JP5025778B2 - 電子スロットル制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の吸入空気量を調整する電子スロットルバルブを制御する電子スロットル制御装置に関し、特に電子スロットルバルブの角度を検出する電子スロットルバルブ角度検出センサ（以下、単に「角度センサ」という）の異常時に対処可能な電子スロットル制御装置に関するものである。

一般に、車両などに搭載される内燃機関においては、吸入空気量を調整するスロットルバルブとして、運転者が操作するアクセルペダルに機械的に連結された電子スロットルバルブが用いられており、スロットル角度の検出情報に応じて電子スロットルバルブをフィードバック制御するための電子スロットル制御装置が種々提案されている。

この種の電子スロットル制御装置において、角度センサの故障などのシステム異常が発生した際には、車両の安全を確保するために、内燃機関の回転速度が急上昇しないように、電子スロットルバルブを駆動するモータへの供給電力を遮断し、異常時に機能する誘導機構により電子スロットルバルブを所定の中間開度に誘導するように構成されている。

しかしながら、電子スロットルバルブの開放状態でシステム異常が発生した場合に、電子スロットルバルブ駆動用モータ（以下、単に「モータ」という）の電力供給を遮断しているものの、誘導機構により電子スロットルバルブが中間開度に向かって閉じることから、内燃機関の回転速度が急激に低下するので、車両の急減速を招き、特に自動２輪車などの軽重量の車両においては、急減速状態となる可能性がある。

そこで、近年では、システム異常が発生した場合に、モータを回生状態とすることにより、誘導機構によって電子スロットルバルブが中間開度に移行する速度を抑制して、内燃機関の回転速度の急激な低下を防止する電子スロットルバルブ制御装置も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の電子スロットルバルブ制御装置においても、システム異常を検出するまでにモータが制御されることによって発生する実際の電子スロットルバルブ角度（以下、「実際のスロットル角度」という）の変化を防止することはできない。

また、システム異常が検出された後にモータを回生状態とする手段は、システム異常を検出するまでに発生した実際のスロットル角度の変化を保持させることになるので、車両の急減速または急加速を招く可能性がある。

たとえば、角度センサが異常となった場合、異常が検出されるまでの期間においては、実際のスロットル角度とは異なる角度情報を用いてモータが制御されることになる。
この結果、異常が検出されるまでのモータの制御により発生する実際のスロットル角度の変化と、異常検出後にモータを回生状態とした際の目標スロットル開度（目標開度）と実際のスロットル角度との角度差の保持とによって、車両の急減速または急加速を招くことになる。

上記急加減速の対策として、システム異常を検出するまでに発生した実際のスロットル角度の変化を抑制するために、運転者が操作するアクセルペダルに連結された機械的な機構を設け、電子スロットルバルブの動作角度を制限する技術も提案されている。

しかしながら、電子スロットルバルブの動作角度を制限するためにアクセルペダルに連結された機械的な機構を用いた場合には、電子スロットル制御装置のシステムが正常な状態であっても、電子スロットルバルブの動作角度が制限されるので、動作角度を超えて電子スロットルバルブを制御することができない。

また、動作角度に制限がある電子スロットルバルブにおいて、運転者がアクセルペダルを急閉側に操作した場合には、内燃機関の運転状態にかかわらず、電子スロットルバルブが急閉されるという問題もある。
この場合、内燃機関への吸入空気は急激に遮断されるので、インテークマニホールドに付着した燃料が燃焼しない場合が多く、排気系に配置された３元触媒の劣化や、排気ガスの悪化に繋がる。

一方、前述のように、運転者が操作するアクセルペダルに機械的に連結された制限機構を備えていない電子スロットルバルブを採用した場合には、運転者が操作するアクセルペダルと内燃機関の状態から最適な燃料噴射を行うことが可能になる。
以上のように、電子スロットルバルブ制御装置のシステム異常を検出するまでに発生した実際のスロットル角度の変化の抑制と、電子スロットルバルブの動作角度制限用の機械的な機構の廃止とは、トレードオフの関係にあるので、両方の課題を同時に解決することは困難である。

特許第４２１２０５９号公報

従来の電子スロットル制御装置は、システム異常時における内燃機関の回転速度の急低下を抑制するために、モータを回生状態にする誘導機構を用いた場合には、異常を検出するまでの実際のスロットル角度の変化を防止することができないうえ、異常を検出するまでの実際のスロットル角度の変化が保持されるので、車両の急減速または急加速を招く可能性があるという課題があった。

