JP3056754B2 - パワートレイン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パワートレイン制御装置における制御パラ
メータ調整手段に関する。

（従来技術） パワートレイン制御装置にあっては、制御パラメータ
の調整手段として従来、学習制御が用いられてきた。

（発明が解決しようとする課題） 学習制御はパラメータ調整アルゴリズムを予め与えて
おくもので、エンジン等制御対象の特性のバラツキによ
っては、調整アルゴリズムそのものが不適切で制御が不
安定になる場合があった。たとえば、アイドルスピード
コントロールで、バイパスバルブ開度を回転数PIフィー
ドバック制御する場合に、学習制御でＩゲインを調整す
る機能を付け加えたが、エンジンのバラツキによって
は、Ｐゲインを調整すべきであってＩゲインの調整によ
りエンジン回転が却って不安定になる場合があった。ま
た、制御したい特性に対して、操作対象が複数ある場合
に、最適な操作対象または操作対象の最適な組合せを選
択することは従来の学習制御では不可能であった。たと
えば、アイドルスピードコントロールでは、エンジン回
転数を制御するための操作対象として、バイパスバルブ
開度の他に空燃比、点火時期の制御があるが、これらの
操作対象を最適に選択することは従来の学習制御では出
来なかった。

したがって、本発明は、複数の制御パラメータのうち
適切なものを調整でき、また複数の操作対象のうち適切
なものを調整でき、もって、制御対象の個体差に応じて
適切な制御が可能なパワートレイン制御装置を提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明のパワートレイン
制御装置は、パワートレインの目標出力値に基づいて、
パワートレインの互いに応答性が異なる複数の操作対象
を制御してパワートレインの実出力値を設定する制御量
設定手段と、パワートレインと複数の操作対象との伝達
関数に同定されると共にパワートレインの目標出力値に
基づいてパワートレインの目標応答性を算出する規範モ
デルと、この規範モデルにより算出された目標応答性と
パワートレインの実出力値による実際の応答性との偏差
を時間関数として求め、この時間関数の特性に基づいて
偏差が零に近づくようにパワートレインの操作対象の制
御パラメータを調整する調整手段と、を有することを特
徴としている。

また、本発明においては、上記目標出力値はエンジン
の目標回転数であり、上記操作対象は点火時期、バイパ
スバルブ開度及び燃料噴射量であることが好ましい。

（作用） このように構成された本発明では、調整手段により、
規範モデルにより算出された目標応答性とパワートレイ
ンの実出力値による実際の応答性との偏差が時間関数と
して求められ、この時間関数の特性に基づいて偏差が零
に近づくようにパワートレインの操作対象の制御パラメ
ータが調整される。

この結果、本発明においては、パワートレインの複数
の操作対象は互いに応答性は異なるが、これらの複数の
操作対象を１つにまとめて全体的な応答性の向上を図る
ことができる。また、パワートレインの応答性という１
つの時間的な特性に対して複数の操作対象の制御パラメ
ータを調整して全体的に目標通り制御する必要がある
が、複数の操作対象を含む規範モデルにより算出される
目標応答特性と実際の応答特性との偏差により求まる時
間関数によって制御パラメータを調整するため、操作対
象が複雑であっても簡単な構成で応答性の追従を高精度
で行うことができる。更に、規範モデルにより目標応答
性を算出しているので、パワートレインの固体誤差や経
年劣化による誤差を吸収することができ精度がより向上
する。

（実施例） 以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施例を説明
する。

第１図は、本発明の実施例にかかる制御装置を備えた
エンジンの全体システムを示す。

第１図において、エンジン１の吸気通路２には、吸気
上流に向けて、インジェクタ３、スロットルバルブ４、
エアフローメータ５、アイドルエア供給用のバイパス通
路６が配設されており、バイパス通路６内にはバイパス
エアの供給量を調節するためのバイパスバルブ７が設置
されている。スロットルバルブ４に取付けられたスロッ
トル開度センサ4a、エアフローメータ５から、それぞれ
スロットル開度信号、エアフロー信号が、コントロール
ユニット８に入力されている。また、エンジン１のクラ
ンク軸に取付けた回転センサ９から、エンジン回転数信
号がコントロールユニット８に入力されている。コント
ロールユニット８からは、バイパスバルブ７にバイパス
バルブ制御信号が、インジェクタ３にインジェクタ信号
が、また、点火プラグ10に点火信号が出力される。

