JP3742749B2

JP3742749B2 - Electronically controlled throttle control device

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Publication number: JP3742749B2
Application number: JP2000241624A
Authority: JP
Inventors: 雅俊星野; 勝二丸本; 大須賀　　稔
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002054485A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットル弁をモータで駆動する電子制御スロットルを制御する電子制御スロットルの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子制御スロットルの制御装置では、エンジンコントロールユニット等から与えられたスロットルの開度指令信号と、開度センサで測定したスロットル弁の開度が一致するように、スロットル弁を駆動する直流モータの端子間電圧を制御している。モータの端子間電圧の制御には、コストの観点から有利なＨブリッジによるＰＷＭ方式が使われている。そのため、制御装置は、モータに印加すべき端子間電圧に対応する適当なデューティー比を持ったＰＷＭ信号を、駆動回路に入力するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】
一般的な電子制御スロットルでは、駆動回路であるＨブリッジにバッテリ電圧を印加しているので、モータには、バッテリ電圧と接地電圧が周期的に印加される。ＰＷＭ信号の周波数は、モータの時定数を考慮して、モータに流れる電流がある程度滑らかでトルク変動が少なくなるように決める。それと同時に、ＰＷＭ周波数に応じた音がモータから発生するため、静粛性の観点から可聴領域を避けて設定する必要がある。ここで、駆動回路のパワー素子の応答性は、例えば、７．５μｓである。このとき、ＰＷＭ信号の周波数を可聴領域を避けて２０ｋＨｚに設定すれば、周期は５０μｓなので、１５％以下や８５％以上のデューティー比に対しては、駆動回路がＰＷＭ信号の変化に追従できず、不感帯や飽和といった非線形な特性が発生する。従って、従来の電子制御スロットルの制御装置では、この非線形な特性の故に、応答性が低下するという問題があった。
【０００４】
また、電子制御スロットルは自動車の安全性に直接関わる部品であるので、ハードウエア，ソフトウエアの両面からフェールセーフが考慮されている。多くの電子制御スロットルでは、ソフトウエアのフェールセーフ機能により、モータ制御を中止したときにはスロットル弁が所定の開度に位置する機構を備え、エンストや暴走を防いで自動車を走行可能な状態にするようになっている。この機構としては、スロットル弁の回転軸にばねを取り付け、所定開度（デフォルト開度）に戻すようにトルクを発生する。ばねのトルクの符号は、デフォルト開度を境に反転するため、スロットル弁がデフォルト開度を通過するためにはモータ印加電圧も符号が反転しなければならない。このとき駆動回路による不感帯のため、デフォルト開度付近での応答性が、低下するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、応答性の向上した電子制御スロットルの制御装置を提供することにある。
【０００６】
【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、スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、前記直流モータの駆動回路は、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が正の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた正の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が負の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた負の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が変化しても出力されるモータ印加電圧が変化しない不感帯を有し、上記電圧／デューティ変換手段は、上記モータに印加すべき電圧が負から正に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比を前記直流モータの駆動回路の不感帯よりも小さな値の範囲でステップ状に変化し、上記モータに印加すべき電圧が正から負に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比をステップ状に変化することにより、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の不感帯を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換するようにしたものである。
かかる構成により、不感帯を補償して、応答性を向上し得るものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記制御手段が出力するモータ印加電圧を、電源電圧に応じて制限するリミッタ手段を備えるようにしたものである。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記電圧／デューティ変換手段は、さらに、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の飽和特性を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換するようにしたものである。
【００１１】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、電圧／デューティ変換手段は、電源電圧の値に応じて、電源電圧が下がったときはデューティ比を増加させ、電源電圧が上がったときはデューティ比を減少させるように、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換するようにしたものである。
かかる構成により、電源電圧の変動を補償して、応答性を向上し得るものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を用いて、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成図である。
【００１３】
制御装置１０は、エンジンコントロールユニット等から与えられたスロットルの開度指令信号と、電子制御スロットル２０のスロットル弁の開度が一致するように、スロットル弁を駆動する直流モータの端子電圧を制御して、スロットル弁を与えられた開度に追従制御する。
【００１４】
電子制御スロットル２０は、スロットル弁２１と、ＤＣモータ２２と、駆動回路２３と、開度センサ２４と、減速ギア２５と、ばね２６とを備えており、吸気管２９を通ってエンジンに流入する空気量を調節する。制御装置１０が出力するＰＷＭ信号に基づいて、駆動回路２３は、ＤＣモータ２２に印加する電圧を変化させる。また、制御装置１０が出力する正逆信号に基づいて、駆動回路２３は、ＤＣモータ２２を正逆転させるように印加する電圧を切り換える。ＤＣモータ２２の回転駆動力は、減速ギア２５によって減速された上で、スロットル弁２１を回動する。スロットル弁２１の回転軸には、スロットル弁２１の位置を測定する開度センサ２４（ポテンショメータ）が取り付けられている。スロットル弁２１の開度は、開度センサ２４によって検出され、Ａ／Ｄ変換した上で、制御装置１０に取り込まれる。駆動回路２３の電源は、バッテリ３０である。
【００１５】
また、バッテリ３０の電圧は、Ａ／Ｄ変換した上で、制御装置１０に取り込まれる。ＰＷＭ方式では、バッテリ３０の電圧によってＰＷＭの振幅が変化するので、制御装置１０は、バッテリの電圧を監視し、電圧に応じた制御を行うようにしている。
【００１６】
また、制御装置１０の誤動作や異物の混入等による暴走を防止するフェールセーフ機構として、制御装置１０による制御を中止した場合など直流モータ２２がトルクを発生しないときは、弁の回転軸に付いているばね２６によってスロットル弁２１が一定の開度（デフォルト開度）に戻る構成となっている。デフォルト開度は、アイドルよりやや高いエンジン回転数で自動車が修理工場等まで自走できるように設定する。ばね２６にはプリロードを設けて、走行条件に関わらず確実にスロットル弁２１がデフォルト開度に戻るようにしている。
【００１７】
ここで、図２を用いて、本実施形態による電子制御スロットルに用いるばねのトルクについて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いるばねトルクの説明図である。
【００１８】
図２において、横軸はスロットル開度を示しており、縦軸はばね２６のトルクを示している。
ばねトルクは、スロットル開度θ１を中心として、これよりも全閉側では負の値となり、これよりも全開側では正の値となっている。即ち、ばねトルクは、デフォルト開度θ１で符号が反転するだけではなく、不連続に変化する特性になる。
【００１９】
次に、図３を用いて、本実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータ２２の駆動回路２３の回路構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる駆動回路の構成を示す回路図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２０】
駆動回路２３は、４つのパワートランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４からなるＨブリッジ回路によって構成されている。Ｈブリッジ回路の電源は、バッテリ３０である。パワートランジスタＴ１，Ｔ２のゲートには、制御装置１０から出力されたＰＷＭ信号が入力し、パワートランジスタＴ３，Ｔ４のゲートには、制御装置１０から出力された正逆信号が入力する。正逆信号が、パワートランジスタＴ４のゲートに５Ｖが印加され、パワートランジスタＴ３のゲートが接地されるとすると、パワートランジスタＴ４がオン状態となり、パワートランジスタＴ３がオフ状態となり、モータ２２にはＰＷＭのデューティー比に応じて電圧Ｖｍが矢印ａの方向に印加される。また、逆に、パワートランジスタＴ３のゲートに５Ｖ、パワートランジスタＴ４のゲートを接地とすれば、電圧Ｖｍの印加方向が逆転し、直流モータ２２が逆転する。
【００２１】
ここで、図４を用いて、本実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータ２２の印加電圧について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータの印加電圧を示す波形図である。図４（Ａ），（Ｃ），（Ｅ）は、制御装置１０から駆動回路２３に入力するＰＷＭ信号の波形を示しており、図４（Ｂ），（Ｄ），（Ｆ）は、駆動回路２３から直流モータ２２に印加されるモータ印加電圧の波形を示している。
