JP3628855B2 - エンジンの吸入空気量の制御方法及びその制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スロットルバルブの開閉を制御することによりエンジンの吸入空気量を制御するエンジンの吸入空気量制御装置に関するもので、特に、モータを用いてスロットルバルブの開閉を制御するエンジンの吸入空気量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般の自動車のエンジン制御装置においては、エンジンへの供給空気を吸入する吸入通路中にスロットルバルブを設け、このスロットルバルブが運転者によるアクセルペダルの操作に連動して開閉し、アクセルペダルの操作量に応じて、エンジンへの吸入空気の空気量を制御するものである。エンジンへの吸入空気量の制御は、スロットルバルブとアクセルペダルとを、リンクやワイヤ等の機械的連結手段により連動することで達成される。しかし、このような機械的連結手段を用いた連結方法では、アクセルの踏み込み量とスロットル開度との関係が一義的に決まってしまい、スロットルバルブの制御に自由度がないだけでなく、スロットルバルブとアクセルペダルとの位置関係が制約されるため、上記連結手段を自動車に搭載する場合の搭載位置が制限されるという問題点があった。
近年では、自動車に定速走行制御装置やトラクション制御装置等を設けて自動車の走行を制御するようにしているため、運転者のアクセル操作とは無関係にスロットルバルブを制御する必要があり、スロットルバルブの制御は、スロットルバルブをモータなどで電気的に連結して制御する方法が採用されている。例えば、特開平１−３１５６４１号公報には、ブラシレスモータによりスロットルバルブの開閉度を制御する方法が開示されている。これは、ブラシ整流子を有するモータを使用すると、ブラシ整流器の押圧により、回転子の正転方向と逆転方向とでヒステリシストルクが生じてスロットルバルブの位置制御が困難となるため、ブラシレスモータをステップ駆動してスロットルバルブの開閉度を制御するようにしたものである。また、特開平５−２４００７０号公報には、ブラシレスモータの回転子とスロットルバルブの回転軸とを減速器やギアを介して連結することにより、スロットルバルブの制御性を向上させる技術が開示されている。更に、この公報には、ブラシレスモータの固定子巻線（以下、相という）で発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出器や電流切換検出器を設けることで、高精度の回転検出器を備えることなく、ブラシレスモータの相に供給する電流を切り換える技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のスロットルバルブの制御を行うエンジンの吸入空気量制御装置においては、ブラシレスモータの通電相を切り換えるために、逆起電圧検出器や電流切換検出器が必要であるため、スロットルバルブやその駆動源であるブラシレスモータから構成されるスロットルアクチュエータが複雑化、大型化するだけでなく、上記モータを制御する制御装置の信号入力インターフェイス部も増加してしまうという問題点があった。
また、スロットル開度センサの出力のみを用いて通電相の切り換えを行うと、減速器やスロットル開度センサの特性公差による通電相の切り換え位置のずれが生じるという問題点があった。
更に、ブラシレスモータの駆動において、逆起電圧検出器や電流切換検出器の出力に基づいて、ある通電相から次の通電相へ切る換える際には、相に流れる電流が急激に変化するため、上記検出器の信号が、相に加わる磁界の変化に対してずれがあった場合には、モータの発生トルクが不連続となってスロットル開度が急変するという問題点があった。この問題に関しては、ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗの各相への通電電流を独立した正弦波で供給する３相通電方式を採用することにより対応する方法が考えられるが、この３相通電方式では、モータの回転角を精密に測定するための検出器が必要となり、スロットルアクチュエータが複雑化、大型化してしまう。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、高精度の位置検出器を用いることなく、モータの回転子の磁極位置学習値を精度よく求めることにより、モータの通電電流の制御特性を向上さることのできるエンジンの吸入空気量の制御方法とエンジンの吸入空気量制御装置とを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、エンジンの吸入空気通路に設けられた回転軸に支持されたスロットルバルブと、上記回転軸と連結された磁極を有する回転子、及び、固定子巻線を備えたブラシレスモータと、上記スロットルバルブの開閉度を検出するスロットル開度センサと、イグニッションスイッチのオフ時に上記ブラシレスモータをステップ駆動して上記回転子の磁極位置を上記スロットル開度センサの出力に基づいて学習する回転子磁極位置学習手段とを備え、回転子磁極の位置学習を行うとともに、エンジン回転数を含む車両情報に基づいて、上記スロットルバルブの開閉度を上記ブラシレスモータにより調整してエンジンへの供給空気量を制御するエンジンの吸入空気量の制御装置であって、予め設定された複数の通電パターンの中からブラシレスモータの各固定子巻線に通電しステップ駆動するための通電パターンを設定するステップ駆動通電パターン設定手段と、上記各通電パターンの通電時間を設定するステップ駆動通電時間設定手段と、上記複数の通電パターンのなかで、どの通電パターンでステップ動作したかを検出する回転子ステップ位置検出手段とを備え、上記複数の通電パターンのいずれかにより回転子が最初にステップ動作して位置が整定する第１ステップ位置の検出時において、上記第１ステップの通電時間を所定の通電時間よりも長く設定して、上記回転子のステップ動作の位置整定がなされた状態で回転子磁極位置学習を行うようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置学習の学習開始判定手段が、点火スイッチがオフ状態にあり、かつ、エンジンが停止状態にある場合に、回転子磁極位置学習の実施が開始可能であると判定するようにしたものである。
【０００９】
本発明の請求項３に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を設け、回転子磁極位置学習実施前にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施するようにしたものである。
【００１０】
本発明の請求項４に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子ステップ位置検出手段は、通電パターン出力直後から所定時間経過後のスロットル開度電圧が、上記スロットル全閉学習値と予め設定された所定電圧値との加算値以上になった場合、上記通電パターンを第１ステップ動作の通電パターンであると判定するようにしたものである。
【００１１】
本発明の請求項５に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子ステップ位置検出手段による第１ステップ動作検出時には、上記モータの各固定子巻線に通電される通電パターンを所定時間更新しないようにしたものである。
【００１２】
本発明の請求項６に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子ステップ位置検出手段による第１ステップ動作検出時には、上記モータの各固定子巻線に通電される通電パターンを予め設定された第１のステップ通電時間だけ維持するとともに、上記通電状態において、スロットル開度電圧が予め設定された変動幅以下となった場合には、上記スロットル開度電圧を第１ステップ位置の回転子磁極位置とするようにしたものである。
【００１３】
本発明の請求項７に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、初期値記憶手段を設け、上記通電パターンの第１ステップ動作検出時において、上記第１ステップでの回転子磁極学習位置と通電パターンとを上記初期値記憶手段に記憶するようにしたものである。
【００１４】
本発明の請求項８に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、第１ステップ位置の回転子磁極位置検出時以降は、上記モータの各固定子巻線に通電される通電パターンの通電時間を、ステップ駆動通電時間設定手段で予め設定された所定のステップ通電時間とするようにしたものである。
【００１５】
本発明の請求項９に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力によりスロットルバルブ全開位置の学習を行うスロットルバルブ全開位置学習手段を備え、回転子ステップ位置検出手段により検出したステップ位置が所定のステップ位置範囲にあり、かつ、上記ステップ位置での回転子磁極位置学習値と、上記ステップ位置検出の直前に行ったステップ位置での回転子磁極位置学習値との差が所定値内である場合には、スロットルバルブ全開位置の学習を実施するようにしたものである。
