DE112008001102B4

DE112008001102B4 - Fahrzeugsteuervorrichtung und Steuerverfahren

Info

Publication number: DE112008001102B4
Application number: DE112008001102.8T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Sakayanagi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2028-04-26
Also published as: US8538660B2; US20100088005A1; DE112008001102T5; CN101675234B; JP4321656B2; CN101675234A; JP2008291830A

Abstract

Fahrzeugsteuervorrichtung zum Berechnen eines gewünschten Werts einer Stellgröße eines Stellglieds, das in einem Fahrzeug installiert ist, unter Verwendung eines Modellausdrucks, der Ableitungsanteile aufweist, wobei in jedem von diesen einer von vorbestimmten Parametern, die eingegeben werden, nach der Zeit differenziert wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die vorbestimmten Parameter in eine erste Parametergruppe, zu der ein Teil der vorbestimmten Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die höher als eine erste Frequenz ist, und eine zweite Parametergruppe aufgeteilt sind, zu der der verbleibende Teil der vorbestimmten Parameter gehört, die mit einer Frequenz oszillieren, die niedriger als eine zweite Frequenz ist, die niedriger als die erste Frequenz ist; und wobei nur der verbleibende Teil der vorbestimmten Parameter, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, in den Gegenständen der Differenziation in dem Modellausdruck enthalten sind, wobei in dem Modellausdruck ein gewünschter Drosselöffnungsgrad unter Verwendung einer Übertragungsfunktion einer Zielwertsteuerung berechnet wird.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugsteuervorrichtung und ein Verfahren zum Regeln. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs und ein Verfahren zum Regeln eines in einem Fahrzeug installierten Stellglieds, bei dem ein gewünschter Wert einer Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, unter Verwendung von Modellausdrücken berechnet wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In JP 2006-200 466 A ist eine Ausgangsleistungssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad unter Verwendung eines inversen Modells des Einlasssystemmodells und eines inversen Modells des Drosselmodells zum Erzielen eines gewünschten Drehmoments der Brennkraftmaschine mit einem guten Ansprechverhalten berechnet. Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung werden die Kraftmaschinendrehzahl und die Ventilzeitabstimmung, die Parameter sind, die in das inverse Modell eingegeben werden, mit einem Filter verarbeitet, um die Steuerung der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine zu stabilisieren.
Wenn eine Differenziation in dem Prozess der Ableitung der Modellausdrücke enthalten ist, wie es der Fall im Stand der Technik ist, der in JP 2006-200 466 A beschrieben ist, wird das System überempfindlich auf die Kraftmaschinendrehzahl und den Druck in dem Einlassrohr, die sich ständig um einen geringen Betrag ändern. Wenn die Parameter in den Modellausdrücken einen Parameter umfassen, der Hochfrequenzoszillationskomponenten hat, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, wird genauer gesagt ein unerwartetes Rauschen bzw. eine unerwartete Störung verstärkt, wenn der Parameter differenziert wird.
Es ist denkbar, einen Filterprozess wie in dem Fall des Stands der Technik zu verwenden, der in JP 2006-200 466 A beschrieben ist, um das vorstehend genannte Problem zu lösen. Obwohl jedoch ein solcher Filterprozess zu einer Verbesserung der Stabilität der Steuerung beiträgt, gibt es Raum für eine Verbesserung des Ansprechverhaltens des Systems.
Aus US 2005/0 056 250 A1 ist eine Fahrzeugsteuervorrichtung und ein Verfahren zum Regeln eines gewünschten Werts einer Stellgröße eines in einem Fahrzeug installierten Stellglieds bekannt, mit denen jeweils eine Steuerung des Drosselöffnungsgrads in Abhängigkeit einer Momentenanforderung erzielt werden soll. Zur Bestimmung einer Stellgröße des Drosselöffnungsgradstellglieds wird ein von vorbestimmten Parametern abhängiges invertiertes Modell eingesetzt. Im Zusammenhang mit der Modellierung wird auch eine Übertragungsfunktion verwendet. Die Modellierung erfolgt durch Differenzierung der Parameter ohne eine Selektion.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zum Steuern eines in einem Fahrzeug installierten Stellglieds zur Verfügung, die eine Überlagerung von starkem Rauschen bzw. starken Störungen auf den gewünschten Wert einer Regelgröße des Stellglieds vorzüglich reduzieren können, der in dem Fahrzeug installiert ist, ohne das Ansprechverhalten eines Systems zu beeinträchtigen.
Ein erster Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Fahrzeugsteuervorrichtung. Die Fahrzeugsteuervorrichtung berechnet einen gewünschten Wert einer Stellgröße eines in einem Fahrzeug installierten Stellglieds unter Verwendung eines Modellausdrucks mit einem Ableitungsabschnitt, bei dem zumindest einer von vorbestimmten Parametern, die eingegeben werden, mit Bezug auf die Zeit differenziert wird. Die vorbestimmten Parameter werden in eine erste Parametergruppe, zu der ein Teil der vorbestimmten Parameter gehört, die mit Frequenzen oszillieren, die höher als eine erste Frequenz sind, und eine zweite Parametergruppe geteilt, zu der der übrige Teil der vorbestimmten Parameter gehört, die mit Frequenzen oszillieren, die niedriger als eine zweite Frequenz ist, die niedriger als die erste Frequenz ist. Nur der übrige Teil der vorbestimmten Parameter, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, sind in den Gegenständen der Differenziation in dem Modellausdruck enthalten.
Gemäß der Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung, ist die Parametergruppe, zu der die Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die höher als die erste Frequenz ist, von den Gegenständen der Differenziation mit Bezug auf die Zeit ausgeschlossen, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass ein Hochfrequenzrauschen in dem Prozess verstärkt wird, in welchem der Ausgang des Modellausdrucks, nämlich der Wert der gewünschten Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, berechnet wird. Zusätzlich ist es, da die zweite Parametergruppe, zu der die Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die niedriger als die zweite Frequenz ist, die niedriger als die erste Frequenz ist, in den Gegenständen der Differenziation mit Bezug auf die Zeit enthalten ist, möglich, die Genauigkeit der Berechnung unter Verwendung des Modellausdrucks sicherzustellen. Somit ist es mit der Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß dem ersten Gesichtspunkt möglich, eine Überlagerung von starkem Rauschen auf den Wert der gewünschten Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, vorzüglich zu verringern, ohne das Ansprechverhalten des Systems zu beeinträchtigen.
Indem Modellausdruck kann jeder Ableitungsanteil der vorbestimmten Parameter der ersten Parametergruppe an Null angenähert werden.
Mit dieser Fahrzeugsteuervorrichtung ist es möglich, die Parameter, die mit Bezug auf die Zeit differenziert werden, auf die Parameter zu beschränken, die zu der zweiten Parametergruppe in dem Modellausdruck gehören.
In dem Modellausdruck kann jeder Ableitungsanteil, in dem einer des Teils der vorbestimmten Parameter, die zu der ersten Parametergruppe gehören, mit Bezug auf die Zeit differenziert wird, in ein Produkt eines ersten Ableitungsanteils, in dem einer des Teils der vorbestimmten Parameter, die zu der ersten Parametergruppe gehören, mit Bezug auf einen des übrigen Teils der vorbestimmten Parameter differenziert wird, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, und eines zweiten Ableitungsanteils, in dem der eines übrigen Teils der vorbestimmten Parameter, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, mit Bezug auf die Zeit differenziert wird, transformiert werden.
Mit dieser Fahrzeugsteuervorrichtung wird vermieden, dass die Parameter, die mit hohen Frequenzen oszillieren und daher zu der ersten Parametergruppe gehören, mit Bezug auf die Zeit differenziert werden, so dass es möglich ist, die Überlagerung von starkem Rauschen auf den Wert der gewünschten Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, vorzüglich zu verringern. Zusätzlich werden die Parameter, die mit niedrigen Frequenzen oszillieren und daher zu der zweiten Parametergruppe gehören, mit Bezug auf die Zeit differenziert, so dass es möglich ist, die Genauigkeit der Berechnung unter Verwendung des Modellausdrucks sicherzustellen.
Einer der vorbestimmten Parameter, die zu der ersten Parametergruppe gehören, kann die Kraftmaschinendrehzahl sein.
Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsteuervorrichtung. Diese Fahrzeugsteuervorrichtung verwendet einen Modellausdruck, dessen Eingaben vorbestimmte Parameter und eine gewünschte Regelgröße eines geregelten Objekts in einem Fahrzeug umfassen, um einen gewünschten Wert einer Stellgröße eines Stellglieds, das in einem Fahrzeug installiert ist, zu berechnen, der erforderlich ist, um das geregelte Objekt auf die gewünschte Regelgröße zu regeln. In dem Modellausdruck ist die gewünschte Regelgröße in den Gegenständen der Differenziation enthalten und ist von den vorbestimmten Parametern jeder Parameter, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als eine vorbestimmte Frequenz ist, von den Gegenständen der Differenziation ausgeschlossen.
Gemäß der Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist die gewünschte Regelgröße des geregelten Objekts in dem Fahrzeug in den Gegenständen der Differenziation enthalten, so dass es möglich ist, die Genauigkeit der Berechnung unter Verwendung des Modellausdrucks vorzüglich sicherzustellen. Zusätzlich ist von den vorbestimmten Parametern außer der gewünschten Regelgröße, die in den Modellausdruck eingegeben werden, jeder Parameter, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als die vorbestimmte Frequenz ist, von den Gegenständen der Differenziation ausgeschlossen, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass ein Hochfrequenzrauschen in dem Prozess verstärkt wird, in welchem der Ausgangs des Modellausdrucks, nämlich der Wert der gewünschten Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, berechnet wird. Somit ist es mit der Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung möglich, die Überlagerung von starkem Rauschen auf den Wert der gewünschten Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, ohne Beeinträchtigen des Ansprechverhaltens des Systems zu reduzieren.
In dem Modellausdruck kann jeder Ableitungsanteil, in dem einer der vorbestimmten Parameter, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als die vorbestimmte Frequenz ist, mit Bezug auf die Zeit differenziert wird, an Null angenähert werden.
Mit dieser Fahrzeugsteuervorrichtung ist von den vorbestimmten Parametern jeder Parameter, der mit einer relativ hohen Frequenz oszilliert, von den Gegenständen der Differenziation in dem Modellausdruck ausgeschlossen.
Der Modellausdruck kann als inverse Funktion eines Ausdrucks erhalten werden, mit dem die gewünschte Regelgröße durch Eingeben des gewünschten Werts der Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, in ein Verzögerungselement erster Ordnung berechnet, wobei eine Zeitkonstante zumindest einen Teil der vorbestimmten Parameter enthält.
