(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想的に車両用エンジン制御装置を実車両に装着した環境を作り出し、動作確認および性能評価を行うための装置であって、
予め設定されるプログラムに従って、前記車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成し、模擬信号を車両用エンジン制御装置に与えて動作の確認および性能評価を行うモデル用コンピュータ装置と、
モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置の車両モデルに必要な信号を発生する信号発生装置とを含むことを特徴とする車両用エンジン制御装置の評価装置。
【請求項２】
仮想的に車両用エンジン制御装置を実車両に装着した環境を作り出し、動作確認および性能評価を行うための装置であって、
予め設定されるプログラムに従って、前記車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成し、模擬信号を車両用エンジン制御装置に与えて動作の確認および性能評価を行うモデル用コンピュータ装置と、
モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置では生成不可能な模擬信号を発生する信号発生装置とを含むことを特徴とする車両用エンジン制御装置の評価装置。
【請求項３】
仮想的に車両用エンジン制御装置を実車両に装着した環境を作り出し、動作確認および性能評価を行うための装置であって、
予め設定されるプログラムに従って、前記車両エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成し、模擬信号を車両用エンジン制御装置に与えて動作の確認および性能評価を行うモデル用コンピュータ装置と、
モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置の演算時間間隔よりも短い間隔で変動する信号を発生する信号発生装置とを含むことを特徴とする車両用エンジン制御装置の評価装置。
【請求項４】
前記信号発生装置は、
クランク角の演算を行うクランク角演算回路と、
クランク角演算回路からの出力に従って、予め設定される信号を発生する信号発生回路とを含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１つに記載の車両用エンジン制御装置の評価装置。
【請求項５】
前記予め設定される信号は、吸気弁閉弁タイミング、進角値、ドウェル角および上死点後の所定角度を表す信号のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４記載の車両用エンジン制御装置の評価装置。
【請求項６】
前記モデル用コンピュータ装置は、前記信号発生装置が発生する信号の強度や周期を算出して、算出結果を信号発生装置に伝達し、
信号発生装置は、伝達される強度や周期で信号を発生することを特徴とする請求項１〜３いずれか１つに記載の車両用エンジン制御装置の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のエンジンを電子的に制御する車両用エンジン制御装置の動作確認および性能評価を行う車両用エンジン制御装置の評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図１１（ａ）に示すように、自動車にはＥＣＵと略称されることもある制御用コンピュータ１が搭載され、実際の車両２との間で各種信号の入力および出力を行っている。制御用コンピュータ１は、たとえば車両２に搭載されているエンジンの燃料噴射の電子制御などを行っている。車両２に設けられる各種センサなどからの信号が制御用コンピュータ１に入力されると、制御用コンピュータ１内で所定の演算処理が行われ、適切なタイミングで燃料噴射装置を作動させるための制御信号が制御用コンピュータ１から車両２に与えられる。制御用コンピュータ１のプログラムなどのソフトウエアの開発時や、制御用コンピュータ１のハードウエアとしての製造時などには、動作確認や性能評価を行う必要がある。制御用コンピュータ１の評価を行う際には、実際の車両２に装着する必要がある。実際の車両２に装着しないと、正確な評価を得ることが非常に難しくなってしまう。たとえば、車両２の状態と制御用コンピュータ１の出力値とは、時々刻々変化しているけれども、これらは相互に依存しながら変化していく。このような相互依存の変化は、実際の車両２に制御用コンピュータ１を装着しない限り、再現は非常に困難である。
【０００３】
しかしながら、図１１（ｂ）に示すように、車両２の挙動を模擬することができるシミュレータ３を実現することができれば、実際の車両２に制御用コンピュータ１を装着しなくても、シミュレータ３を用いて実際の車両２と同様に性能評価を行うことができる。シミュレータ３を用いることができれば、実際に車両２を用いて評価を行う手間を大幅に低減することができ、制御用コンピュータ１の制御ロジックの開発なども容易に行うことができるようになる。
