JP3087660B2 - 内燃機関の電子スロットル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクセル操作等に
応じてスロットルバルブをＤＣモータ等で駆動してスロ
ットル開度を電気的に制御するようにした内燃機関の電
子スロットル制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な電子スロットル制御装置
は、アクセルペダルの踏込量（アクセル操作量）をアク
セルセンサにより検出し、その検出値に応じて目標スロ
ットル開度を設定して、スロットルバルブをＤＣモータ
等で駆動し、スロットルバルブの開度（実スロットル開
度）を目標スロットル開度に一致させるようにしてい
る。このものでは、アクセル操作に対するスロットルバ
ルブの応答性が悪いと、ドライブフィーリングが悪くな
るため、スロットルバルブの応答性を向上させるための
技術が幾つか提案されている。

【０００３】その一例として、例えば米国特許第５２３
５９５０号の公報には、目標スロットル開度の変化初期
に一時的に目標スロットル開度を大きくして、目標スロ
ットル開度変化初期のスロットルバルブの応答性を向上
させる技術が開示されている。しかし、目標スロットル
開度を大きくすると、スロットル開度を微調整する微開
閉モードでは、実スロットル開度が目標スロットル開度
を越えてオーバーシュートしてしまい、スロットル制御
が不安定となる。この場合でも、目標スロットル開度を
大きくする時間を短くすれば、オーバーシュートは少な
くなるが、それに伴って応答性が低下してしまう。従っ
て、目標スロットル開度を大きくする時間を適正に設定
することが非常に難しく、しかも、現実にはスロットル
ボディの製造ばらつきや経年変化等によってスロットル
軸回りの摩擦抵抗にばらつきがあり、これが応答性に大
きな影響を与えるため、目標スロットル開度の変更によ
り応答性向上とオーバーシュート防止とを両立させるこ
とは非常に困難である。

【０００４】また、特開平５−３５２６２号公報では、
経年変化等による応答性低下を防ぐために、アクセル操
作量が予め設定された変化量分だけ変化した時のスロッ
トルバルブの応答時間を検出し、この応答時間を初期設
定時の応答時間に一致させるように制御ゲインを変更す
るようにしている。しかし、この場合には、アクセル操
作量の変化量が特定の設定値に一致しないと、制御ゲイ
ンが変更されず、車両走行中の通常のアクセル操作に対
してはスロットルバルブの応答性を向上することは不可
能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】要するに、上述した従
来のスロットル制御方式では、スロットルバルブの応答
性向上とオーバーシュート防止とを両立させることは非
常に困難である。ここで、スロットルバルブの応答性を
悪くする主たる原因は、スロットル軸回りの摩擦力であ
り、その中でも、スロットルバルブが停止状態から動き
始めるまでに働く静止摩擦力が特に大きい。このため、
スロットル開度を微調整する微開閉モードでは、図１４
（ａ）に示すように、目標スロットル開度変化後にモー
タの駆動力が静止摩擦力に打ち勝ってスロットルバルブ
が動き始めるまでの時間遅れが大きくなる傾向があり、
これが微開閉モードでの応答性を特に悪くする原因とな
っている。これを改善するために、微開閉モードで目標
スロットル開度を大きくしてモータの駆動力を大きく変
化させると、実スロットル開度が目標スロットル開度を
越えてオーバーシュートしてしまい、スロットル制御が
不安定となる。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、スロットルバルブの
応答性に影響を与えるスロットル軸回りの摩擦力の特性
を考慮したスロットル制御を行うことができ、スロット
ルバルブの応答性と安定性とを両立させることができる
内燃機関の電子スロットル制御装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関の電子スロットル制御
装置は、スロットルバルブが停止状態から動き始めるま
でに働く静止摩擦力が大きいという事情を考慮し、スロ
ットルバルブが停止状態で目標スロットル開度が変化し
た時に、スロットル駆動手段に与える制御量を目標スロ
ットル開度の変化方向にオフセットさせる。これによ
り、目標スロットル開度変化直後からスロットル駆動手
段の駆動力を静止摩擦力に打ち勝つ大きさに変化させる
ことができ、スロットルバルブの応答性を向上すること
ができる。しかも、スロットル駆動手段に与える制御量
をオフセットさせることで、応答性を向上させるため、
従来のオーバーシュートの原因になっていた目標スロッ
トル開度のオフセットを行わずに済み、オーバーシュー
トを抑制できる。尚、本発明は、少なくとも、スロット
ルバルブ１５が停止状態から動き始める時に制御量をオ
フセットさせれば良く、これ以外の適宜のタイミングで
制御量をオフセットさせることを排除するものではな
い。

【０００８】この場合、前記制御量を演算する過程で少
なくとも積分動作を行い、前記制御量のオフセット時に
は積分動作の演算結果をオフセットさせるようにすると
良い。このようにすると、目標スロットル開度変化直後
に制御量のオフセット量を一旦設定すれば、以後、積分
動作によりオフセット量を徐々に低下させることができ
る。これにより、スロットルバルブの動き始めの摩擦力
が大きいときに駆動力を大きくして動き始めの立上がり
を速くしながら、実スロットル開度が目標スロットル開
度に近付くに従って駆動力を低下させてオーバーシュー
トを防止するというスロットルバルブの動きに適応した
スロットル制御が可能となる。

