態方程式を求める。即
ち、 （但し、Ｔはサンプリング周期、ｋはｋ番目のサンプ
リング時点） とおいて、 χk+1＝Ａχｋ＋Buk ………（12） yk＝Ｃｋχｋ ………（13） となる。（14），（15）式の導出は、例えば“Digita
l Control of dynamic systems,G.F.Franklin and J.D.
Powell,Addison-Wesley Publishing Company,Massachus
etts,1981,131頁〜139頁”に説明されている。
いとして、 （但し、ｔは時間）とおいて、モータおよびスロット
ルバルブ系の状態方程式を求めると、m(t) ＝Ａｍχｍ（ｔ）＋Bmum(t) ………（５） ym(t)＝Ｃｍχｍ（ｔ） ………（６） Cm＝〔０ １〕 となる。次に式（４），（５），（６）を用いて、ア
クセルポジションセンサ１からの信号u(t)、メインスロ
ットルポジションセンサ４からの信号y(t)に至るメイン
スロットル制御系の状態方程式を求める。ここで、
u(t),y(t)は、時刻ｔにおけるアクセルポジションセン
サ１とメインスロットルポジションセンサ４からの信号
とする。ここでは、コントローラ５は、Ｐ（比例）制御
をするものとする。即ち、 um(t)＝Kp（u(t)−y(t)） ………（７） （但し、Kpは比例ゲイン） （４），（５），（６），（７）式からum(t)を消去
して、 とおいて、 Cc＝〔０ １〕 となる。次に、式（８），（９），（10）から、メイ
ンスロットル制御系の離散系状態方程式を求める。即
ち、 （但し、Ｔはサンプリング周期、ｋはｋ番目のサンプ
リング時点） とおいて、 χk+1＝Ａχｋ＋Buk ………（12） yk＝Ｃｋχｋ ………（13） となる。（14），（15）式の導出は、例えば“Digita
l Control of dynamic systems,G.F.Franklin and J.D.
Powell,Addison-Wesley Publishing Company,Massachus
etts,1981,131頁〜139頁”に説明されている。
以上、これまで状態方程式で記述されるメインスロッ
トル制御系の数学モデルの導出を行った。
トル制御系の数学モデルの導出を行った。
具体的な数値例を Ra＝5.8 〔Ω〕 La＝０ 〔Ｈ〕 Ｊ＝1.3×10-5 〔kg・m2〕 Ｄ＝2.6×10-5 〔Ｎ・ms〕 K1＝0.026 〔Ｖ・ｓ〕 K2＝2.5×10-2 〔Ｎ・m/A〕 Kp＝0.1 として、各パラメータを求めると、 Cc＝〔０ １〕 ………（20） サンプリング周期Ｔ＝5msとして、 Ｃ＝〔０ １〕 ………（23） を得た。
次に、式（12），（13）で表されるメインスロットル
制御系の状態観測器を導出する。状態観測器の設計法、
性質は、例えば“Linear Optimal Control Systems,H.K
wakernaak and R.Sivan,Wiley-Intenscience,New York,
1972,522頁〜536頁”（以下文献（２）という）に詳し
く説明されているので、ここでは結果のみ示す。
制御系の状態観測器を導出する。状態観測器の設計法、
性質は、例えば“Linear Optimal Control Systems,H.K
wakernaak and R.Sivan,Wiley-Intenscience,New York,
1972,522頁〜536頁”（以下文献（２）という）に詳し
く説明されているので、ここでは結果のみ示す。
今、状態観測器を （Ｋは、出力誤差のフィードバックゲイン） とすると、状態観測器の設計は、ゲインＫを求めるこ
とである。ここでは、状態観測器の固有値｛（Ａ−KC）
の固有値｝が、メインスロットル制御系の固有値（Ａの
固有値）の２乗程度（連続系で２倍の速さの収速性を持
つ）になるように極配置法を用いて設計する。極配置法
については、文献（２）198頁ないし201頁に説明されて
いる。
とである。ここでは、状態観測器の固有値｛（Ａ−KC）
の固有値｝が、メインスロットル制御系の固有値（Ａの
固有値）の２乗程度（連続系で２倍の速さの収速性を持
つ）になるように極配置法を用いて設計する。極配置法
については、文献（２）198頁ないし201頁に説明されて
いる。
まず始めに、Ａの固有値（λ1，λ2とする）を求める
と、 λ1＝0.9738＋i0.0109 λ2＝0.9738−i0.0109 ここで、状態観測器の固有値をλ1の絶対値の２乗程
度として、 λ01＝0.95 λ02＝0.90 と選ぶ。極配置法でゲインＫを選ぶと、 となった。以上、これまで状態観測器のパラメータA,
B,C,Kの導出を行った。
と、 λ1＝0.9738＋i0.0109 λ2＝0.9738−i0.0109 ここで、状態観測器の固有値をλ1の絶対値の２乗程
