JP4121091B2 - 電子スロットル制御装置 - Google Patents
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Description
また、PWM駆動によりモータ電流を制御してスロットルアクチュエータ駆動を行う場合、これらスロットルアクチュエータに使われるモータの電気的時定数は小さいのが一般的であり、PWM駆動時のモータ巻線への通電のON/OFF制御によるモータ電流脈動(リップル)は大きく、PWM駆動周期内での電流検出タイミングによっては検出電流値も大きく変動することになり、モータ断線検出判定用の電流値の設定が困難であるという問題がある。
また、モータ電流検出用シャント抵抗を設け、このシャント抵抗に流れるモータ電流信号を電圧信号としてAD変換器に入力し、前記PWM駆動周期と同期した所定タイミングでAD変換処理して電流検出する場合、マイコン処理負荷の増大を伴うなどの問題がある。
また、マイコンの処理負荷を軽減する目的でモータ電流信号を平滑回路により平滑化して電流検出しようとすると検出遅れが生じるなどの問題がある。
図1は、この発明の実施の形態1に係わる電子スロットル制御装置の構成図である。図2、図3は、スロットルバルブの周辺の構成図である。図4は、スロットル開度センサの出力特性を示すグラフである。
電子スロットル制御装置1は、図示しないアクセルペダルの位置をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ(APS)2、図示しないエンジンの吸入空気量を制御するスロットルアクチュエータ3、スロットルアクチュエータ3を制御する電子制御ユニット(ECU)4を備える。
F/B制御信号は、例えばPWM駆動時しているときのDUTY信号である。そして、駆動回路17は、DCモータ10に所望の電流を流してスロットルバルブ13を回動する。
スロットルバルブ13の周辺には、スロットルバルブ13が当接して停止すると吸気管30が全閉する位置(以下、全閉ストッパ位置と称す。)に全閉ストッパ31、スロットルバルブ13が当接して停止すると吸気管が中間に開度される位置(以下、中間開度ストッパ位置と称す。)に中間開度ストッパ32、スロットルバルブ13が当接して停止すると吸気管30が全開する位置(以下、全開ストッパ位置と称す。)に全開ストッパ33がそれぞれ配設されている。
そして、スロットルシャフト12にDCモータ10からの駆動力が加わっていないとき、スロットルバルブ13が中間開度ストッパ位置に停止するように、オープナスプリング35の付勢力F2がリターンスプリング34の付勢力F1より大きく設定されている。
このように付勢力が設定されるリターンスプリング34、オープナスプリング35および中間開度ストッパ32をまとめて中間開度位置停止機構と称す。
DCモータ10を非通電状態にすると、DCモータ10の発生トルクは零となるため、減速ギヤ11を介してスロットルシャフト12に伝達するDCモータ10の駆動力FMは零となる。そして、スロットルシャフト12にはリターンスプリング34の付勢力F1とオープナスプリング35の付勢力F2が打ち消し合うように作用するが、オープナスプリング35の付勢力F2がリターンスプリング34の付勢力F1より大きく設定されているため、スロットルバルブ13は、中間開度ストッパ32に当接して停止する。
一方、リターンスプリング34の付勢力F1に対向する方向(以下、全開方向と称す。)にDCモータ10を回転すると、DCモータ10からの駆動力FMがリターンスプリング34の付勢力F1より大きいので、スロットルバルブ13は全開ストッパ33に当接して停止する。
スロットル開度センサ14は、スロットルバルブ13が全閉ストッパ位置に停止しているときには、例えば0.5Vからなる全閉位置VTL、スロットルバルブ13が全開ストッパ位置に停止しているときには、例えば4.5Vからなる全開位置VTHを出力する。また、DCモータ10が非通電状態にあり、スロットルバルブ13が中間開度ストッパ位置に停止しているときには、例えば0.8Vからなる中間開度ストッパ位置VTMを出力する。
次に、イグニッションキースイッチをOFFにして、各開度位置を学習することを説明する。
図示しないエンジンキースイッチがOFFに切り替わったことを示す信号がマイコン16に入力されると、タイマ23で計時が開始される。この開始時点をt0とする。同時に、DCモータ10を駆動してスロットルバルブ13を全閉ストッパ位置まで回動して一旦停止してスロットル開度センサ14からのスロットル開度位置信号を読み取り、それを全閉位置学習値VTLLNとして記憶する。次に、スロットルバルブ13を全開ストッパ位置まで回動して一旦停止してスロットル開度センサ14からのスロットル開度位置信号を読み取り、それを全開位置学習値VTHLNとして記憶する。このように、各ストッパ位置に停止してそのときのスロットル開度位置信号を読み取り、それを記憶することを学習と称す。
