JPH03117653A - パワートレイン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パワートレイン制御装置における制御パラメ
ータ調整手段に関する。

（従来技術） パワートレイン制′御装置にあっては、制御パラメータ
の調整手段として従来、学習制御が用いられてきた。

（発明が解決しようとする課題） 学習制御はパラメータ調整アルゴリズムを予め与えてお
（もので、エンジン等制御対象の特性のバラツキによっ
ては、調整アルゴリズムそのものが不適切で制御が不安
定になる場合があった。たとえば、アイドルスピードコ
ントロールで、バイパスバルブ開度を回転数ＰＩフィー
ドバック制御する場合に、学習制御で■ゲインを調整す
る機能を付は加えたが、エンジンのバラツキによっては
、Ｐゲインを調整すべきであってＩゲインの調整により
エンジン回転が却って不安定になる場合があった。また
、制御したい特性に対して、操作対象が複数ある場合に
、最適な操作対象または操作対象の最適な組合せを選択
することは従来の学習制御では不可能であった。たとえ
ば、アイドルスピードコントロールでは、エンジン回転
数を制御するための操作対象として、バイパスバルブ開
度の他に空燃比、点火時期の制御があるが、これらの操
作対象を最適に選択することは従来の学習制御では出来
なかった。

したがって、本発明は、複数の制御パラメータのうち適
切なものを調整でき、また複数の操作対象のうち適切な
ものを調整でき、もって、制御対象の個体差に応じて適
切な制御が可能なパワートレイン制御装置を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明においては、上記課題を解決するために、規範モ
デルを用いて制御対象の目標応答特性を求める手段と、
前記規範モデルにより得られた制御対象の目標応答特性
に制御対象の実際の応答特性を一致させる手段とを有す
ることを特徴とする、パワートレイン制御装置を提供す
る。

（作用） 本発明にあっては、規範モデルにより得られた制御対象
の目標応答特性に制御対象の実際の応答特性を一致させ
る過程で、複数の制御パラメータのうち適切なものが調
整され、また複数の操作対象のうち適切なもの゛が調整
される。

（実施例） 以下、添付の図面に基づいて、本発明の詳細な説明する
。

第１図は、本発明の実施例にかかる制御装置を備えたエ
ンジンの全体システムを示す。

第１図において、エンジン１の吸気通路２には、吸気上
流に向けて、インジェクタ３、スロットルバルブ４、エ
アフローメータ５、アイドルエア供給用のバイパス通路
６′が配設されており、バイパス通路６内にはバイパス
エアの供給量を調節するためのバイパスバルブ７が設置
されている。スロットルバルブ４に取付けられたスロッ
トル開度センサ４ａ、エアフローメータ５から、それぞ
れスロットル開度信号、エアフロー信号が、コントロー
ルユニット８に入力されている。また、エンジン１のク
ランク軸に取付けた回転センサ９から、エンジン回転数
信号がコントロールユニット８に入力されている。コン
トロールユニット８からは、バイパスバルブ７にバイパ
スバルブ制御信号が、インジェクタ３にインジェクタ信
号が、また、点火プラグＩＯに点火信号が出力される。

コントロールユニット８は、上記各信号を受は入れる入
力インターフェイスと、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとから
成るマイクロコンピュータと、出力インターフェイスと
、バイパスバルブ７、インジェクタ３、点火プラグｌＯ
を駆動する駆動回路とを備えており、ＲＯＭにはエンジ
ン制御プログラムが、またＲＡＭには制御を実行するの
に必要な各種メモリが設けられている。

第２図に、第１図のコントロールユニット内部の制御プ
ログラムの構造を示す。制御プログラムは、アイドルス
ピードコントロール、急加速制御等の従来のエンジン制
御プログラムと、各エンジン制御に用いられる制御パラ
メータを調整する制御パラメータ調整プログラムとから
成る。