度として、 λ01＝0.95 λ02＝0.90 と選ぶ。極配置法でゲインＫを選ぶと、 となった。以上、これまで状態観測器のパラメータA,
B,C,Kの導出を行った。
次に、判定ロジック22の構成法を説明する。本実施例
では、メインスロットルバルブのポジションの実際値yk
と、状態観測器の出力kの偏差の絶対値が、しきい値A
thより大きい時、メインスロットル側が、故障であると
判定する。即ち、判定ロジックは、 『｜yk−k｜＞Athなら、サブ起動指令信号を出力す
る。』となる。しきい値Athは、例えば正常時のykとk
の差の標準偏差の３倍程度に設定すると、観測ノイズの
影響を受けにくい判定ロジックを構成できる。
では、メインスロットルバルブのポジションの実際値yk
と、状態観測器の出力kの偏差の絶対値が、しきい値A
thより大きい時、メインスロットル側が、故障であると
判定する。即ち、判定ロジックは、 『｜yk−k｜＞Athなら、サブ起動指令信号を出力す
る。』となる。しきい値Athは、例えば正常時のykとk
の差の標準偏差の３倍程度に設定すると、観測ノイズの
影響を受けにくい判定ロジックを構成できる。
以上、説明したメインスロットルコントローラ５、サ
ブスロットルコントローラ９、故障検出器10は、実際の
装置では第３図に示すマイクロコンピュータによって実
現される。第３図ではメインスロットルコントローラ、
サブスロットルコントローラおよび故障検出器の構成を
示すブロック図である。この第３図において、本実施例
では２つのcpuを持つ構成とし、cpu（マイクロコンピュ
ータの中枢となるセントラルプロセッシングユニット）
１は、メインスロットルコントローラ、cpu2は、サブス
ロットルコントローラと故障検出器との機能を果たすよ
うにされており、機能別に分けることにより、一方の故
障が他方に波及しにくいようにされている。各cpuに
は、A/Dコンバータ（A/D1とA/D2）、リードオンリーメ
モリーROM（ROM1とROM2）、ランダムアクセスメモリーR
AM（RAM1とRAM2）、およびタイマ（タイマ１とタイマ
２）が取付けられ、それぞれ別々のマイクロコンピュー
タを構成している。A/DコンバータA/D1には、メインス
ロットルポジション信号ykとアクセルポジション信号
uk、A/D2には、上記２つの信号とサブスロットルポジシ
ョン信号SPSが取り込まれる。タイマ１からは、第１図
（ｂ）のメインモータ３を駆動するためのPWM信号OSM、
タイマ２からは、サブモータ７を駆動するためのPWM信
号OSSが出力される。
ブスロットルコントローラ９、故障検出器10は、実際の
装置では第３図に示すマイクロコンピュータによって実
現される。第３図ではメインスロットルコントローラ、
サブスロットルコントローラおよび故障検出器の構成を
示すブロック図である。この第３図において、本実施例
では２つのcpuを持つ構成とし、cpu（マイクロコンピュ
ータの中枢となるセントラルプロセッシングユニット）
１は、メインスロットルコントローラ、cpu2は、サブス
ロットルコントローラと故障検出器との機能を果たすよ
うにされており、機能別に分けることにより、一方の故
障が他方に波及しにくいようにされている。各cpuに
は、A/Dコンバータ（A/D1とA/D2）、リードオンリーメ
モリーROM（ROM1とROM2）、ランダムアクセスメモリーR
AM（RAM1とRAM2）、およびタイマ（タイマ１とタイマ
２）が取付けられ、それぞれ別々のマイクロコンピュー
タを構成している。A/DコンバータA/D1には、メインス
ロットルポジション信号ykとアクセルポジション信号
uk、A/D2には、上記２つの信号とサブスロットルポジシ
ョン信号SPSが取り込まれる。タイマ１からは、第１図
（ｂ）のメインモータ３を駆動するためのPWM信号OSM、
タイマ２からは、サブモータ７を駆動するためのPWM信
号OSSが出力される。
次に、各cpuの処理手順を、第４図、第５図および第
６図に従って説明する。第４図は、第３図のcpu1による
メインスロットルコントローラの処理手順である。この
処理は、サンプリング周期5msごとに実行される。初め
に、ステップ401において、メインスロットルポジショ
ン信号ykをA/D変換し、次に、ステップ402においてアク
セルポジション信号ukをA/D変換する。次に、ステップ4
03においてメインモータへの入力電圧Vkを比例制御則Vk
＝Ｋ・（uk−yk）：（Ｋは比例ゲイン）に従って計算す
る。次に、ステップ404においてメインモータへの入力
電圧Vkをパルス幅変調するためのタイマ設定値tpを計算
する。なお、タイマ設定値とはPWM駆動した場合のON時
間を示すデータであり、後述するPWM駆動用ドライバす
なわちタイマに前記データtpが入力され、タイマからパ
ルス列信号がモータに与えられる。
６図に従って説明する。第４図は、第３図のcpu1による
