シミュレータによる内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法
【課題】内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法を提供し、選択された機関状態量を、特に、第１のシミュレータ計算ユニットの第１のサンプリングステップ幅によって可能となるよりも高い頻度で利用できるようにする。また、こうした方法を実行できるシミュレータを提供する。
【解決手段】この課題は、冒頭に言及した内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法において、シミュレータが、複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を、機関部分モデルにより、第１のサンプリングステップ幅とは異なる第２のサンプリングステップ幅で計算することにより解決される。
【解決手段】この課題は、冒頭に言及した内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法において、シミュレータが、複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を、機関部分モデルにより、第１のサンプリングステップ幅とは異なる第２のサンプリングステップ幅で計算することにより解決される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレータによる内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法であって、シミュレータが第１のシミュレータ計算ユニットと第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースとを含み、制御装置が制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェースとを含み、制御装置とシミュレータは各Ｉ／Ｏインタフェースを介して第１のデータチャネルにより相互接続されており、制御装置は第１のデータチャネルを介して機関制御データをシミュレータへ伝送し、シミュレータは、機関制御データを用いて、第１のシミュレータ計算ユニット上の機関全体モデルにより、第１のサンプリングステップ幅で種々の機関状態量を計算し、計算された機関状態量の少なくとも一部を第１の伝送ステップ幅で制御装置へ伝送する、制御装置のリアルタイムテスト方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に言及した形式の制御装置のリアルタイムテスト方法は、実用上は、"ハードウェアインザループテスト"の名称で知られている。また、冒頭に言及した形式の当該方法を実行するシミュレータは"ハードウェアインザループシミュレータ"もしくは"ＨｉＬシミュレータ"として知られている。ハードウェアインザループテストとは、テストすべきハードウェア、この場合は制御装置を、現実の環境、例えば当該制御装置が駆動制御する内燃機関を含むシステムにおいてではなく、少なくとも部分的にシミュレータによってシミュレートされた環境においてテストすることである。このために、シミュレータは、そのつど対応するＩ／Ｏインタフェースを介して当該制御装置に接続される。これにより、シミュレータは、当該制御装置から出力される電気信号を受け取り、機関全体モデルの計算にこれを利用する。反対に、リアルタイムで計算されたデータは、例えばシミュレータと制御装置とのあいだのデータチャネルを介して、信号の形態で制御装置へ伝送される。ここで、データチャネルとは、データないし信号を伝送するのに適したコネクションのことであり、例えばさらなる部分チャネルを含むバス線路である。リアルタイムとは、制御装置が現実の機関とともに駆動されるのか、シミュレーション環境において制御装置のみが駆動されるのかが事実上認識されない程度に迅速に機関状態量を計算することである。これを機能させるためには、第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースが、制御装置にとって現実の機関のＩ／Ｏインタフェースと同じに見なされるよう、ハードウェアについても信号処理についても適合化されなければならない。
【０００３】
こうしたテスト手法の利点として、次のようなものが得られる。すなわち、完全に危険なく、制御装置を良好に監視し、極端な駆動条件のもとで測定する手段を得て、制御装置が機関を予測通りに駆動ないし監視するか否かの挙動を検査および確認することができる。恒常的に、機関状態量がシミュレータから制御装置へ伝送され、機関制御データが制御装置からデータチャネルを介してシミュレータへ伝送されるので、当該制御装置は"閉制御ループ"（すなわちインザループ）でテストされることになる。
【０００４】
こうした制御装置のリアルタイムテストの品質にとって、基礎となる数学モデルの品質、すなわち、機関全体モデルのできるかぎり正確な計算が決定的に重要であることは明らかである。通常、内燃機関の熱力学モデルは、関心のある機関状態量を取得するために、リアルタイムで数値解を得るべき膨大な微分方程式系を含んでいる。ここで、シミュレータが機関全体モデルを含むという場合、当該機関全体モデルによって、シミュレータに接続されたテストすべき制御装置を適切に起動するために必要な全ての機関状態量を計算でき、さらに、データチャネルを介して、要求された全ての機関状態量を供給できるということしか意味しない。特に、制御装置が入力量としてシリンダ内圧を必要とする場合、シリンダ内の熱力学的特性をシミュレートする機関全体モデルを利用しなければならない。通常の機関全体モデルの複雑性により、シミュレータ計算ユニットには、各サンプリングステップで関心のある機関状態量を計算しなければならないという高い要求が課される。
【０００５】
ここで、例えば、制御装置によって、機関状態量を、シミュレータ計算ユニットの第１のサンプリングステップ幅に相応しない頻度、特に、シミュレータ計算ユニットの第１のサンプリングステップ幅で定義される頻度よりも大きな頻度で形成しなければならない場合、問題が発生する。また、機関状態量がシミュレータの固定の第１のサンプリングステップ幅とはまったく異なる時間パターン（特に可変の時間パターン）で伝送される場合、別の問題も発生する。こうした機関状態量の具体例として、シリンダ燃焼室内のシリンダ圧が挙げられ、このシリンダ圧は内燃機関のシリンダごとに制御装置に対して表示される。こうしたＨｉＬシステムの例は、プレスレポートである"HiL-Simulation in der Praxis: Hochdynamische Regelung des Zylinderdruckverlaufs" (http://pressemitteilung.ws/node/140505)に説明されている。
【０００６】
こんにちの制御装置では、シリンダ圧のデータは固定の時間パターンではなく、例えばクランクシャフトの回転角度による固定パターン、すなわち、機関の回転数領域全体にわたるクランク角度値によって、表される。これは、回転数６０００ｍｉｎ−１としたとき、そのつどのクランク角度の変化量につき１つまたは複数のシリンダ圧の計算値を制御装置へ送出するための機関全体モデルの計算に、３０μｓほどしか得られないことを意味する。機関全体モデルの計算の複雑性のためにこれはとうてい実現不可能であり、このため、リアルタイム条件は遵守されない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"HiL-Simulation in der Praxis: Hochdynamische Regelung des Zylinderdruckverlaufs" (http://pressemitteilung.ws/node/140505)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法を提供し、選択された機関状態量を、特に、第１のシミュレータ計算ユニットの第１のサンプリングステップ幅によって可能となるよりも高い頻度で利用できるようにすることである。また、本発明では、こうした方法を実行できるシミュレータを提供することも課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、冒頭に言及した内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法において、シミュレータが、複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を、機関部分モデルにより、第１のサンプリングステップ幅とは異なる第２のサンプリングステップ幅で計算することにより解決される。所定の機関状態量とは、機関全体モデルのうち、第１のサンプリングステップ幅によって定められる時点とは異なる時点で形成される少なくとも１つの機関状態量であり、特には高い頻度もしくは可変の時点で形成される機関状態量である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】制御装置と本発明の制御装置のリアルタイムテスト方法のためのシミュレータとから成るシステムを示す概略図である。
