JPH0697408B2 - 車両搭載用電子式フィードバック制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は比例積分方式によりフイードバツク補正量を決
定する車両搭載用電子式フイードバツク制御装置に関
し、特に比例定数および積分定数の値を学習の進行度に
応じて変化させる機能を有するものに関する。

＜背景技術＞ この種のフイードバツク制御装置としては、たとえば電
子制御燃料噴射式内燃機関の制御量としての空燃比を目
標値（例えば、理論空燃比）にフィードバック制御する
空燃比フイードバツク制御に用いられるものがある。

これについて説明すると、電子制御燃料噴射式内燃機関
においては燃料噴射量Ti（燃料噴射弁の駆動するための
開弁パルス幅）は次式によつて定められる。

Ti＝Tp×COEF×α×Ts ここに、Tpは基本噴射量でTp＝Ｋ×E/Nと表わされ、Ｋ
は定数、Ｑは吸入空気流量、Ｎはエンジン回転速度であ
る。COEFは各種運転状態により定まる補正係数、αは後
述する空燃比フイードバツク制御（以下λコントロール
と記す）のためのフィードバック補正量としてのフイー
ドバツク補正係数である。そして、Tsは電圧補正分で、
バツテリ電圧の変動を補正するためのものである。尚、
Tp×COEFは、基本操作量に相当する。

λコントロールは、排気系にO₂センサを設けて実際の空
燃比を検出し、空燃比が理論空燃比より濃いか薄いかを
スライスレベルにより判定し、シリンダに供給される混
合気が理論空燃比になるように燃料の噴射量を制御する
ものであり、このため、前記の空燃比フイードバツク補
正係数αというものを定めて、このαを変化させること
により理論空燃比が保たれるようにするものである。

ここで、空燃比フイードバツク補正係数αの値は比例積
分方式（比例定数P,積分定数Ｉを用いる方式）により変
化させ、安定した制御としている。

すなわち、O₂センサの出力とスライスレベルとを比較
し、O₂センサの出力がスライスレベルよりも大きく（小
さく）空燃比が濃い（薄い）場合には、急に空燃比を薄
く（濃く）することなく、始めに比例分（以下Ｐ分と記
す）だけ下げて（上げて）、それから積分分（以下Ｉ分
と記す）ずつ下げて（上げて）いき、空燃比を薄く（濃
く）するように制御する。

ただし、λコントロールを行わない領域ではα＝１にク
ランプし、各種補正係数COEFの設定により、所望の空燃
比を得る。

ところで、λコントロール領域でαを１としたときに得
られる空燃比すなわちベース空燃比を理論空燃比（λ＝
１）に設定することができればフイードバツク制御は不
要なのであるが、実際には構成部品（たとえばエアフロ
ーメータ、燃料噴射弁、プレツシヤレギユレータ、コン
トロールユニツト）のバラツキや経時変化、燃料噴射弁
のパルス幅対流量特性の非直線性、運転条件や環境の変
化等の要因で、ベース空燃比のλ＝１からのズレが生じ
るので、前述したようにαの値を比例積分方式により変
化させλ＝１となるようにフイードバツク制御してい
る。

しかし、ベース空燃比のλ＝１からのズレは運転領域毎
に異なり、換言すればλ＝１を得るためのαの値が運転
領域毎に異なるから、この差が大きい場合には運転領域
が変化したときに空燃比をフイードバツク制御によりλ
＝１に整定するまでに時間がかかる。

その結果三元触媒の転換効率の悪い空燃比で運転がなさ
れることになり、触媒の貴金属量の増大によるコストア
ツプの他、触媒の劣化に伴う転換効率の異なる悪化によ
り触媒の交換を余儀なくされるという問題点が生じる。

そこで、α＝１のときの空燃比すなわちベース空燃比を
λ＝１にするように学習補正量としての学習補正係数α
_０を導入し、このα_０を各運転状態においてα＝１のと
きλ＝１となるように学習補正する。そして、これによ
り運転状態変更に伴うベース空燃比の段差を小さくし
て、空燃比がλ＝１からズレている期間を短くし、か
つ、αの値を決定するための比例積分方式におけるP/I
分の値を小さくすることを可能にして制御性の向上を図
り、これらにより触媒にかかる費用低減等を図るベース
空燃比の学習制御装置が考えられた。

すなわち、たとえばマイクロコンピユータのRAMなどの
データ記憶手段上にエンジン回転速度および負荷等のエ
ンジン運転条件に対応するベース空燃比がλ＝１となる
ような値を有する学習補正係数α_０のマツプを設け、噴
射量Tiを計算する際に次式の如く基本操作量Tp×COEFを
補正する。

