スロットルバルブ制御装置

【課題】複雑な処理を行わずにスロットルバルブ（以下、スロットル）の位置の収束性を向上させる。
【解決手段】ＤＣモータでスロットルを制御する装置では、モータに供給する印加電圧Ｖを一定時間Ｔｓ毎の処理で決定しており、その処理では、前回決定した印加電圧Ｖからバネ力補償電圧Ｖｓ（スロットルの戻しバネと同じ力をモータに出力させる分の電圧）を引いた電圧（Ｖ−Ｖｓ）に対応したモータの無負荷回転数Ｎｏを算出し（Ｓ１２０）、そのＮｏからスロットルの予測位置Ｐｅを算出する（Ｓ１３０）。そして、一定時間Ｔｓでスロットルを目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅとの差分だけ作動させることとなるモータの一定の回転数を、要求速度Ｎｒとして算出し（Ｓ１５０）、そのＮｒと同じ値の無負荷回転数に対応するモータの印加電圧（＝Ｋｅ・Ｎｒ）に上記Ｖｓを加えた電圧Ｖｒと、バッテリ電圧Ｖｂとのうち、小さい方を印加電圧Ｖとする（Ｓ１６０，Ｓ１７０）。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のスロットルバルブを作動させるアクチュエータとしてのＤＣ（直流）モータを駆動することにより、スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスロットルバルブ制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、スロットルバルブの実開度（実位置）を検出し、その検出した実開度と、アクセルペダルの踏込量等に基づき設定された開度の指令値（つまり目標開度）との偏差に応じて、該偏差が０となるように、ＤＣモータをＰＩＤ制御するものがある。そして、特許文献１では、ＰＩＤ制御の各種制御ゲインを状況に応じて切り替えることにより、スロットルバルブの位置の収束性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４７１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、状況に応じて制御ゲインを切り替えるため、制御のための処理が複雑になる。また、装置の開発時において、複数通りの各状況での制御ゲインが適切なことを検証する作業を行うこととなるが、その作業に多大な時間がかかってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、制御ゲインを切り替えるような複雑な処理を行うことなく、スロットルバルブの位置の収束性を向上可能なスロットルバルブ制御装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１のスロットルバルブ制御装置は、内燃機関のスロットルバルブを作動させるＤＣモータを駆動することにより、そのスロットルバルブを制御するものであり、スロットルバルブの目標位置を決定する目標位置決定手段と、一定時間毎に作動して、スロットルバルブの位置を前記決定された目標位置にするためにＤＣモータへ印加すべき駆動用印加電圧を決定し、該決定した駆動用印加電圧をＤＣモータに供給する駆動制御手段とを備える。
【０００７】
そして、駆動制御手段は、ＤＣモータの無負荷回転数の積分値が該ＤＣモータの実際の回転量と等しくなる理論を利用して、駆動用印加電圧を決定している。
ここで、その理論について説明する。
【０００８】
まず、ＤＣモータ（以下単に、モータともいう）のトルクＴは、式１によって求められる。
【０００９】
【数１】

尚、「Ｋｔ」はモータのトルク定数、「Ｒ」はモータのコイルの抵抗、「Ｖ」はモータの印加電圧、「Ｖｅ」はモータの逆起電力である。
【００１０】
また、モータの逆起電力定数を「Ｋｅ」とし、モータの無負荷回転数（Ｔ＝０となる回転数）を「Ｎｏ」とし、モータの回転数を「Ｎ」とすると、下記の式２及び式３の関係がある。
【００１１】
Ｖ＝Ｋｅ・Ｎｏ …式２
Ｖｅ＝Ｋｅ・Ｎ …式３
そして、この式２及び式３から、式１は、式４となる。
【００１２】
【数２】

従って、モータのイナーシャモーメントを「Ｉ」とすると、モータの角加速度（ｄＮ／ｄｔ）は、式５となる。
【００１３】
【数３】

そして、式５において、モータの緒元（特性値）によって決まる定数部分を、式６の如く「Ｋ」に置き換えると、モータの回転数Ｎは、式７で表される。
【００１４】
Ｋ＝（Ｋｔ・Ｋｅ）／（Ｒ・Ｉ） …式６
【００１５】
【数４】

式７における括弧内の第２項は、モータの回転量なので、目標位置までの回転量をＸとし、目標位置での回転数を０とすると、式７は、式８となり、その式８から式９が得られる。
【００１６】
【数５】

そして、その式９から、図１に示すように、モータの無負荷回転数の積分値がモータの実回転量（実際の回転量）と等しくなることが分かる。
【００１７】