【図２】内燃機関用制御装置と本発明の方法のためのシミュレータとから成るシステムの別の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
所定の機関状態量を計算するために、機関全体モデルに加えて設けられる機関部分モデルが用いられる。ただし、当該所定の機関状態量の計算は、機関状態量を形成することへの時間的要求に合致するときに行われる。これは、機関全体モデルが、従前のごとく、第１のサンプリングステップ幅で得られる全ての機関状態量、すなわち、選択された複数の機関状態量を利用できることを意味する。機関部分モデルは、有利には、機関全体モデルによって最後のサンプリングステップで計算されて供給された機関状態量の値にアクセスし、これを機関状態量の独立計算の開始値として用いる。複雑な機関全体モデルによって計算された少なくとも１つの開始値に基づいて、機関部分モデルは選択的に、第１のサンプリングステップ幅および機関全体モデルの計算から独立に、選択された機関状態量の特に迅速な計算を行う。
【００１２】
機関部分モデルは、通常、機関全体モデルの単なる一部分ではない。この概念は、機関の数学的モデルを表しており、主として所定の機関状態量の計算によって捉えられ、このため機関全体モデルで考慮される様相の一部のみを考慮している。機関部分モデルは、機関全体モデルとは異なるタイプの物理技術的モデルであってよい。機関全体モデルが通常は微分方程式系に基づくのに対して、機関部分モデルは例えば先行する既知の計算データおよび機関状態量の外挿に基づく。
【００１３】
特に、所定の機関状態量が機関部分モデルよりも頻繁に計算されて制御装置へ伝送される場合、つまり、第２のサンプリングステップ幅が第１のサンプリングステップ幅よりも小さい場合、第１のデータチャネルの利用に関して問題が生じる。なぜなら、第１のデータチャネルを介して所定の機関状態量を頻繁に制御装置へ伝送しなければならないために第１のデータチャネルに負荷がかかり、第１のサンプリングステップ幅に関連する機関状態量の伝送が時間的に保証されなくなってしまうからである。この問題を解決するために、本発明の方法の有利な実施形態では、計算された機関状態量が、第１のデータチャネルとは異なる第２のデータチャネルを介して、制御装置へ伝送される。この場合、データチャネルが既存の第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースおよび既存の制御装置Ｉ／Ｏインタフェースが利用されてもよいし、また、別のインタフェースが設けられてもよい。ここで重要なのは、第１のデータチャネルと第２のデータチャネルとが相互に独立することのみである。本発明の方法の有利な実施形態では、第２のデータチャネルは第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースから独立した第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェースによって実現される。
【００１４】
本発明の方法の有利な別の実施形態では、第２のサンプリングステップ幅は第１のサンプリングステップ幅より小さく、特に、第１のサンプリングステップ幅は第２のサンプリングステップ幅の整数倍である。ここでは時間的に一定のサンプリングステップ幅が用いられるが、時間ではない他の基準量、例えばシミュレートすべき機関のクランクシャフト角度（クランク角度）に関するサンプリングステップ幅が用いられてもよい。熱力学的な機関全体モデルは例えばクランク角度の変化量１０゜ごとに計算され、所定の機関状態量を計算するための機関部分モデルはクランク角度の１゜ごとに計算される。
【００１５】
関心のある量として計算された機関状態量を第１のデータチャネルを介して制御装置へ伝送する際には、この伝送は第１のサンプリングステップ幅に関連しても関連しなくてもよい。所定の機関状態量を計算するための第２のサンプリングステップ幅も、同様に、必ずしも当該機関状態量を制御装置へ伝送する際の伝送ステップ幅に関連しなくてもよい。ただし、第１のデータチャネルおよび第２のデータチャネルが形成される場合、有利な実施形態では、機関状態量は、第１のデータチャネルを介した制御装置への伝送が行われる際の第１の伝送ステップ幅よりも小さい第２の伝送ステップで、第２のデータチャネルを介して伝送される。この方法は、第１のサンプリングステップ幅が第１の伝送ステップ幅に相当し、および／または、第２のサンプリングステップ幅が第２の伝送ステップ幅に相当し、対応するＩ／Ｏルーチンの処理が計算ルーチンの処理に関連することにより、簡単に実行可能である。
【００１６】
特に有利な実施形態では、機関部分モデルによる所定の機関状態量の計算が、第１のシミュレータ計算ユニットとは異なる第２のシミュレータ計算ユニット上で行われる。ここで、第２のシミュレータ計算ユニットは有利には自立的なプロセッサであるかまたはマイクロコントローラであるが、マルチコアプロセッサのコアであってもよい。重要なのは、機関部分モデルによる機関状態量の計算が機関全体モデルによる機関状態量の計算に影響せず、相互に独立した計算容量を各計算に利用できるということである。
【００１７】
本発明の方法のバリエーションとして、機関部分モデルによる所定の機関状態量の計算を、機関全体モデルが全ての機関状態量を計算する際のタスクとは別のタスクとして実行し、特に２つのタスクの双方を第１のシミュレータ計算ユニット上で実行することができる。この場合にも、機関部分モデルは、機関全体モデルの一部としてのみならず機関全体モデルに加えて存在するものであるが、機関全体モデルによって達成可能な機関状態量の計算よりも迅速な計算が可能となるように構成されることを考慮しなければならない。
【００１８】
前述した本発明の方法は、具体的な実施形態において、例えば、機関全体モデルが機関状態量として内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧を含み、機関部分モデルが所定の機関状態量として同様に内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧を含む場合に、有利に適用される。ここで考慮すべきは、マルチシリンダ型内燃機関において、機関全体モデルが機関部分モデルと同様に機関の全てのシリンダのシリンダ圧を計算するということである。所定の機関では、対称性を利用して計算コストを低減することもできる。以下では、シリンダの燃焼室内のシリンダ圧を例として説明する。この場合のシリンダ圧はもちろん内燃機関の他のシリンダの燃焼室圧を含んでもよい。
【００１９】
シリンダ内のシリンダ圧は内燃機関の制御に必須の機関状態量であり、特にクランク角度の設定変化量に関して、機関制御装置へ規則的に伝送される。逆に、制御装置からは、シリンダごとの内燃機関制御のために、機関状態量に依存して、（外部点火式の内燃機関の場合）噴射時間および点火角が伝送される。本発明の方法の有利な実施形態では、機関全体モデルが別の機関状態量として、また、機関部分モデルが別の所定の機関状態量として、シリンダ燃焼室内温度、および／または、シリンダ燃焼室内の温度勾配、および／または、シリンダ燃焼室容積、および／または、シリンダ燃焼室内の圧力勾配を含む。これらの量により、特にシリンダの燃焼室内のシリンダ圧が簡単に計算でき、その際に複雑な微分方程式系が必要なくなる。この場合、特に、機関部分モデルの範囲内でシリンダ圧の計算が可能となるので、機関全体モデルの計算時間の一部しか消費されない。
【００２０】
有利な実施形態では、シリンダの燃焼室内のシリンダ圧は、機関部分モデルにより、この機関部分モデル内で計算される温度実際値および容積実際値に基づいて計算される。機関全体モデルを用いて最後に計算されたシリンダ圧値ｐ０，シリンダ燃焼室容積Ｖ０，シリンダ燃焼室温度Ｔ０に基づいて、後の時点のシリンダ圧ｐｋが、次のサンプリングステップの到達前に、例えば、式
ｐｋ＝ｐ０・（Ｖ０／Ｔ０）・（Ｔｋ／Ｖｋ） （１）
から簡単に計算される。ここで、ｐｋは、機関部分モデルの第２のサンプリングステップ幅によって計算されるステップｋでのシリンダ圧の計算値であり、ＴｋおよびＶｋは、機関部分モデルで計算されたシリンダ燃焼室内温度およびシリンダ燃焼室容積である。
【００２１】
シリンダの燃焼室内温度Ｔｋは、機関部分モデル内で、式
Ｔｋ＝Ｔ０＋ＴＳ２・ｋ・ｄＴ０ （２）
により、有利には積分ないし外挿によって求められる。ここで、ＴＳ２は機関部分モデルが計算に用いる第２のサンプリングステップ幅であり、ｄＴ０は機関全体モデルによって最後の計算時点で求められた燃焼室内温度の温度勾配値である。
【００２２】
本発明の別の有利な実施形態では、シリンダ燃焼室容積Ｖｋが、クランク角度φに基づいて機関部分モデル内で求められる。この実施形態では、容積は、行展開によって、
