JP4980457B2 - Electronic throttle valve control device - Google Patents
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Description
本発明は電子スロットルバルブの制御装置に関し、特に、燃費向上を目的として、消費電力の低減を図るための電子スロットルバルブの制御装置に関する。 The present invention relates to an electronic throttle valve control device, and more particularly to an electronic throttle valve control device for reducing power consumption for the purpose of improving fuel consumption.
近年、地球温暖化防止の観点から、自動車の燃費向上への取り組みがいっそう進められている。その1つとして、電気駆動される補機類の消費電力を低減することで、エンジンによる発電量を削減し、結果、燃費を向上させる、という技術の開発が行われている。 In recent years, efforts have been made to improve the fuel efficiency of automobiles from the viewpoint of preventing global warming. As one of them, a technology has been developed to reduce the power consumption of the electrically driven auxiliary machines, thereby reducing the amount of power generated by the engine and consequently improving the fuel consumption.
対象となる補機類にはさまざまなものがあるが、その1つに、モータによりバタフライの角度を調整しエンジンの吸気量を制御する、電子スロットルシステムがある。 There are various types of auxiliary equipment, but one of them is an electronic throttle system that controls the intake air of the engine by adjusting the angle of the butterfly with a motor.
電子スロットルシステムは、電子スロットルバルブと、電子スロットルバルブを制御する制御装置と、運転者がアクセルを踏み込む量を電気信号に変換して制御装置に伝えるアクセル開度センサなどから構成されている。電子スロットルバルブは、モータでバネに反力を与え、両者の力のつりあい位置がバタフライの角度となる構造になっている。また、制御装置は、バタフライの角度をスロットル開度センサによって読み込み、この実開度がアクセル開度センサなどにより計算された目標開度と一致するよう、フィードバック制御を行う。この演算結果はデューティとしてモータ駆動回路に入力され、モータは電子スロットルバルブの実開度が目標開度となるよう駆動される。制御装置内にはマイクロコンピュータがあり、所定の周期で、これらを繰り返し実行する。 The electronic throttle system includes an electronic throttle valve, a control device that controls the electronic throttle valve, an accelerator opening sensor that converts an amount by which the driver steps on the accelerator into an electric signal and transmits the electric signal to the control device. The electronic throttle valve has a structure in which a reaction force is applied to a spring by a motor, and the balance position of both forces is a butterfly angle. The control device reads the butterfly angle with a throttle opening sensor, and performs feedback control so that the actual opening coincides with the target opening calculated by the accelerator opening sensor or the like. The calculation result is input to the motor drive circuit as a duty, and the motor is driven so that the actual opening of the electronic throttle valve becomes the target opening. There is a microcomputer in the control device, and these are repeatedly executed in a predetermined cycle.
ところで、制御装置が故障した場合も、所定の吸気量を確保する必要があることから、駆動電流が0A、すなわち、デューティが0%のとき、電子スロットルバルブはバネの力で中間開度とよばれる開度になる。この中間開度から全閉側、及び、全開側へ駆動する時、モータをそれぞれ、逆転、正転するようにデューティを与え、バネを押し込むように駆動する。前記のように、モータとバネの力がつりあうところで駆動が止まるため、デューティと開度の関係は、図1のようになる。 By the way, even when the control device breaks down, it is necessary to secure a predetermined intake air amount. Therefore, when the drive current is 0 A, that is, the duty is 0%, the electronic throttle valve is called the intermediate opening by the force of the spring. The opening will be reduced. When driving from the intermediate opening to the fully closed side and the fully opened side, the motor is driven so as to push in the spring by giving a duty so as to rotate backward and forward, respectively. As described above, since the drive stops where the motor and spring force balance, the relationship between the duty and the opening is as shown in FIG.
このとき、バネを押し込む方向、すなわち、中間開度から遠ざかる方向と、バネに押し戻される方向、すなわち、中間開度へ近づく方向との、2つの駆動方向が存在するが、この方向によって、同じ開度でもデューティの値は異なる。つまり、デューティと開度の関係はヒステリシスをもった特性となる。このことを図1を用いて説明する。図1の開度Aが目標開度であり、実開度も開度Aで安定している場合、デューティは、区間Bのどこかの値になっていることになる。 At this time, there are two drive directions: a direction in which the spring is pushed, that is, a direction away from the intermediate opening, and a direction in which the spring is pushed back, that is, a direction approaching the intermediate opening. The duty value varies depending on the degree. That is, the relationship between the duty and the opening is a characteristic having hysteresis. This will be described with reference to FIG. When the opening A in FIG. 1 is the target opening and the actual opening is stable at the opening A, the duty is a value in the section B.
さて、目標開度が開度Aで、実開度も開度Aを維持している場合、区間BのどこかにあるデューティをC%に設定することができれば、実開度を開度Aに留めながらもデューティを最も少なくすることが出来る。デューティと消費電力は比例関係にあるため、つまりは、消費電力を最も少なくすることができる。特許文献1(特開2009−62899号公報)では、デューティをC%に近づけるために、一旦目標開度を開度Aより開き側に設定し、次にゆっくりと開度Aまで戻し、そのとき、デューティがC%に向けて低減される、としている。 Now, if the target opening is the opening A and the actual opening is also maintaining the opening A, the actual opening can be set to the opening A if the duty somewhere in the section B can be set to C%. It is possible to minimize the duty while keeping it at the same level. Since duty and power consumption are in a proportional relationship, that is, power consumption can be minimized. In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-62899), in order to make the duty close to C%, the target opening is once set to the opening side from the opening A, and then slowly returned to the opening A. , The duty is reduced toward C%.
