(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料効率的であり、かつ受容可能な騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）特性を有する運用点火比を使用するスキップファイア方式で内燃エンジンを動作させるためのパワートレインコントローラにおいて、
所望のエンジントルクを供給する運用点火比を生成するように構成された点火比計算器と、
前記エンジンを、いくつかのシリンダの点火機会をスキップするスキップファイア方式で動作させるために使用される点火シーケンスを生成するように構成された点火判断タイミングモジュールであって、前記スキップファイア点火シーケンスは前記運用点火比に基づく、点火判断タイミングモジュールと、
エネルギー蓄積／放出装置によりパワートレインへ印加される平滑化トルクを判断するように構成されたＮＶＨ低減モジュールであって、前記平滑化トルクが、前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるトルクの変動を少なくとも部分的に相殺するように構成され、それにより、そうでなければ前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるであろうＮＶＨを低減する、ＮＶＨ低減モジュールと、
を含み、
前記ＮＶＨ低減モジュールが、燃料効率に基づいて、かつ前記平滑化トルクが前記エンジンの動作により生成されるＮＶＨを所定のＮＶＨ目標レベル未満にするかどうかに基づいて、前記平滑化トルクの大きさを選択するように構成されていることを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のパワートレインコントローラにおいて、
前記点火シーケンスは、複数の高調波周波数を含むトルクを生成し、前記高調波周波数のうちの１つは基本周波数であり、および
前記平滑化トルクは、ほぼ同じ基本周波数で周期的であることを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記平滑化トルクは単一周波数のみを含むことを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記エネルギー蓄積／放出装置は、キャパシタ、電池、フライホイール、加圧型空気圧リザーバおよび加圧型油圧リザーバからなる群から選択される少なくとも１つを利用することを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記エネルギー蓄積／放出装置は、一体化始動機、モータ／発電機、制御可能な機械的結合およびタービンからなる群から選択される少なくとも１つを利用することを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記点火比計算器は、
受容不能なＮＶＨレベルに関連する第１の点火比と、受容可能なＮＶＨレベルに関連する第２の点火比とを含む、前記所望のトルクを供給し得る利用可能な点火比の組を取得することと、
前記運用点火比として前記第１の点火比を選択することと、
を行うようにさらに構成されることを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記点火比計算器および前記ＮＶＨ低減モジュールは、
受容不能なＮＶＨレベルに関連する第１の点火比と、受容可能なＮＶＨレベルに関連する第２の点火比とを含む、利用可能な点火比の組から前記運用点火比を選択することと、
前記第１の点火比に関連する前記ＮＶＨレベルを軽減することに関連するエネルギー費用を判断することであって、前記ＮＶＨレベルの前記軽減は、前記第１の点火比に関連する前記ＮＶＨレベルを低減するのを促進するために前記平滑化トルクを前記パワートレインへ印加することを伴い、前記運用点火比の前記選択は前記エネルギー費用判断に少なくとも部分的に基づく、判断することと、
を行うように構成されることを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項８】
請求項７に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記ＮＶＨ低減モジュールは、
受容可能なＮＶＨに関連する前記第２の点火比に関連するエネルギー費用を判断することと、
前記第１および第２の点火比に関連するエネルギー費用を比較することと、
前記比較に基づき、前記運用点火比として前記利用可能な点火比の組のうちの１つを選択することと、
を行うように構成されることを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記ＮＶＨ低減モジュールは、
１）クランク軸加速度センサデータ、２）車両に搭載された１つまたは複数の加速度計から受信された加速度計データ、および３）エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）内に搭載された１つまたは複数の加速度計から受信された加速度計データからなる群から選択される１つを含むセンサデータを受信することと、
前記センサデータに基づき前記平滑化トルクを調整することと、
を行うようにさらに構成されることを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記平滑化トルクの前記判断は点火機会毎に行われることを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載のパワートレインコントローラにおいて、前記平滑化トルクの前記判断は適応型フィルタフィードフォワード制御に基づくことを特徴とする、パワートレインコントローラ。
【請求項１２】
燃料効率的であり、かつ受容可能な騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）特性を有する運用点火比を使用するスキップファイア方式で内燃エンジンを動作させる方法において、
所望のエンジントルクを供給する運用点火比を生成する工程と、
前記エンジンを、いくつかのシリンダの点火機会をスキップするスキップファイア方式で動作させるために使用される点火シーケンスを生成する工程であって、前記スキップファイア点火シーケンスは前記運用点火比に基づく、工程と、
エネルギー蓄積／放出装置によりパワートレインへ印加される平滑化トルクを判断する工程であって、前記平滑化トルクは、前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるトルクの変動を少なくとも部分的に相殺するように構成され、それにより、そうでなければ前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるであろうＮＶＨを低減する工程と、を含み、
前記平滑化トルクの大きさの選択が、燃料効率に基づいて、かつ前記平滑化トルクが前記エンジンの動作により生成されるＮＶＨを所定のＮＶＨ目標レベル未満にするかどうかに基づいていることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記所望のトルクを供給し得る利用可能な点火比の組を取得する工程と、
受容可能なＮＶＨレベルを有する前記利用可能な点火比のうちの１つまたは複数の第１のサブセットを判断する工程と、
受容不能なＮＶＨレベルを有する利用可能な点火比のうちの１つまたは複数の第２のサブセットを判断する工程と、
前記第２のサブセット内の各点火比のＮＶＨレベルを受容可能なレベルまで低減するために必要とされるＮＶＨ軽減に関連するエネルギー費用を判断する工程であって、前記ＮＶＨ軽減は、いくつかのシリンダの点火機会をスキップする前記スキップファイア点火シーケンスにより生成される振動を低減するために前記平滑化トルクを前記パワートレインへ印加することを伴う、工程と
をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
点火比の前記第２のサブセットのそれぞれの全エネルギー費用を判断する工程であって、前記全エネルギー費用は前記運用点火比および軽減の両方に関連する費用を含む、工程と、
点火比の前記第１のサブセット内の各点火比のエネルギー費用を判断する工程と、
点火比の前記第１および第２のサブセットの前記エネルギー費用を比較する工程と、
前記比較に基づき、点火比の前記第１および第２のサブセットから前記運用点火比を選択する工程と
をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の方法において、
１）クランク軸加速度センサデータ、２）車両に搭載された１つまたは複数の加速度計から受信された加速度計データ、および３）エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）内に搭載された１つまたは複数の加速度計から受信された加速度計データからなる群から選択される１つを含むセンサデータを受信する工程と、
前記センサデータに基づき前記平滑化トルクを調整する工程と
をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５の何れか１項に記載の方法において、前記平滑化トルクの前記判断は点火機会毎に行われることを特徴とする、方法。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６の何れか１項に記載の方法において、前記平滑化トルクの前記判断は前記エネルギー蓄積／放出装置の状態に依存することを特徴とする、方法。
【請求項１８】
有形の形式で具現化された実行可能コンピューターコードであって、燃料効率的であり、かつ受容可能な騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）特性を有する運用点火比を使用して、いくつかのシリンダの点火機会をスキップするスキップファイア方式で内燃エンジンを動作させるのに好適な実行可能コンピューターコードを含むコンピュータ可読記憶媒体において、
所望のトルクを供給する運用点火比を生成するための実行可能コンピューターコードと、
前記エンジンをスキップファイア方式で動作させるために使用される点火シーケンスを生成するための実行可能コンピューターコードであって、前記スキップファイア点火シーケンスは前記運用点火比に基づく、実行可能コンピューターコードと、
エネルギー蓄積／放出装置によりパワートレインへ印加される平滑化トルクを判断するための実行可能コンピューターコードであって、前記平滑化トルクは、前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるトルクの変動を少なくとも部分的に相殺するように構成され、それにより、そうでなければ前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるであろうＮＶＨを低減する、実行可能コンピューターコードと、
燃料効率に基づき、かつ前記平滑化トルクが前記エンジンの前記動作により生成されるＮＶＨを所定のＮＶＨ目標レベル未満にするかどうかに基づき、前記平滑化トルクの大きさを選択するための実行可能コンピューターコードと、
を含むことを特徴とする、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１８に記載のコンピュータ可読記憶媒体において、前記エンジントルクは、基本周波数を含む複数の高調波周波数を含み、および
前記平滑化トルクは、ほぼ同じ基本周波数で周期的であることを特徴とする、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２０】