Ｖｋ（φ）＝α０＋α１（φ０−φ）＋α２（φ０−φ）２＋．．． （３）
のように求められる。シリンダ燃焼室容積は、クランク角度に応じて周期的に、例えば正弦状に変化する特性を有しているので、行展開は有利には０゜から１８０゜までのクランク角度領域についてのみ行えばよい。この場合、行展開の小さな乗数しか計算に必要でないようにするには、さらなる部分領域への分割を行う。クランク角度φの値に応じて、例えば、角度領域が３つの部分領域へ分割される場合、３つの異なる行展開Ｖｋ１，Ｖｋ２，Ｖｋ３を計算することができる。
【００２３】
別の実施形態では、クランク角度φに基づく容積が、機関部分モデルのテーブルへアクセス可能なように格納される。
【００２４】
本発明のシミュレータは、内燃機関用制御装置のリアルタイムテストを行うために、第１のシミュレータ計算ユニットと第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースとを備える。ここで、制御装置は、制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェースとによって構成されている。シミュレータはシミュレータＩ／Ｏインタフェースおよび制御装置Ｉ／Ｏインタフェースを介して制御装置へ接続可能であり、このため、第１のデータチャネルを介して制御装置からの機関制御データをシミュレータへ伝送できる。第１のシミュレータ計算ユニット上には機関全体モデルが設けられており、この機関全体モデルは、伝送された機関制御データに基づいて、第１のシミュレータ計算ユニット上で、第１のサンプリングステップ幅で種々の機関状態量を計算するように構成されている。また、シミュレータは、機関状態量の少なくとも一部を、第１の伝送ステップ幅で、特に第１のデータチャネルを介して、制御装置へ伝送できるように構成されている。本発明によれば、シミュレータには、種々の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１とは異なる第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２で計算する機関部分モデルが設けられており、これにより、前述した制御装置のリアルタイムテスト方法が実行される。
【００２５】
詳しく云うなら、本発明の制御装置のリアルタイムテスト方法ならびに本発明のシミュレータを実現するための複数の手段が存在する。これらについては、請求項１およびこれに従属する各請求項の記載、ならびに、本発明の方法ならびに本発明のシミュレータに関する図示の実施例およびその説明に表されている。
【実施例】
【００２６】
図では、内燃機関用制御装置１と、この制御装置１のリアルタイムテストを行うためのシミュレータ２とが概略的に示されている。シミュレータ２は、第１のシミュレータ計算ユニット３と第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース４とを含む。制御装置１は、同様に、明示されていない制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５とを含む。Ｉ／Ｏインタフェース４，５のあいだには第１のデータチャネル６が設けられており、これを介して制御装置１とシミュレータ２とが接続されている。
【００２７】
制御装置１は第１のデータチャネル６を介してシミュレータ２へ機関制御データを伝送する。シミュレータ２は、第１のシミュレータ計算ユニット３上で、機関制御データに基づき、機関全体モデル７により、第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１で関心のある種々の機関状態量をリアルタイム計算し、これにより第１のサンプリングステップ幅によって区切られる各計算時間の終了時に、結果として、機関全体モデル７の各機関状態量が供給される。機関状態量として、図１には、シリンダ燃焼室内温度Ｔ０、温度勾配ｄＴ０、シリンダ燃焼室容積Ｖ０およびシリンダ燃焼室内の圧力であるシリンダ圧ｐ０が示されている。
【００２８】
シミュレータ２を用いて行われるプロセスは、シミュレータ２が少なくとも１つの所定の機関状態量、この場合にはシリンダ圧ｐを、機関部分モデル８によって、第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１とは異なる第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２で計算するように構成されている。機関部分モデル８は機関全体モデル７の下位の一部分ではなく、所定の機関状態量に対する付加的な計算手段であって、この場合には、所定の機関状態量を第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１より小さい第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２で計算するものである。有利には、機関全体モデル７によって最後に計算された状態量が機関部分モデル８に供給される。機関部分モデル８は供給された機関状態量を機関全体モデル７から独立した所定の機関状態量の計算のために利用する。
【００２９】
図１，図２の実施例は、計算される機関状態量ｐが第１のデータチャネル６とは異なる第２のデータチャネル９を介して制御装置１へ伝送される点で共通している。ここで、第２のデータチャネル９は、図１の実施例では、第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース４と制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５とのあいだに形成されている。図２の実施例では、第２のデータチャネル９は、第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース４から独立した第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェース１０と制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５とのあいだに形成されている。制御装置１の側では、制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５は（シリアル制御装置であればいずれの場合にも）接続スキーマとインタフェースとが設定されているので、問題なく変更可能である。
【００３０】
２つの実施例の双方で、所定の機関状態量を計算するための機関部分モデル８は第１のシミュレータ計算ユニット３とは異なる第２のシミュレータ計算ユニット１１上で計算され、機関全体モデル７の計算と機関部分モデル８の計算との最大限のハードウェア分離をもたらす。第１のシミュレータ計算ユニット３および第２のシミュレータ計算ユニット１１はどちらもメモリ１２へのアクセスを行う。メモリ１２は、この実施例では、両方向からアクセス可能なメモリとして構成されたデュアルポートメモリである。
【００３１】
図２の実施例では、機関全体モデル７の計算と機関部分モデル８の計算とは固定の時間パターンではなくクランク角度φに依存して行われるので、第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１と第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２とはシミュレートされた内燃機関の回転数に依存して変化する。
【００３２】
機関全体モデル７は各第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１の終了時に機関状態量Ｔ０，ｄＴ０，Ｖ０，ｐ０を形成し、メモリ１２に格納する。こうして、複数の機関状態量が機関部分モデル８に利用可能となり、中間ステップ幅でシリンダ圧ｐｋの中間値が計算される。なお、この実施例では、計算の際に前掲の式（１）（２）（３）に示されている法則が適用される。
【００３３】
図２の実施例では、クランク角度φはシミュレータ２内に設けられた角度計算ユニット１３によって設定される。
【００３４】
図示の方法では、シリンダ燃焼室容積は、クランクの半回転の角度領域にわたって求められる。ここで、クランク角度が１８０゜より大きい場合には、実際のクランク角度φのシリンダ燃焼室容積が等容積のクランク角度によって置換される。この場合、クランク角度領域は複数の部分領域へ分割される。ここでは、シミュレートすべき機関タイプごとに、シリンダ容積の行展開の展開係数が全ての部分領域に対してシミュレーション前に求められるように構成されている。
【符号の説明】
【００３５】