Mit der Fahrzeugsteuervorrichtung ist es, da der Ausdruck verwendet wird, mit dem die gewünschte Regelgröße durch Eingeben des gewünschten Werts der Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, in das Verzögerungselement erster Ordnung berechnet wird, wobei die Zeitkonstante zumindest einen Teil des vorbestimmten Parameters enthält, auch wenn der vorbestimmte Parameter, wie z. B. der Einlassluftdruck P_m, der in der Zeitkonstante enthalten ist, in Abhängigkeit von dem Zustand des Fahrzeugs variiert, wie z. B. die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, möglich, einfach Charakteristiken des Ansprechverhaltens des geregelten Objekts bezüglich der Einstellung des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, zu bestimmen, wenn die Zeitkonstante durch Erhalten des Werts des Parameters bestimmt wird, der in der Zeitkonstante enthalten ist, nämlich zu jedem Zeitpunkt, wenn das Fahrzeug sich in gewissen Zuständen befindet. Da darüber hinaus der Modellausdruck als inverse Funktion eines solchen Ausdrucks definiert ist, wird es möglich, den gewünschten Wert der Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, bei dem es erforderlich ist, ein gutes Ansprechverhalten des geregelten Objekts zu erzielen, durch Eingeben des gewünschten Werts der Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, in das Verzögerungselement erster Ordnung mit der vorstehend beschriebenen Zeitkonstante zu erhalten.
In dem Modellausdruck kann das, was mit der Zeitkonstante multipliziert wird und daher in den Gegenständen der Differenziation enthalten ist, auf die gewünschte Regelgröße beschränkt werden.
Mit dieser Fahrzeugsteuervorrichtung ist es möglich, die Parameter, die mit relativ hohen Frequenzen oszillieren, von den Gegenständen der Differenziation auszuschließen, während eine gute Genauigkeit der Berechnung unter Verwendung des Modellausdrucks mit dem Verzögerungselement erster Ordnung erhalten wird. Somit ist es möglich, die Überlagerung von starkem Rauschen auf den gewünschten Wert der Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, ohne Beeinträchtigen des Ansprechverhaltens des Systems vorzüglich zu reduzieren.
Die gewünschte Regelgröße kann ein gewünschter Drehmomentwert oder ein gewünschter Zylinderluftmengewert einer Brennkraftmaschine sein.
Mit dieser Fahrzeugsteuervorrichtung ist es möglich, ein System zu konstruieren, bei dem die Überlagerung von starkem Rauschen auf den gewünschten Wert der Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, vorzüglich reduziert wird, ohne das Ansprechverhalten des Drehmoments oder der Zylinderluftmenge der Brennkraftmaschine zu beeinträchtigen.
Die gewünschte Regelgröße kann einen ersten gewünschten Drehmomentwert enthalten, der von dem Stellglied ein Ansprechverhalten innerhalb einer ersten Ansprechzeit erfordert, und einen zweiten gewünschten Drehmomentwert, der von dem Stellglied ein Ansprechverhalten innerhalb einer zweiten Ansprechzeit erfordert, die länger als die erste Ansprechzeit ist. Die Fahrzeugsteuervorrichtung kann eine abschließende gewünschte Regelgröße durch Differenzieren von lediglich dem ersten gewünschten Drehmomentwert der gewünschten Regelgröße und dann Summieren einer so erhaltenen Ableitung des ersten gewünschten Drehmomentwerts und des zweiten gewünschten Drehmomentwerts erzeugen.
Mit dieser Fahrzeugsteuervorrichtung ist es möglich, den Fall zu behandeln, bei dem zwei gewünschte Drehmomentwerte, die unterschiedliche Ansprechverhalten erfordern, gleichzeitig eingegeben werden, während die Berechnungsbelastung der Fahrzeugsteuervorrichtung vorzüglich reduziert wird.
Einer der vorstehenden Parameter, die mit einer Frequenz oszillieren, die höher als die vorbestimmte Frequenz ist, kann die Kraftmaschinendrehzahl sein.
Das Stellglied, das in dem Fahrzeug installiert ist, kann ein Drosselventil sein, das in einem Einlassdurchgang der Brennkraftmaschine angeordnet ist und durch einen Motor angetrieben wird.
Mit dieser Fahrzeugsteuervorrichtung wird die Überlagerung von starkem Rauschen auf den gewünschten Wert der Stellgröße des Drosselventils, das durch einen Motor angetrieben wird, vorzüglich reduziert und ist es möglich, eine gute Haltbarkeit des Motors sicherzustellen.
Ein dritter Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines gewünschten Werts einer Stellgröße eines in einem Fahrzeug installierten Stellglieds. Das Steuerverfahren umfasst folgendes: Empfangen von vorbestimmten Parametern; Teilen der vorbestimmten Parameter in eine erste Parametergruppe, zu der die Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die höher als eine erste Frequenz ist, und eine zweite Parametergruppe, zu der die Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die niedriger als eine zweite Frequenz ist, die niedriger als die erste Frequenz ist; und Differenzieren von nur den Parametern, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, mit Bezug auf die Zeit.
Ein vierter Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines gewünschten Werts einer Stellgröße eines in einem Fahrzeug installierten Stellglieds. Das Steuerverfahren umfasst folgendes: Empfangen von vorbestimmten Parametern und einer gewünschten Regelgröße eines geregelten Objekts in einem Fahrzeug; Einschließen der gewünschten Regelgröße in die Gegenstände der Differenziation; und Ausschließen von jedem Parameter aus den vorbestimmten Parametern, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als die vorbestimmte Frequenz ist, von den Gegenständen der Differenziation.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehend genannten und weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Elemente darzustellen.
1 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Konfiguration eines Brennkraftmaschinensystems, das in einer Fahrzeugsteuervorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung enthalten ist;
2 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Umrisses eines Einlasssystemmodells, das in einer in 1 gezeigten ECU konstruiert ist;
3A und 3B zeigen individuelle Charakteristiken von Kennfeldern, die in der ECU gespeichert sind, um f_mt(θ) und g_mt(P_m) zu erhalten;
4 zeigt Charakteristiken eines Kennfelds, das in der ECU gespeichert ist, um g_mc(P_m, ne, vvt) zu erhalten;
5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Prozesses, in welchem ein gewünschter Drosselventilöffnungsgrad θ_ref aus einem gewünschten Drehmomentwert trq_ref einer Brennkraftmaschine in einem Verfahren erhalten wird, auf das zum Zweck des Vergleichs mit einem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird;
6A und 6B sind Diagramme, die ein Beispiel zeigen, in welchem eine FF-Steuerung (Zielwertsteuerung) durchgeführt wird, in der die Dynamik des Einlasssystems nicht berücksichtigt ist;
7A und 7B sind Diagramme, die ein Beispiel zeigen, in dem die FF-Steuerung gemäß dem in 5 gezeigten Verfahren durchgeführt wird, in dem die Dynamik des Einlasssystems berücksichtigt wird;
8A und 8B sind Diagramme zum Beschreiben von Problemen mit dem Verfahren, das in 5 gezeigt ist;
9A bis 9C sind Diagramme zum Beschreiben eines Verfahrens, das in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, um einen gewünschten Drosselventilöffnungsgrad θ_ref zu berechnen, der erforderlich ist, um einen gewünschten Zylinderluftmengenwert zu erzielen;
10A und 10B sind Diagramme zum Beschreiben von vorteilhaften Wirkungen, die mit den in 9A bis 9C gezeigten Verfahren erzielt werden;
11 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Steuerschemas einschließlich einer Umwandlung eines Drehmomentwerts, auf das zum Zweck des Vergleichs mit dem zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird;
12A und 12B sind Diagramme zum Beschreiben von Problemen mit dem in 11 gezeigten Verfahren;
13 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, um einen gewünschten Drosselventilöffnungsgrad θ_ref zu berechnen, der erforderlich ist, um einen gewünschten Drehmomentwert trq_ref zu erzielen;
14A und 14B sind Diagramme zum Beschreiben von vorteilhaften Wirkungen, die mit dem in 13 gezeigten Verfahren erzielt werden;
15 ist ein Diagramm, das ein Drehmomentsteuerschema gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
16 ist ein Diagramm, das ein Fahrzeugsteuersystem zeigt, bei dem ein System ein Verzögerungselement erster Ordnung an der stromabwärtigen Seite eines in 15 gezeigten Brennkraftmaschinensystems hat;
17A und 17B sind Diagramme, die eine Drehmomentsteuerung, die für einen ersten gewünschten Drehmomentwert Ti_f, der ein schnelles Ansprechverhalten erfordert, und eine Drehmomentsteuerung zeigen, die für einen zweiten gewünschten Drehmomentwert Ti_s geeignet ist, der ein langsames Ansprechverhalten erfordert;
18 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens, das zum Vermeiden eines Problems herangezogen werden kann, das in der Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels zum Zweck des Vergleichs mit einem Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben ist, das in 20 gezeigt ist;
19 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Vorteilen, die erzielt werden, wenn eine Drehmomentsteuerung verwendet wird, die in der Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben ist;
20 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Drehmomentsteuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
21A und 21B sind Zeitdiagramme zum Beschreiben von vorteilhaften Wirkungen, die erzielt werden, wenn die in 20 gezeigte Drehmomentsteuerung tatsächlich eingesetzt wird, um eine Brennkraftmaschine zu steuern; und
22A und 22B sind Zeitdiagramme zum Beschreiben von vorteilhaften Wirkungen, die erzielt werden, wenn die in 20 gezeigte Drehmomentsteuerung tatsächlich eingesetzt wird, um eine Brennkraftmaschine zu steuern.
GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Konfiguration eines Brennkraftmaschinensystems, das in einer Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten ist. Das System gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine 10 auf. In jedem der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 ist ein Kolben 12 vorgesehen. Zusätzlich ist in jedem der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 eine Brennkammer 14 an der Kopfseite des Kolbens 12 ausgebildet. Ein Einlassdurchgang 16 und ein Auslassdurchgang 18 sind mit der Brennkammer 14 verbunden.
Ein Luftdurchflussmessgerät 20, das ein Signal entsprechend der Durchflussrate der Luft abgibt, die in den Einlassdurchgang 16 aufgenommen wird, ist in der Nähe des Einlasses des Einlassdurchgangs 16 vorgesehen. Ein Drosselventil 22 ist stromabwärts des Luftdurchflussmessgeräts 20 vorgesehen. Das Drosselventil 22 ist ein elektronisch gesteuertes Ventil, das durch einen Drosselmotor 24 gemäß dem Beschleunigerpedalbetätigungsbetrag angetrieben wird. Ein Drosselpositionssensor 26 zum Erfassen des Drosselventilöffnungsgrads θ ist in der Nähe des Drosselventils 22 angeordnet.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 28 zum Einspritzen von Kraftstoff zu einem Einlassanschluss der Brennkraftmaschine 10 ist stromabwärts des Drosselventils 22 angeordnet. Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf, in dem eine Zündkerze 30 für jeden der Zylinder vorgesehen ist, so dass diese von dem oberen Abschnitt der Brennkammer 14 in die Brennkammer 14 vorsteht. Der Einlassanschluss und der Auslassanschluss sind mit einem Einlassventil (Einlassventilen) 32 und einem Auslassventil (Auslassventilen) 34 versehen, die verursachen, dass die Brennkammer 14 mit dem Einlassdurchgang 16 bzw. dem Auslassdurchgang 18 in Verbindung stehen bzw. von diesen getrennt sind.
