JP2655145B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
Control device for internal combustion engineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関の制御装置
に係り、特に運転性,乗り心地等を改善するに好適な制
御装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an internal combustion engine such as an automobile engine, and more particularly to a control device suitable for improving drivability, riding comfort, and the like.
自動車産業の分野では、従来より大気汚染防止による
環境保全およびエネルギ資源節約への社会的関心が高ま
るにつれて燃料経済性、排気浄化性等の向上が要求され
てきた。また、運転性、乗り心地等マンマシン系として
の性能向上も近年強く要求されるに至っている。このた
め、自動車用ガソリンエンジンの運転状態を総合的に制
御し要求される性能向上を実現する制御装置の開発が広
く進められている。2. Description of the Related Art In the field of the automobile industry, there has been a demand for improvements in fuel economy, exhaust purification, and the like, as social interest in environmental conservation and energy resource saving by preventing air pollution has increased. Further, in recent years, improvement in performance as a man-machine system such as drivability and ride comfort has been strongly demanded. Therefore, the development of a control device that comprehensively controls the operation state of a gasoline engine for a vehicle and realizes required performance improvement has been widely promoted.
例えば、マイコン(マイクロコンピュータ)を用い、
冷却水温センサ、排気ガス中の酸素の有無を検出するO2
センサなどエンジンの運転状態を表わす各種のデータを
抽出するセンサからの信号を取り込み、空気供給量、燃
料供給量、点火時期、アイドル回転数及び排気ガス還流
量など種々の制御を行なって常に最適なエンジンの運転
状態が得られるようにした電子式エンジン制御装置(以
下、EECという)が使用されるようになってきた。For example, using a microcomputer,
Cooling water temperature sensor, O 2 to detect the presence or absence of oxygen in exhaust gas
It takes in signals from sensors to extract various data representing the operating state of the engine, such as sensors, and performs various controls such as air supply, fuel supply, ignition timing, idle speed, and exhaust gas recirculation to always optimize An electronic engine control device (hereinafter referred to as EEC) capable of obtaining an operating state of an engine has been used.
このようなEECを燃料噴射タイプの内燃機関に適用し
たシステムの一例が特開昭55−134721号公報により提案
されており、この従来例を第3図及び第4図で説明す
る。An example of a system in which such an EEC is applied to a fuel injection type internal combustion engine is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-134721, and this conventional example will be described with reference to FIGS.
第3図はエンジンの制御系全体を概括的に示した一部
断面図で、図において、吸入空気はエアクリーナ92、ス
ロットルチャンバ94、吸気管96を通り、シリンダ98の中
に供給される。シリンダ98内で燃焼したガスは、シリン
ダ98から排気管70を通り、大気中へ排出される。FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing the entire control system of the engine. In the drawing, intake air is supplied to a cylinder 98 through an air cleaner 92, a throttle chamber 94, and an intake pipe 96. The gas burned in the cylinder 98 is discharged from the cylinder 98 through the exhaust pipe 70 to the atmosphere.
スロットルチャンバ94には、燃料を噴射するためのイ
ンジェクタ72が設けられており、このインジェクタ72か
ら噴出した燃料はスロットルチャンバ94の空気通路内で
霧化され、吸入空気と混合して混合気を形成し、この混
合気は吸気管96を通って、吸気弁20の開弁により、シリ
ンダ98の燃焼室へ供給される。The throttle chamber 94 is provided with an injector 72 for injecting fuel, and the fuel ejected from the injector 72 is atomized in an air passage of the throttle chamber 94 and mixed with intake air to form an air-fuel mixture. Then, the air-fuel mixture passes through the intake pipe 96 and is supplied to the combustion chamber of the cylinder 98 by opening the intake valve 20.
インジェクタ72の出口近傍には絞り弁74が設けられて
いる。絞り弁74は、アクセルペダルと機械的に連動する
ように構成され、運転者により駆動される。A throttle valve 74 is provided near the outlet of the injector 72. The throttle valve 74 is configured to be mechanically linked with the accelerator pedal, and is driven by the driver.
スロットルチャンバ94の絞り弁74の上流には、空気通
路22が設けられ、この空気通路22には電気的発熱体から
なる熱線式空気流量計、即ち流量センサ24が配設され、
空気流速に応じて変化する電気信号AFが取り出される。
この発熱体(ホットワイヤ)からなる流量センサ24はバ
イパス空気通路22内に設けられているので、シリンダ8
からのバックファイア時に生じる高温ガスから保護され
ると共に、吸入空気中のごみなどによって汚染されるこ
とからも保護される。このバイパス空気通路22の出口は
ベンチュリの最狭部近傍に開口され、その入口はベンチ
ュリの上流側に開口されている。An air passage 22 is provided upstream of the throttle valve 74 of the throttle chamber 94, and a hot-wire type air flow meter comprising an electric heating element, that is, a flow sensor 24 is provided in the air passage 22.
An electric signal AF that changes according to the air flow velocity is extracted.
Since the flow rate sensor 24 composed of the heating element (hot wire) is provided in the bypass air passage 22, the cylinder 8
In addition to being protected from high-temperature gas generated at the time of backfire from the air, it is also protected from being contaminated by dust and the like in the intake air. The outlet of the bypass air passage 22 is opened near the narrowest portion of the venturi, and the inlet is opened on the upstream side of the venturi.
インジェクタ72には、燃料タンク30からフューエルポ
ンプ32を介して加圧された燃料が常時供給され、制御回
路60から噴射信号がインジェクタ72に与えられたとき、
インジェクタ72から吸入管6の中に燃料が噴射される。Pressurized fuel is always supplied to the injector 72 from the fuel tank 30 via the fuel pump 32, and when an injection signal is given to the injector 72 from the control circuit 60,
Fuel is injected from the injector 72 into the suction pipe 6.
吸気弁20から吸入された混合気はピストン50により圧
縮され、点火プラグ(図示していない)によるスパーク
により燃焼し、この燃焼は運転エネルギに変換される。
シリンダ98は冷却水54により冷却される。この冷却水の
温度は水温センサ56により計測され、この計測値TWはエ
ンジン温度として利用される。The air-fuel mixture sucked from the intake valve 20 is compressed by the piston 50 and burns by sparks from a spark plug (not shown), and this combustion is converted into operating energy.
The cylinder 98 is cooled by the cooling water 54. The temperature of the cooling water is measured by a water temperature sensor 56, and the measured value TW is used as the engine temperature.
排気管70にはO2センサ142が設けられ、排気ガス中のO
2の有無を計測して計測値λを出力する。An O 2 sensor 142 is provided in the exhaust pipe 70, and O 2
The presence or absence of 2 is measured and a measurement value λ is output.
また、図示しないクランク軸にはエンジンの回転に応
じて基準クランク角度毎に及び一定角度(例えば0.5
度)毎に基準角信号及びポジション信号を出すクランク
角センサが設けられている。Further, a crankshaft (not shown) is provided at every reference crank angle and at a constant angle (for example, 0.5
A crank angle sensor that outputs a reference angle signal and a position signal for each degree is provided.
このクランク角センサの出力、水温センサ56の出力信
号TW、O2センサ142の出力信号λ及び発熱体24からの電
気信号ATはマイクロコンピュータなどからなる制御回路
60に入力され、この制御回路60の出力によってインジェ
クタ72及び点火コイルが駆動される。The output of the crank angle sensor, the output signal TW, an electrical signal AT from the output signal λ and the heating element 24 of the O 2 sensor 142 is composed of a microcomputer control circuit of the water temperature sensor 56
The injector 72 and the ignition coil are driven by the output of the control circuit 60.
さらに、スロットルチャンバ54には絞り弁74を跨いで
吸気管96に連通するバイパス26が設けられ、このバイパ
ス26には開閉制御されるバイパスバルブ61が設けられて
いる。Further, the throttle chamber 54 is provided with a bypass 26 that straddles the throttle valve 74 and communicates with the intake pipe 96. The bypass 26 is provided with a bypass valve 61 that is opened and closed.
