KR930007606B1

KR930007606B1 - 엔진출력제어장치

Info

Publication number: KR930007606B1
Application number: KR1019900001108A
Authority: KR
Inventors: 가즈히데 도가이; 요시아끼 단노; 마사또 요시마; 마고또 시마다; 가쯔노리 우에다
Original assignee: 미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤; 나까무라 유이찌
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1993-08-13
Also published as: US5069181A; DE69007902T2; KR900011977A; EP0413031B1; WO1990008889A1; EP0413031A4; DE69007902D1; EP0413031A1

Abstract

내용 없음.

Description

엔진출력제어장치

제1도는 본 발명에 관한 출력제어장치를 블럭도로 도시함과 동시에, 이 출력제어장치가 적용되는 자동차의 일부를 개략적으로 도시한 도면.

제2도는 구동축에 있어서의 목표토오크의 결정조건을 나타내는 도면.

제3도는 구동축에 있어서의 실토오크를 산출하는데 사용되는 토오크콘버어터의 특성도.

제4도는 흡기량과 엔진의 출력토오크와의 관계를 나타내는 도면.

제5도는 제1도에 있어서의 흡기량제어섹션의 상세한 것을 나타내는 도면.

제6도는 흡기량과 드로틀개방도와의 관계를 나타내는 도면.

제7도는 본 발명의 제1실시예의 출력제어장치의 작동을 설명하기 위한 플로우차아트.

제8도는 제1실시예에 있어서, 구동축의 토오크를 제어한 결과를 나타내는 도면.

제9도는 가속페달과 드로틀밸브가 기계적으로 연결되어 있는 자동차에 있어서, 구동축의 토오크를 제어한 결과를 나타내는 도면.

제10도는 제2실시예에 있어서 적용되는 수학모델을 도시한 블록선도.

제11도는 제2실시예에 있어서, 피이드백제어계의 전달함수 및 자동차의 전달함수와 규범응답시스템과의 관계를 도시한 도면.

제12도는 규범응답시스템의 일예를 나타내는 도면.

제13도 및 제14도는 제2실시예에 있어서, 게인의 산출을 설명하기 위한 도면.

제15도는 제2실시에의 작동을 설명하기 위한 플로우차아트.

* 도면의 주요부분에 대한부호의 설명

1 : 엔진 2 : 연소실

3 : 흡기통로 4 : 에어클리이너

5 : 필터요소 6 : 에어플로우센서

7 : 서어지탱크 8 : 드로틀밸브

9 : 직류모우터 10 : 드로틀개방도센서

11 : 출력축 12 : 토오크콘버어터

13 : 연결축 14 : 변속기

15 : 구동축 16 : 구동륜

17 : 전자제어유니트 18 : 차속센서

19 : 회전수센서 20 : 가속페달

21 : 가속위치센서 22 : 목표토오크결정섹션

24 : 실토오크산출섹션 25 : 모우터구동섹션

31 : 정상출력토오크산출섹션 32 : 정상흡기량산출섹션

33 : 조정섹션 34 : 가산점

40 : 흡기량제어섹션 41 : 목표드로틀개방도산출섹션

42 : 감산점 50 : 파라미터산출섹션

60 : 게인산출섹션

본 발명은, 엔진에 있어서, 예를들면 드로틀밸브의 개방도를 조정하므로서, 엔진의 출력을 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.

예를들면, 자동차에 탑재되어 있는 엔진에 관하여, 이 엔진의 드로틀밸브는 가속페달에 기계적으로 연결되어 있으며, 이에 의해, 가속페달의 답입(踏入)량, 즉, 그 답입스트로우크에 따라서 구동되도록 되어 있다. 따라서, 이런 종류의 엔진에서는, 운전자가 가속페달을 개재해서 드로틀밸브의 개방도를 조정하므로서, 엔진의 출력, 즉, 자동차의 구동축에 전달해야할 토오크를 제어할 수 있다.

그런데, 최근, 자동차용의 엔진에 있어서는, 종래와 같이 가속페달과 드로틀밸브를 기계적으로 연결하는 것이 아니고, 이들 가속페달과 드로틀밸브를 전기적으로 접속하므로서, 드로틀밸브의 개방도를 조정하고, 그리고, 엔진의 출력을 제어할려고하는 시도가 이루어지고 있다. 이와 같은 시도에서는, 먼저, 가속페달이 답입되면, 이 답입스트로우크는 센서에 의해 검출되고, 이 센서로부터의 신호에 의거하여 엔진의 목표출력 즉, 자동차에 있어서의 구동축의 목표토오크가 결정되도록 되어 있다. 한편, 드로틀밸브의 밸브스템(

)에는, 전동모우터가 연결되어 있으며, 이 전동모우터는, 드로틀밸브의 개방도가 상기한 목표토오크에 대응한 개방도가 되도록, 드로틀밸브를 구동하게 된다.

상기한 바와같이 해서, 엔진의 출력을 전기적으로 제어하는 경우에 있어서는 가속페달의 답입스트로우크에 의해 구동축의 목표토오크가 일의적(一義的)으로 결정되므로, 이 목표토오크에 대하여, 구동축의 실토오크가 즉시로 추종해서 변화되는 것이 바람직하다. 그러나, 가속페달에 있어서의 답입스트로우크가 실제로 변화되어서부터, 즉, 구동축의 목표토오크가 변화되어서부터, 이 변화에 따라서, 구동축의 실토오크가 목표토오크에 도달할때까지에는 반드시 지연이 발생한다. 여기서, 이 지연에 대해서 생각해보면, 이 지연에는, 공기가 드로틀밸브를 개재해서 엔진의 실린더실에 흡입되는 흡기행정, 그리고, 실린더실내에서의 혼합기의 압축행정 및 폭발행정을 거칠때까지의 지연이 포함되며, 그리고, 자동차가 자동변속기를 갖춘 자동차인 경우에는, 엔진의 출력축에서부터 구동축까지의 힘의 전달경로에서봐서, 이 전달경로중에 있는 토오크콘버어터의 토오크비에 기인한 파우어의 전달지연이 있다.

상기한 바와같이 드로틀밸브의 개방도가 변화되어서부터, 이 변화가 상기한 파우어의 발생과정 및 전달과정을 거쳐서, 구동축의 실제의 토오크변화로서 나타나는데 지연이 발생하면, 가속페달의 답입스트로우크, 즉, 드로틀밸브의 개방도에 따라서, 자동차의 주행을 양호하게 제어할 수 없다.

