KR100694744B1 - 구동 유닛의 회전 속도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

구동 유닛의 회전 속도 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

구동 유닛의 회전 속도 제어 방법 및 장치가 제안된다. 두 개의 부분을 구비한 제어기가 제공된다. 제어기는 구동 유닛의 기동시에 두 개의 부분을 차례로 활성화시킨다.
제어기, 구동 유닛, 목표값, 실제값, 엔진 회전 속도, 적분기, 마이크로컴퓨터

Description

구동 유닛의 회전 속도 제어 장치 및 방법 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING REVOLUTION SPEEDS OF A DRIVE UNIT}
도1은 공회전 속도 제어기의 양호한 실시예의 블록 선도.
도2 및 도3은 제어부의 활성화를 위한 양호한 방법의 블록 선도.
도1 내지 도3은 구동 유닛의 제어를 위한 제어 유닛의 마이크로 컴퓨터 프로그램의 블록 선도로서 각각의 요소가 소정의 기능을 실행하는 프로그램 부분 및 단계를 나타낸다.
도4는 이하에서 설명되는 방법의 효력을 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 마이크로 컴퓨터
24: 측정 장치
30: 조정 요소
101: 목표값 형성기
102: 비교기
106: 제어기
202: OR 논리 스위치
314: 지연 요소
본 발명은 구동 유닛의 토크 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이런 유형의 방법 또는 장치는 공회전 속도 조정의 예로써 독일 특허 30 39 435호(미국 특허 4,441,471호)에 공지되어 있다. 적어도 구동 유닛의 공회전 작동 상태에서, 작동 변수에 따른 소정의 회전 속도 목표값 및 측정된 회전 속도 실제값에 따라 구동 유닛의 회전 속도를 조정하는 조정 요소의 작동을 통해 공회전 속도 조정된다. 평상 제어 단계에 추가로 구동 유닛의 기동 단계가 고려된다. 회전 속도가 소정의 최소 회전 속도 이하이면 회전 속도를 조정하는 조정 요소는 기동을 위한 충분한 공기를 보장하기 위해 소정의 결정된 제어 신호로 회전 속도를 조정한다. 최소 회전 속도가 초과되면 공회전 상태에서 회전 속도 제어는 비례, 적분 및 미분부를 갖는 제어기를 통해 달성된다. 몇몇 적용의 경우에 이런 공지된 해결 방법은 기동 단계 중에 바람직하지 못한 작동을 나타낸다. 기동시에 주어진 특별한 조건 때문에 회전 속도는 기동 단계에서, 그 다음의 작동 단계에서 제공되는 정상(stationary) 회전 속도를 현저히 초과한다. 공지된 제어기는 최소 회전 속도 초과를 발생되는 회전 속도 편차로 인식하여, 특히 제어기의 적분부는 회전 속도 초과 중에 바람직하지 못한 작동 영역에서 작동하게된다. 회전 속도의 초과가 정상 목표 회전 속도로 되는 것도 바람직하지 못하다. 이와 같은 영향력은 회전 속도 제어기에서 뿐만 아니라 회전 속도와 관련된 변수를 갖는 예를 들어, 유입된 공기, 회전 속도 모멘트, 출력 및 출력 회전 속도등을 조정하는 제어기에서도 나타난다.
본 발명의 목적은 기동 단계에서 구동 유닛의 작동이 개선되는 구동 유닛의 회전 속도 제어를 위한 장치 및 방법을 제안하는 것이다.
이는 독립 청구항의 특징부에서 달성된다.
회전 속도 제어부들을 개별적으로 활성화시키는 것은 구동 유닛의 기동 단계를 최적화시킨다. 기동 단계에서 원래의 기동은 스타트 모터의 작동 또는 공급 전압(점화기 통전)의 연결로 정상 회전 속도가 초과되기까지를 전체 기동으로 생각할 수 있다. 비례부 및/또는 미분부가 비교적 조기에 활성화되어, 발생된 회전 속도의 초과 현상은 회전 속도의 초과 과정 중에 바람직하지 못한 제어 작동을 염려할 필요없이 제어기를 통해 효과적으로 극복된다. 이는 제어기의 적분부가 통상 동역학적 제어부보다 늦게 활성화되기 때문이다.
