(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに連通する管路内に配置されるスロットルバルブの位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段からの出力に基づいて目標位置信号を生成する目標位置生成手段と、
前記目標位置生成手段からの出力に基づいて前記スロットルバルブを駆動する駆動手段と
を備え、
前記目標位置生成手段は、前記スロットルバルブの仮目標位置を設定し、前記駆動手段に与える制御ゲインとして、設定された仮目標位置までは第１の制御ゲインとすると共に、仮目標位置到達後、前記スロットルバルブの基準位置の学習完了までは前記第１の制御ゲインよりも小さな第２の制御ゲインとし、前記スロットルバルブの基準位置学習を実施する制御手段を有する
位置決め制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置決め制御装置において、
前記制御手段は、前記スロットルバルブが所定時間内に前記仮目標位置まで到達しない場合には、基準位置学習を終了し、予め設定した位置を基準位置とする
ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置決め制御装置において、
前記制御手段は、前記スロットルバルブが仮目標位置まで到達した後、所定時間内に目標位置学習が終了しない場合には、予め設定した任意の位置を基準位置とする
ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の位置決め制御装置において、
前記制御手段は、基準位置学習により生成した基準位置が所定範囲外である場合には、予め設定した任意の位置を基準位置とする
ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の位置決め制御装置において、
前記スロットルバルブは、前記エンジンから排気される燃焼ガスの排気管路中に駆動可能に設置されて、前記駆動手段により駆動制御されて排気圧力を調節することでエンジン出力を制御するバルブである
ことを特徴とする位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基準位置学習機能を有する位置決め制御装置に関し、特に、経年劣化や取り付け状態等の影響を受けることなく制御精度を向上させるための基準位置学習機能を有する位置決め制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平５−３３２１９１号公報の「スロットル基準開度検出装置」に記載されているように、ポテンショメータ等の位置センサを有する位置決め制御装置において、駆動部分及び位置センサの取り付けガタや、特にワイヤを用いた駆動装置等であれば、ワイヤの伸びを原因とする制御精度が劣化することを防止するために、基準位置学習の実施を行う装置がある。
【０００３】
基準位置学習では、基準となる位置に不動のストッパを設置し、位置決め制御対象をストッパ方向に駆動し続けることで、位置決め制御対象がストッパに当接され、位置決め対象が動かなくなった時の位置センサの値を、基準位置として学習している。
【０００４】
基準位置の算出により、位置センサの取り付け状態が変化しても、位置センサの出力値を、基準位置に対する相対位置に変換することで、常に、基準位置からの正確な位置を知ることが可能になるため、この相対位置を用いて位置決め制御を行うことで、精度良い位置決め制御を行うことが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示す従来の基準位置学習を有する位置決め制御装置は、その基準位置学習において、位置決め対象物をストッパに当接させて基準位置を決定しているが、何らかの原因によって、ストッパ方向に駆動出来ない場合がある。例えば、動作開始時に、異物の噛み込みや、カーボン固着等の原因によりストッパ方向に一時的に駆動出来ない場合、学習を開始する初期位置が、本来の基準位置より大きく離れた位置であると、そのまま基準位置として学習することになり、後の位置決め制御に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００６】
また、一般的に、位置決め制御は、出来るだけ早く目標位置に到達するために、制御ゲインを大きくする。すなわち、駆動力を大きくしている場合が多い。このように駆動力が大きな状態では、位置決め制御による目標位置が、行き過ぎ量が発生してもストッパに到達しない位置の場合（ストッパ位置は、可動範囲でかつ、通常、位置決め目標として設定する領域外に設定すればよい）には、ストッパへ当接させた衝撃によるモータ及びギア等の破損を考慮する必要は無いが、基準位置学習の場合、ストッパへの当接は必須で、ストッパに当接させた衝撃による破損が考えられる。
【０００７】
