(57)【要約】【課題】  エンジンの過渡試験の時間を短縮する。エンジンの制御ソフトウェアを作成する工数を短縮する。【解決手段】  エンジンの実機でエンジン回転速度やトルクなどが時系列的に変動する過渡状態のまま試験を行う。その試験の結果である出力データを取り込み、エンジンに与えた制御因子の制御値との対応関係をとって、エンジンの入力に対する出力の関係を記述した過渡エンジンモデルを生成する。作成された過渡エンジンモデルを用いて、ある制御因子の制御値をどのように変更したら、目標とする性能を満足するかのシミュレーションを行い、性能目標を満足する制御データを取得する。この制御データによりエンジン制御回路の制御ロジックを作成する。【選択図】  図１
2005090353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに与える制御因子の制御値を変更してエンジンを過渡状態で運転しその出力を取り込む過渡試験を行うステップと、
この過渡試験によるエンジンの出力データを取り込みその出力データと前記与えた制御因子のデータとの関係に基づいて試験を行ったエンジンの過渡モデルを作成するステップと、
前記作成された過渡モデルを用いて当該エンジンに要求される過渡性能目標を満足する制御因子の制御値を求めるステップと、
前記過渡モデルによって得られた制御値を前記エンジンの実機に与えて過渡試験を行って要求される過渡性能目標が満足されるかを確認するステップと、
前記確認するステップにより要求される過渡性能目標が満足された場合に、前記エンジンを制御する制御回路の制御ソフトウェアを作成するステップと
を備えた過渡エンジン性能適合化方法。
【請求項２】
エンジンの制御因子の制御値を変更して過渡試験を実行する実機過渡試験実行手段と、
前記過渡試験によるエンジンの出力データを取り込み、当該出力データと前記実機過渡試験実行手段が与えた制御値とに基づいて前記エンジンの制御入力と出力データとの関係を記述した過渡モデルを生成する過渡モデル生成手段と、
前記過渡モデル生成手段が生成した過渡モデルを用い、前記過渡モデルが前記エンジンの過渡試験に要求される性能目標を満足するような制御因子の制御値を求める過渡モデルシミュレーション手段と、
このシミュレーション手段を用いたシミュレーションを実行して得られた性能目標を満足するエンジンの制御値を前記実機過渡試験実行手段に与える手段と
を備えたことを特徴とする過渡エンジン性能適合化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン（内燃機関）の過渡試験に用いる。本発明は、特にディーゼルエンジンの過渡特性性能を、要求される性能目標に適合化させるための過渡試験方法およびそのためのシステムに関する。本発明は、エンジン過渡性能目標を満足するエンジン制御システムを短時間に構築できるようにするためのものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの過渡特性は、回転数やトルクが一定状態であるような定常状態でなく、時間によって変化する場合の特性をいう。例えば、加速中であるとか減速中であるとか、回転数などが変化している状態でのエンジンの特性をいう。
【０００３】
従来のエンジンの過渡状態でのエンジンのトルク出力や排気ガスなどの出力特性測定は、実機を定常状態にしてそのエンジンの出力状態を測定し、その定常状態の出力データに何らかの重み付けをして過渡状態の特性に置き換えてエンジンの出力を推定するという手法で行われていた。
【０００４】
しかし、定常状態でのエンジン特性の測定は、あるエンジンの制御因子（例えば燃料噴射量、燃料噴射タイミングなど）の制御値を変更したときは、定常状態なるまで所定時間（例えば３分）経過するのを待ってその状態の出力を測定するというように、一つの制御因子の制御値を変更して定常状態になって所定時間経過後に測定し、次にまた制御因子の制御値を変更して、測定を行うというように時間のかかるものであった。
【０００５】
ところで、実際の車両の走行では、エンジンは加速状態あるいは減速状態である時間の方が多く、定速状態で走行できることの方が少ない。このため、エンジンの過渡状態での特性を測定することが重要である。また、近年排気ガス規制の仕方が、いままでのエンジンの定常状態での排気ガスの値で規制するのではなく、エンジンの過渡状態での排気ガスの規制値で規制しようとする方向にある。したがって、エンジンについて、どの制御因子をどのように変更したらどのような過渡状態の排気ガスが得られるかという過渡特性の測定が重要になった。
【０００６】
