制御装置
【課題】多入力の制御系において、ある特定の操作部につき、偏差の大きい過渡期にはこれを自在に動作させ、それ以外の時期にはその動作を抑制できるようにする。
【解決手段】各操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、サーボコントローラ５１が算出する制御入力のうち特定の操作部３３に係る制御入力値に重み値を乗ずる補正制御部５２とを具備する制御装置を構成し、補正制御部５２が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに重み値を極大値に設定し、その後時間経過とともに重み値を減少させてゆくようにした。
【解決手段】各操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、サーボコントローラ５１が算出する制御入力のうち特定の操作部３３に係る制御入力値に重み値を乗ずる補正制御部５２とを具備する制御装置を構成し、補正制御部５２が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに重み値を極大値に設定し、その後時間経過とともに重み値を減少させてゆくようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示されている排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、過給機を備えた内燃機関のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を制御するものである。過給圧とＥＧＲ率との間には相互干渉が存在し、１入力１出力のコントローラで過給圧、ＥＧＲ率の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ（むだ時間）がある。このような事情から、特許文献１に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した他入力多出力のコントローラを設計してＥＧＲ制御をしている。
【０００３】
多入力の制御系では、制御出力を目標値に追従させるために、複数の操作部を操作する。しかしながら、中にはあまり動作させたくない操作部も存在する。例えば、ディーゼルエンジンにおけるＤスロットルバルブは、その開度の縮小が吸気ロスの増大を招き、燃費の悪化につながることから、できるだけ開け拡げたままにしておきたい。
【０００４】
一方で、目標値が変更され制御出力と目標値との偏差の大きい過渡期には、このＤスロットルバルブをも動作させて速やかに偏差を縮小したいという欲求がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に着目してなされた本発明は、多入力の制御系において、ある特定の操作部につき、偏差の大きい過渡期にはこれを自在に動作させ、それ以外の時期にはその動作を抑制できるようにすることを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち特定の操作部に係る制御入力値に重み値を乗ずる補正制御部とを具備し、前記補正制御部が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに前記重み値を極大値に設定し、その後時間経過とともに重み値を減少させてゆくことを特徴とする制御装置を構成した。
【０００８】
偏差の拡大をもたらす所定の事象（例えば、アクセルの踏み込みに伴うＥＧＲ率等の目標値の変更）が発生していない段階では、前記重み値を充分に小さくして、サーボコントローラが算出した特定の操作部（例えば、Ｄスロットルバルブ）に係る制御入力値を抑圧する。換言すれば、サーボコントローラによって特定の操作部が操作されないようにする。翻って、所定の事象が発生した暁には、重み値を大きくして、サーボコントローラが算出した特定の操作部に係る制御入力値がそのまま制御に使用されるようにする。これにより、ある特定の操作部について、偏差の大きい過渡期にはサーボコントローラによってこれを自在に動作させながら、それ以外の時期にはその動作を抑制することが可能となる。
【０００９】
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記特定の操作部に係る制御入力に加味するべき加算値との関係を定めたマップを予め記憶しており、前記指標値をキーとして前記マップを検索することで前記加算値を知得し、その加算値を前記重み値を乗じた制御入力値に加味するものとすれば、所定の事象が発生していない段階においてマップに基づいた特定の操作部の操作量（開度）の固定を実現できるとともに、所定の事象が発生した以降はサーボコントローラによる操作制御を援用でき、柔軟な制御が可能となる。
【００１０】
本発明は、ディーゼルエンジンに付帯するＥＧＲ装置のＥＧＲ率若しくはＥＧＲ量を制御するシステムへの適用に好適である。この場合、ディーゼルエンジンに実装されたＤスロットルバルブが、前記特定の操作部となる。
【００１１】
なお、前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち前記特定の操作部以外の他の操作部に係る制御入力値が閾値を越える場合には、前記補正制御部が、前記他の操作部に与える制御入力を当該閾値に設定するとともに、制御出力とその目標値との偏差の縮小に必要な補正量を前記重み値を乗じた制御入力値に加味することが好ましい。例えば、顕著に高い目標ＥＧＲ率が与えられた場合には、サーボコントローラがＥＧＲバルブを開こうとして、ＥＧＲバルブの可動範囲を越える巨大な制御入力値を算出してしまうことがある。そのときに、ＥＧＲバルブに与える制御入力値を前記閾値にクリップし、なおかつ、ＥＧＲバルブ開度をクリップした分をＤスロットルバルブに与える制御入力値の補正によって補う。即ち、サーボコントローラが算出する開度以上にＤスロットルバルブを絞り、新気量を低減させてＥＧＲ率の増大を図る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、多入力の制御系において、ある特定の操作部につき、偏差の大きい過渡期にはこれを自在に動作させ、それ以外の時期にはその動作を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態におけるＥＧＲシステムのハードウェア資源構成図。
【図２】同実施形態の制御装置の構成説明図。
【図３】同実施形態の適応スライディングモードコントローラのブロック線図。
【図４】特定の操作部に係る制御入力に乗ずる重み値ｍの減衰の態様を示す図。
【図５】内燃機関の現在状況と加算値ｕmapとの関係を定めたマップを例示する図。
【図６】各制御入力と各制御出力との関係を定めたマップを例示する図。
【図７】ＥＧＲバルブ開度とＥＧＲ率との関係を定めたマップを例示する図。
【図８】スロットルバルブ開度とＥＧＲ率との関係を定めたマップを例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明の適用対象の一であるＥＧＲシステムである。内燃機関２に付帯するこのＥＧＲシステムは、吸排気系３、４における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器（または、センサ）１１、１２と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部４５、４２、３３を操作する制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５とを具備してなる。
【００１５】
内燃機関２は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、可変ターボのコンプレッサ３１を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ３２、及び吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３３を設ける。また、吸入空気量を計測する流量計１１、吸気管内圧力を計測する圧力計１２をそれぞれ設置する。
