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1、(10)申请公布号 CN 103748343 A (43)申请公布日 2014.04.23 CN 103748343 A (21)申请号 201180072932.1 (22)申请日 2011.08.22 F02D 45/00(2006.01) G05B 7/02(2006.01) (71)申请人 丰田自动车株式会社 地址 日本爱知县 (72)发明人 仲田勇人 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 史雁鸣 (54) 发明名称 车辆用动力设备的控制装置 (57) 摘要 本发明的课题是， 在通过由控制器进行的多 个促动器的操作来控制运转的车辆用动力装置 。
2、中， 在进行控制器的切换时， 不使车辆用动力设备 的行为发生紊乱。 为了完成该课题， 在本发明提供 的车辆用动力设备的控制装置中， 至少一个控制 器被作为追随目标值控制器而构成， 以本动力设 备的多个状态量追随各自的目标值的方式， 利用 包含将状态量和该目标值的偏差积分的积分器的 方程式， 计算促动器的操作量。并且， 在用于促动 器的操作的控制器从另外的控制器向所述目标值 追随控制器切换的情况下， 在以所述状态量作为 状态矢量、 以所述操作量作为输入矢量的本动力 设备的设备模型的状态方程式中， 反算出所述积 分器的初始值， 以使所述状态矢量的即将切换之 前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。 (。
3、85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.02.19 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2011/068866 2011.08.22 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/027254 JA 2013.02.28 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103748343 A CN 103748343 A 1/1 页 2 1. 一种车辆用动力设备的控制装置， 所述控制装置操作多个促动器， 控制车辆用动力 设备的运。
4、转， 其特征在于， 所述控制装置配备有 ： 第一控制器， 所述第一控制器被作为目标值追随控制器而构成， 所述目标值追随控制 器利用包含有对所述动力设备的多个状态量和各自的目标值的偏差进行积分的积分器的 方程式， 计算所述促动器的操作量， 以使得所述动力设备的所述多个状态量追随各自的所 述目标值 ； 第二控制器， 所述第二控制器计算所述促动器的操作量且不同于所述第一控制器 ； 选择器， 所述选择器选择用于所述促动器的操作的控制器 ； 运算处理装置， 在所述选择器所选择的控制器被从所述第二控制器切换到所述第一控 制器的情况下， 所述运算处理装置反算所述积分器的初始值， 以便在将所述状态量作为状 态。
5、矢量、 将所述操作量作为输入矢量的所述动力设备的设备模型的状态方程式中， 使得所 述状态矢量的在即将进行切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。 权 利 要 求 书 CN 103748343 A 2 1/5 页 3 车辆用动力设备的控制装置 技术领域 0001 本发明涉及操作多个促动器来控制车辆用动力设备的运转的控制装置， 背景技术 0002 作为车辆用动力设备的控制方法， 已知有利用状态空间模型的控制方法。 例如， 在 日本特开 2002 187464 号公报中， 公开了一种利用模型追随控制方法运算发动机和无级 变速器的各操作量的技术。在该公报公开的模型追随控制方法中， 从标准模型输出加速。
6、度 指令值， 利用积分器将加速度指令值和加速度推定值的偏差积分， 其中， 所述加速度指令值 表示与目标加速度相对应的加速度推定值的理想的响应性。 并且， 将标准模型、 控制对象的 车辆模型的各状态量和加速度偏差积分量反馈， 运算各操作量。另外， 在该公报中， 对于在 这样的加速度反馈控制中的增益的切换方法做了记载。根据这种切换方法， 以在增益的切 换前后发动机和无机变速器的各操作量、 即设备模型的状态方程式中的输入变量连续地变 化的方式计算出积分器的初始值。 0003 但是， 在上述公报所公开的切换方法中存在问题。 在上述公报公开的切换方法中， 要保持输入变量的连续性， 但是， 对于与动力设备。
