KR20080015282A

KR20080015282A - 차량의 전자제어 스로틀 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080015282A
Application number: KR1020060076792A
Authority: KR
Inventors: 조병훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2008-02-19
Also published as: KR101180929B1

Abstract

차량의 전자제어 스로틀 장치(Electronic Throttle Control System)로, 적재량에 따라 스로틀 밸브의 개도를 능동적으로 제어하여 발진 및 가속 특성을 향상시키도록 하는 것이다.

본 발명은 엔진 회전수와 가속 페달의 구동변위, 현재의 변속단 및 차량에 수직 방향으로 작용하는 가속도를 검출하는 과정, 가속도의 정보로부터 운행지역의 구배를 계산하는 과정, 계산된 구배를 적용하여 차량에의 적재량을 계산하는 과정, 가속페달의 구동 변위와 엔진 회전수, 변속단의 정보에 계산된 적재량을 적용하여 요구 토크량을 계산하는 과정, 계산된 요구 토크량에 필터값을 적용하여 최종 TPS값을 결정한 후 모터를 제어하여 스로틀 밸브의 개도를 조정하는 과정을 포함한다.

ETC, 적재량, 구배, 가속도 센서, 스로틀 개도 조정

Description

차량의 전자제어 스로틀 제어장치 및 방법{ELECTRONIC THROTTLE CONTROL SYSTEM OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 차량에 적용되는 전자제어 스로틀 제어장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량에서 가속도 센서의 정보로부터 구배를 계산하는 일 예시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 차량에서 적재량과 요구 토크량의 관계로부터 토크 제어량을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 차량에서 적재량과 필터링 값의 관계로부터 토크 제어량을 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 차량에서 전자제어 스로틀 제어 결과를 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 차량에서 전자제어 스로틀 제어 실행에 대한 흐름도이다.

도 7은 종래의 차량에서 전자제어 스로틀 제어 결과를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 엔진 회전수 검출부 103 : APS

105 : 변속단 검출부 107 : 가속도 센서

109 : 제어부 111 : 구동부

본 발명은 차량의 전자제어 스로틀 장치(Electronic Throttle Control System : 이하, "ETC" 라 한다.)에 관한 것으로, 상세하게는 적재량에 따라 스로틀 밸브의 개도를 능동적으로 제어하여 발진 및 가속 특성을 향상시키는 차량의 전자제어 스로틀 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

ETC 장치는 가속 페달의 답력(구동변위)을 APS(Accelerator Pedal Position Sensor)를 통해 검출하여 제어수단에 제공하고, 제어수단은 가속 페달의 답력과 엔진 회전수 및 변속단의 조건에 따라 요구 토크량을 결정하고, 결정된 요구 토크량을 필터링한 후 스로틀 바디에 장착되는 직류모터를 구동시켜 스로틀 밸브의 개도를 조정한다.

따라서, ETC 장치는 가속페달과 스로틀 밸브가 케이블로 연결되지 않고, 직류 모터의 작동에 의해 스로틀 밸브의 개폐가 정확하게 이루어져 엔진의 점화시기와 연료 분사량 등을 정확하게 조절할 수 있어 엔진의 응답도 다이내믹하게 이루어지며, 기존 케이블 때문에 발생하는 소음도 크게 줄일 수 있다.

이러한 종래의 ETC 장치는 APS의 신호와 엔진 회전수 및 변속단의 조건에 따라 스로틀 밸브의 개도를 결정함에 있어 차량의 표준 중량을 기준으로 하고 있다.

따라서, 차량에 탑승 인원이 증가되거나 트레일러를 끄는 경우, 트렁크 및 루프에 짐이 적재되어 적재량이 증가하는 경우 발진 및 가속 성능이 떨어지는 문제점이 발생한다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제어수단에서는 (가)와 같은 APS의 조건에 따라 표준 중량을 기준으로 (나)와 같은 TPS(Throttle Position Sensor)의 제어값이 결정되는 경우 (다)에 도시된 바와 같이 적량량이 큰 경우(400Kg)는 적재량이 작은 경우(0Kg)에 비하여 발진 가속도가 저하된다.

