JP3356945B2 - スロットルバルブ制御装置 - Google Patents

スロットルバルブ制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のスロッ
トルバルブを、運転者のアクセル操作により直接的に操
作する代わりに、アクセル操作量以外の情報をも加味し
て決定された要求開度になるようにモータ等で制御す
る、いわゆる電子スロットル方式の制御に関する。さら
に詳細には、スロットルバルブの要求開度と実開度との
偏差の大小にかかわらずスロットルバルブを適切に駆動
できるようにしたスロットルバルブ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子スロットル方式のスロットルバルブ
制御は、トラクションコントロールその他の機関制御の
実現に有益であることから、近年、急速に普及が進んで
いる。従来知られている電子スロットル技術の例として
は、特開平７−２９３２８４号公報に記載されたものが
挙げられる。同号公報に記載された制御装置は、スロッ
トルバルブを制御する演算処理として基本的には公知の
ＰＩＤ制御を用いている。そして、偏差が小さいときで
も比例項（ＰＩＤの「Ｐ」）のみでスロットルバルブを
実際に駆動できる制御信号が得られるようにするため、
偏差の値が小さいときには制御係数の値を大きくするよ
うに制御係数のマップを構成している。
【０００３】このように制御係数を偏差に応じて可変と
することにより、偏差が小さいときでも、積分項（ＰＩ
Ｄの「Ｉ」）が大きくなるのを待たずに比例項でスロッ
トルバルブを駆動し、速やかに偏差を小さくすることが
できる。言い換えるとスロットルバルブの実開度を要求
開度に近づけ収束させることができる。
【０００４】このことを図５のグラフにより説明する。
図５は、時刻ｔ0 まではスロットルバルブの要求開度と
実開度とがともにａ2で一致していた（偏差＝０）が、
ｔ0で要求開度がステップ状に少し（１°）大きくなっ
てａ3 となった場合（カーブｋ）の過渡動作を示してい
る。このとき、制御係数が固定であると偏差が大きい場
合と同じ制御係数を使用しなければならないので、
（ｂ）のカーブｍに示すように比例項の制御信号が、ｂ
1にしか達しない。このｂ1は、モータにスロットルバル
ブを実際に駆動できる最低限のトルクを発生させる制御
信号ｂt より小さい。このため実開度は、（ａ）のカー
ブｍに示すように積分項が効いてくるまではａ2 のまま
変化せず、時刻ｔ2に至ってようやく要求開度ａ3に収束
する。すなわち、偏差が小さい場合の応答性がよくない
のである。
【０００５】これに対して制御係数を可変とし、偏差の
値が小さいときには大きい値の制御係数を使用するよう
にすると、（ｂ）のカーブｎに示すように比例項の制御
信号がｂtより大きいｂ2に達する。このため実開度は、
（ａ）のカーブｎに示すように直ちに変化し始め、時刻
ｔ1には要求開度ａ3に収束するのである。すなわち、偏
差が小さい場合でも応答性がよいのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のスロットルバルブ制御では、偏差の値が小さい
場合から大きい場合までにわたる広い範囲で安定した過
渡特性（応答性もその１つである）を得ることはできな
い。このため、偏差が大きい場合に別の問題点が生じて
しまう。
【０００７】このことを図６のグラフにより説明する。
図６は、時刻ｔ0 まではスロットルバルブの要求開度と
実開度とがともにａ1で一致していた（偏差＝０）が、
ｔ0で要求開度がステップ状に大幅に（４°）大きくな
ってａ3 となった場合（カーブｈ）の過渡動作を示して
いる。このとき、偏差の値が大きいので比例項の制御信
号が直ちに、ｂtより大きいｂ3に達し、スロットルバル
ブが要求開度ａ3 に向けて動き始めることになる。ここ
で制御係数が固定であると、偏差の値が小さくなるのに
つれて制御信号も順調に小さくなるので、カーブｍに示
すように、実開度がオーバーシュートすることなくａ3
に収束する。しかし、前記したように偏差の値が小さい
ときには大きい値の制御係数を使用するような可変制御
を行っていると、偏差の値が小さくなっても制御信号が
なかなか小さくならないので、モータやスロットルバル
ブの慣性のため、カーブｎに示すように、実開度がａ3
を超えてしまう（オーバーシュート）。このオーバーシ
ュートにより実開度が無用に振動するので、機関回転数
が上下を繰り返す等、運転状態の不安定が生ずる。
【０００８】このことは、従来のスロットルバルブ制御
では、偏差が小さい場合の応答性と偏差が大きい場合の
収束安定性とが相反関係にあることを示している。すな
わち、小偏差時の応答性を優先すると、大偏差時にはオ
ーバーシュートが不可避となり、逆に大偏差時の収束安
定性を優先すると、小偏差時には追随が遅くなるのであ
る。なお、ここではＰＩＤ制御の比例項の制御係数を用
いて、偏差の大小による相反関係を説明したが、積分項
の制御係数についても同様の問題がある。すなわち、偏
差が小さい場合の応答性を優先し、積分項が早く効き始
