JPH102247A - 内燃機関の設定要素の制御方法および装置 - Google Patents
内燃機関の設定要素の制御方法および装置Info
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Abstract
る内燃機関の設定要素における位置制御の制御特性を改
善する。 【解決手段】 電子式制御ユニット10が位置制御器5
2を含み、該位置制御器が設定要素36の設定値および
実際値の関数として操作信号を発生する。該操作信号が
設定要素の電動機(サーボモータ)34を操作する。設
定要素において位置範囲に応じて電動機34に与えられ
るモーメントがその符号を変化する。設定要素がこのモ
ーメント反転点の範囲内で運動するとき、操作信号が、
できるだけステップ状に電流を変化させるように変化さ
れる。
Description
の制御方法および装置に関するものである。
国特許第4947815号)から内燃機関の絞り弁のた
めの設定要素が既知であり、この設定要素はとくに位置
制御の範囲内においてドライバのペダル操作により導か
れたドライバの希望に基づきサーボモータを介して電気
的に調整される。この場合設定要素は、サーボモータに
電流が流れていないとき、相互に反対方向に作用するば
ねにより所定の位置をとるような特性を有している。設
定要素のこの中立位置すなわち非常用隙間位置により、
サーボモータに電流が流れていないとき設定要素と結合
されている絞り弁が完全に閉まることはなく、内燃機関
は少なくともアイドリング運転でさらに運転を続けるこ
とが確実にできる。この中立位置においては、サーボモ
ータに作用するモーメントは、変化の結果として発生す
るばねモーメントのためにステップ状に変化し、かつそ
の符号が変化するという欠点がある。この場合ばねモー
メントは、中立位置の下側では絞り弁を開く方向に働
き、中立位置の上側では絞り弁を閉じるように働く(図
5参照)。設定要素のこの挙動により位置制御は著しく
困難となり、好ましくない調整挙動が形成され、とくに
調整時間が延長されることになる。
制御範囲内においてステップモータを用いて操作される
この種の設定要素に対し、中立位置を超えた運動中に、
操作信号の形成に使用されるステップカウンタの状態を
設定要素の運動を直線化するように補正することが既知
である。
とする中立位置を有する、内燃機関の設定要素における
位置調整の調整挙動を改善する方法及び手段を提供する
ことが本発明の課題である。
め、本発明の内燃機関の設定要素の制御方法において
は、電動機を介して設定要素が操作され、前記設定要素
において前記電動機に与えられるモーメントが位置範囲
に応じてその符号を変化し、位置制御の範囲内において
電動機内を流れる電流を制御する電動機のための操作信
号が発生される。そして、本発明の方法は、モーメント
反転範囲において、前記操作信号が、できるだけステッ
プ状に電流を変化させるように変化されることを特徴と
する。
関の設定要素の制御装置は、電子式制御ユニットを備
え、当該電子式制御ユニットが位置制御器を含み、前記
位置制御器が設定要素の設定値および実際値の関数とし
て操作信号を発生し、前記操作信号が前記設定要素のサ
ーボモータを操作し、前記設定要素において位置範囲に
応じて電動機に与えられるモーメントがその符号を変化
する。そして、本発明の制御装置においては、前記設定
要素がこのモーメント反転点の範囲内で運動するとき、
前記操作信号ができるだけステップ状に電流を変化させ
るように変化されることを特徴とする。
態により詳細に説明する。
電子式制御ユニット10にはドライバにより操作される
操作要素16の位置を測定するための測定要素14から
入力ライン12が供給されている。さらに制御ユニット
10には、内燃機関および/または車両のその他の運転
変数を測定するための測定装置22ないし24から入力
ライン18ないし20が供給されている。この種の運転
変数はたとえば、内燃機関への空気供給量に対する値、
内燃機関の回転速度、内燃機関の温度等である。制御ユ
ニット10の出力ライン26は最終段28好ましくはフ
ルブリッジ最終段に通じている。最終段28にはライン
30および32を介して設定要素36の電動機34好ま
しくは直流モータが接続されている。設定要素36は内
燃機関の吸気系統38内に設けられた絞り弁40を調節
する働きをなし、絞り弁40は機械式結合部42を介し
て電動機34と結合されている。設定要素36はさらに
