JP2005054645A - Output controller of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクセルペダルの踏み込み時に発生する自動車の振動、いわゆる加速ショックを低減する内燃機関の出力制御装置に関する。 The present invention relates to an output control device for an internal combustion engine that reduces automobile vibrations, that is, so-called acceleration shocks, that occur when an accelerator pedal is depressed.
一般に、自動車においては、そのアクセルペダルの踏み込み時、特にアクセルペダルの急激な踏み込み時には加速ショックが発生する。このような加速ショックは、急激なアクセルペダルの踏み込みによりエンジントルクが急変し、この結果、自動車の駆動系に捩り振動が発生することに起因し、このような駆動系の捩り振動は車体前後方向の振動、つまり、加速ショックとして現れる。 In general, in an automobile, an acceleration shock occurs when the accelerator pedal is depressed, particularly when the accelerator pedal is depressed suddenly. Such an acceleration shock is caused by a sudden change of the engine torque due to a sudden depression of the accelerator pedal, resulting in a torsional vibration in the drive system of the automobile. Appears as an acceleration shock.
上述したアクセル操作に伴って発生する駆動系の振動を抑制するには、スロットルを緩やかに開く手法が広く知られているが、このような手法では加速感を損なってしまう。
また、上記のような振動を抑制する背景技術として、図11に示されるように、スロットル開度一駆動軸トルクとの間の固有伝達特性、即ち、駆動系の振動を励起させる車両のモデルGp(s)に対して逆関数の補償器(インバースフィルタ)W(s)を設け、このような補償器W(s)を用いてスロットル開度を制御することで、捩り振動を抑制し且つその応答性を向上させる技術が知られている。
A method of gently opening the throttle is widely known to suppress the vibration of the drive system that is caused by the accelerator operation described above. However, such a method impairs the feeling of acceleration.
Further, as a background technique for suppressing the vibration as described above, as shown in FIG. 11, a vehicle model Gp that excites the inherent transmission characteristic between the throttle opening and the drive shaft torque, that is, the vibration of the drive system. An inverse function compensator (inverse filter) W (s) is provided for (s), and the throttle opening is controlled using such a compensator W (s) to suppress torsional vibrations and A technique for improving responsiveness is known.
また、これ以外にも、図12に示されるようにステップ的な入力信号(アクセル開度変化)を2段階に分けて入力する、いわゆる2段階トルク入力の技術が知られている。
更に、特許文献1には、特定の車両状態量を検出し、この車両状態量に含まれる車両駆動系の回転振動成分を検知し、検知した回転振動成分に基づいてエンジントルクや変速比を変更し、駆動系の振動を抑制する技術が開示されている。
Further,
しかしながら、上述した背景技術のうち、補償器W(s)を備えたものは、出力の振動成分を相殺できるものの、車両のモデルGp(s)が複雑であり、最適な補償器W(s)の構築が困難となる。また、2段階トルク入力では、振動の抑制にはある程度の効果が得られるが(図12参照)、目標値が常に既知でなければならず、実用的ではない。
更に、特許文献1の技術では、特定の車両状態量が発生するタイミングと、その車両状態量を発生させる制御出力とのタイミングと間のずれ、即ち、無駄時間の存在を考慮する必要があり、無駄時問を含めた高精度の処理を実施する場合、制御処理装置の負担が極めて高くなり、実用性に乏しい。
However, among the above-described background art, the one provided with the compensator W (s) can cancel the vibration component of the output, but the vehicle model Gp (s) is complicated, and the optimum compensator W (s) It becomes difficult to build. In addition, although the two-stage torque input has a certain effect for suppressing the vibration (see FIG. 12), the target value must always be known and is not practical.
Furthermore, in the technique of
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、その目的とするところ、簡素な構成でアクセルペダルの踏み込み時に発生する車両の前後振動を効果的に抑制することができる内燃機関の出力制御装置を提供することにある。 The present invention was devised in view of the above-mentioned problems, and, as its object, output control of an internal combustion engine that can effectively suppress the longitudinal vibration of the vehicle that occurs when the accelerator pedal is depressed with a simple configuration. To provide an apparatus.