Das Einlassventil 32 und das Auslassventil 34 werden durch ein variables Einlassventilsystem (System mit variabler Ventilzeitabstimmung (VVT)) 36 bzw. ein variables Auslassventilsystem (VVT) 38 angetrieben. Die variablen Ventilzeitabstimmungssysteme 36 und 38 öffnen und schließen das Einlassventil (die Einlassventile) 36 und das Auslassventile (die Auslassventile) 34 synchron mit der Drehung einer Kurbelwelle und verändern die Öffnungs-/Schließzeitabstimmung des Einlassventils (der Einlassventile) 32 und des Auslassventils (der Auslassventile) 34.
Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 40 in der Nähe der Kurbelwelle versehen. Der Kurbelwinkelsensor 40 ist ein Sensor, der zwischen einer Hi-Abgabe und einer Lo-Abgabe jedes Mal dann umschaltet, wenn die Kurbelwelle sich um einen vorbestimmten Drehwinkel dreht. Unter Verwendung des Ausgangssignals von dem Kurbelwinkelsensor 40 ist es möglich, die Drehposition der Kurbelwelle und ihre Drehzahl (die Kraftmaschinendrehzahl Ne) zu erfassen. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einem Nockenwinkelsensor 42 in der Nähe einer Nockenwelle versehen. Der Nockenwinkelsensor 42 ist ein Sensor, der eine Konfiguration hat, die derjenigen des Kurbelwinkelsensors 40 ähnlich ist. Unter Verwendung des Ausgangssignals von dem Nockenwinkelsensor 42 ist es möglich, die Drehposition der Einlassnockenwelle (der Ventilzeitabstimmung vvt) beispielsweise zu erfassen.
Das in 1 gezeigte System umfasst eine ECU (elektronisch Steuereinheit) 50. Mit der ECU 50 verbunden sind zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen verschiedenartigen Sensoren ein Luftkraftstoffverhältnissensor 52 zum Erfassen des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases in dem Auslassdurchgang 18, ein Wassertemperatursensor 54 zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers in der Brennkraftmaschine 10 und ein Beschleunigerpedalbetätigungsbetragsensor 56 zum Erfassen des Beschleunigerpedalbetätigungsbetrags PA. Die vorstehend beschriebenen verschiedenartigen Stellglieder sind ebenso mit der ECU 50 verbunden. Die ECU 50 steuert den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 auf der Grundlage der Ausgangssignale von den Sensoren und des Ergebnisses der Berechnung unter Verwendung von mathematischen Modellen (eines Einlasssystemmodells und des inversen Modells von diesem, die später beschrieben werden), die virtuell in der ECU 50 aufgebaut sind.
2 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Umrisses des Einlasssystemmodells, das in der in 1 gezeigten ECU 50 aufgebaut ist. Das Einlasssystemmodell ist ein mathematisches Modell zum Schätzen der Menge der Luft, die in den Zylinder aufgenommen wird (Zylinderinnenladeluftmenge oder Einlassventildurchtrittsluftmenge) mc. Genauer gesagt umfasst das Einlasssystemmodell folgendes: ein Drosselmodell zum Schätzen der Menge m_t der Luft, die durch das Drosselventil 22 tritt (Drosselventildurchtrittsluftmenge); ein Einlassrohrmodell zum Schätzen des Einlassluftdrucks P_m (und der Einlasslufttemperatur T_m) in dem Einlassdurchgang 16 (Einlasskrümmer) stromabwärts des Drosselventils 22; und ein Einlassventilmodell zum Schätzen der Menge m_c der Luft (Einlassventildurchtrittsluftmenge oder Zylinderinnenladeluftmenge), die durch das Einlassventil 32 tritt. Die Drosselventildurchtrittsluftmenge m_t, der Einlassluftdruck P_m und die Zylinderinnenladeluftmenge m_c können unter Verwendung der folgenden Ausdrücke berechnet werden.
Die Drosselventildurchtrittsluftmenge m_t(g/s) wird durch das Produkt eines Koeffizienten f_mt(θ) und eines Koeffizienten g_mt(Om) ausgedrückt, wie in dem folgenden Ausdruck (1) gezeigt ist. m_t = f_mt(θ)g_mt(P_m) (1)
In dem vorstehend gezeigte Ausdruck (1) ist f_mt(θ) ein Koeffizient, der auf der Grundlage der in 3A gezeigten Relation erhalten wird, die nachstehend beschrieben wird, und g_mt(P_m) ist ein Koeffizient, der auf der Grundlage der in 3B gezeigten Relation erhalten wird, die nachstehend beschrieben wird.
Die 3A und 3B zeigen die Charakteristiken der Kennfelder, die in der ECU 50 gespeichert sind, um f_mt(θ) und g_mt(P_m) zu erhalten. Wie in 3A gezeigt ist, wird der Koeffizient f_mt(θ) einzig auf der Grundlage des Drosselventilöffnungsgrads θ bestimmt und hat eine Charakteristik, so dass im Prinzip, je größer der Drosselventilöffnungsgrad θ ist, umso höher der Wert des Koeffizienten f_mt ist. Unter Verwendung einer solchen Charakteristik ist es möglich, das Ergebnis der Berechnung zu erhalten, so dass die Drosselventildurchtrittsluftmenge m_t umso größer ist, je größer der Drosselventilöffnungsgrad θ ist. Andererseits wird, wie in 3B gezeigt ist, der Wert des Koeffizienten g_mt(P_m) einzig auf der Grundlage des Einlassluftdrucks P_m bestimmt. Der Koeffizient g_mt(P_m) hat eine Charakteristik, so dass der Wert des Koeffizienten g_mt(P_m) umso größer ist, je niedriger der Einlassluftdruck P_m unterhalb des Drucks (atmosphärischen Drucks) Pa stromaufwärts des Drosselventils ist, bis der Einlassluftdruck P_m fällt. Unter Verwendung einer solchen Charakteristik von g_mt(Pm) ist es möglich, das Ergebnis der Berechnung so zu erhalten, dass die Drosselventildurchtrittsluftmenge m_t umso größer ist, je größer die Differenz des Drucks zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 20 ist.
Der Einlassluftdruck P_m(Pa) und die Einlasslufttemperatur T_m(K) kann durch Auflösen der folgenden Ausdrücke (2a) und (2b) berechnet werden.
In den vorstehend angegebenen Ausdrücken (2a) und (2b) ist R die Gaskonstante, V_m das Einlassluftkrümmervolumen in der Brennkraftmaschine 10 und ist κ das Verhältnis der spezifischen Wärme.
Die Zylinderinnenladeluftmenge m_c[g/s] wird durch den folgenden Ausdruck (3) ausgedrückt.
In dem vorstehend angegebenen Ausdruck (3) ist der Koeffizient g_mc eine Funktion des Einlassluftdrucks P_m, der Kraftmaschinendrehzahl ne und der Ventilzeitabstimmung vvt und ist T_a die Lufttemperatur (atmosphärische Temperatur) T_a stromaufwärts des Drosselventils.
4 zeigt die Charakteristiken der in der ECU 50 gespeicherten Kennfelder, um g_mc(P_m, ne, vvt) zu erhalten. Genauer gesagt speichert die ECU 50 Kennfelder, die den Koeffizienten g_mc in Relation zu dem Einlassluftdruck P_m, wie in 4 gezeigt ist, für jeden Satz der Werte der Kraftmaschinendrehzahl ne und der Ventilzeitabstimmung vvt definieren. Das in 4 gezeigte Kennfeld hat eine Charakteristik, so dass der Wert der Variablen g_mt umso größer ist, je höher der Einlassluftdruck P_m ist. Unter Verwendung einer solchen Charakteristik der Variablen g_mc ist es möglich, das Ergebnis der Berechnung zu erhalten, so dass die Zylinderinnenladeluftmenge m_c umso größer ist, je höher der Einlassluftdruck P_m ist.
Mit den vorstehend beschriebenen Ausdrücken (1) bis (3) wird, wenn der Einlassluftdruck P_m unter Verwendung des vorstehend angegebenen Ausdrucks (2) erhalten wird, die Drosselventildurchtrittsluftmenge m_t bei einem bestimmten Drosselventilöffnungsgrad θ auf der Grundlage des vorstehend angegebenen Ausdrucks (1) bestimmt und wird die Zylinderinnenladeluftmenge m_t auf der Grundlage des vorstehend angegebenen Ausdrucks (3) bestimmt. Wenn die letzten Werte von m_t und m_c erhalten werden, wird es möglich, den nachfolgenden Einlassluftdruck P_m zu erhalten. Durch Wiederholen einer solchen Berechnung ist es möglich, die Zylinderinnenladeluftmenge m_t sukzessive zu berechnen.
Die Effizienz kl_c, mit der die Luft, die in den Zylinder aufgenommen wird, geladen wird, kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks (4) auf der Grundlage der Zylinderinnenladeluftmenge m_c berechnet werden, die erhalten wird, wie vorstehend beschrieben ist.
In dem vorstehend angegebenen Ausdruck (4) ist Vc das Zylindervolumen, ρ_Luft die Luftdichte, Kt ein Koeffizient, der kollektiv die Parameter außer m_c und ne darstellt.
Die Berechnung des gewünschten Drosselöffnungsgrads θ_ref unter Verwendung des inversen Modells des Einlasssystemmodells wird nun beschrieben. In dem System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Drehmomentbedarfssteuerung durchgeführt, bei der das Istdrehmoment der Brennkraftmaschine 10 so gesteuert wird, dass das Drehmoment, das tatsächlich angefordert wird (der gewünschte Drehmomentwert trq_ref) auf der Grundlage von beispielsweise dem Betätigungsbetrag des Beschleunigerpedals erhalten wird, das durch einen Fahrer betätigt wird. Das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref, der den gewünschten Drehmomentwert trq_ref gemäß der Fahreranforderung hervorbringt, durch das Verfahren, das später unter Bezugnahme auf die 9A bis 9C beschrieben wird, unter Verwendung der inversen Modellausdrücke berechnet wird, die durch Transformieren der vorstehend beschriebenen Einlasssystemmodellausdrücke erhalten werden.
Zuerst wird zum Zweck des Vergleichs mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Verfahren, das sich auf dieses Ausführungsbeispiel bezieht und bei dem der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref durch inverses Lösen der vorstehend beschriebenen Einlasssystemmodellausdrücke berechnet wird, unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Prozesses, in dem der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref aus dem gewünschten Drehmomentwert trq_ref der Brennkraftmaschine 10 nach dem Stand der Technik erhalten wird.
