JPH0667278B2 - ステツプモ−タの駆動制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はステップモータの駆動制御方法に関し、詳しく
はステップモータに供給される電源電圧の低下に伴うス
テップモータの作動特性劣化を防止する、ステップモー
タの駆動制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、ステップモータへ供給される電源電圧が低下
すると、ステップモータの駆動トルクが低下し、ステッ
プモータの駆動制御を良好に実行できないといった問題
が知られている。そこで従来では、例えば特開昭57−11
9135号公報に記載の如く、ステップモータの電源電圧が
低下した場合にその駆動制御を中止するとか、あるいは
特開昭59−10197号公報に記載の如く、ステップモータ
の電源電圧が低下した場合に、ステップモータのコイル
に流れる電流を制限するためドライブ回路に直列に設け
られた抵抗器を、抵抗値の小さいものに切替えることに
よって、電源電圧低下時にも所望の駆動トルクが得られ
るようにするといったことが考えられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが上記前者のように電源電圧低下時にステップモ
ータの駆動制御を中止するよう構成すると、例えばステ
ップモータを内燃機関のスロットルバルブの開閉制御に
用いるような場合には、その開閉制御が一時的に中止さ
れることとなり、場合によっては機関を停止してしまう
といった問題が生ずることとなる。また上記後者のよう
にドライブ回路に設けられた電源制限用の抵抗器を抵抗
値の小さなものに切替えるようにした場合、ステップモ
ータの駆動制御を続行することはできるものの、抵抗器
が通常の２倍以上必要で、また抵抗器を切替えるための
スイッチが必要となり、更に、スイッチ切替えの為の駆
動回路を付加する必要が生じてくる。

そこで本発明は、電源電圧が低下した場合であってもス
テップモータの駆動トルクを低下することなく駆動制御
を続行でき、しかもドライブ回路に抵抗器やスイッチ等
を付加することなく、従来のドライブ回路をそのまま用
いて実現できるステップモータの駆動制御方法を抵抗す
ることを目的としてなされたものである。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、上記問題点を解決するためになされた本発明は、
第１図に示す如く、 ステップモータに供給される電源電圧を検出し（P1）、 該検出された電源電圧が所定値以上であるとき（YE
S）、上記ステップモータを１相励磁運転又は１相励磁
運転より小さい分解能で以て駆動制御し（P2）、 上記検出された電源電圧が所定電圧を下回ったとき（N
O）、上記ステップモータを２相励磁運転で以て駆動制
御する（P3）、 ことを特徴とするステップモータの駆動制御方法を要旨
としている。

ここで、１相励磁運転より小さい分解能で以て駆動制御
するとは、具体的には、１−２相励磁運転、ダブル１−
２相励磁運転、あるいは更に分解能の高いマイクロステ
ップ運転等によりステップモータを駆動するということ
である。

また電源電圧が所定電圧を下回ったときステップモータ
を２相励磁運転で駆動制御するのは、電源電圧低下時に
生ずるステップモータの駆動トルクの低下を防止するた
めである。つまり、例えば４相ステップモータを１相励
磁により駆動制御している場合、その駆動トルクは第２
図（イ）に実線で示す如く変化するが、このとき電源電
圧が低下すると駆動トルクは第２図（イ）に破線で示す
如く低下し、ステップモータの駆動制御ができなくなっ
てしまう。そこでこのような場合には、第２図（ロ）に
示す如く２相励磁に変更することによって、電源電圧低
下前の駆動トルクと同等の駆動トルクが得られるように
するのである。

［作用］ このように本発明のステップモータの駆動制御方法にお
いては、ステップモータの電源電圧が低下したとき、ス
テップモータの駆動制御が１相励磁運転又は１相励磁運
転より小さい分解能による駆動制御から２相励磁運転に
よる駆動制御に切り替えられる。従って、電源電圧が低
下してもステップモータを駆動する為に必要な駆動トル
クを確保することができる。

［実施例］ 以下に本発明方法を、ステップモータを用いて内燃機関
のスロットルバルブを開閉するスロットルバルブの開閉
制御装置に適用した実施例を挙げ、図面と共に説明す
る。尚、本実施例では、通常ステップモータを１−２相
励磁運転で以て駆動制御し、電源電圧が低下した際、２
相励磁運転に切替えるものとする。

まず第３図は本実施例のスロットルバルブの開閉制御装
置が搭載された内燃機関及びその周辺装置を表わす概略
構成図である。

図において１は内燃機関を示し、この内燃機関１の吸気
管２には、サージタンク３の上流で吸気量を制限するた
め、ステップモータ４により開閉され、その開度を検出
するスロットルセンサ５を備えたスロットルバルブ６が
設けられている。またスロットルバルブ６の上流には、
吸入空気を浄化するエアフィルタ７、及び吸気量を検出
するエアフロメータ８が備えられている。

一方９は内燃機関１の暖機状態を検知するため冷却水温
を検出する水温センサ、10は内燃機関１の回転と同期し
てイグナイタ11より発生される高電圧を各気筒の点火プ
ラグに分配するディストリビュータを表わし、このディ
ストリビュータ10にはその回転に応じてパルス信号を出
力する回転数センサ12が備えられている。また13はアク
セルペダル14の踏み込み量に応じて検出信号を出力する
アクセルポジションセンサ、15は当該内燃機関１が搭載
された車両の走行速度を検出する車速センサ、16はトラ
ンスミッションのシフト位置を検出するシフト位置検出
センサを夫々表わしている。

上記エアフロメータ８、水温センサ９、回転数センサ1
2、アクセルポジションセンサ13、車速センサ15、及び
シフト位置検出センサ16からの検出信号は夫々電子制御
回路20に出力される。電子制御回路20はマイクロコンピ
ュータを中心に構成され、上記各センサを用いて検出さ
れた内燃機関１の運転状態に応じて燃料噴射量を算出
し、燃料噴射弁22を駆動制御する燃料噴射制御を実行す
ると共に、アクセルペダル14の踏み込み量等、機関の運
転状態に応じてスロットルバルブ６の開度を求め、その
開度を表わす開度情報をステップモータ４の駆動制御回
路24に出力するスロットル開度算出処理を実行する。

