JPH11336573A - スロットル制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 全開度範囲において、また、コイル電流の多
い領域でも応答性の良好なスロットル制御システムを提
供する。 【解決手段】 スロットル弁１３を開度０〜９０度の範
囲で開閉させる直流トルクモータ１と、スロットル弁１
３の要求開度ψｒを設定するアクセルセンサ１６と、ス
ロットル弁１３の実開度ψｓを検出するスロットル開度
センサ１４と、アクセルセンサ１６により設定される要
求開度ψｒとスロットル開度センサ１４により検出され
る実開度ψｓとの偏差△ψを用いてデューティ比を演算
し、このデューティ比に基づいて直流トルクモータ１を
駆動するエンジン制御ユニット１５とを備え、直流トル
クモータ１は、実開度ψｓに依存したトルク特性を有
し、エンジン制御ユニット１５は、実開度ψｓによるト
ルク特性の違いを補償したデューティ比Ｄａを演算す
る。補償されたデューティ比Ｄａに基づいて直流トルク
モータ１を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スロットル制御シ
ステムに関し、特に、スロットル軸を直流トルクモータ
によって揺動するスロットル制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関のスロットル弁を要
求開度に応じて、フィードバック制御するスロットル制
御システムが知られている。例えば、特開平７−３３２
１３６号公報には、スロットル弁の目標開度（要求開
度）と実開度との偏差を基に、ＰＩＤ制御によって、直
流サーボモータ等のスロットルアクチュエータを作動さ
せて、スロットル開度を制御するものが示されている。
さらにこのものでは、偏差が小さくなった領域で、比例
（Ｐ）ゲインを増加させることで、スロットル弁の摩擦
抵抗による動作速度の低下を防止している。一方、例え
ば、特開平６−６９６４号公報には、構造が簡単で堅牢
な、バルブ制御用の直流トルクモータが提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな直流トルクモータ（以下、単にモータともいう）を
スロットルアクチュエータとして用い、スロットル軸を
揺動させてスロットル弁開度を変化させる場合、コイル
電流を一定として揺動角度（開度）−トルク特性を測定
すると、揺動角度範囲内、即ち、作動開度範囲内で、角
度（開度）に関係なく一定のフラットな特性になるとは
限らず、開度が全閉および全開近傍でトルクが低下する
特性となるなど、開度によってトルクが低下する領域を
持つ場合がある。特に、軟鉄等からなる固定子の重量を
減らす為、この断面積（磁路断面積）を比較的細くする
と、このような特性となり易い。このように実開度によ
って得られるトルクが異なるモータを、上記したような
スロットル制御システムで用いた場合、同じ駆動制御量
に基づいてモータを駆動しても、スロットル弁の実開度
の違いによって応答性が変化する。例えば、トルクの低
下する領域では、揺動のための角加速度が小さくなるの
で、応答性が低下する。

【０００４】また、直流トルクモータは、理想的には、
コイル電流とトルクとが比例するので、流すコイル電流
が多くなるとトルクも比例して増加するが、実際には、
コイル電流が多くなるほどトルクの増加が鈍くなる場合
がある。従って、大きなトルクによって素早くスロット
ル弁を開閉させようとして、多くの電流を流す場合ほ
ど、得られるトルクが理想より小さくなって、理想の場
合に比べて応答性の低下が著しくなる。本発明は、かか
る問題点に鑑みてなされたものであって、全開度範囲に
おいて、応答性の良好なスロットル制御システムを提供
することを目的とする。またさらに、コイル電流の多い
領域でも応答性の良好なスロットル制御システムを提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】しかし
て、その解決手段は、機関吸気系に介挿されるスロット
ル弁を備えるスロットル軸と、上記スロットル軸を所定
の揺動角度範囲内で揺動させて上記スロットル弁を開閉
させる直流トルクモータと、上記スロットル弁の要求開
度を設定する要求開度設定手段と、上記スロットル弁の
実開度を検出するスロットル開度センサと、上記要求開
度設定手段により設定される要求開度と上記スロットル
開度センサにより検出される実開度との偏差を用いて駆
動制御量を演算し、この駆動制御量に基づいて上記直流
トルクモータを駆動する駆動制御手段と、を備えるスロ
ットル制御システムにおいて、上記直流トルクモータ
は、実開度に依存したトルク特性を有し、上記駆動制御
手段は、上記実開度によるトルク特性の違いを補償した
上記駆動制御量を演算することを特徴とするスロットル
制御システムである。

【０００６】上記構成を有する本発明のスロットル制御
システムでは、要求開度と実開度との偏差によって演算
される駆動制御量を、実開度に応じて補償して演算す
る。このため、モータの実開度−トルク特性がフラット
でなく、トルクが実開度に依存、例えば、トルクの低下
する領域があったとしても、トルクの低下が補償される
などして、実開度の値に拘わらず、全閉から全開まで全
開度範囲にわたって、高い応答性を得ることができる。
ここで、駆動制御量は、直流トルクモータの駆動条件を
示すのに用いる物理量であれば良く、例えば、電圧、電
流、周波数、デューティー比等が挙げられる。また、開
度補償係数は、駆動制御量と、この駆動制御量に基づい
てモータに流されるコイル電流との関係を考慮した上
で、コイル電流を一定として得られた直流トルクモータ
の開度−トルク特性について、トルクの変動を補償する
ために与えられる補償係数である。開度補償係数は、例
えば、コイル電流とデューティー比とが比例関係となる
ＰＷＭ駆動方式を用い、駆動制御量として、デューティ
ー比そのものを算出する場合などには、スロットル弁の
全閉から全開の開度範囲内で得られる最大トルクを１と
したときに、各開度において得られるトルクの逆数で与
えることができる。一方、駆動制御量（例えば電圧値）
とコイル電流とが比例関係とならない（例えば非線形関
係となる）場合には、その関係に応じた算出方法で開度
補償係数を求める必要がある。

