(57)【要約】      （修正有）【課題】アクチュエータの損傷や疲労を低減する。【解決手段】第１の制御計画では、アクチュエータがストッパへ向けて駆動している場合のソフト停止制御方法を使用する。アクチュエータ制御システムは、アクチュエータがストッパに近づいたことを検出する。制御計画は、アクチュエータの動きがストッパに到達する前に減速されることで成し遂げられ、アクチュエータは不意にストッパを強打しない。本発明の他の制御計画では、アクチュエータが推奨される動作範囲を超えて動作しているかどうか判断するために、アクチュエータを通って流れる電流の積算値を監視し計算するアクチュエータ制御システムを用いる。この計画は、過熱による損傷を防ぎながら、アクチュエータの動作を最高にするのに役立つ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御方法であって、
入力部及び出力部を有する回路を配設し、
前記入力部と出力部との間の前記回路内に、所定の時間にわたって変動する値を持つ第１の特性を与え、
前記第１の特性の流れを制御し、１又はそれ以上の制限基準値を有する制御器を配設し、
前記制御器を用いて前記第１の特性値を検出し（１２，１１２）、
与えられた時間における前記値に対応するそれぞれの信号の範囲を生成し（１２，１１４）、
前記信号値の範囲から値を計算し（１２，１１６）、
前記値を前記１又はそれ以上の制限基準値と比較する、
ステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記値が前記１又はそれ以上の制限基準値を超えた場合に、前記第１の特性が前記回路を通って流れるのを遮断するステップ（２０，１２２）を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定のアルゴリズムが前記制御器内に符号化され、前記アルゴリズムは前記検出ステップ、生成ステップ（１２，１１４）、計算ステップ（１２，１１６）、比較ステップ（１４，１１８）及び遮断ステップ（２０，１２２）を制御することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記値が前記１又はそれ以上の制限基準値を超えた場合、前記第１の特性の値を下方へ調整するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記制御器は、前記第１の特性の値を検出し、前記値を計算してそれらを前記１又はそれ以上の電流制限基準値と比較する制御部に前記信号の範囲を伝達するセンサ部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記センサは、前記第１の特性に対する値を判断するために他のセンサからの値を用いる仮想センサであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記入力部は電源供給部であり、前記出力部は電気モータであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の特性は、電流、電圧、抵抗、容量、ダルトン、ジュール、ワット、或いはニュートンからなるグループの何れか１つであり、その値は前記第１の特性の単位値であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
平均モータ電流保護機能を提供するための方法であって、
電源供給部に接続された入力部とモータに接続された出力部を有する回路を配設し、
前記入力部と出力部との間の回路を通って流れ、時間変化する電流値を有する第１の特性を与え、
前記回路に接続されるセンサを配設し、
前記センサに接続され、１又はそれ以上の制限基準値を前記制御器内に符号化している制御器を配設し、
前記センサを用いて前記第１の特性の値を検出し（１１２）、
ある時点の前記値に対応する信号値の範囲を生成し（１１４）、
前記信号値の範囲を前記制御器に伝達し（１１４）、
前記信号値の範囲から積算値を計算し（１１６）、
前記積算値を前記１又はそれ以上の制限基準値と比較する（１２０）、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記積算値が前記１又はそれ以上の制限基準値を超えた場合に、前記第１の特性が前記回路を通って流れるのを遮断するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
所定のアルゴリズムが前記制御器内に符号化され、前記アルゴリズムは前記検出ステップ、生成ステップ、計算ステップ、比較ステップ及び遮断ステップを制御することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記積算値が前記１又はそれ以上の制限基準値を超えた場合、前記第１の特性の値を下方へ調整するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記制御器は、前記第１の特性の値を検出し、前記積算値を計算してそれらを前記１又はそれ以上の電流制限基準値と比較する制御部に前記信号の範囲を伝達するセンサ部を備えていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記入力部は電源供給部であり、前記出力部は電気モータであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の特性は、電流、電圧、抵抗、容量、ダルトン、ジュール、ワット、或いはニュートンからなるグループの何れか１つであり、その値は前記第１の特性の単位値であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサは、前記第１の特性に対する値を判断するために他のセンサからの値を用いる仮想センサであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