【００１６】
内燃機関２の排気系４には、コンプレッサ３１を駆動するタービン４１を配設し、タービン４１の入口には過給機のＡ／Ｒ比を増減させるためのノズルベーン４２を設ける。そして、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させるＥＧＲ通路４３を形成する。ＥＧＲ通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３３よりも下流に接続する。ＥＧＲ通路４３には、排気冷却用のＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス（ＥＧＲガス）量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
【００１７】
本実施形態では、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）と、吸気管内圧力とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２及びスロットルバルブ３３を操作する制御を実施する。
【００１８】
ＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２、スロットルバルブ３３は、ＥＣＵ５により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部４５、４２、３３は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
【００１９】
ＥＣＵ５は、プロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を検出するための計測器１１、１２の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。
【００２０】
因みに、本実施形態では、ＥＧＲ率を直接計測していない。内燃機関２のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をｇcylとおき、流量計１１で計測される吸入空気量をｇaとおくと、推定ＥＧＲ率ｅegrについて、ｅegr＝１−ｇa／ｇcylなる関係が成立する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと吸入空気量とを上記式に代入してＥＧＲ率を算出する。
【００２１】
並びに、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２、スロットルバルブ３３や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等（図示せず）と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
【００２２】
ＥＣＵ５で実行するべきプログラムはＲＯＭまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ＥＣＵ５は、プログラムに従い内燃機関２を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。
【００２３】
フィードバック制御時、ＥＣＵ５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を設定する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。
【００２４】
そして、ＥＣＵ５は、計測器１１、１２が出力する信号を受け取ってＥＧＲ率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からＥＧＲバルブ４５の開度、可変ターボのノズル４２の開度及びスロットルバルブ３３の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部４５、４２、３３に入力、開度を操作する。
【００２５】
その上で、ＥＣＵ５は、プログラムに従い、図２及び図３に示すサーボコントローラ５１及び補正制御部５２としての機能を発揮する。
【００２６】
サーボコントローラ５１は、スライディングモードコントローラであって、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。
【００２７】
ＥＧＲ率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式（数１）の通りである。
【００２８】
【数１】
【００２９】
本実施形態では、状態量ベクトルＸを出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器１１、１２を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Ｃは既知、本実施形態では単位行列とする。
【００３０】
プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における係数行列Ａ及び入力行列Ｂの同定にあたっては、各操作部４５、４２、３３に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列Ａ、Ｂを同定する。各操作部４５、４２、３３に入力するＭ系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
【００３１】
図３に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ５１の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸに、目標値ベクトルＲと出力ベクトルＹとの偏差の積分値ベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下式（数２）に示す拡大系の状態方程式を得る。
【００３２】
【数２】
【００３３】
安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ＝０かつ式（数４）が成立する。
【００３４】
【数３】
【００３５】
【数４】
【００３６】
故に、スライディングモードが生じているときの線形入力（等価制御入力）は、下式（数５）となる。
【００３７】
【数５】
【００３８】
上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。
【００３９】
【数６】
【００４０】
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。
【００４１】
【数７】
【００４２】
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
行列Ｐsは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。
【００４５】
【数９】
【００４６】
リカッチ方程式（数９）におけるＱsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ1、ｑ2は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。ｑ3、ｑ4は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式（数９）におけるＲsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定する。
【００４７】
なお、上記式（数８）、（数９）に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）を用いてもよい。
【００４８】
【数１０】
【００４９】
【数１１】
【００５０】
