JP2019090618A - Thermal gas flow rate estimating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、応答遅れを補償した気体の流量を推定する熱式気体流量推定装置に関する。 The present invention relates to a thermal gas flow rate estimation device that estimates the flow rate of a gas whose response delay has been compensated.
従来、応答遅れのある熱式気体流量検出装置において、応答遅れを一次遅れモデルで表し、この一次遅れモデルを逆変換して求めた逆モデルにより、応答遅れを補償した流量を算出する装置がある(特許文献1参照)。 Conventionally, in a thermal gas flow rate detection device having a response delay, there is a device that calculates the flow rate with response delay compensated by an inverse model obtained by expressing the response delay as a first-order delay model and inverting this first-order delay model. (See Patent Document 1).
ところで、特許文献1に記載の装置では、装置の検出値から補償前の流量を算出し、補償前の流量を用いて時定数を算出し、算出した時定数を用いて補償後の流量を算出している。このため、装置の検出値にノイズが含まれていた場合は、ノイズの影響が増幅されて補償後の流量が算出されることとなり、応答遅れを正確に補償することができない。 By the way, in the device described in Patent Document 1, the flow rate before compensation is calculated from the detection value of the device, the time constant is calculated using the flow rate before compensation, and the flow rate after compensation is calculated using the calculated time constant doing. For this reason, when noise is included in the detection value of the device, the influence of the noise is amplified and the flow rate after compensation is calculated, and the response delay can not be accurately compensated.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、装置の検出値にノイズが含まれる場合であっても、検出値の応答遅れを正確に補償することのできる熱式気体流量推定装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to accurately compensate for the response delay of a detected value even when the detected value of the device includes noise. The main purpose is to provide a device.
上記課題を解決するための第1の手段は、
応答遅れを補償した気体の流量を推定する熱式気体流量推定装置(14)であって、
熱の移動を利用して前記気体の流量の検出値を検出する検出部(62)と、
前記気体の流量変化に対する応答遅れを時定数により表す遅れモデル(86)と、
前記遅れモデルに基づいて前記流量の推定値を算出する算出部(87)と、
前記算出部により算出された前記推定値、及び前記検出部により検出された前記検出値に基づいて、前記応答遅れを補償した前記流量を推定する状態観測器(88)と、
を備える。
The first means for solving the above problems is
What is claimed is: 1. A thermal gas flow rate estimation device (14) for estimating a flow rate of gas compensated for response delay, comprising:
A detection unit (62) for detecting a detected value of the flow rate of the gas using heat transfer;
A delay model (86) representing a response delay to the flow rate change of the gas by a time constant;
A calculation unit (87) that calculates the estimated value of the flow rate based on the delay model;
A state observer (88) for estimating the flow rate compensated for the response delay based on the estimated value calculated by the calculation unit and the detected value detected by the detection unit;
Equipped with
上記構成によれば、検出部により、熱の移動を利用して気体の流量の検出値が検出される。このとき、気体の脈動等により流量が変化すると、気体の流れを受ける部分の熱容量により、流量の検出値に応答遅れが生じる。また、この検出値には、一般にノイズが含まれている。 According to the above configuration, the detection unit detects the detected value of the flow rate of the gas using the movement of heat. At this time, if the flow rate changes due to gas pulsation or the like, the heat capacity of the portion receiving the gas flow causes a response delay in the detected flow rate. Also, this detected value generally contains noise.
遅れモデルでは、気体の流量変化に対する応答遅れが時定数により表される。そして、算出部により、遅れモデルに基づいて流量の推定値が算出される。この推定値には、一般に誤差が含まれている。 In the delay model, the response delay to gas flow rate change is represented by a time constant. Then, the calculation unit calculates the estimated value of the flow rate based on the delay model. This estimate generally contains an error.