상기한 바와 같이 종래의 차량에 적용되는 ETC 장치는 차량의 표준 중량을 기준으로 스로틀 밸브의 개도를 결정하므로, 적재량의 증가함에 따라 발진 및 가속 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 가속도 센서의 정보를 이용하여 차량의 적재량을 모델링하고, 모델링된 적재량에 따라 직류 모터에 의해 제어되는 스로틀 밸브의 개도를 능동적으로 조정하여 차량의 발진 및 가속 성능을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진 회전수를 검출하여 제어부에 제공하는 엔진 회전수 검출부와; 가속 페달의 구동변위를 검출하여 제어부에 제공하는 APS와; 현재 선택된 변속단의 정보를 제어부에 제공하는 변속단 검출부와; 차량에 수직 방향으로 설치되어, 차량의 가속도 정보를 제어부에 제공하는 가 속도 센서와; 가속도 센서의 정보로부터 운행되는 지역의 구배를 계산하고, 이를 이용하여 적재량을 계산하며, APS에서 검출되는 가속페달의 구동 변위와 엔진 회전수 검출부에서 검출되는 엔진 회전수에 계산된 적재량의 정보를 적용하여 스로틀 밸브의 개도값을 산출 제어하는 제어부 및; 상기 제어부의 제어신호에 따라 스로틀 바디에 장착되는 직류 모터를 구동하여 스로틀 밸브의 개도를 조정하는 구동부를 포함하는 차량의 전자제어 스로틀 제어장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 엔진 회전수와 가속 페달의 구동변위, 현재의 변속단 및 차량에 수직 방향으로 작용하는 가속도를 검출하는 과정; 상기 가속도의 정보로부터 운행지역의 구배를 계산하는 과정; 계산된 구배를 적용하여 차량에의 적재량을 계산하는 과정; 가속페달의 구동 변위와 엔진 회전수, 변속단의 정보에 계산된 적재량을 적용하여 요구 토크량을 계산하는 과정; 계산된 요구 토크량에 필터값을 적용하여 최종 TPS값을 결정한 후 모터를 제어하여 스로틀 밸브의 개도를 조정하는 과정을 포함하는 차량의 전자제어 스로틀 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 엔진 회전수 검출부(101)와 APS(103), 변속단 검출부(105), 가속도 센서(107), 제어부(109) 및 구동부(111)를 포함한다.

엔진 회전수 검출부(101)는 크랭크 각 검출수단 혹은 캠 각 검출수단으로, 크랭크 샤프트 혹은 캠 샤프트의 각도 변화로부터 엔진 회전수를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(109)에 제공한다.

APS(103)는 가속 페달의 구동변위를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(109)에 제공한다.

변속단 검출부(105)는 현재 선택된 변속단의 정보를 제어부(109)에 제공한다.

가속도 센서(107)는 차량에 수직 방향으로 설치되어, 차량의 감 가속도 정보를 제어부(109)에 제공한다.

제어부(109)는 가속도 센서(107)의 정보로부터 운행되는 지역의 구배를 계산하고, 이를 이용하여 적재량을 계산하며, APS(103)에서 검출되는 가속페달의 구동 변위와 엔진 회전수 검출부(101)에서 검출되는 엔진 회전수에 계산된 적재량의 정보를 적용하여 스로틀 밸브의 개도값을 산출 제어한다.

구동부(111)는 상기 제어부(109)에서 인가되는 제어신호에 따라 스로틀 바디에 장착되는 직류 모터를 구동하여 스로틀 밸브의 개도를 조정한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.

엔진의 시동이 온을 유지하게 되면 제어부(109)는 차량의 제반적인 상태 조건을 검출한다(S101).

즉, 엔진 회전수 검출부(101)로부터 엔진 회전수를 검출하고, APS(103)로부터 가속 페달의 구동 변위를 검출하며, 변속단 검출부(105)로부터 현재 선택된 변 속단을 검출하고, 차량에 수직 방향으로 설치되는 가속도 센서(107)로부터 차량의 감가속도 정보를 검출한다.

이후, 상기 제어부(109)는 가속도 센서(107)의 정보로부터 운행되는 지역의 구배를 검출한다(S102).

구배의 검출은 도 2에 도시된 바와 같이, 차량(A)에 수직 방향으로 작용하는 가속도 센서의 계측값 X = gcos(θ)와 차량(A)의 진행방향으로 작용하는 힘인 gsin(θ)의 관계로부터 차량이 위치되어 있는 현재 지역의 구배인 "θ"를 검출한다.

상기한 도 2를 통해 구배가 검출되면, 이를 이용하여 하기와 같이 차량에 적재된 적재량을 계산한다(S103).

차량에 작용하는 힘 : F = F_Drive(구동력) - F_Load(주행 부하) - F_Inertia(관성력) - F_Grade(등판력)으로 정의된다.

여기서, 구동력 : F_Drive = (T_Input × R_Gear × R_Diff) / 동반경 × K_Efficiency로 결정된다.

주행 부하 : F_Load = f(차속)이고, 관성력 : F_Inertia = a × K_Inertia이며, 등판력 : F_Grade = (M+m)gsin(θ)이다.

