JPS59145338A - 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 - Google Patents
内燃機関のアイドル回転速度制御方法Info
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- JPS59145338A JPS59145338A JP58018100A JP1810083A JPS59145338A JP S59145338 A JPS59145338 A JP S59145338A JP 58018100 A JP58018100 A JP 58018100A JP 1810083 A JP1810083 A JP 1810083A JP S59145338 A JPS59145338 A JP S59145338A
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- engine
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
- F02D31/001—Electric control of rotation speed
- F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
- F02D31/003—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
この発明は、内燃機関のアイドル時の回転速度の制御方
法に関し、より詳細には、従来一般的なPID(比例積
分微分)制御とは異なり、内燃機関の内部状態を考慮し
て機関をダイナミック(動的)なシステムとして捕え、
内部状態を規定する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する状態変数
制御の手法を用いて、アイドル回転速度を制御する方法
に関する。
法に関し、より詳細には、従来一般的なPID(比例積
分微分)制御とは異なり、内燃機関の内部状態を考慮し
て機関をダイナミック(動的)なシステムとして捕え、
内部状態を規定する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する状態変数
制御の手法を用いて、アイドル回転速度を制御する方法
に関する。
(従来技術)
従来の内燃機関の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。
例えば第1図に示すようなものがある。
第1図にお(・て、アイドル回転速度制御用のAACバ
ルブ1は、VCMバルブ2の制御ソレノイド3の駆動パ
ルス幅PAをデユーティ制御することによってリフト量
が変わり、スロソトルノくルブ4の);イパス5を通過
するバイパス空ネ量が変化して、アイドル回転速度が制
御される。
ルブ1は、VCMバルブ2の制御ソレノイド3の駆動パ
ルス幅PAをデユーティ制御することによってリフト量
が変わり、スロソトルノくルブ4の);イパス5を通過
するバイパス空ネ量が変化して、アイドル回転速度が制
御される。
コントロールユニット6は、スロットルバルブスイッチ
(アイドル回転速度とも言う。)7によるアイドル(I
DLE)信号、ニュートラルスイッチ8による二一一ト
ラル(NEUT)信号、車速センサ9による車速(VS
、P)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10による冷却水温度(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を算出する。そして、エアコ
ンスイッチ11にヨルエアコン(A/C)M号、二一一
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
うに制御ソレノイド3の駆動パルス幅P^を比例・積分
(PI)のデユーティ制御をして、目標アイドル回転速
度Nrにフィードバック制御する。
(アイドル回転速度とも言う。)7によるアイドル(I
DLE)信号、ニュートラルスイッチ8による二一一ト
ラル(NEUT)信号、車速センサ9による車速(VS
、P)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10による冷却水温度(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を算出する。そして、エアコ
ンスイッチ11にヨルエアコン(A/C)M号、二一一
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
うに制御ソレノイド3の駆動パルス幅P^を比例・積分
(PI)のデユーティ制御をして、目標アイドル回転速
度Nrにフィードバック制御する。
以上の制御方法を流れ図で示したのが第2図である。
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、アクチュエータおよ
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(、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(・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
。
転速度制御方法にあっては、機関、アクチュエータおよ
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(、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(・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
