JPH06504603A - 自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する方法および装置 - Google Patents

自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する方法および装置

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JPH06504603A JP4503028A JP50302892A JPH06504603A JP H06504603 A JPH06504603 A JP H06504603A JP 4503028 A JP4503028 A JP 4503028A JP 50302892 A JP50302892 A JP 50302892A JP H06504603 A JPH06504603 A JP H06504603A
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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】 自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する方法および 装置 技術分野 本発明は、自動車を駆動する内燃機関により供給される出力値を閉ループ制御す る閉ループ制御方法及び装置より詳細にはエンジン負荷のランダム変動に対する 抵抗が改讐された方法及び装置に関する。
背景技術 内燃機関が(例えばアイドリング運転などの)臨界的なフェーズにあり、ニアコ ンディショナなどの出力消費装置がスイッチオンされていると、公知の装置では 臨界的なフェーズの終了まで出力消費装置を作動するのを遅延することにより内 燃機関の失速を阻止する。
しかしこのような解決方法は、(アンチロック装置の作動の場合にように)自動 車の安全性を害する場合又は(突風、勾配などのように)過負荷を生じる外乱の 制御が不可能である場合には適用できない。
所定の最小回転数に内燃機関の回転数をサーボ制御することによりアイドリング フェーズでのエンジン回転数を調整する装置も公知である。この最小回転数は、 内燃機関が一方ではこの内燃機関の回転質量の摩擦及び慣性に打勝ち他方では( ヘッドライトのオン、ギヤボックスのギヤのかみ合いなどの)ランダム負荷変動 を可能にするために十分に高くなければならない、このようなサーボ制御の応答 時間は比較的長い、なぜならばエンジン回転数値は緩やかに変化する変数である からである。さらに、これらのサーボ制御に使用されるアクチュエータは(例え ばアイドリング回転数位置調整タペットを有するスロットルバブルのように)正 確であるが緩慢であるか、又は(機械的スロットルバブルに並列に取付けられて いる付加的なソレノイド制御バルブのように)迅速であるが不正確である。また 従来の技術の公知のアイドリング調整装置は、速度の不連続を回避するために必 要なアイドリング速度入り時間が過度に長い。
これらの理由にもかかわらず、アイドリングフェーズの調整で使用される設定速 度は、負荷の変動による失速の危険から内燃機関を保護するために過度に高い値 に意図的に設定される。
その結果、燃料消費量が過度になり排気ガスにより汚染も大きい。
さらに、公知の調整装置はアイドリングフェーズでのみ動作し、このフェーズ以 外ではそれらの装置は、負荷変動の補償が不可能である開ループ制御により置換 される。
流入空気量を調整するスロットルバルブを従来のように備える吸気ダクトに並列 に取付けられている前述の付加的なバルブを使用する従来の技術のアイドリング 調整装置は従って2つのアクチュエータを備え、これによりアイドリング調整フ ェーズ外での制御規則の整合の問題が複雑になる。
発明の概要 本発明の課題は、前述の公知の装置の欠点を有せず、とくに例えば外乱により生 じる突然の負荷変動に対する内燃機関の感度を減少することを可能にする内燃機 関の出力を制御する方法及び装置を提供することにある。
本発明の別の課題は、アイドリングフェーズだけでなくすべての運転フェーズで 内燃機関の出力値を調整することを保証する方法及び装置を提供することにある 。
本発明のさらに別の課題は、“良好な制御性“と同時に迅速かつ正確である制御 方法を提供することにある。
