KR20060073959A

KR20060073959A - 과도 엔진 성능 적합화 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20060073959A
Application number: KR1020067005233A
Authority: KR
Inventors: 야스노리 우라노; 히토시 다까다
Original assignee: 히노 지도샤 가부시키가이샤
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-06-29
Also published as: EP1669581A1; US7349795B2; CN1853038A; US20070156323A1; EP1669581A4; JP2005090353A; WO2005028839A1

Abstract

엔진의 과도시험의 시간을 단축한다. 엔진의 제어 소프트웨어를 작성하는 공수를 단축한다. 실제 엔진으로 엔진 회전속도나 토크 등이 시계열적으로 변동하는 과도상태 그대로 시험을 행한다. 그 시험의 결과인 출력 데이터를 받아들이고, 엔진에 부여한 제어인자의 제어값과의 대응관계를 취하고, 엔진의 입력에 대한 출력의 관계를 기술한 과도 엔진 모텔을 생성한다. 작성된 과도 엔진 모델을 사용하여, 어떤 제어인자의 제어값을 어떻게 변경하면, 목표로 하는 성능을 만족하는지의 시뮬레이션을 행하고, 성능 목표를 만족하는 제어 데이터를 취득한다. 이 제어 데이터에 의해 엔진 제어회로의 제어 로직을 작성한다.

가상 엔진 시험장치, 과도 엔진 모델, 오퍼레이터 단말, 회전검출

Description

과도 엔진 성능 적합화 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ADAPTATION OF TRANSIENT ENGINE PERFORMANCE}

본 발명은 엔진(내연기관)의 과도시험에 사용한다. 본 발명은, 특히 디젤엔진의 과도특성 성능을, 요구되는 성능 목표에 적합화 시키기 위한 과도시험 방법 및 그것을 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 엔진 과도 성능 목표를 만족하는 엔진 제어 시스템을 단시간에 구축할 수 있도록 하기 위한 것이다.

엔진의 과도특성은 회전수와 토크가 일정상태인 정상상태가 아니라, 시간에 따라 변화하는 경우의 특성을 말한다. 예를 들면, 가속중이거나, 감속중이거나, 회전수 등이 변화되고 있는 상태에서의 엔진의 특성을 말한다.

종래의 엔진의 과도상태에서의 엔진의 토크 출력이나 배기가스 등의 출력특성 측정은, 실제 엔진을 정상상태로 하여 그 엔진의 출력상태를 측정하고, 그 정상상태의 출력 데이터에 어떠한 가중값을 부여하여 과도상태의 특성으로 치환하여 엔진의 출력을 추정하는 수법으로 행해지고 있었다.

그러나, 정상상태에서의 엔진 특성의 측정은, 어떤 엔진의 제어인자(예를 들면 연료분사량, 연료분사 타이밍 등)의 제어값을 변경했을 때는, 정상상태로 될 때까지 소정시간(예를 들면 3분) 경과하는 것을 기다려 그 상태의 출력을 측정하는 것과 같이, 하나의 제어인자의 제어값을 변경하고 정상상태로 되어 소정시간 경과 후에 측정하고, 다음에 또 제어인자의 제어값을 변경하고, 측정을 행하는 것처럼 시간이 소모되는 것이었다.

그런데, 실제 차량의 주행에서는, 엔진은 가속상태 또는 감속상태인 경우가 많고, 정속상태에서 주행할 수 있는 경우가 적다. 이 때문에, 엔진의 과도상태에서의 특성을 측정하는 것이 중요하다. 또, 최근 배기가스 규제의 방식이, 지금까지의 엔진의 정상상태에서의 배기가스의 값으로 규제하는 것이 아니고, 엔진의 과도상태에서의 배기가스의 규제값으로 규제하려고 한다. 따라서, 엔진에 대해, 어느 제어인자를 어떻게 변경하면 어떤 과도상태의 배기가스가 얻어질 것인가라고 하는 과도특성의 측정이 중요하게 되었다.

그런데, 상기한 바와 같이, 정상상태에서 엔진의 제어인자의 변경에 대해 어떤 출력이 얻어질 것인가라고 하는 정상특성의 측정에서도, 제어인자가 많아졌으며, 특히 ECU에 의한 전자제어에 의해 엔진 제어에 다수의 제어인자가 나타나게 되었으므로, 시험시간이 장시간 걸리게 되었다. 예를 들면, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브 제어나, VGT(Variable Geometry Turbo) 제어 등 엔진 제어에 관한 여러 전자제어의 요소가 증가해 왔다. 과도특성 측정에서는, 엔진의 회전수(회전속도)와 토크 자체가 시계열적으로 변화하는 상태에서, 그 출력 데이터도 당연히 시계열적으로 변동하는 데이터로서 나타나므로, 제어인자의 수가 많아지고, 그들 제어인자 하나하나에 대해 그 제어값을 변경하면서 정상상태에서 측정하려고 한다면, 그 시험시간은 지수함수적으로 증대한다.