【０００４】
図１１（ｂ）に示すようなシミュレータ３を実現するには、車両２の挙動を模擬するプログラムが必要となる。このようなプログラムは、車両の諸元（たとえば排気量やタイヤ径など）に基づいて構築され、その入力要素は、車両２の置かれている状況、たとえば空気温度や大気圧、車両重量や道路勾配などと、現在の入力状態、たとえばアクセルの踏み込みの度合やブレーキの掛け具合などの人間の操作入力と制御用コンピュータ１の車両２に与える出力などの現在の入力状態などである。シミュレータ３では、これらの入力要素の変化に応じて、車両の挙動を表すプログラムの出力を時々刻々変化させるようにする必要がある。このような車両の挙動を模擬したり再現したりするプログラムは、「車両モデル」と呼ばれている。
【０００５】
車両モデルは、コンピュータ装置の演算処理によって実行される。時々刻々変化する車両の挙動は、車両モデルの演算処理を繰り返すことによって模擬や再現が行われる。したがって、車両の挙動は、演算処理の繰り返し周期より短い間隔で模擬や再現を行うことができない。さらに、図１１（ｂ）に示すように、シミュレータ３は制御用コンピュータ１と信号の交信とを行う必要があるので、各種信号の交信等に要する時間も必要となる。シミュレータ３を実現する上では、このような時間的な制約があり、たとえばクランク角（Crank Angleから「ＣＡ」と略称することもある）に基づくエンジンサイクルに依存して各気筒毎の演算を行うまでには至っていない。また、このような演算を含み、スロットル開度から車速の算出に至る車両モデルを利用して車両用エンジン制御装置の開発や品質保証も行っていない。車両モデルの各部演算に必要な情報を、すべて車両モデル内で演算する限り、演算負荷が大きくなってしまう。エンジンの出力のうち、車両モデルの演算時間間隔よりも遥かに短い周期で変動するような信号は、車両モデルでは模擬して出力することはできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１１（ｂ）に示すような従来のシミュレータ３では、次のような問題点がある。
▲１▼クランク角に基づいたエンジンサイクルに依存して、各気筒毎の演算が行われていなかったために、実際のエンジンとは異なる演算を行わなければならない。また、スロットル開度などの入力要素から、各気筒毎の演算を経て車速等の算出に至る車両モデルを利用することができないので、過渡応答をも含む車両用エンジン制御装置の開発、設計あるいは品質保証を行うことができない。
▲２▼車両モデルの演算に必要な情報は、すべて車両モデル内で演算して求めるので、演算負荷が大きくなってしまう。そのため、車両モデルの演算時間間隔を小さくすることができず、車両モデルの精度向上を図ることが極めて難しくなっている。
▲３▼車両モデルを実時間に従って演算するため、車両モデルの演算実行に要する時間よりも演算時間間隔を小さくすることが困難となる。したがって、演算時間間隔よりも短い周期で変動する信号は、車両モデルが模擬して出力することができない。
【０００７】
本発明の目的は、車両用エンジン制御装置の評価を実際の車両を用いなくても、実際の車両に近い状態で行うことができる車両用エンジン制御装置の評価装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、仮想的に車両用エンジン制御装置を実車両に装着した環境を作り出し、動作確認および性能評価を行うための装置であって、
予め設定されるプログラムに従って、前記車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成し、模擬信号を車両用エンジン制御装置に与えて動作の確認および性能評価を行うモデル用コンピュータ装置と、
モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置の車両モデルに必要な信号を発生する信号発生装置とを含むことを特徴とする車両用エンジン制御装置の評価装置である。
【０００９】
本発明に従えば、モデル用コンピュータ装置は、予め設定されるプログラムに従って、車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成する。生成された模擬信号は、車両用エンジン制御装置に与えられ、動作の確認および評価が行われる。信号発生装置は、モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置の車両用モデルに必要な信号を発生する。車両用エンジン制御装置に与える模擬信号は、信号発生装置からの信号を利用して発生させることができるので、モデル用コンピュータ装置による車両モデルの演算負荷を軽減させることができ、より高精度な車両モデル作成も可能になり、車両用エンジン制御装置の動作確認や性能評価を、より高精度に行うことができる。
【００１０】
さらに本発明は、仮想的に車両用エンジン制御装置を実車両に装着した環境を作り出し、動作確認および性能評価を行うための装置であって、
