JPH1182120A - スロットルバルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロットルバルブに加わる負荷の方向が反転
した場合でも、良好な応答が得られるスロットルバルブ
制御装置を提供すること。 【解決手段】 本発明のスロットルバルブ制御装置１
は、スロットルバルブ１１の要求開度と実開度との偏差
に基づいて制御量を演算する制御量演算部２０と、制御
量演算部２０の演算結果によりスロットルバルブ１１の
推定動作速度を演算するスロットルバルブ動作推定部４
０と、推定動作速度と実際の動作速度とを比較してスロ
ットルバルブ１１に加わる負荷の方向反転を検出する負
荷反転検出部４１と、負荷反転検出部４１が前記負荷の
方向反転を検出した場合に制御量演算部２０により演算
された制御量を変更する制御量変更部４２とを有し、ス
ロットルバルブ１１に加わる負荷の方向が反転した場合
には、制御量変更部４２により適切な制御量に変更さ
れ、この変更後の制御量に基づいて制御用モータ１２が
駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スロットルバルブ
を、運転者のアクセル操作により直接的に操作する代わ
りに、アクセル操作量以外の情報をも加味して決定され
た要求開度になるようにモータ等で制御する、いわゆる
電子スロットル方式のスロットルバルブ制御装置に関す
る。さらに詳細には、所定開度を境に閉方向および開方
向に付勢されるスロットルバルブにおいて、スロットル
バルブに加わる負荷の方向が反転した場合でも、良好な
応答を得ることができるようにしたスロットルバルブ制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子スロットル方式のスロットルバルブ
制御は、トラクションコントロールその他のエンジン制
御の実現に有益であることから、近年、急速に普及が進
んでいる。従来知られている電子スロットル技術の例と
しては、特開平７−３３２１３６号公報に記載されたも
のが挙げられる。同号公報に記載された制御装置は、ス
ロットルバルブを制御する演算処理として基本的には公
知のＰＩＤ制御（またはＰＩ制御）を用いている。そし
て、偏差が小さいときには大きいときに比較して、ゲイ
ンの値を大きくする制御を行うようにしている。これに
より、摩擦抵抗を伴うスロットルバルブの動作に対して
も、摩擦抵抗に抗して駆動トルクを速やかに立ち上げ、
開度の偏差が小さい領域での微妙な制御における応答性
の向上を図っている。

【０００３】さらに最近、電子スロットル方式のスロッ
トルバルブ制御では、例えば特開平３−２７１５２８号
公報に記載されているように、バルブを閉方向に付勢し
ているスプリングと、開方向に付勢しているスプリング
とが並設されているスロットルバルブが多用されてい
る。これは、この様なスロットルバルブを設けることに
より、バルブの開閉制御をする制御システムのフェール
時において、安定して所定開度（以下、この所定開度を
「オープナ開度」という）を維持することができるから
である。ここで、オープナ開度はアイドル状態でのスロ
ットル開度よりもやや大きく、エンジンの排気量等によ
りその値は異なるが、４〜８度程度となるのが一般的で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−２７１５２８号公報のスロットルバルブに、特開平
７−３３２１３６号公報のスロットルバルブ制御装置を
用いた場合には、次のような問題があった。すなわち、
スロットルバルブ制御は基本的に、スロットルバルブに
加わる負荷と摩擦抵抗に対して、スロットルバルブに連
結された制御用モータ（ＤＣモータ等）の発生するトル
クを制御することにより行われる。この制御用モータの
制御は、スロットルバルブの開度を検知して、この検知
した開度を要求開度に一致させるようにフィードバック
制御により行われる。そして、要求開度に一致した状態
でスロットルバルブを静止させるには、モータの発生す
るトルクを、スロットルバルブに加わる負荷と摩擦抵抗
とを加えたトルクに均衡させればよい。

【０００５】しかし、前述したようにスロットルバルブ
には、バルブを閉方向に付勢しているスプリングと、開
方向に付勢しているスプリングとが付設されているた
め、オープナ開度を境界として、スロットルバルブに加
わる負荷の方向が逆向きとなる。このため、スロットル
バルブにオープナ開度を越える動作をさせる場合には、
オープナ開度を越えたときに制御用モータに加わる負荷
が増大するので、制御用モータの発生するトルクが不足
して、スロットルバルブの開閉制御の応答性が悪化して
しまうという問題があった。

【０００６】ここで、実際の応答について図３、図４を
参照して説明する。図３は、オープナ開度を越えない場
合として、オープナ開度より大きい開度から開方向にス
ロットルバルブを駆動させた応答例を示している。図４
は、オープナ開度を越える場合として、オープナ開度よ
り小さい開度から開方向にスロットルバルブを駆動させ
た応答例を示している。但し、図３と図４における時刻
ｔ₁ で与えられる偏差は同じである。また、図中の符号
ＲＡはスロットルバルブの要求開度を、ＴＡはスロット
ルバルブの実開度を示し、要求開度ＲＡと実開度ＴＡと
の差が偏差となる。

