DE112011105516T5

DE112011105516T5 - Sliding-Mode-Steuerung und Steuerungseinrichtung eines internen Verbrennungsmaschinensystems

Info

Publication number: DE112011105516T5
Application number: DE112011105516.1T
Authority: DE
Inventors: Akiyuki Iemura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2014-04-24
Also published as: JP5737537B2; JPWO2013021453A1; US9518515B2; CN103732895A; CN103732895B; US20140207361A1; WO2013021453A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sliding-Mode-Steuereinrichtung zum Steuern eines gesteuerten Objektsystems unter Verwendung der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine interne Verbrennungsmaschinensystemsteuerungseinrichtung zum Steuern eines internen Verbrennungsmaschinensystems unter Verwendung der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung zum Lernen eines Adaptivgesetzeingabeausdrucks, um so einen Offset eines Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks in der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung zu dem Adaptivgesetzeingabeausdruck zu transferieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sliding-Mode-(Gleitmodus)-Steuerung zum Steuern eines gesteuerten Objektsystems unter Verwendung einer adaptiven Sliding-Mode-Steuerung. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Steuerungseinrichtung eines internen Verbrennungsmaschinensystems zum Steuern eines internen Verbrennungsmaschinensystems (das eine interne Verbrennungsmaschine und Einrichtungen enthält, die an der Maschine installiert sind) unter Verwendung der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich wurde die Sliding-Mode-Steuerung vielfach auf verschiedene Systeme angewendet. Die Sliding-Mode-Steuerung ist eine Rückkopplungssteuerungstechnik eines variablen Strukturtyps, um zunächst eine Hyperebene (eine Schalthyperebene) zu strukturieren, die durch eine Schaltfunktion ausgedrückt wird, um dann eine Zustandsvariable eines gesteuerten Objekts auf der Hyperebene durch eine Erreichbarkeitsgesetzeingabe (reaching law input) (einen Erreichbarkeitsmodus (reaching mode)) zu konvergieren, und um dann die Zustandsvariable auf einen vorbestimmten Punkt durch eine äquivalente Steuerungseingabe zu konvergieren, während die Zustandsvariable auf der Hyperebene festgehalten wird (einem Sliding-Mode (Gleitmodus)). Die Schaltfunktion ist eine lineare Funktion, die die Zustandsvariable des gesteuerten Objekts als eine Variable enthält.
In dieser Sliding-Mode-Steuerung wird, wenn die Zustandsvariable einmal auf der Hyperebene konvergiert ist, die Zustandsvariable stabil auf einen vorbestimmten Gleichgewichtspunkt (Konvergenzpunkt) auf der Hyperebene konvergiert, während die Zustandsvariable durch die kleine Störung usw. beeinflusst wird. Natürlich wird die Zustandsvariable durch die Störung usw. beeinflusst, bis die Zustandsvariable auf der Hyperebene konvergiert ist (d. h. in dem Erreichbarkeitsmodus (Reaching Mode)).
Herkömmlich wurde eine adaptive Sliding-Mode-Steuerung vielfach auf verschiedene Systeme angewendet. Die adaptive Sliding-Mode-Steuerung verwendet eine Adaptivgesetzeingabe (adaptiv law input) (eine Eingabe, die von einer Zeitintegration der Schaltfunktion abhängt) zusätzlich zu der Erreichbarkeitsgesetzeingabe in der normalen Sliding-Mode-Steuerung, um die Zustandsvariable auf der Hyperebene zu konvergieren. Diese Verwendung der Adaptivgesetzeingabe entspricht im Wesentlichen der Bewegung der Hyperebene selbst. Durch Verwendung einer solchen adaptiven Sliding-Mode-Steuerung kann die Konvergenz der Zustandsvariable auf einen Zielwert mit einer hohen Stabilität realisiert werden.
Die Sliding-Mode-Steuerung und die adaptive Sliding-Mode-Steuerung sind wohl bekannt und z. B. im Detail in ”SLIDING MODE CONTROL – DESIGN THEORY OF NON-LINEAR ROBUST CONTROL” von KENZO NONAMI und KOKI DEN (CORONA PUBLISHING CO., LTD. 1994) beschrieben. Bezüglich der Beispiele der Anwendung der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung auf die Steuerung eines internen Verbrennungsmaschinensystems mit einem Fahrzeug (z. B. einer Luftgemischverhältnismischung, einer EGR-Steuerung, einer Ventilsteuerung, einer Bremssteuerung, einer Schaltungssteuerung usw.) sei z. B. auf die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 3261038 (die nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-273440 ), die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 3261059 (die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-324681 ), die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 3819257 (die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-364430 ), die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4145520 (die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-155938 ), die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4263448 (die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-114764 ), US-Patent Nr. 5,845,491 , und die US-Patent Nr. 7,813,867 , usw. verwiesen.
REFERENZLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 3261038 (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-273440 )
Patentliteratur 2: geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 3261059 (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-324681 )
Patentliteratur 3: geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 3819257 (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-364430 )
Patentliteratur 4: geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4145520 (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-155938 )
Patentliteratur 5: geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4263448 (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-114764 )
Patentliteratur 6: US-Patent Nr. 5,845,491
Patentliteratur 7: US-Patent Nr. 7,813,867 .

