JP4522457B2 - 電子制御スロットルの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の電子制御スロットルの制御装置に関し、更に詳しくは、スロットル弁を閉じる方向に付勢するばねの作用下で、スロットル弁を開閉するモータを制御するようにした電子制御スロットルの制御装置に関するものである。

内燃機関の吸入空気量を調整する、所謂、電子制御スロットル（以下、ＥＴＶと称する）は、周知のように、アクセル開度センサの出力値から算出するスロットル弁開度指令値（以下、指令値と称する）と、スロットル弁開度センサの出力値から算出するスロットル弁開度とを比較し、スロットル弁開度が指令値と一致するようにモータを駆動してスロットル弁の開度を制御する。

従来、自動車向けＥＴＶの場合、スルットル弁を開閉するモータの駆動制御は、比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項ＤによるＰＩＤ制御を用いて行っている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。一方、二輪車の場合、車重が自動車に比して軽いこと、アクセルを右手のハンドルグリップで操作すること等から、運転者のアクセル操作に対するエンジンの応答性は、自動車のそれよりも高いレベルで要求される。このため二輪車向けＥＴＶは、自動車向けＥＴＶよりもアクセル操作に対する高い応答性を要求される。

特開平７−３３２１３６号公報 特開平６−１１９９３７号公報

しかしながら、二輪車向けＥＴＶのようにアクセルの操作量に対してモータ駆動がより高速になるように、前述のＰＩＤ制御に於ける比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄの各ゲインを大きくすると、制御系の応答が振動的になり制御系の安定性が低下して応答速度が制限され、又、振動によってＥＴＶの制御性が劣化するという課題があった。

この発明は、従来のＥＴＶ制御に於ける前述のような課題を解決するために成されたもので、応答性を高めても安定した制御を行うことができるＥＴＶの制御装置を提供することを目的としたものである。

この発明による電子制御スルットルの制御装置は、内燃機関の出力を制御するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサと、前記アクセルの開度に対応して開閉するスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、前記スロットル弁の開閉を制御するモータと、前記スロットル弁を閉じる方向に常時付勢するばね手段と、前記アクセル開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度指令値と前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度とを用いてＰＩＤ制御指令値を演算するＰＩＤ指令値演算手段と、前記ばね手段の緒元データと前記スロットル弁に作用するプリトルク値とに基づいてばね力補正値を演算するばね力補正値演算手段とを備え、前記演算されたＰＩＤ制御指令値とばね力補正値とに基づいてモータ制御指令値を生成し、前記生成されたモータ制御指令値に基づいて前記モータを制御すると共に、前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値より小さいときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記プリトルク値を補正し、前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値以上のときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記ばね手段のばね係数を補正するようにしたものである。

又、この発明による電子制御スルットルの制御装置は、内燃機関の出力を制御するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサと、前記アクセルの開度に対応して開閉するスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、前記スロットル弁の開閉を制御するモータと、前記スロットル弁を閉じる方向に常時付勢するばね手段と、前記アクセル開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度指令値と前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度とを用いてＰＩ制御及び位相進み補償制御指令値を演算するＰＩ及び位相進み補償指令値演算手段と、前記ばね手段の緒元データと前記スロットル弁に作用するプリトルク値とに基づいてばね力補正値を演算するばね力補正値演算手段とを備え、
前記演算されたＰＩ及び位相進み補償制御指令値とばね力補正値とに基づいてモータ制御指令値を生成し、前記生成されたモータ制御指令値に基づいて前記モータを制御すると共に、前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値より小さいときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記プリトルク値を補正し、前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値以上のときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記ばね手段のばね係数を補正するようにしたものである。

更に、この発明による電子制御スルットルの制御装置は、前記生成されたモータ制御指令値と過去に生成されたモータ制御指令値との差分を演算し、前記差分が所定値以下のとき、前記ばね力補正値を補正するばね力補正値変動補正値を演算し、前記演算されたばね力補正値変動補正値により前記ばね力補正値を補正するようにしたことを特徴とするものである。

この発明による電子制御スルットルの制御装置によれば、演算されたＰＩＤ制御指令値とばね力補正値とに基づいてモータ制御指令値を生成し、前記生成されたモータ制御指令値に基づいてスロットル弁の開閉を制御するモータを制御するようにしたので、高速、且つ安定にＥＴＶの制御を行うことができる。