【００１６】
本発明の請求項１０に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置学習手段によって算出された学習値を、バックアップ用のＲＡＭに記憶するとともに、ＥＥＰＲＯＭにも記憶するようにしたものである。上記バックアップ用のＲＡＭ及びＥＥＰＲＯＭは、エンジンの吸入空気量制御装置内またはエンジンの吸入空気量制御装置を備えた自動車の電子制御装置内に設けられる。また、このバックアップ用のＲＡＭを、請求項７に記載の初期値記憶手段として共用して使用しても良い。
【００１７】
本発明の請求項１１に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、バッテリ外し直後の回転子磁極位置学習値を、ＥＥＰＲＯＭにに記憶されている学習値を上記ＥＥＰＲＯＭから読込みバックアップ用のＲＡＭに格納した学習値とするようにしたものである。
【００１８】
本発明の請求項１２に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、学習開始判定手段の学習開始判定動作の所定回数毎に、回転子磁極位置学習手段によって算出された学習値をＥＥＰＲＯＭに書き込むようにしたものである。
【００１９】
本発明の請求項１３に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を備え、回転子磁極位置学習実施後にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施するようにしたものである。
【００２０】
本発明の請求項１４に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を備え、回転子磁極位置学習実施前後にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施し、回転子磁極位置学習実施前後のスロットルバルブ全閉位置学習値の平均値をスロットルバルブの全閉位置学習値とするようにしたものである。
【００２１】
本発明の請求項１５に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、学習開始判定手段の学習開始可能判定時においてスロットルバルブ開度が所定の開度以上の場合には、スロットルバルブの開度が上記所定の開度以下に到達するまで目標開度をスロットルバルブ全閉位置学習手段の全閉学習値とし、開度フィードバック制御により、スロットルバルブを全閉位置に戻すようにしたものである。
【００２２】
本発明の請求項１６に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、学習開始判定手段の学習開始可能判定時においてスロットルバルブ開度が所定の開度以下の場合には、モータ駆動手段の駆動信号の出力を停止するようにしたものである。
【００２３】
本発明の請求項１７に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットルバルブ全閉位置学習手段が、スロットルバルブ開度が所定の開度以下で、かつ、開度電圧変化が所定値以下である時点から所定時間経過後のスロットル開度センサの出力値を、スロットルバルブ全閉位置学習値として記憶するようにしたものである。
【００２４】
本発明の請求項１８に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットルバルブ全閉位置学習が完了していない場合には、回転子磁極位置学習しないようにしたものである。
【００２５】
本発明の請求項１９に係わるエンジンの吸入空気量制御装置は、学習値補正手段を設け、回転子磁極位置学習手段により学習した回転子磁極位置学習値を、スロットルバルブに設けられたリターンスプリング付勢力による回転子磁極位置誤差に基づいて補正するようにしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わるエンジンの吸入空気量制御装置を用いたスロットルバルブの制御システム構成図で、１０は図外のエンジンへの吸入空気量を調整するスロットルアクチュエータ、２０は上記スロットルアクチュエータ１０を制御するエンジンの吸入空気量制御装置である。スロットルアクチュエータ１０は、吸入空気通路Ｐの開口面積を可変にするスロットルバルブ１１と、スロットルバルブ１１を支持する回転軸１２と、回転軸１２の一方の軸端１２ａに設けられ、上記回転軸１２の回転角（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ（ＴＰＳ）１３と、上記軸端１２ａに設けられ、スロットルバルブを閉方向に付勢するリターンスプリング１４と、回転軸１２のもう一方の軸端１２ｂと機械的に連結された減速器１５と、固定子巻線１７と上記減速器１５と連結された回転子１６とを有するブラシレスモータ１８とを備えている。
一方、エンジンの吸入空気量制御装置２０は、図外のアクセルペダルの踏み込み量を表わすアクセル開度センサ（ＡＰＳ）から出力値Ｖ_ＡＰＳや、エンジン回転数Ｎｅ，エンジン冷却水温Ｔａ等の各種車両情報に基づいて目標スロットル開度θ_ｏを演算する目標開度設定手段２１と、この目標スロットル開度θ_ｏとスロットル開度センサ（ＴＰＳ）１３からの入力信号であるスロットルバルブの実開度θ_ｒとの開度偏差Δθからモータ相電流を演算するモータ相電流演算手段２２と、上記ブラシレスモータ１８をステップ的に駆動することにより上記回転子１６の磁極位置をスロットル開度センサ１３により検出して学習する回転子磁極位置学習手段２３と、スロットル開度センサ１３の出力と上記回転子磁極位置学習手段２３による学習値とから回転子１６の回転角を求める回転子回転角検出手段２４と、上記回転子回転角検出手段２４から得られた回転子回転角に基づいて各通電固定子巻線１７の通電比率を各巻線毎に独立して演算するモータ通電位相演算手段２５と、上記モータ相電流演算手段２２からの電流値と上記モータ通電位相演算手段２５からの通電比率に基づいて各通電固定子巻線１７の電流値に相当するＰＷＭデューティを出力するモータ制御手段２６と、上記モータ制御手段２６からの駆動信号に基づいて上記ブラシレスモータ１０に電流を供給するモータ駆動手段２７と、ブラシレスモータ１８をステップ駆動する際に各固定子巻線１７に供給される電流の通電パターンを設定するステップ駆動通電パターン設定手段２８と、上記ステップ駆動通電パターンの通電時間を設定するステップ駆動通電時間設定手段２９と、ブラシレスモータ１８がいずれの通電パターンで第１ステップ位置にステップ動作したかを検出する回転子ステップ位置検出手段３０と、点火スイッチ（ＩＧ ＳＷ）信号とエンジン回転速度Ｎｅデータとに基づいて、回転子磁極位置学習の開始が可能である（Ｋｅｙ ＳＷ ＯＦＦ判定）か不可である（Ｋｅｙ ＳＷ ＯＮ判定）かを判断する学習開始判定手段としてのＫｅｙ ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ判定手段３１と、回転子磁極位置学習値を記憶するＥＥＰＲＯＭ３２とを備えている。
上記回転子磁極位置学習手段２３は、スロットルバルブ全閉位置での回転子１６の磁極位置を検出して学習するスロットル全閉位置学習手段２３ａと、ステップ駆動時の回転子１６の磁極位置を検出して学習する磁極位置学習手段２３ｂと、スロットルバルブ全開位置での回転子１６の磁極位置を検出して学習するスロットル全開位置学習手段２３ｃと、スロットルバルブの磁極位置等を一時的に記憶するバックアップ用のＲＡＭ２３ｄとを備え、上記Ｋｅｙ ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ判定手段３１の判定結果がＯＦＦの場合に、ステップ駆動通電パターン設定手段２８から通電パターンと、ステップ駆動通電時間設定手段２９からの通電時間とに基づいてブラシレスモータ１８を駆動した際に、ブラシレスモータ１８の回転子１６の磁極位置を学習するものである。なお、上記バックアップ用ＲＡＭ２３ｄは初期値記憶手段でもあり、回転子ステップ位置検出手段３０による通電パターンの第１ステップ動作検出時における回転子磁極位置学習位置と当該通電パターンとを記憶する。
【００２８】
図２は、モータ駆動手段２７の詳細を示す構成図で、モータ駆動手段２７は、モータ制御手段２６からの駆動電流により、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相から成る固定子巻線１７の３相ブリッジ回路の上流側駆動段をドライブする前段スイッチング素子群２７ａ及び最終段スイッチング素子群２７ｂと、下流側駆動段をドライブするスイッチング素子群２７ｃと、固定子巻線１７に流れる電流を検出する電流検出器２７ｄ及び過電流検出器２７ｅとを備えている。上記過電流検出器２７ｅの出力は、モータ制御手段２６に入力されており、過電流検出時にはモータ制御手段２６からのモータ駆動信号をＯＦＦとし、ブラシレスモータ１８に対する過電流保護を行っている。なお、固定子巻線１７のＵ相，Ｖ相，Ｗ相は、上記最終段スイッチング素子群２７ｂとスイッチング素子群２７ｃを介してバッテリＢとグランドＧ間に接続されている。すなわち、モータ駆動手段２７は、モータ制御手段２６から出力されるＰＷＭデューティにより上記スイッチング素子２７ａを制御することにより、固定子巻線１７の各相へ流れる電流の位相を制御して回転子１６を回転させるものである。
