JP2004036617A - 調節要素の位置の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車における、絞り弁、給気可動弁または排気ガス循環弁として形成されているような調節要素の損傷を防止する、調節要素の位置の制御方法および装置を提供する。
【解決手段】調節要素（１）の位置が調節範囲内で目標値に追従され、前記調節範囲が調節要素（１）に対する少なくとも１つのストッパ（２５、３０）により制限される、調節要素（１）の位置の制御方法において、調節要素（１）の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との間の間隔が第１の所定の値（Ｓ１）を下回っているかどうかが検査され、それを下回っている場合にのみ、目標値の変化が制限される。これにより、少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との衝突による調節要素の損傷を回避し且つ同時に良好な動特性を保証する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絞り弁、給気可動弁または排気ガス循環弁のような調節要素の位置の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
絞り弁、給気可動弁または排気ガス循環弁として形成されている調節要素の位置の制御方法が既知であり、この場合、調節要素の位置は調節範囲内で目標値に追従され、且つ調節範囲は調節要素に対する少なくとも１つのストッパにより制限される。
【０００３】
このような調節要素の位置に対して、自動車においてはしばしば、エンジン制御装置により実行されるディジタル制御が使用される。この場合、例えば次の２つの方法が使用される。
【０００４】
第１の方法においては、調節要素の位置の制御に対して、十分に高い走査速度が保証されなければならない。調節要素の損傷を回避するために、機械式ストッパへの衝突が防止されなければならない。このために、調節範囲はオフセットにより制限される。高い走査速度を有する上記のシステムに対して、一般にオフセットを小さく選択することができ、その理由は、制御の設計は、小さな振幅を有する行過ぎ（オーバシュート）が発生するように選択できるからである。
【０００５】
第２の方法、即ち寿命を長くするために第１の方法に比較してより小さい走査速度で調節要素の位置のディジタル制御が行われる第２の方法においては、調節要素は高い動特性で運動される必要がないので、たいていの場合、目標値変化制限が使用される。このようにして行過ぎは十分に抑制される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、自動車における、絞り弁、給気可動弁または排気ガス循環弁として形成されているような調節要素の損傷を防止する、調節要素の位置の制御方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、調節要素の位置が調節範囲内で目標値に追従され、調節範囲が調節要素に対する少なくとも１つのストッパにより制限される、調節要素の位置の制御方法において、調節要素の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパとの間の間隔が第１の所定の値を下回っているかどうかが検査され、それを下回っている場合にのみ、目標値の変化が制限される。
【０００８】
また、本発明によれば、調節要素の位置を調節範囲内で目標値に接近させるための手段と、前記調節要素に対して前記調節範囲を制限するための少なくとも１つのストッパとを備えた、調節要素の位置の制御装置において、目標値の変化を制限する制限手段と、調節要素の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパとの間の間隔が第１の所定の値を下回っているかどうかを検査する検査手段と、を備え、その間隔が第１の所定の値を下回っているときにのみ、制限手段が作動される。
【０００９】
