DE10355237A1

DE10355237A1 - Modellerzeugungsverfahren, Modellerzeugungsprogramm und Simulationsvorrichtung

Info

Publication number: DE10355237A1
Application number: DE10355237A
Authority: DE
Inventors: Masato Toyota Ehara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2004-06-24
Also published as: US6862514B2; GB2395821A; GB2395821B; US20040102891A1; GB0326865D0; JP3760911B2; JP2004178247A

Abstract

Die Erfindung zielt auf ein Verringern der Anzahl von Meßprozessen einer tatsächlichen Vorrichtung 1 ab. Ein Endmodell zum Schätzen des Verhaltens eines Motors 3 wird durch die folgende Prozedur erzeugt. Als erstes wird ein Simulationsmodell, in dem physikalische Eigenschaften des Motors 3 betrachtet werden, festgelegt. Als nächstes wird eine Messung durch eine tatsächliche Vorrichtung grob ausgeführt. Basierend auf der Differenz zwischen den Simulationsdaten und den Meßdaten wird eine Korrekturfunktion Err, 130 abgeleitet. Durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion Err, 130 wird ein Endmodell erhalten. Unter Verwendung des Endmodells wird ein endgültiger adaptiver Wert bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modellerzeugungsverfahren, ein Modellerzeugungsprogramm und eine Simulationsvorrichtung zur Erzeugung eines Modells zum Schätzen des Zustands eines Objekts.
Falls ein physikalisches Modell eines Objekts genau erhalten werden kann, kann das Objekt mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, indem ein erforderlicher Betrieb derart ausgeführt wird, daß er an einen Zweck angepaßt wird. Bei einem tatsächlichen Objekt stehen jedoch verschiedene Elemente in komplizierter Beziehung zueinander, so daß es häufig schwierig ist, ein genaues physikalisches Modell aufzubauen. Es ist eine Technik zum Ableiten einer Eingangs-/Ausgangskennlinien angebenden Funktion unter Verwendung eines Exponentialfunktionsnäherungsverfahrens basierend auf durch ein Messen der Eingangs-/Ausgangskennlinien des Objekts erhaltenen Meßdaten bekannt (z.B. japanische Patentoffenlegungsschrift JP-A Nr. 2000-321174, Patentanspruch 1 und Absatz Nummer 0009) .
Eine Technik zum Vorbereiten eines physikalischen Modells und Einstellen von Parametern des Modells, um eine Differenz zwischen einer Ausgabe von dem Modell und einer von dem tatsächlichen Objekt erhaltenen Ausgabe zu beseitigen, ist ebenfalls bekannt (z.B. JP-A Nr. 9-142280, 3) .
Bei der in JP-A Nr. 2000-321174 beschriebenen Technik werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien durch ein statistisches Verfahren wie beispielsweise das Exponentialfunktionsnäherungsverfahren angenähert. Die Meßdaten werden diskret abgetastet, so daß das Verhalten eines Objekts zwischen einem bestimmten Meßpunkt und dem nächsten Meßpunkt sich nicht in dem Modell widerspiegelt. Daher ist es schwierig, ein genaues Modell aufzubauen. Die Technik ist unbequem, da die Anzahl von Meßprozessen zunimmt, wenn die Anzahl von Meßpunkten zum Verbessern der Genauigkeit des Modells erhöht wird.
Bei der in JP-A Nr. 9-142280 offenbarten Technik ist es notwendig, Parameter eines physikalischen Modells einzustellen. In dem Fall des Modellierens eines Objekts, bei dem verschiedene Elemente in komplizierter Beziehung zueinander stehen, ist es nicht leicht, eine Steuerregel der Parameter zu bestimmen, d.h. es zu bestimmen, welcher Parameter geändert werden soll und welches Ausmaß die Änderung haben soll. Selbst wenn die Parametersteuerregel erhalten wird, ist es zum Erhalten eines genauen physikalischen Modells notwendig, eine Anzahl von Meßpunkten zu messen und ein enormes Ausmaß an Berechnung auszuführen. Daher weist die in JP-A Nr. 9-142280 beschriebene Technik Probleme derart auf, daß es lange Zeit dauert, Meßdaten zu erhalten, und eine Berechnungslast stark ist.
Ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, ein Modellerzeugungsverfahren und ein Modellerzeugungsprogramm, die zur Erzeugung eines das Verhalten eines Objekts angebenden Modells durch ein einfaches Verfahren mit einer verringerten Anzahl von Meßprozessen in der Lage sind, und eine das Modellerzeugungsverfahren und das Modellerzeugungsprogramm verwendende Simulationsvorrichtung bereitzustellen.
Ein Modellerzeugungsverfahren gemäß der Erfindung ist das Modellerzeugungsverfahren zur Erzeugung eines Modells zum Schätzen eines Zustands eines Objekts unter einer vorbestimmten Steuerbedingung, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellerzeugungsverfahren die Schritte umfaßt: Berechnen von eine Differenz zwischen durch ein Messen eines Zustands des Objekts entsprechend Eingangsdaten erhaltenen tatsächlichen Meßdaten und durch ein Eingeben der Eingangsdaten in ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften des Objekts betrachtet werden, erhaltenen Simulationsdaten angebenden Fehlerdaten; Ableiten einer Korrekturfunktion zum Korrigieren der Simulationsdaten derart, daß sie den tatsächlichen Meßdaten nahe sind, basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und Erzeugen eines Endmodells des Objekts durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion.
