KR100326501B1

KR100326501B1 - 내연기관의공회전속도를제어하기위한방법및장치

Info

Publication number: KR100326501B1
Application number: KR1019960700117A
Authority: KR
Inventors: 파트리스 쎄르프; 쟝-미첼 르 켈레크; 베르나르 데마야
Original assignee: 지멘스 오토모티브 에스.아.
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 2002-10-12
Also published as: JPH08512378A; DE69411011D1; DE69411011T2; FR2707347B1; EP0707684A1; US5642707A; WO1995002121A1; ES2118426T3; EP0707684B1; JP3737106B2; FR2707347A1

Abstract

본 발명의 장치는 세트포인트 속도(N) 및 작동속도(E')간의 에러(E = Nc - N)의 함수로서 그리고 이 에러의 시간함수(E')로서 추가공기 제어밸브(13)의 개방을 교정함으로써 작동한다. 이러한 교정은 밸브(3)의 공칭 개방의 교정없이 세트포인트 속력(Nc)이 복구되게 하는 엔진의 상태에 상응하는 특정값의 쌍(E, E')에 의해서 한정되는 엔진의 작동상태(E, E')와 엔진의 이상상태의 궤적간의 편차의 함수이다. 이 장치는 에러와 제어기(19, 19')에 대한 편차를 나타내는 신호를 출력하기 위한 수단(16,17,18)을 포함하며, DL제어기의 출력(u1, u2)은 앞서 설명한 편차의 함수로서 밸브(13)의 개방의 공칭제어를 수정하기 위한 신호(u)를 출력하는 수단(20, 20', 24)에 의해서 직선형으로 조합된다.

Description

내연 기관의 공회전 속도를 제어하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 감속 상태중에 내연 기관의 속도를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 세트-포인트 속도와 실제 속도간의 편차 함수로써 내연 기관의 엔진 속도에 영향을 미치는 액츄에이터의 제어를 수정하여 작동하는 방식의 방법 및 장치에 관한 것이다.

내연 기관 특히, 자동차를 구동시키는 내연 기관은 가변 속도로 회전하고, 특히 감속 상태중에는 종종 그 속도를 제어하거나 또는 조절하는 것이 어렵다. 일반적으로 운전자가 엑셀레이터에서 발을 들어올릴 때 감속 상태가 시작된다. 이러한 감속 상태 중에 속도를 제어하는 목적은 이 속도를 세트-포인트 속도로 복귀시키는 것, 잠재적인 외란(外亂)에도 불구하고 이 속도를 세트-포인트 속도 주변으로 조정하는 것과, 그리고 맞물려 있는 기어박스 비율로 차량이 주행하는 "종동" 감속 상태 또는 엔진의 스타트-업 상태와 같은 다양한 과도 상태를 통과하는 것을 보장하기 위한 것이다.

이러한 상황에서, 지속시에는 엔진의 안전성을 보장하는 것과 엔진의 성능을 모델링하는 것이 어렵다고 알려져 있기 때문에, 속도를 제어하는 것은 매우 난이하다. 더욱이 감속 상태 개시를 위한 조건은, 예를 들어 엑셀레이터 페달 상에서의 운전자의 행동, 엔진 냉각제 온도,공기 온도, 그리고 전기장치(라이트, 송풍기) 또는 기계장치(에어콘, 파워 스티어링)와의 맞물림으로 인한 임의적인 외란이 잠재적으로 존재한다는 견지에서 상당히 변할 수 있다. 속도 제어는 또한 운전자의 편의(소음 레벨, 진동, 급충격)와 관련된 다른 규제 및 엔진의 배기 가스에 의한 환경 오염과 관련된 기준을 고려해야 한다.