これらの課題及び本説明から分かるその他の課題は、自動車を駆動する内燃機関 により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方法により、a) 運転 手が要求する出力(P、)が、この運転手により作動されたアクセルペダルの位 置からめられ。
b) 自動車を動かすために必要となることが予測される出力値以外に自動車に より吸収される基本出力(P、)も種々の自動車運転フェーズで計算され。
C) 内燃機関への空気及び燃料の流入量が、内燃機関が供給する出力(P、) を要求出力(P、)と基本出力(P、)の和に駆動するように制御されることに より解決される。
本発明の方法の内燃機関の出力値の閉ループ制御によりこの内燃機関の動作の安 定性が改善され、動作点の濁りでの内燃機関の速度の変動が低減され、制御の精 度が高められ、本発明の装置が、突然の負荷変動を生じる(ニアコンディショナ 、ヘッドライトがオンにされるなどの)外乱に対して鈍感にされる。
本発明の方法の1つの特徴によれば自動車始動フェーズ又は内燃機関アイドリン グ運転フェーズで基本出力(P、)が、設定エンジン回転数と測定エンジン回転 数との間の偏差のダイナミック修正からめられる本発明の方法の別の1つの特徴 によれば内燃機関の通常運転フェーズで複数の初期の内燃機関アイドリング運転 フェーズの間のエンジン出力の平均値が計算され、この平均値が基本出力値(P ゎ)として用いられる。
さらに本発明の方法の1つの特徴によれば内燃機関の出力をめるために内燃機関 への流入空気の入口圧力(Pl)及びエンジン回転数(N、)が測定され、エン ジン出力(P、)がこの入口圧力とこのエンジン回転数値との積からめられる。
I さらに本発明の方法の別の1つの特徴によれば内燃機関への流入空気量の制 御信号が、要求出力(P4)と基本出力(Pb)の和と、要求出力(P、)と入 口圧力とエンジン回転数値との積から計算される出力(P、)との間の偏差のダ イナミック修正からめられる本発明の方法を実施するために、アクセルペダルと 、このアクセルペダルの位置のセンサと、内燃機間への流入空気量を調整する手 段と、内燃機関への流入空気の圧力のセンサと、エンジン回転数のセンサを具備 し、これらのセンナは、空気調整手段及び燃料噴射手段へ制御信号を形成して供 給するプロセッサに信号を供給する装置が提供される。本発明の装置では、プロ セッサが、自動車を動かすために必要と予測される出力以外に自動車により吸収 される基本出力値(Pl、)を内燃機関により駆動される自動車の種々の運転フ ェーズで計算するための手段と、運転手により要求される出力値(P6)を計算 するためにアクセルペダルの位置のセンサにより供給される信号に応答する手段 と、内燃機関により供給される出力111(P、)を計算するために圧力センサ 及びエンジン回転数センサから供給される信号に応答する手段と、内燃機関によ り供給される出力(P、)を要求出力と基本出力との和に対して駆動するために 空気調整手段と燃料噴射手段を制御する手段を具備する。
本発明の方法及び装置のその他の特徴及び利点は、後述の説明友び添付図面から 明らかである。
図面の簡単な説明 第1図は本発明の方法を実施するために用いられる制御装置のブロック図、52 図は本発明の制御方法を示す線図、第3図はアクセルペダルの位置から運転手に より要求される出力値を計算するために用いられる制御規則の線図、第4図は本 発明の方法に用いられる基本出力の計算法を示す線図、第5図は本発明の制御方 法により実施される出力値サーボ制御のブロック図である。
第1図において本発明の方法が、自動車を駆動する内燃機関11を制御する装置 を用いて実施されている。
この装置は、位置センサ2に接続されているアクセルペダルl有する。位置セン サ2は、運転手が要求する内燃機関11からの出力値に対応するアクセルペダル 1の位置を表す信号をプロセッサ12に供給する。内燃機関11はフィルタ3及 び吸気ダクト4を介して空気を供給される。内燃機関11に入る空気量は、例え ばプロセッサ12により制御される電動機6により作動されるスロットルバルブ 5により調整される@ 1つの変形として、内燃機関11に入る空気量を調整す るこれらの手段5,6は、従来の機械的スロットルバルブと、当業者には周知の ようにダクト4の機械的スロットルバルブを収容する部分から分岐するダクト内 にソレノイドにより制御される1つの付加的な弁とにより置換することが可能で ある。内燃機関11に入る空気の圧力は、スロットルバルブ5の下流の吸気ダク ト内に配置されている圧力センサ7により測定される。
