專利名稱：車輛控制裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在所述模型表達(dá)式中，每個微分項可以近似為零，在所述 每個微分項分中，將以比預(yù)定頻率高的頻率振蕩的預(yù)定參數(shù)的其中 一個相對于時間求微分。
當(dāng)轉(zhuǎn)變以上公式(2b)使得左手側(cè)僅具有節(jié)氣門通過空氣 量mt時，獲得以下表達(dá)式(7)。通過表達(dá)式(7)，可以基于期望
的缸內(nèi)空氣量1Tlcref和期望的進(jìn)氣壓力Pn^f獲得期望的節(jié)氣門通過空
氣量mtref。
Vm dPmref . Tm ,，、
mtref二 ~^--~+mcref t , ' (/)
/cRTadt Ta接著，借助以上表達(dá)式(1) - (4)和以上表達(dá)式(10a)
和(10b)，通過如下所述的過程獲得由以下表達(dá)式(lld)表示的
用于充氣效率kle的微分等式。 dklc d<formula>formula see original document page 19</formula>
Kt . . (lib)—將dne/dt作為O而進(jìn)行近似
'<formula>formula see original document page 19</formula>
在這種情況下，首先，將上述表達(dá)式(4)的兩側(cè)相對于時間求 微分以獲得表達(dá)式(11a)。在該操作中，dne/dt被當(dāng)作0以求表達(dá) 式(11a)的近似值(特別地，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne被當(dāng)作常數(shù))。以這種 方式，從表達(dá)式(11a)的微分對象中排除發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne,并且可以 如表達(dá)式(lib)那樣表示表達(dá)式(11a)。
通過使用這種狀態(tài)相關(guān)型線性模型，如果確定了目前的進(jìn) 氣壓力Pm，那么能夠從以上表達(dá)式(12a)和(12b)中時間常數(shù)a
的值簡單地確定當(dāng)節(jié)氣門開度e隨后增加一特定角度時空氣的響應(yīng)。
換言之，基于上述簡單的關(guān)系表達(dá)式確定與目前的進(jìn)氣壓力Pm相關(guān)
的空氣響應(yīng)的延遲。因此，可以容易地確定關(guān)于節(jié)氣門開度e的調(diào)
節(jié)的空氣響應(yīng)特征。而且，通過

圖13所示的方法，在使用扭矩按需控制的系 統(tǒng)中，可以最小化節(jié)氣門馬達(dá)24的發(fā)熱的影響并且獲得節(jié)氣門馬達(dá) 24的足夠的耐用性，而不會損害系統(tǒng)中的扭矩響應(yīng)，所述扭矩按需 控制需要按照駕駛員的要求頻繁地調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度e以便獲得扭矩。
圖18是一圖表，用于描述一種方法，該方法能^皮用來避 免上述問題并且為了與后面將描述的圖20所示的第三實施例的方法 進(jìn)行比較而被描述。在為了比較而參照圖18描述的構(gòu)造中，設(shè)置一 濾波器，響應(yīng)于需要慢響應(yīng)的第二期望扭矩值Tis的輸入，所述濾波 器給出與內(nèi)燃機(jī)10的響應(yīng)的延遲相應(yīng)的延遲。在該方法中，當(dāng)兩個 期望扭矩值Tif和Tis共同存在時，通過求出已經(jīng)通過濾波器的第一 期望扭矩值Tif和第二期望扭矩值Tis的和，計算出將要被輸入到前 饋(FF)控制器(反模型)中的最終期望扭矩值trqref。通過使用這 種方法，即使當(dāng)同時存在兩個期望扭矩值Tif和Tis時，也可以應(yīng)用 單個扭矩控制器處理兩個期望扭矩值Tif和Tis。然而，當(dāng)使用這種 方法時，如上所述使第二期望扭矩值Tis通過濾波器的過程是必須的， 并且存在計算變得耗時這一問題。t)096圖19是一圖表，用于描述當(dāng)使用上述本發(fā)明的第二實施 例的扭矩控制器時所獲得的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)使用第二實施例的上述扭矩控 制器時，可以使用狀態(tài)相關(guān)型系數(shù)a以轉(zhuǎn)換函數(shù)((l + as)/K)的 形式表達(dá)FF控制器。