KR20100031327A - 전자식 스로틀 밸브 제어장치 및 방법 - Google Patents

전자식 스로틀 밸브 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자식 스로틀 밸브 제어장치에서 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 스로틀 위치 센서의 신호에 노이즈가 발생하는 경우 스로틀 밸브를 작동시키는 직류 모터의 구동 듀티를 조정하여 엔진 스톨(stall) 및 엔진 회전수의 급상승을 방지하는 것이다.
본 발명은 요구 토크량을 결정하여 스로틀 밸브의 위치를 조정하고, 피드백 제어를 위해 TPS1,TPS2 신호와 모터 제어전류를 검출하는 과정, TPS1,TPS2 신호의 변화율을 계산하고, 변화율이 설정된 기준값을 초과하는지 판단하는 과정, 상기 변화율이 기준값을 초과하면 TPS 신호에 노이즈 발생으로 판단하고, 직류 모터의 제어 듀티를 일정시간 동안 높게 혹은 낮게 출력하는 과정을 포함한다.
ETC, 전자식 스로틀 밸브, 노이즈, 직류모터, TPS

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 : 이하 "ETC" 라 한다.)에 관한 것으로, 더 상세하게는 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 스로틀 위치 센서(Throttle Position Sensor)의 신호에 노이즈가 발생하는 경우 스로틀 밸브를 작동시키는 직류 모터의 구동 듀티를 조정하여 엔진 스톨(stall) 및 엔진 회전수의 급상승을 방지하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 차량에는 기계식 스로틀 밸브와 비교하여 가속페달과 스로틀 밸브가 케이블로 연결되지 않고, 직류 모터의 구동에 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.
ETC는 APS(Accelerator Pedal Position Sensor)를 통해 운전자의 가속의지인 가속페달 변위를 검출하고, 가속페달 변위와 엔진 회전수, 냉각수온, 변속단 조건 등에 따라 토크 맵을 적용하여 요구 토크량을 결정한 다음 스로틀 바디(Throttle Body)에 장착되는 직류모터를 구동시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정한다.
ETC는 직류모터에 의해 동작되는 스로틀 밸브의 위치를 스로틀 위치 센서를 통해 검출하여 스로틀 밸브가 토크 요구량에 대응되는 위치로 제어되었는지를 판단하며, 정상적인 위치로 제어되지 않은 상태이면 스로틀 위치 센서를 통해 검출되는 신호에 따라 스로틀 밸브의 위치를 보상하여 최적의 위치로 제어한다.
스로틀 위치 센서는 통상적으로 브러쉬와 저항체로 구성되는데, 스로틀 밸브의 위치가 변경됨에 따라 축에 연결된 브러시가 회전하면서 브러시가 접촉되어 있는 저항체의 위치가 변경되어 저항값의 변화를 발생시키며, 제어수단은 저항값의 변화를 인식하여 스로틀 밸브의 위치를 인식하게 된다.
그러나, ETC는 엔진에 장착되기 때문에 혼합기의 연소로 발생되는 열과 진동에 노출되어 있어 저항체와 브러시의 접촉이 불안정하여 노이즈를 발생시킨다.
또한, 스로틀 위치 센서와 스로틀 밸브를 연결하는 축 부위의 흔들림, 내구에 따른 접촉부 및 브러시의 마모 등에 의해 스로틀 위치 센서의 신호에 노이즈를 발생시킨다.
이외에 다양한 외부 전자기파의 유입으로 인하여 스로틀 위치 센서의 신호에 노이즈가 발생한다.
상기한 바와 같이 다양한 원인에 의하여 스로틀 위치 센서의 신호에 노이즈가 발생하는 경우 스로틀 밸브의 위치 제어가 정상적으로 실행되지 못하여 엔진 스 톨 혹은 엔진 회전수를 급상승시켜 급발진을 초래한다.
따라서, ETC에는 스로틀 밸브의 위치를 보다 안정되게 제어하기 위하여 2개의 스로틀 위치 센서를 사용하고 있으며, 이는 하나의 스로틀 위치 센서에 고장이 발생한 경우 정상 상태를 유지하는 다른 하나의 신호를 이용하여 스로틀 밸브의 위치를 제어하기 위함이다.
