JP5202415B2 - スロットル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、スロットル制御装置に関するものであり、特に、スロットル・バイ・ワイヤ方式でスロットルバルブを閉じ方向に駆動する場合に、スロットルバルブに連結されたバルブギヤが全閉ストッパに衝突するのを防止するのに好適なスロットル制御装置に関する。

スロットルグリップの操作角度を検出し、この操作開度に応じてスロットルバルブの駆動モータを駆動してスロットルバルブの開閉を制御するスロットル・バイ・ワイヤ方式（以下、「ＴＢＷ」と呼ぶ）のスロットル制御装置が知られている。

ＴＢＷによるスロットル制御では、スロットルバルブが全開位置近くから全閉位置へと大きく動かされるときにバルブの全閉位置を規制するストッパにスロットルバルブが高速で衝突することがある。これに対して、特許文献１には、実スロットルバルブ開度が、全閉位置から少し開かれた所定開度より全閉側になったとき全閉リミッタ位置を全閉位置へと徐々に小さくすることによりスロットルバルブが全閉ストッパに衝突するのを回避するように構成したスロットル制御装置が提案されている。

特開平８−７４６３９号公報

特許文献１に記載されたスロットル制御装置は、スロットルバルブがストッパに衝突するのを回避するものであるが、全閉リミッタ位置を全閉位置側へ徐々に移動させるものであるので、スロットルバルブを駆動するモータの速度つまりスロットルバルブの移動速度は変わらない。そのため、スロットル操作装置によるスロットルバルブの急閉操作が行われたときに、全閉リミッタ位置の移動が遅れることがある。

本発明の目的は、スロットル全閉操作時のオーバーシュート、並びに全閉ストッパやスロットルバルブ駆動ギヤ等の変形や摩耗を防止することができるスロットル制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、スロットル操作装置の操作開度に応じて目標スロットル開度を算出し、該目標スロットル開度に従ってスロットルバルブをモータで駆動するＴＢＷ方式でスロットルバルブが急閉された時のスロットルバルブ制御を含むスロットル制御装置において、前記スロットルバルブが、その全閉位置を規定する全閉ストッパを
有するスロットルボディに設けられており、前記スロットル操作装置がスロットルバルブの閉方向に操作された場合に、目標スロットル開度の前回算出値と今回算出値との差によって目標スロットル開度変化量を算出する目標スロットル開度変化量算出手段を具備し、目標スロットル開度が所定値以下で、かつ前記目標スロットル開度変化量が所定の制御開始閾値以上になったときに、目標スロットル開度変化量に制限を設けて、所定の通常開度変化量より小さくするように構成された点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記目標スロットル開度変化量の制限が、目標スロットル開度に応じた補正項によって行われるものであり、目標スロットル開度毎に設定された目標スロットル開度変化量基本値と前記補正項との積を目標スロットル開度変化量とすることで、目標スロットル開度変化量を通常開度変化量より小さくするように構成されている点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記目標スロットル開度変化量の制限を、前記目標スロットル開度変化量が予め設定した制御終了閾値より小さくなる時点まで継続するように構成した点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記目標スロットル開度変化量の制限処理終了後は、目標スロットル開度変化量をアイドル開度に収束させるように構成された点に第４の特徴がある。

第１〜４の特徴を有する本発明によれば、スロットルバルブが閉方向に変位して、目標スロットル開度が所定値以下で、かつ目標スロットル開度変化量が所定値より大きい場合、つまりスロットルグリップの急閉操作が検出されたときは、目標スロットル開度変化量を通常の目標スロットル開度変化量より小さくしてスロットルバルブの急閉を防止できる。これにより、スロットルバルブの全閉位置を規定している全閉ストッパに当接することが予定されているスロットルバルブ駆動部材（前記モータの回転をスロットルバルブに伝達するギヤ等）の部分が、全閉ストッパに衝突するのを防止できる。また、スロットルバルブが閉じる方向で衝突に至るような早いスロットル操作に対してのみ制御が実行されるので、ドライバビリティが損なわれることがない。

その結果、全閉ストッパへのスロットルバルブ駆動部材の衝突による反発力でスロットルバルブがオーバーシュートするのを抑制できるし、全閉ストッパおよびスロットルバルブ駆動部材の変形や摩耗を低減することができる。