請求項１８または１９の何れか１項に記載のコンピュータ可読記憶媒体において、前記平滑化トルクは単一周波数のみを含むことを特徴とする、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２１】
請求項１８乃至２０の何れか１項に記載のコンピュータ可読記憶媒体において、
受容不能なＮＶＨレベルに関連する第１の点火比と、受容可能なＮＶＨレベルに関連する第２の点火比とを含む、前記所望のトルクを供給し得る利用可能な点火比の組を取得するための実行可能コンピューターコードと、
前記運用点火比として前記第１の点火比を選択するための実行可能コンピューターコードと
を含むことを特徴とする、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２２】
請求項１８乃至２１の何れか１項に記載のコンピュータ可読媒体において、
受容不能なＮＶＨレベルに関連する第１の点火比と、受容可能なＮＶＨレベルに関連する第２の点火比とを含む、利用可能な点火比の組から運用点火比を選択するための実行可能コンピューターコードと、
前記第１の点火比に関連する前記ＮＶＨレベルを軽減することに関連するエネルギー費用を判断するための実行可能コンピューターコードであって、前記ＮＶＨレベルの前記軽減は、前記第１の点火比に関連する前記ＮＶＨレベルを低減するのを促進するために前記平滑化トルクを前記パワートレインへ印加することを伴い、前記運用点火比の前記選択は前記エネルギー費用判断に少なくとも部分的に基づく、実行可能コンピューターコードと
をさらに含むことを特徴とする、コンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
燃料効率的であり、かつ受容可能な騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）特性を有する運用点火比を使用するスキップファイア方式で内燃エンジンを動作させる方法において、
前記エンジンを、いくつかのシリンダの点火機会をスキップするスキップファイア方式で動作させるために使用される点火シーケンスを生成する工程であって、前記スキップファイア点火シーケンスは、点火の判断はなされたがまだ実施はなされていない点火の判断を検討するショートホリゾン最適制御計算に基づく、工程と、
エネルギー蓄積／放出装置によりパワートレインへ印加される平滑化トルクを判断する工程であって、前記平滑化トルクは、前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるトルクの変動を少なくとも部分的に相殺するように構成され、それにより、そうでなければ前記スキップファイア点火シーケンスにより生成されるであろうＮＶＨを低減する、工程と
を含み、
前記ショートホリゾン最適制御計算が、受容可能なＮＶＨおよび最小のエネルギー費用を提供しつつ、前記スキップファイア点火シーケンスにおいて要求されたトルクと供給されたトルクとの一致をもたらすことを特徴とする、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、ショートホリゾン最適制御計算に基づき前記平滑化トルクを判断する工程をさらに含むことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１月１２日出願の米国仮特許出願第６２／１０２，２０６号明細書および２０１５年３月２４日出願の米国仮特許出願第６２／１３７，５３９号明細書の優先権を主張し、すべての目的のために参照によりその全体が本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、内燃エンジンのためのスキップファイアエンジン制御システムに関する。具体的には、本発明は、パワートレインへ印加される平滑化トルクを使用して、騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）を低減する構成および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日、稼働中のほとんどの車両は内燃（ＩＣ）エンジンにより動力が供給される。内燃エンジンは、通常、燃焼が発生する複数のシリンダまたは他の作動室を有する。エンジンにより生成される動力は、各作動室へ供給される燃料および空気の量とエンジン速度とに依存する。
【０００４】
燃焼過程およびシリンダの点火は望ましくない騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）を導入し得る。例えば、エンジンは振動を車両のボディへ転送し得、振動は車両乗員により感知され得る。音もシャーシを介して車両のキャビン内に伝搬され得る。いくつかの動作条件下で、シリンダの点火は排気系および排気管を介して望ましくない音響的効果を生成する。したがって、車両乗員は、空気を介して構造的に伝搬された振動または音から望ましくないＮＶＨを経験し得る。したがって、内燃エンジンにより生成されるＮＶＨの量を低減するための継続的努力がなされている。
【発明の概要】
【０００５】
スキップファイアエンジン制御システムにおける騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）を低減する様々な方法および構成が説明される。一態様では、所望のエンジントルクを供給するために運用点火比が生成される。エンジンをスキップファイア方式で動作させる点火シーケンスが使用される。この点火シーケンスは運用点火比に基づく。エネルギー蓄積／放出装置によりパワートレインへ印加される平滑化トルクが判断される。平滑化トルクは、スキップファイア点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを低減するのを促進する。上記動作に関係する様々な方法、装置、パワートレインコントローラおよびコンピュータソフトウェアも説明される。
【０００６】
様々なパワートレインコントローラ設計は、所望のトルクを供給するために点火比を選択する際にエネルギー効率を考慮する。平滑化トルクを使用することによりＮＶＨが軽減され得る場合、それらの好ましくないＮＶＨ特性のためにそうでなければ受容不能であろういくつかの点火比が使用され得る。このような点火比は、好適な平滑化トルクを生成することに関与するエネルギー効率を考慮したとしても、他の代替法より効率的であり得る。いくつかの実施形態では、複数の候補点火比のエネルギー効率が比較され、運用点火比が選択される。様々な応用は、好適な運用点火比を選択するために参照表、アルゴリズムまたは他の好適な機構を使用することを含む。選択された点火比を使用してエンジンが動作される場合、生成されるＮＶＨを低減するのを促進するために平滑化トルクが必要に応じてパワートレインへ印加される。
【０００７】
平滑化トルクは様々な方法で生成され得る。様々な手法では、例えば、平滑化トルクはエンジントルクで特定される変動に基づく。いくつかの応用では、エンジントルクはＤＣ項と複数の高調波とを含むものと理解され得る。１つまたは複数の高調波（例えば、基本周波数のみ、１つまたは複数の高調波等）が選択される。いくつかの実施形態では、平滑化トルクは、選択された高調波と同じ周波数を有するが、その位相は選択された高調波に対してオフセットされる（例えば、位相は１８０°シフトされる）。
【０００８】
別の態様において、一方法について説明する。エンジンをスキップファイア方式で動作させるために使用される点火シーケンスが生成される。様々な実施形態では、スキップファイア点火シーケンスはショートホリゾン最適制御計算（ｓｈｏｒｔ  ｈｏｒｉｚｏｎ  ｏｐｔｉｍａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ）に基づく。エネルギー蓄積／放出装置によりパワートレインへ印加される平滑化トルクが判断される。平滑化トルクは、スキップファイア点火シーケンスにより生成されるトルクの変動を少なくとも部分的に相殺するように構成され、それにより、そうでなければスキップファイア点火シーケンスにより生成されるであろうＮＶＨを低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明およびその利点は、以下の添付図面と併せて以下の説明を参照することにより最も良く理解され得る。
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるスキップファイアエンジン制御システム内のパワートレインコントローラのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、スキップファイアエンジン制御システムにおける騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）を低減する方法を図示するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態によるパワートレインおよびパワートレインコントローラの図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態によるＮＶＨの低減を最適化する例示的技術を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態によるＮＶＨの低減を最適化する例示的技術を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態により点火比に応じて消費される燃料のグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態によるエンジントルク波形の図である。
【図８】図８は、図７に示すエンジントルク波形の上に重畳された第１高調波の例示的図である。
【図９】図９は、第１高調波の例示的図である。
【図１０】図１０は、図７に示すエンジントルク波形の上に重畳された第１および第２高調波を含む波形の例示的図である。
【図１１】図１１は、第２高調波の例示的図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態によるスキップファイアエンジン制御システム内のパワートレインコントローラのブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施形態による適応化フィルタフィードフォワード制御システムのブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施形態による、シリンダ点火およびシリンダスキップに関連するトルク痕跡（ｔｏｒｑｕｅ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を示す例示的波形である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面では、同じ構造要素を示すために同じ参照符号が時に使用される。添付図面内の描写は図解的であり原寸に比例していないことも理解すべきである。
【００１２】
本発明は、スキップファイアエンジン制御システムに関する。具体的には、本発明は、スキップファイアエンジン制御システムにおける騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）を低減するために平滑化トルクを使用する方法および構成を含む。
【００１３】