図2は、特許文献1の動作を示したものである。特許文献1では、区間Bの中のあるデューティD%で開度Aで定常状態であった場合、目標開度を一旦開き側へ設定し、ゆっくり開度Aまで戻すことで、デューティが最終的にD%より低いE%まで低下できる、としている。そして、この制御(揺らぎ制御)を繰り返すことで、デューティC%の近傍まで近づける、としている。
FIG. 2 shows the operation of
特許文献1では、揺らぎ制御のTup+Tdownの期間、実開度は、開度Aと異なる開度となる。この開度Aとの乖離量はシステムの許容変動範囲内に設定されるとしているが、電子スロットルシステムの場合、開度変化は内燃機関の回転速度に敏感に反映されるため、この許容変動範囲は狭い。特に、アイドル域では、わずかの開度変化も回転速度に影響する。例えば、電子スロットルバルブの開度は、一般的に、スロットル開度センサの信号で、5V/4096の分解能で制御されているが、この分解能の1つ分が変化するだけで、アイドル域では、内燃機関の回転速度が約10rpm変化する。アイドル域での回転速度の許容変動範囲は、例えば、±25rpmであり、揺らぎ制御を適用しない通常時においても、その許容変動範囲に近い範囲、例えば、±20rpmで回転速度が変動している。このため、揺らぎ制御用に割り当て可能な開度の許容変動範囲は0である。つまり、特許文献1の揺らぎ制御を適用することは出来ない。
In
また、仮に、揺らぎ制御を適用しない通常時の回転速度変動が極めて小さく±15rpm程度であったとしても、又は、アイドル域での回転速度の許容変動範囲が±30rpm程度に大きいとしても、揺らぎ制御用に割り当て可能な開度の許容変動範囲は分解能の1つまでが限度である。なぜなら、許容変動範囲が開度分解能の2つ、つまり、約20rpmを、通常の回転速度の変動量に上乗せすると、運転者に内燃機関のうなり音として認知されてしまい、商品性の問題が生じるため、分解能の1つまでが限度である。 Further, even if the fluctuation in the normal rotation speed without applying the fluctuation control is extremely small, about ± 15 rpm, or even if the allowable fluctuation range of the rotation speed in the idling range is as large as about ± 30 rpm, the fluctuation control is performed. The allowable variation range of the opening that can be allocated for use is limited to one resolution. This is because if the allowable variation range is two of the opening resolution, that is, about 20 rpm, is added to the fluctuation amount of the normal rotational speed, the driver will be recognized as a beep sound of the internal combustion engine, resulting in a problem of commerciality. Therefore, the resolution is limited to one.
しかし、開度の許容変動範囲が分解能の1つでは、特許文献1の揺らぎ制御を適用しても、デューティを低減することは出来ない。なぜなら、特許文献1では、開度Aから一旦開くときの作動時間Tupより、再び開度Aへ戻す作動時間Tdownを長くすることが必要となるが、分解能の1つしか許容できないのであれば、図3に示すように、TupとTdownは1演算周期と等しく、開き側と閉じ側の作動時間に差をつけることが出来ないからである。
However, if the allowable variation range of the opening is one of the resolutions, the duty cannot be reduced even if the fluctuation control of
このように、開度変化が内燃機関の回転速度に敏感に反映される電子スロットルシステムにおいては、最も運転状態として頻度の高いアイドル域に、特許文献1の技術を適用することが出来ない、という問題が生じる。
As described above, in the electronic throttle system in which the change in the opening degree is sensitively reflected on the rotation speed of the internal combustion engine, the technique of
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、電子スロットルバルブの開度を変化させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させ、燃費向上を図ることが出来る電子スロットルバルブの制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and can reduce the duty in the entire opening including the idling range without changing the opening of the electronic throttle valve, thereby improving the fuel consumption. An object of the present invention is to provide a control device for an electronic throttle valve.
本発明は、内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路とを備え、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から駆動ヒステリシスの幅よりも小さい所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部を含み、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行うことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置である。 The present invention relates to an electronic throttle valve control device for controlling the electronic throttle valve, which is connected to an electronic throttle valve for adjusting the intake air amount of the internal combustion engine, and includes values from various sensors for detecting the state of the internal combustion engine. Based on the target opening calculation means for determining the target opening of the electronic throttle valve, the actual opening that is the actual opening of the electronic throttle valve and the target opening are input, and the actual opening Feedback calculation means for performing feedback control so as to match the target opening, and a motor drive circuit for driving the electronic throttle valve according to the duty output by the feedback calculation means, the feedback calculation means comprising the electronic When it is determined that the opening of the throttle valve is steady, the duty by the feedback control is Stop tee updates, including the duty reduction processing section to be output to the motor driving circuit a value obtained by subtracting the small predetermined amount than the width of the drive hysteresis duty value immediately before updating stop as the duty, the feedback arithmetic unit When the opening of the electronic throttle valve is determined not to be steady, the duty is updated by the normal feedback control, and when the opening of the electronic throttle valve is determined to be steady, An electronic throttle valve control device that performs processing by a duty reduction processing unit.
