JP6095926B2

JP6095926B2 - 電子制御装置

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Publication number: JP6095926B2
Application number: JP2012212739A
Authority: JP
Inventors: 滋彦杉森
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: JP2014066205A

Description

本発明は、電子制御装置に関し、特に、直流電動モータを利用して電子制御スロットル装置のスロットルバルブを駆動する電子制御装置に関する。

近年、自動二輪車等の車両の内燃機関用の電子制御装置、例えば電子制御スロットル装置においては、アクチュエータに操作量を与えてスロットルバルブを駆動することにより、その制御量を所望の目標量にフィードバック制御することが行われている。

このような電子制御装置においては、アクチュエータとして直流電動ブラシ型電動モータのような直流電動モータを採用した場合、その回転子の角速度に対し逆起電力が発生し、逆起電力が回転子を逆回転方向に回転させようとするから、逆起電力は回転子の回転方向に対する抵抗力となる。この抵抗力は、直流電動モータの駆動の遅れ等の原因となる。このため、アクチュエータとしてこのような直流電動モータを採用する場合には、逆起電力を考慮して直流電動モータへの操作量を補正する必要がある。このような補正の手法としては、逆起電力の大きさを算出し、算出した逆起電力の大きさに応じた補正係数で直流電動モータの操作量を補正することが考えられる。

かかる状況下で、特許文献１は、電制スロットル装置のスライディングモード制御装置に関し、スロットルバルブの回転軸に直結した駆動軸を駆動することによってスロットルバルブを駆動する直動ロータリー式の電動モータを用いた電子制御スロットル装置において、スロットルバルブ開度に基づいてテーブルから逆起電圧係数を検索し、検索された逆起電圧係数を用いてスロットルバルブの開閉速度に乗じる制御係数を算出する構成を開示する。

特開２００１−２２７３８６号公報

ここで、本発明者が検討するところでは、装置全体の小型化を目的として直流電動モータを小型化し、複数の駆動系ギヤを介して直流電動モータの回転力をスロットルバルブの回転軸に伝達する電子制御スロットル装置においては、直流電動モータを高速で回転させる必要があるために、直流電動モータの回転速度に対応する逆起電力を正確に算出して補正しなければならないと考えられる。特に、自動二輪車等の車両においては、車両の挙動をエンジンで制御すべく、運転者によるアクセルグリップ操作に対してスロットルバルブのレスポンスの良さが要求されるために、逆起電力を正確に算出して補正する必要が高いとも考えられる。

しかしながら、本発明者が更に検討するところでは、特許文献１の構成では、回転子の角速度を直接導き出して逆起電力を算出していないので、逆起電力を正確に算出することはできない傾向があると考えられる。また、かかる構成では、補正に用いるスロットルバルブの開度は逆起電圧係数を検索した時点での検出値であるために、その後の操作量の補正をする時点では過去の値になってしまい、得られる補正値自体が適切な値ではないとも考えられる。このため、かかる構成においては、特にスロットルバルブの動き始めや駆動方向の切換時において、直流電動モータの駆動遅れが発生する可能性があるとも考えられ
る。

本発明は、以上の検討を経てなされたもので、アクチュエータに対する逆起電力補正量を精度高く算出し、スロットルバルブの応答性を向上可能な電子制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、内燃機関の吸入空気量を制御する電子制御スロットル装置のスロットルバルブの目標開度を、アクセル操作部材に印加されたアクセル操作量に応じて算出する目標開度算出部と、前記目標開度と前記スロットルバルブの実開度との偏差に基づき制御入力量を算出する制御入力量算出部と、前記制御入力量に基づいて前記スロットルバルブを駆動ギヤ系のギヤを介して駆動する電動モータの操作量を算出する操作量処理部と、前記電動モータに対して前記操作量を駆動電力として供給する駆動回路と、前記電動モータが生成する逆起電力を補正自在な逆起電力補正量を算出する逆起電力補正量算出部と、を備え、前記操作量処理部は、前記逆起電力補正量を用いた補正を行って前記操作量を算出する電子制御装置において、前記逆起電力補正量算出部は、前記駆動ギヤ系の前記ギヤの減速比に、前記アクセル操作量に応じて算出された前記目標開度の変化量を乗算することにより算出された電動モータの回転数に基づいて、逆起電力補正量を算出する電子制御装置である。

