JP2004052633A - Integrated control device for plurality of systems - Google Patents

Integrated control device for plurality of systems Download PDF

Info

Publication number
JP2004052633A
JP2004052633A JP2002209777A JP2002209777A JP2004052633A JP 2004052633 A JP2004052633 A JP 2004052633A JP 2002209777 A JP2002209777 A JP 2002209777A JP 2002209777 A JP2002209777 A JP 2002209777A JP 2004052633 A JP2004052633 A JP 2004052633A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
systems
output
value
input
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002209777A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukio Kuroda
黒田 幸男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2002209777A priority Critical patent/JP2004052633A/en
Publication of JP2004052633A publication Critical patent/JP2004052633A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated control device for efficient failure diagnosis of a plurality of systems, achieving desired functions without involving a great memory load and an arithmetic load. <P>SOLUTION: A detector 70 stores a standard model which can be satisfied with an input-output relationship in each of the plurality of systems 60-66 by reentering parameters. The plurality of systems 60-66 are selected as controlled object systems in sequence in a time-shared manner. The parameters stored in the controlled object systems are assigned to the standard models to create a model for each system. Actual inputs and actual outputs to the controlled object systems are detected. Failure diagnosis is performed for individual systems, depending on whether a relationship between the actual input and the actual output corresponds to a relationship defined by the model for each system. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数システムの統合制御装置に係り、特に、車両に搭載される複数のシステムの故障診断、或いは最適制御を効率的に行ううえで好適な複数システムの統合制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平9−330210号公報には、複数のシステムが搭載された車両上で、故障の生じたシステムを容易に特定するための装置が開示されている。この装置は、それぞれのシステムの故障を単独で検出することができるように、それぞれのシステムに対応した複数のモデルを含むシミュレータ部を備えている。この装置によれば、個々のモデルに基づいて、それぞれのシステムの故障を、他のシステムの状態とは無関係に検出することができる。このため、上記従来の装置によれば、車両に搭載されている複数のシステムの何れかに故障が生じた場合に、その故障を容易かつ迅速に特定することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の装置のように、複数のシステムのそれぞれについて別個独立したモデルを準備するためには、多大なメモリ容量が必要とされる。更に、複数のモデルを用いた故障診断を、それぞれ独立に実行させるためには、その処理を行う装置に対して高い演算処理能力を与えておくことが必要である。これらの理由により、上述した従来の装置は、安価に実現することが困難であるという問題を有するものであった。
【0004】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、多大なメモリ負荷や演算負荷を伴わずに複数のシステムを効率的に制御することのできる統合制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、上記の目的を達成するため、複数のシステムを制御するための統合制御装置であって、
パラメータを入れ替えることにより、前記複数のシステムのそれぞれにおける入出力の関係を満たすことのできる標準モデルを記憶する標準モデル記憶手段と、
前記複数のシステムのそれぞれを、時分割で、順次、制御対象システムとして選択するシステム選択手段と、
前記制御対象システムにおける実入力および実出力を検知する実入出力検知手段と、
前記制御対象システムについて検知された前記実入力および前記実出力と、前記標準モデルとに基づいて、当該制御対象モデルに関する制御を実行する個別システム制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【0006】
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記複数のシステムのそれぞれに対応する前記パラメータの初期値を記憶するパラメータ初期値記憶手段を備えると共に、
前記個別システム制御手段は、
前記制御対象システムに対応する前記パラメータの初期値を前記標準モデルに当てはめて当該システムの初期値対応モデルを生成する初期値対応モデル生成手段と、
前記初期値対応モデルと、前記実入力および前記実出力とに基づいて、前記制御対象システムの出力推定値を演算する出力推定値演算手段と、
前記出力推定値と前記実出力との比較結果に基づいて、当該制御対象システムの故障診断を行う故障診断手段と、
を含むことを特徴とする。
【0007】
また、第3の発明は、第1の発明において、
前記複数のシステムのそれぞれに対応する前記パラメータの初期値を記憶するパラメータ初期値記憶手段を備えると共に、
前記個別システム制御手段は、
前記標準モデルと、前記実入力および前記実出力とに基づいて、前記制御対象システムの最新の状態に適合する前記パラメータの最新値を演算する最新パラメータ演算手段と、
前記パラメータの初期値と最新値との比較結果に基づいて、当該制御対象システムの故障診断を行う故障診断手段と、
を含むことを特徴とする。
【0008】
また、第4の発明は、第1の発明において、
前記個別システム制御手段は、
前記標準モデルと、前記実入力および前記実出力とに基づいて、前記制御対象システムの最新の状態に適合する前記パラメータの最新値を演算する最新パラメータ演算手段と、
前記制御対象システムに対応する前記パラメータの最新値を前記標準モデルに当てはめて当該システムの最新値対応モデルを生成する最新値対応モデル生成手段とを含み、更に、
前記最新値対応モデルが得られたシステムについて、目標出力を検知する目標出力検知手段と、
前記最新値対応モデルに基づいて、前記目標出力を得るために前記システムに供給すべき修正入力を演算する修正入力演算手段と、
当該システムへの実入力が前記修正入力に一致するように当該実入力に関する制御を修正する制御修正手段と、
を備えることを特徴とする。
【0009】
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、前記標準モデルは、線形近似式であることを特徴とする。
【0010】
また、第6の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、前記標準モデルは、ニューラルネットであることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0012】
実施の形態1.
[制御の概要]
図1は、本発明の実施の形態1における制御の概要を説明するための図である。より具体的には、図1(A)は、複数のシステムのそれぞれについて故障診断を行う場合の一般的な手法を説明するための図である。一方、図1(B)は、複数のシステムのそれぞれについて故障診断を行うべく本実施形態において用いられる手法を説明するための図である。
【0013】
車両には、それぞれが重要な機能を果たす複数のシステムが搭載されている。車両上では、これらのシステムの何れかに異常が生じた場合に、発生箇所を特定した状態で、その異常が迅速に検知されることが望まれる。このような要求は、複数のシステムを含んで成る複合的なシステム(例えば、プラントなど)において、一般に望まれている。
【0014】
複合システムに含まれる個々のシステムの故障を、システム毎に別個独立に検出する際には、図1(A)に示すような構成を準備するのが一般的である。
すなわち、図1(A)に示す複合システムは、複数のシステム(システム1,2,・・)を備えている。これらのシステムは、それぞれに供給される入力(入力1,2,・・)に対して個別に出力(出力1,2,・・)を発する。
【0015】
図1(A)に示す構成においては、それらのシステム(システム1,2,・・)毎に、検出装置(検出装置1,2,・・)が準備されている。検出装置1は、システム1に供給される入力1とシステム1から発せられる出力1とが適正な関係にあるか否かを判断し、その結果に基づいて、システム1の故障の有無を表す判定1を発する装置である。同様に、検出装置2は、システム2に供給される入力2とシステム2から発せられる出力2とが適正な関係にあるか否かを判断し、その結果に基づいて、システム2の故障の有無を表す判定2を発する装置である。
【0016】
図1(A)に示すように、システム毎に検出装置を準備する構成をとれば、個々のシステムの故障診断を、他のシステムの状態と無関係に行うことができる。このため、このような構成を用いることによれば、個々のシステムの故障を、容易かつ確実に検知することができる。
【0017】
しかしながら、複合システムに含まれる全てのシステムのそれぞれにつき、個別に検出装置を準備しようとすれば、コストの上昇や、検出装置の敷設スペースの増大といった問題が生ずる。一方で、システムの故障診断は、さほど頻繁に実行する必要のない処理であることから、システム毎に検出装置を設けて、複数のシステムに対する故障診断を同時進行的に実行し得る状態を形成することは必ずしも必要ではない。
【0018】
そこで、本実施形態では、図1(B)に示すように、複合システムに含まれる複数のシステム(システム1,2,・・)に対して、汎用性を有する検出装置を一つだけ準備し、その検出装置で、複数のシステムの故障診断を、時分割で順次実行することとしている。すなわち、本実施形態では、複数のシステム(システム1,2,・・)のそれぞれが、時間の進行と共に順次制御対象システムとして選択される。そして、例えば、システム1が制御対象システムとして選択されると、システム1に供給される入力1と、システム1により発せられる出力1が検出装置に入力される。
【0019】
本実施形態において用いられる検出装置は、複数のパラメータを含む標準モデルを備えている。この標準モデルは、上記のパラメータを変更することで、複合システムに含まれる全てのシステム(システム1,2,・・)について入出力の関係が表せるように設定されたモデルである。
【0020】
[標準モデルの説明]
以下、図2を参照して、本実施形態において用いられる標準モデルの内容を、より詳細に説明する。
図2は、任意のシステムについての入出力の関係を示す。一般に、全てのシステムについては、その入力xと出力yとの間に、以下に示す線形近似の関係式が成立する。
y(t+d)=f1・y(t)+ f2・y(t−1)+ f3・y(t−2)+・・・+g1・x(t)+ g2・x(t−1)+ g3・x(t−2)+・・・    (式1)
但し、上記(式1)中、tは任意のサンプリング時刻であり、(t−n)は時刻tよりn回前のサンプリング時刻である。また、dはシステムの遅れであり、(t+d)は時刻t以前の履歴がシステムの出力yに反映される時刻である。更に、fnおよびgnは、個々のシステムに適合させるべきパラメータである。
本実施形態において、図1(B)に示す検出装置は、上記(式1)で表される線形近似式を、標準モデルとして記憶している。
【0021】
図1(B)に示す検出装置には、また、全てのシステム(システム1,2,・・)のそれぞれに対応するパラメータfnおよびgnが記憶されている。そして、例えばシステム1が制御対象システムとして選択された場合は、システム1に対応するパラメータf1nおよびg1nが、標準モデル(式1)のパラメータfnおよびgnに代入される。また、システム2が制御対象システムとして選択された場合は、システム2に対応するパラメータf2nおよびg2nが、標準モデル(式1)のパラメータfnおよびgnに代入される。
【0022】
以下に示す(式2)および(式3)は、システム1およびシステム2に対して、それぞれ上記の規則に従って設定されたモデルである。
y1(t+d1)=f11・y1(t)+ f12・y1(t−1)+ f13・y1(t−2)+・・・+g11・x1(t)+ g12・x1(t−1)+ g13・x1(t−2)+・・・   (式2)
y2(t+d2)=f21・y2(t)+ f22・y2(t−1)+ f23・y2(t−2)+・・・+g21・x2(t)+ g22・x2(t−1)+ g23・x2(t−2)+・・・   (式3)
尚、f1nおよびg1n、或いはf2nおよびg2nなど、個々のシステムに対応するパラメータfnおよびgnは、最少二乗法を用いた手法により求めることができる。それらのパラメータの算出手法については後に詳細に説明する。
【0023】
[時分割(タイムシェアリング)の説明]
図1(B)に示す検出装置は、複数のシステムのそれぞれを、時分割で順次制御対象システムとして選択する。そして、選択された制御対象システムに応じて、(式2)或いは(式3)に示すようなモデルを順次生成する。
【0024】
検出装置は、制御対象システムとしてシステム1が選択され、その結果、上記(式2)のモデルが設定されている場合は、そのモデルに基づいて算出される出力y1(t+d1)が、出力y1(t+d1)の実測値と整合するか否かを判断する。その結果、両者が整合していればシステム1が正常である旨の判定1を出力し、一方、両者が整合していなければシステム1が異常である旨の判定1を出力する。また、検出装置は、制御対象システムとしてシステム2が選択されている場合は、上記(式3)のモデルを用いて同様の処理を実行する。