In dem Verfahren, das in 5 gezeigt ist, wird der gewünschte Wert zu der Zylinderinnenluftmenge, der erforderlich ist, um den gewünschten Drehmomentwert trq_ref zu erzielen, auf der Grundlage der Drehmomentkennfelder verzogen, die die Relation zwischen dem gewünschten Drehmomentwert trq_ref und dem gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert (kl_cref oder m_cref) der Brennkraftmaschine 10 definieren. Genauer gesagt ist das Drehmomentkennfeld ein Kennfeld, das den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert in der Form der gewünschten Ladeeffizienz kl_cref in Relation zu dem gewünschten Drehmomentwert für jeden Satz von vorbestimmten Kraftmaschinenparametern, wie z. B. der Kraftmaschinendrehzahl ne und der Zündzeitabstimmung SA definiert. Es ist anzumerken, dass entweder die gewünschte Ladeeffizienz kl_cref oder die gewünschte Zylinderinnenluftmenge m_cref als Index verwendet werden kann, der den gewünschten Wert der Zylinderinnenluftmenge darstellt, und kann daher der gewünschte Wert der Zylinderinnenluftmenge aus den Drehmomentkennfeldern in der Form von entweder kl_cref oder m_cref bezogen werden.
In dem Verfahren, das in 5 gezeigt ist, werden die folgenden inversen Modellausdrücke (5) bis (9) durch Transformieren der vorstehend beschriebenen Einlasssystemmodellausdrücke (1) bis (4) abgeleitet. Dann wird der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref, der erforderlich ist, um den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen, unter Verwendung der inversen Modellausdrücke berechnet, wobei als Eingaben die gewünschte Ladeeffizienz kl_cref, die aus dem Drehmomentkennfeld bezogen wird, und die vorbestimmten Kraftmaschinenparameter, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl ne verwendet werden.
Genauer gesagt wird der folgende Ausdruck (5) durch Transformieren des vorstehend angegebenen Ausdrucks (4) erhalten, so dass die linke Seite lediglich die Zylinderinnenladeluftmenge m_c aufweist. Mit diesem Ausdruck (5) ist es möglich, die gewünschte Zylinderinnenluftmenge m_cref auf der Grundlage der gewünschten Ladeeffizienz kl_cref zu erhalten. m_cref = ne / Ktkl_cref (6)
Wenn der vorstehend angegebene Ausdruck (3) so umgewandelt wird, dass die linke Seite nur den Einlassluftdruck P_m aufweist, wird der folgende Ausdruck (6) erhalten. Mit diesem Ausdruck (6) ist es möglich, den gewünschten Einlassluftdruck P_mref auf der Grundlage der gewünschten Zylinderinnenluftmenge m_cref und des Ausdrucks (9b) zu erhalten, der später beschrieben wird.
Wenn der vorstehend angegebene Ausdruck (2b) so umgewandelt wird, dass die linke Seite nur die Drosselventildurchtrittsluftmenge m_t aufweist, wird der folgende Ausdruck (7) erhalten. Mit diesem Ausdruck (7) ist es möglich, die gewünschte Drosselventildurchtrittsluftmenge m_tref auf der Grundlage der gewünschten Zylinderinnenluftmenge m_cref und des gewünschten Einlassluftdrucks P_mref zu erhalten.
Wenn der vorstehend angegebene Ausdruck (1) so umgewandelt wird, dass die linke Seite nur den Drosselventilöffnungsgrad θ aufweist, wird der folgende Ausdruck (8) erhalten. Mit diesem Ausdruck (8) ist es möglich, den gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref auf der Grundlage des gewünschten Einlassluftdrucks P_mref und der gewünschten Drosselventildurchtrittsluftmenge m_tref zu erhalten.
Der folgende Ausdruck (9a) wird durch Integrieren von beiden Seiten des vorstehend angegebenen Ausdrucks (2a) erhalten. Mit dem folgenden Ausdruck (9b) ist es möglich, die gewünschte Einlasslufttemperatur T_mref aus dem gewünschten Einlassluftdruck P_mref, der unter Verwendung des vorstehend angegebenen Ausdrucks (6) erhalten wird, und den gewünschten Wert von P_m/T_m, der unter Verwendung des Ausdrucks (9a) erhalten wird, zu erhalten.
Mit dem Verfahren, das in 5 gezeigt ist, wie vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, eine Zielwertsteuerung (FF-Steuerung) zu konstruieren, bei der die Dynamiken des Einlasssystems, wie z. B. die Verzögerung des Ansprechverhaltens der Einlassluft, berücksichtigt wird. Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf die 6A und 6B sowie 7A und 7B vorteilhafte Wirkungen beschrieben, die erzielt werden, wenn die Zylinderinnenluftmenge auf der Grundlage des gewünschten Drosselventilöffnungsgrads θ_ref gesteuert wird, der unter Verwendung der inversen Modellausdrücke berechnet wird, die in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben sind.
Die 6A und 6B sind Diagramme, die ein Beispiel zeigen, bei dem eine FF-Steuerung durchgeführt wird, bei der die Dynamiken des Einlasssystems nicht berücksichtigt werden. Anders gesagt sind die 6A und 6B Diagramme, die den Stand der Technik zur Erfindung darstellen. Wenn in diesem Fall eine Anforderung nach einem Drehmoment besteht, wird der Drosselventilöffnungsgrad θ auf den Wert θ₁ gesteuert, der ermöglicht, dass der gewünschte Zylinderinnenluftmengenwert erzielt wird, wie in 6A gezeigt ist. Als Folge gelangt die Zylinderinnenluftmenge graduell in die Nähe des gewünschten Werts mit einer Verzögerung des Ansprechverhaltens des Lufteinlasses, wie in 6B gezeigt ist, und daher wird ein gutes Drehmomentansprechverhalten nicht erzielt.
Die 7A und 7B sind Diagramme, die ein Beispiel zeigen, in dem die FF-Steuerung gemäß dem Verfahren durchgeführt wird, das in 5 gezeigt ist, bei dem die Dynamiken des Einlasssystems berücksichtigt werden. Anders gesagt sind die 7A und 7B Diagramme, die den Stand der Technik zur Erfindung darstellen. Wenn in diesem Fall ein Bedarf nach einem Drehmoment besteht, wie in 7A gezeigt ist, wird zum unmittelbaren Erzielen des gewünschten Zylinderinnenluftmengenwerts (gewünschter Drehmomentwert) der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref so bestimmt, dass der Drosselventilöffnungsgrad gleich einem Drosselventilöffnungsgrad θ₂ wird, der größer als ein Drosselventilöffnungsgrad θ₁ ist, der erforderlich ist, um den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen. Darauf wird der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref, der erforderlich ist, um unmittelbar den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen, sukzessive errechnet. Als Folge wird ein gutes Ansprechverhalten der Zylinderinnenluftmenge mit Bezug auf den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert erzielt, wie in 7B gezeigt ist.
Die 8A und 8B sind Diagramme zum Beschreiben von Problemen bezüglich des Verfahrens, das in 5 gezeigt ist. Genauer gesagt zeigt 8A eine Wellenform des gewünschten Zylinderinnenluftmengenwerts, der periodisch verändert wird. 8B zeigt eine Wellenform des gewünschten Drosselventilöffnungsgrads θ_ref, der sukzessive berechnet wird, um kontinuierlich einen solchen gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen. Wenn der Drosselventilöffnungsgrad θ auf einen solchen Drosselventilöffnungsgrad θ_ref gesteuert wird, folgt die Zylinderinnenluftmenge genau dem gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert, der erhalten wird, wie in 8A gezeigt ist.
Jedoch wird, wie in 8B gezeigt ist, ein starkes Rauschen bzw. eine große Störung auf den gewünschten Drosselventilöffnungsgrad θ_ref überlagert, der der abschließende Anweisungswert ist, der zu dem Drosselmotor 24 übermittelt wird. Der Grund dafür ist im Folgenden angegeben. Insbesondere enthält der vorstehend angegebene Ausdruck (7) zum Erhalten der gewünschten Drosselventildurchtrittsluftmenge m_tref den Ausdruck, der durch Differenzieren des gewünschten Einlassluftdrucks P_mref mit Bezug auf die Zeit erhalten wird. Der vorstehend beschriebene Ausdruck (6) zum Erhalten des gewünschten Einlassluftdrucks P_mref enthält gemessene Werte (Kraftmaschinenparameter), wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl ne, die dazu neigen, zu oszillieren, und die Signale, die diese angeben, neigen dazu, mit einem Hochfrequenzrauschen überlagert zu werden. Wenn somit der gewünschte Einlassluftdruck P_mref in dem Ausdruck (7) mit Bezug auf die Zeit differenziert wird, wird das Hochfrequenzrauschen, das über die Kraftmaschinenparameter überlagert wird, die in dem gewünschten Einlassluftdruck P_mref enthalten sind, verstärkt. Aus diesem Grund und der Tatsache, dass der Berechnungswert dazu neigt, zu oszillieren, nämlich aufgrund der Anwesenheit von rekursiven Berechnungen, die mit dem vorstehend angegebenen Ausdruck (9b) und dem vorstehend angegebenen Ausdruck (6) verknüpft sind, neigt der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref dazu, mit einem starken Rauschen überlagert zu werden.
Wenn ein starkes Rauschen auf den gewünschten Drosselventilöffnungsgrad θ_ref überlagert wird, der ein Anweisungswert ist, der zu dem Drosselmotor 24 übermittelt wird, wird der Drosselmotor 24 häufig mit den feinen Steuerwerten gesteuert, was eine Vergrößerung der durch den Drosselmotor 24 erzeugten Wärmemenge zur Folge hat. Die Vergrößerung der Wärmeerzeugungsmenge kann eine Erhöhung der Last an dem Drosselmotor 24 zur Folge haben. Wenn das Drosselventil 22 häufig mit den feinen Steuerwerten betätigt wird, kann die Last an dem Drosselventil 22 sich ebenso vergrößern.
9A bis 9C sind Diagramme zum Beschreiben des Verfahrens, das in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, um den gewünschten Drosselventilöffnungsgrad θ_ref zu berechnen, der erforderlich ist, um den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen. Das Verfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels, das in den 9A bis 9C gezeigt ist, ist dasselbe wie das Verfahren, das in 5 zum Vergleichszweck gezeigt ist, nämlich dahingehend, dass die vorstehend beschriebenen Einlasssystemmodellausdrücke (1) bis (4) verwendet werden. Jedoch werden in dem Verfahren, das in den 9A bis 9B gezeigt ist, anstelle des lediglichen inversen Auflösens der Einlasssystemmodellausdrücke, die Einlasssystemmodellausdrücke nach dem Umwandeln und dem Annähern der Einlasssystemmodellausdrücke in ein zustandsabhängiges lineares Modell (Differentialgleichungen), wie nachstehend beschrieben wird, verwendet.