予め設定されるプログラムに従って、前記車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成し、模擬信号を車両用エンジン制御装置に与えて動作の確認および性能評価を行うモデル用コンピュータ装置と、
モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置では生成不可能な模擬信号を発生する信号発生装置とを含むことを特徴とする車両用エンジン制御装置の評価装置である。
【００１１】
本発明に従えば、モデル用コンピュータ装置は、予め設定されるプログラムに従って、車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成する。信号発生装置は、モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置では生成不可能な模擬信号を生成する。模擬信号は車両用エンジン制御装置に与えられ、動作の確認および性能評価がモデル用コンピュータ装置によって行われる。信号発生装置からは、モデル用コンピュータ装置では生成不可能な模擬信号が発生され、車両用エンジン制御装置に与えられるので、車両モデルのみを用いては不可能な動作確認および性能評価を行うことができる。
【００１２】
さらに本発明は、仮想的に車両用エンジン制御装置を実車両に装着した環境を作り出し、動作確認および性能評価を行うための装置であって、
予め設定されるプログラムに従って、前記車両エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成し、模擬信号を車両用エンジン制御装置に与えて動作の確認および性能評価を行うモデル用コンピュータ装置と、
モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置の演算時間間隔よりも短い間隔で変動する信号を発生する信号発生装置とを含むことを特徴とする車両用エンジン制御装置の評価装置である。
【００１３】
本発明に従えば、モデル用コンピュータ装置は、予め設定されるプログラムに従って、車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両に相当する車両モデルとして車両の挙動を演算し、クランク角度およびエンジンの各行程にそれぞれ対応する模擬信号を生成する。生成された模擬信号は、車両用エンジン制御装置に与えられ、動作の確認および評価が行われる。信号発生装置は、モデル用コンピュータ装置と協調して動作し、モデル用コンピュータ装置の車両用モデルに必要な信号を発生する。信号発生装置はモデル用コンピュータ装置の演算時間間隔よりも短い間隔で変動する信号の発生を行うので、車両モデルの演算処理のみによってはシミュレーションが困難な現象に対応する動作確認や性能評価を行うことができる。
【００１４】
また本発明で前記信号発生装置は、
クランク角の演算を行うクランク角演算回路と、
クランク角演算回路からの出力に従って、予め設定される信号を発生する信号発生回路とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、信号発生装置には、クランク角の演算を行うクランク角演算回路と、クランク角演算回路からの出力に従って、予め設定される信号を発生する信号発生回路とが含まれるので、モデル用コンピュータ装置が演算処理を行う車両モデルでは、クランク角関係の信号の生成を行う必要がなくなり、演算負荷の軽減を図ることができる。
【００１６】
また本発明で前記予め設定される信号は、吸気弁閉弁タイミング、進角値、ドウェル角および上死点後の所定角度を表す信号のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、吸気弁閉弁タイミング、進角値、ドウェル角および上死点後の所定角度を表す信号のうちの少なくとも１つが信号発生装置でクランク角に基づいて発生されるので、車両モデルの演算負荷を軽減し、高精度化を図ることができる。
【００１８】
また本発明で前記モデル用コンピュータ装置は、前記信号発生装置が発生する信号の強度や周期を算出して、算出結果を信号発生装置に伝達し、
信号発生装置は、伝達される強度や周期で信号を発生することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、信号発生装置が発生する信号の強度や周期はモデル用コンピュータ装置で算出されるので、車両モデルの演算処理で、モデル用コンピュータ装置では生成不可能な信号の強度や周期を設定することができ、車両の挙動に合わせて強度や周期を調整することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す。評価装置１０は、制御用コンピュータ１１の動作確認および性能評価を、実車両に装着した環境下において各種条件１２に基づいて行う。評価装置１０には、コンピュータの演算処理でソフトウエア的に実行される車両モデル１３と、車両モデル１３と協調して動作するハードウエアの信号発生回路が搭載され、信号発生装置であるボード１４とが含まれる。各種条件１２には、車両のおかれている状況１５と、運転者などの人間の操作状況１６の要素が含まれる。車両のおかれている状況１５としては、車両の周囲の空気温度や大気圧、車両重量や道路勾配などが含まれる。人間の操作状況１６の要素には、イグニッションスイッチの操作、アクセルの踏み込みの度合、あるいはブレーキの掛け具合などが含まれる。評価装置１０の車両モデル１３には、制御用コンピュータ１１や各種条件１２の時々刻々変化する情報が入力され、これに合わせて車両の挙動を表すプログラムの出力も変化させる必要がある。評価装置１０は、制御用コンピュータ１１が、適切なタイミングで所定の制御信号を発生するか否かで評価を行う。
