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JPS6330491B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6330491B2
JPS6330491B2 JP57155166A JP15516682A JPS6330491B2 JP S6330491 B2 JPS6330491 B2 JP S6330491B2 JP 57155166 A JP57155166 A JP 57155166A JP 15516682 A JP15516682 A JP 15516682A JP S6330491 B2 JPS6330491 B2 JP S6330491B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
amount
internal combustion
rotation speed
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP57155166A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5946353A (en
Inventor
Takashi Ueno
Tooru Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP57155166A priority Critical patent/JPS5946353A/en
Publication of JPS5946353A publication Critical patent/JPS5946353A/en
Publication of JPS6330491B2 publication Critical patent/JPS6330491B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001Electric control of rotation speed
    • F02D31/002Electric control of rotation speed controlling air supply
    • F02D31/003Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
    • F02D31/005Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control by controlling a throttle by-pass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) この発明は、内燃機関の内部状態を考慮して機
関をダイナミツク(動的)なシステムとして捕
え、内部状態を規定する状態変数によつて機関の
動的な振舞いを推定しながら、機関の入力変数を
決定する状態変数制御の手法を用いて、アイドル
回転速度を制御する方法に関し、特に、事前に予
測できる外乱に対するアイドル回転速度の低下や
上昇を防止する制御方法に関する。
Detailed Description of the Invention (Technical Field) The present invention considers the internal state of an internal combustion engine, treats the engine as a dynamic system, and uses state variables that define the internal state to improve the dynamics of the engine. This paper relates to a method of controlling idle rotation speed using a state variable control method that determines input variables of an engine while estimating its behavior, and in particular, preventing a decrease or increase in idle rotation speed in response to disturbances that can be predicted in advance. Regarding control method.

(従来技術) 従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御
方法としては、例えば第1図に示すようなものが
ある。アイドル回転速度制御用のAACバルブ1
は、VCMバルブ2の制御ソレノイド3の駆動パ
ルス幅PAをデユーテイ制御することによつてリ
フト量が変わり、スロツトバルブ4のバイパス5
を通過するバイパス空気量が変化して、アイドル
回転速度が制御される。
(Prior Art) As a conventional idle rotation speed control method for an internal combustion engine, there is a method as shown in FIG. 1, for example. AAC valve 1 for idle speed control
The lift amount changes by duty-controlling the drive pulse width P A of the control solenoid 3 of the VCM valve 2, and the bypass 5 of the slot valve 4 changes.
By changing the amount of bypass air passing through the engine, the idle rotation speed is controlled.

コントロールユニツト6は、スロツトルバルブ
スイツチ7によるアイドル(IDLE)信号、ニユ
ートラルスイツチ8によるニユートラル
(NEUT)信号、車速センサ9による車速
(VSP)信号などによつて機関がアイドル状態に
あることを検知すると、水温センサ10による冷
却水温度(TW)に応じた1次元テーブルルツク
アツプによつて、アイドル回転速度の基本目標値
を算出する。そして、エアコンスイツチ11によ
るエアコン(A/C)信号、ニユートラル
(NEUT)信号、バツテリ電圧(VB)信号など
に応じた補正を行なつて最終的に算出されたアイ
ドル回転速度の目標値Nrに対し、機関の実際の
アイドル回転速度Nとその目標値Nrとの偏差SA
が小さくなるように制御ソレノイド3のパルス幅
PAを比例、積分(PI)のデユーテイ制御をして、
目標回転速度Nrにフイードバツク制御する。
The control unit 6 detects that the engine is in the idle state based on the idle (IDLE) signal from the throttle valve switch 7, the neutral (NEUT) signal from the neutral switch 8, the vehicle speed (VSP) signal from the vehicle speed sensor 9, etc. Then, a basic target value of the idle rotation speed is calculated by a one-dimensional table lookup according to the cooling water temperature (T W ) detected by the water temperature sensor 10. Then, correction is made according to the air conditioner (A/C) signal, neutral (NEUT) signal, battery voltage (VB) signal, etc. from the air conditioner switch 11, and the target value N r of the idle rotation speed is finally calculated. On the other hand, the deviation SA between the engine's actual idle speed N and its target value N r
The pulse width of control solenoid 3 is set so that
Perform proportional and integral (PI) duty control on P A ,
Perform feedback control to target rotational speed Nr .

以上の制御方法を流れ図で示したのが、第2図
である。
FIG. 2 shows a flowchart of the above control method.

