JP6313871B2 - 最適エンジン制御設定を確定するためにエンジン性能測定値を摂動させること - Google Patents

最適エンジン制御設定を確定するためにエンジン性能測定値を摂動させること Download PDF

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Description

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
[0001]本発明は、認可番号ＤＥ−ＦＣ２６−０７ＮＴ４３２７４の下でエネルギー省から授与された政府の助成を受けてなされたものである。政府は、本発明において一定の権利を有する。
関連出願の相互参照
[0002]本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれた、２０１１年３月３１日に出願した「ＥＮＧＩＮＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ
ＥＸＴＲＥＭＵＭ ＳＥＥＫＩＮＧ」と題する米国仮出願第６１／４７０，１１３号の優先権を主張するものである。
[0003]本発明の実施形態は、実時間エンジン制御最適化に関する。
米国仮出願第６１／４７０，１１３号
[0004]一実施形態では、本発明は、車両エンジンの性能を最適化するための方法を提供する。方法は、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、車両エンジンの１つまたは複数の検出された動作条件に基づいて確定するステップと、エンジン性能変数の値を確定するステップと、エンジン性能変数の確定値を人為的に摂動させるステップとを含む。次いで、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値が、摂動されたエンジン性能変数に基づいて調整され、エンジン性能変数が目標のエンジン性能変数に近づけられる。車両エンジンの動作が、第１のエンジン制御パラメータに対する調整された初期値に基づいて制御される。これらの活動（act）が、エンジン性能変数が目標のエンジン性能変数に
接近するまで繰り返される。
[0005]いくつかの実施形態では、車両エンジンの１つまたは複数の検出された動作条件が、エンジン速度の検出値およびエンジン負荷の検出値を含む。加えて、いくつかの実施形態では、第１のエンジン制御パラメータの初期値を確定する活動が、エンジン速度の検出値およびエンジン負荷の検出値に対応する初期値を、第１のエンジンマップ参照表で定義されるように同定するステップを含む。
[0006]いくつかの実施形態では、エンジン性能変数の確定値を人為的に摂動させる活動が、エンジン性能変数を摂動させるために摂動信号を第１のエンジン制御パラメータに加えるステップを含む。いくつかのそのような実施形態では、摂動信号を加える活動が、正弦波励振を加えるステップまたは方形波励振を加えるステップを含む。加えて、いくつかの実施形態では、エンジン性能変数の確定値を人為的に摂動させる活動が、第１のエンジン制御パラメータが最適設定点に向かって収束したかどうかを検出するステップを含む。
[0007]別の実施形態では、本発明は、プロセッサおよび命令を記憶するメモリを備えるエンジン制御器を提供する。命令がプロセッサで実行されると、エンジン制御器は、第１のエンジン制御パラメータおよび第２のエンジン制御パラメータを含む、複数のエンジン
制御パラメータのそれぞれに対する初期値を、車両エンジンの１つまたは複数の検出された動作条件に基づいて確定する。さらに、プロセッサは、エンジン制御器に、車両エンジンの燃料効率の値を確定すること、車両エンジンの燃料効率の確定値を人為的に摂動させること、車両エンジンの燃料効率を目標のエンジン性能変数に接近させるために、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、車両エンジンの摂動された燃料効率に基づいて調整すること、および車両エンジンの動作を、調整された、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値に基づいて制御することを引き起こさせる。また、プロセッサは、エンジン制御器に、複数のエンジン制御パラメータのそれぞれに対する初期値を確定し、車両エンジンの燃料効率の値を確定し、車両エンジンの燃料効率の確定値を人為的に摂動させ、第１のエンジン制御パラメータおよび第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、車両エンジンの摂動された燃料効率に基づいて調整する活動を、車両エンジンの燃料効率が目標のエンジン性能変数に接近するまで繰り返すことを引き起こす。
[0008]さらに別の実施形態では、本発明は、複数のエンジン性能変数を最適化するための方法を提供する。方法は、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、車両エンジンの１つまたは複数の検出された動作条件に基づいて確定するステップと、燃料効率の示度となる値を含む複数のエンジン性能変数のそれぞれに対する値を確定するステップと、燃料効率の示度となる確定値を人為的に摂動させるステップとを含む。次いで、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値が、摂動された、燃料効率の示度となる値に基づいて調整され、複数のエンジン性能変数が、エンジン性能変数の値の最適な組合せに近づけられる。車両エンジンの動作は、第１のエンジン制御パラメータに対する調整された初期値に基づいて制御される。これらの活動は、複数のエンジン性能変数が、エンジン性能変数の値の最適な組合せに接近するまで繰り返される。エンジン性能変数の最適な組合せは、最大の達成可能な燃料効率値より小さい、燃料効率の示度となる値を含む。
[0009]一実施形態では、本発明は、実時間エンジン制御最適化のための方法を提供する。方法は、エンジン性能変数の値を確定するステップと、車両エンジンの第１の動作条件の値および第２の動作条件の値を検出するステップと、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、検出された第１の動作条件および検出された第２の動作条件に基づいて確定するステップとを含む。第１のエンジン制御パラメータに対する初期値が、エンジン性能変数を目標のエンジン性能変数に接近させるために、エンジン性能変数の確定値に基づいて調整される。また、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値が、エンジン性能変数を目標のエンジン性能変数に接近させるために、エンジン性能変数の確定値に基づいて調整される。次いで、車両エンジンの動作が、第１のエンジン制御パラメータに対する調整された初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する調整された初期値に基づいて制御される。エンジン性能変数を目標のエンジン性能変数に接近させるために、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を調整する活動は、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値の、対応する調整を必要とする。
[0010]いくつかの実施形態では、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値が、車両エンジンの、第１の動作条件の検出値および第２の動作条件の検出値に対応する初期値を、第１のエンジンマップ参照表で定義されるように同定することによって確定される。第１のエンジンマップ参照表は、第１の動作条件に対する値の範囲および第２の動作条件に対する値の範囲にそれぞれ対応する、複数の動作小領域（operating sub-region）を定義する。また、第１のエンジンマップ参照表は、動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を定義する。加えて、方法は、第１の動作条件および第２の動作条件が第１のエンジンマップの第１の動作小領域内にあるとき、エンジン最適化モード
の終端において、エンジン性能変数を目標値に向かって収束させる、第１のエンジン制御パラメータの最適調整値を同定するステップをさらに含む。第１のエンジン制御パラメータの平均最適調整値が、エンジン最適化モードを複数回遂行することによる、第１のエンジン制御パラメータの最適調整値に基づいて、第１のエンジンマップの第１の動作小領域に対して計算される。次いで、第１のエンジンマップが、動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を、第１のエンジンマップの第１の動作小領域に対する、第１のエンジン制御パラメータの平均最適調整値で置き換えることによって更新される。
