JP2011021518A

JP2011021518A - エンジンの仮想適合システム

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Publication number: JP2011021518A
Application number: JP2009166016A
Authority: JP
Inventors: Toru Furukawa; 哲古川; Yoshio Takanaga; 義男高永
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】エンジンの適合作業を容易に行うことのできるエンジンの仮想適合システムを提供する。
【解決手段】仮想適合システム１０は、エンジンの制御値を示すパラメータが入力されることによって前記エンジンの特性値を示すパラメータが出力されるエンジンモデル３２と、前記エンジンに与える負荷を模擬する負荷モデル３４と、前記エンジンモデルに入出力する前記パラメータの条件を設定する定義部２２と、前記エンジンモデルと前記負荷モデルを用いてシミュレーションを実行させる実行部２４と、前記シミュレーションによって得られたデータを解析して適合のマップを作成する解析部４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンをＥＣＵを介して制御するためのＥＣＵ内蔵のマップデータの仮想適合システムに係り、特に実機エンジン運転をすること無く仮想的なエンジンモデルをもとに所定の目的に対し最適化されたマップデータを創出する仮想適合システムに関する。

車載エンジンは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって電子制御され、点火時期や噴射時期などの制御パラメータがＥＣＵマップに基づいて最適値に制御される。これにより、出力向上や排気エミッション低減、燃費節減などが実現されている。
ところで、ＥＣＵマップはエンジンの機種によって異なっており、機種ごとに目標性能を満足させる適合作業が必要になる。適合作業は、従来、エンジンの実機を用いてエンジンベンチにより行われている。すなわち、エンジンの実機をエンジンベンチにセットし、点火進角などの制御パラメータを変化させながら、負荷や消費燃料量などの計測パラメータを計測する。そして、得られたデータを解析し、最適値を抽出することによって、ＥＣＵマップが作成される。

しかし、従来の適合作業は、試験を何度も繰り返さなければならず、手間と時間がかかるという問題があった。すなわち、従来の適合作業は、制御パラメータの全ての組み合わせに対して試験を行わなければならず、試験回数が多いという問題があった。また、各試験は定常状態になった後に計測を実施するため、非常に時間がかかるという問題もあった。
このような問題を解消するため、特許文献１は実験計画法を用いることによって試験回数を減少させている。また、特許文献２は定常状態ではなく過渡状態で試験を行うことによって試験時間を短縮させている。

特開2005-42656号公報特開2006-162320号公報

しかしながら、近年では制御の精度を向上させるためにパラメータの数が増加しており、特許文献１や特許文献２の方法を用いても、作業が複雑化して作業の手間や時間がかかるという問題があった。
また、特許文献１や特許文献２の方法は、エンジンの実機を用いて試験を行うため、パラメータの全範囲で試験を行うことができないという問題があった。たとえば、点火進角が大きい場合にノッキングが発生したり、低負荷低回転の場合に失火が生じたりするため、これらの条件下ではデータが得られないという問題があった。

また、車両開発の短時間化から、一個の車載エンジンを多種類の車両の開発に利用した車両開発が多くなり、車両開発ごとに設計された車両に合わせて同一車載エンジンの最適制御パラメータを求める作業が必要とされている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、計算機上で仮想的に構築されたエンジンベンチを用いてエンジンの適合作業を容易に行うことのできるエンジンの仮想適合システムを提供することを目的とする。特に、一個の車載エンジンをエンジンベンチにより詳細な入出力関係を計測してエンジンのグローバルモデルを作成し、このグローバルエンジンモデルと所定の負荷モデルとによって仮想的にエンジンの適合作業を行うことのできるエンジンの仮想適合システムを提供することを目的とする。

さらに、グローバルエンジンモデルを用いてエンジンの適合作業を行う場合、負荷モデルが所定の負荷条件を満たす必要があるので、本発明は、グローバル負荷モデルを作成することにより所定の適合目的に合わせて負荷モデルを設定する仮想適合システムを提供することを目的とする。

また、グローバルエンジンモデルおよびグローバル負荷モデルを用いて所定の適合作業を仮想的かつ自動的に行う場合、実験計画法（ＤｏＥ）、仮想適合作業および最適化ソフトを用いて仮想適合を行う仮想適合システムを提供することを目的とする。