図１では、ある無負荷回転数Ｎｏに対応する印加電圧Ｖｏを、モータに時間ｔｏだけ供給しており、この場合、電圧Ｖｏの供給開始時から、該電圧Ｖｏの供給が終わりモータの惰性回転が終わるまでの、該モータの実回転量は、無負荷回転数Ｎｏと時間ｔｏとの積（＝Ｎｏ×ｔｏ）と同じになる。このため、スロットルバルブを目標位置まで作動させるのに必要なモータの回転量を、時間ｔｏで割った値の無負荷回転数Ｎｏに対応する印加電圧Ｖｏを式２から求め、その印加電圧Ｖｏをモータに時間ｔｏだけ供給すれば、モータへの印加電圧Ｖｏの供給が終わりモータの惰性回転が終わった時に、スロットルバルブは目標位置に到達して収束することとなる。
【００１８】
つまり、スロットルバルブを目標位置まで作動させるのに必要なモータの回転量と、モータの無負荷回転数Ｎｏの積分値とが同じになるように、モータに電圧を供給すれば、モータへの電圧供給が終わってモータの惰性回転が終わった時に、スロットルバルブは目標位置に収束することとなる。また、モータに供給した印加電圧に対応する無負荷回転数を積分すれば、モータの回転量を求めることができるため、モータに供給した印加電圧に対応する無負荷回転数から、スロットルバルブの作動位置を予測することができる。
【００１９】
本発明では、これらのことに着目しており、このため、駆動制御手段は、ＤＣモータに供給する駆動用印加電圧を決定するための手段として、予測手段と、要求回転数算出手段と、要求電圧算出手段とを備えている。尚、以下の説明では、駆動制御手段の作動周期（前記一定時間）をＴｓとする。
【００２０】
まず、予測手段は、前回決定された駆動用印加電圧（即ち、一定時間Ｔｓ前から現在までモータに供給している電圧）から、該駆動用印加電圧に対応するＤＣモータの無負荷回転数を算出し、該算出した無負荷回転数から、スロットルバルブの位置の予測値である予測位置を算出する。
【００２１】
尚、駆動用印加電圧に対応する無負荷回転数とは、その駆動用印加電圧を無負荷状態のＤＣモータに供給した場合の、該ＤＣモータの回転数（無負荷回転数）である。また、ＤＣモータの印加電圧と無負荷回転数とには、一般に式２の関係があるため、一方から他方を算出することができる。
【００２２】
そして、要求回転数算出手段が、目標位置と予測手段により算出された予測位置との差分に応じて、スロットルバルブを一定時間Ｔｓで当該差分だけ目標位置へ向けて作動させることとなるＤＣモータの一定の回転数を、要求回転数として算出する。換言すれば、要求回転数算出手段は、ＤＣモータの回転数が一定時間Ｔｓ継続して一定になったとすると、スロットルバルブを前記差分だけ目標位置へ向けて作動させることとなる、その一定の回転数を、要求回転数として算出する。更に換言すれば、要求回転数算出手段は、スロットルバルブを予測位置から目標位置まで作動させるのに必要なモータの回転量が一定時間Ｔｓで得られる該モータの一定回転数を、要求回転数として算出する。
【００２３】
次いで、要求電圧算出手段が、要求回転数算出手段により算出された要求回転数と同じ値の、ＤＣモータの無負荷回転数である要求無負荷回転数に対応するＤＣモータの印加電圧を、要求電圧として算出する。尚、要求無負荷回転数に対応する印加電圧とは、無負荷状態のＤＣモータに供給すると該ＤＣモータの回転数が、その要求無負荷回転数になる印加電圧である。
【００２４】
そして、駆動制御手段は、要求電圧算出手段により算出された要求電圧を、駆動用印加電圧として決定する。
このような駆動制御手段は、一定時間Ｔｓ前からモータに供給している印加電圧（駆動用印加電圧）に対応した無負荷回転数から、スロットルバルブの予測位置を算出し、その予測位置から目標位置までスロットルバルブを作動させるのに必要なＤＣモータの回転量と、モータへの印加電圧に対応する無負荷回転数の積分値とが、同じになるように、そのモータへの駆動用印加電圧を決定することとなる。
【００２５】
よって、請求項１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目標位置と予測位置とが一致すると、スロットルバルブを作動させるためのＤＣモータへの電圧供給が停止して、ＤＣモータが惰性回転状態となり、そのＤＣモータの惰性回転が終わった時に、スロットルバルブの位置が目標位置に到達して収束することとなる。
【００２６】
このため、従来技術の如く制御ゲインを切り替えるような複雑な処理を行わなくても、スロットルバルブの位置の収束性を向上させることができる。特に、通常のフィードバック制御におけるＰ制御（比例制御）では、目標位置と実位置とに差がある限り、ＤＣモータを駆動し続けるため、目標位置への収束性が悪いが、請求項１のスロットルバルブ制御装置によれば、そのような収束性の悪さを改善することができる。
【００２７】
また、請求項１のスロットルバルブ制御装置によれば、開発時において、従来装置のように、複数通りの各状況での制御ゲインが適切なことを検証する、といった作業を行う必要がないため、開発作業も容易になる。
【００２８】
次に、請求項２のスロットルバルブ制御装置では、請求項１のスロットルバルブ制御装置において、駆動制御手段は、要求電圧算出手段により算出された要求電圧が、ＤＣモータに供給可能な最大電圧を越えていれば、その最大電圧を駆動用印加電圧として決定し、要求電圧算出手段により算出された要求電圧が前記最大電圧以下であれば、その要求電圧を駆動用印加電圧として決定する。
【００２９】
そして、この構成によれば、ＤＣモータへの駆動用印加電圧を、ＤＣモータに供給可能な最大電圧の範囲内で決定しながらも、スロットルバルブを目標位置に制御することができる。