【０００７】スロットルバルブをオープナ開度を越えず
に動作させる場合は、制御用モータに偏差に対応する所
定の制御量を与えると、図３に示すように、要求開度Ｒ
Ａに追従する良好な応答が得られる。すなわち、時刻ｔ
₁ におけるスロットルバルブに加わる負荷は閉方向に加
わるため、積分制御量ＶＩはこの負荷とつり合うトルク
を発生させる値「ａ₁ 」となる。また、比例制御量と微
分制御量との和で表される比例微分制御量ＶＰＤは、こ
の時点で要求開度ＲＡと実開度ＴＡとの偏差に対応する
値「ｂ₁ 」となる。

【０００８】一方、スロットルバルブをオープナ開度を
越えて動作させる場合は、時刻ｔ₁では、スロットルバ
ルブには開方向への負荷が加わるため、積分制御量ＶＩ
はこの負荷とつり合うトルクを発生させる値「−ａ₂ 」
となる。また、比例微分制御量ＶＰＤは、この時点で要
求開度ＲＡと実開度ＴＡとの偏差に対応する値「ｂ₁」
となる。その後、時刻ｔ₂ まではスロットルバルブへ加
わる負荷の増大につれて、図４に示すように積分制御量
ＶＩも大きくなる。そして、時刻ｔ₂ における積分制御
量ＶＩは、このときスロットルバルブに加わる負荷とつ
り合うトルクを発生させる値「−ａ₃ 」となる。従っ
て、時刻ｔ₁ から時刻ｔ₂ までは、積分制御量ＶＩは、
スロットルバルブに加わる負荷とつり合うトルクを発生
させる値であり、また比例微分制御量ＶＰＤは、時刻ｔ
₁ において図３の場合と同等の偏差が与えられているか
ら図３と同様の値になる。よって、図３に示す場合と同
様の応答性でスロットルバルブは開方向へ駆動される。

【０００９】その後、時刻ｔ₂ でオープナ開度を越える
ため、スロットルバルブに加わる負荷の方向が反転し、
それ以降は閉方向に負荷が加わる。このとき、この負荷
とつり合うトルクを発生させるためには、積分制御量Ｖ
Ｉは「ａ₁ 」でなければならない。しかし、図４に示す
ように、時刻ｔ₂ における実際の積分制御量ＶＩは、
「−ａ₃ 」であり「ａ₁ 」よりかなり小さい。一方、オ
ープナ開度を越えない動作においては、図３に示すよう
に時刻ｔ₂ では、積分制御量ＶＩが「ａ₄ 」まで増大し
ている。従って、オープナ開度を越える動作では、時刻
ｔ₂ 以降においてオープナ開度を越えない場合と比較し
て、積分制御量ＶＩの値にして「ａ₄＋ａ₃」分に相当す
るトルクが不足した状態で制御用モータが駆動される。
このトルク不足が原因となり、スロットルバルブの開閉
制御の応答性が非常に悪化することになる。

【００１０】そこで、本発明は上記した問題点を解決す
るためになされたものであり、スロットルバルブに加わ
る負荷の方向が反転した場合でも、良好な応答が得られ
るスロットルバルブ制御装置を提供することを課題とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１の発明によれば、所定開度を境にして閉
方向および開方向の両方向から付勢されるスロットルバ
ルブと、前記スロットルバルブを開閉制御する制御用モ
ータと、前記スロットルバルブの要求開度と実開度との
偏差に基づいて前記スロットルバルブの制御量を演算す
る制御量演算手段と、前記制御量演算手段により演算さ
れた制御量に基づいて前記制御用モータを制御するモー
タ制御手段とを有するスロットルバルブ制御装置におい
て、前記制御量演算手段により演算された制御量に基づ
いて前記スロットルバルブの推定動作速度を演算するス
ロットルバルブ動作推定手段と、前記スロットルバルブ
動作推定手段により演算された推定動作速度と前記スロ
ットルバルブの実際の動作速度とを比較して、前記スロ
ットルバルブに加わる負荷の方向の反転を検出する負荷
反転検出手段と、前記負荷反転検出手段が前記反転を検
出した場合に前記制御量演算手段により演算された制御
量を変更する制御量変更手段とを有することを特徴とす
る。

【００１２】前述したように、所定開度（オープナ開度
ともいう）を境にして閉方向および開方向に付勢されて
いるスロットルバルブにおいては、この所定開度を境界
としてスロットルバルブに加わる負荷の方向が反転す
る。このため、スロットルバルブを所定開度を越えて動
作させる場合に、所定開度を越えてからのスロットルバ
ルブの動作速度（応答性）が遅くなる。これは、制御用
モータが発生するトルク、言い換えれば制御用モータに
与えられている制御量が小さいからである。従って、ス
ロットルバルブの開度が所定開度を越えた場合には、本
来的に必要とされるトルクを制御用モータが発生するよ
うな制御量を制御用モータに与えれば応答性が改善され
る。

【００１３】そこで、請求項１の発明では、スロットル
バルブの動作中に所定開度を越えたか否かの判定を行う
ために、スロットルバルブの推定動作速度を演算するス
ロットルバルブ動作推定手段と、この推定動作速度と実
際の動作速度とからスロットルバルブに加わる負荷の方
向反転を検出する負荷反転検出手段とを設けた。さら
に、所定開度を越えた場合に制御用モータに与える制御
量を変更する制御量変更手段を設けた。

