JP4069409B2 - 車両用制御装置及び制御パラメータの算出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３個以上のパラメータを有するマップを用いて、特定の制御パラメータを算出する車両用制御装置及び制御パラメータの算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子制御化が進んだ車両においては、制御又は検出の対象となるパラメータとして、例えば、吸入空気量、吸気圧力、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等の多数のパラメータが存在し、今後、このパラメータの数が益々増加するものと予想される。これらのパラメータは、相互に影響を及ぼし合いながら変動するため、例えば、吸気圧力の検出値（吸気圧力センサの出力値）から筒内に充填される吸入空気量を推定してスロットル開度を制御するシステムでは、吸気圧力、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等をパラメータとする多数の多次元マップを予め作成して車載コンピュータのメモリに記憶しておき、エンジン運転中に、車載コンピュータがメモリに記憶されている多数の多次元マップを検索して吸気圧力等から吸入空気量を算出するようにしている。
【０００３】
更に、エンジン運転中は、上記とは反対に、吸入空気量等から吸気圧力を算出する必要もある。例えば、バキュームリミッタ制御（筒内のエンジンオイルの吸い上げ等を防止するための吸気圧力下限値の制御）を行う際に、吸気圧力→吸入空気量への変換の他に、それとは逆方向の吸入空気量→吸気圧力への変換も必要になってくる。吸気圧力→吸入空気量、吸入空気量→吸気圧力のいずれの方向に変換する場合でも、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等のパラメータの影響を考慮する必要があるため、吸気圧力→吸入空気量への変換（以下「正変換」という）を行う際に用いる多次元の正変換マップの他に、それとは逆方向の吸入空気量→吸気圧力への変換（以下「逆変換」という）を行う際に用いる多次元の逆変換マップも必要となってくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、多次元の正変換マップの他に、多次元の逆変換マップが必要になってくる理由を説明する。正変換マップは、吸気圧力の他に、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等をパラメータとするため、パラメータの数が３個以上の３次元以上のマップとなる。３個以上のパラメータを有する３次元以上のマップは、３個以上のパラメータから特定の制御パラメータを算出する“正方向のマップ検索”は可能であるが、それとは逆に、特定の制御パラメータから３個以上のパラメータのいずれかを算出する“逆方向のマップ検索”を行うことは不可能である（この理由については後で更に詳しく説明する）。このため、多次元の正変換マップの他に、多次元の逆変換マップも必要になってくる。
【０００５】
一般に、多数のパラメータを有する多次元マップを精度良く作成するには、多くの適合工数が必要となるため、多次元の正変換マップを作成するだけでも多くの適合工数がかかるのに、更に、多次元の逆変換マップも作成するとなると、非常に多くの適合工数が必要となり、適合作業性が悪いという欠点がある。しかも、多数の多次元マップのデータを記憶するために車載コンピュータのメモリ容量を拡張する必要があり、コストアップを招くという欠点がある。更に、多次元マップの枚数が非常に多いため、車載コンピュータのＣＰＵ演算負荷も大きくなり、演算速度が低下して制御の応答性が低下したり、或は、それを避けるために高性能のＣＰＵに取り替える必要が生じたりするという欠点もある。
【０００６】
本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、その目的は、正変換マップと逆変換マップとの共用化を可能にすることで、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数を減らして、マップ作成のための適合工数を大幅に削減することできると共に、マップデータを記憶するのメモリ容量の節約とＣＰＵ演算負荷軽減を実現することができる車両用制御装置及び制御パラメータの算出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｎ個（但しＮは３以上の整数）のパラメータから特定の制御パラメータを算出するためのＮ次元の基礎マップを記憶手段に記憶しておき、車両の運転中に、所定の演算周期で前記Ｎ個のパラメータの中からＮ−１個又はＮ−２個のパラメータを、前記特定の制御パラメータを算出するための１次元又は２次元の仮想マップを作成する直前に検出した最新の値に固定してそれ以外のパラメータ（以下「非固定パラメータ」という）から前記１次元又は２次元の仮想マップを前記Ｎ次元の基礎マップに基づいて作成する処理を仮想マップ作成手段によって実行する。その後、制御パラメータ算出手段により、仮想マップを検索して前記非固定パラメータから前記特定の制御パラメータを算出する。
【０００８】
このようにすれば、車載コンピュータに、仮想マップ作成手段として機能するプログラムを組み込むことで、車両の運転中に車載コンピュータによって自動的に仮想マップを作成することができる。しかも、仮想マップの次元数を１次元又は２次元にすることで、非固定パラメータが２個以下となるため、この仮想マップを逆方向に検索して特定の制御パラメータから非固定パラメータを算出することが可能となる。従って、仮想マップの次元数を２次元以下にすれば、その仮想マップを正逆両方向のマップとして共用することができて、従来システムで必要であった多次元の逆変換マップが不要となる。その結果、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数を大幅に減らすことができて、マップ作成のための適合工数を大幅に削減することでき、車両設計開発期間を短くすることができる。しかも、マップデータを記憶するためのメモリ容量が少なくて済むと共に、検索するマップ枚数を大幅に少なくすることができるので、ＣＰＵ演算負荷も軽減することができる。
【０００９】
この場合、Ｎ次元の基礎マップから１次元又は２次元の仮想マップを作成する際に、最新の値に固定するＮ−１個又はＮ−２個のパラメータは、それ以外のパラメータ（非固定パラメータ）と比較して変化の少ないパラメータを選択するようにすると良い。変化の少ないパラメータは、最新の値（直前の値）に固定しても、誤差が小さく、精度の良い仮想マップを作成することができる。
【００１０】
ところで、仮想マップを作成する基となるＮ次元の基礎マップは、車両設計開発段階で技術者自身が作成しなければならないため、基礎マップの作成枚数を減らして、マップ作成のための適合工数をできるだけ少なくするのが望ましく、そのためには、基礎マップの次元数をできるだけ低次元化する必要がある。
【００１１】
基礎マップを低次元化する手段として、物理補正式を導入すると良い。具体的には、車両の制御又は検出の対象となるパラメータの総数をＮ＋Ｋ個（但しＫは１以上の整数）とした場合に、Ｎ次元の基礎マップに用いるＮ個のパラメータ以外のＫ個のパラメータ（以下「非マップパラメータ」という）を標準値に固定した標準状態で測定したデータに基づいてＮ次元の基礎マップを作成して記憶手段に記憶しておき、車両の運転中に、制御パラメータ算出手段（車載コンピュータ）により、実際の環境下における前記非固定パラメータの値を物理補正式により前記標準状態における値に補正し、補正後の非固定パラメータを用いて前記仮想マップから前記標準状態における前記特定の制御パラメータを算出し、当該標準状態における特定の制御パラメータの値を物理補正式により実際の環境下における値に補正するようにすると良い。このように、物理補正式を導入することで、基礎マップを低次元化することが可能となり、基礎マップの作成枚数を減らして、マップ作成のための適合工数を少なくすることができる。
【００１２】
この場合、吸気温や大気圧を非マップパラメータとして標準値に固定して基礎マップを作成すれば良く、物理補正式を気体の状態方程式から導き出すようにすれば良い。これにより、精度の良い物理補正式を導き出すことができる。
【００１３】
また、最新の値に固定するパラメータを、少なくともエンジン回転速度と可変バルブタイミングとし、非固定パラメータを吸気圧力とし、特定の制御パラメータを吸入空気量とすると良い。これにより、吸気圧力から吸入空気量を精度良く算出することができる。そして、この吸入空気量から目標スロットル開度を算出してスロットルバルブを駆動すれば、応答良くスロットル開度を制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を吸気／排気可変バルブタイミング機構付きのエンジンに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出する熱式のエアフロメータ１４と、吸気温Ｔair を検出する吸気温センサ３３が設けられている。また、エアフロメータ１４の下流側には、モータ３１で駆動されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられている。
