(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機（３４）を介して操作される内燃機関の設定要素（３６）の制御方法であって、位置範囲αにわたり前記電動機に与えられるモーメントＭがその符号を変化する、前記制御方法において、
前記設定要素の実際の位置αＩＳＴを検出するステップと、
前記設定要素の前記の検出された実際の位置αＩＳＴがモーメント反転点αＮＬＰの範囲内に存在するかどうかを決定するステップと、
前記設定要素の前記の検出された実際の位置αＩＳＴがモーメント反転点αＮＬＰの範囲内に存在しないとき、前記設定要素に対する目標位置αＳＯＬＬおよび前記の検出された実際位置αＩＳＴに基づき、前記電動機に対する操作信号τを形成するステップと、
前記設定要素がモーメント反転点αＮＬＰの範囲内に存在するとき、できるだけステップ状に電流を変化させるように前記操作信号を変化させるステップと
を備えることを特徴とする内燃機関の設定要素の制御方法。
【請求項２】
モーメント反転点αＮＬＰにおいて発生する、前記設定要素により与えられるモーメントのステップ状変化がほぼ補償されるように電流の変化が形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
電流のステップ状変化が操作信号値のステップ状変化により達成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
位置制御器により計算される操作信号値が好ましくは運転変数の関数である所定値により調節されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
位置制御器が少なくとも１つの積分部分を有し、電流のステップ状変化を形成するために前記積分部分が調節されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記積分部分が好ましくは運転変数の関数である所定値により調節されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記設定要素の実際の位置αＩＳＴがモーメント反転点αＮＬＰ付近の所定の範囲内に存在し、且つ位置制御の前記目標位置αＳＯＬＬが同様にモーメント反転点αＮＬＰ付近の所定の範囲内に存在するとき、ステップ状変化が行われないことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
モーメント反転点αＮＬＰに割り当てられる位置が前記電動機に電流が流れていないことにより検出されかつ記憶されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
電動機（３４）を介して操作される内燃機関の設定要素（３６）の制御装置であって、位置範囲αにわたり前記電動機に与えられるモーメントＭがその符号を変化する、前記制御装置において、
前記設定要素の位置αＩＳＴを検出する位置検出手段と、
前記設定要素の前記の検出された位置αＩＳＴがトルク反転点αＮＬＰの範囲内に存在するかどうかを決定するための決定手段（１０８）と、
前記設定要素の前記の検出された位置αＩＳＴがトルク反転点αＮＬＰの範囲内に存在しないとき、前記設定要素に対する目標位置αＳＯＬＬおよび前記の検出された実際位置αＩＳＴに基づき、前記電動機に対する操作信号τを形成するための制御器（５２）と、
前記設定要素の前記の検出された位置αＩＳＴがトルク反転点αＮＬＰの範囲内に存在するとき、できるだけステップ状に電流を変化させるように前記操作信号を変化させるための手段（１１０）と
を備えることを特徴とする内燃機関の設定要素（３６）の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の設定要素の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ特許公開第３６３１２８３号（米国特許第４９４７８１５号）から内燃機関の絞り弁のための設定要素が既知であり、この設定要素はとくに位置制御の範囲内においてドライバのペダル操作により導かれたドライバの希望に基づきサーボモータを介して電気的に調整される。この場合設定要素は、サーボモータに電流が流れていないとき、相互に反対方向に作用するばねにより所定の位置をとるような特性を有している。設定要素のこの中立位置すなわち非常用隙間位置により、サーボモータに電流が流れていないとき設定要素と結合されている絞り弁が完全に閉まることはなく、内燃機関は少なくともアイドリング運転でさらに運転を続けることが確実にできる。この中立位置においては、サーボモータに作用するモーメントは、変化の結果として発生するばねモーメントのためにステップ状に変化し、かつその符号が変化するという欠点がある。この場合ばねモーメントは、中立位置の下側では絞り弁を開く方向に働き、中立位置の上側では絞り弁を閉じるように働く（図５参照）。設定要素のこの挙動により位置制御は著しく困難となり、好ましくない調整挙動が形成され、とくに調整時間が延長されることになる。
【０００３】
