KR100428140B1 - 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법 - Google Patents

Abstract

엔진 제어 장치에서 흡입 공기량에 따른 실제 스로틀 밸브 개도의 재어하는 방법을 달리하여 운전자의 일정한 가속페달 조작량에 따라 일정한 즉, 선형적인 차량의 가속도를 얻을 목적으로;

엔진이 시동 온 되어지면, 필터링 조건 만족여부를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 필터링 조건을 만족하면, 엔진 동작에 따라 가변되는 시간 및 제1 및 2차 필터링 계수를 산출하는 단계와; 상기단계 산출된 각각의 필터링 계수를 필터링 후의 흡입 공기량 값을 산출함에 있어서, 시간 변화에 따라 달리 적용하여 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 흡입 공기량의 값을 엔진 회전수와 흡입 공기량의 함수 값으로 연산하여 스로틀 밸브 개도 보정 값을 산출한 후, 해당 스로틀 밸브 개도 제어신호를 출력하는 단계로 이루어져 있어서, 엔진간의 차이점을 보상할 수 있고, 전 영역에서의 데이터 설정 자유도를 높일 수 있어서, 발진 당돌감를 개선하고, 선형적인 차량 가속감을 제공하여 차량 상품성을 향상시킬 수 있으며, 이중 가속감 등의 문제점을 해결할 수 있다.

Description

차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법{A THROTTLE VALVE CONTROL METHOD FOR ENGINE IN VEHICLE}

본 발명은 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전자 스로틀 밸브 제어 장치(ETC : ELECTRONIC THROTTLE CONTROLLER)를 적용하는 차량의 엔진 제어 장치(ECU : ELECTRONIC CONTROL UNIT)에서 입력되는 흡입 공기량 센서의 값에 따라 실제 스로틀 밸브 개도 제어를 달리 할 수 있는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 운전자가 차량을 운전함에 있어서, 가속페달 조작 양에 대해 기어 단수에 따라 구분이 되어 있는 필터 게인을 통해 스로틀 밸브(TPS) 게인을 제어한다.

즉, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 입력되는 흡입 공기량(APS)에 대해 실제 스로틀 밸브를 열어주는 양은 아래의 수학식 1에 의해 결정된다.

상기에서 K는 필터 계수이다.

따라서, 엔지 배기량이 큰 경우, 다시 말해 엔진으로부터의 출력 토크 값이 큰 경우에 일반적인 문제점 중에 하나는 운전자의 완만한 가속의지와는 다르게 발생하는 급격한 차량이 가속이다. 이로 인해 발생하는 차량 당돌감은 큰 배기량 차량에서 고질적인 운전성 문제로 여겨진다.

상기한 원인은 도 5에 도시되어 있는 바와같이 실제 엔진에서 발생하는 토크가 스로틀 밸브 개도에 대해 이상적 특성 곡선으로 구현된다면 완만한 가속의지(저TPS)시와 급격한 가속의지(고 TPS)시 모두를 안정적으로 제어할 수 있다.

하지만, 실제 엔진에서는 실제 특성곡선과 같이 저 TPS영역에서는 조그만 TPS 개도 증가에 대해 급격한 토크 변동이 생기기 때문에 운전자가 정밀하게 가속페달을 제어하지 않는다면, 운전자의 의지와 반하는 차량 움직임이 발생하는 문제점을 내포하고 있다.

이는 엔진의 배기량이 커질수록, 즉 엔진 토크가 클수록 심해진다고 얘기할 수 있다.