【０００７】さらに、要求開度設定手段としては、自動
車等のアクセルペダルの踏み込み量で与えられる要求開
度を検出するアクセルセンサや、航空機等におけるスロ
ットルレバーの指示値を検出するセンサ等が挙げられる
他、定速走行や自動速度制御走行などのために、速度計
や回転計（タコメータ）等の出力に応じてエンジン制御
ユニット等で演算によりスロットル開度を設定するもの
も挙げられる。アクセルセンサなどのセンサとしては、
アクセルペダルの踏み込み量やスロットルレバーの指示
値を検出できるものであれば良く、例えばポテンショメ
ータやロータリーエンコーダを用いたものが挙げられ
る。なお、駆動制御量が実開度に応じて補償されていれ
ば、いずれの方法で駆動制御量を演算しても良いが、例
えば、各実開度に対応する開度補償係数を用いて駆動制
御量を補償する手法や、各実開度に応じて駆動制御量の
演算における係数（例えば、ＰＩＤ制御における比例、
積分、微分の各ゲイン）を選択し、それに基づいて駆動
制御量を演算する手法が挙げられる。

【０００８】ここで、上記スロットル制御システムにお
いて、前記駆動制御手段は、前記実開度に対応して与え
られる開度補償係数によって前記駆動制御量を補償する
制御量補償手段を含むことを特徴とするスロットル制御
システムとすると良い。

【０００９】開度補償係数を求めておき、これで駆動制
御量を補償する場合には、駆動制御量の演算は、実開度
に拘わらず同様なアルゴリズムで処理できるので、全体
のアルゴリズムが簡単になり、制御が容易となる。

【００１０】さらに、上記スロットル制御システムにお
いて、前記制御量補償手段は、補償前の前記駆動制御量
から、この駆動制御量によって前記直流トルクモータの
コイルに流されるコイル電流の正負を判別する電流極性
判別手段を備え、上記コイル電流の正負により、用いる
上記開度補償係数を変更することを特徴とするスロット
ル制御システムとするとよい。

【００１１】直流トルクモータは、コイル電流の向きを
反転させることにより揺動する方向が反転する。従っ
て、スロットル弁の開度を弁開方向に変化させる場合
と、弁閉方向に変化させる場合とでは、コイル電流の向
きが異なる。この場合において、モータの開度−トルク
特性が、コイル電流の向きによって異なる場合がある。
上記スロットル制御システムでは、制御量補償手段に電
流極性判別手段を備え、用いる開度補償係数を、コイル
電流の正負により変更するので、モータの開度−トルク
特性がコイル電流の正負によって異なる場合でも、その
正負に応じて適当な開度補償係数を用いることができ
る。従って、コイル電流の正負に応じて、より適切な開
度補償係数で補償でき、より高い応答性を得ることがで
きる。

【００１２】さらに、これらのスロットル制御システム
において、前記直流トルクモータは、コイル電流に依存
したトルク特性を有し、前記制御量補償手段は、前記補
償前の駆動制御量に応じて与えられる電流補償係数によ
っても、上記駆動制御量を補償することを特徴とするス
ロットル制御システムとすると良い。

【００１３】直流トルクモータは、コイル電流に依存し
たトルク特性を有する場合がある。例えば、理想的に
は、コイル電流に比例してトルクが増加するはずである
が、実際の直流トルクモータにおいては、コイル電流が
多くなるほどトルクの増加が鈍くなる特性となることが
ある。この場合にも、上記スロットル制御システムで
は、補償前の駆動制御量に応じて与えられる電流補償係
数で補償する。従って、コイル電流−トルク特性に関し
ても理想のモータのように扱うことができ、さらに高い
応答性を得ることができる。ここで、電流補償係数は、
駆動制御量と、この駆動制御量に基づいてモータに流さ
れるコイル電流との関係を考慮した上で、直流トルクモ
ータのコイル電流−トルク特性に関し、コイル電流に比
例した理想のトルク特性からのずれを補償するために与
えられる補償係数である。電流補償係数は、例えば、コ
イル電流とデューティー比とが比例関係となるＰＷＭ駆
動方式を用い、駆動制御量として、デューティー比その
ものを算出する場合などには、あるコイル電流における
理想のトルクを現実のトルクで除することで与えられ
る。一方、駆動制御量（例えば電圧値）とコイル電流と
が比例関係とならない（例えば非線形関係となる）場合
には、単に除算で求めることはできず、その関係に応じ
た算出方法で電流補償係数が求められる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施形態１）ついで、本発明の
実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１
に示すスロットル制御システム１０では、吸入管１２を
径方向に貫くスロットル軸１１に、バタフライバルブ形
式のスロットル弁１３が形成され、このスロットル軸１
１を直流トルクモータ１で、全閉から全開まで約９０度
の角度にわたって揺動させることにより、スロットル弁
１３のスロットル開度（以下、単に開度ともいう）を全
閉から全開の範囲で変化させる。ここで、このスロット
ル軸１１の揺動角度をθで、また、スロットル弁１３の
スロットル開度をψで表すことにする。このスロットル
軸１１の実際の揺動角度θｓ、従って、スロットル弁１
３の実際の開度（以下、実開度ともいう）ψｓは、例え
ば、ポテンショメータからなるスロットル開度センサ１
４によって検知できるようにされている。

