JP2013113150A - エンジンの予測制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチコアシステムの採用によりディレイ時間を可変にしたエンジンの予測制御装置を提供する。
【解決手段】予測制御装置は、それぞれに異なる予測時間が設定された複数のコアを有する。複数のコアのそれぞれは、設定された予測時間をディレイ時間としてディレイ制御を実施した場合に予測時間だけ将来において達成される予測筒内空気量を目標スロットル開度に基づいて演算する。予測制御装置は、複数のコアのそれぞれで演算された予測筒内空気量のうちの何れか１つを選択するとともに、選択した予測筒内空気量を与えるコアに設定されている予測時間をディレイ時間としてディレイ制御を実施する。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの予測制御装置、より詳しくは、スロットルのディレイ制御を実施することよって将来において達成される筒内空気量を目標スロットル開度から予測するエンジンの予測制御装置に関する。

電子制御式のスロットルを備えたエンジンでは、ドライバのアクセル開度に基づいて目標スロットル開度が決定され、目標スロットル開度に従ってスロットルが操作される。このとき、決定した目標スロットル開度に従って直ぐにスロットルを動作させるのではなく、目標スロットル開度の変化に対して実スロットル開度の変化を遅らせることもできる。このような演算処理をスロットルのディレイ制御という。ディレイ制御を実施すれば、目標スロットル開度の変化に対し実際のスロットル開度はディレイ時間分だけ遅れて変化することになるので、ディレイ時間分だけ将来のスロットル開度を目標スロットル開度から予測することができる。将来のスロットル開度が予測できれば、その予測時点における筒内空気量（或いは筒内充填効率）をスロットル開度から予測することができる。予測した筒内空気量は、目標空燃比の実現に必要な燃料噴射量の計算に用いることができる。

ただし、従来実施されているディレイ制御には問題がある。従来のディレイ制御では、ディレイ時間は一定値、例えば32msecに設定されている。図７では、目標スロットル開度の時間による変化が実線で描かれ、実スロットル開度の時間による変化が点線で描かれている。図７の左側のチャートは急加速時における目標スロットル開度と実スロットル開度との関係を示し、右側のチャートは緩加速時における目標スロットル開度と実スロットル開度との関係を示している。２つのチャートを比較して分かるように、ディレイ時間が一定の場合、急加速時には緩加速時に比べてスロットルの応答性の低さが顕著になってしまう。

このような問題の解決策としては、例えば、ディレイ時間を可変にすることが考えられる。しかし、この場合、最適なディレイ時間を選択するための処理が必要となり、また、ディレイ時間を変更する処理も必要となり、さらに、変更後のディレイ時間に基づいて筒内空気量の予測演算を行う処理も必要となる。従来一般的に用いられているシングルコアのシステムでは、これらの全ての処理を遅れることなく実行することは困難である。

そこで考えられるのが複数のコアを有するマルチコアシステムの活用である。エンジンの制御装置においてマルチコアシステムを用いることは、例えば特開２０１０−１２６０１２号公報に記載されているように公知のアイデアである。