【０００９】更に、請求項２のように、オフセット量
を、目標スロットル開度の変化量、実スロットル開度、
目標スロットル開度変化後の経過時間のうちの少なくと
も１つに基づいて設定すると良い。例えば、目標スロッ
トル開度の変化量が大きい場合には、スロットルバルブ
駆動当初のオフセット量を大きくすることで、応答性を
更に高めることができる。また、スロットルバルブに働
く静止摩擦力は、実スロットル開度によって変化するの
で、実スロットル開度に基づいてオフセット量を設定す
ることで、その時の静止摩擦力に応じた適切なオフセッ
ト量を設定できる。また、目標スロットル開度変化が短
時間のうちに頻繁に繰り返されるような場合には、目標
スロットル開度の変化毎に同じ大きさのオフセット量を
付加すると、オフセット量が累積して制御量がオーバー
シュートするおそれがある。この対策として、目標スロ
ットル開度変化後の経過時間が少ない場合に、オフセッ
ト量を小さくすることで、目標スロットル開度変化が短
時間のうちに繰り返されるような場合でも、オーバーシ
ュートを防止できる。

【００１０】また、請求項３のように、目標スロットル
開度変化後の初期にオフセット量を大きくし、その後は
オフセット量を小さくするようにしても良い。このよう
にすれば、スロットルバルブの動き始めの摩擦力が大き
いときに駆動力を大きくして動き始めの立上がりを速く
しながら、実スロットル開度が目標スロットル開度に近
付くに従って駆動力を低下させてオーバーシュートを防
止するというスロットルバルブの動きに適応したスロッ
トル制御が可能となる。

【００１１】また、請求項４のように、スロットルバル
ブが停止状態であるか否かの判定を目標スロットル開度
に基づいて行うようにしても良い。例えば、実スロット
ル開度を検出するスロットルセンサの出力信号からスロ
ットルバルブの停止判定を行うことが考えられるが、ス
ロットルセンサの出力信号の誤差やノイズ等によって誤
判定するおそれがある。

【００１２】これに対し、本発明では、スロットルバル
ブの応答性向上とオーバーシュート防止を両立できるの
で、実スロットル開度と目標スロットル開度との差を従
来よりも少なくすることができ、請求項４のように、目
標スロットル開度からスロットルバルブの停止判定を行
うことが可能となる。目標スロットル開度はスロットル
センサの出力信号よりも信頼性が高いので、スロットル
センサの出力信号から停止判定する場合よりも停止判定
を精度良く行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態（１）を
図１乃至図１５に基づいて説明する。まず、図１に基づ
いて内燃機関１１の制御システム全体の概略構成を説明
する。内燃機関１１の吸気管１２の上流側にはエアクリ
ーナ１３が装着され、その下流側には吸気量Ｇa を測定
するエアフローメータ１４が設置され、更にその下流側
にスロットルバルブ１５が設けられている。このスロッ
トルバルブ１５の回動軸１５ａには電磁クラッチ１６を
介してＤＣモータ１７（スロットル駆動手段）が連結さ
れ、ＤＣモータ１７の駆動力によってスロットルバルブ
１５の開度（実スロットル開度）が制御され、この実ス
ロットル開度がスロットルセンサ１８によって検出され
る。この場合、アイドル時も、ＤＣモータ１７の駆動力
によって実スロットル開度を制御し、それによって吸気
量Ｇa を制御して機関回転数を目標アイドル回転数に一
致させるようにフィードバック制御する。

【００１４】スロットルバルブ１５を通過した吸入空気
を内燃機関１１の各気筒に導入する吸気マニホールド１
９には、インジェクタ２０が取り付けられ、また、内燃
機関１１の各気筒のシリンダヘッドには点火プラグ２１
が取り付けられている。内燃機関１１のクランク軸２２
に嵌着されたシグナルロータ２３の外周に対向してクラ
ンク角センサ２４が取り付けられ、このクランク角セン
サ２４から出力されるパルス状の機関回転数信号Ｎｅが
電子制御ユニット（ＥＣＵ）２５に取り込まれ、機関回
転数信号Ｎｅのパルス間隔によって機関回転数が検出さ
れる。

【００１５】一方、アクセルペダル２６の踏込量（アク
セル操作量）がアクセルセンサ２７によって検出され、
アクセル操作量に応じた電圧信号Ａｐが電子制御ユニッ
ト２５にＡ／Ｄ変換器２８を介して取り込まれる。エア
フローメータ１４で検出した吸気量Ｇa やスロットルセ
ンサ１８で検出したスロットル開度ＴＡの各電圧信号
も、電子制御ユニット２５にＡ／Ｄ変換器２８を介して
取り込まれる。

【００１６】この電子制御ユニット２５は、ＣＰＵ２
９、ＲＯＭ３０、ＲＡＭ３１等を備えたマイクロコンピ
ュータを主体として構成され、ＲＯＭ３０に格納されて
いる内燃機関制御用の各種プログラムをＣＰＵ２９で実
行することで、点火プラグ２１の点火時期を制御すると
共に、インジェクタ駆動回路４５を介してインジェクタ
２０に与える噴射パルスを制御し、燃料噴射量を制御す
る。更に、この電子制御ユニット２５は、アクセルペダ
ル２６が全閉位置から踏み込まれた時に、電磁クラッチ
駆動回路４６を介して電磁クラッチ１６を接続（ＯＮ）
すると共に、アクセル操作量Ａｐに応じてモータ駆動回
路３２を介してＤＣモータ１７を制御し、その駆動力に
よって後述するように実スロットル開度を調整する制御
手段として機能する。

【００１７】次に、図２及び図３に基づいて電子スロッ
トルシステムの構成を説明する。アクセルペダル２６
は、ワイヤ３３を介してアクセルレバー３４に連結され
ている。このアクセルレバー３４は、アクセルリターン
スプリング３５，３６によって図２の下方（アクセル閉
鎖方向）に付勢されている。そして、アクセルペダル２
６を操作しない状態（アクセルＯＦＦ）では、アクセル
レバー３４はアクセルリターンスプリング３５，３６に
よってアクセル全閉ストッパ３７に当接した状態に保持
される。内燃機関１１の運転中は、アクセルレバー３４
の位置がアクセルセンサ２７によってアクセル操作量Ａ
ｐとして検出される。