第３図は、第２図の制御パラメータ調整プログラムの構
造を示すブロック図である。制御パラメータ調整プログ
ラムは、点火進角や燃料増量率等の操作対象Ｕをフィー
ドバック制御するコントローラプログラムＡと゛、規範
モデルプログラムＢと、コントローラプログラムＡの制
御パラメータを調整するためのコントローラパラメータ
調整プログラムＣとから成る。図中、ｒ、ｙはそれぞれ
入力、実機エンジン出力であり、例えば、アイドルスピ
ードコントロールでは、目標エンジン回転数、エンジン
ｌの実際の回転数に相当する。規範モデルプログラムＢ
は、入力ｒの変化あるいは環境例えハエンジン負荷の変
化に対して、エンジン１としての望ましい応答特性、ひ
いては望ましい出力ｙを与えるように設定したシミュレ
ーションプログラムであり、操作対象百をフィードバッ
ク制御するコントローラプログラムＡと、操作対象汀の
変化に対するエンジン応答のシミュレーションプログラ
ムＤとから成る。エンジン応答シミュレーションプログ
ラムＤはエンジン１を同定したものである。コントロー
ラプログラムＡのパラメータはエンジン１の応答が遠方
性や安定性等において最適となるように設定されている
。コントローラパラメータ調整プログラムＣは、入力ｒ
の変化、あるいは環境の変化、に対して規範モデルプロ
グラムＢによるシミュレーションの結果として得られた
エンジン出力テ、すなわち入力ｒの変化、あるいは環境
の変化、に対してエンジン１としての望ましい出力と、
入力ｒの変化、あるいは環境の変化、に対するエンジン
１の実際の出力ｙの差ｅに基づいて、該差ｅを零に近づ
けるように、換言すればエンジン１の実際の出力ｙを規
範モデルプログラムＢの出力ｙに近づけるように、コン
トローラプログラムＡの制御パラメータを調整するプロ
グラムである。

次に、第４図に基づき、アイドルスピードコントロール
の場合を例にとって、制御パラメータ調整プログラムを
詳説する。

コントローラプログラムＡは、アイドルコントロールの
場合の操作対象Ｕである点火進角Ｕ。、バイパスバルブ
開度ｕ１、燃料増量率ｕ２をそれぞれフィードバック制
御するルーチンａ。、ａａ２と、点火進角Ｕ。に基づい
て点火信号を出力するための点火制御ルーチンａ３と、
燃料増量率ｕ２に基づいてインジェクタ信号を出力する
ためのインジェクタ制御ルーチンａ４とを備えている。

ルーチンａ。ｓａｌ、ａ２はＰＩ制御用の比例要素と積
分要素とを有する伝達関数から成る。コントローラプロ
グラムＡ中、ｋ　Ｏｐ、ｋｏｉ、ｋｌ、、ｋｋ　２ｐ、
ｋｚ＋は一般にＰＩゲインと呼ばれるコントローラパラ
メータであり、ＤＢｏ、ＤＢＩ、ＤＢ□はそれぞれエン
ジン制御パラメータＵ。、Ｕｕ２のベースを決める定数
である。

規範モデルプログラムＢは、操作対象百をフィードバッ
ク制御するコントローラプログラムＡと、操作対象石の
変化に対するエンジン応答シミュレーションプログラム
Ｄとから成る。コントローラプログラムλは、操作対象
百である点火進角百。、バイパスバルブ開度ｕｌ、燃料
増量重石、をそれぞれフィードバック制御するルーチン
ａｎ、８石。を備えている。ルーチンａｏ　、ａ＋　、
ａ２はＰＩ制御用の比例要素と積分要素とを有する伝達
関数から成る。コントローラプログラムＡ中、ｋｏｐ、
ｋｏｌ、ｋ　ｌ　９％　ｋ　ｌ　ｉ、ｋｌ、、ｉ＋はコ
ントローラパラメータであり、Ｉ）Ｂｏ、Ｄ　ＢＩＳＤ
Ｂ２はそれぞれエンジン制御パラメータ石。、石１、石
２のベースを決める定数である。前述のごとく、パラメ
ータｋ。ｐ％　ｋ　Ｄｉｓ　ｋ　＋ｐ、ｋ　１．、　ｋ
　２ｐ、ｋ２＋は、エンジン１の応答が遠方性や安定性
等において最適となるように設定されている。エンジン
応答シミュレーションプログラムＤは、前述のごと（エ
ンジンｌを同定したものであり、点火進角ｕ０、バイパ
スバルブ開度ｕｌ、燃料増量重石２の変化に対するエン
ジン１の応答、より詳しくはエンジントルクの変動をそ
れぞれシミュレートするルーチンＳ。％　ＳＩ　　　Ｓ
２と、エンジントルク変化の位相遅れをシミュレートす
るルーチンＳ３と、トルクからエンジン回転への変換を
シミュレートするルーチンＳ４と、エンジン負荷の変動
によるトルク消費をシミュレートするルーチンＳ、とを
備えている。操作対象石。、ｕｌ　　ｕ２の変化に対す
るエンジンの応答速度が石。、ｕｌｓｕ２の順に遅（な
ることに鑑み１．ルーチンＳ。は比例要素から成る伝達
関数で、ルーチン＄１は１次遅れ要素から成る伝達関数
゛で、またルーチンＳ２は２次遅れ要素から成る伝達関
数でそれぞれ構成されている。また、ルーチンＳ、は位
相遅れを表現するむだ時間要素から成る伝達関数で、ル
ーチンＳ４はトルクの積分値が回転速度になることに鑑
み積分要素から成る伝達関数で、ルーチンＳ、は比例要
素から成る伝達関数で、それぞれ構成されている。エン
ジン応答シミュレーションプログラムＤ中に０、ｋｌ　
、ｉ　、ａ、ｂ、０％　Ｔ、ｋｇｓｋ　ＬＯＡＤはそれ
ぞれ定数である。ここで、点火進角■。、バイパスバル
ブ開度石１、燃料増量率π２の変化に対するエンジンの
応答をそれぞれシミュレートするルーチンＳ。、ＳＩ　
、Ｓ２に用いられている定数ｋｏ　、ｋｌ　ｋ２、ａｓ
　ｂｚ　Ｃは最良の状態に調整されたエンジン１の応答
を与えるように設定されている。換言すれば、エンジン
応答シミュレーションプログラムＤは、最良の状態に調
整されたエンジン１に同定されている。