[0011]別の実施形態では、本発明は、エンジン性能変数の値を確定し、車両エンジンの第１の動作条件の値および第２の動作条件の値を検出し、かつ第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、検出された第１の動作条件および検出された第２の動作条件に基づいて確定するように構成されたエンジン制御ユニット（「ＥＣＵ」）を提供する。第１のエンジン制御パラメータに対する初期値が、エンジン性能変数を目標のエンジン性能変数に接近させるために、エンジン性能変数の確定値に基づいて調整される。また、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値が、エンジン性能変数を目標のエンジン性能変数に接近させるために、エンジン性能変数の確定値に基づいて調整される。次いで、車両エンジンの動作が、第１のエンジン制御パラメータに対する調整された初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する調整された初期値に基づいて制御される。エンジン性能変数を、目標のエンジン性能変数に接近させるために、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を調整する活動は、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値の、対応する調整を必要とする。
[0012]さらに別の実施形態では、本発明は、車両エンジンの燃料効率を確定し、車両エンジンのエンジン速度およびエンジン負荷を検出し、可変弁タイミング（variable valve
timing）（「ＶＶＴ」）に対する初期値および点火時期に対する初期値を、検出された
エンジン速度および検出されたエンジン負荷に基づいて確定するように構成されたエンジン制御ユニット（「ＥＣＵ」）を提供する。ＶＶＴに対する初期値が、車両エンジンの燃料効率を最大値に接近させるために、確定された燃料効率に基づいて調整される。また、点火時期に対する初期値が、車両エンジンの燃料効率を最大値に接近させるために、確定された燃料効率に基づいて調整される。次いで、車両エンジンの動作が、調整された初期のＶＶＴおよび調整された初期の点火時期に基づいて制御される。ＶＶＴに対する初期値を調整する活動は、車両エンジンの燃料効率を最大化するために、点火時期に対する初期値の、対応する調整を必要とする。
[0013]一実施形態では、本発明は、エンジン制御最適化のための方法を提供する。車両エンジンの１つまたは複数の動作条件が、検出される。複数のエンジン制御パラメータのそれぞれに対する値が、車両エンジンの検出された１つまたは複数の動作条件に基づいて、第１のエンジン制御パラメータおよび第２のエンジン制御パラメータを含めて、確定される。車両エンジンの最も一般的に検出された動作条件の範囲が同定され、最適化の範囲が、車両エンジンの最も一般的に検出された動作条件の範囲に基づいて定義される。エンジン制御最適化ルーチンが、車両エンジンの１つまたは複数の動作条件が最適化の定義された範囲内にあるときに、開始される。エンジン制御最適化ルーチンは、エンジン性能変数の値を確定し、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、車両エンジンの検出された１つまたは複数の動作条件に基づいて確定し、かつエンジン性能変数の確定値に基づいて、エンジン性能変数を目標のエンジン性能変数に接近させるために、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を調整する。
[0014]いくつかの実施形態では、エンジン制御最適化ルーチンが、第１のエンジン制御
パラメータに対する最適設定点および第２のエンジン制御パラメータに対する最適設定点を、エンジン性能変数の確定値に基づいて確定する。加えて、いくつかの実施形態では、第１のエンジン制御パラメータに対する最適設定点および第２のエンジン制御パラメータに対する最適設定点を確定する活動が、第１のエンジン制御パラメータがその最適設定点に向かって収束した時点、第２のエンジン制御パラメータがその最適設定点に向かって収束した時点、およびエンジン性能変数が目標のエンジン性能変数に接近した時点を検出するステップを含む。
[0015]別の実施形態では、本発明は、プロセッサおよびメモリを備えるエンジン制御器を提供する。メモリは、プロセッサで実行されるときに、エンジン制御器に、エンジン速度およびエンジン負荷を検出させ、第１のエンジン制御パラメータおよび第２のエンジン制御パラメータを含む複数のエンジン制御パラメータのそれぞれに対する値を、検出されたエンジン速度および検出されたエンジン負荷に基づいて確定させ、最も一般的に検出されたエンジン速度の範囲および最も一般的に検出されたエンジン負荷の範囲を同定させ、かつ最適化の領域を、最も一般的に検出されたエンジン速度の範囲および最も一般的に検出されたエンジン負荷の範囲に基づいて定義させる命令を記憶する。エンジン制御器は、検出されたエンジン速度および検出されたエンジン負荷が、定義された最適化の領域内にあるときに、エンジン制御最適化ルーチンを開始する。エンジン制御最適化ルーチンは、車両エンジンの燃料効率の値を確定し、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、検出されたエンジン速度および検出されたエンジン負荷に基づいて確定し、かつ車両エンジンの燃料効率の確定値に基づいて、車両エンジンの燃料効率を最大の燃料効率値に接近させるために、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値および第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を調整する。
[0016]一実施形態では、本発明は、エンジン制御最適化のための方法を提供する。車両エンジンの複数の動作条件が、第１の動作条件および第２の動作条件を含めて検出される。初期値が、第１のエンジンマップ参照表内の、検出された第１の動作条件および検出された第２の動作条件の組合せに対応する第１のエンジン制御パラメータに対して同定される。第１のエンジンマップ参照表は、複数の動作小領域を定義する。動作小領域のそれぞれは、第１の動作条件に対する値の範囲および第２の動作条件に対する値の範囲に対応する。また、第１のエンジンマップ参照表が、動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を定義する。また、初期値が、第２のエンジンマップ参照表内の、検出された第１の動作条件および検出された第２の動作条件の組合せに対応する、第２のエンジン制御パラメータに対して同定される。第２のエンジンマップ参照表は、第１の動作条件に対する値の範囲および第２の動作条件に対する値の範囲にそれぞれ対応する、複数の動作小領域を定義する。また、第２のエンジンマップ参照表は、動作小領域のそれぞれに対応する第２のエンジン制御パラメータ値を定義する。第１のエンジン制御パラメータに対する初期値が、エンジン性能変数を目標値に接近させるために、検出されたエンジン性能変数に基づいて調整される。また、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値が、エンジン性能変数を目標値に接近させるために、検出されたエンジン性能変数に基づいて調整される。検出された第１の動作条件および検出された第２の動作条件が、第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるときに、エンジン性能変数の第１の感度が、第１のエンジン制御パラメータにおける変化に応答して確定される。また、第１の動作条件および第２の動作条件が、第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるときに、エンジン性能変数の第２の感度が、第２のエンジン制御パラメータにおける変化に応答して確定される。次いで、第１のエンジンマップ参照表が、第１の感度が閾値より大きいときに、第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって調整される。また、第２のエンジンマップ参照表が、第２の感度が閾値より大きいときに、
第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって調整される。
[0017]いくつかの実施形態では、エンジン性能変数の第１の感度を確定する活動は、第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の第１のエンジン制御パラメータを調整するステップが、エンジン性能変数にいかに速やかに影響を与えるかを確定するステップを含む。加えて、いくつかの実施形態では、エンジン性能変数の第１の感度を確定する活動は、車両エンジンが、第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内で動作しているときの、エンジン制御パラメータの値における変化に対応する、エンジン性能変数の振幅における変化を確定するステップを含む。
