JPH01219330A - エンジンのスロットル制御装置 - 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】 （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
のスロットル制御装置に関する。

（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ｌ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ζ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、このような電気的な制御装置におけるスロッ
トル制御の精度を高めるためには、まず、実際のスロッ
トル位置が精度良く検出できなくてはならない。例えば
スロットル弁制御の場合だと、スロットル弁が低開度で
しかも低回転の領域のように僅かなスロットル弁開度変
化によって吸気量が急激に変化する領域では、スロット
ル弁開度の検出はとくに緻密で精度が高いことが要求さ
れる。

ところが、スロットル位置検出の精度を高めるといって
も、専らセンサ自体の精度を高めるというのは、コスト
的な問題もあって実際上は難しい。

また、マイクロコンピュータを用いたディジタルサーボ
方式のスロットル制御において、スロットル弁開度もし
くはアクチュエータ位置を検出する手段としてポテンシ
ョメータを用いたような場合、このセンサの出力はアナ
ログであるため、これをデジタルに変換するためのＡ／
Ｄ変換器が用いられるが、このＡ／Ｄ変換器の分解能を
高めれば、比較的ローコストのセンサを用いても検出精
度を高くすることはできる。しかしながら、Ａ／Ｄ変換
器の分解能を高めようとすると、今度はＡ／Ｄ変換器の
コストが高くなるという問題が生ずる。

このように、全体的なコストの増大を避けながらスロッ
トル位置検出の精度を高めることは難しく、そのため、
スロットル制御の精度を十分に高めるような設計を行う
ことが難しいというのが現状である。

（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、制
御装置全体のコストを抑えながら、スロットル位置検出
の精度を確保して精度の高いエンジンスロットル制御を
実現することを目的としている。

（発明の構成） 本発明は、運転領域毎のスロットル位置検出精度の要求
度に応じてスロットルセンサへの印加電圧を変えること
で、全体的な消費電力の増大やセンサの劣化を抑えなが
ら低コストで精度の高いスロットル制御を実現するよう
にできることを見出したことによるものであって、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スロットル制御装置は、アクセル操
作量を検出するアクセル操作量検出手段と、スロットル
位置を検出するスロットルセンサと、前記アクセル操作
量検出手段の出力に基づいて目標スロットル位置を設定
する目標スロットル位置設定手段と、スロットルセンサ
への印加電圧を、アクセル操作量が小さいほど高くなる
ようアクセル操作量に応じて設定する印加電圧設定手段
と、前記スロットルセンサの出力を前記目標スロットル
位置設定手段の出力と比較して、その比較結果に基づき
フィードバック制御量を決定するフィードバック制御量
決定手段と、該フィードバック制御量決定手段の出力に
基づいてエンジンの出力を調整する出力調整手段とを備
えたことを特徴としている。

（作用） エンジンが作動すると、アクセル操作量検出手段によっ
て検出されたアクセル操作量に基づいて目標スロットル
位置というものが設定される。また、やはりこのアクセ
ル操作量に応じてスロットルセンサへの印加電圧が設定
される。該印加電圧は、アクセル操作量が小さいほど高
くなるように設定される。そして、この印加電圧がかか
った状態でのスロットルセンサの出力が、印加電圧に応
じて修正が加えられた目標スロットル位置と比較され、
その比較結果に基づいた演算によってスロットル位置の
フィードバック制御量が決定される。

そして、その決定された制御量に基づいて出力調整手段
が作動される。

（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１はワイヤ２（スロ
ットルケーブル）を介してモータ３（スロットルアクチ
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
込み最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、４ＭＨ２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ｌ開方向に回転し、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二
つの位置センサ１７，１８が付設されている。この内、
第１の位置センサ１７の印加電圧は５ｖに固定されてい
る。一方、第２の位置センサ１８は、その基準電圧（ｖ
　ｔ、ｔ）端子に電源電圧切換器１９が接続されている
。

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
開度を検出する二つの位置センサ１７，１８の出力もま
たＡＤ変換されてＣＰＵ９人力される。ＣＰＵ９は、第
１の位置センサ１７からのアクチュエータ位置信号に基
づいて第２の位置センサ１８に印加すべき基準電圧ｖ１
．．を演算し、センサ電源電圧切換信号を電源電圧切換
器１９に出力する。ＣＰＵ９はまた、第２の位置センサ
１８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、１．
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、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Ｔｒ４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Ｔｔ４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Ｔ、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Ｔｒ３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Ｔｒ
２は、上記電流方向信号の反転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Ｔ、２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、Ｔｒ２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、Ｄ
ＩＲ：電流方向信号、ＭＣＵＴ　：電流カット信号）と
各トランジスタ（Ｔ、１．Ｔ、、２．Ｔ。

３、Ｔ、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、１．Ｔｒ４のうち第１
のトランジスタＴ、：１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Ｔｒ３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Ｔｒ
３．Ｔ、２は同時には導通しないため、ＣＰＵ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、ＣＰＵのソフト
の負担は軽減される。

スロットルセンサ（第２の位置センサ１８）への印加電
圧は第３図に示すように設定される。この実施例では、
スロットル弁開度をアクチュエータ（モータ３）での位
置で見ており、アクチュエータ位置がスロットルコント
ローラによって算出した目標開度と同じになるようにフ
ィードバック制御を行うが、そのためのフィードバック
信号となるアクチュエータ位置を検出するための第２の
位置センサ１８の印加電圧が第１の位置センサ１７の出
力電圧に応じて切り換えられる。第１の位置センサ１７
の出力電圧は、スロットル弁開度に対し、１対１の関数
特性を持っており、また、アクセル操作量に近似する。

