JP3458935B2 - 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】自動車に搭載されている電子スロットル
システムでは、例えば図２に示すように、アクセルペダ
ル２６の踏込量（アクセル操作量）をアクセルセンサ２
７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、フィードバック制御によりスロットルバル
ブ１５をモータ１７で駆動して、スロットルバルブ１５
の開度（実スロットル開度）を目標スロットル開度に一
致させるようにしたものがある。

【０００３】この電子スロットルシステムでは、故障時
の退避走行を可能にする手段として、バルブレバー３８
の開側にオープナ４０を掛合させるように配置し、この
オープナ４０を閉方向に付勢するバルブリターンスプリ
ング４１の引張力を、バルブレバー３８を開方向に付勢
する退避走行用スプリング３９の引張力よりも大きく設
定することで、退避走行時（電磁クラッチ１６のＯＦＦ
時）のアイドル時に、図２（ｂ）に示すように、オープ
ナ４０によってバルブレバー３８の位置（実スロットル
開度）をオープナストッパ４２で規制される開度（約３
〜４ｄｅｇ）に保持して、退避走行時のアイドル回転を
確保する。この場合、通常制御時（電磁クラッチ１６の
ＯＮ時）のアイドル時やアクセル操作量が少ない運転領
域では、上記オープナストッパ４２で規制される開度
（以下「オープナストッパ開度」という）以下の開度で
実スロットル開度がモータ１７によって制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この電子スロットルシ
ステムにおいて、オープナストッパ開度以下のスロット
ル開度で制御されている状態から、アクセルペダル２６
が踏み込まれて、目標スロットル開度がオープナストッ
パ開度を越えると、フィードバック制御によりスロット
ルバルブ１５が開方向に駆動されてオープナストッパ開
度を通り越す際に、バルブレバー３８がオープナ４０に
当接するまでの間は、バルブレバー３８に対して退避走
行用スプリング３９の引張力により開方向の力が働き、
バルブレバー３８がオープナ４０に当接した後は、バル
ブレバー３８に対してバルブリターンスプリング４１の
引張力が加わって閉方向の力が働く。この結果、オープ
ナストッパ開度を境にしてバルブレバー３８に加わる力
の方向が逆転し、モータ１７の負荷の方向が逆転する。

【０００５】このため、図１１（ａ）に示すように、ス
ロットルバルブ１５がオープナストッパ開度を通り越す
際に、実スロットル開度が目標スロットル開度に一致し
ていないにも拘らず、モータ１７の駆動力がバルブリタ
ーンスプリング４１の引張力に打ち勝つようになるま
で、スロットルバルブ１５がオープナストッパ開度で一
時的に停止してしまい、スロットル制御の応答性が悪い
という欠点がある。また、スロットルバルブ１５のフィ
ードバック制御のために一般に用いられているＰＩＤ制
御では、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、オーバーシュートを抑えるための微分項が
相対的に大きくなって、いわゆる微分ブレーキが働くた
め、この微分ブレーキによってもスロットルバルブ１５
が一時的に停止してしまうことがあり、これもスロット
ル制御の応答性が悪くなる原因となっている。かといっ
て、微分項（微分ブレーキ）を小さくすると、オーバー
シュートが大きくなってしまい、スロットル制御が不安
定となってしまう。尚、上述したスロットルバルブ１５
のもたつき現象は、スロットルバルブ１５を閉方向に駆
動する場合にも発生し、またオープナ４０や微分ブレー
キによる場合の他に、例えばスロットルバルブ１５をラ
ンプ駆動する場合等にもスロットルバルブ１５のもたつ
き現象が発生することがある。

【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
もたつきを少なくすることができて、スロットル制御の
応答性を向上す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
装置によれば、制御手段は、実スロットル開度をアクセ
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、少なくとも積分項を含む伝達関
数で演算し、演算した制御量を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が、この際、実スロッ
トル開度と目標スロットル開度との偏差が所定値以上で
あるにも拘らずスロットルバルブが目標スロットル開度
の方向へ動かない時（以下「バルブもたつき時」とい
う）に前記積分項又は前記制御量を目標スロットル開度
の方向へ動くときの前記積分項又は前記制御量に比して
大きくする。

