KR20060084407A

KR20060084407A - 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20060084407A
Application number: KR1020060056243A
Authority: KR
Inventors: 카즈히데 토가이; 최경곤; 타다시 타케우치
Original assignee: 미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2006-07-24
Also published as: DE10335841A1; KR20040014220A; US20040107034A1; CN1474046A; JP2004068702A; US6871133B2; KR100602360B1

Abstract

본 발명은, 자동차의 액셀을 밟을 때에 있어서의 진동(가속 쇼크)을 저감하는 내연기관의 출력 제어 장치에 관한 것으로, 간소한 구성으로 액셀을 밟을 때의 진동 발생을 억제할 수 있도록 하는 것으로서, 이를 위한 수단으로서, 목표 토오크 상관치에 의거하여 출력 조정 부재의 작동을 제어하는 내연기관의 출력 제어 장치에 있어서, 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하는 진동 성분 예측부(2)와, 진동 성분 예측부(2)에서 예측된 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하는 피드백 보정부(3)을 구비하여 구성된다.

컨트롤러, 예측 보상기, 진동 성분 예측부, 피드백 보정부

Description

내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법{Output power controlling apparatus and method for internal combustion engine}

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 주요부 구성을 설명하기 위한 제어 블록도.

도 2는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법이 적용되는 차량의 구동계 모델에 관해 설명하기 위한 모식도.

도 3은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 목표 가속도에 관해 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 시뮬레이션 모델에 관해 설명하기 위한 도면.

도 5는 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법에 있어서의 2차 지연계의 스텝 응답과 고차원의 스텝 응답을 비교하여 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 주요부에 관해 설명하는 도면.

도 7은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제 어 방법의 작용 효과에 관해 설명하는 도면.

도 8은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 작용 효과에 관해 설명하는 도면.

도 9는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 고유 진동수의 변화에 관해 설명하는 도면.

도 10은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 고유 진동수의 변화에 관해 설명하는 도면.

도 11은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 오차의 영향에 관해 설명하는 도면.

도 12는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 작용 효과에 관해 설명하는 도면.

도 13은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 작용 효과에 관해 설명하는 도면.

도 14는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 제어 게인 가변 설정부(제어 게인 가변 스텝)에 관해 설명하는 도면.

도 15는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법의 제어 게인 가변 설정부(제어 게인 가변 스텝)에 관해 설명하는 도면.

도 16은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법을 가솔린 엔진과 디젤 엔진에 적용한 경우의 제어 대상의 동작 특성을 도시한 도면.

도 17은 종래의 기술에 관해 설명하기 위한 도면.

도 18은 종래의 기술에 관해 설명하기 위한 도면.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 컨트롤러(제어수단 또는 ECU)

1a : 예측 보상기(Prediction Compensator)

2 : 진동 성분 예측부(진동 성분 예측 스텝)

3 : 피드백 보정부(피드백 보정 스텝)

본 발명은, 자동차의 액셀을 밟을 때 진동(가속 쇼크)이나 변속시에 있어서의 진동(변속 쇼크)을 저감하는, 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

(종래의 기술)

일반적으로, 자동차의 액셀을 밟을 때(특히, 급격히 액셀을 밟을 때)에는 진동(가속 쇼크)이 생긴다. 이와 같은 가속 쇼크는, 급격한 액셀의 밟음에 의해 엔진 토오크가 급변하고, 그 결과 구동계에 비틀림 진동이 발생하는 것에 기인하고 있다. 그리고, 이와 같은 구동계의 비틀림 진동이 차체 전후 방향의 진동 현상으로서 나타난다.

