(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸入空気通路に回転軸で支持されたスロットルバルブと、上記回転軸と減速機を介して連結される回転子と固定子巻き線を有するブラシレスモータと、上記回転軸の回転角を検出して上記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサと、各種車両情報から上記スロットルバルブの開度を設定する目標開度設定手段と、上記スロットル開度センサから得られる実際のスロットルバルブ開度と上記目標開度設定手段で設定された目標のスロットルバルブ開度との開度偏差に基づいて上記各固定子巻き線に通電される相電流値を演算し、この演算された相電流値に相当するＰＷＭデューティ信号を出力するＰＷＭデューティ信号出力手段と、上記スロットル開度センサの出力により回転子の磁極位置を検出し学習する回転子磁極位置学習手段と、上記スロットルバルブ開度と上記回転子磁極位置学習手段による学習値とから通電固定子巻き線を決定する通電固定子巻き線決定手段と、上記ＰＷＭデューティ信号出力手段からのＰＷＭデューティ信号と上記通電固定子巻き線決定手段で決定された通電固定子巻き線に対応する通電相選択信号とに基づいて上記ブラシレスモータに電流を供給するモータ駆動手段とを備えたことを特徴とするエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項２】
上記ブラシレスモータをステップ的に駆動させ、上記回転子磁極位置学習手段は、上記ブラシレスモータのステップ駆動位置により、上記回転子の磁極位置を検出し学習することを特徴とする請求項第１項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項３】
上記回転子磁極位置学習手段は、スロットルバルブ全閉から全開方向での回転子磁極位置学習値とスロットルバルブ全開から全閉方向での回転子磁極位置学習値の平均値を回転子磁極位置として学習することを特徴とする請求項第１項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項４】
上記回転子磁極位置学習手段は、スロットルバルブの開方向での学習値と閉方向での学習値が所定値以上差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行うことを特徴とする請求項第１項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項５】
上記回転子磁極位置学習手段は、回転子磁極位置学習値間隔が所定値以上あるいは所定値以内の差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行うことを特徴とする請求項第１項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項６】
上記回転子磁極位置学習手段は、スロットルバルブ全閉から全開までの間で学習した回転子磁極位置の数が設定値と合致しない場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行うことを特徴とする請求項第１項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項７】
エンジンの吸入空気通路に回転軸で支持されたスロットルバルブと、上記回転軸と減速機を介して連結される回転子と固定子巻き線を有するブラシレスモータと、上記回転軸の回転角を検出して上記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサと、各種車両情報から上記スロットルバルブの開度を設定する目標開度設定手段と、上記スロットル開度センサから得られる実際のスロットルバルブ開度と上記目標開度設定手段で設定された目標のスロットルバルブ開度との開度偏差に基づいて上記各固定子巻き線に通電される相電流値を各巻き線毎に独立して演算し、各相電流値に相当するＰＷＭデューティ信号を出力するＰＷＭデューティ信号出力手段と、上記スロットル開度センサの出力により回転子の磁極位置を検出し学習する回転子磁極位置学習手段と、上記スロットルバルブ開度と上記回転子磁極位置学習手段による学習値とに基づいて、上記回転子回転角を求める回転角検出手段と、上記ＰＷＭデューティ信号出力手段からのＰＷＭデューティ信号と回転角検出手段からの回転子回転角とに基づいて上記ブラシレスモータに電流を供給するモータ駆動手段とを備えたことを特徴とするエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項８】
上記ブラシレスモータをステップ的に駆動させ、上記回転子磁極位置学習手段は、上記ブラシレスモータのステップ駆動位置により、上記回転子の磁極位置を検出し学習することを特徴とする請求項第７項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項９】
上記回転角検出手段は、上記スロットルバルブ開度と上記回転子磁極位置学習手段による学習値とに基づいて通電固定子巻き線を決定して上記回転子回転角を求めることを特徴とする請求項第７項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項１０】