【００２１】
図２は、図１の車両モデル１３の演算時間間隔▲１▼と、車両モデル１３の１ループの演算実行に要する時間▲２▼と、各種信号の交信等に要する時間▲３▼との関連を示す。すなわち、車両モデル１３の１ループの演算実行に要する時間と各種信号の交信等に要する時間との和は、車両モデル１３の演算時間間隔以内に止めなければならない。すなわち▲１▼≧▲２▼＋▲３▼の関係が成立する必要がある。車両モデル１３の演算時間間隔については、その間隔が短くなるほど、実際の車両の挙動を模擬する精度は改善される傾向にある。しかしながら、▲１▼≧▲２▼＋▲３▼の制約のために、むやみに車両モデル１３の演算時間間隔を小さくすることはできない。
【００２２】
▲２▼の車両モデル１３の１ループの演算実行に要する時間については、実際の車両の挙動模擬精度の向上を図るほど、車両モデル１３の演算量が増加し、演算実行に要する時間が増大する傾向にある。しかしながら、▲１▼≧▲２▼＋▲３▼の制約のために、むやみに車両モデル１３の演算実行に要する時間を大きくすることはできない。▲３▼の各種信号の交信等に要する時間は、通常ほとんど変化しない。
【００２３】
したがって、車両モデル１３として行う演算の一部を、ボード１４に搭載するハードウエアで行えば、それだけ車両モデル１３の演算負荷が減少するので、車両モデル１３の演算時間▲２▼を低減させることができる。このような▲２▼の低減分だけ▲１▼の演算時間間隔を短くして、精度向上を目指すことができる。あるいは、演算量を多くして、より高次元の車両モデル１３を構築し、精度向上を目指すこともできる。すなわち、車両モデル１３の演算時間▲２▼を低減させれば▲１▼の時間間隔の低減化、または車両モデル１３の高次元化を選択することができ、いずれにしろ精度向上に寄与させることができる。本実施形態では、車両の挙動模擬信号生成を、車両モデル１３としてのソフトウエアだけでなく、ボード１４のハードウエアでも行い、評価装置としての精度向上を図ることができる。
【００２４】
また、▲２▼の車両モデル１３の１ループの演算実行に要する時間と、▲３▼の各種信号の交信等に要する時間とは、或る程度以下には小さくすることができない。その結果、▲１▼の演算時間間隔も、或る程度以下には小さくすることができない。しかしながら、実際の車両の挙動には、▲１▼の演算時間間隔よりも短い間隔（周期）で変動する信号も存在している。そのような信号の代表的なものとしては、エンジンのノック現象に関連する信号がある。したがって、このような信号は車両モデル１３による車両の挙動模擬信号生成としてソフトウエアで実現することは無理である。
【００２５】
そこで、車両モデル１３では、演算時間間隔よりも短い間隔で変動する信号を直接出力する代わりに、その信号の「出力の有無」や「大きさ」、「周期」を算出することにし、ボード１４上に搭載されるハードウエアが算出信号に応じた車両の挙動模擬信号を出力するようにしている。このように、車両モデル１３では出力することができない車両の挙動模擬信号を、車両モデル１３のソフトウエアと、ボード１４のハードウエアとで協調して生成することができる。ボード１４のハードウエアは、論理用半導体集積回路素子を用いて形成する、いわゆるプログラマブルなロジック素子を用いることもできる。
【００２６】
図３は、図１の評価装置１０の概略的な構成を示す。評価装置１０には、車両モデル１３を実行するための演算装置１９を備えるモデル用コンピュータ装置２０が含まれる。モデル用コンピュータ装置２０は、たとえばボード１４を挿入可能なスロット２１を備えるワークステーションやパーソナルコンピュータなどで実現される。制御用コンピュータ１１に対する各種信号の交信はインタフェース２２を介して行われる。インタフェース２２は、車両モデル１３の演算結果を電圧値等に変換する機能を持つ。モデル用コンピュータ装置２０には、人間による操作入力のためのキーボードなどの入力装置２３と、演算結果の表示装置２４と、制御用コンピュータ１１の評価結果の出力を行うプリンタ２５と、車両モデル１３のプログラムが記憶されるハードディスクなどの記憶装置２６とが含まれる。ボード１４内には、モデル用コンピュータ装置２０から与えられる信号に基づいて協調して動作し、クランク角度の演算を行うクランク角演算回路２７と、各種信号を発生する信号発生回路２８とが含まれる。信号発生回路２８からは、モデル用コンピュータ装置２０では発生することができない信号も発生され、内部の出力ポートを通じて制御用コンピュータ１１に与えられる。
【００２７】
