JP2011144761A - システム制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 動的状態が少なくとも２つの間で切り替わるシステムの制御をより良好に行うことができるもの、具体的には、ハンチングを効果的に抑制できるものを提供する。
【解決手段】 入力及び出力の時系列データから、システムを区分的アフィンシステムとして複数の動的状態の各々におけるシステムモデルを同定し、同定されたシステムモデルに基づいてシステムを制御する、システム制御装置であって、入力及び出力の時系列データを要素として含む回帰ベクトルの空間である回帰空間を動的状態の数に領域分割した場合に隣接する領域間を区分する分離超平面と、現在の回帰ベクトルとの、回帰空間中における距離に基づいて、システムの制御状態を判定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、動的状態が少なくとも２つの間で切り替わるシステムを制御する、システム制御装置に関する。

例えば、内燃機関を備えたシステムにおいては、排気浄化触媒の暖機／未暖機、機関の定常／過渡運転、過給機の作動／不作動、あるいは多段過給における過給状態の切り替えによって、機関の動的運転状態が不連続的（離散的）に切り替わる。このような複雑なシステムの動特性を同定し、この同定されたモデルを用いて当該システムの制御を行う装置においては、当該モデルを単一の線型モデルとすると、制御誤差が大きくなり、高精度の制御を行うことができなかった。

そこで、本発明の発明者は、当該システムにおける入力及び出力の時系列データから、前記システムを区分的アフィンシステム（区分的アフィンモデル：なお、「アフィン」は「アファイン」と表記されることもある。）として複数の前記動的状態の各々におけるシステムモデルを同定し、同定された前記システムモデルに基づいて前記システムを制御する装置を、既に提案した（例えば、特開２００８−２８０９１２号公報参照。）。本発明は、かかる装置において、前記システムの制御をより良好に行うことができるもの、具体的には、ハンチングを効果的に抑制できるものを提供する。

＜構成＞
本発明のシステム制御装置の特徴は、回帰空間中における分離超平面と現在の回帰ベクトルとの距離に基づいて、前記システムの制御状態を判定する、制御状態判定手段を備えたことにある。ここで、前記「回帰ベクトル」は、前記入力及び前記出力の時系列データを要素として含むベクトルである。また、前記「回帰空間」とは、前記回帰ベクトルの空間である。また、前記「分離超平面」とは、前記回帰空間を前記動的状態の数に領域分割した場合に、隣接する領域間を区分する面である。

例えば、前記制御装置判定手段は、所定時間以上前記距離が所定の判定値以下であるか否かを判定するようになっていてもよい。この場合、本発明のシステム制御装置は、前記所定時間以上前記距離が前記判定値以下である場合に、当該距離を大きくするように、前記システムに対する次回の前記入力を決定する、制御入力決定手段をさらに備え得る。この制御入力決定手段は、前記回帰空間中にて、前記回帰ベクトルの時間微分ベクトルと、前記分離超平面の法線ベクトルとが、鋭角をなすように、前記システムに対する次回の前記入力を決定するものであってもよい。また、前記制御入力決定手段は、前記出力の変動に応じて、前記時間微分ベクトルと前記法線ベクトルとのなす角を変更するようになっていてもよい。

本発明の適用対象としての前記システムには、内燃機関を備えたもの（内燃機関システム）が含まれ得る。この内燃機関システムは、例えば、前記内燃機関の他に、第一及び第二過給機と、第一及び第二切替弁と、タービン間排気圧センサと、を備え得る。

前記内燃機関は、吸気通路及び排気通路と接続されている。前記第一過給機は、前記排気通路に配設された第一タービンと、前記吸気通路に配設された第一コンプレッサと、を備えている。前記第二過給機は、前記第一タービンよりも排気流動方向における下流側の前記排気通路に配設された第二タービンと、前記第一コンプレッサよりも吸気流動方向における上流側の前記吸気通路に配設された第二コンプレッサと、を備えている。前記第一切替弁は、前記第一タービンをバイパスする第一バイパス通路に配設されている。前記第二切替弁は、前記第二タービンをバイパスする第二バイパス通路に配設されている。前記タービン間排気圧センサは、前記第一タービンと前記第二タービンとの間の排気圧であるタービン間排気圧に応じた出力を生じるようになっている。

上述の構成を備えた内燃機関システムは、前記第一及び第二切替弁の開閉の切り替えによって前記動的状態が切り替わるようになっている。そして、この場合、前記システム制御装置は、入力としての前記第一及び第二切替弁の開度及び出力としての前記タービン間排気圧の時系列データから、前記システムを区分的アフィンシステムとして複数の前記動的状態の各々におけるシステムモデルを同定し、同定された前記システムモデルに基づいて当該内燃機関システムを制御するようになっている。また、前記制御入力決定手段としての開度決定手段は、前記所定時間以上前記距離が前記判定値以下である場合に、当該距離を大きくするように、前記第一及び第二切替弁の開度を決定するものである。

区分的アフィンシステムの同定には、「外部入力付き区分的アフィン自己回帰モデル（PWARX model：PWARXは“Piece-Wise affine AutoRegressive eXogeneous”の略）」が好適に用いられ得る。このＰＷＡＲＸモデルは、複数の外部入力付き自己回帰モデル（ARX model：ARXは“AutoRegressive eXogeneous”の略）を条件によって切り替えることで、この種のシステムの解析及び制御をより精度よく行うことができるものである（区分的アフィンモデルであるＰＷＡＲＸモデルは「区分的ＡＲＸモデル」と称されることもある。）。ＡＲＸモデルは、自己回帰モデルの一種であり、システムを同定する際に用いられる周知のモデルである。

区分的アフィンモデル及びＰＷＡＲＸモデルについては、例えば、以下の参考文献を参照：（１）Hayato Nakada， Kiyotsugu Takaba， & Tohru Katayama，“Identification of piecewise affine systems based on statistical clustering technique”，Automatica，vol.41，905-913，2005、（２）鷹羽 浄嗣、仲田 勇人、「区分的アフィンシステムの同定」、システム／制御／情報、システム制御情報学会、vol.50，No.3，pp.87-92，2006、（３）平田 光男、野口 栄、足立 修一、「速度や変位の絶対値で切り替わるメカニカルハイブリッドシステムの同定法」、電気学会論文誌Ｃ、電気学会、Vol.128，No.5，pp.781-787，2008。

＜作用・効果＞
かかる構成を備えた本発明のシステム制御装置は、まず、前記入力及び前記出力（具体的には前記第一及び第二切替弁の開度並びに前記タービン間排気圧）の時系列データを取得する。

次に、本発明のシステム制御装置は、前記システムを区分的アフィンシステムとして、複数の前記動的状態の各々における前記システムモデルを同定する。これにより、複数の前記システムモデルの各々におけるモデルパラメータが取得（推定）される。かかるシステムモデルの同定には、例えば、データクラスタリング等が好適に用いられ得る（上記各参考文献を参照）。

また、本発明のシステム制御装置は、取得した時系列データに基づいて前記回帰空間を前記動的状態の数に領域分割することで、前記分離超平面を取得する。かかる領域分割には、例えば、サポートベクターマシン（SVM：Support Vector Machine）あるいはソフトマージンサポートベクターマシン（soft margin SVM）等が好適に用いられ得る（上記各参考文献を参照）。

