專利名稱：控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過多個控制輸入對控制對象的輸出進(jìn)行反饋控制的控制裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為在內(nèi)燃機(jī)的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制的控制裝置，公知有專利文獻(xiàn)1所記載的裝置。該內(nèi)燃機(jī)具有對節(jié)氣門進(jìn)行旁通的旁通通路、對該旁通通路進(jìn)行開閉的怠速調(diào)節(jié)閥以及點火線圈等。在該控制裝置中，按照以下這樣，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中對吸入空氣量和點火正時均加以控制，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
具體而言，首先，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中，對應(yīng)于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分別設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速、基本吸入空氣量以及基本點火正時。接著，計算實際的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速偏差，根據(jù)該轉(zhuǎn)速偏差，分別計算吸入空氣量和點火正時的反饋修正量。然后，作為與基本吸入空氣量和吸入空氣量的反饋修正量之和相對應(yīng)的值，計算出對怠速調(diào)節(jié)閥的控制輸入，作為與基本點火正時和點火正時的反饋修正量之和相對應(yīng)的值，計算出對火花塞的控制輸入。進(jìn)而，利用與這些控制輸入對應(yīng)的驅(qū)動信號，來分別驅(qū)動怠速調(diào)節(jié)閥和火花塞，對吸入空氣量和點火正時均加以控制，由此，進(jìn)行反饋控制，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
專利文獻(xiàn)1日本特開平5-222997號公報根據(jù)上述以往的控制裝置，通過基于2個控制輸入的2個控制處理，對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制，但因為這些控制處理的特性互不相同，因此2個控制處理可能互相干涉。即，在控制點火正時的情況下，其響應(yīng)延遲小、無效時間少，因此能夠使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速地收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速。此外，因為控制的分辨能力高(與最小控制輸入相對的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化程度小)，因此可以保證良好的控制精度，但另一方面，從避免內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)惡化的觀點出發(fā)，點火正時的變更幅度受到限制。例如，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中，在由于駕駛空踩油門等而目標(biāo)轉(zhuǎn)速一時地急劇上升時等，若與此相應(yīng)地控制點火正時，則點火正時的滯后量可能過大，存在燃燒效率降低的可能，從避免該情況的觀點出發(fā)，點火正時的變更幅度受到限制。
另一方面，當(dāng)控制吸入空氣量時，與點火正時控制處理相比，控制的分辨能力低，對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的大幅變化也可應(yīng)對，但另一方面，與點火正時控制處理相比，不能細(xì)致地控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，控制精度降低。除此之外，與點火正時的反饋控制處理相比，響應(yīng)延遲大、無效時間多，因此具有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速向目標(biāo)轉(zhuǎn)速的收斂性不好的特性。
在上述的現(xiàn)有的控制裝置中，如以上這樣由于2個控制處理特性的差異而引起2個控制處理互相干涉，因此控制的穩(wěn)定性和控制精度可能都減低。
而且，在PI控制等的一般的反饋控制技術(shù)中，當(dāng)如上述這樣發(fā)生目標(biāo)轉(zhuǎn)速的劇烈變化時，容易發(fā)生發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的過沖(overshoot)或下沖(undershoot)，容易產(chǎn)生振蕩特性，并且，當(dāng)要避免這些情況時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速向目標(biāo)轉(zhuǎn)速的收斂速度變慢。即，難以把發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的收斂特性以及收斂速度都確保在良好的狀態(tài)，其結(jié)果，控制的穩(wěn)定性和控制精度都更加降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于，提供一種控制裝置，其在通過多個控制輸入來對控制對象的輸出進(jìn)行反饋控制的情況下，能夠提高控制的穩(wěn)定性和控制精度兩者。
為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明的第1實施方式中，提供一種通過多個控制輸入來對控制對象的輸出進(jìn)行控制的控制裝置，其特征在于，具有目標(biāo)值計算單元，其與控制對象的狀態(tài)相應(yīng)地計算作為控制對象輸出目標(biāo)的目標(biāo)值；濾波目標(biāo)值計算單元，其通過對計算出的目標(biāo)值實施預(yù)定的濾波處理，計算用于設(shè)定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的跟隨響應(yīng)性的一個濾波目標(biāo)值；以及控制輸入計算單元，其基于預(yù)定的多個反饋控制算法分別計算多個控制輸入，以使控制對象的輸出收斂于所計算的一個濾波目標(biāo)值。
根據(jù)該控制裝置的結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制對象的狀態(tài)計算出作為控制對象的輸出目標(biāo)的目標(biāo)值，通過對所計算出的目標(biāo)值實施預(yù)定的濾波處理，計算出用于設(shè)定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的跟隨響應(yīng)性的一個濾波目標(biāo)值，基于預(yù)定的多個反饋控制算法分別計算多個控制輸入，以使控制對象的輸出收斂于所計算出的一個濾波目標(biāo)值。這樣，根據(jù)目標(biāo)值濾波型2自由度控制算法，計算出多個控制輸入，因此能夠互相獨(dú)立地設(shè)定預(yù)定的濾波處理的內(nèi)容和預(yù)定的多個反饋控制處理的內(nèi)容，從而可以個別地設(shè)定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的跟隨響應(yīng)性和由于干擾而產(chǎn)生的目標(biāo)值與控制對象的輸出之間的偏差的收斂特性。即，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定對目標(biāo)值實施的預(yù)定的濾波處理，能夠確?？刂茖ο蟮妮敵鰧τ谀繕?biāo)值的良好的跟隨響應(yīng)性，同時通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定預(yù)定的多個反饋控制處理的內(nèi)容，能夠使控制對象的輸出收斂于目標(biāo)值，而不產(chǎn)生過沖和振蕩特性，能夠使控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性穩(wěn)定。而且，共用一個濾波目標(biāo)值來分別計算多個控制輸入，因此能夠避免由于多個控制輸入而引起的多個反饋控制處理互相干涉。通過以上所述，能夠提高控制的穩(wěn)定性以及控制精度兩者。
優(yōu)選特征在于，濾波目標(biāo)值計算單元計算一個濾波目標(biāo)值，使得目標(biāo)值的變化程度越大，控制對象的輸出對于目標(biāo)值的跟隨響應(yīng)性越高(圖10、34)。
根據(jù)該優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)，計算一個濾波目標(biāo)值，使得目標(biāo)值的變化程度越大，控制對象的輸出對于目標(biāo)值的跟隨響應(yīng)性越高，因此即使在由于控制對象的狀態(tài)變化大、目標(biāo)值大幅變化的情況下，也能夠使控制對象的輸出高精度地跟隨于這樣的目標(biāo)值的大幅變化。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高控制精度。
優(yōu)選地，預(yù)定的多個反饋控制算法分別由預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法構(gòu)成，控制輸入計算單元在預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法中，共用規(guī)定控制對象的輸出對于一個濾波目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)，來計算多個控制輸入。
根據(jù)該優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)，根據(jù)預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法，在預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法中，共用規(guī)定控制對象的輸出對于一個濾波目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)，來計算多個控制輸入，因此控制對象的輸出能夠以作為響應(yīng)指定型控制算法的特征的、由一個線性函數(shù)規(guī)定的收斂特性和收斂速度，收斂于一個濾波目標(biāo)值，其結(jié)果，能夠使控制對象的輸出以這樣的收斂特性和收斂速度收斂于目標(biāo)值。由此，作為2自由度控制算法中的反饋控制算法，與使用PID控制等的一般的反饋控制算法的情況相比，能夠提高控制的穩(wěn)定性和控制精度。而且，共用上述的一個線性函數(shù)來計算多個控制輸入，因此由于使控制對象的輸出對于一個濾波目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度彼此相同而計算多個控制輸入，可以在避免因多個控制輸入而引起的多個響應(yīng)指定型控制處理的互相干涉的同時，對控制對象的輸出進(jìn)行控制。由此，能夠進(jìn)一步提高控制的穩(wěn)定性和控制精度。
為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明的第2方式中，提供了一種通過多個控制輸入來對控制對象的輸出進(jìn)行控制的控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有目標(biāo)值計算單元，其根據(jù)控制對象的狀態(tài)計算作為控制對象的輸出目標(biāo)的目標(biāo)值；以及控制輸入計算單元，其基于預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法，在預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法中，共用規(guī)定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)，來分別計算多個控制輸入，使得控制對象的輸出收斂于所計算出的目標(biāo)值。
根據(jù)該控制裝置的結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制對象的狀態(tài)而計算出作為控制對象的輸出目標(biāo)的目標(biāo)值，基于預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法分別計算多個控制輸入，使得控制對象的輸出收斂于所計算出的目標(biāo)值，在預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法中，共用規(guī)定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)，來分別計算多個控制輸入。由此，由于使控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度彼此相同而計算多個控制輸入，從而可以在避免因多個控制輸入而引起的多個響應(yīng)指定型控制處理的互相干涉的同時，對控制對象的輸出進(jìn)行控制。其結(jié)果，能夠提高控制的穩(wěn)定性以及控制精度兩者。
優(yōu)選地，控制輸入計算單元對應(yīng)于一個線性函數(shù)的值來設(shè)定在多個控制輸入的計算中各自使用的增益。
一般地，在響應(yīng)指定型控制算法中，在規(guī)定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)的值小的情況下，由于目標(biāo)值與控制對象的輸出之間的乖離程度小，從控制精度的觀點出發(fā)，期望進(jìn)行分辨能力高(與最小控制輸入相對的控制對象輸出變化程度小)的控制。另一方面，當(dāng)一個線性函數(shù)的值大時，由于目標(biāo)值與控制對象的輸出之間的乖離程度大，從響應(yīng)性的觀點出發(fā)，期望進(jìn)行分辨能力低(與最小控制輸入相對的控制對象輸出變化程度大)的控制。與此相對，根據(jù)該優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)，由于在多個控制輸入的各自的計算中使用的增益是對應(yīng)于一個線性函數(shù)的值而設(shè)定的，例如，當(dāng)基于多個控制輸入的控制的分辨能力互不相同時，在多個控制輸入的計算中，當(dāng)線性函數(shù)的值小時，將控制分辨能力高的一方的計算中使用的增益設(shè)定為比分辨能力低的一方的控制輸入的計算中使用的增益更大的值，從而分辨能力高的一方的控制的貢獻(xiàn)程度大，其成為主要側(cè)的控制，從而避免了多個控制互相干涉，能夠提高控制精度。另一方面，當(dāng)線性函數(shù)的值大時，將控制分辨能力低的一方的計算中使用的增益設(shè)定為比分辨能力高的一方的控制輸入的計算中使用的增益更大的值，從而分辨能力低的一方的控制的貢獻(xiàn)程度大，其成為主要側(cè)的控制，從而避免了多個控制互相干涉，能夠提高控制的響應(yīng)性。
優(yōu)選地，控制輸入計算單元對應(yīng)于一個線性函數(shù)的積分值，在對一個線性函數(shù)的積分值實施忘卻處理的同時，計算多個控制輸入的至少一個。
根據(jù)該優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于一個線性函數(shù)的積分值，在對一個線性函數(shù)的積分值實施忘卻處理的同時，計算多個控制輸入的至少一個，因此通過避免一個線性函數(shù)的積分值的增大，能夠避免至少一個控制輸入的絕對值增大。由此，若至少一個控制輸入的絕對值增大，控制對象的運(yùn)轉(zhuǎn)效率降低時，能夠避免這樣的工作效率的降低。
優(yōu)選地，還具有干擾估計值計算單元，其通過預(yù)定的估計算法，分別計算用于對控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，其中該預(yù)定的估計算法基于定義了各干擾估計值、多個控制輸入的各自、以及控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型，在預(yù)定的估計算法中，對應(yīng)于一個線性函數(shù)的值來設(shè)定各干擾估計值的估計增益，控制輸入計算單元對應(yīng)于各干擾估計值來計算各控制輸入。
根據(jù)該優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)，通過基于定義了各干擾估計值、多個控制輸入的各自、以及控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型的預(yù)定估計算法，分別計算用于對控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，同時根據(jù)各干擾估計值計算各控制輸入，所以可以通過這樣計算出的各控制輸入，在適當(dāng)?shù)貙刂茖ο笏艿降母蓴_及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r，對控制對象的輸出進(jìn)行控制。并且，如前所述，在響應(yīng)指定型控制算法中，在規(guī)定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)的值小的區(qū)域中，從控制精度的觀點出發(fā)，期望進(jìn)行分辨能力高的控制。在一個線性函數(shù)的值大的區(qū)域中，從響應(yīng)性的觀點出發(fā)，期望進(jìn)行分辨能力低的控制。對此，在預(yù)定的估計算法中，對應(yīng)于一個線性函數(shù)的值來設(shè)定各干擾估計值的估計增益，例如，在基于多個控制輸入的控制的分辨能力互不相同的情況下，在多個控制輸入的計算中，當(dāng)線性函數(shù)的值小時，將控制分辨能力高的一方的計算中使用的干擾估計值的估計增益設(shè)定成比分辨能力低的一方的控制輸入的計算中使用的估計增益更大的值，從而分辨能力高的一方的控制貢獻(xiàn)程度大，其成為主要側(cè)的控制，從而避免了多個控制互相干涉，能夠提高控制精度。另一方面，當(dāng)線性函數(shù)的值大時，將控制分辨能力低的一方的計算中使用的干擾估計值的估計增益設(shè)定成比分辨能力高的一方的控制輸入的計算中使用的估計增益更大的值，從而分辨能力低的一方的控制貢獻(xiàn)程度變大，其成為主要側(cè)的控制，從而避免了多個控制互相干涉，能夠提高控制的響應(yīng)性。
