(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセルペダルの踏込量に応じて直流モータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記直流モータに流れている電流と前記スロットルバルブの開度とから外乱トルクを算出する外乱トルク演算手段と、
前記外乱トルク演算手段で算出された前記外乱トルクに基づく電流変動分から前記直流モータを駆動するデューティ比のオフセット値を算出するオフセット値演算手段と、
前記オフセット値演算手段で算出された前記オフセット値の分だけ前記直流モータを駆動するデューティ比を補正するデューティ比補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項２】
前記直流モータに流れている電流は、
前記直流モータに直列に接続された抵抗とその両端子間の電位差に基づき検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクセルペダルの踏込量に応じて直流（以下、単に『ＤＣ』と記す）モータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する内燃機関のスロットル制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のスロットル制御装置において、アイドリング時に機関回転数を一定に保持するアイドルスピードコントロール（Idle Speed Control：アイドル回転数制御；以下、単に『ＩＳＣ』と記す）、走行時に車速を一定に保持するクルーズコントロール（Cruise Control；以下、単に『Ｃ／Ｃ』と記す）、発進・加速時に車輪の空転を抑えるトラクションコントロール（Traction Control；以下、単に『ＴＲＣ』と記す）等の技術が知られている。
【０００３】
これらの機能を１つに集約するため、スロットルバルブをアクチュエータとしてのＤＣモータで駆動する『電子スロットルシステム』と称するスロットル制御技術が提案されており、関連する先行技術文献としては、特開昭５９−５８１３１号公報にて開示されたものが知られている。この電子スロットルシステムで、例えば、ＩＳＣを実現するには、スロットルバルブの位置決め精度（分解能）としては０．０１〜０．０３度以下が要求され、一般的に、アクチュエータとして安価、高トルク、高分解能なＤＣモータが使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、安価なスロット付ＤＣモータを用いたときのモータ発生トルクリップルや制御対象からの付加トルクリップル、加えて、摩擦やヒステリシス等の非線形性に起因する微小振動が発生することがあり、結果として、ＩＳＣ等のときに内燃機関の機関回転数がうねり状の変動（ハンチング）となって現れることで運転者等に不快感をもたらすという不具合があった。
【０００５】
また、従来より、ＤＣモータ、ブラシレスモータ（同期モータ）、インダクションモータ（誘導モータ）を制御する際に外乱トルクに対する耐性を大きくする目的で、モータの実電流値と実際のスロットル開度とから外乱トルク推定値を算出して補正する後述の外乱オブザーバの適用が行われている。この外乱オブザーバを適用する際には、モータに電流フィードバックとしての電流マイナーループを用いた制御系（電流マイナーループ制御系(Current Minor Loop Control System））を設け、指令電流値と実電流値とが一致するような機構が取付けられている。そして、この電流マイナーループが外乱オブザーバの理論的前提となっている。
【０００６】
外乱オブザーバの理論式の導出に関連する先行技術文献としては、ＳＩＣＥ講習会−Motion Controlの理論とその応用（1993.3.1-2・東京）における“モーションコントロールの統一的な考え方とその設計法”（慶応義塾大学：大西公平、村上俊之）にて開示されたものが知られている。この技術文献内で使用されている符号及び記号を本明細書内においても同様に使用するものとする。ここで、Ｔdis:外乱トルク推定値、Ｋt:トルク定数、Ｉa ref:指令電流値、Ｉa:実電流値、Ｊ：イナーシャ（モータ軸慣性）、ω：モータ角速度、θth：実際のスロットル開度、ＴL:負荷トルク（外乱トルク）、ｓ：ラプラス演算子、ｇ：遮断周波数、Ｒ：モータの抵抗値、Ｌ：モータのインダクタンス、Ｋe:モータの逆起電力とすると、結果は図２３のブロック図に示され、外乱トルク推定値Ｔdis は次式（１）で算出される。
【０００７】
【数１】
Ｔdis ＝Ｋtn・Ｉa ref −Ｊn （ｄω／ｄｔ）              ・・・（１）
