JPH04350332A - 自動車用スロットル弁制御方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車用エンジンのスロ
ットル弁制御方式に係り、特に電動スロットル弁を使用
するに好適な安全性を考慮した制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動スロットル弁は信頼性が確立されて
いないとして、従来のアクセルワイヤーでペダルと直結
したスロットル弁との併用方式、いわゆるタンデム型が
用いられている。しかしこれは足踏みのスロットル弁よ
り閉じる方向の制御しか出来ず、トラクション制御には
役立つが、オートクルーズ制御は出来ない。

【０００３】シングル弁でオートクルーズにも対応でき
る方式としては例えば特開昭５９−１５３９４５号の如
きシステムがあり、そのフェイルセーフ動作についても
述べられている。しかしクラッチの励磁が解かれた時に
アクセルワイヤドラムとスロットル弁が所定の角度関係
にならなかったり、また自動的に所定の角度関係になる
場合でも常に復元ばねに抗してスロットル弁を動かす必
要があり電動機の出力が大きいものを必要とする等の問
題があった（例えば特開平１−２２７８３８　号等に例
が示されている）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては電動
スロットル弁が誤動作して危検に至らしめることのない
よう、システム的にバックアップしてフェイルセーフを
確立すると同時に、可能な限り従来のアクセルワイヤ直
結動作状態とすることで走行可能性を確立しようとする
ものである。

【０００５】このため本発明においては電動機制御時に
完全にアクセルワイヤ機構から切離され、クラッチの励
磁を解除するとアクセルワイヤドラムとスロットル弁が
所定の角度関係になるクラッチ機構を提供する。さらに
このシステムを安全に保護するためのフェイルセーフ方
式を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、スロットル弁
は、通常は電動制御されるが、異常時にはアクセルワイ
ヤで駆動されるスロットルドラムへ機械的に接続を切換
える様にクラッチを用いると共に、異常の程度を判定し
必要に応じて■警報を発する■アクセルワイヤ動作に切
換える■エンジンを停止する等の措置を自動的に実行す
る。

【０００７】

【作用】スロットル弁の動作を電動機からアクセルワイ
ヤに切換えるクラッチを用いるが、どのような時に切換
えるか判断するマイクロコンピュータと、センサアクチ
ュエータ等の入出力回路に異常がないかを検出するモニ
タ回路を有する。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図１に示す。スロットルボ
ディ１にスロットル弁２が設けられており、スロットル
弁のシャフト３の一端にはスロットルセンサ４が、他端
にはクラッチ５が設けられている。クラッチ５が励磁さ
れている時はシャフト３は電動機６により駆動される。 電動機６はパワーモジュール７により付勢される。スロ
ットル弁２の開度は、総合制御装置８より開度指令９を
与えると、これとスロットルセンサ４からフィードバッ
クされる開度信号１０とを比較し、両者が等しくなるよ
うにパワーモジュール７が電動機６を制御する。

【０００９】総合制御装置８はアクセルペダル１１に連
動したアクセルセンサ１２の出力を受けて、運転者の意
図を解釈し、他の制御装置例えばエンジン制御装置１２
や変速機制御装置１３を含めた総合的な駆動力制御を行
なう。すなわちアクセルセンサ１２の他各種センサ（図
示しない）より走行環境（高速路か市街路か等）や車両
状況（該重状態や水温油温等）や運転者の意図を判別し
、その時の最適なエンジン出力と変速比の組合せを決め
、電動スロットルパワーモジュール７に開度指令９を与
える他、エンジン制御装置１３に対して燃料噴射量と点
火時期の指令を与え、また変速機制御装置１４に対して
変速比の指令を与えるものである。

【００１０】アクセルペダル１１にはアクセルワイヤ１
５が接続されており、クラッチ５が励磁されていない時
にはペダルを踏むことにより、スロットル弁２を駆動で
きるようになっている。クラッチ５の一例を図２および
図３に示す。図１と同じ部分には同一番号を付してある
。スロットルボディ１にシャフト３が回転自在に取付け
られ、これにスロットル弁２がついている。シャフト３
の一端にはスロットルセンサ４が接続され、他端にはク
ラッチプレート１６が固定されている。このクラッチプ
レート１６に隣接して中間プレート１７及び中間ギア１
８がシャフト３に同軸的に設けられているが、いずれも
シャフト３に対して回動自在になっている。中間ギア１
８には小ギア１９が噛み合っており、小ギア１９は電動
機６で駆動される。中間プレート１７は図３に示すよう
にアクセルワイヤ１４を引張ることにより回転するアク
セルドラム２０とリンク２１により連結されており、ア
クセルペダル１１の踏み角に応じて回転することになる
。この中間プレート１７には対数渦巻曲線２２より成る
穴があいている。またこの穴の渦巻曲線の交叉部分には
切り込み２３が設けられている。クラッチプレート１６
の上にはプランジャ２４が設けられており、このプラン
ジャ２４により駆動されるプランジャリンク２５があり
、その先には連結ピン２６がスリット２７を貫通して設
けられている。プランジャリンク２５の他端はクラッチ
プレート１６に回動自在に止められており、そこにスプ
リング２８が設けられている。