本発明は、内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路とを備え、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から駆動ヒステリシスの幅よりも小さい所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部を含み、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行うことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置であるので、電子スロットルバルブの開度を変化させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させ、燃費向上を図ることが出来る。 The present invention relates to an electronic throttle valve control device for controlling the electronic throttle valve, which is connected to an electronic throttle valve for adjusting the intake air amount of the internal combustion engine, and includes values from various sensors for detecting the state of the internal combustion engine. Based on the target opening calculation means for determining the target opening of the electronic throttle valve, the actual opening that is the actual opening of the electronic throttle valve and the target opening are input, and the actual opening Feedback calculation means for performing feedback control so as to match the target opening, and a motor drive circuit for driving the electronic throttle valve according to the duty output by the feedback calculation means, the feedback calculation means comprising the electronic When it is determined that the opening of the throttle valve is steady, the duty by the feedback control is Stop tee updates, including the duty reduction processing section to be output to the motor driving circuit a value obtained by subtracting the small predetermined amount than the width of the drive hysteresis duty value immediately before updating stop as the duty, the feedback arithmetic unit When the opening of the electronic throttle valve is determined not to be steady, the duty is updated by the normal feedback control, and when the opening of the electronic throttle valve is determined to be steady, Since the electronic throttle valve control device performs processing by the duty reduction processing unit, the duty is reduced over the entire opening including the idle region without changing the opening of the electronic throttle valve, and the fuel consumption is reduced. Improvements can be made.
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図4は、本発明の実施の形態1に係る、電子スロットルバルブの制御装置が設けられた、電子スロットルシステム全体の構成を示す図である。内燃機関であるエンジンの吸気管には、電子スロットルバルブ1が設けられ、エンジンへの吸入空気量を調節する。また、エンジンには、エンジン制御用各種センサ2が備えられ、これらの情報を用いて、エンジン制御ユニット3(以下、ECU3とする)は、エンジンの運転状態を適切に制御する。エンジン制御用各種センサ2の例としては、例えば、エアフローメータ、クランク角センサ、冷却水温センサ、吸気温センサ、O2センサなどが挙げられる。バッテリ4は、ECU3に接続されて、電力をECU3に供給する。アクセル開度センサ5は、ECU3に接続され、運転者のアクセル踏み込み量をECU3へ伝える。また、ECU3内には、図示しないマイクロコンピュータが内臓され、エンジン制御用各種センサ2の信号やアクセル開度センサ5の信号を読み込み、目標とする電子スロットルバルブ1の開度(以下、目標開度とする)を演算する。なお、ECU3が、本発明の実施の形態1に係る電子スロットルバルブの制御装置を構成している。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the entire electronic throttle system provided with the control device for the electronic throttle valve according to the first embodiment of the present invention. An
電子スロットルバルブ1は、DCモータ6、ギア7、バタフライ8、バネ9、スロットル開度センサ10により構成されている。DCモータ6は、ECU3から電力を供給されて、正転、逆転の回転を行う。その回転トルクがギア7を介して、バタフライ8とバネ9とスロットル開度センサ10とが同軸で接続されているシャフトへ伝えられる。バネ9とDCモータ6の回転トルクが釣り合うところでバタフライ8の動きが止まり、バタフライ8の角度は、スロットル開度センサ10にて検出され、ECU3内のマイクロコンピュータに読み込まれる。この値から、電子スロットルバルブ1の実際の開度(以下、実開度とする)が演算され、当該値が目標開度と一致するようにフィードバック制御が行われ、当該制御により、電子スロットルバルブ1のDCモータ6が駆動される。
The
図5は、本発明に係る電子スロットルシステム全体の制御ブロックを示す図である。図5に示すように、ECU3は、目標開度演算手段11と、フィードバック演算手段12と、故障判定手段14と、モータ駆動回路15とにより、構成されている。また、フィードバック演算手段12内には、後述するデューティ低減処理部13が設けられている。
FIG. 5 is a diagram showing a control block of the entire electronic throttle system according to the present invention. As shown in FIG. 5, the
当該構成において、まず、エンジン制御用各種センサ2の信号やアクセル開度センサ5の信号から、ECU3内の目標開度演算手段11にて、電子スロットルバルブ1の目標開度16が算出される。例えば、エンジン冷却水の温度から定める開度とアクセル開度に比例する開度との和を、目標開度16として決定する。この目標開度16と、スロットル開度センサ10を介して読み込んだ実開度17とを、フィードバック演算手段12で比較して、デューティとモータ駆動方向を演算する。デューティの演算方法については後述する。モータの駆動方向の決定方法は、目標開度16と実開度17との大小関係により決定する。すなわち、目標開度16の方が実開度17より大きければ、開き側、すなわち、モータを正転させる方向に駆動方向を決定し、逆に、目標開度16の方が実開度17よりも小さければ、閉じ側、すなわち、モータを逆転させる方向に駆動方向を決定する。このフィードバック演算手段12の内部には、本発明の特徴であるデューティ低減処理部13が組み込まれており、従来の方法で算出されたデューティに追加の処理を行う。また、ECU3内には、故障判定手段14が設けられている。故障判定手段14は、電子スロットシステムが正常か故障かを判定し、故障時には故障フラグを1にしてフィードバック演算手段12に対して出力し、それを受けて、フィードバック演算手段12は、デューティ低減処理部13の処理を実行しない。
