JPH05288087A

JPH05288087A - スロットル・アクチュエータ

Info

Publication number: JPH05288087A
Application number: JP4051110A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kawamura; 政博河村; Masuo Takigawa; 益生瀧川; Yasuhiro Kondo; 康宏近藤; Tsutomu Hamada; 力濱田; Teruo Maruyama; 照雄丸山; Akio Masuo; 明雄増尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-11-02
Also published as: KR930018146A; US5367997A; KR0133042B1

Abstract

(57)【要約】【目的】機械と電子を共存させても、軽量、小型で取
付が簡単であり、フェールセーフ機構の付いたスロット
ル・アクチュエータを提供する。【構成】第１のリンク部材７と上限用リンク部材９
ａ、下限用リンク部材９ｂを回転可能に同軸に結合させ
る。スロットルを開ける場合は、アクセル開度センサ３
からの出力でモータ４を制御して電気的にスロットル弁
５を制御するとともに、ワイヤー１２によりアクセル開
度に応じてリンク部材７、９ａ、９ｂを通じて機械的に
スロットル弁５を制御する。【効果】通常時は、トラクション制御、アイドル制御
、定速走行制御等の高度なスロットルワークが実現で
き、異常時にはフェールセーフ機能が働いてスロットル
弁５が閉じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車等のスロットル弁
の開閉制御を行うスロットル・アクチュエータに関し、
特に電動機とワイヤーの両方により制御されるスロット
ル・アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年自動車は、ただ走れば良いという乗
り物から、乗り心地がよいもの、より快適な乗り物へと
変化してきた。そのようなニーズから、走行システムに
おいても４ＷＤ、４ＷＳ、クルーズコントロール（定速
走行）など高度な制御を用いて、様々な走行の仕組みが
考えられている。その中でも、燃料の供給口であるスロ
ットル弁を制御して、走行の安定性、安全性、高燃費等
を実現しようとする試みがある。

【０００３】従来の自動車のエンジンでは、スロットル
の開度はアクセルペダルの踏み込み量に連動していれば
良かった。このため、スロットルバルブとアクセルペダ
ルの間をワイヤやリンクで機械的に接続していた。しか
し上述したように、最近は自動車の走行状態に応じてス
ロットル開度を電子制御化するケースが多い。この電子
制御により、エンジンの出力を加減して車速を一定に保
つクルーズコントロール機能、エンジンの出力を絞って
駆動輪のスリップを防ぐＴＣＳ（トラクション・コント
ロール・システム）、アイドリング時のエンジン回転ス
ピードを制御するＩＳＣ（アイドル・スピード・コント
ロール）が実現できるようになってきた。

【０００４】しかしながら、スロットルを電子制御しよ
うとすると様々な問題が生ずる。その問題について以下
説明する。スロットルを電子制御化するアプローチには
幾通りかの方法がある。その端的なものとしてあげられ
るのが、スロットルの制御を行うアクチュエータをすべ
て電子化する方法である。これは、スロットルバルブと
アクセルペダルは機械的には完全に切り離されており、
ペダルの踏み込み量をセンサで読みとってバルブをモー
タで駆動する構成により実現している。

【０００５】もう一つ代表的なアプローチとしては、ペ
ダルでスロットルバルブを操作するための機械的な連結
機構は残しておいて、それに電子制御機能を付加すると
いう方法である。

【０００６】上述の２つの方法を比較すると、前者の方
法は部品点数が少なくてすみ、機械的な連結機構が不要
で、アクチュエータが１つで済むという利点がある。こ
れに対し後者の方法では連結機構のほかに１個（または
２個）のアクチュエータを必要とする。

【０００７】しかしこれとは逆に、前者の方法はコスト
が高いという欠点がある。例えばオプションの機能とし
てクルーズコントロールだけを登載する場合を考える
と、クルーズコントロール機能だけを満足させるにもス
テッピングモータ等のアクチュエータは必須であり、結
局はたった１つの機能を登載するのにも、ＴＣＳ等の他
の機能を併せて付加するのにもコスト的には余り変わら
ないことになる。また、もっとも重要な要素である安全
性（フェールセーフ機能）を考えると、前者の方法では
その確保が非常にむずかしい。そのようは背景から、こ
れまで長く使われ、信頼性の点で実績のある機械系を残
した方が安全であると判断されている。

【０００８】機械と電子を共存させる場合、機構が複雑
になりがちである。図８に従来のスロットルバルブを示
す。これはスロットルボディの中に２つのバルブを設け
るという構成になっている。図８に示すように、この従
来例は、一方のバルブをアクセルペダルで機械的に動か
し、もう一方のバルブをステッピングモータを用いて電
子制御する仕組みになっている。

【０００９】また、他の従来技術として例えば特開昭６
４−１２０３８号公報に記載のものがある。図７にこの
従来例を示す。図７に示すようにこの従来例ではアクセ
ルペダル７１を矢印Ａの方向に踏み込むと、ワイヤー７
２を通じてリンク部材７３が矢印Ｂの方向に回転し、バ
ネ７４を通じてスロットルバルブ７５が矢印Ｃの方向に
開く。この状態でスロットルバルブ７５をもう少し閉じ
たい場合には、モータ７６を駆動してモータ軸をＤの方
向に回転させ、連結棒７７を通じてリンク部材７８がＥ
の方向に回転し、バネ７４を押し縮めながらスロットル
バルブ７５を閉じる方向に制御する仕組みになってい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まず第
１の従来例では、２つのバルブを設けて構成されている
のでスロットルは全体として大きく、重いものになって
しまう。また第２の従来例では通常走行時にアクセル７
１の開度をしっかりスロットルに伝える必要があるので
必然的にバネ７４をかなり強めに設定する必要がある
が、このような状態からモータ７６でスロットルを絞ろ
うとすると、強めに設定されたバネ７４をさらに圧縮す
る必要があるので、結果としてモータは高トルクで大型
のものが必要になる。