また、本発明のシステム制御装置は、現在の前記入力及び前記出力に基づいて、現在の前記回帰ベクトルを取得する。そして、本発明のシステム制御装置は、前記制御状態判定手段により、前記分離超平面と現在の前記回帰ベクトルとの距離に基づいて、前記システムの制御状態を判定する。すなわち、本発明のシステム制御装置は、現在の運転パラメータが、区分的アフィンモデルにおける各サブモデル間の境界面である前記分離超平面付近に（一定時間）存在する場合に、現在の運転状態が安定的でないと判定する。

具体的には、例えば、前記制御状態判定手段は、前記所定時間以上前記距離が前記判定値以下である場合に、前記システムの現在の制御状態（運転状態）がハンチング領域（ハンチングが生じている又は生じやすい領域）にあると判定する。この場合、前記制御入力決定手段（前記開度決定手段）は、前記距離を大きくするように、前記システムに対する次回の前記入力（前記第一及び第二切替弁の開度）を決定する。より詳細には、前記制御入力決定手段は、前記時間微分ベクトルと前記法線ベクトルとが鋭角をなすように、前記システムに対する次回の前記入力を決定する。

なお、前記出力（前記タービン間排気圧）の変動に応じて、前記時間微分ベクトルと前記法線ベクトルとのなす角を変更することで、より適切な制御が実現される。例えば、前記出力の変動が大きい（変動量が所定の閾値を超える）場合に、前記時間微分ベクトルと前記法線ベクトルとのなす角を９０度に近づけることで、当該出力の急激な変動を抑制することができる。

このように、本発明によれば、前記回帰空間上における、ハンチングが発生しやすい領域を回避するように、システム制御が行われる。したがって、本発明によれば、この種の装置におけるハンチングの発生が、効果的に抑制される。特に、複数のアクチュエータ（動作部）の動作状態に応じて前記動的状態が切り替わる前記システムにおける、複数の当該アクチュエータが協調したハンチング回避動作が、より適切に行われる。

本発明の一実施形態に係るシステム制御装置が適用されるシステムである内燃機関システムの概略図である。 図１に示されている本発明の一実施形態としての電気制御装置が採用する、過給モードと各種切替弁の開閉状態との関係の一例を示す概略図である。 図１に示されている本発明の一実施形態としての電気制御装置に備えられたＣＰＵが実行するルーチン（動特性モデル化ルーチン）を示したフローチャートである。 図１に示されている本発明の一実施形態としての電気制御装置に備えられたＣＰＵが実行するルーチン（「モデル化後過給系弁制御ルーチン）を示したフローチャートである。 図１に示されている本発明の一実施形態としての電気制御装置に備えられたＣＰＵが実行するルーチン（ＥＣＶ・ＥＢＶ指示開度決定サブルーチン）を示したフローチャートである。 図１に示されている本発明の一実施形態としての電気制御装置が採用する、過給モードと各種切替弁の開閉状態との関係の他の一例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。

よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜装置構成の概要＞
図１を参照すると、本発明の適用対象である内燃機関システム１は、内燃機関２と、吸気系統３と、排気系統４と、ＥＧＲ装置５（ＥＧＲは排気再循環（Exhaust Gas Recirculation）の略である）と、過給装置６と、電気制御装置７と、を備えている。

＜＜内燃機関＞＞
本実施形態においては、内燃機関２は、直列４気筒のディーゼル機関であって、シリンダヘッド２１及び図示しないシリンダブロックを有している。シリンダヘッド２１には、複数の燃料噴射装置２２が装着されている。各燃料噴射装置２２は、各気筒に対応するように、各気筒の上部に設けられている。また、各燃料噴射装置２２は、図示しない燃料タンクと接続されており、電気制御装置７からの指示信号に応じて各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するようになっている。

＜＜吸排気系統＞＞
吸気系統３は、内燃機関２に空気を導入するために、シリンダヘッド２１と連結されている。吸気系統３は、インテークマニホールド３１と、吸気管３２と、スロットル弁３３（スロットル弁アクチュエータ３３ａを含む）と、インタークーラ３４と、エアクリーナ３５と、を有している。インテークマニホールド３１及び吸気管３２によって、吸気通路が構成されている。

インテークマニホールド３１は、シリンダヘッド２１に形成された図示しない吸気ポートを介して、各気筒と連通するように、シリンダヘッド２１と接続されている。吸気管３２は、インテークマニホールド３１の上流側集合部に接続されている。スロットル弁（吸気絞り弁）３３は、電気制御装置７からの指示信号に応じたスロットル弁アクチュエータ３３ａの作動によって回動することで、吸気管３２内における吸気通路の開口断面積を可変とするように、吸気管３２の吸気流動方向における下流側の端部に配設されている。インタークーラ３４は、スロットル弁３３の吸気流動方向における上流側にて吸気管３２に介装されている。エアクリーナ３５は、吸気管３２の吸気流動方向における上流側の端部に配設されている。すなわち、エアクリーナ３５は、インタークーラ３４の吸気流動方向における上流に設けられた過給装置６よりもさらに上流側に設けられている。

排気系統４は、内燃機関２における各気筒（燃焼室）からの排ガスを外部に放出するために、シリンダヘッド２１と接続されている。排気系統４は、エキゾーストマニホールド４１と、排気管４２と、排ガス浄化用触媒４３と、を有している。エキゾーストマニホールド４１及び排気管４２によって、排気通路が構成されている。

エキゾーストマニホールド４１は、シリンダヘッド２１に形成された図示しない排気ポートを介して、各気筒と連通するように、シリンダヘッド２１と接続されている。排気管４２は、エキゾーストマニホールド４１の下流側集合部に接続されている。排ガス浄化用触媒４３は、排ガス中の微粒子（パティキュレート）を捕集するとともにＮＯｘをも同時に浄化処理し得るように構成されている（ＤＰＮＲ触媒：ＤＰＮＲは本出願人が権利者である登録商標であって、Diesel Particulate−ＮＯｘ Reduction system の略でもある。）。

ＥＧＲ装置５は、排気還流管５１と、ＥＧＲクーラ５２と、ＥＧＲ制御弁５３と、を有している。排気還流管５１は、排ガス（ＥＧＲガス）を吸気系統３側に還流させるＥＧＲ通路を構成するものであって、インテークマニホールド３１とエキゾーストマニホールド４１とを接続するように設けられている。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲガスを冷却するために、排気還流管５１に介装されている。ＥＧＲ制御弁５３は、排気還流管５１に介装されている。このＥＧＲ制御弁５３は、電気制御装置７からの指示信号に応じて開度を変更することで、エキゾーストマニホールド４１からインテークマニホールド３１へと還流させる排ガス量（ＥＧＲガス量）、すなわち、気筒内の吸入空気中における排ガスの割合（ＥＧＲ率）を、変更し得るようになっている。

＜＜過給装置＞＞
過給装置６は、排ガスのエネルギによって駆動されることで、過給する（内燃機関２に導入される空気を圧縮する）ように構成されている。本実施形態においては、過給装置６は、高圧段過給機６１（本発明の第一過給機に相当する）と、低圧段過給機６２（本発明の第二過給機に相当する）と、高圧段コンプレッサバイパス通路６３と、吸気切替弁（ＡＣＶ）６４と、高圧段タービンバイパス通路６５と、排気切替弁（ＥＣＶ）６６と、低圧段タービンバイパス通路６７と、排気バイパス弁（ＥＢＶ）６８と、を有している。