上式（１）で、外乱トルク推定値Ｔdis が求まるためには、モータの実電流値Ｉa と指令電流値Ｉa ref とが一致していることが前提となっている。即ち、実際のブロック図では図２４に示すように、電流マイナーループを設け、実電流値Ｉa と指令電流値Ｉa ref とを一致させるための電流コントローラが必要となる。通常、ＤＣモータの機械的時定数に比べ、電流の時定数は１桁〜２桁程度小さく非常に高速な制御系である。したがって、電流コントローラはアナログ回路で構成されることが多く付加的な回路を必要とし、また、ディジタル制御する場合では、高速サンプリングするためのＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）等の専用プロセッサを必要とする。
【０００８】
そこで、この発明は、かかる不具合を解決するためになされたもので、スロットル制御に際して、例えば、ＩＳＣ等でスロットルバルブの動きが比較的少なく一定の開度を保持するときには、外乱トルクに対する補償は必要であるがモータの逆起電力やインダクタンスによる影響が無視できることに着目し、電流マイナーループや付加的な回路または高速のプロセッサ処理を不要としてコスト削減可能な内燃機関のスロットル制御装置の提供を課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる内燃機関のスロットル制御装置は、アクセルペダルの踏込量に応じてＤＣモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御するものにおいて、前記ＤＣモータに流れている電流と前記スロットルバルブの開度とから外乱トルクを算出する外乱トルク演算手段と、前記外乱トルク演算手段で算出された前記外乱トルクに基づく電流変動分から前記ＤＣモータを駆動するデューティ比のオフセット値を算出するオフセット値演算手段と、前記オフセット値演算手段で算出された前記オフセット値の分だけ前記ＤＣモータを駆動するデューティ比を補正するデューティ比補正手段とを具備するものである。
【００１２】
請求項２にかかる内燃機関のスロットル制御装置は、請求項１に記載の前記ＤＣモータに流れている電流を、前記ＤＣモータに直列に接続された抵抗とその両端子間の電位差に基づき検出するものである。
【００１４】
【作用】
請求項１の内燃機関のスロットル制御装置においては、外乱トルク演算手段でＤＣモータに流れている電流とスロットルバルブの開度とから外乱トルクが算出され、この外乱トルクに基づく電流変動分からオフセット値演算手段でＤＣモータを駆動するデューティ比のオフセット値が算出され、このオフセット値の分だけデューティ比補正手段でＤＣモータを駆動するデューティ比が補正される。このため、外乱トルクの大きさに対するオフセット値が付加され、ＤＣモータを駆動するデューティ比が補正される。
【００１６】
請求項２の内燃機関のスロットル制御装置では、請求項１におけるＤＣモータに流れている電流がＤＣモータに直列に接続された抵抗とその両端子間の電圧に基づき検出される。このため、ＤＣモータに流れる全てのモードにおける電流が検出される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
【００１８】
〈実施の形態１〉
図１は本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【００１９】
図１において、１は内燃機関であり、内燃機関１には吸気通路２を通って空気が供給される。３はスロットルバルブであり、スロットルバルブ３は吸気通路２の途中に設けられ、このスロットルバルブ３にはスロットル開度を検出するスロットル開度センサ４が設けられている。５はアクセルペダルであり、アクセルペダル５にはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ６が設けられている。
【００２０】
１０はＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御装置）であり、ＥＣＵ１０にはスロットル開度センサ４からのスロットル開度信号ＴH 及びアクセルペダル５からのアクセル開度信号Ａp が入力されている。１２はアクチュエータとしてのＤＣモータであり、ＤＣモータ１２にはＥＣＵ１０側から電流が供給される。また、１３はＤＣモータ１２とスロットルバルブ３との間に配設される減速ギヤ列であり、１４はスロットルバルブ３を全閉側に常時付勢するリターンスプリングである。
【００２１】
次に、本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示す図２及びＰＩＤ制御における信号の流れを示す図３を参照して説明する。
【００２２】
