KR20160085563A - Egr 밸브 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

Egr 밸브 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 EGR 밸브 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 EGR 밸브 제어 장치는 엔진 시스템의 적어도 하나의 운전 조건을 측정하는 측정부, 상기 운전 조건을 바탕으로 목표 신기량을 설정하는 제어부, 흡기라인을 통해 유입되는 현재 신기량을 측정하는 신기량 센서, 상기 현재 신기량이 목표 신기량을 추종하도록 EGR 밸브의 개도량를 제어하는 EGR 밸브 제어기, 및 상기 엔진 시스템의 입출력을 모사하고, 상기 운전 조건이 입력되면 상기 EGR 밸브 개도량의 변화율에 대한 상기 현재 신기량의 변화율의 비인 엔진 시스템 입출력 민감도를 출력하는 식별기를 포함하고, 상기 EGR 밸브 제어기의 게인이 상기 엔진 시스템 입출력 민감도에 의해 나누어진다.

Description

EGR 밸브 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL APPARATUS AND METHOD OF EXHAUST GAS RECIRCULATION VALVE}
본 발명은 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 EGR 밸브 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
엔진에서 배출되는 배기가스 중에는 CO, HC, NOx 등과 같은 유해 성분이 다량 포함
되어 있다. 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 의해 대기가 오염되는 것에 대한 심각성이 대두되고 있으며, 이에 따라 여러 나라에서는 배기가스 규제가 더욱 강화되고 있다. 각국의 배기가스 규정을 만족시키기 위하여 배기가스를 정화시키기 위한 방법 및 장치들이 많이 제안되었으며, 차량 배기가스에 포함된 물질들 중에서 특히 대기오염에 큰 영향을 미치는 것으로 알려진 NOx를 제거하기 위한 노력들이 많이 이루어지고 있다. 그 한 가지 방법으로서 근래에는 EGR(EXHAUST GAS RECIRCULATION)이 많이 사용되고 있다. EGR은 배기가스의 일부를 엔진의 연소실로 재순환시켜 엔진의 연소온도를 낮추어 줌으로써 NOx의 발생이 저감되도록 한다. EGR 장치는 엔진의 배기라인으로부터 엔진의 흡기라인으로 연장되는 EGR 라인을 포함하며, EGR 라인에는 운전 조건에 따라 재순환되어 흡기라인으로 유입되는 배기가스의 양이 조절되도록 EGR 밸브가 구비된다. EGR 밸브는 EGR 라인의 개도율을 조절하여 흡기라인으로 재순환되는 배기가스의 양을 조절한다.
EGR 밸브의 제어 알고리즘으로서, 비례 동작, 적분 동작 및 미분 동작의 제어의 조합으로 모터에 대한 동작 제어를 수행하는 PID 제어가 빈번하게 사용된다. PID에 의한 제어 동작은 함수 표현이 가능하고, 이때의 제어 함수는, 제어 파라미터인 비례 게인(Kp), 적분 게인(Ki), 미분 게인(Kd) 등을 포함한다. 그런데, EGR 시스템은 운전 부하, 엔진 회전수 등의 운전 조건에 따라 비선형적으로 입출력 특성이 바뀌는 비선형 시스템이기 때문에, 운전 조건에 따라 EGR 밸브 제어기의 게인들의 값을 조정해줄 필요가 있다.
EGR 밸브 제어기의 게인을 조정하기 위한 한 가지 방법으로서, 다양한 운전조건에 대한 게인값의 룩업 테이블을 미리 마련하여, 현재의 운전 조건에 대응되는 게인값을 룩업 테이블에서 찾아서 설정한다. 그러나, 이 방법에 의하면 게인 룩업 테이블을 최적화하기 위해서는 EGR 밸브 제어기 튜닝에 숙련된 엔지니어를 필요로 할뿐만 아니라 수많은 운전 조건하에서 제어 테스트가 수행되어야만 한다는 문제가 있다.
