УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CONTROL METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания и способу управления для двигателя внутреннего сгорания и, в частности, относится к устройству управления и способу управления, которые надлежащим образом используются для управления управляемым объектом, имеющим стохастическую дисперсию.
Уровень техники
В случае, когда управление с обратной связью применяется к регулируемой переменной для управляемого объекта, имеющего стохастическую дисперсию, необходимо выполнять консервативное управление для предотвращения избыточного управления вследствие стохастической дисперсии. Однако, в консервативном управлении, трудно обеспечивать быструю реакцию на изменение в регулируемой переменной.
Изменение в регулируемой переменной включает в себя изменение вследствие исходной стохастической дисперсии системы и изменение вследствие фактора, отличного от стохастического фактора. Изменение в регулируемой переменной, с которой необходимо иметь дело посредством управления с обратной связью, является более поздним изменением вследствие изменения в состоянии управляемого объекта. Следовательно, для обеспечения быстрой реакции, в то же время предотвращая избыточное управление, требуется определять, является ли изменение в регулируемой переменной более ранним изменением или более поздним изменением. Однако, в целом, требуется множество данных для статистического определения причины изменения в регулируемой переменной. Когда число данных увеличивается, точность определения увеличивается, но время для сбора данных увеличивается, так что быстрота реакции снижается.
Для увеличения быстроты реакции необходимо выполнять определение с настолько небольшим количеством данных, насколько возможно. В этом отношении, Jinwu, Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85 (2017) 218-235 раскрывает метод управления для сообщения по обратной связи изменения в регулируемой переменной в манипулируемую переменную с помощью проверки гипотезы и статистического решения. В качестве конкретного примера, Jinwu Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85 (2017) 218-235 раскрывает пример, в котором угол поворота коленчатого вала (представленный как LPP далее в данном документе), максимизирующий давление сгорания для двигателя внутреннего сгорания, применяется к управлению с обратной связью для регулировки эталонного ожидаемого значения. Сгорание для двигателя внутреннего сгорания является примером управляемого объекта, имеющего стохастическую дисперсию, а LPP является примером регулируемой переменной.
Если ожидаемое значение для LPP является эталонным ожидаемым значением, значение (представленное как Z далее в данном документе), полученное делением отклонения среднего значения для LPP от эталонного ожидаемого значения на среднеквадратическую погрешность среднего значения, соответствует стандартному нормальному распределению. Когда данные для LPP с первого цикла по n-ый цикл получены, среднее значение является средним значением n частей данных с первого цикла по n-ый цикл. Дополнительно, среднеквадратическая погрешность среднего значения получается делением стандартного отклонения для LPP на квадрат числа данных.
То, соответствует ли Z стандартному нормальному распределению, может быть определено посредством сравнения с пороговым значением, которое вычисляется из значимого уровня. В случае, когда Z не попадает в интервал достоверности, который указывается посредством отрицательного порогового значения и положительного порогового значения, определяется, что Z не соответствует стандартному нормальному распределению, т.е., ожидаемое значение для LPP не равно эталонному ожидаемому значению. В случае, когда Z попадает в интервал достоверности, Z соответствует стандартному нормальному распределению, т.е., ожидаемое значение для LPP равно эталонному ожидаемому значению.
В случае, когда ожидаемое значение для LPP равно эталонному ожидаемому значению, изменение в LPP является изменением вследствие исходной стохастической дисперсии системы. С другой стороны, в случае, когда ожидаемое значение для LPP не равно эталонному ожидаемому значению, изменение в LPP является изменением вследствие фактора, отличного от стохастического фактора. Следовательно, посредством вычисления Z для каждого цикла сгорания и проверки того, попадает ли Z в интервал достоверности, возможно определять, является ли изменение в LPP, с которым необходимо иметь дело посредством управления с обратной связью, для каждого цикла сгорания.
В конкретном управлении с обратной связью, раскрытом в Jinwu Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85 (2017) 218-235, значение, полученное добавлением произведения положительного порогового значения и среднеквадратической погрешности к эталонному ожидаемому значению для LPP, задается в качестве верхнего предельного значения для LPP, и в случае, когда среднее значение для LPP превышает верхнее предельное значение, момент зажигания переносится на более раннее время. Дополнительно, значение, полученное добавлением произведения отрицательного порогового значения и среднеквадратической погрешности к эталонному ожидаемому значению для LPP, задается в качестве нижнего предельного значения для LPP, и в случае, когда среднее значение для LPP превышает нижнее предельное значение, момент зажигания переносится на более раннее время. В методе управления, раскрытом в Jinwu Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85 (2017) 218-235, возможно выполнять статистическое определение без требования множества данных. Следовательно, посредством выполнения управления с обратной связью на основе определения, возможно обеспечивать быструю реакцию на изменение в регулируемой переменной вследствие фактора, отличного от стохастического фактора, в то же время предотвращая избыточное управление по отношению к изменению в регулируемой переменной вследствие стохастической дисперсии.
Японская публикация патентной заявки № 2007-198313, японская публикация патентной заявки № 2002-322938 и японская публикация патентной заявки № 2011-089470 являются примерной литературой, которая показывает уровень техники в технической области, связанной с изобретением.
