WO2016067642A1 - 補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラム - Google Patents

補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラム Download PDF

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allowable range
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control
command value
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山下　幸生
博義 久保
満文 後藤
武蔵 坂本
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三菱重工業株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an auxiliary machine control device, a control system, a supercharger, a control method, and a program.
  • turbochargers There are vehicles equipped with engines equipped with turbochargers and other turbochargers.
  • the turbocharger generates compressed air by rotating a turbine using exhaust gas discharged from the engine and rotating a compressor coaxially connected to the turbine.
  • the turbocharger increases the output efficiency of the engine by supplying the compressed air to the engine.
  • the engine control system may be equipped with a main ECU (Electronic Control Unit) for mainly controlling the engine and a sub ECU for controlling the turbocharger.
  • a control method is adopted in which the main ECU gives a supercharging pressure command to the sub ECU, and the sub ECU controls the operation of the turbocharger so as to reach the supercharging pressure.
  • the sub ECU achieves a target boost pressure by, for example, feedback control.
  • Patent Document 1 discloses an ECU composed of a main ECU and a sub ECU provided with computers independent from each other, and the sub ECU is controlled independently from the main ECU when the main ECU fails or the like. A technique for performing the control is described.
  • model predictive control is used in which control is performed while predicting the behavior of the vehicle.
  • the operation of the turbocharger assumed by the main ECU is different from the actual operation of the turbocharger under the control of the sub ECU, and the control performance of the engine may be deteriorated.
  • the present invention provides an auxiliary machine control device, a control system, a supercharger, a control method, and a program that can solve the above-described problems.
  • the auxiliary device control apparatus is configured to determine the operation command value for the auxiliary device that assists the output of the main device that is the power source, and the operation amount of the control means that controls the operating state of the auxiliary device.
  • a command value acquisition unit that acquires an allowable range, an operation amount calculation unit that calculates an operation amount of the control unit based on the acquired operation command value, and an operation amount calculated by the operation amount calculation unit is the allowable value
  • the calculated operation amount is selected within the range, and when the calculated operation amount exceeds the allowable range, the upper limit value of the allowable range is selected, and the calculated operation amount is below the allowable range
  • the control system includes the above-described auxiliary machine control device, an operation amount detection unit that detects the operation amount output from the operation amount determination unit, and a change rate of the detected operation amount. And an allowable range calculation unit for calculating an allowable range of the operation amount of the control means based on the control unit.
  • the allowable range calculation unit determines that the change rate of the detected operation amount exceeds the threshold value. Set to a narrower range than in the following cases.
  • the allowable range calculation unit is configured such that the operation amount calculated by the operation amount calculation unit is equal to or greater than a predetermined value by a predetermined time or a predetermined number of times or more than an upper limit value of the allowable range.
  • the width of the allowable range is set to zero.
  • the permissible range calculation unit is configured such that when the operation amount calculated by the operation amount calculation unit is within the permissible range, or when the operation amount is outside the permissible range. Based on the magnitude of the value outside the allowable range, the width of the allowable range is widened.
  • the supercharger is a control device in which the main engine control device controls the engine, and the auxiliary device control device supplies the compressed air to the engine.
  • the above-described control system which is a control device that controls the machine, is provided.
  • an auxiliary machine control method comprising: an operation command value for an auxiliary machine that assists an output of a main machine that is a power source; and an operation amount of a control means that controls an operating state of the auxiliary machine. And a step of calculating an operation amount of the control means based on the acquired operation command value, and if the calculated operation amount is within the allowable range, the calculated operation amount When the calculated operation amount exceeds the allowable range, the upper limit value of the allowable range is selected, and when the calculated operation amount is lower than the allowable range, the lower limit value of the allowable range is selected. And a step of performing.
  • control method further includes a step of detecting an operation amount of the control means, and an allowable range of the operation amount of the control means based on a change rate of the detected operation amount. And determining the operation amount based on the allowable range calculated in the step of calculating the allowable range of the operation amount.
  • the program causes the computer of the control system to control the operation command value for the auxiliary machine that assists the output of the main machine that is the power source, and the control means that controls the operating state of the auxiliary machine.
  • the program further comprises a computer of the control system, means for detecting the operation amount of the control means, and the operation amount of the control means based on the change rate of the detected operation amount. And a means for determining the manipulated variable based on the calculated allowable range.
  • the performance of the turbocharger can be utilized without impairing the engine control performance.
  • FIG. 1 is an example of a block diagram of a control system in the first embodiment according to the present invention.
  • the control system 1 of this embodiment is a system that controls an engine (hereinafter referred to as a turbo engine) equipped with a turbocharger such as a vehicle.
  • a turbocharger is a type of supercharger that rotates a turbine using exhaust gas discharged from an engine and supplies compressed air generated by rotating a compressor coaxially connected to the turbine to the engine.
  • the control system 1 mainly includes a main ECU that controls the engine and a sub ECU that controls the turbocharger.
  • the main ECU outputs a turbocharger supercharging pressure command value to the sub ECU when performing engine output control.
  • the supercharging pressure is the pressure of compressed air that the turbocharger sends into the engine.
  • the sub ECU adjusts the valve opening degree of a turbine valve provided at the turbine inlet of the turbocharger and controls the supercharging pressure to become a command value.
  • the relationship between the supercharging pressure and the valve opening is such that when the valve is throttled, the supercharging pressure increases, and when the valve is opened, the supercharging pressure decreases. In general, when the supercharging pressure increases, the engine output increases. When the supercharging pressure decreases, the engine output also decreases.
  • the main ECU 10 includes at least an operation command value calculation unit 11, an operation amount detection unit 12, an allowable range calculation unit 13, a guide operation amount calculation unit 14, a storage unit 15, and a communication unit 16.
  • the operation command value calculation unit 11 calculates an operation command value for an auxiliary machine that assists the output of the main machine that is a power source.
  • the operation amount detector 12 detects the operation amount of the control means that controls the operating state of the auxiliary machine.
  • the allowable range calculation unit 13 calculates the allowable range of the operation amount based on the change in the operation amount detected by the operation amount detection unit 12.
  • the standard operation amount calculation unit 14 calculates a standard operation amount based on the operation command value calculated by the operation command value calculation unit 11.
  • storage part 15 memorize
  • the communication unit 16 communicates with the sub ECU through a protocol such as CAN. In addition to this, the main ECU 10 has a function of controlling various mechanisms such as an ignition mechanism and a fuel system, but description thereof is omitted in this specification.
  • the sub ECU 20 includes at least a command value acquisition unit 21, an operation amount calculation unit 22, an operation amount determination unit 23, a control unit 24, a storage unit 25, and a communication unit 26.
  • the command value acquisition unit 21 acquires an operation command value for an auxiliary machine and an allowable range of an operation amount for a control unit that controls the operation state of the auxiliary machine.
  • the operation amount calculator 22 calculates the operation amount of the control means based on the acquired operation command value. When the operation amount calculated by the operation amount calculation unit 22 is within the allowable range acquired by the command value acquisition unit 21, the operation amount determination unit 23 selects the calculated operation amount, and the calculated operation amount falls within the allowable range.