[0018]別の実施形態では、本発明は、プロセッサおよび命令を記憶するメモリを備えるエンジン制御器を提供する。命令がプロセッサで実行されるとき、エンジン制御器は、エンジン速度およびエンジン負荷を含む、車両エンジンの複数の動作条件を検出する。さらに、プロセッサは、エンジン制御器に、第１のエンジンマップ参照表内の、検出されたエンジン速度および検出されたエンジン負荷の組合せに対応する、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定させる。第１のエンジンマップ参照表は、複数の動作小領域を定義する。動作小領域のそれぞれは、エンジン速度に対する値の範囲およびエンジン負荷に対する値の範囲に対応する。また、第１のエンジンマップ参照表は、動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を定義する。第１のエンジン制御パラメータに対する初期値は、車両エンジンの燃料効率の示度となる値を目標値に接近させるために、車両エンジンの燃料効率の示度となる検出値に基づいて調整される。また、プロセッサは、エンジン制御器に、第２のエンジンマップ参照表内の、検出されたエンジン速度および検出されたエンジン負荷の組合せに対応する、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定させる。また、第２のエンジンマップ参照表は、複数の動作小領域を定義する。動作小領域のそれぞれは、エンジン速度に対する値の範囲およびエンジン負荷に対する値の範囲に対応する。また、第２のエンジンマップ参照表は、動作小領域のそれぞれに対応する第２のエンジン制御パラメータ値を定義する。第２のエンジン制御パラメータに対する初期値が、車両エンジンの燃料効率の示度となる値を目標値に接近させるために、車両エンジンの燃料効率の示度となる検出値に基づいて調整される。車両エンジンの燃料効率の第１の感度が、検出されたエンジン速度および検出されたエンジン負荷が第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるときに、第１のエンジン制御パラメータにおける変化に応答して確定される。次いで、第１のエンジンマップ参照表が、第１の感度が閾値より大きいときに、第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって調整される。エンジンの燃料効率の第２の感度が、検出されたエンジン速度および検出されたエンジン負荷が第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるときに、第２のエンジン制御パラメータにおける変化に応答して確定される。次いで、第２のエンジンマップ参照表が、第２の感度が閾値より大きいときに、第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって調整される。
[0019]
本発明の他の態様は、詳細な説明および添付の図面を考察することによって明らかとなろう。
[0020]速度センサおよび圧力センサを有するエンジン、ならびにプロセッサ、メモリ、極値探索制御器および負荷制御器を有する電子制御ユニット（「ＥＣＵ」）を含む、実時間エンジン制御最適化システムの概略図である。 [0021]改良されたエンジン性能を達成するために、ＥＣＵがエンジンの動作を制御する方法を示す流れ図である。 [0022]正常動作モードで動作する実時間エンジン制御システムの一例を示す図である。 [0023]可変弁タイミング（「ＶＶＴ」）に対するエンジンマップ参照表のグラフ表示を提供するグラフである。 [0024]点火時期に対するエンジンマップ参照表のグラフ表示を提供するグラフである。 [0025]ＥＣＵの極値探索（「ＥＳ」）最適化モードの間の実時間エンジン制御最適化システムの動作を示す図である。 [0026]図７ａは制御パラメータに励振を加えるために使用されるＥＳ制御器の動作の一般形式の一例を示す図である。 [0027]図７ｂは点火時期オフセット値を確定するために具体的に適合されたＥＳ制御器の実施を示す図である。 [0028]ほぼ２０秒内に収束する性能変数を示すグラフである。 [0029]ＶＶＴ位置およびθＣＡ５０の燃焼位相の種々の組合せに対して推測される正味平均有効圧（net mean effective pressure）（「ＮＭＥＰ」）など、エンジン性能変数のグラフ表示を示すグラフである。 [0030]別のエンジン性能変数、すなわちＶＶＴ位置およびθＣＡ５０の燃焼位相の種々の組合せに対する正味燃料消費率（「ＮＳＦＣ」）、のグラフ表示を示すグラフである。 [0031]エンジン制御パラメータの最適な組合せが達成されるまで、最適化プロセスが、エンジン制御パラメータの初期の組合せをいかに調整するかのグラフ表示を示すグラフである。 [0032]ＥＳ最適化プロセスが完了した後、ＥＣＵのメモリに記憶されるエンジンマップ参照表を更新する方法を示す流れ図である。 [0033]図１２ａは９つの動作小領域を含む、ＥＣＵによって記憶されるエンジンマップ参照表の一例を示す図である。 [0034]図１２ｂはエンジンマップ参照表の特異性（specificity）を増加させるために、動作小領域が複数のより小さい動作小領域に分割される一例を示す図である。
[0035]本発明の任意の実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、その応用において、以下の記載で説明されるかまたは以下の図面に示される構成要素の構造および配置の細目に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実施可能であり、または遂行可能である。
[0036]図１は、車両に対する実時間エンジン制御最適化システム１００を示す。システム１００は車両上で実施され、例えば速度センサ１１０および圧力センサ１１５を含む複数のセンサを装備されたエンジン１０５を含む。電子制御ユニット（「ＥＣＵ」）１２０は、エンジン１０５の種々のセンサおよびアクチュエータと通信している。ＥＣＵ １２０は、速度センサ１１０および圧力センサ１１５からデータを受信し、そのデータを処理してエンジン１０５の動作を制御する。ＥＣＵ １２０は、少なくとも１つのプロセッサ１３５および少なくとも１つのメモリ１４０を含む。メモリ１４０は、ＥＣＵ １２０の機能性をもたらすためにプロセッサ１３５で実行される命令を記憶する。動作の中でもとりわけ、ＥＣＵ １２０は、極値探索（「ＥＳ」）制御器１２５および負荷制御器１３０を実施する。
[0037]いくつかの実施形態では、エンジン１０５は、フレックス燃料エンジンとしても知られる、ガソリンおよびエタノールの種々の混合で動作可能な、近代的な内燃機関である。いくつかの実施形態では、エンジン１０５は、直接噴射（「ＤＩ」）、ターボ過給（
「ＴＣ」）および可変弁タイミング（「ＶＶＴ」）など、先進技術で設計される。上で説明されるように、ＥＣＵ １２０は、速度センサ１１０、圧力センサ１１５、およびエンジン１０５の他のセンサによって捕捉されたデータを受信する。ＥＣＵ １２０は受信されたデータを処理し、その結果、目標のエンジン性能が以下でより詳細に説明されるように達成されるように、エンジン１０５を動作させる。とりわけ、ＥＣＵ １２０は、特定のエンジン制御パラメータ（例えば、点火時期、可変弁タイミング、他）が加えられるときに、特定の動作条件（例えば、エンジン速度、エンジン負荷、他）の下で、エンジン１０５がいかに機能するかを連続的に監視する、極値探索制御を提供する。ＥＣＵ １２０は、この情報を使用して、１つまたは複数のエンジン制御パラメータを調整し、エンジン１０５の性能を改良する。例えば、ＥＣＵ １２０は、エンジン１０５の点火時期と可変弁タイミングとを同時に調整して、エンジン１０５の最大燃料効率を達成する。
[0038]図２は、ＥＣＵ １２０が、エンジン１０５の動作を制御して、改良されたエンジン性能を達成する方法を示す。この方法によれば、ＥＣＵ １２０は、正常動作モードとＥＳ最適化モードとの間を切り替える。正常モードで動作するときは、ＥＣＵ １２０は、速度センサ１１０、圧力センサ１１５、およびエンジン１０５の他のセンサで捕捉されたエンジンデータを受信する（ステップ２０５）。ＥＣＵ １２０は、センサからのデータを処理し、センサデータに基づいて、エンジン速度およびエンジン負荷など、エンジン１０５の複数の動作条件のそれぞれに対する値を確定する（ステップ２１０）。次いで、ＥＣＵ １２０は、動作条件が最適化の領域内に収まるかどうかを確定する（ステップ２１５）。最適化の領域は、ＥＣＵ １２０がＥＳ最適化制御に切り替える、動作条件の範囲として定義される。動作条件の範囲が図４および図５に示され、以下により詳細に説明される。動作条件が最適化の領域内に収まらないならば、ＥＣＵ １２０は、正常動作モードで作動する（run）ことを継続する。ＥＣＵ １２０は、１つまたは複数の予め定
義されたエンジンマップ参照表にアクセスし、確定された動作条件に基づいて、適切なエンジン制御パラメータ（例えば、点火時期および弁タイミング）を確定する（ステップ２２０）。次いで、ＥＣＵ １２０は、エンジン制御パラメータに対する確定値をエンジン１０５に加えることによって、エンジン１０５の動作を制御する（ステップ２２５）。これらのステップは、ＥＣＵ １２０が正常モードで動作している限り、規則的間隔で繰り返される。正常動作モードは、図３を参照して、以下により詳細に説明される。しかし、車両の動作条件が最適化の領域内に収まることを、ＥＣＵ １２０が確定するならば（ステップ２１５）、ＥＣＵ １２０は、正常動作モードからＥＳ最適化モードに移行する。ＥＳ最適化モードの間、ＥＣＵ １２０は、複数のエンジン制御パラメータのそれぞれに対する初期値を、予め定義されたエンジンマップ参照表に基づいて確定する（ステップ２３０）。次いで、ＥＣＵ １２０は、エンジン１０５の動作を制御するためにエンジン制御パラメータに対する調整値を使用する（ステップ２４０）前に、エンジン制御パラメータに対する初期値を、極値探索最適化プロセスの結果に基づいて調整する（ステップ２３５）。ＥＳ最適化プロセスが、エンジン制御パラメータの初期値をいかに調整するかについての詳細が、図６を参照して、以下により詳細に説明される。
[0039]ＥＣＵ １２０は、エンジン性能が目標値に向かって収束したかどうか、およびいつ収束したかを確定するために、１つまたは複数のエンジン性能変数（例えば、燃料効率）を監視する（ステップ２４５）。いくつかの場合には、以下により詳細に説明されるように、目標値は、エンジン性能変数に対する最大または最小の達成可能な値である。複数のエンジン性能変数が監視される他の場合には、目標の変数は、最大または最小の達成可能な値ではなく、複数のエンジン性能変数のうちの一最適解によって定義される値である。
