JP2010127110A - Catalyst abnormality diagnostic system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、触媒異常診断装置に関し、特に、触媒状態に対応した規則等を利用して、触媒の異常判定を行う触媒異常診断装置に関する。 The present invention relates to a catalyst abnormality diagnosis device, and more particularly, to a catalyst abnormality diagnosis device that performs catalyst abnormality determination using a rule or the like corresponding to a catalyst state.
従来、例えば特許文献1には、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置が開示されている。この触媒装置では、触媒温度と排気流量との間に成立する関係式の未知パラメータを、車両走行時の実測データに基づいて特定することで求め、求めたパラメータにより該関係式を特定している。
Conventionally, for example,
ところで、排気浄化触媒の状態が活性状態か不活性状態かで触媒温度が変化することが考えられる。つまり、活性状態であれば排気ガスの浄化反応が理論どおりに起こるため、触媒温度が特定の温度範囲内で機能することが考えられ、逆に、不活性状態であれば浄化反応が不完全で化学反応による触媒温度の上昇が見込まれず、触媒温度が排気流量、排ガス温度等から影響を受けることが考えられる。このような場合には、それぞれの触媒状態に対応した関係式を特定できることが望ましい。しかしながら、特許文献1の推定モデルは単一の関係式であり、活性/不活性状態の区別なく算出される排気流量がこの単一関係式に導入される。このため、触媒状態を考慮した場合には、推定される触媒温度の精度が低下する可能性があった。
By the way, it is conceivable that the catalyst temperature changes depending on whether the exhaust purification catalyst is in an active state or an inactive state. In other words, since the exhaust gas purification reaction occurs as theoretically in the active state, the catalyst temperature may function within a specific temperature range. Conversely, in the inactive state, the purification reaction is incomplete. It is conceivable that the catalyst temperature is not expected to increase due to a chemical reaction, and the catalyst temperature is affected by the exhaust gas flow rate, the exhaust gas temperature, and the like. In such a case, it is desirable that a relational expression corresponding to each catalyst state can be specified. However, the estimation model of
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒温度を高精度に推定することが可能な触媒異常診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a catalyst abnormality diagnosis device capable of estimating the catalyst temperature with high accuracy.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、触媒異常診断装置であって、
触媒入口ガス温度及び触媒温度の過去のデータが従う触媒の活性状態に対応した第1確率分布の未知パラメータ及び触媒の不活性状態に対応した第2確率分布の未知パラメータを、これらのデータに基づいて最尤推定法により推定し、推定した未知パラメータにより前記第1確率分布及び前記第2確率分布を特定する確率分布特定手段と、
特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、前記過去のデータの各々が前記活性状態のデータであるか、或いは前記不活性状態のデータであるかの判定を行い、夫々活性状態クラスタ及び不活性状態クラスタに分類するデータ分類手段と、
前記活性状態と前記不活性状態との境界で成立する境界条件を、前記過去のデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記境界条件を特定する境界条件特定手段と、
所定の時刻における触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻における触媒温度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記活性状態クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を触媒活性状態に対応した第1規則として特定する第1規則特定手段と、
所定の時刻における触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻における触媒温度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記不活性状態クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を触媒不活性状態に対応した第2規則として特定する第2規則特定手段と、
特定した前記境界条件に触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータの現在値を含むデータを適用して、前記現在値を含むデータが前記活性状態に区分されるか、或いは前記不活性状態に区分されるかを推定する区分推定手段と、
前記第1規則又は前記第2規則に前記現在値を含むデータを適用して将来の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記区分推定手段による推定結果及び/又は前記将来の触媒温度に基づいて、触媒の異常を判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a catalyst abnormality diagnosis device,
Based on these data, the unknown parameter of the first probability distribution corresponding to the active state of the catalyst and the unknown parameter of the second probability distribution corresponding to the inactive state of the catalyst according to the past data of the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature are based on these data. Probability distribution specifying means for estimating the first probability distribution and the second probability distribution based on the estimated unknown parameter,
Based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, it is determined whether each of the past data is data in the active state or data in the inactive state, respectively. Data classification means for classifying into active state clusters and inactive state clusters;
Boundary condition specifying means for estimating a boundary condition established at a boundary between the active state and the inactive state based on the past data, and specifying the boundary condition by the estimated unknown parameter;
An unknown parameter of a relationship established between the catalyst inlet gas temperature and catalyst temperature data at a predetermined time and the catalyst temperature data at a time one step ahead of the predetermined time is used as the data of the active state cluster. First rule specifying means for estimating based on the estimated unknown parameter and specifying the relationship as a first rule corresponding to the catalyst active state;
An unknown parameter having a relationship established between the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature data at a predetermined time and the catalyst temperature data at a time one step ahead of the predetermined time is defined as the inactive state cluster data. A second rule specifying means for specifying the relationship as a second rule corresponding to the catalyst inactive state based on the estimated unknown parameter;
The data including the current values of the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature data is applied to the specified boundary condition, and the data including the current value is classified into the active state or the inactive state. A category estimation means for estimating whether or not
A catalyst temperature estimating means for estimating a future catalyst temperature by applying data including the current value to the first rule or the second rule;
And an abnormality determining means for determining an abnormality of the catalyst based on the estimation result by the classification estimating means and / or the future catalyst temperature.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記区分推定手段による推定結果及び/又は前記将来の触媒温度に基づいて触媒の異常を判定する異常判定手段を備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
An abnormality determining means for determining an abnormality of the catalyst based on the estimation result by the classification estimating means and / or the future catalyst temperature is provided.
