電子スロットルバルブの制御装置
【課題】電子スロットルバルブの開度を変化させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させ、燃費向上を図る。
【解決手段】電子スロットルバルブ１の実開度１７と目標開度１６とが入力され、実開度１７を目標開度１６に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段１２と、フィードバック演算手段１２の出力するデューティ２５に従い電子スロットルバルブ１を駆動するモータ駆動回路１５とを備えている。フィードバック演算手段１２にはデューティ低減処理部１３が設けられており、電子スロットルバルブ１の開度が定常であると判断したとき、フィードバック制御を停止してデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量２８を減じたデューティをモータ駆動回路１５へ出力する。
【解決手段】電子スロットルバルブ１の実開度１７と目標開度１６とが入力され、実開度１７を目標開度１６に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段１２と、フィードバック演算手段１２の出力するデューティ２５に従い電子スロットルバルブ１を駆動するモータ駆動回路１５とを備えている。フィードバック演算手段１２にはデューティ低減処理部１３が設けられており、電子スロットルバルブ１の開度が定常であると判断したとき、フィードバック制御を停止してデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量２８を減じたデューティをモータ駆動回路１５へ出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子スロットルバルブの制御装置に関し、特に、燃費向上を目的として、消費電力の低減を図るための電子スロットルバルブの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、自動車の燃費向上への取り組みがいっそう進められている。その１つとして、電気駆動される補機類の消費電力を低減することで、エンジンによる発電量を削減し、結果、燃費を向上させる、という技術の開発が行われている。
【０００３】
対象となる補機類にはさまざまなものがあるが、その１つに、モータによりバタフライの角度を調整しエンジンの吸気量を制御する、電子スロットルシステムがある。
【０００４】
電子スロットルシステムは、電子スロットルバルブと、電子スロットルバルブを制御する制御装置と、運転者がアクセルを踏み込む量を電気信号に変換して制御装置に伝えるアクセル開度センサなどから構成されている。電子スロットルバルブは、モータでバネに反力を与え、両者の力のつりあい位置がバタフライの角度となる構造になっている。また、制御装置は、バタフライの角度をスロットル開度センサによって読み込み、この実開度がアクセル開度センサなどにより計算された目標開度と一致するよう、フィードバック制御を行う。この演算結果はデューティとしてモータ駆動回路に入力され、モータは電子スロットルバルブの実開度が目標開度となるよう駆動される。制御装置内にはマイクロコンピュータがあり、所定の周期で、これらを繰り返し実行する。
【０００５】
ところで、制御装置が故障した場合も、所定の吸気量を確保する必要があることから、駆動電流が０Ａ、すなわち、デューティが０％のとき、電子スロットルバルブはバネの力で中間開度とよばれる開度になる。この中間開度から全閉側、及び、全開側へ駆動する時、モータをそれぞれ、逆転、正転するようにデューティを与え、バネを押し込むように駆動する。前記のように、モータとバネの力がつりあうところで駆動が止まるため、デューティと開度の関係は、図１のようになる。
【０００６】
このとき、バネを押し込む方向、すなわち、中間開度から遠ざかる方向と、バネに押し戻される方向、すなわち、中間開度へ近づく方向との、２つの駆動方向が存在するが、この方向によって、同じ開度でもデューティの値は異なる。つまり、デューティと開度の関係はヒステリシスをもった特性となる。このことを図１を用いて説明する。図１の開度Ａが目標開度であり、実開度も開度Ａで安定している場合、デューティは、区間Ｂのどこかの値になっていることになる。
【０００７】
さて、目標開度が開度Ａで、実開度も開度Ａを維持している場合、区間ＢのどこかにあるデューティをＣ％に設定することができれば、実開度を開度Ａに留めながらもデューティを最も少なくすることが出来る。デューティと消費電力は比例関係にあるため、つまりは、消費電力を最も少なくすることができる。特許文献１（特開２００９−６２８９９号公報）では、デューティをＣ％に近づけるために、一旦目標開度を開度Ａより開き側に設定し、次にゆっくりと開度Ａまで戻し、そのとき、デューティがＣ％に向けて低減される、としている。
【０００８】
図２は、特許文献１の動作を示したものである。特許文献１では、区間Ｂの中のあるデューティＤ％で開度Ａで定常状態であった場合、目標開度を一旦開き側へ設定し、ゆっくり開度Ａまで戻すことで、デューティが最終的にＤ％より低いＥ％まで低下できる、としている。そして、この制御（揺らぎ制御）を繰り返すことで、デューティＣ％の近傍まで近づける、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−６２８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、揺らぎ制御のＴｕｐ＋Ｔｄｏｗｎの期間、実開度は、開度Ａと異なる開度となる。この開度Ａとの乖離量はシステムの許容変動範囲内に設定されるとしているが、電子スロットルシステムの場合、開度変化は内燃機関の回転速度に敏感に反映されるため、この許容変動範囲は狭い。特に、アイドル域では、わずかの開度変化も回転速度に影響する。例えば、電子スロットルバルブの開度は、一般的に、スロットル開度センサの信号で、５Ｖ／４０９６の分解能で制御されているが、この分解能の１つ分が変化するだけで、アイドル域では、内燃機関の回転速度が約１０ｒｐｍ変化する。アイドル域での回転速度の許容変動範囲は、例えば、±２５ｒｐｍであり、揺らぎ制御を適用しない通常時においても、その許容変動範囲に近い範囲、例えば、±２０ｒｐｍで回転速度が変動している。このため、揺らぎ制御用に割り当て可能な開度の許容変動範囲は０である。つまり、特許文献１の揺らぎ制御を適用することは出来ない。
【００１１】
また、仮に、揺らぎ制御を適用しない通常時の回転速度変動が極めて小さく±１５ｒｐｍ程度であったとしても、又は、アイドル域での回転速度の許容変動範囲が±３０ｒｐｍ程度に大きいとしても、揺らぎ制御用に割り当て可能な開度の許容変動範囲は分解能の１つまでが限度である。なぜなら、許容変動範囲が開度分解能の２つ、つまり、約２０ｒｐｍを、通常の回転速度の変動量に上乗せすると、運転者に内燃機関のうなり音として認知されてしまい、商品性の問題が生じるため、分解能の１つまでが限度である。
【００１２】
しかし、開度の許容変動範囲が分解能の１つでは、特許文献１の揺らぎ制御を適用しても、デューティを低減することは出来ない。なぜなら、特許文献１では、開度Ａから一旦開くときの作動時間Ｔｕｐより、再び開度Ａへ戻す作動時間Ｔｄｏｗｎを長くすることが必要となるが、分解能の１つしか許容できないのであれば、図３に示すように、ＴｕｐとＴｄｏｗｎは１演算周期と等しく、開き側と閉じ側の作動時間に差をつけることが出来ないからである。
【００１３】
このように、開度変化が内燃機関の回転速度に敏感に反映される電子スロットルシステムにおいては、最も運転状態として頻度の高いアイドル域に、特許文献１の技術を適用することが出来ない、という問題が生じる。
【００１４】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、電子スロットルバルブの開度を変化させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させ、燃費向上を図ることが出来る電子スロットルバルブの制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路とを備え、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部を含み、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行うことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路とを備え、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部を含み、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行うことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置であるので、電子スロットルバルブの開度を変化させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させ、燃費向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電子スロットルシステムにおける、デューティと開度の特性図である。
