JPH10288052A

JPH10288052A - スロットル弁制御装置

Info

Publication number: JPH10288052A
Application number: JP9097244A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Hoshino; 雅俊星野; Katsuji Marumoto; 勝二丸本; Nobuo Kurihara; 伸夫栗原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、オーバーシュートを改善し、
しかも、応答時間を短縮し得るスロットル弁制御装置を
提供することにある。【解決手段】ポテンショメータ５０によって検出された
スロットル弁１０の位置と、スロットル弁１０の目標値
の偏差に基づいて、マイクロコンピュータ１００は、モ
ータ４０の駆動回路７０にＰＷＭ信号を出力する。マイ
クロコンピュータ１００は、ＰＩＤ制御器１４０とＯＮ
−ＯＦＦ制御器１５０を備えている。ＯＮ−ＯＦＦ制御
器１５０は、駆動回路７０にＰＷＭ１００％の最大入力
を与える加速モードとＰＷＭ−１００％の負の最大入力
を与える減速モードを有している。偏差の絶対値が第１
の所定値ｅ１よりも大きいとき、ＰＩＤ制御器１４０か
らＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０に切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れる内燃機関の吸入空気流量を調節するスロットル弁制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スロットル弁をモータで制御するスロッ
トル弁制御装置では、アクセルペダルの踏込量だけでは
なく、各センサから得られるエンジンの状態をも考慮し
てエンジンの吸気量を制御している。このため、トラク
ションコントロール，アイドル回転数制御，オートクル
ーズ，リーンバーンの空燃費制御等に広く使用可能であ
る。

【０００３】スロットル弁の位置制御方式については、
従来から種々検討されており、例えば、特開平７−３３
２１３６号公報に記載のように、スロットル弁の位置制
御にＰＩＤ制御を適用したスロットル弁制御装置が知ら
れている。この方式では、弁位置と目標位置との偏差の
大きさに応じて、ＰＩＤ制御系の比例ゲイン，積分ゲイ
ン，微分ゲインを変化させるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スロットル弁制御装置
における弁位置制御では、オーバーシュートを防ぎなが
ら応答性を確保することが重要である。スロットル弁制
御装置においては、一般に、弁が全開や全閉位置を超え
て回転しないようにするための機械的なストッパが設け
られている。ストッパへの衝突を繰返すことはスロット
ルの耐久性の観点から好ましくない。従って、弁位置指
令が全開や全閉近くのときは、特に弁位置がオーバーシ
ュートしないように制御する必要がある。また、空燃費
制御等の性能を確保するためにも、オーバーシュートを
できるかぎり少なくする必要がる。さらに、走行時に運
転者や乗客に違和感を与えないような加減速をするため
には、応答速度を高くする必要がある。

【０００５】スロットル弁の駆動には通常、ステップモ
ータやＰＷＭ制御の直流モータを利用するが、加えるこ
とのできるモータトルクには限界があり、モータトルク
が飽和する領域がある。弁の位置決め制御として、従来
のように、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を用いる
場合、応答時間を短縮するためには、制御系のゲインが
大きくなるようにパラメータ（比例，積分，微分ゲイ
ン）を選べばよいが、制御系のゲインを大きくすると、
飽和領域で不安定となり、オーバーシュートすることに
なる。また、オーバーシュートしないようにするため
に、制御系のゲインを小さくすると、応答時間が長くな
る。即ち、オーバーシュートの改善と応答時間の短縮
は、一般にトレードオフの関係にあり、妥協点はパラメ
ータのチューニングで定めなければならないものであ
る。即ち、従来のスロットル弁制御装置においては、オ
ーバーシュートを改善し、しかも、応答時間を短縮する
ことは困難であるという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、オーバーシュートを改善
し、しかも、応答時間を短縮し得るスロットル弁制御装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、スロット
ル弁の位置を検出する弁位置検出手段と、スロットル弁
を駆動する弁駆動手段と、スロットル弁の目標値と上記
弁位置検出手段によって検出されたスロットル弁位置と
の偏差に基づいた信号を上記弁駆動手段に入力してフィ
ードバック制御するフィードバック制御手段とを有する
スロットル弁制御装置において、上記弁駆動手段に最大
入力を与える加速モードと負の最大入力を与える減速モ
ードを有するＯＮ−ＯＦＦ制御手段と、上記偏差の絶対
値が第１の所定値ｅ１よりも大きいとき、上記フィード
バック制御手段から上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段に切り替
える切替手段とを備えるようにしたものである。かかる
構成により、応答時間を短縮し得るものとなる。

【０００８】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記ＯＮ−ＯＦＦ手段は、上記偏差の絶対値が第１の所
定値ｅ１よりも大きいときは、上記加速モードにより上
記スロットル弁を加速するとともに、上記スロットル弁
の制動距離を求め、求められた制動距離が上記偏差に等
しくなると、上記減速モードにより上記スロットル弁を
減速するようにしたものである。かかる構成により、オ
ーバーシュートを改善し、しかも、応答時間を短縮し得
るものとなる。

【０００９】（３）上記（２）において、好ましくは、
上記切替手段は、上記偏差の絶対値が第２の所定値ｅ２
よりも小さくなると、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段から上
記フィードバック制御手段に切り替えるようにしたもの
である。かかる構成により、フィードバック制御によ
り、偏差を０とする制御を行い得るものとなる。