Genauer gesagt ist es, wie in 9A gezeigt ist, mit dem Einlasssystemmodell, das schon beschrieben wurde, möglich, die Zylinderinnenladeluftmenge m_c durch Eingeben, zusätzlich zu dem Drosselventilöffnungsgrad θ, von anderen Kraftmaschinenparametern, wie z. B. der Kraftmaschinendrehzahl ne und der Zündzeitabstimmung SA, zu erhalten. In dem Verfahren, das in den 9A bis 9C gezeigt ist, werden die vorstehend beschriebenen Einlasssystemmodellausdrücke in die Ausdrücke einschließlich der einfachen Übertragungsfunktion K/(1 + αs) umgewandelt, wie in 9B gezeigt ist, in der der zustandsabhängige Koeffizient α verwendet wird.
Mit dem vorstehend beschriebenen zustandsabhängigen linearen Modell unter Verwendung der Übertragungsfunktion (K/(1 + αs)) ist es möglich, die Zylinderinnenluftmenge zu erhalten, wenn der Drosselventilöffnungsgrad θ und die vorbestimmten Kraftmaschinenparameter als Eingaben in das Modell vorgegeben sind. Zusätzlich wird in dem Verfahren, das in den 9A bis 9C gezeigt ist, die inverse Funktion der vorstehend angegebenen einfachen Übertragungsfunktion (k/(1 + αs)) verwendet, um den gewünschten Wert θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads zu erhalten, der erforderlich ist, um den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen, wie in 9C gezeigt ist.
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Umwandlung der Einlasssystemmodelle, die in 9A gezeigt sind, in die Ausdrücke einschließlich der Übertragungsfunktionen (K/(1 + αs)), wie in 9B gezeigt ist, angegeben. Zuerst kann der Ausdruck (2b) durch den folgenden Ausdruck (10a) unter Verwendung der Atmosphärentemperatur Ta als Annäherung an die Einlasslufttemperatur T_m in dem Einlasssystemmodellausdruck (2b) ausgedrückt werden. Zusätzlich kann der Ausdruck (3) durch den folgenden Ausdruck (10b) unter Verwendung der Atmosphärentemperatur Ta als Annäherung der Einlasslufttemperatur T_m in dem Ausdruck (3) in ähnlicher Weise ausgerückt werden.
Als Nächstes wird unter Verwendung der vorstehend angegebenen Ausdrücke (1) bis (4) gemeinsam mit den vorstehend genannten Ausdrücken (10a) und (10b) eine Differentialgleichung für die Ladeeffizienz kl_c, ausgedrückt durch den folgenden Ausdruck (11d), durch den nachstehend beschriebenen Prozess erhalten.
In diesem Fall werden zuerst beide Seiten des vorstehend angegebenen Ausdrucks (4) mit Bezug auf die Zeit differenziert, um den Ausdruck (11a) zu erhalten. In diesem Vorgang wird dne/dt als Null betrachtet, um eine Annäherung des Ausdrucks (11a) vorzunehmen (insbesondere wird die Kraftmaschinendrehzahl ne als Konstante betrachtet). Auf diesem Weg wird die Kraftmaschinendrehzahl ne aus den Gegenständen der Differenziation in dem Ausdruck (11a) ausgeschlossen und es ist möglich, den Ausdruck (11a) als Ausdruck (11b) auszudrücken.
Dann wird der Ausdruck (11b) in den Ausdruck (11c) unter Verwendung des Einlassluftdrucks P_m als Zwischenvariable umgewandelt und werden darauf die vorstehend angegebenen Ausdrücke (1), (10a) und (10b) in den Ausdruck (11c) eingesetzt, um den Ausdruck (11d) zu erhalten.
Darauf wird die Laplace-Transformation des Ausdrucks (11d) berechnet, in der die Ladeeffizienz kl_c als Y ausgedrückt wird und die Variable f_mt(θ), die in eins-zu-eins Relation zu dem Drosselventilöffnungsgrad θ steht, als X ausgedrückt wird. Wenn die Parameter in der berechneten Laplace-Transformation unter Verwendung der Variablen K und α geordnet werden, wird der Ausdruck (11d) schließlich durch die Ausdrücke (12a) und (12b) ausgedrückt.
Mit den Ausdrücken (12a) und (12b), die vorstehend berechnet werden, kann die Relation zwischen dem Drosselventilöffnungsgrad θ und dem gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert (gewünschte Ladeeffizienz kl_cref) als Verzögerungselement erster Ordnung ausgedrückt werden. Da genauer gesagt die Koeffizienten K und α in den vorstehend angegebenen Ausdrücken (12a) und (12b) den Einlassluftdruck P_m enthalten, der eine Funktion der Zeit ist, verändern sich die Koeffizienten K und α, wenn der Einlassluftdruck P_m sich mit der Zeit verändert. Insbesondere kann mit den Ausdrücken (12a) und (12b) die Relation zwischen dem Drosselventilöffnungsgrad θ und dem gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert (gewünschte Ladeeffizienz kl_cref) unter Verwendung der einfachen Übertragungsfunktion (K/(1 + αs)) ausgedrückt werden, die unter Verwendung der Koeffizienten K und α ausgedrückt wird, die von dem Zustand des Einlassluftdrucks P_m abhängt.
Unter Verwendung eines solchen zustandsabhängigen linearen Modells kann dann, wenn ein vorliegender Einlassluftdruck P_m bestimmt wird, das Ansprechverhalten der Luft, wenn der Drosselventilöffnungsgrad θ darauf um einen bestimmten Grad erhöht wird, einfach aus dem Wert der Zeitkonstanten α in den vorstehend angegebenen Ausdrücken (12a) und (12b) bestimmt werden. Anders gesagt wird die Verzögerung des Ansprechverhaltens der Luft in Abhängigkeit von dem vorliegenden Einlassluftdruck P_m auf der Grundlage der einfachen Relationsausdrücke bestimmt, wie vorstehend beschrieben ist. Somit ist es möglich, die Charakteristiken des Ansprechverhaltens der Luft zur Einstellung des Drosselventilöffnungsgrads θ einfach zu bestimmen.
Wenn die inverse Funktion des Ausdrucks (12a) berechnet wird, um den Ausdruck (13a) zu erhalten, und die inverse Laplace-Transformation des Ausdrucks (13a) berechnet wird, wobei die Variablen K und α übrig sind, wird der Ausdruck (13b) zum Berechnen des gewünschten Drosselventilöffnungsgrads θ_ref, wie nachstehend beschrieben wird, erhalten.
Unter Verwendung des Ausdrucks (13b), der auf diesem Weg berechnet wird, wird der gewünschte Wert θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads, der erforderlich ist, um den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert (gewünschte Ladeeffizienz kl_cref) zu erzielen, erhalten. Zusätzlich ist gemäß dem Ausdruck (13a) das, was mit dem Laplace-Operator s multipliziert wird und daher differenziert wird, nur Y, nämlich nur der gewünschte Zylinderinnenluftmengenwert (Ladeeffizienz kl_c). Somit ist es möglich, aus den Gegenständen der Differenziation die Parameter auszuschließen, die in dem Koeffizienten α enthalten sind, nämlich die Kraftmaschinenparameter außer dem gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl ne.
Die 10A und 10B sind Diagramme zum Beschreiben der vorteilhaften Wirkungen, die durch das Verfahren erzielt werden, das in den 9A bis 9C gezeigt ist. Wenn der gewünschte Wert θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads, der erforderlich ist, um den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen, auf der Grundlage des Ausdrucks (13b) berechnet wird, der abgeleitet wird, wie vorstehend beschrieben ist, werden die Kraftmaschinenparameter, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Hochfrequenzoszillationskomponenten haben, von den Gegenständen der Differenziation ausgeschlossen und ist es daher möglich, zu verhindern, dass das Hochfrequenzrauschen in dem Prozess verstärkt wird, in dem der Ausgang (der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref) des Modells berechnet wird. Zusätzlich wird gemäß dem vorstehend angegebenen Ausdruck (13b) der gewünschte Zylinderinnenluftmengenwert (kl_cref) in die Gegenstände der Differenziation in Bezug auf die Zeit eingeschlossen, so dass es möglich ist, die Genauigkeit der Berechnung unter Verwendung des Modellausdrucks sicherzustellen. Auch wenn somit der gewünschte Zylinderinnenluftmengenwert periodisch verändert wird, wie in 10A gezeigt ist, ist es möglich, das Rauschen vorzüglich aus der Wellenform des gewünschten Drosselventilöffnungsgrads θ_ref zu beseitigen, ohne das Ansprechverhalten des Systems (das Ansprechverhalten des Drehmoments) zu beeinträchtigen, wie in 10B gezeigt.
Zusätzlich ist es mit dem Verfahren, das in den 9A bis 9C gezeigt ist, möglich, den Einfluss der Wärmeerzeugung des Drosselmotors 24 zu minimieren und daher eine ausreichende Haltbarkeit des Drosselmotors 24 zu erhalten, ohne das Ansprechverhalten des Drehmoments (der Luft) zu beeinträchtigen, nämlich in dem System, in welchem die Drehmomentbedarfssteuerung verwendet wird, die eine häufige Einstellung des Drosselventilöffnungsgrads θ erfordert, um den gewünschten Drehmomentwert trq_ref gemäß dem Bedarf zu erzielen, der durch einen Fahrer vorgegeben wird.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 11, 12A, 12B, 13, 14A und 14B ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Ein Steuerschema einschließlich der Umwandlung eines Drehmomentwerts wird ebenso beschrieben. Gemäß dem Verfahren des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels ist es möglich, den gewünschten Wert θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads, der erforderlich ist, um den gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert zu erzielen, zu berechnen, während das Rauschen bzw. die Störung vorzüglich reduziert wird. Das folgende Steuerschema, das in 11 dargestellt ist, ist als Verfahren zum Erhalten des gewünschten Werts θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads, der erforderlich ist, um einen gewünschten Drehmomentwert zu erzielen, unter Verwendung des Verfahrens des ersten Ausführungsbeispiels denkbar.
11 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Steuerschemas einschließlich einer Umwandlung eines Drehmomentwerts, auf das zum Vergleichszweck Bezug genommen wird. Genauer gesagt wird mit Bezug auf das in 11 dargestellte Steuerschema die Ladeeffizienz kl_c durch die Funktion f_e(trq, ne, etc.) der Kraftmaschinenparameter, wie z. B. des Drehmoments trq und der Kraftmaschinendrehzahl ne ausgedrückt. Nachdem der gewünschte Zylinderinnenluftmengenwert (kl_cref oder m_cref), der den gewünschten Drehmomentwert trq_ref herbeiführt, auf der Grundlage eines solchen Relationsausdrucks erhalten wird, wird der gewünschte Wert θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads aus dem gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert gemäß dem Verfahren erhalten, das in den 9A bis 9C gezeigt ist, wie vorstehend beschrieben ist.
