JPH11241638A

JPH11241638A - スロットル制御装置

Info

Publication number: JPH11241638A
Application number: JP10043710A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Shirai; 白井　　和成; Hidemasa Miyano; 宮野　　英正; Shinji Ishizaki; 新二石嵜
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】スロットルセンサに異常が発生しても、退避
走行に必要なエンジン出力を安全に確保できるスロット
ル制御装置を提供する。【解決手段】スロットルセンサによるスロットル開度
の検出値が正常である場合(S120-N)、その検出値と予め
設定された目標開度とが一致するように、スロットルバ
ルブ駆動用モータへの通電を制御するＰＷＭ信号のデュ
ーティ比を設定(S130,S140) し、一方、スロットル開度
の検出値が異常である場合(S120-Y)、目標開度に基づい
て設定される目標駆動電流とモータの駆動電流とが一致
するように、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定(S160〜S
180)する。従って、スロットルセンサの異常時でも、精
度は低下するが、目標開度に応じたスロットルバルブの
位置決め制御を行うことができ、退避走行に必要な出力
を安全に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクセルペダルと
の機械的なリンク機構を持たないスロットルバルブ、い
わゆるリンクレススロットルを駆動制御するスロットル
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のスロットル制御装置
では、復帰バネにより閉方向に付勢されたスロットルバ
ルブを開駆動するアクチュエータと、スロットルバルブ
の開度（以下、スロットル開度という）を検出するスロ
ットルセンサとを備え、別途検出されるアクセル踏込量
に基づいて目標スロットル開度を求め、スロットルセン
サでの検出値が、目標スロットル開度に一致するように
アクチュエータを駆動して、スロットルバルブを位置決
め制御している。

【０００３】ところで、近年、スロットル制御装置など
車両の走行に直接影響を与える各種装置に異常が発生し
た場合、直ちに車両の走行を禁止してしまうのではな
く、安全性を確保できる範囲での走行を許容し、修理工
場や安全な場所まで移動できるようにすること、即ち、
いわゆる退避走行を可能とすることに対する要求が高ま
っている。

【０００４】しかし、スロットル制御装置では、その制
御系等に異常や故障が発生した場合、通常、アクチュエ
ータへの通電を停止して、復帰バネの付勢力によりスロ
ットルバルブを全閉位置（アイドリング位置）に復帰・
保持させているため、退避走行に必要なエンジン出力を
十分に得ることができないという問題があった。

【０００５】これに対して、特開平５−２９６０９０号
公報には、スロットルバルブを駆動するアクチュエータ
として、ステッピングモータを用い、制御部の異常や誤
動作を検出した場合、アクセルが全閉位置に復帰した後
に、予め設定された数の駆動パルスをステッピングモー
タに入力することにより、駆動パルスに応じた角度だけ
スロットルを開かせて、退避走行に必要な出力を得るよ
うにした装置が開示されている。

【０００６】即ち、ステッピングモータは、駆動パルス
が入力される毎に決められた角度だけ回転するため、脱
調を起こさない限り、駆動パルスによってスロットルバ
ルブの位置制御を行うことができるのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アクチュエー
タとして、ＤＣモータやトルクモータを用いる場合、ス
ロットルセンサの検出値をフィードバックして、復帰バ
ネの付勢力と釣り合うようなトルクを発生させることに
より、スロットルバルブの位置決め制御が行われる。こ
のため、スロットルセンサに断線等の異常が発生する
と、フィードバック制御が不能となってしまい、スロッ
トルバルブの位置制御を行うことができず、上述の公報
に記載されているように、予め決められた所定量だけス
ロットルバルブを開かせて、退避走行に必要な出力を安
定して確保することができないという問題があった。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するために、
スロットルセンサに異常が発生しても、退避走行に必要
なエンジン出力を安全に確保できるスロットル制御装置
を提供する目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた発明である請求項１に記載のスロットル制御
装置では、スロットルバルブの開度を検出するスロット
ルセンサでの検出値が、設定された目標スロットル開度
に一致するように、第１制御手段が、モータ駆動回路に
よる通電のデューティ比をフィードバック制御する。

【００１０】これにより、デューティ比に応じた大きさ
の駆動電流がモータに供給され、モータは、この駆動電
流に応じた大きさのトルクを発生し、このトルクによ
り、スロットルバルブに加えられた閉方向への付勢力に
抗してスロットルバルブを開方向に駆動する。

