(57)【要約】【課題】  システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができるシステムモデル作成装置を提供する。【解決手段】  モデル化の対象となるシステムを構成する各部分に対応する部分モデルを用いて上記システム全体に対応するシステムモデルＳＭＡを作成するシステムモデル作成装置において、上記部分モデルを上記システムの構成に対応させて組み合わせることにより作成された上記部分モデルのみから成る基本システムモデルｓｍａから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正する誤差補正モデルＣＭＸが、上記部分モデルのみから成る上記基本システムモデルｓｍａと組み合わされて上記システムモデルＳＭＡが作成されることを特徴とする、システムモデル作成装置を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モデル化の対象となるシステムを構成する各部分に対応する部分モデルを用いて上記システム全体に対応するシステムモデルを作成するシステムモデル作成装置において、
上記部分モデルを上記システムの構成に対応させて組み合わせることにより作成された上記部分モデルのみから成る基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正する誤差補正モデルが、上記部分モデルのみから成る上記基本システムモデルと組み合わされて上記システムモデルが作成されることを特徴とする、システムモデル作成装置。
【請求項２】
少なくともモデル化の対象となるシステムを構成する各部分に対応する部分モデルを蓄積しているモデル蓄積手段と、
上記システム全体に対応するシステムモデルを作成すべく上記モデル蓄積手段から必要なモデルを選択するモデル選択手段と、
該モデル選択手段によって選択されたモデルを組み合わせて上記システムモデルを作成するシステムモデル作成手段と、を具備していて、
上記モデル蓄積手段には、上記部分モデルを上記システムの構成に対応させて組み合わせることにより作成された上記部分モデルのみから成る基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正する誤差補正モデルも蓄積されていていることを特徴とする、システムモデル作成装置。
【請求項３】
上記誤差補正モデルが、上記基本システムモデルの部分モデルの間と上記基本システムモデルの端部とのうちの少なくとも一方に組み合わされて上記システムモデルが作成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のシステムモデル作成装置。
【請求項４】
上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差が予め定めた値より大きい場合にのみ、上記誤差補正モデルが上記基本システムモデルと組み合わされて上記システムモデルが作成されることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載のシステムモデル作成装置。
【請求項５】
上記部分モデルは、モデル化の対象となるシステムを構成する各部分の特性を表す物理モデルであり、上記誤差補正モデルは、上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を表す統計的に導き出された近似モデルであることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載のシステムモデル作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシステムモデル作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば内燃機関や車両の挙動を表す各種の値を物理モデル等のモデルに基づいて算出する装置が公知となっている。このようなモデルを用いた装置では、通常、モデル化の対象となる系もしくはシステムを複数の部分に分けて（すなわち例えば、内燃機関の吸気系が対象であれば、吸気系をスロットル弁、吸気管、吸気弁、シリンダ等に分けて）部分毎にモデル化し、これら部分モデルを組合せてモデル化の対象となるシステム全体を表すシステムモデルが作成されるようになっている。
【０００３】
そして最近では、上記部分モデル等の情報の再利用性を高めて開発の効率化を図るために、上記システムモデルを作成する手法として、様々な部分に対応する部分モデルを予め求めてライブラリに準備しておき、システムモデルの作成の際には必要な部分モデルを上記ライブラリから選択してモデル化の対象となるシステム全体に対応する所望のシステムモデルを作成するという手法も検討されている（特願２００５−１６７２９２号）。
【０００４】
