JPH08261050A - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents

内燃機関のスロットル制御装置

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JPH08261050A
JPH08261050A JP7069294A JP6929495A JPH08261050A JP H08261050 A JPH08261050 A JP H08261050A JP 7069294 A JP7069294 A JP 7069294A JP 6929495 A JP6929495 A JP 6929495A JP H08261050 A JPH08261050 A JP H08261050A
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宮野　　英正
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神尾　　茂
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    • F02D2041/1422—Variable gain or coefficients

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両の運転状態に応じた最適なスロットルバ
ルブの応答性及び安定性を得ること。 【構成】 ＥＣＵ１０ではスロットルバルブ３のスロッ
トル開度に対応するスロットル開度センサ４のスロット
ル開度信号ＴH に基づいて算出された実際のスロットル
開度θthとアクセルペダル５のアクセル開度に対応する
アクセル開度センサ６のアクセル開度信号Ａp に基づい
て算出されたスロットル開度指令値θcmdとの偏差がな
くなるようにＰＩＤ制御回路１０ｂによるＰＩＤ制御に
よりモータ駆動回路１１を介してＤＣモータ１２に対す
るフィードバック制御が実行される。このＰＩＤ制御に
おけるＰＩＤ制御定数Ｋp,Ｔi,Ｔd を車両の運転状態に
応じて設定することでシステムの性能を向上することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アクセルペダルの踏込
量に応じてＤＣモータを駆動しスロットルバルブの開度
を制御する内燃機関のスロットル制御装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、アクセルペダルの踏込量に応じて
ＤＣモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する
『電子スロットルシステム』と称する内燃機関のスロッ
トル制御装置が知られている。
【０００３】この内燃機関のスロットル制御装置におい
ては、アクセルペダルの踏込量に対応するアクセル開度
を検出するアクセル開度センサからの信号に応じてＤＣ
モータに電流を流し、ＤＣモータが駆動されることでス
ロットルバルブが開閉され吸入空気量が制御される。こ
のとき、スロットルバルブのスロットル開度を検出する
スロットル開度センサからの信号とアクセル開度センサ
からの信号との偏差がなくなるようにＤＣモータに対し
て比例・積分・微分制御（以下、単に『ＰＩＤ制御』と
いう）によるフィードバック制御が実行されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＰ
ＩＤ制御におけるＰ（比例）項、Ｉ（積分）項、Ｄ（微
分）項の各制御定数は、システムのあらゆる運転状態に
おける仕様を満たすように中間的なチューニングによる
固定値が設定されていた。このように設定された制御定
数では、当然のことながら、所定の運転状態に対応する
最適値とはなり得ないことから、スロットルバルブの応
答性、安定性等を低下させる要因となっていた。
【０００５】ここで、車両の運転状態に応じて要求され
るスロットルバルブの応答性及び安定性について述べ
る。
【０００６】例えば、内燃機関のアイドル時の機関回転
数を安定化するアイドルスピードコントロール(Idle Sp
eed Control)（以下、単に『ＩＳＣ』という）中におい
ては、スロットルバルブの応答速度は遅くてもよいが安
定性は高くなければならない。また、内燃機関の出力に
よる駆動輪の駆動力を路面状態等に応じて最適制御する
トラクションコントロール(Traction Control)（以下、
単に『ＴＲＣ』という）中においては、ＩＳＣ中とは逆
に、スロットルバルブの安定性を少々犠牲にしても応答
速度は速くなくてはならない。更に、アクセルペダル操
作をすることなく車両の定速走行を可能とするクルーズ
コントロール(Cruise Control)（以下、単に『Ｃ／Ｃ』
という）中においては、スロットルバルブの応答性及び
安定性が同程度に要求されるのである。
【０００７】そこで、この発明は、かかる不具合を解決
するためになされたもので、車両の運転状態に応じた最
