JP4661727B2 - 内燃機関の停止位置制御装置 - Google Patents
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Description
内燃機関のフリクションを算出するエンジンフリクションモデルと、
前記内燃機関と組み合わされる変速機のフリクションを算出するミッションフリクションモデルと、
前記内燃機関と前記変速機との間に配置されるクラッチが継合状態にあるか否かを検知するクラッチ継合状態検知手段とを備え、
前記クラッチが継合状態にあるときは、前記エンジンフリクションモデルおよび前記ミッションフリクションモデルの双方によって算出されるフリクションに基づいて、クランク停止位置を補正することを特徴とする。
前記寄与度に基づいて、当該クランク停止位置の誤差を、前記エンジンフリクションモデルと前記ミッションフリクションモデルとに分配する誤差分配手段とを更に備えることを特徴とする。
前記誤差寄与度取得手段は、クラッチ継合状態で前記エンジンフリクションモデルおよびまたは前記ミッションフリクションモデルの補正がなされた後にクラッチ非継合状態での前記クランク停止位置の算出がなされた場合において、当該クランク停止位置の誤差が比較的大きいと認められるときは、前記寄与度を修正する寄与度修正手段を含むことを特徴とする。
前記エンジンフリクションモデルおよび前記ミッションフリクションモデルの学習、或いは前記エンジンフリクションモデルの学習を行う第1フリクション学習手段と、
前記第1フリクション学習手段とは別に、前記ミッションフリクションに基づいて、前記ミッションフリクションモデルの学習を実行する第2フリクション学習手段と、
を更に備えることを特徴とする。
[実施の形態1の装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関の停止位置制御装置が適用された内燃機関10の構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。ここでは、内燃機関10は、直列4気筒型エンジンであるものとする。内燃機関10の筒内には、ピストン12が設けられている。ピストン12は、コンロッド14を介してクランク軸16と連結されている。また、内燃機関10の筒内には、ピストン12の頂部側に燃焼室18が形成されている。燃焼室18には、吸気通路20および排気通路22が連通している。
図2は、図1に示すECU50が備えるエンジンモデル60の構成を示すブロック図である。図2に示すように、エンジンモデル60は、クランク軸周りの運動方程式演算部62と、エンジンフリクションモデル64と、ミッションフリクションモデル65と、吸気圧力推定モデル66と、筒内圧推定モデル68と、燃焼波形算出部70と、大気圧補正項算出部72と、大気温補正項算出部74とを含んでいる。以下、これらの各部の詳細な構成について説明を行う。
クランク軸周りの運動方程式演算部62は、クランク角度θおよびエンジン回転数Ne(クランク角回転速度dθ/dt)のそれぞれの推定値を求めるためのものである。クランク軸周りの運動方程式演算部62は、筒内圧推定モデル68または燃焼波形算出部70から内燃機関10の筒内圧力Pの入力を受け、演算開始時には、更に、初期クランク角度θ0および初期エンジン回転数Ne0の入力を受ける。
図3は、クランク軸周りの各要素に付す記号を示す図である。図3に示すように、ここでは、筒内圧力Pを受けるピストン12の頂部の表面積をAとする。コンロッド14の長さをL、クランクの回転半径をrとする。そして、コンロッド14のピストン取り付け点とクランク軸16の軸中心とを結ぶ仮想線(シリンダの軸線)と、コンロッド14の軸線とがなす角度をφ(以下、「コンロッド角度φ」と称する)とし、シリンダの軸線とクランクピン17の軸線とがなす角度をθとする。
図4は、図2に示すエンジンフリクションモデル64がエンジンフリクショントルクTRQf_ENを取得するために備えているエンジンフリクションマップの一例を示している。より具体的には、図4(A)は、クランク軸16周りの回転摺動に関する第1エンジンフリクショントルクTRQf_map1とクランク角回転速度(dθ/dt)との関係を概念的に表した図であり、図4(B)は、ピストン12の並進運動に関する第2エンジンフリクショントルクTRQf_map2とピストン速度(dXi/dt)との関係を概念的に表した図である。