【００１４】この様なスロットルバルブ制御装置では、
まず、スロットルバルブ動作推定手段によりスロットル
バルブの推定動作速度が演算される。続いて、負荷反転
検出手段により、スロットルバルブの推定動作速度と実
際の動作速度とからスロットルバルブに加わる負荷の方
向反転があったか否かが検出される。そして、負荷の方
向反転があった場合、すなわち所定開度を越えた場合に
は、制御量変更手段により適切な制御量に変更され、制
御用モータが駆動される。

【００１５】従って、スロットルバルブの動作中に所定
開度を越えたか否かを判定し、所定開度を越えた場合に
は制御量を適切に変更することによって、本来的に必要
な制御量を制御用モータに与えることができる。よっ
て、所定開度を越えた場合でも、制御用モータが適切な
作動トルクを発生させることができ、負荷の方向反転に
よる応答遅れが解消し良好な応答性を得ることができ
る。

【００１６】請求項２の発明によれば、請求項１に記載
するスロットルバルブ制御装置において、前記制御量演
算手段は、前記制御量のうちの比例項と微分項との和を
演算する比例微分制御量演算手段と、前記制御量のうち
の積分項を演算する積分制御量演算手段とを有し、前記
スロットルバルブ動作推定手段は、前記比例微分制御量
演算手段の演算結果に基づいて前記スロットルバルブの
推定動作速度を演算して、前記負荷反転検出手段が前記
負荷の方向反転を検出した場合に、前記制御量変更手段
が前記積分制御量演算手段により演算された積分項の値
を変更することを特徴とする。

【００１７】スロットルバルブの制御は、一般的にＰＩ
Ｄ制御が行われており、この場合Ｉ制御部すなわち積分
項がスロットルバルブに加わる負荷とつり合う成分とな
っている。従って、所定開度を越えた場合の制御量の変
更として、積分項を変更することが望ましい。

【００１８】そこで、請求項２の発明では、制御量演算
手段に比例項と微分項との和を演算する比例微分制御量
演算手段と、積分項を演算する積分制御量演算手段とを
設けた。また、負荷反転検出手段が負荷の方向反転を検
出した場合に、積分制御量演算手段により演算された積
分項の値を変更する制御量変更手段を設けた。

【００１９】この様なスロットルバルブ制御装置では、
まず、制御量演算手段である比例微分制御量演算手段お
よび積分制御量演算手段とにより、それぞれ比例項と微
分項との和および積分項が演算される。続いて、スロッ
トルバルブ動作推定手段により、比例微分制御量演算手
段の演算結果に基づきスロットルバルブの推定動作速度
が演算される。その後、負荷反転検出手段により、スロ
ットルバルブの推定動作速度と実際の動作速度とからス
ロットルバルブに加わる負荷の方向反転があったか否か
が検出される。そして、負荷の方向反転があった場合、
すなわち所定開度を越えた場合には、制御量変更手段に
よって、積分制御量演算手段により演算された積分項の
値が適切な値に変更され、制御用モータが駆動される。

【００２０】従って、所定開度を越えた場合には、積分
制御量演算手段により演算された積分項の値を適切な値
に変更することにより、本来的に必要とされる作動トル
クで制御用モータを駆動することができ、負荷の方向反
転による応答遅れが解消し良好な応答性を得ることがで
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のスロットルバルブ
制御装置を、具体化した実施の形態を挙げ、図面に基づ
いて詳細に説明する。本実施の形態は、自動車用ガソリ
ンエンジンのいわゆる電子スロットルを制御するスロッ
トルバルブコントローラである

【００２２】まず、電子スロットルの基礎事項を説明す
る。電子スロットルは図１に示すように、エンジンへの
吸気通路である吸気管１４の吸気抵抗を調整するスロッ
トルバルブ１１と、このスロットルバルブ１１と同軸に
設けられたＤＣモータ１２および開度センサ１３とによ
り構成されている。そしてＤＣモータ１２および開度セ
ンサ１３は、スロットルバルブコントローラ１に接続さ
れている。ＤＣモータ１２は、スロットルバルブコント
ローラ１に組み込まれたモータ制御部３２から駆動信号
を受けてスロットルバルブ１１を軸周りに回動させてそ
の開度を変更させるものである。そして開度センサ１３
は、スロットルバルブ１１の実際の開度を検知してこれ
をスロットルバルブコントローラ１に組み込まれたスロ
ットル開度検出部３１に報知するものである。なおスロ
ットルバルブ１１には、図示しないがリターンスプリン
グおよびリリーフスプリングが設けられている。これに
よりスロットルバルブ１１は，所定のオープナ開度に満
たない開度では開方向に、所定のオープナ開度を越える
開度では閉方向に付勢されるようになっている。

【００２３】ここにおいてスロットルバルブ１１は、ア
クセルペダルとワイヤ等の機械的手段によっては連結さ
れていない。そのかわりに、アクセルペダル踏み込み量
その他の信号を受ける要求開度決定部３０で決定した要
求開度になるよう、モータ制御部３２から駆動信号を受
けるＤＣモータ１２によって駆動されるようになってい
る。要求開度決定部３０は、公知のＣＰＵ等により構成
されるマイコンであって、入力される各種信号に基づい
てスロットルバルブ１１の要求開度を算出するものであ
る。要求開度決定部３０に入力される各種信号には、ア
クセルペダル踏み込み量の他、エンジン冷却水温やエン
ジン回転数、自動変速機の変速状況等が含まれている。
これは、冷間時のファーストアイドルや変速時の回転数
合わせ、中間出力時の希薄燃焼制御、あるいはトラクシ
ョンコントロール等、アクセルペダルの動きと必ずしも
関係しない出力制御を、バイパス路なしで可能とするた
めである。