少なくとも2つのばね44および46を含み、2つのば
ね44および46は設定要素36を所定の中立位置に設
定するために相互に反対方向に作用する力F1およびF
2を発生する。
ーメント特性を有している。図5では、サーボモータ3
4に作用するモーメントMが設定要素36(絞り弁4
0)の位置αに対して目盛られている。設定要素36は
位置0(完全に閉じた絞り弁)から最大位置max(完
全に開いた絞り弁)まで調節可能である。位置0から中
立位置αNLPまでの位置範囲においてはばね44が絞り
弁40を開く方向に作用する。したがって、電動機34
に与えられる開放モーメントはこの範囲においては正で
ある。中立位置αNLPと最大位置maxとの間において
はばね46の力が設定要素36を絞り弁40の閉鎖位置
に戻す方向に作用する。したがって、この範囲において
は設定要素36に与えられるモーメントは負である。
ニット10は少なくとも1つのマイクロコンピュータか
ら構成され、マイクロコンピュータ内にプログラム部分
が導入され、プログラム部分は操作要素の操作度から導
かれたドライバの希望の関数として設定要素36を調整
する。さらに目標値形成器48が設けられ、目標値形成
器48にはライン12を介して操作要素の操作信号が供
給され、ならびにライン18ないし20を介して選択さ
れた運転変数が供給される。目標値形成器48の出力ラ
イン50は位置制御器52に通じ、位置制御器52には
ライン18ないし20の少なくとも1つから分岐された
少なくとも1つのライン54が供給され、したがって設
定要素36の位置に対する尺度が供給される。位置制御
器52の出力ラインは制御ユニット10の出力ライン2
6である。
4は操作要素16(加速ペダル)の操作度を測定する。
この操作度は目標値形成器48に供給される。さらに目
標値形成器48には、測定装置22ないし24からエン
ジン温度、エンジン回転速度、ギヤ段位置、排気ガス組
成、空気流量等の運転変数が供給される。目標値形成器
48は、所定の特性曲線、特性曲線群、表に基づきまた
は回転モーメント(トルク)制御回路あるいは出力制御
回路の範囲内で設定要素36に対する目標設定値αSOLL
を形成する。この目標設定値αSOLLはライン50を介し
て位置制御器52に供給される。位置制御器52は、目
標設定値αSOLLと、位置伝送器により測定されかつライ
ン54を介して供給される設定要素36の実際位置α
ISTとの間の差を形成する。このとき、位置制御器52
はこの差に基づき所定の制御方式に従って出力信号を形
成する。この場合、位置制御器52は少なくとも1つの
積分部分を含み、好ましい実施形態においてはさらに比
例部分および微分部分を含む。位置制御器52は設定要
素36を所定の目標値に調節する方向にその出力信号を
形成する。この場合好ましい実施形態においては、最終
段回路28のための操作信号はパルス幅変調信号であ
り、該パルス幅変調信号の可変デューティ・ファクタは
電動機34内を流れる平均電流、したがって設定要素3
6の駆動モーメントを表している。他の有利な実施形態
においては、操作信号値は、電流値、電圧値、パルス長
さ、あるいは2つのパルス間の休止時間であってもよ
い。
モーメント反転点の範囲内の調整挙動を改善するため
に、設定要素36が運動するとき常に位置の実際値がチ
ェックされる。設定要素36がモーメント反転点を超え
て運動した場合、サーボモータ34の駆動モーメントな
いしモータ電流がほぼステップ状に変化される。電動機
34の誘導性インダクタンスのために正確なステップ状
変化は可能ではない。このステップ状変化の量は、駆動
モーメントのこのとき発生する変化がモーメント反転点
において発生するばねモーメントのステップ状変化をほ
ぼ補償するように選択される。好ましい実施形態におい
ては、電流変化は、位置制御器52の積分部分が規定さ
れた所定量だけ変化されることにより、または最終段2
8を操作するデューティ・ファクタがステップ状に変化
されることにより得られる。この場合、この所定量は中
立位置を超えたときにのみ積分部分ないし操作信号値に
与えられ、常には保持されない。設定要素36に対する
設定目標値がモーメント反転点にきわめて近い位置に存
在する場合、本発明の解決策により常に電流を変化させ
て不安定状態を形成することができる。本発明による補
償は設定目標値がモーメント反転点のきわめて近い範囲
内に存在していないときにのみ使用されるので、モーメ
