(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、
前記直流モータの駆動回路は、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が正の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた正の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が負の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた負の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が変化しても出力されるモータ印加電圧が変化しない不感帯を有し、
上記電圧／デューティ変換手段は、上記モータに印加すべき電圧が負から正に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比を前記直流モータの駆動回路の不感帯よりも小さな値の範囲でステップ状に変化し、上記モータに印加すべき電圧が正から負に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比をステップ状に変化することにより、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の不感帯を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換することを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子制御スロットルの制御装置において、
上記制御手段が出力するモータ印加電圧を、電源電圧に応じて制限するリミッタ手段を備えたことを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の電子制御スロットルの制御装置において、
上記電圧／デューティ変換手段は、さらに、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の飽和特性を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換することを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。
【請求項４】
スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、
上記電圧／デューティ変換手段は、電源電圧の値に応じて、電源電圧が下がったときはデューティ比を増加させ、電源電圧が上がったときはデューティ比を減少させるように、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換することを特徴とする電子制御スロットルの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットル弁をモータで駆動する電子制御スロットルを制御する電子制御スロットルの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子制御スロットルの制御装置では、エンジンコントロールユニット等から与えられたスロットルの開度指令信号と、開度センサで測定したスロットル弁の開度が一致するように、スロットル弁を駆動する直流モータの端子間電圧を制御している。モータの端子間電圧の制御には、コストの観点から有利なＨブリッジによるＰＷＭ方式が使われている。そのため、制御装置は、モータに印加すべき端子間電圧に対応する適当なデューティー比を持ったＰＷＭ信号を、駆動回路に入力するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】
一般的な電子制御スロットルでは、駆動回路であるＨブリッジにバッテリ電圧を印加しているので、モータには、バッテリ電圧と接地電圧が周期的に印加される。ＰＷＭ信号の周波数は、モータの時定数を考慮して、モータに流れる電流がある程度滑らかでトルク変動が少なくなるように決める。それと同時に、ＰＷＭ周波数に応じた音がモータから発生するため、静粛性の観点から可聴領域を避けて設定する必要がある。ここで、駆動回路のパワー素子の応答性は、例えば、７．５μｓである。このとき、ＰＷＭ信号の周波数を可聴領域を避けて２０ｋＨｚに設定すれば、周期は５０μｓなので、１５％以下や８５％以上のデューティー比に対しては、駆動回路がＰＷＭ信号の変化に追従できず、不感帯や飽和といった非線形な特性が発生する。従って、従来の電子制御スロットルの制御装置では、この非線形な特性の故に、応答性が低下するという問題があった。
【０００４】
また、電子制御スロットルは自動車の安全性に直接関わる部品であるので、ハードウエア，ソフトウエアの両面からフェールセーフが考慮されている。多くの電子制御スロットルでは、ソフトウエアのフェールセーフ機能により、モータ制御を中止したときにはスロットル弁が所定の開度に位置する機構を備え、エンストや暴走を防いで自動車を走行可能な状態にするようになっている。この機構としては、スロットル弁の回転軸にばねを取り付け、所定開度（デフォルト開度）に戻すようにトルクを発生する。ばねのトルクの符号は、デフォルト開度を境に反転するため、スロットル弁がデフォルト開度を通過するためにはモータ印加電圧も符号が反転しなければならない。