(57)【要約】【課題】簡素な構成で、応答性の高い制御を行うことができる燃料ポンプ用モータの制御装置を提供する。【解決手段】燃料ポンプ用モータ制御装置１００は、燃料ポンプから目標量の燃料を供給すべく燃料ポンプ用モータを駆動するための指令Ｄｕｔｙ信号を、燃料ポンプ用モータに印加する目標電圧に変換する目標電圧演算部１０１と、目標電圧の変化量に基づいてフィードフォワード電圧を演算するＦＦ制御部１０４と、燃料ポンプ用モータに印加した電圧と目標電圧との偏差に基づいて積分電圧を演算するＩ制御部１０６と、フィードフォワード電圧と積分電圧を合算して印加電圧を求め、燃料ポンプ用モータを当該印加電圧で駆動するための操作Ｄｕｔｙ信号を生成する操作Ｄｕｔｙ生成部１１１とを備える。【選択図】図２
2014240620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料ポンプを駆動する燃料ポンプ用モータの制御装置であって、
前記燃料ポンプから目標量の燃料を供給すべく前記燃料ポンプ用モータを駆動するための指令Ｄｕｔｙ信号を、前記燃料ポンプ用モータに印加する目標電圧に変換する目標電圧演算部と、
前記目標電圧の変化量に基づいてフィードフォワード電圧を演算するフィードフォワード制御部と、
前記燃料ポンプ用モータに印加した電圧と前記目標電圧との偏差に基づいて積分電圧を演算する積分制御部と、
前記フィードフォワード電圧と前記積分電圧を合算して印加電圧を求め、前記燃料ポンプ用モータを当該印加電圧で駆動するための操作Ｄｕｔｙ信号を生成する操作Ｄｕｔｙ生成部とを備えることを特徴とする燃料ポンプ用モータの制御装置。
【請求項２】
前記フィードフォワード制御部は、前記目標電圧の変化量の正負に応じて、当該目標電圧の変化量に乗じるゲインを変更することを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプ用モータの制御装置。
【請求項３】
前記目標電圧演算部は、制御装置の公差に起因した印加電圧の降下を補正するオフセットを、前記目標電圧に追加することを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料ポンプ用モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車用燃料供給装置の燃料ポンプ用モータを制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用燃料供給装置の燃料ポンプ用モータは、燃料タンク内の燃料をエンジンの燃料噴射弁に圧送する燃料ポンプを駆動するためのモータであり、燃料噴射弁に供給される燃料圧力が目標燃料圧力に近づくように、目標燃料圧力と圧力センサにより検出した実際の燃料圧力との偏差に基づいてフィードバック制御されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料ポンプ用モータを圧力により制御する場合、圧力を読み取る機構が必要になり、製造コストが増大するという課題があった。
【０００５】
また、従来、フィードバック制御としてＰＩＤ（比例・積分・微分）制御が行われることが多いが、Ｐ制御およびＤ制御の操作量は、それぞれ偏差（目標燃料圧力−実際の燃料圧力）および今回と前回の偏差の差に比例するため、目標燃料圧力が大きく変化する際に操作量が大きく機敏に反応し、オーバシュートを起こしやすかった。そのため、目標燃料圧力に対する応答性が高い制御をすることが困難であるという課題があった。また、制御項が多く、演算量が増大するという課題があった。
【０００６】
一方、フィードバック制御を行わない場合には、燃料の供給量が目標量を下回らないように供給量を増加側にオフセットさせる必要があるが、過大なオフセットは無駄な電力消費につながり、燃費に影響するという課題があった。
【０００７】