機械的装置を制御する制御システムのためのソフト停止を提供する方法であって、
１又はそれ以上のストッパによって画定される動作範囲を有する機械的装置を配設し、
前記機械的装置を制御し、センサを備えている制御装置を配設し、
前記制御装置内に符号化された制御アルゴリズムを配設し、
センサを用いて前記動作範囲内の前記機械的装置の位置を常時検出し（１２）、前記位置を前記制御器に伝達し、
前記制御器を用いて前記機械的装置の速度と位置を制御し（１６）、
前記機械的装置が第１の速度で前記１又はそれ以上のストッパに向かって駆動されるように前記制御器に符号化された制御アルゴリズムを実行し、前記機械的装置が前記１又はそれ以上のストッパから所定距離に達した場合に、前記機械的装置が前記１又はそれ以上のストッパに接触するまで前記第１の速度より遅い第２の速度で駆動される、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記１又はそれ以上のストッパは、前記動作範囲の第１端部にある第１ストッパと、前記動作範囲の第２端部にある第２ストッパとを備えていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１ストッパと第２ストッパとの間に配置された１又はそれ以上の中間ストッパを更に備えていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御アルゴリズムは、前記機械的装置が前記１又はそれ以上の中間ストッパの何れかに向かって駆動された場合に実行されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の速度で前記機械的装置を第２の方向に向けて駆動し（１０）、
前記機械的装置が前記１又はそれ以上のストッパに向かって第１の速度で駆動されるように前記制御器内に符号化された制御アルゴリズムを実行し（２０）、前記機械的装置が前記１又はそれ以上のストッパから所定距離に達した場合に前記機械的装置が前記第１の速度より遅い第２の速度で駆動される、
ステップを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記センサは、前記制御器における位置に対する値を決定するために他のセンサからの値を使用する仮想センサであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してアクチュエータ位置制御システムに係り、特に、モータ過熱防止制御又はソフト停止アルゴリズム制御を有することから利益を受けるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野において、様々なエンジンパラメータを制御するための電子制御アクチュエータを用いる多くのシステムがある。例えば、排気ガス再循環弁（ＥＧＲ）に関しては、エンジンサイクルを通して様々な機会に再循環弁を開閉するのに、しばしばモータ駆動のアクチュエータが使用される。ターボシステムを備えた自動車においては、ターボ弁の作動を制御するためにモータ駆動のアクチュエータが使用され、これによりターボロータを回転させる。アクチュエータは変速システムなどの他のシステムでも用いられ、そこではソレノイドのようなアクチュエータが変速システムに対して液圧流体の流れを制御するために使用される。モータ駆動のアクチュエータは、手動及び自動変速機の両方において、ギヤの変速を制御するためのギヤ変速システムで使用される。より最近では、スロットル本体を制御する従来からの機械的手段を置き換えるために、電子スロットル制御アクチュエータを組み込む傾向がある。電子スロットル制御システムは、アクセルペダルの位置に対するスロットル本体の位置を制御するために、電子アクチュエータを使用する。上記システムの全ては、装置が動作している間の過熱や機械的ストッパの急激な強打のような原因によって生じる、それぞれの電子アクチュエータの損傷及び過度の疲労から、アクチュエータを保護するという共通の要求を抱えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、これらのアクチュエータそれぞれのために、モータの行き過ぎた使用を避けることによって、モータの疲労や損傷を低減することができる制御システムが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、入力部と出力部とを有し、その間の回路を通って流れる第１の特性を伴う回路の状況を監視することにより、アクチュエータを保護する方法に向けたものである。ここで、第１の特性とは、電流、電圧、抵抗、容量、ダルトン、ジュール、ワット、或いはニュートンからなるグループの何れか１つと定義され、その値は第１の特性の単位値である。第１の特性は、所定時間にわたって変化する値をとる。回路は、１又はそれ以上の制限基準値或いは目標値に応じて第１の特性の流れを制御する制御器も有している。回路は、制御器を用いて第１の特性の値を検出し関しすることによって動作する。制御器は、与えられた時間で第１の特性の値に対応するそれぞれの信号値の範囲を生成する。それから制御器は、信号値の範囲から積算値を計算する。積算値は、モータが過熱して損傷を受けるかどうかの何れかの所定制限をモータが超えたかどうかを判断するために、１又はそれ以上の制限基準値又は目標値と比較される。積算値が高すぎると判断された場合には、冷却低制限基準値をもつ制御アルゴリズムが起動される。制御器は、積算値が冷却低制限基準値と等しいか或いはそれより下がるまで、所定時間モータを通って流れる電流の量を低減する。一旦これが生じると、システムは自身を初期化し、制限基準値は高い値に戻り、制御器は最早モータを通って流れる電流量を抑制しない。