又、この発明による電子制御スルットルの制御装置によれば、演算されたＰＩ及び位相進み補償制御指令値とばね力補正値とに基づいてモータ制御指令値を生成し、前記生成されたモータ制御指令値に基づいて前記モータを制御するようにしたので、高速、且つ安定にＥＴＶの制御を行うことができる。

更に、この発明による電子制御スルットルの制御装置によれば、生成されたモータ制御指令値と過去に生成されたモータ制御指令値との差分を演算し、前記差分が所定値以下のとき、前記ばね力補正値を補正するばね力補正値変動補正値を演算し、前記演算されたばね力補正値変動補正値により前記ばね力補正値を補正するようにしたので、ＥＴＶ個体バラツキ、経年変化、ＥＴＶ取り付け時のねじれ等により発生するモータの負荷の変化を吸収し、安定したＥＴＶ制御を行うことが可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るＥＴＶの制御方法及び制御装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るＥＴＶの制御装置を含めた全体のシステム構成である。図１に於いて、内燃機関の吸気路（図示せず）に設けられたスロットル弁１は、回転軸１ａに固定されており、回転軸１ａが回動することにより回転軸１ａを中心として回動し吸気路の開度を調整して吸入する空気の量を調節する。回転軸１ａは、一端に歯車２ａが固定され他端がスロットル弁開度センサとしてのスロットルポジションセンサ５に連結されている。スロットルポジションセンサ５は、スロットル弁１のポジション、つまりスロットル開度を検出し、その検出したスロットル開度に対応した信号（以下、単に、スロットル開度と称する）を発生する。

モータ３の回転子軸に固定された歯車２ｂは、スロットル弁１の回転軸１ａに固定された歯車１ａに噛合しており、モータ３の回転子軸の回転を歯車１ａ、回転軸１ａを介してスロットル弁１に伝達する。ばね手段としてのコイルばね４は、モータ３が故障したときにスロットル弁１が初期位置θ_Ｂ（機械端）に戻るように、圧縮された状態でスロットル
弁１及び回転軸１ａに組み込まれている。これにより、スロットル弁１には閉じる方向のコイルばね４によるプリトルクが常時加えられている。

アクセル開度センサとしてのアクセルポジションセンサ１０は、アクセル（図示せず）に連結されており、アクセルのポジションを検出してその検出したアクセルのポジションに対応した信号（以下、単に、アクセル開度と称する）を出力する。アクセルポジションセンサ１０からのアクセル開度とスロットルポジションセンサ５からのスロットル開度とは、夫々、Ａ／Ｄ変換器８、９によりアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ７に入力される。

コンピュータ７は、入力されたアクセル開度とスロットル開度とに基づいてモータ３を駆動するためのモータ駆動指令を演算し、駆動回路６に入力する。駆動回路６は、コンピュータ７から入力されたモータ駆動指令に基づいてモータ３を駆動する。

モータ駆動指令に基づいてモータ３が駆動されスロットル弁１が回転すると、モータ３の回転子軸には、次に示す式（１）により表わされるトルクＴ_ｄが外乱トルクとして作用する。

Ｔ_ｄ＝ηＫ（θ−θ_Ｂ）＋Ｔ_ｐ 式（１）

ここで、ηは歯車２ａ、２ｂの間の減速比η、Ｋはコイルばね４のばね定数、θはスロットル弁１のスロットル開度、θ_Ｂはスロットル弁１の初期位置、Ｔ_Ｐはスロットル弁に加わる機構系の摩擦トルク等のプリトルク値である。

式（１）から明らかなように、モータ３を所望の位置に駆動するには、少なくともトルクＴｄ以上のトルクをモータ３に作用させる必要があることが判る。

図２は、この発明の実施の形態１に係る電子制御スロットルの制御装置に於けるモータ制御系の構成を示すブロック線図である。図２に於いて、目標開度生成部１１と制御演算部２１とは、図１のコンピュータ７により構成されている。目標開度生成部１１は、アクセルポジションセンサ１０からのアクセル開度に基づいてスロットル弁１の目標開度θ^＊を生成する。

制御演算部２１は、フィードフォワード制御器１２と、ＰＩ制御器１３と、Ｄ制御器１４と、プリトルク補正値２０と、基準位置メモリ１８と、ばねトルク演算部１９とから構成されている。制御演算部２１は、後述するように、目標開度生成部１１からの目標開度θ^＊と、スロットルポジションセンサ５からのスロットル開度θとを取り込み、ばね補正後のモータ制御指令値であるＤＵＴＹ指令Ｖｃ^＊を演算して、ＰＷＭ出力生成手段１５に出力する。