【０００８】ここで、積分項は、実スロットル開度と目
標スロットル開度との偏差を積分して、この偏差を小さ
くするように働く。バルブもたつき時にこの積分項を大
きくすると、この積分項を含む伝達関数で演算した制御
量（スロットル駆動手段の駆動力）が大きくなり、それ
によってスロットル駆動手段の駆動力がバルブもたつき
時の負荷に打ち勝って、スロットルバルブが目標スロッ
トル開度の方向へ速やかに動き始める。これにより、ス
ロットルバルブのもたつきが従来より少なくなり、スロ
ットル制御の応答性が向上する。このような効果は、積
分項を大きくする以外の方法で制御量を大きくしても得
られ、例えば、比例項を大きくしたり、比例項と積分項
の双方を大きくしたり、或は、制御手段で一旦演算した
制御量をスロットル駆動手段に与える段階で大きくする
ようにしても良い。

【０００９】本発明は、請求項２のように、退避走行時
にスロットルバルブの最小開度を規制するオープナスト
ッパを備え、通常制御時に、オープナストッパで規制さ
れる開度（以下「オープナストッパ開度」という）より
も小さい開度からそれより大きい開度までの範囲で目標
スロットル開度を設定するシステムに適用すると良い。
このようにすれば、スロットルバルブをオープナストッ
パ開度を通り越すように駆動する際に、オープナストッ
パ開度付近でスロットルバルブがもたつく現象を改善す
ることができ、スロットル制御の応答性を向上すること
ができる。この場合、請求項３のように、バルブもたつ
き時に積分項又は制御量にオフセット量を付加すること
で、積分項又は制御量を大きくするようにしても良い。
このようにすれば、バルブもたつき時に極めて簡単な処
理で迅速に積分項又は制御量を大きくすることができ、
演算負荷の軽減や処理速度の高速化が可能である。

【００１０】更に、請求項４のように、前記オフセット
量を目標スロットル開度に応じて設定するようにしても
良い。このようにすれば、スロットルバルブがオープナ
ストッパ開度でもたついている時に、目標スロットル開
度がオープナストッパ開度から大きく離れている場合に
は、オフセット量を大きくして、バルブもたつき時の駆
動力を大きくして応答性を高め、目標スロットル開度が
オープナストッパ開度に近い場合には、オフセット量を
小さくしてオーバーシュートを抑えるという、目標スロ
ットル開度に応じた適切なオフセット量の設定が可能と
なる。

【００１１】また、請求項５のように、バルブもたつき
時にゲインを大きくすることで、積分項のゲイン又は制
御量を大きくするようにしても良い。このようにして
も、バルブもたつき時に極めて簡単な処理で迅速に積分
項又は制御量を大きくすることができ、演算負荷の軽減
や処理速度の高速化が可能である。

【００１２】更に、請求項６のように、バルブもたつき
時に前記ゲインを目標スロットル開度に応じて設定する
ようにしても良い。このようにすれば、スロットルバル
ブがオープナストッパ開度でもたついている時に、目標
スロットル開度がオープナストッパ開度から大きく離れ
ている場合には、ゲインを大きくして、バルブもたつき
時の駆動力を大きくして応答性を高め、目標スロットル
開度がオープナストッパ開度に近い場合には、ゲインを
小さくしてオーバーシュートを抑えるという、目標スロ
ットル開度に応じた適切なゲインの設定が可能となる。

【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１２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、この機
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。ま
た、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に記憶されて
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、ＲＯＭ３０に
記憶されている図４等のスロットル制御用の各種プログ
ラムをＣＰＵ２９で実行することで、通常のスロットル
制御時には、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１
７をＰＩＤ制御によりフィードバック制御し、このＤＣ
モータ１７の駆動力によって実スロットル開度を制御す
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の開方向）に付勢されている。
このバルブレバー３８の開側にオープナ４０が掛合する
ように配置され、このオープナ４０がバルブリターンス
プリング４１によって図２の下方（スロットルバルブ１
５の閉方向）に付勢されている。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。

【００１９】通常制御時には、図２（ａ）に示すよう
に、電磁クラッチ１６が接続された状態（クラッチＯ
Ｎ）に保持される。この状態では、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（スロットル開度）を調整
し、そのときの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の引張力に抗してオープナ４０を押し上げなが
ら、スロットルバルブ１５を開方向に駆動する。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＝０ｄｅ
ｇ）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。