본 발명은, 상기한 사정에 의거하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 자동차에 있어서의 구동축의 목표토오크가 결정되어서부터, 구동축의 실제의 토오크가 목표토오크에 도달할때까지의 응답시간을 단축해서, 자동차의 주행을 양호하게 할 수 있는 엔진의 출력제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 엔진출력제어장치는 자동차에 탑재된 엔진의 출력을 조정하는 조정수단과, 상기 자동차의 가속페달의 조작량을 검출하는 조작량검출수단과, 동조작량검출수단에 의하여 겸출된 가속페달조작량에 의거하여 상기 자동차의 변속기와 구동륜사이의 구동축에 주는 묵표구동토오크를 설정하는 목표구동토오크설정수단과, 상기 구동축에 실제로 주어지고 있는 구동토오크를 검출하는 실구동토오크검출수단과, 상기 목표구동 토오크설정수단에 의하여 설정된 목표구동토오크와 상기 실구동토오크검출수단에 의하여 검출된 실제의 구동토오크와의 편차를 구하는 편차산출수단과, 상기 엔진을 포함하는 상기 자동차의 전체가 정상운전상태에있다고 가정하고 상기 목표구동토오크를 상기 구동축에 주기 위하여 필요한 상기 엔진의 정상출력토오크를 설정하는 정상출력 토오크설정수단과, 동정상출력토오크설정수단에 의하여 설정된 상기 정상출력토오크를 상기 엔진이 출력하기 위하여 필요한 상기 조정수단의 기준조작량을 설정하는 기준조작량 설정수단과, 동기준조작량 설정수단에 의하여 설정된 상기 기준조작량을 상기 편차산출수단에 의하여 구하여진 상기 편차에 의거하여 보정하고, 보정후의 기준조작량을 목표조작량으로서 출력하는 보정수단과, 동보정수단에 의하여 출력된 목표조작량에 의거하여 상기 조정수단을 제어하는 제어수단에 의하여 구성된다.

상기한 엔진출력제어장치에 의하면, 구동축의 목표토오크에 의거해서, 엔진의 정상 출력토오크가 구하여지는 동시에, 엔진이 정상출력토오크를 발생하는데 소요되는 조정수단의 기준조작량을 구할 수 있다. 그리고, 이 기준조작량은, 목표토오크와 실토오크와의 사이의 편차에 의거한 피이드백량에 의해서 보정되어서, 조정수단의 목표조작량을 구할 수 있게 된다. 이와같이 해서 조정수단의 목표조작량이 엔진의 정상출력토오크 및 상기 편차에 의거해서 결정되면, 파우어의 발생과정 및 전달과정에서의 지연을 해소할 수 있고, 또한, 구동축에서의 목표토오크에 대하여, 그 실토오크를 고정밀도 제어를 할 수 있다.

제1도를 참조하면, 자동차에 적용된 엔진출력제어장치가 블록선도로 도시되어 있다. 이 출력제어장치에 대해서 설명하기 전에, 상기 엔진 및 이 엔진에서부터 자동차의 구동축까지의 동력전달경로에 관해서 간단하게 설명한다.

내연기관, 즉 가솔린엔진(1)은, 제1도중 2점쇄선의 블록도로 표시되어 있으며, 이 엔진(1)의 연소실(2)는, 도시하지 않는 흡기밸브를 개재해서 흡기통로(3)에 접속되어 있다. 이 흡기통로(3)의 엔진(1)에서부터 멀리 떨어진 끝부분에는, 에어클리이너(4)가 배치되어 있으며, 이 에어클리이너(4)는, 필터요소(5)와, 카르만의 소용돌이식 에어플로우센서(6)을 구비하고 있다. 에어플로우센서(6)은, 필터요소(5)를 통해서 흡입되는 공기의 양, 즉 흡기량을 검출하고, 이 흡기량에 대응한 신호를 출력한다. 이 에어플로우센서(6)으로부터의 신호는, 도시하지 않는 연료분사장치의 작동을 제어하기 위한 전자제어유니트(17)에 공급되며, 그리고, 이 전자제어유니트(17)에서는, 엔진(1)이 흡기행정, 압축행정, 폭발행정 및 배기행정의 1사이클을 실시할때, 이 1사이클당의 실흡기량 A/Nr을 계산하고, 그리고, 이 실흡기량 A/Nr에 의거하여, 엔진(1)에 공급되어야할 연료의 양을 구하도록 되어 있다. 그리고, 연료분사장치는, 전자제어유니트(17)에 있어서 결정된 연료의 양을, 엔진(1)의 연소실(2)에 소정의 타이밍으로 분사하게 된다.

흡기통로(3)에 있어서, 엔진(1)에 근접된 부위는, 서어지탱크(7)로서 형성되어 있으며, 그리고, 이 서어지탱크(7)과 에어클리이너(4)와의 사이의 흡기통로(3)내에는, 드로틀밸브(8)이 배치되어 있다. 이 드로틀밸브(8)은, 흡기통로(3)내를 흐르는 공기의 양을 조정하기 위하여, 흡기통로(3)을 거의 닫는 완전페쇄위치에서부터 완전개방위치까지 원활하게 회동가능하게 되어 있다.

드로틀밸브(8)의 벨브스템은, 흡기통로(3)의 바깥쪽에 돌출하고, 그리고, 이 돌출단부에는 직류모우터(9)의 출력축에 연결되어 있다. 따라서, 드로틀밸브(8)의 회동, 즉, 드로틀밸브(8)의 개방도는,직류모우터(9)에 의해서 제어할 수 있다.

또, 드로틀밸브(8)에 있어서의 밸브스템의 돌출단부에는, 드로틀개방도센서(10)이 장착되어 있다. 이 드로틀개방도센서(10)은, 전위차계로 이루어져 있으며, 드로틀밸브(8)의 실개방도 θr를 전압신호로서 출력한다.

한편, 엔진(1)의 피이톤에 연결간(Connecting Rod)를 개재해서 연결된 크랭크축, 즉, 엔진(1)의 출력축(11)에는, 토오크콘버어터(12)의 펌프가 연결되어 있으며, 이 토오크콘버어터(12)의 터어빈은, 연결축(13)을 개재해서 변속기(14)에 연결되어 있다. 그리고, 이 변속기(14)는, 구동축(15)에 연결되어 있으며, 이 구동축(15)에는, 구동륜(16)이 장착되어 있다. 여기서, 상기한 토오크콘버어터(12), 연결축(13) 및 변속기(14)는, 자동변속기를 구성하고 있는 것이다.

다음에, 상기한 엔진(1)에 적용되는 출력제어장치에 대해서 설명한다.

이 출력제어장치는, 제1도에 도시되어 있는 바와같이, 자동차의 가속페달(20)의 답입량, 즉, 그 답입스트로우크를 검출하는 가속위치센서(21)를 구비하고 있다. 이 가속위치센서(21)는 가속페달(20)의 답입스트로우크에 대응한 신호 Ap를 목표토오크의 결정섹션(22)에 공급한다. 또, 이 결정섹션(22)에는, 차속센서(18)에 의해서 검출한 차속신호 V도 또 공급된다. 여기서, 차속센서(18)은, 상세하게는 도시하지 않았으나, 구동측(15)의 회전수로부터 차속 V를 산출한다.

결정섹션(22)에서는, 상기한 신호 Ap와 차속신호 V즉 차속 V에 의거하여, 제2도에 나타낸 그래프로부터 구동축(15)의 목표토오크 Twt를 결정한다. 여기서, 제2도중의 각 특성선에 주어진 백분율(%)은, 가속페달(20)의 전체스트로우크에 대한 답입스트로우크의 비율을 나타내고 있다. 따라서, 제2도에서 명백한 바와같이, 차속 V가 저속영역에 있을때, 이 차속 V에 관계없이, 목표토오크 Twt는, 신호 Ap의 값만에 의해서 결정되게 된다. 이것은, 차속 V가 발진시등의 저속영역에 있을때부터 가속페달(20)이 더욱 답입되었을때, 자동차의 가속감이 얻어지도록, 구동축(15)의 목표토오크 Twt를 가속페달(20)의 답입에만 대응해서 설정하는 것을 의미하고 있다. 한편, 차속 V가 소정치이상에 있을때, 목표토오크 Twt는, 가속페달(20)의 답입량이 동일해도, 차속 V의 증가에 따라서 감소하는 값을 취하도록 되어 있다. 이것은, 차속 V가 소정치이상일때는, 가속페달(20)이 더욱 답입되어도, 차속 V를 유지하도록, 구동축(15)의 목표토오크 Twt가 결정되는 것을 의미하고 있다.