[0040]エンジン性能変数が目標値に向かって収束しなかったならば（ステップ２４５）、ＥＣＵ １２０は、センサで捕捉される新しいエンジンデータを受信し（ステップ２５
０）、動作条件値を、センサから受信されたデータに基づいて確定する（ステップ２５５）。次いで、ＥＣＵ １２０は、車両エンジン１０５の動作条件が、依然として最適化の領域内に収まることを確認する（ステップ２６０）。車両エンジン１０５の動作条件が最適化の領域内に留まる限り（ステップ２６０）、ＥＣＵ １２０は、エンジン性能変数が目標値に向かって収束するまで、ＥＳ最適化モード（ステップ２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５および２６０）内で動作することを継続する。しかし、エンジン１０５の動作条件が、もはや最適化の領域内に存在しないならば、ＥＣＵ １２０は、ＥＳ最適化モードから正常動作モードに移行する。
[0041]エンジン性能変数が目標値に向かって収束したときに（ステップ２４５）、ＥＣＵ １２０は、ＥＳ最適化モードを終了し（ステップ２６５）、エンジン性能変数は目標値に向かって収束しているので、予め定義されたエンジンマップ参照表内の値を、エンジン１０５に加えられたエンジン制御パラメータの調整値に基づいて調整する（ステップ２７０）。エンジンマップ参照表を更新するプロセスが、図１１、図１２ａおよび図１２ｂを参照して、以下により詳細に説明される。
[0042]ＥＣＵ １２０が、最適化プロセスが完了する前にＥＳ最適化モードを出る場合は（ステップ２６０）、エンジン１０５の動作条件が最適化の領域に再び入ったときに（ステップ２１５）、ＥＣＵ １２０が、自体が離脱した場所から継続することができるように、ＥＣＵ １２０は、最適化プロセスによるデータを記憶する。さらに、以下に詳細に説明されるように、ＥＳ最適化モードは、車両の特定の動作条件に対応する最適制御パラメータを確定する。そのように、いくつかの実施形態では、エンジン１０５の動作条件が、ＥＳ最適化が完了する前に変化するけれども、なお最適化の領域内に留まるならば、ＥＣＵ １２０は、そのＥＳ最適化プロセスを終了し、新しいエンジン動作条件に対するＥＳ最適化プロセスを再始動する。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ １２０は、エンジン動作条件がそれらの以前の値に戻るときに、その最適化プロセスが再開されうるように、未完了のＥＳ最適化に対するすべてのデータを再び記憶する。
[0043]図３は、正常動作モードで動作している実時間エンジン制御システム１００の一例を、より詳細に示す。ＥＣＵ １２０は、点火時期のためのエンジンマップ参照表３０５、所望の燃焼位相のためのエンジンマップ参照表３１０、および可変弁タイミングのためのエンジンマップ参照表３１５を記憶し、使用する。ＥＣＵ １２０は、エンジンセンサから、エンジン速度（Ｎ）、エンジン負荷（Ｍ）、および気筒圧力（ｐ）の示度となる値を受信する。ＥＣＵ １２０は、エンジンマップ参照表３１５を使用して、適切な可変弁タイミング（「ＶＶＴ」）を、エンジン速度（Ｎ）およびエンジン負荷（Ｍ）に基づいて確定する。ＶＶＴは、吸気弁開口に対するタイミング（「ＩＶＯ」）および排気弁閉止に対するタイミング（「ＥＶＣ」）を含む。ＶＶＴ ３１５に対するエンジンマップ参照表の一例が、図４に示される。
[0044]ＥＣＵ １２０は、エンジンマップ参照表３０５を使用して、点火時期に対する初期値（θＳ m）を、エンジン速度（Ｎ）およびエンジン負荷（Ｍ）に基づいて確定する
。点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５の一例が、図５に示される。この初期値が、点火時期（θＳ）がエンジン１０５の動作を制御するために加えられる前に、所望の燃焼位相に基づいて、確定値（ΔθＳ）でオフセットされる。オフセット値（ΔθＳ）を確定するために、ＥＣＵ １２０は、圧力センサ１１５からの気筒圧力測定値（ｐ）を使用して、全放熱（total heat release）の５０％が発生したクランク角（θＣＡ５０）を計算する（モジュール３２５）。次いで、この値（θＣＡ５０）が、所望の燃焼位相に対するエンジンマップ参照表３１０の出力と合算され、比例積分制御器３２０に供給される。点火時期に対する初期値（θＳ m）が、ＰＩ制御器３２０の出力（ΔθＳ）に基づいて
調整され、結果として得られた点火時期（θＳ）が、エンジン１０５の動作を制御するた
めに加えられる。
[0045]図４は、ＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５のグラフ表示を提供する。ＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５は、複数の動作小領域４００を定義する。動作小領域のそれぞれは、エンジン速度（Ｎ）に対する値の範囲およびエンジン負荷（Ｍ）に対する値の範囲（すなわち、グラフ上の小さな正方形）に相当する。ＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５は、動作小領域のそれぞれに対応するＶＶＴ値を定義する。ＥＣＵ １２０は、図３を参照して上の段落で論じられたように、検出されたエンジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）に対応するＶＶＴ値を、ＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５で定義されるように同定することによって、ＶＶＴに対する値を確定する。
[0046]また、図４は、最適化の領域４０５を示す。最適化の領域４０５は、エンジン速度（Ｎ）値およびエンジン負荷（Ｍ）値の範囲を含む。最適化の領域４０５は、ＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５内に、複数の動作小領域を含む。ＥＣＵ １２０は、最適化の領域４０５を、アイドルにおけるエンジン１０５の動作条件４１０および巡航速度におけるエンジン１０５の動作条件４１５を含む、最も一般的に検出されるエンジン速度および最も一般的に検出されるエンジン負荷の範囲に基づいて定義する。検出されたエンジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）が、定義された最適化の領域４０５内にあるとき、ＥＣＵ １２０は、エンジン１０５が、最適化の領域４０５内で動作していることを認識し、ＥＳ最適化モードを開始する。
[0047]以下により詳細に説明されるように、特定の動作小領域に対するＥＳ最適化の遂行をいくつか完了した後、ＥＣＵ １２０は、ＶＶＴの平均最適調整値に基づいて、対応する値をＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５内に上書きする。ＥＳ最適化プロセスは、最適化の領域４０５内の動作小領域のそれぞれにわたって複数回完了されるので、ＥＣＵ １２０は、当初定義された値（点線４００で表される）が、車両に特定の、ＶＶＴに対する最適値（実線４２０で表される）に変更されるように、エンジンマップ参照表３１５を最終的に調整する。例えば、図４に示されるように、アイドル条件で動作するエンジン１０５に対応するＶＶＴ値が、最終的に４１０から４２５に調整される。同様に、巡航条件下で動作するエンジン１０５に対応するＶＶＴ値が、４１５から４３０に調整される。
[0048]図５は、点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５のグラフ表示を提供する。また、点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５は、複数の動作小領域５００を定義する。動作小領域のそれぞれは、エンジン速度（Ｎ）に対する値の範囲およびエンジン負荷（Ｍ）に対する値の範囲（すなわち、グラフ上の小さな正方形）に対応する。点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５は、動作小領域のそれぞれに対応する点火時期の値を定義する。ＥＣＵ １２０は、図３を参照して上の段落で論じられたように、検出されたエンジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）に対応する点火時期の値を同定することによって、点火時期（θＳ m）に対する値を、点火時期に対するエンジンマ
ップ参照表３０５によって定義されるように確定する。
[0049]また、図５は、アイドル５１０において動作する車両の、最も一般的に検出されたエンジン速度の範囲および最も一般的に検出されたエンジン負荷の範囲に基づく最適化の領域５０５を示す。加えて、図５は、巡航速度５２０において動作する車両の、最も一般的に検出されたエンジン速度の範囲および最も一般的に検出されたエンジン負荷の範囲に基づく、別の最適化の領域５１５を示す。図示のように、アイドル５１０において動作する車両に対する最適化の領域５０５は、巡航速度５２０において動作する車両に対する最適化の領域５１５とは異なる、エンジン速度（Ｎ）値およびエンジン負荷（Ｍ）値の範
囲を含む。最適化の領域の両領域５０５および５１５は、点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５内の複数の動作小領域を含む。検出されたエンジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）が、定義された最適化の領域５０５内にあるとき、ＥＣＵ １２０は、エンジン１０５が、アイドル５１０において動作していることを認識し、第１組の動作小領域に対するＥＳ最適化を開始する。検出されたエンジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）が、他の最適化の領域５１５内にあるならば、ＥＣＵ １２０は、エンジン１０５が巡航速度５２０において動作していることを認識し、第２組の動作小領域に対するＥＳ最適化を開始する。