In this configuration, first, the target opening 16 of the
なお、デューティ低減処理部13は、電子スロットルバルブ1の開度が定常であると判断したとき、フィードバック制御を停止してデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量を減じたデューティを出力する。一方、デューティ低減処理部13は、電子スロットルバルブ1の開度が定常でないと判断したときは、通常のフィードバック制御によるデューティの更新を継続し、(動的に変化する)今回演算値のデューティを出力する。
When the duty
フィードバック演算手段12で算出されたデューティとモータ駆動方向は、モータ駆動回路15でPWM波形に変換され、それに基づき電子スロットルバルブ1のDCモータ6が駆動される。その後は、既に説明のとおり、この駆動力がバタフライ8の角度となり、この角度をスロットル開度センサ10でECU3が読み込み、次のフィードバック演算が実施される。
The duty and the motor driving direction calculated by the feedback calculation means 12 are converted into a PWM waveform by the
図6は、フィードバック演算手段12の制御ブロック図である。図5の目標開度演算手段11にて演算された目標開度16と、電子スロットルバルブ1のスロットル開度センサ10から読みこんだ実開度17と、故障判定手段14にてシステムが正常か故障かを判定した結果である故障フラグ18とが、フィードバック演算手段12の入力となる。
FIG. 6 is a control block diagram of the feedback calculation means 12. Whether the system is normal by the target opening 16 calculated by the target opening calculating means 11 of FIG. 5, the
フィードバック演算手段12のうちのデューティ低減処理部13以外の部分は、従来から一般的に設けられている構成(以下、従来部分とする)である。まず、この、フィードバック演算手段12の従来部分について説明する。従来部分には、P項演算部20、I項演算部21、D項演算部22、および、デューティ変換部24が設けられている。当該構成において、まず、目標開度16と実開度17とが入力され、それらの差分(=(目標開度16)−(実開度17))を演算し、これを偏差19とする。偏差19をフィードバック制御の1つであるPID制御の各項への入力とし、すなわち、偏差19を、P項演算部20、I項演算部21、および、D項演算部22にそれぞれ入力し、それらの項のそれぞれで演算を行い、それらの出力の和を操作量23とする。具体的には、例えば、Kp、Ki、Kdをそれぞれのゲイン定数として所定の値を定め、P項演算部20で、Kp×偏差の演算を行い、I項演算部21で、Σ(Ki×偏差)の演算を行い、D項演算部22で、Kd×(現時刻の偏差−1演算周期前の偏差)の演算を行い、それらの演算結果の和である、Kp×偏差+Σ(Ki×偏差)+Kd×(現時刻の偏差−1演算周期前の偏差)を求め、操作量23へ代入する。次に、デューティ変換部24で、操作量23に所定の係数を乗じる等の演算により、操作量23はデューティ25に変換され、モータ駆動回路15へ伝えられ、ここでPWM波形として出力されることになる。
The portion other than the duty
次に、本発明のデューティ低減処理部13について説明する。デューティ低減処理部13には、定常判定部26と安定判定部27とが設けられている。定常判定部26には、偏差19と、目標開度16と、実開度17と、故障フラグ18とが入力され、それらに基づき、定常か否かの判定が行われる。定常判定部26にて定常と判定された場合は、デューティ変換部24により演算された今回演算値のデューティは、RAMのデューティ記憶領域(以下、デューティ25とする)に代入されず、デューティ25には前回値が保持される。一方、定常判定部26にて定常ではないと判定された場合は、通常のフィードバック制御が行われ、すなわち、デューティ変換部24で今回演算した今回演算値でデューティ25が更新される。
Next, the duty
なお、定常判定部26は、(a)目標開度16の前回値と今回値との絶対差(Δ目標開度)が予め設定した第1の定数K1より小さいこと、(b)実開度17の前回値と今回値との絶対差(Δ実開度)が予め設定した第2の定数K2より小さいこと、(c)偏差19の絶対値が予め設定した第3の定数K3より小さいこと、(d)故障フラグ18がリセット、すなわち、電子スロットルシステムが故障していないこと、の4つの条件(a)〜(d)の全てを満足する場合を定常と判定し、それ以外を定常ではない、と判定する。
The steady
定常判定部26の結果は、安定判定部27へ入力され、ここで、所定時間の間、定常であれば、安定と判断され、デューティ25から所定の低減量28を減算するようにスイッチの切り替えが行われ、それ以外の場合は安定でないと判断され、デューティ25はそのままモータ駆動回路15へ出力される。
The result of the steady
デューティ低減処理部13の動作を図7のフローチャートを用いて説明する。このプログラムや定数は、本発明の適用対象となるフィードバック演算手段12と同じく、マイクロコンピュータ内のROMに格納され、フィードバック演算手段12と同じ、所定の周期で実行される。
The operation of the duty
デューティ低減処理部13は、まず、ステップS1において、前回演算時の目標開度16’と今回演算時の目標開度16との絶対差である、Δ目標開度(=|(前回演算時の目標開度16’)−(今回演算時の目標開度16)|)を演算し、第1の定数K1と比較する。Δ目標開度が第1の定数K1より小さければ、Yes判定となり、ステップS2へ進む。一方、Δ目標開度が第1の定数K1以上であれば、No判定となり、ステップS6へ進む。この第1の定数K1は、例えば、制御分解能(5V/4096)×2に設定する。
In step S1, the duty
次に、ステップS2において、前回演算時の実開度17’と今回演算時の実開度17との絶対差である、Δ実開度(=|(前回演算時の実開度17’)−(今回演算時の実開度17)|)を演算し、第2の定数K2と比較する。Δ実開度が第2の定数K2より小さければ、Yes判定となり、ステップS3へ進む。一方、Δ実開度が第2の定数K2以上であれば、No判定となり、ステップS6へ進む。この第2の定数K2は、例えば、制御分解能(5V/4096)×2に設定する。
Next, in step S2, Δ actual opening (= | (
次に、ステップS3において、今回演算時の目標開度16と今回演算時の実開度17との絶対差である、偏差の絶対値(=|(今回演算時の目標開度16)−(今回演算時の実開度17)|)を演算し、第3の定数K3と比較する。偏差の絶対値が第3の定数K3より小さければ、Yes判定となり、ステップS4へ進む。一方、偏差の絶対値が第3の定数K3以上であれば、No判定となり、ステップS6へ進む。この第3の定数K3は、例えば、制御分解能(5V/4096)×1に設定する。
Next, in step S3, the absolute value of the deviation (= | (target opening 16 at the current calculation) − (−) is the absolute difference between the target opening 16 at the current calculation and the
さらに、ステップS4において、故障フラグ18を読み取り、システムが正常であれば、Yes判定となり、ステップS5へ進む。システムが異常であれば、No判定となり、ステップS6へ進む。
Further, in step S4, the
ステップS5においては、前処理で定常であると判定された間の時間、すなわち、ステップS1からステップS4が全てYes判定であった時間をカウントするカウンタc1を減算する。なお、カウンタc1の減算とは、RAMに記憶されているカウンタc1の値が1以上であれば1を減じ、それ以外の場合は何も処理を行わない事を示す。その後、ステップS7へ進む。 In step S5, a counter c1 that counts the time during which the pre-processing is determined to be steady, that is, the time during which all the determinations in steps S1 to S4 are Yes, is subtracted. The subtraction of the counter c1 indicates that 1 is subtracted if the value of the counter c1 stored in the RAM is 1 or more, and no processing is performed otherwise. Thereafter, the process proceeds to step S7.