【００１６】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気圧力Ｐm を検出する吸気圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１７】
エンジン１１の吸気バルブ２５と排気バルブ２６は、それぞれ可変バルブタイミング機構２８，２９によって駆動され、エンジン運転状態に応じて吸気／排気バルブタイミング（イカ「吸気／排気ＶＶＴ」と表記する）が調整される。尚、可変バルブタイミング機構２８，２９は、油圧駆動式、電磁駆動式のいずれの方式であっても良い。
【００１８】
一方、エンジン１１の排気管２１の途中には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比（又は酸素濃度）を検出する空燃比センサ（又は酸素センサ）２３が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２４と、エンジン回転速度Ｎe を検出するクランク角センサ２５等が設けられている。更に、車両の所定位置に大気圧Ｐatm を検出する大気圧センサ３２が設けられている。
【００１９】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶手段）に記憶された図８のトルク制御ルーチンを実行することで、要求トルクを演算し、この要求トルクを要求吸入空気量に変換して、その要求吸入空気量に応じた目標スロットル開度を算出する。
【００２０】
この際、要求トルクは、アクセル操作量（アクセル開度）、トランスミッション、クルーズコントロール、ＡＢＳ、トラクションコントロール等からの各種の要求トルクを合計したトルクに設定される。更に、要求トルクを正確に実現するために、トルク補償制御を実施する。
【００２１】
このトルク補償制御は、定常運転時には、エアフロメータ１４の出力（スロットル通過空気量）と吸気圧力センサ１８の出力（吸気圧力Ｐm ）とに基づいて筒内に充填される実吸入空気量Ｇn を算出し、この実吸入空気量Ｇn を要求トルクから算出される要求吸入空気量と比較して、要求吸入空気量を実現するようにスロットル開度を補償する。
【００２２】
一方、過渡運転時には、エアフロメータ１４の応答遅れの影響を無視できないため、応答性の良い吸気圧力センサ１８の出力（吸気圧力Ｐm ）に基づいて筒内に充填される実吸入空気量Ｇn を算出する。吸気圧力Ｐm から実吸入空気量Ｇn を算出する場合は、クランク角センサ２５の出力（エンジン回転速度Ｎe ）、大気圧センサ３２の出力（大気圧Ｐatm ）、吸気温センサ３３の出力（吸気温Ｔair ）、冷却水温センサ２４の出力（冷却水温Ｔhw）、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴを考慮する必要がある。
従来は、これら７個のパラメータから実吸入空気量Ｇn を算出する際に、７次元マップを用いる。
【００２３】
また、要求吸入空気量の下限値は、吸気圧力Ｐm の下限ガード値（エンジンオイルの吸い上げや燃焼性悪化等を防止するためのバキュームリミット圧力）によって制限されるため、バキュームリミット圧力に相当する吸入空気量下限値を算出し、もし、この要求吸入空気量がバキュームリミット圧力に相当する吸入空気量下限値よりも低くなっていれば、要求吸入空気量をバキュームリミット圧力に相当する吸入空気量下限値で制限する。
【００２４】
一方、要求吸入空気量の上限値は、吸気圧力Ｐm の上限値である大気圧Ｐatm によって制限されるため、吸気圧力Ｐm が大気圧Ｐatm になったときの吸入空気量を吸入空気量上限値として算出して、もし、要求吸入空気量が吸入空気量上限値よりも多くなっていれば、要求吸入空気量を吸入空気量上限値で制限する。
【００２５】
従来は、バキュームリミット圧力や大気圧Ｐatm （吸気圧力Ｐm の上限値）から吸入空気量下限値・上限値を算出する際にも、吸気圧力Ｐm から実吸入空気量Ｇn を算出する７次元マップを用いる。
【００２６】
更に、エンジン運転中は、要求吸入空気量から要求吸気圧力を算出して、実際の吸気圧力Ｐm が要求吸気圧力に一致するように制御する。従来は、要求吸入空気量から要求吸気圧力を算出する際に、７次元の逆マップを用いる。
【００２７】
エンジン運転中は、吸気圧力Ｐm から吸入空気量Ｇn への変換と、吸入空気量Ｇn から吸気圧力Ｐm への変換を所定周期（例えば４ｍｓ周期）で行う必要がある。しかし、従来のように、これら２方向の変換を別々の７次元マップを用いて行うようにすると、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数が非常に多くなるため、膨大な適合工数が必要となり、生産性が悪いばかりか、多数の７次元マップのデータを記憶するためにＥＣＵ３０のＲＯＭのメモリ容量を拡張する必要があり、コストアップを招くという欠点がある。しかも、７次元マップの枚数が非常に多いため、ＥＣＵ３０のＣＰＵ演算負荷も大きくなり、演算速度が低下して制御の応答性が低下したり、或は、それを避けるために高性能のＣＰＵに取り替える必要が生じたりするという欠点もある。
【００２８】
そこで、本実施形態では、▲１▼物理補正式によるマップの低次元化と、▲２▼２次元以下の仮想マップによるマップの正逆共用化とによって上記の問題点を解消する。以下、この制御仕様について図２乃至図４を用いて具体的に説明する。
【００２９】
吸気圧力から吸入空気量を算出する際に、考慮すべきパラメータを、吸気圧力Ｐm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhwの７個のパラメータとした場合に、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhwの３個のパラメータ（以下「非マップパラメータ」という）を標準値に固定した標準状態で測定したデータに基づいて、標準状態における吸気圧力Ｐmnorm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴの４個のパラメータから、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を算出する４次元の基礎マップを作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。
【００３０】
そして、図２に示すように、エンジン運転中に、ＥＣＵ３０により、実際の環境下における吸気圧力Ｐm を物理補正式により前記標準状態における値Ｐmnorm に補正（標準化）し、補正後の吸気圧力Ｐmnorm を後述する仮想マップにより前記標準状態における吸入空気量Ｇnnorm に変換し、当該標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を物理補正式により実際の環境下における値（実環境値）Ｇn に補正する。
【００３１】
ここで、物理補正式は、吸気系の空気の流れに気体の状態方程式を適用して求められた下記の充填効率式（１）から導き出される。
Ｇn ＝ηv ×Ｐm ×Ｖc ／（２×Ｒ×Ｔair ） ……（１）
Ｇn ：筒内に吸入される吸入空気量［ｇ／ｒｅｖ］
ηv ：体積効率
Ｐm ：吸気圧力［ｈＰａ］
Ｖc ：全シリンダ容積［ｍ３ ］
Ｒ ：気体定数
Ｔair ：吸気温［Ｋ］
【００３２】
ここで、非マップパラメータである大気圧Ｐatm の標準値を１０１３［ｈＰａ］、吸気温Ｔair の標準値を２９３．１５［Ｋ］とすると、実際に検出した吸気圧力Ｐm を標準状態における吸気圧力Ｐmnorm に補正する物理補正式は、大気圧標準値（１０１３［ｈＰａ］）と実際の大気圧Ｐatm を用いて次式のように表される。
Ｐmnorm ＝Ｐm ×１０１３／Ｐatm ……（２）
【００３３】
従って、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm は、上記（１）式、（２）式の関係から導き出した次式で算出される。
【００３４】
後述する仮想マップから算出した標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を、実際の環境下における吸入空気量Ｇn に補正する物理補正式は、上記（１）式、（３）式の関係から次のように表される。
【００３５】
上記（２）式、（４）式は、吸気圧力Ｐm を吸入空気量Ｇn に変換する際に用いる物理補正式であるが、これとは逆に、吸入空気量Ｇn を吸気圧力Ｐm に変換する際に用いる物理補正式は、次の（５）式、（６）式で表される。
【００３６】
本実施形態では、大気圧Ｐatm の標準値＝１０１３［ｈＰａ］、吸気温Ｔair の標準値＝２９３．１５［Ｋ］としたが、要は、後述する４次元の基礎マップを作成するためのデータを測定する際に設定した非マップパラメータ（大気圧、吸気温、冷却水温）の固定値を標準値とすれば良い。
【００３７】
