JP4044636B2 - 駆動ユニットの出力設定要素の制御方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動ユニットの出力設定要素、とくに内燃機関の絞り弁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】
この種類の方法ないしこの種類の装置はドイツ特許公開第3931455号から既知である。ここでは、自動車の駆動ユニットの出力設定要素、とくにその絞り弁が設定値の関数として設定される。出力設定要素は少なくとも1つの機械式制限ストッパを有し、当該制限ストッパはその最小位置(絞り弁が閉じた位置)、すなわち駆動ユニットのアイドリング出力に割り当てられている。既知の方法においては、設定要素は位置制御回路の範囲内で目標位置値の関数として設定され、この目標位置値は加速ペダルが操作される加速運転においては少なくとも加速ペダル位置から形成され、アイドリング制御範囲においては目標アイドリング設定に基づいて形成される。設定要素の範囲内の電気的および/または機械的損傷を回避するために、少なくとも1つの機械式ストッパに割り当てられた設定要素の位置が連続的に測定され、この測定値から設定要素に対する最小設定値が導出される。この場合、この最小値は、すべての公差(例えば温度ドリフト)を考慮して設定要素がその機械式ストッパに衝当しないように選択される。絞り弁制御の好ましい実施態様においては、正確な機械式ストッパの値と最小設定値との間の差は絞り弁の角度として0.5ないし1°の範囲であり、したがって既知の方法によれば、空気量を最小にする好ましい実施態様においては、最小出力の設定が制限される。とくに小型モータにおけるアイドリング制御運転においては、駆動ユニットのアイドリング出力は十分に広い範囲で低減できない場合、この方法の利用は困難なことがある。この方法は、アイドリング制御範囲において漏れ空気量の割合が高いときにとくに問題となる。この場合、出力設定要素により調節可能ではない空気量(たとえば空気に囲まれた噴射弁内を流れる空気量)は、漏れ空気とみなされる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
少なくとも1つの機械式ストッパが衝当することにより電気的および/または機械的損傷が発生することなく、内燃機関の出力設定要素の設定範囲を拡大可能にする手段を提供することが本発明の課題である。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の駆動ユニットの出力設定要素の制御方法においては、駆動ユニットの出力設定要素が少なくとも1つの機械式制限ストッパを有し、前記出力設定要素が運転変数の関数として設定値に従って設定され、当該設定が第1の運転状態において前記少なくとも1つの制限ストッパのそばでの前記出力設定要素の位置から導出された限界値に制限される。そして、前記の制限が少なくとも1つの第2の運転状態において解除され、前記出力設定要素の設定が前記少なくとも1つの機械式制限ストッパに至るまで行われることを特徴とする。
【0005】
上記課題を達成するため、本発明の駆動ユニットの出力設定要素の制御装置においては、前記出力設定要素が少なくとも1つの機械式制限ストッパを有し、前記制御装置が運転変数の関数として設定値に従って出力設定要素を設定する制御ユニットを備え、前記出力設定要素の設定が第1の運転状態において前記機械式制限ストッパのそばでの前記出力設定要素の位置から導出された限界値に制限される。そして、少なくとも1つの第2の運転状態において、前記制御ユニットが、前記の制限が解除され且つ前記出力設定要素の設定が前記機械式制限ストッパに至るまで行われるように形成されていることを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施態様により詳細に説明する。
【0007】
図1に駆動ユニットの出力設定要素を制御するための制御ユニットが示されている。この場合、制御ユニットは少なくとも1つのマイクロコンピュータ10を含み、マイクロコンピュータ10は、出力回路12および少なくとも1つの出力ライン14を介して最終段回路16と結合されている。マイクロコンピュータ10にはその入力回路18を介して種々の入力ラインが供給され、すなわち、加速ペダル位置を測定するための測定装置22から入力ライン20が、エンジン回転速度を測定するための測定装置26から入力ライン24が、設定要素の位置、エンジン温度等のような駆動ユニットないし自動車のその他の運転変数を測定するための測定装置32ないし34から入力ライン28ないし30が、および最終段回路16から入力ライン36が供給される。さらに、最終段回路16には、2つの出力ライン38および40を介して、電気的に操作可能な出力設定要素42が接続されている。
【0008】
好ましい実施態様においては、出力設定要素42として、内燃機関の電気的に操作可能な絞り弁が使用され、当該絞り弁は戻しばねの力に抗して直流モータにより設定される。この場合、直流モータは、接続ライン38および40を介して最終段回路16の接続端に接続されている。当該最終段回路16は、この実施形態においては、フルブリッジ回路として形成されている。この場合、直流モータはフルブリッジ回路の対角の両端に接続されている。少なくとも1つの測定抵抗により、モータ内を流れる電流が最終段回路16において求められ、その求められた電流はライン36を介してマイクロコンピュータ10に供給される。好ましい実施形態においてはパルス幅変調信号である少なくとも1つの操作信号を介して、フルブリッジ段は、モータしたがって設定要素が前後に回転されまたは所定位置に保持されるように操作される。