このような本発明による調節要素の位置の制御方法および本発明による制御装置は、従来技術に比較して、調節要素の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパとの間の間隔が第１の所定の値を下回っているかどうかが検査され、それを下回っている場合にのみ目標値の変化が制限されるという利点を有している。このようにして、調節要素が少なくとも１つのストッパに衝突し且つこれによって調節要素が損傷することを防止するために、目標値変化制限を１つまたは複数の危険範囲に限定可能であり、この危険範囲内ではできるだけ行過ぎが発生してはならず、またはこの危険範囲内では調節要素の調節が所定の移動速度を超えてはならない。これにより、このとき、調節要素の制御において確かに行過ぎは発生するが、この行過ぎは上記の危険範囲内では発生せず、したがって調節要素を損傷させることはない。上記の第２の方法においては、危険がない範囲内では目標値変化制限が行われないことにより、調節要素の調節に対して目標値の急速な変化を高い動特性で実行可能であり、したがって調節要素の位置の制御を加速させることができる。
【００１０】
さらに、上記の第１の方法に比較して、危険範囲内で目標値変化制限を行うことにより、少なくとも１つのストッパと調節範囲の始点との間のオフセットは必要ではなく、またはオフセットを低減させることができる。これは、特に、調節要素の位置により流量が制御され且つ最小流量を得るために調節要素が少なくとも１つの機械式ストッパに可能なかぎり近づく必要があるシステムに対して有利である。これは、例えば、車両内で絞り弁として形成されている調節要素により漏れ空気を低減させるために有利である。この場合、本発明による方法および本発明による装置により、調節要素が、十分に低速で、したがって少なくとも１つの機械式ストッパの方向に、構造部分を損傷させないように移動することが保証される。
【００１１】
本発明は更に、以下のように拡張および改善することが可能である。特に、調節要素の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパとの間の間隔が大きくなるときには、目標値の変化の制限が中止されることは特に有利である。このようにして、調節要素の位置に対する目標値がそれぞれの危険範囲から離れる方向に移動するとき、上記の危険範囲内においても目標値変化制限を無効とすることができ、その理由は、この場合には調節要素と少なくとも１つのストッパとの衝突を考慮する必要がないからである。このようにして、１つまたは複数の危険範囲内においても、目標値の変化に対する動的ゲインが得られ、したがって調節要素の位置の制御を加速させることができる。
【００１２】
他の利点は、目標値と少なくとも１つのストッパとの間の間隔が第１の所定の値に到達したとき、調節要素の位置に対する実際値と少なくとも１つのストッパとの間の間隔が第１の所定の値を超えているかぎりその目標値が保持されること、および実際値と少なくとも１つのストッパとの間の間隔が第１の所定の値に到達またはそれを下回った後に、変化が制限された目標値が設定されることにある。このようにして、調節要素の位置に対する目標値の変化制限により、調節要素の慣性による調節要素の位置に対する実際値の行過ぎが確実に抑制されるという利点が得られる。
【００１３】
本発明の一実施態様が図面に示され、以下にこれを詳細に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１において、調節要素１の位置の制御装置３５が示されている。ここで、調節要素１の位置を調節範囲内で目標値に近づけるための目標値接近手段（制御器）１５が設けられている。この場合、目標値接近手段１５は、例えば調節要素１の位置に対する実際値を調節要素１の調節範囲内で目標値に追従させる制御器として形成されていてもよい。この場合、調節要素１に対して少なくとも１つのストッパが設けられ、ストッパは調節要素の調節範囲を制限する。調節要素１は最大には少なくとも１つのストッパまで移動することができる。少なくとも１つのストッパを超えて調節要素を調節することはできない。少なくとも１つのストッパは、例えば機械式ストッパであってもよい。
【００１５】
図４に、そのような調節要素１に対する一例が示されている。調節要素１は、例えば車両内の絞り弁、給気可動弁、排気ガス循環弁等であってもよい。図４に、例として第１のストッパ２５および第２のストッパ３０が示されている。図４の例においては、調節要素１は、中心軸４０の周りに回転可能に支持されている。ここで、以下においては、例として、調節要素１が内燃機関の吸気管４５内の絞り弁であると仮定する。この場合、第１のストッパ２５は吸気管４５内の下部ストッパを示し、第２のストッパ３０は上部ストッパを示す。下部ストッパ２５は常に衝突される。第２の上部ストッパ３０もまた同様に常に存在しているが、たいていの場合衝突されないか、または間隔がきわめて大きくなっている。