適なスロットルバルブの応答性及び安定性を得ることが
できる内燃機関のスロットル制御装置の提供を課題とし
ている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかる内燃機
関のスロットル制御装置は、アクセルペダルの踏込量に
応じてＤＣモータを駆動しスロットルバルブの開度を制
御するものにおいて、前記ＤＣモータをＰＩＤ制御して
前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御
手段と、前記ＰＩＤ制御の制御定数を車両の運転状態に
応じて設定する制御定数設定手段とを具備するものであ
る。
【０００９】請求項２にかかる内燃機関のスロットル制
御装置は、請求項１の具備する手段に加えて、前記制御
定数設定手段が、ＩＳＣ時における前記制御定数を設定
するものである。
【００１０】請求項３にかかる内燃機関のスロットル制
御装置は、請求項１または請求項２の具備する手段に加
えて、前記制御定数設定手段が、ＴＲＣ時における前記
制御定数を設定するものである。
【００１１】請求項４にかかる内燃機関のスロットル制
御装置は、請求項１乃至請求項３の何れかが具備する手
段に加えて、前記制御定数設定手段が、Ｃ／Ｃ時におけ
る前記制御定数を設定するものである。
【００１２】請求項５にかかる内燃機関のスロットル制
御装置は、請求項１乃至請求項４の何れかが具備する手
段に加えて、前記制御定数設定手段が、前記制御定数を
平滑化して設定するものである。
【００１３】
【作用】請求項１の内燃機関のスロットル制御装置にお
いては、スロットルバルブ制御手段でＤＣモータがＰＩ
Ｄ制御されスロットルバルブが制御される。このＰＩＤ
制御における制御定数が制御定数設定手段で車両の運転
状態に応じて設定される。このようなＰＩＤ制御では、
制御定数が車両の運転状態に対応させ最適値となるよう
に設定できる。
【００１４】請求項２の内燃機関のスロットル制御装置
の制御定数設定手段では、請求項１の作用に加えて、車
両の運転状態として具体的なＩＳＣ時における制御定数
が設定される。
【００１５】請求項３の内燃機関のスロットル制御装置
の制御定数設定手段では、請求項１または請求項２に加
えて、車両の運転状態として具体的なＴＲＣ時における
制御定数が設定される。
【００１６】請求項４の内燃機関のスロットル制御装置
の制御定数設定手段では、請求項１乃至請求項３の何れ
かに加えて、車両の運転状態として具体的なＣ／Ｃ時に
おける制御定数が設定される。
【００１７】請求項５の内燃機関のスロットル制御装置
の制御定数設定手段では、請求項１乃至請求項４の何れ
かに加えて、制御定数が平滑化され設定される。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。
【００１９】図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関
のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【００２０】図１において、１は内燃機関であり、内燃
機関１には吸気通路２を通って空気が供給される。３は
スロットルバルブであり、スロットルバルブ３は吸気通
路２の途中に設けられ、このスロットルバルブ３にはス
ロットル開度を検出するスロットル開度センサ４が設け
られている。５はアクセルペダルであり、アクセルペダ
ル５にはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ６
が設けられている。なお、７はスロットルバルブ３の全
閉位置を規制する全閉ストッパである。
【００２１】１０はＥＣＵ（Electronic Control Unit:
電子制御装置）であり、ＥＣＵ１０にはスロットル開度
センサ４からのスロットル開度信号ＴH 及びアクセルペ
ダル５からのアクセル開度信号Ａp が入力されている。
１２はアクチュエータとしてのＤＣモータであり、ＤＣ
モータ１２にはＥＣＵ１０側から電流が供給される。ま
た、１３はＤＣモータ１２とスロットルバルブ３との間
に配設されるギヤ段であり、１４はスロットルバルブ３
を全閉側に常時付勢するリターンスプリングである。
【００２２】次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関
のスロットル制御装置の要部構成を示す図２及びフィー
ドバック制御における信号の流れを示す図３を参照して
説明する。
【００２３】図２において、アクセルペダル５の踏込量
に対応するアクセル開度センサ６からのアクセル開度信
号Ａp 及びスロットルバルブ３のスロットル開度に対応
するスロットル開度センサ４からのスロットル開度信号
ＴH がＡ／Ｄ変換器１０ａでＡ／Ｄ変換されＥＣＵ１０
に入力される。それらの信号に応じてＥＣＵ１０からモ
ータ駆動回路１１にＰＷＭ(Pulse Width Modulation:パ
ルス幅変調）信号が出力される。そして、モータ駆動回
路１１からＤＣモータ１２に電流が流され、ＤＣモータ
