JPH04370334A - スロットルアクチュエータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン用吸入空気量
制御機構において、制御精度の向上や制御に柔軟性を持
たせる電子制御方式のスロットルアクチュエータに係り
、特に、制御機構や制御素子の故障時の安全確保に好適
な機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子制御方式のスロットルアクチ
ュエータは、例えば、特開昭６２−１８６０２２号公報
に開示されている装置がある。この従来装置では、アク
セルペダルによってアクセルケーブルを介して行われる
スロットル操作に対して、電子制御されたモータからの
操作を加えることによってスロットルバルブの開度を調
整していた。このような従来装置のスロットル操作は、
あくまでもアクセルペダルによるものが主であり、通常
時のモータは、スロットル軸に対してトルクを伝えるこ
とがない位置に保たれ、必要時にはスロットル軸にトル
クを伝えられる位置まで回転した後にスロットルバルブ
開度の制御を行っていた。このため、スロットル制御開
始時に応答の遅れが生じ易いことや、微少角度の開度調
整が行いにくいこと、また、モータがスロットル軸にト
ルクを伝え始める際にモータの慣性力によるショックを
アクセルペダルを通して運転者に与えてしまうこと、な
どについて考慮が十分であるとはいえなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、モー
タ等のアクチュエータによるスロットル操作の制御性を
向上させ、制御時にも運転者に無用なショックを与える
ことのないスロットルアクチュエータの機構を提供する
ことにある。

【０００４】また、本発明ではアクチュエータ本体やア
クチュエータを駆動している制御装置が、万が一故障し
た場合にも安全に車両を運行できるフェイルセイフ機能
やリンプホーム機能を備えることも同時に目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明のスロットルアックチュエータでは、スロット
ルバルブが閉じる方向に作用するトルクをスロットルバ
ルブ軸に与える第一のばねと、スロットルバルブ軸に設
けられた第一のレバーと、アクセルペダルによって操作
される第二のレバーと、両レバーの間に設けられアクセ
ルペダルからのトルクのうちスロットルバルブを開く方
向のもののみを第一のレバーに伝える第三のレバーと、
前記第二のレバーと第三のレバーを引き合う第二のばね
と、スロットルバルブ軸にトルクを与えるモータと、モ
ータからスロットルバルブ軸へ与えるトルクの断続を行
うクラッチとによる構成としている。

【０００６】

【作用】本発明のスロットルアクチュエータは、通常時
にはクラッチを結合状態にして主たるスロットル操作は
モータによって行う。アクセルペダルからの操作量とモ
ータからの操作量の差は、第二のばねおよび第一のレバ
ーと第三のレバーの設定位置の関係によって吸収される
。すなわち、アクセルペダルからの操作量がモータから
の操作量よりも大きな場合にはその差分は第二のばねの
伸びによって吸収され、逆に、アクセルペダルからの操
作量がモータからの操作量よりも小さな場合には第一の
レバーと第三のレバーの設定の関係からスロットルバル
ブが開く方向のトルクはアクセルペダルには伝わらない
。よって、本発明のスロットルアクチュエータは、モー
タによるスロットル操作によって無用なショックを運転
者に与えることがない。

【０００７】さらに、モータやモータを駆動する制御装
置が故障した場合に対するフェイルセイフ機能やリンプ
ホーム機能については、例えば、モータ本体あるいは制
御装置の故障によってモータが所望のスロットル操作を
行わない場合には、クラッチを切断してモータをスロッ
トルバルブ軸から切り離してアクセルペダルのみによる
スロットル操作を行うことができるので、故障発生後も
安全に車を移動させることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【０００９】図１に本発明の第一実施例の断面図を示す
。

【００１０】支持体を兼ねる吸気通路であるボディ１に
は、スロットルバルブ軸２が軸受３によって回転自在に
支持されており、スロットルバルブ軸２には、ボディ１
内に形成されている吸気通路４の開度を調節するスロッ
トルバルブ５が取り付けられている。

【００１１】スロットルバルブ軸２はボディ１の両側に
延長され、その一端（図１の左側）には、軸受押え６，
ばねカラー７，第一のレバー８，軸受９，ばねカラー１
０、および軸受１１が、ナット１２によってスロットル
バルブ軸２に固定されている。ばねカラー７およびばね
カラー１０の外周にはそれぞれ第一のばね１３および第
二のばね１４が遊嵌されている。また、軸受９および軸
受１１の外周には、それぞれ第三のレバー１５および第
二のレバー１６が、それぞれスロットルバルブ軸２に対
して回転自在に設置されている。第二のレバ−１６は、
アクセルケ−ブル５１を介してアクセルペダル５０の操
作によって回転される。