Gemäß der Erfindung ist die Grundlage zum Erzeugen eines endgültigen Modells bzw. Endmodells ein physikalisches Modell. Da in dem physikalischen Modell physikalische Eigenschaften eines Objekts betrachtet werden, stimmen die Tendenzen des Verhaltens des Objekts selbst dann beinahe miteinander überein, wenn tatsächliche Meßdaten und Simulationsdaten nicht perfekt zusammenpassen. Da eine Änderung der Fehlerdaten entsprechend Eingangsdaten die Tendenz des Fehlers basierend auf der Änderung ausdrückt, kann eine die Simulationsdaten richtig korrigierende Korrekturfunktion abgeleitet werden. Somit kann die Anzahl von Prozessen zum tatsächlichen Messen des Objekts zum Erhalten eines Endmodells sehr verringert werden. Folglich kann selbst wenn ein Objekt ausgedehnt und kompliziert ist, ein Modell des Objekts in einer kurzen Zeit erzeugt werden.
Das Objekt umfaßt ein mechanisches Objekt, ein elektrisches Objekt und ein chemisches Objekt. Beispiele für das Objekt sind ein Motor als eine Antriebsquelle eines Fahrzeugs, eine chemische Anlage und dergleichen. Die Steuerbedingung ist eine Eingabe eines zu steuernden Objekts. Wenn z.B. das Objekt ein Motor ist, ist die Steuerbedingung eine Betriebsbedingung des Motors. Obwohl das Modellerzeugungsverfahren auf der Vorbedingung basiert, daß ein physikalisches Modell eines Objekts auf irgendeine Weise im voraus erhalten wird, kann das Verfahren einen Schritt des Festlegens des physikalischen Modells des Objekts umfassen.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Ableitens der Korrekturfunktion die Schritte: Bestimmen einer Form der Korrekturfunktion einschließlich zumindest eines Parameters basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und Bestimmen eines Werts des Parameters, so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen. In diesem Fall wird die Form der Korrekturfunktion bestimmt, und danach wird der Wert des Parameters bestimmt. Wenn z.B. die Korrekturfunktion als ein Polynom gegeben ist, ist die Form der Korrekturfunktion jeder in dem Polynom enthaltene Ausdruck. Vorzugsweise wird der Wert des Parameters durch einen statistischen Prozeß wie beispielsweise das Verfahren der. kleinsten Quadrate bestimmt.
Eine Simulationsvorrichtung gemäß der Erfindung ist die Simulationsvorrichtung zur Erzeugung eines Modells zum Schätzen eines Zustands eines Objekts unter einer vorbestimmten Steuerbedingung, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsvorrichtung umfaßt: eine Fehlerdatenerzeugungsvorrichtung zum Berechnen von eine Differenz zwischen durch ein Messen eines Zustands des Objekts entsprechend Eingangsdaten erhaltenen tatsächlichen Meßdaten und durch ein Eingeben der Eingangsdaten in ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften des Objekts betrachtet werden, erhaltenen Simulationsdaten angebenden Fehlerdaten; eine Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Korrekturfunktion zum Korrigieren der Simulationsdaten derart, daß sie den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen, basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und eine Endmodellerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Endmodells des Objekts durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion.
Gemäß der Erfindung wird durch ein Kombinieren einer Korrekturfunktion mit einem physikalischen Modell als einer Grundlage ein Endmodell erzeugt. Da in dem physikalischen Modell physikalische Eigenschaften eines Objekts betrachtet werden, kann selbst dann eine richtige Korrekturfunktion abgeleitet werden, wenn die Anzahl von Meßpunkten klein ist. Somit kann die Anzahl von Prozessen zum tatsächlichen Messen des Objekts zum Erhalten eines Endmodells sehr verringert werden. Folglich kann selbst wenn ein Objekt ausgedehnt und kompliziert ist, ein Modell des Objekts in einer kurzen Zeit erzeugt werden.
Vorzugsweise umfaßt die Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung: eine Darstellungsvorrichtung zum Darstellen einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten für einen Benutzer und Auffordern des Benutzers zum Eingeben einer Form der Korrekturfunktion; eine Eingabevorrichtung zum Ausgeben eines Ausgangssignals gemäß einer Bedienung des Benutzers; und eine Parameterbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Form der Korrekturfunktion einschließlich zumindest eines Parameters basierend auf dem Ausgangssignal und Bestimmen eines Werts des Parameters, so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen. In diesem Fall wird eine Änderung der Fehlerdaten für den Benutzer dargestellt, so daß verwendbare Informationen zum Bestimmen der Form der Korrekturfunktion für den Benutzer bereitgestellt werden können.
Vorzugsweise speichert die Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung eine Form der Korrekturfunktion, die vorbestimmt ist und zumindest einen Parameter umfaßt, und bestimmt einen Wert des Parameters, so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen. In diesem Fall kann ein Endmodell automatisch erzeugt werden, da die Form der Korrekturfunktion vorbestimmt ist. Die Simulationsvorrichtung ist in dem Fall verwendbar, in dem die Form der Korrekturfunktion für ein ähnliches Objekt bereits erhalten ist.
