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KR100506433B1 - 차량구동유니트의제어방법및장치 - Google Patents

차량구동유니트의제어방법및장치 Download PDF

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KR100506433B1
KR100506433B1 KR1019960026046A KR19960026046A KR100506433B1 KR 100506433 B1 KR100506433 B1 KR 100506433B1 KR 1019960026046 A KR1019960026046 A KR 1019960026046A KR 19960026046 A KR19960026046 A KR 19960026046A KR 100506433 B1 KR100506433 B1 KR 100506433B1
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rotational speed
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vehicle
drive unit
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헤스 베르너
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량의 구동열 내의 진동을 회피하기 위한 최적의 제어기를 제공한다. 차량 구동 유니트의 제어 방법 및 장치에 있어서, 차량의 구동열 내의 진동이 제어기에 의해 저감 또는 해소된다. 이 제어기는 구동 유니트의 토오크를 실제 회전 속도와 모델 회전 속도간의 차에 기초해서 진동을 저감시키는 방향으로 조절하며, 여기서 모델 회전 속도는 구동열 내의 토오크 상태에 기초해서 결정된다.

Description

차량 구동 유니트의 제어 방법 및 장치
본 발명은 자동차 구동 유니트의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
유럽 특허 제447393B1호(미합중국 특허 제5209203호)로부터 내연 기관의 토오크 제어 방법 및 장치가 이미 공지되어 있으며, 이 경우 차량 구동열 내의 진동을 감쇠시키기 위해 내연 기관의 점화각이 변화된다. 차량의 차륜 회전 속도와 내연 기관의 엔진 회전 속도간의 차에 기초하여, 이 차를 감소시키는 방향으로 내연 기관의 점화각을 변화시키는 것이 제안되고 있다. 발생하는 진동에 관해서 지배적인 엔진 토오크 변수가 충분하게는 고려되어 있지 않기 때문에, 이와 같은 제어 장치는 작동점에 대한 현저한 의존성을 나타내고 있다.
독일 특허 공개 제4239711호에서, 측정된 엔진 회전 속도 및 내연 기관으로 공급되는 공기량에 기초해서 내연 기관에 의해 발생되는 연소 토오크를 계산하는 것이 이미 공지되어 있다. 또한, 이 경우 내연 기관의 제어를 위해 소정의 엔진 토오크 변화의 함수로서 점화각을 변화시키는 것이 기재되어 있다.
차량의 구동열 내의 진동을 회피하는 데에 최적인 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 과제이다.
차량 구동 유니트의 제어 방법 및 장치에 있어서, 구동 유니트에 의해 부여되는 토오크는 차량의 구동열 내의 진동을 저감시키는 방향으로 조절된다.
토오크의 조절은 구동 유니트의 실제 회전 속도와 차량의 구동열 내의 토오크 상태에 기초해서 결정되는 모델 회전 속도와의 비교에 기초해서 행해진다.
이하에 본 발명을 도면에 도시한 실시 태양에 의해 상세하게 설명한다.
도1은 내연 기관의 제어 장치의 전체 블록 회로도를 도시한다. 이 경우, 다실린더 내연 기관이 참조 부호(10)로 표시되며, 다실린더 내연 기관(10)은 흡기 계통(12) 및 출력축(14)을 구비하고 있다. 흡기 계통(12) 내에 특히, 내연 기관으로의 공기 공급량(공기 공급 질량, 공기 공급 용량, 흡기관 압력)을 측정하기 위한 측정 장치(16)가 설치되며, 이 측정 장치(16)로부터 내연 기관을 제어하기 위한 전자식 제어 유니트(20)로 라인(18)이 나오고 있다. 출력축(14)의 범위 내에 내연 기관(10)의 회전 속도를 측정하기 위한 측정 장치(22)가 도시되어 있으며, 이 측정 장치(22)로부터 제어 유니트(20)로 라인(24)이 통하고 있다. 제어 유니트(20)는 내연 기관 및/또는 차량의 기타 다른 운전 변수를 측정하기 위한 측정 장치(30 내지 32)로부터의 기타 다른 입력 라인(26 내지 28)을 갖고 있다. 이와 같은 운전 변수는 예를 들면 엔진 온도, 차량 속도, 가속 페달 조작도(운전자 희망), 변속기단, 다른 제어 유니트(변속기 제어, 구동 윤활 제어)로부터의 제어 신호 등이 있다. 적어도 하나의 출력 라인(34)을 통해 제어 유니트(20)는 내연 기관(10)의 점화각을 제어한다. 또한, 제어 유니트(20)는 연료 공급량을 조절하기 위한 기타 다른 출력 라인(36) 및 경우에 따라 내연 기관으로의 공기 공급량을 조절하기 위한 출력 라인(38)을 갖고 있다.