しかしながら、このような従来の内燃機関のア
イドル回転速度制御方法にあつては、アイドル状
態から外乱(例えばエアコン・コンプレツサ負
荷、パワーステアリングポンプ負荷、クラツチミ
ートによる負荷)が入つた場合に目標回転速度を
上昇させるように制御する際や、それらの外乱
(負荷)が入らなくなつた場合に目標回転速度を
下げるように制御する際、目標回転速度に追従す
るまでの制御過渡応答性の悪さから、フイードバ
ツク制御だけでは目標回転速度に対して回転の落
込みや上昇が生じるという問題点があつた。
However, in such conventional methods for controlling the idle rotation speed of an internal combustion engine, the target rotation speed cannot be adjusted when a disturbance occurs from the idle state (for example, an air conditioner compressor load, a power steering pump load, a load due to clutch engagement). When controlling to increase the target rotation speed, or when controlling to decrease the target rotation speed when these disturbances (loads) are no longer present, feedback is poor due to poor control transient response until it follows the target rotation speed. Control alone has the problem that the rotational speed drops or increases relative to the target rotational speed.

(発明の目的) この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、外乱が入つた場合や入らなく
なつた場合のアイドル回転速度の過渡応答を改善
し、アイドル回転速度の落込みや上昇を防止する
ことを目的とする。
(Purpose of the Invention) This invention was made by focusing on such conventional problems, and improves the transient response of the idle rotation speed when a disturbance occurs or ceases to occur, and improves the idle rotation speed. The purpose is to prevent the decline or rise of

(発明の構成及び作用) そこでこの発明は、内燃機関、アクチユエータ
およびセンサの動特性をモデル化したものをマイ
クロコンピユータ等からなるコントローラに記憶
しておき、空気量(もしくは相当量)、点火時期、
燃料供給量(もしくは相当量)および排気還流
(EGR)量(もしくは相当量)のうちいずれか1
つまたは任意の2つ以上の組合せを制御入力と
し、かつアイドル回転速度を制御出力とし、制御
入力と制御出力から、ダイナミツクモデルである
内燃機関等の内部状態を代表する状態変数量を推
定し、その推定値とアイドル回転速度の目標値と
実際値の偏差の積分値とを用いて、制御入力値を
決定し、内燃機関のアイドル回転速度を目標値に
フイードバツク制御すると共に、特に、入ること
や入らなくなることが事前に予測できる負荷外乱
に対しては、フイードフオワード制御を加えるこ
とを特徴とするものである。
(Structure and operation of the invention) Therefore, the present invention stores models of the dynamic characteristics of the internal combustion engine, actuator, and sensors in a controller including a microcomputer,
Either one of fuel supply amount (or equivalent amount) and exhaust gas recirculation (EGR) amount (or equivalent amount)
or any combination of two or more as the control input, and the idle rotation speed as the control output, and from the control input and control output, estimate the state variable amount representing the internal state of an internal combustion engine, etc., which is a dynamic model. , the estimated value and the integrated value of the deviation between the target value and the actual value of the idle rotation speed are used to determine the control input value, and the idle rotation speed of the internal combustion engine is feedback-controlled to the target value. This system is characterized in that feedforward control is applied to load disturbances that can be predicted in advance to occur.

以下、この発明を図面に基づいて説明する。 The present invention will be explained below based on the drawings.

第3図は、この発明による内燃機関のアイドル
回転速度制御方法の一実施例を実現する装置の構
成図である。
FIG. 3 is a block diagram of an apparatus for implementing an embodiment of the method for controlling the idle rotation speed of an internal combustion engine according to the present invention.

同図において、12は制御対象である内燃機関
で、アイドル回転速度制御の他、空燃比フイード
バツク制御を含む燃料噴射制御その他を行なつて
いる。制御対象12の制御出力をアイドル回転速
度とした場合、制御入力としては、空気量(また
は相当量)、点火時期、燃料供給量(または相当
量)および排気還流量(または相当量)のうちの
いずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せをと
り得る。本実施例では、2制御入力として、アイ
ドル時のバイパス空気量を調整するためのVCM
バルブ2の制御ソレノイド(第1図)を駆動する
パルス幅PA(すなわちバイパス空気量に相当する
量)と点火時期ITとをとる。制御出力はアイド
ル回転速度Nで、1出力である。
In the figure, reference numeral 12 denotes an internal combustion engine to be controlled, which performs not only idle speed control but also fuel injection control including air-fuel ratio feedback control. When the control output of the controlled object 12 is the idle rotation speed, the control input is the amount of air (or equivalent amount), ignition timing, fuel supply amount (or equivalent amount), and exhaust gas recirculation amount (or equivalent amount). Any one or a combination of two or more may be used. In this embodiment, the VCM for adjusting the amount of bypass air at idle is used as the two control inputs.
The pulse width P A (that is, the amount corresponding to the amount of bypass air) that drives the control solenoid of valve 2 (Fig. 1) and the ignition timing IT are determined. The control output is the idle rotation speed N, which is one output.

13は、制御対象である機関12のダイナミツ
クモデルを記憶していて、上記3つの制御入出力
情報PA、IT、Nから機関のダイナミツクな内部
状態を推定する状態観測器(オブザーバ)であ
り、内部状態を代表する状態変数量x(例えば4
つの量x1,x2,x3,x4のベクトル表示)の推定値
x^を計算する。
Reference numeral 13 denotes a state observer that stores a dynamic model of the engine 12 that is the object of control, and estimates the dynamic internal state of the engine from the above three control input/output information PA , IT, and N. , the state variable quantity x representing the internal state (for example, 4
Calculate the estimated value x^ of the vector representation of the three quantities x 1 , x 2 , x 3 , x 4 ).

