JPS59120752A - Method of controlling idling speed of rotation for internal-combustion engine - Google Patents

Method of controlling idling speed of rotation for internal-combustion engine

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JPS59120752A
JPS59120752A JP57227548A JP22754882A JPS59120752A JP S59120752 A JPS59120752 A JP S59120752A JP 57227548 A JP57227548 A JP 57227548A JP 22754882 A JP22754882 A JP 22754882A JP S59120752 A JPS59120752 A JP S59120752A
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control
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combustion engine
engine
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Toru Takahashi
徹 高橋
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植野　隆司
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Abstract

PURPOSE:To improve the subsequent controllability by controlling the idling speed of rotation using a multi-variable control means based on the dynamic model of an engine, and varying the ignition timing when control input value is stuck to the upper or lower limit value during application of continuous disturbance. CONSTITUTION:A state observing unit 13 is provided which stores a dynamic model of an internal-combustion engine 12, i.e., a controlled object, and estimates the dynamic inner state of the engine based on a pulse width PA which operates the control solenoid of a bypass-air quantity control valve, on a pulse width PF which operates a fuel-injection solenoid valve, and on the idling speed of rotation N, and a state variable quantity xi with a proper order representing the inner state is estimated in this unit 13. This estimated quantity is then sent out to an integration + gain block 14, where two controlled input values PA, PF are calculated from the quantity obtained by integrating the deviation SA between the target value Nr of the engine rotational speed and its actual value N. And, the ignition timing is varied when each control input value is stuck to the upper or lower limit value due to the continued disturbance.

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） ０の発明は、内燃機関のアイドル時の回転速度の制御方
法に関し、より詳細眞ば、従来一般的なＩ）ＩＤ（比例
積分微分）制御とは異なり、内燃機関の内部状７軒ヲ考
慮して機関とダイナミック（動的）なシステムとして捕
え、内部状態を規定１″ろ状態変数によって機関の動的
な振舞いを推定しながら、機関の入力変数を決定１−る
状態変数制御御の手法を用いて、アイドル回転速度を制
御′１−ろ方法（で関する。[Detailed Description of the Invention] (Technical Field) The invention of No. 0 relates to a method for controlling the rotational speed of an internal combustion engine during idling, and more specifically, it is different from conventionally common I) ID (proportional integral derivative) control. Considering the internal state of the internal combustion engine, we treat the engine as a dynamic system, define the internal state, and estimate the dynamic behavior of the engine using state variables. Determination 1-1: Control the idle rotational speed using a state variable control method.

（従来技術） 従来の内燃機関におげろアイドル回転速度制御方法とし
ては、例えば第１図に示すようなものがある。アイドル
回転速度制御用のＡＡＣ−＜ルブ１ば、ＶＣＭバルブ２
の制御ソノノイド３の駆動パルス幅ＰＡをデユーティ制
御ずろことによってリント量カ変ワリ、スロットルバル
ブ４のバイパス５を通過するバイパス空気量が変化して
、アイドル回転速度が制御される。(Prior Art) As a conventional method for controlling the idle rotation speed of an internal combustion engine, there is a method as shown in FIG. 1, for example. AAC for idle rotation speed control - Lube 1, VCM valve 2
By shifting the drive pulse width PA of the control sononoid 3 through duty control, the amount of lint changes and the amount of bypass air passing through the bypass 5 of the throttle valve 4 changes, thereby controlling the idle rotation speed.

コントロールユニット６ば、スロットルバルブスイッチ
７によるアイドル（ＩＤＬ、Ｅ　）信号、ニュートラル
スイッチ８によるニュートラル（ＮＥ（ＪＴ）信号、止
速センザ９にょる車速（ｖｓｐ）信号などによって機関
がアイドル状態にあることを検知すると、水温センサＩ
ＯＫよる冷却水温度（ＴＷ）Ｋ応じた１次元テーブルル
ックアップによって、アイドル回転速度の基本目標値￥
算出する。そして、エアコンスイッチ１１　Ｋ　ヨ６エ
アコン（Ａ／ｃ）信号、ニュートラル（ＮＥＵＴ　）信
号、バッテリ電圧（ＶＢ）信号などに応じた補正を行な
って最終的に算出されたアイドル回転速度の目標値Ｎｒ
に対し、機関の実際のアイドル回転速度Ｎとその目標値
Ｎｒとの偏差ＳＡが小さくなるように制御ソｌ／ノイド
３のパルス幅ＰＡヲ比例、積分（２丁）のデー−ティ制
御をして、目標回転速度Ｎｒにフィードバック制御する
。The control unit 6 indicates that the engine is in the idle state based on the idle (IDL, E) signal from the throttle valve switch 7, the neutral (NE (JT) signal from the neutral switch 8, the vehicle speed (VSP) signal from the stop speed sensor 9, etc.) When the water temperature sensor I
The basic target value of idle rotation speed is determined by one-dimensional table lookup according to the cooling water temperature (TW) K according to OK.
calculate. Then, the target value Nr of the idle rotation speed is finally calculated by making corrections according to the air conditioner switch 11 K 6 air conditioner (A/c) signal, neutral (NEUT) signal, battery voltage (VB) signal, etc.
On the other hand, the pulse width PA of the control solenoid 3 is controlled in a proportional and integral (two-ring) manner so that the deviation SA between the engine's actual idle rotational speed N and its target value Nr becomes small. Then, feedback control is performed to the target rotational speed Nr.

以上の制御方法を流れ図で示したのが第２図である。FIG. 2 is a flowchart showing the above control method.