Vorzugsweise bestimmt die Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung eine Form der Korrekturfunktion einschließlich zumindest eines Parameters durch eine vorbestimmte Berechnung basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechen den Eingangsdaten und bestimmt einen Wert des Parameters, so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen. In diesem Fall kann die Form der Korrekturfunktion basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten automatisch bestimmt werden. Die vorbestimmte Berechnung kann eine beliebige Berechnung sein, wenn nur die Tendenz eines Fehlers analysiert und die Form der Korrekturfunktion bestimmt wird. Beispielsweise wird eine Vielzahl von Variablen bestimmt, die Faktoren einer Steuerbedingung oder Kombinationen der Faktoren sind, die Variable, deren Korrelationswert mit Fehlerdaten höher als ein vorbestimmter Bezugswert ist, wird ausgewählt, und ein Polynom einschließlich Ausdrücken, von denen jeder durch ein Produkt der ausgewählten Variablen und eines Parameters aufgebaut ist, kann als die Form einer Korrekturfunktion verwendet werden.
Vorzugsweise umfaßt die Simulationsvorrichtung zudem eine Anpassungsdatenerzeugungsvorrichtung zum Eingeben einer Steuerbedingung des Objekts in das Endmodell und Erzeugen von den Zustand des Objekts angebenden Anpassungsdaten. Unter Verwendung von Anpassungsdaten als ein Kennfeld kann ein Objekt gesteuert werden. Die Anzahl von Stücken der durch die Anpassungsdatenerzeugungsvorrichtung erzeugten Anpassungsdaten ist vorzugsweise größer als die Anzahl von Meßpunkten, an denen die tatsächlichen Meßdaten gemessen werden. Da das Endmodell durch ein Korrigieren des physikalischen Modells als einer Grundlage erhalten wird, kann das Verhalten des Objekts zwischen Meßpunkten mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Folglich ist kein Problem vorhanden, falls die Anzahl von zur tatsächlichen Steuerung zu verwendenden Anpassungsdaten größer als die Anzahl von zum Erzeugen eines Endmodells zu verwendenden Meßdaten ist, und die Anzahl von Prozessen zum Messen des Objekts kann sehr verringert werden.
Bei der Simulationsvorrichtung ist das Objekt vorzugsweise eine Brennkraftmaschine zum Verbrennen eines Kraftstoffs, und die Steuerbedingung ist eine Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine. In diesem Fall ist das Endmodell ein Modell zum Vorhersagen des Verhaltens der Brennkraftmaschine unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung. Die Simulationsvorrichtung kann offensichtlich ein Teil einer Motorsteuereinheit (ECU) zum Steuern des Motors eines Fahrzeugs sein.
Ein Modellerzeugungsprogramm gemäß der Erfindung ist das Modellerzeugungsprogramm zur Erzeugung eines Modells zum Schätzen eines Zustands eines Objekts unter einer vorbestimmten Steuerbedingung, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellerzeugungsprogramm es einem Computer ermöglicht, die Schritte auszuführen: Berechnen von eine Differenz zwischen durch ein Messen eines Zustands des Objekts entsprechend Eingangsdaten erhaltenen tatsächlichen Meßdaten und durch ein Eingeben der Eingangsdaten in ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften des Objekts betrachtet werden, erhaltenen Simulationsdaten angebenden Fehlerdaten; Ableiten einer Korrekturfunktion zum Korrigieren der Simulationsdaten derart, daß sie den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen, basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und Erzeugen eines Endmodells des Objekts durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion. Gemäß der Erfindung kann die Anzahl von Prozessen zum tatsächlichen Messen des Objekts zum Erhalten eines Endmodells sehr verringert werden. Folglich kann selbst wenn ein Objekt ausgedehnt und kompliziert ist, ein Modell des Objekts in einer kurzen Zeit erzeugt werden. Das Modellerzeugungsprogramm kann auf einem Informationsaufzeichnungsträger aufgezeichnet sein. Der Informationsaufzeichnungsträger entspricht einem ROM als einer Halbleitervorrichtung und dergleichen sowie einer CD-ROM.
1 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Kennfelderzeugungssystem darstellt, das eine Simulationsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet.
2 zeigt ein Konzeptdiagramm, das einen Überblick über eine Prozedur zum Ableiten eines Endmodells in dem Kennfelderzeugungssystem darstellt.
3A und 3B zeigen Konzeptdiagramme zum Erläutern des Verhaltens des Endmodells.
4 zeigt ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Kennfelderzeugungssystems darstellt.
5 zeigt ein Konzeptdiagramm, das einen in dem Prozeß des in 4 gezeigten Schritts S5 angezeigten Bildschirm darstellt.
6 zeigt ein Blockschaltbild, das eine ECU und ihren Peripherieaufbau darstellt.
Zum Steuern eines Motors als einer an einem Fahrzeug anzubringenden Brennkraftmaschine ist es notwendig, das Verhalten des Motors unter vorbestimmten Betriebsbedingungen zu kennen. Folglich speichert eine Steuereinrichtung zum Steuern der Verbrennung eines Kraftstoffs in dem Motor ein den Zustand des Motors mit Bezug auf jede von verschiedenen Betriebsbedingungen angebendes Kennfeld M vor. Ein Steuerausmaß wird im allgemeinen unter Bezugnahme auf das Kennfeld M bestimmt. Einen Wert von in dem Kennfeld M gespeicherten Daten an ein tatsächliches Verhalten des zu steuernden Motors anzupassen wird als Anpassung bezeichnet. Ein in dem Kennfeld M gespeicherter Datenwert wird als ein anpassungsfähiger bzw. adaptiver Wert bezeichnet. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Kennfelderzeugungssystem zum Erzeugen des Kennfelds M durch ein Anwenden der Simulationsvorrichtung gemäß der Erfindung.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines die Simulationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendenden Kennfelderzeugungssystems. Das Kennfelderzeugungssystem weist einen Computer 1, eine Meßvorrichtung 2 und einen Motor 3 als ein zu steuerndes Objekt auf. Mit dem Motor 3 sind verschiedene Sensoren wie beispielsweise ein Temperatursensor, ein Drehmomentsensor und ein Einlaßsensor verbunden. Das Ausgangssignal von jedem Sensor wird in die Meßvorrichtung 2 eingegeben. Die Meßvorrichtung 2 kann Steuerbetriebszeitverläufe eines Einlaßventils und eines Auslaßventils des Motors 3, ein Hubausmaß, eine Öffnung eines Kraftstoffeinspritzventils und dergleichen steuern. Der Computer 1 und die Meßvorrichtung 2 sind miteinander verbunden. Die Meßvorrichtung 2 betreibt den Motor 3 unter vorbestimmten Betriebsbedingungen gemäß einer Anweisung von dem Computer 1. Der Zustand des Motors 3 wird mit den verschiedenen Sensoren gemessen. Die Meßvorrichtung 2 erzeugt Meßdaten basierend auf Ausgangssignalen der Sensoren und überträgt die Ausgangssignale zu dem Computer 1.