上記回転角検出手段は、上記回転子磁極位置学習手段により学習した回転子磁極位置から次の回転子磁極位置の間を上記スロットルバルブ開度センサの出力信号により補間して回転角を求めることを特徴とする請求項第７項記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに供給する吸入空気量を、ブラシレスモータでスロットルバルブを回動して制御するようにした吸入空気量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般の自動車では、エンジンの吸入空気通路中にスロットルバルブが設けられ、このスロットルバルブが運転者によるアクセルペダルの操作と連動して開閉される。これによりエンジンの吸入空気量がアクセルペダルの操作量に応じて制御される。かかる吸入空気量制御は、スロットルバルブとアクセルペダルとを、リンクやワイヤ等の機械的連結手段により連動させることによって達成される。しかし、このような機械的連結手段を用いたものでは、アクセルペダルとスロットルバルブとの位置関係が制約されるために自動車への搭載位置の自由度が少なくなると言う問題点があった。
【０００３】
さらに近年では、定速走行制御装置やトラクション制御装置などの制御では、運転者のアクセル操作とは無関係にスロットルバルブを制御することが必要であり、モータなどでスロットルバルブを電気的に連結して制御する試みが成されている。このような例として、特開平１−３１５６４１号公報に開示されているスロットルバルブの制御が知られている。ここでは、ブラシ整流子を有するモータを使用すると、ブラシ整流子の押圧によって、回転子の正転方向と逆転方向でヒステリシストルクが生じて位置制御が困難となるため、ブラシレスモータを使用してスロットルバルブを制御している。
さらに、特開平５−２４００７０号公報に開示されているスロットルバルブの制御では、ブラシレスモータの回転子とスロットルバルブの回転軸とを減速機やギヤを介し連結することで、高精度なスロットルバルブの制御性が得られることが示されている。また、ブラシレスモータの固定子巻き線（以下相と称す）を切り換えるために、相で発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出器や電流切換検出器を設けることで高価・高精度の回転検出器を不要としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来のスロットルバルブの制御を行うエンジンの吸入空気量制御では以下の問題点がある。
まず、ブラシレスモータの通電相を切り換えるために逆起電力検出器や電流切換検出器が必要であるためにスロットルアクチュエータの複雑化、大型化、またモータ制御装置の信号入力インタフェースの増加を必要とする。スロットル開度センサを基に通電相の切り換えを行うと減速機やスロットル開度の製作公差による通電相切り換え位置のずれが生じる。さらに、ブラシレスモータの駆動において、逆起電圧検出器や電流切換検出器の出力を基に、ある通電相から次の通電相へ切り換える際には、電流が急激に変化するために、前記検出器の信号が相に加わる磁束の変化に対してずれがあった場合には、モータの発生トルクが不連続となってスロットル開度が急変するという問題点があるため、Ａ〜Ｃの各相への通電電流を独立して正弦波で供給する３相通電方式を採用することが考えられるが、この方式にはモータの回転子の回転角を精密に測定する検出器が必要になるという問題点がある。
【０００５】
本発明は上述した従来の問題点を解決するために成されたもので、安価で制御性に優れたエンジンの吸入空気量制御装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、エンジンの吸入空気通路に回転軸１２で支持されたスロットルバルブ１１と、上記回転軸１２と減速機１６を介して連結される回転子と固定子巻き線を有するブラシレスモータ１５と、上記回転軸１２の回転角を検出して上記スロットルバルブ１１の開度を検出するスロットル開度センサ１３と、各種車両情報から上記スロットルバルブ１１の開度を設定する目標開度設定手段２１と、上記スロットル開度センサ１３から得られる実際のスロットルバルブ開度と上記目標開度設定手段２１で設定された目標のスロットルバルブ開度との開度偏差に基づいて上記各固定子巻き線に通電される相電流値を演算し、この演算された相電流値に相当するＰＷＭデューティ信号を出力するＰＷＭデューティ信号出力手段２２ａと、上記スロットル開度センサ１３の出力により回転子の磁極位置を検出し学習する回転子磁極位置学習手段２２ｂと、上記スロットルバルブ開度と上記回転子磁極位置学習手段２２ｂによる学習値から通電固定子巻き線を決定する通電固定子巻き線決定手段２２ｃと、上記ＰＷＭデューティ信号出力手段からのＰＷＭデューティ信号と上記通電固定子巻き線決定手段２２ｃで決定された通電固定子巻き線に対応する通電相選択信号とに基づいて上記ブラシレスモータ１５に電流を供給するモータ駆動手段２３とを備えたものである。
【０００８】
本発明の請求項２に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項１のエンジンの吸入空気量制御装置において、ブラシレスモータ１５をステップ状に駆動することにより回転子磁極位置を学習する回転子磁極位置学習手段２２ｂを備えたものである。
【０００９】