Ti＝Tp×COEF×α×α_０＋Ts ここで、α_０の学習は次の手順で進める。

ｉ）定常状態においてそのときのエンジン運転条件とα
とを検出する。

ii）前記エンジン運転条件に対応して現在までに学習さ
れ記憶されているα_０を検索する。

iii）このαとα_０よりα_０＋△α/Mの値を求め、その
結果を新たなα_０として記憶を更新する。

なお、△αは基準値α_１からの偏差量を示し、△α＝α
−α_１であり、基準値α_１は一般には1.0となる。ま
た、Ｍは定数である。

ところで、このような学習制御装置の採用にあたつて、
αの値を決めるためのP/I分を初めから小さくすると、
学習が進んでいないうち、すなわち、ベース空燃比がλ
＝１になつていない間において、過渡応答性の悪化を招
くことになる。逆に学習が進んでベース空燃比がλ＝１
になつているときに、大きなP/I分でλコントロールを
行うと、空燃比がλ＝１付近でふられ、回転速度変動等
を生じることになる。

これらを避けるための発明が本願出願人によつてなされ
ており（特願昭58−076224号）、これを第１のフローチ
ヤートにより説明する。すなわち、S101で前記学習制御
が行われ、S102で更新された学習補正係数α_０がRAMに
記憶されるとともに、S103でα_０の更新回数（学習回
数）Ｃがカウントアツプされる。そして、このプログラ
ムの次回の作動時にS101の学習制御ルーチンのS104にお
いて、α_０の更新回数Ｃが所定値に達しているか否かの
判定が行われ、所定値以上であれば学習が進行している
（空燃比λが１に近い）ものと判定し、S105へ進みαを
決定するためのPI方式のP/I分の値を減少する。一方、
α_０の更新回数Ｃが所定値未満であれば、学習は進行し
ていないと判定して、前記P/I分の減少過程S105をバイ
パスする。つまり、学習補正係数α_０とともにP/I分の
値も学習の進行度に応じて修正するものである。

このように、学習の進行度合に応じて空燃比フイードバ
ツク補正係数αのPI方式におけるP/I分の値を減少して
制御性の向上を図るものであるが、システムが急変（た
とえば、車両が山岳地に入り気温，気圧等が急激に減
少）した場合には、これに応じて学習補正係数α_０の修
正（学習）が必要となるが、これが行われるにはある程
度の時間を必要とする。したがつて、この間はαを１か
ら大きく変更して空燃比をλ＝１を保つことになるが、
学習が進行してα決定のためのP/I分の値が小さく設定
されている場合には、そのようなαの値に到達するのに
時間がかかり、システム急変に対する追随性が低下する
という不都合を有するものであつた。

これは、上記の如き空燃比制御に限らずフイードバツク
補正量を比例積分方式により決定し、その比例および積
分定数を学習の進行に応じて減少させる車両に搭載され
る電子式フイードバツク制御装置において、制御量と目
標値との偏差量が急激に大きくなつたときに一般に生ず
る不都合である。

＜発明の目的＞ 本発明はこのような従来の問題点に注目してなされたも
のでフイードバツク補正量を比例積分方式により決定す
る車両に搭載された電子式フイードバツク制御装置にお
いて安定かつ追随性の良好なフイードバツク制御がなさ
れるように前記比例積分方式における比例定数および積
分定数を決定する制御装置を提供することを目的とす
る。

＜発明の概要＞ このため、本発明では図２に示すように、制御量を目標
値にフィードバック制御する車両搭載用電子式フィード
バック制御装置であって、基本操作量を設定する基本操
作量設定手段と、制御量の実際値と目標値とのずれに応
じて前記基本操作量を補正するためのフィードバック補
正量を比例積分方式により演算するフィードバック補正
量演算手段と、機関の運転条件に対応させて記憶させた
学習補正量と、前記フィードバック補正量と所定の基準
値の偏差量とに基づいて、前記基本操作量を制御量が目
標値に近づくように補正する新たな学習補正量を設定、
更新する学習手段と、を備え、前記補正された基本操作
量に基づいてフィードバック制御を行う一方、前記学習
手段による更新回数に応じて学習の進行度を判定する手
段と、前記判定手段により判定される学習の進行度の増
大に伴って前記フィードバック補正量演算手段の比例定
数及び積分定数を減少補正する手段と、前記フィードバ
ック補正量と基準値との偏差量が所定値以上となつたと
きに前記更新回数及び比例・積分定数を夫々初期値にリ
セットする手段と、を備えた構成とする。

