JP2008133767A - モデルベース開発におけるモデル簡易化手法 - Google Patents

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Abstract

【課題】計算精度をあまり低下させることなく車両ＥＣＵに実装するモデルベースを簡易化するためのモデルベース開発におけるモデル簡易化手法を提供する。
【解決手段】予め定めた機関加速パターンに対して全部分モデルベースの部分モデルＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの一つが部分モデル毎の判断値とされ、モデルベースにおいて算出が意図された特定値に最も影響する特定部分モデルの判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるように判断値を選択し、判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、優先順位の低い部分モデルほど全部分モデルベースから省略されて、特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下されたモデルベースを決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モデルベース開発におけるモデル簡易化方法に関する。
近年、例えば、エアフローメータでは正確に検出することができない過渡時の吸入空気量を、車両ＥＣＵに機関吸気系をモデル化して実装し、このモデルベースによって算出することが提案されている。正確な吸入空気量を算出するためには、機関吸気系の全部分をモデル化したモデルベースをＥＣＵに実装することが好ましいが、ＥＣＵでの計算負荷が膨大となるために、実際には、このようなモデルベースを実装することは難しい。
それにより、ＥＣＵに実装するモデルベースは、機関吸気系において、ある部分モデルは存在しないものとして簡易化することが必要となる。こうして、簡易化されたモデルベースの計算負荷を予め見積もることにより、ＥＣＵでの実際の計算を可能とするモデルベースを決定することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−７８２４３ 特開２００４−３４００２２ 特開２００５−２０２９２５
このようなモデルベースの簡易化において、機関吸気系のいずれの部分モデルを省略するかは重要な問題であり、任意に部分モデルを省略してしまうと、計算負荷を低減することはできても計算精度が非常に低下してしまうことがある。もちろん、この問題は、機関吸気系のモデルベース開発に特有なものではなく、機関駆動系等のような他の系のモデルベース開発においても同様に発生する。
従って、本発明の目的は、計算精度をあまり低下させることなく車両ＥＣＵに実装するモデルベースを簡易化するためのモデルベース開発におけるモデル簡易化手法を提供することである。
本発明による請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法は、ＥＣＵに実装するモデルベースを決定するために、前記モデルベースの系全体を部分毎にモデル化した全部分モデルベースを準備し、予め定めた機関加速パターンに対して前記全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び前記複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ前記機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの一つが前記部分モデル毎の判断値とされ、前記モデルベースにおいて算出が意図された特定値に最も影響する特定部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるように前記判断値を選択し、前記判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、前記優先順位の低い部分モデルほど前記全部分モデルベースから省略されて、前記特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下された前記モデルベースを決定することを特徴とする。
本発明による請求項２に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法は、請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法において、前記モデルベースは機関吸気系であり、前記特定値は気筒内へ供給される吸気流量であり、気筒内へ供給される前記吸気流量に最も影響する前記特定部分モデルをスロットル部分モデルとし、前記機関加速パターンにおいてスロットル弁の開度を徐々に増加させ、前記全部分モデルベースの前記部分モデル毎に単位時間毎に算出される吸気流量と吸気圧力との積の変化量絶対値を、前記機関加速パターンにおいて積算した積算値を前記判断値とし、前記スロットル部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるようにすることを特徴とする。
本発明による請求項３に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法は、請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法において、前記モデルベースは機関駆動系であり、前記特定値はタイヤへ伝達されるトルクであり、タイヤへ伝達される前記トルクに最も影響する前記特定部分モデルをトランスミッション部分モデルとし、前記機関加速パターンにおいて機関発生トルクを徐々に増加させ、前記全部分モデルベースの前記部分モデル毎に単位時間毎に算出されるトルクの変化量絶対値を、前記機関加速パターンにおいて積算した積算値を前記判断値とし、前記トランスミッション部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるようにすることを特徴とする。