メインスロットルコントローラの処理手順である。この
処理は、サンプリング周期5msごとに実行される。初め
に、ステップ401において、メインスロットルポジショ
ン信号ykをA/D変換し、次に、ステップ402においてアク
セルポジション信号ukをA/D変換する。次に、ステップ4
03においてメインモータへの入力電圧Vkを比例制御則Vk
＝Ｋ・（uk−yk）：（Ｋは比例ゲイン）に従って計算す
る。次に、ステップ404においてメインモータへの入力
電圧Vkをパルス幅変調するためのタイマ設定値tpを計算
する。なお、タイマ設定値とはPWM駆動した場合のON時
間を示すデータであり、後述するPWM駆動用ドライバす
なわちタイマに前記データtpが入力され、タイマからパ
ルス列信号がモータに与えられる。
BAT:バッテリ電圧 T:サンプリング周期 最後に、ステップ405でタイマ設定値tpをタイマ１に
設定して、メインルーチンへ戻る。第５図は、cpu2によ
る故障検出処理である。この処理は、サンプリング周期
5msごとに実行される。初めに、ステップ501においてメ
インスロットルポジション信号ykをA/D変換する。次
に、ステップ502においてアクセルポジション信号ukをA
/D変換する。次に、ステップ503において、前述の（2
4），（25）式で定義した状態観測器に基づいて、メイ
ンスロットルポジションの推定値kを計算する。次
に、ステップ504において、判定ロジックに従って、yk
とkの偏差の絶対値をしきい値Athと比較する。偏差の
絶対値がしきい値Athより大きい時は、ステップ505にお
いてサブ起動指令フラグFSUBを１に設定し、そうでない
時は、ステップ506においてフラグを０に設定して、メ
インルーチンへ戻る。
設定して、メインルーチンへ戻る。第５図は、cpu2によ
る故障検出処理である。この処理は、サンプリング周期
5msごとに実行される。初めに、ステップ501においてメ
インスロットルポジション信号ykをA/D変換する。次
に、ステップ502においてアクセルポジション信号ukをA
/D変換する。次に、ステップ503において、前述の（2
4），（25）式で定義した状態観測器に基づいて、メイ
ンスロットルポジションの推定値kを計算する。次
に、ステップ504において、判定ロジックに従って、yk
とkの偏差の絶対値をしきい値Athと比較する。偏差の
絶対値がしきい値Athより大きい時は、ステップ505にお
いてサブ起動指令フラグFSUBを１に設定し、そうでない
時は、ステップ506においてフラグを０に設定して、メ
インルーチンへ戻る。
第６図は、第３図のcpu2によるサブスロットルコント
ローラの処理手順である。この処理は、サンプリング周
期5msごとに実行される。初めに、ステップ601において
第５図のステップ505にて設定したサブ起動指令フラグF
SUBを調べ、FSUBが０なら、メインルーチンへ戻る。FSU
Bが１なら、ステップ602でサブスロットルコントローラ
の処理を行う。以後のステップ603,604,605および606の
処理は、第４図のメインスロットルコントローラでのス
テップと同様の手順で行われるので、説明を省略する。
ローラの処理手順である。この処理は、サンプリング周
期5msごとに実行される。初めに、ステップ601において
第５図のステップ505にて設定したサブ起動指令フラグF
SUBを調べ、FSUBが０なら、メインルーチンへ戻る。FSU
Bが１なら、ステップ602でサブスロットルコントローラ
の処理を行う。以後のステップ603,604,605および606の
処理は、第４図のメインスロットルコントローラでのス
テップと同様の手順で行われるので、説明を省略する。
以上説明した本実施例に従って実験をした結果を第７
図に示す。第７図（ａ）は、第１図（ｂ）のアクセルポ
ジションセンサ信号１からの信号（CS又はuk）のサンプ
リング時間ｋに対する変化特性図、第７図（ｂ）はメイ
ンスロットルポジションセンサ４からの信号とサブスロ
ットルポジションセンサ８からの信号の変化特性図であ
る。また、第７図（ｃ）は第５図のステップ505,506で
設定されたサブ起動指令フラグFSUBの立上り時点を示
す。なお、各図において、横軸はサンプリング時点ｋを
示す。実験では、ｋ＝200の時点FPで、メインスロット
ル制御系に故障を発生させている。これに対して、故障
検出器は、第７図（ｃ）の如くｋ＝250の時点でサブ起
動指令フラグを１としてサブ起動指令信号を出力し、サ
ブスロットル制御系は、このサブ起動指令信号を受け
て、ｋ＝300の時点でアクセルポジションセンサ信号に
追従している。即ち、本実施例によれば、故障発生から
100サンプリング時間（時間にして0.5秒）で正常動作に
復帰することができ、応答性の良いサブスロットルバル
ブによるバックアップ機能をもったスロットル開度制御
装置を実現できる。