【図２】特許文献１における、揺らぎ制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】特許文献１における、揺らぎ制御の許容変動範囲が分解能の１の場合のタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１における、電子スロットルシステムの構成を示した構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１における、電子スロットルシステム全体の制御ブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１における、フィードバック演算手段の制御ブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１における、デューティ低減処理部において、所定の周期で実行される処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１における、デューティ低減処理部において、カウンタの初期化処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１における、デューティ低減処理部の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態１に係る、電子スロットルバルブの制御装置が設けられた、電子スロットルシステム全体の構成を示す図である。内燃機関であるエンジンの吸気管には、電子スロットルバルブ１が設けられ、エンジンへの吸入空気量を調節する。また、エンジンには、エンジン制御用各種センサ２が備えられ、これらの情報を用いて、エンジン制御ユニット３（以下、ＥＣＵ３とする）は、エンジンの運転状態を適切に制御する。エンジン制御用各種センサ２の例としては、例えば、エアフローメータ、クランク角センサ、冷却水温センサ、吸気温センサ、Ｏ２センサなどが挙げられる。バッテリ４は、ＥＣＵ３に接続されて、電力をＥＣＵ３に供給する。アクセル開度センサ５は、ＥＣＵ３に接続され、運転者のアクセル踏み込み量をＥＣＵ３へ伝える。また、ＥＣＵ３内には、図示しないマイクロコンピュータが内臓され、エンジン制御用各種センサ２の信号やアクセル開度センサ５の信号を読み込み、目標とする電子スロットルバルブ１の開度（以下、目標開度とする）を演算する。なお、ＥＣＵ３が、本発明の実施の形態１に係る電子スロットルバルブの制御装置を構成している。
【００２０】
電子スロットルバルブ１は、ＤＣモータ６、ギア７、バタフライ８、バネ９、スロットル開度センサ１０により構成されている。ＤＣモータ６は、ＥＣＵ３から電力を供給されて、正転、逆転の回転を行う。その回転トルクがギア７を介して、バタフライ８とバネ９とスロットル開度センサ１０とが同軸で接続されているシャフトへ伝えられる。バネ９とＤＣモータ６の回転トルクが釣り合うところでバタフライ８の動きが止まり、バタフライ８の角度は、スロットル開度センサ１０にて検出され、ＥＣＵ３内のマイクロコンピュータに読み込まれる。この値から、電子スロットルバルブ１の実際の開度（以下、実開度とする）が演算され、当該値が目標開度と一致するようにフィードバック制御が行われ、当該制御により、電子スロットルバルブ１のＤＣモータ６が駆動される。
【００２１】
図５は、本発明に係る電子スロットルシステム全体の制御ブロックを示す図である。図５に示すように、ＥＣＵ３は、目標開度演算手段１１と、フィードバック演算手段１２と、故障判定手段１４と、モータ駆動回路１５とにより、構成されている。また、フィードバック演算手段１２内には、後述するデューティ低減処理部１３が設けられている。
【００２２】
当該構成において、まず、エンジン制御用各種センサ２の信号やアクセル開度センサ５の信号から、ＥＣＵ３内の目標開度演算手段１１にて、電子スロットルバルブ１の目標開度１６が算出される。例えば、エンジン冷却水の温度から定める開度とアクセル開度に比例する開度との和を、目標開度１６として決定する。この目標開度１６と、スロットル開度センサ１０を介して読み込んだ実開度１７とを、フィードバック演算手段１２で比較して、デューティとモータ駆動方向を演算する。デューティの演算方法については後述する。モータの駆動方向の決定方法は、目標開度１６と実開度１７との大小関係により決定する。すなわち、目標開度１６の方が実開度１７より大きければ、開き側、すなわち、モータを正転させる方向に駆動方向を決定し、逆に、目標開度１６の方が実開度１７よりも小さければ、閉じ側、すなわち、モータを逆転させる方向に駆動方向を決定する。このフィードバック演算手段１２の内部には、本発明の特徴であるデューティ低減処理部１３が組み込まれており、従来の方法で算出されたデューティに追加の処理を行う。また、ＥＣＵ３内には、故障判定手段１４が設けられている。故障判定手段１４は、電子スロットシステムが正常か故障かを判定し、故障時には故障フラグを１にしてフィードバック演算手段１２に対して出力し、それを受けて、フィードバック演算手段１２は、デューティ低減処理部１３の処理を実行しない。
【００２３】
なお、デューティ低減処理部１３は、電子スロットルバルブ１の開度が定常であると判断したとき、フィードバック制御を停止してデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量を減じたデューティを出力する。一方、デューティ低減処理部１３は、電子スロットルバルブ１の開度が定常でないと判断したときは、通常のフィードバック制御によるデューティの更新を継続し、（動的に変化する）今回演算値のデューティを出力する。
【００２４】
フィードバック演算手段１２で算出されたデューティとモータ駆動方向は、モータ駆動回路１５でＰＷＭ波形に変換され、それに基づき電子スロットルバルブ１のＤＣモータ６が駆動される。その後は、既に説明のとおり、この駆動力がバタフライ８の角度となり、この角度をスロットル開度センサ１０でＥＣＵ３が読み込み、次のフィードバック演算が実施される。
【００２５】
図６は、フィードバック演算手段１２の制御ブロック図である。図５の目標開度演算手段１１にて演算された目標開度１６と、電子スロットルバルブ１のスロットル開度センサ１０から読みこんだ実開度１７と、故障判定手段１４にてシステムが正常か故障かを判定した結果である故障フラグ１８とが、フィードバック演算手段１２の入力となる。
【００２６】
フィードバック演算手段１２のうちのデューティ低減処理部１３以外の部分は、従来から一般的に設けられている構成（以下、従来部分とする）である。まず、この、フィードバック演算手段１２の従来部分について説明する。従来部分には、Ｐ項演算部２０、Ｉ項演算部２１、Ｄ項演算部２２、および、デューティ変換部２４が設けられている。当該構成において、まず、目標開度１６と実開度１７とが入力され、それらの差分（＝（目標開度１６）−（実開度１７））を演算し、これを偏差１９とする。偏差１９をフィードバック制御の１つであるＰＩＤ制御の各項への入力とし、すなわち、偏差１９を、Ｐ項演算部２０、Ｉ項演算部２１、および、Ｄ項演算部２２にそれぞれ入力し、それらの項のそれぞれで演算を行い、それらの出力の和を操作量２３とする。具体的には、例えば、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄをそれぞれのゲイン定数として所定の値を定め、Ｐ項演算部２０で、Ｋｐ×偏差の演算を行い、Ｉ項演算部２１で、Σ（Ｋｉ×偏差）の演算を行い、Ｄ項演算部２２で、Ｋｄ×（現時刻の偏差−１演算周期前の偏差）の演算を行い、それらの演算結果の和である、Ｋｐ×偏差＋Σ（Ｋｉ×偏差）＋Ｋｄ×（現時刻の偏差−１演算周期前の偏差）を求め、操作量２３へ代入する。次に、デューティ変換部２４で、操作量２３に所定の係数を乗じる等の演算により、操作量２３はデューティ２５に変換され、モータ駆動回路１５へ伝えられ、ここでＰＷＭ波形として出力されることになる。
【００２７】
次に、本発明のデューティ低減処理部１３について説明する。デューティ低減処理部１３には、定常判定部２６と安定判定部２７とが設けられている。定常判定部２６には、偏差１９と、目標開度１６と、実開度１７と、故障フラグ１８とが入力され、それらに基づき、定常か否かの判定が行われる。定常判定部２６にて定常と判定された場合は、デューティ変換部２４により演算された今回演算値のデューティは、ＲＡＭのデューティ記憶領域（以下、デューティ２５とする）に代入されず、デューティ２５には前回値が保持される。一方、定常判定部２６にて定常ではないと判定された場合は、通常のフィードバック制御が行われ、すなわち、デューティ変換部２４で今回演算した今回演算値でデューティ２５が更新される。
