JPH01219332A

JPH01219332A - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JPH01219332A
Application number: JP4547688A
Authority: JP
Inventors: Nagahisa Fujita; 永久藤田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1989-09-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電気的なアクチュエータを介してスロットル
弁等出力調整手段の駆動制御を行うようにしたエンジン
の制御装置に関する。

（従来技術）車両等のエンジンにおいて、スロットル弁など出力調整
手段は、一般に、ワイヤを介して機械的にアクセルペダ
ルに連結されており、その場合、スロットル位置すなわ
ちスロットル弁開度やラック位置はアクセルペダルの踏
み込み量すなわちアクセル操作量によって一義的に決ま
ってくる。ところが、このようにアクセル操作量とスロ
ットル位置とが一義的な関係つまり１対ｌの対応関係に
あるような制御では、例えば、加速時などとくに高出力
が必要なときにも単にアクセルの踏み込み量に対応した
出力しか得られないといったことになるので、種々の要
求走行状態に的確に対応することが難しい。

そこで、アクセルペダルとスロットル弁等を電気的なア
クチュエータを介して連結し、それぞれの要求走行状態
に応じた特性でアクチュエータを作動させることによっ
て常に運転者の意志゛にかなったエンジン制御を実現し
ようとしたものが従来からいろいろと提案されている。

例えば、特開昭６０−１９８３４３号公報に記載された
車両用アクセル制御装置では、アクセル操作量とスロッ
トル弁開度との間の関数特性を複数設定しておき、アク
セル操作速度に基づいて何れかの特性を選択し、この選
択された関数特性に沿って目標となるスロットル弁開度
を決定するようにしている。

ところで、電気的なアクチュエータ（モータ）を用いて
スロットル弁のフィードバック制御を行うエンジンの制
御装置においては、従来は、モータをスロットル弁に直
接取り付けるダイレクト駆動式のものが一般的であった
。しかし、スロットル弁まわりの取り付は性であるとか
、あるいはまたインテークマニホールドの耐久性などの
点から言って、スロットル弁まわりの吸気系をあまり大
きくしたり重くしたりするのは避けたいという要求があ
り、そこで、モータは車体側に取り付け、モータとスロ
ットル弁とをワイヤーでリンクする方式にしてスロット
ル弁まわりの吸気系のコンパクト化を図ることが提案さ
れている。

ところが、このようにワイヤーを介してスロットル弁等
を駆動するフィードバック制御系の場合、モータの駆動
は通常デユーティ制御されるために、そのデユーティ値
の変化の周波数にワイヤーの共振周波数が一致すると、
制御系が共振を起こしてしまう。また、ワイヤーに起因
する外乱やワイヤーがもつヒステリシスによる負荷の変
動などによっても共振が助長される。そして、このよう
な制御系が共振状態、あるいは共振とまでいかなくても
共振に近い振動状態となると、スロットル位置が安定し
な（なって、運転性が悪化してしまう。

（発明の目的）本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、ワ
イヤーを介して出力調整手段をフィードバック制御する
エンジンの制御装置において、制御系の共振による運転
性の悪化を防止することを目的とする。

（発明の構成）本発明は、デユーティの振幅や周波数に係るフィードバ
ック制御特性を変更することによって、制御系とワイヤ
ーとの共振を避けるようにしたものであって、その全体
構成は第１図に示すとおりである。すなわち、本発明に
係るエンジンの制御装置は、ワイヤーを介して出力調整
手段を駆動するアクチュエータと、前記出力調整手段の
駆動位置をアクセル操作量に応じた目標位置に制御する
ようフィードバック制御信号を前記アクチュエータに出
力するフィードバック制御手段と、制御系の共振状態を
検出する共振状態検出手段と、該共振状態検出手段によ
って共振あるいは共振に近い振動が検出されたとき、前
記フィードバック制御手段の制御特性を共振が低減され
る方向に変更するフィードバック制御特性変更手段とを
備えたことを特徴としている。

（作用）フィードバック制御手段は、実際のスロットル位置をア
クセル操作量に応じた目標スロットル位置と比較し、そ
の差分に基づいたフィードバック制御信号を所定の制御
特性に基づいてアクチュエータに出力する。それによっ
てアクチュエータが作動し、ワイヤーを介して出力調整
手段を駆動する。また、共振状態検出手段によって制御
系が共振状態あるいは共振に近い振動状態であると判定
されると、共振が低減される方向にフィードバック振動
特性が変更され、それによって出力調整手段の不安定な
作動が抑制される。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図はスロットル弁の制御に適用した本発明の一実施
例に係るサーボ系の全体図である。