【００１５】スロットル開度センサ１４の出力は、エン
ジン制御ユニット（以下、ＥＣＵともいう）１５に入力
される。このＥＣＵ１５では、スロットル開度センサ１
４からの実開度ψｓに対応するアナログ出力を（第１）
Ａ／Ｄコンバータ２１によりデジタル値の実開度信号Ｓ
ｉｇ１に変換する。一方、運転者が操作するアクセル
（図示しない）の踏み込み量（要求開度ψｒ）を検出す
るアクセルセンサ１６からの要求開度ψｒに対応するア
ナログ出力も、第２Ａ／Ｄコンバータ２２でデジタル値
の要求開度信号Ｓｉｇ２に変換する。アクセルセンサ１
６は、ポテンショメータからなる。

【００１６】ついで、実開度信号Ｓｉｇ１の要求開度信
号Ｓｉｇ２に対する偏差などから、コンピュータ２３
で、例えばＰＩＤ制御などの制御手法に従って所定の演
算を行って駆動制御量（具体的には、デューティ比）を
算出する。この駆動制御量に基づいて、モータ駆動回路
２４で、モータ１のコイル電流Ｉｃの値を制御すること
で、モータ１がフィードバック制御される。具体的に
は、駆動回路２４は、後述するように、コンピュータ２
３で演算したデューティ比に基づき印加電圧をスイッチ
ングし、モータ１に流すコイル電流Ｉｃを変化させるＰ
ＷＭ方式の駆動回路である。なお、コイル電流Ｉｃは、
スロットル軸１１およびスロットル弁１３を正方向へ揺
動させる場合には正の電流を、負方向へ揺動させる場合
には負の電流を流すので、これに対応して、デューティ
比も−１〜＋１の間の正および負の値を取りうる。即
ち、駆動回路２４は、正のデューティ比に基づいて、モ
ータ１に正方向のコイル電流を流し、負のデューティ比
により、モータ１に負方向のコイル電流を流す。但し、
後述する実施形態２，３と異なり、本実施形態ではコイ
ル電流Ｉｃの正負によって特性が変わらないので、コイ
ル電流の正負は問題としない。

【００１７】ついで、モータ１について図２を参照しつ
つ説明する。このモータ１は、単極可動磁石型直流トル
クモータである。即ち、このモータ１は、図２（ａ）に
示すように、軸３を中心にした円柱状で、周方向表面に
現れた磁極が、それぞれＮ極であるＮ極部分５とＳ極で
あるＳ極部分６とを有する可動子２と、略コ字形状であ
って、その端部にはそれぞれ可動子２と所定の空隙を保
って対向する第１磁極部７、第２磁極部８が形成され、
基部（図中上方）にはコイル９が巻き付けられた、軟鉄
からなる固定子４とからなる。なお、可動子２の磁極
は、実際には、円柱状の鉄心の周方向表面に半円筒状で
互いに逆方向に磁化された永久磁石を固着して実現して
いる。つまり、Ｎ極部分５は、表面（外周面）側がＮ極
で、裏面（内面）側がＳ極とされた永久磁石により磁極
が与えられ、一方、Ｓ極部分６は、表面（外周面）側が
Ｓ極で、裏面（内面）側がＮ極とされた永久磁石で磁極
が与えられている。

【００１８】この可動子２のＮ極部分５、およびＳ極部
分６と、コイル９に流したコイル電流Ｉｃによって固定
子４の第１、第２磁極部７，８に発生する磁極との反
発、吸引により、可動子２は、軸３の周りを所定角度範
囲にわたって揺動する。なお、本実施形態のモータ１に
おいては、可動子２（軸３）の揺動角度θを、軸３を通
り、第１磁極部７と第２磁極部８との間を通る中心線Ｂ
を基準とし、Ｎ極部分５とＳ極部分６との境界と、軸３
とを結ぶ線Ｃがなす角とし、図２（ａ）中矢印の方向
（時計方向）の角度θを正に取る。本実施形態にかかる
モータ１は、原理上θ＝０〜１８０度の範囲で揺動可能
であるが、θ＝０度または１８０度付近では、安定点と
なり、揺動方向が不定となること、トルクが極端に低下
することから、本実施形態では、実際の揺動角度θの範
囲を、θ＝５０〜１４０度の９０度の範囲に制限してい
る。