지금까지는, 감속증인 엔진의 속도 제어를 보장하기 위해서 "관리" PID 방식의 제어기를 구비한 폐회로 제어 장치가 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 방식의 장치는 예를 들어 독일 변방 공화국 특허 제 4 215 959호에 공개되어 있는데, 여기에서는 제어기의 P, I 및 D 항목을 조정하기 위해서 퍼지 이론을 이용한다. 하지만, 이것에는 제어기를 여러 방식의 엔진에 적용하도록 하는데 많은 시간이 소요되는 지루한 튜닝이 요구된다. 또한 이러한 PID 조정에 있어 엔진의 노화 또는 엔진의 제조 공차는 "관리" PID 제어기의 작동에 바람직하지 못한 영향을 미칠수 있기 때문에, 이러한 PID 조정은 "견실성(robustness)"의 관점에서 완전하게 만족스럽지는 않다는 점과, 그리고 엔진의 작동의 어느 한도의 양상만을 고려한다는 점에서 바람직하지 못하다. 퍼지 이론에 의해서 정형화되는 실험 결과에 기초하여 연역적으로 보다 큰 확실성 및 유연성을 가질 것 같은 내연 기관의 감속을 제어하기 위한 다른 방법이 미합중국 Society of Automotive Engineers에서 발행한 서류 제 900594호에 공개되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 이 방법을 수행할 목적으로 사용되는 컴퓨터 메모리에 있어서 많은 공간을 차지하고, 또한 긴 연산 시간을 의미하기도 하는 복잡한 연산자 및 테이블의 사용을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 모든 감속 상태에서 견실성, 외란에 대한 저항성, 조정의 용이성 및 엔진에 의해서 추진되는 차량 주행의 편의성의 4가지 관점에서 모두 만족스러운, 감속 중인 내연 기관의 속도를 제어하기 위한 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하려는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들과 다음에 설명하는 발명의 상세한 설명으로부터 명확하게 파악되는 본 발명의 다른 목적들은, 세트-포인트 속도(N_c)와 실제 속도(N)간의 오차(E = N_c- N)의 함수로서 내연 기관의 감속 속도에 영향을 미치는 액츄에이터의 제어를 수정함으로써 내연 기관의 감속 속도(N)를 제어하기 위한 방법에 의하여 달성된다. 이 방법은 액츄에이터의 제어를 수정하지 않고 실제 속도(N)를 단조롭고 신속하며 원활하게 변화시킴으로 세트-포인트 속도(N_c)로 복귀되도록 하는 엔진의 상태에 상응하는 오차(E) 및 그 시간 미분치(E')의 쌍에 의해서 정의되는 엔진의 이상 상태(ideal state)의 궤적을 형성하는 점과, 그리고 엔진의 실제 상태(E, E')와 엔진의 이상 상태의 궤적간의 편차의 함수로서 액츄에이터의 제어를 수정하는 점에서 뛰어나다.

아래에 설명하는 바와 같이, 본 발명에 따라 엔진의 "이상"상태의 궤적 형성에 의하여 엔진 감속 제어가 최적화되고 단순화된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 특징은, 액츄에이터의 제어를 위한 수정치(u)가 각각 오차(E) 및 오차의 미분치(E')로 구성되는 2개의 입력값을 사용하여 테이블로부터 찾아진다는 것이다. 이 테이블에는 액츄에이터 제어의 수정치(u)를 위한특정값이 포함되어 있는데, 각 특정값은 한 쌍의 오차(E) 및 오차의 미분치(E')의 특정값과 관련되어 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형으로서, 상기 테이블(제 1테이블) 및 제 2테이블로부터 각각 취하여지는 부분 수정치의 선형 조합으로부터 액츄에이터 제어의 수정치(△u)가 유도되는데, 상기 제 2테이블은 오차의 미분치(E')의 특정값과 이 테이블로부터 결정되는 부분 수정치의 특정값을 상응시킨다. 따라서, 상기 선형 조합의 계수들을 수정함으로써 엔진의 감속 속도가 다양한 엔진의 작동 조건에 적응하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 이러한 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 a) 엔진의 실제 속도(N)를 센싱하는 센서에 의하여 출력된 신호와 그리고 사전 설정된 세트-포인트 감속 속도(N_c)를 나타내는 신호로부터 유도되는, 속도 오차(E)를 나타내는 제 1신호 및 이 오차의 미분치(E')를 나타내는 제 2신호를 출력하기 위한 수단과, b) 이들 상기 제 1 및 제 2 신호를 공급받고 제 1 및 제 2신호로부터 액츄에이터 제어를 위한 수정치(△u)의 신호를 도출시키는 제어기, 그리고 이러한 신호에 의해서 알려진 엔진의 실제 상태(E, E')와 엔진의 이상 상태 궤적 간의 편차의 함수인 액츄에이터의 제어를 위한 수정치(u)의 특정값을 저장하기 위한 수단을 포함하고 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 발명의 상세한 설명으로부터 명확하게 파악된다.

도 1은 본 발명의 수행에 필요한 전자적 제어수단이 구비된 엔진의 개략도이다.

도 2a 내지 도 2b는 분 발명에 따른 방법을 설명하는데 유용한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치의 바람직한 실시예의 다이아그램이다.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 수정 테이블이다.

도 8은 급가속 후의 감속 상태의 개시 예에서 시간 경과에 따른 속도변화와, 속도 오차 및 이 오차의 미분치를 도시한 그래프이다.

도 9는 도 8의 그래프에 의해서 도시된 상황에서 감속 속도의 조정을 보장하기 위하여 본 발명에 다른 방법에 사용되는 수정 테이블이다.

도 10은 완만한 감속을 포함한 감속 상태의 개시 예에서 시간 경과에 따른 속도변화, 속도 오차 및 이 오차의 미분치를 도시한 그래프이다.

도 11 및 도 12는 도 10의 그래프에 도시된 상황에서 감속 속도의 조정을 보장하기 위하여 본 발명에 따른 방법에 사용되는 수정 테이블이다.

