DE10054534A1

DE10054534A1 - Gleitmodusregelungseinheit für eine elektronisch geregelte Drosselvorrichtung

Info

Publication number: DE10054534A1
Application number: DE10054534A
Authority: DE
Inventors: Norio Moteki
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2001-07-26
Also published as: US6367449B1; JP2001152935A

Abstract

Beim elektronischen Regeln der Öffnung einer in einem Einlaßsystem eines Motors eingebauten Drosselklappe wird die Öffnung durch eine Gleitmodusregelung geregelt auf der Grundlage einer Regelungsgröße mit einem Regelungsgrößenabschnitt, welcher zu der Schaltfunktion proportional ist, und einem Regelungsgrößenabschnitt, welcher einem nicht-linearen Federdrehmoment einer Rückstellfeder entspricht, welche die Drosselklappe in eine Richtung drängt, in welcher sich die Drosselklappenöffnung verringert. Gemäß diesem Aufbau wird die Ansprechcharakteristik der Regelungseinheit beibehalten, während ein Überschwingen unterdrückt wird, wodurch es möglich ist, die Öffnung sofort in Konvergenz mit der Zielöffnung zu bringen, während ein Gleiten davon längs einer Schaltebene erfolgt. Ferner wird aufgrund der Tatsache, daß die Regelungsgröße den Regelungsgrößenabschnitt enthält, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment der Rückstellfeder entspricht, ein Unsicherheitselement verringert, so daß eine Regelung mit hohem Ansprechverhalten durchgeführt wird.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitmodusrege lungseinheit zum Regeln einer Drosselvorrichtung eines Motors, welche elektronisch geregelt wird (nachfolgend bezeichnet als elektronisch geregelte Drosselvorrichtung).

Beschreibung des Standes der Technik

Bis heute ist es üblich, bei einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung einen PI-Regler mit einem P-Abschnitt und einem I-Abschnitt oder einen PID-Regler mit zusätzlich einem D-Abschnitt auf der Grundlage einer Abweichung (Fehlergröße) zwischen der Zielöffnung und der tatsächlichen Öffnung einer Drosselklappe anzuwenden. Jedoch ist gemäß dem PI-Regler bzw. dem PID-Regler das Stabilitätsverhalten schlecht (leichte Be einflußbarkeit durch Störung), und die Genauigkeit der Dros selklappenregelung mit einer nicht-linearen Eigenschaft ist ungenügend.

Hingegen ist eine Gleitmodusregelung als Regelverfahren mit guter Stabilitätseigenschaft bekannt, bei welchem der Ein fluß durch eine Störung begrenzt ist. Eine Anwendung der Gleitmodusregelung auf die Drosselklappenregelung führt zu ei ner hochgenauen Regelung der Drosselklappenöffnung mit einem guten Stabilitätsverhalten (siehe japanische ungeprüfte Pa tentveröffentlichung Nr. 7-133739).

Jedoch konvergierte gemäß der herkömmlichen Gleitmodusre gelung der Regelungsgegenstand nicht sofort zur Schaltebene, wenn der Zielwert stark geändert wurde. Das heißt, bei starker Trennung des Zustand des Regelungsgegenstands von der Schal tebene tendiert der Regelungsgegenstand, wenn die Geschwindig keit einer Annäherung des Zustands des Regelungsgegenstands an die Schaltebene einfach erhöht ist, zu einem Passieren der Schaltebene, so daß ein Überschwingen erhöht ist. In einem solchen Fall könnte der Regelungsgegenstand nicht sofort zur Schaltfunktion konvergieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben er wähnten Probleme zu lösen. Bei einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine gu te Gleitmodusregelung zu ermöglichen, welche derart ausgeführt wird, daß die Öffnung der Drosselklappe sofort zu einer Schal tebene konvergiert, selbst wenn ein Zielwert stark geändert wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Ansprech charakteristik der Gleitmodusregelung zu verbessern, wobei ein Einfluß durch eine Rückstellfeder berücksichtigt wird, welche die Drosselklappe in eine Richtung drängt, in welcher die Drosselklappe auf eine Anfangsposition zurückgestellt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Drossel klappenöffnung wirksam zur Konvergenz zu bringen, ohne daß ei ne ständige Abweichung gegenüber dem Zielwert vorhanden ist.

Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, umfaßt die vor liegende Erfindung die folgenden Schritte:

bei Durchführen einer Gleitmodusregelung der Öffnung einer Drosselklappe, welche in einem Einlaßsystem eines Motors ein gebaut ist, Berechnen eines Regelungsgrößenabschnitts, welcher proportional zu einer bei der Gleitmodusregelung verwendeten Schaltfunktion ist;
Berechnen eines Regelungsgrößenabschnitts entsprechend ei nes nicht-linearen Federdrehmoments einer Rückstellfeder, wel che die Drosselklappe in eine Richtung drängt, in welcher die Drosselklappenöffnung verringert wird;
Berechnen einer Regelungsgröße der Öffnung der Drossel klappe mit dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher proportional zur Schaltfunktion ist, und dem Regelungsgrößenabschnitt, wel cher dem nicht-linearen Federdrehmoment entspricht; und
Durchführen der Gleitmodusregelung der Drosselklappenöff nung auf der Grundlage der berechneten Regelungsgröße.

Gemäß diesem Aufbau ist der zur Schaltfunktion σ propor tionale Regelungsgrößenabschnitt in der Regelungsgröße enthal ten. Daher beginnt die Drosselklappenöffnung, wenn ein Ziel wert der Drosselklappenöffnung stark geändert wird und sich von der Schaltebene weit entfernt, welche definiert ist als σ = 0, da die Regelungsgröße einen großen Regelungsgrößenab schnitt proportional zur Schaltfunktion σ aufweist, sich mit großer Geschwindigkeit der Schaltebene anzunähern. Bei sich an die Schaltebene annähernder Drosselklappenöffnung verringert sich der zur Schaltfunktion σ proportionale Regelungsgrößenab schnitt, und die Geschwindigkeit einer Annäherung an die Schaltebene verringert sich ebenfalls, wodurch die Drossel klappenöffnung die Schaltebene erreicht, während ein Über schwingen unterdrückt wird. Nach Erreichen der Schaltebene gleitet die Drosselklappenöffnung längs der Schaltebene, wäh rend die Regelungsrichtung vorsichtig geändert wird, um zum Zielwert zu konvergieren.

Dementsprechend kann eine hoch genaue Gleitmodusregelung der Drosselklappenöffnung ausgeführt werden, während eine hohe Ansprechcharakteristik bei geringem Störeinfluß gewährleistet wird.

Ferner ist aufgrund der Tatsache, daß die Regelungsgröße den Regelungsgrößenabschnitt enthält, welcher dem nicht linearen Federdrehmoment der Rückstellfeder entspricht, ein Unsicherheitselement verringert, wodurch eine Regelung mit hö herem Ansprechverhalten ermöglicht wird.

Zusätzlich zu dem oben erwähnten Aufbau kann die Schalt funktion derart berechnet werden, daß sie als Komponenten die tatsächliche Öffnung der Drosselklappe, einen Ableitungswert der tatsächlichen Öffnung und einen Integralwert der Abwei chung zwischen der tatsächlichen Öffnung und der Zielöffnung enthält.

Gemäß dem obigen Aufbau ist unter der Voraussetzung, daß die Schaltfunktion S = α1 . θ + α2 . θ' + α3 . ∫(θ - r)dr (wobei θ: tatsächliche Öffnung; r: Zielöffnung) während einer Konver genz in einem anfänglichen Systemzustand θ = 0 wird, der Ablei tungswert von θ gleich θ' = 0 und der Integralwert der Abwei chung zwischen θ und r gleich ∫(θ - r)dr = 0, und folglich ist die Schaltfunktion S gleich 0. Ferner können, selbst während einer Konvergenz in dem von dem Anfangszustand (θ' = 0) ver schiedenen Zustand, α1 und α3 derart festgelegt werden, daß die Schaltfunktion S = α1 . θ + α3 . ∫(θ - r)dr = 0 ist.

Dementsprechend kann die Schaltfunktion S während einer Konvergenz in sämtlichen Zuständen des Systems immer 0 sein. Folglich ist es möglich, ein Regelungssystem ohne ständige Abweichung zu realisieren. Ferner besteht keine Notwendigkeit, einen Faktor einer Linearterm-Regelungsgröße zu schalten, um die Klappenöffnung zur Schaltebene (S = 0) zu drängen, was zu einer verringerten ROM-Konstante sowie zu einer Einsparung von ROM-Kapazität führt.

