专利名称：控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制装置，该控制装置使用规定的调制算法来对使用反馈控制方法以使控制量收敛于目标控制量而计算出的值进行调制，并使用该调制值计算针对控制对象的控制输入。
背景技术：
作为控制内燃机的混合气的空燃比的控制装置，本申请人已提出了
在专利文献1中记载的控制装置。该控制装置具有LAF传感器、氧浓度传感器、状态预测器、车载同定器、滑模控制器以及目标空燃比计算部等。这些LAF传感器和氧浓度传感器均是用于检测表示内燃机的排气通路内的排气中的氧浓度的值即空燃比的传感器，并设置在排气通路的集合部的下游侧。并且，LAF传感器配置在催化装置的上游侧，氧浓度传感器配置在催化装置的下游侧。
在该控制装置中，作为控制对象模型，使用将LAF传感器的检测空燃比KACT与学习值FLAFBASE之间的偏差(以下称为"空燃比偏差")DKACT作为输入、并将氧浓度传感器的输出VOUT与规定的目标值VOUT—TARGET之间的偏差(以下称为"输出偏差")DV02作为输出的离散时间系模型，按以下所述，计算作为控制输入的目标空燃比KCMD(目标当量比)。
艮P，在状态预测器中，使用基于上述控制对象模型的规定的预测算法来计算输出偏差DV02的预测值，在车载同定器中，使用逐次型最小平方法来同定控制对象模型的模型参数。并且，在滑模控制器中，根据输出偏差的预测值和模型参数的同定值，使用滑模控制算法计算操作量Usl，以使输出偏差DVO2收敛于值0。
而且，在目标空燃比计算部中，通过对一定值flafbase加上学习分量flafadp来计算学习值FLAFBASE。当作为操作量Usl的一分量Uadp在规定范围内、而且KACT—KCMD成立时，该学习分量flafadp被保持为其上次值，当Uadp不在规定范围内时，通过对学习分量flafadp的上次值加上或减去规定值Aflaf来计算该学习分量flafadp。该学习值FLAFBASE的运算周期即学习速度被设定为较慢的速度，以避免干^t滑模控制器的滑模控制。
然后，通过使按以上计算出的学习值FLAFBASE加上操作量Usl，来计算目标空燃比KCMD。结果，燃料喷射量被计算成使检测空燃比KACT收敛于上述目标空燃比KCMD，从而空燃比被控制成使氧浓度传感器的输出VOUT收敛于规定的目标值VOUT一TARGET。该规定的目标值VOUT一TARGET被设定为这样的值，g卩当氧浓度传感器的输出VOUT为该值时，可在催化装置中获得良好的排气净化率，结果，通过以上的控制，可在催化装置中获得良好的排气净化率。
并且，作为控制具有非线性特性的控制对象的控制装置，本申请人己提出了在专利文献2中记载的控制装置。在该专利文献2的图9所示的控制装置中，在控制器51中，计算参考输入，以使排气传感器的输出Vex收敛于其目标值Vex—cmd，在AS调制器52中，通过使用AS调制算法调制该参考输入，来计算作为控制输入的燃料参数UfUel。由此，可在对发动机和催化装置的响应延迟或变动进行补偿的同时，使排气传感器的输出Vex精度良好地收敛于其目标值Vex—cmd，在催化装置中，可确保良好的排气特性。
专利文献1日本特开2000 — 234550号公报
专利文献2日本特开2005—275489号公报
根据上述现有的专利文献1的控制装置，由于根据催化装置的下游侧的氧浓度传感器的输出VOUT来控制空燃比，因而有发生以下所述的问题的可能性。即， 一般，在多气缸内燃机中空燃比在气缸间发生变动的情况下，从各气缸排出的排气尽管在排气通路的集合部的下游侧混合，然而其混合程度有限制，当排气流入催化装置时，有时在催化装置内排气的空燃比处于不均匀的状态。因此，例如在氧浓度传感器的输出VOUT
6收敛于规定的目标值VOUTJTARGET的情况下，即在DVO2 ^ 0成立的情况下，有时发生催化装置的一半为浓气氛、而剩余一半为稀气氛的状态，在这种状态长时间持续的情况下，催化装置整体的排气净化率下降，排气特性恶化。