コントロールユニット８は、上記各信号を受け入れる
入力インターフェイスと、CPUとROMとRAMとから成るマ
イクロコンピュータと、出力インターフェイスと、バイ
パスバルブ７、インジェクタ３、点火プラグ10を駆動す
る駆動回路とを備えており、ROMにはエンジン制御プロ
グラムが、またRAMには制御を実行するのに必要な各種
メモリが設けられている。

第２図に、第１図のコントロールユニット内部の制御
プログラムの構造を示す。制御プログラムは、アイドル
スピードコントロール、急加速制御等の従来のエンジン
制御プログラムと、各エンジン制御に用いられる制御パ
ラメータを調整する制御パラメータ調整プログラムとか
ら成る。

第３図は、第２図の制御パラメータ調整プログラムの
構造を示すブロック図である。制御パラメータ調整プロ
グラムは、点火進角や燃料増量率等の操作対象ｕをフィ
ードバック制御するコントローラプログラムＡと、規範
モデルプログラムＢと、コントローラプログラムＡの制
御パラメータを調整するためのコントローラパラメータ
調整プログラムＣとから成る。図中、ｒ、ｙはそれぞれ
入力、実機エンジン出力であり、例えば、アイドルスピ
ードコントロールでは、目標エンジン回転数、エンジン
１の実際の回転数に相当する。規範モデルプログラムＢ
は、入力ｒの変化あるいは環境例えばエンジン負荷の変
化に対して、エンジン１としての望ましい応答特性、ひ
いては望ましい出力を与えるように設定したシミュレ
ーションプログラムであり、操作対象をフィードバッ
ク制御するコントローラプログラムと、操作対象の
変化に対するエンジン応答のシミュレーションプログラ
ムＤとから成る。エンジン応答シミュレーションプログ
ラムＤはエンジン１を同定したものである。コントロー
ラプログラムのパラメータはエンジン１の応答が速応
性や安定性等において最適となるように設定されてい
る。コントローラパラメータ調整プログラムＣは、入力
ｒの変化、あるいは環境の変化、に対して規範モデルプ
ログラムＢによるシミュレーショの結果として得られた
エンジン出力、すなわち入力ｒの変化、あるいは環境
の変化、に対してエンジン１としての望ましい出力と、
入力ｒの変化、あるいは環境の変化、に対するエンジン
１の実際の出力ｙの差ｅに基づいて、該差ｅを零に近づ
けるように、換言すればエンジン１の実際の出力ｙを規
範モデルプログラムＢの出力に近づけるように、コン
トローラプログラムＡの制御パラメータを調整するプロ
グラムである。

次に、第４図に基づき、アイドルスピードコントロー
ルの場合を例にとって、制御パラメータ調整プログラム
を詳説する。

コントローラプログラムＡは、アイドルコントロール
の場合の操作対象ｕである点火進角u₀、バイパスバルブ
開度u₁、燃料増量率u₂をそれぞれフィードバック制御す
るルーチンa₀、a₁、a₂と、点火進角u₀に基づいて点火信
号を出力するための点火制御ルーチンa₃と、燃料増量率
u₂に基づいてインジェクタ信号を出力するためのインジ
ェクタ制御ルーチンa₄とを備えている。ルーチンa₀、
a₁、a₂はPI制御用の比例要素と積分要素とを有する伝達
関数から成る。コントローラプログラムＡ中、k_0p、
k_0i、k_1p、k_1i、k_2p、k_2iは一般にPIゲインと呼ばれる
コントローラパラメータであり、D_B0、D_B1、D_B2はそれ
ぞれエンジン制御パラメータu₀、u₁、u₂のベースを決め
る定数である。

