JP3929665B2 - エンジンの吸入空気量制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに供給する吸入空気量を、モータでスロットルバルブを回動して制御するようにした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】
一般の自動車では、エンジンの吸入空気通路中にスロットルバルブが設けられ、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と連動して開閉される。これによりエンジンの吸入空気量がアクセルペダルの操作量に応じて制御される。
かかる吸入空気量制御は、スロットルバルブとアクセルペダルとを、リンクやケーブル等の機械的連結部により連動させることによって達成される。
【０００３】
しかし、このような機械的連結部を用いたものでは、アクセルペダル踏み込み量とスロットル開度との関係が一義的に決まり自由度がないこと及びアクセルペダルとスロットルバルブとの位置関係が制約されるために、自動車への搭載位置の自由度が少なくなると云う問題点があった。
【０００４】
近年、ガソリン筒内噴射エンジンの吸入空気量制御デバイスとして、また、車両の操縦安定性の向上や加速フィーリングの向上等の要求から、エンジンの出力を自由に制御したいというニーズが高まってきている。現在その達成部の中で最も有効な部として“Ｄｒｉｖｅ Ｂｙ Ｗｉｒｅ”技術を用いた電子制御スロットルを挙げることができる。
【０００５】
この電子制御スロットルは、上記アクセルケーブルを廃止し、アクセルペダル操作量を電気的に検出してスロットルバルブをモータ駆動する“Ｄｒｉｖｅ Ｂｙ Ｗｉｒｅ”技術を用いてスロットルバルブ制御を行うものである。これにより、ドライバーのアクセルペダル操作とは独立してスロットルバルブ操作ができ、自由にエンジン出力を制御することが可能となる。
【０００６】
ガソリン筒内噴射エンジンでは、空燃比を理論空燃比（ストイキオＡ／Ｆ）から超リーン（リーンＡ／Ｆ）まで広範囲に変化させるが、同一スロットル開度におけるストイキオＡ／Ｆ運転時とリーンＡ／Ｆ運転時との発生トルク間には大きな差があり、Ａ／Ｆがリーン⇔ストイキオ間で切り換わる際のトルク変動を抑制するには吸入空気量を補正する必要がある。
【０００７】
これらの問題を解決する部として電子制御スロットルが用いられている。
さらに、特開平５−２４００７０号公報に開示されているスロットルバルブの制御では、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機やギヤを介して連結することで、高精度なスロットルバルブの開度制御性が得られることが示されている。
【０００８】
またブラシレスモータの固定子巻き線（以下相と称す）を切り換えるときに、相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価でしかも高精度の回転検出器を不要としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる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では以下のような問題点がある。
まず、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検出器が必要であり、モータ制御装置の信号入力Ｉ／Ｆの増加を必要とするためコストアップになる。また、逆起電圧検出方式ではモータが所定速度以上で回動している場合のみ逆起電圧検出が可能であり、スロットルバルブ制御のような静止・回動を頻繁に繰り返すような用途では逆起電圧検出は困難となる。
【００１０】
また、スロットル開度センサを基に通電相の切り換えを行うと減速機やスロットル開度センサの特性公差による通電相切り換え位置のずれが生じる。
さらに、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を基に、ある通電相から次の通電相へ切り換える際には、電流が急激に変化するために、前記検出器の信号が相に加わる磁束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るため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相への通電電流を独立して正弦波で供給する３相通電方式を採用することが考えられるが、この方式にはモータの回転子の回転角を精密に測定する検出器が必要になるという問題点がある。
【００１１】
そこで、ブラシレスモータをキースイッチＯＦＦ時にステップ駆動してロータ磁極位置とステータとの幾何学的位置関係をスロットル開度センサ出力値により学習し、学習値をＲＡＭなどのバッテリバックアップメモリ及び不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭに記憶し、キースイッチＯＮ時にスロットル開度センサ出力値と前記ロータ磁極位置学習値とからモータ通電位相角を演算して三相巻き線の通電位相制御を行う方式が考えられている。
【００１２】
この方式をモータ非通電状態でスロットルバルブが中間開度位置に保持されるようなアクチュエータに適用した場合、アクチュエータ部品交換後に前記ロータ磁極位置学習を実施しないでキースイッチＯＮ始動操作すると、前記ロータ磁極位置学習値と部品交換後のアクチュエータのロータ磁極位置とが不整合となるためモータ駆動によるスロットル開度制御ができず、スロットルは中間開度位置に開いた状態で固定されてエンジンが始動されるために、制御装置がこのスロットル制御不可状態を認識できないとエンジンの異常な回転増加を生じるなどの問題がある。
【００１３】
この発明は上記のような問題点を解消するために成されたもので、安価で安全性および制御性に優れたエンジンの吸入空気量制御装置を得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係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回転軸で支持されるスロットルバルブと、前記回転軸に回転子が連結されるブラシレスモータと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを備え、各種運転情報に基づいて前記スロットルバルブを前記ブラシレスモータにより制御するエンジンの吸入空気量制御装置であって、前記ブラシレスモータをステップ駆動して前記回転子の磁極位置を前記スロットル開度センサにより検出し学習する回転子磁極位置学習部と、前記回転子磁極位置学習値を記憶する回転子磁極位置学習値記憶部と、前記ブラシレスモータを所定のステップ位置に駆動し、前記回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した磁極位置学習値と前記スロットル開度センサで検出された前記ブラシレスモータの磁極位置とを照合する磁極位置照合部とを設け、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ時に所定の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させた場合のスロットル開度センサで検出した回転子磁極位置と回転子磁極位置学習値との偏差が所定値以上の場合は、回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した学習値と該ブラシレスモータの磁極位置とが不一致であると判定するようにし、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、回転子磁極位置学習値と前記ブラシレスモータの磁極位置とが不一致と判定された場合、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障と判定して警告するとともに、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたものである。
【００１５】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置の回転子磁極位置学習部による磁極位置学習は、キースイッチＯＦＦ時に実施するようにしたものである。
【００１６】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置の回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、キースイッチＯＮ時に実施するようにしたものである。
【００１７】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、キースイッチＯＮ時のモータ非通電状態において前記スロットル開度位置を中間開度位置する中間開度停止機構を備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、中間開度位置から全閉方向の最初の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させることにより行うものである。
【００２０】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、バッテリ電圧が所定値以下の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたものである。
【００２１】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ直後の前記スロットル開度位置が所定値範囲以外の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたものである。
【００２２】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、前記回転子磁極位置学習が未学習状態の場合は前記磁極位置照合を禁止するとともに、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障として警告し、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたもである。
【００２３】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、前記回転子磁極位置学習値記憶部はバッテリにより供給されて記憶動作を保持する揮発性メモリと、不揮発性メモリを備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合のい際に、バッテリ外してない状態でのキースイッチＯＮ時は、前記揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合し、バッテリ外し直後のキースイッチＯＮ時は、前記不揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合するようにしたものである。
【００２４】
この発明に係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部による磁極位置学習において、前記スロットル中間開度位置から全閉方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以下にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全閉位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたものである。
【００２５】
この発明に係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部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置から全開方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以上にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全開位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたものである。
【００２６】
この発明に係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部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置検出時またはスロットル全開位置検出時、通電パターンを切り換えてステップ駆動方向を反転させるようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るエンジン吸入空気量制御装置を各添付図面について説明する。