図２において、アクセルペダル５の踏込量に対応するアクセル開度センサ６からのアクセル開度信号Ａp 及びスロットルバルブ３のスロットル開度に対応するスロットル開度センサ４からのスロットル開度信号ＴH がＡ／Ｄ変換器１０ａでＡ／Ｄ変換されＥＣＵ１０に入力される。それらの信号に応じてＥＣＵ１０からモータ駆動回路１１にＰＷＭ(Pulse Width Modulation:パルス幅変調）信号が出力される。そして、モータ駆動回路１１からＤＣモータ１２に電流が流され、ＤＣモータ１２が駆動され減速ギヤ列１３を介してスロットルバルブ３が開閉される。なお、７はスロットルバルブ３の全閉位置を規制する全閉ストッパである。
【００２３】
このとき、図３に示すように、ＥＣＵ１０ではスロットルバルブ３のスロットル開度に対応するスロットル開度センサ４のスロットル開度信号ＴH に基づいて算出された実際のスロットル開度（以下、単に『実開度』と記す）θthとアクセルペダル５のアクセル開度に対応するアクセル開度センサ６のアクセル開度信号Ａp に基づいて算出されたスロットルバルブ３の目標開度としてのスロットル開度指令値（以下、単に『指令値』と記す）θcmd との偏差がなくなるようにＰＩＤ制御回路１０ｂによるＰＩＤ制御によりモータ駆動回路１１を介してＤＣモータ１２に対するフィードバック制御が実行される。
【００２４】
次に、ＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項、Ｉ（積分）項、Ｄ（微分）項の各制御定数であるＰ項ゲインＫp 、Ｉ項ゲインＴi 、Ｄ項ゲインＴd とスロットルバルブ３の制御特性との関係を説明する。
【００２５】
Ｐ項ゲインＫp は、スロットルバルブ３の開閉における立上がりまたは立下がりの傾き、即ち、応答速度を制御している。したがって、このＰ項ゲインＫp が大きくなるとスロットルバルブ３の応答速度は速くなるが、反動としてのオーバシュートが大きくなりスロットル開度を一定保持しようとすると発振し易くなる。
【００２６】
また、Ｉ項ゲインＴi は、スロットルバルブ３のスロットル開度指令値θcmd と実際のスロットル開度θthとの偏差を小さくするように制御している。したがって、このＩ項ゲインＴi が大きくなるとスロットルバルブ３の挙動が大きくなりスロットル開度を一定保持しようとすると発振し易くなる。
【００２７】
そして、Ｄ項ゲインＴd は、スロットルバルブ３の開閉における応答速度に関連する最終収束速度を制御している。したがって、このＤ項ゲインＴd が大きくなるとスロットルバルブ３の応答速度が遅くなるが、反面、スロットルバルブ３のスロットル開度変動時のオーバシュートが小さくなる。
【００２８】
次に、本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を適用した外乱フィードバックについて図４を参照して説明する。
【００２９】
図４に示すように、外乱トルクとしての負荷トルクＴL を補償するため、先行技術文献として挙げた“モーションコントロールの統一的な考え方とその設計法”により前述の式（１）にて求まる外乱トルク推定値Ｔdis に１／Ｋtnが乗算され電流の次元に変換されたのち、スロットルバルブ３が殆ど停止しているときにはＤＣモータ１２に流れる電流が定常状態となっており、また、モータ逆起電力Ｅ0 ＝０とできることから、特願平６−２８４６５９号で開示したＲ＝｛（Ｅ−Ｅ0 ）／ＩM ｝・Ｄr を変形したＤr ＝（Ｒ／Ｅ）ＩM の関係式を用い、ＤＣモータ１２を流れている実電流値Ｉa に基づいて検出される後述のモータ平均電流値ＩM 、ＲにＤＣモータ１２のモータ抵抗値Ｒa 、Ｅにバッテリ電圧＋Ｂが代入されデューティ比Ｄr の次元に変換されることで、外乱フィードバックが実現される。
【００３０】
なお、上述の関係式におけるモータ抵抗値Ｒは急激に変化しないため一度求まると次回の更新時までは一定と見做せ、同様に、バッテリ電圧Ｅも一定と見做せる。このためデューティ比Ｄr とモータ平均電流値ＩM とは比例関係となり相互変換が可能である。また、図４には、ノイズフィルタとしてｇ／（ｓ＋ｇ）が挿入されているがなくてもよい。
【００３１】
従来では、実電流値Ｉa は指令電流値Ｉa ref に一致しているとの前提（電流マイナーループ制御系）があったため測定していないが、本実施の形態ではその前提がないため実電流値Ｉa を測定している。通常、スロットル系には安全のため図示しない電流監視回路が装着されておりこれを流用している。
【００３２】
また、上述のノイズフィルタのために応答性が鈍り、例えば、静摩擦から動摩擦へ移行する際に生じるような急激な外乱トルク変化に追従できないときには、図５に示すように、外乱フィードバックを補う目的で実開度θthの微分値（＝モータ角速度ω）が一定値以上となったとき、パルス変換回路Ｐc を介して外乱トルク推定値によるデューティ比にパルス印加することで、ある程度の応答性を確保することができる。
【００３３】
