DE4429763A1

DE4429763A1 - Steuerungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4429763A1
Application number: DE4429763A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Kawai; Hisayo Douta; Hiroshi Ikeda
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP3316955B2; KR100228884B1; JPH07109943A; GB2281133A; KR950006221A; DE4429763B4; GB2281133B; US5479897A; GB9415804D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steue rungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, welche eine mul tivariable Steuerung durchführt, um sich einem dynamischen Modell eines Verbrennungsmotors als Sollwert der Steuerung anzunähern und dadurch das Verhalten hervorruft, sich einem Sollwert anzunähern, und insbesondere auf eine Ausführungs form einer Steuerungsvorrichtungsstruktur, welche optimal auf Steuerungsergebnisse angewendete Effekte durch Nachbil den von Fehlern unterdrückt, welche sich aus Lastschwankun gen oder ähnlichem des Verbrennungsmotors ergeben, welcher als dynamisches Modell angenähert wird.

Einige bekannte Steuerungsvorrichtungen dieses Typs enthalten beispielsweise eine Vorrichtung, welche in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 64-8336 (US- Patent Nr. 4,785,780 offenbart ist, eine Vorrichtung, wel che in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4- 5452 offenbart ist, und eine Vorrichtung, welche in der of fengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-279749 (US- Patent Nr. 5,184,588) offenbart ist. Jede dieser Steue rungsvorrichtungen erfaßt den Verbrennungsmotor als dynami sches System unter Berücksichtigung des inneren Zustands des Motors durch Bestimmung von Eingangsvariablen des Mo tors während einer Abschätzung des dynamischen Verhaltens des Motors mittels der Zustandsvariablen, welche den inne ren Zustand davon bestimmen, d. h. es wird ein Verfahren der Zustandsvariablensteuerung auf der Grundlage dessen, was als modern bekannt ist, oder eine fortschrittliche Steue rungstheorie verwendet, um die Geschwindigkeit des Verbren nungsmotors beim Leerlauf bzw. die Leerlaufgeschwindigkeit zu steuern.

Normalerweise wird ein Zustandsmonitor, welcher zur Überwachung bestimmt ist, als Einrichtung zum Abschätzen des inneren Zustands des Verbrennungsmotors verwendet, wel cher der gesteuerte Gegenstand bei diesem Typ der Zustands variablensteuerung auf der Grundlage der modernen Steue rungstheorie ist, um periodisch Größen der Zustandsvaria blen des Verbrennungsmotors von Betriebsgrößen (Steuerungseingangsinformation) des Motors und Steuerungs größen (Steuerungsausgangsinformation) des Motors zu schät zen; die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Vor richtungen sind jedoch dazu geschaffen, spezifische Steue rungsgrößen und Betriebsgrößen wie die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors und die Betriebsgröße der Leerlaufluft als Zustandsvariablengrößen, welche den inneren Zustand ei nes dynamischen Modells des Verbrennungsmotors darstellen, auszugeben, wodurch die Konstruktion dieser Überwachungs einrichtung verhindert wird und sogar Komplikationen ver mindert werden, wenn der gesteuerte Gegenstand nachgebildet wird. Die Zustandsvariablengrößen, welche auf diese Art ausgegeben werden, erleben beispielsweise eine integrale Kompensation in Übereinstimmung mit dem Akkumulationswert der Differenz von dem Sollwert der erfaßten Leerlaufge schwindigkeit als die oben erwähnte Steuerungsgröße. Des weiteren wird beispielsweise die oben erwähnte Leerlaufluft einem darauf reagierenden Stellglied als Betriebsgröße ge geben, die im Stande ist, sich dem Zustandsrückkopplungssy stem bei hoher Geschwindigkeit auf der Grundlage der vor herbestimmten optimalen Rückkopplungsverstärkung des rele vanten Modells anzunähern.

Durch Vorsehen der oben erwähnten Steuerungsvorrichtung nach dem Stand der Technik mit einer Einrichtung zum Ausge ben von spezifischen Steuerungsgrößen und Betriebsgrößen als Zustandsvariablengrößen, die den inneren Zustand des dynamischen Modells des Verbrennungsmotors auf diese Weise darstellen, wird eine verläßliche fehlerfreie genaue und sofortige Steuerung bezüglich der relevanten Zustandsvaria blengrößen ermöglicht, während eine vergleichbar einfache Struktur der Steuervorrichtung erlangt wird, welche die Konstruktion der oben erwähnten Überwachungseinrichtung vermeidet.

Es ist zu bemerken, daß die oben erwähnten Zustandsva riablengrößen selbst als Werte ausgegeben werden, welche den internen Schwankungen des als gesteuerter Gegenstand verwendeten Verbrennungsmotors nachgehen, und diese Tatsa che ermöglicht es einem Steuerungsverfahren, bei welchem diese Zustandsvariablensteuerung, welche auf der Basis der modernen Steuerungstheorie durchgeführt wird, widerstands fähig bezüglich eines Modellierungsfehlers zu sein.

Da jedoch unter Bezugnahme auf die oben erwähnte opti male Rückkopplungsverstärkung diese normalerweise als Koef fizient vorbestimmt ist, welcher spezifisch für den Ver brennungsmotor ist, der als dynamisches Modell angenähert ist, können Modellierungsfehler nicht in dem Fall ignoriert werden, bei welchem derartige Modellierungsfehler auftre ten. Wenn aus diesem Grund große Schwankungen bei dem als gesteuerter Gegenstand verwendeten Verbrennungsmotor auf treten, wird die Verläßlichkeit der Rückkopplungsverstär kung selbst zweifelhaft, und es wird die gewünschte Zu standsrückkopplung nicht notwendigerweise als die Steuer vorrichtung beibehalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nach teile der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zu über winden.

Es ist vorgesehen, eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, welche geeignet ist zum wirksamen Unterdrücken der Effekte eines Modellierungsfeh lern bezüglich Steuerungsergebnissen selbst in dem Falle des Auftretens eines derartigen Modulierungsfehlers, wel cher sich infolge einer Lastschwankung oder ähnlichem in dem als dynamisches Modell angenäherten Verbrennungsmotor ergibt.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 11 gezeigt, ist eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbren nungsmotor vorgesehen mit einem Stellglied M1, welches auf einen Laufzustand eines Verbrennungsmotors einwirkt, einer Laufzustands-Erfassungseinrichtung M2, welche die Steue rungsgröße des Laufzustands des Verbrennungsmotors erfaßt, einer Zustandsvariablengrößen-Ausgabeeinrichtung M3, welche die gegenwärtigen oder früheren Betriebsgrößen des Stell gliedes M1 ebenso wie die von der Laufzustands-Erfassungs einrichtung M2 erfaßten gegenwärtigen und früheren Steue rungsgrößenwerte als Zustandsvariablengrößen ausgibt, wel che einen inneren Zustand eines dynamischen Modells des Verbrennungsmotors darstellen, einer Differenz-Akkumulati onseinrichtung M4, welche Differenzen zwischen der von der Laufzustands-Erfassungseinrichtung M2 erfaßten Steuerungs größe und dem Sollwert akkumuliert, einer Modellkonstanten- Berechnungseinrichtung M5, welche eine Modellkonstante in Realzeit als dynamisches Modell des Verbrennungsmotors auf der Basis der früheren Betriebsgröße des Stellglieds M1 ebenso wie der gegenwärtigen und früheren Steuerungsgrößen werte berechnet, welche von der Laufzustands-Erfassungsein richtung M2 erfaßt wurden, einer Rückkopplungsverstärkungs- Berechnungseinrichtung M6, welche eine bestimmte Bestim mungsfunktion verwendet, um die optimale Rückkopplungsver stärkung für einen Regler zum Berechnen, welcher auf der Grundlage der berechneten Modellkonstante konstruiert wurde, und einer Betriebsgrößen-Berechnungseinrichtung M7, welche die Betriebsgröße des Stellglieds auf der Grundlage der berechneten optimalen Rückkopplungsverstärkung, der Zu standsvariablengröße, die von der Zustandsvariablengrößen- Ausgabeeinrichtung M3 ausgegeben wurde, und dem Differenz- Akkumulationswert der Differenz-Akkumulationseinrichtung M4 berechnet.

In einem Fall des Steuerns beispielsweise der Leerlauf geschwindigkeit des Verbrennungsmotors dient die Größe der Leerlaufluft als Betriebsgröße, welche von dem Stellglied M1 gesteuert wird, und die Leerlaufgeschwindigkeit dient als von der Laufzustands-Erfassungseinrichtung M2 erfaßte Steuerungsgröße. Demzufolge dient in diesem Fall die Zu standsvariablengrößen-Ausgabeeinrichtung M3 dazu, die vor liegenden und früheren Betriebsgrößen bezüglich der Größe der Leerlaufluft ebenso wie die bezüglich der Leerlaufge schwindigkeit erfaßten gegenwärtigen und früheren Geschwin digkeitswerte als die Zustandsvariablengrößen auszugeben, welche den inneren Zustand des dynamischen Modells des Ver brennungsmotors darstellen, und die Differenz-Akkumulati onseinrichtung M4 dient dazu, die Differenz zwischen diesem erfaßten Wert der Leerlaufgeschwindigkeit und der Sollge schwindigkeit zu akkumulieren.

Ähnlich dient in einem Fall des Steuerns des Luft- Treibstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors die Rate der Treibstoffzufuhr als die Betriebsgröße, welche von dem Stellglied M1 gesteuert wird, und das Luft-Treibstoff-Ver hältnis dient als von der Laufzustands-Erfassungseinrich tung M2 erfaßte Steuerungsgröße. Demzufolge dient in diesem Fall die Zustandsvariablengrößen-Ausgabeneinrichtung M3 da zu, die gegenwärtigen und früheren Betriebsgrößen bezüglich der Rate der Treibstoffzufuhr ebenso wie die erfaßten ge genwärtigen und früheren Geschwindigkeitswerte" bezüglich des Luft-Treibstoff-Verhältnisses als die Zustandsvaria blengrößen auszugeben, welche den inneren Zustand des dyna mischen Modells des Verbrennungsmotors darstellen, und die Differenz-Akkumulationseinrichtung M4 dient dazu, die Dif ferenz zwischen diesem erfaßten Wert des Luft-Treibstoff- Verhältnisses und dem Sollwert des Luft-Treibstoff-Verhält nisses zu akkumulieren.

Wie oben beschrieben wurde, berechnet die Modellkon stanten-Berechnungseinrichtung M5 eine Modellkonstante in Realzeit als dynamisches Modell des Verbrennungsmotors auf der Basis der früheren Betriebsgröße des Stellglieds M1 ebenso wie der von der Laufzustands-Erfassungseinrichtung M2 erfaßten gegenwärtigen und früheren Steuerungsgrößenwer te, und die Rückkopplungsverstärkungs-Berechnungseinrich tung M6 berechnet die optimale Rückkopplungsverstärkung für den Regler, welcher auf der Grundlage der in Realzeit auf diese Weise berechneten Modellkonstante konstruiert wurde. Das heißt, diese Steuervorrichtung ist derart gestaltet, daß die Modellierung des gesteuerten Gegenstands in Real zeit durchgeführt wird und ein Modellierungsfehler natür lich vermieden wird, sogar wenn eine Schwankung bei dem als gesteuerter Gegenstand verwendeten Verbrennungsmotor auf tritt. Darüber hinaus nimmt die berechnete optimale Rück kopplungsverstärkung natürlich einen Wert an, welcher an den periodischen Zustand des ohne diesen Fehler modellier ten Verbrennungsmotors angepaßt ist.