しかしながら、このような従来の内燃機関のアイドル回
転速度制御方法にあっては、機関、アクチーエータおよ
びセンサの動特性を効果的に用いたＰＩ制御を行なって
いる訳ではなく、さらには、制御手法としてのＰＩ制御
は多入出力システムに対する制御には不向きなものとな
っていたため、機関が他の運転状態からアイドル状態に
入る時、またはアイドル状態から出る時、さらには種々
の負荷外乱が加わった直後等の、機関がダイナミックな
振舞いを呈する時には、制御追従性すなわち過渡応答が
悪いという問題があった。また、他の制御入力を加えて
制御の自由度を上げ、制御性を高めようとする時には、
ＰＩ制御の手法では適用が難しいという問題があった。However, such conventional idle rotation speed control methods for internal combustion engines do not perform PI control that effectively uses the dynamic characteristics of the engine, actuator, and sensors, and furthermore, the control method is PI control has become unsuitable for controlling multiple input/output systems, so when the engine enters or exits the idle state from another operating state, or immediately after various load disturbances are applied. When the engine exhibits dynamic behavior such as, there is a problem of poor control followability, that is, poor transient response. Also, when adding other control inputs to increase the degree of control freedom and improve controllability,
The problem with the PI control method is that it is difficult to apply.

そして特に、実際問題として、物理的制約を受ける制御
入力値の上限値または下限値２越えるような大きな外乱
が加わった時、計算された制御入力値が上下限値をしば
らく越えてしまい、その間の制御性が悪化するという問
題があった。In particular, as a practical matter, when a large disturbance that exceeds the upper or lower limit 2 of the control input value subject to physical constraints is applied, the calculated control input value will exceed the upper and lower limits for a while, and the There was a problem that controllability deteriorated.

（発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、機関が他の運転状態からアイドル状態へ入る
時、またはアイドル状態がら出る時、さらには大きな負
荷外乱が加わった直後等の、機関がダイナミックな振舞
いを呈する時の制御追従性すなわち過渡応答を最適にし
、さらに、多数の制御人力変数を加えて制御自由度を上
げ、制御性を高めることを容易にし、もってより安定な
アイドル回転速度制御を行なうことを目的とする。(Object of the Invention) The present invention has been made by focusing on such conventional problems. This system optimizes the control followability, that is, the transient response when the engine exhibits dynamic behavior, such as immediately after the application of a The purpose is to achieve more stable idle rotation speed control.

そして特に、制御入力の制御範囲を越えた時の制御性を
良好にすることを目的とする。In particular, the purpose is to improve controllability when the control input exceeds the control range.

（発明の構成および作用） そこでこの発明は、内燃機関、アクチュエータおよびセ
ンサの動特性をモデル化したものをマイクロコンピュー
タ等からなるコントローラに記憶しておき、空気量（も
しくは相当量）、燃料供給Ｍ（もしくは相当量）および
排気還流（Ｆ、ＧＲ）量（もしくは４目当量）から選択
された℃・ずれか１つまたは任意の２つ以上の組合せを
制御入力とし、かつアイドル回転速度を制御出力とし、
制御入力と制御出力から、ダイナミックモデルて゛ある
内燃機関等の内部状態を代表する状態変数量を推定し、
その推定値とアイドル回転速度の目標値と天際値の偏差
の積分値とを用いて、制御入力値を決定（７、内燃機関
のアイドル回転速度を目標値にフィードバック制御する
ことを特徴とする。この制御手法は、従来一般的なＰＩ
Ｄ制御に代わり、多数の入出力変数を総合的に制御する
多変数制御の手法を用いろものである。そして特に、制
御入力の制御範囲を越えた時には、制御応答性の良い点
火時期を効果的に変えろことを特徴とするものである。(Structure and operation of the invention) Therefore, the present invention stores models of the dynamic characteristics of the internal combustion engine, actuators, and sensors in a controller consisting of a microcomputer, etc. (or equivalent amount) and exhaust gas recirculation (F, GR) amount (or 4 equivalent amounts), one or a combination of two or more of them is the control input, and the idle rotation speed is the control output. year,
From the control input and control output, a dynamic model estimates the state variables representing the internal state of an internal combustion engine, etc.
The control input value is determined using the estimated value and the integral value of the deviation between the target value of the idle rotation speed and the absolute value (7) The idle rotation speed of the internal combustion engine is feedback-controlled to the target value. This control method is based on conventional general PI
Instead of D control, a multivariable control method that comprehensively controls a large number of input and output variables should be used. In particular, when the control range of the control input is exceeded, the ignition timing with good control response is effectively changed.

以下、この発明を図面に基づいて説明する。The present invention will be explained below based on the drawings.

第３図は、この発明による内燃機関のアイドル回転速度
制御方法の一実施例を実現する装置の構成図である。FIG. 3 is a block diagram of an apparatus for implementing an embodiment of the method for controlling the idle rotation speed of an internal combustion engine according to the present invention.

同図圧お℃・て、１２は制御対象である内燃機関で、制
御対象１２の制御比カケアイドル回転速度とした場合、
制御入力としては、空気量（もしくは相当量）、点火時
期、燃料供給量（もしくは相当量）および排気還流量（
もしくは相当量）から選択されたいずれか１つまたは任
意の２つ以上の組合せを採り得る。しかしながら点火時
期を制御入力として用いると、他の制御人力に比べて応
答性は良いものの、外乱が加入した時の過渡時のオーバ
シーートとアンダシ、−一トが大きく出て、アイドル回
転速度の安定性の点からは点火時期を制御入力として用
いるのは好ましくな（、他の制御入力で制御範囲な越え
た場合とか、特に応答性を要求さう（７る場合に点火時
期を効果的に用いるのが好まし℃＼。12 is an internal combustion engine to be controlled, and if the control ratio of the controlled object 12 is the idle rotation speed,
Control inputs include air volume (or equivalent amount), ignition timing, fuel supply amount (or equivalent amount), and exhaust recirculation amount (
or a corresponding amount) or a combination of two or more of them. However, when the ignition timing is used as a control input, although the response is better than other manual control methods, there is a large amount of oversheeting, undercharging, and -toning during transient periods when disturbances are added, and the stability of the idle rotation speed is affected. From this point of view, it is not desirable to use ignition timing as a control input (in cases where the control range is exceeded by other control inputs, or when responsiveness is particularly required). Preferably ℃＼.