図5は、図2に示すミッションフリクションモデル65がミッションフリクショントルクTRQf_MIを取得するために備えるミッションフリクションマップの一例を示している。ミッションフリクションモデル65によって算出されるミッションフリクショントルクTRQf_MIは、車両の停止中にギヤがニュートラル位置にあり、かつ、クラッチが継合された状態、すなわち、変速機のギヤが内燃機関10の動力をタイヤ側に伝達させることなく回転している状態におけるフリクショントルクである。そこで、ミッションフリクショントルクTRQf_MIは、変速機の内部のフリクション(主に軸受部の回転摺動によるフリクション)に対応する値となるように定められている。このため、図5に示すように、ミッションフリクショントルクTRQf_MIは、第1エンジンフリクショントルクTRQf_map1と同様にエンジン回転速度(dθ/dt)に依存する特性を有している。
吸気圧力推定モデル66は、吸気圧力を推定するための吸気圧マップ(図示省略)を備えている。この吸気圧マップは、吸気圧力を、スロットル開度TA、エンジン回転数Ne、および吸排気弁のバルブタイミングVVTとの関係で定めたものである。このような吸気圧力推定モデルの構成によれば、ECU50の計算負荷を低く抑えつつ、吸気圧力を取得することができる。尚、詳細に吸気圧力を計算する場合には、上記のような吸気圧マップを用いずに、スロットルバルブ24を通過する空気流量を推定するスロットルモデルと、吸気弁32の周囲を通過する空気流量(すなわち、筒内吸入空気流量)を推定するバルブモデルとを用いて、吸気圧力推定モデルを構成するようにしてもよい。
筒内圧推定モデル68は、燃焼が行われない状況下で、筒内圧力Pを算出するために用いられるモデルである。この筒内圧推定モデル68では、内燃機関10の各行程における筒内圧力Pを、次の(8a)式〜(8d)式を用いて算出するようにしている。すなわち、先ず、吸気行程の経過中の筒内圧力Pは、(8a)式で示すように、上述した吸気圧力推定モデル66が有する吸気圧マップから得られる筒内圧力のマップ値Pmapから得るようにしている。
ただし、上記(8b)式において、VBDCはピストン12が吸気下死点にあるときの行程容積Vであり、κは比熱比である。
ただし、上記(8c)式において、VTDCはピストン12が圧縮上死点にあるときの行程容積Vであり、Pcは圧縮行程の終了時における筒内圧力である。
燃焼波形算出部70は、圧縮行程の途中から膨張行程の途中までの燃焼が行われている期間における筒内圧力(燃焼圧力)Pを算出するために用いられるモデルである。この燃焼波形算出部70では、Weibe関数を用いた関係式である(9a)式と、後述する(10)式とを用いて、燃焼圧力Pの推定値が算出される。
ただし、上記(9a)式において、mは形状係数、kは燃焼効率、θbは着火遅れ期間、aは燃焼速度(ここでは固定値6.9)である。これらの各パラメータは、事前に適合された値が使用される。また、Qは発熱量である。
図6は、そのような変形例の手法を説明するための図である。この手法では、上記(9a)式および(10)式を用いて、所定のクランク角度θ毎に燃焼圧力Pを計算することを行うのではなく、事前に、上記(9a)式および(10)式を用いて、図6(A)に示すような燃焼パターン、すなわち、燃焼に付されることで変化する筒内圧力Pの波形の変化分(燃焼による圧力増加分)のみを算出しておく。
大気圧補正項算出部72は、筒内に吸入される筒内充填空気量Mcを推定するモデル(ここでは「エアモデル」と称する)を含んでいる。このエアモデルでは、筒内充填空気量Mcを次の(11)式に従って算出することとしている。
上記(12)式によれば、付着率Pおよび残留率Rをパラメータとして、個々のサイクル毎に上記燃料量fcを算出することができる。
大気温補正項算出部74では、排気行程中の行程容積V、残留ガス質量(排気上死点でのすきま容積Vcに基づいて算出)m、残留ガス(既燃ガス)のガス定数R、および大気温度Tairの実測値を理想気体の状態方程式に代入することで、筒内圧力Pthを算出する。当該筒内圧力Pthと、筒内圧推定モデル68で算出される筒内圧力Pとの偏差を算出する。そして、その偏差が大きい場合には、上記偏差に基づいて補正係数を算出する。この補正係数は、上述した吸気圧力推定モデル66において、吸気圧力Pmapの補正に用いられる。