7、的行为相关的状态变量， 其连续性不能得 到保障。因此， 存在着在切换前后， 动力设备的行为产生紊乱的可能性。另外， 存在着在车 辆的动力设备的控制中， 准备多个用于促动器的操作的控制器， 根据运转条件或运转状态 切换所使用的控制器的情况， 但是， 上述公报中公开的切换方法中的问题， 是将操作促动器 的控制器切换成另外的控制器时也会产生的问题。 0004 现有技术文献 0005 专利文献 0006 专利文献 1 ： 日本特开 2002 187464 号公报 发明内容 0007 本发明是鉴于上述问题做出的， 其课题是， 在通过利用控制器进行的多个促动器 的操作来控制运转的车辆用动力设备中， 在控制。
8、器的切换时， 不使动力设备的行为产生紊 乱。 另外， 为了完成该课题， 根据本发明的车辆用动力装置的控制装置按照下述方式构成。 0008 根据本发明的一种形式， 本控制装置， 至少配备有两个控制器。 其中至少一个控制 器被作为目标值追随控制器而构成， 所述目标追随控制器利用包含有对所述多个状态量和 各自的目标值的偏差进行积分的积分器的方程式， 计算促动器的操作量， 以使得所述动力 设备的多个状态量追随各自的所述目标值。 本控制装置配备有选择用于促动器的操作的控 制器的选择器、 和在进行由选择器选择的控制器的切换时起作用的运算处理装置。在由选 择器选择的控制器被从另外的控制器 （第二控制器） 切。
9、换导作为目标追随控制器的第一控 制器的情况下， 所述运算处理装置反算所述积分器的初始值， 以便在以所述状态量作为状 态矢量、 以所述操作量作为输入矢量的本动力设备的设备模型的状态方程式中， 使得所述 状态矢量的在即将进行切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。 说 明 书 CN 103748343 A 3 2/5 页 4 0009 根据以上述方式构成的控制装置， 支配状态轨迹的状态空间上的矢量场， 在控制 器的切换的前后不发生变化。因此， 由于在动力设备的各状态量中不会产生不连续性， 所 以， 可以不使动力设备的行为产生紊乱地切换控制器。 附图说明 0010 图 1 是表示本发明的实施方式的。
10、车辆用动力设备的控制系统的概要的图。 0011 图 2 是对于应用本发明的实施方式的控制装置的控制器的切换思想进行说明的 图。 0012 图 3 是表示本发明的实施方式的控制装置的详细结构的图。 具体实施方式 0013 下面， 参照附图对于本发明的实施方式进行说明。 0014 图 1 是表示本实施方式的车辆用动力设备的控制系统的概要的图。控制系统包含 有 ： 作为控制对象的车辆用动力装置 2、 以及操作车辆用动力设备 2 配备的多个促动器以控 制其运转的控制装置 4。本实施方式的车辆用动力装置 2 是柴油发动机， 促动器是柴油机 节气门、 EGR 阀 （废气再循环量控制阀） 及涡轮增压器的可变。
11、喷嘴三种。本实施方式的控制 装置 4 作为发动机 ECU 的功能的一部分而被实现。从柴油发动机 2 向控制装置 4 提取包括 EGR 率 “egr” 、 增压 “pim” 、 发动机转速 “Ne” 以及燃料喷射 “Q” 在内的各种信息。控制装置 4 基于提取的信息， 分别计算作为柴油发动机的操作量的节气门开度 “Dth” 、 EGR 阀的操作量 即 EGR 阀开度 “EGRv” 、 以及可变喷嘴的操作量即可变喷嘴开度 “VN” ， 输出到发动机 2 中。 0015 控制装置 4 配备有至少两个控制器 6A、 6B。控制器 （第一控制器） 6A 作为协调控制 用的目标值追随控制器构成。控制器 6。
12、A 计算各促动器的操作量， 以使作为柴油发动机 2 的 状态量的 EGR 率和增压的各个推定值追随各自的目标值。下面的公式 （1） 是表示控制器 6A 的控制侧的方程式。在公式 （1） 中，“u” 是输入变量矢量。在输入变量矢量中， 包含作为操 作量的节气门开度、 EGR 阀开度及可变喷嘴开度。 “x” 是状态变量矢量，“r” 是其目标值矢 量。在状态变量矢量中包含 EGR 率和增压的各个推定值。 “v” 是将对目标值矢量的状态变 量矢量的追随误差进行积分而获得的积分矢量。 “umap” 是输入偏移量矢量， 包括各个操作量 的基准值。 输入偏移量矢量通过以发动机转速和燃料喷射量作为自变量的映射。