【００１０】（４）上記（３）において、好ましくは、
上記フィードバック制御手段は、速度が０になるように
制御する停止モードと、偏差が０になるように制御する
定常モードを備え、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段から上記
フィードバック制御手段に切り替える際には、上記停止
モードに移行するようにしたものである。かかる構成に
より、停止モードに移行することによって、オーバーシ
ュートを防止し得るものとなる。

【００１１】（５）上記（４）において、好ましくは、
上記スロットル弁の移動速度を検出する速度検出手段を
備え、上記フィードバック制御手段は、上記速度検出手
段により検出されたスロットル弁の速度が所定の速度値
ｖ１よりも小さくなると、上記停止モードから上記定常
モードに移行するようにしたものである。かかる構成に
より、定常モードによって制御して、偏差を速やかに０
にし得るものとなる。

【００１２】（６）上記（４）において、好ましくは、
上記フィードバック制御手段は積分要素を備え、上記フ
ィードバック制御手段が上記停止モードを実行する際
に、その前に実行しているモードにおける出力に等しく
なるように、上記積分要素の初期値を設定するようにし
たものである。かかる構成により、モード切替時の制御
をスムーズに行い得るものとなる。

【００１３】（７）上記（２）において、好ましくは、
上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段が減速モード実行中に、上記
スロットル弁の目標値が変更して、偏差が増加すると、
加速モードに移行するようにしたものである。かかる構
成により、目標値が変化した際にも、速やかに加速モー
ドに移行して、応答時間を短縮し得るものとなる。

【００１４】（８）上記（２）において、好ましくは、
上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段が減速モード実行中に、上記
スロットル弁の目標値が変更して、偏差の絶対値が第２
の所定値ｅ２よりも大きくなると、逆転の加速モードに
移行するようにしたものである。かかる構成により、目
標値が変化した際にも、速やかに加速モードに移行し
て、応答時間を短縮し得るものとなる。

【００１５】（９）上記（４）において、好ましくは、
上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段が加速モード実行中に、上記
スロットル弁の目標値が変更して、偏差の絶対値が上記
第２の所定値ｅ２よりも小さくなると、上記停止モード
に移行するようにしたものである。かかる構成により、
目標値が変化した際にも、速やかに停止モードに移行し
て、速度制御し得るものとなる。

【００１６】（１０）上記（４）において、好ましく
は、上記フィードバック制御手段が停止モード実行中
に、上記スロットル弁の目標値が変更して、偏差の絶対
値が上記第１の所定値ｅ１よりも小さくなると、上記定
常モードに移行するようにしたものである。かかる構成
により、目標値が変化した際にも、速やかに定常モード
に移行して、偏差が０となるように制御し得るものとな
る。

【００１７】（１１）上記（１）において、好ましく
は、上記ＯＮ−ＯＦＦ手段は、上記偏差の絶対値が第１
の所定値ｅ１よりも大きいときは、上記加速モードによ
り上記スロットル弁を加速するとともに、加速モードに
移行後所定時間が経過すると、上記減速モードにより上
記スロットル弁を減速するようにしたものである。かか
る構成により、オーバーシュートを改善し、しかも、応
答時間を短縮し得るものとなる。

【００１８】（１２）上記目的を達成するために、本発
明は、スロットル弁の位置を検出する弁位置検出手段
と、スロットル弁を駆動する弁駆動手段と、スロットル
弁の目標値と上記弁位置検出手段によって検出されたス
ロットル弁位置との偏差に基づいた信号を上記弁駆動手
段に入力してフィードバック制御するフィードバック制
御手段とを有するスロットル弁制御装置において、上記
弁駆動手段に最大入力を与える加速モードと負の最大入
力を与える減速モードを有するＯＮ−ＯＦＦ制御手段
と、上記目標位置の変化率の絶対値が第３の所定値以上
のとき、上記フィードバック制御手段から上記ＯＮ−Ｏ
ＦＦ制御手段に切り替える切替手段とを備えるようにし
たものである。かかる構成により、応答時間を短縮し得
るものとなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１３を用いて、本
発明の一実施形態によるスロットル弁制御装置について
説明する。最初に、図１を用いて、本発明の一実施形態
によるスロットル弁制御装置のシステム構成について説
明する。図１は、本発明の一実施形態によるスロットル
弁制御装置の全体システムのブロック図である。

【００２０】スロットル弁１０は、吸気管２０中に回転
可能に取り付けられいるバタフライ弁である。スロット
ル弁１０は、減速ギア３０を介して直流モータ４０によ
って回転され、スロットル開度が可変される。スロット
ル弁１０の開度は、スロットル弁１０の回転軸に取り付
けたポテンショメータ５０によって検出される。ポテン
ショメータ５０によって検出されたスロットル弁１０の
開度信号は、マイクロコンピュータ１００の中のＡ／Ｄ
変換器１１０によって、ディジタル信号に変換され、マ
イクロコンピュータ１００の内部に取り込まれる。