ドイツ特許公開第４４２６９７１号から、制御範囲内においてステップモータを用いて操作されるこの種の設定要素に対し、中立位置を超えた運動中に、操作信号の形成に使用されるステップカウンタの状態を設定要素の運動を直線化するように補正することが既知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
モーメント変化を特徴とする中立位置を有する、内燃機関の設定要素における位置調整の調整挙動を改善する方法及び手段を提供することが本発明の課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、電動機を介して操作される内燃機関の設定要素の制御方法であって、位置範囲αにわたり前記電動機に与えられるモーメントＭがその符号を変化する、前記制御方法において、前記設定要素の実際の位置αＩＳＴを検出するステップと、前記設定要素の前記の検出された実際の位置αＩＳＴがモーメント反転点αＮＬＰの範囲内に存在するかどうかを決定するステップと、前記設定要素の前記の検出された実際の位置αＩＳＴがモーメント反転点αＮＬＰの範囲内に存在しないとき、前記設定要素に対する目標位置αＳＯＬＬおよび前記の検出された実際位置αＩＳＴに基づき、前記電動機に対する操作信号τを形成するステップと、前記設定要素がモーメント反転点αＮＬＰの範囲内に存在するとき、できるだけステップ状に電流を変化させるように前記操作信号を変化させるステップとを備えることを特徴とする本発明による内燃機関の設定要素の制御方法により解決される。
【０００６】
上記課題は、電動機を介して操作される内燃機関の設定要素の制御装置であって、位置範囲αにわたり前記電動機に与えられるモーメントＭがその符号を変化する、前記制御装置において、前記設定要素の位置αＩＳＴを検出する位置検出手段と、前記設定要素の前記の検出された位置αＩＳＴがトルク反転点αＮＬＰの範囲内に存在するかどうかを決定するための決定手段と、前記設定要素の前記の検出された位置αＩＳＴがトルク反転点αＮＬＰの範囲内に存在しないとき、前記設定要素に対する目標位置αＳＯＬＬおよび前記の検出された実際位置αＩＳＴに基づき、前記電動機に対する操作信号τを形成するための制御器と、前記設定要素の前記の検出された位置αＩＳＴがトルク反転点αＮＬＰの範囲内に存在するとき、できるだけステップ状に電流を変化させるように前記操作信号を変化させるための手段とを備えることを特徴とする本発明による内燃機関の設定要素の制御装置により解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。
【０００８】
図１に電子式制御ユニット１０が示され、電子式制御ユニット１０にはドライバにより操作される操作要素１６の位置を測定するための測定要素１４から入力ライン１２が供給されている。さらに制御ユニット１０には、内燃機関および／または車両のその他の運転変数を測定するための測定装置２２ないし２４から入力ライン１８ないし２０が供給されている。この種の運転変数はたとえば、内燃機関への空気供給量に対する値、内燃機関の回転速度、内燃機関の温度等である。制御ユニット１０の出力ライン２６は最終段２８好ましくはフルブリッジ最終段に通じている。最終段２８にはライン３０および３２を介して設定要素３６の電動機３４好ましくは直流モータが接続されている。設定要素３６は内燃機関の吸気系統３８内に設けられた絞り弁４０を調節する働きをなし、絞り弁４０は機械式結合部４２を介して電動機３４と結合されている。設定要素３６はさらに少なくとも２つのばね４４および４６を含み、２つのばね４４および４６は設定要素３６を所定の中立位置に設定するために相互に反対方向に作用する力Ｆ１およびＦ２を発生する。
【０００９】
したがって、設定要素３６は図５に示すモーメント特性を有している。図５では、サーボモータ３４に作用するモーメントＭが設定要素３６（絞り弁４０）の位置αに対して目盛られている。設定要素３６は位置０（完全に閉じた絞り弁）から最大位置ｍａｘ（完全に開いた絞り弁）まで調節可能である。位置０から中立位置αNLPまでの位置範囲においてはばね４４が絞り弁４０を開く方向に作用する。したがって、電動機３４に与えられる開放モーメントはこの範囲においては正である。中立位置αNLPと最大位置ｍａｘとの間においてはばね４６の力が設定要素３６を絞り弁４０の閉鎖位置に戻す方向に作用する。したがって、この範囲においては設定要素３６に与えられるモーメントは負である。
【００１０】
好ましい実施形態においては電子式制御ユニット１０は少なくとも１つのマイクロコンピュータから構成され、マイクロコンピュータ内にプログラム部分が導入され、プログラム部分は操作要素の操作度から導かれたドライバの希望の関数として設定要素３６を調整する。さらに目標値形成器４８が設けられ、目標値形成器４８にはライン１２を介して操作要素の操作信号が供給され、ならびにライン１８ないし２０を介して選択された運転変数が供給される。目標値形成器４８の出力ライン５０は位置制御器５２に通じ、位置制御器５２にはライン１８ないし２０の少なくとも１つから分岐された少なくとも１つのライン５４が供給され、したがって設定要素３６の位置に対する尺度が供給される。位置制御器５２の出力ラインは制御ユニット１０の出力ライン２６である。
