JP3335514B2 - スロットル開度信号補正装置 - 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、車両の内燃機関に
搭載されるスロットル開度信号補正装置に関する。車両
のアクセルペダルに連動して開閉するスロットルバルブ
の開度に応じて出力されるスロットルセンサからのスロ
ットル開度信号は、該車両の内燃機関を制御する重要な
制御要素の１つであり、その代表として、電子制御式エ
ンジンの燃料噴射時間を定めるための制御要素として用
いられる。この他、自動変速装置を備える車両におい
て、最適なギア比（一速、二速等）を定めるためにも、
このスロットルバルブ開度信号は重要な役割を果す。

【０００２】アナログの上記スロットル開度信号は、通
常、スロットルセンサより出力された後、Ａ／Ｄ変換器
によってディジタル信号に変換されてマイクロコンピュ
ータ（マイコン）に入力され、ここで所定の処理がなさ
れる。この場合、そのディジタル信号として、スロット
ル開度信号を生のまま使用するということは通常しな
い。すなわち、そのディジタル信号としては、種々の目
的に応じてスロットル開度信号に所定の加工を施した、
いわば補正スロットル開度信号が用いられる。ただしそ
の補正に係る上記の所定の加工は、上記マイコンにおけ
る上記所定の処理が行われる直前までに行われていれば
良く、したがって上記ディジタル信号の段階で行われて
も構わない。

【０００３】本発明は上記のような補正スロットル開度
信号を生成するためのスロットル開度信号補正装置につ
いて述べるものである。

【０００４】

【従来の技術】図１４はスロットル開度信号に関連する
内燃機関の一般的な構成を示す図である。本図におい
て、空気と燃料Ｆを混合した混合気は、インテーク管１
よりシリンダ２内に導かれ、ピストン３により圧縮され
た後点火プラグ４により点火され、排気ガスはイグゾー
スト管５より排出される。

【０００５】運転者はアクセルペダル１０を操作する
と、これに連動してスロットルバルブ１１内の弁が開閉
し、流入空気量が調整され、車速を変えることができ
る。本図において上記の弁の開き具合、すなわちスロッ
トル開度はスロットルセンサ１２により検出され、スロ
ットル開度信号ＴＡ（Ｔｈｒｏｔｔｌｅ Ａｎｇｌｅ）
としてマイコン側へ送出される。このスロットル開度信
号ＴＡが燃料Ｆの噴射時間を定めるのに用いられたり、
あるいは自動変速機のギア比を定めるのに用いられたり
することは前述したとおりである。

【０００６】上記スロットルバルブ１１は、例えば加速
時に全開側（図中の点線の弁）にあり、例えば減速時に
全閉側（図中の実線の弁）にある。図中、１５°とある
のは全閉側に固定的に設定されるオフセットである。と
ころで、前述のとおり、スロットル開度信号ＴＡはその
まま生の信号としてマイコンで処理されることはなく、
通常何らかの補正が加えられる。補正の目的として代表
的なものに、チャタリング防止ならびにリップル防止が
ある。

【０００７】チャタリング防止とは、スロットルバルブ
の全開時および全閉時にスロットル開度信号に含まれる
チャタリングを防止することである。さらに詳しく説明
すると、全開時に運転者がアクセルペダル１０を強く踏
み込むと、スロットルバルブ１１内の弁はその全開限界
点に強く衝突し、スロットル開度信号ＴＡにチャタリン
グを生ずる。一方、全閉時に運転者がアクセルペダル１
０より足を離すと、リターンスプリンク（図示せず）の
作用により、スロットルバルブ１１内の弁はその全閉限
界点に強く衝突し、同様に、スロットル開度信号ＴＡに
チャタリングを生ずる。

【０００８】また上述のリップル防止とは、運転者がア
クセルペダル１０の上に軽く足を乗せたままの状態で例
えば悪路を走行すると、その足の振動が上記の弁に伝わ
り、スロットル開度信号ＴＡにリップルを生ずる。これ
らのチャタリングやリップルは共にスロットル開度信号
ＴＡのノイズ成分となり、究極はマイコンでの処理に誤
動作を生じさせる。そこでチャタリング防止やリップル
防止のために、チャタリングそのものやリップルそのも
のの発生を抑制するのではなく、スロットル開度信号Ｔ
Ａに補正を加えて見かけ上チャタリング防止やリップル
防止を図るということが行われている。

