JPH04227508A - 自動車の摩擦を有するアクチュエータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の摩擦を有する
アクチュエータの制御装置、更に詳細には、第１の制御
器とその後段に接続されたオンオフ制御器を備え、第１
の制御器は、実際のアクチュエータ位置を示す第１の量
を所望のアクチュエータ位置を示す第２の量と比較して
後段のオンオフ制御器に入力される少なくとも１つの入
力量を算出する、自動車の摩擦を有するアクチュエータ
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の閉ループ制御システムはドイツ
公開公報ＤＥ−ＯＳ３２０７８６３（ＵＳ−ＰＳ４４９
９４１２）に記載されている。同公報には摩擦を有する
アクチュエータの制御装置が記載されている。非線形の
制御器の後段にオンオフ制御器が接続されている。この
オンオフ制御器（２位置動作制御器）は、制御回路の目
標値あるいは実際値間の差が変化した場合にのみ切り替
わる。非線形の制御器の特性曲線は切り替わり点におい
ては急峻になるが、その他は平坦である。制限装置によ
り切り替え周波数が大きくなるのが抑圧される。それに
よってオンオフ制御器のオンオフを頻繁に切り換えるこ
とが防止される。システム全体はアナログで構成されて
いる。

【０００３】ドイツ公開公報ＤＥ−ＯＳ３２３３２９０
（ＵＳ−ＰＳ４５９４９９３）にはディーゼル式内燃機
関の排気再循環率を制御する装置が記載されている。３
位置動作御器の入力量が線形の制御器から出力される。 同装置においても、制御回路の目標値あるいは実際値間
の差が変化した場合にのみ、３位置動作制御器の切り替
えが行われる。その場合に、ヒステリシスによって、３
位置動作制御器の連続的なオンオフ切り替えが防止され
る。

【０００４】また、ドイツ公開公報ＤＥ−ＯＳ２７２６
９８７には、制御装置をデジタル部分とアナログ部分に
分割することが記載されている。その場合に、デジタル
部分はデジタルデータを処理し、アナログ部分はアナロ
グデータを処理する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた種類の制御装置において、摩擦の影響を減少さ
せて、閉ループ制御の動特性を向上させることが可能な
自動車の摩擦を有するアクチュエータの制御装置を提供
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
よれば、第１の制御器とその後段に接続されたオンオフ
制御器を備え、第１の制御器は、実際のアクチュエータ
位置を示す第１の量を所望のアクチュエータ位置を示す
第２の量と比較して後段のオンオフ制御器に入力される
少なくとも１つの入力量を算出する、自動車の摩擦を有
するアクチュエータの制御装置において、オンオフ制御
器が可変のヒステリシス幅を有し、そのヒステリシス幅
が運転パラメータに従って制御されることを特徴とする
自動車の摩擦を有する構成によって解決される。

【０００７】

【作用】制御回路のヒステリシス幅を運転パラメータに
従って予め設定することによって、閉ループ制御装置の
特性を著しく向上させることができる。本発明装置によ
れば、回転数あるいはアクチュエータ位置など種々の運
転条件に従って異なるヒステリシス幅Ｅを調節すること
ができる。従ってアクチュエータ自体を移動させずに、
摩擦の影響を補償することができる。

【０００８】本発明の他の利点及び好ましい実施例が従
属請求項に記載されている。

【０００９】

【実施例】以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳
細に説明する。

【００１０】以下においては、ディーゼル燃料ポンプの
アクチュエータを例にとって本発明装置を説明する。し
かし、本発明装置は他の摩擦を有するアクチュエータ、
特に電磁アクチュエータにも適用することもできる。従
って、例えば、絞り弁アクチュエータにも用いることが
できる。

【００１１】アクチュエータに摩擦があると、操作信号
の変化が小さい場合にはアクチュエータの位置は変化し
ない。アクチュエータに流れる電流とアクチュエータの
位置との関係が図１に記載されている。アクチュエータ
が位置Ｘをとるためには、それぞれ履歴に応じて異なる
電流Ｉ１ないしＩ２が必要である。アクチュエータがア
クチュエータ電流Ｉ１で位置Ｘにあって、その移動方向
を変化させたい場合には、アクチュエータ電流をまずＩ
２まで上昇させることが必要である。電流が最小量Ｈ変
化してからアクチュエータの位置が変化する。なお、こ
の最小量は種々の運転パラメータによって異なる。この
作用量は、例えばアクチュエータの位置、温度、回転数
あるいは製造誤差などである。特にヒステリシス幅Ｅを
最小量Ｈの半分に相当するように選択すると効果的であ
る。

