(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル開度センサで検出されたアクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度信号と、スロットル弁開度センサからのスロットル弁の開度信号との偏差が無くなるように、スロットル弁を開閉駆動するモータに対して比例、積分、微分制御によるフィードバック制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置であって、
前記アクセル開度信号を第１の周期毎に読み込んでスロットル弁開度の指令値を設定する指令値設定手段と、
この指令値に基づいて前記スロットル弁の第１の開閉速度を設定するスロットル弁の第１の開閉速度設定手段と、
前記スロットル弁の開度信号を、前記第１の周期より短い第２の周期毎に現在のスロットル弁開度として読み込むスロットル弁開度の読込手段と、
現在のスロットル弁開度が前記指令値よりも小さな所定開度に達するまでは、前記スロットル弁の第１の開閉速度に応じて前記第２の周期後の第１の予測スロットル弁開度を算出する第１のスロットル弁開度予測手段と、
前記第１の予測スロットル弁開度に応じて、前記モータの駆動力を決定する第１のスロットル弁の開閉駆動手段と、
前記現在のスロットル弁開度が初めて前記所定開度以上になった時に、前記スロットル弁の第１の開閉速度に応じて、これよりも遅い第２の開閉速度を設定するスロットル弁の第２の開閉速度設定手段と、
前記現在のスロットル弁開度が前記所定開度以上の時に、前記スロットル弁の第２の開閉速度に応じて、前記第２の周期後の第２の予測スロットル弁開度を算出する第２のスロットル弁開度予測手段、及び、
前記第２の予測スロットル弁開度に応じて前記モータの駆動力を決定し、前記スロットル弁を前記指令値まで開閉駆動する第２のスロットル弁の開閉駆動手段と、を備えることを特徴とする電子制御スロットル弁の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子制御スロットル弁の制御装置であって、前記第１及び第２のスロットル弁の開閉駆動手段は、前記第１及び第２の予測スロットル弁開度に応じて前記モータへの供給電力のデューティ比を算出し、算出した供給電力のデューティ比によって、前記モータを駆動することを特徴とする電子制御スロットル弁の制御装置。
【請求項３】
アクセル開度センサで検出されたアクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度信号と、スロットル弁開度センサからのスロットル弁の開度信号との偏差が無くなるように、スロットル弁を開閉駆動するモータに対して比例、積分、微分制御によるフィードバック制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置であって、
前記アクセル開度信号を第１の周期毎に読み込んでスロットル弁開度の指令値を設定する指令値設定手段と、
この指令値に基づいて前記スロットル弁の第１の開閉速度を設定するスロットル弁の第１の開閉速度設定手段と、
前記スロットル弁の開度信号を、前記第１の周期より短い第２の周期毎に現在のスロットル弁開度として読み込むスロットル弁開度の読込手段と、
前記スロットル弁の第１の開閉速度に応じて前記第２の周期後の第１の予測スロットル弁開度を算出する第１のスロットル弁開度予測手段と、
前記第１の予測スロットル弁開度に応じて、前記モータの駆動力を決定するスロットル弁の開閉駆動手段と、
前記現在のスロットル弁開度が、初めて前記指令値よりも小さな所定開度以上になった時に、前記スロットル弁の第１の開閉速度に応じて、これよりも遅い第２の開閉速度を設定するスロットル弁の第２の開閉速度設定手段と、
前記現在のスロットル弁開度が前記所定開度以上の時に、前記スロットル弁の第２の開閉速度に応じて、前記第２の周期後の第２の予測スロットル弁開度を算出する第２のスロットル弁開度予測手段、及び、
前記第１の予測スロットル弁開度と前記第２の予測スロットル弁開度との差分を算出し、前記スロットル弁の開閉駆動手段による前記モータの駆動力を、この差分により補正して、前記スロットル弁を前記指令値まで開閉駆動するスロットル弁の開閉駆動補正手段と、を備えることを特徴とする電子制御スロットル弁の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子制御スロットル弁の制御装置であって、前記スロットル弁の開閉駆動手段は前記第１の予測スロットル弁開度に応じて前記モータへの供給電力のデューティ比を算出し、前記現在のスロットル弁開度が、前記所定開度までは算出した供給電力のデューティ比によって、前記所定開度以上の時は算出した供給電力のデューティ比を前記差分で補正した値によって、前記モータを駆動することを特徴とする電子制御スロットル弁の制御装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の電子制御スロットル弁の制御装置であって、前記第１と第２の開閉速度を、スロットルモータの状態、バッテリ電圧、或いは周囲温度によって補正する開閉速度補正手段を更に備えることを特徴とする電子制御スロットル弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子制御スロットル弁の制御装置に関し、特に、アクセルペダルとスロットル弁とが機械的に結合していない電子制御スロットル弁におけるスロットル弁の応答性を速くした制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載された内燃機関の回転数の制御は、運転席の足元に設置されたアクセルペダルの踏込量によって行われていた。即ち、従来の内燃機関には、その吸気通路にこのアクセルペダルにワイヤで接続されたスロットル弁があり、アクセルペダルが踏み込まれると、ワイヤを介してこのスロットル弁の開度が大きくなって内燃機関への吸入空気量が増し、これに伴って燃料量も増えるので機関回転数が増大するようになっている。