このバイパスバルブ61は絞り弁74を迂回して設けられ
たバイパウス26に臨ませられ、パルス電流によって開閉
制御され、そのリフト量によりバイパス26の断面積を変
更するもので、このリフト量は制御回路60の出力によっ
て駆動部が駆動され制御される。即ち、制御回路60によ
って駆動部の制御のため開閉周期信号が発生され、駆動
部はこの開閉周期信号によってバイパスバルブ61のリフ
ト量を調節する。The bypass valve 61 is exposed to the bypass 26 provided around the throttle valve 74, is opened and closed by a pulse current, and changes the cross-sectional area of the bypass 26 according to the lift amount. The driving unit is driven and controlled by the output of 60. That is, an open / close cycle signal is generated by the control circuit 60 for controlling the drive unit, and the drive unit adjusts the lift amount of the bypass valve 61 based on the open / close cycle signal.
排気ガス還流(以下EGRと記す)制御弁90は排気管70
と吸入管96との間の通路を制御し、排気管70から吸入管
96へのEGR量が制御される。The exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) control valve 90 is connected to the exhaust pipe 70
Control the passage between the exhaust pipe 70 and the suction pipe 96.
The EGR amount to 96 is controlled.
従って、第3図のインジェクタ72を制御して空燃比
(A/F)の制御と燃料増量制御とを行ない、バイパスバ
ルブ61とインジェクタ72によりアイドル時のエンジン回
転数制御(ISC)を行なうことができ、さらにEGR量の制
御を行なうことができる。Therefore, the injector 72 shown in FIG. 3 is controlled to control the air-fuel ratio (A / F) and the fuel increase control, and the bypass valve 61 and the injector 72 control the engine speed at idle (ISC). And the EGR amount can be controlled.
第4図はマイコンを用いた制御回路60の全体構成図
で、セントラル・プロセッシング・ユニット102(以下C
PUと記す)とリード・オンリ・メモリ105(以下ROMと記
す)とランダム・アクセス・メモリ106(以下RAMと記
す)と入出力回路108とから構成されている。上記CPU10
2はROM104内に記憶された各種のプログラムにより、入
出力回路108からの入力データを演算し、その演算結果
を再び入出力回路108へ戻す。これらの演算に必要な中
間的な記憶はRAM106を使用する。CPU102、ROM104、RAM1
06、入出力回路108間の各種データのやり取りはデータ
・バスとコントロール・バスとアドレス・バスからなる
バスライン110によって行なわれる。FIG. 4 is an overall configuration diagram of a control circuit 60 using a microcomputer, and includes a central processing unit 102 (hereinafter C).
It is composed of a read only memory 105 (hereinafter, referred to as ROM), a random access memory 106 (hereinafter, referred to as RAM), and an input / output circuit 108. CPU10 above
2 calculates the input data from the input / output circuit 108 according to various programs stored in the ROM 104, and returns the calculation result to the input / output circuit 108 again. Intermediate storage required for these operations uses the RAM 106. CPU102, ROM104, RAM1
06, exchange of various data between the input / output circuits 108 is performed by a bus line 110 including a data bus, a control bus, and an address bus.
入出力回路108には第1のアナログ・ディジタル・コ
ンバータ122(以下ADC1と記す)と第2のアナログ・デ
ィジタル・コンバータ124(以下ADC2と記す)と角度信
号処理回路126と1ビット情報を入出力する為のディス
クリート入出力回路128(以下DIOと記す)との入力手段
を持つ。The I / O circuit 108 inputs and outputs 1-bit information to and from a first analog / digital converter 122 (hereinafter referred to as ADC1), a second analog / digital converter 124 (hereinafter referred to as ADC2), an angle signal processing circuit 126, and the like. And a discrete input / output circuit 128 (hereinafter referred to as DIO) for inputting data.
ADC1にはバッテリ電圧検出センサ132(以下VBSと記
す)と冷却水温センサ56(以下TWSと記す)と大気温セ
ンサ136(以下TASと記す)と調整電圧発生器138(以下V
RSと記す)スロットルセンサ140(以下OTHSと記す)とO
2センサ142(以下O2Sと記す)との出力がマルチ・プレ
クサ162(以下MPXと記す)に加えられ、MPX162により、
この内の1つ選択してアナログ・ディジタル変換回路16
4(以下ADCと記す)へ入力する。ADC164の出力であるデ
ィジタル値はレジスタ166(以下REGと記す)に保持され
る。ADC1 includes a battery voltage detection sensor 132 (hereinafter referred to as VBS), a cooling water temperature sensor 56 (hereinafter referred to as TWS), an ambient temperature sensor 136 (hereinafter referred to as TAS), and an adjustment voltage generator 138 (hereinafter referred to as V
RS) and throttle sensor 140 (hereinafter OTHS) and O
The output from the two sensors 142 (hereinafter, referred to as O 2 S) is applied to a multiplexer 162 (hereinafter, referred to as MPX).
One of them is selected and the analog / digital conversion circuit 16 is selected.
4 (hereinafter referred to as ADC). The digital value output from the ADC 164 is held in a register 166 (hereinafter referred to as REG).
また流量センサ24(以下AFSと記す)の出力はADC2・1
24へ入力され、アナログ・ディジタル変換回路172(以
下ADCと記す)を介してディジタル変換されレジスタ174
(以下REGと記す)へセットされる。The output of the flow sensor 24 (hereinafter referred to as AFS) is ADC2.1
24, and is converted into a digital signal through an analog / digital conversion circuit 172 (hereinafter referred to as an ADC).
(Hereinafter referred to as REG).
角度センサ146(以下ANGLSと記す)からは基準クラン
ク角、例えば180度クランク角を示す信号(以下REFと記
す)と微少角、例えば1度クランク角を示す信号(以下
POSと記す)とが出力され、角度信号処理回路126へ加え
られ、ここで波形整形される。From the angle sensor 146 (hereinafter, referred to as ANGLS), a signal indicating a reference crank angle, for example, a 180-degree crank angle (hereinafter, referred to as REF) and a signal indicating a minute angle, for example, a 1-degree crank angle (hereinafter, referred to)
POS) is applied to the angle signal processing circuit 126, where the waveform is shaped.
DIO(128)には絞り弁74が全閉位置に戻っているとき
に動作するアイドル・スイッチ148(以下IDLE−SWと記
す)とトップ・ギア・スイッチ150(以下TOP−SWと記
す)とスタータ・スイッチ152(以下START−SWと記す)
とが入力される。The DIO (128) includes an idle switch 148 (hereinafter referred to as IDLE-SW), a top gear switch 150 (hereinafter referred to as TOP-SW), and a starter which operate when the throttle valve 74 returns to the fully closed position.・ Switch 152 (hereinafter referred to as START-SW)
Is input.
次にCPUの演算結果に基づくパルス出力回路及び制御
対象について説明する。インジェクタ制御回路1134(以
下INJCと記す)は演算結果のディジタル値をパルス出力
に変換する回路である。従って燃料噴射量に相当したパ
ルス幅を有するパルスINJがINJC1134で作られ、ANDゲー
ト1136を介してインジェクタ12へ印加される。Next, a pulse output circuit and a control target based on a calculation result of the CPU will be described. An injector control circuit 1134 (hereinafter referred to as INJC) is a circuit that converts a digital value of a calculation result into a pulse output. Accordingly, a pulse INJ having a pulse width corresponding to the fuel injection amount is generated by the INJC 1134 and applied to the injector 12 via the AND gate 1136.
点火パルス発生回路1138(以下IGNCと記す)は点火時
期をセットするレジスタ(以下ADVと記す)と点火コイ
ルの一次電流通電開始時間をセットするレジスタ(以下
DWLと記す)とを有し、CPUよりこれらデータがセットさ
れる。セットされたデータに基づいてパルスIGNを発生
し、点火コイルに一次電流を供給するための増幅器62へ
ANDゲート1140を介してこのパルスIGNを加える。The ignition pulse generation circuit 1138 (hereinafter referred to as IGNC) has a register for setting the ignition timing (hereinafter referred to as ADV) and a register for setting the starting time of the primary current supply of the ignition coil (hereinafter referred to as IGNC).
DWL), and these data are set by the CPU. A pulse IGN is generated based on the set data, and is supplied to an amplifier 62 for supplying a primary current to the ignition coil.
This pulse IGN is applied via an AND gate 1140.
バイパスバルブ61の開弁率は制御回路(以下ISCCと記
す)1142からANDゲート1144を介して加えられるパルスI
SCによって制御される。ISCC1142はパルス幅をセットす
るレジスタISCDとパルス周期をセットするレジスタISCP
とを持っている。The valve opening rate of the bypass valve 61 is determined by a pulse I applied from a control circuit (hereinafter referred to as ISCC) 1142 through an AND gate 1144.