【００３０】
算出された要求電圧が最大電圧を超えて、駆動用印加電圧が、その要求電圧よりも小さい値（最大電圧）に設定されたとしても、その不足分だけ、次回に算出される要求電圧（延いては、駆動用印加電圧）が大きくなるからであり、結局は、駆動制御手段が複数回作動することによって、スロットルバルブを予測位置から目標位置まで作動させるのに必要なモータの回転量と、モータへの印加電圧に対応する無負荷回転数の積分値とが、同じになるように、そのモータへの印加電圧が調節される。
【００３１】
次に、請求項３のスロットルバルブ制御装置は、請求項１，２のスロットルバルブ制御装置において、スロットルバルブの実際の位置である実位置を検出する位置検出手段を備えている。そして、予測手段は、位置検出手段により検出された実位置の変化に基づいて、スロットルバルブが停止したか否かを判定し、スロットルバルブが停止したと判定した場合には、位置検出手段により検出された実位置を、予測位置とする。
【００３２】
この構成によれば、スロットルバルブの目標位置と予測位置とが一致して、ＤＣモータが惰性回転状態となり、そのＤＣモータの惰性回転が終わった時（即ち、スロットルバルブが停止した時）に、予測位置として、スロットルバルブの実位置が設定される。
【００３３】
よって、スロットルバルブが停止した時の実位置と目標位置とに差がある場合には、再び、目標位置と予測位置とに差分が生じることとなり、その差分に応じて、スロットルバルブを目標位置にするための駆動用印加電圧がＤＣモータに供給される。このため、スロットルバルブの制御精度を高めることができる。
【００３４】
次に、請求項４のスロットルバルブ制御装置では、請求項１〜３のスロットルバルブ制御装置において、スロットルバルブには、該スロットルバルブを基準位置へ戻すための付勢力を、該スロットルバルブに与える付勢手段が設けられている。
【００３５】
そして、駆動制御手段は、補償電圧算出手段を更に備えており、その補償電圧算出手段は、前記付勢力と同じ大きさで且つ該付勢力とは反対方向の力を、ＤＣモータがスロットルバルブに与えるための、該ＤＣモータへの印加電圧である付勢力補償電圧を算出する。
【００３６】
更に、予測手段は、前回決定された駆動用印加電圧から、付勢力補償電圧算出手段により算出された付勢力補償電圧を減じた電圧である補正印加電圧を用いて、該補正印加電圧に対応するＤＣモータの無負荷回転数を算出し、該算出した無負荷回転数から、予測位置を算出するようになっている。ＤＣモータへの駆動用印加電圧のうち、付勢力補償電圧の分は、付勢手段による付勢力に対抗する力を発生するのに使用されるからである。そして、同様の理由により、要求電圧算出手段は、要求無負荷回転数に対応するＤＣモータの印加電圧に、付勢力補償電圧算出手段により算出された付勢力補償電圧を加えた電圧を、要求電圧として算出する。
【００３７】
この構成によれば、付勢手段による付勢力の影響を加味して、スロットルバルブを目標位置に制御することができる。よって、付勢手段があっても、スロットルバルブの良好な制御精度を確保することができる。
【００３８】
ところで、請求項４のスロットルバルブ制御装置において、付勢手段の付勢力がスロットルバルブの位置に応じて変化するのであれば、請求項５に記載の如く構成すれば良い。
即ち、請求項５のスロットルバルブ制御装置では、請求項４のスロットルバルブ制御装置において、付勢手段は、それの付勢力がスロットルバルブの位置に応じて変化するものである。そして、当該スロットルバルブ制御装置は、スロットルバルブの実際の位置である実位置を検出する位置検出手段を備えている。更に、付勢力補償電圧算出手段は、位置検出手段により検出された実位置に基づいて、前記付勢力補償電圧を算出する。
【００３９】
この構成によれば、付勢手段の付勢力がスロットルバルブの位置に応じて変化しても、その変化する付勢力の影響を加味して、スロットルバルブを目標位置に制御することができ、良好な制御精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明が利用している原理の説明図である。
【図２】実施形態のスロットルバルブ制御装置としてのＥＣＵを、それの周辺機器と共に表す構成図である。
【図３】駆動制御処理を表すフローチャートである。
【図４】実施形態の作用を説明する第１の説明図である。
【図５】実施形態の作用を説明する第２の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明が適用された実施形態のスロットルバルブ制御装置について説明する。尚、本実施形態のスロットルバルブ制御装置は、内燃機関のスロットルバルブを制御する電子制御装置であり、以下、その電子制御装置をＥＣＵという。
【００４２】
図２に示すように、内燃機関であるエンジン１の吸気通路２には、吸気通路２を通ってエンジン１に吸入される空気量を制御するスロットルバルブ３が設けられ、このスロットルバルブ３には、当該スロットルバルブ３の実際の位置（開閉位置であり、開度でもある）を検出する位置センサ４が設けられている。
【００４３】
