(57)【要約】エンジンコントローラの自動多変数較正のためのシステム。システムは、アクチュエータ設定点、センサ測定値、性能要求等を含む入力を得ることができる。コントローラのためのエンジン較正パラメータを計算するためのアルゴリズムを設けることができる。各アクチュエータは、アクチュエータ入力及びセンサ出力を実験的に取得するために別個にステップすることができる。実験的に取得したデータのアルゴリズム処理は、エンジンのモデルのパラメータを計算するために遂行することができる。次いで、モデル基礎の制御設計アルゴリズムはコントローラのための較正パラメータを取得するために実施することができる。較正されたコントローラは実際の又はシミュレートされたエンジン状態で試験することができる。パラメータに関連する性能は分析することができ、データの許容性の決定が行われる。許容できない場合は、パラメータを再度処理することができる。許容できる場合は、較正パラメータは適用及び使用のためにエンジンコントローラにダウンロードすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
較正システムであって、
較正データ記憶モジュールと；
制御アルゴリズムモジュールと；
制御アルゴリズムに接続された少なくとも１つのアクチュエータと；
アルゴリズムモジュールに接続された少なくとも１つのセンサと；を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記制御アルゴリズムモジュールがＰＩＤアルゴリズムを有し；
較正データ記憶アルゴリズムがパラメータＫｃ、Ｋｌ、Ｋｄ等を有する
ことを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項３】
前記制御アルゴリズムモードがモデル予測制御アルゴリズムであることを特徴とする請求項２のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのアクチュエータの第１のアクチュエータが可変ノズルターボチャージャアクチュエータであり；少なくとも１つのセンサの第１のセンサがマニホルド絶対圧力センサである；ことを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項５】
較正データ設計システムであって、
モデル決定モジュールと；
モデル決定モジュールに接続されたアプリケーション試行モジュールと；
モジュールアプリケーションに接続された性能分析器と；
を有することを特徴とするシステム。
【請求項６】
性能分析器に接続された要求充足インジケータを更に有することを特徴とする請求項５のシステム。
【請求項７】
モデル決定モジュールが、
実験ステージと；
実験ステージに接続されたモデル特定化ステージと；
モデル特定化ステージ及びアプリケーションモジュールに接続されたモデル基礎の制御設計ステージと；を有することを特徴とする請求項６のシステム。
【請求項８】
前記アプリケーションモジュールが性能分析器に接続されたエンジン試行モジュールを有することを特徴とする請求項７のシステム。
【請求項９】
前記アプリケーションモジュールが、
モデル基礎の制御設計ステージに接続されたシミュレーションモジュールと；
シミュレーションモジュール及び性能分析器に接続されたエンジン試行モジュールと；を有することを特徴とする請求項７のシステム。
【請求項１０】
前記要求充足インジケータは、要求が満たされない場合に、モデル決定モジュールに始動信号を送り、または、要求が満たされた場合は、較正パラメータがエンジン制御ユニットにダウンロードされることを特徴とする請求項９のシステム。
【請求項１１】
実験モジュールが多変数コントローラの各アクチュエータにわたってステップすることを特徴とする請求項１０のシステム。
【請求項１２】
較正システムであって、
較正コンピュータと；
較正コンピュータに接続された複数のアクチュエータと；
較正コンピュータに接続されたセンサと；を有し、
前記較正コンピュータが、
モデル決定ユニットと；
モデル決定ユニットに接続されたアプリケーションモジュールと；を有することを特徴とするシステム。
【請求項１３】
前記モデル決定ユニットが実験モジュールを有することを特徴とする請求項１２のシステム。
【請求項１４】
前記実験モジュールが較正パラメータを決定するために複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つのアクチュエータにわたってステップすることを特徴とする請求項１３のシステム。
【請求項１５】
前記モデル決定ユニットが試験のためにアプリケーションモジュールに対して較正パラメータを出力することを特徴とする請求項１４のシステム。
【請求項１６】
アプリケーションモジュールに接続された評価モジュールを更に有し；
評価モジュールは、較正パラメータが満足できるものであるか否かを決定する；ことを特徴とする請求項１５のシステム。
【請求項１７】