【００２２】
パワートランジスタのゲートに入力するＰＷＭ信号が反転してからスイッチングが起こるまでには遅れ時間があるので、モータ印加電圧の変化もＴｄだけ遅れることになる。設定したＰＷＭ周期によっては、この遅れ時間が無視できない大きさになることがある。
【００２３】
図４（Ａ）は、ＰＷＭ信号のデューティー比が５０％のときを示しており、そのとき、図４（Ｂ）に示すように、モータ印加電圧もほぼデューティー比は５０％になる。
【００２４】
しかしながら、図４（Ｃ）に示すように、ＰＷＭ信号のデューティー比が１５％のときは、図４（Ｄ）に示すように、スイッチングの速度がＰＷＭ信号の変化に追いつけず、モータに印加される電圧はほぼ０Ｖとなる。また、図４（Ｅ）に示すように、ＰＷＭ信号のデューティー比が８５％のときは、図４（Ｆ）に示すように、スイッチングの速度がＰＷＭ信号の変化に追いつけず、モータに印加される電圧はほぼバッテリ電圧となる。
【００２５】
次に、図５を用いて、本実施形態による電子制御スロットルにおけるＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧の測定例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルにおけるＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧の測定例の説明図である。
【００２６】
図５は、実際にある電子制御スロットルの駆動回路と直流モータを用意して、電源電圧を１４Ｖとし、ＰＷＭ周波数を２０ｋＨｚとして、モータを自由に回転させたとき、ＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧とを測定した結果を示している。なお、デューティー比がマイナスとは、デューティー比がプラスの場合と逆方向の電圧をモータに印加しようとする場合である。
【００２７】
デューティー比が±１５％以下のときはモータに電圧が印加されておらず、±９５％以上の時は電源電圧がモータに印加されている。さらに、この付近の領域では線形性も劣化している。この直流モータと駆動回路は、２０ｋＨｚのＰＷＭ周波数に対しては、不感帯と飽和特性のあるアクチュエータとなっていることが分かる。
【００２８】
次に、図６を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のブロック図である。
【００２９】
制御装置１０は、差演算手段１２と、ＰＩＤ制御手段１４と、リミッタ手段１６と、電圧／デューティー変換手段１８とを備えている。なお、これらの各手段は、マイコン内のプログラムで実行される。制御装置１０には、アクセル踏み込み量やエンジンの運転状態に応じたスロットル弁の開度指令が一定の時間間隔で入力される。制御装置１０は、この開度指令にスロットル弁を追従させるためにＰＩＤ制御系を用いたフィードバックシステムを構成する。
【００３０】
スロットル弁の開度は、開度センサ２４によって検出され、Ａ／Ｄ変換された上で、制御装置１０に取り込まれる。開度指令は、アクセルの踏み込み量を測定するセンサのアナログ出力である場合と、別のマイコンからディジタルデータとして転送される場合がある。センサのアナログ出力のときはＡ／Ｄ変換器でディジタル化して、制御装置１０に取り込まれる。
【００３１】
差演算手段１２は、開度指令とスロットル弁の開度のと差を計算し、ＰＩＤ制御手段１４に偏差信号を出力する。ＰＩＤ制御手段１４は、開度指令と実際のスロットル弁の差を入力として、モータに印加すべき電圧を算出する。
【００３２】
モータに印加できる電圧には限界があるので、リミッタ手段１６は、ＰＩＤ制御手段１４がその限界値Ｌ以上の値を出力した場合は、バッテリ電圧以上をモータに印加することはできないので限界値Ｌに制限する。通常の場合、限界値Ｌはバッテリ電圧である。バッテリ３０の電圧は、制御装置１０に取り込まれているため、制御装置１０は、このバッテリ電圧を用いて、限界値Ｌを可変する。
【００３３】
ここで、図７を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のリミッタ手段１６におけるリミッタの制限値とバッテリ電圧との関係について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のリミッタ手段におけるリミッタの制限値とバッテリ電圧との関係の説明図である。
【００３４】
図７の横軸はバッテリ電圧（Ｖ）を示し、縦軸は制限値Ｌ（Ｖ）を示している。例えば、バッテリ電圧がＶｂ１のとき、制限値ＬはＬ１となる。また、バッテリ電圧がＶｂ２のとき、制限値ＬはＬ２となり、バッテリ電圧がＶｂ３のとき、制限値ＬはＬ３となる。ここで、バッテリ電圧がＶｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が、それぞれ、１０Ｖ，１４Ｖ，１６Ｖのとき、制限値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ、１０Ｖ，１４Ｖ，１６Ｖとする。
【００３５】
図６の電圧／デューティー変換手段１８は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するために、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を、デューティー比に変換する。この変換は、図５において説明した駆動回路２３の非線形を考慮して、この非線形性を線形特性に変換し、かつ、モータに加える電圧を、デューティー比に変換するものとしている。
【００３６】
次に、図８を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段１８の変換特性について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【００３７】
図８において、横軸は、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を示し、縦軸は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するためのデューティー比である。電圧／デューティー変換手段１８は、ＰＩＤ制御手段１４で計算したモータ印加電圧に対して、実際にモータを駆動するＰＷＭのデューティー比を求めるものである。
【００３８】
モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ２のときは、デューティ比は、１００％としており、その間は、モータ電圧の増加にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００３９】
また、モータ電圧がマイナスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、−１３．５％としている。また、モータ電圧が−Ｖｂ２のときは、デューティ比は、−１００％としており、その間は、モータ電圧の減少にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００４０】
すなわち、図５において説明したように、デューティー比が±１５％以下のときはモータに電圧が印加されていないため、従って、駆動回路２３に供給するデューティ比の最小値を±１３．５％とすることにより、駆動回路の不感帯を実質的になくすることができる。なお、不感帯が±１５％であるため、駆動回路２３に供給するデューティ比の最小値を±１５％としてもよいものである。ただし、この際には、駆動回路の応答特性の関係で、制御時にハンチングが生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、デューティ比の最小値を不感帯よりも僅かに（例えば、１０％）小さな値としている。
【００４１】
図８に示した印加電圧とデューティー比との対応関係は、例えば、電圧／デューティー変換手段１８の内部に、マップ形式の配列データで格納されたり、また、印加電圧からデューティー比を数式で計算することで実現する。
【００４２】
以上のように、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯を取り除くことができる。
【００４３】
次に、図９及び図１０を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置と、従来の制御装置の応答特性について比較説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の応答特性の説明図であり、図１０は、従来の制御装置の応答特性の説明図である。
【００４４】
図９、図１０は、ある電子制御スロットルで、デフォルト開度θ１をまたいだステップ状の開度指令与えたときのスロットル弁の応答を示している。
最初に、図１０を用いて、従来の応答特性について説明する。図１０（Ａ）の横軸は時間（秒）を示し、縦軸はスロットル弁の開度（度）を示している。図１０（Ａ）の破線Ａｔ２は、目標開度の変化を示している。すなわち、時刻ｔ０以前において、スロットル開度が１６．５度であり、時刻ｔ０において、目標開度が１８．５度となるように、ステップ状に目標開度を変化させている。ここで、デフォルト開度θ１は、例えば、１７．３度であり、目標開度Ａｔ２は、デフォルト開度θ１を跨ぐように変化させている。
【００４５】
図１０（Ａ）の実線Ａａ２は、破線Ａｔ２で示した目標開度に対する実際の弁開度を示している。図示する例から明らかなように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ２の間、保持された後、目標開度に近づくような応答特性を示している。
【００４６】
次に、図１０（Ｂ）を用いて、図１０（Ａ）の破線Ａｔ２で示したステップ状の目標開度が与えられた場合のデューティ比の変化と、モータ電圧の変化について説明する。図１０（Ｂ）において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸は、デューティ比（％）及びモータ電圧（Ｖ）を示している。
【００４７】
図１０（Ａ）に破線Ａｔ２で示したように、時刻ｔ０において目標開度がステップ状に変化すると、図１０（Ｂ）に破線Ｄ２で示したように、デューティ比は時刻ｔ０からほぼ直線的に増加する。
【００４８】
このとき、図１０（Ｂ）に実線Ｖ２で示すように、モータ電圧は、マイナスの電圧から増加した後、しばらくの間、０Ｖを保持し、その後、プラス側に増加する。ここで、０Ｖに保持されている間も、デューティ比が増加しているが、図５に示した不感帯の影響で、デューティ比が増加しても、モータ電圧が変化しないためである。
【００４９】
その結果、図１０（Ａ）に実線Ａａ２で示したように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ２の間保持された分だけ、応答が遅れることになる。図１０に示す例では、図１０（Ａ）に実線Ａａ２で示したように、スロットル弁の開度が目標開度に到達するまで、時刻（ｔ２−ｔ０）掛かっており、この時間は、約１３０ｍｓであった。運転者の体感上、応答時間が１００ｍｓ以下であれば、実際上体感することができないのに対して、１３０ｍｓの応答では、応答遅れとして運転者が体感し得るものである。