【００２９】
上記構成のエンジンの吸入空気量制御装置２０の動作について説明する。
まず、スロットル全閉位置学習動作について説明する。
ＩＧ ＳＷ信号がＯＦＦでエンジン回転数Ｎｅが０であるときには、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ判定手段３１は、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＮ判定する。そして、このＫｅｙ ＳＷ ＯＦＦ判定時において、全閉位置学習手段２３ａは、スロットル開度電圧が所定開度電圧（例えば、０．７Ｖ）以上の場合には、目標開度電圧を全閉位置学習値に設定してスロットルバルブ１１を開度フィードバック制御により全閉位置に戻し、スロットル開度電圧が上記所定開度電圧以下に達した時点で、モータ制御手段２６の駆動信号をＯＦＦしてスロットルバルブ１１をリターンスプリング１４の付勢力により全閉位置に戻し、スロットルバルブ１１が全閉位置で十分に安定した状態になったとき（例えば、開度電圧変化がサンプリング周期１５ｍｓ前後で２０ｍＶ以下になった時点から所定の時間、例えば、０．５秒経過した後）、スロットル開度センサ１３からの出力電圧（スロットル開度電圧）を全閉位置学習値としてＲＡＭ２３ｄに記憶する。スロットル開度電圧が所定開度電圧以下の場合には、スロットルバルブ１１が全閉位置で上述した安定状態であることを確認した後、スロットル開度センサ１３からの出力電圧を全閉位置学習値としてＲＡＭ２３ｄに記憶する。なお、回転子磁極位置学習は、上記全閉位置学習の完了後に行うので、全閉位置学習が完了していない場合には、回転子磁極位置学習動作への移行を禁止する。
【００３０】
次に、回転子磁極位置の学習動作について説明する。
ＩＧ ＳＷ信号がＯＦＦでエンジン回転数Ｎｅが０で、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ判定手段３１がＫｅｙ ＳＷ ＯＮ判定し、全閉位置学習手段２３ａによる全閉位置学習が完了した場合には、エンジンの吸入空気量制御装置２０は、磁極位置学習手段２３ｂによる回転子磁極位置学習動作へ移行する。
まず、モータ制御手段２６はスロットルアクチュエータ１０の回転子１６をステップ動作するのに必要な駆動トルクに相当するモータ相電流を供給するために一定のデューティ（例えば、５０％）と、モータ制御手段２６から呼び出した、例えば、６通りの通電パターンにより決まる通電比率とに基づいて、各通電固定子巻線１７の相電流に相当するＰＷＭデューティをモータ駆動手段２７に出力し、上記通電パターンをスロットルバルブ１１が開く方向に順次切り換える指令を出す。この操作により、ブラシレスモータ１８の回転子１６は、各通電パターン出力の切り換えに応じてステップ動作（例えば、回転子１６の回転子回転角で３０ｄｅｇ毎のステップ動作）を繰り返す。
【００３１】
図３は、３相４極のブラシレスモータ１８の回転子１６をステップ駆動する場合の通電パターン▲１▼〜▲６▼と、固定子巻線１７の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の発生磁極と、スロットルバルブ１１の駆動方向との関係を示したものである。通電固定子巻線１７に相電流を流し込む通電相をＳ極（上流側）、流し出す通電相をＮ極（下流側）で示す。また、図４は、スロットル全閉位置（組み付け初期位置）にあったスロットルバルブ１１が、上記通電パターン▲１▼〜▲６▼により、スロットルバルブ１１の回転子１６がステップ動作して位置整定したときの、固定子巻線１７と回転子１６との磁極位置関係を示すもので、固定子巻線１７の白ぬきの磁極はＳ極を示し、斜線を施した磁極はＮ極を示す。なお、上記組み付け初期位置は、ブラシレスモータ１８の固定子巻線１７が無通電で、スロットルバルブ１１が全閉状態に戻された状態であり、固定子巻線１６と回転子１７との位置関係として、回転子磁界境界線Ｍ１と固定子巻線Ｕ相基準線Ｍ２とが一致した組み付け状態にある場合をいう。なお、図４において、実線で示した回転子回転角は、スロットルバルブ開駆動において、回転方向がＣＷでの回転角を示し、点線で示した回転子回転角は回転方向がＣＣＷでの回転角を示す。
通電パターン▲１▼では、回転子１６は、図４（ａ）に示すように、組み付け初期位置（スロットル全閉位置）からスロットル全開方向に回転子回転角で１５ｄｅｇステップ動作し位置整定する。続いて通電パターン▲２▼により、回転子１６は、図４（ｂ）に示すように、スロットル全開方向に、更に３０ｄｅｇステップ動作し、組み付け初期位置からは４５ｄｅｇ回転した位置に整定する。同様に、通電パターンを、通電パターン▲３▼から通電パターン▲６▼まで順次切り換えると、回転子１６は、図４（ｃ）〜図４（ｆ）に示すように、回転子回転角で３０ｄｅｇ毎にステップ動作し、スロットルバルブ１１を全開側に駆動する。
【００３２】
図５は、回転子磁極位置学習時にブラシレスモータ１８の回転子１６をステップ駆動する場合の、上記固定子巻線のＵ相（△），Ｖ相（□），Ｗ相（○）への通電パターンと各相電流及び各相磁極パターンと、上記各通電パターンでの回転子１６のステップ位置とスロットル開度及びＴＰＳ電圧との関係を示す図である。同図において、△はＵ相、□はＶ相、○はＷ相を示し、上記各相の磁極パターンとしては、白ぬきはＳ極を、斜線を施したものはＮ極を表わすものとする。
無通電状態では、スロットルバルブ１１は全閉位置にあり、そのときのＴＰＳ電圧値Ｖ_ＴＰＳは値Ｖ_ＴＰＳ＝Ｖ_Ｓ０である。通電パターン▲１▼により、Ｖ相に相電流が流れ込みＳ極を形成し、Ｗ相とＵ相からは相電流が流れ出してそれぞれＮ極を形成する。上記固定子巻線１７の磁極と回転子１６の磁極との吸引力により、回転子１６はステップ動作し、ＴＰＳ電圧がＶ_ＴＰＳ＝Ｖ_Ｓ１の位置で整定する（図４（ａ）参照）。同様に、通電パターン▲２▼では、Ｖ相，Ｗ相に相電流が流れ込みそれぞれＳ極を形成し、Ｕ相からは相電流が流れ出してＮ極を形成するので、固定子巻線１７の磁極と回転子１６の磁極との吸引力により、回転子１６はステップ動作し、ＴＰＳ電圧がＶ_ＴＰＳ＝Ｖ_Ｓ２の位置で整定する（図４（ｂ）参照）。このように、通電パターンが▲３▼，▲４▼，‥‥と切り換わる毎に、回転子１６はステップ動作して順次整定して回転子回転角が増加し、スロットル開度を示すＴＰＳ電圧は、Ｖ_ＴＰＳ＝Ｖ_Ｓ３，Ｖ_Ｓ４，‥，‥と、順次、ステップ的に増加する。
【００３３】
ところで、ブラシレスモータ１８の回転子１６の磁極位置と固定子巻線１７との位置関係は組付け調整されていないため、初期ステップ動作においては、ステップ駆動通電パターン設定手段２８からどの通電パターンでステップ動作を開始するのか不定である。
例えば、図６（ａ）に示すように、ブラシレスモータ１８の固定子巻線１７が無通電で、かつ、スロットルバルブ１１がリターンスプリング１４により全閉位置に戻された状態において、固定子巻線１７と回転子１６との位置関係が、上述した組み付け初期位置のように、回転子磁界境界線Ｍ１と固定子巻線Ｕ相基準線Ｍ２とが一致する位置に組み付けられた場合（組付け状態Ａ）には、ステップ駆動通電パターン設定手段２８からの通電パターン▲１▼により、回転子１６は、図６（ｂ）に示すように、回転子回転角で１５ｄｅｇだけステップ動作して位置整定する。続いて、通電パターンを順次切り換えていくと、図７のグラフに示すように、通電パターンが切り換わる毎に、スロットル開度センサ１３の出力電圧はステップ状に増加する。すなわち、無通電状態では、スロットルバルブ１１は全閉位置にあり、そのときのＴＰＳ電圧値Ｖ_ＴＰＳはＶ_ＴＰＳ＝Ｖ_Ｓ０を示す。次に、ステップ駆動通電時間設定手段２９から所定の通電時間ｔ_１で通電パターン▲１▼により、回転子１６をステップ角１５ｄｅｇだけステップ動作させ、回転子１６を第１ステップの整定位置Ｖ_ＴＰＳ＝Ｖ_Ｓ１に整定する。回転子磁極位置学習手段２４は、上記ＴＰＳ電圧値Ｖ_Ｓ１を整定位置Ｖ_Ｓ１を回転子磁極位置学習値として読み取る。同様に、通電パターン▲２▼〜▲６▼では、回転子１６は、ステップ角３０ｄｅｇ毎にステップ動作し、ＴＰＳ電圧がＶ_Ｓ２〜Ｖ_Ｓ６の位置で整定するので、回転子磁極位置学習手段２４は、上記ＴＰＳ電圧値Ｖ_Ｓ２〜Ｖ_Ｓ６を、順次、各ステップ位置での回転子磁極位置学習値として読み取る。このように、図６（ａ）に示す組付け状態においては、初回ステップ位置の回転子磁極位置学習値は、全閉位置からの回転子回転角で１５ｄｅｇの位置となる。
【００３４】