更に、この外乱フィードバックを電子スロットルシステムに適用すると、ハンチングの周期及びピークが変化することが分かっている。一方、通常、内燃機関における仕様ではスロットルバルブ３のハンチングに対しハンチング周波数〔Ｈｚ〕とハンチング量〔度ｐ−ｐ〕とのパラメータによる許容範囲（図６に示すＯＫ領域）が決まっており、外乱オブザーバを適用することで、この許容範囲内にハンチング特性を移行することができる。
【００３４】
更にまた、外乱オブザーバを理想的に動作させるためには、スロットル開度信号を理想微分する必要があるが、現実にはノイズ等のため近似的な微分しかできない。このような不完全微分による遅れが原因であるハンチング抑制不良に対しては、外乱オブザーバにおける理論的に最適なオブザーバゲインよりも大きなゲインでフィードバックすることでハンチング特性が改善される場合もある。
【００３５】
次に、本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥＣＵ１０の外乱フィードバックの処理手順を図７のフローチャートに基づき、図８及び図９のタイムチャートを参照して説明する。
【００３６】
まず、ステップＳ１０１で外乱トルク補償制御が必要であるかが判定される。この判定条件としては、機関回転数の大きさやその変化量の大きさまたはスイッチ操作により内燃機関がＩＳＣやＣ／Ｃ等の制御状態にあり、外乱フィードバックが必要であるかである。ステップＳ１０１の判定条件が成立しないときには、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立するときには、ステップＳ１０２に移行し、モータ平均電流値ＩM が算出される。次にステップＳ１０３に移行して、外乱トルク推定値Ｔdis が算出される。次にステップＳ１０４に移行して、モータ角速度ωが所定値α以上であるかが判定される。ステップＳ１０４の判定条件が成立するときには、急激な外乱トルク変化があり、その外乱トルク（負荷トルク）への追従を助けるため、上述のパルス印加処理が実行され、図８に示すように、パルス印加有りのときにはパルス印加なしのときに比べて実開度の変化が少なくなるように補正される。
【００３７】
ここで、ステップＳ１０４の判定条件が成立しないときには、ステップＳ１０５の処理はスキップされる。次にステップＳ１０６に移行して、デューティ比補正処理として外乱トルク（負荷トルク）がステップＳ１０２で算出されたモータ平均電流値ＩM とステップＳ１０３で算出された外乱トルク推定値Ｔdis とに基づいてデューティ比に換算される。そして、ステップＳ１０７に移行し、補正されたデューティ比に基づいてＤＣモータ１２にＰＷＭ出力処理が実行されたのちステップＳ１０１に戻り、以下同様の処理が繰返される。これにより、図９に示すように、外乱トルク（負荷トルク）が発生したとき、外乱フィードバックなしでは実開度の変化が大きく生じるが、外乱フィードバック有りでは実開度の変化を殆どなくすことができる。
【００３８】
このように、本実施の形態の内燃機関のスロットル制御装置は、アクセルペダル５の踏込量に応じてＤＣモータ１２を駆動しスロットルバルブ３の開度を制御するものにおいて、ＤＣモータ１２に流れている電流とスロットルバルブ３の開度とから外乱トルクを算出するＥＣＵ１０にて達成される外乱トルク演算手段と、前記外乱トルク演算手段で算出された前記外乱トルクに基づく電流変動分をデューティ比に変換するＥＣＵ１０にて達成されるデューティ比変換手段と、前記デューティ比変換手段で変換された前記デューティ比に基づきＤＣモータ１２を駆動するデューティ比を補正するＥＣＵ１０にて達成されるデューティ比補正手段とを具備するものである。
【００３９】
したがって、外乱トルク演算手段でＤＣモータ１２に流れている実電流値Ｉa に基づくモータ平均電流値ＩM とスロットルバルブ３の実開度θthとから外乱トルクとしての負荷トルクＴL に対応する外乱トルク推定値Ｔdis が算出され、この外乱トルク推定値Ｔdis に基づく電流変動分がデューティ比変換手段でデューティ比Ｄr に変換され、このデューティ比Ｄr に基づきデューティ比補正手段でＤＣモータ１２を駆動するデューティ比が補正される。これにより、外乱トルクが補償され外乱フィードバックが実現される。
【００４０】
〈実施の形態２〉
図１０は本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を適用した非線形ゲインによる外乱フィードバックを示す説明図である。なお、本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を用いた内燃機関とその周辺構成及びＰＩＤ制御における信号の流れについては、上述の第一の実施の形態における図１、図２及び図３と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