【００１８】一方、スロットルバルブ１５の回動軸１５
ａにはバルブレバー３８が連結され、このバルブレバー
３８が退避走行用スプリング３９によって図２の上方
（スロットルバルブ１５の開放方向）に付勢されてい
る。ＤＣモータ１７とスロットルバルブ１５との間に介
在された電磁クラッチ１６が切られているとき（クラッ
チＯＦＦ時）には、図２（ｂ）に示すように、退避走行
用スプリング３９によってバルブレバー３８が中間レバ
ー４０に当接した状態に保持される。この中間レバー４
０は、バルブリターンスプリング４１によって図２の下
方（スロットルバルブ１５の閉鎖方向）に付勢されてい
る。

【００１９】このバルブリターンスプリング４１の引張
力は退避走行用スプリング３９の引張力よりも大きく設
定されている。従って、電磁クラッチ１６が切られてい
るとき（クラッチＯＦＦ時）には、図２（ｂ）に示すよ
うに、バルブリターンスプリング４１の引張力が退避走
行用スプリング３９の引張力に打ち勝って、中間レバー
４０が中間ストッパ４２に当接した状態に保持され、そ
れによって、スロットルバルブ１５の開度が中間ストッ
パ４２で規制される開度（約３ｄｅｇ）に保持される。

【００２０】一方、電磁クラッチ１６が接続されている
とき（クラッチＯＮ時）には、アクセルペダル２６の操
作に応じてＤＣモータ１７を正転又は逆転させてスロッ
トルバルブ１５の開度を調整し、そのときのスロットル
バルブ１５の開度（スロットル開度）がスロットルセン
サ１８によって検出される。この際、スロットル開度を
開く場合には、ＤＣモータ１７を正回転させて、図２
（ａ）に示すようにバルブレバー３８がバルブリターン
スプリング４１の引張力に抗して中間レバー４０を押し
上げながら、スロットルバルブ１５の開度を開く方向に
駆動する。これとは逆に、スロットル開度を閉じる場合
には、ＤＣモータ１７を逆回転させてバルブレバー３８
を下降させながらスロットルバルブ１５を閉じる方向に
駆動し、スロットルバルブ１５を全閉ストッパ位置（ス
ロットル開度＝０ｄｅｇ）まで閉じたときに、バルブレ
バー３８がスロットル全閉ストッパ４３に突き当たっ
て、それ以上の回動が阻止される。

【００２１】以上のように構成された電子スロットルシ
ステムは、図４等に示すスロットル制御用の各ルーチン
によって次のように制御される。図４のメインルーチン
は、イグニッションスイッチ（図示せず）のＯＮ後に、
電子制御ユニット２５によって例えば２ｍｓの周期にて
繰り返し実行される。このメインルーチンの処理が開始
されると、まずステップ１０１で、イニシャルチェック
（初期化処理）を実行する。このイニシャルチェックで
は、電気系統各部の通信異常の有無についてのチェック
やＲＡＭ３１の初期値のミラーチェック等が行われる。
この後、ステップ１０２で、上述した各種センサやスイ
ッチからの信号を読み込み、次のステップ１０３で、非
線形制御ルーチンを実行し、図５に示すマップを用い
て、アクセル操作量Ａｐに対して非線形に制御するスロ
ットルバルブ１５の目標スロットル開度（非線形目標開
度）ＴＡＣＣを演算する。

【００２２】この後、ステップ１０４で、トラクション
制御ルーチンを実行し、車両のトラクション制御量に応
じたスロットルバルブ１５の目標スロットル開度（トラ
クション目標開度）ＴＴＲＣを演算する。そして、次の
ステップ１０５で、定速走行制御ルーチンを実行し、定
速走行制御モード移行時のスロットルバルブ１５の初期
開度を演算すると共に、車速センサ（図示せず）を通じ
て検出される車両の実車連を目標車速に一致させるため
のスロットルバルブ１５の目標開度（定速走行目標開
度）ＴＣＲＣを演算する。

【００２３】次のステップ１０６では、アイドル回転数
制御（ＩＳＣ制御）ルーチンを実行し、アイドル時にお
けるスロットルバルブ１５の目標開度（ＩＳＣ目標開
度）ＴＩＤＬを演算する。この後、ステップ１０７で、
フェイル制御ルーチンを実行し、例えば電磁クラッチ１
６の固着フェイル又はリターンスプリング４１切損時
等、ＤＣモータ１７の制御により退避走行する場合のス
ロットルバルブ１５の開度、すなわちフェイル時のスロ
ットルバルブ１５の目標開度（フェイル目標開度）ＴＦ
ＡＩＬを演算する。

【００２４】この後、ステップ１０８で、上述したステ
ップ１０３〜１０７で演算した非線形制御、トラクショ
ン制御、定速走行制御、１ＳＣ、及びフェイル制御に関
する各目標開度に基づいて最終的な目標スロットル開度
（最終目標開度）ＴＴＡを演算する。この演算方法は、
図６に示すように、非線形目標開度ＴＡＣＣと定速走行
目標開度ＴＣＲＣとを比較して大きい方を選択した後、
この選択値とトラクション目標開度ＴＴＲＣとを比較し
て小さい方を選択し、更に、この選択値とフェイル目標
開度ＴＦＡＩＬとを比較して小さい方を選択し、最後
に、この選択値にＩＳＣ目標開度ＴＩＤＬを加算して最
終目標開度ＴＴＡを算出する。

