JP4246302B2 - 駆動ユニットの設定要素の制御方法及び装置 - 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設定要素の制御方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車制御の分野においては摩擦付着性設定要素が使用される。このような設定要素は、例えば、出力制御(位置制御)、回転速度制御又は駆動滑り制御の範囲内で操作される絞り弁である。このような制御装置が欧州特許第656778号(米国特許第5144915号)に記載されている。設定要素の摩擦付着特に静摩擦から与えられる制御の実行のときの困難さは、制御器の少なくとも1つの定数を調節して制御量の変化速度を制限することにより克服される。この既知の方法により、特に目標値の変化が大きいときには摩擦付着性設定要素を用いて十分な制御特性が達成される。十分な動特性のための基本は制御器の積分部分の増大である。しかしながら、目標値の変化が小さいとき又は制御偏差が小さいときのように特に小さい信号範囲は、制御器の積分部分を大きくすることにより制御回路を振動させることがある。
【0003】
これを1つの例で説明する。設定要素が静摩擦状態にあるとする。偏差が小さいので積分器がスタートする。それに応じて設定要素に対する操作信号量が変化し、これにより操作トルク(又はモーメント)が上昇する。この操作トルクないし操作トルクの変化が摩擦トルク(又はモーメント)より大きくなった場合、装置は摩擦状態から解放され、制御偏差が均衡し且つその運動エネルギーが消費されたときにはじめて静止する。これにより再び小さい制御偏差が発生し、従って符号を反転して同じ過程が新たに開始される。このような振動特性は好ましくなく、積分器の値が大きくなることにより更に増幅され、一方、より小さい値は制御回路の動特性を形成するのに十分ではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
小さい信号の範囲内で摩擦付着性設定要素の制御を改善することが本発明の課題である。この場合、振動が回避され且つ必要な動特性が形成されるべきである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、設定要素が摩擦付着性を有し且つ制御により目標値に制御される運転変数を調節し、この場合、前記設定要素を操作するための操作信号が形成される、駆動ユニットの設定要素の制御方法において、小さい制御ストロークを有する制御過程が実行されるときに制御に追加して操作信号が変化されることを特徴とする本発明の駆動ユニットの設定要素の制御方法により達成される。
【0006】
上記課題はまた、設定要素は摩擦付着性を有し、目標値及び実際値の関数として前記設定要素を操作するための操作信号を形成する制御手段を有する、駆動ユニットの設定要素の制御装置において、制御ストロークが小さい制御過程が存在するときに前記制御手段に追加して操作信号量を調節し且つその他の制御過程においては調節を行わない補償手段が設けられていることを特徴とする駆動ユニットの設定要素の制御装置により達成される。
【0007】
実際の制御系における振動(限界サイクル)は制御装置の積分部分がある限界以下にあるときにはもはや発生しないことがわかっている。しかしながら、制御手段の積分部分が小さいときは形成される動特性も小さく、これにより小さい信号範囲においては摩擦により操作時間がきわめて長くなる。積分部分を大きくすることにより系の振動傾向を上昇させることを回避するために、静摩擦から解放するように制御手段に追加して操作信号量が制御され、この場合、この制御が続いて再びリセットされる。この制御は小さい信号範囲においてのみ作動し、即ち制御ストロークが小さい制御過程においてのみ作動する。これにより、小さい信号範囲において、制御系の振動傾向が実質的に増大することなく必要な動特性を形成することができる。この方法により、装置の摩擦特に設定要素の摩擦が補償されることは有利である。
【0008】
制御のために、所定の条件下で作動され且つリセットされる追加の積分器が使用されることは有利である。目標値の変化が所定の値以下であるか又は制御偏差が所定の小さい量の範囲内にあるときのような小さい信号範囲においてのみ積分器が作動する。実際値が目標値に到達したとき、積分部分は0にリセットされ、従って積分部分はこのように定義された小さい信号の範囲外においては制御特性を調節することはない。
【0009】
制御特性の動特性が、積分器のセットにより、従ってそれに対応して設定要素の操作信号のステップ状変化により、それぞれの状況に応じて異なるように選択されることは特に有利である。目標値が変化したとき、初期値を設定することにより特に大きな動特性が達成され、一方、目標値が変化していないときは他の初期値特に0を設定することにより制御偏差をなくすように快適な制御が達成される。
【0010】
