DE102013013445A1

DE102013013445A1 - Elektronische Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE102013013445A1
Application number: DE201310013445
Authority: DE
Inventors: Shigehiko Sugimori; Hiroshi Jinbo
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: JP6018464B2; DE102013013445B4; JP2014058934A

Abstract

In einer elektronischen Regelvorrichtung (1), die einen Stellbetrag, basierend auf einem Regeleingabebetrag an eine Regelstrecke (S) ausgibt, legt eine Reglereinheit (10) einen ersten Zuwachskennlinienwert als einen Zuwachskennlinienwert eines Dämpfungseingabebetrags fest, der einen Teil des Regeleingabebetrags zur Berechnung des Stellbetrags, der in der Regelstrecke (S) bereitgestellt wird, darstellt, so dass, wenn ein Regelabweichungsbetrag (e) einer Differenz zwischen einem Sollbetrag und einem Regelbetrag näher an Null ist, der Dämpfungseingabebetrag größer wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Regelvorrichtung und insbesondere eine elektronische Regelvorrichtung, die eine Regelung für eine Regelstrecke eines Fahrzeugs ausführt.
In den vergangenen Jahren wurde bei einer elektronischen Regelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, wie z. B. eines Motorrads, beispielsweise in einer elektronisch geregelten Drosselvorrichtung, ein Regelbetrag zum Regeln einer Drosselklappe auf einen gewünschten Sollbetrag durch Ansteuerung der Drosselklappe geregelt.
Bei obiger Regelung ist es beispielsweise üblich, eine proportional-integral-derivative Regelung (PID Regelung) zu verwenden. Es wurde jedoch gezeigt, dass es bei der PID Regelung tendenziell schwierig ist, eine Stabilität der Regelung gegenüber einem Einfluss von Störfaktoren und dergleichen zu gewährleisten, und dass es beispielsweise schwierig ist, einen Zuwachs (engl. gain) für eine Eingabegröße einzustellen.
Daher wurde vorgeschlagen, in der elektronischen Regelvorrichtung eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs eine Gleitmodusregelung anzuwenden, die einen Regelbetrag zur Regelung des Verbrennungsmotors auf einen gewünschten Sollbetrag durch die Verwendung einer Schaltfunktion regelt. Beispielsweise ist eine elektronisch geregelte Drosselvorrichtung, in der die Gleitmodusregelung eingesetzt wird, eingerichtet, einen Regeleingabebetrag durch die Gleitmodusregelung zu erzeugen und einen Stellbetrag eines Stellglieds einer Drosselklappe auf Basis des erzeugten Regeleingabebetrags zu regeln, um die Größe des Öffnungsgrades der Drosselklappe (ein aktueller bzw. Ist-Betrag des Drosselklappenöffnungsgrades) derart zu regeln, dass diese gegen einen Sollbetrag des Drosselklappenöffnungsgrades konvergiert.
Es ist davon auszugehen, dass bei der Regelung eines Drosselklappenöffnungsgradbetrags die Tendenz auftreten kann, dass, wenn die Drosselklappe in die vollständig geöffnete Stellung (Mechanismus vollständig geöffnet) oder in die vollständig geschlossene Stellung (Mechanismus vollständig geschlossen) bewegt wird, der Drosselklappenhebel einen Anschlag treffen kann, was zur Folge hat, dass die Drosselklappe plötzlich anhält oder sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Es wird angenommen, dass bei solch einem Fall, wenn ein Gleichstrom-Elektromotor als das Stellglied der Drosselklappe eingesetzt wird, die Bewegung der Drosselklappe auf den Gleichstrom-Elektromotor über ein Getriebesystem übertragen wird, und dass folglich eine entgegengesetzte elektromotorische Kraft im Innern des Gleichstrom-Elektromotors und in seinem Antriebsschaltkreis erzeugt wird, und dass demzufolge das Innere des Gleichstrom-Elektromotors und sein Antriebsschaltkreis durch die entgegengesetzte elektromotorische Kraft beeinträchtigt werden können. Es ist davon auszugehen, dass dieses Phänomen je nach Getriebeübersetzung noch offensichtlicher wird. Es ist daher in einer elektronisch geregelten Drosselklappe notwendig zu verhindern, dass der Drosselklappenhebel den Anschlag der vollständig geöffneten Stellung trifft, wenn die Drosselklappe in die vollständig geöffnete Stellung oder in die vollständig geschlossene Stellung bewegt wird.
Ferner ist es bei der Regelung des Drosselklappenöffnungsgrades notwendig zu verhindern, dass eine Antriebskraft des internen Verbrennungsmotors gleich groß oder größer als die von einem Fahrer benötigte Antriebskraft wird. Während eine Gleitmodusregelung eine schnelle Ansprechempfindlichkeit aufweist, hat diese auch Ausprägungen, in denen der Drosselklappenöffnungsgrad dazu neigt, über den Sollöffnungsgradbetrag der Drosselklappe hinauszuschießen. Es ist deshalb vorteilhaft, einen Dämpfungseingabebetrag als einen Regeleingabebetrag hinzuzufügen, um zu verhindern, dass der Drosselklappenöffnungsgrad über den Sollbetrag hinausschießt.
In diesem Zusammenhang betrifft die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2003-216206 eine Anlagensteuerung und offenbart eine Konfiguration zum Hinzufügen eines Dämpfungseingabebetrags für eine Abweichung eines aktuellen Drosselklappenöffnungsgrads und zum Berechnen eines Werts einer Zuwachskennlinie (engl. gain characteristic value) des Dämpfungseingabebetrags auf Basis des aktuellen Drosselklappenöffnungsgradbetrags und auf Basis eines gleitenden Durchschnittswerts eines Änderungsbetrags eines Sollbetrags des Drosselklappenöffnungsgrads.
