KR20190002048A

KR20190002048A - 쓰로틀 이원화 가속제어방법 및 차량

Info

Publication number: KR20190002048A
Application number: KR1020170082373A
Authority: KR
Inventors: 김동선; 장수영; 정민규
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-08
Also published as: KR102274100B1; US20190003399A1; US10309321B2

Abstract

본 발명의 차량의 쓰로틀 이원화 가속제어방법은 ECU(Electronic Control Unit)(10)에서 가속 페달(9)의 눌림에 의한 APS(Accelerator Pedal Scope)의 APS 급변동이 판단되면, 현재 흡기 매니폴드 압력을 이용한 가속제어가 목표 흡기 매니폴드 압력을 이용한 쓰로틀 응답성 모드로 전환되어 가속제어가 이루어짐으로써 APS 급변동 여부로 쓰로틀 밸브(6)의 과도한 진동 해소와 쓰로틀 밸브(6)의 빠른 응답성을 함께 충족시키는 특징이 구현된다.

Description

쓰로틀 이원화 가속제어방법 및 차량{Method for Dualizing Throttle Acceleration Control and Vehicle thereof}

본 발명은 가속제어방법에 관한 것으로, 특히 쓰로틀 밸브의 빠른 응답성과 안정성의 양 측면이 함께 충족되는 쓰로틀 이원화 가속제어방법을 구현하는 차량에 관한 것이다.

일반적으로 운전자의 가속 페달 조작은 엔진의 출력을 증가시켜 줌으로써 차량이 운전자의 가속 의지를 반영하고, 이를 가속제어로 칭한다.

이를 위해 엔진 시스템은 ECU(Electronic Control Unit), 가속 페달, 쓰로틀 밸브, 흡배기 밸브, 연료 인젝터, 점화기, WGT(Waste Gate Turbocharger) 또는 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)를 포함하며, 상기 ECU의 제어로 가속제어를 구현한다. 여기서 상기 WGT와 VGT는 터보 바이패스 공기량 조정 장치이다. 특히 상기 WGT는 터빈으로 유입되는 배기가스의 통과 면적을 가변적으로 운용하여 전 엔진 RPM 영역에서 보다 최적에 가까운 부스트 압력을 얻을 수 있고, 상기 VGT는 고 토크와 고 출력화를 도모하면서 저속 토크 마진을 동시에 얻을 수 있다.

일례로, ECU는 운전자의 가속 페달 밟음에 의한 APS(Accelerator Pedal Sensor 또는 Accelerator Pedal Scope)의 신호로 운전자의 가속의지를 검출한다. 그러면 ECU는 가속제어를 위해 APS에 기반 하여 쓰로틀 밸브의 쓰로틀 밸브 개방을 제어하고, 흡배기 밸브의 흡배기 밸브 개폐시기를 조정하며, 연료 인젝터의 연료 분사량을 조정하고, 점화기의 점화시기를 조정하며, WGT 또는 VGT의 터보 바이패스 공기량을 조정함으로써 엔진 출력을 증가시켜준다.

특히 ECU는 운전자의 가속 페달 조작에 따른 쓰로틀 밸브의 열림속도가 실린더에 공급되는 공기의 증가 속도를 결정함에 기반 하여 쓰로틀 밸브의 응답성을 빠르게 하고, 그 결과 가속 응답성이 빠르게 제어된다.

일본등록특허2005-98250(2005.4.14)

하지만 쓰로틀 밸브의 빠른 응답성에 치우친 가속제어는 엔진 출력이 불안정해지는 부작용을 발생하게 된다.

이러한 부작용의 예로, 엔진의 아이들(idle)이나 운전자의 가속 의지가 작은 가속 페달 조작 시 쓰로틀 밸브가 과도하게 진동하고, 그 결과 엔진 출력이 불안정해지는 현상을 들 수 있다. 이러한 엔진 출력 불안정은 운전자의 불만 요소로 작용될 수밖에 없다.

그러므로 가속제어 시 빠른 쓰로틀 밸브 응답성으로 가속 응답성을 빠르게 하면서 동시에 어떠한 엔진 조건에서도 엔진 출력을 불안정하게 하는 쓰로틀 밸브의 과도한 진동 현상이 방지될 필요가 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 빠른 쓰로틀 밸브 응답성으로 가속 응답성을 빠르게 하면서 쓰로틀 밸브 안정성으로 쓰로틀 밸브의 과도한 진동에 따른 엔진 출력 불안정도 해소되고, 특히 운전자에 의한 APS의 변화량을 이용한 쓰로틀 밸브의 응답성과 안정성의 구분 제어로 운전자의 불만 요소가 근본적으로 제거되는 쓰로틀 이원화 가속제어방법의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 쓰로틀 이원화 가속제어방법은 (A) ECU에서 차량의 주행에 따른 운전조건 데이터가 모니터링되고, 가속 페달의 눌림에 의한 APS의 신호가 검출되는 단계, (B) 상기 APS의 검출 시 상기 차량의 가속 응답성 개선 조건을 검출하고, 상기 가속 응답성 개선 조건의 충족 후 APS 급변동이 판단되는 단계, (C) 상기 APS 급변동인 경우 목표 흡기 매니폴드 압력에 따른 쓰로틀 응답성 변수의 계산이 이루어지고 반면 상기 APS 급변동이 아닌 경우 현재 흡기 매니폴드 압력에 따른 쓰로틀 안정성 변수의 계산이 이루어지는 단계, (D)상기 쓰로틀 응답성 변수를 이용한 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량이 계산되거나 상기 쓰로틀 안정성 변수를 이용한 쓰로틀 안정성 요구 쓰로틀 개도량이 계산되는 단계, (E) 상기 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량으로 쓰로틀 밸브를 제어하는 쓰로틀 응답성 모드로 가속제어가 수행되거나 상기 쓰로틀 안정성 요구 쓰로틀 개도량으로 쓰로틀 밸브를 제어하여 쓰로틀 안정성 모드로 가속제어가 수행되는 단계로 구현되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 운전조건은 엔진 냉각수온, 엔진 RPM, 쓰로틀 밸브 동작시간, 쓰로틀 밸브 개도각, 공기유량, 흡기 매니폴드 압력, 쓰로틀 밸브 전,후단 압력, 공기량, 흡기온, 쓰로틀 밸브 유량이다. 상기 가속 응답성 개선 조건은 엔진 냉간, 엔진 회전수, 가속제어동작이고, 엔진 냉간 상태나 엔진 아이들 상태나 가속제어 실행 상태인 경우 상기 가속 응답성 개선 조건을 충족시키지 않는다. 상기 가속 응답성 개선 조건은 목표 공기량, 쓰로틀 밸브의 열림 기준값을 더 포함하고, 목표 공기량 초과 상태나 쓰로틀 밸브의 기준값 이상 열림 상태인 경우 상기 가속 응답성 개선 조건을 충족시키지 않는다.