13、的检索来决 定。 “Kx” 、“Kv” 、“Kr” 均是系数矩阵。 0016 公式 1 0017 u Kxx+Kvv+Krr+umap .(1) 0018 v (r-x)dt 0019 控制器 （第二控制器） 6B 是由与控制器 6A 不同的控制侧计算各个促动器的操作量 的控制器。控制器 6B 与控制器 6A 一样， 作为目标 值追随控制器而构成。这些控制器 6A、 6B 由在控制装置 4 中被编程的发动机控制算法以软件的方式实现。 0020 控制装置 4 选择与发动机的运转状态相对应地在各个促动器的操作中使用的控 制器。详细地说， 在发动机的运转状态变成了规定的状态时， 控制装置 4 将选择。
14、控制器从控 制器 6B 切换到控制器 6A。该切换时的课题是柴油发动机 2 的行为发生紊乱。为了解决该 课题， 如图 2 示意性地表示的那样， 在被柴油发动机 2 的状态量扩展的状态空间中， 支配状 说 明 书 CN 103748343 A 4 3/5 页 5 态轨迹的状态空间上的矢量场有必要在控制器的切换前后不发生变化。下面， 对于在控制 装置 4 中采用的切换的前后不使矢量场变化的切换方法进行说明。 0021 首先， 柴油发动机 2 的设备模型的状态方程式由下面的公式 （2） 表示。在公式 （2） 中，“A” 、“B” 均是系数矩阵。在选择控制器的切换之前， 公式 （2） 中的 “u” 意。
15、味着控制器 6B 的输入变量矢量。 0022 公式 2 0023 0024 另一方面， 在选择控制器刚刚切换之后， 当采用公式 （1） 所示的控制器 6A 的公式 时， 柴油发动机 2 的设备模型的状态方程式由下面的公式 （3） 表示。 0025 公式 3 0026 0027 为了在切换前后矢量场不发生变化， 有必要使状态变量矢量在即将切换之前的微 分和刚刚切换之后的微分相一致。因此， 必须使公式 （2） 的右边和公式 （3） 的右边相一致。 当使公式 （2） 的右边和公式 （3） 的右边相等， 对积分矢量 “v” 求解时， 获得公式 （4） 的方程 式。 0028 公式 4 0029 v (。
16、BKv)-1B(u-Kxx-Krr-umap) .(4) 0030 公式 （4） 是用于将控制器 6A 的积分器重置的公式。通过将在公式 （4） 的右边计算 出的值作为积分矢量 “v” 的初始值输入到刚刚切换 之后的积分器中， 可以使状态变量矢量 的即将切换之前的微分和刚刚切换之后的微分相一致。 0031 积分器的初始值是在控制器 6A 的公式中唯一的自由设计参数。在本切换方法中， 通过恰当地重置该值， 可以达到在切换前后不使矢量场发生变化。另外， 即使在公式 （2） 所 示的设备模型中追加对应于环境条件或机械误差波动的外部干扰项， 在公式 （4） 中所示的 积分器的初始值的公式中， 也可以删。
17、除外部干扰项。从而， 根据该切换方法， 还可以获得不 受环境条件或机械误差波动的影响的优点。 0032 接着， 利用图3对于用于实现上述切换方法的控制装置4的结构进行说明。 如图3 所示， 除了控制器6A和控制器6B之外， 控制装置4还配备有选择器8和运算处理装置10。 0033 在控制器 6A 中， EGR 率的目标值 “egrtrg” 和增压的目标值 “pimtrg” 通过矢量器 18 变换成目标值矢量 “r” 。另外， EGR 率的推定值 “egr” 和增压的推定值 “pim” 通过矢量器 16 变换成状态变量矢量 “x” 。进而， 在差分器 20 中生成状态变量矢量 “x” 相对于目标。
18、值矢 量 “r” 的偏差、 即差分矢量。差分矢量被输入到积分器 22 中， 积分器 22 对差分矢量积分， 生成积分矢量 “v” 。另外， 在控制器 6A 配备的基准映射 12 中， 将发动机转速 “Ne” 和燃料喷 射量 “Q” 作为检索键， 分别检索节气门开度的基准值 “Dthb” 、 EGR 阀开度的基准值 “EGRvb” 及可变喷嘴开度的基准值 “VNb” 。通过矢量器 14 将它们变换成输入偏移量矢量 “umap” 。 0034 控制器 6A 配备有计算器 24。将利用系数矩阵 “Kr” 变换目标值矢量 “r” 获得的矢 量 “Krr” 、 利用系数矩阵 “Kx” 变换状态变量矢量 。
19、“x” 获得的矢量 “Kxx” 、 利用系数矩阵 “Kv” 变换积分矢量 “v” 获得的矢量 “Kvv” 、 及输入偏移量矢量 “umap” 输入到计算器 24 中。计算器 说 明 书 CN 103748343 A 5 4/5 页 6 24 按照规定的计算规则， 由矢量 “Krr” 、“Kxx” 、“Kvv” 、“umap” 计算输入变量矢量 “u” 。输入变 量矢量 “u” 通过去矢量器 26 变换成作为数值数据的节气门开度 “Dth” 、 EGR 阀开度 “EGRv” 及可变喷嘴开度 “VN” 。控制器 6A 将这些操作量的数值数据输出到选择器 8 中。 0035 对于控制器 6B 的结构。