【００１１】
好ましい実施形態においては、測定要素１４は操作要素１６（加速ペダル）の操作度を測定する。この操作度は目標値形成器４８に供給される。さらに目標値形成器４８には、測定装置２２ないし２４からエンジン温度、エンジン回転速度、ギヤ段位置、排気ガス組成、空気流量等の運転変数が供給される。目標値形成器４８は、所定の特性曲線、特性曲線群、表に基づきまたは回転モーメント（トルク）制御回路あるいは出力制御回路の範囲内で設定要素３６に対する目標設定値αSOLLを形成する。この目標設定値αSOLLはライン５０を介して位置制御器５２に供給される。位置制御器５２は、目標設定値αSOLLと、位置伝送器により測定されかつライン５４を介して供給される設定要素３６の実際位置αISTとの間の差を形成する。このとき、位置制御器５２はこの差に基づき所定の制御方式に従って出力信号を形成する。この場合、位置制御器５２は少なくとも１つの積分部分を含み、好ましい実施形態においてはさらに比例部分および微分部分を含む。位置制御器５２は設定要素３６を所定の目標値に調節する方向にその出力信号を形成する。この場合好ましい実施形態においては、最終段回路２８のための操作信号はパルス幅変調信号であり、該パルス幅変調信号の可変デューティ・ファクタは電動機３４内を流れる平均電流、したがって設定要素３６の駆動モーメントを表している。他の有利な実施形態においては、操作信号値は、電流値、電圧値、パルス長さ、あるいは２つのパルス間の休止時間であってもよい。
【００１２】
設定要素３６の中立位置におけるいわゆるモーメント反転点の範囲内の調整挙動を改善するために、設定要素３６が運動するとき常に位置の実際値がチェックされる。設定要素３６がモーメント反転点を超えて運動した場合、サーボモータ３４の駆動モーメントないしモータ電流がほぼステップ状に変化される。電動機３４の誘導性インダクタンスのために正確なステップ状変化は可能ではない。このステップ状変化の量は、駆動モーメントのこのとき発生する変化がモーメント反転点において発生するばねモーメントのステップ状変化をほぼ補償するように選択される。好ましい実施形態においては、電流変化は、位置制御器５２の積分部分が規定された所定量だけ変化されることにより、または最終段２８を操作するデューティ・ファクタがステップ状に変化されることにより得られる。この場合、この所定量は中立位置を超えたときにのみ積分部分ないし操作信号値に与えられ、常には保持されない。設定要素３６に対する設定目標値がモーメント反転点にきわめて近い位置に存在する場合、本発明の解決策により常に電流を変化させて不安定状態を形成することができる。本発明による補償は設定目標値がモーメント反転点のきわめて近い範囲内に存在していないときにのみ使用されるので、モーメント反転点付近での設定は有効に回避される。そこで、設定要素３６のモーメント反転点（中立位置）はある程度公差を有しているので、精度を高めるために、モーメント反転点の位置は電子式制御ユニットにより設定要素３６に電流が流れていないときに学習により決定される。
【００１３】
上記の措置は位置制御器５２の範囲内で行われる。この措置をコンピュータプログラムとして実行する好ましい実施形態が図２および３の流れ図により示されている。
【００１４】
図２に記載のプログラム部分が所与の時点に（たとえば数ミリ秒の間隔で）スタートした後、第１のステップ１００において、計算された設定目標値αSOLLならびに設定要素３６の測定された位置の実際値αISTが読み込まれる。それに続くステップ１０２において、設定要素３６がモーメント反転点の範囲内に存在するか否かが検査される。これは、好ましい実施形態においては、測定された位置の実際値αISTがモーメント反転点に対して記憶されている位置の値αNLPの周りに形成された公差Δ１と比較されることにより行われる。位置の実際値αISTが公差Δ１範囲内に存在する場合、「肯定」の回答が形成され、他の場合「否定」の回答が形成される。回答が「否定」の場合、ステップ１０４により、目標設定値αSOLLと実際位置αISTとの差ｄαが形成され、それに続くステップ１０６において、使用される制御式により制御偏差ｄαに基づいて操作信号値τが形成される。ステップ１０６の後プログラム部分は終了され、所定の時間に反復される。
【００１５】
位置の実際値αISTがモーメント反転点の範囲内に存在することをステップ１０２が示した場合、ステップ１０８により、設定目標値αSOLLに対してもこのことが適用されるか否かが検査される。モーメント反転点の付近のこの場合に比較される複数の範囲（Δ１およびΔ２）は好ましい実施形態においては個々に異なっているが、この比較範囲は同じであってもよい。設定目標値αSOLLがモーメント反転点の範囲内に存在する場合、ステップ１０４から制御が継続され、設定目標値がモーメント反転点の範囲内に存在しない場合、ステップ１１０により、前のプログラムランにおいて制御機能に基づき形成された操作信号値τが所定の値τ0だけ増加される。変化した後、操作信号値は再び位置制御器５２により形成される（ステップ１０６）。