本発明の請求項３に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項１のエンジンの吸入空気量制御装置において、スロットルバルブ全閉から全開方向での回転子磁極位置学習値とスロットルバルブ全開から全閉方向での回転子磁極位置学習値の平均値を回転子磁極位置として学習する回転子磁極位置学習手段２２ｂを備えたものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項１のエンジンの吸入空気量制御装置において、スロットルバルブの開方向での学習値と閉方向での学習値が所定値以上差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行う回転子磁極位置学習手段２２ｂを備えたものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項１のエンジンの吸入空気量制御装置において、回転子磁極位置学習値間隔が所定値以上あるいは所定値以内の差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行う回転子磁極位置学習手段２２ｂを備えたものである。
【００１３】
本発明の請求項６に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項１のエンジンの吸入空気量制御装置において、スロットルバルブ全閉から全開までの間の回転子磁極位置の数が設定値と合致しない場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行う回転子磁極位置学習手段２２ｂを備えたものである。
【００１４】
本発明の請求項７に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、エンジンの吸入空気通路に回転軸１２で支持されたスロットルバルブ１１と、上記回転軸１２と減速機１６を介して連結される回転子と固定子巻き線を有するブラシレスモータ１５と、上記回転軸１２の回転角を検出して上記スロットルバルブ１１の開度を検出するスロットル開度センサ１３と、各種車両情報から上記スロットルバルブ１１の開度を設定する目標開度設定手段２１と、上記スロットル開度センサ１３から得られる実際のスロットルバルブ開度と上記目標開度設定手段２１で設定された目標のスロットルバルブ開度との開度偏差に基づいて上記各固定子巻き線に通電される相電流値を各巻き線毎に独立して演算し、各相電流値に相当するＰＷＭデューティ信号を出力するＰＷＭデューティ信号出力手段２２ａと、上記スロットル開度センサ１３の出力により回転子の磁極位置を検出し学習する回転子磁極位置学習手段２２ｂと、上記スロットルバルブ開度と上記回転子磁極位置学習手段２２ｂによる学習値とに基づいて、上記回転子回転角を求める回転角検出手段２２ｄと、上記ＰＷＭデューティ信号出力手段２２ａからのＰＷＭデューティ信号と回転角検出手段２２ｄからの回転子回転角とに基づいて上記ブラシレスモータ１５に電流を供給するモータ駆動手段２３とを備えたものである。
【００１６】
本発明の請求項８に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項７のエンジンの吸入空気量制御装置において、ブラシレスモータ１５をステップ状に駆動することにより回転子磁極位置を学習する回転子磁極位置学習手段２２ｂを備えたものである。
【００１８】
本発明の請求項９に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項７のエンジンの吸入空気量制御装置において、スロットルバルブ開度と回転子磁極位置学習手段２２ｂによる学習値とに基づいて通電固定子巻き線を決定して回転子回転角を求める回転角検出手段２２ｄを備えたものである。
【００１９】
本発明の請求項１０に係るエンジンの吸入空気量制御装置は、請求項７のエンジンの吸入空気量制御装置において、学習した回転子磁極位置から次の回転子磁極位置の間をスロットルバルブ開度センサの出力信号により補間して回転角を求める回転角検出手段２２ｄを備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１〜５によるエンジンの吸入空気量制御装置の構成図である。図１においてエンジン（図示しない）への吸入空気量を調整するスロットルアクチュエータ１０は、吸入空気通路の開口面積を可変するスロットルバルブ１１、このスロットルバルブ１１を支持する回転軸１２、回転軸１２の一方の軸端に設けられ、回転軸１２の回転角（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１３、同じく回転軸１２の他方の軸端にあるスロットルバルブ１１を閉方向に付勢するリターンスプリング１４、スロットルバルブ１１を制御するブラシレスモータ１５、および回転軸１２とブラシレスモータ１５を連結する減速機１６で構成されている。
【００２１】
ブラシレスモータ１５を制御するモータ制御装置２０は、運転者が操作するアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を表すアクセル開度、エンジン回転数、車速など、自動車の各種車両情報を入力として目標スロットル開度θｏを演算する目標開度設定手段２１、スロットル開度センサ１３からの実開度θｒと目標スロットル開度θｏとの開度偏差ΔθからＰＷＭデューティを演算するとともに、スロットル開度センサ１３からモータの通電相を選択する手段等を有するモータ制御手段２２、およびモータ制御手段２２からのＰＷＭデューティを受けてモータ各相に電流を供給するモータ駆動手段２３で構成されている。