１ 制御装置、 ２ シミュレータ、 ３ 第１のシミュレータ計算ユニット、 ４ 第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース、 ５ 制御装置Ｉ／Ｏインタフェース、 ６ 第１のデータチャネル、 ７ 機関全体モデル、 ８ 機関部分モデル、 ９ 第２のデータチャネル、 １０ 第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェース、 １１ 第２のシミュレータ計算ユニット、 １２ メモリ、 １３ 角度計算ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレータによる内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法であって、シミュレータが第１のシミュレータ計算ユニットと第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースとを含み、制御装置が制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェースとを含み、制御装置とシミュレータは各Ｉ／Ｏインタフェースを介して第１のデータチャネルにより相互接続されており、制御装置は第１のデータチャネルを介して機関制御データをシミュレータへ伝送し、シミュレータは、機関制御データを用いて、第１のシミュレータ計算ユニット上の機関全体モデルにより、第１のサンプリングステップ幅で種々の機関状態量を計算し、計算された機関状態量の少なくとも一部を第１の伝送ステップ幅で制御装置へ伝送する、制御装置のリアルタイムテスト方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に言及した形式の制御装置のリアルタイムテスト方法は、実用上は、"ハードウェアインザループテスト"の名称で知られている。また、冒頭に言及した形式の当該方法を実行するシミュレータは"ハードウェアインザループシミュレータ"もしくは"ＨｉＬシミュレータ"として知られている。ハードウェアインザループテストとは、テストすべきハードウェア、この場合は制御装置を、現実の環境、例えば当該制御装置が駆動制御する内燃機関を含むシステムにおいてではなく、少なくとも部分的にシミュレータによってシミュレートされた環境においてテストすることである。このために、シミュレータは、そのつど対応するＩ／Ｏインタフェースを介して当該制御装置に接続される。これにより、シミュレータは、当該制御装置から出力される電気信号を受け取り、機関全体モデルの計算にこれを利用する。反対に、リアルタイムで計算されたデータは、例えばシミュレータと制御装置とのあいだのデータチャネルを介して、信号の形態で制御装置へ伝送される。ここで、データチャネルとは、データないし信号を伝送するのに適したコネクションのことであり、例えばさらなる部分チャネルを含むバス線路である。リアルタイムとは、制御装置が現実の機関とともに駆動されるのか、シミュレーション環境において制御装置のみが駆動されるのかが事実上認識されない程度に迅速に機関状態量を計算することである。これを機能させるためには、第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースが、制御装置にとって現実の機関のＩ／Ｏインタフェースと同じに見なされるよう、ハードウェアについても信号処理についても適合化されなければならない。
【０００３】
こうしたテスト手法の利点として、次のようなものが得られる。すなわち、完全に危険なく、制御装置を良好に監視し、極端な駆動条件のもとで測定する手段を得て、制御装置が機関を予測通りに駆動ないし監視するか否かの挙動を検査および確認することができる。恒常的に、機関状態量がシミュレータから制御装置へ伝送され、機関制御データが制御装置からデータチャネルを介してシミュレータへ伝送されるので、当該制御装置は"閉制御ループ"（すなわちインザループ）でテストされることになる。
【０００４】
こうした制御装置のリアルタイムテストの品質にとって、基礎となる数学モデルの品質、すなわち、機関全体モデルのできるかぎり正確な計算が決定的に重要であることは明らかである。通常、内燃機関の熱力学モデルは、関心のある機関状態量を取得するために、リアルタイムで数値解を得るべき膨大な微分方程式系を含んでいる。ここで、シミュレータが機関全体モデルを含むという場合、当該機関全体モデルによって、シミュレータに接続されたテストすべき制御装置を適切に起動するために必要な全ての機関状態量を計算でき、さらに、データチャネルを介して、要求された全ての機関状態量を供給できるということしか意味しない。特に、制御装置が入力量としてシリンダ内圧を必要とする場合、シリンダ内の熱力学的特性をシミュレートする機関全体モデルを利用しなければならない。通常の機関全体モデルの複雑性により、シミュレータ計算ユニットには、各サンプリングステップで関心のある機関状態量を計算しなければならないという高い要求が課される。
【０００５】
ここで、例えば、制御装置によって、機関状態量を、シミュレータ計算ユニットの第１のサンプリングステップ幅に相応しない頻度、特に、シミュレータ計算ユニットの第１のサンプリングステップ幅で定義される頻度よりも大きな頻度で形成しなければならない場合、問題が発生する。また、機関状態量がシミュレータの固定の第１のサンプリングステップ幅とはまったく異なる時間パターン（特に可変の時間パターン）で伝送される場合、別の問題も発生する。こうした機関状態量の具体例として、シリンダ燃焼室内のシリンダ圧が挙げられ、このシリンダ圧は内燃機関のシリンダごとに制御装置に対して表示される。こうしたＨｉＬシステムの例は、プレスレポートである"HiL-Simulation in der Praxis: Hochdynamische Regelung des Zylinderdruckverlaufs" (http://pressemitteilung.ws/node/140505)に説明されている。
【０００６】
こんにちの制御装置では、シリンダ圧のデータは固定の時間パターンではなく、例えばクランクシャフトの回転角度による固定パターン、すなわち、機関の回転数領域全体にわたるクランク角度値によって、表される。これは、回転数６０００ｍｉｎ−１としたとき、そのつどのクランク角度の変化量につき１つまたは複数のシリンダ圧の計算値を制御装置へ送出するための機関全体モデルの計算に、３０μｓほどしか得られないことを意味する。機関全体モデルの計算の複雑性のためにこれはとうてい実現不可能であり、このため、リアルタイム条件は遵守されない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"HiL-Simulation in der Praxis: Hochdynamische Regelung des Zylinderdruckverlaufs" (http://pressemitteilung.ws/node/140505)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法を提供し、選択された機関状態量を、特に、第１のシミュレータ計算ユニットの第１のサンプリングステップ幅によって可能となるよりも高い頻度で利用できるようにすることである。また、本発明では、こうした方法を実行できるシミュレータを提供することも課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、冒頭に言及した内燃機関用制御装置のリアルタイムテスト方法において、シミュレータが、複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を、機関部分モデルにより、第１のサンプリングステップ幅とは異なる第２のサンプリングステップ幅で計算することにより解決される。所定の機関状態量とは、機関全体モデルのうち、第１のサンプリングステップ幅によって定められる時点とは異なる時点で形成される少なくとも１つの機関状態量であり、特には高い頻度もしくは可変の時点で形成される機関状態量である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】制御装置と本発明の制御装置のリアルタイムテスト方法のためのシミュレータとから成るシステムを示す概略図である。
【図２】内燃機関用制御装置と本発明の方法のためのシミュレータとから成るシステムの別の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
所定の機関状態量を計算するために、機関全体モデルに加えて設けられる機関部分モデルが用いられる。ただし、当該所定の機関状態量の計算は、機関状態量を形成することへの時間的要求に合致するときに行われる。これは、機関全体モデルが、従前のごとく、第１のサンプリングステップ幅で得られる全ての機関状態量、すなわち、選択された複数の機関状態量を利用できることを意味する。機関部分モデルは、有利には、機関全体モデルによって最後のサンプリングステップで計算されて供給された機関状態量の値にアクセスし、これを機関状態量の独立計算の開始値として用いる。複雑な機関全体モデルによって計算された少なくとも１つの開始値に基づいて、機関部分モデルは選択的に、第１のサンプリングステップ幅および機関全体モデルの計算から独立に、選択された機関状態量の特に迅速な計算を行う。
【００１２】