図１は本発明の実施の形態１によるエンジン吸入空気量制御装置の構成図である。本実施の形態に係るエンジン吸入空気量制御装置における、エンジン（図示しない）への吸入空気量を調整するスロットルアクチュエータ１０は、吸入空気通路の開口面積を変化させるスロットルバルブ１１、スロットルバルブ１１を支持する回転軸１２、回転軸１２の一方の軸端に設けられ、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１３、同様に回転軸１２の軸端に設けられたスロットルバルブ１１が初期位置（中間度位置）となるように開方向或いは閉方向とにそれぞれ付勢するリターンスプリング１４、回転軸１２のもう一方の軸端に設けられた減速機１５を介して連結された回転子１６と固定子巻き線１７とから成るブラシレスモータ（電動機）１８より構成される。
【００２８】
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２０は、運転者が操作するアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を表すアクセル開度センサ（ＡＰＳ）入力、エンジン回転数、車速、水温など、自動車の各種運転情報を入力として目標スロットル開度θ0を演算する目標開度設定部２１、スロットル開度センサ（ＴＰＳ）１３からの入力信号である実スロットル開度θrと目標スロットル開度θ0との開度偏差△θからモータ相電流を演算するモータ電流演算部２２，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、スロットル開度センサ１３により検出された固定子１７と回転子１６との磁極位置関係を学習する磁極位置学習部２３と、磁極位置学習部２３で学習した学習値を記憶する磁極位置学習値記憶部２９と、スロットル開度センサ１３の出力と磁極位置学習値記憶部２９からの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部２４と、回転子回転角検出部２４から得られた回転子回転角に基づいて通電状態の各固定子巻き線１７の通電比率を各巻き線毎に独立して演算するモータ通電位相演算部２５と、モータ電流演算部２２からの電流値とモータ通電位相演算部２５からの通電比率に基づいて通電状態の各固定子巻き線１７の電流に相当するＰＷＭデューティを出力するモータ制御部２６と、モータ制御部２６からの駆動信号に基づいてブラシレスモータ１０に電流を供給するモータ駆動部２７と、ブラシレスモータ１０の各固定子巻き線１７を所定の通電パターンに従って通電しステップ駆動するステップ駆動通電パターン設定部２８と、キースイッチＯＮ時に磁極位置学習値記憶部２９で記憶した所定の磁極位置に回転子１６をステップ駆動通電パターン設定部２８で駆動したときのスロットル開度センサ１３の出力値による回転子磁極位置と磁極位置学習値記憶部２９で記憶された磁極位置学習値とが一致しているかどうかを照合する磁極位置照合部３０と、イグニッション（ＩＧ）スイッチ信号とエンジン回転速度Ｎｅとを入力してキースイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定するキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１により構成されている。尚、磁極位置学習値記憶部２はバッテリにより供給されて記憶動作を保持する揮発性メモリと、不揮発性メモリを備え、磁極位置照合部３０による磁極位置照合において、バッテリ外してない状態でのキースイッチＯＮ時は、前記揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合し、バッテリ外し直後のキースイッチＯＮ時は、前記不揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合する。
【００２９】
尚、スイッチＳ１は、キースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によるキースイッチのＯＦＦ判定時に、ステップ駆動通電パターン設定部２８で設定した通電パターンを磁極位置学習部２３に読み込ます。この結果、磁極位置学習部２３は、通電パターンに従ってスロットルバルブ１１がスロットル全閉側にステップ駆動した際の各ステップ位置におけるスロットル開度電圧値を通電パターンに対応させて磁極位置学習値記憶部２９に記憶させる。
【００３０】
また、キースイッチのＯＮ判定時には、スイッチ１はステップ駆動通電パターン設定部２８で設定した通電パターンを磁極位置照合部３０に読み込ます。この結果、磁気位置照合部３０は、磁気位置学習値記憶部２９から読み出した現在の全閉方向と最も近い磁極位置学習値とステップ駆動通電パターン設定部２８より読み出した前記磁極位置学習値により駆動した通電パターンとを照合する。
【００３１】
スイッチＳ２に関しては、キースイッチのＯＦＦ判定時に、ステップ駆動通電パターン設定部２８とモータ制御部２６とを接続し、モータ制御部２６に通電パターンを出力することでモータ駆動部２７に通電パターンに対応したモータ駆動信号を出力する。
【００３２】
また、キースイッチのＯＮ判定時には、スイッチ２はモータ通電位相演算部２５とモータ制御部２６とをスイッチ２で接続し、回転子回転角演算部２４で演算された回転角に基づいてモータ通電位相演算部２５で演算された各通電固定子巻き線１７に流す電流に相当するＰＷＭデューティをモータ制御部２６に出力する。
【００３３】
図２は実施の形態１による中間開度停止機構付きスロットルアクチュエータの概略構成図である。ブラシレスモータ１８の駆動力は減速機１５を介してスロットルバルブ１１を支持するスロットルバルブ回転軸１２に伝達される。スロットルバルブ回転軸１２にはバルブレバー１２ａが連結されており、バルブレバー１２ａにはスロットルリターンスプリング１４ａにより付勢力Ｆ１が作用し、スロットルバルブ１１を全閉方向に付勢している。
【００３４】
スロットルバルブオープナー１２ｂはリンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２の作用により、スロットルバルブ１１を全開方向に付勢している。スロットルリターンスプリング１４ａの付勢力Ｆ１とリンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２は、Ｆ１＜Ｆ２の関係に設定されている。そのため、ブラシレスモータ１８が非通電状態では、リンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２でスロットルバルブオープナー１２ｂが中間開度位置ストッパー１９ｃに押し付けられる。その結果として、スロットバルブ１１は中間開度位置に停止するためリンプホーム走行が可能となる。
【００３５】
ブラシレスモータ１８によるスロットルバルブ１１の開閉駆動時には、スロットルバルブレバー１２ａは、全開ストッパ１９ａと全閉ストッパ１９ｂとで回動制限され、それぞれスロットル全閉位置およびスロットル全開位置が決まる。
【００３６】
図３はモータ駆動部２７をより詳細に示す構成図である。モータ制御部２６からの駆動信号に基づいてブラシレスモータ１０の固定子巻き線１７に電流を供給するモータ駆動部２７は、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２７ａ１〜２７ａ３、最終段スイッチング素子群２７ｂ１〜２７ｂ３、そして下流側最終段スイッチング素子群２７ｃ１〜２７ｃ３を含み、固定子巻き線Ｗｕ，Ｗｖ，Ｗｗに流れる電流を検出する電流検出器２７ｄとその検出電流より過電流を検出する過電流検出器２７ｅを有する。過電流検出器２７ｅの出力はモータ制御部２６に入力され、過電流検出時にはモータ駆動信号をＯＦＦし過電流保護を行っている。ブラシレスモータの固定子巻き線Ｗｕ，Ｗｖ，Ｗｗは、最終スイッチング素子群２７ｂ１〜２７ｂ３と２７ｃ１〜２７ｃ３を介してバッテリＢとグランド間に接続されている。
【００３７】
このモータ駆動部２７の動作としては、前段スイッチング素子２７ａ１及び２７ａ２を導通させて最終段スイッチング素子２７ｂ１及び２７ｂ２をそれぞれＯＮ動作させると共に、モータ制御部２６からの制御信号により下流最終段スイッチ２７ｃ３をＯＮ動作させることでＵ相巻線ＷｕからＷ相巻線Ｗｗに向けて電流が流れると共に、Ｖ相巻線ＷｖからＷ相巻線Ｗｗに向けて電流が流れることでモータ内部の磁界の分布が変わり回転子１６は一定角度回転する。
次に、前段スイッチング素子２７ａ１を導通させて最終段スイッチング素子２７ｂ１をＯＮ動作させると共に、モータ制御部２６からの制御信号により下流最終段スイッチ２７ｃ２及び２７ｃ３をＯＮ動作させることでＵ相巻線ＷｕからＷ相巻線Ｗｗに向けて電流が流れると共に、Ｕ相巻線ＷｕからＶ相巻線Ｗｖに向けて電流が流れることでモータ内部の磁界の分布が変わり回転子１６は更に一定角度回転する。
【００３８】
更に、前段スイッチング素子２７ａ１および２７ａ３を導通させて最終段スイッチング素子２７ｂ１および２７ｂ３をＯＮ動作させると共に、モータ制御部２６からの制御信号により下流最終段スイッチ２７ｃ２をＯＮ動作させることでＵ相巻線ＷｕからＶ相巻線Ｗｖに向けて電流が流れると共に、Ｗ相巻線ＷｗからＶ相巻線Ｗｖに向けて電流が流れることでモータ内部の磁界の分布が変わり回転子１６は更に一定角度回転する。
【００３９】
以上のように各スイッチ素子群をＯＮ動作を所定タイミングで切り換え、各相巻線に流れる電流の向きを変化させることで、モータ内部の磁界分布の変化により回転子は一定角度ずつステップ動作を繰り返しながら回転する。
尚、このモータ制御部２７はブラシレスモータの通常の制御回路で構成されており、本願発明の特徴を成すものでないので詳細な説明は省略する。
【００４０】
次に本実施の形態の動作について説明する。
まず、スロットル中間開度位置学習動作について説明する。
エンジンの吸入空気量制御装置２０において、イグニッションスイッチ信号がＯＦＦでエンジン回転速度Ｎｅが０になるとキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によりキースイッチＯＦＦ判定し、スロットル開度電圧が所定開度電圧範囲（例えば０．８Ｖ〜１．８Ｖ）にある場合は、前記モータ制御部２６の駆動信号をＯＦＦしてスロットルバルブを前記リターンスプリング１４ａおよびリンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力により中間開度位置に戻し、スロットルバルブが中間開度位置に十分安定した状態（例えば開度電圧変化がサンプリング周期１５ｍｓ前後で２０ｍＶ以下となった時点から所定時間（例えば０．５秒）経過後）でスロットル開度センサ１３からの開度電圧ＶＳ０を中間開度位置学習値として記憶する。中間開度位置学習後に回転子磁極位置学習を開始する。中間開度位置学習が完了しない場合は回転子磁極位置学習動作への移行を禁止する。
【００４１】
次に回転子磁極位置の学習動作について説明する。
エンジンの吸入空気量制御装置２０において、イグニッションスイッチ信号がＯＦＦでエンジン回転速度Ｎｅが０になるとキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によりキースイッチＯＦＦ判定してから、スロットル中間開度位置学習が完了すると回転子磁極位置学習動作に移行する。
【００４２】
モータ制御部２６は、ブラシレスモータ１０の回転子１６をステップ駆動するのに必要な駆動トルク相当のモータ相電流を供給するための一定ＰＷＭデューティ（例えば５０％）とステップ駆動通電パターン設定部２８からの通電パターン（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、各通電固定子巻き線１７の相電流に相当するＰＷＭデューティをモータ駆動部２７に出力し、通電パターンをスロットルバルブ１１が中間開度位置から閉じる方向に順次切り換える指示を出す。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（例えば回転子回転角で３０ｄｅｇのステップ動作）を繰り返す。
【００４３】
図８に示す表１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マル１〜マル６と各相の発生磁極およびスロットル駆動方向の関係を示したものである。通電固定子巻き線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。
【００４４】
図４は、ブラシレスモータ１８の固定子巻き線が無通電でスロットルバルブ１１が中間開度位置に戻された状態での固定子と回転子との位置関係が回転子磁極境界線Ｍ１と固定子Ｕ相基準線Ｍ２とが一致した組み付け状態にある場合において、スロットルバルブ１１が中間開度位置の状態から各通電パターンマル１〜マル６による回転子１６のステップ駆動位置整定時における固定子１７と回転子１６の磁極位置関係について示した図である。
【００４５】
通電パターンマル６では、回転子１６が組み付け初期位置（スロットル中間開度位置）からスロットル全閉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マル５では、さらに３０ｄｅｇステップ動作し組み付け初期位置からは４５ｄｅｇ回転した位置に回転子１６を整定する。同様に通電パターンを通電パターンマル４からマル１に順次切り換えると、回転子１６は回転角３０ｄｅｇごとにステップ動作しスロットルバルブを全閉側に駆動する。