めるように小偏差時の制御係数を大きくすると、偏差が
大きい状態から小さくなっていく状況で積分項が効きす
ぎてオーバーシュートを起こすのである。
【０００９】本発明は、従来のスロットルバルブ制御が
有する前記の問題点を解決しようとしてなされたもので
あり、スロットルバルブの要求開度と実開度との偏差が
小さいときの応答性と大きいときの収束安定性とを両立
し、運転状況の如何にかかわらずスロットルバルブを適
切に駆動できるスロットルバルブ制御装置を提供するこ
とを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題の達成を目的と
してなされた請求項１の発明は、内燃機関のスロットル
バルブの要求開度と実開度との偏差に制御係数をかけた
積に基づいて前記スロットルバルブの駆動信号を決定す
る駆動信号決定手段を有するスロットルバルブ制御装置
であって、偏差の値に応じて、小さい値の偏差に対して
は大きい値の制御係数を出力し、大きい値の偏差に対し
ては小さい値の制御係数を出力する参照手段と、前記駆
動信号決定手段で使用する制御係数を記憶する現在値記
憶手段と、所定の周期で前記参照手段を参照して偏差の
値に対応する制御係数を仮決定する仮決定手段と、前記
現在値記憶手段に記憶されている制御係数と前記仮決定
手段が仮決定した制御係数とを比較し、値が小さいもの
により前記現在値記憶手段の制御係数を上書きする上書
き手段とを有し、前記駆動信号決定手段は、前記上書き
手段により上書きされた制御係数を用いて駆動信号を決
定することを特徴として特定される。
【００１１】ここで「参照手段」とは、偏差が入力され
るとその値に対応する制御係数を出力することができる
あらゆる手段をいう。例えば、偏差の値ごとに対応する
制御係数をあらかじめ格納したマップ（あるいはテーブ
ル）が該当する。あるいは、入力された偏差から所定の
演算式により制御係数を算出するルーチンプログラムで
もよい。参照手段が出力する制御係数は、小さい値の偏
差に対しては大きい値であり、大きい値の偏差に対して
は小さい値である。なお、参照手段が出力する制御係数
は、偏差のその時点での値そのものに対応するものであ
り、ヒステリシス性はない。また、「実開度」は、スロ
ットルバルブのその時点での実際の開度の他、これに位
相進み補償を施したものを含むものとする。
【００１２】このスロットルバルブ制御装置では、所定
の時間間隔で偏差の入力を受け（スロットルバルブの要
求開度と実開度とを受けてその差を演算することを含
む）、その値と制御係数とを用いて駆動信号決定手段が
決定した駆動信号を出力することにより、スロットルバ
ルブの制御が行われる。ここにおいて駆動信号決定手段
が使用する制御係数は、現在値記憶手段に記憶されてい
るものである。偏差が入力されると、仮決定手段により
参照手段が参照され、入力された新たな偏差の値に対応
する制御係数が仮決定される。次に上書き手段により、
現在値記憶手段に記憶されている制御係数と、仮決定さ
れた制御係数とが比較される。そして、両制御係数のう
ち、値が小さいものが選択されてその制御係数で現在値
記憶手段の制御係数が上書きされる。すると駆動信号決
定手段により、上書きされた現在値記憶手段の制御係数
と偏差の値との積が演算され、これに基づいて駆動信号
が決定される。
【００１３】したがって、偏差の値が大きい状態から小
さくなっていくとき、すなわち実開度が要求開度に近づ
いていく状況では、初期に仮決定された、大きい値の偏
差に対応する小さい値の制御係数が使用され続けること
になる。このため、偏差の値が大きい状態から小さくな
っていくときに、駆動信号が過剰となることはなく、オ
ーバーシュートが生じない。かくして、偏差の大小によ
る相反関係が解消されている。
【００１４】このスロットルバルブ制御装置によって決
定された駆動信号を、内燃機関のスロットルバルブに連
結されたモータ（ＤＣモータ等）に入力すると、駆動信
号によってモータがトルクを発生し、スロットルバルブ
が要求開度になるように開度制御がなされる。
【００１５】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
するスロットルバルブ制御装置であって、前記駆動信号
決定手段が、前記偏差に制御係数をかけた積を用いて前
記駆動信号を決定することを特徴として特定される。
【００１６】このスロットルバルブ制御装置では、駆動
信号決定手段による駆動信号の決定は、偏差に制御係数
をかけた積を用いて行われる。したがって、偏差の値が
大きい状態から小さくなっていく状況では、初期に仮決
定された値の小さい制御係数が、偏差が小さくなっても
使用され続ける。このため、駆動信号が過剰となること
はなくオーバーシュートが生じない。
【００１７】このように偏差に制御係数をかけた積を用
いて駆動信号を決定する制御の代表例としては、ＰＩＤ
制御の比例項（Ｐ）がある（残る項は積分項（Ｉ）およ
び微分項（Ｄ）である）。したがってＰＩＤ制御の比例
項にかかる制御手法を適用すれば、積分項に頼らず比例
項のみでも偏差の大小による相反関係の解消が実現でき