。
そして特に、アイドル回転速度制御を行なうかどうかの
判定をニュートラルスイッチ8、スロットルバルブスイ
ッチ7および車速で行なうと、高速でギヤを二一一トラ
ルにした場合にエンストし易(、また二一一トラルスイ
ノチ8での判定を除いた場合でも、エンジンブレーキで
減速してクラッチを切った場合にエンストし易いという
問題点があった。
判定をニュートラルスイッチ8、スロットルバルブスイ
ッチ7および車速で行なうと、高速でギヤを二一一トラ
ルにした場合にエンストし易(、また二一一トラルスイ
ノチ8での判定を除いた場合でも、エンジンブレーキで
減速してクラッチを切った場合にエンストし易いという
問題点があった。
(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から出る時、さらには負荷外乱
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、多数の制御入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。そして特に
、アイドル回転速度制御を行なうかどうかの判定を適切
に行なうようにして、高速運転でのギヤ抜差時やエンジ
ンブレーキでの減速時の耐ストール性を増すことを目的
とする。
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から出る時、さらには負荷外乱
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、多数の制御入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。そして特に
、アイドル回転速度制御を行なうかどうかの判定を適切
に行なうようにして、高速運転でのギヤ抜差時やエンジ
ンブレーキでの減速時の耐ストール性を増すことを目的
とする。
(発明の構成〕
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、バイパス空
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(EGR,)量もしくは相当量から
選択されるいずれか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方とし
、制御入力と制御出力から、ダイナミツクモチルである
内燃機関等の内部状態を代衣する状態変数量を推定し、
その推定値、およびアイドル回転速度の目標値と実際値
の偏差の積分値とを用いて制御入力値を決定し、内燃機
関のアイドル回転速度を目標値にフィードバンク制御す
ることを特徴とする。
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、バイパス空
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(EGR,)量もしくは相当量から
選択されるいずれか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方とし
、制御入力と制御出力から、ダイナミツクモチルである
内燃機関等の内部状態を代衣する状態変数量を推定し、
その推定値、およびアイドル回転速度の目標値と実際値
の偏差の積分値とを用いて制御入力値を決定し、内燃機
関のアイドル回転速度を目標値にフィードバンク制御す
ることを特徴とする。
この制御手法は、従来一般的なPID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
用いるものである。
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
用いるものである。
そして特に、アイドル回転速度制御を行なうかどうかの
判定をスロノトルバルブスインチ、および車速と機関回
転速度との比に注目して行なうことを特徴とするもので
ある。
判定をスロノトルバルブスインチ、および車速と機関回
転速度との比に注目して行なうことを特徴とするもので
ある。
(実施例)
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
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。
制御方法の一実施例を実現する装置の構成図である。
同図において、12は制御対象である内燃機関で、アイ
ドル回転速度制御の他、空燃比フィードバック制御を含
む燃料噴射制御その他を行なっている。
ドル回転速度制御の他、空燃比フィードバック制御を含
む燃料噴射制御その他を行なっている。
制御対象12の制御出力をアイドル回転速度とした場合
、制御入力としては、空気量、点火時期、燃料供給量お
よび排気還流蓋かも選択されたいずれか1つまたは任意
の2つ以上の組合せをとり得る。
、制御入力としては、空気量、点火時期、燃料供給量お
よび排気還流蓋かも選択されたいずれか1つまたは任意
の2つ以上の組合せをとり得る。
本実施例では、2制御入力として、アイドル時のバイパ
ス空気量を調整するためのVCMバルブ2の制御ソレノ
イド3(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する量)と点火時期ITとをとる。
ス空気量を調整するためのVCMバルブ2の制御ソレノ
イド3(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する量)と点火時期ITとをとる。
制御出力はアイドル回転速度Nで、■出力である。
