JP2008163748A - スロットルバルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デフォルト開度における開度停滞を確実に抑制することができるスロットルバルブ制御装置を提供する。
【解決手段】スロットルバルブ開度を制御信号に基づいて制御する制御手段１１と、デフォルト開度で前記スロットルバルブ１４の駆動軸１５に負荷段差が生じるように前記スロットルバルブ１４の位置決めをする位置決め手段とを備えるスロットルバルブ制御装置１であって、スロットルバルブ１４の目標開度を算出する目標開度算出手段３０と、目標開度に基づいて所定の応答遅れを持った開度応答値と電流応答値とを算出する応答値算出手段Ｂ３０と、開度応答値に基づいてスロットルバルブ１４のデフォルト開度近傍での動作を補正する電流補正値を算出する電流補正値算出手段Ｂ６０と、電流応答値と電流補正値とから制御信号を算出する制御信号算出手段２３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンのスロットルバルブ制御装置に関する。

電動式のスロットルバルブ制御装置では、スロットルバルブの開度を調整する電動モータに制御信号が印加されていない場合には、スロットルバルブが閉弁するように作用するバネと開弁するように作用するバネによって、スロットルバルブは僅かに開弁した位置（以下「デフォルト開度」という。）に設定される。これにより、電動モータなどが故障してもエンジンへ吸気を流し、車両の走行性が確保される。このようなスロットルバルブ制御装置では、スロットルバルブの駆動軸の負荷特性に起因して、スロットルバルブがデフォルト開度を通過する場合にデフォルト開度で一時的に停止（以下「開度停滞」という。）し、スロットルバルブの応答性が悪化する。

そのため、特許文献１では、スロットルバルブの開度指令値がデフォルト開度を通過する場合に、電流補正値を電動モータの電流指令値に加えることによってスロットルバルブの開度停滞を抑制し、スロットルバルブの応答性の向上を図る。
特開平１０−３３１６６４号公報

ところで、上記したスロットルバルブ制御装置では、スロットルバルブの開度指令値がデフォルト開度を通過すると同時に電動モータへの電流指令値を補正する。しかしながら、スロットルバルブの実開度は開度指令値に対してある程度の遅れが生じるので、電流指令値に対する補正を行うタイミングが合わず、スロットルバルブの開度停滞を確実に抑制することができないという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、デフォルト開度における開度停滞を確実に抑制することができるスロットルバルブ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

スロットルバルブ開度を制御信号に基づいて制御する制御手段（１１）と、デフォルト開度で前記スロットルバルブ（１４）の駆動軸（１５）に負荷段差が生じるように前記スロットルバルブ（１４）の位置決めをする位置決め手段とを備えるスロットルバルブ制御装置（１）であって、スロットルバルブ（１４）の目標開度を算出する目標開度算出手段（３０）と、目標開度に基づいて所定の応答遅れを持った開度応答値と電流応答値とを算出する応答値算出手段（Ｂ３０）と、開度応答値に基づいてスロットルバルブ（１４）のデフォルト開度近傍での動作を補正する電流補正値を算出する電流補正値算出手段（Ｂ６０）と、電流応答値と電流補正値とから制御信号を算出する制御信号算出手段（２３）と、を備える。

本発明によれば、スロットルバルブの目標開度に対して所定の応答遅れを持った開度応答値を算出し、その開度応答値に基づいて電流補正値を設定する。そのため、スロットルバルブの目標開度と実開度にある程度の遅れが生じていても、タイミングよく制御手段の電流値を補正できる。これにより、スロットルバルブの開度停滞を確実に防止でき、デフォルト開度でスロットルバルブの応答性が悪化するのを抑制することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照にして本発明の第１実施形態を説明する。