Сущность изобретения
Однако, в методе управления, раскрытом в Jinwu Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85 (2017) 218-235, существует пространство для дополнительно улучшения с точки зрения быстроты реакции на изменение в регулируемой переменной вследствие фактора, отличного от стохастического фактора.
Следовательно, изобретение дополнительно улучшает предотвращение избыточного управления по отношению к изменению в регулируемой переменной вследствие стохастической дисперсии и обеспечение быстрой реакции на изменение в регулируемой переменной вследствие фактора, отличного от стохастического фактора, посредством метода управления, развитого из метода управления, раскрытого в Jinwu Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85 (2017) 218-235.
Первый аспект изобретения является устройством управления для двигателя внутреннего сгорания. Устройство управления включает в себя: по меньшей мере, один процессор; и память, сконфигурированную, чтобы хранить программу. По меньшей мере, один процессор конфигурируется, чтобы выполнять процесс принятия решения по манипулируемой переменной, процесс вычисления выборочного значения, процесс вычисления ожидаемого значения, процесс проверки гипотезы и процесс адаптивного управления посредством выполнения программы. Процесс принятия решения по манипулируемой переменной принимает решение по манипулируемой переменной двигателя внутреннего сгорания из входного значения управления, относящегося к регулируемой переменной, включающей в себя стохастическую дисперсию, в соответствии с заданным правилом преобразования. Процесс вычисления выборочного значения вычисляет выборочное значение регулируемой переменной для каждого цикла выборки на основе информации от датчика, который определяет состояние двигателя внутреннего сгорания. Процесс вычисления ожидаемого значения вычисляет эталонное ожидаемое значение регулируемой переменной из входного значения управления с помощью нормативной модели для двигателя внутреннего сгорания. Процесс проверки гипотезы выполняет проверку гипотезы для нулевой гипотезы, что среднее значение заданного числа недавних выборочных значений из выборочных значений регулируемой переменной равно эталонному ожидаемому значению. Процесс адаптивного управления модифицирует заданное правило преобразования посредством адаптивного управления на основе погрешности между средним значением и эталонным ожидаемым значением, когда нулевая гипотеза отвергается.
С вышеупомянутой конфигурацией, посредством сочетания адаптивного управления с определением стохастической дисперсии посредством проверки гипотезы, возможно ожидать дополнительного улучшения для предотвращения избыточного управления по отношению к изменению в регулируемой переменной вследствие стохастической дисперсии и обеспечения быстрой реакции на изменение в регулируемой переменной вследствие фактора, отличного от стохастического фактора.
В устройстве управления процесс проверки гипотезы может включать в себя процесс вычисления области принятия гипотезы и процесс определения. Процесс вычисления области принятия гипотезы может вычислять верхнее предельное значение области принятия гипотезы и нижнее предельное значение области принятия гипотезы посредством умножения среднеквадратической погрешности эталонной нормально распределенной совокупности регулируемой переменной, когда число выборочных данных является заданным числом, на заданное критическое значение. Процесс определения может отвергать нулевую гипотезу, когда погрешность между средним значением и эталонным ожидаемым значением не попадает в область принятия гипотезы. Процесс вычисления ожидаемого значения может быть процессом вычисления среднего значения эталонной нормально распределенной совокупности, в качестве эталонного ожидаемого значения.
В устройстве управления эталонная нормально распределенная совокупность может быть набором выборочных значений, предшествующих заданному числу выборочных значений регулируемой переменной, и эталонное ожидаемое значение и среднеквадратическая погрешность могут быть обновлены для каждого цикла выборки. В устройстве управления эталонная нормально распределенная совокупность может быть набором выборочных значений регулируемой переменной, выборочные значения получаются от эталонного двигателя внутреннего сгорания, и эталонное ожидаемое значение и среднеквадратическая погрешность могут быть заданными значениями, которые вычисляются из эталонной нормально распределенной совокупности.
В устройстве управления процесс принятия решения по манипулируемой переменной может включать в себя процесс обратной связи для вычисления значения обратной связи для манипулируемой переменной из погрешности между средним значением и эталонным ожидаемым значением, и процесс адаптивного управления может включать в себя процесс модификации коэффициента усиления обратной связи для модификации коэффициента усиления обратной связи в процессе обратной связи, в зависимости от погрешности между средним значением и эталонным ожидаемым значением.
В устройстве управления процесс принятия решения по манипулируемой переменной может включать в себя процесс прямой связи для вычисления значения прямой связи для манипулируемой переменной из входного значения управления, и процесс адаптивного управления может включать в себя процесс модификации карты прямой связи для модификации карты прямой связи в процессе прямой связи, в зависимости от погрешности между средним значением и эталонным ожидаемым значением.