これに対して、状態観測器によって、算出部により算出された推定値、及び検出部により検出された検出値に基づいて、応答遅れを補償した流量が推定される。状態観測器は、ノイズや誤差を含む値に基づいて、正確な値を推定することができる特性(ノイズ耐性)を有している。すなわち、応答遅れを誤差と捉えることにより、状態観測器の特性を利用して応答遅れを正確に補償することができる。したがって、検出部の検出値にノイズが含まれる場合であっても、応答遅れを補償した流量を正確に推定することができる。 On the other hand, based on the estimated value calculated by the calculation unit and the detected value detected by the detection unit, the state observer estimates the flow rate compensated for the response delay. The state observer has a characteristic (noise tolerance) that can estimate an accurate value based on a value including noise or an error. That is, by regarding the response delay as an error, it is possible to accurately compensate the response delay using the characteristics of the state observer. Therefore, even when noise is included in the detection value of the detection unit, the flow rate compensated for the response delay can be accurately estimated.
第2の手段では、前記遅れモデルにおいて、前記算出部により算出された前記推定値に基づいて前記時定数を算出する。 In a second means, in the delay model, the time constant is calculated based on the estimated value calculated by the calculation unit.
上記構成によれば、遅れモデルにおいて、算出部により算出された推定値に基づいて時定数が算出されるため、時定数を正確に算出することができる。 According to the above configuration, since the time constant is calculated based on the estimated value calculated by the calculation unit in the delay model, the time constant can be accurately calculated.
ローパスフィルタにより、検出部による検出値からノイズを除去することが考えられる。しかしながら、気体の脈動の周波数に応じてフィルタ定数を変更しなければ、ノイズ以外の信号も減衰することとなる。このため、ローパスフィルタを用いる場合は、気体の脈動の周波数を外部から取得する必要があり、気体流量推定装置単独で応答遅れを正確に補償することができない。 It is conceivable to remove noise from the detection value of the detection unit by a low pass filter. However, unless the filter constant is changed according to the frequency of gas pulsation, signals other than noise will be attenuated. For this reason, when using a low pass filter, it is necessary to acquire the frequency of pulsation of the gas from the outside, and the gas flow rate estimation device alone can not accurately compensate for the response delay.
この点、第3の手段では、前記状態観測器は、カルマンフィルタである。カルマンフィルタは、気体の脈動の周波数を用いない場合であっても、ノイズや誤差を含む値に基づいて、正確な値を推定することができる特性を有している。したがって、気体流量推定装置単独で、応答遅れを正確に補償することができる。 In this regard, according to the third means, the state observer is a Kalman filter. The Kalman filter has a characteristic that, even when the gas pulsation frequency is not used, an accurate value can be estimated based on a value including noise and an error. Therefore, the gas flow rate estimation device alone can accurately compensate for the response delay.
具体的には、第4の手段では、前記カルマンフィルタにより推定する前記応答遅れを補償した前記流量の初期値、及び前記カルマンフィルタにおける誤差共分散行列の初期値を、前記熱式気体流量推定装置を搭載するエンジンの停止状態に基づいて設定する。こうした構成によれば、実際のエンジンの状態に基づいて、応答遅れを補償した流量の初期値、及び誤差共分散行列の初期値を適切に設定することができる。 Specifically, in the fourth means, the thermal type gas flow rate estimating device is mounted on the initial value of the flow rate compensated for the response delay estimated by the Kalman filter, and the initial value of the error covariance matrix in the Kalman filter Set based on the stop condition of the engine to be According to this configuration, it is possible to appropriately set the initial value of the flow rate compensated for the response delay and the initial value of the error covariance matrix based on the actual state of the engine.
第5の手段では、計算処理を実行するIC(63)を備え、前記ICは、前記遅れモデル、前記算出部、及び前記状態観測器の機能を実現する。 In a fifth means, an IC (63) for executing calculation processing is provided, and the IC realizes the functions of the delay model, the calculation unit, and the state observer.