また、実際のスロットル角度の変化を抑制して急加減速を回避するために、アクセルペダルに連結された機械的な抑制機構を用いた場合には、システムが正常な状態であっても制限された動作角度を超えて電子スロットルバルブを制御することができないうえ、アクセルペダルを急閉操作した場合に、電子スロットルバルブの急閉による燃料の不完全燃焼によって３元触媒の劣化や排気ガスの悪化を招くという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アクセルペダルに機械的に連結された制限機構を備えていない電子スロットルバルブ制御装置において、角度検出手段（角度センサ）が異常となっても、モータ駆動による電子スロットルバルブの制御を継続して、急激な開閉を防止することのできる電子スロットル制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電子スロットル制御装置は、内燃機関の吸入空気量を調整するための電子スロットルバルブを駆動するモータと、電子スロットルバルブの角度を検出する角度検出手段と、モータに電力を供給する電力供給手段と、角度検出手段により検出された角度情報に基づき、モータに対する電力供給指令を生成して、電力供給手段を介してモータに電力を供給するコントロールユニットとを備えた電子スロットル制御において、コントロールユニットは、角度検出手段の異常検出後に、角度検出手段の異常検出前の角度情報に基づき、モータに対する電力供給指令を生成する電子スロットル制御装置において、コントロールユニットは、角度検出手段の異常検出後に、複数回の制御動作の組み合わせにより、モータへの電力供給を行い、電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を所定の中間開度まで制御し、複数回の制御動作は、角度検出手段の異常検出後に、モータへの１００％の電力供給量により、電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を異常発生前の角度情報に一致させる動作と、実際のスロットル角度が異常発生前の角度情報と一致した後に、モータへの電力供給量を異常発生前の電力供給量に復帰させて、一定の比率により減少させることにより、電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を中間開度まで推移させる動作とを含み、コントロールユニットは、角度検出手段の異常検出後に、電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を異常発生前の角度情報に一致させる動作において、異常検出後の角度情報の使用を禁止して、角度検出手段が異常となる前の角度情報と、角度検出手段が異常となる前のモータの供給電力情報と、角度検出手段の異常が検出されるまでの時間と、角度検出手段が異常となる前にあらかじめ設定したスロットル角度の変化速度とに基づいて、モータを制御するものである。

この発明によれば、角度検出手段の故障状態に応じたモータの電力供給を行うことにより、システム異常時の電子スロットルバルブの急開閉を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る電子スロットル制御装置のモータ制御部の全体構成を示すブロック図である。 図１内のコントロールユニットの内部構成を示すブロック図である。 従来装置におけるシステム異常時の車両速度の挙動を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１におけるシステム異常時の車両速度の挙動を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１による１００％電力供給時の角度情報の単位時間当たりの閉側変化量を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による１００％電力供給時の角度情報の単位時間当たりの開側変化量を示す説明図である。 従来装置におけるシステム異常時の車両速度の挙動を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２におけるシステム異常時の車両速度の挙動を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２による１００％電力供給時の角度情報の単位時間当たりの開側変化量を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による１００％電力供給時の角度情報の単位時間当たりの閉側変化量を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電子スロットル制御装置のモータ制御部の全体構成を示すブロック図である。
また、図２は図１内のコントロールユニット１の内部構成を示すブロック図であり、煩雑さを回避するために、電子スロットルバルブ３およびその周辺構成を省略している。

図１および図２において、電子スロットル制御装置は、コントロールユニット１と、電力供給用配線Ｌ１、Ｌ２を介してコントロールユニット１から給電されるモータ２と、モータ２により駆動される電子スロットルバルブ３と、電子スロットルバルブ３を吸気通路７内に保持するスロットルボディ４と、異常時に電子スロットルバルブ３を所定の中間開度θＭに誘導する誘導機構５と、電源線Ｌ３およびグランド線Ｌ４を介してコントロールユニット１から給電される角度検出手段６（角度センサ）と、を備えている。

電子スロットルバルブ３は、スロットルボディ４内に配置され、かつモータ２（および誘導機構５）と機械的に連結されて、内燃機関（図示せず）の吸入空気量を調整する。
角度検出手段６は、電子スロットルバルブ３の角度（開度）を検出し、信号線Ｌ５、Ｌ６を介して角度情報θ１、θ２をコントロールユニット１に入力する。

なお、角度検出手段６は、信頼性を向上させるために、並列構成の内部可変抵抗ｒ１、ｒ２を有しており、内部可変抵抗ｒ１、ｒ２の各可変出力端子から２系統の角度情報θ１、θ２を生成してコントロールユニット１に入力する。

コントロールユニット１は、角度検出手段６からの角度情報θ１、θ２から電子スロットルバルブ３の開度（スロットル角度）を検出し、検出角度に基づきモータ２に対する電力供給指令を生成して、電力供給用配線Ｌ１、Ｌ２を介してモータ２への電力供給量を制御することにより、実際のスロットル角度θｒが所要の目標開度θｏとなるように電子スロットルバルブ３を制御する。

