JPH04505791A - 自動車の内燃機関の運転パラメータ制御装置 - 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】 自動車の内燃機関の運転パラメータ制御装置従来の技術 本発明は、請求の範囲第１項ないし第２項の前文に記載の内燃機関の運転パラメ ータ制御装置に関するものである。

内燃機関の運転パラメータを制御するこの種の装置は、ＤＥ−Ａ　−３０３９４ ３５に内燃機関のアイドリング回転数制御に関するものが記載されている。同装 置においては、アイドリング回転数を制御するために、この運転パラメータに作 用する電気的に操作可能なアクチュエータをＰＩＤ制御器を用いて駆動させて、 制御すべき運転パラメータとしてのアイドリング回転数が所定の目標値をとるよ うにすることが提案されている。さらに、アクチュエータの駆動信号を回転数及 び温度に従って制限するために、ＰＩＤ制御器に作用して駆動信号の上限及び下 限を制限する制限制御器が設けられている。

例えば、調節範囲全体にわたって著しく変動する摩擦力と制御移動を邪魔するト ルクを有するアクチュエータを用いた場合の系では、さらに製造のばらつきと温 度ドリフトがあり、制御が困難になり、このような系では、ＰＩＤ制御器を用い ても制御精度、動特性及び／あるいは安定性などに関して必ずしも満足の行くよ うに制御することはできない。

従って本発明の課題は、制御が困難な系の場合でも、内燃機関の運転パラメータ を満足の行くように制御することができる手段を提供することである。この課題 は、所定の条件が存在する場合、積分動作及び／あるいは比例増幅動作に作用を 与えることによって制御すべき運転パラメータの変化率を所定の値に制御するこ とができるようにすることによって解決される。

ＤＥ　−Ａ　−３６３１２８３には内燃機関に供給される燃焼空気量を制御する 調節機構が記載されており、同機構には復帰ばねが設けられ、それに対し対向ば ねが作用して所定の非作動位置への調節が行なわれている。この調節機構により 種々の移動範囲において変位移動に対して異なる力ないしトルクが設定される。

ＤＥ　−Ｃ−２７５１１２５にはアクセルペダル位置に従って内燃機関の絞り弁 の位置を制御する制御装置、いわゆる電子アクセルペダルが記載されている。排 ガス組成を改善するために、位置制御器の出力信号の大きさが制限される。それ によって絞り弁の変化率が制限され、アクセルペダル位置が急激に変化する過渡 領域における排ガス組成の改善が行なわれる。

発明の利点 本発明手段によって、制御の困難な系を満足の行くように制御することが可能に なる。所定の条件下で制御ユニットによる積分及び／あるいは比例増幅動作に作 用を与えることにより制御すべき運転パラメータの変化率を所定の値に制御する ことによって、制御系の動特性が十分になるように制御器の積分及び／あるいは 比例成分を選択することが可能になる。

すなわち、上述の方法によれば、例えば積分成分をかなり大きくすることができ る。積分成分が強いと通常制御系に非安定性が生じるが、制御すべき運転パラメ ータの変化率が所定のしきい値に達した場合には、積分及び／あるいは比例増幅 動作に作用を与えることにより、制御系の非安定性を抑制し、実際値の変化率を 減少させることができる。

積分動作に作用を与える特に好ましい実施例は、しきい値を越えあるいは下回っ た場合積分方向を反転させることにより形成されるオンオフ制御器を制御器の積 分成分に重畳させることである。それによって制御すべき内燃機関の運転パラメ ータの変化率を制御することができる。

制御器の比例増幅動作ｄＷ用は、積分動作への作用と同様に、好ましくは制御器 のＰ成分のゲインの符号を反転することによって行われる。これはＰ成分にオン オフ制御器を重畳させることに等しい。

本発明の他の利点は、請求の範囲従属項との関連において以下の実施例の説明に 示されている。

図面 次に、図面に示す実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

なお、第１図は内燃機関の出力アクチュエータの位置を制御する制御系の概略を 示すブロック回路図であって、本発明方法の機能を明らかにするものである。第 ２図は同方法をデジタルで実施する場合を説明するフローチャート図である。第 ３図は積分成分の出力信号を時間に関して示す線図である。

実施例の説明 第１図は、不図示の内燃機関の運転パラメータを調節する調節機構１０を説明す るものである。調節機構ｌＯには、内燃機関の運転パラメータを変化させるアク チュエータ１６と堅固な結合部を介して接続されたサーボモータ１２が設けられ ている。