図１は、スロットルバルブ制御装置１の第１実施形態の構成を示すブロック図である。

スロットルバルブ制御装置１は、スロットルバルブ駆動部１０と、角度センサ２と、センサ信号処理回路３と、電流制御アンプ４と、コントローラ２０とを備える。

スロットルバルブ駆動部１０は、電動モータ１１と、ギア１２と、吸気通路１３に設置されたスロットルバルブ１４とから構成される。

スロットルバルブ駆動部１０の電動モータ１１は例えばＤＣモータであり、車両の運転状態に応じてスロットルバルブ１４を駆動する。電動モータ１１の駆動力は、ギア１２によって減速されて駆動軸１５に伝達する。この駆動軸１５は、バタフライ型のスロットルバルブ１４を有する。スロットルバルブ１４は吸気通路１３の内部に配置され、駆動軸１５を中心に回転する。このように、スロットルバルブ駆動部１０は、電動モータ１１によってスロットルバルブ１４を制御し、吸気通路１３の吸気流通面積を変化させてエンジンに導入される吸気量を調整する。

上記したスロットルバルブ１４の駆動軸１５は、スロットルバルブ１４を閉弁するように作用する図示しない閉弁バネ（位置決め手段）と、スロットルバルブ１４を開弁するように作用する図示しない開弁バネ（位置決め手段）とを有する。そのため、スロットルバルブ１４は、スロットルバルブ駆動部１０に制御信号が印加されていない状態では、閉弁バネと開弁バネとの作用によってデフォルト開度に設定される。これにより、電動モータ１１などが故障してもエンジンへ吸気を流し、車両の走行性を確保する。

角度センサ２は、駆動軸１５の端部に設置される。角度センサ２はスロットルバルブ１４の実開度を検出し、センサ信号処理回路３に検出信号を出力する。この角度センサ２は、アナログ信号を出力するポテンショメータである。なお、角度センサ２はポテンショメータではなく、高精度な光学式エンコーダを用いるようにしてもよい。

センサ信号処理回路３は、増幅器とＡ／Ｄ変換器とから構成される。センサ信号処理回路３は、角度センサ２から入力したアナログ信号を増幅してディジタル信号に変換し、コントローラ２０に出力する。

電流制御アンプ４は、フィードフォワード式の電流制御アンプである。この電流制御アンプ４は、電動モータ１１に流れる実際のモータ電流と、コントローラ２０からの電流指令値とが一致するようにパワートランジスタのスイッチング時間を制御する。

上記したスロットルバルブ駆動部１０の動作を制御するため、コントローラ２０が備えられる。コントローラ２０は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ２０には、電流制御アンプ４の電源電圧Ｖ_B、角度センサ２によって検出されるスロットルバルブの実開度θ、運転者のアクセル開度（アクセルペダルの踏込量）から算出されるスロットルバルブの開度指令値θ_COMが入力する。そして、スロットルバルブの開度指令値θ_COMと実開度θとが一致するように電動モータ１４への電流指令値を演算し、その電流指令値に基づいて電流制御アンプ４へのＤｕｔｙ指令値Ｄを決定してスロットルバルブ駆動部１０を制御する。

図２は、開度停滞を防止するスロットルバルブ制御装置１のコントローラ２０の構成を示すブロック図である。

コントローラ２０は、フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）補償部Ｂ３０と、入力制限値算出部Ｂ３１と、フィードバック（Ｆ／Ｂ）補償部Ｂ４０と、外乱補償部Ｂ５０と、負荷段差補正部Ｂ６０とから構成される。このコントローラ２０は、電流制御アンプ４と、スロットルバルブ駆動部１０と、角度センサ２と、センサ信号処理回路３とからなる制御対象１００を制御する。

Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０は、入力制限値Ｉ_LMTを使用して、アクセル開度に基づいて開度指令値算出部３０で算出されたスロットルバルブ開度指令値θ_COMと、角度センサ２からの実開度θとが所定の応答特性で一致するようにスロットルバルブ開度の規範応答値θ_SIMと電流指令値Ｉ_{COM_FF}とを算出する。なお、入力制限値Ｉ_LMTは、電動モータ１１の逆起電力推定値Ｖ^* _REV（後述する同一次元オブザーバによる推定値には以下「^*」を付す。）と、電流制御アンプ４の電源電圧Ｖ_Bとから入力制限値算出部Ｂ３１で算出される。

Ｆ／Ｂ補償部Ｂ４０は、制御対象１００が有する非線形性や生産バラツキの影響、外乱補償部Ｂ５０の補償遅れなどを低減するため、スロットルバルブ１４の実開度θと規範応答値θ_SIMとが一致するように電流指令値Ｉ_{COM_FB}を算出する。