바람직한 실시예로서, 상기 APS 급변동 단계는, (b-1) 상기 APS의 APS 현재값에 대한 APS 변화량이 계산되는 단계, (b-2) 상기 APS 변화량에 대한 APS 급변동 지수로 상기 APS 급변동이 판단되는 단계;로 수행된다. 상기 APS 변화량은 상기 APS의 시간당 증가분이고, 상기 APS 급변동 지수는 상기 APS 현재값과 상기 APS 변화량의 맵에서 산출된다.

바람직한 실시예로서, 상기 쓰로틀 응답성 변수는 상기 목표 매니폴드 압력에 따른 응답성 개선 쓰로틀 목표 개도 계산 값인 쓰로틀 목표 개도이다. 또는 상기 쓰로틀 응답성 변수는 상기 목표 매니폴드 압력에 따른 응답성 개선 쓰로틀 목표 개도 계산 값인 쓰로틀 목표 개도, 상기 APS 급변동에 따른 응답성 개선 쓰로틀 지연시간 계산 값인 쓰로틀 지연시간, 상기 APS 급변동에 따른 응답성 개선 공기량 제어기 제어 속도 계산 값인 공기량 제어기 제어 속도, 상기 APS 급변동에 따른 응답성 개선 목표 쓰로틀각 필터링 시상수 계산 값인 목표 쓰로틀각 필터링 시상수가 포함된다.

바람직한 실시예로서, 상기 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량은 요구 공기량에 대해 유속 보정 값, 유량 보정 값, 쓰로틀 전단 압력 보정 값을 적용하여 계산된다.

바람직한 실시예로서, 상기 쓰로틀 안정성 변수의 계산 값은 상기 쓰로틀 응답성 모드에 따른 쓰로틀 응답성 변수의 계산 값보다 큰 값이다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 주행 중 가속 페달의 눌림에 의한 APS를 검출하며, 엔진 냉간과 엔진 회전수, 목표 공기량, 쓰로틀 밸브의 열림 기준값으로 가속 응답성 개선 조건을 판단한 후 상기 APS의 APS 급변동을 판단하고, 쓰로틀 목표 개도, 쓰로틀 지연시간, 공기량 제어기 제어 속도, 쓰로틀각 필터링 시상수를 상기 가속 응답성 개선 조건의 충족과 상기 APS 급변동인 경우 목표 흡기 매니폴드 압력을 이용한 쓰로틀 응답성 모드에 맞춰 계산하거나 또는 상기 가속 응답성 개선 조건의 미 충족과 상기 APS 급변동이 아닌 경우 현재 흡기 매니폴드 압력을 이용한 쓰로틀 안정성 모드에 맞춰 계산하며, 상기 쓰로틀 응답성 모드나 상기 쓰로틀 안정성 모드로 가속제어를 수행하는 ECU; 상기 ECU의 제어로 제어되는 쓰로틀 밸브를 흡기 매니폴드에 구비한 엔진 시스템이 포함되는 것을 특징으로 한다..

바람직한 실시예로서, 상기 ECU는 흡기 매니폴드 압력, 쓰로틀 밸브 전,후단 압력, 공기량, 흡기온, 쓰로틀 밸브 유량, 쓰로틀 밸브 각도, 응답성 개선 동작 시간을 입력데이터로 하는 모드 제어 맵과 연계된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 시스템은 흡기 매니폴드의 목표 공기량과 현재 공기량 간 차이를 줄여주는 공기량 제어기를 더 포함하고, 상기 공기량 제어기는 WGT(Waste Gate Turbocharger) 또는 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)로 구성된다.

이러한 본 발명의 자량은 운전자의 가속 페달 밟음에 따른 가속제어가 쓰로틀 밸브의 응답성과 안정성의 양 측면으로 구분되어 제어됨으로써 하기와 같은 장점 및 효과를 구현한다.