【００２４】スロットルバルブコントローラ１は、公知
のＣＰＵを中心に、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせて構
成されたマイコンである。その構成は図１に示すよう
に、スロットルバルブ１１の要求開度と実開度との信号
により、ＤＣモータ１２を制御するための制御量を演算
する制御量演算部２０と、制御量演算部２０により演算
された制御量に基づいてスロットルバルブ１１の推定動
作速度を演算するスロットルバルブ動作推定部４０と、
スロットルバルブ動作推定部４０により演算された推定
動作速度とスロットルバルブ１１の実際の動作速度とを
比較して、オープナ開度を越えたか否か、言い換えれば
スロットルバルブ１１に加わる負荷の方向反転を検出す
る負荷反転検出部４１と、負荷反転検出部４１が前記負
荷の方向反転を検出した場合に制御量演算部２０により
演算された制御量を変更する制御量変更部４２と、制御
量演算部２０により演算された制御量に基づいてＤＣモ
ータ１２を制御するモータ制御部３２とから構成されて
いる。

【００２５】さらに本実施の形態では、制御量演算部２
０には、ＤＣモータ１２を制御するための制御量の比例
項と微分項との和を演算する比例微分制御量演算部２１
と、前記制御量の積分項を演算する積分制御量演算部２
２とが設けられている。また、スロットルバルブ動作推
定部４０は、比例微分制御量演算部２１の演算結果に基
づいてスロットルバルブ１１の推定動作速度を演算する
ようになっている。さらに、制御量変更部４２は、負荷
反転検出部４１がスロットルバルブ１１に加わる負荷の
方向反転を検出した場合に、積分制御量演算部２２によ
り演算された積分制御量を変更するようになっている。

【００２６】なお、図示していないが、これらの演算結
果等の信号の授受は、適切なインターフェースを介して
行われるようになっている。そして、スロットルバルブ
コントローラ１に組み込まれたＲＯＭには、演算処理の
実行上必要な種々のプログラム類や、参照データ類等が
あらかじめ準備されて格納されている。ちなみに、後述
する制御量変更部４２により変更される積分制御量ＨＩ
ＩやＬＩＩはＲＯＭにあらかじめ格納されている。ま
た、ＲＡＭには、演算処理の実行中に現れる数値等を一
時的に記憶するとともに、必要に応じて随時読み出すた
めの各種バッファが設けられている。

【００２７】続いて、スロットルバルブコントローラ１
により実行されるスロットルバルブ制御について説明す
る。スロットルバルブコントローラ１では、入力された
実開度ＴＡの信号と要求開度ＲＡとの信号との偏差ＥＲ
（符号を含む）から、比例微分制御量ＶＰＤと、積分制
御量ＶＩとを算出して、これらの制御量に基づき最終制
御量ＶＰＩＤを演算するいわゆるＰＩＤ制御を基本とし
ている。そのサイクルタイムは約２ミリ秒であり、偏差
ＥＲに基づくスロットルバルブ１１の駆動が１秒間に５
００回程度行われる。なお、本実施の形態のスロットル
バルブ制御装置においては、ＰＩＤ制御を行っている
が、もちろん、制御量演算に微分項を用いずに、スロッ
トルバルブをＰＩ制御することも可能である。

【００２８】そこで、この制御の演算処理について、以
下、図２のフローチャートを参照しながら説明してい
く。なお、このフローチャートは、１サイクル分の処理
を示しており、実際にはその処理が所定の周期で繰り返
される。

【００２９】（ステップ（以下、「Ｓ」と記す。）１〜
Ｓ３）まず、Ｓ１において、次式により実開度ＴＡと要
求開度ＲＡとの偏差ＥＲが演算される。 ＥＲ＝ＲＡ−ＴＡ

【００３０】続いて、Ｓ２において、次式により偏差Ｅ
Ｒの１サイクル当たりの変化量ＤＥＲが演算される。 ＤＥＲ＝ＥＲ_i −ＥＲ_i-1 ここで、添字は、「ｉ」が現サイクルを、「ｉ−１」が
前サイクルを意味する（以下、同様である。）。

【００３１】そして、Ｓ３において、次式により比例微
分制御量ＶＰＤが演算される。 ＶＰＤ＝Ｋ_p ×ＥＲ＋Ｋ_d ×ＤＥＲ ここで、Ｋ_p は比例ゲイン、Ｋ_d は微分ゲインである。
この比例微分制御量ＶＰＤがスロットルバルブ１１の動
作を制御する基本要素となる。