ところで、上述したように、定常状態のエンジンの制御因子の変更に対してどのような出力が得られるかという定常特性の測定でも、制御因子が多くなり、特にＥＣＵによる電子制御によってエンジン制御に多数の制御因子が現れるようになったので、試験時間が長時間かかるようになった。例えば、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ）バルブ制御であるとか、ＶＧＴ（Variable Geometry Turbo ）制御などエンジン制御に関する種々の電子制御の要素が加わってくるようになった。過渡特性測定では、エンジンの回転数（回転速度）やトルク自体が時系列的に変化する状態で、その出力データも当然時系列的に変動するデータとして現れるので、制御因子の数が多くなり、それらの制御因子一つ一つについてその制御値を変更しながら定常状態で測定しようとすれば、その試験時間は指数関数的に増大する。
【０００７】
そこで、仮想的にエンジンや車両の特性を模擬したシミュレーションを用いてエンジン制御等の評価を行うとする技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
この技術は、シミュレータ内にエンジンを含む仮想的な車両モデルを車種ごとに作成しておき、車両モデルに種々の制御入力、例えばスロット開度であるとか、クランク角度などの制御因子の制御値を入力し、その入力された制御値に基づいて仮想的な車両モデルの出力として、エンジン回転数とか車速とか排気ガス温度センサの値とかを推定しようとするものである。
【特許文献１】特開平１１−３２６１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、実機で定常状態や過渡状態の特性を測定しようとすると近年はエンジンの制御因子の数が多数になったため、試験データを得るにはどうしても長時間かかり、エンジン開発のネックとなっていた。
【００１０】
また、仮想のエンジンモデルを含む車両モデルをシミュレータに展開して、それを用いてエンジンの挙動を観察する手法はエンジン開発の時間を短縮できる点で有用である。しかし、上述の公知文献では車両モデルの模擬モデルを作成することを目的とするもので、エンジンの過渡状態の現象について模擬モデルを生成してそれによりエンジンの過渡状態に要求される性能を評価するものではなかった。また、エンジンのそれぞれの制御因子の制御値を過渡状態に対応して変更してその結果を推定するには、操作性が悪い問題があった。
【００１１】
本発明は、このような背景になされたもので、エンジンの過渡試験の時間を短縮することができるシステムおよび方法を提供することを目的とする。また、本発明は、過渡状態のエンジンに要求される性能目標を満足するエンジンの制御ソフトウェアを作成する工数を短縮することができる過渡エンジン性能適合化システムおよび方法を提供することを目的とする。また、本発明は実機で行う過渡試験時間を短縮することができるシステムおよび方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、エンジンの実機でエンジン回転速度やトルクなどが時系列的に変動する過渡状態のまま試験を行う。その試験の結果である出力データを取り込み、エンジンに与えた制御因子の制御値との対応関係をとって、エンジンの入力に対する出力の関係を記述した過渡エンジンモデル（シミュレータ）を生成する。過渡試験では、エンジンの制御因子の一つあるいは二つの組み合わせ、あるいはそれ以上の複数の制御因子の組み合わせの制御値を変更してエンジンの過渡運転を行い、必要なデータを取り込む。
【００１３】
作成された過渡エンジンモデルを用いて、ある制御因子の制御値をどのように変更したら、目標とする性能を満足するかのシミュレーションを行い、性能目標を満足する制御値を取得する。この取得した制御値を用いてさらに実機を用いて過渡試験を行い、目標とする性能を満足するかを確認する試験を行う。目標を満足する出力データが得られたら、過渡エンジンモデルのシミュレーションで使った制御値によりエンジン制御回路（ＥＣＵ）の制御ロジックを作成する。
【００１４】
すなわち、本発明の第一の観点は、エンジンに与える制御因子の制御値を変更してエンジンを過渡状態で運転しその出力を取り込む過渡試験を行うステップと、この過渡試験によるエンジンの出力データを取り込みその出力データと前記与えた制御因子のデータとの関係に基づいて試験を行ったエンジンの過渡モデルを作成するステップと、前記作成された過渡モデルを用いて当該エンジンに要求される過渡性能目標を満足する制御因子の制御値を求めるステップと、前記過渡モデルによって得られた制御値を前記エンジンの実機に与えて過渡試験を行って要求される過渡性能目標が満足されるかを確認するステップと、前記確認するステップにより要求される過渡性能目標が満足された場合に、前記エンジンを制御する制御回路の制御ソフトウェアを作成するステップとを備えた過渡エンジン性能適合化方法である。