そして、オーバーシュートを抑制することにより、アイドル回転のための目標開度へ早期に収束させて車両の空走感を緩和することができる。

なお、第４の特徴を有する本発明によれば、スロットルバルブ開度を速やかにアイドル開度に収束させて、アイドル運転に速やかに復帰させることができる。

本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置が適用されるスロットルボディの断面図である。 カバーを取り外した状態のスロットルボディの側面図である。 本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置のシステム構成図である。 スロットルバルブを閉じる動作の概念図である。 目標スロットル開度に対する目標開度変化量基本値のマップを示す図である。 目標スロットル開度に対する目標開度変化量補正項のマップを示す図である。 本発明の一実施形態の制御装置による効果を確認した制御テスト結果を示す図である。 従来の制御装置による制御テスト結果を示す図である。 全閉ストッパの変形例に係る要部断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置で制御されるスロットルボディの断面図、図３は、カバーを取り外した状態のスロットルボディの側面図である。

スロットルボディ１は、エンジンの吸気管の壁部２に、軸受３、４で支持されたスロットル軸５を有し、スロットル軸５には、止めネジ６、６を使ってスロットルバルブ７が取り付けられている。スロットル軸５は、図２において、左方向に軸受４から突出しており、この突出部分５ａに、駆動装置を構成する最終段ギヤ８としての部分ギヤが結合されている。最終段ギヤ８は、中間ギヤ９の小ギヤ９ａと噛み合い、さらに、中間ギヤ９の大ギヤ９ｂはモータ１０の出力軸１０ａに取り付けられた出力ギヤ１１と噛み合っている。

出力ギヤ１１およびモータ１０、並びに中間ギヤ９および最終段ギヤ８を収容する駆動装置ケース１２は、吸気管の壁部２に結合されたケース本体１３およびケース本体１３を図２中左側から覆うカバー１４からなる。

中間ギヤ９は、ケース本体１３およびカバー１４に両端を支持されたギヤ軸１５に対して回転自在に支持される。最終段ギヤ８とケース本体１３との間にはリターンスプリング（コイルばね）１６が配置される。リターンスプリング１６は、コイルの一端が最終段ギヤ８に係止され、他端がケース本体１３に係止されて、スロットルバルブ７を全閉方向に付勢するように捻られている。

スロットル軸５は、図２中右側にも軸受３から突出している部分５ｂを有する。この突出部分５ｂは、多気筒エンジンの、他の気筒に設けられるスロットルバルブのスロットル軸（図示しない）と連系するためのリンク機構１７を有している。

最終段ギヤ８とカバー１４との間には、スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１８が設けられる。ＴＰＳ１８は、磁気抵抗素子を内蔵するセンサＩＣを備えるものであり、例えば、特開２００８−２９８０８３号公報に記載されているような周知のものを使用できる。

最終段ギヤ８は、図３に示すように、歯が形成されていない部分に小半径部分８ａと該小半径部分８ａから周方向に立ち上がったストッパ係合部８ｂとを有する。ケース本体１３にはスロットル全閉時にストッパ係合部８ｂが当接する全閉ストッパ１９が固定されている。ストッパ係合部８ｂの立ち上がり面８ｃは、最終段ギヤ８がスロットル閉方向２０に回動して、全閉位置に至ったときに全閉ストッパ１９に当接する面である。

上記構成により、図示しないスロットル操作装置をスロットル開方向に操作すると、その操作量（または操作開度）に応じて、最終段ギヤ８が矢印２０と反対方向に回転してスロットルバルブ７が開くようにモータ１０が駆動される。一方、スロットル操作装置をスロットル閉方向に操作すると、その操作量（または操作開度）に応じて、最終段ギヤ８が矢印２０の方向に回転してスロットルバルブ７が閉じるようにモータ１０が駆動される。

図４は、モータ１０を駆動するスロットル制御装置のシステム構成図である。図４において、スロットル操作装置としてのスロットルグリップ２１は、例えば、自動二輪車のステアリングハンドル２２に設けられるものである。ステアリングハンドル２２には、スロットルグリップ２１の操作開度を検知するグリップセンサ２３が設けられる。グリップセンサ２３は、操作開度の検知信号を、マイクロコンピュータを含むＥＣＵ２４に入力する。ＥＣＵ２４は、操作開度の検知信号によって目標スロットル開度を計算し、その目標スロットル開度に応じたステップ数をモータ１０に供給してスロットルバルブ７を目標スロットル開度に回動させる。

スロットルバルブ７を開く場合は、グリップ操作開度の検知信号に基づいてステップ数を決定するが、スロットルバルブ７を閉じる場合は、目標スロットル開度毎に設定される目標スロットル開度の変化量基本値に補正項を乗算してステップ数を決定してスロットルバルブ７の変位速度を小さくする。

図５は、スロットルバルブ７を閉じる場合の、動作を示す概念図である。図５において、横軸は時間軸であり、縦軸はスロットル開度である。スロットルグリップ２１の操作開度に応じて目標スロットル開度ＴＨＣＭＤが計算され、実スロットル開度が制御される。