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In diesem Typ von herkömmlichen Einrichtungen wird die Abweichung des letztendlichen Konvergenzwertes der Zustandsvariablen, die aus dem individuellen Unterschied usw. des Systems herrührt, in dem Adaptivgesetzeingabeausdruck (adaptive law input term) absorbiert. Deswegen unterscheidet sich die Konvergenzgeschwindigkeit der Zustandsvariabel auf der Hyperebene abhängig von dem System. Deswegen hat dieser Typ einer herkömmlichen Einrichtung Raum für eine Verbesserung bezüglich der Folgefähigkeit (followability) der Zustandsvariable zu dem Zielwert. Die Erfindung ist darauf gerichtet, solch ein Problem zu lösen.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung zum Lernen eines Adaptivgesetzeingabeausdrucks, um so eine Verschiebung (Offset) eines Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks in der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung zu einem Adaptivgesetzeingabeausdruck zu transferieren.
In der Einrichtung der Erfindung, die solch einen Aufbau aufweist, wird der Offset zu dem Adaptivgesetzeingabeausdruck transferiert (oder geschaltet oder umgeschaltet), wenn der Offset in dem Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck aufgrund des individuellen Unterschieds usw. des Systems auftaucht. Dadurch wird die Vibrationsbewegung des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks soweit wie möglich eingeschränkt, und dadurch wird die Vibrationsbewegung des gesteuerten Objektsystems (des internen Verbrennungsmaschinensystems usw.) soweit wie möglich eingeschränkt. Dadurch kann gemäß dieser Erfindung die hohe Folgefähigkeit der Zustandsvariable, die eine gesteuerte Objektvariable in dem gesteuerten Objektsystem (als die konkrete Variable in dem internen Verbrennungsmaschinensystem: ein Turboladerdruck usw.) ist, zu dem Zielwert erhalten werden.
Die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung kann den Adaptivgesetzeingabeausdruck jeweils für ein Betriebsgebiet des gesteuerten Objektsystems (als das konkrete Beispiel in dem internen Verbrennungsmaschinensystem: die Maschinengeschwindigkeit, die Maschinenlast usw.) lernen. Dadurch kann, selbst wenn der Einfluss des individuellen Unterschieds des Systems sich mit dem Betriebszustand des gesteuerten Objektsystems ändert, die hohe Folgefähigkeit der Zustandsvariable zu dem Zielwert erhalten werden.
Insbesondere kann eine Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte bereitgestellt werden, die von Parametern abhängt, die den Zustand des gesteuerten Objektsystems ausdrücken, die verschieden von den Parametern sind, die das Betriebsgebiet (als das konkrete Beispiel in dem internen Verbrennungsmaschinensystem: die Kühlwassertemperatur, die Umgebungstemperatur usw.) definieren. In diesem Fall wird der Adaptivgesetzeingabeausdruck durch Aktualisieren der jeweiligen Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte abhängig von den Betriebsgebieten gelernt.
In dem Fall, in dem die Parameter Korrekturwerten für das Steuerungsziel in dem gesteuerten Objektsystem entsprechen, kann die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung den Offset zu der Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte abhängig von der Größenbeziehung zwischen den Korrekturwerten transferieren. Das heißt, als das konkrete Beispiel in dem internen Verbrennungsmaschinensystem kann zum Beispiel in dem Fall, dass der Zielwert der EGR-Rate korrigiert wird, abhängig von der Kühlwassertemperatur, der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-2122 usw.) die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung den Offset an eine Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für eine Basiskühlwassertemperatur, eine Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für eine Basisumgebungstemperatur und eine Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für einen Basisumgebungsdruck abhängig von der Größenbeziehung zwischen einem Kühlwassertemperaturkorrekturwert, einem Umgebungstemperaturkorrekturwert und einem Umgebungsdruckkorrekturwert relativ zu der Ziel-EGR-Rate (z. B. einem Verhältnis von Abweichungen relativ zu einem Wert in einem Basiszustand) anpassen (verteilen). Dadurch kann die hohe Folgefähigkeit der Zustandsvariable zu dem Zielwert selbst in dem Fall erhalten werden, dass ein Befehlszustand (ein Befehlswert) relativ zu verschiedenen manipulierten Objekten, die in dem gesteuerten Objektsystem bereitgestellt sind, sich in dem stationären Zustand ändert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die einen allgemeinen Aufbau eines internen Verbrennungsmaschinensystems zeigt, das ein gesteuertes Objektsystem ist, auf das ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Blockdiagrammansicht einer Steuerungseinheit, die das Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist, die in 1 gezeigt ist.
3 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben einer kurzen Zusammenfassung einer Aktivierung des Ausführungsbeispiels.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Prozesses zeigt, der durch die Steuerungseinheit durchgeführt wird, die in 1 und 2 gezeigt ist.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Prozesses zeigt, der durch die Steuerungseinheit, die in 1 und 2 gezeigt ist, durchgeführt wird.
MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es soll bemerkt werden, dass verschiedene Änderungen (Modifikationen), die auf das Ausführungsbeispiel angewendet werden können, in dem letzten Teil der Beschreibung beschrieben werden, weil das konsistente Verstehen der Beschreibung des Ausführungsbeispiels gestört werden kann, wenn die Änderungen in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels beschrieben werden.
Aufbau
1 ist eine Ansicht, die einen generellen Aufbau eines internen Verbrennungsmaschinensystems 1 zeigt, das ein gesteuertes Objektsystem ist, auf das ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung angewendet wird.
In diesem Ausführungsbeispiel weist das interne Verbrennungsmaschinensystem 1 eine interne Verbrennungsmaschine 2, Aufnahme- und Abgassysteme 3 und 4, die mit der Maschine 2 verbunden sind, ein EGR-System 5, das zwischen den Aufnahme- und Abgassystemen 3 und 4 bereitgestellt ist (EGR steht für ”Abgasrückführung”) und einen Turbolader 6 auf. Eine Steuerungseinheit 7 dieses Ausführungsbeispiels ist so bereitgestellt, dass sie einen Betrieb des Systems 1 steuert.
Zubehörteile oder ähnliches wie z. B. ein Drosselventil 31, einen Zwischenkühler 32 usw. und verschiedene Sensoren wie z. B. Sensoren 33 und 34 usw. zum Erfassen einer EGR-Rate, eines Turboladerdrucks (einem Druck in einer Aufnahmeleitung) etc. sind in dem Aufnahmesystem 3 bereitgestellt. Es sind auch die Zubehörteile oder Ähnliches, wie eine Abgasreinigungseinrichtung (ein Katalysator) usw. nicht gezeigt, und die Sensoren oder Ähnliches sind in dem Abgassystem 4 bereitgestellt.
Das EGR-System 5 hat eine EGR-Passage 51, ein EGR-Ventil und einen EGR-Kühler 53. Die EGR-Passage 51 ist bereitgestellt, um das Abgassystem 4 auf der Maschinen-2-Seite einer unten beschriebenen Turbine 61 (stromaufwärtige Seite in der Abgasfließrichtung) mit dem Aufnahmesystem 3 auf der Maschinen-2-Seite des Drosselventils 31 (Stromabwärtsseite in der Luftaufnahmefließrichtung) zu verbinden. Das EGR-Ventil 52 ist in der EGR-Passage 51 so bereitgestellt, dass es einen Fließzustand des Abgases in der EGR-Passage 51 (einer Einführmenge des Abgases, das aus der Maschine 2 entladen wird, zu dem Aufnahmesystem 3) steuert. Der EGR-Kühler 53 ist in der EGR-Passage 51 so bereitgestellt, dass er das Abgas, das durch die EGR-Passage 51 fließt, kühlt.
Der Turbolader 6 hat eine Turbine 61, Flügel 62, einen Kompressor 63, und eine Achse 64. Die Turbine 61 ist auf der Maschinen-2-Seite der oben erwähnten nicht gezeigten Abgasreinigungseinrichtung in dem Abgassystem 4 bereitgestellt (stromaufwärtige Seite in der Abgasfließrichtung). Der Turbolader 6 dieses Ausführungsbeispiels ist ein Turbolader mit variablen Flügeln und die Flügel 62 sind so gegenüber der Turbine 61 bereitgestellt, dass sie die Flussrate des Abgases variieren, das in die Turbine 61 bläst. Der Kompressor 63 ist oberhalb des Drosselventils 31 und des Zwischenkühlers 32 in dem Aufnahmesystem 3 in der Aufnahmeluftfließrichtung bereitgestellt. Die Turbine 61 und der Kompressor 63 sind miteinander durch die Achse 64 verbunden.
