JP7176196B2

JP7176196B2 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP7176196B2
Application number: JP2018024056A
Authority: JP
Inventors: 敬介 ▲高▼木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2038-02-14
Also published as: JP2019138262A

Description

本発明は電子制御装置に関する。

例えば車両の制御データの補間処理にかかる処理負荷を低減するものとして、特許文献１に示すものがある。これは、補間区間を一回探索するとその結果を記憶しておき、その記憶した同じ探索結果を用いて複数の制御データの補間計算を行うものである。つまり、特許文献１の技術では、補間区間を一回探索した場合に同一の補間区間を探索するときは、記憶した同じ探索結果を用いて複数の制御データを算出するものである。

特開２００１－３１８７０１号公報

しかしながら、与えられる入力パラメータが当初の補間区間を外れて頻繁に変わる場合には、制御データの探索処理と、探索結果の記憶が繰り返し発生するため、処理負荷が低減されない問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、入力パラメータが頻繁に変わるような場合に処理負荷を軽減することができる電子制御装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、探索部（３０ｂ）は、記憶部（３０ａ）に記憶されている情報に基づいて入力パラメータに対応する補間区間を探索し、線形補間部（３０ｃ）は、探索部（３０ｂ）が探索した補間区間に基づいて入力パラメータに対応する出力値を線形補間する。そして、制御部（３０ｄ）は、線形補間部（３０ｃ）により線形補間された出力値に基づいて制御対象を制御する。

ここで、線形判定部（３０ｅ）は、隣り合う３つ以上の代表値に対応する全ての出力値が線形の関係かを判定する。探索データ圧縮部（３０ｆ）は、線形判定部（３０ｅ）が線形の関係であると判定した場合は、線形の関係となる前記データマップ中の代表値と隣の代表値との間の補間区間を統一して補間区間の数を減らす処理を行う。これにより、探索部（３０ｂ）が中間代表値を含む補間区間を探索することを抑制するようになるので、その分、補間区間の探索時間を削減することができ、全体の処理時間の短縮を図ることができる。

一実施形態における全体構成を概略的に示す図マップを概略的に示す図マップにおける削除可能な出力値を判定する手順を示す図マップにおける削除可能な出力値を示す図データ圧縮後のマップを概略的に示す図異なる探索順の場合におけるデータ圧縮後のマップを概略的に示す図一次元のマップにおける削除可能なデータを示す図データ圧縮後の一次元のマップを概略的に示す図線形関係にあるデータを圧縮するための手順を示す図線形判定処理の手順を示す図

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、エンジン１（制御対象に相当）は４ストロークの４気筒エンジンであり、説明の便宜上、１つのシリンダ（気筒）のみを図示している。このエンジン１は４ストロークであることから、１個のシリンダについて、吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程による１燃焼サイクルが７２０°ＣＡ（クランク角）周期で実行されている。

シリンダブロック２にはシリンダ３が図示上下方向を指向して形成されている。シリンダ３内にはピストン４が収容されており、そのピストン４が往復動することによりエンジン１の出力軸であるクランク軸５が回転する。

シリンダブロック２の上端面にはシリンダヘッド６が固定されており、シリンダ３、シリンダヘッド６及びピストン４の上面によって燃焼室７が形成されている。シリンダヘッド６には吸気口８と排気口９とが形成されており、それらに吸気バルブ１０と排気バルブ１１とが設けられている。これらの吸気バルブ１０と排気バルブ１１は、クランク軸５に連動する図示しないカム軸に取り付けられたカム１２によって駆動されることで吸気口８及び排気口９をそれぞれ開閉する。吸気口８には各燃焼室７に外気を吸入するための吸気通路１３が接続され、排気口９には各燃焼室７からの燃焼ガスを排出するための排気通路１４が接続されている。

吸気通路１３の最上流部にはエアクリーナ１５が設けられており、その下流側に、ＤＣモータ等のアクチュエータ１６によって開度調節される電子制御式のスロットルバルブ１７と、このスロットルバルブの開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１８とが設けられている。スロットルバルブ１７の下流側には、吸気脈動や吸気干渉を防ぐ等の目的で吸気通路１３の通路面積が拡大されたサージタンク１９が設けられている。

サージタンク１９には、サージタンク１９内の吸気圧を計測する吸気圧センサ２０が設けられており、この吸気圧センサ２０によるセンサ値に基づいて燃焼室７に吸入される吸入空気量が算出される。