上述の目的を解決するため、本発明は、内燃機関の出力トルクに関するトルク相関値に基づいて内燃機関の出力調整器の作動を制御する内燃機関の出力制御装置において、本発明の制御装置は、内燃機関の吸気マニホールド圧を検出する圧力検出部と、この圧力検出部により検出された吸気マニホールド圧に基づき、前記トルク相関値を予測するトルク相関値予測部と、予測されたトルク相関値から所定の予測モデルを用いて車両に発生する振動成分を予測する振動成分予測部と、予測された振動成分に基づき車両の振動を抑制する補正トルク相関値を算出する補正部と、トルク相関値予測部でのトルク相関値と補正部での補正トルク相関値との間のトルク偏差を減少するように出力調整器の作動を制御する制御部とを備える(請求項1)。 In order to solve the above-described object, the present invention provides an output control device for an internal combustion engine that controls the operation of an output regulator of the internal combustion engine based on a torque correlation value related to the output torque of the internal combustion engine. A pressure detection unit that detects an intake manifold pressure of the internal combustion engine, a torque correlation value prediction unit that predicts the torque correlation value based on the intake manifold pressure detected by the pressure detection unit, and a predetermined value based on the predicted torque correlation value A vibration component prediction unit that predicts a vibration component generated in the vehicle using the prediction model, a correction unit that calculates a correction torque correlation value that suppresses vehicle vibration based on the predicted vibration component, and a torque correlation value prediction unit And a control unit that controls the operation of the output regulator so as to reduce the torque deviation between the torque correlation value at the correction unit and the correction torque correlation value at the correction unit.
好ましくは、補正部は、振動成分予測部にて予測された振動成分の増加に応じて制御ゲインを大きく設定する制御ゲイン可変部を有する(請求項2)。
具体的には、予測モデルは2次遅れ系の伝達関数に基づいて設定され(請求項3)、この場合、ζ'を車両の目標減衰係数、ζを車両の実減数係数、ωnを変速機の変速比に応じて設定される固有振動数、sをラプラス演算子としたとき、伝達係数は1/(s2+2・ζ・ωn・s+ωn2)で表され、そして、補正部の制御ゲインKは、K=(ζ'−ζ)・2・ωnである(請求項4)。
Preferably, the correction unit includes a control gain variable unit that sets the control gain to a large value in accordance with an increase in the vibration component predicted by the vibration component prediction unit.
Specifically, the prediction model is set based on a transfer function of a second-order lag system (Claim 3). In this case, ζ ′ is the target damping coefficient of the vehicle, ζ is the actual reduction coefficient of the vehicle, and ωn is the transmission. The natural frequency set according to the transmission ratio of s, where s is a Laplace operator, the transmission coefficient is expressed by 1 / (s 2 + 2 · ζ · ω n · s + ω n 2 ), and the control gain of the correction unit K is K = (ζ′−ζ) · 2 · ωn (Claim 4).
出力調整器としては内燃機関の点火時期制御部を使用でき、制御部はトルク偏差を減少させるべく点火時期制御部を制御する(請求項5)。具体的には、制御部は、点火時期制御部を制御し、点火時期を遅角させてトルク偏差を減少する(請求項6)。
また、出力調整器には内燃機関の燃料供給制御部もまた使用でき、制御部は、トルク偏差を減少するように燃料供給制御部を制御する(請求項7)。具体的には、制御部は、燃料供給制御部を制御し、燃料噴射量を減少或いは空燃比を大きくしてトルク偏差を減少するか(請求項8)、燃料供給制御部を制御し、燃料噴射時期を遅角してトルク偏差を減少する(請求項9)。
As the output regulator, the ignition timing control unit of the internal combustion engine can be used, and the control unit controls the ignition timing control unit to reduce the torque deviation. Specifically, the control unit controls the ignition timing control unit to retard the ignition timing and reduce the torque deviation (claim 6).
Further, the fuel supply control unit of the internal combustion engine can also be used as the output regulator, and the control unit controls the fuel supply control unit so as to reduce the torque deviation. Specifically, the control unit controls the fuel supply control unit to reduce the fuel injection amount or increase the air-fuel ratio to reduce the torque deviation (Claim 8). The torque deviation is reduced by retarding the injection timing (claim 9).
内燃機関の出力制御装置(請求項1)によれば、トルク相関値が内燃機関の吸気マニホールド圧に基づいて予測されるので、予測したトルク相関値は内燃機関の実出力トルクを正確に示す。それ故、このようにして予測したトルク相関値と所定の予測モデルを用いて算出された補正トルク相関値との間のトルク偏差は、加速感を損なうことなく車両の振動を抑制するうえで有効な制御量となる。従って、トルク偏差に基づいて出力調整器の作動が制御されて内燃機関の出力が低減される結果、車両に発生する振動を効果的に抑制できるばかりでなく、未然に防止することも可能となる。 According to the output control device for an internal combustion engine (claim 1), since the torque correlation value is predicted based on the intake manifold pressure of the internal combustion engine, the predicted torque correlation value accurately indicates the actual output torque of the internal combustion engine. Therefore, the torque deviation between the torque correlation value predicted in this way and the corrected torque correlation value calculated using a predetermined prediction model is effective in suppressing vehicle vibration without impairing acceleration. Control amount. Therefore, the operation of the output regulator is controlled based on the torque deviation and the output of the internal combustion engine is reduced. As a result, vibrations generated in the vehicle can be effectively suppressed, and can be prevented in advance. .
