シミュレーション装置、シミュレーション方法及びシミュレーションプログラム
【課題】精度の高い出力データを求めることのできるシミュレーション装置を提供する。
【解決手段】シミュレーション装置は、対象の状態を推定するモデルを作成する装置である。シミュレーションモデル作成手段は、対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成する。第１の修正関数生成手段は、シミュレーションモデルに入力データを入力して得られる中間データを対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する。第１の補正手段は、中間データを第１の修正関数で補正する。第２の修正関数生成手段は、シミュレーションモデルに第１の補正手段により補正された中間データを入力して得られる出力データを対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する。第２の補正手段は、出力データを第２の修正関数で補正する。このようにすることで、出力データを実測データに精度良く近似させることができる。
【解決手段】シミュレーション装置は、対象の状態を推定するモデルを作成する装置である。シミュレーションモデル作成手段は、対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成する。第１の修正関数生成手段は、シミュレーションモデルに入力データを入力して得られる中間データを対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する。第１の補正手段は、中間データを第１の修正関数で補正する。第２の修正関数生成手段は、シミュレーションモデルに第１の補正手段により補正された中間データを入力して得られる出力データを対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する。第２の補正手段は、出力データを第２の修正関数で補正する。このようにすることで、出力データを実測データに精度良く近似させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象の物理的なモデルを正確に得ることができれば、ある目的に適合するように所定の操作を加えて対象を精密に制御することが可能である。しかし、実際の対象は、各種の要素が相互に複雑に関係しており、正確な物理モデルを構築することは困難であることが多い。そこで、特許文献１に記載の技術では、まず、エンジンの物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを設定すると共に、実機で粗く実測する。次に、シミュレーションモデルにより算出された出力データと実測データとの差に基づいて修正関数を導出し、出力データと修正関数とを組み合わせて最終モデルとする。特許文献１に記載の技術では、この最終モデルを用いて出力データの最終適合値を決定している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７８２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、出力データと実測データの間の誤差発生は、シミュレーションモデルで予測し切れていない現象や、元々考慮していない現象等、種々の現象や要因に起因している。そのため、誤差が単純な傾向を示すものでなくなることがあり、この場合、特許文献１に記載されたシミュレーションモデルに修正関数を組み合わせた最終モデルを用いても、精度良く出力データを近似することが難しくなる。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、より精度の高い出力データを求めることのできるシミュレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション装置は、前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段と、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段と、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段と、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段と、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段と、を備える。
【０００７】
上記のシミュレーション装置は、対象の状態を推定するモデルを作成する装置である。前記シミュレーションモデル作成手段は、前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成する。ここで作成されたシミュレーションモデルは、修正関数で補正される前のモデルである。前記第１の修正関数生成手段は、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する。前記第１の補正手段は、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する。前記第２の修正関数生成手段は、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する。前記第２の補正手段は、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する。これらの手段は、例えばコンピュータのＣＰＵ（Central Processor Unit）により実現される。このように、中間データについて修正関数で補正することで、出力データを前記出力データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【０００８】
上記のシミュレーション装置の好適な実施例は、前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データと前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データとの差分を基に前記第１の修正関数を生成する。
【０００９】
上記のシミュレーション装置の他の一態様は、前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データにおける所定のパラメータの値を、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データにおける前記所定のパラメータの値に近づける第１の修正関数を生成し、前記第１の補正手段は、前記第１の修正関数で前記中間データにおける所定のパラメータの値を補正すると共に、補正された前記所定のパラメータを基に前記中間データを補正する。これにより、中間データと前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データとの差分の傾向が複雑な場合であっても、中間データを前記中間データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【００１０】
本発明の他の観点では、対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション方法は、前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成工程と、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成工程と、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正工程と、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正工程により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成工程と、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正工程と、を備える。この方法によっても、出力データを前記出力データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【００１１】
本発明の更なる他の観点では、コンピュータによって実行されるシミュレーションプログラムは、対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段、として前記コンピュータを機能させる。このプログラムによっても、出力データを前記出力データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るシミュレーション装置１００を示す模式図である。シミュレーション装置１００は、コンピュータ１と、計測装置２と、エンジン３とを備える。エンジン３には、トルクセンサ等の各種のセンサが取り付けられている。各センサの出力信号は、計測装置２に取り込まれる。また、計測装置２は、エンジン３の吸気バルブ及び排気バルブの動作タイミングや、燃料噴射弁の開度等を制御できる。コンピュータ１と計測装置２とは接続されており、計測装置２は、コンピュータ１からの指令に従って、所定の制御条件の下でエンジン３を運転する。エンジン３の状態は各種センサによって計測される。計測装置２は、それらセンサの出力信号に基づいて実測データを生成し、これをコンピュータ１に送信する。
【００１４】