Der Computer 1 weist eine CPU 10, ein ROM 11, ein RAM 12, eine Festplatte 13, eine Eingabevorrichtung 14, eine Anzeige 15 und eine Schnittstelle 16 auf, die über einen Bus miteinander verbunden sind. Die CPU 10 fungiert als ein Steuerzentrum des Computers 1 und führt verschiedene Programme wie beispielsweise ein Kennfelderzeugungsprogramm aus. In dem ROM 11 ist ein zu der Zeit des Startens ausgeführtes Startprogramm gespeichert. Das RAM 12 fungiert als ein Arbeitsbereich der CPU 10 und speichert Daten, die verarbeitet werden, und dergleichen. Auf der Festplatte 13 ist ein Simulationsmodell gespeichert. Das Simulationsmodell wird durch die CPU 10 in das RAM 12 geladen.
Die Eingabevorrichtung 14 fungiert als eine Eingabeeinrichtung, durch die die Bedienungsperson eine Anweisung eingibt, und gibt ein Signal gemäß der Bedienung der Bedienungsperson aus. Die Eingabevorrichtung 14 umfaßt z.B. eine Tastatur und eine Maus. Die Schnittstelle 16 weist eine Funktion zum Ausführen einer Kommunikation mit einer externen Vorrichtung auf. Die CPU 10 kann über die Schnittstelle 16 eine Anweisung zu der Meßvorrichtung 2 übertragen und Meßdaten von der Meßvorrichtung 2 erhalten. Es können auch Meßdaten von einem weiteren Computer über die Schnittstelle 16 angenommen werden.
2 zeigt einen Überblick über eine Prozedur zum Ableiten eines Endmodells in dem Kennfelderzeugungssystem. Als erstes wird ein Simulationsmodell durch den Computer 1 erzeugt. Das Simulationsmodell ist als ein physikalisches Modell gegeben, in dem physikalische Eigenschaften eines Objekts betrachtet werden.
Als zweites wird eine tatsächliche Vorrichtung unter vorbestimmten Betriebsbedingungen gemessen. Bei dieser Messung wird keine Messung mit Bezug auf alle als ein Kennfeld M gespeicherten Betriebsbedingungen ausgeführt, sondern Meßpunkte werden grob festgelegt. Es wird z.B. ein Fall angenommen, in dem Kombinationen jeder der Lasten (N·m) des Motors, die 20, 40, 60, 80 und 100 betragen, und jeder der Anzahlen von Umdrehungen (U/min.) des Motors, die 800, 1600, 2400, 3200 und 4000 betragen, Betriebsbedingungen sind. In diesem Fall sind 25 Arten der Betriebsbedingungen vorhanden. Die tatsächlichen Messungen werden jedoch unter 13 Arten von Betriebsbedingungen ausgeführt wie in 2 schattiert.
Als drittes wird eine Korrekturfunktion zum Ausbilden von durch das Simulationsmodell erhaltenen Simulationsdaten nahe an tatsächlichen Meßdaten basierend auf der Differenz zwischen den Simulationsdaten und den tatsächlichen Meßdaten abgeleitet. Als viertes werden die durch das Simulationsmodell berechneten Simulationsdaten mit der Korrekturfunktion korrigiert, und dadurch wird ein endgültiger adaptiver Wert erhalten. D.h., durch ein Kombinieren des Simulationsmodells, das anfänglich festgelegt wird, und der Korrekturfunktion wird ein Endmodell erzeugt.
3A und 3B zeigen das Verhalten des Endmodells veranschaulichende Konzeptdiagramme. Die in 3A gezeigte durchgezogene Linie zeigt die Eingangs-/Ausgangskennlinie eines zu steuernden Objekts, die auf dem Endmodell basiert. Die schwarz gemalten Punkte bezeichnen tatsächliche Meßpunkte, und schattierte Punkte sind zu der Zeit des Erzeugens des Kennfelds M zu interpolierende Punkte. Die gepunktete Linie ist eine durch ein Ausführen eines statistischen Prozesses wie beispielsweise des Verfahrens der kleinsten Quadrate bei Daten an den Meßpunkten erhaltene Kurve. Bei diesem Beispiel sind drei tatsächliche Meßpunkte vorhanden, und jeweils zwei Punkte sind zwischen den benachbarten Meßpunkten interpoliert. Anhand der durch den statistischen Prozeß erhaltenen Kurve (gepunktete Linie) kann eine spezifische Änderung durch einen Impuls zwischen den Meßpunkten nicht vorhergesagt werden. Der Impuls zwischen den Meßpunkten ist jedoch in dem Endmodell dieses Ausführungsbeispiels widergespiegelt. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß das anfänglich festgelegte Simulationsmodell ein physikalisches Modell ist.
