KR20010030183A

KR20010030183A - 드로틀 제어 장치

Info

Publication number: KR20010030183A
Application number: KR1020000050985A
Authority: KR
Inventors: 가미무라야스히로; 사사끼야스시; 도미따노리오; 도미따쯔기오; 나까노슈이찌
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2001-04-16
Also published as: JP3333477B2; EP1081358A2; US6474301B1; DE60027097D1; EP1081358B1; JP2001073817A; DE60027097T2; EP1081358A3

Abstract

본 발명의 과제는 응답 시간 및 수렴 시간을 단축할 수 있는 드로틀 제어 장치를 제공하는 데 있다.

전자 제어 드로틀 본체(30)는 고장시의 주행을 확보하기 위해 디폴트 기구를 가지고 있다. 드로틀 제어 유닛(100)은 엔진 제어 유닛(10)에 의해 구해진 목표 드로틀 개방도에 의거하여, 모터(34)를 이용하여 드로틀 밸브(32)의 위치 제어를 행한다. 여기에서, 드로틀 제어 유닛(100)은 엔진 제어 유닛(10)으로부터 입력하는 목표 드로틀 개방도가 디폴트 기구의 디폴트 개방도(θ0)를 넘는 경우는 가산되어 있는 적분치를 0으로 세트하고, 이 값에 그 이후 연산된 적분치를 누계하여 피드백 제어를 행한다.

Description

드로틀 제어 장치{THROTTLE CONTROLLING APPARATUS}

본 발명은 차량 적재 엔진의 흡입 공기량을 제어하는 제어 밸브를 모터 등의 작동기에 의해 전자적으로 제어하는 드로틀 제어 장치에 관한 것이다.

최근, 차량용 드로틀 제어 장치는 액셀 페달과 연동하여 드로틀 밸브의 위치를 기계적으로 제어하는 방법으로부터, 드로틀 밸브를 모터 등의 작동기에 의해 전자적으로 제어하고, 엔진의 운전 상태에 따른 최적의 공기량을 공급하는 전자 제어식의 드로틀 제어 장치로 이행하기 시작하고 있다. 종래의 전자 제어식 드로틀 제어 장치로서는 예를 들어 일본 특허 공개 소61-8441호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 액셀 답입량을 검출하는 액셀 센서 등의 운전 상태에 관한 신호를 연산 처리하여, 제어 밸브의 목표 드로틀 개방도를 설정하도록 하고 있다. 또한, 제어 밸브의 위치를 검출하는 드로틀 센서가 설치되고, 그 출력치로부터 실제 드로틀 개방도를 연산하고, 실제 드로틀 개방도와 상기 목표 드로틀 개방도가 동등해질 때까지 제어 밸브의 위치를 모터 등의 작동기에 의해 피드백 제어하도록 하고 있다.

또한, 종래의 전자 제어식 드로틀 제어 장치에 있어서는 예를 들어 일본 특허 공개 평10-306735호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 제어 대상인 드로틀 본체는 드로틀 위치 제어에 관하여 모두 전기 신호로 행하기 때문에, 그 안전성을 확보하는 것은 필수인 동시에, 고장시에는 수리 공장까지 갈 수 있도록 자기 주행 가능한 공기량을 기계적으로 공급하기 위한 디폴트 기구를 구비한 구조로 되어 있다.

그런데, 종래의 디폴트 기구를 구비한 드로틀 본체에 있어서는 센서 이상 등이 발생한 경우, 작동기 구동계 전원을 절단하고, 스프링 등의 편의력에 의해 기계적으로 디폴트 개방도로 복귀하는 구조로 되어 있으며, 드로틀 본체는 비선계(非線系)의 축 토크 특성을 갖는 사양이 된다. 또한, 드로틀 제어는 PID 피드백 제어 등의 수법으로 비선계의 축 토크 특성을 갖는 드로틀 본체의 제어를 행하고 있다.

그러나, 제어 대상을 목표 드로틀 개방도로 수렴시키는 역할을 담당하는 적분항은 2차 지연 특성을 가지고 있는 데다가, 제어 대상계가 디폴트 기구에 의해 비선형인 특성을 가지고 있으므로, 적분치가 수렴하는 데 시간이 걸리며, 특히 디폴트 개방도를 넘는 응답을 행하는 경우는 응답 시간 및 수렴 시간이 지연된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 응답 시간 및 수렴 시간을 단축할 수 있는 드로틀 제어 장치를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치의 전체 구성을 도시한 블럭도.

도2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치에 이용하는 전자 제어 드로틀 본체의 디폴트 개방도의 설명도.