【００１１】連結ピン２６は図２で示すようにクラッチ
プレート１６のスリット２７を貫通し、さらに中間プレ
ート１７の穴も貫通し、中間ギア１８まで達する長さに
してある。

【００１２】従ってプランジャ２４が励磁されると、プ
ランジャリンク２５が引寄せられ、その先についた連結
ピン２６はスリット２７に沿って移動し、中間ギア１８
の歯の間に落ち込む。すなわち電動機６の動きが中間ギ
ア１８，連結ピン２６を通してクラッチプレート１６に
伝達され、クラッチプレート１６はシャフト３に固定さ
れているので結局スロットル弁２が電動機６により駆動
されることになる。この時中間プレート１７がアクセル
ワイヤ１４により回転したとしても（元々９０度以下の
回転しかしない）、中間プレート１７の穴の広い部分に
連結ピン２６があるので、クラッチプレート１６の動作
には何ら干渉しない。

【００１３】一方、プラジャ２４が無励磁になった場合
には、プランジャリンク２５はスプリング２８の力でプ
ランジャ２４から離れ、その先に取付けられた連結ピン
２６はスリット２７に沿って移動し、中間プレート１７
の穴の切り込み２３に落ち込む。そうすると中間プレー
ト１７とクラッチプレート１６は直結され、アクセルワ
イヤ１４によりクラッチプレート１６ひいてはスロット
ル弁２が駆動される。この時連結ピン２６は中間ギア１
８とは噛み合っていないから電動機６とスロットル弁２
は完全に切離されている。以上のようにプランジャ２４
を励磁又は無励磁にすることで、スロットル弁２を電動
機６又はアクセルワイヤ１４と完全に切換えることがで
きる。

【００１４】尚プランジャ２４の励磁をやめる時、クラ
ッチプレート１６と中間プレート１７の相対角度関係は
±９０度の間いずれにあるか、その時の制御状況に依存
しているので定まっていない。しかしクラッチ５が切り
換えられてアクセルワイヤ１５によりスロットル弁２が
駆動される時には、クラッチプレート１６と中間プレー
ト１７の相対角度関係は所定の関係になければならず、
このため中間プレート１７の穴の形状は対数渦巻曲線２
２となっている。すなわち連結ピン２６が中間ギア１８
からはずれて中間プレート１７の穴の内壁に接触する時
、その時のスリット２７の方向と、中間プレート１７の
穴の内壁のなす角度が常に一定であって連結ピン２６が
穴の内壁を滑りやすくなっているのである。ちなみに対
数渦巻曲線とは図４に示す如く、動径とのなす角度が一
定であって、図５のようにテーパのついた柔らかいテー
プを丸棒に巻き付けた時に出来る曲線である。

【００１５】図１のクラッチ５は以上のような構造性質
をもつものであるとして、このような電動スロットルを
安全に制御するシステム構成について説明する。

【００１６】電動機６の駆動回路はパワーモジュール６
の中に設けられているが、これにはモータ電流を監視し
て異常な時には出力を遮断すると共に総合制御装置８に
対して異常であることを知らせる信号２９を発する。ま
たモータ巻線の断線も検知してその旨知らせる機能を持
つ。さらに開度指令９に対してフィードバック信号であ
る開度信号１０が所定の時間経っても所定の偏差以上に
ずれていたら、制御不良状態と見なして異常検知する機
能を有している。

【００１７】クラッチ５のプランジャ励磁回路は総合制
御装置８の中にあり、励磁信号３０を発するがこれにも
励磁回路自身の故障とプランジャコイル断線・短絡を検
出するモニタ部を有する。

【００１８】クラッチ５の中の機械部品すなわちクラッ
チプレート１６，プランジャリンク２５，連結ピン２６
，スプリング２８，中間プレート１７，リンク２１，中
間ギア１８等の故障を検出するには、スロットルセンサ
４の出力と入力との関係を調べればよい。すなわちクラ
ッチが電動機側に切替わっている時は開度指令９に対す
るスロットルセンサ出力１０の偏差が、またクラッチが
アクセルワイヤー動作側に切替わっている時は、アクセ
ルセンサ１２及び１２′の出力と、スロットルセンサ出
力１０の偏差が、所定の値以上ずれている時は駆動源か
らスロットル弁２の間の機械的経路に故障があると判断
する。尚、通常運転時はクラッチ５は電動機側に切替え
てあるので、アクセルワイヤ動作の故障診断は、エンジ
ンキースイッチを入れた最初の時に行えばよい。

【００１９】また各センサの入力回路にも断線・短絡等
の異常を検出するモニタ部を有する。アクセルセンサ１
２は、これがこわれた時、運転者の意図が判別できなく
なることを防ぐ意味で、２重系とするためもう１個のア
クセルセンサ１２′を設ける。これにより、両者を比較
して常時故障判別を確実に行うことができる。

