JPH07113841B2 - 学習機能付フィードバック制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は、比例積分制御により決定されるフィードバッ
ク補正量の制御中心値と基準値との偏差量を縮小すべく
学習を行うとともに、学習の進行度に応じて比例成分制
御における制御定数を減少させるようにした学習機能付
フィードバック制御装置において、学習進行度の判定精
度向上を図ったものに関する。

〈背景技術〉 この種のフィードバック制御装置としては、たとえば電
子制御燃料噴射式内燃機関の空燃比フィードバック制御
に用いられるものがある。

これについて説明すると、電子制御燃料噴射式内燃機関
においては燃料噴射量Ti（燃料噴射弁を駆動するための
開弁パルス幅）は次式によって定められる。

Ti＝Tp×COEF×α＋Ts ここに、Tpは基本噴射量でTp＝Ｋ×Q/Nと表され、Ｋは
定数、Ｑは吸入空気流量、Ｎは機関回転速度である。CO
EFは各種運転状態により定まる補正係数、αは後述する
空燃比フィードバック制御（以下λコントロールと記
す）のためのフィードバック補正係数である。そして、
Tsは電圧補正分で、バッテリ電圧の変動による電磁式燃
料噴射弁の噴射量変化を補正するためのものである。

λコントロールは、排気系にO₂センサを設けて実際の空
燃比を検出し、空燃比が理論空燃比より濃いか薄いかを
スライスレベルにより判定し、シリンダに供給される混
合気が理論空燃比になるように燃料の噴射量を制御する
ものであり、このため、前記の空燃比フィードバック補
正係数αというものを定めて、このαを変化させること
により理論空燃比が保たれるようにするものである。

ここで、空燃比フィードバック補正係数αの値は比例積
分制御（PI制御）により変化させ、安定した制御として
いる。

すなわち、O₂センサの出力とスライスレベルとを比較
し、O₂センサの出力がスライスレベルよりも大きく（小
さく）空燃比が濃い（薄い）場合には、急に空燃比を薄
く（濃く）することなく、始めに比例分（以下Ｐ分と記
す）だけ下げて（上げて）、それから積分分（以下Ｉ分
と記す）ずつ下げて（上げて）いき、空燃比を薄く（濃
く）するように制御する。

ただし、λコントロールを行わない領域では、α＝１に
クランプし、各種補正係数COEFの設定により、所望の空
燃比を得る。

ところで、λコントロール領域でαを１としたときに得
られる空燃比、即ちベース空燃比を理論空燃比（λ＝
１）に設定することができればフィードバック制御は不
要なのであるが、実際には構成部品（例えばエアフロメ
ータ，燃料噴射弁，プレッシャレギュレータ，コントロ
ールユニット）のバラツキや経時変化、燃料噴射弁のパ
ルス幅対流量の非直線性、運転条件や環境の変化等の要
因で、ベース空燃比のλ＝１からのズレが生じるので、
前述したようにαの値を比例積分制御により変化させλ
＝１となるようにフィードバック制御している。

しかし、ベース空燃比のλ＝１からのズレは運転領域毎
に異なり、還元すればλ＝１を得るためのαの値が運転
領域毎に異なるから、この差が大きい場合には運転領域
が変化したときに空燃比をフィードバック制御によりλ
＝１に整定するまでに時間がかかる。

その結果、三元触媒の転換効率の悪い空燃比で運転がな
されることになり、触媒の貴金属の増大によるコストア
ップの他、触媒の劣化に伴う転換効率の更なる悪化によ
り触媒の交換を余儀なくされるという問題点が生じる。

そこで、α＝１のときの空燃比すなわちベース空燃比を
λ＝１とするように学習補正係数α１を導入し、このα
１を各運転状態においてα＝１のときλ＝１となるよう
に学習補正する。そして、これにより運転状態変更に伴
うベース空燃比の段差を小さくして、空燃比がλ＝１か
らズレている期間を短くし、かつαの値を決定するため
の比例積分制御におけるP/I分の値を小さくすることを
可能にして制御性の向上を図り、これらにより触媒にか
かる費用低減等を図るベース空燃比の学習制御装置が考
えられた。