本発明は、エンジンモデルの高精度化に対応した新たな適合作業の方法について提案するものである。エンジンの適合作業の方法については、過去に多数の提案が成されているが、そのいずれもエンジンの実機を用いた試行錯誤型の作業であり、実機を用いた方法しか適合作業ができないと考えられていた。これに対して、本発明の発明者は、エンジンモデルの物理モデルが高精度化していることやそのエンジンモデルの性能を十分に引き出すシステムが構築可能であることに着目し、エンジンの適合作業をシミュレーションのみで行うという新たな発想に基づく発明を提案する。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、エンジンのパラメータを示す制御値が入力されることによって、前記エンジンのパラメータを示す特性値が出力されるエンジンモデルと、
前記エンジンにかかる負荷を模擬する負荷モデルと、前記エンジンモデルの前記入出力パラメータの条件を設定するとともに、前記エンジンモデルと前記負荷モデルを用いて仮想的なシミュレーションを実行させるシステム制御部と、前記シミュレーションによって得られたデータを解析し、所定の目的に対しての最適点を抽出してマップを作成する解析部と、を備えることを特徴とするエンジンの仮想適合システムを提供する。

請求項１の発明によれば、システム制御部によって条件を設定し、エンジンモデルと負荷モデルにシミュレーションを実行させ、解析部によってシミュレーション結果を解析して最適点を抽出するようにしたので、適合のマップを容易に作成することができる。これらの一連の作業は計算機上で自動的に（無人運転で）行うことができる。したがって、従来（すなわちエンジンの実機によるエンジンベンチ試験）のように、人手を介して多数回の試験を繰り返して行う必要がなく、効率よくマップを作成することができる。また、請求項１の発明によれば、シミュレーションによって適合のマップを作成するので、入力パラメータの任意の範囲に対して、出力パラメータを得ることができる。

請求項２の発明は請求項１の発明において、前記エンジンモデルは実機エンジンを用いて求めた前記入出力パラメータの特性をモデル化したものであり、前記実機エンジンの正常動作範囲と非正常動作範囲を区分して示すパラメータ値を含むことを特徴とする。

請求項２の発明によれば、実機エンジンにより求めたエンジンモデルを用いてシミュレーションを行うので、より精度の良いマップを作成することができる。また、請求項２の発明によれば、正常動作範囲と非正常動作範囲とを区分するパラメータを含むエンジンモデルを用いるので、マップに基づく制御を行う場合にエンジンを正常に作動させることができる。

請求項３の発明は請求項１または２の発明において、前記エンジンモデルは新たに実機エンジンを用いて求めた前記入出力パラメータの特性をモデル化して、前記エンジンモデルと置き換える機能を備えることを特徴とする。請求項３の発明によれば、実機エンジンの変更、新たなエンジンへの対応および新たなエンジンモデルに対応することができる。

請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１の発明において、前記負荷モデルは、前記エンジンの回転数および負荷トルクを制御可能であり、且つ、所定目的の負荷モデルの追加機能を備えることを特徴とする。請求項４の発明によれば、負荷モデルを追加できるので、様々な負荷状態を仮想することができる。

請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか１の発明において、前記負荷モデルは、仮想的に制御可能であり、且つ、入出力条件を変更可能であることを特徴とする。請求項５の発明によれば、負荷モデルによって様々な状態を仮想することができ、多種類の車両モデルに対応した適合を行うことができる。

請求項６の発明は請求項１〜５の発明において、前記最適点の決定経過のデータを表示することを特徴とする。請求項６の発明によれば、最適点の決定経過のデータを表示して確認することができ、最適適合が行えているか否かの確認が行える。

請求項７の発明は請求項１〜６のいずれか１の発明において、前記マップは、該マップを用いての実機エンジン運転を想定しての正常運転動作範囲と非正常動作範囲とを区分するデータを含むことを特徴とする。請求項７の発明によれば、正常運転動作範囲と非正常動作範囲とを区分したマップを作成するので、マップを用いての実機エンジンでの信頼度の高い確認作業が行える。

本発明によれば、システム制御部、エンジンモデル、負荷モデル、解析部を備えているので、適合のマップを自動的に作成することができ、且つ、パラメータの任意の範囲について入出力の関係を求めることができる。