첫째, 운전자의 가속 의지가 큰 경우 운전자가 필요로 하는 빠른 응답성에 맞춰 쓰로틀 응답성을 개선함으로써 차량의 가속 응답성이 개선된다. 둘째, 엔진의 아이들(idle)이나 운전자의 가속 의지가 작은 경우 쓰로틀을 안정적으로 제어함으로써 운전자의 불만 요소로 작용되는 가속 제어 시 엔진 출력 불안정이 방지된다. 셋째, 대부분의 차량 주행 상태에서 쓰로틀 밸브가 안정적으로 제어됨으로써 엔진 출력 및 엔진 RPM(Revolution Per Minute)이 안정적으로 유지된다. 넷째, 쓰로틀 밸브의 응답성 제어에 매니폴드 압력 변경, 쓰로틀 밸브 제어 지연 시간 변경, 쓰로틀 밸브 제어 속도 변경, 쓰로틀 밸브 필터링 시상수 변경과 같은 쓰로틀 밸브 제어 관련 요소가 이용됨으로써 추가적인 센서와 액추에이터 같은 하드웨어로 인한 원가 상승 요인이 거의 없다. 다섯째, 차량은 운전자가 원할 때 빠른 가속 응답성 실현으로 성능향상이 이루어지고, 가속 응답성 향상으로 상품성 향상이 이루어지며, 추가적인 센서와 액추에이터 없이 실시 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 쓰로틀 이원화 가속제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이원화 가속제어방법이 구현되는 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 쓰로틀 응답성 개선 판단을 위한 ECU(Electronic Control Unit)의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 쓰로틀 응답성 모드 수행을 위한 ECU(Electronic Control Unit)의 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 쓰로틀 안정성 모드 수행을 위한 ECU(Electronic Control Unit)의 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 흡기 매니폴드의 압력 선도의 예이며, 도 7은 본 발명에 따른 요구 공기량에서 요구 쓰로틀 개도량 계산을 위한 ECU(Electronic Control Unit)의 구성도이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 쓰로틀 이원화 가속제어방법은 운전자의 가속 페달 밟음(S20)에 의한 가속제어 실행 시 차량의 운전 조건으로부터 쓰로틀 응답성 개선의 필요성을 판단하고(S30 내지 S45), 판단 결과 쓰로틀 응답성 개선 필요성이 없는 운전 조건 시 쓰로틀 안정성 모드로 진입(S60-1)하는 반면 쓰로틀 응답성 개선 필요성이 있는 운전 조건 시 가속페달 눌림에 따른 APS 급변동 적용으로 쓰로틀 응답성 개선 필요성을 재차 확인한 후 쓰로틀 응답성 개선 모드로 진입한다(S60).

그 결과 이원화 가속제어방법은 운전자의 가속의지에 대한 쓰로틀 안정성 모드의 가속제어로 쓰로틀 응답성을 빠르게 함으로써 운전자의 가속 요구에 신속한 엔진 응답성을 제공하고, 반면 운전자의 가속의지에 대한 쓰로틀 안정성 모드의 가속제어로 쓰로틀 밸브가 지나치게 빨리 움직이지 않도록 함으로써 아이들이나 운전자의 가속 의지가 작은 경우에 엔진 출력을 불안정하게 하는 쓰로틀의 과도한 진동 발생을 방지할 수 있다.

도 2를 참고하면, 차량(100)은 엔진 시스템(1), 모드 제어 맵(10-1)을 구비한 ECU(Electronic Control Unit)(10)를 포함한다.

일례로, 상기 엔진 시스템(1)은 흡기 밸브(4-1)와 배기 밸브(4-2) 및 점화기(5)의 동작으로 연소가 일어나는 실린더를 갖춘 엔진(2), 연료 인젝터로 분사된 연료와 외기의 혼합기를 실린더로 공급하는 흡기 매니폴드(3-1), 배기가스를 외부로 배출하는 배기 매니폴드(3-2), 혼합기 경로를 개폐하도록 흡기 매니폴드(3-1)에 설치된 쓰로틀 밸브(6), 배기 매니폴드(3-2)로 공급되는 공기유량을 제어하도록 흡기 매니폴드(3-1)에 설치된 공기량제어기(7)를 포함한다. 여기서 상기 공기량제어기(7)는 터보차저나 WGT 또는 VGT이다.

일례로, 상기 ECU(10)는 모드 제어 맵(10-1)과 상호 연계되고, 가속 페달(9)의 눌림에 따른 APS로 요구 쓰로틀 개도(개도량 또는 개도각)로 출력하여 쓰로틀 밸브(6)를 제어한다. 상기 모드 제어 맵(10-1)은 흡기 매니폴드 압력, 쓰로틀 밸브 전,후단 압력, 공기량, 흡기온, 쓰로틀 밸브 유량, 쓰로틀 밸브 각도, 응답성 개선 동작 시간, APS등을 입력데이터로 수신하여 ECU(10)에 제공한다. 그러므로 상기 ECU(10)는 모드 제어 맵(10-1)의 기능을 구비한 엔진 ECU이다.

특히 상기 ECU(10) 또는 상기 모드 제어 맵(10-1)은 이원화 가속제어를 위한 쓰로틀 응답성 개선 판단부, 요구 쓰로틀 개도량 계산부, 쓰로틀 응답성 개선 수행부, 쓰로틀 안정성 수행부로 구분된다.