드로틀 밸브의 위치가 원래의 기동 단계 중에 일정하게 조정되고, 제어기의 활성화가 회전 속도의 초과 현상을 감소시키기 위해 각 제어부들의 개별적인 활성화를 통해 달성되는 것은 특히 유익하다. 이를 통해, 기동 과정의 적용은 간단해지고, 특히 초과 현상의 형성이 달성되는데, 이는 제어기 특성 및/또는 변경되는 주변 조건들이 원래의 기동 단계에서는 중요하지 않기 때문이다.
바람직하지 못한 트랙션 모멘트에서 제어기의 적분부가 활성화되는 것을 보장하는 소정 시간이 제공되는 것은 특히 유익하다.
또한, 예를 들어 오류 기동시 또는 양호하지 못한 기동시 제어기의 전체 부분을 강제 활성화시키는 다른 시간 조건이 제공되는 것은 유익하다.
아하, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 상세히 설명된다.
도1은 차량의 구동 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛의 마이크로 컴퓨터(10)의 프로그램을 나타내는, 공회전 속도 제어기의 흐름 선도를 도시한다. 목표값 형성기(101)가 제공되고, 이에 상응되는 측정 장치(18 내지 22)로부터의 공회전 속도에 영향을 미치는 작동 변수를 나타내는 신호가 입력 라인(12 내지 16)을 통해 목표값 형성기에 전송된다. 이런 유형의 작동 변수는 예를 들어 엔진 온도 및/또는 공조기등과 같은 보조 소비기이다. 이런 작동 변수에 따라 목표값 형성기(101)는 소정의 도표, 특성 곡선, 특성 영역 또는 계산 단계의 비례에 따라 구동 유닛의 공회전 작동을 위한 목표값(Nsoll)을 형성한다. 양호한 실시예에서, 전술된 종래 기술에서와 같이 목표 회전 속도는 실제 회전 속도에 따른다. 즉, 실제 회전 속도가 예를 들어 운전자에 의한 영향을 통해 또는 기동시에 상승되면 목표 회전 속도 또한 증가된다. 이런 목표값은 실제 회전 속도를 따르지 않는 정상 목표값과의 구별을 위해 모의 목표값이라 한다. 형성된 목표값(nsoll)은 비교기(102)로 전송되어 측정된 엔진 회전 속도(nmot)와 관련된다. 현재 회전 속도를 나타내는 신호는 측정 장치(24)에서 결정되어, 라인(26)을 통해 제어 유닛(10) 또는 마이크로 컴퓨터(10)로 전송된다.
비교기(102)에서 목표 회전 속도(Nsoll)와 실제 회전 속도(nmot)의 편차가 결정된다. 제어 편차(Δ)는 제1 제어기(104)와 제2 제어기(106)에 전송된다. 제1 제어기(104)는 제어 편차(Δ)에 따라 출력 라인(28)을 통해 적어도 엔진으로 공급되는 공기 유입에 영향을 미치는 조정 요소(30)를 작동시키는 출력 신호를 형성한다. 제어기(106)는 제어 편차(Δ)에 따라 라인(32)를 통해 적어도 엔진의 점화각을 조정하는 출력 신호를 형성한다. 공기 유입 및 점화각은 제어 편차를 감소시키도록 영향을 미친다. 양호한 실시예에서, 적어도 제어기(104)는 출력 신호를 형성하도록 시간에 대한 제어 편차를 적분하는 적어도 하나의 적분부를 포함한다. 실시예에 따라 비례 및/또는 미분부가 제공된다. 일 실시예에서는 점화각 또는 연료 공급에 추가적인 처리가 제공된다. 점화각 및/또는 연료 공급을 조정하는 제어기(106)는 출력 신호를 형성하기 위해 제어 편차를 증가시키거나 미분하는 적어도 하나의 비례 및/또는 미분부를 포함한다.
