(57)【要約】【課題】統計的なエンジン特性モデルを作成する場合に、入力変数の選択を自動的にかつ容易に行う。【解決手段】予め選択した入力変数に所定の値を導入することによりエンジンの挙動を推測する特性値を統計的に出力するエンジン特性モデルを作成する場合、エンジン特性モデルへの入力変数とするか否かを判定するための制御変数を選択し、代表的な運転条件を設定してエンジンを繰り返し駆動してその挙動を計測し、計測結果に基づいて制御変数の分散値を算出し、算出した制御変数の分散値を特性値における分散値に変換し、特性値における分散値を予め決定した許容誤差と比較し、比較結果が許容誤差を超えると判定された場合、この制御変数をエンジン特性モデルの入力変数とし、比較結果が許容誤差以内であると判定された場合、この制御変数をエンジン特性モデルの入力変数としない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め選択した入力変数に所定の値を導入することによりエンジンの挙動を推測する特性値を統計的に出力するエンジン特性モデルを作成するための方法であって、
前記エンジン特性モデルへの入力変数とするか否かを判定するための制御変数を選択し、
代表的な運転条件を設定してエンジンを繰り返し駆動してその挙動を計測し、
前記計測結果に基づいて前記制御変数の分散値を算出し、
前記算出した制御変数の分散値を前記特性値における分散値に変換し、
前記特性値における分散値を予め決定した許容誤差と比較し、
前記比較結果が前記許容誤差を超えると判定された場合、前記制御変数を前記エンジン特性モデルの入力変数とし、前記比較結果が前記許容誤差以内であると判定された場合、前記制御変数を前記エンジン特性モデルの入力変数としないと判定する、各ステップを備える、エンジン特性モデルの作成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記制御変数を前記エンジン特性モデルの入力変数としないと決定された場合、前記制御変数によってマップ格子水準を形成し、前記予め選択した入力変数を入力とし前記特性値を出力とする独立モデルを前記マップ格子水準毎に作成することを特徴とする、エンジン特性モデルの作成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記エンジンの繰り返し計測の以前に、計測環境を設定するステップを備える、エンジン特性モデルの作成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記エンジン特性モデルは、エコランシステムのエンジン始動試験に用いられるモデルであり、前記予め選択した入力変数はエンジンの点火時期と燃料噴射量であり、前記モデルへの入力変数とするか否かを判定するための制御変数はエンジンの停止位置である、エンジン特性モデルの作成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記計測環境を設定するステップは、補機のオン、オフ、エンジン冷却水温を設定するステップである、エンジン特性モデルの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン特性モデルの作成方法に関し、特にモデルを作成する場合の入力変数の選択を適宜行うことが可能な、エンジン特性モデルの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンの制御は、トルク、排気エミッション及び燃費等のエンジンの特定についての要求条件を満たすように、スロットル開度、点火時期、吸気弁又は排気弁の開閉弁特性、燃料噴射量等の制御変数（制御パラメータ）の値を変化させることによって行われる。これらの制御パラメータには、その時のエンジンに対する要求に応じて、例えば機関負荷（トルク）及び機関回転数により定まる運転状態毎に最適な値が存在するため、このような運転状態ごとの制御パラメータの最適な値を目標値として予め設定しておく必要がある。
【０００３】
運転状態毎の制御パラメータの最適な値は、一般に、上記制御パラメータを様々な値に設定し、その時の発生トルクやＮＯｘ排出量等のエンジンの特性を表す特性パラメータを計測してその結果から運転状態毎の各制御パラメータの最適な値（即ち、適合値）を求める作業、いわゆる適合作業によって求められる。
【０００４】
このような適合作業を効率よく行うために、各制御パラメータの値を種々の値に設定してエンジンの各種特性パラメータの値を計測し、その計測結果から上記各制御パラメータと上記特性パラメータの関係を統計的に定めたモデル式、即ち、エンジン特性モデルを求め、このモデルに基づいて制御パラメータの適合値を算出することが行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４８８６２
【特許文献２】特開２００６−１２５３４２