状態観測器13は制御対象である機関をシユミ
レーシヨンするもので、ダイナミツクな内部状態
を状態変数x(n次のベクトルx1〜xn)で代表す
る。制御対象である機関12の内部状態を表わす
状態変数は、具体的には例えばインテークマニホ
ールドの絶対圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃料の動的挙動、機関トルク等
が挙げられる。これらの値をセンサにより検出で
きれば、その検出値を用いることによつて、動的
な振舞いを把握し、制御に用いることによつて制
御をより精密に行なうことができる。しかしなが
ら現時点ではそれらの値を検出できる実用的セン
サはあまり存在しない。そこで機関の内部状態を
状態変数xで代表させるが、但し状態変数xは実
際の内部状態を表わす種々の物理量に対応させる
必要はなく、全体として機関をシユミレーシヨン
させるものである。状態変数xの次数nは、nが
大きい程シユミレーシヨンが精確になるが、反面
計算が複雑になる。そこでモデルとしては低次元
化近似されたものを使用し、近似誤差又は機関個
体差による誤差を積分動作で吸収する。この発明
における2入力1出力の場合には、n=4程度が
適当である。
The state observation device 13 simulates the engine to be controlled, and the dynamic internal state is represented by a state variable x (nth order vector x 1 to xn). Specifically, state variables representing the internal state of the engine 12 to be controlled include, for example, the absolute pressure of the intake manifold, the suction negative pressure, the amount of air actually taken into the cylinder, the dynamic behavior of the fuel, the engine torque, etc. Can be mentioned. If these values can be detected by a sensor, dynamic behavior can be grasped by using the detected values, and control can be performed more precisely by using the detected values for control. However, at present, there are not many practical sensors that can detect these values. Therefore, the internal state of the engine is represented by a state variable x, but the state variable x does not need to correspond to various physical quantities representing the actual internal state, but rather simulates the engine as a whole. As for the degree n of the state variable x, the larger n is, the more accurate the simulation will be, but on the other hand, the calculation will be more complicated. Therefore, a reduced-dimensional approximation model is used, and approximation errors or errors due to individual engine differences are absorbed by integral operation. In the case of two inputs and one output in this invention, n=4 is appropriate.

第3図において、14は積分動作とゲインブロ
ツクで、機関回転速度の指定された目標値Nr
実際値Nとの偏差SAを積分した量および状態観
測器13で計算された状態変数量xから、2つの
制御入力PAとITの値を計算する(第5図参照)。
そして、上記状態観測器13と積分動作とゲイン
ブロツク14とでコントローラを構成する。
In FIG. 3, 14 is an integral operation and a gain block, which is the integral of the deviation SA between the designated target value N r of the engine rotation speed and the actual value N, and the state variable quantity x calculated by the state observer 13. From this, calculate the values of the two control inputs P A and IT (see Figure 5).
The state observer 13, integral operation, and gain block 14 constitute a controller.

次に作用を説明する。 Next, the action will be explained.

制御対象である機関12は2入力1出力システ
ムで、この入出力間の回転同期サンプル値系のあ
る基準設定値近辺で求められた線形近似された伝
達関数行列T(z)から、制御対象12のダイナ
ミツクな内部状態を推定することが可能である。
その1つの手法として状態観測器13がある。ア
イドル回転速度近辺の運転条件で、制御対象12
の伝達関数行列T(z)が実験的に求まり、 T(z)=〔T1(z) T2(z)〕 (1) となる。但し、zは入出力信号のサンプル値のz
−変換を示し、T1(z)とT2(z)は例えばzの
2次伝達関数である。
The engine 12 that is the controlled object is a two-input one-output system, and the controlled object 12 is It is possible to estimate the dynamic internal state of
One of the methods is the state observation device 13. Under operating conditions near the idle rotation speed, the controlled object 12
The transfer function matrix T(z) of is found experimentally, and becomes T(z)=[T 1 (z) T 2 (z)] (1). However, z is the sample value of the input/output signal.
- transformation, where T 1 (z) and T 2 (z) are, for example, quadratic transfer functions of z.

入力、出力および伝達関数T1(z)、T2(z)の
関係を示す制御対象(機関)12のモデル構造を
第4図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定
値からのズレδPA、δIT、δNを用いている。
FIG. 4 shows a model structure of the controlled object (engine) 12 showing the relationship between input, output, and transfer functions T 1 (z) and T 2 (z). However, input and output use deviations ΔP A , ΔIT, and ΔN from the reference setting values, respectively.

この伝達関数行列T(z)から、次の様に状態
観測器13を構成することができる。
From this transfer function matrix T(z), the state observer 13 can be configured as follows.