本実施の形態のエンジンの仮想適合システムの概略構成を示すブロック図エンジンの制御形態の一例を示す概略図グローバルエンジンモデルの一例を示す概略図グローバルエンジンモデルのパラメータ関係の一例を示す概略図仮想適合システムの定義部、および実行部の一例を示す概略図仮想適合システムの適合実施方法のフロチャートの一例を示す概略図仮想適合システムのシミュレーション実行点移動の一例を示す概略図

以下、添付図面に従って、本発明に係るエンジンの仮想適合システムの好ましい実施形態について説明する。
図１は本実施の形態のエンジンの仮想適合システムの概略構成を示すブロック図である。同図に示すように仮想適合システム１０は主として、システム制御部２０、仮想ベンチ３０、解析部４０、操作部４２及び表示部４４で構成されている。

システム制御部２０は、仮想ベンチ３０におけるシミュレーションを統括管理する手段であり、主として、定義部２２と実行部２４で構成される。定義部２２は、仮想ベンチ３０におけるシミュレーションの各種条件を設定する機能を備えており、たとえばアクセル開度、燃料噴射時期、点火進角、噴射時間、ＶＶＴ、ＥＧＲなどの制御パラメータや、吸気温度、排気温度、燃料注入量、空気注入量、ＮО_Ｘ密度、ＨＣ密度、ＣО濃度、ＣО_２濃度、燃料消費量、水温などの計測パラメータについて、その入出力の有無や入出力の範囲などを設定することができる。また、定義部２２には、使用頻度の高い設定条件が予め標準アクションとして登録されており、たとえば矩形波状に入力条件を変化させたり、ステップ状に徐々に入力条件を変化させたりする設定が予め登録されている。作業者はこれらの標準アクションのなかから選択することによって、シミュレーション条件を簡単に設定することができる。また、定義部２２は、予め設定された標準アクションの他、自由にシーケンスを作成できる機能を備えている。シーケンスの作成手段は特に限定するものではないが、たとえば、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）のｍ−ｆｉｌｅやＳｉｍｕｌｉｎｋ（登録商標）を使用することにより作成される。このようにシーケンスを作成することによって、作業者がシミュレーションの条件を自在に設定することができる。

定義部２２における入力設定では、実験計画法（ＤｏＥ）や中心複合計画（ＣＣＦ）に基づいて設定することが好ましい。その際、出力値により応答曲面が十分に得られるように設定することが好ましい。また、制御パラメータの入力間隔（変化幅）は一定でなくてもよく、たとえば予想される最適点の近辺で変化幅が小さくなるように設定してもよい。さらに、重要度の高いパラメータほど変化幅を小さく設定してもよい。

定義部２２におけるこれらの操作はキーボードや複数の操作ボタンなどから成る操作部４２を用いて行われる。また、定義部２２で設定された条件は、メモリ（不図示）に記憶される。
実行部２４は、仮想ベンチ３０にシミュレーションを実行させる機能を備えており、前述の定義部２２で設定された条件（またはシーケンス）に基づいてシミュレーションを実行させるように構成される。シミュレーションの実行によって得られた結果（すなわち、制御パラメータと計測パラメータのデータ）はシステム制御部２０のメモリ（不図示）に記憶される。

解析部４０は、メモリに記憶されたパラメータのデータに基づいて最適点を策定し、ＥＣＵマップ（以下、たんにマップという）を作成するように構成される。最適点の策定方法は特に限定するものではないが、たとえばシミュレーションの結果に対して最小二乗法を用いて応答曲面を作成することによって最適点を策定するとよい。また、最適点としては、たとえば「排ガスの各種成分（ＮО_ＸやＣОなど）の濃度が許容値以下であり、且つ、トルク変動量が設定値以下となる範囲で、消費燃料が最小となるような制御パラメータの組み合わせ」を策定するとよい。これにより、適合条件を満たした制御パラメータを示すマップを作成することができる。マップとしては、回転数や負荷に対する点火時期進角（点火進角ともいう）を作成するのが一般的であるが、他のマップ、たとえば吸気温度に対する燃料噴射量や、水温に対する点火進角などを、エンジンの種類に応じて作成するとよい。なお、本実施例では、解析部４０をシステム制御部２０と別構成として説明したが、解析部４０をシステム制御部２０と一体に（またはシステム制御部２０の内部に）設けてもよい。