KR 10-2009-0082462 A
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 운전 조건하에서 테스트를 통해 EGR 밸브 제어기의 게인값 룩업 테이블을 작성할 필요 없이, 운전 조건에 따라 EGR 밸브 제어기의 게인을 자동으로 보정할 수 있는 EGR 밸브 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 엔진 시스템의 적어도 하나의 운전 조건을 측정하는 측정부; 상기 운전 조건을 바탕으로 목표 신기량을 설정하는 제어부; 흡기라인을 통해 유입되는 현재 신기량을 측정하는 신기량 센서; 상기 현재 신기량이 목표 신기량을 추종하도록 EGR 밸브의 개도량를 제어하는 EGR 밸브 제어기; 및 상기 엔진 시스템의 입출력을 모사하고, 상기 운전 조건이 입력되면 상기 EGR 밸브 개도량의 변화율에 대한 상기 현재 신기량의 변화율의 비인 엔진 시스템 입출력 민감도를 출력하는 식별기를 포함하고, 상기 EGR 밸브 제어기의 게인이 상기 엔진 시스템 입출력 민감도에 의해 나누어지는 EGR 밸브 제어 장치를 제공한다.
이때, 상기 운전 조건은 엔진 회전수, 연료 분사량을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 식별기는 신경망 모델일 수 있다.
그리고, 상기 목표 신기량은 상기 운전 조건을 룩업 테이블을 대입하여 획득될 수 있다.
또한 본 발명은, 엔진 시스템의 운전 조건 및 현재 신기량을 측정하는 단계; 상기 운전 조건에 따른 목표 신기량을 설정하는 단계; 상기 운전 조건을 바탕으로 EGR 밸브 개도량의 변화율에 대한 현재 신기량의 변화율의 비인 엔진 시스템 입출력 민감도를 계산하는 단계; 상기 목표 신기량과 상기 현재 신기량을 비교하여 제어오차를 계산하는 단계; EGR 밸브 제어기의 게인을 상기 엔진 시스템 입출력 민감도로 나누는 단계; 상기 현재 신기량이 상기 목표 신기량을 추종하도록 EGR 밸브 개도량을 결정하는 단계; 및 EGR 밸브를 제어하는 단계를 포함하는 EGR 밸브 제어 방법을 제공한다.
이때, 상기 운전 조건은 엔진 회전수, 연료 분사량을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 목표 신기량을 설정하는 단계는, 상기 운전 조건을 룩업 테이블에 대입하여 상기 목표 신기량을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 엔진 시스템의 거동을 모사하는 식별기에 의해 엔진 시스템 입출력 민감도가 출력되고, 이 민감도에 의해 EGR 밸브 제어기의 게인이 자동으로 보정됨으로써, 다양한 운전 조건에 대한 EGR 밸브 제어기의 게인값 룩업 테이블을 작성하기 위하여 수많은 테스트를 할 필요가 없어지므로, EGR 시스템을 간단하고 저렴하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템의EGR 밸브의 개도량과 엔진에 흡입되는 신기 유입량의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치의 식별기의 작동 상태를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치의 식별기의 신경망 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치의 식별기가 학습에 의해 엔진 시스템의 거동을 모사하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템의 EGR 밸브의 개도량과 엔진에 흡입되는 신기 유입량의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치의 식별기의 작동 상태를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치는 EGR 시스템이 구비되는 엔진 시스템(10)에 적용될 수 있다. 도 1을 참조하면, 엔진 시스템(10)은 연소실을 포함하는 엔진 블록(11), 신기가 유입되고 엔진 블록(11)의 흡기포트와 연결되는 흡기라인(12), 배기가스가 배출되고 엔진 블록(11)의 배기포트와 연결되는 배기라인(14), 배기라인(14)으로부터 분기되어 흡기라인(12)에 연결되는 EGR 라인(16), EGR 라인(16) 상에 위치하여 EGR 라인(16)의 개도율을 조절하는 EGR 밸브(18)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치는 엔진 시스템(10)의 적어도 하나의 운전 조건을 측정하는 측정부, 운전 조건을 바탕으로 목표 신기량(r)을 설정하는 제어부(20), 흡기라인(12)을 통해 유입되는 현재 신기량(y)을 측정하는 신기량 센서(22), 현재 신기량(y)이 목표 신기량(r)을 추종하도록 EGR 밸브 개도량(u)을 제어하는 EGR 밸브 제어기(40), 엔진 시스템(10)의 입출력을 모사하고, 운전 조건이 입력되면 EGR 밸브 개도량(u)의 변화율에 대한 현재 신기량(y)의 변화율의 비인 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)를 출력하는 식별기(60)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 엔진 시스템에 있어서 EGR 밸브 개도량(u)과 신기량(y)은 비선형적인 관계이며, 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)가 높은 구간과 낮은 구간, 즉 동일한 EGR 밸브 개도량의 변화에 대해 신기량의 변화가 상대적으로 큰 구간과 작은 구간이 존재한다. 이와 같은 특성을 고려하지 않고 EGR 밸브 제어기(40)의 게인이 동일한 값으로 유지되는 경우 시스템의 안정성 및 응답성 등 시스템의 성능에 좋지 않은 영향을 미치기 때문에, EGR 밸브 제어기(40)의 게인은 엔진 시스템의 운전 상태에 대응하여 보정되어야 한다. 다시 말해, 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)가 큰 운전 조건에서는 EGR 밸브 제어기(40)의 게인을 감소시켜서 진동(oscillation)이 없는 안정적인 출력을 낼 수 있도록 하고, 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)가 작은 운전 조건에는 EGR 밸브 제어기(40)의 게인을 증가시켜서 반응속도가 느려지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 다양한 운전 조건하에서 EGR 밸브 제어기(40)의 게인을 자동으로 보정하기 위하여 식별기(60)가 채용된다. 식별기(60)에 대해서는 아래에서 다시 자세히 설명한다.