尚、上記物理補正式（４）、（５）は、冷却水温の影響が無視されているが、吸気温と冷却水温の両方の影響を総合的に評価する温度補正係数を用いて、上記物理補正式（４）、（５）を次のように変更しても良い。
Ｇn ＝Ｇnnorm ×（Ｐatm ／１０１３）×温度補正係数 ……（７）
Ｇnnorm ＝Ｇn ×（１０１３／Ｐatm ）／温度補正係数 ……（８）
【００３８】
以上説明した物理補正式を導入することで、従来の７次元マップを４次元の基礎マップに低次元化することがてきる。
【００３９】
ところで、マップの次元数が３次元以上（パラメータが３個以上）である場合は、３個以上のパラメータから特定の制御パラメータを算出する“正方向のマップ検索”は可能であるが、それとは逆に、特定の制御パラメータから３個以上のパラメータのいずれかを算出する“逆方向のマップ検索”を行うことができないため、逆方向のマップ検索が必要となる場合は、逆方向のマップも作成する必要がある。
【００４０】
この問題点を図３を用いて具体的に説明する。図３（ａ）は、吸気圧力Ｐm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴの３個のパラメータから吸入空気量Ｇn を算出する３次元マップを概念的に示したものである。この３次元マップを用いて、吸気圧力Ｐm を吸入空気量Ｇn に変換する場合は、現在の吸気ＶＶＴ位置に隣接する２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における吸入空気量Ａ，Ｂを４点補間により算出する。
【００４１】
Ａ＝４点補間（Ｐm ，Ｎe ，Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22）
Ｂ＝４点補間（Ｐm ，Ｎe ，Ｂ11，Ｂ12，Ｂ21，Ｂ22）
ここで、Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22，Ｂ11，Ｂ12，Ｂ21，Ｂ22は、吸入空気量のマップデータである。
【００４２】
そして、最終的に求める吸入空気量Ｇn は、２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における吸入空気量Ａ，Ｂを現在の吸気ＶＶＴ位置で２点補間して求められる。
Ｇn ＝２点補間（Ａ，Ｂ，吸気ＶＶＴ位置）
【００４３】
一方、図３（ｂ）に示すように、この３次元マップを逆方向に検索して、吸入空気量Ｇn を吸気圧力Ｐm に変換しようとすると、現在の吸気ＶＶＴ位置（例えば１０℃Ａ）に隣接する２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における２つの吸入空気量Ａ，Ｂが必要となる。しかし、現在の吸気ＶＶＴ位置（例えば１０℃Ａ）における吸入空気量Ｇn からは、２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における２つの吸入空気量Ａ，Ｂを一義的に決定することができないため、３次元マップを逆方向に検索して吸入空気量Ｇn を吸気圧力Ｐm に変換することは不可能である。そのため、３次元マップの逆方向の検索が必要となる場合は、逆方向の３次元マップも作成する必要がある。
【００４４】
そこで、本実施形態（１）では、マップの正逆共用化を実現するために、４次元の基礎マップから図４に示す１次元の仮想マップをＥＣＵ３０で作成する。以下、この仮想マップの作成方法を説明する。
【００４５】
４次元の基礎マップの４個のパラメータ（標準状態における吸気圧力Ｐmnorm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）のうち、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴは、吸気圧力Ｐm と吸入空気量Ｇn との変換処理に要する時間（例えば１ｍｓ）ではほとんど変化しないため、これらのほとんど変化しない３個のパラメータ（エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）を最新の値に固定し、非固定パラメータを吸気圧力Ｐmnorm のみとすることで、４次元の基礎マップから、吸気圧力Ｐmnorm と吸入空気量Ｇnnorm との関係を検索して図４に示す１次元の仮想マップを作成する。この仮想マップは、要求される変換処理周期（例えば４ｍｓ）で更新される。
【００４６】
尚、４次元の基礎マップの４個のパラメータのうちの２個のパラメータのみを最新の値に固定し、非固定パラメータを２個とすることで、４次元の基礎マップから２次元の仮想マップを作成するようにしても良く、この場合でも、マップの正逆共用化が可能である。
【００４７】
一般に、基礎マップの次元数をＮ次元（但しＮは３以上の整数）とすると、マップの正逆共用化を可能とするためには、基礎マップのＮ個のパラメータの中から、変化の少ないＮ−１個又はＮ−２個のパラメータを最新の値に固定して、非固定パラメータを１個又は２個とすることで、Ｎ次元の基礎マップから１次元又は２次元の仮想マップを作成するようにすれば良い。マップの正逆共用化が必要でない場合は、３次元以上の仮想マップを作成するようにしても良い。
以上説明したマップ検索処理は、ＥＣＵ３０によって図５乃至図７の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。
【００４８】
図５の吸入空気量算出ルーチンは、所定周期（例えば４ｍｓ）で起動され、吸気圧力Ｐm 等から吸入空気量Ｇn を算出するルーチンであり、特許請求の範囲でいう制御パラメータ算出手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、各センサの出力を読み込んで現在の運転条件（吸気圧力Ｐm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhw）を検出した後、ステップ１０２に進み、下記の物理補正式により、実際に検出した吸気圧力Ｐm を標準状態における吸気圧力Ｐmnorm に補正（標準化）する。
Ｐmnorm ＝Ｐm ×１０１３／Ｐatm
【００４９】
この後、ステップ１０３に進み、後述する図６の仮想マップ作成ルーチンによって作成された１次元の仮想マップを検索して、標準状態における吸気圧力Ｐmnorm を標準状態における吸入空気量Ｇnnorm に変換する。この後、ステップ１０４に進み、下記の物理補正式により、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を実環境下における値（実環境値）Ｇn に補正する。
Ｇn ＝Ｇnnorm ×（Ｐatm ／１０１３）×（２９３．１５／Ｔair ）
【００５０】
その後、ステップ１０５に進み、この吸入空気量Ｇn を出力して本ルーチンを終了する。
尚、吸気圧力Ｐm の他に、空気量への変換が必要な各種圧力（例えばバキュームリミット圧力、大気圧Ｐatm ）についても、ステップ１０２で、同様の物理補正式により、標準状態における圧力に補正し、次のステップ１０３で、１次元の仮想マップを検索して、標準状態における圧力を標準状態における空気量に変換し、続くステップ１０４で、同様の物理補正式により、標準状態における空気量を実環境値に補正するようにすれば良い。
【００５１】
一方、図６の仮想マップ作成ルーチンは、図５の吸入空気量算出ルーチンを実行する直前に起動され、特許請求の範囲でいう仮想マップ作成手段としての役割を果たす。
【００５２】
本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、４次元の基礎マップの４個のパラメータ（標準状態における吸気圧力Ｐmnorm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）のうち、短時間ではほとんど変化しない３個のパラメータ（エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）を最新の値（直前に検出した値）に固定して、非固定パラメータを吸気圧力Ｐmnorm のみとする。
【００５３】
この後、ステップ２０２に進み、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴを最新の値に固定した条件で、４次元の基礎マップから、吸気圧力Ｐmnorm と吸入空気量Ｇnnorm との関係を検索して図４に示す１次元の仮想マップを作成する。
【００５４】
以上のようにして作成した１次元の仮想マップは、図５の吸入空気量算出ルーチンのステップ１０３で、吸入空気量Ｇnnorm を算出する正マップとして使用される他に、図７の吸気圧力算出ルーチンのステップ３０３で、吸気圧力Ｐmnorm を算出する逆マップとしても使用される。
【００５５】
図７の吸気圧力算出ルーチンは、所定周期（例えば４ｍｓ）で起動され、１次元の仮想マップを逆方向に検索して、吸入空気量Ｇn 等から吸気圧力Ｐm を算出するルーチンであり、特許請求の範囲でいう制御パラメータ算出手段としての役割を果たす。
【００５６】
