JP3992221B2 - 電子制御スロットルの診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータを介してスロットル弁を開閉駆動し、アクチュエータが非作動状態のとき、予め設定されたフェイルセーフ開度に戻す機構を備えた電子制御スロットルの診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクセルペダルとスロットル弁とがケーブル等で機械的に連結された従来のエンジン制御系においては、アクセルペダルの踏み込み量に応じて定まるスロットル開度での吸入空気量或いは吸気管圧力を測定し、この吸入空気量或いは吸気管圧力に基づいて燃料噴射量や点火時期を設定することにより、燃料噴射制御や点火時期制御等のエンジン制御を行なうようになっている。
【０００３】
これに対し、最近では、車両の運転操作を電気的に検出して走行制御を行なう、いわゆるドライブバイワイヤの制御システムが開発されている。このドライブバイワイヤによるエンジン制御システムでは、モータ等のアクチュエータを介して電気的に開閉制御される電子制御スロットルを採用しており、この電子制御スロットルでは、特開平１１−１９０２３０号公報に開示されているように、アクチュエータが非作動の状態ではスロットル弁（絞り弁）が全閉位置より開き状態（いわゆるフェイルセーフ開度）になるように構成されており、エンジン再始動や異常発生時の退避走行を可能としている。
【０００４】
この電子制御スロットルの機械的な装置本体は、通常、エンジン排気量や駆動形式等が異なる車両に対して共通して用いることでコスト低減を図るようにしており、機械的な全閉位置を調整した後、エンジン排気量や駆動形式等の車両の仕様に応じてフェイルセーフ開度を調整するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子制御スロットルの機械的な装置本体が同じであることは、正規の仕様と異なるフェイルセーフ開度の装置が組付けられてしまう誤組付けが発生する可能性があることを意味し、例えば排気量が比較的小さいエンジンに、相対的に排気量の大きいエンジン用のスロットル装置が組付けられると、適切なフェイルセーフ開度よりも小さいフェイルセーフ開度となり、万一の場合にエンジン出力が不足して所望の退避走行性能が得られない虞がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電子制御スロットルのアクチュエータ非作動時のフェイルセーフ開度が正規の仕様に適合した開度か否かを診断し、万一の場合の退避走行性能を確保することのできる電子制御スロットルの診断装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、アクチュエータを介してスロットル弁を開閉駆動し、上記アクチュエータが非作動状態のとき、予め設定されたフェイルセーフ開度に戻す機構を備えた電子制御スロットルの診断装置であって、上記スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサの上記アクチュエータを非作動状態としたときの出力値と、上記アクチュエータを作動させて上記スロットル弁を全閉位置に保持したときの上記スロットルセンサの出力値との出力差を算出する手段と、上記スロットルセンサの出力差が予め車両の仕様に応じて設定された基準範囲内にあるか否かを調べ、上記出力差が上記基準範囲外のとき、スロットル系が機械的に不良と判定する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記スロットル弁のフェイルセーフ開度を、上記スロットルセンサの出力値が上記スロットル弁を機械的な全閉位置に調整したときの出力値に車両の仕様に応じたフェイルセーフ開度を与える出力値を加算した値となるよう予め調整しておき、上記フェイルセーフ開度を与える出力値の管理範囲を上記基準範囲とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、イグニッションスイッチがオフからオンにされたとき、上記スロットルセンサの出力差を算出することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の発明は、スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサに対し、アクチュエータを非作動状態としたときの出力値とアクチュエータを作動させてスロットル弁を全閉位置に保持したときの出力値との出力差を算出し、この出力差が予め車両の仕様に応じて設定された基準範囲外のとき、スロットル系が機械的に不良と判定することで、正規の仕様に適合した適正なフェイルセーフ開度であることを確認し、万一の場合の退避走行性能を確保する。
【００１１】
その際、請求項２記載の発明のように、スロットル弁のフェイルセーフ開度を、スロットルセンサの出力値がスロットル弁を機械的な全閉位置に調整したときの出力値に車両の仕様に応じたフェイルセーフ開度を与える出力値を加算した値となるよう予め調整しておき、フェイルセーフ開度を与える出力値の管理範囲を基準範囲とすることで、より精密な診断を可能とすることができる。また、請求項３記載の発明のように、イグニッションスイッチがオフからオンにされたとき、スロットルセンサの出力差を算出してフェイルセーフ開度が正規の仕様に適合した適正な開度か否かの判定を行うことが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の一形態に係わり、図１は電子制御スロットルシステムの概略構成図、図２はモータ駆動回路の構成図、図３はスロットル系診断ルーチンのフローチャート、図４は診断動作のタイムチャートである。
【００１３】
図１において、符号１はエンジンであり、このエンジン１の吸気ポートにインジェクタ３が介装され、吸気ポートの上流側に、この吸気ポートに連通する吸気通路２を形成するスロットルボディ４が配設されている。スロットルボディ４には、スロットル弁５が介装され、このスロットル弁５が電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって駆動制御されるアクチュエータとしてのモータ（本形態においては、直流モータ）６にギヤ７を介して連設されている。また、スロットルボディ４の上流側には、吸入空気量センサ８が介装されている。
【００１４】
スロットル弁５は、モータ６が非通電のとき、オープナストッパ９に当接するようにリターンスプリング１０ａによって付勢されており、オープナストッパ９でのスロットル開度が、エンジン再始動や万一の場合の退避走行を可能とする開度（フェイルセーフ開度）を与える。また、スロットル弁５がオープナスプリング１０ｂの付勢力に抗してモータ６により閉側に制御されたときの全閉位置は、全閉ストッパ１１によって規制される。尚、図においては、スロットル弁５の位置を、上下方向の動きで模式的に示している。
【００１５】
ＥＣＵ１００は、メイン及びサブの２つのマイクロコンピュータ１０１，１０２（以下、メインマイコン１０１、サブマイコン１０２と記載する）を備えている。メインマイコン１０１とサブマイコン１０２とは、互いの通信インターフェイスを介して双方向通信可能であり、主としてメインマイコン１０１で燃料噴射制御や点火時期制御等のエンジン制御を分担し、サブマイコン１０２でモータ６の駆動制御（スロットル制御）を分担する。
【００１６】
このため、メインマイコン１０１には、アクセルペダル１２の踏込み量を検出する２系統のアクセルセンサ１３，１３、及びスロットル弁５の開度を検出する２系統のスロットルセンサ１４，１４からの信号が入力されると共に、吸入空気量センサ８、クランク角センサ１５、冷却水温センサ１６、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）１７、及びその他のエンジン運転状態を検出するための図示しないセンサ・スイッチ類からの信号が入力され、インジェクタ３からの燃料噴射量や点火時期等のエンジン制御量を演算する。
【００１７】
