KR0161700B1 - 내연기관의 스로틀 제어장치 - Google Patents

Abstract

검출개방도가 목표개방도에 다가와서 상기 편차가 작아졌을 때도 액츄에이터의 제어를 안정적으로 실시할 수 있도록 한 내연기관의 스로틀 제어장치를 제공한다.

스로틀 실개방도와 목표개방도의 편차 ER의 절대치 |ER|가 한계 ER_LM1이하이고(S1), 그 상태가 소정시간 이상 연속하고 있는 경우에는 (S2), 액츄에이터의 제어량이 헌팅해 버릴 염려가 있으므로 스로틀 PID 연산에 있어서 미분조작분에 관련하는 미분 이득 KD를 0으로 하여, 미분 동작을 정지시킨다(S3).

Description

내연기관의 스로틀 제어장치

제1도는 본 발명의 실시예를 보인 스로틀 제어장치의 전체 시스템도.

제2도는 상기 실시예에 관련한 스로틀 제어의 내용을 보인 흐름도.

제3도는 상기 실시예에 관련한 미분조작량 D의 제어 내용을 보인 흐름도.

제4도는 상기 실시예에 관련하는 작용을 설명하는 시간선도.

제5도는 본 발명 이외의 실시예에 관련되는 미분조작량 D의 제어내용을 보인 시간선도.

제6도는 상기 그 밖의 실시예에 관련되는 작용을 설명하는 시간선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 스로틀밸브 5 : 연료분사밸브

6 : 제어 유니트 10 : 액셀러레이터페달

14 : 스로틀 액츄에이터 15 : 스로틀 센서

본 발명은 내연기관의 스로틀 제어장치에 관한 것으로, 상세하게는, 스로틀밸브를 스텝모터등의 스로틀 액츄에이터에 의해서 구동하는 경우의 스로틀 제어장치에 관한 것이다.

종래부터 차량의 구동륜이 휠 스핀할 것 같아지면 기관출력 토크와 브레이크력을 제어하여 구동륜의 휠 스핀을 막아 미끄러지기 쉬운 노면에 있어서의 발진성 가속성을 향상시키는 트랙션 제어 시스템이라 불리우는 시스템이 실용화되고 있다(특개평 4-589049호 공보등 참조).

상기 트랙션 제어 시스템에서는 일반적으로 액셀러레이터 조작에 의존하여 개폐되는 제1스로틀밸브와는 별도로 스테핑 모터등의 액츄에이터에 따라 개폐 구동되는 제2스로틀밸브를 상기 제1스로틀밸브에 대하여 직렬로 설치하고, 통상은 상기 제2스로틀밸브를 완전 개방하고, 소정의 트랙션 운전조건으로 되면, 상기 제2스로틀밸브를 목표개방도까지 강제로 폐쇄하도록 하고 있다.

또한, 이들의 스로틀 제어장치에 있어서는 상기 제2스로틀밸브의 개방도를 검출하는 스로틀센서를 마련하고, 상기 센서의 검출결과에 입각하여 제2스로틀밸브의 개방도를 고정밀도로 목표개방도에 피드백 제어하도록 되어 있다.

또한, 상기와 같이 제1스로틀밸브와 제2스로틀밸브를 각각 설치하는 것이 아니고, 특개평 3-61654호 공보에 개시된 바와 같이 스로틀밸브를 단일로 하여, 통상 상태에 있어서는 그 스로틀밸브의 개방도를 액셀러레이터 페달의 조작으로 결정할 수 있음과 동시에 트랙션 운전상태에 있어서는 상기 스로틀밸브의 개방도를 스테핑 모터등의 액츄에이터에 의해 자동적으로 제어할 수 있는 스로틀 제어장치도 있다.

이것에 있어서도, 전술한 바와 같이, 스로틀밸브의 개방도를 자동적으로 제어하는 액츄에이터의 제어량등을 검출하는 센서를 설치하여, 그 센서의 검출결과에 입각하여 그 액츄에이터의 제어량을 고정밀도로 목표제어량에 피드백 제어하도록 되어 있다.