【００１１】また、モータのトルクを低減させる為には
他に機構が必要になり、メカ的に大きく複雑なものにな
ってしまう。さらに、ＴＣＳ等の機能のないスロットル
とは基本構造が異なるため完全に別設計となり、コスト
高になる。

【００１２】本発明は上記のような課題を解決するもの
で、機械と電子を共存させても、軽量、小型で取付が簡
単であり、フェールセーフ機構の付いたスロットル・ア
クチュエータを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、エンジンへ気化燃料を供給する吸気管と、前
記吸気管の中に配置され、回転して開閉をするスロット
ル弁と、前記スロットル弁を支持し車両の固定部に回転
可能に取り付けられたスロットル軸と、前記スロットル
軸に回転力を供給するモータと、前記スロットル軸に固
定され、前記スロットル軸に回転力を伝達する第１のリ
ンク部材と、前記スロットル軸と同軸に回転可能に取り
付けられ、前記第１のリンク部材と当接可能であるスト
ッパ−部を２つ有し、アクセルペダルからの踏み込み量
に応じて移動するワイヤーに連結された第２のリンク部
材と、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度セ
ンサと、前記モータを制御するモータ制御手段と、スロ
ットル弁が閉じる方向に、前記スロットル軸に回転力を
常に供給するアクセル復帰手段とを備え、前記第１のリ
ンク部材と前記第２のリンク部材の結合は、前記２つの
ストッパー部の間を回転許容範囲とする同軸の結合であ
り、前記モータ制御手段は前記アクセル開度センサから
の出力に応じて、前記モータを駆動して前記スロットル
弁を前記回転許容範囲内で制御することを特徴とするス
ロットル・アクチュエータである。

【００１４】また、モータのステータに接続され、異常
事態に前記ステータを回転させて、スロットル弁を全閉
状態に導くステータ復帰バネと、通常時は前記ステータ
を固定しておき、異常時には前記ステータ開放するステ
ータ固定手段を備え、モータ制御手段は、モータがロッ
ク状態であると判断したときに、前記ステータ固定手段
にステータ開放命令を出して、ステータを回転させるこ
とを特徴とするスロットル・アクチュエータである。

【００１５】また、モータのステータに接続され、前記
ステータを回転させて、スロットル弁を全閉状態に導く
ステータ復帰バネと、アクセルペダルからの踏み込み量
に応じて移動する第２のワイヤーを備え、前記第２のワ
イヤーを、モータのステータに接続したことを特徴とす
るスロットル・アクチュエータである。

【００１６】また、第２のリンク部材は、上限用リンク
部材と下限用リンク部材の２つの部分を具備し、前記上
限用リンク部材と前記下限用リンク部材はそれぞれワイ
ヤーに接続され、アクセルペダルの踏み込みに対して独
立して回転することを特徴とするスロットル・アクチュ
エータである。

【００１７】また、上限用リンク部材の回転と下限用リ
ンク部材の回転を伝える回転力伝達手段を備え、アクセ
ルペダルからのワイヤーは前記上限用リンク部材と下限
用リンク部材のどちらか一方に接続され、ワイヤーが接
続されていないリンク部材は、前記回転力伝達手段を用
い、他方のリンク部材から、回転力を伝達されることを
特徴とするスロットル・アクチュエータである。

【００１８】またモータはステッピングモータを用いる
ことを特徴とするスロットル・アクチュエータである。

【００１９】また、弁はＳ字型の弁を用いることを特徴
とするスロットル・アクチュエータである。

【００２０】また、定速走行制御装置を備え、定速走行
時は前記定速走行制御装置からの出力によりモータを制
御する事を特徴とするスロットル・アクチュエータであ
る。

【００２１】また、エンジンへ気化燃料を供給する吸気
管と、前記吸気管の中に配置され、回転して開閉をする
スロットル弁と、前記スロットル弁を支持し車両の固定
部に回転可能に取り付けられたスロットル軸と、前記ス
ロットル軸に回転力を供給するモータと、前記スロット
ル軸に固定され、前記スロットル軸に回転力を伝達する
第１のリンク部材と、前記スロットル軸と同軸に回転可
能に取り付けられ、前記第１のリンク部材と当接可能で
ある第１のストッパ部を有し、アクセルペダルからの踏
み込み量に応じて移動するワイヤーに連結され、第１の
リンク部材の回転許容範囲の上限位置を制御する上限用
リンク部材と、前記スロットル軸と同軸に回転可能に取
り付けられ、前記第１のリンク部材と当接可能である第
２のストッパ部を有し、アクセルペダルからの踏み込み
量に応じて移動するワイヤーに連結され、第１のリンク
部材の回転許容範囲の下限位置を制御する下限用リンク
部材と、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度
センサと、前記モータを制御するモータ制御手段と、ス
ロットル弁が閉じる方向に、前記スロットル軸に回転力
を常に供給するアクセル復帰手段と、モータのステータ
に接続され、スロットル弁が開く方向に常に回転力をス
テータに供給するステータ押さえバネと、前記モータの
ステータを固定するステータ用ストッパと、定速走行時
に前記上限用リンク部材を制御して、回転許容範囲の上
限を変更するオートクルーズ用アクチュエータと、前記
回転許容範囲の中において、スロットル弁を制御するコ
ントロールユニットを備え、前記第１のリンク部材と前
記上限用リンク部材及び下限用リンク部材の結合は、前
記第１のストッパと前記第２のストッパの間を回転許容
範囲とする同軸の結合であり、前記モータ制御手段は前
記アクセル開度センサからの出力および前記コントロー
ルユニットからの出力に応じて、前記モータを駆動して
前記スロットル弁を前記回転許容範囲内で制御すること
を特徴とするスロットル・アクチュエータである。