内燃機関を備えた車両では、車両が一時的に停止した際に、内燃機関の停止および再始動を自動的に行う制御(エコラン制御)が実行されることがある。また、内燃機関とモータとで車両を駆動するハイブリッド車両においても、車両システムの起動中(車両走行中も含む)に、内燃機関の停止および再始動を自動的に行う制御(本明細書中では、これも広い意味で「エコラン制御」と称している)が実行されることがある。
図7に示すルーチンでは、先ず、クラッチが非継合状態にあるか否かが、クラッチセンサ56が発する信号に基づいて判別される(ステップ100)。
(ステップ102に関する処理)
上記ステップ100において、クラッチが継合状態にあると判定された場合には、次いで、エンジンフリクションモデル64とミッションフリクションモデル65の双方をフリクションモデルとして使用した状態で、エンジンモデル60によって、クランク停止位置の推定値が算出される(ステップ102)。
次に、上記ステップ102の処理により算出されたクランク停止位置の推定値と、クランク角センサ40によって検出されたクランク停止位置の実測値との誤差が、所定の閾値よりも大きいか否かが判別される(ステップ104)。その結果、当該誤差が所定の閾値以下であると判定された場合には、以後の本ルーチンの処理が速やかに終了される。
一方、上記ステップ104において、クランク停止位置の誤差が閾値よりも大きいと判定された場合には、エンジンフリクションモデル64およびミッションフリクションモデル65の学習が開始される(ステップ106)。具体的には、先ず、エンジンモデル60に、クランク角度θおよびクランク角回転速度dθ/dtのそれぞれの実測値を代入することによって、以下の(15c)式に従って、実機フリクショントルクTRQf_jitsuが算出される。
図7に示すルーチンでは、次に、ピストン速度(dXi/dt)、クランク角回転速度(dθ/dt)毎に、フリクション誤差(回転フリクション誤差および並進フリクション誤差)が算出される。そして、フリクション分配率R(dθ/dt)を用いた回転フリクション誤差のフリクション学習、または並進フリクション誤差の学習が実行される(ステップ108)。
図7に示すルーチンでは、次に、推定値再計算フラグがONに設定される(ステップ110)。この推定値再計算フラグは、クラッチが継合された状態において、エンジンフリクションモデル64およびミッションフリクションモデル65の学習を行ったことを示すためのフラグである。この推定値再計算フラグによれば、当該推定値再計算フラグがONになっている場合に、現時点でのフリクション分配率R(dθ/dt)を用いた状態で、実機フリクショントルクTRQf_jitsuとモデルフリクショントルクTRQf_modelとが合う状態になっていると判断することができるようになる。
上記推定値再計算フラグがONとされた後は、次いで、上記ステップ108の学習結果に基づいて、フリクションマップ(エンジンおよびミッションの双方)が更新される(ステップ112)。
(ステップ114に関する処理)
また、図7に示すルーチンでは、上記ステップ100において、クラッチが非継合状態にあると判定された場合には、次いで、エンジンモデル60によって、クランク停止位置の推定値が算出される(ステップ114)。本ステップ114の処理は、エンジンフリクションモデル64のみをフリクションモデルとして使用した状態で演算を行う点、およびクランク軸周りの全運動エネルギTの算出式である上記(3)式において、変速機に関する慣性モーメントImiがゼロとされる点を除き、上述したステップ102の処理と同様である。このため、ここでの詳細な説明は省略するものとする。
次に、上記ステップ114の処理により算出されたクランク停止位置の推定値と、クランク角センサ40によって検出されたクランク停止位置の実測値との誤差が、所定の閾値よりも大きいか否かが判別される(ステップ116)。その結果、当該誤差が所定の閾値以下であると判定された場合には、以後の本ルーチンの処理が速やかに終了される。
一方、上記ステップ116において、クランク停止位置の誤差が閾値よりも大きいと判定された場合には、推定値再計算フラグがOFFとされているか否かが判別される(ステップ118)。
その結果、上記ステップ116において推定値再計算フラグがOFFでないと判定された場合、すなわち、エンジンフリクションモデル64およびミッションフリクションモデル65の学習が行われた後のタイミングでの算出であるにも関わらず、クランク停止位置の誤差が閾値よりも大きいと認められる場合には、フリクション分配率R(dθ/dt)が適切な値でなかったと判断することができる。そこで、この場合には、フリクション分配率R(dθ/dt)が修正される(ステップ120)。具体的には、図9に示すフリクション分配率マップの学習が実行される。
