JP5001032B2 - 自動車の操作部材の制御装置及び自動車の操作部材の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の操作部材の制御装置及び自動車の操作部材の制御方法に関する。

以前から、従来技術（例えば、特許文献１を参照）として、内燃機関を駆動する装置と方法が知られている。この内燃機関において、内熱機関を操作する操作部材として、例えば、絞り弁が駆動される。この絞り弁は、内燃機関を停止させる要請がなされた場合、まず定められた閉鎖位置へ移動し、その後に初めて内熱機関等の停止が可能となる。

独国特許出願公開第１０３５４０５４号明細書

このような内熱機関を駆動する装置及び方法においては、内熱機関の駆動に関連した操作部材が破損されること無く駆動すると共に、確実な動作をすることが重要である。すなわち、例えば、操作部材の駆動により、操作部材とその周囲の部材とが衝突し、操作部材又はその周囲の部材が破損されれば、内熱機関全体の不具合となる可能性があり、信頼性が低下する。一方、所望の駆動が操作部材によって確実かつ迅速に行われなくても、内熱機関全体の性能の低下や不具合等を招く恐れがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、内燃機関の後期駆動においても、自動車の操作部材の確実かつ信頼できる制御を行うことが可能な、新規かつ改良された自動車の操作部材の制御装置及び自動車の操作部材の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、自動車のノーマル駆動及び後期駆動における自動車の操作部材（３）の制御装置（１）であって、後期駆動における操作部材（３）の駆動の最大速度が、ノーマル駆動における操作部材（３）の駆動の最大速度よりも小さいことを特徴とする、自動車の操作部材の制御装置が提供される。

また、操作部材（３）は、機械的なストッパ（４）を有し、操作部材（３）は、駆動装置（２）によって、ストッパ（４）に近づく方向、及びストッパ（４）から離れる方向に移動可能であり、後期駆動において、少なくともストッパ（４）に近づく方向への操作部材（３）の移動の最大速度が減少されてもよい。

また、後期駆動において、操作部材（３）の移動の最大速度が減少されてもよい。

また、後期駆動において、自動車のユーザーの始動要請によって、自動車の操作部材（３）の制御装置（１）のリセットが作動可能であり自動車の操作部材（３）の制御装置（１）のリセットが作動されている間、駆動装置（２）への制御信号を発生させなくてもよい。

また、デジタル制御が設けられ、デジタル制御によって、操作部材（３）が所望位置へ移動されてもよい。

また、操作部材（３）の所望位置への移動は、ローパスの形式で行われ、操作部材（３）の所望位置への移動する際に、ノーマル駆動においては、後期駆動における時定数よりも小さい時定数が使用されてもよい。

また、ノーマル駆動は、点火オン信号によって認識され、後期駆動は、点火オフ信号によって認識されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、自動車のノーマル駆動及び後期駆動における自動車の操作部材（３）の制御方法であって、後期駆動における操作部材（３）の駆動の最大速度が、ノーマル駆動における操作部材（３）の駆動の最大速度よりも小さいことを特徴とする、自動車の操作部材の制御方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、内燃機関の後期駆動においても、自動車の操作部材の確実かつ信頼できる制御を行うことができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１〜３を参照して、本発明の一実施形態に係る自動車の操作部材の制御装置及び自動車の操作部材の制御方法について説明する。

この際、以下では、自動車の操作部材として絞り弁３を例に挙げ説明するが、本発明はかかる例に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施形態に係る絞り弁を駆動する装置を示す断面図である。図２は、図１の絞り弁の駆動の特性曲線を示すグラフである。図３は、本実施形態に係る絞り弁を駆動する装置を概略的（図式的）に示したブロック図である。

（自動車の操作部材の制御装置の構成）
図１は、自動車に組み込まれた内燃機関の吸気管１０を示す図面である。内燃機関と自動車等とは、説明の便宜上（見やすくする理由から）ここには図示しない。この吸気管１０を通って、内燃機関内の燃焼に必要な空気が吸い込まれる。吸気管１０には、空気流を調節するために、絞り弁３が設けられる。この絞り弁３は、回転軸５を中心に回転可能に軸承される。絞り弁３は、例えば、モータ（駆動装置２の一例）によって回転軸５を中心に回転可能に調節されうる。この絞り弁３の回転により、吸気管１０を介して提供される空気の流れ断面が調節され、供給される空気量が調整される。内燃機関の出力パワーは、この空気量の調整によって調節される。