ＰＷＭ出力生成手段１５は、入力されたばね補正後のＤＵＴＹ指令Ｖｃ^＊に基づいてパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号と称する）を生成し、駆動回路６のスイッチング素子（図示せず）に入力する。駆動回路６は、入力されたＰＷＭ信号に基づいてそのスイッチング素子がスイッチング制御され、モータ３を駆動する。スロットル弁１は、このようにして駆動されたモータ３により歯車２ａ、２ｂを介して所望の開度に開閉制御される。

図２では、図１に示すモータ３と、歯車２ａ、２ｂと、コイルばね４と、スロットル弁１と、駆動回路６とをまとめて、「モータ＋ギヤ＋ばね＋バルブ＋駆動回路」１６として表示している。

尚、フィードフォワード制御器１２と、ＰＩ制御器１３と、Ｄ制御器１４とは、ＰＩＤ指令値演算手段を構成し、ばねトルク演算部１９はばね力補正値演算手段を構成している。

次に、以上のように構成された制御演算部２１の処理動作について説明する。図３はその動作を説明するフローチャートである。制御演算部２１の処理動作は、コンピュータ７で設定された所定の演算周期で実施される。処理内容は次のとおりである。図３に於いて、先ず、ステップ１０１で目標開度θ^＊とスロットル開度θとを読み込み、ステップ１０２に於いて開度偏差ｅ（＝θ^＊−θ）を演算する。

次に、ステップ１０３に進んで、目標開度θ^＊を用いてフィードフォワード制御器１２による演算処理、及び開度偏差ｅを用いてＰＩ制御器１３、Ｄ制御器１４による演算処理を行い、次式（２）に示すＤＵＴＹ指令Ｖ^＊を演算してメモリーに保存する。

即ち、ステップ１０３に於ける演算は、下記の通りである。
フィードフォワード制御器１２による演算は、［Ｋ_ｄ（ｄθ^＊／ｄｔ）］により行われ、ＰＩ制御器１３による演算は、［Ｋ_ｐ ^＊ｅ＋Ｋ_ｉ∫ｅｄｔ］として行われ、
Ｄ制御器１４による演算は、［Ｋ_ｄ（ｄθ／ｄｔ）］として行われる。
従って、ＤＵＴＹ指令Ｖ^＊は、次に示す式（２）により示されるものとなる。

Ｖ^＊＝Ｋ_ｐ ^＊ｅ＋Ｋ_ｉ∫ｅｄｔ−Ｋ_ｄ（ｄθ／ｄｔ）＋Ｋ_ｄ（ｄθ^＊／ｄｔ）
＝Ｋ_ｐ ^＊ｅ＋Ｋ_ｉ∫ｅｄｔ＋Ｋ_ｄ（ｄｅ／ｄｔ） 式（２）

ここで、Ｋ_ｐは比例ゲイン、Ｋ_ｉは積分ゲイン、Ｋ_ｄは微分ゲインである。

次に、ステップ１０４に進んで、ばねトルク演算部１９、基準位置メモリー１８、プリ
トルク補正値２０により、ばね補正値δＶ^＊を次に示す式（３）により演算する。

δＶ^＊＝α｛ηＫ・（θ−θ_Ｂ）＋Ｔ _ｐ ｝ 式（３）

ここで、αは換算係数であり、トルク定数Ｋｔとモータ３の電機子抵抗Ｒとから次に示
す式（４）により求められる。

α＝Ｋｔ／Ｒ 式（４）

次に、ステップ１０５に於いて、モータ制御指令値であるばね補正後のＤＵＴＹ指令Ｖ_ｃ ^＊を次に示す式（５）により算出し、これをＰＷＭ出力生成手段１５へ出力して１サイクル周期の制御演算２１による処理を終了する。

Ｖ_Ｃ ^＊＝Ｖ^＊＋δＶ^＊ 式（５）

図２に示すＰＷＭ出力生成手段１５は、制御演算部２１からの前述のばね補正後のＤＵＴＹ指令Ｖ_Ｃ ^＊に基づきＰＷＭ信号を生成しこれを駆動回路１６に入力する。駆動回路１６は、入力されたＰＷＭ信号に基づいてモータを駆動し、スロットル弁１の開度θを目標開度θ^＊に一致させるように制御する。