Ferner betrifft die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-255790 eine Antriebsbetragsregelvorrichtung und offenbart eine Konfiguration zum Hinzufügen eines Dämpfungseingabebetrags für eine Abweichung einer Schaltfunktion und zum Berechnen eines Werts einer Zuwachskennlinie des Dämpfungseingabebetrags auf Basis eines Sollbetrags des Drosselklappenöffnungsgrads und eines Werts einer Schaltfunktion.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch Studien der jetzigen Erfinder wurde jedoch herausgefunden, dass bei einem Motorrad ein Fahrer das Verhalten des Motorrads durch Betätigen eines Gasgriffes, der geöffnet oder geschlossen werden kann, steuert, und dass die Tendenz auftreten kann, dass wenn der Fahrer wiederholt den zu öffnenden oder zu schließenden Gasgriff betätigt, ein Sollbetrag des Drosselklappenöffnungsgrads wiederholt in der Öffnungsrichtung oder der Schließrichtung schwankt. Es wurde ferner herausgefunden, dass eine Tendenz besteht, dass wenn der Fahrer das Motorrad durch eine plötzliche Öffnung des Gasgriffes beschleunigt, sich der Sollbetrags des Drosselklappenöffnungsgrads in Öffnungsrichtung sehr stark verändert.
Im Falle, bei dem der Wert der Zuwachskennlinie des Dämpfungseingabebetrags, der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-216206 offenbart ist, insbesondere bei einem Motorrad angewendet wird, wird deshalb angenommen, dass bei einer plötzlichen Betätigung des Gasgriffes, um diesen in einem Zeitpunkt des gleitenden Durchschnittswertes von 0 zu öffnen, nicht verhindert werden kann, dass der Drosselklappenöffnungsgrad über den Sollbetrag hinausschießt, weil der Wert der Zuwachskennlinie unter Verwendung des gleitenden Durchschnittswerts des Änderungsbetrages des Sollbetrags des Drosselklappenöffnungsgrads berechnet wird.
Ferner ist der Wert der Schaltfunktion in dem in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-255790 offenbarten Dämpfungseingabebetrag enthalten. Folglich wird angenommen, dass wenn der Sollbetrag des Drosselklappenöffnungsgrads stark von dem aktuellen Betrag des Drosselklappenöffnungsgrads abweicht, ein Regeleingabebetrag für den aktuellen Betrag des Drosselklappenöffnungsgrads, um dem Sollbetrag des Drosselklappenöffnungsgrads zu folgen, verringert ist, und somit die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung (engl. follow-up performance) des aktuellen Betrages des Drosselklappenöffnungsgrads bezüglich des Sollöffnungsgrades der Drosselklappe reduziert.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen daher die vorgenannten Probleme gelöst werden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische Regelvorrichtung bereit zu stellen, die eine Ansprechempfindlichkeit und Nachfolgeleistung eines Regelbetrags bezüglich eines Sollbetrags verbessern kann, und währenddessen verhindert, dass der Regelbetrag über den Sollbetrag hinausschießt.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine elektronische Regelvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Reglereinheit, die einen Stellbetrag für eine Regelstrecke (engl. control-target device) berechnet, so dass ein Regelbetrag der Regelstrecke, der von einem Regelbetragsdetektor erfasst wird, einen vorbestimmten Sollbetrag innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs erreicht, wobei die Reglereinheit einen Dämpfungseingabebetrag berechnet, um zu verhindern, dass der Regelbetrag über einen Sollbetrag hinausschießt, basierend auf einem Änderungsbetrag des Regelbetrags, und die ferner einen Regeleingabebetrag berechnet, der den Dämpfungseingabebetrag enthält, und die elektronische Regelvorrichtung gibt den Stellbetrag, basierend auf dem Regeleingabebetrag, an die Regelstrecke aus, und wobei die Reglereinheit einen ersten Zuwachskennlinienwert (engl. gain characteristic value) als einen Zuwachskennlinienwert des Dämpfungseingabebetrags derart festlegt, dass wenn ein Regelabweichungsbetrag, der eine Differenz zwischen dem Sollbetrag und dem Regelbetrag ist, näher an 0 liegt, der Dämpfungseingabebetrag größer ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu dem ersten Aspekt, liegt die Reglereinheit einen zweiten Zuwachskennlinienwert als einen Zuwachskennlinienwert des Dämpfungseingabebetrags derart fest, dass wenn der Sollbetrag näher an einem Minimalwert oder einem Maximalwert des Regelbereichs ist, der Dämpfungseingabebetrag größer ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu dem zweiten Aspekt, legt die Reglereinheit den zweiten Zuwachskennlinienwert derart fest, dass der Dämpfungseingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe an dem Minimalwert ist, größer ist als der Dämpfungseingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe an dem Maximalwert ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu jedem der ersten bis dritten Aspekte, ist die Reglereinheit eine Gleitmodusreglereinheit, und definiert eine Schaltlinie oder eine Schaltebene durch eine Schaltfunktion, in der eine Vielzahl von Zustandsbeträgen als Variablen verwendet werden, und berechnet den Regeleingabebetrag derart, dass die Zustandsbeträge zu einem Gleichgewichtszustand der Schaltlinie oder der Schaltebene konvergieren.