Wenn deshalb die Betriebsgrößen-Berechnungseinrichtung M7 ausgebildet ist, eine optimale Rückkopplungsverstärkung anzuwenden, welche an den periodischen Zustand des ohne diesen Fehler modellierten Verbrennungsmotors angepaßt ist, während integrale Kompensation bezüglich der Zustandsvaria blengröße durchgeführt wird, welche von der Zustandsvaria blengrößen-Ausgabeeinrichtung M3 auf der Grundlage der Ak kumulationswerte entsprechend der Differenz-Akkumulations einrichtung M4 ausgegeben wurde, wodurch die Betriebsgröße des Stellglieds M1 berechnet wird, welche sich dem Zu standsrückkopplungssystem bezüglich des relevanten Modells bei einer hohen Geschwindigkeit annähern kann, wird der Ef fekt der auf das Steuerungsergebnis angewandten Schwankung en natürlich unterdrückt, sogar wenn einige Schwankungen bei dem als das dynamische Modell angenäherten Verbren nungsmotors auftreten, und beispielsweise bezüglich der Ge schwindigkeitssteuerung während des Leerlaufs oder der Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses wird dadurch eine konstant stabile Zustandsvariablensteuerung beibehal ten, welche an den periodischen Zustand des Verbrennungsmo tors angepaßt ist.

Es ist des weiteren bezüglich der Berechnung der oben erwähnten optimalen Rückkopplungsverstärkung durch die Rückkopplungsverstärkungs-Berechnungseinrichtung M6 ak zeptabel, diese in Realzeit parallel zu der oben erwähnten Modellierung des gesteuerten Gegenstands durchzuführen. Es wird jedoch unter Berücksichtigung der gesamten Betriebsef fizienz bezüglich einer Steuerungsvorrichtung für die Rück kopplungsverstärkungs-Berechnungseinrichtung M6 bevorzugt, weiter strukturiert zu sein, um die Schwankungsgröße der von der oben erwähnten Modellkonstanten-Berechnungseinrich tung M5 berechneten Modellkonstanten zu überwachen, diese optimale Rückkopplungsverstärkung lediglich dann erneut zu berechnen, wenn eine Modellkonstantenschwankung, welche größer als eine spezifizierte Größe ist, bestätigt ist und die optimale Rückkopplungsverstärkung bis zu den anderen Malen beizubehalten.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor entsprechend einer Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Funktionen und Verbindun gen zwischen Funktionen in dem Fall der Steuerung der Leer laufgeschwindigkeit durch eine Vorrichtung und primär die elektronische Steuerungseinheit der Ausführungsform;

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Betreiben eines ISC-Ventils, das in Fig. 1 oder Fig. 2 als Beispiel des Betriebs einer Vorrichtung der Ausführungsform darge stellt ist;

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Modellkonstanten-Berech nungsverfahrens, das durch den Fig. 2 dargestellten Kon stantenberechnungsabschnitt ausgeführt wird;

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Rückkopplungsverstärkungs konstanten-Berechnungsverfahrens, welches von dem in Fig. 2 dargestellten Rückkopplungsverstärkungs-Berechnungsab schnitt ausgeführt wird;

Fig. 6 ein Blockdiagramm der Funktionen und Verbindun gen zwischen Funktionen in dem Fall der Steuerung eines Luft-Treibstoff-Verhältnisses durch eine Vorrichtung, und primär die elektronische Steuerungseinheit einer anderen Ausführungsform einer Steuerungsvorrichtung für einen Ver brennungsmotor entsprechend einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm des Berechnungsverfahrens be züglich der Berechnung der Treibstoffeinspritzmenge als Beispiel des Betriebs einer Vorrichtung der Ausführungsform von Fig. 6;

Fig. 8 ein Flußdiagramm des Berechnungsverfahrens des Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF, welches von dem in Fig. 6 dargestellten Luft-Treibstoff- Verhältnis-Kompensationskoeffizientenberechnungsabschnitt ausgeführt wird;

Fig. 9 ein Flußdiagramm des Modellkonstanten-Berech nungsverfahrens, welches von dem in Fig. 6 dargestellten Konstanten-Berechnungsabschnitt ausgeführt wird;

Fig. 10 ein Flußdiagramm des Rückkopplungsverstärkungs konstanten-Berechnungsverfahrens, welches von dem in Fig. 2 dargestellten Rückkopplungsverstärkungs-Berechnungsab schnitt ausgeführt wird; und

Fig. 11 ein Strukturdiagramm der vorliegenden Erfin dung.

Bezüglich einer Ausführungsform einer Steuerungsvor richtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 1 ein Diagramm, welches einen in einem Fahrzeug angebrachten Verbrennungsmotor und eine elektronische Steuerungseinheit darstellt.

Zuerst wird die Struktur des als gesteuerter Gegenstand verwendeten Motors und die elektronische Steuerungseinheit dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 1 be schrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird als Motor 10 ein 4-Zylin der, 4-Takt-Ottomotor angenommen. Die Einlaßluft tritt stromauf aufeinanderfolgend über einen Luftfilter 21, einen Luftflußmesser 22, eine Einlaßluftröhrenleitung 23, einen Druckausgleichsbehälter 24 und jeweilige Lufteinlaßabzwei gungsröhren hindurch, um in die jeweiligen Zylinder zu ge langen. Treibstoff wird aus einem (nicht gezeigten) Treib stofftank zu Treibstoffeinspritzventilen 26a, 26b, 26c und 26d gepumpt, welche an den jeweiligen Lufteinlaßabzweigroh ren 25 befestigt sind und der Treibstoffzufuhr dienen.

In dem Motor 10 werden elektrische Hochspannungssigna le, welche von einer Zündschaltung 27 zugeführt werden, aufeinanderfolgend von einem Verteiler 29 an Zündkerzen 28a, 28b, 28c und 28d angelegt, welche innerhalb der jewei ligen Zylinder vorgesehen sind. Innerhalb des Verteilers 29 ist ein Motordrehzahlsensor 30 angeordnet, welcher die Ge schwindigkeit Ne des Motors 10 erfaßt. Des weiteren ist ein Drosselklappensensor 32 vorgesehen, welcher den Öffnungs grad eines Drosselklappenventils 31 erfaßt, ein Kühlmittel temperatursensor 33, welcher die Temperatur des Motorkühl mittels erfaßt, ein Einlaßlufttemperatursensor 34, welcher auf ähnliche Weise die Temperatur der Einlaßluft erfaßt, und ein Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensor 35, welcher die tatsächliche nichtverbrannte Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromauf eines 3-Wege-Katalysewandlers innerhalb ei nes Abgasrohrs erfaßt und sie als Luft-Treibstoff-Verhält nis-Sensorsignal λ ausgibt. In diesem Zusammenhang nimmt das Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensorsignal λ, welches von dem oben erwähnten Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensor 35 ausgegeben wurde, in derartigen Fällen einen linearen Wert in Beziehung zu dem tatsächlichen Luft-Treibstoff-Verhält nis der Luft-Treibstoff-Mischung an, welche dem Motor 10 zugeführt wurde. Der Motorgeschwindigkeitssensor 30 ist ge genüber einem Getriebe angeordnet, welches sich synchron zu der Kurbelwelle des Motors 10 bewegt, und gibt 24 Pulssi gnale aus, während die Motorkurbelwelle sich zweimal dreht (720°). Der oben erwähnte Drosselklappensensor 32 gibt ein analoges Signal in Abhängigkeit des Grads der Öffnung des Drosselklappenventils 31 zusammen mit der Ausgabe eines Ein-Aus-Signals eines Leerlaufschalters aus, welcher er faßt, wenn das Drosselklappenventil 31 im wesentlichen vollständig geschlossen ist.

Innerhalb des Einlaßluftsystems des Motors 10 ist ein Umleitungsdurchgang 40 vorgesehen, welcher das Drosselklap penventil 31 umgeht und den Betrag der Einlaßluft während des Leerlaufs des Motors 10 steuert. Der Umleitungsdurch gang 40 beinhaltet Luftröhren 42 und 43 und ein Leerlaufs geschwindigkeitssteuerungsventil 44 (hernach als ISC-Ventil bezeichnet). Dieses ISC-Ventil 44 ist im wesentlichen ein lineares Solenoid-Ventil und steuert variabel die Luft durchgangsfläche zwischen den oben erwähnten Luftröhren 42 und 43 entsprechend der Position eines Ventilteils 46, wel ches beweglich innerhalb einem Gehäuse 45 vorgesehen ist. Das ISC-Ventil 44 ist normalerweise derart eingestellt, daß das Ventilteil 46 sich in einem Zustand befindet, bei wel chem die oben erwähnte Luftdurchgangsfläche mittels einer schraubenförmigen Kompressionsfeder 47 zu Null wird, jedoch wird das Ventilteil 46 angetrieben und der Luftdurchgang geöffnet mittels eines Anregungsstroms, welcher durch eine Wicklung 48 fließt. Das heißt, der Umleitungsluftfluß kann durch kontinuierliches Ändern des Anregungsstroms durch die Wicklung 48 gesteuert werden. In diesem Fall wird der Anre gungsstrom durch die Wicklung 48 durch Pulsbreitenmodulati on (PWM) gesteuert, welche das Taktverhältnis der an die Wicklung 48 angelegten Pulsbreite steuert.

Darüber hinaus wird dieses ISC-Ventil 44 von der elek tronischen Steuerungseinheit 20 auf ähnliche Weise wie die oben erwähnten Treibstoffeinspritzventile 26a bis 26d und die Zündschaltung 27 angesteuert und überwacht, und kann zusätzlich zu dem oben beschriebenen linearen Solenoidven til vom Diaphragmatyp sein, dem Typ, welcher von einem Schrittmotor oder ähnlichem gesteuert wird.

