JPH08338280A - 可変ドループ・エンジン速度制御システム - Google Patents
可変ドループ・エンジン速度制御システムInfo
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- JPH08338280A JPH08338280A JP8146323A JP14632396A JPH08338280A JP H08338280 A JPH08338280 A JP H08338280A JP 8146323 A JP8146323 A JP 8146323A JP 14632396 A JP14632396 A JP 14632396A JP H08338280 A JPH08338280 A JP H08338280A
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Controls For Constant Speed Travelling (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 可変ドループ量を与えるエンジン速度制御シ
ステムを提供する。 【解決手段】 可変ドループ・エンジン速度制御システ
ム７０には、比例−積分−微分（ＰＩＤ）エンジン速度
制御器８０を、その中心構成要素として設ける。ＰＩＤ
制御器８０は、当該制御器の比例、積分及び微分部分に
関連する標準的な比例利得、積分利得及び微分利得を含
み、更に、積分部分のみに関連するドループ利得を含
む。ＰＩＤ伝達関数は、ドループ利得に厳密に関連する
極を有し、ドループ利得のみを変化させることによっ
て、全範囲のドループを提供可能とする。
ステムを提供する。 【解決手段】 可変ドループ・エンジン速度制御システ
ム７０には、比例−積分−微分（ＰＩＤ）エンジン速度
制御器８０を、その中心構成要素として設ける。ＰＩＤ
制御器８０は、当該制御器の比例、積分及び微分部分に
関連する標準的な比例利得、積分利得及び微分利得を含
み、更に、積分部分のみに関連するドループ利得を含
む。ＰＩＤ伝達関数は、ドループ利得に厳密に関連する
極を有し、ドループ利得のみを変化させることによっ
て、全範囲のドループを提供可能とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には内燃エ
ンジンにおいてエンジン速度を制御するシステムに関
し、更に特定すれば、エンジン負荷の変化に応答してエ
ンジン速度の変化を可能にするその種の制御システムに
関するものである。
ンジンにおいてエンジン速度を制御するシステムに関
し、更に特定すれば、エンジン負荷の変化に応答してエ
ンジン速度の変化を可能にするその種の制御システムに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般にエンジン速度ガバナとして知られ
たエンジン速度制御システムは、自動車業界においては
よく知られている。乗客用車両において一般的に用いら
れているエンジン速度ガバナの１つのタイプでは、スロ
ットル・ペダルの位置が大まかにエンジン・トルクに対
応している。このようなガバナを用いて一定の車両速度
を維持するためには、道路の上り勾配／下り勾配の変化
に応答して、スロットル位置を変調させることによっ
て、対応してエンジン・トルク出力を増減させなければ
ならない。ディーゼル・トラック・エンジン上では、こ
のタイプのスロットル入力は、最小及び最大のエンジン
速度双方を制限するが、それら上下限間での速度調整は
ないという機能的特徴から、“最小―最大”ガバナとし
て知られている。
たエンジン速度制御システムは、自動車業界においては
よく知られている。乗客用車両において一般的に用いら
れているエンジン速度ガバナの１つのタイプでは、スロ
ットル・ペダルの位置が大まかにエンジン・トルクに対
応している。このようなガバナを用いて一定の車両速度
を維持するためには、道路の上り勾配／下り勾配の変化
に応答して、スロットル位置を変調させることによっ
て、対応してエンジン・トルク出力を増減させなければ
ならない。ディーゼル・トラック・エンジン上では、こ
のタイプのスロットル入力は、最小及び最大のエンジン
速度双方を制限するが、それら上下限間での速度調整は
ないという機能的特徴から、“最小―最大”ガバナとし
て知られている。
【０００３】ディーゼル・トラック・エンジンに一般に
用いられている別のタイプのエンジン速度ガバナに、
“全速度”ガバナとして知られているものがある。この
ガバナでは、スロットル位置は、エンジン・トルクでは
なく、エンジン速度に相等するものとしてある。このよ
うな“全速度”ガバナの一種に、一定のエンジン速度が
一定のスロットル位置に対して与えられる、“等時性”
全速度ガバナとして知られているものがある。この等時
性ガバナでは、スロットルを一定に保持すれば、負荷に
は関係なく、エンジン（及び車両）速度を一定に保つ、
という巡航制御機能が設けられている。
用いられている別のタイプのエンジン速度ガバナに、
“全速度”ガバナとして知られているものがある。この
ガバナでは、スロットル位置は、エンジン・トルクでは
なく、エンジン速度に相等するものとしてある。このよ
うな“全速度”ガバナの一種に、一定のエンジン速度が
一定のスロットル位置に対して与えられる、“等時性”
全速度ガバナとして知られているものがある。この等時
性ガバナでは、スロットルを一定に保持すれば、負荷に
は関係なく、エンジン（及び車両）速度を一定に保つ、
という巡航制御機能が設けられている。
【０００４】図１を参照すると、これには、公知の等時
性エンジン速度制御システム１０の一例を示している。
典型的には、ある所望のエンジン速度に対応する基準速
度“ＲＥＦ ＳＰＥＥＤ”を、スロットル位置に応答し
て発生する。ＲＥＦ ＳＰＥＥＤを、加算ノード１４の
正入力に供給する。加算ノード１４は、内燃エンジン３
０内部のエンジン速度センサ３２の出力として、実速度
“ＡＣＴＵＡＬ ＳＰＥＥＤ”を受ける負入力も有す
る。従って、加算ノード１４の出力は、ＲＥＦ ＳＰＥ
ＥＤとＡＣＴＵＡＬ ＳＰＥＥＤとの差に対応する、速
度誤差信号“ｅ”を発生する。速度誤差信号ｅを、等時
エンジン速度制御器１６への入力として供給する。次
に、制御器１６の出力２６を燃料供給システム２８に供
給することによって、それに応じた燃料をエンジン３０
に供給させる。
性エンジン速度制御システム１０の一例を示している。
典型的には、ある所望のエンジン速度に対応する基準速
度“ＲＥＦ ＳＰＥＥＤ”を、スロットル位置に応答し
て発生する。ＲＥＦ ＳＰＥＥＤを、加算ノード１４の
正入力に供給する。加算ノード１４は、内燃エンジン３
０内部のエンジン速度センサ３２の出力として、実速度
“ＡＣＴＵＡＬ ＳＰＥＥＤ”を受ける負入力も有す
る。従って、加算ノード１４の出力は、ＲＥＦ ＳＰＥ
ＥＤとＡＣＴＵＡＬ ＳＰＥＥＤとの差に対応する、速
度誤差信号“ｅ”を発生する。速度誤差信号ｅを、等時
エンジン速度制御器１６への入力として供給する。次
に、制御器１６の出力２６を燃料供給システム２８に供
給することによって、それに応じた燃料をエンジン３０
に供給させる。
【０００５】等時エンジン制御器１６のＰ構成要素１８
は、速度誤差信号ｅに対して、“比例”利得関数を与え
るので、小さな誤差に対しては燃料の変化は小さくな
り、大きな誤差に対しては燃料の変化は大きくなる。Ｉ
構成要素２０はエンジン誤差速度ｅに対して“積分”関
数を適用するので、燃料変化は時間的に遅くなる（そし
てより円滑になる）。従って、エンジン速度制御器１６
によって与えられる速度誤差補正機能は、速度誤差量だ
けでなく、誤差が存在する時間にも比例する。最後に、
Ｄ構成要素２２は、エンジン誤差信号ｅに対して“微
分”関数を与えるので、ｅの変化の方向及び率に関し
て、燃料変化の正確な予測が可能となる。これらＰ１
８、Ｉ２０及びＤ２２の出力は、加算ノード２４で結合
して、出力燃料供給信号２６を発生する。
は、速度誤差信号ｅに対して、“比例”利得関数を与え
るので、小さな誤差に対しては燃料の変化は小さくな
り、大きな誤差に対しては燃料の変化は大きくなる。Ｉ
構成要素２０はエンジン誤差速度ｅに対して“積分”関
数を適用するので、燃料変化は時間的に遅くなる（そし
てより円滑になる）。従って、エンジン速度制御器１６
によって与えられる速度誤差補正機能は、速度誤差量だ
けでなく、誤差が存在する時間にも比例する。最後に、
Ｄ構成要素２２は、エンジン誤差信号ｅに対して“微
分”関数を与えるので、ｅの変化の方向及び率に関し
て、燃料変化の正確な予測が可能となる。これらＰ１
８、Ｉ２０及びＤ２２の出力は、加算ノード２４で結合
して、出力燃料供給信号２６を発生する。
【０００６】ここで指摘すべきは、等時エンジン制御器
１６は、図１の例では、３つの別個構成要素Ｐ，Ｉ及び
Ｄとして図示することにより、その記述を容易にしてい
ることである。実際には、構成要素Ｐ，Ｉ及びＤは、１
つの物理的な制御器１６として、又は、例えばマイクロ
プロセッサによって実行可能な１つのソフトウエア機能
として、機能的に１つの構成要素に融合してあることは
理解すべきであろう。結果として得られるこの比例―積
分―微分（ＰＩＤ）制御器１６は、自動車業界では公知
でる。
１６は、図１の例では、３つの別個構成要素Ｐ，Ｉ及び
Ｄとして図示することにより、その記述を容易にしてい
ることである。実際には、構成要素Ｐ，Ｉ及びＤは、１
つの物理的な制御器１６として、又は、例えばマイクロ
プロセッサによって実行可能な１つのソフトウエア機能
として、機能的に１つの構成要素に融合してあることは
理解すべきであろう。結果として得られるこの比例―積
分―微分（ＰＩＤ）制御器１６は、自動車業界では公知
でる。
【０００７】次に、図２のＡ及びＢを参照すると、これ
には、典型的な等時ＰＩＤ制御器１６の周波数応答、即
ち、ボード線図を示している。図２のＡは各周波数にお
ける制御器１６の利得を示す。制御器１６の利得の大き
さ３６（ｄＢで表示）は、大きさ＝２０＊ｌｏｇ
10（ｇ）という式で与えられる。同様に、図２のＢは、
各周波数における位相３８を示す。通常、負の位相値は
速度誤差信号ｅと制御器１６の出力信号２６との間の遅
れを示し、正の位相値は、速度誤差信号ｅの出力信号２
６による進みを示す。当技術では公知のように、通常遅
れが大きい程（負の位相が大きい程）、システムの制御
が困難となる（即ち、システムの安定性を実現すること
がより困難になる）。
には、典型的な等時ＰＩＤ制御器１６の周波数応答、即
ち、ボード線図を示している。図２のＡは各周波数にお
ける制御器１６の利得を示す。制御器１６の利得の大き
さ３６（ｄＢで表示）は、大きさ＝２０＊ｌｏｇ
10（ｇ）という式で与えられる。同様に、図２のＢは、
各周波数における位相３８を示す。通常、負の位相値は
速度誤差信号ｅと制御器１６の出力信号２６との間の遅
れを示し、正の位相値は、速度誤差信号ｅの出力信号２
６による進みを示す。当技術では公知のように、通常遅
れが大きい程（負の位相が大きい程）、システムの制御
が困難となる（即ち、システムの安定性を実現すること
がより困難になる）。
【０００８】図２のＡ及びＢに示したようなボード線図
では、大きさ３６を、１組の直線及びコーナーとして近
似することができる。制御器１６の“極”と“ゼロ点”
は、大きさ３６が“コーナー”を有する周波数に対応
し、大きさ３６の最も左側の部分はコーナーと見なされ
るが、最も右側の部分はそう見なされない。一般的に、
極は、グラフが下方向に折り曲がるコーナーに生じ、ゼ
ロ点はグラフが上方向に折り曲がるコーナーに生じる。
従って、図２のＡから、制御器１６は約０Ｈｚと８０Ｈ
ｚに極を有し、約１Ｈｚと１０Ｈｚにゼロ点を有するこ
とがわかる。
では、大きさ３６を、１組の直線及びコーナーとして近
似することができる。制御器１６の“極”と“ゼロ点”