また、本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記電動モータは、直流ブラシ型電動モータであることを第２の局面とする。

また、本発明は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記逆起電力補正量算出部は、前記目標開度の前記変化量の使用を前記実開度の変化量の使用に切り替えて、前記実開度の前記変化量に基づいて前記逆起電力補正量を算出自在であることを第３の局面とする。

本発明の第１の局面における電子制御装置によれば、内燃機関の吸入空気量を制御する電子制御スロットル装置のスロットルバルブの目標開度を、アクセル操作部材に印加されたアクセル操作量に応じて算出する目標開度算出部と、目標開度とスロットルバルブの実開度との偏差に基づき制御入力量を算出する制御入力量算出部と、制御入力量に基づいてスロットルバルブを駆動ギヤ系のギヤを介して駆動する電動モータの操作量を算出する操作量処理部と、電動モータに対して操作量を駆動電力として供給する駆動回路と、電動モータが生成する逆起電力を補正自在な逆起電力補正量を算出する逆起電力補正量算出部と、を備え、操作量処理部が、逆起電力補正量を用いた補正を行って操作量を算出する電子制御装置において、逆起電力補正量算出部が、駆動ギヤ系のギヤの減速比に、アクセル操作量に応じて算出された目標開度の変化量を乗算することにより算出された電動モータの回転数に基づいて、逆起電力補正量を算出するものであるため、アクチュエータである電動モータに関する逆起電力補正量を精度高く算出し、スロットルバルブの応答性を向上させることができる。

また、本発明の第２の局面における電子制御装置によれば、逆起電力による直流ブラシ型電動モータの駆動力を相殺するような逆起電力補正量を精度高く算出し、スロットルバルブの応答性を確実に向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態における電子制御装置の構成を示すブロック図であり、併せてスロットルバルブ装置の模式図をも示す。図２は、本実施形態の電子制御装置におけるスロットル制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電子制御装置につき、詳細に説明する。

〔電子制御装置の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の実施形態における電子制御装置の構成につき、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における電子制御装置の構成を示すブロック図であり、併せてスロットルバルブ装置の模式図をも示す。

図１に示すように、本実施形態における電子制御装置１は、図示を省略する車両、典型的には自動二輪車や自動四輪車に搭載され、車両に搭載されたバッテリから供給される電力を利用して動作し、車両の各種構成要素を制御自在な制御装置であり、図示を省略するメモリ等を備える。また、電子制御装置１は、電子制御スロットル装置１０に電気的に接続されたコントローラ部２０を備えている。

電子制御スロットル装置１０は、図示を省略する自動二輪車や自動四輪車等の車両に搭載された内燃機関に対して空気量を制御するものであり、スロットルバルブ１１を駆動してその開度を可変とするアクチュエータである電動モータＭと、スロットルバルブ１１の開度を検出するスロットル開度センサ１２と、を備えている。電動モータＭは、回転子の回転に伴う磁界の変化によって誘導電流による逆起電力が生じるタイプの直流電動モータであり、典型的には直流ブラシ型電動モータである。スロットルバルブ１１は、吸気管１３の内部に配設されており、スロットルバルブ１１に接続されたスロットルレバー１４ａを介してスロットルシャフト１４が全開位置ストッパ１５と全閉位置ストッパ１６との間の制御範囲θ内でその軸周りに回動することにより、吸気管１３の内壁面とスロットルバルブ１１との間に形成される空隙を変化させて車両の内燃機関の吸入空気量を調節自在である。スロットルシャフト１４は、駆動ギヤ系のギヤＧ１、Ｇ２を介して電動モータＭに接続され、電動モータＭによってこれらは駆動される。また、スロットルレバー１４ａには、スロットルバルブ１１を全閉位置ストッパ１６に向かって回動するように付勢するリターンスプリング１７が配設されている。なお、図１中では、スロットルレバー１４ａが全閉位置ストッパ１６に当接した状態を実線で示し、スロットルレバー１４ａが全開位置ストッパ１５に当接した状態を点線で示す。