図に示す。第７図（ａ）は、第１図（ｂ）のアクセルポ
ジションセンサ信号１からの信号（CS又はuk）のサンプ
リング時間ｋに対する変化特性図、第７図（ｂ）はメイ
ンスロットルポジションセンサ４からの信号とサブスロ
ットルポジションセンサ８からの信号の変化特性図であ
る。また、第７図（ｃ）は第５図のステップ505,506で
設定されたサブ起動指令フラグFSUBの立上り時点を示
す。なお、各図において、横軸はサンプリング時点ｋを
示す。実験では、ｋ＝200の時点FPで、メインスロット
ル制御系に故障を発生させている。これに対して、故障
検出器は、第７図（ｃ）の如くｋ＝250の時点でサブ起
動指令フラグを１としてサブ起動指令信号を出力し、サ
ブスロットル制御系は、このサブ起動指令信号を受け
て、ｋ＝300の時点でアクセルポジションセンサ信号に
追従している。即ち、本実施例によれば、故障発生から
100サンプリング時間（時間にして0.5秒）で正常動作に
復帰することができ、応答性の良いサブスロットルバル
ブによるバックアップ機能をもったスロットル開度制御
装置を実現できる。
なお、上記実施例では、第２図に示す判定ロジック22
が、メインスロットルポジションセンサ信号ykと状態観
測器kの偏差の絶対値がしきい値Athより大きいとき、
サブ起動指令信号を出力するように構成したが、正常時
と故障時でしきい値Athにヒステリシスをもたせても良
い。
が、メインスロットルポジションセンサ信号ykと状態観
測器kの偏差の絶対値がしきい値Athより大きいとき、
サブ起動指令信号を出力するように構成したが、正常時
と故障時でしきい値Athにヒステリシスをもたせても良
い。
さらに上記一実施例では、状態観測器21への入力信号
となるスロットル開度指令信号CSをアクセルポジション
センサ信号ukとしたが、車両走行速度を所定値に保つオ
ートドライブ制御装置や、発進時の車輪の空転等を防止
するトラクション制御装置等の既存装置からのスロット
ル開度指令信号を、状態観測器への入力信号としても、
メインスロットル制御系の故障を検出することができ
る。
となるスロットル開度指令信号CSをアクセルポジション
センサ信号ukとしたが、車両走行速度を所定値に保つオ
ートドライブ制御装置や、発進時の車輪の空転等を防止
するトラクション制御装置等の既存装置からのスロット
ル開度指令信号を、状態観測器への入力信号としても、
メインスロットル制御系の故障を検出することができ
る。
第１図（ａ）は本発明の概要を説明するためのブロック
図、第１図（ｂ）は本発明の一実施例の全体構成を示す
ブロック図、第２図は上記一実施例中の故障検出器を説
明するためのブロック図、第３図は上記一実施例の具体
的構成を示すもので、メインスロットルコントローラと
サブスロットルコントローラと前記故障検出器とを２つ
のマイクロコンピュータを用いて構成した例を示すブロ
ック結線図、第４図、第５図および第６図は第３図のマ
イクロコンピュータ内での処理の流れを示し、第４図は
メインスロットルコントローラとしての処理手順、第５
図は故障検出器としての処理手順、第６図はサブスロッ
トルコントローラとしての処理手順を夫々示す。第７図
（ａ）、第７図（ｂ）および第７図（ｃ）は上記一実施
例の装置の作動特性図であり、夫々スロットル開度指令
信号をなすアクセルポジション信号の変化を示す特性
図、メイン側とサブ側の各々のスロットルバルブの開度
を示すスロットルポジション信号の変化を示す特性図、
およびサブ起動指令信号をなすフラグの立上り時点を示
す特性図である。 100……エンジン,101……吸気管,2……メインスロット
ルバルブ,6……サブスロットルバルブ,CS……スロット
ル開度指令信号,MPS……メインスロットルポジション信
号,SPS……サブスロットルポジション信号,MSYS……メ
インスロットル制御系,PV……推定値,SSC……サブ起動
指令信号。
図、第１図（ｂ）は本発明の一実施例の全体構成を示す
ブロック図、第２図は上記一実施例中の故障検出器を説
明するためのブロック図、第３図は上記一実施例の具体
的構成を示すもので、メインスロットルコントローラと
サブスロットルコントローラと前記故障検出器とを２つ
のマイクロコンピュータを用いて構成した例を示すブロ
ック結線図、第４図、第５図および第６図は第３図のマ
イクロコンピュータ内での処理の流れを示し、第４図は
メインスロットルコントローラとしての処理手順、第５
図は故障検出器としての処理手順、第６図はサブスロッ
トルコントローラとしての処理手順を夫々示す。第７図
（ａ）、第７図（ｂ）および第７図（ｃ）は上記一実施
例の装置の作動特性図であり、夫々スロットル開度指令
信号をなすアクセルポジション信号の変化を示す特性
図、メイン側とサブ側の各々のスロットルバルブの開度
を示すスロットルポジション信号の変化を示す特性図、
およびサブ起動指令信号をなすフラグの立上り時点を示