コントローラパラメータ調整プログラムＣは、規範モデ
ルプログラムＢの出力■とエンジン１の実際の出力ｙの
差を時間関数ｅとして求めるルーチンｗ、と、前記時間
関数ｅに基づいて、該差が零に近づくように、換言すれ
ばエンジンｌの実際の出力ｙが規範モデルプログラムＢ
の出力Ｖに近づくように、コントローラプログラムＡ中
のコントローラパラメータ、ｋｏｐ、ｋｏｔ、ｋ　ｌｐ
、ｋｋ２ｐ、ｋ　２＋を修正するルーチンｗ２とを備え
ている。ルーチンｗ２では、時間関数ｅの時刻Ｔ。、Ｔ
Ｉ　　Ｔ２　　（ＴＯ＜Ｔ、＜Ｔ２　）における値ｅｏ
、ｅＩ、Ｃ２に基づいてコントローラパラメータが修正
される。ここで、比例要素の影響は積分要素の影響より
も早くエンジン出力ｙに現れること、また、点火進角Ｕ
。の影響はバイパスバルブ開度ｕ１の影響よりも早くエ
ンジン出力ｙに現れること、バイパスバルブ開度ｕ１の
影響は燃料増量率ｕ２の影響よりも早くエンジン出力ｙ
に現れることを勘案して、ｅａによりｋｏｐ、ｋｌ、を
、ｅ、によりに２ｐ、ｋ　Ｏｉを、Ｃ２によりｋｌｉ、
ｋ２ｔを修正している。ルーチンｗ２のかかる機能によ
り、時間関数ｅの特性、換言すればエンジン１の特性に
応じて、複数のコントローラパラメータ（ｋ０３、）（
ｏ＋、ｋ　ｌｐ、ｋ　１１％　ｋ　２Ｐ、ｋ２１）のう
ち、もっとも適切なものが調整され、ひいては、複数の
エンジン制御パラメータ（点火進角Ｕ。、バイパスバル
ブ開度ｕｌｓ燃料増量率ｕｓ）のうち最も適切なものが
調整される。たとえば、ｅｏ、ｅｏ２のうちｅ。が大き
く、他が小さい場合には、ｋｏ、とｋｌｐとが、ひいて
は点火進角Ｕ。とバイパスバルブ開度ｕ１とが調整され
る。この結果、ｅｏが大きいことの原因となっていた、
点火進角ＵＯとバイパスバルブ開度ｕ１の変化に対する
エンジン１の応答性の悪さが、点火進角Ｕ。とバイパス
バルブ開度ｕ１とが調整されることによって補償される
。なお、ルーチンｗ２中Ｃａｐ、ｃａｐ、Ｃ２ｐ、ｃｏ
い　Ｃｚ　　Ｃ２＋は、コントローラパラメータ調整プ
ログラムＣの定数である。

以上のように構成されたエンジンパラメータ調整プログ
ラムの作動を以下に説明する。

今、入力ｒを所定値に固定して、すなわち目標エンジン
回転数を所定の回転数ｒ。に固定して、アイドルコント
ロールを行っている時に、環境変化としてクーラーがＯ
Ｎされた場合を想定する。

この時、コントローラプログラムＡは、クーラーによっ
て消費されるエンジントルクを補償してエンジン回転数
を目標回転数に維持すべく、点火進角Ｕ。、バイパスバ
ルブ開度ｕ＋、燃料増量率ｕ２をフィードバック制御し
て（ルーチンａ６、ａｌ　　　Ｃ２）エンジン１のアイ
トルコントールを行う。これにより、出力ｙ１すなわち
エンジン１の実際の回転数は第５図の実線のように変化
する。