超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Ｕを、線形入力Ｕeqと新たな入力即ち非線形入力（非線形制御入力）Ｕnlとの和として、下式（数１２）で表す。
【００５１】
【数１２】
【００５２】
切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると式（数１４）となる。
【００５３】
【数１３】
【００５４】
【数１４】
【００５５】
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【００５６】
【数１５】
【００５７】
非線形入力Ｕnlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は式（数１７）となる。
【００５８】
【数１６】
【００５９】
【数１７】
【００６０】
従って、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。
【００６１】
【数１８】
【００６２】
ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η＞０である。
【００６３】
スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式（数１）に不確かさ（ｆ＋Δｆ）を加え、下式（数１９）で表す。
【００６４】
【数１９】
【００６５】
不確かさの確定部分ｆは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δｆのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体（ｆ＋Δｆ）にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。
【００６６】
制御入力Ｕは、式（数１８）に適応項Ｕadを追加した下式（数２０）となる。
【００６７】
【数２０】
【００６８】
制御入力（数２０）におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数ｈは、一般には状態量ｘ及び／または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではｈをｘ及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、ｘを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、ｈ＝１とした場合、推定パラメータを下式（数２１）に則って同定することができる。
【００６９】
【数２１】
【００７０】
本実施形態では、ＥＧＲ率ｙ1及び吸気管内圧力ｙ2を制御出力変数とし、ＥＧＲバルブ４５の開度ｕ1、可変ターボのノズル４２の開度ｕ2及びスロットルバルブ３３の開度ｕ3を制御入力変数とした３入力２出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数（システムの次数）は、当初の系（数１）では出力変数の個数と同じく２、拡大系（数２）では４となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。
【００７１】
尤も、本実施形態のような３入力２出力のシステムでは、ｄｅｔ（ＳＢe）＝０が成立し、行列（ＳＢe）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢe）-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢe）†を用いる。
【００７２】
しかして、補正制御部５２は、スライディングモードコントローラ５１が反復的に演算している制御入力Ｕを補正する。本実施形態では、ＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の偏差が大きい過渡期にはＤスロットルバルブ３３を開閉して速やかに偏差を縮小させる一方、それ以外の時期にはＤスロットルバルブ３３の動作を抑制、特にＤスロットルバルブ３３の開度をできるだけ大きく開けたままにして燃費及び燃焼安定性の向上を図ることに主眼を置いている。そのために、補正制御部５２は、スライディングモードコントローラ５１が算出したＤスロットルバルブ３３に係る制御入力値ｕ3に、重み値ｍ、加算値ｕmapによる補正を加える。最終的に、ＥＧＲバルブ４５の開度ＥＧＲｖ、ノズルベーン４２の開度ＶＮＴ及びＤスロットルバルブ３３の開度Ｄｔｈは下式（数２２）となる。
【００７３】
【数２２】
【００７４】
重み値ｍは、ＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の偏差が大きい過渡期には０＜ｍ＜１の正値をとる。過渡期以外の時期には、ｍ≒０とする。即ち、スライディングモードコントローラ５１が算出した制御入力値ｕ3を制御に使用しない。
【００７５】
補正制御部５２は、ＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の偏差が増大する所定の事象が発生したときに重み値ｍを極大値ｍ0とし、その後時間経過とともに重み値ｍを減少させてゆく。所定の事象とは、例えば、アクセルの踏み込み量の変動や、要求燃料噴射量の変動その他のＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の目標値の変更を生じさせる事象をいう。補正制御部５２は、アクセル踏み込み量の変化量、燃料噴射量の変化量または目標値の変化量が所定の閾値を越えたときに、所定の事象が発生したものと判断し、重み値ｍを初期値ｍ0に設定する。
【００７６】
初期値ｍ0は常に一定ではなく、所定の事象の度合いに応じて増減し得る。本実施形態では、初期値ｍ0を、アクセル踏み込み量の変化量、燃料噴射量の変化量または目標値の変化量の関数とし、それら変化量が大きいほど初期値ｍ0を高くすることとしている。
【００７７】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、上記の変化量と初期値ｍ0との関係を定めたマップデータが記憶されている。補正制御部５２は、上記の変化量をキーとしてマップを検索し、初期値ｍ0を知得する。
【００７８】
そして、補正制御部５２は、この重み値ｍを徐々に減少させる。図４に示すように、重み値ｍの減少の過程は一次減衰系、いわゆる一次遅れ要素のインパルス応答に相似とする。所定の事象が発生し、重み値ｍ＝ｍ0とした時点の時刻ｔ＝０とおくと、時刻ｔにおける重み値ｍ（ｔ）は下式（数２３）となる。
【００７９】
【数２３】
【００８０】
Ｔは時定数であり、適宜に定める。所定の事象が発生した後、時間の経過とともに重み値ｍは減少して０に漸近する。
【００８１】
さらに、補正制御部５２は、内燃機関２またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値に応じて、Ｄスロットルバルブ３３に係る制御入力ｕ3に加味するべき加算値ｕmapを設定する。指標値は、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量である。
【００８２】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び燃料噴射量と、加算値ｕmapとの関係を定めたマップが記憶されている。マップの概要を、図５に例示する。エンジン回転数が低く、燃料噴射量が少ない状況下では、ＥＧＲ通路４３を還流するＥＧＲガスの量が減少するので、所要の目標ＥＧＲ率を達成するためにＤスロットルバルブ３３の開度を絞る必要がある。そこで、エンジン回転数が低いほど、また燃料噴射量が少ないほど、加算値ｕmapを大きな値とする。但し、Ｄスロットルバルブの開度については、制御入力値Ｄｔｈ（または、ｕ3、ｕmap）が大きい側がバルブの閉止、制御入力値Ｄｔｈが小さい側がバルブの開放を意味している。従って、加算値ｕmapが大きくなれば、Ｄスロットルバルブ３３の実際の開度は絞られることになる。補正制御部５２は、エンジン回転数及び燃料噴射量をキーとしてマップを検索し、加算値ｕmapを知得する。