制御対象は、図１１（ａ）に示すような、リターンスプリング１４によるバネ定数及びヒステリシスと減速ギヤ列１３による負荷トルクリップルを有する。また、ＤＣモータ１２は安価なスロット付を使用しており、図１１（ｂ）に示すような、モータ発生トルクリップルを有しており、非線形性の強いアクチュエータ構成である。
【００４２】
本実施の形態においては、制御対象の非線形性に起因する微小振動を抑える目的でオフセット量Δを設けるものである。このオフセット量Δは、図１２に示すような特性を有し、外乱トルク推定値Ｔdis としての偏差の符号に応じて正または負のオフセット量Δが制御出力へ付加される。なお、オフセット量Δの特性としては、図１２（ａ）に示すような不連続とする方式または図１２（ｂ）に示すような連続的とする方式がある。また、オフセット量Δは外乱トルク（負荷トルク）の大きさに依存するものであり、外乱トルクの大きさに対する最適なオフセット量Δを予め測定・実験によってマップ値として記憶設定しておき、制御出力に付加することでハンチングを抑制するものである。
【００４３】
偏差と発生トルク（制御出力）との関係は、図１２（ａ）に対応して図１３（ａ）、図１２（ｂ）に対応して図１３（ｂ）に示すようになる。このオフセット量の付加はアナログ制御方式では簡易な回路を付加するだけで、また、ディジタル制御方式ではソフトウェアの小規模な変更で済むため、低コストで実現できる。
【００４４】
次に、その作用について、図１４及び図１５を参照して説明する。
【００４５】
図１４（ｂ）に示す実開度は、本実施の形態におけるオフセットがない場合の図１４（ａ）に示す指令値に対する遷移状態であり、微小振動が発生している例である。ここで、スロットルバルブ３を指令値として不安定な位置（図１５（ｃ）に示すような逆特性となる位置）で静止させることを考える。すると、時刻ｔ1 でトルクリップルの影響により、スロットルバルブ３は指令値よりも僅かに開いた位置で静止している。そして、時刻ｔ2 でＩ（積分）項ゲインＴi により摩擦やヒステリシスに打勝つトルクが発生されスロットルバルブ３は動きだすが、トルクリップルの影響で今度は指令値よりも僅かに閉じた位置で静止し、以後同様に微小振動を繰返す。この時の指令値（図１４（ａ））と実開度（図１４（ｂ））との差が偏差（図１４（ｃ））となる。本実施の形態に基づく図１４（ｄ）に示すオフセット量は、図１４（ｃ）に示す偏差の符号に応じて正または負の一定値が制御出力に付加され、図１５（ｄ）に示すような逆特性（トルクリップル）を補償する。このため、オフセット量なしでは指令値（図１４（ａ））と実開度（図１４（ｂ））とが僅かにズレた位置で静止しているが、図１４（ｅ）に示すように、本実施の形態におけるオフセット量有りでは、実開度を指令値と一致させ静止させることができる。
【００４６】
このように、本実施の形態の内燃機関のスロットル制御装置は、アクセルペダル５の踏込量に応じてＤＣモータ１２を駆動しスロットルバルブ３の開度を制御するものにおいて、ＤＣモータ１２に流れている電流とスロットルバルブ３の開度とから外乱トルクを算出するＥＣＵ１０にて達成される外乱トルク演算手段と、前記外乱トルク演算手段で算出された前記外乱トルクに基づく電流変動分からＤＣモータ１２を駆動するデューティ比のオフセット値を算出するＥＣＵ１０にて達成されるオフセット値演算手段と、前記オフセット値演算手段で算出された前記オフセット値の分だけＤＣモータ１２を駆動するデューティ比を補正するＥＣＵ１０にて達成されるデューティ比補正手段とを具備するものである。
【００４７】
したがって、外乱トルク演算手段でＤＣモータ１２に流れている実電流値Ｉa に基づくモータ平均電流値ＩM とスロットルバルブ３の実開度θthとから外乱トルクとしての負荷トルクＴL に対応する外乱トルク推定値Ｔdis が算出され、この外乱トルク推定値Ｔdis に基づく電流変動分からオフセット値演算手段でＤＣモータ１２を駆動するデューティ比のオフセット値Δが算出され、このオフセット値Δの分だけデューティ比補正手段でＤＣモータ１２を駆動するデューティ比が補正される。これにより、外乱トルクの大きさに対する最適なオフセット値が付加され、スロットルバルブの実開度におけるハンチング現象が抑制され、その実開度を指令値に一致させることができる。
【００４８】
〈実施の形態３〉
図１６は本発明の第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を適用した電流フィードバックを示す説明図である。なお、本発明の第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を用いた内燃機関とその周辺構成及びＰＩＤ制御における信号の流れについては、上述の第一の実施の形態における図１、図２及び図３と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態においては、上述の実施の形態における外乱オブザーバは使用しないが、上述の関係式Ｄr ＝（Ｒ／Ｅ）ＩM を用いて、電流フィードバックを行う方式を示す。ハンチング現象では、スロットルバルブ３が急激に変化し振動する過程で変化の直前に電流値が変化することが実験的に確かめられている。