そして、加算部２１は、Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０からの電流指令値Ｉ_{COM_FF}とＦ／Ｂ補償部Ｂ４０からの電流指令値Ｉ_{COM_FB}とを加算して電流指令値Ｉ_COM１を算出する。

外乱補償部Ｂ５０は、スロットルバルブ１４の実開度θと前回の電流指令値Ｉ_COMとからパラメータ変動を含む外乱を推定し、その外乱を相殺するように外乱補償値Ｉ_DISを算出する。

減算部２２は、電流指令値Ｉ_COM１から外乱補償値Ｉ_DISを減算し、電流指令値Ｉ_COMを算出する。これにより、パラメータ変動などの外乱を相殺して、制御対象１００の動特性を一定化する。

負荷段差補正部Ｂ６０は、スロットルバルブ１４のデフォルト開度θｄにおける開度停滞を防止するため、Ｆ／Ｆ補償部で算出された所定の応答遅れを有する規範応答値θ_SIMに基づいて電流補正値Ｉ_CORを決定する。

加算部２３は、電流補正値Ｉ_CORを上記した電流指令値Ｉ_COMに加算して電流指令値Ｉ_CCを算出する。このように算出された電流指令値Ｉ_CCによって電動モータ１１が駆動される。これにより、スロットバルブ１４の開度を制御して、エンジンに導入される吸気量を調整する。

ところで、上記したスロットルバルブ制御装置１では、スロットルバルブ１４はデフォルト開度θｄで閉弁バネと開弁バネとの作用力が釣り合うように設定されているので、スロットルバルブ動作時に駆動軸１５にかかる軸負荷トルクではデフォルト開度θｄにおいてトルク段差（負荷段差）が生じる。

図１２は、スロットルバルブ開度と駆動軸１５の軸負荷トルクとの関係を示す図である。横軸はスロットルバルブ開度を示し、縦軸は駆動軸１５の軸負荷トルクを示す。

図１２に示すように、スロットルバルブ開度がデフォルト開度θｄにあるときに、閉弁バネと開弁バネとの作用によって軸負荷トルクＴがＴｃｌからＴｏｐの幅で変動し、負荷段差が生じる。このように軸負荷トルクに負荷段差があると、スロットルバルブ１４はデフォルト開度θｄで応答性が悪化する。

図１３は、スロットルバルブ開度と、電動モータ１１を流れるモータ電流の電流値との関係を示す図である。

図１３に示すように、コントローラ２０は、実線Ｃで示すスロットルバルブ１４の開度指令値に応じた電流指令値（実線Ａ）を出力する。実線Ａで示す電流指令値と、破線Ｂで示す電動モータ１１を流れる実際のモータ電流の電流値はほぼ一致し、この実電流値によってスロットルバルブ１４の実開度が制御される。しかしながら、スロットルバルブ１４がデフォルト開度θｄになると、破線Ｄに示すように、上記した負荷段差の影響によって電動モータ１１への実電流値を変化させてもスロットルバルブ１４が作動せずに開度停滞する。そのため、従来手法では、スロットルバルブ１４の開度指令値がデフォルト開度θｄを通過するときに、電流補正値を電流指令値に加えることで、スロットルバルブ１４の開度停滞を抑制する。

図１４は、デフォルト開度において電流補正値を電流指令値に加える従来手法のスロットルバルブ開度と、電動モータの電流値との関係を示す図である。

図１４に示すように、従来手法は、実線Ｄで示すスロットルバルブ１４の開度指令値がデフォルト開度θｄを通過すると同時に、一点鎖線Ｂで示す電流補正値を電流値に加えて実線Ａで示す電流指令値を算出する。破線Ｃで示す電動モータ１１を流れる実際のモータ電流の電流値は実線Ａとほぼ一致する。しかしながら、破線Ｅの実開度は、実線Ｄで示すスロットルバルブ開度指令値に対してある程度遅れが生じるため、開度指令値に基づいて電流指令値に電流補正値を加えても補正を行うタイミングがずれ、破線Ｅで示すようにスロットルバルブ１４は開度停滞を生じる。