また、エンジン１が搭載された車両（自動車）のアクセルペダル５には、該アクセルペダル５の踏込量（以下、アクセル開度ともいう）を検出するアクセル開度センサ６が設けられている。そして、位置センサ４及びアクセル開度センサ６からの信号は、マイコン（マイクロコンピュータ）１０を中心に構成されたＥＣＵ１１に入力される。
【００４４】
更に、スロットルバルブ３の回転軸には、減速ギア１３が取り付けられており、その減速ギア１３は、ＤＣモータ１４の回転軸に取り付けられたピニオンギア１５と噛み合っている。そして、スロットルバルブ３は、ＤＣモータ１４の回転により開閉される。つまり、スロットルバルブ３のアクチュエータとして、ＤＣモータ１４が使用されている。そして、ＤＣモータ１４には、ＥＣＵ１１から電力が供給される。
【００４５】
尚、減速ギア１３とピニオンギア１５とのギア比（減速ギア１３の歯数／ピニオンギア１５の歯数）Ｋｇは、１よりも大きく、本実施形態では例えば１０である。
また、スロットルバルブ３の回転軸には、戻しバネ（いわゆるリターンスプリングであり、以下単に、バネという）１６が設けられており、スロットルバルブ３は、このバネ１６によって、常時、所定の基準位置の方向に付勢されている。尚、その基準位置は、例えば、スロットルバルブ３が全閉となる全閉位置でも良いが、本実施形態では、エンジン１の回転数がアイドル回転数となるスロットルバルブ３の位置、あるいは、それよりもスロットルバルブ３が若干開く位置に設定されている。もし、スロットルバルブ３の制御が不能になっても、エンジン１の運転が継続できるようにするためである。
【００４６】
次に、ＥＣＵ１１のマイコン１０がスロットルバルブ３を制御するために実行する処理について説明する。
まず、マイコン１０は、定期的に実行する目標位置決定処理により、アクセル開度センサ６からの信号に基づきアクセル開度を検出すると共に、そのアクセル開度からスロットルバルブ３の目標位置を決定する。このため、マイコン１０は、目標位置決定処理を実行することで、スロットルバルブ３の目標位置を決定する目標位置決定部１０ａとして機能する、と言える。尚、目標位置決定処理では、例えば、車両の駆動輪に加速スリップが発生した際にエンジン１の出力を抑制するトラクション制御や、車両の走行姿勢を安定させるための車両姿勢制御等を実現するために、アクセル開度以外の車両の各種情報（駆動輪のスリップ率や、車両のヨーレート等）に応じて、スロットルバルブ３の目標位置を決定する場合もある。
【００４７】
また、マイコン１０は、一定時間Ｔｓ毎に、図３の駆動制御処理を実行することにより、スロットルバルブ３の位置を目標位置にするためにＤＣモータ１４へ印加すべき駆動用印加電圧を決定し、その決定した駆動用印加電圧をＤＣモータ１４に供給する。
【００４８】
そして、図３に示すように、マイコン１０が駆動制御処理を開始すると、まずＳ１０３にて、位置センサ４からの信号に基づき、スロットルバルブ３の実位置（実際の位置）Ｐを検出する。
【００４９】
次に、Ｓ１０５にて、上記Ｓ１０３で検出した実位置Ｐに基づいて、バネ力補償電圧（付勢力補償電圧に相当）Ｖｓを算出する。
このバネ力補償電圧Ｖｓは、バネ１６の付勢力（詳しくは、バネ１６がスロットルバルブ３に与える付勢力）と同じ大きさで且つ該付勢力とは反対方向の力を、ＤＣモータ１４がスロットルバルブ３に与えるために必要な、該ＤＣモータ１４への印加電圧である。
【００５０】
そして、本実施形態において、バネ１６の付勢力は、スロットルバルブ３の実位置Ｐに応じて変化するため、このＳ１０５では、スロットルバルブ３の位置とバネ力補償電圧Ｖｓとの対応関係を示す関数（又はデータテーブル）Ｆに、上記Ｓ１０３で検出した実位置Ｐをあてはめることで、その実位置Ｐに対応するバネ力補償電圧Ｖｓを算出する。尚、上記関数（又はデータテーブル）Ｆは、理論計算と実験とにより決定されており、マイコン１０のＲＯＭに記憶されている。
【００５１】
次に、Ｓ１１０にて、上記Ｓ１０３で検出した実位置Ｐの変化に基づいて、スロットルバルブ３が停止したか否かを判定する。
具体的には、例えば、前回検出した実位置Ｐと、今回検出した実位置Ｐとの差の絶対値が、規定値よりも小さければ（つまり、スロットルバルブ３の作動速度が所定値より小さければ）、スロットルバルブ３が停止したと判定する。また例えば、前回検出した実位置Ｐと、今回検出した実位置Ｐとの差の正負極性が逆転したら、スロットルバルブ３が停止したと判定するように構成することもできる。
【００５２】
このＳ１１０にて、スロットルバルブ３が停止していないと判定した場合には、Ｓ１２０に進み、当該駆動制御処理で前回決定したＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖと、上記Ｓ１０５で算出したバネ力補償電圧Ｖｓと、ＤＣモータ１４の逆起電力定数Ｋｅとから、下記の式１０により、ＤＣモータ１４の無負荷回転数Ｎｏを算出する。
【００５３】
【数６】

つまり、一定時間Ｔｓ前に決定した駆動用印加電圧Ｖからバネ力補償電圧Ｖｓを減じた電圧（Ｖ−Ｖｓ）である補正印加電圧を、式２に、印加電圧Ｖとして代入することで、その補正印加電圧に対応したＤＣモータ１４の無負荷回転数Ｎｏを算出している。
【００５４】
