JPH11165622A - 自動車の運転変数の制御方法および装置 - Google Patents
自動車の運転変数の制御方法および装置Info
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Abstract
定要素において、静止摩擦を克服し、および/または実
質的なオーバーシュートなしに、摩擦付着性の設定要素
により制御される運転変数の目標値に到達可能な手段を
提供する。 【解決手段】 運転変数を調節する摩擦付着性の設定要
素が運転変数に対する希望値に基づいて形成される制御
信号により操作され、かつ運転変数の変化が希望された
ときに設定要素の定常状態から好ましくは運転変数が実
際に変化するまでこの制御信号がさらに変化される。こ
れにより運転変数の変化に抵抗する設定要素内の静止摩
擦が克服される。さらに、運転変数が希望値に接近した
ときに運転変数の変化を低減するように制御信号がさら
に変化される。
Description
制御方法および装置に関するものである。
摩擦付着性の(摩擦を伴う)設定要素により設定され
る。この例は、出力制御、回転速度制御または駆動滑り
制御の範囲内における摩擦付着性の設定要素、たとえば
絞り弁の設定である。それに該当する制御装置が欧州特
許第456778号(米国特許第5144915号)に
記載されている。設定要素の摩擦付着、とくに静止摩擦
から与えられる制御の実行のときの困難さは、この場
合、制御装置の少なくとも1つの定数を調節して制御変
数の変化速度を制限することにより克服される。しかし
ながら、このような制御装置はすべての使用ケースに対
して適していない。
ときに次のような問題が発生する。
止している)、設定要素の駆動装置は、状態を変化させ
るときに、設定要素内の静止摩擦を克服するトルク変化
を与えなければならない。したがって、このような場
合、設定要素は、静止摩擦のために変化に直ちに追従で
きないので、駆動装置により発生されるトルクは比較的
大きくなければならない。とくに変化が小さい場合、静
止摩擦を克服するのに必要なトルク変化は、制御装置と
くに制御装置の積分部分の時間の関数としての補償が対
応する制御信号を形成してから所定の時間経過後に、は
じめて行われる。これは制御特性に不利を与えることに
なる。
関係に発生する他の問題は、希望値に制御されるときの
運転変数の振動に関するものである。設定要素の駆動装
置における高いトルクが設定要素を移動させる。静止摩
擦が滑り摩擦に移行するので、このときは僅かのトルク
を必要とするにすぎない。設定要素を静止摩擦から解放
するために加えられたトルクはきわめて高いので、設定
要素は希望の位置を超えて行き過ぎることになる。この
ような影響は制御特性および自動車の乗り心地の点から
好ましくない。
において、静止摩擦が克服され、および/または実質的
なオーバーシュートなしに摩擦付着性の設定要素により
制御される運転変数の目標値に到達可能な手段を提供す
ることが本発明の課題である。
付着性の(摩擦を伴う)設定要素が、運転変数に対する
希望値に基づいて形成される制御信号により操作される
自動車の運転変数の制御方法および装置において、運転
変数の変化が希望されたときに、前記設定要素の定常状
態から好ましくは運転変数が実際に変化するまで制御信
号がさらに変化され、これにより運転変数の変化に抵抗
する設定要素内の静止摩擦が克服される。
が示され、このマイクロコンピュータ10内にとくに自
動車の運転変数の制御のための制御装置が形成されてい
る。マイクロコンピュータのプログラムとして実行され
るこの制御装置が図1においてブロック回路図として示
されている。このような制御装置の例は、たとえばドラ
イバにより与えられる目標値の関数として、絞り弁の位
置を設定するための位置制御装置、与えられた目標値た
とえばアイドリング目標回転速度の関数として、内燃機
関への空気供給量を調節する設定要素の制御により自動
車駆動ユニットの回転速度を制御するための回転速度制
御回路、少なくとも1つの設定要素を介して駆動ユニッ
トのトルクを制御するためのトルク制御回路、負荷制御
回路等である。マイクロコンピュータ10内に実質的に
目標値形成段12が設けられ、目標値形成段12は、入
力ライン14ないし16を介して供給される自動車また