そこで、第１の位置センサ！７の出力をもとに、スロッ
トル弁開度が１７４に達していなければ第２の位置セン
サ１８のＶ　ｒ＊ｆ端子に１５Ｖを印加するような計算
をＣＰＵ９で行って、それに対応する電源電圧切換信号
を電源電圧切換器１９へ出力し、印加電圧を切り換える
。そして、スロットル弁開度が１／４以上で１７２未満
であるときは、同様の計算を行って今度は印加電圧をＩ
ＯＶに切り換え、また、スロットル弁開度が１／２以上
となれば印加電圧を５■にする。その結果、第２の位置
センサの出力電圧は第４図に示すようになり、特に低開
度領域での傾きが大きくなって検出精度が上がる。

第５図乃至第１１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５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）。そして、第
２の位置センサ１８の印加電圧の切り換えを行い（Ｓ・
２）、つぎに、第２の位置センサ１８からの入力信号の
サンプリングを行う（Ｓ・３）。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・４）、つぎに、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６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２の、センサ印加電圧の切り換えのサブルー
チンＳ・２（第７図）では、スタートとして、まず第１
の位置センサ１７の出力からのアクチエエータ位置（Ｔ
ＶＯＡ）を読み込む。そして、ＴＶＯＡが２５％より小
さいかどうかを判定して、ＴＶＯＡが２５％より小さけ
れば、後述する目標開度（ＴＶＯＴ）の修正のための倍
率係数に１□を３に設定し、第２の位置センサへの印加
電圧を１５Ｖに設定するようにポート出力をする。

また、ＴＶＯＡが２５％より小さくない、つまり、２５
％以上であるということであれば、つぎに、ＴＶＯＡが
５０％より小さいかどうかを判定する。そして、ＴＶＯ
Ａが５０％より小さければ倍率係数Ｋ　＋ｍａｇを今度
は２に設定し、センサ印加電圧をＩＯＶとする。

ＴＶＯＡが５０％より小さ（ない、つまり、５０％以上
であるということであれば、そのときは倍率係数に□、
はｌとし、５ｖのセンサ印加電圧をかける。

つぎに、第８図に示す第３の、入力信号のサンプリング
のサブルーチンＳ・３を説明する。このサブルーチンで
は、スタートして、第１の位置センサ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ＴＶＯ
Ａという値に格納する。また、第２の位置センサ１８に
よるアクチュエータ位置信号をＡ／Ｄ変換し、データを
ＴＶＯＲ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ＴＶＯＴとい
う値に格納する。これによって三つのアナログ信号がい
ずれもＡ／Ｄ変換される。

つぎに、第４の、フィードバック演算のサブルーチンＳ
・４（第９図）では、スタートして、まず、第２の位置
センサ１８の出力値ＴＶＯＲを読み込み、ついで、目標
開度ＴＶＯＴの値を読み込む。

つぎに、印加電圧による補正ということで、目標値ＴＶ
ＯＴにＳ・２で設定した倍率係数に１□を掛けた修正値
ＴＶＯＴを求める。

そして、センサ出力値ＴＶＯＲと修正されたＴＶＯＴの
偏差ΔＴＶＯを計算する。また、第１の位置センサ１７
の今回のセンサ出力値ＴＶＯＡと前回のセンサ出力値Ｔ
ＶＯＡＬ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ＴΔＴＶＯに先程計算した偏
差ΔＴＶＯを加えて■値積算値ＴΔＴＶＯを求める。

つぎに、計算した偏差ΔＴＶＯに比例項のフィ−ドパツ
ク定数ＫＰを掛けた値に、■値積算値ＴΔＴＶＯに積分
項のフィードバック定数ＫＩ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っまりモータ電流の方向を設定する
ポ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Ｋ　ｄｕ
ｔＦ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１０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）　
（ＭＣＵＴ）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１１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・４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ＤＵＴＹという
値をストアする。つまり、カウンタに書き込む。Ｓ−１
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・４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、上記実施例においては、センサ印加電圧をスロッ
トル弁開度１／４と２／４で切り換えるようにしたが、
この切換点はＡ／Ｄ変換器の能力の範囲で適宜変更する
ことができる。また各区間での印加電圧の設定値も必要
に応じて変更することができる。

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ることも勿論可能
である。

また、上記実施例では、論理回路を介してモータ駆動回
路を制御するようにしているが、本発明は、ＣＰＵの出
力によって直接駆動回路を制御するようなものに対して
も適用することが可能である。

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、とくに検出
精度の高いセンサやとくに分解能の優れたＡ／Ｄ変換器
を用いることなく、また、センサの劣化や消費電力をむ
やみに増大させることなく、精度の高いエンジンのスロ
ットル制御を実現することができる。

【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図および第４図は、同実施例の制御特
性図、第５図乃至第１１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、８：アクセルセンサ、９：マイクロプロ
セッサ（ＣＰＵ）、ｌＯ：Ａ／Ｄ変換器、１７．１８：
位置センサ、１９：電源電圧切換器。 代理人　弁理士　進　藤　純　− 第１０図 Ｓ・５ 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手
   段と、スロットル位置を検出するスロットルセンサと、
   前記アクセル操作量検出手段の出力に基づいて目標スロ
   ットル位置を設定する目標スロットル位置設定手段と、
   スロットルセンサへの印加電圧を、アクセル操作量が小
   さいほど高くなるようアクセル操作量に応じて設定する
   印加電圧設定手段と、前記スロットルセンサの出力を前
   記目標スロットル位置設定手段の出力と比較して、その
   比較結果に基づきフィードバック制御量を決定するフィ
   ードバック制御量決定手段と、該フィードバック制御量
   決定手段の出力に基づいてエンジンの出力を調整する出
   力調整手段とを備えたことを特徴とするエンジンのスロ
   ットル制御装置。