スキップファイアエンジン制御は、選択された点火機会中にいくつかのシリンダの点火を選択的にスキップすることを企図する。したがって、例えば、特定のシリンダが１点火機会中に点火され得、次の点火機会中にスキップされ、次の点火機会中に選択的にスキップまたは点火され得る。これは、固定されたシリンダの組がいくつかの低負荷動作条件中に非活性化される従来の可変排気量型エンジン動作（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｅｎｇｉｎｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）と対照的である。
【００１４】
スキップファイアエンジン制御は、燃料節約の大幅な改善を含む様々な利点を提供し得る。しかし、スキップファイアエンジン制御に伴う１つの課題は、騒音、振動およびハーシュネスである。具体的には、かなりの量のＮＶＨを生成する特定の点火シーケンスまたは点火比が存在する。このようなＮＶＨは、車両乗員により感じられ得るために望ましくない。
【００１５】
このような問題に対処するための１つの手法は、受容不能なＮＶＨレベルを生成することが分かっている特定の点火比または点火シーケンスを使用しないことである。代わりに、所望のエンジン出力が供給されるように他の点火比または点火シーケンスが使用され、シリンダ出力はそれに応じて調整される（例えば、マニホールド絶対圧、点火進角などを調整することにより）。この種の様々な手法は、すべての目的のためにその全体が本明細書に援用される同一譲渡人の米国特許出願第１３／６５４，２４４号明細書に記載されている。
【００１６】
本出願は、ＮＶＨに対処するための別の手法を説明する。様々な実施形態は、車両のパワートレインに印加される平滑化トルクを生成することを含む。平滑化トルクは、エンジンにより生成されるトルクの変動を相殺または低減するのを促進するために印加される任意のトルクである。平滑化トルクは、任意の好適なエネルギー蓄積／取込／放出装置により生成され得る。一例は、エネルギーを蓄積および放出する電池および／またはキャパシタを有する電気モータ／発電機であろう。代わりに、エネルギーを機械的に、空気圧的にまたは油圧的に蓄積し、取込み／放出する任意のシステムまたは装置が使用され得る。例えば、可変の機械的結合を有するフライホイール、またはタービンへの／タービンからの流体流れを制御するバルブを有する高圧流体リザーバ、または同様の装置がパワートレインからエネルギーを取込み／放出するために使用され得る。平滑化トルクは、スキップファイア点火シーケンスにより生成される騒音および振動が少なくとも部分的に低減または相殺される方法で印加される。
【００１７】
様々な手法では、上記平滑化トルクシステムは選択的に適用される。すなわち、所望のトルクを供給する多くの点火比および点火シーケンスが受容可能なレベルのＮＶＨを生成し、したがって平滑化トルクはそれらの状況において印加される必要はない。他の状況では、好適な点火比または点火シーケンスは望ましくないレベルのＮＶＨを生成し得るが、ＮＶＨを軽減する際に関わるエネルギー消費または均等にエネルギー費用が余りに大きいことがあり得る。したがって、別の点火比または点火シーケンスが所望のエンジン出力を供給するために使用される。さらに他の状況では、平滑化トルクの使用は、それらの関連するＮＶＨレベルのためにそうでなければ受容不能であった点火比または点火シーケンスの使用を可能にし、エネルギー損失よりむしろエネルギー節約をもたらし得る。様々な実施形態では、平滑化トルクシステムは、利用可能な選択肢のエネルギー費用を解析し、ＮＶＨを受容可能なレベルにもする最も燃料効率的な手法を選択するように構成される。
【００１８】
図１を最初に参照して、本発明の特定の実施形態によるパワートレインコントローラ１００について説明する。パワートレインコントローラ１００は、点火比計算器１１２、点火タイミング判断モジュール１２０、ＮＶＨ低減モジュール１２１、パワートレインパラメータ調整モジュール１１６、センサユニット１２２および点火制御ユニット１４０を含む。点火比計算器１１２、点火タイミング判断モジュール１２０およびＮＶＨ低減モジュール１２１は、エンジンの好適な運用点火比およびスキップファイア点火シーケンスを判断するためにそれらの動作を調整する。運用点火比に依存して、これらはまた、点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを低減するために好適な平滑化トルクを判断し得る。
【００１９】
点火比計算器１１２は、現在の加速ペダル位置（ＡＰＰ）、エンジン速度および他の入力に基づくトルク要求信号１１１を受信する。トルク要求信号は、点火比計算器１１２へ到達する前に任意選択的なプリプロセッサ１０５を介してＡＰＰ  １６３から指示され得る。所望のエンジン出力の要求を示すトルク要求信号１１１は、加速ペダル位置センサ、またはクルーズコントローラ、トルク計算器、ＥＣＵなどの他の好適なソースから受信または導出され得る。任意選択的なプリプロセッサ１０５は、点火比計算器１１２への供給前に加速ペダル信号を修正し得る。しかし、他の実施形態では、加速ペダル位置センサは点火比計算器１１２と直接通信し得ることを理解すべきである。
【００２０】
トルク要求信号１１１に基づき、点火比計算器１１２は、選択されたエンジン動作下で所望のトルクを供給するのに適切であり、かつ受容可能なＮＶＨ特性を有するスキップファイア点火比を判断する（平滑化トルクを使用するかまたはしないかにかかわらず）。各点火比１１２は、所望の出力を供給するために必要とされる現在の（または指示された）動作条件下の点火の比または比率を示す。いくつかの好ましい実施形態では、点火比は、運転者要求エンジントルクを供給するために必要とされる最適点火の比率に基づき判断され得る（例えば、シリンダが燃料効率にほぼ最適な動作点で点火している場合）。しかし、他の例では、異なるレベルの基準点火、燃料効率以外の因子に最適な点火、現在のエンジン設定などが点火比を判断する際に使用され得る。様々な実施形態では、点火比が所定の点火比の組またはライブラリから選択される。
【００２１】
点火比判断工程は、ＮＶＨ、燃料効率および所望のトルクを含む様々な因子を考慮し得る。いくつかの状況では、例えば、現在のエンジン速度を所与として所望のトルクを最も燃料効率的な方法で（例えば、最適点火を使用することにより）供給する特定の点火比が存在する。その点火比が点火比計算器による使用に利用可能であり、また受容可能なＮＶＨレベルに関連する場合、点火比計算器１１２は、その点火比を選択し、それを点火タイミング判断モジュール１２０へ送信し、その結果、好適な運用点火シーケンスが点火比に基づき生成され得る。点火比計算器１１２はまた、いかなるＮＶＨ軽減も必要でないことをＮＶＨ低減モジュール１２１へ示し、したがって、エネルギー／蓄積放出装置１２４は、そのシーケンスがエンジン１５０を動作させるために使用されている間、平滑化トルクをパワートレインへ印加しない。
【００２２】
代わり、上記点火比が受容不能なレベルのＮＶＨを生成することが分かっていれば、点火比計算器は、それにもかかわらず、その点火比を運用点火比として選択し得る。このような選択は、好適な平滑化トルクをパワートレインへ印加することによりＮＶＨが低減され得るという判断に基づく。この選択はまた、ＮＶＨ軽減に関連するエネルギー費用が考慮された場合でも他のより燃料効率的な点火比代替法が存在しないという判断に基づく。この場合、点火比計算器１１２は、選択された運用点火比を点火タイミング判断モジュール１２０へ送信し、その結果、好適な運用点火シーケンスが点火比に基づき生成され得る。点火比計算器はまた、ＮＶＨの軽減が必要とされることをＮＶＨ低減モジュールへ示す。この結果、ＮＶＨ低減モジュールは、点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを低減するために、好適な量の平滑化トルクをパワートレインへ印加するようにエネルギー蓄積／放出装置１２４を動作させる。
【００２３】
さらに他の状況では、点火比計算器１１２は、所望のトルクを供給するのにそれほど理想的に適さない運用点火比（すなわち、所望のトルクと異なるが受容可能なＮＶＨ特性を有する量のトルクを供給するのにより適した点火比）を選択し得る。したがって、シリンダ出力は、所望のトルクが供給されるように調整されなければならない（例えば、ＭＡＰ、点火進角（ｓｐａｒｋ  ａｄｖａｎｃｅ）および他のエンジンパラメータを調整することにより）。しかし、それにもかかわらず、運用点火比は、ＮＶＨ軽減が可能でないか、または最終的に余りにも多くのエネルギーを消費する劣悪なＮＶＨ特性を有する点火比を含み得る他の代替案より燃料効率的である。
【００２４】
点火比計算器１１２は、上記判断およびエネルギー効率比較を行うのを促進するためにデータを格納および／またはデータへアクセスするように構成される。任意の好適なデータ構造またはアルゴリズムが判断を行うために使用され得る。いくつかの実施形態では、例えば、点火比計算器１１２は、好適な運用点火比を判断するとともに平滑化トルクが印加されるべきかどうかを判断するために参照表を使用する。さらに他の実施形態では、点火比計算器は、エネルギー効率を動的に計算し、異なる候補点火比および／またはシーケンスと比較することにより、このような判断を行う。これらの手法のいくつかは、後に応用においてさらに詳細に説明される。
【００２５】
好適な運用点火比を選択した後、点火比計算器１１２は点火比１１９を点火タイミング判断モジュール１２０へ送信する。点火タイミング判断モジュール１２０は、指令点火比１１９により規定された点火の比率をエンジン１５０に供給させる一連の点火命令（例えば、駆動パルス信号１１３）を発行するように構成される。いくつかの実施形態では、例えば、点火タイミング判断モジュール１２０は、ビットストリーム（各０が現在のシリンダ点火機会のスキップを示し、各１はその点火を示す）を生成する。
【００２６】
点火タイミング判断モジュール１２０は、点火シーケンスを多様な方法で生成し得る。一例として、シグマデルタ変換器が点火タイミング判断モジュール１２０として良好に機能する。さらに他の実施形態では、点火タイミング判断モジュールは、受信された点火比に基づき点火シーケンスライブラリから好適な点火シーケンスを選択する。
【００２７】
点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを軽減する必要がないことが判断されれば、点火タイミング判断モジュール１２０により出力される一連の点火命令（時に駆動パルス信号１１３と呼ばれる）は、実際のシリンダ点火を活性化および指令する点火制御ユニット１４０へ渡され得る。平滑化トルクは、エンジン１５０における点火シーケンスの実行中、エネルギー蓄積／放出装置１２４によりパワートレインへ印加されない。
【００２８】
一方、点火シーケンスが軽減を必要とすると判断されれば、点火比計算器１１２および／または点火タイミング判断モジュール１２０は、点火シーケンスがエンジンを動作させるために使用される前に、点火比および／または点火シーケンスをＮＶＨ低減モジュール１２１へ送信する。これらの入力に基づき、ＮＶＨ低減モジュール１２１は、点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを受容可能なレベルにするであろう好適な平滑化トルクを判断するように構成される。様々な実施形態では、平滑化トルクは、１つまたは複数のほぼ正弦的なトルク波形（パワートレインへ印加され、スキップファイア点火シーケンスにより生成されるトルクの特定の変動に対抗する）の形式を取る。正弦トルク波形の議論はエンジンのクランク角に基づき得る。すなわち、平滑化トルクは、平滑化トルク＝ｓｉｎ（ｆ＊θ＋φ）として記述され得る。ここで、θはクランク角、φは位相、ｆ＝Ｎ／４（Ｖ８エンジン用）であり、ここで、Ｎは点火比レベルの分母である。
【００２９】