【００２５】この後、図４のステップ１０９で、基準位
置学習ルーチンを実行し、基準位置（全閉ストッパ位
置）でのスロットルセンサ１８の出力電圧ＯＴＰにより
基準位置を学習する。

【００２６】ここで、基準位置の学習方法としては図７
と図８に示す２通りの方法がある。図７に示す基準位置
学習ルーチンは、例えば８ｍｓ毎に繰り返し処理され、
イグニッションスイッチ（ＩＧ）がＯＦＦからＯＮに切
り替えられた直後に、ステップ１２１からステップ１２
２に進み、スロットルバルブ１５を全閉ストッパ４３に
当接させるまで駆動し、その全閉ストッパ位置でのスロ
ットルセンサ１８の出力電圧ＯＴＰを読み込んで基準位
置を直接学習する。

【００２７】また、図７の基準位置学習ルーチンに代え
て、図８の基準位置学習ルーチンを実行しても良い。図
８の基準位置学習ルーチンでは、図７のステップ１２２
に代えて、ステップ１２２ａの処理を実行する。すなわ
ち、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がＯＦＦからＯＮ
に切り替えられた直後に、ステップ１２１からステップ
１２２ａに進み、電磁クラッチ１６がＯＮする前にスロ
ットルセンサ１８の出力を読み込み、この出力値から全
閉ストッパ位置でのスロットルセンサ１８の出力電圧Ｏ
ＴＰを推定する。つまり、電磁クラッチ１６がＯＮする
前（ＯＦＦ状態のとき）は、図２（ｂ）に示すように、
バルブレバー３８が中間レバー４０に当接し、且つ中間
レバー４０が中間ストッパ４２に当接した位置（以下こ
の位置を「中間ストッパ位置」という）に保持される。
このようにして、電磁クラッチ１６がＯＮする前は、ス
ロットルバルブ１５の開度が中間ストッパ位置（約３ｄ
ｅｇ）に保持されるため、この中間ストッパ位置でのス
ロットルセンサ１８の出力電圧から全閉ストッパ位置で
のスロットルセンサ１８の出力電圧ＯＴＰを推定するこ
とが可能である。

【００２８】以上のようにして図７又は図８に示す基準
位置学習ルーチンを実行した後、図４のステップ１１０
に戻り、図９に示す開度−電圧変換マップを用い、前記
ステップ１０８で求めた最終目標開度ＴＴＡを目標電圧
ＴＴＰに変換する。この後、ステップ１１１で、図１０
に示すように、目標電圧ＴＴＰとスロットルセンサ１８
の出力電圧ＴＡとを比較し、その偏差Δθ（＝ＴＴＰ−
ＴＡ）を小さくすべく、比例（Ｐ）・積分（Ｉ）・微分
（Ｄ）動作を行ってＤＣモータ１７の制御量を演算す
る。このＰＩＤ動作は、次式により行われる。

【００２９】

【数１】

【００３０】そして、次のステップ１１２で、上記制御
量をデューティ比信号に変換し、このデューティ比信号
をモータ駆動回路３２を介してＤＣモータ１７に印加す
るＰＷＭ出力処理を行う。これにより、スロットルバル
ブ１５は、ＤＣモータ１７の駆動によって、実スロット
ル開度が上記目標電圧ＴＴＰにより指令される目標スロ
ットル開度ＴＴＡにフィードバック制御されることとな
る。このフィードバック制御中は、電磁クラッチ１６が
ＯＮ状態に保持される。

【００３１】ところで、実スロットル開度（スロットル
センサ１８の出力電圧ＴＡ）を最終目標開度ＴＴＡ（目
標電圧ＴＴＰ）に一致させるために上記ステップ１１１
で行われるＰＩＤ制御において、比例動作（Ｋp ・Δ
θ）を決定する比例ゲインＫpは、スロットルバルブ１
５の開閉時の立ち上がり／立ち下がりの傾き、すなわち
応答速度を決定する。従って、この比例ゲインＫp を大
きい値に固定すると、スロットルバルブ１５の応答速度
は速くなるが、その反動としてのオーバーシュートが大
きくなる。

【００３２】また、積分動作（Ｋi ・∫Δθ）は、目標
電圧ＴＴＰとスロットルセンサ１８の出力電圧ＴＡとの
偏差Δθを小さくするするように働く。従って、この積
分動作を決定する積分ゲインＫi を大きい値に固定する
と、スロットルセンサ１８の出力電圧ＴＡが目標電圧Ｔ
ＴＰ付近に収束しているときには、その収束状態を保持
しやすくなるが、偏差Δθが大きいときには、この大き
な偏差Δθを蓄積することになるため、積分値Ｋi ・∫
Δθが大きくなり過ぎ、ハンチングが発生しやすくな
る。

【００３３】また、微分動作（Ｋd ・ｄΔθ／ｄｔ）を
決定する微分ゲインＫd は、スロットルバルブ１５の開
閉動作の応答速度に関連する最終収束速度を決定する。
従って、この微分ゲインＫd を大きくすると、スロット
ルバルブ１５の最終応答速度が遅くなるが、その反面、
オーバーシュートが小さくなる。