Ferner kann die dem nicht-linearen Federdrehmoment ent sprechende Regelungsgröße derart berechnet werden, daß sie ein gemäß der Drosselklappenöffnung variabler Wert ist.

Die Rückstellfeder wird mit einer festgelegten Last bei der Drosselklappenöffnung = 0 als Widerstand gegen eine Stopp vorrichtung versehen. Daher ist beispielsweise der Regelungs größenabschnitt, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment der Rückstellfeder entspricht, nicht vorgesehen, wenn die Drosselklappenöffnung = 0 ist, was dazu führt, daß der Rege lungsgrößenabschnitt = 0 ist. Wenn die Drosselklappenöffnung größer als 0 ist, so ist der Regelungsgrößenabschnitt vorgese hen, welcher erhalten wird durch Addieren der festgelegten Last zu einer Drängkraft gegen die Elastizität der Rückstell feder entsprechend der Drosselklappenöffnung.

Gemäß diesem Aufbau kann die Regelungsgröße mit hoher Ge nauigkeit berechnet werden, so daß das nicht-lineare Feder drehmoment bewältigt wird, welches gemäß der Drosselklappen öffnung geändert wird.

Ferner kann der berechnete Wert der Regelungsgröße der Drosselklappenöffnung mindestens einen Regelungsgrößenab schnitt proportional zu einer Abweichung zwischen einer tat sächlichen Öffnung und einer Zielöffnung der Drosselklappe, einen Regelungsgrößenabschnitt proportional zu einem Ableitungswert der tatsächlichen Öffnung der Drosselklappe oder ei nen Regelungsgrößenabschnitt proportional zur Elastizität der Rückstellfeder der Drosselklappe zusätzlich zu dem Regelungs größenabschnitt proportional zur Schaltfunktion und dem Rege lungsgrößenabschnitt entsprechend dem nicht-linearen Feder drehmoment enthalten.

Gemäß diesem Aufbau kann die Regelung mit einer hohen An sprechcharakteristik unter Verwendung des berechneten Werts ausgeführt werden.

Ferner kann die Regelungsgröße entsprechend dem nicht- linearen Federdrehmoment derart berechnet werden, daß sich Werte ergeben, welche während einer Zunahme der Drosselklap penöffnung und während einer Abnahme der Drosselklappenöffnung voneinander verschieden sind.

Das nicht-lineare Federdrehmoment der Rückstellfeder weist eine durch Reibung und ähnliches hervorgerufene Hysterese ge mäß den Öffungs-/Schließrichtungen der Drosselklappenöffnung auf. Daher wird die Regelungsgröße entsprechend dem nicht- linearen Federdrehmoment derart berechnet, daß sich Werte er geben, welche gemäß der Hysterese während einer Zunahme der Drosselklappenöffnung und während einer Abnahme der Drossel klappenöffnung voneinander verschieden sind.

Auf diese Weise kann eine Regelung mit höherem Ansprech verhalten unter Verwendung des berechneten Werts durchgeführt werden.

Ferner kann die Regelungsgröße entsprechend dem nicht- linearen Federdrehmoment derart berechnet werden, daß sich ein Zwischenwert ergibt, welcher erhalten wird durch Mitteln der während einer Zunahme der Drosselklappenöffnung und während einer Abnahme der Drosselklappenöffnung voneinander verschie denen Werte.

Gemäß diesem Aufbau kann eine einfache Regelung durchge führt werden, während eine gute Ansprechcharakteristik durch Verwenden eines einzigen Zwischenwerts gewährleistet wird, welcher durch Mitteln der verschiedenen Werte gemäß der Hyste rese des nicht-linearen Federdrehmoments erhalten wird.

Die weiteren Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfin dung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnung deutlich hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein Diagramm des Gesamtsystems eines erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 ist ein Diagramm eines Modells der elektronisch ge regelten Drosselvorrichtung gemäß dem obigen Ausführungsbei spiel;

Fig. 3 ist ein Graph, welcher die Axialdrehmomenteigen schaft der oben erwähnten elektronisch geregelten Drosselvor richtung darstellt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches den Zustand einer Ände rung während der Regelung des oben erwähnten Ausführungsbei spiels darstellt; und

Fig. 5 ist ein Regelungsblockdiagramm des obigen Ausfüh rungsbeispiels.

