JPH01227841A - 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
み込み潰すなわちアクセル操作型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塁とスロ
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−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堤案されている。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ｌ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、このような電気的なスロットル弁制御装置で
は、マイクロコンピュータによって直流モータを駆動制
御し、それによってスロットル弁を開閉する方式が一般
的であって、その場合、モータの極性切換のために、例
えばＨ形配列の四つのトランジスタからなる駆動回路が
設けられる。

また、このようにトランジスタを介してモータを制御す
るものにおいては、通常、トランジスタのエミッタ、コ
レクタ間にフライホイールダイオードが取り付けられる
。このフライホイールダイオードは、一つには、モータ
電流の切換時にモータ内のコイルに蓄積されている電気
エネルギーをトランジスタにバイパスする格好で逃がす
ことによって、モータ駆動制御の応答性を高める作用を
する。

また、このフライホイールダイオードは、モータ電流切
換時に発生するサージ電圧を外部に逃がしてトランジス
タを保護する役目もする。ところが、このようにトラン
ジスタのエミッタ、コレクタ間にフライホイールダイオ
ードを取り付けた駆動回路を用いると、例えば制御回路
の故障等何等かの異常があって、モータ電流をカットし
てスロットル弁を全閉にしなくてはいけないというとき
に、っぎのような不都合を生ずる。つまり、モータ電流
がカットされると、モータはスロットル弁のリターンス
プリングの力によって強制的に全閉方向へ回転される。

そのときフライホイールダイオードによって閉回路が形
成されていると、モータに逆起電力による電流が流れる
ことによってブレーキング現象が起こり、スロットル弁
の戻りが遅くなってしまう。このように異常時で、速や
かにスロットル弁を閉じなくてはいけないにもかかわら
ず、全閉に戻るまでに時間がかかってしまうというのは
大きな問題である。

（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、出
力調整手段を駆動するモータの駆動回路にフライホイー
ルダイオードを取り付けたエンジンの制御装置における
、モータ電流カット時の逆起電力によるブレーキング現
象を防止して、異常時のスロットル制御の応答性を確保
することを目的としている。

（発明の構成） 本発明は、モータ電流の通電時におけるフライホイール
ダイオードの機能を保障するとともに、モータ電流カッ
ト時には、モータをフリーにしてブレーキング現象を回
避する手段を見出したものであって、その構成はつぎの
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、エンジンの出力調整手段を直流モータによって
駆動するエンジンの制御装置において、前記直流モータ
の極性切換のためのトランジスタのエミッタ、コレクタ
間にフライホイールダイオードを設けるとともに、モー
タ電流カット時に前記フライホイールダイオードを流れ
る電流をカットするカット手段を設けたことを特徴とし
ている。

（作用） モータ電流の通電時、モータはトランジスタによる極性
切換によって正逆回転し、エンジンの出力調整手段を駆
動する。この時、フライホイールダイオードは、電流切
換時のモータ内のコイルに蓄積されている電気エネルギ
ーをトランジスタをバイパスして流し、それによってモ
ータ駆動制御の応答性を高める。

また、モータ電流カット時には、フライホイールダイオ
ードを流れる電流がカットされるので、モータはフリー
となり、逆起電力によるブレーキング現象の発生が抑え
られる。したがって、異常時のスロットル制御の応答性
が高まる。

（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１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
ュエーダ）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
．ＲＯＭ１１およびＲＡＭ１２が付設されている。ＣＰ
Ｕ９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、４ＭＨｚ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、１　、Ｔ、２．Ｔ、３．Ｔ
、４によって構成されている。そして、各トランジスタ
Ｔ、１〜Ｔ、４のエミッタ、コレクタ間には、それぞれ
、フライホイールダイオードとリレー１７．１８，１９
．２０が直列に接続されている。各リレー１７〜２０は
ＣＰＵ９の電流カット信号をアンプ２１によって増幅し
た信号によって制御される。電流カット信号がハイレベ
ル（１）であればアンプ２１の出力もハイであって、こ
のときはリレー１７〜２０が閉じる。また、電流カット
信号がロウレベル（０）となればアンプ２１の出力もロ
ウとなり、リレー１７〜２０が開く。