그래서, 가상적으로 엔진과 차량의 특성을 모의한 시뮬레이션을 사용하여 엔진 제어 등의 평가를 행하는 기술이 제안되었다(특허문헌 1 참조).

이 기술은 시뮬레이터 내에 엔진을 포함하는 가상적인 차량 모델을 차종마다 작성해 두고, 차량 모델에 여러 제어입력, 예를 들면 슬롯 개방도나, 크랭크 각도 등의 제어인자의 제어값을 입력하고, 그 입력된 제어값에 기초하여 가상적인 차량 모델의 출력으로서, 엔진 회전수, 차량 속도, 배기가스 온도센서의 값 등을 추정하려고 하는 것이다.

특허문헌 1: 일본 특개평11-326135호 공보

발명이 이루고자 하는 기술적 과제

전술한 바와 같이, 실제 엔진에서 정상상태나 과도상태의 특성을 측정하려고 하면 최근은 엔진의 제어인자의 수가 다수가 되었기 때문에, 시험 데이터를 얻기 위해서는 어떻게 해도 장시간이 걸려, 엔진 개발의 난관이 되고 있었다.

또, 가상의 엔진 모델을 포함하는 차량 모델을 시뮬레이터에 전개하고, 그것을 사용하여 엔진의 거동을 관찰하는 수법은 엔진 개발의 시간을 단축할 수 있는 점에서 유용하다. 그러나, 상기의 공지 문헌에서는 차량 모델의 모의 모델을 작성하는 것을 목적으로 하는 것으로, 엔진의 과도상태의 현상에 대해 모의 모델을 생성하고 그것에 의해 엔진의 과도상태에 요구되는 성능을 평가하는 것은 아니었다. 또, 엔진의 각각의 제어인자의 제어값을 과도상태에 대응하여 변경하고 그 결과를 추정하기 위해서는, 조작성이 나쁜 문제가 있었다.

발명을 해결하기 위한 수단

본 발명은 실제 엔진으로 엔진 회전속도나 토크 등이 시계열적으로 변동하는 과도상태 그대로 시험을 행한다. 그 시험의 결과인 출력 데이터를 받아들이고, 엔진에 부여한 제어인자의 제어값과의 대응 관계를 취하여, 엔진의 입력에 대한 출력의 관계를 기술한 과도 엔진 모델(시뮬레이터)을 생성한다. 과도시험에서는, 엔진의 제어인자의 하나 또는 두개의 조합, 또는 그 이상의 복수의 제어인자의 조합의 제어값을 변경하여 엔진의 과도운전을 행하고, 필요한 데이터를 받아들인다.

작성된 과도 엔진 모델을 사용하여, 어떤 제어인자의 제어값을 어떻게 변경하면, 목표로 하는 성능을 만족하는지의 시뮬레이션을 행하고, 성능 목표를 만족하는 제어값을 취득한다. 이 취득한 제어값을 사용해서 실제 엔진을 사용하여 과도시험을 더 행하고, 목표로 하는 성능을 만족하는지를 확인하는 시험을 행한다. 목표를 만족하는 출력 데이터가 얻어지면, 과도 엔진 모델의 시뮬레이션에서 사용한 제어값에 의해 엔진 제어회로(ECU)의 제어 로직을 작성한다.

