JP5134571B2 - アクチュエータの駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動対象を駆動するアクチュエータの駆動制御装置に関する。

特許文献１には、アクセルペダルセンサによって検出される検出信号に基づいてアクチュエータを制御することで、スロットルバルブの開度を調整する電制スロットルシステムが開示されている。
特開２００３−１２０３８５号公報

ところで、特許文献１に記載のようなアクセルペダルセンサを含むセンサの電源は、一般的に電流増幅器を備えている。そして、比較的廉価な電流増幅器では自動車のエンジンルーム内のような高温にさらされると、電流増幅器からのセンサへの供給電圧が変動し、この供給電圧変動に正比例してセンサの検出信号も変動してしまう。そのため、アクチュエータが供給電圧変動の影響を受けた検出信号に基づいて制御されてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、高温によってセンサへの供給電圧が変動した場合であっても、供給電圧変動の影響を受けることなくアクチュエータの駆動を制御できるアクチュエータの駆動制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明は、駆動対象を駆動するアクチュエータの駆動制御装置であって、バッテリ電圧を調整して基準電圧を出力する基準電圧出力部と、電圧又は電流を増幅するとともに、基準電圧に基づいて供給電圧を出力する供給電圧出力部と、供給電圧が供給され、操作対象の操作量に応じた検出信号を出力するセンサと、検出信号に、基準電圧を供給電圧で除した値を掛けることによって補正信号を算出し、この補正信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサからの検出信号を補正した補正信号に基づいてアクチュエータを制御するので、供給電圧出力部からの供給電圧が変動した場合であっても、供給電圧変動の影響を受けることなくアクチュエータを制御することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、車両に適用される電制スロットルシステムの概略構成図である。

図１に示すように、スロットルバルブ１１は、エンジンの吸気通路１０に設けられる。スロットルバルブ１１は、駆動軸１２を中心に回転する。スロットルバルブ１１の駆動軸１２は、電動モータ等のアクチュエータ１３によって駆動される。スロットルバルブ１１は、吸気通路１０の吸気流通面積を変化させることで、燃焼室に導入される吸気の吸気流量を調整する。

スロットルバルブ１１とアクチュエータ１３との間の駆動軸１２には、スプリング１４が備えられる。スプリング１４は、スプリング反力によってスロットルバルブ１１を低開度の初期開度位置に付勢するように設けられる。そのためアクチュエータ１３に制御電圧が印加されていない状態では、スロットルバルブ１１の開度は初期開度位置に設定される。

スロットルバルブ１１の開度は、スロットル開度センサ１５によって検出される。スロットル開度センサ１５は、スロットルバルブ１１の開度に応じた電圧信号（検出信号）を出力するポテンショメータ式センサである。

スロットルバルブ１１の開度は、運転者の足元に配置されるアクセルペダル２１の踏込み量に基づいて制御される。アクセルペダル２１は、スプリング２２の反力によってアクセル全閉位置に押し戻される。アクセルペダル２１の踏込み量は、アクセルペダルセンサ２３によって検出される。

アクセルペダルセンサ２３は、ポテンショメータ式センサであって、コントローラ３０からの供給電圧が印加される抵抗体２３Ａと、アクセルペダル２１に連動して抵抗体２３Ａ上を摺動するブラシ２３Ｂとを有する。アクセルペダルセンサ２３は、ブラシ２３Ｂ側が出力端子となっており、アクセルペダル踏込み量が増大するほど検出される電圧信号（検出信号）が大きくなるように構成される。

コントローラ３０は、電源部３１、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３２、駆動回路３３のほか、中央演算装置(ＣＰＵ)３４、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ３０の電源部３１は、アクセルペダルセンサ２３の電源装置であって、電源回路３１Ａと、電流増幅器３１Ｂとを備える。

電源回路３１Ａには、リレースイッチ４２を介してバッテリ４１のバッテリ電圧が供給される。電源回路３１Ａは、バッテリ電圧を基準電圧Ｖ１まで低下させて出力する。電流増幅器３１Ｂは、電圧は変化させずに電流を増幅する。電流増幅器３１Ｂから出力される供給電圧Ｖ２は、アクセルペダルセンサ２３の抵抗体２３Ａに印加される。アクセルペダルセンサ２３は、アクセルペダル２１の踏込み量に応じた検出信号ＡＰＯを出力する。

コントローラ３０には、アクセルペダルセンサ２３やスロットル開度センサ１５からの検出信号がＡ／Ｄ変換器３２を介して入力する。コントローラ３０は、アクセルペダルセンサ２３の検出信号ＡＰＯに基づいてスロットルバルブ１１の目標開度を設定する。コントローラ３０は、駆動回路３３をデューティ制御してアクチュエータ１３に制御電圧を印加し、スロットル開度センサ１５によって検出されるスロットルバルブ１１の実開度が目標開度となるようにアクチュエータ１３を駆動させる。なお、駆動回路３３には、リレースイッチ４３を介してバッテリ電圧が供給される。