【００１９】ついで、本実施形態のモータ１の角度θと
発生するトルクＴとの関係を、図２（ｂ）に示す。図２
（ｂ）は、ある揺動角度θに可動子２（軸３）を固定し
た場合において、コイル９にコイル電流Ｉｃを流したと
きに発生するトルクＴの大きさを、コイル電流Ｉｃをパ
ラメータとして示している。なお、モータ１の揺動角度
θと、トルクＴ及びコイル電流Ｉｃの向きの関係につい
ては、上記の方向（図２（ａ）参照）に角度θを取り、
角度θが増加する方向に揺動する時のトルク（揺動トル
ク）Ｔを正とし、この逆に角度θが減少する方向に揺動
する時の揺動トルクＴを負とした。また、正方向の揺動
トルクＴを発生させるコイル電流Ｉｃの向きを正とし、
逆に負方向の揺動トルクＴを発生させるコイル電流Ｉｃ
の向きを負として表示した。従って、図２（ｂ）は、モ
ータ１が実線で示す揺動角度範囲θ＝５０〜１４０度に
おいて、正方向の各コイル電流Ｉｃを流すことにより、
それぞれ正方向の揺動トルクＴを発生することを示す。
また、スロットル弁１３の開度ψ（実開度ψｓ）は、揺
動角度θに対応して与えられ、本実施形態では、角度θ
＝５０度のとき開度ψ＝０度（全閉）、角度θ＝１４０
度のとき開度ψ＝９０度（全開）となるようにした。

【００２０】ここで、図２（ｂ）に示すモータ１の角度
（開度）−トルク特性を見ると、コイル電流Ｉｃ＝１〜
５Ａのいずれの場合も、略台形状のグラフとなってお
り、揺動角度範囲（θ＝５０〜１４０度）、即ち開度ψ
＝０〜９０度の範囲のうち、概略、角度θ＝７０〜１２
５度（開度ψ＝２０〜７５度）の範囲で、トルクＴが略
一定になっているのが判る。一方、それ以外の部分で
は、トルクが低下する。つまり、同じコイル電流Ｉｃを
流しても、開度ψの小さい部分（ψ＝０〜２０度）、お
よび大きい部分（ψ＝７５〜９０度）では、得られるト
ルクが比較的小さいことが判る。

【００２１】この特性について、コイル電流Ｉｃを一定
とした場合（例えばＩｃ＝５Ａ）のピークトルクで、各
開度ψにおけるその電流でのトルクを規格化する、即
ち、各トルクをピークトルクで除すると、規格化された
トルク、つまり、各トルクをピークトルクで除したピー
クトルク比は、コイル電流Ｉｃに拘わらず、ほぼ図３
（ａ）に示すようになる。この図から、開度ψ＝２０〜
７５度の範囲では、ピークトルク比が略１．０である
が、ψ＝０〜２０、７５〜９０度の範囲では、ピークト
ルク比がψ＝０または９０に向かうほど徐々に低下する
こと、つまり、得られるトルクが小さくなることが判
る。また、その低下の割合は、コイル電流Ｉｃにあまり
影響されないことが判る。このような特性のモータ１を
フィードバック制御により駆動すると、同じコイル電流
Ｉｃ（例えば、Ｉｃ＝２Ａ）を流しても、開度ψ＝０〜
２０、７５〜９０度の範囲では、それによって得られる
トルクＴが、開度ψ＝２０〜７５度の場合より小さくな
るので、揺動に際して十分なトルクが得られず、スロッ
トル弁開閉の応答性が低下する。

【００２２】ところで、駆動回路２４は、前記したよう
に、ＰＷＭ方式でモータ１を駆動する。この駆動方式に
おいては、コイル電流Ｉｃは、印加するパルス波のデュ
ーティ比に比例する。即ち、デューティ比が増加する
と、それに比例してコイル電流Ｉｃも増加する関係を有
する。そこで、上記モータ１の特性（図２（ｂ）参照）
を、以下のようにして補償する。まず、予め、図３
（ａ）にグラフに示すピークトルク比の逆数を、各実開
度ψｓ（スロットル開度信号Ｓｉｇ１）について求め、
これを開度補償係数Ｋｏ（Ｋｏ≧１）とする（図３
（ｂ）参照）。このグラフから判るように、ψ＝０〜２
０、７５〜９０度の範囲において、開度補償係数Ｋｏ
は、１より大きく、かつψ＝０または９０度の近づくほ
ど大きくされている。ついで、図４に示すように、この
ＥＣＵ１５のうち、コンピュータ２３の機能を以下のよ
うにする。まず、ＰＩＤ演算手段２３Ａにおいて、第
１，第２Ａ／Ｄコンバータ２１，２２によって得た、ス
ロットル開度信号Ｓｉｇ１と要求開度信号Ｓｉｇ２とか
ら、公知のＰＩＤ制御方式に基づき駆動回路２４の駆動
制御量であるデューティー比Ｄを求める。ついで、制御
量補償手段２３Ｂにおいて、このデューティ比Ｄを、実
開度ψｓ（スロットル開度信号Ｓｉｇ１）についての開
度補償係数Ｋｏで補償して、補償されたデューティ比
（開度補償済デューティ比）Ｄａを求める。具体的に
は、デューティ比Ｄに開度補償係数Ｋｏを掛けて、開度
補償済デューティ比Ｄａを得る。その後、開度補償済デ
ューティ比Ｄａに基づいて駆動回路２４でモータ１を駆
動する。

