理想値演算装置
【課題】 空気流量や圧力などの物理量計測値と、計測対象のモデル計測値とに基づいて、応答遅れおよび誤差の影響を抑制しつつ物理量の理想値を演算する。
【解決手段】 吸気通路を通過する空気流量Ｑａをエアフロメータにより計測し（ステップ１）、その計測値Ｑａの変化量ΔＱａを積算する一方（ステップ４）、計測対象をモデルによりモデル計測値Ｑｍとして演算し（ステップ２）、その変化量ΔＱｍを積算し（ステップ６）、モデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍから計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａを減算して偏差Ｑｅを演算し（ステップ７）、計測値Ｑａに偏差Ｑｅを加算して理想値Ｑを演算する（ステップ８）。
【解決手段】 吸気通路を通過する空気流量Ｑａをエアフロメータにより計測し（ステップ１）、その計測値Ｑａの変化量ΔＱａを積算する一方（ステップ４）、計測対象をモデルによりモデル計測値Ｑｍとして演算し（ステップ２）、その変化量ΔＱｍを積算し（ステップ６）、モデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍから計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａを減算して偏差Ｑｅを演算し（ステップ７）、計測値Ｑａに偏差Ｑｅを加算して理想値Ｑを演算する（ステップ８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管を流れる空気流量や管内の圧力など、物理量の理想的な値を演算する理想値演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関の吸気通路を流れる空気流量や吸気通路内の圧力など、物理量の計測値は、物理現象をエアフロメータの電気的信号など別の現象に変換した後に演算することで定量的に計測できるようにしている。
【０００３】
エアフロメータにより計測した値は精度が良好であるが、内燃機関の空気流量が増加している場合には、変換および演算の過程で実際の流量よりも応答が遅れる結果、計測値に時間的な誤差が生じてしまう。また、エアフロメータは吸気脈動やノイズまでも信号として出力してしまうため、計測値への影響は大きかった。
【０００４】
これに対して、特許文献１〜４では、エアフロメータにおける応答遅れを一次進み補正モデルなどにより応答遅れ分だけを進み補正することで時間的な誤差を少なくし、平均手段により吸気脈動やノイズの影響を軽減していた。
【特許文献１】特許第３２９７８９０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４３４７号公報
【特許文献３】特許第３３５６７９９号公報
【特許文献４】特開２００２−１３００４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、補正モデルにおいては空気流量の応答が一次遅れとならない限り時間的な誤差が生じることとなり、進み補正によって吸気脈動やノイズによる影響が増幅され真の流量との間に変動誤差を生じることになる。また、平均手段によって応答性が悪化するなど副作用的な問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、空気流量や圧力などの物理量計測値と、計測対象のモデル計測値とに基づいて、応答遅れおよび誤差の影響を抑制しつつ物理量の理想値を演算することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明では、物理量を計測し、その計測値の変化量を積算する一方、計測対象をモデルによりモデル計測値として演算し、その変化量を積算し、モデル計測値変化量積算値と計測値変化量積算値とから偏差を演算し、物理量計測値に偏差を加算して理想値を演算する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、物理量計測値に基づいて計測対象の物理量を精度良く計測し、モデル計測値に基づいて物理量計測値の応答遅れを抑制する一方、計測対象の物理量が変動する場合などにおいても、偏差により物理量計測値若しくはモデル計測値の影響する割合を変化させるため、応答性の向上および物理量計測値の変動成分の除去を図りつつ計測対象の物理量の理想値を演算できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、第１の実施形態におけるエンジン１の制御装置のシステム構成図である。
【００１１】
エンジン１の各気筒のシリンダ２及びピストン３により画成される燃焼室４には、点火プラグ５を囲むように、吸気バルブ６と排気バルブ７とを備えている。８は排気通路、９は吸気通路である。
【００１２】
吸気通路９には、上流側からエアクリーナ１２および電制スロットルバルブ（バタフライバルブ）１３が配設されており、電制スロットルバルブ１３のバルブ開口面積に応じて空気をシリンダ２内に導入する。電制スロットルバルブ１３は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）３０のスロットル開度指令に基づいてバルブ開口面積が決定される。
【００１３】
吸気通路９のコレクタ１１の下流のマニホールドブランチ部には、燃料噴射弁１０が配設されている。
【００１４】
また、ＥＣＵ３０には、エアフロメータ２３、スロットル開度センサ２４、ブーストセンサ（圧力センサ）２５、温度センサ２６、クランク角センサ２７及び大気圧センサ２８からの信号が入力される。
【００１５】
エアフロメータ２３は、電制スロットルバルブ１３より上流の吸気通路９に設けられた熱線式流量計であり、電制スロットルバルブ１３を通過する空気量に応じた信号を出力する。
【００１６】
スロットル開度センサ２４は、電制スロットルバルブ１３の開度に応じた信号を出力する。
【００１７】
ブーストセンサ２５は、電制スロットルバルブ１３より下流のコレクタ１１に設けられ、コレクタ１１内の圧力に応じた信号を出力する。
【００１８】
温度センサ２６は、コレクタ１１に設けられ、吸気温度に応じた信号を出力する。なお、温度センサ２６は、エアフロメータ２３またはブーストセンサ２５に一体的に設けられるものであってもよい。
【００１９】
クランク角センサ２７は、エンジン１に設けられ、エンジン１のクランク角に応じた信号を出力する。このクランク角センサ２７の信号によりエンジン回転数を検出可能である。
【００２０】
大気圧センサ２８は、大気圧に応じた信号を出力する。
【００２１】
なお、スロットル開度センサ２４およびクランク角センサ２７は、エアフロメータ２３からの信号より時間的に先行して信号が出力されるものを用いている。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、各種センサの出力信号に基づいて各種演算および各種制御を行う。例えば、各種演算では、スロットル開度、吸入空気量、エンジン回転数、コレクタ圧力、スロットル開度、吸気温度、大気圧などの演算を行う。各種制御では、電制スロットルバルブ１３の開度制御、燃料噴射弁１０からの燃料噴射時期および燃料噴射量の制御、点火プラグ５の点火時期制御などを行う。
【００２３】
ここで、エンジン１が定常状態である場合において、エアフロメータ２３などのセンサにより物理量計測値Ｑａを計測した場合には、計測値の精度は良いという利点があるが、センサ出力に基づいてＥＣＵ３０が演算を行わなければならないため、吸気通路９を流れる空気流量が増加した場合には応答遅れが生じてしまうこと、および吸気脈動やノイズのように変動（外乱）が生じている状態で計測値Ｑａが計測されてしまうという問題点がある。
【００２４】
一方、エアフロメータ２３による計測対象である空気流量をモデルによりモデル計測値Ｑｍとして演算する場合には、スロットル開度やエンジン回転など、空気流量以外のパラメータに基づいてモデル計測値Ｑｍを演算するため、空気流量の変動を受けずに計測値Ｑｍの応答性は良いという利点があるが、モデル計測値Ｑｍの精度は低下するという問題点がある。
【００２５】
そこで本発明では、物理量計測対象としてエンジン１の吸気通路９を流れる空気流量を例にして説明すると、空気流量Ｑａおよびモデル計測値Ｑｍの利点を融合するＭＳＦ（Model & Sensor value Fusion System）によってシステムのロバスト性（応答度合い）および変動要素の除去を高いレベルで両立しつつ計測対象の理想値（目標値）Ｑを演算する。なお、理想値Ｑとは、計測対象の物理量の真値（燃料噴射量などの演算に用いられるのに適した値）との誤差が略ゼロとなるように演算される値であり、真値に定常変動成分（吸気脈動やノイズ）があっても変動が略ゼロとなる値をいう。
【００２６】
図２は、本発明の理想値演算を示すブロック図であり、これらの演算はＥＣＵ３０内で行われる。
【００２７】
理想値演算装置は、物理量計測手段１００、モデル計測値演算手段１０１および融合手段１０２を備えて構成されている。
【００２８】
物理量計測手段１００は、エアフロメータ２３により吸気通路９を流れる空気流量Ｑａを計測する。これにより計測された物理量計測値Ｑａは、エンジン１が定常状態においては真の空気流量と略同じ精度を有するという利点がある。
【００２９】
モデル計測値演算手段１０１は、後述するモデルにより空気流量をモデル計測値Ｑｍとして演算する。具体的には、モデル計測値Ｑｍは、エンジン回転数と電制スロットルバルブ１３のスロットル開度とに基づいて演算する。このようにして演算されたモデル計測値Ｑｍは、真の空気流量に対して応答性が良好であり、エアフロメータ２３による計測値Ｑｍに対して変動要素（吸気脈動やノイズ等）の影響を受けにくいという利点がある。
【００３０】
融合手段１０２は、物理量計測手段１００（エアフロメータ２３）により計測された空気流量Ｑａと、モデル計測値演算手段１０１により演算されたモデル計測値Ｑｍとに基づいて、吸気通路９を流れる空気流量の理想値Ｑを演算する。
【００３１】
以下、これらの詳細について説明する。
【００３２】
図３は、モデル計測値演算手段１０１による演算を示すブロック図である。
【００３３】
ここで図１に示す通り、吸気通路９においては、コレクタ１１が電制スロットルバルブ１３とシリンダ２との間に配置されているため、図３のモデルでは、コレクタ１１を基準として、コレクタ１１に流入する空気流量（電制スロットルバルブ１３を通過する空気量）と、コレクタ１１から流出する空気流量（シリンダ２に流入する空気量）との収支を考慮する。
【００３４】
モデル計測値演算手段１０１は、スロットルモデル３１、シリンダモデル４１およびコレクタモデル５１を備えて構成し、モデル計測値Ｑｍを演算する。
【００３５】
モデル計測値Ｑｍとしては、吸気通路９を流れる空気流量、すなわちコレクタ１１に流入する空気流量と、コレクタ１１から流出する空気流量とのいずれか一方の値を用いる。以下、モデル計測値Ｑｍを、コレクタ１１に流入する空気流量として説明する。
【００３６】
スロットルモデル３１は、大気圧、スロットル開度およびコレクタモデル５１により演算されたコレクタ圧に基づいて物質量流量［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００３７】
シリンダモデル４１は、エンジン１の回転数およびブーストセンサ２５によるコレクタ圧に基づいて物質量流量［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００３８】
コレクタモデル５１は、スロットルモデル３１による物質量流量と、シリンダモデル４１による物質量流量とに基づいて現在のコレクタ圧を演算する。コレクタモデル５１により演算したコレクタ圧は、サイクリック計算を行うため次回の演算においては前回値としてスロットルモデル３１に入力される。
【００３９】
図４は、スロットルモデル３１を示すブロック図である。
【００４０】
圧力比演算手段３２は、コレクタモデル５１により演算されたコレクタ圧から大気圧を除算することで圧力比（コレクタ圧／大気圧）を演算する。
【００４１】
マッハ係数演算手段３３は、マッハ係数検索テーブルを参照することで圧力比に応じたマッハ係数Ｍを検索する。マッハ係数検索テーブルは、圧力比が０〜０．５３ではマッハ係数Ｍが一定値（約０．５４）となり、圧力比が０．５３〜１．０では圧力比が大きくなるにつれマッハ係数Ｍが減少する。マッハ係数Ｍは、音速Ｃに対する流速ｕ（ｕ／Ｃ）を示す係数である。
【００４２】
音速演算手段３４は、吸気温度Ｔ（絶対温度；Ｋ）、比熱比κおよびガス定数Ｒから音速Ｃ［ｍ／ｓ］を演算する（Ｃ＝√（κ×Ｒ×Ｔ））。
【００４３】
流速演算手段３５は、マッハ係数Ｍに音速Ｃを乗算することで吸気通路９を流れる空気の流速［ｍ／ｓ］を演算する。
【００４４】
開口面積演算手段３６は、開口面積検索テーブルを参照することでスロットル開度に応じた開口面積［ｍ２］を検索する。開口面積検索テーブルは、電制スロットルバルブ１３の開度が所定値（最大開度近傍）まで大きくなるにつれ開口面積が大きくなるように設定されている。
【００４５】
体積流量演算手段３７は、開口面積および流速を乗算することで体積流量［ｍ３／ｓ］を演算する。
【００４６】
モル密度演算手段３８は、大気圧Ｐ０をガス定数Ｒおよび吸気通路９内を流れる空気の温度Ｔで除算することでモル密度ｎ０［ｍｏｌ／ｍ３］を演算する（ｎ０＝Ｐ０／（ＲＴ））。
【００４７】
物質量流量演算手段３９は、体積流量およびモル密度ｎ０を乗算することでコレクタ１１に流入する空気流量、すなわち物質量流量ｎｉｎ［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００４８】
以上のようにして図２〜図４のモデルにより、コレクタ１１に流入する物質量流量ｎｉｎ［ｍｏｌ／ｓ］をモデル計測値Ｑｍとする。
【００４９】
図５は、シリンダモデル４１を示すブロック図である。