次に、実施の形態１による電子制御スロットルの制御装置により、スロットル制御動作を高速にすることができる理由を説明する。モータ３を所定の位置に駆動するには、次に
示す式（６）に示すトルクＴ^＊をモータ３の回転子軸に与える必要がある。

Ｔ^＊＝[モータ３の回転子軸の加速トルク]＋Ｔ_ｄ 式（６）

ここで、[モータ３の回転子軸の加速トルク]は、モータ３の回転子軸周りの慣性モーメントと角加速度との積と、機構系の摩擦トルクとの和であり、Ｔ_ｄは、前述の式（１）により示されるトルクである。

従来のＰＩＤ制御では、式（６）に示すトルクＴ^＊を得るために、前述の式（２）、或
いは、次に示す式（７）で示すモータ発生トルクに等価なＤＵＴＹ指令を演算していた。

Ｖ^＊＝Ｋ_ｐ・ｅ＋Ｋ_ｉ∫ｅｄｔ−Ｋ_ｄ（ｄθ／ｄｔ） 式（７）

式（２）、式（７）を見てわかるように、モータ発生トルクは開度偏差ｅが生じてからでないと与えられず、従って、コイルばね４からのトルクでモータの動作開始が遅れることは明らかである。

これに対してこの発明の実施の形態１によれば、式（１）に示すトルクＴ_ｄと同等の大きさのトルクに相当する式（３）に示すばね補正値δＶ^＊をＤＵＴＹ指令Ｖ^＊に予め加算して、式（５）に示すばね補正後のＤＵＴＹ指令Ｖ_ｃ ^＊を生成するようにしているので、開度偏差ｅが生じる前にコイルばね４からのトルクをモータ３に発生させることができ、ＰＩＤの制御ゲインを従来と同じに設定したままで、スロットルの動作を高速にできる。すなわち、制御系の安定性は従来と同等の状態を維持したままで、スロットルの動作を高速にできるものである。これは、主にプリトルクをあらかじめＤＵＴＹ指令の中で補償することにより生ずる効果である。

前述のように、スロットル弁１の動作中は、その位置（開度）にほぼ比例して変化するばねトルクが作用するため、従来のＰＩＤ制御では、ばねトルクの変化分の余裕をみて、制御ゲインを大きくとれないという問題点があったが、この発明の実施の形態１による電子制御スロットルの制御装置によれば、ばねトルクの変化分は予めトルクの補正値として補償しているので、制御ゲインのマージンを従来のＰＩＤ制御よりも小さくとることができる。その結果、制御ゲインを従来のＰＩＤ制御よりも大きくでき、スロットルの応答速度を高めることができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る電子制御スロットルの制御装置に於けるモータ制御系の構成を示すブロック線図である。図４に於いて、制御演算部２２は、実施の形態１に於ける図２に示す制御演算部２１のＰＩ制御器１３、Ｄ制御器１４、フィードフォワード制御器１２を、「ＰＩ制御器＋位相進み補償器」２３に置き換えた以外は、図２と同じ構成である。

尚、「ＰＩ制御器＋位相進み補償器」２３は、ＰＩ及び位相進み補償指令値演算手段を構成し、ばねトルク演算部１９はばね力補正値演算手段を構成している。

次に、実施の形態２による電子制御スロットルの制御装置の動作を説明する。図５は、制御演算部２２の処理のフローチャートである。図５に於いて、先ず、ステップ１０６で目標開度θ^＊とスロットル開度θとを読み込み、ステップ１０７に於いて開度偏差ｅ（＝θ^＊−θ）を演算する。

次に、ステップ１０７に進んで、開度偏差ｅを用いて「ＰＩ制御器＋位相進み補償器」２３による演算処理を行い、ＤＵＴＹ指令Ｖ^＊を演算してメモリーに保存する。この「ＰＩ制御器＋位相進み補償器」２３による演算処理の動作は、図２のフィードフォワード制御器１２とＰＩ制御器１３とＤ制御器１４とによる「フィードフォワード制御＋ＰＩＤ制御」と等価であることはよく知られている。

次に、ステップ１０９に進んで、ばねトルク演算部１９、基準位置メモリー１８、プリトルク補正値２０により、モータ制御指令値としてのばね補正値δＶ^＊を前述の式（３）により演算する。次に、ステップ１１０に於いて、ばね補正後のＤＵＴＹ指令Ｖ_ｃ ^＊を前述の式（５）により算出し、これをＰＷＭ出力生成手段１５へ出力して１サイクル周期の制御演算２１による処理を終了する。