【０００３】
一方、近年、コンピュータの発達に伴い、内燃機関の回転数を電子的に最適に制御しようとする電子制御式の内燃機関が実用化されている。このような内燃機関の電子制御化としては、例えば、燃料噴射量制御、点火時期制御、吸排気弁の開弁時期の制御等が先行しており、これらに遅れてスロットル弁の電子制御も実用段階に入っている。
【０００４】
現在、実用化されている電子制御スロットル弁装置２０の構成を図１に示す。電子制御スロットル弁装置２０には、図示しないアクセルペダルにワイヤで接続されるスロットルレバー１６と、このスロットルレバー１６に内蔵され、アクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５と、このアクセル開度センサ１５のアクセル開度の検出値が入力されるエンジン・コントロール・ユニット（以後ＥＣＵという）１０と、ＥＣＵ１０の出力に応じて内燃機関の吸気通路２に設けられたスロットル弁３を開閉駆動するスロットルモータ４と、スロットル弁３の開度を検出するスロットル開度センサ５と、退避走行用レバー１７と、スロットル弁３のリターンスプリング１８、及び、退避走行用レバー１７のリリーフスプリング１９がある。スロットルモータ４には電磁クラッチが内蔵されている。
【０００５】
このように構成された電子制御スロットル弁装置２０では、運転者の意思に応じてアクセルペダルが踏み込まれると、アクセルペダルの踏込量はワイヤを通じてスロットルレバー１６に伝えられ、スロットルレバー１６が回転する。スロットルレバー１６にはアクセル開度センサ１５が内蔵されており、スロットルレバー１６の回転角によりアクセルペダルの踏込量が検出される。アクセル開度センサ１５が検出したアクセルペダルの踏込量はＥＣＵ１０に伝えられ、ＥＣＵ１０はアクセルペダルの踏込量の検出値に応じたスロットル弁３の開度を決定し、スロットルモータ４を駆動する。スロットル弁３の開度はスロットル開度センサ５によって検出され、ＥＣＵ１０にフィードバックされる。スロットルモータ４には応答性が良く、消費電力の小さなＤＣモータが使用される。
【０００６】
このときの制御には、スロットル弁３の開度を検出するスロットル開度センサ５からの信号と、アクセル開度センサ１５からの信号との偏差が無くなるようにスロットルモータ４に対して、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）制御（以後、単にＰＩＤ制御という）によるフィードバック制御が実行されている。
更に、近年、アクセルペダルとスロットル弁３との間のワイヤも無くすように構成された電子スロットル装置も提案されている。この提案の電子スロットル装置では、アクセルペダルの支持軸に回転角度センサが設けられるか、或いは、アクセルペダルのストロークセンサが設けられており、このセンサの検出値が直接ＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【０００７】
ところで、前述のＰＩＤ制御におけるＰ項、Ｉ項、Ｄ項の各制御定数は、システムのあらゆる運転状態における仕様を満たすように中間的なチューニングによる固定値となっていた。このため、従来のＰＩＤ制御による電子制御スロットル弁の制御装置では、機関の各運転状態に対しては最適値とはなり得ないことから、スロットル弁３の応答性、安定性等が低下するという問題点があった。
【０００８】
このようなアクセルペダルに対するスロットル弁の動作の反応性を向上させようとして、ＰＩＤ制御のゲイン値を大きくしたものがあるが、これでは加速時にオーバシュート、減速時にアンダーシュートが発生してしまうという問題点が新たに発生してしまう。また、アクセルペダルに対するスロットル弁の動作の反応性を向上させようとして、スロットル弁開度を検出するサンプリング周期を短くして、ＰＩＤ制御における目標値（指令値）に素早く追従させるようにすることも行われているが、サンプリング周期を短くしてスロットルモータ４の制御間隔を短くすると、オーバシュートやアンダシュートが発生し易くなってしまう。
【０００９】
そこで、特開平８−３２６５６１号公報においては、スロットル弁開度の目標値に対するオーバシュートやアンダシュートの発生の問題を解決するために、スロットル弁のＰＩＤ制御においてスロットル弁の作動状態を判定し、アクセルペダルの踏込量に応じて設定される目標開度を越えてもスロットル弁が作動中であると判定した時はスロットル弁のオーバシュートと判定して、ＰＩＤ制御のゲイン値（微分項Ｄ）を変更することが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−３２６５６１号公報のように、スロットル弁のオーバシュートを判定した後にゲイン値を変更したのでは、スロットル弁は既にオーバシュート領域に入っており、スロットル弁を正常な動作状態に戻すには反応性が十分でないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、ＰＩＤ制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置において、スロットル弁開度の指令値に基づいたスロットル弁の開閉速度を速くすると共に、スロットル弁の開閉速度を監視し、スロットル弁の開度が指令値に基づく開度に近づいた時点において以後のスロットル弁の開閉速度を低下させることにより、電子制御スロットル弁の高速応答性とオーバシュートの防止の両方を実現することができる制御装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の特徴は、以下に第１から第４の発明として示される。
