JP2008075663A

JP2008075663A - 内燃機関の吸気管圧力予測方法および装置

Info

Publication number: JP2008075663A
Application number: JP2007322117A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yasui; 裕司安井; Akihiro Shinjo; 章広新庄; Michihiko Matsumoto; 充彦松本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP4291863B2

Abstract

【課題】吸気管圧力値の予測値のオーバーシュートや不連続挙動を生じずに、大きくなった遅れやむだ時間を補償することができる新たな吸気管圧力値の予測アルゴリズムを提供する。
【解決手段】吸気管圧力値の差分（ΔＰＢ）およびスロットル弁開度値の差分（ΔＴＨ）を求めるステップと、吸気管圧力値の差分の大きさおよびスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分（ΔＦＺＰＢ）を求めるステップと、吸気管圧力値（ＰＢ）と吸気管圧力の予測差分の値を加算して吸気管圧力の予測値を求めるステップとを含む。スロットル弁開度値とスロットル弁開度目標値を無駄時間要素と遅れ系を用いてモデル化し、当該モデルと当該目標値によって推定された値をスロットル弁開度値として用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の吸気管圧力予測方法および装置に関する。特にファジィアルゴリズムを使用した吸気管圧力予測方法およびファジィ推定器に関する。

内燃機関の効率的な燃焼を実現するように燃料噴射制御が行われる。図１は、本発明に関係する内燃機関の吸気部分の構成を示す。吸入空気は、スロットル１を介してシリンダに供給される。スロットル弁開度は、所望の値に制御されている。また、吸気管圧力は、センサ２により測定されている。ここで、燃料噴射制御を適切に行うためには、シリンダ内吸入空気量を推定する必要があり、そのために吸気管圧力を予測する必要がある。

従来から、内燃機関の運転状態に基づいて現時点の吸気管圧力を予測すると共に、該予測された吸気管圧力と吸気管内圧力の検出値とに基づき所定期間先の予測時点における吸気管圧力を予測する吸気管圧力予測装置が既に提案されている（特開平２−４２１６０号公報）。

しかしながら、上記従来の予測装置においては、過渡時における吸気弁閉時の予測吸気管内圧力を内燃機関の運転状態とは無関係に吸気管内圧力の偏差ΔＰに基づき一律に修正を施しているため、内燃機関の回転数の広い範囲にわたり十分な予測を行うことができなかった。

特２８８６７７１号は、上記の問題点を解決するために、内燃機関の運転状態を考慮して予測を行い、低回転域や吸気管圧力が高い場合でも高精度な制御を行うことができる吸気管圧力予測装置を開示している。

上記の従来の方法においては、吸気管圧力値(以下、ＰＢと呼称する)の差分(以下、ΔＰＢと呼称する)とスロットル弁開度値の差分(以下、ΔＴＨと呼称する)とに基づいてＰＢの予測値 (以下、ＨＡＴＰＢと呼称する) を算出し、このＨＡＴＰＢに基づいて燃料噴射制御や燃料付着補正パラメータの検索などを行っていた。ここで、ｋを吸入行程（ＴＤＣ）に同期した制御時刻としてΔＴＨおよびΔＰＢは、以下の式で表される。

ΔＴＨ（ｋ）＝ＴＨ（ｋ）＋ＴＨ（ｋ−１）（１）
ΔＰＢ（ｋ）＝ＰＢ（ｋ）＋ＰＢ（ｋ−１）（２）

他方、最近では、ＰＢセンサへの水の進入や進入した水の氷結による破壊防止などのため、ＰＢセンサの検出部と吸気管との間の、吸気管側、またはＰＢセンサ内に、水の進入を防ぐためのラビリンス機構などが設けられている。このため、ＰＢセンサ出力の実際の圧力値に対する遅れやむだ時間が大きくなってきた。

そこで、このむだ時間を従来の予測アルゴリズムによって補償することが試みられたが、補償すべき遅れやむだ時間が大きくなったため、図２に示すように、ＨＡＴＰＢが実際のＰＢに対してオーバーシュートを生じたり、不連続な挙動を示すようになった。オーバーシュートを生じる原因は、従来の予測アルゴリズムが、ＰＢの予測値の精度不足を所定時間前のＰＢの予測値と現在のＰＢとの偏差をフィードバックすることによって補っていたことによる。また、不連続な挙動を示す原因は、従来の予測アルゴリズムが、ΔＰＢとΔＴＨのそれぞれに基づいて算出された予測値を所定の条件に応じて切り替えて使用していたことによる。このような挙動を示す従来の予測アルゴリズムによって、燃料制御が影響を受け、過渡運転時の変動が大きくなり、排ガスの有害成分の排出量が増加するという問題が生じてきた。
特開平２−４２１６０号公報特許第２８８６７７１号