측정부는 엔진 시스템(10)의 다양한 운전 조건 중 적어도 하나를 측정하여 제어부(20)에 전달한다. 엔진 시스템(10)의 운전 조건에는 엔진 회전수, 연료 분사량, 과급 압력, 흡기 및 배기 매니폴드의 압력 및 온도 등 엔진의 운전과 관련된 다양한 정보들이 포함될 수 있다. 이와 같은 정보의 측정을 위해서 측정부는 엔진 회전수 센서(24), 연료 분사량 센서(26), 과급 압력 센서(28), 온도 센서 등을 포함할 수 있다. 한편, 엔진 회전수, 연료 분사량, 과급 압력, 흡기 및 배기 매니폴드의 압력 및 온도 등의 다양한 운전 조건 정보는 해당 값들을 직접적으로 측정하는 센서에 의해 획득될 수 있으나, 부품 수를 줄이고 구성을 간단하게 하기 위하여 다른 운전 조건을 측정하는 센서로부터 측정되는 값으로부터 계산을 통하여 획득될 수도 있다.
신기량 센서(22)는 흡기라인(12)을 통해 엔진(11)의 연소실로 유입되는 현재 신기량(y)을 측정한다. 신기량 센서(22)는 흡기라인(12)에서 EGR 라인(16)이 접속되는 지점의 전단에 배치될 수 있다. 신기량 센서는 MAF(Mass Air Flow) 센서일 수 있다. 신기량 센서(22)에 의해 측정된 현재 신기량(y)은 감산기(70)로 출력된다.
제어부(20)는 운전 조건을 전달받아 목표 신기량(r)을 설정한다. 제어부(20)는 운전 조건을 전달받기 위해 엔진 회전수 센서(24), 연료 분사량 센서(26), 과급 압력 센서(28)를 포함하는 각종 센서와 연결될 수 있다. 현재 운전 조건을 바탕으로 목표 신기량(r)을 설정하기 위한 한 가지 방법으로서, 룩업 테이블(30)이 이용될 수 있다. 제어부(20)는 엔진 시스템(10)의 운전 조건이 측정부로부터 전달되면 이를 룩업 테이블(30)에 대입하여 목표 신기량(r)을 설정하고, 설정된 목표 신기량(r)은 감산기(70)로 출력된다. 한편, 목표 신기량(r)을 설정하기 위한 다른 방법으로서, 룩업 테이블(30)을 이용하지 않고 미리 설정된 수학적 모델을 이용할 수도 있다.
감산기(70)는 입력되는 목표 신기량(r)과 현재 신기량(y)을 비교하여 제어오차(e)를 출력한다. 제어오차(e)는 EGR 밸브 제어기(40)로 출력되어 EGR 밸브 제어기(40)에 입력된다.
식별기(Identifier)(60)는 엔진의 거동을 모사하여 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)를 EGR 밸브 제어기(40)로 출력한다. 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)는 EGR 밸브 개도량(u)의 변화율에 대한 현재 신기량(y)의 변화율의 비이다. 도 4를 참조하면, 식별기(60)에는 EGR 밸브 제어기(40)의 EGR 밸브 개도량(u), 현재 신기량(y) 및 엔진 회전수, 연료 분사량, 과급 압력과 같이 신기량 변화에 영향을 미치는 운전 조건들이 입력되며, 식별기(60)는 이러한 정보들을 바탕으로 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)를 출력한다.