In der elektronischen Regeleinrichtung gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, legt die Reglereinheit den ersten Zuwachskennlinienwert als den Zuwachskennlinienwert des Dämpfungseingabebetrags fest, der einen Teil des Regeleingabebetrags zur Berechnung des Stellbetrags, der der Regelstrecke bereitgestellt wird, darstellt, so dass wenn ein Regelabweichungsbetrag, der eine Differenz zwischen dem Sollbetrag und dem Regelbetrag ist, näher an 0 ist, der Dämpfungseingabebetrag größer ist. Demzufolge kann die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag verbessert werden, während verhindert werden kann, dass der Regelbetrag über den Sollbetrag hinausschießt.
In der elektronischen Regelvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung legt die Reglereinheit den zweiten Zuwachskennlinienwert als den Zuwachskennlinienwert des Dämpfungseingabebetrags so fest, dass, wenn der Sollbetrag näher an dem Minimalwert oder dem Maximalwert des Regelbereichs ist, der Dämpfungseingabebetrag größer ist. Demzufolge kann verhindert werden, dass ein bewegliches Element der Regelstrecke unnötigerweise ein mechanisches Stellelement trifft, ohne die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag zu beeinflussen.
In der elektronischen Regelvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung legt die Reglereinheit den zweiten Zuwachskennlinienwert so fest, dass der Dämpfungseingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe an dem Minimalwert ist, größer ist als der Dämpfungseingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe an dem Maximalwert ist. Demzufolge kann zuverlässiger verhindert werden, dass das bewegliches Element der Regelstrecke unnötigerweise das mechanisches Stellelement trifft, ohne die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag zu beeinflussen.
In der elektronischen Regelvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Reglereinheit eine Gleitmodusreglereinheit. Demzufolge kann die Regelungsstabilität gegenüber einem Einfluss einer Störung und dergleichen sichergestellt werden, während das Festlegen eines Zuwachses für einen Dämpfungseingabebetrag vereinfacht ist.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer elektronischen Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die auch ein schematisches Diagramm einer Drosselklappenvorrichtung zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf einer Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung zeigt, die durch die elektronische Regelvorrichtung ausgeführt wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
3A zeigt anhand tabellarischer Daten einen ersten Zuwachskennlinienwert in der elektronischen Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 3B zeigt anhand tabellarischer Daten einen zweiten Zuwachskennlinienwert der elektronischen Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Eine elektronische Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel, in dem eine Gleitmodusregelung angewendet wird, erläutert. Dies ist jedoch im Prinzip auf andere Arten von Hohen-Zuwachs-Regelungen (engl. High-Gain-Regelungen) übertragbar.
[Konfiguration der elektronischen Regelvorrichtung]
Zuerst wird eine Konfiguration der elektronischen Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel detailliert unter Bezugnahme auf die 1 erläutert.
1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration der elektronischen Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und zeigt auch ein schematisches Diagramm der Drosselklappenvorrichtung.
Wie in 1 gezeigt, ist die elektronische Regelvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Reglereinheit, die in einem Fahrzeug (nicht gezeigt), typischerweise in einem Motorrad oder einem vierrädrigen Fahrzeug, eingebaut ist, die durch die Nutzung elektrischer Energie, die von einer in dem Fahrzeug installierten Batterie zur Verfügung gestellt wird, betrieben wird und die verschiedene Komponenten des Fahrzeugs regeln kann. Die elektronische Regelvorrichtung 1 enthält einen Speicher und dergleichen (nicht gezeigt). Die elektronische Regelvorrichtung 1 enthält ferner eine Gleitmodusreglereinheit 10. Die Gleitmodusreglereinheit 10 enthält eine Schaltfunktionsberechnungseinheit 12, eine Regeleingabeberechnungseinheit 14 und eine Stellbetragsverarbeitungseinheit 16. Die Gleitmodusreglereinheit 10, die Schaltfunktionsberechnungseinheit 12, die Regeleingabeberechnungseinheit 14 und die Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 sind jeweils als ein funktionaler Block einer Verarbeitungsvorrichtung gezeigt.
Die elektronische Regelvorrichtung 1 ist elektrisch mit einer Regelstrecke verbunden, typischerweise eine elektronisch geregelte Drosselklappe S, die einen Luftbetrag für einen internen Verbrennungsmotor regelt, der in einem Fahrzeug (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein Motorrad oder ein vierrädriges Fahrzeug, eingebaut ist. Die elektronisch geregelte Drosselklappe S enthält einen Elektromotor M, der als Stellglied ausgebildet ist, das eine Drosselklappe 20 antreibt, um ihren Öffnungsgrad zu verändern, und einen Drosselklappenöffnungsgradsensor 21, der einen Öffnungsgrad erfasst, der eine Betriebsstellung der Drosselklappe 20 darstellt. Die Drosselklappe 20 ist im Innern eines Zuführrohres 22 angeordnet, das mit einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors kommuniziert. Die Drosselklappe 20 kann den Luftstrombetrag, der der Verbrennungskammer zur Verfügung gestellt wird, durch Änderung eines Freiraums, der zwischen der Drosselklappe 20 und einer Innenwandoberfläche des Zuführrohrs 22 ausgebildet ist, einstellen, indem eine Drosselklappenwelle 23, die mit der Drosselklappe 20 verbunden ist, um ihre Achse durch einen Drosselklappenhebel 23a innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs θ zwischen einem Anschlag 24 der vollständig geöffneten Stellung und einem Anschlag 25 der vollständig geschlossenen Stellung gedreht wird. Die Drosselklappenwelle 23 ist mit dem Elektromotor M über die Getriebe G1 und G2 verbunden. Der Elektromotor M treibt die Getriebe G1 und G2 an, sowie die Drosselklappenwelle 23. Eine Rückstellfeder 26, die so auf die Drosselklappe 20 einwirkt, dass sich diese in Richtung des Anschlags 25 der vollständig geschlossenen Stellung dreht, ist auf dem Drosselklappenhebel 23a angeordnet. In 1 ist ein Zustand, in dem der Drosselklappenhebel 23a in Kontakt mit dem Anschlag 25 der vollständig geschlossenen Stellung kommt, durch eine durchgezogene Linie dargestellt, und ein Zustand, in dem der Drosselklappenhebel 23a in Kontakt mit dem Anschlag 24 der vollständig geöffneten Stellung kommt, ist durch eine gepunktete Linie dargestellt.