Die elektronische Steuerungseinheit 20 ist aus einem Mikrocomputer zusammengesetzt, welcher primär eine bekannte zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 51 aufweist, einem Festwertspeicher (ROM) 52, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 53, einem Reserve-RAM 54 und anderem. Der Mi krocomputer ist wechselseitig über einen Bus an ein Ein gangsport 56 angeschlossen, über welchen Eingangssignale von den jeweiligen oben erwähnten Sensoren aufgenommen wer den, an einen Ausgangsport 58, welcher Steuersignale an die jeweiligen Stellglieder ausgibt, usw. Die elektronische Steuerungseinheit 20 gibt Sensorsignale bezüglich des oben erwähnten Einlaßluftflusses, der Einlaßlufttemperatur, dem Drosselklappenöffnungsgrad, der Kühltemperatur, der Motor geschwindigkeit Ne, dem Luft-Treibstoff-Verhältnis λ usw. über den Eingansport 56 ein, berechnet den Betrag der Treibstoffeinspritzung TAU, den Zündzeitablauf, den ISC- Ventilöffnungsgrad Q und ähnliches auf der Grundlage dieser Sensorsignale und gibt die jeweiligen Steuerungssignale den Treibstoffeinspritzventilen 26a bis 26d, der Zündschaltung 37 und dem ISC-Ventil 44 aus.

Als Beispiel der Steuerungsvorrichtung dieser Ausfüh rungsform verwendet das in Fig. 2 gezeigte Modell den Be trag der Leerlaufluft als Betriebsgröße (Steuerungseingang), die Motorgeschwindigkeit (Leerlaufgeschwindigkeit) als Steuerungsgröße (Steuerungsausgang) und bildet den oben erwähnten Motor 10 nach. Die Steuerungszustände als Mittel zum Durchführen der Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung für den Motor 10 wird hernach detailliert beschrieben.

Entsprechend Fig. 2 gibt ein Zustandsvariablengrößen steuerungsausgangsabschnitt 201, welcher die elektronische Steuerungseinheit 20 bildet, gegenwärtige und frühere Be triebsgrößen entsprechend dem oben erwähnten ISC-Ventil 44 als Stellglied aus, ebenso die von dem oben erwähnten Mo torgeschwindigkeitssensor 30 erfaßten gegenwärtigen und früheren Steuerungsgrößenwerte als Laufzustandserfassungs mittel, als Zustandsvariablengröße, welche den inneren Zu stand des dynamischen Modells des Motors 10 darstellt. Auf ähnliche Weise akkumuliert ein Motorgeschwindigkeitsdiffe renzakkumulationsabschnitt 202 die Differenz zwischen dem Steuerungsgrößenwert Ne (i), welcher von dem oben erwähnten Geschwindigkeitssensor 30 erfaßt wird, und seinem Sollwert NT (i). Auf ähnliche Weise berechnet ebenso ein Modellkon stanten-Berechnungsabschnitt 203 die Modellkonstante in Re alzeit als dynamisches Modell des Motors auf der Grundlage der früheren Betriebsgröße des oben erwähnten ISC-Ventils 44 ebenso wie der von dem oben erwähnten Geschwindigkeits sensor 30 erfaßten gegenwärtigen und früheren Steuerungs größenwerte. Der Rückkopplungsverstärkungs-Berechnungsab schnitt 204 verwendet eine besondere Bestimmungsfunktion, um die optimale Rückkopplungsverstärkung für den Regler zu berechnen, welcher auf der Grundlage der berechneten Mo dellkonstante konstruiert wurde. Darüber hinaus berechnet ein Leerlaufbetragsberechnungsabschnitt 205 die Betriebs größe u(i) des oben erwähnten ISC-Ventils 44 als Stellglied auf der Grundlage der berechneten optimalen Rückkopplungs verstärkung, der Zustandsvariablengrößen, welche von dem oben erwähnten Zustandsvariablengrößensteue rungsausgangsabschnitt 201 ausgegeben wurden, und des Dif ferenzakkumulationswerts entsprechend dem oben erwähnten Geschwindigkeitsdifferenzakkumulationsabschnitt 202.

Diese Vorrichtungen, welche die elektronische Steue rungseinheit 20 darstellen, werden unter Verwendung des folgenden Verfahrens entworfen, um die Ausführung der Leer laufsgeschwindigkeitssteuerung zu ermöglichen.

(1) Modellierung (Identifizierung) eines gesteuerten Gegenstands

Ein allgemeines autoregressives Modell bezüglich einer mittleren Bewegung verwendet die Form der folgenden Glei chung.

Y(i) = A₁Y(i-1)+A₂Y(i-2)+ . . . + A_nY/i-n) +B₁U(i-1)+B₂U(i-2)+ . . . + B_mU(i-m) (1)

In der Vorrichtung dieser Ausführungsform wird ein au toregressives Modell bezüglich mittlerer Bewegung der Ord nung (2, 1) mit n = 2 und m = 1 verwendet, mit einer Verzö gerung p infolge der Totzeit als p = 1 und unter Berück sichtigung einer Störgröße d ergibt sich

Ne(i) = a₁Ne(i-1)+a₂Ne(i-2)+b₁u(i-2) + d(i-1) (2)

wodurch ein Modell eines Systems angenähert wird, wel ches die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors 10 steuert. Da bei sind a1, a2 und b1 Modellkonstanten des angenäherten Modells, und u zeigt die Betriebsgröße des ISC-Ventils 44 an. Diese Betriebsgröße u entspricht in dieser Ausführungs form dem Tastverhältnis der an die oben erwähnte Wicklung 48 angelegten Pulssignale. Darüber hinaus ist i eine Varia ble, welche die Anzahl von Malen der Ausführung der Steuer ung ab dem Start der anfänglichen Abtastung anzeigt.

(2) Realzeitberechnung (angewandte Identifizierung) Modellkonstante a und b

Ein Aufspalten der oben erwähnten Gleichung (2) bezüg lich bekannter und unbekannter Signale führt zufolgender Gleichung.

Hierbei werden die unbekannten Größen a1, a2, b1 und d aufeinanderfolgend durch die Fehlerquadratmethode (method of least squares) bestimmt.

Kurz dargestellt, mit R (THETA) als Parametervektor oder W als Meßwertvektor,

und wenn

ergibt sich unter der Bedingung, daß i → ∞,

Daher werden unter Verwendung des Algorythmus der vor stehenden Gleichung (5) die unbekannten Größen bestimmt, welche die Modellkonstanten a und b (bzw. a1, a2, b1 und d) darstellen. Dementsprechend wird die Gleichung (5) in Real zeit ausgeführt, und die zu bestimmenden Werte werden aus Gründen der Vereinfachung hier als die Modellkonstanten de finiert. In der Gleichung (5) gilt jedoch bezüglich Γ (GAMMA):

was eine symmetrische 4×4-Matrix mit

als Anfangswert darstellt.

(3) Verfahren zum Darstellen von Zustandsvariablen X

Bei der Verwendung der oben erwähnten Gleichung (2) zum Ausdrücken von Zustandsvariablen mittels bekannter Signale ergibt sich folgende Gleichung.

Hier gilt

und es kann daher

X(i) = [Ne(i), Ne(i-1), u(i-1), u(i-2)]^T (11)

verwendet werden.

(4) Entwurf des Reglers

Ein gebräuchlicher optimaler Regler arbeitet nicht, um einen Ausgang hervorzurufen, welcher bezüglich eines Soll wertes konvergiert. Dementsprechend wird in der vorliegen den Ausführungsform der Fehler der Sollgeschwindigkeit und die tatsächliche Geschwindigkeit

e(i) = NT(i) - Ne(i) (12)

eingeführt, um einen Regler eines erweiterten Systems zu bilden. Das Ziel ist:

Kurz dargestellt, es wird derart ein System entworfen, so daß der Fehler e(i) = NT(i) - Ne(i) auf Null konver giert.

Es wird jedoch aus

NT(i+1) = NT(i) (14)

verstanden, daß bezüglich des vorstehenden Sollwerts keine Veränderung angenommen wird.

Um ein derart erweitertes System wie dieses zu bilden, wird

e(i+1) = NT(i+1) - Ne(i+1) (15)

erneut geschrieben mit q als Zeitübergangsoperator, woraus sich folgendes ergibt:

Entsprechend gilt

Folglich werden die folgenden Gleichungen als Zustands gleichungen des erweiterten Systems gegeben.

Hiernach werden zur Vereinfachung folgende Definitionen verwendet.

(5) Entwurf des optimalen Reglers

Wenn die Zustandsrückkopplung in Bezug auf die vorste henden Gleichungen (18) und (19) durchgeführt wird, ergibt sich folgendes:

Dementsprechend ergibt sich folgendes:

Hierbei ergibt sich für DI(i):

DI(i) = DI(i-1) + K₅{NT(i)-Ne(i)} (24)

und stellt den Akkumulationswert der Differenz der Sollgeschwindigkeit und der tatsächlichen Geschwindigkeit dar.

Um den optimalen Regler aus diesen Gleichungen (23) und (24) zu erhalten, wird als nächstes die folgende Bestim mungsfunktion verwendet,

wodurch die optimale Rückkopplungsverstärkung bestimmt wird, so daß J der Gleichung (25) bestimmt wird.

Es ist dabei zu verstehen, daß die Rückkopplungsver stärkung K, welche J der Gleichung (25) minimiert, wie folgt bestimmt wird:

K^T = (r+P₃₃)^-1BT P A . . . (26)

P dieser Gleichung (26) ist die Lösung der folgenden Riccaci-Gleichung:

Darüber hinaus stellt P33 in derselben Gleichung (26) das zentrale Element P33 im folgenden dar:

Aus Gründen der Vereinfachung wird hiernach die folgen de Definition gegeben:

Nebenbei bemerkt, die Bestimmungsfunktion in der vor stehenden Gleichung (25) oder q1 und R in den vorhergehen den Gleichungen (26), (27) und (29) sind jeweilige Wich tungsfunktionen und gegeben q1 größere Bedeutung, wobei der Zielwert betont wird, und führen einen relativ starken Be trieb des Stellglieds zur Annäherung durch, wohingegen r größere umgekehrte Bedeutung gegeben wird, welche die Bewe gung der Betriebsgröße beschränkt.

(6) Realzeitberechnung der Rückkopplungsverstärkung

Um die oben erwähnte Rückkopplungsverstärkung K zu be stimmen, ist es zuerst einmal nötig, den Wert der vorste henden Größe P zu bestimmen. Dementsprechend wird folgendes durchgeführt:

P(j+1) = Q + A^T{P(j)-(r + P₃₃(j)^-1 P(j)B B^T P(j)}A (30)

Zu diesem Zeitpunkt gilt j → ∞, und P (j) nimmt einen einzigen Wert an. Dies ist als die positive Lösung der Ric caci-Gleichung bekannt.

Folglich wird der einzige Wert von P durch Zuweisen der oben erwähnten Wichtungskoeffizienten q1 und r in Verbin dung mit den oben erwähnten Modellkonstanten a1, a2 und b1, welche in Realzeit mittels Gleichung (30) berechnet wurden, und wiederholtes Ausführen der Berechnung der Gleichung (30) bis P (j) konvergiert bestimmt. Wenn der Wert von P bestimmt ist, wird er in die Gleichung (26) eingesetzt, und die optimale Rückkopplungsverstärkung wird derart bestimmt, daß die Bestimmungsfunktion der Gleichung (25) minimiert wird.