도3은 전자 제어 드로틀 본체를 제어한 경우의 실제 드로틀 개방도 및 연산된 적분치의 거동의 설명도.

도4는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치에 있어서의 적분치 캔슬 판정 수단에 의한 목표 드로틀 개방도의 판정 방법의 설명도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 엔진 제어 유닛

20 : 액셀 센서

22 : 액셀 페달

30 : 전자 제어 드로틀 본체

32 : 드로틀 밸브

34 : DC 모터

36 : 드로틀 센서

100 : 드로틀 제어 유닛

110 : 감산 수단

120 : PID 제어 수단

122 : 비례항 연산 수단

124 : 적분항 연산 수단

126 : 미분항 연산 수단

128 : 가감산 수단

130 : 피드백 제어량 연산 수단

140 : 적분치 캔슬 판정 수단

(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엔진 제어 유닛에 의해 구해진 목표 드로틀 개방도에 의거하여, 작동기를 이용하여 고장시의 주행을 확보하기 위해 디폴트 기구를 갖는 전자 제어 드로틀 본체의 드로틀 밸브의 위치 제어를 행하는 드로틀 제어 장치에 있어서, 상기 엔진 제어 유닛으로부터 입력하는 목표 드로틀 개방도가 상기 디폴트 기구의 디폴트 개방도를 넘는 경우는 가산되어 있는 보정치를 초기 설정치로 세트하고, 이 초기 설정치에 그 이후 연산된 보정치를 이용하여 피드백 제어를 행하도록 한 것이다.

이러한 구성에 의해, 디폴트 개방도를 넘는 경우에는 보정치를 초기 설정치로 세트함으로써, 적분항에 의한 응답을 빠르게 해서 응답 시간 및 수렴 시간을 단축할 수 있는 것이 된다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 초기 설정치를 0으로 한 것이다.

(3) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 디폴트 개방도를 포함하는 데드 밴드 영역을 형성하고, 상기 엔진 제어 유닛으로부터 입력하는 목표 드로틀 개방도가 상기 데드 밴드 영역을 넘는 경우는 가산되어 있는 적분치를 초기 설정치로 세트하고, 이 초기 설정치에 그 이후 연산된 적분치를 누계하여 피드백 제어를 행하도록 한 것이다.

(4) 상기 (3)에 있어서, 바람직하게는 상기 데드 밴드의 값을 ±1.5도로 한 것이다.

이하, 도1 내지 도4를 이용하여 본 발명의 일 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치의 구성에 대해 설명한다.

처음에, 도1을 이용하여 본 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치의 전체 구성에 대해 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치의 전체 구성을 도시한 블럭도이다.

엔진 제어 유닛(10)은 액셀 페달(22)의 위치를 검출하는 액셀 센서(20)나 각종 센서류로부터의 신호에 의거하여, 엔진에 최적의 공기량을 공급하기 위한 목표 드로틀 개방도를 연산하여 드로틀 제어 유닛(100)에 출력한다.

드로틀 제어 유닛(100)은 목표 드로틀 개방도에 의거하여, 전자 제어 드로틀 본체(30)에 구비된 드로틀 밸브(22)를 회전하는 모터(34)에 구동 신호를 부여하여 위치 제어를 행한다. 드로틀 밸브(32)의 개방도는 드로틀 센서(36)에 의해 검출되어 실제 드로틀 개방도 신호로서 드로틀 제어 유닛(100)에 송신된다. 드로틀 제어 유닛(100)은 이 실제 드로틀 개방도 신호에 의거하여 실제 드로틀 개방도를 연산하고, 목표 드로틀 개방도에 수렴하도록 피드백 제어를 행한다.

드로틀 제어 유닛(100)은 감산 수단(110)과, PID 제어 수단(120)과, 피드백 제어량 연산 수단(130)과, 적분치 캔슬 판정 수단(140)을 구비하고 있다.

감산 수단(110)은 목표 드로틀 개방도와 실제 드로틀 개방도의 차를 연산하여 PID 제어 수단(120)에 출력한다.

PID 제어 수단(120)은 비례항 연산 수단(122)과, 적분항 연산 수단(124)과, 미분항 연산 수단(126)과, 가감산 수단(128)으로 구성되어 있다. 비례항 연산 수단(122)은 목표 드로틀 개방도와 실제 드로틀 개방도의 편차(△θ)에 비례 이득(P 이득)을 곱해 비례항을 연산한다. 적분항 연산 수단(124)은 목표 드로틀 개방도와 실제 드로틀 개방도 편차(△θ)의 적분치(Σ△θ)에 적분 이득(I 이득)을 곱해 적분항을 연산한다. 미분항 연산 수단(126)은 실제 드로틀 개방도의 변화 속도분(dθ/dt) 에 미분 이득(D 이득)을 곱해 미분항을 연산한다. 가감산 수단(128)은 비례항 연산 수단(122)의 출력치와 적분항 연산 수단(124)의 출력치를 가산하고, 또한 미분항 연산 수단(126)의 출력치를 감산하여, 피드백 제어량 연산 수단(130)에 PID 제어 신호를 출력한다.