また、第3の発明は、第2の発明において、
前記活性状態と前記不活性状態との境界から前記現在値を含むデータがどの程度離れているかを示す距離を演算する距離演算手段と、
前記距離が予め定めた第1判定値以上であるか否かにより前記異常判定手段による判定結果の妥当性を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
Distance calculating means for calculating a distance indicating how far the data including the current value is away from a boundary between the active state and the inactive state;
Evaluation means for evaluating the validity of the determination result by the abnormality determination means depending on whether or not the distance is equal to or greater than a predetermined first determination value.
また、第4の発明は、第2又は第3の発明において、
特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、前記現在値を含むデータが前記活性状態のデータであるか、或いは前記不活性状態のデータであるかの判定を行い、前記異常判定手段による判定結果の妥当性を評価する評価第2手段と、を備えることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is 2nd or 3rd invention,
Based on the first probability distribution and the second probability distribution after identification, it is determined whether the data including the current value is the data in the active state or the data in the inactive state, Evaluation second means for evaluating the validity of the determination result by the abnormality determination means.
第1の発明によれば、触媒活性状態に対応した第1規則、触媒不活性状態に対応した第2規則という2つの規則から、将来の触媒温度を推定できる。これら2つの規則は、触媒入口ガス温度及び触媒温度の過去のデータが従う2つの確率分布、すなわち、触媒活性状態に対応した第1確率分布及び触媒不活性状態に対応した第2確率分布にこれらの過去のデータのそれぞれを分類し、分類した後のデータ群である活性状態クラスタ及び不活性状態クラスタに基づいて特定されたものである。したがって、第1の発明によれば、このように特定した2つの規則で将来の触媒温度を推定できることから、単一の関係式を用いて推定する場合に比べ、将来の触媒温度をより高精度に推定できる。 According to the first aspect of the invention, the future catalyst temperature can be estimated from the two rules, the first rule corresponding to the catalyst active state and the second rule corresponding to the catalyst inactive state. These two rules are based on two probability distributions followed by past data of catalyst inlet gas temperature and catalyst temperature: a first probability distribution corresponding to the catalyst active state and a second probability distribution corresponding to the catalyst inactive state. Each past data is classified and specified based on an active state cluster and an inactive state cluster which are data groups after the classification. Therefore, according to the first invention, since the future catalyst temperature can be estimated by the two rules specified in this way, the future catalyst temperature can be more accurately compared with the case of estimating using a single relational expression. Can be estimated.
さらに、第1の発明によれば、触媒活性状態と触媒不活性状態との境界で成立する境界条件により、触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータの現在値を含むデータが触媒活性状態、触媒不活性状態のどちらに区分されるかを推定することができる。そして、この境界条件による区分と、上述した2つの規則とを組み合わせることで、上記の現在値を含むデータがどちらの状態にあるかで将来の触媒温度を推定する規則を切り替えることが可能となる。したがって、第1の発明によれば、上記の現在値を含むデータがどちらの状態であるかを推定し、そのときの将来の触媒温度を高精度に推定することができる。 Further, according to the first invention, the data including the current values of the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature data are converted into the catalyst active state, the catalyst inactive state, based on the boundary condition established at the boundary between the catalyst active state and the catalyst inactive state. The active state can be estimated. Then, by combining the classification based on the boundary condition and the two rules described above, it is possible to switch the rule for estimating the future catalyst temperature depending on which state the data including the current value is in. . Therefore, according to the first invention, it is possible to estimate which state the data including the current value is, and to estimate the future catalyst temperature at that time with high accuracy.
第2の発明によれば、区分推定手段による推定結果及び/又は前記将来の触媒温度に基づいて、触媒の異常を判定することができる。上述したように、第1の発明によって、現在値を含むデータがどちらの状態であるかが推定され、そのときの触媒温度が推定されている。このため、これら2つの推定結果の一方又は両方を判断指標として触媒異常判定をすることができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to determine the abnormality of the catalyst based on the estimation result by the segment estimation means and / or the future catalyst temperature. As described above, according to the first invention, it is estimated which state the data including the current value is, and the catalyst temperature at that time is estimated. For this reason, catalyst abnormality determination can be performed using one or both of these two estimation results as a determination index.
第3の発明によれば、触媒活性状態と触媒不活性状態との境界から上記の現在値を含むデータがどの程度離れているかを示す距離を演算することができる。そして、上記の触媒異常判定を行う際に用いた上記の現在値のデータの信憑性を、この距離を判定指標として用いることにより、評価することができる。こうすることで、触媒異常判定の結果の妥当性を評価することができる。 According to the third invention, it is possible to calculate a distance indicating how far the data including the current value is away from the boundary between the catalyst active state and the catalyst inactive state. Then, the credibility of the current value data used in performing the catalyst abnormality determination can be evaluated by using this distance as a determination index. By doing so, it is possible to evaluate the validity of the result of the catalyst abnormality determination.
第4の発明によれば、特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、上記の現在値を含むデータが、前記触媒活性状態のデータであるか、或いは前記触媒不活性状態のデータであるかの判定を行うことができる。そして、上記の触媒異常判定を行う際に用いた上記の現在値のデータの信憑性を評価することができる。したがって、触媒異常判定の結果の妥当性を評価することができる。 According to the fourth invention, based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, the data including the current value is data on the catalyst active state, or the catalyst inactivity. It is possible to determine whether the data is state data. Then, it is possible to evaluate the credibility of the current value data used when the catalyst abnormality determination is performed. Therefore, the validity of the result of the catalyst abnormality determination can be evaluated.
実施形態1.