이와 같은 액셀 조작에 수반하여 발생하는 구동계의 진동을 억제하기 위해서 는, 스로틀을 천천히 개방하는 방법이 널리 알려져 있지만, 이와 같은 방법에서는 가속감을 손상시킨다. 또한, 상기한 바와 같은 진동을 억제하는 종래 기술로서는, 도 17에 도시한 바와 같이, 스로틀 개방도 - 구동 토오크 사이의 고유 전달 특성[즉 진동을 여기시키는 차량의 모델(Gp(s))]에 대해 역함수의 보상기(인버스 필터;inverse filter)(W(s))를 마련하고, 이와 같은 전치(前置) 보상기를 이용하여 스로틀 개방도를 제어함으로써, 비틀림 진동을 억제하면서 또한 응답성을 향상시키도록 한 기술도 알려져 있다.

또한, 이 이외에도, 스텝적인 입력 신호(액셀 개방도 변화)를 2단계로 나누어 입력하는 소위 2단계 토오크 입력이 알려져 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술중, 인버스 필터(W(s))를 마련한 경우에는, 출력의 진동 성분을 상쇄할 수는 있지만, 차량의 모델(Gp(s))이 복잡하게 되면, 최적의 인버스 필터(W(s))를 설정하는 것이 곤란해진다는 과제가 있다. 또한, 2단계 토오크 입력에서는, 도 18에 도시한 바와 같이 진동의 억제에는 어느 정도의 효과를 얻을 수 있지만, 목표치를 항상 미리 알아야 하기 때문에, 실용적이 아니었다.

그런데, 일본 특개2001-132501호 공보에는, 특정 차량 상태량을 검출하고, 특정 차량 상태량에 포함되는 차량 구동계의 회전 진동 성분을 검지하고, 검지한 회전 진동 성분에 의거하여 엔진 토오크나 변속비를 변경하여 진동을 억제하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 기술에서는 특정한 차량 상태량을 검출하는 것으로 되어 있기 때문에, 그 상태량이 발생하는 타이밍과, 그 상태량을 발생시킴에 기인한 제 어 조정량을 출력한 타이밍과의 어긋남, 즉 낭비 시간의 존재를 고려할 필요가 있어서, 낭비 시간을 포함하여 정밀도가 높은 제어 처리를 행하고자 하는 제어 처리 장치의 부담이 극히 높아져 실용이 곤란하게 되는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 감안하여 창안된 것으로, 간소한 구성으로 액셀을 밟을 때의 진동이나 변속시에 있어서의 진동을 억제할 수 있도록 한, 내연기관의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

이 때문에, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 장치는, 목표 토오크 상관치에 의거하여 출력 조정 부재의 작동을 제어하는 내연기관의 출력 제어 장치에 있어서, 상기 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하는 진동 성분 예측부와, 상기 진동 성분 예측부에 의해 예측된 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 상기 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하는 피드백 보정부를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하고 해당 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하기 때문에, 미리 진동을 예측하고 그것을 억제하도록 목표 토오크 상관치를 보정할 수 있고, 진동의 발생을 효과적이면서 또한 미연에 방지할 수 있다. 게다가, 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하기 때문에, 실제 진동을 피드백하는 경우와 같이 낭비 시간 등을 고려할 필요가 없고 제어 처리를 간략화 할 수 있고, 진동을 효율적으로 억제할 수 있다. 또한, 출력 조정 부재란, 예를 들면 스로틀, 점화 코일, 인젝터이다.

또한, 상기 소정의 예측 모델을 2차 지연계의 전달 함수에 의거하여 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성한 경우는, 스텝적인 목표 토오크 상관치의 변화에 대해 2차 지연계의 전달 함수는 근사성이 높기 때문에, 비교적 간단한 전달 함수를 사용하면서 효과적으로 진동을 억제할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 전달 함수를 1/(s² + 2ζω_ns + ω_n ²), 피드백 보정부에 의해 설정되는 제어 게인(K)을 K = (ζ' - ζ)·2ω_n(단, ζ'는 목표 차량 감쇠 계수, ζ는 실제 차량 감쇠 계수, ω_n은 변속비에 따라 설정되는 고유 진동수)로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피드백 보정부는 상기 진동 성분 예측부에 의해 예측되는 진동 성분의 증가에 따라 제어 게인을 크게 설정하는 제어 게인 가변 설정부를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 진동 성분의 증가에 따라 진동을 억제하는 방향의 제어 게인이 크게 설정되기 때문에 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