本発明の第二の観点は、エンジンの制御因子の制御値を変更して過渡試験を実行する実機過渡試験実行手段と、前記過渡試験によるエンジンの出力データを取り込み、当該出力データと前記実機過渡試験実行手段が与えた制御値とに基づいて前記エンジンの制御入力と出力データとの関係を記述した過渡モデルを生成する過渡モデル生成手段と、前記過渡モデル生成手段が生成した過渡モデルを用い、前記過渡モデルが前記エンジンの過渡試験に要求される性能目標を満足するような制御因子の制御値を求める過渡モデルシミュレーション手段と、このシミュレーション手段を用いたシミュレーションを実行して得られた性能目標を満足するエンジンの制御値を前記実機過渡試験実行手段に与える手段とを備えたことを特徴とする過渡エンジン性能適合化システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、定常状態の試験データを置き換えることなく、過渡状態のまま過渡試験を行うことができ、短時間で性能目標を満足するエンジンの制御値を取得できる。また、性能目標を満足するエンジンの制御ソフトフェアの作成工数を少なくでき、エンジン制御回路の制御ソフトウェアの作成を容易にできる。本発明によりエンジン開発の時間を短くでき、製品開発の時間を短くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を示す。図２は、過渡エンジン性能適合化のステップの全体を説明する図である。図１の１０は実機過渡試験装置であり、１１はＥＣＵ（実機）、１２はＥＣＵ１１によって制御されるエンジン（実機）、１３はエンジン１２のクランクシャフトの回転数を検出する回転検出器、１４は回転検出器１３から出力される回転数およびエンジン１２の排ガス、煙、その他（燃費等）を計測する計測部である。また、１は本発明の特徴である仮想エンジン試験装置であり、２はモデル作成部、３は仮想ＥＣＵ、４は制御値修正部、５は過渡エンジンモデルである。また、６は当該過渡試験を実施するオペレータが利用するオペレータ端末である。
【００１７】
すなわち、本発明実施例は、図１に示すように、エンジンの制御因子の制御値を変更して過渡試験を実行する実機過渡試験装置１０と、前記過渡試験によるエンジンの出力データを取り込み、当該出力データと実機過渡試験装置１０が与えた制御値とに基づいて前記エンジンの制御入力と出力データとの関係を記述した過渡モデルを生成するモデル作成部２と、モデル作成部２が生成した過渡モデルを用い、前記過渡モデルが前記エンジンの過渡試験に要求される性能目標を満足するような制御因子の制御値を求める過渡モデルシミュレーション手段（破線で囲まれた部分）としての仮想ＥＣＵ３、過渡エンジンモデル５、制御値修正部４およびオペレータ端末６とを仮想エンジン試験装置１に備え、制御値修正部４は、この仮想ＥＣＵ３を用いたシミュレーションを実行して得られた性能目標を満足するエンジンの制御値を実機過渡試験装置１０に与える手段を備えたことを特徴とする過渡エンジン性能適合化システムである。
【００１８】
制御値修正部４は、前記過渡モデルに与える制御値を時系列のデータとしてオペレータ端末６に表示してその表示した時系列のままの制御値を修正して過渡モデルに与える手段を含む。
【００１９】
また、図２に示すように、本発明実施例は、エンジンに与える制御因子の制御値を変更してエンジンを過渡状態で運転しその出力を取り込む過渡試験を行うステップ（Ｓ１）と、この過渡試験によるエンジンの出力データを取り込みその出力データと前記与えた制御因子のデータとの関係に基づいて試験を行ったエンジンの過渡モデルを作成するステップ（Ｓ２、Ｓ４）と、前記作成された過渡モデルを用いて当該エンジンに要求される過渡性能目標を満足する制御因子の制御値を求めるステップ（Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７）と、前記過渡モデルによって得られた制御値を前記エンジンの実機に与えて過渡試験を行って要求される過渡性能目標が満足されるかを確認するステップ（Ｓ３）と、前記確認するステップにより要求される過渡性能目標が満足された場合に、前記エンジンを制御する制御回路の制御ソフトウェアを作成するステップ（Ｓ８）とを備えた過渡エンジン性能適合化方法である。
【００２０】
次に、図３ないし図５を参照して本実施例の動作を説明する。図１に示す実機過渡試験装置１０では、実際のエンジンを用いて過渡特性の測定が行われる。実際のエンジンを用いての過渡特性の測定結果を図３に示す。本実施例では、一時間当たりのＮＯｘのグラム数（ｇ／ｈ）および一秒当たりの煙のグラム数（ｇ／ｓ）をそれぞれ縦軸にとり、横軸には時間をとった。併せて、この状態におけるＥＧＲ制御値およびＶＧＴ制御値をそれぞれ縦軸にとり、横軸には時間をとった。これらの測定は、図１に示す構成では、実機過渡試験装置１０の計測部１４により行われる。また、図２に示すフローチャートでは、実機過渡試験（ステップＳ１）およびデータ処理（ステップＳ２）に相当する。