優(yōu)選地，還具有干擾估計值計算單元，其通過預(yù)定的估計算法，分別計算用于對控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，其中該預(yù)定的估計算法基于定義了各干擾估計值、多個控制輸入的各自、以及控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型，在預(yù)定的估計算法中，對多個干擾估計值中的至少一個實施預(yù)定的忘卻處理，控制輸入計算單元對應(yīng)于各干擾估計值來計算各控制輸入。
根據(jù)該優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)，通過基于定義了各干擾估計值、多個控制輸入的各自、以及控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型的預(yù)定估計算法，分別計算用于對控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，并且，對應(yīng)于各干擾估計值，計算各控制輸入，因此可以通過這樣計算出的各控制輸入，在適當(dāng)?shù)貙刂茖ο笏艿降母蓴_及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r，對控制對象的輸出進(jìn)行控制。除此之外，在預(yù)定的估計算法中，對多個干擾估計值中的至少一個實施忘卻處理，因此避免了至少一個干擾估計值的增大，從而能夠避免至少一個控制輸入的絕對值增大。由此，在至少一個控制輸入的絕對值增大而控制對象的工作效率降低的情況下，能夠避免這樣的工作效率的降低。
優(yōu)選地，控制對象的輸出是內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速，多個控制輸入由用于控制內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量的控制輸入、和用于控制內(nèi)燃機(jī)的點火正時的控制輸入構(gòu)成。
根據(jù)該優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)，能夠通過用于分別控制內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量以及點火正時的2個控制輸入，對內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制使其收斂于目標(biāo)值，而不會產(chǎn)生過沖等，并且能夠避免吸入空氣量控制和點火正時控制互相干涉。其結(jié)果，能夠提高內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定性和控制精度。
優(yōu)選地，控制對象的輸出是內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量，多個控制輸入由用于控制內(nèi)燃機(jī)的增壓的控制輸入、和用于控制內(nèi)燃機(jī)的EGR量的控制輸入構(gòu)成。
根據(jù)該優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)，能夠通過用于分別控制內(nèi)燃機(jī)的增壓以及EGR量的2個控制輸入，對內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量進(jìn)行反饋控制使其收斂于目標(biāo)值，而不會產(chǎn)生過沖等，并且能夠避免增壓控制以及EGR控制互相干涉。其結(jié)果，能夠提高內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量控制的穩(wěn)定性和控制精度。


圖1是示出應(yīng)用了本發(fā)明第1實施方式的控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是示出控制裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3是示出內(nèi)燃機(jī)的可變式進(jìn)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)和排氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是示出可變式進(jìn)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)的可變氣門升程機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5(a)是示出升程致動器的短臂位于最大升程位置的狀態(tài)和(b)位于最小升程位置的狀態(tài)的圖。
圖6(a)是示出升程致動器的短臂位于最大升程位置的狀態(tài)和(b)位于最小升程位置的狀態(tài)的圖。
圖7是分別示出可變氣門升程機(jī)構(gòu)的下連桿位于最大升程位置時的進(jìn)氣門的氣門升程曲線(實線)和位于最小升程位置時的氣門升程曲線(雙點劃線)的圖。
圖8是示出怠速轉(zhuǎn)速控制器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
圖9是示出在怠速用基準(zhǔn)值的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖10是示出在目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖11是示出點火正時控制器的控制算法的圖。
圖12是示出吸入空氣量控制器的控制算法的一部分以及模型的圖。
圖13是示出在點火正時控制用的趨近律增益以及自適應(yīng)律增益的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖14是示出在吸入空氣量控制用的趨近律增益以及自適應(yīng)律增益的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖15是用于說明控制區(qū)域的、示出相位平面及切換直線的圖。
圖16是用于說明控制區(qū)域的、示出內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速及目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的時序圖。
圖17(a)是示出第1實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果的時序圖，(b)～(d)是示出對比例的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果的時序圖。
圖18是示出第1實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果的時序圖。
圖19是示出對比例的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果的時序圖。
圖20是示出包含怠速轉(zhuǎn)速控制處理的點火正時控制處理及吸入空氣量控制處理的內(nèi)容的流程圖。
圖21是示出在點火基準(zhǔn)值的計算中使用的映射表的一個例子的圖。
圖22是示出在升程基準(zhǔn)值的計算中使用的映射表的一個例子的圖。
圖23是示出在升程控制輸入的計算中使用的控制算法的圖。
圖24是示出在點火正時的計算中使用的映射表的一個例子的圖。
圖25是示出在目標(biāo)氣門升程的計算中使用的映射表的一個例子的圖。
圖26是示出本發(fā)明的第2實施方式的控制裝置的怠速轉(zhuǎn)速控制器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
圖27是示出點火正時控制器的控制算法的圖。
圖28是示出吸入空氣量控制器的控制算法的一部分以及模型的圖。
圖29是示出在點火正時控制用的趨近律增益以及估計增益的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖30是示出在吸入空氣量控制用的趨近律增益以及估計增益的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖31是示出本發(fā)明第3實施方式的控制裝置以及應(yīng)用了該控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖32是示出協(xié)調(diào)吸入空氣量控制器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
圖33是示出在目標(biāo)吸入空氣量的計算中使用的映射表的一個例子的圖。
圖34是示出在目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖35是示出在EGR控制用的趨近律增益以及自適應(yīng)律增益的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖36是示出在增壓控制用的趨近律增益以及自適應(yīng)律增益的計算中使用的表的一個例子的圖。
圖37是示出EGR控制器的控制算法的圖。
圖38是示出增壓控制器的控制算法的一部分以及模型的圖。
圖39是示出在EGR基準(zhǔn)值的計算中使用的映射表的一個例子的圖。
圖40是示出在增壓基準(zhǔn)值的計算中使用的映射表的一個例子的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明的第1實施方式的控制裝置進(jìn)行說明。該控制裝置1如圖2所示，具有ECU2，該ECU2如后所述，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)(以下稱為“發(fā)動機(jī)”)3的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，執(zhí)行怠速轉(zhuǎn)速控制等的控制處理。
如圖1和圖3所示，發(fā)動機(jī)3是具有多組氣缸3a和活塞3b(僅圖示了1組)的直列多缸汽油發(fā)動機(jī)，搭載在未圖示的車輛上。發(fā)動機(jī)3具有設(shè)在每個氣缸3a上、分別對進(jìn)氣口和排氣口進(jìn)行開閉的進(jìn)氣門4和排氣門7；用于驅(qū)動進(jìn)氣門4的進(jìn)氣凸輪軸5和進(jìn)氣凸輪6；對進(jìn)氣門4進(jìn)行開閉驅(qū)動的可變式進(jìn)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)40；用于驅(qū)動排氣門7的排氣凸輪軸8和排氣凸輪9；以及對排氣門7進(jìn)行開閉驅(qū)動的排氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)30等。
進(jìn)氣門4的氣門桿4a可自由滑動地嵌合在導(dǎo)向裝置4b上，該導(dǎo)向裝置4b固定于氣缸蓋3c上。并且，如圖4所示，進(jìn)氣門4具有上下的彈簧座4c、4d，以及設(shè)在它們之間的氣門彈簧4e，通過該氣門彈簧4e，被向關(guān)閉方向施力。
并且，進(jìn)氣凸輪軸5和排氣凸輪軸8分別通過未圖示的支座可自由旋轉(zhuǎn)地安裝在氣缸蓋3c上。該進(jìn)氣凸輪軸5在其一個端部同軸地固定有進(jìn)氣鏈輪(未圖示)，經(jīng)由該進(jìn)氣鏈輪和正時皮帶(未圖示)，與曲軸3d連接。由此，曲軸3d每轉(zhuǎn)2周，進(jìn)氣凸輪軸5轉(zhuǎn)1周。另外，針對每個氣缸3a，在進(jìn)氣凸輪軸5上以與其一體旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置了進(jìn)氣凸輪6。
并且，伴隨進(jìn)氣凸輪軸5的旋轉(zhuǎn)，可變式進(jìn)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)40對各氣缸3a的進(jìn)氣門4進(jìn)行開閉驅(qū)動，同時無級地改變進(jìn)氣門4的升程，從而改變吸入空氣量，關(guān)于其詳細(xì)情況后面進(jìn)行敘述。并且，在本實施方式中，設(shè)“進(jìn)氣門4的升程(以下稱為氣門升程)”表示進(jìn)氣門4的最大揚(yáng)程。
另一方面，排氣門7的氣門桿7a可自由滑動地嵌合在導(dǎo)向裝置7b上，該導(dǎo)向裝置7b固定于氣缸蓋3c上。并且，排氣門7具有上下的彈簧座7c、7d，以及設(shè)在它們之間的氣門彈簧7e，通過該氣門彈簧7e，被向關(guān)閉方向施力。
并且，排氣凸輪軸8具有與其成一體的排氣鏈輪(未圖示)，經(jīng)由該排氣鏈輪和未圖示的正時皮帶，與曲軸3d連接。由此，曲軸3d每轉(zhuǎn)2周時，排氣凸輪軸8轉(zhuǎn)1周。并且，針對每個氣缸3a，在排氣凸輪軸8上以與其一體旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置了排氣凸輪9。
并且，排氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)30具有搖臂31，伴隨排氣凸輪9的旋轉(zhuǎn)，該搖臂31回轉(zhuǎn)，由此在抵抗氣門彈簧7e的推力的同時，對排氣門7進(jìn)行開閉驅(qū)動。
并且，在發(fā)動機(jī)3中，分別設(shè)有曲軸角傳感器20和水溫傳感器21。伴隨曲軸3d的旋轉(zhuǎn)，該曲軸角傳感器20向ECU2輸出均為脈沖信號的CRK信號和TDC信號。該CRK信號每預(yù)定的曲軸角(例如10°)輸出一個脈沖，ECU2根據(jù)該CRK信號計算發(fā)動機(jī)3的轉(zhuǎn)速(以下稱為“發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速”)NE。并且，TDC信號是表示各氣缸3a的活塞3b位于比進(jìn)氣行程的TDC位置稍微靠前的預(yù)定曲軸角位置的信號，每預(yù)定的曲軸角輸出一個脈沖。
另一方面，水溫傳感器21由安裝在發(fā)動機(jī)3的氣缸體3f上的熱敏電阻等構(gòu)成，向ECU2輸出表示在氣缸體3f內(nèi)循環(huán)的冷卻水的溫度的發(fā)動機(jī)水溫TW的檢測信號。
并且，在發(fā)動機(jī)3的進(jìn)氣管10中，從上流側(cè)起依次設(shè)有空氣流量傳感器22、節(jié)氣門機(jī)構(gòu)11、進(jìn)氣管內(nèi)絕對壓力傳感器23以及燃料噴射閥12等。該空氣流量傳感器22由熱線式空氣流量計構(gòu)成，向ECU2輸出表示吸入空氣量Gcyl的檢測信號。
并且，節(jié)氣門機(jī)構(gòu)11具有節(jié)氣門11a以及對其進(jìn)行開閉驅(qū)動的TH致動器11b等。節(jié)氣門11a可自由回轉(zhuǎn)地設(shè)在進(jìn)氣管10的中途，通過伴隨該回轉(zhuǎn)的開度變化，改變吸入空氣量Gcyl。TH致動器11b是在與ECU2連接的電機(jī)上組合了齒輪機(jī)構(gòu)(均未圖示)的裝置，通過來自ECU2的驅(qū)動信號驅(qū)動，而改變節(jié)氣門11a的開度。
ECU2在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時，將節(jié)氣門11a保持在全開狀態(tài)，并且在可變式進(jìn)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)40的故障時或者對真空助力器(master back)(未圖示)供給負(fù)壓時，控制節(jié)氣門11a的開度。
并且，進(jìn)氣管10的比節(jié)氣門11a更靠下流側(cè)的部分形成穩(wěn)壓箱10a，在該穩(wěn)壓箱10a中，設(shè)有進(jìn)氣管內(nèi)絕對壓力傳感器23。該進(jìn)氣管內(nèi)絕對壓力傳感器23例如由半導(dǎo)體壓力傳感器等構(gòu)成，向ECU2輸出表示進(jìn)氣管10內(nèi)的絕對壓力(以下稱為“進(jìn)氣管內(nèi)絕對壓力”)PBA的檢測信號。
并且，燃料噴射嘴12由來自ECU2的與燃料噴射量相應(yīng)的驅(qū)動信號驅(qū)動，向進(jìn)氣管10內(nèi)噴射燃料。
并且，在發(fā)動機(jī)3的氣缸蓋3c上，安裝有火花塞13(參照圖2)。該火花塞13經(jīng)由未圖示的點火線圈，與ECU2連接，通過按照與后述的點火正時Ig_log對應(yīng)的定時來施加來自ECU2的驅(qū)動信號(電壓信號)而放電，使燃燒室內(nèi)的混合氣體燃燒。
接著，對于上述的可變式進(jìn)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)40進(jìn)行說明。如圖4所示，該可變式進(jìn)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)40由進(jìn)氣凸輪軸5、進(jìn)氣凸輪6以及可變氣門升程機(jī)構(gòu)50等構(gòu)成。
該可變氣門升程機(jī)構(gòu)50伴隨進(jìn)氣凸輪軸5的旋轉(zhuǎn)，對進(jìn)氣門4進(jìn)行開閉驅(qū)動，并且通過無級地改變氣門升程Liftin，無級地改變吸入空氣量Gcyl，其具有針對每個氣缸3a設(shè)置的四節(jié)連桿式的搖臂機(jī)構(gòu)51和同時驅(qū)動這些搖臂機(jī)構(gòu)51的升程致動器60(參照圖5)等。