上述したシステム制御部２０において、境界エラー（たとえばノッキングや失火など）の境界値を自動で探索する自動探索機能を設けてもよい。境界エラーの場合、その情報をメモリに記憶させるとともに、解析部４０では境界エラーの条件を避けて最適点を決定し、マップを作成する。これにより、境界エラーの条件を回避したマップを作成することができる。また、境界エラー時の計測パラメータを記憶させ、表示部４４に表示させることによって、境界エラー時の物理現象を確認することが可能となる。ただし、本実施の形態では、境界エラーの範囲までシミュレーションを実行させるようにしたが、これに限定するものではなく、境界エラーを回避しながら、入力値を移動させるようにしてもよい。また、境界エラーの情報を解析部４０で作成するマップの情報に含ませるようにしてもよい。これにより、マップを用いて実機エンジンを運転した際に、正常運転動作範囲と非正常動作範囲とを予め想定して運転することができる。

表示部４４は、メモリ（不図示）に格納されている各種データ、シミュレーションの設定条件、シミュレーションの結果、マップなどを画面に表示する手段であり、たとえば複数のデータの関係グラフ、軌跡、度数分布表、標準偏差グラフなど、様々な画像を表示できるようになっている。この表示部４４によってシミュレーションの結果をグラフ化して表示することによってロバスト性のチェックを行うことができる。なお、表示部４４は、データ、マップ、グラフなど複数のものを同一画面に同時に表示するようにしてもよい。また、解析部４０で最適点を策定する際の経過情報を表示部４４に表示するようにしてもよい。

一方、仮想ベンチ３０は、エンジンモデル３２と負荷モデル３４を備えている。エンジンモデル３２は、全てソフト上の機能モデルであり、エンジン機能を機能別に細分化し、それぞれの機能部分について入出力関係を数式、および数表化表現したものである。ここで、エンジンのモデル化にあたり実機エンジンを用いて求められる入出力パラメータの全ての関係を表現したものを本発明ではグローバルエンジンモデルとし、これに対して所定の適合目的のためにシステム制御部２０の定義部２２でグローバルエンジンモデルの制御パラメータを設定したモデルをエンジンモデルとする。

負荷モデル３４は、全てソフト上の機能モデルであり、エンジン機能を機能別に細分化し、それぞれの機能部分について入出力関係を数式、および数表化表現したものである。エンジンにかかる負荷は車種ごとに異なっており、車種ごとの負荷モデル３４が予め構築されている。ここで、負荷の形態が軸回転負荷、軸荷重負荷、変速機負荷、車両荷重負荷、車両走行負荷などであり、所定の適合目的に合わせて負荷形態が変更されるために各種の負荷の形態ごとのモデル化したものを本発明ではグローバル負荷モデルとし、これに対してシステム制御部２０の定義部２２でグローバル負荷モデルの制御パラメータを設定したモデルを負荷モデルとする。グローバル負荷モデルは負荷の機能について入出力パラメータの全ての関係を数式、および数表化表現したものである。

負荷モデル３４によって前述のエンジンモデル３２に擬似負荷が与えられることにより、エンジンモデル３２は負荷に応じた計測パラメータを出力する。なお、負荷モデル３４は、エンジンベンチ試験におけるダイナモメータ及びその制御装置に相当するものであり、ダイナモモデルと称されることもある。

ここでグローバルエンジンモデルについて説明する。エンジンを搭載した車両は、アクセル操作により加速制御され、ブレーキ操作及び負荷により減速制御される。図２に示すように、アクセル信号はＥＣＵに入力され、このＥＣＵによってエンジンが制御される。エンジンの入力信号、すなわち制御パラメータは、燃料注入量、空気注入量、燃料と空気の混合比、点火時間（ガソリンエンジンの場合）、燃料噴射制御方法（ジーゼルエンジンの場合）などである。一方、エンジンの出力信号、すなわち、エンジン性能を表すパラメータ（エンジン性能パラメータ）には、トルク、回転数などが挙げられる。

この入出力信号の関係を数式および数表化表現したものがエンジンモデルであり、エンジンのモデル化にあたり実機エンジンを用いて求められる入出力パラメータの全ての関係を機能別に細分化し、それぞれの機能部分について入出力関係を数式、および数表化表現したものがグローバルエンジンモデルである。このグローバルモデルの例を図３に示す。図３は入出力信号が機能別に細分化区分されていることを示している。図４はその入手力信号の相関関係を示している。