【００２１】目標位置設定手段６０は、アクセルの踏み
込み量，エンジン回転数，自動車の速度等の情報に基づ
いて、弁の目標位置を算出する。マイクロコンピュータ
１００は、目標位置設定手段６０から入力する弁の目標
位置とポテンショメータ５０によって検出されたスロッ
トル弁１０の位置に基づいて、制御則に対応するＰＷＭ
信号をモータ駆動回路７０に出力する。

【００２２】マイクロコンピュータ１００の中の減算器
１２０は、弁の目標位置と現在位置との差（偏差）を算
出する。偏差信号は、スイッチ手段１３０を介して、フ
ィードバック制御を行うＰＩＤ制御器１４０とオープン
ループの制御を行うＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０に切り替
えて入力する。ＰＩＤ制御器１４０とＯＮ−ＯＦＦ制御
器１５０は、マイクロコンピュータ１００上のソフトウ
エアで実現する。直流モータ４０には入力電圧制限があ
り、飽和要素を含むアクチュエータと考えることができ
る。通常の使用条件では偏差が小さく、直流モータ４０
は飽和しないため、このときはＰＩＤ制御器１４０の出
力を駆動回路７０に加える。また、偏差が大きくＰＩＤ
制御器１４０の出力が飽和するときは、２値出力のＯＮ
−ＯＦＦ制御器１５０に切り替える。

【００２３】スイッチ手段１３０は、切替器１６０によ
って、切替制御される。切替器１６０には、減算器１２
０から出力される偏差信号が入力する。切替器１６０
は、偏差信号に基づいて、制御則をＰＩＤ制御器１４０
とＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０のいづれかに切り替える。

【００２４】速度検出器１７０には、ポテンショメータ
５０によって検出されたスロットル弁１０の位置信号が
入力され、この位置信号の微分値として、スロットル弁
１０の変位速度の信号を出力する。速度検出器１７０が
出力するスロットル弁１０の変位速度の信号に基づい
て、ＰＩＤ制御器１４０は、後述する停止モードと定常
モードを切り替える。

【００２５】次に、図２を用いて、ＰＷＭデューティを
更新する制御周期と目標位置の更新周期の関係について
説明する。図２は、本発明の一実施形態によるスロット
ル弁制御装置におけるＰＷＭデューティを更新する制御
周期と目標位置の更新周期の関係の説明図である。

【００２６】目標位置設定手段６０は、図２に示すよう
に、弁の目標位置（目標値）を所定の更新周期で算出す
る。図２に示す例では、時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，…のタ
イミングで目標値を算出している。更新周期（ｔ１−ｔ
０）は、例えば、２０ｍｓである。一方、マイクロコン
ピュータ１００は、図２に示すように、ＰＷＭ信号のデ
ューティを所定の制御周期で更新する。図２に示す例で
は、時刻ｓ０，ｓ１，ｓ２，…のタイミングでＰＷＭ信
号のデューティを更新している。更新周期（ｓ１−ｓ
０）は、例えば、３ｍｓである。即ち、ＰＷＭデューテ
ィを更新する制御周期は、目標位置の更新周期の数分の
一〜数十分の一倍程度としている。このようにそれぞれ
の周期を選択することによって、図２に示すように、制
御系からみると目標位置はステップ的に変化する。この
場合、目標位置が次の更新時刻までは一定値を保持する
ことに着目した制御が可能になる。即ち、目標値が頻繁
に変わると、その度毎に、ＰＩＤ制御器１４０とＯＮ−
ＯＦＦ制御器１５０を切り替えて制御する必要がある
が、上述したように、目標位置が次の更新時刻までは一
定値を保持している場合には、頻繁に切替を行う必要が
ないものである。

【００２７】本実施形態においては、４つの制御モード
を有している。即ち、ＰＩＤ制御器１４０が実行する定
常モードと停止モード、及びＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０
が実行する加速モードと減速モードである。これらの制
御モードは、偏差信号と速度信号に基づいて、切り替え
られる。

【００２８】次に、図３を用いて、制御モードの遷移の
一例について説明する。図３は、本発明の一実施形態に
よるスロットル弁制御装置における制御モードの遷移の
説明図である。

【００２９】図３（ａ）において、時刻ｔｉまでは、ス
ロットル弁がアイドル開度の全閉状態にあったものとす
る。時刻ｔｉまでのアイドル開度における制御は、ＰＩ
Ｄ制御器１４０による定常モードの制御である。定常モ
ードの制御の詳細については、後述する。

【００３０】そして、時刻ｔｉ（＝ｓ０）において、目
標位置設定手段６０が出力するスロットル弁の位置目標
値が、アイドル開度から全開までステップ的に変化し、
次の目標位置更新時刻まで、一定値を保持したものとす
る。このとき、位置目標値は、全開になるが、スロット
ル弁の開度は、図３（ａ）に示すように、全閉状態のま
まである。従って、減算器１２０が出力する弁の目標位
置と現在位置との差（位置偏差）は、図３（ｃ）に示す
ように大きくなる。位置偏差が、所定値ｅ１よりも大き
くなると、切替器１６０は、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０
に切り替える。ＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０は、図３
（ｂ）に示すように、ＰＷＭデューティを＋１００％と
する加速モードにして、スロットル弁を加速する。これ
によって、応答時間を短くすることができる。加速モー
ドの詳細については、図１１を用いて後述する。