도 1에는, 센서, 액츄에이터들, 그리고 이들 액츄에이터를 제어하기 위한 전자적 수단의 표준 환경에서 차량을 구동시키는 내연 기관의 실린더(1)가 도시되어 있다. 따라서, 컴퓨터(2)에는 예를 들면 엔진의 출력 축(5)상에 장착된 기어 휠(4)과 결합되고 예를 들어 가변 저항을 구비한 센서(3)가 제공되는데, 이는 컴퓨터(2)에 엔진의 회진수(또는 속도)를 나타내는 신호를 보낸다. 그리고 엔진의 흡기 매니폴드(manifold)의 안쪽에 장착된 압력센서(6)는 엔진에 도입되는 공기의 압력을 나타내는 신호를 컴퓨터(2)에 공급한다. 엔진 냉매 온도센서, 공기 온도센서 또는 엔진의 배기가스에 위치한 산소 탐침(10)으로부터 발생되는 다른 신호(8, 9)등은 표준 방식으로 컴퓨터에 전송될 수 있다.

이 컴퓨터(2)에는 연료 주입기(11), 스파크 플러그 점화 회로(12), 또는 흡기 매니플드(7)를 통해서 엔진 내에 유입되는 공기의 양을 제어하기 위하여 주 스로틀 밸브(15)를 우회하는 도관(14)상에 위치하는 추가 공기 제어밸브(13)와 같은 액츄에이터를 제어하기 위해서 신호를 생성하고 전송하는데 필요한 하드웨어와 소프트웨어가 구비되어 있다.

본 발명에 따른 제어 방법은 상기 밸브(13)의 개방에 대한 작용을 통한 엔진 제어의 견지에서 설명되지만, 본 발명이 이러한 설명예에만 제한되는 것은 아니다. 즉, 연료 인젝터의 개방 시기에 대한 작용을 통해서, 또는 모터에 의해 전기적으로 구동되는 스로틀 밸브의 작용을 통하여, 또는 이러한 여러 액츄에이터에서의 작용의 조합을 통해서 동일한 제어 방법이 모델링될 수 있다는 점은 당업자에게 명백할 것이다.

도 2a의 그래프에는, 감속상태가 개시되는 경우의 엔진의 실제 속도(N)의 표준 변화가 도시되어 있다. 통상적으로, 이러한 개시는 다음의 조건들이 조합되는 순간에 발생한다.

- 일면으로는, 운전자가 엑셀레이터에 놓인 발을 들어올리면, 이 상황은 가속 페달(도시되지 않음)이 상부 위치에 도달하는 것을 감지하는 센서(도시되지 않음)에 의해서 컴퓨터(2)에 알려진다.

- 엔진의 실제 속도(N)가 "감속 한계"로 명명된 소정의 한계치 아래로 떨어진다.

- 관찰될 수 있는 다른 상태와 마찬가지로 이 조건만이 가능하더라도 차량이 움직인다.

도 2a에 도시된 엑셀레에터 페달의 작동의 시간적 선도(P)에서, 예를 들면 운전자는 t₁시점에서 페달을 누르고 t₂시점("발을 들어올린"위치)에는 페달에서 발을 뗀다.

t₁시점에서 개시되는 가속은 엔진 속도(N)의 증가에 의해서 입증되고, t₂시점 후에 "발을 들어올리는" 것으로 인한 속도의 감소가 이어진다. 예를 들어 N_s= 1700 rpm의 고정된 감속 한계를 가질 경우, 앞서 언급한 조건하에서 감속 상태의 개시가 t₃시점에서 나타나는 것이 관찰된다. 이 순간 이후에, 엔진의 상태는 본 발명에 따라서 속도 오차(E) 및 이 오차의 시간 미분치(E')에 의해서 정의된다. 여기에서, E = N_c- N 이며, N_c는 세트-포인트 감속 속도이다.

"소음" 현상을 방지하기 위해서, 상기 미분치는 예를 들어 다음과 같은 방식의 1차 재귀 필터(recursive filter)에 의해 필터링된 값으로 교체될수있다.

따라서, 엔진의 실제 속도(N)가 점진적으로 세트-포인트 속도(Nc)로 수렴하는 동안, 엔진은 (E₁, E'₁), (E₂, E'₂), (E₃, E'₃) 등의 상태들을 연속적으로 지난다.

본 발명에 따른 제어 방법의 근본적인 특징으로서, 예컨대 테스트 벤치(test bench)상의 측정에 의해서 다수의 엔진 상태가 형성된다. 여기에서 운전자가 "발을 들어올림"으로 스로틀 밸브(15)가 폐쇄되어 있는 경우, 보다 편안한 운전을 제공하기 위하여 감속 조정 상태 동안에 추가 공기 밸브(13) 개도의 공칭 제어에 대하여 어떠한 수정도 가하지 않고 오차(E) 및 이것의 미분치(E') 값은 엔진 속도가 단조롭고 신속하며 원활하게 변화하여 세트-포인트 속도(Nc)로 회복될 수 있도록 하는 상호 관계를 가지게 된다.