【００２０】一方、故障時に退避走行する場合には、図
２（ｂ）に示すように、電磁クラッチ１６が切られた状
態（クラッチＯＦＦ）に保持される。この状態では、運
転者がアクセルペダル２６を所定量以上踏み込むと、ア
クセルレバー３４がオープナ４０に当接し、以後は、ア
クセルペダル２６の踏込量に応じてアクセルレバー３４
によってオープナ４０が開方向に押し上げられ、これに
追従してバルブレバー３８が退避走行用スプリング３９
によって開方向に引き上げられ、スロットル開度がアク
セルペダル２６の踏込量に機械的に連動して調整され
る。

【００２１】この退避走行時（クラッチＯＦＦ時）に
は、アクセルペダル２６の踏込量が所定量以下になる
と、図２（ｂ）に示すように、アクセルレバー３４がオ
ープナ４０から離れた状態となり、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、オープナ４０がオープナストッパ４２
に当接した状態に保持される。この状態では、オープナ
４０によりバルブレバー３８の位置（スロットル開度）
がオープナストッパ４２で規制される開度（約３〜４ｄ
ｅｇ）に保持され（以下、この開度を「オープナストッ
パ開度」という）、退避走行時のアイドル回転が確保さ
れる。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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（特許請求の範囲でいう目標スロット
ル開度に相当）を算出する。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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がオープナ４０に当接し、且つオープ
ナ４０がオープナストッパ４２に当接した位置（オープ
ナストッパ開度）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
開度がオープナストッパ開度（約３〜４ｄｅｇ）に保持
されるため、このオープナストッパ開度でのスロットル
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。

【００２９】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、次の伝達関数により行われる。

【００３０】

【数１】

【００３１】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により指令される最終目標
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。

【００３２】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、比例項（Ｋp ・Δθ）
を決定する比例ゲインＫp はスロットルバルブ１５の開
閉時の立ち上がり／立ち下がりの傾き、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。

【００３３】また、積分項（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
項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ＴＴＰ
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。

【００３４】また、微分項（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。

【００３５】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）
とを両立させるように設定されている。

【００３６】通常制御時（電磁クラッチ１６のＯＮ時）
には、アイドル時やアクセル操作量が少ない運転領域で
は、オープナストッパ４２で規制される開度（オープナ
ストッパ開度）以下の開度でスロットル開度がＤＣモー
タ１７によって制御される。従って、この状態から、ア
クセルペダル２６が踏み込まれて、目標スロットル開度
がオープナストッパ開度を越えると、フィードバック制
御によりスロットルバルブ１５が開方向に駆動されてオ
ープナストッパ開度を通り越す過程で、バルブレバー３
８がオープナ４０に当接するまでの間は、バルブレバー
３８に対して退避走行用スプリング３９の引張力により
開方向の力が働き、バルブレバー３８がオープナ４０に
当接した後は、バルブレバー３８に対してバルブリター
ンスプリング４１の引張力が加わって閉方向の力が働
く。この結果、オープナストッパ開度を境にしてバルブ
レバー３８に加わる力の方向が逆転し、ＤＣモータ１７
の負荷の方向が逆転する。

【００３７】このため、従来は、図１１（ａ）に示すよ
うに、スロットルバルブ１５がオープナストッパ開度を
通り越す際に、実スロットル開度が目標スロットル開度
に一致していないにも拘らず、モータ１７の駆動力がバ
ルブリターンスプリング４１の引張力に打ち勝つように
なるまで、スロットルバルブ１５がオープナストッパ開
度で一時的に停止してしまい、スロットル制御の応答性
が悪いという欠点がある。また、ＰＩＤ制御では、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、
オーバーシュートを抑えるための微分項が相対的に大き
くなって、いわゆる微分ブレーキが働くため、この微分
ブレーキによってもスロットルバルブ１５が一時的に停
止してしまうことがあり、これもスロットル制御の応答
性が悪くなる原因となっている。かといって、微分項
（微分ブレーキ）を小さくすると、オーバーシュートが
大きくなってしまい、スロットル制御が不安定となって
しまう。尚、上述したスロットルバルブ１５のもたつき
現象は、スロットルバルブ１５を閉方向に駆動する場合
にも発生し、また、オープナ４０や微分ブレーキによる
場合の他に、例えばスロットルバルブ１５をランプ駆動
する場合等にもスロットルバルブ１５のもたつき現象が
発生することがある。