【００３２】（Ｓ４、Ｓ５）Ｓ４とＳ５では、Ｓ６にお
いて演算されるスロットルバルブ１１の推定動作速度Ｓ
ＴＡを演算するための処理が行われる。

【００３３】まず、Ｓ４においては、制御モータ１２の
イナーシャとフリクションによるスロットルバルブ１１
の応答遅れを考慮して、基本推定動作速度Ｒ０の遅延処
理が行われている。この遅延処理は、１サイクル毎にＲ
０をＲ１に、Ｒ１をＲ２に、Ｒ２をＲ３にそれぞれ置換
することにより行われる。Ｒ０は続くＳ５で演算される
ものであるが、ここでのＲ０は前サイクルで演算された
ものである。従って、Ｓ４で処理が行われると、Ｒ１に
は前サイクルのＲ０が、Ｒ２には前々サイクルのＲ０
が、Ｒ３には前々々サイクルのＲ０が格納された状態と
なる。そして、後述するように推定動作速度ＳＴＡはＲ
３に基づき演算されることにより、スロットルバルブ１
１の応答遅れが考慮される。

【００３４】次に、Ｓ５においては、比例微分制御量Ｖ
ＰＤを積分処理することにより基本推定動作速度Ｒ０が
演算される。具体的には、次式により現サイクルの基本
推定動作速度Ｒ０_i が演算される。 Ｒ０_i ＝Ｒ０_i-1 ＋（ＶＰＤ−Ｒ０_i-1 ）／Ｋｃ ここで、Ｋｃはなまし定数であり、本実施の形態ではＫ
ｃ＝４としている。

【００３５】（Ｓ６）Ｓ６では、次式により推定動作速
度ＳＴＡの演算が行われる。 ＳＴＡ＝Ｋ１×Ｒ３ ここで、Ｋ１は変換係数、Ｒ３ は遅延処理された基本
推定動作速度、すなわち前々々サイクルのＲ０である。
変換係数Ｋ１およびなまし定数Ｋｃは、推定動作速度Ｓ
ＴＡが実開度ＴＡの動作速度ＤＴＡに精度良く一致する
ように実験により定められるものである。なお、本実施
の形態ではタイムサイクルが約２ミリ秒であることか
ら、Ｒ３ はＲ０ に対して、約６ミリ秒の遅延処理が施
されていることになる。

【００３６】（Ｓ７）Ｓ７では、次式により実開度ＴＡ
の動作速度ＤＴＡの演算が行われる。 ＤＴＡ＝ＴＡ_i −ＴＡ_i-1 すなわち、動作速度ＤＴＡとは、実開度ＴＡの１サイク
ル当たりの変化量を表している。

【００３７】（Ｓ８〜Ｓ１４）Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０また
はＳ８，Ｓ１２，Ｓ１３により、スロットルバルブ１１
の開度がオープナ開度を越えたか否かが判定される。前
者が開方向駆動時の判定処理で、後者が閉方向駆動時の
判定処理である。この判定により、スロットルバルブ１
１の開度がオープナ開度を越えて変動したと判断された
場合には、Ｓ１１またはＳ１４により、積分制御量ＶＩ
が適正な値に変更される。

【００３８】具体的には、まずＳ８により、スロットル
バルブ１１の駆動が開方向に行われている否かが判定さ
れる。ここで開方向駆動であると判定されると（Ｓ８：
Ｙｅｓ）Ｓ９に進む。Ｓ９では、積分制御量ＶＩが所定
値より小さいか否かが判定される。そして、所定値より
小さいと判定されると（Ｓ９：Ｙｅｓ）Ｓ１０に進む。
ここで、所定値としては、例えば図３（Ｃ）における値
「ａ₁ 」または「０」を設定することができ、本実施の
形態では「ａ₁ 」となっている。

【００３９】その後、Ｓ１０では、動作速度ＤＴＡが推
定動作速度ＳＴＡの１／２より小さいか否かが判定され
る。動作速度ＤＴＡを推定動作速度ＳＴＡと直接比較せ
ずに、推定動作速度ＳＴＡの１／２の値と比較している
のは、実開度がオープナ開度を越えたことを確実に判定
するためである。すなわち、サイクル毎に推定動作速度
ＳＴＡが動作速度ＤＴＡと完全に一致するとは限らない
し、また、環境変化等により動作速度ＤＴＡが多少遅れ
ていることもあるので、動作速度ＤＴＡを推定動作速度
ＳＴＡと直接比較すると誤判定される場合がある。一
方、実開度ＴＡがオープナ開度を越えた直後は、ＤＣモ
ータ１２が発生するトルクが不足しているため、動作速
度は「０」に近い値となり推定動作速度ＳＴＡの１／２
の値よりも小さくなる。従って、負荷反転検出部４１に
おける誤判定を確実に防止するために、上記の事態も考
慮して推定動作速度ＳＴＡの１／２の値と動作速度ＤＴ
Ａとを比較している。

【００４０】そして、Ｓ１０にて「Ｙｅｓ」（実開度が
大きく遅れている状態）と判定されると、Ｓ１１にて積
分制御量ＶＩが適正値ＨＩＩに変更されてＳ１５へと進
む。なお、Ｓ９およびＳ１０にて「Ｎｏ」と判定された
場合は、ともにＳ１１をバイパスしてＳ１５へと進む。
ここで、適正値ＨＩＩ（後述するＬＩＩも同様）は、リ
ターンスプリング（およびリリーフスプリング）により
スロットルバルブ１１に加わる負荷に抗して、良好な応
答が得られるトルクをＤＣモータ１２に発生させるため
の積分制御量である。この適正値ＨＩＩ（およびＬＩ
Ｉ）は、リターンスプリング（およびリリーフスプリン
グ）の負荷特性から求められ、スロットルバルブコント
ローラ１に組み込まれたＲＯＭにあらかじめ格納されて
いる。例えば、本実施の形態における適正値ＨＩＩは、
ａ₁ ＜ａ₅ ＜ａ₄ の関係を満たす「ａ₅ 」が設定されて
いる。