図３に示すエンジンモデルの例では、スロットル開度指令値、ＶＶＴ指令値、ＥＧＲ指令値、燃料噴射時間指令値、回転数、点火進角指令値を入力信号としている。また、エンジンの機能を表す出力パラメータとして、トルク、排気ガス温度、ＡＦＲ、排ガス、触媒温度を出力信号としている。機能別のモデルとしては各種のアクチュエータモデルや、スロットル開度に対する吸入空気量を示す吸入空気量モデル、ＥＧＲ率に対する吸気圧を示す関係吸気圧モデル、燃料量に応じて壁面付着を考慮した壁面付着モデル、点火進角指令値に対する点火進角を示す点火進角モデル、排気温度と空気流量に対する排気温度を示す排気温度マニホールドモデル、燃料量に対する排気圧を示す排気圧モデル、排気圧モデルに対する排気圧を示す排気圧マニホールドモデル、内部から供給される熱エネルギーに対する触媒温度を示す触媒温度モデル等が設けられている。
図３のエンジンモデルは、各機能部分に細分化して表現されていること、および部分モデルを組み合わせることによって、精度の高いモデルが構築されることを示している。図中計測として示されている部分は、各モデル部分の信号をセンサにより計測した信号を表している。

図４はエンジンの出力パラメータに対するモデルの入力パラメータとの関係を示している。例えばエンジンの出力トルクは点火進角、回転数、エアフロ電圧、ＶＶＴ、充填効率、及びＡＦＲの値の１次、２次、及び高次項、また各パラメータのクロス項で決められていることを示している。同様に、エンジンの排気温度は点火進角、回転数、エアフロ電圧、ＶＶＴ、充填効率、及び噴射時間の値の１次、２次、及び高次項、また各パラメータのクロス項で決められていることを示している。
これをモデル数式で表すとエンジン排気温度のモデルは
排気温度＝Ｆ（Ｎ、Ｎ＾２）＋Ｆ（ＩＮＪ、ＩＮＪ＾２）＋Ｆ（ＩＧＴ、ＩＧＴ＾２）
＋Ｆ（ＶＶＴ、ＶＶＴ＾２）＋Ｆ（ＥＧＲ，ＥＧＲ＾２）＋Ｆ（Ｎ＊ＩＮＪ）＋Ｆ（Ｎ＊ＩＧＴ）
＋Ｆ（Ｎ＊ＶＶＴ）＋Ｆ（Ｎ＊ＥＧＲ）・・・
ここで、Ｎ：回転数、ＩＮＪ：噴射時間、ＩＧＴ：点火進角、ＶＶＴ：ＶＶＴ変位角、ＥＧＲ：ＥＧＲ率のように、各制御パラメータの多次関数及びクロス項の和として表わされる。

このようにエンジンのグローバルモデルはエンジンについての機能部分について入出力関係を数式、および数表化表現したものである。この関係を実機エンジン各入出力関係を計測し、モデル化しておくことにより、モデルを用いて各入力パラメータ値を設定した際、それに対するエンジンの出力特性が再現できることになる。なお、本発明では、エンジモデルの詳細構成が発明内容には直接関係しないので詳細説明は省略する。

グローバルエンジンモデルとしては入出力関係の設定が定義部２２で可能であり、数式、および数表化表現したものであれば、汎用的エンジンモデルを用いることもでき、たとえばGamma Technologies Inc.製の「ＧＴ−ＰОＷＥＲ（登録商標）」を好適に用いることができる。

エンジンの仮想適合システム１０の仮想適合方法の実施は図１に示す機能構成で行われるが、本適合方法は全て仮想上で行われるために、具体的なハードウエアはＰＣとそれに格納されるソフトウエアのみで実施される。本発明にかかる仮想適合方法を図５、図６を用いて説明する。図５はシステム制御部２０のソフトウエア上の機能を示しており、図６はその実行フローチャートを示している。

図５の例では、ソフトウエアは、適合に係る予め作成される個別モデル、パラメータ、及び適合方法をライブラリとして格納する部分と、適合を実行するシーケンス、パラメータの設定、及び最適化方法を設定する部分で構成される。適合する項目、方法、範囲などの制御項目および制御値の設定にあたっては表示部４４および操作部４２を用いて対話型設定方法で適合定義ファイルを設定していく方法で行われる。