【００３４】以上のようなＰＩＤ制御の特性を考慮し、
各ゲインＫp ，Ｋi ，Ｋd は、スロットルバルブ１５の
応答性と安定性（オーバーシュート・ハンチング防止）
とをある程度両立させるように設定されるが、全てのス
ロットル駆動モードでの両立は困難である。例えば、全
閉駆動／全開駆動を基準にして適合されたＰＩＤゲイン
Ｋp ，Ｋi ，Ｋd は、ＤＣモータ１７の駆動力を微調整
する微開閉モードでは応答性が悪くなる。ここで、応答
性を悪くする主たる原因は、スロットルバルブ１５の回
動軸１５ａ回りの摩擦力であり、その中でも、スロット
ルバルブ１５が停止状態から動き始めるまでに働く静止
摩擦力が特に大きい。このため、微開閉モードでは、目
標スロットル開度変化後にＤＣモータ１７の駆動力が静
止摩擦力に打ち勝ってスロットルバルブ１５が動き始め
るまでの時間遅れが大きくなる傾向があり、これが微開
閉モードでの応答性を悪くする原因となっている。これ
を改善するために、微開閉モードで目標スロットル開度
を大きくしたり、或は比例ゲインＫp を大きくして、ス
ロットルバルブ１５の開閉時の立ち上がり／立ち下がり
の傾きを大きくすると、オーバーシュートが発生し、ス
ロットル制御が不安定となる。

【００３５】そこで、本実施形態では、微開閉モードを
含む全ての駆動モードで、応答性と安定性とを両立でき
るように、スロットルバルブ１５が停止状態で目標スロ
ットル開度（目標電圧ＴＴＰ）が変化した時に、ＤＣモ
ータ１７に与えるデューティ比信号（制御量）を目標ス
ロットル開度の変化方向にオフセットさせる。更に、本
実施形態では、このデューティ比信号のオフセットは、
ＰＩＤ制御の積分動作を行う積分項Ｉθ（＝Ｋi ・∫Δ
θ）をオフセットさせることで行う。

【００３６】このオフセット処理は、図１１の積分項オ
フセット処理ルーチンによって例えば２ｍｓ毎に繰り返
し実行される。本ルーチンが起動されると、まずステッ
プ２０１で、今回の目標電圧ＴＴＰ(i) から前回の目標
電圧ＴＴＰ(i-1) を減算することで、目標電圧変化量Δ
ＴＴＰを算出する。そして、次のステップ２０２で、目
標電圧変化量ΔＴＴＰの値から、スロットルバルブ１５
が停止状態、開側／閉側駆動中のいずれに該当するかを
判別する。ここで、ΔＴＴＰ＝０（目標電圧ＴＴＰが一
定）の場合には、スロットルバルブ１５が停止状態であ
ると判定して、オフセット量Ｉofset を０にする（ステ
ップ２０３）。

【００３７】この後、目標電圧ＴＴＰ変化後の経過時間
に応じてオフセット量Ｉofset を補正するためのオフセ
ット量補正係数Ｋt をΔＫt だけインクリメントして
（ステップ２０４）、オフセット量補正係数Ｋt が１を
越えたか否かを判定し（ステップ２０５）、Ｋt ＞１の
場合にはＫt ＝１とする（ステップ２０６）。このオフ
セット量補正係数Ｋt は、後述するように目標電圧ＴＴ
Ｐの変化直後に０にクリアされる（ステップ２０９）。
このような処理により、図１２に示すように、オフセッ
ト量補正係数Ｋt は、目標電圧ＴＴＰの変化直後に０に
クリアされ、その後の経過時間に応じて徐々に増加す
る。その増加途中で、目標電圧ＴＴＰが変化すると、オ
フセット量補正係数Ｋt は再び０にクリアされるが、目
標電圧ＴＴＰが変化しなければ、オフセット量補正係数
Ｋt は最終的に１まで増加する。

【００３８】一方、前述したステップ２０２で、目標電
圧変化量ΔＴＴＰがプラス値の場合には、スロットルバ
ルブ１５が開側に駆動中と判定され、ステップ２０７に
進み、オフセット量Ｉofset をオフセット量補正係数Ｋ
t とオフセットベース量ＭＡＰ（ＴＡ，ΔＴＴＰ）とを
乗算して求める。

【００３９】 Ｉofset ＝Ｋt ・ＭＡＰ（ＴＡ，ΔＴＴＰ） ここで、オフセットベース量ＭＡＰ（ＴＡ，ΔＴＴＰ）
は、図１３に示すように、スロットルセンサ１８の出力
電圧ＴＡ（実スロットル開度）と目標電圧変化量ΔＴＴ
Ｐとをパラメータとする二次元マップより算出する。こ
の二次元マップは、例えば目標電圧変化量ΔＴＴＰが小
さい領域で、オフセットベース量が最大値でほぼ一定と
なり、目標電圧変化量ΔＴＴＰが大きくなると、オフセ
ットベース量が０になるように設定されている。これに
より、微開閉モードでのみ積分項Ｉθにオフセットが付
加される。

【００４０】また、スロットルバルブ１５の駆動時に働
く摩擦力は、実スロットル開度によって変化する。例え
ば、バルブレバー３８が全閉位置から中間レバー４０に
当接するまでの領域と、バルブレバー３８が中間レバー
４０に当接した状態で一体的に回動する領域とでは、駆
動するレバーの本数やスプリング荷重が変化し、それに
よって摩擦力が変化する。この点を考慮し、本実施形態
では、実スロットル開度に応じた摩擦力に対して適正な
オフセットベース量を設定するために、スロットルセン
サ１８の出力電圧ＴＡに応じて適正なオフセットベース
量を選択するようになっている。

【００４１】一方、前述したステップ２０２で、目標電
圧変化量ΔＴＴＰがマイナス値の場合には、スロットル
バルブ１５が閉側に駆動中と判定され、ステップ２０８
に進み、オフセット量Ｉofset を上述と同様の方法で次
式により算出する。 Ｉofset ＝−Ｋt ・ＭＡＰ（ＴＡ，−ΔＴＴＰ） 上式において、オフセットベース量ＭＡＰ（ＴＡ，−Δ
ＴＴＰ）を算出するマップは、上述した開側駆動時に用
いた図１３のマップを用いる（閉側駆動用の独自のマッ
プを作っても良い）。但し、閉側駆動時には、オフセッ
ト量Ｉofset はマイナス値となる。