吸気管１０内で絞り弁３の位置を制御するために、制御装置１が設けられる。この制御装置１は、自動車の操作部材の制御装置の一例であって、接続線６を介して絞り弁３の駆動装置２と接続されている。

駆動装置２は、例えば、電動機（モータ）として形成され、絞り弁３と機械的に結合される。制御装置１が駆動装置２を操作することにより、吸気管１０内の絞り弁３の位置が調節される。駆動装置２は、接続線６を介して絞り弁３の位置信号を制御装置１へフィードバックする。絞り弁３の駆動は、閉ループ制御として行われる。即ち、制御装置１は、絞り弁３を所望の位置に移動させるために制御信号を発生させる。そして、駆動装置２は、この所望の位置に応じた制御信号によって、２つの方向、即ち断面拡大の方向と断面縮小の方向とに、絞り弁３を移動させる。

吸気管１０内の絞り弁３の移動を制限するために、ストッパ４が設けられる。尚、このストッパ４は、説明の便宜上、例えば、吸気管１０の壁の切欠き（突部）として示すが、かかる例に限定されず、如何なる機械的なストッパであってもよい。この種の機械的なストッパ４は、絞り弁３の定められた終端位置（この場合には閉鎖された絞り弁に相当する位置）を表す。

絞り弁３は、駆動装置２によってストッパ４の方向へアクティブに変位される。しかし、その場合に、絞り弁３が、駆動装置２が出力することが可能な最大の力と速度によって、単純にストッパ４へ向かって移動されることは望まれない。なぜならば、その場合には、絞り弁３とストッパ４とが衝突し、絞り弁３が損傷する危険があるからである。この絞り弁３の損傷として、絞り弁３の弾性変形、又は、絞り弁３の破断等が発生しうる。従って、本実施形態にかかる自動車の操作部材の制御装置によれば、自動車の駆動において、絞り弁３を可能な限り迅速に閉鎖することが望まれる場合でも、絞り弁３のストッパ４への当接は、絞り弁３の損傷が発生しないように慎重に行われる。これを、図２を用いて説明する。

（自動車の操作部材の制御装置の動作）
図２には、時間ｔに対する絞り弁３の開放度が記載されている。この場合、１００％の開放度は、絞り弁３の完全な開放に相当する。即ち、１００％の開放度は、絞り弁３が吸気管１０内で最大可能な流れ断面を解放した状態に相当する。これは、絞り弁３が吸気管１０の長手方向に対して平行に方位付けされていることを意味している。

０％の開放角度は、絞り弁３の完全な閉鎖に相当する。即ち、０％の開放度は、吸気管１０内のできる限り小さい流れ断面に相当する。これは、絞り弁３がストッパ４に添接した状態に相当する。この状態においては、絞り弁３と吸気管１０の壁との間のわずかな間隙を介しての空気の流れのみが可能である。図２には、「完全な開放」（＝１００％）状態から「完全な閉鎖」（＝０％）状態への絞り弁３の閉鎖が示されている。

カーブａは、自動車のノーマル駆動による絞り弁３の閉鎖を示している。自動車のこの種のノーマル駆動は、ノーマルな走行駆動が存在すること、即ち、自動車のすべてのノーマルな機能がもたらされることを特徴としている。つまり、ノーマル駆動は、例えば、自動車が走行駆動又はアイドリング等の通常の駆動を行っている状態に該当する。

カーブａのような操作部材の駆動は、操作部材が絞り弁３の場合、絞り弁３が内燃機関の空気量を制御するために使用される。操作信号に基づいてカーブａのように絞り弁３が駆動されることにより、できるだけスムーズに内燃機関の駆動を調節し、要求された走行状態が実現されうる。