【0025】
以上説明した通り、本実施形態において、図1(B)に示す検出装置は、複合システムに含まれている全てのシステム(システム1,2,・・)の故障診断を、標準モデルを用いて、時分割で順次実行することができる。このため、本実施形態の構成によれば、図1(A)に示す一般的な構成に比して、複合システムの制御装置を安価に、かつ省スペースにて実現することができる。
【0026】
[制御装置の具体的構成の説明]
次に、図3を参照して、本発明の実施の形態1の具体的構成について説明する。尚、本実施形態の装置は、車両に搭載される複数のシステムを含む複合システムを効率的に制御するための統合制御装置である。
【0027】
図3に示すように、本実施形態の装置は内燃機関10を備えている。内燃機関10には、吸気通路12および排気通路14が連通している。吸気通路12には、エアフィルタ16の下流にエアフロメータ18が配置されている。エアフロメータ18は、吸気通路12を流れる吸入空気量Gaを検出するセンサである。エアフロメータ18の下流には、スロットルバルブ20が設けられている。スロットルバルブ20の近傍には、スロットル開度TAを検出するためのスロットルセンサ21が配置されている。また、スロットルバルブ20の下流には、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁22が配置されている。
【0028】
排気通路14には、触媒(スタートキャタリスト)24が配置されている。触媒24は、排気通路14に空燃比のリーンな排気ガスが排出されている場合は、そのガス中に含まれるOを吸蔵することで排気ガス中のNOxを浄化(還元)し、一方、排気ガスがリッチである場合は、吸蔵しているOを放出することで排気ガス中のHCやCOを浄化(酸化)する装置である。
【0029】
触媒24の上流には、空燃比センサ26が配置されている。空燃比センサ26は、排気空燃比に応じた出力を発するセンサである。空燃比センサ26によれば、内燃機関10から排出されてきた直後の排気ガスの空燃比、すなわち、触媒24に流入する以前の排気ガスの空燃比を検出することができる。
【0030】
触媒24の下流には、Oセンサ28が配置されている。Oセンサ28は、空燃比がリッチであるか、或いはリーンであるかに応じた出力を発するセンサである。Oセンサ28によれば、触媒24の下流に、酸素を含むリーンなガスが流出しているか、或いは、酸素を含まないリッチなガスが流出しているかを判断することができる。
【0031】
内燃機関10のシリンダブロックには、冷却水温THWを検出するための水温センサ32が組み付けられている。また、内燃機関10のクランクシャフト(図示せず)近傍には、機関回転数NEを検出するためのNEセンサ34が配置されている。
【0032】
更に、本実施形態の装置は、バッテリ(図示せず)への流入出電流Ibattを検知するためのバッテリ電流計36、およびバッテリ電圧Vbattを検知するためのバッテリ電圧計38を備えている。加えて、本実施形態の装置は、個々の車輪に伝達(入力)される車輪トルクを検出するためのトルクセンサ40、および個々の車輪の車輪速を検出するための車輪速センサ42を備えている。
【0033】
図3に示すように、本実施形態の装置は、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。上述した各種のセンサ、および燃料噴射弁22は、ECU50と電気的に接続されている。ECU50は、それらのセンサ出力に基づいて、燃料噴射時期や燃料噴射量の制御を行うと共に、本実施形態の装置に含まれている種々のシステムの故障診断を実行する。
【0034】
[制御系の具体的構成の説明]
図4は、本実施形態の装置において形成されている制御系の構成を具体的に表した図、つまり、図1(B)に示す制御系の概念を、図3に示す車両システムに適用することで具体的に実現されている制御系の構成を表した図である。
【0035】
上記図3に示す構成には、内燃機関10と空燃比センサ26が含まれている。これらは、その入出力に着目すると、内燃機関10に流入する混合気の空燃比が入力であり、空燃比センサ26のセンサ値(以下、「A/Fセンサ値」と称す)が出力であるシステムと見ることができる。混合気の空燃比は、吸入空気量Ga、燃料噴射量、および吸気ポートや筒内への燃料付着量に基づいて計算により求めることができる。以下、その計算値を「計算A/F」と称す。図4には、内燃機関10と空燃比センサ26とを含む上記のシステムが、システム60として表されている。
【0036】
上記図3に示す構成には、触媒24およびOセンサ28が含まれている。触媒24の下流の空燃比は、触媒24が吸蔵能力一杯に酸素を吸蔵した後、更に酸素を含むリーンな排気ガスが流出し続けることによりリッチからリーンに反転する。また、触媒24が、全ての酸素を放出した後、更に、HCやCOなどの未燃成分を含むリッチな排気ガスが流出し続けることによりリーンからリッチに反転する。従って、触媒24およびOセンサ28は、その入出力に着目すると、触媒24に流入する排気ガス中の酸素或いは未燃成分(HC、CO)の積算量(排気空燃比と理論空燃比とのずれの積算量)が入力であり、Oセンサ28のセンサ値が出力であるシステムと見ることができる。そして、その入力は、A/Fセンサ値に基づいて求めることができる。このため、触媒24とOセンサ28とを含む上記システムは、図4におけるシステム62のように表すことができる。
【0037】
上述した2つのシステムは、図3に示す構成中、エンジン系に含まれるシステムである。エンジン系には、これらのシステムの他にも、入出力の関係に着目して、システム60,62と同様に取り扱うことのできるシステムが存在しているが、ここでは、説明の便宜上、それらのシステムについては、その説明を省略する。
【0038】
上記図3に示す構成には、図示しないバッテリが含まれている。バッテリ電圧Vbattは、バッテリに流入する電流の量、およびバッテリから流出する電流の量に応じて、つまり、バッテリ電流Ibattに応じて決定される。従って、バッテリは、その入出力に着目すると、バッテリ電流Ibattが入力であり、かつ、バッテリ電圧Vbattが出力であるシステムと見ることができる。図4では、バッテリを含む上記のシステムが、システム64として表されている。
【0039】
上記図3に示す構成には、図示しない車輪(タイヤ)が含まれている。車輪速は、車輪に入力されるトルクの値に応じて決定される。従って、車輪は、その入出力に着目すると、トルクセンサ40のセンサ値が入力であり、かつ、車輪速センサ42のセンサ値が出力であるシステムと見ることができる。図4では、車輪を含む上記のシステムが、システム66として表されている。
【0040】
上述した2つのシステムは、図3に示す構成中、車両系に含まれるシステムである。車両系には、これらのシステムの他にも、入出力の関係に着目して、システム64,66と同様に取り扱うことのできるシステムが存在しているが、ここでは、説明の便宜上、それらのシステムについては、その説明を省略する。
【0041】
図4に示す検出装置70は、ECU50により実現される。ECU50は、検出装置70として機能するためには、システム60〜66の全てに対する入力および出力を取得する必要がある。
【0042】
システム60の入力となる計算A/Fは、既述した通り、吸入空気量Ga、燃料噴射量、および燃料付着量に基づいて算出することができる。吸入空気量Gaは、エアフロメータ18により検出することができる。また、燃料噴射量は吸入空気量Gaや機関回転数NEに基づいて算出することができる。更に、燃料付着量も、吸入空気量Ga、機関回転数Ne、およびスロットル開度TAなどに基づいて算出することができる。従って、ECU50は、システム60に対する入力(計算A/F)を取得することができる。
【0043】
システム60の出力であるA/Fセンサ値 、すなわち、空燃比センサ26の出力は、ECU50に供給されている。従って、ECU50は、システム60の出力も取得することができる。
【0044】
システム62の入力は、システム60の出力と同じA/Fセンサ値である。従って、ECU50は、システム62の入力を取得することができる。また、システム62の出力となるOセンサ値は、ECU50に供給されている。従って、ECU50は、システム62の出力も取得することができる。
【0045】
更に、ECU50には、システム64の入力および出力となるバッテリ電流計36およびバッテリ電圧計38の出力、並びに、システム66の入力および出力となるトルクセンサ40および車輪速センサ42のセンサ値も供給されている。従って、ECU50は、図4に示すシステム60〜66の全てについて、入力および出力を取得することができる。
【0046】
ECU50は、図1(B)および図2を参照して説明した手法で、システム60〜66のそれぞれが、適正に機能しているか否かを時分割で診断する。より具体的には、ECU50は、システム60〜66を順番に制御対象システムとして選択し、それぞれに対する入力および出力に基づき、標準モデルと個々のシステムに対するパラメータとを用いて、それらのシステムの故障診断を時分割で実行する。
【0047】
[ECUの動作説明]
図5は、ECU50が上記の機能を実現するために実行する制御ルーチンのフローチャートである。
図5に示すルーチンでは、先ず、制御対象システムを特定するためのシステム番号kが1に初期化される(ステップ100)。
尚、システム番号は、図2に示す構成に含まれる全てのシステムに対して、重複することがないように予め付与されているものとする。
【0048】
次に、k番目のシステムが制御対象システムとして選択され、そのシステムを対象とした故障診断の開始が指令される(ステップ102)。
【0049】
故障診断が開始されると、先ず、制御対象システムとして選択されたシステムに対する入出力データが、所定のサンプル数だけ計測される(ステップ104)。
所定のサンプル数が例えば3であれば、本ステップ104では、3つの入力x(t),x(t−1),x(t−2)と、3つの出力y(t),y(t−1),y(t−2)が計測される。
【0050】
次に、制御対象システムに対応するパラメータとして予めECU50に記憶されているパラメータfk1,fk2,・・・gk1,gk2,・・・が読み出される(ステップ106)。
これらのパラメータは、車両の工場出荷時における各システムの状態(初期状態)に適合するように、後述する最少二乗法を用いて求められた値である。以下、ECU50に予め記憶されているこれらのパラメータを「パラメータの初期値」と称する。
【0051】
図5に示すルーチンでは、次に、上記ステップ106で読み出されたパラメータfk1,fk2,・・・gk1,gk2,・・・が上記(式1)に示す標準モデルに代入され、上記(式2)または(式3)に示すような線形近似式のモデル、つまり、制御対象システムの入出力関係を表す線形近似式のモデルが生成される。以下、このモデルを「初期値対応モデル」と称す。
更に、このようにして生成された初期値対応モデルに、上記ステップ104で計測された実入力x(t),x(t−1),・・および実出力y(t),y(t−1),・・を代入することで、システムの遅れdを考慮した出力y(t+d)の推定値が演算される(ステップ108)。
【0052】
上記ステップ108の処理により、時刻t+dにおける出力y(t+d)が推定されたら、その後、時刻t+dにおける出力y(t+d)が実測される。そして、出力y(t+d)の推定値と実測値との比較が行われる(ステップ110)。
【0053】
次に、出力y(t+d)の実測値に対する推定値の誤差が、所定のしきい値以下であるか否かが判別される(ステップ112)。
【0054】
その結果、誤差がしきい値以下であると判別された場合は、制御対象システムの入出力の関係が、初期状態における入出力の関係から大きく変化していないと判断することができる。この場合、制御対象システムが正常であるとの判断がなされ、次に後述するステップ116の処理が実行される。
【0055】
一方、上記ステップ112において、実測値と推定値との誤差がしきい値を超えていると判別された場合は、制御対象システムに、入出力の関係を大きく変化させる変化が生じていると判断できる。この場合は、次に、今回の処理サイクルで制御対象システムとされたシステムにつき、異常検出および故障表示の処理が行われる(ステップ114)。
【0056】
上述した一連の処理が終了すると、k番目にシステムについて故障診断の処理が適正に終了されたか否かが判別される(ステップ116)。
【0057】
その結果、k番目のシステムに対する処理が適正に終了していないと判別された場合は、再び上記ステップ102以降の処理が実行される。一方、その処理が適正に終了していると判別された場合は、次に、システム番号kが全システム数Nと一致しているか否かが判別される(ステップ118)。
【0058】
k=Nが成立しないと判別された場合は、未だ故障診断の実行されていないシステムが残存していると判断することができる。この場合、システム番号kがインクリメントされた後(ステップ120)、上記ステップ102以降の処理が再び実行される。
【0059】
一方、上記ステップ118において、k=Nが成立すると判別された場合は、全てのシステムにつき故障診断が実行されたと判断することができる。この場合、以後、上記ステップ100でシステム番号kが1に初期化され、再び全てのシステムに対する故障診断が再開される。
【0060】
以上説明した通り、図5に示すルーチンによれば、図2に示す構成に含まれる全てのシステムのそれぞれを、時分割で順番に診断することができる。また、このルーチンによれば、個々のシステムの故障診断に用いる初期値対応モデルを、システム毎に記憶されているパラメータの初期値を標準モデルに代入することで生成することができる。従って、本実施形態の装置によれば、多大な演算負荷を伴うことなく、また、多大なメモリ負荷を生ずることなく、複数のシステムの全てを正確に診断することができる。
【0061】
尚、上述した実施の形態1においては、ECU50の内部において上記(式1)に示す標準モデルを記憶しているメモリが前記第1の発明における「標準モデル記憶手段」に相当している。また、実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ100,102,118および120の処理を実行することにより前記第1の発明における「システム選択手段」が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第1の発明における「実入出力検知手段」が、上記ステップ108〜114の処理を実行することにより前記第1の発明における「個別システム制御手段」が、それぞれ実現されている。
【0062】
また、上述した実施の形態1においては、ECU50の内部で個々のシステムに対するパラメータの初期値を記憶しているメモリが前記第2の発明における「パラメータ初期値記憶手段」に相当している。更に、実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ108において、パラメータの初期値を標準モデルに代入することにより前記第2の発明における「初期値対応モデル生成手段」が、その結果生成された初期値対応モデルを用いて出力y(t+d)を演算することにより前記第2の発明における「出力推定値演算手段」が、それぞれ実現されている。そして、ECU50が、上記ステップ110〜114の処理を実行することにより前記第2の発明における「故障診断手段」が実現されている。
【0063】
実施の形態2.