高圧段過給機６１は、高圧段コンプレッサ６１ａ及び高圧段タービン６１ｂ（本発明の第一コンプレッサ及び第一タービンに相当する）を有している。高圧段コンプレッサ６１ａは、吸気通路（吸気管３２）に配設されている。高圧段タービン６１ｂは、排気通路（排気管４２）に配設されている。高圧段タービン６１ｂが排ガスによって回転駆動されることで高圧段コンプレッサ６１ａが回転し、これにより高圧段コンプレッサ６１ａに供給される空気が圧縮される（過給が行われる）ように、高圧段コンプレッサ６１ａと高圧段タービン６１ｂとは、互いにローターシャフト（図示省略）によって同軸回転可能に連結されている。

低圧段過給機６２は、低圧段コンプレッサ６２ａ及び低圧段タービン６２ｂ（本発明の第二コンプレッサ及び第二タービンに相当する）を有している。低圧段コンプレッサ６２ａは、吸気通路（吸気管３２）に配設されている。低圧段タービン６２ｂは、排気通路（排気管４２）に配設されている。低圧段タービン６２ｂが排ガスによって回転駆動されることで低圧段コンプレッサ６２ａが回転し、これにより低圧段コンプレッサ６２ａに供給される空気が圧縮される（過給が行われる）ように、低圧段コンプレッサ６２ａと低圧段タービン６２ｂとは、互いにローターシャフト（図示省略）によって同軸回転可能に連結されている。

高圧段過給機６１と低圧段過給機６２とは、いわゆる「直列」に接続されている。すなわち、低圧段コンプレッサ６２ａは、高圧段コンプレッサ６１ａよりも、吸気流動方向における吸気通路（吸気管３２）の上流側に配設されている。また、低圧段タービン６２ｂは、高圧段タービン６１ｂよりも、排気流動方向における排気通路（排気管４２）の下流側に配設されている。

本実施形態の過給装置６は、負荷が小さい運転領域においては主に高圧段過給機６１により過給を行う一方、負荷が大きい運転領域においては主に低圧段過給機６２により過給を行うため、低圧段過給機６２の容量が高圧段過給機６１の容量よりも大きくなるように構成されている。すなわち、高圧段過給機６１が過給を行うために必要な排ガスのエネルギの最小値が、低圧段過給機６２が過給を行うために必要な排ガスのエネルギの最小値よりも小さくなるように、高圧段過給機６１及び低圧段過給機６２が構成されている。

高圧段コンプレッサバイパス通路６３は、いわゆるバイパス管であって、高圧段コンプレッサ６１ａをバイパスするように設けられている。具体的には、高圧段コンプレッサバイパス通路６３の一端は、高圧段コンプレッサ６１ａと低圧段コンプレッサ６２ａとの間にて、吸気通路（吸気管３２）に接続されている。高圧段コンプレッサバイパス通路６３の他端は、吸気流動方向における高圧段コンプレッサ６１ａよりも下流側且つインタークーラ３４よりも上流側にて、吸気通路（吸気管３２）に接続されている。すなわち、高圧段コンプレッサバイパス通路６３は、高圧段コンプレッサ６１ａと低圧段コンプレッサ６２ａとの間の分岐部にて吸気通路（吸気管３２）から分岐するとともに、高圧段コンプレッサ６１ａよりも吸気流動方向における下流側の合流部にて吸気通路（吸気管３２）に合流するように設けられている。

吸気切替弁６４は、高圧段コンプレッサバイパス通路６３に配設されたバタフライ弁である。この吸気切替弁６４は、電気制御装置７からの指示に応じて駆動される吸気切替弁アクチュエータ６４ａにより、高圧段コンプレッサバイパス通路６３の内部にて、全閉開度から全開開度までの範囲内において回動可能に構成されている。すなわち、吸気切替弁６４は、電気制御装置７からの指示に従ってその回動位置（開度）が変更されることで、高圧段コンプレッサ６１ａに流入する空気の量と、高圧段コンプレッサバイパス通路６３を通過する空気の量と、の割合を変更するようになっている。

本発明の第一バイパス通路に相当する高圧段タービンバイパス通路６５は、いわゆるバイパス管であって、高圧段タービン６１ｂをバイパスするように設けられている。具体的には、高圧段タービンバイパス通路６５の一端は、高圧段タービン６１ｂよりも排気流動方向における上流側にて排気通路（排気管４２）に接続されている。高圧段タービンバイパス通路６５の他端は、高圧段タービン６１ｂと低圧段タービン６２ｂとの間にて排気通路（排気管４２）に接続されている。すなわち、高圧段タービンバイパス通路６５は、エキゾーストマニホールド４１と高圧段タービン６１ｂとの間の分岐部にて排気通路（排気管４２）から分岐するとともに、高圧段タービン６１ｂと低圧段タービン６２ｂとの間の合流部にて排気通路（排気管４２）に合流するように設けられている。

本発明の第一切替弁に相当する排気切替弁６６は、吸気切替弁６４と同様の構造を備えたバタフライ弁であって、高圧段タービンバイパス通路６５に配設されている。すなわち、排気切替弁６６は、電気制御装置７からの指示に応じて駆動される排気切替弁アクチュエータ６６ａによってその開度が変更されることで、高圧段タービン６１ｂに流入する排ガスの量と、高圧段タービンバイパス通路６５を通過する排ガスの量と、の割合を変更するようになっている。

本発明の第二バイパス通路に相当する低圧段タービンバイパス通路６７は、いわゆるバイパス管であって、低圧段タービン６２ｂをバイパスするように設けられている。具体的には、低圧段タービンバイパス通路６７の一端は、低圧段タービン６２ｂよりも排気流動方向における上流側であって高圧段タービン６１ｂと低圧段タービン６２ｂとの間にて、排気通路（排気管４２）に接続されている。低圧段タービンバイパス通路６７の他端は、低圧段タービン６２ｂよりも排気流動方向における下流側にて、排気通路（排気管４２）に接続されている。すなわち、低圧段タービンバイパス通路６７は、高圧段タービン６１ｂと低圧段タービン６２ｂとの間の分岐部にて排気通路（排気管４２）から分岐するとともに、低圧段タービン６２ｂよりも排気流動方向における下流側の合流部にて排気通路（排気管４２）に合流するように設けられている。

本発明の第二切替弁に相当する排気バイパス弁６８は、吸気切替弁６４及び排気切替弁６６と同様の構造を備えたバタフライ弁であって、低圧段タービンバイパス通路６７に配設されている。すなわち、排気バイパス弁６８は、電気制御装置７からの指示に応じて駆動される排気バイパス弁アクチュエータ６８ａによってその開度が変更されることで、低圧段タービン６２ｂに流入する排ガスの量と、低圧段タービンバイパス通路６７を通過する排ガスの量と、の割合を変更するようになっている。

＜＜電気制御装置＞＞
本発明のシステム制御装置あるいは内燃機関システム制御装置としての電気制御装置７は、ＣＰＵ７１と、ＲＯＭ７２と、ＲＡＭ７３と、バックアップＲＡＭ７４と、インターフェース７５と、を備えたマイクロコンピュータであって、当該内燃機関システム１の動作を制御するように構成されている。ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４、及びインターフェース７５は、互いにバスを介して電気的に接続されている。

