JPH01232146A - 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、デユーティパルスによって直流モータを駆動し、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、この場合、デユーティパルスの周波数は、例えば、
約１５ＫＨｚに設定される。ところが、従来、このよう
なデユーティ制御を行ったものにおいては、時に、ラジ
オノイズ特にＡＭバンドノイズが増大するという問題が
生じていた。このラジオノイズは、例えば、デユーティ
信号の周波数が約１５ＫＨｚであった場合に、デユーテ
ィ比が例えば５％とか１０％とかいう小さな値になった
ときに、デユーティ信号のオンの部分のパルス幅がＡＭ
周波数域に入ってしまい、また、デユーティ比が９０％
とか９５％とかになったときに、今度はデユーティ信号
のオフの部分の長さ（パルス幅）がＡＭ周波数域に入っ
てしまうことによって生じている。このようなラジオノ
イズの増大を避ける手段としては、デユーティ信号の周
波数をもっと低く設定するか、あるいは逆にもっと高く
設定することによって、頻度の高いパルス幅を全体的に
大きく、あるいは小さくすることが当然考えられるが、
デユーティ信号の周波数をあまり低く設定すると、制御
の応答性が悪くなったり、モータ駆動電流にどうしても
ハンチングが起きてしまうことになるし、また、デユー
ティ信号の周波数を高く設定した場合は、今度はデユー
ティパルスの周波数そのものがＡＭ周波数域に近くなっ
てしまうということになって、いずれも有効な手段とは
なり得ない。

（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、エ
ンジンの出力調整手段を駆動制御するためのデユーティ
パルスによってラジオノイズが増大するのを防止するこ
とを目的としている。

（発明の構成） 本発明は、特定領域でのみデユーティ信号の周期を変更
することによって、制御の応答性および安定性を全体的
に確保しながらラジオノイズを抑制することを可能とし
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、
エンジンの出力を調整する出力調整手段と、該出力調整
手段の制御量を決定する制御量決定手段と、該制御量決
定手段の出力に応じたデユーティ比のデユーティパルス
を発生するデユーティパルス発生手段と、前記デユーテ
ィパルスによる制御によって前記出力調整手段を駆動す
る電気的駆動手段と、前記デユーティパルスの周波数が
ラジオ周波数領域に入っているかどうかを判定する領域
判定手段と、該領域判定手段の出力信号に基づき、前記
デユーティパルス発生手段によって発生されるデユーテ
ィパルスか前記領域外となるよう該デユーティパルスの
周期を変更する周期変更手段とを備えたことを特徴とし
ている。

（作用） 制御量決定手段は、電気的駆動手段による出力調整手段
の制御量を決定し、デユーティパルス発生手段は、この
制御量に応じたデユーティ比のデユーティパルスを発生
して電気的駆動手段へ出力する。

領域判定手段は、デユーティパルス周波数がラジオ周波
数領域に入っているかどうかを判定する。

そして、デユーティパルス周波数がラジオ周波数領域に
入っているときは、この領域の外に出るよう周期変更手
段によってデユーティパルスの周期が変更される。デユ
ーティパルス周波数がラジオ周波数領域外であれば、デ
ユーティパルスの周期は通常の値に設定される。

第２図は、デユーティパルスの周波数を固定した場合の
デユーティ比とＡＭバンド周波数成分との関係を模式的
に示している。この図のように、周波数を固定した場合
には、デユーティ比が基準範囲にあるときはほとんどＡ
Ｍバンド周波数成分を含まないが、デユーティ比が０％
あるいは逆に１００％に近づくと急激にＡＭバンド周波
数成分が増大してラジオノイズが発生しやすい状態とな
る。つまり、デユーティ比が小さくなるとデユーティパ
ルスのパルス幅がＡＭバンド周波数に近づき、逆に、デ
ユーティ比が大きくなるとデユーティパルスのオフの部
分の幅がＡＭバンド周波数に近づいていくために、この
ような領域においてラジオノイズが増大′する。そして
、このようなラジオノイズが増大するデユーティ比領域
は、デユーティパルスの周期によって変わってくる。つ
まり、周期が変わることによって同じデユーティ比に対
するパルス幅が変わってくるために、デユーティ比とＡ
Ｍバンド周波数との関係が変わってくる。したがって、
通常の周期であればラジオノイズを発生しやすい領域の
デユーティ比であっても、デユーティパルスの周期を変
えることにより、この領域外のデユーティパルスとする
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３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
．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の基
本周波数は、４ＭＨｚのクロックのＩ／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．Ｔｒ
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、ｌ　（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１開方向に回転し、第２のトランジスタＴｒ２　（
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！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
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　□夕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によってしくルス変換
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Ｔｒ１．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、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、
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Ｔｒ２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 表！に、三つの信号（ＤＵＴＹ：デューティ信号、ＤＩ
Ｒ：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．Ｔｒ３、Ｔ、４）の論
理を示す。