【００５０】
次に、図９を用いて、本実施形態による応答特性について説明する。図９（Ａ）の横軸は時間（秒）を示し、縦軸はスロットル弁の開度（度）を示している。図９（Ａ）の破線Ａｔ１は、目標開度の変化を示している。すなわち、時刻ｔ０以前において、スロットル開度が１６．５度であり、時刻ｔ０において、目標開度が１８．５度となるように、ステップ状に目標開度を変化させている。ここで、デフォルト開度θ１は、例えば、１７．３度であり、目標開度Ａｔ１は、デフォルト開度θ１を跨ぐように変化させている。
【００５１】
図９（Ａ）の実線Ａａ１は、破線Ａｔ１で示した目標開度に対する実際の弁開度を示している。図示する例から明らかなように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ１の間、保持された後、目標開度に近づくような応答特性を示している。
【００５２】
次に、図９（Ｂ）を用いて、図９（Ａ）の破線Ａｔ１で示したステップ状の目標開度が与えられた場合のデューティ比の変化と、モータ電圧の変化について説明する。図９（Ｂ）において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸は、デューティ比（％）及びモータ電圧（Ｖ）を示している。
【００５３】
図９（Ａ）に破線Ａｔ１で示したように、時刻ｔ０において目標開度がステップ状に変化すると、図９（Ｂ）に破線Ｄ１で示したように、デューティ比は、デフォルト開度を跨ぐ部分ではステップ的に変化する特性となる。
【００５４】
このとき、図９（Ｂ）に実線Ｖ１で示すように、モータ電圧は、マイナスの電圧から増加した後、ほぼ直線的に増加する。
【００５５】
その結果、図９（Ａ）に実線Ａａ１で示したように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ１の間保持された分だけ、応答が遅れるが、この時間Ｔ１は、図１０の時間Ｔ２よりも短くなっている。時間Ｔ１だけ保持されるのは、図１において説明したように、スロットル弁２１がばね２６によって付勢されているため、この付勢力に抗してスロットル弁２１を回動するのに要する時間である。図９に示す例では、図９（Ａ）に実線Ａａ１で示したように、スロットル弁の開度が目標開度に到達するまで、時刻（ｔ１−ｔ０）掛かっており、この時間は、約１００ｍｓであり、応答遅れとして運転者が体感し得ないレベルまで応答遅れを改善することができるものである。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯を取り除いて、応答性を向上することができる。特に、デフォルト開度を通過する開度指令に対して応答性を向上することができる。例えば、４０ｋｍ／ｈで定速走行しているような運転状態から加速すると、デフォルト開度を跨ぐように、スロットル開度が変化するが、このような場合、応答性が向上するということは、加速性能が向上することになる。
また、駆動回路の非線形を直接補正する方式であるので、同じ応答性を実現する場合、ゲインのマッチングが簡単になる。
【００５７】
次に、図１１を用いて、本発明の第２の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図６に示したものと同様である。
本実施形態においては、電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段１８の変換特性を、図８に示したものとは異なるようにしている。
【００５８】
ここで、図１１を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【００５９】
図１１において、横軸は、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を示し、縦軸は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するためのデューティー比である。電圧／デューティー変換手段１８は、ＰＩＤ制御手段１４で計算したモータ印加電圧に対して、実際にモータを駆動するＰＷＭのデューティー比を求めるものである。
【００６０】
図１１に実線Ｃ１で示す特性は、図８に示したものと同様である。すなわち、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ２のときは、デューティ比は、１００％としており、その間は、モータ電圧の増加にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００６１】
また、モータ電圧がマイナスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、−１３．５％としている。また、モータ電圧が−Ｖｂ２のときは、デューティ比は、−１００％としており、その間は、モータ電圧の減少にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００６２】
ここで、ＰＷＭの振幅はバッテリ電圧になるので、同じデューティー比でもバッテリ電圧が変化すれば、モータに印加される電圧も変化する。そこで、本実施形態では、制御装置１０は、取り込んでいるバッテリの電圧を利用して、バッテリ電圧が基準値より低下したときはデューティー比を大きくし、またバッテリ電圧が基準値より高いときはデューティー比を小さくすることで、デューティー比が１００％に達するまでは、電源電圧の変化してもモータへの印加電圧は変化しないように補償している。
【００６３】
すなわち、例えば、実線Ｃ１で示す特性は、バッテリー電圧Ｖｂ２が例えば１４Ｖの場合である。それに対して、点線Ｃ２で示す特性は、バッテリー電圧Ｖｂ１が例えば１０Ｖの場合である。また、破線Ｃ３で示す特性は、バッテリー電圧Ｖｂ３が例えば１６Ｖの場合である。
【００６４】
点線Ｃ２で示すように、バッテリー電圧Ｖｂ１が例えば１０Ｖの場合には、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ１のときは、デューティ比が、１００％としており、その間は、デューティ比の変化を、実線Ｃ１で示す場合よりも大きくしている。マイナス側についても同様である。
【００６５】
また、破線Ｃ３で示すように、バッテリー電圧Ｖｂ３が例えば１６Ｖの場合には、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ３のときは、デューティ比が、１００％としており、その間は、デューティ比の変化を、実線Ｃ１で示す場合よりも小さくしている。マイナス側についても同様である。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態によれば、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯を取り除いて、応答性を向上することができる。
また、電源電圧の変化してもモータへの印加電圧は変化しないように補償することができるので、電源電圧が変化に対しても応答性の変化が少なくなる。したがって、応答性のロバスト性が向上する。
【００６７】
次に、図１２を用いて、本発明の第３の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図６に示したものと同様である。
本実施形態においては、電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段１８の変換特性を、図８，図１１に示したものとは異なるようにしている。
【００６８】
ここで、図１２を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性について説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【００６９】
図１２において、横軸は、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を示し、縦軸は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するためのデューティー比である。電圧／デューティー変換手段１８は、ＰＩＤ制御手段１４で計算したモータ印加電圧に対して、実際にモータを駆動するＰＷＭのデューティー比を求めるものである。
【００７０】
図１２に実線Ｃ４で示す特性では、図５に示した±１５％の不感帯以外にも、＋９５％以上と−９５％以下における飽和特性も補償するものである。すなわち、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、デューティ比が＋９５％以上では、図５の＋９５％以上の飽和特性を補償するように、図５の特性の逆特性としている。そして、＋１３．５％〜＋９５％の間は、モータ電圧の増加にしたがって、デューティ比がほぼ直線的に変化する変換特性としている。なお、＋９５％の付近では、直線部と飽和部を連続的に補間する特性としている。
【００７１】
また、モータ電圧がマイナスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、−１３．５％としている。また、デューティ比が−９５％以下では、図５の−９５％以下の飽和特性を補償するように、図５の特性の逆特性としている。そして、−１３．５％〜−９５％の間は、モータ電圧の変化にしたがって、デューティ比がほぼ直線的に変化する変換特性としている。なお、−９５％の付近では、直線部と飽和部を連続的に補間する特性としている。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態によれば、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯及び飽和部の影響を取り除いて、応答性を向上することができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、電子制御スロットルの制御装置によるスロットル弁制御の応答性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いるばねトルクの説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる駆動回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータの印加電圧を示す波形図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルにおけるＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧の測定例の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のリミッタ手段におけるリミッタの制限値とバッテリ電圧との関係の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の応答特性の説明図である。