ント反転点付近での設定は有効に回避される。そこで、
設定要素36のモーメント反転点(中立位置)はある程
度公差を有しているので、精度を高めるために、モーメ
ント反転点の位置は電子式制御ユニットにより設定要素
36に電流が流れていないときに学習により決定され
る。
われる。この措置をコンピュータプログラムとして実行
する好ましい実施形態が図2および3の流れ図により示
されている。
に(たとえば数ミリ秒の間隔で)スタートした後、第1
のステップ100において、計算された設定目標値α
SOLLならびに設定要素36の測定された位置の実際値α
ISTが読み込まれる。それに続くステップ102におい
て、設定要素36がモーメント反転点の範囲内に存在す
るか否かが検査される。これは、好ましい実施形態にお
いては、測定された位置の実際値αISTがモーメント反
転点に対して記憶されている位置の値αNLPの周りに形
成された公差Δ1と比較されることにより行われる。位
置の実際値αISTが公差Δ1範囲内に存在する場合、
「肯定」の回答が形成され、他の場合「否定」の回答が
形成される。回答が「否定」の場合、ステップ104に
より、目標設定値αSOLLと実際位置αISTとの差dαが
形成され、それに続くステップ106において、使用さ
れる制御式により制御偏差dαに基づいて操作信号値τ
が形成される。ステップ106の後プログラム部分は終
了され、所定の時間に反復される。
範囲内に存在することをステップ102が示した場合、
ステップ108により、設定目標値αSOLLに対してもこ
のことが適用されるか否かが検査される。モーメント反
転点の付近のこの場合に比較される複数の範囲(Δ1お
よびΔ2)は好ましい実施形態においては個々に異なっ
ているが、この比較範囲は同じであってもよい。設定目
標値αSOLLがモーメント反転点の範囲内に存在する場
合、ステップ104から制御が継続され、設定目標値が
モーメント反転点の範囲内に存在しない場合、ステップ
110により、前のプログラムランにおいて制御機能に
基づき形成された操作信号値τが所定の値τ0だけ増加
される。変化した後、操作信号値は再び位置制御器52
により形成される(ステップ106)。
110において、操作信号値の代わりに、定常状態にお
いてこの操作信号値を形成する位置制御器52の積分部
分Iがそれに応じて変化される。ステップ110の後プ
ログラム部分は終了され、所定の時間経過後反復され
る。
ント反転点を超えて運動するとき設定要素36の駆動モ
ーメントを目的どおりに増大させることができ、これに
より設定要素36のモーメント反転点を超えた運動は実
質的に線形となる。したがって、本発明による解決策は
制御器に関して予備制御を示している。
しI0は固定値で与えられている。他の有利な実施形態
においては、この値は運転変数の関数として、たとえば
内燃機関または設定要素の温度の関数として与えられて
いる。
る値αNLPを決定するためのプログラム部分が図3に与
えられている。このプログラム部分もまた、少なくとも
後走または惰行運転のような所定の運転状態において所
定の時点に開始される。第1のステップ200におい
て、設定要素36に電流が流れていない状態が存在する
か否か、すなわち設定要素36のサーボモータ34内に
電流が流れていないか否かが検査される。電流が流れて
いる場合プログラム部分は終了され、一方電流が流れて
いない場合ステップ202によりこの状態において測定
された実際値αIS Tが(所与の遅れ時間が経過した後)
読み込まれ、ステップ204により記憶されているモー
メント反転点αNLPが測定された実際値αISTに置き換え
られる。ステップ204の後プログラム部分は終了され
る。
線図に示されている。この図4で、(A)は設定要素3
6の位置の時間線図を示し、一方(B)にはサーボモー
タ34内を流れる電流の時間線図が示されている。この
場合、実線は本発明による制御を使用したときの状況を
示し、一方破線で示した曲線は本発明による制御を使用
しないときの状況を示している。絞り弁40がモーメン
ト反転点αNLPの下側の範囲内(α0)に存在する状態か
ら出発するものとする。加速ペダルを操作することによ
り、ドライバはモーメント反転点の上側に存在する位置
の値(α1)を与えたとする。それで、制御機能によ
り、開放しようとするばねモーメントのために負の電流
が僅かに上昇される。時点T0において設定要素36が