る。
【００１８】また、請求項３の発明は、請求項１に記載
するスロットルバルブ制御装置であって、前記駆動信号
決定手段が、前記偏差に制御係数をかけた積の積分値を
用いて前記駆動信号を決定することを特徴として特定さ
れる。
【００１９】このスロットルバルブ制御装置では、駆動
信号決定手段による駆動信号の決定は、偏差に制御係数
をかけた積の積分値を用いて行われる。したがって、偏
差の値が大きい状態から小さくなっていく状況では、初
期に仮決定された値の小さい制御係数が、偏差が小さく
なっても使用され続ける。このため、駆動信号が過剰と
なることはなくオーバーシュートが生じない。
【００２０】このように偏差に制御係数をかけた積の積
分値を用いて駆動信号を決定する制御の代表例として
は、ＰＩＤ制御の積分項がある。したがってＰＩＤ制御
の積分項にかかる制御手法を適用すれば、偏差の大小に
よる相反関係の解消が実現できる。なお、請求項２と請
求項３とを組み合わせて、ＰＩＤ制御の比例項と積分項
との双方にかかる制御手法を適用してもよいことは当然
である。その場合には、偏差の大小による相反関係をさ
らに高い次元で解消できる。
【００２１】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれか１つに記載するスロットルバルブ制
御装置であって、前記偏差を所定の閾値と比較して、偏
差が閾値以上である場合に過渡状態であると判定し、そ
れ以外の場合には定常状態であると判定する状態判定手
段と、前記状態判定手段により定常状態であると判定さ
れた場合に、前記偏差に所定の定常係数をかけた積に基
づいて前記スロットルバルブの駆動信号を決定するとと
もに、前記定常係数により前記現在値記憶手段の制御係
数を上書きする第２駆動信号決定手段とを有し、前記状
態判定手段により過渡状態であると判定された場合に前
記駆動信号決定手段による駆動信号の決定を行うことを
特徴として特定される。
【００２２】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれか１つに記載するスロットルバルブ制
御装置であって、前記偏差を所定の閾値と比較して、偏
差が閾値以上である場合に過渡状態であると判定し、そ
れ以外の場合には定常状態であると判定する状態判定手
段と、前記状態判定手段により定常状態であると判定さ
れた場合に、前記偏差に所定の定常係数をかけた積の積
分値に基づいて前記スロットルバルブの駆動信号を決定
するとともに、前記定常係数により前記現在値記憶手段
の制御係数を上書きする第３駆動信号決定手段とを有
し、前記状態判定手段により過渡状態であると判定され
た場合に前記駆動信号決定手段による駆動信号の決定を
行うことを特徴として特定される。
【００２３】請求項４または請求項５のスロットルバル
ブ制御装置では、偏差が入力されると、仮決定手段によ
り参照手段が参照される前にまず状態判定手段により、
入力された偏差の値が所定の閾値と比較され、過渡状態
か定常状態かの判定がなされる。すなわち、偏差が閾値
以上である場合には過渡状態であると判定され、それ以
外の場合には定常状態であると判定される。過渡状態で
あると判定された場合には前記のように、仮決定手段に
より入力された偏差に対応する制御係数が仮決定され、
上書き手段により現在値記憶手段の制御係数との比較が
なされ、選択された制御係数で現在値記憶手段が上書き
され、その制御係数と偏差の値とを用いて駆動信号決定
手段により駆動信号が決定される。
【００２４】定常状態であると判定された場合には、こ
れと異なり第２駆動信号決定手段（請求項４）または第
３駆動信号決定手段（請求項５）による駆動信号の決定
がなされる。請求項４の場合の駆動信号は、当該偏差の
値に所定の定常係数をかけた積に基づいて決定される。
請求項５の場合の駆動信号は、当該偏差の値に所定の定
常係数をかけた積の積分値に基づいて決定される。そし
てそれらの際、現在値記憶手段の制御係数が定常係数で
上書きされる。このため、その後定常状態から過渡状態
に移行したときに駆動信号決定手段による処理が適切に
行われる。
【００２５】これらの場合において「定常係数」は、参
照手段が出力する制御係数であって特定の偏差（例えば
最も小さい値の偏差）に対応するものと同一の値でもよ
い。あるいは、独自の値でもよい。なお、請求項４と請
求項５とを組合せて、定常状態の処理にも比例項と積分
項とを併用するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、自動
車用ガソリンエンジンのいわゆる電子スロットルを制御
するスロットルバルブコントローラである。
【００２７】まず、電子スロットルの基礎事項を説明す
る。電子スロットルは図１に示すように、エンジンへの
吸気通路である吸気管１４の吸気抵抗を調整するスロッ
トルバルブ１１と、このスロットルバルブ１１と同軸に
設けられたＤＣモータ１２および開度センサ１３とによ
り構成されている。そしてＤＣモータ１２および開度セ
ンサ１３は、スロットルバルブコントローラ１と要求開