上記構成によれば、熱式気体流量推定装置は、計算処理を実行するICを備え、ICにより、遅れモデル、算出部、及び状態観測器の機能が実現される。このため、例えばエンジンの制御を実行するエンジンECUは、遅れモデル、算出部、及び状態観測器の機能を実現する必要がなく、熱式気体流量推定装置により推定された応答遅れを補償した流量に基づいて、エンジンの制御を実行することができる。 According to the above configuration, the thermal gas flow rate estimation apparatus includes an IC that performs calculation processing, and the functions of the delay model, the calculation unit, and the state observer are realized by the IC. For this reason, for example, the engine ECU that executes control of the engine does not have to realize the functions of the delay model, the calculation unit, and the state observer, and the flow rate compensated for the response delay estimated by the thermal gas flow rate estimation device Based on the control of the engine can be performed.
以下、一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、車両用のガソリンエンジンに搭載される熱式気体流量推定装置として具現化している。まず、図1に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. The present embodiment is embodied as a thermal gas flow rate estimation device mounted on a gasoline engine for a vehicle. First, a schematic configuration of an engine control system will be described based on FIG.
筒内噴射式の多気筒内燃機関であるエンジン10の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量(気体の流量)を検出するエアフローメータ14が設けられている。エアフローメータ14(熱式気体流量推定装置)は、熱式流量計であり、その詳細については後述する。このエアフローメータ14の下流側には、モータ15によって開度調節されるスロットルバルブ16と、このスロットルバルブ16の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ17とが設けられている。
An
スロットルバルブ16の下流側にはサージタンク18が設けられ、このサージタンク18に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19が設けられている。サージタンク18には、エンジン10の各気筒21に空気を導入する吸気マニホールド20が接続され、エンジン10の各気筒21には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁30が取り付けられている。エンジン10のシリンダヘッド11Bには、気筒21ごとに点火プラグ22が取り付けられ、各気筒21の点火プラグ22の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
A
エンジン10の排気管23には、排出ガスに基づいて混合気の空燃比又はリッチ/リーン等を検出する排出ガスセンサ24(空燃比センサ、酸素センサ等)が設けられ、この排出ガスセンサ24の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒25が設けられている。
The
エンジン10のシリンダブロック11Aには、冷却水温を検出する冷却水温センサ26や、ノッキングを検出するノックセンサ27が取り付けられている。クランク軸28の外周側には、クランク軸28が所定クランク角回転するごとにパルス信号を出力するクランク角センサ29が取り付けられ、このクランク角センサ29のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
A cooling
これら各種センサの出力はECU40に入力される。ECU40は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、各種センサの検出信号を用いてエンジン10の各種制御を実施する。ECU40は、エンジン運転状態に応じた燃料噴射量を算出して燃料噴射弁30の燃料噴射を制御するとともに、点火プラグ22の点火時期を制御する。詳しくは、ECU40は、クランク角センサ29により検出されたエンジン回転速度、及びエアフローメータ14により検出された吸入空気量(エンジン負荷)に基づいて、燃料噴射量を算出する。
The outputs of these various sensors are input to the