また、モデルを用いて算出される値の精度を向上するために実測値を用いてモデルを較正するようにした内燃機関の制御装置も公知である。すなわち例えば、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、吸気流量に基づいて推定吸気圧を求める吸気配管モデルと、上記推定吸気圧から充填吸気量を求める吸気弁モデルとから成る演算モデルが、上記推定吸気圧と実測吸気圧との関係に基づいて較正されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６３５７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１６４５９号公報
【特許文献３】特開２００２−５５８４４号公報
【特許文献４】特開平９−３３０１０３号公報
【特許文献５】特開２００２−３６４３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように様々な部分に対応する部分モデルを予め求めてライブラリに準備しておき、システムモデルの作成の際には必要な部分モデルを上記ライブラリから選択してモデル化の対象となるシステム全体に対応する所望のシステムモデルを構成するようにしている場合、通常、以下のようにしてシステムモデルが作成される。
【０００７】
すなわち、上記ライブラリから選択された各部分モデルは、まず今回組込まれるシステムモデル（すなわち、今回モデル化の対象となっているシステム全体に対応するシステムモデル）を考慮して適合され、それぞれが適合された部分モデル（適合部分モデル）とされる。つまり、ここでは普通、各部分モデル単体について今回組込まれるシステムモデルを考慮して実測値との比較による適合が行われ、各部分モデルのモデル式内にある適合パラメータの値等が決定される。
【０００８】
次いで各適合部分モデルがモデル化の対象となっているシステムの構成に対応して組み合わされ、基本システムモデルが作成される。そして、ここで今度は基本システムモデルから得られる値と実測値との比較による適合が行われ、モデル化の対象となっているシステム全体に対応する最終的なシステムモデルが作成される。つまり、部分モデル毎に適合された適合部分モデルを組み合わせても、モデル化の対象となっているシステム全体に対応するシステムモデルとして実測値と合致した値が得られるとは限らないため、ここでシステムモデル全体としての適合が行われ、システムモデルから実測値に近い値が得られるようにされる。そしてこの時、基本システムモデルから得られる値と実測値との誤差が大きい場合にはモデルの修正が行われることになり、それによって最終的なシステムモデルから得られる値と実測値との誤差が小さくなるようにされる。
【０００９】
ここで、この基本システムモデルの修正は通常、その基本システムモデルに含まれている何れかの部分モデル（適合部分モデル）を修正することによって行われるのであるが、修正された部分モデルは再利用性が低く、また、修正により部分モデルの複雑化や実質的な部分モデル数の増加を招いてしまう。そしてこのようなことから、結果として効率的なシステムモデルの作成が妨げられる恐れがある。
【００１０】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、モデル化の対象となるシステムを構成する各部分に対応する部分モデルを用いて上記システム全体に対応するシステムモデルを作成するシステムモデル作成装置において、システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができるシステムモデル作成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載されたシステムモデル作成装置を提供する。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、モデル化の対象となるシステムを構成する各部分に対応する部分モデルを用いて上記システム全体に対応するシステムモデルを作成するシステムモデル作成装置において、上記部分モデルを上記システムの構成に対応させて組み合わせることにより作成された上記部分モデルのみから成る基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正する誤差補正モデルが、上記部分モデルのみから成る上記基本システムモデルと組み合わされて上記システムモデルが作成されることを特徴とする、システムモデル作成装置を提供する。
【００１３】
上記部分モデルを用いてシステム全体に対応するシステムモデルを作成する場合に、上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正するために上記基本システムモデルに含まれている何れかの部分モデルを修正して上記システムモデルを作成するようにすると、システムモデルを作成する度に新たに修正部分モデルが作成されてしまう。このように作成された修正部分モデルは再利用性が低く、また、修正により部分モデルの複雑化や実質的な部分モデル数の増加を招いてしまう。そしてこのようなことから、結果として効率的なシステムモデルの作成が妨げられる恐れがある。
【００１４】