목표토오크의 결정섹션(22)에서 결정된 구동축(15)의 목표토오크 Twt는, 감산점(23)에 공급되는 한편, 목표흡기량을 산출하는 산출섹션(30)에 공급된다.

한편, 상기한 감산점(23)에는, 실토오크의 산출섹션(24)에는 산출된 구동축(15)의 실토오크 Twm이 공급되나, 이 실시예의 경우, 실토오크 Twm은, 이하와 같이 해서 산출된다. 즉, 산출섹션(24)에는, 회전수센서(19)에 의해서 검출한 엔진(1)의 회전수 Ne가 공급되도록 되어 있으며, 산출섹션(24)에서는, 회전수 Ne와, 토오크콘버어터(12)의 토오크용량의 계수 C 및 토오크비

로부터 다음식에 의거해서, 고동축(15)의 실토오크 Twm이 산출된다.

Twm =

(e)×C(e)×Ne²

여기서, e는 엔진(1)의 출력축(11)과 토오크콘버어터(12)에 있어서의 터어빈과의 사이의 회전수의 비를 표시하고 있으며, 이 비 e의 값으로부터, 상기한 계수 C 및 토오크비

를 제3도에 의거해서 각각 얻을 수 있으며, 이 결과, 위식으로부터 실토오크 Twm을 산출할 수 있다.

또한, 구동축(15)의 실토오크 Twm은, 반드시 계산에 의해 구해야 할 것은 아니고, 구동축(15)에 토오크미터를 장착하므로서, 이 토오크미터에 의해서, 구동축(15)의 실토오크 Twm을 직접적으로 검출하여 구하는 것도 가능하다.

실토오크의 산출섹션(24)에서 산출된 실토오크 Twm은, 상기한 바와같이 감산점(23)에 공급되며, 이 감산점(23)에서는, 목표토오크 Twt로부터 실토오크 Twm이 감산되므로, 이들 토오크 Twt와의 사이의 편차 △Tw을 구할 수 있게 된다.

상기한 목표흡기량의 산출섹션(30)에 대해서 상세히 설명하면, 이 산출섹션(30)은, 또 3개의 섹션(31), (32), (33)으로 나누어서 생각할 수 있다. 먼저, 정상출력토오크의 산출섹션(31)에서는, 목표토오크의 결정 섹션(22)에서 구해져 있는 구동축(15)의 목표토오크 Twt를 수령하고, 그리고 엔진(1)의 정상운전상태에 있다고 가정하였을 경우의 목표토오크 Twt에 대한 엔진(1)의 정상출력토오크 Teo가 다음식에 의거해서 산출된다.

Teo=Twt/(ρ×

)

여기서, ρ는 변속기(14)의 기어비를 표시하고 있다.

이와같이 해서 정상출력토오크의 산출섹션(31)에서 산출된 정상출력토오크 Teo은 다음에, 정상흡기량의 산출섹션(32)에 공급되며, 이 산출섹션(32)에서는, 정상출력토오크 Teo에 대응하는 정상흡기량 A/No를 구하게 된다. 여기서, 엔진(1)이 정상운전상태에 있을때의 흡기량 A/N에 대한 엔진(1)의 출력토오크 Te는, 제4도에 도시한 바와같이 미리 구하여져 있으며, 따라서, 산출섹션(31)에서 정상출력토오크 Teo를 구하게 되면, 다음의 산출섹션(32)에 있어서, 제4도로부터 정상출력토오크 Teo에 대응하는 정상흡기량 A/No를 구할 수 있게 된다. 또한 제4도에 있어서의 흡기량 A/N과 엔진(1)의 출력토오크 T와의 관계를 함수로서 미리 구해 놓으면, 이 함수로부터 정상흡기량 A/No를 산출할 수도 있다.

그리고, 조정섹션(33)은, 감산점(23)에서 얻어진 편차 △Tw를 수령하고, 그리고, 이 편차 △Tw로부터 피이드백제어에 있어서의 조작량 △A/N을 얻게 된다. 조정섹션(33)에 있어서 조작량 △A/N을 구할려면, PID동작, PI동작, PD동작의 어느 것을 이용해도 된다.

그리고, 정상흡기량의 산출섹션(32) 및 조정섹션(33)에서 구하게된 정상흡기량 A/No 및 조작량 △A/N의 각각은, 가산점(34)에 공급되고, 이 가산점(34)에 있어서 가산되어서, 목표흡기량 A/Nt가 산출된다. 여기서, 상기한, 설명에서 명백한 바와같이, 목표흡기량 A/Nt는, 목표토오크 Twt로부터 결정되는 정상흡기량 A/No에, 목표토오크 Twt와 실토오크 Twm과의 사이의 편차△Tw에 의해 의거한 보정량, 즉, 조작량 △A/N을 고려해서 구하게 되는 것이다.

상기한 바아같이 해서 구하게된 목표흡기량 A/Nt는, 다음에, 흡기량의 제어섹션(40), 즉, 제5도에 상세히 도시되어 있는 바와같이, 제어섹션(40)내의 목표드로틀 개방도의 산출섹션(41)에 공급된다. 또, 이 산출섹션(41)에는, 상기한 엔진(1)의 회전수센서(19)로부터의 엔진회전수 Ne가 공급된다. 그리고, 산출섹션(41)에서는, 엔진회전수 Ne와 목표흡기량 A/Nt에 의거하여, 제6도로부터 드로틀개방도 θt를 구하게 된다. 여기서, 제6도에 표시된 목표흡기량 A/Nt와 엔진회전수 Ne와의 관계를 나타내는 특성선은, 엔진회전수 Ne가 크게 될수록, 제6도중 화살표시로 표시한 쪽에 위치한 특성선으로 된다.

한편, 목표흡기량 A/Nt는, 산출섹션(41)의외에 감산점(42)에도 공급되고, 또, 이 감산점(42)에는, 상기한 전자제어유니트(17)에서 구한 실흡기량 A/Nr가 공급되도록 되어 있다. 감산점(42)에서는, 목표흡기량 A/Nr로부터 실흡기량 A/Nr을 감산해서 얻어지는 편차, 즉, 목표흡기량 A/Nt과 실흡기량 A/Nr과의 사이의 편차를 구하게 되고, 이 편차는, PI동작에 의거한 조절섹션(43)을 통과하므로서, 피이드백제어에 있어서의 조작량 △θ이 된다. 이 조작량 △θ및 산출섹션(41)에서 얻어진 드로틀개방도 θt는, 가산점(44)에 있어서 가산되므로서, 최종적인 목표드로틀개방도 θ1이 산출되게 된다. 이와같이 해서 산출된 목표드로틀개방도 θ1은, 다음에, 직류모우터(9)의 구동섹션(25)에 공급되는 한편, 이 구동섹션(25)에는, 상기한 드로틀개방도센서(10)으로부터의 실개방도 θr도 공급되어 있다. 구동섹션(25)에서는 목표드로틀개방도 θ1과 실개방도 θr을 비교하고, 그리고 이들 차가 0으로 되도록 직류모우터(9)의 작동을 제어한다.