【００４６】
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各固定子巻き線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相への通電パターンと各相電流および各相磁極パターンと、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およびＴＰＳ電圧との関係を示した図である。
無通電状態ではスロットルバルブは中間開度位置にあり、ＴＰＳ電圧値は中間開度電圧学習値ＶＳ０と同じ電圧を示す。通電パターンマル６でＵ相、Ｖ相に相電流が流れ込みＳ極を形成し、Ｗ相からは相電流が流れ出しそれぞれＮ極を形成して回転子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電圧値ＶＳ１の位置で整定する。
【００４７】
同様に通電パターンマル５ではＵ相に相電流が流れ込みそれぞれＳ極を形成し、Ｖ相、Ｗ相からは前記相電流が流れ出しＮ極を形成して回転子１６の磁極との吸引力により回転子１６がステップ動作してＴＰＳ電圧値ＶＳ２の位置で整定する。
モータ回転子１６の磁極位置と固定子巻き線１７の位置関係は組み付け調整されていないため、初回ステップ動作はステップ駆動通電パターン設定部２８からのどの通電パターンでステップ動作開始するのか不定である。また、前記モータ回転子１６の磁極位置と固定子巻き線１７の組み付け位置関係と、ステップ駆動一発目の通電パターン（例えば通電パターンマル６）により、初回ステップ駆動時のステップ位置は中間開度位置から全開側になるのか全閉側になるのか不定である。そこで中間開度位置（中間開度電圧学習値ＶＳ０）から最も近い全閉側のステップ位置の磁極位置学習値ＶＳ１と、その位置へ駆動した通電パターン（この動作例では通電パターンマル６）を記憶する。
【００４８】
図６はキースイッチＯＮ直後の回転子磁極位置照合動作、キースイッチＯＦＦ時のスロットル中間開度位置学習および回転子磁極位置学習処理についてのフローチャートを示したものである。
ステップＳ１０１ではバッテリ外し直後のキースイッチＯＮ操作かどうかをＲＡＭに記憶された所定値によって判定する。バッテリ外しがあった場合はＥＥＰＲＯＭから回転子磁極位置学習値、中間開度位置電圧学習値（ＶＳ０）、中間開度位置から最も近い全閉側のステップ位置の磁極位置学習値ＶＳ１と、その位置へ駆動した通電パターン（この動作例では通電パターンマル６）を読み込む（ステップＳ１０１）。
【００４９】
バッテリ外しがなかった場合にはステップＳ１０２でキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によりキースイッチＯＦＦかどうか判定し、キースイッチＯＦＦであればステップＳ１０３に進み、イニシャライズ処理を行う。ステップＳ１０３でイニシャライズ処理終了フラグがセットされている場合はステップＳ１０２へ進み同様の処理を行い、フラグがセットされていればステップＳ１０４のイニシャライズ処理を行う。
【００５０】
ステップＳ１０４のイニシャライズ処理では、まず、ブラシレスモータ１８を非通電状態にし、リンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２でスロットルバルブオープナー１２ｂを中間開度位置ストッパー１９ｃに押し付けてスロットルバルブ１１を中間開度位置に戻し、スロットル開度位置が充分安定するまで所定時間（例えば０．５秒）経過後に、スロットル開度センサ１３の出力電圧により中間開度位置電圧（第５図の動作ではＶＳ０）の学習を行う。
【００５１】
中間開度位置電圧学習後、ブラシレスモータ１８を前記表１の通電パターンマル６から通電パターンマル１に順次駆動切り換えしてスロットル全閉方向にステップ駆動し、中間開度位置電圧学習値（第５図の動作ではＶＳ０）に最も近い全閉方向の磁極位置学習値（第５図の動作ではＶＳ１）とその磁極位置に駆動した通電パターン（第５図の動作では通電パターンマル６）を記憶するとともに、所定通電時間ｔ１（例えば７５ｍｓ）ごとにステップ駆動通電パターン設定部２８からの通電パターンに従って回転子１６をスロットル全閉側にステップ駆動し、各ステップ位置をスロットル開度電圧値（ＶＳ２、ＶＳ３、ＶＳ４…）として記憶していく。
【００５２】
ステップ駆動により前回ステップ位置ＶＳｎ−１と今回ステップ位置ＶＳｎのステップ位置変化量（｜ＶＳｎ−ＶＳｎ−１｜）が所定値Ｖｓｒ以下で、スロットル開度電圧値が所定値以下（例えば０．７Ｖ以下）の場合はスロットルバルブが全閉位置に到達したと判定しステップ位置Ｖｃｌｓ（図５の動作ではＶＳ７）をスロットル全閉位置学習値として記憶するとともに、前記通電パターンをスロットル開き側の通電パターンに切り換え（図５の動作では通電パターンマル６から通電パターンマル１、通電パターンマル２・・へと切り換え）スロットル全開方向にステップ駆動して各ステップ位置でのスロットル開度電圧値を磁極位置学習値として記憶していく。
【００５３】
さらにステップ駆動により前回ステップ位置ＶＳｎ−１と今回ステップ位置ＶＳｎのステップ位置変化量（｜ＶＳｎ−ＶＳｎ−１｜）が所定値Ｖｓｒ以下で、スロットル開度電圧値が所定値以上（例えば４．０Ｖ以上）の場合にはスロットルバルブが全開位置に到達したと判定しステップ位置Ｖｗｏｔ（図示しない）をスロットル全開位置学習値として記憶するとともに、通電パターンをスロットル閉じ側の通電パターンに切り換え（例えば全開位置での通電パターンが通電パターンマル１の場合、次は通電パターンマル６→通電パターンマル５…へと切り換えていく）、スロットル全閉方向にステップ駆動して各ステップ位置でのスロットル開度電圧値を磁極位置学習値として記憶していく。
【００５４】
ステップＳ１０５では、イニシャライズ動作時のステップ位置がスロットル中間開度位置からスロットル全閉位置を経てスロットル全開位置、再度スロットル中間開度位置（図５の動作ではＶＳ０）へ戻ってきたかを判定し、中間開度位置に戻っていない場合はステップＳ１０４のイニシャライズ動作を継続し、中間開度位置に戻ってきた場合はロータ磁極位置学習完了と判定し、ステップＳ１０６で磁極位置学習値をバックアップＲＡＭに書き込み、イニシャライズ処理終了フラグをセットしてステップＳ１０２へ進み同様の処理を行う。
【００５５】
ステップＳ１０２でキースイッチＯＮと判定された場合は、磁極位置学習が未学習状態かをフラグで判定し（Ｓ１０７）、未学習状態の場合は、ステップＳ１１２の処理を行う。
【００５６】
磁極位置学習が実施済みの場合は、ステップＳ１０８で磁極位置照合部３０では、磁極位置学習値記憶部２９より磁極位置学習値を読み出し、中間開度位置電圧学習値（図５の動作ではＶＳ０）に最も近い全閉方向の磁極位置学習値（図５の動作ではＶＳ１）とその磁極位置に駆動した通電パターン（図５の動作では通電パターンマル６）を読み出す。
【００５７】
そして、その通電パターン（図５の動作では通電パターンマル６）で前記ブラシレスモータ１８をステップ駆動し、その時のステップ位置でのスロットル開度電圧ＶＳと中間開度位置電圧学習値（図５の動作ではＶＳ０）に最も近い全閉方向の磁極位置学習値（第５図の動作ではＶＳ１）との絶対値偏差が所定値（例えば０．１Ｖ）以内にない場合は、前記磁極位置学習値と前記ブラシレスモータ１８の回転子磁極位置とが不一致と判定する。
【００５８】
次に、ステップＳ１１２ではブラシレスモータ１８によるスロットルバルブ１１の駆動制御ができないため、図示しないリレーによりモータへの電源供給を遮断してスロットルバルブ１１を中間開度位置に戻し、ポジションＦ／Ｂ故障フラグをセットしてキースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止するとともに図示しない警告灯により警告する。
【００５９】
次に、ステップＳ１１３でスロットルバルブ中間開度位置でのＬｉｍｐ ｈｏｍｅ走行するのに適したエンジン出力制御（例えばアクセル踏み込み状態に応じてエンジンの燃焼気筒数を制御）を行うところのＬｉｍｐ ｈｏｍｅ処理を行う。
【００６０】
磁極位置照合部３０で磁極位置学習値とブラシレスモータ１８の回転子磁極位置が一致していることを判定した場合は、ステップＳ１０９で磁極位置学習値をＥＥＰＲＯＭに書き込むかどうか（例えばイニシャライズ処理回数が所定回数に到達したかどうか）を判定し、書き込み判定された場合はバックアップＲＡＭに記憶している磁極位置学習値をＥＥＰＲＯＭに書き込み（Ｓ１１０）、後述の通常スロットル開度制御を行う（Ｓ１１１）。
尚、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への電源供給用リレーであり、キースイッチＯＦＦ後所定時間（例えば７秒）でＯＦＦするように設定されている。
【００６１】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を説明する。実施の形態２の構成および動作は、前述の実施の形態１で説明した内容とほぼ同様であり、実施の形態２では回転子磁極位置照合部３０による磁極位置照合において、図示しないバッテリ電圧検出部によるバッテリ電圧検出値が所定電圧値（例えば１０Ｖ）以下の場合は、前記磁極位置照合を禁止し、エンジン始動時のようなバッテリ電圧不安定状態での照合判定を行わないようにした。
【００６２】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３を説明する。実施の形態３の構成および動作は、前述の実施の形態１で説明した内容とほぼ同様であり、実施の形態３ではキースイッチＯＮ直後の前記スロットル開度電圧が前記中間開度位置停止機構の位置決め公差やスロットル開度センサ１３の特性公差で決まる所定開度電圧範囲以外にある場合は、前記磁極位置照合を禁止するようにした。
【００６３】
次にキースイッチＯＮ時の通常スロットル開度動作について説明する。
キースイッチＯＮ時の回転子磁極位置照合により磁極位置学習値とブラシレスモータの回転子磁極位置が一致した状態では、自動車の各種情報（アクセル開度、エンジン回転数、車速など）に適応した目標スロットル開度θ0が目標開度設定部２１により設定され、スロットル開度センサ（ＴＰＳ）１３から得られる実スロットル開度θrと目標スロットル開度θ0との差である開度偏差△θがモータ電流演算部２２において、以下の式（１）から求められモータ制御部２６に入力される。
【００６４】
△θ＝θ0−θr ・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００６５】
モータ電流演算部２２は、△θが正の場合は目標開度に対する実際のスロットルバルブ開度が不足しているため、ブラシレスモータの相電流を増加させ、△θが負の場合は目標開度に対して実際のスロットルバルブ開度が過剰としてブラシレスモータの相電流を減少させる制御を行う。
△θからモータ相電流を求める演算としてはＰＩＤ制御器がよく用いられる。ＰＩＤ制御器におけるモータ相電流Ｉｍの演算式は以下の式（２）で表せられ、△θがゼロになるように相電流を制御するように働く。そして、以上で求められたモータ相電流Ｉｍがモータ制御部２６に入力される。
【００６６】
Ｉｍ＝ＫP・△θ＋ＫI・Σ△θｄｔ＋ＫD・△θ／ｄｔ・・・（２）
Ｉｍ：ＰＩＤ演算されたモータ相電流
ＫP：比例ゲイン
ＫI：積分ゲイン
ＫD：微分ゲイン
【００６７】
また、スロットルバルブ開度信号出力と回転子磁極位置学習値とに基づいて回転子回転角演算部２４により回転子回転角を演算し、回転子回転角検出部２４から得られた回転子回転角に基づいてモータ通電位相演算部２５により各通電固定子巻き線１７の通電比率を各巻き線毎に独立して演算する。モータ制御部２６では、モータ相電流演算部２２からの電流値Ｉｍとモータ通電位相演算部２５からの通電比率に基づいて各通電固定子巻き線１７の電流Ｉｓに相当するＰＷＭデューティ値を演算し、モータ駆動部２７に出力する。
【００６８】
モータ駆動部２７は、各通電固定子巻き線１７の電流Ｉｓに相当するＰＷＭデューティ駆動信号により該当するスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより所望の相に電流を供給する。
【００６９】
次に３相通電方式について説明する。
図７は正弦波通電方式における各相電流、磁束、トルクの関係を示した図である。図において、回転子が回転することによって各巻き線が正弦波の磁束と交差するときに、各相に磁束密度Φと同位相で相似な波形の正弦波電流Ｉｓを供給すると、このとき通電による各相の発生トルクＴｓは、以下の式（３）で表せる。
【００７０】
Ｔｓ＝ｋ・Φ・Ｉｓ （ｋは定数）・・・・・・・（３）
【００７１】
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の合成トルクで表せられ、理論上は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。
【００７２】