本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、各センサの出力を読み込んで現在の運転条件（吸入空気量Ｇn 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhw）を検出した後、ステップ３０２に進み、下記の物理補正式により、実際に検出した吸入空気量Ｇn を標準状態における吸入空気量Ｇnnorm に補正する。
Ｇnnorm ＝Ｇn ×（１０１３／Ｐatm ）×（Ｔair ／２９３．１５）
【００５７】
この後、ステップ３０３に進み、前記図６の仮想マップ作成ルーチンによって作成された１次元の仮想マップを逆方向に検索して、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を標準状態における吸気圧力Ｐmnorm に変換する。このステップ３０３の処理が特許請求の範囲でいう逆マップ検索手段としての役割を果たす。この後、ステップ３０４に進み、下記の物理補正式により、標準状態における吸気圧力Ｐmnorm を実環境下における値（実環境値）Ｐm に補正する。
Ｐm ＝Ｐmnorm ×（Ｐatm ／１０１３）
【００５８】
その後、ステップ３０５に進み、この吸気圧力Ｐm を出力して本ルーチンを終了する。
尚、吸入空気量Ｇn の他に、圧力への変換が必要な空気量（例えば要求吸入空気量）についても、ステップ３０２で、同様の物理補正式により、標準状態における空気量に補正し、次のステップ３０３で、１次元の仮想マップを逆方向に検索して標準状態における空気量を標準状態における圧力に変換し、続くステップ３０４で、同様の物理補正式により、標準状態における圧力を実環境値に補正するようにすれば良い。
【００５９】
ＥＣＵ３０は、以上説明した図５乃至図７の各ルーチンを所定周期（例えば４ｍｓ周期）で実行しながら、特許請求の範囲でいう制御手段として機能する図８のトルク制御ルーチンを所定周期（例えば８ｍｓ周期）で実行して、次のようにしてトルク制御を実行する。
【００６０】
図８のトルク制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、アクセル操作量（アクセル開度）、トランスミッション、クルーズコントロール、ＡＢＳ、トラクションコントロール等からの各種の要求トルクを合計して、最終的な要求トルクを求める。この後、ステップ４０２に進み、要求トルクを要求吸入空気量に変換した後、ステップ４０３に進み、現在の運転状態に応じてバキュームリミット圧力（吸気圧力Ｐm の下限ガード値）を算出する。
【００６１】
そして、次のステップ４０４で、前記図５及び図６の各ルーチンによって、バキュームリミット圧力を吸入空気量下限値に変換する。この後、ステップ４０５に進み、要求吸入空気量が吸入空気量下限値以上であるか否かを判定し、要求吸入空気量が吸入空気量下限値以上であれば、その要求吸入空気量をそのまま用いるが、もし、要求吸入空気量が吸入空気量下限値よりも少なければ、ステップ４０６に進み、吸入空気量下限値を要求吸入空気量とする。
【００６２】
この後、ステップ４０７に進み、要求吸入空気量を目標スロットル開度に変換する。このステップ４０７の処理が特許請求の範囲でいう目標スロットル開度算出手段としての役割を果たす。そして、次のステップ４０８で、実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させるようにスロットルバルブ１５をモータ３１により駆動する。このステップ４０８の処理が特許請求の範囲でいうスロットル制御手段としての役割を果たす。
【００６３】
以上説明した本実施形態によれば、従来の７次元マップを物理補正式によって４次元の基礎マップに低次元化した上で、その基礎マップのパラメータの中から、短時間ではほとんど変化しないパラメータ（エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）を最新の値に固定し、非固定パラメータを吸気圧力のみとすることで、４次元の基礎マップから１次元の仮想マップを作成するようにしたので、マップの低次元化とマップの正逆共用化の要求を同時に満たすことができて、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数を大幅に減らすことができる。これにより、マップ作成のための適合工数を大幅に削減することができ、生産性を向上できると共に、マップデータを記憶するためのメモリ容量が少なくて済み、低コスト化の要求を満たすことができる。しかも、マップの低次元化によりＥＣＵ３０のＣＰＵ演算負荷を軽減することができて、演算速度ひいては制御の応答性を向上することができる。
【００６４】
尚、本実施形態では、制御・検出の対象となるパラメータの数を７個としたが、これよりも多くても少なくても良く、同様に、基礎マップの次元数も４次元に限定されず、３次元又は５次元以上であっても良い。また、基礎マップから仮想マップを作成する際に固定するパラメータの数も３個に限定されないことは言うまでもない。
【００６５】
また、本発明の仮想マップで算出する制御パラメータは、エンジン制御パラメータに限定されず、例えば、自動変速機の制御パラメータ、車両統合制御用のパラメータ等、車両の各種のシステムの制御パラメータを算出する場合にも本発明を適用して実施することができる。
その他、本発明を適用可能なエンジンは、吸気ポート噴射式のエンジンに限定されず、筒内噴射式のエンジンにも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】吸気圧力Ｐm と吸入空気量Ｇn との間のマップ検索方法を説明する図
【図３】（ａ）は３次元マップの正方向のマップ検索を説明する図、（ｂ）は３次元マップの逆方向のマップ検索が不可能であることを説明する図
【図４】１次元仮想マップを概念的に示す図
【図５】吸入空気量算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】仮想マップ作成ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図７】吸気圧力算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図８】トルク制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、１８…吸気圧力センサ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管、２５…吸気バルブ、２６…排気バルブ、２８，２９…可変バルブタイミング機構、３０…ＥＣＵ（仮想マップ作成手段，制御パラメータ算出手段，逆マップ検索手段，目標スロットル開度算出手段，制御手段，スロットル制御手段）、３１…モータ、３２…大気圧センサ、３３…吸気温センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、３個以上のパラメータを有するマップを用いて、特定の制御パラメータを算出する車両用制御装置及び制御パラメータの算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子制御化が進んだ車両においては、制御又は検出の対象となるパラメータとして、例えば、吸入空気量、吸気圧力、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等の多数のパラメータが存在し、今後、このパラメータの数が益々増加するものと予想される。これらのパラメータは、相互に影響を及ぼし合いながら変動するため、例えば、吸気圧力の検出値（吸気圧力センサの出力値）から筒内に充填される吸入空気量を推定してスロットル開度を制御するシステムでは、吸気圧力、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等をパラメータとする多数の多次元マップを予め作成して車載コンピュータのメモリに記憶しておき、エンジン運転中に、車載コンピュータがメモリに記憶されている多数の多次元マップを検索して吸気圧力等から吸入空気量を算出するようにしている。
【０００３】
更に、エンジン運転中は、上記とは反対に、吸入空気量等から吸気圧力を算出する必要もある。例えば、バキュームリミッタ制御（筒内のエンジンオイルの吸い上げ等を防止するための吸気圧力下限値の制御）を行う際に、吸気圧力→吸入空気量への変換の他に、それとは逆方向の吸入空気量→吸気圧力への変換も必要になってくる。吸気圧力→吸入空気量、吸入空気量→吸気圧力のいずれの方向に変換する場合でも、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等のパラメータの影響を考慮する必要があるため、吸気圧力→吸入空気量への変換（以下「正変換」という）を行う際に用いる多次元の正変換マップの他に、それとは逆方向の吸入空気量→吸気圧力への変換（以下「逆変換」という）を行う際に用いる多次元の逆変換マップも必要となってくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、多次元の正変換マップの他に、多次元の逆変換マップが必要になってくる理由を説明する。正変換マップは、吸気圧力の他に、エンジン回転速度、冷却水温、吸気温、大気圧、吸気／排気バルブタイミング等をパラメータとするため、パラメータの数が３個以上の３次元以上のマップとなる。３個以上のパラメータを有する３次元以上のマップは、３個以上のパラメータから特定の制御パラメータを算出する“正方向のマップ検索”は可能であるが、それとは逆に、特定の制御パラメータから３個以上のパラメータのいずれかを算出する“逆方向のマップ検索”を行うことは不可能である（この理由については後で更に詳しく説明する）。このため、多次元の正変換マップの他に、多次元の逆変換マップも必要になってくる。