第１の発明の構成上の特徴は、アクセル開度センサで検出されたアクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度信号と、スロットル弁開度センサからのスロットル弁の開度信号との偏差が無くなるように、スロットル弁を開閉駆動するモータに対して比例、積分、微分制御によるフィードバック制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置において、アクセル開度信号を第１の周期毎に読み込んでスロットル弁開度の指令値を設定する指令値設定手段と、この指令値に基づいてスロットル弁の第１の開閉速度を設定するスロットル弁の第１の開閉速度設定手段と、スロットル弁の開度信号を、第１の周期より短い第２の周期毎に現在のスロットル弁開度として読み込むスロットル弁開度の読込手段と、現在のスロットル弁開度が指令値よりも小さな所定開度に達するまでは、スロットル弁の第１の開閉速度に応じて第２の周期後の第１の予測スロットル弁開度を算出する第１のスロットル弁開度予測手段と、第１の予測スロットル弁開度に応じて、モータの駆動力を決定する第１のスロットル弁の開閉駆動手段と、現在のスロットル弁開度が初めて所定開度以上になった時に、スロットル弁の第１の開閉速度に応じて、これよりも遅い第２の開閉速度を設定するスロットル弁の第２の開閉速度設定手段と、現在のスロットル弁開度が所定開度以上の時に、スロットル弁の第２の開閉速度に応じて、第２の周期後の第２の予測スロットル弁開度を算出する第２のスロットル弁開度予測手段、及び、第２の予測スロットル弁開度に応じてモータの駆動力を決定し、スロットル弁を前記指令値まで開閉駆動する第２のスロットル弁の開閉駆動手段とを設けたことを特徴としている。
【００１３】
第２の発明の構成上の特徴は、第１の発明において、第１及び第２のスロットル弁の開閉駆動手段が、第１及び第２の予測スロットル弁開度に応じてモータへの供給電力のデューティ比を算出し、算出した供給電力のデューティ比によって、モータを駆動することを特徴としている。
第３の発明の構成上の特徴は、アクセル開度センサで検出されたアクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度信号と、スロットル弁開度センサからのスロットル弁の開度信号との偏差が無くなるように、スロットル弁を開閉駆動するモータに対して比例、積分、微分制御によるフィードバック制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置において、アクセル開度信号を第１の周期毎に読み込んでスロットル弁開度の指令値を設定する指令値設定手段と、この指令値に基づいてスロットル弁の第１の開閉速度を設定するスロットル弁の第１の開閉速度設定手段と、スロットル弁の開度信号を、第１の周期より短い第２の周期毎に現在のスロットル弁開度として読み込むスロットル弁開度の読込手段と、スロットル弁の第１の開閉速度に応じて第２の周期後の第１の予測スロットル弁開度を算出する第１のスロットル弁開度予測手段と、第１の予測スロットル弁開度に応じて、モータの駆動力を決定するスロットル弁の開閉駆動手段と、現在のスロットル弁開度が、初めて指令値よりも小さな所定開度以上になった時に、スロットル弁の第１の開閉速度に応じて、これよりも遅い第２の開閉速度を設定するスロットル弁の第２の開閉速度設定手段と、現在のスロットル弁開度が所定開度以上の時に、スロットル弁の第２の開閉速度に応じて、第２の周期後の第２の予測スロットル弁開度を算出する第２のスロットル弁開度予測手段、及び、第１の予測スロットル弁開度と第２の予測スロットル弁開度との差分を算出し、スロットル弁の開閉駆動手段によるモータの駆動力を、この差分により補正して、スロットル弁を指令値まで開閉駆動するスロットル弁の開閉駆動補正手段とを設けたことを特徴としている。
【００１４】
第４の発明の構成上の特徴は、第３の発明において、スロットル弁の開閉駆動手段が第１の予測スロットル弁開度に応じてモータへの供給電力のデューティ比を算出し、現在のスロットル弁開度が、所定開度までは算出した供給電力のデューティ比によって、所定開度以上の時は算出した供給電力のデューティ比を差分で補正した値によって、モータを駆動することを特徴としている。
第５の発明の構成上の特徴は、第１から第４の何れかの発明において、第１と第２の開閉速度を、スロットルモータの状態、バッテリ電圧、或いは周囲温度によって補正する開閉速度補正手段を更に設けたことを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、ＰＩＤ制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置において、アクセル開度センサの検出値を所定時間毎に読み込んでアクセル開度の指令値として設定し、この指令値に基づいてスロットル弁の第１の開閉速度を設定し、スロットル弁開度センサの検出値を短い周期で読み込んだ現在のスロットル弁開度が指令値よりも小さな所定開度に達するまでは、スロットル弁の第１の開閉速度で決まる第１の基準スロットル弁開度に追従させてスロットル弁をモータで開閉駆動し、所定開度に達した時は第１の開閉速度よりも遅い第２の開閉速度で決まる第２の基準スロットル弁開度に追従させてスロットル弁をモータで指令値まで開閉駆動するようにしたので、電子制御スロットル弁の応答性が速くなると共に、オーバシュートやアンダーシュートが防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を用いて本発明の実施形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図１で説明した電子制御スロットル弁装置２０の構成部材と同じ構成部材については同じ符号を付して説明する。