コンピュータ１は、ＣＰＵ（Central Processor Unit）１１と、メモリ１２と、入力装置１３と、ハードディスク１４と、ディスプレイ１５と、インターフェース１６とを備える。これらは、システムバス１０を介して接続されている。ＣＰＵ１１は、コンピュータ１の制御中枢として機能すると共に、各種のプログラムを実行する。メモリ１２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）であり、ＣＰＵ１１の作業領域として機能し、そこには処理途中のデータ等が記憶される。ハードディスク１４には、シミュレーションモデルが記憶されている。シミュレーションモデルは、プログラムやデータより構成されており、ＣＰＵ１１によってメモリ１２にロードされる。
【００１５】
入力装置１３は、例えばキーボードやマウスであり、オペレータが指示を入力するための入力手段として機能する。インターフェース１６は、外部機器との間で通信を行う機能を有する。ＣＰＵ１１は、インターフェース１６を介して計測装置２へ指令を送信したり、計測装置２から実測データを取得したりすることができる。
【００１６】
以下では、本発明のシミュレーションモデルの作成方法の実施形態について具体的に説明する。
【００１７】
[第１実施形態]
最初に、本発明の第１実施形態に係るシミュレーションモデル作成方法について具体的に説明する。
【００１８】
まず、シミュレーション装置１００は、ユーザにより設定された制御条件の下、シミュレーションモデルを作成する。ここで言うシミュレーションモデルは、修正関数による補正がされる前のモデルであり、対象の物理的な性質を考慮した物理モデルとして与えられる。第１実施形態では、エンジン３の可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）に対するトルクの傾向を導出するシミュレーションモデルの例について説明する。なお、以下の説明では、可変バルブタイミングを単にＶＶＴと称することとする。
【００１９】
このシミュレーションモデルでは、入力データとしてクランク角が入力され、シミュレーションモデルの計算途中に算出される中間データとして、クランク角に対するエンジン３の気筒内の筒内圧の大きさを示すグラフである筒内圧波形が算出される。そして、当該筒内圧波形がシミュレーションモデルに再度入力されることで、出力データとして、ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフが求められる。このグラフより、ＶＶＴに対するトルクの傾向を知ることができる。
【００２０】
図２に、クランク角に対する筒内圧を示すグラフ、即ち筒内圧波形の一例を示す。図２において、横軸はクランク角を示し、縦軸は筒内圧の大きさを示す。図３に、ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフの一例を示す。図３において、横軸はＶＶＴを示し、縦軸はトルクの大きさを示す。
【００２１】
図２において、実線で示すグラフ２１は、シミュレーションモデルの中間データとして算出された筒内圧波形を示す。波線で示すグラフ２２は、シミュレーションモデルで設定された制御条件と同じ制御条件下において動作させたエンジン３において実測された筒内圧波形を示す。
【００２２】
図２に示すように、グラフ２１で示される筒内圧波形は、グラフ２２で示される実測された筒内圧波形とずれが生じている。このずれが生じる原因は、シミュレーションモデルでは、予測し切れていない現象や、元々考慮していない現象等が存在しているためであると考えられる。
【００２３】
図３において、実線で示すグラフ３１は、中間データとして算出された筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフである。波線で示すグラフ３２は、シミュレーションモデルで設定された制御条件と同じ制御条件下において動作させたエンジン３において、ＶＶＴに対するトルクの大きさを実測したときのグラフである。
【００２４】
図３に示すように、シミュレーションモデルより算出されたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３１は、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３２と大きくずれが生じている。これは、先に述べたように、シミュレーションモデルに入力される筒内圧波形が、既に、実測された筒内圧波形とずれが生じているためである。このように大きくずれが生じている場合、グラフ３１を、グラフ３２に近づける近似を行おうとしても、精度良く近似することは難しい。
【００２５】
そこで、本発明の第１実施形態では、シミュレーション装置１００は、シミュレーションモデルの中間データとして算出された筒内圧波形を実測された筒内圧波形に近づける修正関数を求めることとする。この修正関数が、本発明における第１の修正関数に該当する。
【００２６】
具体的には、修正関数は、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形と実測された筒内圧波形との差分に基づいて求められる。例えば、クランク角に対し、当該差分の値が略一定であるならば、当該差分の値が修正関数として求められる。また、クランク角に対し、当該差分の値が略一定の割合で増加していれば、当該差分の値は一次関数として表すことができるので、当該一次関数が修正関数として求められる。そして、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形は、修正関数で補正された後、シミュレーションモデルに入力されることとなる。
【００２７】
図２において、一点鎖線で示すグラフ２３は、修正関数で補正された筒内圧波形を示している。図３に示すように、このグラフ２３は、実測された筒内圧波形のグラフ２２に近づいている。
【００２８】
図３において、一点鎖線で示すグラフ３３は、修正関数で補正された筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフである。
【００２９】
図３に示すように、修正関数で補正された筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３３は、先に述べた修正関数で補正されていない筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３１と比較して、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３２とずれが小さくなっている（矢印３６を参照）。従って、グラフ３３をグラフ３２に近似することは、グラフ３１をグラフ３２に近似するのに比較して、精度良く近似することが可能となる。
【００３０】
本発明の第１実施形態では、シミュレーション装置１００は、グラフ３３をグラフ３２に近似する具体的な方法として、グラフ３３をグラフ３２に近づける修正関数を求めることとする。この修正関数が、本発明における第２の修正関数に該当する。この修正関数は、グラフ３３に示すシミュレーションモデルにより算出されたトルクの大きさとグラフ３２に示す実測されたトルクの大きさとの差分に基づいて求められる。例えば、ＶＶＴに対し、当該差分の値が略一定であるならば、当該差分の値が修正関数として求められる。また、ＶＶＴに対し、当該差分の値が略一定の割合で増加しているのであれば、当該差分の値は一次関数として表すことができるので、当該一次関数が修正関数として求められる。シミュレーションモデルにより求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを修正関数で補正することで、図３の矢印３７に示すように、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさに近似することができる。このようにして、シミュレーションモデルの最終モデルが生成される。
【００３１】
（シミュレーションモデル作成処理）
次に、第１実施形態に係るシミュレーションモデル作成処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明することとする。図４は、シミュレーションモデル作成処理を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、ユーザは、クランク角やＶＶＴなどの計測条件を決定する（ステップＳ１０１）。そして、コンピュータ１は、当該計測条件を基にエンジン３より筒内圧波形やトルクの大きさなどの実測データを計測する（ステップＳ１０２）。
【００３３】
コンピュータ１は、ユーザにより設定された制御条件の下、ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すシミュレーションモデルを作成する（ステップＳ１０３）。このシミュレーションモデルによって求められるＶＶＴに対するトルクの大きさは、図３で示したように、実測されたトルクの大きさと大きな誤差が生じる。
【００３４】
次に、コンピュータ１は、シミュレーションモデルに入力データ、ここではクランク角を入力し、シミュレーションモデルの中間データ、上述の例では、筒内圧波形を算出するまでシミュレーションを実行する（ステップＳ１０４）。これにより、図２のグラフ２１で示した筒内圧波形が算出される。そして、コンピュータ１は、中間データと当該中間データに対応する実測データとの差分を算出した後、当該差分を基に第１の修正関数を求める（ステップＳ１０５）。上述の例では、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形と実測された筒内圧波形との差分を求めた後、当該差分を基に第１の修正関数を求める。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第１の修正関数生成手段として機能する。
