DE112015002738B4

DE112015002738B4 - Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015002738B4
Application number: DE112015002738.6T
Authority: DE
Inventors: Masanori Shimada; Hayato Nakada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2035-05-13
Also published as: CN106414979B; JP6036751B2; DE112015002738T5; JP2015232308A; CN106414979A; US10261481B2; US20180181090A1; WO2015190205A1

Abstract

Steuerungsvorrichtung, die eine Maschine, in der einer spezifischen Zustandsgröße eine Beschränkung auferlegt wird, steuert, wobei die Steuerungsvorrichtung aufweist:ein Prognosemodell (112; 212; 312; 412), von dem Eingaben eine Betriebsbedingung und eine gesteuerte Variable der Maschine enthalten und von dem Ausgaben einen zukünftigen Wert der spezifischen Zustandsgröße, der basierend auf den Eingaben prognostiziert wird, enthalten,wobei die Steuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um:unter einer Voraussetzung, dass eine Betriebsbedingung der Maschine eine spezifische Betriebsbedingung, die zuvor definiert wird, ist, nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der gesteuerten Variablen für ein Gewährleisten, dass die spezifische Zustandsgröße nicht in Widerspruch zu der Beschränkung in Zukunft steht, unter Verwendung des Prognosemodells (112; 212; 312; 412) zu suchen,den virtuellen gegenwärtigen Wert, der durch ein Suchen erhalten wird, als einen Sollwert der gesteuerten Variablen festzusetzen, undeine gehandhabte Variable der Maschine zu bestimmen, so dass sich ein tatsächlicher gegenwärtiger Wert der gesteuerten Variablen dem Sollwert nähert.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung, die eine Maschine bzw. Anlage, in der einer Zustandsgröße eine Beschränkung auferlegt wird, steuert, und bezieht sich insbesondere auf eine Steuerungsvorrichtung, die mit einer Funktion ausgestattet ist, die einen Sollwert einer gesteuerten Variablen basierend auf einer Zukunftsprognose einer Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, bestimmt. Man nehme zur Kenntnis, dass sich in der vorliegenden Beschreibung die Bezeichnung „Maschine bzw. Anlage“ auf ein System, das ein Steuerungsobjekt in der Regelungstechnik ist, bezieht.
Hintergrund
In der Regelungstechnik ist ein Referenzregler bekannt, der einen Sollwert einer gesteuerten Variablen basierend auf einer Zukunftsprognose einer Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, modifiziert. In PTL 1 wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein Referenzregler in einer Steuerung eines Verbrennungsmotors verwendet wird. Ein Referenzregler ist gestaltet, um zu prognostizieren, wie sich eine Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, von der Gegenwart zu der Zukunft mit Bezug auf eine gehandhabte bzw. eingestellte Variable, die basierend auf einem Sollwert einer gesteuerten Variablen bestimmt wird, ändern wird, basierend auf der Voraussetzung, dass die gegenwärtigen Betriebsbedingungen ebenso danach andauern werden.
Zitatliste
Patentliteratur

[PTL 1] JP 2013–079637 A
[PTL 2] JP 2013–084091 A
[PTL 3] JP 2013–228589 A

Zusammenfassung
Technisches Problem
Ein Referenzregler kann auf eine Temperatursteuerung von einem DPF (Dieselrußpartikelfilter), der in einem Nachbehandlungssystem eines Kompressionsselbstzündungsverbrennungmotors bzw. Dieselmotors bereitgestellt ist, angewendet werden. In dem Fall eines Anwendens eines Referenzreglers auf eine Temperatursteuerung von einem DPF wird ein Sollwert der DPF-Temperatur als eine gesteuerte Variable einem Prognosemodell eingegeben und wird eine Berechnung eines zukünftigen Werts der DPF-Temperatur durchgeführt. Die Gültigkeit des Sollwerts der DPF-Temperatur wird dann basierend auf einem Verhältnis zwischen dem zukünftigen Wert der DPF-Temperatur, der mit dem Prognosemodell erhalten wird, und einem Obergrenzwert als einer Beschränkung, die der DPF-Temperatur auferlegt wird, evaluiert und eine Modifikation des Sollwerts wird durchgeführt, um eine höhere Evaluierung bzw. Bewertung zu erhalten.
Ein Referenzregler ist ein Mittel für ein Suchen nach einem optimierten Sollwert unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen. Daher kann, solange die gegenwärtigen Betriebsbedingungen andauern, der Sollwert geeignet modifiziert werden, so dass die DPF-Temperatur den Obergrenzwert nicht übersteigt. Jedoch können sich die Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors manchmal plötzlich ändern. Insbesondere ändert sich in einigen Fällen der Betrieb eines Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufbetrieb als Folge eines Loslassens bzw. Freigebens des Gaspedals. In solch einem Fall gibt es gemäß der Logik für eine Modifikation eines Sollwerts, der auf den Referenzregler angewendet wird, eine Besorgnis, dass, egal auf welcher Weise der Sollwert modifiziert wird, es nicht möglich sein wird, eine Situation, in der die DPF-Temperatur den Obergrenzwert in der Zukunft übersteigt, zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des oben beschriebenen Problems gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerungsvorrichtung bereitzustellen, die eine gesteuerte Variable einer Maschine bzw. Anlage im Voraus einstellen kann, so dass eine Beschränkung, die einer Zustandsgröße auferlegt wird, erfüllt wird, selbst wenn sich eine Betriebsbedingung der Maschine bzw. Anlage plötzlich ändert.
Lösung des Problems
Eine Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung für eine Maschine bzw. Anlage, in der einer spezifischen Zustandsgröße eine Beschränkung auferlegt wird, die mit einem Prognosemodell ausgestattet ist, von dem die Eingaben eine Betriebsbedingung und eine gesteuerte Variable der Maschine bzw. Anlage enthalten und von dem die Ausgaben einen zukünftigen Wert der spezifischen Zustandsgröße, der basierend auf den Eingaben prognostiziert wird, enthalten. Die Bezeichnung „spezifische Zustandsgröße“ bezieht sich auf eine Zustandsgröße, die als ein Objekt, dem eine Beschränkung aufzuerlegen ist, unter zahlreichen Zustandsgrößen der Maschine bzw. Anlage besonders spezifiziert wird. Die spezifische Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, und die gesteuerte Variable können dieselbe Art von Zustandsgröße sein oder können verschiedene Arten von Zustandsgrößen sein. Eine Betriebsbedingung, die auf das Prognosemodell angewendet wird, ist eine Bedingung, die Zustandsgrößen der Maschine bzw. Anlage, die die gesteuerte Variable enthalten, beeinflusst, und ist insbesondere eine Bedingung, die die spezifische Zustandsgröße beeinflusst. Solange das Prognosemodell Charakteristiken der Maschine bzw. Anlage, die sich auf die spezifische Zustandsgröße beziehen, simuliert, kann das Prognosemodell ein physikalisches Modell, ein statistisches Modell oder ein aus einem physikalischen Modell und einem statistischen Modell zusammengesetztes Modell sein. Des Weiteren kann das Prognosemodell als eine Routine oder eine Unterroutine programmiert sein, die durch die Steuerungsvorrichtung auszuführen ist, kann dieses als eine Funktion innerhalb einer Routine oder einer Subroutine definiert sein oder kann dieses als ein Verzeichnis bzw. eine Karte definiert sein. Das heißt, dass die Konfiguration des Prognosemodells nicht beschränkt ist.
Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, um basierend auf einer Voraussetzung, dass eine Betriebsbedingung einer Maschine bzw. Anlage eine spezifische Betriebsbedingung ist, die im Voraus definiert wird, nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert einer gesteuerten Variablen für ein Gewährleisten, dass eine spezifische Zustandsgröße nicht in Widerspruch zu einer Beschränkung in der Zukunft steht, unter Verwendung eines Prognosemodells zu suchen. Die Bezeichnung „spezifische Betriebsbedingung“ bezieht sich auf eine spezifische Bedingung unter Betriebsbedingungen der Maschine bzw. Anlage und irgendeine Bedingung kann als die spezifische Betriebsbedingung festgesetzt werden, solange die Bedingung eine Bedingung ist, die im Voraus definiert wird. Jedoch kann, eine diskrete bzw. getrennte Betriebsbedienung zu sein, die keine Verbindung mit anderen Betriebsbedingungen hat, als eine bevorzugte Anforderung genannt werden, um die spezifische Betriebsbedingung zu sein. Zusätzlich kann als eine Anforderung für die spezifische Betriebsbedingung, eine Betriebsbedingung zu sein, für die ein Erfüllen der Beschränkung besonders schwierig ist, oder eine Betriebsbedingung zu sein, für die eine besonders hohe Genauigkeit mit Bezug auf ein Erfüllen der Beschränkung erforderlich ist, oder dergleichen ebenso genannt werden. Eine gesteuerte Variable ist ein Parameter eines Prognosemodells und, falls ein tatsächlicher gegenwärtiger Wert als die gesteuerte Variable eingegeben wird, kann ein zukünftiger Wert einer spezifischen Zustandsgröße, der basierend auf der gegenwärtigen gesteuerten Variablen zu prognostizieren ist, berechnet werden. Jedoch gibt die Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen virtuellen gegenwärtigen Wert einer gesteuerten Variablen, und nicht einen tatsächlichen gegenwärtigen Wert von dieser, in ein Prognosemodell ein und berechnet diese einen zukünftigen Wert einer spezifischen Zustandsgröße, der zu prognostizieren ist, basierend auf dem virtuellen gegenwärtigen Wert. Falls ein zukünftiger Wert der spezifischen Zustandsgröße, der basierend auf einem virtuellen gegenwärtigen Wert eines gegebenen Werts prognostiziert wird, in Widerspruch zu der Beschränkung steht, wird der zukünftige Wert der spezifischen Zustandsgröße basierend auf einem virtuellen gegenwärtigen Wert von einem unterschiedlichen Wert prognostiziert. Durch ein Durchführen solch einer Verarbeitung kann ein virtueller gegenwärtiger Wert der gesteuerten Variablen für ein Gewährleisten, dass die spezifische Zustandsgröße nicht in Widerspruch zu der Beschränkung in der Zukunft steht, gefunden werden. Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung konfiguriert, um einen Referenzsollwert der gesteuerten Variablen basierend auf gegenwärtigen Betriebsbedingungen der Maschine bzw. Anlage zu bestimmen und um eine Suche nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert basierend auf dem Referenzsollwert durchzuführen. Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, um einen virtuellen gegenwärtigen Wert, der durch eine Suche erhalten wird, die durch das Prognosemodell durchgeführt wird, als einen Sollwert der gesteuerten Variablen festzusetzen und um eine gehandhabte bzw. eingestellte Variable der Maschine bzw. Anlage zu bestimmen, so dass sich der tatsächliche gegenwärtige Wert der gesteuerten Variablen dem Sollwert nähert.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sucht nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert einer gesteuerten Variablen für ein Gewährleisten, dass ein zukünftiger Wert einer spezifischen Zustandsgröße unter einer spezifischen Betriebsbedingung nicht in Widerspruch zu einer Beschränkung stehen wird, und bestimmt eine gehandhabte bzw. eingestellte Variable einer Maschine bzw. Anlage durch ein Verwenden des virtuellen gegenwärtigen Werts als einen Sollwert der gesteuerten Variablen. Durch dieses Mittel wird, ungeachtet davon, welche Betriebsbedingungen die gegenwärtigen Betriebsbedingungen der Maschine bzw. Anlage sind, der gegenwärtige Wert der gesteuerten Variablen ein idealer gegenwärtiger Wert, der für die spezifische Betriebsbedingung passend ist, oder wird dieser ein Wert, der nahe bei dem idealen gegenwärtigen Wert liegt. Deshalb wird gemäß der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, selbst wenn sich eine Betriebsbedingung einer Maschine bzw. Anlage plötzlich auf eine spezifische Betriebsbedingung ändert, eine Situation, in der eine spezifische Zustandsgröße in Widerspruch zu einer Beschränkung steht, vermieden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Nachbehandlungssystems eines Verbrennungsmotors darstellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerungsstruktur eines Vergleichsbeispiels darstellt.
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur des Vergleichsbeispiels darstellt.
5 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur des Vergleichsbeispiels darstellt.
6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Algorithmus der Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Ansicht, die eine Prognosemodellberechnungsverarbeitung darstellt.