一方、上記ステップ116において推定値再計算フラグがOFFであると判定された場合には、エンジンフリクションモデル64のフリクションの推定値が適切でなかったと判断することができる。そこで、この場合には、エンジンフリクションモデル64の学習が開始される(ステップ124)。
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成および図2に示すエンジンモデル60を用いて、ECU50に図7のルーチンに代えて、図10のルーチンを実行させることにより実現されるものである。
内燃機関10の劣化状態およびエンジンオイルの劣化状態と、変速機の劣化状態およびミッションオイルの劣化状態とは、必ずしも同期しないものであり、内燃機関10と変速機の劣化度合いには、ばらつきが発生し得る。そのようなばらつきの存在は、高精度なクランク停止位置の推定を行うために必要とされるエンジンフリクションおよびミッションフリクションの学習精度および学習速度に影響を与える可能性がある。
図10に示すルーチンにおいても、上記図7に示すルーチンと同様に、ステップ100においてクラッチが継合状態にあると判定された場合には、エンジンフリクションモデル64とミッションフリクションモデル65の双方をフリクションモデルとして使用した状態で、エンジンモデル60によって、クランク停止位置の推定値が算出される(ステップ102)。
その結果、クランク停止位置の推定値と実測値との誤差が所定の閾値よりも大きいと判定された場合には(ステップ104)、エンジンフリクションモデル64およびミッションフリクションモデル65の学習が開始される(ステップ200)。具体的には、次のステップ202において、内燃機関および変速機の全体のフリクションとしての学習、すなわち、エンジンフリクションモデル64およびミッションフリクションモデル65の学習が実行される。
次に、上記ステップ202において算出された全体のフリクション誤差ΔTRQf_totalから変速機側のフリクション誤差に相当するミッションフリクション誤差ΔTRQf_mtを分離する処理が実行される(ステップ204)。より具体的には、次の(20)式に従って、ミッションフリクション誤差ΔTRQf_mtが算出される。
次に、上記ステップ202および204の学習結果に基づいて、フリクションマップの更新が実行される(ステップ206)。具体的には、上記202の学習結果を反映させて、エンジンおよびミッションの双方のフリクションマップの更新が行われるとともに、それとは別に、上記ステップ204の学習結果を反映させて、ミッションのフリクションマップの更新が実行される。
また、図10に示すルーチンでは、上記図7に示すルーチンと同様に、ステップ100においてクラッチが非継合状態にあると判定された場合には、エンジンフリクションモデル64のみをフリクションモデルとして使用した状態で、エンジンモデル60によって、クランク停止位置の推定値が算出される(ステップ114)。
その結果、クランク停止位置の推定値と実測値との誤差が所定の閾値よりも大きいと判定された場合には(ステップ116)、次いで、エンジンフリクションモデル64の学習が開始される(ステップ208)。具体的には、次のステップ210において、ピストン速度(dXi/dt)、クランク角回転速度(dθ/dt)毎に、エンジンフリクション誤差ΔTRQf_engineが算出される。尚、エンジンフリクション誤差ΔTRQf_engineの算出は、エンジンフリクションモデル64のみをフリクションモデルとして使用した状態で演算を行う点、および変速機に関する慣性モーメントImiがゼロとされる点を除き、上述したステップ202の処理と同様である。このため、ここでの詳細な説明は省略するものとする。
次に、上記ステップ208において算出されたエンジン側のフリクション誤差ΔTRQf_engineを用いて、上記(20)式に従って、変速機側のフリクション誤差に相当するミッションフリクション誤差ΔTRQf_mtを取得する処理が実行される(ステップ212)。 尚、上記(20)式に従ってミッションフリクション誤差ΔTRQf_mtが算出される際、全体のフリクション誤差ΔTRQf_totalは、ステップ202において算出された最新の値が利用される。