バックアップＲＡＭ７４は、電気制御装置７に電源が投入された状態でデータを格納するとともに、格納したデータを電源が遮断されている間も保持するようになっている。インターフェース７５は、ＡＤコンバータを含み、燃料噴射装置２２及び各アクチュエータ（スロットル弁アクチュエータ３３ａ、吸気切替弁アクチュエータ６４ａ、排気切替弁アクチュエータ６６ａ、及び、排気バイパス弁アクチュエータ６８ａ）等の動作部、並びに後述する各種センサ類と電気的に接続されている。すなわち、電気制御装置７は、インターフェース７５を介して後述する各種センサ類からの信号をＣＰＵ７１に供給するとともに、当該信号に基づくＣＰＵ７１の指示に従って、上述の各動作部に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。

本実施形態においては、内燃機関システム１には、エアフローメータ８１と、スロットル弁開度センサ８２と、過給圧センサ８３と、クランクポジションセンサ８４と、タービン間排気圧センサ８５と、ＥＣＶ開度センサ８６と、ＥＢＶ開度センサ８７と、アクセル開度センサ８８と、が設けられている。

エアフローメータ８１は、エアクリーナ３５と低圧段タービン６２ｂとの間にて、吸気管３２に配設されている。このエアフローメータ８１は、周知の熱線式エアフローメータであって、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量（内燃機関２に単位時間あたりに吸入される空気の質量であり、単に「流量」と称されることもある。）に応じた信号を出力するようになっている。

スロットル弁開度センサ８２は、スロットル弁３３に対応する位置にて、吸気管３２に装着されている。このスロットル弁開度センサ８２は、スロットル弁３３の開度に応じた信号を出力するようになっている。

過給圧センサ８３は、スロットル弁３３の吸気流動方向における下流側にて、吸気管３２に配設されている。この過給圧センサ８３は、それが配設されている部位の排気管４２内の空気の圧力、すなわち、内燃機関２の燃焼室に供給される空気の圧力（過給装置６によってもたらされる過給圧）を表す信号を出力するようになっている。

クランクポジションセンサ８４は、内燃機関２（上述の図示しないシリンダブロック）に装着されている。このクランクポジションセンサ８４は、機関回転速度（上述のシリンダブロック内に設けられた図示しないクランクシャフトの単位時間あたりの回転数）の算出に用いられる信号、具体的には、クランクシャフトが１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランクシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。

タービン間排気圧センサ８５は、高圧段タービン６１ｂと低圧段タービン６２ｂとの間にて、排気管４２に配設されている。このタービン間排気圧センサ８５は、高圧段タービン６１ｂと低圧段タービン６２ｂとの間の位置における排ガスの圧力であるタービン間排気圧に応じた信号を出力するようになっている。

ＥＣＶ開度センサ８６は、排気切替弁６６に対応する位置にて、排気管４２に装着されている。このＥＣＶ開度センサ８６は、排気切替弁６６の開度に応じた信号を出力するようになっている。

ＥＢＶ開度センサ８７は、排気バイパス弁６８に対応する位置にて、排気管４２に装着されている。このＥＢＶ開度センサ８７は、排気バイパス弁６８の開度に応じた信号を出力するようになっている。

アクセル開度センサ８８は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの開度に応じた信号を出力するようになっている。

＜動作の概要＞
続いて、上述した構成を有する本実施形態の電気制御装置７の、動作の概要について説明する。

図２に示されているように、本実施形態における内燃機関システム１においては、排気切替弁６６（図中「ＥＣＶ」と表記されている）及び排気バイパス弁６８（図中「ＥＢＶ」と表記されている）の開閉の切り替えによって、過給装置６の作動状態すなわち内燃機関２に対する過給状態である「過給モード」が切り替わる。すなわち、以下、排気切替弁６６を「ＥＣＶ」と略記するとともに、排気バイパス弁６８を「ＥＢＶ」と略記すると、内燃機関システム１の「動的状態」である過給モードは、（モード１）ＥＣＶ開・ＥＢＶ開、（モード２）ＥＣＶ開・ＥＢＶ閉、（モード３）ＥＣＶ閉・ＥＢＶ開、（モード４）ＥＣＶ閉・ＥＢＶ閉、の間で切り替わる。

電気制御装置７は、内燃機関２の運転状態に応じて排気切替弁６６及び排気バイパス弁６８の開度を制御することで、過給モードの切り替え及び過給状態の調整を決定する。また、電気制御装置７は、内燃機関２の過給状態に関わる運転パラメータ（ＥＣＶ開度、ＥＢＶ開度、及びタービン間排気圧）の値を、時間経過に対応させた「時系列データ」として取得する。さらに、電気制御装置７は、上述の運転パラメータの時系列データから、内燃機関システム１を区分的アフィンシステムとしてシステムの同定を行い、この同定結果に基づいて内燃機関システム１を制御する。すなわち、電気制御装置７は、内燃機関システム１の制御状態を判定し、この判定結果に基づいて内燃機関システム１を制御する。

具体的には、本実施形態に係る電気制御装置７は、タービン間排気圧センサ８５、ＥＣＶ開度センサ８６、及びＥＢＶ開度センサ８７の出力に基づいて、ＥＣＶ開度、ＥＢＶ開度、及びタービン間排気圧を、時間経過に対応づけられた時系列データとして、バックアップＲＡＭ７４に格納する。また、電気制御装置７は、ＥＣＶ開度及びＥＢＶ開度に基づくタービン間排気圧の動特性を、ＥＣＶ及びＥＢＶの開閉状態で切り替わる区分的ＡＲＸモデル（ＰＷＡＲＸモデル）としてモデル化し、データクラスタリングによって、複数の過給モードの各々におけるＡＲＸモデルを同定する（システムモデルパラメータを推定する）。また、電気制御装置７は、上述の運転パラメータ（ＥＣＶ開度、ＥＢＶ開度、及びタービン間排気圧）の時系列データを要素として含む回帰ベクトルの空間である回帰空間を、上述の過給モードの数（４つ）に領域分割し、隣接する領域間を区分する面である分離超平面を取得（推定）する。

そして、電気制御装置７は、システム同定及び分離超平面推定結果に基づいて、内燃機関システム１を制御する。具体的には、電気制御装置７は、分離超平面と現在の回帰ベクトルとの距離を算出し、算出した距離に基づいて内燃機関システム１の現在の制御状態（運転状態）を判定し、この判定結果に基づいてＥＣＶ開度及びＥＢＶ開度を制御（調整）する。

＜動作の詳細＞
以下、上述の動作の詳細について、数式を適宜用いて説明する。なお、以下の説明は、上記参考文献や、本発明の発明者が先に提案した特開２００８−２８０９１２号公報や、特願２００９−２５２８９７号の明細書及び図面に開示された、ＰＷＡＲＸモデル同定手順とほぼ共通する。よって、当業者がこれらの文献に記載された内容及び以下の説明に基づいて本願発明を容易に実施することができることは、いうまでもない。

＜＜時系列データの取得＞＞
時刻ｋにおけるＥＣＶ開度をｕ（ｋ）とし、同時刻ｋにおけるＥＢＶ開度をｖ（ｋ）とし、同時刻ｋにおけるタービン間排気圧をｙ（ｋ）とする。電気制御装置７は、タービン間排気圧センサ８５、ＥＣＶ開度センサ８６、及びＥＢＶ開度センサ８７の出力に基づいて、ＥＣＶ開度、ＥＢＶ開度、及びタービン間排気圧を、時間経過に対応させながら、所定のサンプリング時間が経過する毎に取得し、ＲＡＭ７３に格納する（ＲＡＭ７３には、ＥＣＶ開度、ＥＢＶ開度、及びタービン間排気圧の、最新データから所定時間遡ったデータまでの所定量が一時格納され、古いものから順に消去される。）。

