KR100986077B1 - 전자식 스로틀 밸브 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식으로 제어되는 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 TPS의 신호에 이상이 있는 경우 유입되는 공기량에서 추정되는 TPS값을 스로틀 밸브의 위치제어에 적용하는 것이다.

본 발명은 가속페달의 변위에 따른 요구 토크량을 결정하고, 유입되는 공기량에서 TPS값을 추정하는 과정, 요구 토크량으로 직류모터를 작동시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정하는 과정, 피드백 제어를 위해 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 TPS1,TPS2의 이상여부를 진단하는 과정, 상기 TPS1,TPS2의 동시 이상이 판정되면 공기량에서 추정된 TPS값을 피드백 제어에 적용하는 과정을 포함한다.

ETC, 전자식 스로틀 밸브, TPS 신호, 공기량, 이상판정

Description

전자식 스로틀 밸브 제어장치 및 방법{ELECTRONIC THROTTLE VALVE CONTROL SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량에 적용되는 전자식 스로틀 밸브 제어장치(Electronic Throttle Valve Controller : ETC)에 관한 것으로, 더 상세하게는 전자식으로 제어되는 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 TPS(Throttle Position Sensor)의 신호에 이상이 있는 경우 유입되는 공기량에서 추정되는 TPS값을 스로틀 밸브의 위치제어에 적용하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어 차량에는 기계식 스로틀 밸브와 비교하여 가속페달과 스로틀 밸브가 케이블로 연결되지 않고, 직류 모터의 작동에 의해 밸브의 개폐가 정확하게 이루어져 엔진의 점화시기와 연료 분사량 등을 정확하게 조절할 수 있어 운전자의 요구를 정확하게 반영하고, 엔진의 다이내믹한 응답을 제공하며, 연비 개선 및 배출가스 개선 등의 장점이 제공되는 전자식 스로틀 밸브 제어장치의 적용이 점차 확대되고 있다.

전자식 스로틀 밸브 제어장치는 APS(Accelerator Pedal Position Sensor)를 통해 운전자의 가속의지인 가속페달의 변위를 검출하여 제어수단에 제공하고, 제어 수단은 가속페달의 변위와 엔진 회전수, 냉각수온, 변속단의 조건 등에 따라 토크 맵을 적용하여 요구 토크량을 결정한 다음 스로틀 바디(Throttle Body)에 장착되는 직류모터를 구동시켜 스로틀 밸브의 개도를 조정한다.

전자식 스로틀 밸브 제어장치는 직류모터에 의해 개폐되는 스로틀 밸브의 위치를 TPS신호로 검출하여 스로틀 밸브가 토크 요구량에 대응되는 위치로 제어되었는지를 판단하여, 정상적인 위치로 제어되지 않은 상태이면 TPS신호에 따라 스로틀 밸브의 위치를 보상하여 최적의 위치로 제어한다.

TPS는 브러쉬와 저항체로 구성되어 있는데, 스로틀 밸브의 위치가 변경됨에 따라 축에 연결된 브러시부가 회전하면서 브러시가 접촉되어 있는 저항체의 위치가 변경되어 저항값의 변화를 발생시키며, 제어수단은 저항값의 변화를 인식하여 스로틀 밸브의 위치를 인식하게 된다.

전자식 스로틀 제어장치에서 TPS신호의 노이즈 발생 원인은 다음과 같다.

전자식 스로틀 제어장치가 엔진에 장착되기 때문에 혼합기의 연소로 발생되는 열과 진동에 노출되어 있어 저항체와 브러시의 접촉이 불안정하여 노이즈를 발생시킨다.

또한, TPS와 스로틀 밸브를 연결하는 축부위의 흔들림에 의해 TPS의 신호에 노이즈를 발생시키며, 내구에 의한 접촉부 및 브러시의 마모 등에 의한 TPS의 신호에 노이즈를 발생시킨다.

이외에 외부 전자기파의 유입으로 인하여 TPS의 신호에 노이즈가 발생한다.

상기한 바와 같이 다양한 원인에 의하여 TPS의 신호에 노이즈가 발생하는 경 우 스로틀 밸브의 위치 제어가 정상적으로 실행되지 못하여 엔진 시동이 꺼질 수 있으며, 엔진 회전수가 급상승하여 급발진이 발생한다.

따라서, 전자식 스로틀 밸브 제어장치에서는 스로틀 밸브의 위치를 보다 안정되게 제어하기 위하여 2개의 TPS를 사용하고 있으며, 이는 하나의 TPS에 고장이 발생한 경우 어떤 TPS에서 고장이 발생되었는지를 판단하고, 정상 상태를 유지하는 다른 하나의 TPS 신호를 이용하여 스로틀 밸브의 위치를 제어한다.