  • the control unit 24 controls the control means with the operation amount selected by the operation amount determination unit 23.
  • the storage unit 25 stores various data used for calculating the operation amount.
  • the communication unit 26 communicates with the main ECU using a protocol such as CAN.
  • the main engine is an engine
  • the auxiliary machine is a turbocharger.
  • the operation command value is a supercharging pressure command value.
  • the control means for controlling the operating state of the auxiliary machine is a turbine valve, and the operation amount is the valve opening of the turbine valve.
  • the sub ECU 20 has a function of controlling various mechanisms of the turbocharger, but the description is omitted in this specification.
  • the main ECU in the present embodiment predicts the valve opening of the turbine valve ahead of a predetermined time, and calculates a supercharging pressure command value based on the prediction.
  • the sub ECU predicts a supercharging pressure command value ahead of a predetermined time, and calculates the valve opening of the turbine valve based on the prediction.
  • FIG. 6A is a first diagram illustrating an example of conventional control of the turbo valve opening by the main ECU and the sub ECU.
  • FIG. 6B is a second diagram illustrating an example of conventional control of the turbo valve opening by the main ECU and the sub ECU.
  • FIG. 6A is a time-series graph of the supercharging pressure command value.
  • the supercharging pressure command value 61 indicates the behavior of the supercharging pressure command value output from the main ECU 10 to the sub ECU 20.
  • the supercharging pressure command value 62 indicates the behavior of the supercharging pressure command value predicted by the sub ECU 20 based on the supercharging pressure command value acquired from the main ECU 10 and the prediction model of the sub ECU 20.
  • the 6B is a time-series graph of the turbine valve opening degree.
  • the valve opening 63 indicates the behavior of the valve opening command value output from the sub ECU 20 to the turbine valve.
  • the valve opening 64 indicates the behavior of the valve opening command value predicted by the main ECU 10 based on the supercharging pressure command value output to the sub ECU 20 and the prediction model of the main ECU 10.
  • the main ECU 10 predicts the behavior of the valve opening of the turbine valve, such as the valve opening 64, calculates a supercharging pressure command value, and outputs it to the sub ECU 20.
  • the sub ECU 20 predicts that the main ECU 10 outputs a supercharging pressure command value such as the supercharging pressure command value 62, calculates a valve opening such as the valve opening 63, and controls the turbine valve. To do. As shown in FIGS. 6A and 6B, when the main ECU 10 controls the engine and the sub ECU 20 independently controls the turbocharger, the main ECU 10 cannot control the engine as expected, There is a possibility that the main ECU 10 determines that the supercharging pressure controlled by the sub ECU 20 is abnormal.
  • the main ECU 10 restricts the control of the sub ECU 20 with respect to the turbine valve within an allowable range set by the main ECU 10.
  • the main ECU 10 can control the engine within the prediction range.
  • the main ECU 10 leaves the sub ECU 20 to control the turbine valve if it is within the allowable range.
  • the turbocharger can be operated more effectively.
  • the manufacturer of the engine and the turbocharger may be different. In such a case, it is conceivable that the main ECU is manufactured by the engine manufacturer and the turbocharger manufacturer is manufacturing the sub ECU.
  • the sub-ECU can be designed so that the performance of the turbocharger can be drawn well. Therefore, the main ECU leaves the sub-ECU to control the valve opening on the condition that it is within an allowable range in order to use the performance of the turbocharger more effectively.
  • FIG. 2A is a first diagram illustrating an example of turbine valve control by the main ECU and the sub ECU in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 2B is a second diagram illustrating an example of turbine valve control by the main ECU and the sub ECU in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 2A is a time-series graph of the supercharging pressure command value.
  • the supercharging pressure command value 31 indicates the behavior of the supercharging pressure command value output from the main ECU 10 to the sub ECU 20.
  • FIG. 2B is a time-series graph of the turbine valve opening.
  • the allowable range 32 indicates a region surrounded by a broken line. This region (allowable range 32) is the allowable range of the valve opening of the turbine valve calculated by the main ECU 10.
  • the allowable range calculated by the allowable range calculation unit 13 of the main ECU is wide.
  • the allowable range calculated by the allowable range calculation unit 13 becomes narrow.
  • the sub ECU 20 performs valve opening control that is too different from the operation of the engine controlled by the main ECU 10, thereby causing the vehicle to stall or accelerate too much. This is in order to prevent it from becoming loose.
  • the valve openings 33 to 35 show an example of the valve opening calculated by the operation amount calculator 22 of the sub ECU 20 based on the supercharging pressure command value (FIG. 2A) acquired from the main ECU 10.
  • the valve opening 33 is an example when the operation amount calculated by the operation amount calculation unit 22 falls within the allowable range 32.
  • the valve opening 34 is an example when the operation amount calculated by the operation amount calculation unit 22 exceeds the upper limit value of the allowable range 32.
  • the valve opening 35 is an example when the operation amount calculated by the operation amount calculation unit 22 is below the lower limit value of the allowable range 32.
  • the operation amount determination unit 23 of the sub ECU 20 determines the operation amount calculated by the operation amount calculation unit 22 of the turbine valve.
  • the valve opening command value is determined and output to the control unit 24.
  • the operation amount determination unit 23 determines the upper limit value 321 of the allowable range 32 as the valve opening command value of the turbine valve.
  • the control unit 24 determines the lower limit value 322 of the allowable range 32 as the valve opening command value of the turbine valve.
  • FIG. 3 is a third diagram illustrating an example of turbine valve control by the main ECU and the sub ECU in the first embodiment according to the present invention.
  • a plurality of types are prepared for the allowable range set by the main ECU, and the user may select according to his / her preference.
  • FIG. 3 shows examples of a plurality of types of allowable ranges.
  • the permissible ranges 37 to 39 indicate a plurality of permissible ranges calculated by the permissible range calculation unit 13 based on the supercharging pressure command value calculated by the main ECU 10 (for example, FIG. 2A).
  • the permissible range 37 is an example of a permissible range in the case where control is performed to gently throttle the turbine valve in accordance with an increase in the supercharging pressure command value.
  • the permissible range 39 is an example of a permissible range in the case where control is performed to rapidly throttle the turbine valve in accordance with an increase in the supercharging pressure command value.
  • the permissible range 38 is an example of a permissible range in the case where control is performed to throttle the turbine valve in the middle according to the increase in the supercharging pressure command value.
  • the storage unit 15 stores a plurality of allowable ranges for the same change in supercharging pressure, and the user can select an operation mode according to his / her preference from among them.
  • a user who prefers a quick response to an accelerator or brake depression operation selects the allowable range 39
  • a user who likes a gentle response selects an allowable range 37
  • a user who prefers a standard response A range 38 can be selected.
  • the operation amount determination unit 23 determines the lower limit value of the allowable range 37. 372 is determined as the valve opening command value, and the control unit 24 controls the valve opening of the turbine valve with the lower limit value of the allowable range 37.
  • the plurality of allowable ranges are set to appropriate values confirmed by a vehicle running test or the like.