前記較正パラメータが満足できるものではない場合は、パラメータが調整のためにモデル決定ユニットへ戻され；
較正パラメータが満足できるものである場合は、パラメータがエンジン制御ユニットへダウンロードされる；ことを特徴とする請求項１６のシステム。
【請求項１８】
前記エンジン制御ユニットが制御アルゴリズムモジュールを有し、評価モジュールに接続され；
較正パラメータのダウンロード時に、複数のアクチュエータが制御アルゴリズムモジュールに接続される；ことを特徴とする請求項１７のシステム。
【請求項１９】
前記制御アルゴリズムモジュールに接続された複数のセンサを更に有することを特徴とする請求項１８のシステム。
【請求項２０】
前記評価モジュールが閉ループシミュレータ及び（又は）エンジン試行モジュールを有し；
アクチュエータがエンジンに関連する複数の装置に接続され；
複数のセンサがエンジンの近くにある；ことを特徴とする請求項１９のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン、特にエンジン制御に関する。一層詳細には、本発明はエンジン制御の較正（calibration）に関する。本発明は、エンジン制御システムの較正のためのツールである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
ディーゼルエンジンの制御システムの較正は、自動車製造業者にとって極めて面倒で高価な工程である。エンジンをモデル化又はマップ化するためにエンジンで実験を行い、次いで、エンジン制御システムのための最良のコントローラ較正（チューニングとも呼ぶ）パラメータを発生させるのに、多大な時間を費やすことがある。当座の緊急必要事項と思われるものはエンジン較正工程の迅速化であろう。ダイノメーター(dynometer)時間を短縮するのを助ける模型ベースのアプローチも大いに必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、アクチュエータ設定点、センサ測定及び性能要求を含む入力を得るツールであり得る。性能要求は、加速、排出物、頑丈さ、燃費等を含むことができる。ツールは、エンジン較正パラメータを計算するアルゴリズムを含むことができ、エンジン較正パラメータは、性能要求を満足させるか又は交換を許容するエンジンコントローラを生じる。
【０００４】
本発明は、モデル特定化（model identification）を遂行し、コントローラのチューニングパラメータを発生させるように設計されたツールを有するコンピュータを含むことができる。ツールの作製では、ソフトウエアを設計及びコード化し、試験道具への接続を設計及び作成し、また、生産制御ソフトウエアを作成する必要があることがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
基礎的なエンジン制御セットアップは、図１に示すように、エンジン１２に接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１を含むことができる。較正データ記憶モジュール１３からの較正データは、制御アルゴリズムモジュール１４に入力することができる。モジュール１４のアルゴリズムは、エンジン１２についてのパラメータ情報を提供するセンサ信号プロセッサ１５から入力を受け取ることができる。エンジン１２の情報は、センサ信号プロセッサ１５に接続されたエンジン１２上の種々のセンサ１６から得ることができる。
【０００６】
モジュール１３からのデータに関連して処理されたアルゴリズムモジュール１４からの制御信号は、アクチュエータ信号プロセッサ１７へ進むことができ、このプロセッサ１７は、種々のパラメータの制御のためにエンジン１２上の種々のアクチュエータ１８の適当な作動のためのフォーマットの形をした制御信号を提供する。
【０００７】
エンジン制御の基礎的な関連事項は、エンジン１２のまわりのループを閉じたときに、ユーザー要求に関する許容可能な性能を得られるように、モジュール１４の制御アルゴリズムによりモジュール１３からアクセスすべき較正データを開発することである。ユーザー要求はしばしばエンジン製造者により設定することができ、高いレベルで、エンドユーザーの要求を反映することができる。このような要求は、これらに限定されないが、排出物、燃費、操縦性、並びに、ノイズ、振動及び不快感（ＮＶＨ）を含むことができる。規制レベルを満たす必要のある排出物は普通ＥＰＡのような規制団体により明示される。最少燃費の期待又は要求が存在することがある。操縦性はトルク及び速度要求により表示することができる。ＮＶＨは許容可能なレベル内に保つ必要がある。
【０００８】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１は、種々のセンサ１６から受け取ったデータに基づきエンジン（及び、ときには、トランスミッション、ブレーキ又は他の自動車システム）の作動を制御するデジタルコンピュータを有することができる。ある製造者により使用されるこのような作動の例は電子ブレーキ制御モジュール（ＥＢＣＭ）、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）、動力列制御モジュール（ＰＣＭ）又は車両制御モジュール（ＶＣＭ）を含むことができる。