상기 쓰로틀 응답성 개선 판단부는 운전조건 판단부(11)와 쓰로틀 응답성개선 판단부(12) 및 이원화 가속제어 출력부(13)로 구성되고, 이는 도 3을 통해 상세히 설명된다. 상기 요구 쓰로틀 개도량 계산부는 응답성 쓰로틀 개도 계산부(14A)와 안정성 쓰로틀 개도 계산부(14a)에 연계된 흡기매니폴드압력 스위칭부(14-1), 응답성 쓰로틀 시간 계산부(14B)와 안정성 쓰로틀 시간 계산부(14b)에 연계된 쓰로틀 지연시간 스위칭부(14-2), 응답성 속도 계산부(14C)와 안정성 속도 계산부(14c)에 연계된 공기제어기 제어속도 스위칭부(14-3), 응답성 쓰로틀 각 계산부(14D)와 안정성 쓰로틀 각 계산부(14d)에 연계된 필터링시상수 스위칭부(14-4)로 구성되고, 이는 도 5를 통해 상세히 설명된다. 상기 쓰로틀 응답성 개선 수행부는 검출값 보정부(15)로 이루어지고, 이는 도 6을 통해 상세히 설명된다. 상기 쓰로틀 안정성 수행부는 쓰로틀 요구개도량 계산부(16)로 이루어지고, 이는 도 7을 통해 상세히 설명된다.

이하 쓰로틀 이원화 가속제어방법을 도 2 내지 도 7을 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어 주체는 모드 제어 맵(10-1)을 구비한 ECU(10)이므로 ECU(10)로 설명되고, 제어 대상은 엔진 시스템(1)의 흡기 밸브(4-1), 배기 밸브(4-2), 쓰로틀 밸브(6), 공기량제어기(7)를 포함하나 쓰로틀 밸브(6)의 제어로 설명한다.

ECU(10)는 S10과 같이 주행중인 차량(100)의 각종 센서 신호 값을 모니터링하는 단계를 수행하고, S20과 같이 ECU(10)에 의해 차량(100)의 가속 페달(9)의 눌림을 검출하는 단계를 수행하며, S30과 같이 차량 가속 응답성 개선 조건을 검출하는 단계를 수행한다.

도 2를 참조하면, ECU(10)의 모니터링 데이터는 엔진 냉간 판단을 위한 냉각수온, 엔진 회전수(즉, 엔진 RPM(Revolution Per Minute), 쓰로틀 밸브 동작시간, 쓰로틀 밸브 개도각, 공기유량, 흡기 매니폴드 압력, 쓰로틀 밸브 전,후단 압력, 공기량, 흡기온, 쓰로틀 밸브 유량, 쓰로틀 밸브 각도, 응답성 개선 동작 시간을 포함한다. 또한 ECU(10)는 가속 페달(9)의 눌림을 APS로 검출함으로써 운전자의 가속의지를 인지하여 가속제어 실행 준비 상태로 전환한다. 그리고 ECU(10)는 엔진냉각수온, 엔진회전수, 쓰로틀 밸브 동작시간, 쓰로틀 밸브 개도각, 공기유량을 차량운전조건 판단 데이터로 적용한다.

이어 ECU(10)는 S41 내지 S45와 같이 차량운전조건에 대한 판단 단계를 수행하고, APS 급변동 판단을 위해 S50의 APS 변화량 계산 단계와 S51의 APS 급변동 판단 단계를 수행한다. 이러한 이유는 운전자의 가속 페달 조작 하에서 엔진 아이들(idle)을 포함한 저회전 영역이나 운전자의 가속 의지가 작은 미미한 가속 페달 조작에 대해 쓰로틀 밸브의 과도한 진동이 엔진 출력 불안정으로 이어지지 않기 위한 차량 상태를 보다 강화하기 위함이다.

도 3을 참조하면, 운전조건 판단부(11)는 S41의 엔진냉간 판단단계에서 엔진의 냉간 상태인 경우, S42의 엔진 RPM 판단단계에서 엔진의 아이들인 경우, S43의 쓰로틀 응답성 동작 시간 경과판단단계에서 쓰로틀 응답성 동작 상태 지속(즉, 가속제어실행 상태)인 경우, S44의 APS에 따른 목표 공기량 판단단계에서 가속제어 목표 공기량 초과 상태인 경우, S45의 APS에 따른 쓰로틀 밸브의 기준값 판단단계에서 가속제어 쓰로틀 밸브의 기준값 이상 열림 상태인 경우를 각각 판단한다. 실제적으로 ECU(10)는 S43의 쓰로틀 응답성 동작 시간 경과 판단은 가속제어실행 상태에서 APS의 변화량이 더 커지는 조건인 경우에 만 적용하고, S44와 S45는 옵션으로 설정함으로써 그 판단 단계를 생략할 수 있다. 그 결과 운전조건 판단부(11)는 엔진냉간, 엔진 아이들, 쓰로틀 응답성 동작 상태 지속, 가속제어 목표 공기량 초과, 가속제어 쓰로틀 밸브 기준값 이상 열림에 해당되는 판단 결과를 이원화 가속제어 출력부(13)로 출력한다. 그러면 이원화 가속제어 출력부(13)는 운전조건 판단부(11)의 출력을 받아 쓰로틀 안정성 요청 신호를 출력함으로써 가속제어는 S60-1의 쓰로틀 안정성 모드로 전환된다.