Wenn die elektronische Regelvorrichtung 1 in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Motorrad oder einem vierrädrigen Fahrzeug eingebaut ist, ist die elektronische Regelvorrichtung 1 typischerweise elektrisch mit einem Eingabebetragsdetektor (nicht gezeigt) verbunden, der elektrisch einen Beschleunigungsöffnungsgrad eines Gasgriffs oder Gaspedals erfasst, die eine Eingabevorrichtung für den Fahrer darstellen, um einen Beschleunigungsstellbetrag bereitzustellen. Das heißt, der Eingabebetragsdetektor ist elektrisch mit einer Sollbetragsberechnungseinheit (nicht gezeigt) in der elektronischen Regelvorrichtung 1 verbunden. Die Sollbetragsberechnungseinheit berechnet einen Sollbetrag des Öffnungsgrads der Drosselklappe 20 gemäß einem Eingabebetragserfassungswert des Eingabebetragsdetektors, typischerweise der Beschleunigungsstellbetrag, der auf den Gasgriff oder das Gaspedal angewendet wird.
Die Schaltfunktionsberechnungseinheit 12 in der elektronischen Regelvorrichtung 1 empfängt insbesondere elektrische Signale jeweils von der Sollöffnungsgradberechnungseinheit und von dem Drosselklappenöffnungsgradsensor 21, definiert insbesondere eine Schaltfunktion σ in Abhängigkeit des Sollbetrags des Öffnungsgrades der Drosselklappe 20, der von der Sollöffnungsgradberechnungseinheit berechnet wird, und in Abhängigkeit des Öffnungsgrads der Drosselklappe 20, der von dem Drosselklappenöffnungsgradsensor 21 erfasst wird, und berechnet einen Wert der Schaltfunktion σ. Zu diesem Zeitpunkt wird während einer Gleitmodusregelung der Sollbetrag des Öffnungsgrades der Drosselklappe 20, die von der Sollöffnungsgradberechnungseinheit berechnet wird, als ein Sollbetrag behandelt, und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20, der von dem Drosselklappenöffnungsgradsensor 21 erkannt wird, wird als ein Regelbetrag angesehen, der als eine Regelgröße der Regelstrecke dient. Die Schaltfunktion σ wird in Form der folgenden Gleichung (E1) bereitgestellt, unter Verwendung eines Regelabweichungsbetrags e und einer Rate der Abweichungsänderung in dem Regelabweichungsbetrag e, Δe/Δt, die jeweils einen Zustandsbetrag darstellen und unter Verwendung eines Koeffizienten g. Die Gleitmodusregelung wird so ausgeführt, dass der Abweichungsbetrag e, der auf eine Schaltlinie begrenzt ist, die durch die Schaltfunktion σ festgelegt ist, und die Rate der Abweichungsänderung Δe/Δt, die dem beschränkten Abweichungsbetrag e entspricht, beide jeweils zu Null konvergieren, was einem Wert entspricht, der einen Gleichgewichtszustand in der Gleitmodusregelung anzeigt. Die Gleichung der Schaltfunktion σ und ihre entsprechenden Berechnungsgleichungen werden vorab in dem Speicher in der elektronischen Regelvorrichtung 1 als Daten oder ein Programm gespeichert. Während die Gleichung (E1) eine Schaltlinie darstellt, kann auch durch eine Erhöhung der Anzahl der Zustandsbeträge eine Gleichung, die eine Schaltebene oder dergleichen darstellt, verwendet werden.
[E1]

σ = e + g × Δe/Δt (1)

Insbesondere stellt in der Gleichung (E1) der Regelabweichungsbetrag e eine Differenz zwischen einem Sollbetrag und einem Regelbetrag in jedem Regelzyklus (Zeitzyklus) der Gleitmodusregelung dar, das heißt, einen Wert, der durch Subtraktion des Regelbetrags von dem Sollbetrag in jedem Regelzyklus der Gleitmodusregelung berechnet wird. Die Rate der Abweichungsänderung in dem Regelabweichungsbetrag e, Δe/Δt, ist ein Wert, der durch Ableitung des Regelabweichungsbetrags e bezüglich der Zeit in jedem Regelzyklus der Gleitmodusregelung berechnet wird. Der Koeffizient g stellt die Steigung der Schaltfunktion σ dar, das heißt, die Steigung der Schaltlinie durch die die Schaltfunktion σ so wiedergeben wird, dass sie durch den Ursprung eines orthogonalen Koordinatensystems verläuft, in dem die horizontale Achse den Regelabweichungsbetrag e darstellt und die vertikale Achse die Rate der Abweichungsänderung in dem Regelabweichungsbetrag e, Δe/Δt. Anstelle der Rate der Abweichungsänderung in dem Regelabweichungsbetrag e, Δe/Δt, kann ein Regelabweichungsbetrag Δe als Differenz zwischen einem Regelabweichungsbetrag eines vorgegebenen Regelzyklus und einem Regelabweichungsbetrag in einem vorbestimmten früheren Regelzyklus vor dem gegebenen Regelzyklus als Zustandsbetrag nach Bedarf verwendet werden.