このような通電方式を正弦波通電方式と呼ぶが、一般に、各相への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に回転子回転角を精密に検出しなければならない。回転子磁極位置学習値とスロットルバルブ開度センサの信号を用いて正弦波通電方式を実現したのが本実施の形態である。
また、ＰＷＭデューティおよび回転子回転角の関係は以下の式（４），（５），（６）で表せる。
【００７３】
ＰＷＭデューティ１＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２γ・・・・・・・・（４）
ＰＷＭデューティ２＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ−６０°）・・（５）
ＰＷＭデューティ３＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ＋６０°）・・（６）
γ：回転子回転角
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、本発明の請求項１に係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回転軸で支持されるスロットルバルブと、前記回転軸に回転子が連結されるブラシレスモータと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを備え、各種運転情報に基づいて前記スロットルバルブを前記ブラシレスモータにより制御するものであって、前記ブラシレスモータをステップ駆動して前記回転子の磁極位置を前記スロットル開度センサにより検出し学習する回転子磁極位置学習部と、前記回転子磁極位置学習値を記憶する回転子磁極位置学習値記憶部と、前記ブラシレスモータを所定のステップ位置に駆動し、前記回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した磁極位置学習値と前記スロットル開度センサで検出された前記ブラシレスモータの磁極位置とを照合する磁極位置照合部とを設け、キースイッチＯＮ時に吸入空気量制御装置で記憶した磁極位置学習値とスロットルアクチュエータの磁極位置を照合し、照合判定結果に応じてスロットル制御の可否を判定し、スロットル制御可否に応じてエンジン出力制御するようにしたため、スロットルアクチュエータや吸入空気量制御装置などの部品交換後に前記回転子磁極位置学習を行わずにエンジン始動を行った場合でも、エンジン出力を適正に制御でき安全性を確保できるという効果がある。また、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ時に所定の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させた場合のスロットル開度センサで検出した回転子磁極位置と回転子磁極位置学習値との偏差が所定値以上の場合は、回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した学習値と該電動機の磁極位置とが不一致であると判定するようにしたので、キースイッチＯＮ時にスロットル制御可否が即座に認識できるという効果がある。さらに、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、回転子磁極位置学習値と前記電動機の磁極位置とが不一致と判定された場合、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障と判定して警告するとともに、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたので、スロットル制御不能状態を運転者に警告するとともに走行時の安全性を確保しつつ待避走行が可能となるという効果がある。
【００７５】
本発明によれば、前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習をキースイッチＯＦＦ時に実施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防止でき、異常なエンジン回転速度上昇や車両の異常加速などの危険を回避できるという効果がある。
【００７６】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合をキースイッチＯＮ時に実施するようにしたので、エンジン始動前にスロットル制御の可否が認識でき、スロットル制御可否に応じてエンジン出力を適正に制御できるため安全であるという効果がある。
【００７７】
本発明によれば、キースイッチＯＮ時のモータ非通電状態において、前記スロットル開度位置を中間開度位置する中間開度停止機構を備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、中間開度位置から全閉方向の最初の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させることで、磁極位置照合処理が短時間で行えるという効果がある。
【００８０】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、バッテリ電圧が所定値以下の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたので、バッテリ低電圧時の磁極位置照合誤判定を防止することができるという効果がある。
【００８１】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ直後の前記スロットル開度位置が所定値範囲以外の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたので、前記スロットルバルブがメカ的にロックしたような場合でも磁極位置照合の誤判定をすることがないという効果がある。
【００８２】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、前記回転子磁極位置学習が未学習状態の場合は前記磁極位置照合を禁止するとともに、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障として警告し、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたので、スロットル制御不能状態を運転者に警告するとともに走行時の安全性を確保しつつ待避走行が可能となるという効果がある。
【００８３】
本発明によれば、回転子磁極位置学習値記憶部はバッテリにより供給されて記憶動作を保持する揮発性メモリと、不揮発性メモリを備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合のい際に、バッテリ外してない状態でのキースイッチＯＮ時は、前記揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合し、バッテリ外し直後のキースイッチＯＮ時は、前記不揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合するようにしたので、磁極位置の照合判定が確実にできるという効果がある。
【００８４】
本発明によれば、前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル中間開度位置から全閉方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以下にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全閉位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたので、スロットルバルブ全閉位置が容易に学習でき、目標開度設定時のスロットル全閉指令値が正確になりモータに必要以上の電流を流すことが避けられるという効果がある。
【００８５】
本発明によれば、回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置から全開方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以上にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全開位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたので、スロットルバルブ全開位置が容易に学習でき、目標開度設定時のスロットル全開指令値が正確になりモータに必要以上の電流を流すことが避けられるという効果がある。
【００８６】
本発明によれば、前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置検出時またはスロットル全開位置検出時、通電パターンを切り換えてステップ駆動方向を反転させるようにしたので、ステップ駆動時のスロットル全閉／全開ストッパ突き当たり時の脱調が回避でき磁極位置学習が確実に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る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】 実施の形態１による中間開度停止機構付きスロットルアクチュエータの概略を示す構成図である。
【図３】 実施の形態１に係るモータ駆動部の詳細を示す図である。
【図４】 実施の形態１に係る各通電パターンでの固定子と回転子の磁極位置関係を示す図である。
【図５】 実施の形態１に係るステップ動作における通電パターンを説明する図である。
【図６】 実施の形態１に係る回転子ステップ駆動制御を説明するフローチャート図である。
【図７】 実施の形態１に係る正弦波通電方式の各相電流、磁束、トルクの関係を示した図である。
【図８】 実施の形態１に係るステップ駆動用パターンを表にして示した図である。
【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 減速機、１８ ブラシレスモータ、２０ エンジンの吸入空気量制御装置、２３ 回転子磁極位置学習部、２４ 回転子回転角演算部、２６ モータ制御部、２７ モータ駆動部、２８ ステップ駆動通電パターン設定部、２９ 磁極位置学習値記憶部、３０磁極位置照合部、３１ キースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに供給する吸入空気量を、モータでスロットルバルブを回動して制御するようにした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】
一般の自動車では、エンジンの吸入空気通路中にスロットルバルブが設けられ、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と連動して開閉される。これによりエンジンの吸入空気量がアクセルペダルの操作量に応じて制御される。
かかる吸入空気量制御は、スロットルバルブとアクセルペダルとを、リンクやケーブル等の機械的連結部により連動させることによって達成される。
【０００３】
しかし、このような機械的連結部を用いたものでは、アクセルペダル踏み込み量とスロットル開度との関係が一義的に決まり自由度がないこと及びアクセルペダルとスロットルバルブとの位置関係が制約されるために、自動車への搭載位置の自由度が少なくなると云う問題点があった。
【０００４】
近年、ガソリン筒内噴射エンジンの吸入空気量制御デバイスとして、また、車両の操縦安定性の向上や加速フィーリングの向上等の要求から、エンジンの出力を自由に制御したいというニーズが高まってきている。現在その達成部の中で最も有効な部として“Ｄｒｉｖｅ Ｂｙ Ｗｉｒｅ”技術を用いた電子制御スロットルを挙げることができる。
【０００５】
この電子制御スロットルは、上記アクセルケーブルを廃止し、アクセルペダル操作量を電気的に検出してスロットルバルブをモータ駆動する“Ｄｒｉｖｅ Ｂｙ Ｗｉｒｅ”技術を用いてスロットルバルブ制御を行うものである。これにより、ドライバーのアクセルペダル操作とは独立してスロットルバルブ操作ができ、自由にエンジン出力を制御することが可能となる。
【０００６】
ガソリン筒内噴射エンジンでは、空燃比を理論空燃比（ストイキオＡ／Ｆ）から超リーン（リーンＡ／Ｆ）まで広範囲に変化させるが、同一スロットル開度におけるストイキオＡ／Ｆ運転時とリーンＡ／Ｆ運転時との発生トルク間には大きな差があり、Ａ／Ｆがリーン⇔ストイキオ間で切り換わる際のトルク変動を抑制するには吸入空気量を補正する必要がある。
【０００７】
これらの問題を解決する部として電子制御スロットルが用いられている。
さらに、特開平５−２４００７０号公報に開示されているスロットルバルブの制御では、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機やギヤを介して連結することで、高精度なスロットルバルブの開度制御性が得られることが示されている。
【０００８】