【００３５】
コンピュータ１は、シミュレーションモデルにより算出された中間データを第１の修正関数で補正した後（ステップＳ１０６）、シミュレーションモデルに再入力してシミュレーションを実行し、出力データを算出する（ステップＳ１０７）。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第１の補正手段として機能する。上述の例では、図２に示したように、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形を第１の修正関数で補正して、実測された筒内圧波形に近づけた後、シミュレーションモデルに再入力してシミュレーションを実行し、ＶＶＴに対するトルクの大きさを出力データとして求める。このトルクの大きさのグラフが、図３のグラフ３３で示される。
【００３６】
コンピュータ１は、このようにしてシミュレーションモデルにより求められた出力データと当該出力データに対応する実測データとの差分を算出した後、当該差分を基に第２の修正関数を求める（ステップＳ１０８）。上述の例では、シミュレーションモデルにより求められたＶＶＴに対するトルクの大きさと実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさとの差分を求めた後、当該差分を基に第２の修正関数を求める。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第２の修正関数生成手段として機能する。
【００３７】
コンピュータ１は、シミュレーションモデルにより求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを第２の修正関数で補正することで、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさに精度良く近似することができる。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第２の補正手段として機能する。このように、コンピュータ１は、シミュレーションモデルと第１の修正関数と第２の修正関数を基に最終モデルを作成する（ステップＳ１０９）。
【００３８】
以上のことから分かるように、第１実施形態では、まず、対象の状態を示すシミュレーションモデルが作成される。次に、作成されたシミュレーションモデルの中間データについて修正関数（第１の修正関数）が求められて補正された後、シミュレーションモデルに再入力される。そして、シミュレーションモデルにより算出された出力データについても修正関数（第２の修正関数）が求められて補正される。このようにすることで、出力データを当該出力データに対応する実測データに精度良く近似することができる。
【００３９】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態に係るシミュレーションモデル作成方法について具体的に説明する。
【００４０】
上述の第１実施形態では、シミュレーション装置１００は、シミュレーションモデルにより求められた中間データと当該中間データに対応する実測データとの差分を基に当該中間データを補正するための修正関数を求め、当該中間データを修正関数で補正している。本発明の第２実施形態では、シミュレーション装置１００は、シミュレーションモデルにより求められた中間データと当該中間データに対応する実測データとの差分を基に修正関数を求める代わりに、中間データにおける所定のパラメータの値を、前記中間データに対応する実測データにおける所定のパラメータの値に近づける修正関数が生成され、中間データにおける所定のパラメータが当該修正関数で補正される。そして、シミュレーション装置１００は、補正された所定のパラメータを基に中間データを補正する。以下では、第１実施形態と同様のシミュレーションモデルを用いて説明することとする。
【００４１】
図５（ａ）は、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形のグラフ４１と実測された筒内圧波形のグラフ４２を示している。図５（ａ）において、横軸はクランク角を示し、縦軸は筒内圧の大きさを示す。ここで、クランク角をθ、グラフ４１で示される筒内圧の大きさをθの関数Ｐｐ（θ）、グラフ４２で示される実測された筒内圧の大きさをθの関数Ｐｍ（θ）と示すこととする。図５（ｂ）は、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧の大きさＰｐ（θ）と実測された筒内圧の大きさＰｍ（θ）の差分（Ｐｍ（θ）−Ｐｐ（θ））の大きさを示すグラフである。図５（ｂ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸はＰｍ（θ）−Ｐｐ（θ）の大きさを示す。なお、以下の説明において、添字ｍは、実測による値であることを示し、添字ｐは、シミュレーションによる値であることを示すこととする。また、以下の説明において、Ｐｐ（θ）はＰｐと、Ｐｍ（θ）はＰｍと略すこともある。
【００４２】
図５（ｂ）のグラフでは、差分（Ｐｍ（θ）−Ｐｐ（θ））の大きさは、クランク角に対する傾向が複雑なものとなっている。この場合、クランク角θに対し、一次関数などの低次の多項式で表すことは難しい。このことから分かるように、差分（Ｐｍ（θ）−Ｐｐ（θ））の大きさは、常に一次関数などの低次の多項式で示すことができる訳ではなく、このように差分のクランク角に対する傾向が複雑な場合には、シミュレーションモデルより算出された筒内圧Ｐｐを示す筒内圧波形を、当該差分の大きさを基に修正関数を求めて近似したとしても、実測により算出された筒内圧Ｐｍを示す筒内圧波形に精度良く近似することは難しい。
【００４３】
そこで、第２実施形態では、シミュレーション装置１００は、まず、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形を実測された筒内圧波形に近似する際、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形及び実測された筒内圧波形を夫々、中間データの他の一形態である熱発生率波形に変換して燃焼期間等のパラメータを算出する。
【００４４】
図６（ａ）は、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形のグラフを示している。図６（ａ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸は筒内圧Ｐｐの大きさを示す。図６（ｂ）は、当該筒内圧波形を基に求められた熱発生率波形のグラフを示している。図６（ｂ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸は熱発生率ｄＱｐ／ｄθの大きさを示す。ここで、熱発生率ｄＱｐ／ｄθは、熱発生量Ｑｐをクランク角θで微分した値である。熱発生率ｄＱｐ／ｄθは、熱力学第１法則を用いることで、筒内圧Ｐｐより求められる。言い換えると、熱発生率波形と筒内圧波形は、熱力学第１法則を用いることで互いに変換可能である。
【００４５】
図７（ａ）は、熱発生率ｄＱｐ／ｄθをθで積分して求められた熱発生量Ｑｐを理論熱発生量Ｑｆで規格化したもの、即ち、Ｑｐ／Ｑｆのグラフである。図７（ａ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸はＱｐ／Ｑｆの大きさを示す。図７に示すグラフにおいて、Ｑｐ／Ｑｆが５０％となるときのクランク角θ５０,ｐを５０％燃焼時期のパラメータとして、Ｑｐ／Ｑｆが１０から７０％となるときのクランク角の期間θ１０−７０,ｐを１０−７０％燃焼期間のパラメータとして、排気弁開弁時期ＥＶＯ（クランク角θＥＶＯ）のときのＱｐ／Ｑｆを燃焼効率ηｃ,ｐのパラメータとして、シミュレーション装置１００は夫々求める。
【００４６】
実測された筒内圧波形についても、上述したのと同様にして、熱発生率波形に変換して、上述の各パラメータを求める。具体的には、熱発生率ｄＱｍ／ｄθを筒内圧Ｐｍより求めて、Ｑｍ／Ｑｆのグラフを求める。図７（ｂ）は、熱発生率ｄＱｍ／ｄθを基に求められた熱発生量Ｑｍを理論熱発生量Ｑｆで規格化したもの、即ち、Ｑｍ／Ｑｆのグラフである。そして、当該Ｑｍ／Ｑｆのグラフより、Ｑｍ／Ｑｆが５０％となるときのクランク角θ５０,ｍを５０％燃焼時期のパラメータとして、Ｑｍ／Ｑｆが１０から７０％となるときのクランク角の期間θ１０−７０,ｍを１０−７０％燃焼期間のパラメータとして、排気弁開弁時期ＥＶＯのときのＱｍ／Ｑｆを燃焼効率ηｃ,ｍのパラメータとして、シミュレーション装置１００は夫々求める。
【００４７】
次に、シミュレーション装置１００は、上述の各パラメータについて実測により求められた場合の値とシミュレーションモデルにより求められた場合の値との差分を求める。即ち、５０％燃焼時期の差分Δθ５０＝θ５０,ｍ−θ５０,ｐ、１０−７０％燃焼期間の差分Δθ１０−７０＝θ１０−７０,ｍ−θ１０−７０,ｐ、燃焼効率の差分Δηｃ＝ηｃ,ｍ−ηｃ,ｐを求める。シミュレーション装置１００は、これらの各パラメータについての差分を夫々、ＶＶＴやエンジン回転数などの所定の制御変数における複数の値について求める。
【００４８】