여기서, 이들의 스로틀 제어장치에 있어서는 액츄에이터에 의해 구동되는 스로틀밸브의 개방도를 검출하는 스로틀 센서를 마련하여, 상기 센서에 의해 검출되는 검출개방도와 목표개방도의 편차를 구하고, 그 편차에 입각하여 이득치를 일정하게한 PID 제어를 위한 PID 연산 (비례조작량 P, 적분조작량 I, 미분조작량 D)을 실시하고, 그 연산결과에 입각하여 상기 액츄에이터를 피드백 제어하며, 제2스로틀밸브의 개방도를 고정도로 목표개방도로 제어하도록 하고 있다.

그렇지만, 이와 같이 편차를 구하여 스로틀 제어를 실시하는 경우, PID 연산에 있어서, 이득치를 일정하게 하면, 제어를 위한 프로그램 소프트웨어는 간단해지나, 검출개방도가 목표개방도에 다가와서 상기 편차가 작아졌을 때에 센서의 노이즈등에 의하여 상기 편차가 미소하게 변화하면, 상기 이득에 따라서 해당 변화분의 미분조작량 D를 연산하고 있으므로, 그 미분조작량 D가 크게 변동하게 되어 따라서, PID 연산치가 크게 변동하게 되어 액츄에이터의 제어량이 헌팅해버릴 염려가 있다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 창안된 것으로, 검출개방도가 목표개방도에 다가와서 상기 편차가 작아졌을 때에도 액츄에이터의 제어를 안정적으로 실시할 수 있도록 한 내연기관의 스로틀 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 내연기관의 스로틀 제어장치는 기관흡기계에 장착된 스로틀밸브를 구동하는 스로틀 액츄에이터와 상기 스로틀밸브의 개방도를 검출하는 스로틀 개방도검출수단과, 상기 스로틀밸브의 목표개방도를 설정하는 목표개방도 설정수단과, 상기 스로틀 개방도 검출수단에 의거, 검출되는 검출개방도와 목표개방도 설정수단에 의해 설정되는 목표개방도의 편차를 구하고, 그 편차를 사용해서 PID 제어를 위한 PID 연산을 하고, 그 연산결과에 입각하여 상기 스로틀 액츄에이터를 제어하는 개폐 제어수단을 포함해서 이루어진 내연기관의 스로틀 제어장치에 있어서, 상기 편차가 작을 때에는 클때에 비교하여 상기 PID 연산에 있어서의 미분조작분에 관련하는 이득치를 감소하도록 하였다.

개폐 제어수단이 스로틀밸브의 실제개방도와 목표개방도의 편차에 입각하여 PID 제어를 위한 PID 연산을 실시하고, 그 스로틀밸브를 구동하는 스로틀 액츄에이터를 제어하고 있다.

여기서, 상기 실제개방도가 목표개방도 근방으로 되어, 상기 편차가 작아졌을 경우에는, PID 연산에 있어서의 비례조작량 P 및 적분조작량 I는 다소의 편차의 변동이 있어도 크게 변화하지 않는다.

그리고, 다소의 편차의 변동이 있어도 크게 변화하는 가능성이 있는 미분조작량 D도, 상기 편차가 작을 때에는 클 때에 비교하여, 상기 PID 연산에 있어서 미분조작분에 관련하는 이득치가 감소되므로, 상기 실개방도가 목표개방도 근방으로 되어, 상기 편차가 작아졌을 경우에도 액츄에이터의 제어를 안정적으로 실시할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

본 실시예의 시스템 구성을 나타내는 제1도에 있어서, 내연기관(1)에는 공기청정기(2), 스로틀밸브(3), 흡기 매니폴드(4)를 개재하여 공기가 흡입된다.

상기 흡기 매니폴드(4)의 분기부에는 각기통 별로, 전자식의 연료분사밸브(5)가 장치되어 있고, 그 연료분사밸브(5)로부터 간헐적으로 분사공급되는 연료에 의해서 혼합기가 형성된다.