す特性図である。 100……エンジン,101……吸気管,2……メインスロット
ルバルブ,6……サブスロットルバルブ,CS……スロット
ル開度指令信号,MPS……メインスロットルポジション信
号,SPS……サブスロットルポジション信号,MSYS……メ
インスロットル制御系,PV……推定値,SSC……サブ起動
指令信号。
フロントページの続き (72)発明者 青木 啓二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 伸一郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−91644（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−253131（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−153945（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−58335（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (5)
- 【請求項１】エンジンの吸気管途中に設けられたメイン
とサブの２つのスロットルバルブを有し、メイン側のス
ロットルバルブ（２）が故障した場合に、サブ側のスロ
ットルバルブ（６）にて前記エンジンの吸気量を制御す
るものにおいて、 前記エンジンの吸気量を制御する指令値を成すスロット
ル開度指令信号（CS）を発生する手段（800）、 前記エンジンの前記吸気管の途中に設けられた前記メイ
ンスロットルバルブを駆動する手段（801）、 前記メインスロットルバルブ（２）の位置を検出し、メ
インスロットルポジション信号（MPS）を発する手段（8
02）、 該メインスロットルポジション信号（MPS）と前記スロ
ットル開度指令信号（CS）とから制御信号を演算し、前
記メインスロットルバルブを駆動する手段（801）に前
記制御信号を与えるメインスロットルバルブ制御手段
（803）、 前記サブスロットルバルブ（６）を駆動する手段（80
4）、 前記サブスロットルバルブ（６）の位置を検出し、サブ
スロットルポジション信号（SPS）を発生する手段（80
5）、 前記スロットル開度指令信号（CS）と、前記メインスロ
ットルポジション信号（MPS）とから、前記メインスロ
ットルバルブを駆動する手段（801）と、前記メインス
ロットルポジション信号を発生する手段（802）と前記
メインスロットルバルブ制御手段（803）とを含む状態
方程式で記述されるメインスロットル制御系（MSYS）の
数学モデルに従って、正常であり故障のないときの前記
メインスロットルバルブの開度の推定値（PV）を出力す
る状態観測手段（806）、 前記メインスロットルポジション信号（MPS）と前記状
態観測手段（806）からの前記推定値（PV）とを比較
し、前記メインスロットル制御系（MSYS）が故障と判定
したときにサブ起動指令信号（SSC）を出力する判定手
段（807）、 該判定手段（807）からの前記サブ起動指令信号（SSC）
が出力されたときに、前記スロットル開度指令信号（C
S）と前記サブスロットルポジション信号（SPS）とから
制御信号を演算し、前記サブスロットルバルブを駆動す
る手段に前記制御信号を与えるサブスロットルバルブ制
御手段（808）とを備えるスロットル開度制御装置。 - 【請求項２】エンジンの吸気量を制御するために操作さ
れるアクセルの操作量を検出してスロットルバルブ開度
の制御目標値を出力するアクセルポジションセンサ、 前記エンジンの吸気管の途中に設けられたメインスロッ
トルバルブ、 前記メインスロットルバルブを駆動するメインモータ、 前記メインスロットルバルブの変位量を検出するメイン
スロットルポジションセンサ、 前記アクセルポジションセンサからの前記目標値と前記
メインスロットルポジションセンサが検出した前記変位
量との間の制御偏差に基づき、前記メインモータを介し
て前記メインスロットルバルブを駆動するメインスロッ
トルコントローラ、 前記メインスロットルバルブとは別の位置に取付けられ
たサブスロットルバルブ、 前記サブスロットルバルブを駆動するサブモータ、 前記サブスロットルバルブの変位量を検出するサブスロ
ットルポジションセンサ、 前記アクセルポジションセンサからの前記目標値と前記
メインスロットルポジションセンサからの前記変位量と
から、少なくとも前記メインスロットルコントローラと
前記メインモータと前記メインスロットルバルブと前記
メインスロットルポジションセンサとを含むメインスロ
ットル制御系の故障を検出して、サブ起動指令信号を出
力するものであって、前記アクセルポジションセンサか
らの前記目標値と前記メインスロットルポジションセン