제어 유니트(20)는 당업자에게는 이미 공지되어 여기서는 상세하게 나타내지 않은 점화각, 연료 분사 및/또는 내연 기관으로의 공기 공급량을 제어하기 위한 기능을 실행한다. 또한, 제어 유니트(20)는 구동열 내의 진동을 회피하기 위해 이하에 기재된 제어기를 포함하고 있다.
출력축(14)의 탄성에 의해, 특히 내연 기관이 일정 토오크 운전으로부터 가속 운전으로 이행할 때에 진동이 발생하며, 이 진동은 차량으로 전달되어 승차감 및 자동차의 주행 성능에 현저한 영향을 줄 수가 있다.
차량의 구동열(엔진, 출력축, 적재 하중)을 질량-스프링계(2질점 진동계)로 가정한 경우, 진동은 입력측 토오크(엔진 토오크) 및 출력측 토오크의 함수로서 표현된다. 출력측 토오크는 입력측 회전 속도 및 출력측 회전 속도 간의 (적절하게 비중을 둔) 차 및 구동열의 입력각과 출력각 사이의(적절하게 비중을 둔) 차의 합으로 근사적으로 표현된다.
이러한 지식에 기초해서, 엔진에 의해 부여되는 토오크를 가속 토오크(= 엔진 토오크 - 부하 토오크)로부터 도출된 모델 회전 속도와 실제 회전 속도와의 차의 함수로서 조절하는 제어기가 적절하다는 것을 알 수 있다. 이 경우, 가속 토오크는 모델에 의해 계산된 토오크(연소 토오크)와 시뮬레이팅된 부하 토오크와의 차로부터 계산된다.
그에 대응해서, 본 발명에 의한 제어기는 도2에 기재된 구조를 나타내고 있다.
특성 곡선군(100)에 라인[24(엔진 회전 속도) 및 18(엔진의 부하)]가 공급된다. 출력 라인(102)은 엔진의 연소 토오크(Mind)를 나타내는 값을 제어기(99)로, 특히 결합단(104)으로 공급하고 있다. 이 경우, 엔진 토오크(Mind)는 기본 점화각(노킹 제어 등과 같은 수정을 갖는 회전 속도/부하 특성 곡선의 점화각)의 조절 시에 존재하는 것과 같은 연소 토오크에 대응한다. 결합단(104)의 출력 라인(106)은 가속 토오크(Mbes)를 나타내는 값을 적분기(108)로 공급한다. 적분기(108)의 출력 라인(110)은 모델 회전 속도(Nmod)를 나타내는 값을 제2 결합단(112)에 공급한다. 또한, 이 결합단(112)에는 라인(24)을 통해 실제 회전 속도(Nist)가 공급된다. 모델 회전 속도(Nmod)와 실제 회전 속도(Nist)간의 차(Ndiff)를 나타내는 값을 전송하는 결합단(비교단)(112)의 출력 라인(114)은 제3 결합단(116), 필터(118) 및 비례 제어기(120)로 통하고 있다. 비례 제어기(120)의 출력 라인(122)은 결합단(104)으로 통하고 있다. 필터(118)의 출력 라인(124)은 결합단(116)으로 통하고 있다. 결합단(116)으로부터 비례 제어기(128)로 출력 라인(126)이 나오고, 비례 제어기(128)의 출력 라인(130)은 요소(132)로 통하고 있다. 요소(132)의 출력 라인(134)은 점화각 수정치(△ZW)를 출력하며, 점화각 수정치(△ZW)는 수정단(136)으로 공급된다. 수정단(136)에는 또한 라인(138)을 통해서 점화각 결정 요소(140)로부터 기본 점화각(ZWbase)이 공급된다. 점화각 결정 요소(140)에는 적어도 라인(18, 24)이 공급된다. 수정단(136)의 출력 라인은 점화각을 조절하기 위한 라인(34)을 형성하고 있다.