Второй аспект изобретения является способом управления для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя память, сконфигурированную, чтобы хранить программу, и, по меньшей мере, один процессор, сконфигурированный, чтобы выполнять программу. Способ управления включает в себя: выполнение, по меньшей мере, посредством одного процессора, процесса принятия решения по манипулируемой переменной для принятия решения по манипулируемой переменной двигателя внутреннего сгорания из входного значения управления, относящейся к регулируемой переменной, включающей в себя стохастическую дисперсию, в соответствии с заданным правилом преобразования; выполнение, посредством, по меньшей мере, одного процессора, процесса вычисления выборочного значения для вычисления выборочного значения регулируемой переменной для каждого цикла выборки на основе информации от датчика, который определяет состояние двигателя внутреннего сгорания; выполнение, посредством, по меньшей мере, одного процессора, процесса вычисления ожидаемого значения для вычисления эталонного ожидаемого значения регулируемой переменной из входного значения управления с помощью нормативной модели для двигателя внутреннего сгорания; выполнение, посредством, по меньшей мере, одного процессора, процесса проверки гипотезы для выполнения проверки гипотезы для нулевой гипотезы, что среднее значение для заданного числа недавних выборочных значений из выборочных значений регулируемой переменной равно эталонному ожидаемому значению; и выполнение, посредством, по меньшей мере, одного процессора, процесса адаптивного управления для модификации заданного правила преобразования посредством адаптивного управления на основе погрешности между средним значением и эталонным ожидаемым значением, когда нулевая гипотеза отвергается.
С вышеупомянутой конфигурацией, посредством сочетания адаптивного управления с определением стохастической дисперсии посредством проверки гипотезы, возможно ожидать дополнительного улучшения для предотвращения избыточного управления по отношению к изменению в регулируемой переменной вследствие стохастической дисперсии и обеспечения быстрой реакции на изменение в регулируемой переменной вследствие фактора, отличного от стохастического фактора.
Краткое описание чертежей
Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичными ссылочными позициями обозначены аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 - блок-схема, показывающая аппаратную конфигурацию системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 2 - блок-схема, показывающая процессы, которые выполняются посредством устройства управления для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 3 - схема для описания выборки данных, которые используются в процессе проверки гипотезы;
Фиг. 4 - схема для описания процесса проверки гипотезы;
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций, показывающая последовательность от процесса проверки гипотезы до процесса адаптивного управления;
Фиг. 6 - блок-схема, показывающая конфигурацию программного обеспечения системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 7 - блок-схема, показывающая подробную конфигурацию программного обеспечения контроллера, который составляет систему управления для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 8 - схема для описания настройки момента зажигания;
Фиг. 9 - схема для описания примера, в котором управление моментом зажигания для адаптивного управления согласно варианту осуществления изобретения применяется к управлению по прямой связи; и
Фиг. 10 - схема для описания примера, в котором управление моментом зажигания для адаптивного управления согласно варианту осуществления изобретения применяется к управлению с обратной связью.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Далее в данном документе вариант осуществления изобретения будет описан со ссылкой на чертежи. Однако, когда числовое значение около каждого элемента, который приводится в пример посредством числа элементов, количества, величины и диапазона, упоминается в варианте осуществления, описанном ниже, изобретение не ограничивается упомянутым числовым значением, за исключением случая, когда числовое значение явно применяется конкретно, и случая, когда числовое значение явно применяется в принципе. Дополнительно, структуры, этапы и т.п. в варианте осуществления, описанном ниже, не всегда являются необходимыми для изобретения, за исключением случая, когда структуры, этапы и т.п. явно применяются конкретно, и случая, когда структуры, этапы и т.п. явно применяются в принципе.
Фиг. 1 является блок-схемой, показывающей аппаратную конфигурацию системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения. Система управления включает в себя, по меньшей мере, двигатель 2 внутреннего сгорания, множество датчиков 4, которые определяют состояние двигателя 2 внутреннего сгорания, и устройство 10 управления (электронный блок управления), которое управляет двигателем 2 внутреннего сгорания.
Двигатель 2 внутреннего сгорания является двигателем внутреннего сгорания, который устанавливается на автомобиле, например, двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который использует бензин в качестве топлива. Двигатель 2 внутреннего сгорания включает в себя систему зажигания, которая может регулировать момент зажигания посредством управления периода питания энергией для катушки зажигания. Множество датчиков 4 включают в себя, по меньшей мере, датчик давления сгорания и датчик угла поворота коленчатого вала. Датчик давления сгорания, который присоединяется к каждому цилиндру двигателя 2 внутреннего сгорания, выводит сигнал, соответствующий давлению сгорания в камере сгорания. Датчик угла поворота коленчатого вала выводит сигнал, соответствующий углу поворота коленчатого вала двигателя 2 внутреннего сгорания. Кроме того, множество датчиков 4 может включать в себя датчик детонации, датчик топливо-воздушного соотношения или т.п.
Устройство 10 управления, которое является электронным блоком управления для управления двигателем, принимает сигналы от датчиков 4 и вычисляет регулируемую переменную двигателя 2 внутреннего сгорания на основе информации, включенной в сигналы датчиков 4. Устройство 10 управления включает в себя процессор 12 и память 14 в качестве физических компонентов. Память 14 сохраняет программу для управления двигателем 2 внутреннего сгорания, а процессор 12 считывает программу из памяти 14 и выполняет программу. Устройство 10 управления может состоять из множества электронных блоков управления.
Фиг. 2 является блок-схемой, показывающей некоторые процессы, которые выполняются посредством устройства 10 управления. Фиг. 2 выражает, в качестве блоков, процессы, которые являются различными процессами, которые должны выполняться посредством устройства 10 управления, и которые, в частности, относятся к принятию решения для манипулируемой переменной двигателя 2 внутреннего сгорания. Как показано на фиг. 2, процессы посредством устройства 10 управления включают в себя процесс 21 принятия решения по манипулируемой переменной, процесс 22 вычисления выборочного значения, процесс 23 вычисления эталонного ожидаемого значения, процесс 24 проверки гипотезы и процесс 25 адаптивного управления.