は自動車駆動ユニットの運転変数を所定の特性曲線、特
性曲線群または表により制御すべき運転変数に対する目
標値を形成する。目標値形成に使用される変数の例は、
ドライバにより操作可能な操作要素の位置、消費機器の
状態、機関温度等である。目標値SOLLが比較段18
に供給され、比較段18において目標値SOLLが運転
変数の実際値ISTと比較される。比較結果Δは制御手
段20に供給され、制御手段20は積分部分を含んでい
てもよい。積分部分は供給された比較結果すなわち制御
偏差Δを積分し、この関数として少なくとも1つの出力
信号Iを形成する。好ましい実施態様においては、出力
信号Iは加算段22に供給される。加算段22からマイ
クロコンピュータ10の出力ライン24が最終段26に
通じ、最終段26は電動機(設定要素)28を操作す
る。電動機28は、電動機28により操作される駆動ユ
ニット34の設定要素、たとえば絞り弁と共に摩擦付着
性の設定要素を示している。設定要素28は制御すべき
運転変数を調節し、制御すべき運転変数は測定装置30
により測定されかつ入力ライン32を介して実際値とし
てマイクロコンピュータ10に供給される。位置制御装
置の好ましい実施態様においては、測定装置30は内燃
機関34の絞り弁の位置を測定する。他の有利な実施態
様においては、回転速度、機関負荷等が測定装置30に
より求められる。静止摩擦の影響を補償し、および/ま
たは運転変数が目標値に到達したときのオーバーシュー
トを回避ないし低減するために、マイクロコンピュータ
10内に補償手段36が設けられている。補償手段36
にはとくに制御偏差Δならびに実際値ISTが供給され
る。入力変数の関数として、補償手段36は少なくとも
1つの制御量STを求め、制御量STは、静止摩擦を克
服するために、および/またはオーバーシュートを回避
ないし低減するために、加算段22において制御出力信
号Iに加えられる。他の有利な実施態様においては、制
御出力信号を調節する代わりにまたはそれに追加して、
破線で示したライン38を介して、少なくとも1つの制
御定数とくに積分部分が制御信号STの関数として付着
を克服するようにおよび/またはオーバーシュートを低
減ないし回避するように調節される。
なく、内燃機関の絞り弁の位置制御の好ましい例につい
て記載されている。本発明による方法は、運転変数が摩
擦付着性の設定要素により設定されるすべての場合に使
用される。したがって、以下において、目標位置および
実際位置は、制御すべきそれぞれの運転変数の目標値お
よび実際値と理解される。
および制御手段20は以下に説明するように作動する。
絞り弁が静止しすなわち設定要素が静止している定常状
態において、補償手段36が作動される。この状態は、
実際値の変化の評価により、実際値の変化が所定の制限
値以下とくに0であるとき、制御偏差Δが所定の時間に
わたり所定の制限値以下とくに0であるときに検出され
る。次に目標位置が変化したとき、すなわち制御偏差Δ
の変化が与えられたとき、補償手段36からいわゆる始
動パルス(制御信号ST)が与えられる。始動パルスの
時間長さおよび/または振幅はきわめて小さく選択さ
れ、したがって始動パルスは、設定要素の摩擦が典型的
な下限値に存在するときにのみ設定要素に作用し、すな
わちそのときにのみ設定要素を移動させる。始動パルス
STは、加算段22を介して設定要素28に直接加えら
れる。この始動パルスの作動は設定要素の実際位置によ
り検査される。実際位置が変化したとき、設定要素は移
動したことになり、したがって始動パルスは希望の作用
を与えたことになる。このとき、その他の制御は通常の
制御の範囲内で制御手段20により行われる。始動パル
スを与えたにもかかわらず設定要素が移動しなかった場
合、第2のパルスが与えられ、この第2のパルスの時間
長さおよび/または振幅は第1のパルスより大きいこと
が好ましい。このパルスの作用は、設定要素が動きはじ
めるまで、次第に増大するパルスを用いて反復される。
ルス列の代わりにまず不定時間長さの個々の始動パルス
が与えられる。パルスが存在する間、設定要素が移動し
はじめたか否かが継続して検査される。設定要素が移動
しはじめたとき直ちにパルスが遮断され、設定要素のそ
の他の制御が制御手段20のみを用いて行われる。
つないし複数の始動パルスの間も作動しかつ制御偏差Δ