【００５０】
効率演算手段４２は、効率検索テーブルを参照することでエンジン１の回転数Ｎｅに応じた効率ηを検索する。効率検索テーブルは、エンジン回転数Ｎｅが所定値まで増加するに伴い効率ηが増加し、エンジン回転数Ｎｅが所定値以上になると効率ηが減少するように設定されている。
【００５１】
体積流量演算手段４３は、エンジン排気量Ｖ、エンジン回転数Ｎｅおよび効率ηに基づいて体積流量［ｍ３／ｓ］を演算する（体積流量＝Ｖ×Ｎｅ／120×η）。
【００５２】
モル密度演算手段４４は、吸気温度Ｔおよびブーストセンサ２５によるコレクタ圧Ｐ１に基づいて、コレクタ圧Ｐ１をガス定数Ｒおよび吸気通路９内を流れる空気の温度Ｔで除算することでモル密度ｎ１［ｍｏｌ／ｍ３］を演算する（ｎ１＝Ｐ１／（ＲＴ））。
【００５３】
物質量流量演算手段４５は、体積流量およびモル密度ｎ１を乗算することでコレクタ１１から流出する空気の流量、すなわち物質量流量ｎｏｕｔ［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００５４】
なお、以上のようにして図２および図５のモデルにより、コレクタ１１から流出する物質量流量ｎｏｕｔ［ｍｏｌ／ｓ］をモデル計測値Ｑｍとしてもよい。
【００５５】
図６は、コレクタモデル５１を示すブロック図である。
【００５６】
コレクタ圧演算手段５２（コレクタモデル５１）は、スロットルモデル３１の物質量流量演算手段３９による物質量流量ｎｉｎと、シリンダモデル４１の物質量流量演算手段４５による物質量流量ｎｏｕｔとに基づいて気体の状態方程式からコレクタ圧Ｐ２を演算する。
【００５７】
コレクタ圧Ｐ２を演算する場合、気体の状態方程式はＰ×Ｖ＝ｎ×Ｒ×Ｔで与えられるため、これをコレクタ圧Ｐ２、コレクタ容積Ｖｃ、気体モル数ｎ、ガス定数Ｒおよび吸気温度Ｔ［絶対温度：Ｋ］とするとＰ２×Ｖｃ＝ｎ×Ｒ×Ｔとなる。
【００５８】
これを演算周期である所定時間Δｔにおけるコレクタ圧変化量ΔＰ２は、ΔＰ２＝Δｎ×Ｒ×Ｔ×Δｔ／Ｖｃとなる。コレクタ圧変化量ΔＰ２は、今回のコレクタ圧Ｐ２から前回のコレクタ圧Ｐ２（ｎ−１）を引いた値である。Δｎは、演算周期Δｔにおけるコレクタ１１内の空気のモル流量変化量、すなわちコレクタ１１内に流入する物質量流量ｎｉｎからシリンダ２へ流出する物質量流量ｎｏｕｔを引いた値である（Δｎ＝ｎｉｎ−ｎｏｕｔ）。
【００５９】
従って、演算周期Δｔにおける気体の状態方程式をＰ２について演算すると、Ｐ２＝Ｐ２（ｎ−１）＋（ｎｉｎ−ｎｏｕｔ）×Δｔ×Ｒ×Ｔ／Ｖｃとなる。
【００６０】
なお、計測対象をコレクタ圧として理想値を演算する場合においては、以上のようにしてモデルにより、コレクタ１１内の圧力Ｐ２［ｋＰａ］をモデル計測値Ｑｍとしてもよい。
【００６１】
なお、吸気通路９を流れる空気が準一次元定常等エントロピーである場合には、質量流量の演算値ｎｉｎ［ｋｇ／ｓ］は、電制スロットルバルブ１３の開口面積をＡとして次式に示すような流体力学の理論式にて演算可能である。そして、モル相当にして物質量流量ｎｉｎ［ｍｏｌ／ｓ］を演算可能であるため、これをモデル計測値Ｑｍとしてもよい。この場合、Ｐｅをコレクタ圧とし、マッハ係数Ｍ（＝ｕ／Ｃ）が１未満の時（Ｍ＜１）には次式（１ａ）、マッハ係数Ｍが１の時（Ｍ＝１）には次式（１ｂ）により質量流量の演算値ｎｉｎを演算する。
【００６２】
【数１】
【００６３】
なお、本発明では計測対象の物理量としてコレクタ圧を用いて同様にコレクタ圧の理想値を演算することができる。この場合には、物理量計測値としてブーストセンサ２５によるコレクタ圧Ｐ１を用いる一方、モデル計測値Ｑｍとしてコレクタモデル５１（コレクタ圧演算手段５２）によるコレクタ圧Ｐ２を用いることで融合手段１０２によりコレクタ圧の理想値を演算する。
【００６４】
次に、物理量計測手段１００、モデル計測値演算手段１０１および融合手段１０２により物理量の理想値Ｑを演算する処理について図７を用いて説明する。
【００６５】
図７は、本発明における理想値演算処理を示すフローチャートである。なお、この処理は演算周期（例えば４ｍｓ）Δｔ毎に行われる。
【００６６】
ステップ１（図では「Ｓ１」と示す。以下同様）では、物理量を計測する。ここで物理量は、吸気通路９を流れる空気流量Ｑａをエアフロメータ２３により測定する。
【００６７】
ステップ２では、モデル計測値Ｑｍを演算する。モデル計測値Ｑｍは、前述のスロットルモデル３１により吸気通路９を流れる空気流量を、スロットル開度とエンジン回転数Ｎｅに基づいて演算した値を用いる。
【００６８】
ステップ３では、空気流量Ｑａの変化量ΔＱａを演算する。空気流量変化量ΔＱａは、ステップ１にて計測した空気流量Ｑａから前回計測した空気流量Ｑａｚを減算した値とする（ΔＱａ＝Ｑａ−Ｑａｚ）。
【００６９】
ステップ４では、空気流量変化量ΔＱａの積分値ＩｎｔΔＱａを演算する。この積分値ＩｎｔΔＱａは、前回までの空気流量変化量積算値ＩｎｔΔＱａｚに所定の減衰定数Ｗを乗算した後、演算周期Δｔにおける空気流量変化量ΔＱを加算することで演算する（ＩｎｔΔＱａ＝ＩｎｔΔＱａｚ×Ｗ＋ΔＱａ）。なお、減衰乗数Ｗについての詳細は後述する。
【００７０】
ステップ５では、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍを演算する。
【００７１】
ステップ６では、モデル計測値変化量ΔＱｍの積分値ＩｎｔΔＱｍを演算する。この積分値ＩｎｔΔＱｍは、前回までのモデル計測値変化量積分値ＩｎｔΔＱｍｚに所定の減衰定数Ｗを乗算した後、演算周期Δｔにおけるモデル計測値変化量ΔＱｍを加算することで演算する（ＩｎｔΔＱｍ＝ＩｎｔΔＱｍｚ×Ｗ＋ΔＱｍ）。
【００７２】
ステップ７では、空気流量偏差Ｑｅを演算する。この偏差Ｑｅは、理想値Ｑに対して理想的に変化する値であり、モデル計測値変化量積分値ＩｎｔΔＱｍから空気流量変化量積分値ＩｎｔΔＱａを減算することで演算する（Ｑｅ＝ＩｎｔΔＱｍ−ＩｎｔΔＱａ）。
【００７３】
ステップ８では、空気流量の理想値Ｑを演算する。この理想値Ｑは、空気流量Ｑａに偏差Ｑｅを加算することで演算する（Ｑ＝Ｑａ＋Ｑｅ）。
【００７４】
以上のようにして理想値Ｑを演算した後は、この理想値Ｑに基づいて各種演算および各種制御を行い、エンジン１の運転の適正化を図る。例えば、ＥＣＵ３０が理想値Ｑに基づいて燃料噴射弁１０の燃料噴射量および燃料噴射時期の演算および制御、点火プラグ５の点火時期の演算および制御などを行う。
【００７５】
図８は、ステップ５におけるモデル計測値変化量ΔＱｍを演算するフローチャートである。
【００７６】
ステップ１１では、理想値Ｑの前回値Ｑｚが所定の下限値以上であるか否か（Ｑｚ≧下限値）を判断する。前回値Ｑｚが下限値以上である場合（Ｑｚ≧下限値）には、ステップ１２へ進む。この下限値は、略ゼロに設定しておく。
【００７７】
ステップ１２では、理想値Ｑの前回値Ｑｚと、モデル計測値変化率、すなわちモデル計測値変化量ΔＱｍをモデル計測値の前回値Ｑｍｚで除算した値ΔＱｍ／Ｑｍｚとの乗算によりモデル計測値変化量ΔＱｍを演算する（ΔＱｍ＝Ｑｚ×ΔＱｍ／Ｑｍｚ）。
【００７８】
一方、ステップ１１で前回値Ｑｚが下限値未満である場合（Ｑｚ＜下限値）には、ステップ１３へ進む。
【００７９】
ステップ１３では、理想値Ｑの前回値Ｑｚをモデル計測値変化量ΔＱｍにした後（Ｑｚ＝ΔＱｍｚ）、ステップ１２にてモデル計測値変化量ΔＱｍを演算する（ΔＱｍ＝ΔＱｍｚ×ΔＱｍｚ／Ｑｍｚ）。
【００８０】
なお、ステップ１３において理想値Ｑの前回値Ｑｚを空気流量変化量ΔＱａにした後（Ｑｚ＝ΔＱａ）、ステップ１２にてモデル計測値変化量ΔＱｍを演算してもよい（ΔＱｍ＝ΔＱａ×ΔＱｍｚ／Ｑｍｚ）。
【００８１】
以上のようにモデル計測値変化量ΔＱｍを演算した後は、前述のステップ６以降の処理を行う。
【００８２】
次に、融合手段１０２（ステップ８）により空気流量の理想値Ｑを数学的に求める式の導出について説明する。
【００８３】
前述の通り、理想値Ｑは次式のように空気流量Ｑａと偏差Ｑｅとの和により演算される。
【００８４】
【数２】
【００８５】
これはエアフロメータ２３による計測値Ｑａは時間的な応答遅れがあるため、この遅れを偏差Ｑｅにより補正することで理想値Ｑを演算することが可能であることを意味している。
【００８６】
ここでエアフロメータ２３とモデルとにおける利点、すなわちエアフロメータ２３は定常状態では計測精度がよいこと、およびモデルは空気流量が変動状態では応答性がよいことという前提条件からまとめてみると、第１前提条件としてｔ＝０でＱ＝Ｑａ、Ｑｅ＝０、第２前提条件としてΔＱ／Ｑ＝ΔＱｍ／Ｑｍ（ただし、Ｑ≒０ではΔＱ＝ΔＱｍとする）、第３前提条件としてｌｉｍΔｔ→０となる。
【００８７】
第１前提条件は、エンジン１が定常（平衡）状態である場合には、吸気通路９を流れる空気流量は一定（偏差なし）であり、エアフロメータ２３による計測値Ｑａの方がモデル計測値Ｑｍより信頼できることを意味する。第２前提条件は、空気流量が変化する場合には、モデルによる空気流量の変化量（応答性）が、エアフロメータ２３による空気流量の変化量と比較して信頼できることを意味する。第３前提条件は、演算周期Δｔを０に近づけて演算することを意味する。
【００８８】
また時間ｔにおける理想値Ｑをエアフロメータ２３の計測値Ｑａと偏差Ｑｅとで表すと次式になる。
【００８９】
【数３】
【００９０】
第１前提条件より、定常状態ではｔ＝０でＱ＝ＱａかつＱｅ＝０となり、時間Δｔにおける偏差Ｑｅは次式のように積分系で表せる。
【００９１】
【数４】
【００９２】
この式を更に理想値変化量ΔＱとして解くために次式のようにΔＱ（ｔ）にＱ（ｔ−Δｔ）/Ｑ（ｔ−Δｔ）を乗算する。
【００９３】
【数５】
【００９４】
ここで、第２前提条件よりΔＱ／Ｑ＝ΔＱｍ／Ｑｍは次式のように表せる。
【００９５】
【数６】
【００９６】
そして、（５）式を（４）式に代入すると次式のようになる。
【００９７】
【数７】
【００９８】
すなわち偏差Ｑｅは、モデル計測値変化量ΔＱｍの積分値ＩｎｔΔＱｍから物理量計測値変化量ΔＱａの積分値ＩｎｔΔＱａを減算した値で演算可能である（Ｑｅ＝ＩｎｔΔＱｍ−ＩｎｔΔＱｍ）ことを示している。（６）式を（２’）式に代入すると次式で表せる。
【００９９】
【数８】
【０１００】
（７）式を離散系に変形すると偏差Ｑｅについて次式が得られる。
【０１０１】
【数９】
【０１０２】
この式は、現在の偏差Ｑｅは、前回の偏差Ｑｅｚに、モデルにより演算した空気流量の変化量（ＩｎｔΔＱｍ）とエアフロメータ２３による実際の空気流量の変化量（ＩｎｔΔＱａ）との差を加算した値であることを意味している。現在の偏差Ｑｅが演算されれば、前述の（２）式により吸気通路９を流れる空気流量の理想値をＱ＝Ｑａ＋Ｑｅとして演算できる。
【０１０３】
しかしながら、理想値Ｑを演算する（２）式の実用上の問題点として第３前提条件がある。すなわち、数学的に演算周期Δｔを０に近づけた場合には（８）式では、偏差Ｑｅが常に積算されるので偏差Ｑｅの累積誤差が発散してしまい、ｔ＝∞のとき偏差Ｑｅ＝∞となってしまう。
【０１０４】
そこで、次式のように積分項である偏差Ｑｅの発散を収束させる減衰定数Ｗを偏差Ｑｅの前回値Ｑｅｚに乗算することで偏差Ｑｅの累積誤差の発散を防止すれば、時間ｔ＞０でも運転状態が定常になれば前述の（２）式において偏差Ｑｅ≒０となるため、Ｑ≒Ｑａになる。すなわち、定常状態においてはエアフロメータ２３の値を積極的に信頼可能であること意味する。
【０１０５】
【数１０】
【０１０６】
減衰定数Ｗは、０〜１の範囲の値であり（０＜Ｗ＜１）、Ｗの値を変更することで偏差Ｑｅの値を変更することが可能であり、この結果、理想値Ｑ（＝Ｑａ＋Ｑｅ）を補正することができる。
【０１０７】
ここで理想値Ｑのステップ応答は、時間ｔ＝０における偏差Ｑｅ（０）は１、偏差Ｑｅの変化量ΔＱｅの積算値ＩｎｔΔＱｅは０、空気流量Ｑａの計測値の積分値ＩｎｔΔＱａは０であるから、減衰定数Ｗ、時間ｔ、演算間隔Δｔを用いて次式にて表される。すなわち、減衰率を１から０に近づけるまでに要する時間ｔを計算するには次式を用いればよい。
【０１０８】
【数１１】
【０１０９】
図９（イ）には、経過時間ｔに対する減衰率Ｗｔ／Δｔを示している。なお、演算周期Δｔ＝４ｍｓとしている。図中の（ｉ）は、減衰定数Ｗを０．９９６に設定した場合の減衰率曲線であり、同様に（ii）〜（vii）まで減衰定数Ｗを０．９９４から０．００２刻みで０．９８４まで設定した場合の減衰率曲線を示している。また図９（イ）には、減衰率が０．３６８、すなわち６３．２％応答（１−０．６３２を時定数τとした場合）した時の時間ｘを示している。
【０１１０】
図９（ロ）は、（イ）において減衰率Ｗｔ／Δｔが時定数τ＝０．３６８（６３．２％応答）で対応する値を減衰定数Ｗと時定数τで表している。なお、時定数τは指数関数［ｍｓ］として表している。
【０１１１】
例えば、図９（イ）に示すように、減衰率Ｗｔ／Δｔを０．３６８とした場合に、Ｗ＝０．９９０とした場合における減衰曲線（iv）と対応する時間ｘ［秒］は、（ロ）の縦軸に示すｘ［ｍｓ］と同じになることを示している。
【０１１２】
例えば、車両を一定速度で走らせている場合など、吸気通路９を流れる空気流量が定常である状態においては、スロットル開度およびエンジン回転数が略一定であるため、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍが小さくなる。
【０１１３】
この状態では、モデル計測値Ｑｍよりもエアフロメータ２３による計測値Ｑａの方が信頼できるため、減衰定数Ｗを１より小さい値（０＜Ｗ＜１）にすることで、（９）式において演算周期Δｔごとに偏差Ｑｅを０に収束させる。この結果、理想値Ｑは（２）式よりエアフロメータ２３による計測値Ｑａに収束する（Ｑ＝Ｑａ）。
【０１１４】
なお、減衰定数Ｗは、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍが所定値未満の状態が所定時間だけ継続した後に小さくする。この条件を満たした状態では、吸気通路９を流れる空気流量が定常となっていると判断でき、エアフロメータ２３による計測値Ｑａが信頼可能である。所定時間は、理想値Ｑの演算周期Δｔと減衰定数Ｗとに基づいて決まる。
