KR20050089173A - 평균화 기법을 이용한 자동차 스로틀 밸브의 정밀 제어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 Electronic Throttle Body(ETB)의 정밀 제어 기법에 관한 것이다.

Accelerator Pedal을 운전자가 조작할 경우, 변위 값은 Pedal Position Sensor(PPS)(3)에 의해 검출되고, Analog to Digital Conversion(ADC)된 뒤, 마이크로 프로세서(2)에 입력되어 모터(7)를 구동시킨다. 그로 인해, Throttle Valve(6)의 개도가 변하게 되는데, 이 개도의 변환 값은 TPS(4)에 의해 마이크로 프로세서(2)에 피드백 된다. 따라서 초기에 PPS(3)에 의해 획득된 신호와 TPS(4)에 의해 피드백 된 두 신호의 비교, 연산을 통해 마이크로 프로세서는 Actuator의 목표위치까지 정, 역회전을 행하며, 오차를 보정할 수 있도록 프로그래밍 된다. 보정된 최종신호는 다시 Actuator를 구동 시키기에 충분한 전류를 생성하는 Motor driver(5)를 거쳐 모터를 구동시키도록 설계되어 있으며, 그 결과 모터의 구동으로 Throttle Valve(6)가 회전하게 되며, 결국 운전자가 원하는 수준만큼 제어가 된다.

종래에는 TPS(4)에 출력 값이 차량 선로와 엔진의 노이즈로 인해 정밀한 값을 얻기가 어려워서 Throttle Valve(6)가 흔들리는 현상이 발생하여 차량의 승차감이나 연비 등에 문제점이 발생하였다. 본 발명에서는 TPS(4)의 출력 값(Digital 변화된 값)을 짧은 시간에(1ms 이하) 10회 누적하고 다시 10으로 나누어서 평균 값을 취하여 마이크로프로세서(2)에 피드백하여 Throttle Valve(6)이 흔들리는 현상을 방지하는 기법에 관한 것이다.

Description

평균화 기법을 이용한 자동차 스로틀 밸브의 정밀 제어 {Precision control of automobile throttle valve by the average method}

기존의 엔진은 가속 페달과 Throttle valve 사이의 기계적인 결합(Mechanical linkage) 혹은 와이어로 구동도기 때문에 운전자가 원하는 속도를 정확히 제어할 수가 없을 뿐만 아니라, 최종적으로 Throttle valve(6)의 개도가 정확한지 확인할 수 있는 방법도 없었다. 이에 반해, 기계적인 결합 혹은 와이어를 전자적인 결합(Electronic linkage)으로 전환하면, 운전자가 원하는 가속 페달의 변위 값과 Throttle valve(6) 개도 값을 비교하여, 최종적으로 원하는 값을 실 시간적으로 제어하기 할 수 있다. 그로 인해 전자 피드백 컨트롤러로써 정확하고 신속하게 제어하는 것이 필요하게 되었다.

본 발명에서는 정확한 스로틀 밸브 제어하는 기술로 [도 1] PPS(3)값과 [도 1] TPS(4)을 비교, 연산하여 Actuator를 구동하고 피드백 함으로써 보정된 최종신호를 다시 [도 1] Motor driver(5)를 구동시킴에 있어서, [도 4] TPS(4)의 출력을 [도 7]과 같이 일정구간을 평균화 시켜서 [도 1] Microprocessor(2)에 Feeback 시켜 [도 1] Throttle valve(6)의 흔들림을 방지한다.

[도 1]은 스로틀 엑츄에이터 제어시스템의 구성도이다. 개발된 컨트롤러와 ETB의 동작원리는 도 3에서 알 수 있듯이, Accelerator Pedal을 운전자가 조작할 경우, 변위 값은 Pedal Position Sensor(PPS)(3)에 의해 검출되고, Analog to Digital Conversion(ADC)된 뒤, 마이크로 프로세서에 입력되어 모터를 구동시킨다. 그로 인해, Throttle Valve(6)의 개도가 변하게 되는데, 이 개도의 변환 값은 TPS(4)에 의해 마이크로 프로세서에 피드백 된다. 따라서 초기에 PPS(3)에 의해 획득된 신호와 TPS(4)에 의해 피드백 된 두 신호의 비교, 연산을 통해 마이크로 프로세서는 Actuator의 목표위치까지 정, 역회전을 행하며, 오차를 보정할 수 있도록 프로그래밍 된다. 보정된 최종신호는 다시 Actuator를 구동시키기에 충분한 전류를 생성하는 Motor driver(5)를 거쳐 모터를 구동시키도록 설계되어 있으며, 그 결과 모터의 구동으로 Throttle Valve(6)가 회전하게 되며, 결국 운전자가 원하는 수준만큼 제어가 된다.