【図１０】従来の制御装置の応答特性の説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【符号の説明】
１０…制御装置
２０…電子制御スロットル
２１…スロットル弁
２２…直流モータ
２３…駆動回路
２４…開度センサ
２５…減速ギア
２６…ばね
２９…吸気管
３０…バッテリ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an electronically controlled throttle that controls an electronically controlled throttle that drives a throttle valve with a motor.
[0002]
[Prior art]
In a conventional electronically controlled throttle control device, a direct current motor that drives a throttle valve so that the throttle opening command signal given from an engine control unit or the like matches the throttle valve opening measured by the opening sensor. The voltage between the terminals is controlled. For controlling the voltage between the terminals of the motor, a PWM system using an H bridge, which is advantageous from the viewpoint of cost, is used. Therefore, the control device inputs a PWM signal having an appropriate duty ratio corresponding to the voltage between terminals to be applied to the motor to the drive circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In a general electronically controlled throttle, the battery voltage is applied to the H bridge that is a drive circuit, and therefore the battery voltage and the ground voltage are periodically applied to the motor. The frequency of the PWM signal is determined in consideration of the time constant of the motor so that the current flowing through the motor is somewhat smooth and torque fluctuation is reduced. At the same time, since the sound corresponding to the PWM frequency is generated from the motor, it is necessary to set it away from the audible region from the viewpoint of quietness. Here, the responsiveness of the power element of the drive circuit is, for example, 7.5 μs. At this time, if the frequency of the PWM signal is set to 20 kHz while avoiding the audible region, the period is 50 μs, so the drive circuit cannot follow the change of the PWM signal for a duty ratio of 15% or less or 85% or more. Non-linear characteristics such as dead zone and saturation occur. Therefore, the conventional electronic control throttle control device has a problem that the responsiveness is lowered due to this non-linear characteristic.
[0004]
Moreover, since the electronically controlled throttle is a part directly related to the safety of the automobile, fail-safe is considered from both the hardware and software aspects. Many electronically controlled throttles have a mechanism that allows the throttle valve to be positioned at a predetermined opening when the motor control is stopped by the software's fail-safe function, so that the vehicle can run while preventing engine stalls and runaway. It has become. As this mechanism, a spring is attached to the rotary shaft of the throttle valve, and torque is generated so as to return to a predetermined opening (default opening). Since the sign of the spring torque is reversed at the default opening, the sign of the motor applied voltage must be reversed in order for the throttle valve to pass the default opening. At this time, due to the dead zone due to the drive circuit, there is a problem that the responsiveness near the default opening is lowered.
[0005]
An object of the present invention is to provide an electronically controlled throttle control device with improved responsiveness.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1 )Up In order to achieve the above object, the present invention obtains a voltage to be applied to a DC motor for throttle valve opening / closing control based on a throttle valve opening command signal and a sensor output for detecting the throttle valve opening. An electronic device having control means and voltage / duty conversion means for converting the motor applied voltage into a duty ratio of the PWM signal, and supplying the PWM signal to a DC motor drive circuit to control the opening of the throttle valve; In the control device of the control throttle, When the duty ratio of the input PWM signal is positive, the output voltage applied to the motor is a positive voltage corresponding to the duty ratio, and when the duty ratio of the input PWM signal is negative, the DC motor drive circuit outputs Motor applied voltage becomes a negative voltage corresponding to the duty ratio, and the motor applied voltage that is output even if the duty ratio of the input PWM signal changes Is strange Has a dead zone that does not become The voltage / duty conversion means is: When the voltage to be applied to the motor changes from negative to positive, the duty ratio of the output PWM signal should be changed stepwise within a range smaller than the dead zone of the DC motor drive circuit and applied to the motor. When the voltage changes from positive to negative, by changing the duty ratio of the PWM signal to be output in steps, Motor for duty ratio of PWM signal possessed by drive circuit Applied The voltage dead band is compensated so that the motor applied voltage is converted into the duty ratio of the PWM signal.