このような出力制御にあっては、車両の実振動に基づいてフィードバック制御するものではないので、無駄時間等を考慮する必要がないので、制御処理の簡略化が図られ、車両の振動を効率的に抑制できる。
また、出力制御は内燃機関の出力に反映されるまでには3行程を要することから、出力制御が内燃機関の対象行程の少なくとも3行程前にて実施されれば、出力制御が遅れ時間を考慮して早めに実施されることになり、車両の振動をより効果的に抑制できる。
In such output control, feedback control is not performed based on the actual vibration of the vehicle, so there is no need to consider dead time, etc., so that the control process can be simplified and the vibration of the vehicle can be efficiently performed. Can be suppressed.
In addition, since the output control requires three strokes before being reflected in the output of the internal combustion engine, if the output control is performed at least three strokes before the target stroke of the internal combustion engine, the output control takes into account the delay time. As a result, the vibration of the vehicle can be more effectively suppressed.
補正部での制御ゲインが振動成分予測部にて予測される振動成分の増加に応じて大きく設定されるので(請求項2)、車両の振動はより効果的抑制される。
予測モデルが2次遅れ系の伝達関数に基づいて構築されているので(請求項3,4)、この予測モデルは、実際の車両に近似した車両モデルとなり、比較的簡単な伝達関数を使用しながら効果的に車両の振動を抑制することができる。
Since the control gain in the correction unit is set larger in accordance with the increase in the vibration component predicted by the vibration component prediction unit (claim 2), the vibration of the vehicle is more effectively suppressed.
Since the prediction model is constructed based on a transfer function of a second-order lag system (
制御部は、点火時期や、燃料量若しくは空燃比又は燃料噴射時期の何れかを制御するので(請求項5〜9)、トルク偏差を解消すべく内燃機関の実出力トルクを確実に低減することができる。
Since the control unit controls any one of the ignition timing, the fuel amount, the air-fuel ratio, or the fuel injection timing (
図1は、一実施形態に係る内燃機関の出力制御装置の概略を示す。
出力制御装置は電子制御ユニット(ECU)2を備え、ECU2にはエンジン回転数N、変速機の変速比ρ及び吸気マニホールド圧Pmがそれぞれ供給される。
具体的には、ここでの内燃機関は筒内噴射型のエンジン4であり、そのエンジン回転数Nはクランク角センサ(図示しない)からの信号に基づいて検出され、変速比ρは変速機のコントローラ(図示しない)から得られる。そして、吸気マニホールド圧Pmはマニホールド圧センサ(圧力検出部)6により検出され、このマニホールド圧センサ6は吸気管8のスロットル10よりも下流にある吸気マニホールド12に取付けられ、この吸気マニホールド12内の圧力を吸気マニホールド圧Pmとして検出する。
FIG. 1 schematically shows an output control device for an internal combustion engine according to an embodiment.
The output control device includes an electronic control unit (ECU) 2 to which the engine speed N, the transmission gear ratio ρ, and the intake manifold pressure Pm are supplied.
Specifically, the internal combustion engine here is an in-cylinder injection type engine 4, the engine speed N is detected based on a signal from a crank angle sensor (not shown), and the gear ratio ρ is determined by the transmission. Obtained from a controller (not shown). The intake manifold pressure Pm is detected by a manifold pressure sensor (pressure detection unit) 6, which is attached to an
ここで、吸気マニホールド圧Pmは、アクセルペダルの踏み込みによりアクセル開度APSが変化し、そして、このアクセル開度APSに基づいてスロットル10が操作され、そのスロットル開度TPSが変化することで変化する。
ここで、スロットル10の操作装置は、アクセルペダルとスロットル10との間を電気的に接続したスロットルバイワイヤ方式又は機械的なリンク方式の何れであってもよい。
Here, the intake manifold pressure Pm changes as the accelerator opening APS changes as the accelerator pedal is depressed, and the
Here, the operation device of the
ECU2内にて、先ず、エンジン回転数N及び吸気マニホールド圧Pmは算出部(トルク相関値予測部)14に供給され、この算出部14にて、エンジン4が出力する予測トルクTE(目標トルク相関値)が算出される。具体的には、算出部14はエンジン回転数N及び吸気マニホールド圧Pmに基づき、予測トルクTEを読み出すためのトルクマップを有している。
In the
算出部14は予測トルクTEを予測モデル補償器16に供給し、一方、この予測モデル補償器16には変速比ρもまた供給される。予測モデル補償器16は、前述したアクセルペダルの踏み込みに伴う車両の前後振動を抑制する上で最適な目標トルクTOを算出する。予測モデル補償器16の詳細については後述する。
予測モデル補償器16にて算出された目標トルクTO及び予測トルクTEは減算器(補正部)18にそれぞれ供給され、減算器18は目標トルクTOと予測トルクTEとの間の偏差、即ち、トルク偏差ΔTを演算し、このトルク偏差ΔTを点火時期コントローラ(出力調整器)20に供給する。
The
The target torque T O and the predicted torque T E calculated by the
点火時期コントローラ20はトルク偏差ΔTに相当する点火時期のリタード量Rを算出し、このリタード量Rを減算器22に供給する。