9 ist ein Blockschaltbild, das ein Modifikationsbeispiel der Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerungsstruktur von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerungsstruktur von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerungsstruktur von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Hierunter wird Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Steuerungsobjekt von Ausführungsform 1
Eine Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 1 nimmt als ein Steuerungsobjekt einen Verbrennungsmotor, der in einem Automobil eingebaut ist, insbesondere einen Kompressionsselbstzündungsverbrennungsmotor bzw. Dieselmotor, der mit einem DPF ausgerüstet ist. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Nachbehandlungssystems eines Verbrennungsmotors darstellt. Das Nachbehandlungssystem enthält einen CCO (Oxidationskatalysator, oxidation catalytic converter) 10 und einen DPF (Dieselrußpartikelfilter) 12, die in Reihe stromabwärts einer Turbine 8 in einem Abgasdurchgang 6 bereitgestellt sind, und enthält ebenso ein Kraftstoffhinzufügungsventil 14 in einem Abgaskrümmer 4, der an Zylinderköpfen 2 angebracht ist. Ein Temperaturmesswertgeber 16 für ein Messen einer Betttemperatur von dem DPF 12 ist an dem DPF 12 angebracht. In der vorliegenden Beschreibung wird eine Betttemperatur von dem DPF 12, die unter Verwendung des Temperaturmesswertgebers 16 gemessen wird, als eine „DPF-Temperatur“ bezeichnet. Ein Signal des Temperaturmesswertgebers 16 wird an ein ECU (elektronische Steuerungseinheit, electronic control unit) 20 gesendet und ein Betätigungssignal wird von dem ECU 20 an das Kraftstoffhinzufügungsventil 14 gesendet. Die Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 1 entspricht einem Teil der Funktionen von dem ECU 20. Die Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 1 führt eine Steuerung des Verbrennungsmotors durch ein Nehmen der DPF-Temperatur als einer gesteuerten Variablen und ein Nehmen einer Kraftstoffhinzufügungsmenge als einer gehandhabten bzw. eingestellten Variablen durch. Falls die DPF-Temperatur kontinuierlich ansteigt, gibt es ein Risiko, dass es zu Erosion von dem DPF 12 führen wird, und wird daher eine Beschränkung von dem Gesichtspunkt einer Zuverlässigkeit der DPF-Temperatur auferlegt. Insbesondere wird eine Obergrenztemperatur, bei der eine Erosion verhindert werden kann und die Zuverlässigkeit von dem DPF gewährleistet werden kann, als eine Beschränkung mit Bezug auf die DPF-Temperatur festgesetzt. Die DPF-Temperatur ist eine gesteuerte Variable und entspricht zu derselben Zeit ebenso einer spezifischen Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird.
Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1
2 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerungsstruktur der Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 1 darstellt. Die Steuerungsstruktur, die in 2 dargestellt ist, enthält eine Solltemperaturfestsetzeinheit 160, eine Solltemperaturmodifikationseinheit 100 und eine Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150. Die Solltemperaturfestsetzeinheit 160 enthält ein Verzeichnis bzw. eine Karte, in dem bzw. der die DPF-Temperatur mit Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors im Zusammenhang steht. DPF-Temperaturen, die in dem Verzeichnis bzw. der Karte registriert sind, sind DPF-Temperaturen, die passend zu Betriebsbedingungen sind, die damit im Zusammenhang stehen. Die Motordrehzahl und eine Kraftstoffeinspritzungsmenge sind in den Betriebsbedingungen, die als Parameter des Verzeichnisses bzw. der Karte dienen, enthalten. Die Solltemperaturfestsetzeinheit 160 liest eine DPF-Temperatur, die den gegenwärtigen Betriebsbedingungen entspricht, aus dem Verzeichnis bzw. der Karte und setzt die gelesene DPF-Temperatur als einen Sollwert der DPF-Temperatur (kann hierin ebenso als „Soll-DPF-Temperatur“ oder „Solltemperatur“ bezeichnet werden) fest. Die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 modifiziert den Sollwert der DPF-Temperatur, der durch die Solltemperaturfestsetzeinheit 160 festgesetzt wird, so dass die DPF-Temperatur nicht in Widerspruch zu der Beschränkung steht. Insbesondere enthält die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 eine Zukunftsprognoseeinheit 110, eine Beschränkungsgarantieeinheit 120, eine Vermittlungseinheit 130 und eine Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140. Die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 führt eine Regelung einer Kraftstoffhinzufügungsmenge basierend auf einem Sollwert der DPF-Temperatur, der durch die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 modifiziert wird, durch. Insbesondere wird eine Korrekturmenge der Kraftstoffhinzufügungsmenge durch ein PD-Steuern oder PID-Steuern einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem gemessenen Wert der DPF-Temperatur berechnet. Diese Einheiten, die die Steuerungsvorrichtung enthält, entsprechen einem Steuerungsprogramm, das in einem Speicher der Steuerungsvorrichtung gespeichert ist, oder einem Abschnitt des Steuerungsprogramms. Die Funktionen von diesen Einheiten werden durch die Steuerungsvorrichtung, die das Steuerungsprogramm aus dem Speicher ausliest und die das Steuerungsprogramm mit einem Prozessor ausführt, realisiert.
Die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 wird nun ausführlich beschrieben. Die Zukunftsprognoseeinheit 110, die einen Teil der Solltemperaturmodifikationseinheit 100 bildet, enthält eine Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 111, ein DPF-Temperatur-Modell 112 und eine Leerlauf-Soll-Festsetzeinheit 113. Die Leerlauf-Soll-Festsetzeinheit 113 setzt einen Sollwert der DPF-Temperatur für einen Leerlaufzustand fest. Eine günstige DPF-Temperatur wird gemäß der Motordrehzahl und Kraftstoffeinspritzungsmenge bestimmt und in einem Leerlaufzustand werden die Motordrehzahl und Kraftstoffeinspritzungsmenge derart auf festgelegte Werte gesteuert, dass eine stabile Rotation des Verbrennungsmotors aufrechterhalten werden kann. Infolgedessen wird der Sollwert der DPF-Temperatur für einen Leerlaufzustand auf einen vorgegebenen Wert, der niedriger als ein Sollwert für einen Nichtleerlaufzustand ist, festgelegt. Die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 111 entspricht einem Duplikat der Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 und berechnet eine Kraftstoffhinzufügungsmenge basierend auf dem Sollwert der DPF-Temperatur, der durch die Leerlauf-Soll-Festsetzeinheit 113 festgesetzt wird. Da der Sollwert der DPF-Temperatur für einen Leerlaufzustand niedrig ist, ist die Kraftstoffhinzufügungsmenge, die die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 111 berechnet, eine äußerst kleine Menge. Die Kraftstoffhinzufügungsmenge für einen Leerlaufzustand, die die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 111 berechnet, wird in einer Berechnung durch das DPF-Temperatur-Modell 112, das als Nächstes beschrieben wird, verwendet.
Das DPF-Temperatur-Modell 112 ist ein Prognosemodell, das eine Änderung der DPF-Temperatur in der Zukunft prognostizieren kann. In dem DPF-Temperatur-Modell 112 wird das Verhältnis zwischen einer Kraftstoffhinzufügungsmenge als einer gehandhabten bzw. eingestellten Variablen und der DPF-Temperatur als einer spezifischen Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, unter Verwendung eines physikalischen Modells oder dergleichen modelliert. Die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und der Zustand von dem DPF beeinflussen das Verhältnis zwischen der Kraftstoffhinzufügungsmenge und der DPF-Temperatur. Deshalb werden in dem DPF-Temperatur-Modell 112 die Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzungsmenge und Ansaugluftflussrate, die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors sind, als Parameter verwendet. Jedoch sind Betriebsbedingungen, die auf das DPF-Temperatur-Modell 112 angewendet werden, immer auf Betriebsbedingungen in einem Leerlaufzustand festgelegt, ungeachtet der gegenwärtigen Betriebsbedingungen. Das heißt, dass eine Leerlaufdrehzahl, eine Leerlaufeinspritzungsmenge und eine Leerlaufansaugluftflussrate, die festgelegte Werte sind, als Parameter für eine Zukunftsprognose verwendet werden. Zusätzlich werden in dem DPF-Temperatur-Modell 112 eine akkumulierte Menge von PM (Feinstaub, particulate matter), die Abgastemperatur (Abgastemperatur an einem Auslass des Hauptkörpers des Verbrennungsmotors) und ein gegenwärtiger Wert der DPF-Temperatur, der den Zustand von dem DPF repräsentiert, ebenso als Parameter verwendet. Die akkumulierte Menge von PM kann basierend auf dem Betriebsverlauf des Verbrennungsmotors geschätzt werden und die Abgastemperatur kann basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors geschätzt werden oder kann durch einen Messwertgeber direkt gemessen werden. Ein gegenwärtiger Wert der PM-Akkumulationsmenge und ein gegenwärtiger Wert der Abgastemperatur, die gemessen oder geschätzt wurden, werden auf das DPF-Temperatur-Modell 112 angewendet. Des Weiteren kann mit Bezug auf den gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur ein tatsächlicher Wert durch den Temperaturmesswertgeber 16 gemessen werden. Jedoch wird in der Zukunftsprognoseeinheit 110 ein Sollwert (oder modifizierter Sollwert) der DPF-Temperatur, der von der Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140 erhalten wird, und nicht ein tatsächlicher Wert, der durch den Temperaturmesswertgeber 16 gemessen wird, als ein virtueller gegenwärtiger Wert auf das DPF-Temperatur-Modell 112 angewendet. Basierend auf verschiedenen Parametern, die Leerlaufbetriebsbedingungen enthalten, und der Kraftstoffhinzufügungsmenge, die durch die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 111 berechnet wird, berechnet das DPF-Temperatur-Modell 112 einen zukünftigen Wert der DPF-Temperatur über einen vorgegebenen Prognosehorizont, wobei der virtuelle gegenwärtige Wert der DPF-Temperatur, der von der Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140 erhalten wird, als ein Ausgangswert genommen wird.
Die Beschränkungsgarantieeinheit 120 enthält eine Prognoseergebnisevaluierungseinheit 121 und eine Sollwertmodifikationseinheit 122. Die Prognoseergebnisevaluierungseinheit 121 führt eine Evaluierung bzw. Bewertung mit Bezug auf den zukünftigen Wert der DPF-Temperatur, der durch die Zukunftsprognoseeinheit 110 berechnet wird, durch ein Abgleichen des zukünftigen Werts mit dem Obergrenzwert der DPF-Temperatur, der die Beschränkung ist, durch. Als das Evaluierungsverfahren wird zum Beispiel eine Berechnung einer vorgegebenen Evaluierungsfunktion durchgeführt. Die Evaluierungsfunktion ist gestaltet, so dass, je näher ein zukünftiger Wert der DPF-Temperatur bei dem Obergrenzwert, der die Beschränkung ist, liegt, ohne in Widerspruch zu der Beschränkung zu stehen, desto höher ist die Evaluierung bzw. Bewertung, die gegeben ist. Ein spezifisches Beispiel der Evaluierungsfunktion wird später beschrieben. Basierend auf dem Evaluierungsergebnis mit Bezug auf den zukünftigen Wert der DPF-Temperatur modifiziert die Sollwertmodifikationseinheit 122 den Sollwert der DPF-Temperatur, so dass eine höhere Evaluierung bzw. Bewertung erhalten wird. Der Sollwert der DPF-Temperatur, der hier modifiziert wird, ist ein Sollwert, der als der virtuelle gegenwärtige Wert in dem DPF-Temperatur-Modell 112 verwendet wird. Folglich bedeutet eine Modifikation des Sollwerts durch die Sollwertmodifikationseinheit 122 eine Modifikation des virtuellen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur.
Wenn ein Sollwert der DPF-Temperatur (hierunter als „Referenzsollwert“ bezeichnet) von der Solltemperaturfestsetzeinheit 160 eingegeben wird, gibt die Vermittlungseinheit 130 den Referenzsollwert an die Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140 aus. Des Weiteren gibt, wenn ein modifizierter Sollwert der DPF-Temperatur von der Beschränkungsgarantieeinheit 120 eingegeben wird, die Vermittlungseinheit 130 den modifizierten Sollwert an die Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140 anstelle des Referenzsollwerts aus. Die Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140 bestimmt, ob eine Modifikation des Sollwerts der DPF-Temperatur vervollständigt ist oder nicht, und gibt den Sollwert oder den modifizierten Sollwert der DPF-Temperatur an die Zukunftsprognoseeinheit 110 aus, bis eine Modifikation vervollständigt ist. Wie es oben erwähnt wurde, wird der Sollwert oder modifizierte Sollwert, der der Zukunftsprognoseeinheit 110 von der Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140 bereitgestellt wird, als ein virtueller gegenwärtiger Wert der DPF-Temperatur in dem DPF-Temperatur-Modell 112 verwendet.
Wie es oben beschrieben wurde, bilden die Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140, die Zukunftsprognoseeinheit 110, die Beschränkungsgarantieeinheit 120 und die Vermittlungseinheit 130, die die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 bilden, eine Schleife für ein iteratives Modifizieren des Sollwerts der DPF-Temperatur (das heißt, des virtuellen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur). Nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur, der die Beschränkung erfüllen kann, wird für ein Durchführen einer iterativen Modifikation mittels dieser Schleife gesucht. Wenn eine Modifikation des Sollwerts der DPF-Temperatur vervollständigt ist, wird der modifizierte Sollwert der DPF-Temperatur von der Solltemperaturmodifikationseinheit 100 an die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 ausgegeben. Um dies auf eine andere Weise auszudrücken wird ein virtueller gegenwärtiger Wert der DPF-Temperatur, der die Beschränkung erfüllen kann, als der Sollwert der DPF-Temperatur an die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 ausgegeben.