【００２１】
続いて、モデル作成を行う。図１に示す構成では、仮想エンジン試験装置１のモデル作成部２により行われる。また、図２に示すフローチャートでは、モデル作成（ステップＳ４）に相当する。モデル作成の初期段階では、実機の実測結果をそのままモデルに置き換えることになるので、図３に示す過渡特性の測定結果に基づきモデルが作成される。このモデルは、過渡エンジンモデル５および仮想ＥＣＵ３として作成される。
【００２２】
続いて、モデルに対する制御値の作成が行われる。図１に示す構成では、仮想エンジン試験装置１の制御値修正部４により行われる。また、図２に示すフローチャートでは、シミュレーションで仮想ＥＣＵ制御値を求める（ステップＳ５）、仮想ＥＣＵに与える（ステップＳ６）、評価（ステップＳ７）に相当する。図４に、ＮＯｘおよび煙の仮想実測値（実線）に対する目標値（破線）をそれぞれ示す。図４では、仮想実測値と目標値との差が許容範囲内ではないので、評価（ステップＳ７）の結果はＮＧとなる。
【００２３】
続いて、仮想実測値が目標値に近づくように、制御値の修正が行われる。図１に示す構成では、仮想エンジン試験装置１の制御値修正部４により行われる。また、図２に示すフローチャートでは、シミュレーションで仮想ＥＣＵ制御値を求める（ステップＳ５）、に相当する。図５に制御値の修正前（実線）と修正後（破線）とを示す。この修正は、オペレータにより行われる。
【００２４】
本実施例では、制御値の修正は二通りの方法を用いる。一つ目は、オペレータ端末６により制御値自体を変更する方法である。二つ目は、図５に示すような過渡モデルに与える制御値を時系列のデータとしてオペレータ端末６に表示してその表示した時系列のままの制御値を修正して過渡モデルに与える方法である。すなわち、オペレータ端末６の表示装置に表示された図５の実線に示すようなグラフに対し、オペレータは、マウス等を使って直接制御値の増減を指示する。これにより、オペレータは、視覚的にグラフ形状の変化（例えば、図５の破線）を確認しながら制御値を変更することができる。
【００２５】
このようにして変更された制御値は、再び、仮想ＥＣＵ３に与えられ（Ｓ６）、評価（Ｓ７）が行われる。その結果、仮想実測値と目標値との差が許容範囲内に納まったときには、修正された制御値が実機過渡試験装置１０のＥＣＵ１１に入力される。これにより、実機エンジンは修正された制御値により制御される。
【００２６】
そして、図２に示すフローチャートのステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３が再度実行される。その結果、実測値と目標値とが許容範囲内に納まるまで、ステップＳ１〜Ｓ７は、繰り返し実行される。ステップＳ３における評価により実測値と目標値とが許容範囲内に納まった時点で、実機ＥＣＵ制御ソフトウェアが作成される。図１に示す構成では、仮想エンジン試験装置１の制御値修正部４により行われる。また、図２に示すフローチャートでは、実機ＥＣＵ制御ソフトウェア作成（ステップＳ８）に相当する。
【００２７】
これにより、実測値と目標値とが許容範囲内に納まる制御値を短時間に作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明では、定常状態の試験データを置き換えることなく、過渡状態のまま過渡試験を行うことができ、短時間で性能目標を満足するエンジンの制御値を取得できる。また、性能目標を満足するエンジンの制御ソフトフェアの作成工数を少なくでき、エンジン制御回路の制御ソフトウェアの作成を容易にできる。本発明によりエンジン開発の時間を短くでき、製品開発の時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施例のシステム構成を示す図。
【図２】本実施例の動作を示すフローチャート。
【図３】本実施例の実機過渡試験の実測値を示す図。
【図４】本実施例の仮想実測値と目標値とを示す図。
【図５】本実施例の現在の制御値と目標となる制御値とを示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１  仮想エンジン試験装置
２  モデル作成部
３  仮想ＥＣＵ
４  制御値修正部
５  過渡エンジンモデル
６  オペレータ端末
１０  実機過渡試験装置
１１  ＥＣＵ
１２  エンジン
１３  回転検出器
１４  計測部
【図１】
2005090353.tif 000003
【図２】
2005090353.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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