実施形態1の触媒異常診断装置は、車両等に搭載されるECU(Electronic Control Unit)内部に構成されている。このため、先ず、図1を用いて、本実施形態に係る装置の説明をする。図1は、ECUが触媒の異常判定を行う診断装置として機能する場合の機能ブロック図である。
The catalyst abnormality diagnosis device of
図1に示すように、ECUは、システム同定部10、触媒温度推定部18及び異常判定部20から構成されている。また、システム同定部10は、データクラスタリング部12、分離超平面推定部14及びシステムパラメータ推定部16から構成されている。
As shown in FIG. 1, the ECU includes a
(システム同定部10)
システム同定部10は、内燃機関の排気通路に配置された触媒に流入する排気ガスの温度(触媒入口ガス温度)からその触媒の温度までの特性を記述する同定式を、触媒の活性状態と触媒の不活性状態とで同定式が切り替わる区分的アフィン自己回帰(Piece-Wise affine Auto-Regressive eXogeneous;PWARX)モデルとして同定を行うように構成されている。システム同定部10は、過去の入出力に関する時系列データに基づいて、後述する式(1)及び(2)のパラメータθ1、θ2、a、bを決定し、PWARXモデルの同定を行うことを特徴とする。
(System identification unit 10)
The
同定は、過去の入力データである触媒入口ガス温度及び出力データである触媒温度を、過去の時系列データとして用いることにより行う。時刻kにおける触媒入口ガス温度をu(k)、触媒温度をy(k)とする。時刻kを現在時刻とすると、過去の時系列データは、u(k-1),u(k-2),・・・、y(k-1),y(k-2),・・・で表される。これら過去の時系列データは、ECUにバッファリングされているものとする。 The identification is performed by using the catalyst inlet gas temperature as past input data and the catalyst temperature as output data as past time-series data. The catalyst inlet gas temperature at time k is u (k), and the catalyst temperature is y (k). If time k is the current time, the past time series data is u (k-1), u (k-2), ..., y (k-1), y (k-2), ... It is represented by These past time-series data are assumed to be buffered in the ECU.
過去の時系列データに基づくエンジン特性がPWARXモデルに従うと仮定すると、触媒入口ガス温度と触媒温度との関係は次式(1)及び(2)で表される。
x(k)=[y(k-1) ・・・ y(k-ny) u(k-1) ・・・ u(k-nu)]T ・・・(3)
により与えられる。上式(3)において、kは、k=1,2,・・・,Nの離散時刻の値であり、Nはデータ数である。また、自然数ny,nuは、それぞれモデルを記述するために必要な過去の時系列データの個数を表す。また、θ1及びθ2は、これらのモデルを規定する未知のパラメータである。
Assuming that engine characteristics based on past time series data follow the PWARX model, the relationship between the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature is expressed by the following equations (1) and (2).
x (k) = [y (k-1) ... y (kn y ) u (k-1) ... u (kn u )] T (3)
Given by. In the above equation (3), k is a discrete time value of k = 1, 2,..., N, and N is the number of data. The natural numbers n y and n u represent the number of past time series data necessary for describing the model. Θ 1 and θ 2 are unknown parameters that define these models.
また、上式(1)及び(2)に示すように、触媒活性状態と触媒不活性状態は、回帰ベクトル空間上における分離超平面で分割されるものとする。分離超平面は、これら2つの状態の境界であり、次式(4)で表される。
aTx(k)+b=0 ・・・(4)
上式(4)において、a及びbは、分離超平面を規定する未知のパラメータである。
Further, as shown in the above formulas (1) and (2), the catalytically active state and the catalytically inactive state are assumed to be divided by a separation hyperplane on the regression vector space. The separation hyperplane is a boundary between these two states and is expressed by the following equation (4).
a T x (k) + b = 0 (4)
In the above equation (4), a and b are unknown parameters that define the separation hyperplane.
(データクラスタリング部12)
システム同定部10内のデータクラスタリング部12は、過去の時系列データを、触媒活性状態に対応する触媒活性クラスタC1又は触媒不活性状態に対応する触媒不活性クラスタC2に分類するように構成されている。
(Data clustering unit 12)
The
分類は、まず、観測データベクトルzk=(xT(k) yT(k))Tを定義する。そして、この観測データベクトルzkのN個の観測データz1,・・・,zNが、触媒活性状態及び触媒不活性状態に対応する正規分布からなる混合正規分布に従うと仮定する。 In the classification, first, an observation data vector z k = (x T (k) y T (k)) T is defined. Then, it is assumed that N pieces of observation data z 1 ,..., Z N of this observation data vector z k follow a mixed normal distribution composed of normal distributions corresponding to the catalyst active state and the catalyst inactive state.
混合正規分布は、パラメータΦ=(α1,α2,μ1,μ2,Σ1,Σ2)を用いて次式(5)のように表される。
続いて、混合正規分布のパラメータΦを最尤推定法により求める。尤度関数
続いて、求めたパラメータΦを用いて、観測データの分類を行う。ここで、観測データが触媒活性クラスタC1に帰属する帰属確率をα1p1(zk;Φ)、触媒不活性クラスタC2に帰属する帰属確率をα2p2(zk;Φ)とする。分類は、得られた帰属確率がより高い部分分布に対応するクラスタに分類する。すなわち、α1p1(zk;Φ)≧α2p2(zk;Φ)のデータを触媒活性クラスタC1に、α1p1(zk;Φ)<α2p2(zk;Φ)のデータを触媒不活性クラスタC2に分類する。こうすることで、観測データに対応する時刻k=1,2,・・・,Nをそれぞれのクラスタに分類することができる。 Subsequently, the observed data is classified using the obtained parameter Φ. Here, the assigned probability that the observed data belongs to the catalytically active cluster C 1 is α 1 p 1 (z k ; Φ), and the assigned probability that is attributed to the catalyst inactive cluster C 2 is α 2 p 2 (z k ; Φ). And The classification is performed into clusters corresponding to partial distributions having higher attribution probabilities. That is, data of α 1 p 1 (z k ; Φ) ≧ α 2 p 2 (z k ; Φ) is assigned to the catalytic activity cluster C 1 and α 1 p 1 (z k ; Φ) <α 2 p 2 (z k; [Phi data) are classified into catalytically inactive cluster C 2. By doing so, the times k = 1, 2,..., N corresponding to the observation data can be classified into the respective clusters.
