CN103748343A - 车辆用动力设备的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是，在通过由控制器进行的多个促动器的操作来控制运转的车辆用动力装置中，在进行控制器的切换时，不使车辆用动力设备的行为发生紊乱。为了完成该课题，在本发明提供的车辆用动力设备的控制装置中，至少一个控制器被作为追随目标值控制器而构成，以本动力设备的多个状态量追随各自的目标值的方式，利用包含将状态量和该目标值的偏差积分的积分器的方程式，计算促动器的操作量。并且，在用于促动器的操作的控制器从另外的控制器向所述目标值追随控制器切换的情况下，在以所述状态量作为状态矢量、以所述操作量作为输入矢量的本动力设备的设备模型的状态方程式中，反算出所述积分器的初始值，以使所述状态矢量的即将切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。

Description

车辆用动力设备的控制装置

技术领域

本发明涉及操作多个促动器来控制车辆用动力设备的运转的控制装置， 

背景技术

作为车辆用动力设备的控制方法，已知有利用状态空间模型的控制方法。例如，在日本特开2002－187464号公报中，公开了一种利用模型追随控制方法运算发动机和无级变速器的各操作量的技术。在该公报公开的模型追随控制方法中，从标准模型输出加速度指令值，利用积分器将加速度指令值和加速度推定值的偏差积分，其中，所述加速度指令值表示与目标加速度相对应的加速度推定值的理想的响应性。并且，将标准模型、控制对象的车辆模型的各状态量和加速度偏差积分量反馈，运算各操作量。另外，在该公报中，对于在这样的加速度反馈控制中的增益的切换方法做了记载。根据这种切换方法，以在增益的切换前后发动机和无机变速器的各操作量、即设备模型的状态方程式中的输入变量连续地变化的方式计算出积分器的初始值。 

但是，在上述公报所公开的切换方法中存在问题。在上述公报公开的切换方法中，要保持输入变量的连续性，但是，对于与动力设备的行为相关的状态变量，其连续性不能得到保障。因此，存在着在切换前后，动力设备的行为产生紊乱的可能性。另外，存在着在车辆的动力设备的控制中，准备多个用于促动器的操作的控制器，根据运转条件或运转状态切换所使用的控制器的情况，但是，上述公报中公开的切换方法中的问题，是将操作促动器的控制器切换成另外的控制器时也会产生的问题。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本特开2002－187464号公报 

发明内容

本发明是鉴于上述问题做出的，其课题是，在通过利用控制器进行的多个促动器的操作来控制运转的车辆用动力设备中，在控制器的切换时，不使动力设备的行为产生紊乱。另外，为了完成该课题，根据本发明的车辆用动力装置的控制装置按照下述方式构成。 

根据本发明的一种形式，本控制装置，至少配备有两个控制器。其中至少一个控制器被作为目标值追随控制器而构成，所述目标追随控制器利用包含有对所述多个状态量和各自的目标值的偏差进行积分的积分器的方程式，计算促动器的操作量，以使得所述动力设备的多个状态量追随各自的所述目标值。本控制装置配备有选择用于促动器的操作的控制器的选择器、和在进行由选择器选择的控制器的切换时起作用的运算处理装置。在由选择器选择的控制器被从另外的控制器（第二控制器）切换导作为目标追随控制器的第一控制器的情况下，所述运算处理装置反算所述积分器的初始值，以便在以所述状态量作为状态矢量、以所述操作量作为输入矢量的本动力设备的设备模型的状态方程式中，使得所述状态矢量的在即将进行切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。 

根据以上述方式构成的控制装置，支配状态轨迹的状态空间上的矢量场，在控制器的切换的前后不发生变化。因此，由于在动力设备的各状态量中不会产生不连续性，所以，可以不使动力设备的行为产生紊乱地切换控制器。 

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的车辆用动力设备的控制系统的概要的图。 

图2是对于应用本发明的实施方式的控制装置的控制器的切换思想进行说明的图。 

图3是表示本发明的实施方式的控制装置的详细结构的图。 

具体实施方式

下面，参照附图对于本发明的实施方式进行说明。 

图1是表示本实施方式的车辆用动力设备的控制系统的概要的图。控制系统包含有：作为控制对象的车辆用动力装置2、以及操作车辆用动力设备2配备的多个促动器以控制其运转的控制装置4。本实施方式的车辆用动力装置2是柴油发动机，促动器是柴油机节气门、EGR阀（废气再循环量控制阀）及涡轮增压器的可变喷嘴三种。本实施方式的控制装置4作为发动机ECU的功能的一部分而被实现。从柴油发动机2向控制装置4提取包括EGR率“egr”、增压“pim”、发动机转速“Ne”以及燃料喷射“Q”在内的各种信息。控制装置4基于提取的信息，分别计算作为柴油发动机的操作量的节气门开度“Dth”、EGR阀的操作量即EGR阀开度“EGRv”、以及可变喷嘴的操作量即可变喷嘴开度“VN”，输出到发动机2中。 