サからの前記変位量に従って、前記メインスロットルバ
ルブの正常時の位置の推定値を演算する第１演算部と、
前記メインスロットルポジションセンサからの変位量と
前記第１演算部からの前記推定値とを比較し、前記メイ
ンスロットル制御系が故障と判定されたときに、前記サ
ブ起動指令信号を出力する第２演算部とを有する演算
部、および 前記演算部からの前記サブ起動指令信号が出力されたと
きに、前記アクセルポジションセンサからの前記目標値
と前記サブスロットルポジションセンサからの前記変位
量との間の制御偏差に基づき、前記サブモータを駆動す
るサブスロットルコントローラを備えたスロットル開度
制御装置。 - 【請求項３】前記判定手段は、前記推定値と前記メイン
スロットルポジション信号の値との差の絶対値が所定量
を越えた時に前記サブ起動指令信号を出力することを特
徴とする請求項１記載のスロットル開度制御装置。 - 【請求項４】前記第１演算部は、状態方程式で記述され
る前記メインスロットル制御系の数学モデルから正常時
のメインスロットルバルブの開度位置を推定する状態観
測器を構成することを特徴とする請求項２記載のスロッ
トル開度制御装置。 - 【請求項５】前記メインスロットルバブル制御手段は、
第１のマイクロコンピュータによって構成され、前記サ
ブスロットルバルブ制御手段と前記状態観測手段と前記
判定手段とは前記第１のマイクロコンピュータとは別に
設けられた第２のマイクロコンピュータによって構成さ
れている請求項１記載のスロットル開度制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1010234A JP2748488B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | スロットル開度制御装置 |
| US07/463,035 US4995364A (en) | 1989-01-18 | 1990-01-10 | Throttle control apparatus for engines |
| DE4001226A DE4001226A1 (de) | 1989-01-18 | 1990-01-17 | Drosselsteuereinrichtung fuer maschinen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1010234A JP2748488B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | スロットル開度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02191828A JPH02191828A (ja) | 1990-07-27 |
| JP2748488B2 true JP2748488B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=11744608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1010234A Expired - Lifetime JP2748488B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | スロットル開度制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4995364A (ja) |
| JP (1) | JP2748488B2 (ja) |
| DE (1) | DE4001226A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5113823A (en) * | 1990-04-06 | 1992-05-19 | Nissan Motor Company, Limited | Throttle valve control apparatus for use with internal combustion engine |
| JP2598333B2 (ja) * | 1990-06-26 | 1997-04-09 | 日産自動車株式会社 | スロットル開度検出装置 |
| US5546306A (en) * | 1992-10-27 | 1996-08-13 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Multiple processor throttle control apparatus for an internal combustion engine |
| JPH06213049A (ja) * | 1993-01-14 | 1994-08-02 | Toyota Motor Corp | 異常判定装置 |