図８は、制御変数の複数の値に対する燃焼効率の差分Δηｃの値を示すグラフである。図８において、横軸は制御変数を示し、縦軸は燃焼効率の差分Δηｃを示す。図８における４つの黒点６１は、例として、４つの制御変数の値Ｋ１〜Ｋ４について求められた燃焼効率の差分Δηｃの値をプロットしたものである。グラフ６２は、プロットされた当該燃焼効率の差分Δηｃの値を基に、最小二乗法などの統計処理を用いて近似したグラフである。シミュレーション装置１００は、このグラフ６２を示す関数Δηｋを修正関数として、シミュレーションモデルにより求められた燃焼効率ηｃ,ｐを当該修正関数で補正した燃焼効率ηｋ,ｐ（＝ηｃ,ｐ＋Δηｋ）を求める。この燃焼効率ηｋ,ｐは、実測により求められた燃焼効率ηｃ,ｍに近い値となる。
【００４９】
シミュレーション装置１００は、同様にして、５０％燃焼時期の差分Δθ５０、１０−７０％燃焼期間の差分Δθ１０−７０についても夫々、複数の制御変数の値についての差分の値を求めて制御変数−パラメータのグラフ上にプロットし、プロットされたパラメータの差分の値を基に、最小二乗法などの統計処理を用いて近似した関数（修正関数）を求める。このようにして求められた、５０％燃焼時期の修正関数をΔθｋ,５０、１０−７０％燃焼期間の修正関数をΔθｋ,１０−７０とする。そして、シミュレーション装置１００は、修正関数で補正した５０％燃焼時期θｋ,５０（＝θ５０,ｐ＋Δθｋ,５０）、修正関数で補正した１０−７０％燃焼期間θｋ,１０−７０（＝θ１０−７０,ｐ＋Δθｋ,１０−７０）を求める。これらのパラメータθｋ,５０、θｋ,１０−７０は夫々、実測により求められたパラメータθ５０,ｍ、θ１０−７０,ｍに近い値となる。
【００５０】
シミュレーション装置１００は、このようにして求められたパラメータηｋ,ｐ、θｋ,５０、θｋ,１０−７０を基にして、熱発生率ｄＱｐ／ｄθのグラフを補正し、補正された熱発生率ｄＱｐ／ｄθのグラフ、即ち、補正された発生率波形を筒内圧波形に再度変換する。このようにして、求められた筒内圧波形は、パラメータηｋ,ｐ、θｋ,５０、θｋ,１０−７０を基にして補正されたものであるので、上述の修正関数が反映されたものとなっている。この求められた筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して出力データを得る。このようにすることで、筒内圧波形の差分のクランク角に対する傾向が複雑な場合であっても精度良く近似することができる。
【００５１】
（修正関数算出処理）
次に、第２実施形態に係る修正関数算出処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明することとする。図９は、修正関数算出処理を示すフローチャートである。
【００５２】
コンピュータ１は、シミュレーションモデルに入力データ、ここではクランク角を入力し、筒内圧波形を算出するまでシミュレーションを実行する（ステップＳ１１１）。ここまでの動作は、第１実施形態に係るシミュレーションモデル生成処理におけるステップＳ１０４までの動作と同様である。コンピュータ１は、シミュレーションモデルより算出された筒内圧波形を熱効率波形へ変換した後（ステップＳ１１２）、各パラメータ、即ち、５０％燃焼時期θ５０,ｐ、１０−７０％燃焼期間θ１０−７０,ｐ、燃焼効率ηｃ,ｐの各パラメータを求める（ステップＳ１１３）。
【００５３】
また、コンピュータ１は、実測データを基に筒内圧波形を算出する（ステップＳ１１４）。コンピュータ１は、実測データを基に算出された筒内圧波形を熱効率波形へ変換した後（ステップＳ１１５）、各パラメータ、即ち、５０％燃焼時期θ５０,ｍ、１０−７０％燃焼期間θ１０−７０,ｍ、燃焼効率ηｃ,ｍの各パラメータを求める（ステップＳ１１６）。
【００５４】
コンピュータ１は、各パラメータの差分、即ち、５０％燃焼時期の差分Δθ５０＝θ５０,ｍ−θ５０,ｐ、１０−７０％燃焼期間の差分Δθ１０−７０＝θ１０−７０,ｍ−θ１０−７０,ｐ、燃焼効率の差分Δηｃ＝ηｃ,ｍ−ηｃ,ｐを夫々、所定の制御変数における複数の値について算出する（ステップＳ１１７）。コンピュータ１は、これら各パラメータの差分を基に修正関数、即ち、修正関数Δηｋ、Δθｋ,５０、Δθｋ,１０−７０を求める（ステップＳ１１８）。次に、コンピュータ１は、修正関数で修正した各パラメータ、即ち、燃焼効率ηｋ,ｐ（＝ηｃ,ｐ＋Δηｋ）、５０％燃焼時期θｋ,５０（＝θ５０,ｐ＋Δθｋ,５０）、１０−７０％燃焼期間θｋ,１０−７０（＝θ１０−７０,ｐ＋Δθｋ,１０−７０）を求める（ステップＳ１１９）。
【００５５】
コンピュータ１は、修正関数で修正した各パラメータを基に、熱発生率波形を補正した後（ステップＳ１２０）、筒内圧波形に再度変換して（ステップＳ１２１）、処理を終了する。この後の動作は、第１実施形態に係るシミュレーションモデル作成処理におけるステップＳ１０６以降の動作と同様である。即ち、コンピュータ１は、補正後の筒内圧波形をシミュレーションモデルに再入力し、出力データを算出する。
【００５６】
以上のことから分かるように、第２実施形態では、シミュレーション装置１００は、中間データにおける所定のパラメータの値を、対象の状態を実測して得られた当該中間データに対応する実測データにおける所定のパラメータの値に近づける修正関数を生成し、当該中間データにおける所定のパラメータを当該修正関数で補正する。そして、シミュレーション装置１００は、当該中間データを、補正された当該所定のパラメータを基に補正する。このようにすることで、中間データと実測データの差分の傾向が複雑な場合であっても、当該中間データを実測データに精度良く近似することができる。
【００５７】
なお、第２実施形態では、上述の方法は、中間データを当該中間データに対応する実測データに近似する場合に適用されるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに又は追加して、出力データを当該出力データに対応する実測データに近似する場合についても適用可能なのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の各実施形態に係るシミュレーション装置の模式図である。
【図２】筒内圧波形を示すグラフである。
【図３】ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフである。
【図４】シミュレーションモデル生成処理を示すフローチャートである。
【図５】筒内圧波形を示すグラフである。
【図６】筒内圧波形及び熱効率波形を示すグラフである。
【図７】熱発生量を理論熱発生量で規格化したグラフである。
【図８】制御変数の複数の値に対する上述の各パラメータの差分の値を示すグラフである。
【図９】修正関数算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１ コンピュータ
２ 計測装置
３ エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象の物理的なモデルを正確に得ることができれば、ある目的に適合するように所定の操作を加えて対象を精密に制御することが可能である。しかし、実際の対象は、各種の要素が相互に複雑に関係しており、正確な物理モデルを構築することは困難であることが多い。そこで、特許文献１に記載の技術では、まず、エンジンの物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを設定すると共に、実機で粗く実測する。次に、シミュレーションモデルにより算出された出力データと実測データとの差に基づいて修正関数を導出し、出力データと修正関数とを組み合わせて最終モデルとする。特許文献１に記載の技術では、この最終モデルを用いて出力データの最終適合値を決定している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７８２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、出力データと実測データの間の誤差発生は、シミュレーションモデルで予測し切れていない現象や、元々考慮していない現象等、種々の現象や要因に起因している。そのため、誤差が単純な傾向を示すものでなくなることがあり、この場合、特許文献１に記載されたシミュレーションモデルに修正関数を組み合わせた最終モデルを用いても、精度良く出力データを近似することが難しくなる。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、より精度の高い出力データを求めることのできるシミュレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション装置は、前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段と、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段と、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段と、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段と、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段と、を備える。
【０００７】