【００２８】
なお、定常判定部２６は、（ａ）目標開度１６の前回値と今回値との絶対差（Δ目標開度）が予め設定した第１の定数Ｋ１より小さいこと、（ｂ）実開度１７の前回値と今回値との絶対差（Δ実開度）が予め設定した第２の定数Ｋ２より小さいこと、（ｃ）偏差１９の絶対値が予め設定した第３の定数Ｋ３より小さいこと、（ｄ）故障フラグ１８がリセット、すなわち、電子スロットルシステムが故障していないこと、の４つの条件（ａ）〜（ｄ）の全てを満足する場合を定常と判定し、それ以外を定常ではない、と判定する。
【００２９】
定常判定部２６の結果は、安定判定部２７へ入力され、ここで、所定時間の間、定常であれば、安定と判断され、デューティ２５から所定の低減量２８を減算するようにスイッチの切り替えが行われ、それ以外の場合は安定でないと判断され、デューティ２５はそのままモータ駆動回路１５へ出力される。
【００３０】
デューティ低減処理部１３の動作を図７のフローチャートを用いて説明する。このプログラムや定数は、本発明の適用対象となるフィードバック演算手段１２と同じく、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに格納され、フィードバック演算手段１２と同じ、所定の周期で実行される。
【００３１】
デューティ低減処理部１３は、まず、ステップＳ１において、前回演算時の目標開度１６’と今回演算時の目標開度１６との絶対差である、Δ目標開度（＝｜（前回演算時の目標開度１６’）−（今回演算時の目標開度１６）｜）を演算し、第１の定数Ｋ１と比較する。Δ目標開度が第１の定数Ｋ１より小さければ、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ２へ進む。一方、Δ目標開度が第１の定数Ｋ１以上であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。この第１の定数Ｋ１は、例えば、制御分解能（５Ｖ／４０９６）×２に設定する。
【００３２】
次に、ステップＳ２において、前回演算時の実開度１７’と今回演算時の実開度１７との絶対差である、Δ実開度（＝｜（前回演算時の実開度１７’）−（今回演算時の実開度１７）｜）を演算し、第２の定数Ｋ２と比較する。Δ実開度が第２の定数Ｋ２より小さければ、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ３へ進む。一方、Δ実開度が第２の定数Ｋ２以上であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。この第２の定数Ｋ２は、例えば、制御分解能（５Ｖ／４０９６）×２に設定する。
【００３３】
次に、ステップＳ３において、今回演算時の目標開度１６と今回演算時の実開度１７との絶対差である、偏差の絶対値（＝｜（今回演算時の目標開度１６）−（今回演算時の実開度１７）｜）を演算し、第３の定数Ｋ３と比較する。偏差の絶対値が第３の定数Ｋ３より小さければ、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ４へ進む。一方、偏差の絶対値が第３の定数Ｋ３以上であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。この第３の定数Ｋ３は、例えば、制御分解能（５Ｖ／４０９６）×１に設定する。
【００３４】
さらに、ステップＳ４において、故障フラグ１８を読み取り、システムが正常であれば、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ５へ進む。システムが異常であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。
【００３５】
ステップＳ５においては、前処理で定常であると判定された間の時間、すなわち、ステップＳ１からステップＳ４が全てＹｅｓ判定であった時間をカウントするカウンタｃ１を減算する。なお、カウンタｃ１の減算とは、ＲＡＭに記憶されているカウンタｃ１の値が１以上であれば１を減じ、それ以外の場合は何も処理を行わない事を示す。その後、ステップＳ７へ進む。
【００３６】
ステップＳ６においては、カウンタｃ１に初期値として予め設定された第５の定数Ｋ５を代入する。この第５の定数Ｋ５は、例えば１００ｍｓに相当する値に設定する。つぎに、ステップＳ７へ進む。
【００３７】
次に、ステップＳ７において、カウンタｃ１が０か否かを判定する。０であればＹｅｓ判定（定常であると判定）となり、ステップＳ８へ進む。一方、カウンタｃ１が１以上であれば、Ｎｏ判定（定常でないと判定）となり、ステップＳ１０へ進む。
【００３８】
ステップＳ８においては、定常時の処理として、フィードバック制御を停止する。すなわち、今回演算時のデューティを、デューティ２５に代入せず、デューティ２５の値は前回値のままとし、Ｉ項演算部２１の積算を停止する。次に、ステップＳ９で、カウンタｃ２を１つ減算し、ステップＳ１２へ進む。
【００３９】
ステップＳ１０においては、定常時以外の通常の処理として、フィードバック制御を継続する。すなわち、今回演算時のデューティを、従来どおり、デューティ２５に代入し、Ｉ項演算部２１の積算を従来どおり実行する。次に、ステップＳ１１で、カウンタｃ２に初期値として予め設定した第６の定数Ｋ６を代入し、ステップＳ１２へ進む。この第６の定数Ｋ６は、例えば２０ｍｓに相当する値に設定する。
【００４０】
ステップＳ１２において、カウンタｃ２が０か否かを判定する。０であればＹｅｓ判定（安定であると判定）となり、ステップＳ１３へ進む。１以上であれば、Ｎｏ判定（安定でないと判定）となり、ステップＳ１８へ進む。
【００４１】
ステップＳ１３において、カウンタｃ３が０か否かを判定する。０であればＹｅｓ判定（所定の繰返し時間が経過）となり、ステップＳ１４へ進む。１以上であれば、Ｎｏ判定（所定の繰返し時間が未経過）となり、ステップＳ２０へ進む。
【００４２】
ステップＳ１４において、カウンタｃ４が０より大きいか否かを判定する。０より大きい（１以上）であれば、Ｙｅｓ判定（所定の繰返し回数に到達）となり、ステップＳ１５へ進む。０であれば、Ｎｏ判定（所定の繰返し回数に未到達）となり、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。
【００４３】
ステップＳ１５において、デューティ２５に記憶されている値から、低減量２８として、予め設定された第７の定数Ｋ７を引いた値を、新たなデューティとしてデューティ２５へ代入する。
【００４４】
この第７の定数Ｋ７は、次の条件を考慮して設定する。まず、制御対象となる電子スロットルバルブ１の、温度や個体差などのばらつきが考慮されたヒステリシス幅の最小値を、電子スロットルバルブ設計値や特性値からあらかじめ定めておく。ステップＳ１９で説明する繰り返し回数Ｋ９と第７の定数Ｋ７との積である合計の低減量は、このヒステリシス幅の最小値より小さいだけでなく、減算後のデューティがヒステリシス幅から出てしまうことを防ぐため、前記ヒステリシス幅の最小値の１／５〜１／１０程度に設定することが推奨される。例えば、ヒステリシス幅の最小値の１／６程度の値が、デューティ１％であるとすると、１％／Ｋ９をＫ７に設定する。
【００４５】
次のステップＳ１６において、カウンタｃ３に初期値Ｋ８を代入し、次のステップＳ１７において、カウンタｃ４から１を減算し、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。この定数Ｋ８は、ステップＳ１３での所定の繰返し時間に相当するもので、例えば５０ｍｓに相当する値に設定する。
【００４６】
一方、ステップＳ１２においてＮｏ判定となった場合、ステップＳ１８において、カウンタｃ３に０を代入し、次のステップＳ１９において、カウンタｃ４に初期値Ｋ９を代入し、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。この定数Ｋ９は、ステップＳ１４での所定の繰返し回数に相当するもので、例えば２回に設定する。
【００４７】
ステップＳ１３においてＮｏ判定となった場合、ステップＳ２０において、カウンタｃ３を１減算し、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。
【００４８】
また、ＥＣＵ３内のマイクロコンピュータに電源が投入された時などは、本発明のデューティ低減処理部１３に関するカウンタＲＡＭを初期化する必要がある。この場合、図８に示すステップＳ２１を実行する。すなわち、カウンタｃ１に初期値Ｋ５を、カウンタｃ２に初期値Ｋ６を、カウンタｃ３に０を、カウンタｃ４に初期値Ｋ９を、それぞれ代入し、処理を終了する。この図８のプログラムも、図７同様、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに格納され実行される。
【００４９】
図７の動作を、図９のタイミングチャートを用いて説明する。ここでは、デューティＣ％を、図１の意味で用いており、定数Ｋ９は、前記の例のように２としている。