図２に示すＰＷＭ出力生成手段１５は、制御演算部２１からの前述のばね補正後のＤＵＴＹ指令Ｖ_Ｃ ^＊に基づきＰＷＭ信号を生成しこれを駆動回路１６に入力する。駆動回路１６は、入力されたＰＷＭ信号に基づいてモータを駆動し、スロットル弁１の開度θを目標開度θ^＊に一致させるように制御する。

以上述べたこの発明の実施の形態２による電子制御スロットルの制御装置によれば、実施の形態１と同様に、ばねトルクの変化分は予めトルクの補正値として補償しているので、制御ゲインのマージンを従来のＰＩＤ制御よりも小さくとることができる。その結果、制御ゲインを従来のＰＩＤ制御よりも大きくでき、スロットルの応答速度を高めることができる。

図６は、実施の形態１及び２による制御装置を用いた電子制御スロットルと従来の電子制御スロットルの応答特性を比較した説明図である。図６に示すように、目標開度θ^＊の変化に対し、この発明の実施の形態１及び２による制御装置を適用した電子制御スロットルのスロットル開度θ（ＰＩ制御＋位相進み補償＋ばね補正）の応答時間は、従来の装置に於けるスロットル開度θ（ＰＩ制御＋位相進み補償）の応答時間より短くなっている。つまり、ばね補正値を予め加えることで、スロットル開度の立ち上がり開始時間が短縮できて、更に、制御ゲインのハイゲイン化によって、立ち上がり開始時間の差以上に応答時間が短縮できていることが分かる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２の場合は、ＤＵＴＹ指令Ｖ^＊に予めばね補正値δＶ^＊を加算してばね補正後のＤＵＴＹ指令Ｖ_ｃ ^＊を生成するようにしているが、ＥＴＶの個体差や経年の変化、更にはＥＴＶをエンジンにネジ止めする際の微妙なねじれ等が原因でＥＴＶのスロットル弁のコイルばねのばね力が変化し、図７に示すように、スロットル開度が指令値に収束しないことが生じる場合がある。そこでこの発明の実施の形態３による電子制御スロットルの制御装置は、ＥＴＶの制御中に常時制御値のずれを検出し、ばね力補正値を自動更新するようにしたものである。

ここで、先ず、ＥＴＶの制御中に常時制御値のずれを検出してばね補正値を自動更新しない場合のＥＴＶ制御について、図８に基づいて説明する。図８に於いて、ステップ１１１に於いてスロットル弁１の開度が指令値に到達したか否かを判定し、到達していないと判定したときはステップ１１２に進み、指令値とスロットル開度の偏差ＴＨｄｉｆｆを算出する。

次に、ステップ１１２で算出した偏差ＴＨｄｉｆｆをベースに、ステップ１１３に於いて比例項Ｐ＿ＯＵＴを演算し、ステップ１１４に於いて位相進み補償器による位相進み補償項Ｄ＿ＯＵＴを演算し、ステップ１１５に於いてばね補正値ＢＫ＿ＯＵＴ（＝Ｂｋｂ×
ＴＨ開度＋Ｂｐｌ）を演算する。ここで、Ｂｋｂはばね係数、Ｂｐｌはスロットル弁１に対するプレロード値である。ばね係数Ｂｋｂ及びプレロード値Ｂｐｌは、ＥＴＶのばね諸元値からベース値を算出後、ＥＴＶのマスタ品による動作確認で微調整し決定する。そして、決定したばね係数Ｂｋｂ、プレロード値ＢｐｌはＥＴＶ制御用の固定値として設定される。

次にステップ１１６に於いて、モータ制御値Ｖ＿ＯＵＴ（＝Ｐ＿ＯＵＴ＋Ｄ＿ＯＵＴ＋ＢＫ＿ＯＵ）を演算し、ステップ１１７に於いてモータ３の駆動処理を行う。つまり、モータ制御値を、［モータ制御値＝比例項＋位相進み補償＋ばね力補正値］として演算処理するものである。

しかしながら、ＥＴＶは、特にスロットル弁の全閉付近に於いては、０．１％程度のスロットル開度精度が求められるが、ＥＴＶの個体差、経年変化、ＥＴＶ本体の微妙なねじれ等によりスロットル弁のばね力が変化し、ＥＴＶ制御の指令値とスロットル開度にずれが生じることがある。