이렇게 찾아진 값(E, E')의 쌍은 좌표 시스템(E, E')에 그려진다. 이렇게 얻은 그래프는 도 2b에 도시된 형태를 취한다. 본 발명에 따르면, 이상적인 감속 상태에서의 엔진의 "이상" 상태는 안락한 운전을 위한 최적 상태하에서 세트-포인트 속도(예를 들어, Nc =700rpm)로 복귀하는 것을 보장하기 위해서 어떠한 조정 작용도 필요로 하지 않기 때문에, 이 그래프는 이상적인 감속 상태에 있는 엔진의 "이상" 상태의 "궤적"으로 정의된다.

따라서, 만약 감속 조정 상태에 있는 엔진의 상태가 상기 궤적을 일정하게 따른다면, 세트-포인트 속도로의 최적의 복귀가 보장되기 때문에 추가 공기 밸브(13)의 제어에 대하여 어떠한 수정도 가해지지 않는다.

이와는 반대로, 만약 주어진 시점에서 컴퓨터가 엔진의 실제 상태(E, E')와 상기 궤적에 가장 가까운 점 사이에서 편차를 발견한다면, 컴퓨터는 이 상태를 가능한한 신속하고 원활하게 이상 궤적 쪽으로 복귀시키도록 이 편차의 크기 만큼 강한 추가 공기 밸브(13)의 제어에 대한 수정을 가하도록한다.

따라서, 엔진의 실제 속도(E, E')가 상기 위치 보다 위에 있다면, 컴퓨터는 상기 밸브의 개방도를 증가시켜서 도입되는 공기의 양을 증가시키는 명령을 밸브에 전송하며, 이 명령은 다시 컴퓨터에 의하여 주입되는 연료 양의 상호 관련된 증가를 명령하고, 그 결과 엔진을 이상 궤적에 보다 가깝게 가져가기 위해서 엔진에 의하여 생성되는 토오크가 증가하고, 따라서 엔진속도 감소가 보다 느려지게 된다. 궤적(도 2b)으로부터 엔진의 실제 상태(E, E')의 이격된 거리(d)가 큰 만큼 수정 진폭도 크다.

이와는 반대로, 엔진의 실제 속도(E, E')가 상기 이상적인 위치 아래에 위치한다면, 컴퓨터는 밸브(13) 개도의 감소를 명령한다.

이러한 제어 원리는 본 발명에 따른 방법의 간단하고 적응성 있는 구현을 가능케하는 도 4에 도시된 것과 같이 테이블로 정형화 될 수 있다. 이러한 테이블을 구성하기 위해서, 각각 (NTG-PM) 및 (PTG-NM)으로 라벨이 붙여진 속도 오차(E)와 이 오차의 미분치(E')의 변화 범위 내에서 특정 포인트를 선택한다. 이러한 포인트는 이 범위 내에서 선택적으로 분포되고 테이블의 2개의 입력으로 구성된다. 예를 들어 앞서 설명한 원리에 따라, 감속상태에서 엔진의 제어를 최적화하기 위하여 테스트 벤치에서 확인된 상응하는 수정치는 각 쌍의 특정값(E, E')의 교차점에 들어간다. 이러한 수정치는 퍼지 이론에서 사용되는 용어와의 유사성을 통하여 기호 NTG - PTG로 라벨이 붙여지고 정량화된다. 따라서, 상기 테이블에 입력(E, E') 및, 테이블로부터 유도되는 제어를 위한 수정치(Δu)용으로 사용되는 기호들은 다음과 같이 명시되는 특정값을 정량화한다.

PTG : 양의 매우 큰 값(+)

PG : 양의 큰 값(+)

PM : 양의 증가 값(+)

PP : 양의 작은 값(+)

ZE : 영 (0)

NP : 음의 작은 값(-)

NM : 음의 중간 값(-)

NG : 음의 큰 값(-)

NTG : 음의 매우 큰 값(-)

이러한 각각의 기호와 관련된 실제값은 각각의 입력 변수(E, E') 및 출력 변수(Δu)에 대하여 서로 다른 값을 가진다는 점은 명백하다. 이러한 값들 중에서, Δu는 테이블에 기재된 특정값들 사이의 보간(interpolation)으로 계산된다.

도 4의 테이블에서, 제어의 무수정(Null Correction), 즉 수정치가 영인 경우를 정의하는 "ZE"인 경우의 대각선 열이 주목된다. 상기 경우의 열들이 앞서 정의한 "이상" 상태에 상응하며, 그리고 도 2b의 궤적의 이미지가 상기 테이블에서 직선으로 구성되며, 이 직선을 따라 이들 케이스가 정렬된다는 점은 명백하다.

앞서 언급한 원리에 따르면, 인가되는 수정치가 이 직선의 위에서는 양의 값을, 밑에서는 음의 값을 가지며, 그리고 이 수정치는 특정한 경우가 상기 경우(ZE)의 직선으로부터 이격된 거리에 비례한다는 사실이 주목된다.