【特許文献３】特開２００６−０５２６９５
【特許文献４】特開２００４−３３２５９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
精度の高いエンジン特性モデルを作成するためには、モデル出力である特性パラメータを適切に導出する入力変数、即ち、入力制御パラメータを選択する必要がある。モデル同定用データを計測中は、入力変数として選択した制御パラメータ（入力パラメータ）以外の制御パラメータは一定値を取り、変動しないことが理想である。もし、入力変数として選択した制御パラメータ（入力パラメータ）以外の制御パラメータがデータ計測中に変動すると、その変動の影響が出力に混入し、結果として、正確なモデルを同定することができない。
【０００７】
従って、エンジン特性モデルを作成する場合、入力変数の取捨選択は非常に重要であるが、これまでにこのような選択を実現象にあわせて可変とする手法が存在していない。従って、現状では、入力変数の取捨選択はエンジン特性モデルを作成する人間の知見、経験に基づいて実施されており、個人の能力に依存する部分が大きく、また、選択の結果が正しいか否かを確認するための作業が必要であった。
【０００８】
本発明は、エンジン特性モデルを作成する場合の上記のような問題点を解決する目的でなされたもので、エンジン特性モデルを同定するための入力変数を自動的に、かつ、正確に選択することが可能な方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、予め選択した入力変数に所定の値を導入することによりエンジンの挙動を推測する特性値を統計的に出力するエンジン特性モデルを作成するための方法であって、前記エンジン特性モデルへの入力変数とするか否かを判定するための制御変数を選択し、代表的な運転条件を設定してエンジンを繰り返し駆動してその挙動を計測し、前記計測結果に基づいて前記制御変数の実測値における分散値を算出し、前記算出した制御変数の分散値を前記特性値の実測値における分散値に変換し、前記特性値における分散値を予め決定した許容誤差と比較し、前記比較結果が前記許容誤差を超えると判定された場合、前記制御変数を前記エンジン特性モデルの入力変数とし、前記比較結果が前記許容誤差以内であると判定された場合、前記制御変数を前記エンジン特性モデルの入力変数としないと判定する、各ステップを備える、エンジン特性モデルの作成方法を提供する。
【００１０】
上記方法において、前記制御変数を前記エンジン特性モデルの入力変数としないと決定された場合、前記制御変数によってマップ格子水準を形成し、前記予め選択した入力変数を入力とし前記特性値を出力とする独立モデルを前記マップ格子水準毎に作成するようにしても良い。
【００１１】
上記方法において、前記エンジンの繰り返し計測の以前に、計測環境を設定するステップを設けても良い。
【００１２】
上記方法において、前記エンジン特性モデルを、エコランシステムのエンジン始動試験に用いられるモデルとし、前記予め選択した入力変数をエンジンの点火時期と燃料噴射量とし、前記モデルへの入力変数とするか否かを判定するための制御変数をエンジンの停止位置としても良い。
【００１３】
上記方法において、前記計測環境を設定するステップを、補機のオン、オフ、エンジン冷却水温を設定するステップとしても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の方法では、エンジンに対して代表的な運転条件を設定して繰り返し駆動し、その挙動を計測することにより、エンジン特性モデルへの入力変数とするか否かの検討を行う制御変数の実測値における分散値を算出する。次に、このようにして算出された制御変数における分散値を、エンジン特性モデルの出力である特性値の実測値に対する分散値に変換し、変換された分散値が予め決定された許容値を超えるか否かに基づいて、その制御変数の安定性を評価する。
【００１５】
制御変数が安定していると評価された場合、即ち、変換された分散値が許容値以内である場合は、当該制御変数をエンジン特性モデルの入力変数とする必要が無いと判断し、許容値を超える場合、当該制御変数をエンジン特性モデルの入力変数とする必要があると判断する。このようにすることによって、制御変数をエンジン特性モデルへの入力変数とするか否かを自動的に、かつ、根拠を持って決定することができるので、精度の高いエンジン特性モデルを容易に作成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、同一の参照符号は同一あるいは類似の構成要件を示すため、重複した説明は行わない。
【００１７】
図１は後述する適合作業の対象となる内燃機関、並びに当該適合作業に用いられる各計測装置及び制御装置を示している。
【００１８】