に基づいて出力信号Iを形成する。出力信号Iは始動パ
ルスに追加して設定要素28のトルクを形成するのに使
用される。
(=静止している設定要素)から目標位置が変化したと
きに、始動パルスの代わりにまたはそれに追加して、制
御手段20の積分部分が所定の値だけ上昇される。この
場合もまた、設定要素が移動しはじめたか否かが検査さ
れる。設定要素が移動しなかった場合、始動パルスの場
合と同様に、設定要素が移動しはじめるまで積分部分は
さらに上昇される。
バーシュートを回避ないし低減するために、補償手段3
6によりブレーキパルスが与えられ、および/または制
御手段20の積分部分がリセットされあるいは消去され
る。これにより、設定要素に対して設定要素の移動方向
とは逆方向のトルクが発生される。ブレーキパルスは、
制御偏差Δが所定の制限値を下回ったとき、すなわち設
定要素がその目標位置に接近したときに与えられる。こ
の制限値は、設定要素それ自身の速度の関数すなわち設
定要素の実際位置の時間微分の関数であることが目的に
適っている。ブレーキパルスの時間長さもまた同様に、
ブレーキパルスの発生時点における設定要素の速度の関
数であることが目的に適っている。他の有利な実施態様
においては、パルス時間長さが遅れて補正され、これに
よりパルスは、設定要素の完全なブレーキ作動が行われ
るまで、すなわち設定要素の速度が所定の制限値以下と
くに0に低下するまで継続される。
のプログラムとして実行されることが好ましい。このよ
うなプログラムの例が図2の流れ図に示されている。そ
こに示されているプログラムは所定の時点に実行され
る。
OLLおよび実際値ISTが読み込まれる。それに続く
ステップ102において、制御偏差Δが目標値と実際値
との差として、ならびに実際値の変化、たとえば時間微
分dIST/dtとして決定される。それに続く問い合
わせステップ104において、設定要素が静止している
か否か、すなわち静止摩擦状態が存在しているか否かが
検査される。好ましい実施態様においては、この検査
は、制御偏差Δおよび/または実際値の勾配により行わ
れる。設定要素が静止していることをステップ104が
与えた場合、第1のマーク(マーク1)が値1にセット
される(ステップ106)。それに続くステップ108
において、制御偏差Δに基づいて制御出力信号Iの計算
が行われる。好ましい実施態様においては、制御手段
は、制御偏差の積分により出力信号Iを形成する少なく
とも1つの積分部分を有している。それに続くステップ
110において、制御出力信号Iが、以下に記載のよう
に形成された制御量STを加算して出力され、プログラ
ムは終了されかつ次の時点に実行される。
ていることが検出された場合、ステップ112におい
て、第1のマークが値1を有しているか否かが検査され
る。第1のマークが値1を有している場合、このことは
設定要素がちょうどいま動きはじめたことを意味してい
る。この場合、ステップ114においてマーク1が0に
セットされ、ステップ116において所定の振幅を有す
る始動パルスないし制御信号STが形成される。それに
続くステップ118において第2のマーク(マーク2)
が値1にセットされる。ステップ112において否定さ
れた場合と同様に、ステップ118の後にステップ12
0が続く。ステップ120において第2のマークが値1
を有しているか否かが検査される。第2のマークが値1
を有している場合、制御信号STが作動される。したが
って、ステップ122において実際値の勾配dIST/
dtが制限値Aと比較される。この検査により、設定要
素が移動しているか否かが特定される。設定要素が移動
している場合(勾配がAより大きい)、ステップ124
によりマーク2が値0にセットされかつステップ126
において制御信号STがリセットされ、その後、ステッ
プ120によりマーク2が0である場合またはステップ
122により設定要素が移動していない場合と同様に、
ステップ126の後に続くステップ128に移行され
る。
に、他の実施態様においては、代替態様または補足態様
として信号高さ(振幅)が増大され、かつ設定要素の移
動が検出されたときに信号高さの増大が中断される。ス
テップ104ないし126は、目標値が変化しはじめた
ときに、作用している静止摩擦を克服するための設定要
素の制御を記載している。この場合、制御信号ST(始