Сначала, будет описан процесс 21 принятия решения по манипулируемой переменной. В процессе 21 принятия решения по манипулируемой переменной устройство 10 управления принимает решение по манипулируемой переменной для управления регулируемым объектом двигателя 2 внутреннего сгорания. Управляемый объект двигателя 2 внутреннего сгорания включает в себя управляемый объект, содержащий стохастическую дисперсию, примером которой являются выбросы от сгорания и выхлопных газов. В случае, когда управляемый объект включает в себя стохастическую дисперсию, регулируемая переменная, которая является величиной состояния, также включает в себя стохастическую дисперсию. Примеры регулируемой переменной, относящейся к сгоранию, включают в себя CA50, угол поворота коленчатого вала с максимальным давлением сгорания (LPP), угол поворота коленчатого вала для начала детонации, угол поворота коленчатого вала для возникновения максимальной детонации и интенсивность детонации. Примеры регулируемой переменной, относящейся к выбросу отработавшего газа, включают в себя топливо-воздушное соотношение и коэффициент избытка топлива. В случае, когда управляемым объектом является сгорание, манипулируемая переменная является моментом зажигания, например. В случае, когда управляемым объектом являются выбросы отработавшего газа, манипулируемая переменная является количество впрыска топлива, например.
В процессе 21 принятия решения по манипулируемой переменной, манипулируемая переменная двигателя 2 внутреннего сгорания определяется из входного значения управления в соответствии с заданным правилом преобразования. Входное значение управления ассоциируется с эталонным ожидаемым значением (целевым значением) регулируемой переменной. В методе управления, раскрытом в Jinwu Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85 (2017) 218-235, входное значение управления должно иметь ту же размерность, что и размерность регулируемой переменной, и само эталонное ожидаемое значение регулируемой переменной вводится в качестве входного значения управления. С другой стороны, в устройстве 10 управления согласно варианту осуществления, параметр, имеющий размерность, отличающуюся от размерности входного значения управления, может быть использован в качестве входного значения управления, как описано позже. В случае, когда регулируемой переменной является CA50, например, требуемый крутящий момент и требуемая эффективность может быть использована в качестве входного значения управления. В случае, когда регулируемой переменной является топливо-воздушное соотношение, например, требуемая концентрация NOx или требуемая топливная экономичность могут быть использованы в качестве входного значения управления. Здесь, само эталонное ожидаемое значение регулируемой переменной может быть введено в качестве входного значения управления.
Правило преобразования для принятия решения по манипулируемой переменной из входного значения управления, в частности, конфигурируется посредством карты и/или функции. Например, в случае, когда управление с обратной связью используется для принятия решения по манипулируемой переменной из входного значения управления, правило преобразования включает в себя функцию преобразования для процесса обратной связи. Коэффициент усиления обратной связи для функции преобразования может быть изменен и может быть модифицирован посредством процесса 25 адаптивного управления, описанного позже. Например, в случае, когда управление с прямой связью используется для принятия решения по манипулируемой переменной из входного значения управления, правило преобразования включает в себя карту прямой связи для процесса прямой связи. В карте прямой связи манипулируемая переменная ассоциируется с входным значением управления. Ассоциация между входным значением управления и манипулируемой переменной в карте может быть модифицирована и модифицируется посредством процесса 25 адаптивного управления, описанного позже.
Далее будет описан процесс 22 вычисления выборочного значения. В процессе 22 вычисления выборочного значения устройство 10 управления вычисляет выборочное значение для регулируемой переменной для каждого цикла выборки на основе информации от датчиков 4. Вычисленное выборочное значение регулируемой переменной сообщается по обратной связи в процесс принятия решения по манипулируемой переменной. Следовательно, предпочтительно, цикл выборки должен быть равен циклу принятия решения по манипулируемой переменной. Например, цикл сгорания двигателя 2 внутреннего сгорания может быть использован в качестве цикла выборки.
Например, в случае, когда регулируемой переменной является CA50, устройство 10 управления, для каждого цикла сгорания, вычисляет значение для CA50 из давления в камере сгорания, которое измеряется посредством датчика давления сгорания. В частности, CA50 означает угол поворота коленчатого вала, при котором доля сгорания равна 50%. Доля сгорания означает отношение массы фактически сгоревшего топлива к массе топлива, подаваемого в камеру сгорания в каждом цикле сгорания. Доля сгорания при произвольном угле поворота коленчатого вала может быть вычислена как доля формирования тепла при угле поворота коленчатого вала по отношению к конечному формированию тепла. Формирование тепла представляет собой общее количество тепла, формируемого в камере сгорания от начала сгорания в одном цикле сгорания. Следовательно, формирование тепла при угле поворота коленчатого вала вычисляется посредством интегрирования доли формирования тепла, вычисленной для каждого угла поворота коленчатого вала в диапазоне интегрирования от угла начала сгорания до угла поворота коленчатого вала. Доля формирования тепла является количеством тепла, формируемого в камере сгорания для единичного угла поворота коленчатого вала, и может быть вычислена из давления в камере сгорания, которое измеряется посредством датчика давления сгорания. В случае, когда регулируемой переменной является CA50, значение CA50 вычисляется для каждого цикла сгорания таким способом. Доля сгорания 50% является одним критерием, и угол поворота коленчатого вала, при котором доля сгорания является заданной долей, отличной от 50%, может быть использован в качестве регулируемой переменной.