  • FIG. 4 is an example of a flowchart of control of the turbo valve opening of the control system in the first embodiment according to the present invention.
  • the driving command value calculation unit 11 of the main ECU 10 calculates a supercharging pressure command value based on a user's driving operation (for example, depression of an accelerator).
  • the storage unit 15 stores, for example, a table associated with the engine speed and the boost pressure command value, a calculation formula for correcting the boost pressure command value based on the prediction of the change in the valve opening, and the like.
  • the operation command value calculation unit 11 calculates a supercharging pressure command value based on this table and calculation formula (step S11).
  • the operation command value calculation unit 11 transmits the calculated boost pressure command value to the sub ECU 20 via the communication unit 16.
  • the guide operation amount calculation unit 14 calculates a valve opening (reference valve opening) as a guide based on the supercharging pressure command value.
  • the storage unit 15 stores a table in which the boost pressure command value and the reference valve opening are associated with each other.
  • the reference operation amount calculation unit 14 calculates the reference valve opening based on this table. .
  • the operation amount calculation unit 22 calculates the allowable range of the valve opening (steps S12 to S14).
  • the operation amount detection unit 12 acquires the valve opening of the turbine valve (for example, the valve opening command value determined by the operation amount determination unit 23) from the sub ECU 20 at predetermined time intervals via the communication unit 16. (Step S12).
  • the operation amount detection unit 12 records the acquired valve opening degree in the storage unit 15 in association with the acquired time.
  • the allowable range calculation unit 13 calculates the rate of change of the valve opening per unit time from the time series information of the valve opening recorded in the storage unit 15 (step S13).
  • the allowable range calculation unit 13 calculates the allowable range of the valve opening of the turbine valve based on the calculated rate of change of the valve opening and the boost pressure command value calculated by the operation command value calculation unit 11. For example, the upper limit value and the lower limit value of the valve opening degree are stored in the storage unit 15 for each change rate of the supercharging pressure command value and the valve opening degree, and the allowable range calculation unit 13 is based on these values.
  • An allowable range is calculated by performing interpolation calculation or the like (step S14).
  • the vehicle travel is regarded as a steady state, and the allowable range of the valve opening calculated by the allowable range calculating unit 13 is An upper limit value and a lower limit value are set in the storage unit 15 so as to increase.
  • the rate of change of the valve opening in the immediately preceding predetermined period exceeds a predetermined threshold value, it is considered that the running state is in a transient state, and the allowable range of the valve opening calculated by the allowable range calculating unit 13 is narrow.
  • the upper limit value and the lower limit value are set in the storage unit 15.
  • the allowable range calculation unit 13 transmits the calculated upper limit value and lower limit value of the valve opening degree to the sub ECU 20 via the communication unit 16.
  • the allowable range calculation unit 13 transmits the reference valve opening and a ratio (allowable range) based on the reference valve opening to the sub ECU 20 via the communication unit 16.
  • the command value acquisition unit 21 determines the boost pressure command value calculated by the operation command value calculation unit 11, the upper limit value and the lower limit value of the valve opening calculated by the allowable range calculation unit 13, and the reference operation amount.
  • the reference valve opening calculated by the calculation unit 14 is acquired and written in the storage unit 25 (step S15).
  • the operation amount calculation unit 22 reads the supercharging pressure command value in the storage unit 25 and calculates the valve opening of the turbine valve (step S16).
  • the storage unit 25 stores a table in which the boost pressure command value and the valve opening are associated with each other, a calculation formula for correcting the valve opening based on prediction of a change in the boost pressure command value, and the like.
  • the operation amount calculation unit 22 calculates the valve opening according to the operation command value acquired by the command value acquisition unit 21 based on the table and the calculation formula.
  • the operation amount calculation unit 22 outputs the calculated valve opening degree to the operation amount determination unit 23.
  • the operation amount determination unit 23 determines a valve opening command value (step S17). Specifically, the operation amount determination unit 23 reads the upper limit value and the lower limit value of the valve opening degree from the storage unit 25 and compares them with the valve opening degree calculated by the operation amount calculation unit 22. When the valve opening calculated by the operation amount calculation unit 22 is equal to or less than the read upper limit value and is equal to or higher than the lower limit value, the operation amount determination unit 23 sets the valve opening calculated by the operation amount calculation unit 22 to the valve opening command. Decide on a value.
  • the operation amount determination unit 23 determines the upper limit value as the valve opening command value.
  • the operation amount determination unit 23 determines the lower limit value as the valve opening command value.
  • the operation amount determination unit 23 calculates the upper limit value and the lower limit value from the reference valve opening degree and the ratio thereof. For example, if the reference valve opening is 50% and the ratio relative to it is ⁇ 10%, the upper limit is 55% and the lower limit is 45%.
  • the operation amount determination unit 23 outputs the determined valve opening command value to the control unit 24.
  • the control unit 24 controls the valve opening of the turbine valve with the valve opening command value determined by the operation amount determination unit 23 (step S18).
  • the sub ECU since the sub ECU operates within the constraints of the main ECU 10 without being completely autonomous, the control performance of the engine control of the main ECU 10 is not impaired.
  • the sub-ECU 20 since the sub-ECU 20 can freely control the turbocharger within the constraints, even when the sub-ECU 20 can execute control superior to that of the main ECU 10, the sub-ECU 20 takes advantage of excellent control performance. be able to. As a result, it is possible to achieve both effective utilization of the sub ECU 20 and securing of safety and reliability by the main ECU 10.
  • the intermediate response is tuned to an intermediate response depending on an allowable range of the valve opening given to the sub ECU 20. It is also possible.
  • a plurality of allowable ranges can be prepared to enable selection by the user.
  • valve opening degree of the turbine valve is controlled.
  • the amount of exhaust gas flowing into the turbine is adjusted by a bypass valve.
  • the present embodiment may be applied to control of the valve opening degree of the bypass valve.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of turbine valve control by the main ECU and the sub ECU in the second embodiment according to the present invention.
  • the allowable range 41 indicates a plurality of allowable ranges calculated by the allowable range calculation unit 13 based on the supercharging pressure command value (for example, FIG. 2A) calculated by the main ECU 10.
  • the valve opening 42 indicates the valve opening calculated by the operation amount calculator 22 of the sub ECU 20 based on the supercharging pressure command value.
  • the operation amount detection unit 12 also acquires the valve opening calculated by the operation amount calculation unit 22 from the sub ECU 20.
  • the control unit 24 controls the turbine valve based on the valve opening degree designated by the main ECU 10. That is, the valve opening degree of the turbocharger is controlled substantially by the main ECU 10.
  • the abnormality of the sub ECU 20 may be determined by the number of times that the valve opening calculated by the allowable range calculation unit 13 is outside the allowable range in a predetermined period. Alternatively, when the deviation between the upper limit value and the upper limit value is greater than or equal to a predetermined threshold, or when the deviation between the lower limit value and the lower limit value is greater than or equal to a predetermined threshold value It may be determined that a failure has occurred.
  • a means for substantially invalidating the restriction of the operation of the sub ECU 20 by the main ECU 10 may be prepared.