【００４１】一方、Ｓ８により閉方向駆動であると判定
されると（Ｓ８：Ｎｏ）Ｓ１２に進む。Ｓ１２では、積
分制御量ＶＩが所定値より大きいか否かが判定される。
そして、所定値より大きいと判定されると（Ｓ１２：Ｙ
ｅｓ）Ｓ１３に進む。その後、Ｓ１３では、動作速度Ｄ
ＴＡが推定動作速度ＳＴＡの１／２より大きいか否かが
判定される。ここで、動作速度ＤＴＡと推定動作速度Ｓ
ＴＡとを直接比較せずに、動作速度ＤＴＡと推定動作速
度ＳＴＡの１／２の値と比較している理由は、Ｓ１０の
処理で説明したものと同じである。そして、Ｓ１３にて
「Ｙｅｓ」（実開度が大きく進んでいる状態）と判定さ
れると、Ｓ１４にて積分制御量ＶＩが適正値ＬＩＩに変
更されてＳ１５へと進む。なお、Ｓ１２およびＳ１３に
て「Ｎｏ」と判定された場合は、ともにＳ１４をバイパ
スしてＳ１５へと進む。

【００４２】（Ｓ１５）Ｓ１５では、次式により積分制
御量ＶＩが演算される。 ＶＩ＝ＶＩ＋Ｋ_i ×ＶＰＤ ここで、Ｋ_i は積分ゲインである。

【００４３】（Ｓ１６）Ｓ１６では、次式により最終制
御量ＶＰＩＤが演算される。 ＶＰＩＤ＝ＶＰＤ＋ＶＩ そして、この最終制御量ＶＰＩＤに基づいて、モータ制
御部３２によりＤＣモータ１２に電気信号が与えられ、
ＤＣモータ１２が駆動されてスロットルバルブ１１の開
閉制御が実行される。

【００４４】以上説明した演算処理で用いられる各ゲイ
ンは、偏差ＥＲに対応した値がスロットルバルブコント
ローラ１に組み込まれたＲＯＭに、あらかじめマップと
して用意されている。また、上記の演算処理が２ミリ秒
程度のタイムサイクルで反復されることにより、スロッ
トルバルブ１１の開度がオープナ開度を越えた場合で
も、要求開度に実開度を良好に追従させる制御が実行さ
れる。

【００４５】そこで、上記フローによるスロットルバル
ブ１１の制御について、実際の動作の一例を図３、図４
に示し、これらの図を参照しつつ説明する。図３と図４
は、スロットルバルブ１１の開度変化、および演算処理
により得られる主な制御量を、時間の経過に従って示し
たものである。図３はオープナ開度を越えない動作のも
の、図４はオープナ開度を越える動作のものであり、こ
れらの動作は、時刻ｔ₁ で同等の偏差を発生させたとき
のものである。また、図中の時刻ｔ₂ はオープナ開度に
達したときの時間を示している。なお、図に示すΔｔは
スロットルバルブ１１の応答遅れ時間を示し、本実施の
形態では約６ミリ秒である。

【００４６】従来のスロットルバルブ制御装置において
も、図３のようにオープナ開度を越えない場合には、適
切で良好な応答が得られる。また、図４のようにオープ
ナ開度を越える場合でも、オープナ開度を越えるまで
（時刻ｔ₂ まで）は、適切で良好な応答が得られる。し
かし、オープナ開度を越えた時刻ｔ₂ 以降では、スロッ
トルバルブに加わる負荷の方向が反転（開方向から閉方
向に反転）するために、スロットルバルブ１１に加わる
負荷が増大しＤＣモータ１２の発生するトルクが不足す
るので、図４に示すように応答性が大きく悪化する（曲
線ｌ）。

【００４７】これに対して、本実施の形態のスロットル
バルブ制御装置では、図４のようにオープナ開度を越え
る動作であっても、図３のようなオープナ開度を越えな
い動作（曲線ｎ）と同等の応答が得られるように制御を
行っている（曲線ｍ）。この制御は、オープナ開度を越
えたか否かの判定を行い、オープナ開度を越えた場合に
は制御量を変更して良好な応答を得るようになってい
る。なお、図３、図４に示すスロットルバルブ１１の動
作はともに開方向駆動であるから、フロー中のＳ１２〜
Ｓ１４での処理は行われない。

【００４８】まず、図３に示すオープナ開度を越えない
場合の制御について説明する。時刻ｔ₁ 以前では開度の
変化がないので、積分制御量ＶＩ以外の各制御量はすべ
て「０」となる。また、積分制御量ＶＩは、現状の開度
を維持するのに必要なトルクをＤＣモータ１２に発生さ
せる値「ａ₁ 」となる。従って、Ｓ９にて「Ｎｏ」と判
定（オープナ開度を越えていないと判定）されるため積
分制御量ＶＩの変更は行われない。