一方、例えば、図８（ａ）に示すように、ブラシレスモータ１８の固定子巻線１７が無通電で、かつ、スロットルバルブ１１がリターンスプリング１４により全閉位置に戻された状態において、固定子巻線１７と回転子１６との位置関係が、回転子磁界境界線Ｍ１が固定子巻線Ｕ相基準線Ｍ２に対して反時計方向に４５ｄｅｇずれた位置に組付けられた場合（組付け状態Ｂ）には、ステップ駆動通電時間設定手段２９からの所定の通電時間ｔ_１で、ステップ駆動通電パターン設定手段２８からの通電パターン▲１▼により回転子１６をステップ駆動すると、上記回転子１６にステップ動作遅れが生じ、回転子１６のステップ位置が整定しない状態で通電パターン▲２▼に切り換わるため、図８（ｂ）に示すように、通電パターン▲２▼では、回転子１６が回転子回転角で９０ｄｅｇステップ動作して位置整定する。図９は、初期状態が上記図８（ａ）に示した状態の場合のステップ動作における通電パターンとＴＰＳ電圧との関係を示すグラフである。無通電状態では、スロットルバルブ１１は全閉位置にあり、そのときのＴＰＳ電圧値Ｖ_ＴＰＳはＶ_ＴＰＳ＝Ｖ_Ｋ０を示す。次に、ステップ駆動通電時間設定手段２９から所定の通電時間ｔ_１で通電パターン▲１▼により回転子１６を駆動すると、回転子磁界境界線Ｍ１が固定子巻線Ｕ相基準線Ｍ２に対してずれているため、ステップ動作遅れが生じ、ステップ角が６０ｄｅｇ以上ステップした位置で、通電パターンが通電パターン▲２▼に切り換わる（図８（ｂ）参照）。したがって、回転子磁極位置学習手段２４は、回転子磁極位置学習値として上記ＴＰＳ電圧値Ｖ_Ｓ１よりも高い電圧値であるＶ_Ｋ１を回転子磁極位置学習値として読み取る。次に、回転子１６は、通電パターン▲２▼により、ステップ角３０ｄｅｇだけステップ動作し、ＴＰＳ電圧がＶ_Ｋ２の位置に整定する。通電パターン▲３▼〜▲６▼では、回転子１６は、ステップ角３０ｄｅｇ毎にステップ動作し、ＴＰＳ電圧がＶ_Ｋ３〜Ｖ_Ｋ６の位置にそれぞれで位置整定する。
このように、図８（ａ）に示す組付け状態（組付け状態Ｂ）においては、初回ステップ位置が、全閉位置からの回転子回転角で１５ｄｅｇ以上の不安定な位置を回転子磁極位置学習値として読み込むために、磁極位置検出誤差（Ｖ_Ｓ１−Ｖ_Ｋ１）が生じる。スロットルバルブ１１の全閉位置の演算は、上記第１及び第２の回転子磁極位置学習値（Ｖ_Ｋ１及びＶ_Ｋ２）を用いて外挿補間法により行うので、図９に示すように、スロットル全閉位置での磁極位置検出誤差（ＥＲＯ）は著しく大きくなってしまう。したがって、上記スロットル全閉位置近傍では、磁極位置検出誤差（ＥＲＯ）によるモータ発生トルクの低下が大きくなり、最悪の場合、スロットル制御不能状態に陥る恐れがある。
【００３５】
そこで、本実施の形態１においては、図１０に示す回転子磁極位置学習値の読み取り判定処理のための回転子ステップ駆動制御フローチャートにしたがって回転子磁極位置学習値を求めるようにした。まず、回転子１６をステップ駆動する通電パターンｎが▲１▼〜▲６▼まで一周したかどうかを判定する（ステップＳ１０１）。通電パターンが一周したのであれば、通電パターン▲１▼〜▲６▼において第１ステップ位置の検出が行えなかったのであるから、ステップＳ１０６に進み、回転子磁極位置学習動作不良の判定をして処理を終了する。通電パターンｎが一周していない場合には、予め、第１の所定電圧値Ｖ_ＳＣ１（例えば、５０ｍＶ）と、第２の所定電圧値Ｖ_ＳＣ２（例えば、３０ｍＶ）とを設定しておき、当該通電パターンｎによるステップ駆動時のＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ１を測定し、このＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ１が、条件Ｖ_Ｓｎ１≧（Ｖ_Ｓ０＋Ｖ_ＳＣ１）を満たしているかどうかを判定し（ステップＳ１０２）、上記Ｖ_Ｓｎ１が上記条件を満たしていない場合には、ステップＳ１０８に進み、通電パターンを更新（ｎ＝ｎ＋１）して処理を終了する。
上記ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ１が、上記条件を満たしている場合には、上記通電パターンｎを所定時間、例えば上記通電時間ｔ_１と同時間だけ維持した後、上記通電パターンｎによるステップ駆動時のＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ２を測定し、このＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ２^{が、条件Ｖ}Ｓｎ２^≧（ＶＳ０^＋ＶＳＣ１^{）を満たしているかどうかを判定する（ステッ}プＳ１０３）。ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ２が、上記条件を満たしていない場合には、ステップＳ１０８に進み、通電パターンを更新（ｎ＝ｎ＋１）して処理を終了する。
上記ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ２が、上記条件を満たしている場合には、上記通電パターンｎを更に所定時間ｔ_１維持した後、上記通電パターンｎによるステップ駆動時のＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ３を測定し、このＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ３が、条件Ｖ_Ｓｎ３≧（Ｖ_Ｓ０＋Ｖ_ＳＣ１^{）を満たしているかどうかを判定する（ステップＳ１０４）。ＴＰＳ電圧Ｖ}Ｓｎ２^{が、上記条件を満たしていない場合には、ステップＳ１０８に進み、通電パタ}ーンを更新（ｎ＝ｎ＋１）して処理を終了する。
上記ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ３が、上記条件を満たしている場合には、上記ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ２とＶ_Ｓｎ３との差が、条件｜Ｖ_Ｓｎ２−Ｖ_Ｓｎ３｜≦Ｖ_ＳＣ２ を満たしているかどうかを判定する（ステップＳ１０５）。ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ２とＶ_Ｓｎ３との差が上記条件を満たしていない場合には、ステップＳ１０６に進み、回転子磁極位置学習動作不良の判定をして処理を終了する。ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ１，Ｖ_Ｓｎ２，Ｖ_Ｓｎ３が上記各条件を全て満たした場合には、通電パターンｎにおいて、ステップ動作の位置整定が充分なされたと判断し、上記ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓｎ３を第１ステップ位置の回転子磁極位置学習値としてＲＡＭ２３ｄに記憶するとともに、回転子磁極位置学習値を特定した上記通電パターンｎも記憶し、パターンを更新（ｎ＝ｎ＋１）して処理を終了する（ステップＳ１０７）。なお、上記第１ステップ位置の回転子磁極位置学習値と上記通電パターンｎとは、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＮ時におけるスロットル開度電圧入力による回転子回転角演算及び上記回転子回転角に応じたモータ通電位相演算（各層の通電比率演算）での基準値として使用する。
【００３６】
図１１は、上述した回転子組付け状態Ｂでのステップ動作の１例を示すタイムチャートである。まず、全閉位置のＴＰＳ電圧値Ｖ_Ｓ０を測定した後、回転子１６を所定の通電時間ｔ_１で通電パターン▲１▼によりステップ駆動し、ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓ１１を測定する。上記Ｖ_Ｓ１１は、条件Ｖ_Ｓ１１≧（Ｖ_Ｓ０＋Ｖ_ＳＣ１）を満たしていないので、通電パターン▲１▼を更新して回転子１６を所定の通電時間ｔ_１で通電パターン▲２▼によりステップ駆動し、所定の通電時間ｔ_１後に、通電パターン▲２▼でのＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓ２１を測定する。上記ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓ２１は、条件Ｖ_Ｓ２１≧（Ｖ_Ｓ０＋Ｖ_ＳＣ１）を満たしているので、通電時間を更にｔ_１だけ維持した後、通電パターン▲２▼によるステップ駆動時のＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓ２２を測定する。このＶ_Ｓ２２も、条件Ｖ_Ｓ２２≧（Ｖ_Ｓ０＋Ｖ_ＳＣ１）を満たしているので、通電時間を更にｔ_１だけ維持した後、ＴＰＳ電圧Ｖ_Ｓ２３を測定する。このＶ_Ｓ２３も、条件Ｖ_Ｓ２３≧（Ｖ_Ｓ０＋Ｖ_ＳＣ１）を満たしている場合には、更に、条件｜Ｖ_Ｓ２２−Ｖ_Ｓ２３｜≦Ｖ_ＳＣ２ を満たしているかどうかを判定し、Ｖ_Ｓ２２とＶ_Ｓ２３とが上記条件を満たしている場合には、通電パターン▲２▼において、ステップ動作の位置整定が充分なされたと判断し、上記ＴＰＳ電圧，Ｖ_Ｓ２３を第１ステップ位置の回転子磁極位置学習値（初期値）としてＲＡＭ２３ｄに記憶するとともに、回転子磁極位置学習値を特定した上記通電パターン▲２▼も記憶し、通電パターンを通電パターン▲３▼とする。回転子磁極位置は、上述したように、ステップの整定位置Ｖ_Ｓ２３で位置整定したので、通電パターン▲３▼〜▲６▼では、回転子１６は、ステップ角３０ｄｅｇ毎にステップ動作し、ＴＰＳ電圧がＶ_Ｓ３〜Ｖ_Ｓ６の位置にそれぞれで位置整定する。したがって、上記第１及び第２の回転子磁極位置学習値（Ｖ_Ｓ２３及びＶ_Ｓ３）を用いて外挿補間法により求めたスロットルバルブ１１の全閉位置の演算結果は、上記全閉位置のＴＰＳ電圧値Ｖ_Ｓ０とほぼ等しくなり、スロットル全開位置での磁極位置検出誤差（ＥＲＯ）は極めて小さくなる。