控制装置4配备有至少两个控制器6A、6B。控制器（第一控制器）6A作为协调控制用的目标值追随控制器构成。控制器6A计算各促动器的操作量，以使作为柴油发动机2的状态量的EGR率和增压的各个推定值追随各自的目标值。下面的公式（1）是表示控制器6A的控制侧的方程式。在公式（1）中，“u”是输入变量矢量。在输入变量矢量中，包含作为操作量的节气门开度、EGR阀开度及可变喷嘴开度。“x”是状态变量矢量，“r”是其目标值矢量。在状态变量矢量中包含EGR率和增压的各个推定值。“v”是将对目标值矢量的状态变量矢量的追随误差进行积分而获得的积分矢量。“u_map”是输入偏移量矢量，包括各个操作量的基准值。输入偏移量矢量通过以发动机转速和燃料喷射量作为自变量的映射的检索来决定。“K_x”、“K_v”、“K_r”均是系数矩阵。 

[公式1] 

u＝K_xx+K_vv+K_rr+u_map    ...(1) 

v＝∫(r-x)dt 

控制器（第二控制器）6B是由与控制器6A不同的控制侧计算各个促动器的操作量的控制器。控制器6B与控制器6A一样，作为目标 值追随控制器而构成。这些控制器6A、6B由在控制装置4中被编程的发动机控制算法以软件的方式实现。 

控制装置4选择与发动机的运转状态相对应地在各个促动器的操作中使用的控制器。详细地说，在发动机的运转状态变成了规定的状态时，控制装置4将选择控制器从控制器6B切换到控制器6A。该切换时的课题是柴油发动机2的行为发生紊乱。为了解决该课题，如图2示意性地表示的那样，在被柴油发动机2的状态量扩展的状态空间中，支配状态轨迹的状态空间上的矢量场有必要在控制器的切换前后不发生变化。下面，对于在控制装置4中采用的切换的前后不使矢量场变化的切换方法进行说明。 

首先，柴油发动机2的设备模型的状态方程式由下面的公式（2）表示。在公式（2）中，“A”、“B”均是系数矩阵。在选择控制器的切换之前，公式（2）中的“u”意味着控制器6B的输入变量矢量。 

[公式2] 

$\stackrel{\·}{x}=\mathrm{Ax}+\mathrm{Bu}...\left(2\right)$

另一方面，在选择控制器刚刚切换之后，当采用公式（1）所示的控制器6A的公式时，柴油发动机2的设备模型的状态方程式由下面的公式（3）表示。 

[公式3] 

$\stackrel{\·}{x}=\mathrm{Ax}+B(K_{x}x+K_{v}v+K_{r}r+u_{\mathrm{map}})...\left(3\right)$

为了在切换前后矢量场不发生变化，有必要使状态变量矢量在即将切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。因此，必须使公式（2）的右边和公式（3）的右边相一致。当使公式（2）的右边和公式（3）的右边相等，对积分矢量“v”求解时，获得公式（4）的方程式。 

[公式4] 

v＝(BK_v)^-1B(u-K_xx-K_rr-u_map)    ...(4) 

公式（4）是用于将控制器6A的积分器重置的公式。通过将在公式（4）的右边计算出的值作为积分矢量“v”的初始值输入到刚刚切换 之后的积分器中，可以使状态变量矢量的即将切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。 

积分器的初始值是在控制器6A的公式中唯一的自由设计参数。在本切换方法中，通过恰当地重置该值，可以达到在切换前后不使矢量场发生变化。另外，即使在公式（2）所示的设备模型中追加对应于环境条件或机械误差波动的外部干扰项，在公式（4）中所示的积分器的初始值的公式中，也可以删除外部干扰项。从而，根据该切换方法，还可以获得不受环境条件或机械误差波动的影响的优点。 

接着，利用图3对于用于实现上述切换方法的控制装置4的结构进行说明。如图3所示，除了控制器6A和控制器6B之外，控制装置4还配备有选择器8和运算处理装置10。 

在控制器6A中，EGR率的目标值“egrtrg”和增压的目标值“pimtrg”通过矢量器18变换成目标值矢量“r”。另外，EGR率的推定值“egr”和增压的推定值“pim”通过矢量器16变换成状态变量矢量“x”。进而，在差分器20中生成状态变量矢量“x”相对于目标值矢量“r”的偏差、即差分矢量。差分矢量被输入到积分器22中，积分器22对差分矢量积分，生成积分矢量“v”。另外，在控制器6A配备的基准映射12中，将发动机转速“Ne”和燃料喷射量“Q”作为检索键，分别检索节气门开度的基准值“Dthb”、EGR阀开度的基准值“EGRvb”及可变喷嘴开度的基准值“VNb”。通过矢量器14将它们变换成输入偏移量矢量“u_map”。 