機関部分モデルは、通常、機関全体モデルの単なる一部分ではない。この概念は、機関の数学的モデルを表しており、主として所定の機関状態量の計算によって捉えられ、このため機関全体モデルで考慮される様相の一部のみを考慮している。機関部分モデルは、機関全体モデルとは異なるタイプの物理技術的モデルであってよい。機関全体モデルが通常は微分方程式系に基づくのに対して、機関部分モデルは例えば先行する既知の計算データおよび機関状態量の外挿に基づく。
【００１３】
特に、所定の機関状態量が機関部分モデルよりも頻繁に計算されて制御装置へ伝送される場合、つまり、第２のサンプリングステップ幅が第１のサンプリングステップ幅よりも小さい場合、第１のデータチャネルの利用に関して問題が生じる。なぜなら、第１のデータチャネルを介して所定の機関状態量を頻繁に制御装置へ伝送しなければならないために第１のデータチャネルに負荷がかかり、第１のサンプリングステップ幅に関連する機関状態量の伝送が時間的に保証されなくなってしまうからである。この問題を解決するために、本発明の方法の有利な実施形態では、計算された機関状態量が、第１のデータチャネルとは異なる第２のデータチャネルを介して、制御装置へ伝送される。この場合、データチャネルが既存の第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースおよび既存の制御装置Ｉ／Ｏインタフェースが利用されてもよいし、また、別のインタフェースが設けられてもよい。ここで重要なのは、第１のデータチャネルと第２のデータチャネルとが相互に独立することのみである。本発明の方法の有利な実施形態では、第２のデータチャネルは第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースから独立した第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェースによって実現される。
【００１４】
本発明の方法の有利な別の実施形態では、第２のサンプリングステップ幅は第１のサンプリングステップ幅より小さく、特に、第１のサンプリングステップ幅は第２のサンプリングステップ幅の整数倍である。ここでは時間的に一定のサンプリングステップ幅が用いられるが、時間ではない他の基準量、例えばシミュレートすべき機関のクランクシャフト角度（クランク角度）に関するサンプリングステップ幅が用いられてもよい。熱力学的な機関全体モデルは例えばクランク角度の変化量１０゜ごとに計算され、所定の機関状態量を計算するための機関部分モデルはクランク角度の１゜ごとに計算される。
【００１５】
関心のある量として計算された機関状態量を第１のデータチャネルを介して制御装置へ伝送する際には、この伝送は第１のサンプリングステップ幅に関連しても関連しなくてもよい。所定の機関状態量を計算するための第２のサンプリングステップ幅も、同様に、必ずしも当該機関状態量を制御装置へ伝送する際の伝送ステップ幅に関連しなくてもよい。ただし、第１のデータチャネルおよび第２のデータチャネルが形成される場合、有利な実施形態では、機関状態量は、第１のデータチャネルを介した制御装置への伝送が行われる際の第１の伝送ステップ幅よりも小さい第２の伝送ステップで、第２のデータチャネルを介して伝送される。この方法は、第１のサンプリングステップ幅が第１の伝送ステップ幅に相当し、および／または、第２のサンプリングステップ幅が第２の伝送ステップ幅に相当し、対応するＩ／Ｏルーチンの処理が計算ルーチンの処理に関連することにより、簡単に実行可能である。
【００１６】
特に有利な実施形態では、機関部分モデルによる所定の機関状態量の計算が、第１のシミュレータ計算ユニットとは異なる第２のシミュレータ計算ユニット上で行われる。ここで、第２のシミュレータ計算ユニットは有利には自立的なプロセッサであるかまたはマイクロコントローラであるが、マルチコアプロセッサのコアであってもよい。重要なのは、機関部分モデルによる機関状態量の計算が機関全体モデルによる機関状態量の計算に影響せず、相互に独立した計算容量を各計算に利用できるということである。
【００１７】
本発明の方法のバリエーションとして、機関部分モデルによる所定の機関状態量の計算を、機関全体モデルが全ての機関状態量を計算する際のタスクとは別のタスクとして実行し、特に２つのタスクの双方を第１のシミュレータ計算ユニット上で実行することができる。この場合にも、機関部分モデルは、機関全体モデルの一部としてのみならず機関全体モデルに加えて存在するものであるが、機関全体モデルによって達成可能な機関状態量の計算よりも迅速な計算が可能となるように構成されることを考慮しなければならない。
【００１８】
前述した本発明の方法は、具体的な実施形態において、例えば、機関全体モデルが機関状態量として内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧を含み、機関部分モデルが所定の機関状態量として同様に内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧を含む場合に、有利に適用される。ここで考慮すべきは、マルチシリンダ型内燃機関において、機関全体モデルが機関部分モデルと同様に機関の全てのシリンダのシリンダ圧を計算するということである。所定の機関では、対称性を利用して計算コストを低減することもできる。以下では、シリンダの燃焼室内のシリンダ圧を例として説明する。この場合のシリンダ圧はもちろん内燃機関の他のシリンダの燃焼室圧を含んでもよい。
【００１９】
シリンダ内のシリンダ圧は内燃機関の制御に必須の機関状態量であり、特にクランク角度の設定変化量に関して、機関制御装置へ規則的に伝送される。逆に、制御装置からは、シリンダごとの内燃機関制御のために、機関状態量に依存して、（外部点火式の内燃機関の場合）噴射時間および点火角が伝送される。本発明の方法の有利な実施形態では、機関全体モデルが別の機関状態量として、また、機関部分モデルが別の所定の機関状態量として、シリンダ燃焼室内温度、および／または、シリンダ燃焼室内の温度勾配、および／または、シリンダ燃焼室容積、および／または、シリンダ燃焼室内の圧力勾配を含む。これらの量により、特にシリンダの燃焼室内のシリンダ圧が簡単に計算でき、その際に複雑な微分方程式系が必要なくなる。この場合、特に、機関部分モデルの範囲内でシリンダ圧の計算が可能となるので、機関全体モデルの計算時間の一部しか消費されない。
【００２０】
有利な実施形態では、シリンダの燃焼室内のシリンダ圧は、機関部分モデルにより、この機関部分モデル内で計算される温度実際値および容積実際値に基づいて計算される。機関全体モデルを用いて最後に計算されたシリンダ圧値ｐ０，シリンダ燃焼室容積Ｖ０，シリンダ燃焼室温度Ｔ０に基づいて、後の時点のシリンダ圧ｐｋが、次のサンプリングステップの到達前に、例えば、式
ｐｋ＝ｐ０・（Ｖ０／Ｔ０）・（Ｔｋ／Ｖｋ） （１）
から簡単に計算される。ここで、ｐｋは、機関部分モデルの第２のサンプリングステップ幅によって計算されるステップｋでのシリンダ圧の計算値であり、ＴｋおよびＶｋは、機関部分モデルで計算されたシリンダ燃焼室内温度およびシリンダ燃焼室容積である。
【００２１】
シリンダの燃焼室内温度Ｔｋは、機関部分モデル内で、式
Ｔｋ＝Ｔ０＋ＴＳ２・ｋ・ｄＴ０ （２）
により、有利には積分ないし外挿によって求められる。ここで、ＴＳ２は機関部分モデルが計算に用いる第２のサンプリングステップ幅であり、ｄＴ０は機関全体モデルによって最後の計算時点で求められた燃焼室内温度の温度勾配値である。
【００２２】
本発明の別の有利な実施形態では、シリンダ燃焼室容積Ｖｋが、クランク角度φに基づいて機関部分モデル内で求められる。この実施形態では、容積は、行展開によって、
Ｖｋ（φ）＝α０＋α１（φ０−φ）＋α２（φ０−φ）２＋．．． （３）
のように求められる。シリンダ燃焼室容積は、クランク角度に応じて周期的に、例えば正弦状に変化する特性を有しているので、行展開は有利には０゜から１８０゜までのクランク角度領域についてのみ行えばよい。この場合、行展開の小さな乗数しか計算に必要でないようにするには、さらなる部分領域への分割を行う。クランク角度φの値に応じて、例えば、角度領域が３つの部分領域へ分割される場合、３つの異なる行展開Ｖｋ１，Ｖｋ２，Ｖｋ３を計算することができる。
【００２３】
別の実施形態では、クランク角度φに基づく容積が、機関部分モデルのテーブルへアクセス可能なように格納される。
【００２４】