この実施例において、スロットル弁ｌはワイヤ２（スロ
ットルケーブル）を介してモータ３（ろロットルアクチ
ュエータ）に連結され、該モータ３の正逆回転によって
開閉駆動される。

モータ３の制御系は、スロットルコントローラ４、サー
ボコントローラ５および駆動回路６から構成されている
。

スロットルコントローラ４は、アクセルペダル７の踏み
込み量を検出するアクセルセンサ８の出力信号、エンジ
ン回転数、車速、勾配、舵角、水温といった信号に基づ
いてスロットル開度の目標値を算出し、また、異常信号
を判定して、スロットル弁の目標開度信号およびモータ
カット信号の２信号をサーボコントローラ５へ出力する
。

サーボコントローラ５は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ
）９を備えており、ＣＰＵ９の周辺にはＡＤ変換器１０
．ＲＯＭＩ　１およびＲＡＭ１２が付設されている。Ｃ
ＰＵ９にはまた、ＣＰＵ内部値（デユーティ）をパルス
変換（ＰＷＭ）するためのカウンタ１３が付設されてい
る。カウンタ１３の基準クロックは、外付けの水晶発信
器１４の信号をフリップフロップ１５にて分周したもの
であり、周波数は約４ＭＨｚである。カウンタ１３の周
波数は、４ＭＨｚのクロックの１／２５６（デユーティ
は８ビツト）で約１５ＫＨｚである。サーボコントロー
ラ５はまた、後述の三つの信号を入力とする論理回路１
６を備えており、この論理回路１６の四つの出力によっ
て駆動回路６を制御するよう構成されている。

駆動回路６は、モータ３が正逆転可能なように、Ｈ形配
列の四つのトランジスタＴ、１．Ｔ、２．Ｔ、３．Ｔ、
４によって構成されている。モータ３は、第１のトラン
ジスタＴ、１　（ＰＮＰ）と第４のトランジスタＴ、４
　（ＮＰＮ）が共に導通したとき正方向つまりスロット
ル弁１間方向に回転し、第２のトランジスタＴ、２　（
ＮＰＮ）と第３のトランジスタ（ＰＮＰ）が共に導通し
たとき逆方向つまりスロットル弁１閉方向に回転する。

モータ３には、アクチュエータ位置を検出するための位
置゛センサ１７が付設されている。

スロットルコントローラ４が出力するスロットル弁ｌの
目標開度信号は、アナログであって、これはＡＤ変換器
１０によってデジタルに変換されＣＰＵ９に送られる。

同じように、アクチュエータ位置によってスロットル弁
開度を検出する位置センサ１７の出力もまたＡＤ変換さ
れてＣＰ０９人力される。ＣＰＵ９は、位置センサ１７
の出力値（スロットル弁開度）を目標開度と比較し、比
例、積分、微分の三つの項からなる制御（Ｐ、Ｉ　。

Ｄ制御）によってモータ３に流すべき電流値と電流方向
を計算する。そして、計算された電流値は８ビツトのデ
ユーティ値とされ、カウンタ１３によってパルス変換さ
れて出力される。論理回路１６には、このパルス変換さ
れたデユーティ信号と、計算された上記電流方向に対応
する電流方向信号と、それに、スロットルコントローラ
４からのモータカット信号に対応してＣＰＵが出力する
電流カット信号の三つの信号が入力される。

論理回路１６は、七つの論理素子によって構成されてお
り、その四つの出力端子に駆動回路６を構成する四つの
トランジスタＴ第１．Ｔ、２．Ｔｒ３、Ｔ、４のベース
がそれぞれ接続されている。

第１のトランジスタＴ、、１は、デユーティ信号と電流
方向信号の二つを入力とするアンド回路の出力をイクス
クルーシブオア回路で反転させるようにした論理回路に
よって制御される。つまり、デユーティ信号と電流方向
信号が共にハイレベル（１）のときこのトランジスタＴ
、１はベースがロウレベルとなって導通する。また、第
４のトランジスタＴ、４は、電流方向信号と電流カット
信号の二つを入力とするアンド回路の出力によって制御
され、これら両信号が共にハイレベル（１）のとき、ベ
ースがハイレベルとなって導通する。したがって、電流
カット信号がハイ（１）で電流方向信号がハイ（１）で
ある限り、第４のトランジスタＴ、４はオンしたままの
状態であり、専らデユーティ信号によってモータ３の開
方向への回転が制御されることになる。