즉, 본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 엔진에 부여하는 제어인자의 제어값을 변경하여 엔진을 과도상태에서 운전하고 그 출력을 받아들이는 과도시험을 행하는 단계와, 이 과도시험에 의한 엔진의 출력 데이터를 받아들이고 그 출력 데이터와 상기 부여한 제어인자의 데이터와의 관계에 기초하여 시험을 행한 엔진의 과도 모델을 작성하는 단계와, 상기 작성된 과도 모델을 사용하여 당해 엔진에 요구되는 과도 성능 목표를 만족하는 제어인자의 제어값을 구하는 단계와, 상기 과도 모델에 의해 얻어진 제어값을 상기 엔진의 실제 엔진에 부여하고 과도시험을 행해 요구되는 과도 성능 목표가 만족되는지를 확인하는 단계와, 상기 확인하는 단계에 의해 요구되는 과도 성능 목표가 만족된 경우에, 상기 엔진을 제어하는 제어회로의 제어 소프트웨어를 작성하는 단계를 구비한 과도 엔진 성능 적합화 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 실시예 의하면, 엔진의 제어인자의 제어값을 변경해서 과도시험을 실행하는 실제 엔진 과도시험 실행 수단과, 상기 과도시험에 의한 엔진의 출력 데이터를 받아들이고, 당해 출력 데이터와 상기 실제 엔진 과도시험 실행 수단이 부여한 제어값에 기초하여 상기 엔진의 제어입력과 출력 데이터의 관계를 기술한 과도 모델을 생성하는 과도 모델 생성수단과, 상기 과도 모델 생성수단이 생성한 과도 모델을 사용하고, 상기 과도 모델이 상기 엔진의 과도시험에 요구되는 성능 목표를 만족하는 제어인자의 제어값을 구하는 과도 모델 시뮬레이션 수단과, 이 시뮬레이션 수단을 사용한 시뮬레이션을 실행해 얻어진 성능 목표를 만족하는 엔진의 제어값을 상기 실제 엔진 과도시험 실행 수단에 부여하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 과도 엔진 성능 적합화 시스템이 제공된다.

발명의 효과

본 발명에서는, 정상상태의 시험 데이터를 치환하지 않고, 과도상태 그대로 과도시험을 행할 수 있어, 단시간에 성능 목표를 만족하는 엔진의 제어값을 취득할 수 있다. 또, 성능 목표를 만족하는 엔진의 제어 소프트웨어의 작성 공수를 적게 할 수 있어, 엔진 제어회로의 제어 소프트웨어의 작성을 용이하게 할 수 있다. 본 발명에 의해 엔진 개발의 시간을 짧게 할 수 있어, 제품개발의 시간을 짧게 할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 시스템 구성을 도시하는 도면이다.

도 2는 본 실시예의 동작을 도시하는 플로차트이다.

도 3은 본 실시예의 실제 엔진 과도시험의 실측값을 도시하는 도면이다.

도 4는 본 실시예의 가상 실측값과 목표값을 도시하는 도면이다.

도 5는 본 실시예의 현재의 제어값과 목표가 되는 제어값을 도시하는 도면이다.

(부호의 설명)

1 가상 엔진 시험장치

2 모델 작성부

3 가상 ECU

4 제어값 수정부

5 과도 엔진 모델

6 오퍼레이터 단말

10 실제 엔진 과도시험장치

11 ECU

12 엔진

13 회전검출기

14 계측부

발명을 실시하기 위한 최상의 형태

도 1은 본 발명의 실시형태의 시스템 구성을 도시한다. 도 2는 과도 엔진 성능 적합화의 단계 전체를 설명하는 도면이다. 도 1의 10은 실제 엔진 과도시험장치이고, 11은 ECU(실제 엔진), 12는 ECU(11)에 의해 제어되는 엔진(실제 엔진), 13은 엔진(12)의 크랭크 샤프트의 회전수를 검출하는 회전검출기, 14는 회전검출기(13)로부터 출력되는 회전수 및 엔진(12)의 배기 가스, 연기, 그 이외의 것(연비 등)을 계측하는 계측부이다. 또, 1은 본 발명의 특징인 가상 엔진 시험장치이고, 2는 모델 작성부, 3은 가상 ECU, 4는 제어값 수정부, 5는 과도 엔진 모델이다. 또, 6은 당해 과도시험을 실시하는 오퍼레이터가 이용하는 오퍼레이터 단말이다.

즉, 본 발명 실시예는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 엔진의 제어인자의 제어값을 변경하고 과도시험을 실행하는 실제 엔진 과도시험장치(10)와, 상기 과도시험에 의한 엔진의 출력 데이터를 받아들이고, 당해 출력 데이터와 실제 엔진 과도시험장치(10)가 부여한 제어값에 기초하여 상기 엔진의 제어입력과 출력 데이터와의 관계를 기술한 과도 모델을 생성하는 모델 작성부(2)와, 모델 작성부(2)가 생성한 과도 모델을 사용하고, 상기 과도 모델이 상기 엔진의 과도시험에 요구되는 성능 목표를 만족하는 제어인자의 제어값을 구하는 과도 모델 시뮬레이션 수단(파선으로 둘러싸인 부분)으로서의 가상 ECU(3), 과도 엔진 모델(5), 제어값 수정부(4) 및 오퍼레이터 단말(6)을 가상 엔진 시험장치(1)에 구비하고, 제어값 수정부(4)는 이 가상 ECU(3)를 사용한 시뮬레이션을 실행해 얻어진 성능 목표를 만족하는 엔진의 제어값을 실제 엔진 과도시험장치(10)에 부여하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 과도 엔진 성능 적합화 시스템이다.