コントローラ部２０は、電源電圧検出部２１、電源電圧算出部２２、電圧補正量算出部２３、制御入力算出部２４、逆起電力補正量算出部２５、操作量処理部２６及び駆動回路２７を備えている。電源電圧検出部２１、電源電圧算出部２２、電圧補正量算出部２３、制御入力算出部２４、逆起電力補正量算出部２５、及び操作量処理部２６は、いずれも演算処理装置の機能ブロックとして示す。

電源電圧検出部２１は、車両に搭載されているバッテリに電気的に接続されて、その端子間電圧に相当する電圧を検出し、検出した電圧をデジタル電気信号に変換して電源電圧算出部２２に出力する。電源電圧算出部２２は、電源電圧検出部２１から出力された電気信号を用いてバッテリの電源電圧値を算出し、算出した電源電圧値を電圧補正量算出部２３に出力する。

電圧補正量算出部２３は、電源電圧算出部２２から出力された電気信号が担持する電源電圧値に基づいて、電動モータＭに与えられる操作量に関した補正量を電圧補正量として算出し、算出した電圧補正量を操作量処理部２６に出力する。このような電圧補正量を算出するのは、電動モータＭに与えられる操作量が、電源電圧値が変動することによって変
動する可能性があることを考慮したものである。このため、電源電圧値に基づいて電動モータＭの操作量を適宜補正する電圧補正量を算出して操作量に加味することにより、電源電圧値の変動に伴うスロットルバルブ１１の開度の不要な変動を抑制し得ることになる。

また、電子制御装置１は、それが自動二輪車や自動四輪車といった車両に搭載される場合には、典型的には、運転者がアクセル操作量を与える入力機器であるアクセルグリップやアクセルペダルのアクセル開度を電気的に検出し図示を省略する入力量検出器に電気的に接続される。つまり、入力量検出器は、電子制御装置１の図示を省略する目標量算出部に電気的に接続して、かかる目標量算出部は、入力検出器からの入力検出値、典型的には、アクセルグリップやアクセルペダルに印加されたアクセル操作量に応じてスロットルバルブ１１の目標開度量を算出する。

制御入力算出部２４は、目標開度算出部及びスロットル開度センサ１２に電気的に接続され、これらからの各々の電気信号を受け、目標開度算出部がアクセルペダルやアクセルグリップの操作量に応じて算出したスロットルバルブ１１の目標開度量である目標量、及びスロットル開度センサ１２が検出したスロットルバルブ１１の実開度である制御量に応じて、制御入力量を算出する。具体的には、目標量と制御量との偏差量を算出し、算出した偏差量が小さくなるように制御入力量を算出する。制御入力算出部２４は、算出した制御入力量を電気信号として操作量処理部２６に出力する。

逆起電力補正量算出部２５は、目標開度算出部及び電源電圧算出部２２に電気的に接続され、これらからの各々の電気信号を受け、スロットルバルブ１１の目標開度量（目標量）及び電源電圧算出部２２から出力された電気信号が担持する電源電圧値を用いて、スロットルバルブ１１の目標開度の変化量に基づいた電動モータＭの回転数を算出し、算出した電動モータＭの回転数に基づいて電動モータＭの逆起電力を算出し、算出した電動モータＭの逆起電力に基づいて電動モータＭの操作量の補正量を逆起電力補正量として算出する。また、経年変化等によりスロットルバルブ１１の機械的な回動抵抗が増大する等して電動モータＭの駆動対象が高負荷になった場合に、目標開度の変化量が所定値以下又はゼロになったときには、スロットルバルブ１１のハンチング的な挙動は発生することも考えられるが、かかる挙動の発生を防ぐために、目標開度の変化量の代わりに制御量であるスロットルバルブ１１の実開度の変化量を用いてもよい。逆起電力補正量算出部２５は、算出した逆起電力補正量を電気信号として操作量処理部２６に出力する。

操作量処理部２６は、電圧補正量算出部２３、制御入力算出部２４及び逆起電力補正量算出部２５に電気的に接続され、制御入力算出部２４によって算出された制御入力量を用いて電動モータＭのデューティ比等の操作量を算出すると共に、電圧補正量算出部２３によって算出された電圧補正量、及び逆起電力補正量算出部２５によって算出された逆起電力補正量を用いて、算出した電動モータＭの操作量を補正する。操作量処理部２６は、補正して算出した操作量を電気信号として駆動回路２７に出力する。