【００５０】
目標開度が開度Ａで一定であり、実開度が開度Ａへ近づいている場合（Δ目標開度＜Ｋ１）、フィードバック制御によりデューティは動的に変化しており、Ｃ％より高い値である。このとき、カウンタｃ１はＫ５、カウンタｃ２はＫ６、カウンタｃ３は０、カウンタｃ４はＫ９、となっている。
【００５１】
時刻Ｔ１において、Δ実開度＜Ｋ２、｜偏差｜＜Ｋ３、かつ、故障フラグよりシステムが正常である、の条件をすべて満たすとする。すると、カウンタｃ１が減算を始め、やがて０となり、続いて、カウンタｃ２が減算を始め、やがて０となる。この０となる時刻をＴ２とする。
【００５２】
時刻Ｔ２において、デューティは前回値からＫ７引かれた値となり、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４は１つ減算される。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。この０となる時刻をＴ３とする。
【００５３】
時刻Ｔ３において、デューティは前回値から、さらにＫ７引かれた値となり、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４はさらに１つ減算され、０となる。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。しかし、カウンタｃ４が０であるため、デューティはこれ以上減算されることはない。
【００５４】
このようにしてデューティは低減され、一方、Ｃ％以上であるため、実開度は開度Ａから変化することはない。つまり、デューティだけが低減されたことになり、特許文献１の課題を解決できる。
【００５５】
さて、このような場合において、例えば、スロットル開度が電子スロットルバルブの振動で変化した、或いは、スロットル開度センサの信号にノイズが乗った、などにより、実開度が変化し、Δ実開度≧Ｋ２、又は、｜偏差｜≧Ｋ３、となった場合を考える。この時刻をＴ４とする。
【００５６】
時刻Ｔ４において、定常ではないと判定されるため、カウンタｃ１はＫ５、カウンタｃ２はＫ６、カウンタｃ３は０、カウンタｃ４はＫ９、に設定され、フィードバック制御が再開される。このため、デューティは動的に変化し、実開度が開度Ａに収束される。この時刻をＴ５とする。この時、収束したデューティは、図１の区間Ｂの中のいずれかに収束するが、時刻Ｔ１でのデューティと必ずしも一致するわけではない。
【００５７】
時刻Ｔ５において、Δ実開度＜Ｋ２、｜偏差｜＜Ｋ３、となり、再び、カウンタｃ１が減算を始め、やがて０となり、続いて、カウンタｃ２が減算を始め、やがて０となる。この時刻をＴ６とする。
【００５８】
時刻Ｔ６において、時刻Ｔ２と同様、デューティは前回値からＫ７引かれ、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４は１つ減算される。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。この時刻をＴ７とする。
【００５９】
時刻Ｔ７において、時刻Ｔ３と同様、デューティは前回値から、さらにＫ７引かれた値となり、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４はさらに１つ減算され、０となる。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。しかし、カウンタｃ４が０であるため、デューティはこれ以上減算されることはない。このときのデューティは、時刻Ｔ３でのデューティと必ずしも一致するわけではなく、また、図９のように、時刻Ｔ３でのデューティよりも大きな値になってしまう場合もある。しかし、本発明を適用しない場合に比べ、Ｋ７×Ｋ９分（例えば、１％）のデューティを低減させることができ、かつ、実開度を変化させることがない。すなわち、特許文献１の課題を解決できる。
【００６０】
消費電力の低減量は、例えば、モータ駆動回路のＯＮ抵抗を０．３Ω、ＥＣＵとモータ間のハーネス抵抗を０．１７Ω、モータのコイル抵抗を１．２Ωとすると、全抵抗は１．６７Ω（＝０．３（Ω）＋０．１７（Ω）＋１．２（Ω））となり、バッテリ電圧を１４Ｖとすると、デューティ１００％相当の電流値は、約８．３８Ａ（≒１４（Ｖ）÷１．６７（Ω））となる。合計のデューティ低減量（Ｋ９×Ｋ７）を１％とすると、０．０８３８Ａ相当となり、ヒステリシス幅の最小値が０．５Ａであれば、これは約１／６を低減することに相当し、この低減量は適当である。このデューティ低減量１％による、消費電力低減量は、１４（Ｖ）×０．０８３８（Ａ）の約１．１７Ｗとなる。特許文献１の技術は、開度の許容変動範囲が非常に狭い電子スロットルバルブの制御には適用できず、消費電力を低減できないが、本発明は、開度に影響を与えることなく、走行時の頻度の多いアイドル域を含めて、約１Ｗの電力消費を軽減することが出来る。
【００６１】
なお、電子スロットルシステムの故障を示す故障フラグがセットされている時のほか、例えば、電子スロットルバルブの全閉開度や全開開度を学習するための処理を実行している場合も、本発明の処理は実施されない。
【００６２】
以上のように、本発明の電子スロットルバルブの制御装置であるＥＣＵ３は、電子スロットルバルブ１の目標開度１６を決定する目標開度演算手段１１と、電子スロットルバルブ１の実際の開度である実開度１７と目標開度１６とが入力され、実開度１７を目標開度１６に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段１２と、フィードバック演算手段１２の出力するデューティ２５に従って電子スロットルバルブ１を駆動するモータ駆動回路１５とを備え、フィードバック演算手段１２は、電子スロットルバルブ１の開度が定常であると判断したとき、デューティ２５の更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量２８を減じたデューティをモータ駆動回路１５へ出力するデューティ低減処理部１３を含むようにしたので、開度が定常時には、デューティから、駆動ヒステリシスの範囲内に収まる所定値、すなわち、ヒステリシスの幅より小さい所定値を、低減量２８として減算することで、駆動電流を低減させることができるため、開度を変動させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させることができ、エンジン回転数への影響を出すことなく、消費電力低減、すなわち、燃費向上を図ることができるという効果を奏する。
【００６３】
なお、上記の説明においては、定数Ｋ６を所定の値とする例について記載したが、その場合に限定されるものではなく、定数Ｋ６を０としてもよく、この場合には、定常判定の成立（図７のステップＳ７）と安定判定の成立（図７のステップＳ１２）が同時となる。
【００６４】
また、上記の説明においては、定数Ｋ９を２とする例について記載したが、その場合に限らず、定数Ｋ９を１に設定して、定数Ｋ７でのデューティ低減（図７のステップＳ１５）を１回だけにしてもよい。
【００６５】
また、図７及び図８で説明した定数Ｋ１〜Ｋ３，Ｋ５〜Ｋ９は固定値であったが、エンジン制御用各種センサ２、例えば、水温、バッテリ電圧、開度位置、に応じて値が変更されるよう、定数Ｋ１〜Ｋ３，Ｋ５〜Ｋ９の値をマップデータとすることもできる。
【００６６】
フィードバック制御は、上述のＰＩＤ制御のほか、微分先行型ＰＩＤ制御、ＰＩ制御、など、他のフィードバック制御においても同様に適用できる。
【００６７】
更に、本発明は、内燃機関の電子スロットルシステムに限定されず、内燃機関の制御に用いる他の装置（例えば、可変バルブ装置、ＥＧＲ装置等）や内燃機関以外に用いる様々な装置等、制御対象の制御量を目標値に一致させるように操作量やデューティを制御するシステムで、操作量やデューティに対しヒステリシスを有するシステムに広く適用して実施できる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 電子スロットルバルブ、２ エンジン制御用各種センサ、３ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、４ バッテリ、５ アクセル開度センサ、６ ＤＣモータ、７ ギア、８ バタフライ、９ バネ、１０ スロットル開度センサ、１２ フィードバック演算手段、１３ デューティ低減処理部、１４ 故障判定手段、１５ モータ駆動回路、１６ 目標開度、１７ 実開度、１８ 故障フラグ、１９ 偏差、２０ Ｐ項演算部、２１ Ｉ項演算部、２２ Ｄ項演算部、２３ 操作量、２４ デューティ変換部、２５ デューティ、２６ 定常判定部、２７ 安定判定部、２８ 低減量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子スロットルバルブの制御装置に関し、特に、燃費向上を目的として、消費電力の低減を図るための電子スロットルバルブの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、自動車の燃費向上への取り組みがいっそう進められている。その１つとして、電気駆動される補機類の消費電力を低減することで、エンジンによる発電量を削減し、結果、燃費を向上させる、という技術の開発が行われている。