Steuerungsstruktur eines Vergleichsbeispiels
Als Nächstes wird, um die Merkmale der Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 1 verglichen mit einem herkömmlichen Referenzregler klarzustellen, ein Beispiel einer Steuerungsstruktur, in der der herkömmliche Referenzregler angewendet wird, als ein Vergleichsbeispiel beschrieben. 3 ist ein Blockschaubild, das die Steuerungsstruktur des Vergleichsbeispiels darstellt. In der Steuerungsstruktur, die in 3 dargestellt ist, wird verglichen mit der Steuerungsstruktur, die in 2 dargestellt ist, die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 durch einen Referenzregler 800 ersetzt. Insbesondere enthält der Referenzregler 800 eine Zukunftsprognoseeinheit 810, eine Beschränkungsgarantieeinheit 820, eine Vermittlungseinheit 830 und eine Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 840. Unter diesen Einheiten sind die jeweiligen Funktionen der Beschränkungsgarantieeinheit 820, der Vermittlungseinheit 830 und der Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 840 ähnlich wie die jeweiligen Funktionen der Beschränkungsgarantieeinheit 120, der Vermittlungseinheit 130 und der Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 140, die in der Solltemperaturmodifikationseinheit 100 enthalten sind. Das heißt, dass der charakteristische Unterschied zwischen der Solltemperaturmodifikationseinheit 100 und dem herkömmlichen Referenzregler 800 der Unterschied zwischen den Konfigurationen der Zukunftsprognoseeinheit 110 und 810 ist.
Die Zukunftsprognoseeinheit 810, die einen Teil des Referenzreglers 800 bildet, enthält eine Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 811 und ein DPF-Temperatur-Modell 812. Die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 811 entspricht einem Duplikat der Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 und berechnet eine Kraftstoffhinzufügungsmenge basierend auf einem Sollwert (oder modifizierten Sollwert) der DPF-Temperatur, der von der Modifizierte-Solltemperatur-Ausgabeeinheit 840 erhalten wird. Das DPF-Temperatur-Modell 812 hat dieselbe Konfiguration wie das DPF-Temperatur-Modell 112 der Zukunftsprognoseeinheit 110. Jedoch wird in dem Referenzregler 800 eine Kraftstoffhinzufügungsmenge, die basierend auf einem Sollwert (oder modifizierten Sollwert) der DPF-Temperatur berechnet wird, als eine Eingabe des DPF-Temperatur-Modells 812 bereitgestellt. Des Weiteren werden in dem Referenzregler 800 die gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors als Parameter für eine Zukunftsprognose verwendet. Zusätzlich wird in dem Referenzregler 800 ein gegenwärtiger Wert der DPF-Temperatur, der durch eine Messung oder Schätzung erhalten wird, so wie er ist, dem DPF-Temperatur-Modell 812 als ein Ausgangswert bereitgestellt. Das DPF-Temperatur-Modell 812 berechnet einen zukünftigen Wert der DPF-Temperatur über einen vorgegebenen Prognosehorizont durch ein Nehmen des tatsächlichen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur als einen Ausgangswert, basierend auf verschiedenen Parametern, die gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors enthalten.
Wie es aus einem Vergleich zwischen der Steuerungsstruktur, die in 2 dargestellt ist, und der Steuerungsstruktur, die in 3 dargestellt ist, verständlich wird, ist die Tatsache, dass der Sollwert der DPF-Temperatur basierend auf einer Zukunftsprognose der DPF-Temperatur modifiziert wird, zwischen der Solltemperaturmodifikationseinheit 100 gemäß Ausführungsform 1 und dem Referenzregler 800 des Vergleichsbeispiels gleich. Jedoch gibt es einen klaren Unterschied zwischen der Solltemperaturmodifikationseinheit 100 und dem Referenzregler 800 mit Bezug auf die Modifikationslogik für ein Modifizieren des Sollwerts. Unter der Voraussetzung eines Betriebs unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors führt der Referenzregler 800 eine Zukunftsprognose der DPF-Temperatur durch ein Nehmen des tatsächlichen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur als einen Ausgangswert durch und sucht dieser derart nach einem Sollwert, dass ein zukünftiger Wert der DPF-Temperatur nicht in Widerspruch zu einer Beschränkung steht. Dagegen führt unter der Voraussetzung eines Betriebs unter Leerlaufbetriebsbedingungen, die spezifische Betriebsbedingungen sind, die zuvor definiert werden, die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 eine Zukunftsprognose mit Bezug auf die DPF-Temperatur durch ein Nehmen eines virtuellen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur als einen Ausgangswert durch und sucht diese derart nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert, dass die DPF-Temperatur nicht in Widerspruch zu einer Beschränkung steht. Hierunter werden basierend auf jeweiligen Berechnungsbeispielen für den Referenzregler 800 und die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 ein Problem mit der Steuerungsstruktur des Vergleichsbeispiels und die Vorteile der Steuerungsstruktur der Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 1 mit Bezug auf jenes Problem beschrieben.
Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur des Vergleichsbeispiels
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Berechnung durch den Referenzregler 800 darstellt. In 4 sind ein Beschleunigeröffnungsgrad bzw. Gaspedalöffnungsgrad, eine Motordrehzahl, eine Kraftstoffeinspritzungsmenge und eine Ansaugluftflussrate, die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors sind, ein DPF-Temperatursollwert als ein Sollwert einer gesteuerten Variablen, eine Kraftstoffhinzufügungsmenge als eine gehandhabte bzw. eingestellte Variable und eine DPF-Temperatur als eine Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, jeweilig in Graphen zu sehen, wobei die Zeitachse durch die X-Achse repräsentiert wird. Des Weiteren ist das Verhältnis zwischen einer Solltemperatur und einem Evaluierungswert einer Evaluierungsfunktion durch einen Graph zu sehen. In den jeweiligen Graphen, die die Betriebsbedingungen zeigen, sind vergangene Werte für eine Dauer vor der gegenwärtigen Zeit tatsächliche Werte und werden zukünftige Werte ab der gegenwärtigen Zeit als Werte für eine Zukunftsprognose der DPF-Temperatur angenommen. Wie es in diesen Graphen zu sehen ist, wird eine Zukunftsprognose durch den Referenzregler 800 unter der Voraussetzung durchgeführt, dass die gegenwärtigen Betriebsbedingungen ebenso danach andauern werden. Der Referenzregler 800 prognostiziert Änderungen der DPF-Temperatur von der Gegenwart zu der Zukunft durch ein Nehmen des tatsächlichen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur als einen Ausgangswert.
Ein Evaluierungswert, der durch die Evaluierungsfunktion erhalten wird, konvergiert zu der Nähe des Minimalwerts zu einer Zeit, bei der ein prognostizierter Wert der DPF-Temperatur nicht länger in Widerspruch zu der Beschränkung steht. In einem Fall, in dem der Evaluierungswert nicht auf den Minimalwert gefallen ist, modifiziert der Referenzregler 800 den Sollwert der DPF-Temperatur nach unten und modifiziert dieser die Kraftstoffhinzufügungsmenge nach unten. Der Referenzregler 800 führt dann eine Zukunftsprognose der DPF-Temperatur noch einmal basierend auf der modifizierten Kraftstoffhinzufügungsmenge durch, wobei der gegenwärtige Wert der DPF-Temperatur als ein Ausgangswert genommen wird. Der zukünftige Wert der DPF-Temperatur verringert sich als Folge einer Reduzierung der Kraftstoffhinzufügungsmenge. Jedoch werden, falls der Evaluierungswert nicht so weit wie der Minimalwert gefallen ist, eine Nach-unten-Modifikation des Sollwerts der DPF-Temperatur und eine Nach-unten-Modifikation der Kraftstoffhinzufügungsmenge wieder durchgeführt.
Durch ein Modifizieren des Sollwerts der DPF-Temperatur durch ein Wiederholen der obigen Verarbeitung erfüllt der zukünftige Wert der DPF-Temperatur schließlich die Beschränkung und konvergiert der Evaluierungswert zu der Nähe des Minimalwerts. 4 stellt ein Beispiel dar, in dem der zukünftige Wert als Folge eines dreimaligen Wiederholens der Verarbeitung konvergiert. Eine Modifikation des Sollwerts der DPF-Temperatur wird infolgedessen vervollständigt und der Referenzregler 800 gibt den Sollwert der DPF-Temperatur, für die eine Modifikation vervollständigt worden ist, aus. Anschließend wird, wenn sich Betriebsbedingen des Verbrennungsmotors in einem Fall ändern, in dem sich die Motordrehzahl erhöht oder dergleichen, eine Zukunftsprognose basierend auf neuen Betriebsbedingungen durchgeführt und wird eine Optimierung des Sollwerts der DPF-Temperatur basierend auf den neuen Betriebsbedingungen durchgeführt. Das heißt, dass gemäß dem Referenzregler 800 ein Sollwert der DPF-Temperatur, für den ein zukünftiger Wert der DPF-Temperatur nicht in Widerspruch zu der Beschränkung steht, in Übereinstimmung mit Änderungen der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors erhalten werden kann.
Jedoch dauert, wenn sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand ändert, während sich auf der einen Seite die Menge von Wärme, die aus bzw. von dem DPF herausgetragen bzw. abgeführt wird, aufgrund einer Verringerung der Abgasflussrate schnell verringert, auf der anderen Seite an dem DPF ein Erzeugen einer Menge von Wärme proportional zu der akkumulierten Menge von PM aufgrund einer Verbrennung von PM an. Infolgedessen steigt die DPF-Temperatur schnell an, unmittelbar nachdem sich der Betriebszustands des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand ändert bzw. geändert hat. Das heißt, dass ein Sichbefinden des Verbrennungsmotors in einem Leerlaufzustand die ungünstigste Bedingung hinsichtlich des Verhältnisses mit der Beschränkung, die der DPF-Temperatur auferlegt wird, ist (eine Betriebsbedingung ist, unter der es besonders schwierig ist, die Beschränkung zu erfüllen). Um eine schnelle Erhöhung der DPF-Temperatur unter dieser ungünstigsten Bedingung zu unterdrücken, wird gemäß dem Referenzregler 800 der Sollwert der DPF-Temperatur nach unten modifiziert und wird die Kraftstoffhinzufügungsmenge reduziert, und zwar in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen in dem Leerlaufzustand. Jedoch kann, da die Kraftstoffhinzufügungsmenge in dem Leerlaufzustand ursprünglich äußerst klein ist, ungeachtet davon, wie viel der Sollwert der DPF-Temperatur verringert wird, der zukünftige Wert der DPF-Temperatur, der prognostiziert wird, nicht gesenkt werden. Das heißt, dass es gemäß der Logik für ein Modifizieren des Sollwerts, der auf den Referenzregler 800 angewendet wird, in einem Fall, in dem sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand ändert, ein Risiko gibt, dass es, ungeachtet davon, wie viel der Sollwert der DPF-Temperatur modifiziert wird, nicht möglich sein wird, die Beschränkung, die der DPF-Temperatur auferlegt wird, zu erfüllen.
Hinsichtlich dieses Problems wurden während dem Prozess eines Erzeugens der vorliegenden Erfindung Studien mit Bezug auf ein Durchführen einer Zukunftsprognose mittels des Referenzreglers 800 unter der Voraussetzung der Betriebsbedingungen in einem Leerlaufzustand durchgeführt, um in der Lage zu sein, auf selbst eine Situation, in der sich der Betriebszustands des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand in dem nächsten Moment ändert, geeignet zu reagieren. Diese Zukunftsprognose wird hierunter mit Bezug auf ein Berechnungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, beschrieben.