【００２３】上記した駆動制御量の演算と補償につい
て、図５に示すフローチャートに従って説明すると、以
下のようになる。まず、ステップＳ１において、要求開
度ψｒ（要求開度信号Ｓｉｇ２）と、実開度ψｓ（実開
度信号Ｓｉｇ１）との偏差△ψ（＝ψｒ−ψｓ）を計算
する。ステップＳ２において、偏差△ψに基づき、駆動
制御量（デューティ比Ｄ）を演算する。本実施形態で
は、公知のＰＩＤ制御方式により、デューティ比Ｄ（−
１≦Ｄ≦１）を算出する。さらに、ステップＳ３におい
て、予め求めておいた図３（ｂ）に示すグラフに基づ
き、実開度ψｓ（実開度信号Ｓｉｇ１）から、開度補償
係数Ｋｏを算出する。具体的には、予め、実開度ψｓと
開度補償係数Ｋｏとを関連づけたマップを形成して、図
示しないＲＡＭ等に記憶しておき、実開度ψｓに応じ
て、開度補償係数Ｋｏを選択する。

【００２４】ついで、ステップＳ４において、デューテ
ィ比Ｄを補償して開度補償済デューティ比Ｄａを算出す
る。具体的には、Ｄａ＝Ｄ×Ｋｏとする。これにより、
本実施形態においては、ψ（ψｓ）＝０〜２０、７５〜
９０度の範囲で、補償前のデューティー比Ｄが、開度補
償係数Ｋｏによってかさ上げされる。不足したトルクを
補うためにコイル電流Ｉｃを増加させるには、これと比
例するデューティ比Ｄを増加させればよいからである。
上記したように、ＰＷＭ方式でモータ１を駆動した場合
には、コイル電流Ｉｃはデューティ比Ｄに比例する。従
って、図２（ｂ）に示すモータ１の特性は、パラメータ
をコイル電流Ｉｃから、これに対応するデューティ比Ｄ
（例えば、Ｉｃ＝１Ａとなるデューティ比Ｄ＝１０％な
ど）に置き換えても、変化しない。一方ステップＳ４で
は、各実開度ψｓについて、図３（ｂ）に示す値の開度
補償係数Ｋｏで補償して、開度補償済デューティ比Ｄａ
を得ている。従って、この開度補償済デューティ比Ｄａ
によって与えられるトルクＴは、実開度ψｓに拘わら
ず、略一定となることが判る。ついで、ステップＳ５に
おいて、開度補償済デューティ比Ｄａを出力する。する
と、この開度補償済デューティ比Ｄａに基づいて駆動回
路２４が駆動され、モータ１に所定のコイル電流Ｉｃが
流される。このとき、スロットル制御システム１０は、
あたかも開度−トルク特性がフラットなモータを用いた
場合と同じようにフィードバック制御され、全開度範囲
（ψ＝０〜９０度）にわたって、良好な応答性を得るこ
とができる。

【００２５】（実施形態２）ついで、コイルに流すコイ
ル電流の向きによって異なる角度−トルク特性を有する
モータを用いた場合について、説明する。本実施形態の
スロットル制御システム１０ａは、図１に示すように、
上記実施形態１で説明したスロットル制御システム１０
とほぼ同様であり、特性の若干異なるモータ１ａを用
い、コンピュータ２３における演算が若干異なるのみで
あるので、同様な部分には同じ符号を付し、説明を省略
する。本実施形態で用いるモータ１ａは、上記実施形態
１に使用したモータ１とほぼ同等であるが、図６（ａ）
および図７（ａ）に示すように、角度−トルク特性が、
コイル９に流すコイル電流Ｉｃの向き（正負）によって
異なる。即ち、図６（ａ）と図７（ａ）に示すグラフを
対比すれば判るように、角度θが増える方向（正方向）
に揺動させようとして、正方向のコイル電流Ｉｃを流し
た場合（図６（ａ）参照）に得られる正方向のトルクの
ピークが、やや角度θの小さい側（本実施形態では、θ
＝６０〜１２０度）、即ち、開度ψの小さい側（ψ＝１
０〜７０度）に偏っている。一方、角度θが減る方向
（負方向）に揺動させようとして、負方向のコイル電流
Ｉｃを流した場合（図７（ａ）参照）に得られる負方向
のトルクのピークが、やや角度θの大きい側（本実施形
態では、θ＝８０〜１３０度）、即ち、開度ψの大きい
側（ψ＝２０〜８０度）に偏っている。

【００２６】このような特性は、例えば、固定子４の断
面積（磁路断面積）を小さくしたときに生じやすい。こ
の原因は、以下のようなものと考えられる。固定子４に
は、可動子２のＮ極部分５のＮ極およびＳ極部分６のＳ
極によって固定子４内に生じる磁束と、コイル９に流す
コイル電流Ｉｃによって固定子４内に生じる磁束とがあ
る。直流トルクモータのトルクは、コイル電流によって
増減する磁束量の変化量に概略比例するのであるが、固
定子４の磁路断面積が小さいと、２つの磁束の向きが一
致した場合に生じる磁束量が飽和して、コイル電流Ｉｃ
によって生じる磁束量が余り増加せず、磁束量の変化量
が小さくなる。このため、これに比例して生じるトルク
も小さくなる。容易に判るように、角度θが小さい（例
えばθ＝５０〜７０度）場合、コイルに正のコイル電流
（Ｉｃ＞０）を流したときに、磁束の向きが一致するの
で、この部分でトルクが低下し、トルクのピークが角度
θの大きい側に偏る（図６（ａ）参照）。また、逆に、
角度θが大きい（例えば、θ＝１２０〜１４０度）場
合、負のコイル電流（Ｉｃ＜０）を流したときに、磁束
の向きが一致するので、この部分でトルクが低下し、ト
ルクのピークが角度θの小さい側に偏る（図７（ａ）参
照）のである。