【０００３】
対象となる補機類にはさまざまなものがあるが、その１つに、モータによりバタフライの角度を調整しエンジンの吸気量を制御する、電子スロットルシステムがある。
【０００４】
電子スロットルシステムは、電子スロットルバルブと、電子スロットルバルブを制御する制御装置と、運転者がアクセルを踏み込む量を電気信号に変換して制御装置に伝えるアクセル開度センサなどから構成されている。電子スロットルバルブは、モータでバネに反力を与え、両者の力のつりあい位置がバタフライの角度となる構造になっている。また、制御装置は、バタフライの角度をスロットル開度センサによって読み込み、この実開度がアクセル開度センサなどにより計算された目標開度と一致するよう、フィードバック制御を行う。この演算結果はデューティとしてモータ駆動回路に入力され、モータは電子スロットルバルブの実開度が目標開度となるよう駆動される。制御装置内にはマイクロコンピュータがあり、所定の周期で、これらを繰り返し実行する。
【０００５】
ところで、制御装置が故障した場合も、所定の吸気量を確保する必要があることから、駆動電流が０Ａ、すなわち、デューティが０％のとき、電子スロットルバルブはバネの力で中間開度とよばれる開度になる。この中間開度から全閉側、及び、全開側へ駆動する時、モータをそれぞれ、逆転、正転するようにデューティを与え、バネを押し込むように駆動する。前記のように、モータとバネの力がつりあうところで駆動が止まるため、デューティと開度の関係は、図１のようになる。
【０００６】
このとき、バネを押し込む方向、すなわち、中間開度から遠ざかる方向と、バネに押し戻される方向、すなわち、中間開度へ近づく方向との、２つの駆動方向が存在するが、この方向によって、同じ開度でもデューティの値は異なる。つまり、デューティと開度の関係はヒステリシスをもった特性となる。このことを図１を用いて説明する。図１の開度Ａが目標開度であり、実開度も開度Ａで安定している場合、デューティは、区間Ｂのどこかの値になっていることになる。
【０００７】
さて、目標開度が開度Ａで、実開度も開度Ａを維持している場合、区間ＢのどこかにあるデューティをＣ％に設定することができれば、実開度を開度Ａに留めながらもデューティを最も少なくすることが出来る。デューティと消費電力は比例関係にあるため、つまりは、消費電力を最も少なくすることができる。特許文献１（特開２００９−６２８９９号公報）では、デューティをＣ％に近づけるために、一旦目標開度を開度Ａより開き側に設定し、次にゆっくりと開度Ａまで戻し、そのとき、デューティがＣ％に向けて低減される、としている。
【０００８】
図２は、特許文献１の動作を示したものである。特許文献１では、区間Ｂの中のあるデューティＤ％で開度Ａで定常状態であった場合、目標開度を一旦開き側へ設定し、ゆっくり開度Ａまで戻すことで、デューティが最終的にＤ％より低いＥ％まで低下できる、としている。そして、この制御（揺らぎ制御）を繰り返すことで、デューティＣ％の近傍まで近づける、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−６２８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、揺らぎ制御のＴｕｐ＋Ｔｄｏｗｎの期間、実開度は、開度Ａと異なる開度となる。この開度Ａとの乖離量はシステムの許容変動範囲内に設定されるとしているが、電子スロットルシステムの場合、開度変化は内燃機関の回転速度に敏感に反映されるため、この許容変動範囲は狭い。特に、アイドル域では、わずかの開度変化も回転速度に影響する。例えば、電子スロットルバルブの開度は、一般的に、スロットル開度センサの信号で、５Ｖ／４０９６の分解能で制御されているが、この分解能の１つ分が変化するだけで、アイドル域では、内燃機関の回転速度が約１０ｒｐｍ変化する。アイドル域での回転速度の許容変動範囲は、例えば、±２５ｒｐｍであり、揺らぎ制御を適用しない通常時においても、その許容変動範囲に近い範囲、例えば、±２０ｒｐｍで回転速度が変動している。このため、揺らぎ制御用に割り当て可能な開度の許容変動範囲は０である。つまり、特許文献１の揺らぎ制御を適用することは出来ない。
【００１１】
また、仮に、揺らぎ制御を適用しない通常時の回転速度変動が極めて小さく±１５ｒｐｍ程度であったとしても、又は、アイドル域での回転速度の許容変動範囲が±３０ｒｐｍ程度に大きいとしても、揺らぎ制御用に割り当て可能な開度の許容変動範囲は分解能の１つまでが限度である。なぜなら、許容変動範囲が開度分解能の２つ、つまり、約２０ｒｐｍを、通常の回転速度の変動量に上乗せすると、運転者に内燃機関のうなり音として認知されてしまい、商品性の問題が生じるため、分解能の１つまでが限度である。
【００１２】
しかし、開度の許容変動範囲が分解能の１つでは、特許文献１の揺らぎ制御を適用しても、デューティを低減することは出来ない。なぜなら、特許文献１では、開度Ａから一旦開くときの作動時間Ｔｕｐより、再び開度Ａへ戻す作動時間Ｔｄｏｗｎを長くすることが必要となるが、分解能の１つしか許容できないのであれば、図３に示すように、ＴｕｐとＴｄｏｗｎは１演算周期と等しく、開き側と閉じ側の作動時間に差をつけることが出来ないからである。
【００１３】
このように、開度変化が内燃機関の回転速度に敏感に反映される電子スロットルシステムにおいては、最も運転状態として頻度の高いアイドル域に、特許文献１の技術を適用することが出来ない、という問題が生じる。
【００１４】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、電子スロットルバルブの開度を変化させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させ、燃費向上を図ることが出来る電子スロットルバルブの制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路とを備え、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部を含み、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行うことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路とを備え、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部を含み、前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行うことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置であるので、電子スロットルバルブの開度を変化させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させ、燃費向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電子スロットルシステムにおける、デューティと開度の特性図である。
【図２】特許文献１における、揺らぎ制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】特許文献１における、揺らぎ制御の許容変動範囲が分解能の１の場合のタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１における、電子スロットルシステムの構成を示した構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１における、電子スロットルシステム全体の制御ブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１における、フィードバック演算手段の制御ブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１における、デューティ低減処理部において、所定の周期で実行される処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１における、デューティ低減処理部において、カウンタの初期化処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１における、デューティ低減処理部の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態１に係る、電子スロットルバルブの制御装置が設けられた、電子スロットルシステム全体の構成を示す図である。内燃機関であるエンジンの吸気管には、電子スロットルバルブ１が設けられ、エンジンへの吸入空気量を調節する。また、エンジンには、エンジン制御用各種センサ２が備えられ、これらの情報を用いて、エンジン制御ユニット３（以下、ＥＣＵ３とする）は、エンジンの運転状態を適切に制御する。エンジン制御用各種センサ２の例としては、例えば、エアフローメータ、クランク角センサ、冷却水温センサ、吸気温センサ、Ｏ２センサなどが挙げられる。バッテリ４は、ＥＣＵ３に接続されて、電力をＥＣＵ３に供給する。アクセル開度センサ５は、ＥＣＵ３に接続され、運転者のアクセル踏み込み量をＥＣＵ３へ伝える。また、ＥＣＵ３内には、図示しないマイクロコンピュータが内臓され、エンジン制御用各種センサ２の信号やアクセル開度センサ５の信号を読み込み、目標とする電子スロットルバルブ１の開度（以下、目標開度とする）を演算する。なお、ＥＣＵ３が、本発明の実施の形態１に係る電子スロットルバルブの制御装置を構成している。
