运动物体控制系统的制作方法

运动物体控制系统的制作方法
【专利摘要】根据第一控制规则计算第一控制信号，并根据比第一控制规则更精密的第二控制规则计算第二控制信号。基于在外部中心（100）和每个车辆的通信模块（210）之间的通信的状况，将第一控制信号和第二控制信号中的任一个作为ISC阀（15）的控制信号。
【专利说明】运动物体控制系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于控制安装在运动物体中的受控对象设备的运动物体控制系统。
【背景技术】
[0002]JP-5-248291A公开了用于将安装在作为运动物体的车辆中的发动机的空转速度控制为目标发动机速度的控制设备。在控制设备中，状态反馈控制被执行以提高控制性能，该状态反馈控制是比一般PID控制更高层级的控制律。
[0003]在上面提到的反馈控制中，例如发动机的动态特征模型被预先设置，发动机的状态量由被称为“观测器”的状态观测器估计，且根据与发动机的动态特征模型的程度相对应的多个状态量来确定反馈增益以进行反馈控制。
[0004]与PID控制比较，上述状态反馈控制可提高可控制性。然而，另一方面，用于估计发动机状态量并确定反馈增益的复杂算术处理需要被实时地执行。由于这个原因，使复杂算术处理能够以高速被执行的高性能电子控制单元(ECU)需要用作车载ECU，导致成本的增加。

【发明内容】

[0005]本公开的目的是提供运动物体控制系统，该运动物体控制系统可不在运动物体(例如车辆)中安装高性能电子控制设备的情况下根据需要复杂算术处理的高级控制规则来控制受控对象设备。
[0006]根据本公开，运动物体控制系统具有布置在运动物体上的第一控制信号产生单元，并根据第一控制规则基于控制受控对象设备所需的信息来产生第一控制信号。运动物体控制系统还具有外部中心，外部中心包括安装在运动物体外部用于进行与运动物体的数据通信的通信单元和根据第二控制规则产生第二控制信号的第二控制信号产生单元。第二控制单元比第一控制规则更精密(sophisticated)。运动物体控制系统还具有布置在运动物体上的用于确定运动物体和外部中心之间的通信的通信状态确定单元。运动物体控制系统还具有控制信号切换单元，控制信号切换单元在运动物体和外部中心之间的通信是好的时候将第二控制信号设置为用于控制受控对象设备的控制信号。控制信号切换单元在通信是差的时候将所产生的第一控制信号设置为用于控制受控对象设备的控制信号。
[0007]如上所述，执行相对简单的算术处理以根据第一控制规则产生第一控制信号的第一控制信号产生单元被安装在运动物体中。需要相对复杂的算术处理以根据第二控制规则产生第二控制信号的第二控制信号产生单元被安装在外部中心中。因此，不需要将高性能电子控制单元安装在运动物体中。只要运动物体和外部中心之间的通信是好的，第二控制信号就用作用于控制受控对象设备的控制信号。因此，受控对象设备的控制性能可被提高。此外，当通信是差的时，用于控制受控对象设备的控制信号被切换到第一控制信号。因此，即使由于通信故障而不能正确地从外部中心接收第二控制信号，也可继续对受控对象设备的控制。【专利附图】

【附图说明】
[0008]从参考附图做出的下列详细描述中，本公开的上述和其它对象、特征和优点将变得更明显。在附图中:
[0009]图1是示意性示出根据实施例的运动物体控制系统的总体配置的配置图；
[0010]图2是示出发动机的特定配置的配置图；
[0011]图3是示出在发动机E⑶中执行的处理的流程图；
[0012]图4是示出用于切换发动机ECU的控制信号并计算外部中心中的第二控制信号的方法的方框图；
[0013]图5是示出用于将进气气流量(intake airflow rate)转换成驱动占空比的图的例子的图；以及
[0014]图6是用于解释连接控制的图。
【具体实施方式】
[0015]在下文中，将参考附图描述实施例。图1是示意性示出运动物体控制系统的总体配置的配置图。应注意，运动物体控制系统的当前实施例被应用于控制车辆的发动机的空转速度以便实质上与目标发动机速度一致。