は、大きさ３６が“コーナー”を有する周波数に対応
し、大きさ３６の最も左側の部分はコーナーと見なされ
るが、最も右側の部分はそう見なされない。一般的に、
極は、グラフが下方向に折り曲がるコーナーに生じ、ゼ
ロ点はグラフが上方向に折り曲がるコーナーに生じる。
従って、図２のＡから、制御器１６は約０Ｈｚと８０Ｈ
ｚに極を有し、約１Ｈｚと１０Ｈｚにゼロ点を有するこ
とがわかる。
【０００９】典型的に、ＰＩＤ制御器は、極とゼロ点と
を有する１つの伝達関数として定義する。通常マイクロ
プロセッサ制御下の制御器と共に用いる離散時間系の公
知のｚ平面表現を用いると、その伝達関数は、ｚの多項
式の比となり、各多項式の次数は対応する極及びゼロ点
の数に等しい。また、このような伝達関数の分母の平方
根は、制御器の極に対応し、分子の平方根は制御器のゼ
ロ点に対応する。通常、周波数領域とｚ領域との間の変
換は、周波数＝ｌｎ（ｚ）／（２πＴS）という式にし
たがう。ここで、ＴSは制御器のサンプリング周期であ
る。従って、サンプリング周期が約２ミリ秒の場合、図
１及び図２に示したＰＩＤ制御器の例の伝達関数Ｈ
1は、以下の式で表わすことができる。
を有する１つの伝達関数として定義する。通常マイクロ
プロセッサ制御下の制御器と共に用いる離散時間系の公
知のｚ平面表現を用いると、その伝達関数は、ｚの多項
式の比となり、各多項式の次数は対応する極及びゼロ点
の数に等しい。また、このような伝達関数の分母の平方
根は、制御器の極に対応し、分子の平方根は制御器のゼ
ロ点に対応する。通常、周波数領域とｚ領域との間の変
換は、周波数＝ｌｎ（ｚ）／（２πＴS）という式にし
たがう。ここで、ＴSは制御器のサンプリング周期であ
る。従って、サンプリング周期が約２ミリ秒の場合、図
１及び図２に示したＰＩＤ制御器の例の伝達関数Ｈ
1は、以下の式で表わすことができる。
【００１０】
【数１】Ｈ1＝［４.５（ｚ−０.９８８）（ｚ−０.８８
２）］／［（ｚ−１）（ｚ−０.３６６）］ システム１０のような厳格に等時性の全速度ガバナは、
運転性の問題により、高速道路での用途には通常用いら
れていない。具体的に説明すると、かかるシステムでは
スロットル位置の小さな変化が大きなエンジン・トルク
変化に対応するので、このようなガバナを用いて車両を
円滑に運転するのは困難である。この理由のために、等
時ガバナには、典型的に、いわゆる“ドループ”機能が
設けられている。ドループとは、エンジン負荷の増大に
伴って定常状態エンジン速度を徐々に減速させる、とい
うガバナの特性である。ドループの一般的な計量法で
は、パーセントという共通尺度で表わし、以下の式で定
義する。
２）］／［（ｚ−１）（ｚ−０.３６６）］ システム１０のような厳格に等時性の全速度ガバナは、
運転性の問題により、高速道路での用途には通常用いら
れていない。具体的に説明すると、かかるシステムでは
スロットル位置の小さな変化が大きなエンジン・トルク
変化に対応するので、このようなガバナを用いて車両を
円滑に運転するのは困難である。この理由のために、等
時ガバナには、典型的に、いわゆる“ドループ”機能が
設けられている。ドループとは、エンジン負荷の増大に
伴って定常状態エンジン速度を徐々に減速させる、とい
うガバナの特性である。ドループの一般的な計量法で
は、パーセントという共通尺度で表わし、以下の式で定
義する。
【００１１】
【数２】％ドループ＝［（ｎｌｓｐｅｅｄ−ｆｌｓｐｅ
ｅｄ）／ｆｌｓｐｅｅｄ］＊１００ ここでｎｌｓｐｅｅｄは無負荷時（即ち、ゼロ負荷時）
のエンジン速度であり、ｆｌｓｐｅｅｄは全負荷時のエ
ンジン速度である。この計量法によれば、厳格に等時性
のガバナは、ゼロ・パーセントのドループを有すること
になる。同様に、ドループが十分に増加すると、ガバナ
は最小−最大ガバナのように動作することになる。
ｅｄ）／ｆｌｓｐｅｅｄ］＊１００ ここでｎｌｓｐｅｅｄは無負荷時（即ち、ゼロ負荷時）
のエンジン速度であり、ｆｌｓｐｅｅｄは全負荷時のエ
ンジン速度である。この計量法によれば、厳格に等時性
のガバナは、ゼロ・パーセントのドループを有すること
になる。同様に、ドループが十分に増加すると、ガバナ
は最小−最大ガバナのように動作することになる。
【００１２】ドループは、定常状態の要件であり、これ
は、エンジンに定常負荷がかかっている場合、エンジン
速度はそれに対応して減速することを意味する。これ
は、制御器１６が低周波数では小さな利得を有してその
所望のドループ機能に合わせなければならないこと、を
意味するものである。ドループが減少して等時エンジン
速度制御器の動作により近くなるにつれ、低周波数利得
も同様に増加しなければならない。実際、理想的な等時
動作（ゼロ・パーセント・ドループ）には、低周波数利
得が無限大であることが必要となる。
は、エンジンに定常負荷がかかっている場合、エンジン
速度はそれに対応して減速することを意味する。これ
は、制御器１６が低周波数では小さな利得を有してその
所望のドループ機能に合わせなければならないこと、を
意味するものである。ドループが減少して等時エンジン
速度制御器の動作により近くなるにつれ、低周波数利得
も同様に増加しなければならない。実際、理想的な等時
動作（ゼロ・パーセント・ドループ）には、低周波数利
得が無限大であることが必要となる。
【００１３】ここで図３を参照すると、これには、従来
技術の変形型等時エンジン速度制御システム１５を示し
ている。これは、図１の等時エンジン速度制御システム
１０とある点において同一である。従って、同様の構成
要素を表わすのに、同様の番号を用いている。ただし、
このエンジン速度制御システム１５は、ＰＩＤ制御器１
６の出力とＲＥＦ ＳＰＥＥＤ入力との間に付加的なフ
ィードバック経路を含んでいる。具体的には、利得ブロ
ック４０は、ＰＩＤ制御器１６の出力信号２６を受け、
この信号に利得ＧDを乗算し、そして加算ノード４２に
おいてこの信号をＲＥＦ ＳＰＥＥＤから減算する。従
って、加算ノード１４は、その正入力で、変更したＲＥ
Ｆ' ＳＰＥＥＤ信号を受けることになる。利得ブロック
４０を含んだことによる動作的効果は、安定なシステム
を保ちつつ、エンジン速度制御システム１５にドループ
機能を設けるという目的を達成することである。
技術の変形型等時エンジン速度制御システム１５を示し
ている。これは、図１の等時エンジン速度制御システム
１０とある点において同一である。従って、同様の構成
要素を表わすのに、同様の番号を用いている。ただし、
このエンジン速度制御システム１５は、ＰＩＤ制御器１
６の出力とＲＥＦ ＳＰＥＥＤ入力との間に付加的なフ
ィードバック経路を含んでいる。具体的には、利得ブロ
ック４０は、ＰＩＤ制御器１６の出力信号２６を受け、
この信号に利得ＧDを乗算し、そして加算ノード４２に
おいてこの信号をＲＥＦ ＳＰＥＥＤから減算する。従
って、加算ノード１４は、その正入力で、変更したＲＥ
Ｆ' ＳＰＥＥＤ信号を受けることになる。利得ブロック
４０を含んだことによる動作的効果は、安定なシステム
を保ちつつ、エンジン速度制御システム１５にドループ
機能を設けるという目的を達成することである。
【００１４】次に図４のＡ及びＢを参照する。これは、
エンジン制御システム１５のボード線図を、エンジン速
度制御システム１０のボード線図と共に示す。図４のＡ
に示すように、利得ブロック４０を付加したことによ
り、低周波利得４４を所望通りに減少させている。しか
しながら、図４のＡとＢ双方を参照すると、システムの
安定性は維持される（振動の持続はない）ものの、高周
波利得４４と位相４６の双方が、利得ブロック４０の付
加による影響を受けている。特に、位相４６が高周波数
においてより負になるため、システムの遅れが更に付加
されるという影響があり、これにより利得ブロック４０
に帰すべき安定性問題が発生することになる。従って、
利得ブロック４０の利得ＧDを増加させることにより、
より多くのドループをシステム１５に導入すると、シス
テムの安定性は増々低下することになる。
エンジン制御システム１５のボード線図を、エンジン速
度制御システム１０のボード線図と共に示す。図４のＡ
に示すように、利得ブロック４０を付加したことによ
り、低周波利得４４を所望通りに減少させている。しか
しながら、図４のＡとＢ双方を参照すると、システムの
安定性は維持される（振動の持続はない）ものの、高周
波利得４４と位相４６の双方が、利得ブロック４０の付
加による影響を受けている。特に、位相４６が高周波数
においてより負になるため、システムの遅れが更に付加
されるという影響があり、これにより利得ブロック４０
に帰すべき安定性問題が発生することになる。従って、
利得ブロック４０の利得ＧDを増加させることにより、
より多くのドループをシステム１５に導入すると、シス
テムの安定性は増々低下することになる。
【００１５】フィードバック利得ブロック４０を付加し
た結果、ＰＩＤ制御器１６に帰され得る伝達関数Ｈ2は
以下のようになる。
た結果、ＰＩＤ制御器１６に帰され得る伝達関数Ｈ2は
以下のようになる。
【００１６】
【数３】Ｈ2＝［４.５（ｚ−０.９８８）（ｚ−０.８８
２）ｚ］／［（ｚ−０.９９８７）（ｚ−０.６７０）
（ｚ＋０.５８６）］ Ｈ2における極及びゼロ点をＨ1における極及びゼロ点と
比較すると、利得ブロック４０を付加した効果を示すこ
とができる。まず、Ｈ1におけるｚ＝１の極は、Ｈ2では
ｚ＝０.９９８７にわずかに移動した。これは導入する
ドループ効果の増加を表わす。また、Ｈ1におけるｚ＝
０.３６６の極はｚ＝０.６７０に移動した。これは高周
波数における位相の損失の原因となる。最後に、利得ブ
ロック４０を付加したことにより、Ｈ2において別の極
及びゼロ点が導入される。このｚ＝−０.５８６に導入
された極は、非常に高い周波数における大きな利得及び
位相の変動の原因となる。
２）ｚ］／［（ｚ−０.９９８７）（ｚ−０.６７０）
（ｚ＋０.５８６）］ Ｈ2における極及びゼロ点をＨ1における極及びゼロ点と
比較すると、利得ブロック４０を付加した効果を示すこ
とができる。まず、Ｈ1におけるｚ＝１の極は、Ｈ2では
ｚ＝０.９９８７にわずかに移動した。これは導入する
ドループ効果の増加を表わす。また、Ｈ1におけるｚ＝
０.３６６の極はｚ＝０.６７０に移動した。これは高周
波数における位相の損失の原因となる。最後に、利得ブ
ロック４０を付加したことにより、Ｈ2において別の極
及びゼロ点が導入される。このｚ＝−０.５８６に導入
された極は、非常に高い周波数における大きな利得及び
位相の変動の原因となる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】システム１５内では、
利得ブロック４０の付加は、ドループ機能以上のものを
エンジン速度制御システム１５に対し導入することは明
らかである。また、高周波変動も導入され、これによ
り、システム１５を安定に維持するためには、ＰＩＤ制
御器１６内の利得を、ＧDの異なったレベルに対して調
整することが必要となることがある。更に、システム１
５においては、得ることができるドループ量に制限があ
る。例えば、実験から、かかるシステム１５は、ドルー
プ・レベルが約２４％を越えると不安定になることが判
った。従って、必要とされているのは、エンジン速度制
御システムにおいてドループを変化させる新たな技術で
あって、システムの安定性を維持しつつ、制限なくドル
ープ・パーセントを変化可能とすることである。
利得ブロック４０の付加は、ドループ機能以上のものを
エンジン速度制御システム１５に対し導入することは明
らかである。また、高周波変動も導入され、これによ
り、システム１５を安定に維持するためには、ＰＩＤ制
御器１６内の利得を、ＧDの異なったレベルに対して調
整することが必要となることがある。更に、システム１
５においては、得ることができるドループ量に制限があ
る。例えば、実験から、かかるシステム１５は、ドルー