In dem physikalischen Modell werden die physikalischen Eigenschaften eines zu steuernden Objekts betrachtet. Folglich stimmen die Tendenzen des Verhaltens selbst dann beinahe miteinander überein, wenn ein Experimentalwert und ein Berechnungswert nicht perfekt miteinander übereinstimmen. Konkret stimmen wie in 3B gezeigt Spitzen und Tälern einer Experimentalwertkurve entsprechende Eingangswerte beinahe mit Spitzen und Tälern von Simulationsmodellkurven (Berechnungen 1 und 2) entsprechenden Eingangswerten überein. Im Gegensatz dazu werden wie durch Berechnung 3 gezeigt dann, wenn die Spitzen und Täler der Kurven sehr voneinander abweichen, physikalische Eigenschaften eines zu steuernden Objekts in dem Simulationsmodell nicht ausreichend betrachtet.
Gemäß dem Verfahren können Impulse zwischen den Meßpunkten vorhergesagt werden, da ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften eines zu steuernden Objekts betrachtet werden, als ein Simulationsmodell angewendet wird, das eine Grundlage des Endmodells sein soll. Daher wird ohne ein Messen aller in dem Kennfeld M zu speichernden adaptiven Werte mit einer tatsächlichen Vorrichtung durch ein Messen eines Teils der adaptiven Werte durch eine tatsächliche Vorrichtung das Endmodell erzeugt, und alle adaptiven Werte können erhalten werden. Folglich kann die Anzahl von tatsächlichen Meßprozessen sehr verringert werden, und ein ausgedehntes kompliziertes Steuersystem kann in einer kurzen Zeit entwickelt werden.
Nachstehend ist der Betrieb des Kennfelderzeugungssystems konkret beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung wird ein Fall des Erzeugens des die Beziehung zwischen einem Einlaßleitungsdruck und einem Ladungswirkungsgrad bestimmenden Kennfelds M als ein Beispiel genommen. 4 zeigt ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Kennfelderzeugungssystems darstellt. Wenn die Bedienungsperson die Eingabevorrichtung 14 zum Starten des Kennfelderzeugungsprogramms bedient, führt die CPU 10 einen Prozeß des Erzeugens eines Simulationsmodells aus (Schritt S1). In dem Prozeß wird ein Simulationsmodell eines Einlaß-/Auslaßsystems des Motors 3 erzeugt. In dem Simulationsmodellerzeugungsprozeß wird ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften (wie beispielsweise die Form, die thermische Leitfähigkeit und dergleichen) eines Objekts betrachtet werden, erzeugt. Der Prozeß unterscheidet sich von einem Prozeß des einfachen Verbindens von Meßpunkten von tatsächlichen Meßdaten durch ein statistisches Verfahren zum Bilden einer glatten Kurve.
Konkreter gibt die Bedienungsperson Parameter bei einem Entwerfen des Motors wie beispielsweise die Anzahl von Zylindern und die Länge eines Krümmers ein, und dadurch wird ein Simulationsmodell erzeugt. Alternativ liest die CPU 10 die Elemente eines Motors aus, der bereits entworfen worden ist, und ein Simulationsmodell wird automatisch erzeugt. Es ist ebenfalls möglich, ein Simulationsmodell zu erzeugen, indem eine Vielzahl von Blöcken als eine Bibliothek registriert wird, wobei jeder der Blöcke die Struktur jedes Elements vorbereitend bezeichnet, und die Blöcke auf dem Bildschirm der Anzeige 15 richtig kombiniert werden.
In dem Prozeß eines Schritts S2 wird der Anpassungsbereich bezeichnet. Der Anpassungsbereich ist ein Bereich von in dem zu erzeugenden Kennfeld M beschriebenen adaptiven Werten. In dem Prozeß eines Schritts S3 werden Meßpunkte bei einer tatsächlichen Vorrichtung bestimmt. In diesem Prozeß werden nicht alle zum Erzeugen des Kennfelds M notwendigen Meßpunkte bestimmt, sondern es werden einige der notwendigen Meßpunkte bestimmt.
In dem Prozeß eines Schritts S4 wird die Messung des Motors 3 als einer tatsächlichen Vorrichtung ausgeführt. In diesem Fall wird eine Anweisung des Anweisens der in dem Schritt S3 bestimmten Meßpunkte von dem Computer 1 zu der Meßvorrichtung 2 übertragen. Die Meßvorrichtung 2 betreibt den Motor 3 gemäß der Anweisung, um die Meßdaten zu erhalten, und überträgt die Meßdaten zu dem Computer 1. Wie vorstehend beschrieben ist die Anzahl der Meßpunkte kleiner als die Anzahl von in dem Kennfeld M beschriebenen adaptiven Werten, so daß die Meßzeit sehr verkürzt werden kann.