Genaue Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Motor, welcher mit einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung ausgestattet, auf welche die er findungsgemäße Gleitmodusregelung angewandt ist, und einem Re gelungssystem davon ausgestattet ist. Luft wird durch einen Luftfilter 2, einen Einlaßkanal 3, eine Drosselkammer 4 und einen Einlaßkrümmer 5 in einen Motor 1 angesaugt.

Ein Luftdurchflußmesser 6 zum Erfassen einer Einlaßluft strommenge Q ist in dem Einlaßkanal 3 angebracht.

Eine durch einen Aktuator (Motor) 7 angetriebene Drossel klappe 8 ist an der Drosselkammer 4 zum Regeln der Einlaßluft strommenge Q angebracht.

Ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 9 ist am Einlaßkrümmer 5 für jeden Zylinder vorgesehen, um Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen.

Ferner werden Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren in eine Regelungseinheit 13 eingegeben, welche mit einem Mi krocomputer ausgestattet ist. Die verschiedenen Sensoren um fassen einen Kurbelwinkelsensor 10, welcher ein Bezugssignal für jede vorbestimmte Kurbelwinkelposition entsprechend einem spezifischen Hub jedes Zylinders und ferner ein Kurbelwinke leinheit-Signal bei jeder Kurbelwinkeleinheit (beispielsweise 1 Grad oder 2 Grad) ausgibt, einen Wassertemperatursensor 1 zum Erfassen der Kühlwassertemperatur des Motors, und einen Drosselklappensensor 12 zum Erfassen der Öffnung der Drossel klappe 8.

Die Regelungseinheit 13 erfaßt die Motordrehzahl Ne durch Messen des Zyklus des von dem Kurbelwinkelsensor 10 ausgegebe nen Bezugssignals oder die Anzahl von Eingaben des Kurbelwin keleinheit-Signals innerhalb einer festen Zeit und führt die Kraftstoffeinspritzregelung und die Zündregelung gemäß dem Be triebszustand des Motors, erhalten auf der Grundlage weiterer Erfassungssignale, und ferner die Öffnungsregelung (Drossel klappenregelung) der Drosselklappe 8 unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Gleitmodusregelung durch den Aktuator 7 aus.

Die Drosselklappenregelung auf der Grundlage der Gleitmo dusregelung wird nachfolgend beschrieben.

Die Zustandsgleichung wird erhalten auf der Grundlage des mathematischen Modells des elektrischen Systems und des mecha nischen Systems der elektronisch geregelten Drosselvorrichtung (siehe Fig. 2).

Das mathematische Modell des elektrischen Systems ist in der folgenden Formel dargestellt:

L . (dI/dt) + RI + Kv . (dθ/dt) = U (1)

Das mathematische System des mechanischen Systems ist durch die folgende Formel dargestellt:

J . (d²θ/dt²) + D . (dθ/dt) + F(θ) + d = Kf . I (2)

Die jeweiligen Parameter in Formel (1) und (2) sind wie folgt:
θ[rad]: tatsächliche Öffnung der Drosselklappe (= Motor)
I[A]: Strom zum R/SOL-Motor
U[V]: R/SOL (Motor) Spannung (festgelegt als Regelungsein gang)
J[kgm²]: Trägheitsmoment
D[NMs/rad]: Viskositätswiderstandszahl
F(θ)[Nm]: Federdrehmoment der Rückstellfeder
Kf[Nm/A]: Drehmomentzahl
L[H]: Spuleninduktanz
R[Ω]: Widerstand
Kv[Vs/rad]: Gegenelektromotorische Spannungskonstante
d: Stördrehmoment, verursacht durch Modellieren eines Feh lers und ähnliches

Zuerst wird Formel (1) umgeformt zu I = (V - Kv . θ' - L . I)/R, und anschließend mit Formel (2) verbunden, wie folgt:

J . R . θ" + (D . R + Kv . Kf)θ' + R . F(θ) = Kf{U - (R/Kf) . d - L . I'} = Kf(U - dI)
wobei dI = (R/Kf) . d + L . I' (3)

Dabei ist gemäß de Axialdrehmoment-Winkel-Kennlinie der ETC (elektronisch geregelten Drosselvorrichtung) (siehe Fig. 3), das Federdrehmoment F(θ) der Rückstellfeder in der folgen den Formel dargestellt:

F(θ) = k . θ + Fd(θ), wobei, wenn θ < 0, dann Fd(θ) = Pa (Öffnungszunahme) oder Pd (Öffnungsabnahme), und, wenn θ = 0, dann Fd(θ) = 0 (4)

k: Federkonstante [Nm/rad]
Pa: nicht-lineares Federdrehmoment während einer Öffnungs zunahme
Pd: nicht-lineares Federdrehmoment während einer Öffnungs abnahme

Formel (4) wird mit Formel (1) wie folgt verbunden:

J . R . θ" + (D . R + Kv . Kf)θ' + R{k . θ + Fd(θ)} = Kf(U - dI)

θ" = -(D/J + Kv . Kf/JR)θ' - (k . θ + Fd(θ)/J + Kf(U - dI)/JR) (5)

Wenn r als Zielöffnung festgelegt ist und die Zustandsva riable als X = [θ θ' ∫(θ - θr)dt]^T festgelegt ist, so ist die Zu standsgleichung durch die folgende Formel dargestellt:

Als nächstes wird die Schaltfunktion σ als die folgende Formel unter Verwendung der Zustandsvariablen X aufgestellt.

σ = αX = [α1 1 α3]X (7)

Als nächstes wird der äquivalente Regeleingang während der Zeit, in welcher der Zustand eine Schaltebene erreicht hat und ein Gleitmodus aufgetreten ist, berechnet.

Wenn ein Gleitmodus aufgetreten ist, so existiert die nächste Formel:

σ = σ' = 0 (8)

Der Regeleingang zu diesem Zeitpunkt ist äquivalent zu dem äquivalenten Regeleingang Ueq und wird auf der Grundlage der Formeln (6) und (8) durch die folgende Formel dargestellt.

σ' = αX' = α{A . X + B . Ueq + g . θr + h1 . h2 + h2 . Fd(θ)} = 0

→ Ueq = -(α . B)^-1{α . A . X + α . g . θr + α . h1 . d + α . h2 . Fd(θ)} (9)

Wird die Formel (9) der Formel (6) zugewiesen, so ergibt sich

Wenn der Ausdruck von θ" aus Formel (10) genommen wird, so wird die Formel zu

θ" = -α3 . θ - α1 . θ' + α . 3r (11)

und bei Durchführen der Laplace-Transformation an Formel (11) stellt die Formel der Übertragungsfunktion G(S) das Ge samtsystem dar.

S² . θ(S) = -α3 . θ(S) + α1 . S . θ(S) + α3 . R(S)
→ G(S) = θ(S)/R(S) = α3/(S² + α1 . S + α3) (12)

Wird hingegen das Gesamtsystem als Sekundärschwingungssy stem festgelegt, wobei die Eigenfrequenz [rad/Sec] als ω und die Dämpfungsfunktion als ξ festgelegt wird, so wird die Über tragungsfunktion zu:

G(S) = θ(S)/R(S) = K/(S² + 2ξ . ω . S + ω²) (13)

K: konstanter Faktor

Aus den Formeln (12) und (13) ergibt sich:

α1 = 2ξ ω, α3 = ω² (14)

Daher kann die Schaltfunktion σ auf der Grundlage von (7) und (14) durch die folgende Formel berechnet werden:

σ = [2ξ . ω 1 ω2] . [θ θ' ∫(θ - θr)dt]^T = 2ξ . ω . θ + θ' + ω² . ∫(θ - θr)dt (15)

Unter Verwendung der wie oben festgelegten Schaltfunktion σ wird die Regelungsgröße U der vorhandenen Einheit wie folgt berechnet:

U = Ueq + UnI + UI + Uf (16)

Hier ist Ueq ein äquivalenter Regeleingang, welcher den Regeleingang entsprechend dem Stördrehmoment d und den Rege leingang entsprechend dem nicht-linearen Federdrehmoment Fd(θ) von Formel (9) ausschließt, und in der folgenden Formel darge stellt:

Ueq = -(α . B)^-1(α . A . X . α . g . θr) (17)

Ferner sind UnI und UI Regeleingänge zum Erreichen der Schaltebene und zum Beseitigen des Einflusses durch eine Stö rung, und in Formel (9) sind sie als Regeleingang entsprechend dem Stördrehmoment d festgelegt. Von diesen beiden ist UnI un ter Verwendung der Schaltfunktion σ als die folgende Formel festgelegt, ähnlich dem nicht-linearen Term bei einer herkömm lichen Gleitmodusregelung.