これに対し請求項１に記載の発明では、上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正する誤差補正モデルが用意されており、それが上記基本システムモデルと組み合わされてシステムモデルが作成されるようになっている。このようにすると、部分モデルが修正されることが無くなり、したがってシステムモデルを作成する度に新たに修正部分モデルが作成されてしまうのを防ぐことができる。そしてこの結果、システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、少なくともモデル化の対象となるシステムを構成する各部分に対応する部分モデルを蓄積しているモデル蓄積手段と、上記システム全体に対応するシステムモデルを作成すべく上記モデル蓄積手段から必要なモデルを選択するモデル選択手段と、同モデル選択手段によって選択されたモデルを組み合わせて上記システムモデルを作成するシステムモデル作成手段と、を具備していて、上記モデル蓄積手段には、上記部分モデルを上記システムの構成に対応させて組み合わせることにより作成された上記部分モデルのみから成る基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正する誤差補正モデルも蓄積されていていることを特徴とする、システムモデル作成装置を提供する。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、上記モデル蓄積手段に上記部分モデルの他、上記誤差補正モデルも蓄積されている。そして、必要な場合には上記モデル選択手段によって上記誤差補正モデルが上記部分モデルと共に上記モデル蓄積手段から選択され、それら選択された各モデルが上記システムモデル作成手段によって組み合わされてシステムモデルが作成される。
【００１７】
そしてこのようにすると、請求項１に記載の発明の場合と同様、部分モデルが修正されることが無くなり、したがってシステムモデルを作成する度に新たに修正部分モデルが作成されてしまうのを防ぐことができるので、システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明では請求項１または２に記載の発明において、上記誤差補正モデルが、上記基本システムモデルの部分モデルの間と上記基本システムモデルの端部とのうちの少なくとも一方に組み合わされて上記システムモデルが作成されるようになっている。
【００１９】
請求項３に記載の発明によっても、請求項１及び請求項２に記載の発明の場合と同様、システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明では請求項１から３の何れかに記載の発明において、上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差が予め定めた値より大きい場合にのみ、上記誤差補正モデルが上記基本システムモデルと組み合わされて上記システムモデルが作成されるようになっている。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差が大きく、上記誤差補正モデルに対する必要性の高い場合にのみ、上記誤差補正モデルが上記基本システムモデルと組み合わされて上記システムモデルが作成されるようになっている。このようにすると、システムモデルを作成するための工数の不必要な増加を防ぐことができ、また確実に精度の高いシステムモデルを作成することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明では請求項１から４の何れかに記載の発明において、上記部分モデルは、モデル化の対象となるシステムを構成する各部分の特性を表す物理モデルであり、上記誤差補正モデルは、上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を表す統計的に導き出された近似モデルである。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、上記物理モデルと上記統計的近似モデルとが組み合わされて上記システムモデルが作成されるようになっている。このようにすると上記物理モデルでは再現しきれない部分を統計的に導き出された近似モデルにより補完することができる。そしてその結果、全体としてより少ない工数でシステムモデルの精度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
各請求項に記載の発明によれば、モデル化の対象となるシステムを構成する各部分に対応する部分モデルを用いて上記システム全体に対応するシステムモデルを作成するシステムモデル作成装置において、システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができるという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の実施形態のシステムモデル作成装置は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポート及び出力ポートを双方向性バスで相互に接続した公知の形式のディジタルコンピュータを用いて構成することができる。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態のシステムモデル作成装置においてシステムモデルを作成する手順について説明するための図である。図１のＳ１０１に示されているように、本実施形態においてはモデル化の対象として想定しているシステムを構成し得る各部分に対応する部分モデルＰＭａ、ＰＭｂ等が予め求められてライブラリＬに準備されている。