또한, T_Input : 입력 토크이고, R_Gear × R_Diff : 기어비이며, K_Efficiency : 전달효율이다.

그리고, a : 차량 가속도(차속으로부터 계산됨)이고, θ : 구배이며, M : 표준중량이고, m : 적재량을 의미한다.

따라서, 힘 = 중량 × 가속도 이므로, 이에 대하여 정리하면 다음과 같다.

F_Drive - F_load - F_Inertia - F_grade = (M+m) × a

F_Drive - F_load - F_Inertia - (M+m)gsin(θ) = (M+m) × a

F_Drive - F_load - F_Inertia = (M+m) × (a+gsin(θ))

이를 정리하면, 적재량 : m = (F_Drive - F_load - F_Inertia) / (a+g(1-(x/g)²)^0.5) - M 이 된다.

상기한 바와 같이 가속도 센서의 정보로부터 계산된 구배값을 이용하여 적재량(m)이 계산되면 요구 토크량을 계산한다(S104).

상기 요구 토크량은 검출되는 엔진 회전수 정보와 가속 페달의 구동 변위 및 적재량이 적용되어 계산되며, 도 3에 도시된 바와 같이 적재량이 커짐에 따라 요구 토크량은 증가하게 된다.

상기 S104에서 요구 토크량이 계산되면 여기서 설정된 값의 필터링을 적용하여 토크값 필터링을 수행한다(S105).

상기 필터링되는 토크값은 도 4에 도시된 바와 같이 적재량이 커짐에 따라 필터링을 적은 값으로 적용한다.

상기한 과정을 통해 계산된 요구 토크량에 대하여 필터링이 적용되면, 최종 적인 TPS값을 결정한 다음(S106) 구동부(111)의 제어를 통해 스로틀 바디에 장착되어 있는 직류 모터를 구동시켜 결정된 TPS의 값으로 스로틀 밸브의 개도를 조정한다(S107).

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, (가)와 같은 APS의 구동 변위가 검출되는 조건에서 (나)와 가속도 센서로부터 계산되는 적재량에 따라 스로틀 밸브의 개도를 조정함으로써, (다)와 같이 항상 일정한 발진 및 가속 성능이 확보된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차량의 적재량의 모델링하고, 적재량에 따라 스로틀 밸브의 개도를 능동적으로 조정함으로써, 항상 일정한 발진 및 가속 성능이 제공되어 차량의 운행에 안정성 및 신뢰성을 제공한다.

Claims

엔진 회전수를 검출하여 제어부에 제공하는 엔진 회전수 검출부와;

가속 페달의 구동변위를 검출하여 제어부에 제공하는 APS와;

현재 선택된 변속단의 정보를 제어부에 제공하는 변속단 검출부와;

차량에 수직 방향으로 설치되어, 차량의 가속도 정보를 제어부에 제공하는 가속도 센서와;

가속도 센서의 정보로부터 운행되는 지역의 구배를 계산하고, 이를 이용하여 적재량을 계산하며, APS에서 검출되는 가속페달의 구동 변위와 엔진 회전수 검출부에서 검출되는 엔진 회전수에 계산된 적재량의 정보를 적용하여 스로틀 밸브의 개도값을 산출 제어하는 제어부 및;

상기 제어부의 제어신호에 따라 스로틀 바디에 장착되는 직류모터를 구동하여 스로틀 밸브의 개도를 조정하는 구동부를 포함하는 차량의 전자제어 스로틀 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 구배는 차량에 수직 방향으로 작용하는 가속도 센서의 계측값 X = gcos(θ)와 차량의 진행방향으로 작용하는 힘인 gsin(θ)의 관계로부터 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자제어 스로틀 제어장치.
엔진 회전수와 가속 페달의 구동변위, 현재의 변속단 및 차량에 수직 방향으로 작용하는 가속도를 검출하는 과정;

상기 가속도의 정보로부터 운행지역의 구배를 계산하는 과정;

계산된 구배를 적용하여 차량에의 적재량을 계산하는 과정;

가속페달의 구동 변위와 엔진 회전수, 변속단의 정보에 계산된 적재량을 적용하여 요구 토크량을 계산하는 과정;

계산된 요구 토크량에 필터값을 적용하여 최종 TPS값을 결정한 후 모터를 제어하여 스로틀 밸브의 개도를 조정하는 과정을 포함하는 차량의 전자제어 스로틀 제어방법.
제3항에 있어서,

상기 요구 토크량은 적재량이 증가할수록 크게 적용되고, 필터링 값은 적재량이 증가할수록 작은값이 적용되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자제어 스로틀 제어방법.