JP3714342B2 - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、アクセルペダルの踏込量に応じてDCモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する内燃機関のスロットル制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、アクセルペダルの踏込量に応じてDCモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する『電子スロットルシステム』と称する内燃機関のスロットル制御装置が知られている。
【0003】
この内燃機関のスロットル制御装置においては、アクセルペダルの踏込量に対応するアクセル開度を検出するアクセル開度センサからの信号に応じてDCモータに電流を流し、DCモータが駆動されることでスロットルバルブが開閉され吸入空気量が制御される。このとき、スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度センサからの信号とアクセル開度センサからの信号との偏差がなくなるようにDCモータに対して比例・積分・微分制御(以下、単に『PID制御』という)によるフィードバック制御が実行されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したPID制御におけるP(比例)項、I(積分)項、D(微分)項の各制御定数は、システムのあらゆる運転状態における仕様を満たすように中間的なチューニングによる固定値が設定されていた。このように設定された制御定数では、当然のことながら、所定の運転状態に対応する最適値とはなり得ないことから、スロットルバルブの応答性、安定性等を低下させる要因となっていた。
【0005】
ここで、車両の運転状態に応じて要求されるスロットルバルブの応答性及び安定性について述べる。
【0006】
例えば、アクセルペダル操作をすることなく車両の定速走行を可能とするクルーズコントロール(Cruise Control)(以下、単に『C/C』という)中においては、スロットルバルブの応答性及び安定性が同程度に要求されるのである。
【0007】
そこで、この発明は、かかる不具合を解決するためになされたもので、車両の運転状態に応じた最適なスロットルバルブの応答性及び安定性を得ることができる内燃機関のスロットル制御装置の提供を課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1にかかる内燃機関のスロットル制御装置は、アクセルペダルの踏込量に応じてDCモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する通常制御状態と、アクセル操作することなく車両の定速走行を可能とするようDCモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御するクルーズコントロール状態とを備えた内燃機関のスロットル制御装置であって、DCモータを比例・積分・微分制御してスロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と、前記通常制御状態が実施されている時は、前記比例制御定数を他の制御制御定数よりも影響度の大きな設定とすると共に、前記クルーズコントロール状態が選択されている時には、通常制御状態に比べて、前記比例制御定数を小さく、且つ、前記微分制御定数を大きくする制御定数設定手段とを具備するものである。
【0010】
請求項2にかかる内燃機関のスロットル制御装置は、請求項1の具備する手段に加えて、制御定数設定手段が、制御定数を平滑化して設定するものである。
【0011】
【作用】
請求項1の内燃機関のスロットル制御装置においては、スロットルバルブ制御手段でDCモータがPID制御されスロットルバルブが制御される。このPID制御における制御定数が制御定数設定手段で車両の運転状態としてアクセルペダルの踏込み量に応じる通常制御状態とアクセルペダルの踏込み量には応じずに定速走行が可能なC/C時に対応して設定される。そして、通常制御状態では比例制御の制御定数の影響度が他の制御定数よりも大きくなっている事で、運転者が操作するアクセル踏込み量の変化に対してスロットルバルブの応答速度を高いものとしてレスポンスの良い制御ができるようになり、一方、C/C状態では通常制御状態に比べて、比例制御定数を小さく、且つ、微分制御定数を大きくしたことで、スロットルバルブの応答速度を通常制御状態よりも抑制し、スロットル開度変動時のオーバーシュートを低減するようにして安定性の高めた車両走行状態が実現できるようになる。
【0013】
請求項2の内燃機関のスロットル制御装置の制御定数設定手段では、請求項1に加えて、制御定数が平滑化され設定される。
【0014】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
【0015】
図1は本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【0016】
図1において、1は内燃機関であり、内燃機関1には吸気通路2を通って空気が供給される。3はスロットルバルブであり、スロットルバルブ3は吸気通路2の途中に設けられ、このスロットルバルブ3にはスロットル開度を検出するスロットル開度センサ4が設けられている。5はアクセルペダルであり、アクセルペダル5にはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ6が設けられている。なお、7はスロットルバルブ3の全閉位置を規制する全閉ストッパである。
【0017】
10はECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)であり、ECU10にはスロットル開度センサ4からのスロットル開度信号TH及びアクセルペダル5からのアクセル開度信号Apが入力されている。12はアクチュエータとしてのDCモータであり、DCモータ12にはECU10側から電流が供給される。また、13はDCモータ12とスロットルバルブ3との間に配設されるギヤ段であり、14はスロットルバルブ3を全閉側に常時付勢するリターンスプリングである。
【0018】