식별기(60)는 알려진 다양한 방식에 의해 엔진 시스템(10)의 거동을 모사할 수 있는데, 일례로서 신경망 모델이 이용될 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 장치의 식별기의 신경망 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 신경망 모델은 입력층 뉴런, 은닉층 뉴런, 출력층 뉴런으로 구성되는 다중 퍼셉트론(Multilayer perceptron) 알고리즘을 사용할 수 있다. 학습이 완료된 신경망 모델은 엔진 시스템(10)의 출력을 그대로 모사할 수 있으며, 이는 엔진 시스템(10)이 수학적으로 모델링되었다는 뜻이다. 따라서, 신경망 모델에 운전 조건이 입력되면 실제 신기량이 출력될 수 있다.
신경망 모델에 있어서 학습은 신경망 모델이 예측한 엔진 시스템 출력(?)과 실제 엔진 시스템 출력(y)을 비교해 가면서, 실제 엔진 시스템 출력(y)과 식별기(60)가 예측한 엔진 시스템 출력(?)이 같아지도록 신경망 모델의 파라미터를 업데이트하는 과정이다. 업데이트가 끝나면 신경망 모델은 실제 엔진 시스템(10)과 동일한 거동을 나타낸다. 신경망 모델의 학습은 역전파(Back Propagation) 학습 알고리즘이라는 이분야에서 널리 알려진 방법을 사용할 수 있다.
신경망 모델의 학습패턴은 입력패턴과 목적패턴으로 구성된다. 목적패턴은 신경망 모델에 특정 입력을 인가했을 때 그 입력 값에 따라 출력되어야 하는 값을 의미한다. 입력층(i)의 각 유닛에 입력을 주면, 이 신호는 각 유닛에서 변환되어 은닉층(j)층에 전달되고, 최후에 출력층(k)에서 신호를 출력하게 된다. 이 출력값과 기대값을 비교하여 차이를 줄여나가는 방향으로 웨이트들(Wji, W1j)의 연결강도를 조절한 후 처음부터 다시 동작시킨다. 이 과정을 반복하면 에러는 적정수준까지 떨어지게 되고 신경망 모델은 엔진 시스템(10)의 입출력 거동을 모사할 수 있다.
한편, 신경망 모델의 입력층(i)에 입력되는 입력변수들은 탭지연선(Tapped Delay Line; TDL)을 통해 입력층(i)에 입력될 수 있다. 입력층(i)에 입력되는 입력변수들이 탭지연선(TDL)을 통해 입력되면, 입력층(i)에 입력되는 입력값은 현재의 입력변수값과 이전의 n개의 입력변수값들이 순서대로 누적된 벡터 형식을 가진다. 입력층(i)에 입력되는 입력변수들이 탭지연선(TDL)을 통해 입력되면 현재의 값뿐만 아니라 과거의 값도 신경망 모델에 반영될 수 있기 때문에 신경망 모델의 학습 정확도가 향상될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 신경망 모델은 학습을 거듭할수록 실제 엔진 시스템(10)과 유사하게 입출력 거동을 모사할 수 있다. 따라서 신경망 모델의 모사 정밀도를 높이기 위해서는 반복적으로 학습을 시키는 과정이 필요하다. 엔진 시스템(10)에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에 대해 높은 정확도의 모사 능력을 갖기 위해서 신경망 모델은 다양한 운전 조건에 해당하는 데이터를 이용하여 학습되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 식별기(60)가 신경망 모델에 의해 구현되는 것으로 설명되었으나, 식별기(60)는 이에 한정되지 않고 엔진 시스템(10)의 거동을 모사할 수 있는 공지된 다양한 방식의 블랙 박스(Black Box) 모델일 수 있다.
EGR 밸브 제어기(40)는 목표 신기량(r)과 현재 신기량(y)을 비교하여 현재 신기량(y)이 목표 신기량(r)에 추종하도록 EGR 밸브(18)의 개도량을 출력한다. EGR 밸브 제어기(40)는 PI(Proportional-Integral; 비례-적분) 제어기일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, PID(Proportional?Integral?Derivative; 비례-적분-미분) 제어기와 같이 현재 알려진 다양한 방식의 제어기일 수 있다. 본 실시예에서는 EGR 밸브 제어기(40)가 PI 제어기인 것으로 가정하여 설명한다.