13は、制御対象である内燃機関12のダイナミノクモ
チルを記憶していて、上記3つの制御入出力情報PA、
IT、Nから機関12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(=x1.1=1.2゜・・・l”o
例えば4つの量XI+ X2+ X3+ ×4のベクト
ル表示)の推定値x(=Xl、■=1.2.・・・、n
)を計算する。
チルを記憶していて、上記3つの制御入出力情報PA、
IT、Nから機関12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(=x1.1=1.2゜・・・l”o
例えば4つの量XI+ X2+ X3+ ×4のベクト
ル表示)の推定値x(=Xl、■=1.2.・・・、n
)を計算する。
状態観測器13は制御対象である機関12をシミュレー
ションするもので、ダイナミックな内部状態を状態変数
ixで代表する。制御対象である機関12の内部状態を
表わす状態変数としては、具体的には例えばインテーク
マニホールドの給体圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃焼の動的挙動、機関トルク等が挙げ
られる。これらの値をセンサにより検出できれば、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
御をより精密に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る実用的なセンサはあまり
存在しな見・。そこで機関12の内部状態を状態変数量
Xで代表させるが、但し状態変数量Xは実際の内部状態
を表わす種々の物理量に対応させる必要はな(、全体と
して機関12をシミュレーションさせるものである。状
態変数量Xの次数nは、nが大きい程シミュレーション
カ1精確になるが、反面計算が複雑になる。そこでモデ
ルとしては低次元近似されたものを使用し、近似誤差ま
たは機関個体差による誤差を積分(I)動作で吸収する
。この発明における2人力1出力の場合には、n =
4程度が適当である。
ションするもので、ダイナミックな内部状態を状態変数
ixで代表する。制御対象である機関12の内部状態を
表わす状態変数としては、具体的には例えばインテーク
マニホールドの給体圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃焼の動的挙動、機関トルク等が挙げ
られる。これらの値をセンサにより検出できれば、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
御をより精密に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る実用的なセンサはあまり
存在しな見・。そこで機関12の内部状態を状態変数量
Xで代表させるが、但し状態変数量Xは実際の内部状態
を表わす種々の物理量に対応させる必要はな(、全体と
して機関12をシミュレーションさせるものである。状
態変数量Xの次数nは、nが大きい程シミュレーション
カ1精確になるが、反面計算が複雑になる。そこでモデ
ルとしては低次元近似されたものを使用し、近似誤差ま
たは機関個体差による誤差を積分(I)動作で吸収する
。この発明における2人力1出力の場合には、n =
4程度が適当である。
第3図において、14は積分動作とゲインブロックで、
第4図に詳細な示すよ5に、機関回転速度の指定された
目標(if 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で計算された状態変数量の推定値
Xから、2つの制御入力PAとITの値を計算する。そ
して、下記状態観測器13と積分動作とゲインブロック
14とでコントローラを構成する。
第4図に詳細な示すよ5に、機関回転速度の指定された
目標(if 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で計算された状態変数量の推定値
Xから、2つの制御入力PAとITの値を計算する。そ
して、下記状態観測器13と積分動作とゲインブロック
14とでコントローラを構成する。
次に作用を説明する。
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
辺で求められた線彫近似された伝達関数行列T (z)
から、機関12のダイナミックな内部状態を推定するこ
とが可能である。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、機関12
の伝達関数行列T(z)が実験的に求まり、 となる。但し、2は入出力信号のサンプル値の2−変換
を示し、TI(Z)とT2(zlは例えば202次伝達
関数である。
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
辺で求められた線彫近似された伝達関数行列T (z)
から、機関12のダイナミックな内部状態を推定するこ
とが可能である。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、機関12
の伝達関数行列T(z)が実験的に求まり、 となる。但し、2は入出力信号のサンプル値の2−変換
を示し、TI(Z)とT2(zlは例えば202次伝達
関数である。
入力、出力および伝達関数T+(z)、T2(Z)の関
係を示す機関12のモデル構造を第5図に示す。但し、
入出力はそれぞれ基準設定値からのズレδPA+δIT
。
係を示す機関12のモデル構造を第5図に示す。但し、
入出力はそれぞれ基準設定値からのズレδPA+δIT
。
δNを用いている。