20、和处理的内容， 省略其说明。在控制器 6B 中， 例如， 也按照 与控制器 6A 同样的计算步骤生成节气门开度 “Dth” 、 EGR 阀开度 “EGRv” 及可变喷嘴开度 “VN” 的各个数值数据。控制器 6B 将这些操作量的数值数据输出到选择器 8 中。 0036 选择器 8 是根据发动机的运转状态选择在促动器的操作中使用的控制器的机构。 具体地说， 选择器 8 选择从控制器 6A 输入的各操作量的数值数据和从控制器 6B 输入的各 个操作量的数值数据中的任一方。被选择的各操作量的数值数据被从控制装置 4 向柴油发 动机 2 输出。 0037 运算处理装置 10 是在由选择器 8 选择的控。
21、制器从控制器 6B 向控制器 6A 切换的 情况下， 计算出控制 6A 的积分器的初始值， 重置积分矢量 “v” 的机构。在运算处理装置 10 中， 提取在控制器 6B 中生成的各个操作量的数值数据 “Dth” 、“EGRv” 、“VN” 。另外， 提取在 控制器 6A 中生成的目标值矢量 “r” 、 状态变量矢量 “x” 及输入偏移量矢量 “umap” 。通过矢量 器 28 将各个操作量的数值数据 “Dth” 、“EGRv” 、“VN” 变换成输入变量矢量 “u” 。所获得的 输入变量矢量 “u” 被延迟器 30 延迟相当于一个时标的量。借此， 在当前时刻是从控制器 6B 向控制器 6A 切。
22、换的时刻的情况下， 获得即将切换之前的控制器 6B 的输入变量矢量 “u” 。 0038 由延迟器 30 延迟的输入变量矢量 “u” 被输入到计算器 32 中。将利用系数矩阵 “Kr” 变换目标值矢量 “r” 获得的矢量 “Krr” 、 利用系数矩阵 “Kx” 变换状态变量矢量 “x” 获 得的矢量 “Kxx” 、 以及输入偏移量矢量 “umap” 也输入到计算器 32 中。在计算器 32 中， 计算 出输入变量矢量 “u” 与矢量 “Krr” 、“Kxx” 及 “umap” 之和的差分矢量。运算处理装置 10， 通过 利用系数矩阵 “ （BKv） 1B” 变换该差分矢量， 生成矢量 “v 0。
23、” 。运算处理装置 10 配备的重置 装置 34， 以由选择器 8 选择的控制器从控制器 6B 向控制器 6A 切换的定时， 将矢量 “v0” 作 为初始值， 重置控制器 6A 的积分器 22。 0039 根据以上述方式构成的控制装置4， 在从控制器6B向控制器6A 切换的前后， 可以 恰当地重置控制器6A的积分器22， 以便在由EGR率和增压定义的状态空间的矢量场中不产 生变化。 0040 以上是对本发明的实施方式进行的说明。但是， 本发明并不被上述实施方式所限 定， 在不脱离本发明的主旨的范围内， 可以进行各种的变形来实施。例如， 在上述实施方式 中， 作为状态量使用 EGR 率和增压两个。
24、量， 但是， 对于成为协调控制的对象的状态量的个数 并没有限定。例如， 也可以采用涡轮机旋转速度或排气歧管压等作为状态量。 0041 对于由控制器 6A 进行的协调控制的控制理论， 没有限定。可以基于最佳调节器、 极配置法、 滑动模型控制、 H 控制等控制理论， 设计控制器 6A。控制器 6B 也一样。但是， 对于控制器 6B， 也可以不进行协调控制， 而是由映射等单独地决定各个操作量。 0042 另外， 应用本发明的车辆用动力设备并不限于柴油发动机。也可以应用于以汽油 或酒精作为燃料的火花点火式发动机， 或者也可以应用于燃气涡轮发动机。 另外， 也可以应 用于将内燃机和电动机组合起来的混合动力系统。 另外， 在车辆用动力设备中， 也可以包含 组合到内燃机或混合动力系统中的自动变速器。 0043 附图标记说明 说 明 书 CN 103748343 A 6 5/5 页 7 0044 2 柴油发动机 0045 4 控制装置 0046 6A、 6B 控制器 0047 8 选择器 0048 10 运算处理装置 。 说 明 书 CN 103748343 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103748343 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103748343 A 9 。