次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示す図2及びフィードバック制御における信号の流れを示す図3を参照して説明する。
【0019】
図2において、アクセルペダル5の踏込量に対応するアクセル開度センサ6からのアクセル開度信号Ap及びスロットルバルブ3のスロットル開度に対応するスロットル開度センサ4からのスロットル開度信号THがA/D変換器10aでA/D変換されECU10に入力される。それらの信号に応じてECU10からモータ駆動回路11にPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)信号が出力される。そして、モータ駆動回路11からDCモータ12に電流が流され、DCモータ12が駆動されギヤ段13を介してスロットルバルブ3が開閉される。
【0020】
このとき、図3に示すように、ECU10ではスロットルバルブ3のスロットル開度に対応するスロットル開度センサ4のスロットル開度信号THに基づいて算出された実際のスロットル開度θthとアクセルペダル5のアクセル開度に対応するアクセル開度センサ6のアクセル開度信号Apに基づいて算出されたスロットル開度指令値θcmdとの偏差がなくなるようにPID制御回路10bによるPID制御によりモータ駆動回路11を介してDCモータ12に対するフィードバック制御が実行される。
【0021】
次に、PID制御におけるP(比例)項、I(積分)項、D(微分)項の各制御定数であるP項ゲイン、I項ゲイン、D項ゲインとスロットルバルブの制御特性との関係を説明する。
【0022】
P項ゲインは、スロットルバルブの開閉における立上がりまたは立下がりの傾き、即ち、応答速度を制御している。したがって、このP項ゲインが大きくなるとスロットルバルブの応答速度は速くなるが、反動としてのオーバーシュートが大きくなりスロットル開度を一定保持しようとすると発振し易くなる。
【0023】
また、I項ゲインは、スロットルバルブのスロットル開度指令値と実際のスロットル開度との偏差を小さくするように制御している。したがって、このI項ゲインが大きくなるとスロットルバルブの挙動が大きくなりスロットル開度を一定保持しようとすると発振し易くなる。
【0024】
そして、D項ゲインは、スロットルバルブの開閉における応答速度に関連する最終収束速度を制御している。したがって、このD項ゲインが大きくなるとスロットルバルブの応答速度が遅くなるが、反面、スロットルバルブのスロットル開度変動時のオーバーシュートが小さくなる。
【0025】
次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているECU10の処理手順を図4のフローチャートに基づき、図5の各運転状態におけるPID制御定数を示すマップを参照して説明する。
【0026】
まず、ステップS101で、前回の判定からT1時間(4ms〜8ms)が経過しているかが判定される。ステップS101の判定条件が成立しないときには、本ルーチンを終了する。一方、ステップS101の判定条件が成立するときには、ステップS102に移行し、TRC中であるかが車輪のスリップ状態に基づき判定される。ステップS102の判定条件が成立するとき、即ち、(駆動輪の車輪速度)>(従動輪の車輪速度)であるならばスリップ中でありTRC中と判定し、ステップS103に移行し、図5に示すTRCマップからPID制御定数が求められる。
【0027】
一方、ステップS102の判定条件が成立しないときには、ステップS104に移行し、C/C中であるかが判定される。ここで、C/CメインスイッチONかつC/CセットスイッチONであるとC/C開始されC/C中となり、ブレーキONまたはC/CキャンセルスイッチONまたはC/CメインスイッチOFFでC/C終了となる。ステップS104の判定条件が成立するときには、ステップS105に移行し、図5に示すC/CマップからPID制御定数が求められる。
【0028】
また、ステップS104の判定条件が成立しないときには、ステップS106に移行し、ISC中であるかが判定される。このISC中の判定条件としては、車速=0かつ(スロットル開度)≦(所定開度)であるとISC開始されISC中となる。ステップS106の判定条件が成立するときには、ステップS107に移行し、図5に示すISCマップからPID制御定数が求められる。
【0029】
そして、ステップS106の判定条件が成立しないときには、ステップS108に移行し、図5に示す通常マップからPID制御定数が求められる。ステップS103、ステップS105、ステップS107またはステップS108の処理ののち、ステップS109に移行し、PID制御定数が平滑化され、本ルーチンを終了する。
【0030】
なお、PID制御定数の平滑化としては指数平滑と称される次式(1),(2),(3)による手法を用いる。ここで、ρはフィルタ定数として0<ρ<1のうちから予め設定された定数であり、次式(1),(2),(3)からも分かるようにρの値が大きいほど急激に新たなPID制御定数に漸近されることとなる。
【0031】
[数1]
Kpn=(1−ρ)Kpn−1+ρKpt・・・(1)
[数2]
Tdn=(1−ρ)Tdn−1+ρTdt・・・(2)
[数3]
Tin=(1−ρ)Tin−1+ρTit・・・(3)
このようにして、上式(1),(2),(3)からPID制御におけるP(比例)項ゲインKp、D(微分)項ゲインTd、I(積分)項ゲインTiが求められ、次式(4)に代入され、図3のECU10のPID制御回路10bにおけるPID制御式Gが求められる。ここで、Sはラプラス演算子である。
【0032】
[数4]
G=Kp{1+(1/TiS)+TdS}・・・(4)
なお、上式(4)で表されるPIDは一般的な式であり、他の特殊な式で表されるPID制御においても同様に適応可能である。
【0033】
このように、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置は、アクセルペダル5の踏込量に応じてDCモータ12を駆動しスロットルバルブ3の開度を制御するものにおいて、DCモータ12をPID制御してスロットルバルブ3を制御するECU10にて達成されるスロットルバルブ制御手段と、PID制御の制御定数を車両の運転状態に応じて設定するECU10にて達成される制御定数設定手段とを具備するものである。
【0034】