【００４２】以上のようにしてステップ２０７又は２０
８で、オフセット量Ｉofset を算出した後、ステップ２
０９に進み、オフセット量補正係数Ｋt を０にクリアす
る。この後、ステップ２１０に進み、前回の目標電圧Ｔ
ＴＰ(i-1) とスロットルセンサ１８の出力電圧ＴＡ（実
スロットル開度）との差分｜ＴＴＰ(i-1) −ＴＡ｜を所
定値（例えば０．１°に相当する値）と比較して、実ス
ロットル開度が既に最終目標開度ＴＴＡの近傍であるか
否かを判定し、最終目標開度ＴＴＡの近傍（開度差≦
０．１°）であれば、ステップ２１１に進み、オフセッ
ト量Ｉofset を０にクリアしてオーバーシュートを防止
する。

【００４３】これに対し、実スロットル開度と最終目標
開度ＴＴＡとの開度差が０．１°よりも大きい場合に
は、ステップ２１２に進み、ＰＩＤの積分項Ｉθを次式
によりＩofset だけオフセットさせて、応答性を向上さ
せる。 Ｉθ(i) ＝Ｉθ(i-1) ＋Ｋi ・｛ＴＴＰ(i) −ＴＡ｝＋
Ｉofset

【００４４】以上のようなオフセット処理を行った場合
のスロットル制御の挙動を図１２のタイムチャートに従
って説明する。時刻Ｔ1 以前は、スロットルバルブ１５
が暫く停止状態に保持され、オフセット量補正係数Ｋt
が１（最大値）に保持されている。その後、時刻Ｔ1
で、アクセルペダル２６が踏み込まれて、目標電圧ＴＴ
Ｐ（最終目標開度ＴＴＡ）が変化すると、直ちにＰＩＤ
制御の積分項Ｉθにオフセット量Ｉofset が付加された
後、オフセット量補正係数Ｋt が０にクリアされる。

【００４５】このようにして、目標電圧ＴＴＰの変化直
後に積分項Ｉθに一旦オフセット量Ｉofset が加えられ
ると、その後、Ｉofset ＝０になっても、積分項Ｉθは
すぐには低下せず、時間の経過に従って徐々に低下す
る。これにより、スロットルバルブ１５の動き始めの摩
擦力が大きいときに、ＤＣモータ１７の駆動力を大きく
して、図１４（ｂ）に示すようにスロットルバルブ１５
の動き始めの立上がりを速くしながら、実スロットル開
度が最終目標開度ＴＴＡに近付くに従ってＤＣモータ１
７の駆動力を低下させてオーバーシュートを防止すると
いうスロットルバルブ１５の動きに適応したスロットル
制御が可能となる。

【００４６】更に、オフセット量Ｉofset を付加した直
後にオフセット量補正係数Ｋt を０にクリアするため、
目標電圧ＴＴＰの変化が短時間のうちに繰り返されるよ
うな場合でも、大きなオフセット量Ｉofset が累積して
オーバーシュートすることを未然に防止できる。そし
て、目標電圧ＴＴＰが変化しない間は、オフセット量補
正係数Ｋt が０から徐々に増加する。

【００４７】その後、時刻Ｔ2 で、再びアクセルペダル
２６が踏み込まれて目標電圧ＴＴＰが変化すると、直ち
にＰＩＤの積分項Ｉθにオフセット量Ｉofset が加えら
れた後、オフセット量補正係数Ｋt が０にクリアされ
る。ここで、前回の目標電圧変化時Ｔ1 から今回の目標
電圧変化時Ｔ2 までの経過時間が短い場合には、オフセ
ット量補正係数Ｋt が１よりも小さい状態でオフセット
量Ｉofset を演算するため、オフセット量Ｉofset も小
さくなる。これにより、オフセット量Ｉofset の累積に
よるオーバーシュートが防止される。

【００４８】その後、時刻Ｔ3 で、アクセルペダル２６
が戻されて目標電圧ＴＴＰが低下すると、積分項Ｉθに
マイナス方向のオフセット量Ｉofset が加えられた後、
オフセット量補正係数Ｋt が０にクリアされる。

【００４９】以上説明した実施形態では、図１３に示す
マップを用いてオフセットベース量を算出することで、
微開閉モードでのみ積分項Ｉθにオフセット量Ｉofset
が加えられ、微開閉モードでの応答性と安定性とを両立
させることができる。

【００５０】しかしながら、本発明は、微開閉モード以
外でもオフセット量を設けるようにしても良い。例え
ば、図１５に示すオフセットベース量マップでは、目標
電圧変化量ΔＴＴＰが小さくなるほど、オフセットベー
ス量を小さくして安定性を高め、目標電圧変化量ΔＴＴ
Ｐが所定値以上の領域でオフセットベース量をほぼ一定
にしている。このようにすれば、微開閉モードを含む全
ての駆動モードで目標スロットル開度の変化直後にオフ
セット量が加えられる。但し、目標電圧変化量ΔＴＴＰ
が大きくなるに従って、比例項（Ｋp ・Δθ）が大きく
なって、この比例項のみでも応答性が高くなるので、積
分項Ｉθにオフセット量Ｉofset を付加する効果が少な
くなる。