In dem Prozeß eines Schritts S5 wird ein Fehler zwischen den Meßdaten und den Simulationsdaten analysiert, und es wird eine Korrekturfunktion abgeleitet. Die Korrekturfunktion wird in der Form eines mathematischen Ausdrucks wie beispielsweise eines Polynoms ausgedrückt. Ein Beispiel für einen anderen mathematischen Ausdruck als ein Polynom ist Err = X/(1+e^x). Wenn die Korrekturfunktion als ein Polynom gegeben ist, ist jeder andere Ausdruck als Konstante durch ein Produkt einer eine Steuerbedingung angebenden Variablen oder einer den Zustand eines Objekts angebenden Variablen und eines Koeffizienten gegeben. Die Form der Korrekturfunktion, d.h. der in einem Polynom enthaltene Ausdruck, wird durch die Bedienungsperson eingegeben. Bei diesem Beispiel ist die Korrekturfunktion durch die folgende Gleichung 1 gegeben. Err = a + bNE + cIN + dEX + eIN/PM + gIN/NE + hEX/NE + iPM/KL ... Gleichung 1
Jedes von a, b, c, d, e, f, g, h und i bezeichnet einen Koeffizienten, der als ein Parameter fungieren soll. NE, IN, EX, PM und KL bezeichnen jeweils die Anzahl von Umdrehungen, die Phase eines Einlaßventils, die Phase eines Auslaßventils, den Einlaßleitungsdruck und den Ladungswirkungsgrad.
Wenn die Bedienungsperson die Korrekturfunktion eingibt, zeigt der Computer 1 eine die Tendenz eines Fehlers angebende grafische Darstellung auf der Anzeige 15 an. 5 zeigt ein Konzeptdiagramm, das den in dem Prozeß des Schritts S5 angezeigten Bildschirm darstellt. Bei diesem Beispiel ist als erstes eine Tendenz dahingehend vorhanden, daß je größer die Anzahl NE von Umdrehungen ist, das Korrekturausmaß desto kleiner ist. Daher ist es selbstverständlich, daß der zweite Ausdruck "bNE" der Gleichung 1 zur Korrektur verwendbar ist. Es ist ebenfalls eine Tendenz dahingehend vorhanden, daß je größer die Phase EX des Auslaßventils ist, das Korrekturausmaß desto größer ist. Es ist folglich selbstverständlich, daß der vierte Ausdruck "dEX" zur Korrektur verwendbar ist. Es ist zudem eine Tendenz dahingehend vorhanden, daß je größer der Einlaßleitungsdruck PM ist, das Korrekturausmaß desto kleiner ist. Es ist folglich selbstverständlich, daß ein Ausdruck, in dem ein Wert durch PM dividiert wird, wie der fünfte Ausdruck "eIN/PM" der Gleichung 1 zur Korrektur verwendbar ist. Durch ein Anzeigen von die Eingangs-/Ausgangskennlinien unter verschiedenen Betriebsbedingungen angebenden grafischen Darstellungen wie vorstehend beschrieben kann die Bedienungsperson die Tendenz eines Fehlers erfassen und die Form der Korrekturfunktion bestimmen.
Alternativ kann die CPU 10 die Tendenz eines Fehlers analysieren und die Form der Korrekturfunktion Err bestimmen. In diesem Fall wird als erstes eine Variable als ein Element jedes von die Korrekturfunktion Err aufbauenden Ausdrücken festgelegt. Als die Variable kann jeder von Faktoren der Betriebsbedingung (Steuerbedingung) oder eine Kombination der Faktoren verwendet werden. Beispiele für die Variable sind Faktoren wie beispielsweise "NE", "IN" und "EX" oder Kombinationen von Faktoren wie beispielsweise "IN/PM", "IN/NE", "EX/NE" und "PM/KL". Als zweites wird ein Korrelationswert zwischen jeder der Variablen und Fehlerdaten berechnet. Als drittes wird die Variable, deren Korrelationswert höher als ein vorbestimmter Bezugswert ist, als ein Element der Korrekturfunktion Err angewendet. Als viertes kann ein Polynom einschließlich Ausdrücken, von denen jeder durch ein Produkt der ausgewählten Variablen und eines Parameters aufgebaut ist, als die Form einer Korrekturfunktion verwendet werden. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem es bestimmt wird, daß die Korrelation mit Bezug auf "NE", "EX" und "PM/KL" hoch ist, Err = bNE + dEX + iPM/KL als eine Korrekturfunktion angewendet. In diesem Fall sind "b", "d" und "i" Parameter.
Die Form der Korrekturfunktion Err kann im voraus bestimmt werden. In dem Fall, in dem die Korrekturfunktion Err eines vorhandenen Motors bereits bekannt ist und ein Motor als ein zu modellierendes Objekt erhalten wird, indem lediglich ein Teil des vorhandenen Motors geändert wird, kann die Form der zum Erzeugen eines Modells des vorhandenen Motors verwendeten Korrekturfunktion Err angewendet werden.
In dem Prozeß eines Schritts 56 wird die Korrekturfunktion Err abgeleitet. Konkret bestimmt die CPU 10 einen Koeffizienten als einen Parameter der in dem Schritt S5 bestimmten Korrekturfunktion Err. In diesem Fall kann der Parameter unter Verwendung eines statistischen Prozesses wie beispielsweise des Verfahrens der kleinsten Quadrate berechnet werden.