各搖臂機(jī)構(gòu)51由搖臂52和上下連桿53、54等構(gòu)成。該上連桿53的一端部經(jīng)由上銷55可自由回轉(zhuǎn)地安裝在搖臂52的上端部，另一端部可自由回轉(zhuǎn)地安裝在搖臂軸56上。通過未圖示的支座把該搖臂軸56安裝在氣缸蓋3c上。
并且，在搖臂52的上銷55上，可自由回轉(zhuǎn)地設(shè)有滾子57。該滾子57與進(jìn)氣凸輪6的凸輪面抵接，當(dāng)進(jìn)氣凸輪6旋轉(zhuǎn)時，在其凸輪面上引導(dǎo)的同時，在進(jìn)氣凸輪6上轉(zhuǎn)動。由此，搖臂52被在上下方向上驅(qū)動，同時上連桿53以搖臂軸56為中心轉(zhuǎn)動。
而且，在搖臂52的進(jìn)氣門4側(cè)的端部，安裝有調(diào)節(jié)螺栓52a。當(dāng)伴隨進(jìn)氣凸輪56的旋轉(zhuǎn)，搖臂52在上下方向上移動時，該調(diào)節(jié)螺栓52a抵抗氣門彈簧4e的作用力，在上下方向上驅(qū)動氣門桿4a，開閉進(jìn)氣門4。
并且，下連桿54的一端部通過下銷58可自由轉(zhuǎn)動地安裝在搖臂52的下端部，在下連桿54的另一端，可自由轉(zhuǎn)動地安裝有連接銷59。通過該連接銷59，下連桿54與升程致動器60的后述的短臂連接。
另一方面，如圖5所示，升程致動器60具有電動機(jī)61、螺母62、連桿63、長臂64和短臂65等。該電機(jī)61與ECU2連接，配置在發(fā)動機(jī)3的頂蓋3e的外側(cè)。電機(jī)61的旋轉(zhuǎn)軸成為形成有外螺紋的螺紋軸61a，在該螺紋軸61a上，螺合有螺母62。該螺母62通過連桿63，與長臂64連接。該連桿63的一端部通過銷63a可自由旋轉(zhuǎn)地安裝在螺母62上，另一端部通過銷63b可自由轉(zhuǎn)動地安裝在長臂64的一端部。
并且，長臂64的另一端部通過轉(zhuǎn)動軸66安裝在短臂65的一端部。該轉(zhuǎn)動軸66截面形成為圓形，貫通發(fā)動機(jī)3的頂蓋3e，并由此可自由轉(zhuǎn)動地被支承。伴隨該轉(zhuǎn)動軸66的轉(zhuǎn)動，長臂64和短臂65與其一體地轉(zhuǎn)動。
而且，在短臂65的另一端部，可自由轉(zhuǎn)動地安裝有所述連接銷59，由此，短臂65通過連接銷59與下連桿54連接。
接著，對于以上這樣構(gòu)成的可變氣門升程機(jī)構(gòu)50的動作進(jìn)行說明。在該可變氣門升程機(jī)構(gòu)50中，當(dāng)從ECU2向升程致動器60輸入了與后述的升程控制輸入Uliftin相對應(yīng)的驅(qū)動信號時，螺紋軸61a旋轉(zhuǎn)，通過伴隨于此的螺母62的移動，長臂64和短臂65以轉(zhuǎn)動軸66為中心轉(zhuǎn)動，并且，伴隨著該短臂65的轉(zhuǎn)動，搖臂機(jī)構(gòu)51的下連桿54以下銷58為中心轉(zhuǎn)動。即，通過升程致動器60驅(qū)動了下連桿54。
此時，通過ECU2的控制，短臂65的轉(zhuǎn)動范圍被限制在圖5(a)所示的最大升程位置和圖5(b)所示的最小升程位置之間，由此，下連桿54的轉(zhuǎn)動范圍也被限制在圖4中實線所示的最大升程位置和圖4中雙點劃線所示的最小升程位置之間。
當(dāng)下連桿54位于最大升程位置時，在由搖臂軸56、上下銷55、58和連接銷59構(gòu)成的四節(jié)連桿中，構(gòu)成為上銷55和下銷58的中心間距離比搖臂軸56和連接銷59之間的中心間距離長，由此，如圖6(a)所示，當(dāng)進(jìn)氣凸輪6旋轉(zhuǎn)時，調(diào)節(jié)螺栓52a的移動量比進(jìn)氣凸輪6和滾子57之間的抵接點的移動量大。
另一方面，當(dāng)下連桿54位于最小升程位置時，在上述四節(jié)連桿中，構(gòu)成為上銷55和下銷58的中心間距離比搖臂軸56和連接銷59之間的中心間距離短，由此，如圖6(b)所示，當(dāng)進(jìn)氣凸輪6旋轉(zhuǎn)時，調(diào)節(jié)螺栓52a的移動量比進(jìn)氣凸輪6和滾子57之間的抵接點的移動量小。
根據(jù)以上的理由，當(dāng)下連桿54位于最大升程位置時，進(jìn)氣門4以比位于最小升程位置時大的氣門升程Liftin打開。具體地說，在進(jìn)氣凸輪6的旋轉(zhuǎn)中，當(dāng)下連桿54位于最大升程位置時，進(jìn)氣門4按照圖7的實線所示的氣門升程曲線打開，氣門升程Liftin表現(xiàn)出其最大值Liftinmax。另一方面，當(dāng)下連桿54位于最小升程位置時，按照圖7的雙點劃線所示的氣門升程曲線打開，氣門升程Liftin表現(xiàn)出其最小值Liftinmin。
因此，在該可變氣門升程機(jī)構(gòu)50中，通過致動器60，使下連桿54在最大升程位置和最小升程位置之間擺動，使得氣門升程Liftin在最大值Liftinmax和最小值Liftinmin之間無級變化，由此，能夠使吸入空氣量Gcyl在規(guī)定范圍內(nèi)無級變化。
并且，在發(fā)動機(jī)3上設(shè)有轉(zhuǎn)動角傳感器24(參照圖2)，該轉(zhuǎn)動角傳感器24向ECU2輸出表示轉(zhuǎn)動軸66即短臂65的轉(zhuǎn)動角的檢測信號。ECU2根據(jù)該轉(zhuǎn)動角傳感器24的檢測信號，計算氣門升程Liftin。
而且，如圖2所示，在ECU2上，分別連接有油門開度傳感器25、車速傳感器26、空調(diào)開關(guān)(以下稱為“AC·SW”)27、交流發(fā)電機(jī)開關(guān)(以下稱為“ACG·SW”)28以及動力轉(zhuǎn)向泵開關(guān)(以下稱為“PSP·SW”)29。
該油門開度傳感器25向ECU2輸出表示車輛未圖示的油門踏板的踩下量(以下稱為“油門開度”)AP的檢測信號。并且，車速傳感器26安裝在車輛未圖示的車軸上，向ECU2輸出表示作為車輛行進(jìn)速度的車速VP的檢測信號。
并且，AC·SW27在未圖示的空調(diào)工作時向ECU2輸出ON信號，在停止時輸出OFF信號。并且，ACG·SW28在未圖示的交流發(fā)電機(jī)工作時向ECU2輸出ON信號，在停止時輸出OFF信號。并且，PSP·SW29在未圖示的動力轉(zhuǎn)向泵工作時向ECU2輸出ON信號，在停止時輸出OFF信號。并且，在本實施方式中，空調(diào)、交流發(fā)電機(jī)和動力轉(zhuǎn)向泵的工作/停止?fàn)顟B(tài)、或發(fā)動機(jī)水溫TW相當(dāng)于控制對象的狀態(tài)。
ECU2由CPU、RAM、ROM及I/O接口(均未圖示)等所組成的微型計算機(jī)構(gòu)成，根據(jù)所述的各種傳感器20～26的檢測信號以及各種開關(guān)27～29的ON/OFF信號，判別發(fā)動機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且執(zhí)行包括怠速轉(zhuǎn)速控制在內(nèi)的各種控制處理。在該怠速轉(zhuǎn)速控制中，如后所述，ECU2在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中，通過可變氣門升程機(jī)構(gòu)50控制氣門升程Liftin即吸入空氣量Gcyl，同時通過火花塞13控制點火正時Ig_log，由此，控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE。
并且，在本實施方式中，由ECU2構(gòu)成了目標(biāo)值計算單元、濾波目標(biāo)值計算單元、控制輸入計算單元和干擾估計值計算單元。
接著，參照圖8，對于本實施方式的控制裝置1進(jìn)行說明。如該圖所示，該控制裝置1具有怠速轉(zhuǎn)速控制器70，具體地說，該怠速轉(zhuǎn)速控制器70(控制輸入計算單元)由ECU2構(gòu)成。
在怠速轉(zhuǎn)速控制器70中，如下所述，通過協(xié)調(diào)型2自由度滑?？刂扑惴ǎ嬎阌糜谠谑刮肟諝饬縂cyl和點火正時Ig_log相互協(xié)調(diào)的同時進(jìn)行控制的、作為反饋修正項的點火控制輸入Usl_ig以及進(jìn)氣控制輸入Usl_ar，把這些控制輸入Usl_ig、Usl_ar輸入給控制對象69，由此在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行反饋控制，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd。即，在使吸入空氣量控制和點火正時控制相互協(xié)調(diào)的同時進(jìn)行怠速轉(zhuǎn)速控制。并且，該控制對象69定義為以點火控制輸入Usl_ig及進(jìn)氣控制輸入Usl_ar作為輸入、以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE作為輸出的系統(tǒng)。
怠速轉(zhuǎn)速控制器70具有目標(biāo)值計算部71、目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部72、協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73、點火正時控制器80和吸入空氣量控制器90。
首先，在目標(biāo)值計算部71(目標(biāo)值計算單元)中，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中，計算作為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE(控制對象的輸出)的目標(biāo)值的目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd。具體地說，首先，根據(jù)發(fā)動機(jī)水溫TW，檢索圖9中所示的表，由此計算出怠速用基準(zhǔn)值NE_cmd_tw。在該圖中，TW1、TW2是使TW1＜TW2的關(guān)系成立的規(guī)定值(例如TW1＝40℃、TW2＝70℃)，NE_cmd1、NE_cmd2是使NE cmd1＞NE_cmd2的關(guān)系成立的規(guī)定值。在該表中，怠速用基準(zhǔn)值NE_cmd_tw在TW＜TW1的范圍中，設(shè)定為規(guī)定值NE_cmd1，在TW＞TW2的范圍中，設(shè)定為規(guī)定值NE_cmd2，并且在TW1≤TW≤TW2的范圍中，發(fā)動機(jī)水溫TW越高，則設(shè)定為越低的值。這是因為當(dāng)發(fā)動機(jī)水溫TW高時，發(fā)動機(jī)3的燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，因此可以利用更低的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE來執(zhí)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。
接著，通過對上述這樣計算出的怠速用基準(zhǔn)值NE_cmd_tw加上總修正項DNE_load，來計算出目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd(NE_cmd＝NE_cmd_tw+DNE_load)。該總修正項DNE_load作為3個修正項DNE1、DNE2、DNE3之和而算出(DNE_load＝NNE1+DNE2+DNE3)，這些修正項DNE1、DNE2、DNE3分別對應(yīng)于3個開關(guān)27～29的ON/OFF狀態(tài)而設(shè)定。
具體地說，修正項DNE1在AC·SW 27為ON狀態(tài)時設(shè)定為規(guī)定值(例如50rpm)，為OFF狀態(tài)時設(shè)定為0。并且，修正項DNE2在ACG·SW28為ON狀態(tài)時設(shè)定為規(guī)定值(例如100rpm)，為OFF狀態(tài)時設(shè)定為0。并且，修正項DNE3在PSP·SW 29為ON狀態(tài)時設(shè)定為規(guī)定值(例如100rpm)，為OFF狀態(tài)時設(shè)定為0。
并且，在目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部72(濾波目標(biāo)值計算單元)中，與目標(biāo)值計算部71算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的變化程度相對應(yīng)地計算目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f。該目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f用于設(shè)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨響應(yīng)性，具體而言，根據(jù)偏差絕對值A(chǔ)DNE(目標(biāo)值的變化程度)，檢索圖10中所示的表來計算。作為目標(biāo)轉(zhuǎn)速的本次值NE_cmd(k)和前次值NE_cmd(k-1)之間的偏差的絕對值而計算出該偏差絕對值A(chǔ)DNE(ADNE＝|NE_cmd(k)-NE_cmd(k-1)|)。并且，該圖的ADNE1、ADNE2是使得ADNE1＜ADNE2的關(guān)系成立的規(guī)定值，POLE_f1、POLE_f2是使得POLE_f1＜POLE_f2的關(guān)系成立的規(guī)定值。
如該圖10所示，在該表中，目標(biāo)濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f在ADNE1≤ADNE≤ADNE2的范圍中，偏差絕對值A(chǔ)DNE越大，則設(shè)定為越大的值(更加接近0的值)。這是因為，如后所述目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f在目標(biāo)值濾波器的濾波值NE_cmd_f的計算中，用于設(shè)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨響應(yīng)性，因此當(dāng)偏差絕對值A(chǔ)DNE大、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE的變動狀態(tài)大時，為了應(yīng)對于此，提高目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd對于濾波值NE_cmd_f的反映程度，可進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨響應(yīng)性。
并且，目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f在ADNE＜ADNE1的范圍中，設(shè)定為規(guī)定值POLE_f1，在ADNE＞ADNE2的范圍中，設(shè)定為規(guī)定值POLE_f2。這是由于在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE的變動狀態(tài)相當(dāng)小或相當(dāng)大時，通過目標(biāo)濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f來設(shè)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨響應(yīng)性存在極限。
而且，在協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73中，分別設(shè)定點火控制輸入Usl_ig的計算中使用的趨近律增益Krch_ig和自適應(yīng)律增益Kadp_ig，以及進(jìn)氣控制輸入Usl_ar的計算中使用的趨近律增益Krch_ar和自適應(yīng)律增益Kadp_ar。關(guān)于該協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73的詳細(xì)內(nèi)容在后面進(jìn)行敘述。
接著，對于上述的點火正時控制器80進(jìn)行說明。如下所述，該點火正時控制器80利用目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴?，來計算點火控制輸入Usl_ig，由目標(biāo)值濾波器81、切換函數(shù)計算部82、等價控制輸入計算部83、趨近律輸入計算部84、自適應(yīng)律輸入計算部85以及加法要素86構(gòu)成。
在該目標(biāo)值濾波器81(濾波目標(biāo)值計算單元)中，使用通過所述目標(biāo)值計算部71計算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd和通過目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部72設(shè)定的目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f，利用圖11的式(1)所示的一次延遲濾波算法，來計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值NE_cmd_f(濾波目標(biāo)值)。由此，作為相對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd表現(xiàn)出目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f的值所決定的一次延遲跟隨響應(yīng)性的值而計算出濾波值NE_cmd_f。
此外，在該式(1)中，帶有記號(k)的各離散數(shù)據(jù)是表示與預(yù)定的控制周期同步地采樣(或計算)的數(shù)據(jù)，記號k表示各離散數(shù)據(jù)的采樣周期的順序。例如，記號k表示在本次的控制定時所采樣的值，記號k-1表示在上一次的控制定時所采樣的值。這一點在以下的離散數(shù)據(jù)中也相同。并且，在以下的說明中，適當(dāng)?shù)厥÷愿麟x散數(shù)據(jù)的記號(k)等。