【００１２】第一のばね１３の両端は、それぞれボディ
１に植設されたピン１７および第一のレバー８に植設さ
れたピン１８に止められている。第一のばね１３によっ
て、スロットルバルブ軸２にはスロットルバルブ５を閉
じる向き（図１中矢印Ａから見て反時計回り）のトルク
が付勢されている。第二のばね１４の両端は、それぞれ
第一のレバー８に植設されたピン１９および第二のレバ
ー１６に植設されたピン２０に止められている。第二の
ばね１４によって、第二のレバー１６および第三のレバ
ー１５には両者を引き合わせるトルクが付勢されている
。

【００１３】第一のレバー８には、第三のレバー１５と
の係合部２１が、第二のレバー１６には、第三のレバー
１５との係合部２２が、第三のレバー１５には、第一の
レバー８との係合部２３および第二のレバー１６との係
合部２４が設けられている。係合部２１と係合部２３と
の位置関係は、第三のレバー１５から第一のレバー８へ
は、スロットルバルブ５を開く向き（図１中矢印Ａから
みて時計回り）のトルクのみを伝えることができ、逆に
、第一のレバー８から第三のレバー１５へは、スロット
ルバルブ５を閉じる向き（図１中矢印Ａからみて反時計
回り）のトルクのみを伝えることができるように設定さ
れている。また、係合部２２と係合部２４との位置関係
は、第二のレバー１６から第一のレバー１５へは、スロ
ットルバルブ５を閉じる向き（図１中矢印Ａからみて反
時計回り）のトルクを、係合部２２および係合部２４を
介して直接伝えることができ、スロットルバルブ５を開
く向き（図１中矢印Ａからみて時計回り）のトルクは、
第二のばね１４を介して伝えることができるように設定
されている。

【００１４】スロットルバルブ軸２の他端（図１の右側
）には、軸受押え２５がねじ部２６によって嵌合され、
スプライン部２７を間にはさんで軸受２８がナット２９
によって固定されている。スプライン部２７には、可動
円盤３０がスロットルバルブ軸２の軸方向の移動自在に
遊嵌され、また、軸受２８の外周にはギア３１がスロッ
トルバルブ軸２に回転自在に設けられている。軸受２８
と可動円盤３０の間に板ばね３２が設置されており、可
動円盤３０を左向きに押しつける力を付勢している。

【００１５】スロットルバルブ軸２の右端の延長上のボ
ディ１には、ヨーク３３およびコイル３４が固定され、
可動円盤３０，板ばね３２、およびギア３１とともに電
磁クラッチ３５を構成している。磁路は、ヨーク３３，
ギア３１、および可動円盤３０によって形成される。コ
イル３４に電流が流れると、可動円盤３０を右方向に吸
引しようとする電磁力が板ばね３２のばね力に打ち勝っ
て可動円盤３０はギア３１に接するまで移動し、可動円
盤３０とギア３１との間に働く摩擦力によってギア３１
からのトルクをスロットルバルブ軸２に伝達する。コイ
ル３４に流れる電流を切ると、板ばね３２のばね力によ
って可動円盤３０とギア３１は切り離され、ギア３１か
らのトルクをスロットルバルブ軸２に伝えなくすること
ができる。モータ３６はボディ１に固定され、モータ軸
３７には、ギア３１とかみ合うピニオン３８がナット３
９によって止められている。

【００１６】次に、本発明の第一実施例の動作について
説明する。

【００１７】まず、通常時（モータやモータを駆動する
制御装置が正常に動作している場合）には、電磁クラッ
チ３５のコイル３４は常に通電状態、すなはち、スロッ
トルバルブ軸２とモータ３６は結合状態にある。