一方、エンジン回転数N及び吸気マニホールド圧Pmは算出部24にも供給され、この算出部24はエンジン回転数N及び吸気マニホールド圧Pmから基本点火時期IBを算出する。具体的には、算出部24もまた、エンジン回転数N及び吸気マニホールド圧Pmに基づいて基本点火時期IBを決定する点火時期マップを有する。
The
On the other hand, the engine speed N and the intake manifold pressure Pm is also supplied to the
算出部24にて算出された基本点火時期IBは減算器22に供給され、減算器22は、基本点火時期IBからリタード量Rを減算し、目標点火時期IOを算出する。従って、点火時期コントローラ20は、基本点火時期IBからリタード量Rだけリタードされた目標点火時期IOに基づき、エンジン4の点火プラグ24を作動させ、エンジン4の燃焼行程を開始させる。
The basic ignition timing I B calculated by the
従って、上述の出力制御装置によれば、アクセルペダルの踏み込みに伴い車両の前後振動が発生する状況にあっては、点火時期がリタードされる結果、エンジン4の出力が低減され、この結果、車両の前後振動が効果的に抑制されることになる。
上述の出力制御装置は、車両の加速感を損なわずに、車両の前後振動を抑制すべくエンジン4の出力を制御するものであり、そして、図2は一般的な加速時での車体前後加速度の波形を示している。
Therefore, according to the above-described output control device, in the situation where the longitudinal vibration of the vehicle occurs as the accelerator pedal is depressed, the output of the engine 4 is reduced as a result of the ignition timing being retarded. The back-and-forth vibration is effectively suppressed.
The above-described output control device controls the output of the engine 4 so as to suppress the longitudinal vibration of the vehicle without impairing the acceleration feeling of the vehicle, and FIG. 2 shows the longitudinal acceleration of the vehicle during general acceleration. The waveform is shown.
従って、前述した予測モデル補償器16を実現するにあたっては、図2の波形からショックAの低減、立ち上がり時間Bの保持及び目標値への追従性の3つの要因に注目し、加速時での車体前後加速度の目標値を設定しなければならない。なお、これら3つの要因は図2中のA〜Cにそれぞれ対応する。
Therefore, in realizing the
ショックAの低減:
ショックAは、運転者の加速意志に反する負方向の加速であるために、ショックAに対しての減衰を付与し、乗客に不快感を与えないように前後加速度を0.1G以下にする。
Reduction of shock A:
Since the shock A is a negative acceleration against the driver's intention to accelerate, the shock A is attenuated and the longitudinal acceleration is set to 0.1 G or less so as not to give the passenger a sense of discomfort.
立ち上がり時間Bの保持:
立ち上がり時間B(目標値の10%から90%に到達するまでの時間)は、加速感を与える大きな要因であるから、立ち上がり時間Bが長くならないように保持する。
Hold rise time B:
The rise time B (the time from reaching 10% to 90% of the target value) is a major factor that gives a feeling of acceleration, so it is held so that the rise time B does not become longer.
目標値への追従性:
これは、運転者が運転できるための条件である。エンジン4の出力が制御された結果、目標前後加速度への到達に遅れが生じると、運転者はアクセルペダルを更に踏み込むといったフィードバック操作を行ってしまうことから、このようなフィードバック操作を招くことがないように、所定の時間経過後にはアクセル操作に応じた目標加速度に収束させなければならない。
Follow-up to target value:
This is a condition for the driver to drive. As a result of the output of the engine 4 being controlled, if there is a delay in reaching the target longitudinal acceleration, the driver will perform a feedback operation such as further depressing the accelerator pedal. Thus, after a predetermined time has elapsed, the target acceleration must be converged according to the accelerator operation.
次に、予測モデル補償器16の構成を説明するに先立ち、先ず、車両全体モデルを考える。
1.車両全体モデル
図3は車両モデルを示し、この車両全体モデルは、エンジン4からトランスミッション5、デフ7、そして、タイア9に至るまでの駆動系捩りモデルと、駆動系捩り振動を車体に伝達するエンジンやトランスミッションのマウント及びサスペンション等の弾性を考慮した車両運動モデルとから構成される。
Next, before describing the configuration of the
1. Overall Vehicle Model FIG. 3 shows a vehicle model, which is a drive system torsion model from the engine 4 to the
フライホイール、ギヤ及びタイアは3つの自由度、サスペンションは1つの自由度、パワープラント(エンジン及びトランスミッション)及び剛体の車体のそれぞれは、前後、上下及び回転の3つの自由度を有し、それ故、車両全体モデルは合計で10の自由度を持つ2次元非線形モデルである。 The flywheel, gear and tire have three degrees of freedom, the suspension has one degree of freedom, the power plant (engine and transmission) and the rigid body each have three degrees of freedom: front and rear, up and down, and rotation. The vehicle overall model is a two-dimensional nonlinear model having a total of 10 degrees of freedom.