【００２７】このような特性を生じる原因はさておき、
このような特性を持つモータ１ａを用いる場合、上記実
施形態１に示したように補償しても、補償が不的確、不
十分となりやすい。そこで、まず、図６（ａ）に示す正
のコイル電流Ｉｃによる開度−トルク特性から、上記実
施形態１と同様にして、正方向のコイル電流Ｉｃを流す
場合、即ち、スロットル弁１３を開方向に揺動し、開度
ψを大きくする場合の開度補償係数Ｋｏｐを求める（図
６（ｂ）参照）。同様に、図７（ａ）に示す負のコイル
電流Ｉｃによる開度−トルク特性から、負方向のコイル
電流Ｉｃを流す場合、即ち、スロットル弁１３を閉方向
に揺動し、開度ψを小さくする場合の開度補償係数Ｋｏ
ｎを求める（図７（ｂ）参照）。

【００２８】ついで、図８に示すフローチャートに従っ
て、コンピュータ２３で演算する。なお、この図に示す
フローチャートは、実施形態１において示したフローチ
ャート（図５参照）と、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ
５は同様であるので、異なる部分を中心に説明する。ま
ず、ステップＳ１で偏差△ψを求めた後、ステップＳ２
において、この偏差△ψに基づいて駆動制御量であるデ
ューティ比Ｄ（−１≦Ｄ≦１）を求める。ついで、ステ
ップＳ２１において、デューティ比Ｄの正負を判別す
る。上記したように、モータ１ａに流すコイル電流Ｉｃ
の正負により、開度−トルク特性が異なるからである。

【００２９】ここで、デューティ比Ｄが正（Ｄ≧０）の
場合には、ステップＳ２２に進み、上記実施形態１にお
けるステップＳ３と同様にして、実開度ψｓから開度補
償係数Ｋｏｐを算出する。なお、実施形態１で説明した
のと同様に、実開度ψｓと開度補償係数Ｋｏｐが関連づ
けられて記憶されている場合には、実開度ψｓに従って
開度補償係数Ｋｏｐを選択しても良い。一方、デューテ
ィ比Ｄが負（Ｄ＜０）の場合には、ステップＳ２３に進
み、実開度ψｓから開度補償係数Ｋｏｎを算出する。な
お、実開度ψｓと開度補償係数Ｋｏｎとが関連づけられ
て記憶されている場合には、実開度ψｓに従って開度補
償係数Ｋｏｎを選択しても良い。

【００３０】ついで、ステップＳ２２，Ｓ２３のいずれ
に進んだ場合も、ステップＳ４において、開度補償済デ
ューティ比Ｄａを算出する。具体的には、Ｄａ＝Ｄ×Ｋ
ｏｐ、またはＤａ＝Ｄ×Ｋｏｎの式に従って計算する。
なお、図８のステップＳ４においては、２つの開度補償
係数Ｋｏｐ、Ｋｏｎのいずれかを示す意味で、Ｋｏと略
記した。さらに、ステップＳ５において、求めた開度補
償済デューティ比Ｄａを出力し、これにより、駆動回路
２４でモータ１ａの所定のコイル電流Ｉｃを流す。これ
により、スロットル制御システム１０ａは、あたかも開
度−トルク特性がフラットで、正負のコイル電流Ｉｃで
同じ特性を有するモータを用いた場合と同じようにフィ
ードバック制御され、全開度範囲（ψ＝０〜９０度）に
わたって、良好な応答性を得ることができる。

【００３１】（実施形態３）さらに、コイル電流が大き
くなるほどトルクの増加が少なくなる角度−トルク特性
を有するモータを用いた場合について、説明する。本実
施形態のスロットル制御システム１０ｂは、図１に示す
ように、上記実施形態１で説明したスロットル制御シス
テム１０とほぼ同様であり、特性の若干異なるモータ１
ｂを用い、コンピュータ２３における演算も若干異なる
のみであるので、同様な部分には同じ符号を付し、説明
を省略する。本実施形態で用いるモータ１ｂは、上記実
施形態１および２に使用したモータ１、１ａとほぼ同等
であるが、図９（ａ）の角度（開度）−トルク特性に示
すように、コイル電流Ｉｃが、Ｉｃ＝１Ａ，２Ａ，３
Ａ，４Ａ，５Ａというように増加させても、ピークトル
クＴｐ（例えば、角度θ＝７０〜１３０度（開度ψ＝２
０〜８０）におけるトルクＴの値）が、コイル電流Ｉｃ
に比例せず、トルクＴの増加が頭打ちになる。即ち、コ
イル電流Ｉｃとこの電流下で得られるピークトルクＴｐ
との関係を示す図９（ｂ）のグラフから判るように、細
い直線で示す理想のモータの特性（Ｔｐ∝Ｉｃ）に対
し、モータ１ｂでは、コイル電流Ｉｃの増加と共に、ピ
ークトルクＴｐがこの理想の特性から下方にずれる特性
となっている。なお、コイル電流Ｉｃが負（Ｉｃ＜０）
の場合の特性を示さなかったが、同様にコイル電流Ｉｃ
に比例せずトルクＴが頭打ちとなり、さらに、上記実施
形態２の場合と同様に、図９（ａ）に示すグラフとは逆
に、トルクのピークが角度θ（開度ψ）の小さい側に偏
在している。

