JP2004028001A - 電子スロットルバルブの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンの吸気通路に設けられるスロットルバルブ7をモータ6により開閉駆動させる電子スロットルバルブの制御装置において、スロットルバルブの目標スロットル開度を演算するための目標スロットル開度演算手段4と、スロットルバルブの実開度を検出する実スロットル開度検出手段10と、実スロットル開度検出値を所定回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算する制御用実スロットル開度演算手段11と、目標スロットル開度と制御用実スロットル開度との開度偏差に基づいてスロットルバルブ7を制御するスロットルバルブ制御手段5とを備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの吸気通路に設けられるスロットルバルブをモータにより開閉駆動させる電子スロットルバルブの制御装置に関し、特に低開度のスロットル開度制御に好適な電子式スロットルの制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、定速走行制御や、トラクションコントロール制御、及び希薄燃焼(リーンバーン)制御を、スロットルバルブを電子制御することで実現する動きが盛んである。従来、ISC(アイドルスピードコントロール)制御は、スロットルバルブに高精度な位置決めが要求されるために専用のISCバルブを用いていたが、電子制御スロットルを用いることで、専用バルブを用いずに、ISC制御を行う手法が考えられている。しかし、アイドル時の空気量は少ないため、スロットルバルブ開度が低開度で精密な制御を実施する必要がある。
【0003】
スロットルバルブ開度の位置情報を得るためのスロットルバルブ開度センサは、0〜5Vの出力で全閉から全開までの情報を表示することが一般的である。そのため、スロットルバルブ開度の制御分解能を向上するには、マイコンのA/D変換器の精度、または、スロットルバルブ開度センサの特性、スロットルバルブ開度センサ入力回路を変更することが考案されている。
【0004】
例えば、特開平5−263703号公報で記載されているように、スロットルバルブ開度を検出するために2つのA/D変換器を用い、1つはスロットルバルブ開度センサをそのまま入力し、もう1つは、スロットルバルブ開度センサの出力に対し増幅器で増幅した信号を入力している。ISC制御等の低開度制御で精度が必要な場合は、増幅されたスロットルバルブ開度センサ入力を使用し、高開度で精度があまり必要でない場合は、そのまま入力されたスロットルバルブ開度センサ入力を使用することにより、ISC制御を実現している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
スロットルバルブ開度制御精度向上のためには、上記システムのように、スロットルバルブ開度センサの入力回路とA/D変換器が2つ必要となり、さらに信号増幅回路も必要となるため、コストアップとなる問題点がある。
【0006】
この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、安価でスロットルバルブ開度の高分解能を得るようにした電子スロットルバルブの制御装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る電子スロットルバルブの制御装置は、エンジンの吸気通路に設けられるスロットルバルブをモータにより開閉駆動させる電子スロットルバルブの制御装置において、前記スロットルバルブの目標スロットル開度を演算するための目標スロットル開度演算手段と、前記スロットルバルブの実開度を検出する実スロットル開度検出手段と、前記実スロットル開度検出手段により検出した実スロットル開度検出値を所定回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算する制御用実スロットル開度演算手段と、前記目標スロットル開度と前記制御用実スロットル開度との開度偏差に基づいて前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0008】
また、前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記実スロットル開度検出値を2のn乗回積算することにより制御用実スロットル開度を演算することを特徴とするものである。
【0009】
また、エンジンの運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段をさらに備え、前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記実スロットル開度を積算する回数を、前記エンジン運転状態検出手段によるエンジン運転状態によって変更することを特徴とするものである。
【0010】
また、前記エンジン運転状態検出手段として、エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル状態検出手段を備え、前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記アイドル状態検出手段によりエンジンのアイドル運転状態を検出した場合と、非アイドル運転状態を検出した場合とで、前記実スロットル開度を積算する回数を変更することを特徴とするものである。
【0011】