In einem Schritt S7 wird das Simulationsmodell unter Verwendung der Korrekturfunktion Err korrigiert, und dadurch wird ein Endmodell erhalten. Im einzelnen ist dann, wenn die das Simulationsmodell angebende Funktion fs(x) ist und die Korrekturfunktion Err(x) ist, die das Endmodell angebende Funktion durch ein Produkt oder eine Summe von fs(x) und Err(x) gegeben. Durch ein Einsetzen jedes von Datenwerten des Einlaßleitungsdrucks PM, der zum Erzeugen des Kennfelds M für das auf eine derartige Weise erhaltene Endmodell notwendig ist, wird der Ladungswirkungsgrad KL berechnet. Durch ein Verknüpfen des Datenwerts des Einlaßleitungsdrucks PM unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung mit dem Datenwert des Ladungswirkungsgrads KL wird das Kennfeld M erzeugt. Das auf eine derartige Weise erzeugte Kennfeld M wird in ein ROM als einer Komponente der Motorsteuereinheit (ECU) eines Fahrzeugs geschrieben und wird zum Bestimmen der Öffnungs-/Schließzeitverläufe der Hubausmaße oder einer Kraftstoffeinspritzmenge des Einlaßventils und des Auslaßventils des Motors 3 verwendet.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird das Kennfeld M vorbereitend in das ROM der ECU geschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Verfahren beschränkt. Offensichtlich kann das Kennfeld M durch die ECU selbst erzeugt und aktualisiert werden. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das eine derartige ECU und den Peripherieaufbau darstellt. Eine ECU 100 speichert ein Simulationsmodell 110 und gibt unter Verwendung des Simulationsmodells 110 Simulationsdaten DS gemäß den Betriebsbedingungen aus. Die ECU 100 erhält tatsächliche Meßdaten DM basierend auf einem Ausgangssignal von einem an dem Motor 3 angebrachten Sensor 30 und berechnet die Differenz zwischen den Meßdaten DM und den Simulationsdaten DS durch eine Subtraktionseinrichtung 120, und dadurch werden Fehlerdaten DE erzeugt. Danach wird basierend auf den Fehlerdaten DE der Parameter einer Korrekturfunktion 130 eingestellt. Die Korrekturfunktion 130 ist z.B. durch ein Polynom ausgedrückt, ihre Form ist vorbestimmt, und ihre Parameter sind änderbar. Durch ein Ausführen eines statistischen Prozesses bei den Fehlerdaten DE wird eine Erzeugung/Aktualisierung des Parameters ausgeführt. Die ECU 100 erzeugt/aktualisiert unter Verwendung des Simulationsmodells 110 und der Korrekturfunktion 130 einen adaptiven Wert des Kennfelds M.
Bei einem Anwendungsbeispiel sind das Simulationsmodell 110 und die Korrekturfunktion 130 für ein Fahrzeug selbst bereitgestellt, und die Korrekturfunktion 130. wird während des Fahrens erzeugt/aktualisiert. Folglich können individuelle Differenzen zwischen Fahrzeugen und säkulare Änderungen in dem Kennfeld M widergespiegelt werden. Folglich kann eine Steuerung mit einer höheren Genauigkeit realisiert werden, so daß die Fahrbarkeit und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden können und die Emission verringert werden kann. Da es genügt, das Simulationsmodell 110 in Anbetracht von physikalischen Eigenschaften eines zu steuernden Objekts zu erhalten, kann ein auf einem physikalischen Modell basierendes Kennfeld verwendet werden. In diesem Fall kann die Berechnungslast bei der ECU 100 vermindert werden, und das Berechnungsvermögen kann zur Einstellung der Parameter der Korrekturfunktion 130 verwendet werden.
Zudem kann bei dem Anwendungsbeispiel das Kennfeld M weggelassen werden. Genauer sind in der ECU 100 das als ein physikalisches Modell fungierende Simulationsmodell 110 und die Korrekturfunktion 130 vorgespeichert. Die Betriebsbedingungen werden in das Simulationsmodell 110 eingegeben, und Simulationsdaten werden berechnet. Zudem werden Simulationsdaten in die Korrekturfunktion 130 eingegeben, und dadurch wird ein adaptiver Wert berechnet. Auf eine derartige Weise können in dem Kennfeld M zu speichernde Daten in einer Echtzeitart berechnet werden.
Obwohl die das Modellerzeugungssystem und das Modell für einen Motor als ein zu steuerndes Objekt verwendende Motorsteuervorrichtung vorstehend beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf das Vorstehende beschränkt. Etwas Beliebiges kann als das zu steuernde Objekt angewendet werden, und das Verhalten des Objekts kann anhand eines Endmodells geschätzt werden.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem Modellerzeugungsverfahren der Erfindung ein Endmodell durch ein Kombinieren eines physikalischen Modells als einer Grundlage mit einer Korrekturfunktion erzeugt. Folglich kann selbst dann ein Endmodell mit hoher Genauigkeit erzeugt werden, wenn die Anzahl von Meßpunkten einer tatsächlichen Vorrichtung klein ist. Daher kann die Anzahl von Prozessen zum tatsächlichen Messen eines Objekts zum Erhalten eines Endmodells sehr verringert werden.
Die Erfindung zielt auf ein Verringern der Anzahl von Meßprozessen einer tatsächlichen Vorrichtung 1 ab. Ein Endmodell zum Schätzen des Verhaltens eines Motors 3 wird durch die folgende Prozedur erzeugt. Als erstes wird ein Simulationsmodell, in dem physikalische Eigenschaften des Motors 3 betrachtet werden, festgelegt. Als nächstes wird eine Messung durch eine tatsächliche Vorrichtung grob ausgeführt. Basierend auf der Differenz zwischen den Simulationsdaten und den Meßdaten wird eine Korrekturfunktion Err, 130 abgeleitet. Durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion Err, 130 wird ein Endmodell erhalten. Unter Verwendung des Endmodells wird ein endgültiger adaptiver Wert bestimmt.