Obwohl in dem Beispiel, das in 4 dargestellt ist, der Referenzregler 800 eine Zukunftsprognose unter der Voraussetzung, dass die gegenwärtigen Betriebsbedingungen ebenso danach andauern werden, durchführt, führt in dem Beispiel, das in 5 dargestellt ist, der Referenzregler 800 eine Zukunftsprognose unter der Voraussetzung durch, dass sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand in dem nächsten Schritt ändern wird. In einem Leerlaufzustand wird die Kraftstoffhinzufügungsmenge auf einen vorgegebenen Minimalwert gesenkt oder wird eine Hinzufügung von Kraftstoff an sich gestoppt. Daher prognostiziert der Referenzregler 800 eine Änderung der DPF-Temperatur von der Gegenwart zu der Zukunft zu einer Zeit, bei der die Kraftstoffhinzufügungsmenge ein Minimalwert oder gleich Null sein gelassen wird, wobei der gegenwärtige Wert der DPF-Temperatur als ein Ausgangswert genommen wird. Falls es als Folge eines Evaluierens der prognostizierten DPF-Temperatur bestimmt wird, dass sich der Evaluierungswert nicht so weit wie der Minimalwert verringert hat (das heißt, falls der prognostizierte Wert der DPF-Temperatur in Widerspruch zu der Beschränkung steht), modifiziert der Referenzregler 800 den Sollwert der DPF-Temperatur nach unten. Jedoch ändert sich, da die Kraftstoffhinzufügungsmenge bereits der Minimalwert oder gleich Null sein gelassen wurde, das Prognoseergebnis für die DPF-Temperatur von dem vorhergehenden Mal nicht. Deshalb verringert sich der Evaluierungswert nicht auf den Minimalwert und modifiziert der Referenzregler 800 den Sollwert der DPF-Temperatur weiter nach unten. Obwohl diese Verarbeitung wiederholt durchgeführt wird und der Sollwert der DPF-Temperatur stetig gesenkt wird, gibt es keine Änderung des Prognoseergebnisses für die DPF-Temperatur. Das heißt, dass die Situation, dass der prognostizierte Wert der DPF-Temperatur in Widerspruch zu der Beschränkung steht, weiterhin bleibt. Obwohl in dem Beispiel, das in 5 dargestellt ist, die Verarbeitung dreimal wiederholt wird, wird das Ergebnis dasselbe sein, ungeachtet davon, wie viele Male die Verarbeitung wiederholt wird.
Wie es oben beschrieben wurde, ist es gemäß der Steuerungsstruktur des Vergleichsbeispiels, wenn sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand ändert, schwierig, zu verhindern, dass die DPF-Temperatur in Widerspruch zu einer Beschränkung, die darüber bzw. auf diese auferlegt wird, steht.
Berechnungsbeispiel gemäß der Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1
Als Nächstes wird ein Beispiel einer Berechnung durch die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 mit Bezug auf 6 beschrieben. In ähnlicher Weise wie 4 und 5 stellt 6 jeweilige Graphen für verschiedene Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors, eines DPF-Temperatursollwerts, einer Kraftstoffhinzufügungsmenge und einer DPF-Temperatur dar sowie Graphen, die das Verhältnis zwischen einer Solltemperatur und einem Evaluierungswert darstellen. In den jeweiligen Graphen, die die Betriebsbedingungen darstellen, sind vergangene Werte für eine Dauer vor der gegenwärtigen Zeit tatsächliche Werte und sind zukünftige Werte ab der gegenwärtigen Zeit angenommene Werte für eine Zukunftsprognose der DPF-Temperatur. Eine Zukunftsprognose der DPF-Temperatur durch die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 wird unter der Voraussetzung eines Betriebs unter Betriebsbedingungen durchgeführt, wenn der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufzustand, das heißt, eine Leerlaufdrehzahl, eine Leerlaufeinspritzungsmenge und eine Leerlaufansaugluftflussrate, ist, basierend auf der Annahme, dass das Gaspedal in dem nächsten Moment losgelassen bzw. freigegeben wird und sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand ändern wird.
Wenn die erste Zukunftsprognose durchgeführt wird, nimmt die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 des gegenwärtigen Sollwerts der DPF-Temperatur als einen virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur. Durch die Aktion bzw. Funktionsweise einer Regelung passt der tatsächliche Wert der DPF-Temperatur zu dem Sollwert oder wird dieser eine Wert, der nahe bei diesem liegt.
Infolgedessen passt in dem Beispiel, das in 6 zu sehen ist, der virtuelle gegenwärtige Wert der DPF-Temperatur in der ersten Zukunftsprognose zu dem tatsächlichen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur. Die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 prognostiziert eine Änderung der DPF-Temperatur von der Gegenwart zu der Zukunft mittels des DPF-Temperatur-Modells 112, wobei der virtuelle gegenwärtige Wert der DPF-Temperatur als der Ausgangswert genommen wird. In dem Graph, der die DPF-Temperatur repräsentiert, sind vergangene Werte für eine Dauer vor der gegenwärtigen Zeit tatsächliche Werte und sind zukünftige Werte ab der gegenwärtigen Zeit zukünftige Werte, die durch das DPF-Temperatur-Modell 112 prognostiziert werden. Man nehme zur Kenntnis, dass, obwohl es in den Graphen nicht dargestellt ist, wenn eine Zukunftsprognose durchgeführt wird, ein Sollwert der DPF-Temperatur, der verwendet wird, um die Kraftstoffhinzufügungsmenge zu berechnen, genommen wird, um ein festgelegter Wert zu sein, der zuvor festgesetzt wird (ein Sollwert für einen Leerlaufzustand). Damit wird die Kraftstoffhinzufügungsmenge, die für die Zukunftsprognose verwendet wird, ein Minimalwert oder gleich Null. In dem Beispiel, das in 6 dargestellt ist, wird die Kraftstoffhinzufügungsmenge in dem prognostizierten Intervall als gleich Null genommen.
Die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 gibt den zukünftigen Wert der DPF-Temperatur und einen Obergrenzwert von dieser als die Beschränkung in die Evaluierungsfunktion ein und berechnet einen Evaluierungswert. In dem Beispiel, das in 6 dargestellt ist, fällt in der ersten Zukunftsprognose der Evaluierungswert nicht so weit wie der Minimalwert. Deshalb modifiziert für die zweite Zukunftsprognose die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 den virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur nach unten. Die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 führt dann eine Zukunftsprognose der DPF-Temperatur noch einmal durch, wobei der virtuelle gegenwärtige Wert der DPF-Temperatur, der nach unten modifiziert wurde, als der Ausgangswert genommen wird. Der zukünftige Wert der DPF-Temperatur, der prognostiziert wird, verringert sich als Folge eines Senkens des Ausgangswerts, der für die Zukunftsprognose verwendet wird. Jedoch wird, wenn sich der Evaluierungswert nicht so weit wie der Minimalwert verringert hat, eine Nach-unten-Modifikation des virtuellen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur noch einmal durchgeführt.
Durch ein Wiederholen der obigen Verarbeitung und damit ein Modifizieren des virtuellen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur, der als der Ausgangswert für die Zukunftsprognose verwendet wird, erfüllt der zukünftige Wert der DPF-Temperatur schließlich die Beschränkung und konvergiert der Evaluierungswert zu der Nähe des Minimalwerts. 6 stellt ein Beispiel dar, in dem der zukünftige Wert durch ein dreimaliges Wiederholen der Verarbeitung konvergiert. Eine Modifikation des virtuellen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur wird infolgedessen vervollständigt und die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 gibt den virtuellen gegenwärtigen Wert, für den eine Modifikation vervollständigt worden ist, an die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 als den Sollwert der DPF-Temperatur (modifizierten Sollwert) aus.
Wie es aus dem obigen Berechnungsbeispiel verständlich wird, sucht die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur, der ein derartiger Wert ist, dass ein zukünftiger Wert der DPF-Temperatur nicht in Widerspruch zu der Beschränkung in einem Leerlaufzustand ist, das heißt, sucht diese nach einem idealen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur und modifiziert diese den Sollwert der DPF-Temperatur auf den idealen gegenwärtigen Wert. Da die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 eine Regelung der Kraftstoffhinzufügungsmenge basierend auf dem modifizierten Sollwert der DPF-Temperatur durchführt, wird der gegenwärtige Wert der DPF-Temperatur der ideale gegenwärtige Wert, der passend zu Leerlaufbetriebsbedingungen ist oder der auf einen Wert, der nahe bei dem idealen gegenwärtigen Wert liegt, gehalten wird. Deshalb wird gemäß der Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 1, die mit der Solltemperaturmodifikationseinheit 100 ausgerüstet ist, selbst wenn sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors plötzlich schnell auf einen Leerlaufzustand ändert, eine Situation, in der die DPF-Temperatur in Widerspruch zu der Beschränkung steht, vermieden.
Algorithmus gemäß der Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1 Schließlich wird ein spezifisches Beispiel eines Algorithmus der Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1 unter Verwendung eines Flussdiagramms, das in 7 zu sehen ist, beschrieben.
Der Algorithmus, der in dem Flussdiagramm in 7 dargestellt ist, wird für jede Stichprobenverfahrenszeitdauer einer Regelung, die die Steuerungsvorrichtung durchführt, wiederholt ausgeführt. In Schritt S1 wird ein Sollwert der DPF-Temperatur initialisiert. Diese Verarbeitung wird durch die Solltemperaturfestsetzeinheit 160 durchgeführt. Die Solltemperaturfestsetzeinheit 160 bestimmt einen Ausgangswert des Sollwerts Ttrg_ini, das heißt, einen Referenzsollwert, unter Verwendung eines Verzeichnisses bzw. einer Karte, in dem bzw. der die Motordrehzahl und die Kraftstoffeinspritzungsmenge als Parameter verwendet werden. Des Weiteren wird in Schritt S1 die Anzahl an Malen, bei denen eine Modifikation des Sollwerts iterativ durchgeführt wird (Iterationszählung) j, auf einen Ausgangswert von 1 initialisiert. Die gegenwärtige Verarbeitung und die Verarbeitung von Schritt S2 an bzw. weiter ab Schritt S2 werden durch die Solltemperaturmodifikationseinheit 100 durchgeführt. Man nehme zur Kenntnis, dass hierunter ein modifizierter Sollwert mit Bezug auf die Iterationszählung j durch „Trg_mod(j)“ repräsentiert wird.
In Schritt S2 wird eine Prognosezählung i der DPF-Temperatur unter Verwendung des DPF-Temperatur-Modells 112 auf einen Ausgangswert von 1 initialisiert. Man nehme zur Kenntnis, dass sich die Prognosezählung i auf diskrete bzw. getrennte Zeitpunkte entsprechend einem Prognosezyklus bezieht und eine Zeitdauer von einem diskreten bzw. getrennten Zeitpunkt entsprechend i=0 zu einem diskreten bzw. getrennten Zeitpunkt entsprechend i=Pend das Prognoseintervall ist. Die Bezeichnung „Pend“ entspricht dem finalen diskreten bzw. getrennten Zeitpunkt des Prognoseintervalls und ist ein festgesetzter Wert der Anzahl einer Iteration einer Berechnung durch das DPF-Temperatur-Modell 112.
In Schritt S3 wird ein Festsetzen des virtuellen gegenwärtigen Werts der DPF-Temperatur, das heißt, des Ausgangswerts der DPF-Temperatur auf i=0, durchgeführt. Wenn ein zukünftiger Wert der DPF-Temperatur, mit Bezug auf den die Iterationszählung die j^th-Zeit ist und die Prognosezählung die i^th-Zeit ist, als T(j,i) genommen wird, wird, wenn j=1 ist, der Referenzsollwert Ttrg_ini auf einen virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur T(j,0) festgesetzt und wird, wenn j≠1 ist, der modifizierte Sollwert Ttrg_mod (j) auf einen virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur T (j,0) festgesetzt. Des Weiteren wird in Schritt S3 ein Festsetzen eines Leerlaufsollwerts (Sollwert der DPF-Temperatur in einem Leerlaufzustand) durchgeführt.
In Schritt S4 wird eine Prognosemodellberechnung, das heißt, eine Berechnung eines prognostizierten Werts der DPF-Temperatur unter Verwendung des DPF-Temperatur-Modells 112, durchgeführt. Gemäß der Prognosemodellberechnung wird ein zukünftiger Wert T(j,i) der DPF-Temperatur für die Prognosezählung i unter Verwendung des DPF-Temperatur-Modells 112 berechnet, basierend auf dem virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur T(j,0) und dem Leerlaufsollwert, die in Schritt S3 festgesetzt wurden, und verschiedenen Betriebsbedingungen in dem Leerlaufzustand. Man nehme zur Kenntnis, dass ein Intervall zwischen den diskreten bzw. getrennten Zeitpunkten des DPF-Temperatur-Modells 112, das heißt, der Prognosezyklus, beliebig festgesetzt werden kann. 8 ist eine Ansicht, die ein Abbild der Prognosemodellberechnungsverarbeitung darstellt, das eine Situation zeigt, in der ein zukünftiger Wert der DPF-Temperatur für jeden diskreten bzw. getrennten Zeitpunkt berechnet wird.
In Schritt S5 wird es bestimmt, ob die Prognosezählung i die festgesetzte Anzahl an Malen Pend erreicht hat oder nicht.
Falls die Prognosezählung i geringer als die festgesetzte Anzahl an Malen Pend ist, rückt die Verarbeitung zu Schritt S6 vor. In Schritt S6 wird die Prognosezählung i inkrementiert bzw. hochgezählt. Die Verarbeitung rückt dann wieder zu Schritt S4 vor, in dem der zukünftige Wert T(j,i) der DPF-Temperatur für die gegenwärtigen Prognosezählung i unter Verwendung des DPF-Temperatur-Modells 112 berechnet wird. Die Verarbeitung von Schritt S4 bis S6 wird wiederholt durchgeführt, bis die Prognosezählung i die festgesetzte Anzahl an Malen Pend erreicht.