そして、次のＳ１３０にて、上記Ｓ１２０で算出した無負荷回転数Ｎｏから、スロットルバルブ３の位置を予測する。具体的には、スロットルバルブ３の位置の予測値である予測位置Ｐｅを、下記の式１１により算出する。
【００５５】
【数７】

尚、式１１の右辺における１項目（Ｐｅ）は、前回の予測位置Ｐｅである。また、式１１の右辺における２項目（Ｎｏ×Ｔｓ／Ｋｇ）は、前回処理時から今回処理時までの一定時間Ｔｓにおける無負荷回転数Ｎｏの積分値をギア比Ｋｇで割ったものであり、更に詳しい意味としては、前回処理時から今回処理時までの一定時間Ｔｓにおいて、ＤＣモータ１４が無負荷回転数Ｎｏで回転したと仮定した場合のスロットルバルブ３の移動量であり、図１に示した理論から、前回処理時に決定した駆動用印加電圧ＶをＤＣモータ１４に一定時間Ｔｓ供給したことによるスロットルバルブ３の移動量である。このため、その移動量を前回の予測位置Ｐｅに加えることで、今回の予測位置Ｐｅを算出している。このため、Ｓ１３０では、Ｓ１２０で算出される無負荷回転数Ｎｏを積分した値（即ち、ＤＣモータ１４の回転量）をギア比Ｋｇで割ることで、予測位置Ｐｅを算出していると言える。
【００５６】
そして、このＳ１３０で予測位置Ｐｅを算出したら、Ｓ１５０に進む。
一方、上記Ｓ１１０にて、スロットルバルブ３が停止したと判定した場合には、Ｓ１４０に移行して、上記Ｓ１０３で検出した実位置Ｐを、予測位置Ｐｅとして設定し、その後、Ｓ１５０に進む。
【００５７】
Ｓ１５０では、前述の目標位置決定処理にて算出した最新の目標位置Ｐｔと、上記Ｓ１３０で算出した予測位置Ｐｅとから、下記の式１２により、ＤＣモータ１４の要求速度（要求回転数に相当）Ｎｒを算出する。
【００５８】
【数８】

この式１２では、目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅとの差分（Ｐｔ−Ｐｅ）を「ΔＰ」とすると、スロットルバルブ３を一定時間Ｔｓで当該差分ΔＰだけ目標位置Ｐｔへ向けて作動させることとなるＤＣモータ１４の一定の回転数を、要求速度Ｎｒとして算出している。
【００５９】
次に、Ｓ１６０にて、下記の式１３により、ＤＣモータ１４に印加すべき要求電圧Ｖｒを算出する。
Ｖｒ＝Ｋｅ・Ｎｒ＋Ｖｓ …式１３
つまり、Ｓ１５０で算出した、要求速度Ｎｒと同じ値の、ＤＣモータ１４の無負荷回転数である要求無負荷回転数に対応するＤＣモータの印加電圧（＝Ｋｅ・Ｎｒ）を算出すると共に（式２参照）、その印加電圧（＝Ｋｅ・Ｎｒ）に、Ｓ１０５で算出したバネ力補償電圧Ｖｓを加えた電圧を、要求電圧Ｖｒとして算出する。
【００６０】
そして、次のＳ１７０にて、要求電圧Ｖｒから、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖを決定する。
具体的には、本実施形態において、ＥＣＵ１１がＤＣモータ１４に供給可能な最大電圧は、電源電圧としてのバッテリ電圧（車載バッテリの電圧）Ｖｂであるため、要求電圧Ｖｒとバッテリ電圧Ｖｂとのうちで、小さい方を、駆動用印加電圧Ｖとして決定する。つまり、要求電圧Ｖｒがバッテリ電圧Ｖｂを越えていれば、バッテリ電圧Ｖｂを駆動用印加電圧Ｖとし、要求電圧Ｖｒがバッテリ電圧Ｖｂ以下であれば、その要求電圧Ｖｒをそのまま駆動用印加電圧Ｖとする。
【００６１】
そして更に、Ｓ１７０では、決定した駆動用印加電圧ＶをＤＣモータ１４に供給する処理を行い、その後、当該駆動制御処理を終了する。
尚、ＥＣＵ１１からＤＣモータ１４へは、可変の駆動用印加電圧Ｖが、そのままアナログ電圧のかたちで供給されても良いが、本実施形態では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のかたちで供給される。即ち、ＥＣＵ１１では、０Ｖとバッテリ電圧Ｖｂとに変化するＰＷＭ信号のデューティ比を、駆動用印加電圧Ｖの値に応じて変化させることにより、ＤＣモータ１４に供給する印加電圧を、決定した駆動用印加電圧Ｖの値に制御する。具体的には、決定した駆動用印加電圧Ｖがバッテリ電圧ＶｂのＭ％（Ｍは０〜１００の何れか）であるとすると、ＰＷＭ信号のデューティ比をＭ％にする。よって、例えば、駆動用印加電圧Ｖがバッテリ電圧Ｖｂと等しければ、ＰＷＭ信号のデューティ比を１００％にし、駆動用印加電圧Ｖがバッテリ電圧Ｖｂの半分であれば、ＰＷＭ信号のデューティ比を５０％にする。
【００６２】
次に、図３の駆動制御処理の作用を、図４と図５を用い説明する。
尚、スロットルバルブ３の目標位置Ｐｔを決定する目標位置決定処理と、図３の駆動制御処理（図３）とは、非同期に実行されても良いのであるが、図４では、便宜上、目標位置決定処理が、駆動制御処理の直前に実行されるものとしている。そして、図４において、時刻ｔ１〜ｔ５の各々は、一定時間Ｔｓ毎の目標位置決定処理及び駆動制御処理の実行タイミングのうちの、５つを示している。更に、図４において、Ｐｔ，Ｐｅ，Ｖｒ，Ｖの各々に添え字として付している［ｔｎ］（ｎは１〜５の何れか）は、そのＰｔやＰｅ等が、どの時刻ｔｎの処理で算出されたものかを示している。
【００６３】