一方、コントローラプログラムＡによるエンジン制御と
同時に、規範モデルプログラムＢが作動する。すなわち
、コントローラプログラムＡは、クーラーによって消費
されるエンジントルクを補償してエンジン回転数を目標
回転数に維持すべ（、点火進角百。、バイパスバルブ開
度石１、燃料増量率π２をフィードバック制御しくルー
チン１０、Ｍ１８２）、フィードバック制御された点火
進角百。、バイパスバルブ開度ｕｌ、燃料増量重石２に
基づいてエンジン応答シミュレーションプログラムＤは
エンジ′ンの応答をシミュレートしくルーチンＳ。ｓｓ
ｌ、ｓ２）、結果として得られたエンジントルクを足し
合わせ、発生したトルクの位相遅れと、クーラーによる
トルク消費を考慮しくルーチンＳａ、Ｓｓ）、エンジン
回転数に換算する（ルーチン８４）。かかる規範モデル
プログラムＢ上でのフィードバック制御によって得られ
た出力Ｖ、すなわちクーラー○Ｎという環境変化の影響
を可能な範囲で最小に抑えた仮想のエンジン回転数は第
５図の破線のように変化する。

コントローラパラメータ調整プログラムＣは、規範モデ
ルプログラムＢの出力Ｖと実機エンジンの出力ｙの差を
時間関数ｅとして求め（ルーチンＷ、）、前記時間関数
ｅに基づいて、該差が零に近づくように、換言すれば実
機エンジン出力ｙが規範モデルプログラムＢの出力Ｖに
近づくように、コントローラプログラムＡ中のコントロ
ーラパラメータを修正する（ルーチンＷ２）。なお、制
御の効率を勘案して、ルーチンＷ２は、ｅの最大値ｅ、
、８の絶対値が所定値を超える場合にのみ実行されるよ
うになっている。

以上の説明から分かるごとく、本実施例に係る制御装置
にあっては、規範モデルによる応答に実機エンジンの応
答を一致させるように実機エンジンのコントローラの制
御パラメータを調整するので、複数のコントローラパラ
メータ（ｋ　ｏ＝、ｋ　ｏいｋ　Ｉｐｓ　ｋ　ｌ＋　　
ｋ　２ｐ、ｋ２．）のうちの適切なものを調整でき、ひ
いては、複数の操作対象（点火進角ｕｏ、バイパスバル
ブ開度ｕｌ、燃料増量率ｕ２）のうち適切なものを調整
できる。したがって、エンジンの固体差に応じて適切な
制御パラメータの設定ができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。第６図は本実施
例の制御パラメータ調整プログラムの構成図であり、第
１の実施例の第４図に相当するものである。第６図に示
すように、本実施例では、点火進角と燃料増量率は従来
通りの制御を受け、バイパスバルブ開度ｕ１′だけが規
範モデルプログラムＢ′による調整を受けるようになっ
ている。

コントローラプログラムＡ′および規範モデルプログラ
ムＢ′の構゛成は、バイパスバルブ開度ｕ、／　　Ｔ１
．Ｉだけをフィードバック制御の対象としている点を除
き第１の実施例と同様である。

第１の実施例では、クーラーＯＮに伴うトルク変動を利
用して、コントローラパラメータの調整を行ったが、本
実施例では、ＩＣレギュレータの制御によりオルタネー
タの負荷を変動させて意図的に第７図に示すように周期
的なトルク変動ＴＬを起こし、このトルク変動に対する
エンジンｌの実際の回転数変動ｙ′と規範モデルプログ
ラムＢ′によるエンジン回転数変動ｙ′とに基づいて、
バイパスバルブ開度ｕ１′用のコントローラパラメータ
に、　、ｋ、を調整している。コントローラパラメータ
に、、ｋ、の調整は以下のように行われる。すなわちコ
ントローラパラメータ調整プログラムＣ′のルーチンｗ
１′において、規範モデルプログラムＢ′の出力Ｖ′と
実機エンジンの出力ｙ′の差を所定時間（ｔ　ｏ　−ｔ
　ｏ＋τ）にわたって時間関数ｅ′として求めると共に
前記所定時間内のｅ′の自乗累積値Ｅを求め、ルーチン
ｗ２　’において、△Ｅ１△ｋｐ、Δに１すなわちＥ、
に、　、ｋ、の前記所定時間（ｔ　ｏ　−ｔ　ｏ＋τ）
とその前の所定時間（ｔｏ−τ〜ｔｏ）との差を用いて
、Ｅが現状よりも小さくなるようにコントローラパラメ
ータ、ｋ、　、ｋ、を修正する。係る修正の後に、再び
次の所定時間（ｔｏ＋τ〜ｔ。