【００３１】次に、スロットル弁がオーバーシュートし
ないように、適当な時刻でスロットル弁を減速する。そ
のために、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０は、弁の加速中
（加速モード）には、常に制動距離を計算する。制動距
離は、弁の回転方向に対して、ＰＷＭデューティが−１
００％の逆転指令を与えたときに、弁が停止するまで慣
性によって進む距離（回転角）とする。制動距離は、制
動開始時の弁の速度から回転運動方程式を解いて計算す
ることができる。しかし、オーバーシュートを防ぐため
には、実際の制動距離よりやや大きい計算値が望ましい
ことと、及びマイクロコンピュータへの実装を前提とし
た計算量の削減のため、モータの逆起電圧とダイナミク
イスを無視して簡略化した回転運動方程式（数１）を用
いる。

【００３２】

【数１】

【００３３】ここで、Ｊはスロットルの慣性モーメント
であり、ｑは弁の位置であり、Ｋはモータトルク定数で
あり、Ｒはモータ抵抗であり、ＶはＰＷＭデューティが
１００％のときモータに加えられる電圧である。この回
転運動方程式を用いて、制動距離を求めると、（数２）
で近似することができる。

【００３４】

【数２】

【００３５】そこで、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０は、時
刻Ｓｊにおいて、求められた制動距離が位置偏差に等し
くなると、減速モードに切り替える。減速モードでは、
図３（ｂ）に示すように、逆転指令（ＰＷＭデューティ
が−１００％）を出し、弁を減速する。減速モードの詳
細については、図１２を用いて後述する。

【００３６】以上のようにして、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１
５０は、加速モードと減速モードの制御を実行すること
により、始めにＰＷＭデューティを１００％にして弁を
加速し、次にオーバーシュートしないよう適当な時刻で
ＰＷＭデューティは１００％のまま直流モータを逆転さ
せ（ＰＷＭデューティが−１００％）、弁を減速するこ
とにより、応答時間を短縮し、しかも、オーバーシュー
トを防止することができる。ここで、加速モードでは、
ＰＷＭデューティが＋１００％（ＯＮ制御）であり、減
速モードでは、ＰＷＭデューティが−１００％（ＯＦＦ
制御）であるので、かかる制御をＯＮ−ＯＦＦ制御と称
する。

【００３７】次に、減速モードでは、位置偏差は減少す
るが上記の制動距離は保守的な近似であるため、目標位
置に到達する前に弁が停止することになるので、弁が目
標位置の近くで十分減速した後は、切替器１６０は、Ｏ
Ｎ−ＯＦＦ制御器１５０からＰＩＤ制御器１４０に切り
替えて、通常の線形フィードバック制御を実行する。切
替器１６０は、時刻Ｓｋにおいて、位置偏差信号が所定
値ｅ２よりも小さくなると、ＰＩＤ制御器１４０に切り
替えて、減速モードを解除し、線形フィードバック制御
を実行する。

【００３８】ここでは、弁の速度をできるだけ速やかに
減少するために、ＰＩＤ制御器１４０は、停止モードを
実行する。停止モードでは、速度に関するフィードバッ
ク制御のサーボ系を最適レギュレータやＰＩＤ制御で実
現する。停止モードでは、速度の情報を取り込んで得、
速度が０となるように制御する。停止モードの詳細につ
いては、図１３を用いて説明する。

【００３９】さらに、ＰＩＤ制御器１４０は、時刻Ｓｍ
において、速度検出器１７０が出力するスロットル弁１
０の変位速度の信号が、所定値ｖ１よりも小さくなる
と、停止モードから定常モードへ移行する。定常モード
では、偏差が０となり、また、合わせて、速度や位置が
０となるように制御することにより、弁位置を目標位置
に定常偏差なく近づく制御を実行する。定常モードの詳
細については、図９及び図１０を用いて後述する。すで
に位置偏差と弁の速度は十分小さいので、ゲインを大き
くしてもアクチュエータを飽和させることなく、速やか
に位置偏差を減らすことができる。

【００４０】次に、図４を用いて、各制御モードの状態
遷移について説明する。図４は、本発明の一実施形態に
よるスロットル弁制御装置における定常モードからの状
態遷移図である。

【００４１】定常モードにおいて、目標位置がステップ
的に立ち上がると、図４に示すような状態遷移に従って
制御を切り換える。ここで、状態の遷移は、制御周期に
同期して行われる。偏差の絶対値が、所定値ｅ１より小
さいときは、定常モードを繰返す。目標位置が変化し、
偏差の絶対値が所定値ｅ１より大きくなったときは、加
速モードに移行する。加速モードにおいては、制動距離
を毎回計算し、制動距離が偏差より大きくなると、減速
モードに移る。加速モードと減速モードの２つのモード
は、非線形なＯＮ−ＯＦＦ制御となる。減速モードで
は、スロットル弁は減速しながら、目標位置に近づく。

【００４２】偏差の絶対値が所定値ｅ２以下になると、
停止モードに移る。所定値ｅ１は所定値ｅ２より大き
い。停止モードでは、線形フィードバック制御を適用
し、速度をさらに落とす。速度が所定値ｖ１以下になる
と、定常モードに復帰し、位置偏差を収束させる。