本発明のシミュレータは、内燃機関用制御装置のリアルタイムテストを行うために、第１のシミュレータ計算ユニットと第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェースとを備える。ここで、制御装置は、制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェースとによって構成されている。シミュレータはシミュレータＩ／Ｏインタフェースおよび制御装置Ｉ／Ｏインタフェースを介して制御装置へ接続可能であり、このため、第１のデータチャネルを介して制御装置からの機関制御データをシミュレータへ伝送できる。第１のシミュレータ計算ユニット上には機関全体モデルが設けられており、この機関全体モデルは、伝送された機関制御データに基づいて、第１のシミュレータ計算ユニット上で、第１のサンプリングステップ幅で種々の機関状態量を計算するように構成されている。また、シミュレータは、機関状態量の少なくとも一部を、第１の伝送ステップ幅で、特に第１のデータチャネルを介して、制御装置へ伝送できるように構成されている。本発明によれば、シミュレータには、種々の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１とは異なる第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２で計算する機関部分モデルが設けられており、これにより、前述した制御装置のリアルタイムテスト方法が実行される。
【００２５】
詳しく云うなら、本発明の制御装置のリアルタイムテスト方法ならびに本発明のシミュレータを実現するための複数の手段が存在する。これらについては、請求項１およびこれに従属する各請求項の記載、ならびに、本発明の方法ならびに本発明のシミュレータに関する図示の実施例およびその説明に表されている。
【実施例】
【００２６】
図では、内燃機関用制御装置１と、この制御装置１のリアルタイムテストを行うためのシミュレータ２とが概略的に示されている。シミュレータ２は、第１のシミュレータ計算ユニット３と第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース４とを含む。制御装置１は、同様に、明示されていない制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５とを含む。Ｉ／Ｏインタフェース４，５のあいだには第１のデータチャネル６が設けられており、これを介して制御装置１とシミュレータ２とが接続されている。
【００２７】
制御装置１は第１のデータチャネル６を介してシミュレータ２へ機関制御データを伝送する。シミュレータ２は、第１のシミュレータ計算ユニット３上で、機関制御データに基づき、機関全体モデル７により、第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１で関心のある種々の機関状態量をリアルタイム計算し、これにより第１のサンプリングステップ幅によって区切られる各計算時間の終了時に、結果として、機関全体モデル７の各機関状態量が供給される。機関状態量として、図１には、シリンダ燃焼室内温度Ｔ０、温度勾配ｄＴ０、シリンダ燃焼室容積Ｖ０およびシリンダ燃焼室内の圧力であるシリンダ圧ｐ０が示されている。
【００２８】
シミュレータ２を用いて行われるプロセスは、シミュレータ２が少なくとも１つの所定の機関状態量、この場合にはシリンダ圧ｐを、機関部分モデル８によって、第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１とは異なる第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２で計算するように構成されている。機関部分モデル８は機関全体モデル７の下位の一部分ではなく、所定の機関状態量に対する付加的な計算手段であって、この場合には、所定の機関状態量を第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１より小さい第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２で計算するものである。有利には、機関全体モデル７によって最後に計算された状態量が機関部分モデル８に供給される。機関部分モデル８は供給された機関状態量を機関全体モデル７から独立した所定の機関状態量の計算のために利用する。
【００２９】
図１，図２の実施例は、計算される機関状態量ｐが第１のデータチャネル６とは異なる第２のデータチャネル９を介して制御装置１へ伝送される点で共通している。ここで、第２のデータチャネル９は、図１の実施例では、第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース４と制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５とのあいだに形成されている。図２の実施例では、第２のデータチャネル９は、第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース４から独立した第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェース１０と制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５とのあいだに形成されている。制御装置１の側では、制御装置Ｉ／Ｏインタフェース５は（シリアル制御装置であればいずれの場合にも）接続スキーマとインタフェースとが設定されているので、問題なく変更可能である。
【００３０】
２つの実施例の双方で、所定の機関状態量を計算するための機関部分モデル８は第１のシミュレータ計算ユニット３とは異なる第２のシミュレータ計算ユニット１１上で計算され、機関全体モデル７の計算と機関部分モデル８の計算との最大限のハードウェア分離をもたらす。第１のシミュレータ計算ユニット３および第２のシミュレータ計算ユニット１１はどちらもメモリ１２へのアクセスを行う。メモリ１２は、この実施例では、両方向からアクセス可能なメモリとして構成されたデュアルポートメモリである。
【００３１】
図２の実施例では、機関全体モデル７の計算と機関部分モデル８の計算とは固定の時間パターンではなくクランク角度φに依存して行われるので、第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１と第２のサンプリングステップ幅ＴＳ２とはシミュレートされた内燃機関の回転数に依存して変化する。
【００３２】
機関全体モデル７は各第１のサンプリングステップ幅ＴＳ１の終了時に機関状態量Ｔ０，ｄＴ０，Ｖ０，ｐ０を形成し、メモリ１２に格納する。こうして、複数の機関状態量が機関部分モデル８に利用可能となり、中間ステップ幅でシリンダ圧ｐｋの中間値が計算される。なお、この実施例では、計算の際に前掲の式（１）（２）（３）に示されている法則が適用される。
【００３３】
図２の実施例では、クランク角度φはシミュレータ２内に設けられた角度計算ユニット１３によって設定される。
【００３４】
図示の方法では、シリンダ燃焼室容積は、クランクの半回転の角度領域にわたって求められる。ここで、クランク角度が１８０゜より大きい場合には、実際のクランク角度φのシリンダ燃焼室容積が等容積のクランク角度によって置換される。この場合、クランク角度領域は複数の部分領域へ分割される。ここでは、シミュレートすべき機関タイプごとに、シリンダ容積の行展開の展開係数が全ての部分領域に対してシミュレーション前に求められるように構成されている。
【符号の説明】
【００３５】
１ 制御装置、 ２ シミュレータ、 ３ 第１のシミュレータ計算ユニット、 ４ 第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース、 ５ 制御装置Ｉ／Ｏインタフェース、 ６ 第１のデータチャネル、 ７ 機関全体モデル、 ８ 機関部分モデル、 ９ 第２のデータチャネル、 １０ 第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェース、 １１ 第２のシミュレータ計算ユニット、 １２ メモリ、 １３ 角度計算ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シミュレータ（２）による内燃機関用制御装置（１）のリアルタイムテスト方法であって、
前記シミュレータ（２）が第１のシミュレータ計算ユニット（３）と第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）とを含み、
前記制御装置（１）が制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェース（５）とを含み、
前記制御装置（１）と前記シミュレータ（２）とは各Ｉ／Ｏインタフェースを介して第１のデータチャネル（６）により相互接続されており、前記制御装置（１）は前記第１のデータチャネル（６）を介して機関制御データを前記シミュレータ（２）へ伝送し、
前記シミュレータ（２）は、前記機関制御データを用いて、前記第１のシミュレータ計算ユニット（３）上の機関全体モデル（７）により、第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）で複数の機関状態量を計算し、該複数の機関状態量のうち少なくとも一部を第１の伝送ステップ幅で前記制御装置（１）へ伝送する、
制御装置のリアルタイムテスト方法において、