このとき駆動回路による不感帯のため、デフォルト開度付近での応答性が、低下するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、応答性の向上した電子制御スロットルの制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、前記直流モータの駆動回路は、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が正の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた正の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が負の時、出力されるモータ印加電圧がデューティ比に応じた負の電圧となり、入力したＰＷＭ信号のデューティ比が変化しても出力されるモータ印加電圧が変化しない不感帯を有し、上記電圧／デューティ変換手段は、上記モータに印加すべき電圧が負から正に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比を前記直流モータの駆動回路の不感帯よりも小さな値の範囲でステップ状に変化し、上記モータに印加すべき電圧が正から負に変わるときは出力するＰＷＭ信号のデューティ比をステップ状に変化することにより、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の不感帯を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換するようにしたものである。
かかる構成により、不感帯を補償して、応答性を向上し得るものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記制御手段が出力するモータ印加電圧を、電源電圧に応じて制限するリミッタ手段を備えるようにしたものである。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記電圧／デューティ変換手段は、さらに、上記駆動回路が有するＰＷＭ信号のデューティ比に対するモータ印加電圧の飽和特性を補償して、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換するようにしたものである。
【００１１】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、スロットル弁の開度指令信号とスロットル弁の開度を検出するセンサ出力とに基づいて、スロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、このモータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換する電圧／デューティ変換手段とを有し、上記ＰＷＭ信号を直流モータの駆動回路に供給して、スロットル弁の開度を制御する電子制御スロットルの制御装置において、電圧／デューティ変換手段は、電源電圧の値に応じて、電源電圧が下がったときはデューティ比を増加させ、電源電圧が上がったときはデューティ比を減少させるように、モータ印加電圧をＰＷＭ信号のデューティー比に変換するようにしたものである。
かかる構成により、電源電圧の変動を補償して、応答性を向上し得るものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を用いて、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成図である。
【００１３】
制御装置１０は、エンジンコントロールユニット等から与えられたスロットルの開度指令信号と、電子制御スロットル２０のスロットル弁の開度が一致するように、スロットル弁を駆動する直流モータの端子電圧を制御して、スロットル弁を与えられた開度に追従制御する。
【００１４】
電子制御スロットル２０は、スロットル弁２１と、ＤＣモータ２２と、駆動回路２３と、開度センサ２４と、減速ギア２５と、ばね２６とを備えており、吸気管２９を通ってエンジンに流入する空気量を調節する。制御装置１０が出力するＰＷＭ信号に基づいて、駆動回路２３は、ＤＣモータ２２に印加する電圧を変化させる。また、制御装置１０が出力する正逆信号に基づいて、駆動回路２３は、ＤＣモータ２２を正逆転させるように印加する電圧を切り換える。ＤＣモータ２２の回転駆動力は、減速ギア２５によって減速された上で、スロットル弁２１を回動する。スロットル弁２１の回転軸には、スロットル弁２１の位置を測定する開度センサ２４（ポテンショメータ）が取り付けられている。スロットル弁２１の開度は、開度センサ２４によって検出され、Ａ／Ｄ変換した上で、制御装置１０に取り込まれる。駆動回路２３の電源は、バッテリ３０である。
【００１５】
また、バッテリ３０の電圧は、Ａ／Ｄ変換した上で、制御装置１０に取り込まれる。ＰＷＭ方式では、バッテリ３０の電圧によってＰＷＭの振幅が変化するので、制御装置１０は、バッテリの電圧を監視し、電圧に応じた制御を行うようにしている。
【００１６】
また、制御装置１０の誤動作や異物の混入等による暴走を防止するフェールセーフ機構として、制御装置１０による制御を中止した場合など直流モータ２２がトルクを発生しないときは、弁の回転軸に付いているばね２６によってスロットル弁２１が一定の開度（デフォルト開度）に戻る構成となっている。デフォルト開度は、アイドルよりやや高いエンジン回転数で自動車が修理工場等まで自走できるように設定する。ばね２６にはプリロードを設けて、走行条件に関わらず確実にスロットル弁２１がデフォルト開度に戻るようにしている。
【００１７】
ここで、図２を用いて、本実施形態による電子制御スロットルに用いるばねのトルクについて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いるばねトルクの説明図である。
【００１８】
図２において、横軸はスロットル開度を示しており、縦軸はばね２６のトルクを示している。
ばねトルクは、スロットル開度θ１を中心として、これよりも全閉側では負の値となり、これよりも全開側では正の値となっている。即ち、ばねトルクは、デフォルト開度θ１で符号が反転するだけではなく、不連続に変化する特性になる。
【００１９】
次に、図３を用いて、本実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータ２２の駆動回路２３の回路構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる駆動回路の構成を示す回路図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２０】