| US5444369A (en) * | 1993-02-18 | 1995-08-22 | Kearney-National, Inc. | Magnetic rotational position sensor with improved output linearity |
| JPH06330780A (ja) * | 1993-05-21 | 1994-11-29 | Toyota Motor Corp | 車両用演算装置及び車両用演算方法 |
| JP2998491B2 (ja) * | 1993-05-21 | 2000-01-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関のスロットル弁制御装置 |
| DE4327455A1 (de) * | 1993-08-16 | 1995-02-23 | Hella Kg Hueck & Co | System zur Ansteuerung eines Stellgliedes zur Einstellung der Luftzufuhr eines Kraftfahrzeugmotors |
| JP2841013B2 (ja) * | 1993-09-07 | 1998-12-24 | 本田技研工業株式会社 | サブスロットルバルブの全閉開度学習装置 |
| US5520146A (en) * | 1995-03-03 | 1996-05-28 | Ford Motor Company | Electronic control system for single and series throttle valves |
| JP3060897B2 (ja) * | 1995-06-22 | 2000-07-10 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の吸気流制御装置 |
| US6363316B1 (en) * | 2000-05-13 | 2002-03-26 | Ford Global Technologies, Inc. | Cylinder air charge estimation using observer-based adaptive control |
| JP4049557B2 (ja) * | 2001-07-26 | 2008-02-20 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関のフェールセーフ制御装置 |
| EP1770262A1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-04-04 | MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.p.A. | Regulating device for regulating the air intake of a vehicle internal combustion engine |
| JP6623749B2 (ja) * | 2015-12-25 | 2019-12-25 | 三菱自動車工業株式会社 | エンジンの制御装置 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2927881C2 (de) * | 1979-07-11 | 1984-06-28 | Bosch und Pierburg System oHG, 4040 Neuss | Verfahren und Vorrichtung zur Übergangsanreicherung bei Gemischbildnern |
| JPS59153945A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-09-01 | Nissan Motor Co Ltd | スロツトルバルブ制御装置 |
| US4484551A (en) * | 1983-07-05 | 1984-11-27 | Ford Motor Company | Air-air/fuel control device |
| US4603625A (en) * | 1984-07-18 | 1986-08-05 | Marathon Corporation | Apparatus for monitoring the fullness of a compactor |
| DE3510173C2 (de) * | 1984-08-16 | 1994-02-24 | Bosch Gmbh Robert | Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug |
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