アクチュエータ１６は第１図の実施例においては、内燃機関の吸気系１８内の絞 り弁として示されている。しかし本発明の考えはこの種類のアクチュエータに限 定されるものではなく、例えばディーゼル式内燃機関のコントロールラックとす ることもできる。

さらに第１図には、例えば燃料供給量制御、点火時点制御、排ガス制御、アイド リング回転数制御及び／あるいは電子的アクセルペダルなど種々の機能を実施す るエンジン制御装置２０が示されている。第１図に示す実施例においては、調節 機構１０の位置制御と本発明方法の実施に必要な部分のみが示されている。入力 線２２．２４〜２６によってエンジン制御装置２０は測定装置２８．３０〜３２ と接続され、測定装置から目標値形成ユニット３４に例えばエンジン温度、回転 数、ギヤ及び／あるいはクラッチ位置、バッテリー電圧、アクセルペダル位置な ど制御目標値を形成する内燃機関と自動車の一般にしられている運転パラメータ が供給される。目標値形成ユニット３４の出力線３６は、比較点３８においてエ ンジン制御装置２０の他の入力線４０と結合される。入力線４０は、本実施例に よれば調節機構１０のその時点の位置を測定する実際値測定装置４２と接続され ている。

比較点３８の出力線４４は点線で囲って示す制御ユニット４６の入力線となって おり、制御ユニットは、入力線４４と接続された比例制御部４８と、同様に入力 線４４と接続された積分制御部５０とから形成される。比例制御部４８は導線５ ２によって加算点５４と接続され、この加算点はさらに導線５６を介して積分制 御部５０と接続されている。加算点５４の加算結果は、加算部５４とドライバー 回路６０を接続する導線５８並びにドライバー回路６０（従ってエンジン制御装 置２０）と調節機構１０ないしサーボモータ１２を接続する接続線６２に導かれ 、アクチュエータ１６ないし調節機構１０の位置制御が行なわれる。

さらに制御ユニット４６には微分素子６４が設けられており、この微分素子はエ ンジン制御装置２０の入力線４０と接続されると共に、導線６６を介してトリガ ー回路６８及びユニット７０と接続されている。さらに、ユニット７０は導線８ ０を介して回路６８の出力導線７２は論理アンド素子７４の第１の入力を形成し 、アンド素子の第２の入力はアンド素子７４とユニット７０を接続する接続導線 ７６となっている。論理アンド素子７４の出力導線７８は積分制御部に供給され て積分動作を設定しかつ／あるいは比例制御部に供給されて比例増幅動作を設定 する。

目標値形成ユニット３４は導線２２．２４〜２６を介して供給される運転パラメ ータに従って調節機構ＩＯの位置の目標値を形成する。第１図に示す装置を調節 機構１０の位置を介してアイドリング回転数の制御に用いる場合には、目標値形 成ユニット３４は、回転数、エンジン温度、バッテリー温度、ギヤ位置及び／あ るいはクラッチ位置等の運転パラメータの関数として目標値を形成する。調節機 構１０の位置を介して内燃機関の出力を制御する電子アクセルペダル装置の場合 には、目標値形成ユニット３４は特にアクセルペダルの位置から位置の目標値を 決定する。

この目標値は導線３６を介して比較点３８へ出力され、比較点において算出され た目標値と、実際値測定装置４２によって測定され導線４０を介して比較点３８ に供給された調節機構１０の位置実際値とからこれらの２つの値の偏差を示す信 号が導線４４を介して制御ユニット４６へ出力される。この偏差信号に従って比 例制御部と積分制御部４８．５０がそれに応じた信号を形成し、その信号は加算 点５４において制御出力信号にまとめられる。この出力信号はドライバー回路６ ０とエンジン制御装置２０の出力線６２を介して偏差が減少するように調節機構 の位置を操作する。

制御すべき運転パラメータ（第１図に示す実施例の場合には調節機構１０の位置 ）の変化率は、本発明の提案により、微分素子６４が入力線４０に印加される位 置ないし実際値の信号の変化率を検出することによって制御される。この値は導 線６６を介してトリガー回路６８に出力されると共に、ユニット７０にも出力さ れる。トリガー回路６８は入力線８２に印加されるパラメータ（例えばエンジン 温度、調節機構温度及び／あるいは制御偏差）に従ってしきい値が設定される。

ユニット７０はさらに導線５８あるいは６２上の制御出力信号と接続されており 、制御出力信号の変化の符号と実際値の変化率信号の符号を検出する。２つの符 号が同一である場合には、それを示す信号を導線７６を介してアンド素子７４へ 出力する。