またブラシレスモータの固定子巻き線（以下相と称す）を切り換えるときに、相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価でしかも高精度の回転検出器を不要としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる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では以下のような問題点がある。
まず、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検出器が必要であり、モータ制御装置の信号入力Ｉ／Ｆの増加を必要とするためコストアップになる。また、逆起電圧検出方式ではモータが所定速度以上で回動している場合のみ逆起電圧検出が可能であり、スロットルバルブ制御のような静止・回動を頻繁に繰り返すような用途では逆起電圧検出は困難となる。
【００１０】
また、スロットル開度センサを基に通電相の切り換えを行うと減速機やスロットル開度センサの特性公差による通電相切り換え位置のずれが生じる。
さらに、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を基に、ある通電相から次の通電相へ切り換える際には、電流が急激に変化するために、前記検出器の信号が相に加わる磁束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るため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相への通電電流を独立して正弦波で供給する３相通電方式を採用することが考えられるが、この方式にはモータの回転子の回転角を精密に測定する検出器が必要になるという問題点がある。
【００１１】
そこで、ブラシレスモータをキースイッチＯＦＦ時にステップ駆動してロータ磁極位置とステータとの幾何学的位置関係をスロットル開度センサ出力値により学習し、学習値をＲＡＭなどのバッテリバックアップメモリ及び不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭに記憶し、キースイッチＯＮ時にスロットル開度センサ出力値と前記ロータ磁極位置学習値とからモータ通電位相角を演算して三相巻き線の通電位相制御を行う方式が考えられている。
【００１２】
この方式をモータ非通電状態でスロットルバルブが中間開度位置に保持されるようなアクチュエータに適用した場合、アクチュエータ部品交換後に前記ロータ磁極位置学習を実施しないでキースイッチＯＮ始動操作すると、前記ロータ磁極位置学習値と部品交換後のアクチュエータのロータ磁極位置とが不整合となるためモータ駆動によるスロットル開度制御ができず、スロットルは中間開度位置に開いた状態で固定されてエンジンが始動されるために、制御装置がこのスロットル制御不可状態を認識できないとエンジンの異常な回転増加を生じるなどの問題がある。
【００１３】
この発明は上記のような問題点を解消するために成されたもので、安価で安全性および制御性に優れたエンジンの吸入空気量制御装置を得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係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回転軸で支持されるスロットルバルブと、前記回転軸に回転子が連結されるブラシレスモータと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを備え、各種運転情報に基づいて前記スロットルバルブを前記ブラシレスモータにより制御するエンジンの吸入空気量制御装置であって、前記ブラシレスモータをステップ駆動して前記回転子の磁極位置を前記スロットル開度センサにより検出し学習する回転子磁極位置学習部と、前記回転子磁極位置学習値を記憶する回転子磁極位置学習値記憶部と、前記ブラシレスモータを所定のステップ位置に駆動し、前記回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した磁極位置学習値と前記スロットル開度センサで検出された前記ブラシレスモータの磁極位置とを照合する磁極位置照合部とを設け、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ時に所定の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させた場合のスロットル開度センサで検出した回転子磁極位置と回転子磁極位置学習値との偏差が所定値以上の場合は、回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した学習値と該ブラシレスモータの磁極位置とが不一致であると判定するようにし、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、回転子磁極位置学習値と前記ブラシレスモータの磁極位置とが不一致と判定された場合、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障と判定して警告するとともに、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたものである。
【００１５】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置の回転子磁極位置学習部による磁極位置学習は、キースイッチＯＦＦ時に実施するようにしたものである。
【００１６】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置の回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、キースイッチＯＮ時に実施するようにしたものである。
【００１７】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、キースイッチＯＮ時のモータ非通電状態において前記スロットル開度位置を中間開度位置する中間開度停止機構を備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、中間開度位置から全閉方向の最初の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させることにより行うものである。
【００２０】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、バッテリ電圧が所定値以下の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたものである。
【００２１】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ直後の前記スロットル開度位置が所定値範囲以外の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたものである。
【００２２】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、前記回転子磁極位置学習が未学習状態の場合は前記磁極位置照合を禁止するとともに、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障として警告し、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたもである。
【００２３】
この発明に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、前記回転子磁極位置学習値記憶部はバッテリにより供給されて記憶動作を保持する揮発性メモリと、不揮発性メモリを備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合のい際に、バッテリ外してない状態でのキースイッチＯＮ時は、前記揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合し、バッテリ外し直後のキースイッチＯＮ時は、前記不揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合するようにしたものである。
【００２４】
この発明に係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部による磁極位置学習において、前記スロットル中間開度位置から全閉方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以下にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全閉位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたものである。
【００２５】
この発明に係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部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置から全開方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以上にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全開位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたものである。
【００２６】
この発明に係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部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置検出時またはスロットル全開位置検出時、通電パターンを切り換えてステップ駆動方向を反転させるようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るエンジン吸入空気量制御装置を各添付図面について説明する。
図１は本発明の実施の形態１によるエンジン吸入空気量制御装置の構成図である。本実施の形態に係るエンジン吸入空気量制御装置における、エンジン（図示しない）への吸入空気量を調整するスロットルアクチュエータ１０は、吸入空気通路の開口面積を変化させるスロットルバルブ１１、スロットルバルブ１１を支持する回転軸１２、回転軸１２の一方の軸端に設けられ、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１３、同様に回転軸１２の軸端に設けられたスロットルバルブ１１が初期位置（中間度位置）となるように開方向或いは閉方向とにそれぞれ付勢するリターンスプリング１４、回転軸１２のもう一方の軸端に設けられた減速機１５を介して連結された回転子１６と固定子巻き線１７とから成るブラシレスモータ（電動機）１８より構成される。
【００２８】
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２０は、運転者が操作するアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を表すアクセル開度センサ（ＡＰＳ）入力、エンジン回転数、車速、水温など、自動車の各種運転情報を入力として目標スロットル開度θ0を演算する目標開度設定部２１、スロットル開度センサ（ＴＰＳ）１３からの入力信号である実スロットル開度θrと目標スロットル開度θ0との開度偏差△θからモータ相電流を演算するモータ電流演算部２２，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、スロットル開度センサ１３により検出された固定子１７と回転子１６との磁極位置関係を学習する磁極位置学習部２３と、磁極位置学習部２３で学習した学習値を記憶する磁極位置学習値記憶部２９と、スロットル開度センサ１３の出力と磁極位置学習値記憶部２９からの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部２４と、回転子回転角検出部２４から得られた回転子回転角に基づいて通電状態の各固定子巻き線１７の通電比率を各巻き線毎に独立して演算するモータ通電位相演算部２５と、モータ電流演算部２２からの電流値とモータ通電位相演算部２５からの通電比率に基づいて通電状態の各固定子巻き線１７の電流に相当するＰＷＭデューティを出力するモータ制御部２６と、モータ制御部２６からの駆動信号に基づいてブラシレスモータ１０に電流を供給するモータ駆動部２７と、ブラシレスモータ１０の各固定子巻き線１７を所定の通電パターンに従って通電しステップ駆動するステップ駆動通電パターン設定部２８と、キースイッチＯＮ時に磁極位置学習値記憶部２９で記憶した所定の磁極位置に回転子１６をステップ駆動通電パターン設定部２８で駆動したときのスロットル開度センサ１３の出力値による回転子磁極位置と磁極位置学習値記憶部２９で記憶された磁極位置学習値とが一致しているかどうかを照合する磁極位置照合部３０と、イグニッション（ＩＧ）スイッチ信号とエンジン回転速度Ｎｅとを入力してキースイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定するキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１により構成されている。尚、磁極位置学習値記憶部２はバッテリにより供給されて記憶動作を保持する揮発性メモリと、不揮発性メモリを備え、磁極位置照合部３０による磁極位置照合において、バッテリ外してない状態でのキースイッチＯＮ時は、前記揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合し、バッテリ外し直後のキースイッチＯＮ時は、前記不揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合する。
