KR100543835B1 - 차량의작동변수를조절하기위한장치및방법 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 변경 파라미터를 레귤레이터에 제공하여 차량의 작동 변수를 조절하는 방법 및 장치가 제안된다. 레귤레이터에 의해 조절되는 조절 부재의 작동 범위 및/또는 목표값의 변경에 따라서 레귤레이터에서 적어도 하나의 파라미터가 변경된다.

Description

차량의 작동 변수를 조절하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING AN OPERATING VARIABLE OF A MOTOR VEHICLE}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 차량의 작동 변수를 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 최근에 차량, 특히 작동 유닛의 제어에 있어서, 조절될 작동 변수의 사전 설정된 목표값과 실제값 사이의 편차에 따라 작동 변수가 목표값에 근사하도록 작동되는 복수의 레귤레이터가 사용된다. 상기 유형의 레귤레이터에 대한 예는 공회전수의 조절, 드로틀 밸브의 위치 조절, 주행 속도의 조절 또는 제한 등을 위한 레귤레이터가 해당된다. 이런 레귤레이터는 레귤레이터 상수, 즉 비례 상수, 적분 상수 및/또는 미분 상수를 포함하고, 그 크기는 조절 과정의 다이내믹과 소정의 안정성의 관점에서 사전 결정된다. 상기 작동 변수의 단일 셋트는 레귤레이터의 전체 작동 범위에 걸쳐 모든 적용에 있어서 만족스런 조절을 충족시키지는 못한다. 이는 특히 큰 비선형성을 갖는 조절 부재의 사용의 경우에 해당한다.

큰 비선형성을 갖는 조절 부재에 대한 예는 독일 특허 제36 31 283호(미국특허 제4,947,815호)에 개시되어 있다. 여기에 개시된 드로틀 밸브 조절 장치는 스프링을 통해 소정의 비상 공기 위치를 제공한다. 상기 위치를 초과하면, 서보 모터의 구동 모멘트의 부호는 역전한다. 조절 부재의 이러한 비선형성은 레귤레이터의 파라미터 세트를 결정할 때에 절충하는 일을 어렵게 한다. 따라서, 상기 조절 특성은 모든 작동 상황에서 만족스런 것은 아니다.

독일 특허 제42 23 253호에는 서로 상이한 다이내믹을 공회전 조절, 구동 슬립 조절 등과 같은 서로 다른 작동 모드에서 도달되도록 서로 상이한 파라미터 세트로 작동되는 PID-위치 레귤레이터가 개시되어 있다. 개별 작동 단계 내에서, 고정 파라미터 세트에 의해 작동됨으로써 강한 비선형성 조절 부재의 조절 시, 상기 문제가 발생한다.

독일 특허 제30 39 435호에는 목표값과 실제값 사이의 편차에 따라 레귤레이터 파라미터가 사전 설정되는 공회전수 조절에 대한 예가 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 차량의 작동 변수를 위한 조절 회로의 조절 특성을 개선하는 데 있다.

본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징부에 의해 해결된다.

최적으로 적응된 서로 다른 레귤레이터 파라미터들의 파라미터 세트가 조절 부재의 작동 범위에 따라 사전 설정됨으로써 조절 회로의 조절 특성이 개선된다. 이로써, 조절 부재에 존재하는 비선형성은 레귤레이터 파라미터의 상응하는 선택을 통해 양호한 방법으로 고려되며, 이를 통해 모든 작동 범위에서 조절 특성의 최적화가 발생될 수 있다.

또한, 레귤레이터 파라미터의 변경이 조절 회로의 목표값 변경에 따라 수행되는 것은 특히 유리하다. 이를 통해, 조절 회로의 다이내믹은 최적화될 수 있으며, 이와 같은 적용 시, 특히 목표값/실제값 편차의 파라미터의 함수 관계의 비교에 대한 비용은 상당히 감소된다. 이는 파라미터 절환이 단지 목표값에서의 특정한 상승에만 관계있기 때문이다. 그러므로, 파라미터는 각각의 상황에 최적으로 적응될 수 있다. 더욱이, 파라미터는 목표값 상승 중에는 일정하게 유지된다. 조절 회로의 안정성은 이로써 상당히 개선된다.

또 다른 장점은 이하 실시예의 상세한 설명 내지 독립 청구항에 나타나 있다.

본 발명은 PID-레귤레이터의 사용 하에 내연 기관의 드로틀 밸브가 설정되는 디지털식 위치 레귤레이터를 참조하여 설명된다. 그러나 기재된 방법은 다른 레귤레이터 형태(예를 들어, PI-레귤레이터, PD-레귤레이터, I-레귤레이터 등)와 관련된 다른 실시예에서 다른 조절 회로, 예를 들어 회전수 조절 회로, 부하 조절 회로, 회전 모멘트 조절 회로, 주행 속도 조절 회로 등, 그리고/또는 다른 조절 부재에 사용된다.