[0050]ＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５と同様に、図４を参照して上の段落で論じられたように、ＥＣＵ １２０はまた、アイドル条件に対する最適化の領域５０５および巡航条件に対する最適化の領域５１５の中の動作小領域のそれぞれに対して、ＥＳ最適化の複数の実行（run）が完了した後、点火時期に対するエンジンマップ参照表３０
５を調整する。図５に示されるように、当初定義された値（点線５００で表される）が、車両に特定の、点火時期に対する最適値（実線で表される）に変更される。例えば、アイドル条件で動作するエンジン１０５に対応する点火時期の値が、最終的には、５１０から５２５に調整される。同様に、巡航条件下で動作するエンジン１０５に対応する点火時期の値が、５２０から５３０に調整される。
[0051]図６は、示された実施形態における、ＥＣＵ １２０のＥＳ最適化モードの間の実時間エンジン制御最適化システム１００の動作を示す。ＥＣＵ １２０は、点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５、可変弁タイミングに対するエンジンマップ参照表３１５、ＥＳ制御器１２５、負荷制御器１３０、および実時間計算モジュール３２５を使用して、エンジン制御パラメータ（例えば、点火時期（θＳ）およびＶＶＴ）を確定し、検出されたエンジン負荷（Ｍ）の検出された値を調整する。圧力センサ１１５からの気筒圧力測定値（ｐ）、速度センサ１１０からのエンジン速度データ（Ｎ）、エンジン負荷データ（Ｍ）、および燃料量データ（ｍｆ）を含むエンジン１０５の出力が、ＥＣＵ １２０で受信され、処理される。
[0052]気筒圧力測定値（ｐ）および燃料量（ｍｆ）を使用して、ＥＣＵ １２０は、正味燃料消費率（「ＮＳＦＣ」）、ならびに全放熱の５０％が発生したクランク角（θＣＡ５０）など、他の燃焼特性の実時間計算３２５を行う。センサからのエンジン速度データ（Ｎ）およびエンジン負荷データ（Ｍ）を使用して、ＥＣＵ １２０は、エンジン速度（Ｎ）およびエンジン負荷（Ｍ）を含むエンジン１０５の動作条件を確定する。また、ＥＣＵ １２０は、図３または図６に示されないメモリモジュール１４０を使用して、全放熱の５０％が発生したクランク角（θＣＡ５０）の計算された値などのデータを記憶する。ＥＳ最適化モードの間にメモリモジュール１４０に記憶された、θＣＡ５０の計算された値が、ＥＣＵ １２０の正常動作モードの間に、図３に示される、所望の燃焼位相に対するエンジンマップ参照表３１０を更新するために使用される。
[0053]検出されたエンジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）が、点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５および可変弁タイミングに対するエンジンマップ参照表３１５への入力として使用される。ＥＣＵ １２０は、点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５を使用して、点火時期に対する初期値（θＳ m）を、検出されたエン
ジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）に基づいて確定する。また、ＥＣＵ
１２０は、ＶＶＴに対するエンジンマップ参照表３１５を使用して、ＶＶＴに対する初期値（ＶＶＴｍ）を、検出されたエンジン速度（Ｎ）および検出されたエンジン負荷（Ｍ）に基づいて確定する。以下に詳細に説明されるように、ＥＣＵ １２０は、極値探索（ＥＳ）制御器１２５を使用して、点火時期オフセット値（ΔθＳ）およびＶＶＴオフセット値（ΔＶＶＴ）を確定する。点火時期オフセット値（ΔθＳ）およびＶＶＴオフセット
値（ΔＶＶＴ）が、調整された点火時期の値（θＳ（ｋ））および調整されたＶＶＴ値（ＶＶＴ（ｋ））をエンジン１０５に加える前に、点火時期およびＶＶＴの初期値に、それぞれ加えられる。
[0054]図６に示されるように、ＥＣＵ １２０は、点火時期のエンジンマップ参照表３０５および可変弁タイミングのエンジンマップ参照表３１５を使用して、２つのエンジン制御変数を同時に調整する。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ １２０は、異なる周期／周波数における各エンジン制御変数に対する調整値を確定する。また、ＥＣＵ １２０は、交互に、調整されたエンジン制御パラメータを確定し、加えることができる。例えば、ＥＣＵ １２０は、最初に、調整された点火時期を確定する。調整された点火時期をエンジン１０５に加えた後、ＥＣＵ １２０は、調整されたＶＶＴを確定する。調整されたＶＶＴをエンジン１０５に加えた後、ＥＣＵ １２０は、点火時期の値を再び調整する。
[0055]上で説明されたように、ＥＣＵ １２０は、ＥＳ制御器１２５を使用して、各エンジン制御パラメータを、エンジン性能変数を目標値（例えば、最大または最小）に接近させる値に調整する。しかし、１つのエンジン制御パラメータ（例えば、点火時期）の値を変更することは、車両エンジン１０５の動作状態における変化をもたらす。その結果、他のエンジン制御パラメータ（例えば、ＶＶＴ）もまた、車両の性能を最適化するために調整される必要がある。それゆえ、いくつかの実施形態では、ＥＳ最適化プロセスが、複数のエンジン制御パラメータを同時に調整して目標のエンジン性能変数を達成するように使用されるときには、１つのエンジン制御パラメータに対する初期値を調整することは、エンジン性能変数を目標値に接近させるために、第２のエンジン制御パラメータの、対応する調整を必要とする。
[0056]ＥＣＵ １２０は、ＥＳ制御器１２５を、ＮＳＦＣ（ｋ）などのエンジン性能変数の値に適用することによって、点火時期オフセット値（ΔθＳ）およびＶＶＴオフセット値（ΔＶＶＴ）を確定する。ＥＳ制御器１２５は、図７ａおよび図７ｂを参照して以下にさらに説明されるように、エンジン性能変数の確定値を人為的に摂動させる。ＥＳ制御器１２５は、点火時期オフセット値（ΔθＳ）およびＶＴＴオフセット値（ΔＶＶＴ）を、エンジン性能変数の値に基づいて確定するので、性能変数の値を人的に摂動させることが、確定されたオフセット値の摂動を引き起こす。
[0057]図７ａは、制御パラメータに励振を加え、制御パラメータに対する最適設定点を確定し、かつ性能変数を人為的に摂動させるために使用されるＥＳ制御器１２５の動作の一般形式の一例を示す。ＥＳ制御器１２５は、計算された性能変数を受信し、高域（「ＨＰ」）フィルタ７０５を適用する。１次のＨＰフィルタ７０５は、（ｚ−１）／（ｚ＋ｈ）で定義され、ここでｈは、ＨＰフィルタの遮断周波数である。次いで、人為的摂動（ε）信号が、フィルタにかけられた性能変数に加えられる（７１０）。摂動、ε、は、
ε（ｋ）＝α（−１）ｋ （１）
として選択され、ここでｋは、振幅α、周波数π／Ｔ、および位相シフトπ／２を有する摂動に対応する繰り返し数である。次いで、低域（「ＬＰ」）フィルタ７１５が、人為的に摂動された性能変数に対して適用される。１次のＬＰフィルタ７１５は、（１−ｌ）／（ｚ−ｌ）で定義され、ここでｌは、ＬＰフィルタの遮断周波数である。次いで、積分器７２０が、フィルタをかけられた性能変数に対して適用される。積分器７２０は、Ｔ／（ｚ−１）で定義される。次いで、人為的摂動信号、ε（ｋ）、が、積分された性能変数に加えられて（７２５）、エンジン制御パラメータのオフセット値が確定される。性能変数に加えられた（７１０）摂動信号は、例えば正弦波励振または方形波励振を含んでよい。いくつかの実施形態では、摂動信号ε（ｋ）の振幅αは、最適化プロセスの単一の実行の過程の間に減衰し、エンジン制御パラメータ、およびそれゆえ性能変数が最適値に向かって収束するにつれて、ゼロに向かって減少する。
[0058]図７ｂは、特に点火時期オフセット値（ΔθＳ）を確定するために適合された、ＥＳ制御器１２５の実施を示す。同様のＥＳ制御器のプロセスが、ＶＶＴオフセット値（ΔＶＶＴ）を同時に確定するために、図６のＥＳ制御器１２５によって使用される。図７ｂのＥＳ制御器１２５は、エンジン性能変数（すなわち、ＮＳＦＣ（ｋ））に対する値を受信し、ＮＳＦＣ（ｋ）を目標値に接近させるオフセット値を確定する。
[0059]図７ｂのＥＳ制御器１２５は、点火時期に励振を加え、エンジン性能変数を人為的に摂動させ、点火時期が最適設定点に向かって収束し、エンジン性能変数が目標のエンジン性能変数に接近するまで、点火時期が最適設定点に向かって収束したかどうかを検出する。ＥＳ最適化モードが終了した後のＥＳ制御器１２５の出力が、点線７３０で示され、予め定義された点火時期に対するエンジンマップ参照表３０５を更新する活動において使用される。
[0060]点火時期などのエンジン制御変数を操作することによって、燃料効率などのエンジン性能変数を最大化するためのＥＳ制御器１２５の目的は、以下の図９ｂに示され、
Figure 0006313871
 で定義される、正味燃料消費率（「ＮＳＦＣ」）を最小化することによって得られ、ここでｍｉは、各エンジンサイクルに対して知られている注入された燃料量であり、Ｗｎは、測定された気筒圧力（ｐ）および知られている体積Ｖから計算される、１サイクル当たりの正味指示仕事（net indicated work per cycle）である。ＥＳ制御器１２５の目的は、