先ず、T(z)から機関の動的な振舞いを記述
する状態変数モデル x(n)=Ax(n−1)+Bu(n−1)
(2) y(n−1)=Cx(n−1) (3) を導く。ここで、各量のカツコ内の(n)は現時
点を、また(n−1)は1つ前のサンプル時点を
表わす。
First, a state variable model that describes the dynamic behavior of the engine from T(z) x(n)=Ax(n-1)+Bu(n-1)
(2) y(n-1)=Cx(n-1) (3) is derived. Here, (n) in each quantity box represents the current time, and (n-1) represents the previous sample time.

u(n−1)は制御入力ベクトルで、ある基準
設定値からの線形近似が成り立つ範囲内での摂動
分を表わす、制御ソレノイド3のパルス幅δPA
(n−1)と点火時期δITを要素とする。すなわ
ち、 また、y(n−1)は制御出力で、制御入力ベク
トルと同様に、ある基準回転速度Na(例えば
650rpm)からの摂動分を表わすδN(n−1)を
要素とする。
u(n-1) is the control input vector, and the pulse width δP of the control solenoid 3 represents the perturbation within the range where linear approximation from a certain reference setting value holds.
(n-1) and ignition timing δIT as elements. That is, Also, y(n-1) is a control output, which, like the control input vector, is a certain reference rotational speed Na (for example,
The element is δN (n-1) representing the perturbation from 650 rpm).

すなわち、 y(n−1)=δN(n−1) (5) x(・)は状態変数ベクトルであり、行列A、B、
Cは伝達関数行列T(z)の係数から決まる定数
行列である。
That is, y(n-1)=δN(n-1) (5) x(・) is the state variable vector, and the matrices A, B,
C is a constant matrix determined from the coefficients of the transfer function matrix T(z).

ここで、次の様なアルゴリズムを持つ状態観測
器を構成する。
Here, we construct a state observer with the following algorithm.

x^(n)=(A−GC)x^(n−1)+Bu(n−1)+Gy
(n−1) (6) ここに、Gは任意に与えられる行列で、x^(・)
は機関12の内部状態変数x(・)の推定値であ
る。(2)(3)(6)式より変形すると、 〔x(n)−x^(n)〕=(A−GC)〔x(n−1)−
x^
(n−1)〕 (7) となり、行列(A−GC)の固有値が単位円内に
あるようにGを選べば、 n→大で x^(n)→x(n) (8) となり、内部状態変数量x(n)を入力u(・)と
出力y(・)から推定することができる。また、
行列Gを適当に選び、行列(A−GC)の固有値
を全て零にすることも可能で、この時状態観測器
13は有限整定状態観測器となる。
x^(n)=(A-GC)x^(n-1)+Bu(n-1)+Gy
(n-1) (6) Here, G is an arbitrarily given matrix and x^(・)
is the estimated value of the internal state variable x(·) of the engine 12. Transforming from equations (2)(3)(6), [x(n)−x^(n)]=(A−GC)[x(n−1)−
x^
(n-1)] (7), and if G is chosen so that the eigenvalues of the matrix (A-GC) are within the unit circle, then x^(n)→x(n) (8) for n→large. , the internal state variable quantity x(n) can be estimated from the input u(·) and the output y(·). Also,
It is also possible to appropriately select the matrix G and make all the eigenvalues of the matrix (A-GC) zero, in which case the state observer 13 becomes a finitely stable state observer.

このようにして推定された状態変数x^(・)と、
目標回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)
との偏差SA=(Nr−N(・))の情報を用いて、
制御入力である制御ソレノイド3の駆動パルス幅
の基準設定値(PA)aからの線形近似が成り立
つ範囲内での増量分δPA(・)と、点火時期の基
準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内での増
量分δIT(・)を決定し、機関のアイドル回転速
度Nの最適レギユレータ制御を行なう。レギユレ
ータ制御とは、アイドル回転速度Nを一定値であ
る目標回転速度Nrに合致するように制御する定
値制御を意味する。
The state variable x^(・) estimated in this way is
Target rotation speed N r and current actual rotation speed N (・)
Using the information of the deviation SA = (N r − N (・)),
The increase amount δP A (・) within the range where a linear approximation from the reference set value (P A )a of the drive pulse width of the control solenoid 3, which is the control input, holds, and the linear approximation from the reference set value of the ignition timing are The increase amount δIT(·) is determined within a valid range, and optimal regulator control of the idle rotational speed N of the engine is performed. Regulator control means constant value control that controls the idle rotation speed N to match the target rotation speed Nr , which is a constant value.

尚本発明では、前述した様に実験的に求めたモ
デルが低次元化された近似モデルである為、その
近似誤差を吸収する為のI(積分)動作を付加し
ているが、ここではI動作を含めての最適レギユ
レータ制御を行う。
In the present invention, since the experimentally obtained model is a low-dimensional approximate model as described above, an I (integral) operation is added to absorb the approximation error. Performs optimal regulator control including operation.