【００３２】このような特性を持つモータ１ｂを用いる
場合、上記実施形態１または２のように補償しても、補
償が不十分となりやすい。早く応答するために大きなト
ルクが必要であるとして大きなコイル電流Ｉｃを流す場
合ほど、得られるトルクがさほど増えないためである。
そこで、まず、図９（ｂ）に示すコイル電流Ｉｃ−ピー
クトルクＴｐ特性から、各コイル電流Ｉｃにおける、モ
ータ１ｂで得られる現実のピークトルクＴｐを理想のピ
ークトルクＴｐｉで除した、現実／理想トルク比Ｔｐ／
Ｔｐｉを算出すると、図１０（ａ）に示すグラフとな
る。ここで、本実施形態では、上記実施形態１，２と同
様に、ＰＷＭ方式の駆動回路２４で、コイル電流Ｉｃを
制御するので、コイル電流Ｉｃと駆動回路２４に入力す
るデューティ比Ｄとは比例関係にある。従って、不足し
たトルクを補うためにコイル電流Ｉｃを増加させるに
は、これと比例するデューティ比Ｄを増加させればよ
い。グラフの横軸を、コイル電流Ｉｃからこれに対応し
た値のデューティ比Ｄに置き換え、さらに、上記で求め
た現実／理想トルク比Ｔｐ／Ｔｐｉの逆数を、電流補償
係数Ｋｃ（＝Ｔｐｉ／Ｔｐ）として求めると、図１０
（ｂ）に示すグラフとなる。

【００３３】そこで、図１１に示すフローチャートに従
って、コンピュータ２３で演算する。なお、この図に示
すフローチャートは、実施形態２において示したフロー
チャート（図８参照）と、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ２
１，Ｓ２２，Ｓ２３は同様であるので、異なる部分を中
心に説明する。まず、ステップＳ１で偏差△ψを求めた
後、ステップＳ２において、この偏差△ψに基づいて駆
動制御量であるデューティ比Ｄ（−１≦Ｄ≦１）を求め
る。ついで、ステップＳ２１において、デューティ比Ｄ
の正負を判別する。上記したように、モータ１ａに流す
コイル電流Ｉｃの正負により、開度−トルク特性が異な
るからである。ここで、デューティ比Ｄが正（Ｄ≧０）
の場合、ステップＳ２２において、実開度ψｓから開度
補償係数Ｋｏｐを算出する。一方、デューティ比Ｄが負
（Ｄ＜０）の場合、ステップＳ２３において、実開度ψ
ｓから開度補償係数Ｋｏｎを算出する。

【００３４】ついで、ステップＳ２２，Ｓ２３のいずれ
に進んだ場合も、ステップＳ３１において、デューティ
比Ｄから電流補償係数Ｋｃを算出する。なお、デューテ
ィ比Ｄと電流補償係数Ｋｃとが関連づけられて図示しな
いＲＡＭ等に記憶されている場合には、デューティ比Ｄ
に従って電流補償係数Ｋｃを選択しても良い。さらに、
ステップＳ３２において、電流・開度補償済デューティ
比Ｄｂを算出する。具体的には、Ｄｂ＝Ｄａ×Ｋｃ、即
ち、Ｄｂ＝Ｄ×Ｋｏｐ×Ｋｃ、またはＤｂ＝Ｄ×Ｋｏｎ
×Ｋｃの式に従って計算する。なお、図１１のステップ
３２においては、２つの開度補償係数Ｋｏｐ、Ｋｏｎの
いずれかを示す意味で、Ｋｏと略記した。さらに、ステ
ップＳ３３において、求めた電流・開度補償済デューテ
ィ比Ｄｂを出力し、これにより、駆動回路２４でモータ
１ｂの所定のコイル電流Ｉｃを流す。これにより、スロ
ットル制御システム１０ｂは、あたかも開度−トルク特
性がフラットで、正負のコイル電流Ｉｃで同じ特性を有
し、しかも、トルクがコイル電流に比例して得られる理
想のモータを用いた場合と同じようにフィードバック制
御され、全開度範囲（ψ＝０〜９０度）にわたって、し
かもコイル電流に依存しない、良好な応答性を得ること
ができる。

【００３５】なお、上記実施形態３では、図１１のフロ
ーチャートに示すように、開度補償係数ＫｏｐまたはＫ
ｏｎを求め（ステップＳ２２，Ｓ２３）、その後、電流
補償係数Ｋｃを求めた（ステップ３１）が、電流補償係
数Ｋｃを先に求めても良い。また、デューティ比Ｄに、
開度補償係数ＫｏｐまたはＫｏｎと、電流補償係数Ｋｏ
とを、かけ算して一挙に電流・開度補償済デューティ比
Ｄｂを求め、２種の補償係数による補償を１つのステッ
プ（ステップＳ３２）で行った。しかし、デューティ比
Ｄに、２種の補償係数のうちのいずれかを先に掛け、そ
の後、残りの補償係数を掛けて電流・開度補償済デュー
ティ比Ｄｂを求めても良い。例えば、Ｄ×Ｋｏ（＝Ｄ
ａ）を先に行って、開度についての補償を行い、その
後、Ｄａ×Ｋｃを行って、電流についての補償を行う。
また、この逆でも良い。