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位
置センサ２２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
ｌＯ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
開度を検出する位置センサ２２の出力もまたＡＤ変換さ
れてＣＰＵ９人力される。ＣＰＵ９は、位置センサ２２
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．Ｔ。

３、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、ｌ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Ｔ、４は、電流方向信号と電流カット信
号の二つを人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Ｔｒ４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Ｔ
、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）のとさ、ベースカイハイレベルとな
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
号かロウ（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か制御される。

また、このように電流カット信号がハイ（１）である限
り、リレー１７〜２０が閉じてフライホイールダイオー
ドが接続された状態となり、通常のフライホイールダイ
オードの機能が得られる。

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。また、このときはリレ
ー１７〜２０が開いてフライホイールダイオードかカッ
トされた状態となる。したがって、ブレーキング現象が
起きにくく、短時間でスロットル弁Ｉを全閉まで戻すこ
とができる。

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（Ｔｒｌ、Ｔ、２．Ｔｒ３、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Ｔｒ１．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Ｔ、３だけという
ふうに、いずれも一方だけのデユーティ制御となるため
、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、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。

第２図乃至第７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２図は、メインルーチンを示すものである。メ
インルーチンは四つのサブルーチンＳ・ｔ−Ｓ・４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、位
置センサ２２からの入力信号のサンプリングを行う（Ｓ
・２）。そして、それを元にＰｌ、Ｄ制御によって電流
値のフィードバック演算を行い（Ｓ・３）、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・４）。

第１のサブルーチン５−１（第３図）では、スタートし
て、まず、各ボ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４図に示す第２の、入力信号のサンプリング
のサブルーチンＳ・２を説明する。このサブルーチンで
は、スタートして、位置センサ２２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ＴＶＯＡ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。これによって二つのアナログ信号がいずれもＡ／Ｄ
変換される。

つぎに、第３の、フィードバック演算のサブルーチンＳ
・３（第５図）では、スタートして、まず、位置センサ
２２の出力値ＴＶＯＡを読み込み、ついで、目標開度Ｔ
ＶＯＴの値を読み込む。

そして、センサ出力値ＴＶＯＡとＴＶＯＴの偏差ΔＴＶ
Ｏを計算する。また、位置センサ２２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。さらに、前回の■値積算値ΣΔＴＶＯに先程計算し
た偏差ΔＴＶＯを加えて■値積算値ΣΔＴＶＯを求める
。

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を掛けた値に、■値積算値ΣΔＴＶＯに積分
項のフィードバック定数Ｋｌ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ＰＤＩＲを０（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ｌ（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
ｔｙ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６図には、第４の、電流カットのサブルーチンＳ・４
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７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（１〜２ａ＋ｓ）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・３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・３で設定した電流方向フ
ラグＰＤＩＲ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、ＦＤＩＲ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、この実施例においては、アクチュエータ位置を検
出する位置センサの出力をフィードバック信号としてい
るが、このアクチュエータ位置の検出に代え、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フィー
ドバック信号とす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、エンジンの
出力調整手段を駆動するモータの駆動回路にフライホイ
ールダイオードを設けたエンジンの制御装置におけるモ
ータ電流カット時の逆起電力によるブレーキング現象を
防止することができ、したがって、異常時のスロットル
制御の応答性が確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体図、第２図乃至第７図
は同実施例の制御を実行するフローチャートである。 ｌ：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、９：マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、１
７，１８，１９，２０：リレー、２２：位置センサ。 代理人　弁理士　進　藤　純　− 第６図 Ｓ・４ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの出力調整手段を直流モータによって駆
   動するエンジンの制御装置において、前記直流モータの
   極性切換のためのトランジスタのエミッタ、コレクタ間
   にフライホイールダイオードを設けるとともに、モータ
   電流カット時に前記フライホイールダイオードを流れる
   電流をカットするカット手段を設けたことを特徴とする
   エンジンの制御装置。