또한, 상기 진동 성분 예측 및 상기 피드백 보정을 기관 출력 발생의 적어도 3행정 전에 실시하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 낭비 시간 등의 지연 요소를 가미하여 예측에 의한 피드백 보정을 미리 행하기 때문에 진동을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 상기 목표 토오크 상관치를 액셀 개방도에 의거하여 산출하고, 상기 출력 조정 부재의 작동은 보정 후의 목표 토오크 상관치에 의거하여 조정하는 것이 바람직하다. 그리고 이와 같이 구성한 경우에도 가속시의 쇼크를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 방법은, 목표 토오크 상관치에 의거하여 출력 조정 부재의 작동을 제어하는 내연기관의 출력 제어 방법에 있어서, 상기 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하는 진동 성분 예측스텝과, 상기 진동 성분 예측부에 의해 예측된 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 상기 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하는 피드백 보정스텝을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 스텝에 의하면, 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하고 해당 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하기 때문에, 미리 진동을 예측하고 그것을 억제하도록 목표 토오크 상관치를 보정할 수 있고, 진동의 발생을 효과적이면서 또한 미연에 방지할 수 있다. 게다가, 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하기 때문에, 실제 진동을 피드백하는 경우와 같이 불필요한 시간 등을 고려할 필요가 없고 제어 처리를 간략화 할 수 있으며, 진동을 효율적으로 억제할 수 있다. 또한, 출력 조정 부재란, 예를 들면 스로틀, 점화 코일, 인젝터이다.

또한, 상기 소정의 예측 모델을 2차 지연계의 전달 함수에 의거하여 설정하 는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성한 경우는, 스텝적인 목표 토오크 상관치의 변화에 대해 2차 지연계의 전달 함수는 근사성이 높기 때문에, 비교적 간단한 전달 함수를 사용하면서 효과적으로 진동을 억제할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 전달 함수를 1/(s² + 2ζω_ns + ω_n ²), 피드백 보정부에 의해 설정되는 제어 게인(K)을 K = (ζ' - ζ)·2ω_n(단, ζ'는 목표 차량 감쇠 계수, ζ는 실제 차량 감쇠 계수, ω_n은 변속비에 따라 설정되는 고유 진동수)로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피드백 보정스텝은 상기 진동 성분 예측부에 의해 예측되는 진동 성분의 증가에 따라 제어 게인을 크게 설정하는 제어 게인 가변 설정스텝을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 진동 성분의 증가에 따라 진동을 억제하는 방향의 제어 게인이 크게 설정되기 때문에 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

또한, 상기 목표 토오크 상관치를 액셀 개방도에 의거하여 산출하고, 상기 출력 조정 부재의 작동은 보정 후의 목표 토오크 상관치에 의거하여 조정하는 것이 바람직하다. 그리고 이와 같은 방법의 경우에도 가속시의 쇼크를 효과적으로 방지할 수 있다.

도면에 의해, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 내연기관의 출력 제어 장치에 관해 설명하다. 또한, 이하에서는, 본 발명을 액셀 페달과 스로틀이 전기적으로 접속된 소위 스로틀 바이 와이어식 스로틀 장치를 구비한 엔진(가솔린 엔진)에 적용한 경우에 관해 설명한다.

우선, 도 1을 이용하여 본 발명의 주요 부분에 관해 설명하면, 도시한 바와 같이, 이 차량에는, 액셀 개방도 정보(목표 토오크 상관치 : Target)(APS)를 입력 신호로 하고, 이 입력 신호에 의거하여 스로틀(출력 조정 부재)의 작동을 제어하는 출력 신호(TPS)를 보내는 컨트롤러(제어 수단 또는 ECU)(1)가 마련되어 있다.