【００１１】そして、異常検出手段がスロットルセンサ
の異常を検出した場合、第１制御手段から第２制御手段
に制御を切り替えて、第２制御手段が、目標スロットル
開度から目標駆動電流を求め、モータの駆動電流を検出
する電流検出手段の検出値が、目標駆動電流に一致する
ように、モータ駆動回路による通電のデューティ比をフ
ィードバック制御する。

【００１２】ここで、スロットルバルブを閉方向に付勢
する付勢力とスロットル開度とが比例関係にあり、ま
た、モータの駆動電流とトルクとが比例関係にあること
が知られている。しかも、スロットルバルブを一定位置
に保持するには、付勢力とトルクとを釣り合わせる必要
があることから、これらの関係は、（１）式にて表すこ
とができる。

【００１３】 (スロットル開度)∝(付勢力)＝(モータトルク)∝(駆動電流) （１）つまり、図４に示すように、モータの駆動電流とスロッ
トル開度との間には、ほぼ比例関係があるため、駆動電
流に基づいて、スロットル開度を制御することができる
のである。

【００１４】このように、本発明のスロットル制御装置
によれば、スロットルセンサの異常時に、駆動電流に基
づいたフィードバック制御に切り替えてモータを駆動す
るようにされているので、退避走行に必要なエンジン出
力を安全に得ることができる。但し、一般的に、スロッ
トルバルブの支持軸やスロットルバルブの閉方向への付
勢力を発生させるための復帰バネ等の摩擦、及びモータ
とスロットルバルブとの間に設けられるギヤのバックラ
ッシュ等に基づいて、機械的なヒステリシスが存在す
る。このため、図４に示すように、モータへの駆動電流
が同じ大きさ（Ｉｏ）であっても、実際に取りうるスロ
ットル開度は幅（Ｗ）があり、スロットル開度を精密に
は制御することはできないが、安全な退避走行を行うに
は十分の精度である。

【００１５】なお、モータの駆動電流は、例えば、駆動
電流の通電経路に電流検出抵抗等を設け、その両端電圧
を測定することにより直接的に検出してもよいし、電流
値に影響を与えるデューティ比，電源電圧，モータ温度
等から間接的に推定するようにしてもよい。

【００１６】ところで、モータ駆動回路によりデューテ
ィ制御されるモータへの通電は、モータ駆動回路を制御
する装置（ＣＰＵ等）の処理能力等を考慮して、通常、
数ｍｓ程度の周期で行っている。また、この通電により
流れる駆動電流の時定数は、通常、この制御周期の半分
より短くなるように設定されるため、図３に示すよう
に、デューティのオン，オフ期間の間、電流値が大きく
変化する。これに対して、スロットルバルブを含む機械
的な構成部分が有する動作の時定数は、２０ｍｓ程度で
あり、通電の制御周期と比較して十分に大きいため、ス
ロットル開度、即ちスロットルセンサの検出値が駆動電
流の変化に応じてばたついてしまうことがない。

【００１７】しかし、電流検出手段にて検出される駆動
電流は、検出タイミングによって全く大きさが異なって
いるため、この検出値を用いる第２制御手段では、安定
した制御を行うことはできない。これを解決するため
に、電流経路にコンデンサを取り付けて、電流を平滑化
することが考えられるが、この場合、コンデンサによっ
て駆動電流の位相遅れが生じてしまい、制御が不安定に
なるという新たな問題があった。

【００１８】そこで、請求項２に記載のスロットル制御
装置では、第２制御手段が、モータ駆動回路による通電
を、第１制御手段より短い周期で行っている。このよう
にすれば、１回の通電期間又は非通電期間の間に、電流
値が大きく変化してしまうことがなく、デューティ比に
応じたほぼ一定値とすることができる。

【００１９】従って、本発明のスロットル制御装置によ
れば、第２制御手段による駆動電流を用いたフィードバ
ック制御の精度を向上させることができる。なお、第２
制御手段での制御時における通電周期は、駆動電流の時
定数より十分に小さくすることが望ましい。また、通電
周期は、短くするほど電流検出手段の検出値をより安定
させることができるが、電流の断続によるノイズの発生
等を考慮して設定することが望ましい。