このセンサ7はプロセッサ12にこの圧力を表す信号を供給する。さらにプロセ ッサ12は内燃機関11に燃料を供給する1個以上の燃料噴射器8の開閉時間を 制御する。内燃機関11の回転速度は例えば磁気抵抗形のセンサlOにより測定 される。このセンサ10はプロセッサ12にこの速度を表す信号を供給する。公 知のようにさらにプロセッサ12は、内燃機関の気筒、内に配置されている点火 プラグ9の点火をシーケンス制御することができる。
通常はプロセッサ12は、メモリ、A/D変換器。
信号整形器、アクチュエータ制御回路などの周辺素子に接続されている1個又は 複数のマイクロプロセッサを有する。このようなマイクロプロセッサは、1つ又 は複数の特定のストラテジに従って空気の流入、燃料の噴射及び/又は点火を制 御するようにプログラミングできる。本発明の制御方法は、プロセッサ内に適切 にプログラミングされたそのようなストラテジを基礎としている。このストラテ ジのプログラミングは、本発明の制御方法に関する後述の説明を基に当業者すな わちプログラマが容易に想到可能である。従って詳細な説明は省(ゆ 第2図の線図において本発明の制御方法ではプロセッサ12は、運転手がセンサ 2からアクセルペダル位置の信号を送出させると後述の特定の制御規則(ブロッ ク13)によりこの信号が変換されることにより運転手の要求する出力ap、を 設定することが分かる。
さらにプロセッサ12は、例えば内燃機関により駆動されるファン、オルタネー タなどによる摩擦により内燃機関内部に大きい出力が吸収されることに起因する 失速を回避するために内燃機関が供給しなければならない最低出力に対応する基 本出力Pつを出力する。
この基本出力値Pl、は、例えばニアコンディショナをオンにすると例えばアイ ドルスピードにおいて同様に内燃機関の失速を招くこともあるランダム負荷を吸 収するために計算される。I!2図のブロック図のブロック14に示されている ようにこの基本出力P、は、内燃機関のその都度の運転フェーズの関数である。
これに関して本発明では3つの基本フェーズに分類される。
すなわち始動、アイドリング、通常運転である。出力は、内燃機関冷却水温度、 この内燃機関の測定エンジン回転数N□始動フェーズにおける自動車始動からの 経過時間の関数でもある。
前述のように内燃機関流入空気量は、制御器I2により制御される電動機6によ り作動されるスロットルバルブ5により調整される。スロットルバルブ5の開度 Φ。は、ブロック13及び14のそれぞれからそれ特表千6−504603 ( 5) ぞれ供給される要求出力及び基本出力P6及びP、から制御器(ブロック15) により計算される。本発明の方法では制御器15によるスロットルバルブ5の開 度の制御は閉ループ制御で行われ、出力P、が、要求出力と基本出力との和pm +pbになるように駆動される内燃機関により供給される。第2図のブロック図 にはスロットルバルブ5の計算開度Φ6へ実際の開度Φをサーボ制御するための 第2の閉ループが示されている。
サーボ制御は電気的制御スロットルバルブにおいて公知である。
プロセッサが、入口圧力センサ7により供給される信号及び測定エンジン回転数 N、からプロセッサは内燃機関流入空気量の既知の関数として燃料噴射器8の開 放時間を計算する計算手段も有することは自明である。これらの手段は従来技術 であり詳細な説明は省く運転手が要求する出力P、をプロセッサが出力する過程 を詳細に説明するためにj[3図を用いる0例として第2図のブロック図のブロ ック13で実施されている制御規則の伝達関数がjI3図に示されている。この 例では伝達関数は略放物線の形状を有し、要求出力をアクセルペダル位置のみと の関連で表している0人間環境工学的理由から快適性及び汚染基準を考慮して、 アクセルペダル位置だけでなくエンジン回転数N、にも要求出力を関連づける複 雑な制御規則を用いることも可能である。この場合、第3図の曲線は、それぞれ の特定のエンジン回転数にそれぞれ対応する曲線の群により置換される0例えば 自動車の速度V1..とステップダウン比Rをさらに考慮してより複雑な規則を 用いることも可能である0例えば自動車の動きをなめらかにし加速フェーズで汚 染ガスの排出を減少するために要求出力の変化を制限する措置をとることも可能 である。