Die Steuerungseinheit 7 (im Weiteren als ECU 7 bezeichnet) ist ein Mikrocomputer, der einen Prozessor (CPU: Zentrale Verarbeitungseinheit), ein RAM (Zufallszugriffsspeicher), ein ROM (Nurlesespeicher), ein Flash Memory (ein wieder beschreibbarer nichtflüchtiger Speicher), eine A/D-Umwandlungsschaltung, eine D/A-Umwandlungsschaltung, usw. aufweist. Die ECU 7 ist elektrisch mit den oben erwähnten verschiedenen Sensoren und Ähnlichem verbunden, um verschiedene Parameter wie z. B. die EGR-Rate, den Turboladungsdruck (den Druck in der Aufnahmeleitung), eine Maschinengeschwindigkeit, eine Gaspedaländerungsmenge, die Kühlwassertemperatur, eine Aufnahmelufttemperatur, die Umgebungstemperatur, den Umgebungsdruck usw. zu erhalten. Die ECU 7 ist elektrisch auch mit einem beeinflussten Teil (kann auch als ein betriebener Teil oder ein beeinflusstes Objekt bezeichnet werden) wie z. B. dem Drosselventil 31, dem EGR-Ventil 52, den Flügeln 62 usw. zum Steuern des Betriebszustands des internen Verbrennungsmaschinensystems 1 verbunden.
Die ECU 7, die ein Ausführungsbeispiel der Sliding-Mode-Steuerung und der internen Verbrennungsmaschinensystemsteuerungseinrichtung dieser Erfindung ist, ist konfiguriert zu veranlassen, dass die CPU eine Routine (Programm), eine Tabelle (Karte) usw. liest, die vorher in dem ROM gespeichert wurden, und die Routine durchführt, um den Betrieb der oben erwähnten beeinflussten Teile auf der Basis der verschiedenen Parameter zu steuern, die von den oben erwähnten verschiedenen Sensoren und Ähnlichem erhalten wurden. Insbesondere ist in diesem Ausführungsbeispiel die ECU 7 konfiguriert, die EGR-Rate und den Turboladungsdruck (den Druck in der Aufnahmeleitung) unter Verwendung der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung zu steuern.
2 ist eine Blockdiagrammansicht der ECU 7, die in 1 gezeigt ist. Wie in 2 gezeigt, hat die ECU 7 einen Äquivalentsteuerungseingabeausdruckerzeugungsteil 71, ein Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruckerzeugungsteil 72, ein Adaptivgesetzeingabeausdruckerzeugungsteil 73, und ein Adaptivgesetzeingabeausdrucklernteil 74.
Der Äquivalentsteuerungseingabeausdruckerzeugungsteil 71 ist konfiguriert, einen Äquivalentsteuerungseingabeausdruck (der als ein linearer Eingabeausdruck oder ein linearer Ausdruck bezeichnet werden kann) U_eq zu erzeugen, der einer der Steuerungseingaben U ist, die an das beeinflusste Teil zu geben sind. Der Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruckerzeugungsteil 72 ist konfiguriert, einen Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck (der auch als ein nichtlinearer Eingabeausdruck oder als ein nichtlinearer Ausdruck bezeichnet werden kann) U_nl zu erzeugen, der einer der Steuerungseingaben U ist. Der Adaptivgesetzeingabeausdruckerzeugungsteil 73 ist konfiguriert, einen Adaptivgesetzeingabeausdruck zu erzeugen (der auch als ein adaptiver Ausdruck bezeichnet werden kann) U_map, der einer der Steuerungseingaben U ist. Der Adaptivgesetzeingabeausdrucklernteil 74 ist konfiguriert, den Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map durch Transferieren eines Offsets des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_nl an den Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map zu lernen.
Zusammenfassung eines Betriebs
Unten wird die Zusammenfassung des Betriebs der ECU 7 dieses Ausführungsbeispiels unter Verwendung von 1 und 2 und soweit notwendig, mathematischen Ausdrücken beschrieben.
Die ECU 7 bestimmt eine benötigte Treibstoffinjiziermenge auf der Basis der verschiedenen Parameter, die von den oben erwähnten Sensoren und Ähnlichem erhalten wurde. Als nächstes setzt die ECU 7 eine Ziel-EGR-Rate und einen Zielturboladungsdruck zumindest auf der Basis der Maschinengeschwindigkeit und der benötigten Treibstoffinjektionsmenge. Kartendaten, die den jeweiligen einzustellenden Zielwert abhängig von der Maschinengeschwindigkeit und der benötigten Treibstoffinjektionsmenge zeigen, sind vorher in dem ROM oder dem Flash Memory der ECU 7 gespeichert. Die ECU 7 durchsucht die Karte unter Verwendung der Maschinengeschwindigkeit und der benötigten Treibstoffinjektionsmenge als Schlüssel und erhält die Zielwerte der EGR-Rate und des Turboladungsdrucks.
Danach erhält (erfasst) die ECU 7 den vorliegenden Wert der EGR-Rate und des Turboladungsdrucks auf der Basis von Signalen, die von den Sensoren 33 und 34 ausgegeben werden. Dann berechnet die ECU 7 beeinflusste Mengen (Öffnungsgrade) des EGR-Ventils 52, der Flügel 62 und des Drosselventils 31 von der Abweichung zwischen den vorliegenden Werten und Zielwerten von jeder der gesteuerten Menge, und gibt Steuerungssignale, die jeweils der beeinflussten Menge entsprechen an die manipulierten Teile, um die EGR-Rate und den Turboladungsdruck zu steuern.
3 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben der Zusammenfassung des Betriebs dieses Ausführungsbeispiels. In 3 zeigt die Abszisse die Zeit (die abgelaufene Zeit). In 3 zeigen die durchgezogenen Linien in (1) tatsächliche Änderungen der gesteuerten Objektmengen (des Turboladungsdrucks usw.) und die strichpunktierten Linien zeigen die Zielwerte. Die durchgezogenen Linien in (2) zeigen Änderungen der Äquivalentsteuerungseingabeausdrücke (lineare Eingabeausdrücke) U_eq in der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung, die durchgezogenen Linien in (3) zeigen Änderungen der Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrücke (der nichtlinearen Eingabeausdrücke) U_nl und die durchgezogenen Linien in (4) zeigen die Änderungen der Adaptivgesetzeingabeausdrücke (der adaptiven Ausdrücke) U_map. (i) zeigt die Änderungen bevor der Adaptivgesetzausgabeausdruck gelernt ist, und (ii) zeigt die Änderungen, nachdem der Adaptivgesetzeingabeausdruck gelernt ist. Die Inhalte der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung sind zur Zeit der Einreichung dieser Anmeldung wohl bekannt (z. B. bezieht man sich auf die oben erwähnten Veröffentlichungen), jedoch wird zur Sicherheit eine Zusammenfassung davon später beschrieben.
Wie in (i) von 3 gezeigt, kann ein Offset (siehe ΔU_{nl_ss}) in den Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrücken U_nl aufgrund des individuellen Unterschieds usw. des Systems erzeugt werden. Es wird angenommen, dass dies aufgrund der folgenden Gründe ist. In der normalen (herkömmlichen) adaptiven Sliding-Mode-Steuerung wird der Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map auf der Basis des Konvergenzwerts der gesteuerten Objektmenge in dem nominalen Modell eingestellt. Deswegen ist die Abweichung des letztendlichen Konvergenzwerts der gesteuerten Objektmenge, die von dem individuellen Unterschied usw. des Systems abgeleitet wird, durch den Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map absorbiert.
Wie oben beschrieben, ändert sich die Konvergenzeigenschaft der gesteuerten Objektmenge auf der Hyperebene, wenn der Offset in dem Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck U_nl aufgrund des individuellen Unterschieds usw. des Systems auftritt, abhängig von dem individuellen Unterschied usw. des Systems und der Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck U_nl verhält sich schwingend. Als ein Ergebnis, wie in 3 gezeigt, ändert sich die gesteuerte Objektmenge auch schwingend.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map so gelernt, dass er den Offset ΔU_nl-ss des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_nl zu dem Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map transferiert (schaltet oder umschaltet) (siehe ΔU_map in der Figur). Dann wird der Offset in dem Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck U_nl weggelassen, wie in (ii) von 3 gezeigt, und die Betriebseigenschaft des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_nl wird stabilisiert. Dadurch kann die stabile Folgefähigkeit der gesteuerten Objektmenge zu dem Zielwert erhalten werden.
Unten werden zusätzlich die adaptiv Sliding-Mode-Steuerung der EGR-Rate und des Turboladungsdrucks beschrieben (soweit nötig, beziehe man sich z. B. auf die nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichungen Nrn. 2010-229968 , 2010-229974 , 2011-111966 usw.).
In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass eine 3-Eingaben-2-Ausgaben-Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird, in der die EGR-Rate y₁ und der Turboladungsdruck (der Druck in der Aufnahmeleitung) y₂ die Steuerungsausgabevariablen (der Ausgabevektor Y) und der Öffnungsgrad u₁ des EGR-Ventils 52, der Öffnungsgrad u₂ des Flügels 62 des variablen Turboladers, und der Öffnungsgrad u₃ des Drosselventils 31 der Steuerungseingabevektor U sind. Wie durch die folgende Zustandsgleichung (den mathematische Ausdruck 1) gezeigt, soll bemerkt werden, dass dieses Ausführungsbeispiel so konfiguriert ist, dass der Zustandsvariablenvektor X direkt aus dem Ausgabevektor Y realisiert werden kann (d. h., das Objekt, das direkt zu steuern ist, ist die durch die verschiedenen Sensoren oder Ähnliches, wie den Sensoren 33 und 34 usw. erfassbare Menge). Dadurch wird der Zustandsschätzbeobachter nicht benötigt, und das Abnehmen der Steuerungseigenschaft aufgrund der geschätzten Abweichung unter Verwendung dieses Beobachters kann vermieden werden. Die Zustandsgleichung und die Ausgabegleichung sind die folgenden Gleichungen (der mathematische Ausdruck 1).
[Mathematischer Ausdruck 1]