본 발명은 앞서 설명한 제어 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하며 이것의바람직한 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 이와 같은 장치는 이러한 목적에 필요한 하드웨어, 소프트웨어, 메모리, 마이크로 프로세서, 프로그램 등이 구비되어 있는 컴퓨터(2)에 일체로 통합되어 있다. 이 장치는 속도 오차(E = Nc -N)를 형성하기 위한 수단(16)과, 예컨대 주행시에 실린더(1)의 피스톤의 상사점에서 이러한 오차를 샘플링하기 위한 수단(17)과, 그리고 시간 미분치 또는 오차를 계산하며 오차(E)와 그 미분치(E')를 나타내는 신호를 "제어기"(19)에 공급하기 위한 수단(18)을 포함한다.

E와 E'의 실제치 또는 통상치 및 그리고 도 4의 테이블로부터, 제어기(19)가 추가 공기 밸브(13)의 공칭 제어(22)의 수정치(Δu₁)를 출력하는데, 이것은 게인(G₁)을 구비한 증폭기(20)에 의해 증폭될 수 있고 그리고 이것에는 적분기(21)에 의해서 생성된 요소가 첨가될 수 있다. 예컨대 파워 스티어링 장치가 작동되는 경우처럼, 엔진에 연속적이거나 느리게 변화하는 부하가 인가됨으로 인하여 공칭 제어가 더 이상 적합하지 않을 경우에 표준 방식으로 추가 공기 제어 밸브(13)의 공칭제어(22)를 수정할 목적으로 이러한 적분 요소가 제공된다. 이에 따라서 얻어지는 최종 제어치(U)가 제어의 동적 특성을 제한하는 포화기(23)를 통과하고, 그런 후 최종적으로 엔진의 추가 공기밸브(13)에 제공된다.

본 발명에 따른 제어방법이 도 4의 테이블에 도시한 제어의 실행에 한정되는 경우에는, 이 방법을 구현하는데 앞서 설명한 것과 같은 장치로서도 충분하다.

그러나, 감속 상태의 개시가, 예를 들어 E = NTG 및 E'= PTG 인 경우와 같이E 및 E'가 높은 값에서 발생된다면, 도 4의 테이블은 추가 공기밸브(13) 제어의 수정치(Δu₂)는 대략적으로 영(ZE)의 값을 나타낸다는 것을 주목할 수 있다. 이러한 수정치가 영인 경우는 차량의 관성으로 인하여, 관찰되는 엔진의 속도가 급격하게 감속되는 것에 아무런 영향도 미치지 못하기 때문에 바람직하지 않다. 이와 반대로, 감속 조정 상황에 들어서자마자 상기 밸브(13)의 공칭 제어(22)에 큰 수정을 가함으로써 엔진 속도를 서서히 감소시키는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면 이를 위하여 예를 들어 E = NTG, E'= PTG 인 경우에 Δu₁= ZE가 아닌 Δu₁= PTG에 상응하도록, 수정치가 영(ZE)인 경우들을 연결하는 직선은 도 4의 테이블에 드러난 것과 달리 대각선을 이루지 않아야 한다. 이를 위하여 도 6에 도시된 바와 같이, E = ZE 및 E'= ZE에 상응하는 지점을 중심으로 값이 영(ZE)인 상기 직선을 축회전시키는 것이 가능하다. 메모리에 이 도면의 테이블과 유사한 테이블들의 하나의 세트를 저장함으로써, 감속 상태의 개시 시에 유용한 다양한 수정 정도를 가질 수 있다. 하지만, 이러한 해결책에는 메모리 공간이라는 측면에서 많은 비용이 소요된다.

본 발명에 따르면 속도 오차의 미분치(E')가 제공되는 제 2제어기(19')를 도입함으로써, 이러한 단점이 제거되는데(도 3 참조), 이 제어기(19')는 도 5의 테이블에 나타낸 것과 같이 제 2수정치(Δu₂)를 게인(G₂)를 구비한 증폭기(20')에 출력하고, 각 제어기 (19, 19')에 의한 2개의 부분 수정치(Δu₁, Δu₂)의 출력은가산기(25)에서 선형적으로 결합되어 Δu = G₁.Δu₁+ G2.Δu₂와 같은 최종 제어 수정치(Δu)를 구성한다.

예를 들어 감속 제어 상태의 개시에서의 엔진 속도의 함수로써 그리고 엔진에 부과되는 부하의 함수로써 증폭기(20, 20')의 게인(G₁, G₂)을 제어하기 위한 각각의 관리수단(24)이 제공되는데, 이는 아래에 설명된 예시와 같이 사전 설정된 제어 기법으로 영(ZE)인 경우를 연결한 직선의 "기울기"를 조절하기 위함이다.