動パルス)が制限されてなく(場合により最大時間長さ
および/または最大振幅のみが制限されている)かつ設
定要素の移動が検出されたときに、制御信号STが遮断
される方法が示されている。同様に、上記の他の実施態
様(次第に増大する始動パルスを有する一連のパルスの
形成および/または制御手段の積分部分の調節)がプロ
グラムとして実行される。
定の制限値Bより小さいか否か、すなわち設定要素が目
標位置の付近に存在するか否かが検査される。設定要素
が目標位置の付近に存在する場合、ステップ130によ
り制御信号STがブレーキパルスとして形成される。そ
れに続くステップ132において、設定要素の位置の勾
配dIST/dtが制限値Cを下回っているか否か、す
なわち設定要素が静止状態の付近に到達したか否かが検
査される。この問い合わせが肯定の場合、ステップ13
4により制御信号(ブレーキパルス)STが遮断され、
かつステップ128および132における否定応答の場
合と同様にステップ108に移行する。
線図に示されている。
で、目標値αSOLLおよび実際値αIS Tの時間線図を示
し、一方図3bに設定要素により与えられるトルクMの
時間線図が示されている。まず装置が定常状態(すなわ
ち静止している)にあると仮定する。実際値は目標値に
対応している。時点t0において目標値αSOLLがステッ
プ状に増大されたとする。これにより時点t0以降に制
御偏差Δが発生し、この制御偏差は制御手段の積分部分
により積分され、ないし比例部分により値が与えられ
る。制御手段は積分値に対応する出力信号を発生する
(図3bにおける上昇するベーストルクを参照)。静止
摩擦のために設定要素は移動しない。時点t1まで実際
値は一定のままである。時点t1を過ぎるとはじめて設
定要素は移動しかつ実際値は目標値に接近する。
始動パルスの設定要素のトルクへの作動が図3bに示さ
れている(実線)。時間長さが制限されていない1つの
パルスが破線で示され、このパルスは設定要素が移動し
はじめる時点t1までトルクを上昇させている。
段の積分部分の調節の代替態様または補足態様が示され
ている。図4aに目標値αSOLLおよび実際値αISTの時
間線図が示され、図4bに設定要素により与えられるト
ルクMの時間線図が示されている。時点t0まで装置は
静止している。時点t0において目標値が変化され、こ
れにより制御偏差Δが発生し、制御偏差Δは制御手段に
より解消されるように制御される。静止摩擦の影響によ
り設定要素は最初は移動しない。時点t1においてはじ
めて静止摩擦が克服されかつ実際値が目標値に接近す
る。時点t0とt1との間では、設定要素のトルクは、
固定の加算値または変化する加算値の加算により制御手
段の積分値に段階的に上昇される。時点t1において設
定要素の移動が検出されかつ通常のように制御が継続さ
れる。
きの本発明による方法の作動を示している。図5aに目
標値αSOLLおよび実際値αISTの時間線図が示され、図
5bに設定要素に与えられるトルクMの時間線図が示さ
れている。この場合もまた静止している設定要素から出
発している。時点t0において目標値が変化したとす
る。これにより制御が開始され、この場合、時点t1に
おいて実際値が目標値に値Δαまで接近したとする。好
ましくは実際値の勾配の関数でありまた設定要素の速度
の関数でもあるこの値Δαは、ブレーキパルスを与える
ために使用され、ブレーキパルスは時点t1において実
際の移動とは反対方向にトルクを与える。このブレーキ
パルスは、設定要素の速度が所定の値以下に低下しない
かぎり作動している。時点t2において設定要素の速度
が所定の値を下回った場合、この時点t2において実際
値は目標値に制御される。時点t2においてブレーキパ
ルスがリセットされかつ正常な制御が継続される。制御
手段が積分部分を有するかぎり、ブレーキパルスの解除
と同時にこの積分部分を所定の値にリセットしてもよ
い。
ている。図6はブロック回路図を示し、このブロック回
路図において第2の実施態様により補償手段36が詳細
に説明されている。補償手段36は積分器200および
静止摩擦検出器202から構成されている。静止摩擦検
出器202には実際値ISTおよび制御偏差Δが供給さ
れ、積分器200には制御偏差Δのみが供給されてい
る。積分器200の積分状態は制御信号STを示し、制