【０００５】
本発明の更なる応用範囲は以下に記載された詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明及び具体的な例は本発明の望ましい実施形態を示しているが、これは例示の目的としようとするに過ぎず、本発明の範囲を制限しようとするものでないことは理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるであろう。
望ましい実施形態に関する以下の説明は、本質的に単に例示であり、本発明及びその応用及び用途を限定しようとするものではない。
【０００７】
本実施形態は、電子スロットル制御アクチュエータと共に、ここに記載される制御アルゴリズムを用いて説明するが、どんな形式のアクチュエータについても、ソフト停止(soft stop)及びモータ過熱防止の両方のための制御アルゴリズムを組み込むことは、本発明の範囲の範囲内である。例えば、自動車分野において、ここに記載される制御アルゴリズムは、変速機、ギヤ変速、排気ガス再循環システム及び加給システムで使用されるアクチュエータを保護するために使用できる。上記システムの全ては、交流及び直流モータの両方を含み、特に限定するものでは無いが、ブラシ及びブラシレス直流モータの両方を含むことができ、また、サーボモータ、ソレノイド及びトルクモータをなどのアクチュエータを組み込んでいる。上記アクチュエータの全ては、アクチュエータの動きによって制御される機械的構成要素で連結されている。
【０００８】
図１は、機械的スロットル制御装置のソフト停止制御をするための制御アルゴリズムのフローチャートを示す。機械的スロットル制御装置は一般的に、スロットル本体のオリフィス内に回転自在に配置されたバタフライ弁を備えたスロットル本体を有している。バタフライ弁は、スロットル軸の回転と共に回転する。弁本体には一般的に、スロットル軸が360°回転するのを防ぐために設けられた２つの機械的ストッパがある。これらの機械的ストッパは、バタフライ弁がスロットル本体内の開口を完全に覆う閉鎖位置から、このバタフライ弁の完全閉鎖位置に対してバタフライ弁が概ね直角な面に動く完全開放位置まで、バタフライ弁部が動くことを可能にする。
【０００９】
完全閉鎖位置には、バタフライ弁が完全閉鎖位置を超えて回転するのを防ぐ第１の機械的ストッパと、バタフライ弁が完全開放位置を超えて回転するのを防ぐ第２の機械的ストッパとが備えられている。本発明が取り組む課題の一つは、スロットル弁の構成要素が、制御構成要素に損傷を与えるような高速度で第１又は第２機械的ストッパを強打するのを防ぐことである。ＥＴＣ(electronic throttle control)設定において、非機械的手段を用いて、スロットル弁の部分が機械的ストッパに激しく接触したり、強打したりするのを防ぐことが必要となる。
【００１０】
本発明の実施形態は、スロットル弁の位置を検出し、スロットル弁の移動範囲にわたる速度を制御するための制御アルゴリズムを用いる方法を開示する。さて、図１を参照すると、第１のステップ１０がある。第１のステップでは、機械的装置を機械的ストッパへ向けて駆動する。機械的ストッパは、第１ストッパ（バルブが完全閉鎖位置）或いは第２ストッパ（バルブが完全開放位置）のどちらかである。第１のステップ１０の間、スロットル弁は通常の動作及び通常の動作速度で駆動される。
【００１１】
図１の第２のステップ１２では、機械的装置の位置（スロットル弁位置）を検出し、その位置を現在位置信号に変換する。弁プレートの位置を検出するために、センサがスロットル本体と共に用いられる。センサの形式としては、ホール効果センサ、誘導センサ(induction sensor)のほか、接触式或いは非接触式の他のセンサを含む。センサは、現在位置信号と呼ばれる信号の値を、バタフライ弁プレートの位置に割り当てることによって、変換するように機能する。現在位置信号は比較器に伝達される。
【００１２】
第３のステップ１４では、現在位置信号が基準値と比較される。比較器は、機械的ストッパ位置を示す信号値を表す予めプログラムされた基準値を含む参照表を有している。
現在位置信号が基準値と比較された場合、比較器は方法の第４のステップ１６を実行し、ここで比較器は現在位置信号が機械的ストッパに対して基準値の所定の範囲内か或いはそれ以外かを判断する。もし現在位置が基準値の所定範囲内にない場合、システムは第５ステップ１８を実行し、そこではスロットル制御弁が通常の速度で装置の通常の動作を続け、第１〜第４ステップ１０，１２，１４，１６を繰り返す。
【００１３】
第４ステップ１６で現在位置信号が基準信号値の所定範囲内にあると判断された場合、第６ステップ２０が実行され、機械的装置がストッパに接触するに先立って低速度で動作するように、制御器内の制御アルゴリズムが起動する。一旦スロットル弁が反対方向に動いた場合、第７ステップ２２でスロットル弁を通常動作に戻し、スロットル弁を機械的ストッパから離れる方向に駆動する。システムは、それ自身を初期化し、システムが機械的装置の位置の検出を始めるように、第２ステップ１２を実行する。
【００１４】
下の表は、本発明のソフト停止制御を実行するための可能な１つのアルゴリズムを概説する例示のアルゴリズムコードと変数表である。
変数
【００１５】
【表１】