그러나, 동시에 2개의 스로틀 위치 센서의 신호에서 노이즈가 발생되는 경우에도 둘 중에 하나를 고장 판정으로 하고, 나머지 하나의 대해서는 정상적으로 받아들이기 때문에 스로틀 밸브의 위치 제어가 정상적으로 실행되지 못하며, 이로 인하여 엔진 스톨 혹은 회전 회전수를 급상승시켜 급발진을 유발시키는 문제가 있다.
예를 들어, 2개의 스로틀 위치 센서의 신호(TPS1,TPS2)가 동시에 정상신호 보다 높게 나오는 경우 ｜TPS1-TPS2｜= 0이기 때문에 제어수단에서는 정상으로 판단하여 스로틀 밸브의 위치를 제어한다.
이러한 경우 원하는 스로틀 밸브의 위치 보다 많이 열려있기 때문에 스로틀 밸브를 닫는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 스톨 혹은 엔진 회전수의 드롭(Drop)을 발생시킨다.
이와는 반대로, 2개의 스로틀 위치 센서의 신호(TPS1,TPS2)가 동시에 정상신호 보다 낮게 나오는 경우 ｜TPS1-TPS2｜= 0이기 때문에 제어수단에서는 정상으로 판단하여 스로틀 밸브의 위치를 제어한다.
이러한 경우 원하는 스로틀 밸브의 위치 보다 적게 열려있기 때문에 스로틀 밸브를 여는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 회전수를 상승시켜 급발진을 유발한 다.
또한, 2개의 스로틀 위치 센서의 신호(TPS1,TPS2)가 동시에 정상신호 보다 높게 나오고, 서로 차이가 나는 경우 ｜TPS1-TPS2｜= △12이므로 제어수단은 공기량 모델을 통해 정상적인 신호에 가까운 어느 하나의 신호를 선택하여 스로틀 밸브의 위치 제어에 사용한다.
이때, 선택된 스로틀 위치 센서의 신호가 실제값 보다 높게 나오기 때문에 스로틀 밸브를 닫는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 스톨 혹은 엔진 회전수 드롭을 발생시킨다.
이외에 하나의 스로틀 위치 센서의 신호는 정상신호 보다 높게 나오고, 다른 하나의 스로틀 위치 센서의 신호는 정상신호 보다 낮게 나오는 경우 제어수단은 정상값에 가까운 하나의 신호를 선택하여 스로틀 밸브의 위치를 제어한다.
이때, 선택된 스로틀 밸브 위치 센서의 신호가 실제값 보다 낮은 경우 스로틀 밸브를 여는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 회전수를 상승시켜 급발진을 유발하고, 실제값 보다 높게 나오기 때문에 스로틀 밸브를 닫는 방향으로 제어가 실행되어 엔진 스톨 혹은 엔진 회전수 드롭을 발생시킨다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 2개의 스로틀 위치 센서 신호에 동시적으로 노이즈가 발생하여 정상신호 보다 높거나 낮게 나오는 경우 스로틀 밸브를 작동시키는 직류 모터의 구동 듀티를 조정하여 엔 진 스톨 혹은 엔진 회전수의 급상승이 발생되지 않도록 하는 것이다.
또한, 스로틀 위치 센서의 고장이 판정하여 고장코드를 저장하고, 림프 홈 모드(Limp Home Mode)를 실행하는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전자식 스로틀 밸브 제어장치는, 엔진회전수를 검출하는 엔진회전수검출부; 가속페달의 변위를 검출하는 가속페달검출부; 냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부; 스로틀 밸브를 구동시키는 직류모터와 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 제1,2스로틀 위치센서가 구비되는 스로틀 바디; 요구 토크량을 결정하고 직류모터를 구동시켜 스로틀 밸브의 위치를 제어하며 스로틀 밸브의 위치를 검출하여 피드백 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 제1,2스로틀 위치 센서 신호의 변화율이 기준값을 초과하면 제1,2스로틀 위치 센서의 신호에 동시 노이즈가 발생된 것으로 판단하고, 직류모터의 제어 듀티를 일정시간 동안 변화시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 전자식 스로틀 밸브 제어방법은, 요구 토크량을 결정하여 스로틀 밸브의 위치를 조정하고, 피드백 제어를 위해 TPS1,TPS2 신호와 모터 제어전류를 검출하는 과정; TPS1,TPS2 신호의 변화율을 계산하고, 변화율이 설정된 기준값을 초과하는지 판단하는 과정; 상기 변화율이 기준값을 초과하면 TPS 신호에 노이즈 발생으로 판단하고, 직류 모터의 제어 듀티를 일정시간 동안 높게 혹은 낮게 출력하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명은 스로틀 위치 센서의 신호에 동시 노이즈가 발생되더라도 스로틀 밸브의 위치를 안정되게 유지시켜 엔진 스톨 혹은 엔진 회전수의 급상승 발생을 방지함으로써, 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 엔진회전수검출부(10)와 가속페달검출부(20), 수온검출부(30), 제어부(40), 스로틀 바디(50) 및 엔진(60)를 포함한다.