様々な実施形態では、平滑化トルク波形はエネルギー蓄積／放出装置１２４によりパワートレインへ印加される。平滑化トルクは、トルクをパワートレインへ連続的に加え、次にそれからトルクを減じることに関わる。平滑化トルクのタイミング、大きさおよびパターンは、限定しないが、スキップファイア点火シーケンス、エンジン速度、別の蓄積装置（すなわち、キャパシタ）内の電池充電または充電レベルおよび現在のシリンダ番号を含む様々な因子に基づき得る。
【００３０】
ここで説明される平滑化トルクの様々な実施形態は、スキップされたシリンダからの欠落トルクパルスを充填するために電気モータを使用するいくつかの従来技術のシステムと異なることに留意すべきである。このようなシステムは、エネルギー蓄積／放出装置１２４から広帯域および高振幅トルクパルスを供給することを必要とする。本発明の様々な実施形態は、スキップされた点火機会により生成されるトルク穴を明示的に埋めようとしない。むしろ、このような実施形態は、特定の点火比または点火シーケンスにより生成される総合トルク痕跡を考慮する。これらの実施形態では、制御エレクトロニクスは、トルク痕跡の１つまたは複数の高調波に関連するトルク変動に対抗しようとする。有利には、このタイプの制御アルゴリズムは、点火シリンダに関連するトルクスパイクの広帯域成分を制御が相殺または模擬しようとしないため、低帯域エネルギー蓄積／放出装置１２４を必要とする。同様に、エネルギー蓄積／放出装置１２４は、点火シリンダに関連するトルクスパイクをシステムが模擬しようとしないため、低平滑化トルク振幅を供給し得る。低帯域幅および振幅の両方は、エネルギー蓄積／放出装置１２４に関連するハードウェアの実装をより安価でかつ容易にする。この方法の別の利点は、より低い高調波周波数が車両乗員によってより強く感じられ、こうして所定の量の平滑化トルクに対する感知振動の低減を最大化することである。
【００３１】
平滑化トルク波形を生成するために任意の好適なアルゴリズムまたは技術が使用され得る。いくつかの実施形態では、例えば、ＮＶＨ低減モジュール１２１は、後にエンジン１５０を動作させるために使用される点火シーケンスを点火タイミング判断モジュール１２０から受信する。ＮＶＨ低減モジュール１２１は、点火シーケンスにより生成されるであろうエンジントルクの変動を判断する。エンジントルクの変動はＮＶＨの生成の原因である。平滑化トルクは、エンジントルクの１つまたは複数のタイプの変動に対抗し、それを相殺するのを促進する変動を含む。
【００３２】
平滑化トルクの特性は、特定の応用の必要性に依存して広く変化し得る。受容不能な量のＮＶＨを生成することが分かっている運用点火比を点火比計算器１１２が選択する上記と同様の例示的処理について考察する。したがって、ＮＶＨは軽減されなければならない。したがって、点火タイミング判断１２０は、解析のためにＮＶＨ低減モジュール１２１へ送信されるスキップファイア点火シーケンスを運用点火比に基づき生成する。
【００３３】
ＮＶＨ低減モジュール１２１は、スキップファイア点火シーケンス、エンジン速度、点火比および／または任意の他の好適なパラメータに基づき予想エンジントルクを判断する。いくつかの実施形態では、このエンジントルクは、固定成分（すなわち、ＤＣ項）と複数の正弦高調波により表され得る可変成分（第１高調波（基本周波数）および他の高調波を含む）とを含むと理解される。固定ＤＣ項は車両を推進し、高調波は、そのシリンダが燃焼サイクルの様々なストロークを介して動くため、内燃エンジンにより生成されるトルクの変動の必然的な結果である。エンジントルクのこれらの正弦高調波または変動はＮＶＨの原因であると考えられる。ＮＶＨ低減モジュール１２１は、特定のパターンまたはシーケンスを使用してパワートレインへ印加される平滑化トルクを判断する。様々な実施形態では、平滑化トルクパターンまたはシーケンスの特性（例えば、周波数、大きさおよび位相）は１つまたは複数の正弦高調波のうちの選択された組に少なくとも部分的に対抗する（ｃｏｕｎｔｅｒ）または対抗する（ｏｐｐｏｓｅ）ように設計される。
【００３４】
この概念の一例を図７〜図１１に示す。図７は、エンジン角度に応じてクランク軸／パワートレインへ印可されるエンジントルク（Ｎ＊ｍ）を示すグラフである。すなわち、グラフは、サンプルスキップファイア点火シーケンスにより生成されたエンジントルクを表す波形７０２を示す。この例では、平均トルクは約８７Ｎ＊ｍである。この平均トルクはエンジントルクの固定成分（すなわち、ＤＣ項）である。フーリエ解析の技術を使用することにより、エンジントルク波形７０２は、この固定成分とそれぞれが固定振幅を有する様々な高調波との合計（すなわち、第１高調波、第２高調波、．．．、第１０高調波などを含む複数の高調波）として表現され得る。
【００３５】
例示的ＤＣプラス第１高調波波形８０２が図８に示される（エンジントルク波形７０２の上に重畳された）。オフセット第１高調波波形８０２は、波形７０２の基本周波数と一致する周波数を有する。図８で分かるように、オフセット第１高調波波形８０２は、エンジントルク波形７０２のかなりの部分と一致する。第１高調波成分は、平均トルク（例えば、８７Ｎ＊ｍのＤＣオフセット）を波形８０２から減じることにより分離され得る。これは図９の第１高調波波形９０２を生じる。様々な実施形態では、平滑化トルク波形は、波形９０２に対抗する（すなわち、波形９０２がトルクをパワートレインへ加える際にトルクをパワートレインから減じ、波形９０２がトルクをパワートレインから減じる際にトルクをパワートレインへ加える）ように生成される。
【００３６】
様々な手法は、選択された正弦高調波を平滑化トルクが低減または相殺するように振幅が異なり得ることと、位相が（例えば、１８０°）シフトされ得ることとを除き、正弦高調波のうちの１つまたは複数のものの選択された組とほぼ同一またはほぼ同じである特性（例えば、周波数）を有する平滑化トルクに関わる。いくつかの実施形態では、平滑化トルクは、第１高調波と同じ周波数のみに対向するように、それに基づくように、および／またはそれを有するように構成される。すなわち、様々な実施形態では、平滑化トルクは、予想エンジントルク内の他の高調波に基づくか、それと異なる周波数を有するか、またはそれに対抗しない。本発明者らは、様々な応用において、ＮＶＨを受容可能なレベルにするために１つのみまたはいくつかの正弦高調波が相殺または低減される必要があると判断した。図７〜図９に示す事例では、平滑化トルクは、単に第１高調波波形９０２を相殺するようにまたはそれを受容可能なレベルまで低減するように構成され得る。したがって、平滑化トルクは、第１高調波波形９０２と同じ周波数および振幅を有し得るが、単にその位相が１８０度だけオフセットされ得る。さらに他の実施形態では、平滑化トルクは複数の高調波（例えば、第１高調波および１つまたは複数の他の高調波など）を考慮しそれに対抗する。
【００３７】
別の実施形態では、ＤＣ項が平滑化トルクへ加えられ得る。ＤＣ項が十分に大きければ、平滑化トルクは一方向に一様になり、エネルギー蓄積／放出装置が零正味供給トルクを横切る際に発生するいかなる非線形挙動（例えば、不感帯、ラッシュ（ｌａｓｈ）など）の影響も削除または低減し得る。ＤＣ項は、何れかの方向であり得、すなわちエネルギー蓄積／放出装置は、エネルギーをパワートレインから蓄積するまたはエネルギーをパワートレインへ放出し得る。ＤＣ項は零であり得る。ＤＣの大きさおよび符号は、電池またはキャパシタ充電レベル、トルク要求または他の動作特性を含む多くの因子に依存し得る。
【００３８】
図１０は、例示的エンジントルク波形７０２の上に分離され重畳された波形１００２により表された定数項と２つの高調波（すなわち、第１および第２高調波）とを示す。図８と図１０とを比較することにより分かるように、２つの高調波は、合成されると、図８のオフセット第１高調波単独の場合よりエンジントルク波形７０２の全体変動とさらに良く一致する。図１１は、ＤＣ項および第１高調波項が除去された後の第２高調波を表す第２高調波波形１１０２を示す。図９と図１１とを比較することにより分かるように、第１高調波波形９０２の振幅は第２高調波波形１１０２の振幅よりかなり大きい。すなわち、エンジントルク波形７０２は、第２高調波成分より大きい第１高調波成分を有する。より大きい第１高調波成分は、通常、より多くの望ましくないＮＶＨを生成することになり、したがって、制御アルゴリズムはこの高調波成分を相殺または低減することに焦点を合わせ得る。様々な応用では、平滑化トルクは、任意の他の高調波ではなく第１高調波のみ（例えば、図９の波形９０２）に対抗するように構成される。いくつかの設計では、これは、平滑化トルクの計算および実施を簡単にし、それにもかかわらず、ＮＶＨを受容可能なレベルまで下げるのに十分であると判断された。さらに他の実施形態では、平滑化トルクは、複数の高調波（例えば、波形９０２、１１０２を含む合成波形）を相殺または対抗するように構成される。高調波を相殺することは誘起振動から発生する音響雑音を低減する際に有利であり得る。例えば、第１高調波と第２高調波以外のいくつか高調波とがほぼ相殺され得る。特に、キャビンブーム周波数（ｃａｂｉｎ  ｂｏｏｍ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）近傍の高調波がほぼ相殺または低減され得るために有利である。
【００３９】
平滑化トルクの大きさ（例えば、振幅）は、様々な条件、用途に依存して変化し得る。様々な実施形態では、例えば、平滑化トルクの大きさは、対抗するエンジン生成正弦高調波の大きさより実質的に小さい。これらの実施形態では、平滑化トルクの大きさは、エンジンＮＶＨを削除するのではなく低減するように、かつＮＶＨを車両乗員に受容可能と判断される所定のレベル未満にするように構成される。この所定のＮＶＨレベルを定義するものは、様々なエンジンおよび車両設計間で変わり得る。様々な実施形態では、ＮＶＨの受容可能なレベルを判断するためにユーザ試験が行われる。加えて、受容可能なＮＶＨのこの所定のレベルはまた、加速ペダル位置、加速ペダル位置の変化率、道路状況、操作ギヤ、車速、キャビン騒音レベル、エンジンアイドルの有無および任意の他の好適なパラメータなどの様々な条件に基づき動的に調整され得る。このような条件は、１つまたは複数の好適なセンサにより検知され得る。
【００４０】
いくつかの実施形態では、平滑化トルクはまた、センサユニット１２２から受信されるフィードバックに基づき調整される。センサユニット１２２は、限定しないクランクシャフト速度／加速度、加速度計データ、振動などの様々なエンジンパラメータを検知し得る１つまたは複数のセンサを含む。一例として、加速度計は、車両乗員により感じられる振動を検知するために、ＥＣＵに隣接するおよび／またはその中の座席レールに配置され得る。センサユニット１２２から受信されたフィードバックに基づき、平滑化トルクは動的に調整される。一例として、平滑化トルクシーケンスのタイミング（位相）および大きさはセンサ入力に基づき変更され得る。上記センサフィードバックが必要とされないことと、様々な実施形態では平滑化トルク生成システムがフィードフォワードシステムであることとを理解すべきである。
【００４１】
好適な平滑化トルクをＮＶＨ低減モジュールが用意すると、ＮＶＨ低減モジュールは、平滑化トルクをパワートレインへ印加するようにエネルギー蓄積／放出装置１２４を動作させる。平滑化トルクの印加は、エンジン１２０における対応点火シーケンスの実行と連携される。その結果、平滑化トルクはエンジントルクの特定の変動に対抗し、スキップファイア点火シーケンスにより生成されるＮＶＨは低減される。
【００４２】