また、後に詳しく説明するが、ステップモータ４の駆動
制御回路24も上記電子制御回路20と同様マイクロコンピ
ュータを中心に構成されており、電子制御回路20から出
力される開度情報及びスロットルセンサ５からの検出信
号に基づきステップモータ４を駆動し、スロットルバル
ブ６の開度を制御する。そしてこれら電子制御回路20や
駆動制御回路24、あるいはステップモータ４やイグナイ
タ11等には、イグニッションスイッチ26を介してバッテ
リ28から電源電圧が供給される。

ここで上記電子制御回路20から出力されるスロットルバ
ルブ６の開度情報は、内燃機関１の運転状態に応じて算
出されるスロットル開度を表わすものであるが、本実施
例では、この開度情報をスロットルバルブ６の全閉から
全開までの回転角度を０〜720ステップで表わすデジタ
ル信号として出力するよう構成されている。即ち電子制
御回路20は、内燃機関１の運転状態に応じて求めたスロ
ットル開度を、スロットルバルブの全閉から全開までの
回転角度81度を720に分割した値0.1125度で以て割算
し、その割算結果をデジタル信号として出力するよう構
成されているのである。従って電子制御回路20からは、
スロットル開度を表わす開度情報として10bitの情報が
出力されることとなる。

次に第４図はステップモータ４、スロットルセンサ５及
びスロットルバルブ６の組付状態を表わす構成図であ
る。

図に示す如くスロットルバルブ６は、吸気管２の一部と
されるスロットルボディ31と、バタフライ弁32と、バタ
フライ弁32を回動可能に固定するシャフト33、とから構
成され、シャフト33の一端に取り付けられたスロットル
センサ５によりバタフライ弁32の回転角度、即ちスロッ
トル開度を検出できるようにされている。またシャフト
33の他端には、ステップモータ４の回転軸4aに取り付け
られたギヤ34に咬合されるギヤ35が取り付けられ、ステ
ップモータ４の回転によりバタフライ弁32を開閉できる
ようにされている。更に、このスロットルバルブ６に
は、一端がシャフト33に打ち込まれたピン36に係止さ
れ、他端がスロットルボディ31に固定されたスプリング
37、及び一端がシャフト33に打ち込まれ、他端がスロッ
トルボディ31に当接されるストッパ38が設けられ、スプ
リング37によってバタフライ弁32を閉方向に付勢すると
共に、シャフト33によってバタフライ弁32の全閉位置で
閉方向の回転を停止できるようにされている。

またスロットルセンサ５は、スロットルバルブ６の開度
に応じて抵抗値の変化する可変抵抗器5aと、スロットル
バルブ６が全閉状態となったときONされる全閉スイッチ
5bとを備えており、可変抵抗器5aに所定電圧を印加する
ことにより、第５図に示す如きスロットル全閉時に0.5
［Ｖ］で、スロットル開度10度毎に0.5［Ｖ］上昇する
電圧信号（実スロットル開度信号）が得られると共に、
全閉スイッチ5bのON−OFF状態からスロットルバルブ６
の全閉が検出できるようにされている。

ここで本実施例ではギヤ34とギヤ35とのギヤ比は1:2に
設定され、ステップモータ４には、１−２相励磁によっ
て１ステップ当たり0.9度回転する４相ステップモータ
が用いられており、スロットルバルブ６は通常（１−２
相励磁により駆動制御されているとき）、ステップモー
タ４の１ステップ当たりに0.45度回転されることとな
る。従ってこの場合、電子制御回路20から出力される開
度情報に応じてステップモータの目標ステップ位置を算
出するには、開度情報を４で割算すればよいということ
になる。つまり開度情報は１ステップ当たり0.1125度の
分解能でもってスロットル開度を表わす情報であること
から、この開度情報を４で割算すればステップモータ４
の分解能と同じ１ステップ当たり0.45度の分解能で以て
スロットル開度を表わす情報を得ることができ、これを
そのままステップモータ14の目標ステップ位置として用
いることができるのである。

また本実施例では、ステップモータ４に供給される電源
電圧が低下すると２相励磁運転に切替えられるが、この
場合ステップモータ４は１ステップ当たりに1.8度回転
するようになることから、スロットルバルブ６はステッ
プモータ４の１ステップ当たりに0.9度開閉されること
となる。従って、ステップモータ４を２相励磁で駆動制
御する場合の目標ステップ位置は、電子制御回路20から
出力される開度情報を８で割算すればよい。尚、後に詳
しく説明するが、本実施例では単に開度情報を「４」又
は「８」で割算した値をそのまま目標ステップ位置とし
て算出するのではなく、割算の結果得られる余りに応じ
て目標ステップ位置をデューティ制御することにより、
スロットルバルブ６の平均開度が開度情報に対応した開
度となるようにされており、ステップモータ４の励磁方
式を１−２相励磁から２相励磁に変更しても、スロット
ルバルブ６の開閉制御精度が低下することはない。

次に第６図は駆動制御回路24の構成を表わすブロック図
である。

図に示す如く駆動制御回路24は、ステップモータ４の駆
動制御処理を実行するワンチップマイクロコンピュータ
41と、ワンチップマイクロコンピュータ41に基準クロッ
クパルスを供給するクロックジェネレータ42と、ワンチ
ップマイクロコンピュータ41より出力される制御信号に
応じてステップモータ４を駆動するドライブ回路43と、
バッテリ電圧の低下を検知するためバッテリ電圧を分圧
して入力する分圧力回路44と、ワンチップマイクロコン
ピュータ41やクロックジェネレータ42に定電圧を供給す
る定電圧電源45とから構成されている。

またワンチップマイクロコンピュータ41は、クロックジ
ェネレータ42からの基準クロック信号に基づき２［mse
c］毎にフラグX2msをセットする時計51と、同じくクロ
ックジェネレータ42からの基準クロック信号に基づき所
定周期（600［μsec］又は1200［μsec］）毎に割込要
求を発生するプログラムブルタイマ52と、この割込要求
に応じて割込処理を実行させる割込制御回路53と、ステ
ップモータ４駆動制御の為の演算処理を実行するCPU54
と、CPU54で演算処理を実行するのに必要な制御プログ
ラムやデータが予め記録されたROM55と、CPU54で演算処
理を実行するのに必要なデータが一時的に読み書きされ
るRAM56と、電子制御回路20から出力されるスロットル
バルブ６の開度情報及びスロットルセンサ５の全閉スイ
ッチ5bからの検出信号を入力すると共に、ドライブ回路
43に制御信号を出力する入出力バッファ57と、スロット
ルセンサ５の可変抵抗器5aで検出された検出信号及び分
圧回路44で分圧されたバッテリ電圧をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器58とから構成されている。