【００１８】トラクション制御や走行速度制御などの特
別なスロットル制御を行わない場合の動作を、図２を用
いて説明する。なお、図２は、図１に示した第一実施例
の回転運動を直線運動に置き換えて表した説明図である
。例えば、アクセルペダル５０の踏み込み量（以下、ア
クセル開度）とスロットルバルブ５の開度（以下、スロ
ットル開度）が比例するようなアクセル開度・スロット
ル開度特性を実現するためには、アクセル開度を検出す
るセンサ（図示せず）からのアクセル開度信号とスロッ
トル開度を検出するセンサ（図示せず）からのスロット
ル開度信号が一致するようにモータ３６の回転角度を制
御すれば良い。このとき、アクセル開度、すなわち、第
二のレバー１６の回転角度とスロットルバルブ軸２の回
転角度は等しいので、第一のレバー８，第二のレバー１
６、および第三のレバー１５は、係合部２１，２２，２
３、および２４で常に接しながら動く。以上のような制
御を行った場合のアクセル開度とスロットル開度の関係
を図３に示す。

【００１９】次に、トラクション制御や走行速度制御な
どのスロットル制御を行った場合の動作について説明す
る。

【００２０】トラクション制御に代表されるスロットル
開度をアクセル開度に比べて小さくするスロットル制御
を行った場合の、第一のレバー，第二のレバー、および
第三のレバーの位置関係の一例を図４に示す。また、図
５には、このようなスロットルバルブを閉じる制御を行
った場合のアクセル開度とスロットル開度の関係を示す
。図５中、斜線で示した範囲が、制御によって起こり得
るスロットル開度を表す。

【００２１】アクセル開度、すなわち、第二のレバー１
６の開度に対して、スロットル開度すなわちモータ３６
によって駆動されるスロットルバルブ５の開度は小さい
。この両者の開度差は、第二のばね１４ののびによって
吸収される。このとき運転者が感じるアクセルペダル踏
力の変化は、第二のばね１４ののびによって発生するト
ルクに等しい。従って、第二のばね１４のばね定数を第
一のばね１３のばね定数よりも小さいものを選ぶことに
より、全アクセルペダル踏力のなかでスロットル制御に
よって生じるアクセルペダル踏力の変化分の割合が小さ
くなり、運転者がアクセルペダル踏力の変化をほとんど
感じないようにすることができる。これによって、アク
セル開度に対してスロットル開度を小さくするスロット
ル制御を行った場合にも、無用なショックを運転者に与
えることがない。

【００２２】続いて、スロットル開度をアクセル開度に
比べて大きくするスロットル制御を行った場合の、第一
のレバー，第二のレバー、および第三のレバーの位置関
係の一例を図６に示す。このような状況は、車両の走行
速度制御を行ったときなどに現れる。図７には、このス
ロットルバルブを開く制御を行った場合のアクセル開度
とスロットル開度の関係を示す。図７中、斜線で示した
範囲が制御によって起こり得るスロットル開度を表す。

【００２３】アクセル開度すなわち第二のレバー１６の
開度に対して、スロットル開度、すなわち、モータ３６
によって駆動されるスロットルバルブ５の開度は大きい
。このとき、第一のレバー８から第三のレバー１５へは
、スロットルバルブ５を閉じる向き（図６中右向き）の
トルクのみを伝えるように両レバーは設置されている。 従って、スロットル制御によってスロットル開度がアク
セル開度よりも大きくなっても、この開度差は運転者が
操作するアクセルペダル５０につながっている第二のレ
バー１６には何の影響も及ぼさない。このように、アク
セル開度に対してスロットル開度を大きくするスロット
ル制御を行った場合にも、無用なショックを運転者に与
えることがない。

【００２４】本発明のスロットルアクチュエータは、ど
んなアクセル開度の時にも、スロットル制御によってス
ロットル開度を任意に操作することができ、また、制御
によって運転者に無用なショックを与えることがない。 図８に、本発明のスロットルアクチュエータを用いてス
ロットル制御を行った場合のアクセル開度とスロットル
開度の関係を示す。図８中、斜線で示した範囲が制御に
よって操作し得るスロットル開度を表す。

【００２５】次に、モータやモータを駆動する制御装置
が故障した場合に対するフェイルセイフ機能やリンプホ
ーム機能について、以下に説明する。

【００２６】本発明のスロットルアクチュエータの故障
は、固着や断線などによるモータ３６本体の不具合ある
いはモータ３６を制御する制御装置の不具合によって、
モータ３６が所望のスロットル操作を行わないことが考
えられる。しかし、いずれの不具合に対しても、図９に
示すように、電磁クラッチ３５を切断してモータ３６を
スロットルバルブ５から切り離すことによってアクセル
ペダル５０のみによるスロットル操作を行うことができ
るので、故障発生後も安全に車を移動させることができ
る。