Das heißt, die Schaltfunktionsberechnungseinheit 12 legt insbesondere die Schaltfunktion σ in jedem Regelzyklus der Gleitmodusregelung fest und berechnet einen Wert der Schaltfunktion σ. Die Schaltfunktionsberechnungseinheit 12 gibt den berechneten Wert der Schaltfunktion σ, den Regelabweichungsbetrag e, der einen Zustandsbetrag darstellt, der zum Zeitpunkt der Berechnung des Werts der Schaltfunktion σ berechnet wird, und dergleichen jeweils an die Regeleingabeberechnungseinheit 14 in Form eines elektrischen Signals aus.
Die Regeleingabeberechnungseinheit 14 ist elektrisch mit der Sollöffnungsgradberechnungseinheit, der Schaltfunktionsberechnungseinheit 12 und dem Drosselklappenöffnungsgradsensor 21 verbunden und empfängt entsprechende elektrische Signale von diesen Einheiten. Die Regeleingabeberechnungseinheit 14 berechnet einen Regeleingabebetrag gemäß dem Sollbetrag, der ein Sollbetrag des Öffnungsgrades der Drosselklappe 20 ist, der durch die Sollöffnungsgradberechnungseinheit auf Basis des Stellbetrags des Gaspedals oder des Gasgriff berechnet wird; gemäß des Wertes der Schaltfunktion σ und des Regelabweichungsbetrags e, die durch die Schaltfunktionsberechnungseinheit 12 berechnet werden; und gemäß einem Regelbetrag, der ein Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 ist, der von dem Drosselklappenöffnungsgradsensor 21 erfasst wird. Der Regeleingabebetrag beinhaltet einen Äquivalenzregel-Eingabebetrag, einen Erreichungsregel-Eingabebetrag, einen Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag und einen Dämpfungsregel-Eingabebetrag.
Insbesondere ist der Äquivalenzregel-Eingabebetrag eine Komponente des Regeleingabebetrags, um den Regelabweichungsbetrag e und dessen zugehörige Rate der Abweichungsänderung Δe/Δt, die jeweils einen Zustandsbetrag darstellen, auf eine Schaltlinie zu begrenzen. Der Erreichungsregel-Eingabebetrag ist eine Komponente des Regeleingabebetrages, die bewirkt, dass der Regelabweichungsbetrag e und dessen korrespondierende Rate der Abweichungsänderung Δe/Δt, die jeweils einen Zustandsbetrag darstellen, nahe der Schaltlinie sind und diese erreichen. Der Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag ist eine Komponente des Regeleingabebetrags zur Unterdrückung eines Modellierungsfehlers in der Schaltfunktion σ. Der Dämpfungsregel-Eingabebetrag wird auch als „Dämpfungseingabebetrag” bezeichnet und ist eine Komponente des Regeleingabebetrags, der eingeführt wird, um zuverlässig zu vermeiden, dass ein Regelbetrag über einen Sollbetrag hinausschießt, d. h. dass der Regelbetrag übermäßig jenseits des Sollbetrags ist.
Das heißt, in jedem Regelzyklus der Gleitmodusregelung verwendet die Regeleingabeberechnungseinheit 14 den Sollbetrag, der von der Sollöffnungsgradberechnungseinheit berechnet wurde, den Wert der Schaltfunktion σ und den Regelabweichungsbetrag e, die von der Schaltfunktionsberechnungseinheit 12 berechnet werden, und den Regelbetrag, der durch den Drosselklappenöffnungssensor 21 in einer vergleichbaren Weise erfasst wird, um den Äquivalenzregel-Eingabebetrag, den Erreichungsregel-Eingabebetrag, den Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag, und den Dämpfungsregel-Eingabebetrag zu berechnen, und verwendet die Summe dieser Beträge, um den Regeleingabebetrag zu berechnen. Die Regeleingabeberechnungseinheit 14 gibt den berechneten Regeleingabebetrag an die Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 als ein elektrisches Signal aus.
Die Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 ist elektrisch mit der Regeleingabeberechnungseinheit 14 verbunden, empfängt ein elektrisches Signal von der Regeleingabeberechnungseinheit 14 und berechnet einen Stellbetrag, um die Drosselklappe 20 durch Antreiben des Elektromotors M zu steuern. Der Stellbetrag ist ein Bewegungsbetrag, mit dem der Elektromotor M die Drosselklappe 20 bewegt, um sich einer Sollstellung, die einem Sollbetrag entspricht, anzunähern, und ist ein Wert, der einer Regeleingabe entspricht, die durch die Regeleingabeberechnungseinheit 14 berechnet wurde. Die Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 gibt den berechneten Stellbetrag an den Elektromotor M als ein elektrisches Signal aus.
Der Elektromotor M ist elektrisch mit der Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 verbunden, empfängt ein elektrisches Signal von der Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 und bewegt die Drosselklappe 20 in Richtung einer Sollstellung gemäß dem Stellbetrag, der von der Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 berechnet wurde. Entsprechend wird die Drosselklappe 20 in Richtung der Sollstellung bewegt. Der Drosselklappenöffnungsgradsensor 21 erfasst einen Regelbetrag der Drosselklappe 20, die von dem Elektromotor M bewegt wurde, und gibt den erfassten Regelbetrag zu der Schaltfunktionsberechnungseinheit 12 und der Regeleingabeberechnungseinheit 14 als ein elektrisches Signal aus.