本発明による請求項４に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法は、請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法において、前記モデルベースは機関駆動系であり、前記特定値は機関駆動系の捩れ量であり、前記捩れ量に最も影響する前記特定部分モデルをドライブシャフト部分モデルとし、前記機関加速パターンにおいて機関発生トルクを徐々に増加させ、前記全部分モデルベースの前記部分モデル毎に単位時間毎に算出されるトルクと角速度との積の変化量絶対値の積算値を、前記機関加速パターンにおいて積算した積算値を前記判断値とし、前記ドライブシャフト部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるようにすることを特徴とする。
本発明による請求項５に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法は、ＥＣＵに実装するモデルベースを決定するために、前記モデルベースの系全体を部分毎にモデル化した全部分モデルベースを準備し、予め定めた機関加速パターンに対して前記全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び前記複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ前記機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの二つが部分モデル毎の第一判断値及び第二判断値とされ、前記モデルベースにおいて算出が意図された第一特定値に最も影響する第一特定部分モデルの前記第一判断値が全ての前記部分モデルの前記第一判断値のうちで最大となるような前記第一判断値を選択し、前記モデルベースにおいて算出が意図された第二特定値に最も影響する第二特定部分モデルの前記第二判断値が全ての前記部分モデルの前記第二判断値のうちで最大となるような前記第二判断値を選択し、前記第一判断値の全ての前記部分モデルの合計に対する前記部分モデル毎の前記第一判断値の第一割合を算出すると共に、前記第二判断値の全ての前記部分モデルの合計に対する前記部分モデル毎の前記第二判断値の第二割合を算出し、各前記部分モデルにおいて前記第一割合と前記第二割合との大きい値を判断割合とし、前記判断割合が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、前記優先順位の低い部分モデルほど前記全部分モデルベースから省略されて、前記第一特定値及び前記第二特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下された前記モデルベースを決定することを特徴とする。
本発明による請求項６に記載のモデルベースを使用する計算手法は、請求項１から４に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法により決定されてＥＣＵに実装された前記モデルベースを使用して前記特定値を算出する際に、現在のＥＣＵの計算能力が低下している場合には、前記優先順位の低い部分モデルほど前記モデルベースから省略されて、前記特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させることを特徴とする。
本発明による請求項７に記載のモデルベースを使用する計算手法は、請求項５に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法により決定されてＥＣＵに実装された前記モデルベースを使用して前記第一特定値又は前記第二特定値を算出する際に、現在のＥＣＵの計算能力が低下している場合には、前記第一特定値を算出する時には、前記第一割合が小さい部分モデルほど前記モデルベースから省略され、前記第二特定値を算出する際には、前記第二割合が小さい部分モデルほど前記モデルベースから省略され、前記第一特定値又は前記第二特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させることを特徴とする。
本発明による請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法によれば、ＥＣＵに実装するモデルベースを決定するために、予め定めた機関加速パターンに対して全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの一つが部分モデル毎の判断値とされ、モデルベースにおいて算出が意図された特定値に最も影響する特定部分モデルの判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるような判断値を選択し、判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、こうして設定された優先順位が低い部分モデルは、特定値を算出するのにあまり影響しないこととなるために、このような部分モデルが省略されても特定値の計算精度がそれほど低下することはなく、優先順位の低い部分モデルほど全部分モデルベースから省略されて、特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下されたモデルベースを決定するようになっている。
本発明による請求項２に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法によれば、請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法において、モデルベースは機関吸気系であり、特定値は気筒内へ供給される吸気流量であり、気筒内へ供給される吸気流量に最も影響する特定部分モデルをスロットル部分モデルとし、機関加速パターンにおいてスロットル弁の開度を徐々に増加させ、全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される吸気流量と吸気圧力との積の変化量絶対値を、機関加速パターンにおいて積算した積算値を判断値として、スロットル部分モデルの判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるようにし、この判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定している。それにより、例えば吸気ポート部分モデル等は優先順位が低くなるために省略されてモデルベースが決定される。