【００８３】
本実施形態では、内燃機関２またはそれに付帯する装置を複数の操作部４５、４２、３３を操作して制御するものであって、各操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、サーボコントローラ５１が算出する制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3のうち特定の操作部３３に係る制御入力値ｕ3に重み値ｍを乗ずる補正制御部５２とを具備し、前記補正制御部５２が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに前記重み値ｍを極大値ｍ0に設定し、その後時間経過とともに重み値ｍを減少させてゆく制御装置を構成したので、所定の事象が発生していない段階では前記重み値ｍを充分に小さくし、所定の事象が発生した暁には重み値ｍを大きくして、特定の操作部３３の動作を切り換えることが可能となる。
【００８４】
本実施形態によれば、偏差の大きい過渡期にはサーボコントローラ５１にＤスロットルバルブ３３を操作させて制御出力の目標値への収束を速めながら、定常期にはＤスロットルバルブ３３をサーボコントローラ５１の操作に委ねずにその開度をｕmapに維持することができる。結果、過渡期における排気ガスの良化と、定常期における燃費及び燃焼安定性の向上とが両立する。
【００８５】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、顕著に高い目標ＥＧＲ率が設定されると、サーボコントローラ５１がＥＧＲバルブ４５を開こうとしてＥＧＲバルブ４５の可動範囲を越える巨大な制御入力値ｕ1を算出してしまうことがある。このように、前記所定の事象が発生した後、ＥＧＲバルブ４５に係る制御入力値ｕ1が所定の閾値ｕHを越えてしまう場合には、補正制御部５２が、ＥＧＲバルブ４５に与える制御入力ＥＧＲｖを当該閾値ｕHに設定するとともに、制御出力とその目標値との偏差の縮小に必要な補正量ｕDをＤスロットルバルブ３３に与える制御入力Ｄｔｈに加味する補正を行うことが好ましい。これにより、ｕ1＞ｕHが成立する間、ＥＧＲバルブ４５の開度ＥＧＲｖ、ノズルベーン４２の開度ＶＮＴ及びＤスロットルバルブ３３の開度Ｄｔｈは下式（数２４）となる。
【００８６】
【数２４】
【００８７】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、プラントの入出力特性を示すマップが記憶されている。マップの概要を、図６に例示している。マップは、ＥＧＲバルブ４５の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップ、ノズルベーン４２の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップ、スロットルバルブ３３の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップ、ＥＧＲバルブ４５の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、ノズルベーン４２の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、スロットルバルブ３３の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、都合６枚が存在する。但し、ノズルベーン４２の開度については、制御入力値ＶＮＴ（または、ｕ2）が大きい（グラフの右方）側がバルブの閉止、制御入力値ＶＮＴが小さい（グラフの左方）側がバルブの開放を意味している。既に述べた通り、Ｄスロットルバルブ３３の開度についても同様である。
【００８８】
補正制御部５２は、これらマップデータを基に、Ｄスロットルバルブ３３に与える制御入力Ｄｔｈに加味する補正量ｕDを決定する。まず、図７に示すように、ＥＧＲバルブ４５の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップを参照して、スライディングモードコントローラ５１の算出した制御入力ｕ1に対応するＥＧＲ率と、閾値ｕHに対応するＥＧＲ率との差分Δｅｅｇｒを知得する。差分Δｅｅｇｒは、ＥＧＲバルブ４５に与える制御入力が（ｕ1−ｕH）だけ小さくなることに起因して発生する偏差と考えることができる。
【００８９】
次いで、図８に示すように、Ｄスロットルバルブ３３の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップを参照して、補正量ｕDを加味する前の制御入力（ｍｕ3＋ｕmap）に対応するＥＧＲ率を知得した上、これにΔｅｅｇｒを加算したＥＧＲ率を実現するのに必要な制御入力Ｄｔｈを知得する。両者の差分が、Ｄスロットルバルブ３３に係る制御入力に加味するべき補正量ｕDとなる。いわば、入出力特性のマップを介して偏差を補正量に変換したことになる。
【００９０】
ＥＧＲ制御における制御入力変数は、ＥＧＲバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及び吸気管内圧力には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、４入力３出力の３次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機（のコンプレッサ）をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。
【００９１】
また、重み値が乗じられる特定の操作部も、Ｄスロットルバルブには限定されない。
【００９２】
サーボコントローラが実現する多入力フィードバック制御の手法はスライディングモード制御には限定されず、スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、Ｈ∞制御、バックステッピング制御等を採用しても構わない。
【００９３】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、例えば、過給機を備えた内燃機関に付帯するＥＧＲ装置のＥＧＲ率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
５…ＥＣＵ（制御装置）
５１…適応スライディングモードコントローラ（サーボコントローラ）
５２…補正制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示されている排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、過給機を備えた内燃機関のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を制御するものである。過給圧とＥＧＲ率との間には相互干渉が存在し、１入力１出力のコントローラで過給圧、ＥＧＲ率の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ（むだ時間）がある。このような事情から、特許文献１に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した他入力多出力のコントローラを設計してＥＧＲ制御をしている。
【０００３】
多入力の制御系では、制御出力を目標値に追従させるために、複数の操作部を操作する。しかしながら、中にはあまり動作させたくない操作部も存在する。例えば、ディーゼルエンジンにおけるＤスロットルバルブは、その開度の縮小が吸気ロスの増大を招き、燃費の悪化につながることから、できるだけ開け拡げたままにしておきたい。
【０００４】