도 3을 참조하면, EGR 밸브 제어기(40)에는 목표 신기량(r)과 현재 신기량(y)의 차이인 제어오차(e)가 입력되며, EGR 밸브 제어기(40)는 이 제어오차(e)를 입력받아 EGR 밸브 개도량(u)을 출력한다. 식별기(60)기 출력을 고려하지 않은 일반적인 PI 제어기에서 입력값인 제어오차(e)와 출력값인 EGR 밸브 개도량(u)은 다음과 같은 관계에 있다.
Figure pat00001
여기서, kp는 P 게인, ki는 I 게인이다.
상기 식에서 식별기(60)로부터 EGR 밸브 제어기(40)에 입력되는 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)를 고려하면, EGR 밸브 제어기(40)는 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, P 게인(kp) 및 I 게인(ki)은 미리 설정된 상수이다. 이와 같이, EGR 밸브 제어기(40)의 게인이 식별기(60)로부터 출력되는 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)에 의해 나누어짐으로써 엔진 시스템(10)의 현재 운전 상태에 따라 EGR 밸브 제어기(40)의 게인이 자동으로 보정되는 효과가 있다. 따라서, 현재 운전 상태가 민감도가 높은 상태일 경우 EGR 밸브 제어기(40)의 게인이 감소되어 안정성이 향상되고, 현재 운전 조건이 민감도가 낮은 상태일 경우 EGR 밸브 제어기(40)의 게인이 증가되어 응답성이 향상될 수 있다.
필요에 따라 EGR 밸브 제어기(40) 및 식별기(60)는 제어부(20)와 동일한 구성요소이거나 제어부(20)의 일 부분이 될 수도 있으며, 또는 제어부(20)와는 별개의 독립적인 구성요소일 수 있다. 예켠대, 본 발명에 따른 EGR 밸브 제어 장치가 차량에 적용되는 경우, 제어부(20), EGR 밸브 제어기(40) 및 식별기(60)는 차량의 ECU의 한 부분일 수 있다.
다음으로는 전술한 EGR 밸브 제어 장치를 이용하여 EGR 밸브를 제어하는 방법의 일 실시예를 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 방법의 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 제어 방법은, 엔진 시스템(10)의 운전 조건 및 현재 신기량(y)을 측정하는 단계(S10), 운전 조건에 따른 목표 신기량(r)을 설정하는 단계(S22), 운전 조건을 바탕으로 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)를 계산하는 단계(S24), 목표 신기량과 현재 신기량을 비교하여 제어오차(e)를 계산하는 단계(S30), EGR 밸브 제어기(40)의 게인을 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)로 나누는 단계(S40), 현재 신기량(y)이 목표 신기량(r)을 추종하도록 EGR 밸브 개도량(u)을 결정하는 단계(S50), EGR 밸브(18)를 제어하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
운전 조건 및 현재 신기량(y)을 측정하는 단계(S10)에서는, 측정부에 의해 엔진 시스템(10)의 운전 조건 정보가 측정되고, 신기량 센서(22)에 의해 현재 신기량(y)이 측정된다. 측정부는 엔진 회전수를 측정하는 엔진 회전수 센서(24), 연료 분사량을 측정하는 연료 분사량 센서(26), 과급 압력을 측정하는 과급 압력 센서(28)를 포함할 수 있고, 이에외도 엔진의 다양한 운전 조건을 측정하는 공지된 센서들을 포함할 수 있다. 측정된 운전 조건은 제어부(20) 및 식별기(60)로 각각 출력되고, 현재 신기량(y)은 감산기(70)로 출력된다.
목표 신기량(r)을 설정하는 단계(S22)에서는, 제어부(20)는 운전 조건을 룩업 테이블(30)에 대입하여 목표 신기량(r)을 설정할 수 있다. 또는, 제어부(20)는 미리 설정된 수학적 모델에 운전 조건을 대입하여 목표 신기량(r)을 설정할 수도 있다. 설정된 목표 신기량(r)은 감산기(70)로 출력된다.
엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)를 계산하는 단계(S24)에서는, 식별기(60)가 EGR 밸브 개도량(u), 현재 신기량(y) 및 기타 운전 조건을 입력받아 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)를 계산하여 EGR 밸브 제어기(40)로 출력한다.
목표 신기량(r)과 현재 신기량(y)을 비교하여 제어오차(e)를 계산하는 단계(S30)에서는, 감산기(70)가 입력되는 목표 신기량(r)과 현재 신기량(y)을 비교하여 제어오차(e)를 계산한다. 계산된 제어오차(e)는 EGR 밸브 제어기(40)로 출력된다.