Ẋ = AX + BU
Y = CX

In den obigen Gleichungen ist die Matrix C eine bereits bekannte Matrix (in diesem Beispiel ist die Matrix die Einheitsmatrix). Die Anlage wird wie folgt modelliert (das nominale Modell wird identifiziert). Die Werte der EGR-Rate und des Turboladungsdrucks werden beobachtet, während die Öffnungsgrade durch Eingaben der M-Sequenz-Signale von verschiedenen Frequenzen in das EGR-Ventil 52, die Flügel 62 und das Drosselventil 31 beeinflusst werden. Auf der Basis der Eingabe- und Ausgabedaten werden in diesem Fall die Matrizen A und B in der Zustandsgleichung (dem mathematischen Ausdruck 1) identifiziert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das ”nominale Modell” das Modell, das das Verhalten der EGR-Rate und des Turboladungsdrucks (des Drucks in der Aufnahmeleitung) modelliert, wenn die Betriebszustände des EGR-Ventils 52, der Flügel 62 und des Drosselventils 31 unter Verwendung der Zustandsgleichung bezüglich des EGR-Ventils 52, der Flügel 62 und des Drosselventils 31 gesteuert werden. Das Modell, das die gegenseitigen Beeinflussungen der gesteuerten Mengen betrachtet, kann dadurch strukturiert werden, dass die M-Sequenz-Signale, die in das EGR-Ventil 52, die Flügel 62 und das Drosselventil 31 eingegeben werden, zueinander unkorreliert gemacht werden.
Die Designprozedur der Sliding-Mode-Steuerung in der ECU 7 (siehe 2: im Weiteren wird sie der Einfachheit halber als Sliding-Mode-Steuerung bezeichnet) enthält das Design der Hyperebene und das Design der nichtlinearen Schalteingabe zum Festlegen der Zustandsvariable auf der Hyperebene, wie es wohlbekannt ist. Wenn ein neuer Zustandsvariablenvektor X_e durch Hinzufügen eines Vektors Z zu dem Anfangszustandsvariablenvektor X erhalten wird, um so ein Typ-1-Servosystem zu strukturieren, wird eine angereicherte Zustandsgleichung erhalten, die durch die folgende Gleichung (die mathematische Gleichung 2) erhalten wird. Der Vektor Z hat die Integrationswerte der Abweichung zwischen dem Zielwertvektor R (der den Zielwert der EGR-Rate und den Zielwert des Turboladungsdrucks als Elemente hat) und den Ausgabevektor Y als Elemente. Die Zustandsvariable x_e = [x_e1, x_e2, x_e3, x_e4]^T enthält die Zeitintegrationen x_e1, x_e2 der Abweichung zwischen der Steuerungsausgabe Y und dem Zielwert R und die Steuerungsausgabe Y selbst x_e3, x_e4 als Komponenten. Die Zustandsvariable x_e3 ist die EGR-Rate y₁ selbst und die Zustandsvariable x_e4 ist der Turboladungsdruck y₂ selbst. [Mathematischer Ausdruck 2]
wobei
In Bezug auf den Stabilitätsspielraum wird die Designtechnik, die einen Nullpunkt des Systems nutzt, für das Design der Hyperebene benutzt. Das heißt, die Hyperebene wird so designed, dass sie das Äquivalentsteuerungssystem stabilisiert, wenn das angereicherte System der oben erwähnten Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 2) den Sliding-Mode erzeugt. Wenn die Schaltfunktion σ durch die folgende Gleichung (den mathematische Ausdruck 3) definiert wird, werden σ = 0 und die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 4) für den Fall festgelegt, dass der Zustand in der Hyperebene festgelegt ist.
[Mathematischer Ausdruck 3]

σ = SX_e

[Mathematischer Ausdruck 4]

σ . = Sx_e = S(A_eX_e + B_eU + E_eR) = 0

Dadurch ist die Äquivalentsteuerungseingabe (die lineare Eingabe), wenn der Sliding-Modus auftritt, die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 5).
[Mathematischer Ausdruck 5]

U_eq = –(SB_e)^–1(SA_eX_e + SE_eR)

Wenn die Äquivalentsteuerungseingabe der vorhergehenden Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 5) in der angereicherten Zustandsgleichung (dem mathematischen Ausdruck 2) ersetzt wird, wird das Äquivalentsteuerungssystem der folgenden Gleichung (des mathematischen Ausdrucks 6) erhalten.
[Mathematischer Ausdruck 6]

Ẋ_e = (A_e – B_e(SB_e)^–1SA_e)X_e – (E_e – B_e(SB_e)^–1SE_e)R

Das Design der Hyperebene, um das Äquivalentsteuerungssystem zu stabilisieren, und das Design des Systems, das den Zielwert R ignoriert, sind äquivalent zueinander, und deswegen wird die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 7) aufgestellt.
[Mathematischer Ausdruck 7]

Ẋ_e = (A_e – B_e(SB_e)^–1SA_e)X_e

Die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 8) wird erhalten, wenn der Rückkopplungsgewinn durch Verwenden der optimalen Steuerungstheorie unter Betrachtung der Stabilität ε relativ zu der oben erwähnten Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 7) erhalten wird, und sie als eine Hyperebene verwendet wird.
[Mathematischer Ausdruck 8]

S = B_e ^TP_s

Die Matrix P_s ist die positiv definierte Lösung der folgenden Riccati-Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 9).
[Mathematischer Ausdruck 9]

P_sA_e' + A_e'^TP_s – P_sB_eR_s ^–1B_e ^TP_s + Q_s = 0
A_e' = A_e + ε
Q_s = diag[q₁, q₂, q₃, q₄]
R_S = diag[r₁, r₂, r₃]

