電子制御スロットルのはなし

スロットル絡みでもう一つ。

昨今の電スロはスムーズになって、特に意識することなく乗れるようになりましたが、出始めの頃の電スロ、特にワイヤーを残したタイプのトヨタETCS-i（※1）は非線形特性による特徴、いわゆる応答遅れが割と顕著なため、乗りにくかった。
簡単に言えば、アクセルを微小に踏んだ状態ではすぐに反応がなく、少し遅れてスロットルが反応するという悪癖。

しかも、これは気のせいもあったと思うが、いつも同じ反応ではなく、時折そのラグが長くなるというか、通常通り踏んだつもりなのに反応がなく、更に踏むと突然車が（踏み加えた分だけ余計に）ドンと出て焦ることがあった（※2）


（１）電スロの非線形特性は、なぜ起こるか？

個人的には、コンピューター（センサー、モーターなども含む）が生身の人間より鈍いので、遅れが生じるのだと思っていたが、実は通常時のスロットルの応答遅れは数十ms（2～3/100秒）で、気筒に取りこまれる空気量の応答遅れ（100ms程度＝1/10秒）より少ない、つまり体感できるほどではないため、素人考えだった。

では、なぜ非線形になるのだろうか？という疑問が湧くが、実は意外にもアナログ的な要因（スプリングとギヤのバックラッシュが原因）なんだそうだ。


（２）電子スロの構造

電スロの構成部品は、DCモータ、ギアトレイン（オピニオンギア、中間ギア、セクタギア）、バタフライ弁、スプリングである。
このうちスプリングは、リターン用とリリーフ用との２種類があり、これらを組み合わせたスプリング特性は強度の非線形性を持っている。

また、ギアトレインでは、滑らかに回転させるために適切なバックラッシュを持たせている（バックラッシュが小さすぎると潤滑が不十分になり歯面同士の摩擦が大きくなり、一方、バックラッシュが大きすぎると噛み合いが悪くなってギアを破損させ易くなる）

つまり、電スロの非線形特性は、これらスプリングとギアトレイン（バックラッシュ）という、機械的な構造によるものだったのだ。


（３）制御理論も進化？

電スロの制御系には、従来から比例積分微分制御（PID）が適用されていた。
しかし、非線形性を補うには制御偏差に応じたゲインの調整が必要で（簡単に言うと、ドライバーがアクセルを踏み込んだ時の応答遅れや、踏み込むスピード等によってどのくらいの加速を欲しているかを予測して、自然な加速感になるようにスロットルを開く量を調整するプログラムを組む作業）、この行程に多くの労力を払う必要があった。

更に、PID制御は、全閉全開操作（W.O.T.）であればバックラッシュの影響は無視できるが、微小開弁操作（N.O.T.）になると非ホロノミック系としての問題点を生じて、整定開度が定まらなくなるなどの問題があった（※3）

そこで、バックラッシュの影響を受けないバックステッピング制御（BSC）の研究が行われるなど、制御理論も、
我々カーマニアや自動車評論家の知らない所で日々進化しているらしい。

そうしたたゆまぬ努力の結果、明らかな応答遅れのある電スロは、過去のものになったのかもしれない。


注釈
※1
アルテッツァのようなワイヤー併用タイプとは違い、ワイヤーはあくまでフェイルセーフ用であり、機構的には完全な電スロだった（異常時にアクセルレバーが1/2以上開くと、退避走行用レバーに接触し、退避走行用レバーが動いた分だけスロットルバルブが開くようになっていた）
なお、コンピューターの信頼性が上がったのか、現在ではこのような構造のものはない（ペダル側にスロットルセンサーがある完全なバイ・ワイヤ）

自分は新車で17クラウン前期、中古でプログレ前期に乗っていたが、両車とも同じ癖があったので、個体差ではなく仕様だったのは間違いない。
ただ、価格コムにあったプログレの過去ログを見ると、ユーザー等のうち半数以上はこの応答遅れが気にならないというより、そもそも意識したこともないという感じなので、細やかなアクセルワークをしない一般ユーザー（＝カックンブレーキしがちな人）にとっては、殆ど問題にならないレベルの話ではあった。

※2
北米でESの暴走による死亡事故をきっかけに、集団訴訟騒ぎがあったが、中にはこの非線形制御による違和感のために、「車が突然暴走した」ように感じたユーザーも一定数いたのではないか？と思う。
もし車が暴走したと思い込み、焦ってブレーキではなくアクセルを更に踏んだら・・・プリウスのシフトレバーの件もそうだが、勘違いや誤操作のきっかけを作っている点で、やはり問題がないとは言いきれないと思う。

※3
ちなみに、「非ホロノミック系としての問題点を生じて、整定開度が定まらなくなる」という文章はネットで拾ったものを記載しただけなので、内容を理解している訳ではない（ので、細かい説明は出来ません）