この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、位置決め対象物の位置決め制御に仮目標を設定して仮目標までは早く到達でき、仮目標到達後、基準位置学習の際に駆動機構の破損を防止できる位置決め制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る位置決め制御装置は、エンジンに連通する管路内に配置されるスロットルバルブの位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの出力に基づいて目標位置信号を生成する目標位置生成手段と、前記目標位置生成手段からの出力に基づいて前記スロットルバルブを駆動する駆動手段とを備え、前記目標位置生成手段は、前記スロットルバルブの仮目標位置を設定し、前記駆動手段に与える制御ゲインとして、設定された仮目標位置までは第１の制御ゲインとすると共に、仮目標位置到達後、前記スロットルバルブの基準位置の学習完了までは前記第１の制御ゲインよりも小さな第２の制御ゲインとし、前記スロットルバルブの基準位置学習を実施する制御手段を有するものである。
【０００９】
また、前記制御手段は、前記スロットルバルブが所定時間内に前記仮目標位置まで到達しない場合には、基準位置学習を終了し、予め設定した位置を基準位置とするものである。
【００１０】
また、前記制御手段は、前記スロットルバルブが仮目標位置まで到達した後、所定時間内に目標位置学習が終了しない場合には、予め設定した任意の位置を基準位置とするものである。
【００１１】
また、前記制御手段は、基準位置学習により生成した基準位置が所定範囲外である場合には、予め設定した任意の位置を基準位置とするものである。
【００１２】
さらに、前記スロットルバルブは、前記エンジンから排気される燃焼ガスの排気管路中に駆動可能に設置されて、前記駆動手段により駆動制御されて排気圧力を調節することでエンジン出力を制御するバルブである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係る位置決め制御装置の機能ブロック図である。図１に示す位置決め制御装置としては、位置決め対象物１０１の位置を検出し位置信号を生成する位置検出手段１０２と、位置検出手段１０２からの位置信号から目標位置信号を生成する目標位置生成手段１０３と、目標位置生成手段１０３からの出力に基づいて位置決め対象物１０１を駆動する駆動手段１０４とを備え、目標位置生成手段１０３は、前記駆動手段１０４に与える制御ゲインとして、設定された仮目標位置までは第１の制御ゲインとすると共に、仮目標位置到達後、基準位置学習完了までは前記第１の制御ゲインよりも小さな第２の制御ゲインとし、前記位置決め対象物１０１の基準位置学習を実施する制御手段を有する。
【００１４】
図２は、エンジンの排気管経路中に設置される、基準位置学習を有する位置決め制御装置を備えたバルブ駆動装置を示す模式図であり、この発明を適用した実施の形態である。自動車等に搭載されるエンジン２０１は、排気ポートより燃焼ガスを出力し、排気管２０３を経由してマフラー２０２より屋外に排出する。本装置は、位置決め対象物１０１として、この排気管２０３経路中に駆動可能なバルブ２０５を設置し、バルブの駆動によって排気圧力を調節することでエンジン出力を制御する装置に用いられており、エンジン２０１、マフラー２０２、排気管２０３、ストッパ当接部２０４、バルブ２０５、ストッパ２０６、駆動手段１０４としてのモータ２０７、位置検出手段１０２としての位置センサ２０８、目標位置生成手段１０３としての電子制御装置２０９、駆動軸２１０にて構成される。
【００１５】
バルブ２０５は、排気管２０３内部に設置されており、位置決め制御される制御対象である。ストッパ当接部２０４は、排気管２０３外部に設置されており、駆動軸２１０によってバルブ２０５及びモータ２０７と連接されている。モータ２０７は、電子制御装置２０９が出力する制御指令電流によって駆動し、これによって、バルブ２０５の位置が調整される。
【００１６】
位置センサ２０８は、前記ストッパ当接部２０４に直接またはモータ等に間接的に取り付けられているポテンショメータであり、バルブ２０５の絶対位置を信号に変換して出力する。電子制御装置２０９は、前記位置センサ２０８をはじめとする各センサ及び各スイッチ入力から所定の処理によってバルブの目標位置を算出し、モータ２０７への制御指令電流を出力する。
【００１７】
バルブ２０５の位置は、バルブ２０５及び位置センサ２０８の取り付け状態等によって個体差が生じる恐れがあり、精度良く位置制御を行うために基準位置学習を実施して基準位置を算出し、相対的位置を用いて位置決め制御を行う。基準位置学習では、ストッパ当接部２０４を閉方向に駆動し、ストッパ当接部２０４をストッパ２０６に当接させる。これにより、前記位置センサ２０８が変化しないようになり、この時の位置センサ値を、基準位置として学習している。
【００１８】