[0016]如图1所示，运动物体控制系统主要包括外部中心100和车载控制单元200。
[0017]外部中心100包括与每个车辆的通信模块210协作来执行发送/接收处理的通信单元110、计算用于使每个车辆的发动机10的空转速度与目标发动机速度匹配的第二控制信号的服务器120。此外，外部中心100包括存储每个车辆的发动机10的动态特征模型的数据库130和用于执行状态反馈控制的控制规则(第二控制规则)。
[0018]通信单元110从每个车辆的通信模块210接收指示发动机冷却温度的信息、空调器信号、电负载信号和发动机的旋转速度。发动机的旋转速度在下文中被称为发动机速度“Ne”。基于该信息，通信单元110得到发动机10的目标旋转速度。发动机10的目标旋转速度在下文中被称为目标发动机速度“rNe”。应注意，通信单元110可从车辆得到目标发动机速度。此外，当第二控制信号由服务器120计算时，通信单元110将第二控制信号发送到相应车辆的通信模块210。
[0019]服务器120基于上述各种信息段将目标发动机速度设置在空转状态。此外，服务器120根据存储在数据库130中的第二控制规则基于目标发动机速度和实际空转速度之间的差异来计算第二控制信号。服务器120根据第二控制信号控制空转速度控制(ISC)阀15的打开程度以执行状态反馈控制。作为结果，实际控制速度可以以高准确度符合目标发动机速度。
[0020]车载控制单元200包括用于与外部中心100通信的通信模块210和包含发动机E⑶220的各种E⑶220-240，各种E⑶220-240通过局域网(LAN)连接到通信模块210。因此，E⑶220-240中的每个可通过通信模块210与外部中心100通信。此外，E⑶220-240中的每个可彼此通信。发动机ECU220通过相应的ECU之间的通信获取空调器信号、电负载信
县坐
V寸ο
[0021]参考图2，将描述发动机10的特定配置。进气管11具有配备有空气滤清器(未示出)的最上游部分。用于探测每个汽缸中的进气气流量的气流计(未示出)布置在空气滤清器的下游。所探测的进气气流量被发送到发动机ECU220。
[0022]节流阀12调节进气管的流道区域，使得被引入每个汽缸中的进气气流量被控制。节流阀12由根据来自发动机ECU220的信号致动的节流阀致动器13 (例如DC电动机)驱动。进气管11具有连接节流阀12的上游部分和下游部分的分支通道14，以便绕过节流阀
12。ISC阀15 (例如占空比电磁阀)布置在分支通道14中用于调节流经分支通道14的进
气气流量。
[0023]包括进气空气压力传感器(未示出)的调压罐(surge tank)16布置在节流阀12的下游。进气空气压力传感器探测进气空气压力(负压力)。将空气引入发动机10的每个汽缸中的进气歧管18连接到调压罐16。燃料喷射器19设置在每个汽缸的进气口 18a附近以将燃料喷射到汽缸中。进气阀20和排气阀21分别设置到发动机10的进气口 18a和排气Π 27a。
[0024]汽缸块22界定汽缸和曲轴箱。连接到曲轴的活塞23在汽缸中上下滑动。此外，用于淤积发动机油的油底盘在曲轴箱的下部分中形成。每个汽缸的燃烧室25由汽缸内壁表面、活塞23的上端表面和汽缸头24的内圆周表面界定。
[0025]在发动机10的汽缸头24上针对每个汽缸布置火花塞26。火花塞26以目标点火正时接收来自点火装置的高电压。火花塞26在对立的电极之间产生火花以点燃燃烧室25中的空气-燃料混合物。探测冷却剂温度的冷却剂温度传感器(未示出)固定在发动机11的汽缸块22上。
[0026]在发动机10的操作期间，当进气阀20被打开时，喷射的燃料和进气空气的混合物被引入到燃烧室25中。当排气阀21打开时，在燃烧之后的废气通过排气口 27a被排出到排气管27中。
[0027]发动机E⑶220主要包括具有CPU、ROM、RAM和备用RAM的微计算机，并基于由各种传感器探测的探测值进行各种控制。例如，发动机ECU220基于气流计所探测的进气气流量、进气压力传感器所探测的进气压力、布置在排气管27中的空气-燃料比率传感器(未示出)所探测的空气-燃料比以及点火信号、发动机速度、发动机冷却剂温度和加速器位置来控制通过燃料喷射器19的燃料喷射量、节流阀12的节流阀位置和火花塞26的点火正时。