Controlled by SC. ISCC1142 is a register that sets the pulse width ISCD and a register that sets the pulse period ISCP
And have
EGR制御弁90を制御するEGR量制御パルス発生回路1178
(以下EGRCと記す)にはパルスのハイ・ロー状態の時間
間隔比率(デューティ)を表わす値をセットするレジス
タEGRDとパルスの周期を表わす値をセットするレジスタ
EGRPとを有している。このEGRCの出力パルスEGRはANDゲ
ート1156を介してトランジスタ90に加えられる。EGR amount control pulse generation circuit 1178 that controls EGR control valve 90
(Hereinafter referred to as EGRC) are registers that set the value that indicates the time interval ratio (duty) of the high / low state of the pulse and registers that set the value that indicates the pulse period
With EGRP. The output pulse EGR of the EGRC is applied to the transistor 90 via the AND gate 1156.
また、1ビットの入出力信号は回路DIO(128)により
制御される。入力信号としては、IDLE−SW信号、START
−SW信号、TOP−SW信号がある。また、出力信号として
は燃料ポンプを駆動するためのパルス出力信号がある。
このDIOは端子を入力端子として使用するかを決定する
ためのレジスタDDR192と、出力データをラッチするため
のレジスタDOUT194とが設けられている。The 1-bit input / output signal is controlled by the circuit DIO (128). Input signals include IDLE-SW signal, START
-SW signal and TOP-SW signal. The output signal includes a pulse output signal for driving the fuel pump.
This DIO is provided with a register DDR192 for determining whether a terminal is used as an input terminal and a register DOUT194 for latching output data.
モードレジスタ1160は入出力回路108内部の色々な状
態を指令する命令を保持するレジスタ(以下MODと記
す)であり、例えばこのモードレジスタ1160に令名セッ
トすることによりANDゲート1136、1140、1144、1156を
全て動作状態にさせたり、不動作状態にさせたりする。
このようにMODレジスタ1160に命令セットすることによ
り、INJC、IGNC、ISCC及びEGRCの出力の停止や起動を制
御できる。The mode register 1160 is a register (hereinafter referred to as MOD) for holding commands for instructing various states inside the input / output circuit 108. For example, by setting the mode register 1160 to a name, the AND gates 1136, 1140, 1144, All the 1156s are activated or deactivated.
By setting an instruction in the MOD register 1160 in this manner, it is possible to control the stop and start of the outputs of INJC, IGNC, ISCC, and EGRC.
DIO(128)にはフューエル・ポンプ32を制御するため
の信号DIO1が出力される。A signal DIO1 for controlling the fuel pump 32 is output to DIO (128).
したがって、このようにEECを適用すれば、A/Fの制御
など内燃機関に関するほとんど全ての制御を適切に行な
うことができ、自動車用として厳しい排ガス規制も充分
にクリア可能であり、しかも燃費の優れたエンジンを得
ることができる。Therefore, if EEC is applied in this way, almost all controls related to the internal combustion engine, such as A / F control, can be performed appropriately, and strict exhaust gas regulations for automobiles can be sufficiently cleared, and excellent fuel efficiency can be achieved. Can get the engine.
ところで、このようなEECにおけるA/Fの制御では、例
えば吸入空気量を表わすデータAF24とエンジン回転速度
Nとからインジェクタ72の制御データを得、その結果を
O2センサ142のデータによりフィードバック制御で補正
し、所定のA/Fが得られるようにしていることは周知で
あり、この種の制御技術によれば、機械部品、センサや
アクチュエータのばらつき、経時変化及び環境変化など
により、噴射パルスが最適の空燃比状態を得る値からず
れた場合にも、排ガス中の特定成分濃度がO2センサ142
で検出され、この検出値に応じたフィードバック補正が
行なわれるため、噴射パルスは常に最適値に制御され
る。By the way, in such A / F control in EEC, for example, control data of the injector 72 is obtained from the data AF24 representing the intake air amount and the engine speed N, and the result is obtained.
O 2 is corrected by the feedback control by the data of the sensor 142, that as a predetermined A / F is obtained is well known, according to this type of control technique, the variation of mechanical parts, sensors and actuators, with time Even when the injection pulse deviates from the value for obtaining the optimal air-fuel ratio state due to changes in the environment and the like, the concentration of the specific component in the exhaust gas can be reduced by the O 2 sensor
And the feedback correction is performed according to the detected value, so that the injection pulse is always controlled to the optimum value.
しかしながら、このような制御は、機関の運転状態が
定常状態であるか、ゆるやかに変化している状態では有
効に作用するが、急激に運転状態が変化するような過渡
運転状態においては、空燃比のフィードバック補正が運
転状態に追従できないため、機関の空燃比状態が最適値
から大きくずれる。このため、排ガス中の有害成分の低
減を図るための触媒コンバータの浄化効率が大幅に悪化
する。However, such control works effectively when the operating state of the engine is in a steady state or a state where it is slowly changing, but in a transient operating state where the operating state changes suddenly, the air-fuel ratio Since the feedback correction cannot follow the operating state, the air-fuel ratio state of the engine greatly deviates from the optimum value. For this reason, the purification efficiency of the catalytic converter for reducing harmful components in the exhaust gas is significantly deteriorated.
一方、このように空燃比が大きくずれた場合に、噴射
パルスを最適化する方法として学習制御が提案されてい
る。学習制御の一例として、特開昭57−26229号公報が
ある。この方法によれば、機関がアイドル運転状態にあ
る際の排ガス中の特定成分濃度によって決まる空燃比補
正係数の平均値を求め、該平均値が所定範囲内に収まる
ように誤差補正量を学習制御によって定め、機関がアイ
ドルとは異なる所定回転速度の運転状態にある際の排ガ
ス中の特定成分濃度によって決まる空燃比補正係数の平
均値を求め、その平均値が所定範囲内に収まるような誤
差補正量を学習制御により求め、アイドル時とアイドル
以外の各々の誤差補正量から回転速度に応じて変動する
成分を回転速度の関数として求めて、全体の誤差補正量
を定めている。On the other hand, learning control has been proposed as a method of optimizing the injection pulse when the air-fuel ratio is greatly shifted as described above. An example of the learning control is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 57-26229. According to this method, the average value of the air-fuel ratio correction coefficient determined by the concentration of the specific component in the exhaust gas when the engine is in the idle operation state is obtained, and the error correction amount is learned and controlled so that the average value falls within a predetermined range. The average value of the air-fuel ratio correction coefficient determined by the concentration of the specific component in the exhaust gas when the engine is operating at a predetermined rotation speed different from idle is determined, and the error correction is performed so that the average value falls within a predetermined range. The amount is obtained by learning control, and a component that varies according to the rotation speed is obtained as a function of the rotation speed from each error correction amount at the time of idling and other than the idling to determine the entire error correction amount.
しかしながら、この種の方法は、アイドル時とアイド
ル以外の処理が異なるためのプログラム量の増大、学習
制御により誤差補正量による収束性及び回転速度による
補正量の一義性に問題を有している上、上記したように
エンジンの負荷状態が急激に変化するような過渡状態に
おける補正については配慮されていなかった。However, this type of method has a problem in that the amount of program is increased due to the difference between processes at idle and the process other than idle, and the convergence by the error correction amount and the unambiguous correction amount by the rotation speed due to learning control. However, no consideration has been given to correction in a transient state in which the load state of the engine changes suddenly as described above.
このように、従来の制御方法では、いずれもエンジン
運転状態が急激に変化する過渡運転状態で充分に排ガス
の悪化を抑える点について配慮がされておらず、特にエ
ンジンの急激な減速時に排ガス中にスパイク状に有害成
分を発生し、排ガスの悪化をもたらし易いという問題が
あった。As described above, in the conventional control methods, no consideration is given to sufficiently suppressing the deterioration of the exhaust gas in the transient operation state in which the engine operation state changes abruptly. There is a problem that harmful components are generated in a spike form, and the exhaust gas is likely to deteriorate.