(分離超平面推定部14)
システム同定部10内の分離超平面推定部14は、触媒活性状態と触媒不活性状態とを分割する回帰空間上の分離超平面のパラメータを推定するように構成されている。上式(4)により与えられる分離超平面のパラメータa,bは、ソフトマージンサポートベクターマシンを利用することにより推定できる。
(Separated hyperplane estimation unit 14)
The separation
サポートベクターマシンは、与えられたデータが2つのクラスのどちらに属するかを判断することのできるアルゴリズムであり、全てのサンプルデータに対して正しいクラスが存在する(線形分離可能)ときに成立する超平面のパラメータa,bを調整する方法である。しかし、このような線形分離を実現する超平面は、1つに決まらない。そこで、超平面から各クラスまでの距離をマージン(1/||a||)とし、このマージンを最大にするように超平面のパラメータa,bを決定する。 A support vector machine is an algorithm that can determine which of two classes a given data belongs to, and that is true when there is a correct class for all sample data (linear separation is possible). This is a method of adjusting the parameters a and b of the plane. However, there is no single hyperplane that realizes such linear separation. Therefore, the distance from the hyperplane to each class is defined as a margin (1 / || a ||), and the hyperplane parameters a and b are determined so as to maximize this margin.
ここで、全てのサンプルデータに対して常に正しいクラスが存在するとは限らない(線形分離可能でない)。このような場合には、サポートベクターマシンに分類誤差項を導入したソフトマージンサポートベクターマシンを利用する。すなわち、データが超平面を超えて反対側のクラスに入ってしまった場合に、その超えた距離νの総和を最小限にするように超平面のパラメータa,bを調整する。まとめると、ソフトマージンサポートベクターマシンを利用すれば、パラメータa,bは、次式(8)に示す2次最適化問題を解くことにより推定できる。
(システムパラメータ推定部16)
システム同定部10内のシステムパラメータ推定部16は、データクラスタリング部12で分類した離散時刻に対応するデータを用いて、パラメータθ1及びθ2を推定するように構成されている。パラメータθ1,θ2は、次式(9)及び(10)により推定できる。
The system
以上により、システム同定部10では、触媒活性状態、触媒不活性状態で同定式が切り替わるPWARXモデルの同定が行われる。まとめると、現在の時刻を時刻kとすると、時刻k+1における触媒温度の推定値y^(k+1)は、時刻k-1までの触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータ履歴に基づいて推定したパラメータθ1^,θ2^、を用い、次式(11)及び(12)のように記述される。尚、ここで使用した添え字「^」は、推定値を表すものとする。
x(k+1)=[y(k) ・・・ y(k-ny+1) u(k) ・・・ u(k-nu+1)]T ・・・(13)
により与えられることになる。
As described above, the
x (k + 1) = [y (k) ... y (kn y +1) u (k) ... u (kn u +1)] T (13)
Will be given by.
このように、時刻k+1における触媒温度の推定値y^(k+1)は、時刻k-1までの触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータ履歴、触媒温度の現在のデータを逐次帰属させることでその都度行うことができる。したがって、モデル同定の自由度が高いという効果を有する。 Thus, the estimated value y ^ (k + 1) of the catalyst temperature at time k + 1 sequentially assigns the catalyst inlet gas temperature and catalyst temperature data history up to time k-1 and the current catalyst temperature data. This can be done each time. Therefore, there is an effect that the degree of freedom of model identification is high.