したがって、ＨＡＴＰＢのオーバーシュートや不連続挙動を生じずに、大きくなった遅れやむだ時間を補償することができる新たなＰＢ予測アルゴリズムが求められていた。

本発明の１態様による吸気管圧力予測方法は、吸気管圧力値の差分およびスロットル弁開度値の差分を求めるステップと、ファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求めるステップと、吸気管圧力値と吸気管圧力の予測差分の値を加算して吸気管圧力の予測値を求めるステップとを含む。ファジィ推定アルゴリズムは、吸気管圧力値の差分の大きさおよびスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含む。本方法においては、スロットル弁開度値とスロットル弁開度目標値を無駄時間要素と遅れ系を用いてモデル化し、当該モデルと当該目標値によって推定された値をスロットル弁開度値として用いる。

本発明の別の態様による吸気管圧力予測装置は、吸気管圧力値の差分を求める差分器と、スロットル弁開度値の差分を求める差分器と、ファジィ推定器と、スロットル弁開度値とスロットル弁開度目標値を無駄時間要素と遅れ系を用いてモデル化したモデルとを含む。ファジィ推定器は、吸気管圧力値の差分およびスロットル弁開度値の差分を入力とし、ファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求め、当該予測差分を出力とする。ファジィ推定アルゴリズムは、吸気管圧力値の差分の大きさおよびスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含む。本装置において、スロットル弁開度値として、当該モデルと当該目標値によって推定された値を用いる。

このように、本発明の上記の２態様においては、ＰＢセンサ出力とＴＨ開度に基づいたファジィ推定アルゴリズムにより、ＰＢセンサ出力の予測値を算出し、その予測値に基づいて内燃機関の燃料噴射料を決定する。特に、ΔＰＢの大きさとΔＴＨの大きさに基づいて定めたファジィルールを使用することにより、ＰＢの変化に先行するＴＨの変化の情報を有効に取り込んだ制御が行えるようになる。これによって、ＰＢセンサ出力が、実際の吸気管圧力(負圧)に対して大きなむだ時間や遅れを生じている場合にも、従来手法のように予測値が不連続的になることがなく、連続的な予測値を精度よく算出することができる。したがって、内燃機関の空燃比が不連続な挙動を示すことがなくなる。また、予測値の実際の吸気管圧力に対するオーバーシュートも従来手法に比べて飛躍的に小さくできる。

また、本発明の上記の２態様においては、スロットル弁開度値とスロットル弁開度目標値を無駄時間要素と遅れ系を用いてモデル化し、当該モデルと当該目標値によって推定された値をスロットル弁開度値として用いる。すなわち、時点ｋにおけるスロットル弁開度推定値およびスロットル弁開度目標値をＴＨＨＡＴ（ｋ）およびＴＨＣＭＤ（ｋ）、むだ時間相当値をｄｄｌｙ、定数をＫｄｌｙとしたときに、式
THHAT(k)＝Kdly× THHAT(k)＋ (１−Kdly)× THCMD(k-ddly)
によって求めたスロットル弁開度推定値ＴＨＨＡＴ（ｋ）を使用する。

したがって、ＴＨの読み込みまでに無効時間が生じる電子制御スロットルを使用する場合にも、精度の高い予測値を算出することができる。

本発明の１実施形態によれば、吸気管圧力値の差分の大きさを正、零、負に区分し、スロットル弁開度値の差分の大きさを正、零、負に区分して、２種類の区分によって定まる領域に対してそれぞれファジィルールを定める。

したがって、ファジィ推定演算を複雑にすることなく、簡単かつ効率的に行うことができる。

本発明の別の実施形態によれば、さらに吸気管圧力値の２回差分を求め、吸気管圧力値の差分の大きさ、スロットル弁開度値の差分の大きさおよび吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいてファジィルールを定める。

したがって、ΔＰＢの差分（以下、ΔΔＰＢと呼称する）に含まれる、ΔＰＢの将来の挙動についての情報を有効に取り込んだ制御が行えるようになる。

本発明の別の実施形態によれば、吸気管圧力値の２回差分の大きさを正、零、負に区分し、吸気管圧力値の差分の大きさ、スロットル弁開度値の差分の大きさおよび吸気管圧力値の２回差分の大きさの合計３種類の区分によって定まる領域に対してそれぞれファジィルールを定める。