プ・レベルが約２４％を越えると不安定になることが判
った。従って、必要とされているのは、エンジン速度制
御システムにおいてドループを変化させる新たな技術で
あって、システムの安定性を維持しつつ、制限なくドル
ープ・パーセントを変化可能とすることである。
【００１８】本発明の目的の１つは、エンジン速度制御
器が対応的に可変なドループ量を与えるために内部可変
ドループ利得を含む、内燃エンジンの速度を制御する制
御システムを提供することである。
器が対応的に可変なドループ量を与えるために内部可変
ドループ利得を含む、内燃エンジンの速度を制御する制
御システムを提供することである。
【００１９】本発明の別の目的は、内部ドループ利得の
変更がエンジン速度制御器の動的補償に影響を与えな
い、上記のような制御システムを提供することである。
変更がエンジン速度制御器の動的補償に影響を与えな
い、上記のような制御システムを提供することである。
【００２０】本発明のこれらの目的並びにその他の目的
は、以下の好適な実施形態の説明から、より明確となろ
う。
は、以下の好適な実施形態の説明から、より明確となろ
う。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術のエ
ンジン速度制御システムの欠点に対処するものである。
本発明の１つの態様によれば、スロットル位置を感知す
るスロットル位置センサと、実エンジン速度を感知する
エンジン速度センサと、燃料制御信号に応答してエンジ
ンに燃料を供給する燃料供給システムと，を有する内燃
エンジンのエンジン速度制御方法は、（１）スロットル
位置を感知し、それから所望のエンジン速度を決定する
ステップと、（２）実エンジン速度を感知するステップ
と、（３）前記所望のエンジン速度と前記実エンジン速
度との間の差として誤差速度を判定するステップと、
（４）前記誤差信号の少なくとも大きさ、期間及び変化
率の関数である燃料制御信号を、前記誤差速度から生成
するステップであって、前記燃料制御信号は更にエンジ
ン負荷に比例して、エンジン負荷の増加につれて前記実
エンジン速度を減少させるようにする前記燃料制御信号
を生成するステップと、及び（５）前記燃料制御信号に
従って前記エンジンに燃料を供給することにより、前記
実エンジン速度を制御するステップと、から成る。
ンジン速度制御システムの欠点に対処するものである。
本発明の１つの態様によれば、スロットル位置を感知す
るスロットル位置センサと、実エンジン速度を感知する
エンジン速度センサと、燃料制御信号に応答してエンジ
ンに燃料を供給する燃料供給システムと，を有する内燃
エンジンのエンジン速度制御方法は、（１）スロットル
位置を感知し、それから所望のエンジン速度を決定する
ステップと、（２）実エンジン速度を感知するステップ
と、（３）前記所望のエンジン速度と前記実エンジン速
度との間の差として誤差速度を判定するステップと、
（４）前記誤差信号の少なくとも大きさ、期間及び変化
率の関数である燃料制御信号を、前記誤差速度から生成
するステップであって、前記燃料制御信号は更にエンジ
ン負荷に比例して、エンジン負荷の増加につれて前記実
エンジン速度を減少させるようにする前記燃料制御信号
を生成するステップと、及び（５）前記燃料制御信号に
従って前記エンジンに燃料を供給することにより、前記
実エンジン速度を制御するステップと、から成る。
【００２２】本発明の別の態様によれば、電子エンジン
速度ガバナにおいて可変ドループを発生する方法であっ
て、該ガバナは、これに関連する比例部分、積分部分及
び微分部分を有し、かつ前記比例部分、積分部分及び微
分部分の関数である伝達関数を有し、前記方法は、
（１）前記ガバナの伝達関数が前記積分部分に関連する
１つの極を有するように前記ガバナを構成するステップ
と、（２）前記積分部分に、前記積分部分の極に関連し
たドループ利得を与えるステップと、及び（３）前記ド
ループ利得の大きさを変化させることによって、前記積
分部分の極の位置を変化させ、前記積分部分の極の位置
によって前記エンジン速度ガバナのドループ量を決定す
るステップと、から成る。更に、前記ガバナは、これに
関連する周波数応答を有し、この場合、前記方法は、
（１）前記ガバナの定常状態の周波数応答のみの大きさ
が、前記積分部分に関連したドループ利得に依存するよ
うに、前記ガバナを構成するステップと、（２）前記ド
ループ利得の大きさを変化させることにより、前記定常
状態周波数応答の大きさを変化させ、該定常状態周波数
応答の大きさによって前記エンジン速度ガバナにおける
ドループ量を決定するステップと、を含んでもよい。
速度ガバナにおいて可変ドループを発生する方法であっ
て、該ガバナは、これに関連する比例部分、積分部分及
び微分部分を有し、かつ前記比例部分、積分部分及び微
分部分の関数である伝達関数を有し、前記方法は、
（１）前記ガバナの伝達関数が前記積分部分に関連する
１つの極を有するように前記ガバナを構成するステップ
と、（２）前記積分部分に、前記積分部分の極に関連し
たドループ利得を与えるステップと、及び（３）前記ド
ループ利得の大きさを変化させることによって、前記積
分部分の極の位置を変化させ、前記積分部分の極の位置
によって前記エンジン速度ガバナのドループ量を決定す
るステップと、から成る。更に、前記ガバナは、これに
関連する周波数応答を有し、この場合、前記方法は、
（１）前記ガバナの定常状態の周波数応答のみの大きさ
が、前記積分部分に関連したドループ利得に依存するよ
うに、前記ガバナを構成するステップと、（２）前記ド
ループ利得の大きさを変化させることにより、前記定常
状態周波数応答の大きさを変化させ、該定常状態周波数
応答の大きさによって前記エンジン速度ガバナにおける
ドループ量を決定するステップと、を含んでもよい。
【００２３】本発明の更に別の態様によれば、スロット
ルを有する内燃エンジンの速度を制御するための制御シ
ステムは、スロットル位置を感知してそれに対応するス
ロットル位置信号を発生するスロットル位置センサと、
エンジン速度を感知してそれに対応するエンジン速度信
号を発生するエンジン速度センサと、燃料制御信号に応
答して前記エンジンに燃料を供給する燃料供給システム
と、エンジン速度制御器と、から成る。前記エンジン速
度制御器は、前記スロットル位置信号に応答して、それ
に対応する基準速度信号を発生する。また、前記エンジ
ン速度制御器は、前記基準速度信号と前記エンジン速度
信号とに応答して、それらの間の差に対応する誤差速度
信号を決定する。最後に、前記エンジン速度制御器は、
前記誤差速度信号に応答して、該誤差速度信号から前記
燃料制御信号を発生し、この場合、前記燃料制御信号
は、前記誤差速度信号の少なくとも大きさ、期間及び変
化率の関数であり、更に、エンジン負荷に比例し、エン
ジン負荷が増加するにつれて前記エンジン速度が減少す
るようにしてある。
ルを有する内燃エンジンの速度を制御するための制御シ
ステムは、スロットル位置を感知してそれに対応するス
ロットル位置信号を発生するスロットル位置センサと、
エンジン速度を感知してそれに対応するエンジン速度信
号を発生するエンジン速度センサと、燃料制御信号に応
答して前記エンジンに燃料を供給する燃料供給システム
と、エンジン速度制御器と、から成る。前記エンジン速
度制御器は、前記スロットル位置信号に応答して、それ
に対応する基準速度信号を発生する。また、前記エンジ
ン速度制御器は、前記基準速度信号と前記エンジン速度
信号とに応答して、それらの間の差に対応する誤差速度
信号を決定する。最後に、前記エンジン速度制御器は、
前記誤差速度信号に応答して、該誤差速度信号から前記
燃料制御信号を発生し、この場合、前記燃料制御信号
は、前記誤差速度信号の少なくとも大きさ、期間及び変
化率の関数であり、更に、エンジン負荷に比例し、エン
ジン負荷が増加するにつれて前記エンジン速度が減少す
るようにしてある。
【００２４】本発明の更に別の態様によれば、内燃エン
ジンの速度を制御するための制御システムにおいて使用
するための可変ドループ電子エンジン速度ガバナは、エ
ンジン速度誤差信号を受ける誤差速度入力と、燃料制御
信号を発生する燃料制御出力と、少なくとも１つの極を
有する伝達関数を定めるエンジン速度誤差補正部分と、
から成る。極の位置を可変とすることにより前記ガバナ
に可変範囲のドループを与えるようにする。前記エンジ
ン速度ガバナは、前記エンジン速度誤差信号に応答し
て、前記伝達関数に従って前記燃料制御信号をエンジン
燃料供給システムに供給する。更に、前記エンジン速度
誤差補正部分は、関連する周波数応答を有し、前記周波
数応答の定常状態部分のみの大きさを可変とすることに
より、前記エンジン速度ガバナに、それに対応して可変
の範囲のドループを与える。この場合、前記エンジン速
度ガバナは、前記エンジン速度誤差信号に応答して、前
記周波数応答に従って前記燃料制御信号を前記エンジン
燃料供給システムに供給する。
ジンの速度を制御するための制御システムにおいて使用
するための可変ドループ電子エンジン速度ガバナは、エ
ンジン速度誤差信号を受ける誤差速度入力と、燃料制御
信号を発生する燃料制御出力と、少なくとも１つの極を
有する伝達関数を定めるエンジン速度誤差補正部分と、
から成る。極の位置を可変とすることにより前記ガバナ
に可変範囲のドループを与えるようにする。前記エンジ
ン速度ガバナは、前記エンジン速度誤差信号に応答し
て、前記伝達関数に従って前記燃料制御信号をエンジン
燃料供給システムに供給する。更に、前記エンジン速度
誤差補正部分は、関連する周波数応答を有し、前記周波
数応答の定常状態部分のみの大きさを可変とすることに
より、前記エンジン速度ガバナに、それに対応して可変
の範囲のドループを与える。この場合、前記エンジン速
度ガバナは、前記エンジン速度誤差信号に応答して、前
記周波数応答に従って前記燃料制御信号を前記エンジン
燃料供給システムに供給する。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の原理の理解を促進する目
的で、図面に例示した実施形態を参照し、かつ具体的な
記述を用いてこれについて説明する。しかしながら、こ
れによって本発明の範囲を限定するということは意図し
ておらず、その例示する装置の変更や修正、及びここに
例示する本発明の原理の更に別の応用は、本発明が関連
する分野の当業者が通常思いつくものである、と考え
る。
的で、図面に例示した実施形態を参照し、かつ具体的な
記述を用いてこれについて説明する。しかしながら、こ
れによって本発明の範囲を限定するということは意図し
ておらず、その例示する装置の変更や修正、及びここに
例示する本発明の原理の更に別の応用は、本発明が関連
する分野の当業者が通常思いつくものである、と考え
る。
【００２６】ここで図５を参照すると、これは、本発明
によるエンジン速度制御システム５０の一実施形態を示
している。システム５０内の構成要素のいくつかは、図
１及び図３に関して記述したものと同一であるので、同
様の参照番号を用いて同様の構成要素を識別することに
する。
によるエンジン速度制御システム５０の一実施形態を示
している。システム５０内の構成要素のいくつかは、図
１及び図３に関して記述したものと同一であるので、同
様の参照番号を用いて同様の構成要素を識別することに
する。
【００２７】システム５０の中心に位置するのは、制御
器５２である。この制御器５２は、自動車業界において
典型的に実施されているタイプの電子制御モジュール
（ＥＣＭ）を代表するものとすることができる。あるい
はまた、制御器５２は、Ｉｎｔｅｌ８０１９６のような
マイクロプロセッサに基ずく制御器、あるいは以下で論
じるタイプのエンジン速度制御アルゴリズムを実行可能
なプロセッサとしてもよい。いずれにしても、制御器５
２には電圧Ｖpwrを給電する。この電圧は、通常、約７.