図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００１９】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５に連結される。吸気管１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。また、吸気弁６には吸気弁６の開閉弁特性、すなわち位相角及び作用角を変更するための可変動弁機構２０が取付けられている。
【００２０】
一般に、図１に示したような内燃機関の制御は、内燃機関の運転中に変化するトルク、排気エミッション及び燃費等についての要求条件を満たすように、すなわち実際のトルク、排気エミッション及び燃費等が目標トルク、目標排気エミッション及び目標燃費等となるように、内燃機関の運転状態に影響を与える制御可能なパラメータ（すなわち、制御パラメータ）の値を変化させることによって行われる。
【００２１】
このような制御パラメータには、そのときの内燃機関に対する要求に応じて、例えば、機関負荷及び機関回転数により定まる運転状態毎に最適な値が存在する。例えば、点火プラグ１０による点火時期については、内燃機関のトルク、燃費や失火等を考慮すると、一般に、トルクが最も大きくなるような最小進角時期、いわゆるＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）付近で点火を行うのが好ましい。このＭＢＴは、全ての運転状態に対して同じではなく、例えば機関回転数が異なると、ＭＢＴも異なる時期となる。また、一方で、内燃機関の排気浄化のために内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒（図示せず）を高温にする必要があるような場合には、機関本体１から排出される排気ガスの温度（以下、「排気温度」と称す）を高めるために上記ＭＢＴよりも或る程度進角側の時期に点火を行うのが好ましい。
【００２２】
このような内燃機関に対する要求に応じた運転状態毎の各制御パラメータの最適な値（すなわち、適合値）は、数値計算のみから算出することは困難であるため、通常、内燃機関の形式毎に適合作業によって求められる。ここで、適合作業とは、特定の制御パラメータを様々な値に設定し、各制御パラメータの値毎に特性パラメータ（制御パラメータの値を変更することによりその値が変わり得るパラメータであって内燃機関の特性を表すパラメータ）を計測し、これら特性パラメータの計測値から各運転状態に対する制御パラメータの最適な値（すなわち、適合値）を求める作業を意味する。
【００２３】
図１には、適合作業の対象となる内燃機関に加えて、この内燃機関の特性パラメータを計測する各計測装置（各種センサ）、並びに制御装置４０が示されている。図示したように、適合作業の対象となる内燃機関に対しては、スロットル弁１８の開度を計測するためのスロットル開度センサ３１がスロットル弁１８に取付けられ、また、吸気管１５内を流れる空気の流量を計測するエアフロメータ３２がスロットル弁１８上流側の吸気管１５内に取付けられる。さらに、機関本体１から排出された排気ガスの温度を計測する排気温度センサ３３及び機関本体１から排出された排気ガスの空燃比を計測する空燃比センサ３４が排気ポート又は排気マニホルド１９に取付けられる。さらに、機関本体１のクランクシャフト（図示せず）には内燃機関による駆動力であるトルクを検出するためのトルクセンサ（図示せず）が取付けられる。これらセンサ３１〜３４は、制御装置４０に接続されている。制御装置４０ではこれらセンサ３１〜３４によって計測された各特性パラメータの値が記憶されると共に演算処理され、各制御パラメータの適合値が求められるようになっている。なお、本実施形態ではこの制御装置４０において後に詳述するような方法で各制御パラメータの適合値が求められるようになっている。
【００２４】
なお、上述したスロットル弁駆動用のステップモータ１７、燃料噴射弁１１及び点火プラグ１０も制御装置４０に接続されており、これらステップモータ１７等は制御装置４０によって駆動、制御される。すなわち、制御装置４０によって制御パラメータの値が変更される。
【００２５】
以下に、図１に示す自動適合装置に適応することが可能なエンジン特性モデルの作成方法を、エコランシステムの始動早期着火制御のためのエンジン特性モデルを作成する場合に関して説明する。なお、エコランシステムの始動早期着火制御については、例えば、特許文献１乃至４に記載されている。
【００２６】
図２は、エコランシステムの始動早期着火制御のためのエンジン特性モデルを作成するにあたって、エンジンの停止位置をモデルへの入力変数とするか否かを判定する手順を示すフローチャートである。
【００２７】