【００３８】このようなスロットルバルブ１５のもたつ
き現象を少なくするための対策として、本実施形態で
は、図１１（ｂ）に示すように、実スロットル開度と目
標スロットル開度との偏差が所定値以上であるにも拘ら
ずスロットルバルブ１５が目標スロットル開度の方向へ
動かない時（以下「バルブもたつき時」という）に積分
項Ｉθ（＝Ｋi ・∫Δθ）をオフセット処理により大き
くすることで、スロットルバルブ１５の停止時間（もた
つき時間）を短くして、スロットル制御の応答性を向上
させる。

【００３９】このバルブもたつき時の積分項オフセット
処理は、図１２に示すバルブもたつき対策ルーチンによ
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、目標電圧ＴＴ
Ｐ（目標スロットル開度）とスロットルセンサ出力電圧
ＴＡ（実スロットル開度）との偏差の絶対値ＤＥＦＲＳ
を算出し、次のステップ２０２で、ＤＥＦＲＳが所定値
（例えば０．０９°）よりも大きいか否かを判定する。
もし、ＤＥＦＲＳが所定値以下の場合には、実スロット
ル開度が目標スロットル開度に近接若しくは一致した状
態になっており、バルブもたつき対策が不要であるた
め、ステップ２０７に進み、積分項Ｉθのオフセット量
Ｉofset を０％（つまりオフセット無し）に設定する。

【００４０】これに対し、ＤＥＦＲＳが所定値よりも大
きい場合には、ステップ２０２からステップ２０３に進
み、スロットルバルブ１５がもたついているか否かを、
上記ステップ２０１で算出した今回のＤＥＦＲＳを前回
値ＤＥＦＲＳ(i-1) と比較して判定する。ここで、スロ
ットルバルブ１５がもたついている場合（つまりスロッ
トルバルブ１５が動いていないか又は目標スロットル開
度の方向とは逆向きに動いている場合）には、ＤＥＦＲ
Ｓ≧ＤＥＦＲＳ(i-1) となり、ステップ２０４以降のバ
ルブもたつき対策の処理を実行するが、スロットルバル
ブ１５がもたついていない場合（つまりスロットルバル
ブ１５が目標スロットル開度の方向に動いている場合）
には、バルブもたつき対策が不要であるため、ステップ
２０７に進み、積分項Ｉθのオフセット量Ｉofset を０
％に設定する。

【００４１】上記ステップ２０２，２０３でいずれも
「Ｙｅｓ」と判定された場合、つまり実スロットル開度
と目標スロットル開度との偏差が所定値以上であるにも
拘らずスロットルバルブ１５が目標スロットル開度の方
向に動かない時（バルブもたつき時）には、ステップ２
０４に進み、目標電圧ＴＴＰ（目標スロットル開度）と
スロットルセンサ出力電圧ＴＡ（実スロットル開度）と
を比較し、スロットルバルブ１５の駆動方向を判定す
る。この結果、ＴＴＰ＜ＴＡ（つまり開方向への駆動）
と判定された場合には、ステップ２０５に進み、積分項
Ｉθのオフセット量Ｉofset を例えば１％に設定し、Ｔ
ＴＰ＞ＴＡ（つまり閉方向への駆動）と判定された場合
には、ステップ２０６に進み、積分項Ｉθのオフセット
量Ｉofset を例えば−１％に設定する。このように、駆
動方向に応じてオフセット量Ｉofsetの±を反対にする
理由は、ＤＣモータ１７の負荷の方向が駆動方向によっ
て反対になるためである。

【００４２】上述したステップ２０５〜２０７のいずれ
かでオフセット量Ｉofset を設定した後、ステップ２０
８に進み、今回の積分項Ｉθ(i) を前回の積分項Ｉθ(i
-1)、積分ゲインＫi 、目標電圧ＴＴＰ、スロットルセ
ンサ出力電圧ＴＡ、オフセット量Ｉofset を用いて次式
により演算する。