そして、この駆動制御回路24では、上記電子制御回路20
から出力される開度情報に基づきステップモータ４の目
標ステップ位置を算出し、ステップモータ４を１−２相
励磁又は２相励磁で以て駆動制御する他、スロットルセ
ンサ５から出力される検出信号に基づき、ステップモー
タ４とスロットルバルブ６との相対位置のずれ、及び当
該制御装置の異常を検出し、制御を正常状態に復帰する
制御も合わせて実行する。

次に、第７図はステップモータ４及びドライブ回路43を
表わす電気回路図である。

図において4aないし4bはステップモータ４の固定子に巻
かれたコイルを示し、コイル4aと4b、コイル4cと4dは、
各々バイファイラ巻され、互いに逆相に接続されてい
る。そしてこれら各コイル4aないし4dの一端には電流制
限用の抵抗Ｒを介してバッテリ28の＋端子が接続され、
バッテリ電圧Vbが印加されている。

ドライブ回路43は、上記のように一端にバッテリ電圧Vb
の印加された各コイル4aないし4dの他端を、入出力バッ
ファ57から出力される制御信号に応じて接地して各コイ
ル4aないし4dに電流を流し、ステップモータ４を駆動す
るよう、各コイル4aないし4dの他端にコレクタが接続さ
れ、エミッタが接地されたトランジスタTaないしTdと、
各コイル4aないし4dに生じた逆起電力を吸収して各トラ
ンジスタTaないしTdを保護するために、各トランジスタ
TaないしTdのベース−コレクタ間に設けられたツェナダ
イオードDaないしDdと、各トランジスタTaないしTdのベ
ース−アース間に設けられた抵抗Ra1ないしRd1と、端子
ＡないしＤと各トランジスタTaないしTdのベースとの間
に設けられた抵抗Ra2ないしRd2とから構成されている。
そして、上記各端子ＡないしＤは入出力バッファ57に接
続され、入出力バッファ57より出力される制御信号が入
力される。従って、例えば端子ＡにHighレベルの制御信
号が入力されると、トランジスタTaがON状態となってス
テップモータ４のコイル4aに電流が流れ、逆にLowレベ
ルの制御信号が入力されると、トランジスタTaがOFF
し、コイル4aには電流が流れないようになる。よってワ
ンチップマイクロコンピュータ41ではこれら各端子に出
力する制御信号の組み合わせを種々変更することによっ
てステップモータ４を駆動し、スロットルバルブ６の開
閉制御を実行する。

以上、本実施例のスロットルバルブ開閉制御装置各部の
構成について説明したが、次に上記ワンチップマイクロ
コンピュータ41で実行されるステップモータ４駆動の為
の演算処理について、第８図ないし第10図に示すフロー
チャートに沿って詳しく説明する。尚、第８図は割込制
御回路53の動作によって所定周期（600［μsec］又は12
00［μsec］）毎に実行され、上記ドライブ回路43に制
御信号を出力してステップモータ４を駆動する駆動制御
ルーチンを、第９図は内燃機関１の始動後繰り返し実行
され、駆動制御ルーチンでステップモータ４を駆動する
のに必要なステップモータ４の目標ステップ位置TSTEP
を算出すると共に、ステップモータ４の脱調等当該装置
の異常を検出し、更にバッテリ電圧に応じてステップモ
ータ４の励磁方式を切替える目標ステップ位置算出ルー
チンを、第10図は、制御開始時又は異常検出時に、スロ
ットルバルブ全閉位置でのステップモータ４への制御信
号からステップモータ４とスロットルバルブ６との相対
位置のずれを求め、その後目標ステップ位置算出ルーチ
ンでステップモータ４の目標ステップ位置を算出するの
に用いる補正値ZSTEPとする補正値算出ルーチンを、夫
々表わしている。

第８図の駆動制御ルーチンにおいては、まずステップ10
1を実行し、後述の目標ステップ算出ルーチンでステッ
プモータ４の脱調等、当該制御装置の異常が検出された
ときセットされる異常検出フラグXfailがセット状態で
あるか否かを判断する。そしてフラグXfailがセット状
態であればステップ102に移行して、ステップモータ４
の駆動を停止するためドライブ回路43に出力する制御信
号の出力を停止し、そのまま本ルーチンの処理を終了す
る。

次に上記ステップ101にて異常検出フラグXfailがリセッ
ト状態である旨判断された場合には、ステップ103に移
行して、Ａ／Ｄ変換器58を介して入力されるスロットル
センサ５の可変抵抗器5aで検出された検出信号からスロ
ットルバルブ６の実際のスロットル開度（実スロットル
開度）TH1を読み込み、次ステップ104に移行する。

ステップ104においては、今度は目標ステップ算出ルー
チンでバッテリ電圧Vbが所定電圧以下であるときセット
される電圧低下フラグXlvbがセット状態であるか否かを
判断する。そして電圧低下フラグXlvbがセット状態であ
ればステップ105に移行して、次式 TH2＝0.9・NSTEP を用いてスロットルバルブ６のスロットル開度（推定ス
ロットル開度）TH2を推定し、電圧低下フラグXlvbがリ
セット状態であればステップ106に移行して、次式 TH2＝0.45・NSTEP を用いてスロットルバルブ６のスロットル開度（推定ス
ロットル開度）TH2を推定する（但し、NSTEPはステップ
モータ４のステップ位置）。