【００２２】
図２は、図１中の制御装置２０の回路構成図である。図２において、マイクロコンピュータ２０１は、各種車両情報からスロットルバルブ１１（図１参照）の開度を設定する目標開度設定手段２１と、モータ制御手段２２とから構成されている。モータ制御手段２２は、スロットル開度センサ１３（図１参照）から得られる実際のスロットルバルブ開度と目標開度設定手段２１で設定された目標のスロットルバルブ開度との開度偏差に基づいて、ブラシレスモータ１５（図１参照）各固定子巻き線ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに通電される相電流値を演算し、この演算された相電流値に相当するＰＷＭ（パルス幅変調）デューティ信号を出力するＰＷＭデューティ信号出力手段２２ａと、ブラシレスモータ１５の回転子の磁極位置を検出し学習する回転子磁極位置学習手段２２ｂと、スロットルバルブ開度と回転子磁極位置学習手段２２ｂによる学習値とから通電固定子巻き線を決定する通電固定子巻き線決定手段２２ｃとを備えている。モータ駆動手段２３は、ＰＷＭデューティ信号出力手段２２ａからのＰＷＭデューティ信号と通電固定子巻き線決定手段２２ｃで決定された通電固定子巻き線に対応する通電相選択信号とに基づいて、ブラシレスモータ１５に電流を供給するものであり、上流側駆動段をドライブする論理回路で構成されたドライバ２３ａ、前段スイッチング素子群２３ｃ、最終段スイッチング素子群２３ｄ、そして下流側駆動段をドライブする論理回路で構成されたドライバ２３ｂ、および最終段スイッチング素子群２３ｅを含み構成されている。ブラシレスモータ１５の相であるＡ〜Ｃ相は、最終段スイッチング素子群２３ｄと最終段スイッチング素子群２３ｅを介してバッテリ２４のプラス極とグランド間に接続されている。
【００２３】
次に図１及び図２の構成要素の動作について説明する。モータ制御手段２２は、ＰＷＭデューティ信号出力手段２２ａにより例えば５０％のＰＷＭデューティ信号をモータ駆動手段２３に渡し、通電相をスロットルバルブ１１が開く方向に順次切り換える指示を出す。この操作によりブラシレスモータ１５の回転子はステップ的に各通電相切り換え位置で停止する。この通電相切り換え位置はブラシレスモータ１５の回転子磁極位置に相当するので、以下の説明では回転子磁極位置学習手段２２ｂにより学習される回転子磁極位置を通電相切り換え位置と称することにする。
【００２４】
図３は通電相切り換え位置学習を説明するための図である。３相４極のブラシレスモータ１５を例にしており、電流を流す通電相をＮ（上流側）、Ｓ（下流側）で示している。
通電相切り換え位置未学習時は、最初に通電する相が不明のため、スロットルバルブ全閉位置（リターンスプリング１４によりブラシレスモータ１５の回転子がスロットルバルブ１１の閉方向へ回転しない状態）の状態から順次スロットルバルブ１１が開く方向に通電相を切り換えて（位置３０１〜３０３）、最初にスロットルバルブが開方向に動いて（位置３０６）、スロットル開度が安定した位置３０７を基準とする。（なお、この安定した位置３０７は、マイクロコンピュータ２０１により知ることができる。即ちマイクロコンピュータ２０１は、例えば相を切り換えてからスロットル開度が安定する時間を予め調査することにより、所定時間経過後のスロットル開度センサ１３の信号を読む方法や、相を切り換えてからスロットル開度信号の変位が所定値以内に収まった時のスロットル開度センサの信号を読む方法などにより、位置３０７を知ることができる。）このときの通電相パターンを基準にスロットルバルブ１１が開く方向に順次通電相のパターンを切り換える（位置３０３〜３０５）。全部で６パターンの通電相を３１０に示す。通電相を切り換えて一定時間３０９経過後スロットルバルブ開度が安定した位置３０７，３０８を通電相切り換え位置としてスロットル開度に置き換えて学習する。次に、スロットルバルブ全閉位置から全開位置までを全開方向の通電相切り換え位置として記憶し、スロットルバルブ全開位置から全閉方向に同様に通電相を切り換えて全閉方向の通電相切り換え位置を記憶する。ここで全開方向の通電相切り換え位置と全閉方向の通電相切り換え位置に所定値以上の差があれば学習は失敗と判定し、再度、通電相切り換え位置学習を行う。全開方向の通電相切り換え位置と全閉方向の通電相切り換え位置が所定値以内の差であれば、全開方向の通電相切り換え位置と全閉方向の通電相切り換え位置の平均値を通電相切り換え位置として学習する。
【００２５】
