CN103688042A

CN103688042A - 用于内燃机的控制装置

Info

Publication number: CN103688042A
Application number: CN201280035263.5A
Authority: CN
Inventors: 仲田勇人; 大畠明; 刑部启介
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: US20140149020A1; EP2734721A1; WO2013011376A1; JP5341957B2; US8996278B2; JP2013024103A; CN103688042B; EP2734721B1

Abstract

在用于内燃机的控制装置中，所述控制装置包括控制部件，所述控制部件具有处理器并且计算与内燃机的运转相关的各种任务，所述处理器具有多个芯，所述控制部件包括：选择部件，所述选择部件从多个芯中选择在计算中使用的至少一个芯；计算部件，所述计算部件将任务分配给由选择部件选择的至少一个芯，以实施计算；和获取部件，所述获取部件获取内燃机的内燃机转速，并且当由获取部件获取的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，与当获取的内燃机转速低于预定阈值时相比，所述选择部件增加所选择的芯的数量。

Description

用于内燃机的控制装置

发明背景

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的控制装置，并且更具体地，涉及这样一种用于内燃机的控制装置，所述控制装置使用具有多个芯的处理器来执行操作。

背景技术

如在PCT申请No.2009-541636（JP2009-541636A）的公开日语翻译中描述的那样，已知一种发动机控制单元，所述发动机控制单元具有多个执行单元（芯）并且控制内燃机。发动机控制单元将任务分配给多个执行单元以执行并行运算处理。具体地，在用于提高响应性的模式中，不同的程序（程式）或者任务经受并行运算处理。另外，在用于提高信号处理的安全性的模式中，执行并行运算处理，在所述并行运算处理中，多个执行单元执行同一程序。

顺便提及，近年来，在使用控制模型的内燃机中，在高转速范围的计算负荷的增加成为问题。因此，在计算负荷较高的控制范围中，任务被分配给多个芯，以执行并行运算处理，从而减小计算负荷。然而，另一方面，在计算负荷较低的控制范围中，就抑制热量产生和避免因任务分配而造成的复杂运算处理而言，可以通过最小化所使用的芯的数量来执行运算处理。然而，在上述现有系统中，在并行运算处理中，没有根据内燃机的控制状态来执行任务分配。因此，可能发生由于在高转速范围中遗漏任务而造成的计算故障、在低转速范围内产生热量等，所以仍然存在改进空间。

发明内容

本发明提供了一种控制装置，所述控制装置能够根据内燃机的控制状态最优化运算处理，可以对所述运算处理进行使用多个芯的并行运算处理。

本发明的一方面涉及一种用于内燃机的控制装置，所述控制装置包括控制部件，所述控制部件具有处理器并且计算与内燃机的运转相关的各种任务，其中所述处理器具有多个芯。控制部件包括：选择部件，所述选择部件从多个芯中选择在计算中使用的至少一个芯；计算部件，所述计算部件将任务分配给由选择部件选择的至少一个芯，以执行计算；和获取部件，所述获取部件获取内燃机的内燃机转速。当由获取部件获得的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，与所获取的内燃机转速低于预定阈值时相比，选择部件增加所选择的芯的数量。

根据上述方面，当内燃机的内燃机转速高于预定阈值时，与当内燃机转速低于阈值时相比，所使用的芯的数量增加。因此，根据本发明的上述方面，在计算负荷较低的控制范围中，限制所使用的芯的数量，以抑制热量的产生并且避免由于任务分配而导致的复杂运算处理；反之，在计算负荷较高的控制范围中，任务被分配给更多数量的芯，以执行并行运算处理，从而使得能够有效地抑制计算故障，例如，由于计算负荷增加而导致的任务遗漏。

在上述方面中，获取部件可以获取内燃机的当前内燃机转速。

根据上述方面，获取当前内燃机转速，并且当获取的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，增加所使用的芯的数量。因此，根据本发明的上述方面，能够通过正确地确定计算负荷的变化来改变芯的数量。

在上述方面中，获取部件可以包括估算部件，所述估算部件估算预定时间段之后的内燃机的内燃机转速。当估算的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，与当估算的内燃机转速低于预定阈值时相比，计算部件可以增加所选择的芯的数量。

根据上述方面，估算预定时间段之后的内燃机转速，并且当估算的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，增加所使用的芯的数量。因此，根据上述方面，能够通过预测计算负荷的增加来增加使用的芯的数量，所以能够有效地针对计算负荷的急剧变化采取措施。

在上述方面中，估算部件可以使用发动机运转状态的参数，即当前内燃机转速和喷射量，并且从所需转矩中减去内燃机的总摩擦转矩和除了内燃机之外的其它装置的辅助转矩，以估算内燃机转速。