【０１１５】
一方、前述のステップ１１において理想値Ｑの前回値Ｑｚが下限値未満である場合（Ｑｚ＜下限値）には、理想値Ｑを演算する式は、前述の（２）式および（８）式により次のように変形できる。
【０１１６】
【数１２】
【０１１７】
また理想値Ｑの前回値Ｑｚに減衰定数Ｗを乗算すると次式のように表せる。
【０１１８】
【数１３】
【０１１９】
すなわち、吸気通路９を流れる空気流量が増加している場合や空気が脈動している場合、エアフロメータ２３による計測値Ｑａが大きく変動している場合などノイズがある場合には、その変動が大きいほど減衰定数Ｗを１．０に近づけることで、（９）式において偏差Ｑｅ（モデル計測値Ｑｍによる影響）を大きくする。これにより、（２）式において理想値Ｑを演算する場合にエアフロメータ２３による計測値Ｑａを補正する量が大きくなる。すなわち、吸気通路９を流れる空気流量が変動している場合などにおいては、理想値Ｑを演算する際にはモデル計測値Ｑｍの値が信頼できるため、モデル計測値Ｑｍに基づく補正量である偏差Ｑｅによりエアフロメータ２３による計測値Ｑａを補正する。
【０１２０】
次に、前述の装置により理想値Ｑを演算した結果について図１０を用いて説明する。
【０１２１】
図１０には、吸気通路９を流れる空気流量が所定量だけ増加する場合に、経過時間［秒］に対して吸気通路９を流れる各空気流量を示している。図中の（１）は真の流量Ｑｔ、（２）はエアフロメータ２３の出力信号に基づいて演算された流量（空気流量計測値）Ｑａ、（３）はモデル流量（モデル計測値）Ｑｍ、（４）は本発明（融合手段１０２、ステップ８）により求められたＭＳＦ流量（理想値）Ｑをそれぞれ示している。
【０１２２】
空気流量計測値Ｑａは、流量演算精度は良いが、ＥＣＵ３０により流量を演算する時間がかかるため、真値Ｑｔに対して時間遅れを持っている。
【０１２３】
またモデル計測値Ｑｍは、流量変化に対する応答性はよいが、スロットル開度やエンジン回転数に基づいて演算を行っているため、真値Ｑｔに対して流量演算精度が悪いことを示している。
【０１２４】
一方、本発明により求められた理想値Ｑは、前述のように空気流量計測値Ｑａとモデル計測値Ｑｍとに基づいて演算を行っており、エアフロメータ２３による流量演算精度の利点と、モデルによる流量変化に対する応答性の利点とを生かすように融合しているため、真の流量Ｑｔとほぼ一致している。
【０１２５】
これは理想値Ｑが、エアフロメータ２３による応答遅れの影響を受けることなく、時間的に先行するスロットル開度とエンジン回転数Ｎｅとに基づいて演算されるモデル計測値Ｑｍによる偏差Ｑｅで補正することで真の値に近づけていることを意味する。
【０１２６】
空気流量が増加している場合において、理想値Ｑの演算には、前述の減衰定数Ｗが１．０に近い値で定められるため、モデル計測値Ｑｍにより応答性向上という効果が発揮されている。
【０１２７】
また定常状態では減衰定数Ｗが１．０より小さい値が用いられるため、エアフロメータ２３による計測値Ｑａにより精度向上という効果が発揮されている。
【０１２８】
図１１には、エアフロメータ２３が断線により故障した場合における各流量演算値を示している。この場合、空気流量計測値Ｑａと、本発明により求められた理想値Ｑとが変化する。
【０１２９】
空気流量計測値Ｑａが断線した場合には、エアフロメータ２３による計測値Ｑａの値が大きく変動するため、前述の減衰定数Ｗを１．０に近づけてモデル計測値Ｑｍによる効果を強く発揮させることで理想値Ｑが急激に低下することを防止している。
【０１３０】
図１２には、エアフロメータ２３の電気ノイズがある場合にエアフロメータ２３の出力信号に基づいて演算された空気流量Ｑａが変動する場合を示している。
【０１３１】
この場合、本発明では、偏差Ｑｅの演算において空気流量Ｑａの変化量ΔＱａを考慮することで（ステップ３，４，７）理想値Ｑを演算しているため、エアフロメータ２３の電気ノイズによる瞬間的なエラーを許容する。
【０１３２】
なお、本発明では物理量計測値として吸気通路９を流れる空気流量をエアフロメータ２３により計測した値Ｑａとしたが、これに限定されるものではなく、例えば吸気通路９内の圧力（コレクタ圧）を計測対象としても同様に理想値を演算可能である。
【０１３３】
また、物理量計測値として、時間的に先行したパラメータを用いれば現在の理想値のみならず、未来の予測理想値の演算も可能である。
【０１３４】
本実施形態によれば、物理量（吸気通路９を通過する空気流量Ｑａ）を計測する物理量計測手段（ステップ１、エアフロメータ２３）と、物理量計測手段による計測値Ｑａの変化量ΔＱａを積算する物理量計測値変化量積算手段（ステップ４）と、物理量計測手段による計測対象をモデル（スロットルモデル３１，シリンダモデル４１，コレクタモデル５１）によりモデル計測値Ｑｍとして演算するモデル計測値演算手段（ステップ２）と、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍを積算するモデル計測値変化量積算手段（ステップ６）と、モデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍと物理量計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａとから偏差Ｑｅ（＝ＩｎｔΔＱｍ−ＩｎｔΔＱａ）を演算する偏差演算手段（ステップ７）と、物理量計測値Ｑａに偏差Ｑｅを加算して理想値Ｑ（＝Ｑａ＋Ｑｅ）を演算する理想値演算手段（ステップ８）と、を備える。このため、エアフロメータ２３により計測対象の空気流量Ｑａを精度良く計測し、モデル計測値Ｑｍに基づいて空気流量の応答遅れを抑制する一方、空気流量が変動する場合などにおいても、偏差Ｑｅにより計測値Ｑａ若しくはモデル計測値Ｑｍの影響する割合を変化させるため、応答性の向上および計測値の変動成分の除去を図りつつ空気流量の理想値Ｑを演算できる。また前述の特許文献１〜４と比較して特別な設定をすることなく理想値Ｑを簡素に演算できる。
【０１３５】
また本実施形態によれば、モデル計測値変化量ΔＱｍは、理想値Ｑの前回値Ｑｚと、モデル計測値Ｑｍの変化率との乗算により求め（ステップ１２）、モデル計測値Ｑｍの変化率は、モデル計測値変化量ΔＱｍをモデル計測値Ｑｍの前回値Ｑｍｚで除算した値（ΔＱｍ／Ｑｍｚ）とする一方、モデル計測値変化量ΔＱｍは、理想値Ｑの前回値Ｑｚが所定値（略ゼロ）未満の時には（ステップ１１）、モデル計測値変化量ΔＱｍ若しくは計測値変化量ΔＱａのいずれか一方を用いて演算する（ステップ１３）。このため、モデル計測値Ｑｍの絶対値精度が悪くとも理想値Ｑの精度誤差を小さくできる。また、理想値Ｑの前回値Ｑｚが略ゼロだと変化率を乗じてもモデル計測値変化量ΔＱｍはゼロのままになってしまうので、変化量ΔＱｍ，ΔＱａを用いることでモデル計測値変化量ΔＱｍがゼロになることを防止することができる。
【０１３６】
また本実施形態によれば、物理量計測値変化量積算手段は、前回までの物理量計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａに所定の減衰定数Ｗを乗算してから今回の物理量計測値変化量ΔＱａを加算する（ステップ４）。このため、減衰定数Ｗにより前回までの物理量計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａを次第にゼロに収束させることで発散を防止できる。
【０１３７】
また本実施形態によれば、モデル計測値変化量積算手段は、前回までのモデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍに所定の減衰定数Ｗを乗算してから今回のモデル計測値変化量ΔＱｍを加算する（ステップ６）。このため、減衰定数Ｗにより前回までのモデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍを次第にゼロに収束させることで発散を防止できる。
【０１３８】
また本実施形態によれば、減衰定数Ｗは、モデル計測値変化量ΔＱｍが小さい程１．０より小さい値を用いる。このため、モデル計測値変化量ΔＱｍが小さい程、吸気通路９を流れる空気流量は一定値に近づいている状態であり、減衰定数Ｗを小さくすることでエアフロメータ２３による計測値Ｑａを理想値Ｑとして近づけることで精度の向上を図ることができる。
【０１３９】
また本実施形態によれば、減衰定数Ｗは、モデル計測値変化量ΔＱｍが小さくなった状態が所定時間だけ継続した後に小さくし、この所定時間は、理想値Ｑの演算周期Δｔと減衰定数Ｗとに基づいて決まる時間とする。このため、空気流量がほぼ一定値である状態に安定した後において減衰定数Ｗを小さくすることができる。
【０１４０】
また本実施形態によれば、減衰定数Ｗは、物理量計測手段による計測値Ｑａの変動が大きい時など、物理量計測値Ｑａのノイズが大きい程１．０に近づける。このため、吸気通路９を流れる空気が脈動など、エアフロメータ２３による計測値Ｑａが信頼できない場合にモデル計測値Ｑｍによる変動除去という効果を発揮させて理想値Ｑの演算精度を向上させることができる。
【０１４１】
また本実施形態によれば、モデル計測値演算手段（ステップ６）による計測対象は、内燃機関１の吸気通路９を流れる空気流量Ｑｍであるため、この流量Ｑｍに基づいて理想値Ｑの演算を行うことができる。
【０１４２】
また本実施形態によれば、空気流量Ｑｍは、内燃機関１のスロットル開度とエンジン回転数との少なくとも１つを含む複数のパラメータを用いて演算した値である（ステップ２）。このため、吸気通路９を流れる空気に脈動が発生しても、その影響を受けることがなく、安定した値Ｑｍを演算することができる。また、エアフロメータ２３より時間的に先行したパラメータを用いることができ、理想値Ｑの応答性を向上させることができる。
【０１４３】
また本実施形態によれば、物理量計測手段（ステップ１）は、内燃機関１の吸気系に取り付けられた熱線式流量計（エアフロメータ２３）であるため、定常状態においては精度よく流量を計測できる。
【０１４４】
また本実施形態によれば、モデル計測値演算手段（ステップ６）による計測対象は、内燃機関１の吸気通路９内の気体圧力Ｐ２であるため、この圧力Ｐ２をモデル計測値Ｑｍとして、吸気通路９を流れる空気流量の理想値を演算する場合と同様にして理想とする気体圧力の値を演算できる。
【０１４５】
また本実施形態によれば、物理量計測手段（ステップ１）は、内燃機関１の吸気系に取り付けられた圧力センサ（ブーストセンサ２５）であるため、吸気系の圧力Ｐ１に基づいて理想値Ｑの演算を行うことができる。
【０１４６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１４７】
本実施形態では、理想値Ｑを演算している間にエアフロメータ２３の断線など、物理量計測手段に異常があった場合に、これを検知して理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍとすることで、エアフロメータ２３の異常による理想値Ｑへの影響を抑制する耐故障システムを備えさせている。
【０１４８】
図１３は、偏差増加判定フラグに基づいてエアフロメータ２３の故障判定（異常判定）を行い、故障があった場合には理想値Ｑをモデル演算値Ｑｍに移行させる処理を示すフローチャートである。この処理は、所定の演算間隔Δｔ（例えば４ｍｓ）ごとに行う。
【０１４９】
ステップ２１では、後述する図１４にてエアフロメータ２３の偏差増加判定フラグの演算を行う。このフラグは、偏差増加が大きい場合には１を示す。
【０１５０】
ステップ２２では、偏差増加判定フラグが１であるか否かを判定する。判定フラグが１である場合には、ステップ２３へ進み、カウンタ値のインクリメントを行う。一方、判定フラグが０（判定フラグ≠１）である場合には、ステップ２４にてカウンタ値をリセットする（カウンタ値＝０）。
【０１５１】
ステップ２５では、カウンタ値が故障判定回数を超えているか否かを判定する。カウンタ値が故障判定回数を超えている（カウンタ値＞故障判定回数）場合には、エアフロメータ２３が故障していると判定する。一方、カウンタ値が故障判定回数以下（カウンタ値≦故障判定回数）である場合には、エアフロメータ２３が正常状態であると判定して処理を終了する。これにより所定時間経過した後にエアフロメータ２３が故障した状態が確実に検知でき、瞬間的なエラーにより偏差Ｑｅが増加した場合を排除することできる。
【０１５２】
ステップ２６では、エアフロメータ２３の出力信号に基づく演算値（物理量計測値）Ｑａは信頼できないため、モデルにより演算したモデル計測値Ｑｍに理想値Ｑを移行させる。
【０１５３】
理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させるには、前述のステップ８にて理想値Ｑを演算する式をモデル計測値Ｑｍと偏差Ｑｅとの和により求める式（Ｑ＝Ｑｍ＋Ｑｅ）に置き換える。偏差Ｑｅの演算には、１度だけモデル計測値Ｑｍからエアフロメータ２３による計測値Ｑａを減算した値（Ｑｍ−Ｑａ）を用い、次回の演算以降は、偏差Ｑｅの前回値Ｑｅｚと、減衰定数Ｗとを乗算した値を代入し（Ｑｅ＝Ｗ×Ｑｅｚ）、前述の（９）式における積分項であるＩｎｔΔＱｍおよびＩｎｔΔＱａの演算を中止することにより、エアフロメータ２３の出力信号に基づく演算値Ｑａの影響を抑制する。
【０１５４】
すなわち、エアフロメータ２３の故障を検知した時点において偏差ＱｅとしてＱｍ−Ｑａの値を保持しておき、演算間隔Δｔごとに段階的に理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる。減衰定数Ｗは０から１の範囲の値であるため、偏差を求める式Ｑｅ＝Ｗ×Ｑｅｚより、偏差Ｑｅが演算周期Δｔ毎に段階的に０に近づくこととなる結果、理想値Ｑはモデル計測値Ｑｍに近づくことになる。