そして、減衰を考慮して車両全体モデルをマトリクスで表すと、下式(1)のようになる。
[M]{dX/t2}+[C]{dX/t}+[K]{X}={F} …(1)
ここで、
[M]:10×10慣性マトリクス
[C]:10×10減衰マトリクス
[K]:10×10剛性マトリクス
[F]:10×1力ベクトル
{X}:10×1変位ベクトル
{dX/t}:速度(1階時間微分)
{dX/t2}:加速度(2階時間微分)
なお、上式の各マトリクスには、実車テストによりパラメータの修正が付加される。
Then, when the entire vehicle model is expressed in a matrix in consideration of attenuation, the following equation (1) is obtained.
[M] {dX / t 2 } + [C] {dX / t} + [K] {X} = {F} (1)
here,
[M]: 10 × 10 inertia matrix [C]: 10 × 10 damping matrix [K]: 10 × 10 stiffness matrix [F]: 10 × 1 force vector {X}: 10 × 1 displacement vector {dX / t} : Speed (first-order time derivative)
{DX / t 2 }: Acceleration (second-order time derivative)
It should be noted that parameter correction is added to each matrix of the above formula by an actual vehicle test.
2.シミュレーションモデル
ここで、予測モデル補償器16を構築するにあたり、図1をシミュレーションモデルとしてみると、このシミュレーションモデルは、車両の前後振動を抑制するために点火時期制御を実行するトルク制御ロジック、即ち、ECU2と、アクセルペダルへのアクセル開度の入力からエンジン4でのトルク発生までを記述するエンジンモデルEMと、エンジントルクの入力から車両の前後振動を計算する車両モデルVMとを含むものとなる。
2. Simulation Model Here, when the
3.予測モデル補償器16の構築に使用される予測モデル
一般に、n次系の入力u(s)から出力y(s)への伝達関数G(s)は、下式(2)で表すことができる。
G(s)=y(s)/u(s)
=(bm・sm+bm-1・sm-1 +…+b1・s+b0)/
(sn+an-1・sn-1 +…+a1・s+a0) …(2)
3. Prediction model used to construct the
G (s) = y (s) / u (s)
= (B m · s m + b m−1 · s m−1 +... + B 1 · s + b 0 ) /
(S n + a n-1 · s n-1 + ... + a 1 · s + a 0 ) (2)
4.予測モデルの低次元化
リアルタイムな制御性が求められる出力制御装置において、普及型のMPU(Micro Processing Unit)を用い、式(2)のような高次の伝達関数G(s)を演算することは演算速度や精度の面から不利である。従って、予測モデルの本来の特性を犠牲にすることなく、伝達関数G(s)を適切に低次元化する必要がある。
4). Lowering the prediction model In an output control device that requires real-time controllability, use a popular MPU (Micro Processing Unit) to calculate a higher-order transfer function G (s) as shown in Equation (2). Is disadvantageous in terms of calculation speed and accuracy. Therefore, it is necessary to appropriately reduce the order of the transfer function G (s) without sacrificing the original characteristics of the prediction model.
ところで、ステップ的なエンジントルクの変化に対し、車両モデルVMにおける車体前後振動(又は駆動軸の角加速度)の出力波形は、その波形の特徴から2次遅れ系の応答波形として近似できる(図4参照)。
即ち、エンジントルクから車体前後振動までの伝達関数G(s)は次式(3)で近似できる。
G(s)≒(KP・ωn2)/(s2+2・ζ・ωn・s+ωn2) …(3)
ここで、式(3)において、KPは比例ゲイン、ζは車両前後振動の減衰係数,ωnは変速比ρに応じて設定される固有振動数(基本次数)、sはラプラス演算子を示す。
By the way, with respect to the stepwise engine torque change, the output waveform of the vehicle body longitudinal vibration (or the angular acceleration of the drive shaft) in the vehicle model VM can be approximated as a response waveform of a second-order lag system from the characteristics of the waveform (FIG. 4). reference).
That is, the transfer function G (s) from the engine torque to the longitudinal vibration of the vehicle body can be approximated by the following equation (3).
G (s) ≈ (K P · ωn 2 ) / (s 2 + 2 · ζ · ωn · s + ωn 2 ) (3)
In Equation (3), K P is a proportional gain, ζ is a damping coefficient of vehicle longitudinal vibration, ω n is a natural frequency (basic order) set in accordance with the gear ratio ρ, and s is a Laplace operator. .
