JP4867719B2

JP4867719B2 - モデリング環境

Info

Publication number: JP4867719B2
Application number: JP2007055759A
Authority: JP
Inventors: 慎一副島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2027-03-06
Also published as: JP2008215252A

Description

本発明は、適合値を有するモデルを効率的に形成するためのモデリング環境に関する。

近年、正確な空燃比制御が要求されており、そのためには、気筒内へ供給された吸入空気量を正確に検出又は推定しなければならない。エアフローメータにより検出される吸入空気量は、定常時であれば比較的正確なものとなるが、過渡時ではエアフローメータの応答遅れによって正確なものとはならない。それにより、機関吸気系全体をモデル化して正確な吸入空気量を推定することが必要となる。

機関吸気系の全体モデルは、一般的に、複数の部分モデルにより構成される。各部分モデルは、それぞれのモデル式を使用するものであるが、モデル式によっては、実機に対する合わせ込みが必要な適合値を有するものがある。例えば、あるスロットル部分モデルのモデル式は、適合値として、スロットル弁の流量係数を有している。

このような適合値を有する部分モデルでは、適合値が適当に設定されるように、同じ条件において、部分モデルにより算出される結果と、供試機から得られる結果との合わせ込みが必要となる。そのためには、各条件に対する結果を測定するための試験が必要となる。

この部分モデルの設計者であれば、試験において採取しなければならない条件データ及び結果データの項目は判っているが、多くの場合においては、試験はモデル設計者とは別の者により実施されるために、これら項目の連絡が正確でなかったりすると、必要なデーが採取されなかったり、不必要なデータが採取されたり、又は、既に得られているデータを採取するために再び試験を実施するようなことが起こりうる。

もちろん、このような問題は、機関吸気系のモデルに特有なものではなく、内燃機関のいずれの系のモデルでも発生し、また、内燃機関に限らず、任意の系のモデルでも発生する。

予め定められた項目において複数のデータをデータベースに収集して、制御モデルの構築とモデル評価とに使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−８４８０６特開２００４−２４０５１３特開平５−３３３７６３特開２００５−３８１２６

前述の技術において、別の制御モデルを構築してモデル評価する際に、必要なデータ項目が変更される場合には前述の問題が発生し、効率的に制御モデルを形成することができない。

従って、本発明の目的は、適合値を適正化するための試験がモデル設計者とは別の者により実施される場合においても、適合値を有するモデルを効率的に形成することができるモデリング環境を提供することである。

本発明による請求項１に記載のモデリング環境は、モデルを登録するモデルライブラリと、試験データを登録するデータベースとを備え、前記モデルライブラリに、適合値を有する特定モデルを登録する際には、前記特定モデルへ計算条件を入力する入力手段と、入力された計算条件に対して前記特定モデルから出力される結果を同一条件の試験結果と比較して前記特定モデルの適合値を適正化する比較手段とを有する検証モデルを、前記特定モデルと関連付けて前記モデルライブラリに登録すると共に、前記検証モデルの入力手段により入力される前記計算条件の条件項目と、前記検証モデルの比較手段により比較される結果の結果項目との組み合わせが前記データベースに登録されている場合には、登録されている前記組み合わせを前記特定モデルと関連付け、前記組み合わせが前記データベースに登録されていない場合には、前記組み合わせを前記特定モデルと関連付けて前記データベースに登録し、試験を実施した際には、前記データベースに登録されている前記組み合わせの条件項目と結果項目とに対応するデータを前記データベースに登録し、前記特定モデルの検証を実施する際には、前記モデルライブラリから前記特定モデルを取り出すと、前記モデルライブラリから前記特定モデルに関連付けられた検証モデルも取り出され、前記データベースからは前記特定モデルと関連付けられた条件項目と結果項目の組み合わせに対応するデータが取り出され、取り出されたデータを使用して前記検証モデル及び前記特定モデルにより前記特定モデルの適合値を適正化するための検証が実施されることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載のモデリング環境によれば、設計者により設計された適合値を有する特定モデルがモデルライブラリに登録されると、同時に、特定モデルへ計算条件を入力する入力手段と、入力された計算条件に対して特定モデルから出力される結果を同一条件の試験結果と比較して特定モデルの適合値を適正化する比較手段とを有する検証モデルも特定モデルに関連付けてモデルライブラリに登録される。それにより、設計者に限らず、検証のためにモデルライブラリから特定モデルを取り出せば、この特定モデルのための検証モデルも取り出される。また、検証モデルの入力手段により入力される計算条件の条件項目と、検証モデルの比較手段により比較される結果の結果項目との組み合わせが特定モデルと関連付けられてデータベースに登録されるために、試験を実施する者は、新たな情報を必要とせずに、データベースに登録されている組み合わせの条件項目と結果項目とに対応するデータをデータベースに登録すれば良く、それにより、特定モデルに関連付けて特定モデルの検証に必要な項目のデータを過不足なくデータベースから取り出すことができる。こうして、取り出されたデータを使用して検証モデル及び特定モデルにより特定モデルの適合値を適正化するための検証を効率的に実施することができる。