駆動回路２３は、４つのパワートランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４からなるＨブリッジ回路によって構成されている。Ｈブリッジ回路の電源は、バッテリ３０である。パワートランジスタＴ１，Ｔ２のゲートには、制御装置１０から出力されたＰＷＭ信号が入力し、パワートランジスタＴ３，Ｔ４のゲートには、制御装置１０から出力された正逆信号が入力する。正逆信号が、パワートランジスタＴ４のゲートに５Ｖが印加され、パワートランジスタＴ３のゲートが接地されるとすると、パワートランジスタＴ４がオン状態となり、パワートランジスタＴ３がオフ状態となり、モータ２２にはＰＷＭのデューティー比に応じて電圧Ｖｍが矢印ａの方向に印加される。また、逆に、パワートランジスタＴ３のゲートに５Ｖ、パワートランジスタＴ４のゲートを接地とすれば、電圧Ｖｍの印加方向が逆転し、直流モータ２２が逆転する。
【００２１】
ここで、図４を用いて、本実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータ２２の印加電圧について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータの印加電圧を示す波形図である。図４（Ａ），（Ｃ），（Ｅ）は、制御装置１０から駆動回路２３に入力するＰＷＭ信号の波形を示しており、図４（Ｂ），（Ｄ），（Ｆ）は、駆動回路２３から直流モータ２２に印加されるモータ印加電圧の波形を示している。
【００２２】
パワートランジスタのゲートに入力するＰＷＭ信号が反転してからスイッチングが起こるまでには遅れ時間があるので、モータ印加電圧の変化もＴｄだけ遅れることになる。設定したＰＷＭ周期によっては、この遅れ時間が無視できない大きさになることがある。
【００２３】
図４（Ａ）は、ＰＷＭ信号のデューティー比が５０％のときを示しており、そのとき、図４（Ｂ）に示すように、モータ印加電圧もほぼデューティー比は５０％になる。
【００２４】
しかしながら、図４（Ｃ）に示すように、ＰＷＭ信号のデューティー比が１５％のときは、図４（Ｄ）に示すように、スイッチングの速度がＰＷＭ信号の変化に追いつけず、モータに印加される電圧はほぼ０Ｖとなる。また、図４（Ｅ）に示すように、ＰＷＭ信号のデューティー比が８５％のときは、図４（Ｆ）に示すように、スイッチングの速度がＰＷＭ信号の変化に追いつけず、モータに印加される電圧はほぼバッテリ電圧となる。
【００２５】
次に、図５を用いて、本実施形態による電子制御スロットルにおけるＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧の測定例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルにおけるＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧の測定例の説明図である。
【００２６】
図５は、実際にある電子制御スロットルの駆動回路と直流モータを用意して、電源電圧を１４Ｖとし、ＰＷＭ周波数を２０ｋＨｚとして、モータを自由に回転させたとき、ＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧とを測定した結果を示している。なお、デューティー比がマイナスとは、デューティー比がプラスの場合と逆方向の電圧をモータに印加しようとする場合である。
【００２７】
デューティー比が±１５％以下のときはモータに電圧が印加されておらず、±９５％以上の時は電源電圧がモータに印加されている。さらに、この付近の領域では線形性も劣化している。この直流モータと駆動回路は、２０ｋＨｚのＰＷＭ周波数に対しては、不感帯と飽和特性のあるアクチュエータとなっていることが分かる。
【００２８】
次に、図６を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のブロック図である。
【００２９】
制御装置１０は、差演算手段１２と、ＰＩＤ制御手段１４と、リミッタ手段１６と、電圧／デューティー変換手段１８とを備えている。なお、これらの各手段は、マイコン内のプログラムで実行される。制御装置１０には、アクセル踏み込み量やエンジンの運転状態に応じたスロットル弁の開度指令が一定の時間間隔で入力される。制御装置１０は、この開度指令にスロットル弁を追従させるためにＰＩＤ制御系を用いたフィードバックシステムを構成する。
【００３０】
スロットル弁の開度は、開度センサ２４によって検出され、Ａ／Ｄ変換された上で、制御装置１０に取り込まれる。開度指令は、アクセルの踏み込み量を測定するセンサのアナログ出力である場合と、別のマイコンからディジタルデータとして転送される場合がある。センサのアナログ出力のときはＡ／Ｄ変換器でディジタル化して、制御装置１０に取り込まれる。
【００３１】
差演算手段１２は、開度指令とスロットル弁の開度のと差を計算し、ＰＩＤ制御手段１４に偏差信号を出力する。ＰＩＤ制御手段１４は、開度指令と実際のスロットル弁の差を入力として、モータに印加すべき電圧を算出する。
【００３２】
モータに印加できる電圧には限界があるので、リミッタ手段１６は、ＰＩＤ制御手段１４がその限界値Ｌ以上の値を出力した場合は、バッテリ電圧以上をモータに印加することはできないので限界値Ｌに制限する。通常の場合、限界値Ｌはバッテリ電圧である。バッテリ３０の電圧は、制御装置１０に取り込まれているため、制御装置１０は、このバッテリ電圧を用いて、限界値Ｌを可変する。
【００３３】
ここで、図７を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のリミッタ手段１６におけるリミッタの制限値とバッテリ電圧との関係について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のリミッタ手段におけるリミッタの制限値とバッテリ電圧との関係の説明図である。
【００３４】