本実施例では、２制御入力として、アイドル時のバイパ
ス空気置火調整′１−ろためのＶ　ＣＩ’ｖｌバルブ２
の制御ソレノイド（第１図）を駆動するパルス幅ＰＡ（
すなわちバイパス空気量に相当づ−ろ量）と、燃料を噴
射１−ろ電磁弁を駆動するパルス幅ＰＦ　（′ｆなわち
燃料供給量に相当する量）とを採る。制御出力はアイド
ル回転速度Ｎて′、１出力である。In this embodiment, the two control inputs are: bypass air ignition adjustment '1 at idle;
The pulse width PA (
In other words, the pulse width PF ('f, that is, the amount corresponding to the fuel supply amount) for driving the fuel injection solenoid valve is taken. The control output is 1 output at the idle rotation speed N'.

１：３は、′制御対象である。機関１２のダイナミンク
モデルを記憶していて、上記３つの制徊］入出力情報Ｐ
Ａ、　ＰＦ、　Ｎから機関のダイナミックな内部状態を
推定する状態観測器（オブザーバ）であり、内部状態を
代表する状態変数量Ｘ（例えば４つの量Ｘ１゜ｘ、、、
ｘ３．ｘ４のベクトル表示）の推定値Ｘを計算する。1:3 is 'controlled object. The dynamic model of engine 12 is memorized, and the above three restrictions] input/output information P
It is a state observer that estimates the dynamic internal state of the engine from A, PF, and N, and it is a state variable quantity X (for example, four quantities X1゜x, ,
x3. Calculate the estimated value X of (vector representation of x4).

状態観測器１３は制御対象である機関をシミュレーショ
ン１ろもので、ダイナミックな内部状態を状態変数ｘ（
ｎ次のベクトルＸ１〜Ｘｎ）で代表する。The state observer 13 simulates the engine to be controlled, and the dynamic internal state is expressed as a state variable x (
It is represented by n-th order vectors X1 to Xn).

制御対象である機関］２の内部状態を表わ′１−状態変
数は、具体的には例えばインテークマニホールドの絶対
圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸入された空気量、燃
焼の動的挙動、機関ｌ・ルク等が挙げられろ。こ牙′シ
らの値をセンサにより検出でき末シバ、その検出値を用
いることによって動的な振舞いを把握し、制御に用いろ
ことによって制御をより精密π行なうことができる。し
かしながら現時点ではそれらの値を検出できろ実用的セ
ンサはあまり存在しない。そこで機関の内δＩＳ状態を
状態変数Ｘで代表さ、＋！：るが、但し状態変数Ｘは実
際の内部状態を表わす種々の物理量に対応さセろ必要は
な（、全体として機関をシミュレーションさセろもので
ある。状態変数Ｘの次数ｎは、ｌ〕が大きい程シミ。１
／−ジョンが精確になるが、反面計算が複雑になる。こ
の発明における２人力１出カの場合には、１１　＝＝　
４程度が適当である。Specifically, the state variables include, for example, the absolute pressure of the intake manifold, the suction negative pressure, the amount of air actually taken into the cylinder, and the dynamic behavior of combustion. , Engine L.Luku, etc. can be mentioned. The values of these values can be detected by a sensor, and by using the detected values, dynamic behavior can be grasped and used for control, thereby making it possible to perform more precise control. However, at present, there are not many practical sensors that can detect these values. Therefore, the internal δIS state of the engine is represented by the state variable X, +! :However, it is not necessary that the state variable X corresponds to various physical quantities representing the actual internal state (the engine is simulated as a whole.The order n of the state variable X is l). The bigger the stain, the more the stain.1
/-John becomes more accurate, but the calculation becomes more complicated. In the case of two people and one output in this invention, 11 ==
A value of about 4 is appropriate.

また、このようにモデルの低次元近似化を行うと、その
誤差の影響が出てしまうが、この点は後述するよ５ＫＩ
（積分）動作の付加により吸収できる。Also, when performing low-dimensional approximation of the model in this way, the influence of errors will appear, but this point will be explained later in 5KI.
This can be absorbed by adding (integral) action.

第３図において、■・１は積分（１）動作ヒケイングロ
ックで、機関回転速度の指定された目標値Ｎｒと実際値
Ｎとの偏差ＳＡを積分した量および状態観測器１３で計
ａ：された状態変数Ａｘから、２つの制御人力ＰＡとＰ
ＦＯ値を計算する（第５図参照）。In FIG. 3, ■・1 is an integral (1) operation loss lock, which is the integral value of the deviation SA between the specified target value Nr and the actual value N of the engine rotation speed, and the amount a calculated by the state observation device 13: From the state variable Ax, the two control manual forces PA and P
Calculate the FO value (see Figure 5).

そして上記の状態観測器１３と積分動作とフィンブロッ
ク１４とでコントローラを構成する。The above-mentioned state observer 13, integral operation, and fin block 14 constitute a controller.

次に作用を説明する。Next, the action will be explained.

制御対象である機関１２は２人力１出カシステムで゛、
この入出力間の回転同期サンプル値系のある基準設定値
近辺で求められた線形近似された伝達関数行列’ｒ（ｚ
）から、制御対象１２のダイナミックな内部状態を推定
することが可能であろ３．その１つの手法として状態観
測器１３がある。アイドル回転速度近辺の運転条件で、
制御対象１２の伝達関数行列Ｔ（ｚ）が実、験的に求ま
り、 ’ｒ（Ｚ）　−［’：　Ｔ、（Ｚ）　　Ｔ２（ｚ）　）
　　　　　　　　　（１）となる。但し２．２は入出力
信号のサンプル値のＺ−変換を示し、Ｔ、　（ｚｌとＴ
２（Ｚ）は例えばＺの２次伝達関数である。The engine 12 to be controlled is a two-man power one-output system.
A linearly approximated transfer function matrix 'r(z
), it is possible to estimate the dynamic internal state of the controlled object 12 from 3. One of the methods is the state observation device 13. Under operating conditions near idle speed,
The transfer function matrix T(z) of the controlled object 12 is actually found experimentally, 'r(Z) −[': T, (Z) T2(z) )
(1) becomes. However, 2.2 shows the Z-transformation of the sample value of the input/output signal, and T, (zl and T
2(Z) is, for example, a quadratic transfer function of Z.