すなわち、たとえばマイクロコンピュータのRAMなどの
データ記憶手段上に機関回転速度および負荷等の機関運
転条件に対応するベース空燃比がλ＝１となるような値
を有する学習補正係数α１のマップを設け、噴射量Tiを
計算する際に次式の如く噴射量Tpを補正する。

Ti＝Tp×COEF×α×α１＋Ts ここで、α１の学習は次の手順で進める。

ｉ） 定常状態においてそのときの機関運転条件とαと
を検出する。

ii） 前記機関運転条件に対応して現在までに学習され
記憶されているα１を検索する。

iii） このαとα１よりα１＋Δα/Mの値を求め、そ
の結果を新たなα１として記憶を更新する。

なお、ΔαはPI制御によって増減するαの平均値αｃの
基準値α₁からの偏差を示し、Δα＝αｃ−α₁である。
またＭは定数である。ここで、前記基準値α₁は各領域
共通の値として設定される値（例えば1.0）であり、前
記のような式に基づいてα１の更新（学習）を行うこと
により偏差Δαが０に近づいていく。その結果、各運転
領域におけるベース空燃比が同一値（例えばλ＝１）に
収束しつつ平均値αｃが当該基準値α₁に収束していく
ので、既述したように運転領域が変化する過渡状態での
αの変化量が減少して空燃比を速やかにλ＝１に整定さ
せることができるのである。

ところで、このような学習制御装置の採用にあたって、
αの値を決めるためのP/I分を初めから小さくすると、
学習が進んでいないうち、すなわち、ベース空燃比がλ
＝１となっていない間において過渡応答性の悪化を招く
ことになる。逆に学習が進んでベース空燃比がλ＝１に
なっているときに、大きなP/I分でλコントロールを行
うと、空燃比がλ＝１付近でふられ、空燃比変動に伴っ
た回転速度変動等を生じることになる。

これらを避けるための発明が本願出願人によってなされ
ており（特願昭58-076224号）、これを第１図のフロー
チャートにより説明する。すなわち、S101で前記学習制
御が行われS102で更新された学習補正係数α１がRAMに
記憶されるとともに、S103でα１の更新回数（学習回
数）Ｃがカウントアップされる。そして、このプログラ
ムの次回の作動時にS101の学習制御ルーチンのS104にお
いて、α１の更新回数Ｃが所定値に達しているか否かの
判定が行われ、所定値以上であれば学習が進行している
（空燃比λが１に近い）ものと判定し、S105へ進みαを
決定するためのPI制御のP/I分の値を減少する。一方、
α１の更新回数Ｃが所定値未満であれば、学習は進行し
ていないと判定して、前記P/I分の減少過程S105をバイ
パスする。つまり、学習補正係数α１とともにP/I分の
値も学習により制御の進行状態に応じて修正するもので
ある。

このように、学習の進行度合に応じて空燃比フィードバ
ック補正係数αのPI制御におけるP/I分の値を減少して
制御性の向上を図ったものである。

しかしながら、かかる学習進行度合をモニターしつつP/
I分を減少補正するだけの構成では、新たに次のような
問題点を生じる。

A.ごく稀にしか学習しない運転領域でも長期的には学習
カウンタのカウント値が増大するが、学習の進行が系の
状態変化より遅いと、実質的に学習が行われているとは
いえず、カウント値に応じてP/I分を減少させること
は、過渡応答性を悪くするだけである。

B.系の状態が急変したときはカウント値が大きくても急
変した系の状態に応じた学習がされておらず、したがっ
てこの場合もカウント値に応じたP/I分の減少を行うこ
とは好ましくない。

一方、学習カウンタは学習の進行状況をモニターするた
めのものであるが、実際には学習の進行度合、即ち学習
カウント値が少なくともフィードバック制御中心値と基
準値との偏差量（前記従来例の場合はΔα）が小さけれ
ば結果的にみて学習したのと同じことであり、したがっ
てP/I分を減少させてよいといえる。