一方、第３のトランジスタＴ１．３は、デユーティ信号
を一方の入力とし、電流方向信号をイクスクルーシブオ
ア回路で反転させた信号を他方の入力とするアンド回路
の出力を、イクスクルーシブオア回路で反転させるよう
にした論理回路によって制御される。つまり、デユーテ
ィ信号がハイレベル（１）で、電流方向信号がロウレベ
ル（０）のときこのトランジスタＴｔ３はベースがロウ
レベルとなって導通する。また、第２のトランジスタＴ
、２は、上記電流方向信号の戻粉信号を一方の入力とし
、電流カット信号を他方の入力とするアンド回路の出力
によって制御される。つまり、このトランジスタＴｒ２
は、電流方向信号がロウレベル（０）で電流カット信号
がハイレベル（１）のとき、ベースがハイレベルとなっ
て導通する。

したがって、電流カット信号がハイ（１）で電流方向信
号がロウ（０）である限り、第２のトランジスタＴ、２
は導通したままであり、専らデユーティ信号によってモ
ータの閉方向への回転が制御される。また、電流カット
信号がロウレベル（０）の場合には、第４および第２の
トランジスタＴｒ４、Ｔｔ２は非導通であり、モータ３
には電流は流れない。表１に、三つの信号（ＤＵＴＹ　
：デューティ信号、ＤＩＲ：電流方向信号、ＭＣＵＴ　
：電流カット信号）と各トランジスタ（Ｔｒｌ　、　Ｔ
ｒ２、Ｔ、３．Ｔｔ、４）の論理を示す。

表１このように、モータの開方向への回転に対しては、第１
と第４の二つのトランジスタＴ、ｌ、Ｔ。

４のうち第１のトランジスタＴ、ｌだけ、また、モータ
の閉方向への回転に対しては、第３と第２の二つのトラ
ンジスタＴ！、３．Ｔ、２のうち第３のトランジスタＴ
、３だけというふうに、いずれも一方だけの制御となる
ため、二つのトランジスタの非同期の問題は生じず確実
なデユーティ制御が行われる。そして、第１および第４
のトランジスタＴ、１．Ｔ、４と第３および第２のトラ
ンジスタＴ、３．Ｔ、２は同時には導通しないため、Ｃ
ＰＵが暴走して出力ポートの論理が補償されない場合で
もショートによって駆動回路６やモータ３が焼損するよ
うなことにはならない。また、このような論理回路１６
を介してモータ３の駆動制御を行うようにしたため、Ｃ
ＰＵのソフトの負担は軽減される。

この実施例では、ＣＰＵの内部においてデユーティの振
幅と周波数を検出して共振状態かどうかの判定を行って
いる。つまり、デユーティのピーク−ピークの値を見て
振幅を、また、ピーク−ピークの期間を見て周波数を計
算し、これら振幅と周波数を元に共振マツプによって共
振を判定している。そして、共振であると判定した場合
には、電流値を補正してデユーティの周波数あるいは振
幅を共振が起きないゾーンへずらせる。これによって共
振の頻度が減少し、制御系の安定性が高まる。

第３図乃至第９図にはこの実施例の制御を実行するフロ
ーチャートを示している。

まず、第３図は、メインルーチンを示すものである。メ
インルーチンは五つのサブルーチンＳ・１〜Ｓ・５から
成っている。

スタートし、まず初期化を行う（Ｓ・１）。つぎに、位
置センサ１７からの入力信号のサンプリングを行う（Ｓ
・２）。そして、それを元にＰ。

１、Ｄ制御によって電流値のフィードバック演算を行い
（Ｓ・３）、つぎに、共振の検出を行って、その結果に
より電流値の補正景を計算する（Ｓ・４）。そして、最
後にモータカット信号を見てモータ電流をカットするか
どうかの制御を行う（Ｓ・５）。

第１のサブルーチン５−１（第４図）では、スタートし
て、まず、各ポートについて入力にするか出力にするか
の設定を行う。つぎに、割込処理用のタイマーやＰＷＭ
用カウンタの初期化を行う。

つぎに、演算に用いる各種レジスタの初期化を行い、リ
ターンする。

つぎに、第５図に示す第２の、入力信号のサンプリング
のサブルーチンＳ・２では、スタートして、位置センサ
１７によるアクチュエータ位置信号のＡ／Ｄ変換を行い
、データをＴＶＯＡという値に格納する。つぎに、スロ
ットル弁の目標開度信号をＡ／Ｄ変換して、データをＴ
ＶＯＴという値に格納する。これによって二つのアナロ
グ信号がいずれもＡ／Ｄ変換される。