【００４３】次に、図５〜図８を用いて、定常モード以
外のモード中において、位置目標値が変化した場合の状
態遷移について説明する。最初に、図５を用いて、加速
モード中に位置目標値が変化した場合の状態遷移につい
て説明する。図５は、本発明の一実施形態によるスロッ
トル弁制御装置における加速モード中に位置目標値が変
化した場合の状態遷移の説明図である。

【００４４】加速モード中に、時刻Ｔｊにおいて、位置
目標値ｒがｒ３以上でｒ２以下に変化して、位置偏差の
絶対値が所定値ｅ２以下になると、減速モードを経ずに
直接、停止モードに移行する。位置目標値ｒがｒ２以上
に変化するかｒ３以下に変化して、位置偏差の絶対値が
所定値ｅ２より大きいときは、そのまま加速モードに留
まる。このとき、絶対値で評価して位置目標値が弁位置
より大きければ、モータは現在の回転方向に回転させ
る。そうでないときは、位置目標値の更新によって大き
なオーバーシュートが発生しているので、モータ回転方
向を逆転し、反対方向に加速する。

【００４５】次に、図６を用いて、減速モード中に位置
目標値が変化した場合の状態遷移について説明する。図
６は、本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装置
における減速モード中に位置目標値が変化した場合の状
態遷移の説明図である。

【００４６】減速モード中に、時刻Ｔｋにおいて、位置
目標値ｒが位置目標値ｒ２以上の大きくなる方向に変化
して、位置偏差の絶対値が大きくなると、再び加速モー
ドに移行する。位置目標値ｒが、位置目標値ｒ３以上で
あるが位置目標値ｒ２以下の弁位置にやや近づくように
変化したときは、そのまま減速を続ける。位置目標値が
位置目標値ｒ３以下かｒ４以上のように変化して、位置
偏差の絶対値が所定値ｅ２以下になると、ある程度目標
値に近づいた考え、停止モードに移行する。位置偏差の
絶対値が所定値ｅ２より大きく、オーバーシュートが発
生するように位置目標値ｒ４以下に変化すると、加速モ
ードに移行し、モータ回転方向を逆転する。

【００４７】さらに、図７を用いて、スロットル弁が閉
じる方向での減速モード中に位置目標値が変化した場合
の状態遷移について説明する。図７は、本発明の一実施
形態によるスロットル弁制御装置における減速モード中
に位置目標値が変化した場合の状態遷移の説明図であ
る。

【００４８】減速モード中に、時刻Ｔｋにおいて、位置
目標値ｒがｒ４以下になり、位置目標が弁位置より大き
くなる方向に変化して、位置偏差の絶対値が大きくなる
と、再び加速モードに移行する。位置目標値ｒがｒ４以
上でｒ３以下となるように、弁位置にやや近づくように
変化したときは、そのまま減速を続ける。位置目標値ｒ
がｒ２以下でｒ３以上となるように変化して、位置偏差
の絶対値が所定値ｅ２以下になると、ある程度目標値に
近づいた考え、停止モードに移行する。位置偏差の絶対
値が所定値ｅ２より大きく、オーバーシュートが発生す
るように位置目標値ｒがｒ２以上となるように変化する
と、加速モードに移行し、モータ回転方向を逆転する。

【００４９】最後に、停止モードからの遷移を説明す
る。停止モード実行中に目標値が変化すると、位置偏差
の絶対値を評価し、所定値ｅ１以上であれば、加速モー
ドに遷移する。また、位置偏差の絶対値が所定値ｅ１よ
り小さい場合は、定常モードに復帰する。停止モードに
おいては、速度が０となるように制御しており、位置偏
差の絶対値が所定値ｅ１より大きくならない場合とは、
目標位置がそれほど大きく変化しない場合であるので、
弁が止まる（速度が０になる）のを待たずに、直ちに定
常モードに移行することによって、弁の追従性がよくな
り、制御性能が向上して、速やかに偏差を０とすること
ができるからである。

【００５０】ここで、図８を用いて、図５〜図７に示し
た定常モード以外のモード中における状態遷移について
まとめて説明する。図８は、本発明の一実施形態による
スロットル弁制御装置における定常モード以外において
位置目標値が変化した場合の状態遷移図である。

【００５１】加速モードにあるときは、図５において説
明したように、偏差の絶対値が所定値ｅ２より小さくな
ると、停止モードに移行する。減速モードにあるとき
は、図６及び図７において説明したように、偏差の絶対
値が所定値ｅ２より小さくなると、停止モードに移行す
る。また、偏差の絶対値が増加した場合、若しくは条件
Ａが満たされる場合には、加速モードに移行する。偏差
の絶対値が増加した場合には、同一方向の回転で加速モ
ードに移行する。条件Ａとは、図５に示したように、全
開方向に弁位置が変化している場合には、偏差ｅが所定
値−ｅ２より小さくなる場合と、図６に示したように、
全閉方向に弁位置が変化している場合には、偏差ｅが所
定値ｅ２より大きくなる場合であり、かかる条件を満た
す場合には、逆転で加速モードに移行する。