０ないし３２.０ボルトの間のバッテリ電圧から直接、
又は約３.０ないし７.０ボルトの間の調整電圧を有する
電圧レギュレータを介して供給する。
器５２である。この制御器５２は、自動車業界において
典型的に実施されているタイプの電子制御モジュール
（ＥＣＭ）を代表するものとすることができる。あるい
はまた、制御器５２は、Ｉｎｔｅｌ８０１９６のような
マイクロプロセッサに基ずく制御器、あるいは以下で論
じるタイプのエンジン速度制御アルゴリズムを実行可能
なプロセッサとしてもよい。いずれにしても、制御器５
２には電圧Ｖpwrを給電する。この電圧は、通常、約７.
０ないし３２.０ボルトの間のバッテリ電圧から直接、
又は約３.０ないし７.０ボルトの間の調整電圧を有する
電圧レギュレータを介して供給する。
【００２８】好ましくは、制御器５２はメモリ部５４を
含み、これに外部補助メモリ５６を補足することもでき
る。あるいはまた、制御器５２にはメモリ部５４を設け
ず、制御器５２が必要とする情報を記憶するためには、
補助メモリ５６を必要とするようにしてもよい。このメ
モリ構成には関係なく、メモリ部５４及び／又は補助メ
モリ５６は、制御器５２がアクセス可能なデータ、及び
制御器５２が実行可能なソフトウエア・アルゴリズムを
記憶可能でなければならない。好ましくは、メモリ部５
４及び／又は補助メモリ５６は、ランダム・アクセス・
メモリ（ＲＡＭ）、並びにプログラマブルＲＯＭ（ＰＲ
ＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去
可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）又はフラッシュＰＲＯＭ
のようなリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）を含むが、
磁気的又は光学的にアクセス可能のメモリのような他の
メモリ・タイプも考慮できる。
含み、これに外部補助メモリ５６を補足することもでき
る。あるいはまた、制御器５２にはメモリ部５４を設け
ず、制御器５２が必要とする情報を記憶するためには、
補助メモリ５６を必要とするようにしてもよい。このメ
モリ構成には関係なく、メモリ部５４及び／又は補助メ
モリ５６は、制御器５２がアクセス可能なデータ、及び
制御器５２が実行可能なソフトウエア・アルゴリズムを
記憶可能でなければならない。好ましくは、メモリ部５
４及び／又は補助メモリ５６は、ランダム・アクセス・
メモリ（ＲＡＭ）、並びにプログラマブルＲＯＭ（ＰＲ
ＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去
可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）又はフラッシュＰＲＯＭ
のようなリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）を含むが、
磁気的又は光学的にアクセス可能のメモリのような他の
メモリ・タイプも考慮できる。
【００２９】好ましくは、制御器５２は更に、アナログ
入力を受け、制御器５２が用いるためにアナログ信号を
デジタル信号に変換するためのアナログ／デジタル（Ａ
／Ｄ）変換部５８を含む。あるいはまた、制御器５２に
はＡ／Ｄ変換部５８を設けずに、制御器５２が受ける前
に、アナログ信号をデジタル信号に変換するために、外
部のＡ／Ｄ変換器６２を必要とするようにしてもよい。
制御器５２は、更に、スロットル位置センサ６０からの
スロットル位置信号を受けるためのスロットル位置入力
（ＴＰＩ）を有する。スロットル位置信号は、好ましく
は、車両の加速ペダル（図示せず）の位置に対応するア
ナログ信号である。従って、スロットル位置信号は、制
御器５２による使用のために、Ａ／Ｄ部５８又は外部Ａ
／Ｄ変換器６２のいずれかによってデジタル信号に変換
する。しかしながら、本発明は、更に、スロットル位置
センサ６０が加速ペダルの位置に対応するデジタル信号
を発生し、Ａ／Ｄ部５８及びＡ／Ｄ変換器６２のいずれ
をも不要とすることも考慮に入れている。
入力を受け、制御器５２が用いるためにアナログ信号を
デジタル信号に変換するためのアナログ／デジタル（Ａ
／Ｄ）変換部５８を含む。あるいはまた、制御器５２に
はＡ／Ｄ変換部５８を設けずに、制御器５２が受ける前
に、アナログ信号をデジタル信号に変換するために、外
部のＡ／Ｄ変換器６２を必要とするようにしてもよい。
制御器５２は、更に、スロットル位置センサ６０からの
スロットル位置信号を受けるためのスロットル位置入力
（ＴＰＩ）を有する。スロットル位置信号は、好ましく
は、車両の加速ペダル（図示せず）の位置に対応するア
ナログ信号である。従って、スロットル位置信号は、制
御器５２による使用のために、Ａ／Ｄ部５８又は外部Ａ
／Ｄ変換器６２のいずれかによってデジタル信号に変換
する。しかしながら、本発明は、更に、スロットル位置
センサ６０が加速ペダルの位置に対応するデジタル信号
を発生し、Ａ／Ｄ部５８及びＡ／Ｄ変換器６２のいずれ
をも不要とすることも考慮に入れている。
【００３０】エンジン速度制御システム５０内では、図
１ないし図４に関して記述した、加算ノード１４及びＰ
ＩＤ制御器１６のようなエンジン速度ガバナの機能を、
制御器５２内に備えてある。以下でより詳しく説明する
が、ガバナの機能を、制御器５２内のソフトウエア・ア
ルゴリズムとして実現して、ＰＩ'Ｄ機能を提供してい
る。このような構成において、制御器５２は、エンジン
３０内に配置したエンジン速度センサ３２からの実際の
エンジン速度に対応するエンジン速度信号をエンジン速
度入力（ＥＳＩ）で受ける。スロットル位置信号の場合
と同様、エンジン速度信号は、エンジン速度センサ３２
が発生するアナログ信号である。従って、制御器５２
は、そのアナログ・エンジン速度信号を制御器５２が使
用するためのデジタル・エンジン速度信号に変換するた
めには、第２のＡ／Ｄ部５９を必要とする。あるいは、
制御器５２にはＡ／Ｄ部５９を設けずに、第２の補助Ａ
／Ｄ変換器６１を制御器５２外に設けてその機能を実行
してもよい。最後に、スロットル位置センサ６０の場合
のように、本発明は、エンジン速度センサ３２がデジタ
ル・エンジン速度信号を発生することにより、Ａ／Ｄ部
５９も補助Ａ／Ｄ変換器６１も不要とする、ということ
も考慮に入れている。最後に、制御器５２は更に出力Ｏ
ＵＴを有し、調速されたエンジン速度に対応する燃料制
御信号５５を、エンジン３０の燃料供給システム２８に
供給する。
１ないし図４に関して記述した、加算ノード１４及びＰ
ＩＤ制御器１６のようなエンジン速度ガバナの機能を、
制御器５２内に備えてある。以下でより詳しく説明する
が、ガバナの機能を、制御器５２内のソフトウエア・ア
ルゴリズムとして実現して、ＰＩ'Ｄ機能を提供してい
る。このような構成において、制御器５２は、エンジン
３０内に配置したエンジン速度センサ３２からの実際の
エンジン速度に対応するエンジン速度信号をエンジン速
度入力（ＥＳＩ）で受ける。スロットル位置信号の場合
と同様、エンジン速度信号は、エンジン速度センサ３２
が発生するアナログ信号である。従って、制御器５２
は、そのアナログ・エンジン速度信号を制御器５２が使
用するためのデジタル・エンジン速度信号に変換するた
めには、第２のＡ／Ｄ部５９を必要とする。あるいは、
制御器５２にはＡ／Ｄ部５９を設けずに、第２の補助Ａ
／Ｄ変換器６１を制御器５２外に設けてその機能を実行
してもよい。最後に、スロットル位置センサ６０の場合
のように、本発明は、エンジン速度センサ３２がデジタ
ル・エンジン速度信号を発生することにより、Ａ／Ｄ部
５９も補助Ａ／Ｄ変換器６１も不要とする、ということ
も考慮に入れている。最後に、制御器５２は更に出力Ｏ
ＵＴを有し、調速されたエンジン速度に対応する燃料制
御信号５５を、エンジン３０の燃料供給システム２８に
供給する。
【００３１】次に図６を参照する。これは、本発明によ
るエンジン速度制御システム７０の別の実施形態を示
す。システム７０の構成要素の内いくつかは図１、図３
及び図５に関して記述したものと同一であるので、同様
の番号を用いて同様の構成要素を識別することにする。
るエンジン速度制御システム７０の別の実施形態を示
す。システム７０の構成要素の内いくつかは図１、図３
及び図５に関して記述したものと同一であるので、同様
の番号を用いて同様の構成要素を識別することにする。
【００３２】システム７０は、加算ノード７８及びＰ
Ｉ'Ｄ制御器８０が制御器７２外の構成要素であること
を除いて、図５のシステム５０とほとんどの点において
同一である。従って、制御器７２は、入力ＥＳＩもＡ／
Ｄ部５９（又は補助Ａ／Ｄ変換器６１）も不要であり、
加算ノード７８に接続した出力ＯＵＴを有している。一
方、加算ノード７８は、ＰＩ'Ｄ制御器８０に接続して
あり、そしてこの制御器は、エンジン３０の燃料供給シ
ステム２８に燃料制御信号を供給する。ＰＩ'Ｄ制御器
８０（図６）と制御器５２（図５）で実行可能なソフト
ウエア・アルゴリズム内に含むＰＩ'Ｄ機能との双方
は、以下に詳述するようにその積分部分を修正して全範
囲のドループを与えるようにしたことを除いては、図１
及び図３のＰＩＤ制御器１６と、多くの点で類似してい
る。あるいはまた、システム７０は、制御器７２で制御
するようにする必要はなく、スロットル位置センサ６０
からのアナログ出力を直接加算ノード７８に供給しても
よい。このように構成したシステム７０では、純粋にア
ナログのＰＩ'Ｄ制御システムを実現することができ
る。
Ｉ'Ｄ制御器８０が制御器７２外の構成要素であること
を除いて、図５のシステム５０とほとんどの点において
同一である。従って、制御器７２は、入力ＥＳＩもＡ／
Ｄ部５９（又は補助Ａ／Ｄ変換器６１）も不要であり、
加算ノード７８に接続した出力ＯＵＴを有している。一
方、加算ノード７８は、ＰＩ'Ｄ制御器８０に接続して
あり、そしてこの制御器は、エンジン３０の燃料供給シ
ステム２８に燃料制御信号を供給する。ＰＩ'Ｄ制御器
８０（図６）と制御器５２（図５）で実行可能なソフト
ウエア・アルゴリズム内に含むＰＩ'Ｄ機能との双方
は、以下に詳述するようにその積分部分を修正して全範
囲のドループを与えるようにしたことを除いては、図１
及び図３のＰＩＤ制御器１６と、多くの点で類似してい
る。あるいはまた、システム７０は、制御器７２で制御
するようにする必要はなく、スロットル位置センサ６０