ここで上記ステップ105とステップ106とで推定スロット
ル開度の演算式が異なるのは、本実施例ではバッテリ電
圧Vbが所定電圧以下となったとき、ステップモータ４の
励磁方式が１−２相励磁から２相励磁に切替えられ、各
励磁方式に対応してステップ位置NSTEPが異なるからで
ある。つまり、ステップモータ４を１−２相励磁で以て
駆動制御する場合、スロットルバルブ６は、ステップモ
ータ４の１ステップ当たりに0.45度開閉され、またステ
ップモータ４を２相励磁で以て駆動制御する場合、スロ
ットルバルブ６は、ステップモータ４の１ステップ当た
りに0.9度開閉されることから、上記の如く異なる２種
の演算式が用いられるのである。

次にステップ107においては、前回本ルーチンの処理を
実行した際、次ステップ108で算出された実スロットル
開度TH1と推定スロットル開度TH2との偏差ΔTHを後述の
処理でステップモータ４の脱調を検出するのに必要な基
準値ΔTH0に置き換え、ステップ108に移行する。そして
ステップ108では、上記ステップ103にて読み込んだ実ス
ロットル開度TH1と、ステップ105又は106にて求めた推
定スロットル開度TH2と、の偏差ΔTHを算出し、次ステ
ップ109に移行する。

ステップ109においては、上記ステップ107で設定された
基準値ΔTH0、ステップ108で求めた偏差ΔTH、及び当該
駆動制御ルーチンの割込周期Ｔをパラメータとする次式 ΔＳ＝（ΔTH−ΔTH0）／Ｔ を用いて偏差ΔTHの変化速度ΔＳを算出し、ステップ11
0に移行する。この処理は本ルーチンが600［μsec］又
は1200［μsec］の割込周期Ｔで以て実行されることか
ら、この時間Ｔ内の偏差ΔTHの変化量を求めることによ
ってその変化速度ΔＳを算出しているのである。そして
次ステップ110では、この求められた変化速度ΔＳが所
定値α（但しαは負の値である）以下であるか否か、即
ち、ステップモータ４が脱調し、スロットルバルブ６が
閉方向に急速に閉じたか否かを判断する。

ステップ110にて、ΔＳ＞αでステップモータ４には脱
調が生じていないと判断されると、続くステップ111が
実行され、今度は上記ステップ108で求めた偏差ΔTHの
絶対値が所定値K1以上であるか否かを判断する。これは
ステップモータ４の脱調以外の制御系の異常、つまりス
テップモータ４に駆動信号が良好に伝達されなかったと
か、あるいはステップモータ４とスロットルバルブ６と
の間の動力伝達系に何らかの異常が生じ、スロットルバ
ルブ６の開度が大きくずれたといった異常を検出するた
めの処理であって、｜ΔTH|≧K1である場合には異常が
発生していると判断し、ステップ112に移行してカウン
タC1の値をインクリメントする。一方、ステップ111に
て｜ΔTH|＜K1である旨判断された場合、即ち上記ステ
ップ110にてステップモータ４の脱調が検出されず、ス
テップ111にて制御系の異常も検出されなかった場合に
は、ステップ113に移行して、カウンタC1の値から10を
減算する。

次に上記ステップ110にてΔＳ≦αでステップモータ４
に脱調が生じた旨判断されると、ステップ114を実行
し、カウンタC1の値に20を加算し、ステップ115に移行
する。そして、ステップ115においては、上記ステップ1
11と同様、偏差ΔTHの絶対値が所定値K1以上であるか否
かを判断し、｜ΔTH|≧K1であればステップ116にてカウ
ンタC1の値をインクリメントする。尚、上記ステップ11
1及びステップ115にて用いられる所定値K1の値にはスロ
ットル開度センサ５の検出誤差に所定の設計マージンを
加えた値が設定されている。つまりこのK1の値として
は、スロットル開度センサ５の検出誤差が、製品ばらつ
き等を考慮すると実際には第４図における同一スロット
ル開度に対して±0.25［Ｖ］程度の値となることから、
この値に設計マージンを含めた適度な値が設定され、こ
れによって異常の誤検出が低減されることとなるのであ
る。

一方、上記ステップ115にて｜ΔTH|＜K1である旨判断さ
れた場合、あるいは上記ステップ112、ステップ113また
はステップ116にてカウンタC1の値が変更された場合に
はステップ117が実行され、カウンタC1の値が負である
か否かを判断する。そして、C1＜０であれば次ステップ
118でカウンタC1の値を０に設定してステップ119に移行
し、そうでなければ、そのままステップ119に移行す
る。尚、この処理はステップモータ４及び制御系が共に
正常である場合、ステップ113にてC1の値が減算され、C
1の値が負になることから、これを防止し、C1の値が負
にならないようにするための処理である。

次にステップ119においては、後述の目標ステップ位置
算出ルーチンで算出されたステップモータ４の目標ステ
ップ位置TSTEPから現在のステップ位置NSTEPを減算する
ことにより、偏差ΔSTEPを算出する。そして続くステッ
プ120では、この偏差ΔSTEPが正であるか否かを判断
し、ΔSTEP＞０であればステップ121に移行して、ステ
ップモータ４のステップ位置NSTEPを目標ステップ位置T
STEPに近づけるべく、NSTEPの値に「１」を加算し、ス
テップ122に移行する。

次に上記ステップ120にてΔSTEPの値が正でない旨判断
された場合には、ステップ123に移行して、今度はΔSTE
Pの値が負であるか否かを判断する。そしてΔSTEPの値
が負であれば次ステップ124に移行し、NSTEPの値から
「１」を減算し、ステップ122に移行する。またΔSTEP
の値が負でなければ、即ちΔSTEPが「０」で目標ステッ
プ位置TSTEPと現在のステップ位置NSTEPとが一致してい
る場合には、そのままステップ122に移行する。

ステップ122においては、上記ステップ104と同様に、電
圧低下フラグXlvbがセット状態であるか否かを判断す
る。そして電圧低下フラグXlvbがリセット状態であれ
ば、ステップ125に移行して、ステップモータ４を１−
２相励磁で以て駆動すべくステップ位置NSTEPの下位3bi
tの値をパラメータとする表−１に示すデータマップを
用いてドライブ回路43に出力する制御信号パターンを算
出し、ステップ128に移行する。一方、ステップ122にて
電圧低下フラグXlvbがセット状態である旨判断される
と、ステップ126に移行して、ステップモータ４を２相
励磁で駆動するため、ステップ位置NSTEPの下位2bitを
パラメータとする表−２に示すデータマップを用いてド
ライブ回路43に出力する制御パターンを算出し、ステッ
プ127に移行する。そしてステップ127では上記ステップ
125又はステップ126にて得られた制御信号パターンに応
じた制御信号を出力し、本ルーチンの処理を一旦終了す
る。