【０１５５】
図１４には、エアフロメータ２３の故障判定を行うために用いる偏差増加判定フラグの有無を出力するブロック図を示している。
【０１５６】
物理量計測手段６１は、エアフロメータ２３の出力信号（電圧）に応じた質量流量計測テーブルにより、吸気通路９を通過する空気流量Ｑａ［ｋｇ／ｓ］を計測する。
【０１５７】
偏差演算手段６２は、空気流量Ｑａと、モデル計測値Ｑｍ［ｋｇ／ｓ］とに基づいて偏差Ｑｅ［ｋｇ／ｓ］を演算する。なお、次回の偏差Ｑｅは、偏差の積算値を用いる。
【０１５８】
除算手段６３は、偏差Ｑｅからモデル計測値Ｑｍを除算して誤差比を求める（Ｑｅ／Ｑｍ）。
【０１５９】
加算手段６４は、１から誤差比Ｑｅ／Ｑｍを差し引いて正味比（＝１−Ｑｅ／Ｑｍ）を演算する。偏差Ｑｅは空気流れが定常である場合には０となるが、故障時においては偏差Ｑｅが大きくなり、誤差比Ｑｅ／Ｑｍの値が１を越えてしまうことがある。
【０１６０】
このため、絶対値演算手段６５は、正味比の絶対値｜ｘ｜を取ることとしている。
【０１６１】
偏差増加判定手段６６は、絶対値｜ｘ｜が所定の判定しきい値を超えているか否かを判定する。ここでは判定しきい値を０．２とする。絶対値が判定しきい値を越えている（｜ｘ｜＞０．２）場合には、偏差Ｑｅの増加が大きいと判断して、偏差増加判定フラグを１にする。
【０１６２】
なお、除算手段６４により演算する値は誤差率［％］としてもよい。この場合は、前述の誤差比を％にして同様にして処理する。
【０１６３】
図１５には、エアフロメータ２３の故障を検知した後に、理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させた場合を示している。
【０１６４】
エアフロメータ２３が断線により故障した場合には、前述の偏差増加判定フラグに基づいて故障発生から所定時間経過後に理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる処理を行う。図では、理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる時点をｔ１で示しており、これ以降の理想値Ｑがモデル計測値Ｑｍに追随するように変化する。
【０１６５】
これによりエアフロメータ２３が故障した時には、モデル計測値Ｑｍにより最低限の演算精度が確保できる。
【０１６６】
本実施形態によれば、物理量計測手段（エアフロメータ２３、ステップ１）の異常を検知する異常検知手段（ステップ２５）と、異常検知手段が異常を検知した時に理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる理想値移行手段（ステップ２６）と、を備える。このため、エアフロメータ２３に故障が生じた場合等において、エアフロメータ２３による計測値Ｑａによる影響を受けることなく車両の運転状態を安定したものにすることができる。
【０１６７】
また本実施形態によれば、異常検知手段は、偏差Ｑｅとモデル計測値Ｑｍとに基づいて、偏差Ｑｅとモデル計測値Ｑｍとの比（Ｑｅ／Ｑｍ）、または偏差Ｑｅとモデル計測値Ｑｍとの率（Ｑｅ／ｑｍ［％］）のいずれか一方が所定範囲外になった時もしくはその状態が所定時間経過した時に物理量計測手段が異常と判定する（偏差増加判定手段６６、ステップ２１，ステップ２５）。このため、エアフロメータ２３が瞬間的に計測エラーを起こした場合においても故障があるか否かの判定を行うことができる。
【０１６８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１６９】
本実施形態では、エアフロメータ２３が正常な場合において予め規範となるものを定めておき、エアフロメータ２３の異常により計測値Ｑａに変化があった場合には、規範と比較することで異常を検知する。
【０１７０】
図１６は、本実施形態における異常検知システムのブロック図を示している。
【０１７１】
異常検知システムは、前述の物理量計測手段１００およびモデル計測値演算手段１０１の他に、規範物理量演算手段７１、規範偏差演算手段７２、通常偏差演算手段７３および異常検知手段７４を備えて構成されている。
【０１７２】
規範物理量演算手段７１は規範物理量を演算するモデルであり、モデル計測値Ｑｍと、エアフロメータ２３が正常な時における計測値Ｑａとに基づいて吸気通路９を流れる空気流量Ｑの規範物理量Ｑａｓを演算する。例えば、エアフロメータ２３が正常で且つ定常状態において、モデル計測値Ｑｍに対するエアフロメータ２３の計測値Ｑａを規範物理量Ｑａｓとしてテーブル化しておく。
【０１７３】
規範偏差演算手段７２は、規範物理量Ｑａｓおよびモデル計測値Ｑｍに基づいて規範偏差Ｑｅｓを演算する。
【０１７４】
通常偏差演算手段７３は、エアフロメータ２３の出力信号に基づいて演算した空気流量Ｑａと、モデル計測値Ｑｍとに基づいて、前述のステップ７と同じ処理を行い通常偏差Ｑｅを演算する。
【０１７５】
異常検知手段７４は、規範偏差Ｑｅｓと通常偏差Ｑｅとに基づいて異常検知を行う。例えば、規範偏差Ｑｅｓから通常偏差Ｑａを減算し（Ｑｅｓ−Ｑｅ）、この値が所定のしきい値を越える場合にはエアフロメータ２３が異常であると検知するようにする。これによりエアフロメータ２３が故障した場合には、エアフロメータ２３による現在の計測値Ｑａが通常とは異なった値を示すことから偏差Ｑｅは通常のものとは異なり、異常検知が可能となる。
【０１７６】
なお、異常検知手段７４により理想値Ｑを演算している間にエアフロメータ２３の断線による故障など、物理量計測手段に異常があった場合には、前述の第２の実施形態にて説明したように理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍとすることで、エアフロメータ２３の故障による理想値Ｑへの影響を抑制する。
【０１７７】
本実施形態によれば、異常検知手段７４は、モデル計測値Ｑｍと物理量計測手段（エアフロメータ２３）１００が正常な時の物理量計測値Ｑａとに基づいて物理量計測値Ｑａの規範値Ｑａｓを演算する物理量規範値演算手段７１と、物理量規範値Ｑａｓとモデル計測値Ｑｍとに基づいて偏差の規範値Ｑｅｓを演算する偏差規範値演算手段７２と、モデル計測値Ｑｍと物理量計測手段１００による現在の物理量計測値Ｑａとに基づいて通常偏差値Ｑｅを演算する通常偏差値演算手段７３と、を備え、偏差規範値Ｑｅｓと通常偏差値Ｑｅとを比較して物理量計測手段１００の異常を検知する。このため、エアフロメータ２３が正常なときにおける計測値Ｑａに基づいて規範値を設定でき、エアフロメータ２３に異常があった場合にその出力に基づいて異常を正確且つ迅速に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】第１実施形態におけるエンジン１の制御装置のシステム構成図
【図２】本発明の理想値演算を示すブロック図
【図３】モデル計測値演算手段による演算を示すブロック図
【図４】スロットルモデルを示すブロック図
【図５】シリンダモデルを示すブロック図
【図６】コレクタモデルを示すブロック図
【図７】理想値演算処理を示すフローチャート
【図８】モデル計測値変化量を演算するフローチャート
【図９】減衰率を示す図
【図１０】理想値の演算結果を示す図
【図１１】エアフロメータが断線により故障した場合における各流量演算値を示す図
【図１２】電気ノイズが大きい場合における各流量演算値を示す図
【図１３】故障判定と理想値をモデル演算値に移行させる処理とを示す図
【図１４】偏差増加判定フラグの有無を出力するブロック図
【図１５】故障を検知した後に、理想値をモデル計測値に移行させた場合を示す図
【図１６】異常検知を規範偏差に基づいて行う場合を示すブロック図
【符号の説明】
【０１７９】
１ エンジン
２ シリンダ
５ 点火プラグ
９ 吸気通路
１０ 燃料噴射弁
１１ コレクタ
１３ 電制スロットルバルブ
２３ エアフロメータ
２４ スロットル開度センサ
２５ ブーストセンサ
２６ 温度センサ
２７ クランク角センサ
２８ 大気圧センサ
３０ ＥＣＵ
３１ スロットルモデル
４１ シリンダモデル
５１ コレクタモデル
１００ 物理量計測手段
１０１ モデル計測値演算手段
１０２ 融合手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管を流れる空気流量や管内の圧力など、物理量の理想的な値を演算する理想値演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関の吸気通路を流れる空気流量や吸気通路内の圧力など、物理量の計測値は、物理現象をエアフロメータの電気的信号など別の現象に変換した後に演算することで定量的に計測できるようにしている。
【０００３】
エアフロメータにより計測した値は精度が良好であるが、内燃機関の空気流量が増加している場合には、変換および演算の過程で実際の流量よりも応答が遅れる結果、計測値に時間的な誤差が生じてしまう。また、エアフロメータは吸気脈動やノイズまでも信号として出力してしまうため、計測値への影響は大きかった。
【０００４】
これに対して、特許文献１〜４では、エアフロメータにおける応答遅れを一次進み補正モデルなどにより応答遅れ分だけを進み補正することで時間的な誤差を少なくし、平均手段により吸気脈動やノイズの影響を軽減していた。
【特許文献１】特許第３２９７８９０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４３４７号公報
【特許文献３】特許第３３５６７９９号公報
【特許文献４】特開２００２−１３００４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、補正モデルにおいては空気流量の応答が一次遅れとならない限り時間的な誤差が生じることとなり、進み補正によって吸気脈動やノイズによる影響が増幅され真の流量との間に変動誤差を生じることになる。また、平均手段によって応答性が悪化するなど副作用的な問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、空気流量や圧力などの物理量計測値と、計測対象のモデル計測値とに基づいて、応答遅れおよび誤差の影響を抑制しつつ物理量の理想値を演算することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明では、物理量を計測し、その計測値の変化量を積算する一方、計測対象をモデルによりモデル計測値として演算し、その変化量を積算し、モデル計測値変化量積算値と計測値変化量積算値とから偏差を演算し、物理量計測値に偏差を加算して理想値を演算する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、物理量計測値に基づいて計測対象の物理量を精度良く計測し、モデル計測値に基づいて物理量計測値の応答遅れを抑制する一方、計測対象の物理量が変動する場合などにおいても、偏差により物理量計測値若しくはモデル計測値の影響する割合を変化させるため、応答性の向上および物理量計測値の変動成分の除去を図りつつ計測対象の物理量の理想値を演算できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、第１の実施形態におけるエンジン１の制御装置のシステム構成図である。
【００１１】
エンジン１の各気筒のシリンダ２及びピストン３により画成される燃焼室４には、点火プラグ５を囲むように、吸気バルブ６と排気バルブ７とを備えている。８は排気通路、９は吸気通路である。
【００１２】
吸気通路９には、上流側からエアクリーナ１２および電制スロットルバルブ（バタフライバルブ）１３が配設されており、電制スロットルバルブ１３のバルブ開口面積に応じて空気をシリンダ２内に導入する。電制スロットルバルブ１３は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）３０のスロットル開度指令に基づいてバルブ開口面積が決定される。
【００１３】
吸気通路９のコレクタ１１の下流のマニホールドブランチ部には、燃料噴射弁１０が配設されている。
【００１４】
また、ＥＣＵ３０には、エアフロメータ２３、スロットル開度センサ２４、ブーストセンサ（圧力センサ）２５、温度センサ２６、クランク角センサ２７及び大気圧センサ２８からの信号が入力される。
【００１５】
エアフロメータ２３は、電制スロットルバルブ１３より上流の吸気通路９に設けられた熱線式流量計であり、電制スロットルバルブ１３を通過する空気量に応じた信号を出力する。
【００１６】
スロットル開度センサ２４は、電制スロットルバルブ１３の開度に応じた信号を出力する。
【００１７】
ブーストセンサ２５は、電制スロットルバルブ１３より下流のコレクタ１１に設けられ、コレクタ１１内の圧力に応じた信号を出力する。
【００１８】
温度センサ２６は、コレクタ１１に設けられ、吸気温度に応じた信号を出力する。なお、温度センサ２６は、エアフロメータ２３またはブーストセンサ２５に一体的に設けられるものであってもよい。
【００１９】
クランク角センサ２７は、エンジン１に設けられ、エンジン１のクランク角に応じた信号を出力する。このクランク角センサ２７の信号によりエンジン回転数を検出可能である。
【００２０】
大気圧センサ２８は、大気圧に応じた信号を出力する。
【００２１】
なお、スロットル開度センサ２４およびクランク角センサ２７は、エアフロメータ２３からの信号より時間的に先行して信号が出力されるものを用いている。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、各種センサの出力信号に基づいて各種演算および各種制御を行う。例えば、各種演算では、スロットル開度、吸入空気量、エンジン回転数、コレクタ圧力、スロットル開度、吸気温度、大気圧などの演算を行う。各種制御では、電制スロットルバルブ１３の開度制御、燃料噴射弁１０からの燃料噴射時期および燃料噴射量の制御、点火プラグ５の点火時期制御などを行う。
【００２３】