In der Riccati-Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 9) ist Q_s die Gewichtungsmatrix des Steuerungszwecks, die eine negativ definite symmetrische Matrix ist. q₁ und q₂ sind die Gewichte relativ zu der Integration Z der Abweichung und sind bestimmt durch die Differenz der Geschwindigkeit der Frequenzantwort des Steuerungssystems. q₃ und q₄ sind Gewichte relativ zu der Ausgabe Y und sind bestimmt durch die Differenz der Größe des Gewinns. R_s ist die Gewichtungsmatrix der Steuerungseingabe, was eine positiv definite symmetrische Matrix ist. ε ist der Stabilitätsspielraumkoeffizient und ist so spezifiziert, dass ε ≥ 0.
Anstelle der oben erwähnten Gleichungen (dem mathematischen Ausdruck 8) und (dem mathematischen Ausdruck 9) können die Hyperebenenstrukturierungsgleichung des diskreten Systems (der mathematische Ausdruck 10) und die algebraische Riccati-Gleichung (der mathematische Ausdruck 11), die unten gezeigt sind, verwendet werden.
[Mathematischer Ausdruck 10]

S = (R_s + B_e ^TP_sB_s)B_e ^TP_sA_e

[Mathematischer Ausdruck 11]

Ae'^TP_sA_e' – P_s – A_e'^TP_sB_e(B_e ^TP_sB_e + R_s)^–1B_e ^TP_sA_e' + Q_s = 0

Die letztendliche Sliding-Mode-Steuerung wird für das Design der Eingabe zum Festlegen der Zustandsvariablen in der Hyperebene verwendet. Die Steuerungseingabe U wird durch die folgenden Gleichung (den mathematischen Ausdruck 12) als die Summe der Äquivalentsteuerungseingabe (der linearen Eingabe) U_eq und der neuen Eingabe, d. h. der Erreichbarkeitsgesetzeingabe (der nichtlinearen Eingabe) U_nl ausgedrückt.
[Mathematischer Ausdruck 12]

U = U_eq + U_nl = (SB_e)^–1(SA_eX_e + SE_eR) + U_nl

Um die Schaltfunktion σ zu stabilisieren, wird die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 14) erhalten, wenn die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 13) als die Lyapunov-Funktion bezüglich σ ausgewählt wird und die Gleichung differenziert wird.
[Mathematischer Ausdruck 13]

V = 1 / 2σ^Tσ

[Mathematischer Ausdruck 14]

V . = σ^Tσ . = σ^TS(A_eX_e + B_eU + E_eR

Wenn die Gleichung (der mathematische Ausdruck 12) in der Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 14) ersetzt wird, wird die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 15) erhalten.
[Mathematischer Ausdruck 15]

V . = σ^T(SB_e)U_nl

Wenn die Erreichbarkeitsgesetzeingabe U_nl die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 16) ist, ist das Differenzial der Lyapunov-Funktion die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 17). [Mathematischer Ausdruck 16]
[Mathematischer Ausdruck 17]
Deswegen wird das Differenzial der Lyapunov-Funktion negativ, wenn der Schaltgewinn k als ein positiver Wert eingestellt wird, und deswegen ist die Stabilität des Sliding-Modes gesichert.
Wenn der Schaltgewinn k in der Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 16) durch die folgende Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 18) ersetzt wird, ist die Erreichbarkeitsgesetzeingabe U_nl die folgende Gleichung (den mathematischen Ausdruck 19).
[Mathematischer Ausdruck 18]

k = J∥σ∥

[Mathematischer Ausdruck 19]

U_nl = –(SB_e)^–1Jσ

Der nichtlineare Gewinn J wird durch Multiplizieren des Vektorfaktors J_k mit dem Scalar-Faktor k erhalten, wie durch die folgende Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 20) gezeigt.
[Mathematischer Ausdruck 20]

J = kJ_k

Der Vektor J_k[j_k1, j_k2, j_k3]^T in der Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 20) ist bestimmt auf der Basis, der Eingabe-Ausgabe-Eigenschaft zwischen jedem des Öffnungsgrads u₁ des EGR-Ventils 52, dem Öffnungsgrad u₂ des Flügels 62 und dem Öffnungsgrad u₃ des Drosselventils 31 und jedem der EGR-Rate y₁ und dem Turboladerdruck y₂. Die Änderungsmenge der EGR-Rate y₁ und des Turboladungsdrucks y₂, wenn sich der Öffnungsgrad u₁ des EGR-Ventils 52, der Öffnungsgrad u₂ des Flügels 62 und der Öffnungsgrad u₃ des Drosselventils 31 um eine Einheitsmenge ändert (typischerweise, um den Öffnungsgradwert von 1%), kann durch Beobachten der Stufenantwort von jeder der Steuerungsausgaben y₁ und y₂ relativ zu jeder der Steuerungseingaben u₁, u₂ und u₃ realisiert werden.
Es ist bevorzugt, dass Jk so bestimmt wird, dass der Beitrag des EGR-Ventils 52, des Flügels 62 und des Drosselventils 31 relativ zu den Steuerungsausgaben y₁ und y₂ in der Stufenantwort gleichgemacht sind. Das heißt, die Sensitivität der Steuerungsausgaben y₁ und y₂ relativ zu der Öffnungsgradänderung des EGR-Ventils 52 ist relativ klein (die Steuerungsausgaben y₁ und y₂ ändern sich nicht sehr, selbst wenn das EGR-Ventil 52 beeinflusst wird) und deswegen wird der Gewinn J_k1, der zu multiplizieren ist, um den Erreichbarkeitsgesetzeingabewert U_nl1 bezüglich des EGR-Ventils 52 zu berechnen, als der relativ große Wert eingestellt. Auf der anderen Seite ist die Sensitivität der Steuerungsausgaben y₁ und y₂ relativ zu der Öffnungsgradänderung des Flügels 62 relativ groß (die Steuerungsausgaben y₁ und y₂ ändern sich mehr als ein bisschen durch Beeinflussen des Flügels 62) und deswegen wird der Wert J_k2, der zum Berechnen des Erreichbarkeitsgesetzeingabewerts U_nl2 bezüglich des Flügels 62 zu multiplizieren ist, als der relativ kleine Wert eingestellt.
Der Vektor J_k ist z. B. bestimmt als J_k = [2,18, 0,68, 1]^T. Dieser beispielhafte Wert J_k bedeutet, dass er so betrachtet werden kann, dass in der Stufenantwort die Änderungsmenge der Steuerungseingaben y₁ und y₂, die erzeugt wird, wenn der Öffnungsgrad u₁ des EGR-Ventils 52 um 2,18 Prozent geändert wird, die Änderungsmenge der Steuerungseingaben y₁ und y₂, die erzeugt werden, wenn der Öffnungsgrad u₂ des Flügels 62 um 0,68 Prozent geändert werden, und die Steuerungseingaben y₁ und y₂ die erzeugt werden, wenn der Öffnungsgrad u₃ des Drosselventils 31 um ein 1 Prozent geändert wird, im Allgemeinen zueinander gleich sind.
Der Skalar k in der Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 20) ist der Anpassungskoeffizient und wird angemessen durch die Anpassung bestimmt, wenn die Sliding-Mode-Steuerung designed wird.
Deswegen ist die Steuerungseingabe U, die durch die Sliding-Mode-Steuerung berechnet wird, die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 21).
[Mathematischer Ausdruck 21]