【００１２】図２には、閉ループ制御装置の概略が示さ
れている。制御器１０にはＡ／Ｄ変換器７０を介してア
クチュエータの実際の位置を示す信号ＵＩが入力される
。さらに制御器１０にはＡ／Ｄ変換器２０を介してアク
チュエータの所望の位置（目標位置）を示す信号ＵＳが
入力される。制御器１０はこのデータと他のデータから
所望のアクチュエータ電流ＩＳを算出し、この電流ＩＳ
がＤ／Ａ変換器３０と結合点３５を介してオンオフ制御
器４０に供給される。さらに制御器１０は所望の周期及
び測定周期Ｔなど種々の量に基づいて、オンオフ制御器
４０のヒステリシス幅Ｅを算出する。ヒステリシス幅Ｅ
はＤ／Ａ変換器８０を介してオンオフ制御器４０に入力
される。オンオフ制御器４０はそれに従ってアクチュエ
ータ５０を駆動する。アクチュエータにおいて測定され
た電流ＩＩは結合点３５にフィードバックされる。さら
に、アクチュエータの実際の位置に関する信号ＵＩがア
ナログの微分素子６０を介して結合点３５に印加され、
かつＡ／Ｄ変換器７０を介してデジタル制御器１０に入
力される。

【００１３】特に好ましくは、図２に示すように制御器
１０はデジタルで構成され、オンオフ制御器と微分素子
など他の要素はアナログで構成される。デジタルの制御
器１０を用いると能率的な適応調整を行うことができる
。

【００１４】制御回路の安定性を向上させるために、ア
クチュエータの実際の位置ＵＩが微分素子６０を介して
オンオフ制御器の入力にフィードバックされる。この微
分素子６０はアナログで構成されている。こうすると制
御器１０にデジタルの微分素子を内蔵するのに比較して
著しく効果的である。デジタルの微分素子を用いると汎
用されているＡ／Ｄ変換器のサンプリング時間及び最終
的な分解能により必要な近似が得にくくなる。

【００１５】デジタルの制御器１０はアクチュエータの
所望の位置ＵＳ、アクチュエータの実際の位置ＵＩ及び
他の運転パラメータに従って電流目標値ＩＳとオンオフ
制御器４０のヒステリシス幅Ｅを設定する。オンオフ制
御器４０は、所望のアクチュエータ電流と実際のアクチ
ュエータ電流との比較に従って、かつ所望のヒステリシ
ス幅Ｅに従ってアクチュエータを制御する。そのために
制御器はアクチュエータと電源電圧との接続あるいは遮
断を行なう。

【００１６】オンオフ制御器４０は、実際のアクチュエ
ータ電流ＩＩが所望のアクチュエータ電流ＩＳよりヒス
テリシス幅Ｅだけ大きいことを検出すると、電源電圧へ
の接続を遮断する。実際のアクチュエータ電流ＩＩが所
望のアクチュエータ電流ＩＳよりヒステリシス幅Ｅだけ
低くなると、制御器はアクチュエータに電源電圧を供給
する。オンオフ制御器のそれぞれの切り替え状態が制御
器１０に供給されて周期Ｔの測定に用いられる。周期の
測定は制御器１０において行なうようにしてもよいし、
異なる測定素子２０５で行うようにすることもできる。

【００１７】アクチュエータ電流の時間的な特性が図３
に記載されている。そのために、アクチュエータ電流Ｉ
Ｉが時間ｔに関して記載されている。時点Ｔ１において
は、アクチュエータ電流は所望のアクチュエータ電流Ｉ
Ｓよりヒステリシス幅Ｅだけ小さく、この時点でアクチ
ュエータに電源電圧が供給されて、その後アクチュエー
タ電流は上昇する。時点Ｔ２ではアクチュエータ電流は
ヒステリシス幅Ｅだけ所望のアクチュエータ電流より大
きくなり、この時点でアクチュエータは電源電圧から切
り離される。それによってアクチュエータ電流ＩＩは再
び下降し、ヒステリシス幅Ｅだけ所望の値ＩＳより小さ
くなる。

【００１８】従ってアクチュエータ電流の値は、所望の
アクチュエータ電流の値を中心にヒステリシス幅Ｅだけ
大きい値と小さい値との間で連続的に変動する。ヒステ
リシス幅を適当に設定することによって、アクチュエー
タ電流を２つの電流値の間で上下変動させることができ
る。ヒステリシス幅を設定することによって切り替え時
間を変化させることができる。切り替え時間は、所望の
アクチュエータ電流ＩＳが変化した場合にアクチュエー
タが極めて迅速に応答するように調節される。なお、所
望のアクチュエータ電流ＩＳが一定である場合には、ア
クチュエータ自体の移動は行われない。