つまり、例えば、運転者がアクセルを踏み込んでから
実際に自動車が加速される迄にいわゆるむだ時間(制御
の応答遅れ)ある。同様に、制御装置に与えられる運転
状態の目標値の急激な変化に対して制御の応答遅れがあ
る。その応答遅れのため、運転状態の目標値と内燃機関
からフィードバックされる運転状態の現在値との偏差
(制御偏差)は、その応答遅れの分だけ大きなものとな
る。そして、制御装置は、その大きな偏差を低減しよう
と動作するため、制御の行き過ぎ等が生じ、上記のよう
な問題が生ずる。That is, for example, there is a so-called dead time (a control response delay) from when the driver steps on the accelerator to when the vehicle is actually accelerated. Similarly, there is a control response delay with respect to a sudden change in the target value of the operating state given to the control device. Due to the response delay, the deviation (control deviation) between the target value of the operation state and the current value of the operation state fed back from the internal combustion engine becomes larger by the response delay. Then, since the control device operates to reduce the large deviation, excessive control or the like occurs, and the above-described problem occurs.
また、従来のエンジン制御においては、加速性に関す
る運転性を向上させる意味での回転速度の目標値追従制
御について何ら積極的な方策が講じられておらず、人間
工学的な面での加速感や乗り心地について配慮されてい
ないものであった。Also, in the conventional engine control, no aggressive measures have been taken with respect to the target value control of the rotational speed in the sense of improving the drivability in terms of acceleration, and there is a sense of acceleration in terms of ergonomics. The ride was not considered.
このため、走行路面の上下、湾曲、および積載負荷な
どの機械的条件、並びに気温、晴雨、降雪、見通しなど
の環境条件、さらには高速道路、市街地、渋滞路などの
走行条件などの諸条件に適合した運転様式、特に加減速
の応答性および様態については、運転者の知識、ノウハ
ウや運転技術にその全てが一任されているために、時と
しては不快な前後加速度、急加速、運転ムラなどが発生
し、乗り心地の観点からその改善が強く要求されてい
た。For this reason, mechanical conditions such as up and down, curving, and loading load on the running road surface, environmental conditions such as temperature, clear rain, snowfall, line of sight, and running conditions such as highways, urban areas, congested roads, etc. The appropriate driving style, especially the responsiveness and mode of acceleration / deceleration, is entirely up to the driver's knowledge, know-how and driving skills, so sometimes unpleasant longitudinal acceleration, sudden acceleration, uneven driving, etc. As a result, the improvement has been strongly demanded from the viewpoint of ride comfort.
本発明の目的は、エンジン運転状態が急激に変化する
過渡運転状態において、制御の行き過ぎなどによる弊害
を低減でき、しかも運転者各人の運転技能や特性、さら
には走行条件等に応じて適切な加速度パターンを得るこ
とができる内燃機関の制御装置を提供することにある。An object of the present invention is to reduce adverse effects due to excessive control in a transient operation state in which the engine operation state changes abruptly, and furthermore, appropriate driving skills and characteristics of each driver, as well as appropriate according to running conditions and the like. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can obtain an acceleration pattern.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装
置は、制御部と、線形モデルと、状態観測部と、遅延部
と、標準加速度パターン記憶部と、目標値発生部とを備
えてなることを特徴とし、各部の詳細構成は次のものと
する。In order to achieve the above object, a control device for an internal combustion engine according to the present invention includes a control unit, a linear model, a state observation unit, a delay unit, a standard acceleration pattern storage unit, and a target value generation unit. The detailed configuration of each part is as follows.
線形モデルは、内燃機関の制御特性を応答遅れを除い
て模擬してなり、内燃機関に入力される操作入力を入力
とし、その操作入力に対応する内燃機関の運転状態の推
定値を求める。状態観測部は、内燃機関に入力される操
作入力および前記線形モデルにより求められた内燃機関
の運転状態の推定値とを入力とし、それらに基づいて状
態変数を求めるものである。遅延部は、線形モデルによ
り求められた内燃機関の運転状態の推定値を前記応答遅
れに相当する時間遅延させるものである。標準加速度パ
ターン記憶部は、内燃機関の運転状態に応じた加速度目
標値の時間変化を予めパターン化してなる複数の標準加
速度パターンを記憶するものである。目標値発生部は、
内燃機関の運転状態の検出値と遅延部により遅延された
運転状態の前記推定値とを入力してそれらの偏差を求め
るとともに、内燃機関の運転状態に対応する加速度パタ
ーンを前記標準加速度パターン記憶部に記憶されている
複数の標準加速度パターンの中から抽出し、抽出した加
速度パターンを前記偏差の内の加速度分に基づいて修正
し、修正した加速度パターンに基づいて加速度目標値を
求めるとともに、前記偏差に基づいて他の運転状態の目
標値を求め、アクセルペダル入力を入力として加速度目
標値を含む運転状態の目標値を発生するものとする。制
御部は、目標値発生部により発生された加速度目標値を
含む運転状態の目標値と線形モデルにより求められた推
定値とを入力とし、それらの偏差を減ずるように状態観
測部により求められた状態変数に基づいて内燃機関に入
力する操作入力を調整するものとする。The linear model simulates a control characteristic of the internal combustion engine except for a response delay, receives an operation input that is input to the internal combustion engine, and obtains an estimated value of an operating state of the internal combustion engine corresponding to the operation input. The state observation unit receives an operation input input to the internal combustion engine and an estimated value of the operating state of the internal combustion engine obtained by the linear model, and obtains a state variable based on the input. The delay unit delays the estimated value of the operating state of the internal combustion engine obtained by the linear model by a time corresponding to the response delay. The standard acceleration pattern storage unit stores a plurality of standard acceleration patterns obtained by patterning a temporal change of an acceleration target value according to an operation state of the internal combustion engine in advance. The target value generator is
A detected value of the operating state of the internal combustion engine and the estimated value of the operating state delayed by the delay unit are input to determine a deviation therebetween, and an acceleration pattern corresponding to the operating state of the internal combustion engine is stored in the standard acceleration pattern storage unit. Is extracted from among a plurality of standard acceleration patterns stored in the memory, the extracted acceleration pattern is corrected based on the acceleration component of the deviation, and an acceleration target value is obtained based on the corrected acceleration pattern, and the deviation is calculated. The target values of the other operating states are obtained based on the above, and the target values of the operating state including the acceleration target values are generated by inputting the accelerator pedal input. The control unit receives the target value of the operating state including the target acceleration value generated by the target value generation unit and the estimated value obtained by the linear model as inputs, and is obtained by the state observation unit so as to reduce their deviation. It is assumed that the operation input to be input to the internal combustion engine is adjusted based on the state variable.
上記構成を有する本発明によれば、線形モデルにより
応答遅れを除いた内燃機関の運転状態の推定値を求め、
制御部はその推定値をフィードバック値として目標値と
の偏差に応じた操作入力を決定していることから、応答
遅れに起因する制御の行き過ぎを低減することができ
る。その結果、エンジン運転状態が急激に変化する過渡
運転状態において、制御の行き過ぎなどにより生ずる弊
害、例えば空燃比の悪化を低減できる。According to the present invention having the above-described configuration, the estimated value of the operating state of the internal combustion engine excluding the response delay is obtained by the linear model,
Since the control unit determines the operation input according to the deviation from the target value using the estimated value as the feedback value, it is possible to reduce excessive control due to a response delay. As a result, in a transient operation state in which the engine operation state changes abruptly, adverse effects caused by excessive control, for example, deterioration of the air-fuel ratio can be reduced.
また、複数の加速度パターンを出力しうる加速度パタ
ーン記憶部を備え、目標値発生部により制御状態に応じ
た加速度パターンを定めるとともに、制御偏差に基づい
て加速度パターンを修正し、その修正した加速度パター
ンに基づいて加速度の目標値を発生するようにしている
から、その自動車の運転者の運転技能、特性あるいは走
行条件に適合した加速度パターンを得ることができ、加
速性、運転性、乗り心地等が改善される。In addition, an acceleration pattern storage unit capable of outputting a plurality of acceleration patterns is provided, and an acceleration pattern according to the control state is determined by the target value generation unit, and the acceleration pattern is corrected based on the control deviation. Since the target value of the acceleration is generated based on the acceleration, it is possible to obtain an acceleration pattern suitable for the driving skill, characteristics, or running conditions of the driver of the vehicle, thereby improving acceleration, driving performance, riding comfort, and the like. Is done.