도1은 내연 기관의 드로틀 밸브 위치 조절의 예로서 차량의 작동 변수를 조절하기 위한 조절 회로의 개략적인 블록 회로도를 도시하고 있다. 제어 유닛(10)은, 출력 라인(12)을 통해 서두에 언급한 종래 기술에 개시된 바와 같이 조절 영역에 걸쳐 큰 비선형성을 제공하는 드로틀 밸브용 조절 부재(14)를 제어한다. 이하 설명된 요소가 프로그램으로서 구현되는 바람직하게는 마이크로 컴퓨터를 포함하는 제어 유닛(10)에는 레귤레이터(16)가 제공된다. 이는 바람직한 실시예에서 PID-특성을 갖는다. 다른 실시예에서는 레귤레이터(16)의 하나 또는 두 개의 부품이 생략될 수 있다. 또한, 목표값 형성을 위하여 고려된 작동 변수가 측정 장치(26 내지 30)로부터 입력 라인(20 내지 24)을 통해 공급되는 목표값 형성부(18)가 제공된다. 이 작동 변수는 예를 들어 주행 페달 위치, 엔진 온도, 엔진 회전수 등이 해당된다. 더욱이, 조절의 실제값을 검출하기 위한, 바람직한 실시예에서는 조절 부재(14) 또는 드로틀 밸브의 위치를 검출하기 위한 측정 장치(32)가 제공되며, 그 측정값(IST)은 제어 유닛(10)의 입력 라인(34)을 통해 안내된다. 목표값 형성부(18)의 출력 변수(SOLL)는 출력 라인(36)을 통해 비교부(38)와 미분 형성부(40)에 안내된다. 미분 형성부(40)에서는 입력 라인(42)을 통해 블록(44)으로 안내되는 목표값 변경(ΔSOLL)이 결정된다. 상기 블록(44)은 실시예에 따라 임계값 단계일 수 있고 또는 특성 곡선일 수 있다. 그 출력 변수는 출력라인(46)을 통해 레귤레이터(16)의 레귤레이터 파라미터에 영향을 준다. 조절 회로의 실제값은 한편으로는 비교부(38)에, 다른 한편으로는 임계값 단계(48)에 입력된다. 출력 라인(50)은 레귤레이터 파라미터가 임계값 단계(48)의 출력에 따라 결정되는 레귤레이터(16)로 안내된다. 비교부(38)는 목표값 및 실제값에 따라 조절 편차(Δ)를 형성하며 조절 편차는 라인(52)을 통해 레귤레이터(16)로 입력된다.

목표값 형성부(18)는 입력 변수에 따라 특성 곡선, 특성 영역, 도표 및/또는 계산을 기초로 하여 작동 변수에 대한 목표값(SOLL)을 형성한다. 이는 비교부에서 측정된 실제값(IST)과 비교되고 이런 방식으로 조절 편차(Δ)가 형성된다. 레귤레이터(16)는 이러한 조절 편차 및 사전 설정된 파라미터를 기초로 하여 조절 부재의 작동을 위하여 출력 라인(12)을 통해 출력되는 제어 변수를 형성한다. 비선형성 조절 부재, 특히 서두에 언급한 실질적으로는 2개의 작동 범위를 갖는 종래 기술에 공지된 조절 부재를 사용할 경우, 레귤레이터(16)에 대한 단일 파라미터 세트에 의한 조절은 만족스럽지 못하다. 따라서, 조절 부재의 각 작동 범위에 따라, 상기 작동 범위에 대해 서로 다른 최적으로 적응된 파라미터 세트가 사용된다.

서두에 언급한 종래 기술에서와 같은 조절 부재가 사용되면, 2개의 작동 범위는 구별되어야 한다. 즉, 비상 공기 지점 이상 및 이하의 작동 범위가 구별될 수 있다. 비상 공기 위치보다 높거나 또는 낮은 조절 부재의 위치에 따라, 각 작동 범위가 선택된다. 각 범위에 대해, 파라미터 세트, 즉 파라미터(P, I 및/또는 D)에 대한 사전 설정값이 제공되고, 상기 세트는 해당 작동 범위로 변경되면 레귤레이터(16)에 의해 로딩된다. 이러한 방식으로, 레귤레이터는 조절 부재의 상이한 작동 범위에 최적으로 적응되어, 조절 부재의 비선형성이 조절 특성에 어떠한 악영향도 미치지 않는다. 도1에서 기호로 도시된 절환을 위한 임계값 단계(48)는 바람직한 실시예에서 히스테리시스를 갖는다.