【００２０】次に、モータは、駆動電流でスロットル開
度を制御する場合に、制御が容易であることから、請求
項３に記載のように、駆動電流に対してトルクが直線的
に変化するＤＣモータ，或いはトルクモータであること
が望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、エンジンの吸気経路に取り付けら
れるスロットルボディの概略構成、及び本実施例のスロ
ットル制御装置の全体構成を表す説明図である。

【００２２】まず、スロットルボディＢは、エンジンの
吸気経路を開閉するスロットルバルブＶと、スロットル
バルブＶの支持軸Ｐに取り付けられ、スロットルバルブ
Ｖを閉方向（アイドリング位置方向）に付勢する復帰バ
ネＳとを備えている。一方、本実施例のスロットル制御
装置２は、スロットルバルブＶの支持軸Ｐを回転駆動す
るＤＣモータ４と、支持軸Ｐの回転角を検出することに
より、スロットルバルブＶの開度（以下、スロットル開
度という）に応じた検出信号Ａｓを出力するスロットル
センサ６と、図示しないアクセルペダルの踏込量に応じ
た検出信号Ａａを出力するアクセルセンサ８と、スロッ
トルセンサ６及びアクセルセンサ８からの開度信号Ａｓ
及び踏込信号Ａａに基づいて、ＤＣモータ４を駆動する
電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０とを備えている。

【００２３】ここで、ＥＣＵ１０は、モータを正方向に
通電する２個のトランジスタ、及び逆方向に通電する２
個のトランジスタの合計４個のトランジスタを、いわゆ
るＨブリッジ形に接続してなる周知のモータ駆動回路１
２と、ＤＣモータ４に流れる駆動電流に応じた検出信号
Ａｄを出力する電流検出手段としての電流検出回路１６
と、電流検出回路１６，スロットルセンサ６，アクセル
センサ８からの各検出信号Ａｄ，Ａｓ，Ａａ，Ａｄをデ
ジタルの検出値Ｄｓ，Ｄａ，Ｄｄに変換するＡＤ変換器
１８と、ＡＤ変換器１８を介して得られる検出値、即ち
駆動電流値Ｄｄ，スロットル開度Ｄｓ，アクセル踏込量
Ｄａに基づいて、モータ駆動回路１２を構成するトラン
ジスタを断続制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信
号Ｓｃを生成する処理等を実行するマイクロコンピュー
タ２０とからなる。

【００２４】なお、電流検出回路１６は、駆動電流の通
電経路に電流検出用の抵抗を直列接続し、その両端電圧
を検出するものであってもよいし、モータ駆動回路１２
を構成するトランジスタとして、電流検出機能を備えた
周知のセンスＭＯＳ（例えば、ＩＲ製、HEX Sense シリ
ーズ）を用いることにより、モータ駆動回路１２と一体
に構成してもよい。

【００２５】また、マイクロコンピュータ２０は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、ＰＷＭ信号Ｓｃ
を生成するためのタイマーを備えた周知のものであり、
アクセルセンサ８からの検出信号ＡａをＡＤ変換して得
られるアクセル踏込量Ｄａに基づいて、スロットルバル
ブＶの目標開度を設定する目標値設定処理、ＰＷＭ信号
Ｓｃのデューティ比や制御周期（駆動周波数）を求め、
ＰＷＭ信号Ｓｃ生成用のタイマーを設定する信号設定処
理等を実行する。なお、本実施例において、目標値設定
処理は４ｍｓ周期、信号設定処理は２ｍｓ周期で実行さ
れる。

【００２６】ここで、本発明の主要部である信号設定処
理について、図２に示すフローチャートに沿って詳しく
説明する。図２に示すように、本処理が起動されると、
まずＳ１１０では、スロットルセンサ６及び電流検出回
路１６からの検出信号Ａｓ，ＡｄをＡＤ変換してなるス
ロットル開度Ｄｓ及び駆動電流値Ｄｄを読み込み、続く
Ｓ１２０では、読み込んだスロットル開度Ｄｓに基づい
て、スロットルセンサ６に異常があるか否かを判断す
る。具体的には、スロットル開度Ｄｓとして読み込まれ
た電圧値が、許容範囲内（例えば、０．２〜４．８Ｖ）
にあれば異常はないと判断し、Ｓ１３０に移行する。