또한 필터에 대한 처리가 끝나는 시점에서 TPS의 급격한 변화가 발생하여 2중 가속감등의 토크 불연속점이 발생하는 경우가 자주 발생하는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진 제어 장치에서 흡입 공기량에 따른 실제 스로틀 밸브 개도의 재어하는 방법을 달리하여 운전자의 일정한 가속페달 조작량에 따라 일정한 즉, 선형적인 차량의 가속도를 얻도록 할 수 있는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

엔진이 시동 온 되어지면, 필터링 조건 만족여부를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 필터링 조건을 만족하면, 엔진 동작에 따라 가변되는 시간 및 제1 및 2차 필터링 계수를 산출하는 단계와;

상기단계 산출된 각각의 필터링 계수를 필터링 후의 흡입 공기량 값을 산출함에 있어서, 시간 변화에 따라 달리 적용하여 산출하는 단계와;

상기 단계에서 산출된 흡입 공기량의 값을 엔진 회전수와 흡입 공기량의 함수 값으로 연산하여 스로틀 밸브 개도 보정 값을 산출한 후, 해당 스로틀 밸브 개도 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 장치 구성 블록도 이고,

도 2는 본 발명에 적용되는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법 동작 순서도 이고,

도 3은 본 발명에 따른 스로틀 밸브 개도 대비 흡입 공기량에 따른 엔진 토크 관계 그래프이고,

도 4는 종래의 흡입 공기량에 대한 스로틀 밸브 개도 관계 그래프이고,

도 5는 종래의 스로틀 밸브 개도에 따른 토크 특성 곡선 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 차량 동작상태 검출장치 110 : 엔진 회전수 검출부

120 : 흡입 공기량 검출부 130 : 차속 검출부

140 : 스로틀 밸브 개도 검출부 200 : 엔진 제어 장치

300 : 구동장치

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 장치 구성 블록도로서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되어 출력되는 소정의 신호를 검출하고, 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 엔진 회전수, 흡입 공기량, 차속 및 스로틀 밸브 개도 등을 입력받아 엔진이 시동 온 되어지면, 필터링 조건 만족여부에 따라 엔진 동작에 따라 가변되는 시간 및 제1 및 2차 필터링 계수를 산출하고, 상기에서 산출된 각각의 필터링 계수를 필터링 후의 흡입 공기량 값을 산출함에 있어서, 시간 변화에 따라 달리 적용하여 산출한 다음, 상기에서 산출된 흡입 공기량의 값을 엔진 회전수와 흡입 공기량의 함수 값으로 연산하여 스로틀 밸브 개도 보정 값을 산출한 후, 해당 스로틀 밸브 개도 제어신호를 출력하며, 구동장치(300)는 상기 엔진 제어장치(200)에서 출력되는 스로틀 밸브 개도 보정 제어 신호에 따라 스로틀 밸브 개도를 조절하여 차량을 주행시킨다.

상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진의 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부(110)와; 차량의 동작상태변화에 따라 엔진으로 흡입되는 흡입 공기량을 검출하는 흡입 공기량 검출부(120)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차속을 검출하는 차속 검출부(130)와; 운전자의 가속페달 조작상태에 따라 연동하는 스로틀 밸브의 개도량을 검출하는 스로틀 밸브 개도량 검출부(140)로 구비되어 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 차량용 엔진의 시동 시 연료 분사 제어 방법을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

차량을 주행시키기 위해 운전자가 시동 키를 조작하여 차량에 전원을 인가한 후, 차량 시동을 걸면 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차량 동작상태를 검출한다.

이에, 엔진 제어 장치(200)는 소정의 제어 신호를 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에 출력하면, 상기 출력되는 제어신호에 동기되어 엔진 회전수, 흡입 공기량, 차속 및 스로틀 밸브 개도 등을 출력한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 소정의 엔진 회전수, 흡입 공기량, 차속 및 스로틀 밸브 개도 등을 입력받아 현재의 흡입 공기량 값과, 엔진 회전수 및 기어 단수를 산출한 후, 흡입 공기량의 산출을 위한 필터링 조건을 만족하는가를 판단한다(S100,S110).상기에서 본 발명에 따른 흡입 공기량의 산출을 위한 필터링조건 만족여부를 판단하는 이유는, 스로틀 밸브가 급속히 열리는 것을 방지하기 위해 필터링조건 만족여부를 판단한 후 필터링을 통해 목표로 하는 스로틀 밸브의 개도가 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위한, 본 발명에 따른 상기 흡입 공기량의 산출을 위한 필터링조건으로는 현 스로틀 밸브의 개도 정도와 이전 스로틀 밸브의 개도 정도의 차가 스로틀 밸브가 급속히 열리는 상태에서의 설정치보다 큰 경우 필터링을 위한 조건을 만족하는 것으로 판단한다.