また、モデルライブラリに新たなモデルが登録される際にも、新たなモデルに関連する検証モデルが同時に登録され、データベースには、検証のために必要な条件項目及び結果項目の組み合わせが登録される。この際に、もし、データベースにおいて、既にこの組み合わせが登録されていれば、登録されている組み合わせは新たなモデルに関連付けられ、もし、各項目にデータも登録されていれば、新たな試験を実施することなく、検証モデルを使用して新たなモデルの検証を効率的に実施することができる。

機関過渡時においても正確な空燃比の制御を実現するために、車両ＥＣＵには、機関吸気系の全体モデルが実装されて各時刻の吸入空気量が算出され、吸気行程において気筒内へ供給された全吸入空気量が推定される。機関吸気系の全体モデルは、モデルライブラリに登録された複数の部分モデルから実機に合うように選択された部分モデルを組み合わせて構成される。

図１は機関吸気系の一例を示しており、同図において、１はエアクリーナ、２はスロットル弁、３はサージタンク、４は吸気ポートである。このような機関吸気系をモデル化するためには、モデルライブラリからエアクリーナ部分モデルＭ１と、スロットル部分モデルＭ２と、サージタンク部分モデルＭ３と、吸気ポート部分モデルＭ４とが選択されて組み合わされる。

モデルライブラリには、エアクリーナ部分モデル、スロットル部分モデル、サージタンク部分モデル、及び、吸気ポート部分モデルだけでなく、ターボチャージャのコンプレッサ部分モデル及びインタークーラ部分モデル等を全ての部分モデルが登録され、いずれの機関吸気系の全体モデルでも、部分モデルを組み合わせて構成することができるようにしておくことが好ましい。

エアクリーナ部分モデルＭ１のモデル式は、例えば、次式（１）である。
ｍ＝Ｃ＊（Ｐ_in−Ｐ_out）・・・（１）
ここで、ｍはエアクリーナ部分モデルＭ１を通過する吸気流量であり、エアクリーナ部分モデルＭ１へ流入する吸気流量とエアクリーナ部分モデルＭ１から流出する吸気流量とは等しいとされる。Ｃはエアクリーナの流量係数であり、Ｐ_inはエアクリーナ部分モデルＭ１へ流入する吸気圧力であり、Ｐ_outはエアクリーナ部分モデルＭ１から流出する吸気圧力である。

また、スロットル部分モデルＭ２のモデル式は、例えば、次式（２）である。

ここで、ｍはスロットル弁２を通過する吸気流量であり、スロットル部分モデルＭ２へ流入する吸気流量とスロットル部分モデルＭ２から流出する吸気流量とは等しいとされる。Ｃｔはスロットル弁開度ＴＡにより変化するスロットル弁２の流量係数であり、Ａｔはスロットル弁開度ＴＡにより変化するスロットル弁２の開口面積であり、Ｐ_inはスロットル部分モデルＭ２へ流入する吸気圧力であり、Ｐ_outはスロットル部分モデルＭ２から流出する吸気圧力であり、ｋは比熱比であり、Ｒは気体定数である。Ｔは吸気温度であり、スロットル部分モデルＭ２へ流入する吸気温度とスロットル部分モデルＭ２から流出する吸気温度とは等しいとされる。