또한, 이 컨트롤러(1)에는 예측 보상기(Prediction Compensator)(1a)가 마련되어 있고, 이 예측 보상기(1a) 내에는, 입력 신호로부터 소정의 예측 모델(Gp(s))을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하는 진동 성분 예측부(진동 성분 예측 스텝)(2)와, 이 진동 성분 예측부(2)에서 예측된 진동 성분(예측치)에 의거하여 진동을 억제하도록 입력 신호를 피드백 보정하는 피드백 보정부(피드백 보정 스텝)(3)가 마련되어 있다.

여기서, 진동 성분 예측부(2)에 있어서의 소정의 예측 모델(Gp(s)')이란, 구체적으로는 2차 지연계의 전달 함수(G(s))로서, ζ를 실제 차량 감쇠 계수, ω_n을 변속비에 따라 설정되는 고유 진동수로 하였을 때, G(s) = 1/(s² + 2ζω_ns + ω_n ²)로 나타낼 수 있다.

또한 피드백 보정부(3)에 의해 보정되는 제어 게인(K)은, ζ'를 목표 차량 감쇠 계수로 하면, K = (ζ' - ζ)·2ω_n으로 나타낼 수 있다.

또한, 예측 보상기(1a) 내의 함수(C(s))는 입력(본 실시 형태에서는, 액셀 개방도(APS))를 출력(마찬가지로 스로틀 개방도(TPS))으로 변환하는 함수로서, 특히 한정되는 것은 아니고, 여러가지의 함수가 적용 가능하다. 본 실시 형태에 있어서는 설명을 간략화 하기 위해 이하 C(s) = 1로 하여 설명한다.

또한, 본원 발명에 있어서, 예측 보상기(1a)는 상술한 일본 특개2001-132501호 공보에서 고려하여야 하는 낭비 시간을 포함하지 않기 때문에, 그 결과 예측 보상기(1a)가 간소화 될 수 있고, 목표치(Target)로부터 예측치(Prediction)와의 사이에 여러가지의 제어 방법을 구성할 수 있다. 예를 들면, 상태 피드백에 의해 차량의 진동을 보다 한층 저감하기 위해 임의의 댐핑(damping)을 부가할(Pole assignment)수 있다. 본 실시 형태에서는, 비선형성이 있는 경우도 고려하여(자동차용의 엔진에서는 액셀 조작에 대해 발생 토오크에는 비선형성이 있다), 도 1에 도시한 바와 같이, 속도에 대해 역으로 힘을 가한다는 간소한 댐핑을 부가한다.

본 실시 형태에서는, 가속감을 손상시키지 않으면서 차량 진동을 억제하기 위해 엔진 출력을 제어하는 것으로, 도 3은 일반적인 가속시의 차체 전후 가속도의 파형이다. 이 파형으로부터, 보상기(1a)를 부가하는 경우에, ① 내지 ③의 3개의 요소에 주목하여 목표 가속도를 설정한다. 또한, 하기한 ① 내지 ③은 도 3의 ① 내지 ③에 대응하고 있다.

① 쇼크의 저감 : 가속하고자 하는 의지에 반하는 부방향의 가속이기 때문에, 감쇠를 부가하여 승객에게 불쾌감을 주지 않도록 0.1G 이하로 한다.

② 상승시간의 유지 : 상승시간(목표치의 10%로부터 90%까지 이르는 시간)은, 가속감을 주는 요인이므로, 가능한 한 손상되지 않도록 한다.

③ 목표치의 추종 : 드라이버가 운전할 수 있기 위한 조건. 제어 결과의 목표치 부족에 의한 드라이버의 피드백 조작이 없도록, 어느 정도의 시간 후에는 액셀로 지시된 값으로 수속시킨다.