次に、本発明に係る実施例について説明する。 Next, examples according to the present invention will be described.
バードウェア構成 本発明の実施例のバードウェア構成については、専用
ハードウェアを構成してもよいが、第3図および第4図
で説明した従来のEECと同じか、もしくは第5図に示す
ように、第4図の制御回路に加速度センサ25(以下GSと
記す)を追加して前後加速度を測定する構成とし、本発
明の目的達成に合せてマイコンを含む制御回路60の制御
動作を適合させるべく、ROM104に格納されているプログ
ラムの一部を変更することにより実現可能である。Birdware Configuration Regarding the birdware configuration of the embodiment of the present invention, dedicated hardware may be configured, but it is the same as the conventional EEC described in FIGS. 3 and 4, or as shown in FIG. In addition, an acceleration sensor 25 (hereinafter referred to as GS) is added to the control circuit of FIG. 4 to measure the longitudinal acceleration, and the control operation of the control circuit 60 including the microcomputer is adapted to achieve the object of the present invention. Therefore, it can be realized by changing a part of the program stored in the ROM 104.
概要 本発明の目的を達成するためには、発進および定速走
行からの加減速等の場合のような短時間の運転状態の変
動を充分に制御できなければならない。しかし、本件の
ような過渡状態の制御は理論上でも難しいとされている
上、自動車の場合には運転者がアクセルペダルを踏み込
んでから自動車が実際に加速するまでに多少の時間間
隔、いわゆるむだ時間があるため、一層の困難を招くの
である。このむだ時間が自動車の運転におよぼす弊害
は、多くの運転者が経験するところのものである。発生
原因は、空気燃料混合気の到達遅れ、気筒ごとに順次爆
発していくための緩やかなトルクの立上り、エンジン構
造物の慣性、その他である。Overview In order to achieve the object of the present invention, it is necessary to be able to sufficiently control fluctuations in the driving state in a short period of time, such as acceleration and deceleration from starting and cruising at a constant speed. However, it is considered theoretically difficult to control the transient state as in the present case, and in the case of a car, a certain time interval from when the driver depresses the accelerator pedal to when the car actually accelerates, so-called wasteful time. The extra time makes it even more difficult. The detrimental effect of this dead time on driving a car is what many drivers experience. Causes of occurrence include delay in the arrival of the air-fuel mixture, rising of a gradual torque for sequentially exploding for each cylinder, inertia of the engine structure, and the like.
このような技術的な難しさの中で、上記の目的を達成
するために本発明は(1)むだ時間による応答遅れの補
償を目的とする応答の予測手段、(2)過渡状態の確実
な制御を目的とした加速度の制御手段、を採用した。In order to achieve the above-mentioned objects, the present invention has been made to solve the above-mentioned technical difficulties by (1) means for estimating a response for the purpose of compensating for a response delay due to a dead time, and (2) reliable means for a transient state. An acceleration control means for controlling is adopted.
上記予測手段は、次のような線形モデルである。すな
わち、本線形モデルは過渡運転における連続的に変化す
る運転状態のなかの特徴的な有限個数の運転状態の近傍
において、実エンジンの挙動特性を線形近似したもので
ある。予測手段に用いられる線形モデルとしては、これ
ら複数の線形モデルから実エンジンの運転状態に最も近
い上記特徴的な運転状態において近似された線形モデル
が選択される。特筆すべきは、これらの線形モデルは実
際には存在するむだ時間を有さず、現制御時期の操作入
力に対する現制御時期の1サンプル時期先の制御時期に
おけるエンジンの応答例えば加速度、回転速度、空燃比
等の予測値を与える。The prediction means is a linear model as described below. That is, this linear model is a linear approximation of the behavior characteristics of an actual engine in the vicinity of a characteristic finite number of operating states in a continuously changing operating state in transient operation. As the linear model used for the prediction means, a linear model approximated in the characteristic operating state closest to the operating state of the actual engine is selected from the plurality of linear models. It should be noted that these linear models do not have a dead time that actually exists, and the response of the engine to the control input one sample period after the current control timing in response to the operation input of the current control timing, for example, acceleration, rotation speed, A predicted value such as an air-fuel ratio is given.
上記加速度制御手段は次のごとき効用をもつ。すなわ
ち、過渡運転状態の制御においてはエンジンの応答はい
うまでもなく刻々と変化しており、さらには制御目標値
自体が変動する場合も考えられる。この状況下でエンジ
ンの運転状態を充分に把握するには、回転速度および空
燃比だけでは不充分であり、それぞれの時間変化分を監
視する必要がある。特に、回転速度の時間微分値もしく
は車体速度の時間微分値として与えられる前後加速度を
把握することは、これが運転性、加速性あるいは乗り心
地を直接左右する要因でもあることから、過度運転状態
の制御には極めて重要である。換言すれば、前後加速度
の把握によりこの操作が可能となり、過渡運転状態をよ
り詳細に制御することができるため運転性、加速性およ
び乗り心地の向上を実現できるのである。The acceleration control means has the following effects. That is, in the control in the transient operation state, it goes without saying that the response of the engine changes every moment, and the control target value itself may change. Under these circumstances, in order to sufficiently grasp the operating state of the engine, the rotational speed and the air-fuel ratio alone are not sufficient, and it is necessary to monitor the respective time changes. In particular, grasping the longitudinal acceleration given as the time differential value of the rotational speed or the time differential value of the vehicle speed is a factor that directly affects the drivability, acceleration, and riding comfort, and therefore, the control of the excessive driving state. Is extremely important. In other words, this operation can be performed by grasping the longitudinal acceleration, and the transient driving state can be controlled in more detail, so that the drivability, acceleration, and riding comfort can be improved.
第1実施例 第1図および第2図に本発明の第1実施例を示す。ま
ず、この実施例において開示される内容は、大別して目
標値発生器3および標準加速度パターン記憶器4を含む
加速度制御に関する第1の系と、線系モデル1、状態観
測器2、を含む排ガス対策に関する第2の系とに分けら
れる。以下に各要素を個別に説明する。First Embodiment FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention. First, contents disclosed in this embodiment are roughly classified into a first system relating to acceleration control including a target value generator 3 and a standard acceleration pattern storage 4, and an exhaust gas including a linear system model 1 and a state observer 2. It is divided into the second system related to countermeasures. Hereinafter, each element will be described individually.
線形モデル1は、制御対象6である機関と同一の入
力、すなわちスロットル開度θth、燃料噴射時間TI、排
気還流量δPR、および点火時期δIT、(ただしδは標準
設定値からの偏差を表わす)を受け入れ、対する出力と
して、車体の前後加速度G、機関の回転速度N、空燃比
A/Fのそれそれの推定値、、 を与える。線形モデル1は、有限個の運転状態すなわち
G、N、A/Fにおける特徴的な値の組合せのそれぞれに
ついて各1個ずつ設けており、これらはG、N、A/Fの
値のそれぞれの近傍における制御対象6の入力θth、
TI、δPR、δITのそれぞれに対する応答を線形近似して
定めたものであり、G、N、A/Fの値の組合せ、つまり
運転状態に応じてこれら有限個の線形モデルの中からた
だ一つが設定されるか、または特性が類似する複数の線
形モデルを平均化もしくは合成した線形モデルが作成さ
れ、推定値、、 の算出に使用される。線形モデル1について特筆される
べきことは、これが制御対象6の入力に対する応答を説
明するものでありながら制御対象6に存在する応答遅れ
時間いわゆるむだ時間を有さないことである。この特徴
から、任意の運転状態における制御体対象6に任意の入
力を加えたとき、むだ時間を経過した御に現われる出力
の推定値を即座に得ることができるのであり、本発明の
第1の要点はこの点に帰するのである。The linear model 1 has the same inputs as the engine that is the control target 6, that is, the throttle opening θth, the fuel injection time T I , the exhaust gas recirculation amount δP R , and the ignition timing δIT (where δ is a deviation from a standard set value. And the corresponding outputs are the longitudinal acceleration G of the vehicle body, the rotational speed N of the engine, and the air-fuel ratio.