図２には本発明の一実施例のスロットル弁の制御装置を備えた電子制御燃料噴射式の多気筒内燃機関１が概略的に示されている。図２において、内燃機関１の吸気通路２には図示しないエアクリーナの下流側にスロットル弁３が設けられており、このスロットル弁３の軸の一端にはこのスロットル弁３を駆動するアクチュエータであるスロットルモータ４が設けられており、他端にはスロットル弁３の開度を検出するスロットル開度センサ５が設けられている。即ち、この実施例のスロットル弁３はスロットルモータ４によって開閉駆動される電子制御スロットルである。
【００１７】
スロットル弁３の下流側の吸気通路２にはサージタンク６があり、このサージタンク６内には吸気の圧力を検出する圧力センサ７が設けられている。更に、サージタンク６の下流側には、各気筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁８が設けられている。スロットル開度センサ５の出力と圧力センサ７の出力は、マイクロコンピュータを内蔵したＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１０に入力される。
【００１８】
また、内燃機関１のシリンダブロックの冷却水通路９には、冷却水の温度を検出するための水温センサ１１が設けられている。水温センサ１１は冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。排気通路１２には、排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化する三元触媒コンバータ（図示せず）が設けられており、この触媒コンバータの上流側の排気通路１２には、空燃比センサの一種であるＯ2 センサ１３が設けられている。Ｏ2 センサ１３は排気ガス中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発生する。これら水温センサ１１及びＯ2 センサ１３の出力はＥＣＵ１０に入力される。
【００１９】
更に、このＥＣＵ１０には、アクセルペダル１４に取り付けられてアクセル踏込量を検出するアクセル開度センサ１５からのアクセルペダルの踏込量信号（アクセル開度信号）や、図示しないディストリビュータに取付けられたクランク角センサからの機関回転数Ｎｅが入力される。
以上のような構成において、図示しないキースイッチがオンされると、ＥＣＵ１０が通電されてプログラムが起動し、各センサからの出力を取り込み、スロットル弁３を開閉するスロットルモータ４や燃料噴射弁８、或いはその他のアクチュエータを制御する。ＥＣＵ１０には、各種センサからのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれ、各種センサからの入力ディジタル信号や各アクチュエータを駆動する信号が出入りする入出力インタフェース１０１、演算処理を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３やＲＡＭ１０４等のメモリや、クロック１０５等が設けられており、これらはバス１０６で相互に接続されている。ＥＣＵ１０の構成については公知であるので、これ以上の説明を省略する。
【００２０】
ＥＣＵ１０にアクセル開度センサ１５からのアクセルペダルの踏込量信号が入力されると、ＥＣＵ１０は図３(a) に示すように、このアクセルペダルの踏込量信号を所定周期Ｔ、例えば１０ｍｓ周期、でサンプリングする。そして、ＥＣＵ１０は時刻ｔａにおけるサンプリング値αを、図３(b) に示すように、時刻ｔａにおけるスロットル弁開度の指令値θCMとして出力する。ＥＣＵ１０は以後同様に、所定周期Ｔ毎にサンプリングしたアクセルペダルの踏込量信号を、時刻ｔｂでは指令値θCM＝β、時刻ｔｃでは指令値θCM＝γというように出力する。
【００２１】
図４は本発明を実現するための図２のＥＣＵ１０の中の機能をブロックで表したものである。アクセルペダルの踏込量信号がＥＣＵ１０に入力されると、指令値設定機能１１０により、前述のように所定時間Ｔ毎に指令値が作られる。この指令値は微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉから構成されるＰＩＤ制御機能１１１に入力される。ＰＩＤ制御機能１１１ではこの指令値に基づいてスロットル弁の開閉速度が演算され、このスロットル弁の開閉速度で決まるスロットル弁開度の目標値が出力される。このスロットル弁開度の目標値はデューティ出力演算機能１１２に出力され、ここでスロットル弁開度の目標値に応じたスロットルモータの駆動信号のデューティ比が演算される。スロットルモータの駆動信号のデューティ比はスロットルモータ４に出力され、スロットルモータ４が駆動されてスロットル弁の開度が変更される。スロットル弁の開度はスロットル開度センサ５によって検出され、この検出値がＰＩＤ制御機能１１１にフィードバックされる。
【００２２】
以上の機能が通常のスロットル弁の制御系統であるが、本発明では、この制御系統に、加減速予測演算機能１１３を加えている。この加減速予測演算機能１１３は、デューティ出力演算機能１１２の出力を取込み、このデューティ出力演算機能１１２の出力を制御するために、所定の信号をデューティ出力演算機能１１２の入力側にフィードバックするものである。また、スロットル開度センサ５によって検出されるスロットル弁の開度の検出値は、この加減速予測演算機能１１３にも入力される。
【００２３】
ここで、図４のように構成された電子制御スロットル弁の制御装置における本発明の制御の一例について図５に示すフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに示す手順は、前述のサンプリング周期Ｔよりも短い別のサンプリング周期Ｔｓで実行される。なお、ここではｍを自然数として、Ｔ＝ｍＴｓである。