【００５０】
図１６においては、この電流値の変化分をデューティ比に変換しフィードバックすることにより、ハンチング現象を抑制するものである。上述の第一の実施の形態と同様、モータ平均電流値ＩM 及びモータ抵抗値Ｒa を算出して、Ｄr ＝（Ｒ／Ｅ）ＩM に代入することでデューティ比に変換し、元のデューティ比から減算することで電流フィードバックを実現している。
【００５１】
このように、本実施の形態の内燃機関のスロットル制御装置は、アクセルペダル５の踏込量に応じてＤＣモータ１２を駆動しスロットルバルブ３の開度を制御するものにおいて、ＤＣモータ１２に流れている電流をモータ抵抗値とバッテリ電圧とに基づきデューティ比に変換するＥＣＵ１０にて達成されるデューティ比変換手段と、前記デューティ比変換手段で変換された前記デューティ比に基づきＤＣモータ１２を駆動するデューティ比を補正するＥＣＵ１０にて達成されるデューティ比補正手段とを具備するものである。
【００５２】
したがって、デューティ比変換手段でＤＣモータ１２に流れている実電流値Ｉa に基づくモータ平均電流値ＩM がモータ抵抗値Ｒa とバッテリ電圧＋Ｂとに基づきデューティ比Ｄr に変換され、このデューティ比Ｄr に基づきデューティ比補正手段でＤＣモータ１２を駆動するデューティ比が補正される。これにより、スロットルバルブの実開度におけるハンチング現象が抑制され、外乱トルクが補償され外乱フィードバックが実現される。
【００５３】
ここで、上述の第一、第二及び第三の実施の形態において、外乱オブザーバ及び外乱フィードバックを実行するには、ＤＣモータ１２を流れている実電流値Ｉa に基づくモータ平均電流値ＩM を検出する必要がある。次に、そのモータ平均電流値ＩM の検出方法について説明する。
【００５４】
ＤＣモータ１２のモータ駆動回路１１は、通常、図１７に基本回路を示すように、Ｈブリッジ回路にて構成される。図１７において、ＭはＤＣモータ１２、Ｔr1〜Ｔr4はスイッチングトランジスタ、Ｅはバッテリ電源である。スイッチングトランジスタＴr1〜Ｔr4の各ゲートにはＥＣＵ１０からのモータ駆動信号がそれぞれ入力される。ＰＷＭ駆動でＤＣモータ１２の正転方向（矢印方向）に電流ｉを流すには、スイッチングトランジスタＴr1をＯＮ及びスイッチングトランジスタＴr2をＯＦＦとしたままで、スイッチングトランジスタＴr3，Ｔr4を交互にＯＮ，ＯＦＦとすればよい。
【００５５】
すると、図１８にタイムチャートを示すように、スイッチングトランジスタＴr3がＯＦＦ及びスイッチングトランジスタＴr4がＯＮのときバッテリ電源ＥよりＤＣモータ１２に電力が供給され、スイッチングトランジスタＴr3がＯＮ及びスイッチングトランジスタＴr4がＯＦＦのときＤＣモータ１２のインダクタンスに蓄積されたエネルギが放出され、電流が持続される（以下、この電流を『フライバック電流』という）。また、ＤＣモータ１２を逆転させるには、スイッチングトランジスタＴr3をＯＮ及びスイッチングトランジスタＴr4をＯＦＦとしたままで、スイッチングトランジスタＴr1，Ｔr2を交互にＯＮ，ＯＦＦとすればよい。
【００５６】
ここで、図１９（ｂ）に従来のモータ駆動回路を示すように、過電流検出のために、Ｈブリッジ回路のバッテリ電源Ｅ側に電流検出抵抗ｒを挿入して電流を検出していた。このため、外乱オブザーバや外乱フィードバックまたは電流フィードバック等のためのパラメータとしてのＤＣモータ１２に流れる全てのモードにおける電流を検出する必要があっても、電流検出抵抗ｒに流れる電流はバッテリ電源Ｅより供給される電流ｉ1,ｉ3 のみでフライバック電流ｉ2,ｉ4 を検出することはできなかった。
【００５７】
そこで、本実施の形態においては、図１９（ａ）に示すように、電流検出抵抗ｒをＤＣモータ１２に直列に挿入接続する。すると、電流検出抵抗ｒにはＤＣモータ１２に流れる全てのモードにおける電流ｉ1 〜ｉ4 が流れ、それら全ての電流ｉ1 〜ｉ4 を検出することができる。
【００５８】
図２０は図１９（ａ）のＨブリッジ回路を用いた具体的な電流検出回路を示す回路図である。
【００５９】
図２０において、電流検出抵抗ｒの両端子間の電位差を検出し、その検出電圧を電流検出抵抗ｒの抵抗値で除算することで電流値を求める。電流検出抵抗ｒの両端子間の電位差（Ｖ2 −Ｖ1 ）は、差動増幅器ＣＯＭで所定倍に増幅されたのち、Ａ／Ｄ変換器１０ａにてディジタル化されＥＣＵ１０に取込まれる。
【００６０】