１２が駆動されギヤ段１３を介してスロットルバルブ３
が開閉される。
【００２４】このとき、図３に示すように、ＥＣＵ１０
ではスロットルバルブ３のスロットル開度に対応するス
ロットル開度センサ４のスロットル開度信号ＴH に基づ
いて算出された実際のスロットル開度θthとアクセルペ
ダル５のアクセル開度に対応するアクセル開度センサ６
のアクセル開度信号Ａp に基づいて算出されたスロット
ル開度指令値θcmd との偏差がなくなるようにＰＩＤ制
御回路１０ｂによるＰＩＤ制御によりモータ駆動回路１
１を介してＤＣモータ１２に対するフィードバック制御
が実行される。
【００２５】次に、ＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項、
Ｉ（積分）項、Ｄ（微分）項の各制御定数であるＰ項ゲ
イン、Ｉ項ゲイン、Ｄ項ゲインとスロットルバルブの制
御特性との関係を説明する。
【００２６】Ｐ項ゲインは、スロットルバルブの開閉に
おける立上がりまたは立下がりの傾き、即ち、応答速度
を制御している。したがって、このＰ項ゲインが大きく
なるとスロットルバルブの応答速度は速くなるが、反動
としてのオーバーシュートが大きくなりスロットル開度
を一定保持しようとすると発振し易くなる。
【００２７】また、Ｉ項ゲインは、スロットルバルブの
スロットル開度指令値と実際のスロットル開度との偏差
を小さくするように制御している。したがって、このＩ
項ゲインが大きくなるとスロットルバルブの挙動が大き
くなりスロットル開度を一定保持しようとすると発振し
易くなる。
【００２８】そして、Ｄ項ゲインは、スロットルバルブ
の開閉における応答速度に関連する最終収束速度を制御
している。したがって、このＤ項ゲインが大きくなると
スロットルバルブの応答速度が遅くなるが、反面、スロ
ットルバルブのスロットル開度変動時のオーバーシュー
トが小さくなる。
【００２９】次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関
のスロットル制御装置で使用されているＥＣＵ１０の処
理手順を図４のフローチャートに基づき、図５の各運転
状態におけるＰＩＤ制御定数を示すマップを参照して説
明する。
【００３０】まず、ステップＳ１０１で、前回の判定か
らＴ1 時間（４ｍｓ〜８ｍｓ）が経過しているかが判定
される。ステップＳ１０１の判定条件が成立しないとき
には、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０１
の判定条件が成立するときには、ステップＳ１０２に移
行し、ＴＲＣ中であるかが車輪のスリップ状態に基づき
判定される。ステップＳ１０２の判定条件が成立すると
き、即ち、（駆動輪の車輪速度）＞（従動輪の車輪速
度）であるならばスリップ中でありＴＲＣ中と判定し、
ステップＳ１０３に移行し、図５に示すＴＲＣマップか
らＰＩＤ制御定数が求められる。
【００３１】一方、ステップＳ１０２の判定条件が成立
しないときには、ステップＳ１０４に移行し、Ｃ／Ｃ中
であるかが判定される。ここで、Ｃ／Ｃメインスイッチ
ＯＮかつＣ／ＣセットスイッチＯＮであるとＣ／Ｃ開始
されＣ／Ｃ中となり、ブレーキＯＮまたはＣ／Ｃキャン
セルスイッチＯＮまたはＣ／ＣメインスイッチＯＦＦで
Ｃ／Ｃ終了となる。ステップＳ１０４の判定条件が成立
するときには、ステップＳ１０５に移行し、図５に示す
Ｃ／ＣマップからＰＩＤ制御定数が求められる。
【００３２】また、ステップＳ１０４の判定条件が成立
しないときには、ステップＳ１０６に移行し、ＩＳＣ中
であるかが判定される。このＩＳＣ中の判定条件として
は、車速＝０かつ（スロットル開度）≦（所定開度）で
あるとＩＳＣ開始されＩＳＣ中となる。ステップＳ１０
６の判定条件が成立するときには、ステップＳ１０７に
移行し、図５に示すＩＳＣマップからＰＩＤ制御定数が
求められる。
【００３３】そして、ステップＳ１０６の判定条件が成
立しないときには、ステップＳ１０８に移行し、図５に
示す通常マップからＰＩＤ制御定数が求められる。ステ
ップＳ１０３、ステップＳ１０５、ステップＳ１０７ま
たはステップＳ１０８の処理ののち、ステップＳ１０９
に移行し、ＰＩＤ制御定数が平滑化され、本ルーチンを
終了する。
【００３４】なお、ＰＩＤ制御定数の平滑化としては指
数平滑と称される次式（１），（２），（３）による手
法を用いる。ここで、ρはフィルタ定数として０＜ρ＜
１のうちから予め設定された定数であり、次式（１），
（２），（３）からも分かるようにρの値が大きいほど
急激に新たなＰＩＤ制御定数に漸近されることとなる。
【００３５】
【数１】 Ｋpn＝（１−ρ）Ｋpn-1＋ρＫpt ・・・（１）
【００３６】
【数２】 Ｔdn＝（１−ρ）Ｔdn-1＋ρＴdt ・・・（２）
【００３７】
【数３】 Ｔin＝（１−ρ）Ｔin-1＋ρＴit ・・・（３） このようにして、上式（１），（２），（３）からＰＩ
Ｄ制御におけるＰ（比例）項ゲインＫp 、Ｄ（微分）項
ゲインＴd 、Ｉ（積分）項ゲインＴi が求められ、次式