상기에서 흡입 공기량의 산출을 위한 필터링 조건을 만족함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 차량 동작상태 변화에 따른 시간 변화를 카운트하고(T(n) = T(n-1) + 1), 1차 필터링 계수(F1) 및 2차 필터링 계수(F2)를 산출한다(S120).

상기에서 1차 필터링 계수(F1)은 Fn1(APS)로써, 메모리에 저장되어 있는 흡입 공기량과 기어 단수에 따른 필터링 계수 맵 값이다.

그리고, 2차 필터링 계수(F2)은 Fn2(APS)로써, 메모리에 저장되어 있는 흡입 공기량과 기어 단수에 따른 필터링 계수 맵 값이다.

상기에서 차량 동작상태 변화에 따른 시간 변화를 카운트하고(T(n) = T(n-1) + 1), 1차 필터링 계수(F1) 및 2차 필터링 계수(F2)를 산출함에 따라, 엔진 제어 장치(200)는 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화(T)가 소정의 제1 설정 기준 시간(T1)보다 작은가를 판단한다(S130).

T < T1

상기에서 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화(T)가 소정의 제1 설정 기준 시간(T1)보다 작다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 최종 필터링 값(F)을 1차 필터링 계수(F1)로 설정하고, 필터링 후의 흡입 공기량 값(APS_t)을 산출한다(S140,S150).

하지만, 상기(S130)에서, 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화(T)가 소정의 제1 설정 기준 시간(T1)보다 크다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화(T)가 소정의 제2 설정 기준 시간(T2)보다 작은가를 판단한다(S141).

상기에서, 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화(T)가 소정의 제2 설정 기준 시간(T2)보다 작다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 최종 필터링 값(F)을 2차 필터링 계수(F2)로 설정하고, 필터링 후의 흡입 공기량 값(APS_t)을 산출한다(S142,S150).

또한, 상기에서 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화(T)가 소정의 제2 설정 기준 시간(T2)보다 크다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 최종 필터링 값(F)을 0 설정하고, 필터링 후의 흡입 공기량 값(APS_t)을 산출한다(S143,S150).

상기에서 필터링 후의 흡입 공기량 값(APS_t)은 최종 필터링 값(F) × 전회의 필터링 후 흡입 공기량 값(APS_t(n-1)) + (1 - 최종 필터링 값(F)) ×현재의 흡입 공기량 값(APS(n))으로 산출할 수 있다.

이어서, 엔진 제어 장치(200)는 상기에서 산출된 필터링 후의 흡입 공기량(APS_t)을 흡입 공기량(APS)과 스로틀 밸브 개도(TPS)간의 상호 변화 맵인 즉, 엔진 회전수(rpm)와 필터링 후의 흡입 공기량 값(APS_t)의 함수(FF)로 최종 스로틀 밸브 개도 제어 값(TPS(n))산출하고, 그에 해당하는 소정의 제어신호를 출력한다(S160).

따라서, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 저 흡입 공기량 영역에서 흡입 공기량 증가에 대한 스로틀 밸브 증가량을 적게해주어 선형적인 토크를 얻을 수 있도록 하며, 고 흡입 공기량 영역에서는 반대로 스로틀 밸브 개도 증가량을 상대적으로 크게 해주어 역시 선형적인 토크를 얻을 수 있다.

이 후, 엔진 제어 장치(200)는 엔진 시동이 오프 되었는가를 판단한다(S170).