ＥＣＵ１０内ではＤＣモータ１２に対するＰＷＭ駆動のための演算を行っており、ＤＣモータ１２のＯＮ／ＯＦＦ時刻は分かっている。このため、図２１に示すようなモータ電流波形において、供給電流波形の始端の時点でＡ／Ｄ変換された電流値Ｉ1,Ｉ3 及びフライバック電流波形の始端の時点でＡ／Ｄ変換された電流値Ｉ2 が検出される。ここで、ＤＣモータ１２に流れる電流が定常状態となっているときにはＩ3 ＝Ｉ1 となる。
【００６１】
このとき、ＤＣモータ１２を流れるモータ平均電流値ＩM は次式（２）により、図２２のタイムチャートに示すように求まる。
【００６２】
【数２】
ＩM ＝（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）／２                                ・・・（２）
また、ＤＣモータ１２のモータ抵抗値Ｒは上式（２）を上述の関係式Ｄr ＝（Ｒ／Ｅ）ＩM に代入した次式（３）にて算出することができる。
【００６３】
【数３】
Ｒ＝２Ｅ・Ｄr ／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）                          ・・・（３）
なお、図１９（ａ）に示すように、Ｈブリッジ回路に電流検出抵抗ｒを挿入すると両端ともバッテリ電源、ＧＮＤ（グランド）に接続されていないことになり、その差分電圧は定格内となるが、それぞれの端子の電位は大きく振れ、後段の差動増幅器ＣＯＭの入力定格を越える可能性がある。そこで、図２０に示す電流検出回路では、両端子の入力に抵抗による分圧回路を設け、差動増幅器ＣＯＭの入力を保護し、利得が両端子共に同じとなるように工夫している。また、図２０に示すように、差動増幅器ＣＯＭの出力側にプルアップ接続されている抵抗ＲA は、モータ駆動用のスイッチングトランジスタＴr1〜Ｔr4のＯＮ／ＯＦＦ切替時に、差動増幅用のオペアンプの出力電流が反転し、そのオペアンプの出力トランジスタにスイッチングディレイが生じ、結果として、出力電圧にサージ性ノイズが発生しないように付加されている。この抵抗ＲA はプルダウン接続でもよい。
【００６４】
このように、上述の実施の形態の内燃機関のスロットル制御装置におけるＤＣモータ１２に流れている電流を、ＤＣモータ１２に直列に接続された抵抗ｒとその両端子間の電位差（Ｖ2 −Ｖ1 ）に基づき検出するものである。
【００６５】
したがって、ＤＣモータ１２に流れている実電流値Ｉa に基づくモータ平均電流値ＩM が、ＤＣモータ１２に直列に接続された抵抗ｒとその両端子間の電位差（Ｖ2 −Ｖ1 ）に基づき検出される。このように、モータ平均電流値ＩM が検出されることで上述の外乱フィードバックや電流フィードバックが達成される。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１の内燃機関のスロットル制御装置によれば、外乱トルク演算手段でＤＣモータに流れている電流とスロットルバルブの開度とから外乱トルクが算出され、この外乱トルクに基づく電流変動分からオフセット値演算手段でＤＣモータを駆動するデューティ比のオフセット値が算出され、このオフセット値の分だけデューティ比補正手段でＤＣモータを駆動するデューティ比が補正される。これにより、外乱トルクの大きさに対する最適なオフセット値が付加され、スロットル開度におけるハンチング現象を抑制することができる。
【００６９】
請求項２の内燃機関のスロットル制御装置によれば、請求項１におけるＤＣモータに流れている電流が、ＤＣモータに直列に接続された抵抗とその両端子間の電圧に基づき検出される。これにより、外乱オブザーバや外乱フィードバックまたは電流フィードバック等のためのパラメータとしてのＤＣモータに流れる全てのモードにおける電流を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の第一、第二及び第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】  図２は本発明の第一、第二及び第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】  図３は本発明の第一、第二及び第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置における信号の流れを示す説明図である。
【図４】  図４は本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を適用した外乱フィードバックを示す説明図である。
【図５】  図５は本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を適用し外乱トルク推定値によるデューティ比にパルス印加する外乱フィードバックを示す説明図である。