御信号STは、加算段22において制御出力信号Iに加
算されるかまたは制御手段の積分値に直接加算される。
積分器200を始動および停止するために、積分器20
0と静止摩擦検出器202との間に2本のライン204
および206が設けられている。静止摩擦検出器202
は、制御偏差Δおよび/または実際値ISTの関数とし
て、設定要素が静止摩擦の状態に存在するか否かを検出
する。制御偏差Δが実質的に0でありおよび/または実
際値ISTが変化していないときに静止摩擦状態が存在
する。静止摩擦状態が存在する場合、積分器200はラ
イン204を介して作動される。積分器200は、積分
定数の関数としてサイクル区間からサイクル区間まで、
静止摩擦がもはや存在しないことを静止摩擦検出器20
2が最初に検出するまで発生する制御偏差を積分する。
静止摩擦がもはや存在しないことを最初に検出した場
合、静止摩擦検出器202は、ライン206を介して、
積分器200を停止しかつ積分器200をリセットす
る。
摩擦から切り離されたかは不明であるので、静止摩擦を
克服するために必要な量以上に装置内に与えられた過剰
エネルギーの量は不明である。この過剰量は、最後のサ
イクル時点以降に設定要素に与えられたエネルギーより
小さいかまたはそれに等しい。静止摩擦からの切離しを
検出したのち、すなわち状態「静止摩擦なし」を検出し
たのち、ライン206上の停止信号により積分器200
は1つのサイクル区間の時間長さに対して負の値にセッ
トされ、この負の値は装置内の最大過剰エネルギーの値
に対応している。その後、積分器200は値0にリセッ
トされる。積分器200の負の値により、装置から最大
過剰エネルギーの値を除去することができる。したがっ
て、目標位置に到達したときに高い積分値が設定要素を
オーバーシュートさせるおそれはない。さらにこの過程
の間に並列に作動する制御手段20が同様にトルクを上
昇させるように作動するので、積分器200の負の値へ
のリセットにより付着効果を有する新たな静止状態が発
生することはない。他の有利な実施態様においては、た
とえば静止摩擦に高い滑り摩擦が重なったとき、設定要
素の静止状態を回避するために、補償値はより小さい値
を有する負の値にリセットされなければならない。
擦検出器202により新たな付着が検出されたとき、積
分器200はライン204を介して再び作動される。
が図7に示されている。この場合、図7aは目標値α
SOLLおよび実際値αISTの時間線図を示し、図7bは制
御量STの時間線図を示す。時点t0において目標値が
(図示の例では線形に)変化したとする。時点t0以前
においては装置は定常状態にあり、すなわち設定要素は
静止しているので、積分器200は時点t0以降に目標
値と実際値との間の対応する制御偏差を積分する。時点
t1において設定要素が移動しはじめかつ実際値が目標
値に接近したとする。これは、時点t2において積分値
が負の値にされ、次のサイクル時点t3において積分器
がリセットされることを意味する。このように、時点t
1において静止摩擦から解放されたのちに、実際値が緩
やかな過渡制御により目標値に到達し、このとき制御要
素の顕著なオーバーシュートまたは制御要素の新たな停
止は発生しない。
擦を伴う設定要素において使用するほかに、対応する方
法を、自動車の運転変数を摩擦を伴う制御要素を介して
設定する開ループ制御チェーンにおいて使用しても他の
利点が得られる。
で静止摩擦が作用しているとき、とくに設定要素が静止
しているときに存在する。
ープ制御するとき、運転変数を調節する設定要素に固有
の静止摩擦が克服されることは有利である。これにより
運転変数の定常状態からの急速な変化が保証される。好
ましい実施態様においては、定常状態においては設定要
素は静止していると理解される。
な例のときにおいてもまたこの有利な作用が達成される
ことはとくに有利である。
れた(開ループないし閉ループ)制御特性が、追加の構
成要素、制御ユニット内への追加の入力または特殊な
(開ループないし閉ループ)制御方法のような追加の装
置なしに可能であることはとくに有利である。運転変数
のための制御装置が設定要素の静止摩擦の影響とは無関
係に設定可能であることは有利である。静止摩擦が補償
されるので、制御過程それ自身もまた同様に静止摩擦と
