JP3665359B2 - 絞り弁を位置決めする方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、絞り弁を位置決めする方法と装置、さらに詳細には、所望の位置を表す少なくとも１つの信号が供給される調節手段と、運転パラメータに基づいて所望の位置を表す信号を発生する少なくとも１つのコンピュータユニットとを有する、電気的に操作可能に構成された絞り弁を位置決めする方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方法ないしはこの種の装置はＤＥ−ＯＳ３５１０１７６（米国特許４６２２９３６）から知られている。同公報には、自動車の電気的に制御可能な絞り弁を例にして絞り弁の位置決めが、測定ユニットにより検出された位置実際値と設定されている位置目標値との偏差に従って電気モータと出力段を介して位置制御器により行なわれている。その場合に位置目標値は、運転者によって操作可能な操作部材（例えばアクセルペダル）の位置などの運転パラメータに従ってコンピュータユニットにおいて形成され、アナログの信号値として位置制御器に出力される。調節装置の位置決め精度は、公知の方法においてはコンピュータのデジタルの目標値をアナログ値に変換するデジタル／アナログ変換器の分解能に関係する。それによって分解能の他にも目標値変化の速度が制限される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、回路技術的なコストを顕著に増大させることなく、公知の方法を改良して、絞り弁の正確な位置決めを可能にする手段を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この課題は、
直流モータ（４２）を用いて自動車の絞り弁（４６）を位置決めする方法であって、
アナログの位置制御器（２８）に、絞り弁（４６）の位置を表す実際値（Ｕ２）と絞り弁の所望位置を表す目標値（Ｕ１）が供給され、
前記位置制御器の出力信号（Ｕ３）により、前記目標値と実際値の差がほぼゼロになるまで、前記直流モータ（４２）が駆動され、
少なくとも１つのコンピュータユニット（１０）が、運転パラメータに基づいてパルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）を発生し、
前記パルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）が、変換手段（２４）により前記位置制御器（２８）に供給される目標値（Ｕ１）に変換され、
前記パルス幅変調された目標値信号の可変パラメータが運転パラメータに従って定められ、かつ該可変パラメータが絞り弁（４６）の目標値（Ｕ１）と線形の関係にある構成によって解決される。
【０００５】
更に、本発明では、この課題を解決するために、
直流モータ（４２）を用いて自動車の絞り弁（４６）を位置決めする装置であって、
運転パラメータに基づいてパルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）を発生する少なくとも一つのコンピュータユニット（１０）と、
絞り弁の所望位置を表す目標値（Ｕ１）と、絞り弁の位置を表す実際値（Ｕ２）が供給され、かつ前記目標値と実際値の偏差量に基づいて絞り弁を駆動する信号（Ｕ３）を発生するアナログの位置制御器（２８）と、
前記パルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）を前記位置制御器（２８）に供給される目標値（Ｕ１）に変換する変換手段（２４）とを有し、
前記パルス幅変調された目標値信号の可変パラメータが運転パラメータに従って定められ、かつ該可変パラメータが絞り弁（４６）の目標値（Ｕ１）と線形の関係にある構成を採用している。
【０００６】
【作用】
このような構成では、コンピュータユニットにより目標値が少なくとも１つの可変パラメータを有するパルス形状の信号としてデジタル的に出力される。この目標値はアナログの目標値に変換され、絞り弁の位置決めを行うアナログ制御器によってその目標値に調節される。
【０００７】
この種の方法は、未公開のドイツ特許出願Ｐ４２０３１９１からステッピングモータ位相の電流制御に関連して知られている。
【０００８】
本発明構成によれば、絞り弁の正確な位置決めが可能になり、その場合に回路的なコストはわずかしか必要とされない。
【０００９】
さらにコンピュータユニットのデジタル目標設定値が維持されるので、目標値の計算に関連するコンピュータユニットの利点をそのまま利用することができると、いう効果が得られる。
【００１０】
従ってデジタル／アナログ変換器を省くことができるという効果が得られる。
【００１１】
本発明構成は、従来のデジタル／アナログ変換器によって得られるよりも大きい分解能が可能となることによって大きな利点をもたらす。
【００１２】