작동단(108, 110)이 양 제어기에 배치되어 전송된 입력 신호에 따라 작동 라인(112, 114)과 제어기(104, 106)를 통해 개별적으로 제어부를 작동시킨다. 작동 신호는 라인(116 내지 118, 120 내지 122)을 통해 작동단(108, 110)에 전송되는 작동 변수를 기초로하여 결정된다. 이런 작동 변수들은 무엇보다도 엔진 회전 속도(nmot) 및 (정상 또는 모의) 목표 회전 속도(Nsoll)이다. 제어부를 작동시키기 위한 방법은 도2 및 도3의 선도를 참조로 이하에서 설명된다.
다른 실시예에서 회전 속도 제어를 위해 회전 속도 제어기가 제공되는 것이 아니고, 회전 모멘트, 공기 공급, 출력등과 같은 회전 속도와 관계되는 다른 작동 변수의 조정이 실행된다. 이런 제어기에서 상응되는 조치가 제공된다.
양호한 실시예에서, 기동 단계에서 회전 속도 진행의 최적화를 위해 공회전 제어부의 활성화는 상이한 시점에서 시작된다. 특히 적분부는 제어기의 비례 및/또는 미분부보다 늦게 활성화된다. 양호한 실시에에서, 엔진 회전 속도가 모의 목표값보다 크고, 그 다음 다시 낮아지면 제어기의 적분부는 활성화된다. 실제 회전 속도가 회전 속도의 개시 초과 후에 모의된 목표 회전 이하로 최초로 하강될 때 적분부는 활성화된다. 적분부를 위한 다른 활성화 단계는 공회전 제어기가 연결된 후 소정의 시간이 경과될 경우이다. 예를 들어, 불량 오일, 비활성 소비기등에 의해 트랙션 모멘트가 너무 높게 제어되어 엔진 회전 속도가 오랫 동안 모의된 목표 회전 속도 이상으로 유지되면 적분부는 개시된다. 적분부의 개시를 위한 제3 단계는 양호하지 못한 기동 또는 오류 기동시에 전체 공회전 제어부가 강제로 개시되는 다른 시간 조건이 경과될 경우이다. 이런 경우에, 적분부는 다른 제어부와 함께 활성화된다. 이런 유형의 작동 상황은 정상 회전 속도가 달성되지 않고, 기동 종료 회전 속도(예를 들어 분당 몇백 회전 속도)가 달성된 후 소정 시간이 종료될 경우 수용된다. 실제값이 정상 목표 회전 속도를 초과하면 공회전 제어기의 다른 부분은 조기 활성화된다. 기동 종료 회전 속도 도달 후에도 정상 목표 회전 속도가 소정 시간 내에 도달되지 않으면, 전술된 바와 같이 공회전 제어기는 강제 작동된다.
제어부들의 활성화는 실시예에 따라 다양한 방법 및 유형으로 달성된다. 일 실시예에서 각각의 제어 상수, 예를 들어 활성화를 위한 값 0의 적분 상수가 소정값이 된다. 다른 실시예에서, 활성화를 위해 각각의 부품의 입력부를 연결시키는 스위치 요소가 제공된다. 양호한 실시예에서, 이는 계산 프로그램의 상응되는 조회 단계를 통해 실행되나, 비활성화 부분에서는 이 부분을 계산하는 프로그램 단계는 실행되지 않는다.