Figure 0006313871
 で与えられる最適点火時期
Figure 0006313871
 を見出すことであり、ここでｎｃは気筒数であり、ｐｋは気筒ｋ内の圧力を表示し、積分は、７２０°のエンジンサイクルにわたって行われる。正味仕事Ｗｎは、
Ｗｎ＝Ｗｇ−Ｗｐ＝ｍｉｑｌｈｖｎ−（ｐｅｍ−ｐｉｍ）Ｖｄ （４）
で概算される、総仕事（gross work）Ｗｇとポンピング仕事（pumping work）Ｗｐとの間の差であり、ここでｑｌｈｖは燃料の低位発熱量（lower heating value）であり、ｎは
指示総効率（indicated gross efficiency）であり、（ｐｅｍ、ｐｉｍ）は、それぞれ排気多岐管（intake manifold）および吸気多岐管の圧力であり、Ｖｄは変位である。
[0061]図７ａおよび図７ｂを参照して上の段落で論じられた、摂動信号ε（ｋ）の振幅（α）は、ＮＳＦＣに対する良好な信号対雑音比とトルク変動の許容レベルとの間の歩み寄りとして、１．５度のクランク角度（ｃａｄ）に対して選択される。Ｔで表示されるサンプル時間は３０エンジンサイクルであり、したがって
Figure 0006313871
 であり、ここでＮは、毎分回転数（「ＲＰＭ」）におけるエンジン速度である。サンプル時間は、エンジン１０５および負荷制御器１３０が、点火時期（θＳ）の関数としてのＮＳＦＣに対する静的非線形性（static nonlinearity）として近似されうるように選択さ
れる。サンプル時間の値は、整定時間（settling time）が、指令された負荷（commanded
load）において、典型的なステップに対して、３０サイクル未満であることを示すシミ
ュレーションに基づく。
[0062]図８の上のグラフは、エンジンマップ参照表３０５によってもたらされた点火時期（θＳ）の値、人為的に導かれた擾乱（または摂動）（Δ）、および実際にエンジン１０５に加えられる、点火時期（θＳ＋Δ）の摂動された値のグラフ表示を示す。図８の下のグラフは、ＥＳ最適化ルーチンの合計５つの異なる実行に対して、同じ時間間隔にわたって確定されたエンジン性能変数（例えば、ＮＳＦＣ）を示す。上で図７ｂを参照して論じられたＥＳ制御器１２５は、交互に活性化され、非活性化される。図８のグラフでは、ＥＳ制御器１２５は、灰色の領域で記された時間間隔の間、非活性化される。上で論じられたように、ＥＳ最適化ルーチンは、性能変数がある値に向かって収束するときに終了する。図７ｂのＥＳ制御器１２５は、エンジン性能変数出力（例えば、ＮＳＦＣ）を監視することによって、エンジン制御パラメータ（例えば、点火時期θＳ）が、その最適設定点
Figure 0006313871
 に向かって収束したかどうかを検出する。ＥＳ制御器１２５は、エンジン性能変数出力が、特定の長さの時間の間、一定の許容範囲内に留まった時点、または所定の最大値もしくは最小値を超えなかった時点で、収束が発生したことを検出する。図８のグラフでは、性能変数は、最適点火時期から−１２ｃａｄの初期擾乱（Δ）に対して、ほぼ２０秒以内で収束する。それぞれの最適化の実行の間、点火時期（θＳ）はその最適設定点に向かって収束し、エンジン性能変数（ＮＳＦＣ）は目標値に向かって収束する。
[0063]図９ａは、ＶＶＴ（またはＥＶＣ−ＩＶＯ）の位置およびθＣＡ５０の燃焼位相の種々の組合せに対して推測される正味平均有効圧（「ＮＭＥＰ」）など、エンジン性能変数のグラフ表示を示す。このグラフは、ＮＭＥＰの最大値が、エンジン制御変数の最適な組合せを加えることによって達成されうることを示す。ＥＣＵ １２０は、図７ａおよび図７ｂに示されるように、ＥＳ制御器１２５を使用して、最大のＮＭＥＰ値をもたらす組合せが同定されるまで、エンジン制御パラメータを調整する。
[0064]同様に、図９ｂは、別のエンジン性能変数、すなわちＶＶＴ位置およびθＣＡ５０の燃焼位相の種々の組合せに対するＮＳＦＣのグラフ表示を示す。このグラフは、ＮＳＦＣの最小値が、エンジン制御パラメータの最適な組合せを加えることによって達成されうることを示す。ＥＣＵ １２０は、図７ａおよび図７ｂに示されるように、ＥＳ制御器１２５を使用して、最小のＮＳＦＣ値をもたらす組合せが同定されるまで、エンジン制御パラメータを調整する。
[0065]図９ａおよび図９ｂに示される例では、エンジン性能変数に対する目標値は、最大または最小の達成可能な値である。しかし、いくつかの状況では、エンジン性能変数に対する目標値は、必ずしも最大値または最小値である必要はない。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ １２０は、ＥＳ制御器１２５を使用して、複数のエンジン性能変数を同時に最適化する。いくつかのそのような場合には、エンジン性能変数のすべてに対して、最大
値または最小値を達成することは不可能である。例えば、ＥＳ制御器１２５は、燃料効率を高め、かつ車両の排出物を低減するために使用されてよい。しかし、最大の燃料効率を達成するために使用される制御パラメータは、最小の達成可能な車両の排出物をもたらすことはできない。そのような実施形態では、ＥＣＵ １２０は、エンジン性能変数のすべての値を最大化または最小化しようとする代わりに、最適化されるべき性能変数のすべてに対する値を均衡させて最適解を達成する費用関数を定義する。費用関数が定義され、ＥＣＵ １２０に記憶されて、車両の種類、車両の使用目的、または地方条例（例えば、車両の排出物規制法（vehicle emissions law））などの考慮に応じて調整されてよい。
[0066]図１０は、エンジン制御パラメータの最適な組合せが実現されるまで、最適化プロセスが、エンジン制御パラメータ（すなわち、点火時期およびＶＶＴ）の初期の組合せをいかに調整するかのグラフ表示を示す。ＥＳ制御器１２５で遂行された最適化プロセスの追加の実行のそれぞれが、エンジン制御パラメータの組合せを、エンジン制御パラメータの最適な組合せにより近づける。確定された時点で、図１０に示されるように、エンジン制御パラメータの最適な組合せが、最適なエンジン性能を達成するために、エンジン１０５に加えられる。
[0067]上で説明されたように、ＥＣＵ １２０は、エンジンマップ参照表を使用して、制御パラメータに対する初期値を、検出された動作条件に基づいて確定する。ＥＳ最適化モードで動作しているとき、ＥＣＵ １２０は、ＥＳ制御器１２５の機能性を使用して、エンジン性能変数の目標値（例えば、最大化された燃料効率）を達成するために、エンジンマップ参照表からの制御パラメータの値を調整する。次いで、ＥＣＵ １２０は、エンジン制御パラメータの最適値を使用して、エンジンマップ参照表を更新する。このようにして、後続のエンジン動作の間に参照表によってもたらされる制御パラメータは、最適値により近くなる。さらに、ＥＣＵ １２０は、エンジンマップ参照表の特異性を改良して、１つまたは複数の制御パラメータに対する小さな変化が、エンジン性能変数に比較的大きな変化を引き起こす領域において、より正確な最適化をもたらすことができる。
[0068]図１１は、ＥＳ最適化プロセスが完了した後（ステップ１１０５）、ＥＣＵ １２０のメモリ１４０に記憶されたエンジンマップ参照表を更新する方法を示す。上で説明されたように、ＥＣＵ １２０は、動作小領域のそれぞれに対して別々のＥＳ最適化プロセスを遂行する。図１２ａは、９つの動作小領域を含む、ＥＣＵ １２０によって記憶されたエンジンマップ参照表の一例を示す。動作小領域「Ｉ」は、７０％と８０％との間のエンジン負荷および２０００〜２１００ＲＰＭのエンジン速度に対応する。動作小領域「ＩＩ」は、７０％と８０％との間のエンジン負荷および２１００〜２２００ＲＰＭのエンジン速度に対応する。動作小領域「ＩＩＩ」〜「ＩＸ」が、エンジン速度およびエンジン負荷の範囲によって、同様に定義される。エンジン制御パラメータの値（例えば、ＶＶＴまたは点火時期）が、動作小領域のそれぞれに対して、エンジンマップ参照表によって記憶される。
[0069]上で説明されたように、特定の動作小領域に対するＥＳ最適化プロセスを完了した後（ステップ１１０５）の最終結果が、特定の動作小領域に対応する１つまたは複数の制御パラメータに対する、最適化され、収束された値である。ＥＣＵ １２０は、ＥＳ最適化プロセスのそれぞれが完了した後、これらの収束された値をメモリ１４０に記憶する。次いで、ＥＣＵ １２０は、小領域に対してメモリ１４０に記憶された、定義された数の収束された値にアクセスし、平均収束値を計算する（ステップ１１１０）。例えば、一実施形態において、ＥＳ制御器１２５が、動作小領域に対する最適なＶＶＴ設定を確定するために使用されているならば、ＥＣＵ １２０は、特定の動作小領域に対して完了された、以前の最適化プロセスに対応する、メモリ１４０に記憶されている、以前の５つの収束されたＶＶＴ値にアクセスして平均を計算する。
[0070]エンジンマップ参照表内の動作小領域に対して記憶された制御パラメータを上書きする前に、ＥＣＵ １２０は、動作小領域内の性能変数の感度を評価する（ステップ１１１５）。この例では、ＥＣＵ １２０は、ＶＶＴ値における変化によってもたらされる、エンジン１０５の燃料効率（性能変数）における変化の大きさを確定する。大きさが、定義されている閾値より大きいならば、ＥＣＵ １２０は、以下に詳細に論じられるように、動作小領域におけるエンジンマップ参照表の特異性を調整する。他の実施形態では、ＥＣＵ １２０は、異なる方法を使用して、所与の動作小領域におけるエンジン性能変数の感度を評価する。例えば、感度は、エンジン性能変数（例えば、燃料効率）が制御パラメータ（ＶＶＴ）における変化に、いかに速やかに応答するかに基づいて計算されてよく、または感度は、変化の速度と変化の大きさとの組合せに基づいて評価されてよい。