〈発明の目的〉 本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、学習
の進行度を学習回数のみならず、実際のフィードバック
制御状態に応じて判定することにより、その判定精度を
高め、もって制御精度をさらに向上できるようにした学
習機能付フィードバック制御装置を提供することを目的
とする。

〈発明の構成〉 このため本発明は、第２図に示すような、各手段により
構成されている。

即ち、フィードバック補正係数決定手段は、制御対象の
制御値（例えば内燃機関の空燃比）を目標値（例えば理
論空燃比）に追随させるべく固定操作量（例えば前記目
標値が得られるように設定される燃料噴射量）を増減補
正するためのフィードバック補正係数（例えば空燃比フ
ィードバック補正係数）をフィードバック比例積分制御
により決定する。例えば理論空燃比へのフィードバック
制御の場合は、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する
空燃比センサからの検出に基づき、検出値が理論空燃比
より薄い（濃い）状態から濃い（薄い）状態へと変化し
たときは、該変化時に比例分を減算（加算）し、その
後、同一の状態である間は積分分ずつ徐々に減算（加
算）することによって決定する。

学習手段は、前記のようにして設定されたフィードバッ
ク補正係数の平均値（単純平均値や最大値と最小値との
平均値）を、基準値からの偏差に基づいて該偏差の所定
割合ずつ固定操作量側に取り入れていく等の学習方法に
よって偏差を縮小するように前記固定操作量を補正する
ための学習補正係数を設定し、記憶する。

制御値設定手段は、前記固定操作量を前記のように逐次
行われる学習により更新設定される学習補正係数で補正
しつつ、前記のように比例積分制御により設定されるフ
ィードバック補正係数で補正して制御値を設定する。

学習進行度判定手段は、前記学習手段による学習回数に
応じて学習の進行度を判定する。具体的には、学習回数
が大きいときは学習の進行度が大きく、学習回数が小さ
いときは学習の進行度が小さいと判定する。

学習進行度補正手段は、前記学習進行度判定手段におい
て判定される学習進行度を前記偏差を大きいときは減少
補正し、学習進行度を前記偏差が小さいときは増大補正
する。

制御定数減少補正手段は、前記判定手段により判定さ
れ、前記学習進行度減少る学習の進行度の増大に応じて
前記比例積分制御における制御定数を減少補正する。

このように、学習の進行度を学習回数を基本として偏差
に応じた補正を行うことにより高精度に判定でき、該判
定された学習進行度の増大に応じてフィードバック補正
係数を設定する比例積分制御における制御定数を減少補
正することによりフィードバック制御における過渡応答
性と定常状態での安定性を両立させることができる。

〈実施例〉 以下に本発明を第３図に示す一実施例に基づき説明す
る。なお、このものは前述の電子制御燃料噴射式内燃機
関の空燃比フィードバック制御に本発明を適用したもの
である。

すなわち、図において１はCPU,2はＰ−ROM,3は学習制御
用のCMOS-RAM,4はアドレスデコーダである。なお、RAM3
に対してはキースイッチOFF後も記憶内容を保持させる
ためバックアップ電源回路を使用する。

燃料噴射量制御のためのCPU1へのへのアナログ入力信号
としては、熱線式エアフローメータ５からの吸入空気流
量信号、スロットルセンサ６からのスロットル開度信
号、水温センサ７からの水温信号、O₂センサ８からの排
気中酸素濃度信号、バッテリ９からのバッテリ電圧があ
り、これらはアナログ入力インターフェース10及びA/D
変換器11を介して入力されるようになっている。12はA/
D変換タイミングコントローラである。

デジタル入力信号としては、アイドルスイッチ13、スタ
ートスイッチ14およびニュートラルスイッチ15からのON
・OFF信号があり、これらはデジタル入力インターフェ
ース16を介して入力されるようになっている。

その他、クランク角センサ17からのたとえば180°毎の
リファレンス信号と１°毎のポジション信号とがワンシ
ョットマルチ回路18を介して入力されるようになってい
る。また、車速センサ19からの車速信号が波形整形回路
20を介して入力されるようになっている。