【００５２】非線形処理である加速モードと減速モード
からは、定常モードに直接移行することはない。加速モ
ードと減速モードでは、弁の速度が大きいことが多く、
一方、定常モードでは、位置偏差が少なく速度も小さい
ときに位置を目標値に一致させるようにゲインが大きく
なっている。従って、加速モードや減速モードから定常
モードに直接移行すると、制御入力が飽和し、不安定や
オーバーシュートを発生するおそれがあるからである。
したがって、両モードからは停止モードを通過して定常
モードに到達するようにする。停止モードからは、偏差
の絶対値が第１の所定値ｅ１より小さくなると移行す
る。

【００５３】次に、図９〜図１３を用いて、４つの制御
モードの処理内容について説明する。最初に、図９及び
図１０を用いて、定常モードの処理内容について説明す
る。図９は、本発明の一実施形態によるスロットル弁制
御装置における定常モードのフローチャートであり、図
１０は、定常モードにおける制御則計算のブロック図で
ある。

【００５４】定常モードでは、弁位置を位置目標値に漸
近させるため、演算には位置偏差の積分処理を行う。電
源投入時は積分の初期値は０でよいが、他のモードから
定常モードに遷移したばあい、ＰＷＭデューティが急激
に変化しないようにするため、定常モードの初期化処理
として、積分の初期値を適当な値に設定する必要があ
る。

【００５５】そこで、ステップ９１０において、ＰＩＤ
制御器１４０は、前回が定常モードか否か，即ち、他の
モードから移行したかどうかを判断する。

【００５６】他のモードから移行した場合には、ステッ
プ９２０において、ＰＩＤ制御器１４０は、初期化処理
として積分の初期値を設定する。即ち、他のモードで計
算されたＰＷＭデューティと本モードで初回に設定する
ＰＷＭデューティが同じくなるように、ＰＩＤ演算の中
の積分の初期値を逆算して、設定する。

【００５７】定常モードが継続している場合、及びステ
ップ９２０における積分初期値の設定が終了すると、ス
テップ９３０において、Ａ／Ｄ変換器１１０は、ポテン
ショメータによって検出されたスロットル弁の位置信号
をＡ／Ｄ変換する。

【００５８】ステップ９４０において、速度検出器１７
０は、位置の差分より速度を求め、減算器１２０は、位
置目標値と現在位置との差から位置偏差を求める。

【００５９】ステップ９５０において、ＰＩＤ制御器１
４０は、定常モードの制御則を計算する。ここで、図１
０を用いて、制御則の内容について説明する。偏差に対
しては、比例ゲインＫPと、積分ゲインＫIと、微分ゲイ
ンＫDを有している。偏差に対して比例ゲインＫPを乗じ
たものと、偏差を積分した上で積分ゲインＫIを乗じた
ものと、偏差を微分した上で微分ゲインＫDを乗じたも
のを加算する。また、速度に対しては、速度フィードバ
ックゲインｆ1を有している。位置に対しては、位置フ
ィードバックゲインｆ2を有している。速度に速度フィ
ードバックゲインｆ1を乗じたものと、位置に位置フィ
ードバックゲインｆ2を乗じたものを、偏差に対する加
算値に加算して、ＰＷＭ指令値を求める。これによっ
て、位置の定常偏差が０になるように制御される。

【００６０】ステップ９６０において、ＰＩＤ制御器１
４０は、計算された制御則をＰＷＭデューティに変換し
て、出力する。ＰＷＭデューティは、図１の駆動回路７
０に入力されて、モータを駆動する。

【００６１】次に、図１１を用いて、加速モードの処理
内容について説明する。図１１は、本発明の一実施形態
によるスロットル弁制御装置における加速モードのフロ
ーチャートである。

【００６２】加速モードにおいては、偏差の絶対値が所
定値以上のとき、アクチュエータであるモータの出力で
きる最大のトルクで弁を加速する。

【００６３】ステップ１１１０において、ＯＮ−ＯＦＦ
制御器１５０は、位置偏差の符号を判別する。位置偏差
が正のときは、目標位置が現在の弁位置より大きいた
め、ステップ１１２０において、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１
５０は、ＰＷＭデューティに１００％を設定する。位置
偏差が負のときは、目標位置が現在の弁位置より小さい
きいため、ステップ１１３０において、ＯＮ−ＯＦＦ制
御器１５０は、ＰＷＭデューティに−１００％，即ち、
逆転を設定する。そして、ステップ１１４０において、
ＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０は、ＰＷＭを出力する。

【００６４】以上説明したように、本モードでは、位置
偏差の符号により回転方向が反対のＰＷＭデューティを
モータに与える。

【００６５】次に、図１２を用いて、減速モードの処理
内容について説明する。図１２は、本発明の一実施形態
によるスロットル弁制御装置における減速モードのフロ
ーチャートである。

【００６６】減速モードでは、加速モードの加速により
弁位置がある程度（位置偏差がｅ２以下）の目標位置に
近づいたとき、アクチュエータの出力できる最大のトル
クで弁を減速する。