Wenn P entsprechend der vorstehenden Gleichung (30) be rechnet wird und wenn es einen Wert von P gibt, welcher in der vorstehenden Rechnung konvergiert, ergibt sich

P(0) = P₀ (31)

und wird zeitlich bezüglich der nächsten Berechnung übertragen. Dadurch kann die Betriebseffizienz der Glei chung (30) stark verbessert werden.

Bei praktischer Anwendung ist es darüber hinaus hinrei chend, daß eine derartige Berechnung der Rückkopplungsver stärkung mit einer Schwankung des dynamischen Modells des als gesteuerter Gegenstand verwendeten Motors als Bedingung durchgeführt wird, was nicht notwendigerweise in Realzeit durchzuführen ist. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Beifügung, welche die Anzahl von Malen der Ausführung der Steuerung entsprechend der Gleichung (30) anzeigt, von (i) auf (j) verändert wird.

Das Vorstehende ist eine Beschreibung des Modellierens eines gesteuerten Objekts (Realzeitidentifizierung von Mo dellkonstanten), ein Verfahren des Darstellens einer Zu standsvariablengröße, ein Entwurf eines Reglers und ein Entwurf eines optimalen Reglers (Bestimmung der optimalen Rückkopplungsverstärkung), jedoch von diesen Elementen führt bezüglich der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die in Fig. 2 angezeigte elektronische Steue rungseinheit 20 das Modellieren des gesteuerten Gegenstands (Realzeitidentifizierung von Modellkonstanten) ebenso wie den Entwurf eines optimalen Reglers (Bestimmung der optima len Rückkopplungsverstärkung) aus.

Fig. 3 bis 5 zeigen das Verarbeitungsverfahren be züglich der tatsächlichen Verarbeitung an, welche durchge führt wird, wenn die elektronische Steuerungseinheit 20 die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors 10 steuert. Der Betrieb der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird detailliert hernach unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm bezüglich einer Steue rungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche das Operationsprogramm des ISC-Ventils anzeigt, welches ausge führt wird, wenn die elektronische Steuerungseinheit 20 die oben erwähnte Leerlaufgeschwindigkeit steuert.

Die elektronische Steuerungseinheit 20 führt das in Fig. 3 angezeigte Programm aus, wenn die Energiezufuhr ein geschaltet wird. Unmittelbar nach der Inbetriebnahme wird die Initialisierungsverarbeitung (Schritt 100) durchge führt. Hier bezieht sich die Initialisierungsverarbeitung auf die Verarbeitung beispielsweise bezüglich eines be stimmten Bereichs des RAM 53, in welchem die Variable i, welche die Anzahl von Malen des Abtastens darstellt, gleich 0 gesetzt wird, und die Betriebsgröße des Leerlaufluftbe trags, die Kompensationsgröße, die geschätzten Größen der Modellkonstanten, die oben erwähnte symmetrische Matrix Γ (GAMMA), usw., werden auf ihre jeweiligen anfänglichen Werte eingestellt. Darüber hinaus wird bei dieser Ausfüh rungsform der Wichtungskoeffizient q1 der vorstehenden Be stimmungsfunktion (Gleichung (25)) auf seinen anfänglichen Wert von q10 initialisiert, und der andere Wichtungskoeffi zient r wird auf "1" initialisiert.

Nachdem die elektronische Steuerungseinheit 20 die von dem Motorgeschwindigkeitssensor 30 ausgegebene tatsächliche Leerlaufgeschwindigkeit Ne(i) über den Eingangsport 56 (Schritt 110) ausgelesen hat, beginnt als nächstes die oben beschriebene Realzeitberechnung der Modellkonstanten (angewandte Identifizierung) (Schritt 120). Dieses Modell konstanten Berechnungsprogramm ist in Fig. 4 dargestellt.

Kurz zusammengefaßt, wenn diese Modellkonstanten-Be rechnung durchgeführt wird, bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 20 zuerst den Meßwertvektor und den Para metervektor entsprechend der vorstehenden Gleichung (4) (Schritte 121 und 122), führt die symmetrische 4×4-Ma trix Γ (GAMMA), welche in den vorstehenden Gleichungen (7) und (8) dargestellt ist, ein (Schritt 123) und führt danach die vorstehende Gleichung (5) (Schritt 124) aus. Die Mo dellkonstanten a1, a2, b1 und die Störungsgröße d, welche als Ergebnis davon erlangt wird, werden danach dem in Fig. 3 angezeigten Betriebsprogramm des ISC-Ventils übergeben.

Nachdem die Modellkonstanten auf diese Weise bestimmt worden sind, bestimmt danach in dem Betriebsprogramm des ISC-Ventils die elektronische Steuerungseinheit 20 die je weiligen Differenzen zwischen den bestimmten Konstanten und den Konstanten, welche bei dem vorhergehenden Verfahren be stimmt wurden, und vergleicht diese Differenzen mit den willkürlichen Konstanten α1 (Schritt 130). Dieses Verfahren wird durchgeführt, um zu entscheiden, ob eine Schwankung des als gesteuerter Gegenstand verwendete Motor 10 hervor gerufen worden ist. Die Verwendung dieser willkürlichen Konstanten α1, α2, β1 und γ stellen Grenzwerte auf der Grundlage einer Erfahrung dar, welche die Verwendung der identischen Rückkopplungsverstärkung ohne besonderes Pro blem bezüglich der Steuerung als die oben beschriebene op timale Rückkopplungsverstärkung sogar dann gestattet, wenn eine Schwankung bei dem gesteuerten Gegenstand hervorgeru fen worden ist. Wenn daher bei dem Vergleichsverfahren des Schrittes 130 die Entscheidung "NEIN" erfolgt ist, bedeutet dies, daß eine Schwankung, welche eine Veränderung der op timalen Rückkopplungsverstärkung erfordert, bei dem vorste hend bezüglich Anpassungsfähigkeit identifizierten gesteuerten Gegenstand bis jetzt noch nicht hervorgerufen worden ist. Wenn umgekehrt die Entscheidung "JA" erfolgt ist, bedeutet dies, daß eine Schwankung, welche hinreichend groß ist, um eine Veränderung der optimalen Rückkopplungsverstärkung zu erfordern, bei dem bezüglich Anpassungsfähigkeit identifizierten gesteuerten Gegenstand hervorgerufen worden ist.

Dementsprechend berechnet in dem oben erwähnten Ver gleichsverfahren des Schrittes 130 die elektronische Steue rungseinheit 20 die Rückkopplungsverstärkung K lediglich in dem Fall erneut, bei welchem die Entscheidung "JA" erfolgt ist (Schritt 140). Das Rückkopplungsverstärkungsberech nungsprogramm ist in Fig. 5 dargestellt.

Beim Durchführen dieser Rückkopplungsverstärkungsbe rechnung initialisiert die elektronische Steuerungseinheit 20 zuerst die Anzahl von Malen der Ausführung der Steuerung j und die oben erwähnte symmetrische Matrix P (Schritt 141) und führt danach auf der Grundlage der Definitionen von "Q", "A" und "B" entsprechend der vorstehenden Gleichungen (29), (20) und (21) (Schritt 142) das Verfahren aus, um den Wert P auf der Grundlage der oben erwähnten Gleichung (30) zu bestimmen (Schritt 143). Kurz dargestellt, es werden hier die Differenzen aller 5×5-Elemente, welche die symmetrische Matrix P bilden, bestimmt (Schritt 144), und die größte Differenz davon wird als dp extrahiert (Schritt 145). Wenn diese größte Differenz dp kleiner als ein be stimmter Wert εp wird, ist die Konvergenz des Wertes von P erzielt, und die oben erwähnte einzige Größe P wird als be stimmt verstanden (Schritt 146), und bis zu dieser Zeit wird das Verfahren der Schritte 143 bis 146 wiederholt, während die Anzahl von Malen der Ausführung der Steuerung j erhöht wird (Schritt 147). Wenn die oben erwähnte einzige Größe P erlangt ist, wird sie in die vorstehende Gleichung (26) eingesetzt, um die optimale Rückkopplungsverstärkung K zu bestimmen (Schritt 148), danach wird ein Verfahren durchgeführt, um den Wert der oben erwähnten Größe P zu verwenden, welcher als nächster Anfangswert erlangt worden ist (Schritt 149), und dieser bestimmte Rückkopplungsver stärkungswert K (K1, K2, K3, K4 und K5) wird dem in Fig. 3 gezeigten ISC-Ventil Betriebsprogramm übergeben.

In dem in Fig. 3 dargestellten ISC-Ventil-Betriebspro gramm führt danach die elektronische Steuerungseinheit 20 die vorstehende Gleichung (23) unter Verwendung der optima len Rückkopplungsverstärkung K (K1, K2, K3, K4 und K5) durch, welche bestimmt worden ist oder welche zu der Zeit eingestellt worden ist, und führt ein Verfahren durch, um die Betriebsgröße des ISC-Ventils 44 zu bestimmten (Schritt 150).

Wenn die elektronische Steuerungseinheit 20 auf diese Weise die Betriebsgröße bestimmt, wird die bestimmte Be triebsgröße u(i) verwendet, um das ISC-Ventil 44 zu steuern (Schritt 160), und des weiteren wird ein Verfahren durchge führt, um die Betriebsgröße u(i) in einem bestimmten Be reich des RAM 53 als u(i-1) in Aufbereitung für die näch ste Ausführung des Verfahrens (Schritt 170) zu speichern oder zu aktualisieren.

Schließlich bestimmt die elektronische Steuerungsein heit 20 und akkumuliert die Differenz zwischen der Sollmo torgeschwindigkeit NT(i) und der tatsächlichen Leerlaufge schwindigkeit Ne(i) auf der Basis der vorstehenden Glei chung (24) (Schritt 180) und kehrt danach nach einem Erhö hen des Wertes der Variablen i der oben erwähnten Anzahl von Malen der Ausführung der Steuerung um 1 (Schritt 190) zu dem Schritt 120 zurück und wiederholt das Verfahren be züglich der vorstehenden Schritte 120 bis 190.

Entsprechend der Steuerungsvorrichtung dieser Ausfüh rungsform wird auf diese Weise das Modellieren des gesteu erten Gegenstands in Realzeit durchgeführt, um die Leer laufgeschwindigkeit des Motors 10 zu steuern, und darüber hinaus wird die Modellkonstante verwendet, um die optimale Rückkopplungsverstärkung zu berechnen, sogar wenn dement sprechend bei dem Motor 10, welcher als dynamisches Modell angenähert worden ist, Schwankungen auftreten, wird der Ef fekt des Fehlers, welcher auf das Steuerungsergebnis ange wandt wird, natürlich unterdrückt. Daher wird eine konstant stabilisierte Steuerung, welche mit dem periodischen Zu stand des Motors 10 verbunden ist, bezüglich der Geschwin digkeitssteuerung während des Leerlaufs beibehalten.