上記のシミュレーション装置は、対象の状態を推定するモデルを作成する装置である。前記シミュレーションモデル作成手段は、前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成する。ここで作成されたシミュレーションモデルは、修正関数で補正される前のモデルである。前記第１の修正関数生成手段は、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する。前記第１の補正手段は、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する。前記第２の修正関数生成手段は、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する。前記第２の補正手段は、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する。これらの手段は、例えばコンピュータのＣＰＵ（Central Processor Unit）により実現される。このように、中間データについて修正関数で補正することで、出力データを前記出力データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【０００８】
上記のシミュレーション装置の好適な実施例は、前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データと前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データとの差分を基に前記第１の修正関数を生成する。
【０００９】
上記のシミュレーション装置の他の一態様は、前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データにおける所定のパラメータの値を、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データにおける前記所定のパラメータの値に近づける第１の修正関数を生成し、前記第１の補正手段は、前記第１の修正関数で前記中間データにおける所定のパラメータの値を補正すると共に、補正された前記所定のパラメータを基に前記中間データを補正する。これにより、中間データと前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データとの差分の傾向が複雑な場合であっても、中間データを前記中間データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【００１０】
本発明の他の観点では、対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション方法は、前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成工程と、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成工程と、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正工程と、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正工程により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成工程と、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正工程と、を備える。この方法によっても、出力データを前記出力データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【００１１】
本発明の更なる他の観点では、コンピュータによって実行されるシミュレーションプログラムは、対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段、前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段、前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段、前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段、前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段、として前記コンピュータを機能させる。このプログラムによっても、出力データを前記出力データに対応する実測データに精度良く近似させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るシミュレーション装置１００を示す模式図である。シミュレーション装置１００は、コンピュータ１と、計測装置２と、エンジン３とを備える。エンジン３には、トルクセンサ等の各種のセンサが取り付けられている。各センサの出力信号は、計測装置２に取り込まれる。また、計測装置２は、エンジン３の吸気バルブ及び排気バルブの動作タイミングや、燃料噴射弁の開度等を制御できる。コンピュータ１と計測装置２とは接続されており、計測装置２は、コンピュータ１からの指令に従って、所定の制御条件の下でエンジン３を運転する。エンジン３の状態は各種センサによって計測される。計測装置２は、それらセンサの出力信号に基づいて実測データを生成し、これをコンピュータ１に送信する。
【００１４】
コンピュータ１は、ＣＰＵ（Central Processor Unit）１１と、メモリ１２と、入力装置１３と、ハードディスク１４と、ディスプレイ１５と、インターフェース１６とを備える。これらは、システムバス１０を介して接続されている。ＣＰＵ１１は、コンピュータ１の制御中枢として機能すると共に、各種のプログラムを実行する。メモリ１２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）であり、ＣＰＵ１１の作業領域として機能し、そこには処理途中のデータ等が記憶される。ハードディスク１４には、シミュレーションモデルが記憶されている。シミュレーションモデルは、プログラムやデータより構成されており、ＣＰＵ１１によってメモリ１２にロードされる。
【００１５】
入力装置１３は、例えばキーボードやマウスであり、オペレータが指示を入力するための入力手段として機能する。インターフェース１６は、外部機器との間で通信を行う機能を有する。ＣＰＵ１１は、インターフェース１６を介して計測装置２へ指令を送信したり、計測装置２から実測データを取得したりすることができる。
【００１６】
以下では、本発明のシミュレーションモデルの作成方法の実施形態について具体的に説明する。
【００１７】
[第１実施形態]
最初に、本発明の第１実施形態に係るシミュレーションモデル作成方法について具体的に説明する。
【００１８】
まず、シミュレーション装置１００は、ユーザにより設定された制御条件の下、シミュレーションモデルを作成する。ここで言うシミュレーションモデルは、修正関数による補正がされる前のモデルであり、対象の物理的な性質を考慮した物理モデルとして与えられる。第１実施形態では、エンジン３の可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）に対するトルクの傾向を導出するシミュレーションモデルの例について説明する。なお、以下の説明では、可変バルブタイミングを単にＶＶＴと称することとする。
【００１９】
このシミュレーションモデルでは、入力データとしてクランク角が入力され、シミュレーションモデルの計算途中に算出される中間データとして、クランク角に対するエンジン３の気筒内の筒内圧の大きさを示すグラフである筒内圧波形が算出される。そして、当該筒内圧波形がシミュレーションモデルに再度入力されることで、出力データとして、ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフが求められる。このグラフより、ＶＶＴに対するトルクの傾向を知ることができる。
【００２０】
図２に、クランク角に対する筒内圧を示すグラフ、即ち筒内圧波形の一例を示す。図２において、横軸はクランク角を示し、縦軸は筒内圧の大きさを示す。図３に、ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフの一例を示す。図３において、横軸はＶＶＴを示し、縦軸はトルクの大きさを示す。
【００２１】
図２において、実線で示すグラフ２１は、シミュレーションモデルの中間データとして算出された筒内圧波形を示す。波線で示すグラフ２２は、シミュレーションモデルで設定された制御条件と同じ制御条件下において動作させたエンジン３において実測された筒内圧波形を示す。
【００２２】
図２に示すように、グラフ２１で示される筒内圧波形は、グラフ２２で示される実測された筒内圧波形とずれが生じている。このずれが生じる原因は、シミュレーションモデルでは、予測し切れていない現象や、元々考慮していない現象等が存在しているためであると考えられる。
【００２３】
図３において、実線で示すグラフ３１は、中間データとして算出された筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフである。波線で示すグラフ３２は、シミュレーションモデルで設定された制御条件と同じ制御条件下において動作させたエンジン３において、ＶＶＴに対するトルクの大きさを実測したときのグラフである。
【００２４】
図３に示すように、シミュレーションモデルより算出されたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３１は、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３２と大きくずれが生じている。これは、先に述べたように、シミュレーションモデルに入力される筒内圧波形が、既に、実測された筒内圧波形とずれが生じているためである。このように大きくずれが生じている場合、グラフ３１を、グラフ３２に近づける近似を行おうとしても、精度良く近似することは難しい。