5.予測モデル補償器16の構築
従って、予測モデル補償器16は式(3)を予測モデルとして構築することができる。ここで、予測モデル補償器16として、図5に示されるフィードバック制御系を考えると、予測モデル補償器16は、入力信号から前述の予測モデルを用いて車両の前後振動、つまり、振動成分を予測する振動成分予測部26と、この振動成分予測部26にて予測された振動成分に基づき、前記入力信号を車両の前後振動を抑制する出力信号として補正するフィードバック補償部(補正部)28とから構成される。
5). Construction of
より詳しくは、振動成分予測部26は、予測モデルとして2次遅れ系の伝達関数G(s)'=1/(s2+2・ζ・ωn・s+ωn2)と、伝達関数G(s)'から出力される変位Xを微分した速度dX/dtを出力する微分部とを有する。
また、フィードバック補償部28は、振動成分予測部2で予測された振動成分dX/dtに基づいて車両の前後振動を抑制すべく、入力r(s)に対して減衰トルクをフィードバック補正するように構成されている。
More specifically, the vibration
Further, the
そして、フィードバック補償部28にて補正される制御ゲインKは、ζ'を車両前後振動の目標減衰係数とすれば、K=(ζ'−ζ)・2・ωnと表すことができる。
ここで、予測モデル補償器16の出力信号u(s)はその入力信号r(s)を用いて下式(4)で表すことができる。
u(s)=r(s)−((K・s)/(s2+2・ζ・ωn・s+ωn2))・u(s) …(4)
The control gain K corrected by the
Here, the output signal u (s) of the
u (s) = r (s) − ((K · s) / (s 2 + 2 · ζ · ω n · s + ω n 2 )) · u (s) (4)
従って、入力信号r(s)から出力信号u(s)までの閉ループ伝達関数は、下式(5)となる。
u(s)/r(s)=((s2+2・ζ・ωn・s+ωn2))/
(s2+2(ζ+K/(2・ωn)・ωn・s+ωn2) …(5)
Therefore, the closed loop transfer function from the input signal r (s) to the output signal u (s) is expressed by the following equation (5).
u (s) / r (s) = ((s 2 + 2 · ζ · ωn · s + ωn 2 )) /
(S 2 +2 (ζ + K / (2 · ωn) · ωn · s + ωn 2 ) (5)
そして、入力信号r(s)から車両モデルVMの出力信号y(s)までの伝達関数は、式(3)及び式(5)から、次式(6)で表される。
y(s)/r(s)=(u(s)/r(s))/(y(s)/u(s))
=(KP・ωn2)/(s2+2(ζ+K/(2・ωn)・ωn・s+ωn2)…(6)
The transfer function from the input signal r (s) to the output signal y (s) of the vehicle model VM is expressed by the following equation (6) from the equations (3) and (5).
y (s) / r (s) = (u (s) / r (s)) / (y (s) / u (s))
= (K P · ωn 2 ) / (s 2 +2 (ζ + K / (2 · ωn) · ωn · s + ωn 2 ) (6)
また、式(6)において、
ζ十K/(2・ωn)=ζ' …(7)
と置換し且つ制御ゲインKを調整することで、車両前後振動を抑制するための目標減衰係数ζ'が得られる。
In the formula (6),
ζ tens K / (2 · ωn) = ζ ′ (7)
And the control gain K is adjusted to obtain the target damping coefficient ζ ′ for suppressing the vehicle longitudinal vibration.
従って、目標減衰係数ζ'及び固有振動数ωnが決定されれば、制御ゲインKは式(7)から一律に決まることになる。これに加え、更に、目標減衰減衰ζ'を車両前後振動の振幅の速度に応じて変化させ、制御ゲインKの有効度(作用の度合い)を調整することもできる。例えば、車両前後振動の振動速度が所定の範囲以上内にあるときに、目標減衰係数ζ'=1とした制御ゲインKに設定してもよいし、振動速度が所定の範囲以内にあるときには、制御ゲインKが作用しないように不感帯を設けることも可能である。 Therefore, if the target damping coefficient ζ ′ and the natural frequency ωn are determined, the control gain K is uniformly determined from the equation (7). In addition to this, it is also possible to adjust the effectiveness (degree of action) of the control gain K by changing the target damping attenuation ζ ′ according to the speed of the amplitude of the longitudinal vibration of the vehicle. For example, the control gain K may be set to the target damping coefficient ζ ′ = 1 when the vibration speed of the vehicle longitudinal vibration is within a predetermined range, or when the vibration speed is within the predetermined range, It is also possible to provide a dead zone so that the control gain K does not act.