図2に示すように、エアフローメータ14は、MEMS式の流量計であり、エンジン10の吸気通路に取り付けられるセンサハウジング52と、このセンサハウジング52に組み込まれる流量センサ53(図3参照)とを備える。
As shown in FIG. 2, the
センサハウジング52には、吸気通路を上流側(エアクリーナ13側)から下流側(エンジン10側)に向かって流れる空気、つまり、エンジン10に吸入される空気の一部を取り込むバイパス通路が形成されている。このバイパス通路は、図3に示すように、吸気通路の上流側(図示左側)に向かって開口する入口59aと、吸気通路の下流側に向かって開口する出口59bとの間を連通するメイン通路59と、このメイン通路59を流れる空気の一部を取り込むサブ通路60とを有する。
The
メイン通路59は、入口59aと出口59bとの間が略直線的に形成され、且つ、出口側の流路断面積が出口59bに向かって次第に減少するテーパ形状に形成されている。
The
サブ通路60は、メイン通路59の途中から分岐するサブ入口60aと、センサハウジング52の側面に開口するサブ出口60bとの間を連通している。このサブ通路60は、通路途中に大きな曲がり部が設けられて、メイン通路59より通路長が長く形成されている。
The
流量センサ53は、後述するヒータ温度制御部61(図5参照)、流量検出部62(図6参照)、および、応答遅れ補償部等の機能を有している。これらの機能は、回路チップ55とセンサチップ64(図3参照)とに設けられている。回路チップ55は、計算処理を実行するIC(Integrated Circuit:集積回路)として構成されている。また、回路チップ55とセンサチップ64は、共通の樹脂ケース65に一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されている。
The
センサチップ64には、図3(b)に示す様に、センサ基板64aの一部にメンブレン66が形成されている。このメンブレン66は、センサ基板64aの表面にスパッタ法あるいはCVD法等により形成される絶縁膜であり、例えば、異方性エッチングにより、センサ基板64aの裏面から絶縁膜との境界面までセンサ基板64aの一部を除去して空洞部64bを設けることにより形成される。
As shown in FIG. 3B, in the
センサチップ64には、図4に示す様に、メンブレン66の表面上にヒータ素子67、傍熱抵抗体68、測温抵抗体69が配置され、メンブレン66から外れた領域には、図5に示す吸気温検出抵抗体70、第1の抵抗体71、第2の抵抗体72が配置されている。 ヒータ素子67は、メンブレン66の略中央部に配置され、ヒータ温度制御部61によって基準温度に制御される。
In the
傍熱抵抗体68は、ヒータ素子67の周囲を囲む様に近接して配置され、ヒータ素子67の温度を検出する。
The
測温抵抗体69は、図4に示す様に、空気の流れ方向に対してヒータ素子67の上流側(図示左側)に配置される2個の測温抵抗体69(第1測温抵抗体69a、第2測温抵抗体69b)と、ヒータ素子67の下流側に配置される2個の測温抵抗体69(第1測温抵抗体69c、第2測温抵抗体69d)とを有する。
As shown in FIG. 4, the
吸気温検出抵抗体70は、空洞部64bが形成されていないセンサ基板64aの厚肉部分に配置されて吸気温度(サブ通路60を流れる空気の温度)を検出する。この吸気温検出抵抗体70は、ヒータ素子67の熱が温度検出に影響を及ぼさないように、ヒータ素子67から所定距離だけ離れた位置に配置される。
The intake air
第1の抵抗体71と第2の抵抗体72は、吸気温検出抵抗体70と同様に、センサ基板64aの厚肉部分に配置され、ヒータ素子67の熱影響を受けないように、ヒータ素子67から所定距離だけ離れた位置に配置される。なお、第1の抵抗体71と第2の抵抗体72は、どちらか一方あるいは両方を回路チップ55に設けることもできる。
The
ヒータ素子67、傍熱抵抗体68、測温抵抗体69、吸気温検出抵抗体70、第1の抵抗体71、第2の抵抗体72は、例えば、スパッタあるいは蒸着などの成膜技術により薄膜形成した後、エッチングにより所望の形状にパターニングして形成することができる。抵抗体の材料としては、例えば、信頼性の高い白金を使用することが望ましい。
The
図5に示すように、ヒータ温度制御部61は、後述するブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子73、74に接続されるオペアンプ75と、このオペアンプ75の出力に基づいてオン/オフするトランジスタ76より構成され、ヒータ素子67の温度を吸気温より所定温度(例えば200℃)だけ高い基準温度に制御する。
As shown in FIG. 5, the heater
ブリッジ回路は、給電端子77とアース端子78との間に接続される二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、ヒータ素子67の温度を検出する傍熱抵抗体68と第1の抵抗体71とが直列に接続され、他方のブリッジアームには、吸気温度を検出する吸気温検出抵抗体70と第2の抵抗体72とが直列に接続されている。
The bridge circuit has two bridge arms connected between the
このヒータ温度制御部61は、例えば、ヒータ素子67の温度、あるいは、吸気温度が変化してブリッジ回路のバランスが崩れると、ヒータ素子67に流れる電流を制御して元のバランス状態に戻すように働く。
The heater