一方、サブマイコン１０２には、２系統のアクセルセンサ１３，１３、及び２系統のスロットルセンサ１４，１４からの信号が入力されると共に、メインマイコン１０１からのデータが入力され、目標スロットル開度と実スロットル開度との偏差に基づいて、モータ駆動回路１０３によりモータ６をＰＷＭ制御するためのデューティ比を演算する。
【００１８】
モータ駆動回路１０３は、４個のトランジスタをＨ形に接続した周知のＨブリッジ駆動回路であり、ブリッジ接続した４個のトランジスタを２個ずつのペアで交互に駆動し、モータ６を可逆運転する。すなわち、図２に示すように、直列接続されるコレクタホロワ形のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２と、同じく直列接続されるコレクタホロワ形のトランジスタＴＲ３，ＴＲ４とが電源ＶBに対して並列に接続され、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の接続点とトランジスタＴＲ３，ＴＲ４の接続点との間にモータ６の両端子が接続されている。
【００１９】
そして、サブマイコン１０２からモータ６の電流をチョッパ制御して回転トルクを決定するデューティ信号が、トランジスタＴＲ１，ＴＲ４への第１の系統と、トランジスタＴＲ２，ＴＲ３への第２の系統との２系統出力される。第１の系統は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ４をＯＮ，ＯＦＦさせてモータ６に一点鎖線で示す方向に電流を流し、スロットル弁５を閉弁させる方向に回転トルクを発生させるデューティ出力のラインであり、第２の系統は、トランジスタＴＲ２，ＴＲ３をＯＮ，ＯＦＦさせてモータ６に二点鎖線で示す方向に電流を流し、スロットル弁５を開弁させる方向に回転トルクを発生させるデューティ出力のラインである。以下、第１の系統を論理的にマイナスのデューティ出力系統、第２の系統を論理的にプラスのデューティ出力系統とする。
【００２０】
また、２系統のアクセルセンサ１３，１３、及び２系統のスロットルセンサ１４，１４からの信号は、一方の系統が通常の制御に使用され、他方の系統が自己診断に使用される。すなわち、アクセルペダル１２の踏込み量を２重系のアクセルセンサ１３，１３で検出してＥＣＵ１００内部に読込み、ＥＣＵ１００内部のメインマイコン１０１とサブマイコン１０２とによる２重系で処理した上で、モータ６を駆動して最適なスロットル開度に制御すると共に、スロットル弁５の動きを２重系のスロットルセンサ１４，１４で検出してＥＣＵ１００内部に読込み、正常に動作しているか否かを監視する。
【００２１】
ＥＣＵ１００内部のメインマイコン１０１とサブマイコン１０２とによる２重系の出力は、一致回路１０４を介してモータリレー１０５に出力される。そして、正常時には、この一致回路１０４の出力によってモータリレー１０５が駆動され、バッテリ１０６からの電源がモータリレー１０５からモータ駆動回路１０３を介してモータ６に供給される。
【００２２】
ここで、ＥＣＵ１００では、正規の仕様に合致したスロットルボディ４が組付けられているか否かの診断をエンジン始動時に実施し、エンジン排気量や駆動方式等の車両の仕様に応じた適正なフェイルセーフ開度であることを確認し、万一の場合の退避走行の安全を確保する。以下、スロットル系の診断処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２３】
図３のスロットル系診断ルーチンは、イグニッションスイッチ１７がＯＦＦからＯＮにされ、システムが起動してイニシャライズされた後に実行されるルーチンであり、このルーチンがスタートすると、先ず、ステップＳ１で、スロットルセンサ１４の出力を始動時開度ＴＨＯＰＮとしてメモリにストアする。この始動時開度ＴＨＯＰＮは、モータ６が非通電の状態で、スロットル弁５がオープナストッパ９によって機械的に係止される位置の開度である。
【００２４】