【００２７】このとき、第二のばね１４の初期ひずみの
大きさを、初期ひずみによって発生する第二のばね１４
が第二のレバー１６および第三のレバー１５を引き合う
トルクが、第一のばね１３がスロットルバルブ５の全開
時に発生するトルク（最大トルク）よりも大きくなるよ
うに設定すると、すべてのアクセル開度（スロットル開
度）において第三のレバー１５は第二のレバー１６と一
体となって動くので、運転者のアクセルペダル操作に対
しるスロットルバルブ５の応答に遅れが生じることがな
い。また、アクセル開度が全開の場合にはスロットル開
度も全開となるので、故障時に運転者が操作可能なスロ
ットル開度範囲に制限を受けることもない。故障時のア
クセル開度とスロットル開度の関係を図１０に示す。

【００２８】さらに、電磁クラッチ３５は、前述の通り
、電磁クラッチ３５への通電時にのみモータ３６とスロ
ットルバルブ軸２を接続し、非通電時にはモータ３６と
スロットルバルブ軸２とを切断した状態に保つように動
作するので、モータ３６や制御装置の故障時には、電磁
クラッチ３５への通電をカットするだけでモータ３６を
スロットルバルブ５から容易に切り離すことができ、フ
ェイルセイフ機能やリンプホーム機能をただちに実現す
ることができる。また、万一、電磁クラッチ３５への給
電線が断線するなどの不具合が生じた場合にも電磁クラ
ッチ３５は切断され、スロットルバルブ５の操作はアク
セルペダル５０によって可能であるので、車両の走行に
支障をもたらすような問題を生じることはない。

【００２９】図１１に本発明の第二実施例の断面図を示
す。

【００３０】まず、図１に示した第一実施例との構成の
違いについて説明する。図１１に示す第二実施例では、
モータ軸３７にばねカラー４０が挿入されており、ばね
カラー４０の外周には第三のばね４１が設置されている
。第三のばね４１の両端は、それぞれモータ３６のボデ
ィに植設されたピン４２およびピニオン３８に植設され
たピン４３に止められている。この第三のばね４１によ
って、モータ軸３７にはスロットルバルブ５を閉じる向
き（図１１中矢印Ｂから見て反時計回り）のトルクが付
勢されている。

【００３１】第二実施例と第一実施例との相違点は、電
磁クラッチ３５が故障したとき動作の違いにある。電磁
クラッチ３５に故障が起ってモータ３６とスロットルバ
ルブ軸２を切り離すことができなくなった場合には、モ
ータ３６の制御を打ち切る、つまり、モータ３６への通
電をカットすることによってモータ軸３７をフリーにし
て、アクセルペダル５０からの操作によってスロットル
バルブ軸２の回転につれてモータ軸３７をも回転させる
ようにする。このとき、回転部分としてスロットルバル
ブ軸２およびスロットルバルブ５に加えて、ギア３１，
ピニオン３８、およびモータ軸３７が増えるため、慣性
モーメントが増大する。第一実施例では、スロットルバ
ルブを閉じるトルクは第一のばね１３によってのみ発生
するため、慣性モーメントが大きくなるとスロットルバ
ルブが閉じるのに要する時間が長くなるおそれがあった
。このとき、第一実施例でも、第一のばね１３としてば
ね定数の大きなものを使えば、慣性モーメントが増加し
てもアクセルペダルの動きに応じて応答良くスロットル
バルブを閉じることができる。しかし、この場合には、
電磁クラッチ３５が正常に動作してモータ３６を切り離
すことができたときにも、アクセルペダルによってスロ
ットルバルブを操作するのに必要なアクセルペダル踏力
が大きくなる、いわゆる、アクセルペダルが重くなる。

【００３２】一方、第二実施例では、電磁クラッチ３５
が故障してモータ３６とスロットルバルブ５を切り離す
ことができなくなり慣性モーメントが増大した場合には
、第一のばね１３のみならず第三のばね４１もスロット
ルバルブ５を閉じる向きのトルクを発生するので応答遅
れを生じることがない。このときの動作説明図を図１２
に示す。また、電磁クラッチ３５が正常に動作してモー
タ３６を切り離すことができたときには、図１３に示す
ように第一のばね１３のみがトルクを付勢するので、ア
クセルペダルが重くなることがない。