追加の積分器は加速のときのみでなく制動のときにおいても(リセットにより)弁に作用することは特に有利である。これにより、加速のとき、きわめて急速に弁を開く追加のP部分が形成され、一方リセットのとき、弁は微分部分により制動される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。
【0012】
図1にマイクロコンピュータ10が示され、このマイクロコンピュータ10内に特に自動車の運転変数の制御のための制御器が形成されている。図1に制御回路が示されている。このような制御の例は、例えばドライバにより与えられる目標値の関数として絞り弁の位置を設定するための位置制御器、与えられた目標値例えばアイドリング目標回転速度の関数として、設定要素の制御により自動車駆動ユニットの回転速度がそれを介して制御される回転速度制御回路、少なくとも1つの設定要素を介して駆動ユニットのトルクをそれに応じて制御するトルク制御回路、負荷制御回路等である。マイクロコンピュータ内に実質的に目標値形成段12が設けられ、該目標値形成段12は入力ライン14ないし16を介して供給される自動車及び/又は自動車駆動ユニットの運転変数の関数として所定の特性曲線、特性曲線群、表又は計算ステップにより制御すべき運転変数に対する目標値を形成する。目標値形成に使用される変数の例は、ドライバにより操作可能な操作要素の位置、消費機器の状態、機関温度等である。目標値SOLLが比較段18に供給され、該比較段18において目標値SOLLが運転変数の実際値ISTと比較される。比較結果Δは制御器20に供給される。該制御器20は、実行される制御方式例えば比例/積分/微分制御により比較結果即ち制御偏差Δを評価し、制御偏差の関数として出力信号τRを形成する。好ましい実施形態においては、出力信号τRは結合段22に供給される。この結合段22からマイクロコンピュータ10の出力ライン24が最終段26に通じ、該最終段26は電動機28を操作する。該電動機28は、電動機28により操作される駆動ユニット34の設定要素、例えば絞り弁と共に摩擦付着性設定要素を示している。設定要素28は制御すべき運転変数を調節し、該制御すべき運転変数は測定装置30により測定され且つ入力ライン32を介して実際値としてマイクロコンピュータ10に供給される。位置制御回路の好ましい実施形態においては、測定装置30は内燃機関34の絞り弁の位置を測定する。他の有利な実施形態においては、回転速度、機関負荷等が測定装置30により求められる。摩擦の影響を補償し及び/又は系の振動傾向を回避するためにマイクロコンピュータ10内に補償器36が設けられている。該補償器36には制御偏差Δ、実際値IST並びに目標値SOLLが供給される。これらの入力変数を用いて補償器36は少なくとも1つの制御量Iを求め、該制御量Iは結合段22において制御出力信号τRに加えられる。他の有利な実施形態においては、制御出力信号を調節する代わりに又はそれに追加して、少なくとも1つの制御定数、特に積分部分が制御信号の関数として摩擦の影響を補償し及び/又は振動傾向を回避するように調節される。
【0013】
補償器36は、小さい信号範囲において、即ち制御ストロークが小さい制御過程において操作信号τRを変化させる信号Iを発生する。この信号Iは、所定の値以下の目標値の変化により、及び/又は所定の小さい値の範囲内の制御偏差の変化により決定される。それぞれの運転状態の関数として、制御信号Iは0から又は所定の初期値からスタートされる。所定の初期値からスタートされる場合、設定要素に供給される操作信号τはそれに応じてステップ状に変化する。好ましい実施形態においては、補償器36は積分器を含み、これにより制御信号Iの時間線図はこの積分器の時間特性に対応している。
【0014】
以下の好ましい実施形態は、一般性を制限することなく、内燃機関の絞り弁の位置制御の例について記載されている。本発明による方法は、運転変数が摩擦付着性設定要素により設定される全ての場合に使用されることは有利である。従って、以下において、目標位置及び実際位置は制御すべきそれぞれの運転変数の目標値及び実際値とも理解される。
【0015】
内燃機関の絞り弁の位置制御器に対する好ましい実施形態が、図2及び図3の流れ図、並びに図4の時間線図に示されている。
【0016】
図2に摩擦の影響を補償するための積分器のスタート条件ないし再スタート条件が決定される方法が示されている。図示のプログラムは所定の時間間隔で実行される。プログラムの過程において使用されるマーク(又はフラグ)はマイクロコンピュータを投入したときに0にセットされる。
【0017】