【００２９】
尚、スイッチＳ１は、キースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によるキースイッチのＯＦＦ判定時に、ステップ駆動通電パターン設定部２８で設定した通電パターンを磁極位置学習部２３に読み込ます。この結果、磁極位置学習部２３は、通電パターンに従ってスロットルバルブ１１がスロットル全閉側にステップ駆動した際の各ステップ位置におけるスロットル開度電圧値を通電パターンに対応させて磁極位置学習値記憶部２９に記憶させる。
【００３０】
また、キースイッチのＯＮ判定時には、スイッチ１はステップ駆動通電パターン設定部２８で設定した通電パターンを磁極位置照合部３０に読み込ます。この結果、磁気位置照合部３０は、磁気位置学習値記憶部２９から読み出した現在の全閉方向と最も近い磁極位置学習値とステップ駆動通電パターン設定部２８より読み出した前記磁極位置学習値により駆動した通電パターンとを照合する。
【００３１】
スイッチＳ２に関しては、キースイッチのＯＦＦ判定時に、ステップ駆動通電パターン設定部２８とモータ制御部２６とを接続し、モータ制御部２６に通電パターンを出力することでモータ駆動部２７に通電パターンに対応したモータ駆動信号を出力する。
【００３２】
また、キースイッチのＯＮ判定時には、スイッチ２はモータ通電位相演算部２５とモータ制御部２６とをスイッチ２で接続し、回転子回転角演算部２４で演算された回転角に基づいてモータ通電位相演算部２５で演算された各通電固定子巻き線１７に流す電流に相当するＰＷＭデューティをモータ制御部２６に出力する。
【００３３】
図２は実施の形態１による中間開度停止機構付きスロットルアクチュエータの概略構成図である。ブラシレスモータ１８の駆動力は減速機１５を介してスロットルバルブ１１を支持するスロットルバルブ回転軸１２に伝達される。スロットルバルブ回転軸１２にはバルブレバー１２ａが連結されており、バルブレバー１２ａにはスロットルリターンスプリング１４ａにより付勢力Ｆ１が作用し、スロットルバルブ１１を全閉方向に付勢している。
【００３４】
スロットルバルブオープナー１２ｂはリンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２の作用により、スロットルバルブ１１を全開方向に付勢している。スロットルリターンスプリング１４ａの付勢力Ｆ１とリンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２は、Ｆ１＜Ｆ２の関係に設定されている。そのため、ブラシレスモータ１８が非通電状態では、リンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２でスロットルバルブオープナー１２ｂが中間開度位置ストッパー１９ｃに押し付けられる。その結果として、スロットバルブ１１は中間開度位置に停止するためリンプホーム走行が可能となる。
【００３５】
ブラシレスモータ１８によるスロットルバルブ１１の開閉駆動時には、スロットルバルブレバー１２ａは、全開ストッパ１９ａと全閉ストッパ１９ｂとで回動制限され、それぞれスロットル全閉位置およびスロットル全開位置が決まる。
【００３６】
図３はモータ駆動部２７をより詳細に示す構成図である。モータ制御部２６からの駆動信号に基づいてブラシレスモータ１０の固定子巻き線１７に電流を供給するモータ駆動部２７は、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２７ａ１〜２７ａ３、最終段スイッチング素子群２７ｂ１〜２７ｂ３、そして下流側最終段スイッチング素子群２７ｃ１〜２７ｃ３を含み、固定子巻き線Ｗｕ，Ｗｖ，Ｗｗに流れる電流を検出する電流検出器２７ｄとその検出電流より過電流を検出する過電流検出器２７ｅを有する。過電流検出器２７ｅの出力はモータ制御部２６に入力され、過電流検出時にはモータ駆動信号をＯＦＦし過電流保護を行っている。ブラシレスモータの固定子巻き線Ｗｕ，Ｗｖ，Ｗｗは、最終スイッチング素子群２７ｂ１〜２７ｂ３と２７ｃ１〜２７ｃ３を介してバッテリＢとグランド間に接続されている。
【００３７】
このモータ駆動部２７の動作としては、前段スイッチング素子２７ａ１及び２７ａ２を導通させて最終段スイッチング素子２７ｂ１及び２７ｂ２をそれぞれＯＮ動作させると共に、モータ制御部２６からの制御信号により下流最終段スイッチ２７ｃ３をＯＮ動作させることでＵ相巻線ＷｕからＷ相巻線Ｗｗに向けて電流が流れると共に、Ｖ相巻線ＷｖからＷ相巻線Ｗｗに向けて電流が流れることでモータ内部の磁界の分布が変わり回転子１６は一定角度回転する。
次に、前段スイッチング素子２７ａ１を導通させて最終段スイッチング素子２７ｂ１をＯＮ動作させると共に、モータ制御部２６からの制御信号により下流最終段スイッチ２７ｃ２及び２７ｃ３をＯＮ動作させることでＵ相巻線ＷｕからＷ相巻線Ｗｗに向けて電流が流れると共に、Ｕ相巻線ＷｕからＶ相巻線Ｗｖに向けて電流が流れることでモータ内部の磁界の分布が変わり回転子１６は更に一定角度回転する。
【００３８】
更に、前段スイッチング素子２７ａ１および２７ａ３を導通させて最終段スイッチング素子２７ｂ１および２７ｂ３をＯＮ動作させると共に、モータ制御部２６からの制御信号により下流最終段スイッチ２７ｃ２をＯＮ動作させることでＵ相巻線ＷｕからＶ相巻線Ｗｖに向けて電流が流れると共に、Ｗ相巻線ＷｗからＶ相巻線Ｗｖに向けて電流が流れることでモータ内部の磁界の分布が変わり回転子１６は更に一定角度回転する。
【００３９】
以上のように各スイッチ素子群をＯＮ動作を所定タイミングで切り換え、各相巻線に流れる電流の向きを変化させることで、モータ内部の磁界分布の変化により回転子は一定角度ずつステップ動作を繰り返しながら回転する。
尚、このモータ制御部２７はブラシレスモータの通常の制御回路で構成されており、本願発明の特徴を成すものでないので詳細な説明は省略する。
【００４０】
次に本実施の形態の動作について説明する。
まず、スロットル中間開度位置学習動作について説明する。
エンジンの吸入空気量制御装置２０において、イグニッションスイッチ信号がＯＦＦでエンジン回転速度Ｎｅが０になるとキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によりキースイッチＯＦＦ判定し、スロットル開度電圧が所定開度電圧範囲（例えば０．８Ｖ〜１．８Ｖ）にある場合は、前記モータ制御部２６の駆動信号をＯＦＦしてスロットルバルブを前記リターンスプリング１４ａおよびリンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力により中間開度位置に戻し、スロットルバルブが中間開度位置に十分安定した状態（例えば開度電圧変化がサンプリング周期１５ｍｓ前後で２０ｍＶ以下となった時点から所定時間（例えば０．５秒）経過後）でスロットル開度センサ１３からの開度電圧ＶＳ０を中間開度位置学習値として記憶する。中間開度位置学習後に回転子磁極位置学習を開始する。中間開度位置学習が完了しない場合は回転子磁極位置学習動作への移行を禁止する。
【００４１】
次に回転子磁極位置の学習動作について説明する。
エンジンの吸入空気量制御装置２０において、イグニッションスイッチ信号がＯＦＦでエンジン回転速度Ｎｅが０になるとキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によりキースイッチＯＦＦ判定してから、スロットル中間開度位置学習が完了すると回転子磁極位置学習動作に移行する。
【００４２】
モータ制御部２６は、ブラシレスモータ１０の回転子１６をステップ駆動するのに必要な駆動トルク相当のモータ相電流を供給するための一定ＰＷＭデューティ（例えば５０％）とステップ駆動通電パターン設定部２８からの通電パターン（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、各通電固定子巻き線１７の相電流に相当するＰＷＭデューティをモータ駆動部２７に出力し、通電パターンをスロットルバルブ１１が中間開度位置から閉じる方向に順次切り換える指示を出す。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（例えば回転子回転角で３０ｄｅｇのステップ動作）を繰り返す。
【００４３】
図８に示す表１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マル１〜マル６と各相の発生磁極およびスロットル駆動方向の関係を示したものである。通電固定子巻き線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。
【００４４】
図４は、ブラシレスモータ１８の固定子巻き線が無通電でスロットルバルブ１１が中間開度位置に戻された状態での固定子と回転子との位置関係が回転子磁極境界線Ｍ１と固定子Ｕ相基準線Ｍ２とが一致した組み付け状態にある場合において、スロットルバルブ１１が中間開度位置の状態から各通電パターンマル１〜マル６による回転子１６のステップ駆動位置整定時における固定子１７と回転子１６の磁極位置関係について示した図である。
【００４５】
通電パターンマル６では、回転子１６が組み付け初期位置（スロットル中間開度位置）からスロットル全閉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マル５では、さらに３０ｄｅｇステップ動作し組み付け初期位置からは４５ｄｅｇ回転した位置に回転子１６を整定する。同様に通電パターンを通電パターンマル４からマル１に順次切り換えると、回転子１６は回転角３０ｄｅｇごとにステップ動作しスロットルバルブを全閉側に駆動する。
【００４６】
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各固定子巻き線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相への通電パターンと各相電流および各相磁極パターンと、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およびＴＰＳ電圧との関係を示した図である。
無通電状態ではスロットルバルブは中間開度位置にあり、ＴＰＳ電圧値は中間開度電圧学習値ＶＳ０と同じ電圧を示す。通電パターンマル６でＵ相、Ｖ相に相電流が流れ込みＳ極を形成し、Ｗ相からは相電流が流れ出しそれぞれＮ極を形成して回転子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電圧値ＶＳ１の位置で整定する。
【００４７】
同様に通電パターンマル５ではＵ相に相電流が流れ込みそれぞれＳ極を形成し、Ｖ相、Ｗ相からは前記相電流が流れ出しＮ極を形成して回転子１６の磁極との吸引力により回転子１６がステップ動作してＴＰＳ電圧値ＶＳ２の位置で整定する。
モータ回転子１６の磁極位置と固定子巻き線１７の位置関係は組み付け調整されていないため、初回ステップ動作はステップ駆動通電パターン設定部２８からのどの通電パターンでステップ動作開始するのか不定である。また、前記モータ回転子１６の磁極位置と固定子巻き線１７の組み付け位置関係と、ステップ駆動一発目の通電パターン（例えば通電パターンマル６）により、初回ステップ駆動時のステップ位置は中間開度位置から全開側になるのか全閉側になるのか不定である。そこで中間開度位置（中間開度電圧学習値ＶＳ０）から最も近い全閉側のステップ位置の磁極位置学習値ＶＳ１と、その位置へ駆動した通電パターン（この動作例では通電パターンマル６）を記憶する。
【００４８】
図６はキースイッチＯＮ直後の回転子磁極位置照合動作、キースイッチＯＦＦ時のスロットル中間開度位置学習および回転子磁極位置学習処理についてのフローチャートを示したものである。
ステップＳ１０１ではバッテリ外し直後のキースイッチＯＮ操作かどうかをＲＡＭに記憶された所定値によって判定する。バッテリ外しがあった場合はＥＥＰＲＯＭから回転子磁極位置学習値、中間開度位置電圧学習値（ＶＳ０）、中間開度位置から最も近い全閉側のステップ位置の磁極位置学習値ＶＳ１と、その位置へ駆動した通電パターン（この動作例では通電パターンマル６）を読み込む（ステップＳ１０１）。
【００４９】