控制器6A配备有计算器24。将利用系数矩阵“K_r”变换目标值矢量“r”获得的矢量“K_rr”、利用系数矩阵“K_x”变换状态变量矢量“x”获得的矢量“K_xx”、利用系数矩阵“K_v”变换积分矢量“v”获得的矢量“K_vv”、及输入偏移量矢量“u_map”输入到计算器24中。计算器24按照规定的计算规则，由矢量“K_rr”、“K_xx”、“K_vv”、“u_map”计算输入变量矢量“u”。输入变量矢量“u”通过去矢量器26变换成作为数值数据的节气门开度“Dth”、EGR阀开度“EGRv”及可变喷嘴开度“VN”。控制器6A将这些操作量的数值数据输出到选择器8中。 

对于控制器6B的结构和处理的内容，省略其说明。在控制器6B中，例如，也按照与控制器6A同样的计算步骤生成节气门开度“Dth”、EGR阀开度“EGRv”及可变喷嘴开度“VN”的各个数值数据。控制器6B将这些操作量的数值数据输出到选择器8中。 

选择器8是根据发动机的运转状态选择在促动器的操作中使用的控制器的机构。具体地说，选择器8选择从控制器6A输入的各操作量的数值数据和从控制器6B输入的各个操作量的数值数据中的任一方。被选择的各操作量的数值数据被从控制装置4向柴油发动机2输出。 

运算处理装置10是在由选择器8选择的控制器从控制器6B向控制器6A切换的情况下，计算出控制6A的积分器的初始值，重置积分矢量“v”的机构。在运算处理装置10中，提取在控制器6B中生成的各个操作量的数值数据“Dth”、“EGRv”、“VN”。另外，提取在控制器6A中生成的目标值矢量“r”、状态变量矢量“x”及输入偏移量矢量“u_map”。通过矢量器28将各个操作量的数值数据“Dth”、“EGRv”、“VN”变换成输入变量矢量“u”。所获得的输入变量矢量“u”被延迟器30延迟相当于一个时标的量。借此，在当前时刻是从控制器6B向控制器6A切换的时刻的情况下，获得即将切换之前的控制器6B的输入变量矢量“u”。 

由延迟器30延迟的输入变量矢量“u”被输入到计算器32中。将利用系数矩阵“K_r”变换目标值矢量“r”获得的矢量“K_rr”、利用系数矩阵“K_x”变换状态变量矢量“x”获得的矢量“K_xx”、以及输入偏移量矢量“u_map”也输入到计算器32中。在计算器32中，计算出输入变量矢量“u”与矢量“K_rr”、“K_xx”及“u_map”之和的差分矢量。运算处理装置10，通过利用系数矩阵“（BK_v）^－1B”变换该差分矢量，生成矢量“v₀”。运算处理装置10配备的重置装置34，以由选择器8选择的控制器从控制器6B向控制器6A切换的定时，将矢量“v₀”作为初始值，重置控制器6A的积分器22。 

根据以上述方式构成的控制装置4，在从控制器6B向控制器6A 切换的前后，可以恰当地重置控制器6A的积分器22，以便在由EGR率和增压定义的状态空间的矢量场中不产生变化。 

以上是对本发明的实施方式进行的说明。但是，本发明并不被上述实施方式所限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种的变形来实施。例如，在上述实施方式中，作为状态量使用EGR率和增压两个量，但是，对于成为协调控制的对象的状态量的个数并没有限定。例如，也可以采用涡轮机旋转速度或排气歧管压等作为状态量。 

对于由控制器6A进行的协调控制的控制理论，没有限定。可以基于最佳调节器、极配置法、滑动模型控制、H∞控制等控制理论，设计控制器6A。控制器6B也一样。但是，对于控制器6B，也可以不进行协调控制，而是由映射等单独地决定各个操作量。 

另外，应用本发明的车辆用动力设备并不限于柴油发动机。也可以应用于以汽油或酒精作为燃料的火花点火式发动机，或者也可以应用于燃气涡轮发动机。另外，也可以应用于将内燃机和电动机组合起来的混合动力系统。另外，在车辆用动力设备中，也可以包含组合到内燃机或混合动力系统中的自动变速器。 

附图标记说明 

2 柴油发动机 

4 控制装置 

6A、6B 控制器 

8 选择器 

10 运算处理装置 。

Claims (1)

1.一种车辆用动力设备的控制装置，所述控制装置操作多个促动器，控制车辆用动力设备的运转，其特征在于，所述控制装置配备有：

第一控制器，所述第一控制器被作为目标值追随控制器而构成，所述目标值追随控制器利用包含有对所述动力设备的多个状态量和各自的目标值的偏差进行积分的积分器的方程式，计算所述促动器的操作量，以使得所述动力设备的所述多个状态量追随各自的所述目标值；

第二控制器，所述第二控制器计算所述促动器的操作量且不同于所述第一控制器；

选择器，所述选择器选择用于所述促动器的操作的控制器；

运算处理装置，在所述选择器所选择的控制器被从所述第二控制器切换到所述第一控制器的情况下，所述运算处理装置反算所述积分器的初始值，以便在将所述状态量作为状态矢量、将所述操作量作为输入矢量的所述动力设备的设备模型的状态方程式中，使得所述状态矢量的在即将进行切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。

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