以上述べた通電相切り換え位置学習の過程を図４，図５，図６に示すフローチャートを用いて説明する。まず、スロットルバルブ全閉状態で一定のＰＷＭデューティ信号と通電相のあるパターン信号を出力する（ステップ４０１）。通電相のパターン信号をスロットル開度が変化するまでスロットルバルブが開く方向に切り換える（ステップ４０２，４０３）。スロットルバルブ開度が変化したら全開方向通電相切り換え位置を記憶する（ステップ４０４）。一定時間経過後（ステップ５０１）、安定したスロットルバルブ開度を全開方向通電相切り換え位置として記憶する（ステップ５０２）。この処理をスロットルバルブの全開位置まで通電相を切り換えて行う（ステップ４０５，４０６）。全開位置まで通電相切り換え位置を記憶した後、スロットルバルブ全閉方向の通電相の切り換え位置記憶処理を行う（ステップ４０７）。次に学習失敗判定を行う（ステップ４０８）。全開方向の通電相切り換え位置と全閉方向の通電相切り換え位置を比較する（ステップ６０１）。比較した結果が所定値以上の差がある場合（ステップ６０２）、通電相切り換え位置学習は失敗と判定する（ステップ６０３）。この処理をスロットルバルブ全閉位置まで行う（ステップ４１１）。学習失敗と判定した場合（ステップ４１２）、スロットルバルブ全閉方向に通電相を切り換え、スロットルバルブを全閉位置に戻してから再度、通電相切り換え位置学習を行う。そして、最後に記憶した全開方向と全閉方向の通電相切り換え位置の平均値を通電相切り換え位置として学習する（ステップ４１５）。
【００２６】
通電相切り換え位置学習が終了すると、図１に示すように自動車の各種情報（アクセル開度、エンジン回転数、車速など）に適応した目標スロットル開度θｏと、スロットル開度センサ１３から得られる実開度θｒとの差をとった開度偏差Δθ（＝θｏ−θｒ）がモータ制御手段２２に入力される。モータ制御手段２２は、開度偏差Δθが正の場合は目標開度に対する実際のスロットルバルブ開度が不足しているため、ブラシレスモータ１５の相電流を増加させ、開度偏差Δθが負の場合は目標開度に対して実際のスロットルバルブ開度が過剰としてブラシレスモータ１５の相電流を減少させる制御を行う。開度偏差ΔθからＰＷＭデューティ信号（相電流）を求める演算としてはＰＩＤ制御器がよく用いられる。ＰＩＤ制御器は下記演算式で表せられ、開度偏差Δθがゼロになるように相電流を制御するように働く。
ｄｕｔｙ＝Ｋｐ・Δθ＋Ｋｌ・ΣΔθｄｔ＋Ｋｄ・Δθ／ｄｔ
ｄｕｔｙはＰＩＤ演算されたＰＷＭデューティ信号、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｌは積分ゲイン、Ｋｄは微分ゲインを示す。以上で求められたＰＷＭデューティ信号がマイクロコンピュータ２０１からモータ駆動手段２３に出力される。また、マイクロコンピュータ２０１はスロットルバルブ開度信号の出力と通電相切り換え位置学習値を基に通電相のパターンを判定しモータ駆動手段２３に出力する。モータ駆動手段２３は、通電相切り換え信号を受けたドライバ２３ａとドライバ２３ｂが当該信号に該当するスイッチング素子を駆動し、上流側スイッチング素子群をＰＷＭデューティ信号を用いて駆動することにより所望の相に電流を供給する。
【００２７】
以上説明した実施の形態１によれば、スロットル開度センサの出力によりブラシレスモータの回転子の磁極位置（通電相切り換え位置）を検出し学習する回転子磁極位置学習手段により、ブラシレスモータの固定子巻き線を切り換えるために必要な回転子位置検出器が不要となる。また、ブラシレスモータをステップ状に駆動させ、回転子磁極位置学習手段により、ブラシレスモータの回転子の磁極位置を検出し学習するようにしたので、ブラシレスモータの固定子巻き線を切り換えるために必要な回転子位置検出器が不要となる。また、スロットルバルブ全閉から全開方向での回転子磁極位置（通電相切り換え位置）学習値とスロットルバルブ全開から全閉方向での回転子磁極位置学習値の平均値とを回転子磁極位置として学習する回転子磁極位置学習手段により、回転子磁極位置学習の精度を上げることができる。また、学習失敗と判定した場合、再度、回転子磁極位置（通電相切り換え位置）学習処理を行う回転子磁極位置学習手段により、回転子磁極位置学習の精度を上げることができる。また、スロットルバルブの開方向での学習値と閉方向での学習値が所定値以上差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行う回転子磁極位置学習手段により、回転子磁極位置学習の精度を上げることができる。したがって、安価で制御性に優れたエンジンの吸入空気量制御装置を得ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
本実施の形態２に係るエンジンの吸入空気量制御装置の構成は図１と同様である。本実施の形態２における通電相切り換え位置学習手段（回転子磁極位置学習手段）での学習失敗判定方法について図７，図８に示すフローチャートを用いて説明する。まず、スロットルバルブ全閉状態で一定のＰＷＭデューティ信号と通電相のあるパターン信号を出力する（ステップ７０１）。通電相のパターン信号をスロットル開度が変化するまでスロットルバルブが開く方向に切り換える（ステップ７０２，７０３）。スロットルバルブ開度が変化したら通電相切り換え位置を学習し、それを終えると（ステップ７０４）、学習失敗の判定を行う（ステップ７０５）。学習失敗と判定されると、前回の通電相切り換え位置と今回の通電相切り換え位置との比較を行う（ステップ８０１）。その比較の結果、前回の通電相切り換え位置との差が設定値Ａと設定値Ｂとの間の範囲に入っていれば学習は成功と判定し、範囲外であれば学習は失敗と判定する（ステップ８０３）。上記設定値Ａ，Ｂについてはブラシレスモータの仕様により、３相４極では通電相切り換えの間隔が３０°毎にくるので、例えばＡ＝１０°，Ｂ＝５０°と設定する。学習失敗判定処理は、スロットルバルブ全開位置まで行う（ステップ７０６）。そして学習失敗と判定した場合（ステップ７０８）、スロットルバルブ全閉方向に通電相を切り換え、スロットルバルブを全閉位置まで戻してから再度、通電相切り換え位置学習を行う。学習が成功すると（ステップ７０９）、この処理は終了する。