Estimated values of A / F, give. The linear model 1 is provided one for each of a finite number of operating states, that is, for each combination of characteristic values in G, N, and A / F, and these are one for each of the values of G, N, and A / F. The input θth of the control target 6 in the vicinity,
The response to each of T I , δP R , and δIT is determined by linear approximation. Depending on the combination of G, N, and A / F values, that is, depending on the operating state, only one of these finite number of linear models is used. One is set, or a linear model is created by averaging or combining a plurality of linear models having similar characteristics, and the estimated value, Is used to calculate What should be noted about the linear model 1 is that it does not have a response delay time so-called dead time existing in the controlled object 6 while explaining the response to the input of the controlled object 6. From this feature, when an arbitrary input is applied to the control target 6 in an arbitrary operating state, an estimated value of an output appearing after a dead time can be immediately obtained, and the first aspect of the present invention. The point is attributable to this point.
線形モデル1の選定は、制御対象6の出力G、N、A/
Fと線形モデル1から得た推定値、、 をむだ時間要素7により制御対象6に存在するむだ時間
L秒分だけ遅らせた値との偏差によって修正される。こ
の偏差は、線形モデル1のもつ誤差あるいは制御対象6
における負荷変動などを意味する。また、この修正過程
を経験として蓄積し再度同様の状況に直面した場合にこ
の修正過程を再生する構成とすれば学習制御を実現する
ことができる。The selection of the linear model 1 is based on the outputs G, N, A /
F and the estimate obtained from linear model 1, The dead time element 7 corrects the deviation from a value which is delayed by the dead time L seconds existing in the control target 6. This deviation is due to the error of the linear model 1 or the control object 6
Means the load fluctuation at the time. Further, learning control can be realized by accumulating the correction process as experience and reproducing the correction process when a similar situation is encountered again.
次に、状態観測器2について説明する。本実施例のよ
うに制御対象6に対して複数の入力および出力を考慮す
る場合の制御則の構成法の一つとしてよく知られた状態
観測器を用いる方法がある。状態加速器2の機能を説明
する。まず、線形モデル1における入力θth、TI、δ
PR、δITをまとめてベクトルUと記し、出力としての推
定値、、 をまとめてベクトルと記し、線形モデル1の挙動を裏
付ける内部状態をベクトルと記すと、線形モデル1の
状態方程式はnを現時点、n−1を一つ前のサンプル時
点とすれば (n)=A(n−1)−BU(n−1) ……(1) (n−1)=C(n−1) ……(2) ただし、 U=[θth TI δPR δIT]t(tは転置) ……(3) となる。ここで、A、B、Cはいずれも定数行列であ
り、これらは(5)式に示す制御対象6の伝達関数行列
T(Z)により(6)式によって定まる。ここでZはサ
ンプル値のZ変換を示し、 また、例えばT11(Z)はθthに対するの伝達関数、 T22(Z)はTIに対するの伝達関数、T34(Z)はδIT
に対する の伝達関数等等である。Next, the state observer 2 will be described. As in the present embodiment, there is a well-known method of using a state observer as one of the construction methods of a control law when considering a plurality of inputs and outputs for the control target 6. The function of the state accelerator 2 will be described. First, the inputs θth, T I , δ in the linear model 1
P R and δ I T are collectively described as a vector U, and an estimated value as an output, Are collectively described as a vector, and the internal state that supports the behavior of the linear model 1 is described as a vector. If the state equation of the linear model 1 is n at the current time and n-1 is the immediately preceding sample time, (n) = A (n-1) -BU ( n-1) ...... (1) (n-1) = C (n-1) ...... (2) However, U = [θth T I δP R δ I T] t (T is transposed) (3) Becomes Here, A, B, and C are all constant matrices, which are determined by the transfer function matrix T (Z) of the control target 6 shown in the formula (5) by the formula (6). Where Z indicates the Z-transform of the sample value, For example, T 11 (Z) is a transfer function for θth, T 22 (Z) is a transfer function for T I , and T 34 (Z) is δ I T
Against And the like.
新たな行列Gを行列(A−GC)の固有値がすべて単位
円内にあるように選べば、(7)式によって内部状態変
数の推定値が得られる。If a new matrix G is selected such that all the eigenvalues of the matrix (A-GC) are within the unit circle, an estimated value of the internal state variable can be obtained by equation (7).
(n)=(A−GC)X(n−1)+BU(n−1) +G(n−1) ……(7) この推定された状態変数と前後加速度、回転速度お
よび空燃比のそれぞれの目標値G*、N*、(A/F)*
(以下Y*と記す)と線形モデル1による推定値、
、 の偏差とからLQI最適レギュレータ制御を行う。評価関
数Jを(8)式とする。ここで、Q、Rは重み行列であ
る。(N) = (A-GC) X (n-1) + BU (n-1) + G (n-1) (7) Each of the estimated state variables and longitudinal acceleration, rotation speed, and air-fuel ratio Target values G *, N *, (A / F) *
(Hereinafter referred to as Y *) and the estimated value by the linear model 1,
, LQI optimal regulator control is performed based on the deviation of The evaluation function J is expressed by equation (8). Here, Q and R are weight matrices.
ただし、 δ(n)=(n)−(n−1) ……(9) δU(n)=U(n)−U(n−1) ……(10) 評価関数Jを最小とする最適制御入力U*(n)は となる。(11)式において最適ゲインKは と決定される。このとき行列Pは(13)式のRiccati方
程式の解である。 Where δ (n) = (n) − (n−1) (9) δU (n) = U (n) −U (n−1) (10) Optimal to minimize the evaluation function J The control input U * (n) Becomes In equation (11), the optimal gain K is Is determined. At this time, the matrix P is a solution of the Riccati equation of the equation (13).
ただし、 以上のように、(7)式に基づいて状態観測器2から
状態変数の推定量が得られ、これから(11)式に基づ
いて制御器から最適制御U*が発生されるのである。 However, As described above, the estimated amount of the state variable is obtained from the state observer 2 based on the equation (7), and the optimal control U * is generated from the controller based on the equation (11).
次に、目標値発生器3について述べる。目標値発生器
3にはアクセルペダル入力APと線形モデル1の推定値
に基づく・e-LSと制御対象6の出力G,N,A/F(以下Y
と記す)との偏差(以下ΔYと記す)とが入力され、制
御量の目標値Y*を出力する。目標値Y*は過渡運転状
態の制御を行う場合は時変数として発生され、時間によ
って変化する様態を予め設定するかもしくはサンプル時
点に応じて算出される。Next, the target value generator 3 will be described. The target value generator 3 is based on the accelerator pedal input AP and the estimated value of the linear model 1. E- LS and the output G, N, A / F (hereinafter Y
(Hereinafter referred to as ΔY) and outputs a target value Y * of the control amount. The target value Y * is generated as a time variable when controlling the transient operation state, and is set in advance in a manner that changes with time or calculated according to the sampling time.
本発明では、過渡運転状態において特に制御を要する
ものとして前後加速度Gを取り挙げている。In the present invention, the longitudinal acceleration G is described as requiring special control in the transient operation state.
しかし、前後加速度を直接の制御対象とせず、機関の
回転速度Nおよび空燃比A/Fだけを制御対象とする場
合、すなわち第2図に示す制御系においても本発明が適
用できることは特に示さないが明らかである。前後加速
度Gについて特に問題となるのは、例えば第6図(a)
のようにアクセルペダル入力APがステップ状に加えられ
た場合、前後加速度には通常同図(b)のような振動い
わゆるガクガク振動が現われ、従来より搭乗者の不快感
を招く大きな要因となっていた。これに対し本発明で
は、同図(c)のごとく予め目標とする前後加速度Gの
時間変化の様態G*を定めておき、実際の前後加速度G
がG*を追従すべく制御することで、前後不快感を解消
してその上に運転性,加速性,乗り心地などを同時に向
上させることを特徴としている。同図(d)はG*の様
態に対応する回転速度である。However, when the longitudinal acceleration is not directly controlled and the engine speed N and the air-fuel ratio A / F are controlled only, that is, there is no particular indication that the present invention is applicable to the control system shown in FIG. Is evident. A particular problem with the longitudinal acceleration G is, for example, FIG.
When the accelerator pedal input AP is applied in a step-like manner as shown in FIG. 2, the so-called jerky vibration usually appears in the longitudinal acceleration as shown in FIG. 3 (b), which has been a major cause of discomfort to passengers. Was. On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 9C, the time-dependent manner G * of the target longitudinal acceleration G is determined in advance, and the actual longitudinal acceleration G
By controlling to follow G *, it is characterized that front and rear discomfort is eliminated and driving performance, acceleration and riding comfort are simultaneously improved. FIG. 3D shows the rotation speed corresponding to the state of G *.