Bei Erreichen der festgesetzten Anzahl an Malen Pend der bzw. durch die Prognosezählung i rückt die Verarbeitung zu Schritt S7 vor.
In Schritt S7 wird eine Berechnung eines Evaluierungswerts J(j) des gegenwärtigen modifizierten Sollwerts Ttrg_mod(j) unter Verwendung einer zuvor definierten Evaluierungsfunktion durchgeführt. Der am meisten gewünschte Wert für den Evaluierungswert J(j) ist Null und je größer der Evaluierungswert J(j) wird, desto niedriger ist die Evaluierung bzw. Bewertung des modifizierten Sollwerts Ttrg_mod(j). Die Evaluierungsfunktion, die den Evaluierungswert J(j) gibt, wird insbesondere durch die folgende Gleichung repräsentiert. In der Gleichung repräsentiert „Tlimit“ einen Obergrenzwert der DPF-Temperatur, der als die Beschränkung festgesetzt wird, und repräsentiert „Max(T(j,i))“ einen Maximalwert des zukünftigen Werts T(j,i) der DPF-Temperatur in dem Prognoseintervall. $J (i) = | Max (T (j,i)) - Tlimit |$
In Schritt S7 wird eine Sollwertmodifikationsverarbeitung, das heißt, eine Modifikation eines Sollwerts Ttrg_fin(k), der zu einem diskreten bzw. getrennten Zeitpunkt k letztlich ausgegeben werden soll, basierend auf einem Evaluierungsergebnis, das mit Bezug auf den Evaluierungswert J(j) erhalten wird, ebenso durchgeführt. Zum Beispiel wird eine Korrekturmenge gemäß der Größe des Evaluierungswerts J(j), die die gegenwärtige Zeit berechnet wird, bestimmt und falls der Maximalwert Max(T(j,i)) größer als der Obergrenzwert Tlimit ist, wird der Sollwert Ttrgfin(k) um eine Menge entsprechend der Korrekturmenge nach oben modifiziert, während, falls der Maximalwert Max(T(j,i)) gleich dem Obergrenzwert Tlimit oder geringer als dieser ist, der Sollwert Ttrg_fin(k) um eine Menge entsprechend der Korrekturmenge nach unten modifiziert wird.
In Schritt S8 wird es bestimmt, ob die Iterationszählung j eine planmäßige Iterationszählung Lend, die im Voraus festgesetzt wird, erreicht hat oder nicht.
Falls die Iterationszählung j geringer als die planmäßige Iterationszählung Lend ist, rückt die Verarbeitung zur Schritt S9 vor. In Schritt S9 wird der Sollwert Ttrg_fin(k), der in Schritt S7 aktualisiert wurde, als ein modifizierter Sollwert Ttrg_mod(j+1) für die nächste Iterationszählung j+1 festgesetzt. Des Weiteren wird in Schritt S9, nachdem ein Aktualisieren des modifizierten Sollwerts durchgeführt worden ist, die Iterationszählung j inkrementiert bzw. hochgezählt. Die Verarbeitung rückt dann wieder zu Schritt S2 vor, in dem die Prognosezählung i der DPF-Temperatur, die die Anzahl an Malen einer Prognose unter Verwendung des DPF-Temperatur-Modells 112 ist, auf einen Ausgangswert von 1 initialisiert wird. Die Verarbeitung in den Schritten S2 bis S9 wird dann wiederholt ausgeführt, bis die Iterationszählung j die planmäßige Iterationszählung Lend erreicht. Durch ein Wiederholen dieser Verarbeitung wird nach einem Sollwert Ttrg_fin(k) gesucht, der dem Referenzsollwert Ttrg_ini, der ebenso die Beschränkung erfüllt, der nächste bzw. näheste Wert ist.
Wenn die Iterationszählung j die planmäßige Iterationszählung Lend erreicht, rückt die Verarbeitung zu Schritt S10 vor. In Schritt S10 wird der Sollwert Ttrg_fin(k), der in Schritt S7 modifiziert wurde, formal bestimmt, um der finale Sollwert zu sein, und wird dieser an die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 150 ausgegeben.
Modifikationsbeispiel einer Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1
Die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 1 kann modifiziert werden, wie es in 9 dargestellt ist. In der Steuerungsstruktur, die in 9 dargestellt ist, werden verglichen mit der Steuerungsstruktur, die in 2 dargestellt ist, die Hinzufügungsmengensteuerungseinheit 111 und die Leerlauf-Soll-Festsetzeinheit 113 weggelassen. Wie es in dem Vorangegangenen erwähnt wurde, ist eine Kraftstoffhinzufügungsmenge, die zu einer Zeit festgesetzt wird, bei der sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors plötzlich auf einen Leerlaufzustand geändert hat, äußerst klein und wird eine Erhöhung der DPF-Temperatur durch eine Verbrennung von akkumuliertem PM bewirkt. Daher kann eine Berechnung durch das DPF-Temperatur-Modell 112 durchgeführt werden, während die Kraftstoffhinzufügungsmenge als gleich Null genommen wird. Man nehme zur Kenntnis, dass, obwohl in Ausführungsform 1 die Kraftstoffhinzufügungsmenge als eine gehandhabte bzw. eingestellte Variable verwendet wird, eine Kraftstoffhinzufügungsmenge, die während einem Auslasshub durch einen Im-Zylinder-Injektor eingespritzt wird (eine Auslasshubeinspritzungsmenge), ebenso als eine gehandhabte bzw. eingestellte Variable verwendet werden kann.
Modifikationsbeispiel einer Beschränkung in Ausführungsform 1
Zusätzlich zu einer Beschränkung mit Bezug auf die DPF-Temperatur oder anstelle einer Beschränkung mit Bezug auf die DPF-Temperatur kann eine Beschränkung einer Zustandsgröße, wie beispielsweise einer HC-Reinigungsrate (Kohlenwasserstoffreinigungsrate, Hydrocarbonreinigungsrate), einer CCO-Temperatur (Oxidationskatalysatortemperatur, catalytic converter for oxidation temperature), eines Temperaturgradienten innerhalb von dem DPF oder CCO oder einer Zeitrate einer Änderung der DPF-Temperatur oder CCO-Temperatur, auferlegt werden. Das heißt, dass eine spezifische Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, eine Zustandsgröße abgesehen von der DPF-Temperatur als einer gesteuerten Variablen sein kann. Durch ein Erweitern oder ein Ändern des Prognosemodells können zukünftige Werte von diesen Zustandsgrößen basierend auf dem virtuellen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur ebenso prognostiziert werden.
Ausführungsform 2
Als Nächstes wird Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben.
Steuerungsobjekt von Ausführungsform 2
Eine Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 2 ist eine Steuerungsvorrichtung, die einen Verbrennungsmotor, der mit einem EGR-System (Abgasrückführungssystem, exhaust gas recirculation system) ausgerüstet ist, als ein Steuerungsobjekt nimmt. Das EGR-System enthält mindestens einen EGR-Durchgang, der einen Abgasdurchgang und einen Ansaugdurchgang verbindet, und ein EGR-Ventil, das in dem EGR-Durchgang bereitgestellt ist. Ein EGR-Kühler oder ein EGR-Katalysator kann ebenso in dem EGR-Durchgang bereitgestellt sein. Der Verbrennungsmotor kann ein Funkenzündungsverbrennungsmotor bzw. Ottomotor sein oder kann ein Kompressionsselbstzündungsmotor bzw. Dieselmotor sein. Die Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 2 führt eine Steuerung des Verbrennungsmotors, die die EGR-Rate als eine gesteuerte Variable und den EGR-Ventilöffnungsgrad als eine gehandhabte bzw. eingestellte Variable nimmt, durch. Des Weiteren wird in dem Verbrennungsmotor, der mit einem EGR-System ausgerüstet ist, falls der Verbrennungsmotor in einem Zustand gestoppt wird, in dem eine große Menge von EGR-Gas übrig bleibt, kondensiertes Wasser, das eine säurehaltige Komponente enthält, im Inneren der Zylinder erzeugt. Besonders in einem Fall, in dem der Verbrennungsmotor während dem Prozess eines Aufwärmens stoppt, haftet kondensiertes Wasser an unterschiedlichen Stellen von denjenigen in einem Fall, in dem der Verbrennungsmotor nach einem Aufwärmen stoppt, an und gibt es ein Risiko, dass solch kondensiertes Wasser funktionale bzw. funktionelle Teile (zum Beispiel einen Kolbenring, eine Zylinderlaufbuchse oder einen Ventilsitz) des Verbrennungsmotors schädigen wird. Deshalb wird in Ausführungsform 2 eine Beschränkung von einem Zuverlässigkeitsgesichtspunkt der Menge von kondensiertem Wasser, die in einem Zylinder erzeugt wird, auferlegt. Insbesondere wird ein Obergrenzwert einer kondensierten Wassermenge, der funktionale bzw. funktionelle Teile nicht beeinflusst, als eine Beschränkung mit Bezug auf die kondensierte Wassermenge festgesetzt. Das heißt, dass in Ausführungsform 2 die Menge von kondensiertem Wasser, das in Zylindern erzeugt wird, einer spezifischen Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, entspricht. Des Weiteren entspricht in Ausführungsform 2 eine Betriebsbedingung, wenn der Verbrennungsmotor in einem gestoppten Zustand ist, einer spezifischen Betriebsbedingung.
Steuerungsstruktur von Ausführungsform 2
10 ist ein Blockschaltbild, das die Steuerungsstruktur der Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 2 darstellt. Die Steuerungsstruktur, die in 10 zu sehen ist, enthält eine Soll-EGR-Rate-Festsetzeinheit 260, eine Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 und eine EGR-Steuerungseinheit 250. Die Soll-EGR-Rate-Festsetzeinheit 260 setzt einen Sollwert der EGR-Rate basierend auf Betriebsbedingungen, wie beispielsweise einer Ansaugluftmenge und der Motordrehzahl, fest. Die Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 modifiziert den Sollwert der EGR-Rate, der durch die Soll-EGR-Rate-Festsetzeinheit 260 festgesetzt wird, so dass die kondensierte Wassermenge nicht in Widerspruch zu der Beschränkung steht. Insbesondere enthält die Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 eine Zukunftsprognoseeinheit 210, eine Beschränkungsgarantieeinheit 220, eine Vermittlungseinheit 230 und eine Modifizierte-Soll-EGR-Rate-Ausgabeeinheit 240. Die EGR-Steuerungseinheit 250 steuert das EGR-Ventil basierend auf dem Sollwert der EGR-Rate, der durch die Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 modifiziert wurde, so dass die tatsächliche EGR-Rate der Sollwert wird. Diese Einheiten, die die Steuerungsvorrichtung enthält, entsprechen einem Steuerungsprogramm, das in einem Speicher der Steuerungsvorrichtung gespeichert ist, oder einem Abschnitt des Steuerungsprogramms. Die Funktionen von diesen Einheiten werden durch die Steuerungsvorrichtung, die das Steuerungsprogramm aus dem Speicher ausliest und die das Steuerungsprogramm mit einem Prozessor ausführt, realisiert.
Die Details der Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 werden nun beschrieben. Die Zukunftsprognoseeinheit 210, die einen Teil der Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 bildet, enthält ein Kondensierte-Wassermenge-Modell 212. Das Kondensierte-Wassermenge-Modell 212 ist ein Modell, in dem das Verhältnis zwischen einer EGR-Rate eines Im-Zylinder-Gases und der Menge von kondensiertem Wasser, das in Zylindern entsteht, unter Verwendung eines physikalischen Modells oder dergleichen modelliert wird. Zusätzlich zu dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors beeinflussen ebenso die Wassertemperatur von Kühlwasser und die atmosphärische Temperatur bzw. Umgebungstemperatur das Verhältnis zwischen der EGR-Rate und der kondensierten Wassermenge. Infolgedessen werden in dem Kondensierte-Wassermenge-Modell 212 unter der Voraussetzung, dass der Verbrennungsmotor gestoppt ist, die Wassertemperatur und atmosphärische Temperatur bzw. Umgebungstemperatur als Parameter verwendet. Wenn der Verbrennungsmotor in einem gestoppten Zustand ist, sind die Betriebsbedingungen hinsichtlich eines Erfüllens der Beschränkung, die der kondensierten Wassermenge auferlegt wird, besonders schwierig. Die EGR-Rate eines Im-Zylinder-Gases kann basierend auf verschiedenen Parametern des Verbrennungsmotors geschätzt werden. Jedoch erhält die Zukunftsprognoseeinheit 210 einen Sollwert (oder einen modifizierten Sollwert) der EGR-Rate von der Modifizierte-Soll-EGR-Rate-Ausgabeeinheit 240 und wendet diese den Sollwert (oder modifizierten Sollwert) als einen virtuellen gegenwärtigen Wert der EGR-Rate auf das Kondensierte-Wassermenge-Modell 212 an. Unter der Voraussetzung, dass der Verbrennungsmotor gestoppt ist, berechnet das Kondensierte-Wassermenge-Modell 212 einen zukünftigen Wert der kondensierten Wassermenge über einen vorgegebenen Prognosehorizont basierend auf verschiedenen Parametern, die den virtuellen gegenwärtigen Wert der EGR-Rate enthalten.