【００３３】アクセルペダルを踏み込むときに運転者が
感じる重さについて、故障時と正常時との間で変化がな
い方が良いのか、あるいは、故障時には変化して運転者
に故障を意識させるのが良いのかはシステム全体の設計
の中で判断されることである。しかし、どちらの場合に
も、本発明で提案されている第一実施例あるいは第二実
施例を選択的に使用することによって、どちらの要求も
満足することができる。

【００３４】このとき、第二のばね１４の初期ひずみに
よって発生する第二のレバー１６および第三のレバー１
５を引き合うトルクが、第一のばね１３および第三のば
ね４１がスロットルバルブ５の全開時に発生するトルク
の和よりも大きくなるように設定すると、すべてのアク
セル開度（スロットル開度）において第三のレバー１５
は第二のレバー１６と一体となって動くので、運転者の
アクセルペダル操作に対しるスロットルバルブ５の応答
に遅れが生じることがない。また、アクセル開度が全開
の場合にはスロットル開度も全開となるので、故障時に
運転者が操作可能なスロットル開度範囲に制限を受ける
こともない。

【００３５】

【発明の効果】本発明のスロットルアクチュエータは、
通常時にはクラッチを接続状態にして主たるスロットル
操作はモータによって行い、アクセルペダルからの操作
量とモータからの操作量の差は、第二のばね及び第一の
レバーと第三のレバーの設定位置の関係によって吸収さ
れるので、モータによるスロットル制御によって無用な
ショックを運転者に与えることがない。

【００３６】さらに、モータやモータを駆動する制御装
置が故障した場合に対するフェイルセイフ機能やリンプ
ホーム機能については、クラッチを切断してモータをス
ロットルバルブ軸から切り離してアクセルペダルのみに
よるスロットル操作を行うことができるので、故障発生
後も安全に車を移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の断面図。

【図２】第一実施例の動作説明図。

【図３】スロットル開度がアクセル開度と等しくなるよ
うに制御をしたときのアクセル開度とスロットル開度の
特性図。

【図４】スロットル開度がアクセル開度より小さくなる
ように制御した場合の動作説明図。

【図５】スロットル開度がアクセル開度より小さくなる
ように制御した場合のアクセル開度とスロットル開度の
特性図。

【図６】スロットル開度がアクセル開度より大きくなる
ように制御した場合の動作説明図。

【図７】スロットル開度がアクセル開度より大きくなる
ように制御した場合のアクセル開度とスロットル開度の
特性図。

【図８】本発明のスロットルアクチュエータを用いてス
ロットル制御を行った場合のアクセル開度とスロットル
開度の特性図。

【図９】故障時に、アクセルペダルによって操作した場
合の動作説明図。

【図１０】故障時のアクセル開度とスロットル開度の特
性図。

【図１１】本発明の第二実施例の断面図。

【図１２】第二実施例において、電磁クラッチを切断で
きなかった場合の動作説明図。

【図１３】第二実施例において、電磁クラッチが正常に
動作した場合の動作説明図。

【符号の説明】

１…ボディ、２…スロットルバルブ軸、４…吸気通路、
５…スロットルバルブ、８…第一のレバー、１３…第一
のばね、１４…第二のばね、１５…第三のレバー、１６
…第２のレバー、２１，２２，２３，２４…嵌合部、３
１…ギア、３５…電磁クラッチ、３６…モータ、３８…
ピニオン、４１…第三のばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットルバルブが閉じる方向に作用する
   トルクをスロットルバルブ軸に与える第一のばねと、前
   記スロットルバルブ軸に設けられた第一のレバーと、ア
   クセルペダルによって操作される第二のレバーと、前記
   第一レバーおよび前記第二のレバーの間に設けられ前記
   アクセルペダルからのトルクのうち前記スロットルバル
   ブを開く方向のもののみを前記第一のレバーに伝える第
   三のレバーと、前記第二のレバーと前記第三のレバーを
   引き合う第二のばねと、前記スロットルバルブ軸にトル
   クを与えるモータと、前記モータから前記スロットルバ
   ルブ軸へ与えるトルクの断続を行うクラッチとによって
   構成されたことを特徴とするスロットルアクチュエータ
   。