具体的に説明すると、例えば、ヒータ素子67の温度が基準温度より低下すると、ヒータ素子67の抵抗値が低下してブリッジ回路の二つの中点端子73、74間に電位差が生じるため、オペアンプ75の出力によりトランジスタ76がオンする。その結果、電源79よりヒータ素子67に電流が流れて、ヒータ素子67の温度が上昇する。その後、ヒータ素子67の温度が基準温度まで上昇すると、二つの中点端子73、74間の電位差がなくなる、つまり、ブリッジ回路の平衡が保たれることにより、トランジスタ76がオフしてヒータ素子67に供給される電流が遮断される。その結果、ヒータ素子67の温度が基準温度に保たれる。
Specifically, for example, when the temperature of the
図6に示すように、流量検出部62(検出部)は、4個の測温抵抗体69を各辺に配置して形成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子80、81に接続されるオペアンプ82とで構成され、上流側の測温抵抗体69(第1測温抵抗体69a、第2測温抵抗体69b)と下流側の測温抵抗体69(第1測温抵抗体69c、第2測温抵抗体69d)との温度差より吸気量を検出する。
As shown in FIG. 6, the flow rate detection unit 62 (detection unit) includes a bridge circuit formed by arranging four
流量検出部62のブリッジ回路は、所定の電圧が印加される給電端子83と、アースに接続されるアース端子84との間に二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、ヒータ素子67より上流側の第1測温抵抗体69aと下流側の第1測温抵抗体69cとが直列に接続され、他方のブリッジアームには、ヒータ素子67より下流側の第2測温抵抗体69dと上流側の第2測温抵抗体69bとが直列に接続されている。
The bridge circuit of the flow
ここで、ヒータ素子67からの放熱量と測温抵抗体69の検出温度との関係について、図7を基に説明する。
Here, the relationship between the amount of heat release from the
サブ通路60に空気流れが発生していない時は、図7(a)の破線グラフで示すように、ヒータ素子67を中心として上流側と下流側とで温度分布が対称となり、上流側の測温抵抗体69a、69bと下流側の測温抵抗体69c、69dとの間に温度差は生じない。
When the air flow is not generated in the
これに対し、サブ通路60に順方向の空気流れが発生している場合は、上流側の測温抵抗体69a、69bの方が下流側の測温抵抗体69c、69dより空気流れによる冷却効果が大きいため、図7(a)の実線グラフで示すように、ヒータ素子67の下流側(図示右側)へ偏った温度分布が生じる。つまり、上流側の測温抵抗体69a、69bの方が下流側の測温抵抗体69c、69dより検出温度が低くなる。
On the other hand, when the air flow in the forward direction is generated in the
一方、サブ通路60に逆方向の空気流れが発生すると、ヒータ素子67の上流側へ偏った温度分布が生じるため、上流側の測温抵抗体69a、69bの方が下流側の測温抵抗体69c、69dより検出温度が高くなる。
On the other hand, when an air flow in the reverse direction occurs in the
上記の様に、サブ通路60に空気の流れが発生すると、空気流量(吸気量)および空気の流れ方向に応じて、上流側の測温抵抗体69a、69bの温度と下流側測の測温抵抗体69c、69dの温度との間に温度差ΔTが生じる。
As described above, when the flow of air is generated in the
上流側の測温抵抗体69a、69bの温度と下流側測の測温抵抗体69c、69dの温度との間に温度差ΔTが生じた場合、上流側の測温抵抗体69a、69bの抵抗値と下流側の測温抵抗体69c、69dの抵抗値とがそれぞれ変化する。これにより、ブリッジ回路の二つの中点端子80、81間に電位差が生じ、その電位差がオペアンプ82で増幅されてデジタル演算部63へ出力される。そして、図8に示すように、デジタル演算部63は、増幅された電位差(温度差依存量)に基づいて、吸気量および空気の流れ方向を検出する。すなわち、流量検出部62は、熱の移動を利用して空気の流量を検出する。
When a temperature difference ΔT occurs between the temperature of the upstream
デジタル演算部63は、回路チップ55に構成され、図9に示す様に、流量検出部62で検出される吸気量に応じた電圧信号(アナログ値)をデジタル変換するA/D変換器85と、気体の流量変化に対する応答遅れを時定数により表す遅れモデル86とを有している。デジタル演算部63は、遅れモデル86に基づいて流量の推定値を算出する推定値算出部87(算出部)と、推定値算出部87により算出された推定値、及びA/D変換器85により変換された変換値に基づいて、応答遅れを補償した流量を推定して出力するカルマンフィルタ88(状態観測器)とを有している。
The
図10は、温度依存量に生じる応答遅れ及びノイズの影響を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing the effects of response delay and noise that occur in temperature dependent quantities.