度決定部３０とを有するエンジンコントロールユニット
（ＥＣＵ）１０に接続されている。ＤＣモータ１２は、
スロットルバルブコントローラ１から駆動信号を受けて
スロットルバルブ１１を軸周りに回動させてその開度を
変更させるものである。そして開度センサ１３は、スロ
ットルバルブ１１の実際の開度を検知してこれをスロッ
トルバルブコントローラ１に報知するものである。なお
スロットルバルブ１１は、図示しないがリターンスプリ
ングにより閉じ側に付勢されるようになっている。
【００２８】ここにおいてスロットルバルブ１１は、ア
クセルペダルとワイヤ等の機械的手段によっては連結さ
れていない。そのかわりに、アクセルペダル踏み込み量
その他の信号を受ける要求開度決定部３０で決定した要
求開度になるよう、スロットルバルブコントローラ１か
ら駆動信号を受けるＤＣモータ１２によって駆動される
ようになっている。要求開度決定部３０は、公知のＣＰ
Ｕ等により構成されるマイコンであって、入力される各
種信号に基づいてスロットルバルブ１１の要求開度を算
出し、スロットルバルブコントローラ１へ向けて出力す
るものである。要求開度決定部３０に入力される各種信
号には、アクセルペダル踏み込み量の他、エンジン冷却
水温やエンジン回転数、自動変速機の変速状況等が含ま
れている。冷間時のファストアイドルや変速時の回転合
わせ、中間出力時の希薄燃焼制御、あるいはトラクショ
ンコントロール等、アクセルペダルの動きと必ずしも関
係しない出力制御をバイパス路なしで可能とするためで
ある。
【００２９】スロットルバルブコントローラ１は、図２
に示すように、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み
合わせて構成されたマイコンである。ＣＰＵ２は、開度
センサ１３から入力されるスロットルバルブ１１の実開
度の信号と、要求開度決定部３０から入力されるスロッ
トルバルブ１１の要求開度の信号と、に基づいて駆動信
号を算出し、ＤＣモータ１２へ向けて出力する演算処理
装置である。なお図２には示していないが、これらの信
号の授受は適切なインターフェースを介して行われるよ
うになっている。そしてＣＰＵ２には、ＲＯＭ３とＲＡ
Ｍ４とが付設されている。ＲＯＭ３には、ＣＰＵ２での
演算処理の実行上必要な種々のプログラム類や、参照デ
ータ類等があらかじめ準備されて格納されている。ＲＡ
Ｍ４は、ＣＰＵ２での演算処理の実行中に現れる数値等
を一時的に記憶して随時読み出すためのものである。な
お、図１および図２ではスロットルバルブコントローラ
１と要求開度決定部３０とを別々のマイコンであるよう
に示したが、これらの機能を１つのマイコンにまとめて
もよい。
【００３０】続いて、スロットルバルブコントローラ１
により実行されるスロットルバルブ制御を説明する。ス
ロットルバルブコントローラ１では、入力された実開度
の信号と要求開度との信号との偏差Ｇを算出し（符号を
含む）、この偏差Ｇに基づいて、比例項Ｐと積分項Ｉと
微分項Ｄとの和により駆動信号を演算するいわゆるＰＩ
Ｄ制御を行う。そのサイクルタイムは約２ミリ秒であ
り、偏差Ｇに基づくスロットルバルブ１１の駆動が１秒
間に５００回程度行われる。このうち微分項Ｄについて
は、本願にて特徴点とするところではないので、以下の
説明ではこれを無視することとする。具体的には微分項
Ｄのゲイン（制御係数）が０に固定されているものとす
る。そこで比例項Ｐおよび積分項Ｉについて説明する。
【００３１】比例項Ｐは、偏差Ｇと比例ゲインＫP との
積Ｇ*ＫPとして計算される。また積分項Ｉは、偏差Ｇと
積分ゲインＫI との積の積分値Σ(Ｇ*ＫI)として計算さ
れる。ここで積分値とは、スロットルバルブ１１が最後
に実際に駆動されたサイクルから現サイクルまでのＧ*
ＫIの積算値をいう。そして比例ゲインＫP の値と積分
ゲインＫI の値とは、偏差Ｇの値に応じていくつかの代
表値がＲＯＭ３にマップとしてあらかじめ用意されてい
る。そのマップの内容を表１に示す。表１のマップで
は、４水準の偏差Ｇに対し各ゲインの代表値を定めてい
る。定められている値は、比例ゲインＫPと積分ゲイン
ＫIとのいずれでも、値の大きい偏差Ｇに対応するもの
ほど小さくなっている。
【００３２】
【表１】
【００３３】かかる比例項Ｐと積分項Ｉとによる駆動信
号の演算処理の手順を、図３のフローチャートにより説
明する。このフローチャートは、１サイクル分の処理を
示している。
【００３４】（Ｓ１、Ｓ２）まず、スロットルバルブ１
１の状態が、定常状態であるか過渡状態であるかの判断
が行われる。実開度が要求開度にかなり近く（偏差が小
さい）スロットルバルブ１１を大きく動かす必要がない
定常状態と、偏差がある程度大きいためスロットルバル
ブ１１を大きく動かす必要がある過渡状態とでは演算処
理の内容に違いがあるからである。このため、その時点
での実開度の信号と要求開度との信号との偏差Ｇが演算
され（Ｓ１）、その偏差Ｇが所定の閾値ＧTHと比較され
る（Ｓ２）。閾値ＧTHは、０．１°程度の小さい値であ
り、その値はＲＯＭ３にあらかじめ用意されている（以