最初のステップ100において、スタートマークB_startが値0にセットされる。このマークが値1にセットされたときに積分器がスタートされる。それに続くステップ102において、絞り弁位置に対する目標値の勾配dwdksの絶対値が0より大きいか否か、即ち目標値の変化が行われたか否かが検査される。この場合、勾配は、例えばその時点の目標値と前の時点の目標値との間の差が形成されることにより決定される。目標値の変化が検出された場合、ステップ104において、目標値が負の方向即ち低減方向に変化したか否かが検査される。負の方向に変化した場合、ステップ106によりマークB_wdksaufが値0にセットされ、他の場合、即ち目標値の正の変化があった場合、ステップ108により値1にセットされる。従って、マークB_wdksaufは、目標値が正の方向又は負の方向のいずれの方向に変化したかを与える。ステップ106ないし108の後、ステップ110において、目標値の勾配dwdksの絶対値が所定のしきい値DWDKSIKL(好ましくは絞り弁位置の1%ないし数%)と比較される。目標値の勾配がこのしきい値より小さい場合、装置は積分器のスタートが可能な運転範囲(小さい信号範囲)に存在している。次にステップ112において、マークB_dlriklaが値0を有しているか否かが更に検査される。このマークは、積分器が既に作動しているか否かを与える。このマークが0の場合、積分器は作動していない。この場合ステップ114により、マークB_iklrestが同様に値0にセットされる。このマークは、積分器の新たなスタート(再スタート、再起動)が行われるべきか否かを与える。このマークが0の場合、このような運転状態は存在しない。ステップ114の後ないしステップ112において否定回答の場合、ステップ116によりマークB_startが値1にセットされる。これは、積分器のスタートのために必要な条件が存在することを意味している。これは、ステップ102ないし116により、目標値の変化が所定の限界値以下に存在することを示している。目標値の勾配が限界値を超えていることをステップ110が与えた場合、ステップ100においてセットされたマークの値はそのまま維持される。この場合、目標値の勾配又は目標値の変化とは、上記の方法の範囲内において、それぞれ実施形態に応じて、目標値の変化の絶対値、即ち変化の差又は変化の速度と理解される。
【0018】
目標値の勾配の絶対値が0より大きくないとき(ステップ102において否定回答の場合)もまたスタート条件が満たされている。この場合、ステップ118において、絞り弁角度の目標値と実際値との間の差dwdkdlrの絶対値が所定の限界と比較される。その絶対値が、上限値DWDKSIKL及び下限値WDKSTにより決定される所定の範囲内にある場合、それに続くステップ120において条件B_dlriklaにより積分器が作動しているか否かが検査される。積分器が作動していない場合(マーク=0)、ステップ122においてマークB_iklrestが値1にセットされる。このマークは、積分器が新たにスタートされるという条件を与える。ステップ122の後ないし積分器が既に作動しているのでステップ120において否定回答が存在する場合、ステップ124においてスタート条件B_startが値1にセットされる。ステップ116の後、ステップ110において否定回答が存在する場合、ステップ124の後、又はステップ118において否定回答が存在する場合、次にプログラムはステップ126に移行される。ステップ118ないし124により、積分器に対する再スタート条件が満たされているか否か、即ち制御偏差が所定の値の範囲内にあるか否かが特定される。
【0019】
ステップ126から開始されるそれ以下のステップにおいて、積分器の初期値が決定される。ステップ126において、目標値の変化dwdksの絶対値が所定の限界値DWDKSIKLと比較される。目標値の変化の絶対値が限界値より大きい場合、積分器のスタート条件はもはや満たされていない。従って、ステップ128により、積分器の作動を示すマークB_dlriklaは0にセットされる。更に、積分器の内容ないし積分器の出力信号dlriklが同様にリセットされる(値0)。ステップ128の後、ないし目標値の変化の絶対値が限界値を下回っているのでステップ126において否定回答が存在する場合、ステップ130において、スタートマークB_startが値1を有し且つ積分器の作動を示すマークB_dlriklaが値0を有するか否かが検査される。これが否定の場合、即ち前提条件が満たされていない場合、プログラムは終了される。従って、積分器のスタートは行われない。両方の条件が満たされている場合、ステップ132により、積分器の作動を示すマークB_dlriklaが値1にセットされる。更に、他のマークB_dlriklstが値1にセットされる。このマークが1の場合、装置は最初の実行過程内に存在する。最初の実行過程の後、マークは値0にリセットされる。ステップ132の後ステップ134において、積分器の再スタートを示すマークB_iklrestが値1を有している(ステップ122参照)か否かが検査される。これが肯定の場合、再スタートが行われる。この場合、積分器の内容dlriklがステップ136により値0にセットされる。再スタートが行われない場合、即ちマークB_iklrestが値0を有している場合、ステップ138により積分器の初期値が決定される。好ましい実施形態においては、積分器の初期値は、所定のスタート値dlriklstの絶対値に静摩擦部分WDKREIBを加えたものである。この場合、両方の部分の少なくとも1つは運転変数の関数であり、例えば温度の関数、回転速度の関数等である。ステップ138の後ステップ140において、マークB_wdksaufが値0を有するか否か、即ち目標値が負の方向に変化したか否かが検査される。これが肯定の場合、絞り弁の運動は負の方向に行われるので、ステップ142により積分器の値は反転される。ステップ142の後、ないしステップ140において否定回答が存在する場合、又はステップ136の後プログラムは終了される。
