JPH01219331A - エンジンの制御装置 - 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、ワイヤー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１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、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、電気的なアクチュエータモータを用いてスロ
ットル弁のフィードバック制御を行うエンジンの制御装
置においては、従来は、モータをスロットル弁に直接取
り付けるダイレクト駆動式のものが一般的であった。し
かし、スロットル弁まわりの取り付は性であるとか、あ
るいはまたインテークマニホールドの耐久性などの点か
ら言って、スロットル弁まわりの吸気系をあまり大きく
したり重くしたりするのは避けたいという要求があり、
そこで、モータは車体側に取り付け、モータとスロット
ル弁とをワイヤーでリンクする方式にして、スロットル
弁まわりの吸気系のコンパクト化を図ることが提案され
ている。

ところが、上記のようにモータ（スロットルアクチュエ
ータ）とスロットル弁とをワイヤーでリンクする方式の
制御装置によってスロットル弁開度を目標値にフィード
バック制御しようとする場合、フィードバック信号とし
ては、本来はスロットル弁の実際の位置（開度）を直接
検出するのが一番好ましいはずであるが、実際には、ス
ロットル弁開度を直接検出するようなサーボループにし
た場合には、ワイヤーに起因する多くの外乱がサーボル
ープに入ってしまって、サーボ系が共振したりハンチン
グを起こして不安定なものとなることが多い。この傾向
は、位置決め精度を上げるためにサーボゲインを大きく
設定するほど顕著となる。しかしながら、共振を防ぐた
めにゲインを下げたのでは、位置決め精度が保つことが
できない。

また、モータの駆動位置でフィードバックをかけるよう
にして、外乱が入らないようなサーボループを構成する
ことも一つの手段として考えられるが、これでは、実際
のスロットル弁開度を見ているわけではな（て、どうし
てもワイヤーの誤差とかが入ってくるために、制御精度
を十分に向上させることができない。

（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、ワ
イヤーを介して出力調整手段を駆動するアクチュエータ
を備えたエンジンの制御装置において、サーボ系の共振
や不安定作動を防止するとともに、制御の精度および応
答性を確保することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、エンジンの出力制御のためのサーボループを
、外乱を含むループと含まないループに分け、外乱を含
むループは共振を生じにくい積分項のループとし、一方
、外乱を含まないループは少なくとも比例項を有する応
答性の良いループとすることによって、サーボ系の共振
や不安定作動を抑制しながら制御精度と応答性を確保す
ることが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制御装置は、ワイヤーを介し
て出力調整手段を駆動するアクチュエータと、該アクチ
ュエータの作動位置すなわちアクチュエータ位置を検出
する第１の位置センサと、前記出力調整手段の駆動位置
を直接検出する第２の位置センサと、出力調整手段の目
標位置を設定する目標位置設定手段と、前記第１の位置
センサの出力を前記目標位置設定手段の出力と比較して
、その比較結果に基づき少なくとも比例項によるフィー
ドバック制御量を決定する第１のフィードバック制御量
決定手段と、前記第２の位置センサの出力を前記目標位
置と比較して、その比較結果に基づき積分項によるフィ
ードバック制御量を決定する第２のフィードバック制御
量決定手段と、これら第１および第２のフィードバック
制御量決定手段の出力に基づいて最終フィードバック制
御量を決定し、該最終フィードバック制御量に応じた制
御信号を前記アクチュエータに出力する最終フィードバ
ック制御量決定手段とを備えたことを特徴としている。

（作用） 第１のフィードバック制御量決定手段は、第１の位置セ
ンサによって検出されたアクチュエータ位置を、目標ス
ロットル位置設定手段によって設定された目標スロット
ル位置と比較し、その偏差に基づいて少なくとも比例項
による第１のフィードバック制御量を決定する。また第
２のフィードバック制御量決定手段は、第２の位置セン
サによって検出された実際のスロットル位置を前記目標
スロットル位置と比較し、その偏差に基づいて積分項に
よるフィードバック制御量を決定する。そして、これら
少なくとも比例項によるフィードバック制御量と、積分
項によるフィードバック制御量によって最終フィードバ
ック制御量が決定される。

そして、この最終制御量に応じた制御信号によってアク
チュエータが制御され、それによって、ワイヤーを介し
出力調整手段が駆動される。このようにしてスロットル
位置は目標スロットル位置にフィードバック制御される
。

第２の位置センサの出力にはワイヤーに起因する外乱か
入るが、積分項によるフィードバック制御は、制御量の
変化が比較的緩やかであるため、共振やハンチングは生
じにくい。しかも、実際のスロットル位置を直接検出す
るものであるため、積分項によるフィードバック制御の
精度は高い。

また、目標スロットル位置の変化に対する応答性は、少
なくとも微分項によるフィードバック制御によって確保
される。微分項は、外乱の入らない第１の位置センサの
検出値をフィードバック信号とするものであるため、こ
れによって共振やハンチングを生じることはない。

（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ｌはワイヤー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
込み量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４　Ｍ　Ｈｚである。カウンタ１３
の周波数は、４ＭＨｚのクロックの１／２５６（デユー
ティは８ビツト）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
１６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、ｌ、Ｔ、２．Ｔｒ３．Ｔ１
．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Ｔ、３　（ＰＮＰ）が共
に導通したとき逆方向つまりスロットル弁閉方向に回転
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第
１の位置センサ１７が付設されている。

また、スロットル弁１には、該スロットル弁の開度を直
接検出する第２の位置センサ１８が付設されている。

スロットルコントローラ４が出力するスロットル弁１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、第１の位置センサ１７からのアクチュエー
タ位置信号（第１フイードバツク信号）と、第２の位置
センサ１８からのスロットル弁開度信号（第２フイード
バツク信号）もまたＡＤ変換されてＣＰＵ９人力される
。