Darüber hinaus ist, wie in Fig. 3 (insbesondere mit dem Schritt 130) dargestellt ist, die Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform strukturiert, um das Vorliegen oder Fehlen der Schwankung bei dem gesteuerten Gegenstand zu bestimmen und die Rückkopplungsverstärkung lediglich er neut zu berechnen, nachdem der Betrag der Schwankung eine bestimmte Größe überschritten hat, und ist daher unzweifel haft bezüglich der Verfahrenseffizienz überlegen, jedoch ist sie nicht ausschließlich auf eine derartige Struktur beschränkt. Das heißt, aus Gründen der Vereinfachung kann eine Struktur angenommen werden, bei welcher das Verfahren des vorstehenden Schrittes 130 ausgelassen wird und die Be rechnung der Rückkopplungsverstärkung ebenso in Realzeit durchgeführt wird.

Sogar wenn die Bestimmung des Vorliegens oder Fehlens einer Schwankung bei dem gesteuerten Gegenstand und die er neute Berechnung der Rückkopplungsverstärkung durchgeführt werden, ist darüber hinaus eine Realisierung unter einer Vielzahl von anderen Umständen möglich. Beispielsweise kann eine Struktur verwendet werden, welche aus den Modellkon stanten, welche bestimmt sind, lediglich eine spezifische einzelne Konstante oder eine spezifische Mehrzahl von Kon stanten als überwachter Gegenstand oder überwachte Gegen stände zum Zweck des Bestimmens des Vorhandenseins oder Fehlens von Schwankungen bei dem gesteuerten Gegenstand verwendet. Des weiteren kann eine Struktur verwendet wer den, welche im Hinblick auf alle oder eine willkürliche Mehrzahl von Konstanten unter den bestimmten Modellkonstan ten bestimmt, ob eine Schwankung bei dem gesteuerten Gegen stand auf der Grundlage der Bedingung eines logischen Pro dukts hervorgerufen worden ist, wobei die Schwankungsgrößen die vorstehenden willkürlichen Konstanten überschreiten. Darüber hinaus zeigt die oben erwähnte Ausführungsform ei nen Fall an, bei welchem die Steuerungsvorrichtung entspre chend der vorliegenden Erfindung bezüglich einer Vorrich tung zum Steuern der Geschwindigkeit eines Motors während des Leerlaufs verwendet wird, es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, daß die Steuerungsvorrichtung nicht ausschließ lich eine Leerlaufgeschwindigkeitssteuerungsvorrichtung dieses Typs ist. Das heißt, entsprechend der Steuerungsvor richtung eines Verbrennungsmotors der vorliegenden Erfin dung kann die stabilisierte Steuerung sogar in einem Fall aufrechterhalten werden, bei welchem dies beispielsweise auf eine Vorrichtung zum Regeln des Luft-Treibstoff-Ver hältnisses eines Motors angewandt wird.

Als nächstes wird als an eine andere Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung als spezifische Ausführungsform bezüglich einer Vorrichtung zum Regeln des Luft-Treibstoff-Verhältnisses des Motors be schrieben.

Bei dieser Vorrichtung zum Regeln des Luft-Treibstoff- Verhältnisses des Motors verwendet das in Fig. 6 darge stellte Modell die Rate der Treibstoffzufuhr als Betriebs größe (Steuerungseingang) und verwendet der Verbrennung folgend das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Abgases als Steuerungsgröße (Steuerungsausgang) und modelliert den oben erwähnten Motor 10. Die Steuerungszustände als Mittel zum erwähnten Motor 10. Die Steuerungszustände als Mittel zum Durchführen der vorstehenden Luft-Treibstoff-Verhältnis- Steuerung für den Motor 10 wird hernach detailliert be schrieben. Die Struktur der Vorrichtung dieser Ausführungs form ist im wesentlichen identisch zu dem Motor und der in Fig. 1 dargestellten elektronischen Steuerungseinheit.

Entsprechend Fig. 6 gibt ein Zustandsvariablengrößen steuerungs-Ausgangsabschnitt 201′, welcher die elektroni sche Steuerungseinheit 20 bildet, gegenwärtige und frühere Betriebsgrößen entsprechend dem oben erwähnten Treibstoff- Einspritzventilen 26 (26a bis 26d) als Stellglied aus (die Treibstoff-Einspritzgröße, jedoch werden unter Berücksich tigung der Rückkopplungseffizienz der Steuerungsvorrichtung die gegenwärtigen und früheren Werte des Luft-Treibstoff- Verhältnis-Kompensationskoffizienten FAF, ein Element da von, ersetzt) ebenso wie die gegenwärtigen und früheren Steuerungsgrößenwerte, welche von dem oben erwähnten Luft- Treibstoff-Verhältnis-Sensor 35 als Laufzustands-Erfas sungseinrichtung, als Zustandsvariablengröße, welche den inneren Zustand des dynamischen Modells des Motors 10 dar stellt, erfaßt worden sind. Auf ähnliche Weise akkumuliert ein Luft,Treibstoff-Verhältnis-Differenzakkumulationsab schnitt 202′ die Differenz zwischen dem Steuerungsgrößen wert λ(i), welcher durch den oben erwähnten Luft-Treib stoff-Verhältnis-Sensor 35 erfaßt worden ist, und seinem Sollwert λT(i). Auf ähnliche Weise berechnet ebenso ein Mo dellkonstanten-Berechnungsabschnitt 203′ die Modellkonstan te in Real zeit als dynamisches Modell des Motors auf der Grundlage der früheren Betriebsgröße der oben erwähnten Treibstoff-Einspritzventile 26 (die Treibstoff-Einspritz größe, jedoch der frühere Wert des Luft-Treibstoff-Verhält nis-Kompensationskoeffizienten FAF wird auf ähnliche Weise ersetzt) ebenso wie der gegenwärtigen und früheren Steue rungsgrößenwerte, welche von dem oben erwähnten Luft-Treib stoff-Verhältnis-Sensor 35 erfaßt worden sind. Der Rück kopplungsverstärkungs-Berechnungsabschnitt 204′ verwendet eine besondere Bestimmungsfunktion, um die optimale Rück kopplungsverstärkung für einen auf der Grundlage dieser be rechneten Modellkonstanten konstruierten Reglers zu berech nen. Darüber hinaus berechnet ein Luft-Treibstoff-Verhält nis-Kompensationskoeffizientberechnungsabschnitt 205′ den oben erwähnten Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensations koeffizienten FAF(i) als, kurz darstellt, ein Element der oben erwähnten Treibstoff-Einspritzventile 26 als Stell glied auf der Grundlage dieser berechneten optimalen Rück kopplungsverstärkung, der Zustandsvariablengrößen, welche von dem oben erwähnten Zustandsvariablengrößensteuerungs- Ausgangsabschnitt 201′ ausgegeben worden sind, und des Dif ferenz-Akkumulationswerts entsprechend dem oben erwähnten Luft-Treibstoff-Verhältnis-Differenzakkumulationsabschnitt 202′.

Darüber hinaus berechnet innerhalb der elektronischen Steuerungseinheit 20, der Berechnungsabschnitt grundlegende Treibstoff-Einspritzgrößen 206 die grundlegende Treibstoff- Einspritzgröße Tp des Treibstoffes entsprechend den vorste henden Treibstoff-Einspritzventilen 26 auf der Grundlage der Luftmenge Qa der von dem oben erwähnten Luftflußmesser 22 erfaßten Einlaßluft (in dem Fall des L-J-Typs) oder des Luftdrucks Pm (in dem Fall des D-J-Typs) und der Motorge schwindigkeit Ne des Motors 10, welche von dem oben erwähn ten Motorgeschwindigkeitssensor 30 erfaßt wird, und der Be rechnungsabschnitt der anderen Kompensationsgröße 207 be rechnet alle anderen Kompensationsgrößen FALL bezüglich der Treibstoffeinspritzgröße entsprechend den Treibstoffein spritzventilen 26 auf der Grundlage der erfaßten Werte ent sprechend dem oben erwähnten Drosselklappensensor 32, dem Kühlflüssigkeitstemperatursensor 33 usw. In dieser Verbin dung wird in dem Fall, bei welchem der Luftflußmesser 22 vom L-J-Typ ist, die vorstehende grundlegende Treibstoff- Einspritzgröße Tp wie folgt bestimmt, wobei der Kompensati onskoeffizient mit K bezeichnet ist:

In dem Fall, bei welchem der Luftflußmesser 22 vom D-J- Typ ist, wird die vorstehende grundlegende Treibstoffein spritzgröße Tp normalerweise in Übereinstimmung mit Experi menten als Wert entsprechend jeweils der vorstehenden Mo torgeschwindigkeit Ne und dem Luftdruck Pm verzeichnet, und der Wert entsprechend der Motorgeschwindigkeit Ne und dem Luftdruck Pm wird zu irgendeiner gegebenen Zeit aus dem Verzeichnis als grundlegende Treibstoffeinspritzgröße Tp zu der Zeit ausgelesen. Darüber hinaus existiert eine Kompen sation zum Einspritzen und zur Zufuhr von mehr Treibstoff bezüglich des Motors während der Beschleunigung des mit dem Motor 10 versehenen Fahrzeugs oder wenn der Motor 10 kalt ist als Kompensation auf der Grundlage der Kompensations größe FALL, welche von dem vorstehenden Abschnitt der ande ren arithmetischen Kompensationsgröße 207 berechnet wird. Diese Beschleunigung des Fahrzeugs und die Temperatur des Motors 10 werden jeweils von dem vorstehenden Drosselklap pensensor 32, dem Kühlflüssigkeitstemperatursensor 33 usw. erfaßt. Ein Multiplizierer 208 multipliziert die grundle gende Treibstoffeinspritzgröße Tp und alle anderen Kompen sationsgrößen FALL, welche mit dem entsprechend dem vorste henden Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizien ten-Berechnungsabschnitt 205′ berechneten Treibstoffinjek tionskompensationskoeffizienten FAF berechnet werden, und bestimmt die periodische Betriebsgröße der Treibstoffein spritzventile 26 oder, mit anderen Worten, die Treibstoff einspritzgröße TAU entsprechend den Treibstoffventilen 26; hier wird die Betriebsgröße für die Treibstoffeinspritzven tile 26, welche Stellglieder sind, d. h. die Treibstoffein spritzgröße TAU, wie folgt erhalten:

TAU = FAF×Tp×FALL (33)

und wird von der elektronischen Steuerungseinheit 20 bestimmt.

Diese jeweiligen Abschnitte, welche die elektronische Steuerungseinheit 20 bilden (primär der Zustandsvariablen größensteuerungsausgangsabschnitt 201′, der Luft-Treib stoff-Verhältnis-Differenzakkumulationsabschnitt 202′, der Modellkonstantenberechnungsabschnitt 203′, der Rückkopp lungsverstärkungsberechnungsabschnitt 204′ und der Luft- Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizientenberech nungsabschnitt 205′), werden entsprechend dem folgenden Verfahren vorausgehend entworfen, um hierin die Luft-Treib stoff-Verhältnis-Steuerung auszuführen.

