JP2771249B2 - 電子式絞り弁開度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車用ガソリンエンジンなどの絞り弁を
アクチュエータにより開閉制御するようにした電子式絞
り弁開度制御装置に係り、特に、絞り弁開度制御用のア
クチュエータとして直流電動機を用いたシステムに好適
な電子式絞り弁開度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、自動車の性能向上に対する要求が強まるにつ
れ、大馬力エンジンの搭載に伴うトラクション制御の必
要性が高まり、この結果、スロットルバルブ（絞り弁）
の開度制御の一部または全部を電子的に行うようにし
た、いわゆる電子スロットルエンジン制御システムが広
く採用されるようになっているが、このようなシステム
の従来例では、スロットルバルブの開度を検出するセン
サの出力信号をもとにし、それをエンジンの運転状態な
どから演算されたスロットルバルブの目標開度と突き合
わせることにより制御を遂行してゆくフィードバック制
御方式になっており、その例を、例えば特開昭61−8994
9号の公報などに見ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、スロットルバルブの開度を検出す
るセンサの出力信号にノイズ乗りやすいという点につい
て配慮がされておらず、このためアクチュエータに流れ
る電流が乱れ、この電流の乱れに起因する電波障害発生
の問題があった。

すなわち、特に自動車などの車両用のシステムでは、
スロットルバルブの開度検出用センサなどがエンジンル
ーム内に設置されるのが通例であり、このため、検出信
号に、各種の電装品や補機駆動用モータ（電動機）など
によるノイズや、イグニッションノイズの混入が多くな
る。

他方、このような電子スロットルシステムでは、制御
の高精度化、高応答性化のため、上記したフィードバッ
ク制御に加えて、アクチュエータの駆動系に存在する摩
擦の影響を打ち消すための駆動力の補償、いわゆる摩擦
補償の適用が不可避であるが、このとき、アクチュエー
タによる駆動方向により補償量を変えなければならない
から、スロットルバルブの開閉方向の検出が必要にな
る。

しかるに、このとき、開度検出信号にノイズが混入す
ると、上記したスロットルバルブの開閉方向の検出動作
が影響を受け、上記の摩擦補償に誤動作を生じ、アクチ
ュエータに流れる電流が乱れ、電波障害を引き起こすよ
うになってしまうのである。

本発明の目的は、自動車などの車載機器に電波障害を
与える虞れあるアクチュエータ電流の乱れが発生しない
ようにした電子式絞り弁開度制御装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に、スロットルバルブの開度を検出するセン
サの出力信号にディジタル一次遅れ処理を施した上で、
同一開閉方向についての判定結果の継続性を判断し、所
定の継続性が満足された場合にだけ、スロットルバルブ
の開閉方向の判定結果が得られたものとして処理するよ
うにして達成される。

なお、このとき、とにかく、ハード的、ソフト的にノ
イズによる影響を除いてやれば良いのであるから、ハー
ド的にフイルタをかけたり、或いは高精度のセンサを用
いるようにしても良いが、この方法では、 ハード的なフイルタだけで対処しようとすると応答
性が損なわれる。

大きなコストアップを伴う。

などの点で不利になるので、この発明では、上記のよう
にしたのである。

〔作用〕

スロットルバルブの開度位置を表わす信号を微分処理
することにより、開閉方向の判別が行われるが、このと
き、上記信号がディジタル一次遅れ処理されているた
め、ノイズが含まれていても、それによる影響はかなり
低減され、さらに、判定結果が所定の継続性を備えてい
ることを条件として最終的な方向判定結果としているた
め、アクチュエータの駆動が脈動的になることがなくな
り、充分に電流の乱れが抑えられてしまうので、この電
流の脈動に伴う電波障害の発生の虞れをなくすことがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明による電子式絞り弁開度制御装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。

まず、第２図は本発明の一実施例を自動車のエンジン
に適用した場合の全体構成図で、図において、１はエン
ジン、２は吸気管、３はスロットルバルブ、４は直流電
動機、５は電子スロットル制御装置、６はスロットルセ
ンサである。

スロットルバルブ３は、エンジン１に吸入空気を供給
するための吸気管２に連通する空気通路内に設置されて
おり、その回動により空気通路を開閉制御し、エンジン
１に対する吸入空気量を制御する働きをする。なお、こ
の実施例では、運転者によりアクセルペダルを介して、
直接開閉制御される通常のスロットルバルブと二重系を
なすようにして設置してある場合について示している
が、スロットルバルブ３単独のシステムとしても良いこ
とはいうまでもない。

直流電動機４はスロットルバルブ３を開閉操作するア
クチュエータとして動作し、電子スロットル制御装置５
から供給される制御信号によりスロットルバルブ３と回
動駆動し、所定の開度位置に制御する働きをする。