微分された実際値信号がトリが一回路６８によって設定されるしきい値に達し、 あるいはそれを越えた場合には、それを示す信号が導線７２を介してアンド素子 ７４へ出力される。微分された実際値信号がトリが一回路６８のしきい値に達し 、ないしはそれを越えた場合及び微分された実際値信号と制御出力信号の符号が 同一である場合、アンド素子７４の出力線に信号が発生し、積分制御部５０の積 分動作に作用して、特に積分制御部５０の積分方向を変化させ、また比例制御部 ４８の比例動作に作用して、特に比例ゲインの符号を変化させる。

アイドリング回転数制御の場合、例えば負荷がさらに接続され、目標値が変化す ることによって目標値と実際値との間に大きな偏差が生じる場合、制御器の積分 成分が大きいと、制御出力信号が急激に変化し、実際値信号も急激に変化する。

実際値信号の変化率が所定のしきい値を越えた場合には、制御振動及び非安定状 態が発生することがある。その場合、トリガー回路６Ｂによって設定されたしき い値を越えることによって、例えば入力信号の符号が反転することにより積分制 御部５０の積分方向が反転する。それによって変化を補償する出力信号が積分制 御部５０から発生し、それによって実際値信号における変化率が減少する。

トリガー回路６８によって設定されたしきい値を下回ると、積分制御部５０の積 分方向が元の方向へ反転し、それによって目標値と実際値の間に依然として偏差 がある場合には変化率が増大される。このようにして積分制御部５０の積分方向 を反転させることによって、積分成分に重畳されるオンオフ制御器が得られ、そ れにより蚕実際値の変化率が所定の値に制御される。この所定の値はトリガー回 路６８によって設定される。

この方法によって制御に必要な動特性と、冒頭で述べた制御の困難な系に対する 安定性が得られる。

比例増幅動作への作用は、上述の積分動作への作用と同様にして行われる。

実際値信号と制御出力信号の変化ないし符号が同じでなければならないという、 必ずしも必要ではない付加的な条件を用いれば、過渡領域における特性を改善す ることができる。制御出力信号と実際値信号が下降傾向を示した場合には、目標 値の変化によって目標値と実際値との偏差信号に変化が生じた場合に（それによ って制御出力信号が大きくなる）、この過渡時における装置の応答が防止される 。

本発明の考えは、アクチュエータの位置制御のみに限定されるものではなく、内 燃機関のすべての制御系に使用でき、特に冒頭で述べた制御の困難な系の欠点を 有する回転数制御にも使用することができる。個々の部材とエンジン制御装置及 び制御ユニットなど種々のグループとの対応は、単に分かりやすくするためのも のである。さらに、制御器はＰＩＤ制御器で、すなわち比例、積分及び／あるい は微分成分を有する制御器であってもよい。

上述の積分方向の反転の他に、しきい値を越えた場合積分の停止、積分勾配の変 化あるいは所定の遅延時間の後の積分方向の反転ないし勾配の変化などによって 積分動作に作用を与えて変化率を制御することができる。具体的な例では、積分 方向の反転が最適であることがわかっている。

本発明の考えのデジタル実施例が第２図に示されている。プログラムのスタート 後、ステップ１００において目標値と実際値を比較して目標値と実際値の偏差を 検出する。さらにステップ１００において、例えば微分により実際値の変化率を 算出する。ステップ１０２においては目標値と実際値の偏差に従って比例制御部 の出力信号を算出する。

比例制御部４８の出力信号の計算は好ましくは制御偏差の関数として行われる。

その場合、比例制御部のゲインは動特性の大きな偏差を偏差の値の全領域にわた ってオーバーシュートを防止しながらゼロにするように設定される。そのために 、系に基づく最大の制御偏差が設定され、この最大値と制御偏差の実際値との差 が形成される。この差は比例制御部のゲインに比例する。

このようにして形成されたゲインが所定値を下回った場合には、ゲインはこの所 定値に設定され、そうでない場合には制御偏差の関数となる。その場合には比例 制御部の出力信号は制御偏差とゲインからめられる。

所定の運転領域における制御偏差と比例成分との関係は、次の式によって表され る。

Ｐ＞ＰＯの場合には Ｐ　＝　ＰＯ＊　（ＭＡＸ−ＤＥＬＴＡ）　＊　ＫＰ＜ＰＯの場合には Ｐ＝ＰＱ （なお、Ｐは比例ゲイン、ＰＯは比例ゲインの所定値、ＭＡＸは系に基づく制御 偏差の最大値、ＤＥＬＴＡはＯ−ＭＡＸの範囲の値を有する制御偏差、Ｋは定数 である）。