2006077768.tif 000003
【００１６】
一般的なアルゴリズム設計
【００１７】
【数１】
2006077768.tif 000004
【００１８】
図２は、電子スロットル制御システムにおけるモータの過熱を防止するための制御アルゴリズムに対するフローチャートを示す。第１ステップ１１０は、弁を開位置及び閉位置の間で駆動するためにモータへ電流を導く工程を含んでいる。
【００１９】
第２ステップ１１２は、モータ即ち位置制御アクチュエータを通って流れる電流の量を常時検出するために、モータに接続されたセンサを用いる。センサは、所望の時間でモータを通って流れる電流を表示する信号値の範囲(range)を生成する第３ステップ１１４も実行する。
【００２０】
信号値の範囲は比較器に送られ、第３ステップ１１４でセンサによって生成された信号値の範囲の積算値を計算する第４ステップ１１６が実行される。比較器は、モータの動作閾値を示す積算値である基準値を制限するために、積算値を比較する第５ステップ１１８も実行する。制限基準値は、モータが過熱し始め損傷を受けるまでにモータが発揮できる仕事量を示している。制限基準値と積算値はどのような値もとれるが、この値はゼロの値も保持できることが企図されている。制限基準値は、モータの閾値よりも低いレベルにも設定できる。例えば、ここに記載される方法は、制限基準値が「冷却」制限基準値を取ることができることを明確にし、「冷却」制限基準値は設定した時間の間にモータを通って流れる電流の量を制限するのに使用され、同時にモータを冷却して潜在的な過熱状況から復帰させる。
【００２１】
そして、比較器は試験をして、そして積算値が制限基準値を越えているかどうか判断する第６ステップ１２０を実行する。積算値が制限基準値を越えていない場合、第１〜第６ステップ１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０が繰り返される。積算値が第５ステップ１１８で得られた制限基準値を超えた場合、制御器は第７ステップ１２２を実行する。第７ステップ１２２において、制御器は制限基準値を低い「冷却」制限基準値に設定する制御アルゴリズムを起動する。同時に制御器は、積算値が低下して低い「冷却」制限基準値と等しいかそれより低くなるまで、所定時間の間モータを通って流れる電流の量を低減する。この工程は、第５ステップ１１８で得られた制限基準値によって設定された閾値を超えて電流が流れ続けた場合にモータが受ける損傷からモータを保護すると共に、低い容量で継続的にアクチュエータを動作させる。尚、第５ステップ１１８における制限基準値と、第７ステップ１２２における低い「冷却」制限基準値と、第４ステップ１１６で計算される積算値は、ゼロの値を含む何れの形式の値もとれる。一旦設定された冷却期間が破棄されると、制御アルゴリズムはそれ自身を初期化し、システムは第１ステップ１１０で始まり上記図２に記載した工程を繰り返す。
【００２２】
尚、図１及び図２に示す方法は両方とも、それぞれ第２ステップ１２，１１２を有し、各ステップはアクチュエータを通って流れる電流を検出することによって動作するセンサ装置の使用について記載している。ここに記載されている両方の方法は、他のパラメータに基づいて仮想的にアクチュエータ位置とモータ過熱を判断することにより、実行可能となる。仮想検出システムの使用は、システム障害があった場合に役に立つ。例えば、システム障害は、センサが故障して最早スロットルプレート位置やモータへ印加される電圧値を検出することができない場合にのみ生じる。仮想システムは、制御器を動作させるために他のセンサからのデータを使ってバックアップとして作用する。例えば、スロットル位置はモータ過熱センサを使って判断され、このセンサはモータを通って流れる電流の方向と時間を提示することができる。こうして、スロットルプレート位置はこれらのパラメータによって推測される。モータ過熱防止制御方法に関しては、データは、システム（即ち、モータ）を流れる電流の時間と量をスロットルの位置に基づいて提示するスロットル位置センサから入力される。上記した仮想システムの両方は、ほかの情報源から入力されるデータを用いて、第２ステップ１２及び／又は第２ステップ１１２で位置アクチュエータを通って流れる電流の量を判断し、機械的装置の位置を推定する。上記した仮想システムはデータを生成するために具体的にスロットル位置及びモータ過熱センサを用いることに着目しているが、ここで説明する方法で使用されるデータを推測するために、自動車内で使用される如何なるセンサを使用するものも、本発明の範囲内である。
【００２３】
下表は、例示のアルゴリズムコードと変数表であり、これらは本発明の電流制限の実施形態を実行するための１つの可能なアルゴリズムの概要である。
変数
【００２４】
【表２】
2006077768.tif 000005
【００２５】
一般的なアルゴリズム設計
【００２６】
【数２】
2006077768.tif 000006
【００２７】
本発明の説明は本質的に単なる例示であり、従って、本発明の要旨から逸脱しない変形例は本発明の範囲内である。そのような変形例は、本発明の思想及び範囲から逸脱するものと考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ソフト停止制御アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。
【図２】モータの過熱防止制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図１】
2006077768.tif 000007
【図２】
2006077768.tif 000008