図示の実施形態では、点火比計算器１１２と協同する任意選択的なパワートレインパラメータ調整モジュール１１６が設けられる。パワートレインパラメータ調整モジュール１１６は、実際のエンジン出力が要求エンジン出力を指令点火比においてほぼ等しくすることを保証するために、選択されたパワートレインパラメータを適切に設定するように点火制御ユニット１４０に指示する。一例として、パワートレインパラメータ調整モジュール１１６は、実際のエンジン出力が要求エンジン出力と一致することを保証するのを促進するために所望のマス空気量（ＭＡＣ）、点火タイミングおよびバルブタイミングならびに／または他のエンジン設定を判断する役割を担い得る。当然ながら、他の実施形態では、パワートレインパラメータ調整モジュールは、様々なエンジン設定を直接制御するように構成され得る。
【００４３】
点火比計算器１１２、点火タイミング判断モジュール１２０、ＮＶＨ低減モジュール１２１、パワートレインパラメータ調整モジュール１１６、センサユニット１２２および図１の他の示された部品は、多種多様な形式を取り得、そうでなければそれらの機能はＥＣＵに組み込まれ得るか、または他のより集積化された部品、副部品群、または多種多様な代替手法を利用することにより提供され得る。様々な代替の実施形態では、これらの機能ブロックは、マイクロプロセッサ、ＥＣＵ、または他の計算装置をアルゴリズム的に使用することにより、アナログまたはデジタル部品を使用することにより、プログラマブルロジックを使用することにより、上記の組み合わせを使用することにより、および／または任意の他の好適な方法で実現され得る。
【００４４】
すべての実施形態において必要ではないが、いくつかの実施形態では、適切な点火比および／または平滑化トルクの判断（すなわち、平滑化トルクが使用されるかどうか、および平滑化トルクはどのようなものかに関する判断）は、点火機会毎になされ得る。すなわち、現在所望の点火比および／または平滑化トルクは、加速ペダル位置または他の動作パラメータに基づき各点火機会の前に再判断され得る。これは、スキップファイア動作の恩恵を維持する一方で、コントローラ１００が要求変更（例えば、マニホールド絶対圧または他のエンジンパラメータの変化）に特に応答できるようにし得る。他の実施形態では、点火比を変更しながら生成されるトルクが予測され得、適応型フィルタまたはモデル予測制御に基づく制御システムがＮＶＨを改善するために使用され得る。
【００４５】
点火機会制御による点火機会が有利な一例は、所望の点火比が変化する場合である。特定の例は、点火比が１／２から１へ変化する場合である。この例では、ＭＡＰは正しいレベルのトルクを生成するために低減される必要があるが、これは遅い、すなわち、ＭＡＰは点火機会毎に変化する限られた能力を有する。米国特許出願第１３／６５４，２４４号明細書に記載されるものなど、この問題に対する１つの従来技術による解決策は、ＭＡＰの予想変化と一致するように点火比を比較的低速度で調整することである。適切な平滑化トルクを絶えず再計算し供給することにより、ＮＶＨ低減モジュールは余りに高いＭＡＰから生じる過大トルクを除去し得、より速い遷移を可能にする。
【００４６】
いくつかの実施形態では、平滑化トルクは、ショートホリゾン最適制御計算において予め計算された将来点火シーケンスを使用して判断され得る。この制御方法は、点火シーケンスが点火比レベル間の遷移中など、非反復的である場合に特に有効である。本明細書では、ショートホリゾンは、点火判断がなされたが、依然として実施されていないことを指し得る。これは４〜２０点火機会の範囲内であり得るが、それより多いまたは少ない可能性がある。これらの判断は実施される前に分かっているため、平滑化トルクは予め計算され得る。平滑化トルクは、モータ／発電機およびエネルギー蓄積装置制約に従う最適ＮＶＨ燃料節約トレードオフを得るために負トルクと正トルクとの両方を含み得る。モータ／発電機制約は、最大許容トルクおよび出力レベルを含み得る。エネルギー蓄積制約は、現在のエネルギー蓄積レベルとエネルギー蓄積装置から転送される最大パワーとを含み得る。
【００４７】
次に図２を参照して、本発明の特定の実施形態による平滑化トルクを判断する方法２００について説明する。最初に、工程２０２では、エンジントルク要求が受信される。様々な実施形態では、点火比計算器１１２は、加速ペダル位置、エンジン速度、クルーズコントローラ設定および任意の他の好適なエンジンパラメータに基づき所望のエンジントルクを判断する。
【００４８】
工程２０３、２０４、２０６および２０８は、所望のトルクを供給し受容可能なＮＶＨ特性（何らかの軽減を有するまたは有しないの何れか）を有する運用点火比を選択するために様々な候補点火比を評価する処理に関する。いくつかの実施形態では、パワートレインコントローラは、運用点火比が選択される必要がある場合、必要に応じてこれらの工程を行う。しかし、他の実施形態では、様々な候補点火比の評価は、むしろアルゴリズム、参照表または任意の他の好適な意志決定機構内に取り込まれる。すなわち、様々な候補点火比をオンザフライで動的に比較するのではなく、パワートレインコントローラはむしろ、様々な入力に基づき運用点火比を直接生成する表または他の機構を参照し得る。その場合、本方法は工程２１０へ直接進む。
【００４９】
図２の工程２０３へ戻ると、所望のトルクレベルが得られた後、点火比計算器１１２は、受容可能なＮＶＨ特性を有する利用可能な点火比が最適シリンダ負荷（例えば、燃料節約を最大化するシリンダ負荷）で動作する一方で所望のトルクを供給し得るかどうかを判断する。いくつかの実施形態では、例えば、点火比計算器１１２は、いくつかの動作条件下において最適シリンダ負荷下で動作する一方、受容可能なＮＶＨ特性を有することが分かっているこのような点火比の組を示すデータを格納する。何れの点火比が受容可能なＮＶＨを生成するかは、すべての目的のために全体として本明細書に援用される同時係属中の米国特許出願第号１３／６５４，２４４号明細書および同第１３／９６３，６８６号明細書に記載のように、エンジン速度と変速機ギヤとの関数であることを理解すべきである。これらの点火比の１つが所望のトルクを供給することができれば、本方法は工程２１２へ進み、その点火比が運用点火比になる。
【００５０】
最適シリンダ負荷で所望のトルクを供給し得る受容可能なＮＶＨ特性を有する点火比が存在しないと点火比計算器１１２が判断すれば、本方法は工程２０４へ進む。工程２０４では、点火比計算器は候補点火比の組を得る。点火比の組は２つのタイプの点火比を含み得る。すべての目的のために参照により全体が本明細書に援用される米国特許出願第１３／６５４，２４４号明細書に論述されるように、１つのタイプは、シリンダ出力が非最適負荷へ調整された場合にのみ、所望のトルクを供給する受容可能なＮＶＨ特性を有する１つまたは複数の候補点火比に関わる。本出願の目的のために、このような点火比は「低ＮＶＨ点火比」と呼ばれる。他のタイプの点火比は、少ないまたは最少シリンダ負荷調整により所望のトルクを供給し得る１つまたは複数の候補点火比に関わるが、このような点火比に関連するＮＶＨは軽減なしには受容不能であり得る。本出願の目的のために、このような点火比は「高ＮＶＨ点火比」と呼ばれる。
【００５１】
工程２０６では、高ＮＶＨ点火比のＮＶＨ軽減に関連するエネルギー費用が判断される。これは多様な方法で行われ得る。一例示的手法が以下に説明される。
【００５２】
この例では、点火タイミング判断モジュール１２０は、候補高ＮＶＨ点火比に基づく候補スキップファイア点火シーケンスを生成する。スキップファイア点火シーケンスおよび点火比により生成されるトルクは、周期的波形としてモデル化され得る。この波形は次のフーリエ級数として表される。
0006524546.tif 000002
ここで、Ｔｑ（ｔ）は時間の関数としてのトルクであり、ａ０は平均トルク（ＤＣ項）であり、ａｎは第ｎ高調波成分に関連する振幅であり、Ｔは第１高調波（基本周波数）の周期であり、φｎは第ｎ高調波成分の位相である。
【００５３】
ＮＶＨの人間知覚は周波数に応じて変化する。通常、約８Ｈｚ未満の低周波数は高周波数振動より不快なものとして知覚される。ＮＶＨへの各高調波成分の相対的寄与は重み付け係数ｗｎにより定義され得る。ｗｎが第ｎ高調波の重み付けであれば、全ＮＶＨは、次のように重み付け関数と様々な高調波周波数の大きさとの積のＲＭＳ値を取ることにより判断され得る。
0006524546.tif 000003
【００５４】
エネルギー蓄積／放出装置１２４がパワートレイン内に含まれれば、式２は、エネルギー蓄積／放出装置１２４によりパワートレインへ印可される平滑化トルクを含むように修正される必要がある。平滑化トルクは、式１と同様のフーリエ展開により表現され得る。ここで、第ｎ高調波成分は大きさｅｎを有する。平滑化トルクの各高調波項の位相がエンジントルクから１８０度シフトされると仮定すると、次式３は平滑化トルクの影響を含むＮＶＨを表す。
0006524546.tif 000004
【００５５】
上記軽減化波形または平滑化トルクを生成するために必要な級数は次の通りである。
0006524546.tif 000005
ここで、ηはエネルギー蓄積／放出装置の往復効率である。換言すると、式４は、エネルギー蓄積／放出装置１２４が対応平滑化トルクを生成するために必要とされるエネルギーの量を示す。ηの標準値は、モータ／発電機および容量性エネルギー蓄積に基づくエネルギー蓄積／放出装置の０．７〜０．９である。他のエネルギー蓄積／放出装置はより高いまたは低い効率を有し得る。
【００５６】
式４は、往復効率がすべての高調波に対して一定であり、単独エネルギーソース／シンクが使用されると仮定することを理解すべきである。一般的に、これらは、通常、内燃エンジンが車両を駆動するすべてのエネルギーの最終ソースであり、単独エネルギー蓄積／放出装置のみが車両内に存在するため、正当な仮定である。これは一般的に該当するが、これが該当しないことがあり得る車両アーキテクチャが存在する。例えば、プラグインハイブリッド（ｐｌｕｇ  ｉｎ  ｈｙｂｒｉｄ）は電気的グリッドからエネルギーを得る。同様に、回生制動を有する車両は、内燃エンジンとは無関係にエネルギーをエネルギー蓄積／放出装置内に蓄積し得る。これらの場合、監視モジュールは、様々なソースからエネルギーの相対的費用へアクセスし得、平滑化トルクを印加するために最適ソースまたはソースの組合せを使用し得る。パワートレインエネルギーを蓄積し、パワートレインエネルギーを放出する往復効率は、常に１未満であることに注意すべきである。このエネルギー伝達に関連するエネルギー欠損は、ＮＶＨ軽減中、電池からのキャパシタのエネルギーレベルの管理中に起因し得る。
【００５７】
式３および４において、平滑化トルク高調波成分ｅｎはそれらの対応するエンジン生成高調波成分ａｎと同じ大きさを有する必要はないことに留意されたい。すなわち、平滑化トルクは、すべてのＮＶＨを削除する必要はないが、代わりにそれを標的受容可能なＮＶＨレベルまで下げ得る。標的ＮＶＨレベルでは、ＮＶＨは２つの成分（軽減されない高調波からのＮＶＨ、すなわち高調波と不完全に相殺され得る高調波からのＮＶＨ）から構成され得る。
【００５８】
したがって、課題は、標的受容可能なＮＶＨに達するために必要とされる最低レベルのエネルギー消費量を判断することである。この最適化問題は、次式
0006524546.tif 000006
により捉えられる費用関数として表現され得、次の制約に従う。
0006524546.tif 000007
【００５９】
この最適化問題はグラフィカルに表され得る。２つの単純化例が図４および図５に示される。図４は、特定の候補点火比のエネルギー費用関数（すなわち、式５）および制約関数（すなわち、式６）をそれぞれ表す円４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの組および楕円４０４ａ、４０４ｂの組を示す。このサンプルグラフは、最初の２つの高調波のみに関わる。第１高調波平滑化トルク成分ｅ１の大きさは水平軸に沿って与えられ、第２高調波平滑化トルク成分ｅ２の大きさは垂直軸に沿って与えられる。エンジン生成第１および第２高調波成分ａ１、ａ２の値がそれぞれ示される。シリンダ負荷、点火比、エンジン速度、変速機ギヤはそれぞれ、車両較正またはいくつかの他の手段を介して判断され得る関連するａ１、ａ２の組を有することになる。