특성 곡선군(100)에서, 공급되는 운전 변수 즉 회전 속도 및 엔진 부하(공기 공급 질량, 공기 공급 용량, 흡기 압력)로부터 기본 점화각에서 엔진에 의해 발생되는 연소 토오크(Mind)가 형성된다. 비교단(104)에서, 이 연소 토오크가 비례 제어기(120)에 의해 시뮬레이팅된 구동 유니트의 출력측의 부하 토오크와 비교되며, 이것으로부터 가속 토오크(Mbes)가 형성된다. 이 가속 토오크는 적분기(108)로 공급된다. 이 적분기는 가속 토오크와 실제로 투입된 기어단에 대한 출력 회전 속도간의 관계를 나타내고 있다. 따라서, 적분 결과는 모델 회전 속도(Nmod)를 나타내며, 이 모델 회전 속도는 비교단(112)에서, 측정된 엔진의 실제 회전 속도(Nist)와 비교된다. 이 비교로부터 형성된 회전 속도차(Ndiff)는 비례 제어기(120)를 통해서 비교단(104)으로 피드백된다. 비례 제어기(120)는 2질점계 진동 모델로부터 도출되는, 엔진 회전 속도와 출력 회전 속도의 차와 부하 토오크간의 관계를 시뮬레이팅한다. 이 경우, 비례 정수는 대응하는 차원을 갖고 있다. 비례 제어기(120)의 출력치는 구동열의 출력측에 존재하는 부하 토오크를 나타내며, 이 부하 토오크는 비교단(104)에서 엔진에 의해 발생되는 회전 토오크로부터 감산되어 가속 토오크를 형성한다.
차량이 일정 토오크 운전에 있고 운전자가 가속 페달을 조작함으로써 급격하게 가속 운전을 도입했을 때, 부하 토오크가 작은 경우에는 큰 연소 토오크(Mind)가 발생되며, 이것에 의해 큰 가속 토오크(Mbes)가 발생한다. 이 가속 토오크는 적분기(108)의 지연 작용에 의해 모델 회전 속도(Nmod)로 변환된다. 모델 회전 속도(Nmod)와 실제 회전 속도(Nist)간의 차(Ndiff)로부터, 변동하는 부하 토오크가 비례 제어기(120)에 의해 시뮬레이팅되며, 이행 과정이 종료된 후에는 시뮬레이팅된 부하 토오크는 연소 토오크에 대응하며, 따라서 가속 토오크는 0으로 되는 동시에 모델 회전 속도는 실제 회전 속도와 거의 동등해진다. 이 경우에, 차량 출력축의 비틀림의 변화를 특징으로 하는 이행 상태가 종료된다.
순수한 진동 성분을 분리하기 위해, 비교단(112)에서 형성된 회전 속도차(Ndiff)로부터 고역 필터(118)에 의해 필터링되어 회전 속도차 신호 내의 등가치 성분(Noff)이 구해진다. 고역 필터에 의해 형성된 등가치 성분(Noff)은 비교단(116)에서 신호로부터 감산되며, 이 결과 라인(126)을 통해 회전 속도차의 변동 즉 순수한 진동만이 비례 제어기(128)로 공급된다. 필터(118) 및 비교단(116)에 의한 필터링은 또한 고역 필터에 대응한다. 이 고역 필터는 특히 비례 성분을 나타내며, 비례 성분은 회전 진동을 저감하기 위해 필요한 토오크 변동(△MAR)을 회전 속도차로부터 형성한다. 이 경우에도 또한 비례 제어기의 비례 정수는 계산에 의해 회전 속도를 토오크 값으로 변환하기 위해 필요한 차원을 갖고 있다. 토오크 수정(△MAR)은 바람직한 실시 태양에 있어서는, 특히 특정의 표를 나타내는 요소(132)에서 조절해야 할 점화각에 대한 수정치(△ZW)로 변환되는 동시에, 수정단(136)에서 수정치(△ZW)에 의해 예를 들면 가산, 감산 또는 곱셈에 의해 기본 점화각에 대해 수정이 행해진다. 수정 점화각(ZW)은 최후에 출력 라인(34)을 통해 조절되며, 여기서 모델 회전 속도와 실제 회전 속도와의 회전 속도차는 명백하게 저감된다.