この伝達関数行列T(zlから、次のように状態観測器
13を構成することができる。
13を構成することができる。
先ず、T(z)から機関12の動的な振舞いを記述する
状態変数モデル x(n) −Ax(n−1) 十Bu(n−1)
(21y(n−1)=Cx(n−1)
(31を導(。ここで、容量のカッコ内のnは現時点
を、n−1は1つ前のサンプル時点を表わす。u(n−
1)は制御入力ベクトルで、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す、制御ソレノ
イド3(第1図)の駆動パルス幅δPA(nl)と点火
時期δITを要素とする。すなわち、また、y(n−1
)は制御出力で、制御入力ベクトルと同様に、ある基準
回転速度Na(例えば650rpm)からの摂動分を表
わすδN(n−1)を要素とする。
状態変数モデル x(n) −Ax(n−1) 十Bu(n−1)
(21y(n−1)=Cx(n−1)
(31を導(。ここで、容量のカッコ内のnは現時点
を、n−1は1つ前のサンプル時点を表わす。u(n−
1)は制御入力ベクトルで、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す、制御ソレノ
イド3(第1図)の駆動パルス幅δPA(nl)と点火
時期δITを要素とする。すなわち、また、y(n−1
)は制御出力で、制御入力ベクトルと同様に、ある基準
回転速度Na(例えば650rpm)からの摂動分を表
わすδN(n−1)を要素とする。
すなわち、
y(n−1)=δN(n−1)(51
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T(z)の係数から決まる定数行列である
。
伝達関数行列T(z)の係数から決まる定数行列である
。
ここで、次のようなアルゴリズムを持つ状態観測器を構
成する。
成する。
x(n)−(A−GC)x(n−1)+Bu(n−1)
+Gy(n−1) (6)ここに、Gは任意に与えら
れる行列で、X(・)は機関12の内部状態変数X(・
)の推定値である。(2)(31(6)式より変形する
と、 (x(n)−x(nl〕=(A−GC)〔x(n−1)
−x(n−1)] f力となり、行列(A−GC)
の固有値が単位円内にあるようにGを選べば、 n→太で x(0)→X(n) (8)
となり、内部状態変数量x(n)を入力U(・)と出力
y(・)から推定することができる。また、行列Gを適
当に選び、行列(A−GC)の固有値を全て零にするこ
とも可能で、この時状態観測器13は有限整定状態観測
器となる。
+Gy(n−1) (6)ここに、Gは任意に与えら
れる行列で、X(・)は機関12の内部状態変数X(・
)の推定値である。(2)(31(6)式より変形する
と、 (x(n)−x(nl〕=(A−GC)〔x(n−1)
−x(n−1)] f力となり、行列(A−GC)
の固有値が単位円内にあるようにGを選べば、 n→太で x(0)→X(n) (8)
となり、内部状態変数量x(n)を入力U(・)と出力
y(・)から推定することができる。また、行列Gを適
当に選び、行列(A−GC)の固有値を全て零にするこ
とも可能で、この時状態観測器13は有限整定状態観測
器となる。
このようにして推定された状態変数量X(・)と、目標
回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)との偏差
5A=(N、−N(・))の情報を用いて、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(P
A)&からの線形近似が成り立つ範囲内での増量分δP
A(・)と、点火時期の基準設定値■Taからの線形近
似が成り立つ範囲内での増量分δIT(・)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Nrに合致するように制御する
定値制御を意味する。
回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)との偏差
5A=(N、−N(・))の情報を用いて、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(P
A)&からの線形近似が成り立つ範囲内での増量分δP
A(・)と、点火時期の基準設定値■Taからの線形近
似が成り立つ範囲内での増量分δIT(・)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Nrに合致するように制御する
定値制御を意味する。
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積分(I)動作を付加して(・るが
、ここでは積分動作を含めて最適レギュレータ制御を行
なう。
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積分(I)動作を付加して(・るが
、ここでは積分動作を含めて最適レギュレータ制御を行
なう。
この発明の制御対象である一関は、前述したように2人
力l出カシステムであり、これを最適にレギュレータ制
御するものであるが、一般的な多変数システムの最適レ
ギュレータ制御アルゴリズムは、例えば、吉田勝久著「
線形システム制御理論」(昭51年)昭晃堂その他に説
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 fn) = Nr N (n)
QO)とし、評価関数Jを、 J= Σ〔δe(k12+δu蜀R!3u(k)〕’
(I I)k=0 とする。ここでRは重みパラメータ行列、【は転置を示
す。kは制御開始時点を0とするサンプル回数で、Rを
対角行列とすると(11)式の右辺第2項は(9)式の
