JP5047144B2 - マップ作成支援装置およびその方法並びにプログラム - Google Patents
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Description
また、排ガス再循環(EGR:Exhaust gas recirculation)、可変構造過給機(例えば、VG(Variable Geometry)ターボ等)などの装置も取り付けられ、制御因子の個数が非常に多くなっている。
これら制御因子の制御条件は、事前に試験によって決められた適正値をエンジン制御装置(ECU:Engine Control Unit)にマップとして記憶しておくのが一般的である。
従って、このマップには、最適化された適正な制御条件が記憶されることとなる。エンジンの回転数、トルクの運転範囲において、排ガス規制を満たすために、多数の制御因子の制御条件(燃料噴射パターンなど)を決めるのに、一点一点エンジン試験を実施して決定するのでは、相当な時間を要することは自明である。
このため、実験計画法を使った試験工数の低減、応答曲面法を利用したエンジン特性の数学的近似モデルを利用する方法、最適化手法の適用などが提案されている。
最適化手法は、原理的には最適な解を求めることができるが、高速な最適化には応答曲面モデルを必要とする場合も多く、制御因子が多くなると時間がかかるという欠点がある。また、エンジン全体の滑らかな制御性を考慮した場合には、適切な制御条件を取り入れる必要がある。
本発明は、エンジン制御装置に格納されて使用される制御マップの作成を支援するマップ作成支援装置であって、制御因子の候補が記憶されている記憶手段と、トルクと回転数とで特定される複数のモード点を設定する第1設定手段と、前記モード点の各々について実験計画法を実施し、前記制御因子の候補の中から所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を該モード点毎に選択する第1処理手段と、前記モード点以外の試験点である複数の第2追加試験点を設定する第2設定手段と、前記第1処理手段で求められた各前記モード点における制御因子に基づいて、前記第2追加試験点において所定のエンジン特性要求を満足すると推定される少なくとも2つの制御因子を、前記記憶手段に格納されている複数の制御因子の候補の中から抽出する抽出手段と、前記第2追加試験点の各々について、前記抽出手段によって抽出された該制御因子の中から所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を選択する第2処理手段と、第1処理手段で求められた各前記モード点における制御因子及び第2処理手段で求められた各前記第2追加試験点における制御因子に基づいて、トルクと回転数とエンジン特性値の関係を表わす第1応答曲面を作成する第1応答曲面作成手段とを具備するマップ作成支援装置を提供する。
このように、本発明では、第2追加試験点の設定に先駆けて、第1処理手段により各モード点における制御因子が選択されるので、この制御因子の傾向を考慮して、第2追加試験点における実験計画法に用いる制御因子の候補を限定することが可能となる。この結果、処理時間を短縮することができ、効率的に制御因子と特性値との関係を取得することが可能となる。
上記最適化計算では、数学モデルの解を求めることとなるが、その解を求める際に、誤った初期値から出発してしまうと解が求まらないおそれがある。このような場合に、上述のように、データ量の少ないモード点において選択された制御因子を用いて第2応答曲面を作成し、この第2応答曲面を用いて第1応答曲面における解の大体の予測を行えば、第1応答曲面を用いて数学モデルを解くときの解探索の初期値を適切な値に設定することが可能となる。
このように、データ量の少ない第2応答曲面を利用して解の目星をつけることにより、第1応答曲面を利用した実際の解探索においては、適切な初期値を設定することができ、数学モデルを解くのに要する処理負担の軽減および処理時間の短縮を図ることが可能となる。
より具体的には、前記制御因子は、例えば、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、および燃料噴射段数の少なくとも1つからなる。
また、前記エンジン特性値は、例えば、排ガス値および燃費の少なくともいずれかである。
図1に示されるように、本実施形態に係るマップ作成支援装置10は、コンピュータシステム(計算機システム)であり、CPU(中央演算処理装置)11、RAM(Random Access Memory)等の主記憶装置12、HDD(Hard Disk Drive)等の補助記憶装置13、キーボードやマウスなどの入力装置14、及びモニタやプリンタなどの出力装置15、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置16などで構成されている。
補助記憶装置13には、各種プログラム(例えば、シミュレーションプログラム)が格納されており、CPU11が補助記憶装置13から主記憶装置12にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
これにより、例えば、回転数およびトルクをそれぞれ低、中、高の3段階に分けたときの各組み合わせにおける9つの領域について、それぞれ第1追加試験点を設定することができる。
具体的には、記憶部21に格納されている8つの制御因子である第1ショットモードSM1乃至第8ショットモードSM8のそれぞれについて、エンジン試験を行い、各試験点で特定されるトルク−回転数の場合に、どのようなエンジン特性が得られるのかを試験する。エンジン特性は、例えば、排気ガス量、燃費等であり、これらのエンジン特性値が所定の要求値を満たすような制御因子を特定する。なお、このとき直交表を用いることで、効率的にシミュレーションを行うことが可能となる。