実行部２４は、適合定義ファイルで設定された適合の実施にかかる設定された適合手順を確認するシミュレーション手順確認、設定された適合手順に従ってシミュレーションシーケンスを実行するシミュレーション実行、およびシミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示で構成される。

この仮想適合方法を実施する例として、シーケンス、パラメータの設定および最適化方法を設定する適合定義ファイルを設定および設定された適合手順に従ってシミュレーションシーケンスを実行するシミュレーション実行方法について図６のフローチャートに基づいて説明する。

図６では、すでに個別モデル（Ｓ１１０）、パラメータ（Ｓ１１２）、及び適合方法（Ｓ１１４）がライブラリとして定義部２２に格納されているとする。まず、表示部４４および操作部４２を用いて対話型設定方法で適合定義ファイルを設定していく（Ｓ１２０）。

パラメータライブラリは制御パラメータの個別情報を保存するものであり、パラメータとして、アクセル開度、燃料噴射時期、点火進角、噴射時間、ＶＶＴ、ＥＧＲ等のエンジンモデルの制御パラメータ、および吸気温度、排気温度、燃料注入量、空気注入量、ＮＯｘ密度、HC密度、CO％、CO₂％、燃料消費量、水温等の計測パラメータを、その設定範囲と計測範囲とともに予め格納しておいても良い。

前述のＳ１２０では、まず、エンジンの仮想適合システム１０を用いて適合するため、所定の目的にあわせて使用するエンジン、および負荷モデルの選択および出力回転数、出力トルク、排ガス濃度、温度、燃焼領域などの適合項目を選択し、設定する（Ｓ１２２）。また、設定された適合項目に合わせて適合目標値を設定する（Ｓ１２４）。つぎに、適合に用いるエンジン、及び負荷モデルの入出力信号の適合パラメータを設定する（Ｓ１２６）。さらに、適合方法の手順を選択・設定する（Ｓ１２８）。これらの設定は対話型設定方法で表示される選択項目および範囲を順次選択して適合定義ファイルを設定していくので順序は問題でなく、各設定値が矛盾なく設定されるので設定に相互関係の検討は不要である。また、これらの手順の中にはエンジンモデルおよび負荷モデルを選択するステップ、エンジンの制御パラメータを所定数だけ設定するステップ、各制御パラメータの制御値および範囲を設定するステップ、エンジン性能をシミュレーションするステップ、有効シミュレーション範囲の分布を評価するステップ、を設定する手順が含まれる。

つぎに、設定された手順に従いシミュレーションを自動実行する（Ｓ１３０）。設定されたＤｏＥおよび適合項目により、予め設定された適合手順に従ってシミュレーションシーケンスを実行するシミュレーション実行点が設定され、シミュレーションが行われる。例えば、まず回転数および負荷を設定（Ｓ１３４）し、次にその回転数、負荷での状態でＶＶＴ（可変バルブ角度
Ｓ１３６）、ＥＧＲ（Ｓ１３８）を設定しながらそのときのエンジン、および負荷モデルの出力回転数、出力トルク、排ガス濃度、排ガス温度、などの出力パラメータ値が求められる。

ここに例示するエンジンモデルでは、エンジンは吸気路から空気が吸入され、噴射される燃料によって混合気になり、この混合気の点火による燃焼ガスが排気路により排気される構造となっている。この吸気通路からの空気の吸入タイミング及び排気路への排気タイミングは、それぞれ吸気バルブ及び排気バルブの開弁タイミングによって設定されることを想定している。そして、この吸気バルブの開弁タイミングは、可変バルブタイミング機構（以下ＶＶＴという）によって可変設定される。
また、エンジンの燃焼室に取り込まれる空気量は、吸気路の途中に設けられた電子制御スロットルによって調量される。また、排気路へ排出された排気の一部は、ＥＧＲバルブの開弁量によって調量され、ＥＧＲ通路を介して吸気路に戻されていることを想定している。

エンジンモデルの構成部分モデルについて、エンジンの性能評価項目として計測される出力信号にはトルク、回転数、排気ガス温度、ＡＦＲ、排気ガス濃度、触媒温度等があり、エンジンモデルはこれらの入出力信号の関係を示す数式もしくは数表表現物である。したがってエンジンモデルは供試エンジン、エンジンの試験項目、入力信号の種類、出力信号計測用のセンサにより変更され、またモデルの使用目的により変更して用いても良い。