モーメント反転点に存在したとする。この結果、本発明
の制御により位置制御器52の積分部分または操作信号
値の対応する制御のため電流のステップ状変化が行われ
る。その後電流は制御の範囲内で変化され、最終的に目
標値に到達すると、電流は閉鎖しようとするばねモーメ
ントによる正の保持電流に低下される。本発明による制
御が使用されなかった場合、時点T0において電流の変
化が与えられず、電流はむしろ位置制御の範囲内で変化
される。図4の(A)に示すように、これは設定要素3
6の設定遅れとして現れ、したがって十分な制御特性を
与えることができない。
いるので以下の効果を奏する。
とくに被制御部材(設定要素)の挙動は線形化される。
設定要素の中立位置を超える運動における調節時間の延
長は有効に回避される。
が設定要素の中立位置にきわめて近い付近で調整される
ときは使用されないことがとくに有利である。これによ
り不安定状態が回避される。
た変化が中立位置により発生するモーメント変化をほぼ
補償することはとくに有利である。
の値を制御ユニットが学習することによって本発明によ
る解決策の精度が向上されることはとくに有利である。
ロック回路図である。
ラムの流れ図である。
ログラムの流れ図である。
あり、(A)は設定要素の位置の時間線図を、(B)は
サーボモータ内を流れる電流の時間線図をそれぞれ示
す。
の線図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 電動機を介して設定要素が操作され、前
記設定要素において前記電動機に与えられるモーメント
が位置範囲に応じてその符号を変化し、位置制御の範囲
内において電動機内を流れる電流を制御する電動機のた
めの操作信号が発生される内燃機関の設定要素の制御方
法において、 モーメント反転範囲において、前記操作信号が、できる
だけステップ状に電流を変化させるように変化されるこ
とを特徴とする内燃機関の設定要素の制御方法。 - 【請求項2】 反転点において発生する、前記設定要素
により与えられるモーメントのステップ状変化がほぼ補
償されるように電流の変化が形成されることを特徴とす
る請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 電流のステップ状変化が操作信号値のス
テップ状変化により達成されることを特徴とする請求項
1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 位置制御器により計算される操作信号値
が好ましくは運転変数の関数である所定値により調節さ
れることを特徴とする請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 位置制御器が少なくとも1つの積分部分
を有し、電流のステップ状変化を形成するために前記積
分部分が調節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。 - 【請求項6】 前記積分部分が好ましくは運転変数の関
数である所定値により調節されることを特徴とする請求
項5記載の方法。 - 【請求項7】 前記設定要素がモーメント反転点付近の
所定の範囲内に存在し、且つ位置制御の設定目標値が同
様にモーメント反転点付近の所定の範囲内に存在すると
き、ステップ状変化が行われない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。 - 【請求項8】 モーメント反転点に割り当てられる位置
がサーボモータに電流が流れていないことにより検出さ
れかつ記憶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。 - 【請求項9】 電子式制御ユニットが位置制御器を含
み、前記位置制御器が設定要素の設定値および実際値の
関数として操作信号を発生し、前記操作信号が前記設定
要素のサーボモータを操作し、前記設定要素において位
置範囲に応じて電動機に与えられるモーメントがその符
号を変化する、前記電子式制御ユニットを備えた内燃機
関の設定要素の制御装置において、 前記設定要素がこのモーメント反転点の範囲内で運動す
るとき、前記操作信号が、できるだけステップ状に電流
を変化させるように変化されることを特徴とする内燃機
関の設定要素の制御装置。
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