제어값 수정부(4)는 상기 과도 모델에 부여하는 제어값을 시계열의 데이터로서 오퍼레이터 단말(6)에 표시하고 그 표시한 시계열인 상태대로의 제어값을 수정하여 과도 모델에 부여하는 수단을 포함한다.

또, 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명 실시예는, 엔진에 부여하는 제어인자의 제어값을 변경하여 엔진을 과도상태에서 운전하고 그 출력을 받아들이는 과도시험을 행하는 단계(S1)와, 이 과도시험에 의한 엔진의 출력 데이터를 받아들이고 그 출력 데이터와 상기 부여한 제어인자의 데이터와의 관계에 기초하여 시험을 행한 엔진의 과도 모델을 작성하는 단계(S2, S4)와, 상기 작성된 과도 모델을 사용하여 당해 엔진에 요구되는 과도 성능 목표를 만족하는 제어인자의 제어값을 구하는 단계(S5, S6, S7)와, 상기 과도 모델에 의해 얻어진 제어값을 상기 엔진의 실제 엔진에 부여하고 과도시험을 행해 요구되는 과도 성능 목표가 만족되는지를 확인하는 단계(S3)와, 상기 확인하는 단계에 의해 요구되는 과도 성능 목표가 만족된 경우에, 상기 엔진을 제어하는 제어회로의 제어 소프트웨어를 작성하는 단계(S8)를 구비한 과도 엔진 성능 적합화 방법이다.

다음에 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 실시예의 동작을 설명한다. 도 1에 도시하는 실제 엔진 과도시험장치(10)에서는, 실제의 엔진을 사용하여 과도특성의 측정이 행해진다. 실제의 엔진을 사용한 과도특성의 측정결과를 도 3에 도시한다. 본 실시예에서는, 1시간당의 NO_x의 그램 수(g/h) 및 1초당의 연기의 그램 수(g/s)를 각각 세로축으로 잡고, 가로축에는 시간을 잡았다. 아울러서, 이 상태에서의 EGR 제어값 및 VGT 제어값을 각각 세로축에 잡고, 가로축에는 시간을 잡았다. 이것들의 측정은 도 1에 도시하는 구성에서는, 실제 엔진 과도시험장치(10)의 계측부(14)에 의해 행해진다. 또, 도 2에 도시하는 플로차트에서는, 실제 엔진 과도시험(단계S1) 및 데이터 처리(단계S2)에 상당한다.

이어서, 모델 작성을 행한다. 도 1에 도시하는 구성에서는, 가상 엔진 시험장치(1)의 모델 작성부(2)에 의해 행해진다. 또, 도 2에 도시하는 플로차트에서는 모델 작성(단계S4)에 상당한다. 모델 작성의 초기단계에서는, 실제 엔진의 실측 결과를 그대로 모델로 치환하게 되므로, 도 3에 도시하는 과도특성의 측정결과에 기초하여 모델이 작성된다. 이 모델은 과도 엔진 모델(5) 및 가상 ECU(3)로서 작성된다.

이어서, 모델에 대한 제어값의 작성이 행해진다. 도 1에 도시하는 구성에서는 가상 엔진 시험장치(1)의 제어값 수정부(4)에 의해 행해진다. 또, 도 2에 도시하는 플로차트에서는, 시뮬레이션에서 가상 ECU 제어값을 구하고(단계S5), 가상 ECU에 부여하고(단계S6), 평가(단계S7)하는 것에 상당한다. 도 4에, NO_x 및 연기의 가상 실측값(실선)에 대한 목표값(파선)을 각각 도시한다. 도 4에서는, 가상 실측값과 목표값의 차가 허용범위 내가 아니므로, 평가(단계S7)의 결과는 NG가 된다.

이어서, 가상 실측값이 목표값에 근접하도록, 제어값의 수정이 행해진다. 도 1에 도시하는 구성에서는, 가상 엔진 시험장치(1)의 제어값 수정부(4)에 의해 행해진다. 또, 도 2에 도시하는 플로차트에서는, 시뮬레이션에서 가상 ECU 제어값을 구하는(단계S5) 것에 상당한다. 도 5에 제어값의 수정전(실선)과 수정후(파선)를 도시한다. 이 수정은 오퍼레이터에 의해 행해진다.