エンジン１の燃料噴射供給方式は吸気ポート噴射式であり、吸気通路１３には、各気筒の吸気ポート近傍にて燃料を噴射供給する電磁駆動式やピエゾ駆動式等の燃料噴射弁２１が各気筒に対応して取り付けられている。エンジン１では、これら気筒毎に設けられた各燃料噴射弁２１により各燃焼室７に吸入される吸入空気に対して燃料が噴射供給され、その燃料と吸入空気とが燃焼室７内で混合して圧縮された混合気に対して点火プラグ２２により点火する。これにより、混合気が爆発的に燃焼してピストン４が下降することで、クランク軸５に対して回転力が付与される。

排気通路１４には、排出ガスの空燃比またリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２３が設けられ、この排出ガスセンサ２３の下流側に排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられている。
シリンダブロック２には、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５や、ノッキングを検出するノックセンサ２６が取り付けられている。

クランク軸５にはシグナルロータ２７が取り付けられており、そのシグナルロータ２７の外周側に対向して、クランク軸５が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられている。このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

上記した各種センサの出力は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２９（電子制御装置に相当）に入力される。このエンジンＥＣＵ２９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏを有するマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）３０により構成されている。マイコン３０は、記憶部３０ａ、探索部３０ｂ、線形補間部３０ｃ、制御部３０ｄ、線形判定部３０ｅ、探索データ圧縮部３０ｆ、削除部３０ｇを有して構成されており、非遷移的実体的記録媒体に格納されているコンピュータプログラムを実行することで、コンピュータプログラムに対応する処理を実施し、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等）に応じて、スロットルバルブ１７や燃料噴射弁２１、点火プラグ２２等の作動を制御することによりエンジン１の運転状態を制御する。

例えば、エンジン回転速度及びアクセルペダルの操作量に基づき要求トルクを算出し、要求トルクに基づき算出した吸入空気量となるようスロットルバルブ１７の開度を制御する。また、吸気圧センサ２０の出力信号に基づき算出した吸入空気量及びエンジン回転速度等に基づき燃料噴射量、噴射時期及び点火時期の目標値を算出し、これらの目標値となるよう燃料噴射弁２１及び点火プラグ２２の作動を制御する。

エンジンＥＣＵ２９は、図示しないカム角センサの出力に基づき、カム軸が１回転（つまりクランク軸５が２回転）する毎のパルス列よりなるカム角信号を生成し、カム角信号及びクランク角信号に基づき、１燃焼サイクルと関連付けられたクランク角を算出する。例えば、ピストン４が圧縮行程上死点に位置する時のクランク角を基準（０°ＣＡ）とした場合に、１燃焼サイクルが終了するまでのクランク角０～７２０°ＣＡに対し所定クランク角度間隔で現時点でのクランク角を取得する。

以上のように、エンジンＥＣＵ２９は、吸気圧センサ２０の値を取り込み、制御量を演算し、それに応じてスロットルバルブ１７や燃料噴射弁２１を操作することでエンジン１を制御する。

次に、エンジンＥＣＵ２９によるエンジン１の制御例として燃料噴射量の制御について説明する。
エンジンＥＣＵ２９は、燃料噴射弁２１の弁体を開閉駆動させる電動アクチュエータ（図示せず）の作動を制御することで燃料噴射量を制御している。具体的には、弁体の開弁時間を制御することで１回の開弁により為される燃料噴射量を制御しており、エンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき目標噴射量を算出し、その目標噴射量に基づき指令信号（空燃比制御指令値）を電動アクチュエータへ出力する。尚、実際には、算出した目標噴射量をフィードバック補正値及び学習値に基づき補正しているが、説明の間単化のために省略する。

エンジン回転速度及び吸気圧（エンジン負荷）に対する目標噴射量の出力値が記憶されたマップはＲＯＭに記憶されており、予め実施した試験により得られた適合値である。この出力値は、基本的には空燃比が理想空燃比となるよう設定されているが、マップ中の領域によっては理想空燃比よりもリッチ又はリーンとなるよう最適な目標噴射量である出力値が設定されている。

エンジンＥＣＵ２９は、クランク角センサ２８及び吸気圧センサ２０の検出値によるエンジン回転速度及び吸気圧に基づき、マップを用いて目標噴射量である出力値を求める。このように出力値を求めるには、マップに基づいて入力パラメータに対応した軸の補間区間を探索し、探索した補間区間に基づいて入力パラメータに対応する出力値を線形補間して求める。この場合、補間区間の探索は、軸の最大値から最小値に向かって行うようにしている。