【００２７】
ここで部分モデルＰＭａ、ＰＭｂ等は、モデル化の対象として想定しているシステムが例えば機械装置である場合にはその機械装置の各部品に対応するモデル（部品モデル）とされ得る。すなわち、例えばモデル化の対象として想定しているシステムが内燃機関である場合には、部分モデルＰＭａ、ＰＭｂ等は、コンプレッサモデル、コンプレッサ下流吸気管モデル、インタークーラモデル、インタークーラ下流吸気管モデル、スロットルモデル、スロットル下流吸気管モデル、シリンダモデル、排気管モデル、タービンモデル、及びターボチャージャシャフトモデル等とされ得る。
【００２８】
また、より具体的には各部分モデルは対応する各部分の特性を表す物理式（例えば質量保存則やエネルギ保存則等に基づいて導き出した式）や統計的に導き出された近似式、もしくはマップ等であり、これらがライブラリＬに記憶されている。なお、本実施形態においてはライブラリＬに誤差補正モデルＣＭｘも準備されている。誤差補正モデルとしては、誤差の対象（流量、温度、圧力、回転数等）に応じて適した補正式やマップが用意される。
【００２９】
続くＳ１０２においては、今回のモデル化の対象となる具体的なシステムに対応するシステムモデルを作成すべく、必要な上記部分モデルが選択されると共に選択された各部分モデルが部分モデル単体として適合される。すなわち、まず上記部分モデルの選択においては、上記ライブラリＬに準備されている部分モデルの中から今回のモデル化の対象となる具体的なシステムを構成する各部分に対応する部分モデルが選択されることになる。
【００３０】
つまり、例えばモデル化の対象として想定しているシステムが内燃機関であり、今回のモデル化の対象となる具体的なシステムはターボチャージャを有していない内燃機関である場合には、上記ライブラリＬにはコンプレッサモデル、タービンモデル、ターボチャージャシャフトモデル等が準備されていてもこれらは選択されず、今回のモデル化の対象となる具体的なシステムであるターボチャージャを有していない内燃機関を構成する各部分に対応する部分モデルのみが選択されることになる。
【００３１】
そして、選択された各部分モデルの部分モデル単体としての適合においては、選択された各部分モデルＰＭｘ（例えば、ＰＭａ、ＰＭｃ、ＰＭｄ）が、今回のモデル化の対象となる具体的なシステムを考慮して適合され適合部分モデルＰＭＸ（例えば、ＰＭＡ、ＰＭＣ、ＰＭＤ）とされる。つまり、上記ライブラリＬに準備されている部分モデルは、様々な場合に対応し得る骨組みもしくはベースとして部分モデルであるので、ここで具体的なシステムを考慮して各部分モデル単体として最適化が図られる。より具体的には例えば、各部分モデル単体に対して入力を与え、その出力と、実際のシステムにおける対応する部分に対して同じ入力を与えた場合の出力（すなわち実測値）とを比較して、両出力が一致するように部分モデルのモデル式内にある適合パラメータの値が決定される。
【００３２】
選択された各部分モデルの各部分モデル単体としての最適化が図られると、次いでＳ１０３において各部分モデル（各適合部分モデル）が組み合わされてモデル化の対象となっているシステム全体に対応するシステムモデルが作成される。より詳細には、ここで作成されるシステムモデルは、部分モデル（適合部分モデル）を今回のモデル化の対象となる具体的なシステムの構成に対応させて組み合わせることにより作成された部分モデル（適合部分モデル）のみから成る基本システムモデルｓｍａである。
【００３３】
そしてＳ１０３では更に、同じ入力に対し上記基本システムモデルｓｍａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）とが比較される。そしてここで上記基本システムモデルｓｍａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）との誤差が予め定めた値以下である場合には、上記基本システムモデルｓｍａが、そのまま最終的なシステムモデルＳＭＡとされる。
【００３４】
一方ここで、上記基本システムモデルｓｍａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）との誤差が予め定めた値より大きい場合には、図１のＳ１０４に示すように、上記ライブラリＬから誤差補正モデルＣＭｘが追加選択され、それが上記基本システムモデルｓｍａと組み合わされてシステムモデルＳＭａが構成される。
【００３５】
そしてＳ１０４では更に、同じ入力に対し上記システムモデルＳＭａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）との比較が行われ、システムモデル全体としての適合が行われる。そして本実施形態において、この時調整が行われるのは上記誤差補正モデルＣＭｘのみであり、各部分モデル単体で最適化されている部分モデル（適合部分モデル）については変更、修正等は行われない。