【００１６】
図１のブロック回路図において、制御装置３５はさらに、調節要素１の位置の実際値を測定するための測定装置５０を含む。測定装置５０により測定された実際値は制御器１５に入力変数として供給される。制御器１５に、他の入力変数として、調節要素１の位置に対する目標値が供給される。調節要素１の位置は、制御器１５の出力信号により、調節要素１の調節範囲内で電子式に調節される。この場合、制御器１５の出力信号は、目標値と実際値との間の差の関数として、調節要素１の位置が例えば制御偏差を最小にする方向に目標値に追従されるように形成されている。目標値は、制御器１５にスイッチ５５を介して供給される。スイッチ５５は、制御器（検査手段）２０により制御される。目標値は、制御器１５に目標値入力６０を介して供給され、実際値は実際値入力６５を介して供給される。スイッチ５５を介して、目標値入力６０は、フィルタ５、例えば低域フィルタの出力、または目標値メモリ７０のいずれかと結合可能である。この場合、目標値メモリ７０は、図１には示されていないエンジン制御手段に結合されていてもよく、エンジン制御手段は、調節要素１の位置に対する目標値を設定し且つそれを目標値メモリ７０内に記憶する。ここで、目標値は、エンジン制御により、例えばドライバの希望トルクの関数として設定されてもよい。以下において、一例として、フィルタ５は低域フィルタであると仮定する。低域フィルタ５に時定数メモリ８０から時定数が供給される。さらに、低域フィルタ５に、限界値メモリ７５を介して限界値が供給され、この限界値で低域フィルタ５を初期化することができる。低域フィルタ５の初期化は、制御器２０の側の制御信号により行われる。限界値メモリ７５からの限界値は制御器２０にも供給される。目標値メモリ７０からの目標値は、フィルタリングされるべき入力信号として低域フィルタ５に供給され、また制御器２０に供給される。制御器２０にはさらに、設定値メモリ８５から第１の所定の値Ｓ１が供給される。
【００１７】
図１に示す制御装置の機能を、以下に例として、図２の流れ図により説明する。プログラムがスタートした後に、プログラムステップ１００において、制御器２０により、低域フィルタ５の出力を制御器１５の目標値入力６０に結合するために、スイッチ５５に制御信号が出力されたかどうかが検査される。これが肯定（ｙ）の場合、制御器２０において、低域フィルタ５の出力がスイッチ５５を介して目標値入力６０に結合され、したがって目標値変化制限が作動していることから出発される。肯定（ｙ）の場合、プログラムはステップ１０５に分岐され、否定（ｎ）の場合、ステップ１１５に分岐される。目標値変化制限が作動している場合、目標値の変化は低域フィルタ５のフィルタ作用により制限され、且つ制御における調節要素の行過ぎは十分に回避される。
【００１８】
プログラムステップ１１５においては、目標値変化制限は作動せず、スイッチ５５は、制御器２０により、スイッチ５５が目標値メモリ７０を目標値入力６０と直接結合するように操作されている。プログラムステップ１１５において、制御器２０は、調節要素１の位置に対する目標値と第１のストッパ２５との間の第１の間隔、および調節要素１の位置に対する目標値と第２のストッパ３０との間の第２の間隔を決定する。図４に示されている配置は中心軸４０に対して点対称であるので、以下においては、例として、第１の間隔および第２の間隔は本質的に同じ大きさであると仮定し、これにより、以下においては、ただ１つの間隔のみを考察することにする。ここで、プログラム点１１５において、制御２０は、前記間隔の絶対値が第１の所定の値Ｓ１を下回っているかどうかを検査する（間隔＜Ｓ１？）。これが肯定の場合、プログラムはステップ１２０に分岐され、否定の場合、プログラムは終了される。ステップ１２０において、制御器２０は、スイッチ５５が低域フィルタ５の出力を目標値入力６０と結合するようにスイッチ５５を操作する。さらに、制御器２０は、限界値メモリ７５からの限界値で低域フィルタ５を初期化する。この場合、ここで、限界値は、対応のストッパ２５、３０から第１の所定の値だけ離れている調節要素１の位置を示す。したがって、低域フィルタ５の出力を目標値入力６０と結合するようにスイッチ５５が切り換えられた場合、低域フィルタ５がほぼ同時に初期化され、最初に、限界値メモリ７５からの限界値が目標値入力６０に目標値として供給される。それに続いて、低域フィルタ５の出力９５は、時定数メモリ８０からの時定数で低域フィルタリングすることにより、低域フィルタ５のフィルタ入力９０に存在する目標値メモリ７０からの目標値に近づけられ、且つスイッチ５５を介して制御器１５の目標値入力６０に供給される。それに続いてプログラムは終了される。