ここで、入力パラメータに対応する補間区間を探索する場合、入力パラメータと代表値とが一致する場合は出力値を直接的に求めることができるものの、入力パラメータと代表値とが一致しない場合の方が通常である。このような場合は、軸において入力パラメータが位置する補間区間を区切る２つの代表値に対応する出力値に基づいて入力パラメータに対応する出力値を線形補間するようにしている。つまり、軸において入力パラメータの前後に位置する２つの代表値を探索し、探索した２つの代表値と当該代表値に対応する２つの出力値との関係から線形補間用の演算式を求め、その補間演算式に基づいて入力パラメータから出力値を求めるようにしている。

ところで、軸において隣り合う３つ以上の代表値（以下、特定代表値と称する）と当該特定代表値に対応する出力値が線形の関係にある場合は共通の補間演算式を使用することができる。

しかしながら、このように共通の補間演算式を使用可能な場合であっても、特定代表値の最大代表値と最小代表値との中間となる中間代表値を含む補間区間も探索対象としていることから、入力パラメータに対応する補間区間を探索するまでに時間を要しているのが実情である。
そこで、エンジンＥＣＵ２９は、上述した特定代表値が存在するような場合は、特定代表値における中間代表値を含む補間区間を探索対象としないように構成されている。

ここで、ＲＯＭに記憶されたマップとしては、図２に示すように、予め以下の代表値と当該代表値に対応する出力値とが記憶されているものとする。
第１軸の代表値数をＮ１、第１軸の代表値をＤ１［１］～Ｄ１［Ｎ１］、第２軸の代表値数をＮ２、第２軸の代表値をＤ２［１］～Ｄ２［Ｎ２］、出力値をＤ［１］［１］～Ｄ［Ｎ１］［Ｎ２］と定義する。尚、図２では説明の間単化のために、軸の代表値として０、１００、２００、３００、４００の５個、出力値として２５個を設定しているが、代表値の数や出力値の数も実際には多数の値が設定されている。

ここで、特定代表値における中間代表値を探索する場合は、一の代表値に関して隣り合う代表値に対して判定を行うため、対象とする代表値は３つ以上であることが前提条件である。つまり、Ｎ１≧３、Ｎ２≧３である。

さて、エンジンＥＣＵ２９は、図９に示すように、代表値における中間代表値を探索するために第１軸線形判定処理（Ｓ１００）、第２軸線形判定処理（Ｓ２００）を順に実行した後、データ圧縮を行うために第１軸線形データ削除処理（Ｓ３００）、第２線形データ削除処理（Ｓ４００）を順に実行するようになっている。この処理はエンジン１がアイドル状態、つまりアクセル操作されていない低負荷状態で行われる。

第１軸線形判定処理は、第１軸（図２のＸ軸）において隣り合う３つ以上の代表値が線形の関係にあることを判定するもので、図１０に示すように、初期値としてｉ＝２、Ｎ１－１，１を設定する（Ｓ１０１）。つまり、代表値Ｄ１［２］からＤ１［Ｎ１－１］まで繰り返し処理するための初期値を設定する。

次に、第１軸の隣り合う代表値の変化量の比率Ｋを求める（Ｓ１０２）。Ｋは、Ｄ１［ｉ－１］とＤ１［ｉ］の変化量と、Ｄ１［ｉ］とＤ１［ｉ＋１］の変換量との比率であり、（Ｄ１［ｉ］－Ｄ１［ｉ－１］）／（Ｄ１［ｉ＋１］－Ｄ１［ｉ］）で与えられる値である。この場合、ｉが初期値の２であることから、Ｋ＝（Ｄ１［２］－Ｄ１［１］）／（Ｄ１［３］－Ｄ１［２］）を求めることになる。

次に、変化率Ｋが出力値の変化量Ｋｊと一致するかを判定するために、一致判定結果Ｅを１で初期化する（Ｓ１０３）。
次に、繰り返し処理を実行する。この繰り返し処理では、代表値Ｄ１［ｉ－１］、Ｄ１［ｉ］、Ｄ１［ｉ＋１］に対応する出力値の変化量の比率Ｋｊ（１≦ｊ≦Ｎ２）を求めるための初期値を設定してから（Ｓ１０４）、代表値Ｄ１［ｉ－１］、Ｄ１［ｉ］、Ｄ１［ｉ＋１］に対応する出力値の変化量の比率Ｋｊを求める（Ｓ１０５）。