因為FF控制器由轉(zhuǎn)換函數(shù)((l + as)/K)表 示，所以變得可以將期望扭矩值通過分離的通道輸入到FF控制器中， 在其中一個通道中微分算子項as被應(yīng)用于輸入，在另一個通道中微 分算子項as沒有被應(yīng)用于輸入。在該實施例中，利用了這個優(yōu)勢，并且僅有需要快響應(yīng)的第一期望扭矩值Tif通過以下通道，在該通道 中微分算子項as如下面參照圖20所述被應(yīng)用于輸入。換言之，在第 一期望扭矩值Tif和第二期望扭矩值Tis中，僅僅第一期望扭矩值Tif 是微分對象。
圖20是圖表，用于描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的扭矩控 制器。更特別地，如圖20所示，在該實施例中，僅有需要快響應(yīng)的 第一期望扭矩值Tif通過以下通道，在該通道中微分算子項as被應(yīng) 用于輸入，并且第一期望扭矩值Tif(第一期望扭矩值Tif沒有通過將 微分算子項as應(yīng)用到輸入上的通道)和第二期望扭矩值TL的和被 加到被微分的第一期望扭矩值Tif中以獲得最后的期望扭矩值trqref。 因為系數(shù)a是與期望扭矩值Tif和Tis以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne相關(guān)的函數(shù)， 所以在輸入期望扭矩值Tif和Tis之前不能計算系數(shù)a。在該實施例中， 在計算系數(shù)a時，代替只使用第一期望扭矩值Tif (第一期望扭矩值 Tif通過將微分算子項as應(yīng)用到輸入上的通道)，使用期望扭矩值 Tif和TL的和。[0098根據(jù)上述在圖20中所顯示的扭矩控制器，可以以轉(zhuǎn)換函 數(shù)((1 + as) /K)的形式表達(dá)FF控制器，并且因此即使在同時輸 入需要不同響應(yīng)的兩個期望扭矩值Tif和Tis時，也可以在微分對象 中僅僅包括需要快響應(yīng)的第一期望扭矩值Tif。從而，具有簡單構(gòu)造 的單個扭矩控制器對于需要快響應(yīng)的要求能夠執(zhí)行與圖17A所示的 扭矩控制器相同的功能，并且同時對于需要慢響應(yīng)的要求能夠執(zhí)行 與圖17B所示的扭矩控制器相同的功能。因此，在有利地減小ECU50 的計算負(fù)載的同時，可以處理以下情況，即同時輸入需要不同響應(yīng) 的兩個期望扭矩值Tif和Tis。[00991圖21A和21B是時間流程圖，用于描述在圖20所示的扭 矩控制器被實際用來控制內(nèi)燃機(jī)10時所獲得的有利效果。應(yīng)當(dāng)注意 在圖21A和21B中表示為"沒有響應(yīng)補(bǔ)償?shù)目刂?A)，，的波形顯 示了當(dāng)使用圖17B所示的上述扭矩控制器時所執(zhí)行的控制。在圖21A 和21B中表示為"使用發(fā)動機(jī)的反模型的控制(B)"的波形顯示了當(dāng)使用圖17A所示的上述扭矩控制器時所執(zhí)行的控制。在圖21A和 21B中表示為"適于兩種情況的控制(C)"的波形顯示了當(dāng)使用圖 20所示的上述扭矩控制器時所執(zhí)行的控制。從圖21A和21B可以看出當(dāng)使用沒有響應(yīng)補(bǔ)償?shù)目刂?(A)時，雖然系統(tǒng)遵循需要慢響應(yīng)的要求，但是系統(tǒng)不能遵循需要 快響應(yīng)的要求。從相同的圖中還可以看到當(dāng)應(yīng)用"使用發(fā)動機(jī)的反 模型的控制(B)，，時，扭矩響應(yīng)太快，原因是系統(tǒng)直接滿足需要快 響應(yīng)的要求。然而，從同樣的圖中可以看出當(dāng)應(yīng)用使用圖20所示的 扭矩控制器的"適于兩種情況的控制(C)"時，有利地滿足分別需 要快響應(yīng)和慢響應(yīng)的兩種要求。