＋２τ）にわたってルーチンｗ１　とル−チンｗ２’と
を実行する。かかる繰り返しをＥが所定値以下になるま
で繰り返すことによって、コントローラパラメータｋｐ
、に、が調整される。

本実施例にあっては、第１の実施例に比べ、随時トルク
変動を発生させてコントローラパラメータに、　、ｋ、
を調整できるメリットがある。

第１の実施例では、第２図に示したごとく、アイドルス
ピードコントロール、急加速制御等の種々のエンジン制
御毎に制御パラメータ調整プログラムを設けていたが、
このようにすると、全体としての制御プログラムが巨大
になって、プログラムの作成、保守上好ましくない。と
ころで、制御パラメータ調整プログラムは、パラメータ
や定数を変更するだけで、′種々のエンジン制御に共通
して使用できるものである。したがって、制御パラメー
タ調整プログラムをサブルーチン化し、種々のエンジン
制御で、前記サブルーチン化した制御パラメータ調整プ
ログラムを共有して使用するようにすることにより、エ
ンジン制御プログラムの全体の規模を小さくすることが
できる。また、第８図に示すように、マルチＣＰＵシス
テムを採用することも可能である。すなわち、制御パラ
メータ調整プログラム実行専用のＣＰＵを、アイドルス
ピードコントロール、急加速制御等の種々のエンジン制
御を実行する主ＣＰＵとは別個に設け、デュアルポート
ＲＡＭを介して、主ＣＰＵと制御パラメータ調整専用Ｃ
ＰＵとの間で、コントローラパラメータの受は渡しを行
うのである。本システムにあっては、制御パラメータ調
整ＣＰＵは主ＣＰＵとは無関係に適宜制御パラメータ調
整プログラムを実行して、調整済のコントローラパラメ
ータをデュアルボー）ＲＡＭに書き込み、一方主ＣＰＵ
は、実行しようとするエンジン制御の種類に応じて、適
宜デュアルポー）ＲＡＭから必要な調整済のコントロー
ラパラメータを読み取り、目的とする制御を行う。本シ
ステムにあっても、主ＣＰＵと制御パラメータ調整専用
ＣＰＵとを設けたので、全体としてのエンジン制御シス
テムを小さくすることが可能である。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明は上記の実施
例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載し
た発明の範囲内で種々改変が可能なことは言うまでもな
い。例えば、上記の実施例では、制御対象の目標応答特
性を求める手段と、制御対象の目標応答特性に制御対象
の実際の応答特性を一致させる手段とを、規範モデルプ
ログラム、制御パラメータ調整プログラムと名付けたコ
ンピュータプログラムで構成していたが、他の機械的な
手段を用いて構成してもよい。

（効果） 上述のごとく、本発明にあっては、規範モデルにより得
られた制御対象の目標応答特性に制御対象の実際の応答
特性を一致させる過程で、複数の制御パラメータのう′
ち適切なものが調整され、また複数の制御手段のうち適
切なものが調整される。

従って、本発明により、制御対象の個体差に応じて適切
な制御が可能なパワートレイン制御装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかる制御装置を備えたエ
ンジンの全体システム図である。 第２図は、第１図のコントロールユニット内部の制御プ
ログラムの構成図である。 第３図は、第２図の制御パラメータ調整プログラムの構
成図である。 第４図は、アイドルスピードコントロールの場合の、制
御パラメータ調整プログラムの構成図である。 第５図は、規範モデルプログラムのフィードバック制御
によって得られたエンジン回転数と、実際のエンジン回
転数の関係を示す図である。 第６図は他の実施例の制御パラメータ調整プログラムの
構成図である。 第７図は、ＩＣレギュレータの制御によりオルタネータ
の負荷を変動させて意図的に引き起こした周期的なトル
ク変動ＴＬを示す図である。 第８図は、マルチＣＰＵシステムを採用した場合のエン
ジン制御システムの全体構成図である。 １・φ書エンジン、 ８・ａｓコントロールユニット、 Ａ、Ａ’　　・・・コントローラプログラム、Ｂ、Ｂ’
　　・・・規範モデルプログラム、ｃ、ｃ’　　・・・
制御パラメータ調整プログラム、Ｄ−拳・エンジン応答
シミュレーションプログラム。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 規範モデルを用いて制御対象の目標応答特性を求める手
   段と、前記規範モデルにより得られた制御対象の目標応
   答特性に制御対象の実際の応答特性を一致させる手段と
   を有することを特徴とする、パワートレイン制御装置。