그러나, 현재의 전자식 스로틀 밸브 제어장치에 적용되어 있는 방식은 두개의 TPS 신호 모두에 노이즈가 발생되는 경우 둘 중에 하나의 TPS를 고장 판정으로 하고, 나머지 하나의 TPS 신호를 정상적으로 받아들이기 때문에 전자식 스로틀 밸브의 위치제어가 제대로 되지 않으며, 이로 인하여 엔진 시동 꺼짐 또는 회전 회전수가 급상승하여 급발진이 발생되는 문제가 있다.

TPS 신호의 노이즈에 따른 문제점을 다음과 같이 구분된다.

TPS1,TPS2의 신호가 동시에 정상신호 보다 높게 나오는 경우 제어수단은 TPS1과 TPS2의 차이를 비교하여 ｜TPS1-TPS2｜= 0이기 때문에 정상으로 판단하여 전자식 스로틀 밸브의 위치를 제어한다.

이러한 경우 원하는 스로틀 밸브의 개도 보다 많이 열려있기 때문에 스로틀 밸브를 닫는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 시동 꺼짐 혹은 엔진 회전수 드롭을 일으키는 문제점이 발생한다.

TPS1,TPS2의 신호가 동시에 정상신호 보다 낮게 나오는 경우 제어수단은 TPS1과 TPS2의 차이를 비교하여 ｜TPS1-TPS2｜= 0이기 때문에 정상으로 판단하여 전자식 스로틀 밸브의 위치를 제어한다.

이러한 경우 원하는 스로틀 밸브의 개도 보다 적게 열려있기 때문에 스로틀 밸브를 여는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 회전수를 상승시켜 급발진을 일으키는 문제점이 발생한다.

TPS1,TPS2의 신호가 동시에 정상신호 보다 높게 나오고, TPS1신호와 TPS2신호가 차이가 나는 경우 제어수단은 TPS1과 TPS2의 차이를 비교하여 ｜TPS1-TPS2｜= △1이기 때문에 공기량 모델을 통해 정상적인 신호에 가까운 TPS2 신호를 선택하여 전자식 스로틀 밸브의 위치 제어에 사용한다.

이때, TPS2의 신호가 실제값 보다 높게 나오기 때문에 스로틀 밸브를 닫는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 시동 꺼짐 혹은 엔진 회전수 드롭을 발생시킨다.

TPS1의 신호는 정상신호 보다 높게 나오고, TPS2의 신호는 정상신호 보다 낮게 나오는 경우 △1 〉△2이면 제어수단은 정상값에 가까운 TPS2 신호를 선택하여 전자식 스로틀 밸브의 위치 제어에 사용한다.

이때, TPS2의 신호가 실제값 보다 낮게 나오기 때문에 스로틀 밸브를 여는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 회전수를 상승시켜 급발진을 일으키는 문제점이 발생한다.

그리고, △1 〈 △2이면 제어수단은 정상값에 가까운 TPS1 신호를 선택하여 전자식 스로틀 밸브의 위치 제어에 사용한다.

이때, TPS1의 신호가 실제값 보다 높게 나오기 때문에 스로틀 밸브를 닫는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 시동 꺼짐 혹은 엔진 회전수 드롭을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 TPS1의 신호와 TPS2의 신호에 동시 이상이 발생한 경우 공기량에서 추정되는 TPS값을 전자식 스로틀 밸브의 피드백 제어에 적용함으로써, 엔진 회전수의 변동이나 급발진이 발생되지 않도록 하는 것이다.

또한, 발명은 TPS1과 TPS2의 지속적인 고장이 판정되면 고장코드를 저장하고, 림프 홈 모드(Limp Home Mode)를 실행하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전자식 스로틀 밸브 제어장치는, 운전자의 감가속 요구인 가속페달의 변위를 검출하는 가속페달검출부; 엔진으로 유입되는 공기량을 검출하는 공기량 검출부; 가속페달변위에 대한 토크량을 결정하여 스로틀 밸브의 위치 조정하고, TPS의 신호를 이용하여 스로틀 밸브 위치를 피드백 제어하며, TPS신호에 이상이 검출되면 공기량 검출부의 신호에서 추정되는 TPS값을 스로틀 밸브의 피드백 제어에 적용하는 제어부; 직류모터 및 TPS를 포함하며 제어부의 신호에 따라 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 스로틀 바디를 포함한다.