【００４３】Ｉθ(i) ＝Ｉθ(i-1) ＋Ｋi ・（ＴＴＰ−
ＴＡ）＋Ｉofset この場合、バルブもたつき時には、オフセット量Ｉofse
t が例えば±１％に設定されるため、積分項Ｉθの値
（絶対値）が大きくなる。以上の処理を例えば２ｍｓ毎
に繰り返し実行することで、バルブもたつき時には、図
１１（ｂ）に示すように、積分項がオフセット処理によ
り従来よりも急速に大きくなり、前述した数１式で演算
されるＤＣモータ１７の制御量が大きくなる。これによ
り、ＤＣモータ１７の駆動力がバルブもたつき時の負荷
に打ち勝って、スロットルバルブ１５が目標スロットル
開度の方向へ速やかに動き始め、スロットルバルブ１５
のもたつきが少なくなって、スロットル制御の応答性が
向上する。

【００４４】尚、本実施形態（１）では、バルブもたつ
き時の積分項のオフセット量を±１％にしたが、これ以
外の値に設定しても良い。或は、このオフセット量を目
標スロットル開度に応じて設定するようにしても良い。

【００４５】以下、これを具体化した本発明の実施形態
（２）を図１３及び図１４に基づいて説明する。本実施
形態（２）で実行する図１３のバルブもたつき対策ルー
チンでは、前記図１２の処理と同じく、ステップ３０１
〜３０３の処理により、スロットルバルブ１５のもたつ
き現象が検出されると、ステップ３０４に進み、予め図
１４に示すようにＴＴＰ−ＴＡをパラメータとして設定
されたオフセット量Ｉofset のマップを検索して、その
時のＴＴＰ−ＴＡに応じたマップ値Ｍａｐ（ＴＴＰ−Ｔ
Ａ）を求め、これをオフセット量Ｉofset に設定する。

【００４６】一方、スロットルバルブ１５のもたつき現
象が検出されない場合には、ステップ３０５に進み、積
分項Ｉθのオフセット量Ｉofset を０％に設定する。

【００４７】このようにしてステップ３０４又は３０５
でオフセット量Ｉofset を設定した後、ステップ３０６
に進み、前記図１２のステップ２０８と同じ式により、
今回の積分項Ｉθ(i) をオフセット量Ｉofset を用いて
演算する。

【００４８】上記ステップ３０４で、積分項Ｉθのオフ
セット量Ｉofset を求める際に用いる図１４のマップの
値は、スロットルセンサ出力電圧ＴＡ（実スロットル開
度）が目標電圧ＴＴＰ（目標スロットル開度）よりも大
きいか小さいかによって±が反転し、ＴＡとＴＴＰの差
が大きくなるほど、オフセット量Ｉofset が大きくな
る。このようなマップ特性にすることで、スロットルバ
ルブ１５がオープナストッパ開度でもたついている時
に、目標スロットル開度がオープナストッパ開度から離
れるほど、オフセット量Ｉofset を大きくして、バルブ
もたつき時の駆動力を大きくして応答性を高め、目標ス
ロットル開度がオープナストッパ開度に近い場合には、
オフセット量Ｉofset を小さくしてオーバーシュートを
抑えるという、目標スロットル開度に応じた適切なオフ
セット量Ｉofset の設定が可能となる。これにより、オ
ーバーシュートを抑えながら前記実施形態（１）よりも
更に応答性を高めることができる。

【００４９】また、バルブもたつき時に積分項にオフセ
ット量Ｉofset を付加するのに代えて、バルブもたつき
時に積分ゲインＫi を大きくしても同様の効果が得られ
る。以下、これを具体化した本発明の実施形態（３）の
バルブもたつき対策を図１５に基づいて説明する。

【００５０】本実施形態（３）では、前記図１２の処理
と同じく、ステップ４０１〜４０３の処理により、スロ
ットルバルブ１５のもたつき現象が検出されると、ステ
ップ４０４に進み、予め目標電圧ＴＴＰ（目標スロット
ル開度）に応じて設定された積分ゲインＫi のマップを
検索して、その時の目標電圧ＴＴＰに応じたマップ値Ｍ
ａｐ（ＴＴＰ）を求め、これを積分ゲインＫi に設定す
る。このときの積分ゲインＭａｐ（ＴＴＰ）は、前記実
施形態（１），（２）で用いる積分ゲインＫiよりも大
きな値に設定される。