【００１９】図４には、制御器１０（位置制御器）の一
部で、アクチュエータ電流の目標値ＩＳを算出する部分
が示されている。Ａ／Ｄ変換器７０とＡ／Ｄ変換器２０
を介してアクチュエータの所望の位置ＵＳとアクチュエ
ータの実際の位置ＵＩが比較点１１０に入力される。こ
の２つの信号の差が積分器１２０と比例素子１３０に供
給される。

【００２０】符号２と３は、比例定数Ｐと積分器操作量
を調節することができることを示すものである。比例素
子１３０と積分器１２０の出力信号は加算点１３５を介
してリミッタ１４０に入力される。リミッタ１４０の出
力信号が制御器１０の出力信号となり、Ｄ／Ａ変換器３
０に出力される。

【００２１】リミッタ１４０の出力信号と差形成点１１
０（制御偏差）の出力信号が回路１５０の入力信号とな
る。その出力信号は、符号３で示すように、積分器１２
０に作用する。種々の運転パラメータと制御偏差が回路
１６０に入力される。この回路１６０は、符号２で示す
ように、比例素子に作用する。

【００２２】アクチュエータの所望の位置ＵＳと実際の
位置ＵＩとの差に従って、積分器１２０と比例素子１３
０はそれぞれ出力信号を形成し、その出力信号は加算点
１３５で加算される。この２つの回路１２０、１３０（
積分器、比例素子）は少なくともＰＩ特性を有する制御
器として機能する。この制御器の出力信号は、リミッタ
１４０においてその最大値が制限される。Ｄ／Ａ変換器
３０においてリミッタの出力信号は所望のアクチュエー
タ電流ＩＳを示す信号に変換される。

【００２３】本発明の特に好ましい実施例においては、
リミッタ１４０の出力信号、すなわち制御偏差が回路１
５０に入力される。この回路１５０はアンチリセットワ
インドアップ機能を有する。制御器１２０、１３０の出
力信号が制限を越えると、すなわち信号がリミッタによ
って制限されると、積分器の値が固定される。

【００２４】これは、積分器１２０の値が記憶されて、
制御器の出力信号が制限を離れるまでは、それ以上増大
しないことを意味する。積分器の値が固定されず、比較
的長い期間にわたって制御偏差が印加される場合には、
積分器の値は場合によっては非常に大きな値をとる。続
いて、制御偏差の符号が変化すると、積分器の値がなく
なるまでに制御器は非常に長い期間を必要とする。回路
１５０は制御器の制御品質を向上させる。回路１５０に
さらに制御偏差が生じると、積分器は制御偏差の符号変
化後直ちに動作を開始する。

【００２５】本発明の特に好ましい実施例には回路１６
０が設けられている。この回路においては、Ｐ素子の比
例定数が制御偏差、電源電圧、回転数あるいは燃料温度
などの量の１つあるいは複数に従って調節される。比例
素子１３０の比例定数をこれらの量に従って調節するこ
とができる。

【００２６】特に好ましくは、制御偏差が小さい場合に
は制御偏差が大きい場合に比べて、比例定数Ｐを大きく
する。駆動電圧が低い場合及び／あるいは温度が低い場
合には、比例定数Ｐを大きくするのが好ましい。それに
対して回転数が大きい場合には比例定数Ｐを小さくする
のが好ましい。

【００２７】図５には、制御器１０の一部として、オン
オフ制御器のヒステリシス幅Ｅを算出する部分が詳細に
示されている（周期制御器）。例えば、目標値計算装置
２００は回転数及びアクチュエータ位置ＵＩないしＵＳ
など種々の運転パラメータに従って周期に関する目標値
ＴＳを設定する。この周期目標値は、周期の実際値Ｔと
比較される。この両信号の差（周期制御器の制御偏差）
は周期制御器２１０に供給される。制御器２１０は少な
くともＩ特性を有する。その出力信号の上限及び下限は
リミッタ２２０によって制限される。

【００２８】加算点２２５において前置制御として機能
するマップ値発生器２３０の出力信号が第１のリミッタ
２２０の出力信号に加算される。両信号の合計は第２の
リミッタ２４０において所定値に制限される。その出力
信号はヒステリシス幅Ｅを示し、Ｄ／Ａ変換器８０を介
してオンオフ制御器４０に供給される。