下、０．１°として説明する）。偏差Ｇが閾値ＧTH以上
である場合にはＳ３以下の過渡状態の処理へ進み（Ｓ
２：Ｙｅｓ）、偏差Ｇが閾値ＧTHより小さい場合にはＳ
９以下の定常状態の処理へ進む（Ｓ２：Ｎｏ）。
【００３５】（Ｓ３）過渡状態の処理に入るとまず、表
１のマップが参照され、その時点での偏差Ｇに対応する
比例ゲインおよび積分ゲインの値が仮決定される。この
仮決定は、図４に示すように、表１に規定された代表値
を用いて直線補間により行われる。ただし両端では、最
も近い代表値がそのまま使用される。仮決定された両ゲ
インの値は、ＫPA、ＫIAとしてＲＡＭ４に書き込まれ
る。
【００３６】（Ｓ４、Ｓ５）両ゲインの値が仮決定され
たら、まず比例ゲインについて、仮決定した値を選択す
るか否かの決定が行われる。このため、Ｓ３で書き込ま
れた値ＫPAと前回のサイクルで使用した値ＫPTとの比較
が行われる（Ｓ４）。値ＫPTは、ＲＡＭ４に保存されて
いる。値ＫPAが値ＫPTより小さい場合には（Ｓ４：Ｙｅ
ｓ）、ＫPAの値でＫPTを上書きして（Ｓ５）、Ｓ６へ進
む。値ＫPAが値ＫPT以上である場合には（Ｓ４：Ｎ
ｏ）、Ｓ５を経由しないで直接Ｓ６へ進む。このこと
は、Ｓ３で新たに仮決定した比例ゲインが前回のサイク
ルで使用した比例ゲインより小さい場合に限り新たな値
が選択され、そうでない場合には前回のサイクルで使用
した値が引き続き選択されることを意味する。
【００３７】なお、Ｓ４での比較においては、値ＫPAと
値ＫPTとを直接比較する代わりに、それぞれの対応する
偏差Ｇを比較してもよい。ただしその場合は大小関係が
逆となる。すなわち、値ＫPAに対応する偏差Ｇが値ＫPT
に対応する偏差Ｇより大きい場合にＳ４：Ｙｅｓと判断
されてＳ５の上書きがなされ、値ＫPAに対応する偏差Ｇ
が値ＫPTに対応する偏差Ｇ以下である場合にＳ４：Ｎｏ
と判断されて直接Ｓ６へ進む。
【００３８】（Ｓ６、Ｓ７）同様に積分ゲインについて
も、Ｓ３で仮決定した値を選択するか否かの決定が行わ
れる。このためＳ４と同様に、Ｓ３で書き込まれた値Ｋ
IAと前回のサイクルで使用した値ＫITとの比較が行われ
る（Ｓ６）。値ＫITは値ＫPTと同様、ＲＡＭ４に保存さ
れている。値ＫIAが値ＫITより小さい場合には（Ｓ６：
Ｙｅｓ）、ＫIAの値でＫITを上書きして（Ｓ７）、Ｓ８
へ進む。値ＫIAが値ＫIT以上である場合には（Ｓ６：Ｎ
ｏ）、Ｓ７を経由しないで直接Ｓ８へ進む。このこと
は、積分ゲインについても比例ゲインの場合と同様に、
Ｓ３で新たに仮決定した値は、前回のサイクルで使用し
た値より小さい場合に限り選択され、そうでない場合に
は前回のサイクルで使用した値が引き続き選択されるこ
とを意味する。なお、積分ゲインの選択の場合も、Ｓ６
においてゲインの値そのものを直接比較する代わりに対
応する偏差Ｇを比較してもよい。
【００３９】（Ｓ８）Ｓ４からＳ７で選択された比例ゲ
インおよび積分ゲインの値（ＫPT、ＫIT）が（ＫP、
ＫI）としてＲＡＭ４に保存される。ＲＡＭ４に（ＫP、
ＫI）の値がすでに保存されている場合には上書きされ
る。このＫPおよびＫIの値は、今サイクルの演算処理に
使用する比例ゲインおよび積分ゲインとして確定した値
としての意味を有する。なお、ＫPTおよびＫITの値は、
次回のサイクルにおいてＳ４およびＳ６での比較に供す
るため、そのまま保存される。かくして、演算処理で使
用する両ゲインの値が確定したので、Ｓ１１へ進む。
【００４０】（Ｓ９、Ｓ１０）前記Ｓ２で偏差Ｇが閾値
ＧTHより小さい場合（Ｓ２：Ｎｏ）には定常状態の処理
が行われる。この場合にはまず、定常状態での演算処理
のための比例ゲインおよび積分ゲインの値（ＫPS、
ＫIS）がＲＯＭ３から読み出され、その値がＲＡＭ４に
（ＫP、ＫI）として保存される（Ｓ９）。ＲＡＭ４に
（ＫP、ＫI）の値がすでに保存されている場合には上書
きされる。ＫPSおよびＫISの値は、ＲＯＭ３にあらかじ
め用意されている。具体的には、表１において偏差が
０．１°である場合の両ゲインの値、すなわち偏差の値
が最も小さい区間の値である。そしてＫPSおよびＫISの
値により、ＫPTおよびＫITの値も上書きされる（Ｓ１
０）。次回のサイクルにおいて過渡状態の処理が行われ
る場合のためである。
【００４１】（Ｓ１１）演算処理に使用する両ゲインの
値（ＫP、ＫI）がＳ８（過渡状態）またはＳ９（定常状
態）で確定しているので、駆動信号の演算を実行する。
演算の内容は、比例項Ｐ（＝Ｇ*ＫP）と積分項Ｉ（＝Σ
(Ｇ*ＫI)）との和を求めることである。演算して得られ
た駆動信号は、スロットルバルブ１１を動かす制御量と
しての意味を有し、直接的には電圧信号の形で得られる
が、オンオフのデューティ信号の形に変換されてＤＣモ
ータ１２へ向けて出力される。このデューティ信号を受
けたＤＣモータ１２が、必要なトルクを発生してスロッ
トルバルブ１１を駆動するのである。
【００４２】かかるフローによる処理が、２ミリ秒程度
のサイクルタイムで反復されることにより、スロットル
バルブ１１の要求開度の変化に実開度を追従させる制御
が実行される。
【００４３】上記のフローによるスロットルバルブ１１