[0028]当发动机10在空转状态中时，发动机ECU220还执行空转速度控制用于使空转速度与目标发动机速度匹配。也就是说，当发动机E⑶220基于节流阀打开、档位位置和启动器信号确定发动机10在空转状态时，发动机ECU220将节流阀12的打开程度控制到完全关闭位置。此外，发动机E⑶220将控制信号(占空比信号)输出到ISC阀15以控制其打开程度。
[0029]发动机E⑶220存储用于进行PID控制的控制规则(第一控制规则)，以便计算第一控制信号用于使发动机10的空转速度与目标发动机速度匹配。发动机ECU220基于发动机10的状态来确定目标发动机速度，并根据所存储的第一控制规则计算指示进气气流量的第一控制信号用于使实际空转速度与目标发动机速度匹配。此外，发动机ECU220通过通信模块210周期性地获取外部中心100所计算的第二控制信号。
[0030]如上所述，为了控制空转速度，发动机ECU220根据第一控制规则计算第一控制信号，其中执行相对少量的计算。外部中心100根据比第一控制规则更复杂的第二控制规则计算第二控制信号。在第二控制规则中，执行相对大量的计算。发动机ECU220保存第一控制信号和第二控制信号，并可在发动机空转期间使用任何控制信号作为ISC阀15的控制信号。
[0031]发动机E⑶220参考外部中心100和通信模块210之间的通信，以便确定第一控制信号和第二控制信号中的哪个将被使用。也就是说，发动机ECU220根据外部中心100和通信模块210之间的数据通信是好的还是差的来选择第一控制信号和第二控制信号中的任一个作为ISC阀15的控制信号。具体地，只要外部中心100和通信模块210之间的数据通信被良好地进行，发动机ECU220就使用第二控制信号作为ISC阀15的控制信号。使用这个配置，可提高使用ISC阀15的空转速度控制的性能。另一方面，如果外部中心100和通信模块210之间的数据通信差，则发动机ECU220将ISC阀15的控制信号从第二控制信号切换到第一控制信号。因此，即使发动机E⑶220由于通信故障而不能正确地从外部中心100接收第二控制信号，发动机ECU220也可继续空转速度控制而没有任何麻烦。
[0032]应注意，上面描述的第一控制信号和第二控制信号代表进气气流量。发动机ECU220根据ISC阀15的特性将第一控制信号和第二控制信号转换成指示对应于进气气流量的驱动占空比的控制信号。所转换的控制信号被发送到ISC阀15。
[0033]接着，将参考图3描述发动机E⑶220执行的特定处理。当发动机10在空转状态中时，该处理在给定的周期中重复地被执行。
[0034]在步骤SlOO中，发动机ECU220读取传感器信号，以便设置目标发动机速度并探测实际发动机速度。在步骤SllO中，设置目标发动机速度，并根据PID控制规则计算第一控制信号。例如，指示进气气流量的第一控制信号u(k)根据下面的公式(I)被计算。
[0035]u (k) = Gp.E (k) +G1.CE (k) +Gd.DE (k) …(I)
[0036]其中E (k) =Y (k) -Y* (k)
[0037]CE(A)=I; E(A)

k姑O
[0038]DE (k) =E(k)-E(k_l)
[0039]Gp:比例增益
[0040]G1:积分增益
[0041]⑶:微分增益
[0042]Y(k):实际空转速度
[0043]Y* (k):目标空转速度
[0044]比例增益GP、积分增益G1和微分增益Gd是预定的常数。
[0045]在步骤S120中，在步骤SlOO中读取的信息被发送到外部中心100。当接收到该信息时，外部中心100可根据第二控制规则计算第二控制信号。
[0046]参考图4所示的方框图，将描述用于在外部中心100中计算第二控制信号的方法。