상기에서 엔진 시동이 오프 됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 모든 프로그램을 종료하고 메인 루틴으로 리턴한다.

하지만, 상기에서 엔진 시동이 오프 되지 않은 경우, 엔진 제어 장치(200)는 엔진 시동 이후, 현재의 흡입 공기량과 엔진 회전수 및 기어 단수를 산출하여 필터링 조건 만족여부를 판단하는 단계(110)로 리턴한다.

이로써, 흡입 공기량과 스로틀 밸브 개도의 상관식을 엔진 회전수에 따라 구분 할 수 있도록 하여, 엔진간의 차이점을 보상할 수 있고, 전 영역에서의 데이터 설정 자유도를 높일 수 있어서, 발진 당돌감를 개선하고, 선형적인 차량 가속감을 제공하여 차량 상품성을 향상시킬 수 있으며, 이중 가속감 등의 문제점을 해결할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법은 엔진 제어 장치에서 흡입 공기량에 따른 실제 스로틀 밸브 개도의 재어하는 방법을 달리하여 운전자의 일정한 가속페달 조작량에 따라 일정한 즉, 선형적인 차량의 가속도를 얻도록 함으로써, 엔진간의 차이점을 보상할 수 있고, 전 영역에서의 데이터 설정 자유도를 높일 수 있어서, 발진 당돌감를 개선하고, 선형적인 차량 가속감을 제공하여 차량 상품성을 향상시킬 수 있으며, 이중 가속감 등의 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (5)

1. 엔진이 시동 온 되어지면, 필터링 조건 만족여부를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 필터링 조건을 만족하면, 엔진 동작에 따라 가변되는 시간 및 제1 및 2차 필터링 계수를 산출하는 단계와;

   상기단계 산출된 각각의 필터링 계수를 필터링 후의 흡입 공기량 값을 산출함에 있어서, 시간 변화에 따라 달리 적용하여 산출하는 단계와;

   상기 단계에서 산출된 흡입 공기량의 값을 엔진 회전수와 흡입 공기량의 함수 값으로 연산하여 스로틀 밸브 개도 보정 값을 산출한 후, 해당 스로틀 밸브 개도 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 엔진 동작에 따라 가변되는 시간, 1 및 2차 필터링 계수를 산출함에 있어서, 상기 시간은 차량 동작상태 변화에 따른 시간 변화를 카운트하여 산출하고, 1차 필터링 계수는 메모리에 저장되어 있는 흡입 공기량과 기어 단수에 따른 필터링 계수 맵 값으로 설정하여 산출하며, 2차 필터링 계수 메모리에 저장되어 있는 흡입 공기량과 기어 단수에 따른 필터링 계수 맵 값으로 설정하여 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 필터링 후 흡입 공기량을 산출하기 위한 최종 필터링 값은, 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화가 소정의 제1 설정 기준 시간보다 작으면, 최종 필터링 값을 1차 필터링 계수로 설정하는 단계와;

   상기 단계에서 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화가 소정의 제2 설정 기준 시간보다 작으면, 최종 필터링 값을 2차 필터링 계수로 설정하는 단계와;

   상기 단계에서 차량 동작상태 변화에 따른 카운트 된 시간 변화가 소정의 제2 설정 기준 시간다 크다고 판단되면, 최종 필터링 값(F)을 0 설정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법.
4. 제 1항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 필터링 후 흡입 공기량을 산출하는 방법은, 최종 필터링 값 × 전회의 필터링 후 흡입 공기량 값 + (1 - 최종 필터링 값) ×현재의 흡입 공기량 값으로 산출 하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 스로틀 밸브를 보정하는 방법은 산출된 필터링 후의 흡입 공기량을 흡입 공기량과 스로틀 밸브 개도간의 상호 변화 맵인 엔진 회전수와 필터링 후의 흡입 공기량 값의 함수로 최종 스로틀 밸브 개도 제어 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 스로틀 밸브 제어 방법.