特開２０１０−１２６０１２号公報

しかしながら、筒内空気量の予測演算のためのディレイ制御をマルチコアシステムで実行することやその具体的な手法については、特開２０１０−１２６０１２号公報を含めてどの先行技術文献にも記載も示唆もされていない。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたもので、マルチコアシステムの採用によりディレイ時間を可変にしたエンジンの予測制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の課題を達成するため、アクセル開度から計算した目標スロットル開度の変化に対して実スロットル開度の変化を遅らせるディレイ制御を実施し、将来において達成される筒内空気量を前記目標スロットル開度から予測するエンジンの予測制御装置において、当該予測制御装置は、それぞれに異なる予測時間が設定された複数のコアを有し、前記複数のコアのそれぞれは、設定された予測時間をディレイ時間として前記ディレイ制御を実施した場合に前記設定された予測時間だけ将来において達成される予測筒内空気量を前記目標スロットル開度に基づいて演算し、前記予測制御装置は、前記複数のコアのそれぞれで演算された予測筒内空気量の中から何れか１つを選択するとともに、選択した予測筒内空気量を与えるコアに設定されている予測時間をディレイ時間として前記ディレイ制御を実施することを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明のエンジンの予測制御装置において、当該予測制御装置は、アクセル開度の変化量が第１の閾値より小さい場合には、前記複数のコアのうちの一部のコアを停止させることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明のエンジンの予測制御装置において、当該予測制御装置は、アクセル開度の変化量が第２の閾値より大きい場合には、最短の予測時間が設定されたコア以外のコアを停止させることを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明のエンジンの予測制御装置において、当該予測制御装置は、一定時間アクセル開度の変化量が第３の閾値より小さい状態が続いた場合には、最長の予測時間が設定されたコア以外のコアを停止させることを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明のエンジンの予測制御装置において、当該予測制御装置は、目標スロットル開度の変化が急であるほど、より短い予測時間が設定されているコアで演算された予測筒内空気量を選択することを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明のエンジンの予測制御装置において、当該予測制御装置は、前記複数のコアのそれぞれで演算された予測筒内空気量の１制御周期あたりの変化量を演算し、加速時には、前記変化量が所定値以下となるコアのうちで予測時間が最長のコアで演算された予測筒内空気量を選択し、減速時には、前記変化量が所定値以上となるコアのうちで予測時間が最短のコアで演算された予測筒内空気量を選択することを特徴としている。

第１の発明によれば、予測筒内空気量は複数のコアで予測時間を異ならせて並列に演算されているので、予測筒内空気量の算出に遅れを生じさせることなくディレイ時間を変更することができる。

第２の発明によれば、アクセル開度の変化量が小さくスロットルに高い応答性が求められない状況では、複数のコアのうちの一部のコアを停止させることで無駄な電力消費を抑えることができる。

一方、アクセル開度の変化量がある閾値を越えるほど大きい場合は、ドライバの速いアクセル操作にスロットルの動作を追従させることができるようにディレイ時間は最短にすることが望ましい。第３の発明によれば、最短の予測時間が設定されたコア、すなわち、最短のディレイ時間を与えるコア以外のコアを停止させることで無駄な電力消費を抑えることができる。

また、一定時間アクセル開度の変化量が小さい状態が続いた場合には、スロットルの動きのない定常走行モードに入っていると判断することができる。この場合、予測時間は最大限に長くとることができる。第４の発明によれば、最長の予測時間が設定されたコア、すなわち、最長のディレイ時間を与えるコア以外のコアを停止させることで無駄な電力消費を抑えることができる。

第５の発明によれば、目標スロットル開度の変化が急であるほどより短い予測時間が設定されているコアによる演算が選択されるので、ディレイ時間がより短くなることによってスロットルの過渡応答性が高められる。

第６の発明によれば、アクセル開度や目標スロットル開度からではなく、予測筒内空気量の１制御周期当たりの変化量から最適な予測時間及びディレイ時間を決定することができる。

本発明の実施の形態のエンジンの予測制御装置の構成を示す図である。 コア毎の予測時間（ディレイ時間）の設定について説明するための図である。 使用する予測筒内空気量を選択するためのルーチンを示すフローチャートである。 図３に示すルーチンによる演算結果の例を説明するための図である。 図３に示すルーチンによる演算結果の例を説明するための図である。 本発明の実施の形態のエンジンの予測制御装置の効果について説明するための図である。 従来のスロットルのディレイ制御における問題について説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態のエンジンの予測制御装置の構成を示す図である。本実施の形態では、エンジンを制御するＥＣＵ１０の一つの機能として予測制御装置が実現される。予測制御装置の制御対象であるエンジンは、電子制御式のスロットル４を備えたガソリンエンジンである。予測制御装置としてのＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ２により計測されたアクセル開度から目標スロットル開度を計算し、目標スロットル開度の変化に対してスロットル４の実開度の変化を遅らせるディレイ制御を実施することによって、将来において達成される筒内空気量を目標スロットル開度から予測する。

本実施の形態のＥＣＵ１０は、複数のコア１２，１４を有するマルチコアシステムとして構成されている。図１において各コア１２，１４に付けられている番号は、コア毎に付けられた番号である。例えば＃１６は１６番のコアを意味している。ＥＣＵ１０は、内蔵するコア１２，１４のうち一群のコア１４を予測筒内空気量の演算に使用する。図１に示す例では、＃１から＃３２までの３２個のコアが予測筒内空気量の演算に割り当てられている。また、ＥＣＵ１０は、予測筒内空気量の演算用に割り当てられたコア１４以外の１つのコア１２を全体の制御用に使用する。図１に示す例では、＃０コアが制御用に割り当てられている。