図４は、図１の車両モデル１３の概念を示す。車両モデル１３は、吸気圧力吸入空気量演算部３０、燃料挙動空燃比演算部３１、トルクノック演算部３２、エンジン回転数車速自動変速演算部３３、および排気温冷却水温演算部３４を主要な構成要素として構築される。吸気圧力吸入空気量演算部３０にはエンジン回転数車速自動変速演算部３３の出力と、スロットル開度を表す信号と、ＩＳＣの信号とが与えられる。吸気圧力吸入空気量演算部３０の出力は燃料挙動空燃比演算部３１およびトルクノック演算部３２に与えられる。燃料挙動空燃比演算部３１には、さらにバッテリ電圧、デポジット、燃料噴射量、燃料噴射回数および吸気完了フラグを表す信号が入力され、さらに排気温冷却水温演算部３４の出力も入力される。トルクノック演算部３２には、吸気圧力吸入空気量演算部３０の出力の他に、燃料挙動空燃比演算部３１およびエンジン回転数車速自動変速演算部３３の出力が与えられ、さらにシフト、進角値、ドウェル角、スタータ入力および点火完了フラグを表す信号がそれぞれ入力される。トルクノック演算部３２の出力は、エンジン回転数車速自動変速演算部３３および排気温冷却水温演算部３４に与えられる。エンジン回転数車速自動変速演算部３３には、さらにシフトおよびブレーキを表す信号も入力される。排気温冷却水温演算部３４には、エンジン回転数車速自動変速演算部３３からの出力も与えられる。なお、デポジットは、吸気管４２の管壁の付着物の量を表す。その他にも、各演算部内において、大気圧や車両重量などの諸量を与えている。
【００２８】
図５は、図４の車両モデル１３の概念を、米国The Math Works社の制御系設計ツールであるMATLAB/SIMULINK（米国The Math Works社の登録商標）を用いて構築している状態を示す。このような制御系設計ツールでは車両モデル１３を階層的構造で表現することができ、吸気圧力吸入空気量演算部３０、燃料挙動空燃比演算部３１、トルクノック演算部３２、エンジン回転数車速自動変速演算部３３および排気温冷却水温演算部３４は、さらに下位の階層で詳細な設定を行うことができる。車両モデル１３の演算時間間隔であるサンプリングタイムは一定とする。ただし、演算の一部、たとえば燃料挙動、空燃比、Ｏ2センサ出力、トルク、ノックなどの演算については、一定のクランク角や点火信号のフラグに同期して行う。
次の表１は、図５に示す車両モデル１３の主な入力要素と主な出力要素とを示す。
【００２９】
【表１】
0003668370.tif 000002
【００３０】
図５に示すような車両モデル１３では、制御用コンピュータ１１とリアルタイムにデータ交信を行いながら、実際の車両挙動の模擬信号を生成する。車両モデル１３は、制御用コンピュータ１１の動的なデバッグや評価に必要な入出力および演算の機能を備える。制御用コンピュータ１１が、電子燃料噴射装置であるときには、エンジンと駆動系の挙動を模擬して出力する。
【００３１】
以下、車両モデル１３では、４気筒のエンジンの制御を行う電子燃料噴射装置を対象とする場合について説明する。なお、エンジンの気筒数が４気筒以外であっても、車両モデル１３に用いる定数値やＭＡＰ値を更新し、演算モジュールを気筒数に応じて増減すれば、対応する車両モデルを容易に構築することができる。なおＭＡＰは、予め対応関係を定めておくデータとする。
【００３２】
図６は、図５の車両モデル１３を、４気筒のエンジンの電子燃料噴射装置に対する評価用に構築した場合のモデル演算および出力タイミングを示す。各気筒で、クランク角ＣＡが０度および３６０度のときが上死点（ＴＤＣ）とし、１８０度および５４０度のときが下死点（ＢＤＣ）とする。エンジンは４サイクルのレシプロエンジンであるので、クランク軸が２回転するに１回燃料の点火が行われる。
【００３３】
図７は、図４および図５の吸気圧力吸入空気量演算部３０での演算処理の前提となる吸気系の構成を模式的に示す。エンジンの１つのシリンダ４０は、吸気弁４１が設けられ、吸気管４２から供給される空気を吸入する。吸気弁４１の近傍には、インジェクタ４３が設けられ、吸気管４２から吸入される空気中に燃料を噴射する。吸気管４２を介して吸入する空気量は、スロットル４４の開度で調整可能である。吸気管４２の途中には、サージタンク４５が設けられ、吸入する空気流の安定化が図られている。
【００３４】
スロットル４４の部分での空気流量であるスロットル部空気流量Ｑinは、次の第１式で表される。
Ｑin ＝ ａ１×（Ｓ１＋Ｓ２）√（Ｐ０−Ｐ）              …（１）
また、サージタンク４５からシリンダ４０内に吸入される筒内吸入空気流量Ｑoutは次の第２式で表される。
Ｑout ＝ ａ２×η×Ｎ×Ｐ                               …（２）
次に、筒内吸入空気圧は、次の第３式で算出することができる。
Ｐ（ｉ＋１）＝Ｐ（ｉ）＋ａ３×（Ｑin−Ｑout）             …（３）
以上の第１式〜第３式で、ｉは演算サイクル、Ｐは筒内吸入空気圧、Ｐ０は大気圧、ａ１，ａ２，ａ３は定数、Ｓ１はアイドル回転数制御（ＩＳＣ）信号に基づいて算出した吸気管の断面積、Ｓ２はスロットル開度から算出した吸気管断面積、ηは充填効率相当量、Ｎはエンジン回転数をそれぞれ示す。筒内吸入空気量Ａirは、吸気弁開弁期間が２２４°ＣＡである場合には、次の第４式から算出することができる。