それによって制御偏差とＰゲインとの特徴的な関係が生じ、この関係はＰ−ＤＥ ＬＴＡグラフにおいてＰ＞ＰＯについては負の勾配の直線によって示され、Ｐ＜ ＰＯについては水平の直線Ｐ＝ＰＯによって示すことができる。

比例制御部の出力信号は、上述の式により算出される比例ゲインに制御偏差の値 を乗算することにより形成される。この出力信号は制御偏差に従って以下に示す 特性を示す。すなわち制御偏差がゼロの場合にゼロの値をとり、出力信号はその ゼロの値から制御偏差に関係して、はぼ制御偏差とともに上昇し、それぞれＫと ＰＯの選択に従って、最大値を越えた後に減少し、最大の制御偏差に対して定ま る所定の値に近付く。

この所定の値はＰＯの選択に関係する。

それによって制御回路の動特性と安定性に関して改良された制御が得られる。と いうのは制御偏差が小さい場合には制御偏差が大きい場合よりも増幅が小さくな るからである。さらに、ゲインはパラメータを選択することによりそれぞれの制 御回路に適合される。

ステップ１０４では当業者公知のデジタルの制御式を用いて、現在のプログラム サイクルにおいて目標値と実際値の偏差に従って増分値Ｉｎがめられ、この増分 値が制御器の積分出力値に加算される。目標値と実際値の偏差がマイナスである 場合には、ステップ１０４で算出された値も同様にマイナスである。判断ステッ プ１０６において、実際値の変化率が所定の値に達したか、ないしはそれを越え たかがチェックされる。否の場合には、ステップ１０８において、ステップ１０ ２で計算された比例出力信号が読みだされ、また制御器の積分出力信号が前回の プログラムサイクル時の積分出力値と今回のプログラムサイクルで得られた増分 値の合計として計算されて同様に読みだされ、その後ステップ１１４においてス テップ１０８でめられた積分出力値が次のプログラムサイクル時の合計値として められ、新たにプログラムが実行される。

ステップ１０６において実際値の変化率が所定のしきい値に達し、ないしはそれ を越えた場合には、判断ステップ１１０において実際値信号と制御出力信号の符 号ないし変化方向が同一であるかどうかをチェックする。２つの符号が同一でな い場合には、ステップ１０８へ進み、その後ステップ１１４でステップ１０８で めた積分成分の出力値を次のプログラム用の合計値として設定し、プログラムを 終了する。

しかし、制御出力信号と実際値信号の符号が同一であることが検出された場合に は、ステップ１１２においてステップ１０２でめた比例出力信号が例えばゲイン の符号を反転することにより計算されて読みだされ、また積分成分の出力信号が 前回までのプログラムサイクル時の合計値から今回のプログラムサイクル時にス テップ１０４で得られた増分値を引算することによりめられる。このように合計 値から増分値を引算することによって、デジタル制御器の積分方向が変化する。

その後ステップ１１４において、ステップ１】２で得られた積分値が次のプログ ラムサイクル時の合計値としてめられる。

第３図には、積分出力信号の時間に関する特性が例示されている。時間ＴＯで制 御動作が開始される。目標値と実際値の間に偏差がない場合には、積分出力信号 は一定値から開始される。目標値と実際値に偏差が発生した場合には、積分出力 信号は偏差に応じて第３図に簡単のために線形で概略図示した所定の関数に従っ て増加する。時点ＴＩで実際値の変化率がしきい値を越えたことが検出されると 、第２図に従って増分値が引算されることにより積分方向が反転されるので、積 分出力値は所定の関数に従って減少する。実際値の変化率が所定のしきい値を下 回ると、また積分方向が反転するので、積分出力信号はまた増大する。その場合 に本発明の好ましい実施例においては、しきい値はヒステリシスとして形成され る。オンオフ制御器のタイプ（他の実施例ではヒステリシスを有する）に見られ るジグザグの特性により実際値の変化率が所定の値に制御される。

時点Ｔ２において、変化率が所定のしきい値にもはや達しないような制御条件と なったとする。このことは例えば、目標値と実際値の制御偏差が小さい値あるい はゼロに達した場合、あるいは例えば他の負荷の遮断によって制御偏差の極性が 反転した場合などである。第３図には前者の例が示されている。

積分出力信号は通常の制御機能に応じて所定の、理想的には指数的な関数に従っ て増大し、制御偏差がゼロになるとほぼ定常値に近づ（。デジタル系の場合には 、信号特性は段階状フレ） −ず１比例成分にオンオフ制御器が重畳される。ヒステリシスを与えあるいは与 えないこともできるこのオンオフ制御器は、しきい値に達しないしはそれを越え た時に起動される。その場合積分動作は停止される。変化率が下方のしきい値を 下回ると積分成分の機能が再開され、オンオフ制御器がオフにされる。