본 발명의 특징에 따른 전자식 스로틀 밸브 제어방법은, 가속페달의 변위에 따른 요구 토크량을 결정하고, 유입되는 공기량에서 TPS값을 추정하는 과정; 요구 토크량으로 직류모터를 작동시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정하는 과정; 피드백 제 어를 위해 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 TPS1,TPS2의 이상여부를 진단하는 과정; 상기 TPS1,TPS2의 동시 이상이 판정되면 공기량에서 추정된 TPS값을 피드백 제어에 적용하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 TPS1,TPS2의 신호에 동시 이상이 발생하더라도 전자식 스로틀 밸브의 위치제어에 안정성이 제공되어, 엔진 시동 꺼짐이나 엔진 회전수의 드롭 혹은 엔진 회전수의 급상승이 발생되지 않아 차량의 운행에 안정성 및 신뢰성이 제공된다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 스로틀 밸브 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 가속페달검출부(10)와 공기량검출부(20), 제어부(30) 및 스로틀 바디(40)를 포함한다.

가속페달검출부(10)는 APS로, 운전자의 감가속 요구에 따라 작동되면 가속페 달의 변위를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(30)에 인가한다.

공기량 검출부(20)는 공기량 센서로, 스로틀 밸브의 개도 변화에 따라 엔진으로 유입되는 공기량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(30)에 인가한다.

제어부(30)는 검출되는 가속페달의 변위와 엔진 회전수, 냉각수온, 변속단의 조건 등에 따라 토크 맵을 적용하여 요구 토크량을 결정한 다음 스로틀 바디(40)에 장착되는 직류모터(41)를 구동시켜 스로틀 밸브의 개도를 조정한다.

상기 제어부(30)는 직류모터(41)에 의해 개폐되는 스로틀 밸브의 위치를 TPS1(42)과 TPS2(43)를 통해 검출하여 스로틀 밸브가 토크 요구량에 대응되는 위치로 제어되었는지를 판단하고, 정상적인 위치로 제어되지 않은 상태이면 TPS1, TPS2신호를 적용하여 스로틀 밸브의 위치를 피드백 제어한다.

또한, 상기 제어부(30)는 스로틀 밸브를 작동시키는 직류모터(41)의 제어 전류값과 TPS 신호를 비교하여 TPS1 및 TPS2의 신호에 이상이 있는지를 판단하고, 이상이 있으면 공기량 검출부의 신호로부터 추정되는 TPS의 값을 스로틀 밸브 위치제어에 적용한다.

그리고, 상기 제어부(30)는 TPS1,TPS2 신호의 고장이 설정횟수 이상 검출되면 림프 홈 모드로 진입하여 토크의 출력을 제한 제어한다.

예를 들어 림프 홈 모드에 진입하면 최대 엔진 회전수를 2,500RPM 이하로 유지하고, 최대 차속이 80Km/h 이하가 되도록 유지한다.

스로틀 바디(40)는 스로틀 밸브가 포함되며, 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 작동되어 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 직류모터(41)와, 직류모터(41)의 작 동에 따라 변화되는 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 제어부(30)에 피드백 신호로 제공하는 TPS1(42)과 TPS2(43)가 포함된다.

전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명에서 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 동작은 다음과 같다.

엔진 시동이 온 되면 제어부(30)는 가속페달검출부(10)의 신호를 판독하여 운전자의 감가속 요구인 가속페달의 변위를 검출하고(S101), 공기량 검출부(20)의 신호를 판독하여 엔진으로 유입되는 공기량을 검출한다(S102).

그리고, 가속페달의 변위와 엔진 회전수, 냉각수온, 변속단의 조건 등에 따라 토크 맵을 적용하여 요구 토크량을 결정한 다음 스로틀 바디(40)에 장착되는 직류모터(41)를 구동시켜 스로틀 밸브의 개도를 조정한다(S103).

또한, 상기 공기량 검출부(20)의 신호에 반복적인 학습을 통해 설정된 모델링을 적용하여 스로틀 개도량, 즉 TPS의 값을 추정한다(S104).

상기와 같이 운전조건에 따라 스로틀 바디(40)에 포함되는 직류모터(41)를 작동시켜 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 상태에서 TPS1(42)의 신호와 TPS2(43)의 신호를 검출한다(S105).

상기 S104에서 추정된 TPS값에서 TPS1(42)의 신호 혹은 TPS2(43)의 신호를 차 연산한 결과의 절대값이 설정된 제1기준값(△A)을 초과하는지 판단한다(S106).

상기 S106의 판단에서 연산 결과의 절대값이 제1기준값(△A)을 초과하였으면 TPS1(42) 및 TPS2(43)의 출력 신호에 이상이 있는 것으로 판단하고(S107) 고장 카운터를 1회 증가시킨다(S108).

그리고, 가속페달의 변위에 따라 결정되는 요구 토크량에 대응되는 위치로 스로틀 밸브의 위치를 제어하기 위하여 상기 S104에서 추정되는 TPS값을 스로틀 밸브의 피드백 제어값으로 적용한다(S109).

이후, 고장 카운터의 횟수가 설정횟수를 초과하였는지 판단하며(S110), 설정횟수를 초과하지 않았으면 상기 S101의 과정으로 리턴되고, 설정횟수를 초과하였으면 TPS1(42) 및 TPS(43)의 고장으로 판단하여 림프 홈 모드로 진입한다(S111).