并且，在切換函數(shù)計算部82中，通過圖11的式(2)、(3)，計算切換函數(shù)σne(線性函數(shù))。在該式(2)中，POLE是切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)，設(shè)定為-1＜POLE＜0的范圍內(nèi)的值。并且，Ene是跟隨誤差，如式(3)所示，定義為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的本次值NE(k)和目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值的前次值NE_cmd_f(k-1)之間的偏差。
這樣定義跟隨誤差Ene的理由在于如果定義為Ene(k)＝NE(k)-NE_cmd_f(k)，則在后述的等價控制輸入Ueq_ig、Ueq_ar的計算中，需要目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值的下次值NE_cmd_f(k+1)，為了避免該情況而如上這樣定義。并且，在如式(3)這樣定義跟隨誤差Ene的情況下，也如后所述，在等價控制輸入Ueq_ig、Ueq_ar的計算中，使用目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值的本次值NE_cmd_f(k)，由于其被反饋地反映，點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar都可以作為充分地反映了目標(biāo)轉(zhuǎn)速濾波值的本次值NE_cmd_f(k)的值而算出。
并且，在等價控制輸入計算部83中，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE、濾波值NE_cmd_f以及切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)POLE，通過圖11的式(4)，計算等價控制輸入Ueq_ig。在該式(4)中，a1、a2、b1、b2是后述的模型[圖12的式(13)]的模型參數(shù)。
另一方面，在趨近律輸入計算部84中，使用協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73所設(shè)定的趨近律增益Krch_ig，通過圖11的式(5)，計算趨近律輸入Urch_ig。
并且，在自適應(yīng)律輸入計算部85中，通過圖11的式(6)中所示的忘卻積分處理，計算對切換函數(shù)的積分值實施了忘卻處理后的值，即忘卻積分值sum_σne，而且，使用該忘卻積分值sum_σne和協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73所設(shè)定的自適應(yīng)律增益Kadp_ig，通過式(7)，計算自適應(yīng)律輸入Uadp_ig。在該式(6)中，F(xiàn)GT是忘卻系數(shù)，設(shè)定為0＜FGT＜1的范圍內(nèi)的值。
如該式(6)所示，忘卻系數(shù)FGT與切換函數(shù)的忘卻積分值的前次值sum_σne(k-1)相乘，因此通過遞推式展開該式(6)時，對于n次前的值sum_σne(k-n)，乘以FGTn(0)。其結(jié)果，伴隨運(yùn)算處理的進(jìn)行，切換函數(shù)的忘卻積分值sum_σne收斂于值0，自適應(yīng)律輸入Uadp_ig也收斂于值0。這樣，通過使用切換函數(shù)σne的忘卻積分值sum_σne來計算自適應(yīng)律輸入Uadp_ig，點火控制輸入Usl_ig不會保持為滯后修正側(cè)的值，其結(jié)果，在后述的點火正時控制中，點火正時Ig_log不會長時間保持在滯后狀態(tài)，能夠確保良好的燃燒狀態(tài)。并且，在點火正時Ig_log可以長時間保持在滯后側(cè)的情況下，如一般的滑?？刂扑惴菢樱谑?6)中，把忘卻系數(shù)FGT設(shè)定為值1，根據(jù)切換函數(shù)σne的一般的積分值計算自適應(yīng)律輸入Uadp_ig。
而且，在加法要素86中，使用以上這樣計算出的等價控制輸入Ueq_ig、趨近律輸入Urch_ig和自適應(yīng)律輸入Uadp_ig，通過圖11的式(8)，計算出點火控制輸入Usl_ig。
在點火正時控制器80中，如以上所示，通過式(1)～(8)的目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴ǎ嬎阕鳛榉答佇拚椀狞c火控制輸入Usl_ig。并且，在后述的點火正時控制中，通過把該點火控制輸入Usl_ig與點火基準(zhǔn)值Ig_base相加，計算出點火正時Ig_log。以上的式(1)～(8)是這樣導(dǎo)出的如圖12的式(13)這樣定義表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和點火控制輸入Usl_ig的動態(tài)特性之間的關(guān)系的模型，使用該模型與目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂坡?，來導(dǎo)出以上的式(1)～(8)，使得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd。
接著，對于上述的吸入空氣量控制器90進(jìn)行說明。如以下所述，該吸入空氣量控制器90通過目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴ǎ嬎氵M(jìn)氣控制輸入Usl_ar，由所述目標(biāo)值濾波器81、所述切換函數(shù)計算部82、等價控制輸入計算部93、趨近律輸入計算部94、自適應(yīng)律輸入計算部95以及加法要素96構(gòu)成。即，在該吸入空氣量控制器90中，通過與點火正時控制器80共用目標(biāo)值濾波器81和切換函數(shù)計算部82，共用目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值NE_cmd_f以及切換函數(shù)σne，來計算進(jìn)氣控制輸入Usl_ar。
并且，在等價控制輸入計算部93中，使用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE、濾波值NE_cmd_f以及切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)POLE，通過圖12的式(9)，計算等價控制輸入Ueq_ar。在該式(9)中，a1’、a2’、b1’、b2’是后述的模型[圖12的式(14)]的模型參數(shù)。
另一方面，在趨近律輸入計算部94中，使用協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73所設(shè)定的趨近律增益Krch_ar，通過圖12的式(10)，計算趨近律輸入Urch_ar。
并且，在自適應(yīng)律輸入計算部95中，使用協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73所設(shè)定的自適應(yīng)律增益Kadp_ar，通過圖12的式(11)，計算趨近律輸入Uadp_ar。
并且，在加法要素96中，使用以上這樣算出的等價控制輸入Ueq_ar、趨近律輸入Krch_ar和自適應(yīng)律輸入Uadp_ar，通過圖12的式(12)，計算進(jìn)氣控制輸入Usl_ar。
在吸入空氣量控制器90中，如以上這樣，通過式(1)～(3)、(9)～(12)中所示的目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法，計算作為反饋修正項的進(jìn)氣控制輸入Usl_ar。并且，在后述的吸入空氣量控制中，通過將該進(jìn)氣控制輸入Usl_ar與升程基準(zhǔn)值Liftin_base相加，計算目標(biāo)氣門升程Liftin_cmd。并且，以上的式(1)～(3)、(9)～(12)是這樣導(dǎo)出的如圖12的式(14)這樣定義表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar的動態(tài)特性之間的關(guān)系的模型，使用該模型與目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂坡桑瑢?dǎo)出以上的式(1)～(3)、(9)～(12)，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd。
接著，對于上述的協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73進(jìn)行說明。在該協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73中，根據(jù)切換函數(shù)σne的值檢索圖13、14所示的表，來分別計算出所述的4個增益Krch_ig、Kadp_ig、Krch_ar和Kadp_ar。其中，兩個圖13、14中的σ1、σ2是使σ1＜σ2的關(guān)系成立的正的規(guī)定值。
首先，參照圖13的表，在該表中，趨近律增益Krch_ig以及自適應(yīng)律增益Kadp_ig分別對于切換函數(shù)σne的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值對稱地設(shè)定，在值0附近的-σ1＜σne＜σ1的范圍中，設(shè)定為表示預(yù)定的最大值Krch_ig1、Kadp_ig1，并且，在σne＜-σ2和σ2＜σne的范圍中，設(shè)定為表示預(yù)定的最小值Krch_ig2、Kadp_ig2。并且，在-σ2≤σne≤σ1和σ1≤σne≤σ2的范圍中，設(shè)定為σne的絕對值越小則越大的值。
另一方面，參照圖14的表，在該表中，趨近律增益Krch_ar以及自適應(yīng)律增益Kadp_ar分別對于切換函數(shù)σne的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值對稱地設(shè)定，在值0附近的-σ1＜σne＜σ1的范圍中，設(shè)定為表示預(yù)定的最小值Krch_ar1、Kadp_ar1，并且，在σne＜-σ2或σ2＜σne的范圍中，設(shè)定為表示預(yù)定的最大值Krch_ar2、Kadp_ar2。并且，在-σ2≤σne≤σ1和σ1≤σne≤σ2的范圍中，設(shè)定為σne的絕對值越小則越小的值。
以上這樣設(shè)定4個增益Krch_ig、Kadp_ig、Krch_ar、Kadp_ar的值的理由如下。即，如前所述，點火正時控制的響應(yīng)延遲小、無效時間少，并且控制分辨能力高(與最小點火控制輸入Usl_ig相對的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE變化程度小)，而從發(fā)動機(jī)3的燃燒狀態(tài)的觀點來看，具有控制幅度受到限制的特點。另一方面，吸入空氣量控制的控制分辨能力比點火正時控制低，即使對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的大幅變化也能夠應(yīng)對，但另一面，與點火正時控制相比，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE的控制精度低，并且響應(yīng)延遲大、無效時間長，因此具有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的收斂性不好的特點。
而且，在本實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制器70中，如前所述使用目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法，因此當(dāng)切換函數(shù)σne的絕對值接近于0時，目標(biāo)值濾波器81所設(shè)定的、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨特性和實際的跟隨特性之間的差小，并且切換函數(shù)σ所指定的跟隨誤差Ene對于值0的收斂特性和實際的收斂特性之間的差小。因此，當(dāng)切換函數(shù)σne的絕對值接近于0時，為了提高怠速轉(zhuǎn)速控制的分辨能力和控制精度，提高點火正時控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，同時降低吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度。與此相反，當(dāng)切換函數(shù)σne的絕對值大時，目標(biāo)值濾波器81所設(shè)定的上述跟隨特性和實際的跟隨特性之間的差大，并且切換函數(shù)σ所指定的上述收斂特性和實際的收斂特性之間的差大，因此，為了提高怠速轉(zhuǎn)速控制的響應(yīng)性，提高吸入空氣量控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，同時降低點火正時控制的貢獻(xiàn)程度。
根據(jù)以上的理由，在本實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制器70的點火正時控制以及吸入空氣量控制的協(xié)調(diào)控制的情況下，在圖13、14的陰影所示的區(qū)域，點火正時控制成為主區(qū)域，這以外的區(qū)域，吸入空氣量控制成為主區(qū)域。并且，如圖15所示，在切換函數(shù)σne的情況下，其值接近切換直線的區(qū)域(圖15的陰影所示的區(qū)域)點火正時控制成為主區(qū)域，這以外的區(qū)域，吸入空氣量控制成為主區(qū)域。與此相同，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE以及目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的關(guān)系中，如圖16所示，在兩者的乖離程度小的區(qū)域(圖16的陰影所示的區(qū)域)，點火正時控制成為主區(qū)域，在這以外的區(qū)域，吸入空氣量控制成為主區(qū)域。
接著，對于以上這樣構(gòu)成的怠速轉(zhuǎn)速控制器70的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果進(jìn)行說明。首先，圖17示出了使目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd按照脈沖輸入的形式在目標(biāo)值NE1(例如800rpm)和比其高的目標(biāo)值NE2(例如900rpm)之間變化的情況下的控制仿真結(jié)果，更加具體地，在圖17(a)中示出了本實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果。并且，在圖17(b)中示出了省略怠速轉(zhuǎn)速控制器70的協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73，把上述的4個增益設(shè)定為固定增益的情況下的對比例的控制仿真結(jié)果。
并且，圖17(c)示出了以下情況下的對比例的控制仿真結(jié)果，即把上述的4個增益設(shè)定為固定增益，并且把點火正時控制的切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)POLE的絕對值設(shè)定為比吸入空氣量控制中的值小，使點火正時控制的跟隨誤差Ene向值0的收斂速度快于吸入空氣量控制，圖17(d)示出了以下情況下的對比例的控制仿真結(jié)果，即把上述的4個增益設(shè)定為固定增益，并且與圖17(c)的例子相反，把兩個切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)POLE的值設(shè)定成使吸入空氣量控制的跟隨誤差Ene向值0的收斂速度快于點火正時控制。
參照以上的4個控制仿真結(jié)果，在圖17(b)所示的對比例中，即使在吸入空氣量控制和點火正時控制中使用相同的切換函數(shù)σne的情況下，當(dāng)把4個增益設(shè)定為固定增益時，可以判定在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)值NE1時，產(chǎn)生下沖，收斂特性變得不穩(wěn)定，并且收斂速度降低。
此外，在圖17(c)所示的對比例中，把4個增益設(shè)定為固定增益，并且把點火正時控制的跟隨誤差Ene向值0的收斂速度設(shè)定為比吸入空氣量控制快，可以判定在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)值NE1時，不產(chǎn)生下沖，但發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE相對于目標(biāo)值NE1的乖離程度大的狀態(tài)持續(xù)，并且收斂速度降低。并且，如圖17(d)所示，若把點火正時控制的跟隨誤差Ene向值0的收斂速度設(shè)定為比吸入空氣量控制慢，則當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)值NE1時，產(chǎn)生下沖，收斂特性變得不穩(wěn)定，并且收斂速度降低。
與此相對，在圖17(a)中示出的本實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果中，可以判定在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)值NE1時，不會產(chǎn)生下沖，收斂特性穩(wěn)定，并且其收斂速度比對比例快。即，如本實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制器70這樣，在點火控制輸入Usl_ig以及進(jìn)氣控制輸入Usl_ar的計算中，共用目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值NE_cmd_f以及切換函數(shù)σne，同時使用由協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73進(jìn)行了增益調(diào)度的4個增益Krch_ig、Kadp_ig、Krch_ar、Kadp_ar，由此在使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd時，能夠確保穩(wěn)定的收斂特性和迅速的收斂性兩者。