更に、図5に示されるように予測モデル補償器16は、振動成分予測部26からの出力Xの微分値dX/dtの増加に応じて、車両の前後振動を抑制する方向にフィードバック補償部28の制御ゲインKを可変する制御ゲイン可変部30を備えることができる。このような制御ゲイン可変部30を備えていれば、振動抑制効果を高めることができる。
従って、図1から明かなように出力制御装置は、予測トルクTEを算出する算出部14と減算器18との間に前述した予測モデルから構築した予測モデル補償器16を備えているので、予測モデル補償器16は、アクセルペダルの踏み込みに伴う車両の前後振動を効果的に抑制するうえで、有効な目標トルクTOを出力することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
Accordingly, the output control device as apparent from FIG. 1, a
この結果、目標トルクTOと予測トルクTEとの間のトルク偏差ΔTに基づき、点火プラグ24による点火時期がリタードされることで、エンジン4の出力が低減され、車両の前後振動、即ち、加速ショックを効果的に低減でき、この際、車両の加速感が損なわれることもない。
そして、算出部14にて算出される予測トルクTEがトルクマップに基づき、エンジン回転数N及び吸気マニホールド圧Pmから求められているので、予測トルクTEはエンジン4の実トルクを正確に示すものとなる。従って、予測モデル補償器16はエンジン4の実トルクに対する目標トルクTOを正確に出力するので、車両の前後振動が高精度に抑制されることになる。
As a result, the ignition timing by the
Since the predicted torque T E calculated by the
この点、トルクマップから求めた予測トルクTEの代わりに、スロットル開度TPSからエンジン4のトルクを推定し、この推定トルクを予測モデル補償器16にて求めた目標トルクに一致させるべるスロットルTPSを制御しようとする場合、推定トルクはスロットル開度TPSの全域に亘り、エンジン4の実トルクを完全に示すものとはならないので、車両の前後振動を効果的に抑制することができない。
In this respect, instead of the predicted torque T E obtained from the torque map, estimates the torque of the engine 4 from a throttle opening TPS, matching of Seruberu throttle the estimated torque to the target torque obtained by the
即ち、大気圧Paに対する吸気マニホールド圧Pmの圧力比Pr(=Pm/Pa)でみたとき、この圧力比Prが所定の値(臨界圧)に達するまでは、スロットル10を通過する空気流量はスロットル開度TPSと比例するものの、臨界圧を越えると、スロットル開度TPSの変化が無くても、圧力比Prの上昇に連れ、スロットル通過空気流量は流量関数に従って減少し、スロットル開度TPSから推定した推定トルクはエンジン4の実トルクから大きくかけ離れたものとなる。
That is, when viewed from the pressure ratio Pr (= Pm / Pa) of the intake manifold pressure Pm to the atmospheric pressure Pa, until the pressure ratio Pr reaches a predetermined value (critical pressure), the flow rate of air passing through the
それ故、スロットル開度TPSから推定した推定トルクを予測モデル補償器16の入力とすれば、予測モデル補償器16は目標トルクを正確に出力しないので、車両の前後振動を効果的に抑制することはできない。
この点、予測トルクTEはエンジン4の実トルクを正確に示すから、予測モデル補償器16は上述の不具合を被ることがないし、また、推定トルクを使用する場合には、スロットルが電子制御スロットルでなくてもならないが、本実施形態では電子制御スロットルを必要としない。
Therefore, if the estimated torque estimated from the throttle opening TPS is input to the
In this regard, since the predicted torque T E is pinpoint the actual torque of the engine 4, to the
また、予測モデル補償器16は上述の特開2001-132501号公報では考慮しなければならない無駄時間を含んでいないため、予測モデル補償器16の簡略化を大きく図ることができる。
Further, since the
6.シミュレーションによる補償器の効果確認
ここでのシミュレーション条件として、点火時期制御によるエンジン4のトルク低減がエンジン4の最大トルクの40%まで可能であるとし、そして、エンジン回転数Nが1500rpmの近傍にあるとき、スロットル開度TPSを0.1秒の間で0%〜50%にステップ的に変化させた。
6). Confirmation of effect of compensator by simulation As simulation conditions, it is assumed that torque reduction of the engine 4 by ignition timing control is possible up to 40% of the maximum torque of the engine 4, and the engine speed N is in the vicinity of 1500 rpm. The throttle opening TPS was changed stepwise from 0% to 50% in 0.1 seconds.
加速ショックが最も問題となるのは、変速比ρが最大値2.3 (例えば1速段)となる場合であるので、変速比ρが2.3の場合のシミュレーション結果を図6及び図7に示し、そして、変速比ρが1の場合のシミュレーション結果を図8及び図9に示す。
図6及び図8はエンジントルクの変化を表しており、図中の目標トルク波形は、ECU2にて10msec毎に演算される目標トルクTOを示す。
The acceleration shock is most problematic when the speed ratio ρ reaches a maximum value of 2.3 (for example, the first gear), and the simulation results when the speed ratio ρ is 2.3 are shown in FIGS. 8 and 9 show the simulation results when the gear ratio ρ is 1.