본 실시예에서는 제어값의 수정은 2가지 방법을 사용한다. 첫번째는 오퍼레이터 단말(6)에 의해 제어값 자체를 변경하는 방법이다. 두번째는, 도 5에 도시하는 바와 같은 과도 모델에 부여하는 제어값을 시계열의 데이터로서 오퍼레이터 단말(6)에 표시하고 그 표시한 시계열인 상태 그대로의 제어값을 수정하여 과도 모델에 부여하는 방법이다. 즉, 오퍼레이터 단말(6)의 표시 장치에 표시된 도 5의 실선으로 나타내는 것과 같은 그래프에 대하여, 오퍼레이터는, 마우스 등을 사용해서 직접 제어값의 증감을 지시한다. 이것에 의해, 오퍼레이터는 시각적으로 그래프 형상의 변화(예를 들면, 도 5의 파선)를 확인하면서 제어값을 변경할 수 있다.

이렇게 하여 변경된 제어값은, 다시, 가상 ECU(3)에 부여되고(S6), 평가(S7)가 행해진다. 그 결과, 가상 실측값과 목표값의 차가 허용범위 내에 들어갔을 때에는 수정된 제어값이 실제 엔진 과도시험장치(10)의 ECU(11)에 입력된다. 이것에 의해, 실제 엔진은 수정된 제어값에 의해 제어된다.

그리고, 도 2에 도시하는 플로차트의 단계S1, S2, S3가 다시 실행된다. 그 결과, 실측값과 목표값이 허용범위 내에 들어갈 때까지, 단계S1~S7은 반복 실행된다. 단계S3에서의 평가에 의해 실측값과 목표값이 허용범위 내에 들어간 시점에서, 실제 엔진 ECU 제어 소프트웨어가 작성된다. 도 1에 도시하는 구성에서는, 가상 엔진 시험장치(1)의 제어값 수정부(4)에 의해 행해진다. 또, 도 2에 도시하는 플로차트에서는 실제 엔진 ECU 제어 소프트웨어 작성(단계S8)에 상당한다.

이것에 의해, 실측값과 목표값이 허용범위 내에 들어가는 제어값을 단시간에 작성할 수 있다.

Claims

엔진에 부여하는 제어인자의 제어값을 변경하여 엔진을 과도상태에서 운전하고 그 출력을 받아들이는 과도시험을 행하는 단계,

이 과도시험에 의한 엔진의 출력 데이터를 받아들여 그 출력 데이터와 상기 부여한 제어인자의 데이터의 관계에 기초하여 시험을 행한 엔진의 과도 모델을 작성하는 단계,

상기 작성된 과도 모델을 사용하여 당해 엔진에 요구되는 과도 성능 목표를 만족하는 제어인자의 제어값을 구하는 단계,

상기 과도 모델에 의해 얻어진 제어값을 상기 엔진의 실제 엔진에 부여하고 과도시험을 행하여 요구되는 과도 성능 목표가 만족되는지를 확인하는 단계,

상기 확인하는 단계에 의해 요구되는 과도 성능 목표가 만족된 경우에, 상기 엔진을 제어하는 제어회로의 제어 소프트웨어를 작성하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 과도 엔진 성능 적합화 방법.
엔진의 제어인자의 제어값을 변경하여 과도시험을 실행하는 실제 엔진 과도시험 실행 수단과,

상기 과도시험에 의한 엔진의 출력 데이터를 받아들이고, 당해 출력 데이터와 상기 실제 엔진 과도시험 실행 수단이 부여한 제어값에 기초하여 상기 엔진의 제어 입력과 출력 데이터의 관계를 기술한 과도 모델을 생성하는 과도 모델 생성수 단과,

상기 과도 모델 생성수단이 생성한 과도 모델을 사용하여, 상기 과도 모델이 상기 엔진의 과도시험에 요구되는 성능 목표를 만족하는 제어인자의 제어값을 구하는 과도 모델 시뮬레이션 수단과,

상기 시뮬레이션 수단을 사용한 시뮬레이션을 실행하여 얻어진 성능 목표를 만족하는 엔진의 제어값을 상기 실제 엔진 과도시험 실행 수단에 부여하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 과도 엔진 성능 적합화 시스템.