ここで、上記表−１及び表−２において、制御信号パタ
ーンを表わすA,B,C,Dは、第７図に示したドライブ回路4
3の端子A,B,C,Dに対応するものであって、「１」は該当
する端子はHighレベル（例えば５［Ｖ］）に、「０」は
該当する端子をLowレベル（０［Ｖ］）に、制御するこ
とを表わしている。

また、電圧低下フラグXlvbがリセット状態である場合、
ステップ位置NSTEPの下位3bitから制御信号パターンを
算出し、電圧低下フラグXlvbがセット状態である場合、
ステップ位置NSTEPの下位2bitから制御信号パターンを
算出するのは、ステップモータ４が４相で、１−２相励
磁によって駆動する際（Xlvb＝０）には制御信号パター
ンが８パターンとなり、２相励磁によって駆動する際
（Xlvb＝１）には制御信号パターンが４パターンとなる
からである。

更に、上記ステップ102にて制御信号の出力を停止する
には、具体的には上記制御信号パターンを「0000」と
し、ドライブ回路43の各端子A,B,C,Dを全てLowレベルに
すればよい。

次に第９図に示す目標ステップ位置算出ルーチンにおい
ては、まずステップ201を実行し、分圧回路44で分圧さ
れＡ／Ｄ変換器58を介して入力されるバッテリ電圧Vbを
読み込み、ステップ202に移行する。ステップ202では、
ステップモータ４の駆動制御を、１−２相励磁で実行す
るか、２相励磁で実行するかを決定するため、上記読み
込まれたバッテリ電圧Vbが所定電圧Vo、例えば10［Ｖ］
以下であるか否かを判断する。そしてVb＞V₀である場合
には、ステップモータ４を１−２相励磁で以て駆動する
ものとし、次ステップ203に移行する。

ステップ203においては、電圧低下フラグXlvbがリセッ
ト状態であるか否かを判断することにより、現在ステッ
プモータ４を１−２相励磁で駆動制御中であるか否かを
判断する。そして電圧低下フラグXlvbがセット状態で、
現在ステップモータ４を２相励磁で以て駆動制御してい
る旨判断された場合には、ステップ204に移行し、前述
の駆動制御ルーチンの割込を禁止して、次ステップ205
でその割込周期を600［μsec］にセットする。

次にステップ206では、ステップモータ４のステップ位
置NSTEP、目標ステップ位置TSTEP、及び補正値ZSTEPを
各々２倍することにより、これら各値を１−２相励磁に
対応した値に変更し、ステップ207に移行する。そして
ステップ207においては、電圧低下フラグXlvbをリセッ
トし、次ステップ208に移行して、駆動制御ルーチンの
タイマ割込を許可する。

ステップ208にてタイマ割込が許可されると、続くステ
ップ209に移行して、今度は電子制御回路20より出力さ
れた10bitの開度情報ITSTEPを読み込みステップ210に移
行する。そしてステップ210では、上記読み込まれた開
度情報ITSTEPのうち上位8bitをステップモータ４の目標
ステップ基準位置BTSTEPとして設定し、ステップ211に
移行する。この処理は上述したように、ステップモータ
４を１−２相励磁で以て駆動する際には、１ステップ当
たり0.1125度で表わされる開度情報を４で割算すれば、
ステップモータ４の分解能と同じ分解能の開度情報が得
られることから、開度情報ITSTEPの下位2bitを取り除く
ことにより開度情報ITSTEPを４で割り、その値を後述の
処理にてステップモータ４の目標ステップ位置を決定す
る際基準となる目標ステップ基準位置BTSTEPとするよう
にしているのである。

次にステップ211では、今度は上記ステップ209にて読み
込まれた開度情報ITSTEPのうち下位2bit、即ち開度情報
ITSTEPを「４」で割った余りを、後述の処理にてステッ
プモータ４のステップ位置をデューティ制御するために
用いるデューティデータDTSTEPとして設定し、次ステッ
プ212に移行する。そしてステップ212では当該装置の異
常を表わす異常検出フラグXfailがセット状態であるか
否かを判断し、このフラグXfailがセット状態であれば
そのままステップ201に移行する。

一方上記ステップ212にて異常検出フラグXfailがリセッ
ト状態である旨判断されるとステップ213が実行し、前
記駆動制御ルーチンでカウントされるカウンタC1の値が
所定値K2、例えば100以上となったか否かを判断する。
そしてC1≧K2であれば当該制御装置に異常が発生したも
のとしてステップ214に移行し、異常検出フラグXfailの
セット及びステップ位置NSTEP、カウンタC1の初期化の
処理を行ない、逆にC1＜K2であればステップ215に移行
してカウンタC2の値をクリアし、ステップ201に移行す
る。

ここで、ステップ213の処理はスロットルバルブ６の急
開又は急閉時に生ずる制御の応答遅れによって装置の異
常を誤検出するのを防止するための処理であって、上記
駆動制御ルーチンでステップモータ４の脱調検出時に20
ずつカウントアップされ、その他の制御系の異常発生時
には１ずつカウントアップされるカウントC1の値が所定
値異常か否かを判断することにより装置の異常を充分確
認した上で異常検出フラグXfailをセットするようされ
ている。従ってK2の値を100とすれば、ΔTH≧K1の状態
が60［msec］（＝100×0.6［msec］）以上継続した場合
とか、ΔＳ≦αの状態が３［msec］（＝100×0.6／20
［msec］）以上継続した場合に装置に異常が生じたもの
と判断されることとなる。またステップ214では異常検
出フラグXfailをセットすると共にステップ位置NSTEP、
カウンタC1を初期化するが、これは異常検出フラグXfai
lをセットすることにより上記駆動制御ルーチンで制御
信号を出力するのを停止して、スプリング37によってス
ロットルバルブ６を全閉状態にすると共に、ステップNS
TEPを初期化してスロットルバルブ６の開閉制御をスロ
ットルバルブ全閉の初期状態から再度実行させるための
処理である。