規範モデルプログラムＢは、操作対象をフィードバ
ック制御するコントローラプログラムと、操作対象
の変化に対するエンジン応答シミュレーションプログラ
ムＤとから成る。コントローラプログラムは、操作対
象である点火進角_０、バイパスバルブ開度_１、燃
料増量率_２をそれぞれフィードバック制御するルーチ
ン_０、_１、_２を備えている。ルーチン_０、
_１、_２はPI制御用の比例要素と積分要素とを有する
伝達関数から成る。コントローラプログラム中、
_0p、_0i、_1p、_1i、_2p、_2iはコントローラパ
ラメータであり、_B0、_B1、_B2はそれぞれエンジン
制御パラメータ_０、_１、_２のベースを決める定数
である。前述のごとく、パラメータ_0p、_0i、_1p、
_1i、_2p、_2iは、エンジン１の応答が速応性や安定
性等において最適となるように設定されている。エンジ
ン応答シミュレーションプログラムＤは、前述のごとく
エンジン１を同定したものであり、点火進角_０、バイ
パスバルブ開度_１、燃料増量率_２の変化に対するエ
ンジン１の応答、より詳しくはエンジントルクの変動を
それぞれシミュレートするルーチンs₀、s₁、s₂と、エン
ジントルク変化の位相遅れをシミュレートするルーチン
s₃と、トルクからエンジン回転への変換をシミュレート
するルーチンs₄と、エンジン負荷の変動によるトルク消
費をシミュレートするルーチンs₅とを備えている。操作
対象_０、_１、_２の変化に対するエンジンの応答速
度が_０、_１、_２の順に遅くなることに鑑み、ルー
チンs₀は比例要素から成る伝達関数で、ルーチンs₁は１
次遅れ要素から成る伝達関数で、またルーチンs₂は２次
遅れ要素から成る伝達関数でそれぞれ構成されている。
また、ルーチンs₃は位相遅れを表現するむだ時間要素か
ら成る伝達関数で、ルーチンs₄はトルクの積分値が回転
速度になることに鑑み積分要素から成る伝達関数で、ル
ーチンs₅は比例要素から成る伝達関数で、それぞれ構成
されている。エンジン応答シミュレーショプログラムＤ
中k₀、k₁、k₂、ａ、ｂ、ｃ、τ、k_E、k_LOADはそれぞれ
定数である。ここで、点火進角_０、バイパスバルブ開
度_１、燃料増量率_２の変化に対するエンジンの応答
をそれぞれシミュレートするルーチンs₀、s₁、s₂に用い
られている定数k₀、k₁、k₂、ａ、ｂ、ｃは最良の状態に
調整されたエンジン１の応答を与えるように設定されて
いる。換言すれば、エンジン応答シミュレーションプロ
グラムＤは、最良の状態に調整されたエンジン１に同定
されている。