つぎに、第３の、フィードバック演算のサブルーチンＳ
・３（第６図）では、スタートして、まず、位置センサ
１７の出力値ＴＶＯＡを読み込み、ついで、目標開度Ｔ
ＶＯＴの値を読み込む。

そして、センサ出力値ＴＶＯＡとＴＶＯＴの偏差ΔＴＶ
Ｏを計算する。また、位置センサ１７の今回のセンサ出
力値ＴＶＯＡと前回のセンサ出力値ＴＶＯＲＬを引き算
して、アクチュエータ位置の移動速度ΔＳＰＤを計算す
る。さらに、前回のＩ値積算値ΣΔＴＶＯに先程計算し
た偏差ΔＴＶＯを・加えてｌ値積算値ΣΔＴＶＯを求め
る。

つぎに、計算した偏差ΔＴＶＯに比例項のフィードバッ
ク定数ＫＰを掛けた値に、Ｉ値積算値ΣΔＴＶＯに積分
項のフィードバック定数Ｋｌを掛けた値を加え、これか
ら、先程計算した速度ΔＳＰＤに微分項のフィードバッ
ク定数ＫＤを掛けたものを引くことによって、モータ電
流値ＦＢを求める。

つぎに、電流値ＦＢが正であるかどうかによって、電流
方向の判定を行う。そして、割込処理のためのフラグ設
定ということで、まず、ＦＢが正であった場合は、電流
方向フラグＦＤＩＲつまりモータ電流の方向を設定する
ボートの出力レベルのフラグＦＤＩＲをＯ（開方向）と
する。また、ＦＢが正でないということであれば、ＦＤ
ＩＲを１（閉方向）とする。

つぎに、デユーティ変換ということで、電流値ＦＢの絶
対値を求め、それに電流−デユーティ変換係数に６□、
を掛けたものをデユーティ値とする。

そして、最後に、微分項の演算に用いる前記センサ出力
値の前回値ＴＶＯＡＬを今回のＴＶＯＡに更新する。

第７図には、第４の、共振検出・電流補正計算のサブル
ーチンＳ・４を示している。つぎに、このサブルーチン
Ｓ・４を説明する。

スタートして、まず、電流方向を見るということで、電
流方向フラグ２　（ＦＤＩＲ２）というのを読み込み、
また、今回のデユーティ（ＤＵＴＹ）と前回のデユーテ
ィ（ＤＵＴＹＯＬＤ）を読み込む。

つぎに、ＤＵＴＹのピークとなる時期とピーク値を求め
るために、まず、ＤＵＴＹがＤＵＴＹＯＬＤより大きい
かどうかを判定する。

ＤＵＴＹｈ＜ＤＵＴＹＯＬＤより大きいということは、
電流が上昇方向ということで、つぎに、ＦＤＩＲ２が０
かどうかによって電流方向が反転したかどうかを判定す
る。ＦＤＩＲ２が０ということは、前回の電流方向が下
降方向ということであって、したがって、ここが下のピ
ークだと判定する。

そして、この反転したときの内部のフリーランカウンタ
ー（ＦＲＣ）の値（現在時刻）というのをＰＫＴＩＭＥ
Ｔという値に格納し、また、反転時のデユーティ値をＰ
ＫＤＵＴＹＴという値に格納する（ピークレベルの設定
）。ついで、上昇方向に反転したということで方向フラ
グ（ＦＤＩＲ２）をｌにし、ＤＵＴＹＯＬＤを更新する
。

ＤＵＴＹ＞ＤＵＴＹＯＬＤつまり電流が上昇方向でＦＤ
　Ｉ　Ｒ２が０でない（前回の電流方向も上昇方向）と
いうときは、ピークではないということで、そのままＤ
ＵＴＹＯＬＤの更新のステップに行く。

また、今回のデユーティ（ＤＵＴＹ）が前回のデユーテ
ィ（ＤＵＴＹＯＬＤ）より大きくないということであれ
ば、これは、電流が下降方向ということで、このときも
やはりＦＤＩＲ２がＯであるかどうかによって電流方向
が反転したかどうかを判定する。そして、この場合は、
ＦＤＳ　Ｒ２が０でない、つまり前回が上昇方向であれ
ば、ここが上のピークだと判定し、この反転時のＦＲＣ
の値（現在時刻）をＰＫＴＩＭＥＵに格納し、また、反
転時のデユーティの値をＰＫＤＵＴＹＵという値に格納
する（ピークレベルの設定）。ついで、下降方向に反転
したということで方向フラグ（ＦＤＩＲ２）をＯにし、
ＤＵＴＹＯＬＤを更新する。