バッテリ外しがなかった場合にはステップＳ１０２でキースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部３１によりキースイッチＯＦＦかどうか判定し、キースイッチＯＦＦであればステップＳ１０３に進み、イニシャライズ処理を行う。ステップＳ１０３でイニシャライズ処理終了フラグがセットされている場合はステップＳ１０２へ進み同様の処理を行い、フラグがセットされていればステップＳ１０４のイニシャライズ処理を行う。
【００５０】
ステップＳ１０４のイニシャライズ処理では、まず、ブラシレスモータ１８を非通電状態にし、リンプホーム走行用スプリング１４ｂの付勢力Ｆ２でスロットルバルブオープナー１２ｂを中間開度位置ストッパー１９ｃに押し付けてスロットルバルブ１１を中間開度位置に戻し、スロットル開度位置が充分安定するまで所定時間（例えば０．５秒）経過後に、スロットル開度センサ１３の出力電圧により中間開度位置電圧（第５図の動作ではＶＳ０）の学習を行う。
【００５１】
中間開度位置電圧学習後、ブラシレスモータ１８を前記表１の通電パターンマル６から通電パターンマル１に順次駆動切り換えしてスロットル全閉方向にステップ駆動し、中間開度位置電圧学習値（第５図の動作ではＶＳ０）に最も近い全閉方向の磁極位置学習値（第５図の動作ではＶＳ１）とその磁極位置に駆動した通電パターン（第５図の動作では通電パターンマル６）を記憶するとともに、所定通電時間ｔ１（例えば７５ｍｓ）ごとにステップ駆動通電パターン設定部２８からの通電パターンに従って回転子１６をスロットル全閉側にステップ駆動し、各ステップ位置をスロットル開度電圧値（ＶＳ２、ＶＳ３、ＶＳ４…）として記憶していく。
【００５２】
ステップ駆動により前回ステップ位置ＶＳｎ−１と今回ステップ位置ＶＳｎのステップ位置変化量（｜ＶＳｎ−ＶＳｎ−１｜）が所定値Ｖｓｒ以下で、スロットル開度電圧値が所定値以下（例えば０．７Ｖ以下）の場合はスロットルバルブが全閉位置に到達したと判定しステップ位置Ｖｃｌｓ（図５の動作ではＶＳ７）をスロットル全閉位置学習値として記憶するとともに、前記通電パターンをスロットル開き側の通電パターンに切り換え（図５の動作では通電パターンマル６から通電パターンマル１、通電パターンマル２・・へと切り換え）スロットル全開方向にステップ駆動して各ステップ位置でのスロットル開度電圧値を磁極位置学習値として記憶していく。
【００５３】
さらにステップ駆動により前回ステップ位置ＶＳｎ−１と今回ステップ位置ＶＳｎのステップ位置変化量（｜ＶＳｎ−ＶＳｎ−１｜）が所定値Ｖｓｒ以下で、スロットル開度電圧値が所定値以上（例えば４．０Ｖ以上）の場合にはスロットルバルブが全開位置に到達したと判定しステップ位置Ｖｗｏｔ（図示しない）をスロットル全開位置学習値として記憶するとともに、通電パターンをスロットル閉じ側の通電パターンに切り換え（例えば全開位置での通電パターンが通電パターンマル１の場合、次は通電パターンマル６→通電パターンマル５…へと切り換えていく）、スロットル全閉方向にステップ駆動して各ステップ位置でのスロットル開度電圧値を磁極位置学習値として記憶していく。
【００５４】
ステップＳ１０５では、イニシャライズ動作時のステップ位置がスロットル中間開度位置からスロットル全閉位置を経てスロットル全開位置、再度スロットル中間開度位置（図５の動作ではＶＳ０）へ戻ってきたかを判定し、中間開度位置に戻っていない場合はステップＳ１０４のイニシャライズ動作を継続し、中間開度位置に戻ってきた場合はロータ磁極位置学習完了と判定し、ステップＳ１０６で磁極位置学習値をバックアップＲＡＭに書き込み、イニシャライズ処理終了フラグをセットしてステップＳ１０２へ進み同様の処理を行う。
【００５５】
ステップＳ１０２でキースイッチＯＮと判定された場合は、磁極位置学習が未学習状態かをフラグで判定し（Ｓ１０７）、未学習状態の場合は、ステップＳ１１２の処理を行う。
【００５６】
磁極位置学習が実施済みの場合は、ステップＳ１０８で磁極位置照合部３０では、磁極位置学習値記憶部２９より磁極位置学習値を読み出し、中間開度位置電圧学習値（図５の動作ではＶＳ０）に最も近い全閉方向の磁極位置学習値（図５の動作ではＶＳ１）とその磁極位置に駆動した通電パターン（図５の動作では通電パターンマル６）を読み出す。
【００５７】
そして、その通電パターン（図５の動作では通電パターンマル６）で前記ブラシレスモータ１８をステップ駆動し、その時のステップ位置でのスロットル開度電圧ＶＳと中間開度位置電圧学習値（図５の動作ではＶＳ０）に最も近い全閉方向の磁極位置学習値（第５図の動作ではＶＳ１）との絶対値偏差が所定値（例えば０．１Ｖ）以内にない場合は、前記磁極位置学習値と前記ブラシレスモータ１８の回転子磁極位置とが不一致と判定する。
【００５８】
次に、ステップＳ１１２ではブラシレスモータ１８によるスロットルバルブ１１の駆動制御ができないため、図示しないリレーによりモータへの電源供給を遮断してスロットルバルブ１１を中間開度位置に戻し、ポジションＦ／Ｂ故障フラグをセットしてキースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止するとともに図示しない警告灯により警告する。
【００５９】
次に、ステップＳ１１３でスロットルバルブ中間開度位置でのＬｉｍｐ ｈｏｍｅ走行するのに適したエンジン出力制御（例えばアクセル踏み込み状態に応じてエンジンの燃焼気筒数を制御）を行うところのＬｉｍｐ ｈｏｍｅ処理を行う。
【００６０】
磁極位置照合部３０で磁極位置学習値とブラシレスモータ１８の回転子磁極位置が一致していることを判定した場合は、ステップＳ１０９で磁極位置学習値をＥＥＰＲＯＭに書き込むかどうか（例えばイニシャライズ処理回数が所定回数に到達したかどうか）を判定し、書き込み判定された場合はバックアップＲＡＭに記憶している磁極位置学習値をＥＥＰＲＯＭに書き込み（Ｓ１１０）、後述の通常スロットル開度制御を行う（Ｓ１１１）。
尚、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への電源供給用リレーであり、キースイッチＯＦＦ後所定時間（例えば７秒）でＯＦＦするように設定されている。
【００６１】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を説明する。実施の形態２の構成および動作は、前述の実施の形態１で説明した内容とほぼ同様であり、実施の形態２では回転子磁極位置照合部３０による磁極位置照合において、図示しないバッテリ電圧検出部によるバッテリ電圧検出値が所定電圧値（例えば１０Ｖ）以下の場合は、前記磁極位置照合を禁止し、エンジン始動時のようなバッテリ電圧不安定状態での照合判定を行わないようにした。
【００６２】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３を説明する。実施の形態３の構成および動作は、前述の実施の形態１で説明した内容とほぼ同様であり、実施の形態３ではキースイッチＯＮ直後の前記スロットル開度電圧が前記中間開度位置停止機構の位置決め公差やスロットル開度センサ１３の特性公差で決まる所定開度電圧範囲以外にある場合は、前記磁極位置照合を禁止するようにした。
【００６３】
次にキースイッチＯＮ時の通常スロットル開度動作について説明する。
キースイッチＯＮ時の回転子磁極位置照合により磁極位置学習値とブラシレスモータの回転子磁極位置が一致した状態では、自動車の各種情報（アクセル開度、エンジン回転数、車速など）に適応した目標スロットル開度θ0が目標開度設定部２１により設定され、スロットル開度センサ（ＴＰＳ）１３から得られる実スロットル開度θrと目標スロットル開度θ0との差である開度偏差△θがモータ電流演算部２２において、以下の式（１）から求められモータ制御部２６に入力される。
【００６４】
△θ＝θ0−θr ・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００６５】
モータ電流演算部２２は、△θが正の場合は目標開度に対する実際のスロットルバルブ開度が不足しているため、ブラシレスモータの相電流を増加させ、△θが負の場合は目標開度に対して実際のスロットルバルブ開度が過剰としてブラシレスモータの相電流を減少させる制御を行う。
△θからモータ相電流を求める演算としてはＰＩＤ制御器がよく用いられる。ＰＩＤ制御器におけるモータ相電流Ｉｍの演算式は以下の式（２）で表せられ、△θがゼロになるように相電流を制御するように働く。そして、以上で求められたモータ相電流Ｉｍがモータ制御部２６に入力される。
【００６６】
Ｉｍ＝ＫP・△θ＋ＫI・Σ△θｄｔ＋ＫD・△θ／ｄｔ・・・（２）
Ｉｍ：ＰＩＤ演算されたモータ相電流
ＫP：比例ゲイン
ＫI：積分ゲイン
ＫD：微分ゲイン
【００６７】
また、スロットルバルブ開度信号出力と回転子磁極位置学習値とに基づいて回転子回転角演算部２４により回転子回転角を演算し、回転子回転角検出部２４から得られた回転子回転角に基づいてモータ通電位相演算部２５により各通電固定子巻き線１７の通電比率を各巻き線毎に独立して演算する。モータ制御部２６では、モータ相電流演算部２２からの電流値Ｉｍとモータ通電位相演算部２５からの通電比率に基づいて各通電固定子巻き線１７の電流Ｉｓに相当するＰＷＭデューティ値を演算し、モータ駆動部２７に出力する。
【００６８】
モータ駆動部２７は、各通電固定子巻き線１７の電流Ｉｓに相当するＰＷＭデューティ駆動信号により該当するスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより所望の相に電流を供給する。
【００６９】
次に３相通電方式について説明する。
図７は正弦波通電方式における各相電流、磁束、トルクの関係を示した図である。図において、回転子が回転することによって各巻き線が正弦波の磁束と交差するときに、各相に磁束密度Φと同位相で相似な波形の正弦波電流Ｉｓを供給すると、このとき通電による各相の発生トルクＴｓは、以下の式（３）で表せる。
【００７０】
Ｔｓ＝ｋ・Φ・Ｉｓ （ｋは定数）・・・・・・・（３）
【００７１】
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の合成トルクで表せられ、理論上は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。
【００７２】
このような通電方式を正弦波通電方式と呼ぶが、一般に、各相への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に回転子回転角を精密に検出しなければならない。回転子磁極位置学習値とスロットルバルブ開度センサの信号を用いて正弦波通電方式を実現したのが本実施の形態である。
また、ＰＷＭデューティおよび回転子回転角の関係は以下の式（４），（５），（６）で表せる。
【００７３】
ＰＷＭデューティ１＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２γ・・・・・・・・（４）
ＰＷＭデューティ２＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ−６０°）・・（５）
ＰＷＭデューティ３＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ＋６０°）・・（６）
γ：回転子回転角
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、本発明の請求項１に係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回転軸で支持されるスロットルバルブと、前記回転軸に回転子が連結されるブラシレスモータと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを備え、各種運転情報に基づいて前記スロットルバルブを前記ブラシレスモータにより制御するものであって、前記ブラシレスモータをステップ駆動して前記回転子の磁極位置を前記スロットル開度センサにより検出し学習する回転子磁極位置学習部と、前記回転子磁極位置学習値を記憶する回転子磁極位置学習値記憶部と、前記ブラシレスモータを所定のステップ位置に駆動し、前記回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した磁極位置学習値と前記スロットル開度センサで検出された前記ブラシレスモータの磁極位置とを照合する磁極位置照合部とを設け、キースイッチＯＮ時に吸入空気量制御装置で記憶した磁極位置学習値とスロットルアクチュエータの磁極位置を照合し、照合判定結果に応じてスロットル制御の可否を判定し、スロットル制御可否に応じてエンジン出力制御するようにしたため、スロットルアクチュエータや吸入空気量制御装置などの部品交換後に前記回転子磁極位置学習を行わずにエンジン始動を行った場合でも、エンジン出力を適正に制御でき安全性を確保できるという効果がある。また、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ時に所定の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させた場合のスロットル開度センサで検出した回転子磁極位置と回転子磁極位置学習値との偏差が所定値以上の場合は、回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した学習値と該電動機の磁極位置とが不一致であると判定するようにしたので、キースイッチＯＮ時にスロットル制御可否が即座に認識できるという効果がある。さらに、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、回転子磁極位置学習値と前記電動機の磁極位置とが不一致と判定された場合、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障と判定して警告するとともに、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたので、スロットル制御不能状態を運転者に警告するとともに走行時の安全性を確保しつつ待避走行が可能となるという効果がある。