【００２０】
電子スロットルバルブ１は、ＤＣモータ６、ギア７、バタフライ８、バネ９、スロットル開度センサ１０により構成されている。ＤＣモータ６は、ＥＣＵ３から電力を供給されて、正転、逆転の回転を行う。その回転トルクがギア７を介して、バタフライ８とバネ９とスロットル開度センサ１０とが同軸で接続されているシャフトへ伝えられる。バネ９とＤＣモータ６の回転トルクが釣り合うところでバタフライ８の動きが止まり、バタフライ８の角度は、スロットル開度センサ１０にて検出され、ＥＣＵ３内のマイクロコンピュータに読み込まれる。この値から、電子スロットルバルブ１の実際の開度（以下、実開度とする）が演算され、当該値が目標開度と一致するようにフィードバック制御が行われ、当該制御により、電子スロットルバルブ１のＤＣモータ６が駆動される。
【００２１】
図５は、本発明に係る電子スロットルシステム全体の制御ブロックを示す図である。図５に示すように、ＥＣＵ３は、目標開度演算手段１１と、フィードバック演算手段１２と、故障判定手段１４と、モータ駆動回路１５とにより、構成されている。また、フィードバック演算手段１２内には、後述するデューティ低減処理部１３が設けられている。
【００２２】
当該構成において、まず、エンジン制御用各種センサ２の信号やアクセル開度センサ５の信号から、ＥＣＵ３内の目標開度演算手段１１にて、電子スロットルバルブ１の目標開度１６が算出される。例えば、エンジン冷却水の温度から定める開度とアクセル開度に比例する開度との和を、目標開度１６として決定する。この目標開度１６と、スロットル開度センサ１０を介して読み込んだ実開度１７とを、フィードバック演算手段１２で比較して、デューティとモータ駆動方向を演算する。デューティの演算方法については後述する。モータの駆動方向の決定方法は、目標開度１６と実開度１７との大小関係により決定する。すなわち、目標開度１６の方が実開度１７より大きければ、開き側、すなわち、モータを正転させる方向に駆動方向を決定し、逆に、目標開度１６の方が実開度１７よりも小さければ、閉じ側、すなわち、モータを逆転させる方向に駆動方向を決定する。このフィードバック演算手段１２の内部には、本発明の特徴であるデューティ低減処理部１３が組み込まれており、従来の方法で算出されたデューティに追加の処理を行う。また、ＥＣＵ３内には、故障判定手段１４が設けられている。故障判定手段１４は、電子スロットシステムが正常か故障かを判定し、故障時には故障フラグを１にしてフィードバック演算手段１２に対して出力し、それを受けて、フィードバック演算手段１２は、デューティ低減処理部１３の処理を実行しない。
【００２３】
なお、デューティ低減処理部１３は、電子スロットルバルブ１の開度が定常であると判断したとき、フィードバック制御を停止してデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量を減じたデューティを出力する。一方、デューティ低減処理部１３は、電子スロットルバルブ１の開度が定常でないと判断したときは、通常のフィードバック制御によるデューティの更新を継続し、（動的に変化する）今回演算値のデューティを出力する。
【００２４】
フィードバック演算手段１２で算出されたデューティとモータ駆動方向は、モータ駆動回路１５でＰＷＭ波形に変換され、それに基づき電子スロットルバルブ１のＤＣモータ６が駆動される。その後は、既に説明のとおり、この駆動力がバタフライ８の角度となり、この角度をスロットル開度センサ１０でＥＣＵ３が読み込み、次のフィードバック演算が実施される。
【００２５】
図６は、フィードバック演算手段１２の制御ブロック図である。図５の目標開度演算手段１１にて演算された目標開度１６と、電子スロットルバルブ１のスロットル開度センサ１０から読みこんだ実開度１７と、故障判定手段１４にてシステムが正常か故障かを判定した結果である故障フラグ１８とが、フィードバック演算手段１２の入力となる。
【００２６】
フィードバック演算手段１２のうちのデューティ低減処理部１３以外の部分は、従来から一般的に設けられている構成（以下、従来部分とする）である。まず、この、フィードバック演算手段１２の従来部分について説明する。従来部分には、Ｐ項演算部２０、Ｉ項演算部２１、Ｄ項演算部２２、および、デューティ変換部２４が設けられている。当該構成において、まず、目標開度１６と実開度１７とが入力され、それらの差分（＝（目標開度１６）−（実開度１７））を演算し、これを偏差１９とする。偏差１９をフィードバック制御の１つであるＰＩＤ制御の各項への入力とし、すなわち、偏差１９を、Ｐ項演算部２０、Ｉ項演算部２１、および、Ｄ項演算部２２にそれぞれ入力し、それらの項のそれぞれで演算を行い、それらの出力の和を操作量２３とする。具体的には、例えば、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄをそれぞれのゲイン定数として所定の値を定め、Ｐ項演算部２０で、Ｋｐ×偏差の演算を行い、Ｉ項演算部２１で、Σ（Ｋｉ×偏差）の演算を行い、Ｄ項演算部２２で、Ｋｄ×（現時刻の偏差−１演算周期前の偏差）の演算を行い、それらの演算結果の和である、Ｋｐ×偏差＋Σ（Ｋｉ×偏差）＋Ｋｄ×（現時刻の偏差−１演算周期前の偏差）を求め、操作量２３へ代入する。次に、デューティ変換部２４で、操作量２３に所定の係数を乗じる等の演算により、操作量２３はデューティ２５に変換され、モータ駆動回路１５へ伝えられ、ここでＰＷＭ波形として出力されることになる。
【００２７】
次に、本発明のデューティ低減処理部１３について説明する。デューティ低減処理部１３には、定常判定部２６と安定判定部２７とが設けられている。定常判定部２６には、偏差１９と、目標開度１６と、実開度１７と、故障フラグ１８とが入力され、それらに基づき、定常か否かの判定が行われる。定常判定部２６にて定常と判定された場合は、デューティ変換部２４により演算された今回演算値のデューティは、ＲＡＭのデューティ記憶領域（以下、デューティ２５とする）に代入されず、デューティ２５には前回値が保持される。一方、定常判定部２６にて定常ではないと判定された場合は、通常のフィードバック制御が行われ、すなわち、デューティ変換部２４で今回演算した今回演算値でデューティ２５が更新される。
【００２８】
なお、定常判定部２６は、（ａ）目標開度１６の前回値と今回値との絶対差（Δ目標開度）が予め設定した第１の定数Ｋ１より小さいこと、（ｂ）実開度１７の前回値と今回値との絶対差（Δ実開度）が予め設定した第２の定数Ｋ２より小さいこと、（ｃ）偏差１９の絶対値が予め設定した第３の定数Ｋ３より小さいこと、（ｄ）故障フラグ１８がリセット、すなわち、電子スロットルシステムが故障していないこと、の４つの条件（ａ）〜（ｄ）の全てを満足する場合を定常と判定し、それ以外を定常ではない、と判定する。
【００２９】
定常判定部２６の結果は、安定判定部２７へ入力され、ここで、所定時間の間、定常であれば、安定と判断され、デューティ２５から所定の低減量２８を減算するようにスイッチの切り替えが行われ、それ以外の場合は安定でないと判断され、デューティ２５はそのままモータ駆動回路１５へ出力される。
【００３０】
デューティ低減処理部１３の動作を図７のフローチャートを用いて説明する。このプログラムや定数は、本発明の適用対象となるフィードバック演算手段１２と同じく、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに格納され、フィードバック演算手段１２と同じ、所定の周期で実行される。
【００３１】
デューティ低減処理部１３は、まず、ステップＳ１において、前回演算時の目標開度１６’と今回演算時の目標開度１６との絶対差である、Δ目標開度（＝｜（前回演算時の目標開度１６’）−（今回演算時の目標開度１６）｜）を演算し、第１の定数Ｋ１と比較する。Δ目標開度が第１の定数Ｋ１より小さければ、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ２へ進む。一方、Δ目標開度が第１の定数Ｋ１以上であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。この第１の定数Ｋ１は、例えば、制御分解能（５Ｖ／４０９６）×２に設定する。
【００３２】