【００２２】

【作用】上記のような構成により、第１の本発明ではス
ロットルが１つでかつモータの負荷が軽負荷のスロット
ル復帰バネに打ち勝つだけでよいので小型、軽量に出来
る。さらにスロットルモータが駆動不能となってもアク
セルにつながる第２のリンク部材でメカ的に第１のリン
ク部材が駆動できるのでフェールセーフの機能を実現で
きる。

【００２３】また、第２発明では第１の発明に対してさ
らにモータのステータを回転可能とし、かつこのロータ
をアクセルにつながるワイヤーで第２のリンク部材と同
一回転量だけ回転できるので、モータのロータとステー
タがゴミ詰まり等の理由でロックした場合でもフェール
セーフ機能が実現できる。

【００２４】また、第３の発明では第１の発明での第
１、第２のリンク部材に設けた長穴とピンの関係を変更
するだけで、アクセルの開度に対して第１のリンク部材
に設けた長穴の範囲だけモータでスロットルを開放出来
るので、クルーズコントロール、ＴＣＳ、ＩＳＣ等の高
度な制御を行うことができ、高信頼性で乗り心地がよ
く、高機能な車両を提供できる。

【００２５】また、第４の発明では、第２のリンク部材
を上限用と下限用の２つの部材により構成することによ
り、回転許容範囲を任意に設定することが出来るので、
フェールセーフ時における様々な要望に答えることが出
来る。

【００２６】

【実施例】

（実施例１）以下、図面を参照しながら本発明の実施例
について説明する。図１は本発明第１の実施例を示す図
である。同図において１はアクセルペダル、２はアクセ
ルペダルの回転運動の軸になるアクセル回転軸である。
３はアクセル回転軸２の回転角度を検出するアクセル開
度センサであり、本実施例ではアクセル回転軸２に着磁
によるマーキングを施しエンコーダを構成し、この磁気
を磁気センサーを用いて検出する構成にしている。アク
セル開度センサ３の精度としてはかなり高精度のものが
必要であり、非接触のものの方が望ましい。非接触のも
のとしては他に光センサを用いても良い。また接触式の
ものならポテンショメータを用いることも可能である。

【００２７】４はスロットル弁を電気的に開閉するため
のモータであり、本実施例ではステッピングモータを使
用している。本実施例で用いたステッピングモータは松
下製39SHM-32Bを用いている。このモータの仕様を以下
に示す。

【００２８】39SHM-32Bの仕様定格電圧１２Ｖ電流８０ｍＡ／相巻線抵抗１５０オームインダクタンス１５０ｍＨステップ角１．８度ロータ・イナーシャ１５ｇ・ｃｍ保持トルク６７０ｇ・ｃｍ角度ー保持力特性４０ｇ・ｃｍ／０．１度重量１８０ｇ５はスロットル弁であり、本実施例では平型の円形の弁
を使用している。この弁５は平型の他、例えばＳ字状に
形成した弁を用いると弁を回転させるためのトルクがか
なり小さくてすむ。なお、この弁の形状は吸気管１４内
の気流を解析し、計算により求めることが出来る。図６
にこのＳ字弁の一例を示す。

【００２９】６はスロットル弁５を回転させ、開閉する
スロットル軸である。７はスロットル軸６に回転力を与
える第１のリンク部材であり、スロットル軸と溶接によ
り同軸に固定されている。８は第１のリンク部材７にと
りつけられたピンであり、後に説明する長穴１０の中を
移動可能に結合する様になっている。９はスロットル軸
６にアクセルペダル１からの動力を回転力として伝える
第２のリンク部材であり、回転可能なように、軸受け
（図３に指示）によりスロットル軸６と同軸に指示され
ている。１０は第２のリンク部材９に設けられた長穴で
あり、ピン８が勘合するよういなっている。１１は第２
のリンク部材の回転軸である。また第２のリンク部材９
はワイヤ１２によりアクセルペダルのレバー１７に接続
されており、アクセルペダル１の踏み込み量に応じて回
転するようになっている。図２に本実施例のスロットル
アクチュエータとアクセル開度の関係を示す。

【００３０】なお、本実施例において、スロットル弁の
閉状態とはエンジンのアイドリング状態に対応してい
る。よってスロットル弁は閉状態と記していても適当な
手段により必要最低限の吸気量は確保されている。適当
な手段の具体例としては吸気管に設けられたバイパス通
路（図示せず）で最小限の吸気量を確保する方法等があ
る。

【００３１】また、アクセルペダル１につながるレバー
１７は第２のリンク部材９の回転半径より長くなってい
るので、アクセルペダル１を４５度踏み込むと第２のリ
ンク部材９が９０度回転する様に構成されている。

【００３２】１３はスロットル開度センサーであり、ス
ロットル軸６の回転角度を検出する。本実施例において
は、このスロットル開度センサ１３にアクセル開度セン
サ３と同様のものを使用している。１４は円筒型の吸気
管である。１６はスロットル復帰バネであり、スロット
ル軸６にモータ４から回転力が加わらない場合に、第１
のリンク部材７と第２のリンク部材９との関係を、図２
に示す補正上限位置になるように作用する。言い換えれ
ばスロットル復帰バネ１６は、図１においてピン８が長
穴１０の左端に位置している状態に保つよう作用するも
のである。なお、このスロットル復帰バネ１６は第１の
リンク部材７にワイヤーにより接続されている。１８は
モータ制御装置であり、アクセル開度センサー３からの
信号と、コントロールユニット１９からの信号を基にモ
ータ４を制御してスロットル弁５の動きを制御する。２
０はアクセル復帰バネである。

【００３３】図３に本実施例のスロットル・アクチュエ
ータの組立断面図を示す。図３において、３１は軸受け
であり、本実施例ではボールベアリングによる軸受けを
使用している。図１に示すものと同一のものには同一の
番号が付してある。なお、本実施例では用いていない
が、軸受け３１の部分にシール部材を設けても良い。

【００３４】次に本実施例についてその動作を図を用い
て説明する。図２に本実施例のスロットル・アクチュエ
ータにおけるスロットル弁の開度とアクセル開度との関
係をしめす。