この発明の制御対象である機関は、前述したよ
うに2入力1出力システムであり、これを最適に
レギユレータ制御するものであるが、一般的な多
変数システムの最適レギユレータ制御アルゴリズ
ムは、例えば古田勝久著「線形システム制御理
論」(昭51年)昭晃堂その他に説明されているの
で、ここでは詳細な説明は省略する。結果のみを
記述すると、いま、 δu(n)=u(n)−u(n−1) (9) δe(n)=Nr−N(n) (10) とし、評価関数Jを、 J=k=0 〔δe(k)2+δut(k)Rδu(k)〕 (11) とする。ここでRは重みパラメータ行列、tは転
置を示す。kは制御開始時点を0とするサンプル
回数で、(11)式の右辺第2項は(9)式の2乗(Rを対
角行列とすると)を表わす。又(11)式の第2項を、
(9)式の様な制御入力の差分の2次形式としている
が、これは第5図の様にI(積分)動作を付加し
たためである。(11)式の評価関数Jを最小とする最
適制御入力u*(k)は、 となる。(12)式で K=−(R+tP)-1 tP (13) とおくと、Kは最適ゲイン行列である。また(12)式
において であり、Pは、 のリカツテイ(Riccati)方程式の解である。
As mentioned above, the engine to be controlled by this invention is a two-input one-output system, which is optimally controlled by a regulator. It is explained in the book "Linear System Control Theory" (1971) by Shokodo and others, so a detailed explanation will be omitted here. Describing only the results, now δu(n)=u(n)−u(n−1) (9) δe(n)=N r −N(n) (10) and the evaluation function J is J = k=0 [δe(k) 2 +δu t (k)Rδu(k)] (11). Here, R is a weight parameter matrix and t is a transposition. k is the number of samples with the control start time being 0, and the second term on the right side of equation (11) represents the square of equation (9) (assuming R is a diagonal matrix). Also, the second term of equation (11) is
The quadratic form of the control input difference as shown in equation (9) is used, but this is because an I (integral) operation is added as shown in FIG. The optimal control input u * (k) that minimizes the evaluation function J in equation (11) is becomes. If we set K=-(R+ tP ) -1tP (13) in equation (12), K is the optimal gain matrix. Also, in equation (12) and P is is the solution of the Riccati equation.

(11)式の評価関数Jの意味は、制御入力u(・)
の動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるア
イドル回転速度Nの目標値Nrからの偏差SA(回
転変動)を最小にしようと意図したもので、その
制約の重みづけは重みパラメータ行列Rで変える
ことができる。従つて、適当なRを選択し、アイ
ドル時の機関のダイナミツクモデル(状態変数モ
デル)を用い、(16)式を解いたPを用いて計算
した(13)式の最適ゲイン行列Kをマイクロコン
ピユータに記憶し、アイドル回転速度の目標値
Nrと実際値Nの偏差SAの積分値および推定され
た状態変数x^(k)から、(12)式によつて最適制御
入力値u*(k)を簡単に決定することができる。
また前述したように、機関のダイナミツクな状態
変数の推定値x^(k)を求めるには、行列A、B、
C、Gの値をマイクロコンピユータに記憶してお
き、(6)式により計算すればよい。
The meaning of the evaluation function J in equation (11) is that the control input u(・)
The intention is to minimize the deviation SA (rotation fluctuation) of the idle rotation speed N, which is the control output y (・), from the target value N r while constraining the movement of It can be changed using matrix R. Therefore, by selecting an appropriate R, using a dynamic model (state variable model) of the engine at idle, and using P obtained by solving equation (16), the optimal gain matrix K in equation (13) is micro- The target value of idle rotation speed is stored in the computer.
From the integral value of the deviation SA between Nr and the actual value N and the estimated state variable x^(k), the optimal control input value u * (k) can be easily determined by equation (12).
Also, as mentioned above, in order to obtain the estimated value x^(k) of the dynamic state variable of the engine, the matrices A, B,
The values of C and G may be stored in a microcomputer and calculated using equation (6).

以上説明してきた方法はフイードバツク制御で
あるが、例えばエアコン・コンプレツサ負荷、パ
ワーステアリングポンプ負荷、クラツチミートに
よる負荷等の事前にスイツチからの信号で予測で
きるような負荷が入つた場合は、上記のフイード
バツク制御に加えフイードフオワード制御を行な
うことにより、過渡時の制御性を高めることがで
きる。
The method explained above is feedback control, but if there is a load that can be predicted in advance from a signal from a switch, such as an air conditioner compressor load, a power steering pump load, or a load due to clutch engagement, the feedback control described above can be used. By performing feed forward control in addition to control, controllability during transient times can be improved.