【００３６】
つまり、ここでは例えば、同じ入力に対し上記システムモデルＳＭａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）との比較が行われ、両出力が一致するように誤差補正モデルのモデル式内にある適合パラメータの値が決定されたり、誤差補正モデルのモデル式の変更がなされたりする（このようにして誤差補正モデルＣＭｘが調整され調整後誤差補正モデルＣＭＸとされる）。そして、このようにしてシステムモデル全体としての適合が行われることによって、Ｓ１０５において最終的なシステムモデルＳＭＡが得られる。
【００３７】
以上のように誤差補正モデルを用いてシステムモデルＳＭＡを作成するようにすると、システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができる。すなわち、上述したＳ１０３において上記基本システムモデルｓｍａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）との誤差が大きい場合、上記誤差補正モデルを用いない場合には上記基本システムモデルｓｍａに含まれている何れかの部分モデルを修正して上記誤差を補正することになる。そして、このようにするとシステムモデルを作成する度に新たに修正部分モデルが作成されてしまう可能性があるが、このように作成された修正部分モデルは再利用性が低く、また、修正により部分モデルの複雑化や実質的な部分モデル数の増加を招いてしまう。そしてこのようなことから、結果として効率的なシステムモデルの作成が妨げられる恐れがある。
【００３８】
これに対し本実施形態においては、上述したように上記基本システムモデルｓｍａから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を補正する誤差補正モデルが用意されており、それが上記基本システムモデルｓｍａと組み合わされてシステムモデルが作成されるようになっている。このようにすると、部分モデルが修正されることが無くなり、したがってシステムモデルを作成する度に新たに修正部分モデルが作成されてしまうのを防ぐことができる。そしてこの結果、システムモデルの作成効率を維持しつつ精度向上を図ったシステムモデルを作成することができる。
【００３９】
なお、自動車の開発においてシステムモデルを用いる場合には、部品の種類が多く、また変更も頻繁で、部品毎にサプライヤーが異なるといった事情があるために部品モデルの管理が煩雑になり易いため、本実施形態のようにして修正による部分モデルの複雑化や実質的な部分モデル数の増加が防がれることにより特に大きな効率向上効果を得ることができる。
【００４０】
また、本実施形態では上述したように、Ｓ１０３において上記基本システムモデルｓｍａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）との誤差が予め定めた値以下である場合には、上記基本システムモデルｓｍａがそのまま最終的なシステムモデルＳＭＡとされ、上記基本システムモデルｓｍａ全体から得られる出力と実際のシステムから得られる出力（実測値）との誤差が予め定めた値より大きい場合にのみ上記誤差補正モデルが上記基本システムモデルｓｍａと組み合わされて最終的なシステムモデルＳＭＡが作成されるようになっている。
【００４１】
このようにすることにより、上記誤差補正モデルに対する必要性の高い場合にのみ上記誤差補正モデルが上記基本システムモデルｓｍａと組み合わされて最終的なシステムモデルが作成されるようになるので、システムモデルを作成するための工数の不必要な増加を防ぐことができ、また確実に精度の高いシステムモデルを作成することができる。
【００４２】
なお、図１においては誤差補正モデルＣＭｘが上記基本システムモデルｓｍａの終端部に組み合わされてシステムモデルが作成されるようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、誤差補正モデルＣＭｘが上記基本システムモデルｓｍａの始端部、もしくは上記基本システムモデルを構成する部分モデル（適合部分モデル）の間に組み合わされてシステムモデルが作成されてもよい。
【００４３】
すなわち、例えば図２に示した別の実施形態においては、上述した実施形態のＳ１０３に相当する段階において、各部分モデル（各適合部分モデル）の入出力が実際のシステムの対応する部分の入出力（実測値）と比較されるようになっており、その結果に基づいて誤差補正モデルの位置が決定されるようになっている。
【００４４】
つまり、図２の例では、上記基本システムモデルｓｍａを構成している状態で各部分モデル毎に誤差の大きさが求められ、その結果に基づいて誤差補正モデルの位置が決定されるようになっている。具体的には、この例では誤差IIが大きかったために、誤差補正モデルＣＭＸが部分モデル（適合部分モデル）ＰＭＣとＰＭＤの間に挿入されている。
【００４５】