本発明による請求項３に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法によれば、請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法において、モデルベースは機関駆動系であり、特定値はタイヤへ伝達されるトルクであり、タイヤへ伝達されるトルクに最も影響する特定部分モデルをトランスミッション部分モデルとし、機関加速パターンにおいて機関発生トルクを徐々に増加させ、全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出されるトルクの変化量絶対値を、機関加速パターンにおいて積算した積算値を判断値として、トランスミッション部分モデルの判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるようにし、この判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定している。それにより、例えばドライブシャフト部分モデル等は優先順位が低くなるために省略されてモデルベースが決定される。
本発明による請求項４に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法によれば、請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法において、モデルベースは機関駆動系であり、特定値は機関駆動系の捩れ量であり、捩れ量に最も影響する特定部分モデルをドライブシャフト部分モデルとし、機関加速パターンにおいて機関発生トルクを徐々に増加させ、全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出されるトルクと角速度との積の変化量絶対値の積算値を、機関加速パターンにおいて積算した積算値を判断値として、ドライブシャフト部分モデルの判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるようにし、この判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定している。それにより、例えばトランスミッション部分モデル等は優先順位が低くなるために省略されてモデルベースが決定される。
本発明による請求項５に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法によれば、ＥＣＵに実装するモデルベースを決定するために、予め定めた機関加速パターンに対して全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの二つが部分モデル毎の第一判断値及び第二判断値とされ、モデルベースにおいて算出が意図された第一特定値に最も影響する第一特定部分モデルの第一判断値が全ての部分モデルの第一判断値のうちで最大となるような第一判断値を選択し、モデルベースにおいて算出が意図された第二特定値に最も影響する第二特定部分モデルの第二判断値が全ての部分モデルの第二判断値のうちで最大となるような第二判断値を選択し、第一判断値により優先順位を設定すると、第二特定値の算出に影響する部分モデルの優先順位が低くなって省略されることがあり、第二判断値により優先順位を設定すると、第一特定値の算出に影響する部分モデルの優先順位が低くなって省略されることがあるために、第一判断値の全ての部分モデルの合計に対する部分モデル毎の第一判断値の第一割合を算出すると共に、第二判断値の全ての部分モデルの合計に対する部分モデル毎の第二判断値の第二割合を算出し、各部分モデルにおいて第一割合と第二割合との大きい値を判断割合とし、判断割合が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、こうして設定された優先順位が低い部分モデルは、第一特定値及び第二特定値のいずれを算出するのにもあまり影響しないこととなるために、このような部分モデルが省略されても第一特定値及び第二特定値の計算精度がそれほど低下することはなく、優先順位の低い部分モデルほど全部分モデルベースから省略されて、第一特定値及び第二特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下されたモデルベースを決定するようになっている。
本発明による請求項６に記載のモデルベースを使用する計算手法によれば、請求項１から４に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法により決定されてＥＣＵに実装されたモデルベースを使用して特定値を算出する際に、現在のＥＣＵの計算能力が低下している場合には、優先順位の低い部分モデルほどモデルベースから省略されて、特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させている。
本発明による請求項７に記載のモデルベースを使用する計算手法によれば、請求項５に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法により決定されてＥＣＵに実装されたモデルベースを使用して第一特定値又は第二特定値を算出する際に、現在のＥＣＵの計算能力が低下している場合には、第一特定値を算出する時には、この時の優先順位に対応する第一割合が小さい部分モデルほどモデルベースから省略され、第二特定値を算出する際には、この時の優先順位に対応する第二割合が小さい部分モデルほどモデルベースから省略され、第一特定値又は第二特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させている。