Далее будет описан процесс 23 вычисления эталонного ожидаемого значения. В процессе 23 вычисления эталонного ожидаемого значения, устройство 10 управления вычисляет эталонное ожидаемое значение регулируемой переменной из входного значения управления, с помощью нормативной модели для двигателя 2 внутреннего сгорания. Нормативная модель является моделью, которая имитирует идеальную характеристику ввода-вывода между входным значением управления в качестве ввода и регулируемой переменной в качестве вывода, с тем, чтобы удовлетворять требуемой производительности двигателя 2 внутреннего сгорания. В нормативной модели выполняется преобразование размерности, и, следовательно, размерность входного значения управления может отличаться от размерности регулируемой переменной, как описано выше.
Например, нормативная модель конфигурируется посредством функции, и параметр функции узнается на основе фактических данных входного значения управления и регулируемой переменной. Например, данные, которые должны быть использованы для изучения посредством нормативной модели, могут быть данными, которые должны быть получены от эталонного двигателя внутреннего сгорания. Эталонный двигатель внутреннего сгорания является двигателем внутреннего сгорания, имеющим желаемую производительность согласно проекту. В случае, когда нормативная модель выполняет обучение с помощью таких данных, отклонение между эталонным ожидаемым значением, полученным из нормативной модели, и выборочным значением, вычисленным в процессе 22 вычисления выборочного значения, означает, что существует разрыв между текущим состоянием и правильным состоянием двигателя 2 внутреннего сгорания.
Дополнительно, например, данные, которые должны быть использованы для изучения посредством нормативной модели, могут быть данными, которые должны быть получены по фактической работе двигателя 2 внутреннего сгорания. Данные, которые должны быть использованы для изучения, обновляются для каждого цикла дискретизации. В случае, когда нормативная модель выполняет обучение с помощью таких данных, отклонение между эталонным ожидаемым значением, полученным из нормативной модели, и выборочным значением, вычисленным в процессе 22 вычисления выборочного значения, означает, что существует разрыв между текущим состоянием и прошлым состоянием двигателя 2 внутреннего сгорания. Т.е., отклонение означает изменение в состоянии двигателя 2 внутреннего сгорания (в частности, состояния управляемого объекта).
Далее будет описан процесс 24 проверки гипотезы. Двигатель 2 внутреннего сгорания имеет индивидуальное отличие и изменяется со временем. Следовательно, даже когда манипулируемая переменная является идентичной, полученное выборочное значение регулируемой переменной имеет дисперсию для каждого цикла выборки. Однако, дисперсия включает в себя стохастическую дисперсию в соответствии с нормальным распределением. Следовательно, в процессе 24 проверки гипотезы, устройство 10 управления выполняет проверку гипотезы для нулевой гипотезы, что среднее значение (называемое средним недавним выборочным значением далее в данном документе) для заданного числа недавних выборочных значений для выборочных значений регулируемой переменной равно эталонному ожидаемому значению, вычисленному в процессе вычисления эталонного ожидаемого значения.
r
ave
r
o
o
Здесь, как показано на фиг. 3, предположим, что выборочные значения регулируемой переменной с первого цикла по N-ый цикл были получены. Среди них, среднее значение для выборочных значений регулируемой переменной в n последних циклах вычисляется в качестве среднего недавнего выборочного значения. Здесь, среднее недавнее выборочное значение представляется как X. Дополнительно, множество для регулируемой переменной с первого цикла по N-n-ый цикл используется в качестве эталонной нормально распределенной совокупности, и среднее значение эталонной нормально распределенной совокупности вычисляется в качестве эталонного ожидаемого значения. Здесь, эталонное ожидаемое значение регулируемой переменной представляется как μ. Как описано выше, эталонное ожидаемое значение μ вычисляется в процессе 23 вычисления эталонного ожидания. В процессе 23 вычисления эталонного ожидаемого значения, множество выборочных значений для регулируемой переменной, которые должны быть получены от эталонного двигателя внутреннего сгорания, могут быть использованы в качестве эталонной нормально распределенной совокупности, и среднее значение эталонной нормально распределенной совокупности может быть вычислено в качестве эталонного ожидаемого значения. В этом случае, эталонная нормально распределенная совокупность может быть создана для каждого рабочего условия, которое определяется по скорости двигателя и нагрузке двигателя, например.
ave
o
о
o
r
r
1/2
В случае создания нулевой гипотезы, что среднее недавнее выборочное значение X является равным эталонному ожидаемому значению μ, данные Z, вычисленные по следующей формуле, соответствуют стандартному нормальному распределению, если нулевая гипотеза является истинной. В следующей формуле σ является стандартным отклонением эталонной нормально распределенной совокупности, а σ/n является среднеквадратической погрешностью эталонной нормально распределенной совокупности, когда число данных равно n.