(1) 차량 모델의 작성

도 2에 의거하여, 차량 모델을 작성하였다. 이 차량 모델은, 엔진(11) ∼ 트랜스미션(12) ∼ 데후(13) ∼ 타이어(14)까지의 구동계 비틀림 모델과, 구동계 비틀림 진동을 차체에 전달하기 위한 각 마운트나 서스펜션 등의 탄성을 고려한 차량 운동 모델로 구성되고, 플라이휠, 기어, 타이어의 3자유도, 서스펜션은 1자유도, 파워 플랜트(엔진 및 트랜스미션)와 강체의 보디는, 전후, 상하, 회전의 3자유도를 갖고, 합계 10자유도의 2차원 비선형 모델을 작성하였다. 그리고, 이들의 감쇠를 고려하여, 매트릭스로 나타내면 아래 식(1)으로 된다.

단,

[M] : 10×10 관성 매트릭스

[C] : 10×10 감쇠 매트릭스

[K] : 10×10 강성 매트릭스

{F} : 10×1 힘 벡터

{X} : 10×1 변위 벡터

윗 수학식의 각 매트릭스는 실제차 테스트에 의해 파라미터 보정을 행하였다.

도 4에 전체 시뮬레이션 모델의 개요를 도시한다. 도시한 바와 같이, 시뮬레이션 모델은, 모델 예측 보상기(1a)와, 엔진 모델(EM)과, 10자유도의 차량 모델(VM)의 3개의 블록으로 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 엔진 모델(EM)로서, 엔진 전성능 특성 맵과 지연 요소가 이용되고 있다. 지연 요소에는 흡입관에서의 흡입 지연(1차 지연)과, 흡기로부터 연소 행정까지 3행정 지연되어 토오크로서 변환되는 행정 지연(낭비 시간)을 고려하였다. 또한, 엔진 전성능 맵에는, 차량 모델(VM)로부터 트랜스미션 부하 정보가 입력되게 되어 있다. 또한, 차량 모델(VM)은, 차량 전후 진동 정보를 출력하게 되어 있다.

(2) 예측 모델의 저차원화

일반적으로 n차계의 입력(u(s))으로부터 출력(y(s))으로의 전달 함수는, 아래 식(2)으로 나타낼 수 있다.

그러나, 리얼 타임 제어성이 요구되는 제어에 있어서, 보급형의 MPU(Micro Processing Unit)를 이용하여 식(2)의 고차원의 전달 함수를 연산하는 것은, 연산 속도나 정밀도의 면에서 불리하다. 따라서 모델의 본래의 특성을 희생하지 않는 범위에서 적절하게 저차원화 할 필요가 있다.

그런데, 스텝적인 액셀 개방도 변화(APS) 또는 스로틀 개방도 변화(TPS)에 대해, 출력이 되는 차체 전후 가속도(또는 드라이브 샤프트각 가속도)의 출력 파형은, 그 파형의 특징으로부터 2차 지연계의 응답으로서 근사할 수 있다(도 5 참조). 즉, APS로부터 차체 전후 가속도까지의 전달 특성을 G(s)라고 하면, G(s)는 다음 식(3)으로 근사할 수 있다.

단, 식(3)에 있어서, K_P는 비례 게인이고, ζ, ω_n은 각각 차체 전후 진동의 감쇠 계수와 고유 진동수(기본 차수), s는 라플라스 연산자이다.

그리고, 식(3)을 예측 모델으로 하여, 예측 모델 보상기(1a)를 구성할 수 있다.

여기서, 예측 모델 보상기(1a)로서 도 6에 도시한 바와 같은 피드백 제어계 를 생각한다. 도 6에 있어서, 함수(F(s))는 입력된 액셀 개방도(APS)를 출력 토오크로 환산하는 것이고, 함수(F^-1(s))는 입력된 토오크를 스로틀 개방도(TPS)로 환산하는 것이다.

또한, 이 피드백 제어계에 있어서의 진동 성분 예측부(2)는, 상술한 바와 같이, 2차 지연계의 전달 함수 G(s) = 1/(s² + 2ζω_ns + ω_n ²)와, 전달 함수(G(s))로부터 출력되는 변위(x)를 미분하여 변위 속도(dx/dt)(도면중에서는 「x」의 위에 「·」를 붙이여서 나타낸다)를 출력하는 미분부를 갖고 있다. 또한, 피드백 보정부(3)는, 진동 성분 예측부(2)에서 예측된 진동 성분(dx/dt)에 의거하여 진동을 억제하도록 함수(F(s))로부터의 출력에 대해 감쇠 토오크를 피드백 보정하도록 구성되어 있다.