したがって、スロットルバルブ制御手段でDCモータ12がPID制御されスロットルバルブ3が制御され、このPID制御における制御定数が制御定数設定手段で車両の運転状態に応じて設定される。故に、このようなPID制御では、制御定数が車両の運転状態に対応させ最適値となるように設定してシステムの性能を向上することができる。
【0035】
また、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置は、ECU10にて達成される制御定数設定手段がISC時における前記制御定数を設定するものである。
【0036】
したがって、制御定数設定手段で車両の運転状態として具体的なISC時における制御定数が設定される。即ち、ISC時ではPID制御におけるD(微分)項ゲインが大きくかつP(比例)項ゲインが小さく設定される。このため、スロットルバルブの安定性が重視され内燃機関のアイドル時の機関回転数を安定化するのに適した制御となる。
【0037】
そして、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置は、ECU10にて達成される制御定数設定手段がTRC時における前記制御定数を設定するものである。
【0038】
したがって、制御定数設定手段で車両の運転状態として具体的なTRC時における制御定数が設定される。即ち、TRC時ではPID制御におけるP(比例)項ゲインが大きくかつD(微分)項ゲインが小さく設定される。このため、スロットルバルブの応答性が重視され路面状態等に応じて素早く内燃機関の出力による駆動輪の駆動力を変化するのに適した制御となる。
【0039】
更に、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置は、ECU10にて達成される制御定数設定手段がC/C時における前記制御定数を設定するものである。
【0040】
したがって、制御定数設定手段で車両の運転状態として具体的なC/C時における制御定数が設定される。即ち、C/C時ではPID制御におけるP(比例)項ゲイン及びD(微分)項ゲインが同程度に設定される。このため、スロットルバルブの応答性及び安定性が重視され車両の定速走行に適した制御となる。
【0041】
また、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置は、ECU10にて達成される制御定数設定手段が前記制御定数を平滑化して設定するものである。
【0042】
したがって、制御定数設定手段で制御定数が平滑化され設定される。このため、車両の運転状態が急激に変更されたとしても、PID制御定数が急激に変化することを回避することができ、車両の不自然な挙動を防止することができる。
【0043】
ところで、上記実施例においては、車両の運転状態として具体的なISC時、TRC時、C/C時におけるPID制御定数を設定するとしたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、その他の車両の運転状態においても同様のマップでPID制御定数を設定することにより最適なスロットルバルブの応答性及び安定性を得ることができる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の内燃機関のスロットル制御装置によれば、通常制御時とC/C時とでそれぞれ制御定数が設定される。具体的には、通常制御時ではレスポンスの良い制御を実施でき、一方、C/C時では、通常制御時に比して安定性の高い状態を実現でき、車両の定速走行に適した制御とすることができる。
【0045】
請求項2の内燃機関のスロットル制御装置によれば、請求項1の効果に加えて、制御定数設定手段で制御定数が平滑化され設定される。これにより、車両の運転状態が急激に変更されたとしても、PID制御における制御定数が急激に変化することを回避することができ、車両の不自然な挙動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【図2】図2は本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図3】図3は本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置における信号の流れを示す説明図である。
【図4】図4は本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているECUの処理手順を示すフローチャートである。
【図5】図5は本発明の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で用いられる各運転状態における制御定数を示すマップである。
【符号の説明】
1 内燃機関
3 スロットルバルブ
4 スロットル開度センサ
5 アクセルペダル
6 アクセル開度センサ
10 ECU(電子制御装置)
10b PID制御回路
12 DCモータ
Claims (2)
- アクセルペダルの踏込量に応じてDCモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する通常制御状態と、
アクセル操作することなく車両の定速走行を可能とするようDCモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御するクルーズコントロール状態とを備えた内燃機関のスロットル制御装置であって、
前記DCモータを比例・積分・微分制御して前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と、
前記比例・積分・微分制御の制御定数を車両の運転状態として、前記通常制御状態が実施されている時は、前記比例制御定数を他の制御制御定数よりも影響度の大きな設定とすると共に、前記クルーズコントロール状態が選択されている時には、通常制御状態に比べて、前記比例制御定数を小さく、且つ、前記微分制御定数を大きくする制御定数設定手段とを具備することを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。 - 前記制御定数設定手段は、前記制御定数を平滑化して設定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関のスロットル制御装置。
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