In der elektronischen Regelvorrichtung 1 mit der Konfiguration wie vorstehend beschrieben, führt insbesondere die Regeleingabeberechnungseinheit 14 eine Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung wie zuvor beschrieben aus, und verhindert auf diese Weise, dass der Regelbetrag über den Sollbetrag hinausschießt, und verbessert ferner die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag. Eine Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nachfolgend detailliert und unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert.
[Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung]
2 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf einer Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung zeigt, die durch die elektronische Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeübt wird. 3A zeigt anhand tabellarischer Daten einen ersten Zuwachskennlinienwert in der elektronischen Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3B zeigt anhand tabellarischer Daten einen zweiten Zuwachskennlinienwert in der elektronischen Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Programm und Daten zur Ausführung des Ablaufdiagramms sind vorab in dem Speicher der elektronischen Regelvorrichtung 1 gespeichert.
Das Ablaufdiagramm, das in 2 gezeigt ist, beginnt zum Zeitpunkt des Einschaltens eines Fahrzeugzündschalters von AUS zu AN und startet eine Regelverarbeitung in der elektronischen Regelvorrichtung 1. Die Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung fährt fort mit Schritt S1. Die Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung wird wiederholt ausgeführt, während die Regelverarbeitung in der elektronischen Regelvorrichtung 1 andauert.
In Schritt S1 aktualisiert die Regeleingabeberechnungseinheit 14 einen Wert eines Regelbetrags in dem (n-1)ten vorhergehenden Regelzyklus bzgl. des aktuellen Regelzyklus, um diesen als einen Wert eines Regelbetrages in dem n-ten früheren Regelzyklus abzulegen. (n) ist eine natürliche Zahl, die gleich oder größer als 1 ist, und auch gleich oder kleiner als N ist. Schritt S1 wird innerhalb des gesamten Bereichs von n wie vorstehend beschrieben ausgeführt. (N) ist die Zahl der Regelzyklen, in denen die Gleitmodusregelung ausgeführt wird. Auf diese Weise wird Schritt S1 beendet und die Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung fährt fort mit Schritt S2.
In Schritt S2 berechnet die Regeleingabeberechnungseinheit 14 einen differenziellen Wert zwischen einem Regelbetrag in dem gegenwärtigen Regelzyklus und einem Regelbetrag in dem n-ten vorhergehenden Regelzyklus bzgl. des gegenwärtigen Regelzyklus als einen Änderungsbetrag DPOUD des Regelbetrags in dem aktuellen Regelzyklus. Auf diese Weise wird Schritt S2 beendet und die Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung fährt fort mit Schritt S3.
In Schritt S3 berechnet die Regeleingabeberechnungseinheit 14 einen differenziellen Wert zwischen einem Regelbetrag in dem gegenwärtigen Regelzyklus und einem Sollbetrag in dem gegenwärtigen Regelzyklus als den Regelabweichungsbetrag e in dem gegenwärtigen Regelzyklus. Auf diese Weise wird Schritt S3 beendet und die Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung fährt fort mit Schritt S4.
In Schritt S4 liest die Regeleingabeberechnungseinheit 14 einen ersten Zuwachskennlinienwert MUDOE aus, der dem Regelabweichungsbetrag e, der in Schritt S3 berechnet wurde, zugeordnet ist entsprechend der Tabelle, die in 3A eine korrespondierende Beziehung zwischen dem Regelabweichungsbetrag e und dem ersten Zuwachskennlinienwert MUDOE zeigt.
In der in 3A gezeigten Tabelle werden die Eigenschaften des ersten Zuwachskennlinienwerts MUDOE derart festgelegt, dass der erste Zuwachskennlinienwert MUDOE größer wird, wenn der Regelabweichungsbetrag e näher an 0 ist, entweder von der negativen Seite oder von der positiven Seite. Die Eigenschaften wie zuvor beschrieben werden für den ersten Zuwachskennlinienwert MUDOE festgelegt. Demzufolge ist, wenn ein absoluter Wert des Regelabweichungsbetrags e groß ist, der erste Zuwachskennlinienwert MUDOE klein, und folglich ist ein Dämpfungsregel-Eingabebetrag klein. Folglich können zum Zeitpunkt des anfänglichen Betriebs der Drosselklappe 20 oder im Übergang, wenn die Drosselklappe 20 zum Sollbetrag eingestellt wird, die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung der Drosselklappe 20 verbessert werden. Ferner ist, wenn ein absoluter Wert des Regelabweichungsbetrags e klein ist, der erste Zuwachskennlinienwert MUDOE groß, und folglich ist ein Dämpfungsregel-Eingabebetrag groß. Demzufolge kann verhindert werden, dass ein Regelbetrag der Drosselklappe 20 den Sollbetrag übertrifft oder darüber hinausschießt. Auf diese Weise wird Schritt S4 beendet und die Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung fährt fort mit Schritt S5.
In Schritt S5 liest die Regeleingabeberechnungseinheit 14 einen zweiten Zuwachskennlinienwert MUDPR, der dem Sollbetrag in dem gegenwärtigen Regelzyklus entspricht, aus der in 3B gezeigten Tabelle aus, die eine korrespondierende Beziehung zwischen dem Sollbetrag und dem zweiten Zuwachskennlinienwert MUDPR zeigt.