2乗を表わす。また、00式の右辺第2項を(9)式の
ような制御入力の差分の2次形式としているが、これは
第4図のように積分動作を付加したためである。
力l出カシステムであり、これを最適にレギュレータ制
御するものであるが、一般的な多変数システムの最適レ
ギュレータ制御アルゴリズムは、例えば、吉田勝久著「
線形システム制御理論」(昭51年)昭晃堂その他に説
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 fn) = Nr N (n)
QO)とし、評価関数Jを、 J= Σ〔δe(k12+δu蜀R!3u(k)〕’
(I I)k=0 とする。ここでRは重みパラメータ行列、【は転置を示
す。kは制御開始時点を0とするサンプル回数で、Rを
対角行列とすると(11)式の右辺第2項は(9)式の
2乗を表わす。また、00式の右辺第2項を(9)式の
ような制御入力の差分の2次形式としているが、これは
第4図のように積分動作を付加したためである。
制御人力u (klは、
となる。02式で、
K= −(R十B PB)B PA
(13)とおくと、Kは最適ゲイン行列である。
(13)とおくと、Kは最適ゲイン行列である。
また(121式であり、Pは、
のリカノテイ(Riccati )方程式の解である。
(11)式の評価関数Jの意味は、制御人力U(・)の
動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるアイドル回
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、その制約の重み付けは
重みパラメータ行列Rで変えることができる。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)を用い、(16)式を解いたP
を用いて計算したa′5式の最適ゲイン行列Kをマイク
ロコンビーータに記憶し、アイドル回転速度の目標値N
rと実際値Nの偏差SAの積分値および推定された状態
変数量x(k)から、02式によって最適制御入力値u
(k)を簡単に決定することができる。また前述した
ように、機関12のダイナミックな状態変数量の推定値
x(k)を求めるには、行列へ、B、C,Gの値をマイ
クロコンビーータに記憶しておき、(6)式により計算
すればよい。
動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるアイドル回
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、その制約の重み付けは
重みパラメータ行列Rで変えることができる。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)を用い、(16)式を解いたP
を用いて計算したa′5式の最適ゲイン行列Kをマイク
ロコンビーータに記憶し、アイドル回転速度の目標値N
rと実際値Nの偏差SAの積分値および推定された状態
変数量x(k)から、02式によって最適制御入力値u
(k)を簡単に決定することができる。また前述した
ように、機関12のダイナミックな状態変数量の推定値
x(k)を求めるには、行列へ、B、C,Gの値をマイ
クロコンビーータに記憶しておき、(6)式により計算
すればよい。
このような内燃機関のアイドル回転速度制御方法におい
て、前述したように、特に、アイドル回転速度制御を行
なうがどうかの判定(アイドル判定)を、従来のように
二一一トラルスイッチ8、スロットルバルブスインチア
および車速で行なうと、高速回転中にギヤを二一一トラ
ルにした場合にエンストし易いという問題があり、二一
一トラルスイッチによる判定を除いても、エンジンブレ
ーキによる減速時にアイドル回転速度制御を行なってし
まうため、減速途中で実際の機関回転速度Nが目標回転
速度Nrより高い状態で、バイパス空気量を減少させる
方向に制御が行われる。この状態でクラッチを切ると、
機関回転速度が低下し、エンストしてしまうという問題
がある。
て、前述したように、特に、アイドル回転速度制御を行
なうがどうかの判定(アイドル判定)を、従来のように
二一一トラルスイッチ8、スロットルバルブスインチア
および車速で行なうと、高速回転中にギヤを二一一トラ
ルにした場合にエンストし易いという問題があり、二一
一トラルスイッチによる判定を除いても、エンジンブレ
ーキによる減速時にアイドル回転速度制御を行なってし
まうため、減速途中で実際の機関回転速度Nが目標回転
速度Nrより高い状態で、バイパス空気量を減少させる
方向に制御が行われる。この状態でクラッチを切ると、
機関回転速度が低下し、エンストしてしまうという問題
がある。
従ってこの発明では、アイドル判定をニュートラルスイ
ッチ8では行わず、スロットルバルブスイッチ7、およ
び車速と機関回転速度との比に注目して行なうこととし
た。
ッチ8では行わず、スロットルバルブスイッチ7、およ
び車速と機関回転速度との比に注目して行なうこととし
た。
以上のアイドル回転速度制御の手順を示したのが第6図
である。手順を説明すると、ステップ(9)では、エア
コンのオン・オフ状態、冷却水温度TrwO値等により
アイドル回転速度の目標値Nrを決める。ステノブ31
テは、スロットルバルブスイッチ7が入っているかどう
かを判定し、入っていなければリターンし、入っていれ
ばステップ32に進む。
である。手順を説明すると、ステップ(9)では、エア
コンのオン・オフ状態、冷却水温度TrwO値等により
アイドル回転速度の目標値Nrを決める。ステノブ31
テは、スロットルバルブスイッチ7が入っているかどう
かを判定し、入っていなければリターンし、入っていれ
ばステップ32に進む。
ステップ32では、車速と機関回転速度との比から、ク