からのアナログ出力を直接加算ノード７８に供給しても
よい。このように構成したシステム７０では、純粋にア
ナログのＰＩ'Ｄ制御システムを実現することができ
る。
【００３３】次に図７のフローチャートを参照して、本
発明のエンジン速度制御システム５０又は７０の動作に
ついて、詳しく説明する。図７のフローチャートは、エ
ンジン３０のエンジン速度を制御する制御器５２又は７
２のいずれかによって実行可能なソフトウエア・プログ
ラム、即ち、アルゴリズムのフローを表わしている。プ
ログラムの実行はステップ１００から開始し、ステップ
１０２で、スロットル位置センサ６０が発生するスロッ
トル位置信号を、入力ＴＰＩにおいて読み取る。スロッ
トル位置信号がアナログ信号である場合、この信号を、
スケーリングする、即ち、Ａ／Ｄ部５８（又はＡ／Ｄ変
換器６２）によってデジタル形式に変換する。スロット
ル位置信号がデジタル信号である場合、Ａ／Ｄ部５８
（又は代わりに、Ａ／Ｄ変換器６２）を省略し、制御器
５２（又は７２）が単にデジタル・スロットル位置信号
を入力ＴＰＩにおいて読み取る。プログラムの実行は、
ステップ１０２からステップ１０４に移行し、ここで、
エンジン速度センサ３２が発生するエンジン速度信号を
読み取る。エンジン速度制御システム５０（図５）で
は、ステップ１０４は、入力ＥＳＩにおけるエンジン速
度信号の読み取りに対応する。このエンジン速度信号が
アナログ信号である場合、この信号を、スケーリングす
る、即ち、Ａ／Ｄ部５９（あるいは代わりに、Ａ／Ｄ変
換器６１）によってデジタル形式に変換する。エンジン
速度信号がデジタル信号である場合、Ａ／Ｄ部５９（あ
るいは代わりのＡ／Ｄ変換器６１）を省略し、制御器５
２は単に入力ＥＳＩにおいてデジタル・スロットル位置
信号を読み取る。一方、エンジン速度制御システム７０
（図６）では、ステップ１０４は、エンジン速度センサ
３２からのエンジン速度信号を加算ノード７８の負入力
において受けることに対応する。
発明のエンジン速度制御システム５０又は７０の動作に
ついて、詳しく説明する。図７のフローチャートは、エ
ンジン３０のエンジン速度を制御する制御器５２又は７
２のいずれかによって実行可能なソフトウエア・プログ
ラム、即ち、アルゴリズムのフローを表わしている。プ
ログラムの実行はステップ１００から開始し、ステップ
１０２で、スロットル位置センサ６０が発生するスロッ
トル位置信号を、入力ＴＰＩにおいて読み取る。スロッ
トル位置信号がアナログ信号である場合、この信号を、
スケーリングする、即ち、Ａ／Ｄ部５８（又はＡ／Ｄ変
換器６２）によってデジタル形式に変換する。スロット
ル位置信号がデジタル信号である場合、Ａ／Ｄ部５８
（又は代わりに、Ａ／Ｄ変換器６２）を省略し、制御器
５２（又は７２）が単にデジタル・スロットル位置信号
を入力ＴＰＩにおいて読み取る。プログラムの実行は、
ステップ１０２からステップ１０４に移行し、ここで、
エンジン速度センサ３２が発生するエンジン速度信号を
読み取る。エンジン速度制御システム５０（図５）で
は、ステップ１０４は、入力ＥＳＩにおけるエンジン速
度信号の読み取りに対応する。このエンジン速度信号が
アナログ信号である場合、この信号を、スケーリングす
る、即ち、Ａ／Ｄ部５９（あるいは代わりに、Ａ／Ｄ変
換器６１）によってデジタル形式に変換する。エンジン
速度信号がデジタル信号である場合、Ａ／Ｄ部５９（あ
るいは代わりのＡ／Ｄ変換器６１）を省略し、制御器５
２は単に入力ＥＳＩにおいてデジタル・スロットル位置
信号を読み取る。一方、エンジン速度制御システム７０
（図６）では、ステップ１０４は、エンジン速度センサ
３２からのエンジン速度信号を加算ノード７８の負入力
において受けることに対応する。
【００３４】プログラムの実行は、ステップ１０４から
ステップ１０６に移行し、ここで、制御器５２（又は７
２）内において、スロットル位置信号を、ある所望エン
ジン速度に対応する基準速度信号に変換する。好ましく
は、この変換を行うために、コンピュータ技術では公知
のルックアップ・テーブルを用いる。本質的に、ルック
アップ・テーブルは、各デジタル・スロットル位置値に
対して、対応するエンジン速度値を収容した相互参照ツ
ール（cross-reference tool）である。
ステップ１０６に移行し、ここで、制御器５２（又は７
２）内において、スロットル位置信号を、ある所望エン
ジン速度に対応する基準速度信号に変換する。好ましく
は、この変換を行うために、コンピュータ技術では公知
のルックアップ・テーブルを用いる。本質的に、ルック
アップ・テーブルは、各デジタル・スロットル位置値に
対して、対応するエンジン速度値を収容した相互参照ツ
ール（cross-reference tool）である。
【００３５】ステップ１０６から、プログラムの実行は
ステップ１０８に移行し、ここで、ステップ１０４から
の実エンジン速度を、ステップ１０６で決定した基準速
度から減算して、誤差速度を生成する。システム５０
（図５）では、実行可能なアルゴリズム動作として、制
御器５２内でこのステップ１０８を実行する。しかしな
がら、システム７０（図６）内では、制御器７２の出力
ＯＵＴに基準エンジン速度を与えて、これを加算ノード
７８の正入力に供給する。従って、システム７０では、
ステップ１０８は加算ノード７８が自動的に実行するこ
とになる。エンジン速度信号は好ましくはアナログ信号
であるので、制御器７２は、デジタル基準速度をアナロ
グ速度に変換するために、デジタル／アナログ（Ｄ／
Ａ）変換部７７を含む。図６には図示していないが、制
御器７２にＤ／Ａ部７７を設ける必要はなく、この機能
は制御器７２外の補助Ｄ／Ａ変換器で設けるようにでき
ることは理解されよう。また、この代わりとして、加算
ノード７８にかかるＤ／Ａ変換器を含めても良い。
ステップ１０８に移行し、ここで、ステップ１０４から
の実エンジン速度を、ステップ１０６で決定した基準速
度から減算して、誤差速度を生成する。システム５０
（図５）では、実行可能なアルゴリズム動作として、制
御器５２内でこのステップ１０８を実行する。しかしな
がら、システム７０（図６）内では、制御器７２の出力
ＯＵＴに基準エンジン速度を与えて、これを加算ノード
７８の正入力に供給する。従って、システム７０では、
ステップ１０８は加算ノード７８が自動的に実行するこ
とになる。エンジン速度信号は好ましくはアナログ信号
であるので、制御器７２は、デジタル基準速度をアナロ
グ速度に変換するために、デジタル／アナログ（Ｄ／
Ａ）変換部７７を含む。図６には図示していないが、制
御器７２にＤ／Ａ部７７を設ける必要はなく、この機能
は制御器７２外の補助Ｄ／Ａ変換器で設けるようにでき
ることは理解されよう。また、この代わりとして、加算
ノード７８にかかるＤ／Ａ変換器を含めても良い。
【００３６】プログラムの実行は、ステップ１０８から
ステップ１１０に移行し、ここで、ＰＩ'Ｄ制御器機能
を実行して、誤差速度信号から燃料制御信号を生成す
る。システム５０（図５）では、このＰＩ'Ｄ制御器機
能は、制御器５２内の１つのソフトウエア機能として実
行する。システム７０（図６）では、ＰＩ'Ｄ制御器８
０がこのＰＩ'Ｄ機能を実行する。好適なＰＩ'Ｄ機能の
形式、及びその好適実施形態については、後に更に詳細
に説明することにする。
ステップ１１０に移行し、ここで、ＰＩ'Ｄ制御器機能
を実行して、誤差速度信号から燃料制御信号を生成す
る。システム５０（図５）では、このＰＩ'Ｄ制御器機
能は、制御器５２内の１つのソフトウエア機能として実
行する。システム７０（図６）では、ＰＩ'Ｄ制御器８
０がこのＰＩ'Ｄ機能を実行する。好適なＰＩ'Ｄ機能の
形式、及びその好適実施形態については、後に更に詳細
に説明することにする。
【００３７】次に、プログラムの実行は、ステップ１１
０からステップ１１２に移行し、ここで、エンジン・ト
ルク・コマンドの形式の燃料制御信号５５を、ＰＩ'Ｄ
制御器の出力に発生させる。システム５０（図５）で
は、ステップ１１２は、出力ＯＵＴにおけるエンジン燃
料供給システム２８へのエンジン・トルク・コマンドの
供給に対応している。好ましくは、エンジン・トルク・
コマンドはアナログ信号であるので、制御器５２は、制
御器７２と同様に、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換
部５７を含む。しかしながら、制御器５２では、Ｄ／Ａ
変換部５７がデジタル・エンジン・トルク・コマンドを
アナログ信号に変換する。図５には図示していないが、
制御器５２にＤ／Ａ部５７を設ける必要はなく、この機
能を制御器５２外の補助Ｄ／Ａ変換器で設けるようにし
てもよいことは理解されよう。また、この代わりとし
て、燃料供給システム２８にかかるＤ／Ａ変換器を含ま
せて良い。システム７０（図６）では、ステップ１１２
は、ＰＩ'Ｄ８０の出力における、エンジン燃料供給シ
ステム２８への燃料制御信号５５の供給に対応してい
る。いずれの場合でも、燃料制御信号５５は、燃料供給
システム２８内の燃料システム・アクチュエータ（図示
せず）に指令を出して、ＰＩ'Ｄトルク・コマンドに従
ってエンジン３０に燃料供給し、これによって、実エン
ジン速度を制御するようにする。
０からステップ１１２に移行し、ここで、エンジン・ト
ルク・コマンドの形式の燃料制御信号５５を、ＰＩ'Ｄ
制御器の出力に発生させる。システム５０（図５）で
は、ステップ１１２は、出力ＯＵＴにおけるエンジン燃
料供給システム２８へのエンジン・トルク・コマンドの
供給に対応している。好ましくは、エンジン・トルク・
コマンドはアナログ信号であるので、制御器５２は、制
御器７２と同様に、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換
部５７を含む。しかしながら、制御器５２では、Ｄ／Ａ
変換部５７がデジタル・エンジン・トルク・コマンドを
アナログ信号に変換する。図５には図示していないが、
制御器５２にＤ／Ａ部５７を設ける必要はなく、この機
能を制御器５２外の補助Ｄ／Ａ変換器で設けるようにし
てもよいことは理解されよう。また、この代わりとし
て、燃料供給システム２８にかかるＤ／Ａ変換器を含ま
せて良い。システム７０（図６）では、ステップ１１２
は、ＰＩ'Ｄ８０の出力における、エンジン燃料供給シ
ステム２８への燃料制御信号５５の供給に対応してい
る。いずれの場合でも、燃料制御信号５５は、燃料供給
システム２８内の燃料システム・アクチュエータ（図示