(触媒温度推定部18)
触媒温度推定部18は、パラメータa,b及び上式(13)を用い、現在の触媒の状態が活性であるか、或いは不活性であるかを推定し、その推定結果と、上式(11)又は(12)を用いてy^(k+1)を推定するように構成されている。
(Catalyst temperature estimation unit 18)
The catalyst
具体的には、先ず、時刻k-1までのデータ履歴により推定したパラメータa,bと、このデータ履歴に時刻kの触媒温度の出力データを加えて生成した回帰ベクトルx(k+1)とから、aTx(k+1)+bを演算する。そして、aTx(k+1)+b≧0であれば、触媒温度推定部18は、現在の触媒の状態が活性であると推定し、触媒状態予測フラグi^(k+1)=1がECUにバッファリングされる。一方、aTx(k+1)+b<0であれば、触媒温度推定部18は、現在の触媒の状態が不活性であると推定し、触媒状態予測フラグi^(k+1)=0がECUにバッファリングされる。続いて、この触媒状態予測フラグi^(k+1)と、上式(11)又は(12)を用いて、時刻k+1における触媒温度の推定値y^(k+1)を推定する。推定したy^(k+1)は、ECUにバッファリングされる。
Specifically, first, parameters a and b estimated from the data history up to time k-1, and a regression vector x (k + 1) generated by adding the output data of the catalyst temperature at time k to this data history, From this, a T x (k + 1) + b is calculated. If a T x (k + 1) + b ≧ 0, the catalyst
(異常判定部20)
異常判定部20は、触媒温度推定部18で推定したy^(k+1)に基づいて触媒の異常判定を行うように構成されている。異常判定は、まず、このy^(k+1)と、時刻k+1における実際の触媒温度y(k+1)との偏差を演算することにより行われる。具体的には、これらの値の差Δy=y^(k+1)-y(k+1)を演算し、予め定めた設定値(閾値)との比較を行う。この閾値は、触媒の異常判定精度の要求度に応じて自由に設定することが可能である。そして、Δyが閾値以上であれば、推定した触媒温度と、実際の触媒温度との間に乖離が見られることになる。このような場合に、異常判定部20は、異常信号を発する。
(Abnormality determination unit 20)
The
そして、異常判定は、上記の異常信号が、予め定めた判定時間内において、設定回数検出されるか否かで判定される。具体的には、上記の異常信号が検出された場合、異常判定部20に別途内蔵した異常カウンタのカウンタ値が増加される。そして、予め決めた判定時間内において、このカウンタ値が設定値以上に到達した場合に、触媒の異常として判定される。
The abnormality determination is made based on whether or not the abnormality signal is detected a set number of times within a predetermined determination time. Specifically, when the above-described abnormality signal is detected, the counter value of the abnormality counter separately incorporated in the
このように、図1に示す診断装置の構成によれば、過去の時系列データに基づいて同定したPWARXモデルを用いて、将来の触媒温度を逐次推定することができる。そして、推定した触媒温度と実際の触媒温度とを比較することにより、触媒が異常であるかの判定を高精度に行うことができる。 Thus, according to the configuration of the diagnostic apparatus shown in FIG. 1, the future catalyst temperature can be sequentially estimated using the PWARX model identified based on the past time series data. Then, by comparing the estimated catalyst temperature with the actual catalyst temperature, it can be determined with high accuracy whether the catalyst is abnormal.
尚、上述した実施形態においては、データクラスタリング部12において、混合正規分布のパラメータΦを推定し、上式(5)を特定することにより前記第1の発明における「確率分布特定手段」が、データクラスタリング部12において、観測データの分類を行うことにより前記第1の発明における「データ分類手段」が、分離超平面推定部14において、分離超平面のパラメータa,bを推定し、上式(4)を特定することにより前記第1の発明における「境界条件特定手段」が、システムパラメータ推定部16において、パラメータθ1^,θ2^を推定し、上式(11)及び(12)を特定することにより前記第1の発明における「第1規則特定手段」及び「第2規則特定手段」が、触媒温度推定部18において、aTx(k+1)+bを演算し、触媒状態予測フラグを設定することにより前記第1の発明における「区分推定手段」が、触媒温度推定部18において、時刻k+1における触媒温度の推定値y^(k+1)を推定することにより前記第1の発明における「触媒温度推定手段」が、それぞれ実現されている。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態においては、異常判定部20において、y^(k+1)に基づいて触媒の異常を判定することにより前記第2の発明における「異常判定手段」が実現されている。
In the embodiment described above, the “abnormality determination means” according to the second aspect of the present invention is realized by determining abnormality of the catalyst based on y ^ (k + 1) in the
実施形態2.
実施形態2の触媒異常診断装置は、実施形態1の異常判定に際して、触媒温度推定部18で推定した触媒温度の推定値y^(k+1)だけでなく、触媒状態予測フラグi^(k+1)の値をも考慮して行うことをその特徴とする。このため、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略又は簡略する。
The catalyst abnormality diagnosis device of the second embodiment is not limited to the estimated value y ^ (k + 1) of the catalyst temperature estimated by the catalyst
図2は、実施形態2のECUが触媒の異常判定を行う診断装置として機能する場合の機能ブロック図である。図2に示すように、ECUは、システム同定部10、触媒温度推定部18、触媒状態推定部22及び異常判定部24から構成されている。
FIG. 2 is a functional block diagram in a case where the ECU according to the second embodiment functions as a diagnostic device that performs catalyst abnormality determination. As shown in FIG. 2, the ECU includes a
(触媒状態推定部22)
触媒状態推定部22は、パラメータa,b及び上式(13)を用い、現在の触媒の状態が活性であるか、或いは不活性であるかを推定するように構成されている。
(Catalyst state estimation unit 22)
The catalyst
具体的には、先ず、時刻k-1までのデータ履歴により推定したパラメータa,bと、このデータ履歴に時刻kの触媒温度の出力データを加えて生成した回帰ベクトルx(k+1)とから、aTx(k+1)+bを演算する。そして、aTx(k+1)+b≧0であれば、触媒状態推定部22は、現在の触媒の状態が活性であると推定し、触媒状態予測フラグi^(k+1)=1がECUにバッファリングされる。一方、aTx(k+1)+b<0であれば、触媒状態推定部22は、現在の触媒の状態が不活性であると推定し、触媒状態予測フラグi^(k+1)=0がECUにバッファリングされる。
Specifically, first, parameters a and b estimated from the data history up to time k-1, and a regression vector x (k + 1) generated by adding the output data of the catalyst temperature at time k to this data history, From this, a T x (k + 1) + b is calculated. If a T x (k + 1) + b ≧ 0, the catalyst
(異常判定部24)
異常判定部24は、触媒温度推定部18で推定したy^(k+1)、及び触媒状態推定部22で推定した触媒状態予測フラグi^(k+1)に基づいて触媒の異常判定を行うように構成されている。この異常判定のうち、y^(k+1)と実際の触媒温度であるy(k+1)の差Δyに基づくものについては実施形態1で既述した内容と重複することから説明を省略する。
(Abnormality determination unit 24)
The