在上述方面中，当由获取部件获取的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，选择部件可以增加所选择的芯的数量。

在上述方面中，当由获取部件获取的内燃机转速低于预定阈值时，选择部件可以减小所选择的芯的数量。

附图说明

将参照附图在下文中描述本发明的示例性实施例的特征、优势和技术以及工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是用于图解根据本发明的第一实施例的内燃机系统的示意性构造的视图；

图2是在本发明的第一实施例中执行的程序的流程图；和

图3是在本发明的第二实施例中执行的程序的流程图。

具体实施例

在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。需要注意的是，相同的附图标记在附图中表示相同的元件，并且将省略重叠的描述。另外，下述实施例并不限制本发明的上述方面。

<第一实施例的构造>图1是用于图解根据本发明的第一实施例的内燃机系统的示意性构造的视图。如图1所示，根据本实施例的内燃机系统包括四冲程内燃机10，所述内燃机10具有多个气缸（在图1中为四个气缸）。内燃机10安装在车辆上，并且用作车辆的动力源。

在下文中，在本实施例中，将描述本发明的上述方面应用于控制柴油发动机（压燃式内燃机）的情况。然而，本发明的上述方面并不局限于柴油发动机。本发明的上述方面可以应用于控制汽油（汽油）发动机（火花点火式内燃机）和其它的各种内燃机。

喷射器12设置在内燃机10的每个气缸处。每个喷射器12均用于将燃料直接喷射到对应的气缸中。各个气缸的喷射器12连接到共轨14。燃料箱（未示出）中的燃料被供给泵16加压至预定燃料压力，贮存在共轨4中，然后被从共轨14供应至喷射器12。

内燃机10的排气通道18通过排气歧管20而分叉，并且连接到各个气缸的排气口（未示出）。排气通道18连接到涡轮增压器24的废气涡轮。后处理装置26在涡轮增压器24的下游侧设置在排气通道18中。后处理装置26用于净化废气。

空气滤清器30设置在内燃机10的进气通道28的入口附近。通过空气滤清器30引入的空气由涡轮增压器24的进气压缩器压缩，然后由中间冷却器32冷却。进气歧管34将通过中间冷却器32的进气分配到各个气缸的进气口（未示出）。

进气节流阀36在中间冷却器32和进气歧管34之间设置在进气通道28中。另外，空气流量计52在空气滤清器30的下游附近设置在进气通道28中。空气流量计52用于检测进气流量。

如图1所示，根据本实施例的系统包括电子控制单元（ECU）50。ECU50形成为双核ECU，所述双核ECU具有包括两个芯501和502的处理器，并且能够改变每次使用的芯的数量。用于控制内燃机10的各种传感器连接到ECU50的输入部分。各种传感器包括上述空气流量计52、加速器位置传感器60、曲柄角度传感器62等。加速器位置传感器60用于检测加速器踏板的操作量。曲柄角度传感器62用于检测内燃机10的曲柄角度。另外，上述喷射器12、进气节流阀36和用于控制内燃机10的其它的各种致动器连接到ECU50的输出部分。ECU50执行用于根据输入到ECU50中的各种信息驱动各种致动器的预定控制算法。

<第一实施例的操作>接下来，将描述第一实施例的操作。第一实施例中的内燃机10包括喷射器12、进气节流阀36和用于控制内燃机10的其它各种致动器（例如作为用于控制内燃机10的运转的致动器的EGR阀和WGV）。根据本实施例的控制装置通过所谓的基于模型的控制来控制内燃机。控制装置大量使用模型预测来估算控制状态，并确定上述各种致动器的控制量。

在这种基于模型的控制中，特别地，高转速范围中计算负荷的增加成为一个问题。因而，在根据本实施例的系统中，作为应对计算负荷的措施，装备有两个芯501和502的ECU50用于执行并行运算处理。具体地，已知的并行编译器，例如实现最优进度高级多处理器（optimally scheduled advanced multiprocessor（OSCAR）），用于芯分解（core-split）发动机控制算法，然后，对分配给芯501和502的任务进行并行运算处理。以这种方式，当允许并行运算处理时，与利用单个芯执行顺序处理的情况相比，有效地降低了计算负荷。

这里，在计算负荷较低的控制范围中，就抑制产生热量以及避免由于任务分配而导致的复杂运算处理而言，可以通过最小化所使用的芯的数量来执行运算处理。因而，在根据第一实施例的系统中，所使用的芯的数量根据计算负荷而变化。具体地，将内燃机转速作为计算负荷的指标监控，并且，当内燃机转速高于或者等于预定阈值时，增加所使用的芯的数量。通过这样做，在计算负荷较高的范围中，可以通过使用多个芯的并行运算处理来降低计算负荷；而在计算负荷较低的范围中，可以通过使用单个芯的顺序运算处理来抑制热量产生和复杂的计算。