[도 2]는 스로틀 엑츄에이터에 대한 간략도이다. 도 3은 TACS 위치 제어시스템의 블록 다이어그램이다. 도 3에서 알 수 있듯이 TPS(4)에 의해서 측정되는 실제 스로틀 개도가 TACS 제어기에서 설정한 목표 스로틀 개도와 비교되어 위치 오차가 산출되며, 이 오차에 근거하여 PID 위치 제어가 수행된다. 여기서, PID 위치 제어 법칙은 마이크로 프로세서에 의해 처리될 수 있는 디지털 방식으로 구현된다. 도 4은 발명에 사용된 알고리즘 블록 다이어그램이다. 도 5는 ETB의 외관이다. Throttle Valve(6)는 모터에 의해 제어가 되며, Throttle Valve(6)의 개도는 Throttle Position Sensor(TPS)(4)에 의해서 측정된다. 운전자가 원하는 만큼 가속 페달을 조작하면 전자적으로 Throttle Valve(6)가 제어된다.

운전자가 가속 페달을 밟으면 Throttle Valve(6)가 완전 전개 상태로 열리며 가속 페달을 놓으면 Throttle Valve(6)는 완전 전폐상태로 되돌아온다. 도 6은 Throttle Valve(6)의 내부구조로서 컨트롤러의 Power line을 통해 입력된 신호는 충분한 전류를 생성하는 Motor driver(5)를 거쳐 모터를 구동 시켜, Throttle Valve(6)의 개도를 제어하게 된다.

차량의 선로나 외부 노이즈 등으로 인하여 스로틀 밸브가 흔들리는 현상을 방지하기 위하여 평균화 기법을 적용하였다. 즉, [도 1] PPS(3)값과 [도 1] TPS(4)을 비교, 연산하여 Actuator를 구동하고 피드백 함으로써 보정된 최종신호를 다시 [도 1] Motor driver(5)를 구동시킴에 있어서, [도 4] TPS(4)의 출력을 [도 7]과 같이 일정구간을 평균화 시켜서 [도 1] Microprocessor(2)에 Feeback 시켜 [도 1] Throttle valve(6)의 흔들림을 방지한다.

[도 8]은 평균화 기법의 알고리즘이다. 초기에 CNT, SUM의 값에 0을 대입하여 메모리를 초기화 한다. Digital_value 값은 [도 1]의 Microprocessor에 Digital 변환된 값이며, 이 값은 [도 1]의 TPS(4)로부터 얻은 값이다. SUM에는 Digital_value 값을 10회 누적하고, CNT값은 1에서 10까지 증가 시킨다. CNT 값이 10 이하일 때는 다시 Feedback하여 SUM 값을 계속 누적하며, 10회가 되었을 때는 Digital_value 값에 누적된 SUM의 합계를 10으로 나누어서 Digital_value 값은 평균화 된 값을 가지게 된다. 이 값을 바탕으로 제어를 하면 스로틀 바디가 흔들리는 현상이 경감된다.

종래에는 TPS센서의 출력 값이 차량 선로와 엔진의 노이즈로 인해 정밀한 값을 얻기가 어려워서 Throttle Valve가 흔들리는 현상이 발생하여 차량의 승차감이나 연비 등에 문제점이 발생하였지만, 본 발명의 편균화 기법을 적용하여 Throttle Valve가 흔들리는 현상을 경감하여 승차감이나 연비 개선의 효과가 있다.

도 1은 스로틀 엑츄에이터 제어시스템(Thottle Actuator Control System) 구성도

도 2은 스로틀 엑츄에이터 간략한 제어시스템

도 3은 TACS 위치 제어시스템의 블록 다이어그램

도 4은 위치 제어 알고리즘 블록 다이어그램

도 5은 ETB의 외관

도 6은 ETB 내부구조

도 7은 TPS의 출력 값(Analog)

도 8은 평균화 기법

Claims (1)

1. 차량의 전자식 Throttle Valve 제어기에 있어서, TPS 센서의 출력 값을 디지털 값으로 변환시키고, 변환된 값을 일정 시간동안 일정 횟수로 누적하고 누적된 값을 다시 횟수만큼 나누어서 평균값을 취하고, 평균값을 바탕으로 Throttle Valve를 제어하여 Throttle Valve의 흔들림을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 Throttle Valve 제어 장치