【００２４】
ステップ５０１ではまず、現在の時刻がサンプリング周期Ｔか否かを判定する。そして、サンプリング周期Ｔである場合にはステップ５０２に進み、図３(a) ，(b) で説明したように、現在のアクセル開度センサ１５の検出開度（アクセルペダルの踏込量）を読み込み、これを現在のスロットル弁開度の指令値θCMとする。続くステップ５０３では、この指令値θCMの大きさに応じてスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１を算出してステップ５０４に進む。
【００２５】
スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１は、指令値θCMに対するスロットル弁開度の追従速度の上限値を示すものであり、指令値θCMに対するスロットル弁開度の追従速度は第１の開閉速度Ｖ１でガードされる。第１の開閉速度Ｖ１の大きさは、これを計算する時点の指令値θCMの大きさに応じて決まるように、予めマップの形でＲＯＭ１０３に記憶させておけば良い。また、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１は現代制御によっても求めることができる。即ち、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１は、これを計算する時点における指令値θCM、アクセルペダルの踏込量、バッテリ電圧、温度等のパラメータを用いて状態方程式を作り、これを解くことによっても求めることができる。
【００２６】
一方、ステップ５０１で、現在の時刻t1がサンプリング周期Ｔでないと判定した時は、ステップ５０２，５０３を実行せずにステップ５０４に進む。
ステップ５０４では現在のスロットル開度センサ５の検出出力から、現在のスロットル弁３の開度θthを読み込む。続くステップ５０５では、ステップ５０３で算出したスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１と、ステップ５０４で読み込んだ現在のスロットル弁３の開度θthに応じて、所定時間Ｔｓ後（次のサンプリング周期Ｔｓ後）のスロットル弁の開度予測値θe1を算出する。このスロットル弁の開度予測値θe1は、現在のスロットル弁開度θthとの差で表される量である。
【００２７】
続くステップ５０６では、ステップ５０５で算出したスロットル弁の開度予測値θe1に対応させて、スロットル弁３を駆動するスロットルモータ４の駆動量を駆動デューティ比ＤＤ１として算出する。この駆動デューティ比ＤＤ１は、スロットル弁の開度予測値θe1に対応させたマップにより算出することができる。
このマップの例を図６と図７に示す。図６はＸ軸が開度予測値（速度）であり、Ｙ軸が駆動デューティ比ＤＤ１を示すマップの例である。このマップから開度予測値θe1に応じた駆動デューティ比ＤＤ１を得ることができる。図７はＸ軸がスロットル弁位置、Ｙ軸がスロットル弁の開度予測値、Ｚ軸が駆動デューティ比ＤＤ１を示すマップの例である。図７のマップは開度予測値θe1に応じた駆動デューティ比ＤＤ１の値が、その時のスロットル弁位置 (スロットル弁開度) を加味して得ることができるので、より正確な駆動デューティ比ＤＤ１を求めることができる。
【００２８】
この実施例では以上のような制御を、スロットル弁３の開度θthがスロットル弁開度の指令値θCMに近い所定の開度に達するまで行う。この所定の開度は、機関の性能によっても異なるが、例えば、スロットル弁開度の指令値θCMの８５％程度とすれば良い。ここでは、所定の開度をスロットル弁開度の指令値θCMの８５％として説明する。
【００２９】
ステップ５０７はスロットル弁３の開度θthがスロットル弁開度の指令値θCMの近い所定開度に達したか否か、例えば、スロットル弁３の開度θthが指令値θCMの８５％に達したか否かを判定するものである。ステップ５０７でθth＜θCM×０．８５の場合は、ステップ５０２からステップ５０６の手順によって求めた駆動デューティ比ＤＤ１をそのまま使用してスロットルモータ４を駆動する。従って、ステップ５０７でθth＜θCM×０．８５となった時はステップ５０８に進んで後述するフラグｎを０にした後、ステップ５１６においてステップ５０６で算出した駆動デューティ比ＤＤ１を、スロットルモータ４の駆動デューティ比として出力してこのルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ステップ５０７でθth≧θCM×０．８５となった時はステップ５０９に進む。ステップ５０９はステップ５０７で初めてθth≧θCM×０．８５となったか否かをフラグの値によって判定するものである。即ち、ステップ５０７で初めてθth≧θCM×０．８５となった時は、フラグｎの値が０であるのでステップ５１０とステップ５１１の処理を行わせるものである。フラグｎの値が０の時はステップ５１０に進み、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１からスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２を算出する。ここで、スロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２は、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１よりも小さな値であり、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１の値に応じて予め設定されている図８に示すようなマップを用いて算出することができる。なお、図８に示すマップは、スロットルモータの状態や機関に搭載されるバッテリの電圧、或いは周囲温度によって補正して使用すれば良い。