ここで、代表値Ｄ１［ｉ－１］、Ｄ１［ｉ］、Ｄ１［ｉ＋１］に対応する出力値は、それぞれＤ［ｉ－１］［ｊ］、Ｄ［ｉ］［ｊ］、Ｄ［ｉ＋１］［ｊ］であるため、Ｋｊは、Ｄ［ｉ－１］［ｊ］とＤ［ｉ］［ｊ］の変化量と、Ｄ［ｉ］［ｊ］とＤ［ｉ＋１］［ｊ］の変化量との比率であり、（Ｄ［ｉ］［ｊ］－Ｄ［ｉ－１］［ｊ］）／（Ｄ［ｉ＋１］［ｊ］－Ｄ［ｉ］［ｊ］）で与えられる値である。この場合、ｊが初期値の１であることから、Ｋ１＝（Ｄ［２］［１］－Ｄ［１］［１］）／（Ｄ［３］［１］－Ｄ［２］［１］を求めることになる。

次に、前述の比率Ｋと比率Ｋｊが一致するかを判定し（Ｓ１０６）、一致する場合は（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ｊに１を加算してから上記繰り返し処理を実行する（Ｓ１０８）。一方、一致しない場合は（Ｓ１０６：ＮＯ）、一致判定結果Ｅを０とし（Ｓ１０７）。ｊに１を加算してから上記繰り返し処理を実行する（Ｓ１０８）。

そして、上記繰り返し処理の全てが終了した場合は、一致判定結果Ｅが１かを判定する（Ｓ１０９）。比率Ｋと、比率Ｋ１～ＫＮ２がすべて等しい（一致判定Ｅ＝１）場合は（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、第１軸の代表値Ｄ１［ｉ］は出力値が線形の関係であることを記憶する（Ｓ１１０）。一方、比率Ｋと、比率Ｋ１～ＫＮ２のいずれかが不一致の場合は（Ｓ１０９：ＮＯ）、第１軸の代表値Ｄ１［ｉ］は出力値が線形の関係でないことを記憶する。

そして、ｉに１を加算した状態で上記の処理を実行することで、次の代表値Ｄ１［３］が線形の関係かを判定し、その判定結果を記憶する。
以上の動作を繰り返すことで、代表値Ｄ１［２］からＤ１［Ｎ１－１］まで線形の関係かを判定し、その判定結果を記憶することができる。

具体的には、図２に示すように出力値が与えられた場合の代表値Ｄ１［２］に対応する出力値が線形の関係を判定する場合について図３を参照して説明する。
代表値Ｄ１［２］の比率Ｋは、Ｋ＝（１００－０）／（２００－１００）＝１となる。

一方、代表値Ｄ１［２］に対応する出力値の比率Ｋ１は、Ｋ１＝（１０－０）／（２０－１０）＝１となる。同様に、Ｋ２＝（２５－１０）／（４０－２５）＝１、Ｋ３＝（４０－２０）／（６０－４０）＝１、Ｋ４＝（４０－２０）／（６０－４０）＝１、Ｋ５＝（４０－２０）／（６０－４０）＝１となる。
従って、代表値Ｄ１［２］のＫとＫ１～Ｋ５が全て等しいため、代表値Ｄ１［２］に対応する出力値は線形の関係にあることを判定することができる。

次に、図９に示す第２軸線形判定処理を実行することで（Ｓ２００）、上述した第１軸と同様にして第２軸に対して、隣り合う代表値が線形の関係にあるかを判定する。
次に、第１軸線形データ削除処理を実行する（Ｓ３００）。この第１軸線形データ削除処理では、上述したようにして第１軸において線形の関係として記憶した特定代表値における中間代表値と当該中間代表値に対応する全ての出力値とを削除する。

次に、第２軸線形データ削除処理を実行する（Ｓ４００）。この第２軸線形データ削除処理では、上述したようにして第２軸において線形の関係として記憶した特定代表値における中間代表値と当該中間代表値に対応する全ての出力値とを削除する。
以上のような線形データ削除処理の結果、マップのデータを圧縮することができる。