피드백 제어량 연산 수단(130)은 PID 제어 신호에 의거하여, 피드백 제어량을 연산하여 모터(34)에 출력한다.

또, 본 실시 형태에 있어서는 적분치 캔슬 판정 수단(140)을 구비하고 있는 점에 특징을 가지고 있다. 적분치 캔슬 판정 수단(140)은 목표 드로틀 개방도를 감시하여, 목표 드로틀 개방도가 변화한 순간에 디폴트 개방도를 넘는지의 여부를 판정하고, 넘는 경우에는 보정치인 적분항 연산 수단(124)에 있어서의 적분치를 0으로 하는 것이다.

여기에서, 도2를 이용하여 전자 제어 드로틀 본체에 있어서의 디폴트 개방도에 대해 설명한다.

도2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치에 이용하는 전자 제어 드로틀 본체의 디폴트 개방도의 설명도이다. 도2에 있어서, 횡축은 드로틀 개방도를 도시하고 있으며, 종축은 축 토크를 도시하고 있다.

전자 제어 드로틀 본체(30)는 모터(34) 등에 이상 등이 발생한 경우, 모터(34)의 전원 절단을 행하고, 스프링 등의 편의력에 의해 기계적으로 디폴트 개방도로 복귀하는 기구로 되어 있다. 그로 인해, 전자 제어 드로틀 본체(30)의 축 토크 특성은 도2에 도시한 바와 같은 비선계의 특성을 갖는 사양으로 되어 있다.

즉, 디폴트 개방도(θ0)에 있어서는 축 토크가 0이며, 모터(34)의 전원을 절단하면, 이 디폴트 개방도(θ0)로 복귀하는 특성이다. 드로틀 개방도가 디폴트 개방도(θ0)보다도 큰 범위에서는 드로틀 개방도의 증가와 함께 축 토크도 증대하는 동시에, 히스테리시스 특성을 가지고 있다. 또한, 드로틀 개방도가 디폴트 개방도(θ0)보다도 작은 범위에서는 드로틀 개방도의 현상과 함께, 축 토크는 마이너스측으로 증대하는 동시에, 히스테리시스 특성을 가지고 있다. 즉, 디폴트 개방도(θ0)를 사이에 두고, 축 토크는 부(負)에서 정(正)으로 급격히 변화한다. 여기에서, 디폴트 개방도(θ0)는 전자 제어 드로틀 본체(30)에 따라 다르지만, 일반적으로 7도 내지 15도의 범위 내의 값이다.

여기에서, 전자 제어 드로틀 본체(30)가 도2에 도시한 바와 같은 토크 특성을 갖기 때문에, 디폴트 개방도를 넘는 응답의 경우, 적분항 연산 수단(124)에 있어서의 적분치 자체가 정/부의 부호를 가져 버리므로, 그 때까지 누계된 적분치를 소비하고, 부호가 변하기까지의 사이는 밸브를 동작시키기 위해 필요한 제어량은 작게 계산되어 응답 시간에 영향을 줄 뿐만 아니라, 목표 드로틀 개방도에 실제 드로틀 개방도를 보유 지지하기 위해 필요한 적분치로 수렴하기 까지 시간을 갖게 된다. 그 결과, 디폴트 개방도를 넘는 응답의 경우, 지연 특성을 갖는 적분치는 기계적인 토크 특성과 서로 어울려 응답 시간 및 수렴 시간이 지연되어 제어성이 악화하는 요인이 된다.

여기에서, 도3을 이용하여 도2에 도시한 바와 같은 비선형의 축 토크 특성을 갖는 전자 제어 드로틀 본체(30)를 제어한 경우의 실제 드로틀 개방도 및 연산된 적분치의 거동에 대해 설명한다.

도3은 전자 제어 드로틀 본체를 제어한 경우의 실제 드로틀 개방도 및 연산된 적분치의 거동의 설명도이다. 도3에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고 있으며, 종축은 드로틀 개방도 및 적분치를 나타내고 있다.