次に上記ステップ203にて電圧低下フラグXlvbがリセッ
ト状態で、現在既にステップモータ４の１−２相励磁運
転がなされている旨判断された場合には、ステップ220
に移行する。そしてステップ220では時計51によって２
［msec］毎にセットされるフラグX2msがセット状態であ
るか否かを判断し、フラグX2msがリセット状態であれ
ば、ステップ209に移行して、上記ステップ209以降の処
理を実行をする。

一方、ステップ220にてフラグX2msがセット状態である
旨判断された場合には、ステップ221に移行して、フラ
グX2msをリセットすると共に、カウンタC3の値をインク
リメントする。そして、ステップ222ではこのインクリ
メントされたカウンタC3の値が４以上か否かを判断し、
C3≧４であればステップ223に移行して、カウンタC3の
値をクリアする。

一方上記ステップ222にてC3＜４である旨判断された場
合、あるいはステップ223にてカウンタC3の値がクリア
された場合には、ステップ224に移行して、今度はカウ
ンタC3の値が、上記ステップ211で設定されたデューテ
ィデータDTSTEP、即ち開度情報を４で割った余り以上で
あるか否かを判断する。そしてこのステップ224にてC3
≧DTSTEPである旨判断されると、ステップ225に移行し
て、ステップモータ４の目標ステップ位置TSTEPに上記
ステップ210で設定された目標ステップ位置BTSTEPと、
後述の補正値算出ルーチンで算出され、上記ステップ20
6で補正された補正値ZSTEPとを加算した値を設定し、ス
テップ226に移行する。また上記ステップ224にてC3＜DS
TEPである旨判断された場合には、ステップ227に移行し
て、今度は目標ステップ位置BTSTEPと補正値ZSTEPとを
加算した値に１を加えた値を目標ステップ位置TSTEPと
して設定し、ステップ226に移行する。

ここで上記ステップ221ないしステップ225、及びステッ
プ227の処理は、ステップ211にて求められたデューティ
データDTSTEPに応じて目標ステップ位置TSTEPをデュー
ティ制御することにより、スロットルバルブ６の平均開
度が開度情報ITSTEPに対応した値となるようにするため
の処理であって、この場合（１−２相励磁の場合）には
８［msec］（２［msec］×４）の周期で以てデューティ
制御が実行される。またステップ224、ステップ225、ス
テップ227の処理は、後述するようにステップモータ４
を２相励磁運転で以て駆動する際にも実行されるが、こ
の場合の制御周期は16［msec］となる。

次にステップ226においては異常検出フラグXfailがセッ
ト状態であるか否かを判断し、異常検出フラグXfailが
リセット状態であればそのままステップ201に移行す
る。一方、異常検出フラグXfailがセット状態である場
合、即ち上記ステップ213にて当該装置に異常が生じて
いる旨判断された場合には、ステップ228に移行してカ
ウンタC2の値をインクリメントする。そして次ステップ
229にてこのカウンタC2の値が所定値K3、例えば100を越
えたか否かを判断し、C2＞K3であればそのままステップ
201に移行する。またC2≦K3である場合には後述の補正
値算出ルーチンへ移行する。

ここでこのステップ226ないしステップ229の処理は装置
の異常が検出され、異常検出フラグXfailがセットされ
た後、駆動制御ルーチンでステップモータ４の制御信号
の出力を停止している状態が所定時間以上となるよう制
御するための処理であって、これによってスロットルバ
ルブ６が完全に全閉状態とされる。つまりステップモー
タ４の制御信号の出力を停止するとスロットルバルブ６
は、スプリング37によって閉方向に回転され、ストッパ
38によって全閉位置で停止されるが、このときその反動
でストッパ38がバウンドし、スロットル開度が変動する
といったことがあることから、上記の処理によってスロ
ットルバルブ６が確実に全閉状態となるまでの時間、制
御信号の出力を停止するようにしているのである。尚、
上記の処理において所定値K3の値を100とした場合、カ
ウンタC2は２［msec］毎にカウントされることから、制
御信号の出力停止時間は200［msec］（＝100×２［mse
c］）ということになる。

次に上記ステップ202にてバッテリ電圧Vbが所定電圧V₀
以下である旨判断された場合には、ステップモータ４の
駆動制御を２相励磁で行なうためにステップ233に移行
する。ステップ233では電圧低下フラグXlvbがセット状
態であるか否かを判断することにより、現在ステップモ
ータ４の駆動が１−２相励磁で実行されているか、２相
励磁で実行されているかを判明する。そして電圧低下フ
ラグXlvbがリセット状態であり、現在ステップモータ４
の駆動が１−２相励磁で以て実行されていると判断する
と、ステップ234に移行する。

ステップ234ないしステップ238の処理は、前述のステッ
プ204ないしステップ208の処理に対応するものであっ
て、ステップモータ４の励磁方式を１−２相励磁から２
相励磁に切替える為に、駆動制御ルーチンの割込周期や
各種ステップ位置NSTEP、TSTEP、ZSTEPを２相励磁に対
応した値に変更する処理が実行される。

即ち、ステップ234にてタイマ割込を禁止した後、ステ
ップ235にてその割込周期を1200［μsec］にセットする
と共に、ステップ236にてステップモータ４のステップ
位置NSTEP、目標ステップ位置TSTEP及び補正値ZSTEPを
１／２に変更し、更にステップ237で電圧低下フラグXlv
bをセットして、ステップ238にてタイマ割込を許可する
のである。

このようにして励磁方式切替えの為の処理が実行される
と、続くステップ239に移行して、前記ステップ209と同
様、電子制御回路20より出力される10bitの開度情報ITS
TEPを読み込み、ステップ240に移行する。そしてステッ
プ240では上記読み込まれた開度情報ITSTEPのうち上位7
bitを目標ステップ基準位置BTSTEPとして設定し、次ス
テップ241に移行する。またステップ241では開度情報IT
STEPのうち下位3bitをデューティデータDTSTEPとして設
定する。

尚、このステップ240及びステップ241の処理は、開度情
報ITSTEPを８で割ることにより、ステップモータ４を２
相励磁で駆動する際の分解能に対応した目標ステップ基
準位置BTSTEPを算出すると共に、その余りに応じてデュ
ーティ制御し、目標ステップ位置TSTEP′を算出するた
めのデューティデータDTSTEPを算出するための処理であ
る。