UnI = γ . (α . β)^-1 . (σ/|σ|) (18)

Anders ausgedrückt, UnI ist als Rückführregelungsgröße festgelegt, deren positives und negatives Vorzeichen immer dann umgeschaltet wird, wenn die Schaltebene (deren Zustand definiert ist als σ = 0) gekreuzt wird. Sie umfaßt eine Grund funktion der Gleitmodusregelung, wobei, nachdem der Zustand die Schaltebene erreicht hat, ein Gleiten davon längs der Schaltebene erfolgt, um sich einem Zielwert anzunähern.

Hingegen ist UI erfindungsgemäß als Regeleingang festge legt, festgelegt als Wert durch Multiplizieren des Faktors mit der Schaltfunktion σ, wie in der folgenden Gleichung darge stellt:

UI = λ . (α . B)^-1 σ (19)

Uf ist ein Regeleingang entsprechend dem Versatzdrehmoment gemäß der nicht-linearen Federcharakteristik der Rückstellfe der, welche die Drosselklappe in die Richtung drängt, in wel cher die Drosselklappenöffnung verringert wird, wobei eine Be rechnung davon durch die folgende Formel erfolgt:

Uf = -(α . B)^-1 . α . h2 . Fd(θ) = (R/Kf) . (Pa + Pd)/2 . (wenn θ < 0) = 0 (wenn θ = 0) (20)

Wie oben erwähnt, ist der zur Schaltfunktion σ proportio nale Regelungsgrößenabschnitt UI als der lineare Term in der Regelungsgröße U enthalten. Daher nähert sich die Drosselklap penöffnung, wie in Fig. 4 dargestellt, wenn die Zielöffnung der Drosselklappe stark geändert wird und sich von der Schaltebene (σ = 0) weit entfernt, aufgrund der Tatsache, daß die Regelungsgröße U einen großen Regelungsgrößenabschnitt UI pro portional zur Schaltfunktion σ aufweist, an die Schaltebene mit hoher Geschwindigkeit an. Mit sich an die Schaltebene an nähernder Drosselklappenöffnung verringert sich der Regelungs größenabschnitt UI, welcher proportional zur Schaltfunktion σ ist, und die Geschwindigkeit einer Annäherung an die Schal tebene verringert sich ebenfalls, wodurch die Drosselklappen öffnung die Schaltebene erreicht, während ein Überschwingen unterdrückt wird. Nach Erreichen der Schaltebene gleitet die Drosselklappenöffnung die Schaltebene entlang, während die Re gelungsrichtung vorsichtig geändert wird, um eine Konvergenz mit dem Zielwert zu erreichen.

Dementsprechend kann eine hoch genaue Regelung der Dros selklappenöffnung durchgeführt werden, während eine hohe An sprechcharakteristik mit geringem Störeinfluß gewährleistet wird.

Ferner wird durch gesondertes Berechnen des Regelungsgrö ßenabschnitts Uf, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment der Rückstellfeder entspricht, ein Unsicherheitselement ver ringert, wodurch eine Regelung mit höherem Ansprechverhalten ermöglicht wird.

Fig. 5 ist ein Regelblockdiagramm des oben erwähnten Aus führungsbeispiels. Wie dargestellt, besteht die Schaltfunktion σ(n), wie in Formel (15) offenbart, aus der tatsächlichen Drosselklappenöffnung θ(n), dem Ableitungswert der tatsächli chen Öffnung θ(n) und dem Integralwert der Abweichung (Fehlergröße) zwischen der tatsächlichen Öffnung θ(n) und der Zie löffnung θr(n).

Der lineare Term wird berechnet durch Addieren eines pro portionalen Zuwachsabschnitts UI(n), welcher proportional zur Schaltfunktion σ(n) ist, zum proportionalen Abschnitt Up(n), welcher proportional zur Fehlergröße ist, dem Winkelgeschwin digkeitsabschnitt Ud(n), welche proportional zum Ableitungs wert ist, und dem linearen Federdrehmomentabschnitt Ulf(n), welcher proportional zur Elastizität der Rückstellfeder ist.

Hingegen wird der nicht-lineare Term berechnet durch Ad dieren des nicht-linearen Federdrehmomentabschnitts Unlf(n) der Rückstellfeder zum Relay-Abschnitt Unl(n), dessen positi ves und negatives Vorzeichen gemäß der Richtung eines Überque rens der Schaltfläche umgeschaltet wird.

Der lineare Term und der nicht-lineare Term werden ad diert, um die Regelungsgröße U(n) zu berechnen.

Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel wird zur Ver einfachung der Regelung ein mittlerer Versatzdrehmomentab schnitt Uf, erhalten durch Mitteln der Werte während einer Zu nahme der Drosselklappenöffnung und während einer Abnahme der Drosselklappenöffnung, berechnet für das nicht-lineare Feder drehmoment der Rückstellfeder mit einer durch Reibung und ähn liches hervorgerufenen Hysterese. Jedoch kann durch Verwenden von getrennt berechneten Werten für die Zunahme der Drossel klappenöffnung [Uf = (R/Kf) . Pa] und die Abnahme der Drossel klappenöffnung [Uf = (R/Kf) . Pd] eine noch genauere Regelung durchgeführt werden.

Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 11- 330448, eingereicht am 19. November 1999, ist hierin durch Verweis enthalten.

Claims

1. Einheit zum elektronischen Regeln der Öffnung einer Dros selklappe, welche in einem Einlaßsystem eines Motors eingebaut ist, über eine Gleitmodusregelung, umfassend:
eine Einrichtung zum Berechnen eines zu der Schaltfunktion proportionalen Abschnitts, welche einen Regelungsgrößenab schnitt berechnet, welcher zu einer bei der Gleitmodusregelung verwendeten Schaltfunktion proportional ist;
eine Einrichtung zum Berechnen eines einem nicht-linearen Federdrehmoment entsprechenden Abschnitts, welche einen Rege lungsgrößenabschnitt berechnet, welcher einem nicht-linearen Federdrehmoment einer Rückstellfeder entspricht, welche die Drosselklappe in eine Richtung drängt, in welcher die Öffnung der Drosselklappe geöffnet wird;
eine Einrichtung zur Berechnung der Regelungsgröße, welche eine Regelungsgröße der Drosselklappenöffnung mit dem Rege lungsgrößenabschnitt, welcher proportional zu der Schaltfunk tion ist, und dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher dem nicht- linearen Federdrehmoment entspricht, berechnet; und
eine Gleitmodusregelungseinrichtung, welche die Gleitmo dusregelung der Drosselklappenöffnung auf der Grundlage der berechneten Regelungsgröße ausführt.

2. Gleitmodusregelungseinheit einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Einrichtung zum Berechnen einer Schaltfunktion, welche die Schaltfunktion der Gleitmodusregelung berechnet und als Kompo nenten die tatsächliche Öffnung der Drosselklappe, einen Ab leitungswert der tatsächlichen Öffnung sowie einen Integral wert einer Abweichung zwischen der tatsächlichen Öffnung und einer Zielöffnung enthält.

3. Gleitmodusregelungseinheit einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Berechnen der Regelungsgröße eine Regelungsgröße der Drossel klappenöffnung mit dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher pro portional zu der Schaltfunktion ist, dem Regelungsgrößenab schnitt, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment entspricht und einem Regelungsgrößenabschnitt, welcher proportional zu einer Abweichung zwischen einer tatsächlichen Öffnung und ei ner Zielöffnung der Drosselklappe ist, berechnet.

4. Gleitmodusregelungseinheit einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Berechnung der Regelungsgröße eine Regelungsgröße zur Berech nung der Drosselklappe mit dem Regelungsgrößenabschnitt, wel cher zu der Schaltfunktion proportional ist, dem Regelungsgrö ßenabschnitt, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment ent spricht, und einem Regelungsgrößenabschnitt, welcher propor tional zu einem Ableitungswert einer tatsächlichen Öffnung der Drosselklappe berechnet.

5. Gleitmodusregelungseinheit einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Berechnung der Regelungsgröße eine Regelungsgröße der Öffnung der Drosselklappe mit dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher proportional zur Schaltfunktion ist, dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment ent spricht, und einem Regelungsgrößenabschnitt, welcher propor tional zur Elastizität der Rückstellfeder der Drosselklappe ist, berechnet.

6. Gleitmodusregelungseinheit einer elektronisch geregelten Drosselklappe nach Anspruch 1, wobei die Regelungsgröße, wel che dem nicht-linearen Federdrehmoment entspricht, derart be rechnet wird, daß sie ein gemäß der Drosselklappenöffnung va riabler Wert ist.

7. Gleitmodusregelungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Re gelungsgröße, welche dem nicht-linearen Federdrehmoment ent spricht, derart berechnet wird, daß sie während einer Zunahme der Drosselklappenöffnung und während einer Abnahme der Dros selklappenöffnung voneinander verschiedene Werte annimmt.

8. Gleitmodusregelungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Re gelungsgröße, welche einem nicht-linearen Federdrehmoment ent spricht, derart berechnet wird, daß sie ein Zwischenwert ist, erhalten durch Mitteln von Werten, welche während einer Zunah me der Drosselklappenöffnung und während einer Abnahme der Drosselklappenöffnung voneinander verschieden sind.

9. Gleitmodusregelverfahren einer elektronisch geregelten Drosselklappe zum elektronischen Regeln der Öffnung einer Drosselklappe, welche in einem Einlaßsystem eines Motors ein gebaut ist, durch eine Gleitmodusregelung, umfassend die Schritte:
Berechnen eines Regelungsgrößenabschnitts, welcher propor tional zu einer bei der Gleitmodusregelung verwendeten Schalt funktion ist;
Berechnen eines Regelungsgrößenabschnitts, welcher einem nicht-linearen Federdrehmoment einer Rückstellfeder ent spricht, welche die Drosselklappe in eine Richtung drängt, um eine Anfangsöffnung beizubehalten;
Berechnen einer Regelungsgröße der Öffnung der Drossel klappe mit dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher proportional zur Schaltfunktion ist, und dem Regelungsgrößenabschnitt, wel cher dem nicht-linearen Federdrehmoment entspricht; und
Durchführen der Gleitmodusregelung der Drosselklappenöff nung auf der Grundlage der berechneten Regelungsgröße.

10. Gleitmodusregelverfahren einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend die Schritte: Berechnen der Schaltfunktion der Gleitmodusregelung, wel che als Komponenten die tatsächliche Öffnung der Drosselklap pe, einen Ableitungswert der tatsächlichen Öffnung und einen Integralwert einer Abweichung zwischen der tatsächlichen Öff nung und einer Zielöffnung enthält.

11. Gleitmodusregelverfahren nach Anspruch 9, wobei die Be rechnung einer Regelungsgröße der Drosselklappe durchgeführt wird durch ein Berechnen einer Regelungsgröße mit dem Rege lungsgrößenabschnitt, welcher zur Schaltfunktion proportional ist, dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment entspricht, und einem Regelungsgrößenab schnitt, welcher proportional ist zu einer Abweichung zwischen einer tatsächlichen Öffnung und einer Zielöffnung der Drossel klappe.

12. Gleitmodusregelverfahren nach Anspruch 9, wobei die Be rechnung einer Regelungsgröße der Drosselklappe durchgeführt wird durch ein Berechnen einer Regelungsgröße mit dem Rege lungsgrößenabschnitt, welcher proportional zur Schaltfunktion ist, dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment entspricht, und einem Regelungsgrößenab schnitt, welcher proportional zu einem Ableitungswert einer tatsächlichen Öffnung der Drosselklappe ist.

13. Gleitmodusregelungsverfahren einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Berechnung einer Regelungsgröße der Drosselklappe durchgeführt wird durch Be rechnen einer Regelungsgröße mit dem Regelungsgrößenabschnitt, welcher proportional zu der Schaltfunktion ist, dem Regelungs größenabschnitt, welcher dem nicht-linearen Federdrehmoment entspricht, und einem Regelungsgrößenabschnitt, welcher pro portional zu der Elastizität der Rückstellfeder der Drossel klappe ist.

14. Gleitmodusregelungsverfahren einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die dem nicht- linearen Federdrehmoment entsprechende Regelungsgröße derart berechnet wird, daß diese ein gemäß der Drosselklappenöffnung variabler Wert ist.

15. Gleitmodusregelungsverfahren einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die dem nicht- linearen Federdrehmoment entsprechende Regelungsgröße derart berechnet wird, daß diese Werte annimmt, welche während einer Zunahme der Drosselklappenöffnung und während einer Abnahme der Drosselklappenöffnung voneinander verschieden sind.

16. Gleitmodusregelungsverfahren einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die dem nicht- linearen Federdrehmoment entsprechende Regelungsgröße derart berechnet wird, daß diese ein Wert ist, welcher durch Mitteln von Werten erhalten wird, welche während einer Zunahme der Drosselklappenöffnung und während einer Abnahme der Drossel klappenöffnung voneinander verschieden sind.