【００３６】以上において、本発明を実施形態に即して
説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適
用できることはいうまでもない。例えば、上記実施形態
１〜３では、フィードバック制御の手法として、ＰＩＤ
制御を用いたが、ＰＩ制御や、ロバスト制御、Ｈ∞制御
など他の制御方式で制御しても良いことは明らかであ
る。さらに、上記実施形態１〜３では、モータ１，１
ａ、１ｂを駆動する駆動回路２４として、ＰＷＭ方式の
駆動回路を用い、コンピュータ２３で演算する駆動制御
量としてデューティ比Ｄを用いた、しかし、その他の駆
動回路、例えば、電流量を制御可能な直流電流源によっ
てモータを駆動しても良く、また、駆動制御量として
は、駆動回路の駆動条件を変更できる物理量、例えば、
電圧、電流、周波数など、であればいずれのものであっ
てもよい。また、上記実施形態１〜３では、予め駆動制
御量（デューティ比Ｄ）を演算し、これに開度補償係数
Ｋｏを掛けて補償したが、例えば、実開度ψｓに応じて
比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを適当に変更
した上でＰＩＤ方式による駆動制御量（デューティ比
Ｄ）を演算するなど、駆動制御量の演算自体に実開度依
存性を組み入れて演算しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】スロットル制御システムの構成を示す説明図で
ある。

【図２】（ａ）は実施形態１にかかる直流トルクモータ
の説明図であり、（ｂ）はその揺動角度（開度）−トル
ク特性を示すグラフである。

【図３】（ａ）はスロットル弁の開度とモータのピーク
トルク比との関係のグラフ、（ｂ）は開度と開度補償係
数との関係を示すグラフである。

【図４】図１に示すコンピュータの機能を示す説明図で
ある。

【図５】コンピュータにおける演算のフローチャートで
ある。

【図６】実施形態２にかかり、コイル電流の正負により
特性の異なる直流トルクモータに関し、（ａ）は正のコ
イル電流による揺動角度（開度）−トルク特性を示すグ
ラフであり、（ｂ）はこれによって得られる開度と開度
補償係数との関係を示すグラフである。

【図７】実施形態２にかかり、コイル電流の正負により
特性の異なる直流トルクモータに関し、（ａ）は負のコ
イル電流による揺動角度（開度）−トルク特性を示すグ
ラフであり、（ｂ）はこれによって得られる開度と開度
補償係数との関係を示すグラフである。

【図８】実施形態２にかかり、コンピュータにおける演
算のフローチャートである。

【図９】実施形態３にかかり、コイル電流の増加と共に
トルクの増加が鈍化する特性の異なる直流トルクモータ
に関し、（ａ）は揺動角度−トルク特性を示すグラフで
あり、（ｂ）はコイル電流−トルク特性を示すグラフで
ある。

【図１０】（ａ）はコイル電流と現実／理想トルク比と
の関係のグラフ、（ｂ）はデューティー比と電流補償係
数との関係を示すグラフである。

【図１１】実施形態３にかかり、コンピュータにおける
演算のフローチャートである。

【符号の説明】

１０，１０ａ，１０ｂ スロットル制御システム １，１ａ，１ｂ モータ ２ 可動子 ３ 軸 ４ 固定子 ５ Ｎ極部分 ６ Ｓ極部分 ７，８ 磁極部 ９ コイル １１ スロットル軸 １２ 吸気管 １３ スロットル弁 １４ スロットル開度センサ １５ エンジン制御ユニット（Ｅ
ＣＵ） １６ アクセルセンサ ２１，２２ Ａ／Ｄコンバータ ２３ コンピュータ ２４ 駆動回路 θ 揺動角度 ψ 開度

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関吸気系に介挿されるスロットル弁を
   備えるスロットル軸と、 上記スロットル軸を所定の揺動角度範囲内で揺動させて
   上記スロットル弁を開閉させる直流トルクモータと、 上記スロットル弁の要求開度を設定する要求開度設定手
   段と、 上記スロットル弁の実開度を検出するスロットル開度セ
   ンサと、 上記要求開度設定手段により設定される要求開度と上記
   スロットル開度センサにより検出される実開度との偏差
   を用いて駆動制御量を演算し、この駆動制御量に基づい
   て上記直流トルクモータを駆動する駆動制御手段と、を
   備えるスロットル制御システムにおいて、 上記直流トルクモータは、実開度に依存したトルク特性
   を有し、 上記駆動制御手段は、上記実開度によるトルク特性の違
   いを補償した上記駆動制御量を演算することを特徴とす
   るスロットル制御システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスロットル制御システ
   ムであって、 前記駆動制御手段は、前記実開度に対応して与えられる
   開度補償係数によって前記駆動制御量を補償する制御量
   補償手段を含むことを特徴とするスロットル制御システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のスロットル制御システ
   ムであって、 前記制御量補償手段は、 補償前の前記駆動制御量から、この駆動制御量によって
   前記直流トルクモータのコイルに流されるコイル電流の
   正負を判別する電流極性判別手段を備え、 上記コイル電流の正負により、用いる上記開度補償係数
   を変更することを特徴とするスロットル制御システム。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載のスロッ
   トル制御システムであって、 前記直流トルクモータは、コイル電流に依存したトルク
   特性を有し、 前記制御量補償手段は、 前記補償前の駆動制御量に応じて与えられる電流補償係
   数によっても、上記駆動制御量を補償することを特徴と
   するスロットル制御システム。