ここで、エンジン１が定常状態である場合において、エアフロメータ２３などのセンサにより物理量計測値Ｑａを計測した場合には、計測値の精度は良いという利点があるが、センサ出力に基づいてＥＣＵ３０が演算を行わなければならないため、吸気通路９を流れる空気流量が増加した場合には応答遅れが生じてしまうこと、および吸気脈動やノイズのように変動（外乱）が生じている状態で計測値Ｑａが計測されてしまうという問題点がある。
【００２４】
一方、エアフロメータ２３による計測対象である空気流量をモデルによりモデル計測値Ｑｍとして演算する場合には、スロットル開度やエンジン回転など、空気流量以外のパラメータに基づいてモデル計測値Ｑｍを演算するため、空気流量の変動を受けずに計測値Ｑｍの応答性は良いという利点があるが、モデル計測値Ｑｍの精度は低下するという問題点がある。
【００２５】
そこで本発明では、物理量計測対象としてエンジン１の吸気通路９を流れる空気流量を例にして説明すると、空気流量Ｑａおよびモデル計測値Ｑｍの利点を融合するＭＳＦ（Model & Sensor value Fusion System）によってシステムのロバスト性（応答度合い）および変動要素の除去を高いレベルで両立しつつ計測対象の理想値（目標値）Ｑを演算する。なお、理想値Ｑとは、計測対象の物理量の真値（燃料噴射量などの演算に用いられるのに適した値）との誤差が略ゼロとなるように演算される値であり、真値に定常変動成分（吸気脈動やノイズ）があっても変動が略ゼロとなる値をいう。
【００２６】
図２は、本発明の理想値演算を示すブロック図であり、これらの演算はＥＣＵ３０内で行われる。
【００２７】
理想値演算装置は、物理量計測手段１００、モデル計測値演算手段１０１および融合手段１０２を備えて構成されている。
【００２８】
物理量計測手段１００は、エアフロメータ２３により吸気通路９を流れる空気流量Ｑａを計測する。これにより計測された物理量計測値Ｑａは、エンジン１が定常状態においては真の空気流量と略同じ精度を有するという利点がある。
【００２９】
モデル計測値演算手段１０１は、後述するモデルにより空気流量をモデル計測値Ｑｍとして演算する。具体的には、モデル計測値Ｑｍは、エンジン回転数と電制スロットルバルブ１３のスロットル開度とに基づいて演算する。このようにして演算されたモデル計測値Ｑｍは、真の空気流量に対して応答性が良好であり、エアフロメータ２３による計測値Ｑｍに対して変動要素（吸気脈動やノイズ等）の影響を受けにくいという利点がある。
【００３０】
融合手段１０２は、物理量計測手段１００（エアフロメータ２３）により計測された空気流量Ｑａと、モデル計測値演算手段１０１により演算されたモデル計測値Ｑｍとに基づいて、吸気通路９を流れる空気流量の理想値Ｑを演算する。
【００３１】
以下、これらの詳細について説明する。
【００３２】
図３は、モデル計測値演算手段１０１による演算を示すブロック図である。
【００３３】
ここで図１に示す通り、吸気通路９においては、コレクタ１１が電制スロットルバルブ１３とシリンダ２との間に配置されているため、図３のモデルでは、コレクタ１１を基準として、コレクタ１１に流入する空気流量（電制スロットルバルブ１３を通過する空気量）と、コレクタ１１から流出する空気流量（シリンダ２に流入する空気量）との収支を考慮する。
【００３４】
モデル計測値演算手段１０１は、スロットルモデル３１、シリンダモデル４１およびコレクタモデル５１を備えて構成し、モデル計測値Ｑｍを演算する。
【００３５】
モデル計測値Ｑｍとしては、吸気通路９を流れる空気流量、すなわちコレクタ１１に流入する空気流量と、コレクタ１１から流出する空気流量とのいずれか一方の値を用いる。以下、モデル計測値Ｑｍを、コレクタ１１に流入する空気流量として説明する。
【００３６】
スロットルモデル３１は、大気圧、スロットル開度およびコレクタモデル５１により演算されたコレクタ圧に基づいて物質量流量［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００３７】
シリンダモデル４１は、エンジン１の回転数およびブーストセンサ２５によるコレクタ圧に基づいて物質量流量［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００３８】
コレクタモデル５１は、スロットルモデル３１による物質量流量と、シリンダモデル４１による物質量流量とに基づいて現在のコレクタ圧を演算する。コレクタモデル５１により演算したコレクタ圧は、サイクリック計算を行うため次回の演算においては前回値としてスロットルモデル３１に入力される。
【００３９】
図４は、スロットルモデル３１を示すブロック図である。
【００４０】
圧力比演算手段３２は、コレクタモデル５１により演算されたコレクタ圧から大気圧を除算することで圧力比（コレクタ圧／大気圧）を演算する。
【００４１】
マッハ係数演算手段３３は、マッハ係数検索テーブルを参照することで圧力比に応じたマッハ係数Ｍを検索する。マッハ係数検索テーブルは、圧力比が０〜０．５３ではマッハ係数Ｍが一定値（約０．５４）となり、圧力比が０．５３〜１．０では圧力比が大きくなるにつれマッハ係数Ｍが減少する。マッハ係数Ｍは、音速Ｃに対する流速ｕ（ｕ／Ｃ）を示す係数である。
【００４２】
音速演算手段３４は、吸気温度Ｔ（絶対温度；Ｋ）、比熱比κおよびガス定数Ｒから音速Ｃ［ｍ／ｓ］を演算する（Ｃ＝√（κ×Ｒ×Ｔ））。
【００４３】
流速演算手段３５は、マッハ係数Ｍに音速Ｃを乗算することで吸気通路９を流れる空気の流速［ｍ／ｓ］を演算する。
【００４４】
開口面積演算手段３６は、開口面積検索テーブルを参照することでスロットル開度に応じた開口面積［ｍ２］を検索する。開口面積検索テーブルは、電制スロットルバルブ１３の開度が所定値（最大開度近傍）まで大きくなるにつれ開口面積が大きくなるように設定されている。
【００４５】
体積流量演算手段３７は、開口面積および流速を乗算することで体積流量［ｍ３／ｓ］を演算する。
【００４６】
モル密度演算手段３８は、大気圧Ｐ０をガス定数Ｒおよび吸気通路９内を流れる空気の温度Ｔで除算することでモル密度ｎ０［ｍｏｌ／ｍ３］を演算する（ｎ０＝Ｐ０／（ＲＴ））。
【００４７】
物質量流量演算手段３９は、体積流量およびモル密度ｎ０を乗算することでコレクタ１１に流入する空気流量、すなわち物質量流量ｎｉｎ［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００４８】
以上のようにして図２〜図４のモデルにより、コレクタ１１に流入する物質量流量ｎｉｎ［ｍｏｌ／ｓ］をモデル計測値Ｑｍとする。
【００４９】
図５は、シリンダモデル４１を示すブロック図である。
【００５０】
効率演算手段４２は、効率検索テーブルを参照することでエンジン１の回転数Ｎｅに応じた効率ηを検索する。効率検索テーブルは、エンジン回転数Ｎｅが所定値まで増加するに伴い効率ηが増加し、エンジン回転数Ｎｅが所定値以上になると効率ηが減少するように設定されている。
【００５１】
体積流量演算手段４３は、エンジン排気量Ｖ、エンジン回転数Ｎｅおよび効率ηに基づいて体積流量［ｍ３／ｓ］を演算する（体積流量＝Ｖ×Ｎｅ／120×η）。
【００５２】
モル密度演算手段４４は、吸気温度Ｔおよびブーストセンサ２５によるコレクタ圧Ｐ１に基づいて、コレクタ圧Ｐ１をガス定数Ｒおよび吸気通路９内を流れる空気の温度Ｔで除算することでモル密度ｎ１［ｍｏｌ／ｍ３］を演算する（ｎ１＝Ｐ１／（ＲＴ））。
【００５３】
物質量流量演算手段４５は、体積流量およびモル密度ｎ１を乗算することでコレクタ１１から流出する空気の流量、すなわち物質量流量ｎｏｕｔ［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
【００５４】
なお、以上のようにして図２および図５のモデルにより、コレクタ１１から流出する物質量流量ｎｏｕｔ［ｍｏｌ／ｓ］をモデル計測値Ｑｍとしてもよい。
【００５５】
図６は、コレクタモデル５１を示すブロック図である。
【００５６】
コレクタ圧演算手段５２（コレクタモデル５１）は、スロットルモデル３１の物質量流量演算手段３９による物質量流量ｎｉｎと、シリンダモデル４１の物質量流量演算手段４５による物質量流量ｎｏｕｔとに基づいて気体の状態方程式からコレクタ圧Ｐ２を演算する。
【００５７】
コレクタ圧Ｐ２を演算する場合、気体の状態方程式はＰ×Ｖ＝ｎ×Ｒ×Ｔで与えられるため、これをコレクタ圧Ｐ２、コレクタ容積Ｖｃ、気体モル数ｎ、ガス定数Ｒおよび吸気温度Ｔ［絶対温度：Ｋ］とするとＰ２×Ｖｃ＝ｎ×Ｒ×Ｔとなる。
【００５８】
これを演算周期である所定時間Δｔにおけるコレクタ圧変化量ΔＰ２は、ΔＰ２＝Δｎ×Ｒ×Ｔ×Δｔ／Ｖｃとなる。コレクタ圧変化量ΔＰ２は、今回のコレクタ圧Ｐ２から前回のコレクタ圧Ｐ２（ｎ−１）を引いた値である。Δｎは、演算周期Δｔにおけるコレクタ１１内の空気のモル流量変化量、すなわちコレクタ１１内に流入する物質量流量ｎｉｎからシリンダ２へ流出する物質量流量ｎｏｕｔを引いた値である（Δｎ＝ｎｉｎ−ｎｏｕｔ）。
【００５９】
従って、演算周期Δｔにおける気体の状態方程式をＰ２について演算すると、Ｐ２＝Ｐ２（ｎ−１）＋（ｎｉｎ−ｎｏｕｔ）×Δｔ×Ｒ×Ｔ／Ｖｃとなる。
【００６０】
なお、計測対象をコレクタ圧として理想値を演算する場合においては、以上のようにしてモデルにより、コレクタ１１内の圧力Ｐ２［ｋＰａ］をモデル計測値Ｑｍとしてもよい。
【００６１】
なお、吸気通路９を流れる空気が準一次元定常等エントロピーである場合には、質量流量の演算値ｎｉｎ［ｋｇ／ｓ］は、電制スロットルバルブ１３の開口面積をＡとして次式に示すような流体力学の理論式にて演算可能である。そして、モル相当にして物質量流量ｎｉｎ［ｍｏｌ／ｓ］を演算可能であるため、これをモデル計測値Ｑｍとしてもよい。この場合、Ｐｅをコレクタ圧とし、マッハ係数Ｍ（＝ｕ／Ｃ）が１未満の時（Ｍ＜１）には次式（１ａ）、マッハ係数Ｍが１の時（Ｍ＝１）には次式（１ｂ）により質量流量の演算値ｎｉｎを演算する。
【００６２】
【数１】
【００６３】
なお、本発明では計測対象の物理量としてコレクタ圧を用いて同様にコレクタ圧の理想値を演算することができる。この場合には、物理量計測値としてブーストセンサ２５によるコレクタ圧Ｐ１を用いる一方、モデル計測値Ｑｍとしてコレクタモデル５１（コレクタ圧演算手段５２）によるコレクタ圧Ｐ２を用いることで融合手段１０２によりコレクタ圧の理想値を演算する。
【００６４】
次に、物理量計測手段１００、モデル計測値演算手段１０１および融合手段１０２により物理量の理想値Ｑを演算する処理について図７を用いて説明する。
【００６５】
図７は、本発明における理想値演算処理を示すフローチャートである。なお、この処理は演算周期（例えば４ｍｓ）Δｔ毎に行われる。
【００６６】
ステップ１（図では「Ｓ１」と示す。以下同様）では、物理量を計測する。ここで物理量は、吸気通路９を流れる空気流量Ｑａをエアフロメータ２３により測定する。
【００６７】
ステップ２では、モデル計測値Ｑｍを演算する。モデル計測値Ｑｍは、前述のスロットルモデル３１により吸気通路９を流れる空気流量を、スロットル開度とエンジン回転数Ｎｅに基づいて演算した値を用いる。
【００６８】
ステップ３では、空気流量Ｑａの変化量ΔＱａを演算する。空気流量変化量ΔＱａは、ステップ１にて計測した空気流量Ｑａから前回計測した空気流量Ｑａｚを減算した値とする（ΔＱａ＝Ｑａ−Ｑａｚ）。
【００６９】
ステップ４では、空気流量変化量ΔＱａの積分値ＩｎｔΔＱａを演算する。この積分値ＩｎｔΔＱａは、前回までの空気流量変化量積算値ＩｎｔΔＱａｚに所定の減衰定数Ｗを乗算した後、演算周期Δｔにおける空気流量変化量ΔＱを加算することで演算する（ＩｎｔΔＱａ＝ＩｎｔΔＱａｚ×Ｗ＋ΔＱａ）。なお、減衰乗数Ｗについての詳細は後述する。
【００７０】
ステップ５では、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍを演算する。
【００７１】
ステップ６では、モデル計測値変化量ΔＱｍの積分値ＩｎｔΔＱｍを演算する。この積分値ＩｎｔΔＱｍは、前回までのモデル計測値変化量積分値ＩｎｔΔＱｍｚに所定の減衰定数Ｗを乗算した後、演算周期Δｔにおけるモデル計測値変化量ΔＱｍを加算することで演算する（ＩｎｔΔＱｍ＝ＩｎｔΔＱｍｚ×Ｗ＋ΔＱｍ）。
【００７２】
ステップ７では、空気流量偏差Ｑｅを演算する。この偏差Ｑｅは、理想値Ｑに対して理想的に変化する値であり、モデル計測値変化量積分値ＩｎｔΔＱｍから空気流量変化量積分値ＩｎｔΔＱａを減算することで演算する（Ｑｅ＝ＩｎｔΔＱｍ−ＩｎｔΔＱａ）。
【００７３】
ステップ８では、空気流量の理想値Ｑを演算する。この理想値Ｑは、空気流量Ｑａに偏差Ｑｅを加算することで演算する（Ｑ＝Ｑａ＋Ｑｅ）。
【００７４】
以上のようにして理想値Ｑを演算した後は、この理想値Ｑに基づいて各種演算および各種制御を行い、エンジン１の運転の適正化を図る。例えば、ＥＣＵ３０が理想値Ｑに基づいて燃料噴射弁１０の燃料噴射量および燃料噴射時期の演算および制御、点火プラグ５の点火時期の演算および制御などを行う。
【００７５】
図８は、ステップ５におけるモデル計測値変化量ΔＱｍを演算するフローチャートである。
【００７６】
ステップ１１では、理想値Ｑの前回値Ｑｚが所定の下限値以上であるか否か（Ｑｚ≧下限値）を判断する。前回値Ｑｚが下限値以上である場合（Ｑｚ≧下限値）には、ステップ１２へ進む。この下限値は、略ゼロに設定しておく。
【００７７】
ステップ１２では、理想値Ｑの前回値Ｑｚと、モデル計測値変化率、すなわちモデル計測値変化量ΔＱｍをモデル計測値の前回値Ｑｍｚで除算した値ΔＱｍ／Ｑｍｚとの乗算によりモデル計測値変化量ΔＱｍを演算する（ΔＱｍ＝Ｑｚ×ΔＱｍ／Ｑｍｚ）。
【００７８】
一方、ステップ１１で前回値Ｑｚが下限値未満である場合（Ｑｚ＜下限値）には、ステップ１３へ進む。
【００７９】
ステップ１３では、理想値Ｑの前回値Ｑｚをモデル計測値変化量ΔＱｍにした後（Ｑｚ＝ΔＱｍｚ）、ステップ１２にてモデル計測値変化量ΔＱｍを演算する（ΔＱｍ＝ΔＱｍｚ×ΔＱｍｚ／Ｑｍｚ）。