【０００５】
一般に、多数のパラメータを有する多次元マップを精度良く作成するには、多くの適合工数が必要となるため、多次元の正変換マップを作成するだけでも多くの適合工数がかかるのに、更に、多次元の逆変換マップも作成するとなると、非常に多くの適合工数が必要となり、適合作業性が悪いという欠点がある。しかも、多数の多次元マップのデータを記憶するために車載コンピュータのメモリ容量を拡張する必要があり、コストアップを招くという欠点がある。更に、多次元マップの枚数が非常に多いため、車載コンピュータのＣＰＵ演算負荷も大きくなり、演算速度が低下して制御の応答性が低下したり、或は、それを避けるために高性能のＣＰＵに取り替える必要が生じたりするという欠点もある。
【０００６】
本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、その目的は、正変換マップと逆変換マップとの共用化を可能にすることで、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数を減らして、マップ作成のための適合工数を大幅に削減することできると共に、マップデータを記憶するのメモリ容量の節約とＣＰＵ演算負荷軽減を実現することができる車両用制御装置及び制御パラメータの算出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｎ個（但しＮは３以上の整数）のパラメータから特定の制御パラメータを算出するためのＮ次元の基礎マップを記憶手段に記憶しておき、車両の運転中に、所定の演算周期で前記Ｎ個のパラメータの中からＮ−１個又はＮ−２個のパラメータを、前記特定の制御パラメータを算出するための１次元又は２次元の仮想マップを作成する直前に検出した最新の値に固定してそれ以外のパラメータ（以下「非固定パラメータ」という）から前記１次元又は２次元の仮想マップを前記Ｎ次元の基礎マップに基づいて作成する処理を仮想マップ作成手段によって実行する。その後、制御パラメータ算出手段により、仮想マップを検索して前記非固定パラメータから前記特定の制御パラメータを算出する。
【０００８】
このようにすれば、車載コンピュータに、仮想マップ作成手段として機能するプログラムを組み込むことで、車両の運転中に車載コンピュータによって自動的に仮想マップを作成することができる。しかも、仮想マップの次元数を１次元又は２次元にすることで、非固定パラメータが２個以下となるため、この仮想マップを逆方向に検索して特定の制御パラメータから非固定パラメータを算出することが可能となる。従って、仮想マップの次元数を２次元以下にすれば、その仮想マップを正逆両方向のマップとして共用することができて、従来システムで必要であった多次元の逆変換マップが不要となる。その結果、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数を大幅に減らすことができて、マップ作成のための適合工数を大幅に削減することでき、車両設計開発期間を短くすることができる。しかも、マップデータを記憶するためのメモリ容量が少なくて済むと共に、検索するマップ枚数を大幅に少なくすることができるので、ＣＰＵ演算負荷も軽減することができる。
【０００９】
この場合、Ｎ次元の基礎マップから１次元又は２次元の仮想マップを作成する際に、最新の値に固定するＮ−１個又はＮ−２個のパラメータは、それ以外のパラメータ（非固定パラメータ）と比較して変化の少ないパラメータを選択するようにすると良い。変化の少ないパラメータは、最新の値（直前の値）に固定しても、誤差が小さく、精度の良い仮想マップを作成することができる。
【００１０】
ところで、仮想マップを作成する基となるＮ次元の基礎マップは、車両設計開発段階で技術者自身が作成しなければならないため、基礎マップの作成枚数を減らして、マップ作成のための適合工数をできるだけ少なくするのが望ましく、そのためには、基礎マップの次元数をできるだけ低次元化する必要がある。
【００１１】
基礎マップを低次元化する手段として、物理補正式を導入すると良い。具体的には、車両の制御又は検出の対象となるパラメータの総数をＮ＋Ｋ個（但しＫは１以上の整数）とした場合に、Ｎ次元の基礎マップに用いるＮ個のパラメータ以外のＫ個のパラメータ（以下「非マップパラメータ」という）を標準値に固定した標準状態で測定したデータに基づいてＮ次元の基礎マップを作成して記憶手段に記憶しておき、車両の運転中に、制御パラメータ算出手段（車載コンピュータ）により、実際の環境下における前記非固定パラメータの値を物理補正式により前記標準状態における値に補正し、補正後の非固定パラメータを用いて前記仮想マップから前記標準状態における前記特定の制御パラメータを算出し、当該標準状態における特定の制御パラメータの値を物理補正式により実際の環境下における値に補正するようにすると良い。このように、物理補正式を導入することで、基礎マップを低次元化することが可能となり、基礎マップの作成枚数を減らして、マップ作成のための適合工数を少なくすることができる。
【００１２】
この場合、吸気温や大気圧を非マップパラメータとして標準値に固定して基礎マップを作成すれば良く、物理補正式を気体の状態方程式から導き出すようにすれば良い。これにより、精度の良い物理補正式を導き出すことができる。
【００１３】
また、最新の値に固定するパラメータを、少なくともエンジン回転速度と可変バルブタイミングとし、非固定パラメータを吸気圧力とし、特定の制御パラメータを吸入空気量とすると良い。これにより、吸気圧力から吸入空気量を精度良く算出することができる。そして、この吸入空気量から目標スロットル開度を算出してスロットルバルブを駆動すれば、応答良くスロットル開度を制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を吸気／排気可変バルブタイミング機構付きのエンジンに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出する熱式のエアフロメータ１４と、吸気温Ｔair を検出する吸気温センサ３３が設けられている。また、エアフロメータ１４の下流側には、モータ３１で駆動されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられている。
【００１６】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気圧力Ｐm を検出する吸気圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１７】
エンジン１１の吸気バルブ２５と排気バルブ２６は、それぞれ可変バルブタイミング機構２８，２９によって駆動され、エンジン運転状態に応じて吸気／排気バルブタイミング（イカ「吸気／排気ＶＶＴ」と表記する）が調整される。尚、可変バルブタイミング機構２８，２９は、油圧駆動式、電磁駆動式のいずれの方式であっても良い。
【００１８】
一方、エンジン１１の排気管２１の途中には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比（又は酸素濃度）を検出する空燃比センサ（又は酸素センサ）２３が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２４と、エンジン回転速度Ｎe を検出するクランク角センサ２５等が設けられている。更に、車両の所定位置に大気圧Ｐatm を検出する大気圧センサ３２が設けられている。
【００１９】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶手段）に記憶された図８のトルク制御ルーチンを実行することで、要求トルクを演算し、この要求トルクを要求吸入空気量に変換して、その要求吸入空気量に応じた目標スロットル開度を算出する。
【００２０】
この際、要求トルクは、アクセル操作量（アクセル開度）、トランスミッション、クルーズコントロール、ＡＢＳ、トラクションコントロール等からの各種の要求トルクを合計したトルクに設定される。更に、要求トルクを正確に実現するために、トルク補償制御を実施する。
【００２１】
このトルク補償制御は、定常運転時には、エアフロメータ１４の出力（スロットル通過空気量）と吸気圧力センサ１８の出力（吸気圧力Ｐm ）とに基づいて筒内に充填される実吸入空気量Ｇn を算出し、この実吸入空気量Ｇn を要求トルクから算出される要求吸入空気量と比較して、要求吸入空気量を実現するようにスロットル開度を補償する。
【００２２】