そして、DCモータ10への電源供給遮断時(t=t1時点)からスロットルバルブ13が中間開度ストッパ位置に戻るのに十分余裕を持った例えば3秒の所定時間後(t=t2時点)のスロットル開度位置信号を読み取り、中間開度ストッパ位置学習値VTMLNとして記憶する。
このように中間開度ストッパ位置学習値VTMLNをエンジンキースイッチをOFFに出来るときに学習することにより、中間開度位置停止機構の機械的公差による中間開度ストッパ位置の機差をなくすことができる。
モータ断線時(t=t3時点)、DCモータ10の駆動力FMは零となるため、リターンスプリング34の付勢力F1より大きく設定されているオープナスプリング35の付勢力F2により、所定時間経過後(t4時点)にはスロットルバルブ13は中間開度ストッパ位置に戻され、スロットル開度位置信号は中間開度ストッパ位置VTMと一致する。
そして、スロットルバルブ13が中間開度ストッパ位置にあることを実スロットル開度位置と中間開度ストッパ位置VTMとの開度位置偏差の絶対値が第1の所定値以下であることと、スロットル開度F/B制御で制御偏差が零になるようにモータ電流が増大していることを目標スロットル開度位置と実スロットル開度位置との制御偏差の絶対値が第2の所定値以上であることを確認することにより、DCモータ10の断線を検出することができる。
次に、実施の形態1に係わる電子スロットル制御装置1におけるモータ断線故障判定処理の手順を図7を参照して説明する。
ステップS1では、例えば5msecの所定の処理周期毎にモータ断線故障フラグFがセットされているか否かを判定し、モータ断線故障フラグFがセットされているときにはステップS13に進み、モータ断線故障フラグFがセットされていないときにはステップS2へ進む。
ステップS2では、スロットル開度F/B制御中か否かを判定し、スロットル開度F/B制御中でないときにはステップS14へ進み、スロットル開度F/B制御中のときにはステップS3へ進む。
ステップS3では、実スロットル開度位置VTPSと中間開度ストッパ位置学習値VTMLNの開度位置偏差の絶対値|VTPS−VTMLN|が第1の所定値V1(例えば0.05V)以下か否かを判定し、絶対値|VTPS−VTMLN|が第1の所定値V1を超えているときにはステップS8へ進み、絶対値|VTPS−VTMLN|が第1の所定値V1以下のときにはステップS4に進む。
ステップS4では、実スロットル開度位置VTPSと目標スロットル開度位置VTAGの制御偏差の絶対値|VTPS−VTAG|が第2の所定値V2(例えば0.1V)以上か否かを判定し、絶対値|VTPS−VTAG|が第2の所定値V2未満のときにはステップS8へ進み、絶対値|VTPS−VTAG|が第2の所定値V2以上のときにはステップS5に進む。
ステップS5では、所定の処理周期間での目標スロットル開度位置の変化速度の絶対値|ΔVTAG|が第3の所定値V3(例えば0.05V)以下か否かを判定し、絶対値|ΔVTAG|が第3の所定値V3を超えるときにはステップS8へ進み、絶対値|ΔVTAG|が第3の所定値V3以下のときにはステップS6へ進む。
ステップS6では、実スロットル開度位置の変化速度の絶対値|ΔVTPS|が第4の所定値V4以下か否かを判定し、絶対値|ΔVTPS|が第4の所定値V4を超えるときにはステップS8へ進み、絶対値|ΔVTPS|が第4の所定値V4以下のときにはステップS7へ進む。
ステップS7では、モータ駆動DUTYの絶対値|DUTY|が第5の所定値D1以上か否かを判定し、絶対値|DUTY|が第5の所定値D1未満のときにはステップS8へ進み、絶対値|DUTY|が第5の所定値D1以上のときにはステップS10へ進む。
ステップS8では、故障判定条件を満足しないので故障判定用タイマーカウンタtfをクリアしてステップS9に進む。
ステップS9では、スロットル開度F/B制御を行い、1つの処理周期での処理を終了する。
ステップS10では、故障判定用タイマーカウンタをカウントアップ(tf=tf+1)し、ステップS11へ進む。
ステップS11では、故障判定用タイマーカウンタのカウント値tfが例えば、0.5secのタイマ所定値tf1以上か否かを判定し、カウント値tfがタイマ所定値tf1未満のときにはステップS9に進み、カウント値tfがタイマ所定値tf1以上のときにはステップS12へ進む。
ステップS12では、モータ断線故障と判定して故障判定フラグFをセットし、ステップS13へ進む。
ステップS13では、退避走行処理としてスロットルアクチュエータ3への通電を例えばリレーをOFFして遮断し、スロットルバルブ13を退避走行用開度位置としての中間開度スロットル位置に戻し、退避走行用のエンジン出力制限を行い、処理を終了する。
ステップS14では、スロットル開度F/B制御中でなければ故障判定条件を満足しないので故障判定用タイマーカウンタtfをクリアして1つの処理周期での処理を終了する。
また、故障判定したときにはエンジンの出力制限を行うので、運転者に異常を認知させることができ、正常な部品への早期交換を促すことにより車両走行時の安全性を確保できる。