上述した実施の形態1の手法では、クラッチ継合状態でクランク停止位置の推定が行われた後は、フリクション分配率R(dθ/dt)の補正(ステップ120)およびエンジンフリクションモデル64の補正(ステップ126および112)の何れかの処理が行われる。しかしながら、ミッションフリクションが収束していない状態では、フリクション分配率R(dθ/dt)とエンジンフリクションのどちらに停止位置推定の誤差要因が含まれているか分からないため、即座に補正を行うことが困難である。
12 ピストン
14 コンロッド
16 クランク軸
24 スロットルバルブ
26 スロットルポジションセンサ
40 クランク角センサ
42 カム角センサ
50 ECU(Electronic Control Unit)
52 空燃比センサ
54 水温センサ
56 クラッチセンサ
60 エンジンモデル
62 クランク軸周りの運動方程式演算部
64 エンジンフリクションモデル
65 ミッションフリクションモデル
66 吸気圧力推定モデル
68 筒内圧推定モデル
70 燃焼波形算出部
72 大気圧補正項算出部
74 大気温補正項算出部
76 PIDコントローラ
dQ/dθ 熱発生率
dθ/dt クランク角回転速度
Claims (5)
- 内燃機関の停止位置制御装置であって、
内燃機関のフリクションを算出するエンジンフリクションモデルと、
前記内燃機関と組み合わされる変速機のフリクションを算出するミッションフリクションモデルと、
前記内燃機関と前記変速機との間に配置されるクラッチが継合状態にあるか否かを検知するクラッチ継合状態検知手段とを備え、
前記クラッチが継合状態にあるときは、前記エンジンフリクションモデルおよび前記ミッションフリクションモデルの双方によって算出されるフリクションに基づいて、クランク停止位置を補正することを特徴とする内燃機関の停止位置制御装置。 - 内燃機関のクランク角情報に基づいて、フリクションに起因するクランク停止位置の誤差に対する前記エンジンフリクションモデルおよび前記ミッションフリクションモデルのそれぞれの寄与度を取得する誤差寄与度取得手段と、
前記寄与度に基づいて、当該クランク停止位置の誤差を、前記エンジンフリクションモデルと前記ミッションフリクションモデルとに分配する誤差分配手段とを更に備えることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の停止位置制御装置。 - 分配された前記クランク停止位置の誤差に基づいて、前記エンジンフリクションモデルおよびまたは前記ミッションフリクションモデルを補正するフリクション補正手段を更に備えることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の停止位置制御装置。
- クラッチ継合状態で前記エンジンフリクションモデルおよびまたは前記ミッションフリクションモデルの補正がなされたか否かの情報を取得する補正情報取得手段を更に備え、
前記誤差寄与度取得手段は、クラッチ継合状態で前記エンジンフリクションモデルおよびまたは前記ミッションフリクションモデルの補正がなされた後にクラッチ非継合状態での前記クランク停止位置の算出がなされた場合において、当該クランク停止位置の誤差が比較的大きいと認められるときは、前記寄与度を修正する寄与度修正手段を含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の停止位置制御装置。 - 前記エンジンフリクションモデルおよび前記ミッションフリクションモデルの双方により算出される全体のフリクションから、前記変速機の対応分のフリクションに相当するミッションフリクションを分離して取得するミッションフリクション取得手段と、
前記エンジンフリクションモデルおよび前記ミッションフリクションモデルの学習、或いは前記エンジンフリクションモデルの学習を行う第1フリクション学習手段と、
前記第1フリクション学習手段とは別に、前記ミッションフリクションに基づいて、前記ミッションフリクションモデルの学習を実行する第2フリクション学習手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の停止位置制御装置。
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