【００８０】
なお、ステップ１３において理想値Ｑの前回値Ｑｚを空気流量変化量ΔＱａにした後（Ｑｚ＝ΔＱａ）、ステップ１２にてモデル計測値変化量ΔＱｍを演算してもよい（ΔＱｍ＝ΔＱａ×ΔＱｍｚ／Ｑｍｚ）。
【００８１】
以上のようにモデル計測値変化量ΔＱｍを演算した後は、前述のステップ６以降の処理を行う。
【００８２】
次に、融合手段１０２（ステップ８）により空気流量の理想値Ｑを数学的に求める式の導出について説明する。
【００８３】
前述の通り、理想値Ｑは次式のように空気流量Ｑａと偏差Ｑｅとの和により演算される。
【００８４】
【数２】
【００８５】
これはエアフロメータ２３による計測値Ｑａは時間的な応答遅れがあるため、この遅れを偏差Ｑｅにより補正することで理想値Ｑを演算することが可能であることを意味している。
【００８６】
ここでエアフロメータ２３とモデルとにおける利点、すなわちエアフロメータ２３は定常状態では計測精度がよいこと、およびモデルは空気流量が変動状態では応答性がよいことという前提条件からまとめてみると、第１前提条件としてｔ＝０でＱ＝Ｑａ、Ｑｅ＝０、第２前提条件としてΔＱ／Ｑ＝ΔＱｍ／Ｑｍ（ただし、Ｑ≒０ではΔＱ＝ΔＱｍとする）、第３前提条件としてｌｉｍΔｔ→０となる。
【００８７】
第１前提条件は、エンジン１が定常（平衡）状態である場合には、吸気通路９を流れる空気流量は一定（偏差なし）であり、エアフロメータ２３による計測値Ｑａの方がモデル計測値Ｑｍより信頼できることを意味する。第２前提条件は、空気流量が変化する場合には、モデルによる空気流量の変化量（応答性）が、エアフロメータ２３による空気流量の変化量と比較して信頼できることを意味する。第３前提条件は、演算周期Δｔを０に近づけて演算することを意味する。
【００８８】
また時間ｔにおける理想値Ｑをエアフロメータ２３の計測値Ｑａと偏差Ｑｅとで表すと次式になる。
【００８９】
【数３】
【００９０】
第１前提条件より、定常状態ではｔ＝０でＱ＝ＱａかつＱｅ＝０となり、時間Δｔにおける偏差Ｑｅは次式のように積分系で表せる。
【００９１】
【数４】
【００９２】
この式を更に理想値変化量ΔＱとして解くために次式のようにΔＱ（ｔ）にＱ（ｔ−Δｔ）/Ｑ（ｔ−Δｔ）を乗算する。
【００９３】
【数５】
【００９４】
ここで、第２前提条件よりΔＱ／Ｑ＝ΔＱｍ／Ｑｍは次式のように表せる。
【００９５】
【数６】
【００９６】
そして、（５）式を（４）式に代入すると次式のようになる。
【００９７】
【数７】
【００９８】
すなわち偏差Ｑｅは、モデル計測値変化量ΔＱｍの積分値ＩｎｔΔＱｍから物理量計測値変化量ΔＱａの積分値ＩｎｔΔＱａを減算した値で演算可能である（Ｑｅ＝ＩｎｔΔＱｍ−ＩｎｔΔＱｍ）ことを示している。（６）式を（２’）式に代入すると次式で表せる。
【００９９】
【数８】
【０１００】
（７）式を離散系に変形すると偏差Ｑｅについて次式が得られる。
【０１０１】
【数９】
【０１０２】
この式は、現在の偏差Ｑｅは、前回の偏差Ｑｅｚに、モデルにより演算した空気流量の変化量（ＩｎｔΔＱｍ）とエアフロメータ２３による実際の空気流量の変化量（ＩｎｔΔＱａ）との差を加算した値であることを意味している。現在の偏差Ｑｅが演算されれば、前述の（２）式により吸気通路９を流れる空気流量の理想値をＱ＝Ｑａ＋Ｑｅとして演算できる。
【０１０３】
しかしながら、理想値Ｑを演算する（２）式の実用上の問題点として第３前提条件がある。すなわち、数学的に演算周期Δｔを０に近づけた場合には（８）式では、偏差Ｑｅが常に積算されるので偏差Ｑｅの累積誤差が発散してしまい、ｔ＝∞のとき偏差Ｑｅ＝∞となってしまう。
【０１０４】
そこで、次式のように積分項である偏差Ｑｅの発散を収束させる減衰定数Ｗを偏差Ｑｅの前回値Ｑｅｚに乗算することで偏差Ｑｅの累積誤差の発散を防止すれば、時間ｔ＞０でも運転状態が定常になれば前述の（２）式において偏差Ｑｅ≒０となるため、Ｑ≒Ｑａになる。すなわち、定常状態においてはエアフロメータ２３の値を積極的に信頼可能であること意味する。
【０１０５】
【数１０】
【０１０６】
減衰定数Ｗは、０〜１の範囲の値であり（０＜Ｗ＜１）、Ｗの値を変更することで偏差Ｑｅの値を変更することが可能であり、この結果、理想値Ｑ（＝Ｑａ＋Ｑｅ）を補正することができる。
【０１０７】
ここで理想値Ｑのステップ応答は、時間ｔ＝０における偏差Ｑｅ（０）は１、偏差Ｑｅの変化量ΔＱｅの積算値ＩｎｔΔＱｅは０、空気流量Ｑａの計測値の積分値ＩｎｔΔＱａは０であるから、減衰定数Ｗ、時間ｔ、演算間隔Δｔを用いて次式にて表される。すなわち、減衰率を１から０に近づけるまでに要する時間ｔを計算するには次式を用いればよい。
【０１０８】
【数１１】
【０１０９】
図９（イ）には、経過時間ｔに対する減衰率Ｗｔ／Δｔを示している。なお、演算周期Δｔ＝４ｍｓとしている。図中の（ｉ）は、減衰定数Ｗを０．９９６に設定した場合の減衰率曲線であり、同様に（ii）〜（vii）まで減衰定数Ｗを０．９９４から０．００２刻みで０．９８４まで設定した場合の減衰率曲線を示している。また図９（イ）には、減衰率が０．３６８、すなわち６３．２％応答（１−０．６３２を時定数τとした場合）した時の時間ｘを示している。
【０１１０】
図９（ロ）は、（イ）において減衰率Ｗｔ／Δｔが時定数τ＝０．３６８（６３．２％応答）で対応する値を減衰定数Ｗと時定数τで表している。なお、時定数τは指数関数［ｍｓ］として表している。
【０１１１】
例えば、図９（イ）に示すように、減衰率Ｗｔ／Δｔを０．３６８とした場合に、Ｗ＝０．９９０とした場合における減衰曲線（iv）と対応する時間ｘ［秒］は、（ロ）の縦軸に示すｘ［ｍｓ］と同じになることを示している。
【０１１２】
例えば、車両を一定速度で走らせている場合など、吸気通路９を流れる空気流量が定常である状態においては、スロットル開度およびエンジン回転数が略一定であるため、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍが小さくなる。
【０１１３】
この状態では、モデル計測値Ｑｍよりもエアフロメータ２３による計測値Ｑａの方が信頼できるため、減衰定数Ｗを１より小さい値（０＜Ｗ＜１）にすることで、（９）式において演算周期Δｔごとに偏差Ｑｅを０に収束させる。この結果、理想値Ｑは（２）式よりエアフロメータ２３による計測値Ｑａに収束する（Ｑ＝Ｑａ）。
【０１１４】
なお、減衰定数Ｗは、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍが所定値未満の状態が所定時間だけ継続した後に小さくする。この条件を満たした状態では、吸気通路９を流れる空気流量が定常となっていると判断でき、エアフロメータ２３による計測値Ｑａが信頼可能である。所定時間は、理想値Ｑの演算周期Δｔと減衰定数Ｗとに基づいて決まる。
【０１１５】
一方、前述のステップ１１において理想値Ｑの前回値Ｑｚが下限値未満である場合（Ｑｚ＜下限値）には、理想値Ｑを演算する式は、前述の（２）式および（８）式により次のように変形できる。
【０１１６】
【数１２】
【０１１７】
また理想値Ｑの前回値Ｑｚに減衰定数Ｗを乗算すると次式のように表せる。
【０１１８】
【数１３】
【０１１９】
すなわち、吸気通路９を流れる空気流量が増加している場合や空気が脈動している場合、エアフロメータ２３による計測値Ｑａが大きく変動している場合などノイズがある場合には、その変動が大きいほど減衰定数Ｗを１．０に近づけることで、（９）式において偏差Ｑｅ（モデル計測値Ｑｍによる影響）を大きくする。これにより、（２）式において理想値Ｑを演算する場合にエアフロメータ２３による計測値Ｑａを補正する量が大きくなる。すなわち、吸気通路９を流れる空気流量が変動している場合などにおいては、理想値Ｑを演算する際にはモデル計測値Ｑｍの値が信頼できるため、モデル計測値Ｑｍに基づく補正量である偏差Ｑｅによりエアフロメータ２３による計測値Ｑａを補正する。
【０１２０】
次に、前述の装置により理想値Ｑを演算した結果について図１０を用いて説明する。
【０１２１】
図１０には、吸気通路９を流れる空気流量が所定量だけ増加する場合に、経過時間［秒］に対して吸気通路９を流れる各空気流量を示している。図中の（１）は真の流量Ｑｔ、（２）はエアフロメータ２３の出力信号に基づいて演算された流量（空気流量計測値）Ｑａ、（３）はモデル流量（モデル計測値）Ｑｍ、（４）は本発明（融合手段１０２、ステップ８）により求められたＭＳＦ流量（理想値）Ｑをそれぞれ示している。
【０１２２】
空気流量計測値Ｑａは、流量演算精度は良いが、ＥＣＵ３０により流量を演算する時間がかかるため、真値Ｑｔに対して時間遅れを持っている。
【０１２３】
またモデル計測値Ｑｍは、流量変化に対する応答性はよいが、スロットル開度やエンジン回転数に基づいて演算を行っているため、真値Ｑｔに対して流量演算精度が悪いことを示している。
【０１２４】
一方、本発明により求められた理想値Ｑは、前述のように空気流量計測値Ｑａとモデル計測値Ｑｍとに基づいて演算を行っており、エアフロメータ２３による流量演算精度の利点と、モデルによる流量変化に対する応答性の利点とを生かすように融合しているため、真の流量Ｑｔとほぼ一致している。
【０１２５】
これは理想値Ｑが、エアフロメータ２３による応答遅れの影響を受けることなく、時間的に先行するスロットル開度とエンジン回転数Ｎｅとに基づいて演算されるモデル計測値Ｑｍによる偏差Ｑｅで補正することで真の値に近づけていることを意味する。
【０１２６】
空気流量が増加している場合において、理想値Ｑの演算には、前述の減衰定数Ｗが１．０に近い値で定められるため、モデル計測値Ｑｍにより応答性向上という効果が発揮されている。
【０１２７】
また定常状態では減衰定数Ｗが１．０より小さい値が用いられるため、エアフロメータ２３による計測値Ｑａにより精度向上という効果が発揮されている。
【０１２８】
図１１には、エアフロメータ２３が断線により故障した場合における各流量演算値を示している。この場合、空気流量計測値Ｑａと、本発明により求められた理想値Ｑとが変化する。
【０１２９】
空気流量計測値Ｑａが断線した場合には、エアフロメータ２３による計測値Ｑａの値が大きく変動するため、前述の減衰定数Ｗを１．０に近づけてモデル計測値Ｑｍによる効果を強く発揮させることで理想値Ｑが急激に低下することを防止している。
【０１３０】
図１２には、エアフロメータ２３の電気ノイズがある場合にエアフロメータ２３の出力信号に基づいて演算された空気流量Ｑａが変動する場合を示している。
【０１３１】
この場合、本発明では、偏差Ｑｅの演算において空気流量Ｑａの変化量ΔＱａを考慮することで（ステップ３，４，７）理想値Ｑを演算しているため、エアフロメータ２３の電気ノイズによる瞬間的なエラーを許容する。
【０１３２】
なお、本発明では物理量計測値として吸気通路９を流れる空気流量をエアフロメータ２３により計測した値Ｑａとしたが、これに限定されるものではなく、例えば吸気通路９内の圧力（コレクタ圧）を計測対象としても同様に理想値を演算可能である。
【０１３３】
また、物理量計測値として、時間的に先行したパラメータを用いれば現在の理想値のみならず、未来の予測理想値の演算も可能である。
【０１３４】
本実施形態によれば、物理量（吸気通路９を通過する空気流量Ｑａ）を計測する物理量計測手段（ステップ１、エアフロメータ２３）と、物理量計測手段による計測値Ｑａの変化量ΔＱａを積算する物理量計測値変化量積算手段（ステップ４）と、物理量計測手段による計測対象をモデル（スロットルモデル３１，シリンダモデル４１，コレクタモデル５１）によりモデル計測値Ｑｍとして演算するモデル計測値演算手段（ステップ２）と、モデル計測値Ｑｍの変化量ΔＱｍを積算するモデル計測値変化量積算手段（ステップ６）と、モデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍと物理量計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａとから偏差Ｑｅ（＝ＩｎｔΔＱｍ−ＩｎｔΔＱａ）を演算する偏差演算手段（ステップ７）と、物理量計測値Ｑａに偏差Ｑｅを加算して理想値Ｑ（＝Ｑａ＋Ｑｅ）を演算する理想値演算手段（ステップ８）と、を備える。このため、エアフロメータ２３により計測対象の空気流量Ｑａを精度良く計測し、モデル計測値Ｑｍに基づいて空気流量の応答遅れを抑制する一方、空気流量が変動する場合などにおいても、偏差Ｑｅにより計測値Ｑａ若しくはモデル計測値Ｑｍの影響する割合を変化させるため、応答性の向上および計測値の変動成分の除去を図りつつ空気流量の理想値Ｑを演算できる。また前述の特許文献１〜４と比較して特別な設定をすることなく理想値Ｑを簡素に演算できる。
【０１３５】
また本実施形態によれば、モデル計測値変化量ΔＱｍは、理想値Ｑの前回値Ｑｚと、モデル計測値Ｑｍの変化率との乗算により求め（ステップ１２）、モデル計測値Ｑｍの変化率は、モデル計測値変化量ΔＱｍをモデル計測値Ｑｍの前回値Ｑｍｚで除算した値（ΔＱｍ／Ｑｍｚ）とする一方、モデル計測値変化量ΔＱｍは、理想値Ｑの前回値Ｑｚが所定値（略ゼロ）未満の時には（ステップ１１）、モデル計測値変化量ΔＱｍ若しくは計測値変化量ΔＱａのいずれか一方を用いて演算する（ステップ１３）。このため、モデル計測値Ｑｍの絶対値精度が悪くとも理想値Ｑの精度誤差を小さくできる。また、理想値Ｑの前回値Ｑｚが略ゼロだと変化率を乗じてもモデル計測値変化量ΔＱｍはゼロのままになってしまうので、変化量ΔＱｍ，ΔＱａを用いることでモデル計測値変化量ΔＱｍがゼロになることを防止することができる。
【０１３６】
また本実施形態によれば、物理量計測値変化量積算手段は、前回までの物理量計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａに所定の減衰定数Ｗを乗算してから今回の物理量計測値変化量ΔＱａを加算する（ステップ４）。このため、減衰定数Ｗにより前回までの物理量計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱａを次第にゼロに収束させることで発散を防止できる。