  • the allowable range given by the main ECU 10 and the valve opening calculated by the operation amount calculation unit 22 of the sub ECU 20 are compared for a predetermined period, and the valve opening calculated by the operation amount calculation unit 22 in a period of 90% or more is obtained.
  • the allowable range given by the main ECU 10 and the valve opening calculated by the operation amount calculation unit 22 of the sub ECU 20 are compared for a predetermined period, and the valve opening calculated by the operation amount calculation unit 22 satisfies the allowable range.
  • the difference from the upper limit value or the lower limit value of the allowable range when deviating is less than or equal to a predetermined threshold value (for example, the calculated valve opening is 18% when the threshold value is 3% and the lower limit value is 20%)
  • a predetermined threshold value for example, the calculated valve opening is 18% when the threshold value is 3% and the lower limit value is 20%
  • the sub-ECU 20 controls the turbocharger supercharging pressure. For example, when the sub ECU 20 is tuned to perform high response control and the user also desires high response, this operation mode is selected, and it is determined that the reliability of the valve opening calculated by the sub ECU 20 is high. If it is done, the user can perform driving more suited to his / her preference. Note that the restriction is substantially invalidated and is not limited to this example. For example, when the above conditions are satisfied, an operation mode that widens the allowable range by 10% may be presented.
  • the allowable range may be expanded, narrowed, or corrected according to the user's preference. For example, when the valve opening calculated by the sub-ECU 20 is tuned to the high response side and the user desires a higher response than the tuned operation mode with a high response, the user interface that can be operated by the user is set to “higher When the user presses the button, the allowable range calculation unit 13 sets the upper limit value of the operation mode with the tuned high response that has been set in advance based on the user operation. The allowable range is increased by a predetermined value to ensure safety, and the lower limit value is decreased by a predetermined value. The allowable range setting is newly written in the storage unit 15, and this allowable range is given to the sub ECU 20. Good. Thereby, the permissible range can be flexibly changed according to the user's preference and the environment in which the user gets on, and the performance of the turbocharger can be extracted.
  • Each process in the main ECU 10 and the sub ECU 20 described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the computer of the main ECU 10 and the sub ECU 20 reads and executes the program.
  • the above processing is performed.
  • the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement
  • the control system 1 may be applied to an exhaust gas recirculation (EGR) system.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the sub ECU 20 is an example of an auxiliary machine control device
  • the main ECU 10 is an example of a main machine control device.
  • a turbocharger is an example of a supercharger.
  • the performance of the turbocharger can be utilized without impairing the control performance of the engine.
  • Control system 10 Main ECU DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Operation command value calculation part 12 Operation amount detection part 13 Permissible range calculation part 14 Standard operation amount calculation part 15 Memory
  • Sub ECU 21 Command value acquisition unit 22 Operation amount calculation unit 23 Operation amount determination unit 24 Control unit 25 Storage unit 26 Communication unit

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Abstract

　補機制御装置は、制御対象装置に対する運転指令値と、前記制御対象装置の運転状態を制御する制御手段の操作量の許容範囲と、を取得する指令値取得部と、前記取得した運転指令値に基づいて前記制御手段の操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量算出部が算出した操作量が前記許容範囲内であれば、当該算出した操作量信号を前記制御対象装置へ出力し、前記算出した操作量が前記許容範囲外であれば、前記操作量許容範囲の上限値又は下限値を出力する操作量判定部と、を備える。