図７の横軸はバッテリ電圧（Ｖ）を示し、縦軸は制限値Ｌ（Ｖ）を示している。例えば、バッテリ電圧がＶｂ１のとき、制限値ＬはＬ１となる。また、バッテリ電圧がＶｂ２のとき、制限値ＬはＬ２となり、バッテリ電圧がＶｂ３のとき、制限値ＬはＬ３となる。ここで、バッテリ電圧がＶｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が、それぞれ、１０Ｖ，１４Ｖ，１６Ｖのとき、制限値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ、１０Ｖ，１４Ｖ，１６Ｖとする。
【００３５】
図６の電圧／デューティー変換手段１８は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するために、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を、デューティー比に変換する。この変換は、図５において説明した駆動回路２３の非線形を考慮して、この非線形性を線形特性に変換し、かつ、モータに加える電圧を、デューティー比に変換するものとしている。
【００３６】
次に、図８を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段１８の変換特性について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【００３７】
図８において、横軸は、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を示し、縦軸は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するためのデューティー比である。電圧／デューティー変換手段１８は、ＰＩＤ制御手段１４で計算したモータ印加電圧に対して、実際にモータを駆動するＰＷＭのデューティー比を求めるものである。
【００３８】
モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ２のときは、デューティ比は、１００％としており、その間は、モータ電圧の増加にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００３９】
また、モータ電圧がマイナスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、−１３．５％としている。また、モータ電圧が−Ｖｂ２のときは、デューティ比は、−１００％としており、その間は、モータ電圧の減少にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００４０】
すなわち、図５において説明したように、デューティー比が±１５％以下のときはモータに電圧が印加されていないため、従って、駆動回路２３に供給するデューティ比の最小値を±１３．５％とすることにより、駆動回路の不感帯を実質的になくすることができる。なお、不感帯が±１５％であるため、駆動回路２３に供給するデューティ比の最小値を±１５％としてもよいものである。ただし、この際には、駆動回路の応答特性の関係で、制御時にハンチングが生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、デューティ比の最小値を不感帯よりも僅かに（例えば、１０％）小さな値としている。
【００４１】
図８に示した印加電圧とデューティー比との対応関係は、例えば、電圧／デューティー変換手段１８の内部に、マップ形式の配列データで格納されたり、また、印加電圧からデューティー比を数式で計算することで実現する。
【００４２】
以上のように、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯を取り除くことができる。
【００４３】
次に、図９及び図１０を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置と、従来の制御装置の応答特性について比較説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の応答特性の説明図であり、図１０は、従来の制御装置の応答特性の説明図である。
【００４４】
図９、図１０は、ある電子制御スロットルで、デフォルト開度θ１をまたいだステップ状の開度指令与えたときのスロットル弁の応答を示している。
最初に、図１０を用いて、従来の応答特性について説明する。図１０（Ａ）の横軸は時間（秒）を示し、縦軸はスロットル弁の開度（度）を示している。図１０（Ａ）の破線Ａｔ２は、目標開度の変化を示している。すなわち、時刻ｔ０以前において、スロットル開度が１６．５度であり、時刻ｔ０において、目標開度が１８．５度となるように、ステップ状に目標開度を変化させている。ここで、デフォルト開度θ１は、例えば、１７．３度であり、目標開度Ａｔ２は、デフォルト開度θ１を跨ぐように変化させている。
【００４５】
図１０（Ａ）の実線Ａａ２は、破線Ａｔ２で示した目標開度に対する実際の弁開度を示している。図示する例から明らかなように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ２の間、保持された後、目標開度に近づくような応答特性を示している。
【００４６】
次に、図１０（Ｂ）を用いて、図１０（Ａ）の破線Ａｔ２で示したステップ状の目標開度が与えられた場合のデューティ比の変化と、モータ電圧の変化について説明する。図１０（Ｂ）において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸は、デューティ比（％）及びモータ電圧（Ｖ）を示している。
【００４７】
図１０（Ａ）に破線Ａｔ２で示したように、時刻ｔ０において目標開度がステップ状に変化すると、図１０（Ｂ）に破線Ｄ２で示したように、デューティ比は時刻ｔ０からほぼ直線的に増加する。
【００４８】
このとき、図１０（Ｂ）に実線Ｖ２で示すように、モータ電圧は、マイナスの電圧から増加した後、しばらくの間、０Ｖを保持し、その後、プラス側に増加する。ここで、０Ｖに保持されている間も、デューティ比が増加しているが、図５に示した不感帯の影響で、デューティ比が増加しても、モータ電圧が変化しないためである。