スロットルグリップ２１をスロットル閉方向に操作していく場合、ラインＬ１で示すように、スロットルグリップ２１が急閉操作されると、この急閉操作に伴って目標スロットル開度ＴＨＣＭＤの変化量が通常のスロットル閉操作時より大きくなる。このように変化量が大きい目標スロットル開度のまま、スロットルバルブ７を閉じると、図９を参照して後述するようにオーバーシュートを生じ、最終段ギヤ８のストッパ係合部８ｂが全閉ストッパ１９に衝突することがある。

そこで、本実施形態では、補正項を乗算した目標スロットル開度変化量で単位時間の開度変化量を制限してスロットルバルブ７を閉じる衝突防止処理を行う。つまり、スロットルグリップ２１の開度が急閉に変化した時点ｔ１で衝突防止処理を開始する。衝突防止処理では、時点ｔ１での目標スロットル開度（モータ１０に供給するステップ数）に応じて目標スロットル開度変化量の基本値に対する補正項を決定して基本値に乗算する。補正項は、目標スロットル開度が大きい場合、つまり現在位置からアイドル位置までのスロットル開度変化量が大きいほど大きい値とし、目標スロットル開度が小さいほど小さい値とする。補正項の最大値は「１．０」である。したがって、目標スロットル開度の変化量は、全閉位置に近づくにつれて小さくなり、スロットルバルブ７の閉方向への回動速度が小さくなる。

目標スロットル開度の変化量が所定値以下に小さくなった時点、例えばタイミングｔ２で衝突防止処理は終了して、補正項を保持してアイドル開度に収束させる。

図１は、ＥＣＵ２４の要部機能を示すブロック図である。図１において、目標スロットル（ＴＨ）開度算出部２５は、グリップセンサ２３から、所定処理サイクル毎に入力される操作開度θＧｒに基づいて目標スロットル開度ＴＨＣＭＤを算出する。目標スロットル（ＴＨ）開度変化量算出部２６は、前回算出された目標スロットル開度と今回算出された目標スロットル開度との差（目標スロットル開度変化量）ΔＴＨＣＭＤを算出する。

衝突防止処理判定部２７は、目標スロットル開度が所定値以下になっている時、つまり全閉位置までのスロットルバルブ７の回転量が比較的小さくなった時に、目標スロットル開度変化量ΔＴＨＣＭＤが所定の制御開始閾値以上か、つまりスロットルグリップ２１が急閉操作されたか否かを判定する。スロットルグリップ２１が急閉操作されたと判定されたときに衝突防止処理信号を補正項算出部２９に入力する。

変化量基本値算出部２８は、目標スロットル（ＴＨ）開度算出部２５から目標スロットル開度ＴＨＣＭＤを読み込み、目標スロットル開度ＴＨＣＭＤに対応する目標スロットル開度の変化量の基本値を算出する。変化量の基本値は図６の変化量基本値マップを検索して決定することができる。

補正項算出部２９は、衝突防止処理開始信号が入力されると、変化量基本値を補正する補正項を算出して乗算部３０に入力する。変化量基本値の補正項は、目標スロットル開度ＴＨＣＭＤに応じて、例えば、図７の補正項マップを検索して決定することができる。

乗算部３０には、変化量基本値も入力され、この変化量基本値に補正項が乗算されて目標スロットル開度変化量を出力する。

衝突防止処理判定部２７は、目標スロットル開度変化量ΔＴＨＣＭＤが所定の制御終了閾値以下になると、衝突処理信号をオフにする。衝突処理信号をオフにした時点で補正項算出部２９はその時点の補正項を維持する。したがって、目標スロットル開度変化量は一定値に保持される。

なお、衝突防止処理判定部２７での処理開始および終了の判定に使用される制御開始閾値および制御終了閾値は、いずれも目標スロットル開度毎に予め設定される。つまり、目標スロットル開度が大きいときは制御開始閾値を大きい値とし、目標スロットル開度が小さいときは制御開始閾値を小さい値とする。したがって、全閉位置に近い位置からスロットルグリップを急閉操作したときには、急閉操作度合が比較的小さい場合でも開度変化量を制限する衝突防止処理が開始されるが、スロットルバルブ７の閉方向での目標スロットル開度が大きいとき、つまりスロットルバルブ７の開度が大きいときは、目標変化量の制限を開始しないようにすることができる。

図６は、変化量基本値マップの一例を示す図である。図６において、横軸は目標スロットル開度ＴＨＣＭＤであり、縦軸は変化量基本値（°／ミリ秒）である。図に示すように目標スロットル開度ＴＨＣＭＤが大きいときは変化量基本値が大きく、目標スロットル開度ＴＨＣＭＤが小さくなるにつれて変化量基本値は小さくなるように設定されている。