여기서 출력 신호(u(s))는 입력 신호(r(s))를 이용하여 아래 식(4)으로 나타낼 수 있다.

따라서 입력 신호(r(s))로부터 출력 신호(u(s))까지의 폐(閉)루프 전달 함수는, 아래 식(5)으로 된다.

그리고, 입력(r(s))으로부터 출력(y(s))까지의 전달 함수는, 식(3)과 식(5)에 의해, 다음 식(6)이 얻을 수 있다.

또한, 식(6)에 있어서,

ζ' = ζ + K/2ω_n …(7)

로 치환함에 의해, 게인(K)를 조정함으로써 목표로 하는 감쇠 계수(ζ')를 얻을 수 있다.

여기서, 도 1에 도시한 피드백 보정부(3)에, 제어 게인(K)을 설정하는 제어 게인 가변부(제어 게인 가변 스텝)(도시 생략)을 마련하는 것도 가능하다. 게인(K)은 식(7)으로부터, 목표 감쇠 계수(ζ')와 고유 진동수수(ω_n)가 정해지면, 일률적으로 정해지는 값이지만, 이에 더하여 또한 목표 감쇠 계수(ζ')를 차체 진동 진폭의 속도에 따라 변화시켜서, 게인(K)의 효과 상태(작용의 정도)를 조정할 수 있다. 예를 들면, 도 14에 도시한 바와 같이, 어느 진동 속도 범위 내에서는 목표 감쇠(ζ') = 1의 게인이 작용하도록 설정하여도 좋고, 도 15에 도시한 바와 같이, 소정의 진동 속도 범위 내에서는 게인이 작용하지 않도록 불감대를 마련하도록 설정하 여도 좋다.

그리고, 이와 같이 진동 성분의 증가에 따라 진동을 억제하는 방향의 제어 게인이 크게 되도록 가변 설정함으로써, 진동 억제 효과를 높일 수 있다.

(3) 시뮬레이션에 의한 예측 모델 보상기의 효과 확인

가속 쇼크가 가장 문제로 되는 최대 변속비(예를 들면 1속(速))에 있어서의 보상기(1a)에 의한 진동 억제 효과를 나타낸다.

시뮬레이션 조건은, 보상기(1a)를 이산화(샘플링 시간 = 10ms) 하고, 입력으로 되는 APS를 0.1초간에 목표치까지 스텝적으로 변화시켜서 제진 효과를 확인하였다. 이 결과, 도 7에 도시한 바와 같이, 보상기(1a)의 삽입에 의해 차체 전후 진동의 진폭이 대폭적으로 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 8에 있어서, 파선은 액셀 개방도의 변화를 나타내고 있고, 이와 같은 스텝적인 액셀 개방도 변화에 대해, 보상기(1a)를 마련하여 진동을 억제한 경우, 실선으로 나타낸 바와같은 특성에 의해 스로틀 개방도가 제어된다.

그런데, 본 실시 형태에 있어서의 보상기(1a)에서는, 승차 인원의 증감이나 적재에 의한 차중 변동이나 실제 변속비와 목표 변속비와의 차에 의한 공진 주파수의 오차 등이 있면, 보상기(1a)에 의한 진동 억제 효과가 저하되는 것도 생각된다.

그래서, 이와 같은 오차에 기인하는 보상기의 성능 열화에 관해 검토하였다. 구체적으로는, 승차 인원 증가 등에 의해 260kg(1인당의 체중을 65kg으로 하고, 드라이버를 제외한 4인이 승차하였다고 상정)의 차중 증가가 있은 경우의 공진 주파수 변화를 시뮬레이션 하였다. 또한, 도 9는 변속비 2.3, 도 10은 변속비 1인 경우 를 나타낸다. 이 결과, 각 변속비 모두 2% 미만의 진동수 변화가 있고, 대폭적인 공진 주파수의 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다.