吸気に脈動が生じて流量に変化が生じると、その流量の変化に応じて温度差依存量(詳しくは電位差)が変化する。このとき、吸気の流れを受ける測温抵抗体69a〜69dの熱容量により、破線の真値(実際の値)に対して流量検出部62(センサ)で検出される実線の温度差依存量に応答遅れが生じる。また、この検出された温度差依存量には、一般にノイズが含まれている。このため、温度差依存量と算出流量との関係を表すグラフに基づき算出された実線の算出流量は、破線の真値からずれることとなる。
When pulsation occurs in the intake and the flow rate changes, the temperature difference dependent amount (specifically, the potential difference) changes according to the change in the flow rate. At this time, the thermal capacity of the
そこで、本実施形態では、遅れモデル86及びカルマンフィルタ88により、応答遅れを補償した温度差依存量(吸気の流量に対応)を推定する。
Therefore, in the present embodiment, the temperature difference dependent amount (corresponding to the flow rate of the intake air) compensated for the response delay is estimated by the
遅れモデル86を一次遅れ系で表現すると、以下の更新式(1)が成立する。x1(k)は応答遅れを含む温度差依存量の推定値であり、x2(k)は応答遅れを補償した温度差依存量の推定値である。kはステップを表し、k+1はkの次のステップを表す。
When the
x1(k+1)=a(k)x1(k)+{1−a(k)}x2(k) ・・・(1)
a(k)=exp[−dt/τ{x1(k)}]
dt:処理間隔、τ(x1):時定数
時定数τ(x1)は、応答遅れを含む温度差依存量の推定値x1(k)の関数になっている。すなわち、デジタル演算部63は、遅れモデル86において、時定数τ(x1)を、応答遅れを含む温度差依存量の推定値x1(k)に基づいて算出する。
x1 (k + 1) = a (k) x1 (k) + {1-a (k)} x2 (k) (1)
a (k) = exp [-dt / τ {x1 (k)}]
dt: processing interval, τ (x1): time constant The time constant τ (x1) is a function of the estimated value x1 (k) of the temperature difference dependent amount including the response delay. That is,
ここで、未知のパラメータの推定に用いられる以下の疑似更新式(2)を立てて、カルマンフィルタ88を適用する。
Here, the
上記式(2),(3)に含まれる行列を以下のように定義する。 The matrices included in the above equations (2) and (3) are defined as follows.
そして、デジタル演算部63は、以下の手順で、応答遅れを補償した温度差依存量を推定する。
Then, the
まず、カルマンフィルタ88による前回の推定値x3(k)から、事前推定値x3_(k+1)を算出する。この処理が、推定値算出部87としての処理に相当する。
First, the prior estimated value x3_ (k + 1) is calculated from the previous estimated value x3 (k) by the
x3_(k+1)≡Ax3(k) ・・・(4)
続いて、事前誤差分散行例を計算する。ATは、Aの転置行例を表す。
x3_ (k + 1) ≡ Ax3 (k) (4)
Subsequently, a prior error variance matrix is calculated. A T represents an example of transpose of A.
P_(k+1)≡AP(k)AT+BQBT P_ (k + 1) ≡ AP (k) A T + BQB T
続いて、カルマンゲインG(k+1)を算出する。 Subsequently, the Kalman gain G (k + 1) is calculated.