6 and FIG. 8 represents the change in the engine torque, the target torque waveform in the figure shows the target torque T O which is calculated in every 10msec at
図7に示されるように変速比ρが2.3の場合、前後加速度は制御なしの場合に比べて1/5程度抑制され、そして、図9に示されるように変速比ρが1の場合でも、前後加速度は制御なしの場合に比べて1/3程度抑制されていることから、車両の前後振動、つまり、加速ショックを大きく低減できることが分かる。
本発明は、上述の実施形態に制約されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲にて種々の変形が可能である。
As shown in FIG. 7, when the speed ratio ρ is 2.3, the longitudinal acceleration is suppressed by about 1/5 compared to the case without control, and when the speed ratio ρ is 1 as shown in FIG. However, since the longitudinal acceleration is suppressed by about 1/3 compared to the case without control, it can be seen that the longitudinal vibration of the vehicle, that is, the acceleration shock can be greatly reduced.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、エンジン4のトルクを低減するために、点火時期を制御しているが、この点火時期コントローラ20に代えて、図10に示されるようにエンジン4の燃料量又は空燃比を制御する制御装置32や、エンジン4が筒内噴射型のガソリンエンジンである場合には、燃料の噴射時期を制御する制御装置34等の出力調整器を用い、トルク偏差ΔTを解消すべくエンジントルクを低減させるようにしてもよい。
また、本発明はガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンにも勿論適用可能である。
For example, in the above-described embodiment, the ignition timing is controlled in order to reduce the torque of the engine 4, but instead of the
Further, the present invention is not limited to a gasoline engine but can be applied to a diesel engine.
2 ECU(制御部)
14 算出部(トルク相関値予測部)
16 予測モデル補償部
18 減算器(補正部)
20 点火時期コントローラ(出力調整器)
24 算出部
26 振動成分予測部
28 フィードバツク補償部(補正部)
2 ECU (control unit)
14 Calculation unit (torque correlation value prediction unit)
16 Prediction
20 Ignition timing controller (output regulator)
24
Claims (9)
前記内燃機関の吸気マニホールド圧を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部により検出された吸気マニホールド圧に基づき、前記トルク相関値を予測するトルク相関値予測部と、
前記トルク相関値予測部により予測されたトルク相関値から所定の予測モデルを用いて車両に発生する振動成分を予測する振動成分予測部と、
前記振動成分予測部により予測された振動成分に基づき車両の振動を抑制する補正トルク相関値を算出する補正部と、
前記トルク相関値予測部により予測されたトルク相関値と前記補正部により算出された補正トルク相関値との間のトルク偏差を減少するように前記出力調整器の作動を制御する制御部と
を具備したことを特徴とする内燃機関の出力制御装置。 In an output control device for an internal combustion engine that controls the operation of an output regulator of the internal combustion engine based on a torque correlation value related to the output torque of the internal combustion engine,
A pressure detector for detecting an intake manifold pressure of the internal combustion engine;
A torque correlation value prediction unit that predicts the torque correlation value based on the intake manifold pressure detected by the pressure detection unit;
A vibration component prediction unit that predicts a vibration component generated in the vehicle using a predetermined prediction model from the torque correlation value predicted by the torque correlation value prediction unit;
A correction unit that calculates a correction torque correlation value that suppresses vehicle vibration based on the vibration component predicted by the vibration component prediction unit;
A control unit that controls the operation of the output regulator so as to reduce a torque deviation between the torque correlation value predicted by the torque correlation value prediction unit and the correction torque correlation value calculated by the correction unit. An output control apparatus for an internal combustion engine, characterized by comprising:
前記伝達係数は1/(s2+2・ζ・ωn・s+ωn2)で表され、
前記補正部の制御ゲインKが
K=(ζ'−ζ)・2・ωnである
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の出力制御装置。 When ζ ′ is the target damping coefficient of the vehicle, ζ is the actual reduction coefficient of the vehicle, ωn is the natural frequency set according to the transmission gear ratio, and s is the Laplace operator,
The transmission coefficient is represented by 1 / (s 2 + 2 · ζ · ωn · s + ωn 2 ),
The output control device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the control gain K of the correction unit is K = (ζ'-ζ) · 2 · ωn.
前記制御部は、前記トルク偏差を減少させるべく前記点火時期制御部を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の出力制御装置。 The output regulator is an ignition timing control unit of the internal combustion engine;
The output control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit controls the ignition timing control unit to reduce the torque deviation.
前記制御部は、前記トルク偏差を減少するように前記燃料供給制御部を制御することを特徴する請求項1に記載の内燃機関の出力制御装置。 The output regulator is a fuel supply control unit of the internal combustion engine;
The output control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit controls the fuel supply control unit so as to reduce the torque deviation.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003285317A JP2005054645A (en) | 2003-08-01 | 2003-08-01 | Output controller of internal combustion engine |
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JP2009293602A (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Toyota Motor Corp | Control device for internal combustion engine |
JP2011191151A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Meidensha Corp | Chassis dynamometer system for evaluating vehicle body vibration, and evaluation method of the vehicle body vibration |
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2003
- 2003-08-01 JP JP2003285317A patent/JP2005054645A/en not_active Withdrawn
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