为了解决以上的专利文献1的控制装置的问题，考虑了将专利文献2的控制方法应用于专利文献1的控制装置，并按以下来构成。即，构成为，通过使用AS调制算法来调制所述的操作量Usl，计算调制操作量，通过对该调制操作量加上学习值FLAFBASE，计算目标空燃比KCMD。在这样构成的情况下，目标空燃比KCMD是这样来计算，即当DV02 — 0成立时，以学习值FLAFBASE为中心以高频率来重复周期性的变动行为。结果，当学习值FLAFBASE达到使DV02 —0成立的目标空燃比KCMI)的最佳值时，可避免由于各气缸的空燃比表示高频率的周期性的变动行为而使催化装置内的气氛长时间维持在不均匀的状态，可确保良好的排气特性。
然而，当学习值FLAFBASE大幅偏离上述目标空燃比KCMD的最佳值时，由于氧浓度传感器的输出VOUT大幅偏离规定的目标值VOUT—TARGET而使目标空燃比KCMD的变动频率下降。本申请人已确认，在这样目标空燃比KCMD的变动频率下降的情况下，尽管当催化装置未恶化时能将催化装置的排气净化率保持在良好的状态，然而当催化装置恶化时，排气净化率显著下降(例如，专利3880861号公报的段落"0202" "0205"以及图38)。
近年，使用了乙醇混合燃料作为内燃机的燃料，使用了钙钛矿等非金属催化剂或低贵金属保持催化剂等作为催化装置中的催化剂，在这种情况下，伴随内燃机的运转状态的变化(例如排气容积的变化)，使DVO2H0成立的目标空燃比KCMD的最佳值容易大幅骤变。与此相对，由于学习值FLAFBASE如上所述具有学习速度慢的特性，因而如上所述，在伴随内燃机的运转状态的变化、目标空燃比KCMD的最佳值大幅骤变的情况下，学习值FLAFBASE容易大幅偏离其最佳值，目标空燃比KCMD的变动频率容易显著下降，使得上述问题变得显著。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而作成的，本发明的目的是提供一种控制装置，该控制装置在使用表示周期性的变动行为的控制输入对控制量进行控制以使其收敛于目标控制量的情况下，可迅速地消除由于控制对象的动态特性的骤变引起的控制输入的变动频率的下降，由此可提高控制精度。
为了达到上述目的，根据发明1的发明是一种控制装置1、 1A，其使用控制输入(目标空燃比KCMD、发动机转矩TRQENG)对控制对象中的控制量(氧浓度传感器15的输出V02、驱动轮速Ws—act)进行控制，其特征在于，该控制装置具有控制量检测单元(ECU2、氧浓度传感器15、左右的后轮速传感器22、 23),其检测控制量；目标控制量设定单元(ECU 2、目标车轮速计算部101)，其设定成为控制量的目标的目标控制量(目标输出V02—TRGT、目标车轮速Ws—cmd);第1输入值计算单元(ECU 2、 SM (滑模)控制器43、车轮速反馈控制器102)，其使用规定的反馈控制算法[式(19) (23)、 (48) (58)]计算用于对控制量进行反馈控制以使其收敛于目标控制量的第1输入值(空燃比校正值DKCMD、转矩反馈值TRQFB);调制输入值计算单元(ECU 2、调制器44、 103)，其通过使用规定的调制算法对第1输入值进行调制来计算调制输入值(调制值DKCMD—DSM、 TRQFB_DSM)，以使得第1输入值的绝对值越小则调制输入值的频率越高；动作状态参数检测单元
(ECU2、空气流量传感器IO、进气压传感器ll、曲轴转角传感器13、进气温度传感器17)，其检测控制量以外的、表示控制对象的动作状态的动作状态参数(排气容积SV—hat、发动机转速NE);误差参数计算单元
(ECU 2、 SM控制器43、模型修正器120)，其计算误差参数(空燃比校正值DKCMD、转矩误差Etrq)，该误差参数表示控制输入相对于被估计为控制量成为目标控制量时的控制输入的估计值(最佳空燃比、估计转矩TRQINST)的误差；修正值计算单元(ECU2、模型修正器70、 120)，其使用规定的控制算法分别计算与将动作状态参数可变化的区域进行划分而成的多个区域对应的多个修正值(修正系数9i、基准局部校正值