入力、出力および伝達関数ハ（Ｚ）　、　’Ｉ’、（ｚ
ｌの関係ケ示す制御対象（機関）１２のモデル構造を第
４図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定値からの
ズレ６丁−２δＰＦ、δＮを用いている。Input, output and transfer function C(Z), 'I', (z
FIG. 4 shows a model structure of the controlled object (engine) 12 showing the relationship between 1 and 1. However, for the input and output, deviations of 6 -2 δPF and δN from the reference setting values are used, respectively.

この伝達関数行列Ｔ　（ｚ）から、次の様に状態観測器
１３を構成１゛ろ０とができろ。From this transfer function matrix T (z), construct the state observer 13 as follows.

先ず、Ｔ（ｚｌから機関の動的な据舞いケ記述する状態
変数モデル ｘ（ｎ）−八Ｘ（Ｑ−１，）＋Ｂｕ（ｎ−１，）　　　
（２）ｙ（ｎ−１）＝Ｃｘ（ｎ−１）　　　　　　　（
３）を導く。、−こで、合量のカッコ内のｆｎ）は現時
点をまた（　ｎ−１）は１つ前のザンブル時点な表わＪ
″。First, from T(zl), the state variable model that describes the engine's dynamic deferral x(n)-8X(Q-1,)+Bu(n-1,)
(2)y(n-1)=Cx(n-1) (
3). , -Here, fn) in parentheses of the total amount represents the current time, and (n-1) represents the previous Zamble time.
″.

ｕ（ｎ−１）は制御人カベクトルで、ある基準設定値か
らの線形近似が成り立つ範囲内での摂動分を表わ丁、？
ｆｊｊ制御ソ制御ソイツノイド３ス幅δＰＡ（ｎ−］−
）と燃料噴射パルス幅δＰＦ（ｎ−１）を要素とする。u(n-1) is the control force vector, and represents the perturbation within the range where linear approximation from a certain standard setting value holds.
fjj control sonoids 3-swidth δPA(n-]-
) and fuel injection pulse width δPF(n-1) as elements.

ずなわち、 また、ｙ（＋１−１）は制御出力で・、制御入カベクｌ
、ルど同様に、ある基糸回転速度Ｎａ（例えば６５０　
ｒｐｍ　）からの摂動分を表わすδＮ（工］−１）を要
素とする。In other words, y(+1-1) is the control output, and the control input vector l
, Ru, etc., a certain base yarn rotation speed Na (for example, 650
The element is δN(engineering)-1) representing the perturbation from rpm).

１−なわち、 ｙ（ｎ−１’）□−δＮ　（ｎ−１）　　　　　　　（
５）Ｘ（・）は状態変数ベクトルであり、行列Ａ、Ｂ、
Ｃは伝達関数行列’ｌ”（Ｚ）の係数から決まる定数行
列である。1- that is, y(n-1')□-δN (n-1) (
5) X(・) is the state variable vector, and the matrices A, B,
C is a constant matrix determined from the coefficients of the transfer function matrix 'l'' (Z).

ここで、次の様なアルゴリズムを持つ状態観測器を構成
する。Here, we construct a state observer with the following algorithm.

ｘ（ｎｌ−（Ａ−ｕｃ）ｘ（ｎ−１）＋Ｂｕ（’ｎ−１
）十Ｇｙ　（ｎ−１）　　　　　　　　　（６）コＣＣ
Ｃ、Ｇハ任意に与えられるイイ列で、父（・）は機関１
２の内部状態変数Ｘ（・）の推定値である。（２）（３
）（６）式より変形ずろと、 （ｘ（ｎ）　−ｘ（ｎｌ　）　−（八−ＧＣ）（ｘ（ｎ
−１）−ｘ（ｎ−１）：）　（７） となり、行列（Ａ−ＧＣ）の固有値が単位円内にル、る
よ５ｖｃＧを選べば、 １→犬で　　ｘ　（ｎｌ　→ｘ　（ｎ）　　　　　　　
　（８）となり、内部状態変数量Ｘ　（ｎｌを入力Ｕ（
・）と出力ｙ（・）から推定することができろ。また、
行列Ｇを適当に選び、行列（八−ＧＣ）の固有値を全て
零にすることも可能で、この時状態観ｄＩ１１器１３は
有限整定状態観測器となる。x(nl-(A-uc)x(n-1)+Bu('n-1
) 10 Gy (n-1) (6) CC
C and G are arbitrarily given good columns, and father (・) is engine 1.
This is the estimated value of the internal state variable X(·) of No.2. (2)(3
) From formula (6), the deformation gap is (x(n) −x(nl ) −(8-GC)(x(n
-1)-x(n-1):) (7) If we choose 5vcG so that the eigenvalues of the matrix (A-GC) are within the unit circle, then x (nl →x (n )
(8), and input the internal state variable quantity X (nl) U (
・) and the output y(・). Also,
It is also possible to appropriately select the matrix G and make all the eigenvalues of the matrix (8-GC) zero; in this case, the state observation device 11 13 becomes a finite settling state observation device.