本発明の別の実施形態によれば、ファジィ推定アルゴリズムの後件部メンバーシップ関数は、シングルトンの棒状関数である。

したがって、ファジィ推定演算を複雑にすることなく、簡単かつ効率的に行うことができる。特に、極低温、高温、多湿、振動などの車両の使用条件に耐えうるプロセッサの演算能力では、ファジィ推定アルゴリズムのミニマックス重心法の演算を実行することは困難であるが、後件部メンバーシップ関数をシングルトンの棒状関数とすることにより、その演算が可能となり、十分な精度を有する予測を算出することができる。

本発明の別の実施形態によれば、入力のフィルタリングが行われる。

したがって、ファジィ推定アルゴリズムへの入力データをフィルタリングされたデータとすることによって、予測値にノイズが混入した場合に、そのノイズの影響によって予測値が振動的になるのを防止できる。

本発明の別の実施形態によれば、フィルタリングが適応フィルタによって行われる。

したがって、予測演算のためのデータとして使用できるように位相遅れを最小限に保ちつつ、十分にノイズを除去することができる。

本発明の別の態様による吸気管圧力予測方法は、現時点の吸気管圧力値の差分、現時点の吸気管圧力値の２回差分および現時点のスロットル弁開度値の差分を求めるステップと、ファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求めるステップと、現時点の吸気管圧力値と前記吸気管圧力の予測差分の値を加算して吸気管圧力の予測値を求めるステップとを含む。ファジィ推定アルゴリズムは、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさ、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさおよび前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含む。

本発明の別の態様による吸気管圧力予測装置は、現時点の吸気管圧力値の差分を求める差分器と、現時点の吸気管圧力値の２回差分を求める差分器と、現時点のスロットル弁開度値の差分を求める差分器と、前記現時点の吸気管圧力値の差分、前記現時点のスロットル弁開度値の差分および前記現時点の吸気管圧力値の２回差分を入力として、ファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求め、当該予測差分を出力とするファジィ推定器と、を含む。ファジィ推定アルゴリズムは、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさ、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさおよび前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含む。

上記の２態様によれば、吸気管圧力値の差分の大きさ、スロットル弁開度値の差分の大きさおよび吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいてファジィルールを定めるので、ＰＢの変化（ΔＰＢ）に先行するＴＨの変化（ΔＴＨ）の情報を有効に取り込むとともに、ΔΔＰＢに含まれる、ΔＰＢの将来の挙動についての情報を有効に取り込んだ制御が行えるようになる。

本発明の別の態様による吸気管圧力予測方法は、現時点の吸気管圧力値の差分および現時点のスロットル弁開度値の差分を求めるステップと、前記吸気管圧力値の差分および前記スロットル弁開度値の差分をフィルタリングするステップと、ファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求めるステップと、現時点の吸気管圧力値と前記吸気管圧力の予測差分の値を加算して吸気管圧力の予測値を求めるステップとを含む。ファジィ推定アルゴリズムは、フィルタリングされた前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさおよびフィルタリングされた前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含む。

本発明の別の態様による吸気管圧力予測装置は、現時点の吸気管圧力値の差分を求める第１の差分器と、現時点のスロットル弁開度値の差分を求める第２の差分器と、前記現時点の吸気管圧力値の差分および前記現時点のスロットル弁開度値の差分を入力として、ファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求め、当該予測差分を出力とするファジィ推定器と、を含む。ファジィ推定アルゴリズムは、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさおよび前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含む。さらに、本装置は、前記第１の差分器と前記ファジィ推定器との間に配置された第１のフィルタと、前記第２の差分器と前記ファジィ推定器との間に配置された第２のフィルタと、を含む。

上記の２態様によれば、ＰＢの変化に先行するＴＨの変化の情報を有効に取り込んだ制御が行えるようになる。また、ファジィ推定アルゴリズムへの入力データをフィルタリングされたデータとすることによって、予測値にノイズが混入した場合に、そのノイズの影響によって予測値が振動的になるのを防止できる。

本発明は、ΔＰＢの大きさおよびΔＴＨの大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムを使用してＰＢのファジィ推定による予測変化量(以下、ΔＦＺＰＢと呼称する)を求める。つぎに以下の式により、ファジィ推定による予測値(以下、ＦＺＰＢと呼称する)を算出する。

ＦＺＰＢ（ｋ）＝ＰＢ（ｋ）＋ΔＦＺＰＢ（ｋ）（３）
すなわち、現在のＰＢサンプル値ＰＢ（ｋ）にΔＦＺＰＢ（ｋ）を加算することによりＦＺＰＢ（ｋ）を求める。ここで、ｋは、吸入行程（ＴＤＣ）に同期した制御時刻を表す。図３は、ＰＢ、ＴＨ、ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔＦＺＰＢの間の関係を示す。