并且，圖18示出了本實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制器70的怠速轉(zhuǎn)速控制的控制仿真結(jié)果，圖19是為了進(jìn)行比較，示出在以下的情況下計算的對比例的控制仿真結(jié)果，即，在怠速轉(zhuǎn)速控制器70的點火正時控制器80的自適應(yīng)律輸入Uadp_ig的計算中，設(shè)忘卻系數(shù)FTG＝1時，即，不進(jìn)行忘卻積分處理，通過通常的積分處理，計算自適應(yīng)律輸入Uadp_ig的情況。并且，在兩個圖中，點火控制輸入Usl_ig的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值分別表示超前側(cè)和滯后側(cè)的修正量，進(jìn)氣控制輸入Usl_ar的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值分別表示吸入空氣量的增大側(cè)和減少側(cè)的修正量。
首先，參照圖19，可以明了在對比例的怠速轉(zhuǎn)速控制中，對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的微小變動，點火控制輸入Usl_ig一方的變動頻度多、進(jìn)氣控制輸入Usl_ar的變動頻度少。即，點火正時控制的分辨能力比吸入空氣量控制高，因此可以判定在點火正時控制以及吸入空氣量控制的協(xié)調(diào)控制中，點火正時控制成為主側(cè)的控制。并且，由于急速的油門踏板操作等，目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd在目標(biāo)值NE1和目標(biāo)值NE3(例如1300rpm)之間如脈沖輸入那樣瞬間急劇變化時，為了對其進(jìn)行補(bǔ)償，向滯后側(cè)控制點火控制輸入Usl_ig(時刻t2)，并且，之后把點火控制輸入Usl_ig保持在滯后側(cè)，可以明了導(dǎo)致燃燒效率的降低。
與此相對，如圖18所示，在本實施方式的怠速轉(zhuǎn)速控制中，可以明了對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的微小變動，點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar兩者均頻繁地變動。即，可以明了在點火正時控制以及吸入空氣量控制的協(xié)調(diào)控制中，頻繁發(fā)生主側(cè)控制的切換。并且，即使當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd在目標(biāo)值NE1和目標(biāo)值NE3(例如1300rpm)之間瞬間急劇變化時，為了對其進(jìn)行補(bǔ)償，向滯后側(cè)控制點火控制輸入Usl_ig時(時刻t1)，此后點火控制輸入Usl_ig也會漸漸向值0側(cè)超前，可以明了能夠避免燃燒效率的降低。
接著，參照圖20，對于通過ECU2執(zhí)行的、包含怠速轉(zhuǎn)速控制處理的點火正時控制處理和吸入空氣量控制處理進(jìn)行說明。該控制處理按照定時器所設(shè)定的規(guī)定周期來執(zhí)行。
在該處理中，首先，在步驟1(圖中省略為“S1”。以下相同)中，判別升程正常標(biāo)志F_LIFTOK是否為“1”。該升程正常標(biāo)志F_LIFTOK分別設(shè)定為當(dāng)可變氣門升程機(jī)構(gòu)50正常時為“1”、故障時為“0”。
當(dāng)步驟1的判別結(jié)果為“是”、可變氣門升程機(jī)構(gòu)50為正常時，進(jìn)入步驟2，判別怠速運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)志F_IDLE是否為“1”。當(dāng)?shù)∷龠\(yùn)轉(zhuǎn)條件成立時，即，以下的3個條件(f1)～(f3)均成立時，該怠速運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)志F_IDLE設(shè)定為“1”，此外的情況設(shè)定為“0”。
(f1)油門開度AP為表示全閉狀態(tài)的值。
(f2)車速VP在規(guī)定值(例如3km)以下。
(f3)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE在規(guī)定值(例如200rpm)以上。
當(dāng)步驟2的判別結(jié)果為“是”時，作為應(yīng)該執(zhí)行怠速轉(zhuǎn)速控制，進(jìn)入步驟3，把怠速運(yùn)轉(zhuǎn)用的目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd設(shè)定為怠速用基準(zhǔn)值NE_cmd_tw和總修正項DNE_load之和。如前所述，怠速用基準(zhǔn)值NE_cmd_tw是根據(jù)發(fā)動機(jī)水溫TW檢索圖9所示的表而計算出來的，總修正項DNE_load是根據(jù)3個開關(guān)27～29的ON/OFF狀態(tài)而計算出來的。
接著，在步驟4中，如前所述，根據(jù)偏差絕對值A(chǔ)DNE檢索圖10所示的表來計算出目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f。
接著，在步驟5中，通過上述式(1)計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值NE_cmd_f，之后，在步驟6中，通過上述式(2)、(3)計算切換函數(shù)σne。
接著，在步驟7中，通過上述式(4)～(8)計算點火控制輸入Usl_ig。然后，進(jìn)入步驟8，把點火正時Ig_log設(shè)定為對上述步驟7中計算出的點火控制輸入Usl_ig加上點火基準(zhǔn)值Ig_base后的值。該點火基準(zhǔn)值Ig_base是根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd和發(fā)動機(jī)水溫TW檢索圖21所示的映射表而計算出來的。在該圖中，TWa～TWc是滿足TWa＜TWb＜TWc的關(guān)系成立的規(guī)定值，這一點在以下的說明中也同樣。
如該圖所示，在該映射表中，目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd越高、或者發(fā)動機(jī)水溫TW越低，則點火基準(zhǔn)值Ig_base越設(shè)定為超前側(cè)的值。這是因為，當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd高時，伴隨于此發(fā)動機(jī)3的要求做功量大，為了與此對應(yīng)而如此設(shè)定。并且，當(dāng)發(fā)動機(jī)水溫TW低時，伴隨于此燃燒的穩(wěn)定性降低，為了與此對應(yīng)而如此設(shè)定。
在步驟8之后的步驟9中，通過上述式(9)～(12)計算進(jìn)氣控制輸入Usl_ar。
接著，進(jìn)入步驟10，把目標(biāo)氣門升程Liftin_cmd設(shè)定為對上述步驟8中計算出的進(jìn)氣控制輸入Usl_ar加上升程基準(zhǔn)值Liftin_base的值。該升程基準(zhǔn)值Liftin_base是根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd和發(fā)動機(jī)水溫TW檢索圖22所示的映射表而計算出來的。
如該圖所示，在該映射表中，目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd越高、或者發(fā)動機(jī)水溫TW越低，則升程基準(zhǔn)值Liftin_base越設(shè)定為大的值。這是因為，如前所述，當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd高時，伴隨于此要求做功量大，為了與此對應(yīng)而如此設(shè)定。并且，當(dāng)發(fā)動機(jī)水溫TW低時，如前所述，伴隨于此燃燒的穩(wěn)定性降低，并且發(fā)動機(jī)3的摩擦增大，為了與此對應(yīng)而如此設(shè)定。
接著，進(jìn)入步驟11，根據(jù)氣門升程Liftin和目標(biāo)氣門升程Liftin_cmd，通過圖23所示的式(15)～(21)的目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法，計算升程控制輸入Uliftin。
在這些式(15)～(21)中，Liftin_cmd_f表示目標(biāo)氣門升程的濾波值，σli表示切換函數(shù)，Eli表示跟隨誤差，Ueq_li表示等價控制輸入，Urch_li表示趨近律輸入，Krch表示趨近律增益，Uadp表示自適應(yīng)律輸入，Kadp表示自適應(yīng)律增益。并且，POLE_f”是設(shè)定為使-1＜POLE”_f＜0的關(guān)系成立的目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)，POLE”是設(shè)定為使-1＜POLE”＜0成立的切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)。并且，a1”、a2”、b1”、b2”表示定義了氣門升程Liftin和升程控制輸入Uliftin的動態(tài)特性的模型(未圖示)的模型參數(shù)。
以上這樣，在計算出怠速轉(zhuǎn)速控制用的點火正時Ig_log和升程控制輸入Uliftin之后，結(jié)束本處理。由此，按照與點火正時Ig_log相對應(yīng)的定時，通過火花塞13執(zhí)行點火正時控制，并且通過可變氣門升程機(jī)構(gòu)50，驅(qū)動進(jìn)氣門4，以成為與升程控制輸入Uliftin相對應(yīng)的氣門升程Liftin，由此，控制吸入空氣量Gcyl。
另一方面。當(dāng)步驟2的判別結(jié)果為“否”、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)條件不成立時，進(jìn)入步驟12，判別變速標(biāo)志F_ATCHG是否為“1”。當(dāng)未圖示的自動變速器在變速中時，該變速標(biāo)志F_ATCHG為“1”，此外的情況設(shè)定為“0”。
當(dāng)該步驟12的判別結(jié)果為“是”、即自動變速器在變速中時，在步驟13中，根據(jù)車速VP、變速比以及扭矩變換器(未圖示)的滑移率，計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd。接著，如前所述，執(zhí)行步驟4～11后，結(jié)束本處理。
另一方面，當(dāng)步驟12的判別結(jié)果為“否”、即自動變速器不在變速中時，進(jìn)入步驟14，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd和油門開度AP檢索圖24所示的映射表，來計算點火正時Ig_log。在該映射表中，AP1～AP3是使AP1＜AP2＜AP3的關(guān)系成立的預(yù)定的油門開度AP，這一點在以下的說明中也同樣。在該映射表中，油門開度AP越大，點火正時Ig_log越設(shè)定為滯后側(cè)的值，并且在AP＝AP3的中轉(zhuǎn)速區(qū)以外，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE越高，越設(shè)定為滯后側(cè)的值。這是因為，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE或發(fā)動機(jī)負(fù)載高時，容易發(fā)生爆震，為了避免爆震，需要把點火正時Ig_log控制在滯后側(cè)。
接著，在步驟15中，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd和發(fā)動機(jī)水溫TW檢索圖25所示的映射表，計算出目標(biāo)氣門升程Liftin_cmd。在該映射表中，油門開度AP越大、且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE越高，則目標(biāo)氣門升程Liftin_cmd越設(shè)定為大的值。這是因為，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE或者發(fā)動機(jī)負(fù)載高時，為了確保與此對應(yīng)的發(fā)動機(jī)輸出，把氣門升程Liftin即吸入空氣量Gcyl控制為大的值。
接著，如前所述，在步驟11中計算出升程控制輸入Uliftin之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當(dāng)步驟1的判別結(jié)果是“否”、可變氣門升程機(jī)構(gòu)50發(fā)生故障時，進(jìn)入步驟16，把點火正時Ig_log設(shè)定為故障時值Ig_fs。該故障時值Ig_fs通過預(yù)定的反饋控制算法而計算，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE成為預(yù)定的故障時目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd_fs(例如1500rpm)。
接著，在步驟17中，把升程控制輸入Uliftin設(shè)定為值0之后，結(jié)束本處理。由此，通過可變氣門升程機(jī)構(gòu)50，驅(qū)動進(jìn)氣門4，使氣門升程Liftin成為最小值Liftinmin。
以上這樣，根據(jù)本實施方式的控制裝置1，通過目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴?，計算點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar，所以可以個別地設(shè)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨響應(yīng)性和收斂特性及收斂速度。由此，能夠確保發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的良好的跟隨響應(yīng)性，同時能夠在不發(fā)生過沖和振蕩特性的情況下，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd，能夠使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE向目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的收斂特性穩(wěn)定。
除此之外，點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar在目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法中，共用一個濾波值NE_cmd_f而計算，由此能夠避免怠速轉(zhuǎn)速控制的點火正時控制處理和吸入空氣量控制處理相互干涉。而且，點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar共用一個切換函數(shù)σne的值而計算，由此能夠更加有效地避免點火正時控制處理和吸入空氣量控制處理相互干涉。
并且，在目標(biāo)值濾波器81中，在ADNE1≤ADNE≤ADNE2的范圍內(nèi)，偏差絕對值A(chǔ)DNE越大，則目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f越設(shè)定為大的值(更接近于值0的值)，提高目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd對于濾波值NE_cmd_f的反映程度，因此當(dāng)偏差絕對值A(chǔ)DNE大、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE的變動狀態(tài)大時，能夠與此相應(yīng)地提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨響應(yīng)性。
并且，在點火控制輸入Usl_ig的計算中，自適應(yīng)律輸入Uadp_ig通過切換函數(shù)σne的忘卻積分處理而計算出，因此，在點火正時控制中，點火正時Ig_log不會被保持在過度的滯后狀態(tài)，其結(jié)果，能夠確保良好的燃燒狀態(tài)。
并且，通過協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73進(jìn)行的4個增益Krch_ig、Kadp_ig、Krch_ar、Kadp_ar的設(shè)定，切換函數(shù)σne的絕對值接近于值0時，即，如前所述，當(dāng)處于通過目標(biāo)值濾波器81設(shè)定的、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的跟隨特性和實際的跟隨特性之間的差小，并且通過切換函數(shù)σ指定的跟隨誤差Ene向值0的收斂特性與實際的收斂特性之間的差小的狀態(tài)時，能夠提高點火正時控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，并且降低吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度，由此，能夠提高怠速轉(zhuǎn)速控制的分辨能力和控制精度。與此相反，當(dāng)切換函數(shù)σne的絕對值大時，即，當(dāng)處于通過目標(biāo)值濾波器81設(shè)定的上述跟隨特性和實際的跟隨特性之間的差大，并且通過切換函數(shù)σ指定的上述收斂特性與實際的收斂特性之間的差大的狀態(tài)時，能夠提高吸入空氣量控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，并且降低點火正時控制的貢獻(xiàn)程度，由此，能夠提高怠速轉(zhuǎn)速控制的響應(yīng)性。由此，怠速轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定性和控制精度都能得以提高。