Description

補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラム
　本発明は、補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラムに関する。
　本願は、２０１４年１０月２８日に、日本に出願された特願２０１４－２１９４３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ターボチャージャなどの過給機を備えたエンジンを搭載した車両が存在する。ターボチャージャは、エンジンが排出した排気ガスを利用してタービンを回転させ、そのタービンと同軸上に接続された圧縮機を回転させることで圧縮空気を生成する。ターボチャージャは、その圧縮空気をエンジンに供給することで、エンジンの出力効率を高める。
　ターボチャージャを備えたエンジンの場合、エンジン制御システムには、主にエンジンを制御するためのメインＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、ターボチャージャを制御するためのサブＥＣＵが備えられていることがある。このメインＥＣＵとサブＥＣＵによる制御では、例えば、メインＥＣＵが過給圧指令をサブＥＣＵに与え、サブＥＣＵがその過給圧となるようにターボチャージャの動作を制御するといった制御方式が採用される。この方式では、サブＥＣＵは、例えば、フィードバック制御によって目標とする過給圧を達成する。
　なお、関連した技術として、特許文献１には、互いに独立したコンピュータを備えるメインＥＣＵとサブＥＣＵとからなるＥＣＵにおいて、サブＥＣＵが、メインＥＣＵの故障時などにメインＥＣＵと独立して制御対象装置の制御を行う技術が記載されている。
日本国特許第４４１５９１２号公報
　ところで、上述のフィードバック制御では、応答が遅れたり多入力出力系では制御ゲインの調整が困難であったり複雑化したりするため、メインＥＣＵとサブＥＣＵのそれぞれが異なる予測モデルに基づいて、所定時間先の挙動を予測しながら制御を行うようなモデル予測制御が採用されている場合がある。このような場合、メインＥＣＵが想定したターボチャージャの動作と、サブＥＣＵの制御による実際のターボチャージャの動作とが相違し、エンジンの制御性能が劣化する可能性がある。
　本発明は、上述の課題を解決することのできる補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラムを提供する。
　本発明の第１の態様によれば、補機制御装置は、動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値と、前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量の許容範囲と、を取得する指令値取得部と、前記取得した運転指令値に基づいて前記制御手段の操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量算出部が算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する操作量決定部と、を備える。
　本発明の第２の態様によれば、制御システムは、上述の補機制御装置と、前記操作量決定部の出力した操作量を検出する操作量検出部と、前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する許容範囲算出部と、を備える主機制御装置と、を備える。
　本発明の第３の態様によれば、前記許容範囲算出部は、前記検出した操作量の変化率が所定の閾値を上回る場合、前記許容範囲を、前記検出した操作量の変化率が前記閾値以下の場合よりも狭い範囲に設定する。
　本発明の第４の態様によれば、前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、所定の時間あるいは所定の回数以上、前記許容範囲の上限値より所定の値以上大きい値となるか、又は、前記許容範囲の下限値より所定の値以上小さい値となると、前記許容範囲の幅を０に設定する。
　本発明の第５の態様によれば、前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、前記許容範囲内となる時間、又は、前記許容範囲外となったときの当該許容範囲から外れた値の大きさに基づいて、前記許容範囲の幅を広げる。
　本発明の第６の態様によれば、過給機は、前記主機制御装置が、エンジンの制御を行う制御装置であり、前記補機制御装置が、前記エンジンに圧縮した空気を供給する過給機の制御を行う制御装置である、上述の制御システム、を備える。
　本発明の第７の態様によれば、補機の制御方法は、動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値と、前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量の許容範囲と、を取得するステップと、前記取得した運転指令値に基づいて前記制御手段の操作量を算出するステップと、前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択するステップと、を有する。
　本発明の第８の態様によれば、前記制御方法は、さらに、前記制御手段の操作量を検出するステップと、前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出するステップと、を有し、前記操作量の許容範囲を算出するステップで算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う。
　本発明の第９の態様によれば、プログラムは、制御システムのコンピュータを、動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値と、前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量の許容範囲と、を取得する手段、前記取得した運転指令値に基づいて前記制御手段の操作量を算出する手段、前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する手段、として機能させる。
　本発明の第１０の態様によれば、プログラムは、制御システムのコンピュータを、さらに、前記制御手段の操作量を検出する手段、前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する手段、前記算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う手段、として機能させる。
　上記した補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラムによれば、エンジンの制御性能を損なうことなく、ターボチャージャの性能を活用することができる。
本発明に係る第一実施形態における制御システムのブロック図の一例である。 本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第一の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第二の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第三の図である。 本発明に係る第一実施形態における制御システムのターボ弁開度の制御のフローチャートの一例である。 本発明に係る第二実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する図である。 メインＥＣＵとサブＥＣＵによるターボ弁開度の従来の制御の一例を説明する第一の図である。 メインＥＣＵとサブＥＣＵによるターボ弁開度の従来の制御の一例を説明する第二の図である。
＜第一実施形態＞
　以下、本発明の第一実施形態による制御システムを図１～図４、図６Ａ、図６Ｂを参照して説明する。
　図１は、本発明に係る第一実施形態における制御システムのブロック図の一例である。
　本実施形態の制御システム１は、車両などのターボチャージャを搭載したエンジン（以下、ターボエンジンという）を制御するシステムである。ターボチャージャは、エンジンが排出した排気ガスを利用してタービンを回転させ、そのタービンと同軸上に接続された圧縮機を回転させて生成した圧縮空気をエンジンに供給する過給機の一種である。制御システム１は、主にエンジンを制御するメインＥＣＵとターボチャージャを制御するサブＥＣＵを含んで構成される。メインＥＣＵは、エンジンの出力制御を行うにあたり、サブＥＣＵにターボチャージャの過給圧指令値を出力する。過給圧とは、ターボチャージャがエンジンに送り込む圧縮空気の圧力である。
　サブＥＣＵは、ターボチャージャのタービン入口に設けられたタービン弁の弁開度を調節し、過給圧が指令値となるように制御する。過給圧と弁開度の関係は、弁を絞ると過給圧が上昇し、弁を開くと過給圧が低下する関係にある。また、一般に過給圧が上昇すると、エンジンの出力は上昇し、過給圧が低下すると、エンジンの出力も低下する。
