KR100422615B1 - 티씨에스의 스로틀 개도 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 인가되는 제어 신호에 따라 해당 방향으로 작동하여, 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 동작을 변화시키는 스로틀 밸브 개도 모터와; 상기 스로틀 밸브 개도 모터의 회전 상태에 따라 상하로 이동하여 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 위치를 감지하여 해당 신호를 출력하는 스로틀 위치 감지부와; 상기 스로틀 위치 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 현재 스로틀 액츄에이터의 위치를 판정하고, 현재 위치와 목표 위치 사이의 오차를 산출하여, 발생하는 오차의 크기에 따라 현재 위치에 해당하는 스로틀 밸브 개도 모터의 제어값과 목표 제어값의 평균값을 새로운 목표 제어값으로 설정하여, 스로틀 밸브 개도 모터로 출력하는 동작 제어부를 포함하여 이루어져, 모터의 제어 오차가 설정량 이상 발생하지 않도록 계속적으로 목표 제어량을 변화시킴으로, 비선형 시스템에도 사용 가능하고, 모터의 오프 슈트 현상을 방지할 수 있어 정확한 엔진 제어를 실행할 수 있고, 연산이 간단하므로 연산 소요 시간을 단축시킬 수 있고 간단한 제어 동작만으로도 실현 가능한 효과가 발생한다.

Description

티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치 및 그 방법

이 발명은 티씨에스(TCS,Traction/Trace Control System, 이하 TCS라 칭함)에 관한 것으로써, 더욱 상세하게 말하자면, 엔진의 토크를 제어하기 위해 스로틀 밸브(throttle valve)의 개도 정도를 변화시키기 위한 티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 TCS는 슬립 제어(slip control) 및 트레이스 제어(trace control)의 두가지 기능을 가지고 있다.

상기 슬립 제어는 미끄러운 길을 주행할 경우, 공회전 상태에서 구동 휠이 미끄러지지 않도록 하여 출발 성능 및 스티어링 휠의 안정성을 증가시킬 수 있도록 하고, 상기 트레이스 제어는 건조한 아스팔트의 노면에서 회전할 때 급속한 가속을 방지하여 안전 선회성을 증가시킬 수 있도록 한다.

그러므로 미끄러운 노면에서의 출발 및 가속시에 가속 페달의 조작이 불필요하고, 미끄러운 노면에서의 출발, 가속 성능 및 선회 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 건조한 아스팔트 노면에서 가속 주행을 하거나 목표 지점을 주행할 때 안전한 선회 동작이 가능하고, 스티어링 휠의 선회성을 향상시킬 수 있고 가속 페달의 진동수를 가속 선회시 감소시킬 수 있는 등의 효과가 발생한다.

따라서 슬립 제어를 실행할 경우엔 엔진 토크 제어 및 구동 휠 브레이크 제어에 의해 구동 휠에 대한 토크의 최적 슬립비(optimum slip ratio)를 얻도록 제어하여 미끄러운 노면상에서 출발 및 가속이 이루어질 때 구동 휠이 선회하지 못하도록 한다.

그리고 트레이스 제어를 실행할 경우엔, 운전자가 스티어링 휠을 돌릴 때 TCS는 측면 가속으로 판단하거나 어떤 차속 상태에서 이상적 종가속으로 판단하여 엔진 토크를 제어한다.

따라서 상기와 같은 제어를 실행하기 위해 TCS는 스로틀 제어나 연료 제어 및 점화 시기나 실린더 번호 등을 제어하는 엔진 제어, 클러치 제어나 디퍼렌셜 제어 등의 파워 트레인 제어, 및 각 스티어링 휠을 독립으로 제어하거나 동시 제어하기 위한 브레이크 제어 등을 실행한다.

엔진 제어를 실행하기 위한 하나의 방법으로 DC 모터를 이용하여 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키므로 엔진의 출력 토크를 변화시킬 수 있도록 한다.

일반적으로 DC 모터의 동작을 제어하기 위한 방법으로는 사다리꼴 프로화일(profile), 삼각형 프로화일, 분할 PID 이득 제어 등이 있다.

첫 번째로 상기 사다리꼴 프로화일은 엘리베이터의 위치나 속도 제어 등에 사용되는 가장 일반적인 DC 모터의 제어 방법으로, 대부분의 연산이 실수 연산으로 수행되며 많은 변수를 필요로 하므로, 많은 처리 시간을 요구되고 정확한 데이터가 입력되지 않을 경우 모터의 오동작이 발생한다.

두 번째로 삼각형 프로화일은 사다리꼴 프로화일의 변형으로, 사다리꼴 보다는 간단하나, 역시 정확한 입력이 들어오지 않을 경우엔 정확한 제어가 불가능하여 정확한 모터 제어에 문제가 발생한다.

그리고 상기 분할 PID 이득을 이용한 제어는, 시험에 의해 비례, 적분, 미분 이득값을 제어 구간별로 산출하여, 제어 구간을 분할하여 산출된 이득값을 이용하여 모터의 제어를 실행한다. 그러나 이 방법도 많은 제어 시간이 요구되는 문제가 발생한다.