＜実施例＞ 以下に本発明を第３図に示す一実施例に基づき説明す
る。なお、このものは前述の電子制御燃料噴射式内燃機
関の空燃比フイードバツク制御に本発明を適用したもの
である。

構成 すなわち、図においては１はCPU、２はＰ−ROM、３は学
習制御用のCMOS−RAM、４はアドレスデコーダである。
なお、RAM3に対してはキースイツチOFF後も記憶内容を
保持させるためバツクアツプ電源回路を使用する。

燃料噴射量制御のためのCPU1へのアナログ入力信号とし
ては、熱線式エアフローメータ５からの吸入空気流量信
号、スロツトルセンサ６からのスロツトル開度信号、水
温センサ７からの水温信号、O₂センサ８からの排気中酸
素濃度信号、バツテリ９からのバツテリ電圧があり、こ
れらはアナログ入力インターフエース10およびA/D変換
器11を介して入力されるようになつている。12A/D変換
タイミングコントローラである。デジタル入力信号とし
ては、アイドルスイツチ13、スタートスイツチ14および
ニユートラルスイツチ15からのON・OFF信号があり、こ
れらはデジタル入力インターフエース16を介して入力さ
れるようになつている。

その他、クランク各センサ17からのたとえば180゜毎の
リフアレンス信号と１゜毎のポジシヨン信号とがワンシ
ヨツトマルチ回路18を介して入力されるようになつてい
る。また、車速センサ19からの車速信号が波形整形回路
20を介して入力されるようになつている。

CPU1からの出力信号（燃料噴射弁への駆動パルス信号）
は、電流波形制御回路21を介して燃料噴射弁22に送られ
るようになつている。

作用 次にこのものの作用を第４図に示すフローチヤートに従
つて説明する。

S1でエアフローメータ５からの信号によつて得られる吸
入空気流量Ｑとクランク角センサ17からの信号によつて
得られるエンジン回転速度Ｎとから基本噴射量Tp（＝Ｋ
×Q/N）を演算する。

S2で各種運転状態から決定される補正係数COEFを設定す
る。

S3で学習補正係数α_０の更新回数Ｃ（後述するS16でカ
ウントアップされる。）が所定値に達しているか否かの
判定が行なわれ、所定値以上の場合は学習制御の進行度
が増大しているものと判定してS4でカウント値Ｃをクリ
アし、S5でαを決定するためのP/I分を所定量減少させ
た後、S6へ進む。一方、所定値未満の場合は、学習制御
の信号度が増大していないと判定して、P/I分を変更す
ることなく、そのままS6へ進む。すなわち、過程S3は第
２図に示す学習進行度判定手段に、過程S5は比例積分定
数減少補正手段に対応するものである。これにより、小
さな制御定数により回転速度変動の抑制された安定な制
御がなされると同時に空燃比の振れ幅が減少することに
より、排気浄化触媒の転換率向上が図られるものであ
る。

S6でO₂センサ８からの出力とスライスレベルとを比較し
て前記P/I分に基づく比例積分方式により空燃比フイー
ドバツク補正係数αを演算する。この過程S6が第２図に
おけるフイードバツク補正量演算手段に対応するもので
ある。

S7でバツテリ９からのバツテリ電圧に基づいて電圧補正
分Tsを設定する。

S8でエンジン回転速度Ｎおよび基本噴射量（負荷）Tpか
ら学習補正係数α_０を検索する。なお、回転速度Ｎおよ
び基本噴射量Tpに対する学習補正係数α_０のマツプは書
き換え可能なRAM3に記憶されており、学習が開始されて
いない時点では全てα_０＝１となつている。また、この
マツプはＮ＝８格子、Tp＝４格子程度である。

S9〜S12は定常状態を検出するために設けられており、S
9で車速センサ19からの信号に基づいて車速の変化を判
定し、S10でニユートラルスイツチ15からの信号に基づ
いてギア位置を判定し、S11でスロツトルセンサ６から
の信号に基づいてスロツトル開度の変化を判定し、S12
で所定時間経過したか否かを判定して所定時間内であれ
ばS9へ戻る。こうして、所定時間内に車速の変化が所定
値以下で、かつ、ギアが入つており、かつ、スロツトル
開度の変化が所定値以下の場合は、定常状態であると判
定し、S13,S14で学習補正係数α_０の修正を行う。