ステップS6においては、カウンタc1に初期値として予め設定された第5の定数K5を代入する。この第5の定数K5は、例えば100msに相当する値に設定する。つぎに、ステップS7へ進む。 In step S6, a fifth constant K5 set in advance as an initial value is substituted into the counter c1. The fifth constant K5 is set to a value corresponding to 100 ms, for example. Next, the process proceeds to step S7.
次に、ステップS7において、カウンタc1が0か否かを判定する。0であればYes判定(定常であると判定)となり、ステップS8へ進む。一方、カウンタc1が1以上であれば、No判定(定常でないと判定)となり、ステップS10へ進む。 Next, in step S7, it is determined whether or not the counter c1 is zero. If it is 0, it becomes Yes determination (determined that it is steady), and progresses to step S8. On the other hand, if the counter c1 is 1 or more, it is No determination (determination is not steady), and the process proceeds to step S10.
ステップS8においては、定常時の処理として、フィードバック制御を停止する。すなわち、今回演算時のデューティを、デューティ25に代入せず、デューティ25の値は前回値のままとし、I項演算部21の積算を停止する。次に、ステップS9で、カウンタc2を1つ減算し、ステップS12へ進む。
In step S8, the feedback control is stopped as a routine process. That is, the duty at the time of the current calculation is not substituted for the
ステップS10においては、定常時以外の通常の処理として、フィードバック制御を継続する。すなわち、今回演算時のデューティを、従来どおり、デューティ25に代入し、I項演算部21の積算を従来どおり実行する。次に、ステップS11で、カウンタc2に初期値として予め設定した第6の定数K6を代入し、ステップS12へ進む。この第6の定数K6は、例えば20msに相当する値に設定する。
In step S10, the feedback control is continued as a normal process other than the steady state. That is, the duty at the time of the current calculation is substituted into the
ステップS12において、カウンタc2が0か否かを判定する。0であればYes判定(安定であると判定)となり、ステップS13へ進む。1以上であれば、No判定(安定でないと判定)となり、ステップS18へ進む。 In step S12, it is determined whether the counter c2 is zero. If it is 0, it becomes Yes determination (determined that it is stable), and it progresses to step S13. If it is 1 or more, it will be No determination (determination is not stable) and it will progress to step S18.
ステップS13において、カウンタc3が0か否かを判定する。0であればYes判定(所定の繰返し時間が経過)となり、ステップS14へ進む。1以上であれば、No判定(所定の繰返し時間が未経過)となり、ステップS20へ進む。 In step S13, it is determined whether the counter c3 is 0 or not. If it is 0, it becomes Yes determination (predetermined repetition time passes), and it progresses to step S14. If it is 1 or more, the determination is No (the predetermined repetition time has not elapsed), and the process proceeds to step S20.
ステップS14において、カウンタc4が0より大きいか否かを判定する。0より大きい(1以上)であれば、Yes判定(所定の繰返し回数に到達)となり、ステップS15へ進む。0であれば、No判定(所定の繰返し回数に未到達)となり、ENDへ進み、全ての処理が終わる。 In step S14, it is determined whether or not the counter c4 is greater than zero. If it is greater than 0 (1 or more), a Yes determination is made (reach a predetermined number of repetitions), and the process proceeds to step S15. If it is 0, No determination is made (the predetermined number of repetitions has not been reached), the process proceeds to END, and all the processes are completed.
ステップS15において、デューティ25に記憶されている値から、低減量28として、予め設定された第7の定数K7を引いた値を、新たなデューティとしてデューティ25へ代入する。
In step S15, a value obtained by subtracting a preset seventh constant K7 as the reduction amount 28 from the value stored in the
この第7の定数K7は、次の条件を考慮して設定する。まず、制御対象となる電子スロットルバルブ1の、温度や個体差などのばらつきが考慮されたヒステリシス幅の最小値を、電子スロットルバルブ設計値や特性値からあらかじめ定めておく。ステップS19で説明する繰り返し回数K9と第7の定数K7との積である合計の低減量は、このヒステリシス幅の最小値より小さいだけでなく、減算後のデューティがヒステリシス幅から出てしまうことを防ぐため、前記ヒステリシス幅の最小値の1/5〜1/10程度に設定することが推奨される。例えば、ヒステリシス幅の最小値の1/6程度の値が、デューティ1%であるとすると、1%/K9をK7に設定する。
The seventh constant K7 is set in consideration of the following conditions. First, the minimum value of the hysteresis width in consideration of variations such as temperature and individual differences of the
次のステップS16において、カウンタc3に初期値K8を代入し、次のステップS17において、カウンタc4から1を減算し、ENDへ進み、全ての処理が終わる。この定数K8は、ステップS13での所定の繰返し時間に相当するもので、例えば50msに相当する値に設定する。 In the next step S16, the initial value K8 is substituted for the counter c3. In the next step S17, 1 is subtracted from the counter c4, and the process proceeds to END, and all the processes are completed. This constant K8 corresponds to the predetermined repetition time in step S13, and is set to a value corresponding to 50 ms, for example.