図２において、コントロールユニット１は、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１の制御下でモータ２を駆動するためのモータ駆動回路１２と、ＣＰＵ１１に属するメモリ１３と、角度情報θ１、θ２をＣＰＵ１１に入力するための入力抵抗Ｒ１、Ｒ２と、角度検出手段６への給電用の電源線Ｌ３に接続された電源Ｖｃと、グランド線Ｌ４に接続されるとともに入力抵抗Ｒ１、Ｒ２の各一端を接地するためのグランドＧＮＤと、を備えている。

角度情報θ１、θ２を取り込む信号線Ｌ５、Ｌ６は、電源線Ｌ３、グランド線Ｌ４、信号線Ｌ５、Ｌ６の断線などを角度検出手段６の異常として検出するために、コントロールユニット１内において、ＣＰＵ１１への入力経路と並列に、入力抵抗Ｒ１、Ｒ２を介してグランドＧＮＤに接続されている。
なお、角度情報θ１、θ２の入力レベルを確保するために、入力抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は、角度検出手段６内の内部可変抵抗ｒ１、ｒ２の抵抗値よりも十分に大きな値に設定されている。

モータ駆動回路１２は、ＣＰＵ１１からの電力供給指令に応じて、電力供給用配線Ｌ１、Ｌ２を介してモータ２に電力を供給し、電子スロットルバルブ３を所望の目標開度θｏに制御する。

次に、図３および図４とともに、図５および図６を参照しながら、図１および図２の電子スロットル制御装置においてシステム異常が発生した場合の車両速度Ｖｓの挙動について説明する。
ここでは、この発明の実施の形態１によるモータ制御の効果を明確化するために、従来のモータ制御による車両速度挙動（図３）と、この発明の実施の形態１によるモータ制御による車両速度挙動（図４）とを、図１および図２を共通構成と見なして、対比しながら説明する。

図３は従来のモータ制御による車両速度Ｖｓの挙動を示すタイミングチャートであり、時刻ｂのタイミングで図２内のグランド線Ｌ４が断線異常が発生した場合での、角度情報θ１、θ２、モータ２のバルブ駆動方向、コントロールユニット１からモータ２への供給電力、および車両速度Ｖｓを、時系列的に示している。

図３（従来の制御）において、時刻ａから時刻ｂまでの区間では、図２内のグランド線Ｌ４が正常状態（断線していない）にあり、ＣＰＵ１１からの目標開度θｏと、角度情報θ１、θ２と、実際のスロットル角度θｒとが一致している。

すなわち、上記区間では、誘導機構５による中間開度θＭに対して、目標開度θｏが開き側にあることから、モータ２によるバルブ駆動方向は開方向となり、コントロールユニット１内のモータ駆動回路１２は、角度情報θ１、θ２をＣＰＵ１１からの目標開度θｏに一致させるために、モータ２に所要の電力を供給している。
したがって、上記区間では、ＣＰＵ１１からの目標開度θｏと角度情報θ１、θ２とが一致しており、車両速度Ｖｓは一定である。

続いて、時刻ｂでグランド線Ｌ４が断線すると、コントロールユニット１への角度情報θ１、θ２は、グランド線Ｌ４の断線によって全開方向（５［Ｖ］側）に推移するので、これを抑制するために、コントロールユニット１は、バルブ駆動方向を閉方向に切替えて、１００％の供給電力量でモータ２をフィードバック制御する。

その後、時刻ｂから時刻ｃまでの区間では、実際のスロットル角度θｒが閉方向に推移するのに対し、角度検出手段６からの角度情報θ１、θ２は全開方向に推移し続けるが、角度情報θ１、θ２が開方向の異常電圧閾値以上に達しないので、ＣＰＵ１１は、異常状態（グランド線Ｌ４の断線）を検出することはできない。

よって、時刻ｂ（グランド線Ｌ４の断線発生）から時刻ｃまでの上記区間において、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２に基づき、閉方向のバルブ駆動方向に１００％の電力供給を行い続けるので、実際のスロットル角度θｒは急激に閉じ側に駆動される。
この結果、時刻ｂから若干の時間遅れをともなう時刻ｃから、車両速度Ｖｓは急激に低下を始める。

以下、時刻ｃにおいて、角度情報θ１、θ２が開方向の異常電圧閾値以上に達すると、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２の異常（グランド線Ｌ４の断線）を検出し、異常検出（時刻ｃ）以降は、実際のスロットル角度θｒが不明なので、コントロールユニット１からモータ２への電力供給を０％とする。

モータ２への電力供給が遮断されると、実際のスロットル角度θｒは、誘導機構５により中間開度θＭに誘導されるので、車両速度Ｖｓは、時刻ｃよりも若干の時間遅れをともなう時刻ｄまでの区間にかけて急激に減少する。特に、自動２輪車のように軽重量の車両においては、車両速度Ｖｓの急激な減少傾向は強くなり、運転者に大きな減速ショックを与えることになる。