【００１９】
このようにして、低域フィルタ５により、目標値変化制限を、目標値メモリ７０からの目標値とそれぞれのストッパ２５、３０との間の間隔が第１の所定の値Ｓ１より小さい範囲に限定することができる。したがって、第１の所定の値Ｓ１を適切に選択したとき、目標値変化制限をストッパに近い範囲に限定することができるので、この範囲内においては、調節要素１の位置の制御における行過ぎを十分に回避することができる。これにより、調節要素１のストッパ２５、３０との衝突、したがって調節要素１の損傷を防止することができる。これに対して、第１の所定の値Ｓ１により決定されたストッパに近い範囲外においては、目標値は、目標値変化制限なしに、したがって動的損失なく設定され、且つ調節要素１の位置の制御を加速させることができる。上記のストッパに近い範囲内で実行される目標値変化制限により、この範囲内においては、それぞれのストッパ２５、３０と調節範囲の始点との間にオフセットを設ける必要はなく、またはこのようなオフセットを最小限に低減させることができ、その理由は、上記のように、この範囲内においては、調節要素１の追従における行過ぎの発生が十分に回避されるからである。
【００２０】
プログラムステップ１０５において、制御器２０は、目標値メモリ７０からの目標値とそれぞれのストッパ２５、３０との間の間隔が前に決定された間隔に比較して大きくなっているかどうかを検査する（設定間隔＞前の間隔？）。これが肯定の場合、プログラムはステップ１１０に分岐され、否定の場合、プログラムは終了される。
【００２１】
プログラムステップ１１０において、制御器２０は、目標値メモリ７０が再び制御器１５の目標値入力６０と直接結合され、したがって低域フィルタ５による目標値変化制限が中止され、ないしは非作動とされるようにスイッチ５５を切り換える。したがって、調節要素１の位置に対する目標値が再びそれぞれのストッパ２５、３０から離れ、したがって調節要素１がストッパ２５、３０と衝突する危険がなくなったとき、上記のストッパに近い範囲内で実行される目標値変化制限を再び中止させることができる。この場合、それぞれのストッパ２５、３０から離れていく目標値が第１の所定の値Ｓ１により定義されるストッパに近い範囲内になお存在し、即ち目標値とそれぞれのストッパ２５、３０との間隔の絶対値が第１の所定の値Ｓ１より小さいときにおいても、目標値変化制限は中止される。このようにして、上記のストッパに近い範囲内においても、調節要素１とストッパ２５、３０との衝突を排除可能なときには、目標値に対する動的ゲインを得ることができ、したがって調節要素１の位置の制御を加速させることができる。
【００２２】
プログラムが終了した後、プログラムは任意の間隔で改めて実行することができる。
図１に示すように、低域フィルタ５により目標値変化制限が実行される。しかしながら、本発明は、目標値変化制限機能を実行するために低域フィルタに限定されていない。むしろ、任意の目標値変化制限機能を使用可能である。図３はこれに対する他の例を示す。図３に、所定の移動速度Ｖの線図１０が、目標値とそれぞれのストッパ２５、３０との間の間隔Ｓに対して示されている。この場合、線図１０において、図３に示す例においては、間隔が、Ｓ＝０から第１の所定の値Ｓ＝Ｓ１まで増加するとき、移動速度は、Ｖ＝０から第１の所定の移動速度Ｖ＝Ｖ１まで線形に増加している。これは、目標値に対する移動速度Ｖが、それぞれのストッパ２５、３０との間隔の減少と共に０の方向に線形に推移し、これにより目標値はそれぞれのストッパ２５、３０までの間隔の減少と共により小さい速度で変化されることになるので、調節要素１の追従における行過ぎはさらに強く抑制されることを意味する。図３に示されている所定の移動速度に対する線形線図の代わりに、非線形線図が選択されてもよい。