電子スロットル制御装置５は、図示してない各種のセ
ンサからエンジン１の運転状態を表わす各種のデータ、
例えばエンジン回転数、吸気流量、冷却水温度などのデ
ータを取り込み、これらによりスロットルバルブ３の目
標開度を演算し、この演算結果を直流電動機４に供給し
てスロットルバルブ３の位置制御を行わせると共に、そ
の結果をスロットルセンサ６から取り込み、スロットル
バルブ３の実開度位置を上記目標開度に収束させるため
の、所定のフィードバック制御が与えられるように動作
し、これにより上記したトラクション制御が得られるよ
うにする働きをする。なお、このときの、上記した目標
開度は、他の制御装置など、この電子スロットル制御装
置５の外部の装置から供給されるようにしても良い。

次に、第３図はスロットルバルブ３の周辺部の詳細を
示したもので、スロットルバルブ３は回動軸７を有し、
軸受８、９により保持され、他方、直流電動機４の回転
軸は軸受10、11により保持され、その回転力はリダクシ
ョン歯車12を介してスロットルバルブ３の回動軸７に伝
達されるようになっている。そして、このスロットルバ
ルブ３の回動軸７の他方の端部に上記したスロットルセ
ンサ６が取付けられ、スロットルバルブ３の開度位置を
検出するようになっている。

又、このスロットルバルブ３の回動軸７には戻しばね
13が設けられ、定常状態ではスロットルバルブ３が全開
位置に戻されるように構成されている。

ところで、このような構成のスロットルバルブ系での
運動方程式は、次式で表わせる。

Is・θａ＝Ｉ・Km・Ｇ−Ts−Tf ……（１） ただし、Is :直流電動機と歯車の慣性 θa:スロットルバルブの角加速度 I :直流電動機の電流 Km :直流電動機のトルク定数 G :リダクション歯車の減速比 Ts :戻しばねのトルク Tf :軸摩擦によるトルク ここで、戻しばねのトルクTsは、ほぼスロットルバル
ブ３の開度に比例する。また、軸摩擦によるトルクTf
は、軸受８、９、10、11などによるものである。

そして、ここで、特に留意しなければならないこと
は、この軸摩擦によるトルクTfは、その符号がアクチュ
エータである直流電動機４の回転方向、つまりスロット
ルバルブ３の回動角速度の正負に応じて変わることであ
る。

すなわち、スロットルバルブ３の開度が閉じる方向を
正方向、反対に開く方向を負方向とすれば、正方向にス
ロットルバルブ３を回動させようとしたときには、その
動きに逆らうように、この軸摩擦によるトルクTfの符号
は正になり、逆に、負方向に回動させようとしたときに
は、このトルクTfの符号は負になるのである。

次に、以上のようなスロットルバルブ駆動系の動的モ
デルを基にして構築した、制御ブロック図を示すと第４
図の通りとなる。

この第４図において、破線で囲った部分は、制御対
象、すなわち、スロットルバルブとアクチュエータとな
る直流電動機とを含む系の物理モデルであり、それ以外
の部分がセンサや制御装置系を表わすものである。

このモデルは、いわゆるPD制御方式を採っており、比
例ゲイン要素301と微分ゲイン要素313で、それぞれＰル
ープ、Ｄループが構成される。

ブロック311は、ばねトルク補正ゲイン要素で、ブロ
ック303で示すようなテーブルを用意し、このテーブル
の検索により、ばねトルクを推定し、電流を増減するこ
とにより、補償を行う。

ブロック315は摩擦トルク補償ゲイン要素で、センサ3
09からの信号を、まずディジタルフィルタ要素310によ
り一次遅れ処理してスロットルバルブの開動角検出値θ
ｃを得、これを微分要素312により変化分を演算処理
し、角速度検出値θvcを算出する。

この角速度検出値θvcは、スロットルバルブの開動方
向に応じて正負の値をとるから、これを回転方向判定ロ
ジック314により判断して軸摩擦によるトルクTfの符号
を、スロットルバルブの開動方向により正負に切り換
え、これを摩擦トルク補償ゲイン要素315に入力し、
（１）式による演算が満足されるようにしている。な
お、この部分は本発明が特徴とする部分なので、詳細に
ついては、後述する。

次に、制御対象に含まれているスロットルバルブと直
流電動機を表わす要素について、説明する。

直流電動機に流れる電流Ｉは、フィードバックループ
と各種の補償による成分の総和から直流電動機の誘起電
圧成分による電流分を減じた値となるが、ここで、この
誘起電圧による直流分は、直流電動機の回転角速度θｖ
に比例する性質があるから、定数要素308により定数を
乗算することにより算出する。