【００２９】
以上説明したように実施の形態２によれば、回転子磁極位置学習値間隔（通電相切り換え間隔）が所定値以上あるいは所定値以内の差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行う回転子磁極位置学習手段を備えることにより、回転子磁極位置学習の精度を上げることができる。したがって、安価で制御性に優れたエンジンの吸入空気量制御装置を得ることができる。
【００３０】
実施の形態３．
本実施の形態３に係るエンジンの吸入空気量制御装置の構成は図１と同様である。本実施の形態３における通電相切り換え位置学習手段（回転子磁極位置学習手段）での学習失敗判定方法について図９に示すフローチャートを用いて説明する。まず、スロットルバルブ全閉状態で一定のＰＷＭデューティ信号と通電相のあるパターン信号を出力する（ステップ９０１）。通電相のパターン信号をスロットル開度が変化するまでスロットルバルブが開く方向に切り換える（ステップ９０２，９０３）。スロットルバルブ開度が変化したら通電相切り換え位置を学習し、それを終えると（ステップ９０４）、通電相切り換え位置の数をカウントアップする（ステップ９０５）。ステップ９０４，９０５の処理を全開位置になるまで通電パターン信号を切り換えて行う（ステップ９０６，９０７）。全開位置に達したら、通電相切り換え位置のカウント数と設定値とを比較する（ステップ９０８）。通電相切り換え位置のカウント数が設定値と同数でなければ学習失敗と判定する（ステップ９０９）。同数であれば、スロットルバルブを全閉位置まで戻すためにカウントをクリアする（ステップ９１０，９１１）。学習が成功すると（ステップ９１２）、この処理は終了する。なお、ステップ９０８における設定値については、ブラシレスモータ、減速機、スロットルアクチュエータの仕様により、スロットルバルブ全閉位置から全開位置まで通電相切り換えの数を設定値とする。
【００３１】
以上説明したように実施の形態３によれば、スロットルバルブ全閉から全開までの間の学習した回転子磁極位置（通電相切り換え位置）の数が設定値と合致しない場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理（通電相切り換え位置学習処理）を行う回転子磁極位置学習手段を備えたので、回転子磁極位置学習の精度を上げることができる。したがって、安価で制御性に優れたエンジンの吸入空気量制御装置を得ることができる。
【００３２】
実施の形態４．
まず、本実施の形態４に関係する３相通電方式について図１０に示すタイミングチャートを用いて説明する。図１０において、ブラシレスモータの固定子巻き線が励磁され、その回転子が回転することによって回転子が各固定子巻き線による正弦波の磁束密度Φと交差するときに、各相（各固定子巻き線）に磁束密度Φと同位相で相似な正弦波電流Ｉｓを供給すると、このときの通電による各相の発生トルクＴｓは、次式で表せる。
Ｔｓ＝ｋ・Φ・Ｉｓ（ｋは定数）
ブラシレスモータの回転子トルクは、各相Ａ〜Ｃの発生トルクＴｓの合成トルクで表せられ、理論上は回転子回転角に対してトルクリップルのない出力トルクが得られる。このような通電方式を３相通電方式と呼ぶが、一般に、各相への通電電流を回転子回転角に対して正弦波で変化させる必要があるために回転子回転角を精密に検出しなければならない。通電相切り換え位置学習とスロットルバルブ開度センサの信号を用いて３相通電方式を現実にしたのが本実施の形態４であり、以下に図１０，図１１を用いて説明する。ここでは前述の実施の形態１で説明した部分との相違点のみ説明する。
【００３３】
モータ制御手段２２Ａからは、偏差Δθおよびスロットル開度センサから演算されたＰＷＭデューティ信号および通電相選択信号が出力されて、モータ駆動手段２３Ａへ伝達される。モータ制御手段２２Ａ中には、回転角検出手段２２ｄが備えられている。モータ駆動手段２３Ａには、上流側駆動段をドライブするＡＮＤ論理群２３ｈ、下流側駆動段をドライブするＡＮＤ論理群２３ｉ、およびＡＮＤ論理群２３ｈおよび２３ｉの通電相選択信号１〜３に並列に反転論理群２３ｊが備えられている。ＰＷＭデューティ信号は、ＡＮＤ論理群２３ｈに独立して入力される。また、ＰＷＭデューティおよび回転子回転角の関係は下式で表せる。
ＰＷＭデューティ１＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２γ
ＰＷＭデューティ２＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ−６０°）
ＰＷＭデューティ３＝ＰＷＭデューティ×ｓｉｎ２（γ＋６０°）
γは回転子回転角を示す。
また、通電相選択信号もγの関数で表せる。
通電相選択信号（１、２、３）＝ｆ（γ）
【００３４】