本実施形態で使用するファジィルールを図６の表に示す。ΔＰＢの大きさを正、零、負に区分し、ΔＴＨの大きさを正、零、負に区分して、２種類の区分によって定まる９個の領域に対してそれぞれファジィルールを定めている。ここで留意すべき点は、ＴＨの変化は、ＰＢの変化に先行しており、将来のＰＢの挙動の情報を含む点である。したがって、ΔＰＢの大きさとΔＴＨの大きさに基づいて定めたファジィルールを使用することにより、ＰＢの変化に先行するＴＨの変化の情報を有効に取り込んだ制御が行えるようになる。

本発明のファジィ推定アルゴリズムで使用する前件部メンバーシップ関数と後件部メンバーシップ関数とをそれぞれ図４および５に示す。ΔＰＢおよびΔＴＨに対する前件部メンバーシップ関数は、正(Ｐ)および負(Ｎ)に対しては台形状とし、零(Ｚ)に対しては三角形状とした。後件部メンバーシップ関数としては、ファジィ推定演算の簡素化を実現するようにシングルトンの棒状関数を用いた。

つぎに各領域におけるルール(図６におけるルール１から９)のそれぞれについて図を使用して説明する。

図７は、ルール１が適用される、ΔＰＢおよびΔＴＨがともに負の状況を示す。ΔＰＢおよびΔＴＨがともに負であるので、後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢも負とする。

図８は、ルール２が適用される、ΔＰＢが負およびΔＴＨが零の状況を示す。先行するΔＴＨが零であるがΔＰＢが負であるので、後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは負とする。

図９は、ルール３が適用される、ΔＰＢが負およびΔＴＨが正の状況を示す。この状況は、エンジンブレーキ時、ＴＨ増加によるスロットル通過空気量の増加よりもエンジン回転数上昇が速い場合に対応する。後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは零とする。

図１０は、ルール４が適用される、ΔＰＢが零およびΔＴＨが負の状況を示す。先行するΔＴＨが負であるので、後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは負とする。

図１１は、ルール５が適用される、ΔＰＢおよびΔＴＨがともに零の状況を示す。ΔＰＢおよびΔＴＨがともに零であるので、後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢも零とする。

図１２は、ルール６が適用される、ΔＰＢが零およびΔＴＨが正の状況を示す。先行するΔＴＨが正であるので、後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは正（Ｐ_６）とする。

図１３は、ルール７が適用される、ΔＰＢが正およびΔＴＨが負の状況を示す。この状況は、エンジン回転数が低下する際、ＴＨ減少による低下よりも、外力によって大幅にエンジン回転数が低下した場合に対応する。後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは零とする。

図１４は、ルール８が適用される、ΔＰＢが正およびΔＴＨが零の状況を示す。後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは正（Ｐ_８）とするが、先行するΔＴＨが零であるのでルール６のＰ_６よりも小さな値とする。

図１５は、ルール９が適用される、ΔＰＢおよびΔＴＨがともに正の状況を示す。後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは正（Ｐ_１０）とするが、ΔＰＢが既に正であるので、ΔＰＢが零であるルール６のＰ_６よりも小さな値とする。

最終的なΔＦＺＰＢは、上述のメンバーシップ関数とファジィルールを用いてミニマックス重心法により算出される。以下にルール６を例として具体的に説明する。

まず、ミニマックス選択について説明する。現在のΔＰＢ、ΔＴＨのサンプル値をΔＰＢ（ｋ）、ΔＴＨ（ｋ）とする。これらの値の、ルール６に対する適合度を求める。図６および図１２に示すように、ルール６は、ΔＰＢが零でΔＴＨが正である領域に適用される。そこで、ΔＰＢの、前件部メンバーシップ関数(零)に対する適合度は、図１６(ａ)に示すようにｍΔＰＢ（６）となる。また、ΔＴＨの、前件部メンバーシップ関数(正)に対する適合度は、図１６(ｂ)に示すようにｍΔＴＨ（６）となる。ここで、ミニマックス選択では、前件部の適合度は、同一ルールにおける適合度のうち最も小さいものをそのルールの適合度ｍ（ｉ）とするため、ルール６に対する適合度は以下の通り、ｍΔＰＢ（６）となる。

ｍΔＰＢ（６）＜ｍΔＴＨ（６）（４）
したがって
ｍ（６）＝ｍΔＰＢ（６）（５）
となる。

さらに、ルール６の後件部のメンバーシップ関数は、図１７に示すように、位置ｐＰ６、基準重み(棒状関数の長さ)ｗＰ６であるので、ΔＦＺＰＢの推定におけるルール６の重み、すなわち、位置ｐＰにおける重みｗ(６)は、
ｗ（６）＝ｍ（６）×ｗＰ６（６）
となる。