続いて、事前推定値x3_(k+1)と、流量検出部62による温度依存量の今回の検出値y(k+1)とから、カルマンフィルタ88により今回の推定値x3(k+1)を推定する。
Subsequently, the
x3(k+1)=x3_(k+1)+G(k+1){y(k+1)−Cx3_(k+1)}
ここで、今回の推定値x3(k+1)は、応答遅れを補償した温度差依存量x2(k+1)を含んでいる。
x3 (k + 1) = x3_ (k + 1) + G (k + 1) {y (k + 1) -Cx3_ (k + 1)}
Here, the estimated value x3 (k + 1) of this time includes the temperature difference dependent amount x2 (k + 1) which has compensated for the response delay.
続いて、誤差共分散行列を計算する。 Subsequently, the error covariance matrix is calculated.
その後、再び式(4)から算出を繰り返す。デジタル演算部63は、応答遅れを補償した流量として温度差依存量x2(k+1)をECU40へ出力してもよいし、温度差依存量と算出流量との関係を表すグラフに温度差依存量x2(k+1)を適用して推定した応答遅れを補償した流量をECU40へ出力してもよい。
After that, the calculation is repeated from equation (4). The
図11は、応答遅れを補償した流量の真値、従来例による値、本実施形態による値を示すグラフである。同図に示すように、逆モデルを用いた一点鎖線で示す従来例では、検出値に含まれるノイズの影響が増幅されるため、応答遅れを補償して推定した流量値が破線で示す真値に対してばらつく。これに対して、実線で示す本実施形態では、ノイズ耐性を有するカルマンフィルタ88を用いているため、応答遅れを補償して推定した流量値が破線で示す真値に近い値となる。
FIG. 11 is a graph showing the true value of the flow rate compensated for the response delay, the value according to the conventional example, and the value according to the present embodiment. As shown in the figure, in the conventional example shown by the alternate long and short dash line using the inverse model, the influence of noise included in the detected value is amplified, so the flow rate value estimated by compensating for the response delay is the true value shown by the broken line It fluctuates against. On the other hand, in the embodiment shown by the solid line, since the
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。 The embodiment described above has the following advantages.
・状態観測器としてのカルマンフィルタ88によって、推定値算出部87により算出された事前推定値x3_(k+1)、及び流量検出部62により検出された温度依存量の今回の検出値y(k+1)に基づいて、応答遅れを補償した温度差依存量x2(k+1)(すなわち流量)が推定される。カルマンフィルタ88は、ノイズや誤差を含む値に基づいて、正確な値を推定することができる特性(ノイズ耐性)を有している。すなわち、応答遅れを誤差と捉えることにより、カルマンフィルタ88の特性を利用して応答遅れを正確に補償することができる。したがって、流量検出部62の検出値y(k+1)にノイズが含まれる場合であっても、応答遅れを補償した流量を正確に推定することができる。
· Based on the prior estimated value x3_ (k + 1) calculated by the estimated
・デジタル演算部63により算出された応答遅れを含む温度差依存量の推定値x1(k)に基づいて時定数τが算出されるため、時定数τを正確に算出することができる。
Since the time constant τ is calculated based on the estimated value x1 (k) of the temperature difference dependence including the response delay calculated by the
・ローパスフィルタにより、流量検出部62による検出値からノイズを除去することが考えられる。しかしながら、空気の脈動の周波数に応じてフィルタ定数を変更しなければ、ノイズ以外の信号も減衰することとなる。このため、ローパスフィルタを用いる場合は、空気の脈動の周波数を外部から取得する必要があり、エアフローメータ14単独で応答遅れを正確に補償することができない。
It is conceivable to remove noise from the detection value by the flow
この点、エアフローメータ14は、状態観測器として、カルマンフィルタ88採用している。カルマンフィルタ88は、空気の脈動の周波数を用いない場合であっても、ノイズや誤差を含む値に基づいて、正確な値を推定することができる特性を有している。したがって、エアフローメータ14単独で、応答遅れを正確に補償することができる。
In this respect, the
・カルマンフィルタ88により推定する応答遅れを補償した温度差依存量x2(k)の初期値x2(1)、及びカルマンフィルタ88における誤差共分散行列P(k)の初期値P(1)を、エアフローメータ14を搭載するエンジン10の停止状態に基づいて設定している。こうした構成によれば、実際のエンジン10の状態に基づいて、応答遅れを補償した温度差依存量x2(k)の初期値x2(1)、及び誤差共分散行列P(k)の初期値P(1)を適切に設定することができる。