ばね係数Ｂｋｂ、プレロード値Ｂｐｌが適正でない時の指令値とスロットル開度の関係を図９、図１０に示す。この現象について発明者等は検証の結果、図９に示すように、指令値に対するスロットル開度のずれ量が一定な場合は、プリトルク値、即ちプレロード値（以下の説明では、プレロード値と称する）Ｂｐｌが適正な値ではなく、図１０に示すように、指令値に対するスロット開度のずれ量が、スロットル開度に比例する場合は、ばね係数が適正でないことを確認した。

指令値とスロットル開度にずれが生じると、エンジンのアイドル回転速度の変化や走行時のフィーリングが変化してしまうこととなる。そこで、この発明の実施の形態３では、ばね力補正値の演算式を次の式（８）のように変更し、ばね力補正値をばね力補正値変動補正値により自動的に微調整するようにしたものである。ここで、ばね力補正値変動補正値は、バネ係数補正値Ｂｋｂ＿ｒと、プレロード値補正値Ｂｐｌ＿ｒとにより演算される。

ばね力補正値＝スロットル開度×（Ｂｋｂ±Ｂｋｂ＿ｒ）＋（Ｂｐｌ±Ｂｐｌ＿ｒ）
式（８）

ここで、Ｂｋｂ＿ｒは、バネ係数補正値、Ｂｐｌ＿ｒは、プレロード値補正値である。

図１１は、この発明の実施の形態３に係る電子制御スロットルの制御装置の動作を示すフローチャートである。図１１に於いて、ステップ１１８、１１９、１２０、１２１は、前述の図８に於けるステップ１１１、１１２、１１３、１１４の内容と同一である。ステップ１２１からノードＡを介してステップ１２２に進み、バネ係数補正値Ｂｋｂ＿ｒ、プレロード値補正値Ｂｐｌ＿ｒを演算してステップ１２３に進む。

ステップ１２３では、前述の式（８）に基づいてばね力補正値を演算し、ノードＢを介してステップ１２４に進む。ステップ１２４では、ステップ１２３で演算したばね力補正値を用いてモータ制御値Ｖ＿ＯＵＴ（＝Ｐ＿ＯＵＴ＋Ｄ＿ＯＵＴ＋ＢＫ＿ＯＵＴ）を算出する。ステップ１２５では、ステップ１２４により演算したモータ制御値（＝比例項＋位相進み補償＋ばね力補正値）に基づき駆動制御するものである。

前述のバネ係数補正値Ｂｋｂ＿ｒ、プレロード値補正値Ｂｐｌ＿ｒを算出するには、スロットル開度が一定である必要がある。そのため、先ず指令値の変化（以降、△指令値と称する）を判定し、△指令値が所定の判定値以下となり、かつ、ばね力補正値自動補正禁
止時間が経過した時、ばね力補正値の自動補正許可とする。又、△指令値が判定値を超過している場合には、ばね力補正値自動補正禁止とし、禁止時間を設定する。図１２は、その自動補正許可判定ロジックを示すフローチャートである。

即ち、図１２に於いて、ステップ１２６では、最新の指令値と４０ｍｓ前の指令値との差分であるΔ指令値を演算する。次に、ステップ１２７では、Δ指令値が所定の判定値以下であるか否かの判定を行い、Δ指令値が所定の判定値より大きければステップ１２８に進み、ばね力補正値自動補正禁止時間をセットし、ステップ１３０に進む。ステップ１３０では、ばね力補正値自動補正不許可とし、ばね力補正値の自動補正が行われないようにして処理を終了する。

一方、ステップ１２７に於いてΔ指令値が所定の判定値以下であると判定されれば、ステップ１２９へ進み、ばね力補正値自動補正禁止時間が経過済みであるかどうかを判定し、ばね力補正値自動補正禁止時間経過済みでなければ、前述のステップ１３０へと進む。ばね力補正値自動補正禁止時間が経過済みであれば、ステップ１３１へ進み、ばね力補正値自動補正許可を行い、処理を終了する。

以上のように動作する図１２の自動補正許可判定ロジックにより、ばね力補正値の自動補正が許可されると、前述の図１１に示すステップ１２２に於いてバネ係数補正値Ｂｋｂ＿ｒ、プレロード値補正値Ｂｐｌ＿ｒの演算に移る。図１３は、そのばね係数の自動補正、及びプレロード値の自動補正を行う演算処理を示すフローチャートである。