このようにして上下のピークの時期とピーク値が検出さ
れると、つぎに、■に行って、上下のピークの時間差（
ＰＫＴ　ＩＭＥＴ−ＰＫＴ　ＩＭＥＵ）から繰り返し周
波数（ＰＲＥ）を計算し、また、上下のピーク値の差（
ＰＫＤＵＴＹＴ−ＰＫＤＵＴＹＵ）から振幅（Ａ）を計
算する。

つぎに、計算した繰り返し周波数と振幅により、共振マ
ツプを参照して共振かどうかを判定し、共振ゾーンであ
るということであれば、出力電流（ＤＵＴＹ）の修正と
いうことで、共振マツプを逆読みして共振しないレベル
にまで周波数あるいは振幅をずらせる。

第８図には、第５の、電流カットのサブルーチンＳ・５
を示している。このルーチンでは、スタートし、まずス
ロットルコントローラ４からの電流カット入力を読み込
む。そして、電流カットかどうかを判定して、電流カッ
トであるというときはＣＰＵ９の電流カットボート（Ｍ
ＣＵＴ）をロウ（電流カット）に落として絶対にトラン
ジスタが導通しないようにし、また、電流カットでない
というときは、電流カットボートをハイ（通電）にする
。

以上で、この実施例のメインルーチンが終わるが、これ
とは別に、第９図に示すタイマー割込処理のルーチンが
ある。この割込処理は、一定時間（１〜２ｍ５）毎に起
動するものであって、起動すると、まず、割込処理周期
（Ｔ　Ｉ　ＮＴ）を読み込んで、つぎに、次回の割込時
刻の設定ということで、今回の時刻に周期ＴＩＮＴを加
えて、それを割込用レジスタへストアする。

つぎに、ＰＷＭデユーティ（ＤＵＴＹ）の読み込みとい
うことで、メインルーチンのＳ・３で求めたＤＵＴＹと
いう値を読み込み、そして、ＰｗＭタイマーの設定とい
うことで、ＰＷＭタイマー用レジスタにＤｔＪＴＹとい
う値をストアする。つまり、カウンタに書き込む。Ｓ−
ｔでカウンタは初期化しているので、この書き込んだ時
点からカウンタはそのＤＵＴＹの値に応じたパルスを出
力する。

つぎに、メインルーチンのＳ・３で設定した電流方向フ
ラグＦＤＩＲを見て電流方向の判定を行う。そして、Ｆ
ＤＩＲが０であればＤＩＲボートをハイレベル（開方向
）にし、また、ＰＤＩＲが０でない（１）ということで
あればＤＩＲボートをロウレベル（閉方向）にする。

なお、上記実施例では、共振状態をＣＰＵ内部でデユー
ティの周波数と振幅を見て判定するようにしているが、
共振状態の判定は、スロットル弁開度の振れを直接検出
することによって行うこともできる。

また、フィードバック信号としては、上記実施例のよう
なアクチュエータ位置に代え、スロットル位置を直接検
出するスロットルセンサの出力を用いてもよい。

さらに、本発明は、スロットル弁制御に限らず、他の出
力調整手段によるエンジンのスロットルの制御′に対し
ても適用することができる。

（発明の効果）本発明は以上のように構成されているので、ワイヤーを
介して出力調整手段を駆動しスロットル位置を目標位置
にフィードバック制御するエンジンの制御装置において
、制御系の共振による運転性の悪化を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図は本発明の一実施
例の全体図、第３図乃至第９図は同実施例の制御を実行
するフローチャートである。１：スロットル弁、３：モータ（アクチュエータ）、４
：スロットルコントローラ、５：サーボコントローラ、
６：駆動回路、９：マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、１
７：位置センサ。代理人　弁理士　進　藤　純　− 第８図Ｓ・５第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ワイヤーを介して出力調整手段を駆動するアクチ
ュエータと、前記出力調整手段の駆動位置をアクセル操
作量に応じた目標位置に制御するようフィードバック制
御信号を前記アクチュエータに出力するフィードバック
制御手段と、制御系の共振状態を検出する共振状態検出
手段と、該共振状態検出手段によって共振あるいは共振
に近い振動が検出されたとき、前記フィードバック制御
手段の制御特性を共振が低減される方向に変更するフィ
ードバック制御特性変更手段とを備えたことを特徴とす
るエンジンの制御装置。