２次あるいは４次のローパスフィルタを使用することによって、少なくとも１つの可変パラメータを有するパルス形状の信号から求められたアナログの目標値の残留リプルを良好に減少させることができる。
【００１３】
パルス幅変調された信号が効果的であり、計算された目標値に従ってパルス長さ、すなわちパルスデューティー比がコンピュータユニットにより設定される。これに関連するコンピュータユニットのプログラム部分は極めて簡単である。
【００１４】
パルス幅変調された信号のパルスデューティー比と目標値間の関係が簡単な線形関係であることが、特に効果的である。本発明構成によれば、大きなコストをかけることなく、１２ビットの精度が可能になる。
【００１５】
特に好ましくは本発明構成は、内燃機関の絞り弁あるいはコントロールラックなど出力を調節する部材を調節するアナログの位置制御器に関連して使用される。
【００１６】
可変パルスデューティー比のパルス幅変調された信号を用いるほかに、周波数が可変でパルス幅が不変のパルス形状の信号を用いるようにしてもよい。
【００１７】
このようにして、本発明の好ましい実施例では、パルス形状の信号の可変パラメータは、周期長さを不変にしたときのパルス幅、パルス幅を不変にしたときの周期長さ、あるいはパルスデューティー比となる。
【００１８】
このパルス形状の信号からアナログの電圧信号を形成する変換手段が設けられ、この変換手段は、フィルタ手段、例えば、ローパスフィルタであって、好ましくは４次のローパスフィルタである。
【００１９】
好ましい実施例では、調節手段は、所望の位置のアナログ信号と調節装置の位置を表す実際値信号を供給され、かつ目標値と実際値の偏差量を形成するアナログの位置制御器からなる。この場合、アナログの位置制御器の出力信号がパルス幅変調された信号に変換され、電気的に操作可能な調節装置が駆動される。この電気的に操作可能な調節装置は、例えば、電気モータ、直流モータあるいはロータリアクチュエータを介して操作される自動車の絞り弁である。
【００２０】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１において符号１０で示すものは、少なくとも１つのコンピュータユニットからなる制御ユニットである。制御ユニット１０には駆動ユニット（エンジン）および／または車両の運転パラメータを検出する測定装置１６〜１８から入力線１２〜１４が導かれている。制御ユニット１０の出力線２０は、必要に応じて調整手段２２を介して変換手段２４へ導かれている。変換手段２４の出力信号２６はアナログの位置制御器２８へ供給され、この位置制御器にはさらに入力線３０が導かれている。アナログの位置制御器２８の出力線３２は他の変換手段３４へ導かれており、変換手段３４はその出力線３６を介して出力段３８と接続されている。出力段３８はその出力線４０と４１を介して駆動モータ４２、好ましくは直流モータを制御する。駆動モータは機械的な結合手段４４を介して出力調節部材４６、特に不図示の内燃機関の絞り弁と接続されている。
【００２２】
さらにモータ４２ないしは結合手段４４ないしは出力調節部材（絞り弁）４６は、他の結合部を介して、出力調節部材４６ないし結合手段４４ないしはモータ４２の位置を検出する測定装置５０と接続されている。測定装置５０の出力線３０はアナログの位置制御器２８へ導かれている。位置決めすべき調節装置は、それぞれ構成仕様に従って出力調節部材４６、結合手段４４、モータ４２および／または測定装置５０から構成される。
【００２３】
図１に示す装置は、調節装置を所定の位置へ調節するために用いられる。この位置は制御ユニット１０によって制御ユニットへ供給される運転パラメータに従って、例えば特性マップ値、特性曲線、テーブルあるいは式に基づいて決定される。その場合に特徴的な運転パラメータは、特にいわゆる電子アクセルペダルシステムの場合の運転者によって操作可能な操作部材（アクセルペダル）の位置、アイドリング制御におけるエンジン温度、エンジン回転数、バッテリ電圧、エンジン負荷など、走行速度制御における車速と操作レバーの操作信号、トラクションコントロールシステムにおける車輪回転数などである。本発明による構成はこれらすべての使用例に関連して用いることができる。好ましい応用例は、アナログ位置制御器を用いて調節装置の位置決めを行なう、電気アクセルペダルを用いた電子エンジン出力制御、アイドリング制御、走行速度制御およびトラクションコントロールである。
【００２４】
計算された目標値はコンピュータ１０によってパルス形状の、好ましくはパルス幅変調された矩形信号に変換される。その場合にコンピュータ１０によって信号のパルスデューティー比が決定される。これは、例えばパルス形状の信号の所定周期長さのパルス長さあるいはパルスの時間的終端を定めることによって行われる。
【００２５】