そこで、本実施形態では、図２に示したようにＦ／Ｆ補償部Ｂ３０でスロットルバルブ１４の開度指令値θ_COMに基づいて所定の応答遅れを持った規範応答値θ_SIMを算出する。そして、その規範応答値θ_SIMから負荷段差補正部Ｂ６０で電流補正量を決定することで、デフォルト開度θｄにおけるスロットルバルブ１４の開度停滞を確実に防止する。

図２において示した各制御部Ｂ３０〜Ｂ６０での処理の詳細について、図３を参照して説明する。図３は、コントローラ２０が行う制御を示すフローチャートである。この制御はエンジンの運転開始ともに実行され、一定周期、例えば１０ミリ秒周期で実施される。

ステップＳ１０では、コントローラ２０は、角度センサ２からの出力信号と電流制御アンプ４の電源電圧とから、スロットルバルブ１４の実開度θと電源電圧Ｖ_Bとを検出する。

ステップＳ２０では、コントローラ２０は、入力制限値算出部Ｂ３１で使用する電動モータ１１の逆起電力推定値Ｖ^* _REVを算出する。この逆起電力推定値Ｖ^* _REVは、同一次元オブザーバを用いて推定されたスロットルバルブ１４の角速度ω^*θに基づいて以下のように算出する。

電流指令値Ｉ_COMからスロットルバルブ開度θまでの制御対象の連続系伝達特性を次式（１）に示す。

ここで、（１）式を状態空間表現に直すと次式（２）のように示される。

したがって、（２）式のシステムに対して同一次元オブザーバ設計すると次式（３）のようになる。

本来ならスロットルバルブ角速度推定値ω^*θとしてオブザーバ出力であるｘ^* ₂を用いるが、モデル化誤差の影響を軽減し推定精度の向上を図るためｘ^* ₂‐Ｋ₁（ｘ^* ₁−ｘ₁）をスロットルバルブ角速度推定値ω^*θとする。そして、このスロットルバルブ角速度推定値ω^*θから次式（４）によって電動モータ１４の逆起電力推定値Ｖ^* _REVを算出する。

ステップＳ３０では、コントローラ２０はＦ／Ｆ補償部演算処理を実行する。つまり、Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０において、上記で推定した逆起電力推定値Ｖ^* _REVと、電流制御アンプ４の電源電圧Ｖ_Bとから算出した入力制限値Ｉ_LMTを使用し、スロットルバルブ１４の開度指令値θ_COMと実開度θとが所定の応答特性で一致するようにスロットルバルブ開度の規範応答値θ_SIMと電流指令値Ｉ_{COM_FF}とを算出する。このＦ／Ｆ補償部演算処理の詳細については図６〜図８を参照して後述する。

ステップＳ４０では、コントローラ２０はＦ／Ｂ補償部演算処理を実行する。Ｆ／Ｂ補償部Ｂ４０において、スロットルバルブ１４の規範応答値θ_SIMと実開度θとが一致するように規範応答値θ_SIMと実開度θとの偏差に対して次式（５）に示すＦ／Ｂ補償器を施し、電流指令値Ｉ_{COM_FB}を算出する。

ここで、制御定数Ｋ_P、Ｋ_Dは、ゲイン余裕や位相余裕を考慮して決定する。また、Ｔ_DIVは、適切なロバスト安定性を確保することができるようにゲイン余裕や位相余裕などの評価指標を用いて決定する。上記した（５）式は、実際にはタスティン近似などで離散化して得られた漸化式を用いて算出する。

ステップＳ５０では、コントローラ２０は外乱補償部演算処理を実行する。つまり、外乱補償部Ｂ５０において、スロットルバルブ１４の実開度θと、前回の電流指令値Ｉ_COMとからパラメータ変動を含む外乱を推定し、その外乱を相殺して制御対象１００の動特性を一定化させるように外乱補償値Ｉ_DISを算出する。