이를 보충하거나 또는 선택적인 해결책으로서, 상기 변경의 크기에 따라 목표값 변경 시에 레귤레이터의 파라미터 세트를 사전 설정하고 다음의 목표값 변경까지 일정 유지한다. 이는 바람직하게는 조절 부재의 작동 범위 내에서 사용된다. 이를 위해, 목표값(SOLL)은 이전 목표값과 비교된다. 차이(ΔSOLL)가 검출되면, 목표값 변경에 할당되는 파라미터 세트가 읽혀져서 레귤레이터(16)에 의해 로딩된다. 목표값 변경의 결정은 목표값의 미분으로도 구현될 수 있다. 목표값 변경에 따른 파라미터의 결정은 일 실시예에서 특성 곡선으로서 파라미터의 할당에 사용된다. 이러한 실시예에서, 각 파라미터 또는 선택된 파라미터를 위해 목표값 변경에 따른 이러한 파라미터의 값을 나타내는 특성 곡선이 제공된다. 마찬가지로 도2, 도3a 및 도3b에 도시된 다른 바람직한 실시예에서 목표값 변경의 일정 범위에 대해 고정 파라미터 세트가 제공된다. 이런 경우, 임계값과 비교하여 목표값 변경의 각 범위가 결정되고 이 범위에 제공된 파라미터 세트는 레귤레이터(16)에 의해 로딩된다.

일정한 목표값의 경우와 외부 장애를 통해 발생하고 사전 설정된 임계값을 초과하는 조절 편차의 경우, 상기 작동 범위에 대해 주어지는 기준 파라미터 세트에 대해 레귤레이터의 실제 파라미터 세트를 재설정하는 바람직한 보완이 이루어진다. 이로써, 외부 장애를 통해 발생하는 조절 편차의 안정적인 조절이 보장된다.

바람직한 실시예에서, 절환을 통해 야기될 수 있는 레귤레이터 출력값의 비연속 진행은 예를 들어 절환 시 출력값이 필터 기능을 통해 이전 값에서 새로운 값으로 안내되기 때문에 순조롭게 진행된다.

도2는 레귤레이터 파라미터가 작동 범위뿐만 아니라 목표값 변경에 따라 변경되는 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 상술한 방법은 바람직한 실시예에서 연산 유닛(10)의 마이크로 컴퓨터의 프로그램으로서 구현된다. 그러한 프로그램은 도2에서 흐름도로 도시된다.

시작 이후 소정의 시간 간격에서, 제1 단계(100)에서는 목표값(SOLL)과 실제값(IST)이 읽혀진다. 그 다음 단계(102)에서, 실제 목표값(SOLLk)과 이전의 목표값 SOLL(k-i)으로부터 목표값 변경(ΔSOLL)이 계산된다. 또한, 조절 편차(Δ)는 목표값과 실제값 사이의 차이 형성을 통해 형성된다. 다음의 문의 단계(104)에서, 실제값은 비상 공기 지점(NLP)의 위치값과 비교된다. 위치 요소가 작동 범위에서 비상 공기 지점의 상부에 있으면, 즉 실제값이 비상 공기 지점에서의 위치값보다 더 크면, 단계(106)에 따라 상기 작동 범위에 대해 기준 파라미터 세트가 로딩된다. 이 때, 파라미터 P는 a값을, I는 b값을 그리고 D는 c값을 갖는다. 이에 대응하는 도면은 도3a에 도시되어 있고, 여기에는 파라미터(P, I, D)가 목표값 변경(ΔSOLL)에 걸쳐 도시된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 작동 범위에서는 목표값 변경의 종속성이 존재하지 말아야 한다. 이는 파라미터가 목표값 변경의 전체 범위에 걸쳐 사전 설정된 동일값을 갖는 것을 의미한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 작동 범위에서도 다른 작동 범위를 근거로 도시된, 목표값 변경의 종속성이 사전 설정된다.

단계(106) 이후, 단계(108)에서는 조절 편차(Δ)에 따라 그리고 조절 편차를 줄이기 위해 레귤레이터를 통해 각각 읽혀진 파라미터(P, I 및/또는 D)에 따라 조절 신호값(S)이 계산되어 출력된다. 그리고 나서, 프로그램은 종료되고, 그 다음 시점에서 단계(100)가 반복된다.