（４）に代入され、図３のＥＣＵ１０のＰＩＤ制御回路
１０ｂにおけるＰＩＤ制御式Ｇが求められる。ここで、
Ｓはラプラス演算子である。
【００３８】
【数４】 Ｇ＝Ｋp ｛１＋（１／Ｔi Ｓ）＋Ｔd Ｓ｝ ・・・（４） なお、上式（４）で表されるＰＩＤは一般的な式であ
り、他の特殊な式で表されるＰＩＤ制御においても同様
に適応可能である。
【００３９】このように、本実施例の内燃機関のスロッ
トル制御装置は、アクセルペダル５の踏込量に応じてＤ
Ｃモータ１２を駆動しスロットルバルブ３の開度を制御
するものにおいて、ＤＣモータ１２をＰＩＤ制御してス
ロットルバルブ３を制御するＥＣＵ１０にて達成される
スロットルバルブ制御手段と、ＰＩＤ制御の制御定数を
車両の運転状態に応じて設定するＥＣＵ１０にて達成さ
れる制御定数設定手段とを具備するものであり、これを
請求項１の実施例とすることができる。
【００４０】したがって、スロットルバルブ制御手段で
ＤＣモータ１２がＰＩＤ制御されスロットルバルブ３が
制御され、このＰＩＤ制御における制御定数が制御定数
設定手段で車両の運転状態に応じて設定される。故に、
このようなＰＩＤ制御では、制御定数が車両の運転状態
に対応させ最適値となるように設定してシステムの性能
を向上することができる。
【００４１】また、本実施例の内燃機関のスロットル制
御装置は、ＥＣＵ１０にて達成される制御定数設定手段
がＩＳＣ時における前記制御定数を設定するものであ
り、これを請求項２の実施例とすることができる。
【００４２】したがって、制御定数設定手段で車両の運
転状態として具体的なＩＳＣ時における制御定数が設定
される。即ち、ＩＳＣ時ではＰＩＤ制御におけるＤ（微
分）項ゲインが大きくかつＰ（比例）項ゲインが小さく
設定される。このため、スロットルバルブの安定性が重
視され内燃機関のアイドル時の機関回転数を安定化する
のに適した制御となる。
【００４３】そして、本実施例の内燃機関のスロットル
制御装置は、ＥＣＵ１０にて達成される制御定数設定手
段がＴＲＣ時における前記制御定数を設定するものであ
り、これを請求項３の実施例とすることができる。
【００４４】したがって、制御定数設定手段で車両の運
転状態として具体的なＴＲＣ時における制御定数が設定
される。即ち、ＴＲＣ時ではＰＩＤ制御におけるＰ（比
例）項ゲインが大きくかつＤ（微分）項ゲインが小さく
設定される。このため、スロットルバルブの応答性が重
視され路面状態等に応じて素早く内燃機関の出力による
駆動輪の駆動力を変化するのに適した制御となる。
【００４５】更に、本実施例の内燃機関のスロットル制
御装置は、ＥＣＵ１０にて達成される制御定数設定手段
がＣ／Ｃ時における前記制御定数を設定するものであ
り、これを請求項４の実施例とすることができる。
【００４６】したがって、制御定数設定手段で車両の運
転状態として具体的なＣ／Ｃ時における制御定数が設定
される。即ち、Ｃ／Ｃ時ではＰＩＤ制御におけるＰ（比
例）項ゲイン及びＤ（微分）項ゲインが同程度に設定さ
れる。このため、スロットルバルブの応答性及び安定性
が重視され車両の定速走行に適した制御となる。
【００４７】また、本実施例の内燃機関のスロットル制
御装置は、ＥＣＵ１０にて達成される制御定数設定手段
が前記制御定数を平滑化して設定するものであり、これ
を請求項５の実施例とすることができる。
【００４８】したがって、制御定数設定手段で制御定数
が平滑化され設定される。このため、車両の運転状態が
急激に変更されたとしても、ＰＩＤ制御定数が急激に変
化することを回避することができ、車両の不自然な挙動
を防止することができる。
【００４９】ところで、上記実施例においては、車両の
運転状態として具体的なＩＳＣ時、ＴＲＣ時、Ｃ／Ｃ時
におけるＰＩＤ制御定数を設定するとしたが、本発明を
実施する場合には、これに限定されるものではなく、そ
の他の車両の運転状態においても同様のマップでＰＩＤ
制御定数を設定することにより最適なスロットルバルブ
の応答性及び安定性を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の内燃機
関のスロットル制御装置によれば、スロットルバルブ制
御手段でＤＣモータがＰＩＤ制御されスロットルバルブ
が制御され、このＰＩＤ制御における制御定数が制御定
数設定手段で車両の運転状態に応じて設定される。これ
により、ＰＩＤ制御における制御定数が車両の運転状態
に対応させ最適値となるように設定してシステムの性能
を向上することができる。
【００５１】請求項２の内燃機関のスロットル制御装置
によれば、請求項１の効果に加えて、制御定数設定手段
で車両の運転状態として具体的なＩＳＣ時における制御
定数が設定される。これにより、ＩＳＣ時ではＰＩＤ制
御におけるＤ（微分）項ゲインが大きくかつＰ（比例）
項ゲインが小さく設定されることで、スロットルバルブ
の安定性が重視され内燃機関のアイドル時の機関回転数
を安定化するのに適した制御とすることができる。
【００５２】請求項３の内燃機関のスロットル制御装置