다음에, 제7도의 플로우차아트를 참조하면서, 상기한 제1실시예의 출력제어장치의 작동을 통합해서 설명한다. 가속페달(20)이 답입되면, 이 가속페달(20)의 답입스트로우크는, 가속위치센서(21)에 의해 검출된다. 그리고, 스텝 S1에서는, 가속위치센서(21)로부터의 신호와 차속 V으로부터 제2도에 의거하여, 구동축(15)의 목표토오크 Twt가 결정된다.

다음의 스텝 S2에서는, 목표토오크 Twt로부터 정상출력토오크 Teo이 산출되고, 그리고, 스텝 S3에서는, 제4도의 맵으로부터 정상출력토오크 Teo에 의거하여, 정상흡기량 A/No를 구하게 된다.

한편, 상기한 스텝 S1이 실시됨과 동시에, 스텝 S4도 또 실시되며, 이 스텝 S4에서는, 엔진회전수 Ne, 실흡기량 A/Nr, 차속 V가 각각 검출되고, 그리고, 이들 검출된 데이터로부터, 스텝 S5에 있어서, 구동축(15)의 실토오크 Twm이 산출된다.

그리고, 다음의 스텝 S6에서는, 스텝 S1에서 이미 구해져 있는 목표토오크 Twt와 실토오크 Twm과의 사이의 편차 △Tw를 구하게 되고, 그리고, 스텝 7에 있어서는, 편차 △Tw에 의거하여, 목표흡기량 A/Nt를 피이드백 제어하기 위한 조작량 △A/N이 산출되게 된다. 따라서, 스텝 S3 및 S7의 후단에 위치하는 스텝 S8에 있어서는, 정상흡기량 A/No를 보정해서 구한 목표흡기량 A/Nt, 즉, 정상흡기량 A/No에 조작량 △A/N을 가산하므로서, 목표흡기량 A/Nt가 산출되어서 구하게 된다.

그리고, 최후의 스텝 S9에 있어서는, 목표흡기량 A/Nt가 실흡기량 A/Nr과 일치하도록, 드로틀밸브(8)의 개방도가 제어되게 되나, 실제로는, 상기한 바와같이 목표흡기량 A/Nt에 대응하는 목표드로틀개방도 θ1에 드로틀밸브(8)의 실개방도 θr이 일치하도록, 직류모유터(9)의 작동이 제어되게 된다.

이상 설명한 제1실시예의 출력제어장치에 의하면, 먼저, 구동축(15)의 목표토오크 Twt에 대응한 정상흡기량 A/No를 구하고, 이 정상흡기량 A/No를 목표토오크 Twt와 실토오크 Twm과의 사이의 편차△Tw에 의거한 보정량, 즉, 피이드백제어의 조작량 △A/N에 의해서 보정해서, 목표흡기량 A/No를 산출하도록 하였으므로, 상기한 바와같은 파우어의 발생 및 전달과정에 있어서의 응답지연을 해소할 수 있다.

즉, 이 발명에 의하면, 목표토오크 Twt가 결정되면, 이 목표토오크 Twt로부터, 변속기(14)의 기어비 ρ및 토오크콘버어터(12)의 토오크

를 고려한 후에, 정상 출력토오크 Teo, 즉, 정상흡기량 A/No가 산출되므로, 이 정상흡기량 A/No를 기준으로해서, 실흡기량 A/Nr이 제어되면, 엔진(1) 자체의 출력토오크는, 즉시로, 구동축(15)에 있어서의 목표토오크 Twt 근처의 값을 취하게 된다. 이결과, 파우어의 발생 및 전달과정에서 봤을때, 가속페달(20)의 답입에 의해 목표토오크 Twt가 결정되고 난 다음부터와, 이 목표토오크 Twt에 대하여 구동축(15)의 실토오크 Twm에 도달할때가지의 시간을 대폭적으로 단축할 수 있어, 이 엔진(1)에 있어서의 출력토오크의 응답성을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기한 정상흡기량 A/No는 목표토오크 Twt와 실토오크 Twm과의 사이의 편차△Tw에 의거해서 결정되는 조작량 △A/N을 가산해서, 목표흡기량 A/Nt를 구하고, 또한, 이 목표흡기량 A/Nt를 구하는데 있어서, 상기 실토오크 Twm은, 토오크 콘버어터(12)에 있어서의 토오크용량의 계수 C 및 그 토오크비

를 고려해서 산출되어 있으므로, 상기 목표흡기량 A/Nt에 의거해서, 실흡기량 A/Nr이 제어되므로서, 엔진(1)로부터 구동축(15)까지의 경로에 있어서의 파우어의 전달지연을 해소하여, 구동축(15)까지의 경로에 있어서의 파우어의 전달지연을 해소하여, 구동축(15)의 실토오크 Twm을 목표토오크 Twt로 고정밀도제어를 할 수 있게 된다.

제8도를 참도하면, 실제적으로 자동차를 주행시켜서, 구동축(15)의 실토오크 To를 측정하여 얻은 결과가 표시되어 있다. 이 제8도로부터 명백한 바와같이, 목표토오크 Twt가 결정되면, 실토오크 To는 엔진(1)의 출력토오크 Te 및 엔진회전수 Ne가 함께 변환하면서, 목표토오크 Twt에 신속하게 도달해서, 이 목표토오크 Twt로 유지되는 것을 알 수 있다.

또, 제9도를 참조하면, 가속페달(20)과 드로틀밸브(8)가 기계적으로 연결되어 있는 자동차의 예가 참고로서 도시되어 있다. 이 제9도의 경우, 가속페달(20)에서는 답입스트로우크가 일정하게 유지되므로서, 엔진회전수 Ne 및 엔진(1)의 출력토오크 Te 는 다같이 안정되어 있으나, 그러나, 구동축(15)의 실토오크 To는, 시간의 경과와 더불어 감소되고 있다. 이것은, 엔진(1)로부터 구동축(15)까지의 파우어 전달경로에 있어서, 토오크콘버어터(12)의 토오크비등이 비선형으로 변화하는 것에 기인하는 것으로 생각된다. 이러한 일로부터, 본 발명의 출력제어장치의 경우에는, 구동축(15)의 실토오크 To가 목표토오크 Twt로 유지될때, 엔진회전수 Ne 및 엔진(1)의 출력토오크 Te 는, 파우어전달경로중에서의 비선형요소에 의한 악영향을 제거할 수 있도록 변화되는 것으로 생각할 수 있다. 또한, 제8도 및 제9도중, 부호 F는, 차체속도를 표시하고 있다.

이 발명은, 상기한 제1실시예에 제약되는 것은 아니며, 이하에, 제2실시예에 대해서 설명한다. 여기서, 제2실시예의 출력제어장치는, 제1실시예의 출력제어장치와 기본적인 구성은 동일하므로, 제2실시예에 대해서도 제1도를 참조해서 설명한다.

제2실시예의 경우, 제1도에서 명백한 바와같이, 파라미터의 산출섹션(50) 및 게인의 산출섹션(60)이 부가되어 있다.