これは同様に、間隔Ｓ＝０に対して移動速度Ｖ＝０から開始し、且つ間隔Ｓの増加と共に移動速度Ｖは増加して少なくとも０より大きくなるものでよい。図３に示されている所定の移動速度に対する線形線図１０は、例として勾配関数である。図３においては、例として、移動速度Ｖは、目標値がそれぞれのストッパ２５、３０の方向へ変化することに対して示され、その理由は、逆の方向においては、上記のように、目標値変化制限を行わなくてもよいからである。図３に示すように、移動速度Ｖは、最大間隔Ｓ＝Ｓ１までのみが設定され、その理由は、これ以上の大きな間隔に対して、目標値変化制限は本発明により非作動とされるからである。所定の移動速度による目標値変化制限は、図１に示す実施態様から出発して、そこに記載の低域フィルタ機能の代わりに実行されてもよく、この場合、時定数および限界値の供給は必要ではない。即ち、行過ぎは必ずしも回避される必要はなく、その理由は、それぞれのストッパ２５、３０まで十分に大きな間隔を有しているからである。このとき、勾配により、もはや行過ぎが発生しないように制御は減速される。この場合、制御器２０によるスイッチ５５の操作は、例えば図２の流れ図に示されているように行われる。ストッパに近い範囲内で制御器２０により目標値変化制限機能を所定の移動速度でさらに初期化する必要はなく、その理由は、目標値変化制限機能の出力を目標値入力６０と結合するためにスイッチ５５を切り換えて制限作用が使用されるからである。したがって、一般に、符号５で示されている図１内のブロックは、入力９０および出力９５を有する任意の目標値変化制限機能を示し、この場合、ここに記載の例のように、ブロック５は低域フィルタまたは所定の移動速度を有する目標値変化制限機能として形成することができる。
【００２３】
ここでは、本発明を、２つのストッパ２５、３０を有する調節要素の例で説明してきた。同様に、本発明は、ただ１つのストッパのみならず、３つ以上のストッパを有する調節要素に対しても使用可能であり、この場合、同様に、１つのストッパに近い範囲のみならず、３つ以上のストッパに近い範囲が考慮されるべきである。
【００２４】
図５ａに、調節要素１の位置に対する目標値の第１のストッパ２５からの間隔Ａの経過が線図の形で破線で示され、これに符号２０５が付けられている。この場合、縦軸に調節要素１の位置と第１のストッパ２５との間の間隔Ａが目盛られ、横軸に時間ｔが目盛られている。時点ｔ＝０において、目標値が第２のストッパ３０に存在しているとする。時点ｔ＝０以降において、目標値と第１のストッパ２５との間の間隔Ａが第１の所定の値Ｓ１まで低下したとする。第１の所定の値Ｓ１に到達した後、次に目標値と第１のストッパ２５との間の間隔は、その変化が制限されて、次第に小さくなる勾配で低下し、且つ０の方向に推移する。図５ａにおいては、さらに、調節要素１の位置に対する実際値と第１のストッパ２５との間の間隔が点線で示され、これに符号２００が付けられている。調節要素１の位置の制御に基づき、実際値と第１のストッパ２５との間の線図は、目標値と第１のストッパ２５との間の間隔の線図に対してある時間遅れを有して追従する。この場合、調節要素１の慣性に基づき、目標値の変化制限も同様に、時間遅れを有して実際値により追従されるので、図５ａに示されているように、目標値の変化が制限されたとき、最初は実際値と第１のストッパ２５との間の間隔の行過ぎが発生することになる。調節要素１およびストッパ２５の損傷を回避するために、このような行過ぎは必ず回避されるべきである。したがって、図５ａと同じ符号が同じ要素に付けられている図５ｂに示されているように、目標値と第１のストッパ２５との間の間隔がより大きな値から第１の所定の値Ｓ１に到達したとき直ちに、調節要素１の位置に対して目標値が保持される。次に、調節要素１の位置に対する目標値を第１のストッパ２５にさらに近づけることは、実際値と第１のストッパ２５との間の間隔がより大きい値から同様に第１の所定の値Ｓ１に到達した時点にはじめて行われる。即ち、この時点以降、このとき、目標値は、次第に小さくなっていく勾配で変化が制限されながらストッパ２５に近づけられるので、実際値は上記の制御内で大きな時間遅れなしに目標値に追従することができ、調節要素１の位置に対する実際値の行過ぎを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による装置に対するブロック回路図である。