一方、過渡運転時には、エアフロメータ１４の応答遅れの影響を無視できないため、応答性の良い吸気圧力センサ１８の出力（吸気圧力Ｐm ）に基づいて筒内に充填される実吸入空気量Ｇn を算出する。吸気圧力Ｐm から実吸入空気量Ｇn を算出する場合は、クランク角センサ２５の出力（エンジン回転速度Ｎe ）、大気圧センサ３２の出力（大気圧Ｐatm ）、吸気温センサ３３の出力（吸気温Ｔair ）、冷却水温センサ２４の出力（冷却水温Ｔhw）、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴを考慮する必要がある。
従来は、これら７個のパラメータから実吸入空気量Ｇn を算出する際に、７次元マップを用いる。
【００２３】
また、要求吸入空気量の下限値は、吸気圧力Ｐm の下限ガード値（エンジンオイルの吸い上げや燃焼性悪化等を防止するためのバキュームリミット圧力）によって制限されるため、バキュームリミット圧力に相当する吸入空気量下限値を算出し、もし、この要求吸入空気量がバキュームリミット圧力に相当する吸入空気量下限値よりも低くなっていれば、要求吸入空気量をバキュームリミット圧力に相当する吸入空気量下限値で制限する。
【００２４】
一方、要求吸入空気量の上限値は、吸気圧力Ｐm の上限値である大気圧Ｐatm によって制限されるため、吸気圧力Ｐm が大気圧Ｐatm になったときの吸入空気量を吸入空気量上限値として算出して、もし、要求吸入空気量が吸入空気量上限値よりも多くなっていれば、要求吸入空気量を吸入空気量上限値で制限する。
【００２５】
従来は、バキュームリミット圧力や大気圧Ｐatm （吸気圧力Ｐm の上限値）から吸入空気量下限値・上限値を算出する際にも、吸気圧力Ｐm から実吸入空気量Ｇn を算出する７次元マップを用いる。
【００２６】
更に、エンジン運転中は、要求吸入空気量から要求吸気圧力を算出して、実際の吸気圧力Ｐm が要求吸気圧力に一致するように制御する。従来は、要求吸入空気量から要求吸気圧力を算出する際に、７次元の逆マップを用いる。
【００２７】
エンジン運転中は、吸気圧力Ｐm から吸入空気量Ｇn への変換と、吸入空気量Ｇn から吸気圧力Ｐm への変換を所定周期（例えば４ｍｓ周期）で行う必要がある。しかし、従来のように、これら２方向の変換を別々の７次元マップを用いて行うようにすると、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数が非常に多くなるため、膨大な適合工数が必要となり、生産性が悪いばかりか、多数の７次元マップのデータを記憶するためにＥＣＵ３０のＲＯＭのメモリ容量を拡張する必要があり、コストアップを招くという欠点がある。しかも、７次元マップの枚数が非常に多いため、ＥＣＵ３０のＣＰＵ演算負荷も大きくなり、演算速度が低下して制御の応答性が低下したり、或は、それを避けるために高性能のＣＰＵに取り替える必要が生じたりするという欠点もある。
【００２８】
そこで、本実施形態では、▲１▼物理補正式によるマップの低次元化と、▲２▼２次元以下の仮想マップによるマップの正逆共用化とによって上記の問題点を解消する。以下、この制御仕様について図２乃至図４を用いて具体的に説明する。
【００２９】
吸気圧力から吸入空気量を算出する際に、考慮すべきパラメータを、吸気圧力Ｐm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhwの７個のパラメータとした場合に、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhwの３個のパラメータ（以下「非マップパラメータ」という）を標準値に固定した標準状態で測定したデータに基づいて、標準状態における吸気圧力Ｐmnorm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴの４個のパラメータから、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を算出する４次元の基礎マップを作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。
【００３０】
そして、図２に示すように、エンジン運転中に、ＥＣＵ３０により、実際の環境下における吸気圧力Ｐm を物理補正式により前記標準状態における値Ｐmnorm に補正（標準化）し、補正後の吸気圧力Ｐmnorm を後述する仮想マップにより前記標準状態における吸入空気量Ｇnnorm に変換し、当該標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を物理補正式により実際の環境下における値（実環境値）Ｇn に補正する。
【００３１】
ここで、物理補正式は、吸気系の空気の流れに気体の状態方程式を適用して求められた下記の充填効率式（１）から導き出される。
Ｇn ＝ηv ×Ｐm ×Ｖc ／（２×Ｒ×Ｔair ） ……（１）
Ｇn ：筒内に吸入される吸入空気量［ｇ／ｒｅｖ］
ηv ：体積効率
Ｐm ：吸気圧力［ｈＰａ］
Ｖc ：全シリンダ容積［ｍ３ ］
Ｒ ：気体定数
Ｔair ：吸気温［Ｋ］
【００３２】
ここで、非マップパラメータである大気圧Ｐatm の標準値を１０１３［ｈＰａ］、吸気温Ｔair の標準値を２９３．１５［Ｋ］とすると、実際に検出した吸気圧力Ｐm を標準状態における吸気圧力Ｐmnorm に補正する物理補正式は、大気圧標準値（１０１３［ｈＰａ］）と実際の大気圧Ｐatm を用いて次式のように表される。
Ｐmnorm ＝Ｐm ×１０１３／Ｐatm ……（２）
【００３３】
従って、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm は、上記（１）式、（２）式の関係から導き出した次式で算出される。
後述する仮想マップから算出した標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を、実際の環境下における吸入空気量Ｇn に補正する物理補正式は、上記（１）式、（３）式の関係から次のように表される。
上記（２）式、（４）式は、吸気圧力Ｐm を吸入空気量Ｇn に変換する際に用いる物理補正式であるが、これとは逆に、吸入空気量Ｇn を吸気圧力Ｐm に変換する際に用いる物理補正式は、次の（５）式、（６）式で表される。
本実施形態では、大気圧Ｐatm の標準値＝１０１３［ｈＰａ］、吸気温Ｔair の標準値＝２９３．１５［Ｋ］としたが、要は、後述する４次元の基礎マップを作成するためのデータを測定する際に設定した非マップパラメータ（大気圧、吸気温、冷却水温）の固定値を標準値とすれば良い。
【００３７】
尚、上記物理補正式（４）、（５）は、冷却水温の影響が無視されているが、吸気温と冷却水温の両方の影響を総合的に評価する温度補正係数を用いて、上記物理補正式（４）、（５）を次のように変更しても良い。
Ｇn ＝Ｇnnorm ×（Ｐatm ／１０１３）×温度補正係数 ……（７）
Ｇnnorm ＝Ｇn ×（１０１３／Ｐatm ）／温度補正係数 ……（８）
【００３８】
以上説明した物理補正式を導入することで、従来の７次元マップを４次元の基礎マップに低次元化することがてきる。
【００３９】
ところで、マップの次元数が３次元以上（パラメータが３個以上）である場合は、３個以上のパラメータから特定の制御パラメータを算出する“正方向のマップ検索”は可能であるが、それとは逆に、特定の制御パラメータから３個以上のパラメータのいずれかを算出する“逆方向のマップ検索”を行うことができないため、逆方向のマップ検索が必要となる場合は、逆方向のマップも作成する必要がある。
【００４０】
この問題点を図３を用いて具体的に説明する。図３（ａ）は、吸気圧力Ｐm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴの３個のパラメータから吸入空気量Ｇn を算出する３次元マップを概念的に示したものである。この３次元マップを用いて、吸気圧力Ｐm を吸入空気量Ｇn に変換する場合は、現在の吸気ＶＶＴ位置に隣接する２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における吸入空気量Ａ，Ｂを４点補間により算出する。
【００４１】
Ａ＝４点補間（Ｐm ，Ｎe ，Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22）
Ｂ＝４点補間（Ｐm ，Ｎe ，Ｂ11，Ｂ12，Ｂ21，Ｂ22）
ここで、Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22，Ｂ11，Ｂ12，Ｂ21，Ｂ22は、吸入空気量のマップデータである。
【００４２】
そして、最終的に求める吸入空気量Ｇn は、２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における吸入空気量Ａ，Ｂを現在の吸気ＶＶＴ位置で２点補間して求められる。
Ｇn ＝２点補間（Ａ，Ｂ，吸気ＶＶＴ位置）
【００４３】