여기서, 산출섹션(50) ,(60)에 대해서 개략적으로 설명하면, 산출섹션(50) 에는, 자동차에 있어서의 파우터의 발생 및 전달과정을, 엔진(1)이 정상운전상태로부터 어긋난 운전상태에 있는 것으로 해서, 이 엔진(1)의 운전상태를 선형적으로 표시하는 수학모델이 기억되어 있으며, 그때문에, 산출섹션(50)에서는, 이 수학모델에 있어서의 각 파라미터가, 산출섹션(50)에 공급되는 실흠기량 A/Nr, 엔진회전수 Ne 및 차속 V 로부터 역산해서 구하게 된다. 산출섹션(50)에서 구하게 된 수학모델의 파라미터는, 게인의 산출섹션(60)에 공급되고, 이 산출섹션(60)에서는, 조정섹션(33)을 주체로 한 피이드백제어회로를 포함한 자동차의 전체를 1개의 시스템으로 생각하였을때, 이 시스템에서의 엔진(1)의 흡기로부터 구동축(15)에 실제로 토오크가 전달될때까지의 특성이 규범응답시스템의 전달특성과 근사하도록, 상기 파라미터에 의거하여 피이드백제어에 있어서의 게인, 이 실시예의 경우에는, PID 동작을 위한 각 게인, 즉, 비례적인, 미분게인 및 적분게인이 산출된다. 따라서, 이 제2실시예의 경우, 조정섹션(33)에서는, 다음식으로 표시되는 PID 동작에 의거해서, 목표토오크 Twt와 실토오크 Twt과의 사이의 편차△Tw로부터 피이드백제어에 있어서의 조작량△A/N이 산출되게 된다.

△A/N=C0×

+C1×(△Tw)+C2×d(△Tw)/dt

여기서, C0는 적분게인, C1은 비례게인, C2는 미분게인을 각각 표시하고 있다.

또한, 수학모델에 있어서의 각 파라미터의 값으로부터 각 게인의 값을 미리 산출해두므로서 맵을 작성하는 동시에, 이 맵을 산출섹션(60)에 기억시켜 두고, 그리고, 산출섹션(50)으로부터 공급된 파라미터의 값에 의거하여, 각 게인을 구하도록 해도 된다.

제10도는 참조하면, 산출섹션(50)에 기억되어 있는 수학모델이 표시되어 있다. 이 수학모델은, 드로틀밸브(8)을 통과해서 흡입된 공기가 어떻게해서 자동차의 거동, 즉 구동축(15)의 토오크에 반영되는지를 선형으로 해서 표시하고 있다.

제10도중, 참조부호 Ar은, 엔진(1)의 출력토오크에 상당하는 폭발행정에서의 공기량을 표시하고 있으며, 또, a21, a22, a23, a32, a33은 수학모델의 파라미터를 표시하고 있다.

드로틀밸브(8)을 통과한 공기의 양, 즉, 실흡기량 Ai(A/Nr)은, 흡기지원요소[1/(1+Ta×S)]를 거쳐서, 공기량 Ar로 변화된다. 또, 공기량 Ar은, 파라미터 a21을 거치므로서, 엔진(1)의 출력토오크 Te로 변환되고, 그리고, 이 출력토오크 Te는, 엔진(1)의 관성요소 [1/(Ie×S)]를 거쳐서, 엔진회전수 Ne로 변환된다.

엔진회전수 Ne는, 파라미터 a22를 거쳐서, 관성요소[1/(Ie×S)]의 입력쪽으로 복귀되는 한편, 파라미터 a32, 기어비의 요소[1/ρ] 및 차체의 관성요소[1/(It×S)]를 거쳐서, 차속 V로 변환된다. 그리고, 이 차속 V는, 기어비[ρ]를 거쳐서, 토오크콘버어터(12)에 있어서의 터어빈의 회전각속도 ωt로 변환된다. 이 회전각속도 ωt는, 파라미터 a23을 거쳐서, 엔진회전수 Ne와 마찬가지로, 관성요소 [1/(Ie×S)]의 입력쪽으로 복귀되는 동시에, 파라미터 a23을 개재해서, 요소 [1/ρ]의 입력쪽으로 복귀된다.

상기한 설명에 있어서, Ta, S, Ie, It, ρ의 각각은, 이하의 값을 나타내고 있다.

Ta : 흡기통로(3)의 용적 및 엔진(1)에 있어서의 실린더의 용적으로부터 결정도는 시정수

S : 전달함수

Te : 엔진(1)의 관성모멘트

It : 차체의 관성모덴트

ρ : 변속기(14)의 기어비

제10도에 도시되어 있는 바와같이, 엔진회전수 Ne가 차속 V로 변환될 때, 이 변환에는, 노면의 부하가 고려되어 있다.

상기한 파라미터 a21은, 제4도의 흡기량 A/N과 엔진(1)의 출력토오크 Te와의 관계로부터 구하게 되는 환산계수를 표시하고 있으며, 파라미터 a22, a23, a32, a33는 실토오크 Twm을 산출할 때의 사용한 제3도의 토오크콘버어터(12)의 특성에 대응한 것이다.

따라서, 공기량 Ai로부터 공기량 Ar을 산출하고, 그리고, 실제로 계측한 엔진 회전수 Ne 및 차속 V의 값으로부터, 각 파라미터를 역산해서 구할 수 있다.

다음에, 상기한 수학모델을 작성할 때까지의 프로세스에 대해서 설명한다.

먼저, 흡기통로(3)에 있어서, 드로틀밸브(8)보다도 하류부위의 흡기용적내에 있는 공기의 단위시간당의 질량변화는, 드로틀밸브(8)로부터의 공기의 유입량과 엔진(1)의 실린더실로의 유출량과의 차로 표시된다.

Gm=Gin-Gex……………………………………………①

여기서, Gm은, 흡기용적내의 공기질량, Gin은, 드로틀밸브(8)을 통과하는 단위시간당의 공기량, Gex은, 실린더실에 도입되는 단위시간당의 공기량을 표시하고 있다. 또한, 이들 Gm, Gin, Gex에 대한 이해를 돕기 위하여, 이들Gm, Gin, Gex은, 제1도의 흡기통로(3)에 도시되어 있다. Gex은 Gm과 엔진회전수 Ne에 비례하므로 Gex은, 다음식으로 표시할 수 있다.

Gex=Gm×Ne/To………………………………………②

To=(v1+v2)×120/(v1×

)

여기서, v1은 흡기용적, v2는 실린더실의 용적,

은 체적효율을 표시하며, 그리고, To는, 엔진(1)에 있어서의 1회전당의 시정수를 표시하고 있다. ②식을 ①식에 대입하면, 이하의 ③식을 얻을 수 있다.

Gm=Gin-(Gm×Ne) /To………………………………………③

③식으로부터 공기량이 1차지연의 전달특성을 가진 것을 알수 있다. ③식을 ②식에 있어서의 Gex 와Gm 과의 관계를 이용하여 다시쓰면, ④식을 얻을 수 있다.

Gex=(Ne/To)(Gin-Gex)……………………………………… ④

④식의 양변을 엔진(1)에 있어서의 단위시간당의 회전수로 나눗셈을 하면, ④식으로부터 흡기량에 관한 ⑤식을 얻을 수 있다.

Ao=(Ne/To)(-AO+Ai)……………………………………… ⑤

여기서, Ao는 실린더실에 흡입되는 단위시간당의 공기량, Ai는 드로틀밸브(8)을 통과한 단위시간당의 공기량을 표시하고 있다.