With this configuration, the dead zone can be compensated and the responsiveness can be improved.
[0007]
(2) In the above (1), preferably, a limiter means for limiting the motor applied voltage output from the control means in accordance with the power supply voltage is provided.
[0009]
( 3 )the above( 1 Preferably, the voltage / duty conversion means further includes a motor for a duty ratio of a PWM signal included in the drive circuit. Applied The voltage saturation characteristic is compensated, and the motor applied voltage is converted into the duty ratio of the PWM signal.
[0011]
( 4 In order to achieve the above object, the present invention should be applied to a DC motor for throttle valve opening / closing control based on a throttle valve opening command signal and a sensor output for detecting the throttle valve opening. A control means for obtaining a voltage, and a voltage / duty conversion means for converting the motor applied voltage into a duty ratio of the PWM signal. The PWM signal is supplied to the drive circuit of the DC motor so that the opening degree of the throttle valve is increased. In the control device of the electronically controlled throttle to be controlled, the voltage / duty conversion means is based on the value of the power supply voltage. Increase the duty ratio when the power supply voltage decreases, and decrease the duty ratio when the power supply voltage increases. The motor applied voltage is converted to the duty ratio of the PWM signal.
With this configuration, it is possible to compensate for fluctuations in the power supply voltage and improve responsiveness.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operation of the electronically controlled throttle control device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the system configuration of the electronic control throttle control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a system configuration diagram of an electronically controlled throttle control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
[0013]
The control device 10 controls the terminal voltage of the DC motor that drives the throttle valve so that the throttle opening command signal given from the engine control unit or the like matches the throttle valve opening of the electronic control throttle 20. Then, the throttle valve is controlled to follow the given opening.
[0014]
The electronically controlled throttle 20 includes a throttle valve 21, a DC motor 22, a drive circuit 23, an opening degree sensor 24, a reduction gear 25, and a spring 26, and flows into the engine through an intake pipe 29. Adjust the air volume. Based on the PWM signal output by the control device 10, the drive circuit 23 changes the voltage applied to the DC motor 22. Further, based on the forward / reverse signal output by the control device 10, the drive circuit 23 switches the voltage to be applied so as to cause the DC motor 22 to rotate forward and backward. The rotational driving force of the DC motor 22 rotates the throttle valve 21 after being decelerated by the reduction gear 25. An opening sensor 24 (potentiometer) for measuring the position of the throttle valve 21 is attached to the rotation shaft of the throttle valve 21. The opening degree of the throttle valve 21 is detected by the opening degree sensor 24, and after A / D conversion, is taken into the control device 10. The power source of the drive circuit 23 is a battery 30.
[0015]
The voltage of the battery 30 is A / D converted and then taken into the control device 10. In the PWM method, the amplitude of PWM changes depending on the voltage of the battery 30, so the control device 10 monitors the voltage of the battery and performs control according to the voltage.
[0016]
In addition, as a fail-safe mechanism for preventing runaway due to malfunction of the control device 10 or contamination of foreign matter, when the DC motor 22 does not generate torque, such as when control by the control device 10 is stopped, it is attached to the rotary shaft of the valve. The throttle valve 21 is configured to return to a certain opening (default opening) by the spring 26. The default opening is set so that the car can run to a repair shop or the like at a slightly higher engine speed than the idle. The spring 26 is provided with a preload so that the throttle valve 21 reliably returns to the default opening regardless of the traveling conditions.
[0017]
Here, the torque of the spring used for the electronically controlled throttle according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram of spring torque used for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
[0018]
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the throttle opening, and the vertical axis indicates the torque of the spring 26.
The spring torque has a negative value on the fully closed side with respect to the throttle opening θ1, and has a positive value on the fully opened side. In other words, the spring torque has not only the sign reversed at the default opening θ1, but also a characteristic that changes discontinuously.
[0019]
Next, the circuit configuration of the drive circuit 23 of the DC motor 22 used in the electronic control throttle according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a drive circuit used for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
[0020]
The drive circuit 23 is constituted by an H bridge circuit including four power transistors T1, T2, T3, and T4. The power source of the H bridge circuit is a battery 30. The PWM signal output from the control device 10 is input to the gates of the power transistors T1 and T2, and the forward / reverse signal output from the control device 10 is input to the gates of the power transistors T3 and T4. Assuming that a forward / reverse signal is applied with 5V to the gate of the power transistor T4 and the gate of the power transistor T3 is grounded, the power transistor T4 is turned on, the power transistor T3 is turned off, and the motor 22 receives the PWM signal. A voltage Vm is applied in the direction of arrow a according to the duty ratio. On the other hand, if the gate of the power transistor T3 is 5V and the gate of the power transistor T4 is grounded, the application direction of the voltage Vm is reversed and the DC motor 22 is reversed.
[0021]
Here, the applied voltage of the DC motor 22 used in the electronic control throttle according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a waveform diagram showing the applied voltage of the DC motor used for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention. 4A, 4C, and 4E show the waveforms of the PWM signals input from the control device 10 to the drive circuit 23, and FIGS. 4B, 4D, and 4F show the drive. The waveform of the motor applied voltage applied to the DC motor 22 from the circuit 23 is shown.
[0022]
Since there is a delay time from when the PWM signal input to the gate of the power transistor is inverted until switching occurs, the change in the motor applied voltage is also delayed by Td. Depending on the set PWM cycle, this delay time may be a size that cannot be ignored.
[0023]
FIG. 4A shows a case where the duty ratio of the PWM signal is 50%. At that time, as shown in FIG. 4B, the motor applied voltage also has a duty ratio of about 50%.
[0024]
However, as shown in FIG. 4C, when the duty ratio of the PWM signal is 15%, as shown in FIG. 4D, the switching speed does not catch up with the change in the PWM signal and is applied to the motor. The voltage is approximately 0V. As shown in FIG. 4 (E), when the duty ratio of the PWM signal is 85%, the switching speed does not catch up with the change of the PWM signal and is applied to the motor as shown in FIG. 4 (F). The voltage is almost the battery voltage.