次に動作を説明する。まず、通電相切り換え位置学習を行う。実施の形態１での説明とはほぼ同様であるが、図１１で示すような回路構成では、電流を流す相のＰＷＭデューティ信号のみ出力し、通電相の切り換えパターンは上流側駆動段をＯＮする場合と未通電の相にはｌｏｗ、下流側駆動段をＯＮする場合はｈｉｇｈと出力することにより２相通電を行う。学習方式は実施の形態１での説明と同様である。実施の形態１で説明したように、モータ制御手段２２Ａは、回転子磁極位置学習手段（通電相切り換え位置学習手段）２２ｂにより学習された通電相切り換え位置と、スロットル開度センサからの信号とにより通電相を選択し、モータ駆動手段２３Ａへ出力する。また、上記ＰＷＭデューティ１〜３を演算しモータ駆動手段２３Ａへ出力する。例えば、図１０の▲１▼点では、Ａ相とＣ相からＢ相に電流を流し、▲２▼点ではＡ相からＢ相とＣ相に電流を流すように通電相選択信号を出力する。しかし、ＰＷＭデューティを計算するために必要な回転子回転角が通電相切り換え位置学習値以外では分からないため、通電相切り換え位置学習値間をスロットル開度センサからの実開度θｒと減速機１６のギヤ比εから求めたモータ回転角γを用いて制御する。
γ＝ε×θｒ
εは減速機１６のギヤ比を示す。
上式より、通電相切り換え位置からスロットル開度の変化量でモータ回転角を求めることができ、実際の通電相切り換え点での通電相切り換えを行うことができ、電流を正弦波状に流すためのＰＷＭデューティ１〜３を求めることができる。
【００３５】
以上説明したように実施の形態４によれば、ブラシレスモータの回転子の回転角を求める回転角検出手段を備えたので、高精度な位置検出器を必要とせず、通電を行う固定子巻き線を切り換えるときに生じるブラシレスモータの急激なトルク変動を防止することができる。したがって、安価で制御性に優れたエンジンの吸入空気量制御装置を得ることができる。
【００３６】
実施の形態５．
図１２は、実施の形態５に係るマイクロコンピュータとモータ駆動手段の回路構成図である。図１２の回路構成のように２相通電が行えない場合には３相通電により通電相切り換え位置学習を行う方法もある。実施の形態１で説明した方法とほぼ同じであるが、図１３で示すように通電相パターンが２相から３相通に変わる。通電相切り換え位置学習の動作については、実施の形態１で説明したとおりである。ただし、図１４で示すように通電相切り換え位置学習値１４０１と実際の通電相切り換え位置１４０２では回転子回転角で１５°ずれている。例えば、図１０の▲１▼点では、Ａ相とＣ相からＢ相に電流を流し、▲２▼点ではＡ相からＢ相とＣ相に電流を流すように通電相選択信号を出力する。しかし、実際の通電相切り換え位置や、ＰＷＭデューティを計算するために必要な回転子回転角が通電相切り換え位置学習値以外では分からないため、通電相切り換え位置学習値間をスロットル開度センサからの実開度θｒと減速機１６のギヤ比εから求めたモータ回転角γを用いて制御する。
γ＝ε×θｒ
εは減速機のギヤ比を示す。
上式より、通電相切り換え位置からスロットル開度の変化量でモータ回転角を求めることができ、実際の通電相切り換え点での通電相切り換えを行うことができ、電流を正弦波状に流すためのＰＷＭデューティ１〜３を求めることができる。
【００３７】
以上説明したように実施の形態５によれば、学習した通電相切り換え位置から次の通電相切り換え位置の間をスロットルバルブ開度センサの出力信号により補間して回転角を求めることにより、安価なシステムで、通電を行う固定子巻き線を切り換えるときに生じるブラシレスモータの急激なトルク変動を防止することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、回転子磁極位置学習手段を備えたことにより、固定子巻き線を切り換えるために必要な回転子位置検出器を不要とし、安価で制御性の優れたエンジンの吸入空気量制御装置が得られるという効果がある。
【００４０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明のブラシレスモータをステップ状に駆動することにより回転子磁極位置を学習する回転子磁極位置学習手段を備えたことにより、固定子巻き線を切り換えるために必要な回転子位置検出器を不要とし安価なエンジンの吸入空気量制御装置が得られるという効果がある。
【００４１】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の回転子磁極位置学習手段は、スロットルバルブ全閉から全開方向での回転子磁極位置学習値とスロットルバルブ全開から全閉方向での回転子磁極位置学習値の平均値を回転子磁極位置として学習することにより、回転子磁極位置学習の精度を上げることができ、制御性を向上させることができるという効果がある。
【００４３】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明の回転子磁極位置学習手段は、スロットルバルブの開方向での学習値と閉方向での学習値が所定値以上差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行うことにより、回転子磁極位置学習の精度を上げることができ、制御性を向上させることができるという効果がある。
【００４４】
請求項５の発明によれば、請求項１の発明の回転子磁極位置学習手段は、回転子磁極位置学習値間隔が所定値以上あるいは所定値以内の差がある場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行うことにより、回転子磁極位置学習の精度を上げることができ、制御性を向上させることができるという効果がある。
【００４５】
請求項６の発明によれば、請求項１の発明の回転子磁極位置学習手段は、スロットルバルブ全閉から全開までの間の回転子磁極位置の数が設定値と合致しない場合は学習失敗と判定し、再度、回転子磁極位置学習処理を行うことにより、回転子磁極位置学習の精度を上げることができ、制御性を向上させることができるという効果がある。