このシミュレーション実行点の設定および実行の実際動作は自動的にソフト上で実行されるため、実行の手順は外部からは分からなくてもよいが、ソフト上の実行手順を説明するために例を図７に示す。図７ではシミュレーションの実行はＤｏＥに従って設定した計測点を順次移動しながらシミュレーションを実施している。この図７ではＤｏＥで設定されたエンジン回転数、エンジン負荷トルクを矢印に従って実行点を順次変更しながら実行していることを示している。また図７右図では、エンジン回転数、エンジン負荷トルクで設定された実行点でＶＶＴおよびＥＧＲ制御値を当初設定されているＶＶＴおよびＥＧＲのベースマップ制御値から、ＤｏＥで設定されているＶＶＴおよびＥＧＲの制御値まで変更していることを示している。
これらの方法は実機エンジンを用いてのパラメータの計測、適合手順と同じ手順、および機能を有している。

また、エンジンモデルに予めエンジン動作が異常値を示す境界条件（図７右図）をエンジンモデルのパラメータ値に入れておくことによって、シミュレーション結果に反映せることができる。たとえば、図７右図ではＶＶＴおよびＥＧＲに対しての境界値を示しており、計測点がこの境界値とクロスすると、ノック、失火、過剰温度などの発生がエンジンモデルのシミュレーション結果に反映される。これにより、実機を用いる方法のようにエンジンを破損させることを確実に防止できる。なお、シミュレーションの手順として、これらの異常状態が発生すると点火進角やＡＦＲを再設定して実行点移動を行うこともできる。

実行されたシミュレーション結果のパラメータ値をもとに出力回転数、出力トルク、排ガス濃度、温度、燃焼領域などの適合項目に合わせて、各パラメータの最適化が行われる（Ｓ１４０）。
また、適合項目が設定されている適合目標値に合致しているかの検証が行われ、目標値に合致していないと判断されるとＤｏＥで設定されているシミュレーション実行点を予め設定されている変更方法により変更する（Ｓ１６０）。合致していると判断されると、そのときの制御パラメータ値をもとに、ＥＣＵ制御用のマップデータが生成される（Ｓ１７０）。これらの各パラメータの最適化は、複数個のパラメータについて、応答曲面法で求めても良いし、市販の最適化ソフトを組み入れても良い。

ところで、従来行われていた実機エンジンを用いての適合試験は、制御パラメータの制御指令信号により行われ、複数個の制御パラメータを同時に変化させる場合は、設定された動作条件でエンジンを運転し続けて良いか否か（即ちエンジンが正常な運転状態か異常な運転状態か）判断する必要があった。たとえば実機エンジンの運転時、エンジンの動作異常（ノッキング、失火、排気温度）をモニターし、異常判定をする必要があった。
しかし、本発明の場合、エンジンモデルの中にエンジンの正常運転領域、異常運転領域または危険領域を示すパラメータ値を求めて予め入力しておくことにより、仮想シュミレーションによって運転状態が異常運転領域、危険領域に達する判断を行うことができる。

このように本実施の形態によれば、エンジンモデル３２と負荷モデル３４を用いてシミュレーションを実行させるようにしたので、適合のマップを自動的に作成することができる。すなわち、従来はエンジンの実機による試験しか想定していなかった適合作業に対して、本実施の形態では完全にシミュレーションのみによる適合作業を行っている。このようにシミュレーションのみで適合作業を行える背景として、エンジンモデル３２が前述のＧＴ−ＰОＷＥＲ（登録商標）やＫＩＶＡのように高精度化したこと、そして、その高精度化したエンジンモデル３２を高速に処理し且つ簡単に操作するためのシステム、たとえば前述のＡＮＤＲОＭＤＡ（登録商標）とＧＴ−ＰОＷＥＲ（登録商標）などが構築されていることが挙げられる。このようにシミュレーションのみで適合試験を行うことによって、従来のエンジンの実機によるエンジンベンチ試験のように、多数回の試験を繰り返して行う必要がなく、マップを容易に作成することができる。