Die Beschränkungsgarantieeinheit 220 enthält eine Prognoseergebnisevaluierungseinheit 221 und eine Sollwertmodifikationseinheit 222. Die Prognoseergebnisevaluierungseinheit 221 führt eine Evaluierung bzw. Bewertung mit Bezug auf den zukünftigen Wert der kondensierten Wassermenge, der durch die Zukunftsprognoseeinheit 210 berechnet wird, durch ein Abgleichen des zukünftigen Werts mit dem Obergrenzwert der kondensierten Wassermenge, der die Beschränkung ist, durch. Basierend auf dem Evaluierungsergebnis mit Bezug auf den zukünftigen Wert der kondensierten Wassermenge modifiziert die Sollwertmodifikationseinheit 222 den Sollwert der EGR-Rate, so dass eine höhere Evaluierung bzw. Bewertung erhalten wird. In diesem Fall ist der Sollwert der EGR-Rate, der modifiziert wird, ein Sollwert, der als der virtuelle gegenwärtige Wert der EGR-Rate in dem Kondensierte-Wassermenge-Modell 212 verwendet wird. Daher bedeutet eine Modifikation des Sollwerts durch die Sollwertmodifikationseinheit 222 eine Modifikation des virtuellen gegenwärtigen Werts der EGR-Rate.
Wenn ein Sollwert der EGR-Rate (hierunter als ein „Referenzsollwert“ bezeichnet) von der Soll-EGR-Rate-Festsetzeinheit 260 eingegeben wird, gibt die Vermittlungseinheit 230 den Referenzsollwert an die Modifizierte-Soll-EGR-Rate-Ausgabeeinheit 240 aus. Des Weiteren gibt, wenn ein modifizierter Sollwert der EGR-Rate von der Beschränkungsgarantieeinheit 220 eingegeben wird, die Vermittlungseinheit 230 den modifizierten Sollwert an die Modifizierte-Soll-EGR-Rate-Ausgabeeinheit 240 anstelle des Referenzsollwerts aus. Die Modifizierte-Soll-EGR-Rate-Ausgabeeinheit 240 bestimmt, ob eine Modifikation des Sollwerts der EGR-Rate vervollständigt ist oder nicht, und gibt den Sollwert oder den modifizierten Sollwert der EGR-Rate als den virtuellen gegenwärtigen Wert der EGR-Rate an die Zukunftsprognoseeinheit 210 aus, bis eine Modifikation vervollständigt ist.
Die Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 modifiziert die Soll-EGR-Rate durch ein Berechnen der Schleife, die durch die Modifizierte-Soll-EGR-Rate-Ausgabeeinheit 240, die Zukunftsprognoseeinheit 210, die Beschränkungsgarantieeinheit 220 und die Vermittlungseinheit 230 gebildet wird, iterativ und sucht damit nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der EGR-Rate, bei dem die Beschränkung, die der kondensierten Wassermenge auferlegt wird, erfüllt werden kann. Anschließend wird ein virtueller gegenwärtiger Wert der EGR-Rate, bei dem die Beschränkung, die der kondensierten Wassermenge auferlegt wird, erfüllt werden kann, als ein Sollwert der EGR-Rate von der Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 an die EGR-Steuerungseinheit 250 ausgegeben.
Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 2
11 stellt einen Graphen dar, in dem, wobei die Zeitachse als die X-Achse genommen wird, zukünftige Werte der kondensierten Wassermenge, die unter Verwendung des Kondensierte-Wassermenge-Modells 212 prognostiziert werden, zu sehen sind. In diesem Graph werden eine Kurve (Kurve, die durch „vor einer Modifikation“ gekennzeichnet ist), die Änderungen des zukünftigen Werts der kondensierten Wassermenge in einem Fall darstellt, in dem der Referenzsollwert der EGR-Rate als der virtuelle gegenwärtige Wert der EGR-Rate verwendet wird, und eine Kurve (Kurve, die durch „nach einer Modifikation“ gekennzeichnet ist), die Änderungen des zukünftigen Werts der kondensierten Wassermenge in einem Fall darstellt, in dem der modifizierte Sollwert der EGR-Rate als der virtuelle gegenwärtige Wert der EGR-Rate verwendet wird, dargestellt bzw. gezeigt. Wie es in dem Graph zu sehen ist, kann durch ein geeignetes Modifizieren des virtuellen gegenwärtigen Werts der EGR-Rate ein zukünftiger Wert der kondensierten Wassermenge geändert werden, um die Beschränkung zu erfüllen. Die Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit 200 sucht derart nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der EGR-Rate, dass der zukünftige Wert der kondensierten Wassermenge nicht in Widerspruch zu der Beschränkung in einem Zustand ist, in dem der Verbrennungsmotor gestoppt ist, das heißt, den idealen gegenwärtigen Wert der EGR-Rate, und modifiziert den Sollwert der EGR-Rate auf den idealen gegenwärtigen Wert. Damit wird, selbst wenn der Verbrennungsmotor plötzlich stoppt, eine Situation, in der die Menge von kondensiertem Wasser im Inneren der Zylinder erzeugt wird, bei denen solch ein Stoppen in Widerspruch zu der Beschränkung steht, vermieden.
Ausführungsform 3
Als Nächstes wird Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben.
Steuerungsobjekt von Ausführungsform 3
Eine Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 3 ist eine Steuerungsvorrichtung, die ein Automobil, das mit einem Folgeentfernungssteuerungssystem ausgerüstet ist, als ein Steuerungsobjekt nimmt. Ein Folgeentfernungssteuerungssystem ist konfiguriert, um eine Folgeentfernung mit Bezug auf ein vorausgehendes Fahrzeug mittels Millimeterwellenradar oder einer Kamera oder dergleichen zu messen und um eine Drosselsteuerung oder Bremssteuerung in Übereinstimmung mit einer Änderung der Folgeentfernung automatisch durchzuführen. Die Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 3 führt eine Steuerung eines Automobils durch ein Nehmen einer Folgeentfernung mit Bezug auf ein vorausgehendes Fahrzeug als einer gesteuerten Variablen und ein Nehmen eines Drosselöffnungsgrads und Bremsdrucks als gehandhabte bzw. eingestellte Variablen durch. Des Weiteren gibt es in einem Automobil, das mit einem Folgeentfernungssteuerungssystem ausgerüstet ist, wenn die Bremsen in einem vorausgehenden Fahrzeug plötzlich betätigt werden, eine Besorgnis, dass die Folgeentfernung schnell knapp und der Fahrer veranlasst wird, ein Gefühl von Angst zu erfahren. Deshalb wird in Ausführungsform 3 eine Beschränkung von dem Gesichtspunkt einer Sicherheit der Folgeentfernung auferlegt. Insbesondere wird ein Untergrenzwert, der den Fahrer nicht veranlasst, ein Gefühl von Angst zu erfahren, selbst wenn die Bremsen in einem vorausgehenden Fahrzeug plötzlich betätigt werden, als eine Beschränkung mit Bezug auf die Folgeentfernung festgesetzt. Das heißt, dass in Ausführungsform 3 die Folgeentfernung mit Bezug auf das vorausgehende Fahrzeug einer spezifischen Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, entspricht. Des Weiteren entspricht in Ausführungsform 3 eine Betriebsbedingung zu einer Zeit, wenn ein plötzliches Bremsen in dem vorausgehenden Fahrzeug durchgeführt wird, einer spezifischen Betriebsbedingung.
Steuerungsstruktur von Ausführungsform 3
12 ist ein Blockschaltbild, das die Steuerungsstruktur der Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 3 darstellt. Die Steuerungsstruktur, die in 12 dargestellt ist, enthält eine Sollfolgeentfernungsfestsetzeinheit 360, eine Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 und eine Folgeentfernungssteuerungseinheit 350. Die Sollfolgeentfernungsfestsetzeinheit 360 setzt einen Sollwert der Folgeentfernung basierend auf Betriebsbedingungen, wie beispielsweise der Geschwindigkeit von dem eigenen Fahrzeug und der Geschwindigkeit von dem vorausgehenden Fahrzeug, fest. Die Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 modifiziert den Sollwert der Folgeentfernung, der durch die Sollfolgeentfernungsfestsetzeinheit 360 festgesetzt wird, so dass die Folgeentfernung nicht in Widerspruch zu der Beschränkung steht, selbst wenn die Bremsen in dem vorausgehenden Fahrzeug plötzlich betätigt werden. Insbesondere enthält die Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 eine Zukunftsprognoseeinheit 310, eine Beschränkungsgarantieeinheit 320, eine Vermittlungseinheit 330 und eine Modifizierte-Sollfolgeentfernung-Ausgabeeinheit 340. Basierend auf dem Sollwert der Folgeentfernung, der durch die Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 modifiziert wird, steuert die Folgeentfernungssteuerungseinheit 350 die Drossel oder Bremsen, so dass die tatsächliche Folgeentfernung der Sollwert wird. Diese Einheiten, die die Steuerungsvorrichtung enthält, entsprechen einem Steuerungsprogramm, das in einem Speicher der Steuerungsvorrichtung gespeichert ist, oder einem Abschnitt des Steuerungsprogramms. Die Funktionen von diesen Einheiten werden durch die Steuerungsvorrichtung, die das Steuerungsprogramm aus dem Speicher ausliest und die das Steuerungsprogramm mit einem Prozessor ausführt, realisiert.
Die Details der Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 werden nun beschrieben. Die Zukunftsprognoseeinheit 310, die einen Teil der Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 bildet, enthält ein Folgeentfernungsmodell 312. Das Folgeentfernungsmodell 312 ist ein Modell, das einen zukünftigen Wert einer Folgeentfernung, die durch die Folgeentfernungssteuerung realisiert wird, prognostiziert. Die Geschwindigkeit von dem eigenen Fahrzeug und die Geschwindigkeit von dem vorausgehenden Fahrzeug werden als Parameter in dem Folgeentfernungsmodell 312 verwendet. Außerdem kann bzw. können in einem Fall, in dem eine Straßenflächeninformation bzw. Straßenflächeninformationen bzw. eine Straßenoberflächeninformation bzw. Straßenoberflächeninformationen (z.B. eine Information bzw. Informationen hinsichtlich Trockenheit, Befeuchten bzw. Nässe, Gefrieren oder dergleichen) von einem Straßenverkehrsinformationssystem erhalten werden, wobei die Straßenflächeninformation bzw. Straßenflächeninformationen bzw. Straßenoberflächeninformation bzw. Straßenoberflächeninformationen ebenso als ein Parameter verwendet werden kann bzw. können. Die Zukunftsprognoseeinheit 310 führt eine Zukunftsprognose mit Bezug auf die Folgeentfernung mittels des Folgeentfernungsmodells 312 unter der Voraussetzung einer Betriebsbedingung derart, dass die Bremsen in dem vorausgehenden Fahrzeug in dem nächsten Moment plötzlich betätigt werden, durch. Eine plötzliche Betätigung der Bremsen in dem vorausgehenden Fahrzeug ist eine besonders schwierige Betriebsbedingung hinsichtlich eines Erfüllens der Beschränkung, die der Folgeentfernung auferlegt wird, und ist zu derselben Zeit ebenso eine Betriebsbedingung, die erforderlich ist, um die Beschränkung mit einem besonders hohen Grad an Genauigkeit hinsichtlich Sicherheit zu erfüllen. Gemäß der Folgeentfernungssteuerung werden bei einem Detektieren eines plötzlichen Bremsens des vorausgehenden Fahrzeugs die Bremsen in dem Fahrzeug, in dem die Steuerungsvorrichtung eingebaut ist, ebenso plötzlich betätigt, um damit eine Kollision zu vermeiden. Gemäß dem Folgeentfernungsmodell 312 wird eine Änderung der Folgeentfernung in einem Fall, in dem die Folgeentfernungssteuerung auf diese Weise betrieben wird, durch ein Nehmen eines gegenwärtigen Werts der Folgeentfernung als einen Ausgangswert prognostiziert. Jedoch ist der gegenwärtige Wert der Folgeentfernung, der in das Folgeentfernungsmodell 312 eingegeben wird, nicht ein tatsächlicher gegenwärtiger Wert, der durch ein Millimeterwellenradar oder dergleichen gemessen wird. Die Zukunftsprognoseeinheit 310 erhält einen Sollwert (oder modifizierten Sollwert) der Folgeentfernung von der Modifizierte-Sollfolgeentfernung-Ausgabeeinheit 340 und stellt den Sollwert (oder modifizierten Sollwert) dem Folgeentfernungsmodell 312 als einen virtuellen gegenwärtigen Wert der Folgeentfernung bereit. Das Folgeentfernungsmodell 312 berechnet einen zukünftigen Wert der Folgeentfernung über einen vorgegebenen Prognosehorizont durch ein Nehmen des virtuellen gegenwärtigen Werts der Folgeentfernung als einen Ausgangswert.