図１は機関吸気系を示す概略図である。同図において、１はエアクリーナであり、２はスロットル弁であり、３はサージタンクであり、４は吸気ポートである。本発明よるモデルベース開発におけるモデル簡易化手法により、例えば、このような機関吸気系において気筒内へ流入する吸気流量を算出するために、車両ＥＣＵに実装されるモデルベースを決定する際には、先ず、機関吸気系全体を部分毎にモデル化した全部分モデルベースを準備する。このような全部分モデルベースによれば、機関過渡時においても各時間の気筒内へ流入する吸気流量を正確に算出することができる。しかしながら、計算負荷が膨大となるために、車両ＥＣＵによって全部分モデルベースでの計算を実施させることは困難であり、車両ＥＣＵに実装するためには、全部分モデルベースにおいて、ある部分モデルは存在しないとして簡易化することが必要となる。
全部分モデルベースは、例えば、エアクリーナ部分モデルＭ１と、スロットル部分モデルＭ２と、サージタンク部分モデルＭ３と、吸気ポート部分モデルＭ４とから構成される。もちろん、さらに細分してモデル化するようにしても良く、例えば、スロットル部分モデルＭ２は、スロットル弁２の位置する部分と、その上流及び下流側の吸気通路部分とに分割してそれぞれをモデル化しても良く、また、吸気ポート部分モデルＭ４もさらに分割してモデル化しても良い。
エアクリーナ部分モデルＭ１のモデル式は、例えば、次式（１）である。
ｍ＝Ｃ＊（Ｐin−Ｐout） ・・・（１）
ここで、ｍはエアクリーナ部分モデルＭ１を通過する吸気流量であり、エアクリーナ部分モデルＭ１へ流入する吸気流量とエアクリーナ部分モデルＭ１から流出する吸気流量とは等しいとされる。Ｃはエアクリーナの流量係数であり、Ｐinはエアクリーナ部分モデルＭ１へ流入する吸気圧力であり、Ｐoutはエアクリーナ部分モデルＭ１から流出する吸気圧力である。
また、スロットル部分モデルＭ２のモデル式は、例えば、次式（２）である。
Figure 2008133767
 ここで、ｍはスロットル弁２を通過する吸気流量であり、スロットル部分モデルＭ２へ流入する吸気流量とスロットル部分モデルＭ２から流出する吸気流量とは等しいとされる。Ｃｔはスロットル弁開度ＴＡにより変化するスロットル弁２の流量係数であり、Ａｔはスロットル弁開度ＴＡにより変化するスロットル弁２の開口面積であり、Ｐinはスロットル部分モデルＭ２へ流入する吸気圧力であり、Ｐoutはスロットル部分モデルＭ２から流出する吸気圧力であり、ｋは比熱比であり、Ｒは気体定数である。Ｔは吸気温度であり、スロットル部分モデルＭ２へ流入する吸気温度とスロットル部分モデルＭ２から流出する吸気温度とは等しいとされる。
また、サージタンク部分モデルＭ３のモデル式は、例えば、次式（３）及び（４）である。
Figure 2008133767
 ここで、ｍinはサージタンク部分モデルＭ３へ流入する吸気流量であり、ｍoutはサージタンク部分モデルＭ３から流出する吸気流量である。Ｐはサージタンク３内の吸気圧力であり、サージタンク部分モデルＭ３へ流入する吸気圧力とサージタンク部分モデルＭ３から流出する吸気圧力とは等しいとされる。Ｖはサージタンクの容積であり、ｋは比熱比であり、Ｒは気体定数であり、Ｔinはサージタンク部分モデルＭ３へ流入する吸気温度であり、Ｔoutはサージタンク部分モデルＭ３から流出する吸気温度である。
また、吸気ポート部分モデルＭ４のモデル式は、例えば、前式（３）及び（４）と同じとすることができる。この場合において、ｍinは吸気ポート部分モデルＭ４へ流入する吸気流量であり、ｍoutは吸気ポート部分モデルＭ４から流出する吸気流量であり、Ｐは吸気ポート４内の圧力であり、吸気ポート部分モデルＭ４へ流入する吸気圧力と吸気ポート部分モデルＭ４から流出する吸気圧力とは等しいとされる。Ｖは吸気ポート４の容積であり、ｋは比熱比であり、Ｒは気体定数であり、Ｔinは吸気ポート部分モデルＭ４へ流入する吸気温度であり、Ｔoutは吸気ポート部分モデルＭ４から流出する吸気温度である。
このような機関吸気系の全部分モデルベースでは、各時刻において、吸気ポート部分モデルＭ４下流側の気筒内の圧力Ｐ１及び温度Ｔ１と、エアクリーナ部分モデルＭ１上流側の大気圧Ｐ２及び大気温度Ｔ２と、スロットル弁開度ＴＡとに基づき、各部分モデルに流入する吸気流量ｍin、吸気圧力Ｐin、及び吸気温度Ｔinが各部分モデルの直上流側に位置する部分モデルから流出する吸気流量ｍout、吸気圧力Ｐout、及び吸気温度Ｔoutに等しいとして、これら各値が算出される。こうして、全部分モデルベースでは、最下流に位置する吸気ポート部分モデルＭ４から流出する空気流量ｍoutが各時刻において気筒内へ流入する吸気流量となる。もちろん、各部分モデルにおいて、使用されたモデル式によっては、吸気流量、吸気圧力、及び吸気温度の全てが変化するとは限らない。例えば、吸気温度が変化しないとされているものでは、Ｔin及びＴoutは、上流側の部分モデルから流出する吸気温度Ｔoutと同じ値として計算される。
簡易化のために全部分モデルベースからいずれの部分モデルを省略するかは重要な問題であり、任意に部分モデルを省略すると、計算負荷を低減することはできても計算精度が非常に低下してしまうことがある。それにより、本発明の簡易化手法では、予め定めた機関加速パターンに対して全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの一つが部分モデル毎の判断値とされ、モデルベースにおいて算出が意図された特定値に最も影響する特定部分モデルの判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるような判断値を選択し、判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、こうして設定された優先順位が低い部分モデルは、特定値を算出するのにあまり影響しないこととなるために、このような部分モデルが省略されても特定値の計算精度がそれほど低下することはなく、優先順位の低い部分モデルほど全部分モデルベースから省略されて、特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下されたモデルベースを決定するようになっている。