U = –(SB_e)^–1(SA_eX_e + SE_eR + Jσ)

In dem 3-Eingabe-2-Ausgabe-System wie diesem Ausführungsbeispiel ist es etabliert, dass die det(SB_e) = 0 und deswegen wird die Matrix (SB_e) nicht singulär. Deswegen wird die inverse Matrix (SB_e)^–1 als die generalisierte inverse Matrix berechnet. In der generalisierten inversen Matrix wird z. B. eine inverse Matrix (SB_e)^✝ des Moore-Penrose-Typs verwendet.
Der Korrekturausdruck U_map wird in Verbindung mit der Steuerungseingabe U (dem mathematischen Ausdruck 25) berücksichtigt, der die Summe der äquivalenten Steuerungseingabe U_eq und der Erreichbarkeitsgesetzeingabe U_nl ist. In dem Design der Sliding-Mode-Steuerung wird, wie oben beschrieben, das nominale Modell (die Matrizen A und B) des internen Verbrennungsmaschinensystems 1 in einem bestimmten Betriebsgebiet, d. h. bei einer bestimmten Maschinengeschwindigkeit und benötigten Treibstoffinjektionsmenge, identifiziert, um die oben erwähnte Zustandsgleichung (den mathematischen Ausdruck 2) zu erhalten, und die Schalthyperebene S wird eingeführt. Der Modellierfehler (Störung) zwischen dem nominalen Modell und der eigentlichen Anlage erstreckt sich in das Gebiet entfernt von dem nominalen Punkt (bei der geringen Maschinengeschwindigkeit und Lastgebiet, oder bei der hohen Maschinengeschwindigkeit und Lastgebiet, usw.). Der Korrekturausdruck U_map ist der Adaptivgesetzeingabeausdruck (der Kartenausdruck) zum Abnehmen des Modellierfehlers, um sofort die Erreichbarkeitsgesetzeingabe (die nichtlineare Eingabe) U_nl auf 0 zu konvergieren.
Der Anfangswert der U_map-Karte (der Wert, bevor das oben erwähnte Lernen der Charakteristiken dieser Erfindung durchgeführt wird), wird wie folgt vorbereitet: die Ziel-EGR-Rate und der Zielturboladungsdruck, die geeignet (oder typisch) für jedes Betriebsgebiet (die Maschinengeschwindigkeit, die benötigte Treibstoffinjektionsmenge) sind, werden bestimmt, und die beeinflusste Menge U_base von jedem beeinflussten Teil (dem EGR-Ventil 52, dem Flügel 62 und dem Drosselventil 31) in dem stationären Zustand werden gemessen, um die Ziele in dem realen internen Verbrennungsmaschinensystem 1 festzulegen. Zusätzlich wird die lineare Eingabe U_eq in dem stationären Zustand ohne Abweichung durch Zuführen desselben Ziels zu der Sliding-Mode-Steuerung berechnet. Der Kartenausdruck U_map = U_base – U_eq, der jedem Betriebsgebiet (der Maschinengeschwindigkeit, der benötigten Treibstoffinjektionsmenge) entspricht, wird durch Subtrahieren des berechneten Werts U_eq der linearen Eingabe durch die Sliding-Mode-Steuerung von dem eigentlichen Wert U_base der Beeinflussungsmenge (des Öffnungsgrads) von jedem beeinflussten Teil des realen Systems erhalten.
Die Kartendaten, die den Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map, der abhängig von der Maschinengeschwindigkeit und der benötigten Treibstoffinjektionsmenge einzustellen ist, zeigen, werden vorher in dem Flash-Speicher der ECU 7 gespeichert. Die ECU 7 erhält den Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map durch Durchsuchen der Karte unter Verwendung der Maschinengeschwindigkeit und der benötigten Treibstoffinjektionsmenge als den Schlüssel und addiert diesen Wert U_map zu der Steuerungseingabe U (der Äquivalentsteuerungseingabe U_eq und der Erreichbarkeitsgesetzeingabe U_nl), die durch die Sliding-Mode-Steuerung berechnet wurden. Schließlich ist die Steuerungseingabe U, die jedem beeinflussten Teil (dem EGR-Ventil 52, dem Flügel 62 und dem Drosselventil 31) zugeführt wird, die folgende Gleichung (der mathematische Ausdruck 22), der durch Addieren des Adaptivgesetzeingabeausdrucks U_map zu der Gleichung (dem mathematischen Ausdruck 21) erhalten wird.
[Mathematischer Ausdruck 22]