이리하여, 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 완전한 범위의 테이블을 얻을 수 있다. 도 6의 테이블은 G₁= G₂가 되도록 게인을 조정함으로써 얻어지는 반면, 도 7의 테이블은 G₁<<G₂으로 부분 수정치(Δu₁, Δu₂)의 조합에도 도 5의 테이블이 우세하도록 게인을 조정하는 것에 상응한다.

관리 수단(24) 및 사용된 2개의 제어기(19, 19')가 수정 테이블의 범위가 완전하게 되는 것을 가능하게 하는 반면, 바람직하게도 필요한 메모리 공간은 도 4 및 도 5의 단일 테이블에 상응하는 정도로 실질적으로 제한됨이 분명하다.

예를 들어서 본 발명에 따른 방법의 작동 모드를 설명하는 도 8 및 도 9에 있어서, 도 8의 그래프(N(t))에 도시된 바와 같이 일반적인 상황으로서 t₀시점에서 "발을 들어올린" 후에 t₁시점에서의 높은 값이 감속 한계(Ns = 1700 rpm)와 교차한다.

상기 도면의 그래프(E(t) 및 E(t'))에 있어, 외란이 없는 상태에서 발생하는것으로 가정되는 이러한 교차 순간에서 오차(E)는 매우 큰 반면(장치의 동 특성에 적합한 적응에 의하여 -1000정도로 NTG 코드화됨), 상기 미분치는 양의 평균치(유사한 적응에 의해서 코드화된 PM)를 갖는다.

도 9의 테이블에서, A는 감속 상태의 개시를 위한 초기 조건하에서의 엔진의 "궤도"를 나타낸다. 도 6과 관련하여 앞서 보인 바와 같이 "발을 들어 올린"시점(도 8의 t_o시점)의 속도가 감속 한계(Ns)보다 높은 경우, G₁= G₂를 얻기 위하여 관리 수단(24)을 프로그램화함으로써 이러한 테이블을 얻게된다. 이와 같은 개시에서는 E = NTG 이고 E'= PM 이기 때문에 제어 수정치가 영(ZE)인 경우에 달하고, 따라서 어떠한 외란도 없다고 재차 가정하여 영(ZE)인 경우를 진행시키는 직선을 따라서 엔진의 "궤도"가 최적의 방식으로 진행할 수 있다.

반대의 경우로서 예를 들어, 파워 스티어링 장치가 작동하는 것과 같이 외란이 발생하는 경우에는, 도 9의 B로 지칭된 것과 같은 궤도가 관찰된다. 파워 스티어링이 맞물리는 것은 엔진을 보다 저속으로 만드는 경향이 있고, 따라서 파워 스티어링에 의해서 가해지는 부하로 인한 엔진의 저속화에 의하여, 감속 상태의 개시는 예를 들어 E = NTG 및 E'= PTG를 가지고서 발생한다.

엔진 속도의 과도한 급감속(엔진을 정지시킬 수도 있음)을 늦추기 위하여, 상기 밸브(13)를 통하여 운반되는 공기의 양을 증가시켜 엔진에 의해서 생성되는 토오크를 증가시킬 필요가 있다. 이 경우에는, 분사되는 연료양도 컴퓨터(2)에 의하여 밸브(13)를 통해서 운반되는 공기의 양에 적합하도록 되기 때문에, 감속 상태중에 연료 주입이 끊어지지 않고 엔진 제어가 수행된다. 만일 상기 밸브(13) 제어의 수정치가 적절한 크기를 갖는다면, 연속적인 수정(PG, PM, PP, ZE)을 위하여 오차(E)및 오차의 미분치(E')는 궤도(B)를 따라서 감소한다.

만일 공기 밸브 개도의 제어 수정이 충분하다면, 미분치(E')는 높은 값으로 유지되는(궤도 C) 반면 오차(E)는 감소되어, 제어의 수정을 수정값이 영인 직선 쪽으로 복귀시키기에 충분할 만큼 미분치(E')가 감소되는 포인트로 이 밸브의 개도가 증가되도록 한다.(궤도는 영(ZE)인 경우의 직선으로부터 보다 멀리 이동한다). 그 다음으로 신속함과 운전 편의성의 관점에서 양호한 조건하에서 제어기(19, 19')가 상호 작용하여 엔진을 세트-포인트 속도로 복귀시키도록 한다.