[0025]
Next, a measurement example of the PWM duty ratio and the motor applied voltage in the electronic control throttle according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a measurement example of the PWM duty ratio and the motor applied voltage in the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
[0026]
FIG. 5 shows an actual electronic control throttle drive circuit and direct current motor. When the motor is freely rotated at a power supply voltage of 14 V and a PWM frequency of 20 kHz, the PWM duty ratio and the motor applied voltage are shown. The measurement results are shown. The negative duty ratio is a case where a voltage in the opposite direction to that when the duty ratio is positive is to be applied to the motor.
[0027]
When the duty ratio is ± 15% or less, no voltage is applied to the motor, and when the duty ratio is ± 95% or more, the power supply voltage is applied to the motor. Furthermore, the linearity is also deteriorated in the vicinity of this region. It can be seen that the DC motor and the drive circuit are actuators having a dead zone and a saturation characteristic for a PWM frequency of 20 kHz.
[0028]
Next, the system configuration of the electronic control throttle control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a block diagram of an electronically controlled throttle control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0029]
The control device 10 includes a difference calculation unit 12, a PID control unit 14, a limiter unit 16, and a voltage / duty conversion unit 18. Each of these means is executed by a program in the microcomputer. A throttle valve opening command corresponding to the accelerator depression amount and the engine operating state is input to the control device 10 at regular time intervals. The control device 10 constitutes a feedback system using a PID control system in order to cause the throttle valve to follow this opening degree command.
[0030]
The opening degree of the throttle valve is detected by the opening degree sensor 24 and A / D converted, and then taken into the control device 10. The opening degree command may be an analog output of a sensor that measures the amount of accelerator depression, or may be transferred as digital data from another microcomputer. At the time of analog output of the sensor, it is digitized by an A / D converter and taken into the control device 10.
[0031]
The difference calculation means 12 calculates the difference between the opening degree command and the opening degree of the throttle valve, and outputs a deviation signal to the PID control means 14. The PID control means 14 receives the difference between the opening command and the actual throttle valve as input, and calculates the voltage to be applied to the motor.
[0032]
Since the voltage that can be applied to the motor is limited, the limiter means 16 cannot apply more than the battery voltage to the motor when the PID control means 14 outputs a value that is greater than or equal to the limit value L. Limit to. In the normal case, the limit value L is the battery voltage. Since the voltage of the battery 30 is taken in by the control device 10, the control device 10 varies the limit value L using this battery voltage.
[0033]
Here, the relationship between the limit value of the limiter and the battery voltage in the limiter means 16 of the control device for the electronically controlled throttle according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the relationship between the limit value of the limiter and the battery voltage in the limiter means of the control device for the electronic control throttle according to the first embodiment of the present invention.
[0034]
The horizontal axis of FIG. 7 shows the battery voltage (V), and the vertical axis shows the limit value L (V). For example, when the battery voltage is Vb1, the limit value L is L1. When the battery voltage is Vb2, the limit value L is L2, and when the battery voltage is Vb3, the limit value L is L3. Here, when the battery voltages Vb1, Vb2, and Vb3 are 10V, 14V, and 16V, respectively, the limit values L1, L2, and L3 are 10V, 14V, and 16V, respectively.
[0035]
The voltage / duty conversion means 18 in FIG. 6 converts the voltage applied to the motor, which is the output of the limiter means 16, into a duty ratio in order to PWM drive the DC motor 22 of the electronic control throttle 20. In this conversion, the non-linearity of the drive circuit 23 described in FIG. 5 is taken into consideration, the non-linearity is converted into a linear characteristic, and the voltage applied to the motor is converted into a duty ratio.
[0036]
Next, the conversion characteristics of the voltage / duty conversion means 18 of the electronic throttle control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of conversion characteristics of the voltage / duty conversion means of the control device for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
[0037]
In FIG. 8, the horizontal axis represents the voltage applied to the motor, which is the output of the limiter means 16, and the vertical axis represents the duty ratio for PWM driving the DC motor 22 of the electronic control throttle 20. The voltage / duty conversion means 18 obtains the duty ratio of PWM that actually drives the motor with respect to the motor applied voltage calculated by the PID control means 14.
[0038]
When the motor voltage is 0 V in the positive motor voltage range, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 is 13.5%. Further, when the motor voltage is Vb2, the duty ratio is 100%, and during this period, the duty ratio is linearly changed as the motor voltage increases.
[0039]
Further, when the motor voltage is 0 V in the negative motor voltage range, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 is set to -13.5%. Further, when the motor voltage is -Vb2, the duty ratio is -100%, and during that period, the conversion ratio is such that the duty ratio changes linearly as the motor voltage decreases.
[0040]
That is, as described in FIG. 5, when the duty ratio is ± 15% or less, no voltage is applied to the motor. Therefore, the minimum value of the duty ratio supplied to the drive circuit 23 is ± 13.5%. By doing so, the dead zone of the drive circuit can be substantially eliminated. Since the dead zone is ± 15%, the minimum value of the duty ratio supplied to the drive circuit 23 may be ± 15%. In this case, however, hunting may occur during control due to the response characteristics of the drive circuit. Therefore, in the present embodiment, the minimum value of the duty ratio is set to a value slightly (for example, 10%) smaller than the dead zone.
[0041]
The correspondence relationship between the applied voltage and the duty ratio shown in FIG. 8 is stored in the voltage / duty conversion means 18 as array data in a map format, for example, and the duty ratio is calculated from the applied voltage by an equation. It will be realized.
[0042]
As described above, by using the voltage / duty conversion means 18, it is possible to remove the dead zone caused by the drive circuit.
[0043]
Next, the response characteristics of the control device for the electronic control throttle according to the present embodiment and the conventional control device will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
FIG. 9 is an explanatory diagram of response characteristics of the control device for the electronic control throttle according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 10 is an explanatory diagram of response characteristics of the conventional control device.
[0044]
9 and 10 show the response of the throttle valve when a stepped opening command is given across the default opening θ1 with a certain electronically controlled throttle.
First, conventional response characteristics will be described with reference to FIG. In FIG. 10A, the horizontal axis indicates time (seconds), and the vertical axis indicates the opening degree (degree) of the throttle valve. A broken line At2 in FIG. 10A indicates a change in the target opening. That is, the target opening is changed stepwise so that the throttle opening is 16.5 degrees before time t0 and the target opening is 18.5 degrees at time t0. Here, the default opening θ1 is, for example, 17.3 degrees, and the target opening At2 is changed so as to straddle the default opening θ1.
[0045]
A solid line Aa2 in FIG. 10A indicates the actual valve opening with respect to the target opening indicated by the broken line At2. As is clear from the illustrated example, the response characteristic is such that the target opening degree is approached after being held at the default opening degree θ1 for a time T2.
[0046]
Next, with reference to FIG. 10B, a change in duty ratio and a change in motor voltage when a step-like target opening indicated by a broken line At2 in FIG. 10A is given will be described. In FIG. 10B, the horizontal axis indicates time (seconds), and the vertical axis indicates the duty ratio (%) and the motor voltage (V).