【００３７】
次に、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＦＦ時のスロットル全閉位置学習と回転子磁極位置学習処理について、図１２に示すフローチャートと図１３に示すタイムチャートに基づいて説明する。まず、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ判定手段３１により、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＦＦかどうかを判定し（ステップＳ２０１）、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＦＦでなければ、ステップＳ２１０に進み、スロットル開度が目標開度に一致するようにスロットル開度位置のフィードバック制御を行う（図１３の処理フェーズＡ）。
Ｋｅｙ ＳＷ ＯＦＦであれば、スロットル開度電圧Ｖ_ＴＰＳが所定の開度電圧Ｖ_ｒ１以下かどうかを判定し（ステップＳ２０２）、Ｖ_ＴＰＳ＞Ｖ_ｒ１であれば、ステップＳ２０９に進み、前回のスロットル全閉位置学習値を目標開度に設定した後、ステップＳ２１０に進み、スロットル開度位置のフィードバック制御を行う（図１３の処理フェーズＢ）。スロットル開度電圧Ｖ_ＴＰＳが所定の開度電圧Ｖ_ｒ１以下である場合には、スロットル全閉位置学習が完了したかどうかを判定し（ステップＳ２０３）、完了していない場合には、ステップＳ２１０に進み、モータ駆動信号をＯＦＦしてリターンスプリング１４の付勢力によりスロットルバルブ１１を全閉位置に戻し、スロットル全閉位置でのスロットル開度電圧Ｖ_ＴＰＳをスロットル全閉位置Ｖ_Ｓ０ｓとしてＲＡＭ２３ｄに記憶するスロットル全閉位置学習（図１３の処理フェーズＣ）を行う。
【００３８】
上記ステップＳ２０３で、スロットル全閉位置学習が完了していると判断した場合には、上述した回転子磁極位置学習（図１３の処理フェーズＤ）における、スロットル開側への、回転子ステップ駆動時の第１ステップ位置Ｖ_Ｓ２０の検出を行う（ステップＳ２０５）。次に、ステップ駆動通電時間設定手段２９からの所定通電時間ｔ_１（例えば、７５ｍｓ）毎に、ステップ駆動通電パターン設定手段２８からの通電パターンに従って回転子１６をスロットル全開側に駆動し、各ステップ位置をスロットル開度電圧値（Ｖ_Ｓ２０，Ｖ_Ｓ３０，Ｖ_Ｓ４０‥）としてＲＡＭ２３ｄに記憶する（ステップＳ２０６）。更に、検出された回転子１６のステップ位置Ｖ_ｗｏｔと、上記ステップ位置Ｖ_ｗｏｔの直前のステップ位置Ｖ_Ｓｎ０との差であるステップ位置変化量（Ｖ_ｗｏｔ−Ｖ_Ｓｎ０）を求め、このステップ位置変化量が所定値Ｖ_ｒ２以下で、かつ、全閉位置からステップ数が所定のステップ範囲内にある場合には、スロットルバルブ１１が全開位置であると判定して、上記ステップ位置Ｖ_ｗｏｔをスロットル全開位置学習値としてＲＡＭ２３ｄに記憶する（ステップＳ２０７）。
スロットル全開位置の学習が終了すると、ステップ駆動通電パターン設定手段２８は、回転子１６をスロットル全開位置からスロットル全閉方向にステップ駆動するため、通電パターンを逆方向（▲６▼→▲５▼→▲４▼→‥‥→▲１▼）に順次切り換え、回転子１６をスロットル全閉方向にステップ駆動するとともに、各ステップ位置をスロットル開度電圧値（Ｖ_Ｓｎｃ，‥‥Ｖ_Ｓ４Ｃ，Ｖ_Ｓ３Ｃ，Ｖ_Ｓ２Ｃ）としてＲＡＭ２３ｄに記憶する（ステップＳ２０８）。上記ステップ駆動により、スロットルバルブ１１が再び全閉位置に戻されたときには、上記全閉位置でのスロットル開度電圧Ｖ_ＴＰＳを回転子磁極位置学習動作後のスロットル全閉位置Ｖ_Ｓ０ｅとしてＲＡＭ２３ｄに記憶するとともに、スロットル開側のステップ位置Ｖ_Ｓｎ０とスロットル閉側のステップ位置Ｖ_Ｓｎｃの平均値Ｖ_Ｓｎ＝（Ｖ_Ｓｎ０＋Ｖ_Ｓｎｃ）／２を、各ステップ位置のステップ位置学習値として演算し、上記ステップ位置学習値Ｖ_Ｓｎを回転子磁極位置学習値としてバックアップ用のＲＡＭ２３ｄに記憶するとともにＥＥＰＲＯＭ３２に書き込み（ステップＳ２１１）、回転子磁極位置学習処理を終了する。なお、上記ステップＳ２０５〜上記ステップＳ２０８が図１２における処理フェーズＤに相当し、上記ステップＳ２１１が処理フェーズＥに相当する。また、図１２において、図示しない電源リレーは、エンジンの吸入空気量制御装置２０への電源供給用リレーであり、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＦＦ後、所定時間（例えば、７ｓｅｃ）でオフするように設定されている。
なお、エンジンの吸入空気量制御装置２０への電源供給がオフ状態になると、上記ＲＡＭ２３ｄはクリアされるので、バッテリ外し直後、すなわち、エンジンの吸入空気量制御装置２０への電源供給再開直後の回転子磁極位置学習値は、ＥＥＰＲＯＭ３２から前回の回転子磁極位置学習値を読み込み、ＲＡＭ２３ｄに格納するようにしている。更に、学習開始判定手段としてのＫｅｙ ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ判定手段３１のＫｅｙ ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ動作の所定回数毎、すなわち、上記回転子磁極位置学習値の読み込み動作の所定回数毎に、回転子磁極位置学習手段２３によって算出された学習値をＥＥＰＲＯＭ３２に書き込み、上記学習値を更新するようにしている。
【００３９】
次に、上述した回転子磁極位置学習が完了した状態でのＫｅｙ ＳＷ ＯＮ時、の動作について説明する。
回転子磁極位置学習が完了した状態でＫｅｙ ＳＷ ＯＮになると、エンジンの吸入空気量制御装置２０は、スロットル開度が目標開度に一致するようにスロットル開度位置のフィードバック制御を行う。すなわち、目標開度設定手段２１は、アクセル開度センサ（ＡＰＳ）から出力値Ｖ_ａｐｓや、エンジン回転数Ｎｅ，車速Ｖａ，エンジン冷却水温Ｔａ等の各種車両情報に基づいて目標スロットル開度θ_ｏを演算し設定する。モータ電流演算手段２２は、目標開度設定手段２１から入力された上記目標スロットル開度θ_ｏと、スロットル開度センサ（ＴＰＳ）１３から入力されたスロットルバルブの実開度θ_ｒとから、開度偏差Δθ＝（θ_ｏ−θ_ｒ）を算出し、上記Δθが正の場合には、目標スロットル開度θ_ｏに対する実際のスロットル開度θ_ｒが不足しているとして、ブラシレスモータ１８の相電流を増加させるようなモータ相電流の演算を行い、上記Δθが負の場合には、目標スロットル開度θ_ｏに対する実際のスロットル開度θ_ｒが過剰であるとして、ブラシレスモータ１８の相電流を減少させるようなモータ相電流の演算を行う。上記開度偏差Δθからモータ相電流を求める演算としては、一般に、ＰＩＤ制御法が用いられる。モータ相電流ＩｍのＰＩＤ制御は、下記の演算式（５）で表わされ、上記Δθが０になるように、相電流Ｉｍを制御するように働く。
Ｉｍ＝Ｉｍ_０＋Ｋ_Ｐ・Δθ＋Ｋ_Ｉ・ΣΔθｄｔ＋Ｋ_Ｄ・Δθ／ｄｔ‥‥（５）
Ｉｍ：ＰＩＤ演算されたモータ相電流
Ｉｍ_０：目標スロットル開度θ_ｏに対する相電流
Ｋ_Ｐ：比例ゲイン
Ｋ_Ｉ：積分ゲイン
Ｋ_Ｄ：微分ゲイン
上記式（５）で求められたモータ相電流Ｉｍの演算結果は、モータ制御手段２６に入力される。一方、回転子回転角演算手段２４は、スロットル開度センサ１３からのスロットル開度信号出力Ｖ_ＴＰＳと回転子磁極位置学習手段２３からの上記回転子磁極位置学習値Ｖ_Ｓｎに基づいて、回転子１６の回転子回転角を演算し、モータ通電位相演算手段２５に出力する。モータ通電位相演算手段２５は、上記回転子回転角に基づいて各通電固定子巻線１７の通電比率を各巻線毎に独立して演算する。モータ通電位相演算手段２５は、上記モータ相電流演算手段２２からの電流値Ｉｍと上記モータ通電位相演算手段２５からの通電比率とに基づいて各通電固定子巻線１７の電流値Ｉｓに相当するＰＷＭデューティをモータ駆動手段２７に出力する。モータ駆動手段２７は、上記各通電固定子巻線１７の電流値Ｉｓに相当するＰＷＭデューティ駆動信号により、モータ駆動手段２７の当該スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御し、ブラシレスモータ１８の所望の相に電流を供給する。