つぎに、各ルールについて、同様に重みｗ（ｉ）を求める。このように求めた各ルールの重みが全て推定に使用されるため、これはマックス選択となる。

つぎに、求められた各ルールに対する重みに基づいてΔＦＺＰＢの推定、すなわちファジィルールの非ファジィ化を以下の式に示す重心法に基づいて行う。

したがって、式３は具体的に以下の式によって表され、ΔＦＺＰＢ（ｋ）が算出される。

図１８は、上述のファジィ推定アルゴリズムを使用したＦＺＰＢの推定結果である。図からわかるようにＦＺＰＢは、ＰＢに対して多少のオーバーシュートを伴うものの、おおよそ推定すべき予測値を再現しており、図２に示す、従来の制御アルゴリズムによる推定に比較して大幅に推定精度が高くなっている。

つぎに、本発明の別の実施形態について説明する。上述の実施形態によるファジィ予測では、図１８に示すように多少のオーバーシュートの発生が見られた。このようなオーバーシュートは、特に急加速時やスナップ時に生じやすい。そこで、このようなオーバーシュートを消去するために、ΔＰＢの変化量、すなわちＰＢの２回差分（以下、ΔΔＰＢと呼称する）を、ｋを吸入行程（ＴＤＣ）に同期した制御時刻として以下の式で定義した。

ΔΔＰＢ（ｋ）＝ΔＰＢ（ｋ）−ΔＰＢ（ｋ−１）（９）

そして、ΔＰＢの大きさおよびΔＴＨの大きさに加えてΔΔＰＢの大きさに基づいてファジィルールを定めるようにした。すなわち、ΔＰＢの大きさ、ΔＴＨの大きさおよびΔΔＰＢの大きさの合計３種類の区分によって定まる領域に対してそれぞれファジィルールを定めた。本実施形態によるファジィルールを図２０に示す。図６のファジィルールが２次元であるのに対し、図２０のファジィルールは３次元である。ここで、留意すべき点は、ΔΔＰＢは、ΔＰＢの将来の挙動についての情報を含む点である。したがって、ΔΔＰＢに基づいたファジィルールを使用することによりこの情報を有効に取り込んだ制御が行えるようになる。また、本実施形態による前件部メンバーシップ関数を図１９に示す。

図２０のファジィルールは、図６のファジィルールにおけるルール８とルール９のみが、ΔΔＰＢが正と負の場合に変化している。他のルールは、ΔΔＰＢに関係なく変化していない。

つぎに新たなルール(図１２におけるルール１０および１１)のそれぞれについて図を使用して説明する。

図２２は、ルール１０が適用される、ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔΔＰＢがともに正の状況を示す。ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔΔＰＢがともに正であるので、後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは最も大きな正の値（Ｐ_１０）とする。

図２３は、ルール１１が適用される、ΔＰＢが正、ΔＴＨが零であり、ΔΔＰＢが負の状況を示す。後件部メンバーシップ関数のΔＦＺＰＢは零とする。

図２４は、本実施形態においてルール６が適用される、ΔＰＢが零でΔＴＨが正の状況を示す。上述のように、ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔΔＰＢがともに正の状況には、ルール１０が適用されるので、ルール６が適用される範囲は、ΔΔＰＢ未使用の場合と比較して縮小される。

図２５は、本実施形態においてルール９が適用される、ΔＰＢおよびΔＴＨがともに正の状況を示す。上述のように、ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔΔＰＢがともに正の状況には、ルール１０が適用されるので、ルール９が適用される範囲は、ΔΔＰＢ未使用の場合と比較して縮小される。

図２１に本実施形態の後件部メンバーシップ関数を示す。上述のように、Ｐ_１０は、最も大きな値とされている。図５の後件部メンバーシップ関数と比較すると、ルール１０が新たに設けられ、ルール６およびルール９の範囲が縮小したので、ｐＰ６(Ｐ_６の位置)およびｐＰ９(Ｐ_９の位置)が零に近づいている。

図２６は、本実施形態のファジィ推定アルゴリズムを使用したＦＺＰＢの推定結果を示す。図からわかるように、図１８に見られるオーバーシュートが解消している。

なお、本実施形態においては、補償すべきむだ時間が少ない場合は、零に近くなったＰ_６およびＰ_９は、データ設定の簡素化のために零とすることもできる。また、図２０のΔΔＰＢが正の場合のルール８は、現実には現れにくい状況であるので、このルールを消去したり、対応する後件部を零へ変更して予測への寄与度の無効化を行うこともある。