ところで、従来の電制スロットルシステムにおいては、電源部の電流増幅器が比較的廉価であった場合に電流増幅器がエンジンルーム内のような高温（例えば１２５℃）にさらされると、以下のような問題があった。

この問題点について、図４のタイミングチャートを参照して説明する。図４は、運転者がアクセルペダルをある程度踏み込んだまま、アクセルペダル踏込み量を変化させていない場合を例示したものである。

従来の電制スロットルシステムにおいては、時刻ｔ１においてコントローラ３０の周囲温度が１２５℃まで上昇すると、図４（Ａ）に示すように電源回路からの基準電圧Ｖ１が一定であるにもかかわらず、図４（Ｂ）に示すように電流増幅器からアクセルペダルセンサに印加される供給電圧Ｖ２が変動することがある。運転者がアクセルペダルの踏込み量を変化させていない場合には、アクセルペダルセンサからの検出信号ＡＰＯは、図４（Ｃ）の破線に示すように、時刻ｔ１以降も一定となるはずである。

しかしながら、ポテンショメータ式センサとして構成されるアクセルペダルセンサでは、上述の通り供給電圧Ｖ２が変動すると、アクセルペダルセンサからの検出信号ＡＰＯは、図４（Ｃ）の実線に示すように、供給電圧変動に正比例して変動してしまう。したがって、従来手法では電流増幅器からの供給電圧に変動が生じた時に、アクチュエータが供給電圧変動の影響を受けた検出信号ＡＰＯに基づいて制御されてしまい、運転者のアクセル操作に対してスロットルバルブ制御が追従せずに制御性が悪化するという問題がある。

そこで、本実施形態では、電源部３１の電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２が変動した場合であっても、アクセルペダルセンサ２３からの検出信号ＡＰＯを補正することで、供給電圧変動の影響を受けることなくアクチュエータ１３を制御する。

図２を参照して、コントローラ３０が実行するアクチュエータ制御について説明する。図２は、アクチュエータ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、エンジン運転開始ともに実施され、一定周期、例えば１０ミリ秒周期でエンジン運転終了まで実施される。

ステップＳ１０１では、コントローラ３０は、アクセルペダルセンサ２３からの検出信号ＡＰＯ、電源回路３１Ａからの基準電圧Ｖ１及び電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２を読み込み、ステップＳ１０２の処理を行う。

ステップＳ１０２では、アクセルペダルセンサ２３に供給される供給電圧Ｖ２が、下限電圧値Ｖ_Lから上限電圧値Ｖ_Hまでの範囲内にあるか否かを判定する。

供給電圧Ｖ２が下限電圧値Ｖ_Lから上限電圧値Ｖ_Hまでの範囲内にある場合には、ステップＳ１０３の処理を行う。これに対して、供給電圧Ｖ２が下限電圧値Ｖ_Lよりも小さい場合や上限電圧値Ｖ_Hよりも大きい場合には、電源部３１の電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２の変動が大きいと判定し、ステップＳ１０６の処理を行う。

ステップＳ１０３では、コントローラ３０は、補正信号ＡＰＯ_CALを算出する。この補正信号ＡＰＯ_CALは、次式に示すように、基準電圧Ｖ１を供給電圧Ｖ２で除した値を検出信号ＡＰＯに乗ずることで得られる。

ステップＳ１０４では、コントローラ３０は、算出された補正信号ＡＰＯ_CALに基づいてスロットルバルブ１１の目標開度を設定し、ステップＳ１０５の処理を実行する。

ステップＳ１０５では、コントローラ３０は、スロットルバルブ１１の実開度が目標開度となるようにアクチュエータ１３を制御して、処理を終了する。

一方、ステップＳ１０２で電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２の変動が大きいと判定された場合には、ステップＳ１０６において、コントローラ３０はリレースイッチ４３をオフにして駆動回路３３への電源供給を遮断し、アクチュエータ１３への制御電圧の印加を停止する。このようにアクチュエータ１３への制御電圧の印加が停止されると、スロットルバルブ１１の開度は初期開度位置となる。

コントローラ３０が実行するアクチュエータ制御の作用について、図３のタイミングチャートを参照して説明する。図３は、図４と同様に、運転者がアクセルペダルをある程度踏み込んだまま、アクセルペダル踏込み量を変化させていない場合を例示したものである。

時刻ｔ２において、コントローラ３０の周囲温度が１２５℃まで上昇すると、図３（Ａ）に示すように電源回路３１Ａからの基準電圧Ｖ１が一定であるにもかかわらず、図３（Ｂ）に示すように電流増幅器３１Ｂから出力される供給電圧Ｖ２が変動し始める。

そうすると時刻ｔ２以降から、アクセルペダルセンサ２３からの検出信号ＡＰＯが、図３（Ｃ）に示すように、供給電圧変動に正比例して変動してしまう。しかしながら、補正信号ＡＰＯ_CALは、検出信号ＡＰＯに、基準電圧Ｖ１を供給電圧Ｖ２で除した値を掛けて、検出信号ＡＰＯにおける供給電圧変動の影響を除去するので、図３（Ｄ）に示すように時刻ｔ２以降における信号変動が抑制される。