さらに、好ましくは本発明方法は制御偏差がプラスのとき制御機能を増大させる 場合だけでなく、制御偏差がマイナスのとき制御機能を減少させる場合にも使用 することができる。

積分方向の反転時に、本発明の好ましい実施例においては、各方向について異な る積分時定数を使用することができる。積分方向の反転が実際値の変化率を減少 させる方向に行われる場合には、この方向の積分を他の方向の場合よりも大きな 時定数で行って、系をより早くに反応させるようにすると効果的である。

Ｄ成分が設けられる場合には、同様にしてＤ成分へ作用を与えることができる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気的に操作可能なアクチュエータを有し、このアクチュエータは制御すべ き運転パラメータに直接あるいは間接的に作用し、かつこのアクチュエータは制 御すべき運転パラメータが所定値をとるように少なくとも積分及び／あるいは比 例成分を有する制御ユニットによって調節される、自動車の内燃機関の運転パラ メータ制御装置において、所定の条件が存在する場合に、制御ユニットによって 行なわれる積分及び／あるいは比例増幅動作に作用を与えることによって、制御 すべき運転パラメータの変化率が所定の値に制御されることを特徴とする自動車 の内燃機関の運転パラメータ制御装置。 ２）電気的に操作可能なアクチュエータを有し、このアクチュエータは内燃機関 への空気供給量を変化させることによって制御すべき運転パラメータに作用し、 かつこのアクチュエータは制御すべき運転パラメータが所定値をとるように少な くとも積分成分を有する制御ユニットにより調節される、自動車の内燃機関の運 転パラメータ制御装置において、所定の条件が存在する場合に、制御ユニットに よって行なわれる積分動作に作用を与えることによって、制御すべき運転パラメ ータの変化率が所定の値に制御されることを特徴とする自動車の内燃機関の運転 パラメータ制御装置。 ３）制御すべき運転パラメータの変化率は、所定のしきい値に達しあるいはそれ を越えた場合制御ユニットによって行なわれる積分動作及び／あるいは比例増幅 動作に作用を与えることによって所定のしきい値に制御されることを特徴とする 請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の制御装置。 ４）しきい値に達した場合ないしはそれを上回った場合に積分動作及び／あるい は比例増幅動作に作用して実際値の変化率が減少され、しきい値を下回った場合 には、実際値の変化率が増大されることを特徴とする請求の範囲第１項から第３ 項のいずれか１項に記載の制御装置。 ５）さらに制御すべき運転パラメータの変化とアクチュエータの駆動信号の変化 の方向が一致した場合に、制御すべき運転パラメータの変化率の制御が行われる ことを特徴とする請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の装置。 ６）所定のしきい値が、エンジン温度、アクチュエータ温度及び／あるいは制御 偏差に従って可変に形成されることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項の いずれか１項に記載の制御装置。 ７）所定の条件が存在する場合に、積分及び／あるいは比例成分を変化させるこ とによって制御すべき運転パラメータの変化率の制御がオンオフ制御器の形式で 行われることを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいずれか１項に記載の 制御装置。 ８）制御器の積分及び／あるいは比例成分にヒステリシスのあるあるいはないオ ンオフ制御器が重置され、そのオンオフ制御器は所定の条件が存在する場合に起 動されそのとき積分動作が停止されることを特徴とする請求の範囲第１項から第 ７項のいずれか１項記載の制御装置器。 ９）所定のしきい値に達した場合に、制御ユニットの積分成分の積分方向が反転 され、しきい値を下回った場合にまた反転されることを特徴とする請求の範囲第 １項から第８項のいずれか１項に記載の制御装置。 １０）所定のしきい値がヒステリシスにより形成されることを特徴とする請求の 範囲第１項から第９項のいずれか１項に記載の制御装置。 １１）積分動作の停止、積分勾配の変化あるいは、遅延された積分方向の反転及 び／あるいは勾配の変化によって作用が行われることを特徴とする請求の範囲第 １項から第１０項のいずれか１項に記載の制御装置。 １２）制御器の比例増幅動作への作用が、ゲインの符号の反転により行われるこ とを特徴とする請求の範囲第１項から第１１項のいずれか１項に記載の制御装置 。 １３）Ｐゲインを所定の方法で制御偏差に従って選択することを特徴とする請求 の範囲第１項から第１２項のいずれか１項に記載の制御装置。