Die 12A und 12B sind Diagramme zum Beschreiben von Problemen bezüglich des in 11 gezeigten Verfahrens. Der in 11 gezeigte Relationsausdruck ist mit Kraftmaschinenparametern verknüpft, wie z. B. der Kraftmaschinendrehzahl ne, die Hochfrequenzoszillationskomponenten haben. Somit wird, wie in 12B gezeigt ist, ein starkes Rauschen auf den gewünschten Drosselventilöffnungsgrad θ_ref überlagert, der berechnet wird, um den gewünschten Drehmomentwert trq_ref zu erzielen, wie in 12A gezeigt ist. Das liegt daran, dass dann, wenn der gewünschte Zylinderinnenluftmengenwert, der unter Verwendung dieses Relationsausdrucks erhalten wird, in dem zustandsabhängigen Modell differenziert wird, das in den 9A bis 9C gezeigt ist, der Einfluss der Veränderung der Kraftmaschinenparameter verstärkt wird und ein unerwartetes Rauschen verstärkt wird.
13 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, um den gewünschten Drosselventilöffnungsgrad θ_ref zu berechnen, der zum Erzielen des gewünschten Drehmomentwerts trq_ref erforderlich ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie in 13 gezeigt ist, zum Lösen der vorstehend genannten Probleme ein zustandsabhängiges Modell konstruiert, das die Relation zwischen dem gewünschten Drehmomentwert trq_ref und dem gewünschten Zylinderinnenluftmengenwert kl_cref umfasst.
Zusätzlich wird unter Verwendung dieses Modells durch Eingeben des gewünschten Drehmomentwerts trq_ref in das Verzögerungselement erster Ordnung der gewünschte Drosselventöfffnungsgrad θ_ref erhalten, der zum Erzielen eines gewünschten Drehmomentwerts trq_ref erforderlich ist.
Ebenso sind in diesem Modell wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels, das vorstehend beschrieben ist, die Eingaben in das Modell außer dem gewünschten Drehmomentwert trq_ref, nämlich die Kraftmaschinenparameter, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl ne, die Hochfrequenzoszillationskomponenten haben, von den Gegenständen der Differenziation ausgeschlossen. Genauer gesagt wird in diesem Ausführungsbeispiel die Differenziation des gewünschten Zylinderinnenluftmengenwerts (gewünschte Ladeeffizienz kl_cref) durch den folgenden Ausdruck (14b) angenähert.
Da die Ladeeffizienz kl_c durch die Funktion f_c(trq, ne, etc.) des Drehmoments trq, der Kraftmaschinendrehzahl ne und der Zündzeitabstimmung SA dargestellt wird, wird die Ableitung der Ladeeffizienz kl_c mit Bezug auf die Zeit durch den Ausdruck (14a) ausgedrückt. In diesem Ausführungsbeispiel werden von allen Parametern, die in dem Ausdruck (14a) enthalten sind, Ableitungen der Parameter außer das Drehmoment trq, nämlich Ableitungen der Kraftmaschinendrehzahl ne (dne/dt) und dergleichen, die Hochfrequenzoszillationskomponenten haben, beispielsweise an Null angenähert, um den Ausdruck (14b) zu erhalten.
Gemäß dem vorstehend genanten Ausdruck (14b), der auf diesem Weg erhalten wird, kann die Ableitung des gewünschten Zylinderinnenluftmengenwerts (dkl_c/dt) als das Produkt der Ableitung (df_e/drtq) und der Drehmomentableitung (dtrq/dt) ausgedrückt werden. Die Ableitung (df_e/dtrq) kann aus dem Kennfeld erhalten werden, das in Relation zu dem Drehmoment trq definiert ist. Somit ist es mit dem vorstehend angegeben Ausdruck (14b) möglich, die Ableitung (dkl_c/dt) des gewünschten Zylinderinnenluftmengenwerts als das Produkt des Werts aus dem Kennfeld und der Ableitung des Drehmoments (dtrq/dt) zu erhalten, wobei Ausdrücke, wie z. B. die Ableitung der Kraftmaschinendrehzahl ne (dne/dt), die Quellen für Rauschen bzw. Störungen sein können, beseitigt sind.
Das zustandsabhängige Modell, das in 13 gezeigt ist, wird auf der Grundlage der nachstehend beschriebenen Relationen erhalten. Zuerst werden das Drehmoment trq, die Ladeeffizienz kl_c = F_e(Y) und die Funktion f_mt(θ) durch Y, Z und X dargestellt. Dann werden X und Z in den vorstehenden angegebenen Ausdruck (13a) eingesetzt, um den folgenden Ausdruck (15a) zu erhalten. Das Ersetzen von Z in dem Ausdruck (15a) durch F_e(Y) ergibt den Ausdruck (15b). X = 1 + αs / KZ (15a) = 1Fe(Y) / KYY + α / KsFe(Y) (15b)
Dann wird der folgende Ausdruck (16) durch Berechnen der inversen Laplace-Transformation des vorstehend angegebenen Ausdrucks (15b) erhalten.
Dann wird der folgende Ausdruck (17a) durch erneutes Berechnen der Laplace-Transformation des vorstehend angegeben Ausdrucks (16) und durch Entfernen von Y (Drehmoment trq) erhalten. Das Ordnen dieses Ausdrucks (17a) unter Verwendung der folgenden Koeffizienten α' und K' ergibt den folgenden Ausdruck (17b). Auf diesem Weg wird die Übertragungsfunktion ((1 + α's)/K') des in 13 gezeigten zustandsabhängigen Modells erhalten.
Der folgende Ausdruck (18) zum Berechnen des gewünschten Drosselventilöffnungsgrads _θref wird durch Berechnen der inversen Laplace-Transformation des Ausdrucks (17b) erhalten.
Unter Verwendung des Ausdrucks (18), der auf diesem Weg berechnet wird, wird der gewünschte Wert θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads erhalten, der zum Erzielen des gewünschten Drehmomentwerts trq_ref erforderlich ist. Zusätzlich ist gemäß dem Ausdruck (17b) die Variable, die mit dem Laplace-Operator s multipliziert wird und daher differenziert wird, nur Y, nämlich nur der gewünschte Drehmomentwert trq_ref, und daher ist es möglich, die Parameter, die in dem Koeffizient α' enthalten sind, nämlich die Kraftmaschinenparameter, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl ne, außer dem gewünschten Drehmomentwert trq_ref von den Gegenständen der Differenziation auszuschließen.
Die 14A und 14B sind Diagramme zum Beschreiben von vorteilhaften Wirkungen, die durch das in 13 gezeigte Verfahren erzielt werden. Wenn der gewünschte Wert θ_ref des Drosselventilöffnungsgrads, der zum Erzielen des gewünschten Drehmomentwerts trq_ref erforderlich ist, auf der Grundlage des Ausdrucks (18) berechnet wird, der abgeleitet wird, wie vorstehend beschrieben ist, werden die Kraftmaschinenparameter, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl ne, die Hochfrequenzoszillationskomponenten haben, von den Gegenständen der Differenziation ausgeschlossen, und daher ist es möglich, zu verhindern, dass ein Hochfrequenzrauschen in dem Prozess verstärkt wird, in welchem der Ausgang (der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref) des Modells berechnet wird. Zusätzlich ist gemäß dem Ausdruck (18) der gewünschte Drehmomentwert (trq_ref) die Variable, die mit Bezug auf die Zeit differenziert wird, so dass es möglich ist, die Genauigkeit der Berechnung unter Verwendung des Modellausdrucks sicherzustellen. Auch wenn somit der gewünschte Drehmomentwert trq_ref periodisch verändert wird, wie in 14A gezeigt ist, ist es möglich, das Rauschen bzw. die Störung aus der Wellenform des gewünschten Drosselventilöffnungsgrads θ_ref vorzüglich zu beseitigen, ohne das Ansprechverhalten des Systems (das Ansprechverhalten des Drehmoments) zu beeinträchtigen, wie in 14B gezeigt ist.
Zusätzlich ist es mit dem in 13 gezeigten Verfahren möglich, den Einfluss der Wärmeerzeugung des Drosselmotors 24 zu minimieren und eine ausreichende Haltbarkeit des Drosselmotors 24 zu erhalten, ohne das Ansprechverhalten des Drehmoments zu beeinträchtigen, nämlich in dem System, in welchem die Drehmomentbedarfssteuerung verwendet wird, die eine häufige Einstellung des Drosselventilöffnungsgrads θ erfordert, um das Drehmoment gemäß dem Bedarf zu erzielen, der durch einen Fahrer vorgegeben wird.
Zusätzlich ist es mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren, das in 13 gezeigt ist, möglich, eine Drehmomentsteuerung mit einer rauschresistenten Charakteristik (ein zustandsabhängiges Modell) zu erhalten, während ein gutes Ansprechverhalten des Drehmoments aufrecht erhalten wird, in dem die Dynamiken des Einlasssystems berücksichtigt werden, die sich gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10 verändern. 15 ist ein Diagramm, das ein Drehmomentsteuerschema gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Da das zustandsabhängige Modell dieses Ausführungsbeispiels die vorstehend beschriebenen Charakteristiken hat, ist es möglich, die Nichtlinearität in dem Brennkraftmaschinensystem mit dem vorliegenden Modell zu beseitigen, wie in 15 gezeigt ist. Zusätzlich wird es dadurch möglich, die folgenden hervorragenden vorteilhaften Wirkungen zu erzielen.
16 ist ein Diagramm, das ein Fahrzeugsteuersystem zeigt, in welchem ein System mit einem Verzögerungselement erster Ordnung an der stromabwärtigen Seite des Brennkraftmaschinensystems vorgesehen ist, wie in 15 gezeigt ist. Hinsichtlich des Fahrzeugs, an dem die Brennkraftmaschine 10 montiert ist, ist ein denkbares System, das ein solches Verzögerungselement erster Ordnung (1/(1 + α''s)) hat, ein System zum Steuern von beispielsweise der Drehzahl von Rädern.
Gemäß dem zustandsabhängigen Modell des zweiten Ausführungsbeispiels hat das gesamte Brennkraftmaschinensystem eine Linearität, wie vorstehend beschrieben ist. Somit ist es, wie in 16 gezeigt ist, möglich, das Ansprechverhalten des stromabwärtigen Systems des Brennkraftmaschinensystems vorzüglich auszugleichen, indem ein linearer Kompensator an der stromaufwärtigen Seite des Brennkraftmaschinensystems vorgesehen wird. Zusätzlich ist, wie vorstehend beschrieben ist, das System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel resistent gegenüber Rauschen (verstärkt das Rauschen nicht), so dass es möglich ist, einen Kompensator mit einem Verzögerungselement erster Ordnung, wie in 16 gezeigt ist, als den linearen Kompensator zu verwenden, der an der stromaufwärtigen Seite des Brennkraftmaschinensystems vorgesehen ist. Somit ist es möglich, das Ansprechverhalten des gesamten Fahrzeugsteuersystems weitergehend zu verbessern.
In dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel können die Kraftmaschinenparameter, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl ne, die Ventilzeitabstimmung vvt und die Zündzeitabstimmung SA als die „vorbestimmten Parameter” der Erfindung betrachtet werden. Die Kraftmaschinendrehzahl ne kann als „Parameter, der zu der ersten Parametergruppe gehört” der Erfindung betrachtet werden. Der vorstehend beschriebene gewünschte Zylinderinnenluftmengenwert kl_cref des ersten Ausführungsbeispiels und der vorstehend beschriebene gewünschte Drehmomentwert trq_ref des zweiten Ausführungsbeispiels können als „Parameter, der zu der zweiten Parametergruppe gehört” der Erfindung betrachtet werden.