次に、ステップＳ２において、前回演算時の実開度１７’と今回演算時の実開度１７との絶対差である、Δ実開度（＝｜（前回演算時の実開度１７’）−（今回演算時の実開度１７）｜）を演算し、第２の定数Ｋ２と比較する。Δ実開度が第２の定数Ｋ２より小さければ、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ３へ進む。一方、Δ実開度が第２の定数Ｋ２以上であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。この第２の定数Ｋ２は、例えば、制御分解能（５Ｖ／４０９６）×２に設定する。
【００３３】
次に、ステップＳ３において、今回演算時の目標開度１６と今回演算時の実開度１７との絶対差である、偏差の絶対値（＝｜（今回演算時の目標開度１６）−（今回演算時の実開度１７）｜）を演算し、第３の定数Ｋ３と比較する。偏差の絶対値が第３の定数Ｋ３より小さければ、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ４へ進む。一方、偏差の絶対値が第３の定数Ｋ３以上であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。この第３の定数Ｋ３は、例えば、制御分解能（５Ｖ／４０９６）×１に設定する。
【００３４】
さらに、ステップＳ４において、故障フラグ１８を読み取り、システムが正常であれば、Ｙｅｓ判定となり、ステップＳ５へ進む。システムが異常であれば、Ｎｏ判定となり、ステップＳ６へ進む。
【００３５】
ステップＳ５においては、前処理で定常であると判定された間の時間、すなわち、ステップＳ１からステップＳ４が全てＹｅｓ判定であった時間をカウントするカウンタｃ１を減算する。なお、カウンタｃ１の減算とは、ＲＡＭに記憶されているカウンタｃ１の値が１以上であれば１を減じ、それ以外の場合は何も処理を行わない事を示す。その後、ステップＳ７へ進む。
【００３６】
ステップＳ６においては、カウンタｃ１に初期値として予め設定された第５の定数Ｋ５を代入する。この第５の定数Ｋ５は、例えば１００ｍｓに相当する値に設定する。つぎに、ステップＳ７へ進む。
【００３７】
次に、ステップＳ７において、カウンタｃ１が０か否かを判定する。０であればＹｅｓ判定（定常であると判定）となり、ステップＳ８へ進む。一方、カウンタｃ１が１以上であれば、Ｎｏ判定（定常でないと判定）となり、ステップＳ１０へ進む。
【００３８】
ステップＳ８においては、定常時の処理として、フィードバック制御を停止する。すなわち、今回演算時のデューティを、デューティ２５に代入せず、デューティ２５の値は前回値のままとし、Ｉ項演算部２１の積算を停止する。次に、ステップＳ９で、カウンタｃ２を１つ減算し、ステップＳ１２へ進む。
【００３９】
ステップＳ１０においては、定常時以外の通常の処理として、フィードバック制御を継続する。すなわち、今回演算時のデューティを、従来どおり、デューティ２５に代入し、Ｉ項演算部２１の積算を従来どおり実行する。次に、ステップＳ１１で、カウンタｃ２に初期値として予め設定した第６の定数Ｋ６を代入し、ステップＳ１２へ進む。この第６の定数Ｋ６は、例えば２０ｍｓに相当する値に設定する。
【００４０】
ステップＳ１２において、カウンタｃ２が０か否かを判定する。０であればＹｅｓ判定（安定であると判定）となり、ステップＳ１３へ進む。１以上であれば、Ｎｏ判定（安定でないと判定）となり、ステップＳ１８へ進む。
【００４１】
ステップＳ１３において、カウンタｃ３が０か否かを判定する。０であればＹｅｓ判定（所定の繰返し時間が経過）となり、ステップＳ１４へ進む。１以上であれば、Ｎｏ判定（所定の繰返し時間が未経過）となり、ステップＳ２０へ進む。
【００４２】
ステップＳ１４において、カウンタｃ４が０より大きいか否かを判定する。０より大きい（１以上）であれば、Ｙｅｓ判定（所定の繰返し回数に到達）となり、ステップＳ１５へ進む。０であれば、Ｎｏ判定（所定の繰返し回数に未到達）となり、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。
【００４３】
ステップＳ１５において、デューティ２５に記憶されている値から、低減量２８として、予め設定された第７の定数Ｋ７を引いた値を、新たなデューティとしてデューティ２５へ代入する。
【００４４】
この第７の定数Ｋ７は、次の条件を考慮して設定する。まず、制御対象となる電子スロットルバルブ１の、温度や個体差などのばらつきが考慮されたヒステリシス幅の最小値を、電子スロットルバルブ設計値や特性値からあらかじめ定めておく。ステップＳ１９で説明する繰り返し回数Ｋ９と第７の定数Ｋ７との積である合計の低減量は、このヒステリシス幅の最小値より小さいだけでなく、減算後のデューティがヒステリシス幅から出てしまうことを防ぐため、前記ヒステリシス幅の最小値の１／５〜１／１０程度に設定することが推奨される。例えば、ヒステリシス幅の最小値の１／６程度の値が、デューティ１％であるとすると、１％／Ｋ９をＫ７に設定する。
【００４５】
次のステップＳ１６において、カウンタｃ３に初期値Ｋ８を代入し、次のステップＳ１７において、カウンタｃ４から１を減算し、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。この定数Ｋ８は、ステップＳ１３での所定の繰返し時間に相当するもので、例えば５０ｍｓに相当する値に設定する。
【００４６】
一方、ステップＳ１２においてＮｏ判定となった場合、ステップＳ１８において、カウンタｃ３に０を代入し、次のステップＳ１９において、カウンタｃ４に初期値Ｋ９を代入し、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。この定数Ｋ９は、ステップＳ１４での所定の繰返し回数に相当するもので、例えば２回に設定する。
【００４７】
ステップＳ１３においてＮｏ判定となった場合、ステップＳ２０において、カウンタｃ３を１減算し、ＥＮＤへ進み、全ての処理が終わる。
【００４８】
また、ＥＣＵ３内のマイクロコンピュータに電源が投入された時などは、本発明のデューティ低減処理部１３に関するカウンタＲＡＭを初期化する必要がある。この場合、図８に示すステップＳ２１を実行する。すなわち、カウンタｃ１に初期値Ｋ５を、カウンタｃ２に初期値Ｋ６を、カウンタｃ３に０を、カウンタｃ４に初期値Ｋ９を、それぞれ代入し、処理を終了する。この図８のプログラムも、図７同様、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに格納され実行される。
【００４９】
図７の動作を、図９のタイミングチャートを用いて説明する。ここでは、デューティＣ％を、図１の意味で用いており、定数Ｋ９は、前記の例のように２としている。
【００５０】
目標開度が開度Ａで一定であり、実開度が開度Ａへ近づいている場合（Δ目標開度＜Ｋ１）、フィードバック制御によりデューティは動的に変化しており、Ｃ％より高い値である。このとき、カウンタｃ１はＫ５、カウンタｃ２はＫ６、カウンタｃ３は０、カウンタｃ４はＫ９、となっている。
【００５１】
時刻Ｔ１において、Δ実開度＜Ｋ２、｜偏差｜＜Ｋ３、かつ、故障フラグよりシステムが正常である、の条件をすべて満たすとする。すると、カウンタｃ１が減算を始め、やがて０となり、続いて、カウンタｃ２が減算を始め、やがて０となる。この０となる時刻をＴ２とする。
【００５２】
時刻Ｔ２において、デューティは前回値からＫ７引かれた値となり、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４は１つ減算される。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。この０となる時刻をＴ３とする。
【００５３】
時刻Ｔ３において、デューティは前回値から、さらにＫ７引かれた値となり、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４はさらに１つ減算され、０となる。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。しかし、カウンタｃ４が０であるため、デューティはこれ以上減算されることはない。
【００５４】
このようにしてデューティは低減され、一方、Ｃ％以上であるため、実開度は開度Ａから変化することはない。つまり、デューティだけが低減されたことになり、特許文献１の課題を解決できる。
【００５５】
さて、このような場合において、例えば、スロットル開度が電子スロットルバルブの振動で変化した、或いは、スロットル開度センサの信号にノイズが乗った、などにより、実開度が変化し、Δ実開度≧Ｋ２、又は、｜偏差｜≧Ｋ３、となった場合を考える。この時刻をＴ４とする。
【００５６】
時刻Ｔ４において、定常ではないと判定されるため、カウンタｃ１はＫ５、カウンタｃ２はＫ６、カウンタｃ３は０、カウンタｃ４はＫ９、に設定され、フィードバック制御が再開される。このため、デューティは動的に変化し、実開度が開度Ａに収束される。この時刻をＴ５とする。この時、収束したデューティは、図１の区間Ｂの中のいずれかに収束するが、時刻Ｔ１でのデューティと必ずしも一致するわけではない。