図４は、外乱補償部Ｂ５０における処理を示すブロック図である。

図４に示す通り、外乱補償部Ｂ５０は制御ブロックＢ５１〜Ｂ５３と、減算部５４によって外乱補償値Ｉ_DISを算出する。

制御ブロックＢ５１は、電動モータ１１に流れるモータ電流の上下限値に相当するリミッタである。制御ブロックＢ５１は、モータ電流が飽和したときに外乱補償部Ｂ５０への入力を制限することで、外乱補償値Ｉ_DISに誤差が溜まるのを防止して応答性能の悪化を防止する。なお、リミッタの制限値は、図２に示す入力制限値算出部Ｂ３１で算出された入力制限値Ｉ_LMTを用いることによって、入力制限による誤差の蓄積をより正確に防止できる。

制御ブロックＢ５２は、定常ゲインが１であるローパスフィルタＨ０（ｚ^-1）に、Ｇｐ（ｚ^-1）のゼロ点を有するＱ（ｚ^-1）を付加したフィルタＨ（ｚ^-1）である。この制御ブロックＢ５２は、前回の電流指令値Ｉ_COMをローパスフィルタ処理して電流指令値Ｉ_COM２を出力する。

制御ブロックＢ５３は、フィルタＨ（ｚ^-1）／Ｇｐ（ｚ^-1）である。したがって、−１に収束するゼロ点が相殺されるので、制御ブロックＢ５３は安定なデジタルフィルタとなる。この制御ブロックＢ５３は、電流指令値Ｉ_COMからスロットル開度θまでの制御対象１００の離散系伝達特性Ｇｐ（ｚ^-1）と、スロットルバルブ１４の実開度θとに基づいて電流指令値Ｉ_COMを逆算し、さらにローパスフィルタ処理して電流指令値Ｉ_COM３を出力する。

減算部５４では、上記のように算出された電流指令値Ｉ_COM３から電流指令値Ｉ_COM２を減算し、電流アンプ４からセンサ信号処理回路３までの制御対象の外乱やパラメータ変動による電流指令値Ｉ_COMのずれ量（外乱補償値）Ｉ_DISを算出する。そして、減算部２２で電流指令値Ｉ_COM１から外乱補償値Ｉ_DISを減算し、外乱やパラメータ変動による影響を排除した電流指令値Ｉ_COMを出力する。

上記した外乱補償値Ｉ_DISは、制御対象１００に外乱やパラメータ変動がない場合にはゼロとなる。これに対して、制御対象に外乱ｄやパラメータ変動Δがある場合には、スロットルバルブ開度θは次式（６）で表される。

Ｈ（ｚ^-1）のゲイン特性が１である周波数帯域では、次式（７）のようになる。

つまり、外乱やパラメータ変動の影響が完全にキャンセルされて、制御対象の動特性がノミナルモデルＧｐ（ｚ^-1）に一定化される。Ｈ（ｚ^-1）のカットオフ周波数を上げると高周波数域まで同様な効果が得られるが、逆にハイゲインフィードバックとなり、安定余裕が減少するのでトレードオフ設計が必要となる。

ステップＳ６０では、コントローラ２０は負荷段差補正処理を実行する。つまり、負荷段差補正部Ｂ６０において、スロットルバルブ１４のデフォルト開度θｄにおける開度停滞を防止するために、Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０で算出された規範応答値θ_SIMに基づいて負荷段差補正マップから電流補正値Ｉ_CORを決定する。

図５は、負荷段差補正マップを示す図である。横軸は規範応答値θ_SIMを示し、縦軸は電流補正値Ｉ_CORを示す。

図５に示すように、負荷段差補正マップは、電流補正値Ｉ_CORがデフォルト開度θｄにおいて、ＩｃｌからＩｏｐに変化するように設定されている。そして、規範応答値θ_SIMがデフォルト開度θｄを通過するときに、その規範応答値θ_SIMに基づいて電流補正値Ｉ_CORを決定し、次式（８）によって電動モータ１１のモータ電流の電流指令値Ｉ_CCを算出する。

ステップＳ７０では、コントローラ２０は、電流アンプ４からのモータ電流が電流指令値Ｉ_CCと一致するようにＤｕｔｙ指令値Ｄを次式（９）から算出する。

次に、Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０で実行するＦ／Ｆ補償部演算処理の詳細について、図６〜図８を参照して説明する。