せず）に指令を出して、ＰＩ'Ｄトルク・コマンドに従
ってエンジン３０に燃料供給し、これによって、実エン
ジン速度を制御するようにする。
【００３８】以上のアルゴリズムは、１秒当たり数回実
行し、好適実施形態では、２０ミリ秒毎に実行する。次
に、プログラムの実行は、ステップ１１２からステップ
１１４に移行し、ここで制御器５２（又は７２）は、ス
テップ１０２から２０ミリ秒が経過したか否かを検査す
る。経過していない場合、アルゴリズムはステップ１１
４に戻る。また、ステップ１０２以来２０ミリ秒が経過
したなら、アルゴリズムはループしてステップ１０２に
戻り、そしてこのアルゴリズムを再開する。
行し、好適実施形態では、２０ミリ秒毎に実行する。次
に、プログラムの実行は、ステップ１１２からステップ
１１４に移行し、ここで制御器５２（又は７２）は、ス
テップ１０２から２０ミリ秒が経過したか否かを検査す
る。経過していない場合、アルゴリズムはステップ１１
４に戻る。また、ステップ１０２以来２０ミリ秒が経過
したなら、アルゴリズムはループしてステップ１０２に
戻り、そしてこのアルゴリズムを再開する。
【００３９】再び、図７のフローチャートのステップ１
１０を参照して、制御器５２（図５）によりソフトウエ
アとして実行可能あるいはＰＩ'Ｄ制御器８０（図６）
により実行可能なＰＩ'Ｄ関数について、これより詳細
に説明する。図１及び図３に示したＰＩＤ制御器のよう
なＰＩＤ制御器を用いて全範囲のドループを与えるため
には、それらの積分部分を修正して、ＰＩＤ制御器の積
分部分に対応する伝達関数の極においてドループ利得を
与えるようにする必要がある。こうすることにより、ド
ループ利得量を変化させるだけで、ドループを変化させ
ることができるようになる。このようにＰＩＤ制御器１
６を修正してＰＩ'Ｄ制御器８０（又は制御器５２内で
実行可能なＰＩ'Ｄ関数）を得る例は、その結果として
得られる伝達ＰＩ'Ｄ関数Ｈ3の検討によって、観察する
ことができる。
１０を参照して、制御器５２（図５）によりソフトウエ
アとして実行可能あるいはＰＩ'Ｄ制御器８０（図６）
により実行可能なＰＩ'Ｄ関数について、これより詳細
に説明する。図１及び図３に示したＰＩＤ制御器のよう
なＰＩＤ制御器を用いて全範囲のドループを与えるため
には、それらの積分部分を修正して、ＰＩＤ制御器の積
分部分に対応する伝達関数の極においてドループ利得を
与えるようにする必要がある。こうすることにより、ド
ループ利得量を変化させるだけで、ドループを変化させ
ることができるようになる。このようにＰＩＤ制御器１
６を修正してＰＩ'Ｄ制御器８０（又は制御器５２内で
実行可能なＰＩ'Ｄ関数）を得る例は、その結果として
得られる伝達ＰＩ'Ｄ関数Ｈ3の検討によって、観察する
ことができる。
【００４０】
【数４】Ｈ3＝［４.５（ｚ−０.９８８）（ｚ−０.８８
２）］／［（ｚ−０.９９９０）（ｚ−０.３６６）］ 従って、伝達関数Ｈ3は、元来ｚ＝１にあった極がｚ＝
０.９９９０に移動したことを除いて、伝達関数Ｈ1と同
じである。ＰＩＤ制御器１６を用いる場合のように、Ｐ
Ｉ'Ｄ制御器が発生する燃料制御信号は、誤差速度の大
きさ（比例）、誤差速度の期間（積分）、及び誤差速度
の変化の方向及び率（微分）の関数である。しかしなが
ら、このＰＩ'Ｄ制御器は新たに導入したドループ利得
を含むので、ＰＩ'Ｄ制御器が発生する燃料制御信号
は、エンジン負荷にも比例し、従って実エンジン速度は
エンジン負荷が増加するにつれて減速することになる。
２）］／［（ｚ−０.９９９０）（ｚ−０.３６６）］ 従って、伝達関数Ｈ3は、元来ｚ＝１にあった極がｚ＝
０.９９９０に移動したことを除いて、伝達関数Ｈ1と同
じである。ＰＩＤ制御器１６を用いる場合のように、Ｐ
Ｉ'Ｄ制御器が発生する燃料制御信号は、誤差速度の大
きさ（比例）、誤差速度の期間（積分）、及び誤差速度
の変化の方向及び率（微分）の関数である。しかしなが
ら、このＰＩ'Ｄ制御器は新たに導入したドループ利得
を含むので、ＰＩ'Ｄ制御器が発生する燃料制御信号
は、エンジン負荷にも比例し、従って実エンジン速度は
エンジン負荷が増加するにつれて減速することになる。
【００４１】本発明のＰＩ'Ｄ制御器の結果として得ら
れる周波数応答を、ＰＩＤ制御器１６（図１）の周波数
応答と共に、図８のＡ及びＢのボード線図に示す。図８
のＡを参照すると、周波数応答の定常状態部分の大きさ
８５は、ドループ利得をＰＩＤ制御器１６の積分部分に
導入したことによって減少している。尚、“定常状態”
とは、本明細書では、約１Ｈｚ未満の周波数として定義
する。一方、動的周波数応答は、ＰＩＤ制御器１６の動
的応答３６と同じである。ここで、“動的”とは、本明
細書では、約１Ｈｚより高い周波数として定義する。同
様に、位相応答８８（図８のＢ）も、定常状態において
のみ影響を受けており（正方向に移動）、動的周波数に
おいては、ＰＩＤ制御器１６の位相応答３８と一致して
いる。ドループ利得を増加させると、積分部分の極を
１.０から減少方向に移動させる効果があり、これは更
に、定常状態においてのみの周波数応答の大きさを減少
させる効果もある。一方、ドループ利得を増加させる
と、積分部分の極を１.０に向かって移動させる効果が
あり、これは更に、定常状態においてのみ周波数応答の
大きさを増加させる効果もある。従って、ＰＩＤ制御器
１６の積分部分を修正して、元来ｚ＝１にある積分部分
の極に関連したドループ利得を与えることによって、新
たなＰＩ'Ｄ制御器（図６では８０、そして図５では制
御器５２の内部）を形成することになる。その結果とし
て得られたＰＩ'Ｄ制御器は、図３の制御システム１５
（図４のＡ及びＢのボード線図を参照のこと）に対し
て、付加的なドループ機能を有することになるが、先に
述べた高周波数領域において観察されるシステム１５の
悪影響を受けることはない。ＰＩ'Ｄ制御器では、積分
部分極の位置をｚ＝１.０に近づけるように移動させる
（これは、その新たに導入したドループ利得を増加させ
ることに対応）ことにより、ゼロ・ドループを装備して
厳格な等時挙動を達成することも可能となる。逆に、積
分部分極を１.０から減少するように移動させる（これ
は、ドループ利得の減少に対応）ことにより、システム
の安定性に影響を与えずに、エンジン速度減少のエンジ
ン負荷増大に対する所望の比率を与えることもできる。
このように、ＰＩ'Ｄ制御器を用いることによって、全
範囲のドループを実現することができる。
れる周波数応答を、ＰＩＤ制御器１６（図１）の周波数
応答と共に、図８のＡ及びＢのボード線図に示す。図８
のＡを参照すると、周波数応答の定常状態部分の大きさ
８５は、ドループ利得をＰＩＤ制御器１６の積分部分に
導入したことによって減少している。尚、“定常状態”
とは、本明細書では、約１Ｈｚ未満の周波数として定義
する。一方、動的周波数応答は、ＰＩＤ制御器１６の動
的応答３６と同じである。ここで、“動的”とは、本明
細書では、約１Ｈｚより高い周波数として定義する。同
様に、位相応答８８（図８のＢ）も、定常状態において
のみ影響を受けており（正方向に移動）、動的周波数に
おいては、ＰＩＤ制御器１６の位相応答３８と一致して
いる。ドループ利得を増加させると、積分部分の極を
１.０から減少方向に移動させる効果があり、これは更
に、定常状態においてのみの周波数応答の大きさを減少
させる効果もある。一方、ドループ利得を増加させる
と、積分部分の極を１.０に向かって移動させる効果が
あり、これは更に、定常状態においてのみ周波数応答の
大きさを増加させる効果もある。従って、ＰＩＤ制御器
１６の積分部分を修正して、元来ｚ＝１にある積分部分
の極に関連したドループ利得を与えることによって、新
たなＰＩ'Ｄ制御器（図６では８０、そして図５では制
御器５２の内部）を形成することになる。その結果とし
て得られたＰＩ'Ｄ制御器は、図３の制御システム１５
（図４のＡ及びＢのボード線図を参照のこと）に対し
て、付加的なドループ機能を有することになるが、先に
述べた高周波数領域において観察されるシステム１５の
悪影響を受けることはない。ＰＩ'Ｄ制御器では、積分
部分極の位置をｚ＝１.０に近づけるように移動させる
（これは、その新たに導入したドループ利得を増加させ
ることに対応）ことにより、ゼロ・ドループを装備して
厳格な等時挙動を達成することも可能となる。逆に、積
分部分極を１.０から減少するように移動させる（これ
は、ドループ利得の減少に対応）ことにより、システム
の安定性に影響を与えずに、エンジン速度減少のエンジ
ン負荷増大に対する所望の比率を与えることもできる。
このように、ＰＩ'Ｄ制御器を用いることによって、全
範囲のドループを実現することができる。
【００４２】次に図９を参照して、ＰＩ'Ｄ制御器（図
６では８０、そして図５では制御器５２の内部）の内部
構造の一実施形態のブロック構成図を示す。ＰＩ'Ｄ制
御器１２０内では、基準エンジン速度ＲＥＦ ＳＰＥＥ
Ｄを遅延ブロック１２２に供給し、その後加算ノード１
２４の負入力に供給する。加えて、ＲＥＦ ＳＰＥＥＤ
を、加算ノード１２４の正入力に供給する。ＲＥＦ Ｓ
ＰＥＥＤは更に、利得ブロックＫi１２６に供給する。
Ｋi１２６は、ＰＩＤ制御器１６に関して一般に公知の
積分利得に対応する。加算ノード１２４の出力も同様
に、利得ブロックＫp１２８及びＫd１３６に供給する。
利得ブロックＫp１２８及びＫd１３６は、これもＰＩＤ
制御器１６に関して一般的に公知の、比例利得及び微分
利得にそれぞれ対応する。
６では８０、そして図５では制御器５２の内部）の内部
構造の一実施形態のブロック構成図を示す。ＰＩ'Ｄ制
御器１２０内では、基準エンジン速度ＲＥＦ ＳＰＥＥ
Ｄを遅延ブロック１２２に供給し、その後加算ノード１
２４の負入力に供給する。加えて、ＲＥＦ ＳＰＥＥＤ
を、加算ノード１２４の正入力に供給する。ＲＥＦ Ｓ
ＰＥＥＤは更に、利得ブロックＫi１２６に供給する。
Ｋi１２６は、ＰＩＤ制御器１６に関して一般に公知の
積分利得に対応する。加算ノード１２４の出力も同様
に、利得ブロックＫp１２８及びＫd１３６に供給する。
利得ブロックＫp１２８及びＫd１３６は、これもＰＩＤ
制御器１６に関して一般的に公知の、比例利得及び微分
利得にそれぞれ対応する。
【００４３】Ｋi１２６及びＫp１２８からの信号は、加
算ノード１３０の正入力に供給する。加算ノード１３０
の出力は、式（Ｋ＿ＤＲＯＯＰ＋１）／２で定まる利得
を有する、利得ブロック１３２に供給する。ここで、Ｋ
＿ＤＲＯＯＰは上記の新たに導入したドループ利得であ