図２に示す絞り弁３の閉鎖は、「完全な開放」の状態から絞り弁の閉鎖の方向に、極めて大きい速度（速い速度）でカーブａのように行われる。しかし、ストッパ４に対して絞り弁３がゆっくりと近づくことを保証するために、ストッパ４に達する直前（０％になる直前、１００ｍｓｅｃになる直前）に絞り弁３の操作速度は、著しく減少される。この措置によって、絞り弁３のストッパ４への衝突が防止されるので、絞り弁３が損傷する危険はない。この場合に、絞り弁３をその閉鎖方向への激しい速度（早い閉鎖速度）から制動するために、開放の方向へ制御パルスを発生させることも必要である。即ちノーマル駆動においては、操作部材（絞り弁３）の操作距離の大部分において極めて高速の閉鎖速度が達成されるが、閉鎖位置の近傍（ストッパ４の近傍）では閉鎖速度が減少される。

例えば、操作部材が絞り弁３の場合、ノーマル駆動において開放した状態（１００％）から閉鎖した状態（０％）に移動する際に、絞り弁３は、始めは早い回転速度で閉まり、ストッパ４と接する直前において、その回転速度が減少され、ストッパ４と緩やかに接する。

自動車のユーザーが、自動車を止めることを決心した場合に、自動車のノーマル駆動が終了される。通常、これは、例えば、自動車において、車両の運転者がイグニションキーを戻して、ノーマル駆動を終了させることによって行われる。しかし、近年の自動車においては、ノーマル駆動が終了した場合にも、まだ後期駆動が設けられている。即ち、自動車を定められたように停止させるために、さらに短い時間、自動車の停止に応じた制御装置がさらに駆動される。このノーマル駆動終了後の短い時間の駆動を後期駆動という。

本実施形態によれば、自動車のこの後期駆動において、操作部材の駆動は、減少された速度によって行われる。この操作部材の駆動を、図２においてカーブｂで示す。図２から明らかなように、後期駆動において、絞り弁３を閉鎖された状態へ急激（高速）に移動させる要請は、絞り弁３を閉鎖された状態へ低速で移動させる要請に変換される。図２のカーブｂにおいては、絞り弁３の閉鎖は、ローパス機能を用いて行われる。このローパス機能は、カーブａと比較して著しく長い時定数をもたらす。例えば、カーブａに基づく絞り弁３の完全な閉鎖は、典型的に１００ｍｓｅｃ後に達成されるのに対して、カーブｂに基づく絞り弁３の完全な閉鎖は、例えば、２５０ｍｓｅｃ後に初めて達成される。

自動車の後期駆動においては、運転者の意図をできるだけ迅速に操作部材の駆動に変換することは必要とされない。よって、後期駆動において、この長い時定数と、これに関連した絞り弁３の低速の移動とが、自動車の運転者によって知覚されることなく可能である。

後期駆動において障害が生じた場合、絞り弁３の移動の速度が減少されているので、絞り弁３が大きい速度（速い速度）でストッパ４へ向かって移動することは生じない。ノーマル駆動においては、まず、大きい速度で絞り弁３の変位（駆動）が行われ、ストッパ４の直前で初めて減少される。一方、車両の後期駆動においても、絞り弁３がノーマル駆動と同様な大きい速度で駆動されると、後期駆動において制御装置１がオフされた場合、ストッパ４の直前での絞り弁３の速度の減少がもはや不可能になる。よって、絞り弁３とストッパ４とが衝突し、破損する危険が増大する。

よって、本実施形態では、所定の信号（ノーマル駆動を終了する信号、車両を停止する信号等）に基づいて、車両が停止されようとしていることが認識されると、直ちに、制御装置１は、絞り弁３等の操作部材を、図２のカーブｂに示すように、低速の変位（速度）のみによって駆動する。従って、絞り弁３を操作する最大の速度は、減少される。

即ち、もし、絞り弁３が高速で駆動されている間に制御装置１がオフにされると、絞り弁３は、大きな運動エネルギを有している。よって、絞り弁３は、この運動エネルギーによってストッパ４の方向へさらに移動する。後期駆動時においては、制御装置１がオフされる危険性が増大ので、本実施形態によれば、後期駆動が検出されるとすぐに、絞り弁３の最大可能な操作速度を減少させる。

その場合の原理においては、後期駆動の間、絞り弁３等の操作部材が、ストッパ４へ向かう方向の操作速度のみを制限すれば十分である。この方向の速度のみを制限することにより、後期駆動において開放の方向への絞り弁３の操作運動がまだ必要である場合、絞り弁３の駆動をより高速で、即ち、より大きい速度で行うことができる。しかし、これは、もちろん、一般に後期駆動において操作部材を操作することができる最大速度が減少される場合に、特に簡単である。即ち、駆動の方向によらず、後期駆動の間、操作部材の操作の最大速度を減少させる場合には、より簡単に装置を構成することができる。