i^(k+1)に基づく異常判定は、時刻k+1における実際の触媒状態をi(k+1)としたときに、i^(k+1)とi(k+1)との比較により行われる。実際触媒状態としてのi(k+1)は、例えば触媒の上下流における特定のガス濃度の変化率(浄化率)等、ECUが取得可能なパラメータであって、触媒活性/不活性の状態の代用値として用いることが可能なものであれば特に限定されない。また、このi(k+1)は、触媒状態予測フラグi^(k+1)と対応させて、活性状態であればi(k+1)=1、不活性状態であればi(k+1)=0とすることができる。そして、i^(k+1)の値がi(k+1)の値と異なる場合には、推定した触媒状態と、実際の触媒状態との間に乖離が見られることになる。このような場合に、異常判定部24は、異常信号を発する。
The abnormality determination based on i ^ (k + 1) is based on the relationship between i ^ (k + 1) and i (k + 1) when the actual catalyst state at time k + 1 is i (k + 1). This is done by comparison. The actual catalyst state i (k + 1) is a parameter that can be acquired by the ECU, such as a change rate (purification rate) of a specific gas concentration in the upstream and downstream of the catalyst, and is a catalyst active / inactive state. There is no particular limitation as long as it can be used as a substitute value. This i (k + 1) is associated with the catalyst state prediction flag i ^ (k + 1), i (k + 1) = 1 in the active state, i (k + 1) in the inactive state. +1) = 0. When the value of i ^ (k + 1) is different from the value of i (k + 1), there is a discrepancy between the estimated catalyst state and the actual catalyst state. In such a case, the
そして、異常判定は、上記の異常信号が、予め定めた判定時間内において、設定回数検出されるか否かで判定される。具体的には、Δy又はi^(k+1)に基づく上記の異常信号が検出された場合、異常判定部24に別途内蔵した異常カウンタのカウンタ値が増加される。そして、予め決めた判定時間内において、このカウンタ値が設定値以上に到達した場合に、触媒の異常として判定される。本実施形態においては、上記の異常信号が、Δy及びi^(k+1)という2つの判定指標に基づいて検出される可能性があるため、いずれか一方の判定結果が誤っていた場合に、最終判定を誤るという誤診を防止することができる。
The abnormality determination is made based on whether or not the abnormality signal is detected a set number of times within a predetermined determination time. Specifically, when the above abnormal signal based on Δy or i ^ (k + 1) is detected, the counter value of the abnormality counter separately built in the
尚、本実施形態では、実施形態1の異常判定に際して、触媒温度推定部18で推定した触媒温度の推定値y^(k+1)だけでなく、触媒状態予測フラグi^(k+1)の値をも考慮して行ったが、この触媒温度の推定値y^(k+1)を考慮せずに、触媒状態予測フラグi^(k+1)の値のみで異常判定を行ってもよい。尚、本変形例は後述する実施形態3及び4においても同様に適用可能である。
In this embodiment, not only the estimated value y ^ (k + 1) of the catalyst temperature estimated by the catalyst
尚、上述した実施形態においては、異常判定部24において、y^(k+1)及びi^(k+1)に基づいて触媒の異常を判定することにより前記第2の発明における「異常判定手段」が実現されている。
In the above-described embodiment, the
実施形態3.
実施形態3の触媒異常診断装置は、実施形態1の異常判定に際して、活性状態と不活性状態との境界である分離超平面からの距離を用いて異常判定の妥当性を評価することをその特徴とする。このため、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略又は簡略する。
Embodiment 3. FIG.
The catalyst abnormality diagnosis device of the third embodiment is characterized in that, in the abnormality determination of the first embodiment, the validity of the abnormality determination is evaluated using the distance from the separation hyperplane that is the boundary between the active state and the inactive state. And For this reason, it demonstrates centering around difference with
図3は、実施形態3のECUが触媒の異常判定を行う診断装置として機能する場合の機能ブロック図である。図3に示すように、ECUは、システム同定部10、触媒温度推定部18、距離演算部26及び異常判定部28から構成されている。
FIG. 3 is a functional block diagram in a case where the ECU according to the third embodiment functions as a diagnostic device that performs catalyst abnormality determination. As shown in FIG. 3, the ECU includes a
(距離演算部26)
距離演算部26は、パラメータa,b及び上式(13)を用い、dk=|aTx(k+1)+b|を演算するように構成されている。このdkは、上式(4)で示される分離超平面からの距離に相当する。具体的には、時刻k-1までのデータ履歴により推定したパラメータa,bと、このデータ履歴に時刻kのデータを加えて生成した回帰ベクトルx(k+1)とから、距離dk=|aTx(k+1)+b|を演算する。演算したdkは、ECUにバッファリングされる。
(Distance calculation unit 26)
The
(異常判定部28)
異常判定部28は、触媒温度推定部18で推定したy^(k+1)に基づいて触媒の異常判定を行うと共に、距離演算部26で演算した距離dkを用いて触媒の異常判定を行うように構成されている。この異常判定のうち、y^(k+1)と実際の触媒温度y(k+1)の差Δyに基づくものについては実施形態1で既述した内容と重複することから説明を省略する。
(Abnormality determination unit 28)
The
距離dkに基づく異常判定は、この距離dkと、予め決められた設定値(閾値)とを比較することにより行われる。この閾値は、触媒異常の判定精度の要求度に応じて自由に設定することが可能である。そして、距離dkが閾値未満であれば、y^(k+1)を演算する際に用いたデータの信憑性が低い可能性が認められる。異常判定部28は、距離dkが閾値未満の場合には、異常信号を発するように構成されている。
Distance abnormality determination based on the d k is the distance d k, is performed by comparing a predetermined set value (threshold). This threshold value can be freely set according to the required degree of determination accuracy of catalyst abnormality. If the distance d k is less than the threshold value, it is recognized that there is a possibility that the reliability of the data used when calculating y ^ (k + 1) is low. The
異常判定は、上記の異常信号が、予め定めた判定時間内において、設定回数検出されるか否かで判定される。具体的には、Δy又は距離dkに基づく上記の異常信号が検出された場合、異常判定部28に別途内蔵した異常カウンタのカウンタ値が増加される。そして、予め決めた判定時間内において、このカウンタ値が設定値以上に到達した場合に、触媒の異常として判定される。本実施形態においては、上記の異常信号がΔyに基づいて検出されると共に、距離dkに基づいてデータの信憑性を確認することができる。したがって、Δyに基づく判定結果の信頼性を上げることができる。
The abnormality determination is made based on whether or not the above abnormality signal is detected a set number of times within a predetermined determination time. Specifically, when the above abnormal signal based on Δy or the distance d k is detected, the counter value of the abnormal counter separately built in the