【００４０】
図１４は、正弦波通電方式におけるブラシレスモータ１８の回転子１６の回転子回転角と、各相の電流波形，磁束波形，出力トルク（回転子トルク）との関係を示す図である。通電固定子巻線１７内で回転子１６が回転することにより、各通電固定子巻線１７が、図１４（ａ）に示すような、正弦波的に変化する磁束密度Φと交差するときに、通電固定子巻線１７の各相に、図１４（ｂ）に示すような、上記磁束密度Φと同位相で相似の正弦波電流Ｉｓを供給すると、この通電による各相の発生トルクＴｓは次式で表わせる。
Ｔｓ＝ｋ・Φ・Ｉｓ （ｋは定数）
ブラシレスモータの回転子トルクは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの発生トルクＴｓの合成ベクトルで表わされ、理論上は、図１４（ｃ）に示すような、回転子回転角に対してトルクリップルのない出力トルクが得られる。
このような正弦波通電方式においては、各相へ供給する通電電流を、回転子回転角に対して正弦波で変化させる必要があるため、回転子１６の回転子回転角を精密に検出しなければならない。本実施の形態１においては、上述したように、回転子１６の回転子回転角γを、スロットル開度信号出力Ｖ_ＴＰＳと回転子磁極位置学習手段２３からの上記回転子磁極位置学習値Ｖ_Ｓｎを用い、外挿補間法により演算して各通電固定子巻線１７の通電比率を求め、各通電固定子巻線１７の電流値Ｉｓに相当するＰＷＭデューティをモータ駆動手段２７に出力することにより、各相へ供給する通電電流を回転子回転角に対して正弦波的に変化させるようにしている。
なお、回転子回転角γと各相のＰＷＭデューティとの関係は、下記の式（６）〜（８）で表わせる。
ＰＷＭデューティ１＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２γ ‥‥（６）
ＰＷＭデューティ２＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ−６０°）‥‥（７）
ＰＷＭデューティ３＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ＋６０°）‥‥（８）
γ：回転子回転角（ｄｅｇ）
【００４１】
このように、本実施の形態１によれば、ブラシレスモータ１８の各固定子巻線１７に複数の通電パターンに従って所定の通電時間通電してブラシレスモータ１８をステップ駆動し、回転子１６の第１ステップ位置検出時において、上記第１ステップの通電時間を上記所定の通電時間よりも長く設定して、上記回転子１６のステップ動作の位置整定がなされた状態で回転子磁極位置学習を行うようにし、この回転子磁極位置学習で得られた回転子磁極位置学習値Ｖ_Ｓｎとスロットル開度センサの出力Ｖ_ＴＰＳとに基づいて上記固定子巻線１７に通電する電流Ｉｓを制御するようにしたので、ブラシレスモータ１８の回転子１６の磁極位置と固定子巻線１７との位置関係の組付け調整を行わなくとも、正確な回転子磁極位置学習を行うことができ、固定子巻線１７の各相へ供給する通電電流を回転子回転角に対して正確に正弦波的に変化させることができる。したがって、高精度の位置検出器を用いることなく、固定子巻線１７を切換えるときに生じるブラシレスモータ１８の急激なトルク変動を抑えることができるとともに、通電電流の制御特性を向上させることができる。
【００４２】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、スロットル全閉位置でのスロットル開度電圧Ｖ_Ｓ０を、回転子磁極位置学習動作前の処理フェーズＣ（図１２参照）において求めたスロットル全閉位置Ｖ_Ｓ０ｓとしたが、本実施の形態２は、スロットル全閉位置学習値Ｖ_Ｓ０を、回転子磁極位置学習動作前後のスロットル全閉位置（Ｖ_Ｓ０ｓとＶ_Ｓ０ｅ^{）の平均値としてＲＡＭ２３ｄに記憶するようにしたもので、回転子１６のス}テップ動作の前後でのスロットル全閉位置を検出したことにより、スロットル全閉位置学習値Ｖ_Ｓ０の精度を向上させることができる。
【００４３】
実施の形態３．
本実施の形態３は、リターンスプリング１４の付勢力により生じる磁極位置検出誤差量を予め求めておき、上記実施の形態１において、Ｋｅｙ ＳＷ ＯＦＦ時に回転子磁極位置学習手段２３により得られた回転子磁極位置学習値Ｖ_Ｓｎを、上記磁極位置検出誤差量に相当する所定値ｖ_ｓｐを用いて補正したものである。すなわち、回転子磁極位置学習時の初期化動作を行った場合、回転子１６にはリターンスプリング１４の付勢力による負荷トルクが働くため、回転子１６は、初期動作時のブラシレスモータ１８の発生トルクと上記負荷トルクとが釣り合う位置で位置整定する。この整定位置は、回転子１６の無負荷時の整定位置と異なるため、この整定位置の差を、整定位置の差に相当するＴＰＳ出力電圧ｖ_ｓｐとして予め求めておき、回転子磁極位置学習値Ｖ_Ｓｎを上記ｖ_ｓｐで補正することにより、回転子磁極位置学習値の精度を向上させ、ブラシレスモータの応答性を高めることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のエンジンの吸入空気量の制御装置は、エンジンの吸入空気通路に設けられた回転軸に支持されたスロットルバルブと、上記回転軸と連結された磁極を有する回転子、及び、固定子巻線を備えたブラシレスモータと、上記スロットルバルブの開閉度を検出するスロットル開度センサと、イグニッションスイッチのオフ時に上記ブラシレスモータをステップ駆動して上記回転子の磁極位置を上記スロットル開度センサの出力に基づいて学習する回転子磁極位置学習手段とを備え、回転子磁極の位置学習を行うとともに、エンジン回転数を含む車両情報に基づいて、上記スロットルバルブの開閉度を上記ブラシレスモータにより調整してエンジンへの供給空気量を制御するエンジンの吸入空気量の制御装置であって、予め設定された複数の通電パターンの中からブラシレスモータの各固定子巻線に通電しステップ駆動するための通電パターンを設定するステップ駆動通電パターン設定手段と、上記各通電パターンの通電時間を設定するステップ駆動通電時間設定手段と、上記複数の通電パターンのなかで、どの通電パターンでステップ動作したかを検出する回転子ステップ位置検出手段とを備え、上記複数の通電パターンのいずれかにより回転子が最初にステップ動作して位置が整定する第１ステップ位置の検出時において、上記第１ステップの通電時間を所定の通電時間よりも長く設定して、上記回転子のステップ動作の位置整定がなされた状態で回転子磁極位置学習を行うようにし、この回転子磁極位置学習で得られた回転子磁極位置学習値とスロットル開度センサの出力とに基づいて上記固定子巻線に通電する電流を制御するようにしたので、正確な回転子磁極位置学習を行うことができ、固定子巻線の各相へ供給する通電電流を回転子回転角に対して正確に正弦波的に変化させることができる。したがって、高精度の位置検出器を用いることなく、モータの通電電流の制御特性を向上させることができる。
また、本発明の回転子磁極位置学習手段は、イグニッションスイッチのオフ時に回転子の磁極位置を学習するので、エンジン運転中の回転子磁極位置学習動作を防止することができ、異常なエンジン回転速度上昇や車両の異常加速等による危険を防止することができる。
【００４７】
また、請求項２記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置学習の学習開始判定手段が、点火スイッチがオフ状態にあり、かつ、エンジンが停止状態にある場合に、回転子磁極位置学習の実施が開始可能であると判定するようにしたので、エンジン運転中の回転子磁極位置学習動作を更に確実に防止することができる。
【００４８】
請求項３記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を設け、回転子磁極位置学習実施前にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施するようにしたので、スロットル全閉位置を正確に検出することができるとともに、回転子ステップ位置検出手段による第１ステップの動作検出を容易に行うことができる。
【００４９】
また、請求項４記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子ステップ位置検出手段は、通電パターン出力直後から所定時間経過後のスロットル開度電圧が、上記スロットル全閉学習値と予め設定された所定電圧値との加算値以上になった場合、上記通電パターンを第１ステップ動作の通電パターンであると判定するようにしたので、スロットル全閉時の回転子磁極位置と固定子巻線との位置関係に係わらず回転子のステップ動作の位置整定を確実に行うことができる。
【００５０】
請求項５記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子ステップ位置検出手段による第１ステップ動作検出時には、モータの各固定子巻線に通電される通電パターンを所定時間更新しないようにしたので、スロットル全閉時の回転子磁極位置と固定子巻線との位置関係が整合する通電パターンが継続するので、回転子のステップ動作の位置整定を確実に行うことができる。