그러므로 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 엔진 토크를 변화시키기 위해 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키기 위한 모터 제어시 오버 슈트가 발생하지 않도록 현재의 모터 제어값과 목표값을 계속적으로 비교하여 모터의 제어값을 정확하게 추적해 갈 수 있도록 하는 티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치의 블록도이고,

도2는 이 발명의 실시예에 따른 티씨에스의 스로틀 개도 제어 방법의 동작 순서도이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은,

인가되는 제어 신호에 따라 해당 방향으로 작동하여, 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 동작을 변화시키는 스로틀 밸브 개도 모터와;

상기 스로틀 밸브 개도 모터의 회전 상태에 따라 상하로 이동하여 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 위치를 감지하여 해당 신호를 출력하는 스로틀 위치 감지부와;

상기 스로틀 위치 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 현재 스로틀 액츄에이터의 위치를 판정하고, 현재 위치와 목표 위치 사이의 오차를 산출하여, 발생하는 오차의 크기에 따라 현재 위치에 해당하는 스로틀 밸브 개도 모터의 제어값과 목표 제어값의 평균값을 새로운 목표 제어값으로 설정하여, 스로틀 밸브 개도 모터로 출력하는 동작 제어부를 포함하여 이루어져 있다.

상기 동작 제어부는 현재 위치와 목표 위치 사이의 오차의 절대값을 산출하여, 산출된 오차의 절대값이 설정값 이상일 경우, 스로틀 밸브 개도 모터의 목표 제어값과 현재 제어값의 평균값을 스로틀 밸브 개도 모터의 새로운 목표 제어값으로 산출하고, 산출된 오차의 절대값이 설정값보다 작을 경우엔, 현재의 스로틀 밸브 개도 모터의 목표 제어값을 새로운 목표 제어값으로 설정한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 다른 구성은,

스로틀 위치 감지부에서 출력되는 신호를 판독하여 현재 스로틀 액츄에이터의 위치를 판정하는 단계와;

판정된 현재의 스로틀 액츄에이터의 위치와 목표 위치 사이의 오차를 산출하는 단계와;

산출된 오차의 절대값과 이미 설정된 설정값을 비교 판단하는 단계와;

비교 판단된 오차의 절대값이 설정값 이상일 경우, 스로틀 액츄에이터를 목표 위치에 위치시키기 위한 스로틀 밸브 개도 모터의 목표 제어값과 현재 제어값의 평균값을 새로운 목표 제어값으로 산출하는 단계와;

비교 판단된 오차의 절대값이 설정값보다 작을 경우엔, 스로틀 밸브 개도 모터의 새로운 목표 제어값을 현재 목표 제어값으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어져 있다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치의 블록도이고,

도2는 이 발명의 실시예에 따른 티씨에스의 스로틀 개도 제어 방법의 동작 순서도이다.

도1을 참고로 하여 이 발명의 구성을 살펴보면,

인가되는 제어 신호에 따라 해당 방향으로 작동하여, 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 동작을 변화시키는 스로틀 밸브 개도 모터(M)와;

상기 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 회전 상태에 따라 상하로 이동하여 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 위치를 감지하여 해당 신호를 출력하는 스로틀 위치 감지부(1)와;

상기 스로틀 위치 감지부(1)에서 출력되는 신호를 이용하여 현재 스로틀 액츄에이터의 위치를 판정하여, 현재 위치와 목표 위치 사이의 오차를 산출하여, 발생하는 오차의 크기에 따라 두 위치의 평균값을 새로운 목표 위치로 설정할 수 있도록 해당하는 제어 신호를 스로틀 밸브 개도 모터(M)로 출력하는 동작 제어부(2)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 동작 제어부(2)는 입력되는 스로틀 밸브 개도 모터(M)를 제어하기 위한 현재의 제어값과 목표 제어값을 이용 가능한 상태로 변환하는 A/D 변환부(21)와, 제어 동작에 필요한 프로그램이나 데이터 또는 제어 동작중에 발생하는 데이터 등을 저장하기 위한 메모리(22)와, 중앙 처리 장치(23)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 스로틀 위치감지부(1)는 스로틀 액츄에이터의 위치에 따라 내장된 가변 저항의 값이 변화하여, 변화된 가변 저항의 값에 해당하는 전압이 출력되어 위치를 감지할 수 있도록 한다.

상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.

먼저, 각 장치의 동작에 필요한 전원이 공급되면, 동작제어부(2)의 중앙 처리 장치(23)는 A/D 변환부(21)를 거쳐 입력되는 이용 가능한 디지탈 상태로 입력되는 스로틀 위치 감지부(1)의 출력 신호를 판독하여(S11), 현재 스로틀 액츄에이터의 위치를 판정한다.

그리고 판정된 현재 스로틀 액츄에이터의 위치와 목표 위치 사이의 오차를 산출하여(S12), 산출된 오차의 절대값을 이미 설정되어 있는 설정값과 비교 판단한다(S13).