구동열에 진동이 발생한 때의 제어기(99)의 작용이 도3a 및 도3b와 도4a 및 도4b에 도시되어 있다. 이 경우, 도3a 및 도3b는 제어기가 없는 차량의 움직임을 나타내며, 도4a 및 도4b에는 제어기를 갖는 동일 차량의 움직임이 도시되어 있다.
도3a은 운전자에 의해 부여되는 토오크(M)의 시간 곡선을 도시하고 있으며, 한편 도3b에는 엔진 회전 속도(n)의 시간 곡선이 도시되어 있다. 시점(t0)까지는 차량은 일정 토오크 운전이라고 가정한다. 시점(t0)에서 운전자는 가속 페달을 밟음으로써 토오크를 상승시키고, 시점(t1)까지 토오크는 상승한다. 이 사이에 회전 속도는 상승하며, 여기서 특히 시점(t0)의 직후에 있어서 회전 속도의 현저한 진동이 인지된다. 시점(t1)에서 운전자는 가속 페달을 놓음으로써 다시 일정 토오크 운전으로 복귀하려고 한다. 이것에 의해 엔진 회전 속도는 서서히 저하하고, 이 경우도 또한 마찬가지로 진동이 인지된다.
한편 동일 형태의 도면으로 도시한 도4a 및 도4b에 있어서는, 시점(t0)의 직후에 있어서 회전 속도의 진동은 현저히 저감되고 있다. 시점(t1)의 직후의 움직임에 대해서도 마찬가지로 진동이 현저하게 저감되고 있다. 따라서, 본 발명에 의한 제어기를 사용함으로써 구동열의 진동이 현저하게 저감되고, 경우에 따라서는 완전히 해소되며, 따라서 차량의 승차감 및 주행 성능이 현저하게 개선된다.
바람직한 실시 태양에 있어서는, 제어기는 프로그램의 범위 내에서의 계산에 의해 작동된다. 이 경우, 상기와 같이 작동하는 이 프로그램은 입력축의 위치에 동기해서(각도 동기) 가동된다. 이 결과 실제의 토오크 수정치가 구해지며, 이것에 의해 진동은 정확하게 보상된다. 모델 회전 속도를 형성하기 위해 간단하게 그리고 신속하게 계산하는 모델[차량 적분기(108), 부하 토오크의 시뮬레이터(120)]이 사용되기 때문에 진동의 보상이 가능해진다.
내연 기관에 의해 발생되는 연소 토오크에 기초한 제어 계산 외에, 기타 다른 유리한 실시 태양에 있어서는, 내연 기관의 범위 내에서 발생하는 기타 토오크, 즉 크랭크축에 존재하는 토오크가 사용된다.
점화각을 조절하는 것 외에, 유리한 실시 태양에 있어서는, 점화각 수정에 부가해서 또는 그 대신으로서, 토오크 수정치에 기초해서 힘의 공급량 및/또는 공기 공급량이 조절되며, 이것에 의해 진동이 저감된다.
또한, 본 발명에 의한 제어기는 내연 기관에서의 사용에 제한되지 않으며, 유리한 실시 태양에 있어서는, 구동 상태가 변동해서 마찬가지로 구동열 진동이 발생하는, 예를 들어 전동기와 같은 동일 형태의 토오크 값이 이용되는 경우에 있어서도 사용 가능하다.
본 발명에 의한 제어기는 내연 기관의 구동열 내의 진동을 회피한다. 이 제어기는 작동점에 무관계하며, 따라서 보다 안정된 제어 및 제어기의 보다 간단한 설계가 가능하다는 것이 특히 유리하다.
진동이 엔진 회전 속도와, 구동 유니트의 토오크로부터 얻어지는 모델 회전 속도와의 비교에 의해 억제되는 것이 특히 유리하다. 이것에 의해 조절되는 토오크, 따라서 운전자의 희망 그것 자체가 함께 고려된다.