図６は、Ｆ／Ｆ補償部演算処理のフローを示す図である。

ステップＳ３１では、コントローラ２０は入力制限値算出処理を実行する。つまり、入力制限値算出部Ｂ３１において、入力制限値Ｉ_LMTを次式（１０）により算出する。

（１０）式により入力制限値Ｉ_LMTを算出することで、逆起電力推定値Ｖ^* _REVや電源電圧Ｖ_Bや内部抵抗値Ｒ_SIMの変動を入力制限値Ｉ_LMTに反映することが可能となる。

ステップＳ３２では、コントローラ２０は、Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０の制御対象モデルＧｐ（ｓ）の規範応答値θ_SIMがスロットルバルブ１４の開度指令値θ_COMに対して所定の応答特性で一致するようにＦ／Ｆ補償部Ｂ３０のモデルマッチング制御部において電流指令値Ｉ_COM０を算出する。

ここで、図７はＦ／Ｆ補償部Ｂ３０での処理を示すブロック図である。

Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０では、モデルマッチング制御部Ｂ３２と、電流リミッタなどを含む制御対象３３とによって電流指令値Ｉ_{COM_FF}と規範応答値θ_SIMを算出する。

制御対象３３の連続系伝達関数Ｇｐ（ｓ）を離散化した伝達特性Ｇｐ（ｚ^-1）は次式（１１）のように表される。

ここで、Ｇｐ（ｚ^-1）のゼロ点（−ｂｐ１／ｂｐ０）は、サンプリングタイムが小さいほど−１に収束するので、Ｇｐ（ｚ^-1）の逆系を補償器に用いると不安定になってしまう。これを避けるために次のようにモデルマッチング制御部Ｂ３２を設計する。

所定の応答特性を連続系規範モデル伝達特性Ｇ_M０（ｓ）（０次／２次）で与える。これを離散化した規範モデル伝達特性Ｇ_M０（ｚ^-1）とすると、制御対象３３の伝達特性Ｇｐ（ｚ^-1）と同様に、サンプリングタイムを小さくすると−１に収束するゼロ点を有する。したがって、モデルマッチング制御部Ｂ３２の設計の際に両者を相殺させる目的で規範モデル伝達特性Ｇ_M０（ｚ^-1）のゼロ点を制御対象伝達特性Ｇｐ（ｚ^-1）のゼロ点で置き換えたＧ_M（ｚ^-1）を規範モデル伝達特性として用いる。なお、サンプリングタイムが十分小さければ、Ｇ_M（ｚ^-1）とＧ_M０（ｚ^-1）との差はほとんどなく、実用上問題はない。ここで、Ｇ_M（ｚ^-1）は次式（１２）のように表される。

（１１）式及び（１２）式を用いると、モデルマッチング制御部Ｂ３２は、図８に示すように制御ブロックＢ３２１のＢｍｆと、制御ブロックＢ３２２のＬ（ｚ^-1）と、制御ブロックＢ３２３の１／Ｒ（ｚ^-1）とから構成される。

図８は、モデルマッチング制御部Ｂ３２での処理を示すブロック図である。

ここで、Ｂｍｆ、Ｌ（ｚ^-1）、Ｒ（ｚ^-1）は（１３）式から（１５）式によって示される。

したがって、図８に示すように、制御対象モデルの出力値で規範応答値θ_SIMにＬ（ｚ^-1）の処理を行った値と、スロットルバルブ１４の開度指令値θ_COMにＢｍｆの処理を行った値との差分を減算部３２４で算出し、その差分に１／Ｒ（ｚ^-1）の処理を行った値が電流指令値Ｉ_COM０となる。

ステップＳ３３では、コントローラ２０は、ステップＳ３２で求めた電流指令値Ｉ_COM０と、入力制限値算出部Ｂ３１で算出した入力制限値Ｉ_LMTとを使用してリミッタ処理を実行し、Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０の出力の一つである電流指令値Ｉ_{COM_FF}とする。つまり、図７に示すように、電流指令値Ｉ_COM０の絶対値と、入力制限値算出部Ｂ３１で算出した入力制限値Ｉ_LMTを比較し、下記のように小さい方を電流指令値Ｉ_{COM_FF}として出力する。