このようにして推定された状態変数Ｘ（・）ム、［］標
回転速度Ｎｒと現在の実際の回転速度Ｎ（・）との偏差
８Ａ＝（Ｎｒ−Ｎ（・））の情報将′を用いて、制御入
力である制御ソレノイド３の駆動パルス幅の基準設定値
（ＰＡ）ａからの線形近似が成り立つ範囲内での増量分
δＰＡ（・）と、燃料噴射パルス幅の基準設定値からの
線形近イ以が成り立つ範囲内での増量分δＰＦ（・）を
決定し、機関のアイドル回転速度Ｎの最適レギュレータ
制御を行なう。レギュレータ制御とは、アイドル回転速
度Ｎを一定値である目標回転速度Ｎ、に合致するように
制御する定値制御を意味する。The state variable X(・)mu estimated in this way, the information general 'of the deviation 8A=(Nr-N(・)) between the target rotational speed Nr and the current actual rotational speed N(・). The amount of increase δPA (·) within the range where linear approximation holds from the standard set value (PA) a of the drive pulse width of the control solenoid 3, which is the control input, and the increase from the standard set value of the fuel injection pulse width The amount of increase δPF(·) within a range where the following equation holds near linearity is determined, and optimal regulator control of the idle rotational speed N of the engine is performed. Regulator control means constant value control that controls the idle rotation speed N to match the target rotation speed N, which is a constant value.

なおこの発明では、前述したように実験的に求めたモデ
ルが低次元化された近似モデルであるため、その近似誤
差を吸収するための１（積分）動作を付加し、ているが
、ここでば■動作を含めての最適レキ−レータ制御を行
なう。In addition, in this invention, since the experimentally obtained model is a reduced-dimensional approximate model as described above, 1 (integral) operation is added to absorb the approximation error. (2) Perform optimal reciprocal control including operation.

この発明の制御対象である機関は、前述したように２人
力１吊カシステムで゛あり、これを最適にレキ−レータ
制御するものであるが、一般的な多変数システムの最Ｊ
ｖキュレータ制御アルコリズムは、例えば古［］」勝久
著「線形システム制御理論」（昭和５１年）　ｔｌＩｔ
晃堂その他に説明されているので、ここでは詳細な説明
は省略する。結果のみを記述すると、いま、 δｕ（ｎ）　＝−ｕ（ｎ）　−ｕ　（ｎ−１）　　　　
　　　　（９）δｅ　（ｒ＋）　＝、　Ｎ、、−Ｎ’　
（ｎ）　　　　　　　　　　　（１０）と１７、評価関
数Ｊを、 とする。ここで、Ｒは重みパラン〜り行列、ｔは転置を
示ｊ。１（は制御開始時点なＯと１〜るサンプル回数で
、０１）式の右辺第２項は（Ｒを対角行列とすると）（
９）式の２乗を表わす。また、旧）式の第２項ヲ（９）
式のような制御入力の差分の２次形式と１−でいるが、
これは第５図のように１動作付加によるものである。As mentioned above, the engine to be controlled by this invention is a two-man-powered one-lift system, which is optimally controlled by a retractor.
The v-curator control algorithm is, for example, an old book written by Katsuhisa, “Linear System Control Theory” (1976) tlIt
Since it has been explained in Akido et al., a detailed explanation will be omitted here. Describing only the results, now δu(n) = -u(n) -u (n-1)
(9) δe (r+) =, N,, -N'
(n) (10) and 17, let the evaluation function J be. Here, R is a weight Paran matrix, and t is a transpose. 1 (is the number of samples between O and 1 at the start of control, and the second term on the right side of the equation 01 is (assuming R is a diagonal matrix) (
9) represents the square of the equation. Also, the second term of the old) formula is (9)
Although it is 1- with the quadratic form of the difference of control inputs as shown in the equation,
This is due to the addition of one operation as shown in FIG.

旧）式の評価関数Ｊを最小とする最適制御入力ｕ＊（ｋ
）　＆ま、 となる。（１２）式で に−（Ｒ＋ＢＰＢ）Ｂ　）’ハ　　　　（１３）とおく
と、Ｋは最適ケイン行列である１、また（Ｉ２）式％式
％ であり、Ｐは、 Ｐ−へｔｐへ一定ＰＢ（百’ＰＢ＋Ｒ）−１８’Ｐλの
りカッティ（Ｒｉｃｃａｔｉ　）方程式の解である。The optimal control input u*(k
) &ma, becomes. In equation (12), -(R+BPB)B)'ha (13) If we set K as 1, which is the optimal Keyne matrix, and equation (I2)%, P is constant from P- to tp. PB(100'PB+R)-18'Pλ is a solution of the Riccati equation.

Ｑｌ）式の評価関数Ｊの意味は、制御入力Ｕ（・）の動
きを制約しつつ、制御出力ｙ（りて゛あるアイドル回転
速度Ｎの目標値Ｎｒからの偏差ＳＡ、（回転変動）を最
小にし、ようと意図したもので、その制約の重みづけは
重みパラメータ行列Ｒで変えろことかできる。従って、
適当なＲを選択し、アイドル時の機関のダイナミックモ
デル（状態変数モデル）ｆＸ：用い、（１６）式を解い
たＰを用いて計算した（１３）式の最適ケイン行列Ｋを
マイクロコンピータに記憶し、アイドル回転速度の目標
値Ｎｒと実際値Ｎの偏差ＳＡの積分値および推定された
状態変数ｘ　ｆｋ）から、（１２）式によって最適制御
入力値ｕ”（ｋ）火簡単に決定することかて゛きる。ま
た前述したように、機関のダイナミックな状態変数の推
定値ｘ（ｋｌを求めるには、行列Ａ　、　Ｂ　、　Ｃ、
Ｇの値をマイクロコンピュータに記憶しておき、（６）
式てより計算すればよい。The meaning of the evaluation function J in the equation Ql is to minimize the deviation SA (rotation fluctuation) of a certain idle rotational speed N from the target value Nr while constraining the movement of the control input U(・). The weighting of the constraints can be changed by the weight parameter matrix R. Therefore,
Select an appropriate R, use the dynamic model (state variable model) fX of the engine at idle, and store in the microcomputer the optimal Keyne matrix K of equation (13) calculated using P obtained by solving equation (16). Then, from the integral value of the deviation SA between the target value Nr and the actual value N of the idle rotation speed and the estimated state variable Also, as mentioned above, to find the estimated value x (kl) of the dynamic state variable of the engine, the matrices A, B, C,
Store the value of G in the microcomputer, and (6)
You can calculate it using the formula.