一方、図３（ｂ）に示すように、この３次元マップを逆方向に検索して、吸入空気量Ｇn を吸気圧力Ｐm に変換しようとすると、現在の吸気ＶＶＴ位置（例えば１０℃Ａ）に隣接する２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における２つの吸入空気量Ａ，Ｂが必要となる。しかし、現在の吸気ＶＶＴ位置（例えば１０℃Ａ）における吸入空気量Ｇn からは、２つの吸気ＶＶＴ位置（例えば０℃Ａ，２０℃Ａ）における２つの吸入空気量Ａ，Ｂを一義的に決定することができないため、３次元マップを逆方向に検索して吸入空気量Ｇn を吸気圧力Ｐm に変換することは不可能である。そのため、３次元マップの逆方向の検索が必要となる場合は、逆方向の３次元マップも作成する必要がある。
【００４４】
そこで、本実施形態（１）では、マップの正逆共用化を実現するために、４次元の基礎マップから図４に示す１次元の仮想マップをＥＣＵ３０で作成する。以下、この仮想マップの作成方法を説明する。
【００４５】
４次元の基礎マップの４個のパラメータ（標準状態における吸気圧力Ｐmnorm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）のうち、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴは、吸気圧力Ｐm と吸入空気量Ｇn との変換処理に要する時間（例えば１ｍｓ）ではほとんど変化しないため、これらのほとんど変化しない３個のパラメータ（エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）を最新の値に固定し、非固定パラメータを吸気圧力Ｐmnorm のみとすることで、４次元の基礎マップから、吸気圧力Ｐmnorm と吸入空気量Ｇnnorm との関係を検索して図４に示す１次元の仮想マップを作成する。この仮想マップは、要求される変換処理周期（例えば４ｍｓ）で更新される。
【００４６】
尚、４次元の基礎マップの４個のパラメータのうちの２個のパラメータのみを最新の値に固定し、非固定パラメータを２個とすることで、４次元の基礎マップから２次元の仮想マップを作成するようにしても良く、この場合でも、マップの正逆共用化が可能である。
【００４７】
一般に、基礎マップの次元数をＮ次元（但しＮは３以上の整数）とすると、マップの正逆共用化を可能とするためには、基礎マップのＮ個のパラメータの中から、変化の少ないＮ−１個又はＮ−２個のパラメータを最新の値に固定して、非固定パラメータを１個又は２個とすることで、Ｎ次元の基礎マップから１次元又は２次元の仮想マップを作成するようにすれば良い。マップの正逆共用化が必要でない場合は、３次元以上の仮想マップを作成するようにしても良い。
以上説明したマップ検索処理は、ＥＣＵ３０によって図５乃至図７の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。
【００４８】
図５の吸入空気量算出ルーチンは、所定周期（例えば４ｍｓ）で起動され、吸気圧力Ｐm 等から吸入空気量Ｇn を算出するルーチンであり、特許請求の範囲でいう制御パラメータ算出手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、各センサの出力を読み込んで現在の運転条件（吸気圧力Ｐm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhw）を検出した後、ステップ１０２に進み、下記の物理補正式により、実際に検出した吸気圧力Ｐm を標準状態における吸気圧力Ｐmnorm に補正（標準化）する。
Ｐmnorm ＝Ｐm ×１０１３／Ｐatm
【００４９】
この後、ステップ１０３に進み、後述する図６の仮想マップ作成ルーチンによって作成された１次元の仮想マップを検索して、標準状態における吸気圧力Ｐmnorm を標準状態における吸入空気量Ｇnnorm に変換する。この後、ステップ１０４に進み、下記の物理補正式により、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を実環境下における値（実環境値）Ｇn に補正する。
Ｇn ＝Ｇnnorm ×（Ｐatm ／１０１３）×（２９３．１５／Ｔair ）
【００５０】
その後、ステップ１０５に進み、この吸入空気量Ｇn を出力して本ルーチンを終了する。
尚、吸気圧力Ｐm の他に、空気量への変換が必要な各種圧力（例えばバキュームリミット圧力、大気圧Ｐatm ）についても、ステップ１０２で、同様の物理補正式により、標準状態における圧力に補正し、次のステップ１０３で、１次元の仮想マップを検索して、標準状態における圧力を標準状態における空気量に変換し、続くステップ１０４で、同様の物理補正式により、標準状態における空気量を実環境値に補正するようにすれば良い。
【００５１】
一方、図６の仮想マップ作成ルーチンは、図５の吸入空気量算出ルーチンを実行する直前に起動され、特許請求の範囲でいう仮想マップ作成手段としての役割を果たす。
【００５２】
本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、４次元の基礎マップの４個のパラメータ（標準状態における吸気圧力Ｐmnorm 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）のうち、短時間ではほとんど変化しない３個のパラメータ（エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）を最新の値（直前に検出した値）に固定して、非固定パラメータを吸気圧力Ｐmnorm のみとする。
【００５３】
この後、ステップ２０２に進み、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴを最新の値に固定した条件で、４次元の基礎マップから、吸気圧力Ｐmnorm と吸入空気量Ｇnnorm との関係を検索して図４に示す１次元の仮想マップを作成する。
【００５４】
以上のようにして作成した１次元の仮想マップは、図５の吸入空気量算出ルーチンのステップ１０３で、吸入空気量Ｇnnorm を算出する正マップとして使用される他に、図７の吸気圧力算出ルーチンのステップ３０３で、吸気圧力Ｐmnorm を算出する逆マップとしても使用される。
【００５５】
図７の吸気圧力算出ルーチンは、所定周期（例えば４ｍｓ）で起動され、１次元の仮想マップを逆方向に検索して、吸入空気量Ｇn 等から吸気圧力Ｐm を算出するルーチンであり、特許請求の範囲でいう制御パラメータ算出手段としての役割を果たす。
【００５６】
本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、各センサの出力を読み込んで現在の運転条件（吸入空気量Ｇn 、エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ、大気圧Ｐatm 、吸気温Ｔair 、冷却水温Ｔhw）を検出した後、ステップ３０２に進み、下記の物理補正式により、実際に検出した吸入空気量Ｇn を標準状態における吸入空気量Ｇnnorm に補正する。
Ｇnnorm ＝Ｇn ×（１０１３／Ｐatm ）×（Ｔair ／２９３．１５）
【００５７】
この後、ステップ３０３に進み、前記図６の仮想マップ作成ルーチンによって作成された１次元の仮想マップを逆方向に検索して、標準状態における吸入空気量Ｇnnorm を標準状態における吸気圧力Ｐmnorm に変換する。このステップ３０３の処理が特許請求の範囲でいう逆マップ検索手段としての役割を果たす。この後、ステップ３０４に進み、下記の物理補正式により、標準状態における吸気圧力Ｐmnorm を実環境下における値（実環境値）Ｐm に補正する。
Ｐm ＝Ｐmnorm ×（Ｐatm ／１０１３）
【００５８】
その後、ステップ３０５に進み、この吸気圧力Ｐm を出力して本ルーチンを終了する。
尚、吸入空気量Ｇn の他に、圧力への変換が必要な空気量（例えば要求吸入空気量）についても、ステップ３０２で、同様の物理補正式により、標準状態における空気量に補正し、次のステップ３０３で、１次元の仮想マップを逆方向に検索して標準状態における空気量を標準状態における圧力に変換し、続くステップ３０４で、同様の物理補正式により、標準状態における圧力を実環境値に補正するようにすれば良い。
【００５９】
ＥＣＵ３０は、以上説明した図５乃至図７の各ルーチンを所定周期（例えば４ｍｓ周期）で実行しながら、特許請求の範囲でいう制御手段として機能する図８のトルク制御ルーチンを所定周期（例えば８ｍｓ周期）で実行して、次のようにしてトルク制御を実行する。
【００６０】
図８のトルク制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、アクセル操作量（アクセル開度）、トランスミッション、クルーズコントロール、ＡＢＳ、トラクションコントロール等からの各種の要求トルクを合計して、最終的な要求トルクを求める。この後、ステップ４０２に進み、要求トルクを要求吸入空気量に変換した後、ステップ４０３に進み、現在の運転状態に応じてバキュームリミット圧力（吸気圧力Ｐm の下限ガード値）を算出する。
【００６１】
そして、次のステップ４０４で、前記図５及び図６の各ルーチンによって、バキュームリミット圧力を吸入空気量下限値に変換する。この後、ステップ４０５に進み、要求吸入空気量が吸入空気量下限値以上であるか否かを判定し、要求吸入空気量が吸入空気量下限値以上であれば、その要求吸入空気量をそのまま用いるが、もし、要求吸入空気量が吸入空気量下限値よりも少なければ、ステップ４０６に進み、吸入空気量下限値を要求吸入空気量とする。