CPU1からの出力信号（燃料噴射弁への駆動パルス信号）
は、電流波形制御回路21を介して燃料噴射弁22に送られ
るようになっている。

次にこのものの作用を第４図に示すフロータートに従っ
て説明する。

S1でエアフローメータ５からの信号によって得られる吸
入空気流量Ｑとクランク角センサ17からの信号によって
得られる機関回転速度Ｎとから基本噴射量Tp（＝Ｋ×Q/
N）を演算する。

S2で各種運転状態から決定される補正係数COEFを設定す
る。

S3では、後述するようにS16において学習補正係数α１
の更新回数と、減少補正量Ｘとで定まる学習カウンタの
カウント値Ｃを所定値と比較し、所定値以上の場合は制
御が進行していると判定してS4でαを決定するためのP/
I分を所定量減少させた後、S5へ進む。一方、所定値未
満の場合は、P/I分を変更することなく、そのままS5へ
進む。すなわち過程S4は第２図に示す制御定数減少補正
手段に対応するものである。

S5でO₂センサ８からの出力スライスレベルとを比較して
前記P/I分に基づく比例積分制御により空燃比フィード
バック補正計数αを決定する。具体的には排気中の酸素
濃度から空燃比を検出する空燃比センサからの検出に基
づき、検出値が理論空燃比より薄い（濃い）状態から濃
い（薄い）状態へと変化したときは、該変化時に比例分
を減算（加算）し、その後、同一の状態である間は積分
分ずつ徐々に減算（加算）することによって決定する。
過程S5は第２図のフィードバック補正量決定手段に対応
する。

S6でバッテリ９からのバッテリ電圧に基づいて電圧補正
分Tsを設定する。

S7で機関回転速度Ｎおよび基本噴射量（負荷）Tpから学
習補正係数α１を検索する。なお、回転速度Ｎおよび基
本噴射量Tpに対する学習補正係数α１のマップは書換え
可能なRAM3に記憶されており、学習が開始されていない
時点では全てα１＝１となっている。また、マップはＮ
＝８格子、Tp＝４格子程度である。

S8〜S11は定常状態を検出するために設けられており、S
8で車速センサ19からの信号に基づいて車速の変化を判
定し、S9でニュートラルスイッチ15からの信号に基づい
てギア位置を判定し、S10でスロットルセンサ６からの
信号に基づいてスロットル開度の変化を判定し、S11で
所定時間経過したか否かを判定して所定時間内であれば
S8へ戻る。こうして、所定時間内に車速の変化が所定値
以下で、かつ、ギアが入っており、かつ、スロットル開
度の変化が所定値以下の場合は、定常状態であると判定
し、S12,S13で学習補正係数α１の修正を行う。

又、S8〜S10のいずれかの判定がNOである場合、即ち非
定常状態が判定された場合は、後述するS12,S13におけ
る学習及びS14及びS15における学習カウントを行うこと
なくS16へ進む。

定常状態と判定された場合のS13における学習補正係数
α１の修正は前述した従来のものと同様にα１←α１＋
Δα/Mなる数式に基づいてなされる。つまり、固定制御
量（本実施例ではT_P×COEF）を補正するための学習補正
値である学習補正係数α１を設定し、フィードバック補
正値であるフィードバック補正計数αの基準値（例えば
１）からの偏差量Δαの所定割合（1/M;M＞１）だけ学
習補正値である学習補正係数α１に移行するという学習
を行うことによりことにより、偏差量Δαを縮小する方
向に固定制御量が補正されるのである。

S13で新たな学習補正係数α１をRAM3の対応する機関回
転速度Ｎと基本噴射量Tpのところへ書き込む。すなわ
ち、RAM3内のデータを更新する。過程S13,S14は第２図
の学習手段に対応する。

S14では前記偏差量Δαに応じて予め設定された学習カ
ウンタの減少補正量ＸをROM2に記憶したマップから読み
出す。ここで減少補正量Ｘは、偏差量Δαが大きい程大
きな値となり、系の状態が急変して偏差量Δαが所定量
以上増大するとＸは１より大きな値となるように設定さ
れている。

S15では、S11で求めたＸにより学習カウンタのカウント
値ＣをＣ←Ｃ−Ｘ＋１として更新する。過程S15,S16は
第２図の学習進行度補正手段及び学習進行度判定手段に
対応する。