によれば、請求項１または請求項２の効果に加えて、制
御定数設定手段で車両の運転状態として具体的なＴＲＣ
時における制御定数が設定される。これにより、ＴＲＣ
時ではＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項ゲインが大きく
かつＤ（微分）項ゲインが小さく設定されることで、ス
ロットルバルブの応答性が重視され路面状態等に応じて
素早く内燃機関の出力による駆動輪の駆動力を変化する
のに適した制御とすることができる。
【００５３】請求項４の内燃機関のスロットル制御装置
によれば、請求項１乃至請求項３の効果に加えて、制御
定数設定手段で車両の運転状態として具体的なＣ／Ｃ時
における制御定数が設定される。これにより、Ｃ／Ｃ時
ではＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項ゲイン及びＤ（微
分）項ゲインが同程度に設定されることで、スロットル
バルブの応答性及び安定性が重視され車両の定速走行に
適した制御とすることができる。
【００５４】請求項５の内燃機関のスロットル制御装置
によれば、請求項１乃至請求項４の効果に加えて、制御
定数設定手段で制御定数が平滑化され設定される。これ
により、車両の運転状態が急激に変更されたとしても、
ＰＩＤ制御定数が急激に変化することを回避することが
でき、車両の不自然な挙動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関の
スロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】 図２は本発明の一実施例にかかる内燃機関の
スロットル制御装置の要部構成を示すブロック図であ
る。
【図３】 図３は本発明の一実施例にかかる内燃機関の
スロットル制御装置における信号の流れを示す説明図で
ある。
【図４】 図４は本発明の一実施例にかかる内燃機関の
スロットル制御装置で使用されているＥＣＵの処理手順
を示すフローチャートである。
【図５】 図５は本発明の一実施例にかかる内燃機関の
スロットル制御装置で用いられる各運転状態における制
御定数を示すマップである。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ３ スロットルバルブ ４ スロットル開度センサ ５ アクセルペダル ６ アクセル開度センサ １０ ＥＣＵ（電子制御装置） １０ｂ ＰＩＤ制御回路 １２ ＤＣモータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 29/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 29/02 ３０１Ｃ ３１１ ３１１Ａ 41/04 ３１０ 41/04 ３１０Ｃ 41/14 ３２０ 41/14 ３２０Ｃ 45/00 ３６４ 45/00 ３６４Ｇ (72)発明者 神尾 茂 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクセルペダルの踏込量に応じてＤＣモ
    ータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する内燃機
    関のスロットル制御装置において、 前記ＤＣモータを比例・積分・微分制御して前記スロッ
    トルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と、 前記比例・積分・微分制御の制御定数を車両の運転状態
    に応じて設定する制御定数設定手段とを具備することを
    特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
  2. 【請求項２】 前記制御定数設定手段は、アイドルスピ
    ードコントロール時における前記制御定数を設定するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のスロットル
    制御装置。
  3. 【請求項３】 前記制御定数設定手段は、トラクション
    コントロール時における前記制御定数を設定することを
    特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の
    スロットル制御装置。
  4. 【請求項４】 前記制御定数設定手段は、クルーズコン
    トロール時における前記制御定数を設定することを特徴
    とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の内燃
    機関のスロットル制御装置。
  5. 【請求項５】 前記制御定数設定手段は、前記制御定数
    を平滑化して設定することを特徴とする請求項１乃至請
    求項４の何れか１つに記載の内燃機関のスロットル制御
    装置。
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