本実施形態では、アクセルペダルセンサ２３からの検出信号ＡＰＯに基づいてアクチュエータ１３を制御するのではなく、検出信号ＡＰＯを補正した補正信号ＡＰＯ_CALに基づいてアクチュエータ１３を制御するので、電源部３１の電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２に変動が生じた時刻ｔ２以降においても、供給電圧変動の影響を受けることなくアクチュエータ１３を制御することができる。

その後の時刻ｔ３において、電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２が上限電圧値Ｖ_Hを超えた時に、図３（Ｄ）に示すようにアクチュエータ１３への制御電圧の印加が停止されるので、スロットルバルブ１１の開度は初期開度位置となる。初期開度位置は低開度に設定されているので、電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２の変動が大きくなった場合であっても車両を走行させることができる。

以上により、本実施形態のアクチュエータ制御装置では、下記の効果を得ることができる。

本実施形態では、アクセルペダルセンサ２３の検出信号ＡＰＯに、電源回路３１Ａからの基準電圧Ｖ１を電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２で除した値を掛けることによって補正信号ＡＰＯ_CALを算出し、この補正信号ＡＰＯ_CALに基づいてアクチュエータ１３を制御する。したがって、電流増幅器３１Ｂが高温にさらされて供給電圧が変動した場合であっても、供給電圧変動の影響を受けることなくアクチュエータ１３を制御することが可能となる。これにより、スロットルバルブ１１の制御性の悪化が抑制される。

また、電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２が下限電圧値Ｖ_Lと上限電圧値Ｖ_Hとの間にない場合には、電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２の変動が大きくなったと判定して、アクチュエータ１３への制御電圧を停止する。このときスロットルバルブ１１はスプリング１４によって初期開度位置に設定されるので、電流増幅器３１Ｂからの供給電圧Ｖ２の変動が大きくなった場合であっても車両を走行させることが可能となる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本実施形態は本発明の技術的な思想を電制スロットルシステムに適用した場合を例示したものであるが、本発明は、供給電圧が変動した時に供給電圧変動に正比例して検出信号が変動するセンサを備えたアクチュエータ制御装置の全般に適用が可能である。例えば、本発明の技術的な思想は、スロットル開度センサ１５によって検出されたスロットルバルブ１１の開度に応じて燃料噴射弁等を制御する装置に適用でき、スロットル開度センサ１５の検出信号を補正することによって燃料噴射量変動等を抑制できる。

また、本実施形態では、電源部３１に電流増幅器３１Ｂを設けたが、電流増幅器３１Ｂの代りに電圧増幅器を設けてもよい。

車両に適用される電制スロットルシステムの概略構成図である。 アクチュエータ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 アクチュエータ制御を説明するタイミングチャートである。 従来手法におけるアクチュエータ制御を説明するタイミングチャートである。

１０ 吸気通路
１１ スロットルバルブ（駆動対象）
１２ 駆動軸
１３ アクチュエータ
１４ スプリング
１５ スロットル開度センサ
２１ アクセルペダル（操作対象）
２３ アクセルペダルセンサ（センサ）
２３Ａ 抵抗体
２３Ｂ ブラシ
３０ コントローラ（制御手段）
３１ 電源部
３１Ａ 電源回路（基準電圧出力部）
３１Ｂ 電流増幅器（供給電圧出力部）
３３ 駆動回路
４１ バッテリ

Claims (6)

1. 駆動対象を駆動するアクチュエータの駆動制御装置であって、
   バッテリ電圧を調整して基準電圧を出力する基準電圧出力部と、
   電圧又は電流を増幅するとともに、前記基準電圧に基づいて供給電圧を出力する供給電圧出力部と、
   前記供給電圧が供給され、操作対象の操作量に応じた検出信号を出力するセンサと、
   前記検出信号に、前記基準電圧を前記供給電圧で除した値を掛けることによって補正信号を算出し、この補正信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするアクチュエータの駆動制御装置。
2. 前記アクチュエータが駆動する駆動対象は、エンジンに供給される吸気の吸気流量を調整するスロットルバルブであり、
   前記センサは、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの駆動制御装置。
3. 前記スロットルバルブは、スプリングの反力によって初期開度位置に付勢されるように構成され、
   前記制御手段は、前記供給電圧出力部からの供給電圧の変動が大きくなったと判定した場合に、前記アクチュエータへの制御電圧を遮断して、前記スロットルバルブの開度を初期開度とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの駆動制御装置。
4. 前記制御手段は、前記供給電圧が下限電圧値よりも小さい場合や上限電圧値よりも大きい場合に、前記供給電圧出力部からの供給電圧の変動が大きくなったと判定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータの駆動制御装置。
5. 前記センサは、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である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの駆動制御装置。
6. 前記センサは、ポテンショメータ式センサである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のアクチュエータの駆動制御装置。

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