そして、上記ステップ241にてデューティデータDTSTEP
が算出されると、前述もステップ212に移行して、ステ
ップ212ないしステップ215の処理を実行する。

次に上記ステップ233にて電圧低下フラグXlvbがセット
状態である旨判断された場合、即ち現在既にステップモ
ータ４の駆動制御が２相励磁運転で以て実行されている
場合にはステップ250に移行する。そしてステップ250で
は前記ステップ220と同様フラグX2msがセット状態であ
るか否かを判断し、フラグX2msがリセット状態であれ
ば、上記ステップ239以降の処理に移行する。

一方、ステップ250にてフラグX2msがセット状態である
旨判断された場合には、ステップ251に移行して、フラ
グX2msをリセットすると共に、カウンタC3をインクリメ
ントし、次ステップ252に移行する。ステップ252ではカ
ウンタC3の値が８以上であるか否かを判断し、C3≧８で
あればステップ253にてカウンタC3の値を０とし、そう
でなければそのままステップ224に移行する。尚、この
ステップ250ないしステップ253の処理は、続くステップ
224以降の処理で、目標ステップ位置TSTEPをステップ24
1で算出されたデューティデータDTSTEPに応じてデュー
ティ制御するための処理である。

そしてステップ224では、上記ステップ250ないしステッ
プ253で２［msec］毎に０〜７へと変化されるカウンタC
3の値が、ステップ241にて求められたデューティデータ
DTSTEP以上か否かを判断し、ステップ225以降の処理を
実行する。

次に上記ステップ229にてカウンタC2の値が所定値K3よ
り大きいと判断された場合、即ち上記目標ステップ位置
算出ルーチンにて当該制御装置の異常が検出され、駆動
制御ルーチンでステップモータ４の制御信号が出力され
なくなってから、所定時間以上経過した場合、あるいは
当該制御開始時に実行される第10図の補正値算出ルーチ
ンでは、まずステップ301にて駆動制御ルーチンのタイ
マ割込を禁止した後、ステップ302に移行してタイマ割
込周期を1200［μsec］にセットする。

次にステップ303では電圧低下フラグXlvbをセットし、
次ステップ304に移行して、タイマ割込を許可する。続
くステップ305ではステップ位置NSTEP及び目標ステップ
位置TSTEPを夫々80、具体的には「1010000」にセット
し、ステップ306に移行して、異常検出フラグXfailをク
リアする。そして続くステップ307では２相励磁の際の
ステップモータ４の０ステップ位置の制御信号パター
ン、即ち前述の表−２のNSTEPの下位2bitが「00」の制
御信号パターンに応じた制御信号を出力し、次ステップ
308に移行する。

ステップ308においては目標ステップTSTEPを88ステップ
に設定し、ステップ309にて目標ステップTSTEPとステッ
プ位置NSTEPとが一致するのを待つ。するとその間に120
0［μsec］毎に実行される駆動制御ルーチンでステップ
モータ４が８ステップ（88−80）分だけ開方向に駆動さ
れ、ステップ位置NSTEPが88ステップに制御されること
となる。

ここで上記ステップ305ないしステップ309の処理は、内
燃機関始動時や異常検出時にはステップモータ４への制
御信号が出力されておらず、通常スプリング37とストッ
パ38との動作によってスロットルバルブが全閉以下の開
度となっていることから、その状態から２相励磁で８ス
テップ分だけスロットルバルブ６を開方向に駆動し、そ
の後の処理でスロットルバルブ６を１ステップずつ閉方
向に駆動することによってスロットルバルブ６が全閉と
なった時のステップ位置を検出し、そのステップ位置を
スロットルバルブ６とステップモータ４との位置ずれ量
として目標ステップ位置の補正値を算出するための処理
である。

このようにして目標ステップ位置TSTEPとステップ位置N
STEPとが88ステップで一致するよう制御されると、今度
はステップ310にて２［msec］毎にセットされるフラグX
2msの値をリセットし、次ステップ311に移行する。そし
てステップ311ではフラグX2msがセット状態になるのを
待ち、フラグF1がセット状態になると次ステップ312に
移行してスロットルセンサ５の全閉スイッチ56がON状態
となり、ストロットルバルブ６が全閉になったか否かを
判断する。

ステップ312にてスロットル開度が全閉でないと判断さ
れると、次ステップ313にて目標ステップTSTEPをデクリ
メントすると共に、ステップ314にてその値が「０」に
なったか否かを判断する。そして目標ステップTSTEPが
「０」でなければステップ309に移行し、ステップ312に
てスロットルバルブの全閉が検知されるか、ステップ31
4にて目標ステップ位置が「０」である旨判断されるま
での間、ステップ309ないしステップ314の処理をくり返
し実行する。

一方ステップ312にてスロットルバルブ６の全閉が検出
されたとき、あるいは目標ステップ位置TSTEPが「０」
である旨判断されたときにはステップ315に移行して、
その時の目標ステップTSTEPの下位2bitを補正値ZSTEPと
して設定すると共に、次ステップ316にてその値ZSTEPを
ステップ位置NSTEP及び目標ステップ位置TSTEPに設定
し、ステップ317に移行する。そして、ステップ317では
フラグX2msをリセットすると共にカウンタC1の値をクリ
アし、目標ステップ位置算出ルーチンに移行する。

以上詳述した如く、本実施例のスロットルバルブの開閉
制御装置においては、バッテリ電圧Vbが低くなったと
き、制御信号の出力パターンが表−１から表−２に変更
され、ステップモータ４の励磁方式が１−２相励磁から
２相励磁に切替えられる。これは前述したようにバッテ
リ電圧低下時にも続けてステップモータ４を１−２相励
磁で以て駆動制御していると、１相のみを励磁する際の
駆動トルクが低下してステップモータ４に脱調を生じ、
ステップモータ４を良好に駆動制御できなくなってしま
うことから、このような場合には２相励磁運転に切替え
てステップモータ４を駆動制御し得る駆動トルクが得ら
れるようにしようとするものである。つまり、１−２相
励磁によるステップモータ４のトルク変化は第11図
（イ）に示す如く表わすことができるが、この場合上記
ドライブ回路43における一端子A,B,C又はＤにのみHigh
レベルの制御信号を出力するような１相励磁においては
バッテリ電圧Vbが低下すると駆動トルクが低下してしま
うことから、このようなことがないよう励磁方式を２相
励磁に切り替え、第11図（ロ）に示す如き駆動トルクを
得ようとするのである。尚、図においてA,B,C,Dはステ
ップモータ４の各相を表わしている。