【0020】
図3に制御信号それ自身の形成及び積分器の計算を実行するプログラムを表わす流れ図が示されている。プログラムは所定の時点に開始される。
【0021】
最初のステップ200において積分器の作動を示す条件B_dlriklaが検査される。積分器が作動していない場合、プログラムは終了される。マークが値1を有する場合、即ち積分器が既に作動している場合、ステップ202において最初の実行過程が行われているか否かが検査される。これはマークB_dlriklstにより行われる。このマークが値1を有する場合、装置は最初の実行過程内に存在している。次にステップ204により、積分器の計算のためにそれ以後に使用される値が初期化される。符号の変化を検出するために使用される値dwdkdlraがその時点の制御偏差の値dwdkdlrにセットされる。運動を検出するために使用される絞り弁位置の値wdkbasはその時点の実際値wdkbaにセットされる。絞り弁の運動を示すマークB_dkbewは値0に、即ち運動なしにセットされる。更に、最初の実行過程を示すマークB_dlriklstが値0にリセットされ、これによりステップ204による初期化が1回だけ実行される。ステップ204の後、ないしステップ202において否定回答が存在する場合、次にステップ206において、実際値が目標値と交差しているか否かが検査される。これが肯定の場合、積分器は停止される。この状態を検査するために、制御偏差dwdkdlrが0より小さいか又は0に等しいか否か且つ記憶制御偏差値dwdkdlraが0より大きいか又は等しいか否か、又は制御偏差dwdkdlrが0より大きいか又は0に等しいか否か且つ記憶制御偏差値dwdkdlraが0より小さいか又は0に等しいか否かが検査される。対をなす条件のいずれかが満たされている場合、実際値は目標値と交差している。従って、ステップ208において、積分器の作動を示すマークB_dlriklaが0にセットされる。いずれの対条件も満たされていない場合、ステップ210が実行され、ステップ210はステップ208の後にも開始される。
【0022】
ステップ210において、積分器の再スタート過程を示すマークB_iklrestが値0を有するか否かが検査される。これが肯定の場合、即ち積分器が再スタートしていない場合、ステップ212により、絞り弁位置の実際値wdkbaと記憶値wdkbasとの間の差が所定のしきい値WDKBELと比較される。差の値の絶対値がこのしきい値より大きく且つ同時に絞り弁の運動を示すマークB_dkbewが0、即ちそれまでに運動が検出されなかった場合、絞り弁の運動が検出される。この結果ステップ214により、スタート値dlriklst(図2のステップ138参照)が積分器の値dlriklにセットされ、そしてマークB_dkbewが値1にセットされる。絞り弁の運動が検出されないかないし装置が再スタート状態にある場合、ステップ214に続いて行われるステップ216に直接移行される。ステップ216において、積分器の作動を示すマークB_dlriklaが値1を有しているか否かが検査される。このマークが値1を有している場合、即ち積分器が作動している場合、ステップ218により、積分器の値dlriklは積分等式により形成される。これは次のように表わされる。
【0023】
dlrikl=dlrikl+DLRIKLPAR×dwdkdlr
ここでDLRIKLPARは積分定数である。
【0024】
積分器が作動していない場合(マークが0に等しい)、ステップ220により積分器の値dlriklが値0にセットされる。ステップ218ないし220の後ステップ222において、制御偏差に対する記憶値dwdkdlraが制御偏差のその時点の値dwdkdlrにセットされ、且つ積分器の値dlriklが所定の限界値、好ましくは−100%及び+100%に制限される。その後プログラムは終了される。
【0025】
図2及び図3の流れ図に示した方法の作用が図4の時間線図に示されている。図4の(a)は絞り弁位置の目標値wdks(実線)及び絞り弁位置の実際値wdkba(破線)の時間線図を示す。図4の(b)は積分器の値dlriklの時間線図を示し、一方図4の(c)に設定要素に対する操作量τの時間線図が示されている。
【0026】