【００３５】
【数１】
0003668370.tif 000003
【００３６】
図８は、図３のボード１４中の信号発生回路２８から図６に示すように発生される吸気完了フラグについての算出基準を示す。吸気完了フラグは、４サイクルエンジンのクランク軸が２回転、すなわち７２０°ＣＡに１回発生される。本実施形態では、クランク角演算回路２７が各気筒毎に、ピストン上死点（ＴＤＣ）を基準として、エンジンの回転速度に対応してクランク角度を演算し、演算結果を表す信号を発生している。信号発生回路２８は、１８０°ＣＡ毎の下死点（ ＢＤＣ）後４２°ＣＡのタイミングで、吸気完了フラグを発生するように設定する。前述のように、吸気弁開弁期間を２２４°ＣＡに設定すると、図８の吸気弁４１は、４２＋１８０−２２４＝−２°ＣＡ、すなわち先行するエンジンサイクルの７１８°ＣＡから開弁を開始し、下死点後であるＡＢＤＣ（After ＢＤＣ）４２°ＣＡに閉弁することになる。
【００３７】
図４および図５の燃料挙動空燃比演算部３１では、ボード１４から発生される吸気完了フラグを検出し、図７のインジェクタ４３から噴射される燃料の挙動演算や空燃比の算出を気筒毎に行う。吸気弁４１の閉弁時から、クランク軸２回転後、すなわち７２０°ＣＡ後の閉弁時までのインジェクタ４３への総通電時間をＩnj、インジェクタ４３への通電回数をｎとすると、インジェクタ４３の燃料噴射量Ｆinj は、次の第５式で求められる。
Ｆinj ＝ ｂ１×（Ｉnj−ｎ×Ｉnjloss ）                  …（５）
ここで、ｂ１は定数、Ｉnjlossは通電一回当りに無効になる時間である。Ｉnjおよびｎは、ボード１４上の信号発生回路２８で算出され、車両モデル１３に与えられる。
【００３８】
図９は、インジェクタ４３から噴射される燃料の挙動を模式的に示す。燃料がＦinj だけ噴射されると、図７のシリンダ４０の筒内に吸入される部分と、吸気管４２の管壁に付着する部分とに分れる。管壁に付着している燃料も、筒内に吸入される部分と、残存する部分に分れる。燃料の筒内吸入量をＦcy、管壁への付着量をＦwwとすると、燃料の挙動について、次の第６式および第７式が成立する。
Ｆww（ｉ＋１）＝ ｂ２×Ｆinj（ｉ＋１）＋ｂ３×Ｆww（ｉ）  …（６）
Ｆcy（ｉ＋１）＝（１−ｂ２）×Ｆinj（ｉ＋１）＋（１−ｂ３）×Ｆww（ｉ）               …（７）
ここで、ｂ２およびｂ３は、冷却水温、吸入空気流量およびデポジットによって変化する係数である。このとき、空燃比Ａ/fは、第４式と第７式とから、次の第８式のように求められる。
【００３９】
【数２】
0003668370.tif 000004
【００４０】
図４および図５のトルクノック演算部３２では、ノックの大きさＫnkを、次の第９式のようにして求める。ただし、ＳA は進角値、ｃ１はＮによって定るノック限界進角量、ｃ２はηによって定るノック限界進角量、ｃ３はＰによって定るノック限界量をそれぞれ示す。
Ｋnk ＝（ＳA−ｃ１−ｃ２−ｃ３）                        …（９）
第９式で求めたＫnkの数値に応じたノックセンサ信号を、ボード１４上の信号発生回路２８から発生させ、評価対象である制御用コンピュータ１１に与えることができる。また、ノックの大きさの変動周期も算出して、信号発生回路２８の発生周期を算出値に従って設定することもできる。ノックセンサの出力は、車両モデル１３の演算時間間隔よりも短い周期で発生されるので、車両モデル１３からの模擬信号としては生成が不可能であるけれども、ボード１４のハードウェアを用いて模擬信号として発生させることが可能となる。
【００４１】
図１０は、ボード１４の信号発生回路２８から発生される点火完了フラグの発生タイミングを示す。図１０（１）は正常点火の場合を示し、図１０（２）は点火抜けや、点火範囲として設定される上死点後（ＡＴＤＣ）３０°ＣＡになっても点火が完了しない場合を示す。イグニッションコイルの一次側に流れる点火電流に対応するＩＧＴ信号は、電流が流れるドウェル角の部分でハイレベルとなり、電流が遮断されるとイグニッションコイルの二次側に高電圧が発生し、各シリンダに設ける点火プラグで点火用の放電が生じ、点火が行われる。本実施形態では、制御用コンピュータ１１が発生するイグニッションへの通電信号であるＩＧＴ信号に基づいて、ドウェル角、進角および点火タイミングをボード１４で算出し、モデル用コンピュータ装置２０の演算負荷を軽減している。
【００４２】
図４および図５のトルクノック演算部３２では、各気筒毎に、ボード１４で算出した点火完了フラグの検出毎にエンジンの出力トルクＴrqを、次の第１０式のように簡潔に求める。
Ｔrq ＝ Ｔsta＋Ｔbase×ｄ１×ｄ２×ｄ３×ｄ４           …（10）