In der in 3B gezeigten Tabelle ist der zweite Zuwachskennlinienwert MUDPR so festgelegt, dass, wenn der Sollbetrag näher an der vollständig geschlossenen Stellung oder der vollständig geöffneten Stellung der Drosselklappe 20 ist, insbesondere in unmittelbarer Nähe der vollständig geschlossenen Stellung oder der vollständig geöffneten Stellung, der zweite Zuwachskennlinienwert MUDPR groß ist. Die Merkmale wie zuvor beschrieben werden bezüglich des zweiten Zuwachskennlinienwerts MUDPR eingestellt. Folglich ist, wenn der Sollbetrag geändert wird, um nahe an der vollständig geschlossenen Stellung oder der vollständig geöffneten Stellung zu sein, insbesondere wenn er geändert wird, um in unmittelbarer Nähe der vollständig geschlossenen Stellung oder der vollständig geöffneten Stellung zu sein, der zweite Zuwachskennlinienwert MUDPR groß, und folglich ist ein Dämpfungsregel-Eingabebetrag groß. Demzufolge kann verhindert werden, dass der Drosselklappenhebel 23a den Anschlag 24 der vollständig geöffneten Stellung oder der vollständig geschlossenen Stellung oder den Anschlag 25 der vollständig geschlossenen Stellung trifft. Wenn der Sollbetrag nicht nahe der vollständig geschlossenen Stellung oder der vollständig geöffneten Stellunng eingestellt wird, hat der zweite Zuwachskennlinienwert MUDPR einen konstanten Wert, und demzufolge kann verhindert werden, dass eine Regeleingabe unnötigerweise verringert wird.
Eine Druckkraft, die auf die Drosselklappe 20 der Schließrichtung durch die Rückstellfeder 26 ausgeübt wird, wird zu einer Kraft zum Antrieb der Drosselklappe in der vollständig geschlossenen Richtung hinzugefügt. Demzufolge ist die Kraft zum Antrieb der Drosselklappe in der vollständig geschlossenen Richtung größer als die Kraft zum Antrieb der Drosselklappe in der vollständig geöffneten Richtung. Demzufolge ist in der in 3B gezeigten Tabelle der zweite Zuwachskennlinienwert MUDPR, der erhalten wird, wenn ein Sollbetrag nahe der vollständig geschlossenen Stellung ist, insbesondere in unmittelbarer Nähe zu der vollständig geschlossenen Stellung, größer als der zweite Zuwachskennlinienwert MUDPR, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe der vollständig geöffneten Stellung ist, insbesondere in unmittelbarer Nähe der vollständig geöffneten Stellung. Wie zuvor beschrieben, wird der zweite Zuwachskennlinienwert MUDPR auf diese Weise auf geeignete Werte eingestellt, wenn der Sollbetrag nahe der noch vollständig geschlossenen Stellung und der vollständig geöffneten Stellung ist. Demzufolge kann nicht nur verhindert werden, dass der Drosselklappenhebel 23a den Anschlag 24 in der vollständig geöffneten Stellung trifft, sondern auch den Anschlag 25 in der vollständig geschlossenen Stellung, ohne die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung der Drosselklappe 20 zu beeinträchtigen. Auf diese Weise wird Schritt S5 beendet und die Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung fährt fort mit Schritt S6. Ein Fall, wenn der Sollbetrag nahe der vollständig geschlossenen Stellung oder der vollständig geöffneten Stellung ist, bezieht sich auf den Fall, wenn der Sollbetrag nahe der vollständig geschlossenen Stellung oder der vollständig geöffneten Stellung mit einem Winkel von ungefähr 10 bis 20% des Winkels zwischen der vollständig geschlossenen Stellung und der vollständig geöffneten Stellung ist.
In Schritt S6 berechnet die Regeleingabeberechnungseinheit 14 einen Dämpfungsregel-Eingabebetrag UD durch Einsetzen eines vorbestimmten Werts B1 in die folgende Gleichung (E2), wobei B1 von einer relativen Einschaltdauer des Elektromotors M in dem letzten Regelzyklus, dem ersten Zuwachskennlinienwert MUDOE, erhalten in Schritt S4, dem zweiten Zuwachskennlinienwert MUDPR, erhalten in Schritt S5, und dem Änderungsbetrag DPOUD des Regelbetrags in dem gegenwärtigen Regelzyklus, der in Schritt S2 berechnet wird, abgeleitet wird. Auf diese Weise wird Schritt S6 beendet und die Abfolge der vorliegenden Dämpfungsregel-Eingabebetragsberechnungsverarbeitung ist beendet.
[E2]

UD = (–1 × MUDOE × MUDPR × DPOUD)/B1 (2)

Danach berechnet die Regeleingabeberechnungseinheit 14 einen Äquivalenzregel-Eingabebetrag, einen Erreichungsregel-Eingabebetrag und einen nicht-linearen Regeleingabebetrag zusätzlich zu dem Dämpfungsregel-Eingabebetrag, und berechnet die Summe dieser Beträge als einen Regeleingabebetrag und gibt den berechneten Regeleingabebetrag an die Stellbetragsverarbeitungseinheit 16 als ein elektrisches Signal aus.