上記実験計画法については、例えば、特開2002−322938号公報にも開示されているように、公知の技術であるため、詳細説明については省略する。
例えば、本実施形態では、第1処理部23の結果として、第1ショットモードSM1、第6ショットモードSM6、第8ショットモードSM8が選択されているので、抽出部25は、これらの3つを抽出することとしてもよい。また、この場合に、予め何らかの条件が登録されていた場合、例えば、「第1ショットモードSM1と第8ショットモードSM8とが選ばれた場合には、第2ショットモードSM2についても抽出すること」等の条件が登録されていた場合には、抽出部25はこの条件に従って、第2ショットモードSM2についても抽出することとしてもよい。
後者の場合には、例えば、表示画面に表示された図6の結果を参照することにより、ユーザがトルクと回転数とで定義される運転領域毎に、制御因子の候補を抽出することとしてもよい。
また、例えば、制御因子が第1ショットモードSM1から第6ショットモードSM6に遷移する領域では、第2ショットモードSM2を用いることが運用などで決められている場合がある。この場合には、ユーザは運用に従い、第2ショットモードSM2を選択する旨の指示を入力装置14から行う。
これにより、抽出部25は、入力装置14から入力されたこれらの指示に従って、それぞれの制御因子を記憶部21から抽出する。なお、このとき、領域が重複している箇所、例えば、領域Q1と領域Q2と領域Q3との重複領域については、第1ショットモードSM1、第2ショットモードSM2、第6ショットモードSM6、第8ショットモードSM8が抽出されることとなる。
このように、第2処理部26は、実験計画法で用いる制御因子が制限されているので、記憶部21に格納されている全ての制御因子である第1ショットモードSM1乃至第8ショットモードSM8を用いて実験計画法を実施する第1処理部23に比べて処理負担の軽減が図れるとともに、処理時間の短縮を図ることができる。
第1応答曲面の一例を図8に示す。図8において、横軸はエンジン回転数、縦軸はトルクであり、各特性はそれぞれ異なるレベルの排気ガスを表わしている。下に表わされている特性ほど、排気ガスの量が少ない。
続いて、最適化計算部30は、第2応答曲面を用いて求めた解を、第1応答曲面における解探索の初期値として設定し、回転数を固定としたときに、トルクが目標トルクに最も近づくときの制御要因の条件を解く。このように、少ないデータ量に基づいて作成された第2応答曲面の解を第1応答曲面の解探索の初期値とすることで、最適な初期値から解探索を開始することができ、効率的に解探索を行うことが可能となるとともに、解が求まらない等の種々の問題を解決することができる。
また、上記解探索においては、ショットモード毎に作成された第2応答曲面を用いて行われるので、更に効率的に解探索を行うことが可能となる。
なお、上述した実施形態では、試験点の設定をモード点および第1追加試験点の設定段階と、第2追加試験点の設定段階とからなる2段階に分けたが、このように2段階に分けずに、一括して全ての試験点(モード点+第1追加試験点+第2追加試験点)を設定し、これらの全ての試験点について所定のエンジン特性要求を満足する制御因子をそれぞれ求めることとしてもよい。つまり、上述した実施形態であれば、試験点毎に、制御因子である第1ショットモードSM1乃至第8ショットモードSM8を候補として実験計画法を実施し、試験点毎にエンジン特性要求を満足する制御因子をそれぞれ求めることとしてもよい。
このように、各試験点において実験計画法を実施することで、上述した実施形態の場合と比べて処理時間は長期化するが、この場合であっても、得られた制御因子毎に応答曲面を作成して、解探索を行うことにより、従来の手法に比べて全体の処理時間の短縮を図ることが可能となる。
上記実施形態では、制御因子毎に第1応答曲面、第2応答曲面を作成していたが、この例に限定されず、例えば、制御因子毎に分けずに、全体として1つの第1応答曲面、第2応答曲面をそれぞれ作成することとしてもよい。
上記実施形態において、最適化計算部30が解探索を行う場合に、解探索を行う範囲(解探索範囲)をユーザが入力装置14から設定できることとしてもよい。この場合には、ユーザによって設定された解探索範囲において、解探索が行われることとなる。
このように、解探索範囲が設定されることにより、この解探索範囲で解探索を行えばよいので、効率的に解を求めることができる。
このように、解探索範囲において解探索を行った結果、解が見つからなかった場合には、自動的に解探索範囲を拡張するので、解を確実に見つけることが可能となる。
11 CPU
12 主記憶装置
13 補助記憶装置
14 入力装置
15 出力装置
16 通信装置
21 記憶部
22 第1設定部
23 第1処理部
24 第2設定部
25 抽出部
26 第2処理部
27 第1応答曲面作成部
28 第2応答曲面作成部
30 最適化計算部
Claims (13)
- エンジン制御装置に格納されて使用される制御マップの作成を支援するマップ作成支援装置であって、
制御因子の候補が記憶されている記憶手段と、
トルクと回転数とで特定される複数のモード点を設定する第1設定手段と、
前記モード点の各々について実験計画法を実施し、前記制御因子の候補の中から所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を該モード点毎に選択する第1処理手段と、
前記モード点以外の試験点である複数の第2追加試験点を設定する第2設定手段と、