【００２７】Ｓ１３０では、検出したスロットル開度Ｄ
ｓと目標値設定処理にて設定された目標開度との偏差
（以下、開度偏差という）を算出し、続くＳ１４０で
は、この開度偏差に基づいてモータ駆動回路１２へのＰ
ＷＭ信号Ｓｃのデューティ比を求める。このデューティ
比の算出は、ＰＩＤ制御によって行ってもよいし、開度
偏差だけでなく、エンジンの運転状態を検出する各種セ
ンサからの複数の入力信号に基づいた現代制御によって
行ってもよい。なお、ＰＩＤ制御や現代制御は周知の技
術であり、また本発明の要旨とは関係がないため、ここ
では説明を省略する。

【００２８】続くＳ１５０では、Ｓ１４０にて算出した
デューティ比を有し、駆動周波数が５００Ｈｚ（制御周
期２ｍｓ）となるＰＷＭ信号Ｓｃを生成するように、タ
イマーを設定して本処理を終了する。一方、先のＳ１２
０にて、スロットル開度Ｄｓとして読み込まれた電圧値
が、許容範囲外にある場合、スロットルセンサ６が故障
またはセンサからの信号線が断線或いは短絡しているも
のとして、異常処理を行うためにＳ１６０に移行する。

【００２９】Ｓ１６０では、目標値設定処理にて設定さ
れた目標開度に基づいて、ＤＣモータ４に流す目標駆動
電流値を設定する。これは、例えば、先の図５に実線で
示された駆動電流とスロットル開度との関係を予めテー
ブルとしてメモリに記憶しておき、目標開度を参照値と
して、テーブルを検索することにより設定すればよい。

【００３０】続くＳ１７０では、Ｓ１１０にて読み込ん
だ駆動電流値ＤｄとＳ１６０にて設定された目標駆動電
流値との偏差（以下、電流偏差という）を算出し、続く
Ｓ１８０では、この電流偏差に基づいて、モータ駆動回
路１２へのＰＷＭ信号Ｓｃのデューティ比を求める。こ
のデューティ比の算出は、Ｓ１４０での処理と同様に、
ＰＩＤ制御や現代制御によって行えばよい。

【００３１】そして、Ｓ１９０では、Ｓ１８０にて算出
したデューティ比を有し、駆動周波数が１０ＫＨｚ（制
御周期１００μｓ）となるＰＷＭ信号Ｓｃを生成するよ
うに、タイマーを設定して本処理を終了する。そして、
Ｓ１５０又はＳ１９０にてタイマーの設定が行われる
と、以後、そのタイマー設定に応じたＰＷＭ信号Ｓｃが
タイマーからモータ駆動回路１２に出力される。

【００３２】なお、本実施例では、Ｓ１２０が本発明の
異常検出手段に相当し、またＳ１３０〜Ｓ１５０が第１
制御手段、Ｓ１６０〜Ｓ１９０が第２制御手段に相当す
る。このように構成された本実施例のスロットル制御装
置２では、マイクロコンピュータ２０が生成するＰＷＭ
信号Ｓｃのデューティ比に応じて、ＤＣモータ４に流れ
る駆動電流Ｉｄの平均値が変化し、ＤＣモータ４は、こ
の駆動電流Ｉｄの平均値に応じたトルクを発生する。す
ると、スロットルバルブＶは、復帰バネＳの付勢力に抗
して回動し、復帰バネＳの付勢力とＤＣモータ４のトル
クとが釣り合うところで静止する。

【００３３】そして、スロットルセンサ６からの検出値
が正常である場合（Ｓ１２０−ＮＯ）には、そのスロッ
トルセンサ６により検出されるスロットル開度Ｄｓをフ
ィードバックして、このスロットル開度Ｄｓが目標開度
と一致するようＰＷＭ信号Ｓｃのデューティ比を制御
（Ｓ１３０〜Ｓ１４０）し、一方、スロットルセンサ６
からの検出値が異常である場合（Ｓ１２０−ＹＥＳ）に
は、電流検出回路１６により検出される駆動電流値Ｄｄ
をフィードバックして、この駆動電流値Ｄｄが目標駆動
電流と一致するようＰＷＭ信号Ｓｃのデューティ比を制
御（Ｓ１６０〜Ｓ１８０）するようにされている。