【００５１】
また、請求項６記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子ステップ位置検出手段による第１ステップ動作検出時には、モータの各固定子巻線に通電される通電パターンを予め設定された第１のステップ通電時間だけ維持するとともに、上記通電状態において、スロットル開度電圧が予め設定された変動幅以下となった場合には、上記スロットル開度電圧を第１ステップ位置の回転子磁極位置とするようにしたので、スロットル全閉時の回転子磁極位置と固定子巻線との位置関係に係わらず正確な回転子磁極位置学習を行うことができ、高精度の位置検出器を用いることなく、モータの通電電流の制御特性を向上させることができるとともに、固定子巻線の切換え時に生じるモータの急激なトルク変動を防止することができる。
【００５２】
請求項７記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、初期値記憶手段を設け、上記通電パターンの第１ステップ動作検出時において、上記第１ステップでの回転子磁極学習位置と通電パターンとを上記初期値記憶手段に記憶し，スロットル開度入力による回転子回転角演算等の基準値として使用するようにしたので、回転子のステップ動作の位置整定を確実に行うことができる。
【００５３】
また、請求項８記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、第１ステップ位置の回転子磁極位置検出時以降は、モータの各固定子巻線に通電される通電パターンの通電時間を、ステップ駆動通電時間設定手段で予め設定された所定のステップ通電時間とするようにしたので、回転子磁極位置学習を効率よく行うことができる。
【００５４】
請求項９記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力によりスロットルバルブ全開位置の学習を行うスロットルバルブ全開位置学習手段を備え、回転子ステップ位置検出手段により検出したステップ位置が所定のステップ位置範囲にあり、かつ、上記ステップ位置での回転子磁極位置学習値と、上記ステップ位置検出の直前に行ったステップ位置での回転子磁極位置学習値との差が所定値内である場合には、スロットルバルブ全開位置の学習を実施するようにしたので、スロットル全開位置を学習することができ、目標スロットル開度設定手段からのスロットル全開指示値が正確となり、モータに必要以上の電流を流すことを避けることができる。
【００５５】
また、請求項１０記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置学習手段によって算出された学習値を、バックアップ用のＲＡＭに記憶するとともに、ＥＥＰＲＯＭにも記憶するようにしたので、バッテリ外し後も回転子磁極位置学習値を記憶・保存しておくことができる。
【００５６】
請求項１１記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、バッテリ外し直後の回転子磁極位置学習値を、ＥＥＰＲＯＭにに記憶されている学習値を上記ＥＥＰＲＯＭから読込みバックアップ用のＲＡＭに格納した学習値とし、上記ＲＡＭより前回の回転子磁極位置学習値を読み出すことができるようにしたので、常に、学習開始判定の直後からスロットル制御を行うことができる。
【００５７】
また、請求項１２記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、学習開始判定手段の学習開始判定動作の所定回数毎、回転子磁極位置学習手段によって算出された学習値をＥＥＰＲＯＭに書き込み回転子磁極位置学習値を更新するようにしたので、ＥＥＰＲＯＭへの書き込み量が限定され、ＥＥＰＲＯＭの耐久性を確保することができる。
【００５８】
請求項１３記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を備え、回転子磁極位置学習実施後にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施するようにしたので、スロットル全閉位置の学習精度を向上させることができる。
【００５９】
また、請求項１４記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を備え、回転子磁極位置学習実施前後にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施し、回転子磁極位置学習実施前後のスロットルバルブ全閉位置学習値の平均値をスロットルバルブの全閉位置学習値とするようにしたので、スロットル全閉位置学習値の精度を更に向上させることができる。
【００６０】
請求項１５記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、学習開始判定手段の学習開始可能判定時においてスロットルバルブ開度が所定の開度以上の場合には、スロットルバルブの開度が上記所定の開度以下に到達するまで目標開度をスロットルバルブ全閉位置学習手段の全閉学習値とし、開度フィードバック制御により、スロットルバルブを全閉位置に戻すようにしたので、リターンスプリングの付勢力によるスロットルバルブの全閉位置でのバウンシングを抑制でき、学習時間の短縮とスロットル全閉位置学習精度の向上を図ることができる。
【００６１】
また、請求項１６記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、学習開始判定手段の学習開始可能判定時においてスロットルバルブ開度が所定の開度以下の場合には、モータ駆動手段の駆動信号の出力を停止してリターンスプリングの付勢力により、スロットルバルブを全閉位置に戻すようにしたので、リターンスプリングの付勢力によるスロットルバルブの全閉位置でのバウンシングを抑制でき、学習時間の短縮とスロットル全閉位置学習精度の向上を図ることができる。
【００６２】
請求項１７記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットルバルブ全閉位置学習手段が、スロットルバルブ開度が所定の開度以下で、かつ、開度電圧変化が所定値以下である時点から所定時間経過後のスロットル開度センサの出力値を、スロットルバルブ全閉位置学習値として記憶するようにしたので、スロットル全閉位置学習精度を更に向上させることができる。
【００６３】
また、請求項１８記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットルバルブ全閉位置学習が完了していない場合には、回転子磁極位置を学習しないようにしたので、スロットル全閉位置を正確に検出することができるとともに、回転子ステップ位置検出手段による第１ステップ動作検出が容易に行うことができ、更に、第１ステップ位置での回転子磁極位置の誤学習を回避することができる。
【００６４】
また、請求項１９記載のエンジンの吸入空気量制御装置は、学習値補正手段を設け、回転子磁極位置学習手段により学習した回転子磁極位置学習値を、スロットルバルブに設けられたリターンスプリング付勢力による回転子磁極位置誤差に基づいて補正するようにしたので、回転子磁極位置学習値の精度が更に向上し、ブラシレスモータを高能率で運転することができるとともに、応答性の向上とモータ消費電力の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンの吸入空気量制御装置の構成を示す図である。
【図２】モータ駆動手段の詳細を示す図である。
【図３】各通電パターンにおける各相の磁極を示す図表である。
【図４】各通電パターンでの固定子と回転子との磁極位置関係を示す図である。
【図５】モータステップ駆動時の通電パターンとＴＰＳ電圧との関係を示す図である。
【図６】回転子組付け状態Ａでのステップ位置を示す図である。
【図７】回転子組付け状態Ａでのステップ動作を示すタイムチャートである。
【図８】回転子組付け状態Ｂでのステップ位置を示す図である。
【図９】回転子組付け状態Ｂでのステップ動作を示すタイムチャートである。
【図１０】実施の形態１に係わる回転子ステップ駆動の制御フローチャートである。
【図１１】実施の形態１に係わる回転子組付け状態Ｂでのステップ動作を示すタイムチャートである。
【図１２】実施の形態１に係わる回転子磁極位置学習の制御フローチャートである。
【図１３】実施の形態１に係わる回転子磁極位置学習の制御タイムチャートである。
【図１４】実施の形態１に係わる正弦波通電方式における回転子回転角と各相電流波形，磁束波形，出力トルク波形との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ スロットルアクチュエータ、１１ スロットルバルブ、１３ スロットル開度センサ（ＴＰＳ）、１４ リターンスプリング、１５ 減速器、１６ 回転子、１７ 固定子巻線、１８ ブラシレスモータ、２０ エンジンの吸入空気量制御装置、２１ 目標開度設定手段、２２ モータ電流演算手段、２３ 回転子磁極位置学習手段、２３ａ スロットル全閉位置学習手段、２３ｂ 磁極位置学習手段、２３ｃ スロットル全開位置学習手段、２３ｄ ＲＡＭ、２４ 回転子回転角演算手段、２５ モータ通電位相演算手段、２６ モータ制御手段、