【００６２】
この後、ステップ４０７に進み、要求吸入空気量を目標スロットル開度に変換する。このステップ４０７の処理が特許請求の範囲でいう目標スロットル開度算出手段としての役割を果たす。そして、次のステップ４０８で、実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させるようにスロットルバルブ１５をモータ３１により駆動する。このステップ４０８の処理が特許請求の範囲でいうスロットル制御手段としての役割を果たす。
【００６３】
以上説明した本実施形態によれば、従来の７次元マップを物理補正式によって４次元の基礎マップに低次元化した上で、その基礎マップのパラメータの中から、短時間ではほとんど変化しないパラメータ（エンジン回転速度Ｎe 、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴ）を最新の値に固定し、非固定パラメータを吸気圧力のみとすることで、４次元の基礎マップから１次元の仮想マップを作成するようにしたので、マップの低次元化とマップの正逆共用化の要求を同時に満たすことができて、車両設計開発段階で技術者が作成するマップの枚数を大幅に減らすことができる。これにより、マップ作成のための適合工数を大幅に削減することができ、生産性を向上できると共に、マップデータを記憶するためのメモリ容量が少なくて済み、低コスト化の要求を満たすことができる。しかも、マップの低次元化によりＥＣＵ３０のＣＰＵ演算負荷を軽減することができて、演算速度ひいては制御の応答性を向上することができる。
【００６４】
尚、本実施形態では、制御・検出の対象となるパラメータの数を７個としたが、これよりも多くても少なくても良く、同様に、基礎マップの次元数も４次元に限定されず、３次元又は５次元以上であっても良い。また、基礎マップから仮想マップを作成する際に固定するパラメータの数も３個に限定されないことは言うまでもない。
【００６５】
また、本発明の仮想マップで算出する制御パラメータは、エンジン制御パラメータに限定されず、例えば、自動変速機の制御パラメータ、車両統合制御用のパラメータ等、車両の各種のシステムの制御パラメータを算出する場合にも本発明を適用して実施することができる。
その他、本発明を適用可能なエンジンは、吸気ポート噴射式のエンジンに限定されず、筒内噴射式のエンジンにも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】吸気圧力Ｐm と吸入空気量Ｇn との間のマップ検索方法を説明する図
【図３】（ａ）は３次元マップの正方向のマップ検索を説明する図、（ｂ）は３次元マップの逆方向のマップ検索が不可能であることを説明する図
【図４】１次元仮想マップを概念的に示す図
【図５】吸入空気量算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】仮想マップ作成ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図７】吸気圧力算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図８】トルク制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、１８…吸気圧力センサ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管、２５…吸気バルブ、２６…排気バルブ、２８，２９…可変バルブタイミング機構、３０…ＥＣＵ（仮想マップ作成手段，制御パラメータ算出手段，逆マップ検索手段，目標スロットル開度算出手段，制御手段，スロットル制御手段）、３１…モータ、３２…大気圧センサ、３３…吸気温センサ。
Claims (9)
- Ｎ個（但しＮは３以上の整数）のパラメータから特定の制御パラメータを算出するためのＮ次元の基礎マップを記憶する記憶手段と、
車両の運転中に所定の演算周期で前記Ｎ個のパラメータの中から一部のパラメータを最新の値に固定してそれ以外のパラメータ（以下「非固定パラメータ」という）から前記特定の制御パラメータを算出するための仮想マップを前記Ｎ次元の基礎マップに基づいて作成する仮想マップ作成手段と、
前記仮想マップを検索して前記非固定パラメータから前記特定の制御パラメータを算出する制御パラメータ算出手段と、
前記特定の制御パラメータに基づいて車両の制御対象を制御する制御手段とを備え、
前記仮想マップ作成手段は、前記Ｎ個のパラメータの中からＮ−１個又はＮ−２個のパラメータを前記仮想マップを作成する直前に検出した最新の値に固定して前記Ｎ次元の基礎マップに基づいて前記仮想マップを１次元又は２次元の仮想マップとして作成することを特徴とする車両用制御装置。 - 前記最新の値に固定するＮ−１個又はＮ−２個のパラメータは、それ以外の前記非固定パラメータと比較して変化の少ないパラメータであることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
- 前記制御パラメータ算出手段は、前記１次元又は２次元の仮想マップを前記特定の制御パラメータから前記非固定パラメータを算出するための逆マップとして兼用し、該仮想マップを逆方向に検索して前記特定の制御パラメータから前記非固定パラメータを算出する逆マップ検索手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用制御装置。
- 車両の制御又は検出の対象となるパラメータの総数は、Ｎ＋Ｋ個（但しＫは１以上の整数）であり、
前記Ｎ次元の基礎マップは、該基礎マップに用いるＮ個のパラメータ以外のＫ個のパラメータ（以下「非マップパラメータ」という）を標準値に固定した標準状態で測定したデータに基づいて作成され、
前記制御パラメータ算出手段は、実際の環境下における前記非固定パラメータの値を物理補正式により前記標準状態における値に補正し、補正後の非固定パラメータを用いて前記仮想マップから前記標準状態における前記特定の制御パラメータを算出し、当該標準状態における特定の制御パラメータの値を物理補正式により実際の環境下における値に補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用制御装置。 - 前記非マップパラメータは、少なくとも吸気温と大気圧を含む２個以上のパラメータからなり、
前記物理補正式は、気体の状態方程式から導き出されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用制御装置。 - 前記最新の値に固定するパラメータを、少なくともエンジン回転速度と可変バルブタイミングを含む２個以上のパラメータとし、前記非固定パラメータを吸気圧力とし、前記特定の制御パラメータを吸入空気量とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用制御装置。
- 前記制御手段は、前記特定の制御パラメータとして算出された吸入空気量から目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、前記目標スロットル開度に基づいてスロットルバルブを駆動するスロットル制御手段とを備えていることを特徴とする請求項６に記載の車両用制御装置。
- Ｎ個（但しＮは３以上の整数）のパラメータから特定の制御パラメータを算出するためのＮ次元の基礎マップを用いて前記特定の制御パラメータを算出する制御パラメータの算出方法において、
車両の運転中に、所定の演算周期で前記Ｎ個のパラメータの中から変化の少ないＮ−１個又はＮ−２個のパラメータを、前記特定の制御パラメータを算出するための１次元又は２次元の仮想マップを作成する直前に検出した最新の値に固定してそれ以外のパラメータ（以下「非固定パラメータ」という）から前記１次元又は２次元の仮想マップを前記Ｎ次元の基礎マップに基づいて作成し、
その後、前記仮想マップを検索して前記非固定パラメータから前記特定の制御パラメータを算出し、
更に、前記仮想マップを前記特定の制御パラメータから前記非固定パラメータを算出するための逆マップとして兼用することを特徴とする制御パラメータの算出方法。 - 車両の制御又は検出の対象となるパラメータの総数は、Ｎ＋Ｋ個（但しＫは１以上の整数）であり、
前記Ｎ次元の基礎マップは、該基礎マップに用いるＮ個のパラメータ以外のＫ個のパラメータ（以下「非マップパラメータ」という）を標準値に固定した標準状態で測定したデータに基づいて作成され、
車両の運転中に、実際の環境下における前記非固定パラメータの値を物理補正式により前記標準状態における値に補正し、補正後の非固定パラメータを用いて前記仮想マップから前記標準状態における前記特定の制御パラメータを算出し、当該標準状態における特定の制御パラメータの値を物理補正式により実際の環境下における値に補正することを特徴とする請求項８に記載の制御パラメータの算出方法。
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