また、サージタンク部分モデルＭ３のモデル式は、例えば、次式（３）及び（４）である。

ここで、ｍ_inはサージタンク部分モデルＭ３へ流入する吸気流量であり、ｍ_outはサージタンク部分モデルＭ３から流出する吸気流量である。Ｐはサージタンク３内の吸気圧力であり、サージタンク部分モデルＭ３へ流入する吸気圧力とサージタンク部分モデルＭ３から流出する吸気圧力とは等しいとされる。Ｖはサージタンクの容積（設計値）であり、ｋは比熱比であり、Ｒは気体定数であり、Ｔ_inはサージタンク部分モデルＭ３へ流入する吸気温度であり、Ｔ_outはサージタンク部分モデルＭ３から流出する吸気温度である。

また、吸気ポート部分モデルＭ４のモデル式は、例えば、前式（３）及び（４）と同じとすることができる。この場合において、ｍ_inは吸気ポート部分モデルＭ４へ流入する吸気流量であり、ｍ_outは吸気ポート部分モデルＭ４から流出する吸気流量であり、Ｐは吸気ポート４内の圧力であり、吸気ポート部分モデルＭ４へ流入する吸気圧力と吸気ポート部分モデルＭ４から流出する吸気圧力とは等しいとされる。Ｖは吸気ポート４の容積（設定値）であり、ｋは比熱比であり、Ｒは気体定数であり、Ｔ_inは吸気ポート部分モデルＭ４へ流入する吸気温度であり、Ｔ_outは吸気ポート部分モデルＭ４から流出する吸気温度である。

このような部分モデルを組み合わせて構成される機関吸気系の全体モデルでは、各時刻において、吸気ポート部分モデルＭ４下流側の気筒内の圧力Ｐ１及び温度Ｔ１と、エアクリーナ部分モデルＭ１上流側の大気圧Ｐ２及び大気温度Ｔ２と、スロットル弁開度ＴＡとに基づき、各部分モデルに流入する吸気流量ｍ_in、吸気圧力Ｐ_in、及び吸気温度Ｔ_inが各部分モデルの直上流側に位置する部分モデルから流出する吸気流量ｍ_out、吸気圧力Ｐ_out、及び吸気温度Ｔ_outに等しいとして、これら各値が算出される。こうして、全体モデルでは、最下流に位置する吸気ポート部分モデルＭ４から流出する空気流量ｍ_outが各時刻において気筒内へ流入する吸気流量となる。もちろん、各部分モデルにおいて、使用されたモデル式によっては、吸気流量、吸気圧力、及び吸気温度の全てが変化するとは限らない。例えば、吸気温度が変化しないとされているものでは、Ｔ_in及びＴ_outは、上流側の部分モデルから流出する吸気温度Ｔ_outと同じ値として計算される。

車両ＥＣＵに実装する吸気系の全体モデルを構成する各部分モデルは、実際の吸気系の各部分に適合したものでなければならず、例えば、スロットル部分モデルＭ２において、スロットル弁開度ＴＡによって変化するスロットル弁２の流量係数Ｃｔ（ＴＡ）は、車両の吸気系に対して適合していなければならない。そのためには、スロットル部分モデルＭ２において、予め定めたスロットル弁２の開度ＴＡ毎の流量係数Ｃｔが、車両吸気系に適合していることを検証することが必要となる。

具体的には、スロットル部分モデルＭ２は、吸気温度Ｔを標準大気温度とすれば、各スロットル弁開度に対応するスロットル弁２の開口面積Ａｔ（ＴＡ）と、スロットル部分モデルＭ２へ流入する吸気圧力Ｐ_inと、スロットル部分モデルＭ２から流出する吸気圧力Ｐ_outとに基づき、スロットル弁２を通過する吸気流量ｍを算出するものであり、三つの条件（開口面積、流入吸気圧力、流出吸気圧力）により一つの結果（吸気流量）を得るものである。

それにより、供試機において同じ条件の時に測定される結果がスロットル部分モデルＭ２により算出される結果とほぼ同じであれば、適合値として設定されている流量係数Ｃｔが適正であるとすることができ、二つの結果が異なっていれば、二つの結果がほぼ同じとなるように、設定されている流量係数Ｃｔを補正して適正化することが必要となる。