具体的には、圧縮前は図４に示すように代表値及び出力値が記憶されていたが、線形となる代表値及び出力値（図中に左斜線で示す）を削除することにより最大代表値と最小代表値に対応した出力値（図中に黒枠で示す）のみを抽出して圧縮することが可能となる。この場合、圧縮したデータは、それぞれの軸の最大値側にまとめて配置する。これは、代表値の探索が軸の最大値側から始まるように設定されているからである。また、圧縮して不要となった領域にはダミーデータが記憶されている。代表値のダミーデータとしては、代表値の探索方向の最小値となる代表値と同一の代表値が記憶されている。また、出力値のダミーデータとしては、代表値の探索方向の最小値となる出力値と同一の出力値が記憶されている。
尚、代表値の探索順が軸の最小値側から始まるように設定されている場合は、図６に示すように圧縮した出力値を軸の最小値側にまとめて配置すれば良い。

エンジンＥＣＵ２９は、データ圧縮後は、データ圧縮したマップに基づいて入力パラメータに対応する補間区間を探索し、その補間区間に基づいて出力値を線形補間するようになる。図４に示すデータ圧縮前のマップの場合は、入力パラメータがいずれの補間区間に対応するのかを探索するには、補間区間は４個であることから、最大４回の探索が必要となる。これに対して、図５に示すデータ圧縮後のマップの場合は、補間区間は２個であることから、最大２回の探索で済み、探索回数の大幅な削減が期待できる。特に軸の代表値の数、ひいては補間区間が増大するほどその効果は顕著となる。

尚、マップが図７に示すような１次元の場合において探索順が軸の最大値側から始まるように設定されている場合は、図８に示すように圧縮したデータを軸の最大値側にまとめて配置すれば良い。また、探索順が軸の最小値側から始まるように設定されている場合は、圧縮後のデータを軸の最小値側にまとめて配置すれば良い。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
エンジンＥＣＵ２９（電子制御装置）は、マップの出力値において、隣り合う３つ以上の代表値に対応する出力値が線形の関係にある特定代表値における中間代表値と当該中間代表値に対応する出力値を削除するので、無駄な探索処理を実行することを抑制して処理負荷を低減することができる。

エンジンＥＣＵ２９の動作の時間経過に伴い、マップから線形の関係にある代表値及び出力値を削除するので、処理負荷を順次低減することができる。
エンジン１の負荷が低いアイドル状態で線形の関係であるかを判定するので、定常的なエンジン制御に影響されることがなく、処理負荷を低減することができる。

（その他の実施形態）
入力パラメータに対応する補間区間を探索した場合に当該入力パラメータに対応する代表値が中間代表値かを判定し、中間代表値の場合は削除するようにしても良い。この場合、制御に使用された出力値から優先的に削除可能な出力値であるかを探索するため、相対的にデータ圧縮の効果が高い出力値を選別できる。

特定代表値における中間代表値と当該中間代表値に対応する全ての出力値とを予め削除した状態でマップをＲＯＭに記憶しても良い。この場合、事前に出力値から線形の関係にある代表値に対応する出力値を削除することで、エンジンＥＣＵ２９の最初の起動時より処理負荷が最適なレベルまで低減することができる。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はエンジン（制御対象）、２９はエンジンＥＣＵ（電子制御装置）、３０はマイコン（記憶部、探索部、線形補間部、制御部、線形判定部、探索データ圧縮部、削除部）である。

Claims

エンジン（１）を制御対象として制御を行う電子制御装置であって、
軸の代表値と出力値とを対応付けたデータマップを記憶した記憶部（３０ａ）と、
入力パラメータに対応する補間区間を探索する探索部（３０ｂ）と、
前記探索部が探索した補間区間に基づいて前記入力パラメータに対応する出力値を線形補間する線形補間部（３０ｃ）と、
前記線形補間部により線形補間された出力値に基づいて前記制御対象を制御する制御部（３０ｄ）と、
隣り合う３つ以上の前記代表値に対応する全ての出力値が線形の関係かを判定する線形判定部（３０ｅ）と、
前記線形判定部が線形の関係であると判定した場合は、線形の関係となる前記データマップ中の代表値と隣の代表値との間の補間区間を統一して補間区間の数を減らす処理を行う探索データ圧縮部（３０ｆ）と、
を備え、
前記線形判定部の判定処理は、前記制御対象の制御中に、該制御対象の負荷が低い低負荷状態で実行される電子制御装置。