【０００９】スロットル開度信号ＴＡに補正を加えるた
めの、従来のスロットル開度信号補正手法として、次の
３つの手法，およびが提案され、これらのうちの
少なくとも１つを採用して上記補正を行っている。 なまし法：スロットル開度信号ＴＡに一定のフィル
タ処理（ローパスフィルタ）を加え、該信号ＴＡの変化
をなまらせるという手法である。

【００１０】 ディレイ法：スロットルバルブ１１の
全開側領域に入ったものと、そして全閉側領域に入った
ものとそれぞれ判定されたら、スロットル開度信号ＴＡ
に一定の長い遅延を加え、チャタリングによる成分をマ
スクしてしまう方法である。 ヒステリシス法：全開を検出するのは即座に行う一
方、全開から脱出したことを検出するときの検出レベル
を下げて、全開脱出の判定に遅れをもたせるという手法
である。

【００１１】なお上記手法，およびについては後
に詳しく説明する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】 上記の手法は他のおよびの手法に比べて優れ
ているが、スロットル開度信号ＴＡの変化に対して、実
際にマイコン処理される時間が常に遅れを有する。この
ためスロットルバルブの開度（弁の開度）の変化に対す
る追従性が、全閉から全開までの全ての範囲に亘って悪
くなるという問題がある。

【００１３】 上記のの手法は、スロットルバルブ
が全開領域に入っても、実際にマイコン処理が全開とし
て認定して動作するまでの間にかなりの遅れが生じ、ま
た同様に全閉領域に入ってもマイコン処理が実際に全閉
として認定して動作するまでの間にかなりの遅れを生ず
るので、操縦性が悪いという問題がある。特に、全開領
域で全開と認定するまでの遅れは加速性能に影響し、運
転者に与えるレスポンス感を悪くする。

【００１４】 上記の手法は、上記の手法におい
て、全開時における認定の遅れを排除できるものである
が、そのために全開時におけるチャタリングが現れてし
まい、スロットル開度信号ＴＡの補正の目的を達成する
には不完全である、という問題がある。したがって本発
明の目的は、全閉から全開までの全ての範囲でスロット
ル開度信号ＴＡに対して良好な追従性を備えると共に、
全閉時および全開時のチャタリング防止とリップル防止
とを実現する補正スロットル開度信号を生成するための
スロットル開度信号補正装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
を示す図である。本図において、アクセルペダル１０、
スロットルバルブ１１およびスロットルセンサ１２およ
び該センサ１２からのスロットル開度信号ＴＡについて
は既に詳しく説明したとおりである。本発明に係るスロ
ットル開度信号補正装置２０は、スロットル開度信号Ｔ
Ａを入力として、これを既述のチャタリング防止やリッ
プル防止のために、補正スロットル開度信号ＴＡ′に変
換して出力する。その出力先となる被制御対象は、前述
したような電子制御式エンジンにおける燃料噴射時間で
あり、あるいは自動変速機におけるギア比等である。た
だし、これらは車速やエンジン回転数等の他の制御要素
も必要とする。

【００１６】スロットル開度信号補正装置２０は、第１
の態様において、図示するとおりなまし付与手段２１と
なまし値変更手段２２により構成される。なまし付与手
段２１は、スロットル開度信号ＴＡの応答性をなまらせ
るためにスロットル開度信号ＴＡの変化分になまし値Ｎ
（Ｎ＝１，２，３…）の逆数を乗算し、補正スロットル
開度信号ＴＡ′を生成して出力する。

【００１７】なまし値変更手段２２は、なまし付与手段
２１に対し、当該車両の運行状態に応じて可変のなまし
値Ｎを設定する。第２の態様では、なまし値変更手段２
２は、なまし値Ｎを、スロットルバルブ１１の全開側近
傍および全閉側近傍の少なくとも一方において、大きく
設定する。