도2는 공회전 제어기의 활성화를 위한 흐름 선도의 일 실시예를 도시한다. 현재 엔진 회전 속도(nmot)는 비교기(200)에서 엔진 온도와, 예를 들어 보조 소비기의 상태에 따라 결정되는 정상 목표 회전 속도(nstat)와 비교된다. 엔진 회전 속도가 정상 목표 회전 속도를 초과하면, 비교기는 OR 논리 스위치(202)를 통해 공회전 제어기의 연결을 위한 신호(B_llrein)를 전송하는 상태 신호를 발생시킨다. 상기 신호는 라인(114)을 통해 예를 들어 제어기(106)의 작동을 위해 전송되고, 제어기는 초과치를 감소시키는 점화각 변경을 통해 기동 단계에서의 회전 속도 초과를 극복한다. 또한, 엔진 회전 속도는 임계값 단계(204)에서 기동 종료 회전 속도와 비교된다. 이는 약 10 내지 100rpm/min이다. 엔진 회전 속도가 기동 종료 회전 속도를 초과하면, 상응되는 상태 신호가 지연 회로(206)에 전송된다. 양호한 실시예에서 몇 초 동안인 소정 시간으로 신호를 지연시킨다. 이런 시간이 경과되면 신호(B_llrein)가 OR 논리 스위치(202)를 통해 전송되며, 기동 종료 회전 속도가 초과되고, 정상 회전 속도가 소정 시간 내에 도달하지 못하면 제어기(106)는 강제로 활성화된다. 이는 양호하지 못한 기동 또는 오류 기동을 의미하므로, 이하에서 설명되는 구동 유닛 작동의 관점에서 공회전 제어기의 강제 작동이 필요한 것으로 이해된다. 신호(B_llrein)는 점화각 및/또는 연료 측정 요소를 위한 적어도 비례부 및/또는 미분부를 활성화시키나, 공회전 제어기의 적분부는 활성화시키지 않는다.
제어기(104) 또는 적분부를 라인(112)을 통해 활성화시키는 적분부 작동 신호(B_llreinI)를 형성하기 위한 방법은 도3의 블록 선도에 도시된다. 먼저, 모의 목표 회전 속도(nsoll)와 엔진 회전 속도(nmot)가 비교기(300)에서 비교된다. 실제 회전 속도가 실제 회전 속도에 따라 모의되는 목표 회전 속도를 초과하면 이에 상응되는 신호가 소정 시간 동안 예를 들어 몇몇 msec동안 지연되는 지연 단계(302)에 전송된다. 또한, 신호가 AND 스위치(304)에 전송되고, AND 스위치의 제2 입력부에는 공회전 제어기(B_llrein)의 활성화 신호가 전송된다. 이 두 신호가 주어지면, AND 스위치(304)의 출력 신호가 AND 스위치(306)에 전송된다. AND 스위치(306)의 제2 입력부는 비교기(308)의 출력 신호이다. 또한, AND 스위치(306)에는 실제 회전 속도 및 모의 목표 회전 속도(nsoll)가 전송된다. 비교기(308)에서는 실제 회전 속도가 모의 목표 회전 속도 이하로 다시 하강하는지를 검토한다. 만일 그렇다면, 비교기(308)는 AND 스위치(304)의 신호가 주어질 때 AND 스위치(306)의 출력 신호를 할당하는 출력 신호를 발생시킨다. 이 신호는 OR 스위치(310)를 통해 전송되고, 제어기(104)의 적분부 활성화 신호(B_llreinI)를 나타낸다. 이로써, 제어기의 적분부는 통상 모의 목표 회전 속도의 초과시에 실제 회전 속도를 통해, 그리고 모의 목표 회전 속도 이하시에 작동된다. 목표 회전 속도의 모의는 전술된 종래 기술에서와 같이 실제 회전 속도에 대해 변위되고 한정된다.
또한 특성 곡선, 도표 또는 특성 영역(32)에서 엔진 회전 속도(tmot)에 따라 지연 요소(314) 내로 안내되는 시간값(tvllri)이 결정된다. 지연 요소는 전송된 공회전 제어기의 활성화 신호(B_llrein)를 지연시킨다. 몇 10msec 내지 몇 100msec의 경과 후에 지연 요소(314)는 OR 스위치(310)를 통해 적분부 작동을 위한 신호를 할당하는 출력 신호를 발생시킨다. 이로써, 엔진 회전 속도가 모의 목표 회전 속도 이하로 하강하지 않는 바람직하지 못한 트랙션 모멘트비에서 공회전 제어기의 작동에 따라 소정 시간 경과 후에 적분부는 횔성화된다.