次に、図6を参照して本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態の装置は、上述した実施の形態1の装置と同様の構成を用いて、ECU50に、上記図5に示すルーチンに変えて、図6に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【0064】
上述した実施の形態1の装置は、初期値対応モデルを用いて演算した出力y(t+d)の推定値が、出力y(t+d)の実測値に対してどの程度の誤差を含んでいるかに基づいて個々のシステムにおける故障の有無を判断している。これに対して、本実施形態の装置は、個々のシステムに対するパラメータの最新値、つまり、経時変化や故障の影響が反映された最新のパラメータを車両上で演算し、その最新値がパラメータの初期値からどの程度ずれているかに基づいて、個々のシステムにおける故障の有無を診断することとしている。
【0065】
図6は、上記の機能を実現するために、本実施形態においてECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。尚、図6において、上記図5に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【0066】
図6に示すルーチンでは、ステップ104において、制御対象システムにおける所定数の実入力x(t),x(t−1),・・および実出力y(t),y(t−1),・・が計測された後、そのシステムに対するその時点tにおけるパラメータの最新値fk1(t),fk2(t),・・・gk1(t),gk2(t),・・・が最少二乗法により推定される(ステップ130)。
【0067】
本実施形態の装置では、パラメータを入れ替えることにより全てのシステムの入出力関係を表すことのできる標準モデルが定められている。パラメータの最新値が適正に求められた場合、その最新値を標準モデルに代入することで得られるモデル(以下、「最新値対応モデル」と称す)は、制御対象システムの現在の入出力関係を精度良く表すものとなる。
【0068】
換言すると、パラメータの最新値は、時刻tにおける実入力x(t),x(t−1),・・および実出力y(t),y(t−1),・・を最新値対応モデルに代入することで得られる出力y(t+d)の推定値が、その出力y(t+d)の実測値と精度良く一致するような値に設定されればよい。上記ステップ130では、標準モデルを基礎として、実入力x(t),x(t−1),・・および実出力y(t),y(t−1),・・を用いて、最少二乗法により、出力yの推定値と実測値との誤差を最少とするようなパラメータ最新値が推定される。尚、最少二乗法によるパラメータの推定手法は、後に更に詳細に説明する。
【0069】
図6に示すルーチンでは、次に、上記ステップ130において推定されたパラメータの最新値と、ECU50に予め記憶されているパラメータの初期値との比較が行われる(ステップ132)。
【0070】
次に、パラメータの最新値と初期値の誤差が、所定のしきい値以下であるか否かが判別される(ステップ134)。
【0071】
その結果、誤差がしきい値以下であると判別された場合は、制御対象システムの入出力の関係が、初期状態における入出力の関係から大きく変化していないと判断することができる。この場合、制御対象システムが正常であるとの判断がなされ、以後、ステップ116の処理が実行される。
【0072】
一方、上記ステップ134において、パラメータの最新値と初期値の誤差がしきい値を超えていると判別された場合は、制御対象システムに、入出力の関係を大きく変化させる変化が生じていると判断できる。この場合は、以後、制御対象システムにつき、異常検出および故障表示の処理を実行すべくステップ114の処理が実行される。
【0073】
以上説明した通り、図6に示すルーチンによれば、現実の入出力値と標準モデルとに基づいて、個々のシステムの最新状態に適合するパラメータ最新値を推定することができる。そして、そのパラメータの最新値とパラメータの初期値との誤差に基づいて、個々のシステムの故障を診断することができる。
【0074】
また、図6に示すルーチンによれば、このような故障診断を、時分割で全てのシステムについて順次実行することができる。このため、本実施形態の装置によっても、実施の形態1の場合と同様に、多大な演算負荷を伴うことなく、また、多大なメモリ負荷を生ずることなく、複数のシステムの全てを正確に診断することができる。
【0075】
尚、上述した実施の形態2においては、ECU50が、上記ステップ130、132および114の処理を実行することにより前記第1の発明における「個別システム制御手段」が実現されている。
【0076】
また、上述した実施の形態2においては、ECU50の内部で個々のシステムに対するパラメータの初期値を記憶しているメモリが前記第3の発明における「パラメータ初期値記憶手段」に相当している。更に、ECU50が、上記ステップ130の処理を実行することにより前記第3の発明における「最新パラメータ演算手段」が、上記ステップ132,134および114の処理を実行することにより前記第3の発明における「故障診断手段」が、それぞれ実現されている。
【0077】
実施の形態3.
次に、図7および図8を参照して本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態の装置は、上述した実施の形態1の装置と同様の構成を用いて、ECU50に、上記図5に示すルーチンに変えて、図7に示すルーチン、および図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【0078】
上述した実施の形態2の装置は、個々のシステムにつき、車両上で適宜パラメータの最新値を推定したうえで、その推定値に基づいてシステムの故障診断を行うこととしている。パラメータの最新値が、その初期値からずれている場合は、システムの状態に無視できない変化が生じていると判断できる。システムにこのような変化が生じている場合、初期の状態に合わせて設計された制御を行ったのでは、所望の目標出力が得られない事態が生じ得る。そこで、本実施形態の装置は、パラメータの最新値に大きな変化が認められるシステムについては、目標出力が精度良く得られるように、その最新値に基づいて、そのシステムに対する制御に修正を加えることとしている。
【0079】
図7は、上記の機能を実現するために、本実施形態においてECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。尚、図7において、上記図5または図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【0080】
図7に示すルーチンは、図6に示すステップ114がステップ140に変更されている点を除き、図6に示すルーチンと同様である。すなわち、図7に示すルーチンでは、実施の形態2の場合と同様の手法で制御対象システムに対応するパラメータの最新値が推定された後(ステップ130)、その推定値が初期値と大きく異なっている場合には(ステップ132,134)、制御対象システムとして選択されているシステムにつき、最適制御の開始が指令される(ステップ140)。
【0081】
図8は、ECU50が最適制御を実現するために実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、上記ステップ140において、最適制御の開始が指令された場合に、その後、その指令が発せられたシステムを対象として、継続的に繰り返し実行されるルーチンである。
【0082】
図8に示すルーチンでは、先ず、最適制御を行うべきシステムに対して、上記図7に示すルーチンにより推定されたパラメータの最新値θtが読み込まれる。但し、θt=[fk1(t),fk2(t),・・・gk1(t),gk2(t),・・・]とする(ステップ150)。
【0083】
次に、このシステムにおいて実現すべき目標の出力ωt+dが読み込まれる。但し、ωt+dは、現在時刻tより、システムの遅れ時間dだけ遅い時間に於いて実現すべき出力値である(ステップ152)。
【0084】
次いで、パラメータの最新値θtを標準モデルに代入することで得られる最新値対応モデルと、目標出力ωt+dとに基づいて、その目標出力ωt+dを実現するために必要な現在の入力x(t)が、修正入力値u(t)として演算される(ステップ154)。
尚、パラメータの最新値θtから修正入力値u(t)を求める具体的な手法は、パラメータの最新値θtを求めるための手法と共に、後に詳細に説明する。
【0085】
例えば、最適制御を実行すべきシステムとして、図4に示すシステム60(内燃機関10と空燃比センサ26を含むシステム)が選択されている場合は、上記ステップ154において、修正入力値u(t)として、目標のA/Fセンサ値を得るための計算A/Fが求められる。また、図4に示すシステム62(触媒24とOセンサ28を含むシステム)が最適制御を実行すべきシステムとされている場合は、目標のOセンサ値を得るためのA/Fセンサ値(排気空燃比)が修正入力値u(t)として求められる。
【0086】
修正入力値u(t)が上記の如く求められたら、その後、その修正入力値u(t)を実現するための制御パラメータの修正値が演算される(ステップ156)。
例えば、図4にシステム60が最適制御を実行すべきシステムである場合は、計算A/Fに影響を与える制御パラメータ(吸入空気量Ga、燃料噴射量、スロットル開度TA、機関回転数NEなど)の修正値が演算される。また、図4に示すシステム62が最適制御を実行すべきシステムである場合は、A/Fセンサ値に影響を与える制御パラメータ(吸入空気量Gaや燃料噴射量)の修正値が演算される。
【0087】
上記ステップ156において、制御パラメータの修正値が演算されると、以後、その修正値に従って各種アクチュエータ等(燃料噴射弁22など)の制御が行われる。その結果、最適制御を実行すべきと判断されたシステムに、修正入力値u(t)が入力されることとなり、その結果、そのシステムにより目標出力が生成される。
【0088】
以上説明した通り、図7に示すルーチンによれば、パラメータの最新値がその初期値から大きく乖離しているか否かに基づいて、制御対象システムが最適制御を必要としているか否かを判断することができる。また、図7に示すルーチンによれば、このような判断を、単一の標準モデルのみを用いて、時分割で全てのシステムについて順次実行することができる。このため、本実施形態の装置によれば、多大な演算負荷を伴うことなく、また、多大なメモリ負荷を生ずることなく、最適制御の必要なシステムを選び出すことができる。
【0089】
更に、図8に示すルーチンによれば、最適制御が必要なシステムに、修正入力値u(t)が入力されるように制御パラメータを修正し、その結果、それらのシステムに、現在の状況下で目標出力を発生させることができる。このため、本実施形態の装置によれば、多大な演算負荷やメモリ負荷を伴うことなく、全てのシステムを、経時的に安定に機能させることができる。
【0090】
尚、上述した実施の形態3においては、ECU50が、上記ステップ130〜134および140、並びに上記ステップ150〜156の処理を実行することにより前記第1の発明における「個別システム制御手段」が実現されている。
【0091】
また、上述した実施の形態3においては、ECU50が、上記ステップ130の処理を実行することにより前記第4の発明における「最新パラメータ演算手段」が、上記ステップ150で読み込んだパラメータの最新値θtを標準モデルに代入して最新値対応モデルを生成することにより前記第4の発明における「最新値対応モデル生成手段」が、上記ステップ152の処理を実行することにより前記第4の発明における「目標出力検知手段」が、上記ステップ154の処理を実行することにより前記第4の発明における「修正入力演算手段」が、上記ステップ156の処理を実行することにより前記第4の発明における「制御修正手段」が、それぞれ実現されている。
【0092】
[最適制御(最少分散制御)の概念説明]
以下、上述した実施の形態3(上記図8参照)において実行される最適制御(最少分散制御)の概念について説明する。尚、ここでは、説明を簡単にするため、システムの無駄時間(遅れd)が既知である場合について述べる。
【0093】
いま、制御系設計を行うシステムの入出力関係が
A(q−1)y=B(q−1)q +C(q−1)e                   (1)
で表されるとする。ここで、uは時刻kにおけるシステムへの入力、yは時刻kにおけるシステムの出力、dはシステムの遅れ(既知)、eは時刻kにおけるノイズ誤差である。但し、
A(q−1)=1+α−1+α +α +・・・α
B(q−1)=β+β−1+β +β +・・・β  (m=n−d)
C(q−1)=1+γ−1+γ +γ +・・・γ      (2)
ここで、(2)式中のα〜α、β〜β、γ〜γはそれぞれの係数である。
【0094】
(1)式は、(2)式を用いると、

Figure 2004052633
と書ける。
【0095】
このとき制御の目標値をωとし
J=E(yk+d−ωk+d                  (4)
なる評価関数を最少とする制御(最少分散制御)は以下の(5)、(6)式で求められる。但し、Eは、期待値をとる作用素である。
【0096】
【数1】
Figure 2004052633
【0097】
ここで、F(q−1)、G(q−1)は次の関係式を満たす多項式である。
F(q−1)=A(q−1)E(q−1)+q F(q−1)               (7)
G(q−1)=B(q−1)E(q−1)                     (8)
但し、
E(q−1)=1+δ−1+δ +δ +・・・δd−1 (d−1)(9)
F(q−1)=f+f−1+f +f +・・・δn−1 (n−1)(10)
【0098】
上記の(4)〜(6)式が一般化最少分散制御の式である。
但し、(4)式のyk+d−ωk+dが一般に不安定であるため、その代わりに
φk+d=Pyk+d+Qu−Rωk+d
で与えられるφk+dの分散を最少にする最適制御を用いることが多い。上記の実施の形態3では、その最適制御が用いられている。
【0099】
この場合、(1)式で与えられるシステムについて、次の評価関数
J=E(φk+d=E(Pyk+d+Qu−Rωk+d      (11)
を最少にする入力uは次式により表すことができる。
【0100】
【数2】
Figure 2004052633
【0101】
但し、E(q−1)は(d−1)次、F(q−1)は(Pの次数+Cの次数−1)の次数を持つものとする。また、Pは以下の関係を満たすものとする。
P(q−1)C(q−1)=A(q−1)E(q−1)+q F(q−1)            (13)
ここで、ノイズのない場合は、C(q−1)=1とすればよい。
上記の(11)、(12)式が、最適制御を表す式である。
【0102】
[最少二乗法によるシステムのパラメータ推定の説明]
次に、上述した実施の形態1乃至3において、個々のシステムに対応するパラメータの初期値、或いは最新値を推定する際に用いられる最少二乗法によるパラメータの演算手法について説明する。
【0103】
標準モデルに代入すべきパラメータが不確定の場合、システムに対する入出力データから未知のパラメータを推定しなければならない。ここでは、入出力データから直接F(q−1)、G(q−1)=B(q−1)E(q−1)、更に、C(q−1)の係数を求めるパラメータ推定の手法について述べる。
【0104】
ここでは、以下の条件が成立するものとする。
φk+d=yk+d
P(q−1)=1
Q(q−1)=γ(1−q−1
R(q−1)=1
C (q−1)=1                        (14)
【0105】
これから、F(q−1)、G(q−1)のパラメータをθとするとき、
J=E(φ−ψk−dθ)λt−k              (15)
が最少となるようにパラメータθを推定する。但し、λは0<λ≦1の関係を満たす既定値である。また、ψおよびθは、それぞれ以下の関係を満たすものとする。
ψ =[y,y ,y ,・・・,u,u ,u ,・・・]
θ=[f,f,f,・・・,g,g,g,・・・]
但し、F(q−1)、G(q−1)は以下のように表せるものとする。
【0106】
【数3】
Figure 2004052633
【0107】
上記の(15)式のJを最少とする最少二乗推定値θハットは、以下のように与えられる。
【0108】
【数4】
Figure 2004052633
【0109】
上記(16)式で表されるθが、最少二乗法により推定されたシステムのパラメータである。また、このようにして推定されたシステムのパラメータF(q−1)、G(q−1)=B(q−1)E(q−1)を次式に代入することで、(11)式の評価関数を最少にする望ましい入力を計算することができる。ここで、次式は、(14)式として示した条件を(12)式に代入することで得られる式である。
【0110】
【数5】
Figure 2004052633
【0111】
[遅れd=3の場合のパラメータ推定と最適制御の例]
パラメータ推定と最適制御に関する上記の説明を補足するため、システムの遅れd=3の場合について、パラメータ推定の例、および最適制御の例を説明する。
【0112】
制御系設計を行うシステムの入出力関係が、上記(1)式の場合と同様に以下のように表されるものとする。
A(q−1)y=B(q−1)q +C(q−1)e
ここで、uは時刻kにおけるシステムへの入力、yは時刻kにおけるシステムの出力、dはシステムの遅れ(既知)、eは時刻kにおけるノイズ誤差である。但し、
A(q−1)=1+α−1+α +α     (n=3として)
B(q−1)=β              (m=n−d=3−3=0)
C(q−1)=1               (ノイズのない場合と仮定)
【0113】
いま、次式の関係より、
【数6】
Figure 2004052633
ψおよびθは、それぞれ以下のように表すことができる。
ψ =[y,yk−1,yk−2,u,uk−1,uk−2
θ=[f,f,f,g,g,g]     φk+3=yk+3
【0114】
更に、評価関数
J=E(φ−ψk−dθ)λt−k=E(y−ψk−3θ)λt−k
を最少とする最少二乗推定値θハットは、(16)〜(18)式より、以下のように求められる。