【００３５】図２にしめす斜線部分は、ピン８回転と長
穴１０が移動する領域であり、モータ４により制御する
ことが可能な領域である。

【００３６】図１はスロットルが全閉状態にある時を想
定して描いたものである。図１の状態において、スロッ
トル軸６には、スロットルバルブ５を閉じる方向に働く
力としてアクセル復帰バネ２０による回転力と、スロッ
トルバルブ５を開ける方向に働く力としてスロットル復
帰バネ１６による回転力が働いている。ここでアクセル
復帰バネ２０の復原力の方がスロットル復帰バネの復原
力よりも大きく設定してあるので、結果的にアクセル復
帰バネ２０の力が勝り、スロットル軸６にはスロットル
バルブ５を閉じる方向に力が働いている。この状態で、
第１のリンク部材７に設けられたストッパーに当接して
図１の状態になっている。なお、本実施例ではアクセル
復帰バネ２０の復原力をスロットル復帰バネ１６の復原
力より大きくして、スロットル軸６に働く回転力を調節
したが、バネの復原力は等しくしておいて、その接続位
置を変更することで、スロットル軸６に働く回転力を調
節するようにしても良い。

【００３７】また、図１に示す全閉状態ではモータ４に
は電流が流れていない（保持トルクがない）状態になっ
ている。

【００３８】また図２からもわかるように、本実施例で
はフェールセーフとして、たとえスロットル弁を制御し
ている電気系統が故障してもアクセルとスロットル弁と
のメカ的な連結により車が暴走することなく、また、そ
のような場合に陥っても少なくともアイドリング状態に
復帰するようになっている。

【００３９】さて今、スロットル弁５を全閉状態から徐
々に開いていくわけであるが、まずスロットルを開くた
めにアクセルペダル１を踏み込む。するとアクセルレバ
ー１７を動かし、ワイヤー１２が引っ張られ、第２のリ
ンク部材９が図１に示す反時計方向に回転する。これと
同時にアクセル開度センサー３がアクセル開度を検出
し、モータ制御装置１８に伝達する。また、第２のリン
ク部材９が開方向に回転するので、第１のリンク部材７
もスロットル復帰バネ１６作用により、スロットル弁５
が開く方向に回転する。これと同時にスロットル開度セ
ンサ１３によりスロットル軸６の回転角度を検出し、こ
の検出した信号をモータ制御装置１８に伝達する。モー
タ制御装置１８はアクセル開度センサ３からの出力と、
スロットル開度センサ１３からの出力及びコントロール
ユニット１９からの信号を基にモータ４を回転する信号
を出力する。モータ４を回転させるに際には、スロット
ル開度センサ１３によりモータ４の初期位置を検知して
おく必要がある。しかし前回までのモータ４の回転位置
を正確に記憶しておけば、この初期位置の検出は不要で
ある。

【００４０】以上の様にしてスロットル弁５はアクセル
ペダル１を踏み込むことにより制御されるわけである
が、例えば急激なアクセルペダルの踏み込みを行った場
合は、駆動輪のタイヤがスピンしてしまう。この状態を
回避するため、タイヤの回転速度や加速度等からタイヤ
のスリップ具合を判定し、もしスリップ状態であればコ
ントロールユニット１９がスロットル弁５をもう少し閉
じるようにモータ制御装置１８に指令する。なお、タイ
ヤのスリップ具合の判定については既知の様々な判定手
段を用いれば良い。

【００４１】モータ制御装置１８はコントロールユニッ
ト１９の指令によりスロットル弁５を閉じる方向へモー
タ４を回転させる。つまり、ひとたびアクセルペダルを
踏み込むと、あとは図２に示す斜線部分の領域の中をモ
ータ制御装置１８により、スロットル開度が制御され
る。本実施例では特に発進時のオーバーパワーによるタ
イヤのスリップを制御するトラクション・コントロール
を実現するのに適している。

【００４２】次に本実施例のフェールセーフについて説
明する。本実施例におけるフェールセーフとは、たとえ
スロットル弁を制御している電気系統が故障してもアク
セルとスロットル弁とのメカ的な連結により車が暴走す
ることなく、また、そのような場合に陥ってもアイドリ
ング状態になることを考えている。

【００４３】スロットル・アクチュエータにおいて、も
っとも重要なことは、どんな状況であっても決して危険
な状態に陥ってはならないということである。例えばモ
ータ制御回路１８に使用されているＩＣが何らかの原因
で故障した場合、図２に示すように、モータ４によって
制御される範囲は斜線の部分のみであるのでアクセルペ
ダルを戻すと、スロットル弁５は全閉の状態まで戻る構
成になっている。このフェールセーフ時の動作を以下に
説明する。まずモータ制御回路１８とモータ４を結ぶ導
線が断線しているとする。するとモータ４は電流が全く
流れないので、保持トルクを持たず、スロットル軸６に
働く回転力は、上記全閉状態の説明で述べたのと同様、
アクセル復帰バネ２０による回転力が働いている。これ
は万が一、電気系統が故障したとしても機械系統だけで
スロットルを閉じることが出来るようにするためであ
る。

【００４４】このように本実施例によれば、通常はアク
セルペダルによるアクセル開度を上限としてモータ４に
よりスロットルバルブ５を制御するので、万が一、電気
系統が故障した場合にも、危険な状態に陥ることなく、
通常はきめ細かな制御をする事が出来、最も効率の良い
トラクションコントロールを実現することが出来る。