つぎに、入力のフィルタリングを行う実施形態について説明する。本発明は、ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔΔＰＢを入力とするファジィ推定アルゴリズムを使用する。したがって、ＴＨやＰＢにノイズが混入すると、これらの差分値や２回差分値が振動的またはスパイク的になり、ファジィ推定によって推定されたＦＺＰＢも振動的またはスパイク的になることがあった。

したがって、本実施形態では、図２７に示すように、ファジィ推定器への入力をΔＰＢ、ΔＴＨ、ΔΔＰＢとせずに、図２８に示すようにこれらの値をフィルタリングした後の値を入力するようにした。図２７において、２７１１乃至２７１３は、差分器を、２７０１はファジィ推定器を示す。図２８において、２８１１乃至２８１３は差分器を、２８２１乃至２８２３はフィルタを、２８０１はファジィ推定器を示す

ΔＰＢ、ΔＴＨ、ΔΔＰＢのフィルタとしては、以下の式で表す適応フィルタを使用した。これによって図２９に示すようにＦＺＰＢがノイズの影響により振動的スパイク的になることが防止される。

X_f (k) = X_f (k-1) + KP(k)・ide(k) （１０）
KP(k) = P(k-1)/(1+P(k-1)) （１１）
ide(k) = X_f (k-1) - X(k) （１２）
P(k+1) = (1/λ₁)[1-λ₂・P(k)/( λ₁ + λ₂・P(k))] （１３）
ここで、Ｘ＿ｆは、ΔＰＢ、ΔＴＨ、ΔΔＰＢの適応フィルタ値を表し、Ｘは、ΔＰＢ、ΔＴＨ、ΔΔＰＢのサンプル値を表す。λ_1,λ₂は重みパラメータを表す。

つぎに、ＴＨとして、スロットル弁開度目標値からむだ時間を考慮して求めた値を使用する実施形態について説明する。最近、燃費向上のためトランスミッションとの協調制御や操縦安定制御の要求から電子制御スロットルの採用が多くなっている。この電子制御スロットルは、電子制御ユニットとは、別のドライバによって駆動されることが多く、さらに電子制御ユニットとは車載ネットワーク(ＣＡＮ等)によって接続されている。

したがって、電子制御ユニットによって算出されるスロットル弁開度指令値ＴＨＣＭＤと電子制御スロットルの実弁開度ＴＨＡＣＴとの間には、電子制御ユニットとドライバの間の通信周期(１０ｍｓｅｃ)に起因するむだ時間が生じる。すなわち、ＴＨＣＭＤがＴＨに反映されるまでに無効時間が生じる。また、ＴＨＡＣＴが、ＣＡＮ等を介して電子制御ユニットによって観測されるＴＨに反映されるまでに無効時間が生じる。電子制御スロットル使用時の状況を図３０に示す。図３０において、上述のように、ＴＨＣＭＤは、スロットル弁開度指令値を、ＴＨＡＣＴは、実弁開度を、ＴＨは弁開度値(観測値)を示す。

このため、ＰＢの変化よりも、電子制御ユニットによって観測されるＴＨの変化の方が遅れてしまうため、上述のファジィ推定アルゴリズムのように、ΔＴＨを使用してＰＢを予測することはできない。

したがって、本実施形態では、以下の式に示すように通信によるむだ時間と電子制御スロットルの応答遅れを考慮して、ＴＨＣＭＤからＴＨＨＡＴを推定し、このＴＨＨＡＴの差分ΔＴＨＨＡＴを、ΔＴＨの代わりに使用した。

THHAT(k)＝Kdly× THHAT(k)＋ (１−Kdly)× THCMD(k-ddly) （１４）
ΔTHHAT(k)＝ THHAT(k)− THHAT(k-1) （１５）
ここで、ｄｄｌｙは、むだ時間相当値、Ｋｄｌｙは、定数を示す。

図３１に本実施形態による装置の構成を示し、図３２に予測結果を示す。図３１において、３１１１乃至３１１３は差分器を、３１２１乃至３１２３は適応フィルタを、３１３１は式１４の演算を行うモジュールを、３１０１はファジィ推定器を示す。

つぎに、ＴＨにむだ時間を挿入する実施形態について説明する。最近の低速トルクの増大要求により、内燃機関のインマニボリュームが過大となっている場合が多い。このとき、ＴＨの変化に対する実際の吸気管圧力の変化にむだ時間ｄｔｈが生じる。この場合、現在のＴＨを使用して実際の吸気管圧力の推定を行うと、実際の吸気管圧力の変化に対してＴＨの変化時刻が速すぎるため、予測演算にＴＨの情報を使用できなくなる。したがって、図３３に示すように、予測演算に使用するＴＨにむだ時間ｄｔｈを挿入することによってこの問題を解決する。図３３において、３３１１乃至３３１３は差分器を、３３４１はむだ時間モジュールを、３３０１はファジィ推定器を示す。