一方、図４に示すこの発明の実施の形態１によれば、図３に示すような減速ショックを抑制することが可能になる。
図４はこの発明の実施の形態１（図１、図２）による車両速度Ｖｓの挙動を示すタイミングチャートであり、図３と同様に、時刻ｂのタイミングで図２内のグランド線Ｌ４が断線した場合の、角度情報θ１、θ２、モータ２のバルブ駆動方向、コントロールユニットからモータ２への供給電力、および車両速度Ｖｓを、時系列的に示している。

図４において、時刻ａから時刻ｂまでの区間では、前述（図３）と同様に、グランド線Ｌ４が断線していないことから、コントロールユニット１内のモータ駆動回路１２は、角度情報θ１、θ２を目標開度θｏに一致させるために、モータ２に電力供給しているので、目標開度θｏと角度情報θ１、θ２（実際のスロットル角度θｒ）とが一致しており、車両速度Ｖｓは一定である。

ただし、この発明の実施の形態１によるコントロールユニット１は、時刻ａから時刻ｂまでの正常区間において、グランド線Ｌ４が断線した場合に備えて、ＣＰＵ１１からの目標開度θｏと、角度検出手段６からの角度情報θ１、θ２と、モータ２のバルブ駆動方向と、モータ２への電力供給値とを、メモリ１３内に時系列的に記憶させている。

前述（図３）と同様に、時刻ｂでグランド線Ｌ４が断線すると、時刻ｂから時刻ｃまでの区間において、角度情報θ１、θ２は全開方向（５［Ｖ］側）に推移するので、コントロールユニット１のフィードバック制御により、実際のスロットル角度θｒは閉方向に推移する。

断線発生後の上記区間では、角度情報θ１、θ２が開方向の異常電圧閾値以上に達していないことから、ＣＰＵ１１は、異常を検出することができずに、角度情報θ１、θ２に基づき、閉方向のバルブ駆動方向に１００％の電力供給を行うので、実際のスロットル角度θｒは急激に閉じ側に駆動される。
この結果、時刻ｂから若干の時間遅れをともなう時刻ｃから車両速度Ｖｓは低下を始める。

一方、時刻ｃにおいては、角度情報θ１、θ２が開方向の異常電圧閾値以上に達するので、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２の異常（グランド線Ｌ４の断線）を検出し、時刻ｃにおける実際のスロットル角度θｒ（ｃ）を以下の式（１）により推定する。

θｒ（ｃ）＝θｂ−ΔθＣＬ×Ｔｂｃ ・・・（１）

ただし、式（１）において、θｂは時刻ｂの角度情報（θ１、θ２）、Ｔｂｃは時刻ｂから時刻ｃまでの時間、ΔθＣＬは１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの閉側変化量（閉じ方向の変化速度）である。

時刻ｂから時刻ｃまでの時間Ｔｂｃは、角度検出手段６内の内部可変抵抗ｒ１、ｒ２の抵抗値と、コントロールユニット１内の入力抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値とにより、一意的に求めることができる。
また、時刻ｂの角度情報θｂは、コントロールユニット１内のメモリ１３に時系列的に記憶された角度情報θ１、θ２と、時刻ｂから時刻ｃまでの時間Ｔｂｃとにより、求めることができる。

図５は１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの閉側変化量ΔθＣＬを示す説明図である。
図５に示すように、閉側変化量ΔθＣＬは、電子スロットルバルブ３を中間開度θＭに誘導する誘導機構５の影響を考慮して、時刻ｂの角度情報θｂと中間開度θＭとの関係に基づき、実験的に求めることができる。

次に、図４に戻り、ＣＰＵ１１は、時刻ｃにおける実際のスロットル角度θｒ（ｃ）を式（１）から推定すると、時刻ｃのスロットル角度θｒ（ｃ）（推定値）を、時刻ｂの角度情報θｂ（異常発生前の正常時の開度）に一致させるための制御を行う。

すなわち、時刻ｃにおいて、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２を無視して、バルブ駆動方向を開方向に切替えるとともに、１００％の電力供給量で電子スロットルバルブ３を駆動するためのモータ２への電力供給時間ＴＯＰを、以下の式（２）により算出する。

ＴＯＰ＝｛θｂ−θｒ（ｃ）｝／ΔθＯＰ ・・・（２）

ただし、式（２）において、ΔθＯＰは１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの開側変化量（開き方向の変化速度）であり、図６の説明図のように表される。
図６に示すように、開側変化量ΔθＯＰは、誘導機構５の影響を考え、時刻ｃにおける実際のスロットル角度θｒ（ｃ）と中間開度θＭとの関係に基づき、実験的に求めることができる。