コントローラパラメータ調整プログラムＣは、規範モ
デルプログラムＢの出力とエンジン１の実際の出力ｙ
の差を時間関数ｅとして求めるルーチンw₁と、前記時間
関数ｅに基づいて、該差が零に近づくように、換言すれ
ばエンジン１の実際の出力ｙが規範モデルプログラムＢ
の出力に近づくように、コントローラプログラムＡ中
のコントローラパラメータ、k_0p、k_0i、k_1p、k_1i、
k_2p、k_2iを修正するルーチンw₂とを備えている。ルーチ
ンw₂では、時間関数ｅの時刻T₀、T₁、T₂（T₀＜T₁＜T₂）
における値e₀、e₁、e₂に基づいてコントローラパラメー
タが修正される。ここで、比例要素の影響は積分要素の
影響よりも早くエンジン出力ｙに現れること、また、点
火進角u₀の影響はバイパスバルブ開度u₁の影響よりも早
くエンジン出力ｙに現れること、バイパスバルブ開度u₁
の影響は燃料増量率u₂の影響よりも早くエンジン出力ｙ
に現れることを勘案して、e₀によりk_0p、k_1pを、e₁によ
りk_2p、k_0iを、e₂によりk_1i、k_2iを修正している。ルー
チンw₂のかかる機能により、時間関数ｅの特性、換言す
ればエンジン１の特性に応じて、複数のコントローラパ
ラメータ（k_0p、k_0i、k_1p、k_1i、k_2p、k_2i）のうち、も
っとも適切なものが調整され、ひいては、複数のエンジ
ン制御パラメータ（点火進角u₀、バイパスバルブ開度
u₁、燃料増量率u₂）のうち最も適切なものが調整され
る。たとえば、e₀、e₁、e₂のうちe₀が大きく、他が小さ
い場合には、k_0pとk_1pとが、ひいては点火進角u₀とバイ
パスバルブ開度u₁とが調整される。この結果、e₀が大き
いことの原因となっていた、点火進角u₀とバイパスバル
ブ開度u₁の変化に対するエンジン１の応答性の悪さが、
点火進角u₀とバイパスバルブ開度u₁とが調整されること
によって補償される。なお、ルーチンw₂中c_0p、c_1p、c
_2p、c_0i、c_1i、c_2iは、コントローラパラメータ調整プ
ログラムＣの定数である。

以上のように構成されたエンジンパラメータ調整プロ
グラムの作動を以下に説明する。

今、入力ｒを所定値に固定して、すなわち目標エンジ
ン回転数を所定の回転数r₀に固定して、アイドルコント
ロールを行っている時に、環境変化としてクーラーがON
された場合を想定する。

この時、コントローラプログラムＡは、クーラーによ
って消費されるエンジントルクを補償してエンジン回転
数を目標回転数に維持すべく、点火進角u₀、バイパスバ
ルブ開度u₁、燃料増量率u₂をフィードバック制御して
（ルーチンa₀、a₁、a₂）エンジン１のアイドルコントロ
ールを行う。これにより、出力ｙ、すなわちエンジン１
の実際の回転数は第５図の実線のように変化する。

一方、コントローラプログラムＡによるエンジン制御
と同時に、規範モデルプログラムＢが作動する。すなわ
ち、コントローラプログラムは、クーラーによって消
費されるエンジントルクを補償してエンジン回転数を目
標回転数に維持すべく、点火進角_０、バイパスバルブ
開度_１、燃料増量率_２をフィードバック制御し（ル
ーチン_０、_１、_２）、フィードバック制御された
点火進角_０、バイパスバルブ開度_１、燃料増量率
_２に基づいてエンジン応答シミュレーションプログラム
Ｄはエンジンの応答をシミュレートし（ルーチンs₀、
s₁、s₂）、結果として得られたエンジントルクを足し合
わせ、発生したトルクの位相遅れと、クーラーによるト
ルク消費を考慮し（ルーチンs₃、s₅）、エンジン回転数
に換算する（ルーチンs₄）。かかる規範モデルプログラ
ムＢ上でのフィードバック制御によって得られた出力
、すなわちクーラーONという環境変化の影響を可能な
範囲で最小に抑えた仮想のエンジン回転数は第５図の破
線のように変化する。

コントローラパラメータ調整プログラムＣは、規範モ
デルプログラムＢの出力と実機エンジンの出力ｙの差
を時間関数ｅとして求め（ルーチンw₁）、前記時間関数
ｅに基づいて、該差が零に近づくように、換言すれば実
機エンジン出力ｙが規範モデルプログラムＢの出力に
近づくように、コントローラプログラムＡ中のコントロ
ーラパラメータを修正する（ルーチンw₂）。なお、制御
の効率を勘案して、ルーチンw₂は、ｅの最大値e_maxの絶
対値が所定値を超える場合にのみ実行されるようになっ
ている。