供試機における各条件に対する結果の測定は、一般的に、スロットル部分モデルの設計者とは別の者により実施される。それにより、設計者であれば、測定試験における条件項目（スロットル弁開口面積、スロットル部分へ流入する吸気圧力、スロットル部分から流出する吸気圧力）と、結果項目（スロットル弁を通過する吸気流量）とは判っているが、測定試験を実施する者は、これまで、これら項目を設計者からの連絡により知るしかなかった。一つの部分モデルだけの試験依頼であれば、問題が起こる可能性は低いが、同時に複数の部分モデルに関しての試験が依頼される場合に、連絡が交錯する等して、必要な項目の測定で行われなかったりすれば、効率的に部分モデルの検証を実施することができない。

本発明によるモデリング環境は、このような問題の発生を防止して、適正化された適合値を有するモデルを効率的に形成すること可能とするものである。図２は、本発明によるモデリング環境を概略的に示している。１０はスロットル部分モデル等の部分モデルＭを登録するためのモデルライブラリであり、２０は各部分モデルＭの検証のためのデータを登録するデータベースである。

設計者が部分モデルＭを形成してモデルライブラリ１０に登録する際には、部分モデルＭを検証するための検証モデルＭ’も部分モデルＭ（例えば、スロットル部分モデル）に関連付けてモデルライブラリ１に登録される。検証モデルＭ’は、部分モデルＭに対応する計算条件Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３（三つであるとは限らないが、例えば、スロットル弁開口面積、スロットル部分へ流入する吸気圧力、スロットル部分から流出する吸気圧力）を部分モデルＭへ入力し、部分モデルＭからの結果Ｏｕｔ１（一つであるとは限らないが、例えば、スロットル弁を通過する吸気流量）と、同一条件において供試機から得られる結果（例えば、吸気流量）とを比較して、部分モデルＭの適合値を適正化するものである。

それと同時に、部分モデルＭ及び検証モデルＭ’を組み合わせて実施する検証のために必要なデータ項目の組み合わせ（条件項目及び結果項目）を部分モデルＭに関連付けてデータベース２０へ登録する。この組み合わせは、部分モデルＭの設計者により設定することができ、また、検査ツールによって部分モデルＭを検査することにより、自動的に設定することも可能である。

データ項目の組み合わせをデータベース２０に登録する際に、もし、既に同じ組み合わせが登録されている場合には、この組み合わせを部分モデルＭに関連付ける。供試機において測定試験を実施する者は、モデルライブラリ１０にいずれのモデルが登録されているかに関係なく、また、設計者からの何の連絡も必要なしに、データベース２０に登録されているデータ項目の組み合わせを見ることにより、試験の条件及び測定すべき結果を知ることができる。ここで、データ項目の組み合わせには、条件項目及び結果項目だけでなく、もちろん、部分モデルＭ（例えば、スロットル部分モデル）に対応する供試機部分（スロットル部分）の型式も設定される。それにより、別の型式に対する同じデータ項目の組み合わせが登録されていても、この時には、今回の型式に対するデータ項目の組み合わせが追加登録される。

例えば、スロットル部分の測定試験において使用する供試機は、スロットル部分単体としても良い。もちろん、今回の吸気系モデルを実装する車両の吸気系と同じ吸気系全体の供試機を使用することが好ましいが、スロットル部分が同じであれば、他の部分は吸気系モデルを実装する車両吸気系と異なっていても良い。このような供試機によっても、条件としてのスロットル弁開口面積（スロットル弁開度から設計値として算出可能）と、スロットル部分へ流入する吸気圧力と、スロットル部分から流出する吸気圧力とに対するスロットル弁を通過する吸気流量を測定することができる。

こうして、測定試験が実施されて、部分モデルＭの検証に必要なデータ項目の組み合わせにデータが登録されれば、モデル設計者に限らず、モデルライブラリ１０から部分モデルＭを取り出すと、モデルライブラリ１０からは部分モデルＭに関連付けされている検証モデルＭ’も取り出される。同時に、データベース２０からは、部分モデルＭに関連付けられているデータ項目の組み合わせのデータが取り出される。