따라서 비교 판단된 오차의 절대값이 설정된 설정값 이상일 경우, 동작 제어부(2)의 중앙 처리 장치(23)는 실제 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 동작에 따라 변화하는 스로틀 액츄에이터의 위치가 설정 위치에서 크게 벗어난 상태로 판단하여, 스로틀 액츄에이터의 위치를 목표 위치에 위치시키기 위한 새로운 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 제어값을 설정하기 위한 제어 동작을 실행한다.

그러므로 동작 제어부(2)의 중앙 처리 장치(23)는 현재 판정된 스로틀 액츄에이터의 위치에 해당하는 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 제어값과 설정된 현재의 목표 제어값의 평균값을 새로운 목표 제어값으로 산출하여 설정한다(S14).

그러나 산출된 오차의 절대값이 설정값보다 작을 경우 현재의 목표 제어값을 그대로 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 제어값으로 사용한다(S15).

따라서, 상기와 같이 스로틀 액츄에이터의 위치가 설정된 목표 위치에서 설정량만큼 벗어나지 않도록, 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 목표 제어값을 보정한다.

상기와 같은 보정 동작을 통해 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 동작을 제어하기 위한 새로운 목표 제어값이 산출되면, 동작 제어부(2)의 중앙 처리 장치(23)는 스로틀 밸브 개도 모터(M)로 해당하는 제어 신호를 출력하여(S16), 스로틀 액츄에이터의 위치를 보정한다.

그러므로 상기 중앙 처리 장치(23)에서 출력되는 제어값에 의해 스로틀 밸브 개도 모터(M)의 동작 상태가 변환되어, 설정된 목표 위치에 스로틀 액츄에이터가 위치하므로, 스로틀 밸브의 개도 정도를 원하는 만큼 보정한다.

상기와 같이 스로틀 밸브의 개도량 변화에 따라 엔진으로 흡입되는 공기량이 변화되어, 엔진의 출력 토크를 원하는 상태로 변화시킬 수 있다.

상기와 같이 TCS에서 스로틀 액츄에이터를 구동시키기 위한 DC 모터를 이용하여 스로틀 밸브의 개도량을 변화시킴으로 엔진 제어를 실행할 경우, 모터의 제어 오차가 설정량 이상 발생하지 않도록 계속적으로 목표 제어량을 변화시킴으로, 비선형 시스템에도 사용 가능하고, 모터의 오버 슈트 현상을 방지할 수 있어 정확한 엔진 제어를 실행할 수 있다.

또한 연산이 간단하므로, 연산 소요 시간을 단축시킬 수 있고 간단한 제어 동작만으로도 실현 가능하다.

Claims (4)

1. 인가되는 제어 신호에 따라 해당 방향으로 작동하여, 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 동작을 변화시키는 스로틀 밸브 개도 모터와;

   상기 스로틀 밸브 개도 모터의 회전 상태에 따라 상하로 이동하여 스로틀 밸브의 개도 정도를 변화시키는 스로틀 액츄에이터의 위치를 감지하여 해당 신호를 출력하는 스로틀 위치 감지부와;

   상기 스로틀 위치 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 현재 스로틀 액츄에이터의 위치를 판정하고, 현재 위치와 목표 위치 사이의 오차를 산출하여, 발생하는 오차의 크기에 따라 현재 위치에 해당하는 스로틀 밸브 개도 모터의 제어값과 목표 제어값의 평균값을 새로운 목표 제어값으로 설정하여, 스로틀 밸브 개도 모터로 출력하는 동작 제어부를 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 동작 제어부는,

   현재 위치와 목표 위치 사이의 오차의 절대값을 산출하여, 산출된 오차의 절대값이 설정값 이상일 경우, 스로틀 밸브 개도 모터의 목표 제어값과 현재 제어값의 평균값을 스로틀 밸브 개도 모터의 새로운 목표 제어값으로 산출하고,

   산출된 오차의 절대값이 설정값보다 작을 경우엔, 현재의 스로틀 밸브 개도 모터의 목표 제어값을 새로운 목표 제어값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 티씨에스의 스로틀 개도 제어 장치.
3. 스로틀 위치 감지부에서 출력되는 신호를 판독하여 현재 스로틀 액츄에이터의 위치를 판정하는 단계와;

   판정된 현재의 스로틀 액츄에이터의 위치와 목표 위치 사이의 오차를 산출하는 단계와;

   산출된 오차의 절대값과 이미 설정된 설정값을 비교 판단하는 단계와;

   비교 판단된 오차의 절대값이 설정값 이상일 경우, 스로틀 액츄에이터를 목표 위치에 위치시키기 위한 스로틀 밸브 개도 모터의 목표 제어값과 현재 제어값의 평균값을 새로운 목표 제어값으로 산출하는 단계와;

   비교 판단된 오차의 절대값이 설정값보다 작을 경우엔, 스로틀 밸브 개도 모터의 새로운 목표 제어값을 현재 목표 제어값으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 티씨에스의 스로틀 개도 제어 방법.
4. 제3항에 있어서,

   산출된 목표 제어값을 스로틀 밸브 개도 모터로 출력하여, 스로틀 밸브의 개도 정도를 조정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 티씨에스의 스로틀 개도 제어 방법.

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