EGR 밸브 제어기(40)의 게인을 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)로 나누는 단계(S40)에서는, EGR 밸브 제어기(40)의 상수 게인 값들이 엔진 시스템 입출력 민감도(∂y/∂u)에 의해 나누어진단. 이에 의해, 엔진 시스템(10)의 현재 운전 상태에 따라 EGR 밸브 제어기(40)의 게인이 자동으로 보정된다.
EGR 밸브 개도량(u)을 결정하는 단계(S50)에서는, EGR 밸브 제어기(40)가 제어오차(e)를 입력받아 EGR 밸브 개도량(u)을 계산하여 출력한다. 이후, EGR 밸브 제어기(40)로부터 출력되는 EGR 밸브 개도량(u) 제어신호에 의해 EGR 밸브(18)가 제어된다(S60).
이후 다시 엔진 시스템(10)의 현재 운전 조건 및 현재 신기량(y)을 측정하는 단계(S10)로 돌아가서 상기의 과정을 반복하여 실시함으로써 현재 신기량(y)이 목표 신기량(r)을 추종하도록 피드백 제어를 실시하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 엔진 시스템 12: 흡기라인
14: 배기라인 16: EGR 라인
18: EGR 밸브 20: 제어부
30: 룩업 테이블 40: EGR 밸브 제어기
60: 식별기 70: 감산기

Claims (10)

  1. 엔진 시스템의 적어도 하나의 운전 조건을 측정하는 측정부;
    상기 운전 조건을 바탕으로 목표 신기량을 설정하는 제어부;
    흡기라인을 통해 유입되는 현재 신기량을 측정하는 신기량 센서;
    상기 현재 신기량이 목표 신기량을 추종하도록 EGR 밸브의 개도량를 제어하는 EGR 밸브 제어기; 및
    상기 엔진 시스템의 입출력을 모사하고, 상기 운전 조건이 입력되면 상기 EGR 밸브 개도량의 변화율에 대한 상기 현재 신기량의 변화율의 비인 엔진 시스템 입출력 민감도를 출력하는 식별기를 포함하고,
    상기 EGR 밸브 제어기의 게인이 상기 엔진 시스템 입출력 민감도에 의해 나누어지는 EGR 밸브 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운전 조건은 엔진 회전수, 연료 분사량을 포함하는 EGR 밸브 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식별기는 신경망 모델인 EGR 밸브 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신경망 모델은 입력층 뉴런, 은닉층 뉴런, 출력층 뉴런을 포함하며,
    상기 운전 조건은 탭지연선(TDL)을 통해 상기 입력층 뉴런에 입력되는 EGR 밸브 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 목표 신기량은 상기 운전 조건을 룩업 테이블을 대입하여 획득되는 EGR 밸브 제어 장치.
  6. 엔진 시스템의 운전 조건 및 현재 신기량을 측정하는 단계;
    상기 운전 조건에 따른 목표 신기량을 설정하는 단계;
    상기 운전 조건을 바탕으로 EGR 밸브 개도량의 변화율에 대한 현재 신기량의 변화율의 비인 엔진 시스템 입출력 민감도를 계산하는 단계;
    상기 목표 신기량과 상기 현재 신기량을 비교하여 제어오차를 계산하는 단계;
    EGR 밸브 제어기의 게인을 상기 엔진 시스템 입출력 민감도로 나누는 단계;
    상기 현재 신기량이 상기 목표 신기량을 추종하도록 EGR 밸브 개도량을 결정하는 단계; 및
    EGR 밸브를 제어하는 단계를 포함하는 EGR 밸브 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 운전 조건은 엔진 회전수, 연료 분사량을 포함하는 EGR 밸브 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 목표 신기량을 설정하는 단계는, 상기 운전 조건을 룩업 테이블에 대입하여 상기 목표 신기량을 획득하는 단계를 포함하는 EGR 밸브 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 엔진 시스템 입출력 민감도는 신경망 모델을 이용하는 식별기에 의해 계산되는 EGR 밸브 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 신경망 모델은 입력층 뉴런, 은닉층 뉴런, 출력층 뉴런을 포함하며,
    상기 운전 조건은 탭지연선(TDL)을 통해 상기 입력층 뉴런에 입력되는 EGR 밸브 제어 방법.
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