상기 연료분사밸브(5)는 마이크로컴퓨터를 내장한 제어 유니트(6)에 의하여 개방구동 제어된다. 제어 유니트(6)에는 연료분사제어를 위하여 중량계(7)로부터 흡입공기유량신호 Q, 크랭크각 센서(8)로부터의 회전신호 N, 수온센서(9)로부터 냉각수온도(Tw)등이 입력될 수 있도록 되어 있고, 이들의 검출신호에 입각하여 연료분사량을 연산하고, 그 연산한 분사량에 따라서 연료분사밸브(5)를 간헐적으로 개방 구동한다.

또한, 상기 스로틀밸브(3)는 액셀러레이터 페달(10)의 조작에 연동하여 개폐하는 구성이다.

또, 본 실시예에 있어서, 상기 제어 유니트(6)는 트랙션·제어·시스템의 제어 유니트로서도 기능하게끔 되어 있고, 이러한 트랙션·제어를 위하여, 구동륜회전센서(12), 비구동륜회전센서(13)로부터의 신호를 입력하고, 이들의 회전센서(12,13)의 검출신호에 입각하여 구동륜의 휠 스핀을 판정하고, 휠 스핀이 발생하려고 하면, 스로틀밸브(3)의 개방도를 강제적으로 작게하여 기관출력 토크를 감소시킴과 동시에 구동륜측의 브레이크력을 증대시켜서, 구동륜에 있어서의 휠 스핀의 발생을 방지한다.

여기서, 상기 트랙션·제어를 위해서 스로틀밸브(3)의 개방도를 액셀러레이터 조작에 관계없이 스테핑 모터등의 스로틀 액츄에이터(14)에 의해 자동제어할 수 있는 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 스로틀 액츄에이터(14)에 의해 목표개방도로 스로틀밸브(3)를 구동제어하기 위하여, 상기 스로틀밸브(3)에는 그 개방도 TVO를 검출하는 스로틀 개방도 검출수단으로서의 포텐시오미터식 스로틀 센서(15)가 마련되어 있고, 그 센서(15)로부터 개방도 TVO에 대응하여 출력되는 검출신호에 입각하여 목표개방도에 피드백 제어하도록 되어 있다.

이와 같이 제어 유니트(6)는 트랙션 제어 작동시에 기관 출력 토크를 감소시키기 위한 상기 스로틀밸브(3)의 목표개방도를 설정하고, 그 목표개방도로 되도록 스로틀 센서(15)의 검출신호에 따라서, 스로틀 액츄에이터(14)를 피드백 제어하는 기능을 가지고 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 목표개방도 설정수단, 개폐제어수단으로서의 기능을 상기 제어 유니트(6)를 구비하고 있다.

스로틀 액츄에이터(14)를 피드백 제어하는 상태는 제2도의 흐름도에 제시되어 있다.

제2도의 흐름도에 있어서는 먼저 단계 11(도면에서는 S11이라 기재한다. 이하 같다)에서, 스로틀 센서(15)에 의거 검출되는 스로틀밸브(3)의 개방도 TVO에 대응하는 출력 STVO와 소정의 목표개방도에 상당하는 값 TGTVO의 편차 ER를 연산한다.

ER =STVO-TGTVO

단계 12에서는 상기 편차 ER의 변화비율 DER을, 금회 연산된 편차 ER와 전회 연산된 편차 ER-1의 편차로서 구한다.

DER=ER-ER_-1

더욱이, 단계 13에서는 상기 편차 ER의 적분치 IER을 전회까지의 적분치 IER에 금회 연산된 편차 ER을 가산하여 갱신한다.

IER=IER+ER

그리고, 단계 14에서는 상기 편차 ER, 적분치 IER, 변화비율 DER에 각각 비례 이득 KP, 적분 이득 KI, 미분 이득 KD를 승산하여 비례조작량 P(=KP×ER), 적분조작량 I(=KI×IER), 미분조작량 D(=KD×DER)를 설정한다.

단계 15에서는 상기 비례조작량 P, 적분조작량 I 및 미분조작량 D의 합에 기준치 1.0을 가산한 값을 새로운 스로틀 액츄에이터(14)의 개방도 제어치 X로 하여 세트한다.