この論理によれば、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制
御となる。したがって、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、ｌ、Ｔ、４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Ｉ６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。

この実施例において、ＰＷＭ用カウンタ１３が出力する
デユーティパルスの基本周波数は約１５Ｋ　Ｉ−１ｚに
設定されている。つまり、カウンタ１３では、前述のよ
うに４　Ｍ　Ｈｚ基準クロックを２５６数えたときパル
スを１個出力するような制御を行っている。そこで、基
本周波数においてラジオノイズを発生しやすい領域であ
るかどうかをデユーティ比で見て、デユーティ比が前記
領域判定の基準となる例えば１０％といった値より小さ
い°ときには、この基準値との比に応じて、周期を長く
するのであるが、この周期の変更は、前記２５６という
カウンタの値を変えることによって、例えば、この２５
６を２倍の５１２にすれば、デユーティパルスの周期は
２倍になるというような格好で行われる。このようにし
てデユーティパルスの周期が変われば、ラジオノイズを
発生しやすいデユーティ比領域が変わるので、同じデユ
ーティ比であってもラジオノイズの発生が少なくなる。

第４図乃至第１θ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４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、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。

１、Ｄ制御によって電流値のフィードバック演算を行う
（Ｓ・３）。そして、ＰＷＭ周期つまりデユーティの周
期を計算しその処理を行う（Ｓ・４）。

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５−１（第５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６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３の、フィードバック演算のサブルーチンＳ
・３（第７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■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ＦＤＩＲ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
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ＴＶ６Ａに更新する。

つぎに、第８図に示す第４のＰＷＭ周期計算・処理のサ
ブルーチンＳ・４では、スタートして、まず、デユーテ
ィの値ＤＵＴＹを読み込む。そして、ＤＵＴＹが判定値
Ｐｗより小さいかどうかによって、ラジオノイズ発生域
かどうかの判定を行う。

Ｄ　Ｕ　Ｔ　Ｙ　ｈ＜Ｐ　ｗより小さくないということ
であれば、ノイズ発生域外ということで何もしないが、
ＤＵＴＹがＰｗより小さいというときは、つぎに、ＰＷ
Ｍの周期ＴＰＷＭの計算ということで、ＰＷＭ周期の初
期値Ｔｂａ。。Ａこ係数Ｋｃを掛けたものをＰＷＭの周
期ＴＰＷＭとする。係数Ｋｃは、判定値ＰｗをＤＵＴＹ
で除した値である。

つぎに、ＰＷＭカウンタの設定ということで、ＰＷＭカ
ウンタのＰＷＭ周期レジスタへＴＰＷＭを書き込む。

第９図には、第５の、電流カットのサブルーチン３・５
を示している。このルーチンでは、スタートシ、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、電流カットポートをハイ（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１０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（１〜２ｎ＋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（りということであ
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、デユーティ比が小さい側
でのラジオノイズを抑制するようにしているが、さらに
、例えばデユーティ比が９０％以上となったときにも周
期を変更して、パルスのオフの部分の長さがＡＭバンド
周波数域に入るのを防止することによって、両方の帯域
でラジオノイズを抑制するようにすることもできる。

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、論理口′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、ＣＰ
Ｕ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、エンジン制
御の応答性および安定性を確保しつつ、デユーティパル
スによるラジオノイズ、特にＡ　Ｍバンドノイズの増大
を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図は本発明の詳細な
説明する特性図、第３図は本発明の一実施例の全体図、
第４図乃至第１Ｏ図は同実施例の制御を実行するフロー
チャートである。 ！＝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：位置センサ。 代理人　弁理士　進　藤　純　− 第１図 第２図 Ｍ。 バ１ アユーアイエ 第９図 Ｓ・５ 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　エンジンの出力を調整する出力調整手段と、該
   出力調整手段の制御量を決定する制御量決定手段と、該
   制御量決定手段の出力に応じたデューティ比のデューテ
   ィパルスを発生するデューティパルス発生手段と、前記
   デューティパルスによる制御によって前記出力調整手段
   を駆動する電気的駆動手段と、前記デューティパルスの
   周波数がラジオ周波数領域に入っているかどうかを判定
   する領域判定手段と、該領域判定手段の出力信号に基づ
   き、前記デューティパルス発生手段によって発生される
   デューティパルスが前記領域外となるよう該デューティ
   パルスの周期を変更する周期変更手段とを備えたことを
   特徴とするエンジンの制御装置。