　メインＥＣＵ１０は、運転指令値算出部１１と、操作量検出部１２と、許容範囲算出部１３と、目安操作量算出部１４と、記憶部１５と、通信部１６とを少なくとも備えている。
　運転指令値算出部１１は、動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を算出する。
　操作量検出部１２は、補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を検出する。
　許容範囲算出部１３は、操作量検出部１２が検出した操作量の変化に基づいて、操作量の許容範囲を算出する。
　目安操作量算出部１４は、運転指令値算出部１１が算出した運転指令値に基づいて、目安となる操作量を算出する。
　記憶部１５は、運転指令値や操作量の許容範囲の算出に用いる各種データを記憶する。また、記憶部１５は、操作量検出部１２が検出した操作量を記憶する。
　通信部１６は、サブＥＣＵとＣＡＮなどのプロトコルで通信を行う。
　メインＥＣＵ１０は、この他にも点火機構や燃料系統など様々な機構を制御する機能を有しているが、本明細書では記載を省略する。
　サブＥＣＵ２０は、指令値取得部２１と、操作量算出部２２と、操作量決定部２３と、制御部２４と、記憶部２５と、通信部２６とを少なくとも備えている。
　指令値取得部２１は、補機に対する運転指令値と、補機の運転状態を制御する制御手段に対する操作量の許容範囲と、を取得する。
　操作量算出部２２は、取得した運転指令値に基づいて制御手段の操作量を算出する。
　操作量決定部２３は、操作量算出部２２が算出した操作量が、指令値取得部２１が取得した許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、算出した操作量が許容範囲を上回る場合は、操作量許容範囲の上限値を選択し、算出した操作量が許容範囲を下回る場合は、許容範囲の下限値を選択する。
　制御部２４は、操作量決定部２３が選択した操作量で制御手段を制御する。
　記憶部２５は、操作量の算出に用いる各種データを記憶する。
　通信部２６は、メインＥＣＵとＣＡＮなどのプロトコルで通信を行う。
　本実施形態において主機とはエンジンであり、補機とは、ターボチャージャである。また、運転指令値とは、過給圧指令値である。補機の運転状態を制御する制御手段は、タービン弁であり、操作量は、タービン弁の弁開度である。
　サブＥＣＵ２０は、この他にもターボチャージャの様々な機構を制御する機能を有しているが、本明細書では記載を省略する。
　本実施形態におけるメインＥＣＵは、所定時間先のタービン弁の弁開度を予測し、その予測に基づく過給圧指令値を算出する。一方、サブＥＣＵでは、所定時間先の過給圧指令値を予測し、その予測に基づいてタービン弁の弁開度を算出する。次に図６Ａ、図６Ｂを用いて、メインＥＣＵとサブＥＣＵがそれぞれの予測に従って制御を行った場合の動作について説明する。
　図６Ａは、メインＥＣＵとサブＥＣＵによるターボ弁開度の従来の制御の一例を説明する第一の図である。図６Ｂは、メインＥＣＵとサブＥＣＵによるターボ弁開度の従来の制御の一例を説明する第二の図である。
　図６Ａは、過給圧指令値の時系列のグラフである。過給圧指令値６１は、メインＥＣＵ１０がサブＥＣＵ２０に出力する過給圧指令値の挙動を示している。過給圧指令値６２は、メインＥＣＵ１０から取得した過給圧指令値とサブＥＣＵ２０が有する予測モデルに基づいて、サブＥＣＵ２０が予測した過給圧指令値の挙動を示している。
　図６Ｂは、タービン弁開度の時系列のグラフである。弁開度６３は、サブＥＣＵ２０がタービン弁に出力する弁開度指令値の挙動を示している。弁開度６４は、サブＥＣＵ２０に出力した過給圧指令値とメインＥＣＵ１０が有する予測モデルに基づいて、メインＥＣＵ１０が予測した弁開度指令値の挙動を示している。
　メインＥＣＵ１０は、弁開度６４のようなタービン弁の弁開度の挙動を予測して、過給圧指令値を算出し、サブＥＣＵ２０に出力する。しかし、サブＥＣＵ２０では、メインＥＣＵ１０が過給圧指令値６２のような過給圧指令値を出力することを予測して、弁開度６３のような弁開度を算出し、タービン弁を制御する。
　図６Ａ、図６Ｂに示すように、メインＥＣＵ１０がエンジンの制御を、サブＥＣＵ２０がターボチャージャの制御を、それぞれ独立して制御を行うと、メインＥＣＵ１０が予測通りエンジンを制御することができず、サブＥＣＵ２０によって制御された過給圧をメインＥＣＵ１０が異常と判定してしまうなどの不具合が生じる可能性がある。
　本実施形態では、この不具合を防止するために、メインＥＣＵ１０が、サブＥＣＵ２０のタービン弁に対する制御を、メインＥＣＵ１０が設定する許容範囲内に制限する。これにより、メインＥＣＵ１０が、予測の範囲内でエンジンを制御できるようにする。また、メインＥＣＵ１０は、許容範囲内であれば、サブＥＣＵ２０にタービン弁に対する制御を任せる。これにより、より効果的にターボチャージャを動作させることができる。
　エンジンとターボチャージャは、メーカが異なる場合がある。そのような場合、メインＥＣＵは、エンジンのメーカが製造し、ターボチャージャのメーカがサブＥＣＵを製造することが考えられる。ターボチャージャのメーカは、ターボチャージャの動作を把握できるので、そのターボチャージャの性能を良く引き出せるようにサブＥＣＵを設計することができる。そこでメインＥＣＵは、ターボチャージャの性能をより効果的に活用するため、許容範囲内であることを条件に、サブＥＣＵに弁開度の制御を任せる。
　次に、図２Ａ、図２Ｂ、図３を用いて、本実施形態におけるメインＥＣＵ１０とサブＥＣＵ２０とによるタービン弁の制御について説明する。
　図２Ａは、本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第一の図である。図２Ｂは、本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第二の図である。
　図２Ａは、過給圧指令値の時系列のグラフである。過給圧指令値３１は、メインＥＣＵ１０がサブＥＣＵ２０に出力する過給圧指令値の挙動を示している。図２Ｂは、タービン弁開度の時系列のグラフである。許容範囲３２は、破線で囲まれた領域を示している。この領域（許容範囲３２）は、メインＥＣＵ１０が算出したタービン弁の弁開度の許容範囲である。過給圧指令値３１が一定の場合（期間Ａ、期間Ｃ）、メインＥＣＵの許容範囲算出部１３が算出する許容範囲は広い。一方、過給圧指令値が変化する過渡的な場面（期間Ｂ）では、許容範囲算出部１３が算出する許容範囲は狭くなる。これは、例えば、車両速度の加速中に、メインＥＣＵ１０が制御するエンジンの動作と、余りにも異なる弁開度制御をサブＥＣＵ２０が行うことによって、車両が失速してしまったり、加速しすぎてしまったりすることを防ぐためである。
　弁開度３３～３５は、メインＥＣＵ１０から取得した過給圧指令値（図２Ａ）に基づいて、サブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が算出した弁開度の一例を示している。弁開度３３は、操作量算出部２２が算出した操作量が、許容範囲３２内に収まる場合の例である。弁開度３４は、操作量算出部２２が算出した操作量が、許容範囲３２の上限値を上回る場合の例である。弁開度３５は、操作量算出部２２が算出した操作量が、許容範囲３２の下限値を下回る場合の例である。
　操作量算出部２２が算出した補正量が弁開度３３のように許容範囲３２内に収まる場合、サブＥＣＵ２０の操作量決定部２３は、操作量算出部２２が算出した操作量をタービン弁の弁開度指令値に決定し、制御部２４に出力する。また、弁開度３４のように算出した操作量が許容範囲３２の上限値を上回る場合、操作量決定部２３は、許容範囲３２の上限値３２１をタービン弁の弁開度指令値に決定し、制御部２４に出力する。また、弁開度３５のように算出した操作量が許容範囲３２の下限値を下回る場合、操作量決定部２３は、許容範囲３２の下限値３２２をタービン弁の弁開度指令値に決定し、制御部２４に出力する。
　図３は、本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第三の図である。
　本実施形態においてメインＥＣＵが設定する許容範囲には、複数の種類が用意されていて、ユーザが好みに応じて選択できるようになっていてもよい。図３は、複数種類の許容範囲の例を示している。
　許容範囲３７～３９は、メインＥＣＵ１０が算出した過給圧指令値（例えば図２Ａ）に基づいて、許容範囲算出部１３が算出する複数の許容範囲を示している。許容範囲３７は、過給圧指令値の上昇に応じて緩やかにタービン弁を絞る制御を行う場合の許容範囲の一例である。許容範囲３９は、過給圧指令値の上昇に応じて急激にタービン弁を絞る制御を行う場合の許容範囲の一例である。許容範囲３８は、過給圧指令値の上昇に応じて中間的にタービン弁を絞る制御を行う場合の許容範囲の一例である。記憶部１５には、同じ過給圧の変化について、複数の許容範囲が格納されており、ユーザが、それらの中から自分の好みに応じて運転モードを選択できるようになっている。例えば、アクセルやブレーキの踏込動作に対して早い応答を好むユーザは、許容範囲３９を選択し、緩やかな応答を好むユーザは、許容範囲３７を選択し、標準的な応答を好むユーザは、許容範囲３８を選択することができる。例えばユーザが、許容範囲３７を選択した場合、サブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が、弁開度４０のような操作量を算出したとしても、操作量決定部２３は、許容範囲３７の下限値３７２を弁開度指令値として決定し、制御部２４は、許容範囲３７の下限値でタービン弁の弁開度を制御する。これにより、許容範囲３８を選択したユーザが望む緩やかな応答による車両の走行を実現することができる。