X =P+I+D+1.0

또한, 본 실시예에서는, 상기 스로틀 액츄에이터(14)의 피드백 제어의 상기 PID 연산에 있어 사용된 미분이득 KD를, 상기 편차 ER이 소정치 이하로 되는 경우에는 0으로 하도록 되어 있다. 그 미분 이득 KD를 0으로 하는 상태를 제3도의 흐름도에 제시한다.

단계 21에서는 상기 단계 11에서 연산한 편차 ER의 절대치 |ER|가 한계 ER_LM1이하인지 아닌지를 판단하고, |ER|≤ER_LM1이라고 판단할 때에는, 단계 22에 나아가고, 해당 절대치 |ER|이 한계 ER_LM1이하인 상태가 10 msec 이상 연속하고 있느냐 아니냐를 판단한다.

그리고, 예라고 판단될 경우에는 스로틀밸브(3)의 실개방도가 소정의 목표개방도 근방으로 되어 있고, 따라서, 스로틀밸브(3)의 개방도 TVO에 대응하는 출력 STVO라 소정의 목표개방도에 상당하는 값 TGTVO의 편차 ER이 작아져 있는 경우라고 판단하여, 단계 23으로 나아간다.

그리고, 단계 23에 있어서, 노이즈등에 의하여 상기 편차 ER이 미소하게 변화된 경우에는, 상기 이득에 따라서 해당 변환분의 미분조작량 D를 연산하고 있으므로, 따라서 PID 연산치가 크게 변동하고, 액츄에이터의 제어량이 헌팅해버릴 염려가 있을뿐 아니라 스로틀밸브(3)의 실개방도가 소정의 목표 개방도 근방으로 되어 있고 미분조작량 D를 0으로 하여도 목표개방도에 대한 실제개방도의 수렴도에는 영향을 미치지 않는다는 것으로서, 상기 PID 연산에 있어서의 미분조작분에 관계되는 미분 이득 KD를 0으로 하여 미분동작을 정지시킨다.

한편, 단계 21에 있어서, ERER_LM1이라고 판단될 때, 혹은 단계 22에 있어서 아니오로 판단되었을 경우에는 단계 24로 나아가고 통상의 미분 이득 KD를 이용하여 미분조작량 D를 연산한다.

따라서, 본 실시예에 있어서도 제4도에 도시한 바와 같이 편차 ER에 다소의 변동이 있어도, 크게 변화할 가능성이 있는 미분 조작량 D로, 상기 편차 ER의 절대치 ｜ER｜가 소정치 ER_LM1이하로 되는 경우에는 상기 PID 연산에 있어서 미분조작분에 관계되는 미분 이득 KD를 0으로 함으로써, 상기 스로틀 액츄에이터(14)의 개방도 제어치 X가 실개방도가 목표개방도 근방으로 되어 있는 경우에 있어서, 헌팅하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 스로틀 액츄에이터(14)의 피드백 제어를 안정적으로 실시하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서는 해당 |ER|가 한계 ER_LM1이하로 되어 있는 상태가 소정시간 (10msec) 이상 연속하고 있는 것을 확인한 후에 미분 조작분에 관계되는 미분 이득 KD를 감소시키고 있으므로, 상기 편차 ER이 확실히 작아진 후에 해당 제어가 이루어지게 되어 확실히 헌팅이 방지된다.

또한, 본 실시예에 있어서는 단계 23에 있어서 미분 이득 KD를 0으로 하여 미분 동작을 정지시켰으나, 이 미분이득 KD를 미소치로 해도 좋은 것은 물론이다.

또한, 본 발명에 관련된 그밖의 실시예로서 제2도에 있어서 상기 스로틀 액츄에이터(14)의 피드백 제어의 상기 PID 연산에 있어서 사용된 미분 이득 KD를 상기 편차 ER이 소정치 이하로 되었을 경우에 그 편차 ER에 수반하여 감소하도록 해도 좋다. 다음 이 경우에 그 미분 이득 KD를 감소하는 상태를 제5도의 흐름도에 제시한다.