【００４９】時刻ｔ₁ 後の最初のサイクルでは偏差ＥＲ
が発生するため、Ｓ１にて演算された偏差に対応する比
例微分制御量ＶＰＤがＳ３で演算される。このときの値
は、図３に示すように「ｂ₁ 」となる。そして、この比
例微分制御量ＶＰＤに基づきＳ４〜Ｓ６で基本推定動作
速度Ｒ０、推定動作速度ＳＴＡが演算される。一方、開
度センサ１３からの信号に基づき、Ｓ７で動作速度ＤＴ
Ａが演算される。続いて、積分制御量ＶＩは「ａ₁ 」の
ままなので、Ｓ９にて「Ｎｏ」と判定され、積分制御量
ＶＩの変更は行われずにＳ１５で積分制御量ＶＩが演算
され、Ｓ１６で最終制御量ＶＰＩＤが演算される。その
後、要求開度ＲＡと実開度ＴＡとを一致させるために、
各制御量は図３に示すように変化する。そして、要求開
度ＲＡと実開度ＴＡとが一致した後は、時刻ｔ₁ 以前と
同じように変化する。

【００５０】この様に、オープナ開度を越えない場合
は、積分制御量ＶＩが「ａ₁ 」より小さくなることはな
いので、Ｓ１１での積分制御量ＶＩの変更処理は行われ
ない。従って、従来の制御と同様の制御を行うことにな
る。

【００５１】次に、図４に示すオープナ開度を越える場
合の制御について説明する。時刻ｔ₁ 以前では開度の変
化がないので、積分制御量ＶＩ以外の各制御量はすべて
「０」となる。また、積分制御量ＶＩは、現状の開度を
維持するのに必要なトルクをＤＣモータ１２に発生させ
る値「−ａ₂ 」となる。ここで、積分制御量ＶＩが負に
なっているのは、実開度ＴＡがオープナ開度以下なの
で、スロットルバルブ１１には開方向に負荷が加わるか
らである。従って、積分制御量ＶＩが「−ａ₂ 」で「ａ
₁ 」より小さくなるため、Ｓ９にて「Ｙｅｓ」と判定さ
れＳ１０に進む。そして、推定動作速度ＳＴＡ、動作速
度ＤＴＡは、ともに「０」であるためＳ１０にて「Ｎ
ｏ」と判定されて、Ｓ１１での積分制御量ＶＩの変更処
理は行われない。

【００５２】時刻ｔ₁ 後の最初のサイクルでは偏差ＥＲ
が発生するため、Ｓ１にて演算された偏差に対応する比
例微分制御量ＶＰＤがＳ３で演算される。このときの値
は、図３に示すように「ｂ₁ 」となる。そして、この比
例微分制御量ＶＰＤに基づきＳ４〜Ｓ６で基本推定動作
速度Ｒ０、推定動作速度ＳＴＡが演算される。一方、開
度センサ１３からの信号に基づき、Ｓ７で動作速度ＤＴ
Ａが演算される。続いて、積分制御量ＶＩは「−ａ₂ 」
のままなので、Ｓ９にて「Ｙｅｓ」と判定されてＳ１０
に進む。Ｓ１０では、推定動作速度ＳＴＡ、動作速度Ｄ
ＴＡは、ともに「０」であるため「Ｎｏ」と判定され
て、Ｓ１１での積分制御量ＶＩの変更処理は行われずＳ
１５に進む。Ｓ１５では積分制御量ＶＩが演算され、Ｓ
１６で最終制御量ＶＰＩＤが演算される。その後、要求
開度ＲＡと実開度ＴＡとを一致させるために、各制御量
は図４に示すように変化する。

【００５３】次いで、時刻ｔ₂ 後、すなわちオープナ開
度を越えた後の最初のサイクルでは、Ｓ４〜Ｓ６の演算
処理により、基本推定動作速度Ｒ０と推定動作速度ＳＴ
Ａが図４に示すように演算される。一方、Ｓ７の演算処
理により動作速度ＤＴＡが図４に示すように、動作速度
ＤＴＡが大きく変化してほぼ「０」になる。これは、時
刻ｔ₂ でオープナ開度を越えてＤＣモータ１２に加わる
負荷の方向が反転したので、負荷が増大するためＤＣモ
ータ１２の発生トルクが不足するからである。その後、
Ｓ９においては、 積分制御量ＶＩが「−ａ₃ 」で「ａ
₁ 」より小さいため「Ｙｅｓ」と判定されてＳ１０に進
む。Ｓ１０においては、推定動作速度ＳＴＡが「ｖ₁ 」
で、動作速度ＤＴＡがほぼ「０」であるから、「Ｙｅ
ｓ」と判定されてＳ１１に進む。