또 다른 통상적인 상태에서 본 발명에 따른 제어 방법의 작동을 설명하기 위한 도 10 내지 도 12에 있어서, 즉, 여기에서는 감속 조정 상황의 개시가 t₁시점에서 "발을 들어올린" 순간에 발생하는 반면, 도 10의 그래프(N(t))에 도시된 바와 같이 실제 속도는 이미 감속 한계(Ns)이하로 감소되었다.

t₁시점에서, 도 10의 그래프(E(t) 및 E'(t))에는 오차(E)는 비교적 크고(NG), 오차의 미분치(E')는 거의 영(ZE)으로 도시되어 있다. 도 9의 테이블과 유사한 도 11의 테이블에서, A는 초기 조건하에서 통상적으로 관찰되는 엔진의 "궤도"를 나타낸다. 초기에 적용되는 음의 수정값인 NG는 엔진에 의해서 생성되는 토오크를 감소시키고, 이것은 엔진 속도를 보다 감속시킨다. 또한 궤도(A)를 따라 화살표 방향으로 진행시키면 오차(E)는 양(E>ZE)이 된다는 것이 분명해지는데, 이는엔진 속도가 허용될 수 없는 속도인 세트-포인트(Nc)이하로 떨어진다는 것들 의미한다.(엔진 정지의 위험이 있음)

이러한 위험을 방지하기 위해서, 초기 조건을 인지하고 있는 관리 수단(24)은 엔진의 이상 상태의 궤적의 이미지를 이루는 직선을 B로부터 B'(도 12)로 회전시키기 위해서 게인의 비율(G₁/G₂)을 감소시킨다. 이러한 조건하에서, 도 11의 궤적(A)은 도 12에 도시된 형태(A')를 취하게 된다. 따라서, 속도가 세트-포인트 속도 이하로 감소되는 것과 엔진 멈춤의 위험없이, 이러한 궤도가 이상 상태의 이미지를 이루는 직선과 재결합하는 것을 관찰할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 관리 수단에 의해서 사용되는 입력 데에타는 "발을 들어올리는 시점"에서의 엔진 속도와, 그리고 경우에 따라서는 예를들어 에어콘 콤프레서의 사용과 같은 엔진의 "부하", 또는 심지어 엔진에 의해서 구동되는 자동차가 움직이는가 또는 그렇지 않은가의 여부를 결정하는 정보를 포함할 수 있다.

따라서, 예를 들어 엔진은 작동하지만 자동차는 정지해 있는 경우, 관리 수단은 "발을 들어올리는 시점"에 실제 속도가 세트-포인트 속도로부터 더 멀리 있을수록 수정치가 영(ZE)(도 6 참조)인 직선의 기울기가 더욱 커지도록 게인(G₁및 G₂)의 비율을 조정한다. 마찬가지로, 자동차가 움직일 때에는, 관리 수단은 이 직선이 거의 수평선(도 7)을 이루도록 게인(G₁및 G₂)의 비율을 조정한다.

한편으로는 도 8 및 도 9와 관련하여 그리고 다른 한편으로는 도 10 내지 도 12와 관련하여 앞서 설명한 2가지 상황 사이에서 모든 중간 상황이 가능하며, 따라서 관리 수단(24)은 특히 앞서 보인 바와 같이 감속 조정 상황의 개시 시에 엔진 속도의 함수로서 게인의 비율(G₁/G₂)을 조정한다.

이러한 상태 동안 엔진이 자동차를 계속 구동시키는 경우(운전자가 클러치 페달을 작동시키지 않음), 본 발명에 따른 방법은 차량 운전의 안락함과 편안함에 결정적인 요소가 되는 덜커덩 거림과 진동을 방지하기 위해서 속도 오차(E)의 영향을 줄이는 것이 바람직하다. 관리 수단은 이러한 속도 오차를 감지하는 제 1제어기(19)의 영향을 줄임으로써, 즉 2개의 제어기(19, 19')의 게인의 비율(G₁/G₂)를 줄임으로써 상기 상황을 고려하게 된다.

본 발명은 지금까지 설명한 단지 예시를 통한 실시예에 제한되지 않는다는 점이 이해된다. 따라서, 관리 수단(24)은 감속 조정 상황의 개시 시에 엔진의 속도와 부하의 함수로서 뿐만이 아니라 엔진 냉각제, 공기 온도 등과 같은 다른 초기조건들의 함수로서 게인의 비율을 조정하도록 설계될 수 있다.

Claims

감속 상태에 있는 내연 기관 엔진의 속도(N)를 제어하는 방법으로서, 상기 엔진이 상기 엔진 속도에 영향을 미치는, 제어되는 액츄에이터를 포함하고, 상기 방법이:

상기 엔진의 세트-포인트 속도(Nc)와, 상기 세트-포인트 속도(Nc) 및 상기 엔진의 실제 속도(N)와의 차이로 설정되는 오차(E)를 정하는 단계;

상기 오차(E) 및 시간 미분치(E')의 쌍으로 상기 엔진의 실제 상태(E, E')를 정하는 단계;

상기 액츄에이터 제어를 수정하지 않고 속도 변화를 통하여 상기 엔진이 상기 세트-포인트 속도로 복귀되도록 하며, 상기 오차와 시간 미분치의 쌍으로 구성된 상기 엔진의 사전 설정된 이상 상태를 정하는 단계; 및