こうして定まった電流値Ｉに、まずトルク定数要素30
2により所定の定数を乗算し、その結果に、ばねトルク
と摩擦トルクの減算を施すと、電流値Ｉにより直流電動
機に発生するトルクが、ばねトルクと摩擦トルクの和に
等しくなったときにスロットルバルブは停止し、ばねト
ルクと摩擦トルクの和よりも電流値Ｉによるトルクの方
が大きいときには、スロットルバルブは閉じる方向に開
動して行くことになる。

このとき、ばねトルクTsはテーブル303により与えら
れ、摩擦トルクTfはテーブル308により与えられる。な
お、304は定数要素、305、306は積分要素である。

次に、回転方向判定ロジック314における処理の詳細
について、第１図のブロック図により説明する。

この処理は、割込み処理401により所定の一定周期ご
とに実行され、この結果、まず処理402で、スロットル
バルブ開度θ（ｋ−１）に前回の割込み時での値θ
（ｋ）をシフトし、次に処理403で新たにスロットルバ
ルブ開度θをマイコンのA/Dから読み取り、処理404で、
それを新たなスロットルバルブ開度θ（ｋ）に移す。

続く処理405、406、407では、それぞれスロットルバ
ルブの角速度θｃの過去の値を、３回まで遡って順次シ
フトする処理を実行する。

処理408では、前回の角度θ（ｋ−１）と、今回での
角度θ（ｋ）との差により各速度θｖを演算し、それを
処理409で角速度θｖ（ｋ）に移す。

以上のようにして、算出した角速度θｖ（ｋ）と、過
去３回の角速度θｖ（ｋ−１）、θｖ（ｋ−２）、θｖ
（ｋ−３）の各データから直流電動機の回転方向を推定
し、摩擦トルクの符号を決定する処理が410以降の処理
であり、これは、又、本発明が特徴とする部分の１でも
ある。

まず、処理410では、摩擦トルク値の前回の値Tf
（ｋ）を過去の値Tf（ｋ−１）にシフトしておく。

そして、まず判定処理411では、今回割込み時での角
速度θｖ（ｋ）が０以上あるか否かを調べ、結果が否定
（Ｎ）となったときには処理410に、他方、結果が肯定
（Ｙ）になったときには処理417にジャンプする。そし
て、以下、判定処理412と417では前回の割込み時での角
速度θｖ（ｋ−１）に対して、それが０未満か、０以上
であるかの判定も実行し、さらに、判定処理413、418
と、判定処理414と419とで、それぞれ２回前と３回前の
角速度θｖ（ｋ−２）、θｖ（ｋ−３）についての判定
を実行するのである。

この結果、判定処理414にまで進み、さらに、ここで
の結果がＮになるのは、今回も含めて過去４回の割込み
時に取り込まれた全ての角速度θｖが０未満であったこ
とを意味するから、このときには処理415を実行し、摩
擦トルク補償ゲイン要素315での演算処理における摩擦
トルク値Tf（ｋ）として、負の符号を有する値−Tfを設
定する。

又、判定処理419にまで進み、さらに、ここでの結果
がＹになったときには、今回も含めて過去４回の割込み
時に取り込まれた全ての角速度θｖが０以上であったこ
とを意味するから、このときには処理420を実行し、摩
擦トルク補償ゲイン要素315での演算処理における摩擦
トルク値Tf（ｋ）として、正の符号を有する値＋Tfを設
定する。

しかして、判定処理411の後、判定処理412に進み、判
定処理413、414の処理にまで進んでゆく間に、いずれか
の段階で結果がＹになってしまったときと、同じく判定
処理411から判定処理417に進み、さらに判定処理418、4
19へと進んで行く間に、いずれかの段階で、今度は判定
結果がＮになってしまったときには、今回の割込み時で
の判定結果も含めて、４回連続して同じ判定結果になら
なかったことを意味するから、このときはノイズなどに
よる誤判定であると見做して、回転方向判定は変えない
ことにし、処理416の実行に移り、摩擦トルク値Tf
（ｋ）として、前回の値Tf（ｋ−１）をそのままシフト
させ、この結果、このときには、このトルク値Tf（ｋ）
の符号は変化しないことになる。

次に、第５図と第６図は、本発明の実施例による動作
と従来例による動作とを、それぞれ示したもので、いず
れも時刻t₀でスロットル回度の目標値を開から閉方向に
ステップ状に変化させ、さらに200m秒後に、今度は反対
に、閉から開方向にステップ状に変化させたときでのス
ロットル開度と直流電動機の電流値、それに回転方向の
判定結果とを、それぞれ縦軸に表わしたものである。