【０１３７】
また本実施形態によれば、モデル計測値変化量積算手段は、前回までのモデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍに所定の減衰定数Ｗを乗算してから今回のモデル計測値変化量ΔＱｍを加算する（ステップ６）。このため、減衰定数Ｗにより前回までのモデル計測値変化量積算値ＩｎｔΔＱｍを次第にゼロに収束させることで発散を防止できる。
【０１３８】
また本実施形態によれば、減衰定数Ｗは、モデル計測値変化量ΔＱｍが小さい程１．０より小さい値を用いる。このため、モデル計測値変化量ΔＱｍが小さい程、吸気通路９を流れる空気流量は一定値に近づいている状態であり、減衰定数Ｗを小さくすることでエアフロメータ２３による計測値Ｑａを理想値Ｑとして近づけることで精度の向上を図ることができる。
【０１３９】
また本実施形態によれば、減衰定数Ｗは、モデル計測値変化量ΔＱｍが小さくなった状態が所定時間だけ継続した後に小さくし、この所定時間は、理想値Ｑの演算周期Δｔと減衰定数Ｗとに基づいて決まる時間とする。このため、空気流量がほぼ一定値である状態に安定した後において減衰定数Ｗを小さくすることができる。
【０１４０】
また本実施形態によれば、減衰定数Ｗは、物理量計測手段による計測値Ｑａの変動が大きい時など、物理量計測値Ｑａのノイズが大きい程１．０に近づける。このため、吸気通路９を流れる空気が脈動など、エアフロメータ２３による計測値Ｑａが信頼できない場合にモデル計測値Ｑｍによる変動除去という効果を発揮させて理想値Ｑの演算精度を向上させることができる。
【０１４１】
また本実施形態によれば、モデル計測値演算手段（ステップ６）による計測対象は、内燃機関１の吸気通路９を流れる空気流量Ｑｍであるため、この流量Ｑｍに基づいて理想値Ｑの演算を行うことができる。
【０１４２】
また本実施形態によれば、空気流量Ｑｍは、内燃機関１のスロットル開度とエンジン回転数との少なくとも１つを含む複数のパラメータを用いて演算した値である（ステップ２）。このため、吸気通路９を流れる空気に脈動が発生しても、その影響を受けることがなく、安定した値Ｑｍを演算することができる。また、エアフロメータ２３より時間的に先行したパラメータを用いることができ、理想値Ｑの応答性を向上させることができる。
【０１４３】
また本実施形態によれば、物理量計測手段（ステップ１）は、内燃機関１の吸気系に取り付けられた熱線式流量計（エアフロメータ２３）であるため、定常状態においては精度よく流量を計測できる。
【０１４４】
また本実施形態によれば、モデル計測値演算手段（ステップ６）による計測対象は、内燃機関１の吸気通路９内の気体圧力Ｐ２であるため、この圧力Ｐ２をモデル計測値Ｑｍとして、吸気通路９を流れる空気流量の理想値を演算する場合と同様にして理想とする気体圧力の値を演算できる。
【０１４５】
また本実施形態によれば、物理量計測手段（ステップ１）は、内燃機関１の吸気系に取り付けられた圧力センサ（ブーストセンサ２５）であるため、吸気系の圧力Ｐ１に基づいて理想値Ｑの演算を行うことができる。
【０１４６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１４７】
本実施形態では、理想値Ｑを演算している間にエアフロメータ２３の断線など、物理量計測手段に異常があった場合に、これを検知して理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍとすることで、エアフロメータ２３の異常による理想値Ｑへの影響を抑制する耐故障システムを備えさせている。
【０１４８】
図１３は、偏差増加判定フラグに基づいてエアフロメータ２３の故障判定（異常判定）を行い、故障があった場合には理想値Ｑをモデル演算値Ｑｍに移行させる処理を示すフローチャートである。この処理は、所定の演算間隔Δｔ（例えば４ｍｓ）ごとに行う。
【０１４９】
ステップ２１では、後述する図１４にてエアフロメータ２３の偏差増加判定フラグの演算を行う。このフラグは、偏差増加が大きい場合には１を示す。
【０１５０】
ステップ２２では、偏差増加判定フラグが１であるか否かを判定する。判定フラグが１である場合には、ステップ２３へ進み、カウンタ値のインクリメントを行う。一方、判定フラグが０（判定フラグ≠１）である場合には、ステップ２４にてカウンタ値をリセットする（カウンタ値＝０）。
【０１５１】
ステップ２５では、カウンタ値が故障判定回数を超えているか否かを判定する。カウンタ値が故障判定回数を超えている（カウンタ値＞故障判定回数）場合には、エアフロメータ２３が故障していると判定する。一方、カウンタ値が故障判定回数以下（カウンタ値≦故障判定回数）である場合には、エアフロメータ２３が正常状態であると判定して処理を終了する。これにより所定時間経過した後にエアフロメータ２３が故障した状態が確実に検知でき、瞬間的なエラーにより偏差Ｑｅが増加した場合を排除することできる。
【０１５２】
ステップ２６では、エアフロメータ２３の出力信号に基づく演算値（物理量計測値）Ｑａは信頼できないため、モデルにより演算したモデル計測値Ｑｍに理想値Ｑを移行させる。
【０１５３】
理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させるには、前述のステップ８にて理想値Ｑを演算する式をモデル計測値Ｑｍと偏差Ｑｅとの和により求める式（Ｑ＝Ｑｍ＋Ｑｅ）に置き換える。偏差Ｑｅの演算には、１度だけモデル計測値Ｑｍからエアフロメータ２３による計測値Ｑａを減算した値（Ｑｍ−Ｑａ）を用い、次回の演算以降は、偏差Ｑｅの前回値Ｑｅｚと、減衰定数Ｗとを乗算した値を代入し（Ｑｅ＝Ｗ×Ｑｅｚ）、前述の（９）式における積分項であるＩｎｔΔＱｍおよびＩｎｔΔＱａの演算を中止することにより、エアフロメータ２３の出力信号に基づく演算値Ｑａの影響を抑制する。
【０１５４】
すなわち、エアフロメータ２３の故障を検知した時点において偏差ＱｅとしてＱｍ−Ｑａの値を保持しておき、演算間隔Δｔごとに段階的に理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる。減衰定数Ｗは０から１の範囲の値であるため、偏差を求める式Ｑｅ＝Ｗ×Ｑｅｚより、偏差Ｑｅが演算周期Δｔ毎に段階的に０に近づくこととなる結果、理想値Ｑはモデル計測値Ｑｍに近づくことになる。
【０１５５】
図１４には、エアフロメータ２３の故障判定を行うために用いる偏差増加判定フラグの有無を出力するブロック図を示している。
【０１５６】
物理量計測手段６１は、エアフロメータ２３の出力信号（電圧）に応じた質量流量計測テーブルにより、吸気通路９を通過する空気流量Ｑａ［ｋｇ／ｓ］を計測する。
【０１５７】
偏差演算手段６２は、空気流量Ｑａと、モデル計測値Ｑｍ［ｋｇ／ｓ］とに基づいて偏差Ｑｅ［ｋｇ／ｓ］を演算する。なお、次回の偏差Ｑｅは、偏差の積算値を用いる。
【０１５８】
除算手段６３は、偏差Ｑｅからモデル計測値Ｑｍを除算して誤差比を求める（Ｑｅ／Ｑｍ）。
【０１５９】
加算手段６４は、１から誤差比Ｑｅ／Ｑｍを差し引いて正味比（＝１−Ｑｅ／Ｑｍ）を演算する。偏差Ｑｅは空気流れが定常である場合には０となるが、故障時においては偏差Ｑｅが大きくなり、誤差比Ｑｅ／Ｑｍの値が１を越えてしまうことがある。
【０１６０】
このため、絶対値演算手段６５は、正味比の絶対値｜ｘ｜を取ることとしている。
【０１６１】
偏差増加判定手段６６は、絶対値｜ｘ｜が所定の判定しきい値を超えているか否かを判定する。ここでは判定しきい値を０．２とする。絶対値が判定しきい値を越えている（｜ｘ｜＞０．２）場合には、偏差Ｑｅの増加が大きいと判断して、偏差増加判定フラグを１にする。
【０１６２】
なお、除算手段６４により演算する値は誤差率［％］としてもよい。この場合は、前述の誤差比を％にして同様にして処理する。
【０１６３】
図１５には、エアフロメータ２３の故障を検知した後に、理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させた場合を示している。
【０１６４】
エアフロメータ２３が断線により故障した場合には、前述の偏差増加判定フラグに基づいて故障発生から所定時間経過後に理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる処理を行う。図では、理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる時点をｔ１で示しており、これ以降の理想値Ｑがモデル計測値Ｑｍに追随するように変化する。
【０１６５】
これによりエアフロメータ２３が故障した時には、モデル計測値Ｑｍにより最低限の演算精度が確保できる。
【０１６６】
本実施形態によれば、物理量計測手段（エアフロメータ２３、ステップ１）の異常を検知する異常検知手段（ステップ２５）と、異常検知手段が異常を検知した時に理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍに移行させる理想値移行手段（ステップ２６）と、を備える。このため、エアフロメータ２３に故障が生じた場合等において、エアフロメータ２３による計測値Ｑａによる影響を受けることなく車両の運転状態を安定したものにすることができる。
【０１６７】
また本実施形態によれば、異常検知手段は、偏差Ｑｅとモデル計測値Ｑｍとに基づいて、偏差Ｑｅとモデル計測値Ｑｍとの比（Ｑｅ／Ｑｍ）、または偏差Ｑｅとモデル計測値Ｑｍとの率（Ｑｅ／ｑｍ［％］）のいずれか一方が所定範囲外になった時もしくはその状態が所定時間経過した時に物理量計測手段が異常と判定する（偏差増加判定手段６６、ステップ２１，ステップ２５）。このため、エアフロメータ２３が瞬間的に計測エラーを起こした場合においても故障があるか否かの判定を行うことができる。
【０１６８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１６９】
本実施形態では、エアフロメータ２３が正常な場合において予め規範となるものを定めておき、エアフロメータ２３の異常により計測値Ｑａに変化があった場合には、規範と比較することで異常を検知する。
【０１７０】
図１６は、本実施形態における異常検知システムのブロック図を示している。
【０１７１】
異常検知システムは、前述の物理量計測手段１００およびモデル計測値演算手段１０１の他に、規範物理量演算手段７１、規範偏差演算手段７２、通常偏差演算手段７３および異常検知手段７４を備えて構成されている。
【０１７２】
規範物理量演算手段７１は規範物理量を演算するモデルであり、モデル計測値Ｑｍと、エアフロメータ２３が正常な時における計測値Ｑａとに基づいて吸気通路９を流れる空気流量Ｑの規範物理量Ｑａｓを演算する。例えば、エアフロメータ２３が正常で且つ定常状態において、モデル計測値Ｑｍに対するエアフロメータ２３の計測値Ｑａを規範物理量Ｑａｓとしてテーブル化しておく。
【０１７３】
規範偏差演算手段７２は、規範物理量Ｑａｓおよびモデル計測値Ｑｍに基づいて規範偏差Ｑｅｓを演算する。
【０１７４】
通常偏差演算手段７３は、エアフロメータ２３の出力信号に基づいて演算した空気流量Ｑａと、モデル計測値Ｑｍとに基づいて、前述のステップ７と同じ処理を行い通常偏差Ｑｅを演算する。
【０１７５】
異常検知手段７４は、規範偏差Ｑｅｓと通常偏差Ｑｅとに基づいて異常検知を行う。例えば、規範偏差Ｑｅｓから通常偏差Ｑａを減算し（Ｑｅｓ−Ｑｅ）、この値が所定のしきい値を越える場合にはエアフロメータ２３が異常であると検知するようにする。これによりエアフロメータ２３が故障した場合には、エアフロメータ２３による現在の計測値Ｑａが通常とは異なった値を示すことから偏差Ｑｅは通常のものとは異なり、異常検知が可能となる。
【０１７６】
なお、異常検知手段７４により理想値Ｑを演算している間にエアフロメータ２３の断線による故障など、物理量計測手段に異常があった場合には、前述の第２の実施形態にて説明したように理想値Ｑをモデル計測値Ｑｍとすることで、エアフロメータ２３の故障による理想値Ｑへの影響を抑制する。
【０１７７】
本実施形態によれば、異常検知手段７４は、モデル計測値Ｑｍと物理量計測手段（エアフロメータ２３）１００が正常な時の物理量計測値Ｑａとに基づいて物理量計測値Ｑａの規範値Ｑａｓを演算する物理量規範値演算手段７１と、物理量規範値Ｑａｓとモデル計測値Ｑｍとに基づいて偏差の規範値Ｑｅｓを演算する偏差規範値演算手段７２と、モデル計測値Ｑｍと物理量計測手段１００による現在の物理量計測値Ｑａとに基づいて通常偏差値Ｑｅを演算する通常偏差値演算手段７３と、を備え、偏差規範値Ｑｅｓと通常偏差値Ｑｅとを比較して物理量計測手段１００の異常を検知する。このため、エアフロメータ２３が正常なときにおける計測値Ｑａに基づいて規範値を設定でき、エアフロメータ２３に異常があった場合にその出力に基づいて異常を正確且つ迅速に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】第１実施形態におけるエンジン１の制御装置のシステム構成図
【図２】本発明の理想値演算を示すブロック図
【図３】モデル計測値演算手段による演算を示すブロック図
【図４】スロットルモデルを示すブロック図
【図５】シリンダモデルを示すブロック図
【図６】コレクタモデルを示すブロック図
【図７】理想値演算処理を示すフローチャート
【図８】モデル計測値変化量を演算するフローチャート
【図９】減衰率を示す図
【図１０】理想値の演算結果を示す図
【図１１】エアフロメータが断線により故障した場合における各流量演算値を示す図
【図１２】電気ノイズが大きい場合における各流量演算値を示す図
【図１３】故障判定と理想値をモデル演算値に移行させる処理とを示す図
【図１４】偏差増加判定フラグの有無を出力するブロック図
【図１５】故障を検知した後に、理想値をモデル計測値に移行させた場合を示す図