ところが、目標前後加速度G*の一意性は、自動車体
の機械的特性,路面・環境・負荷条件、あるいは運転者
が所望する運転性,加速性の多岐に亘る要因から容易に
失なわれる。この複雑な要因のそれぞれへの対応はもは
や単純な演算によってY*を算出する方法では不可能で
ある。すなわち、この場合には第1図に示すごとく、例
えば標準加速度パターン記憶器4を設け、前記種々の要
因の考えられる有限個の組合せのすべてについて予め定
められた前後加速度の目標G*を時変数データとして記
憶しておき、前記種々の要因に応じてつまり偏差Δも
しくは運転者あるいは車載するその他の計測器,制御器
からの信号signal8により、これら有限個の標準加速度
パターンの中からただ一つが選定されるか、または前記
要因が複数種同時発生した場合にそれぞれの要因に対応
する標準加速度パターンを平均化もしくは合成した標準
加速度パターンを作成する構成とする。また、N*,
(A/F)*はG*のデータに応じて算定されてもよく、
あるいはそれぞれに標準パターンとしてG*同様に標準
加速度パターン記憶器4に記憶されていてもよい。However, the uniqueness of the target longitudinal acceleration G * is easily lost due to a variety of factors such as the mechanical characteristics of the vehicle body, road surface, environment, and load conditions, or drivability and acceleration desired by the driver. Responding to each of these complicated factors is no longer possible with a method of calculating Y * by a simple operation. That is, in this case, as shown in FIG. 1, for example, a standard acceleration pattern storage unit 4 is provided, and the target G * of the longitudinal acceleration predetermined for all of the finite number of possible combinations of the various factors is set as a time variable. It is stored as data, and only one is selected from these finite number of standard acceleration patterns in accordance with the various factors, that is, the deviation Δ or the signal signal8 from the driver or other measuring instrument or controller mounted on the vehicle. Or when a plurality of the above factors occur simultaneously, a standard acceleration pattern is created by averaging or synthesizing the standard acceleration patterns corresponding to each factor. Also, N *,
(A / F) * may be calculated according to G * data,
Alternatively, each of them may be stored in the standard acceleration pattern storage 4 as a standard pattern similarly to G *.
標準加速度パターン記憶器4には、前記線形モデル1
に基づいた標準加速度パターンが記憶されているため、
前述のΔYを目標値発生器3に入力することにより、実
際のエンジンと線形モデル1との間に誤差がある場合に
は、目標値発生器3において前記誤差を修正しながら目
標値を発生することができる。The linear model 1 is stored in the standard acceleration pattern storage 4.
Because the standard acceleration pattern based on is stored,
By inputting the aforementioned ΔY to the target value generator 3, if there is an error between the actual engine and the linear model 1, the target value is generated while correcting the error in the target value generator 3. be able to.
また、目標値が一定値もしくは緩やかにしか変化しな
い場合は定値目標G*,N*,(A/F)*に整定する制御
系として差し障えない。第1図の構成図に基づいて本発
明における演算過程を第7図に従って説明する。まず、
アクセルペダル入力APを検知し次第に演算を開始(80)
する。次に制御量の目標値の初期値Y0*を読込む(8
1)、このとき他の初期値についてはY0=O,Y1=O,0
=O,=Oとする。制御周期の次数nにおける第1回目
の操作量Uを作成する(82)する。(16)式に従って制
御対象6の出力すなわち制御量Ynと線形モデル1の推定
値n-1との偏差ΔYnを算出(83)する。Lはむだ時間
(秒)であるe-LSをn-1に作用させてYnとの同期をと
っている。In addition, when the target value changes only at a constant value or only slowly, there is no problem as a control system for setting the target value to the constant value target G *, N *, (A / F) *. The operation process in the present invention will be described with reference to FIG. 7 based on the configuration diagram of FIG. First,
Calculation starts as soon as accelerator pedal input AP is detected (80)
I do. Next, the initial value Y 0 * of the target value of the control amount is read (8
1) At this time, the other initial values are Y 0 = O, Y 1 = O, 0
= O, = O. A first operation amount U in the order n of the control cycle is created (82). The deviation ΔYn between the output of the control target 6, that is, the control amount Yn and the estimated value n−1 of the linear model 1 is calculated (83) according to the equation (16). L is synchronized with Yn by applying e- LS , which is a dead time (second), to n-1 .
Δn(n-1・e-LS−Yn) ……(16) 次に、Δnの僅少により必要に応じて線形モデル1
を再度選定,修正(84)する。この後の線形モデル1に
よって現時点の制御量の推定値nを推定(85)する。
操作量Umと推定値nから(7)式に従ってnを導出
(86)する。また、偏差Δnおよび信号Signalから標
準加速度パターンとしての時系列データG*を同記憶器
4より必要に応じて選定あるいは修正(87)する。得ら
れた時系列データG*に基づいて一つ先の制御同期n+
1に対する加速度目標値Gn+1*を抽出し、また算出もし
くは記憶器4から選定する方法で他の制御量Nn+1*,
(A/F)n+1*を算出し制御量の目標値Yn+1*を定める。Δn ( n-1 · e- LS- Yn) (16) Next, the linear model 1 may be used if necessary due to the small amount of Δn.
Is selected again and corrected (84). The estimated value n of the current control amount is estimated (85) by the subsequent linear model 1.
From the operation amount Um and the estimated value n, n is derived (86) according to the equation (7). Further, the time series data G * as a standard acceleration pattern is selected or corrected as needed from the memory 4 from the deviation Δn and the signal Signal (87). Based on the obtained time-series data G *, the control synchronization n +
The acceleration target value G n + 1 * with respect to 1 is extracted, and other control amounts N n + 1 *,
(A / F) n + 1 * to calculate the determining the control amount of the target value Y n + 1 *.
最後に、第n+1周期における目標値Yn+1*と第n+
1周期における制御対象6の出力の推定値であるnと
の偏差の積分値と、第n周期における内部状の推定値
nとから(11)に従って最適制御入力である操作量Un+1
*を算出し次の制御同期に移行して演算処理を繰り返
す。Finally, the target value Y n + 1 * in the ( n + 1 ) th cycle and the (n +) th
From the integral value of the deviation from n, which is the estimated value of the output of the controlled object 6 in one cycle, and the estimated value n of the internal state in the nth cycle, the manipulated variable Un + 1, which is the optimal control input, according to (11).
* Is calculated, and the process proceeds to the next control synchronization to repeat the arithmetic processing.
以上のような構成とすれば、制御対象に存在するむだ
時間から受ける諸悪影響を回避すると同時に多変数入出
力系における最適制御問題を的確に解決し、自動車の機
体差,環境・負荷条件、さらには搭載者の感性にまで対
応した発進,加減速などの過渡運転状態の制御を可能と
する。With the above configuration, it is possible to avoid various adverse effects from the dead time existing in the controlled object, and at the same time, to accurately solve the optimal control problem in the multivariable input / output system. Enables the control of transient operating conditions such as starting and acceleration / deceleration that correspond to the sensitivity of the wearer.