【００２０】スロットルセンサ４は従来から使用実績は
あるが、これがこわれた時スロットル開度の代わりにエ
アフローメータ３１の出力を代用することが可能である
。このようにスロットルの周辺のセンサ，アクチュエー
タは２重系にしたりモニタを設けたりして信頼性の高い
方式とする。

【００２１】このようにシステム構成における、異常時
の処理方式について述べる。モニタからの信号を分析し
、その故障が制御に与える影響，安全性に与える影響に
より、処理内容をランク分けする。例えばアクセルセン
サ１２が故障したとすると、二重系であるので直ちに別
のアクセルセンサ１２′に切換えれば制御上支障はない
。従ってこの場合は警報を発し、運転者に修理を促すが
エンジンを止めたりせず制御を続ける。また電動機６が
断線した様な場合は、電動制御は不可能であるので警報
を発すると共に、クラッチの励磁信号３０を解除してア
クセルワイヤ動作に切換える。もしクラッチがどっちつ
かずの状態になったとしたら、エンジンは制御不能にな
るので、エンジン制御装置１３に信号を送って燃料をカ
ットし、エンジンを止める。このように最終的にはエン
ジンを止めることで安全性を確保するが、少なくとも一
重故障のうちは、やたらと止めるとかえって危険な場合
がある。例えばアクセルワイヤが切れた場合など、元々
バックアップの機能であって、電動機制御が正常であれ
ば不要なので、警報を発して修理を促すが、エンジンは
止めずに電動機制御を続ける。

【００２２】このように故障モードをランク分けして不
必要に過剰保護することなく高信頼システムを得ること
ができる。どのような場合にどのように措置を行うかま
とめたのが表１である。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明の方式によれば、（１）軽微な一
重故障時は警報は出すがそのまま通常制御で運転できる
。

【００２５】（２）通常制御できない場合は、昔ながら
のアクセルワイヤによる運転で走行できる。

【００２６】ので本当に危険な時は安全に停止する信頼
性を確保しながら、過剰保護でむやみに車が止まる不都
合を生じることがなく、不信感を与えることがない。

【００２７】また電動機制御中のスロットル弁は完全に
アクセルワイヤ機構から切離されていて、復帰ばね等に
抗して動かす必要がないので、電動機を小出力にできる
という経済的効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフェイルセーフシステムを表わす構成
図である。

【図２】本発明のシステムに用いるスロットルボディの
断面図である。

【図３】図２に示したクラッチの構造を示す説明図であ
る。

【図４】図３に示した対数渦巻曲線の性質を示す説明図
である。

【図５】図３に示した対数渦巻曲線の概念を示す説明図
である。

【符号の説明】

１…スロットルボディ、２…スロットル弁、４…スロッ
トルセンサ、５…クラッチ、６…電動機、７…パワーモ
ジュール、１１…アクセルペダル、１２，１２′…アク
セルセンサ、１５…アクセルワイヤ、２０…アクセルワ
イヤドラム。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車エンジンのスロットルボディに設け
   られたスロットル弁，スロットル弁駆動用電動機，アク
   セルペダル，該アクセルペダルにより牽引されるアクセ
   ルワイヤ、該アクセルワイヤの動きにより回動するアク
   セルワイヤドラム、該アクセルワイヤドラムの駆動力と
   前記電動機の駆動力を選択し前記スロットル弁への駆動
   力を機械的に切替えるクラッチ、前記電動機を駆動する
   パワーモジュール、前記スロットル弁の位置を検出する
   スロットルセンサ、前記アクセルペダルの位置を検出す
   るアクセルセンサより成るものにおいて、前記した部品
   の故障を検出し、その故障をモードに応じて■警報を発
   生する、■警報を発しかつ前記クラッチをアクセルワイ
   ヤ動作側に切替える、■警報を発しかつエンジンを停止
   する、のいずれかの保護動作を行う電動スロットルによ
   るエンジン制御方式。
2. 【請求項２】請求項１において、前記クラッチは電動機
   側からアクセルワイヤドラム側へ切替わる時、前記スロ
   ットル弁と前記アクセルワイヤドラムの相対角度が所定
   の関係に自動的になる構造であることを特徴とする電動
   スロットルによるエンジン制御方式。
3. 【請求項３】請求項１において前記アクセルセンサは二
   重系として、両アクセルセンサの出力を比較して故障を
   検知することを特徴とする電動スロットルによるエンジ
   ン制御方式。
4. 【請求項４】請求項１のものにおいて、前記スロッルボ
   ディにはエアフローメータを設け、前記スロットルセン
   サが故障した時には前記エアフローメータの出力データ
   を代理使用して前記電動機の制御を続けることを特徴と
   する電動スロットルによるエンジン制御方式。
5. 【請求項５】請求項１において、前記アクセルペダルか
   らアクセルワイヤ，アクセルワイヤドラム，クラッチ，
   スロットル弁の機械的伝達経路の故障を検出するのは、
   エンジン始動時に前記クラッチをアクセルワイヤ動作側
   に切替えておくことにより診断することを特徴とする電
   動スロットルによるエンジン制御方式。