(1) Modellierung (Identifizierung) des gesteuerten Gegenstands

In der Vorrichtung dieser Ausführungsform wird das au toregressive Modell der Durchschnittsbewegung der vorstehen den Gleichung (1) verwendet mit der Verzögerung p, welche in Folge der Totzeit als p = 3 verwendet wird, und es wird ebenso die Störgröße c berücksichtigt, es gilt

λ(i) = aλ(i-1)+bFAF(i-4)+c (34),

wodurch ein Modell eines Systems angenähert wird, wel ches das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Motors 10 steuert. Hierbei sind a und b Modellkonstanten des angenäherten Mo dells, und FAF stellt den oben beschriebenen Luft-Treib stoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten dar. Obwohl das Luft-Treibstoff-Verhältnis λ, welches in dieser Ausfüh rungsform als der gesteuerte Gegenstand dient, mit der vor stehenden Totzeit und einer primären Verzögerung verbunden ist, ist dessen Korrelation zu dem Luft-Treibstoff-Verhält nis-Kompensationskoeffizienten FAF stark, und wegen des ge nauen Nachspürens der Bewegung (des Wertes) des Luft-Treib stoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF ist ein Er satz als (a-1) bezüglich der vorstehenden Modellkonstanten b möglich. Entsprechend einer weiter vereinfachten folgen den Berechnung wird (a-1) aktiv angepaßt, um bezüglich der Modellkonstanten b ersetzt zu werden. D.h., diese Größe wird ebenso wie die folgende in der Modellgleichung behan delt, welche die vorstehende Gleichung (34) ist:

λ(i) = aλ(i-1)+(a-1)FAF(i-4)+c (35)

(2) Realzeitberechnung (anpassungsfähige Identifizie rung) der Modellkonstanten a und b

Ein Aufspalten nach der oben erwähnten Gleichung (35) bezüglich bekannter und unbekannter Signale liefert die folgende Gleichung:

Um hier den zweiten Ausdruck der rechten Seite der Gleichung (36) umzustellen und des weiteren den Gehalt des ersten Ausdrucks der rechten Seite der Gleichung zu verein fachen, wird die Gleichung wie folgt umgeschrieben:

Die vorstehende Gleichung (36) nimmt somit die folgende Form an:

Hier werden ebenso die unbekannten Größen a und c auf einanderfolgend durch die Fehlerquadratmethode bestimmt.

Kurz zusammengefaßt, unter Verwendung von R als Parame tervektor oder W als Meßwertvektor ergibt sich

und so ist mit

und unter der Bedingung, daß i → ∞

sichergestellt. Durch Verwendung des Algorithmus der vorstehenden Gleichung (40) sind aus diesem Grund die unbe kannten Größen, nämlich die Modellkonstanten a und c, be stimmt. Dementsprechend wird hier ebenso die Gleichung (40) in Realzeit ausgeführt, und es werden die zu bestimmenden Werte aus Gründen der Vereinfachung als die hier bestimmten Modellkonstanten erhalten. Jedoch gilt in der Gleichung (40) für Γ (Gamma):

welche eine symmetrische 2×2-Matrix ist, die

als Anfangswert annimmt.

(3) Verfahren zum Darstellen von Zustandsvariablen X

Wenn die oben erwähnte Gleichung (35) verwendet wird, um Zustandsvariable mittels bekannter Signale auszudrücken, wird sie in folgende Gleichung umgeschrieben:

Hier können

und

X(i) = [λ(i), FAF(i-1), FAF(i-2), FAF(i-3)]^T (46)

verwendet werden.

(4) Entwurf des Reglers

Wie vorhergehend beschrieben, wirkt ein im wesentlichen optimaler Regler nicht, um einen Ausgang dazu zu veranlas sen, bezüglich des Sollwertes zu konvergieren. Dementspre chend wird in der vorliegenden Ausführungsform ebenso der Fehler des Sollwerts dem Luft-Treibstoff-Verhältnisses und des tatsächlichen Luft-Treibstoff-Verhältnisses

e(i) = λT(i)-λ(i) (47)

eingeführt, um einen Regler eines erweiterten Systems zu bilden. Das Ziel ist:

Kurz zusammengefaßt, das System wird derart entworfen, daß der Fehler e(i) = λT(i)-λ(i) dazu gebracht wird, auf Null zu konvergieren. Jedoch ist aus

λT(i+1) = λT(i) (49)

zu verstehen, daß der Sollwert λT als unveränderlich angenommen wird.

Um ein erweitertes System wie dieses zu bilden, wird als nächstes

e(i+1) = λT(i+1)-(i+1) (50)

umgeschrieben, um q als Zeitübergangsoperator zu ver wenden, woraus sich folgendes ergibt:

Entsprechend gilt:

Demzufolge ergeben sich die folgenden Gleichungen als Zustandsgleichung des erweiterten Systems:

Hierin sind ebenso folgende Definitionen aus Gründen der Vereinfachung erhoben worden:

(5) Entwurf des optimalen Reglers

Wenn die Zustandsrückkopplung bezüglich der vorstehen den Gleichungen (53) und (54) durchgeführt wird, ergibt sich das folgende:

Dementsprechend ergibt sich das folgende:

Hier gilt für ZI(i):

ZI(i) = ZI(,i-1)+K₅{λT(i)-λ(i)} (59)

und stellt den Akkumulationswert der Differenz des Sollwerts des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und des tat sächlichen Luft-Treibstoff-Verhältnisses dar.

Um den optimalen Regler aus den Gleichungen (58) und (59) zu erlangen, wird als nächstes die folgende Bestim mungsfunktion verwendet,

wodurch die optimale Rückkopplungsverstärkung bestimmt wird, so daß J der Gleichung (60) minimiert wird.

Es ist hier zu verstehen, daß die Rückkopplungsverstär kung K, welche J der Gleichung (60) minimiert, wie folgt bestimmt ist:

K^T = -(r + P₂₂)^-1B^T P A (61)

Jedoch ist P in dieser Gleichung (61) die Lösung der folgenden Riccaci-Gleichung:

Des weiteren stellt P22 in derselben Gleichung (61)

das Element P22 entsprechend der Matix B in der vorste henden Gleichung (56) dar.

Hierbei wird ebenso aus Gründen der Vereinfachung die folgende Definition erstellt:

Darüber hinaus sind die Bestimmungsfunktion in der vor stehenden Gleichung (60) oder q1 und r in den vorstehenden Gleichungen (61), (62) und (64) jeweilige Wichtungskoeffi zienten und geben q1 eine größere Bedeutung, wodurch der Zielwert betont wird, und führen eine vergleichbar große Stellgliedoperation als Annäherung durch, wohingegen r eine größere umgekehrte Bedeutung gegeben wird, welche die Bewe gung der Betriebsgröße beschränkt.

(6) Realzeitberechnung der Rückkopplungsverstärkung

Um die oben erwähnte Rückkopplungsverstärkung K zu be stimmen, ist es zuerst nötig, den Wert der vorstehenden Größe P zu bestimmen. Dementsprechend wird das folgende durchgeführt:

P(j+1) = Q + A^T{P(j)-(r+P₂₂(j))^-1 P(j)B B^T P(j)}A (65)

Zu diesem Zeitpunkt gilt j → ∞, und P(j) nimmt einen einzigen Wert an. Dies ist als die positive Lösung der Riccaci-Gleichung bekannt.

Folglich wird der einzige Wert von P durch Geben der oben erwähnten Wichtungkoeffizienten q1 und r zusammen mit den oben erwähnten Modellkonstanten a und c bestimmt, wel che in Realzeit mittels der Gleichung (65) berechnet worden sind, und durch wiederholtes Ausführen der Berechnung der Gleichung (65) bis P(j) konvergiert. Wenn dieser Wert von P bestimmt ist, wird danach durch Ersetzen dieses Wertes in der Gleichung (61) die optimale Rückkopplungsverstärkung bestimmt, so daß die Bestimmungsfunktion der Gleichung (60) minimiert ist.

Bei der Berechnung von P entsprechend der vorstehenden Gleichung (65), wenn es einen Wert von P gibt, welcher in einer vorausgehenden Berechnung konvergiert hat, ergibt sich darüber hinaus

P(0) = P₀ (66)

und wird auf die Zeit der nächsten Berechnung übertra gen. Dadurch kann die Operationseffizienz der Gleichung (65) weitgehend verbessert werden.

Darüber hinaus ist es bei einer praktischen Anwendung ausreichend, daß eine derartige Berechnung der Rückkopp lungsverstärkung bezüglich einer Schwankung des dynamischen Modells des als gesteuerter Gegenstand verwendeten Motors als Bedingung durchgeführt wird, was nicht notwendigerweise in Realzeit durchgeführt werden muß. In diesem Sinne wird die Beifügung, welche die, Anzahl von Malen der Ausführung der Steuerung in der Gleichung (65) anzeigt, von (i) auf (j) verändert.

Das Vorstehende ist eine Beschreibung des Modellierens eines gesteuerten Gegenstands (Realzeitidentifizierung von Modellkonstanten), ein Verfahren des Darstellens einer Zu standsvariablengröße, des Entwurfs eines Reglers und des Entwurfs eines optimalen Reglers (Bestimmung der, optimalen Rückkopplungsverstärkung), aber bezüglich der Steuerungs vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform führt die in der vorhergehenden Fig. 6 angezeigte elektronische Steue rungseinheit 20 von diesen Elementen das Modellieren des gesteuerten Objekts (Realzeitidentifizierung der Modellkon stanten) ebenso wie den Entwurf eines optimalen Reglers (Bestimmung der optimalen Rückkopplungsverstärkung) aus.

Fig. 7 bis 10 zeigen das Verarbeitungsverfahren für die tatsächliche Verarbeitung an, welche betrieben wird, wenn die elektronische Steuerungseinheit 20 das Luft-Treib stoff-Verhältnis des Motors 10 steuert. Der Betrieb einer Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird de tailliert hiernach unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 10 beschrieben.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm bezüglich der Steuerungs vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, welches das Berechnungsprogramm der Treibstoffeinspritzventile 26 an zeigt, das durchgeführt wird, wenn die elektronische Steue rungseinheit 20 das oben erwähnte Luft-Treibstoff-Verhält nis steuert.