[0071]性能変数の感度が閾値より小さいならば、ＥＣＵ １２０は、平均収束値をエンジンマップ参照表に記憶して、動作小領域に対応する値を上書きする。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ １２０は、平滑化フィルタをエンジンマップ参照表内のデータに適用して、新しく最適化された動作小領域に隣接する動作小領域に対して、エンジンマップ参照表内に記憶されている制御パラメータ値を調整する。例えば、ＥＣＵ １２０が、動作小領域「Ｖ」に対するエンジンマップ参照表内に記憶されている制御パラメータ値を変えるならば、平滑化フィルタは、動作小領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、ＶＩ、ＶＩＩ、ＶＩＩＩ、およびＩＸに対するエンジンマップ参照表内に記憶されている制御パラメータ値を、動作小領域「Ｖ」に対して記憶された新しい値に基づいて調整することができる。
[0072]上で留意されたように、所与の動作小領域におけるエンジン性能変数の感度が、閾値より大きいならば、ＥＣＵ １２０は、動作小領域を、複数のより小さい動作小領域に分割する（ステップ１１２５）ことによって、その動作小領域に対するエンジンマップ参照表の特異性を増加させる。図１２ｂは、エンジンマップ参照表の感度を増加させるために、複数のより小さい動作小領域に分割されている動作小領域の一例を示す。図１２ｂでは、動作小領域「Ｉ」が、４つのより小さい動作小領域、すなわちＩＡ、ＩＢ、ＩＣおよびＩＤに分割されている。ＥＣＵ １２０は、以前の動作小領域「Ｉ」に対する平均収束値を、新しいより小さい小領域ＩＡ、ＩＢ、ＩＣおよびＩＤのそれぞれに記憶する（ステップ１１３０）ことによって開始する。新しい動作小領域のそれぞれに対して記憶された値は、続いて、ＥＳ最適化プロセスが新しい動作小領域のそれぞれに対して遂行されるときに、さらに調整される。
[0073]このように、本発明は、とりわけ、車両エンジンに加えられるエンジン制御パラメータを摂動させることによって、車両エンジンの性能を最適化するためのシステムおよび方法を提供する。本発明の種々の特徴および利点は、以下の特許請求の範囲の中で説明される。
１００ 車両に対する実時間エンジン制御最適化システム
１０５ 車両 エンジン
１１０ 速度センサ
１１５ 圧力センサ
１２０ 電子制御ユニット
１２５ 極値探索制御器
１３０ 負荷制御器
１３５ プロセッサ
１４０ メモリ
３０５ 点火時期のためのエンジンマップ参照表
３１０ 所望の燃焼位相のためのエンジンマップ参照表
３１５ 可変弁タイミングのためのエンジンマップ参照表
３２０ 比例積分制御器
３２５ 実時間計算モジュール
４００ 点線（複数の動作小領域を表す）
４０５ 最適化の領域
４１０ アイドルにおけるエンジンの動作条件
４１５ 巡航速度におけるエンジンの動作条件
４２０ 実線（可変弁タイミングに対する最適値を表す）
４２５ 調整後のアイドルにおけるエンジンの動作条件
４３０ 調整後の巡航速度におけるエンジンの動作条件
５００ 点線（複数の動作小領域を表す）
５０５ アイドル条件に対する最適化の領域
５１０ アイドルにおいて動作する車両
５１５ 巡航条件に対する最適化の領域
５２０ 巡航速度において動作する車両
５２５ 調整後のアイドルにおいて動作する車両
５３０ 調整後の巡航条件において動作する車両
７０５ 高域フィルタ
７１０ 摂動信号
７１５ 低域フィルタ
７２０ 積分器
７２５ 加算
７３０ 点線（ＥＳ制御器１２５の出力を表す）

Claims (14)

  1. エンジン制御最適化の方法であって、
    車両エンジンの、第１の動作条件および第２の動作条件を含む複数の動作条件を検出するステップと、
    前記第１の動作条件に対する値の範囲および前記第２の動作条件に対する値の範囲にそれぞれ対応する複数の動作小領域を定義し、かつ動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を定義する第１のエンジンマップ参照表の中の、前記第１の動作条件および前記第２の動作条件の組み合わせに対応する、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定するステップと、
    前記エンジン性能変数を目標値に接近させるために、前記第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、検出されたエンジン性能変数に基づいて調整するステップと、
    前記第１の動作条件および前記第２の動作条件の組み合わせに対応する前記第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記調整された第１のエンジン制御パラメータに対する初期値に基いて上書きすることにより、前記第１のエンジンマップ参照表を更新するステップと、
    前記第１の動作条件に対する値の範囲および前記第２の動作条件に対する値の範囲にそれぞれ対応する複数の動作小領域を定義し、かつ動作小領域のそれぞれに対応する第２のエンジン制御パラメータ値を定義する第２のエンジンマップ参照表の中の、前記第１の動作条件および前記第２の動作条件の組み合わせに対応する、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定するステップと、
    前記エンジン性能変数を前記目標値に接近させるために、前記第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記検出されたエンジン性能変数に基づいて調整するステップと、
    前記第１の動作条件および前記第２の動作条件の組み合わせに対応する前記第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記調整された第２のエンジン制御パラメータに対する初期値に基いて上書きすることにより、前記第２のエンジンマップ参照表を更新するステップと、
    前記第１の動作条件および前記第２の動作条件が前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるとき、前記第１のエンジン制御パラメータにおける変化に応答する、前記エンジン性能変数の第１の感度を確定するステップであって、前記エンジン性能変数の第１の感度は、前記第１のエンジン制御パラメータの変化に対する、前記エンジン性能変数の変化を示すものであるステップと、
    前記第１の感度が閾値より大きいときに、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって、前記第１のエンジンマップ参照表を調整するステップと、
    前記第１の動作条件および前記第２の動作条件が前記第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるとき、前記第２のエンジン制御パラメータにおける変化に応答する、前記エンジン性能変数の第２の感度を確定するステップであって、前記エンジン性能変数の第２の感度は、前記第２のエンジン制御パラメータの変化に対する、前記エンジン性能変数の変化を示すものであるステップと、
    前記第２の感度が閾値より大きいときに、前記第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、前記第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって、前記第２のエンジンマップ参照表を調整するステップと、
    を含む、方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、前記エンジン性能変数を目標値に接近させるために、前記第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、検出されたエンジン性能変数に基づいて調整するステップと、前記エンジン性能変数を前記目標値に接近させるために、前記第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記検出されたエンジン性能変数に基づいて調整するステップが、エンジン制御器がエンジン最適化モードで動作しているときにだけ遂行される、方法。
  3. 請求項２に記載の方法において、前記車両エンジンの、第１の動作条件および第２の動作条件を含む複数の動作条件を検出するステップと、前記第１の動作条件に対する値の範囲および前記第２の動作条件に対する値の範囲にそれぞれ対応する複数の動作小領域を定義し、かつ動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を定義する第１のエンジンマップ参照表の中の、前記第１の動作条件および前記第２の動作条件の組み合わせに対応する、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定するステップと、前記エンジン性能変数を目標値に接近させるために、前記第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、検出されたエンジン性能変数に基づいて調整するステップと、前記第１の動作条件に対する値の範囲および前記第２の動作条件に対する値の範囲にそれぞれ対応する複数の動作小領域を定義し、かつ動作小領域のそれぞれに対応する第２のエンジン制御パラメータ値を定義する第２のエンジンマップ参照表の中の、前記第１の動作条件および前記第２の動作条件の組み合わせに対応する、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定するステップと、前記エンジン性能変数を前記目標値に接近させるために、前記第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記検出されたエンジン性能変数に基づいて調整するステップとを、前記エンジン最適化モードで動作しているときに、前記エンジン性能変数が前記目標値に向かって収束するまで繰り返すステップと、