なお、他の実施形態においては複数の誤差補正モデルが上記基本システムモデルと組み合わされて最終的なシステムモデルが作成されてもよい。したがって、以上のことから、換言すれば、本発明の実施形態においては、上記誤差補正モデルが上記基本システムモデルの部分モデルの間と上記基本システムモデルの端部とのうちの少なくとも一方に組み合わされて最終的なシステムモデルが作成され得ると言える。
【００４６】
次に、本発明のシステムモデル作成装置の特徴的部分である誤差補正モデルについて、より具体的な例を用いて説明する。
【００４７】
すなわち、一般的なターボチャージャ付きの内燃機関をモデル化対象システムとすると、コンプレッサモデルＭ１、コンプレッサ下流吸気管モデルＭ２、インタークーラモデルＭ３、インタークーラ下流吸気管モデルＭ４、スロットルモデルＭ５、スロットル下流吸気管モデルＭ６、シリンダモデルＭ７、排気管モデルＭ８、タービンモデルＭ９、及びターボチャージャシャフトモデルＭ１０を部分モデル（適合部分モデル）として図３のような基本システムモデルが作成される。
【００４８】
既に公知のものであると考えられるので、ここでは各部分モデルで用いられるモデル式等の詳細な説明については省略するが、これら部分モデルのうち、コンプレッサモデルＭ１、インタークーラモデルＭ３、スロットルモデルＭ５、シリンダモデルＭ７、及びタービンモデルＭ９は、当該部分に対して上下流の部分におけるガスの圧力、上流の部分におけるガスの密度及び温度等に基づいて当該部分を流れるガスの質量流量及びエンタルピ等を算出するもの（以下、「流れモデル」と称する）である。
【００４９】
また、コンプレッサ下流吸気管モデルＭ２、インタークーラ下流吸気管モデルＭ４、スロットル下流吸気管モデルＭ６、及び排気管モデルＭ８は、当該部分に対して上下流の部分を流れるガスの質量流量及びエンタルピ等を用い、質量保存則、エネルギ保存則及び状態方程式等に基づいて当該部分におけるガスの圧力、密度、温度及び当該部分内にあるガスの質量を算出するもの（以下、「容量モデル」と称する）である。
【００５０】
更に、ターボチャージャシャフトモデルＭ１０はターボチャージャのタービンがターボチャージャシャフトに及ぼす機械エネルギとターボチャージャのコンプレッサがターボチャージャシャフトから受け取る機械エネルギとに基づいてターボチャージャシャフトの回転角速度を算出するものである。なお、タービンがターボチャージャシャフトに及ぼす機械エネルギについては上記タービンモデルＭ９により、また、コンプレッサがターボチャージャシャフトから受け取る機械エネルギについては上記コンプレッサモデルＭ１により、それぞれ算出される。
【００５１】
そして、図３に示したように各部分モデルを用いて内燃機関のモデルを構成すると、スロットル開度、燃料噴射量、機関回転数等の所定の入力値を与え、必要な場合にはセンサからの実測値を与えれば、ある部分モデルで算出した値を別の部分モデルで用いるようにして各部分におけるガスの圧力や温度等の値を次々に算出していくことができる。また、コンプレッサ上流やタービン下流、並びにモデル化された各部分におけるガスの圧力や温度等の初期値としては大気圧や大気温度等を用いることができる。
【００５２】
さてここで、図３に示した基本システムモデルを構成している各部分モデルは、これまでの説明から理解されるように各部分モデル単体で最適化された適合部分モデルである。しかしながら、部分モデル毎に適合された適合部分モデルを組み合わせても全体として実測値と合致した値が得られるとは限らない。ここで例えば、スロットル弁に流入する時のガスの温度（吸気温）の実測値に対する誤差が大きい場合について考えると、このようなことは、インタークーラ下流吸気管モデルＭ４に対応する実際のインタークーラ下流吸気管の長さが長い場合等において生じ得る。
【００５３】
すなわち、実際のインタークーラ下流吸気管の長さが長い場合には、スロットル弁に到達するまでの距離が長いため、その間にかなりの放熱もしくは吸熱が行われる可能性がある。部分モデル毎に適合された適合部分モデルを組み合わせて構成される基本システムモデルでは、このような影響が考慮されていないため、インタークーラ下流吸気管モデルＭ４で求められたガスの温度（すなわち、モデルにより算出されるスロットル弁に流入する時のガスの温度であり、スロットルモデルＭ５の入力となるガスの温度）と実際にスロットル弁に流入する時のガスの温度（すなわち、スロットルモデルＭ５の入力とすべきガスの温度）に差が生じる可能性がある。そしてこのような誤差は、基本システムモデルを構成したときに基本システムモデル全体の誤差として現れてくる。
【００５４】
このような場合に本発明の一実施形態においては、以下で説明するように誤差補正モデルを用いて誤差が補正される。すなわち、図４に示したように誤差補正モデルＣＭ１をインタークーラ下流吸気管モデルＭ４とスロットルモデルＭ５の間に配置するようにする。ここで、この誤差補正モデルＣＭ１は、上記流れモデルに相当する第１部分誤差補正モデルｃｍ１と上記容量モデルに相当する第２部分誤差補正モデルｃｍ２とから構成されている。
【００５５】