以上の説明から分かるごとく、本実施例に係る制御装
置にあっては、規範モデルによる応答に実機エンジンの
応答を一致させるように実機エンジンのコントローラの
制御ラメータを調整するので、複数のコントローラパラ
メータ（k_0p、k_0i、k_1p、k_1i、k_2p、k_2i）のうちの適切
なものを調整でき、ひいては、複数の操作対象（点火進
角u₀、バイパスバルブ開度u₁、燃料増量率u₂）のうち適
切なものを調整できる。したがって、エンジンの固体差
に応じて適切な制御パラメータの設定ができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。第６図は本実
施例の制御パラメータ調整プログラムの構成図であり、
第１の実施例の第４図に相当するものである。第６図に
示すように、本実施例では、点火進角と燃料増量率は従
来通りの制御を受け、バイパスバルブ開度u₁′だけが規
範モデルプログラムＢ′による調整を受けるようになっ
ている。

コントローラプログラムＡ′および規範モデルプログ
ラムＢ′の構成は、バイパスバルブ開度u₁′、_１′だ
けをフィードバック制御の対象としている点を除き第１
の実施例と同様である。

第１の実施例では、クーラーONに伴うトルク変動を利
用して、コントローラパラメータの調整を行ったが、本
実施例では、ICレギュレータの制御によりオルタネータ
の負荷を変動させて意図的に第７図に示すように周期的
なトルク変動T_Lを起こし、このトルク変動に対するエン
ジン１の実際の回転数変動ｙ′と規範モデルプログラム
Ｂ′によるエンジン回転数変動′とに基づいて、バイ
パスバルブ開度u₁′用のコントローラパラメータk_p、k_i
を調整している。コントローラパラメータk_p、k_iの調整
は以下のように行われる。すなわちコントローラパラメ
ータ調整プログラムＣ′のルーチンw₁′において、規範
モデルプログラムＢ′の出力′と実機エンジンの出力
ｙ′の差を所定時間（t₀〜t₀＋τ）にわたって時間関数
ｅ′として求めると共に前記所定時間内のｅ′の自乗累
積値Ｅを求め、ルーチンw₂′において、△Ｅ、△k_p、△
k_iすなわちＥ、k_p、k_iの前記所定時間（t₀〜t₀＋τ）と
その前の所定時間（t₀−τ〜t₀）との差を用いて、Ｅが
現状よりも小さくなるようにコントローラパラメータ、
k_p、k_iを修正する。係る修正の後に、再び次の所定時間
（t₀＋τ〜t₀＋２τ）にわたってルーチンw₁′とルーチ
ンw₂′とを実行する。かかる繰り返しをＥが所定値以下
になるまで繰り返すことによって、コントローラパラメ
ータk_p、k_iが調整される。