[0047]外部中心100的数据库130预先存储包括发动机的动态特征模型和反馈增益“K”的观测器140。观测器140包括全阶观测器和最小阶观测器。上述观测器的设计方法是公知的。在本实施方式中 ，可使用任何种类的观测器。例如，下面将简要描述全阶观测器的设计方法。
[0048]全阶观测器140具有图4所示的配置。在图4的配置中，状态变量的估计值X(/c)可通过使用反馈增益“K”和系数和“C”来被表达为下面的公式(2)。
【权利要求】
1.一种用于控制安装在运动物体中的受控对象设备的运动物体控制系统，包括: 第一控制信号产生单元(22)，其布置在所述运动物体上，所述第一控制信号产生单元根据第一控制规则基于控制所述受控对象设备所需的信息来产生第一控制信号； 外部中心(100)，其包括安装在所述运动物体外部的通信单元(110)，所述外部中心执行与所述运动物体的数据通信，所述外部中心具有根据比所述第一控制规则更精密的第二控制规则基于控制所述受控对象设备所需的所述信息来产生第二控制信号的第二控制信号产生单元(120)； 通信状态确定单元(320, S140),其布置在所述运动物体上,所述通信状态确定单元确定所述运动物体和所述外部中心之间的通信的状态；以及 控制信号切换单元(330，S150, S180)，其在所述运动物体和所述外部中心之间的通信的状态好的时候将所述第二控制信号设置为用于控制所述受控对象设备的控制信号，控制信号切换单元在所述运动物体和所述外部中心之间的通信的状态差的时候将所述第一控制信号设置为用于控制所述受控对象设备的所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的运动物体控制系统，其中 当所述控制信号切换单元在所述第一控制信号和所述第二控制信号之间切换所述控制信号时，所述第一控制信号产生单元或所述第二控制信号产生单元在所述控制信号在所述第一控制信号和所述第二控制信号之间被切换之前、在所述第一控制规则或所述第二控制规则下产生所述第一控制信号或所述第二控制信号。
3.根据权利要求2所述的运动物体控制系统，其中 所述第一控制信号产生单元总是产生所述第一控制信号，而所述第二控制信号被设置为用于控制所述受控对象设备的所述控制信号。
4.根据权利要求1所述的运动物体控制系统，其中 所述控制信号切换单元包括执行连接控制的连接控制单元(220 )，并且 当在切换之前的所述控制信号的最后值与在切换之后的所述控制信号的初始值之间的差高于或等于给定值时，所述连接控制单元(220 )计算所述控制信号的值，使得在切换之前的所述控制信号的最后值和在切换之后的所述控制信号的初始值彼此接近。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的运动物体控制系统，其中 当来自所述外部中心的信号功率低于或等于给定值时，所述通信状态确定单元确定所述运动物体和所述外部中心之间的所述通信是差的，从而所述第二控制信号被切换到第一控制信号。
6.根据权利要求1到4中的任一项所述的运动物体控制系统，其中 当确定所述运动物体和所述外部中心之间的所述通信临时被中断时，已经从所述外部中心获取的所述第二控制信号被用作用于控制所述受控对象设备的所述控制信号。
7.根据权利要求1到4中的任一项所述的运动物体控制系统，其中 当确定所述运动物体和所述外部中心之间的所述通信临时被中断时，预定的控制信号被用作用于控制所述受控对象设备的所述控制信号。
8.根据权利要求1到4中的任一项所述的运动物体控制系统，其中 当确定所述运动物体和所述外部中心之间的所述通信饱和时，已经从所述外部中心获取的所述第二控制信号被用作用于控制所述受控对象设备的所述控制信号。
9.根据权利要求1到4中的任一项所述的运动物体控制系统，其中当确定所述运动物体和所述外部中心之间的所述通信饱和时，预定的控制信号被用作用于控制所述受控 对象设备的所述控制信号。
【文档编号】F02D41/16GK103993969SQ201410056482
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2013年2月19日
【发明者】难波秀彰 申请人:株式会社电装