【００１８】第３の態様において、なまし値変更手段２
２は、スロットルバルブ１１の全開側近傍におけるなま
し値Ｎを、当該車両の走行速度の増大に伴って大きく設
定する。第４の態様においては、なまし値変更手段２２
は、スロットルバルブ１１の全閉側近傍におけるなまし
値Ｎを、当該車両の走行速度の増大に伴って小さく設定
する。

【００１９】第５の態様においては、なまし値変更手段
２２は、全閉側近傍と判定するためのスレッショルド開
度を、当該車両の走行速度の増大に伴って低開度側にシ
フトする。第６の態様においては、なまし値変更手段２
２は、全開側近傍と判定するためのスレッショルド開度
を、当該車両の走行速度の増大に伴って低開度側にシフ
トする。

【００２０】本発明の考え方の基本は、前述した従来技
術の三手法のうち、なまし法に立脚するものである。
しかしこのなまし法と大きく相違するのは、上記第１
の態様に表すとおり、任意のスロットル開度に対し任意
のなまし量を与えることができることである。そうする
と、上記第２の態様に表すとおり、全開側および／また
は全閉側においてのみ所望のなましを加え、それ以外の
全閉から全開までの領域は実質的になまし量＝０（生の
スロットル開度信号ＴＡのまま）とすることができ、補
正スロットル開度信号ＴＡ′の信号ＴＡに対する追従性
は大幅に向上する。つまり、所定のなまし量を、全開側
のみ、全閉側のみ、あるいはこれら双方にのみ、選択的
に付与することが可能となる。

【００２１】なお、なまし付与手段２１に入力されるス
ロットル開度信号ＴＡはアナログのままでも、ディジタ
ル信号（この場合はＡ／Ｄ変換器を要する）でも、原理
的にはどちらでも良いが、これらの手段２１および２２
をマイコン内のソフトウェア処理として実現するのが現
実的であることを考えると、信号ＴＡはディジタル信号
に変換されているのが好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】図２は本発明の具体的構成例を示
す図である。本図において、スロットルセンサ１２はい
わゆるポテンショメータ１４からなり、スロットル開度
に応じたスロットル開度信号ＴＡを電圧Ｖ_taとして出力
する。スロットルセンサ１２に協働する回路基板は図中
一点鎖線で描かれており、その基板上には少なくともア
ナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）３１とマイクロコ
ンピュータ（マイコン）３２が搭載される。

【００２３】アナログの上記電圧Ｖ_taはＡＤＣ３１でデ
ィジタル化され、マイコン３２に入力される。上記２つ
の手段２１および２２は、好ましくはこのマイコン３２
内に主としてソフトウェアとして形成される。図３は図
２におけるポテンショメータの出力特性を示すグラフ、
図４は図２におけるスロットルセンサ１２の出力特性を
示すグラフである。まず図３を参照すると、電圧Ｖ
_taは、ポテンショメータ１４の本来の能力として、例え
ば０Ｖから５Ｖまでの出力電圧を供給可能である。な
お、図中の１５°は図１４に示したオフセットに相当す
る。

【００２４】しかし、スロットルバルブ１１の弁にはそ
の動作範囲に制限があり、図４に示す特性の電圧Ｖ_taが
スロットル開度に応じて出力される。図５はマイコン３
２内に形成される手段２１および２２の一例を示す図で
ある。なまし付与手段２１は数値演算部として実現でき
る。この数値演算は例えば

【００２５】

【数１】

【００２６】で表すことができる。ここにＴＡはスロッ
トルセンサ１２からの生のスロットル開度信号であり、
（ｉ−１）番目の演算サイクルにおいて得られた値ＴＡ
_i-1 と現在検出中のＡ／Ｄ変換値ＴＡとの間の変化分に
なまし値Ｎ（Ｎ＝１，２，３…）の逆数１／Ｎを乗算し
てこれをＴＡ_i-1 に加え、ｉ番目の演算サイクルにおけ
る値ＴＡ_i を得る。このＴＡ_i が補正スロットル開度信
号ＴＡ′に相当する。