本実施例にあっては、第１の実施例に比べ、随時トル
ク変動を発生させてコントローラパラメータk_p、k_iを調
整できるメリットがある。

第１の実施例では、第２図に示したごとく、アイドル
スピードコントロール、急加速制御等の種々のエンジン
制御毎に制御パラメータ調整プログラムを設けていた
が、このようにすると、全体としての制御プログラムが
巨大になって、プログラムの作成、保守上好ましくな
い。ところで、制御パラメータ調整プログラムは、パラ
メータや定数を変更するだけで、種々のエンジン制御に
共通して使用できるものである。したがって、制御パラ
メータ調整プログラムをサブルーチン化し、種々のエン
ジン制御で、前記サブルーチン化した制御パラメータ調
整プログラムを共有して使用するようにすることによ
り、エンジン制御プログラムの全体の規模を小さくする
ことができる。また、第８図に示すように、マルチCPU
システムを採用することも可能である。すなわち、制御
パラメータ調整プログラム実行専用のCPUを、アイドル
スピードコントロール、急加速制御等の種々のエンジン
制御を実行する主CPUとは別個に設け、デュアルポートR
AMを介して、主CPUと制御パラメータ調整専用CPUとの間
で、コントローラパラメータの受け渡しを行うのであ
る。本システムにあっては、制御パラメータ調整CPUは
主CPUとは無関係に適宜制御パラメータ調整プログラム
を実行して、調整済のコントローラパラメータをデュア
ルポートRAMに書き込み、一方主CPUは、実行しようとす
るエンジン制御の種類に応じて、適宜デュアルポートRA
Mから必要な調整済のコントローラパラメータを読み取
り、目的とする制御を行う。本システムにあっても、主
CPUと制御パラメータ調整専用CPUとを設けたので、全体
としてのエンジン制御システムを小さくすることが可能
である。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記の
実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記
載した発明の範囲内で種々改変が可能なことは言うまで
もない。例えば、上記の実施例では、制御対象の目標応
答特性を求める手段と、制御対象の目標応答特性に制御
対象の実際の応答特性を一致させる手段とを、規範モデ
ルプログラム、制御パラメータ調整プログラムと名付け
たコンピュータプログラムで構成していたが、他の機械
的な手段を用いて構成してもよい。

（効果） 上述のごとく、本発明にあっては、規範モデルにより
得られた制御対象の目標応答特性に制御対象の実際の応
答特性を一致させる過程で、複数の制御パラメータのう
ち適切なものが調整され、また複数の制御手段のうち適
切なものが調整される。

従って、本発明により、制御対象の個体差に応じて適
切な制御が可能なパワートレイン制御装置が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかる制御装置を備えたエ
ンジンの全体システム図である。 第２図は、第１図のコントロールユニット内部の制御プ
ログラムの構成図である。 第３図は、第２図の制御パラメータ調整プログラムの構
成図である。 第４図は、アイドルスピードコントロールの場合の、制
御パラメータ調整プログラムの構成図である。 第５図は、規範モデルプログラムのフィードバック制御
によって得られたエンジン回転数と、実際のエンジン回
転数の関係を示す図である。 第６図は他の実施例の制御パラメータ調整プログラムの
構成図である。 第７図は、ICレギュレータの制御によりオルタネータの
負荷を変動させて意図的に引き起こした周期的なトルク
変動T_Lを示す図である。 第８図は、マルチCPUシステムを採用した場合のエンジ
ン制御システムの全体構成図である。 １……エンジン、 ８……コントロールユニット、 Ａ、Ａ′……コントローラプログラム、 Ｂ、Ｂ′……規範モデルプログラム、 Ｃ、Ｃ′……制御パラメータ調整プログラム、 Ｄ……エンジン応答シミュレーションプログラム。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−162027（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−279741（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−15643（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−26838（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−47445（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−201059（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−199256（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−31549（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74573（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−7752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−120751（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−40745（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−36050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−30869（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136539（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−66452（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−71155（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 29/00 - 45/00 B60K 41/00 - 41/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パワートレインの目標出力値に基づいて、
   パワートレインの互いに応答性が異なる複数の操作対象
   を制御してパワートレインの実出力値を設定する制御量
   設定手段と、 パワートレインと上記複数の操作対象との伝達関数に同
   定されると共に上記パワートレインの目標出力値に基づ
   いてパワートレインの目標応答性を算出する規範モデル
   と、 この規範モデルにより算出された目標応答性と上記パワ
   ートレインの実出力値による実際の応答性との偏差を時
   間関数として求め、この時間関数の特性に基づいて上記
   偏差が零に近づくように上記パワートレインの操作対象
   の制御パラメータを調整する調整手段と、 を有することを特徴とするパワートレイン制御装置。
2. 【請求項２】上記目標出力値はエンジンの目標回転数で
   あり、上記操作対象は点火時期、バイパスバルブ開度及
   び燃料噴射量であることを特徴とする請求項１記載のパ
   ワートレイン制御装置。