【0115】
【数7】
Figure 2004052633
【0116】
以下、上記の(P1)〜(P3)式について具体的に述べる。
これまでに、P(t)は対称行列であることがわかっているので、ここでは、P(t)を以下のように置いて(P3)式中の▲1▼〜▲4▼、並びに(P1)〜(P3)式を求める。
【0117】
【数8】
Figure 2004052633
【0118】
【数9】
Figure 2004052633
【0119】
【数10】
Figure 2004052633
【0120】
【数11】
Figure 2004052633
【0121】
【数12】
Figure 2004052633
【0122】
以上▲1▼〜▲4▼より、(P1)〜(P3)式は以下のように記述することができる。まず、(P1)および(P2)は、次式(P4)式のように記述することができる。
【数13】
Figure 2004052633
【0123】
ここで、
Figure 2004052633
【0124】
次に、(P3)式は次式(P5)式のように記述することができる。
【数14】
Figure 2004052633
【0125】
上記の(P4)と(P5)式で求められるθt=[f(t),f(t),f(t), g(t),g(t),g(t)]は、以下に示す(P6)式の条件を満たすように求められている。
y(t+3)−{f(t)y(t)+f(t)y(t−1)+f(t)y(t−2)+ g(t)u(t)+g(t)u(t−1)+g(t)u(t−2)}=0  (P6)
つまり、上記の(P4)と(P5)式で求められるθt=[f(t),f(t),f(t), g(t),g(t),g(t)]が最少二乗法により推定されたシステムのパラメータである。
【0126】
次に、上記の如く求められたシステムのパラメータθtを用いた最適制御について述べる。
このような最適制御では、パラメータθtを使って、以下の評価関数を満たすu(k)が求められる。
J=E[y(k+3)−ω(k+3)+γ{u(k)−u(k−1)}]          (P7)
上記(P7)式において、y(k+3)−ω(k+3)は、3つ先の出力と目標値との差である。また、u(k)−u(k−1)は入力の変動を表す項である。ここで、評価関数に入力の変動を表す項をいれるのは、制御を安定させるためである。
【0127】
(P7)式で、y(k+3)−ω(k+3)+γ{u(k)−u(k−1)=0が成立するものとして、その関係に(P6)式の関係を代入すると、以下の関係が得られる。
{f(k)y(k)+f(k)y(k−1)+f(k)y(k−2)+ g(k)u(k)+g(k)u(k−1)+g(k)u(k−2)}−ω(k+3)+γu(k)−γu(k−1)=0
【0128】
上記の関係式は、以下のように書き直すことができる。
{g(k)+γ}u(k)=[ω(k+3)−f(k)y(k)−f(k)y(k−1)−f(k)y(k−2)−{g(k)−γ}u(k−1)−g(k)u(k−2)]
従って、u(k)は以下のように表すことができる。
【0129】
【数15】
Figure 2004052633
【0130】
以上より、遅れd=3のシステムの場合において、3つ先の出力y(t+3)を目標出力ω(t+3)にするための修正入力値u(t)は、次式(P8)のように求められる。この(P8)式により求められる値が、実施の形態3において最適制御を実現するための修正入力値である。
【0131】
【数16】
Figure 2004052633
【0132】
実施の形態4.
次に、図9を参照して本発明の実施の形態4について説明する。図9は、本実施形態の装置が、複数のシステムのそれぞれについて故障診断を行うために用いる手法を説明するための図である。図9に示す構成は、検出装置で用いられる標準モデルが、線形近似式のモデルからニューラルネットに置き換えられている点を除き、図1(B)に示す構成と同様である。
【0133】
すなわち、本実施形態の装置は、実施の形態1乃至3の何れかの装置において、ECU50に、複数のシステムの入出力関係を推定するための標準モデルとして、上記(式1)に示す線形近似式に変えて、ニューラルネットの機能を組み込むことにより実現することができる。
【0134】
上述した実施の形態1乃至3では、線形近似式の標準モデルに代入すべき個々のシステムのパラメータを、最少二乗法により推定している。これに対して、ニューラルネットでは、個々のシステムに対するパラメータ(結合係数)を、バックプロパゲーションによる公知の手法で求めることができる。
【0135】
本実施形態の装置においては、上述した公知の手法で求めたパラメータ(結合係数)を予めECU50に記憶させておくと共に、ECU50に、図5に示すルーチンに沿った処理を実行させることにより、実施の形態1の場合と同様の機能を実現することができる。この場合、パラメータが初期値に設定されているニューラルネットによって実車上で推定された出力が、実車上で実測された出力に対してどの程度の誤差を有しているかに基づいて、個々のシステムの故障診断を行うことができる。
【0136】
また、本実施形態の装置においては、上述した公知の手法で求めた結合係数を予めECU50に記憶させておき、かつ、ECU50に、その手法で結合係数を求めるための機能を組み込んだうえで、図6に示すルーチンに沿った処理を実行させることもできる。この場合、本実施形態の装置によって、実施の形態2の場合と同様の機能を実現することができる。
【0137】
図6に示すルーチンでは、実車上で、標準モデルに代入するパラメータ(結合係数)の最新値を求めることが要求される。ECU50には、バックプロパゲーションにより結合係数を求める機能が組み込まれているため、その要求を満たすことができる。また、図6に示すルーチンでは、実車上で求めたパラメータの最新値と、その初期値との比較に基づいてシステムの状態を判断することが要求される。本実施形態において、ECU50は、中間層の状態表現(重み)を比較することにより、そのような要求を満たすことができる。
【0138】
更に、本実施形態の装置においては、上述した公知の手法で求めた結合係数を予めECU50に記憶させておき、かつ、ECU50に、その手法で結合係数を求めるための機能を組み込んだうえで、図7および図8に示すルーチンに沿った処理を実行させることもできる。この場合、本実施形態の装置によって、実施の形態3の場合と同様の機能を実現することができる。
【0139】
図7に示すルーチンでは、実車上で、標準モデルに代入するパラメータ(結合係数)の最新値を求めることが要求される。ECU50には、バックプロパゲーションにより結合係数を求める機能が組み込まれているため、その要求を満たすことができる。また、図7に示すルーチンでは、実車上で求めたパラメータの最新値と、その初期値との比較に基づいてシステムの状態を判断することが要求される。本実施形態において、ECU50は、中間層の状態表現(重み)を比較することにより、そのような要求を満たすことができる。
【0140】
更に、図8に示すルーチンでは、実車上で求めたパラメータの最新値θtに基づいて、最適制御を実行することが要求される。本実施形態において、ECU50は、パラメータ(結合係数)の最新値を代入したニューラルネットにより、目標出力ωt+dが得られるように修正入力値u(t)を求めることで、そのような要求を満たすことができる。
【0141】
ニューラルネットによれば、線形近似式では表現が困難な非線形な入出力関係も精度良く表現することが可能である。このため、本実施形態の装置によれば、実施の形態1乃至3の装置に比して、より多くのシステムとの適合を得ることができる。従って、本実施形態の装置によれば、実施の形態1乃至3の装置に比して、より高い汎用性を確保することができる。
【0142】
尚、線形近似式によるモデルをニューラルネットのモデルに置き換える手法は、例えば、特開平8−117199号公報、或いは、EP0699413A1などに詳しく開示されている。
【0143】
ところで、上述した実施の形態1乃至4においては、制御の対象が車両に搭載されている複数のシステムに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、車両上のシステムに限らず、プラント施設などに設置されている複数のシステムに対して適用してもよい。
【0144】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第1の発明によれば、複数のシステムのそれぞれを順次制御対象システムとすることで、個々のシステムに対する所望の制御を時分割で順次行うことができる。このため、本発明によれば、高い演算負荷を伴わずに全てのシステムにつき、所望の制御を実行することができる。また、本発明によれば、パラメータの入れ替えにより個々のシステムの状態に適合したものとなる標準モデルを用いて、個々のシステムに対する制御を行うことができる。このため、本発明によれば、多大なメモリ負荷を伴わずに全てのシステムにつき所望の制御を実行することができる。
【0145】
第2の発明によれば、制御対象システムに対応するパラメータの初期値を標準モデルに当てはめることにより、そのシステムの初期値対応モデルを生成することができる。更に、初期値対応モデルと、そのシステムに対する実入力および実出力とを用いることで、そのシステムの出力推定値を演算することができる。そして、このようにして得られた出力推定値が、実出力と大きく異なっているか否かに基づき、システムの故障の有無を診断することができる。
【0146】
第3の発明によれば、標準モデルと、制御対象システムに対する実入力および実出力とに基づいて、そのシステムの最新の状態に適合するパラメータの最新値を演算することができる。そして、このようにして得られたパラメータの最新値が、パラメータの初期値と大きく異なっているか否かに基づき、システムの故障の有無を診断することができる。
【0147】
第4の発明によれば、標準モデルと、制御対象システムに対する実入力および実出力とに基づいて、そのシステムの最新の状態に適合するパラメータの最新値を演算することができる。更に、このようにして得られたパラメータの最新値を標準モデルに当てはめることにより、そのシステムの最新状態に対応する最新値対応モデルを生成することができる。そして、本発明によれば、その最新値対応モデルと目標出力とに基づき、そのシステムに入力すべき修正入力を求め、その修正入力が実現されるように必要な制御の修正が行われる。このため、本発明によれば、システムの経時変化等に影響されることなく、常に最適な制御状態を維持することができる。
【0148】
第5の発明によれば、標準モデルが線形近似式であるため、種々の演算処理を簡単に行うことができる。
【0149】
第6の発明によれば、標準モデルがニューラルネットであるため、複数のシステム内に、入出力の関係が非線形となるようなシステムが含まれる場合にも、全てのシステムに対して高い制御精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1で実行される制御の概要を説明するための図である。
【図2】任意のシステムについての入出力の関係を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態1の具体的構成を説明するための図である。
【図4】本発明の実施の形態1の装置において形成されている制御系の構成を具体的に表した図である。
【図5】本発明の実施の形態1において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図6】本発明の実施の形態2において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図7】本発明の実施の形態3において実行される第1の制御ルーチンのフローチャートである。
【図8】本発明の実施の形態3において実行される第2の制御ルーチンのフローチャートである。
【図9】本発明の実施の形態4で実行される制御の概要を説明するための図である。
【符号の説明】
10 内燃機関
18 エアフロメータ
21 スロットルセンサ
24 触媒
26 空燃比センサ
28 Oセンサ
34 回転数センサ
36 バッテリ電流計
38 バッテリ電圧計
40 トルクセンサ
42 車輪速センサ
50 ECU(Electronic Control Unit)
60,62,64,66 システム
70 検出装置
x,x(t),u 入力
y,y(t),y 出力
fn,gn,f1n,g1n,f2n,g2n,θ パラメータ
d システムの遅れ時間
ω 目標出力[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an integrated control device for a plurality of systems, and more particularly to an integrated control device for a plurality of systems suitable for efficiently performing a failure diagnosis or optimal control of a plurality of systems mounted on a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Laying-Open No. 9-330210 discloses an apparatus for easily specifying a failed system on a vehicle equipped with a plurality of systems. This apparatus includes a simulator unit including a plurality of models corresponding to each system so that a failure of each system can be independently detected. According to this device, a failure of each system can be detected independently of the state of another system based on each model. Therefore, according to the above-described conventional device, when a failure occurs in any of the plurality of systems mounted on the vehicle, the failure can be easily and quickly identified.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, a large amount of memory is required to prepare separate and independent models for each of a plurality of systems as in the conventional apparatus described above. Furthermore, in order to execute fault diagnosis using a plurality of models independently of each other, it is necessary to give high arithmetic processing capability to a device that performs the processing. For these reasons, the conventional device described above has a problem that it is difficult to realize it at low cost.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an integrated control device capable of efficiently controlling a plurality of systems without a large memory load and a large calculation load. Aim.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A first invention is an integrated control device for controlling a plurality of systems to achieve the above object,
Standard model storage means for storing a standard model capable of satisfying an input / output relationship in each of the plurality of systems by exchanging parameters;
A system selection unit that selects each of the plurality of systems as a control target system in a time-division manner,
Actual input / output detection means for detecting an actual input and an actual output in the controlled system,
Based on the actual input and the actual output detected for the control target system, based on the standard model, an individual system control unit that executes control on the control target model,
It is characterized by having.