【００２７】上記の演算式から明らかなようになまし値
がＮ＝１のとき、信号ＴＡと信号ＴＡ′は全く同じであ
る。つまりなまし量＝０となる。ただし、Ｎ＝１では既
述のリップル防止が図れなくなるので、Ｎ＝２以上とな
る。このなまし値Ｎを例えばＮ＝４，５，６…のように
大きくするとなまし量は大になり、ＴＡの上昇または下
降により変化分（ＴＡ−ＴＡ_i-1 ）が大きくなっても、
その変化分を圧縮してＴＡ_i-1 に加算（正負双方を含
む）するので、最終的なＴＡ_i （＝ＴＡ′）は大きく上
昇したり下降したりしない。つまり時定数の大きい低域
フィルタ処理を加えたのと等価になる。

【００２８】別言すればなまし値がＮ＝１ならば、信号
ＴＡに対する信号ＴＡ′の追従性は良好になり、Ｎ＝
２，３，４…ならば信号ＴＡをなました信号ＴＡ′が得
られる。どの程度のなましを加えるかは、なまし値変更
手段２２が設定する。図５ではこのなまし値変更手段２
２の一例として、なまし値テーブル３４が示されてい
る。これはＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成できる。

【００２９】図６はなまし値テーブル３４の第１例を示
す図である。この第１例では、スロットルバルブの開度
が全開側のとき、Ｎ＝８を出力し、その開度が全閉側の
とき、Ｎ＝４を出力し、これらの中間ではＮ＝２を出力
するように設定されている。図７は本発明による補正ス
ロットル開度信号の波形例を示す図である。本図の縦軸
はスロットル開度信号（ＴＡ，ＴＡ′）の振幅、横軸は
時間であり、アクセルペダルを一回踏み込み、そのまま
保持してまた離すという典型例をモデルにしている。な
お、ディジタル信号で表したのでは容易に理解できない
ので、対応するアナログ信号に置き換えて表している。

【００３０】本図の実線の波形は、スロットルセンサ１
２からの生の（補正を加えない）スロットル開度信号Ｔ
Ａを示し、点線の波形は、該信号ＴＡに対しスロットル
開度信号補正装置２０（図１）による補正（なまし補
正）を加えた後の補正スロットル開度信号ＴＡ′であ
る。まず実線の信号ＴＡについて見ると、アクセルペダ
ルの踏み込み量にほぼ比例して上昇し、全開側でチャタ
リングＣＨを起こし、その後、アクセルペダルを離す
と、既述のリターンスプリングによる戻りにほぼ比例し
て下降し、全閉側でもチャタリングＣＨを起こして、零
に至る。

【００３１】本発明は全開側および全閉側でのチャタリ
ングおよびリップルを排除しつつ、その中間ではリップ
ルを排除しながら最小の遅れ時間で信号ＴＡに追従可能
な補正スロットル開度信号ＴＡ′（点線カーブ）を実現
する。本図の左端にはなまし値Ｎを示しており、なまし
量（１／Ｎ）が大きく、小さく、また大きく変化してい
る。なまし量１／２（Ｎ＝２）ということは信号ＴＡに
対するなましが小さいことを意味し、なまし量１／８
（Ｎ＝８）ということは信号ＴＡに対するなましが大き
いことを意味する。

【００３２】実線の信号ＴＡに対する点線の信号ＴＡ′
の動きを見ると、全開側と全閉側で、ＴＡ′のＴＡに対
するなましは大（１／８または１／４）で、チャタリン
グやリップルに対し不感である。一方、全開側と全閉側
の中間で見ると、ＴＡ′のＴＡに対するなましは小（１
／２）で、リップルについては不感でありながら、信号
ＴＡ′は信号ＴＡに忠実に遅れなく追従している。

【００３３】上述した本発明の特徴的な動作は図８、図
９および図１０を参照すると一層明らかである。図８は
従来のなまし法による補正スロットル開度信号の波形例
を示す図である。本図の見方は前述の図７の場合とほぼ
同じであり、スロットル開度信号（実線のＴＡ）に対し
常になましを加えた補正スロットル開度信号（点線Ｔ
Ａ′）を得る。これは例えば図２に示したハードウェア
フィルタ（低域フィルタ）ＦＩＬによって実現される。