ここで、Ｔsta はエンジン始動時にバッテリが発生させる始動トルクであり、Ｔbaseは吸気圧力とエンジン回転数の２次元ＭＡＰから算出するエンジン出力トルクのベース量である。ｄ１は冷却水温がＴrqに与える影響を表す係数、ｄ２は空燃比がＴrqに与える影響を表す係数、ｄ３は点火継続時間に対応するドウェル角がＴrqに与える影響を表す係数、およびｄ４はノックがＴrqに与える影響を表す係数をそれぞれ示す。
【００４３】
図４および図５のエンジン回転数車速自動変速演算部３３では、演算負荷の軽減を図るため、クラッチやトルクコンバータは簡潔に表現している。その結果、自動変速機付の車両であるＡＴ車、マニュアル操作の変速機付車両であるＭＴ車にかかわらず、次の第１１式および第１２式を用いて簡便に、車速Ｖおよびエンジン回転数Ｎをそれぞれ算出することが可能である。
【００４４】
【数３】
0003668370.tif 000005
【００４５】
ここで、ｅ１，ｅ３は定数、ｅ２は仮想的なクラッチ・トルクコンバータの役割を果す係数、Ｉe はエンジン回転部分に相当する慣性モーメント、Ｔf はエンジンの乾性摩擦力に相当するトルク、Ｍは乗員や荷物の質量を含む車両質量、ｋl は終減速比、ｋs はギア比、ｒはタイヤ有効半径、Ｆr は転がり抵抗力、Ｆa は空気抵抗力、Ｆs は勾配抵抗力、Ｆbrはブレーキ力をそれぞれ表している。
【００４６】
なお、ＭＴ車でクラッチが完全につながっている場合、またはＡＴ車でロックアップしている場合には、エンジン回転部と車両回転部は一体化しているので、機構的に次の第１３式の関係が存在する。
【００４７】
【数４】
0003668370.tif 000006
【００４８】
なお、係数ｅ２は、第１２式のＮと第１３式のＮとの関係を考慮して求めている。
【００４９】
ＡＴ車では、スロットル開度と車速に応じて自動変速する簡易的な機能を、車両モデル１３の回転数車速自動変速演算部３３内に設けている。そして、たとえばＭＴ車かＡＴ車かを示す数値ＭＴ／ＡＴ（ＭＴ車ではＭＴ／ＡＴ＝１、ＡＴ車ではＭＴ／ＡＴ＝０とする）を入力することによって、ＡＴ車の場合のみ、自動変速を有するように切換可能にしている。なお第１１式では路面状態により異なる値となる粘着力係数の設定値によって、駆動力の制限も行っている。
【００５０】
図４および図５の排気温冷却水温演算部３４では、排気温度、排気中の酸素（Ｏ2）濃度および冷却水温などの演算を行う。たとえば排気温度Ｅxtは、簡易的にエンジンの出力パワーによって変化すると考え、次の第１４式のように演算して求める。
Ｅxt（ｉ＋１）＝ Ｅxt（ｉ）＋ｆ１×（Ｅxtt−Ｅxt（ｉ））…（14）
ここで、Ｅxtt は出力パワーによって決る排気温度の最大値であり、ｆ１は定数である。排気温センサが出力する排気温度Ｅxtpは、次の第１５式で求めることができる。
Ｅxtp（ｉ＋１）＝ Ｅxtp（ｉ）＋ｆ２×（Ｅxt−Ｅxtp（ｉ））…（15）
ここでｆ２は定数である。
【００５１】
Ｏ2センサの出力は、Ｏ2センサ温度に依存するので、まずＯ2センサの温度Ｏ2tempを次の１６式で求める。
Ｏ2temp（ｉ＋１）＝ Ｏ2temp（ｉ）＋ｆ３×（Ｅxt−Ｏ2temp（ｉ））…（16）
ここでｆ３は定数である。次に、求められたＯ2tempを用いて、Ｏ2センサの活性化状態ｆact をＭＡＰを用いて算出する。
【００５２】
Ｏ2センサの出力Ｏ2は、第８式の空燃比Ａ/fからＭＡＰを用いて算出した値Ｏ2af を、活性化状態ｆact によって補正した後の値Ｏ2calを用いて、次の第１７式のように求める。
Ｏ2（ｉ＋１）＝ Ｏ2（ｉ）＋ｆ４×（Ｏ2cal−Ｏ2（ｉ））  …（17）
ここで、ｆ４は定数である。なお、Ｏ2 センサの出力は、排気のタイミングに合せるため、点火完了フラグの１８０°ＣＡ後に出力させている。
【００５３】
一方、冷却水温度Ｃt はたとえば次の第１８式で求めることができる。
Ｃt（ｉ＋１）＝ Ｃt（ｉ）＋ｆ５×（ｆv×Ｃtt−Ｃt（ｉ））…（18）
ここでｆ５は定数であり、Ｃttはエンジン出力パワーによって決る冷却水温度の最大値である。ｆv は車速Ｖと吸気温度による冷却水温度への影響を表す係数であり、車速Ｖと吸気温度のＭＡＰから求めることができる。
【００５４】
水温センサが出力する冷却水温度Ｃtempは、次の第１９式で求めることができる。
Ｃtemp（ｉ＋１）＝ Ｃtemp（ｉ）＋ｆ６×（Ｃt−Ｃtemp（ｉ）） …（19）
ここでｆ６は定数である。なお、排気温冷却水温演算部３４では、冷間始動と暖気後の始動とを切換え可能にしている。冷間始動では、外気温度として設定される吸気温度から、冷却水温度や排気温度が上昇を開始する。暖気後の始動では、常時、排気温度および冷却水温度が充分に暖気した状態であり、Ｏ2 センサは充分に活性化した状態を維持する。このように切換機能を付加することにより、制御用コンピュータ１１の評価に便宜を図っている。
【００５５】