取得されたこれらの運転パラメータの値は、時系列データとして、バックアップＲＡＭ７４に順次格納される。電気制御装置７は、この時系列データの量（データ数）がタービン間排気圧の動特性のモデル化（後述）を行うために必要な所定量となるまで、時系列データを取得し続ける。電気制御装置７は、時系列データの取得量がこの所定量に到達すると、時系列データを取得することを停止する。

時系列データの取得量が上述の所定量に到達すると、電気制御装置７は、下記（１）式に示すように、時刻ｋにおける回帰ベクトルｘ（ｋ）を決定する。

上記（１）式において、ｙ（ｋ−１）…ｙ（ｋ−ｎ_ｙ）は、それぞれ、時刻ｋよりも過去の時刻ｋ−１…ｋ−ｎ_ｙにおけるタービン間排気圧の値を表す。また、同式において、ｕ（ｋ−１）…ｕ（ｋ−ｎ_ｕ）は、それぞれ、時刻ｋよりも過去の時刻ｋ−１…ｋ−ｎ_ｕにおけるＥＣＶ開度の値を表す。また、同式において、ｖ（ｋ−１）…ｖ（ｋ−ｎ_ｖ）は、それぞれ、時刻ｋよりも過去の時刻ｋ−１…ｋ−ｎ_ｖにおけるＥＢＶ開度の値を表す。なお、ｎ_ｙ、ｎ_ｕ、及びｎ_ｖは、それぞれ正の整数であり、
ｎ＝ｎ_ｙ＋ｎ_ｕ＋ｎ_ｖ
を満たす。

上記（１）式に示されているように、回帰ベクトルｘ（ｋ）は、時刻ｋよりも過去の時刻における上述の運転パラメータの値からなるベクトルである。この回帰ベクトルは、バックアップＲＡＭ７４に順次格納される。この回帰ベクトルは、それぞれの時刻（時系列データの量が上述の所定量に到達した時刻をｎとすると、ｎ、ｎ−１、ｎ−２、・・・、ｋ、ｋ−１、ｋ−２、・・・のそれぞれの時刻）に対して決定される。したがって、時系列データの量（上記所定量）、並びに、ｎ_ｙ、ｎ_ｕ、及びｎ_ｖの値、に基づいて定まる量の、複数の回帰ベクトルが、バックアップＲＡＭ７４に格納される。

＜＜ＰＷＡＲＸモデルによるシステム同定・分離超平面推定＞＞
タービン間排気圧の動特性が、下記（２）式により表されると仮定する。下記（２）式において、ｅ（ｋ）は式誤差であり、ベクトルθ_１〜θ_４は同定する未知パラメータ（システムパラメータ）であり、ｉ（ｋ）は時刻ｋにおける離散状態（過給モード：ｉ＝１，２，３，４）を表す。また、回帰空間Ｘ⊂Ｒ^ｎは、分離超平面により、領域Ｘ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４）に領域分割されているものとする。換言すれば、領域Ｘ_ｉは、過給モードがｉである場合の回帰ベクトルが属する、回帰空間中の領域である。

上記（２）式に示されているように、内燃機関システム１のＰＷＡＲＸモデルは、図１に示されている４つの過給モード（離散状態）に対応した４つのＡＲＸモデルによって記述される。そこで、電気制御装置７は、以下の手順により、システムパラメータと分離超平面とを決定（推定）する。

手順１（データクラスタリング）：下記（３）式のように、観測データベクトルｚ（ｋ）を定義する。なお、観測データベクトルｚ（ｋ）は、以下、単に、「データベクトルｚ（ｋ）」あるいは「データベクトル」と称する。

観測データが下記（４）式に示されているような混合正規分布に従うと仮定する。

但し、

である。

上記（４）〜（７）式中において、Φは混合正規分布のパラメータ、αはスカラー量、μは（ｎ_ｙ＋ｎ_ｕ＋ｎ_ｖ＋１）次元の平均ベクトル、Σは（ｎ_ｙ＋ｎ_ｕ＋ｎ_ｖ＋１）×（ｎ_ｙ＋ｎ_ｕ＋ｎ_ｖ＋１）次元の分散行列、ｉは離散状態（過給モード）に対応する変数、を、それぞれ表す。すなわち、変数ｉが「２」であることは、排気切替弁６６が「開」且つ排気バイパス弁６８が「閉」である過給モード「２」を意味する（図２参照）。また、上記（７）式における「ｎ_ｚ」はスカラー量であり、
ｎ_ｚ＝ｎ_ｙ＋ｎ_ｕ＋ｎ_ｖ＋１
である。

そして、電気制御装置７は、下記式（８）で示される尤度関数Ｌ（Φ）を最大化するような混合正規分布パラメータΦを、最尤推定法を用いて算出する。かかるパラメータΦの算出は、非凸最適化問題であるが、かかるパラメータΦは周知の期待値最大化法（ＥＭアルゴリズム）等によって算出することができる。なお、下記（８）式において、「Ｎ」はデータベクトルの量（データ数）を表し、「ｚ_ｋ」はデータベクトルｚ（ｋ）を便宜上略記したものである。

上述のように、４つの離散状態は、回帰ベクトル空間上で分離超平面によって分割されている。そこで、電気制御装置７は、複数のデータベクトルを、過給モード１に対応するデータベクトル群Ｃ_１、過給モード２に対応するデータベクトル群Ｃ_２、過給モード３に対応するデータベクトル群Ｃ_３、過給モード４に対応するデータベクトル群Ｃ_４、の４つのデータベクトル群の何れかに、上述のようにして算出した混合正規分布パラメータΦを用いて分類する。

具体的には、電気制御装置７は、下記（９）式に示されている帰属確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_ｉ）に対して時刻ｋにおけるデータベクトルｚ（ｋ）を適用することにより、そのデータベクトルｚ（ｋ）がデータベクトル群Ｃ_１に帰属する第１確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_１）、データベクトル群Ｃ_２に帰属する第２確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_２）、データベクトル群Ｃ_３に帰属する第３確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_３）、データベクトル群Ｃ_４に帰属する第４確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_４）、をそれぞれ取得する。なお、下記（９）式中における帰属確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_ｉ）は、時刻ｋにおけるデータベクトルｚ（ｋ）がデータベクトル群Ｃ_ｉに帰属する確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_ｉ）を表す。また、α_ｉ、μ_ｉ及びΣ_ｉには、上述のようにして算出した混合正規分布パラメータΦ（これを、「最適パラメータΦ_Ｂ」と称する。下記式（９）では「最適パラメータΦ_Ｂ」が用いられている。）が適用される。

そして、電気制御装置７は、第ｉ確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_ｉ）が最も大きいとき、データベクトルｚ（ｋ）をデータベクトル群Ｃ_ｉに分類する。具体的には、例えば、第１確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_１）が最も大きいとき、データベクトルｚ（ｋ）をデータベクトル群Ｃ_１に分類する。一方、第２確率Ｐ（ｋ∈Ｃ_２）が最も大きいとき、データベクトルｚ（ｋ）をデータベクトル群Ｃ_２に分類する。