【００６７】ステップ１２１０において、ＯＮ−ＯＦＦ
制御器１５０は、位置偏差の符号を判別する。位置偏差
が、正のときは弁が正の方向に動いているので、ステッ
プ１２２０において、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０は、Ｐ
ＷＭデューティに−１００％，即ち、逆転を設定する。
位置偏差が負のときは、弁が負の方向に動いているの
で、ステップ１２３０において、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１
５０は、ＰＷＭに１００％を設定する。そして、ステッ
プ１２４０において、ＯＮ−ＯＦＦ制御器１５０は、Ｐ
ＷＭを出力する。

【００６８】以上説明したように、本モードでは、位置
偏差が符号により回転方向が反対のＰＷＭデューティを
モータに与える。

【００６９】次に、図１３を用いて、停止モードの処理
内容について説明する。図１３は、本発明の一実施形態
によるスロットル弁制御装置における停止モードのフロ
ーチャートである。

【００７０】停止モードは、目標位置に接近した弁を線
形フィードバック制御により停止させるモードである。
ステップ１３１０において、Ａ／Ｄ変換器１１０は、ポ
テンショメータによって検出されたスロットル弁の位置
信号をＡ／Ｄ変換する。ステップ１３２０において、速
度検出器１７０は、位置の差分より速度を求め、減算器
１２０は、位置目標値と現在位置との差から位置偏差を
求める。

【００７１】ステップ１３３０において、ＰＩＤ制御器
１４０は、図１０に示した制御則の中の速度に関する制
御則に基づいて、速度が０となるように、ＰＷＭ指令値
を求める。そして、ステップ１３４０において、ＰＩＤ
制御器１４０は、ＰＷＭを出力する。

【００７２】以上説明したように、本実施形態において
は、位置偏差が所定値より大きい場合には、ＯＮ−ＯＦ
Ｆ制御により、加速モードとし、応答時間を短くし、加
速中においては、制動距離を計算して、その制動距離に
基づいて、減速モードに移行するようにしているので、
スロットル弁がオーバーシュートしないようになる。

【００７３】また、位置偏差が小さいときは、ＰＩＤ制
御の定常モードにより、オーバーシュートしない制御を
実行する。

【００７４】さらに、加速モード若しくは減速モードか
らは、定常モードに直接移行することなく、停止モード
を介することにより、オーバーシュートしない制御を実
行する。

【００７５】従って、十分な応答速度が得られ、かつ、
オーバーシュートも最小限に抑えることができるため、
アイドル回転数制御，オートクルーズ，空燃費制御等の
性能を確保し、通常走行時に運転者や乗客に違和感を与
えない加減速を実現することができる。

【００７６】また、入力ゲインの飽和領域と線形領域と
で制御方式を分けたことにより、所望の制御性能を実現
するパラメータ（比例，積分，微分ゲイン等）の選択が
容易になり、パラメータ感度の少ないよりロバストな制
御系を構成することができる。

【００７７】なお、以上の説明では、位置偏差が、所定
値ｅ１よりも大きくなると、ＰＷＭデューティを＋１０
０％とする加速モードにして、スロットル弁を加速する
ようにしている。しかしながら、加速モードに移行する
条件としては、目標位置設定手段７０が出力する目標位
置の変化率が所定値以上となった場合に、加速モードに
移行するようにしてもよいものである。目標位置の変化
率が所定値以上となった場合とは、目標位置が急に変化
した場合であって、かかる場合にも、位置偏差が所定値
よりも大きくなる。そこで、目標位置の変化率が所定値
以上となったことを検出して、加速モードに移行するこ
ともできる。

【００７８】また、加速モード実行中に求めた制動距離
が位置偏差に等しくなると、減速モードに切り替えるよ
うにしている。しかしながら、減速モードに移行する条
件としては、加速モードに移行してから所定時間後に、
減速モードに移行するようにしてもよいものである。即
ち、ここで、所定時間として、加速モード後減速モード
に移行してもオーバーシュートしないような時間を設定
する。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、スロットル弁制御装置
におけるオーバーシュートを改善し、しかも、応答時間
を短縮し得るものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置の全体システムのブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置におけるＰＷＭデューティを更新する制御周期と目標
位置の更新周期の関係の説明図である。

【図３】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置における制御モードの遷移の説明図である。

【図４】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置における定常モードからの状態遷移図である。

【図５】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置における加速モード中に位置目標値が変化した場合の
状態遷移の説明図である。

【図６】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置における減速モード中に位置目標値が変化した場合の
状態遷移の説明図である。

【図７】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置における減速モード中に位置目標値が変化した場合の
状態遷移の説明図である。

【図８】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置における定常モード以外において位置目標値が変化し
た場合の状態遷移図である。

【図９】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御装
置における定常モードのフローチャートである。

【図１０】本発明の一実施形態による定常モードにおけ
る制御則計算のブロック図である。

【図１１】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御
装置における加速モードのフローチャートである。

【図１２】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御
装置における減速モードのフローチャートである。