図２のステップＳ１において、モデルへの入力変数とするか否かを判定する制御変数（以下、制御パラメータ）としてエンジンの停止位置（ＡＴＤＣ）を選択する。エコランシステムでは、アイドルストップが実施されたエンジンを再始動する場合、エンジンをできるだけ早期に始動させることが要求される場合がある。エンジンの始動早期着火制御では、エンジンの停止位置（クランク角）によって燃料噴射量や点火時期を制御し、エンジンが速やかに目標とするピーク回転数に達するようにする。
【００２８】
図３は、エンジン始動着火制御において、出力であるエンジンのピーク回転数（ｐＮＥ）を予測する統計モデルＭを示している。エンジン始動時のピーク回転数（ｐＮＥ）は、エンジンの点火時期（ＳＡ）、燃料噴射量（ｔａｕ）、エンジン停止時のエンジン停止位置（ＡＴＤＣ）および水温によって変化する。
【００２９】
今、エンジンの停止位置、水温を正確にコントロールできる場合、これらの制御変数はエンジンのピーク回転数（ｐＮＥ）を予測するモデルＭの入力変数とする必要はなく、モデルＭは、点火時期と燃料噴射量を入力変数とする独立したモデルＭ１、Ｍ２、・・・を、停止位置および水温ごとに作成すればよい。即ち、図４に示すような停止位置および水温を格子水準とするマップにおいて、それぞれの水準毎に、点火時期（ＳＡ）および燃料噴射量（ｔａｕ）を変数とし、エンジンの再始動時におけるピーク回転数ｐＮＥを予測する独立したモデルＭ１、Ｍ２、・・・を作成すれば良い。
【００３０】
しかしながら、アイドルストップ時におけるエンジンの停止位置を正確にコントロールできない場合、ある停止位置の指示値に対してモデルＭ１を作成しても、実際の停止位置が指示値とは異なっていれば、そのモデルＭ１は正確なモデルではない。従って、このような場合は、図５に示すように、停止位置に幅を持たせたモデルＭ１００を作成する必要がある。そのためには、エンジン停止位置をモデルＭの入力変数とする必要がある。
【００３１】
従って、図２に示すフローチャートのステップＳ１では、作成するモデルの入力変数として選択すべきか否かを判定する制御変数（制御パラメータ）を選択する。本実施形態では、エンジン停止位置（クランク角）が選択される。
【００３２】
ステップＳ２では、エンジンの計測環境が設定される。本実施形態では、モデルＭの構造に影響を与える計測環境として、補機負荷のオン、オフ、更にエンジン冷却用の水温等の設定がなされる。補機とは、車両に搭載されたジェネレータ、エアコンディショナー等である。
【００３３】
図６は、エンジンを使用してアイドルストップを繰り返した場合の、エンジン停止位置（クランク角）の目標値からのばらつきを示すグラフであり、図の曲線Ｘは、ジェネレータ、エアコンなどの補機をオン状態（補機負荷有り）とした場合の結果を示し、図の曲線Ｙは補機をオフ状態（補機負荷無し）とした場合の結果を示す。図６の横軸において、０はエンジン停止位置の目標値を示し、縦軸は発生の頻度、即ちアイドルストップの回数を示している。この図から明らかなように、補機がオフ状態の時、エンジン停止位置には比較的ばらつきが少なく、一方、補機がオン状態の場合、エンジン停止位置には大きなばらつきが存在する。
【００３４】
従って、エコラン時の早期始動着火制御の場合は、アイドルストップ時の補機負荷の有無によって、エンジンモデルの構成自体を変える必要がある。具体的には、点火時期と燃料噴射量からエンジンのピーク回転数（ｐＮＥ）を予測する統計モデルにおいて、エンジンの停止位置（ＡＴＤＣ）を入力変数とするか否かを、適合領域、例えば、補機負荷の有無に基づいて決定する必要がある。
【００３５】
図２のフローチャートにおいて、次のステップＳ３において、モデル化する場合のエンジンピーク回転数ｐＮＥの許容誤差値Ｅを決定する。この許容誤差値Ｅは、モデル化時に要求される適合精度に基づいて任意に設定される。具体的には、商品性、信頼性、適合工数等を勘案して任意に設定される。
【００３６】
ステップＳ４では、代表的な運転条件を選択しこの条件で繰り返しエンジンを駆動して、必要なモデル同定用データを計測する。例えば、図６に示す例では、アイドルストップが実行された場合のエンジン停止位置を、繰り返し実験により測定している。実際のエンジンでは計測毎に停止位置がばらつくため、同じ条件で停止試験を繰り返すことで、停止位置のばらつきが求められる。この繰り返し実験により必要な実測データが得られると、ステップＳ５で、得られたデータに基づいてエンジン停止位置のばらつきの大きさ、即ち、分散値σｓを算出する。
【００３７】
ステップＳ６では、代表的な運転条件における実測値より、エンジン停止位置に対するピーク回転数ｐＮＥの特性変化を取得する。図７に、このようにして取得されたエンジン停止位置に対するピーク回転数ｐＮＥの変化特性の一例を示す。特性変化を表す直線Ａの場合、停止位置の分散値に対するピーク回転数ｐＮＥの変化（σNE（Ａ））が大きく、直線Ｂの場合、停止位置の分散値σｓに対するピーク回転数ｐＮＥの変化（σNE（Ｂ））が比較的小さいことがわかる。なお、図７において、Ｍｄはばらつきの中心を示し、どの位置を中心にばらつきを見るかは、良く使われる使用環境を考慮して別途定めればよい。