２７ モータ駆動手段、２８ ステップ駆動通電パターン設定手段、２９ ステップ駆動通電時間設定手段、３０ 回転子ステップ位置検出手段、３１ Ｋｅｙ
ＳＷ ＯＮ／ＯＦＦ 判定手段、３２ ＥＥＰＲＯＭ

Claims (19)

1. エンジンの吸入空気通路に設けられた回転軸に支持されたスロットルバルブと、上記回転軸と連結された磁極を有する回転子、及び、固定子巻線を備えたブラシレスモータと、上記スロットルバルブの開閉度を検出するスロットル開度センサと、イグニッションスイッチのオフ時に上記ブラシレスモータをステップ駆動して上記回転子の磁極位置を上記スロットル開度センサの出力に基づいて学習する回転子磁極位置学習手段とを備え、回転子磁極の位置学習を行うとともに、エンジン回転数を含む車両情報に基づいて、上記スロットルバルブの開閉度を上記ブラシレスモータにより調整してエンジンへの供給空気量を制御するエンジンの吸入空気量の制御装置であって、予め設定された複数の通電パターンの中からブラシレスモータの各固定子巻線に通電しステップ駆動するための通電パターンを設定するステップ駆動通電パターン設定手段と、上記各通電パターンの通電時間を設定するステップ駆動通電時間設定手段と、上記複数の通電パターンのなかで、どの通電パターンでステップ動作したかを検出する回転子ステップ位置検出手段とを備え、上記複数の通電パターンのいずれかにより回転子が最初にステップ動作して位置が整定する第１ステップ位置の検出時において、上記第１ステップの通電時間を所定の通電時間よりも長く設定して、上記回転子のステップ動作の位置整定がなされた状態で回転子磁極位置学習を行うようにしたことを特徴とするエンジンの吸入空気量制御装置。
2. 回転子磁極位置学習の学習開始判定手段は、点火スイッチがオフ状態にあり、かつ、エンジンが停止状態にある場合に、回転子磁極位置学習の実施が開始可能であると判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
3. スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を設け、回転子磁極位置学習実施前にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施するようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
4. 回転子ステップ位置検出手段は、通電パターン出力直後から所定時間経過後のスロットル開度電圧が、上記スロットル全閉学習値と予め設定された所定電圧値との加算値以上になった場合、上記通電パターンを第１ステップ動作の通電パターンであると判定するようにしたことを特徴とする請求項３記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
5. 回転子ステップ位置検出手段による第１ステップ動作検出時には、上記モータの各固定子巻線に通電される通電パターンを更新しないようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
6. 回転子ステップ位置検出手段による第１ステップ動作検出時には、上記モータの各固定子巻線に通電される通電パターンを予め設定された第１のステップ通電時間だけ維持するとともに、上記通電状態において、スロットル開度電圧が予め設定された変動幅以下となった場合には、上記スロットル開度電圧を第１ステップ位置の回転子磁極位置とするようにしたことを特徴とする請求項５記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
7. 初期値記憶手段を設け、上記通電パターンの第１ステップ動作検出時において、上記第１ステップでの回転子磁極学習位置と通電パターンとを上記初期値記憶手段に記憶するようにしたことを特徴とする請求項６記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
8. 第１ステップ位置の回転子磁極位置検出時以降は、上記モータの各固定子巻線に通電される通電パターンの通電時間を、ステップ駆動通電時間設定手段で予め設定された所定のステップ通電時間とするようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
9. スロットル開度センサの出力によりスロットルバルブ全開位置の学習を行うスロットルバルブ全開位置学習手段を備え、回転子ステップ位置検出手段により検出したステップ位置が所定のステップ位置範囲にあり、かつ、上記ステップ位置での回転子磁極位置学習値と、上記ステップ位置検出の直前に行ったステップ位置での回転子磁極位置学習値との差が所定値内である場合には、スロットルバルブ全開位置の学習を実施するようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
10. 回転子磁極位置学習手段によって算出された学習値を、バックアップ用のＲＡＭに記憶するとともに、ＥＥＰＲＯＭにも記憶するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
11. バッテリ外し直後の回転子磁極位置学習値を、ＥＥＰＲＯＭに記憶された学習値を上記ＥＥＰＲＯＭから読込みバックアップ用のＲＡＭに格納した学習値とするようにしたことを特徴とする請求項１０記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
12. 学習開始判定手段の学習開始判定動作の所定回数毎に、回転子磁極位置学習手段によって算出された学習値をＥＥＰＲＯＭに書き込むようにしたことを特徴とする請求項１０記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
13. スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を備え、回転子磁極位置学習実施後にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施するようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
14. スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルバルブの全閉位置を学習するスロットルバルブ全閉位置学習手段を備え、回転子磁極位置学習実施前後にスロットルバルブ全閉位置の学習を実施し、回転子磁極位置学習実施前後のスロットルバルブ全閉位置学習値の平均値をスロットルバルブの全閉位置学習値とするようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
15. 学習開始判定手段の学習開始可能判定時においてスロットルバルブ開度が所定の開度以上の場合には、スロットルバルブの開度が上記所定の開度以下に到達するまで目標開度をスロットルバルブ全閉位置学習手段の全閉学習値とし、開度フィードバック制御により、スロットルバルブを全閉位置に戻すようにしたことを特徴とする請求項３または請求項１３または請求項１４記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
16. 学習開始判定手段の学習開始可能判定時においてスロットルバルブ開度が所定の開度以下の場合には、モータ駆動手段の駆動信号の出力を停止するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
17. スロットルバルブ全閉位置学習手段は、スロットルバルブ開度が所定の開度以下で、かつ、開度電圧変化が所定値以下である時点から、所定時間経過後のスロットル開度センサの出力値をスロットルバルブ全閉位置学習値として記憶するようにしたことを特徴とする請求項３または請求項１３または請求項１４記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
18. スロットルバルブ全閉位置学習が完了していない場合には、回転子磁極位置学習しないようにしたことを特徴とする請求項３または請求項１３または請求項１４記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
19. 学習値補正手段を設け、回転子磁極位置学習手段により学習した回転子磁極位置学習値を、スロットルバルブに設けられたリターンスプリング付勢力による回転子磁極位置誤差に基づいて補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。

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