다음에, 계측 오차나 다른 외란 등에 의해, 실제 공진 주파수에 대해 -30% 내지 +3O%의 오차가 생긴 경우를 상정하고, 이산 보상기의 성능 열화를 조사하였다(도 11 참조). 이 결과, 가속성을 고려하면 +측의 오차, 즉 계측 공진 주파수가 실제 공진 주판수보다 높은 쪽이 성능 열화가 적은 것을 확인할 수 있었다.

또한, 다소의 오차가 있는 경우에도, 보상기(1a)의 삽입에 의해 시스템이 불안정하게 되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

(4) 실제차 테스트에 의한 진동 억제 확인

다음에, 실제차 테스트를 행하여 효과를 확인하였다. 시험 조건은 가장 가속 쇼크가 크게 되는 최저단(변속비 = 2.3)으로 고정하고, 완만 감속 상태로부터 토오크 컨버터의 직결 클러치가 직결 상태인 것을 확인하여 직결 클러치에서 가속 쇼크가 저감되는 영향을 배재하고, 엔진 회전수가 1500rpm으로 된 때에 재가속을 행하였다. 기속 조건을 정돈하기 위해, 토오크 변화의 최대치를 110Nm으로 고정하였다. 도 12는 차체 전후 가속도를, 도 13은 엔진 토오크 변화를 각각 도시한다. 이들의 결과로부터, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 장치를 이용함으로써, 가속성을 악화시키지 않고서, 진동(쇼크)을 허용 범위 내인 0.08G까지 저감할 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명의 입력의 액셀 개방도 정보(목표 토오크 상관치)로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하고, 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 액셀 개방도를 피드백 보정하기 때문에, 미리 진 동을 예측하고 그것을 억제하도록 액셀 개방도를 보정할 수 있고, 진동의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 액셀 개방도 정보로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하기 때문에, 실제 진동을 피드백한 경우와 같이 낭비 시간 등을 고려할 필요가 없어서 제어 처리를 간략화 할 수 있고, 진동을 효율적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 소정의 예측 모델을 2차 지연계의 전달 함수에 의거하여 설정하고 있는데, 스텝적인 입력의 변화에 대해 2차 지연계의 전달 함수는 근사성이 높기 때문에, 비교적 간단한 전달 함수를 사용하면서 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

또한, 피드백 보정부(3)에 마련된 제어 게인 가변 설정부에 의해, 진동 성분 예측부(2)에서 예측되는 진동 성분의 증가에 따라 제어 게인이 크게 설정되기 때문에, 진동 성분의 증가에 따라 진동을 억제하는 방향의 제어 게인이 크게 설정되게 되어, 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

또한, 상기 진동 성분 예측 및 상기 피드백 보정을 기관 출력 발생의 적어도 3행정 전에 실시하면, 낭비 시간 등의 지연 요소를 가미하여 예측에 의한 피드백 보정을 미리 시행하기 때문에 진동을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시의 형태에 관해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 구성에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 출력 조정 부재의 한 예로서 스로틀을 적용한 경우에 관해 설명하였지만, 출력 조정 부재로서 점화 코일이나 인젝터 등을 적용하여도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는 가솔린 엔진에 본 발명을 적용한 경우에 관해 설명하였지만, 디젤엔진에도 물론 적용 가능하다. 이 경우, 도 16에 도시한 바와 같이, 출력이 연료 분사량으로 치환되는 이외는, 상기한 실시 형태와 같은 제어로 된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 장치 및 방법에 의하면, 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하고 해당 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하기 때문에, 미리 진동을 예측하고 그것을 억제하도록 목표 토오크 상관치를 보정할 수 있고, 진동의 발생을 효과적이면서 미연에 방지할 수 있다. 게다가, 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하기 때문에, 실제 진동을 피드백하는 경우와 같이 낭비 시간 등을 고려할 필요가 없어서 제어 처리를 간략화 할 수 있고, 진동을 효율적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 장치 및 방법에 의하면, 소정의 예측 모델을 2차 지연계의 전달 함수에 의거하여 설정함으로써, 스텝적인 목표 토오크 상관치의 변화에 대해 2차 지연계의 전달 함수는 근사성이 높기 때문에, 비교적 간단한 전달 함수를 사용하면서 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 장치 및 방법에 의하면, 진동 성분의 증가에 따라 진동을 억제하는 방향의 제어 게인이 크게 설정되기 때문에, 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 장치 및 방법에 의하면, 목표 토오크 상관치를 액셀 개방도에 의거하여 산출하고, 출력 조정 부재의 작동은 보정 후의 목표 토오크 상관치에 의거하여 조정함으로써, 변속시나 가속시의 쇼크를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 내연기관의 출력 제어 장치 및 방법에 의하면, 비교적 간단한 전달 함수를 사용하면서 목표 차량 감쇠 계수를 실현할 수 있고, 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

