JP3815460B2 - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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、内燃機関の出力による駆動輪の駆動力を路面状態等に応じて最適制御するトラクションコントロール（Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）（以下、単に『ＴＲＣ』という）中においては、スロットルバルブの安定性を少々犠牲にしても応答速度は速くなくてはならない。
【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、駆動輪の車輪速度と従動輪の車輪速度との関係から駆動輪のスリップ中と判断されている時に、ＴＲＣ状態としてＤＣモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御するＴＲＣ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、通常制御状態が選択されている時は、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、ＴＲＣ状態が選択されている時には、比例制御定数を通常制御状態に比べて更に大きく、且つ、微分制御定数を通常制御状態に比べて更に小さ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スリップを判断し駆動輪の駆動力を素早く制御可能なＴＲＣ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、ＴＲＣ状態では通常制御状態に比べて、比例制御定数を更に大きく、且つ、微分制御定数を更に小さくしたことで、スロットルバルブの応答速度を通常制御状態よりも更に増し駆動輪の駆動力を素早く適正な状態に制御できる。
【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。
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
[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。
【００３１】
[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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【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ＴＲＣ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、ＴＲＣ時ではＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項ゲインが通常制御時に比して更に大きくかつＤ（微分）項ゲインが通常制御時に比して更に小さく設定されることで、スロットルバルブの応答性が通常制御時に比して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することができる。
【００４４】
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)

1. 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、
   駆動輪の車輪速度と従動輪の車輪速度との関係から駆動輪のスリップ中と判断されている時に、トラクションコントロール状態としてＤＣモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御するトラクション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選択されている時は、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、前記トラクションコントロール状態が選択されている時には、前記比例制御定数を前記通常制御状態に比べて更に大きく、且つ、前記微分制御定数を前記通常制御状態に比べて更に小さ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。
2. 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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