一例をエアコンのオンオフについて第7図A,
Bを参照して説明する。第7図Aは通常のフイー
ドバツク制御で制御した場合であるが、エアコン
オンと同時にアイドル回転速度が大きく低下し、
エアコンオフの場合はアイドル回転速度が一時的
に上昇する。第7図Bはこの発明によるフイード
バツク制御にエアコンオン・オフと同時にフイー
ドフオワード制御を加えた方法で制御を行なつた
場合である。
An example of turning on and off the air conditioner is shown in Figure 7A.
This will be explained with reference to B. Figure 7A shows the case of normal feedback control, but the idle speed drops significantly as soon as the air conditioner is turned on.
When the air conditioner is turned off, the idle speed increases temporarily. FIG. 7B shows a case where control is performed by a method in which feedback control according to the present invention is added to the feedback control at the same time as the air conditioner is turned on and off.

エアコンオン・オフ時のフイードフオワード制
御の具体的な方法は、エアコンオン時点におい
て、第1図に示すVCMバルブ2の制御ソレノイ
ド3を制御するデユーテイ信号のオンデユーテイ
パルス幅を所定量(例えば4ms)増やし、バイパ
ス空気量を増やしてやる。エアコンオフ時点にお
いては、この増分を取り去る。
A specific method for controlling the feed forward when turning on and off the air conditioner is to increase the on-duty pulse width of the duty signal that controls the control solenoid 3 of the VCM valve 2 by a predetermined amount ( For example, 4ms) and increase the amount of bypass air. This increment is removed when the air conditioner is turned off.

以上のアイドル回転速度制御の手順を示したの
が、第6図である。手順を説明すると、ステツプ
30では、先ずアイドル回転速度制御に入るかどう
かの判定をする。制御を行なうと判定したら、ス
テツプ31でコーステイングエンストしないような
kj=0 〔Nr−N(j)〕=DUN、x1〜x4の初期値を設
定する。ステツプ32では、エアコンのオン・オフ
状態、水温TWの値等によりアイドル回転速度の
目標値Nrを決める。ステツプ33ではアイドル回
転速度の目標値Nrと実際値Nの偏差SAを計算す
る。ステツプ34では、制御を始めてから前の周期
までの回転速度の偏差SAを加算していて、結果
をDUNというレジスタに移す。ステツプ35では、
回転速度の実際値Nの基準設定値Na(例えば
650rpm)からのズレδNを計算する。ステツプ36
は機関のダイナミツクな内部状態を推定するアル
ゴリズムに従つて前回の制御で推定した状態変数
量x* 1〜x* 3(前回計算値)と、計算された制御入力
値δPAおよびδITと、さらに制御出力値であるδN
とを重みづけ加算して各状態変数量x1〜x4を計算
する。但し(6)式の行列(A−GC)は、 の形で、有限整定オブザーバを形成した例であ
る。尚、(A、B、C)は可観測正準形を用いて
いる。
FIG. 6 shows the procedure of the above idle rotation speed control. When explaining the procedure, the step
At step 30, it is first determined whether or not to enter idle rotation speed control. If it is determined that the control is to be carried out, in step 31 the coasting engine will not stall.
kj=0 [N r −N (j)] = DUN, set the initial values of x 1 to x 4 . In step 32, a target value N r of the idle rotation speed is determined based on the on/off state of the air conditioner, the water temperature T W , etc. In step 33, the deviation SA between the target value N r and the actual value N of the idle rotational speed is calculated. In step 34, the rotational speed deviation SA from the start of control to the previous cycle is added, and the result is transferred to a register called DUN. In step 35,
The reference setting value Na of the actual value N of the rotation speed (e.g.
Calculate the deviation δN from 650rpm). step 36
is the state variable quantity x * 1 ~ x * 3 (previously calculated value) estimated in the previous control according to the algorithm that estimates the dynamic internal state of the engine, the calculated control input values δP A and δIT, and δN, which is the control output value
Each state variable amount x 1 to x 4 is calculated by weighted addition. However, the matrix (A-GC) of equation (6) is This is an example of forming a finitely settled observer in the form. Note that (A, B, C) use observable canonical forms.

ステツプ37では、推定された機関のダイナミツ
クな内部状態変数量x1〜x4とDUN=kj=0 〔Nr−N
(j)〕に最適ゲインKの要素kijを乗じて加算し、
基準設定値(PA)aおよびITaに対し制御入力値
をどれだけ増量するかを計算する。
In step 37, the estimated dynamic internal state variables x 1 to x 4 of the engine and DUN= kj=0 [N r −N
(j)] is multiplied by the element kij of the optimal gain K and added,
Calculate how much the control input value should be increased with respect to the reference setting value (P A )a and ITa.

ステツプ38では、エアコンスイツチが入つたか
どうかを判断し、入つた場合には、ステツプ39で
δPA′に一定値を入れ、入つていない場合には、
ステツプ40でδPA′=0とし、最終的にVCMバル
ブ2のデユーテイ信号を制御する時にδPA
δPA′を加えて出力するようにし、状態観測器1
3にはフイードバツクしない。
In step 38, it is determined whether the air conditioner switch has been turned on or not. If it has been turned on, a constant value is entered in ΔP A ' in step 39, and if it has not been turned on,
In step 40, δP A ′ is set to 0, and when finally controlling the duty signal of VCM valve 2, δP A ′ is added to δP A ′ and outputted.
No feedback to 3.