상기 림프 홈 모드에서는 엔진의 출력 토크를 제한 제어하여 엔진 회전수가 최대 2,500RPM으로 초과하지 못하도록 하고, 차속을 80Km/h로 제한한다.

또한, 상기 S106의 판단에서 연산 결과의 절대값이 제1기준값(△A)을 초과하지 않은 상태이면 TPS1(42)의 신호값에서 TPS2(43)의 신호값을 차 연산한 결과의 절대값이 제2기준값(△B)과 제3기준값(△C)의 범위에 포함되는지 판단한다(S112).

즉, △B ≤｜TPS1-TPS2｜≤ △C

상기 S112의 판단에서 차 연산한 결과의 절대값이 제2기준값(△B)과 제3기준값(△C)의 범위에 포함되면 두 개중 어느 하나의 TPS 신호에 이상이 있는 것으로 판정하고(S113), 공기량의 모델링으로 예상되는 예상값에 근접한 TPS 신호를 선택하여(S114) 스로틀 밸브의 피드백 제어값으로 적용한다(S115).

또한, 상기 차 연산한 결과의 절대값이 제2기준값(△B)과 제3기준값(△C)의 범위에 포함되지 않으면 차 연산한 절대값이 제3기준값(△C) 이상인지를 판단한다(S116).

즉, ｜TPS1-TPS2｜≥ △C

상기 S116의 판단에서 차 연산한 결과의 절대값이 제3기준값(△C) 이상이면 TPS1(42)과 TPS2(43)에 동시 이상이 발생한 것으로 판정하고(S117), 고장 카운터를 1회 증가시킨다(S118).

그리고, 고장 카운터의 횟수가 설정횟수를 초과하였는지 판단하여(S119), 설정횟수를 초과하였으면 림프 홈 모드로 진입하여 토크 제한 제어를 실행한다(S120).

또한, 상기 S116의 판단에서 차 연산한 결과의 절대값이 제3기준값(△C) 이상이 아니면 TPS1(42) 및 TPS2(43)의 신호는 정상으로 판정하고(S121) 검출되는 TPS1(42) 및 TPS2(43)의 신호를 적용하여 스로틀 밸브를 피드백 제어한다(S122).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 스로틀 밸브 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자식 스로틀 밸브 제어장치의 제어절차를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가속페달검출부 20 : 공기량 검출부

30 : 제어부 40 : 스로틀 바디

41 : 직류모터 42 : TPS1

43 : TPS2

Claims (8)

1. 운전자의 감가속 요구인 가속페달의 변위를 검출하는 가속페달검출부;

   엔진으로 유입되는 공기량을 검출하는 공기량 검출부;

   가속페달변위에 대한 토크량을 결정하여 스로틀 밸브의 위치 조정하고, TPS의 신호를 이용하여 스로틀 밸브 위치를 피드백 제어하며, TPS신호에 이상이 검출되면 공기량 검출부의 신호에서 추정되는 TPS값을 스로틀 밸브 위치제어에 적용하는 제어부;

   직류모터 및 TPS를 포함하며, 제어부의 신호에 따라 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 스로틀 바디;

   를 포함하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 TPS 신호의 이상이 설정횟수 이상 검출되면 림프 홈 모드로 진입하여 토크 제한제어를 실행하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 스로틀 밸브를 작동시키는 직류모터의 제어 전류값과 TPS 신호를 비교하여 TPS 신호의 이상 여부를 판정하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 2개의 TPS 신호 중 어느 하나의 이상이 판정되면, 정상을 유지하는 다른 하나의 TPS 신호를 피드백 제어신호로 적용하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
5. 가속페달의 변위에 따른 요구 토크량을 결정하고, 유입되는 공기량에서 TPS값을 추정하는 과정;

   요구 토크량으로 직류모터를 작동시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정하는 과정;

   피드백 제어를 위해 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 TPS1,TPS2의 이상여부를 진단하는 과정;

   상기 TPS1,TPS2의 동시 이상이 판정되면 공기량에서 추정된 TPS값을 피드백 제어에 적용하는 과정;

   을 포함하는 전자식 스로틀 밸브 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 TPS1,TPS2의 동시 이상 검출은 직류모터를 제어하는 전류값과 비교하여 이상여부를 판정하는 전자식 스로틀 밸브 제어방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 TPS1 혹은 TPS2 중 어느 하나만의 이상이면 정상을 유지하는 TPS의 신 호를 피드백 제어에 적용하는 전자식 스로틀 밸브 제어방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 TPS1 및 TPS2의 고장 카운터가 설정횟수 초과하면 림프 홈 모드로 진입하여 토크 제한 제어를 실행하는 전자식 스로틀 밸브 제어방법.

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