JPH01227842A - 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、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、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によってモータを駆動するのに
、通常は、ＣＰＵ内部で論理判定を行い、ＣＰＵの出力
ボートからの四つの信号によって直接各トランジスタを
制御するようにしている。ところが、このような方式の
ものでは、もし、ＣＰＵがノイズなどによって暴走する
と、入出力ボートの論理が補償されなくなり、ショート
状態となってトランジスタやモータが焼損する可能性が
あって、信頼性の面で問題がある。

（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、電
気的なスロットル制御のためのモータ駆動回路の信頼性
および安全性を向上させることを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、モータ駆動制御のための論理判定を行うため
に論理回路を別途設け、この論理回路を介してモータ駆
動回路のトランジスタを制御することで、ＣＰＵ暴走時
等のトランジスタのショートやスロットル全開作動等を
回避することができることに着目し、また、これを簡単
な構成によって実現する手段を見い出したものであって
、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、エンジンの出力
調整手段を駆動するモータと、該モータを駆動制御する
ためのＨ形配列の四つのトランジスタからなる駆動回路
と、モータ駆動電流のオン・オフを規定するための電流
カット信号を出力する電流カット信号発生手段と、モー
タ駆動電流の方向を規定するための電流方向信号を出力
する電流方向信号発生手段と、モータ駆動電流の値をデ
ユーティ信号として出力するデユーティ信号発生手段と
、電流カット信号、電流方向信号およびデユーティ信号
を入力として、これら三つの信号の論理演算により前記
駆動回路の四つのトランジスタに制御信号を出力する論
理回路とを備えたことを特徴としている。

（作用） 各信号発生手段が出力する電流カット信号、電流方向信
号、デユーティ信号の三つの信号は、論理回路に入力さ
れ、ここで論理演算が行われて、駆動回路の四つのトラ
ンジスタに対する四つの制御信号が出力される。駆動回
路では、論理回路からの四つの制御信号伸よってトラン
ジスタが二つずつ組となって作動し、モータに正方向あ
るいは逆方向の駆動電流を流す。それによってモータが
正転あるいは逆転し出力調整手段を駆動する。

論理回路は、ＣＰＵ暴走時にも同時に二組のトランジス
タが導通しないよう、また、ＣＰＵ暴走によるスロット
ル開放等が生じないような論理を組むことでき、そうす
ることにより、ショートによる焼損等を防ぎ、また、安
全性を確保することができる。

（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
．ＲＯＭＩＩ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、ｌ、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ｌ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１７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ｌ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１７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１７
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、Ｉ。

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．Ｔｒ２．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Ｔｒ１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
一方の人力とし、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
ータの開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、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（Ｔｒｌ、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、ｌ、Ｔ。

４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
ｒ３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。

また、第４のトランジスタＴ、４と第２のトランジスタ
Ｔ、２とは、共に電流方向信号を一つの入力信号とする
論理によって制御され、第４のトランジスタＴ、４の方
は、電流方向信号がロウレベル（０）のときは導通せず
、これに対して、第２のトランジスタＴ、２の方は、電
流方向信号がハイレベル（１）のときは導通しないとい
うように、一方が導通のときは他方は必ず非導通となる
。

したがって、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Ｔｒ３゜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。そして、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内部でこのよ
うな為理判定を行う必要がなく、それだけ、内部のソフ
トウェアはシンプルなものとなる。しかもまた、モータ
３を駆動制御するのに、基本的には電流方向信号とデユ
ーティ信号の二つの信号を出力すればいいということで
あるから制御自体簡単なものであるし、三つの信号を入
力信号として組まれた論理回路も上記のとおりシンプル
なものである。

第３図乃至第８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
インルーチンは四つのサブルーチンＳ・１−８・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１７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Ｐ。

ｆ、Ｄ制御による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
をカン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。これによって一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６図）では、スタートして、まず、位置センサ
１７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。さらに、前回のＩ値積算値ΣΔＴＶＯに先程計算し
た偏差ΔＴＶＯを加えてＩ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、Ｉ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−デューティ変換係数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７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８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
（ＴＩＮＴ）を読み込んで、つぎに、次回の割込時刻の
設定浜いうことで、今回の時刻に周期Ｔ　Ｉ　Ｎ　Ｔ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、Ｐ　ＷＭ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−
ｔ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、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値に代え、スロッ
トル位置を直接検出するスロヅ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、本発明は、スロットル弁以外の他の出力調整手段
によるエンジンの制御に対し適用するなど、いろいろな
ａｍで実施することができる。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成されているので、電気的なス
ロットル制御のためのモータ駆動回路の信頼性および安
全性を簡単な構成によって向上させることができる。

【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８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、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：
ＣＰＵ、１６：論理回路、１７：位置センサ。 代理人　弁理士　進　藤　純　− 第１図 第７図 Ｓ　・　４ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの出力調整手段を駆動するモータと、該
   モータを駆動制御するためのＨ形配列の四つのトランジ
   スタからなる駆動回路と、モータ駆動電流のオン・オフ
   を規定するための電流カット信号を出力する電流カット
   信号発生手段と、モータ駆動電流の方向を規定するため
   の電流方向信号を出力する電流方向信号発生手段と、モ
   ータ駆動電流の値をデューティ信号として出力するデュ
   ーティ信号発生手段と、電流カット信号，電流方向信号
   およびデューティ信号を入力として、これら三つの信号
   の論理演算により前記駆動回路の四つのトランジスタに
   制御信号を出力する論理回路とを備えたことを特徴とす
   るエンジンの制御装置。