Kurz zusammengefaßt, die elektronische Steuerungsein heit 20 bestimmt zuerst durch den Berechnungsabschnitt der grundlegenden Treibstoffeinspritzgrößen 206 die grundle gende Treibstoffeinspritzungsgröße Tp der vorstehenden Treibstoffeinspritzventile 26 beispielsweise auf der Grund lage der Berechnung der vorstehenden Gleichung (32) oder auf der Basis des Zugriffs auf ein Verzeichnis (ROM) (Schritt 1000). Nach Bestimmen der oben erwähnten Kompensa tionsgrößen FALL durch den Berechnungsabschnitt der anderen Kompensationsgrößen 207 (Schritt 1100) wird danach auf die Bedingung, daß die Rückkopplungsbedingung des in Fig. 6 dargestellten Rückkopplungssystems erfüllt ist (Schritt 1200) (d. h., ob der vorstehende Luft-Treibstoff-Verhältnis- Sensor 35 eine Temperatur erreicht hat, die Normalbetrieb gestattet, usw.), der vorstehende Sollwert des Luft-Treib stoff-Verhältnisses λT eingestellt (Schritt 1300). Auf die Einstellung des Sollwertes des Luft-Treibstoff-Verhältnis ses λT auf diese Art initialisiert die elektronische Steue rungseinheit 20 danach die Berechnung des Luft-Treibstoff- Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF, so daß das durch den oben erwähnten Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensor 35 er faßte Luft-Treibstoff-Verhältnis λ sich dem Sollwert des Luft-Treibstoff-Verhältnisses λT annähert, welcher einge stellt worden ist (Schritt 1400). Das Berechnungsprogramm für diesen Luft-Treibstoff-Verhältnis -Kompensationskoeffi zienten FAF ist in Fig. 8 dargestellt.

Wenn bei diesem Berechnungsprogramm für den Luft-Treib stoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF die Erfül lung der vorstehenden Rückkopplungsbedingung das erste nach der Inbetriebnahme der elektronischen Steuerungseinheit 20 (Schritt 1401) ist, dann führt die elektronische Steue rungseinheit 20 zuerst ein Initialisierungsverfahren (Schritt 1410) durch. Hier bezieht sich das Initialisie rungsverfahren beispielsweise auf das Verfahren bezüglich eines bestimmten Bereichs des RAM 53, wobei eine Variable i, welche die Anzahl von Malen des Abtastens darstellt, auf 0 eingestellt wird, und der Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kom pensationskoeffizient FAF, die geschätzten Größen der Mo dellkonstanten, die oben erwähnte symmetrische Matrix Γ (GAMMA), usw. werden auf ihre jeweiligen anfänglichen Werte eingestellt. Darüber hinaus wird bei dieser Ausführungsform der Wichtungskoeffizient q1 der vorstehenden Bestimmungs funktion (Gleichung (60)) auf seinen anfänglichen Wert von q10 initialisiert, und der andere Wichtungskoeffizient r wird auf "1" initialisiert.

Nachdem die elektronische Steuerungseinheit 20 das tat sächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis λ(i), welches von dem Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensor 35 über den Eingangsport 56 (Schritt 1420) ausgegeben worden ist, gelesen hat, be ginnt als nächstes die Realzeitberechnung der oben be schriebenen Modellkonstanten (Identifizierung bezüglich der Anpassungsfähigkeit) (Schritt 1430). Dieses Modellkonstan ten-Berechnungsprogramm ist Fig. 9 dargestellt.

Das heißt, wenn bei Durchführung dieser Modellkonstan ten-Berechnung die elektronische Steuerungseinheit 20 zu erst die Beziehung zwischen dem vorstehenden Luft-Treib stoff-Verhältnis λ(i), welches eingelesen worden ist, und dem Wert von FAF(i-4) einstellt, welcher vorher durch den Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten-Be rechnungsabschnitt 205′ berechnet worden ist (wenn es kei nen entsprechenden Wert gibt, dann ist der initialisierte Wert oder der vorhergehend berechnete Wert betroffen) eben so wie die Beziehung zwischen dem vorhergehend ausgelesenen Luft-Treibstoff-Verhältnis λ(i-1) und dem Wert von FAF(i- 4), welcher vorhergehend durch den Luft-Treibstoff-Verhält nis-Kompensationskoeffizienten-Berechnungsabschnitt 205′ berechnet worden ist (wenn es keinen entsprechenden Wert gibt, dann ist der initialisierte Wert oder der vorherge hend berechnete Wert betroffen) entsprechend der vorherge henden Gleichung (37) (Schritt 1431), dann bestimmt sie den Meßwertvektor und den Parametervektor entsprechend der vor stehenden Gleichung (39) (Schritt 1432 und 1433), führt die symmetrische 2×2-Matrix Γ (GAMMA) ein, welche in den vor stehenden Gleichungen (42) und (43) dargestellt ist (Schritt 1434), und führt danach die vorstehende Gleichung (40) aus (Schritt 1435). Die Modellkonstanten a und c, wel che als Ergebnis dessen erlangt worden sind, werden danach dem in Fig. 8 angezeigten Berechnungsprogramm des Luft- Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF über geben.

Nachdem auf diese Weise die Modellkonstanten bestimmt worden sind, bestimmt danach die elektronische Steuerungs einheit 20 in dem in Fig. 8 dargestellten Berechnungspro gramm des Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizi enten FAF die Differenz zwischen der vorstehenden Konstan ten a(i), welche bestimmt worden ist, und der Konstanten a(i-1), welche in dem vorhergehenden Verfahren bestimmt worden ist, und vergleicht diese Differenz mit der willkür lichen Konstanten α (Schritt 1440). Dieses Verfahren wird durchgeführt, um zu entscheiden, ob eine Schwankung in dem als gesteuertes Objekt verwendeten Motor 10 hervorgerufen worden ist. Als diese willkürliche Konstante α wird ein Grenzwert auf der Grundlage einer Erfahrung verwendet, wel cher die Verwendung der identischen Rückkopplungsverstär kung ohne bestimmtes Problem bezüglich der Steuerung als oben beschriebene optimale Rückkopplungssteuerung sogar dann gestattet, wenn eine Schwankung in dem gesteuerten Ob jekt hervorgerufen worden ist. Wenn daher bei dem Ver gleichsverfahren des Schrittes 1440 die Entscheidung "NEIN" ergangen ist, bedeutet dies, daß eine Schwankung, welche eine Veränderung der optimalen Rückkopplungsverstärkung er fordert, bis jetzt noch, nicht bei dem vorstehend bezüglich Anpassungsfähigkeit identifizierten gesteuerten Objekt hervorgerufen worden ist; wenn umgekehrt die Entscheidung "JA" erlangt worden ist, bedeutet dies, daß eine Schwankung, die hinreichend groß ist, eine Veränderung der optimalen Rückkopplungsverstärkung zu erfordern, bei dem bezüglich Anpassungsfähigkeit identifizierten gesteuerten Objekt hervorgerufen worden ist.

Dementsprechend berechnet bei dem oben erwähnten Ver gleichsverfahren des Schrittes 1440 die elektronische Steuerungseinheit 20 die Rückkopplungsverstärkung K ledig lich in dem Fall erneut, wenn die Entscheidung "JA" erlangt worden ist (Schritt 1450). Das Rückkopplungsverstärkungsbe rechnungsprogramm ist in Fig. 10 dargestellt.

Bei der Durchführung dieser Rückkopplungsverstärkungs berechnung initialisiert die elektronische Steuerungsein heit 20 zuerst die Anzahl der Male der Ausführung der Steuerung j und die oben erwähnte symmetrische Matrix P (Schritt 1451) und führt danach auf der Basis der Defini tionen von "Q", "A" und "B" entsprechend den vorstehenden Gleichungen (64), (55) und (56) (Schritt 1452) das Verfah ren aus, um den Wert P auf der Basis der oben erwähnten Gleichung (65) zu bestimmen (Schritt 1453). Kurz darge stellt, es werden hier die Differenzen aller 5×5-Elemen te, welche die symmetrische Matrix P bilden, bestimmt (Schritt 1454), und die größte Differenz davon wird als dp extrahiert (Schritt 1455). Wenn diese größte Differenz dp kleiner wird als ein bestimmter Wert εp, ist die Konvergenz des Wertes von P abgeschlossen, und die oben erwähnte ein zige Größe P wird als bestimmt verstanden (Schritt 1456), und bis dahin wird das Verfahren dieser Schritte 1453 bis 1456 wiederholt, während die Anzahl von Malen der Ausfüh rung der Steuerung erhöht wird (Schritt 1457). Wenn die oben erwähnte einzige Größe P erlangt wird, wird sie in die vorstehende Gleichung (61) eingesetzt, um die optimale Rückkopplungsverstärkung K zu bestimmen (Schritt 1458), da nach wird das Verfahren durchgeführt, um den Wert der eben erwähnten Größe P zu verwenden, welcher als nächster An fangswert erlangt worden ist ( Schritt 1459), und diese be stimmte Rückkopplungsverstärkung K (K1, K2, K3, K4 und K5) wird dem in Fig. 8 dargestellten Berechnungsprogramm des Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF zurückgegeben.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Berechnungsprogramm des Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF führt die elektronische ,Steuerungseinheit 20 danach die vorstehende Gleichung (58) unter Verwendung dieser optima len Rückkopplungsverstärkung K (K1, K2, K3, K4 und K5) durch, welche bestimmt worden ist oder zu der Zeit einge stellt worden ist, und führt ein Verfahren durch, um die Betriebsgröße des Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensations koeffizienten FAF (i) zu bestimmen (Schritt 1460).

Wenn die elektronische Steuerungseinheit 20 auf diese Weise den Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizi enten FAF bestimmt, wird dieser bestimmte Luft-Treibstoff- Verhältnis-Kompensationskoeffizient FAF in einem bestimmten Bereich des RAM 53 gespeichert oder aktualisiert (Schritt 1470). Danach bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 20 und akkumuliert die Differenz zwischen dem Sollwert des Luft-Treibstoff-Verhältnisses λT (i) und dem tatsächlichen Luft-Treibstoff-Verhältnis λ(i) auf der Basis der vorste henden Gleichung (59) (Schritt 1480) und gibt nach Erhöhen des Wertes der Variablen i der vorher erwähnten Anzahl von Malen der Ausführung der Steuerung um 1 (Schritt 1490) den wie oben beschrieben bestimmten und gespeicherten Luft- Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF dem in Fig. 7 dargestellten Treibstoffeinspritzgrößenberech nungsprogramm zurück.

Dementsprechend hat die elektronische Steuerungseinheit 20 alle Elemente zum Bestimmen der Treibstoffeinspritzgröße erlangt, und in dem in Fig. 7 dargestellten Treibstoffein spritzgrößenberechnungsprogramm wird das Einstellen der Treibstoffeinspritzgröße TAU durch den Multiplizierer 208 ausgeführt (Schritt 1600). Wie vorhergehend beschrieben worden ist, wird dieses Einstellen der Treibstoffeinspritz größe TAU durch die Operation (Multiplikation ) der Glei chung (33) durchgeführt. Bei diesem Einspritzausführungs verfahren eines bekannten Winkelsychronisationsprogramms (das Programm ist nicht dargestellt; es enthält ein Ein spritzverfahren, ein Zündverfahren usw., welche synchron zu dem Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors 10 ausgeführt werden) verwendet die Treibstoffeinspritzgröße TAU, welche auf diese Weise eingestellt worden ist, die tatsächliche Betriebsgröße der vorstehenden Treibstoffeinspritzventile 26 als das bestimmende Signal. Darüber hinaus wird bei der Entscheidung der Erfüllung der Rückkopplungsbedingung des Treibstoffeinspritzgrößenberechnungsprogramms (Schritt 1200) in dem Falle, bei welchem entschieden wird, daß die Rückkopplungsbedingung noch nicht erfüllt ist, da der oben erwähnte Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensor 35 nicht die Be triebstemperatur erreicht hat oder aus einem ähnlichen Grund, der vorstehende Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensa tionskoeffizient FAF nicht berechnet, und der Wert des Luft- Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten FAF wird auf "1,0" festgehalten (Schritt 1500), und die Treibstoff einspritzgröße TAU wird eingestellt.