予測筒内空気量の演算が割りあてられた＃１から＃３２までのコア１４には、それぞれに異なる予測時間が設定されている。具体的には、各コア１４に付けられたコア番号がそのコアに設定された予測時間を表している。よって、＃１コアでは予測時間は1msecに設定され、＃１６コアでは予測時間は16msecに設定され、＃３２コアでは予測時間は32msecに設定される。各コア１４に設定された予測時間は、スロットル４のディレイ制御を行う場合のディレイ時間に対応している。図２では、＃１，＃１６及び＃３２の３つのコアに関して、目標スロットル開度の時間による変化が実線で描かれ、それらのコアで計算される仮想の実スロットル開度の時間による変化が点線で描かれている。

各コア1４は、図２に例示するようにスロットル４のディレイ制御を実施したと仮定して、予測時間だけ将来において達成される予測筒内空気量を目標スロットル開度に基づいて演算する。各コア１４による予測筒内空気量の演算にはエアモデルが用いられる。エアモデルはスロットル開度と筒内空気量との関係を流体力学に基づいてモデル化した物理モデルである。なお、目標スロットル開度の計算は各コア１４で行っても良いし、予測筒内空気量の演算用以外のコアによる計算結果を用いてもよい。

制御用のコア１２は、スロットル４のディレイ制御、上記の各コア１４による演算の制御、そして、各コア１４で計算された予測筒内空気量に基づいた燃料噴射制御を実施する。コア１２が行う一連の制御では、まず、各コア１４で演算される予測筒内空気量の中から燃料噴射量の計算に使用する予測筒内空気量を選択することが行われる。使用する予測筒内空気量が決まれば、その予測筒内空気量を与えるコアに設定されている予測時間をディレイ時間としてスロットル４のディレイ制御が行われる。

図３のフローチャートは、コア１２が実行するルーチンの１つを示している。このルーチンは燃料噴射量の計算に使用する予測筒内空気量を選択するためのルーチンである。コア１２はこのルーチンを制御周期ごとに実行する。以下、図３に示すルーチンの内容について説明する。

図３に示すルーチンの最初のステップＳ２では、アクセル開度の１制御周期あたりの変化量が計算され、その値が所定の閾値（第１の閾値）A_min以上かどうか判定される。アクセル開度変化量が閾値A_min以上であるならば、次のステップＳ４において、アクセル開度の１制御周期あたりの変化量が閾値A_minよりも大きい所定の閾値（第２の閾値）A_max以下かどうか判定される。

ステップＳ２及びステップＳ４の判定の結果、アクセル開度変化量が閾値A_maxより大きいことが分かった場合には、ステップＳ８の処理が行われる。ステップＳ８では、最短の予測時間が設定された＃１コアのみが予測筒内空気量の演算に使用され、＃１コアによる演算結果がコア１２へ供給される。これによれば、ディレイ時間は最短の1msecに設定されるので、ドライバの速いアクセル操作にスロットル４の動作を追従させることができる。また、この場合、＃１コア以外のコアによる演算は全て停止されるので、無駄な電力消費を抑えることができるというメリットも得られる。

ステップＳ２及びステップＳ４の判定の結果、アクセル開度変化量が閾値A_min以上で且つ閾値A_max以下の範囲に収まっていることが分かった場合には、ステップＳ１０の処理が行われる。ステップＳ１０では、＃１から＃３２までの全てのコア１４に対して予測筒内空気量の演算が許可される。各コア１４はそれぞれに設定された予測時間に従って将来の予測筒内空気量を演算し、その演算結果をコア１２へ供給する。

一方、ステップＳ２の判定の結果、アクセル開度変化量が閾値A_min未満になっていることが分かった場合には、ステップＳ６の処理が行われる。ステップＳ６では、＃１から＃３２までのコア１４のうち一部のコアによる演算が停止される。具体的には、4msecの間隔で予測筒内空気量の演算に使用するコアの間引きが行われる。残りのコアは、ステップＳ１０の場合と同様、それぞれに設定された予測時間に従って将来の予測筒内空気量を演算し、その演算結果をコア１２へ供給する。