모델 회전 속도를 결정하기 위한 간단한 모델이 사용된다는 것이 특히 유리하다.
일정 토오크 운전에서 가속 운전으로 이행할 때의 소위 하중 충격이 발생하였을 때, 이 제어기는 특히 유리한 특성을 나타낸다.
제어기의 간단한 구조에 의해, 컴퓨터에 있어서 낮은 계산 부하로 계산을 실행하는 것이 가능하다. 이 경우, 실행되는 계산 프로그램은 각도에 동기해서 가동된다.
도1은 내연 기관의 제어 장치의 전체 블록 회로도.
도2는 본 발명에 의한 제어기의 블록선도.
도3a 및 도3b는 본 발명에 의한 제어기가 없는 경우의 토오크-시간 곡선 및 회전 속도-시간 곡선.
도4a 및 도4b는 본 발명에 의한 제어기가 있는 경우의 토오크-시간 곡선 및 회전 속도-시간 곡선.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 다실린더 내연 기관 12: 흡기 계통
14: 출력축 16: 측정 장치(공기 공급량)
18,24,26..28,36,38,102,106,110,114,122,126,130,134: 라인
20: 전자식 제어 유니트 22: 측정 장치(엔진 회전 속도)
30‥32: 측정 장치(엔진 및/또는 차량의 운전 변수)
99: 제어기 100: 특성 곡선군
104, 112, 116: 결합단 108: 적분기
118: 고역 필터 120, 128: 비례 제어기
132: 요소 136: 수정단
140: 점화각 결정 요소 Mbes: 가속 토오크
Mind: 엔진의 연소 토오크 Ndiff: 회전 속도차
Nist: 실제 회전 속도 Nmod: 모델 회전 속도
Noff: 회전 속도차 신호의 등가치 성분
ZWbase: 기본 점화각 ZW: 수정 점화각
△MAR: 토오크 변동(토오크 수정)
△ZW: 점화각 수정치

Claims (10)

  1. 구동 유니트에 의해 부여되는 토오크가 차량의 구동열 내의 진동을 저감시키는 방향으로 조절되는 차량 구동 유니트의 제어 방법에 있어서,
    토오크의 조절이 상기 구동 유니트의 실제 회전 속도와 상기 구동열 내의 토오크 상태를 이용해서 얻어지는 모델 회전 속도와의 비교로부터 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모델 회전 속도는 가속 토오크(Mbes)의 적분에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가속 토오크(Mbes)는 상기 구동 유니트에 의해 발생되는 토오크(Mind) 및 상기 구동열의 출력단에서 시뮬레이팅된 부하 토오크의 함수로서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동열의 출력단에서의 부하 토오크는 상기 실제 회전 속도와 상기 모델 회전 속도간의 차의 함수로서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실제 회전 속도와 상기 모델 회전 속도간의 회전 속도차는 비례 요소에 의해 토오크 수정치(△MAR)로 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 토오크 수정치는 계산에 의해 점화각에 대한 수정치로 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실제 회전 속도와 상기 모델 회전 속도간의 회전 속도차의 등가치 성분은 고역 필터 특성을 갖는 필터에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토오크의 조절은 제어기에 의해 행해지고, 그 제어기는 엔진으로부터 얻어진 토오크와 부하 토오크의 비교로부터 상기 구동열 내의 출력측에서 분리된 회전 속도 진동을 토오크 수정으로 변환하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기는 컴퓨터 프로그램으로 작동되고, 그 컴퓨터 프로그램은 입력축의 각도에 동기해서 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 구동 유니트에 의해 부여되는 토오크를 차량의 구동열 내의 진동을 저감시키는 방향으로 조절하는 제어 유니트를 갖는 차량 구동 유니트의 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 유니트는 실제 회전 속도와 상기 구동열 내의 토오크 상태에 기초해서 얻어진 모델 회전 속도를 이용해서 토오크를 조절하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1019960026046A 1995-06-30 1996-06-29 차량구동유니트의제어방법및장치 KR100506433B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19523898.2 1995-06-30
DE19523898A DE19523898B4 (de) 1995-06-30 1995-06-30 Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Antriebsiebseinheit eines Kraftfahrzeugs

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