ステップＳ３４では、コントローラ２０は、ステップＳ３３で出力した電流指令値Ｉ_{COM_FF}に対して（１１）式に示す制御対象の応答特性Ｇｐ（ｚ^-1）を施し、Ｆ／Ｆ補償部Ｂ３０のもう一つの出力値スロットルバルブ開度規範応答値θ_SIMを算出し、処理を一旦抜ける。

上記したスロットルバルブ制御装置１では、開度指令値θ_COMに対して所定の応答遅れを持った規範応答値θ_SIMに基づいて電流補正値Ｉ_CORを決定し、電流指令値Ｉ_CCによってスロットルバルブ１４の開度を調整する。

図９は、規範応答値θ_SIMに基づいて電流補正値Ｉ_CORを決定したときのスロットルバルブ１４の実開度θを示す図である。

実線Ｄで示すスロットルバルブ１４の開度指令値θ_COMではなく、一点鎖線Ｅの規範応答値θ_SIMがデフォルト開度θｄを通過したときに、電流値に一点鎖線Ｂの電流補正値Ｉ_CORを加えて実線Ａで示す電流指令値Ｉ_CCとする。そして、破線Ｃで示す実電流は電流値Ｉｃｃとほぼ一致するので、破線Ｆで示すスロットルバルブ１４の実開度θはデフォルト開度θｄを通過しても開度停滞が生じない。

このように、開度指令値θ_COMからＦ／Ｆ補償部Ｂ３０で所定の応答遅れを持った規範応答値θ_SIMを算出し、その規範応答値θ_SIMに基づいて負荷段差補正マップから電流補正値Ｉ_CORを設定するので、スロットルバルブ開度指令値と実開度にある程度の遅れが生じていても、電動モータ１１のモータ電流をタイミングよく補正できる。これにより、スロットルバルブ１４の開度停滞を確実に防止でき、デフォルト開度θｄにおいてスロットルバルブ１４の応答性が悪化するのを防止することが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態のスロットルバルブ制御装置の構成は、第１実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、負荷段差補正部の負荷段差補正マップにおいて一部相違する。つまり、デフォルト開度近傍の電流補正値に所定の傾きを持たせるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図１０は、負荷段差補正部Ｂ６０の負荷段差補正マップを示す図である。図１０（Ａ）は、第１実施形態の負荷段差補正マップを示し、図１０（Ｂ）は第２実施形態の負荷段差補正マップを示す。横軸は規範応答値θ_SIMを示し、縦軸は電流補正値Ｉ_CORを示す。

図１０（Ａ）に示すように、第１実施形態の負荷段差補正マップでは、スロットルバルブ１４のデフォルト開度設計値θｄで電流補正値がＩｃｌからＩｏｐに変化するように設定されている。しかしながら、スロットルバルブ１４のデフォルト開度設計値θｄと実際のデフォルト開度θｄ’との間に、ずれが生じる場合には、規範応答値θ_SIMがデフォルト開度設計値θｄとなったときに規範応答値θ_SIMから電流補正値Ｉ_CORを決定して電流指令値Ｉ_CCを算出しても、スロットルバルブ１４の開度停滞を確実に防止できず、さらに一度に電流指令値を補正してしまうためスロットルバルブ１４にオーバシュートなどが発生して応答性が悪化してしまう。

そこで、第２実施形態では、図１０（Ｂ）に示すように、デフォルト開度設計値θｄの近傍において、規範応答値θ_SIMに対して電流補正値Ｉ_CORに所定の傾きを持たせる。このように、規範応答値θ_SIMがデフォルト開度設計値θｄの近傍になると、徐々に電流補正値Ｉ_CORを変化させて電流指令値Ｉ_CCを補正するので、デフォルト開度設計値θｄと実際のデフォルト開度θｄ’とが、ずれた場合であってもスロットルバルブ１４にオーバシュートなどが発生することがない。