<第一实施例中的具体处理>接下来，将参照图2描述本实施例中执行的具体处理。图2是ECU50改变在计算中使用的芯的数量的程序的流程图。需要注意的是，在内燃机10运转期间重复执行图2中示出的程序。

在图2示出的程序中，一开始，根据由曲柄角度传感器62检测到的信号获取内燃机转速（步骤100）。之后，判定在步骤100中获得的内燃机转速是否高于或者等于预定阈值（步骤102）。预定阈值是预设转速，在所述预设转速或者高于所述预设转速的条件下，在使用单个芯的顺序计算中可能发生诸如任务遗漏的计算故障。结果，当判定当前内燃机转速高于或者等于预定阈值时，判定可能发生计算故障。处理进行到下一个步骤，然后增加所使用的芯的数量（步骤104）。这里，具体而言，所使用的芯的数量被设定为2个。

另一方面，当在步骤102中判定当前内燃机转速低于预定阈值时，判定不可能发生计算故障。处理进行到下一个步骤，然后将所使用的芯的数量减小至单个芯（步骤106）。

如上所示，利用根据本实施例的系统，在计算中使用的ECU50的芯的数量根据检测到的当前内燃机转速而变化。通过这样做，能够根据ECU50的计算负荷最优化运算处理。

顺便提及，在上述第一实施例中，装备有两个芯的ECU50用于在两个和一个之间改变芯的数量；然而，可用的ECU50并不局限于这种构造。即，只要ECU具有多个芯并且能够改变所使用的芯的数量，则ECU可以构造成装备有更大数量的芯的多芯ECU。另外，根据内燃机转速改变所使用的芯的数量也不局限于本实施例的构造。例如，可以在装备有三个或更多个芯的ECU中设定多个阈值，使得所使用的芯的数量随着内燃机转速的增大而逐渐增大。

需要注意的是，在上述第一实施例中，ECU50可以对应于根据本发明的上述方面的“控制单元”或者“控制部件”，执行步骤100的处理的ECU50可以对应于根据本发明的上述方面的“获取单元”或者“获取部件”，并且执行步骤102至106的处理的ECU50可以对应于根据本发明的上述方面的“选择单元”或者“选择部件”。

<第二实施例的特征>接下来，将参照附图3描述本发明的第二实施例。在第二实施例中，图1中示出的系统用于执行图3中示出的程序（稍后描述）。

在根据上述第一实施例的系统中，根据当前内燃机转速改变ECU50的所使用的芯的数量。然而，考虑到内燃机转速的急剧变化等，对于计算负荷的增加而言，所使用的芯的数量的增加可能是不及时的。

因而，在根据第二实施例的系统中，例如，估算在32毫秒（对应于从燃油喷射起的延迟）之后的内燃机转速，并且当估算的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，增加所使用的芯的数量。通过这样做，可以通过事先预测计算负荷的增加来增加所使用的芯的数量，因此，能够有效抑制由于计算负荷瞬间急剧增加而导致的任务遗漏。

<第二实施例中的具体处理>接下来，将参照附图3描述在本实施例中执行的具体处理。图3是ECU50改变计算中使用的芯的数量的程序的流程图。需要注意的是，在内燃机10运转期间重复执行图3中示出的程序。

在图3示出的程序中，一开始，使用内燃机运转状态（例如当前内燃机转速和当前喷射量）来计算所需转矩τ（步骤200）。之后，计算总摩擦转矩τf和辅助转矩（步骤202）。摩擦转矩是由于配合部分之间的机械摩擦（例如活塞和气缸内壁之间的摩擦）而产生的转矩。辅助转矩是由于附件的机械摩擦而产生的转矩。总摩擦转矩τf可以例如使用限定发动机运转状态和总摩擦转矩τf之间的关系的映射来确定。

随后，预测从燃料喷射起32毫秒（ms）之后的转速ω（步骤204）。这里，具体而言，将在步骤200中计算出的所需转矩τ和在步骤202中计算得出的总摩擦转矩τf以及辅助转矩代入到根据运动方程的以下方程（1）中，从而计算曲柄轴的角加速度dω/dt。

I·dω/dt=τ－τf （1）

需要注意的是，“I”表示由空气燃料混合物的燃烧驱动的构件（曲柄轴等）的惯性矩（惯量），并且是根据内燃机10的硬件构造确定的常量。此后，对计算得出的角加速度dω/dt进行积分，以计算曲柄轴的转速ω。