【００４５】しかしながら本実施例において、まだ他の
フェールセーフに対する要望もある。

【００４６】この場合のフェールセーフとは本発明によ
り新たに付加されたメカ部、すなわち信頼性の実績がな
い新たなメカ部の故障を想定し、この故障が発生して
も、アクセルとスロットル弁とのメカ的な連結により車
が暴走することなく、アイドリング状態になることを考
えている。なお、新たなメカ部の故障としてはモータの
機械的不具合を想定しており、具体的には、モータのロ
ータ間の異物の噛み込み等がある。このような状態では
ロータとステータが強く固着することが予想されるの
で、アクセルを戻すときのメカ的な力をスロットル弁、
すなわちこれと直結したロータに作用させてもスロット
ル弁は閉方向へ回転できない状態が想定される。したが
ってモータがロックするということへの対策も講じてお
かなければならない時も存在する。そこで次の実施例を
説明する。

【００４７】（実施例２）この実施例は実施例１で述べ
たようにモータが何らかの影響でロックしてしまった場
合にも、フェールセーフが働くようにしたものである。

【００４８】図４に本実施例の構成図を示す。本実施例
で実施例１と異なるところはモータ４のステータがステ
ータ復帰バネ１５とステータ固定手段２３とにより固定
されていることである。他の構成部分については実施例
１と同様であるのでここでは説明を省略する。ステータ
復帰バネ１５はステータ４に対し、スロットルバルブ５
が閉じる方向への回転力を与えている。ステータ固定手
段２３は前記ステータ復帰バネ１５により与えられる回
転力に対して反するように作用して、ステータ４を固定
するためのストッパーである。このステータ固定手段２
３は電磁弁を備えており、コントロールユニット１９の
指令に基づいて、固定／開放の切り換えが出来るように
なっている。固定／開放の切り換え手段は電磁的なもの
に限らず、例えば形状記憶合金と電熱線とを組み合わせ
たようなものであっても良い。

【００４９】また、このステータを回転させる機構につ
いては、例えば図１４に示すようにステータにバネを取
り付けておき、通常は図１４（ｃ）の状態でステータは
固定しながらアクセルワークを行い、異常時には図１４
（ａ）の状態の様にバネが図１４（ｃ）のセンターライ
ンＳを通り越して、通常時とは反対の方向に回転力を与
えることになり、図４に示すステータ復帰バネ１５と同
じ役目を果たす。

【００５０】また、図１５に示すようにステータの１部
に突起を設けて起き、通常時は突起に爪を引っかけるこ
とによりステータを固定し、異常時には、ステータ復帰
バネ１５の回転力でフェールセーフが働く。

【００５１】また図１６に示すように空気圧バネを利用
するものも考えられる。これは、あらかじめ組立時に、
空気圧によりバネを構成してステータを固定しておき、
異常時には、このあらかじめ与えた予圧を爆薬等の手段
で開口部を形成し、この開口部から空気を抜いてフェー
ルセーフを行うものである。

【００５２】さて、次に本実施例の動作の説明である
が、通常時は、実施例１の動作と同様である。また、電
気系統の故障時においても実施例１と同様であるので、
ここでは説明を省略する。

【００５３】本実施例でのポイントは、モータがゴミ詰
まり等の原因でロックした状況におけるフェールセーフ
である。この点について、以下に説明する。

【００５４】スロットルバルブ５が例えば４５度開いて
いる状況を考える。スロットルバルブ５が４５度開いて
いる状態とは、図２において波線Ａで示した部分であ
る。モータ４の動作がない場合は補正上限位置の地点、
すなわち波線Ａの左端の状態である。また、トラクショ
ン・コントロールを行った場合、モータによりスロット
ルバルブ５を目いっぱい絞った状況では、補正下限位置
つまり波線Ａの右端の状況になっている。このような状
況において、モータのステータ４とロータ（スロットル
軸６）がロックしてしまった場合、ステータ４が固定さ
れていると、スロットルバルブ５も結局は固定されてし
まい、スロットルバルブ５が閉じないという状況に陥っ
てしまう。そこで本実施例では、モータのステータ４を
通常は固定しておくが、例えばモータがロックする等の
異常事態が発生した場合はモータのステータ４自体を回
転させて、フェールセーフを確保しようというものであ
る。

【００５５】このモータロックという異常事態に対する
フェールセーフ時の動作について説明する。まず、コン
トロールユニット１９は、アクセル開度センサ３とスロ
ットル開度センサ１３からの出力を基にモータがロック
しているかどうかを判断する。もしモータがロックして
いれば、ステータ固定手段２３ステータ４を開放する様
に指令する。開放命令を受けたステータ固定手段２３は
ステータを開放し、ステータ４はステータ復帰バネ１５
の作用で、スロットルバルブ５が閉じる方向に作用す
る。したがって、万が一モータがロックしても、スロッ
トルバルブ５が開放した状態のままになることはなく、
暴走等の危険な状態に陥ることはない。

【００５６】しかし、本実施例においても、まだフェー
ルセーフに対する要望がある。それは、電気系統の故障
やモータのロック等の本発明の機構に何らかの不具合が
生じても、少なくとも自力走行が出来る様にすることで
ある（以下この機能をリンプホーム機能と称する。）。

【００５７】そこで、以下にそれを実現するための様々
な態様について述べる。まず、上記のリンプホーム機能
を実現するためには、図４における回転許容範囲を変更
する必要がある。この回転許容範囲の変更を実現するた
めの手段を図９に示す。図９は第２のリンク部材９を上
限用リンク部材９ａと下限用リンク部材９ｂに分割して
構成し、補正上限位置と補正下限位置とをそれぞれ別々
に設定しようというものである。このように構成した場
合の補正許容範囲を図１０に示す。図１０に示すように
補正上限位置と補正下限位置を決定する直線Ｃ、Ｄの傾
きを変更することが出来る。この直線Ｃ、Ｄの傾きの変
更は図９に示す第２のリンク部材９ａ、９ｂへのワイヤ
ー１２の接続部を変更することで実現できる。つまりワ
イヤー１２から第２のリンク部材９ａ、９ｂへのレバー
比を変更すれば良い。なお、ワイヤー１２は図９に示す
ように上限用ワイヤー１２ａ、下限用ワイヤー１２ｂに
分割してアクセルレバー１７が引っ張るような構成で実
現できる。また、図１１に示すように、上限用リンク部
材９ａのみにワイヤーを接続し、この動きをギヤ比で減
速して下限用リンク部材９ｂに伝えるようにしても良
い。また、その他の変速手段（例えばベルト等）を使う
ことも出来る。