[0006]
Further, the second invention is based on the first invention,
With parameter initial value storage means for storing an initial value of the parameter corresponding to each of the plurality of systems,
The individual system control means,
Initial value corresponding model generation means for applying an initial value of the parameter corresponding to the control target system to the standard model to generate an initial value corresponding model of the system,
An output-estimated-value calculating unit that calculates an output estimated value of the controlled system based on the initial-value-corresponding model and the actual input and the actual output;
Failure diagnosis means for performing failure diagnosis of the controlled system based on a comparison result between the output estimation value and the actual output;
It is characterized by including.
[0007]
Further, a third invention is the first invention, wherein:
With parameter initial value storage means for storing an initial value of the parameter corresponding to each of the plurality of systems,
The individual system control means,
The standard model, based on the actual input and the actual output, the latest parameter calculating means for calculating the latest value of the parameter that matches the latest state of the controlled system,
Failure diagnosis means for performing a failure diagnosis of the controlled system based on a comparison result between the initial value and the latest value of the parameter,
It is characterized by including.
[0008]
In a fourth aspect based on the first aspect,
The individual system control means,
The standard model, based on the actual input and the actual output, the latest parameter calculating means for calculating the latest value of the parameter that matches the latest state of the controlled system,
A latest value corresponding model generation unit configured to apply a latest value of the parameter corresponding to the control target system to the standard model to generate a latest value corresponding model of the system, further comprising:
For a system in which the latest value corresponding model has been obtained, target output detection means for detecting a target output,
Correction input calculation means for calculating a correction input to be supplied to the system in order to obtain the target output, based on the latest value corresponding model,
Control correcting means for correcting the control related to the actual input so that the actual input to the system matches the corrected input;
It is characterized by having.
[0009]
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the standard model is a linear approximation formula.
[0010]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the standard model is a neural network.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Elements common to the drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0012]
Embodiment 1 FIG.
[Overview of control]
FIG. 1 is a diagram for describing an outline of control according to Embodiment 1 of the present invention. More specifically, FIG. 1A is a diagram for explaining a general method for performing a failure diagnosis for each of a plurality of systems. On the other hand, FIG. 1B is a diagram for explaining a method used in the present embodiment to perform a failure diagnosis for each of a plurality of systems.
[0013]
Vehicles are equipped with multiple systems, each performing an important function. On a vehicle, when an abnormality occurs in any of these systems, it is desired that the abnormality be promptly detected in a state where the abnormality has been specified. Such a requirement is generally desired in a complex system (eg, a plant or the like) comprising a plurality of systems.
[0014]
When detecting faults of individual systems included in a complex system separately and independently for each system, it is general to prepare a configuration as shown in FIG.
That is, the complex system shown in FIG. 1A includes a plurality of systems (systems 1, 2,...). These systems emit outputs (outputs 1, 2,...) Individually for inputs (inputs 1, 2,...) Supplied to the respective systems.
[0015]
In the configuration shown in FIG. 1A, a detection device (detection devices 1, 2,...) Is prepared for each of these systems (systems 1, 2,...). The detection device 1 determines whether the input 1 supplied to the system 1 and the output 1 output from the system 1 are in an appropriate relationship, and based on the result, determines whether or not the system 1 has a failure. 1 device. Similarly, the detection device 2 determines whether the input 2 supplied to the system 2 and the output 2 emitted from the system 2 are in an appropriate relationship, and based on the result, whether there is a failure in the system 2 or not. Is a device that issues a determination 2 representing
[0016]
As shown in FIG. 1A, if a configuration is provided in which a detection device is prepared for each system, failure diagnosis of each system can be performed irrespective of the state of other systems. Therefore, according to such a configuration, it is possible to easily and reliably detect a failure of each system.
[0017]
However, if an individual detection device is prepared for each of all the systems included in the complex system, problems such as an increase in cost and an increase in the installation space of the detection device occur. On the other hand, since the failure diagnosis of the system is a process that does not need to be performed very frequently, a detection device is provided for each system to form a state in which the failure diagnosis for a plurality of systems can be performed simultaneously. It is not necessary.
[0018]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1B, only one detection device having versatility is prepared for a plurality of systems (systems 1, 2,...) Included in the complex system. The detection device sequentially diagnoses failures of a plurality of systems in a time-division manner. That is, in the present embodiment, each of the plurality of systems (systems 1, 2,...) Is sequentially selected as the control target system as time progresses. Then, for example, when the system 1 is selected as a control target system, the input 1 supplied to the system 1 and the output 1 generated by the system 1 are input to the detection device.
[0019]
The detection device used in the present embodiment has a standard model including a plurality of parameters. This standard model is a model that is set so that the input / output relationship can be represented for all systems (systems 1, 2,...) Included in the complex system by changing the above parameters.
[0020]
[Description of standard model]
Hereinafter, the contents of the standard model used in the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 2 shows an input / output relationship for an arbitrary system. In general, for all systems, the following linear approximation relational expression holds between the input x and the output y.
y (t + d) = f1 · y (t) + f2 · y (t−1) + f3 · y (t−2) +... + g1 · x (t) + g2 · x (t−1) + g3 X (t−2) +... (Formula 1)
However, in the above (Equation 1), t is an arbitrary sampling time, and (t−n) is a sampling time n times before the time t. D is the delay of the system, and (t + d) is the time at which the history before time t is reflected on the output y of the system. Further, fn and gn are parameters to be adapted to the individual system.
In the present embodiment, the detection device illustrated in FIG. 1B stores the linear approximation expressed by the above (Equation 1) as a standard model.
[0021]
The detection device shown in FIG. 1B also stores parameters fn and gn corresponding to all the systems (systems 1, 2,...). Then, for example, when the system 1 is selected as the control target system, the parameters f1n and g1n corresponding to the system 1 are substituted for the parameters fn and gn of the standard model (Equation 1). When the system 2 is selected as a control target system, the parameters f2n and g2n corresponding to the system 2 are substituted for the parameters fn and gn of the standard model (Equation 1).
[0022]
(Equation 2) and (Equation 3) shown below are models set for the system 1 and the system 2 according to the above rules, respectively.
y1 (t + d1) = f11 · y1 (t) + f12 · y1 (t−1) + f13 · y1 (t−2) +... + g11 · x1 (t) + g12 · x1 (t−1) + g13 X1 (t-2) +... (Equation 2)
y2 (t + d2) = f21 · y2 (t) + f22 · y2 (t−1) + f23 · y2 (t−2) +... + g21 · x2 (t) + g22 · x2 (t−1) + g23 X2 (t-2) +... (Equation 3)
The parameters fn and gn corresponding to each system, such as f1n and g1n or f2n and g2n, can be obtained by a method using the least squares method. The calculation method of those parameters will be described later in detail.
[0023]
[Explanation of time sharing (time sharing)]
The detection device illustrated in FIG. 1B sequentially selects each of a plurality of systems as a system to be controlled in a time-division manner. Then, a model as shown in (Expression 2) or (Expression 3) is sequentially generated according to the selected control target system.
[0024]
When the detection apparatus selects the system 1 as the control target system, and as a result, if the model of the above (Equation 2) is set, the output y1 (t + d1) calculated based on the model is output y1 (t + d1). It is determined whether or not the measured value matches the actually measured value of (t + d1). As a result, if both match, a determination 1 indicating that the system 1 is normal is output, while if they do not match, a determination 1 indicating that the system 1 is abnormal is output. Further, when the system 2 is selected as the control target system, the detection device performs the same processing using the model of the above (Equation 3).
[0025]
As described above, in the present embodiment, the detection device illustrated in FIG. 1B performs failure diagnosis of all systems (systems 1, 2,...) Included in the complex system using the standard model. , Can be sequentially executed in a time-division manner. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, the control device of the complex system can be realized at low cost and in a small space as compared with the general configuration shown in FIG.
[0026]
[Description of Specific Configuration of Control Device]
Next, a specific configuration of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The device according to the present embodiment is an integrated control device for efficiently controlling a complex system including a plurality of systems mounted on a vehicle.
[0027]
As shown in FIG. 3, the device of the present embodiment includes an internal combustion engine 10. An intake passage 12 and an exhaust passage 14 communicate with the internal combustion engine 10. An air flow meter 18 is arranged in the intake passage 12 downstream of the air filter 16. The air flow meter 18 is a sensor that detects an intake air amount Ga flowing through the intake passage 12. A throttle valve 20 is provided downstream of the air flow meter 18. In the vicinity of the throttle valve 20, a throttle sensor 21 for detecting the throttle opening TA is arranged. Further, a fuel injection valve 22 for injecting fuel to an intake port of the internal combustion engine 10 is disposed downstream of the throttle valve 20.
[0028]
A catalyst (start catalyst) 24 is disposed in the exhaust passage 14. When a lean exhaust gas having an air-fuel ratio is discharged into the exhaust passage 14, the catalyst 24 includes oxygen contained in the gas.2NOx in the exhaust gas is purified (reduced) by storing the NOx. On the other hand, when the exhaust gas is rich, the stored O22This is a device that purifies (oxidizes) HC and CO in exhaust gas by discharging water.
[0029]
An air-fuel ratio sensor 26 is arranged upstream of the catalyst 24. The air-fuel ratio sensor 26 is a sensor that outputs an output according to the exhaust air-fuel ratio. The air-fuel ratio sensor 26 can detect the air-fuel ratio of the exhaust gas immediately after being discharged from the internal combustion engine 10, that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas before flowing into the catalyst 24.
[0030]
Downstream of the catalyst 24, O2A sensor 28 is arranged. O2The sensor 28 is a sensor that outputs an output according to whether the air-fuel ratio is rich or lean. O2According to the sensor 28, it can be determined whether a lean gas containing oxygen flows out of the catalyst 24 or a rich gas containing no oxygen flows out.
[0031]
A water temperature sensor 32 for detecting a cooling water temperature THW is attached to a cylinder block of the internal combustion engine 10. An NE sensor 34 for detecting the engine speed NE is arranged near the crankshaft (not shown) of the internal combustion engine 10.
[0032]
Furthermore, the device of the present embodiment includes a battery ammeter 36 for detecting a current Ibatt flowing into and out of a battery (not shown) and a battery voltmeter 38 for detecting a battery voltage Vbatt. In addition, the device of the present embodiment includes a torque sensor 40 for detecting a wheel torque transmitted (input) to each wheel, and a wheel speed sensor 42 for detecting a wheel speed of each wheel. I have.
[0033]
As shown in FIG. 3, the device of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The various sensors described above and the fuel injection valve 22 are electrically connected to the ECU 50. The ECU 50 controls the fuel injection timing and the fuel injection amount based on the sensor outputs, and executes failure diagnosis of various systems included in the device of the present embodiment.
[0034]
[Description of specific configuration of control system]
FIG. 4 is a diagram specifically showing the configuration of a control system formed in the apparatus of the present embodiment, that is, the concept of the control system shown in FIG. 1B is applied to the vehicle system shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a control system specifically realized by the above.
[0035]
The configuration shown in FIG. 3 includes the internal combustion engine 10 and the air-fuel ratio sensor 26. Focusing on these inputs and outputs, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture flowing into the internal combustion engine 10 is an input, and the sensor value of the air-fuel ratio sensor 26 (hereinafter, referred to as an “A / F sensor value”) is an output. Can be seen as a system. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be obtained by calculation based on the intake air amount Ga, the fuel injection amount, and the amount of fuel adhering to the intake port and the cylinder. Hereinafter, the calculated value is referred to as “calculated A / F”. In FIG. 4, the above-described system including the internal combustion engine 10 and the air-fuel ratio sensor 26 is represented as a system 60.
[0036]
The configuration shown in FIG.2A sensor 28 is included. The air-fuel ratio downstream of the catalyst 24 is changed from rich to lean as the lean exhaust gas further containing oxygen continues to flow after the catalyst 24 has fully absorbed the storage capacity of oxygen. Further, after the catalyst 24 releases all oxygen, the rich exhaust gas containing unburned components such as HC and CO continues to flow out, so that the exhaust gas is changed from lean to rich. Therefore, catalyst 24 and O2Focusing on the input and output of the sensor 28, the integrated amount of oxygen or unburned components (HC, CO) in the exhaust gas flowing into the catalyst 24 (the integrated amount of the difference between the exhaust air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio) is input. And O2This can be viewed as a system where the sensor value of sensor 28 is the output. Then, the input can be obtained based on the A / F sensor value. Therefore, catalyst 24 and O2The above system, including sensor 28, can be represented as system 62 in FIG.
[0037]
The two systems described above are systems included in the engine system in the configuration shown in FIG. In the engine system, in addition to these systems, there are systems that can be handled in the same manner as the systems 60 and 62 by focusing on the relationship between input and output, but here, for convenience of explanation, Description of the system is omitted.
[0038]
The configuration shown in FIG. 3 includes a battery (not shown). Battery voltage Vbatt is determined according to the amount of current flowing into the battery and the amount of current flowing out of the battery, that is, according to battery current Ibatt. Therefore, when focusing on the input and output of the battery, it can be regarded as a system in which the battery current Ibatt is an input and the battery voltage Vbatt is an output. In FIG. 4, the above-described system including a battery is represented as system 64.
[0039]
The configuration shown in FIG. 3 includes wheels (tires) not shown. The wheel speed is determined according to the value of the torque input to the wheel. Therefore, focusing on the input and output of the wheel, the wheel can be regarded as a system in which the sensor value of the torque sensor 40 is an input and the sensor value of the wheel speed sensor 42 is an output. In FIG. 4, the above-described system including wheels is represented as system 66.