Die Beschränkungsgarantieeinheit 320 enthält eine Prognoseergebnisevaluierungseinheit 321 und eine Sollwertmodifikationseinheit 322. Die Prognoseergebnisevaluierungseinheit 321 führt eine Evaluierung bzw. Bewertung mit Bezug auf den zukünftigen Wert der Folgeentfernung, der durch die Zukunftsprognoseeinheit 310 berechnet wird, durch ein Abgleichen des zukünftigen Werts mit einem Untergrenzwert der Folgeentfernung, der die Beschränkung ist, durch. Basierend auf dem Evaluierungsergebnis mit Bezug auf den zukünftigen Wert der Folgeentfernung modifiziert die Sollwertmodifikationseinheit 322 den Sollwert der Folgeentfernung, so dass eine höhere Evaluierung bzw. Bewertung erhalten wird. In diesem Fall ist der Sollwert der Folgeentfernung, der modifiziert wird, ein Sollwert, der als der virtuelle gegenwärtige Wert der Folgeentfernung in dem Folgeentfernungsmodell 312 verwendet wird. Daher bedeutet eine Modifikation des Sollwerts durch die Sollwertmodifikationseinheit 322 eine Modifikation des virtuellen gegenwärtigen Werts der Folgeentfernung.
Wenn ein Sollwert der Folgeentfernung (hierunter als ein „Referenzsollwert“ bezeichnet) von der Sollfolgeentfernungsfestsetzeinheit 360 eingegeben wird, gibt die Vermittlungseinheit 330 den Referenzsollwert an die Modifizierte-Sollfolgeentfernung-Ausgabeeinheit 340 aus. Des Weiteren gibt, wenn ein modifizierter Sollwert der Folgeentfernung von der Beschränkungsgarantieeinheit 320 eingegeben wird, die Vermittlungseinheit 330 den modifizierten Sollwert an die Modifizierte-Sollfolgeentfernung-Ausgabeeinheit 340 anstelle des Referenzsollwerts aus. Die Modifizierte-Sollfolgeentfernung-Ausgabeeinheit 340 bestimmt, ob eine Modifikation des Sollwerts der Folgeentfernung vervollständigt ist oder nicht, und gibt den Sollwert oder den modifizierten Sollwert der Folgeentfernung als den virtuellen gegenwärtigen Wert der Folgeentfernung an die Zukunftsprognoseeinheit 310 aus, bis eine Modifikation vervollständigt ist.
Die Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 modifiziert die Sollfolgeentfernung durch ein Berechnen der Schleife, die durch die Modifizierte-Sollfolgeentfernung-Ausgabeeinheit 340, die Zukunftsprognoseeinheit 310, die Beschränkungsgarantieeinheit 320 und die Vermittlungseinheit 330 gebildet wird, iterativ und sucht damit nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der Folgeentfernung, der die Beschränkung erfüllen kann. Anschließend wird ein virtueller gegenwärtiger Wert der Folgeentfernung, der die Beschränkung erfüllen kann, als ein Sollwert der Folgeentfernung von der Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 an die Folgeentfernungssteuerungseinheit 350 ausgegeben.
Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 3
13 stellt einen Graph dar, in dem, wobei die Zeitachse als die X-Achse genommen wird, zukünftige Werte der Folgeentfernung, die unter Verwendung des Folgeentfernungsmodells 312 prognostiziert werden, zu sehen sind. In diesem Graph werden eine Kurve (Kurve, die durch „vor einer Modifikation“ gekennzeichnet ist), die Änderungen des zukünftigen Werts der Folgeentfernung in einem Fall darstellt, in dem der Referenzsollwert als der virtuelle gegenwärtige Wert der Folgeentfernung verwendet wird, und eine Kurve (Kurve, die durch „nach einer Modifikation“ gekennzeichnet ist), die Änderungen des zukünftigen Werts der Folgeentfernung in einem Fall darstellt, in dem der modifizierte Sollwert als der virtuelle gegenwärtige Wert der Folgeentfernung verwendet wird, dargestellt bzw. gezeigt. Wie es in dem Graph zu sehen ist, kann durch ein geeignetes Modifizieren des virtuellen gegenwärtigen Werts der Folgeentfernung ein zukünftiger Wert der Folgeentfernung geändert werden, um die Beschränkung zu erfüllen. Die Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit 300 sucht nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der Folgeentfernung, der ein derartiger Wert ist, dass ein zukünftiger Wert der Folgeentfernung in einem Fall, in dem Bremsen in einem vorausgehenden Fahrzeug plötzlich betätigt werden, nicht in Widerspruch zu der Beschränkung steht, das heißt, sucht nach dem idealen gegenwärtigen Wert der Folgeentfernung, und modifiziert den Sollwert der Folgeentfernung auf den idealen gegenwärtigen Wert. Damit wird, selbst wenn Bremsen in dem vorausgehenden Fahrzeug plötzlich betätigt werden, eine Situation, in der sich die Folgeentfernung schnell verkürzt und in Widerspruch zu der Beschränkung steht, vermieden.
Ausführungsform 4
Als Nächstes wird Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben.
Steuerungsobjekt von Ausführungsform 4
Eine Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 4 ist eine Steuerungsvorrichtung, die einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, der in einem Automobil eingebaut ist, als ein Steuerungsobjekt nimmt. Der Verbrennungsmotor kann ein Funkenzündungsverbrennungsmotor bzw. Ottomotor sein oder kann ein Kompressionsselbstzündungsverbrennungsmotor bzw. Dieselmotor sein. Die Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 4 führt eine Steuerung des Verbrennungsmotors durch ein Nehmen einer Luftmenge (Frischluftmenge), die in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingesaugt wird, als einer gesteuerten Variablen und ein Nehmen von Steuerungsvariablen von Luftsystemaktuatoren, die ein Drosselventil enthalten, als gehandhabte bzw. eingestellte Variablen durch. Zusätzlich zu dem Drosselventil sind ein Ladedruckregelventil bzw. Wastegate-Ventil, ein EGR-Ventil und ein Variables-Ventil-Timing-Mechanismus und dergleichen ebenso in den Luftsystemaktuatoren enthalten. In einem Verbrennungsmotor mit einem Turbolader wird, selbst wenn ein Fahrer ein Gaspedal völlig niederdrückt, um eine Beschleunigung anzufordern, außer wenn es eine ausreichende Menge von Luft zu dem Zeitpunkt gibt, bei dem die Beschleunigungsanforderung gemacht wird, eine Verzögerung entstehen, bevor sich die Turbinendrehzahl erhöht. Eine Verzögerung in einer Erhöhung der Turbinendrehzahl erzeugt einen Beschleunigungslag, der eine Belastung für den Fahrer bewirkt. Deshalb wird in Ausführungsform 4 eine Beschränkung von dem Gesichtspunkt einer Fahrdynamik mit Bezug auf eine Rate einer Änderung einer Beschleunigung, die auf ein Fahrzeug wirkt, auferlegt. Insbesondere wird ein Untergrenzwert einer Rate einer Änderung einer Beschleunigung, der nicht Stress für einen Fahrer bewirkt, als eine Beschränkung mit Bezug auf die Rate einer Änderung einer Beschleunigung festgesetzt. Das heißt, dass in Ausführungsform 4 eine Rate einer Änderung einer Beschleunigung von einem Automobil einer spezifischen Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, entspricht. Des Weiteren entspricht in Ausführungsform 4 eine Betriebsbedingung, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand einer völligen Beschleunigung ist, einer spezifischen Betriebsbedingung.
Steuerungsstruktur von Ausführungsform 4
14 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerungsstruktur der Steuerungsvorrichtung von Ausführungsform 4 darstellt. Die Steuerungsstruktur, die in 14 dargestellt ist, enthält eine Sollluftmengenfestsetzeinheit 460, eine Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 und eine Luftmengensteuerungseinheit 450. Die Sollluftmengenfestsetzeinheit 460 setzt einen Sollwert einer Luftmenge basierend auf Betriebsbedingungen, wie beispielsweise der Motordrehzahl und dem Beschleunigeröffnungsgrad bzw. Gaspedalöffnungsgrad, fest. Die Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 modifiziert den Sollwert der Luftmenge, der durch die Sollluftmengenfestsetzeinheit 460 festgesetzt wird, so dass die Rate einer Änderung einer Beschleunigung nicht in Widerspruch zu der Beschränkung steht. Insbesondere enthält die Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 eine Zukunftsprognoseeinheit 410, eine Beschränkungsgarantieeinheit 420, eine Vermittlungseinheit 430 und eine Modifizierte-Sollluftmenge-Ausgabeeinheit 440. Basierend auf einem Sollwert der Luftmenge, der durch die Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 modifiziert wurde, steuert die Luftmengensteuerungseinheit 450 Luftsystemaktuatoren, so dass die tatsächliche Luftmenge der Sollwert wird. Diese Einheiten, die die Steuerungsvorrichtung enthält, entsprechen einem Steuerungsprogramm, das in einem Speicher der Steuerungsvorrichtung gespeichert ist, oder einem Abschnitt des Steuerungsprogramms. Die Funktionen von diesen Einheiten werden durch die Steuerungsvorrichtung, die das Steuerungsprogramm aus dem Speicher ausliest und die das Steuerungsprogramm mit einem Prozessor ausführt, realisiert.
Die Details der Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 werden nun beschrieben. Die Zukunftsprognoseeinheit 410, die einen Teil der Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 bildet, enthält ein Beschleunigungsmodell 412. Das Beschleunigungsmodell 412 ist ein Modell, in dem das Verhältnis zwischen einer Luftmenge und einer Beschleunigung, die auf ein Fahrzeug wirkt, unter Verwendung eines physikalischen Modells oder dergleichen modelliert wird. Das Verhältnis zwischen einer Luftmenge und einer Beschleunigung in einem Verbrennungsmotor mit einem Turbolader wird durch Parameter, wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl, dem Getriebeübersetzungsverhältnis des Getriebes, dem Abgaszustand (Temperatur, Flussrate und dergleichen) und der Turbinendrehzahl, beeinflusst. Deshalb werden diese Parameter in einer Zukunftsprognose durch das Beschleunigungsmodell 412 ebenso berücksichtigt. Man nehme zur Kenntnis, dass, obwohl es möglich ist, die Luftmenge unter Verwendung eines Luftdurchflussmessers zu messen, die Zukunftsprognoseeinheit 410 einen Sollwert (oder modifizierten Sollwert) der Luftmenge von der Modifizierte-Sollluftmenge-Ausgabeeinheit 440 erhält und den Sollwert (oder modifizierten Sollwert) als einen virtuellen gegenwärtigen Wert der Luftmenge auf das Beschleunigungsmodell 412 anwendet. Unter der Voraussetzung einer vollen Beschleunigung, in der das Gaspedal völlig niedergedrückt ist, berechnet das Beschleunigungsmodell 412 einen zukünftigen Wert einer Beschleunigung über einen vorgegebenen Prognosehorizont basierend auf verschiedenen Parametern, die den virtuellen gegenwärtigen Wert der Luftmenge enthalten. Eine volle Beschleunigung, in der das Gaspedal in Übereinstimmung mit der Absicht des Fahrers völlig niedergedrückt ist, ist eine Betriebsbedingung, für die es von dem Gesichtspunkt einer Fahrdynamik erforderlich ist, die Beschränkung mit Bezug auf eine Rate einer Änderung einer Beschleunigung mit einem besonders hohen Grad einer Genauigkeit zu erfüllen.
Die Beschränkungsgarantieeinheit 420 enthält eine Prognoseergebnisevaluierungseinheit 421 und eine Sollwertmodifikationseinheit 422. Die Prognoseergebnisevaluierungseinheit 421 berechnet eine Rate einer Änderung einer Beschleunigung in einem Prognoseintervall basierend auf einem zukünftigen Wert einer Beschleunigung, der durch die Zukunftsprognoseeinheit 410 berechnet wurde. Die Prognoseergebnisevaluierungseinheit 421 führt dann eine Evaluierung bzw. Bewertung durch ein Abgleichen der Rate einer Änderung einer Beschleunigung mit dem Untergrenzwert, der die Beschränkung ist, durch. Basierend auf dem Evaluierungsergebnis mit Bezug auf die Rate einer Änderung einer Beschleunigung modifiziert die Sollwertmodifikationseinheit 422 den Sollwert der Luftmenge, so dass eine höhere Evaluierung bzw. Bewertung erhalten wird. In diesem Fall ist der Sollwert der Luftmenge, der modifiziert wird, ein Sollwert, der als der virtuelle gegenwärtige Wert der Luftmenge in dem Beschleunigungsmodell 412 verwendet wird. Daher bedeutet eine Modifikation des Sollwerts durch die Sollwertmodifikationseinheit 422 eine Modifikation des virtuellen gegenwärtigen Werts der Luftmenge.