엔진 제어 유닛(10)으로부터 송신된 목표 드로틀 개방도(θTH)가 실선으로 나타내는 바와 같이, 시각(t0)에 있어서 디폴트 개방도(θ0)를 넘도록, 즉 디폴트 개방도(θ0)보다 작은 값으로부터 디폴트 개방도(θ0)보다도 큰 값으로 변화하면, 종래의 방법에서는 실제 드로틀 개방도(θold)는 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, PID 피드백 제어에 의해 연산된 제어량에 의거하여 동작하므로, 도시한 바와 같은 거동이 된다. 또한, 이 때의 종래의 방법에 의한 적분치(Iold)는 실선으로 나타낸 바와 같이, 실제 드로틀 개방도(θold)의 동작에 대해 지연을 가진 형태로 변화한다.

여기에서, 적분치 자체가 2차 지연 특성을 갖는 것과, 전자 제어 드로틀 본체(30)가 도2에 도시한 토크 특성을 갖기 때문에, 특히 디폴트 개방도를 넘는 응답의 경우, 적분치 자체가 정/부의 부호를 가져 버리므로, 그 때까지 누계된 적분치를 소비하여 부호가 변화되기 까지의 동안은 밸브를 동작시키기 위해 필요한 제어량은 작게 계산되어 응답 시간에 영향을 끼칠 뿐만 아니라, 목표 드로틀 개방도에 실제 드로틀 개방도를 보유 지지하기 위해 필요한 적분치로 수렴하기 까지 시간을 갖게 된다.

즉, 디폴트 개방도를 넘는 응답의 경우, 지연 특성을 갖는 적분치는 기계적인 토크 특성과 서로 어울려 응답 시간 및 수렴 시간(t2)이 지연되어 제어성이 악화하는 요인이 된다.

그래서, 본 실시 형태에 있어서는 적분치 캔슬 판정 수단(140)은 목표 드로틀 개방도를 감시하여, 목표 드로틀 개방도가 변화한 순간에 디폴트 개방도를 넘는지의 여부를 판정하고, 넘는 경우에는 보정치인 적분항 연산 수단(124)에 있어서의 적분치를 0으로 하는 것이다. 즉, 적분치 캔슬 판정 수단(140)은 목표 드로틀 개방도가 변화한 순간에 디폴트 개방도를 넘는다고 판정하면, 보정치인 적분치를 0으로 함으로써, 부에서 정 또는 정에서 부로 변화하기 위한 적분치를 소비하는 시간이 없어져 적분치의 수렴도 빨라지므로, 응답 시간이 빨라질 뿐만 아니라 수렴 시간도 빨라져 제어성이 개선되게 된다.

여기에서, 도3에 도시한 바와 같이 엔진 제어 유닛(10)으로부터 송신된 목표 드로틀 개방도(θTH)가 실선으로 나타낸 바와 같이, 시각(t0)에 있어서 디폴트 개방도(θ0)를 넘도록 변화하면, 본 실시 형태에 의한 방법에서는 적분치(Inew)는 점선으로 나타낸 바와 같이, 대략 시각(t0)에 있어서 적분치 0으로부터 적분을 개시하게 된다. 그 결과, 실제 드로틀 개방도(θnew)는 1점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 종래의 실제 드로틀 개방도(θold)에 비해 신속히 증가하게 되어 응답 시간이 빨라지는 동시에, 수렴 시간(t1)도 빨라져 제어성이 개선되게 된다.

여기에서, 도4를 이용하여 본 실시 형태에 의한 적분치 캔슬 판정 수단(140)에 의한 목표 드로틀 개방도의 판정 방법에 대해 설명한다.

도4는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 드로틀 제어 장치에 있어서의 적분치 캔슬 판정 수단에 의한 목표 드로틀 개방도의 판정 방법의 설명도이다.

본 실시 형태에 있어서는 판정을 위한 드로틀 개방도의 영역을 도시한 바와 같이 A 영역, B 영역, C 영역의 3개의 영역으로 나누고 있다. B 영역은 디폴트 개방도(θ0)를 사이에 두고 ±A도의 범위의 영역이다. A는 예를 들어 1.5도이다. 이 값은 설계치에 있어서의 디폴트 개방도와, 실제의 전자 제어 드로틀 본체에 있어서의 디폴트치와의 기계 계통의 오차의 최대치로 설정한다. A 영역은 B 영역보다도 드로틀 개방도가 작고, 드로틀의 완전 폐쇄 위치까지의 범위이다. C 영역은 B 영역보다도 드로틀 개방도가 크고, 드로틀의 완전 개방 위치까지의 범위이다.