【００３１】
このようにして、ステップ５１０でスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２を算出した後は、ステップ５１１に進んでフラグｎの値を１にしてステップ５１２に進む。従って、この後にステップ５０９に進んで来た時にはフラグｎの値が１になっているので、ステップ５１０とステップ５１１の処理が実行されずにステップ５１２に進むことになる。このように、フラグｎはステップ５０７で初めてθth≧θCM×０．８５となった時だけステップ５１０でスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２を算出させるためのものである。
【００３２】
ステップ５１２ではステップ５１０で算出したスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２と、ステップ５０４で読み込んだ現在のスロットル弁３の開度θthに応じて、所定時間Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe2を算出する。
続くステップ５１３では、ステップ５０５で算出したスロットル弁の開度予測値θe1と、ステップ５１２で算出したスロットル弁の開度予測値θe2との差分θthdfを算出する。そして、次のステップ５１４においてこの差分θthdfに対応させて、スロットル弁３を駆動するスロットルモータ４の駆動デューティ比ＤＤ１の増減分ＤＤΔを算出する。この駆動デューティ比の増減分ＤＤΔは、前述のスロットル弁の開度予測値θe1に対応させたマップをそのまま用いて算出することができる。
【００３３】
続くステップ５１５では、ステップ５０６で算出したスロットル弁の駆動デューティ比ＤＤ１を、ステップ５１４で算出した駆動デューティ比の増減分ＤＤΔで補正する。ステップ５１５が終了するとステップ５１６に進み、補正したスロットル弁の駆動デューティ比ＤＤ１をスロットルモータ４の駆動デューティ比として出力してこのルーチンを終了する。
【００３４】
従って、ステップ５０７でθth≧θCM×０．８５となった後は、ステップ５１６において出力される駆動デューティ比ＤＤ１は、ステップ５０６で算出したスロットルモータ４の駆動デューティ比ＤＤ１がステップ５１５において補正された値であり、この補正された駆動デューティ比ＤＤ１でスロットルモータが駆動されることになる。
【００３５】
図９は、時刻ｔ１が指令値θCMの算出周期に相当する場合の、指令値θCM、スロットル弁開度（開度予測値θe1, θe2）、スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１の変化を、時間と共に示すタイムチャートである。ここでは、現在のスロットル弁開度θthがｎ°であったとし、ステップ５０２における指令値θCMの算出値が５°であったとする。
【００３６】
この条件の時には、指令値θCMの値の５°に応じてスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１が算出され（ステップ５０３）、続いて現在のスロットル弁開度θthの値が５°と読み込まれ（ステップ５０４）た後に、サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe1が算出される（ステップ５０５）。ここでは、サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値をＦとする。
【００３７】
このようにして、サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル開度予測値がＦと算出されると、それに応じたスロットルモータのデューティ比ＤＤ１が算出され（ステップ５０６）、このデューティ比ＤＤ１でスロットルモータがデューティ駆動される（ステップ５１６）。
このようなスロットルモータのデューティ駆動は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１の間続けられる。期間Ｔ１の間に、図示のようにスロットル弁の開度予測値θe1がＦ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅのように変化すると、それに応じてスロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１もＦ′，Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｅ′のように変化する。期間Ｔ１が通常のＰＩＤ制御による制御である。
【００３８】
一方、時刻ｔ２において、スロットル弁開度θthが指令値θCMの８５％に達したとすると、時刻ｔ２において、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１に応じてスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２が算出され（ステップ５１０）、サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe2が算出される（ステップ５１２）。ここでは、サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe1の値をＤ″とし、スロットル弁の開度予測値θe2の値をＤとする。
【００３９】