アクセル開度変化量が閾値A_minよりも小さい場合には、その後のスロットル開度の変化は小さく、ディレイ時間の長短による筒内空気量の差は小さいと考えられる。よって、予測時間の設定数を減らしたとしてもそれにより精度が低下することはない。その一方で、一部のコアを停止させることにより、無駄な電力消費を抑えることができるというメリットが得られる。

ステップＳ１０或いはステップＳ６の処理後は、ステップＳ１２の判定が行われる。ステップＳ１２では、＃１６コアによる予測筒内空気量の今回値Air_Est_16ms(n)が前回値Air_Est_16ms(n-1)以上かどうか判定される。＃１６コアに設定されている16msecの予測時間は、1msecから32msecまでの予測時間の分布において中間の値である。よって、16msecの予測時間において得られた予測筒内空気量の今回値Air_Est_16ms(n)が前回値Air_Est_16ms(n-1)以上であれば、将来においてエンジンは加速状態に入るものと判断することができる。逆に、予測筒内空気量の今回値Air_Est_16ms(n)が前回値Air_Est_16ms(n-1)未満であれば、将来においてエンジンは減速状態に入るものと判断することができる。

ステップＳ１２の判定の結果、今回値Air_Est_16ms(n)が前回値Air_Est_16ms(n-1)以上であることが分かった場合は、ステップＳ１４の処理が行なわれる。ステップＳ１４では、予測筒内空気量の演算が行なわれた全てのコアに関して、予測筒内空気量の今回値Air_Est_Xms(n)と前回値Air_Est_Xms(n-1)との予測差が計算される。エンジンが加速状態にある場合、予測筒内空気量は予測時間が長いほど大きくなる。また、予測時間が長いほど、そして、予想される加速度が大きいほど、今回値と前回値との予測差は大きくなる。

ステップＳ１４では、予測筒内空気量の今回値と前回値との予測差が所定の閾値以下となるコアが選び出され、さらに、それらのコアのうちで予測時間が最長のコアが選択される。つまり、予測差が閾値以下となるコアのうち“X”が最大となるコアが選択される。そして、選択されたコアで演算された予測筒内空気量が燃料噴射量の計算用として選択されるともに、そのコアに設定された予測時間をディレイ時間としてディレイ制御が実施される。なお、予測差に閾値を設けたのは、予測筒内空気量が過度に急変することを防ぐためである。

図４及び図５はステップＳ１４における演算結果の例を示している。各図の上段のグラフは、＃１から＃３２までの各コアで演算された予測筒内空気量Air_Est_Xmsの今回値と前回値とを示している。白丸印で示す値が今回値であり、黒丸印で示す値が前回値である。各図の下段のグラフは、上段のグラフに示す予測筒内空気量の今回値Air_Est_Xms(n)と前回値Air_Est_Xms(n-1)との予測差を示している。三角印で示す値が各コアで演算された予測筒内空気量の予測差である。また、グラフ中には予測差の閾値を点線で示している。

図４は急加速が予測される時の演算結果であり、図５は緩加速が予測される時の演算結果である。図４に示す例では、＃１から＃Ｙまでのコアで演算された予測筒内空気量の予測差は閾値以下となっており、＃Ｙ＋１から＃３２までのコアで演算された予測筒内空気量の予測差は閾値を越えている。よって、＃Ｙのコアで演算された予測筒内空気量が燃料噴射量の計算用として選択される。同様に、図５に示す例では、＃Ｚのコアで演算された予測筒内空気量が燃料噴射量の計算用として選択される。

２つの演算結果の例の比較から分かるように、ステップＳ１４の処理によれば、急加速が予測される場合は、比較的短い予測時間が設定されたコアによる演算が選択され、緩加速が予測される場合は、比較的長い予測時間が設定されたコアによる演算が選択される。これによれば、図６に模式的に示すように、急加速が予測されるときにはディレイ時間を短くし、緩加速が予測されるときにはディレイ時間を長くすることができる。よって、アクセル開度の変化から予測される加速度が大きいときほど、ディレイ時間がより短くなることによってスロットル４の過渡応答性が高められる。