図１３に於いて、ステップ１３２では、前述の図１２によるばね力補正値自動補正許可
中か否かを判定し、ばね力補正値自動補正不許可であれば処理を終了し、許可中であれば
、ステップ１３３に進んでスロットル開度が所定の判定値Ｂｔｈｊｄｇより小さいか否か
を判定する。ステップ１３３での判定の結果、スロットル開度が所定の判定値Ｂｔｈｊｄ
ｇより小さければ、ステップ１３４に進んでプレロード値補正値Ｂｐｌ＿ｒを演算して処
理を終了し、スロットル開度が所定の判定値Ｂｔｈｊｄｇ以上であれば、ステップ１３５
に進んでバネ係数補正値Ｂｋｂ＿ｒを算出し、処理を終了する。

つまり、ばね力補正値を演算する前述の式（８）は、ばね力補正値をＹ、スロットル開度をＸとすると、［Ｙ＝ａＸ＋ｂ］の式となり、ばね係数Ｂｋｂは傾き、プレロード値Ｂｐｌはオフセットに相当することから、所定のスロットル開度判定値Ｂｔｈｊｄを設け、スロットル開度がスロットル開度判定値Ｂｔｈｊｄよりも小さい（スロットル弁１がスロットル開度判定値より閉じ側にある）時は、プレロード値補正値Ｂｐｌ＿ｒを算出し、スロットル開度がスロットル開度判定値Ｂｔｈｊｄ以上にある（スロットル弁１がスロットル開度判定値より開き側にある）時は、ばね係数補正値Ｂｋｂ＿ｒを算出するものである。

前述の図１３に於けるステップ１３４でのプレロード値補正処理の算出ロジック、即ちスロットル開度がスロットル開度判定値Ｂｔｈｊｄよりも小さい（スロットル弁１がスロットル開度判定値より閉じ側にある）時の、プレロード値補正値Ｂｐｌ＿ｒの算出ロジックを図１４に示す。

図１４に於いて、指令値とスロットル開度の大小関係によりプレロード値を補正する符合が変わるため、先ずステップ１３６によりそれらの大小関係を判定する。即ち、ステップ１３６にてスロットル開度が指令値より小さいか否かを判定し、小さければステップ１３７に進んで、プレロード値加算処理を行う。この加算処理は、［（スロットル弁１に対するプレロード値Ｂｐｌ）＋（指令値とスロットル開度の偏差ＴＨｄｉｆｆ）×プレロード加算側係数］として演算される。

一方、ステップ１３６での判定の結果、スロットル開度が指令値以上であればステップ１３８に進んで、プレロード値減算処理を行う。この減算処理は、［（スロットル弁１に対するプレロード値Ｂｐｌ）−（指令値とスロットル開度の偏差ＴＨｄｉｆｆ）×プレロード減算側係数］として演算される。

前述の図１３に於けるステップ１３５でのばね係数補正処理の算出ロジック、即ちスロットル開度がスロットル開度判定値Ｂｔｈｊｄ以上にある（スロットル弁１がスロットル開度判定値より開き側にある）時の、ばね係数補正値Ｂｋｂ＿ｒの算出ロジックを図１５に示す。

図１５に於いて、指令値とスロットル開度の大小関係によりばね係数を補正する符合が変わるため、先ずステップ１３９によりそれらの大小関係を判定する。即ち、ステップ１３９にてスロットル開度が指令値より小さいか否かを判定し、小さければステップ１４０に進んで、ばね係数加算処理を行う。この加算処理は、［（ばね係数Ｂｋｂ）＋（指令値とスロットル開度の偏差ＴＨｄｉｆｆ）×ばね係数加算側係数］として演算される。

一方、ステップ１３９での判定の結果、スロットル開度が指令値以上であればステップ１４１に進んで、ばね係数減算処理を行う。この減算処理は、［（ばね係数Ｂｋｂ）−（指令値とスロットル開度の偏差ＴＨｄｉｆｆ）×ばね係数減算側係数］として演算される。