【００５１】また、図１３、図１５に示す２種類のオフ
セットベース量マップは、スロットルバルブ１５の駆動
時に働く摩擦力が実スロットル開度によって変化するこ
とを考慮し、スロットルセンサ１８の出力電圧ＴＡ（実
スロットル開度）に応じて、２種類又は３種類のオフセ
ットベース量特性曲線の中から適正なものを選択するよ
うになっている。このため、実スロットル開度に応じた
摩擦力に対して適正なオフセットベース量を設定するこ
とができ、応答性と安定性とをうまく両立させることが
できる。この場合、実スロットル開度に応じて４種類以
上のオフセットベース量特性曲線の中から適正なものを
選択するようにしても良く、或は、実スロットル開度の
大小を問わず、オフセットベース量特性曲線を１種類の
みとしても良い。

【００５２】また、上記実施形態（１）では、積分項Ｉ
θにオフセット量Ｉofset を加えたが、積分項Ｉθと比
例項Ｐθ（＝Ｋp ・Δθ）の双方にオフセット量を加え
るようにしても良い。以下、これを具体化した実施形態
（２）を図１６及び図１７に基づいて説明する。この場
合も、積分項Ｉθにオフセット量Ｉofset を加える処理
は、前記実施形態で説明した図１１の積分項オフセット
処理ルーチンによって実行される。但し、積分項Ｉθの
オフセット量Ｉofset は動摩擦力に打ち勝つ分のオフセ
ット量で良く、前記実施形態（１）よりも小さいオフセ
ット量で良い。

【００５３】一方、比例項Ｐθにオフセット量Ｐofset
を加える処理は、図１６の比例項オフセット処理ルーチ
ンによって実行される。本ルーチンは、例えば２ｍｓ毎
に繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、ま
ずステップ３０１で、目標電圧変化量ΔＴＴＰの値か
ら、スロットルバルブ１５が停止状態、開側／閉側駆動
中のいずれに該当するか判別する。ここで、ΔＴＴＰ＝
０（目標電圧ＴＴＰが一定）の場合には、スロットルバ
ルブ１５が停止状態であると判定され、比例項Ｐθのオ
フセット量Ｐofset を０にする（ステップ３０２）。

【００５４】一方、前記ステップ３０１で、目標電圧変
化量ΔＴＴＰがプラス値の場合には、スロットルバルブ
１５が開側に駆動中と判定され、ステップ３０３に進
み、オフセット量Ｐofset を、スロットルセンサ１８の
出力電圧ＴＡ（実スロットル開度）と目標電圧変化量Δ
ＴＴＰとをパラメータとする二次元マップマップＭＡＰ
（ＴＡ，ΔＴＴＰ）より算出する。

【００５５】Ｐofset ＝ＭＡＰ（ＴＡ，ΔＴＴＰ） また、前記ステップ３０１で、目標電圧変化量ΔＴＴＰ
がマイナス値の場合には、スロットルバルブ１５が閉側
に駆動中と判定され、ステップ３０４に進み、オフセッ
ト量Ｉofset を上記と同じ二次元マップマップより算出
する。 Ｐofset ＝−ＭＡＰ（ＴＡ，−ΔＴＴＰ）

【００５６】以上のようにしてステップ３０３又は３０
４で、オフセット量Ｐofset を算出すると、ステップ３
０５に進み、比例項Ｐθを次式によりＰofset だけオフ
セットさせる。 Ｐθ＝Ｋp ・（ＴＴＰ−ＴＡ）＋Ｉofset

【００５７】この後は、本ルーチンを終了し、その後、
２ｍｓ経過後に再び本ルーチンを実行する。このとき、
目標電圧変化量ΔＴＴＰ＝０になっていれば、ステップ
３０１からステップ３０２に進み、オフセット量Ｐofse
t を０にする。従って、比例項Ｐθにオフセット量Ｐof
set が加えられるのは目標電圧ＴＴＰ変化直後の２ｍｓ
だけである。

【００５８】以上のようなオフセット処理を行った場合
のスロットル制御の挙動を図１７のタイムチャートに従
って説明する。スロットルバルブ１５が暫く停止状態に
保持されているときに、時刻Ｔ1 で、アクセルペダル２
６が踏み込まれて、目標電圧ＴＴＰ（最終目標開度ＴＴ
Ａ）が変化すると、直ちにＰＩＤ制御の積分項Ｉθと比
例項Ｐθにそれぞれオフセット量Ｉofset ，Ｐofset が
加えられる。これにより、目標電圧ＴＴＰの変化直後に
ＤＣモータ１７に与えるデューティ比信号に静止摩擦力
に打ち勝つ分のオフセット（Ｉofset ＋Ｐofset ）が加
えられ、スロットルバルブ１５の動き始めの立上がりが
速められる。その後、２ｍｓ後に比例項Ｐθのオフセッ
ト量Ｐofset が解除され、積分項Ｉθのオフセット分だ
けとなる。このようにする理由は、スロットルバルブ１
５が動き始めると、摩擦力（動摩擦力）が静止摩擦力よ
りも大幅に小さくなるため、それに合わせてデューティ
比信号のオフセット量を小さくするためである。従っ
て、この実施形態（２）では、積分項Ｉθのオフセット
量Ｉofset は、動摩擦力に打ち勝つ分のオフセット量で
良い。

【００５９】この実施形態（２）では、目標電圧ＴＴＰ
の変化後の初期にオフセット量を大きくし、その後はオ
フセット量を小さくすることができるため、スロットル
バルブ１５の動き始めの摩擦力が大きいときに駆動力を
大きくして動き始めの立上がりを速くしながら、実スロ
ットル開度が目標スロットル開度に近付くに従って駆動
力を低下させてオーバーシュートを防止するというスロ
ットルバルブ１５の動きに適応したスロットル制御が可
能となり、応答性と安定性とをうまく両立させることが
できる。