상기 엔진의 실제 상태와 이상 상태의 차이의 함수로써 상기 액츄에이터 제어를 수정하는 단계를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 제 1 입력으로서 상기 속도 오차를 그리고, 제 2 입력으로서 상기 속도 오차의 시간 미분치를 가진 제 1 테이블로부터 상기 액츄에이터 제어를 위한 수정치(△u)를 도출하는 단계를 포함하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 테이블이 상기 액츄에이터를 제어하는 수정치(△u)에대한 특정값을 포함하고, 수정치에 대한 각각의 값이 특정한 오차 신호(E)와 상기 오차 신호의 미분치(E')의 쌍과 연관되어 있는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 테이블이 일직선을 따라 정렬된 다수의 이상 상태로 설정되는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 오차 신호(E)와 시간 미분치(E')가 영(ZE)인 값에 상응하는 위치를 중심으로 대각선을 회전시킴으로써 상기 일직선을 형성하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 오차 신호의 미분치(E')의 값에 상응하는 부분 수정치(△u₂)의 값을 갖는 제 2 테이블을 정하고, 상기 제 1 테이블 및 제 2 테이블로부터 부분 수정치(△u₁, △u₂)를 도출하며, 그리고 부분 수정치와 계수로 작용하는 게인(G₁, G₂)을 선형 조합하여 상기 액츄에이터 제어를 수정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 감속 상태의 개시 시에 상기 엔진 속도에 따라 조정되는 계수를 작용하는 상기 게인(G₁, G₂)의 선형 조합을 실행하는 단계를 포함하는 방법.
감속 상태에 있는 내연 기관 엔진의 속도(N)를 제어하는 장치로서, 상기 엔진 속도는 상기 엔진 세트-포인트 속도(Nc)와 실제속도(N) 사이의 오차 신호의 함수로써 액츄에이터에 의하여 제어되고, 상기 장치가:

상기 엔진의 세트-포인트 속도 및 실제 속도 사이의 차이로 정해진 속도 오차를 나타내는 제 1 신호 및 상기 속도 오차의 시간 미분치(E')를 나타내는 제 2 신호를 출력하는 엔진 속도 제어 수단(16, 17, 18), 상기 제어수단에 연결되고 상기 엔진의 실제 속도를 측정하는 센서(3);

상기 엔진 속도를 제어하기 위한 액츄에이터 제어기; 및

상기 제 1 및 제 2 신호로부터 정해지는 상기 엔진의 실제 상태와 상기 엔진의 이상 상태의 궤적 사이의 편차의 함수로써 수정치를 저장하기 위한 메모리를 포함하며, 상기 제어가 상기 제 1 및 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 1 및 제 2 신호로부터 상기 액츄에이터 제어를 위한 수정치를 정하는 장치.
제 8항에 있어서, 상기 제어기는 제 1 제어기이고, 상기 장치가;

상기 엔진의 속도 오차의 미분치(E')를 나타내는 상기 제 2 신호를 수신하는 제 2 제어기로서, 상기 제 1 제어기와 함께 각 입력 신호의 함수로써 상기 액츄에이터 제어를 위한 첫 번째(△u₁) 및 두 번째(△u₂) 부분 수정치의 신호를 출력하는 제 2 제어기; 및

상기 부분 수정치의 신호를 선형 조합하여 상기 액츄에이터 제어를 위한 수정치(△u) 신호를 형성하도록 부분 수정치(△u₁, △u₂)의 신호를 수신하는 수단(20, 20', 25)을 더 포함하는 장치.
제 9항에 있어서, 상기 액츄에이터 제어를 위한 상기 수정치(△u)의 신호를 형성하기 위한 상기 수단(20, 20', 25)이, 상기 제 1 및 제 2 제어기(19, 19')에 연결되어 각각 상기 제어기의 출력 신호를 수신하는 증폭기(20,20')와, 그리고 상기 증폭기의 출력 신호를 가산하는 가산기(25)를 포함하는 장치.
제 10항에 있어서, 상기 각각의 증폭기는 게인(G₁, G₂)을 가지며, 상기 장치는 사전 설정된 제어 방법에 따라 상기 상기 증폭기(20, 20')의 게인(G₁, G₂)을 제어하기 위한 관리 수단(24)을 포함하는 장치.
제 11항에 있어서, 상기 관리 수단(24)이 상기 감속상태의 개시 시에 엔진의 실제 속도(N)를 나타내는 신호를 수신하는 장치.
제 8항에 있어서, 상기 엔진이 추가 공기-제어 밸브, 연료 분사기, 및 모터로 구동되는 스로틀 밸브를 포함하고, 싱기 액츄에이터에 의하여 제어되는 피라미터가 상기 추가 공기-제어 밸브, 상기 연료 분사기의 개방 시간, 상기 모터로 구동되는 스로틀 밸브의 제어를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 장치.
제 7항에 있어서, 상기 게인이 상기 엔진에 가해지는 부하에 따라 조정되는 계수로 작용하는 방법.
제 12항에 있어서, 상기 관리 수단이 상기 엔진에 가해지는 부하를 나타내는 신호를 수신하는 장치.