本発明の適応フィルタを使用する実施形態の手順を図３４の流れ図によって説明する。ステップＳ１０でＰＢセンサが活性であるかチェックする。ＰＢセンサが活性でなければステップＳ８０に進み、ＰＢのサンプル値にＰＢの代替値を代入する。さらに、ステップＳ９０でＰＢの代替値であるＰＢのサンプル値をＦＺＰＢとして終了する。ＰＢセンサが活性であれば、ステップＳ２０に進み、ＰＢセンサが正常であるかチェックする。正常でなければ、ステップＳ８０に進む。正常であればステップＳ３０に進み、ＴＨの推定値ＴＨＨＡＴを演算する（式１４）。なお、ＴＨの代わりにＴＨＨＡＴを使用するのは電子制御スロットルの場合である。つぎに、ステップＳ４０に進み、ΔＰＢ、ΔΔＰＢおよびΔＴＨＨＡＴを演算する(式２、７、１４)。さらに，ステップＳ５０に進み、適応フィルタの演算を行う(式10乃至１3)。つぎに、ステップＳ６０においてΔＦＺＰＢの推定を行う。ステップＳ７０において、ＰＢのサンプル値にΔＦＺＰＢを加算してＦＺＰＢを求めて終了する。

内燃機関の吸気部分の構成を示す。従来の吸気管圧力予測アルゴリズムの挙動を示す。ＰＢ、ＴＨ、ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔＦＺＰＢの間の関係を示す。本発明の１実施形態による前件部メンバーシップ関数を示す。本発明の１実施形態による後件部メンバーシップ関数を示す。本発明の１実施形態によるファジィルールを示す。ルール１が適用される状況を示す。ルール２が適用される状況を示す。ルール３が適用される状況を示す。ルール４が適用される状況を示す。ルール５が適用される状況を示す。ルール６が適用される状況を示す。ルール７が適用される状況を示す。ルール８が適用される状況を示す。ルール９が適用される状況を示す。前件部メンバーシップ関数からルール６の適合度を求める方法を示す。後件部メンバーシップ関数からルール６の重みを求める方法を示す。本発明の１実施形態によるファジイ推定アルゴリズムを使用したＦＺＰＢの推定結果を示す。本発明の別の実施形態による前件部メンバーシップ関数を示す。本発明の別の実施形態によるファジィルールを示す。本発明の別の実施形態による後件部メンバーシップ関数を示す。ルール１０が適用される状況を示す。ルール１１が適用される状況を示す。本発明の別の実施形態においてルール６が適用される状況を示す。本発明の別の実施形態においてルール９が適用される状況を示す。本発明の別の実施形態によるファジイ推定アルゴリズムを使用したＦＺＰＢの推定結果を示す。本発明の実施形態によるファジイ推定器の構成を示す。本発明の実施形態による、適応フィルタを備えたファジイ推定器の構成を示す。適応フィルタを使用しない場合と使用した場合のＦＺＰＢの挙動を示す。電子制御スロットル使用時の状況を示す。電子制御スロットルに対応したファジィ推定器の構成を示す。電子制御スロットルに対応したファジィ推定器の予測結果を示す。過大インマニボリュームに対応したファジィ推定器の予測結果を示す。本発明の適応フィルタを使用する実施形態の手順を示す。