【０００９】
図２は、スーパーチャージャエンジン１２のための所望の又は目標の値へのブースト圧力の制御のような、図１におけるセットアップ１０の制御の例２０を示す。このセットアップは、簡単な単一の変数のために使用される例とすることができる。モジュール１３の較正パラメータＫｃ、Ｋｉ、Ｋｄ（即ちＰＩＤ制御アルゴリズム定数）は、ＰＩＤ（比例、積分及び微分）制御アルゴリズムにより作動させるべき制御アルゴリズムモジュール１４へ進むことができる。アルゴリズムモジュール１４は、センサ信号プロセッサ１５からセンサ情報を受け取ることができ、このプロセッサは、次いでＭＡＰ（マニホルド絶対圧力）センサ２６から情報を受け取ることができる。ＭＡＰセンサ２６は、エンジン１２の吸入マニホルド内の圧力を測定することができる。
【００１０】
プロセッサ１５は、アルゴリズムモジュール１４へｅ（ｔ）誤差信号を提供することができる。ｅ（ｔ）信号は所望のブースト圧力と測定されたブースト圧力との間の差を含む誤差信号である。出力ｕ（ｔ）信号（即ちアクチュエータ信号）は、ｕ（ｔ）信号に従ってブースト圧力を設定するためにアクチュエータ信号プロセッサを介してＶＮＴ（可変羽根タービン）アクチュエータ２８へ送ることができる。アクチュエータ２８はターボチャージャタービン内の羽根の位置を調整することができる。
【００１１】
ＰＩＤ制御アルゴリズムは、次の数式により提供することができる。
【００１２】
【数１】
2009522488.tif 000003
【００１３】
ここに、ｅ（ｔ）は、所望（目標）のブースト圧力と測定されたブースト圧力（ＭＡＰ）との間の差を含む誤差信号である。Δｅ（ｔ）は、「ｅ（ｔ）−ｅ（ｔ−１）」とみなすことができる。この場合の較正的な挑戦は、システム２０の閉ループ性能が期待に適合するように、パラメータＫｃ、Ｋｉ、Ｋｄの値を設計することである。例えば、要求は「０．２バールのステップ外乱を受けた場合は、制御システムは１秒以内に４％内の精度で所望のブースト圧力を達成すべきである」というようなものとすることができる。
【００１４】
しばしば、較正パラメータは、エンジン及び周囲状態の関数として発展させる必要があることがある。例えば、Ｋｃ、Ｋｉ、Ｋｄの値はエンジン速度及び負荷又は燃料率の関数に依存するか又はこの関数として変化することができる。また、周囲の空気温度及び圧力はＫｃ、Ｋｉ、Ｋｄの値に影響を及ぼすことがある。
【００１５】
この較正方法は、エンジン１２の力学のモデルを必要とする標準のモデル基礎の制御デザインを使用してコントローラの較正パラメータのための値を発生させるか又は決定することに依存することができる。図３は値のこのような決定又は発生を示すことを意図する方法のフローチャート３０を示す。フローチャート３０のステージ即ちステップの各々はモジュールとして参照することができる。実験３１においては、開ループでの制御により、多変数コントローラに使用すべきアクチュエータ又はアクチュエータの組み合わせの各々を別個に又は同時にステップすることができる。
【００１６】
多数のステップ試験は数個の作動地点で局部的な動力を引き起こすように設計することができる。方法のステージは実験３１、モデル特定化３２及びモデル基礎の制御設計３３を含むことができる。ステージ３１、３２、３３はモデル基礎のコントローラ設計モジュール４５を構成することができる。モジュール４５の出力はコントローラの較正パラメータのために使用できる一組の値である。
【００１７】
アプリケーションモジュール４６は、モデル決定モジュールの出力に接続することができる。モジュール４６の入力において、決定場所３８での質問は、閉ループシミュレーション３４がモジュール４５の出力に関するか否かを問うことができる。答えが「Ｙｅｓ」の場合、閉ループシミュレーション３４へ進むことができ、次いで、エンジン試行（トライアル）３９へ進むことができる。答えが「Ｎｏ」の場合は、閉ループシミュレーション３４を飛ばして、エンジン試行３９へ直接進むことができる。エンジン試行３９の後、エンジン試行３９の結果に基づき、性能分析３５を遂行することができる。分析３５は、性能番号がモジュール４５からの較正パラメータ出力のための与えられた組の値のためのものであることを表示することができる。
【００１８】
要求が性能番号により満たされるか否かについての決定場所３６での質問を問うことができる。答えが「Ｎｏ」の場合、その順番における必要に応じて、モデル決定モジュール４５の実験３１、モデル特定化３２又はモデル基礎の制御設計ステージ３３に戻ることができる。決定場所３６の質問に対する答えが「Ｙｅｓ」の場合は、ＥＣＵ１１へのＰＩＤ較正パラメータＫｃ、Ｋｉ、Ｋｄのような較正パラメータのための決定された値のダウンロードを行うことができる。性能分析３５及び決定場所３６は評価モジュール４７を構成することができる。
【００１９】