一方、ステップS12においてNo判定となった場合、ステップS18において、カウンタc3に0を代入し、次のステップS19において、カウンタc4に初期値K9を代入し、ENDへ進み、全ての処理が終わる。この定数K9は、ステップS14での所定の繰返し回数に相当するもので、例えば2回に設定する。 On the other hand, if the determination is No in step S12, 0 is substituted for the counter c3 in step S18, and the initial value K9 is substituted for the counter c4 in the next step S19, and the process proceeds to END, and all the processes are completed. This constant K9 corresponds to the predetermined number of repetitions in step S14, and is set to 2 times, for example.
ステップS13においてNo判定となった場合、ステップS20において、カウンタc3を1減算し、ENDへ進み、全ての処理が終わる。 If the determination is No in step S13, the counter c3 is decremented by 1 in step S20, the process proceeds to END, and all the processes are completed.
また、ECU3内のマイクロコンピュータに電源が投入された時などは、本発明のデューティ低減処理部13に関するカウンタRAMを初期化する必要がある。この場合、図8に示すステップS21を実行する。すなわち、カウンタc1に初期値K5を、カウンタc2に初期値K6を、カウンタc3に0を、カウンタc4に初期値K9を、それぞれ代入し、処理を終了する。この図8のプログラムも、図7同様、マイクロコンピュータ内のROMに格納され実行される。
Further, when the microcomputer in the
図7の動作を、図9のタイミングチャートを用いて説明する。ここでは、デューティC%を、図1の意味で用いており、定数K9は、前記の例のように2としている。 The operation of FIG. 7 will be described with reference to the timing chart of FIG. Here, the duty C% is used in the meaning of FIG. 1, and the constant K9 is set to 2 as in the above example.
目標開度が開度Aで一定であり、実開度が開度Aへ近づいている場合(Δ目標開度<K1)、フィードバック制御によりデューティは動的に変化しており、C%より高い値である。このとき、カウンタc1はK5、カウンタc2はK6、カウンタc3は0、カウンタc4はK9、となっている。 When the target opening is constant at the opening A and the actual opening is approaching the opening A (Δtarget opening <K1), the duty is dynamically changed by feedback control and is higher than C% Value. At this time, the counter c1 is K5, the counter c2 is K6, the counter c3 is 0, and the counter c4 is K9.
時刻T1において、Δ実開度<K2、|偏差|<K3、かつ、故障フラグよりシステムが正常である、の条件をすべて満たすとする。すると、カウンタc1が減算を始め、やがて0となり、続いて、カウンタc2が減算を始め、やがて0となる。この0となる時刻をT2とする。 At time T1, it is assumed that all the conditions that Δactual opening degree <K2, | deviation | <K3, and the system is normal based on the failure flag are satisfied. Then, the counter c1 starts subtraction and eventually becomes 0, and then the counter c2 starts subtraction and eventually becomes 0. This time when it becomes 0 is assumed to be T2.
時刻T2において、デューティは前回値からK7引かれた値となり、カウンタc3はK8が代入され、カウンタc4は1つ減算される。カウンタc3は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて0となる。この0となる時刻をT3とする。 At time T2, the duty is a value obtained by subtracting K7 from the previous value, K8 is substituted for the counter c3, and one is subtracted from the counter c4. The counter c3 starts subtraction after the next calculation cycle and eventually becomes 0. This time when it becomes 0 is set as T3.
時刻T3において、デューティは前回値から、さらにK7引かれた値となり、カウンタc3はK8が代入され、カウンタc4はさらに1つ減算され、0となる。カウンタc3は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて0となる。しかし、カウンタc4が0であるため、デューティはこれ以上減算されることはない。 At time T3, the duty is a value obtained by further subtracting K7 from the previous value, K8 is substituted for the counter c3, and one more counter c4 is subtracted to 0. The counter c3 starts subtraction after the next calculation cycle and eventually becomes 0. However, since the counter c4 is 0, the duty is not subtracted any more.
このようにしてデューティは低減され、一方、C%以上であるため、実開度は開度Aから変化することはない。つまり、デューティだけが低減されたことになり、特許文献1の課題を解決できる。
In this way, the duty is reduced, and on the other hand, since it is C% or more, the actual opening does not change from the opening A. That is, only the duty is reduced, and the problem of
さて、このような場合において、例えば、スロットル開度が電子スロットルバルブの振動で変化した、或いは、スロットル開度センサの信号にノイズが乗った、などにより、実開度が変化し、Δ実開度≧K2、又は、|偏差|≧K3、となった場合を考える。この時刻をT4とする。 In such a case, for example, when the throttle opening changes due to the vibration of the electronic throttle valve, or when noise is added to the signal of the throttle opening sensor, the actual opening changes and Δ actual opening occurs. Consider a case where the degree ≧ K2 or | deviation | ≧ K3. This time is T4.