まず、図４において、時刻ｔ１より前では、スロットルバルブ３が停止しており、目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅと実位置Ｐとが全て一致している。このため、時刻ｔ１より前では、図３のＳ１５０〜Ｓ１７０で、要求速度Ｎｒが０と算出され、要求電圧Ｖｒがバネ力補償電圧Ｖｓ（＜バッテリ電圧Ｖｂ）となるため、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖは、そのバネ力補償電圧Ｖｓとなる。つまり、バネ１６の付勢力とＤＣモータ１４の力とが釣り合って、スロットルバルブ３が停止した状態になっている。また、このため、図３のＳ１２０では、無負荷回転数Ｎｏが０と算出され、図３のＳ１３０で算出される予測位置Ｐｅも変わらない。
【００６４】
そして、時刻ｔ１にて、目標位置ＰｔがＰｔ［ｔ１］になると、駆動制御処理では、Ｓ１２０にて無負荷回転数Ｎｏが今回も０と算出されて、Ｓ１３０で算出される予測位置Ｐｅ［ｔ１］は前回と変わらないことから、目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅ［ｔ１］とに差が発生する。このため、その目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅ［ｔ１］との差に応じた要求速度Ｎｒが算出されて（Ｓ１５０）、要求電圧Ｖｒ［ｔ１］がＶｓよりも大きい値に算出される（Ｓ１６０）。そして、この例では、要求電圧Ｖｒ［ｔ１］がバッテリ電圧Ｖｂを越えているため、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖ［ｔ１］が、バッテリ電圧Ｖｂとなる（Ｓ１７０）。尚、この図４の例において、目標位置Ｐｔは、時刻ｔ１から時刻ｔ５まで同じである。
【００６５】
次に、時刻ｔ２の駆動制御処理では、Ｓ１２０にて、前回の時刻ｔ１から現在（ｔ２）までＤＣモータ１４に出力している駆動用印加電圧Ｖ［ｔ１］から、無負荷回転数Ｎｏが算出されるため、その無負荷回転数Ｎｏは０でなく、Ｓ１３０で算出される予測位置Ｐｅ［ｔ２］は前回の予測位置Ｐｅ［ｔ１］から更新される。
【００６６】
そして、この時点でも、目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅ［ｔ２］とに差があるため、その差に応じた要求速度Ｎｒが算出されて（Ｓ１５０）、要求電圧Ｖｒ［ｔ２］がＶｓよりも大きい値に算出される（Ｓ１６０）。そして、この例では、要求電圧Ｖｒ［ｔ２］もバッテリ電圧Ｖｂを越えているため、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖ［ｔ２］が、バッテリ電圧Ｖｂとなる（Ｓ１７０）。
【００６７】
次に、時刻ｔ３の駆動制御処理においても、時刻ｔ２と同様に、Ｓ１２０にて、前回の時刻ｔ２から現在（ｔ３）までＤＣモータ１４に出力している駆動用印加電圧Ｖ［ｔ２］から、無負荷回転数Ｎｏが算出されるため、その無負荷回転数Ｎｏは０でなく、Ｓ１３０で算出される予測位置Ｐｅ［ｔ３］は前回の予測位置Ｐｅ［ｔ２］から更新される。
【００６８】
そして、この時点でも、目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅ［ｔ３］とに差があるため、その差に応じた要求速度Ｎｒが算出されて（Ｓ１５０）、要求電圧Ｖｒ［ｔ３］がＶｓよりも大きい値に算出される（Ｓ１６０）。そして、この例では、要求電圧Ｖｒ［ｔ３］がバッテリ電圧Ｖｂよりも小さいため、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖ［ｔ３］は、その要求電圧Ｖｒ［ｔ３］となる（Ｓ１７０）。
【００６９】
次に、時刻ｔ４の駆動制御処理においても、時刻ｔ２，ｔ３と同様に、Ｓ１２０にて、前回の時刻ｔ３から現在（ｔ４）までＤＣモータ１４に出力している駆動用印加電圧Ｖ［ｔ３］から、無負荷回転数Ｎｏが算出されるため、その無負荷回転数Ｎｏは０でなく、Ｓ１３０で算出される予測位置Ｐｅ［ｔ４］は前回の予測位置Ｐｅ［ｔ３］から更新される。そして、図４の例では、この時点で、予測位置Ｐｅ［ｔ４］が目標位置Ｐｔと一致する。
【００７０】
すると、Ｓ１５０〜Ｓ１７０では、要求速度Ｎｒが０と算出され、要求電圧Ｖｒ［ｔ４］がバネ力補償電圧Ｖｓとなるため、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖ［ｔ４］は、そのバネ力補償電圧Ｖｓとなる。よって、ＤＣモータ１４には、バネ１６の付勢力に対抗する分だけ電圧が供給される。
【００７１】
このため、もし、次の時刻ｔ５で目標位置Ｐｔが変更されなければ、ＤＣモータ１４は、惰性回転をしてから停止することとなり、その時点で、スロットルバルブ３の位置は目標位置Ｐｔに到達して収束する。
【００７２】
一方、時刻ｔ５にて、目標位置ＰｔがＰｔ［ｔ５］に変更されると、時刻ｔ１と同様に、駆動制御処理では、Ｓ１２０にて無負荷回転数Ｎｏが０と算出されて、Ｓ１３０で算出される予測位置Ｐｅ［ｔ５］は前回の予測位置Ｐｅ［ｔ４］と変わらないことから、目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅ［ｔ５］とに差が発生する。このため、その目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅ［ｔ５］との差に応じた要求速度Ｎｒが算出されて（Ｓ１５０）、要求電圧Ｖｒ［ｔ５］がＶｓよりも大きい値に算出される（Ｓ１６０）。そして、この例では、要求電圧Ｖｒ［ｔ５］がバッテリ電圧Ｖｂよりも小さいため、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖ［ｔ５］は、その要求電圧Ｖｒ［ｔ５］となる（Ｓ１７０）。