接著，對于本發(fā)明的第2實施方式的控制裝置1A進(jìn)行說明。該控制裝置1A與上述第1實施方式的控制裝置1相比，除一部分之外，其余部分同樣地構(gòu)成，以下，以與第1實施方式的控制裝置1的不同點為中心進(jìn)行說明。如圖26所示，該控制裝置1A具有怠速轉(zhuǎn)速控制器100，該怠速轉(zhuǎn)速控制器100(控制輸入計算單元)具體地由ECU2構(gòu)成。
在該怠速轉(zhuǎn)速控制器100中，如下所述，通過協(xié)調(diào)型2自由度滑?？刂扑惴ǎ谑刮肟諝饬縂cyl和點火正時Ig_log相互協(xié)調(diào)的同時，計算用于控制的點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar，通過向控制對象99輸入這些控制輸入Usl_ig、Usl_ar，進(jìn)行反饋控制，使得在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd。該控制對象99被定義為以點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar為輸入，以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE為輸出的系統(tǒng)。
怠速轉(zhuǎn)速控制器100具有目標(biāo)值計算部101(目標(biāo)值計算單元)、目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部102(濾波目標(biāo)值計算單元)、協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103、點火正時控制器110和吸入空氣量控制器120。該目標(biāo)值計算部101和目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部102分別與前述的目標(biāo)值計算部71和目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部72同樣地構(gòu)成，因此省略其說明。
并且，在協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103中，分別設(shè)定點火控制輸入Usl_ig的計算中使用的趨近律增益Krch_ig和后述的估計增益P_ig，以及進(jìn)氣控制輸入Usl_ar的計算中使用的趨近律增益Krch_ar和后述的估計增益P_ar。關(guān)于該協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103的詳細(xì)內(nèi)容后面進(jìn)行敘述。
接著，對于點火正時控制器110進(jìn)行說明。如下所述，該點火正時控制器110利用帶有干擾補(bǔ)償功能的目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法，來計算點火控制輸入Usl_ig，由目標(biāo)值濾波器111、切換函數(shù)計算部112、點火控制輸入計算部113以及自適應(yīng)干擾觀測器114構(gòu)成。
在該目標(biāo)值濾波器111(濾波目標(biāo)值計算單元)中，與前述的目標(biāo)值濾波器81同樣，如圖27中示出的式(22)那樣，計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速的濾波值NE_cmd_f，在切換函數(shù)計算部112中，與上述的切換函數(shù)計算部82同樣地，通過圖27中示出的式(23)、(24)，計算切換函數(shù)σne。
并且，在點火控制輸入計算部113中，通過圖27的式(25)，計算等價控制輸入Ueq_ig，通過該圖的式(26)計算趨近律輸入Urch_ig，并且通過該圖的式(27)計算點火控制輸入Usl_ig。在式(25)中，a1、a2、b1、b2是后述的模型[圖28的式(37)]的模型參數(shù)。并且，c1_ig是用于補(bǔ)償模型化誤差以及干擾的干擾估計值，如下所述，通過自適應(yīng)干擾觀測器114計算。
即，在自適應(yīng)干擾觀測器114(干擾估計值計算單元)中，通過圖27的式(28)，計算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE的辨識值NE_hat，通過式(29)，計算跟隨誤差e_dov_ig，并且通過式(30)，計算干擾估計值c1_ig。在該式(30)中，F(xiàn)GT_dov是忘卻系數(shù)，設(shè)定為0＜FGT_dov＜1的范圍內(nèi)的值。并且，P_ig是估計增益，通過協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103如后述那樣設(shè)定。
如該式(30)所示，忘卻系數(shù)FGT_dov與干擾估計值的前次值c1_ig(k-1)相乘，所以通過遞推式展開該式(30)時，對于n次前的值c1_ig(k-n)，乘以FGT_dovn(0)。其結(jié)果，伴隨運(yùn)算處理的進(jìn)行，干擾估計值c1_ig收斂于值0。這樣，通過忘卻處理計算干擾估計值c1_ig，點火控制輸入Usl_ig不會保持為滯后修正側(cè)的值，其結(jié)果，在點火正時控制中，點火正時Ig_log不會被保持為過度的滯后狀態(tài)，能夠確保良好的燃燒狀態(tài)。并且，在點火正時Ig_log可以保持在滯后側(cè)的情況下，如一般的自適應(yīng)干擾觀測器那樣，在式(30)中，也可把忘卻系數(shù)FGT_dov設(shè)定為值1。
在點火正時控制器110中，如以上所述，通過式(22)～(30)所示的帶有干擾補(bǔ)償功能的目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴?，計算點火控制輸入Usl_ig。并且，以上的式(22)～(30)是這樣導(dǎo)出的如圖28的式(37)這樣定義表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和點火控制輸入Usl_ig的動態(tài)特性的關(guān)系的模型、表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和點火控制輸入Usl_ig的動態(tài)特性的關(guān)系的模型，通過使用該模型與目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂坡梢约白赃m應(yīng)干擾觀測器理論而導(dǎo)出。
接著，對于上述的吸入空氣量控制器120進(jìn)行說明。該吸入空氣量控制器120通過帶有干擾補(bǔ)償功能的目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法，計算進(jìn)氣控制輸入Usl_ar，由所述目標(biāo)值濾波器111、所述切換函數(shù)計算部112、進(jìn)氣控制輸入計算部123以及自適應(yīng)干擾觀測器124構(gòu)成。
在該進(jìn)氣控制輸入計算部123中，通過圖28的式(31)，計算等價控制輸入Ueq_ar，通過該圖的式(32)，計算趨近律輸入Urch_ar，并且通過該圖的式(33)，計算進(jìn)氣控制輸入Usl_ar。在該式(31)中，a1’、a2’、b1’、b2’是后述的模型[圖28的式(38)]的模型參數(shù)。并且，c1_ar是用于補(bǔ)償模型化誤差以及干擾的干擾估計值，如下所述，通過自適應(yīng)干擾觀測器124算出。
即，在自適應(yīng)干擾觀測器124(干擾估計值計算單元)中，通過圖28的式(34)，計算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE的辨識值NE_hat，通過式(35)，計算跟隨誤差e_do_ar，并且，通過式(36)，計算干擾估計值c1_ar。在該式(36)中，P_ar是估計增益，通過協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103如后述那樣設(shè)定。
在吸入空氣量控制器120中，如以上這樣，通過式(22)～(24)、(31)～(36)中所示的帶有干擾補(bǔ)償功能的目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴?，計算進(jìn)氣控制輸入Usl_ar。以上的式(22)～(24)、(31)～(36)是這樣導(dǎo)出的如圖28的式(38)這樣定義表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar的動態(tài)特性的關(guān)系的模型，使用該模型與目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂坡梢约白赃m應(yīng)干擾觀測器理論來導(dǎo)出。
接著，對于上述的協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103進(jìn)行說明。在該協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103中，根據(jù)切換函數(shù)σne的值檢索圖29、30所示的表，來分別計算所述的4個增益Krch_ig、P_ig、Krch_ar和P_ar。其中，兩個圖29、30中的σ3、σ4是使σ3＜σ4的關(guān)系成立的正的規(guī)定值。
首先，參照圖29的表，在該表中，趨近律增益Krch_ig以及估計增益P_ig分別對于切換函數(shù)σne的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值對稱地設(shè)定，在-σ4＜σne＜-σ3和σ3＜σne＜σ4的范圍中，設(shè)定為σne的絕對值越小則越大的值。并且，趨近律增益Krch_ig和估計增益P_ig在值0附近的規(guī)定范圍(-σ3≤σne≤σ3)內(nèi)，設(shè)定為表現(xiàn)出其最大值Krch_ig3、P_ig3，并且，在σne≤-σ4和σ4≤σne的范圍中，設(shè)定為表現(xiàn)出其最小值Krch_ig4、p_ig4。
另一方面，參照圖30的表，在該表中，趨近律增益Krch_ar以及估計增益P_ar分別對于切換函數(shù)σne的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值對稱地設(shè)定，并且在-σ4＜σne＜-σ3和σ3＜σne＜σ4的范圍中，設(shè)定為σne的絕對值越小則越小的值。并且，趨近律增益Krch_ar和估計增益P_ar在值0附近的規(guī)定范圍(-σ3≤σne≤σ3)內(nèi)，設(shè)定為表現(xiàn)出其最小值Krch_ar3、P_ar3，并且，在σne≤-σ4和σ4≤σne的范圍中，設(shè)定為表現(xiàn)出其最大值Krch_ar4、P_ar4。
以上這樣設(shè)定各個增益值的理由與在協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73的說明中敘述的理由相同。即，當(dāng)切換函數(shù)σne的絕對值接近于0時，處于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE相對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的乖離程度小的狀態(tài)，為了提高怠速轉(zhuǎn)速控制的分辨能力和控制精度，提高點火正時控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，同時降低吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度。與此相反，當(dāng)切換函數(shù)σne的絕對值大時，處于跟隨誤差Ene的變化大，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE相對于目標(biāo)值轉(zhuǎn)速NE_cmd的乖離程度大的狀態(tài)，因此，為了提高怠速轉(zhuǎn)速控制的響應(yīng)性，提高吸入空氣量控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，同時降低點火正時控制的貢獻(xiàn)程度。
根據(jù)以上的理由，在本實施方式的點火正時以及吸入空氣量的協(xié)調(diào)控制的情況下，在圖29、30的陰影所示的區(qū)域，點火正時控制成為主區(qū)域，這以外的區(qū)域，吸入空氣量控制成為主區(qū)域。
根據(jù)以上這樣構(gòu)成的本實施方式的控制裝置1A，能夠得到與上述的第1實施方式的控制裝置1相同的作用效果。并且通過協(xié)調(diào)增益調(diào)度器103的趨近律增益Krch_ig、Krch_ar以及估計增益P_ig、P_ar的設(shè)定，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE相對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的乖離程度小的狀態(tài)時，可以提高點火正時控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，并且降低吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度，由此，能夠提高怠速轉(zhuǎn)速控制的分辨能力和控制精度。與此相反，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE相對于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd的乖離程度大的狀態(tài)時，為了提高怠速轉(zhuǎn)速控制的響應(yīng)性，可以提高吸入空氣量控制對怠速轉(zhuǎn)速控制的貢獻(xiàn)程度，并且降低點火正時控制的貢獻(xiàn)程度，由此，能夠提高怠速轉(zhuǎn)速控制的響應(yīng)性。除此之外，點火控制輸入Usl_ig以及進(jìn)氣控制輸入Usl_ar是使用由自適應(yīng)干擾觀測器114、124分別計算的干擾估計值c1_ig和c1_ar而算出的，因此可以在避免模型化誤差以及干擾的影響的同時，進(jìn)行怠速轉(zhuǎn)速控制。其結(jié)果，與第1實施方式的控制裝置1相比可以更加提高怠速轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定性和控制精度。
接著，參照圖31，對于本發(fā)明的第3實施方式的控制裝置1B進(jìn)行說明。該控制裝置1B通過EGR控制及增壓控制的協(xié)調(diào)控制，來控制吸入空氣量Gcyl(控制對象的輸出)，具有協(xié)調(diào)吸入空氣量控制器200(控制輸入計算單元)。對于該協(xié)調(diào)吸入空氣量控制器200，后面進(jìn)行敘述。應(yīng)用了該控制裝置1B的發(fā)動機(jī)3，除了一部分之外，與第1實施方式的發(fā)動機(jī)3同樣地構(gòu)成，因此，以下，對于相同的結(jié)構(gòu)賦予相同的編號，并且省略其說明。該發(fā)動機(jī)3具有渦輪增壓裝置15和EGR控制閥16。
渦輪增壓裝置15具有收納在進(jìn)氣管10的中途的壓縮機(jī)機(jī)殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉片15a、收納在排氣管14的中途的渦輪機(jī)殼內(nèi)的渦輪葉片15b、把2個葉片15a和15b連接成一體的軸15c和廢氣旁通閥15d等。
在該渦輪增壓裝置15中，通過排氣管14內(nèi)的排氣氣體對渦輪葉片15b進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動時，與其一體的壓縮機(jī)葉片15a也同時旋轉(zhuǎn)，從而對進(jìn)氣管10內(nèi)的吸入空氣進(jìn)行加壓。即，執(zhí)行增壓動作。
并且，上述廢氣旁通閥15d是開閉對排氣管14的渦輪葉片15b進(jìn)行旁通的旁通排氣通路14a的裝置，由與ECU2連接的電磁控制閥構(gòu)成。當(dāng)從ECU2輸入了與后述的最終增壓控制輸入Usl_vt_f相對應(yīng)的驅(qū)動信號時，該廢氣旁通閥15d的開度變化，由此，使得流過旁通排氣通路14a的排氣氣體的流量，換言之，驅(qū)動渦輪葉片15b的排氣氣體的流量改變，使增壓變化。由此，增壓得到控制。
并且，EGR控制閥16通過對在進(jìn)氣管10和排氣管14之間延伸的EGR通路17進(jìn)行開閉，來執(zhí)行使排氣氣體從排氣管14回流到進(jìn)氣管10側(cè)的EGR動作。EGR控制閥16由線性電磁閥構(gòu)成，與ECU2連接，當(dāng)從ECU2輸入了與后述的最終EGR控制輸入Usl_eg_f相對應(yīng)的驅(qū)動信號時，其閥升程線性地變化。由此，控制EGR量。
接著，參照圖32，對于協(xié)調(diào)吸入空氣量控制器200進(jìn)行說明。如下所述，該協(xié)調(diào)吸入空氣量控制器200通過基于協(xié)調(diào)型2自由度滑?？刂扑惴ǖ目刂扑惴?，在使EGR量和增壓相互協(xié)調(diào)的同時進(jìn)行反饋控制，由此，進(jìn)行反饋控制，使吸入空氣量Gcyl收斂于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd。