駆動回路２７は、操作量処理部２６に電気的に接続され、操作量処理部２６が算出した操作量に応じた駆動電力を生成する。駆動回路２７は、生成した駆動電力を電動モータＭに供給する。

電動モータＭは、駆動回路２７に電気的に接続されており、駆動回路２７からの駆動電力を受け、操作量処理部２６が算出した操作量に応じてスロットルバルブ１１を目標位置に向かって移動させ、対応して、スロットルバルブ１１は、目標位置に向かって移動される。スロットル開度センサ１２は、電動モータＭによって移動させられたスロットルバルブ１１の制御量を検出して、検出した制御量を電気信号として切制御入力算出部２４に出力する。

ここで、電動モータＭは、それが駆動されて回転することによりその磁界が変化して、誘導電流による逆起電力が発生するタイプの直流電動モータであればよく、典型的には、一般的な直流電動モータである直流ブラシ型電動モータである。

さて、以上のような構成を有する電子制御装置１では、特に、逆起電力補正量算出部２５及び操作量処理部２６が、以下に示すスロットル制御処理を実行することによって、逆起電力補正量を精度高く算出し、スロットルバルブ１１の応答性を向上させる。以下、図２に示すフローチャートをも参照して、スロットル制御処理を実行する際の電子制御装置の動作について、より詳細に説明する。

〔スロットル制御処理〕
図２は、本実施形態の電子制御装置におけるスロットル制御処理の流れを示すフローチャートである。なお、かかるフローチャートを実行するプログラムや数式やテーブル、マップ等に関するデータは、電子制御装置１内のメモリに予め格納されている。

図２に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられて電子制御装置１の制御処理が実質的に開始したタイミングで開始となり、スロットル制御処理はステップＳ１の処理に進む。かかる制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１の処理では、逆起電力補正量算出部２５が、電動モータＭの回転数ＲＥＶ［ｒｐｍ］を算出する。具体的には、電動モータＭは、駆動ギヤ系を介して、ここでは一例としてギヤＧ１、Ｇ２を介して、スロットルバルブ１１を駆動することから、逆起電力補正量算出部２５は、ギヤＧ１、Ｇ２間の減速比にスロットルバルブ１１の目標開度の変化速度ｄＴＨ［ｒｐｍ］を乗算した値を電動モータＭの回転数ＲＥＶ［ｒｐｍ］として算出する。スロットルバルブ１１の目標開度の変化速度は、典型的には、今回の制御周期で得られた現在の目標開度からｎ制御周期前の制御周期で得られた以前の目標開度を減算し、減算値をｎ制御周期分の時間で除算することによって算出できる。ここで、ｎは自然数である。

また、ステップＳ１の処理で、スロットルバルブ１１の機械的な回動抵抗が増大する等して電動モータＭの駆動対象が高負荷になったことが検出又は予想されている場合に、目標開度の変化量が所定値以下又はゼロになったときには、電動モータＭの回転数ＲＥＶを算出する際に、目標開度の変化量を使用することから制御量であるスロットルバルブ１１の実開度の変化量を使用することに切り替えて、電動モータＭの回転数ＲＥＶを算出してもよい。

このように、ステップＳ１の処理では、逆起電力補正量算出部２５は、スロットルバルブ１１の目標開度の変化量から電動モータＭの回転子の角速度を算出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、スロットル制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、逆起電力補正量算出部２５が、ステップＳ１の処理によって算出された電動モータＭの回転数ＲＥＶに逆起電力定数により定められる所定の係数を乗算した値を、電動モータＭの逆起電力ＭＤＢとして算出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、スロットル制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、逆起電力補正量算出部２５が、ステップＳ２の処理によって算出された逆起電力ＭＤＢに起因して電動モータＭに発生する逆方向への回転力を打ち消すための電動モータＭの操作量の補正量を逆起電力補正量として算出し、算出した逆起電
力補正量を操作量処理部２６に出力する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、スロットル制御処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、操作量処理部２６が、制御入力算出部２４によって算出された制御入力量を用いて電動モータＭの操作量を算出すると共に、電圧補正量算出部２３によって算出された電圧補正量、及び逆起電力補正量算出部２５によって算出された逆起電力補正量を用いて、電動モータＭ用の操作量を補正する。ここで、電圧補正量及び逆起電力補正量は、それらの単位次元に対応して、制御入力算出部２４によって算出された制御入力量を用いて算出された電動モータＭの操作量に加算又は乗算等の四則演算が施されて、補正された電動モータＭ用の操作量が算出される。そして、操作量処理部２６は、このように算出した操作量を、駆動回路２７を介して電動モータＭに供給することによって、スロットルバルブ１１の開度を制御する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、今回の一連のスロットル制御処理は終了する。