Claims

목표 토오크 상관치에 의거하여 출력 조정 부재의 작동을 제어하는 내연기관의 출력 제어 장치에 있어서,

상기 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하는 진동 성분 예측부(2)와,

상기 진동 성분 예측부에 의해 예측되는 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 상기 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하는 피드백 보정부(3)를 구비하며,

상기 피드백 보정부(3)는 상기 진동 성분 예측부에 의해 예측되는 진동 성분의 증가에 따라 제어 게인을 크게 설정하는 제어 게인 가변부를 구비하며,

상기 목표 토오크 상관치(r(s))는 액셀 개방도(APS)에 의거하여 산출되는 것이고, 상기 출력 조정 부재의 작동은 보정 후의 목표 토오크 상관치(u(s))에 의거하여 조정되며,

상기 소정의 예측 모델은 2차 지연계의 전달 함수(G(s))에 의거하여 설정되고,

ζ'을 목표 차량 감쇠 계수, ζ를 실제 차량 감쇠 계수, ω_n을 변속비에 따라 설정되는 고유 진동수, s를 라플라스 연산자로 하였을 때,

상기 전달 함수가 1/(s² + 2ζω_ns + ω_n ²)이고,

상기 피드백 보정부에 의해 설정되는 제어 게인(K)이,

K = (ζ' - ζ)·2ω_n인 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 제어 장치.
목표 토오크 상관치에 의거하여 출력 조정 부재의 작동을 제어하는 내연기관의 출력 제어 방법에 있어서,

상기 목표 토오크 상관치로부터 소정의 예측 모델을 이용하여 차량에 발생하는 진동 성분을 예측하는 진동 성분 예측스텝(2)과,

상기 진동 성분 예측스텝에 의해 예측되는 진동 성분에 의거하여 진동을 억제하도록 상기 목표 토오크 상관치를 피드백 보정하는 피드백 보정스텝(3)과,

상기 피드백 보정스텝은 상기 진동 성분 예측스텝에 의해 예측되는 진동 성분의 증가에 따라 제어 게인을 크게 설정하는 제어 게인 가변 스텝을 포함하며,

상기 목표 토오크 상관치(r(s))는 액셀 개방도(APS)에 의거하여 산출되는 것이고, 상기 출력 조정 부재는 보정 후의 목표 토오크 상관치(u(s))에 의거하여 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 제어 방법.
제 2항에 있어서,

상기 소정의 예측 모델은 2차 지연계의 전달 함수(G(s))에 의거하여 설정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 제어 방법.
제 3항에 있어서,

ζ'을 목표 차량 감쇠 계수, ζ를 실제 차량 감쇠 계수, ω_n을 변속비에 따라따라는 고유 진동수, s를 라플라스 연산자로 하였을 때,

상기 전달 함수가 1/(s² + 2ζω_ns + ω_n ²)이고,

상기 피드백 보정부에 의해 설정되는 제어 게인(K)이,

K = (ζ' - ζ)·2ω_n인 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 제어 방법.