【００６０】
図４において、エネルギー蓄積／放出装置１２４の効率は、第１および第２高調波周波数に対して同じであると仮定すると、円４０２ａ〜４０２ｃの組内の各同心円はトルクを軽減するための一定量の消費エネルギーを表す。円が小さいほどより少ないエネルギーが使用される。円の組の中心（原点）はエネルギーが使用されない点を示す、すなわち、ｅ１＝ｅ２＝０である。楕円４０４ａ、４０４ｂの組内の各同心楕円は、第１および第２高調波成分により生成される標的ＮＶＨレベルを表す。選択された標的ＮＶＨ楕円上またはその内部のいかなる点も受容可能なＮＶＨレベルを生成することになる。楕円４０４ａ、４０４ｂの偏心度は、重み付け係数ｗ２／ｗ１の比により判断される。等しい重み付け係数では、楕円は円に帰着する。一般的に、人間はより低い第１高調波周波数により敏感であり、したがって図４では楕円は垂直方向に伸ばされる。ＮＨＶを固定量だけ変化させるには、ｅ２よりｅ１においてより少ない変動が必要とされる。楕円が小さいほど許容ＮＶＨは低い。楕円４０４ａ、４０４ｂの中心４０６は、第１および第２高調波に関連するすべてのＮＶＨが削除された状況を表す。点４０６では、ａ１＝ｅ１およびａ２＝ｅ２であり、平滑化トルクはエンジン生成トルク変動の第１および第２高調波を正確に相殺する。
【００６１】
エネルギー費用を最適化するために、ＮＶＨを受容可能なレベルまで下げる一方で、可能な限り小さいエネルギーを消費することが望ましい。受容可能なＮＶＨレベルが楕円４０４ｂにより定義されると仮定すると、この目標は、楕円４０４ｂと円４０２ｃとが交差する点Ａで達成される。点Ａは、楕円４０４ｂ上にありエネルギー消費量を最小化したため、かつ楕円４０４ｂ上のこの点は原点に最も近いため、受容可能なＮＶＨを生じる。すなわち、円４０２ｃは交差楕円４０４ｂとできるだけ小さく一致する。
【００６２】
比較目的のために、図５は、異なる車両動作点（すなわち、シリンダ負荷、点火比、エンジン速度および／または変速機ギヤ）に関わる図を示す。例えば、エンジントルク、エンジン速度および変速機ギヤは図４のものと同一であり得るが、点火比およびシリンダ負荷が異なり得る。この動作点は、図４に対応する点火比およびシリンダ負荷と著しく異なるＮＶＨ特性を有する。図５は、図４と同様の軸を有し、同心円５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃは、エネルギー蓄積／放出装置１２４からの一定のエネルギー消費を表す。同様に、楕円５０４ａ、５０４ｂは、第１および第２高調波成分により生成されるＮＨＶの異なる受容可能なレベルを表す。図５において、エンジン生成第１および第２高調波はそれぞれａ１、ａ２である。ｅ１＝ａ１およびｅ２＝ａ２であれば、パワートレインは点５０６において動作し、いかなるＮＶＨも第１および第２高調波により生成されない。受容可能なＮＶＨレベルが楕円５０４ｂにより定義されると仮定すると、ｅ１＝ｅ２＝０に対応する点Ｂは楕円５０４ｂ内に位置するため、ＮＶＨ標的を満足するためにエネルギー蓄積／放出装置１２４からのいかなる平滑化トルクも必要とされない。楕円５０４ａが受容可能なＮＶＨ限界を表せば、標的に到達するためにいくらかの平滑化トルク軽減が必要とされるであろう。
【００６３】
図４および図５に示すグラフィカルな説明は、最初の２つの高調波がエネルギー蓄積／放出装置により軽減され得る場合に適切であることを理解すべきである。第１高調波のみが考慮されれば、２次元円および楕円は線になるであろう。同様に、第１、第２および第３高調波が考慮されれば円は球になり、楕円は楕円体になるであろう。一般的に、最適化変数の数は軽減される可能性のある高調波の数に等しい。任意数の高調波が必要に応じて軽減され得るが、上に説明したように、通常、受容可能なＮＶＨ性能を得るには、１または２つの高調波の軽減のみが必要である。
【００６４】
上記手法は、ＮＶＨの受容可能なレベルが確立されたものと仮定している。ＮＶＨの受容可能なレベルは任意の好適な方法で判断され得る。一例として、車両内の乗客に受容可能な振動量を判断するために広汎なユーザ試験が行われ得る。ＮＶＨの受容可能なレベルは、様々な条件に基づき動的に変化し得ることを理解すべきである。いくつかの実施形態では、ＮＶＨの受容可能なレベルは、道路状況、ユーザ選択、操作ギヤ、変速レバー、車速、キャビン騒音レベル、エンジンアイドルの有無、加速ペダル位置（例えば、加速ペダル位置の変化率）および／または任意の他の好適なエンジンパラメータまたは判断基準に基づき調整される。
【００６５】
図２に戻ると、上記技術のうちの任意のものを使用することにより、ＮＶＨ低減モジュール１２１は、関連ＮＶＨが受容可能なレベルまで下げられるように、各高ＮＶＨ候補点火比のＮＶＨを軽減するために必要とされるエネルギー費用を判断する。高ＮＨＶ候補点火比に関連する全エネルギー費用は、軽減費用と候補点火比およびシリンダ負荷においてエンジンを動作させることに関連する費用との合計である。任意の既知技術がこれを行うために実行され得ることと、エネルギー費用推定処理は上に提供される例、図および式に限定されないこととを理解すべきである。
【００６６】
工程２０８では、ＮＶＨ低減モジュールは候補点火比のそれぞれに関連するエネルギー費用を比較する。この比較が行われる方法は、各候補点火比の特性に依存して変わり得る。各シリンダが最適条件下で理想的に点火されると仮定する（例えば、スロットル位置、マス空気量、点火進角、バルブタイミングおよび他のエンジンパラメータが燃料効率のためにほぼ最適化される）例を考察する。この例では、低ＮＶＨ点火比と高ＮＶＨ点火比との両方が所望のトルクを供給するために使用され得ることをさらに考察する。高ＮＶＨ点火比は、最適シリンダ条件近傍下で所望のトルクを供給することができる。しかし、その結果のＮＶＨを低減するために軽減が必要とされる。一方、低ＮＶＨ点火比は、受容可能なＮＶＨ特性を有する一方、シリンダ出力のいくつかの調整なしに所望のトルクを供給し得ないという逆の問題を有する（すなわち、上記最適条件から逸脱することにより燃料効率の損失を生じる）。したがって、これらの２つの候補点火比のエネルギー費用を比較することは、低ＮＶＨ点火比に関連するシリンダ出力を調整するエネルギー費用（損失）と高ＮＶＨ点火比に関連するＮＶＨを軽減するエネルギー費用とを比較することに関わる。このような比較は、任意の数およびタイプの候補点火比間で行われ得る。
【００６７】
上記解析および／または比較に基づき、ＮＶＨ低減モジュールおよび／または点火比計算器は、最も燃料効率的な方法で（すなわち、最低エネルギー費用で）所望のトルクを供給する候補点火比を選択する。いくつかの実施形態では、他の因子が選択過程で考慮される。選択された候補点火比は運用点火比となる（工程２１０）。
【００６８】
複数の候補点火比から運用点火比を選択するための例示的処理が図６に説明される。図６は、点火比の関数としての燃料消費量（燃料効率に反比例する）を示すグラフである。グラフは、１２００ＲＰＭのエンジン速度と０．２のエンジントルク比（ＥＴＦ）とを仮定する（この例では、ＥＴＦは所望のエンジントルクを表す。例えば、ＥＴＦ＝１は全エンジン出力を仮定する）。
【００６９】
グラフの垂直軸は燃料消費量（グラム／秒）を表す。水平軸は候補点火比を表す。この図では、四角内に円でマーキングされたデータ点は低ＮＶＨ点火比（受容可能なＮＨＶを満たすために軽減ＮＶＨが必要とされない）を示す。円内に×を有するデータ点は高ＮＶＨ点火比（ＮＶＨは軽減なしには受容不能である）を示す。これらの点の真上には、四角でマーキングされた点が存在し、これは、ＮＶＨを受容可能なレベルにするために前述の技術を使用することにより内燃エンジンを動作させ、かつトルクを平滑化することに関連する全燃料消費量を示す。
【００７０】
ＮＶＨ軽減なしに点６０４は最も燃料効率的な点火比選択を表す。すなわち、所望のトルクを供給する０．５の点火比は、受容可能なＮＶＨ特性と約０．９３ｇ／ｓの燃料消費速度とを有する。しかし、点６０６は、より少ないエネルギー（約０．８７ｇ／ｓ）を必要とし、０．４の点火比を使用し、また所望のトルクを供給するため、点６０４より優れた選択肢である。１２００のエンジン速度における０．４の点火比は、受容不能な量のＮＶＨを生成することが分かっているが、ＮＶＨは、平滑化トルクを使用して軽減され得る。０．８７ｇ／ｓの計算エネルギー費用は、エネルギー軽減費用を考慮するが、依然として点６０４に関連するエネルギー費用未満である。したがって、この単純例では、点火比０．４が運用点火比として選択される。この場合の燃料節約（（０．９３−０．８７）／０．９３）は約６．５％であり、本明細書に記載の制御方法を使用する利点を実証する。
【００７１】
運用点火ファクションの選択は、燃料効率以外の因子に基づき得ることに注意すべきである。いくつかの実施形態では、例えば、エネルギー蓄積／放出装置１２４の状態が選択過程において役割を果たす。すなわち、特定の高ＮＶＨ点火比が所望のトルクを供給するのに好適であると判断される例を考察する。加えて、ＮＶＨ低減モジュール１２１は、例えば上記技術を使用することにより、点火比に関連するＮＶＨが平滑化トルクにより十分に軽減され得ると判断する。ＮＶＨ低減モジュール１２１はまた、好適な平滑化トルクを生成するために必要とされるエネルギーの量を判断する。しかし、ＮＶＨ低減モジュール１２１および／または点火比計算器１１２はまた、エネルギー蓄積／放出装置が必要とされる平滑化トルクを現在生成することができない（例えば、電池状態、蓄積エネルギーの欠如、判断されたエネルギーの量を提供する能力がないこと等に基づき）ため、その点火比が運用点火比として選択され得ないと判断し得る。逆に、エネルギー蓄積装置が恐らく回生制動によりほぼ満杯状態であれば、軽減の費用は従来計算と比較して低減され得る。
【００７２】
図２に戻ると、工程２１２では、点火比計算器１１２は選択された運用点火比を点火タイミング判断モジュール１２０へ送信する。運用点火比に基づき、点火タイミング判断モジュール１２０はスキップファイア点火シーケンスを生成する（工程２１２）。工程２１４では、運用点火比がＮＶＨ軽減を必要とするかどうかに関する判断がなされる。そうでなければ（例えば、低ＮＶＨ点火比である）、本方法は工程２２２へ進む。工程２２２では、エンジンは点火シーケンスに基づきスキップファイア方式で動作される。
【００７３】
運用点火比がＮＶＨ軽減を必要とすると判断されれば、ＮＶＨ低減モジュール１２１は好適な平滑化トルクを判断する（工程２１６）。平滑化トルクは、点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを低減するのを促進するためにエネルギー蓄積／放出装置１２４によりパワートレインへ印加される任意の好適な平滑化トルクまたは平滑化トルク波形を含み得る。平滑化トルクは、任意の好適なアルゴリズム、技術または機構（例えば、図１に関連して説明した本技術のうちの任意のもの）を使用して生成され得る。
【００７４】
１つの手法は次のように説明され得る。点火比計算器１１２が、運用点火比を選択し、好適な平滑化トルクが生成される必要があると判断した後、点火比計算器１１２は運用点火比を点火タイミング判断モジュール１２０へ送信する。次に、点火タイミング判断モジュールは、運用点火比に基づきスキップファイア点火シーケンスを生成する。
【００７５】