まず、第５図の本発明の実施例の場合の説明に先立っ
て、第６図の従来例の場合について説明すると、この場
合には、時刻t₀から約100m秒でスロットル開度が目標値
にほぼ収束しているが、この後、スロットルセンサから
の信号にノイズが混入したなどのことにより、その変動
分が、実際にスロットルバルブが開閉移動したことによ
る変化分よりも大きくなり、この結果、回転方向の判定
結果に誤判定が発生し、摩擦トルクTfの補償に使用され
るデータの符号が短周期で反転を繰返し、直流電動機の
電流にパルス状の変化を生じて振動的になり、これに伴
ってスロットル開度も不安定になっていることが分か
る。

又、この後、時刻t₀から200m秒経過した時点で、上記
したように、今度は反対方向にスロットル開度がステッ
プ状に変化したときでも同様で、やはりノイズなどによ
り、回転方向の判定に短周期での反転が現われてしま
い、この結果、直流電動機の電流がパルス的に変化して
振動的になり、同じくスロットル開度が不安定になるこ
とがわかる。

しかしながら、第５図に示す本発明の実施例の場合に
は、上記した第１図の処理が実行されることにより、同
じくステップ状のスロットル開度目標値の変化に対して
も、実際のスロットル開度の変化を検出し、連続して同
一の判定結果が得られたときだけ、始めてそれを最終的
な回転方向判定として算出するように動作するため、ス
ロットル開度が目標値に収束した後、スロットルバルブ
の動きに対応した確実な回転方向の判定結果だけが与え
られ、この結果、スロットル開度が目標値に収束した後
も、ノイズなどによる回転方向の反転判定は発生せず、
直流電動機の電流にパルス状の変化が現われのは確実に
抑えられ、電流の振動的な変化も無くなるので、電波障
害の発生を充分に抑えることができ、スロットル開度を
安定に制御することができることが分かる。

なお、以上の実施例では、スロットルバルブを開閉操
作するアクチュエータとして、直流電動機を用いている
が、本発明は、これに限らず実施可能なことはいうまで
もなく、例えば、パルスモータなど、電気的に動作する
アクチュエータなら、どのようなアクチュエータによっ
て実施してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電気的なアクチュエータを用いてス
ロットルバルブを開閉操作する方式の電子式絞り弁制御
装置において、スロットルセンサの信号にノイズが混入
したとしても、それによるスロットルバルブの回転方向
の判定に誤判定が現われるのを抑えることができるの
で、アクチュエータの動作に伴う電波障害の発生を充分
に無くすことができる上、スロットルバルブの制御が安
定化され、エンジンの制御を正確に行うことができると
いう効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子式絞り弁開度制御装置の一実
施例における制御処理を説明するフローチャート、第２
図は本発明の一実施例が適用された自動車制御システム
の一例を示すブロック図、第３図は同じく本発明の一実
施例における絞り弁操作機構の断面図、第４図は本発明
の一実施例における制御ブロックの説明図、第５図は本
発明の一実施例の効果を説明するための特性図、第６図
は従来例による動作特性図である。 １……エンジン、２……吸気管、３……スロットルバル
ブ（絞り弁）、４……直流電動機、５……電子スロット
ル制御装置、６スロットルセンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 9/02 F02D 11/10 F02D 45/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絞り弁を開閉するアクチュエータを備え、
   該絞り弁により制御される内燃機関の運転状態に応じて
   上記絞り弁の目標開度を演算し、この目標開度に上記絞
   り弁の開閉方向に応じた補正を施して所定の開度制御デ
   ータを算定し、この開度制御データを用いて上記アクチ
   ュエータを制御する方式の電子式絞り弁開度制御装置に
   おいて、上記絞り弁の開度検出結果に一次遅れ処理を与
   えるディジタル演算処理手段と、該ディジタル演算処理
   手段の出力データに基づいて上記絞り弁の開閉方向を判
   別する開閉方向判別処理手段と、この開閉方向判別処理
   手段による判別結果の継続性を判断する継続性判定処理
   手段とを設け、この継続性判定処理手段の判定結果によ
   り、上記絞り弁の開閉方向に応じた補正のための処理が
   実行されるように構成したことを特徴とする電子式絞り
   弁開度制御装置。
2. 【請求項２】請求項１の発明において、上記開閉方向判
   別処理手段が所定の周期で逐次判別結果を発生するよう
   に構成され、上記継続性判定処理手段が、この逐次発生
   されてくる判別結果が少なくとも２の所定の回数、連続
   して同一判別結果となったことを条件として上記連続性
   が満足されたものと判定するように構成されていること
   を特徴とする電子式絞り弁開度制御装置。