これにより、コントロールユニット１は、時刻ｃから時刻ｅまでの電力供給時間ＴＯＰにわたって、開方向のバルブ駆動方向で１００％の電力供給量によりモータ２への通電を行い、実際のスロットル角度θｒを時刻ｂの角度情報θｂに迅速に戻すことができる。
この結果、車両速度Ｖｓの急低下が抑制され、時刻ｅにおいて、車両速度Ｖｓは、正常時（時刻ｂ）の速度に復帰する。

なお、時刻ｂから時刻ｅまでの区間において、実際のスロットル角度θｒは、目標開度θｏと時刻ｃの実際のスロットル角度θｒ（ｃ）との間で変化するが、このときの変化時間が短時間であれば、図４に示すように、車両速度Ｖｓの低下はほとんど発生しない。

次に、ＣＰＵ１１は、時刻ｅから時刻ｆの区間において、車両を安全速度で走行させるために、実際のスロットル角度θｒの急激な変化が発生しないように、実際のスロットル角度θｒが一定比率で徐々に中間開度θＭに向かうようにモータ２を駆動する。

このとき、時刻ｅにおけるモータ２への電力供給量は、コントロールユニット１内のメモリ１３に時系列的に記憶されたモータ２の電力供給値（異常発生前の電力供給量）を使用し、時刻ｅから時刻ｆにかけて一定の比率により減少させていく。
これにより、急激な変化が発生しないように、実際のスロットル角度θｒを中間開度θＭまで駆動することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図２、図４〜図６）に係る電子スロットル制御装置は、内燃機関の吸入空気量を調整するための電子スロットルバルブ３を駆動するモータ２と、電子スロットルバルブ３の角度を検出する角度検出手段６と、モータ２に電力を供給する電力供給手段（モータ駆動回路１２、電力供給用配線Ｌ１、Ｌ２）と、角度検出手段６により検出された角度情報θ１、θ２に基づき、モータ２に対する電力供給指令を生成して、電力供給手段を介してモータ２に電力を供給するコントロールユニット１と、を備えている。

コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常（グランド線Ｌ４の断線）検出後に、角度検出手段６の異常検出前（時刻ｂ）の角度情報（θｂ）に基づき、モータ２に対する電力供給指令を生成する。
具体的には、コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常検出後に、角度検出手段６の異常検出前の角度情報から、角度検出手段６の異常検出直後（時刻ｃ）の実際のスロットル角度（θｒ（ｃ））を推定し、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒが、角度検出手段６の異常発生前の角度情報（θｂ）と一致するように、モータ２に対する電力供給指令を生成する。

また、コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常検出後に、複数回の制御動作の組み合わせにより、モータ２への電力供給を行い、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒを中間開度θＭまで制御する。
具体的には、複数回の制御動作は、角度検出手段６の異常検出後に、モータ２への１００％の電力供給量により、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒ（ｃ）（推定値）を異常発生前の角度情報（θｂ）に一致させる動作と、実際のスロットル角度θｒが異常発生前の角度情報（θｂ）と一致した後に、モータ２への電力供給量を異常発生前の電力供給量に復帰させて、一定の比率により減少させることにより、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒを中間開度θＭまで推移させる動作と、を含む。

さらに、コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常検出後に、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒを異常発生前の角度情報θｂに一致させる動作において、異常検出後の角度情報θ１、θ２の使用を禁止して、角度検出手段６が異常となる前の角度情報θｂと、角度検出手段６が異常となる前のフィードバック制御中のモータ２の供給電力情報と、角度検出手段６の異常が検出されるまでの時間（Ｔｂｃ）と、角度検出手段６が異常となる前にあらかじめ設定したスロットル角度の変化速度（ΔθＣＬ、ΔＯＰ）とに基づいて、モータ２を制御する。

これにより、グランド線Ｌ４の断線異常時（図４）においても、車両の急減速または急加速を防止することができ、電子スロットルバルブ３の制御性を損なうことなく、運転者に急激な加速や減速を与えずに、安全な走行を提供することができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１、図２、図４〜図６）では、グランド線Ｌ４が断線した場合の加減速ショックの抑制制御について説明したが、図８〜図１０に示すように、電源線Ｌ３が断線した場合にも、加減速ショックの抑制制御を実現することができる。

以下、図１および図２とともに、図７〜図１０を参照しながら、この発明の実施の形態２においてシステム異常が発生した場合の車両速度Ｖｓの挙動について説明する。
なお、この発明の実施の形態２に係る電子スロットル制御装置の構成は、図１、図２に示した通りである。