前記シミュレータ（２）は、前記複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を、機関部分モデル（８）により、前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）とは異なる第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）で計算する
ことを特徴とする、制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項２】
計算された前記所定の機関状態量を、第２の伝送ステップ幅で、前記第１のデータチャネル（６）とは異なる第２のデータチャネル（９）を介して前記制御装置（１）へ伝送する、請求項１記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項３】
前記第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）は前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）より小さく、例えば、前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）は前記第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）の整数倍である、請求項１または２記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項４】
前記第２の伝送ステップ幅は前記第１の伝送ステップ幅よりも小さい、請求項１から３までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項５】
前記第２のデータチャネル（９）は前記第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）から独立した第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（１０）を介して形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項６】
前記機関部分モデル（８）による前記所定の機関状態量の計算を、前記第１のシミュレータ計算ユニット（３）とは異なる第２のシミュレータ計算ユニット（１１）上で行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項７】
前記機関部分モデル（８）による前記所定の機関状態量の計算を、前記機関全体モデル（７）が全ての機関状態量を計算する際のタスクとは別のタスクとして実行し、例えば２つのタスクとも第１のシミュレータ計算ユニット（３）上で実行する、請求項１から６までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項８】
前記機関全体モデルによって最後のサンプリングステップで求められた機関制御量の各値を、前記機関部分モデルへ供給する、請求項１から７までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項９】
前記機関全体モデル（７）は、前記機関状態量として、内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧ｐを含み、前記機関部分モデル（８）は、前記所定の機関状態量として、同様に、内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧ｐを含む、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１０】
前記機関全体モデル（７）が別の機関状態量として、また、前記機関部分モデル（８）が別の所定の機関状態量として、シリンダ燃焼室内温度、および／または、シリンダ燃焼室内温度勾配、および／または、シリンダ燃焼室容積、および／または、シリンダ燃焼室内圧力勾配を含む、請求項９記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１１】
前記機関部分モデル（８）において、シリンダ燃焼室内温度を積分により求め、該シリンダ燃焼室内温度を前記シリンダ圧の計算に用いる、請求項９または１０記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１２】
前記機関部分モデル（８）において、例えば行展開もしくはテーブル問い合わせにより、シリンダ燃焼室容積を求め、該シリンダ燃焼室容積を前記シリンダ圧の計算に用いる、請求項９から１１までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１３】
前記シリンダ圧を、前記機関部分モデル（８）において、設定されたクランク角度（φ）に基づいて求め、例えば、前記クランク角度（φ）を前記シミュレータ（２）内に配置された角度計算ユニット（１２）によって設定する、請求項９から１２までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１４】
前記シリンダ燃焼室容積の計算を、クランクの半回転の角度領域、例えば０゜から１８０゜に対して行い、クランク角度が１８０゜より大きい場合には、前記シリンダ燃焼室容積を求める際に、実際のクランク角度（φ）を等容積となるクランク角度によって置換し、前記クランク角度領域を複数の部分領域へ分割し、シミュレートすべき全てのタイプの機関に対して、前記シリンダ燃焼室容積の行展開の展開係数を、各部分領域ごとにシミュレーション前に求める、請求項１３記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１５】
内燃機関用制御装置（１）のリアルタイムテストを行うために、第１のシミュレータ計算ユニット（３）と第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）とを含む、シミュレータ（２）であって、
前記制御装置（１）が制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェース（５）とを含み、
前記シミュレータ（２）は前記シミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）および前記制御装置Ｉ／Ｏインタフェース（５）を介して前記制御装置（１）へ接続可能であり、これにより前記第１のデータチャネル（６）を介して前記制御装置（１）から前記シミュレータ（２）へ機関制御データを伝送され、
前記第１のシミュレータ計算ユニット（３）上に、伝送された前記機関制御データに基づいて第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）で複数の機関状態量を計算するように構成された機関全体モデル（７）が設けられており、
前記シミュレータ（２）は、前記複数の機関状態量の少なくとも一部を第１の伝送ステップ幅で前記制御装置（１）へ伝送するように構成されている、
シミュレータにおいて、
該シミュレータ（２）内に、前記複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）とは異なる第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）で計算するための機関部分モデル（８）が設けられており、これにより、前記シミュレータ（２）によって請求項１から１４までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法が実行される
ことを特徴とする、シミュレータ。
【請求項１】
シミュレータ（２）による内燃機関用制御装置（１）のリアルタイムテスト方法であって、
前記シミュレータ（２）が第１のシミュレータ計算ユニット（３）と第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）とを含み、
前記制御装置（１）が制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェース（５）とを含み、
前記制御装置（１）と前記シミュレータ（２）とは各Ｉ／Ｏインタフェースを介して第１のデータチャネル（６）により相互接続されており、前記制御装置（１）は前記第１のデータチャネル（６）を介して機関制御データを前記シミュレータ（２）へ伝送し、
前記シミュレータ（２）は、前記機関制御データを用いて、前記第１のシミュレータ計算ユニット（３）上の機関全体モデル（７）により、第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）で複数の機関状態量を計算し、該複数の機関状態量のうち少なくとも一部を第１の伝送ステップ幅で前記制御装置（１）へ伝送する、
制御装置のリアルタイムテスト方法において、