より具体的には、上記第１部分誤差補正モデルｃｍ１のモデル式は以下の（１）式及び（２）式で表される。なお、これらの式は上記流れモデルを示す一般的な式であり、（１）式は流量について示す物理式、（２）式はエンタルピについて示す物理式である。
【００５６】
【数１】
2007085261.tif 000003
【００５７】
【数２】
2007085261.tif 000004
【００５８】
これらの式中、ｍｆは上記第１部分誤差補正モデルｃｍ１が想定される部分ｃｍｐ１を流れるガスの質量流量、Ｐｕ及びＰｄは上記部分ｃｍｐ１に対して上下流の部分におけるガスの圧力、ρｕは上記部分ｃｍｐ１に対して上流の部分におけるガスの密度、Ａｆは上記部分ｃｍｐ１におけるガス流路断面積、κは比熱比（等圧比熱／等容比熱）、ｅｆは上記部分ｃｍｐ１を流れるガスのエンタルピ、νｆは上記部分ｃｍｐ１に対して上流の部分におけるガスの自由度である。
【００５９】
また、上記第２部分誤差補正モデルｃｍ２のモデル式は、具体的には以下の（３）式、（４）式及び（５）式で表される。（３）式及び（４）式はそれぞれ質量保存則及びエネルギ保存則に基づく式であり、（５）式は状態方程式である。
【００６０】
【数３】
2007085261.tif 000005
【００６１】
【数４】
2007085261.tif 000006
【００６２】
【数５】
2007085261.tif 000007
【００６３】
これらの式中、Ｍｖは上記第２部分誤差補正モデルｃｍ２が想定される部分ｃｍｐ２内のガスの質量、ｍｕ及びｍｄは上記部分ｃｍｐ２に対して上下流の部分を流れるガスの質量流量（すなわち、上記部分ｃｍｐ２に流入するガスの質量流量及び上記部分ｃｍｐ２から流出するガスの質量流量）、ｅｕ及びｅｄは上記部分ｃｍｐ２に対して上下流の部分を流れるガスのエンタルピ（すなわち、上記部分ｃｍｐ２に流入するガスのエンタルピ及び上記部分ｃｍｐ２から流出するガスのエンタルピ）、νｖは上記部分ｃｍｐ２に対して上流の部分におけるガスの自由度、Ｒは気体定数、Ｐｖ及びＴｖは上記部分ｃｍｐ２におけるガスの圧力及び温度、Ｖｖは上記部分ｃｍｐ２の容積である。
【００６４】
そしてこれら第２部分誤差補正モデルｃｍ２のモデル式は、上記容量モデルを示す一般的な式とほぼ同じであるが、上記（４）式の左辺にエネルギ収支を調整するための項（−ｅｌ）が加えられている点が異なっている。そして、本実施形態においては、このｅｌの値を調整することによって上述したようなガスの温度の誤差を補正することができ、その結果、システムモデル全体の誤差を補正することができる。なお、このｅｌの値は実測値との比較による適合によって一定値とされてもよいし、ガスの質量流量等の関数とされてもよい。また、ガスの質量流量等を引数としたマップを用いて決定するようにしてもよい。
【００６５】
なお、本実施形態のように内燃機関をモデル化対象システムとする場合には、ガスの温度、圧力、質量流量等についてモデルから得られる値と実測値とで誤差が生じることが想定されるので、これらの誤差に対応すべく数種類の誤差補正モデルを用意しておくことが好ましい。
【００６６】
次に、別の例について説明する。この例では、シャフトとギアとから成る駆動系をモデル化対象システムとしており、入力トルクと出力トルク（負荷トルク）から回転速度を求めようとしている。この場合、第１シャフトモデルＭ２０、ギアモデルＭ２１、及び第２シャフトモデルＭ２２を部分モデル（適合部分モデル）として図５の上段に示されているような基本システムモデルが作成される。
【００６７】
ここで、第１シャフトモデルＭ２０と第２シャフトモデルＭ２２のモデル式は同様の構成であり、以下の（６）式で表される。式中、Ｉは各モデルが想定されるシャフト部分の慣性モーメント、ωは回転角速度、Ｔｑｉｎは入力トルク、Ｔｑｏｕｔは出力トルク（負荷トルク）である。
【００６８】
【数６】
2007085261.tif 000008
【００６９】
そして、図５の上段に示されている基本システムモデルを用いて算出される回転速度（すなわち回転角速度ωに基づいて算出される回転速度）が実測値と異なる場合、本発明の一実施形態においては図５の下段に示されているように誤差補正モデルＣＭ２をギアモデルＭ２１と第２シャフトモデルＭ２２との間に配置するようにして誤差が補正される。この誤差補正モデルＣＭ２のモデル式は具体的には以下の（７）式で表される。
【００７０】
【数７】
2007085261.tif 000009
【００７１】
（６）式と（７）式とを比較すると明らかなように、上記（７）式にはトルクを調整するための項（Ｔｑａｄｊ）が加えられている。そして、本実施形態においては、このＴｑａｄｊの値を調整することによって上述したような回転速度の誤差を補正することができる。なお、このＴｑａｄｊの値は実測値との比較による適合によって一定値とされてもよいし、回転速度の関数とされてもよい。また、回転速度を引数としたマップを用いて決定するようにしてもよい。
【００７２】
なお、以上では上記部分モデル及び誤差補正モデルが物理モデルもしくは物理モデルを基礎としたモデルである場合を例にとって説明したが本発明はこれに限定されるものではない。すなわち例えば、本発明の実施形態においては、上記部分モデルがモデル化の対象となるシステムを構成する各部分の特性を表す物理モデルであり、上記誤差補正モデルが、上記基本システムモデルから得られる出力と実際の上記システムから得られる出力との差を表す統計的に導き出された近似モデルであってもよい。