　これら複数の許容範囲は、車両の走行試験などによって確認された適切な値が設定されているものとする。
　図４は、本発明に係る第一実施形態における制御システムのターボ弁開度の制御のフローチャートの一例である。
　まず、ユーザの運転操作（例えば、アクセルの踏込）に基づいて、メインＥＣＵ１０の運転指令値算出部１１が、過給圧指令値を算出する。記憶部１５には、例えば、エンジン回転数と過給圧指令値と対応付けたテーブルや、弁開度の変化の予測に基づいて過給圧指令値を補正する計算式などが格納されており、運転指令値算出部１１は、このテーブルや計算式に基づいて過給圧指令値を算出する（ステップＳ１１）。運転指令値算出部１１は、算出した過給圧指令値を、通信部１６を介してサブＥＣＵ２０へ送信する。また、目安操作量算出部１４は、過給圧指令値に基づいて目安となる弁開度（目安弁開度）を算出する。
記憶部１５には、過給圧指令値と目安弁開度とを対応付けたテーブルなどが格納されており、目安操作量算出部１４は、このテーブルに基づいて、目安弁開度を算出する。
　ステップＳ１１と並行して、操作量算出部２２は、弁開度の許容範囲を算出する（ステップＳ１２～１４）。まず、操作量検出部１２が、通信部１６を介して、所定の時間間隔ごとにサブＥＣＵ２０からタービン弁の弁開度（例えば、操作量決定部２３が決定した弁開度指令値）を取得する（ステップＳ１２）。操作量検出部１２は、取得した弁開度を、取得した時刻と対応付けて記憶部１５に記録する。次に、許容範囲算出部１３は、記憶部１５に記録された弁開度の時系列の情報から、弁開度の単位時間当たりの変化率を算出する（ステップＳ１３）。
　次に許容範囲算出部１３は、算出した弁開度の変化率と運転指令値算出部１１が算出した過給圧指令値とに基づいて、タービン弁の弁開度の許容範囲を算出する。例えば、記憶部１５には、過給圧指令値と弁開度の変化率ごとに、弁開度の上限値と下限値が格納されていて、許容範囲算出部１３は、この値に基づいて補間計算などを行って許容範囲を算出する（ステップＳ１４）。上述のとおり、直前の所定期間における弁開度の変化率が所定の閾値以下であれば、車両の走行が定常状態とみなし、許容範囲算出部１３が算出する弁開度の許容範囲の幅は広くなるように、記憶部１５には上限値と下限値が設定されている。一方、直前の所定期間における弁開度の変化率が所定の閾値を上回る場合、走行状態が過渡状態にあるとみなし、許容範囲算出部１３が算出する弁開度の許容範囲の幅は狭くなるように、記憶部１５には上限値と下限値が設定されている。許容範囲算出部１３が算出する弁開度の許容範囲の上限値及び下限値は、弁開度の具体的な数値（弁開度＝５０％～６０％が許容範囲であれば、上限値６０％、下限値５０％）で設定されていてもよいし、ある基準値（例えば、目安操作量算出部１４が算出した目安弁開度）に対する割合（±１０％）で設定されていてもよい。許容範囲算出部１３は、算出した弁開度の上限値と下限値を、通信部１６を介してサブＥＣＵ２０へ送信する。あるいは、許容範囲算出部１３は、目安弁開度と目安弁開度を基準とする割合（許容範囲）を、通信部１６を介してサブＥＣＵ２０へ送信する。
　サブＥＣＵ２０では、指令値取得部２１が、運転指令値算出部１１が算出した過給圧指令値と、許容範囲算出部１３が算出した弁開度の上限値及び下限値の値、目安操作量算出部１４が算出した目安弁開度を取得し、記憶部２５に書き込む（ステップＳ１５）。次に操作量算出部２２が、記憶部２５の過給圧指令値を読み取って、タービン弁の弁開度を算出する（ステップＳ１６）。例えば、記憶部２５には、過給圧指令値と弁開度とを対応付けたテーブルや、過給圧指令値の変化の予測に基づいて弁開度を補正する計算式などが格納されており、操作量算出部２２は、このテーブルや計算式に基づいて、指令値取得部２１が取得した運転指令値に応じた弁開度を算出する。操作量算出部２２は、算出した弁開度を操作量決定部２３へ出力する。次に、操作量決定部２３は、弁開度指令値を決定する（ステップＳ１７）。具体的には、操作量決定部２３は、記憶部２５から弁開度の上限値及び下限値を読み出して、操作量算出部２２が算出した弁開度と比較する。操作量算出部２２が算出した弁開度が読み出した上限値以下であり、且つ下限値以上の場合、操作量決定部２３は、操作量算出部２２が算出した弁開度を弁開度指令値に決定する。また、操作量算出部２２が算出した弁開度が読み出した上限値を上回る場合、操作量決定部２３は、その上限値を弁開度指令値に決定する。また、操作量算出部２２が算出した弁開度が読み出した下限値を下回る場合、操作量決定部２３は、その下限値を弁開度指令値に決定する。なお、目安弁開度とそれに対する割合と許容範囲が与えられた場合、操作量決定部２３は、目安弁開度とそれに対する割合とから上限値と下限値を算出する。例えば目安弁開度が５０％、それに対する割合が±１０％であれば、上限値は５５％、下限値は４５％である。操作量決定部２３は、決定した弁開度指令値を制御部２４に出力する。制御部２４は、タービン弁の弁開度を、操作量決定部２３が決定した弁開度指令値で制御する（ステップＳ１８）。
　本実施形態によれば、サブＥＣＵが完全に自律することなく、メインＥＣＵ１０の制約内で動作するので、メインＥＣＵ１０のエンジン制御の制御性能が損なわれることがない。一方、その制約内であれば、サブＥＣＵ２０は、自由にターボチャージャの制御を行うことができるため、サブＥＣＵ２０がメインＥＣＵ１０より優れる制御を実行できる場合でも、そのサブＥＣＵ２０による優れた制御性能を生かすことができる。これにより、サブＥＣＵ２０の有効活用とメインＥＣＵ１０による安全性・信頼性の確保を両立することができる。
　また、例えば、サブＥＣＵ２０が高応答の制御を行うようにチューニングされているような場合であっても、メインＥＣＵ１０がサブＥＣＵ２０に与える弁開度の許容範囲によって、中間的な応答にチューニングにすることも可能である。また、図３で説明したように、複数の許容範囲を用意しておき、ユーザによる選択を可能とすることができる。
　また、上記の例では、タービン弁の弁開度を制御する例を用いて説明したが、例えば、ターボチャージャの構成に応じて、例えば、バイパス弁によってタービンへの排気ガスの流入量を調整する構成の場合、本実施形態をバイパス弁の弁開度の制御に適用してもよい。あるいは、電動式ターボチャージャの場合、本実施形態をモータ装置のモータトルク制御に適用するようにしてもよい。
＜第二実施形態＞
　以下、本発明の第二実施形態による制御システムを図５を参照して説明する。
　図５は、本発明に係る第二実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する図である。
　許容範囲４１は、メインＥＣＵ１０が算出した過給圧指令値（例えば図２Ａ）に基づいて、許容範囲算出部１３が算出する複数の許容範囲を示している。
　弁開度４２は、サブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が、過給圧指令値に基づいて算出した弁開度を示している。
　本実施形態では、操作量検出部１２が、サブＥＣＵ２０から、操作量算出部２２の算出する弁開度も取得する。そして、許容範囲算出部１３は、操作量検出部１２が取得した操作量算出部２２で算出された弁開度が、自らが算出する許容範囲内か否かを判定する。そして、例えば、操作量算出部２２で算出された弁開度が、所定期間４３以上、メインＥＣＵ１０が設定した許容範囲外となった場合、メインＥＣＵ１０は、サブＥＣＵ２０で異常が発生したと判断し、許容範囲算出部１３は、許容範囲の上限値と下限値の幅が０となるように許容範囲を設定する。そして、許容範囲算出部１３は、目安操作量算出部１４が算出した目安弁開度と許容範囲（幅＝０）とを、サブＥＣＵ２０へ送信する。例えば、目安弁開度が５０％の場合、５０％とそれを基準とした許容範囲の割合０％とを、サブＥＣＵ２０へ送信する。あるいは、許容範囲算出部１３は、上限値５０％、下限値５０％を、サブＥＣＵ２０へ送信する。
　サブＥＣＵ２０では、操作量決定部２３が、メインＥＣＵから取得した目安弁開度、又は、上限値（＝下限値）の情報から弁開度指令値を決定する。このとき、操作量算出部２２が算出する弁開度は、メインＥＣＵ１０から取得した許容範囲によって無効となる。制御部２４は、メインＥＣＵ１０が指定する弁開度に基づいてタービン弁を制御する。つまり、実質的にメインＥＣＵ１０の主導でターボチャージャの弁開度の制御を行う。
　これにより、サブＥＣＵ２０に接続されたセンサ異常やハードウェア故障等でサブＥＣＵ２０が不適切な弁開度の演算を行った場合でも、実際にその操作が行われることを回避することができる。
　なお、サブＥＣＵ２０の異常の判定は、所定の期間における、許容範囲算出部１３が算出した弁開度が許容範囲外となる回数で判定してもよい。あるいは、許容範囲の上限値を上回ったときの値と上限値との乖離が所定の閾値以上であった場合や、下限値を下回ったときの値と下限値との乖離が所定の閾値以上となった場合に故障と判定してもよい。