α/2
α/2
Когда уровень значимости представляется как α, а критическое значение для данных Z представляется как Z, критическое значение Z может быть вычислено по следующей формуле. Уровень α значимости является числовым значением, которое определяется посредством адаптации во время проектирования.
ave
о
ave
o
o
r
α/2
ave
o
o
r
α/2
1/2
1/2
Когда дисперсия регулируемой переменной для каждого цикла выборки в двигателе 2 внутреннего сгорания является стохастической дисперсией в соответствии с нормальным распределением, следующая формула удовлетворяется для погрешности между средним недавним выборочным значением X и эталонным ожидаемым значением μ. Нижнее предельное значение погрешности X - μ для регулируемой переменной является значением, полученным умножением среднеквадратической погрешности σ/n на отрицательное критическое значение Z, а верхнее предельное значение погрешности X - μ  для регулируемой переменной является значением, полученным умножением среднеквадратической погрешности σ/n на положительное критическое значение Z. Когда следующая формула не удовлетворяется, дисперсия выборочного значения регулируемой переменной включает в себя фактор, отличный от стохастического фактора.
α/2
o
r
α/2
o
r
ave
o
ave
о
1/2
1/2
Фиг. 4 является схемой, выражающей вышеописанную формулу как график. На графике кривая, начерченная в области положительной погрешности, является кривой, показывающей линию верхнего предельного значения Z × σ/n верхней формулы, а кривая, начерченная в области отрицательной погрешности, является кривой, показывающей линию нижнего предельного значения -Z × σ/n верхней формулы. Диапазон погрешности, превышающий нижнее предельное значение, и диапазон погрешности, превышающий верхнее предельное значение, называются областью отвержения. Дополнительно, диапазон погрешности от нижнего предельного значения до верхнего предельного значения называется областью принятия гипотезы. Когда погрешность X - μ регулируемой переменной не попадает в область принятия гипотезы, нулевая гипотеза, что среднее недавнее выборочное значение X равно эталонному ожидаемому значению μ, отвергается.
r
ave
r
r
r
Как видно из графика на фиг. 4, по центральной предельной теореме, область принятия гипотезы сужается, когда число n выборочных данных для среднего недавнего выборочного значения X увеличивается. Т.е., большая погрешность разрешается, когда число n выборочных данных является небольшим, но погрешность, которая должна быть разрешена, уменьшается, когда число n выборочных данных увеличивается. Число n выборочных данных может быть фиксированным значением или может быть переменным значением, которое изменяется, например, в зависимости от условий работы двигателя 2 внутреннего сгорания.
ave
о
ave
o
Наконец, будет описан процесс 25 адаптивного управления. В случае, когда нулевая гипотеза, что среднее недавнее выборочное значение X является равным эталонному ожидаемому значению μ, отвергается в процессе 24 проверки гипотезы, дисперсия выборочного значения регулируемой переменной включает в себя фактор, отличный от стохастического фактора. Главным фактором является изменение в состоянии управляемого объекта вследствие изменения в окружающих условиях, временное изменение в двигателе 2 внутреннего сгорания, т.е., отклонение между фактическим состоянием управляемого объекта и состоянием управляемого объекта в нормативной модели. Следовательно, в случае, когда вышеописанная нулевая гипотеза отвергается в процессе 24 проверки гипотезы, устройство 10 управления, в процессе 25 адаптивного управления, модифицирует правило преобразования, которое должно быть использовано для решения по манипулируемой переменной в процессе 21 принятия решения по манипулируемой переменной, посредством адаптивного управления на основе погрешности X - μ  регулируемой переменной.
ave
o
ave
o
ave
o
Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций, показывающей последовательность от процесса 24 проверки гипотезы до процесса 25 адаптивного управления. Процесс 24 проверки гипотезы выполняется для каждого цикла выборки (этап S101). Затем, определяется, находится ли погрешность X - μ регулируемой переменной за пределами области принятия гипотезы или внутри области принятия гипотезы (этап S102). В случае, когда погрешность X - μ регулируемой переменной находится за пределами области принятия гипотезы в результате определения, выполняется процесс 25 адаптивного управления (этап S103). С другой стороны, в случае, когда погрешность X - μ регулируемой погрешности находится внутри области принятия гипотезы, процесс 25 адаптивного управления не выполняется, и правило преобразования, которое должно быть использовано для принятия решения по манипулируемой переменной в процессе 21 принятия решения по манипулируемой переменной, не модифицируется.
ave
o
ave
о
ave
o
В процессе 25 адаптивного управления правило преобразования модифицируется на основе величины погрешности X - μ регулируемой переменной и того, является ли знак положительным или отрицательным, так что погрешность X - μ регулируемой переменной попадает в область принятия гипотезы. Конкретный модифицируемый объект является картой или функцией, которая конфигурирует правило преобразования. Например, в случае, когда правило преобразования конфигурируется посредством функции, коэффициенты усиления, по меньшей мере, некоторых элементов модифицируются в зависимости от величины погрешности X - μ регулируемой переменной. В случае, когда управление с обратной связью используется для принятия решения по манипулируемой переменной, функция преобразования для процесса обратной связи включается в правило преобразования, и, по меньшей мере, некоторые коэффициенты усиления обратной связи применяются в качестве модифицированного объекта в адаптивном управлении.
ave
o
В случае, когда правило преобразования конфигурируется посредством карты, некоторые или все значения карты модифицируются, например, в зависимости от величины погрешности X - μ регулируемой переменной и/или того, является ли знак положительным или отрицательным. Таким образом, ассоциация между входным значением управления и манипулируемой переменной в карте модифицируется. В случае, когда управление с прямой связью используется для принятия решения по манипулируемой переменной, карта прямой связи для процесса прямой связи включается в правило преобразования, и, по меньшей мере, некоторые значения карты применяются в качестве модифицированного объекта в адаптивном управлении.