【００１６】
他の有利な実施形態においては、ステップ１１０において、操作信号値の代わりに、定常状態においてこの操作信号値を形成する位置制御器５２の積分部分Ｉがそれに応じて変化される。ステップ１１０の後プログラム部分は終了され、所定の時間経過後反復される。
【００１７】
図２に示す方法は、設定要素３６がモーメント反転点を超えて運動するとき設定要素３６の駆動モーメントを目的どおりに増大させることができ、これにより設定要素３６のモーメント反転点を超えた運動は実質的に線形となる。したがって、本発明による解決策は制御器に関して予備制御を示している。
【００１８】
ある実施形態においては、変化量τ0ないしＩ0は固定値で与えられている。他の有利な実施形態においては、この値は運転変数の関数として、たとえば内燃機関または設定要素の温度の関数として与えられている。
【００１９】
モーメント反転点の位置に対する記憶される値αNLPを決定するためのプログラム部分が図３に与えられている。このプログラム部分もまた、少なくとも後走または惰行運転のような所定の運転状態において所定の時点に開始される。第１のステップ２００において、設定要素３６に電流が流れていない状態が存在するか否か、すなわち設定要素３６のサーボモータ３４内に電流が流れていないか否かが検査される。電流が流れている場合プログラム部分は終了され、一方電流が流れていない場合ステップ２０２によりこの状態において測定された実際値αISTが（所与の遅れ時間が経過した後）読み込まれ、ステップ２０４により記憶されているモーメント反転点αNLPが測定された実際値αISTに置き換えられる。ステップ２０４の後プログラム部分は終了される。
【００２０】
本発明による制御の作動方法が図４の時間線図に示されている。この図４で、（Ａ）は設定要素３６の位置の時間線図を示し、一方（Ｂ）にはサーボモータ３４内を流れる電流の時間線図が示されている。この場合、実線は本発明による制御を使用したときの状況を示し、一方破線で示した曲線は本発明による制御を使用しないときの状況を示している。絞り弁４０がモーメント反転点αNLPの下側の範囲内（α0）に存在する状態から出発するものとする。加速ペダルを操作することにより、ドライバはモーメント反転点の上側に存在する位置の値（α1）を与えたとする。それで、制御機能により、開放しようとするばねモーメントのために負の電流が僅かに上昇される。時点Ｔ0において設定要素３６がモーメント反転点に存在したとする。この結果、本発明の制御により位置制御器５２の積分部分または操作信号値の対応する制御のため電流のステップ状変化が行われる。その後電流は制御の範囲内で変化され、最終的に目標値に到達すると、電流は閉鎖しようとするばねモーメントによる正の保持電流に低下される。本発明による制御が使用されなかった場合、時点Ｔ0において電流の変化が与えられず、電流はむしろ位置制御の範囲内で変化される。図４の（Ａ）に示すように、これは設定要素３６の設定遅れとして現れ、したがって十分な制御特性を与えることができない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので以下の効果を奏する。
【００２２】
本発明の解決策により、制御回路の挙動、とくに被制御部材（設定要素）の挙動は線形化される。設定要素の中立位置を超える運動における調節時間の延長は有効に回避される。
【００２３】
従って、本発明による解決策は、設定要素が設定要素の中立位置にきわめて近い付近で調整されるときは使用されないことがとくに有利である。これにより不安定状態が回避される。
【００２４】
サーボモータの駆動モーメントの発生された変化が中立位置により発生するモーメント変化をほぼ補償することはとくに有利である。
【００２５】
設定要素の中立位置に割り当てられる位置の値を制御ユニットが学習することによって本発明による解決策の精度が向上されることはとくに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の設定要素のための制御装置の全体ブロック回路図である。
【図２】設定要素の制御を実行するコンピュータプログラムの流れ図である。
【図３】設定要素の中立位置を決定するコンピュータプログラムの流れ図である。
【図４】本発明による制御の作動方法を示す時間線図であり、（Ａ）は設定要素の位置の時間線図を、（Ｂ）はサーボモータ内を流れる電流の時間線図をそれぞれ示す。
【図５】設定要素の位置に対する既知のモーメント特性の線図である。
【符号の説明】
１０  電子式制御ユニット
１４  測定要素（操作要素の位置）
１６  操作要素
２２、２４  測定装置（運転変数）
２８  最終段
３４  電動機（サーボモータ）
３６  設定要素
３８  吸気系統
４０  絞り弁
４２  機械式結合部
４４、４６  ばね
４８  目標値形成器
５２  位置制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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