[OlOll圖22A和22B是時間流程圖，用于描述當(dāng)圖20所示的扭 矩控制器被實際用來控制內(nèi)燃機(jī)IO時所獲得的有益效果。上述第一 至第三實施例的進(jìn)氣系統(tǒng)模型以 一次滯后元件的形式被表示。然而， 能夠不僅在 一 次滯后系統(tǒng)的情況下而且在諸如二次滯后系統(tǒng)等另一 種系統(tǒng)的情況下以相同的方式考慮而實現(xiàn)圖20所示的該實施例的扭 矩控制器。圖22A和22B是圖表，用于描述當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于控制內(nèi) 燃機(jī)時所獲得的有益效果，在該內(nèi)燃機(jī)中，進(jìn)氣系統(tǒng)模型以二次滯 后的形式被表示。
[t)1021從圖22A和22B可以看出即使在以二次滯后的形式表示 進(jìn)氣系統(tǒng)模型時，也通過使用圖20所示的該實施例的扭矩控制器而 有利地滿足分別需要快響應(yīng)和慢響應(yīng)的兩種要求。
[0103雖然已經(jīng)參照示例性例子描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解本 發(fā)明并不限制于所述實施例或構(gòu)造。相反，本發(fā)明旨在覆蓋各種變 型和等效布置。另外，雖然以各種示例性組合和構(gòu)造顯示了所披露 的發(fā)明的各種元件，但是包括更多、更少或僅僅單個元件的其它組 合和構(gòu)造也在附屬權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種車輛控制裝置，其使用模型表達(dá)式計算安裝在車輛中的致動器的控制變量的期望值，所述模型表達(dá)式包括微分項，在所述微分項的每一個中，將被輸入的預(yù)定參數(shù)的其中一個相對于時間求微分，所述裝置的特征在于所述預(yù)定參數(shù)被分成第一參數(shù)組和第二參數(shù)組，所述預(yù)定參數(shù)中以高于第一頻率的頻率振蕩的部分屬于所述第一參數(shù)組，所述預(yù)定參數(shù)中以低于第二頻率的頻率振蕩的其余部分屬于所述第二參數(shù)組，所述第二頻率低于所述第一頻率；以及只有屬于所述第二參數(shù)組的所述預(yù)定參數(shù)中的其余部分被包括在所述模型表達(dá)式的微分對象中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛控制裝置，其中在所述模型表 達(dá)式中，所述第一參數(shù)組的所述預(yù)定參數(shù)的每個微分項被近似為零。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛控制裝置，其中在所述模 型表達(dá)式中，每個微分項被變換為第一微分項與第二微分項的乘積， 在所述每個微分項中，將屬于所述第一參數(shù)組的所述預(yù)定參數(shù)中以 高于第一頻率的頻率振蕩的部分的其中一個相對于時間求微分，在 所述第一微分項中，將屬于所述第一參數(shù)組的所述預(yù)定參數(shù)中以高 于第一頻率的頻率振蕩的部分的其中一個相對于屬于第二參數(shù)組的 所述預(yù)定參數(shù)的其余部分的其中一個求微分，在所述第二微分項中， 將屬于所述第二參數(shù)組的所述預(yù)定參數(shù)的其余部分的其中一個相對 于時間求微分。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的車輛控制裝置，其中屬 于所述第一參數(shù)組的所述預(yù)定參數(shù)的其中一個是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。
5、 一種車輛控制裝置，其使用模型表達(dá)式以計算出安裝在車輛 中的致動器的控制變量的期望值，所述模型表達(dá)式的輸入包括預(yù)定 參數(shù)以及車輛中的控制目標(biāo)的期望控制目標(biāo)值，為了將所述控制目 標(biāo)控制成所述期望控制目標(biāo)值需要所述控制變量的期望值，所述裝置的特征在于在所述模型表達(dá)式中，所述期望控制目標(biāo)值包括在微分對象中， 并且從所述微分對象中排除掉所述預(yù)定參數(shù)中以比預(yù)定頻率高的頻 率振蕩的每個參數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛控制裝置，其中 在所述模型表達(dá)式中，每個微分項被近似為零，在所述每個微分項中，將以比預(yù)定頻率更高的頻率振蕩的所述預(yù)定參數(shù)的其中一個 