さて、アイドル時に、大きな負荷外乱（例えばクラッチ
ミート持続外乱）とか、制御入力側に空気外乱（例えば
、アク゛セルペダルに足を軽く乗せていて、スロットル
バルブ４（第１図）が通常より開いている時に加わる外
乱）が、持続的眞長時間加わった時は、目標回転速度へ
近づけるのにかなりの時間を要し、普通は、目標回転速
度に整定する前に、制御入力値が予め物理的制約により
設けられた上限値または下限値を越えてしまって、それ
以上は制御不能となってしまい、以後の制御両性は悪化
してしまう。Now, during idling, if there is a large load disturbance (for example, a clutch engagement sustained disturbance) or an air disturbance on the control input side (for example, when the throttle valve 4 (Fig. 1) is opened more than usual due to the foot being lightly placed on the accelerator pedal) When a disturbance (disturbance applied) is applied for a long period of time, it takes a considerable amount of time to get close to the target rotation speed, and normally the control input value is determined in advance due to physical constraints before the rotation speed reaches the target rotation speed. If the set upper limit or lower limit is exceeded, control becomes uncontrollable beyond that, and subsequent controllability deteriorates.

そこで、このような状況に到った時には、アイドル時に
ほぼ一定にセノトサれていた点火時期を進角させたり遅
角させたりして、制御不能になった分をある程度補うこ
とで、制御性を改善することができる。Therefore, when such a situation occurs, controllability can be improved by advancing or retarding the ignition timing, which has been constant during idling, to compensate for the loss of control to some extent. It can be improved.

例えば、第６図に示すように、半クラツチ状態（ｔ、）
をしばら（続けていて、ブレーキを踏んでいる時、ある
いは坂道の途中で半クラツチ状態のアイドル回転で車両
を停止させている時等には、がなり大きい負荷のため、
アイドル回転速度Ｎが目標値（Ｎｒ＝　６５Ｏｒｐｍ　
）より低下し、ａＰ、　トδＩ）Ｆノ値は上限値（δＰ
Ａ）ｕと（δＰＦ）ｕＫはりついてしまい、これ以上目
標回転速度へ近づけることが不可能になってしまう。こ
の時に、他の外乱、例えば電気負荷やパワステ負荷等（
ｔ２）が投入されると、さらに回転速度が但下し、エン
スト（機関が停止）してしまう（第６図（Ａ）の点線）
。そこで、面制御人力δＰＡ、ＥδＰＰ、が」二限値（
δＰＡ）ｕと（δＰＦ）ｕ（まタハ下限値（δＰＡ）ｌ
と（δＰＦ）ｌ）Ｋはりついた（第６図（１３）と（Ｃ
））ことを検知して、点火時期ＩＴ（通常は２００ＢＴ
ｌ）ＣＫ　Ｌ、ておいたとする：第６図（Ｄ））￥、ア
イドル回転速度な上げろ方向に進角させ（例えば２７°
ＢＴＤＣ：第６図（Ｄ）一点鎖線）で、アイドル回転速
度Ｎを目標値ＮｒＫ近づけておけば（第６図（Ａ）の一
点鎖線）、以後他の外乱（ｔ２）がカＤゎってもエンス
トまでには到らず、制御性を改善することができろ。For example, as shown in FIG. 6, the half-clutch state (t,)
If you continue to do this for a while and are stepping on the brake, or if you are stopping the vehicle at idle with the clutch partially engaged in the middle of a slope, the load will be large.
The idle rotation speed N is the target value (Nr=65Orpm
), and the value of aP, δI)F is lower than the upper limit (δP
A) u and (δPF)uK will stick together, making it impossible to bring the rotation speed any closer to the target rotation speed. At this time, other disturbances such as electrical load, power steering load, etc.
When t2) is turned on, the rotational speed drops further and the engine stalls (the engine stops) (dotted line in Figure 6 (A)).
. Therefore, the surface control human power δPA and EδPP are the two-limit values (
δPA)u and (δPF)u(mataha lower limit (δPA)l
and (δPF)l) K stuck (Fig. 6 (13) and (C
)) is detected and the ignition timing IT (usually 200BT) is detected.
l) Assume that CK L is set: Fig. 6 (D)) Advance the idle rotation speed in the direction to increase it (for example, 27 degrees).
BTDC: If the idle rotation speed N is kept close to the target value NrK (dotted line in Fig. 6 (A)), even if other disturbances (t2) occur from now on, Improve controllability without reaching the point of stalling.

なお、点火時期の変え方は種々考えられるが、第６図ｆ
Ｄ）では−律にある値だげ進角さセる例である。There are various ways to change the ignition timing, but as shown in Figure 6 f.
D) is an example in which the advance angle increases by a certain value.

以上のアイドル回転速度制御の手順を示したのが、第７
図である。手順を説明すると、ステップ３１では、エア
コンのオン−オフ状態、水温ルの値等によりアイドル回
転速度の目標値Ｎｒを決めろ。The above procedure for controlling the idle rotation speed is shown in the seventh section.
It is a diagram. To explain the procedure, in step 31, determine the target value Nr of the idle rotation speed based on the on/off state of the air conditioner, the value of the water temperature R, etc.