このようにして、電気制御装置７は、複数のデータベクトルの全てを上記（９）式に示す関数に対して適用する。これにより、複数のデータベクトルは、データベクトル群Ｃ_１ないしデータベクトル群Ｃ_４のいずれかに分類される。以下、便宜上、データベクトル群Ｃ_ｉに属するデータベクトルの集合を「クラスタＣ_ｉ」と称する（ｉ＝１，２，３，４）。すなわち、上記（２）式における領域Ｘ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４）は、クラスタＣ_ｉを回帰空間に投影した場合における、当該クラスタＣ_ｉが属する回帰空間中の領域に相当する。

手順２（分離超平面の推定）：相異なる２つの離散状態ｉ＝ｐ，ｑ∈｛１，２，３，４｝（ｐ≠ｑ）を分割する回帰空間上の分離超平面が下記式（１０）により与えられるとする。なお、下記（１０）式において、ａ及びｂは係数であり、ｘ（ｋ）は上記（１）式に示されている時刻ｋにおける回帰ベクトルである。

電気制御装置７は、上記（１０）式における係数ａ及びｂを、下記（１１）式に示されている二次最適化問題を解くことによって決定する。下記（１１）式において、σ_ｋは時刻ｋにおけるデータベクトルｚ（ｋ）を上述したように分類する際に生じ得る誤り（誤分類）の程度を表すパラメータである。σ_ｋは、出来る限り小さい適値に設定される（上記各参考文献を参照。）。

手順３（システムパラメータの推定）：電気制御装置７は、分類されたデータベクトル群のそれぞれにおいて、タービン間排気圧の動特性を示すＡＲＸモデルにおけるシステムパラメータを推定する。すなわち、電気制御装置７は、上記（２）式におけるシステムパラメータθ_１〜θ_４を、下記（１２）式に基づき、最小二乗法によって推定する。なお、下記（１２）式において、ｘ（ｋ_ｉ１）・・・ｘ（ｋ_ｉＮｉ）のそれぞれは、クラスタＣ_ｉに属するデータベクトルに要素として含まれる回帰ベクトルの値を表し、Ｎ_ｉはクラスタＣ_ｉに含まれるデータベクトルの個数（データ数）を表す。

＜＜同定結果に基づくシステム制御＞＞
電気制御装置７は、分離超平面及びシステムパラメータの推定を行った後の所定の時刻ｔにおける回帰ベクトルｘ（ｔ）を取得（生成）する。これを、以下、「現在の回帰ベクトルｘ（ｔ）」と称する。

次に、電気制御装置７は、現在の回帰ベクトルｘ（ｔ）と、これと最も近接する分離超平面との距離を算出する。続いて、電気制御装置７は、算出した距離が所定時間以上所定の判定値以下であるか否かを判定する。算出した距離が所定時間以上所定の判定値以下でない場合、電気制御装置７は、内燃機関システム１の現在の制御状態（運転状態）が安定領域であると判定する。

一方、算出した距離が所定時間以上所定の判定値以下である場合、電気制御装置７は、内燃機関システム１の運転状態がハンチング領域（ハンチングが生じている又は生じやすい領域）にあると判定する。この場合、電気制御装置７は、上述の距離を大きくするように、ＥＣＶ開度及びＥＢＶ開度を決定する。

より詳細には、電気制御装置７は、回帰ベクトルの時間微分ベクトルと、分離超平面の法線ベクトルとが鋭角をなすように、ＥＣＶ開度及びＥＢＶ開度を調整する。また、このとき、電気制御装置７は、タービン間排気圧の変動量が所定の閾値を超える場合に、回帰ベクトルの時間微分ベクトルと分離超平面の法線ベクトルとのなす角を９０度に近づけるように変更することで、タービン間排気圧の急激な変動を抑制する。

＜動作の具体例＞
以下、電気制御装置７の実際の動作の具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、図面中、「ステップ」は「Ｓ」と略記されている。ＣＰＵ７１は、図３及び図４のフローチャートによって示された各ルーチン（ＲＯＭ７２に予め格納されている）を、所定のタイミング毎に繰り返し実行する。

ＣＰＵ７１は、図３に示されている「動特性モデル化」ルーチン３００の実行により、内燃機関システム１あるいはこれを備えた装置（例えば車両）の工場出荷後に内燃機関２が始動されてからタービン間排気圧の動特性のモデル化が完了するまでの間に内燃機関システム１の運転パラメータを時系列データとして取得するとともに、取得した運転パラメータの時系列データに基づいて、タービン間排気圧の動特性を、排気切替弁６６及び排気バイパス弁６８の開閉状態で切り替わるＰＷＡＲＸモデルとしてモデル化する。

具体的には、ＣＰＵ７１は、ステップ３１０にて、動特性のモデル化が完了しているか否かを判定する。モデル化が完了している場合は（ステップ３１０＝Ｙｅｓ）、ステップ３２０以降の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了する。いま、内燃機関システム１あるいはこれを備えた装置の工場出荷後に内燃機関２が最初に始動された直後であってモデル化が完了していない場合を想定する。この場合、ステップ３１０の判定が「Ｎｏ」となり、処理がステップ３２０以降に進行する。

ステップ３２０においては、ＣＰＵ７１は、タービン間排気圧センサ８５、ＥＣＶ開度センサ８６、及びＥＢＶ開度センサ８７の出力に基づいて、ＥＣＶ開度、ＥＢＶ開度、及びタービン間排気圧を、時間経過に対応させて取得する。取得されたこれらの運転パラメータの値は、時間経過に対応づけられた時系列データとして、バックアップＲＡＭ７４に順次格納される。以下、便宜上、この運転パラメータの時系列データを、単に「時系列データ」と略称する。

次に、処理がステップ３３０に進行する。ステップ３３０においては、ＣＰＵ７１は、所定のモデル化条件が成立しているか否かを判定する。このモデル化条件は、具体的には、例えば、時系列データの量がタービン間排気圧の動特性のモデル化（後述）を行うために必要な所定量となったことを含む。時系列データの量が不足している間は（ステップ３３０＝Ｎｏ）、ステップ３４０以降の処理がスキップされ、本ルーチンの実行のたびに時系列データが取得され続ける。

時系列データの量がタービン間排気圧の動特性のモデル化（後述）を行うために必要な所定量となり、モデル化条件が成立すると（ステップ３３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ３３０からステップ３４０以降に進行する。ステップ３４０においては、上述のように、データクラスタリングが行われる。その後、処理がステップ３５０に進行し、クラスタリングされたデータ群の分離超平面が推定され、続くステップ３６０にて、各離散状態（過給モード）にクラスタリングされたデータ群に基づいて、各離散状態におけるシステムパラメータが推定される。

このようにして、ＰＷＡＲＸモデルによる、システム同定及び分離超平面の推定が行われた後、本ルーチンが終了する。これにより、タービン間排気圧の動特性モデル化が完了する。これ以降は、電気制御装置７のリセットや所定時間経過等によって再度のモデル化が必要になるまで、本ルーチンの実行のたびにステップ３１０の判定が「Ｙｅｓ」となり、ステップ３２０以降の処理がスキップされる。

ＣＰＵ７１は、図４に示されている「モデル化後過給系弁制御」ルーチン４００の実行により、動特性モデル化後の排気切替弁６６及び排気バイパス弁６８の動作制御（開弁量補正）を行う。