次に第4図を月いて、基本出力P、を定めるためにプロセッサにより実施される ストラテジを詳細に説明する。このストラテジを説明するに当たってまず初めに 内燃機関のその都度の運転フェーズすなわち通常運転フェーズ、アイドリング運 転フェーズ、自動車始動フェーズについて述べる。
本発明の1つの実施例では通常運転ではプロセッサは、初期の安定アイドリング 運転フェーズの間に観察されたエンジン出力の平均値を計算して出力pHをめる 。この平均値出力値は次式で表せる。
P、+(1/i)ΣPま ただしP m+は次数iの安定アイドリングフェーズの間の平均出力値である。
プロセッサにより再帰的に更新される平均出力値の次のようにも表せる。
百m++−++−Pb、+に−Ph+++++びJの安定アイドリング調整フェ ーズで定められた大域平均出力値であり、P b++−++は、次数j+1の安 定アイドリング調整フェーズの間に測定された瞬時の出力値である。
アイドリング調整フェーズは、エンジン回転数値が十分に長い所定の時間にわた り設定エンジン回転数値の回りの決められた領域内にある場合には安定している とされる0本発明の方法ではアイドリングフェーズの間の設定エンジン回転数値 Ncをいかにして決めるかを次に述べる。
前述のように本発明の制御方法はエンジン出力値P1の測定又は計算を必要とす る。これを行うためにプロセッサは、センサ7及び10にから供給される入口圧 力P、及びエンジン回転数値N、の信号を利用する。
有利には圧力P、は各上死点で測定される。
本発明ではエンジン出力値P、は積に−p、・N、(ただしkはエンジン固有の 定数)から簡単にめられる。この積は、厳密にはそうではないが内燃機関から供 給されるこの出力値Paの一次近似とみなして差し支えない、積に−p、・N1 の使用は、パラメータP。
は急速変化するがエンジン回転数N、は緩やかに変化する利点を有する。パラメ ータp、の動作は微分の動作に大まかにたとえることができる。このパラメータ p、の動作によりプロセッサはエンジン負荷の変動に非常に密接して追従するこ とができ、従って内燃機関が供給しなければならない出力を対応して修正するこ とができる。
内燃機関のアイドリングフェーズ又は始動フェーズで本発明の装置のプロセッサ により実施される基本出力値を計算するためのストラテジを詳細に説明するため に第4図の線図を再び用いる。これらのストラテジでは内燃機関の設定エンジン 回転数値N0がまず初めにめられる。アイドリングフェーズでこの設定エンジン 回転数値N6は従来通り内燃機関冷却水の温度TvmIarの関数である。始動 フェーズではさらにこの設定エンジン回転数値N6、自動車の始動からの経過時 間の関数でもある。両方の場合に設定エンジン回転数値はN、は作表されてプロ セッサ内の専用の記憶装置に記憶される。
設定エンジン回転数値Ncが前述のようにめられると基本出力値が、本発明の方 法により設定エンジン回転数Nやと測定エンジン回転数N、どの間の次の偏差を ダイナミック修正することにより計算される。
ΔN−N、−N。
このダイナミック修正はPIDタイプでであることもあり、この場合に基本出力 値は次の式で表すことができる。
p 、= K I−J A N + K p・ΔN+Ko・ΔNただしに+、K p、Koは冷却水の温度に依存する係数であり、試験台での内燃機関の測定によ り得られるこれにより、プロセッサ12に内蔵されている従来のハードウェア又 はソフトウェアPIDはこの基本出力値P5を送出する。
本発明の装置に所定の安定性及び所定のダイナミックレンジを与えるためにその 他のタイプのダイナミック修正を用いることも可能であることは自明である。
前述のようにすることによりアイドリングエンジン回転数値N6は、燃料消費及 び内燃機関の”クリーンさ”に有害であってもランダム過負荷の際に内燃機関が 少しでも失速するのを回避するために前述のように過剰に大きく設定されている 通常用いられる値より大幅に低い値に設定できる。
N5図のブロック図に示されているようにプロセッサはこの基本出力値P、と第 3図の制御規則により修正された運転手の要求出力値P、を加算し、これにより 全出力値P−Pゎ+P6をめる。この全出力値Pをプロセッサは前述のように計 算された出力値P1に内燃機関を駆動する。有利には出力値Pは、過渡フェーズ での出力値の変化率を制限する飽和器16で処理される。有利には偏差値、 ΔP−P−P。