第6図の係数bij、gi、kij等は予め求めておい
て、マイクロコンピユータのROM(Read Only
Memory)等に記憶しておく。
The coefficients bij, gi, kij, etc. in Fig. 6 are determined in advance and stored in the microcomputer's ROM (Read Only).
Memory) etc.

以上説明したフイードフオワード制御方法は、
エアコンがオンした場合に制御入力δPAに一定値
を加算するものであるが、エアコンオン時点から
の経過時間に応じて加算量を決定してもよい。ア
イドル回転速度制御を機関の回転に同期して行な
う場合は、加算量を機関回転に応じて決める。す
なわち制御入力δPAに加算する量δPA′をエアコン
オン時点からの機関積算回転数NONの関数δPA′=
f(NON)とする。
The feedforward control method explained above is
Although a fixed value is added to the control input ΔP A when the air conditioner is turned on, the amount of addition may be determined according to the elapsed time from the time when the air conditioner is turned on. When idle rotation speed control is performed in synchronization with engine rotation, the addition amount is determined according to engine rotation. In other words, the amount δP A ′ to be added to the control input δP A is the function δP A of the engine cumulative rotation speed N ON from the time the air conditioner is turned on.
Let f(N ON ).

以上、エアコンオン時について説明したが、エ
アコンオフ時は同様な方法で減算を行なう。
The above description is about when the air conditioner is on, but when the air conditioner is off, subtraction is performed in the same way.

以上はエアコンのオン・オフについて説明した
が、パワーステアリングポンプからの信号やクラ
ツチスイツチからの信号によつても同様の制御が
行なえる。
The above explanation has been about turning on and off the air conditioner, but similar control can also be performed using signals from the power steering pump or clutch switch.

第8図A,Bはパワーステアリングポンプ負荷
が加わつた場合の実験結果で、第8図Aは従来の
フイードバツク制御による場合、第8図Bはこの
発明によるフイードフオワード制御による場合で
ある。パワステすえ切り(車両を停止した状態で
ステアリングを回す)が一番機関に負荷が掛る。
8A and 8B show experimental results when a power steering pump load is applied. FIG. 8A shows a case using conventional feedback control, and FIG. 8B shows a case using feedback control according to the present invention. Power steering (turning the steering wheel while the vehicle is stopped) places the greatest load on the engine.

650rpmは定常アイドル回転速度である。第8
図Bのこの発明による制御方法の方が応答性がよ
いことは明らかである。
650 rpm is the steady idle rotation speed. 8th
It is clear that the control method according to the invention shown in FIG. B has better responsiveness.