U = –(SB_e)^–1(SA_eX_e+ SE_eR + Jσ) + U_map

[Konkretes Beispiel eines Betriebs]
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Prozesses zeigt, das durch die Steuerungseinheit 7, die in 1 und 2 gezeigt ist, durchgeführt wird. Unten wird ein konkretes Beispiel des Lernprozesses des Adaptivgesetzeingabeausdrucks (des adaptiven Ausdrucks) U_map dieses Ausführungsbeispiels unter Verwendung des Flussdiagramms beschrieben. In dem in 4 gezeigten Flussdiagramm wird der ”Schritt” durch ”S” ausgedrückt (das ist auch auf das später beschriebene modifizierte Ausführungsbeispiel, das in 5 gezeigt wird, anzuwenden).
Die in der ECU 7 bereitgestellte CPU (im Weiteren wird sie einfach als CPU bezeichnet) initiiert die Adaptivausdrucklernprozessroutine 400, die in 4 gezeigt wird, jeweils nach einer vorbestimmten Zeit. Wenn diese Routine 400 initiiert wird, beurteilt die CPU, ob der vorliegende Betriebszustand der stationäre Zustand auf der Basis der vorher erwähnten verschiedenen Parameter ist, die Änderungsmengen der Beeinflussungsmenge von jedem beeinflussten Teil und den Konvergenzgrad der Zustandsvariable zu dem Zielwert in Schritt 410. Wenn der vorliegende Betriebszustand nicht der stationäre Zustand ist (Schritt 410 = Nein), werden die Prozesse von Schritt 420 und den nachfolgenden Schritten übersprungen und die Routine endet. Deswegen beschreibt die folgende Beschreibung den Fall, dass der vorliegende Betriebszustand der stationäre Zustand ist (Schritt 410 = Ja).
Als nächstes schreitet der Prozess fort zu Schritt 420 und die CPU beurteilt, ob der Wert des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks (der Erreichbarkeitsausdruck) U_nl stabil ist (d. h., ob der Fluktuationsbereich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist). Wenn der Wert des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_nl stabil ist (Schritt 420 = Ja), schreitet der Prozess fort zu Schritt 430 und den nachfolgenden Schritten, während andererseits, wenn der Wert des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_nl nicht stabil ist (Schritt 420 = Nein), die Prozesse des Schritts 430 und der nachfolgenden Schritte übersprungen werden (d. h., das Lernen des Adaptivgesetzeingabeausdrucks U_map wird dieses Mal übersprungen), und die Routine endet.
Wenn der Prozess zu Schritt 430 fortfährt, beurteilt die CPU, ob der Offset (man beziehe sich auf ΔU_{nl_ss} in 3) in dem Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck U_nl auftritt. Wenn der Offset auftritt in dem Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck U_nl (Schritt 430 = Ja), geht der Prozess weiter zu den Schritten 440 und 450 und der Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map entsprechend dem Betriebszustand wird gelernt, und anschließend endet die Routine. Wenn dieses Lernen in Schritt 440 durchgeführt wird, beurteilt die CPU das vorliegende Betriebsgebiet [die Betriebsgeschwindigkeit, die benötigte Treibstoffinjektionsmenge]. Dann aktualisiert die CPU in Schritt 450 den Wert entsprechend dem vorliegenden Betriebsgebiet in der Karte des Adaptivgesetzeingabeausdrucks U_map. Wenn andererseits der Offset nicht in dem Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck U_nl auftritt (Schritt 430 = Nein) werden die Prozesse der Schritte 440 und 450 übersprungen (d. h., das Aktualisieren des Werts entsprechend dem vorliegenden Betriebsgebiet in der Karte des Adaptivgesetzeingabeausdrucks U_map wird dieses Mal nicht durchgeführt) und dann endet die Routine.
[Illustrative Beschreibung eines modifizierten Beispiels]
Das oben erwähnte Ausführungsbeispiel ist einfach das typische Ausführungsbeispiel der Erfindung, das der Anmelder beim Einreichen dieser Anmeldung für am Besten hält. Deswegen ist die Erfindung nicht auf das oben erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt. Dementsprechend können natürlich die verschiedenen Modifikationen auf das oben angewendete Ausführungsbeispiel angewendet werden, ohne den essentiellen Anteil dieser Erfindung zu ändern.
Im Weiteren werden einige typische modifizierte Beispiele beschrieben. Jedoch ist das modifizierte Beispiel nicht auf die unten beschriebenen beschränkt. Die modifizierten Beispiele können entsprechend miteinander kombiniert werden, ohne dass sie technisch inkonsistent sind.
Diese Erfindung (insbesondere der Gegenstand, der operational oder funktional von jedem gegebenen Element als einer gegebenen Einrichtung dieser Erfindung zum Lösen des Problems beschrieben wurde) soll nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel und die unten beschriebenen modifizierten Beispiele beschränkt sein. Solch eine Beschränkung ist nicht erlaubt, weil der Nutzen des Anmelders (insbesondere desjenigen, der in Eile ist, um die Anmeldung unter der Ersteinreicherregel einzureichen) in unfairer Weise beeinträchtigt ist, und der Imitator auf unfaire Weise einen Nutzen erhält.
Diese Erfindung ist nicht auf die konkrete Einrichtung beschränkt, die in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Das heißt, das Anwendungsobjekt dieser Erfindung ist nicht auf das interne Verbrennungsmaschinensystem beschränkt. Insbesondere kann in dem Fall, dass die Erfindung zum Beispiel auf das Fahrzeug angewendet wird, die Erfindung angemessen auf die Bremssteuerung usw. in dem Fahrzeug angewendet werden, das keine interne Verbrennungsmaschine hat (das Brennstoffzellenfahrzeug, das elektrische Fahrzeug usw.).
In dem Fall, dass diese Erfindung auf ein internes Verbrennungsmaschinensystem (einschließlich dem sogenannten ”Hybridfahrzeug”, das mit einer Antriebsquelle wie z. B. einem Elektromotor usw. zusätzlich zu der internen Verbrennungsmaschine versehen ist) angewendet wird, kann die Erfindung angemessen auf das System angewendet werden, z. B. auf die Benzinmaschine, die Dieselmaschine, die Methanolmaschine, die Bio-Ethanolmaschine und dem anderen optionalen Typ der internen Verbrennungsmaschine. Die Anzahl der Zylinder, der Zylinderanordnungstyp (linearer Typ, V-Typ, horizontal gegenüberstehender Typ), der Treibstoffzuführtyp, der Zündtyp und der Turboladungstyp sind nicht auf irgendeinen speziellen Typ beschränkt.
Diese Erfindung ist nicht auf die konkrete Verarbeitungsweise, die in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, beschränkt. Zum Beispiel kann in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel die Gaspedalbeeinflussungsmenge, die Aufnahmeluftflussrate usw. als die Maschinenlast zum Definieren des Betriebsgebiets anstelle der benötigten Treibstoffinjektionsmenge verwendet werden.
Als ein Verfahren zum Transferieren des Offsets ΔU_{nl_ss} des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_nl zu dem Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map kann anders als das Verfahren des Transferierens des erzeugten Offsets ΔU_{nl_ss} zu dem Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map in einem Mal irgendein optionales Verfahren angewendet werden, wie z. B. ein Verfahren, das ein Glätten erster Ordnung usw. verwendet.
In der Steuerung des eigentlichen internen Verbrennungsmaschinensystems 1 kann selbst wenn das Betriebsgebiet [die Maschinengeschwindigkeit, die benötigte Treibstoffinjektionsmenge] die gleiche ist, der zu erreichende Zielwert (die Ziel-EGR-Rate oder der Zielturboladungsdruck) unterschiedlich sein. Deswegen wird betrachtet, dass der optimale Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map sich in dem Fall ändert, dass das Ziel in der eigentlichen Steuerung verschieden von dem Ziel ist, das bestimmt wurde, als die Karte vorbereitet wurde. Deswegen ist es bevorzugt, dass die Umgebungskorrektur dem Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map hinzugefügt wird, der durch Verweisen auf die Karte erhalten wird. Die Umgebungskorrektur korrigiert den Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map abhängig von dem Parameter (der Kühlwassertemperatur, der Aufnahmelufttemperatur, der Umgebungstemperatur, dem Atmosphärendruck usw.), um den Basiswert des Zielwerts zu korrigieren.
Insbesondere kann z. B. der Wert, der durch Multiplizieren des Adaptivgesetzeingabeausdrucks U_map, der aus der Karte gelesen wird, die auf der Basis des vorbestimmten Standardumgebungszustands vorbereitet wurde (im Weiteren als -Basiszustand- bezeichnet) mit dem Korrekturkoeffizient (z. B. dem Ziel-EGR-Rate-Korrekturkoeffizient) durch den oben erwähnten Parameter, als der korrigierte Adaptivgesetzeingabeausdruck U_map verwendet werden. In diesem Fall können alle oben erwähnten Korrekturkoeffizienten für die Multiplikation verwendet werden, oder nur der repräsentative Wert (der Maximalwert oder der Minimalwert) kann verwendet werden.
Für die Karte des Adaptivgesetzeingabeausdrucks U_map kann jeder der Parameter vorbereitet werden, und der Transfergrad des Offsets ΔU_{nl_ss} des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks Um zu der jeweiligen Karte kann entsprechend abhängig von dem Verhältnis der Korrekturkoeffizienten angepasst werden (die Menge des Transfers kann verteilt werden, abhängig von dem Verhältnis der Korrekturkoeffizienten). In diesem Fall, insbesondere z. B. in dem Fall, dass der Kühlwassertemperaturkorrekturwert relativ zu der Ziel-EGR-Rate 0,4 ist, der Umgebungstemperaturkorrekturwert relativ zu der Ziel-EGR-Rate 0,8 ist und der Umgebungsdruckkorrekturwert relativ zu der Ziel-EGR-Rate 0,9 ist, wird der Offset ΔU_{nl_ss} des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_nl zu der Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für eine Basiskühlwassertemperatur, die Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für die Basisumgebungstemperatur und die Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für die Basisumgebungstemperatur in dem Verhältnis wie z. B. (1 – 0,4):(1 – 0,8):(1 – 0,9) = 6:2:1 transferiert, was das Verhältnis der Abweichungen relativ zu dem Basiszustand (1,0) ist. Dadurch kann die hohe Folgefähigkeit der Zustandsvariable zu dem Zielwert erhalten werden.
5 ist ein Flussdiagramm entsprechend dem modifizierten Beispiel. Die Schritte 510 bis 530 in der Routine 500 dieses modifizierten Beispiels sind dieselben wie die Schritte 410 bis 440 in der Routine 400 des oben erwähnten konkreten Beispiels. Das heißt, in dem Fall, dass der vorliegende Betriebszustand der stationäre Zustand ist (Schritt 510 = Ja), der Wert des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck Un_i stabil ist (Schritt 520 = Ja) und das Offset in dem Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdruck U_nl auftritt (Schritt 530 = Ja), schreitet der Prozess fort zu Schritt 540 und den nachfolgenden Schritten, und die Adaptivgesetzeingabeausdruckkarten U_{map_Tw}, U_{map_Tair} und U_{map_Pa}, die entsprechend der Kühlwassertemperatur (Tw), der Umgebungstemperatur (Tair) und dem Umgebungsdruck (Pa) bereitgestellt sind, werden gelernt, entsprechend dem Maschinengebiet [der Maschinengeschwindigkeit, der benötigten Treibstoffinjektionsmenge].
Insbesondere beurteilt die CPU in Schritt 540 zunächst das vorliegende Betriebsgebiet [die Betriebsgeschwindigkeit, die benötigte Treibstoffinjektionsmenge]. Dann beurteilt die CPU, ob die Adaptivgesetzeingabeausdruckkarte für alle Betriebsgebiete unter dem Basiszustand gelernt wurde in Schritt 545. Wenn das Lernen noch nicht vollendet wurde (Schritt 545 = Nein), werden die Prozesse der Schritte nach diesem Schritt übersprungen (d. h., das Lernen wird dieses Mal übersprungen), und dann endet die Routine. Wenn auf der anderen Seite die Adaptivgesetzeingabeausdruckkarte bei allen Betriebgebieten unter dem Basiszustand gelernt wurde (Schritt 545 = Ja), schreitet der Prozess zu Schritt 547 fort.
In dem Schritt 547 werden die gelernten Werte ΔU_{map_Tw}, ΔU_{map_Tair} und ΔU_{map_Pa} zum Transferieren des Offsets U_{nl_ss} des Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks U_ni zu den Adaptivgesetzeingabeausdruckkarten U_{map_Tw}, U_{map_Tair} und U_{map_Pa} entsprechend den Korrekturkoeffizienten K_Tw, K_Tr und K_Pa der Ziel-EGR-Rate verteilt. Das heißt, z. B. in dem Fall, dass der Kühlwassertemperaturkorrekturkoeffizient K_Tw relativ zu der Ziel-EGR-Rate 0,4 ist, der Umgebungstemperaturkorrekturkoeffizient K_Tair relativ zu der Ziel-EGR-Rate 0,8 ist und der Umgebungsdruckkorrekturkoeffizient K_Pa relativ zu der Ziel-EGR-Rate 0,9 ist, dass die gelernten Werte ΔU_{map_Tw}, ΔU_{map_Tair} und ΔU_{map_Pa} so eingestellt werden, dass ΔU_{map_Tw}: ΔU_{map_Tair}:ΔU_{map_pa} = (1 – 0,4):(1 – 0,8):(1 – 0,9) = 6:2:1. Danach werden in Schritt 547 die gelernten Werte in dem Adaptivgesetzeingabeausdruckkarten U_{map_Tw}, U_{map_Tair} und U_{map_Pa} durch ΔU_{map_Tw}, ΔU_{map_Tair} und ΔU_{map_Pa} aktualisiert, und dann endet die Routine.
In dem oben erwähnten modifizierten Beispiel kann der Schritt 547 weggelassen werden. Als der Korrekturwert kann anstelle des EGR-Korrekturwerts der Turboladungsdruckkorrekturwert verwendet werden (siehe nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2005-248910 usw.).
Ein weiteres modifiziertes nicht hierin beschriebenes Beispiel ist innerhalb des Bereichs dieser Erfindung ohne den essentiellen Teil dieser Erfindung zu ändern.
Das Element, das operational oder funktional in jedem Element beschrieben wurde, das eine Einrichtung dieser Erfindung zum Lösen des Problems darstellt, enthält die konkrete Anordnung, die in dem obigen Ausführungsbeispiel und dem modifizierten Beispiel beschrieben wurde, und jede Anordnung, die den Betrieb oder seine Funktion erreichen kann. Die Inhalte der Veröffentlichungen (einschließlich der Beschreibung und der Zeichnungen), die unter Verwendung der Veröffentlichungsnummern oder des Veröffentlichungsnamens in dieser Beschreibung zitiert wurden, ist durch Bezugnahme als ein Teil dieser Spezifikation ohne technische Inkonsistenz einbezogen.