は、例えばPIDタイプのダイナミック修正器17で修正される。スロットルバ ルブの設定開度Φ。は次の式で表せる。
Φ、 !K ’ 、・Δp + K ’ +・fΔP+に’ 。・ΔPただしT は測定及び計算のためのサンプリング期間であり、係数K ’ p、 K’ I 、 K’。は、前述のように係数Kp、に+、Kot同様に調整されている。
前述の内燃機関の出力値の閉ループ制御の方法は種々の利点を有する。閉ループ 制御により制御の“制御性“が改善されすなわち外乱に鈍感になり、(通過帯域 が広くなって)応答時間が短くなり、精度が高まり、偏差値に対応して計算が実 行されることが保証される。
その上、アクチュエータ、アクチュエータに内蔵される手段により位置調整され る電気制御スロットルバルブ5の使用によりダイナミックレンジが太き(なり、 応答時間が短縮される。
さらに、本発明の方法で使用される”出力”パラメータは内燃機関の状態を明確 に反映する。すなわちこの“出力”パラメータは、急速に変化するパラメータす なわち入口パラメータを緩やかに変化するパラメータすなわちエンジン回転数と 結合する。
本発明を1例示した図示の実施例に制限されないのは自明である0例えば通常運 転の際の基本出力をめるためにも、エンジン出力値を計算するためにも別の実施 例を選択することが可能である。これらの実施例は、入口圧力ではない変数例え ば流入空気量の流速などを使用することもある。
国際調査報告 。FT/e11゜つ/l’ll’Ncc凰−No PCT/EP  9210015Sフロントページの続き (72)発明者 ビダン、ビニール フランス国 F−31400ツールーズ レジダンス し メリジエール アヴ ニュマルセル ラング 43

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ルー プ制御方法において、運転手が要求する出力(Pd)が、この運転手により作動 されたアクセルペダルの位置から求められ、自動車を動かすために必要となるこ とが予測される出力以外に自動車により吸収される基本出力(Pb)も種々の自 動車運転フェーズで計算され、内燃機関への空気及び燃料の流入量が、内燃機関 が供給する出力値(Pm)を要求出力値(Pd)と基本出力値(Pb)の和にな るように駆動するように制御されることを特徴とする自動車を駆動ずる内燃機関 により供給される出力値を閉ループ制御する閉ループ制御方法。
  2. 2.自動車始動フェーズ又は内燃機関アイドリング運転フェーズで基本出力値( Pb)を、設定エンジン回転数値(Nc)と測定エンジン回転数値(Nm)との 間の偏差のダイナミック修正から求めることを特徴とする請求項1に記載の自動 車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方 法。
  3. 3.ダイナミック修正がPID修正であることを特徴とする請求項2に記載の自 動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御 方法。
  4. 4.設定エンジン回転数値(Nc)が内燃機関冷却水の温度(T°water) の関数であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の自動車を駆動する 内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方法。
  5. 5.始動フェーズでさらに設定エンジン回転数が、自動車の始動からの経過時間 の関数でもあることを特徴とする請求項4に記載の自動車を駆動する内燃機関に より供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方法。
  6. 6.設定エンジン回転数値(Nc)が、記憶装置に記憶されているテーブルから 求められることを特徴とする請求項2から請求項4のうちのいずれか1つの請求 項に記載の自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する 閉ループ制御方法。
  7. 7.内燃機関の通常運伝フェーズで複数の初期の内燃機関アイドリング運転フェ ーズの間のエンジン出力値の平均値が計算され、この平均値が基本出力値(Pb )として用いられることを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1 つの請求項に記載の自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ 制御する閉ループ制御方法。