Entsprechend der Steuerungsvorrichtung dieser Ausfüh rungsform wird ebenso auf diese Weise das Modellieren des gesteuerten Gegenstands in Realzeit durchgeführt, um das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Motors 10 zu steuern, und darüber hinaus wird die Modellkonstante verwendet, um die optimale Rückkopplungsverstärkung zu berechnen. Sogar wenn irgendeine Schwankung bei dem Motor 10 auftreten sollte, welcher als dynamisches Modell angenähert ist, wird der Ef fekt, welcher sich auf das Steuerungsergebnis auswirkt, na türlich unterdrückt. Daher wird die konstant stabilisierte Steuerung, welche mit dem periodischen Zustand des Motors 10 angepaßt ist, ebenso für die Steuerung des Luft-Treib stoff-Verhältnisses beibehalten.

Wie in Fig. 8 (insbesondere im Schritt 1440) darge stellt, ist des weiteren die Steuerungsvorrichtung der vor liegenden Erfindung derart strukturiert, ein Vorhandensein oder ein Fehlen einer Schwankung bei dem gesteuerten Gegen stand zu erfassen und die Rückkopplungsverstärkung ledig lich erneut zu berechnen, nachdem der Betrag der Schwankung eine bestimmte Größe überschritten hat, und ist daher un zweifelhaft bezüglich der Verarbeitungswirksamkeit überle gen, jedoch nicht ausschließlich auf eine derartige Struk tur beschränkt. Das heißt, es kann aus Gründen der Verein fachung eine Struktur angenommen werden, bei welcher das Verfahren des vorstehenden Schrittes 1440 ausgelassen wird, und die Berechnung der Rückkopplungsverstärkung wird ebenso in Realzeit durchgeführt.

Darüber hinaus werden bei der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform unter Berücksichtigung der Rückkopplungseffizienz des Rückkopplungssystems die grund liegende Einspritzgröße Tp und die anderen Kompensations größen FALL, welche unter den Betriebsgrößen der vorstehen den Treibstoffeinspritzventile 26 vorkommen, jeweils sepa rat durch den Berechnungsabschnitt der grundlegenden Treib stoffeinspritzgrößen 206 und den Berechnungsabschnitt der anderen Kompensationsgrößen 207 berechnet, und lediglich der von dem Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffi zientenberechnungsabschnitt 205′ berechnete Luft-Treib stoff-Kompensationseffizient FAF wird jeweils zu dem Zu standsvariablengrößensteuerungs-Ausgangsabschnitt 201′ und einem Modellkonstanten-Berechnungsabschnitt 203′ zurückge koppelt; es ist jedoch darüber hinaus beispielsweise ebenso möglich, eine Einrichtung (Berechnungseinrichtung einer Stellglied-Betriebsgröße) bereitzustellen, welche eine Sta pelberechnung der Betriebsgröße der vorstehenden Treibstoffeinspritzventile 26 oder, kurz dargestellt, der vorstehenden Treibstoffeinspritzgröße TAU selbst anstelle des Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten Berechnungsabschnittes 205′, des Berechnungsabschnitts der grundlegenden Treibstoffeinspritzgrößen 206, eines Berech nungsabschnitts der anderen Kompensationsgröße 207 und des Multiplizierers 208 durchführt, wodurch eine Struktur ange nommen wird, bei welcher die berechnete Treibstoffein spritzgröße TAU jeweils dem Zustandsvariablengrößensteue rungsausgangsabschnitt 201 und dem Modellkonstanten-Berech nungsabschnitt 203′ zurückgekoppelt wird.

Sogar in dem Fall, bei welchem lediglich der Luft- Treibstoff-Verhältnis-Kompensationseffizient FAF jeweils dem Zustandsvariablengrößensteuerungsausgangsabschnitt 201 und dem Modellkonstanten-Berechnungsabschnitt 203 zurückge koppelt wird, wird darüber hinaus in dem Fall, bei welchem der Berechnungsabschnitt der grundlegenden Treibstoffein spritzgröße die vorstehende grundlegende Einspritzgröße Tp als den erlangten Wert berechnet, welcher die vorstehenden Kompensationsgrößen FALL enthält, das Bereitstellen des Be rechnungsabschnitts der anderen Kompensationsgröße ebenso verhindert.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, wie oben beschrieben, die konstant stabili sierte Steuerung beizubehalten, welche dem periodischen Zu stand des Verbrennungsmotors angepaßt ist, und sogar wenn eine Schwankung bei dem als dynamisches Modell angenäherten Motor auftreten sollte, wird der Effekt des Fehlers, wel cher sich auf das Steuerungsergebnis auswirkt, optimal un terdrückt.

Claims

1. Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit:
einem Stellglied (M1, 26a-26d, 44), welcher den Lauf zustand eines Verbrennungsmotors (10) steuert;
einer Laufzustanderfassungseinrichtung (M2, 30, 35), welche eine Steuerungsgröße bei einem Laufzustand des Ver brennungsmotors (10) erfaßt;
einer Zustandsvariablengrößenausgabevorrichtung (M3, 201, 201′), welche gegenwärtige und frühere Betriebsgrößen des Stellglieds (M1, 26a-26d, 44) ebenso wie gegenwärtige und frühere Steuerungsgrößenwerte, welche von der Laufzu standserfassungsvorrichtung (M2, 30, 35) erfaßt worden sind, als Zustandsvariablengrößen ausgibt, welche den inne ren Zustand eines dynamischen Modells des Verbrennungsmo tors (10) darstellen;
einer Differenzakkumulationsvorrichtung (M4, 202, 202′), welche Differenzen zwischen einem von der Leerlauf zustandserfassungsvorrichtung (M2, 30, 35) erfaßten Steue rungsgrößenwert und dem Sollwert akkumuliert;
einer Modellkonstanten-Berechnungseinrichtung (M2, 203, 203′), welche eine Modellkonstante in Realzeit als dy namisches Modell des Verbrennungsmotors (10) auf der Grund lage einer früheren Betriebsgröße des Stellglieds (M1, 26a-26d, 44) ebenso wie der gegenwärtigen und früheren Steue rungsgrößenwerte, welche von der Leerlaufzustandserfas sungseinrichtung (M2, 30, 35) erfaßt worden sind, berech net;
einer Rückkopplungsverstärkungsberechnungseinrichtung (M6, 204, 204′), welche eine bestimmte Ableitungsfunktion verwendet, um eine optimale Rückkopplungsverstärkung für einen auf der Grundlage der berechneten Modellkonstante konstruierten Reglers zu berechnen; und
einer Betriebsgrößenberechnungseinrichtung (M7, 205, 205′), welche eine Betriebsgröße des Stellglieds (M1, 26a-26d, 44) auf der Grundlage der berechneten optimalen Rück kopplungsverstärkung, eines Zustandsvariablengrößen-Aus gangssignal von der Zustandsvariablengrößen-Ausgabeeinrich tung (M3, 201, 201′) und eines Differenzakkumulationswerts der Differenzakkumulationseinrichtung (M4, 202, 202′) be rechnet.

2. Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs verstärkungsberechnungseinrichtung (M6, 204, 204′) eine Überwachungseinrichtung (130, 1440) aufweist, welche eine Schwankungsgröße der berechneten Modellkonstanten überwacht und die optimale Rückkopplungsverstärkung lediglich dann erneut berechnet, wenn von der Überwachungseinrichtung (130, 1440) erfaßt wird, daß die Modellkonstantenschwankung eine bestimmte Größe überschreitet.

3. Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (M1, 26a-26d, 44) eine Leerlaufluftbetragssteuerungseinrichtung (44) enthält, welche einen Leerlaufluftbetrag als Leer laufszustand während des Leerlaufs des Verbrennungsmotors steuert, und die Leerlaufszustandserfassungseinrichtung (M2, 30, 35) eine Geschwindigkeitserfassungseinrichtung (30) enthält, welche die Drehgeschwindigkeit als Steue rungsgröße während des Leerlaufs des Verbrennungsmotors (10) erfaßt.

4. Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (M1, 26a-26d, 44) eine Treibstoffzufuhrsteuerungseinrichtung (26a-26d) aufweist, welche auf einen Treibstoffzufuhrbetrag als Laufzustand des Verbrennungsmotors (10) einwirkt, und die Laufzustandserfassungseinrichtung (M2, 30, 35) eine Luft-Treibstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung (35) auf weist, welche ein Luft-Treibstoff-Verhältnis des Verbren nungsmotors (10) als Steuerungsgröße auf der Grundlage des Abgases des Verbrennungsmotors erfaßt.

5. Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsgrößen berechnungseinrichtung (M7, 205, 205′) aufweist:
eine Berechnungseinrichtung des Luft-Treibstoff-Ver hältnis-Kompensationskoeffizienten (207), welche einen Kom pensationskoeffizienten des Luft-Treibstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der berechneten optimalen Rückkopplungs verstärkung, einer Zustandsvariablengröße, welche von der Zustandsvariablengrößen-Ausgabeeinrichtung ausgegeben wor den ist, und eines Differenzakkumulationswertes der Diffe renzakkumulationseinrichtung;
eine Berechnungseinrichtung der grundlegenden Zufuhr größe, welche eine grundlegende Größe einer von der Treib stoffzufuhrgrößensteuerungseinrichtung zu steuernden Be triebsgröße berechnet;
eine Multipliziereinrichtung (208), welche eine Be triebsgröße der Treibstoffzufuhrgrößensteuerungseinrichtung als eine Größe berechnet, welche mit dem berechneten Luft- Treibstoff-Verhältnis-Kompensationskoeffizienten multipli zert ist, auf der Grundlage eines Laufzustands des Verbren nungsmotors, und wobei die Zustandsvariablengrößen-Ausgabe einrichtung und die Modellkonstanten-Berechnungseinrichtung jeweils den Kompensationskoeffizienten des von der Berech nungseinrichtung des Luft-Treibstoff-Verhältnis-Kompensati onskoeffizienten berechneten Luft-Treibstoff-Verhältnisses als Betriebsgröße der Treibstoffzufuhrgrößensteuerungs einrichtung ersetzen.

6. Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsvaria blengrößen-Ausgabeeinrichtung (M3, 201, 201′)
eine Einrichtung aufweist, welche ohne Verwendung ei ner durch eine Matrix dargestellten Überwachungseinrichtung die Zustandsvariablengröße unter Verwendung der gegenwärti gen und früheren Betriebsgrößen des Stellglieds ebenso wie der von der Laufzustandserfassungseinrichtung (M2, 30, 35) erfaßten gegenwärtigen und früheren Steuerungsgrößenwerte berechnet.