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、簡素な構成で、応答性の高い制御を行うことができる燃料ポンプ用モータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る燃料ポンプ用モータの制御装置は、燃料ポンプから目標量の燃料を供給すべく燃料ポンプ用モータを駆動するための指令Ｄｕｔｙ信号を、燃料ポンプ用モータに印加する目標電圧に変換する目標電圧演算部と、目標電圧の変化量に基づいてフィードフォワード電圧を演算するフィードフォワード制御部と、燃料ポンプ用モータに印加した電圧と目標電圧との偏差に基づいて積分電圧を演算する積分制御部と、フィードフォワード電圧と積分電圧を合算して印加電圧を求め、燃料ポンプ用モータを当該印加電圧で駆動するための操作Ｄｕｔｙ信号を生成する操作Ｄｕｔｙ生成部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、目標電圧の変化量に基づいて演算したフィードフォワード電圧と、印加電圧と目標電圧との偏差に基づいて演算した積分電圧とを用いて、燃料ポンプ用モータを駆動するための操作Ｄｕｔｙ信号を生成するようにしたので、燃料ポンプ用モータへの印加電圧を精度良く制御することで、従来必要だった圧力を読み取る機構などを不要にできる。また、制御対象が慣性を持たないので素早い応答性が見込まれるため、フィードバック制御として定常偏差を解消できる積分制御のみを行えばよい。従って、簡素な構成で、応答性の高い制御を行うことができる燃料ポンプ用モータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃料ポンプ用モータの制御装置を適用した自動車用燃料供給装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る燃料ポンプ用モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１において、出力電圧の立ち上がり時のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】実施の形態１に係る燃料ポンプ用モータの制御装置におけるＦＦ制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１において、目標電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時においてＦＦ制御のゲインを切り替えた場合の出力電圧の理想波形を示すグラフ（ａ）と、ゲインを切り替えない場合の出力電圧波形を示すグラフ（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１に示す自動車用燃料供給装置において、燃料ポンプ１は、ポンプ本体部１ａと、ポンプ本体部１ａを駆動する燃料ポンプ用モータ１ｂとを備えており、燃料タンク２内に配設されている。また、燃料ポンプ１は、燃料配管３の燃料圧力を所定の制御圧に制御する燃圧レギュレータ７と、燃料噴射弁４とに接続されている。なお、燃料噴射弁４は、エンジン５の吸気管６に接続され、エンジン制御装置１３により駆動制御されて燃料をエンジン５に供給する。
【００１２】
燃圧レギュレータ７は燃料配管３に分岐配管１１によって接続されており、スプリング室８と燃料配管３内の燃料が分岐配管１１を介して導入される調圧室９とにより構成されている。そして、スプリング８ａの設定バネ力による所定の制御圧が調圧室９内の圧力より大きくなると、ダイヤフラム１０が調圧室９側に押圧され、ダイヤフラム１０に装着された弁体９ｂが吐出口９ａを塞口する。また、スプリング８ａの設定バネ力が調圧室９内の圧力よりも小さくなると、ダイヤフラム１０がスプリング室８側に押圧され、弁体９ｂが吐出口９ａから離間し、燃料配管３からの燃料が吐出口９ａおよびリターン配管１２を介して燃料タンク２に還流される。
【００１３】