具体的には、ＣＰＵ７１は、ステップ４１０にて、上述のルーチン３００による動特性のモデル化が完了しているか否かを判定する。モデル化が完了していない場合は（ステップ４１０＝Ｎｏ）、ステップ４２０以降の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了する。すなわち、この場合、本ルーチンは実質的には実行されない。いま、上述のルーチン３００による動特性のモデル化が完了しているものとして説明を続けると、この場合、ステップ４１０の判定が「Ｙｅｓ」となり、処理がステップ４２０以降に進行する。

ステップ４２０においては、ＣＰＵ７１は、ＲＡＭ７３に格納された現在のＥＣＶ開度、ＥＢＶ開度、及びタービン間排気圧に基づいて、現在の回帰ベクトルを生成し、生成した現在の回帰ベクトルをＲＡＭ７３に格納する。次に、処理がステップ４３０に進行し、ＣＰＵ７１は、回帰空間上における、現在の回帰ベクトルと、これと最も近接する分離超平面との距離を算出する。続いて、処理がステップ４４０に進行し、ＣＰＵ７１は、算出した距離が所定の判定値以下であるか否かを判定する。

算出した距離が所定の判定値以下であって、現在の回帰ベクトルがサブモデル（ＰＷＡＲＸモデルにおける各ＡＲＸモデル）間の境界面である分離超平面付近にある場合（ステップ４４０＝Ｙｅｓ）、内燃機関システム１の運転状態がハンチング領域（ハンチングが生じている又は生じやすい領域）にあることが想定される。そこで、この場合、処理がステップ４５０に進行し、ＣＰＵ７１は、算出した距離が所定の判定値以下である状態が所定時間継続したか否かを判定する。

算出した距離が所定時間以上所定の判定値以下である場合（ステップ４４０＝Ｙｅｓ，ステップ４５０＝Ｙｅｓ）、ＣＰＵ７１は、内燃機関システム１の運転状態がハンチング領域にあると判定し、次に示す「ＥＣＶ・ＥＢＶ指示開度決定」サブルーチン５００を実行した後、本ルーチンを一旦終了する。一方、ステップ４４０又は４５０のうちのいずれか一方の判定結果が「Ｎｏ」である場合、上述のサブルーチン５００は実行されず、本ルーチンが一旦終了する。

図５に示されている「ＥＣＶ・ＥＢＶ指示開度決定」サブルーチン５００が実行されると、まず、ステップ５１０にて、ＣＰＵ７１は、ＲＡＭ７３に格納された、現在の回帰ベクトルと、その前回値と、に基づいて、回帰ベクトルの時間微分ベクトル（以下、単に「時間微分ベクトル」と称する。）を生成する。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ５２０にて、現在の回帰ベクトルと最も近接する分離超平面の法線ベクトル（以下、単に「法線ベクトル」と称する。）を取得する。続いて、ＣＰＵ７１は、ステップ５３０にて、時間微分ベクトルと法線ベクトルとのなす角度を決定する。具体的には、ＣＰＵ７１は、上述の距離が短いほど、角度を小さくして、上述の距離が長くなるようにする。

その後、処理がステップ５４０に進行し、ＣＰＵ７１は、タービン間排気圧の変動量が大きいか（所定の閾値を超えるか）否かを判定する。タービン間排気圧の変動量は、ＲＡＭ７３に格納された最近のタービン間排気圧のデータから容易に算出される。タービン間排気圧の変動量が大きい場合（ステップ５４０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５４５に進行し、ＣＰＵ７１は、タービン間排気圧の急激な変動を抑制するため、ステップ５３０にて決定された角度を、９０度に近づける方向に修正する。一方、タービン間排気圧の変動量が小さい場合（ステップ５４０＝Ｎｏ）、ステップ５４５の処理はスキップされる。

そして、上述のようにして決定（あるいは修正）された、時間微分ベクトルと法線ベクトルとのなす角度に基づいて、排気切替弁６６及び排気バイパス弁６８の開度指示値の最終値が決定され、本ルーチンが一旦終了する。すなわち、アクセル開度や吸入空気流量等に基づいて別のルーチンによって決定されたＥＣＶ指示開度及びＥＢＶ指示開度が、本ルーチンの実行によって補正される。これにより、タービン間排気圧のハンチングの発生が、効果的に抑制される。

＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。

（Ａ）本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関に適用可能である。気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料供給方式も、特に限定はない。

（Ｂ）本発明は、上記の実施形態にて開示された具体的な処理に限定されない。例えば、本発明は、過給系制御のみならず、燃料噴射制御にも好適に適用される。

上述の実施形態においては、「タービン間排気圧」の動特性がＡＲＸモデルとしてモデル化されている。しかしながら、本発明は、これに限定されない。すなわち、タービン間排気圧以外の運転パラメータの動特性をＡＲＸモデルとしてモデル化するものに対しても、本発明は好適に適用され得る。

また、上述の実施形態においては、動特性のモデル化が一旦完了すると、時系列データの取得が停止されるようになっている。しかしながら、本発明の装置は、モデル化が完了した後も時系列データを取得し続けるとともに、取得された時系列データに基づいて所定時間が経過する毎に「分離超平面の再推定」及び「動特性の再モデル化」を行うように構成されていてもよい。

過給モードの切り替えは、上述の実施形態にて示された態様に限定されない。例えば、排気切替弁６６、排気バイパス弁６８、及び吸気切替弁６４の開閉状態によって、図６に示されているように過給モードが切り替えられてもよい（吸気切替弁６４は図６（Ｂ）中「ＡＣＶ」と表記されている）。

上述したように、高圧段過給機６１が作動することができる排ガスのエネルギ量は、低圧段過給機６２が作動することができる排ガスのエネルギ量よりも小さい。そこで、電気制御装置７は、排ガスのエネルギが小さいとき（すなわち機関負荷が小さいとき）、排ガスが高圧段過給機６１に優先的に供給されるように排気切替弁６６を制御する。一方、電気制御装置７は、排ガスのエネルギが大きいとき（すなわち機関負荷が大きいとき）、排ガスが低圧段過給機６２に優先的に供給されるように排気切替弁６６を制御する。さらに、電気制御装置７は、低圧段過給機６２に過大な排ガスのエネルギが供給されないように、排気バイパス弁６８を制御する。加えて、電気制御装置７は、高圧段コンプレッサ６１ａに適切な量の空気が供給されるように、吸気切替弁６４を制御する。

このように、電気制御装置７は、内燃機関２の運転状態に応じて、適切な量の空気及び排ガスが高圧段過給機６１及び低圧段過給機６２に供給されるように、吸気切替弁６４、排気切替弁６６及び排気バイパス弁６８を制御する。これにより、高圧段過給機６１及び低圧段過給機６２が内燃機関２の運転状態に応じて適切に駆動される。その結果、適切な過給が行われる。

このような制御を実行するために、電気制御装置７は、内燃機関２の運転状態を４つの領域（運転領域）に分け、その４つの運転領域のそれぞれに適した吸気切替弁６４、排気切替弁６６及び排気バイパス弁６８の作動状態を決定する。すなわち、これら各制御弁の作動状態が、過給モードに基づいて決定される。具体的には、この過給モードは、以下のように決定される。

電気制御装置７は、図６（Ａ）に示すように、「機関回転速度NEと、燃料噴射量Qと、過給モードと、の関係を予め定めた過給モードテーブルMapTurbo（NE，Q）」をＲＯＭ７２に格納している。図６（Ａ）中の「１」〜「４」の数字は、それぞれ過給モードの番号を示す。更に、図６（Ａ）中の「HP＋LP」は高圧段過給機６１と低圧段過給機６２との双方が作動することを示し、「LP」は低圧段過給機６２が優先的に作動することを示す。