の制御を、実際の要求開度の変化状況に照らして説明す
る。
【００４４】まず、図５に示すような、偏差Ｇが０であ
った状況から時刻ｔ0 において１°の偏差がついた状況
を考える。この場合に、時刻ｔ0 以前の各サイクルにお
いては、偏差Ｇが０であるためフロー中Ｓ２においてＮ
ｏと判断され定常状態の処理が行われている。したがっ
てこの間、（ＫP、ＫI）および（ＫPT、ＫIT）の各値
は、（ＫPS、ＫIS）に維持されている。すなわち表１に
よれば（６、４）である。ただし、偏差Ｇが０であるた
めＳ１１で演算される駆動信号はリターンスプリングの
付勢に抗するための積分項の残存成分である。この状態
では、ＤＣモータ１２の駆動力（開方向）とリターンス
プリングの付勢（閉方向）とが釣り合っており、スロッ
トルバルブ１１の開度に変化はない。
【００４５】時刻ｔ0 後の最初のサイクルでは、フロー
中Ｓ２においてＹｅｓと判断され過渡状態の処理にはい
る。このためＳ３で表１が参照され、（ＫPA、ＫIA）の
値が（４、３）と仮決定される。これらの値は、
（ＫPT、ＫIT）としてそれまで保存されている値より小
さいので、Ｓ４、Ｓ６でそれぞれＹｅｓと判断され、
（ＫPT、ＫIT）の値が新たな値に上書きされる（Ｓ５、
Ｓ７）。すなわち、新たな値が選択される。したがって
（ＫP、ＫI）の値も（４、３）に書き換えられる（Ｓ
８）。そしてＳ１１ではこれらの値と偏差Ｇの値（１
°）とにより駆動信号が演算される。
【００４６】ここで使用される両ゲインの値は、表１に
見る通り、偏差Ｇが大きい場合の値と比べて大きい。こ
のため、偏差Ｇの値が１°と小さくても、停止している
ＤＣモータ１２が動き始めるのに十分な駆動信号が、比
例項Ｐによって得られる。したがって、積分項Ｉが立ち
上がってくるのを待たずに直ちに、スロットルバルブ１
１が要求開度に向けて動き始める（カーブｎ）。すなわ
ち小偏差時の応答性がよい。そしてスロットルバルブ１
１の実開度が要求開度に落ち着くまでこの過渡状態の処
理が反復される。すなわち偏差Ｇの値が１°から減少し
ていく。このとき、偏差Ｇの減少に伴い、表１および図
４に示されるようにＳ３で仮決定される両ゲインの値は
上昇していくが、必ずＳ４、Ｓ６でそれぞれＮｏと判断
されてそれまでの両ゲインの値（４、３）が選択され
る。そして偏差Ｇが０．１°を下回ると定常状態の処理
に戻る。
【００４７】ここで、時刻ｔ0で生じた偏差Ｇの値が０.
２°程度とさらに小さいと、比例ゲインの値が大きめ
（この場合約５．８）であっても、ＤＣモータ１２が動
き始めるのに十分な駆動信号が比例項Ｐによっては得ら
れない場合もある。しかしその場合でも、積分ゲインの
値も偏差Ｇが大きい場合と比べて大きいので、積分項Ｉ
が早期に立ち上がり、実用上十分な応答性が得られる。
【００４８】次に、図６に示すような、偏差Ｇが０であ
った状況から時刻ｔ0 において４°の偏差がついた状況
を考える。この場合に時刻ｔ0 以前の各サイクルにおい
ては、図５の場合と同様であり、（ＫP、ＫI）および
（ＫPT、ＫIT）の各値が（ＫPS、ＫIS）に維持される定
常状態の処理が行われつつ、スロットルバルブ１１の開
度は変化していない。
【００４９】そして時刻ｔ0 後の最初のサイクルで、フ
ロー中Ｓ２にてＹｅｓと判断され過渡状態の処理にはい
ると、Ｓ３で表１（および図４）が参照され、（ＫPA、
ＫIA）の値が（３.７、２.７）と仮決定される。これら
の値は、（ＫPT、ＫIT）としてそれまで保存されている
値（６、４）より小さいので、Ｓ４、Ｓ６でそれぞれＹ
ｅｓと判断され、（ＫPT、ＫIT）の値が新たな値に上書
きされる（Ｓ５、Ｓ７）。すなわち、新たな値が選択さ
れる。したがって（ＫP、ＫI）の値も（３．７、２．
７）に書き換えられる（Ｓ８）。そしてＳ１１ではこれ
らの値と偏差Ｇの値（４°）とにより駆動信号が演算さ
れ、スロットルバルブ１１が要求開度に向けて動き始め
る。このため偏差Ｇは４°から小さくなる。
【００５０】ここで、偏差Ｇの値が小さくなるにつれ
て、Ｓ３で仮決定される（ＫPA、ＫIA）の値が大きくな
っていく。しかしながらこれらの値は、（ＫPT、ＫIT）
としてそれまで保存されている値（３.７、２.７）より
必ず大きいので、Ｓ４、Ｓ６でともにＮｏと判断され、
（ＫPT、ＫIT）の値はそれまでの（３.７、２.７）のま
ま維持される。すなわちそれまでの値が選択される。
（ＫP、ＫI）の値も同様に（３.７、２.７）のまま維持
される（Ｓ８）。
【００５１】したがって、その後偏差Ｇの値が図５の時
刻ｔ0 と同様の１°になった時点での状況を考えると、
図５の場合と比較して（ＫP、ＫI）の値が小さい分、駆
動信号も小さい。このことにより、大偏差時の収束安定
性が確保されている。なぜなら、図５の時刻ｔ0 での駆
動信号は、停止しているＤＣモータ１２を動き出させる
ほど強力な発生トルクを発生するものなので、図６の場
合のようにすでにＤＣモータ１２にある程度の角速度が
ついているときに同じ信号を加えると、駆動力が過剰と
なりカーブｎのようにオーバーシュートを起こしてしま
うからである。対して、小さい値のゲインを使用し続け