一方で、目標値が変更され制御出力と目標値との偏差の大きい過渡期には、このＤスロットルバルブをも動作させて速やかに偏差を縮小したいという欲求がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に着目してなされた本発明は、多入力の制御系において、ある特定の操作部につき、偏差の大きい過渡期にはこれを自在に動作させ、それ以外の時期にはその動作を抑制できるようにすることを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち特定の操作部に係る制御入力値に重み値を乗ずる補正制御部とを具備し、前記補正制御部が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに前記重み値を極大値に設定し、その後時間経過とともに重み値を減少させてゆくことを特徴とする制御装置を構成した。
【０００８】
偏差の拡大をもたらす所定の事象（例えば、アクセルの踏み込みに伴うＥＧＲ率等の目標値の変更）が発生していない段階では、前記重み値を充分に小さくして、サーボコントローラが算出した特定の操作部（例えば、Ｄスロットルバルブ）に係る制御入力値を抑圧する。換言すれば、サーボコントローラによって特定の操作部が操作されないようにする。翻って、所定の事象が発生した暁には、重み値を大きくして、サーボコントローラが算出した特定の操作部に係る制御入力値がそのまま制御に使用されるようにする。これにより、ある特定の操作部について、偏差の大きい過渡期にはサーボコントローラによってこれを自在に動作させながら、それ以外の時期にはその動作を抑制することが可能となる。
【０００９】
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記特定の操作部に係る制御入力に加味するべき加算値との関係を定めたマップを予め記憶しており、前記指標値をキーとして前記マップを検索することで前記加算値を知得し、その加算値を前記重み値を乗じた制御入力値に加味するものとすれば、所定の事象が発生していない段階においてマップに基づいた特定の操作部の操作量（開度）の固定を実現できるとともに、所定の事象が発生した以降はサーボコントローラによる操作制御を援用でき、柔軟な制御が可能となる。
【００１０】
本発明は、ディーゼルエンジンに付帯するＥＧＲ装置のＥＧＲ率若しくはＥＧＲ量を制御するシステムへの適用に好適である。この場合、ディーゼルエンジンに実装されたＤスロットルバルブが、前記特定の操作部となる。
【００１１】
なお、前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち前記特定の操作部以外の他の操作部に係る制御入力値が閾値を越える場合には、前記補正制御部が、前記他の操作部に与える制御入力を当該閾値に設定するとともに、制御出力とその目標値との偏差の縮小に必要な補正量を前記重み値を乗じた制御入力値に加味することが好ましい。例えば、顕著に高い目標ＥＧＲ率が与えられた場合には、サーボコントローラがＥＧＲバルブを開こうとして、ＥＧＲバルブの可動範囲を越える巨大な制御入力値を算出してしまうことがある。そのときに、ＥＧＲバルブに与える制御入力値を前記閾値にクリップし、なおかつ、ＥＧＲバルブ開度をクリップした分をＤスロットルバルブに与える制御入力値の補正によって補う。即ち、サーボコントローラが算出する開度以上にＤスロットルバルブを絞り、新気量を低減させてＥＧＲ率の増大を図る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、多入力の制御系において、ある特定の操作部につき、偏差の大きい過渡期にはこれを自在に動作させ、それ以外の時期にはその動作を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態におけるＥＧＲシステムのハードウェア資源構成図。
【図２】同実施形態の制御装置の構成説明図。
【図３】同実施形態の適応スライディングモードコントローラのブロック線図。
【図４】特定の操作部に係る制御入力に乗ずる重み値ｍの減衰の態様を示す図。
【図５】内燃機関の現在状況と加算値ｕmapとの関係を定めたマップを例示する図。
【図６】各制御入力と各制御出力との関係を定めたマップを例示する図。
【図７】ＥＧＲバルブ開度とＥＧＲ率との関係を定めたマップを例示する図。
【図８】スロットルバルブ開度とＥＧＲ率との関係を定めたマップを例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明の適用対象の一であるＥＧＲシステムである。内燃機関２に付帯するこのＥＧＲシステムは、吸排気系３、４における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器（または、センサ）１１、１２と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部４５、４２、３３を操作する制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５とを具備してなる。
【００１５】
内燃機関２は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、可変ターボのコンプレッサ３１を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ３２、及び吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３３を設ける。また、吸入空気量を計測する流量計１１、吸気管内圧力を計測する圧力計１２をそれぞれ設置する。
【００１６】
内燃機関２の排気系４には、コンプレッサ３１を駆動するタービン４１を配設し、タービン４１の入口には過給機のＡ／Ｒ比を増減させるためのノズルベーン４２を設ける。そして、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させるＥＧＲ通路４３を形成する。ＥＧＲ通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３３よりも下流に接続する。ＥＧＲ通路４３には、排気冷却用のＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス（ＥＧＲガス）量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
【００１７】
本実施形態では、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）と、吸気管内圧力とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２及びスロットルバルブ３３を操作する制御を実施する。
【００１８】
ＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２、スロットルバルブ３３は、ＥＣＵ５により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部４５、４２、３３は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
【００１９】
ＥＣＵ５は、プロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を検出するための計測器１１、１２の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。
【００２０】
因みに、本実施形態では、ＥＧＲ率を直接計測していない。内燃機関２のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をｇcylとおき、流量計１１で計測される吸入空気量をｇaとおくと、推定ＥＧＲ率ｅegrについて、ｅegr＝１−ｇa／ｇcylなる関係が成立する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと吸入空気量とを上記式に代入してＥＧＲ率を算出する。
【００２１】