このように、スロットル弁開度θthが指令値θCMの８５％に達した時は、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１に応じた開度予測値θe1の値のＤ″と、スロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２に応じた開度予測値θe2の値のＤが両方算出され、その差分θthdfが算出される（ステップ５１３）。そして、この差分θthdfに相当するデューティ比の増減分ＤＤΔが算出され（ステップ５１４）、スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１がこのデューティ比の増減分ＤＤΔで補正される（ステップ５１５）。そして、以後はスロットル弁開度θthが指令値θCMに一致する時刻ｔ３までの期間Ｔ２の間、補正された駆動デューティ比ＤＤ１でスロットルモータが駆動される。期間Ｔ２が本発明のＰＩＤ制御において加減速予測演算を実施する期間である。
【００４０】
以上説明したのは、スロットル弁を開弁方向に駆動する場合の制御であるが、スロットル弁を閉弁方向に駆動する場合の制御は、指令値θCM、スロットル弁開度（開度予測値θe1, θe2）、スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１の大きさが負になるだけで全く同じであるので、その説明を省略する。
また、以上説明した例では、スロットル弁開度θthが指令値θCMの８５％に達した時に、スロットル弁の開閉速度を第１の開閉速度Ｖ１から、これよりも小さい第２の開閉速度Ｖ２に切り換えたが、この第１の開閉速度Ｖ１から第２の開閉速度Ｖ２への切り換えはスロットル弁開度θthが指令値θCMの８５％に達した時に限られるものではなく、機関の性能に応じて適切に選択すれば良い。
【００４１】
図９で説明したように、本発明によれば、スロットル弁開度の指令値θCMに対して、スロットル弁の開度予測値θe1, θe2が実線ＲＴで示すように、スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１が実線ＲＤで示すように、適切に決められるので、スロットル弁がオーバシュートやアンダシュートを起こすことなく、スムーズに駆動される。一方、従来の制御によれば、スロットル弁開度の指令値θCMに対して、時刻ｔ２以降も、スロットル弁の開度予測値θe2が二点鎖線ＵＴで示すように増大するので、スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１も二点鎖線ＵＤで示すように増大し、スロットル弁がオーバシュートやアンダシュートを起こすことになる。
【００４２】
なお、図９で説明した例は、ＰＩＤ制御のゲインを適切に設定した場合のものであるが、ＰＩＤ制御のゲインを大きく設定してスロットル弁の開度予測値θe1がスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１で常にガードされるようにした場合の例を図１０に示す。この場合でも、本発明によれば、スロットル弁開度の指令値θCMに対して、スロットル弁の開度予測値θe1, θe2が実線ＲＴで示すように、スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１が実線ＲＤで示すように、適切に決められるので、スロットル弁がオーバシュートやアンダシュートを起こすことなく、スムーズに駆動される。
【００４３】
更に、第１，第２の開閉速度Ｖ１，Ｖ２は、図１０に破線Ｖ１ａ，Ｖ１ｂおよびＶ２ａ，Ｖ２ｂで示すように、許容幅を持たせるようにしても良い。
以上説明した実施例では、スロットル弁の開度が指令値θCMの８５％以上になった時以降も、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１に応じたスロットル弁の開度予測値θe1も計算しておき、スロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２に応じたスロットル弁の開度予測値θe2とこの開度予測値θe1との差分θthdfを算出した。そして、この差分θthdfに相当するデューティ比の増減分ＤＤΔを算出し、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１に応じたスロットル弁の開度予測値θe1から求められるスロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１を、この増減分ＤＤΔで補正することによってスロットルモータを駆動していた。
【００４４】
しかしながら、スロットル弁の開度が指令値θCMの８５％以上になった以降は、スロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２に応じたスロットル弁の開度予測値θe2から直接スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１を算出してスロットルモータを駆動することもできる。図１１はこの制御の手順を本発明の第２の実施例としてフローチャートにより示したものである。
【００４５】
図１１に示した制御手順は、一部分を除いて図５で説明した制御手順と重複する。よって、説明が重複する部分には図５と同じステップ番号を附してその説明を省略する。
ステップ５０１からステップ５０５は図５で説明した手順と同じであり、ステップ５０１で現在の時刻がサンプリング周期Ｔか否かを判定し、ステップ５０２で現在のアクセルペダルの踏込量からスロットル弁開度の指令値θCMを算出し、ステップ５０３でスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１を算出し、ステップ５０４で現在のスロットル弁３の開度θthを読み込み、ステップ５０５で所定時間（サンプリング周期）Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe1を算出する。
【００４６】