【００６０】尚、デューティ比信号（制御量）にオフセ
ット量を加える処理は、上記各実施形態に限定されず、
例えば、予め設定されたオフセット量の変化パターンを
メモリに記憶しておき、目標スロットル開度変化後の経
過時間に応じて、メモリから読み出した変化パターンで
オフセット量を変化させるようにしても良い。

【００６１】また、本発明は、少なくとも、スロットル
バルブ１５が停止状態から動き始める時にデューティ比
信号（制御量）をオフセットさせれば良く、これ以外の
適宜のタイミングでデューティ比信号（制御量）をオフ
セットさせることを排除するものではない。例えば、ス
ロットルバルブ１５が動いている場合でも、目標スロッ
トル開度が変化した時に、デューティ比信号（制御量）
をオフセットさせるようにしても良い。

【００６２】また、上記各実施形態（１），（２）で
は、スロットルバルブ１５が停止状態であるか否かの判
定を目標スロットル開度（目標電圧ＴＴＰ）に基づいて
行うようにしたが、例えば、スロットルセンサ１８の出
力信号からスロットルバルブ１５の停止判定を行うこと
が考えられる。しかし、この場合、現状のスロットルセ
ンサ１８では、出力信号の誤差やノイズ等によって微小
開度を精度良く検出できないため、スロットルバルブ１
５の停止判定を誤判定するおそれがある。

【００６３】これに対し、上記各実施形態（１），
（２）では、スロットルバルブ１５の応答性と安定性と
を両立できるので、実スロットル開度と目標スロットル
開度との差を従来よりも少なくすることができ、目標ス
ロットル開度からスロットルバルブ１５の停止判定を行
うことが可能となる。目標スロットル開度はスロットル
センサ１８の出力信号よりも信頼性が高いので、スロッ
トルセンサ１８の出力信号から停止判定する場合よりも
停止判定を精度良く行うことができ、信頼性を向上でき
る。

【００６４】但し、将来、微小開度を精度良く検出でき
るスロットルセンサが実用化されれば、そのスロットル
センサの出力信号からスロットルバルブ１５の停止判定
を行うようにしても良いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）を示す内燃機関制御シ
ステム全体の概略構成図

【図２】電子スロットルシステムの概略構成図で、
（ａ）は通常制御時（クラッチＯＮ時）の状態を示す
図、（ｂ）はクラッチＯＦＦ時の状態を示す図

【図３】電子スロットルシステムの斜視図

【図４】メインルーチンの処理の流れを示すフローチャ
ート

【図５】アクセル操作量Ａｐから非線形目標開度ＴＡＣ
Ｃを設定するためのマップを示す図

【図６】非線形目標開度ＴＡＣＣ、定速走行目標開度Ｔ
ＣＲＣ、トラクション目標開度ＴＴＲＣ、フェイル目標
開度ＴＦＡＩＬ、ＩＳＣ目標開度ＴＣＲＣから最終目標
開度ＴＴＡを設定する手順を説明する図

【図７】基準位置学習ルーチンの処理の流れを示すフロ
ーチャート

【図８】他の基準位置学習ルーチンの処理の流れを示す
フローチャート

【図９】最終目標開度ＴＴＡを目標電圧ＴＴＰに変換す
るマップを示す図

【図１０】スロットル開度をＰＩＤ制御する制御系のブ
ロック図

【図１１】積分項オフセット処理ルーチンの処理の流れ
を示すフローチャート

【図１２】実施形態（１）のスロットル制御の挙動を示
すタイムチャート

【図１３】オフセットベース量を算出するマップを概念
的に示す図

【図１４】（ａ）は従来のスロットル制御の挙動を示す
タイムチャート、（ｂ）は実施形態（１）のスロットル
制御の挙動を示すタイムチャート

【図１５】オフセットベース量を算出するマップの他の
例を概念的に示す図

【図１６】実施形態（２）における比例項オフセット処
理ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【図１７】実施形態（２）のスロットル制御の挙動を示
すタイムチャート

【符号の説明】

１１…内燃機関、１２…吸気管、１４…エアフローメー
タ、１５…スロットルバルブ、１６…電磁クラッチ、１
７…ＤＣモータ（スロットル駆動手段）、１８…スロッ
トルセンサ、２５…電子制御ユニット（制御手段）、２
６…アクセルペダル、２７…アクセルセンサ、３４…ア
クセルレバー、３５，３６…アクセルリターンスプリン
グ、３７…アクセル全閉レバー、３８…バルブレバー、
３９…退避走行用スプリング、４０…中間レバー、４１
…バルブリターンスプリング、４２…中間ストッパ、４
３…スロットル全閉ストッパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/04 F02D 9/02 F02D 11/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルバルブを駆動するスロットル
   駆動手段を備え、前記スロットルバルブの開度（以下
   「実スロットル開度」という）をアクセル操作等に応じ
   て設定された目標スロットル開度に一致させるための制
   御量を少なくとも積分動作を行うことにより演算し、そ
   の制御量を前記スロットル駆動手段に与えて実スロット
   ル開度を制御する制御手段を備えた内燃機関の電子スロ
   ットル制御装置において、 前記制御手段は、前記スロットルバルブが停止状態で前
   記目標スロットル開度が変化した時に前記積分動作の演
   算結果を目標スロットル開度の変化方向にオフセットさ
   せる手段を備えていることを特徴とする内燃機関の電子
   スロットル制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、オフセット量を、前記
   目標スロットル開度の変化量、前記実スロットル開度、
   前記目標スロットル開度変化後の経過時間のうちの少な
   くとも１つに基づいて設定することを特徴とする請求項
   １に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記目標スロットル開
   度変化後の初期にオフセット量を大きくし、その後はオ
   フセット量を小さくすることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記スロットルバルブ
   が停止状態であるか否かの判定を前記目標スロットル開
   度に基づいて行うことを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。