【００７３】
そして、その駆動用印加電圧Ｖ［ｔ５］がＤＣモータ１４に一定時間Ｔｓ供給されることで、スロットルバルブ３の位置が目標位置Ｐｔ［ｔ５］に収束する。
尚、図４の時刻ｔ１において、仮に、目標位置Ｐｔの変化が小さく、駆動制御処理のＳ１６０で算出された要求電圧Ｖｒ［ｔ１］がバッテリ電圧Ｖｂよりも小さければ、その要求電圧Ｖｒ［ｔ１］が駆動用印加電圧Ｖ［ｔ１］となり、次の時刻ｔ２にて、図４の時刻ｔ４と同様に、予測位置Ｐｅと目標位置Ｐｔとが一致することとなる。このため、要求速度Ｎｒが０と算出されて、要求電圧Ｖｒがバネ力補償電圧Ｖｓとなり、ＤＣモータ１４への駆動用印加電圧Ｖは、Ｖ［ｔ１］からバネ力補償電圧Ｖｓに戻る。すると、ＤＣモータ１４は、惰性回転をしてから停止し、その時点で、スロットルバルブ３の位置は目標位置Ｐｔに収束する。つまり、１回の駆動制御処理によって、スロットルバルブ３が目標位置に移動することとなり、図１において、「Ｖｏ」をＶ［ｔ１］（＝Ｖｒ［ｔ１］）とし、「ｔｏ」をＴｓに置換したような動作になる。
【００７４】
一方、図５の時刻ｔ６に示すように、ＤＣモータ１４の惰性回転が終わってスロットルバルブ３が停止した時に、実位置Ｐと目標位置Ｐｔとにずれがあっても、駆動制御処理のＳ１１０でスロットルバルブ３が停止したと判定されて、実位置Ｐが予測位置Ｐｅとして設定される（Ｓ１４０）。
【００７５】
このため、図５のように、スロットルバルブ３が停止した時の実位置Ｐと目標位置Ｐｔとに差がある場合には、再び、目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅ（＝Ｐ）とに差分が生じることとなり、その差分に応じて、駆動制御処理のＳ１５０〜Ｓ１７０により、スロットルバルブ３を目標位置Ｐｔにするための駆動用印加電圧ＶがＤＣモータ１４に供給されることとなる。よって、スロットルバルブ３の制御精度が高まる。
【００７６】
以上のようなＥＣＵ１１では、図３におけるＳ１２０，Ｓ１３０の処理により、一定時間Ｔｓ前からＤＣモータ１４に供給している駆動用印加電圧Ｖからバネ力補償電圧Ｖｓを引いた電圧（Ｖ−Ｖｓ）を、スロットルバルブ３を作動させるための電圧（補正印加電圧）として、その電圧に対応したＤＣモータ１４の無負荷回転数Ｎｏを算出し、その無負荷回転数Ｎｏから、スロットルバルブ３の予測位置Ｐｅを算出している。そして、図３におけるＳ１５０〜Ｓ１７０の処理により、予測位置Ｐｅから目標位置Ｐｔまでスロットルバルブ３を作動させるのに必要なＤＣモータ１４の回転量と、ＤＣモータ１４の無負荷回転数Ｎｏの積分値とが、同じになるＤＣモータ１４の印加電圧（＝Ｋｅ・Ｎｒ）に、バネ力補償電圧Ｖｓを加えた電圧Ｖｒを、駆動用印加電圧ＶとしてＤＣモータ１４に供給している。
【００７７】
このため、スロットルバルブ３の目標位置Ｐｔと予測位置Ｐｅとが一致すると、駆動用印加電圧Ｖが実質０のＶｓになって、ＤＣモータ１４への実質的な電圧供給（スロットルバルブ３を作動させるための電圧供給）が停止し、ＤＣモータ１４が惰性回転状態となる。そして、そのＤＣモータ１４の惰性回転が終わった時に、スロットルバルブ３が目標位置Ｐｔに到達して収束することとなる。
【００７８】
よって、従来技術の如く制御ゲインを切り替えるような複雑な処理を行わなくても、スロットルバルブ３の位置の収束性を向上させることができる。また、開発時において、複数通りの各状況での制御ゲインが適切なことを検証する、といった作業を行う必要がないため、開発作業も容易になる。
【００７９】
更に、図３におけるＳ１１０，Ｓ１４０の処理を行うため、図５を用いて説明したように、スロットルバルブ３の制御精度を高めることができる。そして更に、バネ力補償電圧Ｖｓを、スロットルバルブ３の実位置Ｐに応じて算出するため（Ｓ１０３，Ｓ１０５）、バネ１６の付勢力による影響を正しく加味して、スロットルバルブ３の制御精度を高めることができる。
【００８０】
尚、本実施形態では、マイコン１０が目標位置決定処理を実行することで実現される目標位置決定部１０ａが、目標位置決定手段に相当し、図３の駆動制御処理が、駆動制御手段に相当している。そして、図３の駆動制御処理のうち、Ｓ１０５が付勢力補償電圧算出手段に相当し、Ｓ１１０〜Ｓ１４０が予測手段に相当し、Ｓ１５０が要求回転数算出手段に相当し、Ｓ１６０が要求電圧算出手段に相当している。また、図３のＳ１０３が位置検出手段に相当し、バネ１６が付勢手段に相当している。
【００８１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００８２】
例えば、バネ１６がない場合、あるいは、バネ１６があっても付勢力（バネ力）が弱くてその付勢力を考慮する必要がない場合には、図３におけるＳ１０５を削除すると共に、Ｓ１２０とＳ１６０との各々では、式１０と式１３における「Ｖｓ」を０にして計算を行えば良い。また、バネ１６の代わりに、ゴムや油圧ダンパー等の他の付勢部材を用いても良い。