Als Nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 17A, 17B, 22A und 22B beschrieben. Ein Problem, das sich ergibt, wenn zwei gewünschte Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s, die unterschiedliche Ansprechverhalten erfordern, gemeinsam existieren, wird beschrieben. Die Drehmomentsteuerung der Brennkraftmaschine 10 ist mit zwei gewünschten Drehmomentwerten Ti_f und Ti_s verknüpft, die unterschiedliche Ansprechverhalten erfordern, wie nachstehend beschrieben wird. Die Steuerung des Verhaltens eines Fahrzeugs, wie z. B. eine Gangänderungssteuerung eines Getriebes, erfordert beispielsweise ein Ansprechverhalten, das schneller als das Ansprechverhalten ist, das erforderlich ist, wenn ein Fahrer ein Drehmoment anfordert. Der gewünschte Drehmomentwert in dem erstgenannten Fall wird hier als „der erste gewünschte Drehmomentwert Ti_f” bezeichnet. Andererseits wird der gewünschte Drehmomentwert in dem letztgenannten Fall, in welchem ein Fahrer ein Drehmoment anfordert, als „der zweite gewünschte Drehmomentwert Ti_s” bezeichnet. Wenn trotz der Tatsache, dass zwei gewünschte Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s vorhanden sind, die vorstehend beschriebene Drehmomentsteuerung des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet wird, ohne dass diese Tatsache in irgendeiner Weise berücksichtigt wird, wird eine Verbesserung des Ansprechverhaltens in gleichem Maße für beide gewünschten Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s vorgenommen, und es ist daher unmöglich, das Ansprechverhalten zu erzielen, so dass die beiden gewünschten Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s ausreichend erzielt werden. Das Ansprechverhalten, das in dem Fall des ersten gewünschten Drehmomentwerts Ti_f erforderlich ist, wird als „das schnelle Ansprechverhalten” bezeichnet und das Ansprechverhalten, das in dem Fall des zweiten gewünschten Drehmomentwerts Ti_s erforderlich ist, wird als „das langsame Ansprechverhalten” bezeichnet.
Die 17A und 17B sind Diagramme. die eine Drehmomentsteuerung, die geeignet für den ersten gewünschten Drehmomentwert Ti_f ist, der das schnelle Ansprechverhalten erfordert, und eine Drehmomentsteuerung zeigen, die für den zweiten gewünschten Drehmomentwert Ti_s geeignet ist, der das langsame Ansprechverhalten erfordert. Genauer gesagt ist die in 17A gezeigte Drehmomentsteuerung eine Steuerung unter Verwendung des zustandsabhängigen Modells, das in Relation zu dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, wie in 13 gezeigt ist. Gemäß einer solchen Drehmomentsteuerung wird es möglich, ein Drehmoment gemäß der Eingabe abzugeben, die vorgegeben wird, wenn das Drehmoment der Brennkraftmaschine 10 gesteuert wird, und wird es daher möglich, das Ansprechverhalten vorzüglich zu verbessern. Die in 17A gezeigte Drehmomentsteuerung ist eine Drehmomentsteuerung, die für den ersten gewünschten Drehmomentwert Ti_f geeignet ist, der ein schnelles Ansprechverhalten erfordert.
Andererseits ist die in 17B gezeigte Drehmomentsteuerung eine Steuerung, die allgemein bei einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Mit einer solchen Drehmomentsteuerung ist es möglich, ein Drehmoment abzugeben, während die Verzögerung des Ansprechverhaltens der Brennkraftmaschine 10 bei der vorgegebenen Eingabe belassen wird, wenn das Drehmoment der Brennkraftmaschine 10 gesteuert wird. Somit ist es möglich, ein vorzügliches Drehmomentansprechverhalten zu erhalten, wenn ein zu schnelles Ansprechverhalten im Hinblick auf beispielsweise die Sicherstellung eines Fahrkomforts vermieden werden sollte. Die in 17B gezeigte Drehmomentsteuerung ist eine Drehmomentsteuerung, die für den zweiten gewünschten Drehmomentwert Ti_s geeignet ist, der ein langsames Ansprechverhalten erfordert.
Wenn beide von den zwei Drehmomentsteuerungen, wie vorstehend beschrieben ist, zur Verfügung gestellt werden, ist es möglich, den Fall zu behandeln, in dem das schnelle Ansprechverhalten ausschließlich erforderlich ist, nämlich mit der Verwendung der in 17A gezeigten Drehmomentsteuerung, und ist es möglich, den Fall zu behandeln, in welchem ein langsames Ansprechverhalten ausschließlich erforderlich ist, nämlich mit der Verwendung der in 17B gezeigten Drehmomentsteuerung.
Jedoch kann in Abhängigkeit von der Situation der Fall auftreten, dass sowohl das schnelle als auch das langsame Ansprechverhalten gleichzeitig erforderlich ist (nämlich in dem Fall, dass der erste gewünschte Drehmomentwert Ti_f und der zweite gewünschte Drehmomentwert Ti_s gemeinsam existieren, kann auftreten). Wenn sowohl der erste als auch der zweite gewünschte Drehmomentwert Ti_f und Ti_s gemeinsam existieren, wenn ein Verfahren verwendet wird, in dem der gewünschte Drosselventilöffnungsgrad θ_ref unabhängig für jeden der gewünschten Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s berechnet wird und die Berechnungsergebnisse dann summiert werden, ist es schwierig, ein Drehmoment zu erhalten, das die zwei gewünschten Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s korrekt wiedergibt, da die Variable K in Abhängigkeit von den gewünschten Drehmomentwerten Ti_f und Ti_s variiert.
18 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens, das zum Vermeiden des vorstehend beschriebenen Problems verwendet werden kann, und das zum Zweck des Vergleichs mit dem Verfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben wird, das in 20 gezeigt ist, wie später beschrieben wird. In der Konfiguration, die unter Bezugnahme auf 18 zum Zweck des Vergleichs beschrieben ist, ist ein Filter vorgesehen, der eine Verzögerung entsprechend der Verzögerung des Ansprechverhaltens der Brennkraftmaschine 10 als Reaktion auf die Eingabe des zweiten gewünschten Drehmomentwerts Ti_s aufträgt, der ein langsames Ansprechverhalten erfordert. In diesem Verfahren wird, wenn zwei gewünschte Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s gemeinsam existieren, der abschließende gewünschte Drehmomentwert trq_ref, der in die Zielwertsteuerung (FF-Steuerung) (inverses Modell) einzugeben ist, durch Summieren des ersten gewünschten Drehmomentwerts Ti_f und des zweiten gewünschten Drehmomentwerts Ti_s berechnet, der durch den Filter gelaufen ist. Unter Verwendung eines solchen Verfahrens ist es auch dann, wenn zwei gewünschte Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s gemeinsam existieren, möglich, die zwei gewünschten Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s unter Verwendung einer einzigen Drehmomentsteuerung zu behandeln. Wenn jedoch ein solches Verfahren verwendet wird, ist der Prozess zum Hindurchleiten des zweiten gewünschten Drehmomentwerts Ti_s durch den Filter, wie vorstehend beschrieben ist, notwendig und besteht ein Problem, dass die Berechnung zeitaufwendig wird.
19 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorteile, die erzielt werden, wenn die Drehmomentsteuerung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendet wird, die vorstehend beschrieben ist. Wenn die vorstehend beschriebene Drehmomentsteuerung des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet wird, ist es möglich, die FF-Steuerung in der Form der Übertragungsfunktion ((1 + αs)/K) unter Verwendung des zustandsabhängigen Koeffizienten α auszudrücken. Da die FF-Steuerung durch die Übertragungsfunktion ((1 + αs)/K) ausgedrückt wird, wird es möglich, den gewünschten Drehmomentwert in die FF-Steuerung durch separate Kanäle einzugeben, wobei in einem von diesen der Differenzialoperatorausdruck αs auf die Eingabe angewendet wird und in dem anderen von diesen der Differenzialoperatorausdruck αs nicht auf die Eingabe angewendet wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird dieser Vorteil eingesetzt und wird nur der erste gewünschte Drehmomentwert Ti_f, der das schnelle Ansprechverhalten erfordert, durch den Kanal geführt, in dem der Differenzialoperatorausdruck αs auf die Eingabe angewendet wird, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 20 beschrieben wird. Anders gesagt wird von dem ersten und dem zweiten gewünschten Drehmomentwert Ti_f und Ti_s nur der erste gewünschte Drehmomentwert Ti_f zum Gegenstand der Differenziation.
20 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Drehmomentsteuerung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Genauer gesagt wird, wie in 20 gezeigt ist, in diesem Ausführungsbeispiel nur der erste gewünschte Drehmomentwert Ti_f, der das schnelle Ansprechverhalten erfordert, durch den Kanal geführt, in dem der Differenzialoperatorausdruck αs auf die Eingabe angewendet wird, und wird die Summe des ersten gewünschten Drehmomentwerts Ti_f, der nicht durch den Kanal geführt wird, in dem der Differenzialoperatorausdruck αs auf die Eingabe angewendet wird, und des zweiten gewünschten Drehmomentwerts Ti_s zum dem differenzierten ersten gewünschten Drehmomentwert Ti_f addiert, um den abschließenden gewünschten Drehmomentwert trq_ref zu erhalten. Da der Koeffizient α eine Funktion ist, die von den gewünschten Drehmomentwerten Ti_f und Ti_s und der Kraftmaschinendrehzahl ne abhängt, kann der Koeffizient α nicht berechnet werden, bis die gewünschten Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s eingegeben werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird beim Berechnen des Koeffizienten α anstelle der Verwendung von nur dem ersten gewünschten Drehmomentwert Ti_f, der durch den Kanal geführt wird, in dem der Differenzialoperatorausdruck αs auf die Eingabe angewendet wird, die Summe von beiden gewünschten Drehmomentwerten Ti_f und Ti_s verwendet.
Gemäß der Drehmomentsteuerung, die in 20 gezeigt ist, wie vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, die FF-Steuerung in der Form der Übertragungsfunktion ((1 + αs) + K) auszudrücken, und daher ist es auch dann, wenn zwei gewünschte Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s, die unterschiedliche Ansprechverhalten erfordern, gleichzeitig eingegeben werden, möglich, nur den ersten gewünschten Drehmomentwert Ti_f, der das schnelle Ansprechverhalten erfordert, in die Gegenstände der Differenziation einzuschließen. Somit kann eine einzige Drehmomentsteuerung, die eine einfache Konfiguration hat, dieselbe Funktion wie die Drehmomentsteuerung, die in 17A gezeigt ist, für die Anforderung durchführen, die das schnelle Ansprechverhalten erfordert, und kann gleichzeitig dieselbe Funktion wie die in 17B gezeigte Drehmomentsteuerung für die Anforderung durchführen, die das langsame Ansprechverhalten erfordert. Demgemäß ist es möglich, den Fall zu behandeln, in dem zwei gewünschte Drehmomentwerte Ti_f und Ti_s, die unterschiedliche Ansprechverhalten erfordern, gleichzeitig eingegeben werden, während die Berechnungsbelastung der ECU 50 vorzüglich verringert wird.