具体的には、予め定めた機関加速パターンにより時刻Ｔ０からＴ１までスロットル弁の開度を徐々に増加させ、好ましくは、全閉から全開まで増加させ、この間（吸気弁は開弁し続けて気筒内の圧力（負圧）及び温度は一定であるとする）の各時刻において部分モデル毎に算出される複数の値及びこれらの値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量の絶対値、すなわち、吸気流量の変化量Δｍ（ｍout−ｍin）の絶対値、吸気圧力の変化量ΔＰ（Ｐout−Ｐin）の絶対値、吸気温度Ｔの変化量ΔＴ（Ｔout−Ｔin）の絶対値、及び、例えば、パワーの変化量Δｍｐ（ｍＰout−ｍＰin）の絶対値を、時刻Ｔ０からＴ１まで積算した積算値ΣΔｍ、ΣΔＰ、ΣΔＴ、及び、ΣΔｍＰの一つが、省略部分モデルを決定するための判断値とされる。
本モデルベースは、特定値として気筒内へ供給される吸気流量を算出するものであるために、各部分モデルのうちで吸気流量の算出に最も影響するスロットル部分モデルＭ２を省略することは考えられない。それにより、スロットル部分モデルＭ２の判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるような判断値を選択する。例えば、パワーの変化量絶対値の積算値ΣΔｍＰを判断値として選択する。
図２はエアクリーナ部分モデルＭ１を示しており、実線ＩＮは入力パワーの変化、実線ＯＵＴは出力パワーの変化、点線はエアクリーナ部分モデルＭ１での入出力パワーの変化量絶対値の変化である。同様に、図３はスロットル部分モデルＭ２を示し、図４はサージタンク部分モデルＭ３を示し、図５は吸気ポート部分モデルＭ４を示している。こうして、パワー変化量の絶対値の時刻Ｔ０からＴ１までの積算値は、スロットル部分モデルＭ２が最大となり、次いで、例えば、サージタンク部分モデルＭ３、エアクリーナ部分モデルＭ１、吸気ポート部分モデルＭ４の順となり、判断値が大きい部分モデルほど優先順位が高く設定される。
こうして、判断値に基づき全てのスロットル弁開度が考慮されて吸気流量の算出に最も影響するスロットル部分モデルＭ２を最も優先順位を高くした結果として、優先順位の低い部分モデルは、吸気流量の算出にあまり影響しないこととなり、先ずは、優先順位の最も低い吸気ポートモデルＭ４が全部分モデルベースから省略される。必要ならば、次には、次いで優先順位の低いエアクリーナ部分モデルＭ１が省略される。
こうして、例えば、サージタンク部分モデルＭ３が省略されれば、スロットル部分モデルＭ２の出力値は、吸気ポート部分モデルＭ４の入力値とされ、吸気流量の計算負荷を低下させることができ、車両ＥＣＵに実装するための所望計算負荷へ低下するまで、優先順位の低い順で部分モデルが省略されてＥＣＵに実装するためのモデルベースが決定される。
次に、機関駆動系において車両速度又は車両加速度を算出するために、タイヤ部分モデルへ伝達されるトルクを算出するための車両ＥＣＵに実装するモデルベースを決定する簡易化手法について説明する。図６は機関駆動系を示す概略図である。同図において、１０エンジンであり、２０はクラッチであり、３０はトランスミッションであり、４０はプロペラシャフトであり、５０はディファレンシャル装置であり、６０はドライブシャフトであり、７０はタイヤであり、８０は車両である。前述同様に、先ずは、機関駆動系全体を部分毎にモデル化した全部分モデルベースを準備する。
全部分モデルベースは、例えば、クラッチ部分モデルＭ２０と、トランスミッション部分モデルＭ３０と、プロペラシャフト部分モデルＭ４０と、ディファレンシャル部分モデルＭ５０と、ドライブシャフト部分モデルＭ６０とから構成される。以下に説明するが、エンジン部分モデルＭ１０はトルク及び角速度の発生源であり、タイヤ部分モデルＭ７０及び車両部分モデルＭ８０は、タイヤ部分モデルＭ７０への入力トルク及び入力角速度から車速度及び車両加速度を算出するものであり、これらは全部分モデルベースには含まれない。
エンジン部分モデルＭ１０のモデル式は、例えば、図１０に示す機関回転数とスロットル弁開度とに基づく発生トルクのマップである。
クラッチ部分モデルＭ２０のモデル式は、例えば、次式（５）及び（６）である。
Figure 2008133767
 ここで、Ｉ1はクラッチ２０のエンジン側の慣性モーメントであり、Ｉ2はクラッチ２０のトランスミッション側の慣性モーメントであり、ωinは入力角速度であり、ωoutは出力角速度であり、Ｔinは入力トルクであり、Ｔoutは出力トルクであり、θinは入力回転角であり、θoutは出力回転角であり、Ｋはクラッチ２０のばね定数である。
また、トランスミッション部分モデルＭ３０のモデル式は、例えば、次式（７）及び（８）である。
Ｔout＝Ｎ＊Ｔin ・・・（７）
ωin＝Ｎ＊ωout ・・・（８）
ここで、Ｎは変速比であり、ωinは入力角速度であり、ωoutは出力角速度であり、Ｔinは入力トルクであり、Ｔoutは出力トルクである。
また、プロペラシャフト部分モデルＭ４０のモデル式は、例えば、次式（９）、（１０）、及び、（１１）である。
Figure 2008133767
 ここで、Ｉはプロペラシャフト４０の慣性モーメントであり、ωは角速度であり、入出力角速度は同じとされる。Ｔinは入力トルクであり、Ｔoutは出力トルクであり、θinは入力回転角であり、θoutは出力回転角であり、Ｋはプロペラシャフトの剛性である。
また、ディファレンシャル部分モデルＭ５０のモデル式は、例えば、次式（１２）、（１３）、及び、（１４）である。
ωin＝（ωRout＋ωLout）Ｎ／２ ・・・（１２）
ＴRout＝ＴLout ・・・（１３）
−ＴinＮ＝ＴRout＋ＴLout ・・・（１４）
ここで、ωinは入力角速度であり、ωRoutは右側出力角速度であり、ωLoutは左側出力角速度であり、Ｔinは入力トルクであり、ＴRoutは右側出力トルクであり、ＴLoutは左側出力トルクであり、Ｎはディファレンシャルギヤ比である。
また、ドライブシャフト部分モデルＭ６０のモデル式は、例えば、前式（９）、（１０）、及び、（１１）と同じとすることができる。
ここで、Ｉはドライブシャフト６０の慣性モーメントであり、ωは角速度であり、入出力角速度は同じとされる。Ｔinは入力トルクであり、Ｔoutは出力トルクであり、θinは入力回転角であり、θoutは出力回転角であり、Ｋはドライブシャフト６０の剛性である。