【００４６】
請求項７の発明によれば、スロットル開度センサから得られる実際のスロットルバルブ開度と目標開度設定手段で設定された目標のスロットルバルブ開度との開度偏差に基づいて上記各固定子巻き線に通電される相電流値を各巻き線毎に独立して演算し、各相電流値に相当するＰＷＭデューティ信号を出力するＰＷＭデューティ信号出力手段と、上記スロットル開度センサの出力により回転子の磁極位置を検出し学習する回転子磁極位置学習手段と、上記スロットルバルブ開度と上記回転子磁極位置学習手段による学習値から通電固定子巻き線を決定し、上記回転子回転角を求める回転角検出手段と、上記ＰＷＭデューティ信号出力手段からのＰＷＭデューティ信号と回転角検出手段からの回転子回転角とに基づいて上記ブラシレスモータに電流を供給するモータ駆動手段とを備えたことにより、安価なシステムで通電を行う固定子巻き線を切り換えるときに生じるブラシレスモータの急激なトルク変動を防止することができるという効果がある。
【００４８】
請求項８の発明によれば、請求項７の発明において、ブラシレスモータをステップ状に駆動させ、回転子磁極位置学習手段で回転子磁極位置を学習することで固定子巻き線を切り換えるために必要な回転子位置検出器を不要とし、安価なエンジンの吸入空気量制御装置が得られるという効果がある。
【００５０】
請求項９の発明によれば、請求項７の発明の回転角検出手段は、スロットルバルブ開度と回転子磁極位置学習手段による学習値とに基づいて通電固定子巻き線を決定して回転子回転角を求めるようにしたので、請求項７の発明の効果を達成できる。
【００５１】
請求項１０の発明によれば、請求項７の発明において、学習した回転子磁極位置から次の回転子磁極位置の間を上記スロットルバルブ開度センサの出力信号により補間して回転角を求めることにより、安価なシステムで通電を行う固定子巻き線を切り換えるときに生じるブラシレスモータの急激なトルク変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１〜５に係るエンジンの吸入空気量制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における制御装置の回路構成図である。
【図３】実施の形態１における通電相切り換え位置学習の説明図である。
【図４】実施の形態１における通電相切り換え位置学習の処理を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１における通電相切り換え位置学習の処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１における通電相切り換え位置学習失敗判定の処理を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２における通電相切り換え位置学習失敗判定の処理を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２における通電相切り換え位置学習失敗判定の処理を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３における通電相切り換え位置学習失敗判定の処理を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態４における通電方式の動作原理図である。
【図１１】実施の形態４における制御装置の回路構成図である。
【図１２】実施の形態５における制御装置の回路構成図である。
【図１３】実施の形態５における通電相切り換え位置学習の説明図である。
【図１４】実施の形態５における通電方式の動作原理図である。
【符号の説明】
１０  スロットルアクチュエータ、１１  スロットルバルブ、１２  回転軸、
１３  スロットル開度センサ、１４  リターンスプリング、
１５  ブラシレスモータ、１６  減速機、２０  モータ制御装置、
２１  目標開度設定手段、２２  モータ制御手段、  ２２ａ  ＰＷＭデューティ信号出力手段、２２ｂ  回転子磁極位置学習手段、２２ｃ  通電固定子巻き線決定手段、２２ｄ  回転角検出手段、２３，２３Ａ，２３Ｂ  モータ駆動手段、
２３ａ，２３ｂ  ドライバ、２３ｃ  前段スイッチング素子群、
２３ｄ，２３ｅ  最終段スイッチング素子群、２３ｈ，２３ｉ  ＡＮＤ論理群、
２３ｊ  反転論理群、２０１，２０１Ａ，２０２Ａ  マイクロコンピュータ。
【図１】
0003543896.tif 000002
【図２】
0003543896.tif 000003
【図３】
0003543896.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】
0003543896.tif 000009
【図９】
0003543896.tif 000010
【図１０】
0003543896.tif 000011
【図１１】
0003543896.tif 000012
【図１２】
0003543896.tif 000013
【図１３】
0003543896.tif 000014
【図１４】
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