る。ドループ利得ブロック１３２からの信号は、加算ノ
ード１３４の正入力に供給する。加算ノード１３４の出
力は、出力加算ノード１５２の正入力及び遅延ブロック
１５０に供給する。遅延ブロック１５０の出力は、利得
Ｋ＿ＤＲＯＯＰを有するドループ利得ブロック１４８に
供給し、その後加算ノード１３４の別の正入力に供給す
る。
算ノード１３０の正入力に供給する。加算ノード１３０
の出力は、式（Ｋ＿ＤＲＯＯＰ＋１）／２で定まる利得
を有する、利得ブロック１３２に供給する。ここで、Ｋ
＿ＤＲＯＯＰは上記の新たに導入したドループ利得であ
る。ドループ利得ブロック１３２からの信号は、加算ノ
ード１３４の正入力に供給する。加算ノード１３４の出
力は、出力加算ノード１５２の正入力及び遅延ブロック
１５０に供給する。遅延ブロック１５０の出力は、利得
Ｋ＿ＤＲＯＯＰを有するドループ利得ブロック１４８に
供給し、その後加算ノード１３４の別の正入力に供給す
る。
【００４４】Ｋd利得ブロック１３６の出力は、式（Ｋ
＿ＤＲＯＯＰ＋１）／２で定まる利得を有する、ドルー
プ利得ブロック１３８に供給する。このドループ利得ブ
ロック１３８の出力は、加算ノード１４０の正入力に供
給する。加算ノード１４０の出力は、出力加算ノード１
５２の別の正入力と、遅延ブロック１４４とに供給す
る。遅延ブロック１４４の出力は、式（Ｋ＿ＤＲＯＯＰ
−１）で定まる利得を有するドループ利得ブロックに供
給し、そしてその後加算ノード１３４の別の正入力に供
給する。更に、遅延ブロック１４４の出力は、利得ブロ
ック１４２に供給する。ここで、Ｋ＿ＤＦＬＴは、Ｐ
Ｉ'Ｄ制御器の微分部分に関連する固定利得である。こ
の利得ブロック１４２の出力は、加算ノード１４０の別
の正入力に供給する。最後に、加算ノード１５２の出力
は、このＰＩ'Ｄ制御器の出力であり、これは、その燃
料制御信号を供給して、エンジン３０の燃料供給システ
ム２８を作動させる。
＿ＤＲＯＯＰ＋１）／２で定まる利得を有する、ドルー
プ利得ブロック１３８に供給する。このドループ利得ブ
ロック１３８の出力は、加算ノード１４０の正入力に供
給する。加算ノード１４０の出力は、出力加算ノード１
５２の別の正入力と、遅延ブロック１４４とに供給す
る。遅延ブロック１４４の出力は、式（Ｋ＿ＤＲＯＯＰ
−１）で定まる利得を有するドループ利得ブロックに供
給し、そしてその後加算ノード１３４の別の正入力に供
給する。更に、遅延ブロック１４４の出力は、利得ブロ
ック１４２に供給する。ここで、Ｋ＿ＤＦＬＴは、Ｐ
Ｉ'Ｄ制御器の微分部分に関連する固定利得である。こ
の利得ブロック１４２の出力は、加算ノード１４０の別
の正入力に供給する。最後に、加算ノード１５２の出力
は、このＰＩ'Ｄ制御器の出力であり、これは、その燃
料制御信号を供給して、エンジン３０の燃料供給システ
ム２８を作動させる。
【００４５】上述のＰＩ'Ｄ制御器１２０は、これまで
説明したように、システム５０（図５）の制御器５２内
におけるようなソフトウエア・アルゴリズムとして、又
はシステム７０（図６）におけるような構成要素のシス
テムとして、実現することができる。ここで指摘すべき
は、利得変数Ｋ＿ＤＲＯＯＰが１.０に等しいとき、等
時性ＰＩＤ制御器１６の標準的な実装が生ずることであ
る。同様に、利得変数Ｋ＿ＤＲＯＯＰが０と１の間にあ
るとき、本発明の可変ドループ・エンジン速度制御器が
得られる。
説明したように、システム５０（図５）の制御器５２内
におけるようなソフトウエア・アルゴリズムとして、又
はシステム７０（図６）におけるような構成要素のシス
テムとして、実現することができる。ここで指摘すべき
は、利得変数Ｋ＿ＤＲＯＯＰが１.０に等しいとき、等
時性ＰＩＤ制御器１６の標準的な実装が生ずることであ
る。同様に、利得変数Ｋ＿ＤＲＯＯＰが０と１の間にあ
るとき、本発明の可変ドループ・エンジン速度制御器が
得られる。
【００４６】公知のシステム方程式及び技術を用いる
と、ＰＩ'Ｄ制御器１２０の伝達関数Ｈ4は、以下の式で
与えることができる。
と、ＰＩ'Ｄ制御器１２０の伝達関数Ｈ4は、以下の式で
与えることができる。
【００４７】
【数５】 Ｈ4＝［（Ｋ＿ＤＲＯＯＰ＋１）／２］［（Ｋp＋Ｋi＋Ｋd）ｚ2 ＋（−Ｋp（Ｋ＿ＤＦＬＴ＋１）−ＫiＫ＿ＤＦＬＴ −２Ｋd）ｚ＋（ＫpＫ＿ＤＦＬＴ＋Ｋd）］ ／［（ｚ−Ｋ＿ＤＦＬＴ）（ｚ−Ｋ＿ＤＲＯＯＰ）］ この伝達関数Ｈ4において、新たに導入したドループ利
得に対応する利得項Ｋ＿ＤＲＯＯＰは、分子の多項式内
に現れないので、ゼロ点の位置付けには影響を与えない
ことを注記しておく。更に、２つの極がＫ＿ＤＦＬＴ及
びＫ＿ＤＲＯＯＰに位置するので、Ｋ＿ＤＲＯＯＰを変
化させた場合、一方の極のみが変化する。２つのゼロ点
は各々、Ｋp，Ｋi，Ｋd及びＫ＿ＤＦＬＴの関数であ
る。図９に示したように、ＰＩ'Ｄ制御器１２０を実現
することによって、残りの利得Ｋp，Ｋi，Ｋd及びＫ＿
ＤＦＬＴによって得られる動的補償に影響を与えること
なく、定常状態利得を可変にするという目的を達成する
ことができる。
得に対応する利得項Ｋ＿ＤＲＯＯＰは、分子の多項式内
に現れないので、ゼロ点の位置付けには影響を与えない
ことを注記しておく。更に、２つの極がＫ＿ＤＦＬＴ及
びＫ＿ＤＲＯＯＰに位置するので、Ｋ＿ＤＲＯＯＰを変
化させた場合、一方の極のみが変化する。２つのゼロ点
は各々、Ｋp，Ｋi，Ｋd及びＫ＿ＤＦＬＴの関数であ
る。図９に示したように、ＰＩ'Ｄ制御器１２０を実現
することによって、残りの利得Ｋp，Ｋi，Ｋd及びＫ＿
ＤＦＬＴによって得られる動的補償に影響を与えること
なく、定常状態利得を可変にするという目的を達成する
ことができる。
【００４８】本発明について、図面及び以上の記述によ
って図示し説明したが、これらは例示的であり限定的な
性質ではないものと考えるべきであり、従って好適実施
形態を単に示し説明したのであって、本発明の精神の範
疇に入る変更や修正は全て保護されるよう希望している
ことは理解されよう。例えば、図９に示したＰＩ'Ｄ制
御器の実現例１２０は、本発明によるＰＩ'Ｄ制御器の
一実施形態を表わしたものであり、当業者は、上述の概
念を実現することによって代替実施形態を容易に構成可
能であることを認めよう。従って、ＰＩ'Ｄ制御器の実
施形態１２０は単に本発明の概念を表わすに過ぎないも
のとして理解すべきである。また別の例として、ここに
記述したＰＩ'Ｄ制御器は、図面には示さなかったが、
特定の車両及びエンジンの動作状態に基づいてドループ
を変化させるシステムにも使用可能である。このような
ものも、本発明の精神に含まれるものと考える。更に別
の例として、積分部分の極が１より大きくなるように
（ｚ＞１）、ドループ利得Ｋ＿ＤＲＯＯＰを増加させる
ことも可能である。従って、本発明のＰＩ'Ｄ制御器に
よって“負”ドループを与え、エンジン負荷の増加に従
って、定常状態エンジン速度を上昇させることも可能で
ある。本発明のＰＩ'Ｄ制御器を用いれば、正値及び負
値の全範囲にわたるドループを与えることが可能とな
る。
って図示し説明したが、これらは例示的であり限定的な
性質ではないものと考えるべきであり、従って好適実施
形態を単に示し説明したのであって、本発明の精神の範
疇に入る変更や修正は全て保護されるよう希望している
ことは理解されよう。例えば、図９に示したＰＩ'Ｄ制
御器の実現例１２０は、本発明によるＰＩ'Ｄ制御器の
一実施形態を表わしたものであり、当業者は、上述の概
念を実現することによって代替実施形態を容易に構成可
能であることを認めよう。従って、ＰＩ'Ｄ制御器の実
施形態１２０は単に本発明の概念を表わすに過ぎないも
のとして理解すべきである。また別の例として、ここに
記述したＰＩ'Ｄ制御器は、図面には示さなかったが、
特定の車両及びエンジンの動作状態に基づいてドループ
を変化させるシステムにも使用可能である。このような
ものも、本発明の精神に含まれるものと考える。更に別
の例として、積分部分の極が１より大きくなるように
（ｚ＞１）、ドループ利得Ｋ＿ＤＲＯＯＰを増加させる
ことも可能である。従って、本発明のＰＩ'Ｄ制御器に
よって“負”ドループを与え、エンジン負荷の増加に従
って、定常状態エンジン速度を上昇させることも可能で
ある。本発明のＰＩ'Ｄ制御器を用いれば、正値及び負
値の全範囲にわたるドループを与えることが可能とな
る。
【図１】ＰＩＤガバナを組み込んだ従来技術の等時性エ
ンジン速度制御システムのブロック構成図である。
ンジン速度制御システムのブロック構成図である。
【図２】Ａ及びＢで構成され、これらは、図１のエンジ
ン速度制御システムの周波数応答を示すプロットであ
る。
ン速度制御システムの周波数応答を示すプロットであ
る。
【図３】図１のものに類似した従来技術の等時性エンジ
ン速度制御システムに可変ドループ機能を付け加えたも
ののブロック構成図である。
ン速度制御システムに可変ドループ機能を付け加えたも
ののブロック構成図である。
【図４】Ａ及びＢで構成され、これらは、図３のエンジ
ン速度制御システムの周波数応答を示すプロットであ
る。
ン速度制御システムの周波数応答を示すプロットであ
る。
【図５】本発明による可変ドループ・エンジン速度制御
システムの一実施形態のブロック構成図である。
システムの一実施形態のブロック構成図である。
【図６】本発明による可変ドループ・エンジン速度制御
システムの別の実施形態のブロック構成図である。
システムの別の実施形態のブロック構成図である。
【図７】図５又は図６のエンジン速度制御システムに従
ってエンジン速度を制御するためのアルゴリズムを示す
フロー・チャートである。
ってエンジン速度を制御するためのアルゴリズムを示す
フロー・チャートである。
【図８】Ａ及びＢで構成され、これらは、図５又は図６
のいずれかのエンジン速度制御システムの周波数応答を
示すグラフである。
のいずれかのエンジン速度制御システムの周波数応答を
示すグラフである。
【図９】図５又は図６のいずれかのエンジン速度制御器
の内部構造の一実施形態を示すブロック構成図。
の内部構造の一実施形態を示すブロック構成図。