【００２５】
そこで、本発明の第１実施形態では、シミュレーション装置１００は、シミュレーションモデルの中間データとして算出された筒内圧波形を実測された筒内圧波形に近づける修正関数を求めることとする。この修正関数が、本発明における第１の修正関数に該当する。
【００２６】
具体的には、修正関数は、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形と実測された筒内圧波形との差分に基づいて求められる。例えば、クランク角に対し、当該差分の値が略一定であるならば、当該差分の値が修正関数として求められる。また、クランク角に対し、当該差分の値が略一定の割合で増加していれば、当該差分の値は一次関数として表すことができるので、当該一次関数が修正関数として求められる。そして、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形は、修正関数で補正された後、シミュレーションモデルに入力されることとなる。
【００２７】
図２において、一点鎖線で示すグラフ２３は、修正関数で補正された筒内圧波形を示している。図３に示すように、このグラフ２３は、実測された筒内圧波形のグラフ２２に近づいている。
【００２８】
図３において、一点鎖線で示すグラフ３３は、修正関数で補正された筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフである。
【００２９】
図３に示すように、修正関数で補正された筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３３は、先に述べた修正関数で補正されていない筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３１と比較して、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフ３２とずれが小さくなっている（矢印３６を参照）。従って、グラフ３３をグラフ３２に近似することは、グラフ３１をグラフ３２に近似するのに比較して、精度良く近似することが可能となる。
【００３０】
本発明の第１実施形態では、シミュレーション装置１００は、グラフ３３をグラフ３２に近似する具体的な方法として、グラフ３３をグラフ３２に近づける修正関数を求めることとする。この修正関数が、本発明における第２の修正関数に該当する。この修正関数は、グラフ３３に示すシミュレーションモデルにより算出されたトルクの大きさとグラフ３２に示す実測されたトルクの大きさとの差分に基づいて求められる。例えば、ＶＶＴに対し、当該差分の値が略一定であるならば、当該差分の値が修正関数として求められる。また、ＶＶＴに対し、当該差分の値が略一定の割合で増加しているのであれば、当該差分の値は一次関数として表すことができるので、当該一次関数が修正関数として求められる。シミュレーションモデルにより求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを修正関数で補正することで、図３の矢印３７に示すように、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさに近似することができる。このようにして、シミュレーションモデルの最終モデルが生成される。
【００３１】
（シミュレーションモデル作成処理）
次に、第１実施形態に係るシミュレーションモデル作成処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明することとする。図４は、シミュレーションモデル作成処理を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、ユーザは、クランク角やＶＶＴなどの計測条件を決定する（ステップＳ１０１）。そして、コンピュータ１は、当該計測条件を基にエンジン３より筒内圧波形やトルクの大きさなどの実測データを計測する（ステップＳ１０２）。
【００３３】
コンピュータ１は、ユーザにより設定された制御条件の下、ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すシミュレーションモデルを作成する（ステップＳ１０３）。このシミュレーションモデルによって求められるＶＶＴに対するトルクの大きさは、図３で示したように、実測されたトルクの大きさと大きな誤差が生じる。
【００３４】
次に、コンピュータ１は、シミュレーションモデルに入力データ、ここではクランク角を入力し、シミュレーションモデルの中間データ、上述の例では、筒内圧波形を算出するまでシミュレーションを実行する（ステップＳ１０４）。これにより、図２のグラフ２１で示した筒内圧波形が算出される。そして、コンピュータ１は、中間データと当該中間データに対応する実測データとの差分を算出した後、当該差分を基に第１の修正関数を求める（ステップＳ１０５）。上述の例では、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形と実測された筒内圧波形との差分を求めた後、当該差分を基に第１の修正関数を求める。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第１の修正関数生成手段として機能する。
【００３５】
コンピュータ１は、シミュレーションモデルにより算出された中間データを第１の修正関数で補正した後（ステップＳ１０６）、シミュレーションモデルに再入力してシミュレーションを実行し、出力データを算出する（ステップＳ１０７）。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第１の補正手段として機能する。上述の例では、図２に示したように、シミュレーションモデルにより算出された筒内圧波形を第１の修正関数で補正して、実測された筒内圧波形に近づけた後、シミュレーションモデルに再入力してシミュレーションを実行し、ＶＶＴに対するトルクの大きさを出力データとして求める。このトルクの大きさのグラフが、図３のグラフ３３で示される。
【００３６】
コンピュータ１は、このようにしてシミュレーションモデルにより求められた出力データと当該出力データに対応する実測データとの差分を算出した後、当該差分を基に第２の修正関数を求める（ステップＳ１０８）。上述の例では、シミュレーションモデルにより求められたＶＶＴに対するトルクの大きさと実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさとの差分を求めた後、当該差分を基に第２の修正関数を求める。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第２の修正関数生成手段として機能する。
【００３７】
コンピュータ１は、シミュレーションモデルにより求められたＶＶＴに対するトルクの大きさを第２の修正関数で補正することで、実測されたＶＶＴに対するトルクの大きさに精度良く近似することができる。従って、コンピュータ１のＣＰＵ１１は、本発明における第２の補正手段として機能する。このように、コンピュータ１は、シミュレーションモデルと第１の修正関数と第２の修正関数を基に最終モデルを作成する（ステップＳ１０９）。
【００３８】
以上のことから分かるように、第１実施形態では、まず、対象の状態を示すシミュレーションモデルが作成される。次に、作成されたシミュレーションモデルの中間データについて修正関数（第１の修正関数）が求められて補正された後、シミュレーションモデルに再入力される。そして、シミュレーションモデルにより算出された出力データについても修正関数（第２の修正関数）が求められて補正される。このようにすることで、出力データを当該出力データに対応する実測データに精度良く近似することができる。
【００３９】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態に係るシミュレーションモデル作成方法について具体的に説明する。
【００４０】
上述の第１実施形態では、シミュレーション装置１００は、シミュレーションモデルにより求められた中間データと当該中間データに対応する実測データとの差分を基に当該中間データを補正するための修正関数を求め、当該中間データを修正関数で補正している。本発明の第２実施形態では、シミュレーション装置１００は、シミュレーションモデルにより求められた中間データと当該中間データに対応する実測データとの差分を基に修正関数を求める代わりに、中間データにおける所定のパラメータの値を、前記中間データに対応する実測データにおける所定のパラメータの値に近づける修正関数が生成され、中間データにおける所定のパラメータが当該修正関数で補正される。そして、シミュレーション装置１００は、補正された所定のパラメータを基に中間データを補正する。以下では、第１実施形態と同様のシミュレーションモデルを用いて説明することとする。
【００４１】
図５（ａ）は、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形のグラフ４１と実測された筒内圧波形のグラフ４２を示している。図５（ａ）において、横軸はクランク角を示し、縦軸は筒内圧の大きさを示す。ここで、クランク角をθ、グラフ４１で示される筒内圧の大きさをθの関数Ｐｐ（θ）、グラフ４２で示される実測された筒内圧の大きさをθの関数Ｐｍ（θ）と示すこととする。図５（ｂ）は、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧の大きさＰｐ（θ）と実測された筒内圧の大きさＰｍ（θ）の差分（Ｐｍ（θ）−Ｐｐ（θ））の大きさを示すグラフである。図５（ｂ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸はＰｍ（θ）−Ｐｐ（θ）の大きさを示す。なお、以下の説明において、添字ｍは、実測による値であることを示し、添字ｐは、シミュレーションによる値であることを示すこととする。また、以下の説明において、Ｐｐ（θ）はＰｐと、Ｐｍ（θ）はＰｍと略すこともある。