このようにすれば、ごく稀にしか学習されない運転領域
や系の状態が急変した場合でもΔαに応じて学習カウン
ト値を補正することにより実際の系の状態に照らした学
習の進行状況を把握することができ、該学習カウント値
に応じてP/I分の減算補正が行われるので、真の学習進
行状況に適応した制御が行える。

即ち、学習補正係数α１の更新回数が増大してもベース
空燃比と理論空燃比とのズレが大きく実質的に学習が進
行していない場合にはＸを大きくして学習カウント値を
減少させることによりS4におけるP/I分の減少補正を停
止させ、過渡応答性を大きく保って理論空燃比への追随
性を良好に保つ。逆に学習補正係数αの更新回数が小さ
くともベース空燃比と理論空燃比とのズレが小さく、実
質的に学習が進行されたと同一の状況にある場合はＸを
小さくして学習カウント値を増大させることによりP/I
分の減少補正頻度を増大し、もって空燃比のλ＝１付近
のふれ量を小さくして回転速度変動を制御すると同時
に、三元触媒による転換率（排気浄化率）を高めて排気
浄化性能が向上するようにする。

最後にS16では噴射量Tiを次式によって演算する。このS
16の機能が、制御値設定手段に対応する。

Ti＝Tp×COEF×α×α１×Ts ここで、定常状態の場合はα１として更新されたものが
用いられ、過渡状態の場合は検索されたものがそのまま
用いられる 以上で噴射量Tiが計算され、この噴射量Tiに相応する駆
動パルス信号が電流波形制御回路21を介して燃料噴射弁
22に所定のタイミングで与えられる。なお、本実施例で
は空燃比フィードバック制御に適用したものを示し、フ
ィードバック補正値であるフィードバック補正係数を固
定制御量に乗じることによって固定制御量を増減補正す
るものを示したが、この他、吸気スロットル弁をバイパ
スするアイドル制御弁の開度をフィードバック制御する
ことによってアイドル回転数を目標回転数に制御するも
のなどにも適用できる。その場合、通常は、固定制御量
（水温等で設定される基本開度制御量）にフィードバッ
ク補正量を加減することによって固定制御量を増減補正
するようになっている。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によればフィードバック補
正量の制御中心値を基準値に近づける学習制御を行うも
のにおいて、学習進行度を判定しつつ学習進行度の増大
に応じたフィードバック制御定数を減少補正することに
より、過渡応答性と定常状態での制御の安定化、例えば
内燃機関の空燃比フィードバック制御への適用の場合は
回転変動抑制及び排気浄化性能向上を行え、かつ、実際
のフィードバック制御状態を考慮して学習進行度を判定
する構成としたため、その判定精度が向上し、ひいては
制御精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すフローチャート、第２図は本発明
の構成を示すブロック図、第３図は本発明の一実施例の
ハードウエア構成図、第４図は同上の作動過程を示すフ
ローチャートである。 １……CPU、３……学習制御用CMOS-RAM ５……エアフローメータ、８……O₂センサ 17……クランク角センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象の制御値を目標値に追随させるべ
   く固定操作量を増減補正するためのフィードバック補正
   係数をフィードバック比例積分制御により決定する手段
   と、前記フィードバック補正係数の平均値と基準値との
   偏差に基づいて該偏差を縮小するように前記固定操作量
   を補正するための学習補正係数を設定し記憶する手段
   と、前記固定操作量と学習補正係数とフィードバック補
   正係数とに基づいて制御値を設定する手段と、を備えた
   学習機能付フィードバック制御装置において、前記学習
   手段による学習回数に応じて学習の進行度を判定する手
   段と、前記判定手段により判定される学習の進行度の増
   大に応じて前記フィードバック比例積分制御における制
   御定数を減少補正する手段と、前記学習進行度判定手段
   において判定される学習進行度を前記偏差が大きいとき
   は減少補正し、学習進行度を前記偏差が小さいときは増
   大補正する手段と、を設けたことを特徴とする学習機能
   付フィードバック制御装置。