１４ 加算ノード １６ ＰＩＤ制御器 ２８ 燃料供給システム ３０ エンジン ３２ エンジン速度センサ ５０ エンジン速度制御システム ５２ 制御器 ５４ メモリ部 ５６ 外部補助メモリ ５８，５９ アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部 ６０ スロットル位置センサ ６１ 第２の補助Ａ／Ｄ変換器 ６２ 外部Ａ／Ｄ変換器 ７０ エンジン速度制御システム ７８ 加算ノード ８０ ＰＩ'Ｄ制御器 １２０ ＰＩ'Ｄ制御器 １２２ 遅延ブロック １２４，１３０，１３４，１４０ 加算ノード １２６ 利得ブロックＫi １２８ 利得ブロックＫp １３２ 利得ブロック １３６ 利得ブロックＫd １３８ ドループ利得ブロック １４２ 利得ブロック １４４，１５０ 遅延ブロック １４８ ドループ利得ブロック １５２ 出力加算ノード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・エル・ゼラー 広島県中区銀山町７−４−701
Claims (19)
- 【請求項１】スロットル位置を感知するスロットル位置
センサと、実エンジン速度を感知するエンジン速度セン
サと、燃料制御信号に応答して前記エンジンに燃料を供
給する燃料供給システムとを有する内燃エンジンのエン
ジン速度制御方法であって、 （１）スロットル位置を感知し、該スロットル位置から
所望のエンジン速度を決定するステップと、 （２）実エンジン速度を感知するステップと、 （３）前記所望のエンジン速度と前記実エンジン速度と
の間の差として誤差速度を判定するステップと、 （４）前記誤差信号の少なくとも大きさ、期間及び変化
率の関数である燃料制御信号を、前記誤差速度から生成
するステップであって、前記燃料制御信号は更にエンジ
ン負荷に比例して、エンジン負荷の増加につれて前記実
エンジン速度が減少するようにする前記燃料制御信号を
生成するステップと、及び （５）前記燃料制御信号に従って前記エンジンに燃料を
供給することにより、前記実エンジン速度を制御するス
テップと、から成るエンジン速度制御方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、前記ステッ
プ（４）は、 （４）（ａ）少なくとも１つの極を有する速度誤差補正
関数を与えるステップと、 （４）（ｂ）前記速度誤差補正関数を前記誤差速度に適
用して、前記燃料制御信号を生成するステップと、及び （４）（ｃ）前記速度誤差補正関数の極を、エンジン速
度減少のエンジン負荷増加に対する所望の比を与える位
置に配置するステップと、を含むこと、を特徴とするエ
ンジン速度制御方法。 - 【請求項３】請求項２記載の方法において、前記ステッ
プ（４）は、 （４）（ａ）所定の周波数応答を有する利得関数を与え
るステップと、 （４）（ｂ）前記利得関数を前記誤差速度に適用して、
前記燃料制御信号を生成するステップと、及び （４）（ｃ）前記利得関数の定常状態利得のみを調節し
て、エンジン速度減少のエンジン負荷増加に対する所望
の比率を与えるステップと、を含むこと、を特徴とする
エンジン速度制御方法。 - 【請求項４】電子エンジン速度ガバナにおいて可変ドル
ープを発生する方法であって、前記ガバナは、これに関
連する比例部分、積分部分及び微分部分を有し、かつ該
比例部分、積分部分及び微分部分の関数である伝達関数
を有しており、前記方法が、 （１）前記ガバナの伝達関数が前記積分部分に関連する
１つの極を有するように前記ガバナを構成するステップ
と、 （２）前記積分部分に、前記積分部分の極に関連したド
ループ利得を与えるステップと、及び （３）前記ドループ利得の大きさを変化させることによ
って、前記積分部分の極の位置を変化させ、前記積分部
分の極の位置によって前記エンジン速度ガバナのドルー
プ量を決定するステップと、から成る可変ドループ発生
方法。 - 【請求項５】請求項４記載の方法において、前記ステッ
プ（１）は、前記ガバナの伝達関数が前記微分部分に関
連した別の極を有するように前記ガバナを構成するこ
と、を含むこと、を特徴とする可変ドループ発生方法。 - 【請求項６】請求項５記載の方法において、前記ステッ
プ（１）の後に、 （１）（ａ）前記微分部分の極に関連する固定利得を前
記微分部分に与えるステップを含むこと、を特徴とする
可変ドループ発生方法。 - 【請求項７】請求項６記載の方法であって、前記ステッ
プ（１）は、更に、前記ガバナの伝達関数が、前記比例
部分、積分部分及び微分部分の組み合わせに関連する少
なくとも２つのゼロ点を有するように、前記ガバナを構
成すること、を含むこと、を特徴とする可変ドループ発
生方法。 - 【請求項８】請求項７記載の方法であって、前記ステッ
プ（１）（ａ）の後に、更に、 （１）（ｂ）前記比例部分に比例利得を与えるステップ
と、 （１）（ｃ）前記積分部分に積分利得を与えるステップ
と、 （１）（ｄ）前記微分部分に微分利得を与えるステップ
と、を含み、前記伝達関数のゼロ点は、各々、前記比例
利得、積分利得、微分利得及び固定利得の関数であるこ
と、を特徴とする可変ドループ発生方法。 - 【請求項９】比例部分、積分部分及び微分部分を有する
電子エンジン速度ガバナにおいて可変ドループを発生す
る方法であって、前記ガバナはこれに関連する周波数応
答を有しており、前記方法が、 （１）前記ガバナの定常状態のみの周波数応答の大きさ
が、前記積分部分に関連したドループ利得に依存するよ
うに、前記ガバナを構成するステップと、 （２）前記ドループ利得の大きさを変化させることによ
り、前記定常状態周波数応答の大きさを変化させ、該定
常状態周波数応答の大きさによって前記エンジン速度ガ
バナにおけるドループ量を決定するステップと、から成
る可変ドループ発生方法。 - 【請求項１０】請求項９記載の方法において、前記ステ
ップ（１）は、更に、動的周波数応答の大きさが、少な
くとも、前記比例部分に関連する比例利得と、前記積分
部分に関連する積分利得と、前記微分部分に関連する微
分利得との関数となるように、前記ガバナを構成するこ
と、を含むこと、を特徴とする可変ドループ発生方法。 - 【請求項１１】スロットルを有する内燃エンジンの速度
を制御するための制御システムであって、 スロットル位置を感知し、該スロットル位置に対応する
スロットル位置信号を発生するスロットル位置センサ
と、 エンジン速度を感知し、該エンジン速度に対応するエン
ジン速度信号を発生するエンジン速度センサと、 燃料制御信号に応答して、前記エンジンに燃料を供給す
る燃料供給システムと、及び 前記スロットル位置信号に応答して、該スロットル位置
信号に対応する基準速度信号を発生するエンジン速度制
御器であって、該制御器は、前記基準速度信号と前記エ
ンジン速度信号とに応答して、これら速度信号間の差に
対応する誤差速度信号を決定し、前記制御器は、更に前
記誤差速度信号に応答して、該誤差速度信号から、前記
燃料制御信号であって、前記誤差速度信号の少なくとも
大きさ、期間及び変化率の関数であり、更に、エンジン
負荷が増加するにつれて前記エンジン速度が減少するよ
うにエンジン負荷に比例する前記の燃料制御信号を生成
する、前記エンジン速度制御器と、から成る制御システ
ム。 - 【請求項１２】請求項１１記載の制御システムにおい
て、前記エンジン速度制御器は、比例部分と、積分部分
と、微分部分とを含み、前記比例部分、積分部分及び微
分部分がエンジン速度制御器の伝達関数を定めること、
を特徴とする制御システム。 - 【請求項１３】請求項１２記載の制御システムにおい
て、前記伝達関数は前記積分部分のみに対応する１つの
極を有し、 更に、前記積分部分は、前記積分部分の極に関連したド
ループ利得を含むこと、を特徴とする制御システム。 - 【請求項１４】請求項１３記載の制御システムにおい
て、前記ドループ利得を可変とすることによって、前記
積分部分の極の位置を変化させ、 更に、前記積分部分の極の位置が、エンジン負荷の増加
に対するエンジン速度の減少量を決定すること、を特徴
とする制御システム。 - 【請求項１５】請求項１４記載の制御システムにおい
て、前記エンジン負荷の増加に対するエンジン速度の減
少量は、エンジン速度減少対エンジン負荷増加の比率を
定め、 更に、前記比率は、前記ドループ利得の減少につれて増
加すること、を特徴とする制御システム。 - 【請求項１６】内燃エンジンの速度を制御するための制
御システムにおいて使用するための可変ドループ電子エ
ンジン速度ガバナであって、 エンジン速度誤差信号を受ける誤差速度入力と、 燃料制御信号を発生する燃料制御出力と、及び 少なくとも１つの極を有する伝達関数であって、該極の
位置を可変とすることにより前記ガバナに可変範囲のド
ループを与える前記の伝達関数を定めるエンジン速度誤
差補正部分と、から成り、 前記エンジン速度ガバナは、前記エンジン速度誤差信号
に応答して、前記伝達関数に従って前記燃料制御信号を
エンジン燃料供給システムに供給すること、を特徴とす
る可変ドループ電子エンジン速度ガバナ。 - 【請求項１７】請求項１６記載の可変ドループ電子エン
ジン速度ガバナにおいて、前記エンジン速度誤差補正部
分は、 比例利得を有する比例部分と、 積分利得とドループ利得とを有する積分部分と、 微分利得と補助利得とを有する微分部分と、を含み、 前記伝達関数の極を前記ドループ利得にのみ関連させ
て、前記ドループ利得の大きさを変化させることによっ
て前記極の位置を変化させるようにしたこと、を特徴と
する可変ドループ電子エンジン速度ガバナ。 - 【請求項１８】内燃エンジンの速度を制御するための制
御システムにおいて使用するための可変ドループ電子エ
ンジン速度ガバナであって、 エンジン速度誤差信号を受ける誤差速度入力と、 燃料制御信号を発生する燃料制御出力と、 周波数応答を有するエンジン速度誤差補正部分であっ
て、前記周波数応答の定常状態部分のみの大きさを可変
とすることにより、前記エンジン速度ガバナに、それに
対応して可変の範囲のドループを与える、前記エンジン
速度誤差補正部分と、から成り、 前記エンジン速度ガバナは、前記エンジン速度誤差信号
に応答して、前記周波数応答に従って前記燃料制御信号
を前記エンジン燃料供給システムに供給すること、を特
徴とする可変ドループ電子エンジン速度ガバナ。 - 【請求項１９】請求項１８記載の可変ドループ電子エン
ジン速度ガバナにおいて、前記エンジン速度誤差補正部
分は、 比例利得を有する比例部分と、 積分利得とドループ利得とを有する積分部分と、 微分利得と補助利得とを有する微分部分と、を含み、 前記周波数応答の前記定常状態部分のみを前記ドループ
利得に関連させて、前記ドループ利得の大きさを変化さ
せることによって前記定常状態周波数応答を変化させる
こと、を特徴とする可変ドループ電子エンジン速度ガバ
ナ。
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