【００７５】
本発明によれば、前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習をキースイッチＯＦＦ時に実施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防止でき、異常なエンジン回転速度上昇や車両の異常加速などの危険を回避できるという効果がある。
【００７６】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合をキースイッチＯＮ時に実施するようにしたので、エンジン始動前にスロットル制御の可否が認識でき、スロットル制御可否に応じてエンジン出力を適正に制御できるため安全であるという効果がある。
【００７７】
本発明によれば、キースイッチＯＮ時のモータ非通電状態において、前記スロットル開度位置を中間開度位置する中間開度停止機構を備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、中間開度位置から全閉方向の最初の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させることで、磁極位置照合処理が短時間で行えるという効果がある。
【００８０】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、バッテリ電圧が所定値以下の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたので、バッテリ低電圧時の磁極位置照合誤判定を防止することができるという効果がある。
【００８１】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ直後の前記スロットル開度位置が所定値範囲以外の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたので、前記スロットルバルブがメカ的にロックしたような場合でも磁極位置照合の誤判定をすることがないという効果がある。
【００８２】
本発明によれば、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、前記回転子磁極位置学習が未学習状態の場合は前記磁極位置照合を禁止するとともに、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障として警告し、スロットル開度を中間開度位置にするようにしたので、スロットル制御不能状態を運転者に警告するとともに走行時の安全性を確保しつつ待避走行が可能となるという効果がある。
【００８３】
本発明によれば、回転子磁極位置学習値記憶部はバッテリにより供給されて記憶動作を保持する揮発性メモリと、不揮発性メモリを備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合のい際に、バッテリ外してない状態でのキースイッチＯＮ時は、前記揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合し、バッテリ外し直後のキースイッチＯＮ時は、前記不揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合するようにしたので、磁極位置の照合判定が確実にできるという効果がある。
【００８４】
本発明によれば、前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル中間開度位置から全閉方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以下にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全閉位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたので、スロットルバルブ全閉位置が容易に学習でき、目標開度設定時のスロットル全閉指令値が正確になりモータに必要以上の電流を流すことが避けられるという効果がある。
【００８５】
本発明によれば、回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置から全開方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以上にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全開位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたので、スロットルバルブ全開位置が容易に学習でき、目標開度設定時のスロットル全開指令値が正確になりモータに必要以上の電流を流すことが避けられるという効果がある。
【００８６】
本発明によれば、前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置検出時またはスロットル全開位置検出時、通電パターンを切り換えてステップ駆動方向を反転させるようにしたので、ステップ駆動時のスロットル全閉／全開ストッパ突き当たり時の脱調が回避でき磁極位置学習が確実に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る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】 実施の形態１による中間開度停止機構付きスロットルアクチュエータの概略を示す構成図である。
【図３】 実施の形態１に係るモータ駆動部の詳細を示す図である。
【図４】 実施の形態１に係る各通電パターンでの固定子と回転子の磁極位置関係を示す図である。
【図５】 実施の形態１に係るステップ動作における通電パターンを説明する図である。
【図６】 実施の形態１に係る回転子ステップ駆動制御を説明するフローチャート図である。
【図７】 実施の形態１に係る正弦波通電方式の各相電流、磁束、トルクの関係を示した図である。
【図８】 実施の形態１に係るステップ駆動用パターンを表にして示した図である。
【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 減速機、１８ ブラシレスモータ、２０ エンジンの吸入空気量制御装置、２３ 回転子磁極位置学習部、２４ 回転子回転角演算部、２６ モータ制御部、２７ モータ駆動部、２８ ステップ駆動通電パターン設定部、２９ 磁極位置学習値記憶部、３０磁極位置照合部、３１ キースイッチＯＮ／ＯＦＦ判定部。
Claims (11)
- エンジンの吸入空気通路に回転軸で支持されるスロットルバルブと、前記回転軸に回転子が連結されるブラシレスモータと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを備え、各種運転情報に基づいて前記スロットルバルブを前記ブラシレスモータにより制御するエンジンの吸入空気量制御装置であって、
前記ブラシレスモータをステップ駆動して前記回転子の磁極位置を前記スロットル開度センサにより検出し学習する回転子磁極位置学習部と、
前記回転子磁極位置学習値を記憶する回転子磁極位置学習値記憶部と、
前記ブラシレスモータを所定のステップ位置に駆動し、前記回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した磁極位置学習値と前記スロットル開度センサで検出された前記ブラシレスモータの磁極位置とを照合する磁極位置照合部と
を備え、
前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ時に所定の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させた場合のスロットル開度センサで検出した回転子磁極位置と回転子磁極位置学習値との偏差が所定値以上の場合は、回転子磁極位置学習値記憶部で記憶した学習値と該ブラシレスモータの磁極位置とが不一致であると判定するようにし、
前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、回転子磁極位置学習値と前記ブラシレスモータの磁極位置とが不一致と判定された場合、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障と判定して警告するとともに、スロットル開度を中間開度位置にする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。 - 前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習は、キースイッチＯＦＦ時に実施するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、キースイッチＯＮ時に実施するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- キースイッチＯＮ時のモータ非通電状態において前記スロットル開度位置を中間開度位置する中間開度停止機構を備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合は、中間開度位置から全閉方向の最初の回転子磁極位置学習位置へ前記回転子をステップ動作させることにより行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、バッテリ電圧が所定値以下の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、キースイッチＯＮ直後の前記スロットル開度位置が所定値範囲以外の場合は前記磁極位置照合を禁止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合において、前記回転子磁極位置学習が未学習状態の場合は前記磁極位置照合を禁止するとともに、キースイッチＯＦＦまでスロットル開度制御を禁止しポジションフィードバック故障として警告し、スロットル開度を中間開度位置にすることを特徴とする請求項３または４に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置学習値記憶部はバッテリにより供給されて記憶動作を保持する揮発性メモリと、不揮発性メモリを備え、前記回転子磁極位置照合部による磁極位置照合の際に、バッテリ外してない状態でのキースイッチＯＮ時は、前記揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合し、バッテリ外し直後のキースイッチＯＮ時は、前記不揮発性メモリ内の磁極位置学習値を用いて照合するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、スロットル中間開度位置から全閉方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以下にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全閉位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置から全開方向に前記回転子をステップ駆動した時の前記スロットル開度センサ出力電圧値が所定電圧値以上にあり、前記スロットルバルブの前回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値と今回ステップ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値との電圧偏差が所定値以内の場合に、前記スロットルバルブの全開位置を前記スロットル開度センサ出力電圧値により学習するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
- 前記回転子磁極位置学習部による磁極位置学習において、前記スロットル全閉位置検出時またはスロットル全開位置検出時、通電パターンを切り換えてステップ駆動方向を反転させるようにしたことを特徴とする請求項９または１０に記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
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