図３は、前記電子制御装置２０９内の詳細な構成を示したブロック図である。図３に示すように、電子制御装置２０９は、駆動回路３０１、制御手段としてのマイクロコンピュータ３０２にて構成される。駆動回路３０１には、マイクロコンピュータ３０２によって演算された制御指令電流信号が入力されるようになっており、モータ２０７に対して制御指令電流を出力する。マイクロコンピュータ３０２は、入力ポート装置３０３、出力ポート装置３０４、ＣＰＵ３０５、ＲＡＭ３０６、ＲＯＭ３０７を有し、これらは双方向性のコモンバス３０８により接続されている。
【００１９】
入力ポート装置３０３には、位置センサ２０８により検出された位置信号が入力されるようになっており、それに入力された信号を適宜処理し、ＲＯＭ３０７に記憶されている制御プログラムに基づくＣＰＵ３０５の指示に従い、ＣＰＵ３０５及びＲＡＭ３０６へ処理された信号を出力するようになっている。出力ポート装置３０４は、ＣＰＵ３０５の指示に従い駆動回路３０１を経てモータ２０７へ制御指令電流を出力する。
【００２０】
ＣＰＵ３０５は、ＲＯＭ３０７に記憶されている図４に示す制御プログラムに基づき、種々の演算及び信号の処理を行う。ＲＡＭ３０６は、図４に示す制御プログラムに基づき、通電時において一時的に変数等の記憶を行う。
【００２１】
次に、マイクロプロセッサによって達成されるこの発明における制御の流れを図４に示すフローチャートを参照して説明する。電子制御装置２０９に電源が投入されると、マイクロプロセッサは、ＲＯＭ３０７に記憶されている制御プログラムを読み込む。次に、ＲＡＭ３０６に設定されているカウンタ、フラグの初期化を行い、ステップ４０１の処理より開始する。ステップ４０１では、入力ポート装置３０３を通して、電子制御装置２０９に接続されている位置センサ２０８及びその他センサの各出力信号を、ＣＰＵ３０５へ入力する。
【００２２】
ステップ４０２では、ステップ４０１で入力された各信号を基に、通常時の目標位置を算出する処理を行う。ステップ４０３では、ステップ４０１で入力された位置信号を基に、基準位置学習処理を行う。基準位置学習が、既に完了している場合、ステップ４０２にて算出した目標位置を、そのまま最終的な目標位置として算出する。また、基準位置学習が未完了の場合、ストッパ２０６方向に駆動し続けて、学習処理を行う。所定の時間を超えても学習が未完了の場合、強制的に学習を完了する。基準位置学習処理の詳細説明については、後述する。
【００２３】
ステップ４０４では、ステップ４０３で算出した最終的な目標位置になるように、モータ２０７を駆動するための制御指令電流値に変換し、出力ポート装置３０４を通して駆動回路３０１へ出力する。その後、再びステップ４０１へ戻り処理を続行する。
【００２４】
次に、図５は、図４に示すステップ４０３の基準位置学習処理の詳細を示すフローチャートであり、基準位置学習が正常に完了する場合の位置変化を示す図６を参照して、基準位置学習処理を説明する。電源投入（時刻ｔ１）直後、初期位置ｐ１がいかなる場所にあっても、まず、仮目標位置ｐ２を、目標位置として設定する。そして、駆動回路３０１を介してモータ２０７への制御ゲインとして、設定された仮目標位置（時刻ｔ２）までは第１の制御ゲインとすると共に、仮目標位置到達後、基準位置学習完了（時刻ｔ２〜ｔ４）までは前記第１の制御ゲインよりも小さな第２の制御ゲインとし、位置決め対象物１０１（バルブ２０５）の基準位置学習を実施する。仮目標到達制限時間Ｔ１以内に、仮目標位置ｐ２へ到達すると（時刻ｔ２）、図２に示すストッパ２０６が当接する方向（閉方向）に駆動する。この時、ストッパ２０６の当接によって、モータ２０７およびストッパ当接部が破損しないように、微小な力によって駆動する。
【００２５】
学習完了制限時間Ｔ２以内に、ストッパ当接部が、ストッパ２０６への当接を開始し（時刻ｔ３）、位置センサ２０８の出力が変化しない状態がロック判定時間Ｔ３を経過したならば、現在位置を基準位置として学習し、学習完了する（時刻ｔ４）。この後、通常制御へ移行する。目標位置の「仮目標」は、ストッパへの当接による基準位置学習を始める前に、バルブの目標位置を「仮目標」へ設定し、「仮目標」への到達によってバルブが正常に動作すると判定し、基準位置学習が有効となる確認のために設定している。言い換えると、電源投入後、まず「仮目標」へ到達出来ないということは、バルブを駆動する環境に何らかの異常があると考えられ、このような状態で、基準位置学習を行っても、正しい基準位置を算出出来ないことは明白であり、予め設定している基準位置を用いて制御を実施する。
【００２６】
仮目標へ到達できない場合の位置変化を図７に示す。電源を投入（時刻ｔ１）後、初期位置ｐ１から仮目標位置ｐ２まで駆動するが、何らかの理由で仮目標到達以前に駆動不可能になった場合、従来の技術では、この位置を基準位置として誤った学習を行ってしまうが、この発明では、駆動環境の正常動作を確認する為に、仮目標への到達を判定し、正常に駆動可能な環境と判定した後に、基準位置学習を行っている。詳細については後述するが、仮目標到達制限時間Ｔ１を超過しても仮目標に未到達である場合、基準位置学習を強制完了し、予め設定した位置を基準位置とする。