また、タイヤ部分モデルＭ７０のモデル式は、例えば、次式（１５）及び（１６）である。
Figure 2008133767
 ここで、Ｉはタイヤの慣性モーメントであり、ωはタイヤの角速度であり、Ｔはタイヤに伝達されるトルクであり、Ｎはタイヤの分担荷重であり、μはスリップ率ｓにより図１１に示すように変化するタイヤの摩擦係数であり、Ｒはタイヤの半径であり、ｖは車速である。
また、車両部分モデルＭ８０のモデル式は、例えば、次式（１７）である。
Figure 2008133767
 ここで、ｍは車重であり、ｖは車速であり、ＮRは右側タイヤの分担荷重であり、ＮLは左側タイヤの分担荷重であり、μはスリップ率ｓにより図１１に示すように変化するタイヤの摩擦係数であり、ｓRは右側タイヤのスリップ率であり、ＳLは左側タイヤのスリップ率であり、Ｆは車速ｖの関数となる走行抵抗である。
このような機関駆動系の全部分モデルベースでは、各時刻において、エンジン部分モデルＭ１０から出力されるトルク及び角速度に基づき、各部分モデルの入力トルクＴin及び入力角速度ωinが、各部分モデルの直上流側に位置する部分モデルからの出力トルクＴout及び出力角速度ωoutに等しいとして、これらの各値が算出され、ドライブシャフト部分モデルＭ６０の出力トルクＴout及び出力角速度ωoutがタイヤ部分モデルＭ７０へ伝達されるトルク及び角速度となり、タイヤ部分モデルＭ７０及び車両部分モデルＭ８０において各時刻の車両速度及び車両加速度が算出される。
機関駆動系の場合には、予め定めた車両加速パターンにより時刻Ｔ２からＴ３までエンジンの発生トルクを徐々に増加させ（同時に、出力角速度としてのクランクシャフトの角速度も変化する）、好ましくは、最小発生トルクから最大発生トルクまで徐々に増加させ、この間の各時刻において部分モデル毎に算出される各値及び各値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量の絶対値、すなわち、トルクの変化量ΔＴ（Ｔout−Ｔin）の絶対値、角速度の変化量Δω（ωout−ωin）の絶対値、及び、パワーの変化量ΔＴω（Ｔωout−Ｔωin）の絶対値を時刻Ｔ２からＴ３まで積算した積算値ΣΔＴ、ΣΔω、及び、ΣΔＴωの一つが、省略部分モデルを決定するための判断値とされる。
本モデルベースは、車両速度及び車両加速度を算出するために、特定値としてタイヤ部分モデルＭ７０へ伝達されるトルクＴ（同時に、タイヤ部分モデルＭ７０へ伝達される角速度ωも算出される）を算出するものであるために、各部分モデルのうちでトルクの算出に最も影響するトランスミッション部分モデルＭ３０を省略することは考えられない。それにより、トランスミッション部分モデルＭ３０の判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるような判断値を選択する。例えば、トルクの変化量絶対値の積算値ΣΔＴを判断値として選択する。
図７はクラッチ部分モデルＭ２０を示しており、実線ＩＮは入力トルクの変化、実線ＯＵＴは出力トルクの変化、点線はクラッチ部分モデルＭ２０での入出力トルクの変化量絶対値の変化である。同様に、図８はトランスミッション部分モデルＭ３０を示し、図９はプロペラシャフト部分モデルＭ４０を示している。他のディファレンシャル部分モデルＭ５０及びドライブシャフト部分モデルＭ６０に関しても同様に入出力トルクの変化量絶対値の変化を算出する。
その結果として、トルク変化量の絶対値の時刻Ｔ２からＴ３までの積算値は、トランスミッション部分モデルＭ３０が最大となり、次いで、例えば、クラッチ部分モデルＭ２０、ディファレンシャル部分モデルＭ５０、プロペラシャフト部分モデルＭ４０、ドライブシャフト部分モデルＭ６０の順となり、判断値が大きい部分モデルほど優先順位が高く設定される。
こうして、判断値に基づき全ての発生トルクが考慮されてトルクの算出に最も影響するトランスミッション部分モデルＭ３０を最も優先順位を高くした結果として、優先順位の低い部分モデルは、トルクの算出にあまり影響しないこととなり、先ずは、優先順位の最も低いドライブシャフト部分モデルＭ６０が全部分モデルベースから省略される。必要ならば、次には、次いで優先順位の低いプロペラシャフト部分モデルＭ４０が省略される。こうしてトルクの計算負荷が、車両ＥＣＵに実装するための所望計算負荷へ低下するまで、優先順位の低い順で部分モデルが省略されてＥＣＵに実装するためのモデルベースが決定される。
また、本モデルベースが、車両駆動系の捩れ振動を算出するものである場合には、特定値としてタイヤ部分モデルＭ７０へ伝達される駆動系の捩れ量を算出する必要があり、この場合には、各部分モデルのうちで捩れ量の算出に最も影響するドライブシャフト部分モデルＭ６０を省略することは考えられない。それにより、ドライブシャフト部分モデルＭ６０の判断値が全ての部分モデルの判断値のうちで最大となるような判断値を選択する。例えば、トルクと角速度との積、すなわち、パワーの変化量の絶対値の積算値ΣΔＴωを判断値として選択する。
その結果として、パワー変化量の絶対値の時刻Ｔ２からＴ３までの積算値は、ドライブシャフト部分モデルＭ６０が最大となり、次いで、例えば、クラッチ部分モデルＭ２０、ディファレンシャル部分モデルＭ５０、プロペラシャフト部分モデルＭ４０、トランスミッション部分モデルＭ３０の順となり、判断値が大きい部分モデルほど優先順位が高く設定される。
こうして、判断値に基づき全ての発生トルクが考慮されて捩れ量の算出に最も影響するドライブシャフト部分モデルＭ６０を最も優先順位を高くした結果として、優先順位の低い部分モデルは、捩れ量の算出にあまり影響しないこととなり、先ずは、優先順位の最も低いトランスミッション部分モデルＭ３０が全部分モデルベースから省略される。必要ならば、次には、次いで優先順位の低いプロペラシャフト部分モデルＭ４０が省略される。こうして捩れ量の計算負荷が、車両ＥＣＵに実装するための所望計算負荷へ低下するまで、優先順位の低い順で部分モデルが省略されてＥＣＵに実装するためのモデルベースが決定される。