尚、本実施形態は、実施形態2との組み合わせが可能である。すなわち、異常判定部28において、y^(k+1)及びi^(k+1)に基づいて触媒の異常判定を行うとともに、距離dkを用いてデータの信憑性を評価することが可能である。尚、本変形例については、後述する実施形態4においても同様に適用可能である。
Note that this embodiment can be combined with the second embodiment. That is, the
尚、上述した実施形態においては、距離演算部26が前記第2の発明における「距離演算手段」に相当する。また、本実施形態においては、異常判定部28において、距離dkに基づいて触媒の異常を判定することにより前記第3の発明における「評価手段」が実現されている。
In the above-described embodiment, the
実施形態4.
実施形態4の触媒異常診断装置は、実施形態3の異常判定に際して、観測データのそれぞれを触媒活性状態に対応する触媒活性クラスタC1又は触媒不活性状態に対応する触媒不活性クラスタC2に分類したときの2つの正規分布に帰属する帰属確率を用いて異常判定の妥当性を評価することをその特徴とする。このため、上述した実施形態3との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略又は簡略する。
Embodiment 4 FIG.
The catalyst abnormality diagnosis device of the fourth embodiment classifies each of the observation data into the catalyst active cluster C 1 corresponding to the catalyst active state or the catalyst inactive cluster C 2 corresponding to the catalyst inactive state in the abnormality determination of the third embodiment. It is characterized by evaluating the validity of the abnormality determination using the belonging probabilities belonging to the two normal distributions. For this reason, it demonstrates centering around difference with Embodiment 3 mentioned above, and the description is abbreviate | omitted or simplified about the same matter.
図4は、実施形態4のECUが触媒の異常判定を行う診断装置として機能する場合の機能ブロック図である。図4に示すように、ECUは、システム同定部10、触媒温度推定部18、距離演算部26、帰属確率演算部30及び異常判定部32から構成されている。
FIG. 4 is a functional block diagram in a case where the ECU according to the fourth embodiment functions as a diagnostic device that performs catalyst abnormality determination. As shown in FIG. 4, the ECU includes a
(帰属確率演算部30)
帰属確率演算部30は、パラメータΦ、及び上式(6)又は(7)を用い、時刻kにおける観測データベクトルzkが、触媒活性クラスタC1及び触媒不活性クラスタC2に帰属する帰属確率を演算するように構成されている。上述の通り、データクラスタリング部12では、時刻k-1までの時系列データに基づいて、パラメータΦが推定されている。
(Attribution probability calculation unit 30)
The attribution
帰属確率は、先ず、データクラスタリング部12で定義した観測データベクトルzk同様、観測データベクトルzk=(xT(k) yT(k))Tを定義する。そして、データクラスタリング部12で推定されたパラメータΦを用いて、α1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)を演算する。演算後のα1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)は、ECUにバッファリングされる。
Membership probability, first, similar observation data vector z k defined
(異常判定部32)
異常判定部32は、触媒温度推定部18で推定したy^(k+1)に基づいて触媒の異常判定を行うと共に、距離演算部26で演算した距離dk、帰属確率演算部30で演算した帰属確率を用いて触媒の異常判定を行うように構成されている。この異常判定のうち、y^(k+1)と実際の触媒温度y(k+1)の差Δy、及び距離dkに基づくものについては実施形態3で既述した内容と重複することから説明を省略する。
(Abnormality determination unit 32)
The
帰属確率に基づく異常判定は、触媒活性クラスタC1への帰属確率α1p1(zk;Φ)と触媒不活性クラスタC2への帰属確率α2p2(zk;Φ)とを比較することにより行われる。この比較は、α1p1(zk;Φ)≧^α2p2(zk;Φ)の場合には、触媒活性状態である確率が高いが、α1p1(zk;Φ)<^α2p2(zk;Φ)の場合には、触媒不活性状態である確率が高いことを示す。つまり、触媒状態予測フラグがi^(k+1)=1と判定されているにもかかわらず、触媒不活性状態である確率が高いとされたときには、y^(k+1)を演算する際に用いたデータの信憑性が低い可能性が認められる。異常判定部32は、α1p1(zk;Φ)<^α2p2(zk;Φ)の場合には、異常信号を発するように構成されている。
The abnormality determination based on the probability of belonging is made by assigning the probability of belonging to the catalyst active cluster C 1 α 1 p 1 (z k ; Φ) and the probability of belonging to the catalyst inactive cluster C 2 α 2 p 2 (z k ; Φ). This is done by comparing. This comparison shows that when α 1 p 1 (z k ; Φ) ≧ ^ α 2 p 2 (z k ; Φ), there is a high probability that the catalyst is in an active state, but α 1 p 1 (z k ; Φ ) < ^ Α 2 p 2 (z k ; Φ) indicates that there is a high probability that the catalyst is in an inactive state. That is, if the catalyst state prediction flag is determined to be i ^ (k + 1) = 1, but the probability that the catalyst is inactive is high, y ^ (k + 1) is calculated. The possibility of low credibility of the data used at the time is recognized. The
異常判定は、上記の異常信号が、予め定めた判定時間内において、設定回数検出されるか否かで判定される。具体的には、Δy、距離dk又は帰属確率に基づく上記の異常信号が検出された場合、異常判定部32に別途内蔵した異常カウンタのカウンタ値が増加される。そして、予め決めた判定時間内において、このカウンタ値が設定値以上に到達した場合に、触媒の異常として判定される。本実施形態においては、上記の異常信号がΔyに基づいて検出されると共に、距離dk及び帰属確率に基づいてデータの信憑性を確認することができる。したがって、Δyに基づく判定結果の信頼性を上げることができる。
The abnormality determination is made based on whether or not the above abnormality signal is detected a set number of times within a predetermined determination time. Specifically, when the above abnormal signal based on Δy, distance d k, or attribution probability is detected, the counter value of the abnormality counter separately incorporated in the
尚、上述した実施形態においては、異常判定部32において、帰属確率に基づいて触媒の異常を判定することにより前記第4の発明における「評価第2手段」が実現されている。
In the embodiment described above, the “evaluation second means” in the fourth aspect of the present invention is realized by determining abnormality of the catalyst based on the probability of belonging in the
10 システム同定部
12 データクラスタリング部
14 分離超平面推定部
16 システムパラメータ推定部
18 触媒温度推定部
20,24,28,32 異常判定部
22 触媒状態推定部
26 距離演算部
30 帰属確率演算部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、前記過去のデータの各々が前記活性状態のデータであるか、或いは前記不活性状態のデータであるかの判定を行い、夫々活性状態クラスタ及び不活性状態クラスタに分類するデータ分類手段と、
前記活性状態と前記不活性状態との境界で成立する境界条件を、前記過去のデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記境界条件を特定する境界条件特定手段と、