また、本実施の形態によれば、シミュレーションによってマップを作成するので、パラメータの全ての範囲について制御パラメータと計測パラメータの関係を求めることができる。すなわち、従来のエンジンの実機によるエンジンベンチ試験では、ノッキングや失火などの不具合を発生する領域では試験を行うことができず、制御パラメータと計測パラメータの関係を求めることができなかったが、本実施の形態では、これらの範囲でも関係を求めることができる。

なお、上記の如く作成したマップをエンジンベンチによって検証してもよい。すなわち、エンジンの実機をエンジンベンチに設置し、前述のマップに基づいて制御パラメータを入力して試験を行い、試験結果として得られた計測パラメータをシミュレーションによる出力値と比較し、検証するとよい。そして、検証の結果、補正が必要と判断した場合に、マップを補正してエンジンベンチ試験を行ったり、エンジンモデル３２を補正して再度シミュレーションを行ったりするとよい。

また、上述した仮想適合システム１０は、シミュレーションだけでマップを作成することができるが、この仮想適合システム１０をＨＩＬＳやエンジンベンチなどと組み合わせて使用してもよい。たとえば、仮想適合システム１０とＨＩＬＳを組み合わせて使用する場合、仮想適合システム１０でシミュレーションを実行することによって制御パラメータの最適点を探索した後、その最適点をセンターポイントとして実験計画法による入力値を設定し、エンジンベンチで試験を行ってもよい。これにより、少ない計測点で、且つ、精度の高いエンジンベンチ試験を行うことができる。

さらに上述した実施形態は、負荷モデル３４がエンジン負荷を擬似する例で説明したが、車両モデルや路面モデルなどを備えた車両全体のモデルとしてもよい。この場合に、負荷モデル３４にエンジンモデル３２から計測トルクやエンジン回転数などのパラメータを入力し、速度などのパラメータを出力するように構築する。また、前述の定義部２２において、速度のシーケンスを作成し、速度目標値と負荷モデルからの速度出力値との差分を求め、その差分に基づいて制御パラメータを変化させるようにする。これにより、速度のシーケンスに基づいたシミュレーションを行うことができ、たとえば１０・１５やＪＣ０８などの運転モードに応じたシミュレーションを行うことができ、それぞれの運転モードに応じたマップを作成することができる。

また、上述した実施形態の仮想適合システム１０を用いて逆適合を行うようにしてもよい。たとえば、出力値（計測パラメータ）の一つを変更することによって、どの入力値（制御パラメータ）がどのように変化するかをシミュレーションによって求めるようにしてもよい。これにより、たとえば出力値の一つが重要である場合に、その出力値がより好ましい値になるような制御パラメータの最適値（または複数の制御パラメータの最適な組み合わせ）を求めることができる。

１０仮想適合システム
２０システム制御部
２２定義部
２４実行部
３０仮想ベンチ
３２エンジンモデル
３４負荷モデル
４０解析部
４２操作部
４４表示部

Claims

エンジンのパラメータを示す制御値が入力されることによって、前記エンジンのパラメータを示す特性値が出力されるエンジンモデルと、
前記エンジンに与える負荷を模擬する負荷モデルと、
前記エンジンモデルの前記入出力パラメータの条件を設定するとともに、前記エンジンモデルと前記負荷モデルを用いて仮想的なエンジン動作のシミュレーションを実行させるシステム制御部と、
前記シミュレーションによって得られたデータを解析し、所定の目的に対しての最適点を抽出してマップを作成する解析部と、
を備えることを特徴とするエンジンの仮想適合システム。
前記エンジンモデルは実機エンジンを用いて求めた前記入出力パラメータの特性をモデル化したものであり、前記実機エンジンの正常動作範囲と非正常動作範囲を区分して示すパラメータ値を含むことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの仮想適合システム。
実機エンジンを用いて求めた前記入出力パラメータの特性をモデル化して前記エンジンモデルと置き換える機能を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの仮想適合システム。
前記負荷モデルは、前記エンジンの回転数および負荷トルクを制御可能であり、且つ、所定目的の負荷モデルの追加機能を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のエンジンの仮想適合システム。
前記負荷モデルは、仮想的に制御可能であり、且つ、入出力条件を変更可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のエンジンの仮想適合システム。
前記最適点の決定経過のデータを表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のエンジンの仮想適合システム。
前記マップは、該マップを用いての実機エンジン運転を想定しての正常運転動作範囲と非正常動作範囲とを区分するデータを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のエンジンの仮想適合システム。