ところで、機関駆動系のモデルベースにおいて、車両速度及び車両加速度と機関駆動系の捩れ振動との両方を第一特定値及び第二特定値として算出することが望まれることがある。この場合には、トルク変化量の絶対値の積算値を判断値として、ドライブシャフト部分モデルＭ６０を省略したのでは、機関駆動系の正確な捩れ振動を算出することができなくなり、また、パワー変化量の絶対値の積算値を判断値として、トランスミッション部分モデルＭ３０を省略したのでは、正確な車両速度及び車両加速度を算出することができなくなる。
それにより、この場合には、トルク変化量の絶対値の積算値を第一判断値とし、パワー変化量の絶対値の積算値を第二判断値とし、第一判断値の全ての部分モデルの合計に対する部分モデル毎の第一判断値の第一割合を算出すると共に、第二判断値の全ての部分モデルの合計に対する部分モデル毎の第二判断値の第二割合を算出し、各部分モデルにおいて第一割合と第二割合との大きい値を判断割合とし、判断割合が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定する。
こうして設定された優先順位が低い部分モデルは、タイヤへの伝達トルク及び捩り振動のいずれを算出するのにもあまり影響しないこととなるために、このような部分モデルが省略されてもタイヤへの伝達トルク及び捩り振動の計算精度がそれほど低下することはなく、優先順位の低い部分モデルほど全部分モデルベースから省略されて、タイヤへの伝達トルク及び捩り振動の計算負荷が所望計算負荷まで低下されたモデルベースを決定するようになっている。
例えば、判断割合が最も大きくなるのは、ドライブシャフト部分モデルＭ６０（０％，４５％）であり、次いで、トランスミッション部分モデルＭ３０（４０％，０％）、クラッチ部分モデルＭ２０（２５％，３０％）、ディファレンシャル部分モデルＭ５０（２０％，１５％）、プロペラシャフト部分モデルＭ４０（１５％，１０％）の順となる。ここで、括弧内の割合は（第一割合，第二割合）である。こうして、この逆の順序で、全部分モデルベースから部分モデルが省略されていき、ＥＣＵに実装するためのモデルベースが決定される。
こうして、所望計算負荷とされたモデルベースが、車両ＥＣＵに実装されることとなるが、車両ＥＣＵにおいて、例えば、失火検出等の重要な判断を要求される時には、その分ＥＣＵの計算能力が低下するために、同時にモデルベースでの計算が一時的に困難となることがある。この場合には、一部の部分モデルが省略されてＥＣＵに実装されたモデルベースからさらに部分モデルを省略して計算負荷を低下させることが好ましい。
図１２は、ＥＣＵに実装されたモデルベースからＥＣＵの計算能力に応じて部分モデルを省略して計算を実施するためのフローチャートである。先ず、ステップ１０１において、特定値の計算要求があるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了する。一方、ステップ１０１の判断が肯定される時には、ステップ１０２において、他の計算によって現在のＥＣＵの計算能力が低下しているか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ１０４に進んで、ＥＣＵに実装されたモデルベースによって特定値の計算が実施される。
しかしながら、ステップ１０２の判断が肯定される時には、ＥＣＵに実装されたモデルベースそのままでは計算が困難であるために、ステップ１０３において、省略する部分モデルを決定する。前述したように、ＥＣＵに実装するモデルベースを決定する際に、部分モデルの優先順位が設定されているために、この優先順位の低い順で部分モデルを省略することとなる。このようにして一つ又は複数の部分モデルを省略することにより、特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させ、ステップ１０４において特定値の計算を実施する。
また、モデルベースを使用して第一特定値又は第二特定値を算出する場合において、ＥＣＵの計算能力が一時的に低下した時には、全部分モデルベースから部分モデルを省略するのに設定した優先順位は、第一特定値及び第二特定値の両方を計算するとして設定されたものであるために、この優先順位をそのまま使用して、第一特定値又は第二特定値を算出する際にＥＣＵに実装されたモデルベースから部分モデルを省略するのは好ましくない。
もし、第一特定値を算出するのであれば、この時の優先順位に対応する第一割合が小さい部分モデルほどモデルベースから省略して第一特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させることが好ましい。また、第二特定値を算出するのであれば、この時の優先順位に対応する第二割合が小さい部分モデルほどモデルベースから省略して第二特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させることが好ましい。
本発明によるモデル簡易化手法によって簡易化される機関吸気系の概略図である。 エアクリーナ部分モデルにおけるパワーの入出力変化を示すグラフである。 スロットル部分モデルにおけるパワーの入出力変化を示すグラフである。 サージタンク部分モデルにおけるパワーの入出力変化を示すグラフである。 吸気ポート部分モデルにおけるパワーの入出力変化を示すグラフである。 本発明によるモデル簡易化手法によって簡易化される機関駆動系の概略図である。 クラッチ部分モデルにおけるトルクの入出力変化を示すグラフである。 トランスミッション部分モデルにおけるトルクの入出力変化を示すグラフである。 プロペラシャフト部分モデルにおけるトルクの入出力変化を示すグラフである。 機関回転数とスロットル弁開度とに基づくエンジン発生トルクのマップである。 スリップ率とタイヤの摩擦係数との関係を示すグラフである。 ＥＣＵに実装されたモデルベースからＥＣＵの計算能力に応じて部分モデルを省略して計算を実施するためのフローチャートである。
符号の説明
１ エアクリーナ
２ スロットル弁
３ サージタンク
４ 吸気ポート
１０ エンジン
２０ クラッチ
３０ トランスミッション
４０ プロペラシャフト
５０ ディファレンシャル装置
６０ ドライブシャフト
７０ タイヤ
８０ 車両

Claims (7)