ることにより、駆動力の過剰が回避され、オーバーシュ
ートのない安定した収束性が得られているのである（カ
ーブｍ）。
【００５２】この場合に（ＫP、ＫI）および（ＫPT、Ｋ
IT）の各値は、偏差Ｇが０．１°を下回って定常状態に
はいるまで、（３.７、２.７）が維持されることにな
る。定常状態にはいれば、（ＫP、ＫI）および（ＫPT、
ＫIT）の各値が前記のように（６、４）となるのはもち
ろんである。したがって、大偏差が与えられて図６のカ
ーブｍのような制御がなされた後でも、一旦定常状態に
はいることにより、（ＫPT、ＫIT）の各値が大きい値と
なり、その後小偏差が与えられたときに図５のカーブｎ
のような追随性のよい制御がなされることとなる。
【００５３】なお、小偏差が与えられ図５のカーブｎの
ような制御がなされている途中であって未だ定常状態に
は至っていないタイミングで大偏差が与えられた場合
も、その後の動作は図６のカーブｍと同様である。
【００５４】以上詳細に説明したように本実施の形態に
おいては、過渡状態の処理において偏差Ｇの値により参
照される両ゲインの値を、大きい値の偏差Ｇに対応する
ものほど小さくし（表１）、各サイクルにおいてその時
点での偏差Ｇに対応する両ゲインの値を仮決定するとと
もに（ＫPA、ＫIA）、その値と前サイクルで使用した値
（ＫPT、ＫIT）とを比較し、値の小さい方を選択して
（ＫP、ＫI）、演算処理に使用することとしている。こ
のため、小さい偏差が与えられた場合には、大きい値の
ゲインによる制御がなされ、停止しているスロットルバ
ルブ１１に強い駆動力が加えられ、実開度が速やかに要
求開度に向けて変化することになる。その一方、大きい
偏差が与えられた場合には、小さい値のゲインによる制
御が、偏差が小さくなっても続行されるので、すでに動
いているスロットルバルブ１１に強い駆動力がかかって
オーバーシュートを招く事態が避けられている。かくし
て、小偏差時の応答性の要求と、大偏差時の収束安定性
との要求とが高水準で両立された、すぐれたスロットル
バルブ制御を行うことができる。
【００５５】また、各サイクルにおいて偏差Ｇの値が与
えられると、まずそれを所定の閾値ＧTHと比較して定常
状態か過渡状態かの判断を行い、定常状態であった場合
は定常状態に固有のゲインの値（ＫPS、ＫIS）で演算処
理を行うこととしている。そしてこの際に（ＫPT、
ＫIT）の値も（ＫPS、ＫIS）で上書きすることとしたの
で、定常状態から過渡状態に移った際には、その偏差の
大小に応じて応答性および収束安定性のよいスロットル
バルブ制御を行うことができる。
【００５６】さらに、上記のような制御を行うために必
要なプログラム類やデータ類が、ＲＯＭ３に格納されて
いるので、必要なセンサやアクチュエータを備えたコン
ピュータにこのＲＯＭ３を組み合わせることにより、上
記の制御を行うスロットルバルブ制御装置として使用す
ることができる。
【００５７】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の
改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば
前記実施の形態では、比例項Ｐと積分項Ｉとの双方につ
いて、ゲインの仮決定と選択とを含む処理を行うことと
したが、いずれか一方についてのみかかる処理を行い、
他方については従来の処理と同様の処理を行うものでも
よい。あるいは、比例項Ｐと積分項Ｉとのいずれか一方
のみで駆動信号を決定するものであってもよい。また、
微分項Ｄについてはここでは使用しないこととしたが、
通常行われる微分項Ｄの処理を加味するものであっても
よい。なお、このことは、過渡状態の処理だけでなく、
定常状態の処理についても当てはまる。
【００５８】また、図３のフロー中のＳ３でマップを参
照して両ゲインを仮決定する際、図４に示したような直
線補間を行ったが、その代わりに偏差Ｇをその代表点を
含む区間に分割して、その時点での偏差Ｇが属する区間
の代表値を使用することとしてもよい。
【００５９】また、図３のフロー中のＳ９、Ｓ１０で使
用する、定常状態でのゲインの値（ＫPS、ＫIS）とし
て、表１における偏差が０．１°のときの値、すなわち
過渡状態のうち最も小さい偏差に対応する値を用いるこ
ととしたが、表１とは別に定常状態に特有な値をＲＯＭ
３に用意しておいてその値を使用するものであってもよ
い。
【００６０】あるいは、偏差Ｇを算出するための実開度
の信号として開度センサ１３の検知信号をそのまま用い
たが、例えば数１にその最も簡単な形が示されるような
いわゆる位相進み補償を施して用いてもよい。数１にお
いてＴAは本来の実開度、ＴA'は前サイクルにおける実
開度、ｄは補償のゲイン、ＤAは位相進み補償後の実開
度を示す。
【００６１】
【数１】
【００６２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、スロットルバルブの要求開度と実開度との偏差
が小さいときの応答性と大きいときの収束安定性とを高
水準で両立し、運転状況の如何にかかわらずスロットル