【0009】
通常の直流モータ(DCモータ)を使用する代わりに、他の実施形態においては、電気整流子モータ、回転調整器、ステップモータ等が使用され、この場合も同様に、本発明による解法の上記の利点が達成される。さらに、本発明による解法の適用は、出力設定要素としての絞り弁に限定されず、少なくとも1つの機械式制限ストッパを有する、駆動ユニットのあらゆる出力設定要素においてもまた同様に使用可能である(たとえば噴射ポンプの制御棒)。
【0010】
マイクロコンピュータ10は、入力ライン20ないし36を介して、出力設定要素の制御に必要な運転変数、したがって駆動ユニットの出力の設定に必要な運転変数を受け取る。この場合、好ましい実施形態において、アイドリング制御範囲外においては、出力設定要素は少なくとも加速ペダル位置の関数として設定され、一方アイドリング範囲においては、出力設定要素は所定のエンジン回転速度に調節するように設定される。この場合、好ましい実施形態においては、加速ペダルが操作されていないときにアイドリング制御範囲が存在する。更に、たとえば、走行速度および/またはエンジン回転速度が代替形態または補足形態としてアイドリング制御を作動させる所定のしきい値を下回ったとき、アイドリング制御範囲を検出するような他の基準を設けてもよい。
【0011】
好ましい実施形態においては、アイドリング制御範囲外において、加速ペダル位置、および場合により、エンジン回転速度、ギヤ段位置等のような他の運転変数に基づいて出力設定要素に対する設定目標値が形成される。このとき、この設定目標値は、たとえばPID動作を有する制御器を備えた位置制御回路の範囲内で、この設定値と実際位置との間の差の関数として制御される。好ましい実施形態においては、アイドリング制御範囲において、出力設定要素を設定するための設定値がアイドリング回転速度制御器の出力信号に基づいて決定される。アイドリング回転速度制御器は、エンジン温度、バッテリ電圧等のような運転変数の関数として与えられる目標値および実際回転速度の関数として、所定の制御方式(たとえばPID)に従って、実際回転速度を目標回転速度に調節する方向に出力信号を形成する。この出力信号は、アイドリング回転速度制御器に後続して設けられる出力設定要素42の位置制御回路に対する設定値を示している。
【0012】
他の有利な実施形態においては、位置制御回路のほかに、回転モーメント制御回路、負荷制御回路、空気容積または空気質量制御回路等が使用され、これらの範囲内において出力設定要素は設定される。
【0013】
さらに、マイクロコンピュータ10は、少なくとも1つの機械式ストッパ、好ましくは設定要素のアイドリング・ストッパにおける設定要素の現在位置を測定するための手段、および上記の従来の技術の欄における記載の従来技術から既知のような設定要素42を設定するための設定限界αminを形成するための手段を含んでいる。
【0014】
本発明により、正常運転(部分負荷、全負荷、惰行運転)に対しこの限界が保持され、これにより下部機械式ストッパへの動的衝当およびこれにより発生の可能性がある機械的および/または電気的損傷(たとえばモータと絞り弁との間に挿入されているギア装置の損傷)が排除される。アイドリング制御範囲においては、設定要素の設定範囲はこの下部機械式ストッパまで拡大され、この場合、設定要素のサーボモータ内を流れる電流が連続的にモニタリングされる。この手段により、アイドリング制御範囲において、設定要素は正常運転の所定の限界以下に設定可能である。設定要素が機械式ストッパに当接したときに明らかに上昇するモータ電流をモニタリングすることにより、アイドリング範囲内の制御がモニタリングされる。モータ電流が許容限界以上に上昇した場合、設定要素の設定は、モータ電流が許容限界以下に低下するように調節される。これは、電流制御の範囲内のみでなく、アイドリング制御範囲における設定要素の設定のために実際の最小値を与えることによっても行うことが可能である。このように、設定要素は常に機械式ストッパまで設定することが可能であり、この場合、アイドリング制御は正常運転の学習された限界とは無関係に、現在の最小位置に設定することが可能である。
【0015】
好ましい実施形態においては、本発明による解法は、マイクロコンピュータ10のプログラムとして実行される。この一例が図2に流れ図として示されている。
【0016】
ここに示したプログラム部分は、所定の時点において、たとえば10ないし100ミリ秒ごとに開始される。プログラム部分がスタートした後、第1のステップ100において、本発明による解法の実行のために必要な運転変数、すなわち、加速ペダル位置β、エンジン回転速度Nmot、アイドリング目標回転速度NmotSoll、設定要素の位置αIst、サーボモータ内を流れる電流I、正常運転において設定要素を設定するための限界値αminならびにその他の運転変数(ギヤ段位置、エンジン温度、バッテリ電圧等)が読み込まれる。それに続く問い合わせステップ102において、内燃機関がアイドリング制御範囲内に存在するか否かが検査される。加速ペダルが放されるかまたは絞り弁が所定の位置範囲内にありかつ場合によりエンジン回転速度が所定の限界値を下回っているとき、内燃機関はアイドリング制御範囲内に存在している。内燃機関がアイドリング制御範囲内に存在していないことをステップ102が示した場合、ステップ104により、設定要素に対する設定目標値αSollが、加速ペダル位置βならびに場合によりその他の運転変数に基づいて決定される。それに続くステップ106において、その目標値が、学習された最小値αminに制限される。それに続くステップ108において、位置制御の範囲内において設定要素に対する操作信号τが、目標値αSollおよび位置の実際値αIstに基づいて決定される。その後プログラム部分は終了され、所定の時間経過後繰り返される。