【００５７】
時刻Ｔ５において、Δ実開度＜Ｋ２、｜偏差｜＜Ｋ３、となり、再び、カウンタｃ１が減算を始め、やがて０となり、続いて、カウンタｃ２が減算を始め、やがて０となる。この時刻をＴ６とする。
【００５８】
時刻Ｔ６において、時刻Ｔ２と同様、デューティは前回値からＫ７引かれ、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４は１つ減算される。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。この時刻をＴ７とする。
【００５９】
時刻Ｔ７において、時刻Ｔ３と同様、デューティは前回値から、さらにＫ７引かれた値となり、カウンタｃ３はＫ８が代入され、カウンタｃ４はさらに１つ減算され、０となる。カウンタｃ３は、次の演算周期以降で減算を始め、やがて０となる。しかし、カウンタｃ４が０であるため、デューティはこれ以上減算されることはない。このときのデューティは、時刻Ｔ３でのデューティと必ずしも一致するわけではなく、また、図９のように、時刻Ｔ３でのデューティよりも大きな値になってしまう場合もある。しかし、本発明を適用しない場合に比べ、Ｋ７×Ｋ９分（例えば、１％）のデューティを低減させることができ、かつ、実開度を変化させることがない。すなわち、特許文献１の課題を解決できる。
【００６０】
消費電力の低減量は、例えば、モータ駆動回路のＯＮ抵抗を０．３Ω、ＥＣＵとモータ間のハーネス抵抗を０．１７Ω、モータのコイル抵抗を１．２Ωとすると、全抵抗は１．６７Ω（＝０．３（Ω）＋０．１７（Ω）＋１．２（Ω））となり、バッテリ電圧を１４Ｖとすると、デューティ１００％相当の電流値は、約８．３８Ａ（≒１４（Ｖ）÷１．６７（Ω））となる。合計のデューティ低減量（Ｋ９×Ｋ７）を１％とすると、０．０８３８Ａ相当となり、ヒステリシス幅の最小値が０．５Ａであれば、これは約１／６を低減することに相当し、この低減量は適当である。このデューティ低減量１％による、消費電力低減量は、１４（Ｖ）×０．０８３８（Ａ）の約１．１７Ｗとなる。特許文献１の技術は、開度の許容変動範囲が非常に狭い電子スロットルバルブの制御には適用できず、消費電力を低減できないが、本発明は、開度に影響を与えることなく、走行時の頻度の多いアイドル域を含めて、約１Ｗの電力消費を軽減することが出来る。
【００６１】
なお、電子スロットルシステムの故障を示す故障フラグがセットされている時のほか、例えば、電子スロットルバルブの全閉開度や全開開度を学習するための処理を実行している場合も、本発明の処理は実施されない。
【００６２】
以上のように、本発明の電子スロットルバルブの制御装置であるＥＣＵ３は、電子スロットルバルブ１の目標開度１６を決定する目標開度演算手段１１と、電子スロットルバルブ１の実際の開度である実開度１７と目標開度１６とが入力され、実開度１７を目標開度１６に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段１２と、フィードバック演算手段１２の出力するデューティ２５に従って電子スロットルバルブ１を駆動するモータ駆動回路１５とを備え、フィードバック演算手段１２は、電子スロットルバルブ１の開度が定常であると判断したとき、デューティ２５の更新を停止し、更新停止直前のデューティから所定の低減量２８を減じたデューティをモータ駆動回路１５へ出力するデューティ低減処理部１３を含むようにしたので、開度が定常時には、デューティから、駆動ヒステリシスの範囲内に収まる所定値、すなわち、ヒステリシスの幅より小さい所定値を、低減量２８として減算することで、駆動電流を低減させることができるため、開度を変動させることなく、アイドル域を含めた開度全域でデューティを低減させることができ、エンジン回転数への影響を出すことなく、消費電力低減、すなわち、燃費向上を図ることができるという効果を奏する。
【００６３】
なお、上記の説明においては、定数Ｋ６を所定の値とする例について記載したが、その場合に限定されるものではなく、定数Ｋ６を０としてもよく、この場合には、定常判定の成立（図７のステップＳ７）と安定判定の成立（図７のステップＳ１２）が同時となる。
【００６４】
また、上記の説明においては、定数Ｋ９を２とする例について記載したが、その場合に限らず、定数Ｋ９を１に設定して、定数Ｋ７でのデューティ低減（図７のステップＳ１５）を１回だけにしてもよい。
【００６５】
また、図７及び図８で説明した定数Ｋ１〜Ｋ３，Ｋ５〜Ｋ９は固定値であったが、エンジン制御用各種センサ２、例えば、水温、バッテリ電圧、開度位置、に応じて値が変更されるよう、定数Ｋ１〜Ｋ３，Ｋ５〜Ｋ９の値をマップデータとすることもできる。
【００６６】
フィードバック制御は、上述のＰＩＤ制御のほか、微分先行型ＰＩＤ制御、ＰＩ制御、など、他のフィードバック制御においても同様に適用できる。
【００６７】
更に、本発明は、内燃機関の電子スロットルシステムに限定されず、内燃機関の制御に用いる他の装置（例えば、可変バルブ装置、ＥＧＲ装置等）や内燃機関以外に用いる様々な装置等、制御対象の制御量を目標値に一致させるように操作量やデューティを制御するシステムで、操作量やデューティに対しヒステリシスを有するシステムに広く適用して実施できる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 電子スロットルバルブ、２ エンジン制御用各種センサ、３ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、４ バッテリ、５ アクセル開度センサ、６ ＤＣモータ、７ ギア、８ バタフライ、９ バネ、１０ スロットル開度センサ、１２ フィードバック演算手段、１３ デューティ低減処理部、１４ 故障判定手段、１５ モータ駆動回路、１６ 目標開度、１７ 実開度、１８ 故障フラグ、１９ 偏差、２０ Ｐ項演算部、２１ Ｉ項演算部、２２ Ｄ項演算部、２３ 操作量、２４ デューティ変換部、２５ デューティ、２６ 定常判定部、２７ 安定判定部、２８ 低減量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、
内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、
前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、
前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路と
を備え、
前記フィードバック演算手段は、
前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部
を含み、
前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行う
ことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。
【請求項１】
内燃機関の吸気量を調節する電子スロットルバルブに接続され、前記電子スロットルバルブを制御するための電子スロットルバルブの制御装置であって、
内燃機関の状態を検出する各種センサからの値に基づいて、前記電子スロットルバルブの目標開度を決定する目標開度演算手段と、
前記電子スロットルバルブの実際の開度である実開度と前記目標開度とが入力され、前記実開度を前記目標開度に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック演算手段と、
前記フィードバック演算手段の出力するデューティに従い前記電子スロットルバルブを駆動するモータ駆動回路と
を備え、
前記フィードバック演算手段は、
前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合に、前記フィードバック制御によるデューティの更新を停止し、更新停止直前のデューティの値から所定量を減じた値を前記デューティとして前記モータ駆動回路へ出力するデューティ低減処理部
を含み、
前記フィードバック演算手段は、前記電子スロットルバルブの開度が定常でないと判断した場合は、通常の前記フィードバック制御により前記デューティの更新を行い、前記電子スロットルバルブの開度が定常であると判断した場合には、前記デューティ低減処理部による処理を行う
ことを特徴とする電子スロットルバルブの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−８７６２１（Ｐ２０１２−８７６２１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２２３３（Ｐ２０１０−２３２２３３）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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