[0047]
As indicated by the broken line At2 in FIG. 10A, when the target opening changes stepwise at time t0, the duty ratio is substantially linear from time t0 as indicated by the broken line D2 in FIG. 10B. To increase.
[0048]
At this time, as indicated by a solid line V2 in FIG. 10B, the motor voltage increases from the negative voltage, then holds 0 V for a while, and then increases to the positive side. Here, the duty ratio increases while the voltage is held at 0 V, but the motor voltage does not change even if the duty ratio increases due to the influence of the dead band shown in FIG.
[0049]
As a result, as indicated by the solid line Aa2 in FIG. 10A, the response is delayed by the amount held for the time T2 at the default opening θ1. In the example shown in FIG. 10, as indicated by a solid line Aa2 in FIG. 10A, it takes time (t2-t0) until the throttle valve opening reaches the target opening, and this time is about It was 130 ms. In terms of the driver's experience, if the response time is 100 ms or less, the driver cannot actually experience it, whereas the 130 ms response can be experienced by the driver as a response delay.
[0050]
Next, the response characteristics according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9A, the horizontal axis indicates time (seconds), and the vertical axis indicates the opening degree (degree) of the throttle valve. A broken line At1 in FIG. 9A indicates a change in the target opening. That is, the target opening is changed stepwise so that the throttle opening is 16.5 degrees before time t0 and the target opening is 18.5 degrees at time t0. Here, the default opening degree θ1 is, for example, 17.3 degrees, and the target opening degree At1 is changed so as to straddle the default opening degree θ1.
[0051]
A solid line Aa1 in FIG. 9A indicates the actual valve opening degree with respect to the target opening degree indicated by the broken line At1. As is apparent from the illustrated example, the response characteristic is such that the target opening degree is approached after being held at the default opening degree θ1 for a time T1.
[0052]
Next, a change in duty ratio and a change in motor voltage will be described with reference to FIG. 9B when a step-like target opening indicated by a broken line At1 in FIG. 9A is given. In FIG. 9B, the horizontal axis indicates time (seconds), and the vertical axis indicates the duty ratio (%) and the motor voltage (V).
[0053]
As indicated by the broken line At1 in FIG. 9A, when the target opening changes stepwise at time t0, the duty ratio crosses the default opening as indicated by the broken line D1 in FIG. 9B. In the part, the characteristic changes stepwise.
[0054]
At this time, as indicated by a solid line V1 in FIG. 9B, the motor voltage increases from a negative voltage and then increases substantially linearly.
[0055]
As a result, as shown by the solid line Aa1 in FIG. 9A, the response is delayed by the amount held for the time T1 at the default opening θ1, but this time T1 is shorter than the time T2 in FIG. It has become. Since the throttle valve 21 is biased by the spring 26 as described in FIG. 1, the time T1 is held for the time required to rotate the throttle valve 21 against this biasing force. is there. In the example shown in FIG. 9, as indicated by the solid line Aa1 in FIG. 9A, it takes time (t1-t0) until the opening of the throttle valve reaches the target opening, and this time is about It is 100 ms, and the response delay can be improved to a level that the driver cannot experience as a response delay.
[0056]
As described above, according to the present embodiment, by using the voltage / duty conversion means 18, it is possible to remove the dead zone due to the drive circuit and improve the responsiveness. In particular, responsiveness can be improved with respect to an opening degree command that passes the default opening degree. For example, when accelerating from an operating state where the vehicle is traveling at a constant speed of 40 km / h, the throttle opening changes so as to cross the default opening, but in such a case, the response is improved. Acceleration performance will be improved.
In addition, since the non-linearity of the drive circuit is directly corrected, gain matching is simplified when realizing the same responsiveness.
[0057]
Next, the configuration and operation of the electronic control throttle control device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The system configuration of the electronic throttle control device according to this embodiment is the same as that shown in FIG. The system configuration of the electronic throttle control apparatus according to the present embodiment is the same as that shown in FIG.
In the present embodiment, the conversion characteristics of the voltage / duty conversion means 18 of the control device for the electronically controlled throttle are made different from those shown in FIG.
[0058]
Here, the conversion characteristics of the voltage / duty conversion means of the electronic throttle control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the conversion characteristics of the voltage / duty conversion means of the electronic control throttle control device according to the second embodiment of the present invention.
[0059]
In FIG. 11, the horizontal axis represents the voltage applied to the motor, which is the output of the limiter means 16, and the vertical axis represents the duty ratio for PWM driving the DC motor 22 of the electronic control throttle 20. The voltage / duty conversion means 18 obtains the duty ratio of PWM that actually drives the motor with respect to the motor applied voltage calculated by the PID control means 14.
[0060]
The characteristic indicated by the solid line C1 in FIG. 11 is the same as that shown in FIG. That is, when the motor voltage is 0 V in the positive motor voltage range, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 is 13.5%. Further, when the motor voltage is Vb2, the duty ratio is 100%, and during this period, the duty ratio is linearly changed as the motor voltage increases.
[0061]
Further, when the motor voltage is 0 V in the negative motor voltage range, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 is set to -13.5%. Further, when the motor voltage is -Vb2, the duty ratio is -100%, and during that period, the conversion ratio is such that the duty ratio changes linearly as the motor voltage decreases.
[0062]
Here, since the PWM amplitude is the battery voltage, the voltage applied to the motor also changes if the battery voltage changes even at the same duty ratio. Therefore, in the present embodiment, the control device 10 uses the voltage of the battery that is taken in, increases the duty ratio when the battery voltage falls below the reference value, and increases the duty ratio when the battery voltage is higher than the reference value. By reducing the ratio, compensation is performed so that the applied voltage to the motor does not change even if the power supply voltage changes until the duty ratio reaches 100%.
[0063]
That is, for example, the characteristic indicated by the solid line C1 is when the battery voltage Vb2 is, for example, 14V. On the other hand, the characteristic indicated by the dotted line C2 is when the battery voltage Vb1 is 10V, for example. The characteristic indicated by the broken line C3 is when the battery voltage Vb3 is 16V, for example.
[0064]
As indicated by the dotted line C2, when the battery voltage Vb1 is, for example, 10V, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 when the motor voltage is 0V and the motor voltage is 0V is 13.5%. It is said. When the motor voltage is Vb1, the duty ratio is 100%, and during that time, the change in the duty ratio is larger than that indicated by the solid line C1. The same applies to the minus side.
[0065]
As indicated by a broken line C3, when the battery voltage Vb3 is 16 V, for example, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 when the motor voltage is 0 V and the motor voltage is 0 V is 13. 5%. When the motor voltage is Vb3, the duty ratio is set to 100%, and during this period, the change in the duty ratio is made smaller than that indicated by the solid line C1. The same applies to the minus side.
[0066]
As described above, according to the present embodiment, by using the voltage / duty conversion means 18, it is possible to remove the dead zone due to the drive circuit and improve the responsiveness.