図１には、絞り弁３を制御するための装置（自動車の操作部材の制御装置の一例）が、単独の制御装置１として示されている。この制御装置１は、もちろん、絞り弁３の位置制御の他に自動車内の内燃機関のための他の部材の制御をも行うように大きい制御装置、例えば、エンジン制御装置の一部であってもよい。

内燃機関の始動の際に、通常、すべての制御装置が初期状態にリセットされる。これにより、制御装置は、定められた初期状態から、全ての計算プロセスに取りかかることができる。この種のリセットがなされた場合、制御装置は、他の計算プロセスを処理できない。従って自動車の後期駆動の間に、運転者によって車両が再びノーマル駆動へ移行された場合、短い期間（リセットがなされる期間）、操作部材等の制御機能が、制御装置によって引き受けられることはない。

従って、この間、絞り弁３への制御介入も行うことはできない。この種のリセットの間、絞り弁３は、リセットの開始のときの速度に基づいて、蓄えられている運動エネルギにより単純にさらに移動する。従って、後期駆動の間の最大速度を制限することによって、このリセットプロセスの間に絞り弁３が、問題になるほどの運動エネルギでストッパ４に衝突するほど大きい速度を持つことが回避される。即ち、リセットの間の絞り弁３の損傷は、回避される。

ここでは、本実施形態について、内燃機関の吸気管１０の絞り弁３を用いて説明した。しかし、本実施形態に係る自動車の操作部材の制御装置、及び、自動車の操作部材の制御方法は、自動車内の、全ての電気的に操作される操作部材において使用することができる。その場合、ここで提案されている絞り弁３の他に、例えば、過給動作フラップ、排ガス還流弁、コンプレッサ用のバイパス弁、又は排ガスターボチャージャ用のバイパス弁等の操作部材に、本実施形態を適用することも可能である。一般に、本実施形態は、自動車内の操作部材の終端位置のために機械的なストッパが設けられている全ての操作部材において使用されるうる。

（制御装置１）
本実施形態に基づく操作部材の駆動の変換は、例えば、ローパスの形式、即ち、ローパスフィルタを使用して操作部材を駆動することによって達成されてもよい。この場合、ノーマル駆動においては、後期駆動における時定数とは異なる時定数が使用される。

図３には、この種の変換（ローパス等による変換）のために制御装置１が有する複数の処理ブロックを示す。この変換のために、ローパス１００には、時定数１０１と所望信号１０２が供給される。所望信号１０２は、操作部材の所望の位置、例えば、絞り弁３の所望の位置を示す信号である。絞り弁３は、この信号が示す位置まで移動される。

ローパスフィルタ１００によって、操作部材の所望の位置１０２は、ローパスフィルタリングされ、駆動信号１０３に変換される。このローパスフィルタリングによって、操作部材の位置が所望の値へ衝撃的にではなく、「丸められた」ローパスフィルタリングされた初期機能１０３をもって、引き付けられることが得られる。即ち、このローパスフィルタリングによって、操作部材は、衝撃的（高速で急激）にではなく、「丸められた」ローパスフィルタリングされた駆動信号１０３により、所望の位置へ駆動されうる。

この際にローパスフィルタ１００へ供給される時定数１０１に従って、図２のカーブａとカーブｂとの異なる時間推移を実現することができる。時定数１０１の供給は、選択ユニット１０４によって行われ、その選択ユニット１０４に駆動種類信号１０５が供給される。この駆動種類信号１０５は、例えば、自動車内で典型的に自動車の運転者によるイグニションロックの操作によって発生されるような「点火オン」又は「点火オフ」信号であってもよい。この駆動種類信号（駆動状態信号）１０５に従って選択装置１０４内でローパスフィルタ１００に出力される短い時定数、又は長い時定数が選択される（例えば、上記の例では、ノーマル駆動時には、短い時定数が選択され、後期駆動時には、長い時定数が選択される。）。図３に示す装置は、デジタル制御によって実現できる。即ち、図３に示す装置は、それに応じたデジタル回路内でプログラムとしても、既知の簡単なアナログの回路手段によっても、実現することができる。