【００４９】
その結果、図１０（Ａ）に実線Ａａ２で示したように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ２の間保持された分だけ、応答が遅れることになる。図１０に示す例では、図１０（Ａ）に実線Ａａ２で示したように、スロットル弁の開度が目標開度に到達するまで、時刻（ｔ２−ｔ０）掛かっており、この時間は、約１３０ｍｓであった。運転者の体感上、応答時間が１００ｍｓ以下であれば、実際上体感することができないのに対して、１３０ｍｓの応答では、応答遅れとして運転者が体感し得るものである。
【００５０】
次に、図９を用いて、本実施形態による応答特性について説明する。図９（Ａ）の横軸は時間（秒）を示し、縦軸はスロットル弁の開度（度）を示している。図９（Ａ）の破線Ａｔ１は、目標開度の変化を示している。すなわち、時刻ｔ０以前において、スロットル開度が１６．５度であり、時刻ｔ０において、目標開度が１８．５度となるように、ステップ状に目標開度を変化させている。ここで、デフォルト開度θ１は、例えば、１７．３度であり、目標開度Ａｔ１は、デフォルト開度θ１を跨ぐように変化させている。
【００５１】
図９（Ａ）の実線Ａａ１は、破線Ａｔ１で示した目標開度に対する実際の弁開度を示している。図示する例から明らかなように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ１の間、保持された後、目標開度に近づくような応答特性を示している。
【００５２】
次に、図９（Ｂ）を用いて、図９（Ａ）の破線Ａｔ１で示したステップ状の目標開度が与えられた場合のデューティ比の変化と、モータ電圧の変化について説明する。図９（Ｂ）において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸は、デューティ比（％）及びモータ電圧（Ｖ）を示している。
【００５３】
図９（Ａ）に破線Ａｔ１で示したように、時刻ｔ０において目標開度がステップ状に変化すると、図９（Ｂ）に破線Ｄ１で示したように、デューティ比は、デフォルト開度を跨ぐ部分ではステップ的に変化する特性となる。
【００５４】
このとき、図９（Ｂ）に実線Ｖ１で示すように、モータ電圧は、マイナスの電圧から増加した後、ほぼ直線的に増加する。
【００５５】
その結果、図９（Ａ）に実線Ａａ１で示したように、デフォルト開度θ１に時間Ｔ１の間保持された分だけ、応答が遅れるが、この時間Ｔ１は、図１０の時間Ｔ２よりも短くなっている。時間Ｔ１だけ保持されるのは、図１において説明したように、スロットル弁２１がばね２６によって付勢されているため、この付勢力に抗してスロットル弁２１を回動するのに要する時間である。図９に示す例では、図９（Ａ）に実線Ａａ１で示したように、スロットル弁の開度が目標開度に到達するまで、時刻（ｔ１−ｔ０）掛かっており、この時間は、約１００ｍｓであり、応答遅れとして運転者が体感し得ないレベルまで応答遅れを改善することができるものである。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯を取り除いて、応答性を向上することができる。特に、デフォルト開度を通過する開度指令に対して応答性を向上することができる。例えば、４０ｋｍ／ｈで定速走行しているような運転状態から加速すると、デフォルト開度を跨ぐように、スロットル開度が変化するが、このような場合、応答性が向上するということは、加速性能が向上することになる。
また、駆動回路の非線形を直接補正する方式であるので、同じ応答性を実現する場合、ゲインのマッチングが簡単になる。
【００５７】
次に、図１１を用いて、本発明の第２の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図６に示したものと同様である。
本実施形態においては、電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段１８の変換特性を、図８に示したものとは異なるようにしている。
【００５８】
ここで、図１１を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【００５９】
図１１において、横軸は、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を示し、縦軸は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するためのデューティー比である。電圧／デューティー変換手段１８は、ＰＩＤ制御手段１４で計算したモータ印加電圧に対して、実際にモータを駆動するＰＷＭのデューティー比を求めるものである。
【００６０】
図１１に実線Ｃ１で示す特性は、図８に示したものと同様である。すなわち、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ２のときは、デューティ比は、１００％としており、その間は、モータ電圧の増加にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００６１】
また、モータ電圧がマイナスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、−１３．５％としている。また、モータ電圧が−Ｖｂ２のときは、デューティ比は、−１００％としており、その間は、モータ電圧の減少にしたがって、デューティ比が直線的に変化する変換特性としている。
【００６２】
ここで、ＰＷＭの振幅はバッテリ電圧になるので、同じデューティー比でもバッテリ電圧が変化すれば、モータに印加される電圧も変化する。そこで、本実施形態では、制御装置１０は、取り込んでいるバッテリの電圧を利用して、バッテリ電圧が基準値より低下したときはデューティー比を大きくし、またバッテリ電圧が基準値より高いときはデューティー比を小さくすることで、デューティー比が１００％に達するまでは、電源電圧の変化してもモータへの印加電圧は変化しないように補償している。
【００６３】