【００２７】
しかし、電源投入後の初期状態において、バルブ位置が「仮目標」に到達している場合、バルブの動作状態に異常が有ったとしても、正常と判断されることになる。よって、この対策として、「仮目標」を「所定の範囲外」に設定し、基準位置学習によって算出した基準位置が、「所定の範囲外」であれば基準位置学習を無効と判定し、予め設定している基準位置を用いて制御を実施する。
【００２８】
電源投入時より仮目標に到達しているが駆動不可能な場合の位置変化を図８に示す。電源投入時の初期位置が既に仮目標位置であるため、電源投入後、即時、仮目標に到達していると判定する。そして、そのまま基準位置学習を開始するが、駆動不可能であるため、ロック判定時間Ｔ３経過後、電源投入時の位置を基準位置として仮算出する。しかし、算出した基準位置は、通常、正常に基準学習を完了した場合に得られる基準位置に対し領域外であるため、基準位置学習を無効と判定し、予め設定している基準位置を用いて制御を実施する。
【００２９】
すなわち、電源投入時の初期状態において、バルブ位置が「所定の範囲外」、かつ、「仮目標」に到達している、かつ、異常がある場合、基準位置学習による基準位置は、「所定の範囲外」となり、また、電源投入時の初期状態において、「所定の範囲内」で異常がある場合、「仮目標」へ到達出来ない為、バルブ動作異常時には、「基準位置学習が無効」と判定出来る。
【００３０】
次に、図５に示すフローチャートに従い各ステップの説明を行う。電源投入時の初期状態は、常に基準位置学習が未完了の状態であり、各フラグ、及びカウンタは、学習完了フラグ：「０」にクリア、仮目標到達フラグ：「０」にクリア、目標位置：「仮目標」、ロック判定カウンタ：「０」にクリア、に設定している。
【００３１】
ステップ５０１では、電源投入後、所定時間Ｔ２以上経過しているか判定する。経過している場合、ステップ５１７に進み基準位置学習の実施状態に関係無く、学習処理を終了し、通常制御に移行する。詳細については、後述する。他方、所定時間Ｔ２以上経過していない場合は、ステップ５０２に進み、既に一度でもバルブ２０５の位置が仮目標位置に到達しているかを判定する。
【００３２】
バルブ２０５の位置が仮目標位置に到達している場合、ステップ５０３に進み、基準位置学習を実施する。詳細については、後述する。他方、到達していない場合は、ステップ５１３に進み、電源投入後、所定時間Ｔ１以上経過しているかを判定する。これは、所定時間経過してもバルブ位置が、仮目標に到達していないかを判定しており、言い換えると、バルブ駆動環境が異常かどうかを判定している。
【００３３】
ステップ５１３において、電源投入後、所定時間Ｔ１以上経過していると判定された場合は、ステップ５１０に進んで学習処理を終了し、通常制御に移行する。詳細については、後述する。他方、所定時間Ｔ１以上経過していない場合は、ステップに進んで現在のバルブ２０５の位置が、仮目標に到達しているかを判定する。仮目標に到達している場合は、ステップ５１５に進み、仮目標到達フラグを１にセットする。
【００３４】
その後、ステップ５１６に進み、基準位置学習においてバルブ２０５をストッパ２０６に当接させるため、バルブ２０５の目標位置を０に設定する。ここで、目標位置の方向は、ストッパ側を０とし、ストッパ位置は、バルブ位置：０より大きいとする。そして、ステップ５０５に進み、基準位置学習においてバルブ位置の変化を判定する為、今回バルブ位置を前回バルブ位置として記憶し、サブルーチンを終了する。
【００３５】
前記ステップ５１４の判定において、仮目標に到達していないと判定された場合は、ステップ５０５に進み、今回バルブ位置を前回バルブ位置として記憶して、サブルーチンを終了する。
【００３６】
また、前記ステップ５０２において、既に一度でもバルブ位置が仮目標位置に到達している場合、ステップ５０３に進み、基準位置学習を開始する。前記ステップ５０３において、記憶した前回バルブ位置と今回バルブ位置が同じであるか判定する。異なっている場合は、バルブ２０５が、ストッパ２０６に当接していないと判定してステップ５０４に進む。これはロック状態を精度良く判定する為に設けており、バルブ位置が変化しない状態が所定時間Ｔ３以上継続するとロックしていると判定するロック判定カウンタを０にクリアする。その後、ステップ５０５に進み、今回バルブ位置を前回バルブ位置として記憶して、サブルーチンを終了する。
【００３７】
前記ステップ５０３における判定結果、記憶した前回バルブ位置と今回バルブ位置が同じである場合は、ストッパに当接してバルブ位置が変化しないと判定し、ステップ５０６に進んでロック判定カウンタを加算する。次に、ステップ５０７に進んで、ロック判定カウンタが所定時間Ｔ３以上継続しているかを判定する。すなわち、今回位置と前回位置が同じである状態が所定時間Ｔ３以上継続しているかを判定し、継続していない場合、未だロックしていないと判定し、ステップ５０５に進んでサブルーチンを終了する。