반면 쓰로틀 응답성개선 판단부(12)는 엔진냉간, 엔진 아이들, 쓰로틀 응답성 동작 상태 지속, 가속제어 목표 공기량 초과, 가속제어 쓰로틀 밸브 기준값 이상 열림에 해당되지 않는 경우 운전자의 가속의지를 반영하기 위해 S50의 APS 변화량 계산 단계와 S51의 APS 급변동 판단 단계를 수행하다. 상기 APS 변화량 계산은 시간당 APS 증가분으로 이루어지고, 일례로 40ms 동안의 APS 증가분을 적용한다. 상기 APS 급변동 판단은 APS 현재값과 APS 변화량으로 계산된 APS 급변동 지수로 판단되고, 일례로 급변동 지수는 APS 현재값을 APS로 하고 APS 변화량을 dAPS로 하여 구축된 2차원 맵에서 추출 또는 선택 또는 계산된다. 그 결과 쓰로틀 응답성개선 판단부(12)는 APS 급변동 판단 결과를 급변동 지수로 이원화 가속제어 출력부(13)로 출력한다. 그러면 이원화 가속제어 출력부(13)는 쓰로틀 응답성개선 판단부(12)의 출력을 받아 쓰로틀 응답성 개선 요청 신호를 출력함으로써 가속제어는 S60의 쓰로틀 응답성 모드로 전환된다.

이후 ECU(10)는 S60의 쓰로틀 응답성 모드를 S70의 쓰로틀 응답성 변수계산, S80의 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량 계산, S90의 목표 매니폴드 압력(또는 예측 매니폴드 압력)기반 쓰로틀 밸브 제어로 수행한다. 반면 ECU(10)는 S60-1의 쓰로틀 안정성 모드를 S70-1의 쓰로틀 안정성 변수계산, S80-1의 쓰로틀 안정성 요구 쓰로틀 개도량 계산, S90-1의 현재 매니폴드 압력(또는 계측 매니폴드 압력)기반 쓰로틀 밸브 제어로 수행한다.

도 4를 참조하면, S80의 쓰로틀 응답성 변수계산 단계는 쓰로틀 목표 개도, 쓰로틀 지연시간, 공기량 제어기 제어 속도, 목표 쓰로틀각 필터링 시상수를 적용한다. 일례로, 흡기매니폴드압력 스위칭부(14-1)의 APS 급변동에 따른 목표 매니폴드 압력 출력은 응답성 쓰로틀 개도 계산부(14A)를 통해 응답성 개선 쓰로틀 목표 개도 계산 값으로 생성되고, 쓰로틀 지연시간 스위칭부(14-2)의 APS 급변동에 따른 응답성 개선 지연시간 출력은 응답성 쓰로틀 시간 계산부(14B)를 통해 응답성 개선 쓰로틀 지연시간 계산 값으로 생성되고, 공기제어기 제어속도 스위칭부(14-3)의 APS 급변동에 따른 응답성 개선 제어 속도 출력은 응답성 속도 계산부(14C)를 통해 응답성 개선 공기량 제어기 제어 속도 계산 값으로 생성되며, 필터링시상수 스위칭부(14-4)의 APS 급변동에 따른 응답성 개선 필터링 시상수 출력은 응답성 쓰로틀 각 계산부(14D)를 통해 응답성 개선 목표 쓰로틀각 필터링 시상수 계산 값으로 생성된다.

그리고 도 5를 참조하면, S80-1의 쓰로틀 안정성 변수계산 단계는 쓰로틀 목표 개도, 쓰로틀 지연시간, 공기량 제어기 제어 속도, 목표 쓰로틀각 필터링 시상수를 적용한다. 일례로, 흡기매니폴드압력 스위칭부(14-1)의 APS 변화에 따른 현재 매니폴드 압력 출력은 안정성 쓰로틀 개도 계산부(14a)를 통해 안정성 개선 쓰로틀 목표 개도 계산 값으로 생성되고, 쓰로틀 지연시간 스위칭부(14-2)의 APS 변화에 따른 일반 개선 지연시간 출력은 안정성 쓰로틀 시간 계산부(14b)를 통해 안정성 개선 쓰로틀 지연시간 계산 값으로 생성되고, 공기제어기 제어속도 스위칭부(14-3)의 APS 변화에 따른 일반 개선 제어 속도 출력은 안정성 속도 계산부(14c)를 통해 안정성 개선 공기량 제어기 제어 속도 계산 값으로 생성되며, 필터링시상수 스위칭부(14-4)의 APS 변화에 따른 일반 개선 필터링 시상수 출력은 안정성 쓰로틀 각 계산부(14D)를 통해 안정성 개선 목표 쓰로틀각 필터링 시상수 계산 값으로 생성된다. 여기서 “일반”은 기적용 상태를 의미하므로 “응답성”과 대조되는 의미로 사용되며, “응답성”의 계산 값은 “일반”의 계산 값에 비해 더 작은 값이 된다.

그러므로 S80의 쓰로틀 응답성 변수계산 단계와 S80-1의 쓰로틀 안정성 변수계산 단계는 동일한 과정으로 수행되고, 다만 응답성 변수와 안정성 변수가 적용되는 차이만 있을 뿐이다. 실제적으로 응답성 개선 지연 시간 사용은 쓰로틀 지연시간이 있는 경우에 적용되며, 응답성 개선 지연 시간은 일반 쓰로틀 지연 시간 보다 작으면서 특정 값이 되거나 운전 조건에 따라 가변되는 값일 수도 있다. 응답성 개선 제어 속도 사용은 목표 공기량과 현재 공기량 사이의 차이를 줄이는 공기량 제어기(7)를 사용 중인 경우에 적용되며, 응답성 개선 제어 속도는 일반 제어 속도 보다 작다. 응답성 개선 필터링 시상수 사용은 목표 쓰로틀 밸브 위치를 필터링 하는 경우에 적용되며, 응답성 개선 필터링 시상수는 일반 필터링 시상수 보다 작으면서 특정 값이 되거나 운전 조건에 따라 가변되는 값일 수도 있다.