第9図A,Bはクラツチミート時およびクラツ
チオフ時のアイドル回転速度の応答の実験結果
で、第9図Aは従来方法、第9図Bはこの発明に
よる方法の場合をそれぞれ示す。第9図Bのこの
発明による場合の方が応答性がよいことが判る。
9A and 9B show experimental results of the response of the idle rotational speed during clutch engagement and clutch off, with FIG. 9A showing the conventional method and FIG. 9B showing the method according to the present invention. It can be seen that the case according to the present invention shown in FIG. 9B has better responsiveness.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、制御
入力(空気量、点火時期、燃料供給量および排気
還流量のうちのいずれか1つまたは任意の2つ以
上の組合せ)と制御出力(アイドル回転速度)間
のダイナミツクモデルに基づいて多変数制御し、
事前に予測できる負荷外乱が入つた場合にフイー
ドバツク制御に加えてフイードフオワード制御を
行なう構成としたため、負荷外乱が入つた場合お
よび入つた負荷外乱が除去された場合のアイドル
回転速度の過渡応答が改善され、より安定なアイ
ドル運転が実現できるという効果が得られる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the control input (any one or a combination of any two or more of the air amount, ignition timing, fuel supply amount, and exhaust gas recirculation amount) Multivariable control is performed based on a dynamic model between control outputs (idle rotation speed),
Since the configuration is configured to perform feedforward control in addition to feedback control when a load disturbance that can be predicted in advance occurs, the transient response of the idle rotation speed when a load disturbance occurs and when the introduced load disturbance is removed. The effect is that the idling operation is improved and more stable idling operation can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の内燃機関のアイドル回転速度制
御装置の構成図、第2図は従来のアイドル回転速
度制御方法を示すフローチヤート、第3図はこの
発明による内燃機関のアイドル回転速度制御方法
を実現する制御装置の構成図、第4図は第3図の
制御入出力と機関の関係を示すブロツク図、第5
図は、積分+ゲインブロツクの詳細を示す図、第
6図はこの発明による制御方法を説明するフロー
チヤート、第7図A,Bはエアコン負荷に対する
過渡応答の実験結果を示す図、第8図A,Bはパ
ワーステアリング負荷に対する過渡応答の実験結
果を示す図、第9図A,Bはクラツチ負荷に対す
る過渡応答の実験結果を示す図である。 1……AACバルブ、2……VCMバルブ、3…
…制御ソレノイド、4……スロツトルバルブ、5
……バイパス、7……スロツトルバルブスイツ
チ、8……ニユートラルスイツチ、10……水温
センサ、11……エアコンスイツチ、12……内
燃機関(制御対象)、13……状態観測器、14
……積分動作+ゲインブロツク、Nr……アイド
ル回転速度の目標値、N……アイドル回転速度の
実際値、Na……アイドル回転速度の基準設定値、
SA……アイドル回転速度の目標値と実際値の偏
差、PA……バイパス空気量を規定する制御ソレ
ノイドの駆動パルス幅、IT……点火時期、xi……
状態変数量、x^i……状態変数の推定量。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional idle rotation speed control device for an internal combustion engine, FIG. 2 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method, and FIG. 3 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method for an internal combustion engine according to the present invention. Fig. 4 is a block diagram showing the relationship between the control input/output and the engine in Fig. 3, and Fig. 5 is a block diagram of the control device realized.
6 is a flowchart explaining the control method according to the present invention, FIGS. 7A and B are diagrams showing experimental results of transient response to air conditioner load, and FIG. 8 is a diagram showing details of the integral + gain block. FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the experimental results of the transient response to the power steering load, and FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the experimental results of the transient response to the clutch load. 1...AAC valve, 2...VCM valve, 3...
...Control solenoid, 4...Throttle valve, 5
... Bypass, 7 ... Throttle valve switch, 8 ... Neutral switch, 10 ... Water temperature sensor, 11 ... Air conditioner switch, 12 ... Internal combustion engine (controlled object), 13 ... Condition observation device, 14
... Integral operation + gain block, N r ... Target value of idle rotation speed, N ... Actual value of idle rotation speed, N a ... Reference setting value of idle rotation speed,
SA...Difference between the target value and actual value of idle rotation speed, P A ...Driving pulse width of the control solenoid that defines the amount of bypass air, IT...Ignition timing, x i ...
State variable quantity, x^ i ...Estimated quantity of state variable.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 コントローラに記憶された内燃機関のダイナ
ミツクモデルに基づき、前記内燃機関の制御入力
値である該内燃機関に供給される空気量もしくは
該空気量に相当する量および該内燃機関の点火時
期および該内燃機関への燃料供給量もしくは該燃
料供給量に相当する量および排気還流量もしくは
該排気還流量に相当する量から選択されるいずれ
か1つまたは任意の2つ以上の組合せと、該内燃
機関の制御出力値であるアイドル回転速度とか
ら、該内燃機関のダイナミツクな内部状態を代表
する適当な次数の状態変数量Xi(i=1、2、…
n)を推定し、該推定された状態変数量x^i(i=
1、2、…n)と、アイドル回転速度の目標値
Nrと実際値Nの偏差SAを積分した量とから前記
制御入力値を決定して、前記内燃機関のアイドル
回転速度をフイードバツク制御する方法におい
て、定常のアイドル状態から事前に予測できる負
荷外乱が入つた場合に該外乱に応じてフイードフ
オワード制御を行なうことを特徴とする内燃機関
のアイドル回転速度制御方法。 2 フイードフオワード制御方法を、負荷外乱が
入つた場合に推定された状態から求めた制御入力
値に一定値を加算するものとする特許請求の範囲
第1項記載の方法。 3 フイードフオワード制御において推定された
状態から求めた制御入力値に加算する値を、負荷
外乱が入つた時点からの機関の回転数に基づいて
決定する特許請求の範囲第1項記載の方法。
[Scope of Claims] 1. Based on a dynamic model of the internal combustion engine stored in a controller, the amount of air supplied to the internal combustion engine, which is a control input value for the internal combustion engine, or the amount equivalent to the amount of air, and the internal combustion Any one or any two or more selected from the ignition timing of the engine, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine, or an amount equivalent to the amount of fuel supplied, and the amount of exhaust gas recirculation, or the amount equivalent to the amount of exhaust gas recirculation. From the combination and the idle rotational speed, which is the control output value of the internal combustion engine, a state variable quantity X i (i=1, 2, . . . ) of an appropriate order that represents the dynamic internal state of the internal combustion engine is determined.
n), and the estimated state variable quantity x^ i (i=
1, 2,...n) and the target value of idle rotation speed
In the method of feedback controlling the idle rotation speed of the internal combustion engine by determining the control input value from Nr and the integral of the deviation SA of the actual value N, a load disturbance that can be predicted in advance from a steady idle state is determined. 1. A method for controlling an idle rotation speed of an internal combustion engine, characterized in that, when a disturbance occurs, feedforward control is performed in response to the disturbance. 2. The method according to claim 1, wherein the feedforward control method is such that a constant value is added to the control input value obtained from the state estimated when a load disturbance occurs. 3. The method according to claim 1, wherein the value to be added to the control input value obtained from the state estimated in the feed forward control is determined based on the engine rotation speed from the time when the load disturbance occurs. .
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