以上述べたように、この発明の実施の形態３にかかる電子制御スロットルの制御装置
によれば、ＥＴＶの制御中に常時制御値のずれを検出し、ばね力補正値を自動更新するよ
うにしたので、ＥＴＶ個体バラツキ、経年変化、ＥＴＶ取り付け時のねじれ等により発生
する、スロットル弁を閉じ方向に引き寄せるばね力による、ＤＣモータの負荷の変化を吸
収し、安定したＥＴＶ制御を行うことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係るＥＴＶの制御装置を含めた全体のシステム構成である。 この発明の実施の形態１に係る電子制御スロットルの制御装置に於けるモータ制御系の構成を示すブロック線図である。 この発明の実施の形態１に係る電子制御スロットルの制御装置に於ける制御演算部の処理動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電子制御スロットルの制御装置に於けるモータ制御系の構成を示すブロック線図である。 実施の形態２による電子制御スロットルの制御装置に於ける制御演算部の処理のフローチャートである。 実施の形態１及び２による制御装置を用いた電子制御スロットルと従来の電子制御スロットルの応答特性を比較した説明図である。 ＥＴＶのスロットル弁のコイルばねのばね力が変化し、スロットル開度が指令値に収束しないことを示す説明図である。 ばね補正値を自動更新しない場合のＥＴＶ制御の動作を説明するフローチャートである。 プレロード値が適正でない時の指令値とスロットル開度の関係を説明する説明図である。 ばね係数が適正でない時の指令値とスロットル開度の関係を説明する説明図である。 この発明の実施の形態３に係る電子制御スロットルの制御装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る電子制御スロットルの制御装置に於ける、自動補正許可判定ロジックを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る電子制御スロットルの制御装置に於ける、 この発明の実施の形態３に係る電子制御スロットルの制御装置に於ける、プレロード値の自動補正を行う演算処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る電子制御スロットルの制御装置に於ける、ばね係数の自動補正を行う演算処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ スロットル弁
１ａ 回転軸
２ａ、２ｂ 歯車
３ モータ
４ コイルばね
５ スロットルポジションセンサ
６ 駆動回路
７ コンピュータ
８、９ Ａ／Ｄ変換
１０ アクセルポジションセンサ
１１ 目標開度生成部
１２ フィードフォワード制御器
１３ ＰＩ制御器
１４ Ｄ制御器
１５ ＰＷＭ出力生成手段
１６ モータ＋ギヤ＋ばね＋バルブ＋駆動回路
１８ 基準位置メモリ
１９ ばねトルク演算部
２０ プリトルク補正値
２１、２２ 制御演算部
２３ ＰＩ制御器＋位相進み補償器

Claims (3)

1. 内燃機関の出力を制御するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサと、前記アクセルの開度に対応して開閉するスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、前記スロットル弁の開閉を制御するモータと、前記スロットル弁を閉じる方向に常時付勢するばね手段と、前記アクセル開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度指令値と前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度とを用いてＰＩＤ制御指令値を演算するＰＩＤ指令値演算手段と、前記ばね手段の緒元データと前記スロットル弁に作用するプリトルク値とに基づいてばね力補正値を演算するばね力補正値演算手段とを備え、
   前記演算されたＰＩＤ制御指令値とばね力補正値とに基づいてモータ制御指令値を生成し、前記生成されたモータ制御指令値に基づいて前記モータを制御すると共に、
   前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値より小さいときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記プリトルク値を補正し、
   前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値以上のときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記ばね手段のばね係数を補正する、
   ことを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。
2. 内燃機関の出力を制御するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサと、前記アクセルの開度に対応して開閉するスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、前記スロットル弁の開閉を制御するモータと、前記スロットル弁を閉じる方向に常時付勢するばね手段と、前記アクセル開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度指令値と前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度とを用いてＰＩ制御及び位相進み補償制御指令値を演算するＰＩ及び位相進み補償指令値演算手段と、前記ばね手段の緒元データと前記スロットル弁に作用するプリトルク値とに基づいてばね力補正値を演算するばね力補正値演算手段とを備え、
   前記演算されたＰＩ及び位相進み補償制御指令値とばね力補正値とに基づいてモータ制御指令値を生成し、前記生成されたモータ制御指令値に基づいて前記モータを制御すると共に、
   前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値より小さいときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記プリトルク値を補正し、
   前記スロットル弁開度センサの出力信号に基づいて算出したスロットル弁開度が所定値以上のときであって、前記算出したスロットル弁開度が前記モータ制御指令値に対応するスロットル弁開度に対してずれているときは、前記ばね手段のばね係数を補正する、
   ことを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。
3. 前記生成されたモータ制御指令値と過去に生成されたモータ制御指令値との差分を演算し、前記差分が所定値以下のとき、前記ばね力補正値を補正するばね力補正値変動補正値を演算し、前記演算されたばね力補正値変動補正値により前記ばね力補正値を補正するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子制御スロットルの制御装置。

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