엔진회전수검출부(10)는 크랭크 축 혹은 캠 축의 위상 변화로부터 엔진 회전수 및 엔진의 시동 온 여부를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(40)에 인가한다.
가속페달검출부(20)는 APS로, 운전자의 감가속 요구에 따라 작동되면 가속페달의 변위를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(40)에 인가한다.
수온검출부(30)는 라디에이터 및 엔진(60)을 순환하여 엔진(60)을 최적의 온 도 조건으로 유지시키는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(40)에 인가한다.
제어부(40)는 가속페달 변위와 엔진 회전수, 냉각수온, 변속단 조건 등에 따라 요구 토크량을 결정하고, 스로틀 바디(50)에 장착되는 직류모터(51)를 구동시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정한다.
상기 제어부(40)는 직류모터(51)에 의해 개폐되는 스로틀 밸브의 위치를 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)의 출력신호(TPS1,TPS2)를 통해 피드백 검출하여 스로틀 밸브의 위치가 토크 요구량에 대응되게 제어되었는지를 판단하여 정상적인 위치로 제어한다.
제어부(30)는 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)에서 출력되는 신호(TPS1,TPS2)의 변화율(△)을 분석하여 변화율(△)이 설정된 정상신호(기준값)을 초과하는 경우 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)에서 출력되는 신호(TPS1,TPS2)에 동시적으로 노이즈가 발생된 것으로 판단하고, 노이즈 판단에 따라 진단코드를 출력한 다음 직류 모터(51)의 작동을 제어하여 엔진 스톨 혹은 엔진 회전수의 급격한 상승이 발생되지 않도록 한다.
상기 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)의 신호(TPS1,TPS2)에 동시 노이즈 발생이 검출되면 진단코드(DTC)를 출력하고 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 진입한다.
예를 들어, 림프 홈 모드에 진입하면 최대 엔진 회전수를 2,500RPM 이하로 유지하고, 최대 차속이 80Km/h 이하가 되도록 유지한다.
상기 제어부(30)는 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)의 신호(TPS1,TPS2)가 동 시에 정상신호(기준값) 보다 높게 나오는 경우 스로틀 밸브의 위치를 조정하는 직류모터(51)의 구동 듀티를 일정시간 동안 높게 제어하여 엔진 스톨 혹은 엔진 회전수의 드롭이 발생되지 않도록 한다.
또한, 반대의 경우 직류모터의 구동 듀티를 일정시간 동안 낮게 제어하여 엔진 회전수의 급상승이 발생되지 않도록 한다.
스로틀 바디(50)는 스로틀 밸브가 포함되며, 제어부(40)의 제어신호에 따라 작동되어 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 직류모터(51)와, 직류모터(51)의 작동에 따라 변화되는 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 제어부(40)에 제공하는 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)가 포함된다.
엔진(50)는 스로틀 밸브의 위치에 따라 동력의 발생시킨다.
전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명에서 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 동작은 다음과 같다.
엔진 시동이 온 되면 제어부(40)는 엔진 회전수와 운전자의 감가속 요구인 가속페달 변위, 냉각수의 온도, 변속단 등을 포함하는 제반적인 차량의 정보를 검출 분석하여 요구 토크량을 결정하고, 스로틀 바디(50)에 장착되는 직류모터(51)를 구동시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정한다(S101).
상기와 같이 운전요구 및 차량 정보에 따라 스로틀 밸브의 위치를 제어하여 엔진(60)의 출력을 확보하는 상태에서 차량의 제반적인 정보가 스로틀 위치 센서 신호의 노이즈 발생에 따른 엔진 제어조건을 만족하는지 판단한다(S102).