Фиг. 6 является блок-схемой, показывающей конфигурацию программного обеспечения системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения. Управляемый объект системы управления является физическим явлением в двигателе 2 внутреннего сгорания, и для управления предусматриваются контроллер 31, блок 32 вычисления выборочного значения регулируемой переменной, нормативная модель 33, блок 34 проверки гипотезы и блок 35 адаптивного управления. Они не существуют как аппаратные средства и реализуются в программном обеспечении, когда процессор 12 выполняет программу, сохраненную в памяти 14 устройства 10 управления. Соответствующие блоки, показанные на фиг. 6, соответствуют вышеописанным процессам 21-25, и стрелки между блоками указывают потоки информации.
Контроллер 31 выполняет вышеописанный процесс 21 принятия решения по манипулируемой переменной. Контроллер 31 принимает входное значение управления от неиллюстрированной системы высокого порядка. Контроллер 31 принимает решение по манипулируемой переменной из принятого входного значения управления. Двигатель 2 внутреннего сгорания работает в соответствии с манипулируемой переменной, определенной в процессе 21 принятия решения по манипулируемой переменной. Например, в случае, когда управляемый объект является сгоранием, и регулируемая переменная является CA50, двигатель 2 внутреннего сгорания работает в соответствии с моментом зажигания, определенным посредством контроллера 31.
r
ave
r
Блок 32 вычисления выборочного значения регулируемой переменной выполняет вышеописанный процесс 22 вычисления выборочного значения. Блок 32 вычисления выборочного значения регулируемой переменной получает информацию датчиков, выводимую датчиками 4, и вычисляет выборочное значение регулируемой переменной из полученной информации датчиков, для каждого цикла выборки. Например, в случае, когда регулируемой переменной является CA50, блок 32 вычисления выборочного значения регулируемой переменной получает давление сгорания в одном цикле сгорания от датчика давления сгорания и вычисляет выборочное значение для CA50 на основе полученного давления сгорания. Кроме того, блок 32 вычисления выборочного значения регулируемой переменной вычисляет среднее значение для заданного числа n недавних выборочных значений регулируемой переменной, т.е., вычисляет среднее недавнее выборочное значение X. Заданное число n недавних выборочных значений регулируемой переменной включает в себя вычисленное в текущий момент выборочное значение регулируемой переменной.
о
o
o
r
r
1/2
Нормативная модель 33 выполняет вышеописанный процесс 23 вычисления эталонного ожидаемого значения. Нормативная модель 33 принимает входное значение управления от неиллюстрированной системы высокого порядка. Нормативная модель 33 вычисляет эталонное ожидаемое значение μ регулируемой переменной из принятого входного значения управления, на основе моделируемой идеальной характеристики ввода-вывода. Дополнительно, нормативная модель 33 вычисляет среднеквадратическое отклонение σ эталонной нормально распределенной совокупности, используемой для обучения посредством нормативной модели 33, и дополнительно вычисляет среднеквадратическую погрешность σ/n эталонной нормально распределенной совокупности, когда число данных равно n.
ave
о
ave
o
o
r
o
r
ave
o
1/2
1/2
Блок 34 проверки гипотезы выполняет вышеописанный процесс 24 проверки гипотезы. Блок 34 проверки гипотезы принимает погрешность X - μ между средним недавним выборочным значением X, вычисленным посредством блока 32 вычисления выборочного значения регулируемой переменной, и эталонным ожидаемым значением μ, выведенным из нормативной модели 33. Хотя не иллюстрировано, блок 34 проверки гипотезы принимает также среднеквадратическую погрешность σ/n эталонной нормально распределенной совокупности, которая вычисляется посредством нормативной модели 33. Блок 34 проверки гипотезы задает область принятия гипотезы и область отвержения, с помощью среднеквадратической погрешности σ/n, и определяет, находится ли погрешность X - μ регулируемой переменной в области принятия гипотезы или в области отвержения. Дополнительно, в качестве сигнала обновления, блок 34 проверки гипотезы принимает сигнал угла поворота коленчатого вала, который передается от датчика угла поворота коленчатого вала синхронного с циклом сгорания. В ответ на сигнал обновления, блок 34 проверки гипотезы обновляет результат проверки гипотезы.
ave
o
ave
o
ave
о
Блок 35 адаптивного управления выполняет вышеописанный процесс 25 адаптивного управления. В случае, когда блок 34 проверки гипотезы определяет, что погрешность X - μ регулируемой переменной находится в области отвержения, блок 35 адаптивного управления принимает погрешность X - μ регулируемой переменной от блока 34 проверки гипотезы. Блок 35 адаптивного управления применяет закон адаптации адаптивного управления к правилу преобразования контроллера 31 и модифицирует правило преобразования на основе принятой погрешности X - μ регулируемой переменной.