第2実施例 第8図に本発明の第2の実施例の構成図を示す。第1
の実施例との基本的相違点は制御量,操作量をともにス
カラー量とし、それぞれ回転速度N,スロットル開度θth
としている点である。線形モデル1は、入力をθthとし
前後加速度の推定値を得る。また、制御対象6の出力
として得られる前後加速度Gとをむだ時間L(秒)分
だけ遅らせてGと同期をとった・e-LSとの偏差により
線形モデル1を必要に応じて再選定あるいは修正する構
成とする。ここで線形モデル1はθthを入力,を出力
とする伝達関数である。制御器5へは、前後加速度の目
標値G*と推定値との偏差を、また回転速度の目標値
N*と制御対象6の回転速度Nと偏差の両者を入力す
る。制御器5ではP1制御もしくはPID制御を行う。特に
偏差N*−が大きいつまり、過渡運転状態では相対的
に偏差G*−の極小化を重点とし、後に偏差G*−
が小さいつまり定速運転状態では偏差N*−Nの極小化
を重点とするような重み付き制御則を設ける。これによ
り、前後加速度Gと回転速度Nの制御を相補的に実施で
き、かつ、時分割の要領で過渡運転時の前後加速度の目
標値系列への追従制御および定速運転の回転速度の定値
制御を実現できる。Second Embodiment FIG. 8 shows a configuration diagram of a second embodiment of the present invention. First
The basic difference from the first embodiment is that both the control amount and the operation amount are scalar amounts, and the rotational speed N and the throttle opening θth
That is the point. The linear model 1 takes an input as θth and obtains an estimated value of the longitudinal acceleration. Further, the longitudinal model G obtained as the output of the controlled object 6 is delayed from the longitudinal acceleration G by the time delay L (second) to synchronize with G. The linear model 1 is re-selected or re-selected as necessary due to the deviation from e- LS. The configuration is modified. Here, the linear model 1 is a transfer function having θth as input and output as θth. The controller 5 inputs the deviation between the target value G * of the longitudinal acceleration and the estimated value, and both the target value N * of the rotational speed and the rotational speed N and the deviation of the controlled object 6. The controller 5 performs P1 control or PID control. In particular, the deviation N *-is large, that is, in the transient operation state, the emphasis is placed on minimizing the deviation G *-, and later, the deviation G *-
Is small, that is, in a constant-speed operation state, a weighted control law is provided to emphasize the minimization of the deviation N * -N. Thereby, the control of the longitudinal acceleration G and the rotation speed N can be performed complementarily, and the follow-up control to the target value series of the longitudinal acceleration during the transient operation and the constant value control of the rotation speed in the constant speed operation are performed in a time-division manner. Can be realized.
以上の実施例によれば、むだ時間を有する機関の挙動
を実時間で推定することができ、また、この推定手段は
機関の運転状態および負荷条件に応じて最も優良な推定
を与えるように補正できるので、定速運転および加減速
時にかかわらず、制御量すなわち前後加速度,回転速度
あるいは空燃比の一つを、もしくは複数であるならばそ
れらを同時に制御することが可能となり、これにより燃
費費経済性,排気浄化性,加速性,運転性あるいは乗り
心地を大幅に向上させることができる。According to the above embodiment, the behavior of an engine having a dead time can be estimated in real time, and this estimating means is corrected to give the best estimation according to the operating state and load condition of the engine. Therefore, regardless of the constant speed operation and the acceleration / deceleration, it is possible to control the control amount, that is, one of the longitudinal acceleration, the rotation speed, or the air-fuel ratio, or if there are a plurality of them, simultaneously, thereby achieving fuel economy. Performance, exhaust purification, acceleration, drivability or riding comfort can be greatly improved.
以上の通り本発明によれば、線形モデルにより応答遅
れを除去した内燃機関の運転状態の推定値を求め、制御
部はその推定値をフィードバック値とし、目標値との偏
差に応じて内燃機関の操作入力を求めていることから、
過渡運転状態における制御の行き過ぎに起因する弊害を
低減できる。As described above, according to the present invention, the estimated value of the operating state of the internal combustion engine from which the response delay has been removed by the linear model is obtained, and the control unit uses the estimated value as a feedback value, and calculates the estimated value of the internal combustion engine according to the deviation from the target value. Because we are seeking operation input,
The adverse effects caused by excessive control in the transient operation state can be reduced.
また、複数の加速度パターンを出力しうる加速度パタ
ーン記憶部と目標値発生部とを備えたものによれば、そ
の自動車の運転者の運転技能,特性あるいは走行条件に
適合した加速度を得ることができる。In addition, according to the one provided with the acceleration pattern storage unit capable of outputting a plurality of acceleration patterns and the target value generation unit, it is possible to obtain an acceleration suitable for the driving skill, characteristics or running conditions of the driver of the vehicle. .
第1図は本発明の実施例を示すブロック図、第2図は同
ブロック図、第3図はエンジンの電子制御の一例を示す
概要図、第4図は従来の制御回路のブロック図、第5図
は本発明の制御回路のブロック図、第6図はアクセルペ
ダル入力と車体前後加速度等との時関的特性を示す特性
図、第7図は第2図の演算処理を示すフローチャーオ、
第8図は他の実施例を示すブロック図である。 1……線形モデル、2……状態観測器、3……目標値発
生器、4……標準加速度パターン記憶器、5……制御
器、6……制御対象、7……むだ時間要素。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is the same block diagram, FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of electronic control of an engine, FIG. 4 is a block diagram of a conventional control circuit, FIG. 5 is a block diagram of a control circuit of the present invention, FIG. 6 is a characteristic diagram showing a time-dependent characteristic of an accelerator pedal input and a longitudinal acceleration of the vehicle, and FIG. 7 is a flow chart showing a calculation process of FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing another embodiment. 1 ... linear model, 2 ... state observer, 3 ... target value generator, 4 ... standard acceleration pattern storage, 5 ... controller, 6 ... controlled object, 7 ... dead time element.
Claims (1)
遅延部と、標準加速度パターン記憶部と、目標値発生部
とを備えてなり、 前記線形モデルは、内燃機関の制御特性を応答遅れを除
いて模擬してなり、内燃機関に入力される操作入力を入
力とし、その操作入力に対応する内燃機関の運転状態の
推定値を求めるものであり、 前記状態観測部は、内燃機関に入力される前記操作入力
および前記線形モデルにより求められた内燃機関の運転
状態の前記推定値とを入力とし、それらに基づいて状態
変数を求めるものであり、 前記遅延部は、前記線形モデルにより求められた内燃機
関の運転状態の前記推定値を前記応答遅れに相当する時
間遅延させるものであり、 前記標準加速度パターン記憶部は、内燃機関の運転状態
に応じた加速度目標値の時間変化を予めパターン化して
なる複数の標準加速度パターンを記憶するものであり、 前記目標値発生部は、内燃機関の運転状態の検出値と前
記遅延部により遅延された運転状態の前記推定値とを入
力してそれらの偏差を求めるとともに、内燃機関の運転
状態に対応する加速度パターンを前記標準加速度パター
ン記憶部に記憶されている複数の標準加速度パターンの
中から抽出し、抽出した加速度パターンを前記偏差のう
ちの加速度分に基づいて修正し、修正した加速度パター
ンに基づいて加速度目標値を求めるとともに、前記偏差
に基づいて他の運転状態の目標値を求めて、加速度目標
値を含む運転状態の目標値を発生するものであり、 前記制御部は、前記目標値発生部により発生された加速
度目標値を含む運転状態の目標値と前記線形モデルによ
り求められた推定値とを入力とし、それらの偏差を減ず
るように前記状態観測部により求められた状態変数に基
づいて内燃機関に入力する操作入力を調整するものであ
る内燃機関の制御装置。A control unit, a linear model, a state observation unit,
A delay unit, a standard acceleration pattern storage unit, and a target value generation unit, wherein the linear model simulates a control characteristic of the internal combustion engine except for a response delay, and an operation input to be input to the internal combustion engine. And an estimated value of the operating state of the internal combustion engine corresponding to the operation input is obtained.The state observation unit is configured to calculate the estimated value of the internal combustion engine by the operation input and the linear model input to the internal combustion engine. The estimated value of the operating state is input, and a state variable is determined based on the input.The delay unit corresponds to the estimated value of the operating state of the internal combustion engine determined by the linear model, which corresponds to the response delay. The standard acceleration pattern storage unit stores a plurality of standard acceleration patterns obtained by patterning in advance a time change of an acceleration target value according to an operation state of the internal combustion engine. The target value generation unit inputs the detected value of the operation state of the internal combustion engine and the estimated value of the operation state delayed by the delay unit and obtains their deviation, An acceleration pattern corresponding to the operating state of the internal combustion engine is extracted from a plurality of standard acceleration patterns stored in the standard acceleration pattern storage unit, and the extracted acceleration pattern is corrected based on the acceleration of the deviation. Obtaining an acceleration target value based on the corrected acceleration pattern, and obtaining a target value of another operation state based on the deviation to generate a target value of an operation state including the acceleration target value. The input unit receives a target value of the operating state including the target acceleration value generated by the target value generation unit and an estimated value obtained by the linear model, and inputs a bias value thereof. Control apparatus for an internal combustion engine and adjusts the operation input to be input to the internal combustion engine based on the state variable determined by the state observing unit to reduce.
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