단계 31에서는 상기 단계 11으로 연산한 편차 ER이 |ER|이 한계 ER_LM2이하이냐 아니냐를 판단하고 |ER|≤ER_LM2라고 판단되었을 때에는 단계 32으로 나아간다.

단계 32에서는 스로틀밸브(3)의 실개방도가 소정의 목표 개방도 근방으로 되어 있고, 따라서 스로틀밸브(3)의 개방도 VTO에 대응하는 출력 STVO 와 소정의 목표개방도에 상당하는 값 TGTVO의 편차 ER이 작아져 있는 경우라고 판단할 수 있고, 노이즈등에 의해 상기 편차 ER이 미소하게 변화한 경우에는 상기 이득에 따라서 해당 변화분의 미분조작량 D를 연산하고 있으므로 따라서 PID 연산치가 크게 변동하여 액츄에이터의 제어량이 헌팅해버릴 염려가 있다하여 이하에 진술하는 것처럼 미분조작분에 관련되는 미분이득 KD를 제어한다.

즉, 편차 ER의 감소에 수반하여 상기 미분 이득 KD도 작아지도록 예컨대, 상기 미분 이득 KD를 편차 ER의 절대치 |ER|에 비례하여 설정하도록 한다.

즉, ｜ER｜≤ER_LM2에 있어서 미분 이득 KD'로 하면, KD'=(|ER|/ER_LM2)×KD이다.

한편, 단계 31에 있어서, ERER_LM1이라고 판단될 때에는 단계 33으로 나아가고, 통상의 미분 이득 KD를 이용하여, 미분 조작량 D를 연산한다.

따라서, 본 실시예에 있어서도, 제6도에 제시하는 것처럼, 편차 ER에 다소의 변동이 있어도, 크게 변화할 가능성이 있는 미분조작량 D도 상기 편차 ER의 절대치 |ER|가 소정치 ER_LM1이하로 되는 경우에는, 상기 PID 연산에 있어서의 미분조작분에 관련하는 미분 이득 KD를 편차 ER의 감소에 수반하여 작아지도록 하였으므로, 실개방도가 목표 개방도 근방으로된 경우에 있어서, 상기 스로틀 액츄에이터(14)의 개방도 제어치 X가 헌팅하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 스로틀 액츄에이터(14)의 패드백 제어를 안정적으로 행하는 것이 가능해진다.

또한, 해당 실시예에 있어서는 편차 ER의 절대치 |ER|가 작아지고, 그 절대치 |ER|이 한계 ER_LM2이하로 되는 시점에 있어서도, 상기 미분 이득이 연속적으로 감소되어지므로, 보다 헌팅을 방지하는 효과가 있다.

또한, 편차가 소정치 이하로 되고 나서 미분 이득을 감소하는 것에 한하지 않고, 예컨대, 편차의 감소에 따라서 2차 곡선적으로 미분 이득을 감소시키는 것 같은 구성이라도 무방하다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 검출개방도가 목표개방도에 다가와서, 상기 편차가 작아졌을 때에 미분 조작량 D가 크게 변동하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 PID 연산치가 크게 변동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터의 제어량의 헌팅이 방지되고, 액츄에이터의 제어를 안정적으로 실시하는 것이 가능해진다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 기관 흡기계에 끼어 설치된 스로틀밸브를 구동하는 스로틀 액츄에이터와, 상기 스로틀밸브의 개방도를 검출하는 스로틀 개방도 검출수단과, 상기 스로틀밸브의 목표개방도를 설정하는 목표개방도 설정수단과, 상기 스로틀 개방도 검출수단에 의해 검출되는 검출개방도와 목표개방도 설정수단에 의거 설정되는 목표개방도의 편차를 구하고, 그 편차를 사용하여 PID 제어를 위한 PID 연산을 실시하고, 그 연산결과에 입각하여 상기 스로틀 액츄에이터를 제어하는 개폐제어수단을 포함해서 이루어진 내연기관의 스로틀 제어장치에 있어서, 상기 편차가 작을 때에는 클때에 비교하여, 상기 PID 연산에 있어서 미분조작분에 관련되는 이득치를 감소하도록한 내연기관의 스로틀 제어장치.