時刻T4において、定常ではないと判定されるため、カウンタc1はK5、カウンタc2はK6、カウンタc3は0、カウンタc4はK9、に設定され、フィードバック制御が再開される。このため、デューティは動的に変化し、実開度が開度Aに収束される。この時刻をT5とする。この時、収束したデューティは、図1の区間Bの中のいずれかに収束するが、時刻T1でのデューティと必ずしも一致するわけではない。 At time T4, since it is determined not to be steady, the counter c1 is set to K5, the counter c2 is set to K6, the counter c3 is set to 0, and the counter c4 is set to K9, and the feedback control is resumed. For this reason, the duty changes dynamically, and the actual opening degree is converged to the opening degree A. This time is T5. At this time, the converged duty converges to one of the sections B in FIG. 1, but does not necessarily coincide with the duty at time T1.
時刻T5において、Δ実開度<K2、|偏差|<K3、となり、再び、カウンタc1が減算を始め、やがて0となり、続いて、カウンタc2が減算を始め、やがて0となる。この時刻をT6とする。 At time T5, Δ actual opening degree <K2, | deviation | <K3, and the counter c1 starts subtraction again and eventually becomes 0, and then the counter c2 starts subtraction and eventually becomes 0. This time is T6.
時刻T6において、時刻T2と同様、デューティは前回値からK7引かれ、カウンタc3はK8が代入され、カウンタc4は1つ減算される。カウンタc3は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて0となる。この時刻をT7とする。 At time T6, as with time T2, the duty is subtracted from the previous value by K7, K8 is substituted for the counter c3, and one counter c4 is subtracted. The counter c3 starts subtraction after the next calculation cycle and eventually becomes 0. This time is T7.
時刻T7において、時刻T3と同様、デューティは前回値から、さらにK7引かれた値となり、カウンタc3はK8が代入され、カウンタc4はさらに1つ減算され、0となる。カウンタc3は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて0となる。しかし、カウンタc4が0であるため、デューティはこれ以上減算されることはない。このときのデューティは、時刻T3でのデューティと必ずしも一致するわけではなく、また、図9のように、時刻T3でのデューティよりも大きな値になってしまう場合もある。しかし、本発明を適用しない場合に比べ、K7×K9分(例えば、1%)のデューティを低減させることができ、かつ、実開度を変化させることがない。すなわち、特許文献1の課題を解決できる。
At time T7, similarly to time T3, the duty is a value obtained by further subtracting K7 from the previous value, K8 is substituted for the counter c3, and one more counter c4 is subtracted to 0. The counter c3 starts subtraction after the next calculation cycle and eventually becomes 0. However, since the counter c4 is 0, the duty is not subtracted any more. The duty at this time does not necessarily coincide with the duty at time T3, and as shown in FIG. 9, the duty may be larger than the duty at time T3. However, compared with the case where the present invention is not applied, the duty of K7 × K9 minutes (for example, 1%) can be reduced, and the actual opening degree is not changed. That is, the problem of
消費電力の低減量は、例えば、モータ駆動回路のON抵抗を0.3Ω、ECUとモータ間のハーネス抵抗を0.17Ω、モータのコイル抵抗を1.2Ωとすると、全抵抗は1.67Ω(=0.3(Ω)+0.17(Ω)+1.2(Ω))となり、バッテリ電圧を14Vとすると、デューティ100%相当の電流値は、約8.38A(≒14(V)÷1.67(Ω))となる。合計のデューティ低減量(K9×K7)を1%とすると、0.0838A相当となり、ヒステリシス幅の最小値が0.5Aであれば、これは約1/6を低減することに相当し、この低減量は適当である。このデューティ低減量1%による、消費電力低減量は、14(V)×0.0838(A)の約1.17Wとなる。特許文献1の技術は、開度の許容変動範囲が非常に狭い電子スロットルバルブの制御には適用できず、消費電力を低減できないが、本発明は、開度に影響を与えることなく、走行時の頻度の多いアイドル域を含めて、約1Wの電力消費を軽減することが出来る。
For example, if the ON resistance of the motor drive circuit is 0.3Ω, the harness resistance between the ECU and the motor is 0.17Ω, and the coil resistance of the motor is 1.2Ω, the total resistance is 1.67Ω ( = 0.3 (Ω) +0.17 (Ω) +1.2 (Ω)), and assuming that the battery voltage is 14 V, the current value corresponding to 100% duty is about 8.38 A (≈14 (V) ÷ 1 .67 (Ω)). If the total duty reduction amount (K9 × K7) is 1%, it corresponds to 0.0838A, and if the minimum value of the hysteresis width is 0.5A, this corresponds to about 1/6 reduction. The amount of reduction is appropriate. The amount of power consumption reduction due to this duty reduction amount of 1% is about 1.17 W of 14 (V) × 0.0838 (A). The technique of
なお、電子スロットルシステムの故障を示す故障フラグがセットされている時のほか、例えば、電子スロットルバルブの全閉開度や全開開度を学習するための処理を実行している場合も、本発明の処理は実施されない。 In addition to when the failure flag indicating the failure of the electronic throttle system is set, for example, when the process for learning the fully closed opening or fully opened opening of the electronic throttle valve is executed, the present invention This process is not performed.