  1. ＥＣＵに実装するモデルベースを決定するために、前記モデルベースの系全体を部分毎にモデル化した全部分モデルベースを準備し、予め定めた機関加速パターンに対して前記全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び前記複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ前記機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの一つが前記部分モデル毎の判断値とされ、前記モデルベースにおいて算出が意図された特定値に最も影響する特定部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるように前記判断値を選択し、前記判断値が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、前記優先順位の低い部分モデルほど前記全部分モデルベースから省略されて、前記特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下された前記モデルベースを決定することを特徴とするモデルベース開発におけるモデル簡易化手法。
  2. 前記モデルベースは機関吸気系であり、前記特定値は気筒内へ供給される吸気流量であり、気筒内へ供給される前記吸気流量に最も影響する前記特定部分モデルをスロットル部分モデルとし、前記機関加速パターンにおいてスロットル弁の開度を徐々に増加させ、前記全部分モデルベースの前記部分モデル毎に単位時間毎に算出される吸気流量と吸気圧力との積の変化量絶対値を、前記機関加速パターンにおいて積算した積算値を前記判断値とし、前記スロットル部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるようにすることを特徴とする請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法。
  3. 前記モデルベースは機関駆動系であり、前記特定値はタイヤへ伝達されるトルクであり、タイヤへ伝達される前記トルクに最も影響する前記特定部分モデルをトランスミッション部分モデルとし、前記機関加速パターンにおいて機関発生トルクを徐々に増加させ、前記全部分モデルベースの前記部分モデル毎に単位時間毎に算出されるトルクの変化量絶対値を、前記機関加速パターンにおいて積算した積算値を前記判断値とし、前記トランスミッション部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるようにすることを特徴とする請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法。
  4. 前記モデルベースは機関駆動系であり、前記特定値は機関駆動系の捩れ量であり、前記捩れ量に最も影響する前記特定部分モデルをドライブシャフト部分モデルとし、前記機関加速パターンにおいて機関発生トルクを徐々に増加させ、前記全部分モデルベースの前記部分モデル毎に単位時間毎に算出されるトルクと角速度との積の変化量絶対値の積算値を、前記機関加速パターンにおいて積算した積算値を前記判断値とし、前記ドライブシャフト部分モデルの前記判断値が全ての前記部分モデルの前記判断値のうちで最大となるようにすることを特徴とする請求項１に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法。
  5. ＥＣＵに実装するモデルベースを決定するために、前記モデルベースの系全体を部分毎にモデル化した全部分モデルベースを準備し、予め定めた機関加速パターンに対して前記全部分モデルベースの部分モデル毎に単位時間毎に算出される複数の値の変化量絶対値及び前記複数の値のうちの少なくとも二つの値の積の変化量絶対値を、それぞれ前記機関加速パターンにおいて積算した複数の積算値のうちの二つが部分モデル毎の第一判断値及び第二判断値とされ、前記モデルベースにおいて算出が意図された第一特定値に最も影響する第一特定部分モデルの前記第一判断値が全ての前記部分モデルの前記第一判断値のうちで最大となるような前記第一判断値を選択し、前記モデルベースにおいて算出が意図された第二特定値に最も影響する第二特定部分モデルの前記第二判断値が全ての前記部分モデルの前記第二判断値のうちで最大となるような前記第二判断値を選択し、前記第一判断値の全ての前記部分モデルの合計に対する前記部分モデル毎の前記第一判断値の第一割合を算出すると共に、前記第二判断値の全ての前記部分モデルの合計に対する前記部分モデル毎の前記第二判断値の第二割合を算出し、各前記部分モデルにおいて前記第一割合と前記第二割合との大きい値を判断割合とし、前記判断割合が大きい部分モデルほど優先順位を高く設定し、前記優先順位の低い部分モデルほど前記全部分モデルベースから省略されて、前記第一特定値及び前記第二特定値の計算負荷が所望計算負荷まで低下された前記モデルベースを決定することを特徴とするモデルベース開発におけるモデル簡易化手法。
  6. 請求項１から４に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法により決定されてＥＣＵに実装された前記モデルベースを使用して前記特定値を算出する際に、現在のＥＣＵの計算能力が低下している場合には、前記優先順位の低い部分モデルほど前記モデルベースから省略されて、前記特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させることを特徴とするモデルベースを使用する計算手法。
  7. 請求項５に記載のモデルベース開発におけるモデル簡易化手法により決定されてＥＣＵに実装された前記モデルベースを使用して前記第一特定値又は前記第二特定値を算出する際に、現在のＥＣＵの計算能力が低下している場合には、前記第一特定値を算出する時には、前記第一割合が小さい部分モデルほど前記モデルベースから省略され、前記第二特定値を算出する際には、前記第二割合が小さい部分モデルほど前記モデルベースから省略され、前記第一特定値又は前記第二特定値の計算負荷を現在のＥＣＵの計算能力以下に低下させることを特徴とするモデルベースを使用する計算手法。
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