경우에 따라서는 히스테리시스를 고려하여 도시된 문의를 실행하는 단계(104)에서, 실제값이 비상 공기 지점값보다 크지 않은, 즉 조절 부재가 비상 공기 지점 이하에 있다는 결과가 형성되면, 문의 단계(110)로 계속된다. 여기서는 목표값 변경이 있는지의 여부가 검사된다. 변경이 없는 경우, 단계(112)에서는 조절 편차(Δ)의 편차값이 사전 결정된 임계값(Δ0)을 초과했는지의 여부가 검사된다. 초과하지 않았을 경우, 현재 상태는 변경되지 않으며 조절 변수는 단계(108)에 따라 실제 파라미터를 기초로 하여 계산된다. 그러나, 단계(112)에서 조절 편차가 임계값(Δ0)을 초과하는 것이 나타나면, 단계(114)에 따라 상기 작동 범위에 대해 제공되는 기준 파라미터값(d, e, f)이 읽혀지고, 단계(108)에 따라 기준값을 기초로 하여 계산된다.

단계(110)에서 목표값 변경이 확인되면, 그 다음의 문의 단계(116)에서 목표값 변경은 제1 임계값(A)과 비교된다. 목표값 변경이 값(A)을 초과하면, 단계(114)에 따라 기준 파라미터가 세팅된다. 목표값 변경이 값(A)에 미달되면, 단계(118)에서 목표값 변경이 값(B)을 초과하는지의 여부가 검사된다. 초과된 경우, 단계(120)에 따라서 제1 파라미터 세트가 로딩되고, 초과되지 않은 경우, 단계(122)에 따라서 제2 파라미터 세트가 로딩된다.

도3b에는 목표값 변경(ΔSOLL)에 따라서 상이한 파라미터가 비례 부분을 근거로 하여 도시되어 있다. 이 때, 목표값 변경(ΔSOLL)은 임계값(A, B)으로 가로축에 도시되고, 각 파라미터의 크기는 해당 목표값 변경 범위로 세로축에 도시되어 있다. 이 때, 목표값 변경이 작을수록 파라미터는 더 크다. 이로 인해, 다이내믹은 특히 적은 목표값 변경에서 현저하게 개선된다.

파라미터 세트의 변경은 레귤레이터의 모든 레귤레이터 파라미터에 해당될 수 있다. 다른 실시예에서, 선택된 레귤레이터 파라미터, 예를 들어 P-부분만 또는 I-부분만이 상응하게 변경된다.

본 발명에 따르면, 서로 다른 최적으로 적응된 레귤레이터 파라미터의 파라미터 세트가 조절 부재의 작동 범위에 따라 제공될 때, 조절 영역의 조절 특성이 개선됨으로써 모든 작동 범위에서 조절 특성의 최적화가 발생되는 효과를 가질 수 있다.

도1은 조절 회로의 개략적인 블록 회로도.

도2는 바람직한 실시예를 도시한 흐름도.

도3a 및 도3b는 조절 부재의 작동 범위 및/또는 조절 회로의 목표값 변경의 레귤레이터 파라미터에 따른 예를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제어 유닛

14 : 조절 부재

16 : 레귤레이터

18 : 목표값 형성부

26 내지 32 : 측정 장치

38 : 비교부

Claims (10)

1. 작동 변수를 위한 목표값 및 실제값에 따라 조절 부재를 조절하는 레귤레이터가 제공되고, 레귤레이터에는 적어도 하나의 변경되는 파라미터가 제공되는, 차량의 작동 변수를 조절하는 방법에 있어서,

   조절 부재의 작동 범위 및/또는 목표값 변경에 따라 레귤레이터의 적어도 하나의 파라미터가 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 작동 변수는 내연 기관의 드로틀 밸브의 위치인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조절 부재는 기계적으로 조절된 비상 위치를 포함하고, 비상 위치의 아래는 제1 작동 범위, 그리고 위는 제2 작동 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 작동 범위는 작동 변수의 실제값에 의해 구별되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 목표값 변경이 결정되고, 사전 설정된 임계값과 비교되고, 적어도 하나의 파라미터는 목표값 변경 범위에 따라서 상이한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레귤레이터의 적어도 하나의 파라미터가 목표값 변경에 따라 저장되는 특성 곡선이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 목표값 변경의 함수 관계는 조절 부재의 적어도 하나의 작동 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 목표값 변경이 일정하고 조절 편차가 변경되는 경우, 적어도 하나의 파라미터가 기준값으로 세팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 목표값 변경의 함수 관계가 조절 부재의 작동 범위에서만 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 작동 유닛의 작동 변수를 위한 목표값 및 실제값에 따라 전기 작동식 조절 부재를 위한 조절 신호를 형성하는 레귤레이터를 구비하고, 상기 레귤레이터에 적어도 하나의 변경되는 파라미터가 제공되는, 차량의 작동 변수를 조절하는 장치에 있어서,

    조절 부재의 작동 범위 및/또는 목표값 변경에 따라서 레귤레이터의 적어도 하나의 파라미터를 변경하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.