Aus den vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, dass die Regeleingabeberechnungseinheit 14 in der elektronischen Regelvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den ersten Zuwachskennlinienwert MUDOE als ein Zuwachskennlinienwert eines Regeleingabebetrags festlegt, wobei, wenn der Regelabweichungsbetrag e zwischen einem Sollbetrag und einem Regelbetrag näher an 0 ist, ein Dämpfungsregel-Eingabebetrag groß ist. Auf diese Weise wird, wenn der Regelabweichungsbetrag e groß ist, der Dämpfungsregel-Eingabebetrag klein, und wenn der Regelabweichungsbetrag e klein ist, wird der Dämpfungsregel-Eingabebetrag groß. Folglich kann die Ansprechempfindlichkeit und die Nachfolgeleistung des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag verbessert werden, während verhindert wird, dass der Regelbetrag über den Sollbetrag hinausschießt. Ferner wird der erste Zuwachskennlinienwert MUDOE groß, wenn der Regelabweichungsbetrag e einen Wert nahe 0 annimmt, und folglich ist der Dämpfungsregel-Eingabebetrag groß. Somit kann verhindert werden, dass ein Regelbetrag der Drosselklappe 20 einen Sollbetrag übertrifft oder darüber hinausschießt.
Ferner legt die Regeleingabeberechnungseinheit 14 in der elektronischen Regelvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den zweiten Zuwachskennlinienwert MUDPR als einen Zuwachskennlinienwert des Regeleingabebetrags fest, wobei, wenn der Sollbetrag näher an der vollständig geöffneten Stellung oder der vollständig geschlossenen Stellung ist, der Dämpfungsregel-Eingabebetrag größer wird. Auf diese Weise wird der Regeleingabebetrag verringert, wenn der Sollbetrag geändert wird und sich der vollständig geöffneten Stellung oder der vollständig geschlossenen Stellung nähert. Folglich kann verhindert werden, dass ein bewegliches Element einer Regelstrecke den Anschlag 24 der vollständig geöffneten Stellung oder den Anschlag 25 der vollständig geschlossenen Stellung trifft.
Ferner legt die Regeleingabeberechnungseinheit 14 in der elektronischen Regelvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den zweiten Zuwachskennlinienwert MUDPR so fest, dass der Dämpfungsregel-Eingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe der vollständig geschlossenen Stellung ist, größer wird als der Dämpfungsregel-Eingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe der vollständig geöffneten Stellung ist. Auf diese Weise können jeweils geeignete Zuwachskennlinienwerte eingestellt werden, wenn der Sollbetrag nahe der jeweils vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung ist. Folglich kann verhindert werden, dass das bewegliche Element der Regelstrecke den Anschlag 24 der vollständig geöffneten Stellung oder den Anschlag 25 der vollständig geschlossenen Stellung trifft, ohne die Ansprechempfindlichkeit in den Nachfolgeleistungen des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag zu beeinträchtigen.
Ferner wird in der elektronischen Regelvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Gleitmodusregelung als eine Regelung angewendet. Folglich kann eine Regelstabilität gegen Einflüsse von Störungen und dergleichen sichergestellt werden, während das Festlegen von Zuwächsen für einen Dämpfungsregel-Eingabebetrag vereinfacht ist.
Die Arten, Anordnungen und Anzahlen und dergleichen der Bestandteile sind in der vorliegenden Erfindung nicht auf die in der obigen Ausführungsform beschriebenen beschränkt, und es ist unnötig zu erwähnen, dass Bestandteile durch andere Elemente mit gleichen Betriebswirkungen geändert werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-216206 [0007, 0010]
JP 2008-255790 [0008, 0011]

Claims

Eine elektronische Regelvorrichtung, umfassend: eine Reglereinheit, die einen Stellbetrag für eine Regelstrecke berechnet, so dass ein Regelbetrag der Regelstrecke, der von einem Regelbetragsdetektor erfasst wird, einen vorbestimmten Sollbetrag innerhalb eines vorbestimmten Regelbereiches erreicht, wobei die Reglereinheit einen Dämpfungseingabebetrag basierend auf einem Änderungsbetrag des Regelbetrags errechnet, um zu vermeiden, dass der Regelbetrag über den Sollbetrag hinausschießt, und die ferner einen Regeleingabebetrag berechnet, der den Dämpfungseingabebetrag enthält, und die elektronische Regelvorrichtung gibt den Stellbetrag basierend auf dem Regeleingabebetrag an die Regelstrecke aus, und wobei die Reglereinheit einen ersten Zuwachskennlinienwert als einen Zuwachskennlinienwert des Dämpfungseingabebetrags derart festlegt, dass wenn ein Regelabweichungsbetrag, der eine Differenz zwischen dem Sollbetrag und dem Regelbetrag ist, näher an Null ist, der Dämpfungseingabebetrag größer ist.
Die elektronische Regelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reglereinheit einen zweiten Zuwachskennlinienwert als einen Zuwachskennlinienwert des Dämpfungseingabebetrags derart festlegt, dass wenn der Sollbetrag näher an einem Minimalwert oder Maximalwert des Regelbereichs ist, der Dämpfungseingabebetrag größer ist.
Die elektronische Regelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Reglereinheit den zweiten Zuwachskennlinienwert so festlegt, dass der Dämpfungseingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe an dem Minimalwert ist, größer ist als der Dämpfungseingabebetrag, der erhalten wird, wenn der Sollbetrag nahe an dem Maximalwert ist.
Die elektronische Regelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Reglereinheit eine Gleitmodusreglereinheit ist und eine Schaltlinie oder eine Schaltebene durch eine Schaltfunktion definiert, in der eine Vielzahl von Zustandsbeträgen Variablen sind und die den Regeleingabebetrag derart berechnet, dass die Zustandsbeträge zu einem Gleichgewichtszustand auf der Schaltlinie oder der Schaltebene konvergieren.