並びに、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２、スロットルバルブ３３や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等（図示せず）と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
【００２２】
ＥＣＵ５で実行するべきプログラムはＲＯＭまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ＥＣＵ５は、プログラムに従い内燃機関２を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。
【００２３】
フィードバック制御時、ＥＣＵ５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を設定する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。
【００２４】
そして、ＥＣＵ５は、計測器１１、１２が出力する信号を受け取ってＥＧＲ率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からＥＧＲバルブ４５の開度、可変ターボのノズル４２の開度及びスロットルバルブ３３の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部４５、４２、３３に入力、開度を操作する。
【００２５】
その上で、ＥＣＵ５は、プログラムに従い、図２及び図３に示すサーボコントローラ５１及び補正制御部５２としての機能を発揮する。
【００２６】
サーボコントローラ５１は、スライディングモードコントローラであって、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。
【００２７】
ＥＧＲ率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式（数１）の通りである。
【００２８】
【数１】
【００２９】
本実施形態では、状態量ベクトルＸを出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器１１、１２を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Ｃは既知、本実施形態では単位行列とする。
【００３０】
プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における係数行列Ａ及び入力行列Ｂの同定にあたっては、各操作部４５、４２、３３に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列Ａ、Ｂを同定する。各操作部４５、４２、３３に入力するＭ系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
【００３１】
図３に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ５１の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸに、目標値ベクトルＲと出力ベクトルＹとの偏差の積分値ベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下式（数２）に示す拡大系の状態方程式を得る。
【００３２】
【数２】
【００３３】
安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ＝０かつ式（数４）が成立する。
【００３４】
【数３】
【００３５】
【数４】
【００３６】
故に、スライディングモードが生じているときの線形入力（等価制御入力）は、下式（数５）となる。
【００３７】
【数５】
【００３８】
上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。
【００３９】
【数６】
【００４０】
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。
【００４１】
【数７】
【００４２】
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
行列Ｐsは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。
【００４５】
【数９】
【００４６】
リカッチ方程式（数９）におけるＱsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ1、ｑ2は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。ｑ3、ｑ4は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式（数９）におけるＲsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定する。
【００４７】
なお、上記式（数８）、（数９）に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）を用いてもよい。
【００４８】
【数１０】
【００４９】
【数１１】
【００５０】
超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Ｕを、線形入力Ｕeqと新たな入力即ち非線形入力（非線形制御入力）Ｕnlとの和として、下式（数１２）で表す。
【００５１】
【数１２】
【００５２】
切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると式（数１４）となる。
【００５３】
【数１３】
【００５４】
【数１４】
【００５５】
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【００５６】
【数１５】
【００５７】
非線形入力Ｕnlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は式（数１７）となる。
【００５８】
【数１６】
【００５９】
【数１７】
【００６０】
従って、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。
【００６１】
【数１８】
【００６２】
ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η＞０である。
【００６３】
スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式（数１）に不確かさ（ｆ＋Δｆ）を加え、下式（数１９）で表す。
【００６４】
【数１９】
【００６５】
不確かさの確定部分ｆは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δｆのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体（ｆ＋Δｆ）にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。
【００６６】
制御入力Ｕは、式（数１８）に適応項Ｕadを追加した下式（数２０）となる。
【００６７】
【数２０】
【００６８】
制御入力（数２０）におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数ｈは、一般には状態量ｘ及び／または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではｈをｘ及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、ｘを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、ｈ＝１とした場合、推定パラメータを下式（数２１）に則って同定することができる。
【００６９】
【数２１】
【００７０】