点火シーケンスはＮＶＨ低減モジュール１２１へ送信される。ＮＶＨ低減モジュールは、スキップファイア点火シーケンスを解析し、そのシーケンスにより生成されるであろうエンジントルクの１つまたは複数の選択された変動を特定する。これは多様な方法で行われ得る。いくつかの実施形態では、例えば、トルクは、固定成分と可変成分とを有するトルク波形（例えば、複数の高調波変動／正弦波からなる）として特徴付けられ得る。いくつかの手法は、その周波数が基本周波数である正弦高調波を選択することを含む。他の手法は、その関連周波数が基本周波数と１つまたは複数の他の周波数（例えば、第２高調波など）とを含む複数の正弦高調波を選択することを含む。
【００７６】
次に、ＮＶＨ低減モジュール１２１は、選択された変動／正弦波に基づき平滑化トルクを生成する。前に論述したように、様々な手法では、平滑化トルクは、内燃エンジンにより生成される高調波とほぼ同じ周波数における１つまたは複数の正弦波形の形式を取る。いくつかの手法では、平滑化トルク波形は選択された変動と同じ周波数を有するであろうが、エンジンにより生成されるトルク変動を相殺するように逆相である（例えば、１８０°だけオフセットされる）。平滑化トルクは、選択された変動（少なくともいくつかのＮＶＨの原因である）を必ずしも完全ではないが、少なくとも部分的に相殺するように設計される。様々な応用では、平滑化トルク波形の大きさは、点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを所定のレベル未満にするように設計される。
【００７７】
工程２１８では、エンジンは、工程２１０において選択された運用点火比とその対応する点火シーケンスとに基づきスキップファイア方式で動作される。工程２２０では、工程２１６において判断された平滑化トルクは、スキップファイア点火シーケンスがエンジンにおいて取りまとめられると、エネルギー蓄積／放出装置１２４によりパワートレインへ印加される。したがって、平滑化トルクはスキップファイア点火シーケンスにより生成されるＮＶＨを低減するのを促進する。様々な実施形態では、ＮＶＨ低減モジュール１２１は、平滑化トルクの印加と点火シーケンスの実行とを適切に連携させるのに必要な任意の好適な入力（例えば、点火シーケンス、エンジン速度、現在のシリンダなど）を受信する。
【００７８】
上記方法２００の動作は点火機会毎に行われ得る。代わりに、上記動作の１つ、いくつかまたはすべては、幾分低頻度（例えば、１エンジンサイクル当たり１回または複数回）で行われ得る。
【００７９】
次に図３を参照して、本発明の特定の実施形態によるパワートレインシステム３００について説明する。パワートレインシステム３００は、パワートレインコントローラ１００、内燃エンジン３０４、エネルギー蓄積／放出装置１２４、クランク軸３０８、変速機３１２および車輪３１４を含む。エンジン３０４および／またはエンジン蓄積／放出装置１２４は、変速機３１２を介して車輪３１４を駆動するクランク軸３０８へトルクを印加するように構成される。パワートレインコントローラ（図１において説明した）は、エンジン３０４とエネルギー蓄積放出装置１２４との動作とを連携させるように構成される。パワートレインシステムは、図１、２、１２、１３に関連して説明される技術のうちの任意のものを使用して動作され得る。特定のパワートレイン構成が図３に示されたが、図の部品は任意の好適な構成で配置され得ることを理解すべきである。
【００８０】
エネルギー蓄積／放出装置１２４は、パワートレインにトルクを加えるまたはパワートレインからトルクを減じるように構成される。様々な実施形態では、エネルギー蓄積／放出装置１２４は平滑化トルクパルス波形を生成する。エネルギー蓄積／放出装置１２４により印加される平滑化トルクパルス波形は、実質的に、ある瞬間にトルクを印加し別の瞬間にトルクを減じる１つまたは複数の正弦波形の合計であり得る。一般的に、平滑化トルクパルス波形は、エンジンにより生成されるトルクの選択された変動を相殺するように構成される（例えば、図１のＮＶＨ低減モジュール１２１および図２の工程２１６に関連して論述したように）。
【００８１】
エネルギー蓄積／放出装置１２４は、パワートレインからトルクを吸収または減じ、その結果のエネルギーを蓄積し、および／またはパワートレインへトルクを加えるためにエネルギーを使用する１つまたは複数の任意の好適な装置であり得る。様々な実施形態では、エネルギー蓄積／放出装置１２４は、モータ／発電機および電池またはキャパシタを含む。他の実施形態では、エネルギー／蓄積放出装置１２４は、エネルギーを機械的に（例えば、フライホイール）、空気圧的にまたは油圧的に蓄積および放出する。
【００８２】
いくつかの実施形態は、複数の印可（すなわち、平滑化トルクを生成することに加えて他の印加）を有するように構成されるエネルギー蓄積／放出装置１２４を含む。いくつかの応用では、例えば、エネルギー蓄積／放出装置１２４はまた、燃料効率を改善する（例えば、回生制動などを使用して）ために、任意の最近のハイブリッド車と同様の方法でパワートレインからトルクを減じパワートレインへトルクを加える。すなわち、振動平滑化トルクを供給するだけでなく、エネルギー蓄積／放出装置はＤＣ成分をパワートレイントルクへ供給する。このＤＣ成分は、動作条件、エネルギー蓄積／放出装置内に現在蓄積されたエネルギーの量および他の変数に依存して正または負であり得る。ＤＣ成分は、エネルギーをエネルギー蓄積／放出装置へ蓄積しおよびそれから放出することに関連する非効率性を部分的に補償するように選択され得る。エネルギー蓄積／放出装置１２４はまた、始動／停止エンジンシステムの一部としてエンジンを再始動するために使用される一体化始動機−発電機であり得る。
【００８３】
様々な手法では、エネルギー蓄積／放出装置１２４はまた、異なる点火比間の遷移を円滑にするため使用される。一例として、エンジンがスキップファイア方式で動作され、低点火比から高点火比までシフトすれば、マニホールド絶対圧は高レベルから低レベルへ調整するのに時間がかかり得る。すなわち、シフトが早急に行われれば、車両は、シリンダ出力が余りに大きくなるために前傾になり得る。様々な応用において、およびこのような状況下では、エネルギー蓄積／放出装置１２４は、トルクをパワートレインから／パワートレインへ吸収／供給するように構成され、これにより、点火比間のより円滑な遷移を確実にするのを促進する。一例として、パワートレインコントローラ１００とエネルギー蓄積／放出装置１２４とは、すべての目的のために参照によりその全体として援用される米国特許出願第１３／６５４，２４４号明細書および米国仮特許出願第６２／０５３，３５１号明細書に記載される技術または動作のうちの任意のものを使用して動作され得る。
【００８４】
本発明は、主として自動車の使用に好適な４ストロークピストンエンジンの点火を制御することに関連して説明された。しかし、説明したスキップファイア手法は、多種多様な内燃エンジンにおける使用に非常に好適であることを理解すべきである。これらは、ほぼ任意のタイプの車両（車、トラック、船、建設機械、航空機、オートバイ、スクータなどを含む）のエンジンおよび作動室の点火に関わる内燃エンジンを利用するほぼ任意の他の応用を含む。説明した様々な手法は、多種多様な熱力学的サイクル下で動作するエンジン（ほぼ任意のタイプの２ストロークピストンエンジン、ディーゼルエンジン、オットーサイクルエンジン、複合サイクルエンジン、ミラーサイクルエンジン、アトキンソンサイクルエンジン、ワンケルサイクルエンジンおよび他のタイプのロータリエンジン、混合サイクルエンジン（デュアルオットーおよびディーゼルエンジンなど）、ラジアルエンジンなどを含む）と連動する。説明した手法は、現在知られている熱力学的サイクルまたは将来開発される熱力学的サイクルを利用して動作するかどうかにかかわらず、新たに開発された内燃エンジンと良好に連動するとも考えられる。
【００８５】
いくつかの好ましい実施形態では、点火タイミング判断モジュールはシグマデルタ変換を利用する。シグマデルタ変換は、この応用で用いるのに非常に好適であると考えられるが、この変換は多種多様な変調方式を採用し得ることを理解すべきである。例えば、パルス幅変調、パルス波高変調、ＣＤＭＡ型変調または他の変調方式が駆動パルス信号を提供するために使用され得る。説明した実施形態のいくつかは一次変換器を利用する。しかし、他の実施形態では、高次変換器または所定の点火シーケンスのライブラリが使用され得る。
【００８６】
本出願において企図されたパワートレインコントローラ設計は、図１および図３に示す特定の構成に限定されないことを理解すべきである。示されたモジュールの１つまたは複数は合わせて一体化され得る。代わりに、特定のモジュールの特徴は、むしろ複数のモジュール間に分散され得る。コントローラはまた、それぞれすべての目的のために参照によりその全体が本明細書に援用される下記の他の同一譲渡人の特許出願に基づく追加機能、モジュールまたは動作を含み得る：米国特許第７，９５４，４７４号明細書；同第７，８８６，７１５号明細書；同第７，８４９，８３５号明細書；同第７，５７７，５１１号明細書；同第８，０９９，２２４号明細書；同第８，１３１，４４５号明細書；および同第８，１３１，４４７号明細書；米国特許出願第１３／７７４，１３４号明細書；同第１３／９６３，６８６号明細書；同第１３／９５３，６１５号明細書；同第１３／８８６，１０７号明細書；同第１３／９６３，７５９号明細書；同第１３／９６３，８１９号明細書；同第１３／９６１，７０１号明細書；同第１３／９６３，７４４号明細書；同第１３／８４３，５６７号明細書；同第１３／７９４，１５７号明細書；同第１３／８４２，２３４号明細書；同第１３／００４，８３９号明細書、同第１３／６５４，２４４号明細書；同第１３／００４，８４４号明細書；同第１４／２０７，１０９号明細書；および同第１３／６８１，３７８号明細書、米国仮特許出願第６１／９５２，７３７号明細書および同第６１／８７９，４８１号明細書。上記特許文献に記載の特徴、モジュールおよび動作のうちの任意のものがコントローラ１００へ追加され得る。様々な代替の実施形態では、これらの機能ブロックは、マイクロプロセッサ、ＥＣＵまたは他の計算装置をアルゴリズム的に使用することにより、アナログまたはデジタル部品を使用することにより、プログラマブルロジックを使用することにより、上記の組み合わせを使用することにより、および／または任意の他の好適な方法で実現され得る。
【００８７】
電気機械を使用して振動を低減する技術は、いくつかの点で本発明の様々な実施形態と異なるが米国特許第８，０１５，９６０号明細書に記載されている。１つには、‘９６０特許は、スキップファイアエンジン制御システムではなく、可変排気量エンジン制御システムに焦点を合わせる。また、’９６０特許は、次の過程について記載している：１）クランク軸へ印可されるトルクを判断する工程、２）可変排気量モードにおける非一様なシリンダ点火に起因するトルクから成分を抽出する工程、３）抽出された成分内の可変成分のみを残すために固定成分（固定標的トルク）を抽出成分から除去する工程、４）第３の工程において生成された可変成分に対抗する振動減衰トルクを生成する工程。換言すれば、振動減衰トルクは、非一様なシリンダ点火に起因するすべての変動（すなわち、標的トルクの除去後の）に対抗するように構成される。本発明の様々な実施形態では、非一様なシリンダ点火に起因するすべての変動に必ずしも対抗しない平滑化トルクが生成される。むしろ、いくつかの実施形態では、平滑化トルクは変動の一部のみに対抗する（例えば、平滑化トルクは、特定の周波数（基本周波数など）を有する正弦高調波のうちの１つまたは複数のみに対抗し得る）。様々な実施形態では、平滑化トルクは、非一様なシリンダ点火に起因する変動のうちの特定のタイプのものに対抗しない、例えば、１つまたは複数の他の正弦高調波に対抗しなくてもよい。本発明の様々な実施形態はまた、ＮＶＨ標的を満足するために十分な量の平滑化トルクのみを印加する制御アルゴリズムについて説明する。制御アルゴリズムはまた、平滑化トルクを生成することに関連するエネルギー費用を考慮して燃料効率を最大化する運用点火比を選択する。本発明と従来技術との別の差異は、平滑化トルクの周波数が点火周波数と等しくなくてもよいことである。例えば、１５００ＲＰＭおよび４０％の点火比では、点火周波数は４０Ｈｚであるが、所望の平滑化トルクは２０Ｈｚの周波数を有し得る。