한편 도 6을 참조하면, 목표 매니폴드 압력기반의 쓰로틀 응답성 모드와 현재 매니폴드 압력기반의 쓰로틀 안정성 모드의 차이가 예시된다. 도시된 바와 같이, 쓰로틀 밸브의 전후단 압력 차이가 클수록 쓰로틀 밸브 통과 유량이 크고 반면 압력 차이가 적으면 통과 유량이 작아지는 특성을 나타낸다. 이런 특성에 따라 급가속시에는 A시점에 APS가 급격히 증가하지만 엔진 회전수(RPM) 및 흡기 매니폴드 압력이 낮기 때문에 압력 차이가 커서 쓰로틀 밸브가 조금 열린다. 이러한 이유는 ECU(10)가 쓰로틀 밸브가 조금 열려도 충분한 공기량을 공급할 수 있다고 판단하기 때문이다.

그러므로 S60의 쓰로틀 응답성 모드는 쓰로틀 개도량 계산에 기준이 되는 ?g기 매니폴드 압력을 실제 ?g기 매니폴드 압력보다 빠르게 증가하는 목표값(또는 예측값)으로 변경함으로써 쓰로틀 개도 요구량을 보다 빨리 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 ?g기 매니폴드 에 공급되는 공기를 빠르게 증가시켜 출력 응답성이 개선된다. 즉, 쓰로틀 밸브 제어에 ?g기 매니폴드 목표 압력(또는 예측 압력)을 사용하는 경우 APS의 작은 변화에 의해서도 쓰로틀 밸브가 크게 반응한다.

반면 S60-1의 쓰로틀 안정성 모드는 ECU(10)가 계측한 흡기 매니폴드 압력을 노이즈 필터링 및 신호 처리등의 과정으로 실제 흡기 매니폴드 압력 보다 늦게 변동하는 흡기 매니폴드 현재 압력(또는 계측 압력)을 사용함으로써 쓰로틀 밸브가 필요한 것 보다 느리게 열리도록 반응한다. 즉, 쓰로틀 밸브 제어에 ?g기 매니폴드 현재 압력(또는 계측 압력)을 사용하는 경우 APS의 변화에 대해 쓰로틀 밸브가 작게 반응한다.

이어 ECU(10)는 쓰로틀 응답성 모드를 S80의 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량 계산 단계와 S90의 목표 매니폴드 압력(또는 예측 매니폴드 압력)기반 쓰로틀 밸브 제어 단계로 수행한다. 또한 쓰로틀 안정성 모드를 S80-1의 쓰로틀 안정성 요구 쓰로틀 개도량 계산 단계와 S90-1의 현재 매니폴드 압력(또는 계측 매니폴드 압력)기반 쓰로틀 밸브 제어 단계로 수행한다.

도 7을 참조하면, S80의 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량 계산 단계는 흡기매니폴드압력 스위칭부(14-1)를 통해 목표 매니폴드 압력이 검출값 보정부(15)로 입력됨으로써 기존 매니폴드 압력이 목표 매니폴드 압력으로 변경된다. 반면 S80-1의 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량 계산 단계는 흡기매니폴드압력 스위칭부(14-1)를 통해 현재 매니폴드 압력이 검출값 보정부(15)로 입력됨으로써 기존 매니폴드 압력이 현재 매니폴드 압력으로 변경된다. 그러면 상기 검출값 보정부(15)는 목표 매니폴드 압력 또는 현재 매니폴드 압력과 현재 쓰로틀 밸브 전단 압력을 이용한 쓰로틀 밸브 전후단 압력비에 따른 유속 보정 계산, 흡기온을 이용한 흡기온에 따른 유량 보정 계산, 현재 쓰로틀 밸브 전단 압력을 이용한 쓰로틀 전단 압력 보정 계산이 이루어지고, 그 결과인 유속 보정 값, 유량 보정 값, 쓰로틀 전단 압력 보정 값을 쓰로틀 요구개도량 계산부(16)로 출력한다.

이어 상기 쓰로틀 요구개도량 계산부(16)는 요구 공기량에 대해 유속 보정 값, 유량 보정 값, 쓰로틀 전단 압력 보정 값을 적용함으로써 유량을 밸브 각도로 변환하는 쓰로틀 밸브 특성에 맞춰 요구 쓰로틀 개도를 계산하고, 요구 쓰로틀 개도를 쓰로틀 응답성 모드의 요구 쓰로틀 개도량과 쓰로틀 안정성 모드의 요구 쓰로틀 개도량으로 구분하여 출력한다. 일례로, 요구 공기량에서 요구 쓰로틀 개도량을 계산은 쓰로틀 후단에 해당하는 현재 매니폴드 압력과 쓰로틀 전단에 해당하는 압력, 쓰로틀을 통과하는 흡기온, 요구 공기량을 곱한 후, 쓰로틀 밸브 특성 데이터를 이용하여 요구 쓰로틀 각(즉, 요구 쓰로틀 밸브 개도 각)을 계산한다. 이를 위한 오리피스 공식(Orifice Equation)과 이의 역함수((Orifice Equation Inverse Model)를 이용한다.