次いで、ステップＳ２へ進み、モータリレー１０５をＯＮしてモータ６の通電を開始すると、ステップＳ３で、マイナスのデューティ信号をモータ駆動回路１０３に出力してスロットル弁５をモータ６を介して閉側に駆動し、ステップＳ４で、設定時間が経過したか否かを調べてＮＯの場合にステップＳ３へ戻る待ちループとなる。この待ちループの設定時間は、モータ６をマイナスのデューティ信号によってスロットル全閉方向に駆動し、スロットル弁５が全閉ストッパ１１によって規制される全閉位置に確実に突き当てられて保持される時間を定めるものであり、この設定時間が経過したとき、ステップＳ４からステップＳ５へ進み、そのときのスロットルセンサ１４の出力を全閉開度ＴＨＣＬＳとしてメモリにストアする。
【００２５】
続くステップＳ６では、始動時開度ＴＨＯＰＮと全閉開度ＴＨＣＬＳとの差を算出し、この開度差（ＴＨＯＰＮ−ＴＨＣＬＳ）が予め車両の仕様に応じて設定された基準範囲内にあるか否かを調べる。開度差（ＴＨＯＰＮ−ＴＨＣＬＳ）は、万一の異常が発生した場合の退避走行を可能するフェイルセーフ開度を与えるものであり、このフェールセーフ開度が車種毎に異なるエンジン排気量や駆動方式等に応じて予め設定されている下限値ＴＨＬと上限値ＴＨＨとの基準範囲内にあるか否かを調べる。
【００２６】
この場合、判定の精度を上げるためには、生産段階でのスロットル弁５のフェイルセーフ開度を精度良く調整しておくことが重要であり、フェイルセーフ開度の調整を、スロットル全閉位置でのスロットルセンサ１４の出力値と、フェイルセーフ開度でのスロットルセンサ１４の出力値とを個別に管理して調整するよりも、スロットル全閉位置からの相対値で管理してフェイルセーフ開度を調整することが望ましい。
【００２７】
一般に、生産段階でのスロットル調整においては、先ず、全閉ストッパ１１によって規制されるスロットル弁５の全閉位置の機械的開度を、スロットル弁５からの空気の漏れ量計測や治具を用いた位置決め等により決定し、そのときのセンサ出力値が許容範囲内に収まるよう、スロットルセンサ１４を調整する。その後、スロットルセンサ１４の出力値が車両の仕様毎に定められた値となるよう、オープナストッパ９によってスロットル弁５の機械的開度を決定し、フェールセーフ開度とする。
【００２８】
このとき、スロットル弁５の機械的な全閉位置でのスロットルセンサ１４の出力電圧を、例えば、Ｏ．５Ｖ±０．０５Ｖに調整し、フェイルセーフ開度を決定するスロットルセンサ１４の出力電圧の管理範囲を、１．０Ｖ±０．０５Ｖとすると、スロットルセンサ１４の全閉からフェイルセーフ開度までの出力電圧の変化は、０．５Ｖ±０．１Ｖとなり、公差の累積分だけばらつきが拡大することになる。
【００２９】
すなわち、出荷後のスロットル弁５の全閉からフェールセーフ開度までの実際の機械的な開度変化は、スロットルセンサ１４の出力電圧が全閉で０．４５Ｖのときに１．０５Ｖでフェイルセーフ開度を調整したものと、スロットルセンサ１４の出力電圧が全閉で０．５５Ｖのときに０．９５Ｖでフェイルセーフ開度を調整したものとでは、全閉とフェイルセーフ開度とを同じ精度で調整したにも拘らず、公差の累積分だけ実際の機械的開度の差が大きくなり、フェイル走行時の空気量のばらつき、すなわちエンジン出力のばらつきを生じてしまう。
【００３０】
従って、本実施の形態においては、スロットル弁５の機械的な全閉位置でスロットルセンサ１４の出力電圧を調整した後、全閉時のスロットルセンサ１４の電圧に、フェイルセーフ開度を与える電圧値を加算してフェイルセーフ開度を決定する。すなわち、全閉時のスロットルセンサ１４の出力電圧がＯ．５Ｖ±０．０５Ｖに調整されているとき、全閉時のスロットルセンサ１４の電圧に、フェイルセーフ開度を与える電圧値として０．５Ｖ±０．０５Ｖを加算した値でフェイルセーフ開度の機械的な位置を決定することにより、出荷後の実際のスロットル弁５の全閉からフェールセーフ開度までの機械的な開度変化を、スロットルセンサ１４の電圧変化分（０．５Ｖ±０．０５Ｖ）に対応した範囲に限定してばらつきを抑える。
【００３１】
これにより、スロットル全閉位置とフェイルセーフ開度とでスロットルセンサ１４の出力値を個別に管理してフェイルセーフ開度を調整する場合に比較し、スロットル全閉位置からの相対値を管理してフェイルセーフ開度を調整する場合には、同じ調整精度でありながら、フェイル走行時の空気量のばらつきを抑えて適正なエンジン出力とすることができるばかりでなく、スロットルボディ４の誤組付けを判定するための基準範囲をより厳密に設定することができ（例えば０．５Ｖ±０．１Ｖに対して、０．５Ｖ±０．０５Ｖ）、より精密な診断を可能とすることができる。