[0040]
The two systems described above are systems included in the vehicle system in the configuration shown in FIG. In the vehicle system, in addition to these systems, there are systems that can be handled in the same manner as the systems 64 and 66 by focusing on the relationship between input and output, but here, for convenience of explanation, these systems are used. Description of the system is omitted.
[0041]
The detection device 70 shown in FIG. In order to function as the detection device 70, the ECU 50 needs to acquire inputs and outputs for all of the systems 60 to 66.
[0042]
As described above, the calculation A / F that is input to the system 60 can be calculated based on the intake air amount Ga, the fuel injection amount, and the fuel adhesion amount. The intake air amount Ga can be detected by the air flow meter 18. Further, the fuel injection amount can be calculated based on the intake air amount Ga and the engine speed NE. Further, the fuel adhesion amount can also be calculated based on the intake air amount Ga, the engine speed Ne, the throttle opening TA, and the like. Therefore, the ECU 50 can obtain an input (calculation A / F) to the system 60.
[0043]
The A / F sensor value で which is the output of the system 60, that is, the output of the air-fuel ratio sensor 26 is supplied to the ECU 50. Therefore, the ECU 50 can also acquire the output of the system 60.
[0044]
The input of system 62 is the same A / F sensor value as the output of system 60. Therefore, the ECU 50 can acquire the input of the system 62. Also, the output O of the system 622The sensor value is supplied to the ECU 50. Therefore, the ECU 50 can also acquire the output of the system 62.
[0045]
Further, the ECU 50 is also supplied with the outputs of the battery ammeter 36 and the battery voltmeter 38, which are the inputs and outputs of the system 64, and the sensor values of the torque sensor 40 and the wheel speed sensor 42, which are the inputs and outputs of the system 66. ing. Therefore, the ECU 50 can acquire inputs and outputs for all of the systems 60 to 66 shown in FIG.
[0046]
The ECU 50 diagnoses, in a time-division manner, whether or not each of the systems 60 to 66 is functioning properly by the method described with reference to FIGS. 1B and 2. More specifically, the ECU 50 sequentially selects the systems 60 to 66 as control target systems and, based on the inputs and outputs for each, uses a standard model and parameters for each system to diagnose the failure of those systems. Is executed in a time sharing manner.
[0047]
[Description of ECU operation]
FIG. 5 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 to realize the above functions.
In the routine shown in FIG. 5, first, a system number k for specifying a control target system is initialized to 1 (step 100).
It is assumed that the system numbers are assigned in advance to all the systems included in the configuration shown in FIG. 2 so as not to be duplicated.
[0048]
Next, the k-th system is selected as a control target system, and a command to start a failure diagnosis for the system is issued (step 102).
[0049]
When the failure diagnosis is started, first, input / output data for the system selected as the control target system is measured for a predetermined number of samples (step 104).
If the predetermined number of samples is, for example, three, in this step 104, three inputs x (t), x (t-1), x (t-2) and three outputs y (t), y (t) -1) and y (t-2) are measured.
[0050]
Next, parameters fk1, fk2,... Gk1, gk2,... Stored in the ECU 50 in advance as parameters corresponding to the control target system are read (step 106).
These parameters are values obtained by using a least-squares method described later so as to conform to the state (initial state) of each system when the vehicle is shipped from the factory. Hereinafter, these parameters stored in the ECU 50 in advance are referred to as “initial values of parameters”.
[0051]
In the routine shown in FIG. 5, the parameters fk1, fk2,... Gk1, gk2,... Read in step 106 are then substituted into the standard model shown in the above (Equation 1). A model of a linear approximation expression as shown in 2) or (Expression 3), that is, a model of a linear approximation expression representing the input / output relationship of the controlled system is generated. Hereinafter, this model is referred to as an “initial value corresponding model”.
Further, the actual input x (t), x (t−1),... And the actual output y (t), y (t−) measured in step 104 are added to the initial value corresponding model thus generated. By substituting 1),..., An estimated value of the output y (t + d) considering the system delay d is calculated (step 108).
[0052]
After the output y (t + d) at the time t + d is estimated by the processing in step 108, the output y (t + d) at the time t + d is actually measured. Then, the estimated value of the output y (t + d) is compared with the actually measured value (step 110).
[0053]
Next, it is determined whether or not the error of the estimated value of the output y (t + d) with respect to the actually measured value is equal to or smaller than a predetermined threshold (step 112).
[0054]
As a result, when it is determined that the error is equal to or smaller than the threshold value, it can be determined that the input / output relationship of the controlled system has not significantly changed from the input / output relationship in the initial state. In this case, it is determined that the control target system is normal, and the process of step 116 described later is executed.
[0055]
On the other hand, if it is determined in step 112 that the error between the measured value and the estimated value exceeds the threshold value, it is determined that the control target system has undergone a change that significantly changes the input / output relationship. it can. In this case, next, a process of detecting an abnormality and displaying a failure is performed on the system that has been set as the control target system in the current processing cycle (step 114).
[0056]
When the above-described series of processing is completed, it is determined whether or not the failure diagnosis processing has been properly completed for the k-th system (step 116).
[0057]
As a result, if it is determined that the processing for the k-th system has not been properly completed, the processing from step 102 onward is executed again. On the other hand, if it is determined that the process has been properly completed, it is next determined whether or not the system number k matches the total system number N (step 118).
[0058]
When it is determined that k = N is not established, it can be determined that a system for which the failure diagnosis has not yet been performed remains. In this case, after the system number k is incremented (step 120), the processing after step 102 is executed again.
[0059]
On the other hand, if it is determined in step 118 that k = N holds, it can be determined that the failure diagnosis has been performed for all the systems. In this case, the system number k is initialized to 1 in step 100, and the fault diagnosis for all the systems is restarted.
[0060]
As described above, according to the routine shown in FIG. 5, all the systems included in the configuration shown in FIG. 2 can be sequentially diagnosed in a time-division manner. Further, according to this routine, an initial value correspondence model used for failure diagnosis of each system can be generated by substituting the initial values of the parameters stored for each system into the standard model. Therefore, according to the apparatus of the present embodiment, all of a plurality of systems can be accurately diagnosed without a large calculation load and a large memory load.
[0061]
In the first embodiment described above, the memory that stores the standard model shown in the above (Equation 1) inside the ECU 50 corresponds to the “standard model storage unit” in the first invention. Also, in the first embodiment, the ECU 50 executes the processing of steps 100, 102, 118 and 120, whereby the “system selecting means” in the first invention executes the processing of step 104. Accordingly, the "actual input / output detecting means" in the first invention executes the processing of steps 108 to 114, thereby realizing the "individual system control means" in the first invention.
[0062]
In the first embodiment described above, the memory that stores the initial values of the parameters for the individual systems inside the ECU 50 corresponds to the “parameter initial value storage means” in the second invention. Further, in the first embodiment, the ECU 50 substitutes the initial values of the parameters in the standard model in step 108, thereby generating the “initial value corresponding model generating means” in the second invention. By calculating the output y (t + d) using the initial value correspondence model, the "output estimated value calculating means" in the second invention is realized. The "failure diagnosis means" in the second aspect of the present invention is realized by the ECU 50 executing the processing of steps 110 to 114.
[0063]
Embodiment 2 FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The device of the present embodiment can be realized by using the same configuration as the device of the above-described first embodiment, and causing the ECU 50 to execute the routine shown in FIG. 6 instead of the routine shown in FIG. it can.
[0064]
The apparatus according to the first embodiment described above is based on how much the estimated value of the output y (t + d) calculated using the initial value correspondence model includes an error with respect to the actually measured value of the output y (t + d). It is determined whether there is a failure in each system. On the other hand, the apparatus according to the present embodiment calculates the latest values of the parameters for the individual systems, that is, the latest parameters reflecting the effects of aging and failures on the vehicle, and the latest values are used as the initial values of the parameters. Based on the degree of deviation from the value, the presence or absence of a failure in each system is diagnosed.
[0065]
FIG. 6 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above functions. In FIG. 6, steps that are the same as the steps shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted or simplified.
[0066]
In the routine shown in FIG. 6, in step 104, a predetermined number of actual inputs x (t), x (t-1),... And actual outputs y (t), y (t-1),. Are measured, the latest values fk1 (t), fk2 (t),... Gk1 (t), gk2 (t),... Of the parameters at that time t for the system are estimated by the least squares method. Is performed (step 130).
[0067]
In the apparatus of the present embodiment, a standard model that can represent input / output relationships of all systems by exchanging parameters is defined. When the latest value of the parameter is properly obtained, the model obtained by substituting the latest value into the standard model (hereinafter referred to as “the latest value-capable model”) provides the current input / output relationship of the controlled system. It will be represented with high accuracy.
[0068]
In other words, the latest values of the parameters are the actual inputs x (t), x (t−1),... And the actual outputs y (t), y (t−1),. May be set to a value such that the estimated value of the output y (t + d) obtained by substituting the output y (t + d) accurately matches the actually measured value of the output y (t + d). In the above step 130, based on the standard model, the minimum input value is calculated using the actual inputs x (t), x (t-1),... And the actual outputs y (t), y (t-1),. By the multiplication method, the latest parameter value that minimizes the error between the estimated value of the output y and the actually measured value is estimated. The parameter estimation method using the least squares method will be described later in more detail.
[0069]
In the routine shown in FIG. 6, next, the latest value of the parameter estimated in step 130 is compared with the initial value of the parameter stored in the ECU 50 in advance (step 132).
[0070]
Next, it is determined whether or not the error between the latest value and the initial value of the parameter is equal to or less than a predetermined threshold (step 134).
[0071]
As a result, when it is determined that the error is equal to or smaller than the threshold value, it can be determined that the input / output relationship of the controlled system has not significantly changed from the input / output relationship in the initial state. In this case, it is determined that the control target system is normal, and thereafter, the process of step 116 is performed.
[0072]
On the other hand, if it is determined in step 134 that the error between the latest value and the initial value of the parameter exceeds the threshold value, it is determined that a change has occurred in the controlled system that significantly changes the input / output relationship. I can judge. In this case, the process of step 114 is thereafter performed for the control target system to execute the process of detecting an abnormality and displaying a failure.
[0073]
As described above, according to the routine shown in FIG. 6, it is possible to estimate the latest parameter value that matches the latest state of each system based on the actual input / output values and the standard model. Then, a failure of each system can be diagnosed based on an error between the latest value of the parameter and the initial value of the parameter.
[0074]
Further, according to the routine shown in FIG. 6, such a failure diagnosis can be sequentially executed for all the systems in a time-division manner. Therefore, according to the apparatus of the present embodiment, as in the case of the first embodiment, all of the plurality of systems can be accurately diagnosed without a large computational load and without a large memory load. can do.
[0075]
In the above-described second embodiment, the “individual system control unit” in the first invention is realized by the ECU 50 executing the processing of steps 130, 132, and 114.
[0076]
In the second embodiment described above, the memory that stores the initial values of the parameters for each system in the ECU 50 corresponds to the “parameter initial value storage means” in the third invention. Further, the “latest parameter calculation means” in the third invention by executing the processing of step 130 by the ECU 50 executes the processing of steps 132, 134 and 114 in the third invention. Failure diagnosis means "are each realized.
[0077]
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The device according to the present embodiment uses the same configuration as the device according to the above-described first embodiment, and causes the ECU 50 to execute the routine shown in FIG. 7 and the routine shown in FIG. 8 instead of the routine shown in FIG. It can be realized by doing.
[0078]
The apparatus according to the above-described second embodiment estimates the latest values of parameters for each system on the vehicle as appropriate, and diagnoses the failure of the system based on the estimated values. If the latest value of the parameter deviates from its initial value, it can be determined that a non-negligible change has occurred in the state of the system. When such a change occurs in the system, a situation in which a desired target output cannot be obtained may occur if control designed in accordance with an initial state is performed. Therefore, the apparatus according to the present embodiment is configured to modify the control for the system based on the latest value of a system in which a large change is recognized in the latest value of the parameter based on the latest value so that the target output can be obtained with high accuracy. I have.
[0079]
FIG. 7 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 in the present embodiment to realize the above functions. In FIG. 7, steps that are the same as the steps shown in FIG. 5 or FIG. 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted or simplified.
[0080]
The routine shown in FIG. 7 is the same as the routine shown in FIG. 6 except that step 114 shown in FIG. 6 is changed to step 140. That is, in the routine shown in FIG. 7, after the latest value of the parameter corresponding to the control target system is estimated by the same method as in the second embodiment (step 130), the estimated value greatly differs from the initial value. If there is (Steps 132 and 134), the start of the optimal control is instructed for the system selected as the control target system (Step 140).
[0081]
FIG. 8 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 to realize the optimal control. This routine is a routine that is repeatedly executed continuously when the start of the optimal control is instructed in the above-described step 140, with respect to the system from which the instruction is issued.
[0082]
In the routine shown in FIG. 8, first, the latest value θt of the parameter estimated by the routine shown in FIG. Where θtT= [Fk1 (t), fk2 (t), ..., gk1 (t), gk2 (t), ...] (step 150).
[0083]
Next, a target output ωt + d to be realized in this system is read. Here, ωt + d is an output value to be realized at a time later than the current time t by the system delay time d (step 152).
[0084]
Next, based on the latest value corresponding model obtained by substituting the latest value θt of the parameter into the standard model and the target output ωt + d, the current input x (t) necessary to realize the target output ωt + d is , Is calculated as the corrected input value u (t) (step 154).
A specific method for obtaining the corrected input value u (t) from the latest parameter value θt will be described later in detail together with a method for obtaining the latest parameter value θt.