さらに、前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記アイドル状態検出手段によりエンジンのアイドル運転状態を検出した場合のみ、前記実スロットル開度検出手段により検出した実スロットル開度検出値を所定回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算することを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、この発明の実施の形態に係る電子スロットルバルブの制御装置を示すブロック図である。電子スロットルバルブは、モータ6とスロットルバルブ7及びスロットルバルブ7の開度を検出する実スロットル開度センサ8より構成される。この電子スロットルバルブの目標開度を演算する目標スロットル開度演算手段4には、運転者のアクセル操作を示すアクセル開度信号1と、エンジン回転速度を示すエンジン回転速度検出信号2、及びエンジンの状態を表す各種センサ信号3が入力される。目標スロットル開度演算手段4は、入力される各種信号に基づき電子スロットルバルブの目標スロットル開度を演算する。
【0013】
実スロットル開度検出手段10は、A/D変換器9に入力される実スロットル開度センサ8の信号入力を所定時間毎にA/D変換し、実スロットル開度を演算する。さらに、制御用実スロットル開度演算手段11は、実スロットル開度演算手段10で演算された実スロットル開度を所定時間毎に所定回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算する。
【0014】
スロットルバルブ制御手段5は、目標スロットル開度演算手段4で演算した目標スロットル開度と、制御用実スロットル開度演算手段11にて演算した制御用実スロットル開度により、目標スロットル開度と実スロットル開度を一致させるようスロットルバルブ開度への制御量(例えばDUTY)をPID制御等により演算し、この制御量によりモータ6を制御しスロットルバルブ7を駆動する。
【0015】
図2は、制御用実スロットル開度演算手段11による演算処理の動作を示すフローチャートである。このフローチャートでは、実スロットル開度演算手段10にて演算された実スロットル開度をn回積算することにより制御用実スロットル開度を演算する例を示している。制御用実スロットル開度演算処理を示すステップ101は、例えば1ms毎に実行される。
【0016】
制御用実スロットル開度演算処理では、図3の301に示すように、制御用実スロットル開度演算処理のために実スロットル開度積算回数に相当するn個の演算用バッファ(1)〜(n)を用意する。また、実スロットル開度積算回数をカウント出来る積算カウンタを用意し、CPUリセット時には、まず、各演算用バッファと積算カウンタを0にクリアしておく。
【0017】
図2のフローチャートでは、ステップ102において、各演算用バッファ(1)〜(n)すべてに対し、実スロットル開度演算処理にて演算された実スロットル開度を積算する。図3の302にも同様の図を示している。
【0018】
次に、ステップ103において、積算カウンタに1を積算し、nまで積算されるが、積算回数nでクリップされる。この処理により、実スロットル開度積算回数を示す積算カウンタは、CPUリセット時の0から本制御用スロットル開度演算処理実施毎にカウントされ、nでクリップされることになる。
【0019】
次に、ステップ104に進み、実スロットル開度積算回数を積算する積算カウンタがnより小さいかどうか判定し、小さい場合は、ステップ105に進み、実スロットル開度演算処理にて演算された実スロットル開度をn倍したものを制御用実スロットル開度として格納する。ステップ104にて積算カウンタがn以上であった場合は、ステップ106にて演算用バッファ(1)を制御用実スロットル開度として格納する。
【0020】
次に、ステップ107にて、まず、演算用バッファ(2)を演算用バッファ(1)にコピーし、次に、演算用バッファ(3)を演算用バッファ(2)にコピーし、・・・、最後に演算用バッファ(n+1)を演算用バッファ(n)にコピーし、その後、演算用バッファ(n)を0クリアする。図3の303でも同様の図を示している。
【0021】
この制御用実スロットル開度演算処理では、CPUリセット以降、実スロットル開度積算回数がnに満たない場合は、実スロットル開度の積算値を使用せず、今回実スロットル開度演算処理にて演算された実スロットル開度をn倍したものを制御用実スロットル開度としている。
【0022】
これは、実スロットル開度がn回の積算回数を考慮された形で目標スロットル開度を演算している為、LSBの不一致なくモータの制御量を演算する為である。また、実スロットル開度積算回数がn回に達してから以降は、演算用バッファ(1)は常に実スロットル開度をn回積算した値を示しており、この演算用バッファ(1)を制御用実スロットル開度とする。
【0023】
図4は、制御用実スロットル開度演算手段11にて実スロットル開度の積算回数を4に設定した場合の、制御用実スロットル開度演算値のデータを示す。A/D変換器9の分解能を8bitとし、積算回数1回目の実スロットル開度を80hとし、以降2〜4回目は81hとしている。
【0024】
401では図2の制御用実スロットル開度演算処理のフローチャートに示したように、演算用バッファ(1)から(4)に実スロットル開度の80hを積算して、演算用バッファ(2)から(1)に、(3)から(2)に、(4)から(3)にコピーし、最後に演算用バッファ(4)を0クリアしている各演算用バッファの状態を示している。
【0025】
402では、1ms後に401の演算用バッファの状態に対し、フローチャートと同様に、実スロットル開度の81hを積算し、演算用バッファ(2)から(1)に、(3)から(2)に、(4)から(3)にコピーし、最後に演算用バッファ(4)を0クリアした各演算用バッファの状態を示している。
【0026】
403では、さらに1ms後の積算回数3回目の処理で、実スロットル開度を81h、404は積算回数4回目の処理で、実スロットル開度が81hでの各演算用バッファの状態を示している。404で示す4回目の実スロットル開度積算結果より制御用実スロットル開度は、演算用バッファ(1)の203hという10bit長の演算値が得られることとなる。
【0027】