【００５８】また、回転許容範囲を広げる上で有効な方
法が他にもある。これは、スロットル開度と、アクセル
踏み込み量（アクセル開度）との関係に着目したもので
ある。上記の実施例ではアクセル開度４５度に対してス
ロットル弁が９０度開く構成になっている。しかし、こ
れでは増速比が最大２倍以上とれないので上限補正位置
が広げられないという問題がある。これを解決するため
には、図１２に示すようにワイヤーと第２のリンク部材
７とのレバー比を３倍に設定すれば良い。図１２の用に
構成した場合の回転許容範囲を図１３に示す。さて、上
記の様な様々な態様が考え得るわけであるが、このよう
な様々な態様をふまえた実施例を以下に示す。

【００５９】（実施例３）図５に本実施例の構成図を示
す。本実施例で実施例２と異なるところは、ワイヤー２
１設けられていることである。ワイヤー２１はアクセル
レバー１７とモータのステータ４とを結んである。ワイ
ヤー２１はワイヤー１２と並列にとりつけられており、
ステータ４と第２のリンク部材９を同一の角度で回転さ
せる。本実施例での特徴はモータのステータ部分が回転
可能にステータ復帰バネ１５とワイヤー２０により固定
されていることである。

【００６０】また、スロットル復帰バネ１６が上記実施
例とは逆向きに取り付けてある。その他の構成は実施例
２と同様であり、同一のものには同一の番号が付してあ
る。

【００６１】次に本実施例の動作を説明する。本実施例
におけるアクセル開度とスロットル開度との関係は図２
に示すものと同じである。さて本実施例では、まず図５
に示す様にスロットル弁５が全閉の状態において、スロ
ットル軸６にはスロットル復帰バネ１６の回転力で全閉
状態を保持している。スロットル軸６にはスロットル用
ストッパ２２が付いており、スロットルバルブ５が全閉
状態よりもさらに閉じる方向に回転しないようになって
いる。モータにはロータ４を保持すべく、励磁電流が流
れている。

【００６２】さて、この実施例においてスロットルを開
けていくわけであるが、まずアクセルペダル１を踏み込
むとワイヤー１２が引っ張られ、実施例１と同様に第２
のリンク部材９が回転する。これと同時にワイヤー２１
も同様に引っ張られ、モーターをステータ４ごと回転さ
せる。このとき、ステータの回転角度と第２のリンク部
材９の回転角度は等しくなっている。また、アクセル開
度センサー３はアクセル開度を検知して、モータ制御装
置８に信号を送り、モータ制御装置８がモータ４を制御
する。この場合、モーター制御装置８はモータ４にロー
タを固定しておくべく、励磁電流を流すよう指令する。
つまりモータ４はロータとステータを固定した状態を保
持しているだけである。この状態でワイヤー１２及び２
１を引っ張るので、スロットル軸６は、スロットル弁５
が開く方向に回転し、エンジンの回転数が上がる。逆に
スロットルを離せばスロットル復帰バネ１６が与える回
転力により、スロットル弁５は閉じる方向に回転し、や
がて全閉の状態になる。

【００６３】このような通常のアクセルワークにおいて
トラクションコントロールを行う場合には、図２で示す
斜線部分の範囲内でスロットル弁５の制御を行うことが
出来る。スロットル弁５の制御方法は実施例１と同様で
あるのでここでは説明を省略する。

【００６４】さて本実施例におけるフェールセーフであ
るが、万が一モーターがロックしても、ステータにはス
テータ固定バネ１５が接続されておりステータ自体が回
転可能であるのでスロットル弁を全閉の状態へ導くこと
が出来る。

【００６５】また、ステータ自体を回転可能にして、ワ
イヤー１２及びワイヤー２１を同時に引っ張るので、た
とえモータがロックしてもリンプホーム機能をを実現す
ることが出来る。

【００６６】このように本実施例によれば、モーターが
万が一ロックしたとしても、スロットル弁を全閉に導く
ことが出来、より安全性の高いスロットル・アクチュエ
ータを提供することが出来る。

【００６７】なお、図２における回転許容範囲は長穴１
０の大きさ（角度）により決まるものであり、この長穴
１０の大きさを変えると回転許容範囲を変更することが
出来る。

【００６８】またモータ４のステータと第２のリンク部
材とを一体にする構成にすればワイヤーを１本にする事
もできる。

【００６９】この場合、第２のリンク部材９を吸気管１
４に対してモータと同じ側に持ってくるようにしても良
い。

【００７０】（実施例４）次に本発明第４の実施例につ
いて説明する。本実施例は発進時等におけるトラクショ
ン・コントロールのみならず、オートクルーズ機能や他
の高度な制御をも実現させるためのものである。図１７
に本実施例の構成図を示す。図１７において上の実施例
と同一のものには同一の番号が付してある。本実施例に
おいて特徴があるのは第２のリンク部材９である。本実
施例では、第２のリンク部材を上限用リンク部材９ａと
下限用リンク部材９ｂにより構成してある。これにより
図１８に示すような補正許容範囲を実現できる。

【００７１】この上限用リンク部材９ａと下限用リンク
部材９ｂとワイヤー１２ａ、１２ｂとのつながり、及び
その動作は上述の図９の説明の通りであるのでここでは
省略する。次に本実施例の特徴はオートクルーズ用のア
クチュエータ３０が付加してあることである。このオー
トクルーズ用のアクチュエータ３０はワイヤー１２ｃに
より上限用リンク部材９ａに接続されている。また、こ
のオートクルーズ用アクチュエータは例えば電磁石によ
り、オートクルーズ制御のＯＮ／ＯＦＦの２つの状態を
とることが出来、オートクルーズＯＦＦの状態では、図
１８に示す通常制御目標のところに上限補正位置が存在
するが、オートクルーズＯＮ状態では、オートクルーズ
用アクチュエータ３０がワイヤー１２ｃを引っ張って、
上限補正位置を図１８に示す上限補正位置のところまで
上に引き上げる。このことにより回転許容範囲が図１８
に示すような範囲で広がり、図１８に示す加速領域にお
いて加速制御を行うことが出来るので、モータによりオ
ートクルーズ制御を実現することが出来る。