[0085]
For example, when the system 60 (the system including the internal combustion engine 10 and the air-fuel ratio sensor 26) shown in FIG. 4 is selected as the system to execute the optimal control, the corrected input value u (t) is determined in step 154. As a result, a calculation A / F for obtaining a target A / F sensor value is obtained. In addition, the system 62 (catalyst 24 and O2If the system including the sensor 28) is a system to execute the optimal control, the target O2An A / F sensor value (exhaust air-fuel ratio) for obtaining a sensor value is obtained as a corrected input value u (t).
[0086]
After the corrected input value u (t) is obtained as described above, a corrected value of the control parameter for realizing the corrected input value u (t) is calculated (step 156).
For example, in the case where the system 60 is to execute the optimal control in FIG. 4, the control parameters (intake air amount Ga, fuel injection amount, throttle opening TA, engine speed NE, etc.) that affect the calculation A / F ) Is calculated. When the system 62 shown in FIG. 4 is a system that should execute optimal control, a correction value of a control parameter (intake air amount Ga or fuel injection amount) that affects the A / F sensor value is calculated.
[0087]
When the corrected value of the control parameter is calculated in step 156, control of various actuators and the like (such as the fuel injection valve 22) is performed according to the corrected value. As a result, the corrected input value u (t) is input to the system determined to execute the optimal control, and as a result, the target output is generated by the system.
[0088]
As described above, according to the routine shown in FIG. 7, it is determined whether the control target system needs the optimal control based on whether the latest value of the parameter greatly deviates from the initial value. Can be. Further, according to the routine shown in FIG. 7, such a determination can be sequentially performed for all the systems in a time sharing manner using only a single standard model. For this reason, according to the apparatus of the present embodiment, it is possible to select a system that requires optimal control without a large calculation load and without a large memory load.
[0089]
Further, according to the routine shown in FIG. 8, the control parameters are corrected so that the corrected input value u (t) is input to the systems requiring the optimal control, and as a result, those systems are changed under the current situation. Can generate a target output. For this reason, according to the device of the present embodiment, all the systems can function stably over time without a large calculation load or memory load.
[0090]
In the third embodiment described above, the “individual system control means” in the first invention is realized by the ECU 50 executing the processes of steps 130 to 134 and 140 and the processes of steps 150 to 156. ing.
[0091]
In the third embodiment described above, the ECU 50 executes the process of step 130 so that the “latest parameter calculating means” in the fourth invention calculates the latest value θt of the parameter read in step 150. The “latest value corresponding model generating means” in the fourth aspect of the present invention performs the processing of step 152 by substituting the latest model corresponding to the standard model to generate the latest value corresponding model. The “detection means” executes the processing of step 154, and the “correction input calculation means” in the fourth invention executes the processing of step 156, thereby “control correction means” in the fourth invention. Has been realized respectively.
[0092]
[Conceptual explanation of optimal control (minimum dispersion control)]
Hereinafter, the concept of the optimal control (minimum variance control) executed in the third embodiment (see FIG. 8) will be described. Here, for the sake of simplicity, a case where the dead time (delay d) of the system is known will be described.
[0093]
Now, the input / output relationship of the system
A (q-1) Yk= B (q-1) Q duk+ C (q-1) Ek(1)
Let it be represented by Where ukIs the input to the system at time k, ykIs the output of the system at time k, d is the delay of the system (known), ekIs the noise error at time k. However,
A (q-1) = 1 + α1q-1+ Α2q 2+ Α3q 3+ ... αnq n
B (q-1) = Β0+ Β1q-1+ Β2q 2+ Β3q 3+ ・ ・ ・ Βmq m(M = nd)
C (q-1) = 1 + γ1q-1+ Γ2q 2+ Γ3q 3+ ・ ・ ・ Γnq n(2)
Here, α in equation (2)1~ Αn, Β1~ Βm, Γ1~ ΓnAre the respective coefficients.
[0094]
Expression (1) is obtained by using expression (2).
Figure 2004052633
Can be written.
[0095]
At this time, the control target value is ωkage
J = E (yk + d−ωk + d)2(4)
Control (minimum dispersion control) that minimizes the evaluation function is obtained by the following equations (5) and (6). Here, E is an operator that takes an expected value.
[0096]
(Equation 1)
Figure 2004052633
[0097]
Here, F (q-1), G (q-1) Is a polynomial satisfying the following relational expression.
F (q-1) = A (q-1) E (q-1) + Q dF (q-1) (7)
G (q-1) = B (q-1) E (q-1) (8)
However,
E (q-1) = 1 + δ1q-1+ Δ2q 2+ Δ3q 3+ ... δd-1q (D-1)(9)
F (q-1) = F0+ F1q-1+ F2q 2+ F3q 3+ ... δn-1q (N-1)(10)
[0098]
The above equations (4) to (6) are equations for generalized minimum dispersion control.
Where y in equation (4)k + d−ωk + dIs generally unstable, so instead
φk + d= Pyk + d+ Quk−Rωk + d
Φ given byk + dIn many cases, an optimal control that minimizes the variance is used. In the third embodiment, the optimal control is used.
[0099]
In this case, for the system given by equation (1), the following evaluation function
J = E (φk + d)2= E (Pyk + d+ Quk−Rωk + d)2(11)
Input u to minimizekCan be represented by the following equation.
[0100]
(Equation 2)
Figure 2004052633
[0101]
However, E (q-1) Is (d-1) order, F (q-1) Has an order of (the order of P + the order of C−1). Further, P satisfies the following relationship.
P (q-1) C (q-1) = A (q-1) E (q-1) + Q dF (q-1) (13)
Here, when there is no noise, C (q-1) = 1.
Equations (11) and (12) above are equations representing optimal control.
[0102]
[Explanation of system parameter estimation by least squares method]
Next, a description will be given of a method of calculating parameters by the least-squares method used in estimating an initial value or a latest value of a parameter corresponding to each system in the first to third embodiments.
[0103]
If the parameters to be substituted into the standard model are uncertain, unknown parameters must be estimated from input / output data for the system. Here, F (q-1), G (q-1) = B (q-1) E (q-1) And C (q-1A method for estimating parameters for obtaining the coefficient of ()) will be described.
[0104]
Here, it is assumed that the following conditions are satisfied.
φk + d= Yk + d
P (q-1) = 1
Q (q-1) = Γ (1−q-1)
R (q-1) = 1
C (q-1) = 1 (14)
[0105]
From now on, F (q-1), G (q-1) Is θ,
J = E (φk−ψkdθ)2λtk(15)
Is estimated so that is minimized. Here, λ is a predetermined value satisfying the relationship of 0 <λ ≦ 1. Also, ψkAnd θ each satisfy the following relationship.
ψk T= [Yk, Yk 1, Yk 2, ..., uk, Uk 1, Uk 2, ...]
θT= [F0, F1, F2, ..., g0, G1, G2, ...]
However, F (q-1), G (q-1) Can be expressed as follows.
[0106]
(Equation 3)
Figure 2004052633
[0107]
The least squares estimation value θ hat minimizing J in the above equation (15) is given as follows.
[0108]
(Equation 4)
Figure 2004052633
[0109]
Θ represented by the above equation (16) is a parameter of the system estimated by the least squares method. In addition, the system parameter F (q-1), G (q-1) = B (q-1) E (q-1) Is substituted into the following equation, it is possible to calculate a desirable input that minimizes the evaluation function of the equation (11). Here, the following equation is an equation obtained by substituting the condition shown as equation (14) into equation (12).
[0110]
(Equation 5)
Figure 2004052633
[0111]
[Example of parameter estimation and optimal control when delay d = 3]
To supplement the above description regarding parameter estimation and optimal control, an example of parameter estimation and an example of optimal control will be described for a system delay d = 3.
[0112]
It is assumed that the input / output relationship of the system for designing the control system is expressed as follows, as in the case of the above equation (1).
A (q-1) Yk= B (q-1) Q duk+ C (q-1) Ek
Where ukIs the input to the system at time k, ykIs the output of the system at time k, d is the delay of the system (known), ekIs the noise error at time k. However,
A (q-1) = 1 + α1q-1+ Α2q 2+ Α3q 3(Assuming n = 3)
B (q-1) = Β0(M = nd = 3-3 = 0)
C (q-1) = 1 (assuming no noise)
[0113]
Now, from the relationship of the following formula,
(Equation 6)
Figure 2004052633
ψkAnd θ can be expressed as follows, respectively.
ψk T= [Yk, Yk-1, Yk-2, Uk, Uk-1, Uk-2]
θT= [F0, F1, F2, G0, G1, G2] Φk + 3= Yk + 3
[0114]
Furthermore, the evaluation function
J = E (φk−ψkdθ)2λtk= E (yk−ψk-3θ)2λtk
Is obtained from the equations (16) to (18) as follows.
[0115]
(Equation 7)
Figure 2004052633
[0116]
Hereinafter, the above equations (P1) to (P3) will be specifically described.
Since it has been known that P (t) is a symmetric matrix, P (t) is set as follows, and (1) to (4) in (P3) and ( Equations (P1) to (P3) are obtained.
[0117]
(Equation 8)
Figure 2004052633
[0118]
(Equation 9)
Figure 2004052633
[0119]
(Equation 10)
Figure 2004052633
[0120]
[Equation 11]
Figure 2004052633
[0121]
(Equation 12)
Figure 2004052633
[0122]
From the above (1) to (4), the equations (P1) to (P3) can be described as follows. First, (P1) and (P2) can be described as the following equation (P4).
(Equation 13)
Figure 2004052633
[0123]
here,
Figure 2004052633
[0124]
Next, the equation (P3) can be described as the following equation (P5).
[Equation 14]
Figure 2004052633
[0125]
Θt = [f obtained by the above equations (P4) and (P5)0(T), f1(T), f2(T), g0(T), g1(T), g2(T)] is determined so as to satisfy the condition of the following equation (P6).
y (t + 3)-{f0(T) y (t) + f1(T) y (t-1) + f2(T) y (t-2) + g0(T) u (t) + g1(T) u (t-1) + g2(T) u (t−2)} = 0 (P6)
That is, θt = [f obtained by the above equations (P4) and (P5)0(T), f1(T), f2(T), g0(T), g1(T), g2(T)] are system parameters estimated by the least squares method.
[0126]
Next, the optimal control using the system parameter θt obtained as described above will be described.
In such optimal control, u (k) that satisfies the following evaluation function is obtained using the parameter θt.
J = E [y (k + 3) -ω (k + 3) + γ {u (k) -u (k-1)}]2(P7)
In the above equation (P7), y (k + 3) -ω (k + 3) is the difference between the output three ahead and the target value. U (k) -u (k-1) is a term representing the change of the input. Here, the reason that the term indicating the change of the input is included in the evaluation function is to stabilize the control.
[0127]
Assuming that y (k + 3) −ω (k + 3) + γ {u (k) −u (k−1) = 0 holds in the equation (P7), substituting the relation of the equation (P6) into the relation gives the following: Is obtained.
{F0(K) y (k) + f1(K) y (k-1) + f2(K) y (k-2) + g0(K) u (k) + g1(K) u (k-1) + g2(K) u (k−2)} − ω (k + 3) + γu (k) −γu (k−1) = 0
[0128]
The above relational expression can be rewritten as follows.
{G0(K) + γ} u (k) = [ω (k + 3) −f0(K) y (k) -f1(K) y (k-1) -f2(K) y (k-2)-{g1(K) -γ} u (k-1) -g2(K) u (k-2)]
Therefore, u (k) can be expressed as follows.
[0129]
(Equation 15)
Figure 2004052633
[0130]
From the above, in the case of the system with the delay d = 3, the corrected input value u (t) for setting the output y (t + 3) three ahead to the target output ω (t + 3) is expressed by the following equation (P8). Desired. The value obtained by the equation (P8) is a corrected input value for realizing optimal control in the third embodiment.
[0131]
(Equation 16)
Figure 2004052633
[0132]
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining a method used by the device of the present embodiment to perform failure diagnosis for each of a plurality of systems. The configuration shown in FIG. 9 is the same as the configuration shown in FIG. 1B except that the standard model used in the detection device is replaced with a neural network from a linear approximation model.
[0133]
That is, the device of the present embodiment is the same as the device of any of the first to third embodiments, except that the ECU 50 uses the linear approximation shown in the above (Equation 1) as a standard model for estimating the input / output relationship of a plurality of systems. It can be realized by incorporating the function of the neural network instead of the formula.
[0134]
In the above-described first to third embodiments, the parameters of each system to be substituted into the standard model of the linear approximation formula are estimated by the least square method. On the other hand, in the neural network, a parameter (coupling coefficient) for each system can be obtained by a known method based on back propagation.
[0135]
In the apparatus of the present embodiment, the parameters (coupling coefficients) obtained by the above-described known method are stored in the ECU 50 in advance, and the ECU 50 executes the processing according to the routine shown in FIG. Functions similar to those of the first embodiment can be realized. In this case, based on how much error the output estimated on the actual vehicle by the neural network whose parameters are set to the initial value has relative to the output actually measured on the actual vehicle, Can be diagnosed.
[0136]
Further, in the apparatus of the present embodiment, the coupling coefficient obtained by the above-described known method is stored in the ECU 50 in advance, and a function for obtaining the coupling coefficient by the method is incorporated in the ECU 50. The processing according to the routine shown in FIG. 6 can also be executed. In this case, the same function as that of the second embodiment can be realized by the device of the present embodiment.