この場合も、この発明の実施の形態２によるモータ制御の効果を明確化するために、従来のモータ制御による車両速度挙動（図７）と、この発明の実施の形態２のモータ制御による車両速度挙動（図８）とを対比して説明する。
図７従来装置におけるシステム異常時の車両速度Ｖｓの挙動を示すタイミングチャートであり、図８はこの発明の実施の形態２におけるシステム異常時の車両速度Ｖｓの挙動を示すタイミングチャートである。

また、図９はこの発明の実施の形態２による１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの開側変化量ΔθＯＰ’を示す説明図であり、図１０はこの発明の実施の形態２による１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの閉側変化量ΔθＣＬ’を示す説明図である。

図７および図８においては、時刻ｈに電源線Ｌ３が断線した場合の角度情報θ１、θ２、モータ２のバルブ駆動方向、コントロールユニット１からモータ２への供給電力、および車両速度Ｖｓを、時系列的に示している。

図７（従来の制御）において、まず、時刻ｇから時刻ｈまでの区間では、図２内の電源線Ｌ３が正常状態であり、ＣＰＵ１１からの目標開度θｏと、角度検出手段６からの角度情報θ１、θ２と、実際のスロットル角度θｒとが一致しており、車両速度Ｖｓは一定である。

続いて、時刻ｈにおいて、電源線Ｌ３が断線すると、角度情報θ１、θ２が全閉方向（０［Ｖ］側）に推移するので、これを抑制するために、コントロールユニット１は、開方向のバルブ駆動方向のままで、１００％の供給電力量でモータ２をフィードバック制御する。

その後、時刻ｈから時刻ｉまでの区間では、実際のスロットル角度θｒが開方向に推移するのに対し、角度検出手段６からの角度情報θ１、θ２は全閉方向に推移し続けるが、角度情報θ１、θ２が閉方向の異常電圧閾値以下に達しないので、ＣＰＵ１１は、異常状態（電源線Ｌ３の断線）を検出することはできない。

よって、時刻ｈ（電源線Ｌ３の断線発生）から時刻ｉまでの上記区間において、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２に基づき、開方向のバルブ駆動方向で１００％の電力供給を続けるので、実際のスロットル角度θｒは急激に開き側に駆動される。
この結果、時刻ｈから若干の時間遅れをともなう時刻ｉから、車両速度Ｖｓは急激に上昇を始める。

以下、時刻ｉにおいて、角度情報θ１、θ２が閉方向の異常電圧閾値以下に達すると、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２の異常（電源線Ｌ３の断線）を検出し、異常検出（時刻ｉ）以降では、実際のスロットル角度θｒが不明なので、コントロールユニット１からモータ２への電力供給を０％とする。

また、時刻ｉ以降の実際のスロットル角度θｒは、誘導機構５により中間開度θＭに誘導されるので、車両速度Ｖｓは、時刻ｉよりも若干の時間遅れをともなう時刻から時刻ｍにかけて急激に減少することになる。特に、自動２輪車のように軽重量の車両においては、車両速度Ｖｓの急激な減少傾向が強くなり、運転者に大きな減速ショックを与えることになる。

一方、図８に示すこの発明の実施の形態２によれば、図７に示すような減速ショックを抑制することが可能になる。
図８においては、前述（図７）と同様に、時刻ｈに電源線Ｌ３が断線した場合の、角度情報θ１、θ２、モータ２のバルブ駆動方向、コントロールユニットからモータ２への供給電力、および車両速度Ｖｓを、時系列的に示している。

図８において、時刻ｇから時刻ｈまでの正常区間では、前述と同様に、ＣＰＵ１１からの目標開度θｏと、角度情報θ１、θ２と、実際のスロットル角度θｒとが一致しており、車両速度Ｖｓは一定である。

ただし、前述の実施の形態１（図４）の場合と同様に、ＣＰＵ１１は、上記正常区間において、電源線Ｌ３が断線した場合に備えて、ＣＰＵ１１からの目標開度θｏと、角度情報θ１、θ２と、モータ２のバルブ駆動方向と、コントロールユニット１からモータ２への電力供給値とを、メモリ１３内に時系列的に記憶させている。

時刻ｈで電源線Ｌ３が断線すると、時刻ｈから時刻ｉまでの区間においては、角度情報θ１、θ２は全閉方向（０［Ｖ］）に推移するものの、閉方向の異常電圧閾値以下には達しないので、ＣＰＵ１１は、異常を検出することができずに、モータ２を開方向に１００％の電力供給量でフィードバック制御する。

これにより、時刻ｈにおいて、実際のスロットル角度θｒは、急激に開き側に駆動されるので、時刻ｈから若干の遅れをともなう時刻ｉから車両速度Ｖｓは上昇を始める。
一方、時刻ｉにおいて、角度情報θ１、θ２が閉方向の異常電圧閾値以下に達すると、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２の異常を検出し、時刻ｉにおける実際のスロットル角度θｒ（ｉ）を以下の式（３）により推定する。