次に、図5は、A/D変換器9の分解能が8bitの場合、実スロットル開度演算手段10にてA/D変換され演算された実スロットル開度が80hであるときの実スロットル開度が存在する範囲を示している。一点鎖線で示した線が、8bit分解能で上から81h、80h、7Fhの線を表しており、点線が、A/D変換値が80hの場合に、実スロットル開度が存在する範囲を示しており、A/D変換器の特性上、±1/2LSBに判定値を持っている。この点線で囲まれた範囲のどこに実スロットル開度が存在するか確認する為には、通常さらに細かい分解能のA/D変換器9が必要となる。
【0028】
しかし、図4で示される実スロットル開度データの場合は、実スロットル開度演算値を積算することにより、8bit分解能で示された一点鎖線より細かいレベルで実スロットル開度がどこに存在するか推定することが可能となる。図4で示した実スロットル開度から、実スロットル開度の推定位置を図6の実線に示す。
【0029】
図6では、一点鎖線が8bit分解能で上から81h、80h、7Fhの位置を示す線で、点線が81hと80hの境界線(1/2LSB)を示す。図の右側には、8bit分解能をさらに4分割した10bitの分解能で表された値を示している。上から204h、203h、202h、201h、200hで、204hが8bit分解能の81h、200hが8bit分解能の80hと同値となる。実線で示された実スロットル開度を実スロットル開度演算手段10が1ms毎に演算したあるタイミングの結果を下に示してある。実スロットル開度が81hと80hの境界線を越えていた場合、実スロットル開度演算手段10による実スロットル演算値は81hとなり、境界線を超えていない場合は80hとなる。
【0030】
実スロットル開度演算値が、図4と同様に、80h、81h、81h、81hとなり、積算した値が203hとなっている。本状態では、実スロットル開度の中心(平均)が10bit分解能で203hに存在することが分かる。目標スロットル開度が8bit分解能で80h、10bit分解能で200hとした場合、モータ制御量を演算する為の制御用実スロットル開度演算値を、8bitデータである実スロットル開度演算値80h、81h、81h、81hを使用するより、実スロットル開度位置を推定した制御用実スロットル開度203hを使用して演算するため、より正確なモータ制御量を演算することが出来る。また、積算回数が多いほど、実スロットル開度の状態を把握でき、推定精度が良くなる。
【0031】
以上、実スロットル開度演算値を積算することにより、分解能が向上し、スロットルバルブ制御精度を向上することができる。また、CPU内の演算は、2進数で行われる為、制御用実スロットル開度演算手段10にて、実スロットル開度の積算回数を2のn乗回とすることにより、単純にA/D変換器9の分解能+nbit分の分解能が得られることとなり、目標スロットル開度のLSBの設定、制御用実スロットル開度の演算、スロットルバルブ制御量の演算が簡素化できる。
【0032】
例えば、本実施の形態に示す、制御用実スロットル開度演算手段11での実スロットル開度の積算回数が4回の場合は、2bit分の分解能が向上し、制御用実スロットル開度が10bit分解能で算出され、目標スロットル開度を10bit分解能で設定できる。さらに、実スロットル開度の積算回数を8回とすると、3bit分の分解能が向上し、制御用実スロットル開度が11bit分解能で算出され、目標スロットル開度を11bit分解能で設定可能となる。
【0033】
次に、制御用実スロットル開度演算手段11において、実スロットル開度積算回数をエンジン運転状態によって変更する処理について説明する。図7に、電子スロットルバルブの制御装置を示す。エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段701には、運転者のアクセル操作を示すアクセル開度信号1と、エンジン回転速度を示すエンジン回転速度検出信号2、及びエンジンの状態を表す各種センサ信号3が入力される。
【0034】
運転状態検出手段701は、入力される各種信号に基づきエンジンの運転状態を検出する。実スロットル開度の積算回数を決定する積算回数演算手段702は、運転状態検出手段701によって検出されたエンジンの運転状態に基づいて積算回数を決定する。制御用実スロットル開度演算手段11は、実スロットル開度演算手段10で演算された実スロットル開度を、所定時間毎に積算回数演算手段702によって決定された積算回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算する。
【0035】
運転状態検出手段701は、例えば、エンジンのアイドル状態を検出するものである。図8のフローチャートに運転状態検出手段701がエンジンのアイドル状態を検出する場合の積算回数演算手段702の処理を記載する。積算回数演算処理(801)は、まず、ステップ802にて運転状態検出手段701によるエンジン運転状態がアイドル状態であるか判定する。エンジン運転状態がアイドル状態である場合は、ステップ803に進み、積算回数にアイドル状態用積算回数を格納する。ステップ802にて、エンジン運転状態がアイドル状態でなければ、ステップ804に進み、積算回数に非アイドル状態用積算回数を格納する。
【0036】
以上のように、エンジンの運転状態により実スロットル開度の積算回数を変更することにより、アイドル状態のように精密なスロットルバルブ制御が必要な場合は、積算回数を多くし、制御精度を向上し、非アイドル状態のように、精密な制御が必要ないならば積算回数を少なくする、または0にすることにより、最新の実スロットル開度情報を使用し、応答性の良いモータ制御が実現でき、さらに制御用実スロットル開度演算処理負荷を軽減できる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、実スロットル開度検出手段により検出した実スロットル開度検出値を制御用実スロットル開度演算手段により所定回数積算することにより、コストアップとなるA/D変換器、センサ、入力回路等ハードウエアを変更することなく、安価に実スロットル開度を高分解能で検出することができ、スロットル開度制御精度が向上する。