【００８３】
一方、図３のＳ１６０で算出される要求電圧Ｖｒが必ずバッテリ電圧Ｖｂ以下になることが保証されているのであれば（例えば、Ｔｓが十分に長い場合や、目標位置Ｐｔの変化量が制限されている構成の場合）、図３のＳ１７０では、要求電圧Ｖｒを常に駆動用印加電圧Ｖとして決定すれば良い。
【符号の説明】
【００８４】
１…エンジン（内燃機関）、２…吸気通路、３…スロットルバルブ、４…位置センサ、５…アクセルペダル、６…アクセル開度センサ、１０…マイコン、１０ａ…目標位置決定部、１１…ＥＣＵ（スロットルバルブ制御装置）、１３…減速ギア、１４…ＤＣモータ、１５…ピニオンギア、１６…戻しバネ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のスロットルバルブを作動させるＤＣモータを駆動することにより、前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御装置であって、
前記スロットルバルブの目標位置を決定する目標位置決定手段と、
一定時間毎に作動して、前記スロットルバルブの位置を前記決定された目標位置にするために前記ＤＣモータへ印加すべき駆動用印加電圧を決定し、該決定した駆動用印加電圧を前記ＤＣモータに供給する駆動制御手段とを備え、
更に、前記駆動制御手段は、前記駆動用印加電圧を決定するための手段として、
前回決定された前記駆動用印加電圧から、該駆動用印加電圧に対応する前記ＤＣモータの無負荷回転数を算出し、該算出した無負荷回転数から、前記スロットルバルブの位置の予測値である予測位置を算出する予測手段と、
前記目標位置と前記予測手段により算出された予測位置との差分に応じて、前記スロットルバルブを前記一定時間で当該差分だけ前記目標位置へ向けて作動させることとなる前記ＤＣモータの一定の回転数を、要求回転数として算出する要求回転数算出手段と、
前記要求回転数算出手段により算出された要求回転数と同じ値の、前記ＤＣモータの無負荷回転数である要求無負荷回転数に対応する前記ＤＣモータの印加電圧を、要求電圧として算出する要求電圧算出手段と、を備えると共に、
前記駆動制御手段は、前記要求電圧算出手段により算出された要求電圧を、前記駆動用印加電圧として決定すること、
を特徴とするスロットルバルブ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスロットルバルブ制御装置において、
前記駆動制御手段は、前記要求電圧算出手段により算出された要求電圧が、前記ＤＣモータに供給可能な最大電圧を越えていれば、前記最大電圧を前記駆動用印加電圧として決定し、前記要求電圧算出手段により算出された要求電圧が前記最大電圧以下であれば、該要求電圧を前記駆動用印加電圧として決定すること、
を特徴とするスロットルバルブ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のスロットルバルブ制御装置において、
前記スロットルバルブの実際の位置である実位置を検出する位置検出手段を備え、
前記予測手段は、前記位置検出手段により検出された実位置の変化に基づいて、前記スロットルバルブが停止したか否かを判定し、前記スロットルバルブが停止したと判定した場合には、前記検出された実位置を前記予測位置とすること、
を特徴とするスロットルバルブ制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のスロットルバルブ制御装置において、
前記スロットルバルブには、該スロットルバルブを基準位置へ戻すための付勢力を、該スロットルバルブに与える付勢手段が設けられており、
前記駆動制御手段は、前記付勢力と同じ大きさで且つ該付勢力とは反対方向の力を、前記ＤＣモータが前記スロットルバルブに与えるための、該ＤＣモータへの印加電圧である付勢力補償電圧を算出する付勢力補償電圧算出手段を更に備え、
前記予測手段は、前回決定された前記駆動用印加電圧から、前記付勢力補償電圧算出手段により算出された付勢力補償電圧を減じた電圧である補正印加電圧を用いて、該補正印加電圧に対応する前記ＤＣモータの無負荷回転数を算出し、該算出した無負荷回転数から、前記予測位置を算出するようになっており、
前記要求電圧算出手段は、前記要求無負荷回転数に対応する前記ＤＣモータの印加電圧に、前記付勢力補償電圧算出手段により算出された付勢力補償電圧を加えた電圧を、前記要求電圧として算出すること、
を特徴とするスロットルバルブ制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のスロットルバルブ制御装置において、
前記付勢手段は、前記付勢力が前記スロットルバルブの位置に応じて変化するものであり、
当該スロットルバルブ制御装置は、前記スロットルバルブの実際の位置である実位置を検出する位置検出手段を備え、
前記付勢力補償電圧算出手段は、前記位置検出手段により検出された実位置に基づいて、前記付勢力補償電圧を算出すること、
を特徴とするスロットルバルブ制御装置。

【図１】