θｒ（ｉ）＝θｈ−ΔθＯＰ’×Ｔｈｉ ・・・（３）

ただし、式（３）において、θｈは時刻ｈの角度情報（θ１、θ２）、Ｔｈｉは時刻ｈから時刻ｉまでの時間、ΔθＯＰ’は１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの開側変化量（開き方向の変化速度）である。

時刻ｈから時刻ｉまでの時間Ｔｈｉは、角度検出手段６内の内部可変抵抗ｒ１、ｒ２の抵抗値と、コントロールユニット１内の入力抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値とにより、一意的に求めることができる。
また、時刻ｈの角度情報θｈは、コントロールユニット１内のメモリ１３に時系列的に記憶された角度情報θ１、θ２と、時刻ｈから時刻ｉまでの時間Ｔｈｉとより、求めることができる。

図９は１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの開側変化量ΔθＯＰ’を示す説明図である。
図９に示すように、開側変化量ΔθＯＰ’は、電子スロットルバルブ３を中間開度θＭに誘導する誘導機構５の影響を考慮して、時刻ｈの角度情報θｈと中間開度θＭとの関係に基づき、実験的に求めることができる。

次に、図８に戻り、ＣＰＵ１１は、時刻ｉにおける実際のスロットル角度θｒ（ｉ）を式（３）から推定すると、時刻ｉのスロットル角度θｒ（ｉ）（推定値）を、時刻ｈの角度情報θｈ（異常発生前の正常時の開度）に一致させるための制御を行う。

すなわち、時刻ｉにおいて、ＣＰＵ１１は、角度情報θ１、θ２を無視して、バルブ駆動方向を閉方向に切替えるとともに、１００％の電力供給量で電子スロットルバルブ３を駆動するためのモータ２への電力供給時間ＴＣＬを、以下の式（４）により算出する。

ＴＣＬ＝｛θｈ−θｒ（ｉ）｝／ΔθＣＬ’ ・・・（４）

ただし、式（４）において、ΔθＣＬ’は１００％電力供給時の角度情報θ１、θ２の単位時間当たりの閉側変化量（閉じ方向の変化速度）であり、図１０のように表される。
図１０に示すように、閉側変化量ΔθＣＬ’は、誘導機構５の影響を考え、時刻ｉの実際のスロットル角度θｒ（ｉ）と中間開度θＭとの関係に基づき、実験的に求めることができる。

これにより、コントロールユニット１は、時刻ｉから時刻ｊまでの電力供給時間ＴＣＬにわたって、閉方向のバルブ駆動方向で１００％の電力供給量によりモータ２への通電を行い、実際のスロットル角度θｒを時刻ｈの角度情報θｈに迅速に戻すことができる。
この結果、車両速度Ｖｓの急上昇が抑制され、時刻ｊにおいて、車両速度Ｖｓは、正常時（時刻ｈ）の速度に復帰する。

なお、時刻ｈから時刻ｉまでの区間において、実際のスロットル角度θｒは、目標開度θｏと時刻ｉの実際のスロットル角度θｒ（ｉ）との間で変化するが、このときの変化時間が短時間であれば、図８に示すように、車両速度Ｖｓの上昇はほとんど発生しない。

次に、ＣＰＵ１１は、時刻ｊから時刻ｋの区間において、車両を安全速度で走行させるために、実際のスロットル角度θｒの急激な変化が発生しないように、実際のスロットル角度θｒが一定比率で徐々に中間開度θＭに向かうようにモータ２を駆動する。

このとき、時刻ｊにおけるモータ２への電力供給量は、コントロールユニット１内のメモリ１３に時系列的に記憶されたモータ２の電力供給値（異常発生前の電力供給量）を使用し、時刻ｊから時刻ｋにかけて一定の比率により減少させていく。
これにより、急激な変化が発生しないように、実際のスロットル角度θｒを中間開度θＭまで駆動することができる。

以上のように、この発明の実施の形態２（図１、図２、図８〜図１０）に係る電子スロットル制御装置は、前述の実施の形態１と同様に、電子スロットルバルブ３を駆動するモータ２と、電子スロットルバルブ３の角度を検出する角度検出手段６と、モータ２に電力を供給する電力供給手段（モータ駆動回路１２、電力供給用配線Ｌ１、Ｌ２）と、角度検出手段６により検出された角度情報θ１、θ２に基づき、モータ２に対する電力供給指令を生成するコントロールユニット１と、を備えている。

この場合、コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常（電源線Ｌ３の断線）検出後に、角度検出手段６の異常検出前（時刻ｈ）の角度情報（θｈ）に基づき、モータ２に対する電力供給指令を生成する。
具体的には、コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常検出後に、角度検出手段６の異常検出前（時刻ｈ）の角度情報θｈから、角度検出手段６の異常検出直後（時刻ｉ）の実際のスロットル角度（θｒ（ｉ））を推定し、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒが、角度検出手段６の異常発生前の角度情報（θｈ）と一致するように、モータ２に対する電力供給指令を生成する。