【0017】
内燃機関がアイドリング制御範囲内にあることをステップ102が与えたとき、問い合わせステップ112により、サーボモータ内を流れる電流Iが所定の限界値I0を超えているか否かが検査される。電流Iが制限値I0を超えていない場合、ステップ110により、設定要素に対する設定目標値αSollが、アイドリング回転速度制御器に基づいて、目標エンジン回転速度NmotSollおよび実際回転速度Nmotの関数として決定される。それに続くステップ108において、ステップ110において決定された目標値に基づいて、操作信号τが計算される。しかしながら、モータ電流が所定の限界値を超えている場合、設定要素の範囲内の損傷を回避するために、ステップ114において、設定要素に対する(ステップ110において計算された現在の)設定目標値が所定の値Δだけ上昇される。次に、それに続くステップ108において、操作信号値を形成するために、ステップ114において形成された目標値が使用される。この場合、ステップ110において計算された設定目標値は、電流が制限値I0を超えているかぎり値Δだけ繰り返し上昇される。
【0018】
このように、設定要素は、アイドリング制御の範囲内で、実際の機械式ストッパに当接するまで設定可能である。
【0019】
図2に示す方法のほかに、他の有利な実施形態においては、電流限界値に最初に到達したとき、このとき存在する目標値から導出された限界値が現在のアイドリング制御範囲において限界値として採用され、このとき、ステップ110において形成された設定目標値がこの限界値に制限される。電流を常時モニタリングすることにより、新たに限界値を超えたとき、対応する最小値の適合が行われる。したがって、公差の考慮が必要なくなり、これにより設定要素を機械式ストッパに当接するまで常に調節することができる。
【0020】
図3は本発明による解法の作動方式を時間線図で示している。この場合、図3において、(A)に加速ペダル位置βの時間経過が、(B)に設定要素の位置αIstならびに設定目標値αSollの時間経過が、(C)に電流Iの時間経過が、および(D)に回転速度Nmotの時間経過が示されている。
【0021】
この場合、ドライバが正常加速運転から加速ペダルを戻したとする。時点T0において、加速ペダルが放されたとする。これに応じて、加速ペダル位置から導出された目標値αSoll(図3の(B)において破線で示されている)は時点T0まで低下し、一方モータ電流Iはこの時間範囲内においてほぼその限界値の下側にとどまっている。エンジン回転速度Nmotは、図3の(D)に示すように、時点T0までそれに対応する挙動を示している。本発明による解法を明瞭にするために、時点T0においてドライバにより設定された目標値αSollが学習された限界値αminより小さい運転状態からスタートするものとする。これにより、アイドリング制御が作動している時点T0とT1との間の時間範囲において、設定要素の位置の実際値αIstは図3の(B)において実線で示されるように制限される。エンジン回転速度Nmotは、加速ペダルを戻したことによる作用のためのT0とT1との間の時間範囲における低下により、さらに低下する。時点T1において、本来のアイドリング制御範囲内に入る。これにより、時点T1以降、図3の(B)に示すように、下部限界αminが解除される。本発明による解法を図で示すために、アイドリング制御は、時点T1以降、設定要素に対する目標値αSollをさらに低下することから出発する。設定要素の位置の実際値はそれに追従し、これにより設定要素の設定が限界αminの下側に生じる。時点T1とT2との間において、モータ電流Iは急上昇する。時点T2において、設定要素の機械式下部ストッパαUAが当接し、これにより電流Iがその限界値I0を超えたとする。これにより、本発明による目標値の制限が行われ、したがって設定要素は下部機械式ストッパαUAに設定される。
【0022】
上記の説明により、アイドリング制御器の作動の関数として下部限界の解除が行われる。他の有利な実施形態においては、種々の時点において両方の手段が行われ得る。たとえば、アイドリング制御器は、加速ペダルが放され、ないしは設定要素が所定の位置範囲内に到達したときに既に作動させてもよい。このとき、たとえば、エンジン回転速度、目標値等の関数として下部限界が解除され、下部限界の下側で設定を行う方法がアイドリング制御に与えられる。
【0023】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので以下の通りの効果を奏する。即ち、ドイツ特許公開第3631283号(米国特許第4947815号)から機械式最小ストッパを有する設定要素であって内燃機関への空気供給量の設定要素が既知であるが、本発明の方法により、設定要素の設定範囲は拡大される。この場合、設定要素の機械式ストッパに対する制御の際に発生し得る電気的および/または機械的損傷が回避される。