上述の実施の形態1に係わる電子スロットル制御装置1では、目標スロットル開度位置VTAGと実スロットル開度位置VTPSとの制御偏差の絶対値に対応する断線故障の判定に用いる判定値としてスロットルバルブ13の駆動方向に関係なく全開度領域で共通の第2の所定値V2としたが、この発明の実施の形態2に係わる電子スロットル制御装置では、制御偏差の絶対値に対応する判定値として、中間開度ストッパ位置を基準としてスロットルバルブ13の駆動方向により、全閉方向に駆動されるときには例えば0.1Vの第6の所定値V2Cとし、全開方向に駆動されるときには例えば0.5Vの第7の所定値V2Oとしてモータ通電系の断線故障判定を行う。これ以外は、実施の形態1と同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
次に、実施の形態2に係わる電子スロットル制御装置におけるモータ断線故障判定処理の手順を図8を参照して説明する。なお、図8の手順のうち図7と同じ手順のブロックには同じ符号を付記して説明は省略する。
ステップS100では、目標スロットル開度位置VTAGが中間開度ストッパ位置学習値VTMLN以下か否かを判定し、目標スロットル開度位置VTAGが中間開度ストッパ位置学習値VTMLN以下のときにはステップS101へ進み、目標スロットル開度位置VTAGが中間開度ストッパ位置学習値VTMLNを超えるときにはステップS102へ進む。
ステップS101では、実スロットル開度位置VTPSから目標スロットル開度位置VTAGを減算して得た制御偏差が例えば0.1Vの全閉側判定値V2C以上か否かを判定し、制御偏差が全閉側判定値V2C未満のときにはステップS8へ進み、制御偏差が全閉側判定値V2C以上のときにはステップS5へ進む。
ステップS102では、目標スロットル開度位置VTAGから実スロットル開度位置VTPSを減算して得た制御偏差が例えば0.5Vの全開側判定値V2O以上か否かを判定し、制御偏差が全開側判定値V2O未満のときにはステップS8へ進み、制御偏差が全開側判定値V2O以上のときにはステップS5に進む。
このように、実施の形態2に係わる電子スロットル制御装置では、制御偏差に対する判定値として、目標スロットル開度位置VTAGが中間開度ストッパ位置学習値VTMLNより全閉側の場合の全閉側判定値V2Cと全開側の場合の全開側判定値V2Oに別々に設定するようにした。
また、実スロットル開度位置が中間開度ストッパ位置より全開側に制御されているスロットル高開度領域では、制御偏差の判定値を大きく設定することにより、運転者のアクセル操作時などのスロットル開閉駆動時の目標スロットル開度位置への実スロットル開度位置の追従遅れが生じた場合での誤判定に対するマージンを確保することができる。このことから、エンジンアイドルスピードコントロール運転領域での検出感度の確保とスロットル高開度領域での誤判定マージン確保の両立が図れるなどの効果が得られる。
Claims (5)
- エンジンへの吸入空気量を調節するスロットルバルブ、上記スロットルバルブの実スロットル開度位置を検出するスロットル開度センサ、上記スロットルバルブを駆動するモータおよび上記モータに通電していないときに上記スロットルバルブを中間開度ストッパ位置に保持する中間開度位置停止機構を具備するスロットルアクチュエータを、上記スロットル開度センサにより検出された実スロットル開度位置が目標スロットル開度位置に一致するようにスロットル開度F/B制御する電子スロットル制御装置において、
上記スロットル開度F/B制御中に、上記実スロットル開度位置と上記中間開度ストッパ位置との開度位置偏差の絶対値が第1の所定値以下で、且つ、上記目標スロットル開度位置と上記実スロットル開度位置との制御偏差の絶対値が第2の所定値以上の状態を上記スロットルバルブが所定時間継続するとき、上記モータの断線故障と判定することを特徴とする電子スロットル制御装置。 - 上記モータに通電されていないときに上記スロットルバルブを上記中間開度ストッパ位置に停止して検出した実スロットル開度位置を中間開度ストッパ位置学習値として上記開度位置偏差の算出における上記中間開度ストッパ位置として用いることを特徴とする請求項1に記載する電子スロットル制御装置。
- 上記目標スロットル開度位置の速度が第3の所定値以下で、且つ、上記実スロットル開度位置の速度が第4の所定値以下のときだけ断線故障判定することを特徴とする請求項1または2に記載する電子スロットル制御装置。
- 上記スロットル開度F/B制御中のモータ駆動DUTY値の絶対値が第5の所定値以上のときだけ断線故障判定することを特徴とする請求項1または2に記載する電子スロットル制御装置。
- 中間開度ストッパ位置を基準として上記スロットルバルブの駆動方向により上記制御偏差の絶対値に対応する判定値を別々に設定することを特徴とする請求項1または2に記載する電子スロットル制御装置。
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