ステップ３２では、アイ］・ル回転速度の目標値Ｎ１．
と実際値Ｎの偏差ＳＡを計算する。ステップ３３では、
制御ヲ始めてから前の周期までの回転速度の偏差ＳＡｉ
力り算していて、結果をＤＵＮというレジスタ（（移す
。ステップ３４では、回転速度の実際値Ｎの基準設定値
Ｎａ（例えば６５０　ｒｐｍ　）からのズレδＮを計算
１−る。ステップ３５では、前の制御周期で推定された
機関のダイナミックな内部状態を表わ′１−状態変数量
ｘ、＊〜Ｘ：（前回計算値）と、計算された制御入力値
δ八およびδＰＦと、さらに制御出力値であるδＮとを
重みづげ力日算して各状態変数量ｘ、〜Ｘ４ヲ計算″′
３−る。但シ（６）式の行列（Ａ−ｕｃ）は、の形で、
有限整定オブザーバを形成した例である。In step 32, the target value N1 of the rotation speed is set.
and the deviation SA of the actual value N is calculated. In step 33,
Deviation SAi of rotational speed from the start of control to the previous cycle
The result is transferred to a register called DUN (((). In step 34, the deviation δN of the actual value N of the rotational speed from the reference setting value Na (for example, 650 rpm) is calculated. In step 35, Expresses the dynamic internal state of the engine estimated in the previous control cycle. Calculate each state variable amount x, ~X4'' by weighting the output value δN and calculating the force daily.
3-ru. However, the matrix (A-uc) of equation (6) is in the form,
This is an example of forming a finitely settled observer.

なお、（八、Ｂ、Ｃ）は可観測正準形を用いている。Note that (8, B, C) uses the observable canonical form.

ステップ３６では、推定された機関のダイナミックな内
部状態変数量Ｘ１〜Ｘ４とＤｔｌＮＫ最適ゲインにの要
素に１ｊを乗じて加算腰基準設定値（ＰＡ）ａおよび（
ＰＦ）ａＫ対し制御入力値暑どれだけ増量するかを計算
′１−る。In step 36, the estimated dynamic internal state variables of the engine X1 to X4 and the DtlNK optimum gain are multiplied by 1j to calculate the additive standard setting value (PA) a and (
PF) Calculate how much the control input value should be increased with respect to aK.

ステップ３７では、計算されたδ八とδＰＦが共に上限
値または下限値のどちらかにはりついたか否かを判定し
、はりついた時はステップ３８で上限値か下限値かを判
別する。上限値の場合は、ステップ３９で点火時期ＩＴ
Ｓ進角させ、アイドル回転速度を上昇させて目標値に近
づけさせ、ステップ３８で下限値にはりついた場合は、
ステップ４０で点火時期を遅角させ、アイドル回転速度
を低下さセで目標値に近づけさせろ。In step 37, it is determined whether the calculated δ8 and δPF both reach either the upper limit value or the lower limit value, and when they do, it is determined in step 38 whether they are the upper limit value or the lower limit value. If it is the upper limit value, in step 39 the ignition timing IT
S advance the idle rotation speed to bring it closer to the target value, and if it reaches the lower limit value in step 38,
In step 40, the ignition timing is retarded to lower the idle rotation speed and bring it closer to the target value.

第７図の係数ｂ１３９ｇ１．ｋｌｊ等は、予め求めてお
いてマイクロコンビーータ等に記憶しておく。Coefficient b139g1 in FIG. klj, etc. are determined in advance and stored in a microcombinator or the like.

前述したように、この発明における内燃機関の制御出力
をアイドル回転速度とした時に、制御入力としては、空
気量（または相当量）、燃料供給量（または相当量）お
よび排気還流量（または相当量）のいずれか１つまたは
任意の２つ以上の組合せを用いることかでき、上述の実
施例では、バイパス空気量の相当量であろＶＣＭバルブ
の制御ソレノイドのパルス幅δへと、燃料供給量の相当
量である燃料噴射パルス幅δＰＦとを制御入力とする場
合について説明した。As mentioned above, when the control output of the internal combustion engine in this invention is the idle rotation speed, the control inputs include the air amount (or equivalent amount), the fuel supply amount (or equivalent amount), and the exhaust gas recirculation amount (or equivalent amount). ) or a combination of any two or more of them; in the embodiments described above, the amount of fuel supplied may be adjusted to the pulse width δ of the control solenoid of the VCM valve, which may be equivalent to the amount of bypass air. The case where the fuel injection pulse width δPF, which is a considerable amount, is used as a control input has been described.

（発明の効果） 以」二説明したように、この発明によれば、内燃機関の
ダイナミックなモデルに基づく多変数制御手法を適用し
てアイドル回転速度制御を行ない、しかも内燃機関のダ
イナミンクな状態を推定する手順を付加し、なおかつ、
状態観測器内の機関モデルを低次元化したものを用いて
計算時間を短縮し、その近似誤差分は積分動作で吸収す
るよっりしたため、アイドル状態で問題となる失火外乱
や負荷外乱なとの外乱て対する制御過渡応答を最適にで
き、しかも制御自由度を上げ制御性を高めるために多変
数制御入力を加えて制御することも容易であり、より安
定なアイドル回転速度制御が実現できろという効果が得
られる。(Effects of the Invention) As explained below, according to the present invention, idle speed control is performed by applying a multivariable control method based on a dynamic model of the internal combustion engine, and moreover, the dynamic state of the internal combustion engine can be controlled. Add a step to estimate, and
By using a low-dimensional version of the engine model in the condition observation device, the calculation time is reduced, and the approximation error is absorbed by the integral operation, making it easier to avoid misfire disturbances and load disturbances that can cause problems during idling. It is possible to optimize the control transient response to disturbances, and it is also easy to add multivariable control inputs to increase the degree of control freedom and improve controllability, making it possible to achieve more stable idle rotation speed control. Effects can be obtained.