例えば、部分モデルＭをスロットル部分モデルとして説明すると、取り出されるデータは、条件としてのスロットル弁開口面積（スロットル弁開度から設計値として算出可能であり、開口面積に代えてスロットル弁開度をデータベース２に登録しても良い）と、スロットル部分へ流入する吸気圧力と、スロットル部分から流出する吸気圧力と、結果としてのスロットル弁を通過する吸気流量とであり、検証モデルＭ’によって部分モデルＭへ条件が入力され、部分モデルＭにより算出された結果と、測定結果とが比較されることにより、今回入力されたスロットル弁開口面積に対して部分モデルＭにおいて設定されている流量係数を適正化することができる。

例えば、測定結果が計算結果より大きければ、流量係数を大きく補正し、測定結果が計算結果より小さければ、流量係数を小さく補正することにより、流量係数を適正化することができる。さらに、他のスロットル弁開口面積の時のデータの組み合わせよって、同様に、各スロットル弁開口面積に対して部分モデルＭにおいて設定されている流量係数を適正化することができる。

また、例えば、同じスロットル部分をモデル化するのに別のモデル式を使用する新たなスロットル部分モデルがモデルライブラリ１０に登録される場合において、この新たなスロットル部分モデルに対応する検証モデルも関連付けられてモデルライブラリ１０に登録される。同時に、この新たなスロットル部分モデルに関連付けられて検証に必要なデータ項目の組み合わせがデータベース２０に登録される。しかしながら、これら二つのスロットル部分モデルのデータ項目が同じであるならば、既にデータ項目の組み合わせは登録されており、この組み合わせが新たなスロットル部分モデルに関連付けられる。

それにより、新たなスロットル部分モデル及び検証モデルがモデルライブラリ１０から取り出されると、新たなスロットル部分モデルに関連付けられた既に登録されていたデータ項目の組み合わせが、データベース２０から取り出され、新たな試験を実施することなく、新たなスロットル部分モデルの検証を効率的に実施することができる。

また、例えば、エアクリーナ部分モデルがモデルライブラリ１０に登録される際には、同時に、エアクリーナ部分モデルの検証モデルもモデルライブラリ１０に登録される。前述のエアクリーナ部分モデルでは、適合値はやはり流量係数Ｃであるが、この流量係数は一定値であり、エアクリーナへ流入する吸気圧力と、エアクリーナから流出する吸気圧力とを条件として、エアクリーナを通過する吸気流量が結果として測定されれば良く、これらのデータ項目の組み合わせがデータベース２０に登録される。こうして、同様に、効率的にエアクリーナ部分モデルの適合値を適正化することができる。

これまで、機関吸気系を例として説明したが、本発明の発想は、機関吸気系に限定されるもではなく、内燃機関の他の系の部分モデルにも同様に適用可能であり、また、内燃機関に限らず、任意の系のモデルにも適用可能である。

機関吸気系の一例を示す概略図である。本発明によるモデリング環境を概略的に示す図である。

符号の説明

１エアクリーナ
２スロットル弁
３サージタンク
４吸気ポート
１０モデルライブラリ
２０データベース

Claims

モデルを登録するモデルライブラリと、試験データを登録するデータベースとを備え、前記モデルライブラリに、適合値を有する特定モデルを登録する際には、前記特定モデルへ計算条件を入力する入力手段と、入力された計算条件に対して前記特定モデルから出力される結果を同一条件の試験結果と比較して前記特定モデルの適合値を適正化する比較手段とを有する検証モデルを、前記特定モデルと関連付けて前記モデルライブラリに登録すると共に、前記検証モデルの入力手段により入力される前記計算条件の条件項目と、前記検証モデルの比較手段により比較される結果の結果項目との組み合わせが前記データベースに登録されている場合には、登録されている前記組み合わせを前記特定モデルと関連付け、前記組み合わせが前記データベースに登録されていない場合には、前記組み合わせを前記特定モデルと関連付けて前記データベースに登録し、試験を実施した際には、前記データベースに登録されている前記組み合わせの条件項目と結果項目とに対応するデータを前記データベースに登録し、前記特定モデルの検証を実施する際には、前記モデルライブラリから前記特定モデルを取り出すと、前記モデルライブラリから前記特定モデルに関連付けられた検証モデルも取り出され、前記データベースからは前記特定モデルと関連付けられた条件項目と結果項目の組み合わせに対応するデータが取り出され、取り出されたデータを使用して前記検証モデル及び前記特定モデルにより前記特定モデルの適合値を適正化するための検証が実施されることを特徴とするモデリング環境。