【００３４】このなまし法では、全開側に遅れｐが、そ
して全閉側に遅れｑがそれぞれ現れ、所望のなましを形
成し、チャタリング（図７のＣＨ）を抑制している。し
かしながら、例えば加速時の踏み込み（時間Δｔ）に対
し、信号ＴＡの立ち上りがΔＶ_taであるのに比べて信号
ＴＡ′の立ち上りがΔＶ_ta′と抑圧され、加速性が悪く
なっている。本発明では、そのΔＶ_ta′をかなりΔＶ_ta
に近づけることができ、加速性（追従性）が改善され
る。

【００３５】図９は主として従来のディレイ法によるス
ロットル開度信号の補正を説明するための波形図であ
る。ディレイ法では図示する全開フラグと、全閉フラグ
とを生成して、これらにディレイｓとディレイｔを加え
る。これらのディレイ分だけ信号ＴＡを遅らせて、一種
のなましを付与している。本図では従来のヒステリシス
法も表しており、全開のヒステリシスは同図最下段に示
すとおり、全開の始めで瞬時応答させるが、全開の終了
はディレイ（なまし）が加わっている。

【００３６】図１０は主として従来のヒステリシス法の
欠点を説明する図である。本図の第１段では、信号ＴＡ
と、なまし法で得られる信号ＴＡ′の波形を示し、第２
段ではなまし法で全開と判定されるタイミング、第３段
ではディレイ法で全開と判定されるタイミングを示す。
また第４段では、ヒステリシス法で得られる全開判定信
号を示し、チャタリングＣＨに完全に応動してしまって
いる。

【００３７】図１１はなまし値テーブル３４の第２例を
示す図である。本図において、その左欄を見ると、なま
し値変更手段２２（なまし値テーブル３４）は、スロッ
トルバルブ１１の全開側近傍におけるなまし値Ｎを、当
該車両の走行速度の増大に伴って大きく設定する。例え
ば走行速度（ＳＰＤ）が６０Km／ｈを超えるときは、な
ましを大（１／Ｎ＝１／１６）にする。つまり、低速側
ではなましを小さくする。これは、低速側では、よりレ
スポンスの良好な加速性が要求されるので、なましを小
さくなまし量１／Ｎ（＝１／８）するのである。

【００３８】また図１１においてその右欄を見ると、な
まし値変更手段（３４）は、スロットルバルブ１１の全
閉側近傍におけるなまし値Ｎを、当該車両の走行速度の
増大に伴って小さく設定する。例えば走行速度（ＳＰ
Ｄ）が１０Km／ｈを下まわるときは、なましを大（１／
Ｎ＝１／１６）にする。これは渋滞時の車両のシャクリ
を防止するのに好都合である。渋滞時に全閉状態でアク
セルを頻繁にかつ小刻みに操作すると、車両が、バッタ
が飛び跳ねるような動きを示し不快であることはしばし
ば経験する。このようなシャクリも防止することができ
る。

【００３９】図１２はなまし値テーブル３４の第３例を
示す図である。本図においてその右欄を見ると、なまし
値変更手段（３４）は、全閉側近傍と判定するためのス
レッショルド開度を、当該車両の走行速度の増大に伴っ
て低開度側にシフトする。またその左欄を見ると、なま
し値変更手段（３４）は、全開側近傍と判定するための
スレッショルド開度を、当該車両の走行速度の増大に伴
って低開度側にシフトする。

【００４０】同図の右欄を見ると、車両の走行速度が低
速のとき（ＳＰＤが１０Km／ｈ以下）、全閉側でのスロ
ットルバルブの動きが激しくチャタリングを伴い易い。
したがって、スロットル開度が全閉側にあるという判定
を早目（３０°）に出す。同図の左欄を見ると、車両の
走行速度が高速のとき（６５Km／ｈ以上）、既に勢い良
く走っているので加速性よりも、チャタリングによる誤
動作防止に重点をおいて、全開側にあるという判定を早
目（６５°）に出す。