Claims

Modellerzeugungsverfahren zur Erzeugung eines Modells zum Schätzen eines Zustands eines Objekts (3) unter einer vorbestimmten Steuerbedingung, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellerzeugungsverfahren die Schritte (Schritte S5, S6, S7) umfaßt: Berechnen von eine Differenz zwischen durch ein Messen eines Zustands des Objekts (3) entsprechend Eingangsdaten erhaltenen tatsächlichen Meßdaten und durch ein Eingeben der Eingangsdaten in ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften des Objekts (3) betrachtet werden, erhaltenen Simulationsdaten angebenden Fehlerdaten; Ableiten einer Korrekturfunktion (Err, 130) zum Korrigieren der Simulationsdaten derart, daß sie den tatsächlichen Meßdaten nahe sind, basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und Erzeugen eines Endmodells des Objekts (3) durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion (Err, 130).
Modellerzeugungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (Schritt S6) des Ableitens der Korrekturfunktion (Err, 130) die Schritte umfaßt: Bestimmen einer Form der Korrekturfunktion (Err, 130) einschließlich zumindest eines Parameters (a, b, c, d, e, f, g, h, i) basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und Bestimmen eines Werts des Parameters (a, b, c, d, e, f, g, h, i), so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion (Err, 130) erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen.
Simulationsvorrichtung (1) zur Erzeugung eines Modells zum Schätzen eines Zustands eines Objekts (3) unter einer vorbestimmten Steuerbedingung, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsvorrichtung (1) umfaßt: eine Fehlerdatenerzeugungsvorrichtung (10) zum Berechnen von eine Differenz zwischen durch ein Messen eines Zustands des Objekts (3) entsprechend Eingangsdaten erhaltenen tatsächlichen Meßdaten und durch ein Eingeben der Eingangsdaten in ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften des Objekts (3) betrachtet werden, erhaltenen Simulationsdaten angebenden Fehlerdaten; eine Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung (10) zum Erzeugen einer Korrekturfunktion (Err, 130) zum Korrigieren der Simulationsdaten derart, daß sie den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen, basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und eine Endmodellerzeugungsvorrichtung (10) zum Erzeugen eines Endmodells des Objekts (3) durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion (Err, 130).
Simulationsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung (10) umfaßt: eine Darstellungsvorrichtung (15) zum Darstellen einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten für einen Benutzer und Auffordern des Benutzers zum Eingeben einer Form der Korrekturfunktion (Err, 130); eine Eingabevorrichtung (14) zum Ausgeben eines Ausgangssignals gemäß einer Bedienung des Benutzers; und eine Parameterbestimmungsvorrichtung (10) zum Bestimmen der Form der Korrekturfunktion (Err, 130) einschließlich zumindest eines Parameters (a, b, c, d, e, f, g, h, i) basierend auf dem Ausgangssignal und Bestimmen eines Werts des Parameters (a, b, c, d, e, f, g, h, i), so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion (Err, 130) erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen.
Simulationsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung (10) eine Form der Korrekturfunktion (Err, 130) speichert, die vorbestimmt ist und zumindest einen Parameter (a, b, c, d, e, f, g, h, i) umfaßt, und einen Wert des Parameters (a, b, c, d, e, f, g, h, i) bestimmt, so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion (Err, 130) erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen .
Simulationsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Korrekturfunktionserzeugungsvorrichtung (10) eine Form der Korrekturfunktion (Err, 130) einschließlich zumindest eines Parameters (a, b, c, d, e, f, g, h, i) durch eine vorbestimmte Berechnung basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechen den Eingangsdaten bestimmt und einen Wert des Parameters (a, b, c, d, e, f, g, h, i) bestimmt, so daß durch ein Eingeben der Simulationsdaten in die Korrekturfunktion (Err, 130) erhaltene Korrekturdaten den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen.
Simulationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, zudem mit einer Anpassungsdatenerzeugungsvorrichtung (10) zum Eingeben einer Steuerbedingung des Objekts (3) in das Endmodell und Erzeugen von den Zustand des Objekts (3) angebenden Anpassungsdaten.
Simulationsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die Anzahl von Stücken der durch die Anpassungsdatenerzeugungsvorrichtung (10) erzeugten Anpassungsdaten größer als die Anzahl von Meßpunkten, an denen die tatsächlichen Meßdaten gemessen werden, ist.
Simulationsvorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Objekt (3) eine Brennkraftmaschine (3) zum Verbrennen eines Kraftstoffs ist, und die Steuerbedingung eine Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine (3) ist.
Modellerzeugungsprogramm zur Erzeugung eines Modells zum Schätzen eines Zustands eines Objekts (3) unter einer vorbestimmten Steuerbedingung, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellerzeugungsprogramm es einem Computer (1) ermöglicht, die Schritte (Schritte S5, S6, S7) auszuführen: Berechnen von eine Differenz zwischen durch ein Messen eines Zustands des Objekts (3) entsprechend Eingangsdaten erhaltenen tatsächlichen Meßdaten und durch ein Eingeben der Eingangsdaten in ein physikalisches Modell, in dem physikalische Eigenschaften des Objekts (3) betrachtet werden, erhaltenen Simulationsdaten angebenden Fehlerdaten; Ableiten einer Korrekturfunktion (Err, 130) zum Korrigieren der Simulationsdaten derart, daß sie den tatsächlichen Meßdaten nahe kommen, basierend auf einer Änderung der Fehlerdaten entsprechend den Eingangsdaten; und Erzeugen eines Endmodells des Objekts (3) durch ein Kombinieren des physikalischen Modells und der Korrekturfunktion (Err, 130).