随后，判定由在步骤204中计算得出的转速ω获得的在32毫秒之后的内燃机转速（32毫秒后的内燃机转速）是否高于或者等于预定阈值（步骤206）。结果，当判定32毫秒后的内燃机转速高于或者等于预定阈值时，则判定可能发生计算故障。处理进行到下一个步骤，然后增加所使用的芯的数量（步骤208）。这里，具体而言，将所使用的芯的数量设定为2个。

另一方面，当在步骤206中判定32毫秒后的内燃机转速低于预定阈值时，判定不可能发生计算故障。处理进行到下一个步骤，然后将所使用的芯的数量减小为单个芯（步骤210）。

如上所述，利用根据本实施例的系统，根据估算的32ms后的内燃机转速来确定在计算中使用的ECU50的芯的数量。通过这样做，事先预测ECU50的计算负荷的变化，然后可以将所使用的芯的数量改变成最优的数量。

顺便提及，在上述第二实施例中，装备有两个芯的ECU50被用于在两个和一个之间改变所使用的芯的数量；然而，可用的ECU50并不局限于这种构造。即，只要ECU具有多个芯并且能够改变所使用的芯的数量，ECU可以构造成为装备有更多数量芯的多芯ECU。另外，根据内燃机转速改变所使用的芯的数量并不局限于本实施例的构造。例如，在装备有三个或者更多个芯的ECU中，可以设定多个阈值，使得所使用的芯的数量随着内燃机转速的增加而逐渐增加。

另外，在上述第二实施例中，32ms后内燃机转速被估算为在从喷射量起延迟后的内燃机转速。然而，只要时间段长到使得能够响应计算负荷变化提前改变芯的数量，实施估算的提前时间段并不局限于32ms。

需要注意的是，在上述第二实施例中，ECU50可以对应于根据本发明的上述方面的“控制单元”或者“控制装置”，执行步骤200至步骤204的处理的ECU50可以对应于根据本发明的上述方面的“获取单元”或者“获取部件”，并且执行步骤206至步骤210的处理的ECU50可以对应于根据本发明的上述方面的“选择单元”或者“选择部件”。

Claims

1.一种用于内燃机的控制装置，所述控制装置包括控制部件（50），所述控制部件具有处理器并且计算与所述内燃机（10）的运转相关的各种任务，所述处理器具有多个芯，所述控制装置的特征在于：

所述控制部件（50）包括：选择部件，所述选择部件从所述多个芯（501和502）中选择在计算中使用的至少一个芯；计算部件，所述计算部件将所述任务分配到由所述选择部件选择的所述至少一个芯（501，502），以执行计算；和获取部件，所述获取部件获取所述内燃机（10）的内燃机转速；并且

当由所述获取部件获取的内燃机转速高于或等于预定阈值时，与所获取的内燃机转速低于所述预定阈值时相比，所述选择部件增加所选择的芯（501，502）的数量。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述获取部件获取所述内燃机（10）的当前内燃机转速。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其中：

所述获取部件包括估算部件，所述估算部件估算所述内燃机（10）在预定时间段之后的内燃机转速；并且

当所估算的内燃机转速高于或等于所述预定阈值时，与所估算的内燃机转速低于所述预定阈值时相比，所述计算部件增加所选择的芯的数量。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，所述估算部件使用内燃机运转状态的参数，即当前内燃机转速和喷射量，并且从所需转矩（τ）中减去所述内燃机（10）的总摩擦转矩（τf）和除了所述内燃机（10）之外的其它装置的辅助转矩来估算所述内燃机转速。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的控制装置，其中，当由所述获取部件获取的所述内燃机转速高于或等于所述预定阈值时，所述选择部件增加所选择的芯（501，502）的数量。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的控制装置，其中，当由所述获取部件获取的所述内燃机转速低于所述预定阈值时，所述选择部件减少所选择的芯（501，502）的数量。

7.一种用于内燃机的控制装置，所述控制装置包括：

控制单元，所述控制单元具有处理器并且计算与所述内燃机的运转有关的各种任务，所述处理器具有多个芯，其中

所述控制单元包括：选择单元，所述选择单元从所述多个芯中选择在计算中使用的至少一个芯；计算单元，所述计算单元将所述任务分配到由所述选择单元选择的所述至少一个芯，以执行计算；和获取单元，所述获取单元获取所述内燃机的内燃机转速，并且

当由所述获取单元获取的所述内燃机转速高于或等于预定阈值时，与所获取的内燃机转速低于所述预定阈值时相比，所述选择单元增加所选择的芯的数量。