【００３４】従って、本実施例のスロットル制御装置２
では、スロットルセンサ６の正常時には、スロットルバ
ルブＶを精度よく位置決めすることができ、また、スロ
ットルセンサ６の異常時でも、スロットルバルブＶの位
置決め制御が全く不能となってしまうことがなく、制御
の精度は低下するものの、目標開度に応じたスロットル
バルブＶの位置決め制御を行うことができる。つまり、
スロットルセンサ６の異常時にも、退避走行に必要な出
力を安全に得ることができる。

【００３５】また、本実施例のスロットル制御装置２で
は、スロットルセンサ６の異常時に、ＰＷＭ信号Ｓｃの
駆動周波数を正常時（５００Ｈｚ）の２０倍である１０
ＫＨｚ、即ち、ＰＷＭ信号Ｓｃによる制御周期が、駆動
電流Ｉｄの時定数より十分に短くなるように切り替えて
いる。

【００３６】従って、電流検出回路１６にて検出される
電流値が、ＰＷＭ信号Ｓｃのオン，オフに従って大きく
変動してしまうことがなく、安定した制御を行うことが
できる。以上、本発明の一実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様々な
態様にて実施することが可能である。

【００３７】例えば、上記実施例ではマイクロコンピュ
ータが行っている各種処理を、すべて電子回路にて構成
してもよい。また、上記実施例では、スロットルセンサ
６の異常時に、ＰＷＭ信号Ｓｃの駆動周波数を１０ＫＨ
ｚとしており、マイクロコンピュータ２０による制御が
可能であれば、駆動周波数をより高く設定してもよい。
即ち、１０ＫＨｚは可聴周波数帯であるため、異常処理
を開始する騒音が発生するおそれがあるが、駆動周波数
を可聴周波数帯より高くできれば、この騒音を確実に防
止できる。

【００３８】但し、上記実施例の装置で、異常処理を行
うことにより騒音が発生したとしても、退避走行を行う
間だけであるため問題はない。更に、上記実施例では、
スロットルセンサ６を駆動するモータとして、ＤＣモー
タ４を用いているが、トルクモータ等、駆動電流に対し
てトルクが直線的に変化する特性を有するものであれ
ば、どのようなモータを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】スロットルボディ及び実施例のスロットル制
御装置の構成を表す説明図である。

【図２】マイクロコンピュータが実行する信号設定処
理の内容を表すフローチャートである。

【図３】ＰＷＭ信号及び駆動電流の波形図である。

【図４】スロットル開度とモータトルク（駆動電流）
との関係を表すグラフである。

【符号の説明】

２…スロットル制御装置４…ＤＣモータ６
…スロットルセンサ８…アクセルセンサ１０…電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）１２…モータ駆動回路１６…電流検出回路１
８…ＡＤ変換器２０…マイクロコンピュータＢ…スロットルボデ
ィＰ…支持軸Ｓ…復帰バネＶ…スロットルバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクセルペダルとの機械的なリンク機構
を持たないスロットルバルブの開度を検出するスロット
ルセンサと、駆動電流が大きいほど大きなトルクを発生させ、該トル
クにより、前記スロットルバルブに加えられた閉方向へ
の付勢力に抗して、該リンクレススロットルを開方向に
駆動するモータと、該モータへの通電をデューティ制御するモータ駆動回路
と、前記スロットルセンサの検出値が、設定された目標スロ
ットル開度に一致するように、前記モータ駆動回路によ
る通電のデューティ比をフィードバック制御する第１制
御手段と、を備えたスロットル制御装置において、前記駆動電流を検出する電流検出手段と、前記スロットルセンサの異常を検出する異常検出手段
と、該異常検出手段にて前記スロットルセンサの異常が検出
された場合に、前記目標スロットル開度から目標駆動電
流を求め、前記電流検出手段の検出値が、前記目標駆動
電流に一致するように、前記モータ駆動回路による通電
のデューティ比をフィードバック制御する第２制御手段
と、を設けたことを特徴とするスロットル制御装置。
【請求項２】前記第２制御手段は、前記モータ駆動回
路による通電を、前記第１制御手段より短い周期で行わ
せることを特徴とする請求項１に記載のスロットル制御
装置。
【請求項３】前記モータは、前記駆動電流に対して前
記トルクが直線的に変化するＤＣモータ，或いはトルク
モータであることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載のスロットル制御装置。