符号の説明

１スロットル弁
２吸気管圧力センサ
２７０１，２８０１，３１０１、３３０１ファジィ推定器

Claims

現時点の吸気管圧力値の差分および現時点のスロットル弁開度値の差分を求めるステップと、
前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさおよび前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求めるステップと、
現時点の吸気管圧力値と前記吸気管圧力の予測差分の値を加算して吸気管圧力の予測値を求めるステップとを含み、
スロットル弁開度値とスロットル弁開度目標値を無駄時間要素と遅れ系を用いてモデル化し、当該モデルと当該目標値によって推定された値をスロットル弁開度値として用いる吸気管圧力予測方法。
前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさを正、零、負に区分し、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさを正、零、負に区分して、それぞれが正、零、負のいずれかであるかによって定まる9個の領域に対してそれぞれファジィルールを定める請求項１に記載の吸気管圧力予測方法。
差分を求めるステップにおいて、さらに現時点の吸気管圧力値の２回差分を求め、吸気管圧力の予測差分を求めるステップにおいて、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさ、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさおよび前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいてファジィルールを定める請求項１に記載の吸気管圧力予測方法。
差分を求めるステップにおいて、さらに現時点の吸気管圧力値の２回差分を求め、吸気管圧力の予測差分を求めるステップにおいて、前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさを正、零、負に区分し、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさ、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさおよび前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさのそれぞれが正、零、負のいずれかであるかによって定まる２７個の領域に対してそれぞれファジィルールを定める請求項２に記載の吸気管圧力予測方法。
ファジィ推定アルゴリズムの後件部メンバーシップ関数は、シングルトンの棒状関数である請求項１から４のいずれか一項に記載の吸気管圧力予測方法。
差分を求めるステップと予測差分を求めるステップとの間に、フィルタリングするステップをさらに含む請求項１から５のいずれか一項に記載の吸気管圧力予測方法。
フィルタリングが適応ファイルタによって行われる請求項６に記載の吸気管圧力予測方法。
現時点の吸気管圧力値の差分を求める差分器と、現時点のスロットル弁開度値の差分を求める差分器と、前記現時点の吸気管圧力値の差分および前記現時点のスロットル弁開度値の差分を入力として、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさおよび前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求め、当該予測差分を出力とするファジィ推定器と、スロットル弁開度値とスロットル弁開度目標値を無駄時間要素と遅れ系を用いてモデル化したモデルとを含み、当該モデルと当該目標値によって推定された値をスロットル弁開度値として用いる吸気管圧力予測装置。
ファジィ推定器において、吸気管圧力値の差分の大きさを正、零、負に区分し、スロットル弁開度値の差分の大きさを正、零、負に区分して、それぞれが正、零、負のいずれかであるかによって定まる9個の領域に対してそれぞれファジィルールを定める請求項８に記載の吸気管圧力予測装置。
ファジィ推定器において、さらに現時点の吸気管圧力値の２回差分を入力とし、吸気管圧力値の差分の大きさ、スロットル弁開度値の差分の大きさおよび吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいてファジィルールを定める請求項８に記載の吸気管圧力予測装置。
ファジィ推定器において、さらに現時点の吸気管圧力値の２回差分を入力とし、前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさを正、零、負に区分し、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさ、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさおよび前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさのそれぞれが正、零、負のいずれかであるかによって定まる２７個の領域に対してそれぞれファジィルールを定める請求項９に記載の吸気管圧力予測装置。
ファジィ推定アルゴリズムの後件部メンバーシップ関数は、シングルトンの棒状関数である請求項８から１１のいずれか一項に記載の吸気管圧力予測装置。
入力をフィルタリングするためのフィルタをさらに備える請求項８から１２のいずれか一項に記載の吸気管圧力予測装置。
フィルタが適応ファイルタである請求項１３に記載の吸気管圧力予測装置。
現時点の吸気管圧力値の差分、現時点の吸気管圧力値の２回差分および現時点のスロットル弁開度値の差分を求めるステップと、
前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさ、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさおよび前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求めるステップと、
現時点の吸気管圧力値と前記吸気管圧力の予測差分の値を加算して吸気管圧力の予測値を求めるステップとを含む吸気管圧力予測方法。
現時点の吸気管圧力値の差分および現時点のスロットル弁開度値の差分を求めるステップと、
前記吸気管圧力値の差分および前記スロットル弁開度値の差分をフィルタリングするステップと、
フィルタリングされた前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさおよびフィルタリングされた前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求めるステップと、
現時点の吸気管圧力値と前記吸気管圧力の予測差分の値を加算して吸気管圧力の予測値を求めるステップとを含む吸気管圧力予測方法。
現時点の吸気管圧力値の差分を求める差分器と、現時点の吸気管圧力値の２回差分を求める差分器と、現時点のスロットル弁開度値の差分を求める差分器と、前記現時点の吸気管圧力値の差分、前記現時点のスロットル弁開度値の差分および前記現時点の吸気管圧力値の２回差分を入力として、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさ、前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさおよび前記現時点の吸気管圧力値の２回差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求め、当該予測差分を出力とするファジィ推定器と、を含む吸気管圧力予測装置。
現時点の吸気管圧力値の差分を求める第１の差分器と、現時点のスロットル弁開度値の差分を求める第２の差分器と、前記現時点の吸気管圧力値の差分および前記現時点のスロットル弁開度値の差分を入力として、前記現時点の吸気管圧力値の差分の大きさおよび前記現時点のスロットル弁開度値の差分の大きさに基づいて定めたファジィルールを含むファジィ推定アルゴリズムにより吸気管圧力の予測差分を求め、当該予測差分を出力とするファジィ推定器と、前記第１の差分器と前記ファジィ推定器との間に配置された第１のフィルタと、前記第２の差分器と前記ファジィ推定器との間に配置された第２のフィルタと、を含む吸気管圧力予測装置。