【0038】
また、実スロットル開度検出値を2のn乗回積算することにより制御用実スロットル開度を演算することで、nビットずつ分解能を増やすことが可能であり、目標スロットル開度の設定、スロットルバルブの制御量を求める演算が簡潔になる。
【0039】
また、実スロットル開度積算回数をエンジン運転状態によって変更することにより、高分解能を得ることができ、演算負荷も減らすことが可能となる。
【0040】
また、エンジンのアイドル運転状態を検出した場合と、非アイドル運転状態を検出した場合とで、実スロットル開度積算回数を変更することにより、高分解能を得たいエンジンのアイドル運転状態では、実スロットル開度積算回数を増やし、エンジンの非アイドル運転状態では、実スロットル開度積算回数を減らすことにより、最新の実スロットル開度情報を使用しスロットルバルブ制御を行うことができ、さらに演算負荷も減らすことが可能となる。
【0041】
さらに、エンジンのアイドル運転状態を検出した場合のみ、実スロットル開度検出値を所定回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算することにより、高分解能を得ることができ、演算負荷も減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態に係る電子スロットルバルブの制御装置を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態に係る制御用実スロットル開度演算処理のフローチャートである。
【図3】この発明の実施の形態に係る制御用実スロットル開度演算処理のバッファデータ処理の説明図である。
【図4】この発明の実施の形態に係るもので、実スロットル開度データを4回積算した例を示す図である。
【図5】この発明の実施の形態に係るもので、8bit分解能で80hの場合の実スロットル開度存在範囲の説明図である。
【図6】この発明の実施の形態に係るもので、図4の場合の、実スロットル開度推定位置の説明図である。
【図7】この発明の実施の形態に係るもので、図1の構成に対して運転状態検出手段と積算回数演算手段をさらに備えた電子スロットルバルブの制御装置を示す構成図である。
【図8】この発明の実施の形態に係るもので、積算回数演算処理のフローチャートである。
【符号の説明】
1 アクセル開度信号、2 エンジン回転速度検出信号、3 各種センサ信号、4 目標スロットル開度演算手段、5 スロットルバルブ制御手段、6 モータ、7 スロットルバルブ、8 実スロットル開度センサ、9 A/D変換器、10 実スロットル開度検出手段、11 制御用実スロットル開度演算手段、701 運転状態検出手段、702 積算回数演算手段。
Claims (5)
- エンジンの吸気通路に設けられるスロットルバルブをモータにより開閉駆動させる電子スロットルバルブの制御装置において、
前記スロットルバルブの目標スロットル開度を演算するための目標スロットル開度演算手段と、
前記スロットルバルブの実開度を検出する実スロットル開度検出手段と、
前記実スロットル開度検出手段により検出した実スロットル開度検出値を所定回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算する制御用実スロットル開度演算手段と、
前記目標スロットル開度と前記制御用実スロットル開度との開度偏差に基づいて前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と
を備えたことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。 - 請求項1に記載の電子スロットルバルブの制御装置において、
前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記実スロットル開度検出値を2のn乗回積算することにより制御用実スロットル開度を演算する
ことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。 - 請求項1または2に記載の電子スロットルバルブの制御装置において、
エンジンの運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段をさらに備え、
前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記実スロットル開度を積算する回数を、前記エンジン運転状態検出手段によるエンジン運転状態によって変更する
ことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。 - 請求項3に記載の電子スロットルバルブの制御装置において、
前記エンジン運転状態検出手段として、エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル状態検出手段を備え、
前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記アイドル状態検出手段によりエンジンのアイドル運転状態を検出した場合と、非アイドル運転状態を検出した場合とで、前記実スロットル開度を積算する回数を変更する
ことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。 - 請求項4に記載の電子スロットルバルブの制御装置において、
前記制御用実スロットル開度演算手段は、前記アイドル状態検出手段によりエンジンのアイドル運転状態を検出した場合のみ、前記実スロットル開度検出手段により検出した実スロットル開度検出値を所定回数積算することにより、制御用実スロットル開度を演算する
ことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。
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