ラッチがつながっているかどうかを判定し、つながって
いればリターンし、つながっていなければステップ33
に進む。ステップ33では、初めてアイドル回転速度制
御に入ったかどうかを判定し、初めて入った場合は、ス
テップあでスムーズにアイドル回転速度制御に入れるよ
うに、実際の機関回転速度Nに応じて状態変数量xIn
x2+ x3+ x4およびDUNに初期値を与え、
ステップ39へ進む。
ラッチがつながっているかどうかを判定し、つながって
いればリターンし、つながっていなければステップ33
に進む。ステップ33では、初めてアイドル回転速度制
御に入ったかどうかを判定し、初めて入った場合は、ス
テップあでスムーズにアイドル回転速度制御に入れるよ
うに、実際の機関回転速度Nに応じて状態変数量xIn
x2+ x3+ x4およびDUNに初期値を与え、
ステップ39へ進む。
ステップ33でアイドル回転速度制御が初めて入ったも
のではない場合は、ステハブ35でアイドル回転速度の
目標値Nrと実際値Nの備差SAを計算する。ステップ
36では、制御を始めてから前の周期までの回転速度の
偏差SAを加算していて、結果をDUNというレジスタ
に移す。ステップ37では、回転速度の実際値Nの基準
設定値Na (例えば650rpm )からのズレδN
を計算する。ステップあでは、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す状態変数量x
1〜X3(前回計算値)と、計算された制御入力値δP
AおよびδITと、さらに制御出力値であるδNとを重
み付は加算して、各状態変数量X、〜x4を計算する。
のではない場合は、ステハブ35でアイドル回転速度の
目標値Nrと実際値Nの備差SAを計算する。ステップ
36では、制御を始めてから前の周期までの回転速度の
偏差SAを加算していて、結果をDUNというレジスタ
に移す。ステップ37では、回転速度の実際値Nの基準
設定値Na (例えば650rpm )からのズレδN
を計算する。ステップあでは、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す状態変数量x
1〜X3(前回計算値)と、計算された制御入力値δP
AおよびδITと、さらに制御出力値であるδNとを重
み付は加算して、各状態変数量X、〜x4を計算する。
但し、(6)式の行列(A−GC月末、
の形で、有限整定オブザーノ;を形成した例である。
なお、(A、B、C)は可観測正準形を用(・て(・る
。
。
ステップ39では、推定された機関のダイナミックな内
部状態変数量X、〜X4とDUNに最適ゲインにの要素
に、jを乗じて加算し、基準設定値(PA)aおよびl
7Ll’、に対し制御入力値をどれだけ増量する力・を
計算する。
部状態変数量X、〜X4とDUNに最適ゲインにの要素
に、jを乗じて加算し、基準設定値(PA)aおよびl
7Ll’、に対し制御入力値をどれだけ増量する力・を
計算する。
第6図の係数E)ij + gi+ kij等は、予め
求めておし・テマイクロコンビーータ等に記憶してお(
。
求めておし・テマイクロコンビーータ等に記憶してお(
。
以上の手順で、アイドル回転速度が一定の状態における
種々の外乱に対する過渡応答と、アイドル回転速度の目
標値を変更した場合の過渡応答を実験した結果を、従来
のPI制御とこの発明による多変数制御とで比較したの
が第7図ないし第10図である。
種々の外乱に対する過渡応答と、アイドル回転速度の目
標値を変更した場合の過渡応答を実験した結果を、従来
のPI制御とこの発明による多変数制御とで比較したの
が第7図ないし第10図である。
第7図はクラッチ接続時(10点で半クラツチ接続、但
しブレーキを踏んでいる)のアイドル回転速度Nの過渡
応答を示し、(A)は従来のPI制御、(Blはこの発
明の多変数制御の場合である。第8図をまクラッチ遮断
時(10点で遮断)の過渡応答を示し、囚は従来方法、
(B)はこの発明の方法の場合である。
しブレーキを踏んでいる)のアイドル回転速度Nの過渡
応答を示し、(A)は従来のPI制御、(Blはこの発
明の多変数制御の場合である。第8図をまクラッチ遮断
時(10点で遮断)の過渡応答を示し、囚は従来方法、
(B)はこの発明の方法の場合である。
第9図はエアコンをオンし、目標アイドル回転速度Nr
を80Orpmに移行した場合、およびエアコンをオフ
し、目標アイドル回転速度Nrを650rpmに戻した
場合の過渡応答を示し、(A)は従来方法、(Blはこ
の発明の方法の場合である。第10図は無負荷高回転状
態から目標値Nr ” 650rpmにコーステイング
する場合の過渡応答を示し、(A)は従来方法、CB+
はこの発明の方法の場合である。第7図ないし第10図
から明らかなように、いずれの場合もこの発明の方法に
よる方が、過渡応答性が大幅に改善されていることがわ
かる。なお、第7図(A)ではアイドル回転速度が目標
値Nrに整冗しない。
を80Orpmに移行した場合、およびエアコンをオフ
し、目標アイドル回転速度Nrを650rpmに戻した
場合の過渡応答を示し、(A)は従来方法、(Blはこ
の発明の方法の場合である。第10図は無負荷高回転状
態から目標値Nr ” 650rpmにコーステイング
する場合の過渡応答を示し、(A)は従来方法、CB+
はこの発明の方法の場合である。第7図ないし第10図
から明らかなように、いずれの場合もこの発明の方法に
よる方が、過渡応答性が大幅に改善されていることがわ
かる。なお、第7図(A)ではアイドル回転速度が目標
値Nrに整冗しない。
第11図は高速回転中にギヤをニュートラルにした場合
の実験結果で、(Alは二一一トラルスインチをアイド
ル判定に入れた従来方法、(B)はニュートラルスイッ