図６（Ｂ）は、各過給モードにおける各制御弁の作動状態を示す。図６（Ｂ）において、「全閉」は、制御弁の開度がその制御弁が設けられている通路を閉鎖する開度に設定され、空気又は排ガスがその通路を通過することができない制御弁の作動状態を示す。一方、「全開」は、制御弁の開度がその制御弁が設けられている通路を完全に（限界まで）開放する開度に設定され、空気又は排ガスがその通路を制御弁の影響を実質的に受けることなく通過することができる制御弁の作動状態を示す。更に、「開」は、制御弁の開度が「全閉」から「全開」までの間の開度に設定され、その制御弁が設けられている通路を通過する空気又は排ガスの流量が制御弁の開度に応じて変更可能である制御弁の作動状態を示す。

電気制御装置７は、上記過給モードテーブルMapTurbo（NE，Q）に実際の機関回転速度NE及び燃料噴射量Qを適用することにより、過給モード（各制御弁の作動状態）を決定する。そして、電気制御装置７は、決定された過給モードに応じて各制御弁の開度を調整する。なお、電気制御装置７は、内燃機関２に対する要求トルクが所定値以下である減速状態にて内燃機関２が運転されている場合、実際の機関回転速度NE及び燃料噴射量Qの大きさに関わらず、過給モード１に応じて各制御弁の開度を調整する。

（Ｃ）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。

また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。

さらに、本明細書にて引用した各文献の内容（公報の明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。

１…内燃機関システム ２…内燃機関
３…吸気系統 ３２…吸気管 ３３…スロットル弁
４…排気系統 ４２…排気管 ６…過給装置
６１…高圧段過給機 ６１ａ…高圧段コンプレッサ ６１ｂ…高圧段タービン
６２…低圧段過給機 ６２ａ…低圧段コンプレッサ ６２ｂ…低圧段タービン
６５…高圧段タービンバイパス通路 ６６…排気切替弁
６７…低圧段タービンバイパス通路 ６８…排気バイパス弁
７…電気制御装置 ７１…ＣＰＵ ７２…ＲＯＭ
７３…ＲＡＭ ７４…バックアップＲＡＭ
８１…エアフローメータ ８４…クランクポジションセンサ
８５…タービン間排気圧センサ ８６…ＥＣＶ開度センサ
８７…ＥＢＶ開度センサ ８８…アクセル開度センサ

特開２００３− ９０２５２号公報 特開２００３−１８４６１２号公報 特開２００８−２８０９１２号公報 特開２００８−２９７９８６号公報

Hayato Nakada， Kiyotsugu Takaba， & Tohru Katayama，"Identification of piecewise affine systems based on statistical clustering technique"，Automatica，vol.41，905-913，2005 鷹羽 浄嗣、仲田 勇人、「区分的アフィンシステムの同定」、システム／制御／情報、システム制御情報学会、vol.50，No.3，pp.87-92，2006 平田 光男、野口 栄、足立 修一、「速度や変位の絶対値で切り替わるメカニカルハイブリッドシステムの同定法」、電気学会論文誌Ｃ、電気学会、Vol.128，No.5，pp.781-787，2008

Claims (10)

1. 吸気通路及び排気通路と接続された、内燃機関と、
   前記排気通路に配設された第一タービンと、前記吸気通路に配設された第一コンプレッサと、を備えた、第一過給機と、
   前記第一タービンよりも下流側の前記排気通路に配設された第二タービンと、前記第一コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配設された第二コンプレッサと、を備えた、第二過給機と、
   前記第一タービンをバイパスする第一バイパス通路に配設された第一切替弁と、
   前記第二タービンをバイパスする第二バイパス通路に配設された第二切替弁と、
   前記第一タービンと前記第二タービンとの間の排気圧であるタービン間排気圧に応じた出力を生じる、タービン間排気圧センサと、
   を備え、前記第一及び第二切替弁の開閉の切り替えによって動的状態が少なくとも２つの間で切り替わるシステム
   における、入力としての前記第一及び第二切替弁の開度及び出力としての前記タービン間排気圧の時系列データから、前記システムを区分的アフィンシステムとして複数の前記動的状態の各々におけるシステムモデルを同定し、同定された前記システムモデルに基づいて前記システムを制御する、システム制御装置であって、
   前記入力及び前記出力の時系列データを要素として含む回帰ベクトルの空間である回帰空間を前記動的状態の数に領域分割した場合に、隣接する領域間を区分する分離超平面と現在の前記回帰ベクトルとの、前記回帰空間中における距離に基づいて、前記システムの制御状態を判定する、制御状態判定手段を備えたことを特徴とする、システム制御装置。
2. 請求項１に記載の、システム制御装置であって、
   前記制御装置判定手段は、所定時間以上前記距離が所定の判定値以下であるか否かを判定することを特徴とする、システム制御装置。
3. 請求項２に記載の、システム制御装置において、
   前記所定時間以上前記距離が前記判定値以下である場合に、当該距離を大きくするように、前記第一及び第二切替弁の開度を決定する、開度決定手段をさらに備えたことを特徴とする、システム制御装置。
4. 請求項３に記載の、システム制御装置であって、
   前記開度決定手段は、前記回帰空間中にて、前記回帰ベクトルの時間微分ベクトルと、前記分離超平面の法線ベクトルとが、鋭角をなすように、前記第一及び第二切替弁の開度を決定することを特徴とする、システム制御装置。
5. 請求項４に記載の、システム制御装置であって、
   前記開度決定手段は、前記タービン間排気圧の変動に応じて、前記時間微分ベクトルと前記法線ベクトルとのなす角を変更することを特徴とする、システム制御装置。
6. 動的状態が少なくとも２つの間で切り替わるシステムにおける入力及び出力の時系列データから、前記システムを区分的アフィンシステムとして複数の前記動的状態の各々におけるシステムモデルを同定し、同定された前記システムモデルに基づいて前記システムを制御する、システム制御装置であって、
   前記入力及び前記出力の時系列データを要素として含む回帰ベクトルの空間である回帰空間を前記動的状態の数に領域分割した場合に、隣接する領域間を区分する分離超平面と現在の前記回帰ベクトルとの、前記回帰空間中における距離に基づいて、前記システムの制御状態を判定する、制御状態判定手段を備えたことを特徴とする、システム制御装置。
7. 請求項６に記載の、システム制御装置であって、
   前記制御装置判定手段は、所定時間以上前記距離が所定の判定値以下であるか否かを判定することを特徴とする、システム制御装置。
8. 請求項７に記載の、システム制御装置において、
   前記所定時間以上前記距離が前記判定値以下である場合に、当該距離を大きくするように、前記システムに対する次回の前記入力を決定する、制御入力決定手段をさらに備えたことを特徴とする、システム制御装置。
9. 請求項８に記載の、システム制御装置であって、
   前記制御入力決定手段は、前記回帰空間中にて、前記回帰ベクトルの時間微分ベクトルと、前記分離超平面の法線ベクトルとが、鋭角をなすように、前記システムに対する次回の前記入力を決定することを特徴とする、システム制御装置。
10. 請求項９に記載の、システム制御装置であって、
    前記制御入力決定手段は、前記出力の変動に応じて、前記時間微分ベクトルと前記法線ベクトルとのなす角を変更することを特徴とする、システム制御装置。

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