一方、ステップＳ１２の判定の結果、今回値Air_Est_16ms(n)が前回値Air_Est_16ms(n-1)未満であることが分かった場合、つまり、将来においてエンジンは減速状態に入ることが分かった場合は、ステップＳ１６の処理が行なわれる。ステップＳ１６では、予測筒内空気量の演算が行なわれた全てのコアに関して、予測筒内空気量の前回値Air_Est_Xms(n-1)と今回値Air_Est_Xms(n)との予測差が計算される。ステップＳ１６では、予測筒内空気量の前回値と今回値との予測差が所定の閾値以上となるコアが選び出され、さらに、そのコアのうちで予測時間が最短のコアが選択される。つまり、予測差が閾値以上となるコアのうち“X”が最小となるコアが選択される。そして、選択されたコアで演算された予測筒内空気量が燃料噴射量の計算用として選択されるともに、そのコアに設定された予測時間をディレイ時間としてディレイ制御が実施される。

ステップＳ１６の処理によれば、急減速が予測されるときにはディレイ時間を短くし、緩減速が予測されるときにはディレイ時間を長くすることができる。よって、アクセル開度の変化から予測される減速度が大きいときほど、ディレイ時間がより短くなることによってスロットル４の過渡応答性が高められる。

以上本発明の１つの実施の形態について述べたが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、予測制御装置の構成としては、制御用のコア１２を別に設けるのではなく、予測筒内空気量の演算用のコア１４のそれぞれにディレイ制御や燃料噴射制御の機能を持たせるようにしてもよい。

また、図３に示すルーチンにおいて、一定時間アクセル開度の変化量が所定の閾値（第３の閾値）より小さい状態が続いたかどうか判定し、そのような状態が続いた場合には、＃３２コアのみを動作させる処理を付け加えてもよい。一定時間アクセル開度の変化量が小さい状態が続いた場合には、スロットルの動きのない定常走行モードに入っていると判断することができるからである。最長のディレイ時間を与える＃３２コア以外のコアを停止させることで無駄な電力消費を抑えることができる。

２ アクセル開度センサ
４ 電子制御式スロットル
１０ ＥＣＵ
１２ コア（制御用のコア）
１４ コア（予測筒内空気量の演算用のコア）

Claims (6)

1. アクセル開度から計算した目標スロットル開度の変化に対して実スロットル開度の変化を遅らせるディレイ制御を実施し、将来において達成される筒内空気量を前記目標スロットル開度から予測するエンジンの予測制御装置において、
   前記予測制御装置は、それぞれに異なる予測時間が設定された複数のコアを有し、
   前記複数のコアのそれぞれは、設定された予測時間をディレイ時間として前記ディレイ制御を実施した場合に前記設定された予測時間だけ将来において達成される予測筒内空気量を前記目標スロットル開度に基づいて演算し、
   前記予測制御装置は、前記複数のコアのそれぞれで演算された予測筒内空気量の中から何れか１つを選択するとともに、選択した予測筒内空気量を与えるコアに設定されている予測時間をディレイ時間として前記ディレイ制御を実施することを特徴とするエンジンの予測制御装置。
2. 前記予測制御装置は、アクセル開度の変化量が第１の閾値より小さい場合には、前記複数のコアのうちの一部のコアを停止させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの予測制御装置。
3. 前記予測制御装置は、アクセル開度の変化量が第２の閾値より大きい場合には、最短の予測時間が設定されたコア以外のコアを停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの予測制御装置。
4. 前記予測制御装置は、一定時間アクセル開度の変化量が第３の閾値より小さい状態が続いた場合には、最長の予測時間が設定されたコア以外のコアを停止させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの予測制御装置。
5. 前記予測制御装置は、目標スロットル開度の変化が急であるほど、より短い予測時間が設定されているコアで演算された予測筒内空気量を選択することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの予測制御装置。
6. 前記予測制御装置は、前記複数のコアのそれぞれで演算された予測筒内空気量の１制御周期あたりの変化量を演算し、加速時には、前記変化量が所定値以下となるコアのうちで予測時間が最長のコアで演算された予測筒内空気量を選択し、減速時には、前記変化量が所定値以上となるコアのうちで予測時間が最短のコアで演算された予測筒内空気量を選択することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの予測制御装置。

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