所定の時刻における触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻における触媒温度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記活性状態クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を触媒活性状態に対応した第1規則として特定する第1規則特定手段と、
所定の時刻における触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻における触媒温度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記不活性状態クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を触媒不活性状態に対応した第2規則として特定する第2規則特定手段と、
特定した前記境界条件に触媒入口ガス温度及び触媒温度のデータの現在値を含むデータを適用して、前記現在値を含むデータが前記活性状態に区分されるか、或いは前記不活性状態に区分されるかを推定する区分推定手段と、
前記第1規則又は前記第2規則に前記現在値を含むデータを適用して将来の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、
を備えることを特徴とする触媒異常診断装置。 Based on these data, the unknown parameter of the first probability distribution corresponding to the active state of the catalyst and the unknown parameter of the second probability distribution corresponding to the inactive state of the catalyst according to the past data of the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature are based on these data. Probability distribution specifying means for estimating the first probability distribution and the second probability distribution based on the estimated unknown parameter,
Based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, it is determined whether each of the past data is data in the active state or data in the inactive state, respectively. Data classification means for classifying into active state clusters and inactive state clusters;
Boundary condition specifying means for estimating a boundary condition established at a boundary between the active state and the inactive state based on the past data, and specifying the boundary condition by the estimated unknown parameter;
An unknown parameter of a relationship established between the catalyst inlet gas temperature and catalyst temperature data at a predetermined time and the catalyst temperature data at a time one step ahead of the predetermined time is used as the data of the active state cluster. First rule specifying means for estimating based on the estimated unknown parameter and specifying the relationship as a first rule corresponding to the catalyst active state;
An unknown parameter having a relationship established between the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature data at a predetermined time and the catalyst temperature data at a time one step ahead of the predetermined time is defined as the inactive state cluster data. A second rule specifying means for specifying the relationship as a second rule corresponding to the catalyst inactive state based on the estimated unknown parameter;
The data including the current values of the catalyst inlet gas temperature and the catalyst temperature data is applied to the specified boundary condition, and the data including the current value is classified into the active state or the inactive state. A category estimation means for estimating whether or not
A catalyst temperature estimating means for estimating a future catalyst temperature by applying data including the current value to the first rule or the second rule;
A catalyst abnormality diagnosis apparatus comprising:
前記距離が予め定めた第1判定値以上であるか否かにより前記異常判定手段による判定結果の妥当性を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする請求項2に記載の触媒異常診断装置。 Distance calculating means for calculating a distance indicating how far the data including the current value is away from a boundary between the active state and the inactive state;
Evaluation means for evaluating the validity of the determination result by the abnormality determination means depending on whether the distance is equal to or greater than a predetermined first determination value;
The catalyst abnormality diagnosis device according to claim 2, further comprising:
を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載の触媒異常診断装置。 Based on the first probability distribution and the second probability distribution after identification, it is determined whether the data including the current value is the data in the active state or the data in the inactive state, An evaluation second means for evaluating the validity of the determination result by the abnormality determination means;
The catalyst abnormality diagnosis device according to claim 2, wherein the catalyst abnormality diagnosis device is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008299967A JP2010127110A (en) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Catalyst abnormality diagnostic system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008299967A JP2010127110A (en) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Catalyst abnormality diagnostic system |
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