本実施形態では、ＥＧＲ率ｙ1及び吸気管内圧力ｙ2を制御出力変数とし、ＥＧＲバルブ４５の開度ｕ1、可変ターボのノズル４２の開度ｕ2及びスロットルバルブ３３の開度ｕ3を制御入力変数とした３入力２出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数（システムの次数）は、当初の系（数１）では出力変数の個数と同じく２、拡大系（数２）では４となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。
【００７１】
尤も、本実施形態のような３入力２出力のシステムでは、ｄｅｔ（ＳＢe）＝０が成立し、行列（ＳＢe）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢe）-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢe）†を用いる。
【００７２】
しかして、補正制御部５２は、スライディングモードコントローラ５１が反復的に演算している制御入力Ｕを補正する。本実施形態では、ＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の偏差が大きい過渡期にはＤスロットルバルブ３３を開閉して速やかに偏差を縮小させる一方、それ以外の時期にはＤスロットルバルブ３３の動作を抑制、特にＤスロットルバルブ３３の開度をできるだけ大きく開けたままにして燃費及び燃焼安定性の向上を図ることに主眼を置いている。そのために、補正制御部５２は、スライディングモードコントローラ５１が算出したＤスロットルバルブ３３に係る制御入力値ｕ3に、重み値ｍ、加算値ｕmapによる補正を加える。最終的に、ＥＧＲバルブ４５の開度ＥＧＲｖ、ノズルベーン４２の開度ＶＮＴ及びＤスロットルバルブ３３の開度Ｄｔｈは下式（数２２）となる。
【００７３】
【数２２】
【００７４】
重み値ｍは、ＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の偏差が大きい過渡期には０＜ｍ＜１の正値をとる。過渡期以外の時期には、ｍ≒０とする。即ち、スライディングモードコントローラ５１が算出した制御入力値ｕ3を制御に使用しない。
【００７５】
補正制御部５２は、ＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の偏差が増大する所定の事象が発生したときに重み値ｍを極大値ｍ0とし、その後時間経過とともに重み値ｍを減少させてゆく。所定の事象とは、例えば、アクセルの踏み込み量の変動や、要求燃料噴射量の変動その他のＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の目標値の変更を生じさせる事象をいう。補正制御部５２は、アクセル踏み込み量の変化量、燃料噴射量の変化量または目標値の変化量が所定の閾値を越えたときに、所定の事象が発生したものと判断し、重み値ｍを初期値ｍ0に設定する。
【００７６】
初期値ｍ0は常に一定ではなく、所定の事象の度合いに応じて増減し得る。本実施形態では、初期値ｍ0を、アクセル踏み込み量の変化量、燃料噴射量の変化量または目標値の変化量の関数とし、それら変化量が大きいほど初期値ｍ0を高くすることとしている。
【００７７】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、上記の変化量と初期値ｍ0との関係を定めたマップデータが記憶されている。補正制御部５２は、上記の変化量をキーとしてマップを検索し、初期値ｍ0を知得する。
【００７８】
そして、補正制御部５２は、この重み値ｍを徐々に減少させる。図４に示すように、重み値ｍの減少の過程は一次減衰系、いわゆる一次遅れ要素のインパルス応答に相似とする。所定の事象が発生し、重み値ｍ＝ｍ0とした時点の時刻ｔ＝０とおくと、時刻ｔにおける重み値ｍ（ｔ）は下式（数２３）となる。
【００７９】
【数２３】
【００８０】
Ｔは時定数であり、適宜に定める。所定の事象が発生した後、時間の経過とともに重み値ｍは減少して０に漸近する。
【００８１】
さらに、補正制御部５２は、内燃機関２またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値に応じて、Ｄスロットルバルブ３３に係る制御入力ｕ3に加味するべき加算値ｕmapを設定する。指標値は、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量である。
【００８２】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び燃料噴射量と、加算値ｕmapとの関係を定めたマップが記憶されている。マップの概要を、図５に例示する。エンジン回転数が低く、燃料噴射量が少ない状況下では、ＥＧＲ通路４３を還流するＥＧＲガスの量が減少するので、所要の目標ＥＧＲ率を達成するためにＤスロットルバルブ３３の開度を絞る必要がある。そこで、エンジン回転数が低いほど、また燃料噴射量が少ないほど、加算値ｕmapを大きな値とする。但し、Ｄスロットルバルブの開度については、制御入力値Ｄｔｈ（または、ｕ3、ｕmap）が大きい側がバルブの閉止、制御入力値Ｄｔｈが小さい側がバルブの開放を意味している。従って、加算値ｕmapが大きくなれば、Ｄスロットルバルブ３３の実際の開度は絞られることになる。補正制御部５２は、エンジン回転数及び燃料噴射量をキーとしてマップを検索し、加算値ｕmapを知得する。
【００８３】
本実施形態では、内燃機関２またはそれに付帯する装置を複数の操作部４５、４２、３３を操作して制御するものであって、各操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、サーボコントローラ５１が算出する制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3のうち特定の操作部３３に係る制御入力値ｕ3に重み値ｍを乗ずる補正制御部５２とを具備し、前記補正制御部５２が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに前記重み値ｍを極大値ｍ0に設定し、その後時間経過とともに重み値ｍを減少させてゆく制御装置を構成したので、所定の事象が発生していない段階では前記重み値ｍを充分に小さくし、所定の事象が発生した暁には重み値ｍを大きくして、特定の操作部３３の動作を切り換えることが可能となる。
【００８４】
本実施形態によれば、偏差の大きい過渡期にはサーボコントローラ５１にＤスロットルバルブ３３を操作させて制御出力の目標値への収束を速めながら、定常期にはＤスロットルバルブ３３をサーボコントローラ５１の操作に委ねずにその開度をｕmapに維持することができる。結果、過渡期における排気ガスの良化と、定常期における燃費及び燃焼安定性の向上とが両立する。
【００８５】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、顕著に高い目標ＥＧＲ率が設定されると、サーボコントローラ５１がＥＧＲバルブ４５を開こうとしてＥＧＲバルブ４５の可動範囲を越える巨大な制御入力値ｕ1を算出してしまうことがある。このように、前記所定の事象が発生した後、ＥＧＲバルブ４５に係る制御入力値ｕ1が所定の閾値ｕHを越えてしまう場合には、補正制御部５２が、ＥＧＲバルブ４５に与える制御入力ＥＧＲｖを当該閾値ｕHに設定するとともに、制御出力とその目標値との偏差の縮小に必要な補正量ｕDをＤスロットルバルブ３３に与える制御入力Ｄｔｈに加味する補正を行うことが好ましい。これにより、ｕ1＞ｕHが成立する間、ＥＧＲバルブ４５の開度ＥＧＲｖ、ノズルベーン４２の開度ＶＮＴ及びＤスロットルバルブ３３の開度Ｄｔｈは下式（数２４）となる。
【００８６】
【数２４】