相對于時間求微分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的車輛控制裝置，其中 所述模型表達(dá)式作為一個表達(dá)式的反函數(shù)而獲得，借助該表達(dá)式通過將安裝在所述車輛中的致動器的期望控制變量值輸入到一次滯 后元件中而計算出所述期望控制目標(biāo)值，所述一次滯后元件具有包 含所述預(yù)定參數(shù)的至少一部分的時間常數(shù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛控制裝置，其中在所述模型表達(dá)式中，與所述時間常數(shù)相乘并且因此被包含在所 述微分對象中的項被限制為所述期望控制目標(biāo)值。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的車輛控制裝置，其中 所述期望控制目標(biāo)值是內(nèi)燃機(jī)的期望扭矩值或者期望缸內(nèi)空氣量值。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛控制裝置，其中 所述期望控制目標(biāo)值包含第一期望扭矩值和第二期望扭矩值，所述第一期望扭矩值需要在第一響應(yīng)時間內(nèi)的致動器的響應(yīng)，所述第 二期望扭矩值需要在比所述第一響應(yīng)時間更長的第二響應(yīng)時間內(nèi)的 致動器的響應(yīng)，以及通過只求所述期望控制目標(biāo)值的第一期望扭矩值的微分，然后將 第一期望扭矩值的如此獲得的微分與第二期望扭矩值求和，所述車 輛控制裝置產(chǎn)生最終的期望控制目標(biāo)值。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一項所述的車輛控制裝置，其中 所述預(yù)定參數(shù)中的以比所述預(yù)定頻率更高的頻率振蕩的其中一個預(yù)定參數(shù)是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的車輛控制裝置，其中 安裝在所述車輛中的致動器是節(jié)氣門，所述節(jié)氣門被設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣道中并且由馬達(dá)驅(qū)動。
13、 一種控制安裝在車輛中的致動器的控制變量的期望值的方 法，包括接收預(yù)定參數(shù)；將所述預(yù)定參數(shù)分成第 一參數(shù)組和第二參數(shù)組，以高于第 一頻率 的頻率振蕩的參數(shù)屬于所述第一參數(shù)組，以低于第二頻率的頻率振 蕩的參數(shù)屬于所述第二參數(shù)組，所述第二頻率低于所述第一頻率； 以及將屬于所述第二參數(shù)組的參數(shù)相對于時間求微分。
14、 一種控制安裝在車輛中的致動器的控制變量的期望值的方 法，包括接收預(yù)定參數(shù)以及車輛中的控制目標(biāo)的期望控制目標(biāo)值； 將所述期望控制目標(biāo)值包括在微分對象中；以及 從所述微分對象中排除掉所述預(yù)定參數(shù)中以高于預(yù)定頻率的頻 率振蕩的每個參數(shù)。
全文摘要
一種車輛控制裝置，通過應(yīng)用模型表達(dá)式(圖9C)，計算出期望的節(jié)氣門開度(θ_ref)，需要所述期望的節(jié)氣門開度來按照期望值控制缸內(nèi)空氣量，其中所述表達(dá)式的輸入包括作為系統(tǒng)的控制目標(biāo)的缸內(nèi)空氣量的期望值以及諸如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(ne)的預(yù)定參數(shù)。在所述模型表達(dá)式中，從微分對象中排除掉以相對較高頻率振蕩的諸如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(ne)等參數(shù)，并且在微分對象中僅包括所述期望的缸內(nèi)空氣量值。
文檔編號F02D45/00GK101675234SQ200880013598
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者坂柳佳宏 申請人:豐田自動車株式會社