また、コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常検出後に、複数回の制御動作の組み合わせにより、モータ２への電力供給を行い、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒを中間開度θＭまで制御する。
具体的には、複数回の制御動作は、角度検出手段６の異常検出後に、モータ２への１００％の電力供給量により、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒ（ｉ）（推定値）を異常発生前の角度情報（θｈ）に一致させる動作と、実際のスロットル角度θｒが異常発生前の角度情報（θｂ）と一致した後に、モータ２への電力供給量を異常発生前の電力供給量に復帰させて、一定の比率により減少させることにより、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒを中間開度θＭまで推移させる動作と、を含む。

さらに、コントロールユニット１は、角度検出手段６の異常検出後に、電子スロットルバルブ３の実際のスロットル角度θｒを異常発生前の角度情報θｈに一致させる動作において、異常検出後の角度情報θ１、θ２の使用を禁止して、角度検出手段６が異常となる前の角度情報θｈと、角度検出手段６が異常となる前のフィードバック制御中のモータ２の供給電力情報と、角度検出手段６の異常が検出されるまでの時間（Ｔｈｉ）と、角度検出手段６が異常となる前にあらかじめ設定したスロットル角度の変化速度（ΔＯＰ’、ΔθＣＬ’）とに基づいて、モータ２を制御する。

これにより、電源線Ｌ３の断線異常発生時においても、前述の実施の形態１の場合と同様に、電子スロットルバルブ３の制御性を損なうことなく、運転者に急激な加速や減速を与えず、安全な走行を提供することができる。

１ コントロールユニット、２ モータ、３ 電子スロットルバルブ、５ 誘導機構、６ 角度検出手段、７ 吸気通路、１１ ＣＰＵ、１２ モータ駆動回路、１３ メモリ、Ｌ１、Ｌ２ 電力供給用配線、Ｌ３ 電源線、Ｌ４ グランド線、Ｌ５、Ｌ６ 信号線、ｒ１、ｒ２ 内部可変抵抗、Ｒ１、Ｒ２ 入力抵抗、Ｔｂｃ、Ｔｈｉ 異常が検出されるまでの時間、ＴＯＰ、ＴＣＬ 電力供給時間、Ｖｃ 電源、Ｖｓ 車両速度、θ１、θ２ 角度情報、θｂ、θｈ 異常発生前の角度情報、θＭ 中間開度、θｏ 目標開度、θｒ 実際のスロットル角度、θｒ（ｃ）、θｒ（ｉ） 異常検出直後の実際のスロットル角度（推定値）、ΔθＣＬ、ΔθＣＬ’ 単位時間当たりの閉側変化量、ΔθＯＰ、ΔθＯＰ’ 単位時間当たりの開側変化量。

Claims (1)

1. 内燃機関の吸入空気量を調整するための電子スロットルバルブを駆動するモータと、
   前記電子スロットルバルブの角度を検出する角度検出手段と、
   前記モータに電力を供給する電力供給手段と、
   前記角度検出手段により検出された角度情報に基づき、前記モータに対する電力供給指令を生成して、前記電力供給手段を介して前記モータに電力を供給するコントロールユニットとを備え、
   前記コントロールユニットは、前記角度検出手段の異常検出後に、前記角度検出手段の異常検出前の角度情報に基づき、前記モータに対する電力供給指令を生成する電子スロットル制御装置において、
   前記コントロールユニットは、
   前記角度検出手段の異常検出後に、複数回の制御動作の組み合わせにより、前記モータへの電力供給を行い、前記電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を所定の中間開度まで制御し、
   前記複数回の制御動作は、
   前記角度検出手段の異常検出後に、前記モータへの１００％の電力供給量により、前記電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を異常発生前の角度情報に一致させる動作と、
   前記実際のスロットル角度が前記異常発生前の角度情報と一致した後に、前記モータへの電力供給量を前記異常発生前の電力供給量に復帰させて、一定の比率により減少させることにより、前記電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を前記中間開度まで推移させる動作とを含み、
   前記コントロールユニットは、
   前記角度検出手段の異常検出後に、前記電子スロットルバルブの実際のスロットル角度を異常発生前の角度情報に一致させる動作において、
   異常検出後の角度情報の使用を禁止して、前記角度検出手段が異常となる前の角度情報と、前記角度検出手段が異常となる前の前記モータの供給電力情報と、角度検出手段の異常が検出されるまでの時間と、前記角度検出手段が異常となる前にあらかじめ設定したスロットル角度の変化速度とに基づいて、前記モータを制御することを特徴とする電子スロットル制御装置。

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