図７は、補正項マップの一例を示す図である。図７において、横軸は目標スロットル開度ＴＨＣＭＤであり、縦軸は補正項である、補正項の最大値は「１．０」である。

図８は、本実施形態の制御装置による効果を確認した制御テスト結果であり、比較のため、図９に従来の制御装置による制御テスト結果を示す。図９において、衝突防止処理を行わない従来装置では、目標スロットル開度が変化してもそれに対応して目標スロットル開度変化量は基本値のままである。つまり、スロットル開度の変化速度が大きいので、スロットルバルブ７は、全閉方向にオーバーシュートして、最終段ギヤ８のストッパ係合部８ｂが全閉ストッパ１９に衝突し、その反作用で開側に変位し、そこからアイドル回転のためのスロットル開度目標値へ収束する。したがって、全閉ストッパ１９への衝突による全閉ストッパ１９の変形や摩耗等の他、アイドル回転数に収束するまでの時間が長くなる。

一方、図８に示した本実施形態の制御装置によれば、目標スロットル開度ＴＨＣＭＤが小さくなるほど、スロットル開度の変化速度が小さくなるので、オーバーシュートは解消され、全閉ストッパ１９に最終段ギヤ８のストッパ係合部８ｂが衝突しないので、全閉ストッパ１９の変形や摩耗等を低減できるし、アイドル回転数へ早期に収束させることができる。

図１０は、全閉ストッパの変形例に係る要部断面図である。図３に示した全閉ストッパ１９はケース本体１３内に設けたが、図１０の変形例では、全閉ストッパ１９を長尺のロッドにしてケース本体１３の側壁に貫通させた。図１０において、ケース本体１３の側壁１３ａにブッシュ３１を貫通させて保持させている。ブッシュ３１は、内周にネジが形成されている。全閉ストッパとして作用するロッド３２には、一端部にネジ３２ａが形成され、他端部が、該ネジ３２ａの外径より細い小径部となっている。このロッド３２をブッシュ３１にねじ込んで小径部分をケース本体１３内に突出させる。ロッド３２の先端は最終段ギヤ８のストッパ係合部８ｂの面８ｃに指向されており、ブッシュ３１へのねじ込み量で、全閉時のストッパ係合部８ｂの面８ｃとの位置関係を設定する。ロッド３２の位置は、ロッド３２の一端部のネジにナット３３を締め付けて固定させる。

１…スロットルボディ、 ７…スロットルバルブ、 ８…最終段ギヤ、 １０…モータ、 １９…全閉ストッパ、 ２１…スロットルグリップ、 ２３…グリップセンサ、 ２４…ＥＣＵ、 ２６…目標ＴＨ開度変化量算出部、 ２７…衝突防止処理判定部、 ２８…変化量基本値算出部、 ２９…補正項算出部、 ３０…乗算部

Claims (1)

1. スロットル操作装置（２１）の操作開度に応じて目標スロットル開度を算出し、該目標スロットル開度に従ってスロットルバルブ（７）をモータ（１０）で駆動するスロットルバイワイヤ（ＴＢＷ）方式でスロットルバルブが急閉された時のスロットルバルブ制御を含むスロットル制御装置において、
   前記スロットルバルブ（７）が、その全閉位置を規定する全閉ストッパ（１９）を有するスロットルボディ（１）に設けられており、
   前記スロットル操作装置（２１）がスロットルバルブ（７）の閉方向に操作された場合に、目標スロットル開度の前回算出値と今回算出値との差によって目標スロットル開度変化量を算出する目標スロットル開度変化量算出手段（２６）を具備し、
   目標スロットル開度が所定値以下で、かつ前記目標スロットル開度変化量が所定の制御開始閾値以上になったときに、目標スロットル開度変化量に制限を設けて、所定の通常開度変化量より小さくするように構成されており、
   前記目標スロットル開度変化量の制限が、目標スロットル開度に応じた補正項によって行われるものであり、
   目標スロットル開度毎に設定された目標スロットル開度変化量基本値と前記補正項との積を目標スロットル開度変化量とすることで、目標スロットル開度変化量を通常開度変化量より小さくするように構成されており、
   前記目標スロットル開度変化量の制限を、前記目標スロットル開度変化量が予め設定した制御終了閾値より小さくなる時点まで継続するように構成し、
   前記目標スロットル開度変化量の制限処理終了後は、目標スロットル開度変化量をアイドル開度に収束させるように構成されており、
   前記制御開始閾値は、前記目標スロットル開度が大きいほど大きく、かつ前記目標スロットル開度が小さいほど小さく設定されており、
   前記スロットル操作装置（２１）が、自動二輪車のステアリングハンドル（２２）に回動自在に支持されたスロットルグリップ（２１）であることを特徴とするスロットル制御装置。

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