[0137]
In the routine shown in FIG. 6, it is required to obtain the latest value of a parameter (coupling coefficient) to be substituted into the standard model on the actual vehicle. Since the function of obtaining the coupling coefficient by back propagation is incorporated in the ECU 50, the requirement can be satisfied. Further, in the routine shown in FIG. 6, it is required to determine the state of the system based on a comparison between the latest value of the parameter obtained on the actual vehicle and its initial value. In the present embodiment, the ECU 50 can satisfy such a request by comparing the state expression (weight) of the intermediate layer.
[0138]
Further, in the device of the present embodiment, the coupling coefficient obtained by the above-described known method is stored in the ECU 50 in advance, and a function for obtaining the coupling coefficient by the method is incorporated in the ECU 50. Processing according to the routine shown in FIGS. 7 and 8 can also be executed. In this case, the device of the present embodiment can realize the same function as that of the third embodiment.
[0139]
In the routine shown in FIG. 7, it is required to obtain the latest value of a parameter (coupling coefficient) to be substituted into the standard model on the actual vehicle. Since the function of obtaining the coupling coefficient by back propagation is incorporated in the ECU 50, the requirement can be satisfied. Further, in the routine shown in FIG. 7, it is required to determine the state of the system based on a comparison between the latest value of the parameter obtained on the actual vehicle and its initial value. In the present embodiment, the ECU 50 can satisfy such a request by comparing the state expression (weight) of the intermediate layer.
[0140]
Further, in the routine shown in FIG. 8, it is required to execute the optimum control based on the latest value θt of the parameter obtained on the actual vehicle. In the present embodiment, the ECU 50 satisfies such a requirement by obtaining the corrected input value u (t) so as to obtain the target output ωt + d by using a neural network into which the latest value of the parameter (coupling coefficient) is substituted. Can be.
[0141]
According to the neural network, it is possible to accurately represent a nonlinear input / output relationship that is difficult to represent with a linear approximation formula. For this reason, according to the device of the present embodiment, it is possible to obtain compatibility with more systems than the devices of the first to third embodiments. Therefore, according to the device of the present embodiment, higher versatility can be secured as compared with the devices of the first to third embodiments.
[0142]
Note that a method of replacing a model based on a linear approximation formula with a model of a neural network is disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-117199 or EP0699413A1.
[0143]
By the way, in Embodiments 1 to 4 described above, the control target is limited to a plurality of systems mounted on the vehicle, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention is not limited to a system on a vehicle, but may be applied to a plurality of systems installed in a plant facility or the like.
[0144]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
According to the first aspect, by sequentially setting each of the plurality of systems as a system to be controlled, desired control for each system can be sequentially performed in a time-division manner. For this reason, according to the present invention, desired control can be performed for all systems without a high calculation load. Further, according to the present invention, it is possible to control each system by using a standard model which is adapted to the state of each system by exchanging parameters. Therefore, according to the present invention, it is possible to execute desired control for all systems without a large memory load.
[0145]
According to the second invention, an initial value corresponding model of the system to be controlled can be generated by applying the initial value of the parameter corresponding to the control target system to the standard model. Further, by using the initial value correspondence model and the actual input and actual output to the system, an output estimation value of the system can be calculated. Then, it is possible to diagnose whether or not the system has a failure based on whether or not the output estimation value obtained in this way is significantly different from the actual output.
[0146]
According to the third aspect, based on the standard model and the actual input and actual output to the control target system, it is possible to calculate the latest value of the parameter that matches the latest state of the system. Then, based on whether or not the latest value of the parameter obtained in this way is significantly different from the initial value of the parameter, it is possible to diagnose the presence or absence of a system failure.
[0147]
According to the fourth invention, based on the standard model and the actual input and actual output to the control target system, the latest value of the parameter suitable for the latest state of the system can be calculated. Further, by applying the latest values of the parameters obtained in this way to the standard model, a latest value corresponding model corresponding to the latest state of the system can be generated. According to the present invention, a correction input to be input to the system is obtained based on the latest value corresponding model and the target output, and necessary control correction is performed so that the correction input is realized. Therefore, according to the present invention, it is possible to always maintain the optimum control state without being affected by the aging of the system.
[0148]
According to the fifth aspect, since the standard model is a linear approximation, various arithmetic processing can be easily performed.
[0149]
According to the sixth aspect, since the standard model is a neural network, even when a plurality of systems include a system in which the input / output relationship is non-linear, high control accuracy is achieved for all the systems. Can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for describing an outline of control executed in a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an input / output relationship for an arbitrary system.
FIG. 3 is a diagram for explaining a specific configuration of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram specifically illustrating a configuration of a control system formed in the device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of a control routine executed in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart of a control routine executed in a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart of a first control routine executed in a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of a second control routine executed in Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for describing an outline of control executed in a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 internal combustion engine
18 air flow meter
21 ° throttle sensor
24 catalyst
26 air-fuel ratio sensor
28 O2Sensor
34 ° rotation speed sensor
36 battery ammeter
38 battery voltmeter
40 ° torque sensor
42 wheel speed sensor
50 ECU (Electronic Control Unit)
60, 62, 64, 66 system
70 ° detector
x, x (t), ukInput
y, y (t), ykOutput
fn, gn, f1n, g1n, f2n, g2n, θ parameters
d System delay time
ωkTarget output

Claims (6)

複数のシステムを制御するための統合制御装置であって、
パラメータを入れ替えることにより、前記複数のシステムのそれぞれにおける入出力の関係を満たすことのできる標準モデルを記憶する標準モデル記憶手段と、
前記複数のシステムのそれぞれを、時分割で、順次、制御対象システムとして選択するシステム選択手段と、
前記制御対象システムにおける実入力および実出力を検知する実入出力検知手段と、
前記制御対象システムについて検知された前記実入力および前記実出力と、前記標準モデルとに基づいて、当該制御対象モデルに関する制御を実行する個別システム制御手段と、
を備えることを特徴とする複数システムの統合制御装置。
An integrated control device for controlling a plurality of systems,
Standard model storage means for storing a standard model capable of satisfying an input / output relationship in each of the plurality of systems by exchanging parameters;
System selecting means for selecting each of the plurality of systems in a time-division manner and sequentially as a control target system;
Actual input / output detection means for detecting an actual input and an actual output in the controlled system,
Based on the actual input and the actual output detected for the control target system, based on the standard model, an individual system control unit that executes control on the control target model,
An integrated control device for a plurality of systems, comprising:
前記複数のシステムのそれぞれに対応する前記パラメータの初期値を記憶するパラメータ初期値記憶手段を備えると共に、
前記個別システム制御手段は、
前記制御対象システムに対応する前記パラメータの初期値を前記標準モデルに当てはめて当該システムの初期値対応モデルを生成する初期値対応モデル生成手段と、
前記初期値対応モデルと、前記実入力および前記実出力とに基づいて、前記制御対象システムの出力推定値を演算する出力推定値演算手段と、
前記出力推定値と前記実出力との比較結果に基づいて、当該制御対象システムの故障診断を行う故障診断手段と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の複数システムの統合制御装置。
With parameter initial value storage means for storing an initial value of the parameter corresponding to each of the plurality of systems,
The individual system control means,
Initial value corresponding model generation means for applying an initial value of the parameter corresponding to the control target system to the standard model to generate an initial value corresponding model of the system,
An output-estimated-value calculating unit that calculates an output estimated value of the controlled system based on the initial-value-corresponding model and the actual input and the actual output;
Failure diagnosis means for performing failure diagnosis of the controlled system based on a comparison result between the output estimation value and the actual output;
The integrated control device for a plurality of systems according to claim 1, further comprising:
前記複数のシステムのそれぞれに対応する前記パラメータの初期値を記憶するパラメータ初期値記憶手段を備えると共に、
前記個別システム制御手段は、
前記標準モデルと、前記実入力および前記実出力とに基づいて、前記制御対象システムの最新の状態に適合する前記パラメータの最新値を演算する最新パラメータ演算手段と、
前記パラメータの初期値と最新値との比較結果に基づいて、当該制御対象システムの故障診断を行う故障診断手段と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の複数システムの統合制御装置。
With parameter initial value storage means for storing an initial value of the parameter corresponding to each of the plurality of systems,
The individual system control means,
The standard model, based on the actual input and the actual output, the latest parameter calculating means for calculating the latest value of the parameter that matches the latest state of the controlled system,
Failure diagnosis means for performing a failure diagnosis of the controlled system based on a comparison result between the initial value and the latest value of the parameter,
The integrated control device for a plurality of systems according to claim 1, further comprising:
前記個別システム制御手段は、
前記標準モデルと、前記実入力および前記実出力とに基づいて、前記制御対象システムの最新の状態に適合する前記パラメータの最新値を演算する最新パラメータ演算手段と、
前記制御対象システムに対応する前記パラメータの最新値を前記標準モデルに当てはめて当該システムの最新値対応モデルを生成する最新値対応モデル生成手段とを含み、更に、
前記最新値対応モデルが得られたシステムについて、目標出力を検知する目標出力検知手段と、
前記最新値対応モデルに基づいて、前記目標出力を得るために前記システムに供給すべき修正入力を演算する修正入力演算手段と、
当該システムへの実入力が前記修正入力に一致するように当該実入力に関する制御を修正する制御修正手段と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の複数システムの統合制御装置。
The individual system control means,
The standard model, based on the actual input and the actual output, the latest parameter calculating means for calculating the latest value of the parameter that matches the latest state of the controlled system,
A latest value corresponding model generation unit configured to apply a latest value of the parameter corresponding to the control target system to the standard model to generate a latest value corresponding model of the system, further comprising:
For a system in which the latest value corresponding model has been obtained, target output detection means for detecting a target output,
Correction input calculation means for calculating a correction input to be supplied to the system in order to obtain the target output, based on the latest value corresponding model,
Control correcting means for correcting the control related to the actual input so that the actual input to the system matches the corrected input;
The integrated control device for a plurality of systems according to claim 1, further comprising:
前記標準モデルは、線形近似式であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の複数システムの複合制御装置。The composite control device for a plurality of systems according to any one of claims 1 to 4, wherein the standard model is a linear approximation formula. 前記標準モデルは、ニューラルネットであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の複数システムの複合制御装置。The multi-system combined control apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the standard model is a neural network.
JP2002209777A 2002-07-18 2002-07-18 Integrated control device for plurality of systems Pending JP2004052633A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002209777A JP2004052633A (en) 2002-07-18 2002-07-18 Integrated control device for plurality of systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002209777A JP2004052633A (en) 2002-07-18 2002-07-18 Integrated control device for plurality of systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004052633A true JP2004052633A (en) 2004-02-19

Family

ID=31933537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002209777A Pending JP2004052633A (en) 2002-07-18 2002-07-18 Integrated control device for plurality of systems

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004052633A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007198254A (en) * 2006-01-26 2007-08-09 Toyota Motor Corp Failure diagnosis device
JP2022520643A (en) * 2019-02-15 2022-03-31 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Systems, methods and computer program products that determine operating conditions in chemical production plants

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007198254A (en) * 2006-01-26 2007-08-09 Toyota Motor Corp Failure diagnosis device
JP4674551B2 (en) * 2006-01-26 2011-04-20 トヨタ自動車株式会社 Fault diagnosis device
JP2022520643A (en) * 2019-02-15 2022-03-31 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Systems, methods and computer program products that determine operating conditions in chemical production plants

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7725247B2 (en) Abnormality diagnostic device and abnormality diagnostic method for air-fuel ratio sensor
JP2858288B2 (en) Self-diagnosis device in air-fuel ratio control device of internal combustion engine
US7957919B2 (en) Process for the determination of the correct fuel flow rate to a vehicle engine for carrying out diagnostic tests
JP4117940B2 (en) In particular, a method for inspecting a pressure sensor of a fuel supply device for an internal combustion engine of an automobile and a fuel supply device
US7487035B2 (en) Cylinder abnormality diagnosis unit of internal combustion engine and controller of internal combustion engine
US10550749B2 (en) Exhaust gas temperature sensor diagnostic system
US20070017210A1 (en) Air-fuel ratio controller for internal combustion engine
US20110184700A1 (en) Method and device for the dynamic monitoring of a broadband lambda probe
JP3998136B2 (en) Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
JP2005155384A (en) Failure diagnosis device for internal combustion engine provided with turbocharger
JP2004092614A (en) Air flow sensor failure deciding device
JP2010270678A (en) Oxygen sensor diagnostic device for internal combustion engine
US6654680B2 (en) CPU diagnosing device and method
EP2514955B1 (en) Method for updating a function for calculating the exhaust pressure of an internal combustion engine
JP2004052633A (en) Integrated control device for plurality of systems
JP2006057523A (en) Failure diagnosis device for engine control system
JP5056548B2 (en) Intake system fault diagnosis device for in-vehicle internal combustion engine
JP2006266094A (en) Air-fuel ratio control device
CN111664017A (en) Method and device for diagnosing a component of an exhaust system in a motor system with an internal combustion engine
JP2001140633A (en) Deterioration evaluating method of catalyst device for exhaust emission control
EP2003316B1 (en) Weighted throttle adaptation
JP2004308488A (en) Pseudo deterioration signal generator of air-fuel ratio sensor
JPH09170472A (en) Diagnosis device for air-fuel ratio control system
JP2665837B2 (en) Self-diagnosis device in fuel supply system of internal combustion engine
JP2681566B2 (en) Self-diagnosis device in fuel supply control device for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070612

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080108