【図１３】本発明の一実施形態によるスロットル弁制御
装置における停止モードのフローチャートである。

【符号の説明】

１０…スロットル弁２０…吸気管３０…減速ギア４０…直流モータ５０…ポテンショメータ６０…目標位置設定手段７０…モータ駆動回路１００…マイクロコンピュータ１１０…Ａ／Ｄ変換器１２０…減算器１３０…スイッチ手段１４０…ＰＩＤ制御器１５０…ＯＮ−ＯＦＦ制御器１６０…切替器１７０…速度検出器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 45/00 ３６４Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６４Ｇ３６４Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スロットル弁の位置を検出する弁位置検出
手段と、スロットル弁を駆動する弁駆動手段と、スロッ
トル弁の目標値と上記弁位置検出手段によって検出され
たスロットル弁位置との偏差に基づいた信号を上記弁駆
動手段に入力してフィードバック制御するフィードバッ
ク制御手段とを有するスロットル弁制御装置において、上記弁駆動手段に最大入力を与える加速モードと負の最
大入力を与える減速モードを有するＯＮ−ＯＦＦ制御手
段と、上記偏差の絶対値が第１の所定値ｅ１よりも大きいと
き、上記フィードバック制御手段から上記ＯＮ−ＯＦＦ
制御手段に切り替える切替手段とを備えたことを特徴と
するスロットル弁制御装置。
【請求項２】請求項１記載のスロットル弁制御装置にお
いて、上記ＯＮ−ＯＦＦ手段は、上記偏差の絶対値が第１の所
定値ｅ１よりも大きいときは、上記加速モードにより上
記スロットル弁を加速するとともに、上記スロットル弁
の制動距離を求め、求められた制動距離が上記偏差に等
しくなると、上記減速モードにより上記スロットル弁を
減速することを特徴とするスロットル弁制御装置。
【請求項３】請求項２記載のスロットル弁制御装置にお
いて、上記切替手段は、上記偏差の絶対値が第２の所定値ｅ２
よりも小さくなると、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段から上
記フィードバック制御手段に切り替えることを特徴とす
るスロットル弁制御装置。
【請求項４】請求項３記載のスロットル弁制御装置にお
いて、上記フィードバック制御手段は、速度が０になるように
制御する停止モードと、偏差が０になるように制御する
定常モードを備え、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段から上記
フィードバック制御手段に切り替える際には、上記停止
モードに移行することを特徴とするスロットル弁制御装
置。
【請求項５】請求項４記載のスロットル弁制御装置にお
いて、さらに、上記スロットル弁の移動速度を検出する速度検出手段を
備え、上記フィードバック制御手段は、上記速度検出手段によ
り検出されたスロットル弁の速度が所定の速度値ｖ１よ
りも小さくなると、上記停止モードから上記定常モード
に移行することを特徴とするスロットル弁制御装置。
【請求項６】請求項４記載のスロットル弁制御装置にお
いて、上記フィードバック制御手段は積分要素を備え、上記フィードバック制御手段が上記停止モードを実行す
る際に、その前に実行しているモードにおける出力に等
しくなるように、上記積分要素の初期値を設定すること
を特徴とするスロットル弁制御装置。
【請求項７】請求項２記載のスロットル弁制御装置にお
いて、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段が減速モード実行中に、上記
スロットル弁の目標値が変更して、偏差が増加すると、
加速モードに移行することを特徴とするスロットル弁制
御装置。
【請求項８】請求項２記載のスロットル弁制御装置にお
いて、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段が減速モード実行中に、上記
スロットル弁の目標値が変更して、偏差の絶対値が第２
の所定値ｅ２よりも大きくなると、逆転の加速モードに
移行することを特徴とするスロットル弁制御装置。
【請求項９】請求項４記載のスロットル弁制御装置にお
いて、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御手段が加速モード実行中に、上記
スロットル弁の目標値が変更して、偏差の絶対値が上記
第２の所定値ｅ２よりも小さくなると、上記停止モード
に移行することを特徴とするスロットル弁制御装置。
【請求項１０】請求項４記載のスロットル弁制御装置に
おいて、上記フィードバック制御手段が停止モード実行中に、上
記スロットル弁の目標値が変更して、偏差の絶対値が上
記第１の所定値ｅ１よりも小さくなると、上記定常モー
ドに移行することを特徴とするスロットル弁制御装置。
【請求項１１】請求項１記載のスロットル弁制御装置に
おいて、上記ＯＮ−ＯＦＦ手段は、上記偏差の絶対値が第１の所
定値ｅ１よりも大きいときは、上記加速モードにより上
記スロットル弁を加速するとともに、加速モードに移行
後所定時間が経過すると、上記減速モードにより上記ス
ロットル弁を減速することを特徴とするスロットル弁制
御装置。
【請求項１２】スロットル弁の位置を検出する弁位置検
出手段と、スロットル弁を駆動する弁駆動手段と、スロ
ットル弁の目標値と上記弁位置検出手段によって検出さ
れたスロットル弁位置との偏差に基づいた信号を上記弁
駆動手段に入力してフィードバック制御するフィードバ
ック制御手段とを有するスロットル弁制御装置におい
て、上記弁駆動手段に最大入力を与える加速モードと負の最
大入力を与える減速モードを有するＯＮ−ＯＦＦ制御手
段と、上記目標位置の変化率の絶対値が第３の所定値以上のと
き、上記フィードバック制御手段から上記ＯＮ−ＯＦＦ
制御手段に切り替える切替手段とを備えたことを特徴と
するスロットル弁制御装置。