【００４２】
図５（ｂ）のグラフでは、差分（Ｐｍ（θ）−Ｐｐ（θ））の大きさは、クランク角に対する傾向が複雑なものとなっている。この場合、クランク角θに対し、一次関数などの低次の多項式で表すことは難しい。このことから分かるように、差分（Ｐｍ（θ）−Ｐｐ（θ））の大きさは、常に一次関数などの低次の多項式で示すことができる訳ではなく、このように差分のクランク角に対する傾向が複雑な場合には、シミュレーションモデルより算出された筒内圧Ｐｐを示す筒内圧波形を、当該差分の大きさを基に修正関数を求めて近似したとしても、実測により算出された筒内圧Ｐｍを示す筒内圧波形に精度良く近似することは難しい。
【００４３】
そこで、第２実施形態では、シミュレーション装置１００は、まず、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形を実測された筒内圧波形に近似する際、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形及び実測された筒内圧波形を夫々、中間データの他の一形態である熱発生率波形に変換して燃焼期間等のパラメータを算出する。
【００４４】
図６（ａ）は、シミュレーションモデルにより求められた筒内圧波形のグラフを示している。図６（ａ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸は筒内圧Ｐｐの大きさを示す。図６（ｂ）は、当該筒内圧波形を基に求められた熱発生率波形のグラフを示している。図６（ｂ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸は熱発生率ｄＱｐ／ｄθの大きさを示す。ここで、熱発生率ｄＱｐ／ｄθは、熱発生量Ｑｐをクランク角θで微分した値である。熱発生率ｄＱｐ／ｄθは、熱力学第１法則を用いることで、筒内圧Ｐｐより求められる。言い換えると、熱発生率波形と筒内圧波形は、熱力学第１法則を用いることで互いに変換可能である。
【００４５】
図７（ａ）は、熱発生率ｄＱｐ／ｄθをθで積分して求められた熱発生量Ｑｐを理論熱発生量Ｑｆで規格化したもの、即ち、Ｑｐ／Ｑｆのグラフである。図７（ａ）において、横軸はクランク角θを示し、縦軸はＱｐ／Ｑｆの大きさを示す。図７に示すグラフにおいて、Ｑｐ／Ｑｆが５０％となるときのクランク角θ５０,ｐを５０％燃焼時期のパラメータとして、Ｑｐ／Ｑｆが１０から７０％となるときのクランク角の期間θ１０−７０,ｐを１０−７０％燃焼期間のパラメータとして、排気弁開弁時期ＥＶＯ（クランク角θＥＶＯ）のときのＱｐ／Ｑｆを燃焼効率ηｃ,ｐのパラメータとして、シミュレーション装置１００は夫々求める。
【００４６】
実測された筒内圧波形についても、上述したのと同様にして、熱発生率波形に変換して、上述の各パラメータを求める。具体的には、熱発生率ｄＱｍ／ｄθを筒内圧Ｐｍより求めて、Ｑｍ／Ｑｆのグラフを求める。図７（ｂ）は、熱発生率ｄＱｍ／ｄθを基に求められた熱発生量Ｑｍを理論熱発生量Ｑｆで規格化したもの、即ち、Ｑｍ／Ｑｆのグラフである。そして、当該Ｑｍ／Ｑｆのグラフより、Ｑｍ／Ｑｆが５０％となるときのクランク角θ５０,ｍを５０％燃焼時期のパラメータとして、Ｑｍ／Ｑｆが１０から７０％となるときのクランク角の期間θ１０−７０,ｍを１０−７０％燃焼期間のパラメータとして、排気弁開弁時期ＥＶＯのときのＱｍ／Ｑｆを燃焼効率ηｃ,ｍのパラメータとして、シミュレーション装置１００は夫々求める。
【００４７】
次に、シミュレーション装置１００は、上述の各パラメータについて実測により求められた場合の値とシミュレーションモデルにより求められた場合の値との差分を求める。即ち、５０％燃焼時期の差分Δθ５０＝θ５０,ｍ−θ５０,ｐ、１０−７０％燃焼期間の差分Δθ１０−７０＝θ１０−７０,ｍ−θ１０−７０,ｐ、燃焼効率の差分Δηｃ＝ηｃ,ｍ−ηｃ,ｐを求める。シミュレーション装置１００は、これらの各パラメータについての差分を夫々、ＶＶＴやエンジン回転数などの所定の制御変数における複数の値について求める。
【００４８】
図８は、制御変数の複数の値に対する燃焼効率の差分Δηｃの値を示すグラフである。図８において、横軸は制御変数を示し、縦軸は燃焼効率の差分Δηｃを示す。図８における４つの黒点６１は、例として、４つの制御変数の値Ｋ１〜Ｋ４について求められた燃焼効率の差分Δηｃの値をプロットしたものである。グラフ６２は、プロットされた当該燃焼効率の差分Δηｃの値を基に、最小二乗法などの統計処理を用いて近似したグラフである。シミュレーション装置１００は、このグラフ６２を示す関数Δηｋを修正関数として、シミュレーションモデルにより求められた燃焼効率ηｃ,ｐを当該修正関数で補正した燃焼効率ηｋ,ｐ（＝ηｃ,ｐ＋Δηｋ）を求める。この燃焼効率ηｋ,ｐは、実測により求められた燃焼効率ηｃ,ｍに近い値となる。
【００４９】
シミュレーション装置１００は、同様にして、５０％燃焼時期の差分Δθ５０、１０−７０％燃焼期間の差分Δθ１０−７０についても夫々、複数の制御変数の値についての差分の値を求めて制御変数−パラメータのグラフ上にプロットし、プロットされたパラメータの差分の値を基に、最小二乗法などの統計処理を用いて近似した関数（修正関数）を求める。このようにして求められた、５０％燃焼時期の修正関数をΔθｋ,５０、１０−７０％燃焼期間の修正関数をΔθｋ,１０−７０とする。そして、シミュレーション装置１００は、修正関数で補正した５０％燃焼時期θｋ,５０（＝θ５０,ｐ＋Δθｋ,５０）、修正関数で補正した１０−７０％燃焼期間θｋ,１０−７０（＝θ１０−７０,ｐ＋Δθｋ,１０−７０）を求める。これらのパラメータθｋ,５０、θｋ,１０−７０は夫々、実測により求められたパラメータθ５０,ｍ、θ１０−７０,ｍに近い値となる。
【００５０】
シミュレーション装置１００は、このようにして求められたパラメータηｋ,ｐ、θｋ,５０、θｋ,１０−７０を基にして、熱発生率ｄＱｐ／ｄθのグラフを補正し、補正された熱発生率ｄＱｐ／ｄθのグラフ、即ち、補正された発生率波形を筒内圧波形に再度変換する。このようにして、求められた筒内圧波形は、パラメータηｋ,ｐ、θｋ,５０、θｋ,１０−７０を基にして補正されたものであるので、上述の修正関数が反映されたものとなっている。この求められた筒内圧波形をシミュレーションモデルに入力して出力データを得る。このようにすることで、筒内圧波形の差分のクランク角に対する傾向が複雑な場合であっても精度良く近似することができる。
【００５１】
（修正関数算出処理）
次に、第２実施形態に係る修正関数算出処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明することとする。図９は、修正関数算出処理を示すフローチャートである。
【００５２】
コンピュータ１は、シミュレーションモデルに入力データ、ここではクランク角を入力し、筒内圧波形を算出するまでシミュレーションを実行する（ステップＳ１１１）。ここまでの動作は、第１実施形態に係るシミュレーションモデル生成処理におけるステップＳ１０４までの動作と同様である。コンピュータ１は、シミュレーションモデルより算出された筒内圧波形を熱効率波形へ変換した後（ステップＳ１１２）、各パラメータ、即ち、５０％燃焼時期θ５０,ｐ、１０−７０％燃焼期間θ１０−７０,ｐ、燃焼効率ηｃ,ｐの各パラメータを求める（ステップＳ１１３）。
【００５３】
また、コンピュータ１は、実測データを基に筒内圧波形を算出する（ステップＳ１１４）。コンピュータ１は、実測データを基に算出された筒内圧波形を熱効率波形へ変換した後（ステップＳ１１５）、各パラメータ、即ち、５０％燃焼時期θ５０,ｍ、１０−７０％燃焼期間θ１０−７０,ｍ、燃焼効率ηｃ,ｍの各パラメータを求める（ステップＳ１１６）。
【００５４】
コンピュータ１は、各パラメータの差分、即ち、５０％燃焼時期の差分Δθ５０＝θ５０,ｍ−θ５０,ｐ、１０−７０％燃焼期間の差分Δθ１０−７０＝θ１０−７０,ｍ−θ１０−７０,ｐ、燃焼効率の差分Δηｃ＝ηｃ,ｍ−ηｃ,ｐを夫々、所定の制御変数における複数の値について算出する（ステップＳ１１７）。コンピュータ１は、これら各パラメータの差分を基に修正関数、即ち、修正関数Δηｋ、Δθｋ,５０、Δθｋ,１０−７０を求める（ステップＳ１１８）。次に、コンピュータ１は、修正関数で修正した各パラメータ、即ち、燃焼効率ηｋ,ｐ（＝ηｃ,ｐ＋Δηｋ）、５０％燃焼時期θｋ,５０（＝θ５０,ｐ＋Δθｋ,５０）、１０−７０％燃焼期間θｋ,１０−７０（＝θ１０−７０,ｐ＋Δθｋ,１０−７０）を求める（ステップＳ１１９）。
【００５５】
コンピュータ１は、修正関数で修正した各パラメータを基に、熱発生率波形を補正した後（ステップＳ１２０）、筒内圧波形に再度変換して（ステップＳ１２１）、処理を終了する。この後の動作は、第１実施形態に係るシミュレーションモデル作成処理におけるステップＳ１０６以降の動作と同様である。即ち、コンピュータ１は、補正後の筒内圧波形をシミュレーションモデルに再入力し、出力データを算出する。
【００５６】