【００７２】次に本実施例の第３の特徴であるがステー
タ４はステータ押さえバネ２５とステータ用ストッパ２
４により通常は固定されている。本実施例では、ステー
タ押さえバネ２５の復原力とアクセル復帰バネ１６ａの
復原力とでは、アクセル復帰バネ１６ａによる復原力の
方が大きな値に設定してある。これにより、もしモータ
のステータ４とロータがロックしても、アクセルペダル
を離せば、アクセル復帰バネ１６ａの復原力により、ス
ロットルは全閉状態に復帰する。本実施例におけるそれ
ぞれのバネの復原力とモータのトルクとの関係を以下に
示す。スロットル復帰バネ＜モータのトルク＜ステータ
押さえバネ＜アクセル復帰バネ以上のような関係のバネ
で実現するので、モータがロックした場合のフェールセ
ーフを的確かつ迅速に行うことが出来る。

【００７３】次に本実施例の動作について説明する。本
実施例において、まず通常時の動作について説明する。
通常時においては、図１８に示す回転許容範囲の内、減
速領域のみ、モータより駆動する事が出来るので、トラ
クション・コントロールを実現できる。次にオートクル
ーズ時の動作であるが、運転者が「定速走行」のスイッ
チを入れることにより、コントロールユニット１９はオ
ートクルーズ用アクチュエータ３０にオートクルーズが
ＯＮ状態になったことを知らせ、ワイヤー１２ｃを引っ
張るよう命令する。ワイヤー１２ｃを引っ張る距離は図
１８による補正上限位置に来るように一定の距離だけ引
っ張る。なお、このワイヤー１２ｃを引っ張る距離を制
御してオートクルーズ時の制御を行うことも可能であ
る。

【００７４】以上のように本実施例によれば、第２のリ
ンク部材９を、上限用リンク部材９ａと下限用リンク部
材９ｂの２つの部材から構成して、回転許容範囲を図１
８に示すように変更することが出来るので、オートクル
ーズ、アイドルコントロール等様々な高度なエンジン制
御を、スロットルバルブの制御により実現することが出
来る。

【００７５】また、従来から問題になっていたオートク
ルーズ開始時に起こっていた一瞬の速度の落ち込みが、
本実施例のスロットル・アクチュエータを用いることに
よりなくすことが出来る。

【００７６】また、オートクルーズ用アクチュエータの
機能としては、従来は、スロットルワイヤーをモータに
よりリニアに制御していたが、本実施例では上述のよう
に、ＯＮ／ＯＦＦの２段階の動きをするものでよい。

【００７７】なお、本実施例では上限用リンク部材９ａ
と下限用リンク部材９ｂの２つをワイヤー１２ａ、１２
ｂ、１２ｃで引っ張ることにより図１８に示す補正許容
範囲を実現していたが、これはこれに限らず、例えば図
１９に示すように、ワイヤー１２を上限用リンク部材９
ａにのみ接続し、下限用リンク部材９ｂは上限用リンク
部材９ａの回転をギヤで減速しつつ伝わる構成にすれば
良い。また下限用リンク部材９ｂに長穴を構成し、上限
用リンク部材９ａに爪を設けて図１９に示すような構成
にしても良い。このときの回転許容範囲を図２０に示
す。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１のリ
ンク部材と、第２のリンク部材の回転許容範囲を、ピン
と長穴の形状を工夫することにより最適に決定し、モー
タをバネにより固定することで、通常は、オートクルー
ズ、トラクション・コントロール、アイドル・コントロ
ール等のきめ細かで、もっとも効率の良いスロットル制
御を行うことが出来る。また万が一、電気系統の故障や
モータのゴミづまりによるロックが起きた場合でも、常
に安全側に作用するスロットル・アクチュエータを提供
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスロットルアクチュエータの実施例１
の構成を示す斜視図