すなわち、例えば、実線Ｃ１で示す特性は、バッテリー電圧Ｖｂ２が例えば１４Ｖの場合である。それに対して、点線Ｃ２で示す特性は、バッテリー電圧Ｖｂ１が例えば１０Ｖの場合である。また、破線Ｃ３で示す特性は、バッテリー電圧Ｖｂ３が例えば１６Ｖの場合である。
【００６４】
点線Ｃ２で示すように、バッテリー電圧Ｖｂ１が例えば１０Ｖの場合には、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ１のときは、デューティ比が、１００％としており、その間は、デューティ比の変化を、実線Ｃ１で示す場合よりも大きくしている。マイナス側についても同様である。
【００６５】
また、破線Ｃ３で示すように、バッテリー電圧Ｖｂ３が例えば１６Ｖの場合には、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、モータ電圧がＶｂ３のときは、デューティ比が、１００％としており、その間は、デューティ比の変化を、実線Ｃ１で示す場合よりも小さくしている。マイナス側についても同様である。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態によれば、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯を取り除いて、応答性を向上することができる。
また、電源電圧の変化してもモータへの印加電圧は変化しないように補償することができるので、電源電圧が変化に対しても応答性の変化が少なくなる。したがって、応答性のロバスト性が向上する。
【００６７】
次に、図１２を用いて、本発明の第３の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成は、図６に示したものと同様である。
本実施形態においては、電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段１８の変換特性を、図８，図１１に示したものとは異なるようにしている。
【００６８】
ここで、図１２を用いて、本実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性について説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【００６９】
図１２において、横軸は、リミッタ手段１６の出力であるモータに加える電圧を示し、縦軸は、電子制御スロットル２０の直流モータ２２をＰＷＭ駆動するためのデューティー比である。電圧／デューティー変換手段１８は、ＰＩＤ制御手段１４で計算したモータ印加電圧に対して、実際にモータを駆動するＰＷＭのデューティー比を求めるものである。
【００７０】
図１２に実線Ｃ４で示す特性では、図５に示した±１５％の不感帯以外にも、＋９５％以上と−９５％以下における飽和特性も補償するものである。すなわち、モータ電圧がプラスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、１３．５％としている。また、デューティ比が＋９５％以上では、図５の＋９５％以上の飽和特性を補償するように、図５の特性の逆特性としている。そして、＋１３．５％〜＋９５％の間は、モータ電圧の増加にしたがって、デューティ比がほぼ直線的に変化する変換特性としている。なお、＋９５％の付近では、直線部と飽和部を連続的に補間する特性としている。
【００７１】
また、モータ電圧がマイナスの範囲において、モータ電圧が０Ｖのとき、電圧／デューティー変換手段１８が出力するデューティ比は、−１３．５％としている。また、デューティ比が−９５％以下では、図５の−９５％以下の飽和特性を補償するように、図５の特性の逆特性としている。そして、−１３．５％〜−９５％の間は、モータ電圧の変化にしたがって、デューティ比がほぼ直線的に変化する変換特性としている。なお、−９５％の付近では、直線部と飽和部を連続的に補間する特性としている。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態によれば、電圧／デューティー変換手段１８を用いることにより、駆動回路に起因する不感帯及び飽和部の影響を取り除いて、応答性を向上することができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、電子制御スロットルの制御装置によるスロットル弁制御の応答性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いるばねトルクの説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる駆動回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルに用いる直流モータの印加電圧を示す波形図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルにおけるＰＷＭのデューティー比とモータ印加電圧の測定例の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置のリミッタ手段におけるリミッタの制限値とバッテリ電圧との関係の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の応答特性の説明図である。
【図１０】従来の制御装置の応答特性の説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による電子制御スロットルの制御装置の電圧／デューティー変換手段の変換特性の説明図である。
【符号の説明】
１０…制御装置
２０…電子制御スロットル
２１…スロットル弁
２２…直流モータ
２３…駆動回路
２４…開度センサ
２５…減速ギア
２６…ばね
２９…吸気管
３０…バッテリ
【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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【図１２】
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