【００８７】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、プラントの入出力特性を示すマップが記憶されている。マップの概要を、図６に例示している。マップは、ＥＧＲバルブ４５の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップ、ノズルベーン４２の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップ、スロットルバルブ３３の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップ、ＥＧＲバルブ４５の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、ノズルベーン４２の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、スロットルバルブ３３の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、都合６枚が存在する。但し、ノズルベーン４２の開度については、制御入力値ＶＮＴ（または、ｕ2）が大きい（グラフの右方）側がバルブの閉止、制御入力値ＶＮＴが小さい（グラフの左方）側がバルブの開放を意味している。既に述べた通り、Ｄスロットルバルブ３３の開度についても同様である。
【００８８】
補正制御部５２は、これらマップデータを基に、Ｄスロットルバルブ３３に与える制御入力Ｄｔｈに加味する補正量ｕDを決定する。まず、図７に示すように、ＥＧＲバルブ４５の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップを参照して、スライディングモードコントローラ５１の算出した制御入力ｕ1に対応するＥＧＲ率と、閾値ｕHに対応するＥＧＲ率との差分Δｅｅｇｒを知得する。差分Δｅｅｇｒは、ＥＧＲバルブ４５に与える制御入力が（ｕ1−ｕH）だけ小さくなることに起因して発生する偏差と考えることができる。
【００８９】
次いで、図８に示すように、Ｄスロットルバルブ３３の開度とＥＧＲ率との関係を表したマップを参照して、補正量ｕDを加味する前の制御入力（ｍｕ3＋ｕmap）に対応するＥＧＲ率を知得した上、これにΔｅｅｇｒを加算したＥＧＲ率を実現するのに必要な制御入力Ｄｔｈを知得する。両者の差分が、Ｄスロットルバルブ３３に係る制御入力に加味するべき補正量ｕDとなる。いわば、入出力特性のマップを介して偏差を補正量に変換したことになる。
【００９０】
ＥＧＲ制御における制御入力変数は、ＥＧＲバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及び吸気管内圧力には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、４入力３出力の３次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機（のコンプレッサ）をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。
【００９１】
また、重み値が乗じられる特定の操作部も、Ｄスロットルバルブには限定されない。
【００９２】
サーボコントローラが実現する多入力フィードバック制御の手法はスライディングモード制御には限定されず、スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、Ｈ∞制御、バックステッピング制御等を採用しても構わない。
【００９３】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、例えば、過給機を備えた内燃機関に付帯するＥＧＲ装置のＥＧＲ率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
５…ＥＣＵ（制御装置）
５１…適応スライディングモードコントローラ（サーボコントローラ）
５２…補正制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、
各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、
前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち特定の操作部に係る制御入力値に重み値を乗ずる補正制御部と
を具備し、
前記補正制御部が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに前記重み値を極大値に設定し、その後時間経過とともに重み値を減少させてゆくことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記特定の操作部に係る制御入力に加味するべき加算値との関係を定めたマップを予め記憶しており、
前記指標値をキーとして前記マップを検索することで前記加算値を知得し、その加算値を前記重み値を乗じた制御入力値に加味する請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記特定の操作部がディーゼルエンジンに実装されたＤスロットルバルブである請求項１または２記載の制御装置。
【請求項４】
前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち前記特定の操作部以外の他の操作部に係る制御入力値が閾値を越える場合には、
前記補正制御部が、前記他の操作部に与える制御入力を当該閾値に設定するとともに、制御出力とその目標値との偏差の縮小に必要な補正量を前記重み値を乗じた制御入力値に加味する請求項１、２または３記載の制御装置。
【請求項１】
内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、
各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、
前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち特定の操作部に係る制御入力値に重み値を乗ずる補正制御部と
を具備し、
前記補正制御部が、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したときに前記重み値を極大値に設定し、その後時間経過とともに重み値を減少させてゆくことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記特定の操作部に係る制御入力に加味するべき加算値との関係を定めたマップを予め記憶しており、
前記指標値をキーとして前記マップを検索することで前記加算値を知得し、その加算値を前記重み値を乗じた制御入力値に加味する請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記特定の操作部がディーゼルエンジンに実装されたＤスロットルバルブである請求項１または２記載の制御装置。
【請求項４】
前記サーボコントローラが算出する制御入力のうち前記特定の操作部以外の他の操作部に係る制御入力値が閾値を越える場合には、
前記補正制御部が、前記他の操作部に与える制御入力を当該閾値に設定するとともに、制御出力とその目標値との偏差の縮小に必要な補正量を前記重み値を乗じた制御入力値に加味する請求項１、２または３記載の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２２９９６６（Ｐ２０１０−２２９９６６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１１０８（Ｐ２００９−８１１０８）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【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２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【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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