　また、逆に、サブＥＣＵ２０による制御の性能・信頼性が高いと判断された場合には、メインＥＣＵ１０によるサブＥＣＵ２０の動作の制約を実質無効にする手段を用意しておいてもよい。メインＥＣＵ１０の制約を実質無効にするとは、例えば許容範囲の上限値・下限値を弁開度で与える場合、上限値＝１００％、下限値＝０％とする許容範囲を記憶部１５に格納しておくことである。
　例えば、所定の期間、メインＥＣＵ１０が与えた許容範囲とサブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が算出した弁開度を比較し、９０％以上の期間において操作量算出部２２が算出した弁開度が許容範囲内であれば、信頼性が高いと判断し、制約を実質無効にすることができる運転モードの選択肢をユーザに提示するようにしてもよい。また、例えば、所定の期間、メインＥＣＵ１０が与えた許容範囲とサブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が算出した弁開度を比較し、操作量算出部２２が算出した弁開度が、許容範囲を逸脱したときの許容範囲の上限値又は下限値との差が所定の閾値以下（例えば、閾値が３％であって、下限値が２０％のときに、算出した弁開度が１８％など）となるような場合、制約を実質無効にすることができる運転モードの選択肢をユーザに提示するようにしてもよい。ユーザがこれらの運転モードを選択すると、ターボチャージャの過給圧の制御はサブＥＣＵ２０が行うことになる。例えば、サブＥＣＵ２０が高応答の制御を行うようにチューニングされていて、ユーザも高応答を望むような場合、この運転モードを選択し、サブＥＣＵ２０の算出する弁開度の信頼性が高いと判断されれば、ユーザはより好みに合った運転を行うことができる。
　なお、制約を実質無効にするのは一例であってこれに限らない。例えば、上記のような条件を満たした場合に、許容範囲の幅を１０％広くするような運転モードを提示するようにしてもよい。
　また、ユーザの好みに応じて、許容範囲を広げたり、狭めたり補正できるようにしてもよい。例えば、サブＥＣＵ２０の算出する弁開度が高応答側にチューニングされていて、ユーザが、チューニング済みの高応答による運転モードよりもさらに高応答を望む場合、ユーザが操作できるユーザインタフェースに「さらに高応答にする」というボタンなど設け、ユーザが、そのボタンを押下すると、許容範囲算出部１３が、そのユーザ操作に基づいて、予め設定されていたチューニング済みの高応答による運転モードの上限値を、安全性を確保できる程度に所定の値だけ大きくし、また、下限値を所定の値だけ小さくした許容範囲の設定を新たに記憶部１５に書込み、この許容範囲をサブＥＣＵ２０へ与えるようにしてもよい。これにより、ユーザの好みやユーザが乗車する環境に応じて、柔軟に許容範囲を変化させターボチャージャの性能を引き出すことができる。
　なお、上述したメインＥＣＵ１０及びサブＥＣＵ２０における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをメインＥＣＵ１０及びサブＥＣＵ２０のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
　また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　また、メインＥＣＵ１０及びサブＥＣＵ２０は、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、許容範囲算出部１３の機能をサブＥＣＵ２０に搭載する構成も考えられる。例えば、制御システム１を排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムに適用してもよい。サブＥＣＵ２０は、補機制御装置の一例であり、メインＥＣＵ１０は、主機制御装置の一例である。ターボチャージャは過給機の一例である。
　上述した補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラムによれば、エンジンの制御性能を損なうことなく、ターボチャージャの性能を活用することができる。
　１　　　制御システム
　１０　　　メインＥＣＵ
　１１　　　運転指令値算出部
　１２　　　操作量検出部
　１３　　　許容範囲算出部
　１４　　　目安操作量算出部
　１５　　　記憶部
　１６　　　通信部
　２０　　　サブＥＣＵ
　２１　　　指令値取得部
　２２　　　操作量算出部
　２３　　　操作量決定部
　２４　　　制御部
　２５　　　記憶部
　２６　　　通信部

Claims (10)

  1. 　動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値と、前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量の許容範囲と、を取得する指令値取得部と、
    　前記取得した運転指令値に基づいて前記制御手段の操作量を算出する操作量算出部と、
    　前記操作量算出部が算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する操作量決定部と、
    　を備える補機制御装置。
  2. 　請求項１に記載の補機制御装置と、
    　前記操作量決定部の出力した操作量を検出する操作量検出部と、
    　前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する許容範囲算出部と、を備える主機制御装置と、
    　を備える制御システム。
  3. 　前記許容範囲算出部は、前記検出した操作量の変化率が所定の閾値を上回る場合、前記許容範囲を、前記検出した操作量の変化率が前記閾値以下の場合よりも狭い範囲に設定する
    　請求項２に記載の制御システム。
  4. 　前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、所定の時間あるいは所定の回数以上、前記許容範囲の上限値より所定の値以上大きい値となるか、又は、前記許容範囲の下限値より所定の値以上小さい値となると、前記許容範囲の幅を０に設定する
    　請求項２から請求項３の何れか１項に記載の制御システム。
  5. 　前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、前記許容範囲内となる時間、又は、前記許容範囲外となったときの当該許容範囲から外れた値の大きさに基づいて、前記許容範囲の幅を広げる
    　請求項２から請求項４の何れか１項に記載の制御システム。
  6. 　前記主機制御装置は、エンジンの制御を行う制御装置であり、前記補機制御装置は、前記エンジンに圧縮した空気を供給する過給機の制御を行う制御装置である、請求項２から請求項４の何れか１項に記載の制御システム、を備えた過給機。
  7. 　動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値と、前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量の許容範囲と、を取得するステップと、
    　前記取得した運転指令値に基づいて前記制御手段の操作量を算出するステップと、
    　前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択するステップと、
    　を有する補機の制御方法。
  8. 　前記制御手段の操作量を検出するステップと、
    　前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出するステップと、
    　を有し、
    　前記操作量の許容範囲を算出するステップで算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う
    　請求項７に記載の制御方法。
  9. 　制御システムのコンピュータを、
    　動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値と、前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量の許容範囲と、を取得する手段、
    　前記取得した運転指令値に基づいて前記制御手段の操作量を算出する手段、
    　前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する手段、
    　として機能させるためのプログラム。
  10. 　制御システムのコンピュータを、
    　前記制御手段の操作量を検出する手段、
    　前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する手段、
    　前記算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う手段、
    　として機能させるため請求項９に記載のプログラム。
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