そして特に、大きい持続外乱が加わって、制御入力値が
上限値または下限値のどちらかにはりついて制御不能に
なった時、点火時期を進角あるいは遅角させろことでア
イドル回転速度を目標値に近づけ、従って、以後の制御
性が改善され、より安定なアイドル運転を実現すること
ができるという効果が得ら上しる。In particular, when a large sustained disturbance is applied and the control input value sticks to either the upper limit or the lower limit and becomes uncontrollable, advance or retard the ignition timing to bring the idle rotation speed to the target value. Therefore, subsequent controllability is improved and more stable idling operation can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の内燃機関のアイドル回転速度制御装置の
構成図、第２図は従来のアイドル回転速度制御方法を示
すフローチャート、第３図はこの発明による内燃機関の
アイドル回転速度制御方法を実現する制御装置の構成図
、第４図は第３図の制御入出力と機関の関係を示すブロ
ック図、第５図は第３図の積分動作とケインブロックの
詳細な構成図、第６図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）はこの
発明による方法の実験結果を示す図、第７図はこの発明
による方法を説明するフローチャートで′ある。 １・・・・・・・・・ＡＡＣバルブ ２・・・・・・・・・ＶＣＭバルブ ３・・・・・・・・制御ソレノイド ４・・・・・・・・・スロットルバルブ５・・・・・・
・・バイパス ７・・・・・・・・スロットルバルブスイッチ８・・・
・・・・二。、−トラルスイノチ１０・・・・・・・水
温センサ １１・・・・・・・・・エアコンスイッチ１２・・・・
・・・・・内燃機関（制御対象）１３・・・・・・・・
状態観測器 １４・・・・・・・・・積分動作とケインブロックＮｒ
　　・・・・・・アイドル回転速度の目標値Ｎ・・・・
・・・・・アイドル回転速度の実際値Ｎａ　・・・・・
・アイドル回転速度の基準設定値ＳＡ・・・・・・アイ
ドル回転速度の目標値と実際値の偏差 ＰＡ　・・・・・・バイパス空気量を規定する制御ソレ
ノイドの駆動パルス幅 馬・・・・・・燃料供給量を規定する噴射電磁弁の駆動
パルス幅 ＩＴ・・・・・・点火時期 ｘＩ（−ｘ）・・・・・・状態変数量 ｘ＋（−ｘ）・・・・・・状態変数の推定量特許出願人 日産自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　　　山　　本　　恵　　− 纂３図 ＃ろ　図 纂４　図 Ｌ５　図 ／ＩFig. 1 is a block diagram of a conventional idle rotation speed control device for an internal combustion engine, Fig. 2 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method, and Fig. 3 is a realization of the idle rotation speed control method for an internal combustion engine according to the present invention. 4 is a block diagram showing the relationship between the control input/output and the engine in FIG. 3, FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the integral operation and Kane block in FIG. 3, and FIG. A), (B), (C), and (D) are diagrams showing experimental results of the method according to the present invention, and FIG. 7 is a flow chart explaining the method according to the present invention. 1...AAC valve 2...VCM valve 3...Control solenoid 4...Throttle valve 5...・・・・・・
...Bypass 7...Throttle valve switch 8...
····two. , -Toralsui Nochi 10...Water temperature sensor 11...Air conditioner switch 12...
...Internal combustion engine (control target) 13...
State observer 14... Integral operation and Kane block Nr
...Target value of idle rotation speed N...
・・・・・・Actual value of idle rotation speed Na ・・・・・・
・Standard setting value SA of idle rotation speed...Difference PA between the target value and actual value of idle rotation speed...Drive pulse width of the control solenoid that defines the amount of bypass air... ...Driving pulse width IT of the injection solenoid valve that defines the fuel supply amount ...Ignition timing xI (-x) ...State variable amount x+ (-x) ...State Variable Estimation Patent Applicant Nissan Motor Co., Ltd. Patent Application Agent Megumi Yamamoto - Summary 3 Diagram #ro Diagram 4 Figure L5 Diagram/I

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 内燃機関のアイドル時に、アイドル回転速度の目標値Ｎ
１と実際値Ｎの偏差ＳＡＫ基づいて、アイドル回転速度
をフィードバック制御する方法において、コントローラ
に記憶された前記内燃機関のダイナミックモデルに基づ
き、前記内燃機関の制御入力値である該内燃機関に供給
されろ空気量もしくは相当する量および該内燃機関への
燃料供給量もしくは相当する量および排気還流量もしく
は相当する量から選択される］つまたは任意の２つ以−
Ｌの組合せと、該内燃機関の制御出力値であるアイドル
回転速度とから、該内燃機関のダイナミックな内部状態
を代表する適肖な次数の状態変数量Ｘ、　（ｉ−１，２
，・・・・・・ｎ）を推定し、該推定された状態変数量
Ｘ４　（’　””　１　＋　２＋・・・・・・ｎ）と前
記回転速度の偏差ＳＡの積分量とか「・　前記制御人ノ
コ値を決定し、さらに、持続外乱が加わって該制御入力
値が予め一般定さり、た上限値または下限値のどちらか
一方にはりついた時は、点火時期を変えることを特徴と
する内燃機関のアイドル回転速度制御方法。When the internal combustion engine is idling, the target value N of the idle rotation speed
In the method of feedback controlling the idle rotation speed based on the deviation SAK between 1 and the actual value N, the control input value of the internal combustion engine is supplied to the internal combustion engine based on the dynamic model of the internal combustion engine stored in the controller. the amount of filtered air or an equivalent amount, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine or an equivalent amount, and the amount of exhaust gas recirculation or an equivalent amount; or any two or more selected from the following:
From the combination of
,...n), and the integral amount of the estimated state variable quantity X4 (''' 1 + 2+...n) and the deviation SA of the rotational speed, etc. A control mansaw value is determined, and the ignition timing is further changed when a sustained disturbance is applied and the control input value reaches either a predetermined upper limit value or a lower limit value. A method for controlling the idle speed of an internal combustion engine.
JP57227548A 1982-12-28 1982-12-28 Method of controlling idling speed of rotation for internal-combustion engine Granted JPS59120752A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843553A (en) * 1987-07-16 1989-06-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Speed control system for a vehicle
WO1993022550A1 (en) * 1992-04-24 1993-11-11 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Method for controlling the number of revolutions of internal combustion engine at an idle

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