  8. 8.平均値を計算するために安定アイドリングフェーズの間のエンジン出力値の みが考慮されることを特徴とする請求項7に記載の自動車を駆動する内燃機関に より供給される出力値を閉ループ制御する閉ループ制御方法。
  9. 9.内燃機関への流入空気の入口圧力(Pa)及びエンジン回転数値(Nm)が 測定され、エンジン出力値(Pm)がこの入口圧力とこのエンジン回転数値との 積から求められることを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1つ の請求項に記載の自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制 御する閉ループ制御方法。
  10. 10.入口圧力測定が内燃機関のピストンの上死点でサンプルされることを特徴 とする請求項9に記載の自動車を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ル ープ制御する閉ループ制御方法。
  11. 11.内燃機関への流入空気量のための制御信号(Φ)が、要求出力値(Pd) と基本出力値(Pb)の和(P)との和と計算出力値(Pm)との間の偏差のダ イナミック修正から求められることを特徴とする請求項1から請求項10のうち のいずれか1つの請求項に記載の自動車を駆動する内燃機関により供給される出 力を閉ループ制御する閉ループ制御方法。
  12. 12.要求出力値(Pd)と基本出力値(Pb)の偏差を計算するのに用いられ る和(P)が飽和されていることを特徴とする請求項11に記載の自動車を駆動 する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方法。
  13. 13.運転手により要求される出力値(Pd)の変化が制限されていることを特 徴とする請求項1から請求項12のうちのいずれか1つの請求項に記載の自動車 を駆動する内燃機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方法 。
  14. 14.アクセルペダル(1)と、このアクセルペダルの位置センサ(2)と、内 燃機関への流入空気量を調整する手段(5,6)と、内燃機関への流入空気の圧 力のセンサ(7)と、エンジン回転数値(Nm)のセンサ(10)を具備し、こ れらのセンサは、空気調整手段(5,6,)及び燃料噴射手段(8)へ制御信号 を形成して供給するプロセッサ(12)に信号を供給する自動車を駆動する内燃 機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方法を実施する装置 において、プロセッサが、自動車を動かすために必要と予測される出力以外に自 動車により吸収される基本出力(Pb)を内燃機関により駆動される自動車の種 々の運転フェーズで計算するための手段と、運転手により要求される出力(Pb )を計算するためにアクセルペダル(1)の位置センサ(2)により供給される 信号に応答する手段と、内燃機関により供給される出力(Pm)を計算するため に圧力センサ(7)及びエンジン回転数値センサ(10)により供給される信号 に応答する手段と、内燃機関により供給される出力値(Pm)を要求出力値と基 本出力値との和(Pb+Pb)になるように駆動するために空気調整手段(5, 6,)と燃料噴射手段(8)を制御する手段を具備することを特徴とする請求項 1から請求項13のうちのいずれか1つの請求項に記載の自動車を駆動する内燃 機関により供給される出力を閉ループ制御する閉ループ制御方法を実施する装置 。
  15. 15.内燃機関への流入空気量を調整する手段(5,6)が、プロセッサにより 制御される電動機(6)により作動されるスロットルバルブ(5)から成ること を特徴とする請求項14に記載の装置。
  16. 16.内燃機関への流入空気量を調整する手段が、内燃機関の吸気ダクトの機械 的スロットルバルを収容する部分から分岐するダクトの中に配置されプロセッサ に制御される付加的バルブから成ることを特徴とする請求項14に記載の装置。
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