（効果）
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、内燃機関の後期駆動においても自動車の操作部材の確実かつ信頼できる制御を行うことができる。従って、操作部材を前もって初期位置へ移動させること無く、自動車の停止を行うことができる。さらに、自動車の後期駆動において、操作部材に、例えば、自動車の内燃機関を徐々に停止させるため、又は、自動車のテストおよび診断機能のために必要とされる駆動を行わせることができる。

また、操作部材の駆動の最大速度の制限は、操作部材がストッパを有し、操作部材が駆動装置によってそのストッパへ向かって移動可能である場合に、特に効果的である。この場合には、ストッパの方向への操作部材の移動の最大の速度だけが制限されてもよい。しかし、本実施形態は、後期駆動において操作部材のすべての運動の最大速度を制限する場合には、特に簡単に装置を形成することができる。また、後期駆動の間も、新たな始動要請を許可することができ、それによってリセットが作動された場合に操作部材の定められない高速の運動が生じることはない。特に、制御部材のデジタル制御と組み合わされた本実施形態に基づく制御装置が有意義である。その場合に制御装置は、後期駆動においては、時定数のより大きいローパスが使用されるように形成することができる。この種の装置は、特に簡単に形成することができる。自動車のそれぞれの駆動状態を認識するために、装置は、簡単な方法で自動車の点火のオンとオフとの信号を評価することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態に係る絞り弁を駆動する装置を有する絞り弁を示す断面図である。 図１の絞り弁の駆動の特性曲線を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る装置を概略的に示したブロック図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ モータ
３ 絞り弁
４ ストッパ
５ 回転軸
６ 接続線
１０ 吸気管
１００ ローパス
１０１ 時定数
１０２ 所望信号
１０３ 初期機能
１０４ 選択ユニット
１０５ 駆動種類信号

Claims (8)

1. 自動車のノーマル駆動及び後期駆動における自動車の操作部材（３）の制御装置（１）であって、
   前記制御装置（１）は、前記操作部材（３）の全ての駆動範囲において、前記操作部材（３）の開放度と前記操作部材（３）の駆動時間の関係について２つの異なる特性値を使用し、
   前記後期駆動における前記操作部材（３）の駆動の最大速度が、前記ノーマル駆動における前記操作部材（３）の駆動の最大速度よりも小さいことを特徴とする、自動車の操作部材の制御装置。
2. 前記操作部材（３）は、機械的なストッパ（４）を有し、
   前記操作部材（３）は、駆動装置（２）によって、前記ストッパ（４）に近づく方向、及び前記ストッパ（４）から離れる方向に移動可能であり、
   前記後期駆動において、少なくとも前記ストッパ（４）に近づく方向への前記操作部材（３）の移動の前記最大速度が減少されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車の操作部材の制御装置。
3. 前記後期駆動において、前記操作部材（３）の移動の前記最大速度が減少されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の自動車の操作部材の制御装置。
4. 前記後期駆動において、自動車のユーザーの始動要請によって、前記自動車の操作部材（３）の制御装置（１）のリセットが作動可能であり
   前記自動車の操作部材（３）の制御装置（１）の前記リセットが作動されている間、前記駆動装置（２）への制御信号を発生させないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車の操作部材の制御装置。
5. デジタル制御が設けられ、
   前記デジタル制御によって、前記操作部材（３）が所望位置へ移動されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車の操作部材の制御装置。
6. 前記操作部材（３）の所望位置への移動は、ローパスの形式で行われ、
   前記操作部材（３）の所望位置への移動する際に、前記ノーマル駆動においては、前記後期駆動における時定数よりも小さい時定数が使用されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の自動車の操作部材の制御装置。
7. 前記ノーマル駆動は、点火オン信号によって認識され、
   前記後期駆動は、点火オフ信号によって認識されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の自動車の操作部材の制御装置。
8. 自動車のノーマル駆動及び後期駆動における自動車の操作部材（３）の制御方法であって、
   前記操作部材（３）の全ての駆動範囲において、前記操作部材（３）の開放度と前記操作部材（３）の駆動時間の関係について２つの異なる特性値を使用し、
   前記後期駆動における前記操作部材（３）の駆動の最大速度が、前記ノーマル駆動における前記操作部材（３）の駆動の最大速度よりも小さいことを特徴とする、自動車の操作部材の制御方法。

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