なお、本実施形態では、ステップＳ４の処理で、操作量処理部２６は、電動モータＭの操作量を補正することとしたが、制御入力部２４によって算出された制御入力量を補正するようにしてもよい。また、ステップＳ４の処理で、電圧補正量及び逆起電力補正量の双方を用いて、電動モータＭ用の操作量を補正することとしたが、電圧補正量が実質必要ない場合には、もちろん、逆起電力補正量のみを用いて、電動モータＭ用の操作量を補正してもかまわない。

以上の本実施形態における電子制御装置１では、逆起電力補正量算出部２５が、スロットルバルブ１１の目標開度の変化量から電動モータＭの回転子の角速度を算出し、算出した角速度から電動モータＭの操作量に対する逆起電力補正量を算出する。そして、操作量処理部２６が、逆起電力補正量算出部２５によって算出された逆起電力補正量を用いて電動モータＭに与える操作量を補正する。このような構成によれば、スロットルバルブ１１の目標開度の変化量というこれから電動モータＭを駆動するために用いる目標量に基づいて逆起電力補正量を算出するので、逆起電力補正量を精度高く算出し、スロットルバルブ１１の応答性を向上させることができる。

また、本実施形態における電子制御装置１では、電動モータＭは、典型的には直流ブラシ型電動モータＭであり、逆起電力補正量算出部２５が、目標開度の変化量から直流ブラシ型電動モータＭの回転子の角速度を算出し、その角速度を用いて逆起電力補正量を算出するものであるため、逆起電力による直流ブラシ型電動モータの駆動力を相殺するような逆起電力補正量を精度高く算出し、スロットルバルブ１１の応答性を確実に向上させることができる。

なお、本発明においては、構成要素の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、アクチュエータに対する逆起電力補正量を精度高く算出し、スロットルバルブの応答性を向上可能な電子制御装置を提供することができ、その汎用普遍的な性格から自動二輪車等の車両におけるフィードバックド制御を行う電子制御装置に広範に適用され得るものと期待される。

１…電子制御装置
１０…電子制御スロットル装置
１１…スロットルバルブ
１２…スロットル開度センサ
１３…吸気管
１４…スロットルシャフト
１４ａ…スロットルレバー
１５…全開位置ストッパ
１６…全閉位置ストッパ
１７…リターンスプリング
２０…コントローラ部
２１…電源電圧検出部
２２…電源電圧算出部
２３…電圧補正量算出部
２４…制御入力算出部
２５…逆起電力補正量算出部
２６…操作量処理部
２７…駆動回路
Ｇ１、Ｇ２…ギヤ
Ｍ…電動モータ

Claims

内燃機関の吸入空気量を制御する電子制御スロットル装置のスロットルバルブの目標開度を、アクセル操作部材に印加されたアクセル操作量に応じて算出する目標開度算出部と、
前記目標開度と前記スロットルバルブの実開度との偏差に基づき制御入力量を算出する制御入力量算出部と、
前記制御入力量に基づいて前記スロットルバルブを駆動ギヤ系のギヤを介して駆動する電動モータの操作量を算出する操作量処理部と、
前記電動モータに対して前記操作量を駆動電力として供給する駆動回路と、
前記電動モータが生成する逆起電力を補正自在な逆起電力補正量を算出する逆起電力補正量算出部と、
を備え、
前記操作量処理部は、前記逆起電力補正量を用いた補正を行って前記操作量を算出する電子制御装置において、
前記逆起電力補正量算出部は、前記駆動ギヤ系の前記ギヤの減速比に、前記アクセル操作量に応じて算出された前記目標開度の変化量を乗算することにより算出された電動モータの回転数に基づいて、逆起電力補正量を算出することを特徴とする電子制御装置。
前記電動モータは、直流ブラシ型電動モータであることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。