以上のことから分かるように、第２実施形態では、シミュレーション装置１００は、中間データにおける所定のパラメータの値を、対象の状態を実測して得られた当該中間データに対応する実測データにおける所定のパラメータの値に近づける修正関数を生成し、当該中間データにおける所定のパラメータを当該修正関数で補正する。そして、シミュレーション装置１００は、当該中間データを、補正された当該所定のパラメータを基に補正する。このようにすることで、中間データと実測データの差分の傾向が複雑な場合であっても、当該中間データを実測データに精度良く近似することができる。
【００５７】
なお、第２実施形態では、上述の方法は、中間データを当該中間データに対応する実測データに近似する場合に適用されるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに又は追加して、出力データを当該出力データに対応する実測データに近似する場合についても適用可能なのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の各実施形態に係るシミュレーション装置の模式図である。
【図２】筒内圧波形を示すグラフである。
【図３】ＶＶＴに対するトルクの大きさを示すグラフである。
【図４】シミュレーションモデル生成処理を示すフローチャートである。
【図５】筒内圧波形を示すグラフである。
【図６】筒内圧波形及び熱効率波形を示すグラフである。
【図７】熱発生量を理論熱発生量で規格化したグラフである。
【図８】制御変数の複数の値に対する上述の各パラメータの差分の値を示すグラフである。
【図９】修正関数算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１ コンピュータ
２ 計測装置
３ エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション装置であって、
前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段と、
前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段と、
前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段と、
前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段と、
前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段と、を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】
前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データと前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データとの差分を基に前記第１の修正関数を生成することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データにおける所定のパラメータの値を、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データにおける前記所定のパラメータの値に近づける第１の修正関数を生成し、
前記第１の補正手段は、前記第１の修正関数で前記中間データにおける所定のパラメータの値を補正すると共に、補正された前記所定のパラメータを基に前記中間データを補正することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション方法であって、
前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成工程と、
前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成工程と、
前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正工程と、
前記シミュレーションモデルに前記第１の補正工程により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成工程と、
前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正工程と、を備えることを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項５】
コンピュータによって実行されるシミュレーションプログラムであって、
対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段、
前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段、
前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段、
前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段、
前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段、として前記コンピュータを機能させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
【請求項１】
対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション装置であって、
前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段と、
前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段と、
前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段と、
前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段と、
前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段と、を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】
前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データと前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データとの差分を基に前記第１の修正関数を生成することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
前記第１の修正関数生成手段は、前記中間データにおける所定のパラメータの値を、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データにおける前記所定のパラメータの値に近づける第１の修正関数を生成し、
前記第１の補正手段は、前記第１の修正関数で前記中間データにおける所定のパラメータの値を補正すると共に、補正された前記所定のパラメータを基に前記中間データを補正することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
対象の状態を推定するモデルを作成するシミュレーション方法であって、
前記対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成工程と、
前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成工程と、
前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正工程と、
前記シミュレーションモデルに前記第１の補正工程により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成工程と、
前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正工程と、を備えることを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項５】
コンピュータによって実行されるシミュレーションプログラムであって、
対象の物理的な性質を考慮したシミュレーションモデルを作成するシミュレーションモデル作成手段、
前記シミュレーションモデルに入力データを入力して算出途中の値として得られる中間データを、前記対象の状態を実測して得られた前記中間データに対応する実測データに近づける第１の修正関数を生成する第１の修正関数生成手段、
前記中間データを前記第１の修正関数で補正する第１の補正手段、
前記シミュレーションモデルに前記第１の補正手段により補正された前記中間データを入力して最終結果として得られる出力データを、前記対象の状態を実測して得られた前記出力データに対応する実測データに近づける第２の修正関数を生成する第２の修正関数生成手段、
前記出力データを前記第２の修正関数で補正する第２の補正手段、として前記コンピュータを機能させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−５２５２９（Ｐ２００８−５２５２９Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８７１７（Ｐ２００６−２２８７１７）
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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