【図２】図２は、本発明による方法に対する流れ図である。
【図３】図３は、調節要素の位置に対する目標値と調節要素に対する少なくとも１つのストッパとの間の間隔に対して目盛られた、調節要素の位置に対する目標値が変化するときの移動速度を制限するための線図である。
【図４】図４は、２つの機械式ストッパを有する調節要素の概略図である。
【図５】図５ａは、調節要素の位置に対する目標値と、これから形成された、行過ぎを有する調節要素の位置に対する実際値とに対する、例として示した線図であり、図５ｂは、調節要素の位置に対する目標値に対する、例として示した他の線図と、これから形成された、行過ぎを有しない調節要素の位置に対する実際値の線図とである。
【符号の説明】
１　調節要素
５　フィルタ（低域フィルタ、目標値変化制限機能）
１０　線図
１５　制御器（目標値接近手段）
２０　制御器（検査手段）
２５、３０　ストッパ
３５　制御装置（調節要素の位置の制御装置）
４０　中心軸
４５　吸気管
５０　測定装置
５５　スイッチ
６０　目標値入力
６５　実際値入力
７０　目標値メモリ
７５　限界値メモリ
８０　時定数メモリ
８５　設定値メモリ
９０　フィルタ入力
９５　フィルタ出力
Ａ、Ｓ　目標値とストッパとの間隔
Ｓ１　第１の所定の値（間隔）
Ｖ　移動速度

Claims (6)

1. 調節要素（１）の位置が調節範囲内で目標値に追従され、前記調節範囲が調節要素（１）に対する少なくとも１つのストッパ（２５、３０）により制限される、調節要素（１）の位置の制御方法において、
   調節要素（１）の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との間の間隔が第１の所定の値（Ｓ１）を下回っているかどうかが検査されること、および
   前記下回っている場合にのみ、目標値の変化が制限されること、
   を特徴とする調節要素の位置の制御方法。
2. 前記目標値の変化が、特に低域フィルタ（５）を用いて、フィルタリングにより制限されることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 前記目標値の変化が、特に勾配関数（１０）により、所定の移動速度に制限されることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
4. 調節要素（１）の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との間の間隔が大きくなるときには、前記目標値の変化の制限が中止されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
5. 前記目標値と少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との間の間隔が第１の所定の値（Ｓ１）に到達したとき、調節要素（１）の位置に対する実際値と少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との間の間隔が第１の所定の値（Ｓ１）を超えているかぎり、その目標値が保持されること、および
   前記実際値と少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との間の間隔が第１の所定の値に到達またはそれを下回った後に、変化が制限された目標値が設定されること、
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御方法。
6. 調節要素（１）の位置を調節範囲内で目標値に接近させるための手段（１５）と、前記調節要素に対して前記調節範囲を制限するための少なくとも１つのストッパ（２５、３０）とを備えた、調節要素（１）の位置の制御装置（３５）において、
   前記目標値の変化を制限する制限手段（５、１０）と、
   調節要素（１）の位置に対する目標値と少なくとも１つのストッパ（２５、３０）との間の間隔が第１の所定の値（Ｓ１）を下回っているかどうかを検査する検査手段（２０）と、
   を備え、前記間隔が第１の所定の値（Ｓ１）を下回っているときにのみ、前記制限手段（５、１０）が作動されることを特徴とする調節要素の位置の制御装置。

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