協(xié)調(diào)吸入空氣量控制器200具有目標(biāo)值計算部201(目標(biāo)值計算單元)、目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部202(濾波目標(biāo)值計算單元)、協(xié)調(diào)增益調(diào)度器203、EGR基準(zhǔn)值計算部204、加法要素205、增壓基準(zhǔn)值計算部206、加法要素207、EGR控制器210和增壓控制器220。
首先，在目標(biāo)值計算部201中，計算成為吸入空氣量Gcyl的目標(biāo)值的目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd。具體地說，根據(jù)油門開度AP以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE檢索圖33中所示的映射表，由此計算目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd。在該映射表中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE越高，或者油門開度AP越大，則目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd設(shè)定為越大的值。這是因為當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE越高，或油門開度AP越大時，發(fā)動機(jī)3越處于高負(fù)荷區(qū)，因此需要更大的吸入空氣量。并且，在本實施方式中，油門開度AP和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE相當(dāng)于控制對象的狀態(tài)。
接著，在目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部202中，與所述的目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部72同樣，計算目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f*。目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f*用于設(shè)定吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的跟隨響應(yīng)性，具體而言，根據(jù)偏差絕對值A(chǔ)DGCYL(目標(biāo)值的變化程度)檢索圖34中所示的表來計算出。作為目標(biāo)吸入空氣量的本次值Gcyl_cmd(k)和前次值Gcyl_cmd(k-1)之間的偏差的絕對值而計算出該偏差絕對值A(chǔ)DGCYL(ADGCYL＝|Gcyl_cmd(k)-Gcyl_cmd(k-1)|)。并且，該圖的ADGCYL1、ADGCYL2是使得ADGCYL1＜ADGCYL2的關(guān)系成立的規(guī)定值，POLE_f1*、POLE_f2*是使得POLE_f1*＜POLE_f2*的關(guān)系成立的規(guī)定值。
如該圖所示，在該表中，在ADGCYL1≤ADGCYL≤ADGCYL2的范圍中，偏差絕對值A(chǔ)DGCYL越大，則設(shè)定為越大的值(更加接近0的值)。這是因為目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f*在目標(biāo)值濾波器211進(jìn)行的濾波值Gcyl_cmd_f的計算中，用于設(shè)定吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的跟隨響應(yīng)性，因此當(dāng)偏差絕對值A(chǔ)DGCYL大、吸入空氣量Gcyl的變動狀態(tài)大時，為了應(yīng)對于此，通過提高目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd對于濾波值Gcyl_cmd_f的反映程度，來更加提高吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的跟隨響應(yīng)性。
并且，目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f*在ADGCYL＜ADGCYL1、ADGCYL2＜ADGCYL的范圍中，與偏差絕對值A(chǔ)DGCYL的值無關(guān)地，分別設(shè)定為定值POLE_f1*、POLE_f2*。這是由于在吸入空氣量Gcyl的變動狀態(tài)相當(dāng)小或相當(dāng)大時，通過目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f的設(shè)定來提高吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的跟隨響應(yīng)性存在極限。
而且，在協(xié)調(diào)增益調(diào)度器203中，與上述協(xié)調(diào)增益調(diào)度器73同樣，分別計算在EGR控制輸入Usl_eg的計算中使用的趨近律增益Krch_eg和自適應(yīng)律增益Kadp_eg，以及在增壓控制輸入Usl_vt的計算中使用的趨近律增益Krch_vt和自適應(yīng)律增益Kadp_vt。具體地說，根據(jù)后述的切換函數(shù)σgcyl的值檢索圖35、36中所示的表，來分別計算4個增益Krch_eg、Kadp_eg、Krch_vt和Kadp_vt。兩個圖35、36中的σg1、σg2是使σg1＜σg2的關(guān)系成立的正的規(guī)定值。
首先，參照圖35的表，在該表中，趨近律增益Krch_eg以及自適應(yīng)律增益Kadp_eg分別對于切換函數(shù)σgcyl的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值對稱地設(shè)定，在值0附近的-σg1＜σgcyl＜σg1的范圍中，設(shè)定為表現(xiàn)出預(yù)定的最大值Krch_eg1、Kadp_eg1，并且，在σgcyl＜-σg2和σg2＜σgcyl的范圍中，設(shè)定為表現(xiàn)出預(yù)定的最小值Krch_eg2、Kadp_eg2。并且，在-σg2≤σgcyl≤-σg1和σg1≤σgcyl≤σg2的范圍中，σgcyl的絕對值越小，則設(shè)定為越大的值。
另一方面，參照圖36的表，在該表中，趨近律增益Krch_vt以及自適應(yīng)律增益Kadp_vt分別對于切換函數(shù)σgcyl的正側(cè)和負(fù)側(cè)的值對稱地設(shè)定，在值0附近的-σg1＜σgcyl＜σg1的范圍中，設(shè)定為表現(xiàn)出預(yù)定的最小值Krch_vt1、Kadp_vt1，并且，在σgcyl＜-σg2和σg2＜σgcyl的范圍中，設(shè)定為表現(xiàn)出預(yù)定的最大值Krch_vt2、Kadp_vt2。并且，在-σg2≤σgcyl≤-σg1和σg1≤σgcyl≤σg2的范圍中，σgcyl的絕對值越小，則設(shè)定為越小的值。
以上這樣設(shè)定4個增益Krch_eg、Kadp_eg、Krch_vt、Kadp_vt的值的理由如下。即，EGR控制的控制分辨能力高(與最小EGR控制輸入Usl_eg相對應(yīng)的吸入空氣量Gcyl變化程度小)，而從避免發(fā)動機(jī)3的燃燒狀態(tài)惡化的觀點來看，具有控制幅度受到限制的特點。另一方面，增壓控制的控制分辨能力比EGR控制低，即使對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的大幅變化也能夠應(yīng)對，但另一方面，與EGR控制相比，吸入空氣量Gcyl的控制精度低，因此具有吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的收斂性不好的特點。
因此，當(dāng)切換函數(shù)σgcyl的絕對值接近于0時，處于吸入空氣量Gcyl相對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的乖離程度小的狀態(tài)，因此為了提高吸入空氣量控制的分辨能力和控制精度，提高EGR控制對吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度，同時降低增壓控制的貢獻(xiàn)程度。與此相反，當(dāng)切換函數(shù)σgcyl的絕對值大時，處于跟隨誤差Egcyl的變化大，吸入空氣量Gcyl相對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的乖離程度大的狀態(tài)，因此，為了提高吸入空氣量控制的響應(yīng)性，提高增壓控制對吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度，同時降低EGR控制的貢獻(xiàn)程度。
根據(jù)以上的理由，在本實施方式的協(xié)調(diào)吸入空氣量控制器200的EGR控制及吸入空氣量控制的協(xié)調(diào)控制的情況下，在圖35、36的陰影所示的區(qū)域，EGR控制成為主區(qū)域，這以外的區(qū)域，增壓控制成為主區(qū)域。
接著，對于上述的EGR控制器210進(jìn)行說明。如下所述，該EGR控制器210利用目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴?，計算EGR控制輸入Usl_eg，由目標(biāo)值濾波器211、切換函數(shù)計算部212、等價控制輸入計算部213、趨近律輸入計算部214、自適應(yīng)律輸入計算部215以及加法要素216構(gòu)成。
在該目標(biāo)值濾波器211(濾波目標(biāo)值計算單元)中，與所述的目標(biāo)值濾波器81同樣，使用通過目標(biāo)值計算部201計算出的目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd和通過目標(biāo)值跟隨響應(yīng)設(shè)定部202設(shè)定的目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f*，通過圖37的式(39)中示出的一次延遲濾波算法，計算目標(biāo)吸入空氣量的濾波值Gcyl_cmd_f(濾波目標(biāo)值)。
并且，在切換函數(shù)計算部212中，與所述切換函數(shù)計算部82同樣地，通過圖37的式(40)、(41)，計算切換函數(shù)σgcyl(線性函數(shù))。在該式(40)中，POLE*是切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)，設(shè)定為-1＜POLE*＜0的范圍內(nèi)的值。并且，Egcyl是如式(41)那樣定義的跟隨誤差。
并且，在等價控制輸入計算部213中，根據(jù)吸入空氣量Gcyl、濾波值Gcyl_cmd_f以及切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)POLE*，通過圖37的式(42)，計算等價控制輸入Ueq_eg。在該式(42)中，a1*、a2*、b1*、b2*是后述的模型[圖38的式(53)]的模型參數(shù)。
另一方面，在趨近律輸入計算部214中，使用協(xié)調(diào)增益調(diào)度器203所設(shè)定的趨近律增益Krch_eg，通過圖37的式(43)，計算趨近律輸入Urch_eg。
并且，在自適應(yīng)律輸入計算部215中，通過圖37的式(44)所示的忘卻積分處理，計算切換函數(shù)的忘卻積分值sum_σgcyl(線性函數(shù)的積分值)，而且，使用該忘卻積分值sum_σgcyl和協(xié)調(diào)增益調(diào)度器203所設(shè)定的自適應(yīng)律增益Kadp_eg，通過式(45)，計算自適應(yīng)律輸入Uadp_eg。在該式(44)中，F(xiàn)GT_eg是忘卻系數(shù)，設(shè)定為0＜FGT_eg＜1的范圍內(nèi)的值。
通過以上的忘卻積分處理，如前所述，伴隨運(yùn)算處理的進(jìn)行，切換函數(shù)的忘卻積分值sum_σgcyl收斂于值0，自適應(yīng)律輸入Uadp_eg也收斂于值0。這樣在自適應(yīng)律輸入Uadp_eg的計算中使用忘卻積分處理的理由在于，從降低NOX的排放量和提高燃料效率的觀點出發(fā)，期望EGR量盡可能高精度地控制在與發(fā)動機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域相對應(yīng)的適當(dāng)?shù)闹?，因此，避免發(fā)生EGR量長時間地偏離適當(dāng)?shù)闹档臓顟B(tài)，迅速地控制在適當(dāng)?shù)闹?。此外，在EGR量可以保持定值的情況下，如一般的滑?？刂扑惴菢?，在式(44)中，把忘卻系數(shù)FGT_eg設(shè)定為值1，根據(jù)切換函數(shù)σgcyl的一般的積分值計算自適應(yīng)律輸入Uadp_eg。
而且，在加法要素216中，使用以上這樣計算出的等價控制輸入Ueq_eg、趨近律輸入Urch_eg和自適應(yīng)律輸入Uadp_eg，通過圖37的式(46)，計算出EGR控制輸入Usl_eg。
如以上所示，通過式(39)～(46)的目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴?，計算EGR控制輸入Usl_eg。以上的式(39)～(46)是這樣導(dǎo)出的如圖38的式(53)這樣定義表示吸入空氣量Gcyl和EGR控制輸入Usl_eg的動態(tài)特性的關(guān)系的模型，使用該模型與目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂坡蓙韺?dǎo)出，使吸入空氣量Gcyl收斂于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd。
另一方面，在所述的EGR基準(zhǔn)值計算部204中，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd檢索圖39所示的映射表，由此計算出EGR基準(zhǔn)值Usl_eg_bs。如圖39所示，在該映射表中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE越高，EGR基準(zhǔn)值Usl_eg_bs越設(shè)定為大的值。并且，在目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd在規(guī)定值Gcyl_cmd1以下的范圍內(nèi)，目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd越大，EGR基準(zhǔn)值Usl_eg_bs設(shè)定為越大的值，在大于規(guī)定值Gcyl_cmd1的范圍內(nèi)，目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd越大，EGR基準(zhǔn)值Usl_eg_bs設(shè)定為越小的值。
這樣設(shè)定EGR基準(zhǔn)值Usl_eg_bs的理由在于，在發(fā)動機(jī)3的低負(fù)荷區(qū)中，為了避免燃燒狀態(tài)的不穩(wěn)定，把EGR量控制為小的值，在高負(fù)荷區(qū)中，為了確保發(fā)動機(jī)輸出，把EGR量控制為小的值，此外，在中負(fù)荷區(qū)，從降低NOX的排放量和提高燃料效率的觀點出發(fā)，把EGR量控制為大的值。
并且，在所述加法要素205中，使用以上這樣算出的EGR控制輸入Usl_eg和EGR基準(zhǔn)值Usl_eg_bs，通過圖37的式(47)，計算最終EGR控制輸入Usl_eg_f。
接著，對于上述的增壓控制器220進(jìn)行說明。如以下所述，該增壓控制器220通過目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴ǎ嬎阍鰤嚎刂戚斎險sl_vt，由所述目標(biāo)值濾波器211、所述切換函數(shù)計算部212、等價控制輸入計算部223、趨近律輸入計算部224、自適應(yīng)律輸入計算部225以及加法要素226構(gòu)成。即，在該增壓控制器220中，通過與EGR控制器210共用目標(biāo)值濾波器211和切換函數(shù)計算部212，共用目標(biāo)吸入空氣量的濾波值Gcyl_cmd_f以及切換函數(shù)σgcyl而計算增壓控制輸入Usl_vt。
并且，在等價控制輸入計算部223中，使用吸入空氣量Gcyl、濾波值Gcyl_cmd_f以及切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)POLE*，通過圖38的式(48)，計算等價控輸入 Ueq_vt。在該式(48)中，a1#、a2#、b1#、b2#是后述的模型[圖38的式(54)]的模型參數(shù)。
另一方面，在趨近律輸入計算部224中，使用協(xié)調(diào)增益調(diào)度器203所設(shè)定的趨近律增益Krch_vt，通過圖38的式(49)，計算趨近律輸入Urch_vt。
并且，在自適應(yīng)律輸入計算部225中，使用協(xié)調(diào)增益調(diào)度器203所設(shè)定的自適應(yīng)律增益Kadp_vt，通過圖38的式(50)，計算自適應(yīng)律輸入Uadp_vt。
并且，在加法要素226中，使用以上這樣算出的等價控制輸入Ueq_vt、趨近律輸入Krch_vt和自適應(yīng)律輸入Uadp_vt，通過圖38的式(51)，計算增壓控制輸入Usl_vt。
在增壓控制器220中，如以上這樣，通過式(39)～(41)、(48)～(51)中所示的目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法，計算增壓控制輸入Usl_vt。并且，以上的式(39)～(41)、(48)～(51)是這樣導(dǎo)出的如圖38的式(54)這樣定義表示吸入空氣量Gcyl和增壓控制輸入Usl_vt的動態(tài)特性的關(guān)系的模型，使用該模型與目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂坡蓙韺?dǎo)出，使吸入空氣量Gcyl收斂于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd。