여기에서, 드로틀 제어 영역을 영역 A, B, C로 분할한 것은 제어상 디폴트점의 학습을 행하지 않으므로, 소프트하게 설정하고 있는 디폴트 개방도와 실제 기계적인 디폴트 개방도에 차이가 발생해 소프트한 디폴트 개방도는 넘지만 기계적인 디폴트 개방도는 넘지 않는, 또는 그 반대의 현상이 발생한 경우에, 드로틀 밸브 동작에 영향을 주는 현상을 회피하기 위해, 영역 B와 같은 소프트 디폴트 개방도 ±A도의 목표 드로틀 개방도에 관해서는 디폴트를 넘는 거동이라도 적분치를 0으로 하지 않는 데드 밴드를 마련하고 있다.

적분치 캔슬 판정 수단(140)은 입력한 목표 드로틀 개방도를 감시하여 목표 드로틀 개방도가 A 영역으로부터 C 영역으로, 또는 C 영역으로부터 A 영역으로 변화했는지의 여부를 판정하여, A 내지 C 영역간을 동작시키는 목표 드로틀 개방도가 입력된 경우만 적분치를 0이라 하고, 그 이외의 경우는 통상대로 가산 계산한다.

또, 이상의 설명에서는 A 내지 C 영역간을 동작시키는 목표 드로틀 개방도가 입력된 경우에는 적분치를 0으로 하고 있지만, 적분치를 0 이외의 소정의 초기 적분치로 미리 세트하도록 해도 좋은 것이다. 초기 적분치는 전자 제어 드로틀 본체의 축 토크와, 모터의 토크 특성에 의거하여 설정할 수 있다. 예를 들어 드로틀 밸브의 폐쇄측으로부터 개방측으로 목표 드로틀 개방도가 변화하는 경우(A 영역으로부터 C 영역으로)에는 드로틀 밸브의 완전 개방에 상당하는 적분치(Imax)의 5%의 값을 초기 적분치라 한다. 또한, 드로틀 밸브의 개방측으로부터 폐쇄측으로 목표 드로틀 개방도가 변화하는 경우(C 영역으로부터 A 영역으로)에는 드로틀 밸브의 완전 폐쇄에 상당하는 적분치(Imin)의 5%의 값을 초기 적분치라 한다.

또한, 목표 드로틀 개방도가 폐쇄측으로부터 개방측으로 변화하는 경우와, 목표 드로틀 개방도가 개방측으로부터 폐쇄측으로 변화하는 경우에 의해, 초기 적분치를 변경하도록 해도 좋은 것이다. 예를 들어 드로틀 밸브의 폐쇄측으로부터 개방측으로 목표 드로틀 개방도가 변화하는 경우에는 드로틀 밸브의 완전 개방에 상당하는 적분치(Imax)의 6%의 값을 초기 적분치라 한다. 또한, 드로틀 밸브의 개방측으로부터 폐쇄측으로 목표 드로틀 개방도가 변화하는 경우에는 드로틀 밸브의 완전 폐쇄에 상당하는 적분치(Imin)의 4%의 값을 초기 적분치라 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면 디폴트 기구를 가지므로 축 토크 특성이 비선형이 되는 특성을 갖는 전자 제어 드로틀 본체의 제어에 있어서, 디폴트 개방도를 넘는 목표 드로틀 개방도를 수신한 경우에 그 때까지 누계된 적분치를 초기 설정치로 세트함으로써, 드로틀의 응답 거동을 개선할 수 있다.

본 발명에 따르면, 드로틀 제어 장치에 있어서의 응답 시간 및 수렴 시간을 단축할 수 있다.

Claims

엔진 제어 유닛에 의해 구해진 목표 드로틀 개방도에 의거하여, 작동기를 이용하여 고장시의 주행을 확보하기 위해 디폴트 기구를 갖는 전자 제어 드로틀 본체의 드로틀 밸브의 위치 제어를 행하는 드로틀 제어 장치에 있어서,

상기 엔진 제어 유닛으로부터 입력하는 목표 드로틀 개방도가 상기 디폴트 기구의 디폴트 개방도를 넘는 경우는 가산되어 있는 보정치를 초기 설정치로 세트하고, 이 초기 설정치에 그 이후 연산된 보정치를 이용하여 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 드로틀 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 초기 설정치는 0인 것을 특징으로 하는 드로틀 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 디폴트 개방도를 포함하는 데드 밴드 영역을 마련하고,

상기 엔진 제어 유닛으로부터 입력하는 목표 드로틀 개방도가 상기 데드 밴드 영역을 넘는 경우는 가산되어 있는 적분치를 초기 설정치로 세트하고, 이 초기 설정치에 그 이후 연산된 적분치를 누계하여 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 드로틀 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 데드 밴드의 값은 ±1.5도인 것을 특징으로 하는 드로틀 제어 장치.