【図６】  図６は本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるスロットルバルブのハンチング許容範囲を示す特性図である。
【図７】  図７は本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥＣＵの外乱フィードバックの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】  図８は本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるパルス印加の効果を示すタイムチャートである。
【図９】  図９は本発明の第一の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置における外乱フィードバックの効果を示すタイムチャートである。
【図１０】  図１０は本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を適用した非線形ゲインによる外乱フィードバックを示す説明図である。
【図１１】  図１１は本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置における負荷トルクリップル及びモータ発生トルクリップルを示す特性図である。
【図１２】  図１２は本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置における偏差とオフセット量との関係を示す特性図である。
【図１３】  図１３は本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置における偏差と発生トルク（制御出力）との関係を示す特性図である。
【図１４】  図１４は本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置における指令値と実開度との関係を示すタイムチャートである。
【図１５】  図１５は本発明の第二の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるオフセット量付加による発生トルク（制御出力）変化を示す説明図である。
【図１６】  図１６は本発明の第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置を適用した電流フィードバックを示す説明図である。
【図１７】  図１７は本発明の第一、第二及び第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるモータ駆動回路を示す基本回路図である。
【図１８】  図１８は図１７のモータ駆動回路における動作を説明するタイムチャートである。
【図１９】  図１９は従来及び本発明の第一、第二及び第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるモータ電流検出するためのモータ駆動回路を示す回路図である。
【図２０】  図２０は本発明の第一、第二及び第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるモータ電流検出するための回路図である。
【図２１】  図２１は本発明の第一、第二及び第三の実施の形態にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるモータ電流値検出を示す説明図である。
【図２２】  図２２は図２１で検出されたモータ電流値からモータ平均電流値の算出を示すタイムチャートである。
【図２３】  図２３は外乱オブザーバの理論式による外乱トルク推定値の導出を示すブロック図である。
【図２４】  図２４は外乱オブザーバの理論式による指令電流値と実電流値との一致を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    内燃機関
３    スロットルバルブ
４    スロットル開度センサ
５    アクセルペダル
６    アクセル開度センサ
１０    ＥＣＵ（電子制御装置）
１０ａ  Ａ／Ｄ変換器
１０ｂ  ＰＩＤ制御回路
１１    モータ駆動回路
１２    ＤＣモータ
【図１】
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【図２】
0003709583.tif 000003
【図３】
0003709583.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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