공기량 Ai가 엔진(1)의 출력토오크에 반영될려면, 이 공기량 Ai가 실린더실에 흡입되고, 그리고, 압축 및 폭발행정을 경과한 후이다. 이와 같은 흡기행정애서부터 폭발행정까지를 실시하는 시간은, 피이드백제어에 있어서는 쓸데없는 시간으로 표시되며, 이 쓸데없는 시간은, 엔진(1)의 회전에서 봤을 때, 흡기행정의 개시로부터 세어서 1.5회전이다. 따라서, 쓸데없는 시간을 (Lo/Ne)로 하면, 이 쓸데없는 시간(Lo/Ne)은, ⑥식으로 표시된다.

(Lo/Ne)=(60×1.5/Ne=90/Ne……………………………………… ⑥

⑥식을 사용해서, 공기량 Ao와 공기량Ar과의 관계를 시간 t의 함수로서 표시하면 ⑦식으로 된다.

Ar=Ao×(t-(Lo/Ne))………………………………………⑦

한편, 엔진(1) 및 차체가 정상의 운전상태이 있을 때, 공기량 Ai의 변화 △Ai에 대해서, 공기량Ar, 엔진(1)의 회전각속도 ωe, 토오크콘버어터(12)에 있어서의 터어빈의 회전각속도 ωt가 정상운전상태에서의 값으로부터 각각 미소량 △Ar, △ωe, △ωt만큼 변화한다고 가정한다. 이 경우, 공기량에 대해서 보면, 다음식의 관계가 성립된다.

r+△

r=((ωe+△ωe)/TL)×(-Ar-△Ar)+Ai+△Ai…………………⑧

⑧식을 구함에 있어서, 공기량 Ai가 공기량Ar로 변환될 때까지의 전달특성의 시정수는, (ωe/TL)의 1차 지연으로서 근사되어 있다.

여기서, 엔진(1)이 정상운전상태에 있으면, Ar-Ai이므로, ⑧식은, ⑨식을 표시할 수 있다.

△

r=(ωe/TL)×(-△Ar+△Ai)………………………………………………⑨

또, 엔진(1)의 회전각속도 ωe에 관해서는, 다음 식이 성립된다.

I(

e+△

e)

=Te(ωe＋△ωe, Ar＋△Ar)

-Tp(ωe＋△ωe, ωe＋△ωt)………………………………………………⑩

여기서, Tp는, 토오크콘버어터(12)의 흡수토오크를 표시하고 있다.

그리고, 공기량 Ar이 △Ar만큼 변화하였을 때, 엔진(1)의 출력토오크 Te 및 흡수토오크 Tp의 각각이 △Te, △Tp만큼 변화하였다고 하면,

Te(ωe+△ωe, Ar＋△Ar)

=Te(ωe, Ar)＋△Te…………………………………………………………⑪

Te(ωe+△ωe, ωt＋△ωt)

=Te(ωe, ωt)＋△Tp…………………………………………………………⑫

가 된다.

여기서, 각 속도 ωe, ωt, 및 공기량 Ar에 관해서는 엔진(1)이 정상운정상태에 있으므로, 아래식을 얻을수 있다.

e=0…………………………………………………………………………………⑬

Te(ωe, Ar)=Tp(ωe, ωt)………………………………………………………⑭

엔진(1)에 있어서의 회전각속도 ωe의 미소변화분의 방정식은, 다음식으로 표시된다

Ie·△

e=△Te-△Tp……………………………………………………………⑮

△Te, △Tp는 △ωe, △ωt, △Ar를 사용하여서, 다음식의 선형미분방정식으로 표시된다.

△Te=(

Te/

ωe)×△ωe＋(

Te/

Ar)×△Ar…………………………

△Tp=(

Tp/ωe)×△ωe＋(Te/Ar)×△ωt…………………………

토오크콘버어터(12)의 터어빈에 관해서도 마찬가지로해서 생각하면, 다음의 선형미분방정식을 얻을 수 있다.

△r=-Ta×△Ar＋Ta×△Ai……………………………………………………

△e=(Te/Ar)(1/Ie)×△Ar

＋((Te/ ωe)-(Tp/ωe))

×(1/Ie)△ωe ＋(Tp/ωt)

×(1/Ie)×ωt………………………………………………………………

△e=(Tt/ωe)(1/Ie)×△ωe

＋((Tt/ωt)-(

T1/

ωt))

×(1/It)△ωt………………………………………………………………

여기서,

식에 있어서 (

Te/

Ar)이 파라미터 a21로되고, ((

Te/

ωe)-(

Tp/

ωe))가 파라미터 a22, (

Tp/

ωt)×(1/Ie)가 파라미터 a23으로 된다.

또,

식에 있어서 (

Tt/

ωe)가 파라미터 a32가되고, ((

Tt/

ωt)-(

T1/

ωt))가 파라미터 a33이 된다.

Tt는, 토오크콘버어터(12)의 출력토오크를 표시하고, T1은, 상기한 바와같이 노면의 부하에 상당하는 토오크를 표시하고 있다.

따라서, 상기한 시스템으로서는, 아래식과 같은 상태공간 표현형식으로 된다.

=Aω＋Bu…………………………………………………………………………

y=C×ω……………………………………………………………………………

여기서,

ω=[△Ar, △ωe, △ωt]^t의 상태백터

A=[aij]의 시스템매트릭스

,

식에서의 △Ar, △ωe, △ωt의 계수

B=[Ta, 0, 0]^t의 입력계수벡터

C=출력계수벡터(예를 들면, 터어빈의 회전수에 대해서는 [0, 0, 1]이 된다)

U=입력

y=출력

상기한 설명은, 수학모델을 작성에 이르는 프로세스의 설명이다.

다음에, 개인의 산출센션(60)에 있어서, 각 게인의 산출의 기준이 되는 전달함수에 관해서는 설명한다.

,

식에 있어서 입력 u와 출력 y와의 사이의 전달함수 G(g)는, 전달함수의 정의로부터 다음식으로 표시할 수 있다.

G(S) = C×[SI-A]^-1×B…………………………………………………………

여기서, S는, 미분작용의 요소, I는, 단위매트릭스를 표시하고 있다.

식으로부터 흡기와 엔진(1)의 회전각속도 ωe와의 사이의 전달함수 Ge(s), 또, 흡기와 토오크콘버어터(12)에 있어서의 터어빈의 회전각속도 ωt와의 사이의 전달함수 Gt(s) 는, 각각 다음식으로 표시된다.

Ge(s)=(b1×a21×(s-a33)/H(s)……………………………………………

Gt(s)=(b1×a21×a33)/H(s)………………………………………………

여기서,

H(s)=(s-a11)×(s-a22)×(s-a33)-(s-a11)×a23×a32………………

이며, 또, b1=Ta, all=-Ta이다

그리고, 흡기와 구동축(15)의 토오크와의 사이의 전달함수를, 흡기와 토오크 콘버터어(12)에 있어서의 터어빈토오크와의 사이의 전달함수로 치환해서 구하는데 있어서 △Tt에 관한 선형비분방전식은, 다음식으로 표시된다.