另一方面，在所述的增壓基準(zhǔn)值計算部206中，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd檢索圖40所示的映射表，計算增壓基準(zhǔn)值Usl_vt_bs。如圖40所示，在該映射表中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE越高，增壓基準(zhǔn)值Usl_vt_bs設(shè)定為越大的值。并且，在目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd在規(guī)定值Gcyl_cmd1以下的范圍內(nèi)，目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd越大，增壓基準(zhǔn)值Usl_vt_bs設(shè)定為越大的值，在大于規(guī)定值Gcyl_cmd1的范圍內(nèi)，目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd越大，增壓基準(zhǔn)值Usl_vt_bs設(shè)定為越小的值。
這樣設(shè)定增壓基準(zhǔn)值Usl_vt_bs的理由在于，在發(fā)動機(jī)3的低負(fù)荷區(qū)中，為了避免由于增壓的不必要的上升而產(chǎn)生扭矩變動，把增壓控制為小的值，在高負(fù)荷區(qū)，為了避免由于增壓的過度上升引起發(fā)動機(jī)輸出過大，把增壓控制為小的值，此外，在中負(fù)荷區(qū)，從確保發(fā)動機(jī)輸出的觀點出發(fā)，把增壓控制為大的值。
并且，在所述的加法要素207中，使用以上這樣算出的增壓控制輸入Usl_vt和增壓基準(zhǔn)值Usl_vt_bs，通過圖38的式(52)，計算最終增壓控制輸入Usl_vt_f。
以上這樣，根據(jù)本實施方式的控制裝置1B，通過目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴?，計算EGR控制輸入Usl_eg和增壓控制輸入Usl_vt，所以可以個別地設(shè)定吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的跟隨響應(yīng)性和收斂特性及收斂速度。由此，能夠確保吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的良好的跟隨響應(yīng)性，同時能夠在不發(fā)生過沖和振蕩特性的情況下，使吸入空氣量Gcyl收斂于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd，能夠使吸入空氣量Gcyl向目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的收斂特性變得穩(wěn)定。
除此之外，EGR控制輸入Usl_eg和增壓控制輸入Usl_vt在目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴ㄖ?，共用一個濾波值Gcyl_cmd_f而計算，由此能夠避免吸入空氣量控制的EGR控制處理和增壓控制處理相互干涉。而且，EGR控制輸入Usl_eg和增壓控制輸入Usl_vt共用一個切換函數(shù)σgcyl的值而計算，由此能夠更加有效地避免EGR控制處理和增壓控制處理相互干涉。
并且，在目標(biāo)值濾波器211中，在ADGCYL1≤ADGCYL≤ADGCYL2的范圍內(nèi)，偏差絕對值A(chǔ)DGCYL越大，目標(biāo)值濾波設(shè)定參數(shù)POLE_f*越設(shè)定為大的值(更接近于值0的值)，提高目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd對于濾波值Gcyl_cmd_f的反映程度，因此當(dāng)偏差絕對值A(chǔ)DGCYL大、吸入空氣量Gcyl的變動狀態(tài)大時，能夠與此對應(yīng)地更加提高吸入空氣量Gcyl對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的跟隨響應(yīng)性。
并且，在EGR控制輸入Usl_eg的計算中，通過切換函數(shù)σgcyl的忘卻積分處理來計算出自適應(yīng)律輸入Uadp_eg，因此，在EGR控制中，量不會保持為不適當(dāng)?shù)臄?shù)值，其結(jié)果，能夠確保良好的燃燒狀態(tài)。
并且，通過協(xié)調(diào)增益調(diào)度器203進(jìn)行的4個增益Krch_eg、Kadp_eg、Krch_vt、Kadp_vt的設(shè)定，在處于吸入空氣量Gcyl相對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的乖離程度小的狀態(tài)時，可以提高EGR控制對吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度，并且降低增壓控制的貢獻(xiàn)程度，由此，能夠提高吸入空氣量控制的分辨能力和控制精度。與此相反，當(dāng)處于吸入空氣量Gcyl相對于目標(biāo)吸入空氣量Gcyl_cmd的乖離程度大的狀態(tài)時，為了提高吸入空氣量控制的響應(yīng)性，可以提高增壓控制對吸入空氣量控制的貢獻(xiàn)程度，并且降低EGR控制的貢獻(xiàn)程度，由此，能夠提高吸入空氣量控制的響應(yīng)性。這樣，能夠提高吸入空氣量控制的穩(wěn)定性和控制精度這兩者。
并且，在所述的各實施方式中，使用了滑模控制算法作為響應(yīng)指定型控制算法，但響應(yīng)指定型控制算法不限于此，也可以是反推(backstepping)控制算法等的、可以指定控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性和收斂速度的響應(yīng)指定型控制算法。
并且，在各實施方式中，使用了滑?？刂扑惴ㄗ鳛榉答伩刂扑惴?，但反饋控制算法不限于此，也可以是PID控制算法和PI控制算法等的反饋控制算法。
并且，在各實施方式中，是將本發(fā)明的控制裝置應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速控制或吸入空氣量控制的例子，但本發(fā)明的控制裝置不限于此，可應(yīng)用于通過多個控制輸入對控制對象的輸出進(jìn)行控制的裝置。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的控制裝置應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速控制或吸入空氣量控制等的、通過多個控制輸入實現(xiàn)的控制對象的輸出的反饋控制，可以在不產(chǎn)生過沖和振蕩特性的情況下，使控制對象的輸出收斂于目標(biāo)值，能夠使控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂特性穩(wěn)定，并且能夠避免基于多個控制輸入的多個反饋控制處理相互干涉。因此，能夠提高控制的穩(wěn)定性和控制精度這兩者，作為在各種產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中使用的這種控制裝置很有用。
權(quán)利要求
1.一種通過多個控制輸入來對控制對象的輸出進(jìn)行控制的控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有目標(biāo)值計算單元，其根據(jù)該控制對象的狀態(tài)計算作為所述控制對象的輸出的目標(biāo)的目標(biāo)值；濾波目標(biāo)值計算單元，其通過對該計算出的目標(biāo)值實施預(yù)定的濾波處理，來計算用于設(shè)定所述控制對象的輸出對于所述目標(biāo)值的跟隨響應(yīng)性的一個濾波目標(biāo)值；以及控制輸入計算單元，其基于預(yù)定的多個反饋控制算法分別計算所述多個控制輸入，使得所述控制對象的輸出收斂于所述計算出的一個濾波目標(biāo)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述濾波目標(biāo)值計算單元計算所述一個濾波目標(biāo)值，使得所述目標(biāo)值的變化程度越大，所述控制對象的輸出對于所述目標(biāo)值的跟隨響應(yīng)性越高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述預(yù)定的多個反饋控制算法分別由預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法構(gòu)成，所述控制輸入計算單元在該預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法中，共用規(guī)定所述控制對象的輸出對于所述一個濾波目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)，來計算所述多個控制輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述控制對象的輸出是內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述多個控制輸入由用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量的控制輸入、和用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的點火正時的控制輸入構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述控制對象的輸出是內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量，所述多個控制輸入由用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的增壓的控制輸入、和用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的EGR量的控制輸入構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述一個線性函數(shù)的值來設(shè)定在所述多個控制輸入各自的計算中使用的增益。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述一個線性函數(shù)的積分值，在對所述一個線性函數(shù)的積分值實施忘卻處理的同時，計算所述多個控制輸入中的至少一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，該控制裝置還具有干擾估計值計算單元，該干擾估計值計算單元通過預(yù)定的估計算法，分別計算用于對所述控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，其中所述預(yù)定的估計算法基于定義了該各干擾估計值、所述多個控制輸入的各自以及所述控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型，在該預(yù)定的估計算法中，對應(yīng)于所述一個線性函數(shù)的值來設(shè)定所述各干擾估計值的估計增益，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述各干擾估計值而計算所述各控制輸入。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，該控制裝置還具有干擾估計值計算單元，該干擾估計值計算單元通過預(yù)定的估計算法，分別計算用于對所述控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，其中所述預(yù)定的估計算法基于定義了該各干擾估計值、所述多個控制輸入的各自以及所述控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型，在該預(yù)定的估計算法中，對所述多個干擾估計值中的至少一個實施預(yù)定的忘卻處理，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述各干擾估計值而計算所述各控制輸入。
10.一種通過多個控制輸入來對控制對象的輸出進(jìn)行控制的控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有目標(biāo)值計算單元，其根據(jù)該控制對象的狀態(tài)計算作為所述控制對象的輸出的目標(biāo)的目標(biāo)值；以及控制輸入計算單元，其基于預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法，分別計算所述多個控制輸入，使得所述控制對象的輸出收斂于所述計算出的目標(biāo)值，其中在該預(yù)定的多個響應(yīng)指定型控制算法中，共用規(guī)定所述控制對象的輸出對于所述目標(biāo)值的收斂特性以及收斂速度的一個線性函數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制裝置，其特征在于，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述一個線性函數(shù)的值來設(shè)定在所述多個控制輸入各自的計算中使用的增益。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制裝置，其特征在于，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述一個線性函數(shù)的積分值，在對所述一個線性函數(shù)的積分值實施忘卻處理的同時，計算所述多個控制輸入中的至少一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制裝置，其特征在于，該控制裝置還具有干擾估計值計算單元，該干擾估計值計算單元通過預(yù)定的估計算法，分別計算用于對所述控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，其中所述預(yù)定的估計算法基于定義了該各干擾估計值、所述多個控制輸入的各自以及所述控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型，在該預(yù)定的估計算法中，對應(yīng)于所述一個線性函數(shù)的值來設(shè)定所述各干擾估計值的估計增益，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述各干擾估計值而計算所述各控制輸入。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制裝置，其特征在于，該控制裝置還具有干擾估計值計算單元，該干擾估計值計算單元通過預(yù)定的估計算法，分別計算用于對所述控制對象所受到的干擾及模型化誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩鄠€干擾估計值，其中所述預(yù)定的估計算法基于定義了該各干擾估計值、所述多個控制輸入的各自以及所述控制對象的輸出之間的關(guān)系的模型，在該預(yù)定的估計算法中，對所述多個干擾估計值中的至少一個實施預(yù)定的忘卻處理，所述控制輸入計算單元對應(yīng)于所述各干擾估計值而計算所述各控制輸入。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制裝置，其特征在于，所述控制對象的輸出是內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述多個控制輸入由用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量的控制輸入、和用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的點火正時的控制輸入構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制裝置，其特征在于，所述控制對象的輸出是內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量，所述多個控制輸入由用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的增壓的控制輸入、和用于控制所述內(nèi)燃機(jī)的EGR量的控制輸入構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制裝置，其在通過多個控制輸入對控制對象的輸出進(jìn)行反饋控制的情況下，能夠提高控制的穩(wěn)定性和控制精度兩者?？刂蒲b置(1)的ECU(2)通過點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar，對怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE進(jìn)行控制，根據(jù)發(fā)動機(jī)水溫TW等，計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd(步驟3)，相互共用1個切換函數(shù)σne，通過預(yù)定的多個目標(biāo)值濾波型2自由度滑模控制算法[式(1)～(12)]分別計算點火控制輸入Usl_ig和進(jìn)氣控制輸入Usl_ar，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NE_cmd(步驟4～7、9)。
文檔編號G05B11/36GK1938655SQ20058001025
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月7日
發(fā)明者安井裕司, 田上裕, 齊藤光宣, 東谷幸祐, 佐藤正浩 申請人:本田技研工業(yè)株式會社