상기 엔진 제어조건은 엔진 시동이 온 상태이고, 냉각수온이 설정된 기준온 도 이상이며, 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)의 고장이 발생되지 않은 상태이다.
상기 S102에서 엔진 제어조건을 만족하면 제어부(40)는 피드백 신호로 인가되는 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)의 신호(TPS1,TPS2)를 검출하고(S103), 직류모터(51)의 제어 전류를 검출한다(S104).
그리고, 상기 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)에서 검출되는 신호(TPS1,TPS2)의 시간당 변화율(△)을 계산하여(S105), 변화율(△)이 설정된 정상신호(기준값) 보다 큰 상태인지를 판단한다(S106).
상기 S106에서 변화율(△)이 설정된 정상신호(기준값) 보다 큰 상태이면 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)의 신호(TPS1,TPS2)에 동시 노이즈가 발생되어 ETC 제어에 이상이 있는 것으로 진단한 다음 엔진 스톨이 발생되는 것을 방지하지 위하여 직류모터(51)의 제어 듀티를 일정시간 동안 높게 제어하여 엔진 스톨 혹은 엔진 회전수의 급상승이 발생되는 것을 방지한다(S107).
상기한 동작의 발생횟수를 적산하여 설정된 횟수 이상 반복되면 림프 홈 모드로 진입하여 최대 엔진 회전수를 2,500RPM 이하로 유지하고, 최대 차속이 80Km/h 이하가 되도록 유지한다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1,2스로틀 위치 센서(52)(53)에서 검출되는 신호(TPS1,TPS2)의 변화율(△)이 설정된 기준전압(V_ref) 보다 높으며, 그 횟수가 일정횟수 이상 반복되면 고장 코드를 출력하고, 림프 홈 모드로 진입한다.
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.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스로틀 위치 센서의 출력과 전압 관계를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진회전수검출부 20 : 가속페달검출부
30 : 수온검출부 40 : 제어부
50 : 스로틀 바디 51 : 직류모터
52 : 제1스로틀 위치 센서 53 : 제2스로틀 위치 센서

Claims (6)

  1. 엔진회전수를 검출하는 엔진회전수검출부;
    가속페달의 변위를 검출하는 가속페달검출부;
    냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부;
    스로틀 밸브를 구동시키는 직류모터와 스로틀 밸브의 위치를 검출하는 제1,2스로틀 위치센서가 구비되는 스로틀 바디;
    요구 토크량을 결정하고 직류모터를 구동시켜 스로틀 밸브의 위치를 제어하며 스로틀 밸브의 위치를 검출하여 피드백 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 제1,2스로틀 위치 센서 신호의 변화율이 기준값을 초과하면 제1,2스로틀 위치 센서의 신호에 동시 노이즈가 발생된 것으로 판단하고, 직류모터의 제어 듀티를 일정시간 동안 변화시켜 스로틀 밸브의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 제1,2스로틀 위치 센서 신호의 변화율이 기준값을 초과하는 횟수가 설정횟수 이상 검출되면 림프 홈 모드로 진입하여 토크 제한제어를 실행하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1,2스로틀 위치 센서의 신호가 정상신호 보다 높으면 직류 모터의 제어 듀티를 일정시간 높게 제어하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제어부는 상기 제1,2스로틀 위치 센서의 신호가 정상신호 보다 낮으면 직류 모터의 제어 듀티를 일정시간 낮게 제어하는 전자식 스로틀 밸브 제어장치.
  5. 요구 토크량을 결정하여 스로틀 밸브의 위치를 조정하고, 피드백 제어를 위해 TPS1,TPS2 신호와 모터 제어전류를 검출하는 과정;
    TPS1,TPS2 신호의 변화율을 계산하고, 변화율이 설정된 기준값을 초과하는지 판단하는 과정;
    상기 변화율이 기준값을 초과하면 TPS 신호에 노이즈 발생으로 판단하고, 직류 모터의 제어 듀티를 일정시간 동안 높게 혹은 낮게 출력하는 과정;
    을 포함하는 전자식 스로틀 밸브 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 TPS1,TPS2 신호의 변화율이 기준값을 초과하는 횟수가 설정횟수이면 림프 홈 모드로 진입하여 토크 제한 제어를 실행하는 전자식 스로틀 밸브 제어방법.
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