エアフローセンサ１４は吸気管６に配設されており、エンジン５が吸気管６から吸入した空気量を検出する。エンジン制御装置１３は、エアフローセンサ１４の検出した空気量に基づいて必要な燃料供給量を演算し、演算された燃料供給量が燃料ポンプ１から圧送されるように燃料ポンプ用モータ１ｂを駆動するための電圧の指令値（指令Ｄｕｔｙ信号）を燃料ポンプ用モータ制御装置１００へ出力すると共に、演算された燃料供給量が得られるように燃料噴射弁４の開弁時間を制御する。また、エンジン制御装置１３は、異常診断用に、燃料ポンプ用モータ制御装置１００が実際に燃料ポンプ１を制御した操作Ｄｕｔｙ信号を取得する。
【００１４】
また、このエンジン制御装置１３はエンジン５の運転状態に応じてＯＮ／ＯＦＦ指令を出し、電源リレー１５を切り替える。電源リレー１５のＯＮ時、イグニッションスイッチ１６を介して車載電源Ｅから燃料ポンプ用モータ制御装置１００に給電が開始され、燃料ポンプ用モータ制御装置１００が燃料ポンプ用モータ１ｂを始動する。
【００１５】
次に、燃料ポンプ用モータ制御装置１００による燃料ポンプ用モータ１ｂの制御方法を説明する。
図２は、燃料ポンプ用モータ制御装置１００の構成を示すブロック図である。この燃料ポンプ用モータ制御装置１００は、目標電圧演算部１０１、遅延部１０２，１１０、減算部１０３，１０５、フィードフォワード（ＦＦ）制御部１０４、積分（Ｉ）制御部１０６、加算部１０７，１０９、目標Ｄｕｔｙ演算部１０８、操作Ｄｕｔｙ生成部１１１から構成される。なお、燃料ポンプ用モータ制御装置１００は、燃料ポンプ用モータ制御装置１００の各処理を記述したプログラムを実行するマイクロコンピュータ等によって構成される。
【００１６】
燃料ポンプ用モータ制御装置１００は、燃料ポンプ１から燃料供給量を供給すべく燃料ポンプ用モータ１ｂを駆動するための指令Ｄｕｔｙ信号をエンジン制御装置１３から受けて、燃料ポンプ用モータ１ｂを駆動させる。この燃料ポンプ用モータ制御装置１００は、燃料ポンプ用モータ１ｂに印加した出力電圧をフィードバックした結果を用い、速度型Ｉ＋ＦＦ制御によって操作Ｄｕｔｙ信号を演算し、この操作Ｄｕｔｙ信号に従って燃料ポンプ用モータ１ｂをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動してポンプ本体部１ａの吐出量を制御する。なお、目標電圧演算部１０１への指令に関しては、Ｄｕｔｙ信号でなくデジタル通信などの手段を用いてもよい。
【００１７】
具体的には、目標電圧演算部１０１が、エンジン制御装置１３の出力する指令Ｄｕｔｙ信号を電圧値に換算して目標電圧を得る。減算部１０３は、今回の目標電圧から遅延部１０２で遅延させた前回の目標電圧を減算して、目標電圧の変化量を求める。ＦＦ制御部１０４は、目標電圧の変化量に所定のフィードフォワードゲインを乗じて、目標とする燃料供給量の変化を見越したフィードフォワード電圧を決定する。
【００１８】
他方、減算部１０５には燃料ポンプ用モータ１ｂに印加した出力電圧がフィードバックされ、目標電圧演算部１０１の目標電圧から出力電圧を減算して、目標電圧と出力電圧の偏差をＩ制御部１０６に入力する。Ｉ制御部１０６は、目標電圧と出力電圧の偏差に所定の積分ゲインを乗じて、定常偏差を解消して実際の燃料供給量を目標に近づけるための積分電圧を決定する。
【００１９】
加算部１０７は、ＦＦ制御部１０４のフィードフォワード電圧とＩ制御部１０６の積分電圧とを加算して合計電圧を算出し、目標Ｄｕｔｙ演算部１０８が合計電圧をＤｕｔｙに換算して目標Ｄｕｔｙを得る。加算部１０９は、遅延部１１０で遅延させた前回の操作Ｄｕｔｙに今回の目標Ｄｕｔｙを加算して、燃料ポンプ用モータ１ｂに印加すべき電圧に相当する操作Ｄｕｔｙ信号を算出し、操作Ｄｕｔｙ生成部１１１がその操作Ｄｕｔｙ信号に従って燃料ポンプ用モータ１ｂをＰＷＭ駆動する。
【００２０】
従来、燃料ポンプ用モータ１ｂのフィードバック制御にはＰＩＤ制御などが採用されることが多かったが、本発明では積分（Ｉ）制御を採用した。今回の制御対象は電圧であり、燃料ポンプ用モータ１ｂによる出力電圧への影響は考えられるが、制御対象が慣性を持たないため素早い応答性が見込まれる。また、積分制御には、定常偏差を解消でき、かつ、急峻な変化が生じない利点がある。
【００２１】