【００３８】
前記ステップ５０７における判定結果、継続している場合は、ロックしていると判定し、ステップ５０８に進んで、今回のバルブ位置を仮基準位置とする。その後、ステップ５０９に進み、前記仮基準位置が、所定範囲外かを判定する。仮基準位置が所定範囲外の場合は、ステップ５１０に進み、実施した基準位置学習を無効として、予め設定された値Ｘ１を正式な基準位置とする。ステップ５１０を経過した場合、または、前記ステップ５０９における判定結果、仮基準位置が所定範囲外でないと判定された場合は、ステップ５１１に進み、基準位置学習の完了を示す、学習完了フラグを１にセットした後、ステップ５１２に進み、図４に示すステップ４０２にて算出した通常時目標位置を正式な目標位置として設定し、サブルーチンを終了する。
【００３９】
また、前記ステップ５０１において、電源投入後、所定時間Ｔ２以上経過している場合は、ステップ５１７に進み、学習完了フラグにより、既に学習が完了しているかを判定し、完了している場合は、ステップ５１２に進みサブルーチンを終了する。他方、完了していない場合は、ステップ５１０に進み、強制的に、基準学習処理を完了し、サブルーチンを終了する。
【００４０】
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、この発明は、こうした実施の形態に何等限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる様態にて実施することができるのは無論のことである。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基準位置学習において、電源投入後から仮目標位置まで到達する時の第１の制御ゲイン（駆動力：大）と、仮目標位置から基準位置学習を実施する時の第２の制御ゲイン（駆動力：小）を有するため、第１の制御ゲイン（駆動力：大）によって、電源投入後から仮目標位置までは出来るだけ早く到達することで、基準位置学習完了までの所要時間短縮と、第２の制御ゲイン（駆動力：小）によって、学習時のストッパ当接による衝撃を小さくすることで、位置決め制御装置の破損を防ぐことが可能である。
【００４２】
また、基準位置学習において、仮目標位置を設定し、所定時間以内に仮目標位置に到達しないようであれば、何らかの原因、例えば、電源投入後の初期位置での固着発生や、駆動装置の不良等によって正しく基準位置学習が出来ないと判定し、予め設定した位置を基準位置とするので、誤学習を回避すると共に、基準位置学習完了までの所要時間を短縮することが可能である。
【００４３】
また、所定時間以内に基準位置学習が完了しない場合、駆動ワイヤー調整不良等によって正しく基準位置学習が出来ないと判定し、予め設定した位置を基準位置とするので、誤学習を回避すると共に、基準位置学習完了までの所要時間を短縮することが可能である。
【００４４】
また、基準位置学習によって得られた基準位置が所定範囲外の場合、何らかの原因によって正しく基準位置学習が出来ないと判定し、予め設定した位置を基準位置とするので誤学習を回避することが可能である。
【００４５】
さらに、前記位置決め対象物を、車両に搭載されたエンジンから排気される燃焼ガスの排気管路中に駆動可能に設置されて、前記駆動手段により駆動制御されて排気圧力を調節することでエンジン出力を制御するバルブとしたので、基準位置学習機能を有する位置決め制御装置を備えたバルブ駆動装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る位置決め制御装置を示す構成図である。
【図２】この発明を適用した基準位置学習機能を有する位置決め制御装置を備えたバルブ駆動装置を示す構成図である。
【図３】図２に示す電子制御装置の詳細を示すブロック図である。
【図４】図３に示す実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す基準位置学習処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】基準位置学習が正常に完了する場合の位置変化の説明図である。
【図７】仮目標に未到達である場合の位置変化の説明図である。
【図８】電源投入時より仮目標に到達しているが駆動不可能な場合の位置変化の説明図である。
【符号の説明】
１０１  位置決め対象物、１０２  位置検出手段、１０３  目標位置生成手段、１０４  駆動手段、２０５  バルブ、２０６  ストッパ、２０７  モータ、２０８  位置センサ、３０２  マイクロコンピュータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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