チをアイドル判定に入れないこの発明の方法をそれぞれ
示す。(Blの方が目標回転速度Nr ”” 650r
pmからの落込みが小さいことがわかる。
の実験結果で、(Alは二一一トラルスインチをアイド
ル判定に入れた従来方法、(B)はニュートラルスイッ
チをアイドル判定に入れないこの発明の方法をそれぞれ
示す。(Blの方が目標回転速度Nr ”” 650r
pmからの落込みが小さいことがわかる。
なお、(B)では機関回転速度が1.1.0Orpmを
通過する点t、で、第6図のステップ34で説明した初
期値をセントしている。
通過する点t、で、第6図のステップ34で説明した初
期値をセントしている。
第12図はエンジンブレーキで減速後にクラッチを切っ
た場合の実験結果であり、(Alは従来方法、(Blは
この発明の方法である。期間t。〜t1中にエンジンブ
レーキで減速し、時刻【1でクラッチを切っている。(
B)の方が目標回転速度Nrからの落込みが小さいこと
がわかる。
た場合の実験結果であり、(Alは従来方法、(Blは
この発明の方法である。期間t。〜t1中にエンジンブ
レーキで減速し、時刻【1でクラッチを切っている。(
B)の方が目標回転速度Nrからの落込みが小さいこと
がわかる。
前述したように、この発明における内燃機関の制御を力
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)、点火時期、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)から選択さ
れたいずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せを用い
ることができ、上述の実施例では、バイノくス空気量の
相当量であるV C’Mバルブの制御ソレノイドの駆動
ノ(117幅と点火時期とを制御入力とする場合につい
て説明した。
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)、点火時期、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)から選択さ
れたいずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せを用い
ることができ、上述の実施例では、バイノくス空気量の
相当量であるV C’Mバルブの制御ソレノイドの駆動
ノ(117幅と点火時期とを制御入力とする場合につい
て説明した。
(発明の効果)
以上説明したように、この発明の内燃機関のアイドル回
転速度制御方法によれば、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
度制御を行なし・、しかも内燃機関のダイナミックな状
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うにしたた
め、アイドル状態で問題となる失火外乱や負荷外乱なと
の外乱に対する制御過渡応答を最適にでき、しかも制御
自由度を上げて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るという効果が得られる。
転速度制御方法によれば、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
度制御を行なし・、しかも内燃機関のダイナミックな状
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うにしたた
め、アイドル状態で問題となる失火外乱や負荷外乱なと
の外乱に対する制御過渡応答を最適にでき、しかも制御
自由度を上げて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るという効果が得られる。
そして特に、アイドル判定を、アイドルスイッチおよび
車速と機関回転速度との比に注目して行なう構成とした
ため、高速回転中のギヤ抜き時にエンストしにくく、か
つエンジンブレーキで減速した後の耐ストール性が向上
し、より安定なアイドル運転を実現できるという効果が
得られる。
車速と機関回転速度との比に注目して行なう構成とした
ため、高速回転中のギヤ抜き時にエンストしにくく、か
つエンジンブレーキで減速した後の耐ストール性が向上
し、より安定なアイドル運転を実現できるという効果が
得られる。
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図の積分動作とゲインブロックの詳細な
構成図、第5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6図はこの発明による制御方法を説明
するフローチャート、第7図(A)(B)はクラッチ接
続時の過渡応答の実験結果を示す図、第8図(AXBI
はクラッチ遮断時の過渡応答の実験結果を示す図、第9
図(A)(B+はエアコンのオンオフ時の過渡応答の実
験結果を示す図、第10図(A)(B)はコーステイン
グ時の過渡応答の実験結果を示す図、第11図(A)(
B)はアイドル判定に二一一トラルスインチを用いた場
合と用いない場合の高速ギヤ抜き時の実験結果を示す図
、第12図(A)(Blはエンジンブレーキで減速後に
クラッチを切った場合の実験結果を示す図である。 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・・・二一一トラルスイノチ、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
分動作とゲインブロック、N・・・アイドル回転速度の
実際値、 Nr・・・アイドル回転速度の目標値、N、・・・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、 IT・・・点火時期、 !(=xi)・・・状態