△Tt=(

Tt/

ωe)×△ωe＋(

Tt/

ωt)×△ωt…………………………

여기서,

(

Tt/

ωe)=a32×It…………………………………………………………

(

Tt/

ωt)=a32×K)×It……………………………………………………

이다.

위식에

,

식을 대입해서, 흡기터어빈토오크와의 사이의 전달함수를 구하면, 전달함수 Gf(s)는, 다음식으로 표시된다.

Gf(s)=(It×b1×a21×a32×(s+K))/ H(s)……………………………………

여기서, K는 부하에 의거한 계수이며,

K=

T1/(

ωt×It…………………………………………………………………

로서 계산된다. 그러나, K의 값은, 대부분 0이므로, 따라서 전달함수 gF(s)는

Gf(s)=(It×b1×a21×a32×s)/ H(s)…………………………………………

가 된다. 여기서, T1은 노면의 부하에 상당하는 토오크를 표시하고 있다.

식의 분자를 s만으로 하도록, 32식의 분자 및 분모를 (lt×b1×a21곱a32)로 나눗셈하면,

Gf(s)=s / h (s)……………………………………………………………………

로 된다. 여기서,

h(s)=H)s) / (It×b1×a21×a32)

=h0+h1×s+h2 ×s₂………………………………………………………

이다.

따라서

식은 제어대상인 자동차의 전달함수를 표시하고 있다.

다음에, PID동작에 있어서의 각게인을 구하기 위한 프로세스를 이하에 설명한다. 제11도에 표시되어 있는 바와같이, 피이드백제어계 및 제어대상인 자동차를 1개의 시스템으로 간주하고, 그리고, 이 시스템에 있어서의 입력과 출력과의 사이의 전달특성과, 목표로하는 규범응답시스템의 전달특성을 대응시킨다. 이 규범응답시스템으로서는, 예를들면 제12도에 도시되어 있는 바와같은 스텝응답파형이 채용된다.

피이드백 제어계의 전달함수는, 다음식으로 표시할 수 있다.

c(s)/s=(c0+c1×s+c2×s²+…) /s…………………………

한편, 규범응답시스템의 전달함수의 분모는, 다음식으로 표시할 수 있다.

r(s)=1+r0+r1+q×s+r2×q²×s²+…………………………

여기서, q는, 응답시간을 정규화하기 위한 요소이다. 1+r0, r2, r3,……는, 응답파형을 결정하기 위한 파라미터이며, 이들의 값은 적당히 선택할 수 있다.

피이드백제어계 및 자동차를 포함한 시스템의 개방루우프전달함수는,

Go(s)=c(s) / h(s)………………………………………

로서 표시되며, 이것은 제13도에 표시되어 있다.

한편, 시스템의 폐쇄루우프전달함수는,

Gc(s)=1/ (h(s)/c(s)+1……………………………………………

로서 표시할 수 있다. 이것은, 제14도에 표시되어 있다.

폐쇄루우프전달함수 Gc(c)를 규범응답시스템의 전달함수 1/r(s)에 동등하다고 하면, 다음식의 등식이 성립된다.

c(s)=h(s)/(r(s)-1)…………………………………………………

식의 우변을 분모다항식으로 전개해서, 그 각항의 계수를 저차의 것으로부터 순서대로, c0, c1, c2로 하면, 이들 c0, c1, c2는, 다음식에 의해 각각 표시된다.

c0=h0/r0………………………………………………………………

c1=(h0/r0)

×((h1/h0)-q×(r1/r0)…………………………………………

c2=(h0/r0)×(h2/h0)

-q(h1/h0)×(r1/r0)

+q²×(r1²/r0²)-(r2/r0)……………………………………………

c3=(h0/r0)×(h3/h0)

-q×(h2/h0)×(r1/r0)

q²×(r1²/r0²)-(r2/r0)

×(h1/h0)+q³×(-(r1³/r0³)

+(2r1×r2) / r0²-(r³/r0))……………………………………………

상기한 PID동작에 관해서, c(s)는 아래식의 2차식으로 표시된다.

c(s)=c0+c1×s+c2×s²………………………………………………

그런고로, c3=0으로서,

식을 푼다.

그리고,

식의 풀이중 정(正)의 최소치를 q로해서, 이 q를

식

식에 대입해서 c0, c1, c2를 구할 수 있다.

이들 c0, c1, c2는, 상기한 바와같이, PID 동작에 있어서의 적분게인, 비례게인, 미분게인을 나타내고 있다.

다음에, 제15도의 플로우챠아트를 참조해서, 제2실시예의 출력제어장치의 작동을 설명한다.

제15도에 있어서, 스텝 S1 내지 S6, 스텝 S8 및 스텝 S9에 관해서는 제7도에 도시되어 있는 제1실시예의 경우와 마찬가지이므로, 이들 스텝에 관한 설명은 생략한다. 제2실시예의 경우, 피이드백제어를 위한 이들 스텝에 관한 설명은 생략한다. 제2실시예의 경우, 피이드백제어를 위한 조작량 △A/N은, 스텝 S10내지 S12에 의해서 구하게 된다. 즉, 스텝 S10에서는, 제7도에 표시된 수학모델의 파라미터 a21, a22, a32, a33을 구하게 되고, 다음의 스텝 S11에서는, 이들 파라미터와 규범응답시스템의 전달함수로부터 피이드백 제어를 위한 적분게인, 비례게인 및 미분게인을 각각 구할 수 있다. 그리고, 스텝 S12에서는, 스텝 S11에서 구하게된 각 게인에 의거해서 조작량 △A/N이 산출되고, 이후, 상기한 스텝 S8, S9가 순차 실시되어서, 드로틀밸브(8)의 개방도가 제어되게 된다.

상기한 제2실시예의 경우에는 자동차의 거동이 변화함에 따라, 즉, 폭발행정에서의 공기량 Ar, 엔진회전수 Ne 및 차속 V가 변화함에 따라, 선형의 수학모델의 각 파라미터의 값도 변화한다. 그리고, 이들 파라미터에 의거해서 적분게인, 비례게인 및 미분게인이 각각 산출될 때, 자동차 및 피이드백제어계를 1개의 시스템으로 생각하고, 이 시스템에 있어서의 흡기에서부터 구동축(15)에 실제로 토오크가 전달될때까지의 특성이 규범응답시스템의 전달특성에 근사하도록, 적분게인, 비례게인 및 미분게인이 산출된다. 따라서, 이들 게인으로부터 조작량 △A/N을 산출하고, 이 조작량 △A/N을 고려해서, 드로틀밸브(8)의 개방도를 제어하므로서, 구동축(15)의 실토오크를 최적으로해서 제어하는 일이 가능하게 된다. 이 제2실시예의 경우에는,자동차의 파우어의 발생 및 전달과정의 특성을 자동차의 거동변화에 관계없이, 항상 선형화해서 포착하고, 그리고, 상기 시스템 전달특성이 규범응답시스템의 전달특성에 근사시키도록 해서, 구동축(15)의 토오크를 제어할 수 있으므로, 흡기에서부터 구동축(15)에 토오크가 전달될때까지의 응답성을 대폭적으로 개선할 수 있어, 구동축(15)의 실토오크를 목표토오크에 대하여 신속하고도 고정밀도로 제어하는 것이 가능해진다. 이 결과, 이 발명의 출력제어장치를 사용하면, 자동차의 자동순행제어시스템이나 견인제어시스템을 1개의 제어시스템으로 통합하는 것도 가능하게 된다.