The initial value x2 (1) of the temperature difference dependent amount x2 (k) compensated for the response delay estimated by the
・エアフローメータ14は、計算処理を実行するデジタル演算部63を備え、デジタル演算部63により、遅れモデル86、推定値算出部87、及びカルマンフィルタ88の機能が実現される。このため、エンジン10の制御を実行するECU40は、遅れモデル86、推定値算出部87、及びカルマンフィルタ88の機能を実現する必要がなく、エアフローメータ14により推定された応答遅れを補償した温度差依存量x2(k)、すなわち流量に基づいて、エンジン10の制御を実行することができる。
The
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。 The above embodiment can be modified as follows. About the part same as the said embodiment, description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
・カルマンフィルタ88により推定する応答遅れを補償した温度差依存量x2(k)の初期値x2(1)、及びカルマンフィルタ88における誤差共分散行列P(k)の初期値P(1)を、予め実験等に基づき算出した標準値に設定してもよい。
・ Experiment in advance of initial value x2 (1) of temperature difference dependent amount x2 (k) compensated for response delay estimated by
・時定数τを、予め実験等に基づいて算出しておくこともできる。 The time constant τ can also be calculated in advance based on experiments and the like.
・状態観測器として、例えばノイズを考慮しない状態観測器等、カルマンフィルタ88以外の状態観測器を用いることもできる。
A state observer other than the
・デジタル演算部63の機能の一部を、ECU40が実現してもよい。また、エアフローメータ14がデジタル演算部63を備えておらず、デジタル演算部63の機能をECU40が実現してもよい。
The
・エアフローメータ14として、MEMS式の流量計に限らず、熱線式の流量計等を採用することもできる。その場合は、空気(気体)の流量に相関する値として、温度差依存量に代えて、供給電流(熱線の放熱量)を用いればよい。すなわち、エアフローメータ14は、熱の移動を利用して気体の流量の検出値を検出する流量計であればよい。
The
14…エアフローメータ、62…流量検出部、86…遅れモデル、87…推定値算出部、88…カルマンフィルタ。 14: Air flow meter, 62: Flow rate detection unit, 86: Delay model, 87: Estimated value calculation unit, 88: Kalman filter.
Claims (5)
熱の移動を利用して前記気体の流量の検出値を検出する検出部(62)と、
前記気体の流量変化に対する応答遅れを時定数により表す遅れモデル(86)と、
前記遅れモデルに基づいて前記流量の推定値を算出する算出部(87)と、
前記算出部により算出された前記推定値、及び前記検出部により検出された前記検出値に基づいて、前記応答遅れを補償した前記流量を推定する状態観測器(88)と、
を備える熱式気体流量推定装置。 What is claimed is: 1. A thermal gas flow rate estimation device (14) for estimating a flow rate of gas compensated for response delay, comprising:
A detection unit (62) for detecting a detected value of the flow rate of the gas using heat transfer;
A delay model (86) representing a response delay to the flow rate change of the gas by a time constant;
A calculation unit (87) that calculates the estimated value of the flow rate based on the delay model;
A state observer (88) for estimating the flow rate compensated for the response delay based on the estimated value calculated by the calculation unit and the detected value detected by the detection unit;
Thermal gas flow rate estimation device comprising:
前記ICは、前記遅れモデル、前記算出部、及び前記状態観測器の機能を実現する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱式気体流量推定装置。 It has an IC (63) that performs calculation processing,
The thermal type gas flow rate estimation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the IC realizes functions of the delay model, the calculation unit, and the state observer.
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