以上のように、本発明の電子スロットルバルブの制御装置であるECU3は、電子スロットルバルブ1の目標開度16を決定する目標開度演算手段11と、電子スロットルバルブ1の実際の開度である実開度17と目標開度16とが入力され、実開度17を目標開度16に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段12と、フィードバック演算手段12の出力するデューティ25に従って電子スロットルバルブ1を駆動するモータ駆動回路15とを備え、フィードバック演算手段12は、電子スロットルバルブ1の開度が定常であると判断したとき、デューティ25の更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量28を減じたデューティをモータ駆動回路15へ出力するデューティ低減処理部13を含むようにしたので、開度が定常時には、デューティから、駆動ヒステリシスの範囲内に収まる所定値、すなわち、ヒステリシスの幅より小さい所定値を、低減量28として減算することで、駆動電流を低減させることができるため、開度を変動させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させることができ、エンジン回転数への影響を出すことなく、消費電力低減、すなわち、燃費向上を図ることができるという効果を奏する。
As described above, the
なお、上記の説明においては、定数K6を所定の値とする例について記載したが、その場合に限定されるものではなく、定数K6を0としてもよく、この場合には、定常判定の成立(図7のステップS7)と安定判定の成立(図7のステップS12)が同時となる。 In the above description, an example in which the constant K6 is set to a predetermined value is described. However, the present invention is not limited to this case, and the constant K6 may be set to 0. Step S7) in FIG. 7 and the establishment of the stability determination (step S12 in FIG. 7) are simultaneous.
また、上記の説明においては、定数K9を2とする例について記載したが、その場合に限らず、定数K9を1に設定して、定数K7でのデューティ低減(図7のステップS15)を1回だけにしてもよい。 In the above description, an example in which the constant K9 is set to 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the constant K9 is set to 1 to reduce the duty by the constant K7 (step S15 in FIG. 7). It may be only once.
また、図7及び図8で説明した定数K1〜K3,K5〜K9は固定値であったが、エンジン制御用各種センサ2、例えば、水温、バッテリ電圧、開度位置、に応じて値が変更されるよう、定数K1〜K3,K5〜K9の値をマップデータとすることもできる。
The constants K1 to K3 and K5 to K9 described with reference to FIGS. 7 and 8 were fixed values, but the values changed according to various
フィードバック制御は、上述のPID制御のほか、微分先行型PID制御、PI制御、など、他のフィードバック制御においても同様に適用できる。 The feedback control can be similarly applied to other feedback control such as differential preceding PID control and PI control in addition to the above PID control.
更に、本発明は、内燃機関の電子スロットルシステムに限定されず、内燃機関の制御に用いる他の装置(例えば、可変バルブ装置、EGR装置等)や内燃機関以外に用いる様々な装置等、制御対象の制御量を目標値に一致させるように操作量やデューティを制御するシステムで、操作量やデューティに対しヒステリシスを有するシステムに広く適用して実施できる。 Further, the present invention is not limited to the electronic throttle system of the internal combustion engine, but is to be controlled such as other devices used for controlling the internal combustion engine (for example, variable valve device, EGR device, etc.) and various devices used other than the internal combustion engine. This is a system that controls the operation amount and duty so that the control amount matches the target value, and can be widely applied to systems having hysteresis with respect to the operation amount and duty.
1 電子スロットルバルブ、2 エンジン制御用各種センサ、3 エンジン制御ユニット(ECU)、4 バッテリ、5 アクセル開度センサ、6 DCモータ、7 ギア、8 バタフライ、9 バネ、10 スロットル開度センサ、12 フィードバック演算手段、13 デューティ低減処理部、14 故障判定手段、15 モータ駆動回路、16 目標開度、17 実開度、18 故障フラグ、19 偏差、20 P項演算部、21 I項演算部、22 D項演算部、23 操作量、24 デューティ変換部、25 デューティ、26 定常判定部、27 安定判定部、28 低減量。 1 electronic throttle valve, 2 sensors for engine control, 3 engine control unit (ECU), 4 battery, 5 accelerator opening sensor, 6 DC motor, 7 gear, 8 butterfly, 9 spring, 10 throttle opening sensor, 12 feedback Calculation means, 13 Duty reduction processing section, 14 Failure determination means, 15 Motor drive circuit, 16 Target opening, 17 Actual opening, 18 Failure flag, 19 Deviation, 20 P term calculation section, 21 I term calculation section, 22 D Term calculation unit, 23 operation amount, 24 duty conversion unit, 25 duty, 26 steady state determination unit, 27 stability determination unit, 28 reduction amount.
Claims (1)
内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、
前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、
前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路と
を備え、
前記フィードバック演算手段は、
前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から駆動ヒステリシスの幅よりも小さい所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部
を含み、
前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行う
ことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。 An electronic throttle valve controller for controlling the electronic throttle valve, connected to an electronic throttle valve for adjusting an intake air amount of an internal combustion engine,
Target opening degree calculation means for determining a target opening degree of the electronic throttle valve based on values from various sensors for detecting the state of the internal combustion engine;
A feedback calculation means for inputting an actual opening that is an actual opening of the electronic throttle valve and the target opening, and performing feedback control so that the actual opening matches the target opening;
A motor drive circuit for driving the electronic throttle valve according to the duty output by the feedback calculation means,
The feedback calculation means includes
When it is determined that the opening of the electronic throttle valve is steady, the duty update by the feedback control is stopped, and a value obtained by subtracting a predetermined amount smaller than the drive hysteresis width from the duty value immediately before the stop of the update is obtained. A duty reduction processing unit that outputs to the motor drive circuit as the duty;
When the feedback calculation means determines that the opening of the electronic throttle valve is not steady, updates the duty by the normal feedback control, and determines that the opening of the electronic throttle valve is steady In the electronic throttle valve control apparatus, the duty reduction processing unit performs processing.
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