時点t0(図4の(a)参照)に所定の範囲内に存在する目標値の変化が行われたとする。これにより、図4の(b)に示すように、時点t0において積分部分が所定の値にセットされる。図4の(c)に示されている操作信号量τは対応する特性を示している。実際値が目標値に接近した時点t1まで積分器は作動している。それに対応する特性が積分器の値に対して図4の(b)に、及び操作信号量に対して図4の(c)に示されている。操作信号量においては更に制御装置の影響を考慮すべきである。時点t1において積分器がリセットされ、これに対応して操作信号量τを変化させる。時点t2(図4の(a)参照)において所定の限界範囲内で制御偏差が発生したとする。これにより積分器が値0からスタートされる。それに対応して図4の(c)において操作信号量τが変化し、この場合、制御器の影響それ自身が考慮される。時点t3において実際値が再び目標値に接近したとする(図4の(a)参照)。この時点で積分器はリセットされる(図4の(b)参照)。従って、操作信号量τもまたステップ状変化を示す(図4の(c)参照)。
【図面の簡単な説明】
【図1】摩擦付着性設定要素を介して自動車駆動ユニットの少なくとも1つの運転変数を制御し且つ摩擦を補償するための手段が本発明に従って設けられている制御回路のブロック回路図である。
【図2】摩擦の影響を補償するために積分器のスタート条件ないし再スタートを決定する本発明の好ましい実施形態のプログラムの流れ図である。
【図3】制御信号それ自身の形成及び積分器の計算を実行する本発明の好ましい実施形態のプログラムの流れ図である。
【図4】本発明の作動方法の時間線図であり、(a)は絞り弁位置の目標値wdks(実線)及び実際値wdkba(破線)を、(b)は積分器の値dlriklを、及び(c)は操作信号量τをそれぞれ示す。
【符号の説明】
10 マイクロコンピュータ
12 目標値形成段
18 比較段
20 制御器
22 結合段
26 最終段
28 電動機(設定要素)
30 測定装置
34 駆動ユニット(内燃機関)
36 補償器
Claims (9)
- 設定要素が摩擦付着性を有し且つ制御により目標値に制御される運転変数を調節し、この場合、前記設定要素を操作するための操作信号が形成され、
小さい制御ストロークを有する制御過程が実行されるときに制御に追加して操作信号が変化され、
小さい制御ストロークを有する制御過程が存在するときに制御偏差の関数として作動し且つ制御手段に追加して操作信号量を変化させる積分器が設けられている、駆動ユニットの設定要素の制御方法において、
0に等しくなく且つその絶対値が所定の限界値より小さい目標値の変化が検出されたときに積分器が0より大きい初期値からスタートし、
制御偏差が所定の値の範囲内にあり且つ目標値変化が存在しないときに積分器が初期値0でスタートする
ことを特徴とする駆動ユニットの設定要素の制御方法。 - 目標値の変化が所定の限界値以下であるときに前記制御過程が存在することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 制御偏差が所定の範囲内にあるときに前記制御過程が存在することを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 目標値の変化が所定の限界値以下であるときに操作信号量が所定の値だけステップ状に変化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。
- 実際値が目標値に到達したときに操作信号量の追加の変化がリセットさ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。
- 前記制御過程がもはや存在しないときに前記積分器が0にセット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。
- 前記初期値が係数で重み付けされることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかの方法。
- 前記初期値が、運転変数の関数であり、又は操作信号量の変化量ないし積分器の値の関数であり、あるいはこれら双方であ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。
- 設定要素は摩擦付着性を有し、
目標値及び実際値の関数として前記設定要素を操作するための操作信号を形成する制御手段を有し、
制御ストロークが小さい制御過程が存在するときに前記制御手段に追加して操作信号量を調節し且つその他の制御過程においては調節を行わない補償手段が設けられ、
小さい制御ストロークを有する制御過程が存在するときに制御偏差の関数として作動し且つ制御手段に追加して操作信号量を変化させる積分器が設けられている、駆動ユニットの設定要素の制御装置において、
0に等しくなく且つその絶対値が所定の限界値より小さい目標値の変化が検出されたときに積分器が0より大きい初期値からスタートし、
制御偏差が所定の値の範囲内にあり且つ目標値変化が存在しないときに積分器が初期値0でスタートする
ことを特徴とする駆動ユニットの設定要素の制御装置。
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