    前記エンジン性能変数が前記目標値に向かって収束するときに、前記エンジン最適化モードを終了するステップとをさらに含む、方法。
  4. 請求項３に記載の方法において、
    前記第１の動作条件および前記第２の動作条件が前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるときに、前記エンジン最適化モードを終了させるように、前記エンジン性能変数を前記目標値に向かって収束させる、前記第１のエンジン制御パラメータの最適調整値を同定するステップと、
    前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域に対する前記第１のエンジン制御パラメータの平均最適調整値を、前記エンジン最適化モードを複数回遂行することによって、前記第１のエンジン制御パラメータの前記最適調整値に基づいて計算するステップとをさらに含み、
    前記第１のエンジンマップ参照表を更新するステップは、動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域に対する、前記第１のエンジン制御パラメータの平均最適調整値で置き換えることによって、前記第１のエンジンマップ参照表を更新するステップとを含む、方法。
  5. 請求項４に記載の方法において、前記第１の感度が閾値より大きいときに、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって、前記第１のエンジンマップ参照表を調整するステップが、
    前記新しい動作小領域のそれぞれに対応する前記第１のエンジン制御パラメータ値を、前記第１の動作小領域に対する、前記第１のエンジン制御パラメータの平均最適調整値として定義するステップをさらに含む、方法。
  6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法において、前記第１の動作条件および前記第２の動作条件が両方とも定義された最適化の領域内にあるときに、前記エンジン最適化モードを開始するステップをさらに含み、
    前記定義された最適化の領域が、前記第１の動作条件に対する値の範囲および前記第２の動作条件に対する値の範囲を含み、
    前記定義された最適化の領域が、１つまたは複数の動作小領域を含む、方法。
  7. 請求項６に記載の方法において、前記最適化の領域を、アイドルにおける前記車両エンジンの動作条件に基づいて定義するステップをさらに含む、方法。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法において、前記エンジン性能変数が、前記車両エンジンの燃料効率の示度となる値を含む、方法。
  9. 請求項８に記載の方法において、前記エンジン性能変数の目標値が、最大燃料効率値を含む、方法。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法において、前記車両エンジンの、第１の動作条件および第２の動作条件を含む複数の動作条件を検出するステップが、エンジン速度およびエンジン負荷を検出するステップを含む、方法。
  11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法において、前記第１の動作条件および前記第２の動作条件が前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるとき、前記第１のエンジン制御パラメータにおける変化に応答する、前記エンジン性能変数の第１の感度を確定するステップが、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の第１のエンジン制御パラメータに対する調整が前記エンジン性能変数に、いかに速やかに影響を与えるかを確定するステップを含む、方法。
  12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法において、前記第１の動作条件および前記第２の動作条件が前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるとき、前記第１のエンジン制御パラメータにおける変化に応答する、前記エンジン性能変数の第１の感度を確定するステップが、前記車両エンジンが前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内で動作しているときに、前記エンジン制御パラメータの値における変化に対応する、前記エンジン性能変数の振幅における変化を確定するステップを含む、方法。
  13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法において、前記第１のエンジン制御パラメータが可変弁タイミングを含み、前記第２のエンジン制御パラメータが点火時期を含む、方法。
  14. プロセッサおよび命令を記憶するメモリを備えるエンジン制御器であって、前記命令が、前記プロセッサで実行されるときに、前記エンジン制御器に、
    車両エンジンの、エンジン速度およびエンジン負荷を含む複数の動作条件を検出するステップと、
    前記エンジン速度に対する値の範囲および前記エンジン負荷に対する値の範囲にそれぞれ対応する複数の動作小領域を定義し、かつ動作小領域のそれぞれに対応する第１のエンジン制御パラメータ値を定義する第１のエンジンマップ参照表の中の、前記エンジン速度および前記エンジン負荷の組み合わせに対応する、第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定するステップと、
    前記車両エンジンの燃料効率の示度となる値を目標値に接近させるために、前記第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記車両エンジンの燃料効率の示度となる検出値に基づいて調整するステップと、
    前記エンジン速度および前記エンジン負荷の組み合わせに対応する前記第１のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記調整された第１のエンジン制御パラメータに対する初期値に基いて上書きすることにより、前記第１のエンジンマップ参照表を更新するステップと、
    前記エンジン速度に対する値の範囲および前記エンジン負荷に対する値の範囲にそれぞれ対応する複数の動作小領域を定義し、かつ動作小領域のそれぞれに対応する第２のエンジン制御パラメータ値を定義する第２のエンジンマップ参照表の中の、前記エンジン速度および前記エンジン負荷の組み合わせに対応する、第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を同定するステップと、
    前記車両エンジンの燃料効率の示度となる値を前記目標値に接近させるために、前記第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記車両エンジンの燃料効率の示度となる前記検出値に基づいて調整するステップと、
    前記エンジン速度および前記エンジン負荷の組み合わせに対応する前記第２のエンジン制御パラメータに対する初期値を、前記調整された第２のエンジン制御パラメータに対する初期値に基いて上書きすることにより、前記第２のエンジンマップ参照表を更新するステップと、
    前記エンジン速度および前記エンジン負荷が、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるときに、前記第１のエンジン制御パラメータにおける変化に応答する、前記車両エンジンの燃料効率の第１の感度を確定するステップであって、前記エンジン性能変数の第１の感度は、前記第１のエンジン制御パラメータの変化に対する、前記車両エンジンの燃料効率の変化を示すものであるステップと、
    前記第１の感度が閾値より大きいときに、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域を、前記第１のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって、前記第１のエンジンマップ参照表を調整するステップと、
    前記エンジン速度および前記エンジン負荷が、前記第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内にあるときに、前記第２のエンジン制御パラメータにおける変化に応答する前記車両エンジンの燃料効率の第２の感度を確定するステップであって、前記車両エンジン性能変数の第２の感度は、前記第２のエンジン制御パラメータの変化に対する、前記車両エンジンの燃料効率の変化を示すものであるステップと、
    前記第２の感度が閾値より大きいときに、前記第２のエンジンマップ参照表の前記第１の動作小領域を、前記第２のエンジンマップ参照表の第１の動作小領域内の複数の新しい動作小領域に分割することによって、前記第２のエンジンマップ参照表を調整するステップと、を実行させる、
    エンジン制御器。
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