前記シミュレータ（２）は、前記複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を、機関部分モデル（８）により、前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）とは異なる第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）で計算する
ことを特徴とする、制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項２】
計算された前記所定の機関状態量を、第２の伝送ステップ幅で、前記第１のデータチャネル（６）とは異なる第２のデータチャネル（９）を介して前記制御装置（１）へ伝送する、請求項１記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項３】
前記第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）は前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）より小さく、例えば、前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）は前記第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）の整数倍である、請求項１または２記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項４】
前記第２の伝送ステップ幅は前記第１の伝送ステップ幅よりも小さい、請求項１から３までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項５】
前記第２のデータチャネル（９）は前記第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）から独立した第２のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（１０）を介して形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項６】
前記機関部分モデル（８）による前記所定の機関状態量の計算を、前記第１のシミュレータ計算ユニット（３）とは異なる第２のシミュレータ計算ユニット（１１）上で行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項７】
前記機関部分モデル（８）による前記所定の機関状態量の計算を、前記機関全体モデル（７）が全ての機関状態量を計算する際のタスクとは別のタスクとして実行し、例えば２つのタスクとも第１のシミュレータ計算ユニット（３）上で実行する、請求項１から６までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項８】
前記機関全体モデルによって最後のサンプリングステップで求められた機関制御量の各値を、前記機関部分モデルへ供給する、請求項１から７までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項９】
前記機関全体モデル（７）は、前記機関状態量として、内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧ｐを含み、前記機関部分モデル（８）は、前記所定の機関状態量として、同様に、内燃機関のシリンダ燃焼室内のシリンダ圧ｐを含む、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１０】
前記機関全体モデル（７）が別の機関状態量として、また、前記機関部分モデル（８）が別の所定の機関状態量として、シリンダ燃焼室内温度、および／または、シリンダ燃焼室内温度勾配、および／または、シリンダ燃焼室容積、および／または、シリンダ燃焼室内圧力勾配を含む、請求項９記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１１】
前記機関部分モデル（８）において、シリンダ燃焼室内温度を積分により求め、該シリンダ燃焼室内温度を前記シリンダ圧の計算に用いる、請求項９または１０記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１２】
前記機関部分モデル（８）において、例えば行展開もしくはテーブル問い合わせにより、シリンダ燃焼室容積を求め、該シリンダ燃焼室容積を前記シリンダ圧の計算に用いる、請求項９から１１までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１３】
前記シリンダ圧を、前記機関部分モデル（８）において、設定されたクランク角度（φ）に基づいて求め、例えば、前記クランク角度（φ）を前記シミュレータ（２）内に配置された角度計算ユニット（１２）によって設定する、請求項９から１２までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１４】
前記シリンダ燃焼室容積の計算を、クランクの半回転の角度領域、例えば０゜から１８０゜に対して行い、クランク角度が１８０゜より大きい場合には、前記シリンダ燃焼室容積を求める際に、実際のクランク角度（φ）を等容積となるクランク角度によって置換し、前記クランク角度領域を複数の部分領域へ分割し、シミュレートすべき全てのタイプの機関に対して、前記シリンダ燃焼室容積の行展開の展開係数を、各部分領域ごとにシミュレーション前に求める、請求項１３記載の制御装置のリアルタイムテスト方法。
【請求項１５】
内燃機関用制御装置（１）のリアルタイムテストを行うために、第１のシミュレータ計算ユニット（３）と第１のシミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）とを含む、シミュレータ（２）であって、
前記制御装置（１）が制御装置計算ユニットと制御装置Ｉ／Ｏインタフェース（５）とを含み、
前記シミュレータ（２）は前記シミュレータＩ／Ｏインタフェース（４）および前記制御装置Ｉ／Ｏインタフェース（５）を介して前記制御装置（１）へ接続可能であり、これにより前記第１のデータチャネル（６）を介して前記制御装置（１）から前記シミュレータ（２）へ機関制御データを伝送され、
前記第１のシミュレータ計算ユニット（３）上に、伝送された前記機関制御データに基づいて第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）で複数の機関状態量を計算するように構成された機関全体モデル（７）が設けられており、
前記シミュレータ（２）は、前記複数の機関状態量の少なくとも一部を第１の伝送ステップ幅で前記制御装置（１）へ伝送するように構成されている、
シミュレータにおいて、
該シミュレータ（２）内に、前記複数の機関状態量のうち少なくとも１つの所定の機関状態量を前記第１のサンプリングステップ幅（ＴＳ１）とは異なる第２のサンプリングステップ幅（ＴＳ２）で計算するための機関部分モデル（８）が設けられており、これにより、前記シミュレータ（２）によって請求項１から１４までのいずれか１項記載の制御装置のリアルタイムテスト方法が実行される
ことを特徴とする、シミュレータ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−８３６４６（Ｐ２０１３−８３６４６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２２９１０（Ｐ２０１２−２２２９１０）
【出願日】平成２４年１０月５日（２０１２．１０．５）
【出願人】（５０６０１２２１３）ディスペース デジタル シグナル プロセッシング アンド コントロール エンジニアリング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (21)
【氏名又は名称原語表記】ｄｓｐａｃｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｒａｔｈｅｎａｕｓｔｒ．２６，Ｄ−３３１０２ Ｐａｄｅｒｂｏｒｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月５日（２０１２．１０．５）
【出願人】（５０６０１２２１３）ディスペース デジタル シグナル プロセッシング アンド コントロール エンジニアリング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (21)
【氏名又は名称原語表記】ｄｓｐａｃｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｒａｔｈｅｎａｕｓｔｒ．２６，Ｄ−３３１０２ Ｐａｄｅｒｂｏｒｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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