【００５４】Ｓ１１においては、積分制御量ＶＩが適正
値ＨＩＩに変更される。すなわち、図４に示すように、
積分制御量ＶＩが「−ａ₃ 」から「ａ₅ 」に変更され
る。その後、Ｓ１５，Ｓ１６の演算が行われ、その演算
結果として得られる最終制御量ＶＰＩＤに基づき、ＤＣ
モータ１２が駆動される。この場合には、積分制御量Ｖ
Ｉが「−ａ₃ 」から「ａ₅ 」に変更されているから、時
刻ｔ₂ 以降においてスロットルバルブ１１に加わる負荷
とＤＣモータ１２の発生するトルクとがつり合う。従っ
て、ＤＣモータ１２に与えられる制御量が、スロットル
バルブに加わる負荷に対応した適切なものとなり、スロ
ットルバルブ１１の応答は、図４の曲線ｍのようにな
る。曲線ｍは、図３と同様の応答である曲線ｎとほぼ同
じであり、従来技術での応答である曲線ｌと比較すると
応答性が非常に向上していることが明確である。

【００５５】なお、曲線ｍにおいて、時刻ｔ₂ 付近で発
生している若干の応答遅れは、オープナ開度を越えたか
否かの判定をするために要する時間分だけの遅れであ
る。しかし、上記フローの演算処理は２ミリ秒程度のタ
イムサイクルで行われているので、この応答遅れは数ミ
リ秒程度のものであり、実際のエンジン制御においては
何ら問題にはならない。

【００５６】以上詳細に説明したように本実施の形態の
制御装置によれば、負荷反転検出部４１により、スロッ
トルバルブの開閉動作においてオープナ開度を越えたか
否かを判定している。そして、オープナ開度を越えた場
合には、制御量変更部４２により、積分制御量ＶＩを適
切な値ＨＩＩ（またはＬＩＩ）に変更し、この変更後の
積分制御量ＨＩＩ（またはＬＩＩ）を用いてＰＩＤ制御
を行う。従って、オープナ開度を越えた場合でも、適切
な制御量に基づきＤＣモータ１２を駆動させることがで
きる。よって、いかなる状態においても、ＤＣモータ１
２が発生するトルクが適切な値となり、スロットルバル
ブ１１の応答性は良好なものとなる。

【００５７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が
可能であることはもちろんである。例えば本実施の形態
では、実開度ＴＡとして開度センサ１３の検出信号をそ
のまま用いているが、実開度ＴＡの位相進み補償を行っ
て位相進み補償後の開度を用いることもできる。また、
演算処理の説明中に示した数値は、単なる例示にすぎな
い。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
スロットルバルブ制御装置によれば、スロットルバルブ
の応答において、スロットルバルブに加わる負荷の方向
反転が生じた場合には、それを確実に検出して制御量を
適切な値に変更する。そして、この変更後の制御量に基
づいて、スロットルバルブを開閉制御する制御用モータ
を駆動する。従って、スロットルバルブに加わる負荷の
方向が反転した場合でも、良好な応答を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスロットルバルブ制御装置の概略構成
を説明する図である。

【図２】実施の形態に係るスロットルバルブコントロー
ラによる制御処理について説明するフローチャートであ
る。

【図３】オープナ開度を越えない場合のスロットルバル
ブの動作、および各制御量の値の変化を説明するグラフ
である。

【図４】オープナ開度を越える場合のスロットルバルブ
の動作、および各制御量の値の変化を説明するグラフで
ある。

【符号の説明】

１ スロットルバルブコントローラ １１ スロットルバルブ １２ ＤＣモータ １３ 開度センサ ２０ 制御量演算部 ２１ 比例微分制御量演算部 ２２ 積分制御量演算部 ３０ 要求開度決定部 ３１ スロットル開度検出部 ３２ モータ制御部 ４０ スロットルバルブ動作推定部 ４１ 負荷反転検出部 ４２ 制御量変更部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定開度を境に閉方向および開方向の両
   方向から付勢されるスロットルバルブと、前記スロット
   ルバルブを開閉制御する制御用モータと、前記スロット
   ルバルブの要求開度と実開度との偏差に基づいて前記ス
   ロットルバルブの制御量を演算する制御量演算手段と、
   前記制御量演算手段により演算された制御量に基づいて
   前記制御用モータを制御するモータ制御手段とを有する
   スロットルバルブ制御装置において、 前記制御量演算手段により演算された制御量に基づいて
   前記スロットルバルブの推定動作速度を演算するスロッ
   トルバルブ動作推定手段と、 前記スロットルバルブ動作推定手段により演算された推
   定動作速度と前記スロットルバルブの実際の動作速度と
   を比較して、前記スロットルバルブに加わる負荷の方向
   の反転を検出する負荷反転検出手段と、 前記負荷反転検出手段が前記反転を検出した場合に前記
   制御量演算手段により演算された制御量を変更する制御
   量変更手段とを有することを特徴とするスロットルバル
   ブ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するスロットルバルブ制
   御装置において、 前記制御量演算手段は、前記制御量のうちの比例項と微
   分項との和を演算する比例微分制御量演算手段と、前記
   制御量のうちの積分項を演算する積分制御量演算手段と
   を有し、 前記スロットルバルブ動作推定手段は、前記比例微分制
   御量演算手段の演算結果に基づいて前記スロットルバル
   ブの推定動作速度を演算して、前記負荷反転検出手段が
   前記負荷の方向反転を検出した場合に、前記制御量変更
   手段が前記積分制御量演算手段により演算された積分項
   の値を変更することを特徴とするスロットルバルブ制御
   装置。