定常状態と判定された場合のS13における学習補正係数
α_０の修正は前述した従来のものと同様にα_０←α_０＋
△α/Mなる数式に基づいてなされる。前記したように、
ここで、Δαは、フィードバック補正係数αと基準値α
_１との偏差量Δα（＝α−α_１）であり、基準値α_１と
しては、フィードバック補正を行わないときの値、例え
ばα_１＝１を選択する。

S14で新たな学習補正係数α_０をRAM3の対応するエンジ
ン回転速度Ｎと基本噴射量Tpのところへ書き込む。すな
わち、RAM3内のデータを更新する。

S15で偏差量Δαを所定値と比較し、Δαが所定値より
小さければ学習が進行している（空燃比が理論空燃比λ
＝１に近づきつつある）と判定して、S16へ進みα_０の
更新回数Ｃの値を１増加させる。

一方、Δαが所定値よりも大きければ、空燃比と論理空
燃比との差が大であると判定して、S17で更新回数Ｃの
値をゼロにリセツトするとともにPI方式の比例定数およ
び積分定数の値を所定の十分な大きな値を有する初期値
にリセツトする。すなわち、この過程S17が第２図に示
す制御定数リセツト手段に対応することになる。

これにより、学習が進んだ状態において実際の空燃比と
論理空燃比との偏差が大きくなつた場合でも比例積分方
式が大きな制御定数でなされることになり、空燃比の理
論空燃比への追随性が良好となる。

S18では噴射量Tiを次式に従つて演算する。

Ti＝Tp×COEF×α×α_０＋Ts ここで、定常状態の場合はα_０として更新されたものが
用いられ、過渡状態の場合は検索されたものがそのまま
用いられる。

以上で噴射量Tiが計算され、この噴射量Tiに相応する駆
動パルス信号が電流波形制御回路21を介して燃料噴射弁
22に所定のタイミングで与えられる。

なお、本実施例では空燃費と論理空燃比との偏差量すな
わち制御量の実際値と目標値との偏差量を、フイードバ
ツク補正係数αの値から間接的に求めたが、直接この偏
差量が求められればなお良いことは勿論である。

また、本発明はこのような空燃比制御に限らず、他の車
両に搭載された電子式フイードバツク制御装置、たとえ
ばアイドルスピード制御などにも適用できるものであ
る。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によれば、比例積分方式によ
りフィードバック補正量を演算するとともに学習制御の
進行度に伴って比例定数及び積分定数を減少させるよう
にしたから、学習制御が進行すると、定常状態での制御
値の変動量を小さくすることができ、安定な制御がなさ
れると同時に、例えば、内燃機関の空燃比フィードバッ
ク制御への適用の場合は回転速度変動の抑制及び排気浄
化触媒の転換率向上が図られるものである。更に、フィ
ードバック補正量と基準値の偏差量とが所定値以上とな
つたときに前記比例・積分定数を初期値にリセットする
ようにしたから、システム急変時には大きな比例・積分
定数により制御量の目標値への追随性が向上するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すフローチヤート、第２図は本発明
の構成を示すブロツク図、第３図は本発明の一実施例の
ハードウエア構成図、第４図は同上の作動過程を示すフ
ローチヤートである。 １……CPU、８……O₂センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御量を目標値にフィードバック制御する
   車両搭載用電子式フィードバック制御装置であって、 基本操作量を設定する基本操作量設定手段と、 制御量の実際値と目標値とのずれに応じて前記基本操作
   量を補正するためのフィードバック補正量を比例積分方
   式により演算するフィードバック補正量演算手段と、 機関の運転条件に対応させて記憶させた学習補正量と、
   前記フィードバック補正量と所定の基準値の偏差量とに
   基づいて、前記基本操作量を制御量が目標値に近づくよ
   うに補正する新たな学習補正量を設定、更新する学習手
   段と、を備え、 前記補正された基本操作量に基づいてフィードバック制
   御を行う一方、 前記学習手段による更新回数に応じて学習の進行度を判
   定する手段と、 前記判定手段により判定される学習の進行度の増大に伴
   って前記フィードバック補正量演算手段の比例定数及び
   積分定数を減少補正する手段と、 前記フィードバック補正量と基準値との偏差量が所定値
   以上となつたときに前記更新回数及び比例・積分定数を
   夫々初期値にリセットする手段と を備えたことを特徴とする車両搭載用電子式フィードバ
   ック制御装置。