【図１６】異常検知を規範偏差に基づいて行う場合を示すブロック図
【符号の説明】
【０１７９】
１ エンジン
２ シリンダ
５ 点火プラグ
９ 吸気通路
１０ 燃料噴射弁
１１ コレクタ
１３ 電制スロットルバルブ
２３ エアフロメータ
２４ スロットル開度センサ
２５ ブーストセンサ
２６ 温度センサ
２７ クランク角センサ
２８ 大気圧センサ
３０ ＥＣＵ
３１ スロットルモデル
４１ シリンダモデル
５１ コレクタモデル
１００ 物理量計測手段
１０１ モデル計測値演算手段
１０２ 融合手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を計測する物理量計測手段と、
前記物理量計測手段による計測値の変化量を積算する物理量計測値変化量積算手段と、
前記物理量計測手段による計測対象をモデルによりモデル計測値として演算するモデル計測値演算手段と、
前記モデル計測値の変化量を積算するモデル計測値変化量積算手段と、
前記モデル計測値変化量積算値と前記物理量計測値変化量積算値とから偏差を演算する偏差演算手段と、
前記物理量計測値に前記偏差を加算して理想値を演算する理想値演算手段と、
を備えることを特徴とする理想値演算装置。
【請求項２】
前記モデル計測値変化量は、前記理想値の前回値と、前記モデル計測値の変化率との乗算により求めることを特徴とする請求項１記載の理想値演算装置。
【請求項３】
前記モデル計測値の変化率は、前記モデル計測値変化量を前記モデル計測値の前回値で除算した値であることを特徴とする請求項２記載の理想値演算装置。
【請求項４】
前記モデル計測値変化量は、前記理想値の前回値が所定値未満の時には、前記モデル計測値変化量若しくは前記計測値変化量のいずれか一方を用いて演算することを特徴とする請求項２または請求項３記載の理想値演算装置。
【請求項５】
前記所定値は、略ゼロであることを特徴とする請求項４記載の理想値演算装置。
【請求項６】
前記物理量計測値変化量積算手段は、前回までの物理量計測値変化量積算値に所定の減衰定数を乗算してから今回の物理量計測値変化量を加算することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項７】
前記モデル計測値変化量積算手段は、前回までのモデル計測値変化量積算値に所定の減衰定数を乗算してから今回のモデル計測値変化量を加算することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項８】
前記減衰定数は、前記モデル計測値変化量が小さい程１．０より小さい値を用いることを特徴とする請求項６または請求項７記載の理想値演算装置。
【請求項９】
前記減衰定数は、前記モデル計測値変化量が小さくなった状態が所定時間だけ継続した後に小さくすることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項１０】
前記所定時間は、前記理想値の演算周期と前記減衰定数とに基づいて決まる時間であることを特徴とする請求項９記載の理想値演算。
【請求項１１】
前記減衰定数は、前記物理量計測値のノイズが大きい程１．０に近づけることを特徴とする請求項６または請求項７記載の理想値演算装置。
【請求項１２】
前記物理量計測値のノイズが大きい時は、物理量計測手段による計測値の変動が大きい時であることを特徴とする請求項１１記載の理想値演算装置。
【請求項１３】
前記物理量計測手段の異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段が異常を検知した時に前記理想値を前記モデル計測値に移行させる理想値移行手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項１４】
前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値とに基づいて前記物理量計測手段の異常を検知することを特徴とする請求項１３記載の理想値演算装置。
【請求項１５】
前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値との比、または前記偏差と前記モデル計測値との率のいずれか一方が所定範囲外になった時に前記物理量計測手段が異常と判定することを特徴とする請求項１４記載の理想値演算装置。
【請求項１６】
前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値との比、または前記偏差と前記モデル計測値との率のいずれか一方が所定範囲外になった状態が所定時間経過した時に前記物理量計測手段が異常と判定することを特徴とする請求項１４記載の理想値演算装置。
【請求項１７】
前記異常検知手段は、
前記モデル計測値と前記物理量計測手段が正常な時の物理量計測値とに基づいて前記物理量計測値の規範値を演算する物理量規範値演算手段と、
前記物理量規範値と前記モデル計測値とに基づいて偏差の規範値を演算する偏差規範値演算手段と、
前記モデル計測値と前記物理量計測手段による現在の物理量計測値とに基づいて通常偏差値を演算する通常偏差値演算手段と、を備え、
前記偏差規範値と前記通常偏差値とを比較して前記物理量計測手段の異常を検知することを特徴とする請求項１３記載の理想値演算装置。
【請求項１８】
前記理想値移行手段は、前記理想値を、前記モデル計測値および前記偏差を加算して演算する式に切り換える一方、前記偏差として、１度だけ前記モデル計測値から前記物理量計測値を減算した値を用い、その後は前記モデル計測値変化量積分値および前記物理量計測値変化量積算値の演算を中止することを特徴とする請求項１３〜請求項１７のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項１９】
前記モデル計測値演算手段による計測対象は、内燃機関の吸気通路を流れる空気流量であることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項２０】
前記空気流量は、内燃機関のスロットル開度とエンジン回転数との少なくとも１つを含む複数のパラメータを用いて演算した値であることを特徴とする請求項１９記載の理想値演算装置。
【請求項２１】
前記物理量計測手段は、内燃機関の吸気系に取り付けられた熱線式流量計であることを特徴とする請求項１〜請求項２０のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項２２】
前記モデル計測値演算手段による計測対象は、内燃機関の吸気通路内の気体圧力であることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項２３】
前記物理量計測手段は、内燃機関の吸気系に取り付けられた圧力センサであることを特徴とする請求項１〜請求項１８および請求項２２のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項１】
物理量を計測する物理量計測手段と、
前記物理量計測手段による計測値の変化量を積算する物理量計測値変化量積算手段と、
前記物理量計測手段による計測対象をモデルによりモデル計測値として演算するモデル計測値演算手段と、
前記モデル計測値の変化量を積算するモデル計測値変化量積算手段と、
前記モデル計測値変化量積算値と前記物理量計測値変化量積算値とから偏差を演算する偏差演算手段と、
前記物理量計測値に前記偏差を加算して理想値を演算する理想値演算手段と、
を備えることを特徴とする理想値演算装置。
【請求項２】
前記モデル計測値変化量は、前記理想値の前回値と、前記モデル計測値の変化率との乗算により求めることを特徴とする請求項１記載の理想値演算装置。
【請求項３】
前記モデル計測値の変化率は、前記モデル計測値変化量を前記モデル計測値の前回値で除算した値であることを特徴とする請求項２記載の理想値演算装置。
【請求項４】
前記モデル計測値変化量は、前記理想値の前回値が所定値未満の時には、前記モデル計測値変化量若しくは前記計測値変化量のいずれか一方を用いて演算することを特徴とする請求項２または請求項３記載の理想値演算装置。
【請求項５】
前記所定値は、略ゼロであることを特徴とする請求項４記載の理想値演算装置。
【請求項６】
前記物理量計測値変化量積算手段は、前回までの物理量計測値変化量積算値に所定の減衰定数を乗算してから今回の物理量計測値変化量を加算することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項７】
前記モデル計測値変化量積算手段は、前回までのモデル計測値変化量積算値に所定の減衰定数を乗算してから今回のモデル計測値変化量を加算することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項８】
前記減衰定数は、前記モデル計測値変化量が小さい程１．０より小さい値を用いることを特徴とする請求項６または請求項７記載の理想値演算装置。
【請求項９】
前記減衰定数は、前記モデル計測値変化量が小さくなった状態が所定時間だけ継続した後に小さくすることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項１０】
前記所定時間は、前記理想値の演算周期と前記減衰定数とに基づいて決まる時間であることを特徴とする請求項９記載の理想値演算。
【請求項１１】
前記減衰定数は、前記物理量計測値のノイズが大きい程１．０に近づけることを特徴とする請求項６または請求項７記載の理想値演算装置。
【請求項１２】
前記物理量計測値のノイズが大きい時は、物理量計測手段による計測値の変動が大きい時であることを特徴とする請求項１１記載の理想値演算装置。
【請求項１３】
前記物理量計測手段の異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段が異常を検知した時に前記理想値を前記モデル計測値に移行させる理想値移行手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項１４】
前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値とに基づいて前記物理量計測手段の異常を検知することを特徴とする請求項１３記載の理想値演算装置。
【請求項１５】
前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値との比、または前記偏差と前記モデル計測値との率のいずれか一方が所定範囲外になった時に前記物理量計測手段が異常と判定することを特徴とする請求項１４記載の理想値演算装置。
【請求項１６】
前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値との比、または前記偏差と前記モデル計測値との率のいずれか一方が所定範囲外になった状態が所定時間経過した時に前記物理量計測手段が異常と判定することを特徴とする請求項１４記載の理想値演算装置。
【請求項１７】
前記異常検知手段は、
前記モデル計測値と前記物理量計測手段が正常な時の物理量計測値とに基づいて前記物理量計測値の規範値を演算する物理量規範値演算手段と、
前記物理量規範値と前記モデル計測値とに基づいて偏差の規範値を演算する偏差規範値演算手段と、
前記モデル計測値と前記物理量計測手段による現在の物理量計測値とに基づいて通常偏差値を演算する通常偏差値演算手段と、を備え、
前記偏差規範値と前記通常偏差値とを比較して前記物理量計測手段の異常を検知することを特徴とする請求項１３記載の理想値演算装置。
【請求項１８】
前記理想値移行手段は、前記理想値を、前記モデル計測値および前記偏差を加算して演算する式に切り換える一方、前記偏差として、１度だけ前記モデル計測値から前記物理量計測値を減算した値を用い、その後は前記モデル計測値変化量積分値および前記物理量計測値変化量積算値の演算を中止することを特徴とする請求項１３〜請求項１７のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項１９】
前記モデル計測値演算手段による計測対象は、内燃機関の吸気通路を流れる空気流量であることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項２０】
前記空気流量は、内燃機関のスロットル開度とエンジン回転数との少なくとも１つを含む複数のパラメータを用いて演算した値であることを特徴とする請求項１９記載の理想値演算装置。
【請求項２１】
前記物理量計測手段は、内燃機関の吸気系に取り付けられた熱線式流量計であることを特徴とする請求項１〜請求項２０のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項２２】
前記モデル計測値演算手段による計測対象は、内燃機関の吸気通路内の気体圧力であることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【請求項２３】
前記物理量計測手段は、内燃機関の吸気系に取り付けられた圧力センサであることを特徴とする請求項１〜請求項１８および請求項２２のいずれか１つに記載の理想値演算装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−３００８６３（Ｐ２００６−３００８６３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２６２４０（Ｐ２００５−１２６２４０）
【出願日】平成１７年４月２５日（２００５．４．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２５日（２００５．４．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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