図１１は、規範応答値θ_SIMに基づいて図１０（Ｂ）の負荷段差補正マップから電流補正値Ｉ_CORを決定したときのスロットルバルブ１４の実開度θを示す図である。

図１１のように、実線Ｄで示す開度指令値θ_COMではなく、一点鎖線Ｅで示す規範応答値θ_SIMに基づいて電流値を補正する。一点鎖線Ｅの規範応答値θ_SIMがデフォルト開度設計値θｄの近傍になると、一点鎖線Ｂで示す電流補正値Ｉ_CORを電流値に徐々に加え、実線Ａで示す電流指令値Ｉ_CCとする。破線Ｃで示す実電流は実線Ａの電流指令値Ｉ_CCとほぼ一致する。このように、デフォルト開度設計値θｄの近傍から電流値を徐々に補正するので、デフォルト開度設計値θｄと実際のデフォルト開度θｄ’とが、ずれた場合であっても、破線Ｆで示すようにスロットルバルブ１４は開度停滞をほとんど生じない。

このように、開度指令値θ_COMから所定の応答遅れを持った規範応答値θ_SIMを算出し、その規範応答値θ_SIMと、デフォルト開度設計値θｄの近傍の電流補正値に所定の傾きを持たせた負荷段差補正マップとから電流補正値Ｉ_CORを設定する。そのため、スロットルバルブ１４のデフォルト開度設計値θｄと実際のデフォルト開度θｄ’とが、ずれた場合であっても、スロットルバルブ１４の開度停滞を抑制することができるとともにスロットルバルブ１４のオーバシュートなどの発生を抑制することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

スロットルバルブ制御装置の構成を示すブロック図である。 スロットルバルブ制御装置のコントローラの構成を示すブロック図である。 コントローラが行う制御を示すフローチャートである。 外乱補償部における処理を示すブロック図である。 負荷段差補正マップを示す図である。 Ｆ／Ｆ補償部演算処理のフローを示す図である。 Ｆ／Ｆ補償部での処理を示すブロック図である。 モデルマッチング制御部での処理を示すブロック図である。 電流値とスロットルバルブの実開度を示す図である。 負荷段差補正部の負荷段差補正マップを示す図である。 電流値とスロットルバルブの実開度を示す図である。 スロットルバルブ開度と駆動軸の軸負荷トルクとの関係を示す図である。 スロットルバルブ開度と電流値との関係を示す図である。 従来手法におけるスロットルバルブ開度と電流値との関係を示す図である。

符号の説明

１ スロットルバルブ制御装置
２ 角度センサ
１０ スロットルバルブ駆動部
１１ 電動モータ（制御手段）
１２ ギア
１４ スロットルバルブ
１５ 駆動軸
２０ コントローラ
２３ 加算部（制御信号算出手段）
３０ 開度指令値算出部（目標開度算出手段）
Ｂ３０ Ｆ／Ｆ補償部（応答値算出手段）
Ｂ３１ 入力制限値算出部
Ｂ４０ Ｆ／Ｂ補償部
Ｂ５０ 外乱補償部
Ｂ６０ 負荷段差補正部（電流補正値算出手段）

Claims (4)

1. スロットルバルブ開度を制御信号に基づいて制御する制御手段と、デフォルト開度で前記スロットルバルブの駆動軸に負荷段差が生じるように前記スロットルバルブの位置決めをする位置決め手段とを備えるスロットルバルブ制御装置であって、
   スロットルバルブの目標開度を算出する目標開度算出手段と、
   前記目標開度に対して所定の応答遅れを持った開度応答値と電流応答値とを算出する応答値算出手段と、
   前記開度応答値に基づいて前記スロットルバルブのデフォルト開度近傍での動作を補正する電流補正値を算出する電流補正値算出手段と、
   前記電流応答値と前記電流補正値とから前記制御信号を算出する制御信号算出手段と、
   を備えたことを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
2. 前記応答値算出手段は、
   前記スロットルバルブの目標開度に対して予め設定された規範応答を実現するようにフィードバック制御して開度応答値と電流応答値とを算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスロットルバルブ制御装置。
3. 前記電流補正値算出手段は、
   前記開度応答値がデフォルト開度以上となる場合には、前記開度応答値がデフォルト開度よりも小さい場合よりも前記電流補正値を大きくする、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスロットルバルブ制御装置。
4. 前記電流補正値算出手段は、
   前記電流補正値がデフォルト開度近傍において所定の傾きで徐々に変化する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のスロットルバルブ制御装置。