Фиг. 7 является блок-схемой, показывающей подробную конфигурацию программного обеспечения контроллера 31. В качестве примера, контроллер 31 состоит из контроллера 41 прямой связи и контроллера 42 обратной связи. Контроллер 41 прямой связи принимает входное значение управления. Контроллер 41 прямой связи преобразует входное значение управления в соответствующее значение карты, с помощью карты прямой связи, и выводит значение карты в качестве значения прямой связи для манипулируемой переменной. Закон адаптации адаптивного управления применяется к значению карты.
ave
o
ave
o
Контроллер 42 обратной связи принимает входное значение управления и погрешность X - μ регулируемой переменной. На фиг. 7 входное значение управления имеет ту же размерность, что и размерность регулируемой переменной, и контроллер 42 обратной связи принимает скорректированное входное значение, получающееся в результате корректировки входного значения управления с погрешностью X - μ. Контроллер 42 обратной связи преобразует скорректированное входное значение в значение обратной связи регулируемой переменной, с помощью функции преобразования. Закон адаптации адаптивного управления применяется к коэффициенту усиления обратной связи функции преобразования.
Далее, случай, когда адаптивное управление применяется к управлению моментом зажигания, будет описан в качестве конкретного примера закона адаптации адаптивного управления. Сначала, фиг. 8 является схемой для описания настройки момента зажигания и является схемой, показывающей соотношение между моментом зажигания и крутящим моментом. Как показано на чертеже, существуют MBT и момент зажигания с отслеживаемой детонацией в качестве характерных моментов зажигания. MBT является моментом зажигания, в который крутящий момент максимизируется, а момент зажигания с отслеживаемой детонацией является моментом зажигания, который сдвигается в сторону опережения до максимальной степени в диапазоне, в котором детонация не происходит. На фиг. 8 момент зажигания с отслеживаемой детонацией находится на стороне запаздывания для MBT, но MBT может быть на стороне запаздывания для момента зажигания с отслеживаемой детонацией, в зависимости от условий работы.
ave
o
ave
o
ave
o
ave
o
ave
o
Фиг. 9 является схемой для описания примера, в котором управление моментом зажигания для адаптивного управления применяется к управлению с прямой связью. В карте прямой связи, которая должна быть использована в управлении с прямой связью, более задержанное одно из MBT и момента зажигания с отслеживаемой детонацией сохраняется в качестве значения карты (значения F/F карты). В адаптивном управлении значение карты модифицируется, например, в зависимости от величины погрешности X - μ для CA50 и того, является ли знак положительным или отрицательным. В частности, в случае, когда знак погрешности X - μ для CA50 является положительным, считается, что момент зажигания чрезмерно задерживается. Следовательно, в этом случае, значение карты модифицируется так, что момент зажигания корректируется в сторону опережения. С другой стороны, в случае, когда знак погрешности X - μ для CA50 является отрицательным, считается, что момент зажигания чрезмерно сдвигается в сторону опережения. Следовательно, в этом случае, значение карты модифицируется так, что момент зажигания корректируется в сторону запаздывания. Дополнительно, значение карты модифицируется так, что величина корректировки момента зажигания является большей, когда величина погрешности X - μ для CA50 является большей. Применяя этот закон адаптации к значению карты, как показано на фиг. 9, возможно медленно изменять значение карты, соответствующее значению в состоянии управляемого объекта. В качестве способа для модификации значения карты, значение карты может всегда модифицироваться на постоянную величину, независимо от величины погрешности X - μ для CA50.
ave
o
ave
o
ave
o
Фиг. 10 является схемой для описания примера, в котором управление моментом зажигания для адаптивного управления применяется к управлению с обратной связью. В адаптивном управлении коэффициент усиления обратной связи (F/B-коэффициент усиления) для управления с обратной связью модифицируется в зависимости от величины погрешности X - μ для CA50. Т.е., коэффициент усиления обратной связи модифицируется так, что величина корректировки момента зажигания является большей, когда величина погрешности X - μ для CA50 является большей. Применяя этот закон адаптации к коэффициенту усиления обратной связи, как показано на фиг. 10, возможно изменять коэффициент усиления обратной связи так, что желаемая скорость сходимости получается в зависимости от частоты возникновения события, соответствующей изменению в состоянии управляемого объекта. В качестве способа для модификации коэффициента обратной связи, коэффициент обратной связи может всегда модифицироваться на постоянную величину, независимо от величины погрешности X - μ для CA50.
В вышеописанном варианте осуществления Z-проверка используется в процессе 24 проверки гипотезы. Однако, различные методы проверки, такие как t-проверка и H-проверка, могут быть использованы в процессе 24 проверки гипотезы. Например, в случае использования t-проверки вместо Z-проверки, возможно извлекать выборки из эталонной нормально распределенной совокупности и выполнять проверку гипотезы с помощью среднего значения выборки и среднеквадратического отклонения, вычисленного из среднего значения выборки.
Изобретение может быть также применено к устройству управления для двигателя с самовоспламенением от сжатия. В этом случае, CA50, LPP или т.п. могут быть использованы в качестве регулируемой переменной. Дополнительно, момент впрыска топлива, степень открытия EGR-клапана или т.п. могут быть использованы в качестве манипулируемой переменной.