Claims

Interne Verbrennungsmaschinensystemsteuerungseinrichtung zum Steuern eines internen Verbrennungsmaschinensystems, das eine interne Verbrennungsmaschine und Einrichtungen, die an der Maschine installiert sind, enthält, unter Verwendung der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung, mit: einer Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung zum Lernen eines Adaptivgesetzeingabeausdrucks zum Transferieren eines Offsets eines Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks in der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung zu einem Adaptivgesetzeingabeausdruck.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung den Adaptivgesetzeingabeausdruck für jedes Betriebsgebiet des internen Verbrennungsmaschinensystems lernt.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarten entsprechend den jeweiligen Parametern aufweist, die den Zustand des internen Verbrennungsmaschinensystems angeben, wobei die Parameter verschieden von jenen sind, die das Betriebsgebiet festlegen, und wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung den Adaptivgesetzeingabeausdruck durch Aktualisieren der Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für jedes Betriebsgebiet lernt.
Einrichtung nach Anspruch 3, wobei die Parameter jeweils Korrekturwerten relativ zu einem Steuerungsziel des internen Verbrennungsmaschinensystems entsprechen, und wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung das Offset zu den Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarten abhängig von der Größenbeziehung zwischen den Korrekturwerten transferiert.
Sliding-Mode-Steuereinrichtung zum Steuern eines gesteuerten Objektsystems unter Verwendung der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung, die eine Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung zum Lernen eines Adaptivgesetzeingabeausdrucks aufweist, um so einen Offset eines Erreichbarkeitsgesetzeingabeausdrucks in der adaptiven Sliding-Mode-Steuerung zu dem Adaptivgesetzeingabeausdruck zu transferieren.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung den Adaptivgesetzeingabeausdruck für jedes Betriebsgebiet des gesteuerten Objektsystems lernt.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarten entsprechend den jeweiligen Parametern hat, die den Zustand des kontrollierten Objektsystems angeben, wobei die Parameter verschieden von jenen sind, die das Betriebsgebiet festlegen, und wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung den Adaptivgesetzeingabeausdruck durch Aktualisieren der Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarte für jedes Betriebsgebiet lernt.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Parameter jeweils Korrekturwerten relativ zu einem Steuerungsziel des kontrollierten Objektsystems entsprechen, und wobei die Adaptivgesetzeingabeausdrucklerneinrichtung das Offset zu den Adaptivgesetzeingabeausdrucklernkarten abhängig von der Größenbeziehung zwischen den Korrekturwerten transferiert.