バルブを適切に駆動できるスロットルバルブ制御装置が
提供されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子スロットルの基本を説明する図である。
【図２】スロットルバルブコントローラの概略構成を説
明する図である。
【図３】実施の形態に係るスロットルバルブコントロー
ラによる制御処理を説明するフローチャートである。
【図４】マップを参照して仮決定されるゲインの値を示
すグラフである。
【図５】小さい偏差が与えられたときのスロットルバル
ブの動きを説明するグラフである。
【図６】大きい偏差が与えられたときのスロットルバル
ブの動きを説明するグラフである。
【符号の説明】
１ スロットルバルブコントローラ ２ ＣＰＵ ３ ＲＯＭ（媒体） ４ ＲＡＭ １１ スロットルバルブ
フロントページの続き (72)発明者 牧迫 弘幸 愛知県大府市共和町一丁目１番地の１ 愛三工業株式会社内 (72)発明者 北村 隆正 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 樵 茂男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/14 320 F02D 9/02 351 F02D 45/00 340 G05B 13/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関のスロットルバルブの要求開度
    と実開度との偏差に制御係数をかけた積に基づいてスロ
    ットルバルブの駆動信号を決定する駆動信号決定手段を
    有するスロットルバルブ制御装置において、 偏差の値に応じて、小さい値の偏差に対しては大きい値
    の制御係数を出力し、大きい値の偏差に対しては小さい
    値の制御係数を出力する参照手段と、 前記駆動信号決定手段で使用する制御係数を記憶する現
    在値記憶手段と、 所定の周期で前記参照手段を参照して偏差の値に対応す
    る制御係数を仮決定する仮決定手段と、 前記現在値記憶手段に記憶されている制御係数と前記仮
    決定手段が仮決定した制御係数とを比較し、値が小さい
    ものにより前記現在値記憶手段の制御係数を上書きする
    上書き手段とを有し、 前記駆動信号決定手段は、前記上書き手段により上書き
    された制御係数を用いて駆動信号を決定することを特徴
    とするスロットルバルブ制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載するスロットルバルブ制
    御装置において、 前記駆動信号決定手段は、前記偏差に制御係数をかけた
    積を用いて前記駆動信号を決定することを特徴とするス
    ロットルバルブ制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載するスロットルバルブ制
    御装置において、 前記駆動信号決定手段は、前記偏差に制御係数をかけた
    積の積分値を用いて前記駆動信号を決定することを特徴
    とするスロットルバルブ制御装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１つ
    に記載するスロットルバルブ制御装置において、 前記偏差を所定の閾値と比較して、偏差が閾値以上であ
    る場合に過渡状態であると判定し、それ以外の場合には
    定常状態であると判定する状態判定手段と、 前記状態判定手段により定常状態であると判定された場
    合に、前記偏差に所定の定常係数をかけた積に基づいて
    前記スロットルバルブの駆動信号を決定するとともに、
    前記定常係数により前記現在値記憶手段の制御係数を上
    書きする第２駆動信号決定手段とを有し、 前記状態判定手段により過渡状態であると判定された場
    合に前記駆動信号決定手段による駆動信号の決定を行う
    ことを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれか１つ
    に記載するスロットルバルブ制御装置において、 前記偏差を所定の閾値と比較して、偏差が閾値以上であ
    る場合に過渡状態であると判定し、それ以外の場合には
    定常状態であると判定する状態判定手段と、 前記状態判定手段により定常状態であると判定された場
    合に、前記偏差に所定の定常係数をかけた積の積分値に
    基づいて前記スロットルバルブの駆動信号を決定すると
    ともに、前記定常係数により前記現在値記憶手段の制御
    係数を上書きする第３駆動信号決定手段とを有し、 前記状態判定手段により過渡状態であると判定された場
    合に前記駆動信号決定手段による駆動信号の決定を行う
    ことを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
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