また本実施例では、電子制御回路20から出力される開度
情報を、各励磁方式で以て実現可能な分解能まで割算し
た結果をそのままステップモータ４の目標ステップ位置
とせず、その値に、余りに応じたデューティ比で以て１
を加算した値を目標ステップ位置として、ステップモー
タ４を駆動制御していることから、スロットルバルブ６
の開度を開度情報に対応した分解能で以て制御すること
ができるようになる。従ってステップモータ４の励磁方
式を１−２相励磁から２相励磁に切替えても開閉制御の
分解能が低下されることはなく、常時安定した分解能で
もってスロットルバルブ６を開閉制御することが可能と
なる。

更に、本実施例ではステップモータ４の励磁方式を１−
２相励磁から２相励磁に切替えた際、それに応じて駆動
制御ルーチンの割込周期を600［μsec］から1200［μse
c］に切替えるようにされている。従って、ステップモ
ータ４の励磁方式を切替えてもスロットルバルブ６の開
閉速度を常に一定とすることができる。即ち、１−２相
励磁の場合、スロットルバルブ６はステップモータ４の
１ステップ当たりに0.45度開閉し、２相励磁の場合、１
ステップ当たりに0.9度開閉されるが、駆動制御ルーチ
ンの割込周期が２相励磁で２倍に変更されるので、結局
時間当たりのスロットル開度の変化量は同一となり、ス
ロットルバルブ６の開閉速度が一定となるのである。

また更に本実施例では、制御開始時、あるいは異常検出
時に、スロットルバルブ６を全閉位置に制御して、その
とき出力されている制御信号からスロットルバルブ６と
ステップモータ４のステップ位置とのずれを求め、目標
ステップ位置TSTEPを算出する際用いる補正値ZSTEPとす
るようされている。従って、ギヤ34やギヤ35が摩耗して
相対位置がずれたような場合にも、そのずれ量を良好に
補正することができ、スロットルバルブの開閉制御を常
に精度よく実行できる。またステップモータ４の組付時
にステップモータ４とスロットルバルブ６との相対位置
を調整する必要もない。

ここで上記実施例では、本発明方法を、ステップモータ
４を通常１−２相励磁で以て駆動制御し、バッテリ電圧
低下時に２相励磁運転に切替えるよう構成されたスロッ
トルバルブの開閉制御装置に適用した場合について説明
したが、例えばステップモータ４をダブル１−２相励磁
で以て駆動制御する場合にも、上記のようにバッテリ電
圧低下時に２相励磁運転に切替えることによって駆動ト
ルクの低下を防止することができる。

即ち、ダブル１−２相励磁方式ではステップモータ各相
のコイルに流れる電流を２段階に切り替え駆動制御する
場合、その駆動回路43′は第12図に示す如くステップモ
ータ各相のコイル4a′ないし4d′の一端をバッテリに接
続すると共に、電流制限用の抵抗Ｒ′を各コイル4a′な
いし4d′の他端に並列に２個設け、前記実施例と同様の
トランジスタ回路を用いて各抵抗Ｒ′の他端を接地する
よう構成され、図に示す端子A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2
に表−３に示す励磁パターンで以て制御信号が出力され
るが、バッテリ電圧低下時には制御信号を表−４に示す
励磁パターンで以て出力するようすればよい。

［発明の効果］ 以上、詳述したように本発明のステップモータの駆動制
御方法によれば、電源電圧の低下によるステップモータ
の駆動トルクの低下を防止することができ、電源電圧低
下時にもステップモータの駆動制御が可能となる。また
本発明では、電源電圧低下時に、ステップモータの励磁
方式を、１相励磁又は１相励磁より小さい分解能による
励磁方式から２相励磁に切替えるようにしていることか
ら、ドライブ回路はそのままの状態で用いることがで
き、従来のように電流制限用の抵抗器を２倍以上にする
とか、あるいはその切替えの為のスイッチを設けるとい
った必要もない。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の方法を表わすフローチャート、第２図
はその動作を説明する説明図、第３図ないし第11図は本
発明の一実施例を示し、第３図はスロットルバルブの開
閉制御装置が搭載されたエンジン及びその周辺装置を表
わす概略構成図、第４図はスロットルバルブ、ステップ
モータ及びスロットル開度センサの構成を表わす構成
図、第５図はスロットル開度センサから出力される実ス
ロットル開度信号を表わす線図、第６図はステップモー
タを駆動する駆動制御回路を表わすブロック図、第７図
は駆動回路の構成を表わす電気回路図、第８図は駆動制
御回路で所定周期毎に実行される駆動制御ルーチンを表
わすフローチャート、第９図は駆動制御回路でくり返し
実行される目標ステップ位置算出ルーチンを表わすフロ
ーチャート、第10図は駆動制御回路で制御開始時あるい
は異常検出時に実行される補正値算出ルーチンを表わす
フローチャート、第11図は本実施例でステップモータの
励磁方式を切替えた場合の駆動トルクの変化の違いを表
わす説明図、第12図はステップモータをダブル１−２相
励磁で以て駆動する場合の駆動回路を表わす電気回路図
である。 １……内燃機関 ４……ステップモータ ５……スロットルセンサ ６……スロットルバルブ 20……電子制御回路 24……駆動制御回路 41……ワンチップマイクロコンピュータ 43……ドライブ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステップモータに供給される電源電圧を検
   出し、 該検出された電源電圧が所定電圧以上であるとき、上記
   ステップモータを１相励磁運転又は１相励磁運転より小
   さい分解能で以て駆動制御し、 上記検出された電源電圧が所定電圧を下回ったとき、上
   記ステップモータを２相励磁運転で以て駆動制御する、 ことを特徴とするステップモータの駆動制御方法。