ＣＰＵ９は、まず、第１の位置センサ１７の出力値（ア
クチュエータ位置）を目標開度と比較し、その偏差に基
づいて比例制御・微分制御によるフィードバック制御量
を決定し、一方、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、その偏差に基づい
て積分制御によるフィードバック制御量を決定して、そ
れら制御量を合計する形で最終フィードバック制御量を
決定し、それによって、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か出
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．ＴＰ３、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ニオ
ｌ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Ｔ、４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Ｔ、４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Ｔ、３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Ｔｔ
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Ｔｒ２
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Ｔｔ４、Ｔ、２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（Ｔｔｌ、Ｔ、２．Ｔ。

３、Ｔｒ４）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．Ｔ。

４のうち第１のトランジスタＴｔｌ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Ｔ、
３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．Ｔｒ４と第３および第２のトラン
ジスタＴ、３．Ｔ、２は同時には導通しないため、ＣＰ
Ｕが暴走して出力ボ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、ＣＰ
Ｕのソフトの負担は軽減される。

第３図乃至第９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３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・ｔ−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
１の位置センサ１７および第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・２）。つぎに、ま
ず、第１の位置センサ１７からの入力信号を元に比例、
微分の二つの項からなる制御（Ｐ、Ｄ制御）によって電
流値のフィードバック演算（Ｓ・３）を行い、ついで、
第２の位置センサ１８からの入力信号を元に積分制御（
■制御）によるフィードバック演算（Ｓ・４）を行う。

そして、最後に、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Ｓ・１（第４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５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・２では、スタートして、第２の位置
センサ１８によるスロットル位置信号のＡ／Ｄ変換を行
い、データをＴＶＯＡという値に格納する。また、第１
の位置センサ１７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変換される。

つぎに、第３の、フィードバック演算（Ｐ、Ｄ制御）の
サブルーチンＳ・３（第６図）では、スタートして、ま
ず、第１の位置センサ１７の出力値ＴＶＯＡを読み込み
、ついで、目標開度ＴＶＯＴの値を読み込む。

そして、センサ出力値Ｔ　ＶＯＡとＴＶＯＴの偏差ΔＴ
ＶＯ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ＴＶＯＡＬ
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。

つぎに、計算した偏差ΔＴＶＯに比例項のフィードバッ
ク定数ＫＰを掛けた値から、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。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ＴＶ’Ｏ
ＡＬを今回のＴＶＯＡに更新する。

つぎに、第４の、フィードバック演算（Ｉ制御）のサブ
ルーチンＳ・４（第７図）では、スタートして、まず、
第２の位置センナ１８の出力値（ＴＶＯＲ）を読み込み
、ついで、目標開度ＴＶＯＴを読み込む。

つぎに、ＴＶＯＲとＴＶＯＴ（７）偏差ΔＴＶＯ２を求
める。そして、前回のＩ値積算値ＴΔＴＶＯに先程計算
した偏差ΔＴＶＯを加えてＩ値積算値ＴΔＴＶＯを求め
る。

つぎに、Ｓ・３で求めた電流値に、Ｉ値積算値ＴΔＴＶ
Ｏに積分項のフィードバック定数Ｋｌを掛けたものを加
えて最終モータ電流ＦＢＦを求める。

つぎに、電流値ＦＢＦ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、ＦＢＦが正であった場合は、
電流方向フラグＰＤＩＲつまりモータ電流の方向を設定
するボートの出力レベルのフラグＦＤ（Ｒを０（開方向
）とする。また、ＦＢＦが正でないということであれば
、ＦＤＩＲ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ＦＢＦの
絶対値を求め、それに電流−デユーティ変換係数Ｋ　ａ
ｕｔｙを掛けたものをデユーティ値とする。

第８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、電流カプ
トであるというときはＣＰＵ９の電流カットボート（Ｍ
ＣＵＴ）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９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ＤｔＪＴＹ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ＯであればＤＩＲボートをハイレベル（開方向
）にし、また、Ｆ’ＤＩＲ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、上記実施例は、エンジンのスロットル弁制御に関
するものであるが、本発明は、スロットル弁制御に限ら
ず、エンジンの他の出力調整手段（発明の効果） 本発明は以上のように構成されているので、ワイヤーを
介して出力調整手段を駆動するアクチュエータを備えた
エンジンの制御装置において、サーボ系の共振や不安定
作動を防止し、しかも、フィードバック制御の精度およ
び応答性を確保することができる。

【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図乃至第９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、２：ワイヤー、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、９：マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）、１７，１８：位置センサ。 代理人　弁理士　進　藤　純　− 第８図 Ｓ・５ 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワイヤーを介して出力調整手段を駆動するアクチ
   ュエータと、該アクチュエータの作動位置すなわちアク
   チュエータ位置を検出する第１の位置センサと、前記出
   力調整手段の駆動位置を直接検出する第２の位置センサ
   と、出力調整手段の目標位置を設定する目標位置設定手
   段と、前記第１の位置センサの出力を前記目標位置設定
   手段の出力と比較して、その比較結果に基づき少なくと
   も比例項によるフィードバック制御量を決定する第１の
   フィードバック制御量決定手段と、前記第２の位置セン
   サの出力を前記目標位置と比較して、その比較結果に基
   づき積分項によるフィードバック制御量を決定する第２
   のフィードバック制御量決定手段と、これら第１および
   第２のフィードバック制御量決定手段の出力に基づいて
   最終フィードバック制御量を決定し、該最終フィードバ
   ック制御量に応じた制御信号を前記アクチュエータに出
   力する最終フィードバック制御量決定手段とを備えたこ
   とを特徴とするエンジンの制御装置。