前記第1処理手段で求められた各前記モード点における制御因子に基づいて、前記第2追加試験点において所定のエンジン特性要求を満足すると推定される少なくとも2つの制御因子を、前記記憶手段に格納されている複数の制御因子の候補の中から抽出する抽出手段と、
前記第2追加試験点の各々について、前記抽出手段によって抽出された該制御因子の中から所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を選択する第2処理手段と、
第1処理手段で求められた各前記モード点における制御因子及び第2処理手段で求められた各前記第2追加試験点における制御因子に基づいて、トルクと回転数とエンジン特性値の関係を表わす第1応答曲面を作成する第1応答曲面作成手段と
を具備するマップ作成支援装置。 - 前記第1応答曲面作成手段は、第1処理手段で求められた制御因子及び第2処理手段で求められた制御因子をその属性に応じて区分し、区分した制御因子毎に、前記応答曲面を作成する請求項1に記載のマップ作成支援装置。
- ユーザが情報を入力するための入力手段を備え、
前記抽出手段は、前記入力手段から各前記第2追加試験点における少なくとも2つの制御因子の候補が入力された場合に、入力されたこれらの制御因子の候補を前記記憶手段から抽出する請求項1または請求項2に記載のマップ作成支援装置。 - 第1処理手段で求められた制御因子に基づいて、トルクと回転数とエンジン特性値の関係を表わす第2応答曲面を作成する第2応答曲面作成手段を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載のマップ作成支援装置。
- 前記第1応答曲面を用いて所定の数学モデルを解くことにより、回転数を所定の値に固定した場合に所望のトルクを得るための制御因子の条件を解として求める最適化計算手段と、
解の探索範囲を入力するための入力手段と
を備え、
前記最適化計算手段は、前記入力手段から入力された解の探索範囲において、前記数学モデルを解く請求項1から請求項4のいずれかに記載のマップ作成支援装置。 - 前記最適化計算手段は、前記入力手段から入力された解の探索範囲において前記数学モデルを解いた結果、解が見つからなかった場合には、解が求まるまで該解の探索範囲を拡張する請求項5に記載のマップ作成支援装置。
- 前記第1設定手段は、国際規格等の規格によって特性値の条件が課されている所定の運転点を前記モード点として設定する請求項1から請求項6のいずれかに記載のマップ作成支援装置。
- 前記第1設定手段は、X座標またはY座標のいずれか一方にトルクが、その他方に回転数が定義されたXY座標系において、トルク及び回転数を低、中、高の3段階にそれぞれ区分したときに作成されるXY座標系上の9つの領域において、各領域に少なくとも1つのモード点が設定されていなかった場合に、該領域のそれぞれに試験点が設定されるように、第1追加試験点を設定する請求項1から請求項7のいずれかに記載のマップ作成支援装置。
- 前記制御因子は、燃料噴射条件である請求項1から請求項8のいずれかに記載のマップ作成支援装置。
- 前記制御因子は、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、および燃料噴射段数の少なくとも1つからなる請求項9に記載のマップ作成支援装置。
- 前記エンジン特性値は、排ガス値および燃費の少なくともいずれかである請求項1から請求項10のいずれかに記載のマップ作成支援装置。
- エンジン制御装置に格納されて使用される制御マップの作成を支援するマップ作成支援方法であって、
トルクと回転数とで特定される複数のモード点を設定し、
前記モード点の各々について実験計画法を実施し、予め設定されている複数の制御因子の候補の中から、所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を該モード点毎に選択し、
前記モード点以外の試験点である複数の第2追加試験点を設定し、
前記モード点毎に求められた前記制御因子に基づいて、前記第2追加試験点の解となり得る制御因子を、予め設定されている制御因子の候補の中から抽出し、
抽出した制御因子の中から、前記第2追加試験点の各々について、所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を選択し、
前記モード点および前記第2追加試験点において求められた制御因子に基づいて、トルクと回転数とエンジン特性値の関係を表わす第1応答曲面を作成するマップ作成支援方法。 - エンジン制御装置に格納されて使用される制御マップの作成を支援するためのマップ作成支援プログラムであって、
トルクと回転数とで特定される複数のモード点を設定するステップと、
前記モード点の各々について実験計画法を実施し、予め設定されている複数の制御因子の候補の中から、所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を該モード点毎に選択するステップと、
前記モード点以外の試験点である複数の第2追加試験点を設定するステップと、
前記モード点毎に求められた前記制御因子に基づいて、前記第2追加試験点の解となり得る制御因子を、予め設定されている制御因子の候補の中から抽出するステップと、
抽出した制御因子の中から、前記第2追加試験点の各々について、所定のエンジン特性要求を満足する制御因子を選択するステップと、
前記モード点および前記第2追加試験点において求められた制御因子に基づいて、トルクと回転数とエンジン特性値の関係を表わす第1応答曲面を作成するステップと
をコンピュータに実行させるためのマップ作成支援プログラム。
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