【図２】本発明のスロットルアクチュエータの実施例１
の動作の説明図

【図３】本発明のスロットルアクチュエータの実施例１
の構成を示す断面図

【図４】本発明のスロットルアクチュエータの実施例２
の構成を示す斜視図

【図５】本発明のスロットルアクチュエータの実施例３
の構成を示す斜視図

【図６】本発明の実施例で使用するＳ字弁の形状の一例
を示す図

【図７】従来のスロットルアクチュエータの構成を示す
斜視図

【図８】他の従来のスロットルアクチュエータの構成を
示す斜視図

【図９】本発明の実施例の第２のリンク部材の他の実施
形態を示す図

【図１０】図９の構成で実現できる回転許容範囲の説明
図

【図１１】本発明の実施例の第２のリンク部材の他の実
施形態を示す図

【図１２】本発明の実施例の第２のリンク部材の他の実
施形態を示す図

【図１３】図１２の構成で実現できる回転許容範囲の説
明図

【図１４】本発明の実施例におけるステータ固定方法の
一例を示す図

【図１５】本発明の実施例におけるステータ固定方法の
一例を示す図

【図１６】図１５の構成で実現できる回転許容範囲の説
明図

【図１７】本発明のスロットルアクチュエータの実施例
４の構成を示す斜視図

【図１８】第４の実施例の動作の説明図

【図１９】本発明の実施例４の他の構成例を示す斜視図

【図２０】図１９の構成における回転許容範囲の説明図

【符号の説明】

１アクセルペダル２アクセル回転軸３アクセル開度センサ４モータのステータ５スロットル弁６スロットル軸７第１のリンク部材８ピン９第２のリンク部材９ａ上限用リンク部材９ｂ下限用リンク部材１０長穴１１第２のリンク部材の回転軸１２ワイヤ１３スロットル開度センサ１４吸気管１５ステータ復帰バネ１６スロットル復帰バネ１７アクセルレバー１８モータ制御装置１９コントロールユニット２０アクセル復帰バネ２１ワイヤ２２ストッパ２３ステータ固定手段２４ステータ用ストッパ３０オートクルーズ用アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者濱田力大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者丸山照雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者増尾明雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンへ気化燃料を供給する吸気管と、
前記吸気管の中に配置され、回転して開閉をするスロッ
トル弁と、前記スロットル弁を支持し車両の固定部に回
転可能に取り付けられたスロットル軸と、前記スロット
ル軸に回転力を供給するモータと、前記スロットル軸に
固定され、前記スロットル軸に回転力を伝達する第１の
リンク部材と、前記スロットル軸と同軸に回転可能に取
り付けられ、前記第１のリンク部材と当接可能であるス
トッパ−部を２つ有し、アクセルペダルからの踏み込み
量に応じて移動するワイヤーに連結された第２のリンク
部材と、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度
センサと、前記モータを制御するモータ制御手段と、ス
ロットル弁が閉じる方向に、前記スロットル軸に回転力
を常に供給するアクセル復帰手段とを備え、前記第１の
リンク部材と前記第２のリンク部材の結合は、前記２つ
のストッパー部の間を回転許容範囲とする同軸の結合で
あり、前記モータ制御手段は前記アクセル開度センサか
らの出力に応じて、前記モータを駆動して前記スロット
ル弁を前記回転許容範囲内で制御することを特徴とする
スロットル・アクチュエータ。
【請求項２】モータのステータに接続され、異常事態に
前記ステータを回転させて、スロットル弁を全閉状態に
導くステータ復帰バネと、通常時は前記ステータを固定
しておき、異常時には前記ステータ開放するステータ固
定手段を備え、モータ制御手段は、モータがロック状態
であると判断したときに、前記ステータ固定手段にステ
ータ開放命令を出して、ステータを回転させることを特
徴とする請求項１記載のスロットル・アクチュエータ。
【請求項３】モータのステータに接続され、前記ステー
タを回転させて、スロットル弁を全閉状態に導くステー
タ復帰バネと、アクセルペダルからの踏み込み量に応じ
て移動する第２のワイヤーを備え、前記第２のワイヤー
を、モータのステータに接続したことを特徴とする請求
項１記載のスロットル・アクチュエータ。
【請求項４】第２のリンク部材は、上限用リンク部材と
下限用リンク部材の２つの部分を具備し、前記上限用リ
ンク部材と前記下限用リンク部材はそれぞれワイヤーに
接続され、アクセルペダルの踏み込みに対して独立して
回転することを特徴とする請求項１、２または３記載の
スロットル・アクチュエータ。
【請求項５】上限用リンク部材の回転と下限用リンク部
材の回転を伝える回転力伝達手段を備え、アクセルペダ
ルからのワイヤーは前記上限用リンク部材と下限用リン
ク部材のどちらか一方に接続され、ワイヤーが接続され
ていないリンク部材は、前記回転力伝達手段を用い、他
方のリンク部材から、回転力を伝達されることを特徴と
する請求項４記載のスロットル・アクチュエータ。
【請求項６】モータはステッピングモータを用いること
を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスロッ
トル・アクチュエータ。
【請求項７】弁はＳ字型の弁を用いることを特徴とする
請求項１から６のいずれかに記載のスロットル・アクチ
ュエータ。
【請求項８】定速走行制御装置を備え、定速走行時は前
記定速走行制御装置からの出力によりモータを制御する
事を特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のスロ
ットル・アクチュエータ。
【請求項９】エンジンへ気化燃料を供給する吸気管と、
前記吸気管の中に配置され、回転して開閉をするスロッ
トル弁と、前記スロットル弁を支持し車両の固定部に回
転可能に取り付けられたスロットル軸と、前記スロット
ル軸に回転力を供給するモータと、前記スロットル軸に
固定され、前記スロットル軸に回転力を伝達する第１の
リンク部材と、前記スロットル軸と同軸に回転可能に取
り付けられ、前記第１のリンク部材と当接可能である第
１のストッパ部を有し、アクセルペダルからの踏み込み
量に応じて移動するワイヤーに連結され、第１のリンク
部材の回転許容範囲の上限位置を制御する上限用リンク
部材と、前記スロットル軸と同軸に回転可能に取り付け
られ、前記第１のリンク部材と当接可能である第２のス
トッパ部を有し、アクセルペダルからの踏み込み量に応
じて移動するワイヤーに連結され、第１のリンク部材の
回転許容範囲の下限位置を制御する下限用リンク部材
と、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度セン
サと、前記モータを制御するモータ制御手段と、スロッ
トル弁が閉じる方向に、前記スロットル軸に回転力を常
に供給するアクセル復帰手段と、モータのステータに接
続され、スロットル弁が開く方向に常に回転力をステー
タに供給するステータ押さえバネと、前記モータのステ
ータを固定するステータ用ストッパと、定速走行時に前
記上限用リンク部材を制御して、回転許容範囲の上限を
変更するオートクルーズ用アクチュエータと、前記回転
許容範囲の中において、スロットル弁を制御するコント
ロールユニットを備え、前記第１のリンク部材と前記上
限用リンク部材及び下限用リンク部材の結合は、前記第
１のストッパと前記第２のストッパの間を回転許容範囲
とする同軸の結合であり、前記モータ制御手段は前記ア
クセル開度センサからの出力および前記コントロールユ
ニットからの出力に応じて、前記モータを駆動して前記
スロットル弁を前記回転許容範囲内で制御することを特
徴とするスロットル・アクチュエータ。