本実施形態の評価装置１０を用いることによって、制御用コンピュータ１１に対して実車試験をしないでも、実車試験に相当する評価を行うことが可能となる。また、実車試験では不可能な条件下での評価も可能となる。仮想的な車両である車両モデル１３とボード１４と協調させることによって、車両モデル１３の充実を図ることができ、より実車試験に近い評価を行うことができる。さらに、車両モデル１３のみでは出力不可能なエンジン出力の模擬も可能となる。このように、実車を用いた走行試験と同等な環境で試験を行うことができるので、自動車の制御装置の動作確認や性能評価を、容易に行うことができ、制御装置の開発期間の短縮も図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両モデルの挙動を演算によって実行するモデル用コンピュータ装置と協調して信号発生装置を動作させ、車両モデルに必要な信号を発生させることができるので、車両モデルの演算負荷が軽減され、より高精度なモデルを作成して、車両用エンジン制御装置の動作確認や性能評価を実際の車両に装着した状態に近付けることができる。
【００５７】
さらに本発明によれば、車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両モデルの挙動を演算によって実行するモデル用コンピュータ装置と協調して信号発生装置を動作させ、車両モデルに必要な信号を発生させることができる信号発生装置は、モデル用コンピュータ装置の演算処理によって実現される車両モデルでは生成不可能な模擬信号を発生するので、車両用エンジン制御装置の動作確認および性能評価を、実際の車両に搭載した状態に近付けて行うことができる。
【００５８】
さらに本発明によれば、車両用エンジン制御装置の出力に基づき仮想的な車両モデルの挙動を演算によって実行するモデル用コンピュータ装置と協調して信号発生装置を動作させ、車両モデルに必要な信号を発生させることができる信号発生装置からモデル用コンピュータ装置の演算時間間隔よりも短い間隔で変動する信号が発生されるので、車両用エンジン制御装置の動作確認や性能評価を、より実際の車両に装着した状態に近い条件で行うことができる。
【００５９】
また本発明によれば、信号発生装置がモデル用コンピュータ装置と協調して、クランク角の演算を行い、クランク角に従って予め設定される信号を発生するので、モデル用コンピュータ装置が演算処理によって実行する車両モデルは、クランク角度に対応する信号の生成の演算負荷が軽減され、車両用エンジン制御装置についての動作確認や性能評価をより高精度に行うことができる。
【００６０】
また本発明によれば、吸気弁閉弁タイミング、進角値、ドウェル角および上死点後の所定角度を表す信号のうちの少なくとも１つが信号発生装置から模擬信号として発生されて車両モデルの演算負荷が軽減されるので、モデル用コンピュータ装置の演算処理時間の短縮や車両モデルの高精度化を図ることができる。
【００６１】
また本発明によれば、信号発生装置が発生する信号の強度や周期はモデル用コンピュータ装置によって算出されるので、モデル用コンピュータ装置では生成することができない信号でも、その強度や周期は車両モデルの演算結果で調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の基本的な概念を示す図である。
【図２】図１の実施形態で評価装置１０の演算時間間隔の関係を示すタイムチャートである。
【図３】図１の評価装置１０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図１の車両モデル１３の概略的な論理的構成を示すブロック図である。
【図５】図４の車両モデル１３を制御系設計ツール上で構築している状態を示す図である。
【図６】図３の評価装置１０から出力される模擬信号を示すタイムチャートである。
【図７】図４の車両モデル１３の吸気圧力吸入空気量演算部３０で、演算処理の前提となる吸気系を示す模式図である。
【図８】図３のボード１４から発生される吸気完了フラグを示すタイムチャートである。
【図９】図４の車両モデル１３の燃料挙動空燃比演算部３１で、演算処理の前提となる燃料の挙動を示す模式図である。
【図１０】図３のボード１４から発生される点火完了フラグに関連するタイミングを示すタイムチャートである。
【図１１】従来の制御用コンピュータ１の評価についての考え方を示す概念図である。
【符号の説明】
１０  評価装置
１１  制御用コンピュータ
１２  各種条件
１３  車両モデル
１４  ボード
２０  モデル用コンピュータ装置
２３  入力装置
２７  クランク角演算回路
２８  信号発生回路
３０  吸気圧力吸入空気量演算部
３１  燃料挙動空燃比演算部
３２  トルクノック演算部
３３  エンジン回転数車速自動変速演算部
３４  排気温冷却水温演算部
４０  シリンダ
４１  吸気弁
４３  インジェクタ
【図１】
0003668370.tif 000007
【図２】
0003668370.tif 000008
【図３】
0003668370.tif 000009
【図４】
0003668370.tif 000010
【図５】
0003668370.tif 000011
【図６】
0003668370.tif 000012
【図７】
0003668370.tif 000013
【図８】
0003668370.tif 000014
【図９】
0003668370.tif 000015
【図１０】
0003668370.tif 000016
【図１１】
0003668370.tif 000017