このシステム３０は、多変数相互作用又は多変数制御で働くことができる。ＰＩＤコントローラの較正パラメータは自動的に決定することができる。ＰＩＤ制御以外の種々のアプローチを使用することができる。例えば、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用することができる。
【００２０】
実験ステップ、即ちステージ３１に対しては、図４に示すようなセットアップを使用することができる。ステージ３１は制御アルゴリズムを実質上バイパスし、動的モデル情報を引き出すのに有益となることのあるアクチュエータ信号をＥＣＵ１１に対して書き込む。図４のシステムは、センサ信号プロセッサ１５からの出力が較正コンピュータ４１へ進むことができるような進歩を現す。制御アルゴリズムモジュール１４をアクチュエータ信号プロセッサ１７から接続解除し、較正コンピュータ４１の出力をプロセッサ１７に接続するためのスイッチ４２を設けることができる。開ループ形状での制御により、多変数コントローラにおいて使用すべきアクチュエータ動作又はアクチュエータ動作の組み合わせの各々にわたって別個にステップすることができ、方法の必要な励起を遂行することができる。
【００２１】
次いで、アクチュエータ入力及びセンサ出力のデータは、標準のアルゴリズムを使用する方法の動的モデルのパラメータを特定するために使用することができる。例えば、ディーゼルエンジン誘導制御の１つのバージョンは、ＶＮＴ羽根アクチュエータ２８及びＥＧＲ羽根アクチュエータ２９が（ＭＡＰセンサ２６により測定されるような）ブースト圧力及び（ＭＡＦセンサ２７により測定されるような）マニホルド空気流れをそれぞれ制御するために使用されるような２つずつの配給(two-by-two issue) とすることができる。  ＶＮＴ羽根アクチュエータ２８及びＥＧＲ羽根アクチュエータ２９のステップを（別個又は同時に）遂行することができる。エンジン１２の応答が（例えば速度及び負荷又は燃料率の関数として）異なる作動地点で劇的に変化することができるので、数個の作動地点で局部的な動力を励起するように設計された多ステップ試験を提案することができる。アクチュエータにわたるステップは、アクチュエータ入力及びセンサ出力のデータを引き出すために行うことができ、次いで、このようなデータは動的なモデルを画定する定数の値を決定するために使用される。
【００２２】
図３のモデル特定化ステージ３２は、エンジン１２の力学のパラメータ化したデータのパラメータを計算するために実験データのアルゴリズム的な処理を参照することができる。モデル特定化アルゴリズムは自動車の応用に使用することができる。標準のモデル特定化アクチュエータ信号は段部、傾斜部、擬似ランダム二進信号（ＰＲＢＳ）、正弦波又は種々の周波数等を含むことができる。
【００２３】
以下にエンジンの力学のモデルを開示する。このモデルは、エンジン１２に適用可能である。フィードバックコントローラの開発は作動地点及び周囲の状態の関数としてのエンジン力学のモデル、及び、物理的な洞察と実験結果とを組み合わせることによりこのモデルを構成するための技術を必要とすることがある。
【００２４】
ＶＮＴ及びＥＧＲに対するＭＡＰ及びＭＡＦの応答の場合を考察し、次の数式である２つずつの搬送マトリックスを書いた場合、
【００２５】
【数２】
2009522488.tif 000004
【００２６】
（ここに、記号ｙ１、ｙ２、ｕ１、ｕ２は物理的なパラメータを表す）
次の数式を得る。
【００２７】
【数３】
2009522488.tif 000005
【００２８】
モデルでの種々の実験に基づき、各単変数サブプラント(subplant)は次の数式である２つの第１次数の応答の合計によりはっきり定義できる。
【００２９】
【数４】
2009522488.tif 000006
【００３０】
次いで、サブプラントｇｉｊ（Ｓ）の各々は４つのパラメータ、即ち、２つのゲイン（ｋｓｉｊ及びｋｆｉｊ）及び２つの時定数（ｐｓｉｊ及びｐｆｉｊ）により特徴づけることができる。上付き文字「ｆ」及び「ｓ」は「迅速」及び「遅鈍」を示す意図のものである。
【００３１】
計算上の便宜のため、微分方程式のパラメータを次の数式である４ベクトルとして集めることができる。
【００３２】
【数５】
2009522488.tif 000007
【００３３】
記号σについてのθｉｊ（σ）の関数依存性は、ゲイン及び時定数の値がある他の変数に依存することを示す。
代表的なモデルについての研究は、スケジュールパラメータσが少なくとも速度及び負荷即ちσ（ｔ）＝［Ｎｅ（ｔ）  Ｗｆ（ｔ）］を含まなければならないことを示すものと思われる。σ（ｔ）＝［ｐｉ（ｔ）  ｐｘ（ｔ）］となるように、吸入及び排気圧力上の作動地点に関して行われるスケジュールを設けることができる。
【００３４】