【００２９】周期の目標値ＴＳと実際の周期Ｔとを比較
して、制御器２１０はヒステリシスの幅Ｅに関する値を
算出する。この値は最小値より大きくかつ最大値より小
さくなければならないので、リミッタ２２０は制御器２
１０の出力信号の値を所定範囲に制限する。

【００３０】マップ値発生器２３０によって、アクチュ
エータ位置の急激な変化に広範に対応することができる
ようになる。マップ値発生器にはヒステリシス幅Ｅに関
する値が運転パラメータに従って格納されている。摩擦
が大きい場合には、ヒステリシス幅Ｅを大きくして、摩
擦力を克服することが必要である。ヒステリシス幅Ｅを
大きくすると、周期Ｐも大きくなる。摩擦が小さい場合
には、小さいヒステリシス幅Ｅで摩擦力を克服すること
ができる。その場合、ヒステリシス幅が大きいと、アク
チュエータ自体を移動させてしまうことになる。

【００３１】特に、摩擦はアクチュエータ位置に関係し
ており、従ってヒステリシス幅Ｅは少なくともアクチュ
エータ位置に従ってマップ値発生器に格納される。アク
チュエータ位置が大きい場合には、摩擦は著しく大きく
なる。その場合には、ヒステリシス幅を大きくする必要
がある。アクチュエータ位置が小さい場合には、ヒステ
リシス幅は小さくて済む。というのは、摩擦が小さいか
らである。アクチュエータ位置が急激に変化する場合に
は、ヒステリシス幅Ｅの新しい値が即座に第２のリミッ
タ２４０の出力に出力される。

【００３２】本発明装置の簡単な実施例においては、周
期の測定は行われない。その場合にはヒステリシス幅は
、種々の運転パラメータの関数としてマップ値発生器か
ら読みだされる。そのために、マップ値発生器２３０の
値が補正される。このマップ値発生器にはヒステリシス
幅がアクチュエータ位置、回転数及び他の量に従って格
納されている。この種の装置は特に容易に実現すること
ができる。

【００３３】以上説明した周期制御器は、摩擦を有する
アクチュエータの場合に効果的である。特に、動作点が
異なり運転状態が異なると摩擦値が異なる場合に効果的
である。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、自動車の摩擦を有するアクチュエータの制御
装置において、摩擦の影響を減少させて、システムの動
特性を改良することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、アクチュエータを流れる電流とアクチ
ュエータの位置との関係を示す線図である。

【図２】図２は、制御装置の概略を示すブロック図であ
る。

【図３】図３は、アクチュエータを流れる電流を時間に
関して示す線図である。

【図４】図４は、制御器の詳細を示すブロック図である
。

【図５】図５は、制御器の詳細を示すブロック図である
。

【符号の説明】

１０　　制御器 ４０　　オンオフ制御器 ５０　　アクチュエータ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の制御器（１０）とその後段に接
   続されたオンオフ制御器（４０）を備え、第１の制御器
   （１０）は、実際のアクチュエータ位置（ＵＩ）を示す
   第１の量を所望のアクチュエータ位置（ＵＳ）を示す第
   ２の量と比較して後段のオンオフ制御器（４０）に入力
   される少なくとも１つの入力量を算出する、自動車の摩
   擦を有するアクチュエータ（５０）の制御装置において
   、オンオフ制御器（４０）が可変のヒステリシス幅（Ｅ
   ）を有し、そのヒステリシス幅が運転パラメータに従っ
   て制御されることを特徴とする自動車の摩擦を有するア
   クチュエータの制御装置。
2. 【請求項２】　　第１の制御器がデジタルで構成され、
   位置制御器と周期制御器を有することを特徴とする請求
   項１に記載の制御装置。
3. 【請求項３】　　位置制御器がオンオフ制御器の電流目
   標値を出力することを特徴とする請求項１あるいは２に
   記載の制御装置。
4. 【請求項４】　　制御偏差、電源電圧、回転数あるいは
   燃料温度など少なくとも１つの量が位置制御器の制御パ
   ラメータを変化させることを特徴とする請求項１から３
   のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 【請求項５】　　周期制御器がヒステリシス幅Ｅを出力
   することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に
   記載の制御装置。
6. 【請求項６】　　周期制御器が好ましくはＩ特性を有し
   、その出力信号が制限されることを特徴とする請求項１
   から５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 【請求項７】　　周期制御器の出力信号の他に、アクチ
   ュエータ位置に従ったマップ値によりヒステリシス幅が
   変化されることを特徴とする請求項１から６のいずれか
   １項に記載の制御装置。
8. 【請求項８】　　アクチュエータ位置がアナログの微分
   素子を介してオンオフ制御器の入力に印加されることを
   特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の制御
   装置。