【００４１】図１３は図１２で説明したスレッショルド
開度を説明するための図である。なお、本図は既述の図
７の波形図の中に、図１２におけるスレッショルド開度
を抽き表している。図１３内に四角で囲んだ６５°，７
０°，２５°，３０°がそれである。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ロットルセンサからのスロットル開度信号より、チャタ
リングやリップルによるノイズ成分を十分排除しつつ、
該スロットル開度信号に対しきわめて追従性の良い補正
スロットル開度信号が得られる。

【００４３】また渋滞時における不快なシャクリも防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の具体的構成例を示す図である。

【図３】図２におけるポテンショメータの出力特性を示
すグラフである。

【図４】図２におけるスロットルセンサの出力特性を示
すグラフである。

【図５】マイコン３２内に形成される手段２１および２
２の一例を示す図である。

【図６】なまし値テーブル３４の第１例を示す図であ
る。

【図７】本発明による補正スロットル開度信号の波形例
を示す図である。

【図８】従来のなまし法による補正スロットル開度信号
の波形例を示す図である。

【図９】主として従来のディレイ法によるスロットル開
度信号の補正を説明するための波形図である。

【図１０】主として従来のヒステリシス法の欠点を説明
する図である。

【図１１】なまし値テーブル３４の第２例を示す図であ
る。

【図１２】なまし値テーブル３４の第３例を示す図であ
る。

【図１３】図１２で説明したスレッショルド開度を説明
するための図である。

【図１４】スロットル開度信号に関連する内燃機関の一
般的な構成を示す図である。

【符号の説明】

１０…アクセルペダル １１…スロットルバルブ １２…スロットルセンサ ＴＡ…スロットル開度信号 ＴＡ′…補正スロットル開度信号 ２０…スロットル開度信号補正装置 ２１…なまし付与手段 ２２…なまし値変更手段 ３２…マイクロコンピュータ（マイコン） ３４…なまし値テーブル

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルセンサ（１２）より、アクセ
   ルペダル（１０）に連動して開閉するスロットルバルブ
   （１１）の開度に応じて出力される、アナログのスロッ
   トル開度信号を１つの制御要素とする内燃機関に搭載さ
   れ、該スロットル開度信号になましを加えて出力するス
   ロットル開度信号補正装置において、 前記スロットル開度信号の応答性をなまらせるために該
   スロットル開度信号の変化分になまし値Ｎ（Ｎ＝１，
   ２，３…）の逆数を乗算し、補正スロットル開度信号を
   生成して出力するなまし付与手段（２１）と、 前記なまし付与手段（２１）に対し、当該車両の運行状
   態に応じて可変の前記なまし値Ｎを設定するなまし値変
   更手段（２２）と、からなり、 前記なまし値変更手段（２２）は、前記なまし値Ｎを、
   前記スロットルバルブの全開側近傍および全閉側近傍の
   少なくとも一方において、大きく設定する ことを特徴と
   するスロットル開度信号補正装置。
2. 【請求項２】 前記なまし値変更手段（２２）は、前記
   スロットルバルブの全開側近傍における前記なまし値Ｎ
   を、当該車両の走行速度の増大に伴って大きく設定する
   請求項１に記載のスロットル開度信号補正装置。
3. 【請求項３】 前記なまし値変更手段（２２）は、前記
   スロットルバルブの全閉側近傍における前記なまし値Ｎ
   を、当該車両の走行速度の増大に伴って小さく設定する
   請求項１に記載のスロットル開度信号補正装置。
4. 【請求項４】 前記なまし値変更手段（２２）は、前記
   全閉側近傍と判定するためのスレッショルド開度を、当
   該車両の走行速度の増大に伴って低開度側にシフトする
   請求項１に記載のスロットル開度信号補正装置。
5. 【請求項５】 前記なまし値変更手段（２２）は、前記
   全開側近傍と判定するためのスレッショルド開度を、当
   該車両の走行速度の増大に伴って低開度側にシフトする
   請求項１に記載のスロットル開度信号補正装置。