【００３２】
そして、ステップＳ６において、ＴＨＬ≦ＴＨＯＰＮ−ＴＨＣＬＳ≦ＴＨＨの場合には、ステップＳ７でスロットル系が機械的に正常であり、正規の仕様に合致したフェイルセーフ開度のスロットルボディ４であると判定してルーチンを終了する。一方、ＴＨＯＰＮ−ＴＨＣＬＳ＜ＴＨＬ或いはＴＨＯＰＮ−ＴＨＣＬＳ＞ＴＨＨの場合には、ステップＳ８で、スロットル系が機械的に異常であり、正規の仕様と異なるスロットルボディ４が誤組付けされている可能性があると判定してルーチンを終了する。
【００３３】
以上の動作を、図４のタイムチャートを用いて説明すると、イグニッションスイッチがＯＮされ、モータ６が非通電の状態でのスロットルセンサ１４の出力が始動時開度ＴＨＯＰＮとして読込まれた後、モータリレー１０５がＯＮされてモータ６がマイナスのデューティ出力によって駆動され、スロットル弁５が閉じられる。そして、この状態で設定時間、モータ６が駆動され、スロットル弁５が全閉位置に確実に突き当たった状態でのスロットルセンサ１４の出力が全閉開度ＴＨＣＬＳとして読込まれる。そして、始動時開度ＴＨＯＰＮと全閉開度ＴＨＣＬＳとの差に基づいてフェイルセーフ開度が仕様に合致した適正な開度か否かを判定し、正常と判定されたとき、通常制御に移行する。
【００３４】
これにより、正規の仕様と異なるフェイルセーフ開度のスロットルボディ４が誤組付けされていても、確実に誤組付けを検出することができ、万一の退避走行性能を確保することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電子制御スロットルのアクチュエータ非作動時のフェイルセーフ開度が正規の仕様に適合していない場合にも、確実に異常を検出し、万一の場合の退避走行性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子制御スロットルシステムの概略構成図
【図２】モータ駆動回路の構成図
【図３】スロットル系診断ルーチンのフローチャート
【図４】診断動作のタイムチャート
【符号の説明】
１ エンジン
４ スロットルボディ
５ スロットル弁
６ モータ（アクチュエータ）
１４ スロットルセンサ
１７ イグニッションスイッチ
１００ 電子制御ユニット
ＴＨＣＬＳ 全閉開度
ＴＨＯＰＮ 始動時開度

Claims (3)

1. アクチュエータを介してスロットル弁を開閉駆動し、上記アクチュエータが非作動状態のとき、予め設定されたフェイルセーフ開度に戻す機構を備えた電子制御スロットルの診断装置であって、
   上記スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサの上記アクチュエータを非作動状態としたときの出力値と、上記アクチュエータを作動させて上記スロットル弁を全閉位置に保持したときの上記スロットルセンサの出力値との出力差を算出する手段と、
   上記スロットルセンサの出力差が予め車両の仕様に応じて設定された基準範囲内にあるか否かを調べ、上記出力差が上記基準範囲外のとき、スロットル系が機械的に不良と判定する手段とを備えたことを特徴とする電子制御スロットルの診断装置。
2. 上記スロットル弁のフェイルセーフ開度を、上記スロットルセンサの出力値が上記スロットル弁を機械的な全閉位置に調整したときの出力値に車両の仕様に応じたフェイルセーフ開度を与える出力値を加算した値となるよう予め調整しておき、上記フェイルセーフ開度を与える出力値の管理範囲を上記基準範囲とすることを特徴とする請求項１記載の電子制御スロットルの診断装置。
3. イグニッションスイッチがオフからオンにされたとき、上記スロットルセンサの出力差を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の電子制御スロットルの診断装置。

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