この種の信号が図２に図示されており、その場合に水平に時間、垂直には導線２０上の制御ユニット１０から出力される信号（ＰＷＭ）のレベルが図示されている。その場合に周期長さＴ0は不変に設定されており、一方パルス幅ｔないしはパルスデューティー比ｔ／Ｔ0はそれぞれ運転パラメータに従ってコンピュータユニットによって定められる。換言すると、調節装置の所望の位置が制御ユニットからデジタル形式でパルス幅変調された信号により出力される。その場合にこの信号のパルスデューティー比（ｔ／Ｔ0）は、信号ＰＷＭから変換手段（２４）によって形成されたアナログの位置制御器の目標値Ｕ１に対して好ましくは線形の関係にあり、従って調節装置の位置、好ましい実施例においては約０から９０°の角度範囲における絞り弁ユニットの位置に対してもほぼ線形の関係にある。
【００２６】
他の実施例においては、コンピュータユニットによって発生されるデジタルの目標信号は、運転パラメータに従って周期長さＴ0が可変でパルス幅ｔが不変のパルス形状の信号、周期長さＴ0が不変で時間（Ｔ0−ｔ）が可変のパルス形状の信号、周期長さが不変で勾配（上昇時間を設定する）が可変のあるいは周期長さが可変の鋸歯状信号、あるいは三角形状の信号とすることができる。
【００２７】
制御ユニットによって形成されたパルス幅変調された信号は必要に応じてレベル調整ユニット２２を介して供給される。このレベル調整ユニットはそれぞれ使用目的に従ってレベル調整および／またはレベル制限を行ない、制御ユニットの出力電圧レベルを使用時の精度に適合させる。これは、後段に接続されたアナログの位置制御器２８が絶対信号値に従って調節装置の位置決めを行うからである。従って位置決めの精度は出力信号レベルが高くなるにつれて上昇する。さらに、位置制御器が処理することのできる最大レベルを守ることが必要である。
【００２８】
レベル調整後にパルス幅変調された信号は変換ユニット２４へ供給され、変換ユニットはパルス幅変調された信号をアナログの電圧信号Ｕ１に変換する。この変換手段は、好ましい実施例においてはディスクリートに構成されたフィルタ手段ないしは積分器を有し、その構成と諸元はそれぞれ応用例に従って信号Ｕ１の動特性及び残留リプルを考慮して選択される。変換手段としては特にローパスフィルタが適していることが明らかにされている。その場合にそれぞれ応用例に応じて種々の次数のアクティブあるいはパッシブなローパスフィルタを用いることができる。好ましい実施例においては例えば図３に示すような４次のローパスフィルタを用いると、残留リプルとパルス幅変調された信号の変化時の動特性に関して良好な結果が得られることが明らかにされている。
【００２９】
他の実施例においては他のフィルタ手段あるいは積分器により同様に好ましい作用が得られる。
【００３０】
アナログの電圧信号Ｕ１は導線２６を介して位置目標値としてアナログの位置制御器２８へ供給される。この位置制御器は公知のように例えば演算増幅器によって形成されており、それぞれ応用例に応じて比例、積分および／または微分動作特性を示す。しかし本発明は、他のタイプの制御器、例えば２位置動作または３位置動作制御器と組み合せてもその利点を発揮する。アナログ位置制御器２８においては目標値Ｕ１と測定ユニット５０によって検出された調節装置の位置Ｕ２（実際値）から目標値／実際値偏差Ｕ３の大きさが形成され、それが制御器出力信号として変換手段３４へ供給される。そこでアナログの電圧Ｕ３は再びパルス幅変調された出力信号に変換されて、そこから導線３６を介して出力段回路３８へ供給される。変換手段３４は、例えば公知のように、時間的に周期長さが不変の鋸歯状あるいは三角形状の特性を有する電圧値とアナログの電圧信号Ｕ３を比較することによってパルス幅変調された信号を形成する。
【００３１】
パルス幅変調された信号３６は好ましい実施例においては直流モータをスイッチング制御するフルブリッジ出力段３８を駆動する。その場合、直流モータ４２は目標値と実際値の差がほぼゼロになるまで、すなわち所望の位置に達するまで所望位置の方向へ回転される。
【００３２】
調節装置の位置を検出する測定ユニット５０は、最も簡単な場合にはポテンショメータとして形成され、他の使用例においては非接触の位置センサとして形成することができる。
【００３３】
内燃機関の絞り弁の位置制御を行う好ましい実施例の他に、本発明の構成は、ステッピングモータ、ロータリーアクチュエータを有する位置制御器に関連して、あるいは空調装置、コントロールラックまたは噴射ポンプレバーに関連しても効果的に使用することができる。さらに少なくとも１つの可変パラメータを有するパルス状の信号によってデジタルの目標値を設定する本発明方法は、例えば回転数制御器、圧力制御器、空気量制御器などアナログで構成された車両の他の制御器に関連して使用することもできる。
【００３４】