モデル基礎の制御設計ステップ、即ちステージ３３は特定されたモデル及びまた性能仕様の関数としてその較正パラメータを含む制御アルゴリズムの自動的な設計を参照することができる。モデル予測制御に専念することができる。しかし、本システムと一緒に使用できる多くの他の多変数制御設計技術を使うことができる。このような技術のいくつかは、較正パラメータのモデル基礎のデザインでの頑丈制御（Ｈ−無限又はＨ−２制御）、線形パラメータ変化（ＬＰＶ）制御、ＬＰＶ  Ｈ−無限制御、ＰＩＤ制御等を含むことができる。
【００３５】
閉ループシミュレーション又はエンジン試行ステップは、設計された制御アルゴリズム及び較正パラメータの試験を参照することができる。開発されたコントローラは実際のエンジン又はエンジンのシミュレーションと一緒に閉ループ内に置くことができる。次いで、閉ループ性能の予め特定された試験（単数又は複数）（例えば、法定の排出物証明サイクルの運転試験）を遂行し、データを収集することができる。性能分析ステップ即ちステージ３５は、閉ループ性能が許容できるか否かについての決定を行うために、閉ループ試験データを分析するための較正ソフトウエアツールの使用を参照することができる。
【００３６】
ＥＣＵ１１に対するダウンロード較正パラメータステップ即ちステージ３７は設計した較正パラメータをＥＣＵ１１内の適当なメモリー位置にコピーする行為を参照することができる。図５はこのステージのための形状５０を現す。較正コンピュータ４１は較正データモジュール１３の入力に接続されたその出力を有することができる。この明細書において、いくつかの事項は、別の方法又は時制で述べたが、仮説の又は予言的な性質のものとすることができる。
【００３７】
少なくとも１つの例示的な例に関して本発明を説明したが、当業者なら、この明細書を読んだときに、多くの変形及び修正が明らかとなろう。それ故、特許請求の範囲はすべてのこのような変形及び修正を含むように従来技術に照らしてできる限り広義に解釈すべきことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】基礎的なエンジン制御セットアップ（設定）のブロック線図である。
【図２】簡単な単一の変数のためのエンジン制御セットアップのブロック線図を示す図である。
【図３】多変数制御較正アプローチのフローチャートである。
【図４】多変数制御較正アプローチのための実験工程のセットアップを示す図である。
【図５】多変数制御較正アプローチのためのダウンロード較正パラメータ工程のセットアップを示す図である。
【図１】
2009522488.tif 000008
【図２】
2009522488.tif 000009
【図３】
2009522488.tif 000010
【図４】
2009522488.tif 000011
【図５】
2009522488.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月3日(2008.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
較正システムであって、
較正データ記憶モジュール（１３）と；
較正記憶モジュールに接続された制御アルゴリズムモジュール（１４）と；
制御アルゴリズムに接続された少なくとも１つのアクチュエータ（１８）と；
制御アルゴリズムモジュールに接続された少なくとも１つのセンサ（１６）と；を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
較正データ設計システムであって、
モデル決定モジュール（４５）と；
モデル決定モジュールに接続されたアプリケーションモジュール（４６）と；
モジュールアプリケーションに接続された性能分析器（３５）と；
性能分析器（３５）に接続された要求充足インジケータ（３６）と；を有することを特徴とするシステム。
【請求項３】
較正システムであって、
較正コンピュータ（４１）と；
較正コンピュータに接続された複数のアクチュエータ（１８、２８、２９）と；
較正コンピュータに接続された複数のセンサ（１６、２６、２７）と；
を有し、
較正コンピュータ（４１）が、
モデル決定ユニット（４５）と；
モデル決定ユニットに接続されたアプリケーションモジュール（４６）と；を有することを特徴とするシステム。
【請求項４】
較正システムであって、
較正コンピュータ（４１）と；
較正コンピュータに接続された複数のアクチュエータ（１８、２８、２９）と；
較正コンピュータに接続された複数のセンサ（１６、２６、２７）と；
を有し、
較正コンピュータ（４１）が、
モデル決定ユニット（４５）と；
モデル決定ユニットに接続されたアプリケーションモジュール（４６）と；を有し；
アプリケーションモジュール４６が閉ループシミュレータ（３８、３４）及び（又は）エンジン試行モジュール（３９）を有し；
複数のアクチュエータ（１８、２８、２９）がエンジン（１２）に関連する複数の装置に接続され；
複数のセンサ（１６、２６、２７）がエンジンの近くにある；
ことを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
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