は無関係である。このことから、制御装置はとくに静止
摩擦の変化の影響を受けないという利点が得られる。
素のオーバーシュートが有効に回避ないし低減されるこ
とは有利である。
位置)、回転速度制御等に使用されることがとくに有利
である。
数を制御しかつ静止摩擦を補償するための手段が設けら
れている制御装置のブロック回路図である。
ートを回避するための手段の実行をマイクロコンピュー
タのプログラムとして示した第1の実施態様の流れ図で
ある。
弁に対する位置制御装置の例で示した時間線図(図3
a:α、図3b:M)である。
様を示した図3に類似の時間線図(図4a:α、図4
b:M)である。
した図3に類似の時間線図(図5a:α、図5b:M)
である。
である。
間線図(図7a:α、図7b:ST)である。
ス) α 絞り弁位置 αIST 絞り弁位置の実際値 αSOLL 絞り弁位置の目標値 Δ 制御偏差 Δα 絞り弁位置の制御偏差
Claims (10)
- 【請求項1】 運転変数を調節する摩擦付着性の設定要
素が、運転変数に対する希望値に基づいて形成される制
御信号により操作される自動車の運転変数の制御方法に
おいて、 前記運転変数の変化が希望されたときに、前記設定要素
の定常状態から好ましくは運転変数が実際に変化するま
で、前記制御信号がさらに変化され、これにより前記運
転変数の変化に抵抗する前記設定要素内の静止摩擦が克
服されることを特徴とする自動車の運転変数の制御方
法。 - 【請求項2】 運転変数を調節する摩擦付着性の設定要
素が、運転変数に対する希望値に基づいて形成される制
御信号により操作される自動車の運転変数の制御方法に
おいて、 前記運転変数が前記希望値に接近したときに、前記運転
変数の変化を低減するように制御信号がさらに変化され
ることを特徴とする自動車の運転変数の制御方法。 - 【請求項3】 前記設定要素ないし前記運転変数が変化
していないときに、定常状態ないし摩擦付着状態が検出
されることを特徴とする請求項1または2の制御方法。 - 【請求項4】 前記設定要素が、目標値および実際値の
関数として制御され、制御偏差が実質的に0であるとき
に定常状態が存在することを特徴とする請求項1ないし
3のいずれかの制御方法。 - 【請求項5】 前記定常状態が検出されたときに、前記
制御偏差の関数として制御量の形成が行われ、前記設定
要素の移動が検出されたときに前記制御量の形成が停止
されることを特徴とする請求項5の制御方法。 - 【請求項6】 前記制御量の形成が停止されたときにそ
の制御量の値が出力され、この値が、前記制御量を介し
て装置内に導かれた余剰エネルギーを実質的に補償する
ことを特徴とする請求項6の制御方法。 - 【請求項7】 静止状態から解放されるべきときに前記
制御信号が発生され、前記設定要素の移動が検出された
ときに前記制御信号が遮断されることを特徴とする請求
項1ないし6のいずれかの制御方法。 - 【請求項8】 前記制御信号が、好ましくは時間長さが
上昇するパルス列、前記設定要素が移動したときに遮断
される不定時間長さのパルス、積分器の出力信号、また
は前記運転変数のための制御装置の積分器に累算された
加算値、であることを特徴とする請求項1ないし7のい
ずれかの制御方法。 - 【請求項9】 運転変数を調節する摩擦付着性の設定要
素を運転変数に対する希望値に基づいて形成される制御
信号により操作する制御ユニットを備えた自動車の運転
変数の制御装置において、 前記制御ユニットが、前記運転変数の変化が希望された
ときに、前記設定要素の定常状態から好ましくは前記運
転変数が実際に変化するまで前記制御信号をさらに変化
させる手段を含み、これにより前記運転変数の変化に抵
抗する前記設定要素内の静止摩擦が克服されることを特
徴とする自動車の運転変数の制御装置。 - 【請求項10】 運転変数を調節する摩擦付着性の設定
要素を運転変数に対する希望値に基づいて形成される制
御信号により操作する制御ユニットを備えた自動車の運
転変数の制御装置において、 前記制御ユニットが、前記運転変数が前記希望値に接近
したときに、前記運転変数の変化を低減するように前記
制御信号をさらに変化させる手段を含むことを特徴とす
る自動車の運転変数の制御装置。
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