Wenn ein Sollwert der Luftmenge (hierunter als ein „Referenzsollwert“ bezeichnet) von der Sollluftmengenfestsetzeinheit 460 eingegeben wird, gibt die Vermittlungseinheit 430 den Referenzsollwert an die Modifizierte-Sollluftmenge-Ausgabeeinheit 440 aus. Des Weiteren gibt, wenn ein modifizierter Sollwert der Luftmenge von der Beschränkungsgarantieeinheit 420 eingegeben wird, die Vermittlungseinheit 430 den modifizierten Sollwert an die Modifizierte-Sollluftmenge-Ausgabeeinheit 440 anstelle des Referenzsollwerts aus. Die Modifizierte-Sollluftmenge-Ausgabeeinheit 440 bestimmt, ob eine Modifikation des Sollwerts der Luftmenge vervollständigt ist oder nicht, und gibt den Sollwert oder den modifizierten Sollwert der Luftmenge als den virtuellen gegenwärtigen Werts der Luftmenge an die Zukunftsprognoseeinheit 410 aus, bis eine Modifikation vervollständigt ist.
Die Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 modifiziert die Sollluftmenge durch ein Berechnen der Schleife, die durch die Modifizierte-Sollluftmenge-Ausgabeeinheit 440, die Zukunftsprognoseeinheit 410, die Beschränkungsgarantieeinheit 420 und die Vermittlungseinheit 430 gebildet wird, iterativ und sucht damit nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der Luftmenge, bei dem die Beschränkung, die der Rate einer Änderung einer Beschleunigung auferlegt wird, erfüllt werden kann. Anschließen wird ein virtueller gegenwärtiger Wert der Luftmenge, bei dem die Beschränkung, die der Rate einer Änderung einer Beschleunigung auferlegt wird, erfüllt werden kann, als ein Sollwert der Luftmenge von der Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 an die Luftmengensteuerungseinheit 450 ausgegeben.
Beispiel einer Berechnung durch die Steuerungsstruktur von Ausführungsform 4
15 stellt eine Graph dar, in dem, wobei die Zeitachse als die X-Achse genommen wird, zukünftige Werte einer Beschleunigung, die unter Verwendung des Beschleunigungsmodells 412 prognostiziert werden, zu sehen sind. in diesem Graph werden eine Kurve (Kurve, die durch „vor einer Modifikation“ gekennzeichnet ist), die Änderungen zukünftiger Werte einer Beschleunigung in einem Fall darstellt, in dem der Referenzsollwert als der virtuelle gegenwärtige Wert der Luftmenge verwendet wird, und eine Kurve (Kurve, die durch „nach einer Modifikation“ gekennzeichnet ist), die Änderungen zukünftiger Werte einer Beschleunigung in einem Fall darstellt, in dem der modifizierte Sollwert als der virtuelle gegenwärtige Wert der Luftmenge verwendet wird, dargestellt bzw. gezeigt. Wie es in dem Graph zu sehen ist, kann durch ein geeignetes Modifizieren des virtuellen gegenwärtigen Werts der Luftmenge ein zukünftiger Wert der Beschleunigung geändert werden, so dass die Rate einer Änderung einer Beschleunigung die Beschränkung erfüllt. Die Sollluftmengenmodifikationseinheit 400 sucht nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der Luftmenge für ein Erfüllen der Beschränkung in einem Zustand einer vollen Beschleunigung, das heißt, den idealen gegenwärtigen Wert der Luftmenge, und modifiziert den Sollwert der Luftmenge auf den idealen gegenwärtigen Wert. Damit wird, selbst wenn das Gaspedal plötzlich völlig niedergedrückt wird, ein Beschleunigungslag, der eine Belastung für den Fahrer bewirkt, vermieden.
Andere Ausführungsformen
Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenso als ein Steuerungsobjekt einen Verbrennungsmotor, der mit einem LPL-EGR-System (Niedrigdruckschleifenabgasrückführungssystem, low pressure loop exhaust gas recirculation system) ausgerüstet ist, in dem eine Region stromabwärts einer Turbine und eine Region stromaufwärts eines Kompressors mit einem EGR-Durchgang verbunden sind, nehmen. In solch einem Verbrennungsmotorsystem gibt es ein Problem, dass zu einer Zeit einer Beschleunigung ein Lag hinsichtlich einer Änderung einer Im-Zylinder-Luftmenge (Frischluftmenge), der mit einem Lag in einem Abschneiden bzw. Absperren von EGR-Gas einhergeht, entsteht. Deshalb wird in diesem Fall nach einem idealen gegenwärtigen Wert der EGR-Gasmenge für eine Zukunftsprognose unter Verwendung eines Modells gesucht, das die EGR-Gasmenge als eine gesteuerte Variable nimmt und die Luftmenge als eine spezifische Zustandsgröße, der eine Beschränkung auferlegt wird, nimmt. Durch ein Steuern des LPL-EGR-Systems durch ein Nehmen des idealen gegenwärtigen Werts der EGR-Gasmenge, der auf diese Art und Weise erhalten wird, als den Sollwert der EGR-Gasmenge kann eine Antwortverzögerung mit Bezug auf die Luftmenge zu einer Zeit einer Beschleunigung vermieden werden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Vorhergehenden eingeführt worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen können von den oben beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden, solange solche Modifikationen innerhalb eines Bereichs sind, der nicht von dem Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abweicht. Zum Beispiel ist es, obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen nach einem optimalen Sollwert durch eine iterative Modifikation gesucht wird, ebenso möglich, ein anderes Suchverfahren zu verwenden. Ausführungsform 1 als ein Beispiel nehmend kann ein folgendes Suchverfahren verwendet werden. Eine Vielzahl von virtuellen gegenwärtigen Werten, die auf den Referenzsollwert oder tatsächlichen gegenwärtigen Wert der DPF-Temperatur konzentriert sind, werden bestimmt und eine Zukunftsprognose der DPF-Temperatur wird durch ein Nehmen von jedem von der Vielzahl von virtuellen gegenwärtigen Werten als einen Ausgangswert durchgeführt. Anschließend werden virtuelle gegenwärtige Werte, für die ein zukünftiger Wert der DPF-Temperatur nicht in Widerspruch zu der Beschränkung stand, aus der Vielzahl von virtuellen gegenwärtigen Werten ausgewählt bzw. unter der Vielzahl von virtuellen gegenwärtigen Werten gewählt und wird außerdem aus den ausgewählten virtuellen gegenwärtigen Werten bzw. unter den gewählten virtuellen gegenwärtigen Werten ein virtueller gegenwärtiger Wert, der dem Referenzsollwert am nächsten ist, als der Sollwert der DPF-Temperatur bestimmt.
Bezugszeichenliste

6: Abgasdurchgang
12: DPF
14: Kraftstoffhinzufügungsventil
16: Temperaturmesswertgeber
20: ECU
100: Solitemperaturmodifikationseinheit
112: DPF-Temperatur-Modell
150: Hinzufügungsmengensteuerungseinheit
160: Solltemperaturfestsetzeinheit
200: Soll-EGR-Rate-Modifikationseinheit
212: Kondensierte-Wassermenge-Modell
250: EGR-Steuerungseinheit
260: Soll-EGR-Rate-Festsetzeinheit
300: Sollfolgeentfernungsmodifikationseinheit
312: Folgeentfernungsmodell
350: Folgeentfernungssteuerungseinheit
360: Sollfolgeentfernungsfestsetzeinheit
400: Sollluftmengenmodifikationseinheit
412: Beschleunigungsmodell
450: Luftmengensteuerungseinheit
460: Sollluftmengenfestsetzeinheit
800: Referenzregler

Claims

Steuerungsvorrichtung, die eine Maschine, in der einer spezifischen Zustandsgröße eine Beschränkung auferlegt wird, steuert, wobei die Steuerungsvorrichtung aufweist: ein Prognosemodell (112; 212; 312; 412), von dem Eingaben eine Betriebsbedingung und eine gesteuerte Variable der Maschine enthalten und von dem Ausgaben einen zukünftigen Wert der spezifischen Zustandsgröße, der basierend auf den Eingaben prognostiziert wird, enthalten, wobei die Steuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um: unter einer Voraussetzung, dass eine Betriebsbedingung der Maschine eine spezifische Betriebsbedingung, die zuvor definiert wird, ist, nach einem virtuellen gegenwärtigen Wert der gesteuerten Variablen für ein Gewährleisten, dass die spezifische Zustandsgröße nicht in Widerspruch zu der Beschränkung in Zukunft steht, unter Verwendung des Prognosemodells (112; 212; 312; 412) zu suchen, den virtuellen gegenwärtigen Wert, der durch ein Suchen erhalten wird, als einen Sollwert der gesteuerten Variablen festzusetzen, und eine gehandhabte Variable der Maschine zu bestimmen, so dass sich ein tatsächlicher gegenwärtiger Wert der gesteuerten Variablen dem Sollwert nähert.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um: einen Referenzsollwert der gesteuerten Variablen basierend auf gegenwärtigen Betriebsbedingungen der Maschine zu bestimmen, und eine Suche nach dem virtuellen gegenwärtigen Wert basierend auf dem Referenzsollwert durchzuführen.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um auszuführen: wenn die Suche nach dem virtuellen gegenwärtigen Wert basierend auf dem Referenzsollwert durchgeführt wird, eine erste Verarbeitung, die anfangs den Referenzsollwert als den virtuellen gegenwärtigen Wert festsetzt, eine zweite Verarbeitung, die einen zukünftigen Wert der spezifischen Zustandsgröße mittels des Prognosemodells unter Verwendung des virtuellen gegenwärtigen Werts als einen Parameter prognostiziert, eine dritte Verarbeitung, die basierend auf dem zukünftigen Wert der spezifischen Zustandsgröße, der durch die zweite Verarbeitung prognostiziert wird, und der Beschränkung einen Evaluierungswert des virtuellen gegenwärtigen Werts unter Verwendung einer Evaluierungsfunktion, die zuvor definiert wird, berechnet, und eine vierte Verarbeitung, die den virtuellen gegenwärtigen Wert basierend auf dem Evaluierungswert, der durch die dritte Verarbeitung berechnet wird, modifiziert, und die zweite Verarbeitung, die dritte Verarbeitung und die vierte Verarbeitung eine vorgegebene Anzahl an Malen zu wiederholen.
Steuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gesteuerte Variable und die spezifische Zustandsgröße dieselbe Art von Zustandsgröße sind.
Steuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gesteuerte Variable und die spezifische Zustandsgröße verschiedene Arten von Zustandsgrößen sind.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei: die Maschine ein Verbrennungsmotor ist, der mit einem DPF in einem Abgasdurchgang ausgerüstet ist, die gesteuerte Variable und die spezifische Zustandsgröße beide eine DPF-Temperatur sind, und die spezifische Betriebsbedingung eine Betriebsbedingung zu einer Zeit ist, wenn der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufzustand ist.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei: die Maschine ein Verbrennungsmotor ist, der mit einem EGR-System ausgerüstet ist, die gesteuerte Variable eine EGR-Rate ist, die spezifische Zustandsgröße eine Menge von kondensiertem Wasser, die im Inneren eines Zylinders erzeugt wird, ist, und die spezifische Betriebsbedingung eine Betriebsbedingung zu einer Zeit ist, wenn der Verbrennungsmotor in einem gestoppten Zustand ist.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei: die Maschine ein Automobil ist, das mit einem Folgeentfernungssteuerungssystem ausgerüstet ist, die gesteuerte Variable und die spezifische Zustandsgröße beide eine Folgeentfernung zwischen dem Automobil und einem vorausgehenden Fahrzeug sind, und die spezifische Betriebsbedingung eine Betriebsbedingung zu einer Zeit ist, wenn ein plötzliches Bremsen in dem vorausgehenden Fahrzeug durchgeführt wird.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei: die Maschine ein Verbrennungsmotor mit einem Turbolader ist, der in einem Automobil eingebaut ist, die gesteuerte Variable eine Luftmenge, die in einen Zylinder des Verbrennungsmotors hineingezogen wird, ist, die spezifische Zustandsgröße eine Rate einer Änderung einer Beschleunigung des Automobils ist, und die spezifische Betriebsbedingung eine Betriebsbedingung zu einer Zeit ist, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand einer vollen Beschleunigung ist.