図３には変換手段２４の好ましい実施例、すなわち４次のアクティブのローパスフィルタが図示されている。変換手段２４の入力１００には制御ユニット１０のパルス幅変調された信号ＰＷＭ（必要に応じてレベル調整ないしレベル制限される）が印加され、抵抗Ｒ１、結合点１０２、抵抗Ｒ２、結合点１０４を介して演算増幅器１０６の正の入力へ供給される。結合点１０４はコンデンサＣ１を介してアースへ導かれている。演算増幅器１０６の出力は結合点１０８へ導かれ、そこからコンデンサＣ２が結合点１０２へ接続されており、一方導線１１０が演算増幅器１０６の負の入力へ導かれている。さらに結合点１０８は第３の抵抗Ｒ３を経て結合点１１２、第４の抵抗Ｒ４、結合点１１４を介して第２の演算増幅器１１６の正の入力へ導かれている。結合点１１４はコンデンサＣ３を介してアースに接続されている。演算増幅器１１６の出力は結合点１１８へ導かれ、そこからコンデンサＣ４が結合点１１２へ導かれており、一方導線１２０が演算増幅器１１６の負の入力へ導かれ、かつ第５の抵抗Ｒ５がアースに接続されている。さらに結合点１１８には変換手段２４の出力Ｕ１が出力される。
【００３５】
図示の回路は第４次のローパスフィルタである。実験によれば、ＰＷＭ信号の信号レベルが約５Ｖであり、回路素子の選択とその諸元が適当である場合には信号Ｕ１の残留リプルは約１００マイクロボルトであることが明らかにされている。それに対して同様に構成された２次のローパスフィルタ（Ｒ３、Ｒ４、Ｃ３、Ｃ４、Ｒ５、演算増幅器１１６）はＰＷＭ信号レベルが同一であればそれぞれ安定した状態において残留リプルは約２０ミリボルトになる。従って分解能が大きく残留リプルを僅かにする応用例の場合には、変換手段２４が４次のローパスフィルタであることが望ましく、他の場合には２次のフィルタで十分である。
【００３６】
【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、絞り弁の正確な位置決めが可能になり、その場合に回路的なコストはわずかしか必要としない。さらにコンピュータユニットのデジタル目標設定値が維持されるので、目標値の計算に関連するコンピュータユニットの利点をそのまま利用することができるという効果が得られる。また、デジタル／アナログ変換器を省くことができる。本発明では、従来のデジタル／アナログ変換器によって得られるよりも大きい分解能が得られるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する構成を示すブロック図である。
【図２】コンピュータユニットによって設定される目標値信号の信号特性を示す線図である。
【図３】パルス形状の目標値をアナログの目標値に変換する変換手段の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 制御ユニット（コンピュータユニット）
１６、１８ 測定装置
２２ 調整ユニット
２４ 変換ユニット
２８ 位置制御器
３４ 変換ユニット
３８ 出力段

Claims (4)

1. 直流モータ（４２）を用いて自動車の絞り弁（４６）を位置決めする方法であって、
   アナログの位置制御器（２８）に、絞り弁（４６）の位置を表す実際値（Ｕ２）と絞り弁の所望位置を表す目標値（Ｕ１）が供給され、
   前記位置制御器の出力信号（Ｕ３）により、前記目標値と実際値の差がほぼゼロになるまで、前記直流モータ（４２）が駆動され、
   少なくとも１つのコンピュータユニット（１０）が、運転パラメータに基づいてパルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）を発生し、
   前記パルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）が、変換手段（２４）により前記位置制御器（２８）に供給される目標値（Ｕ１）に変換され、
   前記パルス幅変調された目標値信号の可変パラメータが運転パラメータに従って定められ、かつ該可変パラメータが絞り弁（４６）の目標値（Ｕ１）と線形の関係にあることを特徴とする絞り弁を位置決めする方法。
2. 前記変換手段（２４）が、ローパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アナログの位置制御器（２８）の出力信号（Ｕ３）がパルス幅変調された信号に変換されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 直流モータ（４２）を用いて自動車の絞り弁（４６）を位置決めする装置であって、
   運転パラメータに基づいてパルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）を発生する少なくとも一つのコンピュータユニット（１０）と、
   絞り弁の所望位置を表す目標値（Ｕ１）と、絞り弁の位置を表す実際値（Ｕ２）が供給され、かつ前記目標値と実際値の偏差量に基づいて絞り弁を駆動する信号（Ｕ３）を発生するアナログの位置制御器（２８）と、
   前記パルス幅変調された目標値信号（ＰＷＭ）を前記位置制御器（２８）に供給される目標値（Ｕ１）に変換する変換手段（２４）とを有し、
   前記パルス幅変調された目標値信号の可変パラメータが運転パラメータに従って定められ、かつ該可変パラメータが絞り弁（４６）の目標値（Ｕ１）と線形の関係にあることを特徴とする絞り弁を位置決めする装置。

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