S90의 목표 매니폴드 압력(또는 예측 매니폴드 압력)기반 쓰로틀 밸브 제어단계는 응답성 쓰로틀 개도 계산부(14A)의 쓰로틀 목표 개도 계산 값, 응답성 쓰로틀 시간 계산부(14B)의 쓰로틀 지연시간 계산 값, 응답성 속도 계산부(14C)의 공기량 제어기 제어 속도 계산 값, 응답성 쓰로틀 각 계산부(14D)의 목표 쓰로틀각 필터링 시상수 계산 값을 각각 적용하여 수행된다. 또한 S90-1의 현재 매니폴드 압력(또는 계측 매니폴드 압력)기반 쓰로틀 밸브 제어 단계는 안정성 쓰로틀 개도 계산부(14a)의 쓰로틀 목표 개도 계산 값, 안정성 쓰로틀 시간 계산부(14c)의 쓰로틀 지연시간 계산 값, 안정성 속도 계산부(14c)의 공기량 제어기 제어 속도 계산 값, 안정성 쓰로틀 각 계산부(14d)의 목표 쓰로틀각 필터링 시상수 계산 값을 각각 적용하여 수행된다.

그 결과 쓰로틀 밸브(6)의 요구 쓰로틀 개도 제어는 쓰로틀 응답성 모드에 맞춰 빠른 쓰로틀 밸브의 응답성으로 엔진 응답성을 빨라지기 하거나 또는 쓰로틀 안정성 모드에 맞춰 쓰로틀 밸브가 과도하게 진동하지 않도록 하여 엔진 출력이 불안정해지는 부작용을 발생시키지 않게 된다.

이어 ECU(10)는 가속 페달(9)의 APS 변화량 감소에 맞춰 가속제어 상태를 재 설정하고, APS 미 검출 시 가속제어를 종료한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량의 쓰로틀 이원화 가속제어방법은 ECU(Electronic Control Unit)(10)에서 가속 페달(9)의 눌림에 의한 APS(Accelerator Pedal Scope)의 APS 급변동이 판단되면, 현재 흡기 매니폴드 압력을 이용한 가속제어가 목표 흡기 매니폴드 압력을 이용한 쓰로틀 응답성 모드로 전환되어 하여 가속제어가 이루어진다. 특히 상기 ECU(10)에서 쓰로틀 목표 개도, 쓰로틀 지연시간, 공기량 제어기 제어 속도, 쓰로틀각 필터링 시상수 등을 APS 급변동과 아닌 경우로 구분하여 조절함으로써 엔진 출력 불안정을 가져오는 쓰로틀 밸브의 과도한 진동이 없으면서도 APS 급변동 시 즉각적인 운전자 가속의지반영을 위한 쓰로틀 밸브(6)의 빠른 응답성 제어도 가능하다.

1 : 엔진 시스템 2 : 엔진
3-1 : 흡기 매니폴드 3-2 : 배기 매니폴드
4-1: 흡기 밸브 4-2: 배기 밸브
5 : 점화기 6 : 쓰로틀 밸브
7 : 공기량제어기 9 : 가속 페달
10 : ECU(Electronic Control Unit) 10-1 : 모드 제어 맵
11 : 운전조건 판단부 12 : 쓰로틀 응답성개선 판단부
13 : 이원화 가속제어 출력부
14-1 : 흡기매니폴드압력 스위칭부
14A : 응답성 쓰로틀 개도 계산부 14a : 안정성 쓰로틀 개도 계산부
14-2 : 쓰로틀 지연시간 스위칭부 14B : 응답성 쓰로틀 시간 계산부
14b : 안정성 쓰로틀 시간 계산부 14-3 : 공기제어기 제어속도 스위칭부
14C : 응답성 속도 계산부 14c : 안정성 속도 계산부
14-4 : 필터링시상수 스위칭부 14D : 응답성 쓰로틀 각 계산부
14d : 안정성 쓰로틀 각 계산부
15 : 검출값 보정부 16 : 쓰로틀 요구개도량 계산부
100 : 차량