一方、比例（Ｐ）制御および微分（Ｄ）制御を採用した場合には、比例制御の操作量は目標電圧と出力電圧の偏差に比例し、微分制御の操作量は偏差の変化量に比例するため、目標電圧が大きく変化する際に操作量が大きく機敏に反応することになる。よって、オーバシュートを起こす原因となるため、電圧を制御対象としたフィードバック制御には適さない。また、比例項および微分項を追加したフィードバック制御では、オーバシュートが大きくなることに加え、制御項が増えるという弊害がある。
【００２２】
図３は、燃料ポンプ用モータ１ｂへの出力電圧の立ち上がり時のシミュレーション結果を示すグラフであり、実線が積分制御の出力電圧、一点鎖線が比例積分制御の出力電圧、点線が目標電圧である。積分制御と比例積分制御とで積分ゲインは同じである。グラフより、比例積分制御では、立ち上がり時、目標電圧を数Ｖ越えた後収束に向かっており、積分制御単体よりもオーバシュートが大きいことが分かる。
【００２３】
なお、一定のゲインを用いたフィードバック制御では、目標電圧が大きく変化する際に、出力電圧が目標電圧を下回る場合がある。しかしながら、燃料ポンプ１の特性上、出力電圧が目標電圧を下回ることはエンジン５への燃料供給に影響を与えるため、目標電圧を下回らないよう制御することが大前提となる。そこで、燃料ポンプ用モータ制御装置１００では、ＦＦ制御部１０４のフィードフォワードゲインを、目標電圧の立ち上がりと立ち下がりで切り替えることにより、立ち上がりと立ち下がりのそれぞれに適した制御を行うようにする。
【００２４】
具体的には、図４に示すように、ＦＦ制御部１０４に立ち上がり側のフィードフォワードゲイン（ＦＦ＿Ｇａｉｎ＿ＵＰ）１０４ａと立ち下がり側のフィードフォワードゲイン（ＦＦ＿Ｇａｉｎ＿ＤＮ）１０４ｂを設定し、減算部１０３の算出した目標電圧の変化量の正負に応じてフィードフォワードゲイン１０４ａ，１０４ｂを切り替える。
立ち上がり側のフィードフォワードゲイン１０４ａは、立ち下がり側のフィードフォワードゲイン１０４ｂより大きく設定し、目標電圧が上昇した場合に、多少のオーバシュートがあっても出力電圧が目標電圧を下回らない値にすることが好ましい。また、立ち下がり側のフィードフォワードゲイン１０４ｂは、目標電圧が下降した場合に、出力電圧が緩やかに下降し目標電圧以下にならない値にすることが好ましい。
【００２５】
また、立ち上がりと立ち下がりでフィードフォワード制御のゲインを切り替える場合、偏差に対する制御（位置型制御）ではなく、変化量に対する制御（速度型制御）を行う必要がある。位置型ではフィードフォワードゲイン切り替え時にオフセットが発生するためである。そのため、燃料ポンプ用モータ制御装置１００では、遅延部１１０で遅延させた前回の操作Ｄｕｔｙに今回の目標Ｄｕｔｙを加算して、燃料ポンプ用モータ１ｂに印加すべき電圧に相当する操作Ｄｕｔｙ信号を算出する速度型制御を実施している。
【００２６】
図５（ａ）は、目標電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時における出力電圧の理想波形を示すグラフであり、実線が立ち上がり側と立ち下がり側でフィードフォワードゲインを切り替えた時の出力電圧、点線が目標電圧である。グラフより、目標電圧の立ち上がりでフィードフォワードゲインを大きくし（フィードフォワードゲイン１０４ａ）、目標電圧の立ち下がりでフィードフォワードゲインを小さくする（フィードフォワードゲイン１０４ｂ）ことにより、出力電圧が目標電圧を下回ることはない。一方、図５（ｂ）は、フィードフォワードゲインを切り替えない場合のグラフである。ゲインが大きい場合を実線で、ゲインが小さい場合を一点鎖線で、目標電圧を点線で示している。ゲインが大きい場合は目標電圧の立ち下がり時に、ゲインが小さい場合は目標電圧の立ち上がり時に出力電圧が目標電圧を下回る。その為ゲインの切り替えが必要となる。
【００２７】
また、以上のような速度型Ｉ＋ＦＦ制御を行っても、出力電圧の読み取り誤差など、燃料ポンプ用モータ制御装置１００の回路部品等の公差に起因する誤差により、目標電圧よりも出力電圧が降下する場合があるので、オフセットを追加して電圧降下を補正してもよい。