【００８８】
本発明は、点火シーケンスを特徴付けるために点火比を使用するという意味で概説されたが、これは要件ではない。図１２は、パワートレインコントローラ１２００の実施形態を示す。パワートレインコントローラ１２００の様々な要素の多くは、図１に示すパワートレインコントローラ１００に関連して示され説明されたものと同様または同一である。パワートレインコントローラ１００と異なり、図１２は、点火比を参照することなくトルク要求信号１１１から直接生成される駆動パルス信号１１３を示す。代わりに、点火シーケンス発電機１２０２は駆動パルス信号１１３を生成し得る。駆動パルス信号１１３は、ビットストリーム（各０は点火シーケンスを定義する現在のシリンダ点火機会のスキップを示し、各１は点火を示す）で構成され得る。任意の点火機会に関連する点火判断は、点火制御ユニット１４０がエンジンを正しく構成する（例えば、スキップされた点火機会に関してシリンダ吸気弁を非活性化する）ために適切な時間を提供するために、点火機会に先立って生成される。各点火機会は、点火機会がスキップまたは点火に対応するかどうかに依存して、かつパワートレインパラメータ調整モジュール１１６により定義された出力トレインパラメータの設定に依存して既知のトルク痕跡を有することになる。
【００８９】
点火シーケンスおよび平滑化トルクは、多種多様な方法を使用して判断され得る。一実施形態では、要求トルクと供給トルクとの整合性（ＮＶＨ）を含むショートホリゾンモデル予測制御と、最適化問題の一部として平滑化トルクを生成することに関連するエネルギー費用とが使用され得る。様々な実施形態では、モデル予測制御は、ショートホリゾン最適制御計算を使用して、複数の性能基準を有するシステムを直接的に取り扱う最適制御方法である。本方法の様々な実施形態では、被制御システムへ印加すべき現時点で最良のシステム入力を計算するために新しいシステム測定結果を使用することにより、離散的最適化が毎回行われる。本方法は、新しい入力が望まれるたびにこの最適化を反復的に解決する。モデルへの入力は、要求トルク、スキップおよび点火に関連するトルク痕跡、受容可能なＮＶＨレベル、受容可能な排出水準、ならびに平滑化トルクの生成に関連するエネルギー費用およびエネルギー／動力制約を含み得る。モデル変数は、限定するものではないが、エンジン速度、変速機ギヤ設定、エンジンおよび周囲温度、道路状況、ならびにＭＡＰ、バルブタイミングおよび点火タイミングなどのエンジンパラメータを含み得る。
【００９０】
この制御方法を適用することは、点火シーケンス発電機１２０２における点火機会毎に判断および評価される要求トルクを供給するパワートレインパラメータ、平滑化トルクおよび点火シーケンスの様々な合成に関わり得る。次に、点火シーケンス発電機１２０２は、システム制約条件に従う受容可能なＮＶＨを有する最適／改善燃料節約を提供する点火シーケンスを生成し得る。この制御方法は、変化するトルク要求１１１に関連する点火シーケンス間の遷移中など、点火シーケンスが非周期的である場合に特に有効であるが、当然ながら、変わらないトルク要求へも同様に適用される。ここで、ショートホリゾンは、点火判断がなされたが、依然として実施されていないことを指し得る。これは４〜８点火機会の範囲内であり得る。これらの判断は実施される前に分かっているため、平滑化トルクは予め計算され得る。平滑化トルクに対する制約は最大許容可能トルクレベルと周波数供給制限とを含み得る。エネルギー蓄積制約は現在のエネルギー蓄積レベルとエネルギー蓄積装置から転送される最大パワーとを含み得る。
【００９１】
別の実施形態では、適応型フィルタ（ＡＦ）フィードフォワード（ＦＦ）制御が、燃焼事象に起因する望ましくないトルク振動を減衰するために使用され得る。いくつかの実施形態では、ＡＦ−ＦＦ制御は、点火シーケンスとその結果のトルク外乱とが明確に定義されることを利用し得る。図１３は、ＡＦ−ＦＦ制御の概要図を示す。ＡＦ−ＦＦ制御の目的は、そのシステム上の外乱を減衰することであり、ＡＦ−ＦＦ制御は、システムへ印可される際の外乱を打ち消す外乱相殺信号を生成することにより、この目的を達成する。この場合、外乱はエンジントルク１３１０の平均値からの変動である。フィルタ出力１３１４は、入力された外乱相関信号１３１２に基づきデジタルフィルタ１３０４により生成される。外乱相関信号１３１２は、平均全パワートレイン軸トルクを変更しないように零の平均値を有し得る。外乱相関信号１３１２は、ある時間進行を有する予想外乱に関する情報を含む。この信号１３１２は、点火シーケンスとスキップおよび点火に関連する推定トルク痕跡とに基づき得る。点火シーケンスは、トルク要求、点火比、シグマデルタフィルタ、参照表、ステートマシンを使用して、またはいくつかの他の手段により導出され得る。フィルタ出力１３１４は、平滑化トルク１３１６を生成する平滑化トルクモジュール１３０２へ入力され得る。平滑化トルクモジュール１３０２は、平滑化トルクを供給するモータ／発電機または任意の他のシステムの動的応答（所望の平滑化トルク１３１６を生成するように任意の応答遅延または制限を含む）を表す。平滑化トルク１３１６は、加算接合器（ｓｕｍｍｉｎｇ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）１３１８においてエンジントルク１３１０と合成される。加算接合器１３１８は、供給されたトルクトルク１３２０をパワートレインへ出力する。加算接合器１３１８は、平滑化トルク１３１６がエンジントルク１３１０から減じられることを示す。他の実施形態では、平滑化トルクは反対極性を有し得ることと、平滑化トルクはエンジントルクへ加えられることとを理解すべきである。
【００９２】
重み付けと呼ばれる適応型フィルタパラメータは、供給されるトルク１３２０を平滑化するように平滑化トルク１３１６と外乱（平均値未満のエンジントルク１３１０）との差を最小化する適応化アルゴリズムを使用する重み付け更新モジュール１３０６により更新され得る。重み付け更新モジュール１３０６は、適切な重み付けを判断するために、平滑化トルクモジュール１３０２のモデルと、供給されたトルク１３２０と外乱相関信号１３１２との両方の入力とを使用する。最小化は、他の最小化判断基準が使用され得るが、信号間の平均二乗差を最小化することを含み得る。
【００９３】
図１３おける様々な信号の時間挙動を描写するグラフは、例示的パワートレインコントローラ１３００の動作をより良く理解し説明するために示される。エンジントルクグラフ１３１１は、図８に以前示したものと同様のエンジントルク出力の振動を描写する。外乱相関信号グラフ１３１３は、エンジントルク内の外乱の推定信号（供給されたトルク１３２０の変動を最小化するのに必要となる）を示す。この推定値は、点火のスキップファイア性質を反映するため、必要な周波数成分情報をデジタルフィルタ１３０４へ提供し、その結果、適切な周波数成分を有するフィルタ出力１３１４を生じる。フィルタの大きさおよび位相特性に関連する様々な重み付けに基づき、デジタルフィルタ１３０４は供給されたトルク１３２０内の外乱を最小化するようにフィルタ出力１３１４を適応的に制御することになる。フィルタ出力グラフ１３１５は、どのように外乱相関信号１３１２がデジタルフィルタ１３０４により修正されるかを示す。フィルタ出力１３１４は、トルクを生成または吸収し得るモータ／発電機またはある同様のシステムを含む平滑化トルクモジュール１３０２へ入力される。平滑化トルクモジュール１３０２は、グラフ１３１７に描写された平滑化トルク１３１６を出力する。グラフ１３１７は、どのように平滑化トルク１３１６がエンジントルク１３１０の変動に一致し相殺するかを示す。平滑化トルクおよびエンジントルクが加算器１３１８において合成されると、その結果の供給トルク１３２０は、グラフ１３２１内に描写されるように比較的小さいトルク変動を有する。
【００９４】
ＡＦ−ＦＦ制御の様々な実施形態の利点は、ＡＦ−ＦＦ制御がフィードフォワード制御であるため、ＡＦ−ＦＦ制御は平滑化トルクモジュールの帯域幅内の外乱相関信号内のいかなる外乱も削除するか、または少なくとも最小化し得ることである。但し、外乱に対する外乱相関信号１３１２の時間進行は、トルク平滑化モジュール１３０２とデジタルフィルタ１３０４内のフィルタ計算とに起因する遅延より大きいと仮定する。デジタルフィルタ１３０４に使用される重み付けの適応化は外乱の変化より比較的遅いが、外乱を減衰するコントローラ１３００の能力を制限しない。適応化アルゴリズムは、外乱相関信号１３１２と実際の外乱（エンジントルク１３１０の変動）とに関連するパワートレイン特性（固定であるか、またはその変化率が外乱よりはるかに遅い）を判断する。
【００９５】
適応型フィルタフィードフォワードとショートホリゾンモデル予測制御との両方への１つの入力は、シリンダスキップおよび点火に関連するトルク痕跡である。図１４は、点火曲線１４１０と無点火（スキップする）曲線１４２０とに関連する代表的トルク痕跡を示す。これらの代表的曲線は、７２０度のクランク軸回転の作動サイクルにわたるシリンダに関連する規格化トルク出力を描写する。これらの代表的トルク痕跡は、エンジンパラメータに基づきスケーリングおよび調整され得る。全エンジントルクは、すべてのシリンダにより生成されるトルクの合計により与えられる。次に、全推定エンジントルクは、ショートホリゾン予測モデル制御または適応型フィルタフィードフォワード制御システムの一部として使用され得る。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態のみが詳細に説明されたが、本発明は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の多くの形式で実施され得ることを理解すべきである。例えば、添付図面および実施形態は、場合により特定の構成、動作工程および制御機構を説明する。これらの機構および工程は、様々な応用の必要性に適するように必要に応じて修正され得ることを理解すべきである。例えば、ＮＶＨ低減モジュールの動作および特徴のいくつかまたはすべては必要ではなく、代わりに、これらの動作のいくつかまたはすべては、必要に応じて、点火比計算器および／または点火タイミング判断ユニットなどの他のモジュールへ転送され得る。加えて、図２に示す方法は特定の順番を意味するが、この順番は必要とされないことを理解すべきである。いくつかの実施形態では、説明した動作のうちの１つまたは複数は再順序付け、置換、修正、除去され得る。本発明は、ハイブリッド車両のすべての形式へ適用可能であるが、特に、車両を駆動するために全原動力を供給するのに不十分な比較的小さいエネルギー蓄積およびモータ／発電機容量を有するマイクロハイブリッド車両へ適用可能である。本発明はまた、任意の数のシリンダを有するエンジンへ適用可能である。本発明の様々な実施形態は、２、３または４気筒エンジンなどの比較的小型のエンジンを有する小型車両において特に有利であり、ここでは、低シリンダ数スキップファイアエンジンに関連するＮＶＨが平滑化トルクにより軽減され得る。したがって、現在の実施形態は例示的であって限定的ではないと考えるべきであり、本発明は本明細書に記載の詳細に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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