【００５１】一方、スロットルバルブ１５のもたつき現
象が検出されない場合には、ステップ３０５に進み、積
分ゲインＫi を所定値Ｋi0に設定する。このときの積分
ゲインＫi0は、前記実施形態（１），（２）で用いる積
分ゲインＫi と同じ値に設定される。

【００５２】このようにしてステップ４０４又は４０５
で積分ゲインＫi を設定した後、ステップ４０６に進
み、今回の積分項Ｉθ(i) を次式により演算する。 Ｉθ(i) ＝Ｉθ(i-1) ＋Ｋi ・（ＴＴＰ−ＴＡ） 以上のようにして、バルブもたつき時に積分ゲインＫi
を大きくしても、積分項にオフセット量を付加するのと
同じ効果を得ることができる。

【００５３】尚、本実施形態（３）では、バルブもたつ
き時に積分ゲインＫi を目標電圧ＴＴＰ（目標スロット
ル開度）に応じて設定したが、バルブもたつき時に積分
ゲインＫi を通常より大きな一定値に設定するようにし
ても良い。

【００５４】また、バルブもたつき時に積分ゲインＫi
を大きくする場合に限定されず、比例ゲインＫp を大き
くしたり、比例ゲインＫp と積分ゲインＫi の双方を大
きくしたり、或は、前述した数１式（ＰＩＤ）で演算し
た制御量をデューティ比信号に変換する際のゲインを大
きくするようにしても良い。

【００５５】要するに、本発明のバルブもたつき対策
は、バルブもたつき時に積分項を大きくする場合に限定
されず、バルブもたつき時にＤＣモータ１７に与える制
御量（デューティ比信号）を何等かの方法で大きくすれ
ば、スロットル制御の応答性を向上できる。従って、バ
ルブもたつき時にオフセット処理やゲインの変更等によ
って、比例項を大きくしたり、比例項と積分項の双方を
大きくしたり、或は、ＰＩＤで演算した制御量をデュー
ティ比信号に変換する際に大きくするようにしても良
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】（ａ）は従来のスロットル制御の一例を示す
タイムチャート、（ｂ）は本発明のスロットル制御の一
例を示すタイムチャート

【図１２】本発明の実施形態（１）のバルブもたつき対
策ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【図１３】本発明の実施形態（２）のバルブもたつき対
策ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【図１４】積分項のオフセット量Ｉofset を算出するマ
ップの一例を概念的に示す図

【図１５】本発明の実施形態（３）のバルブもたつき対
策ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【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…オープナ、４１…
バルブリターンスプリング、４２…オープナストッパ、
４３…スロットル全閉ストッパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 平２−125937（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−42032（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−103135（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−9333（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/22 310 F02D 9/02 341 F02D 9/02 351 F02D 11/10 G05B 11/36

Claims (6)

(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、少なくとも積分項を含む伝達関数で演算し、演
   算した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、実スロットル開度と目標スロットル開
   度との偏差が所定値以上であるにも拘らず前記スロット
   ルバルブが目標スロットル開度の方向へ動かない時（以
   下「バルブもたつき時」という）に前記積分項又は前記
   制御量を、目標スロットル開度の方向へ動くときの前記
   積分項又は前記制御量に比して大きくすることを特徴と
   する内燃機関の電子スロットル制御装置。
2. 【請求項２】 退避走行時に前記スロットルバルブの最
   小開度を規制するオープナストッパを備え、 前記制御手段は、通常制御時には前記オープナストッパ
   で規制される開度よりも小さい開度からそれより大きい
   開度までの範囲で目標スロットル開度を設定する 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、バルブもたつき時に前
   記積分項又は前記制御量にオフセット量を付加すること
   で前記積分項又は前記制御量を大き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、前記オフセット量を目
   標スロットル開度に応じて設定することを特徴とする請
   求項３に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、バルブもたつき時にゲ
   インを大きくすることで前記積分項又は前記制御量を大
   き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。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、バルブもたつき時に前
   記ゲインを目標スロットル開度に応じて設定することを
   特徴とする請求項５に記載の内燃機関の電子スロットル
   制御装置。