Claims

차량의 주행 중 가속 페달의 눌림에 의한 APS(Accelerator Pedal Scope)의 신호를 검출한 ECU(Electronic Control Unit)에서 상기 APS의 APS 급변동이 판단되고, 상기 APS 급변동인 경우 현재 흡기 매니폴드 압력을 이용하여 가속제어가 이루어지는 쓰로틀 안정성 모드가 목표 흡기 매니폴드 압력을 이용하여 가속제어가 이루어지는 쓰로틀 응답성 모드로 전환되는
것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 쓰로틀 응답성 모드는, (A) 상기 ECU에서 상기 차량의 주행에 따른 운전조건 데이터가 모니터링되고, 상기 APS가 검출되는 단계, (B) 상기 APS의 검출 시 상기 차량의 가속 응답성 개선 조건을 검출하고, 상기 가속 응답성 개선 조건의 충족 후 상기 APS 급변동이 판단되는 단계, (C) 상기 APS 급변동 판단 후 상기 목표 흡기 매니폴드 압력에 따른 쓰로틀 응답성 변수의 계산이 이루어지는 단계, (D)상기 쓰로틀 응답성 변수를 이용한 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량이 계산되는 단계, (E) 상기 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량으로 쓰로틀 밸브를 제어하여 상기 가속제어가 수행되는 단계
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 운전조건은 엔진 냉각수온, 엔진 RPM(Revolution Per Minute), 쓰로틀 밸브 동작시간, 쓰로틀 밸브 개도각, 공기유량, 흡기 매니폴드 압력, 쓰로틀 밸브 전,후단 압력, 공기량, 흡기온, 쓰로틀 밸브 유량인 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 가속 응답성 개선 조건은 엔진 냉간, 엔진 회전수, 가속제어동작이고, 엔진 냉간 상태나 엔진 아이들 상태나 가속제어 실행 상태인 경우 상기 가속 응답성 개선 조건을 충족시키지 않는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 가속 응답성 개선 조건은 목표 공기량, 쓰로틀 밸브의 열림 기준값을 더 포함하고, 목표 공기량 초과 상태나 쓰로틀 밸브의 기준값 이상 열림 상태인 경우 상기 가속 응답성 개선 조건을 충족시키지 않는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 APS 급변동 단계는, (b-1) 상기 APS의 APS 현재값에 대한 APS 변화량이 계산되는 단계, (b-2) 상기 APS 변화량에 대한 APS 급변동 지수로 상기 APS 급변동이 판단되는 단계;
로 수행되는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 APS 변화량은 상기 APS의 시간당 증가분이고, 상기 APS 급변동 지수는 상기 APS 현재값과 상기 APS 변화량의 맵에서 산출되는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 쓰로틀 응답성 변수는 쓰로틀 목표 개도인 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 쓰로틀 목표 개도는 상기 목표 매니폴드 압력에 따른 응답성 개선 쓰로틀 목표 개도 계산 값인 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 쓰로틀 응답성 변수는 쓰로틀 지연시간, 공기량 제어기 제어 속도, 목표 쓰로틀각 필터링 시상수가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 10에 있어서, 상기 쓰로틀 지연시간은 상기 APS 급변동에 따른 응답성 개선 쓰로틀 지연시간 계산 값이며, 상기 공기제어기 제어속도는 상기 APS 급변동에 따른 응답성 개선 공기량 제어기 제어 속도 계산 값이고, 상기 목표 쓰로틀 각 필터링 시상수는 상기 APS 급변동에 따른 응답성 개선 목표 쓰로틀각 필터링 시상수 계산 값인 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 쓰로틀 응답성 요구 쓰로틀 개도량은 요구 공기량에 대해 유속 보정 값, 유량 보정 값, 쓰로틀 전단 압력 보정 값을 적용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 쓰로틀 안정성 모드는, (A-1) 상기 ECU에서 상기 차량의 주행에 따른 운전조건 데이터가 모니터링되고, 상기 APS가 검출되는 단계, (B-1) 상기 APS의 검출 시 상기 차량의 가속 응답성 개선 조건을 검출하고, 상기 가속 응답성 개선 조건의 충족이 이루어지지 않거나 또는 상기 가속 응답성 개선 조건의 충족 후 상기 APS 급변동이 판단되지 않는 단계, (C) 상기 현재 흡기 매니폴드 압력에 따른 쓰로틀 안정성 변수의 계산이 이루어지는 단계, (D)상기 쓰로틀 안정성 변수를 이용한 쓰로틀 안정성 요구 쓰로틀 개도량이 계산되는 단계, (E) 상기 쓰로틀 안정성 요구 쓰로틀 개도량으로 쓰로틀 밸브를 제어하여 상기 가속제어가 수행되는 단계
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
청구항 13에 있어서, 상기 쓰로틀 안정성 변수의 계산 값은 상기 쓰로틀 응답성 모드에 따른 쓰로틀 응답성 변수의 계산 값보다 큰 값인 것을 특징으로 하는 쓰로틀 이원화 가속제어방법.
차량의 주행 중 가속 페달의 눌림에 의한 APS(Accelerator Pedal Scope)를 검출하며, 엔진 냉간과 엔진 회전수, 목표 공기량, 쓰로틀 밸브의 열림 기준값으로 가속 응답성 개선 조건을 판단한 후 상기 APS의 APS 급변동을 판단하고, 쓰로틀 목표 개도, 쓰로틀 지연시간, 공기량 제어기 제어 속도, 쓰로틀각 필터링 시상수를 상기 가속 응답성 개선 조건의 충족과 상기 APS 급변동인 경우 목표 흡기 매니폴드 압력을 이용한 쓰로틀 응답성 모드에 맞춰 계산하거나 또는 상기 가속 응답성 개선 조건의 미 충족과 상기 APS 급변동이 아닌 경우 현재 흡기 매니폴드 압력을 이용한 쓰로틀 안정성 모드에 맞춰 계산하며, 상기 쓰로틀 응답성 모드나 상기 쓰로틀 안정성 모드로 가속제어를 수행하는 ECU(Electronic Control Unit);
상기 ECU의 제어로 제어되는 쓰로틀 밸브를 흡기 매니폴드에 구비한 엔진 시스템;
이 포함되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 15에 있어서, 상기 ECU는 흡기 매니폴드 압력, 쓰로틀 밸브 전,후단 압력, 공기량, 흡기온, 쓰로틀 밸브 유량, 쓰로틀 밸브 각도, 응답성 개선 동작 시간을 입력데이터로 하는 모드 제어 맵과 연계되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 15에 있어서, 상기 엔진 시스템은 공기량 제어기를 더 포함하고, 상기 공기량 제어기는 흡기 매니폴드의 목표 공기량과 현재 공기량 간 차이를 줄여주는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 17에 있어서, 상기 공기량 제어기는 WGT(Waste Gate Turbocharger) 또는 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)인 것을 특징으로 하는 차량.