【００３８】
従って、ステップＳ７では、停止位置の分散値σｓに対するピーク回転数ｐＮＥのばらつき（分散）を、図７の特性図から求める。特性Ａの場合その分散値は（σNE（Ａ））で示され、特性Ｂの場合その分散値は（σNE（Ｂ））で示される。このようにして、ピーク回転数ｐＮＥの分散値σNEが算出されると、ステップＳ８において、分散値σNEをステップＳ３で求めたピーク回転数ｐＮＥの許容モデル化誤差Ｅと比較する。
【００３９】
ステップＳ８の比較において、ピーク回転数ｐＮＥの分散値σNEが誤差Ｅより小さければ（ステップＳ８のＹＥＳ）、エンジン停止位置をモデルＭへの入力変数としないと判断し（ステップＳ９）、処理を終了する。分散値σNEが誤差Ｅより大きければ（ステップＳ８のＮＯ）、エンジン停止位置をモデルＭへの入力変数とし（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【００４０】
即ち、ステップＳ８において、ピーク回転数ｐＮＥの分散値σNEが許容誤差Ｅより小さいと判断されると、エンジン停止位置が指示値よりも多少ずれていても、そのずれによって引き起こされるエンジン特性モデル（図３参照）の出力値ｐＮＥのずれは許容値以内であると考えられる。そのため、エンジン停止位置をモデルＭの入力変数として選択する必要はなくなる。この場合は、図４に示すように、エンジン停止位置をマップの格子点水準として選択し、エンジン停止位置とエンジン水温とで決まる各格子点について、エンジン点火時期（ＳＡ）と燃料噴射量（ｔａｕ）を入力とし、ピーク回転数ｐＮＥを出力とする独立したモデルＭ１、Ｍ２、・・・（図３参照）を作成すれば良い。
【００４１】
一方、ステップＳ８でＮＯの場合は、エンジン停止位置のずれによるピーク回転数ｐＮＥのずれが無視できない程度であるため、エンジン停止位置をモデルＭの入力変数として、図５に示したようなモデル１００を形成する必要がある。
【００４２】
なお、図２のフローチャートにおいて、ピーク回転数ｐＮＥの許容モデル化誤差Ｅを決定するステップＳ３は、必ずしもステップＳ２とステップＳ４の間に実行される必要はなく、ステップＳ８の以前であればどのようなタイミングであっても良い。同様に、エンジン停止位置に対するピーク回転数ｐＮＥの特性変化を取得するステップＳ６も、ステップＳ７の以前であればどのようなタイミングであっても良く、図２のフローチャートに示すタイミングに限定されることはない。
【００４３】
通常、エンジンを使用した計測（ステップＳ４）、エンジン停止位置に対するピーク回転数ｐＮＥの特性変化取得（ステップＳ６）およびピーク回転数ｐＮＥの許容モデル化誤差の決定（ステップＳ３）は、同時並行的に行われる。
【００４４】
以上に説明したように、図２に示すフローチャートを実行することにより、作成するエンジン特性モデルの構造が決定するので、その構造に従って入力変数を選択し、選択した入力変数に対してＤｏＥ（Ｄｅｓｉｇｎ・Ｏｆ・Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）手法により入力値を種々変更してその時の出力値を得る実験を行うことにより、精度の高いエンジン特性モデルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】自動適合装置の全体図。
【図２】本発明の一実施形態に係るエンジン特性モデルの作成方法の実施手順を示すフローチャート。
【図３】統計的なエンジン特性モデルの構造を示すブロック図。
【図４】制御パラメータの格子点水準毎に独立に作成されたエンジン特性モデルを示す図。
【図５】制御パラメータを入力変数とした場合のエンジン特性モデルの構造を示す図。
【図６】アイドルストップ状態からエンジンを始動した時の、エンジン停止位置とエンジン停止時間の計測結果を示すグラフ。
【図７】エンジン停止位置の分散に対するエンジンピーク回転数ｐＮＥの特性変化を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１    機関本体
６    吸気弁
８    排気弁
１０    点火プラグ
４０    電子制御ユニット
Ｍ    統計に基づくエンジン特性モデル
ｐＮＥ    エンジンピーク回転数
ＳＡ    エンジン点火時期
ｔａｕ    燃料噴射量
【図１】
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【図２】
2009197716.tif 000004
【図３】
2009197716.tif 000005
【図４】
2009197716.tif 000006
【図５】
2009197716.tif 000007
【図６】
2009197716.tif 000008
【図７】
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