変数量、X(”Xi)・・・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 − 幕3図 竿、4U!J 4 幕7図 (A) g!f藺i(S扛) (8ン 時間f、(Seり 革、8r:!J (A] (8) 時開t(6eり 秦デ図 (A〕 ’B%MIf;(sec) (δン 吟%’T 6 (seす 21E、 10凹 (A) CB)
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図の積分動作とゲインブロックの詳細な
構成図、第5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6図はこの発明による制御方法を説明
するフローチャート、第7図(A)(B)はクラッチ接
続時の過渡応答の実験結果を示す図、第8図(AXBI
はクラッチ遮断時の過渡応答の実験結果を示す図、第9
図(A)(B+はエアコンのオンオフ時の過渡応答の実
験結果を示す図、第10図(A)(B)はコーステイン
グ時の過渡応答の実験結果を示す図、第11図(A)(
B)はアイドル判定に二一一トラルスインチを用いた場
合と用いない場合の高速ギヤ抜き時の実験結果を示す図
、第12図(A)(Blはエンジンブレーキで減速後に
クラッチを切った場合の実験結果を示す図である。 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・・・二一一トラルスイノチ、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
分動作とゲインブロック、N・・・アイドル回転速度の
実際値、 Nr・・・アイドル回転速度の目標値、N、・・・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、 IT・・・点火時期、 !(=xi)・・・状態
変数量、X(”Xi)・・・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 − 幕3図 竿、4U!J 4 幕7図 (A) g!f藺i(S扛) (8ン 時間f、(Seり 革、8r:!J (A] (8) 時開t(6eり 秦デ図 (A〕 ’B%MIf;(sec) (δン 吟%’T 6 (seす 21E、 10凹 (A) CB)
Claims (1)
- 内燃機関のアイドル時に、アイドル回転速度の目標値N
rと実際値Nの偏差SAに基づいてアイドル回転速度を
フィードバン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スロットルバルブを
バイパスして該内燃機関に供給されるバイパス空気量も
しくは該バイパス空気量に相当する量、該内燃機関の点
火時期、該内燃機関への燃料供給量もしくは該燃料供給
量に相当する量および該内燃機関への排気還流量もしく
は該排気還流量に相当する量から選択されるいずれか1
つまたは任意の2つ以上の組合せと、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当な次数の状態変数
量xi(i=1.2.・・・、n)を推定し、該推定さ
れた状態変数量x1から前記制御入力値を決定し、さら
に、アイドル回転速度制御を行なうかどうかの判定を、
スロットルバルブスイッチ、車速と機関回転速度との比
および機関回転速度によって行なう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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58018100A JPS59145338A (ja) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58018100A JPS59145338A (ja) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59145338A true JPS59145338A (ja) | 1984-08-20 |
JPS6340928B2 JPS6340928B2 (ja) | 1988-08-15 |
Family
ID=11962202
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58018100A Granted JPS59145338A (ja) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59145338A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63154862A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | 内燃機関の電子制御装置 |
-
1983
- 1983-02-08 JP JP58018100A patent/JPS59145338A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63154862A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | 内燃機関の電子制御装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6340928B2 (ja) | 1988-08-15 |
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