図５の制御では、ステップ５０６においてスロットル弁の開度予測値θe1に対応するスロットルモータ４の駆動デューティ比ＤＤ１を算出していたが、この実施例では、ステップ５０５の終了後はスロットル弁３の開度θthがスロットル弁開度の指令値θCMの８５％程度か否かを判定するステップ５０７を実行する。
ステップ５０７でθth＜θCM×０．８５の場合は、ステップ５０８でフラグｎを０にした後、図５の制御のステップ５０６に相当するステップ６０１を行う。即ち、ステップ６０１では開度予測値θe1に対応するスロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１を算出する。そして、続くステップ５１６においてステップ６０１で算出した駆動デューティ比ＤＤ１を、スロットルモータ４の駆動デューティ比として出力してこのルーチンを終了する。
【００４７】
一方、ステップ５０７でθth≧θCM×０．８５となった時に行うステップ５０９からステップ５１２の手順は図５で説明した手順と同じであり、ステップ５０９ではステップ５０７で初めてθth≧θCM×０．８５となったか否かを判定し、ステップ５１０ではスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１からスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２を算出し、ステップ５１１ではフラグｎの値を１にし、ステップ５１２では所定時間（サンプリング周期）Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe2を算出する。
【００４８】
続くステップ６０２では、開度予測値θe2に対応するスロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１を算出し、ステップ５１６に進んでこのスロットル弁の駆動デューティ比ＤＤ１をスロットルモータ４の駆動デューティ比として出力してこのルーチンを終了する。
この実施例では、ステップ５０７でθth≧θCM×０．８５となった後は、ステップ５１６において出力される駆動デューティ比ＤＤ１は、ステップ６０２で算出した開度予測値θe2に対応するスロットルモータ４の駆動デューティ比ＤＤ１であり、この値は図５の制御におけるステップ５１５で補正された駆動デューティ比ＤＤ１と同じ値である。従って、この実施例によってもスロットルモータは図５の制御と同様に駆動される。
【００４９】
このように、本発明ではスロットルモータの駆動デューティ比を予測しながらスロットル弁を駆動制御するので、指令値が変化してからスロットル弁がどれ位の時間差で指令値に到達するかを予測することができ、正確な空燃比制御が可能となり、機関のエミッションを低減することができる。すなわち、これまでは機関側で空燃比を制御する時に、スロットル弁の挙動が掴めなかったが、本発明ではある程度スロットル弁の挙動を把握することができるので、所定時間後のスロットル弁の開度から吸入空気量が分かり、それに従った燃料噴射を実行することができるので、機関のエミッションが向上するのである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＰＩＤ制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置において、スロットル弁開度の指令値に基づいたスロットル弁の開閉速度を速くすることができると共に、スロットル弁の開閉速度を監視し、スロットル弁の開度が指令値に基づく開度に近づいた時点において以後のスロットル弁の開閉速度を低下させることにより、電子制御スロットル弁の応答性の改善とオーバシュートの防止の両方を実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子制御スロットルの構成を示す透視斜視図である。
【図２】本発明の一実施例の電子制御スロットル弁の制御装置が搭載された電子制御式多気筒内燃機関の構成を示す構成図である。
【図３】  (a) はアクセルペダルの踏込量特性の一例を示す図、(b) は(a) のアクセルペダルの踏込量特性から得られる指令値の特性を示す図である。
【図４】本発明の制御ブロック図である。
【図５】本発明の電子制御スロットル弁の制御装置におけるスロットル弁の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】スロットル弁の開度予測値と駆動デューティ比の関係を示す特性図である。
【図７】スロットル弁位置、スロットル弁の開度予測値、及び駆動デューティ比の関係を３次元で示す特性図である。
【図８】本発明のスロットル弁の第１の開閉速度と第２の開閉速度との関係を示す特性図である。
【図９】図５の制御手順に基づく指令値、スロットル弁の第１，第２の開閉速度、スロットル弁の開度予測値、及び駆動デューティ比の変化の様子を示すタイムチャートである。
【図１０】図４のＰＩＤ制御におけるゲインを大きくした時の、図５の制御手順に基づく指令値、スロットル弁の第１，第２の開閉速度、スロットル弁の開度予測値、及び駆動デューティ比の変化の様子を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の電子制御スロットル弁の制御装置におけるスロットル弁の制御手順の他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…吸気通路
３…スロットル弁
４…スロットルモータ
５…スロットル開度センサ
１０…ＥＣＵ
１４…アクセルペダル
１５…アクセル開度センサ
１６…スロットルレバー
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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