オフセット量は、出力電圧の公差を計算して決定し、目標電圧演算部１０１が指令Ｄｕｔｙ信号を目標電圧に換算した際に、目標電圧に公差分の電圧（オフセット）を加算する。これにより、図５に示すように、出力電圧がオフセット量だけ目標電圧より高くなる。
【００２８】
以上より、実施の形態１によれば、燃料ポンプ用モータ制御装置１００は、燃料ポンプ１から目標量の燃料を供給すべく燃料ポンプ用モータ１ｂを駆動するための指令Ｄｕｔｙ信号を、燃料ポンプ用モータ１ｂに印加する目標電圧に変換する目標電圧演算部１０１と、目標電圧の変化量に基づいてフィードフォワード電圧を演算するＦＦ制御部１０４と、燃料ポンプ用モータ１ｂに印加した出力電圧と目標電圧との偏差に基づいて積分電圧を演算するＩ制御部１０６と、フィードフォワード電圧と積分電圧を合算して印加電圧を求め、燃料ポンプ用モータ１ｂを当該印加電圧で駆動するための操作Ｄｕｔｙ信号を生成する操作Ｄｕｔｙ生成部１１１とを備えるように構成した。このため、燃料ポンプ用モータ１ｂへの印加電圧を精度良く制御することで、従来必要だった圧力を読み取る機構などを不要にできる。また、制御対象が慣性を持たないので素早い応答性が見込まれるため、フィードバック制御として定常偏差を解消できる積分制御のみを行えばよい。従って、燃料ポンプ用モータ制御装置１００は、簡素な構成で、応答性の高い制御を行うことができる。
【００２９】
また、実施の形態１によれば、ＦＦ制御部１０４は、目標電圧の変化量の正負に応じて、フィードフォワードゲイン１０４ａ，１０４ｂを切り替えるようにしたので、目標電圧の立ち上がりおよび立ち下がりそれぞれに適した制御を行うことができる。従って、出力電圧が目標電圧を下回らない制御ができる。
【００３０】
また、実施の形態１によれば、目標電圧演算部１０１は、燃料ポンプ用モータ制御装置１００の公差に起因した電圧降下を補正するオフセットを、目標電圧に追加するようにしたので、出力電圧が目標電圧を下回らない制御ができる。
【００３１】
さらに、従来のフィードバック機能を持たない制御では、燃料ポンプ用モータ制御装置１００の回路部品等に起因する誤差による出力電圧の低下を考慮し、出力電圧を目標電圧より高めに出力させる必要があった。そのため、出力電圧が本発明の出力電圧に対して０．３〜０．６Ｖ程度高くなってしまい、その分、無駄な消費電力および燃料ポンプ用モータ１ｂへの負担が増大していた。
これに対し、本発明の速度型Ｉ＋ＦＦ制御ではその分の無駄な消費電力の削減および燃料ポンプ用モータ１ｂへの負担を軽減できる。また、電圧のフィードバック制御を行うことにより、燃料ポンプ用モータ１ｂの負荷が異なる場合でも基本ロジックが踏襲可能であるため、汎用性が高い。
【００３２】
上記以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  燃料ポンプ、１ａ  ポンプ本体部、１ｂ  燃料ポンプ用モータ、２  燃料タンク、３  燃料配管、４  燃料噴射弁、５  エンジン、６  吸気管、７  燃圧レギュレータ、８  スプリング室、８ａ  スプリング、９  調圧室、９ａ  吐出口、９ｂ  弁体、１０  ダイヤフラム、１１  分岐配管、１２  リターン配管、１３  エンジン制御装置、１４  エアフローセンサ、１５  電源リレー、１６  イグニッションスイッチ、１００  燃料ポンプ用モータ制御装置、１０１  目標電圧演算部、１０２，１１０  遅延部、１０３，１０５  減算部、１０７，１０９  加算部、１０４  ＦＦ制御部、１０４ａ，１０４ｂ  フィードフォワードゲイン、１０６  Ｉ制御部、１０８  目標Ｄｕｔｙ演算部、１１１  操作Ｄｕｔｙ生成部、Ｅ  車載電源。
【図１】
2014240620.tif 000003
【図２】
2014240620.tif 000004
【図３】
2014240620.tif 000005
【図４】
2014240620.tif 000006
【図５】
2014240620.tif 000007