【００７３】
このように物理モデルと統計的近似モデルとが組み合わされて上記システムモデルが作成されると、上記物理モデルでは再現しきれない部分を統計的に導き出された近似モデルにより補完することができる。そしてその結果、全体としてより少ない工数でシステムモデルの精度の向上を図ることができる。以下、そのような例について説明する。
【００７４】
すなわち、図６から図９は吸入空気量を求めた場合の誤差の大きさとその発生頻度について示した図である。図６は吸入空気量を物理モデルのみに基づいて求めた場合であり、図７は統計的近似モデルのみに基づいて求めた場合、より詳細には種々の機関運転条件において吸入空気量を測定し、その測定結果に基づいて統計的に導き出された近似式（二次式）に基づいて求めた場合である。また、図８も統計的近似モデルのみに基づいて求めた場合であるが、図７の場合よりも測定点を増やすと共により高次の関数（三次式）で近似式を求めるようにして精度の向上を図った場合である。
【００７５】
そして、図９は物理モデルに基づいて求めた吸入空気量を統計的近似モデルで求めた補正量、すなわち物理モデルに基づいて求められる吸入空気量の誤差を種々の機関運転条件において測定し、その測定結果に基づいて統計的に導き出された誤差の近似式に基づいて求めた補正量で補正して最終的な吸入空気量を求めた場合である。なお、この補正量を求めるための誤差の近似式は二次関数であり、またこの近似式を求めるための測定点の数は図７の吸入空気量の近似式を求める場合と同程度である。
【００７６】
図６から図９を比較すると、図９の場合、すなわち物理モデルに基づいて求めた吸入空気量を統計的近似モデルで求めた補正量で補正した場合の精度が高いことがわかる。この場合はすなわち、本発明の実施形態において上記部分モデルを物理モデルとし、上記誤差補正モデルを統計的近似モデルとした場合であると言える。したがって、この例から、本発明の実施形態において上記部分モデルを物理モデルとし、上記誤差補正モデルを統計的近似モデルとすることによって、全体としてより少ない工数でシステムモデルの精度の向上を図ることができることがわかる。
【００７７】
なお以上では、内燃機関の作動等、主に自動車に関連する事象についてモデル化する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、物理モデルや統計的近似モデル等によりモデル化できる様々な事象についてのシステムモデルの作成に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は本発明の一実施形態のシステムモデル作成装置においてシステムモデルを作成する手順について説明するための図である。
【図２】図２は本発明の別の実施形態のシステムモデル作成装置においてシステムモデルを作成する手順について説明するための図である。
【図３】図３はターボチャージャ付きの内燃機関をモデル化対象システムとした場合の基本システムモデルを示す図である。
【図４】図４は図３に示された基本システムモデルに誤差補正モデルを組み合わせる場合について説明するための図である。
【図５】図５はシャフトとギアとから成る駆動系をモデル化対象システムとした場合において、基本システムモデルに誤差補正モデルを組み合わせてシステムモデルを作成する場合を説明するための図である。
【図６】図６は吸入空気量を物理モデルのみに基づいて求めた場合の誤差の大きさとその発生頻度について示した図である。
【図７】図７は吸入空気量を統計的近似モデルのみに基づいて求めた場合の誤差の大きさとその発生頻度について示した図である。
【図８】図８は、図７の場合に比べ作成工数を増やし精度向上を図った統計的近似モデルに基づいて吸入空気量を求めた場合の誤差の大きさとその発生頻度について示した図である。
【図９】図９は物理モデルに基づいて求めた吸入空気量を統計的近似モデルで求めた補正量で補正して最終的な吸入空気量を求めた場合の誤差の大きさとその発生頻度について示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
Ｌ    ライブラリ
ＰＭａ、ＰＭｂ、ＰＭｃ、ＰＭｄ、ＰＭｅ、ＰＭｆ    部分モデル
ＰＭＡ、ＰＭＣ、ＰＭＤ    適合部分モデル
ＣＭｘ、ＣＭＸ    誤差補正モデル
ｓｍａ    基本システムモデル
ＳＭＡ    システムモデル
【図１】
2007085261.tif 000010
【図２】
2007085261.tif 000011
【図３】
2007085261.tif 000012
【図４】
2007085261.tif 000013
【図５】
2007085261.tif 000014
【図６】
2007085261.tif 000015
【図７】
2007085261.tif 000016
【図８】
2007085261.tif 000017
【図９】
2007085261.tif 000018