또한, 단계(204)에서 형성된 신호를 기동 종료 회전 속도의 초과시에 소정 시간 동안, 예를 들어 몇초 동안 지연시키는 추가의 지연 요소(316)가 제공된다. 지연 신호의 지연 시간이 경과되면, 적분부를 개시시키는 신호가 OR 스위치(310)를 통해 주어진다. 이는 양호하지 못한 기동시에 모든 제어부가 동시에 활성화되는, 공회전 제어기를 강제 작동시킨다.
도4에서 엔진 회전 속도(nmot) 및 목표 회전 속도(nsoll)의 시간 경과를 나타내는 시간 선도가 도시된다. 시점(t0)에서 스타트 모터가 작동된다. 회전 속도는 먼저 스타트 모터의 영향을 받고, 그 후에는 엔진에서의 연소에 영향을 받으며 상승한다. 시점(t1)에서 정상되는 목표 회전 속도(nstat)는 초과된다. 이는 공회전 제어기를 활성화시키며, 제어기(106)의 비례 및/또는 미분부를 작동시킨다. 도4의 시점(t1)과 시점(t2) 사이의 시간 공간에서와 같이 공회전 제어기가 활성화일 때 목표 회전 속도의 모의 및 회전 속도 초과가 달성된다. 엔진 회전 속도는 시점(t2)에서 처음으로 다시 모의 목표 회전 속도(nsoll) 이하로 된다. 이는 적분부를 활성화시키고, 적분부는 실제 회전 속도의 초과를 시점(t3)에서 정상 목표 회 전 속도로 유도한다. 시점(t3)에서 기동 단계는 종료되어 구동 유닛의 공회전 작동이 시작된다.
모의 목표 회전 속도 하강 대신에 전술된 실시예에서 적분부가 활성화되면 적분부의 활성화를 위한 다른 실시예에서는 목표 회전 속도로부터 변경된 회전 속도 임계값이 주어진다.
본 발명에 따르면, 회전 속도 제어부들을 개별적으로 활성화되어 구동 유닛의 기동 단계가 최적화되는 제어 장치 및 방법이 제공된다..

Claims (8)

  1. 하나 이상의 제어기(104, 106)의 복수의 제어부에 의해, 구동 유닛의 회전 속도를 제어하는 제어 신호가 형성되는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법에 있어서,
    구동 유닛의 기동시에 제어기의 적어도 두 개의 제어부가 차례로 활성화되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 제어부는 비례부 또는 미분부이고, 제2 제어부는 적분부인 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엔진 회전 속도가 기동 후에 최초로 정상 목표 회전 속도를 초과하면 제1 제어부가 활성화되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정상 목표 회전 속도가 현재 회전 속도를 통해 초과된 후에 현재 회전 속도가 소정 회전 속도 이하로 다시 하강하면 제2 제어부가 활성화되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 추가의 회전 속도 임계값은 회전 속도에 따라 모의된 목표 회전 속도인 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 제어부가 소정 시간 경과 후에 제1 제어부의 작동에 따라 활성화되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 소정 시간 경과 후에 두 제어부가 소정 회전 속도 초과에 따라 정상 회전 속도 도달 전에 동시에 활성화되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 방법.
  8. 하나 이상의 제어기(104, 106)의 복수의 제어부가 설치된 적어도 하나의 마이크로 컴퓨터(10)를 가지며, 상기 마이크로 컴퓨터가 회전 속도 제어를 위한 적어도 하나의 출력 신호를 발생시키는 구동 유닛의 회전 속도 제어 장치에 있어서,
    마이크로 컴퓨터는 구동 유닛의 기동시에 먼저 제1 제어부를 기초로 하고, 그 다음 제1 및 제2 제어부를 기초로 하여 적어도 하나의 출력 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 구동 유닛의 회전 속도 제어 장치.
KR1020000048027A 1999-08-21 2000-08-19 구동 유닛의 회전 속도 제어 장치 및 방법 KR100694744B1 (ko)

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DE19939822.4 1999-08-21

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