【0024】
アイドリング制御範囲においてのみ、すなわちアイドリング制御が作動されているときにおいてのみ設定範囲の拡大が行われることはとくに有利である。これにより、アイドリング制御範囲は、学習された最小設定値を超えて設定要素の機械式制限ストッパまで拡大される。
【0025】
さらに、この範囲において、設定要素のモータ内を流れる電流をモニタリングすることにより機械式ストッパの当接が確実に検出され、設定要素の対応調節により電気的および/または機械的損傷が回避されることは有利である。
【0026】
さらに、制御可能な最小空気量を明らかに低減させることができ、これによりアイドリング回転速度の低減及び空気に包囲された噴射弁の使用が可能となり、および/または発生する漏れ空気によるアイドリング回転速度への影響が低減される。
【0027】
本発明による解法を小容量エンジンに使用することはとくに有利である。
【0028】
さらに、学習された最小値をアイドリング範囲外で設定要素の設定のための下限界として維持することは有利であり、これにより機械式ストッパの動的衝当およびそれにより発生の可能性がある設定要素の範囲内の機械的および/または電気的損傷が排除される。
【図面の簡単な説明】
【図1】出力設定要素を制御するための制御ユニットのブロック図である。
【図2】制御ユニットの少なくとも1つのマイクロコンピュータに対するプログラムの範囲内の、本発明による解法の流れ図である。
【図3】本発明による解法の作動方式を時間線図で示し、(A)は加速ペダル位置βの時間経過を、(B)は設定要素の位置αIstならびに設定目標値αSollの時間経過を、(C)は電流Iの時間経過を、および(D)は回転速度Nmotの時間経過をそれぞれ示す。
【符号の説明】
10 マイクロコンピュータ
12 出力回路
14、20、24、28、30、36、38、40 ライン
16 最終段回路
18 入力回路
22、26、32、34 測定装置
42 出力設定要素
Claims (9)
- 駆動ユニットの出力設定要素が少なくとも1つの機械式制限ストッパを有し、前記出力設定要素が運転変数の関数として設定値に従って設定され、
当該設定が第1の運転状態において前記少なくとも1つの制限ストッパのそばでの前記出力設定要素の位置から導出された限界値に制限される、当該出力設定要素の制御方法において、
前記限界値の制限がアイドリング制御範囲である第2の運転状態において解除され、
当該解除は、アイドリング制御範囲である第2の運転状態においてのみ、前記出力設定要素が少なくとも1つの機械式制限ストッパに至るまで行われることを特徴とする駆動ユニットの出力設定要素の制御方法。 - 第1の運転状態が、加速ペダルが操作される加速運転であることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 少なくとも第2の運転状態において、前記設定要素を操作するモータ内を流れる電流が測定され、測定電流が所定の限界値を超えたときに機械式ストッパに到達したものとみなされることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 少なくとも第2の運転状態が、加速ペダルを放したときまたは所定回転速度を下回ったときあるいはこれら双方のときに達成されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の運転状態においては前記設定値が加速ペダル位置に基づいて与えられ、第2の運転状態においては前記設定値がアイドリング制御器に基づいて与えられることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出力設定要素の設定を制限するために、それに応じて設定値が制限されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の方法。
- 所定の電流値を超えたとき、この運転状態において許容電流値をもはや超えなくなるように前記出力設定要素の設定が修正されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出力設定要素が下部ストッパに当接しているかぎり、モータ電流が所定の電流値を取るように前記設定要素の設定が修正されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の方法。
- 駆動ユニットの出力設定要素の制御装置であって、前記出力設定要素が少なくとも1つの機械式制限ストッパを有し、前記制御装置が運転変数の関数として設定値に従って出力設定要素を設定する制御ユニットを備え、前記出力設定要素の設定が第1の運転状態において前記機械式制限ストッパのそばでの前記出力設定要素の位置から導出された限界値に制限される、当該出力設定要素の制御装置において、
前記限界値の制限がアイドリング制御範囲である第2の運転状態において解除され、
当該解除は、アイドリング制御範囲である第2の運転状態においてのみ、前記出力設定要素が少なくとも1つの機械式制限ストッパに至るまで行われることを特徴とする駆動ユニットの出力設定要素の制御装置。
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