또, 이 제2실시예의 경우, PID동작에 있어서의 각 게인은, 수학모델의 파라미터로부터 구하게 되므로, 이들 게인을 자동차의 주행실험에 의해 구하지 않아도 된다.

또, 산출섹션(50)에 수학모델이 미리 기억되어 있으면, 이 수학모델을 사용해서, 자동차의 고장진단도 실시할 수 있다.

제1 및 제2실시예에서는, 조정섹션(33)에 있어서, P동작, PI동작, PD동작 및 PID동작의 어느 하나가 실시되는 것으로해서 설명하였으나, 이들 이외에, 상태피이드백 제어를 실시하도록 해도 된다.

이 경우, 조작량 △A/N은, 다음식에 의거하여 산출할 수 있다.

△A/N=K1×Nr+K2×Ne+K3×V

여기서, K1, K2, K3은 게인을 표시하고 있다.

이 경우, 산출섹션(60)에서는, 산출섹션(50)에서 얻어진 수학모델의 파라미터를 사용하고, 또한, 아래식으로 표시되는 토오크의 변동이 최소가 되도록, 게인 K1, K2, K3이 산출되게 된다.

E=

(△Tw²＋Ai²)dt

상기한 실시예에서는, 드로틀밸브(8)을 직류모우터(9)로 구동하도록 하였으나, 이 직류모우터(9)의 대신에 스텝모우터를 사용할 수도 있다. 이 경우, 스텝모우터에는, 목표드로틀개방도에 대응하는 펄스가 공급되게 된다. 또, 드로틀밸브(8)의 구동원으로서는, 전동모우터에 한하지 않고, 액압모우터나 공기압모우터를 사용할 수도 있다.

또, 이 발명의 각 실시예에서는, 엔진이 가솔린엔진이라고해서, 이 엔진의 출력을 흡기량으로 제어하도록 하였으나, 디이젤엔진의 경우에 있어서는, 흡기량 대신에 연료분사량이 제어되게 된다.

Claims

자동차에 탑재된 엔진의 출력을 조정하는 조정수단(8, 9, 25)과, 상기 자동차의 가속페달의 조작량을 검출하는 조작량검출수단(21)과 ,동조작량검출수단(21)에 의하여 검출된 가속페달조작량에 의거하여 상기 자동차의 변속기와 구동륜 사이의 구동축(15)에 주는 목표구동토오크를 설정하는 목표구동토오크설정수단(22)과, 상기 구동축(15)에 실제로 주어지고 있는 구동토오크를 검출하는 실구동토오크검출수단(24)과, 상기 목표구동토오크설정수단(22)에 의하여 설정된 목표구동토오크와 상기 실구동토오크검출수단(24)에 의하여 검출된 실제의 구동토오크와의 편차를 구하는 편차산출수단(23)과, 상기 엔진을 포함하는 상기 자동차의 전체가 정상 운전상태에 있다고 가정하고 상기 목표구동토오크를 상기 구동축(15)에 주기 위하여 필요한 상기 엔진의 정상출력토오크를 설정하는 정상출력토오크설정수단(31)과, 동정상출력토오크설정수단(31)에 의하여 설정된 상기 정상출력토오크를 상기 엔진이 출력하기 위하여 필요한 상기 조정수단(8, 9, 25)의 기준조작량을 설정하는 기준조작량 설정수단(32)과, 동기준조작량설정수단(32)에 의하여 설정된 상기 기준조작량을 상기 편차산출수단(23)에 의하여 구하여진 상기 편차에 의거하여 보정하고, 보정후의 기준조작량을 목표조작량으로서 출력하는 보정수단(33, 34)과, 동보정수단(33, 34)에 의하여 출력된 목표조작량에 의거하여 상기 조정수단(8, 9, 25)을 제어하는 제어수단(40)에 의하여 구성되는 것을 특징으로하는 엔진출력제어장치.
제1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 엔진을 포함하는 상기 자동차의 전체가 정상운전상태에 있는때를 기준으로하여, 상기 엔진으로부터 상기 구동축(15)까지의 파우어 발생과정 및 전달과정을 상기 정상 운전상태로부터의 어긋남으로 하고 복수의 파라미터(a21, a22, a23, a32, a33)를 사용해서 표시하는 선형의 수학모델을 미리 설정하고, 동수학모델의 상기 파라미터(a21, a22, a23, a32, a33)를 상기 자동차의 거동을 나타내는 변수(A/N, V, Ne)로부터 역산하여 구하는 파라미터산출수단(50)과, 동파라미터산출수단(50)에 의하여 구해진 상기 파라미터(a21, a22, a23, a32, a33)에 의거하여 피이드백게인(c0, c1, c2)을 설정하는 게인산출수단(60)과, 상기 편차산출수단(23)에 의하여 구해진 상기 편차를 상기 게인산출수단(60)에 의하여 설정된 상기 피이드백게인(c0, c1, c2)을 사용하여 피이드백조작량으로 변환하는 변환수단(33)과, 상기 기준조작량설정수단(32)에 의하여 설정된 상기 기준조작량과 상기 변환수단에 의하여 변환된 상기 피이드백조작량을 가산하여 상기 목표조작량을 구하는 가산수단(34)에 의하여 구성되는 것을 특징으로하는 엔진출력제어장치.
제2항에 있어서, 상기 게인산출수단은 피이드백제어계를 포함하는 상기 자동차전체를 1개의 시스템으로 해서, 동시스템의 입력과 출력과의 사이의 전달특성이 소정의 규범응답시스템의 전달특성에 근사하도록, 상기 피이드백게인(c0, c1, c2)을 설정하는 것인 것을 특징으로하는 엔진출력제어장치.
제1항에 있어서, 상기 조정수단은 상기 엔진의 흡입공기량을 조정하는 드로틀밸브(8)와, 동드로틀밸브(8)를 개폐구동하는 전동모우터(9)를 가지는 것을 특징으로하는 엔진출력제어장치.
제1항에 있어서, 상기 목표구동토오크설정수단은 상기 자동차의 주행속도를 검출하는 차속센서(18)를 가지고, 동차속센서(18)에 의하여 검출된 주행속도와 상기 조작량검출수단에 의하여 검출된 상기 가속페달의 조작량에 의거하여 상기 목표구동토오크를 설정하는 것인 것을 특징으로하는 엔진출력제어장치.
제1항에 있어서, 상기 기준조작량설정수단은 흡입공기량과 정상출력토오크와의 관계를 표시하는 특성에 의거하여 흡입공기량을 상기 기준조작량으로서 설정하는 것을 특징으로하는 엔진출력제어장치.
제2항에 있어서, 상기 파라미터산출수단은, 자동변속장치를 구비한 자동차를 대상으로해서 상기 수학모델을 설정하는 것이며, 상기 자동차의 거동을 표시하는 변수로서, 차속(V), 엔진회전수(Ne), 및 상기 엔진의 폭발행정에 공급되는 공기량(A/Nr)에 의거하여 상기 파라미터(a21, a22, a23, a32, a33)을 역산하여 구하는 것을 특징으로하는 엔진출력 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 변환수단은, 상기 편차산출수단에 의하여 구해진 상기 편차 PID동작에 의해 상기 피이드백조작량으로 변환하는 것을 특징으로하는 엔진출력 제어장치.