In addition, since it is possible to compensate so that the applied voltage to the motor does not change even if the power supply voltage changes, the change in responsiveness decreases even when the power supply voltage changes. Therefore, the robustness of responsiveness is improved.
[0067]
Next, the configuration and operation of a control device for an electronically controlled throttle according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The system configuration of the electronic throttle control device according to this embodiment is the same as that shown in FIG. The system configuration of the electronic throttle control apparatus according to the present embodiment is the same as that shown in FIG.
In this embodiment, the conversion characteristics of the voltage / duty conversion means 18 of the control device for the electronic control throttle are made different from those shown in FIGS.
[0068]
Here, the conversion characteristics of the voltage / duty conversion means of the electronic throttle control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram of the conversion characteristics of the voltage / duty conversion means of the electronic control throttle control device according to the third embodiment of the present invention.
[0069]
In FIG. 12, the horizontal axis indicates the voltage applied to the motor, which is the output of the limiter means 16, and the vertical axis indicates the duty ratio for PWM driving the DC motor 22 of the electronic control throttle 20. The voltage / duty conversion means 18 obtains the duty ratio of PWM that actually drives the motor with respect to the motor applied voltage calculated by the PID control means 14.
[0070]
Figure 12 In the characteristic indicated by the solid line C4, in addition to the ± 15% dead band shown in FIG. 5, the saturation characteristic at + 95% or more and −95% or less is also compensated. That is, when the motor voltage is 0 V in the positive motor voltage range, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 is 13.5%. Further, when the duty ratio is + 95% or more, the characteristics shown in FIG. 5 are reversed so as to compensate the saturation characteristics of + 95% or more shown in FIG. And between + 13.5% and + 95%, the duty ratio changes substantially linearly as the motor voltage increases. In the vicinity of + 95%, the linear portion and the saturated portion are continuously interpolated.
[0071]
Further, when the motor voltage is 0 V in the negative motor voltage range, the duty ratio output by the voltage / duty conversion means 18 is set to -13.5%. Further, when the duty ratio is −95% or less, the reverse characteristic of the characteristic of FIG. 5 is set so as to compensate the saturation characteristic of −95% or less of FIG. And between -13.5% and -95%, it is set as the conversion characteristic from which a duty ratio changes substantially linearly according to the change of a motor voltage. In the vicinity of -95%, the linear portion and the saturated portion are continuously interpolated.
[0072]
As described above, according to the present embodiment, by using the voltage / duty conversion means 18, it is possible to remove the influence of the dead zone and the saturated portion caused by the drive circuit and improve the responsiveness.
[0073]
【The invention's effect】
According to the present invention, the responsiveness of throttle valve control by the electronically controlled throttle control device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a control device for an electronically controlled throttle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of spring torque used for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a drive circuit used for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a waveform diagram showing an applied voltage of a DC motor used for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a measurement example of a PWM duty ratio and a motor applied voltage in the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of the electronic throttle control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a relationship between a limit value of a limiter and a battery voltage in the limiter unit of the control device for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of conversion characteristics of voltage / duty conversion means of the control device for the electronically controlled throttle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of response characteristics of the electronic control throttle control device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 10 is an explanatory diagram of response characteristics of a conventional control device.
FIG. 11 is an explanatory diagram of conversion characteristics of voltage / duty conversion means of the electronic throttle control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of conversion characteristics of voltage / duty conversion means of the electronic throttle control device according to the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... Control device
20 ... Electronically controlled throttle
21 ... Throttle valve
22 ... DC motor
23 ... Drive circuit
24 ... Opening sensor
25. Reduction gear
26 ... Spring
29 ... Intake pipe
30 ... Battery

Claims

スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、
前記直流モータの駆動回路は、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が正の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた正の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が負の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた負の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が変化しても出力されるモータ印加電圧が変化しない不感帯を有し、
上記電圧／デューティ変換手段は、上記モータに印加すべき電圧が負から正に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比を前記直流モータの駆動回路の不感帯よりも小さな値の範囲でステップ状に変化し、上記モータに印加すべき電圧が正から負に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比をステップ状に変化することにより、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の不感帯を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換することを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。Based on the throttle valve opening command signal and the sensor output for detecting the throttle valve opening, control means for obtaining a voltage to be applied to the DC motor for throttle valve opening / closing control, In a control device for an electronically controlled throttle that has a voltage / duty conversion means for converting to a duty ratio and supplies the PWM signal to a drive circuit of a DC motor to control the opening of a throttle valve.
When the duty ratio of the input PWM signal is positive, the DC motor drive circuit outputs a positive voltage corresponding to the duty ratio when the duty ratio of the input PWM signal is negative. is the voltage applied to the motor becomes a negative voltage corresponding to a duty ratio, has a dead zone where the motor applied voltage is not change the duty ratio is output also changes of the input PWM signal,
When the voltage to be applied to the motor changes from negative to positive , the voltage / duty conversion means changes the duty ratio of the PWM signal to be output stepwise within a range smaller than the dead zone of the DC motor drive circuit. When the voltage to be applied to the motor changes from positive to negative, the duty ratio of the PWM signal to be output is changed in a stepped manner so that the dead band of the motor applied voltage with respect to the duty ratio of the PWM signal included in the drive circuit is reduced. A control device for an electronically controlled throttle, which compensates and converts a motor applied voltage into a duty ratio of a PWM signal.

請求項１記載の電子制御スロットルの制御装置において、
上記制御手段が出力するモータ印加電圧を、電源電圧に応じて制限するリミッタ手段を備えたことを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。The control device for an electronically controlled throttle according to claim 1,
An electronic throttle control apparatus, comprising: limiter means for limiting a motor applied voltage output from the control means according to a power supply voltage.

請求項１記載の電子制御スロットルの制御装置において、
上記電圧／デューティ変換手段は、さらに、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の飽和特性を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換することを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。The control device for an electronically controlled throttle according to claim 1 ,
The voltage / duty conversion means further compensates a saturation characteristic of the motor applied voltage with respect to the duty ratio of the PWM signal included in the drive circuit, and converts the motor applied voltage into a duty ratio of the PWM signal. Control throttle control device.

スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、
上記電圧／デューティ変換手段は、電源電圧の値に応じて、電源電圧が下がったときはデューティ比を増加させ、電源電圧が上がったときはデューティ比を減少させるように、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換することを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。Based on the throttle valve opening command signal and the sensor output for detecting the throttle valve opening, control means for obtaining a voltage to be applied to the DC motor for throttle valve opening / closing control, In a control device for an electronically controlled throttle that has a voltage / duty conversion means for converting to a duty ratio and supplies the PWM signal to a drive circuit of a DC motor to control the opening of a throttle valve.
The voltage / duty conversion means converts the motor applied voltage to a PWM signal so as to increase the duty ratio when the power supply voltage decreases and decrease the duty ratio when the power supply voltage increases , according to the value of the power supply voltage. A control device for an electronically controlled throttle, characterized in that the duty ratio is converted into a duty ratio.