Die 21A und 21B sind Zeitdiagramme zum Beschreiben von vorteilhaften Wirkungen, die erzielt werden, wenn die in 20 gezeigte Drehmomentsteuerung tatsächlich zum Steuern der Brennkraftmaschine 10 verwendet wird. Es ist anzumerken, dass die Wellenform, die als „Steuerung ohne Ansprechkompensation (A)” in den 21A und 21B bezeichnet ist, die Steuerung zeigt, die durchgeführt wird, wenn die vorstehend beschriebene Drehmomentsteuerung verwendet wird, die in 17B gezeigt ist. Die Wellenform, die als „Steuerung unter Verwendung des inversen Modells der Kraftmaschine (B)” in den 21A und 21B bezeichnet ist, zeigt die Steuerung, die durchgeführt wird, wenn die vorstehend beschriebene Drehmomentsteuerung verwendet wird, die in 17A gezeigt ist. Die Wellenform, die als „auf beide Fälle anwendbare Steuerung (C)” in den 21A und 21B bezeichnet ist, zeigt die Steuerung, die durchgeführt wird, wenn die vorstehend beschriebene Drehmomentsteuerung verwendet wird, die in 20 gezeigt ist.
Es kann aus den 21A und 21B entnommen werden, dass dann, wenn die Steuerung ohne Ansprechkompensation (A) verwendet wird, obwohl das System der Anforderung folgt, die das langsame Ansprechverhalten erfordert, das System nicht der Anforderung folgen kann, die das schnelle Ansprechverhalten erfordert. Es kann ebenso aus denselben Figuren entnommen werden, dass dann, wenn die Steuerung unter Verwendung des inversen Modells der Kraftmaschine (B) verwendet wird, das Drehmomentansprechverhalten zu rasch ist, da das System direkt die Anforderung erfüllt, die das schnelle Ansprechverhalten erfordert. Es kann jedoch aus denselben Figuren entnommen werden, dass dann, wenn die auf beide Fälle anwendbare Steuerung (C) unter Verwendung der in 20 gezeigten Drehmomentsteuerung verwendet wird, beide Anforderungen, die das schnelle und das langsame Ansprechverhalten erfordern, vorzüglich erfüllt werden können.
Die 22A und 22B sind Zeitdiagramme zum Beschreiben der vorteilhaften Wirkungen, die erzielt werden, wenn die in 20 gezeigte Drehmomentsteuerung tatsächlich zum Steuern der Brennkraftmaschine 10 verwendet wird. Die Einlasssystemmodelle des vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiels werden in der Form des Verzögerungselements erster Ordnung ausgedrückt. Jedoch kann die Drehmomentsteuerung dieses Ausführungsbeispiels, das in 20 gezeigt ist, auf demselben Weg nicht nur in dem Fall des Verzögerungssystems erster Ordnung realisiert werden, sondern ebenso in dem Fall eines anderen Systems, wie z. B. einem Verzögerungssystem zweiter Ordnung. Die 22A und 22B sind Diagramme zum Beschreiben der vorteilhaften Wirkungen, die erzielt werden, wenn die Erfindung zum Steuern einer Brennkraftmaschine angewendet wird, bei der das Einlasssystemmodell in der Form der Verzögerung zweiter Ordnung ausgedrückt ist.
Es kann aus den 22A und 22B entnommen werden, dass auch dann, wenn das Einlasssystemmodell in der Form der Verzögerung zweiter Ordnung ausgedrückt wird, beide Anforderungen, die das schnelle bzw. das langsame Ansprechverhalten erfordern, unter Verwendung der Drehmomentsteuerung dieses Ausführungsbeispiels, das in 20 gezeigt ist, vorzüglich erfüllt werden.
Während die verschiedenartigen Elemente der offenbarten Erfindung in den verschiedenartigen beispielhaften Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, sind zusätzlich andere Kombination und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzigen Element ebenso innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Fahrzeugsteuervorrichtung zum Berechnen eines gewünschten Werts einer Stellgröße eines Stellglieds, das in einem Fahrzeug installiert ist, unter Verwendung eines Modellausdrucks, der Ableitungsanteile aufweist, wobei in jedem von diesen einer von vorbestimmten Parametern, die eingegeben werden, nach der Zeit differenziert wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die vorbestimmten Parameter in eine erste Parametergruppe, zu der ein Teil der vorbestimmten Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die höher als eine erste Frequenz ist, und eine zweite Parametergruppe aufgeteilt sind, zu der der verbleibende Teil der vorbestimmten Parameter gehört, die mit einer Frequenz oszillieren, die niedriger als eine zweite Frequenz ist, die niedriger als die erste Frequenz ist; und wobei nur der verbleibende Teil der vorbestimmten Parameter, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, in den Gegenständen der Differenziation in dem Modellausdruck enthalten sind, wobei in dem Modellausdruck ein gewünschter Drosselöffnungsgrad unter Verwendung einer Übertragungsfunktion einer Zielwertsteuerung berechnet wird.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei in dem Modellausdruck jeder Ableitungsanteil der vorbestimmten Parameter der ersten Parametergruppe an Null angenähert wird.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Modellausdruck jeder Ableitungsanteil, in dem einer des Teils der vorbestimmten Parameter, die zu der ersten Parametergruppe gehören, nach der Zeit differenziert wird, in ein Produkt eines ersten Ableitungsanteils, in dem der eine des Teils der vorbestimmten Parameter, die zu der ersten Parametergruppe gehören, nach einem des verbleibenden Teils der vorbestimmten Parameter, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, differenziert wird, und einem zweiten Ableitungsanteil umgewandelt wird, in dem der eine des verbleibenden Teils der vorbestimmten Parameter, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, nach der Zeit differenziert wird, wobei die Parameter, die zu der ersten Parametergruppe gehören, von den Gegenständen der Differentiation ausgeschlossen sind.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei einer der vorbestimmten Parameter, die zu der ersten Parametergruppe gehören, eine Kraftmaschinendrehzahl ist.
Fahrzeugsteuervorrichtung, die einen Modellausdruck verwendet, dessen Eingaben vorbestimmte Parameter und eine gewünschte Regelgröße eines geregelten Objekts in einem Fahrzeug aufweisen, um einen gewünschten Wert einer Stellgröße eines Stellglieds, das in einem Fahrzeug installiert ist, zu berechnen, der erforderlich ist, um das geregelte Objekt auf die gewünschte Regelgröße zu steuern, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Modellausdruck die gewünschte Regelgröße in den Gegenständen der Differenziation enthalten ist und von den vorbestimmten Parametern jeder Parameter, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als eine vorbestimmte Frequenz ist, von den Gegenständen der Differenziation ausgeschlossen ist, wobei in dem Modellausdruck ein gewünschter Drosselöffnungsgrad unter Verwendung einer Übertragungsfunktion einer Zielwertsteuerung berechnet wird.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei in dem Modellausdruck jeder Ableitungsanteil, in dem einer der vorbestimmten Parameter, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als die vorbestimmte Frequenz ist, nach der Zeit differenziert wird, an Null angenähert wird.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Modellausdruck als inverse Funktion eines Ausdrucks erhalten wird, mit dem die gewünschte Regelgröße berechnet wird, indem die gewünschte Stellgröße des Stellglieds, das in dem Fahrzeug installiert ist, in ein Verzögerungsglied erster Ordnung eingegeben wird, wobei eine Zeitkonstante zumindest einen Teil der vorbestimmten Parameter enthält.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei in dem Modellausdruck, das, was mit der Zeitkonstanten multipliziert wird und daher in den Gegenständen der Differenziation enthalten ist, auf die gewünschte Regelgröße beschränkt ist.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die gewünschte Regelgröße ein gewünschter Drehmomentwert oder ein gewünschter Zylinderinnenluftmengenwert einer Brennkraftmaschine ist.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die gewünschte Regelgröße einen ersten gewünschten Drehmomentwert, der von dem Stellglied ein Ansprechverhalten innerhalb einer ersten Ansprechzeit erfordert, und einen zweiten gewünschten Drehmomentwert enthält, der von dem Stellglied ein Ansprechverhalten innerhalb einer zweiten Ansprechzeit erfordert, die länger als die erste Ansprechzeit ist, und wobei die Fahrzeugsteuervorrichtung eine abschließende gewünschte Regelgröße durch Differenzieren von nur dem ersten gewünschten Drehmomentwert der gewünschten Regelgröße und dann durch Bilden der Summe einer so erhaltenen Ableitung des ersten gewünschten Drehmomentwerts und des zweiten gewünschten Drehmomentwerts erzeugt.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei einer der vorbestimmten Parameter, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als die vorbestimmte Frequenz ist, eine Kraftmaschinendrehzahl ist.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Stellglied, das in dem Fahrzeug installiert ist, ein Drosselventil ist, das in einem Einlassdurchgang einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und durch einen Motor angetrieben wird.
Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 5, wobei die Übertragungsfunktion des Modellausdrucks (1 + αs)/K ist.
Verfahren zum Regeln eines gewünschten Werts einer Stellgröße eines Stellglieds, das in einem Fahrzeug installiert ist, mit Folgendem: Aufnehmen von vorbestimmten Parametern; Teilen der vorbestimmten Parameter in eine erste Parametergruppe, zu der die Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die höher als eine erste Frequenz ist, und in eine zweite Parametergruppe, zu der die Parameter gehören, die mit einer Frequenz oszillieren, die niedriger als eine zweite Frequenz ist, die niedriger als die erste Frequenz ist; und Differenzieren der Parameter, die zu der zweiten Parametergruppe gehören, nach der Zeit, wobei in einem Modellausdruck ein gewünschter Drosselöffnungsgrad unter Verwendung einer Übertragungsfunktion einer Zielwertsteuerung berechnet wird.
Verfahren zum Regeln eines gewünschten Werts einer Stellgröße eines Stellglieds, das in einem Fahrzeug installiert ist, mit Folgendem: Aufnehmen vorbestimmter Parameter und einer gewünschten Regelgröße eines geregelten Objekts in einem Fahrzeug; Einschließen der gewünschten Regelgröße in die Gegenstände einer Differenziation; und Ausschließen jedes Parameters von den vorbestimmten Parametern, der mit einer Frequenz oszilliert, die höher als eine vorbestimmte Frequenz ist, von den Gegenständen der Differenziation, wobei in einem Modellausdruck ein gewünschter Drosselöffnungsgrad unter Verwendung einer Übertragungsfunktion einer Zielwertsteuerung berechnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei die Übertragungsfunktion des Modellausdrucks (1 + αs)/K ist.