DKTRQFF一BSij)，以使误差参数成为规定的目标值(值0);模型修正单 元(ECU2、自适应基准空燃比计算部50、牵引控制器IOO)，其使用多 个修正值来修正相关关系模型(图6、 19)，该相关关系模型表示用于对 控制量进行前馈控制的第2输入值与动作状态参数之间的关系；第2输 入值计算单元(ECU2、自适应基准空燃比计算部50、牵引控制器IOO)， 其使用修正后的相关关系模型和动作状态参数来计算第2输入值(自适 应基准空燃比KCMDADP、自适应限制转矩TRQFF—LMT);以及控制输 入计算单元(ECU 2、空燃比控制器40、牵引控制器IOO)，其根据第2 输入值和调制输入值的和，将控制输入(目标空燃比KCMD、发动机转 矩TRQENG)计算成表现出周期性的变动行为。
根据该控制装置，使用规定的反馈控制算法来计算用于对控制量进 行反馈控制以使其收敛于目标值的第1输入值，通过使用规定的调制算 法对第1输入值进行调制来计算调制输入值，以使第1输入值的绝对值 越小则调制输入值的频率越高，使用修正后的相关关系模型和动作状态 参数来计算用于对控制量进行前馈控制的第2输入值，根据第2输入值 和调制输入值的和来计算控制输入。由于按以上所述来计算控制输入， 因而在由于控制对象的动态特性的骤变而使控制输入相对于控制输入的 估计值的误差骤增时，如果使用第1输入值来补偿该误差，由于第1输 入值是使用反馈控制算法来计算的，因而需要时间，控制精度下降。
与此相对，第2输入值是通过分别计算与将动作状态参数可变化的 区域进行划分而成的多个区域对应的多个修正值以使误差参数成为规定 的目标值，并使用利用这些多个修正值进行了修正的相关关系模型和动 作状态参数来计算的。即，第2输入值是使用针对多个区域中的每个区 域进行了修正的相关关系模型来计算的，以使误差参数成为规定的目标 值，因而即使当由于控制对象的动态特性的骤变而使控制输入相对于控 制输入的估计值的误差骤增时，也能通过利用修正后的相关关系模型计 算出的第2输入值来迅速且精度良好地补偿这种误差。
特别是，作为相关关系模型，使用在前馈控制方法中--般性的、表
9示动作状态参数与第2输入值之间的相关关系的N (N是自然数)维映
射图、或表示两者的相关关系的计算式等，从而与根据利用反馈控制算 法计算出的第1输入值来补偿误差参数即相对于控制输入的估计值的误 差的情况相比，可迅速地补偿该误差参数。由此，即使在由于控制对象 的动态特性变化等而使控制输入相对于控制输入的估计值的误差暂时骤 增的条件下，也能将控制量迅速地控制在目标控制量附近，可减小第
输入值的绝对值，从而可迅速地提高调制输入值的频率即控制输入的变 动频率。这样，可迅速地消除由于控制对象的动态特性的骤变引起的、 控制输入的变动频率的下降，由此可提高控制精度(另外，本说明书中
的"相关关系模型"不限于响应曲面模型和数学性模型，包含N (N是自然 数)维映射图和规定的计算算法等表示动作状态参数与第2输入值之间 的相关关系的全部模型。并且，本说明书中的"动作状态参数的检测"不 限于使用传感器直接检测动作状态参数，还包含通过计算或估计得到动 作状态参数)。
发明2的发明，其特征在于，在发明1所述的控制装置1、 1A中， 模型修正单元通过把规定的多个函数(权重函数Wi、 WNE;i)的值乘以 误差参数和规定的目标值中的一方和另一方之间的偏差(空燃比校正值 DKCMD、转矩误差Etrq)，分别计算多个相乘值(分配误差EWi、修正 转矩误差Wetrqij)，并根据多个相乘值分别计算多个修正值(修正系数6i、 基准局部校正值DKTRQFF—BS,j)，多个区域中的相邻区域相互重叠，规 定的多个函数分别对应于多个区域，规定的多个函数仅在对应的区域内 被设定为值0以外的值且在对应的区域以外被设定为值O，并且在相互重 叠的区域内，与重叠区域对应的函数的值的总和的绝对值(值1)被设定 成等于函数中的最大值的绝对值(值l)。
根据该控制装置，规定的多个函数分别对应于多个区域，仅在对应 的区域内被设定为值0以外的值且在对应的区域以外被设定为值O，并且 在相互重叠的区域内，与该重叠的区域对应的函数的值的总和的绝对值 被设定成等于函数中的最大值的绝对值。通过把这种规定的多个函数的 值乘以误差参数和规定的目标值中的一方和另 一方之间的偏差，分别计
10算多个相乘值，并根据多个相乘值分别计算多个修正值，因而可将误差 参数和规定的目标值中的一方和另一方之间的偏差通过规定的多个函数 的值分配给多个修正值，由此，可在通过多个修正值中的各个修正值来 反映多个区域中的各个区域的误差程度的同时，恰当地修正相关关系模 型。而且，由于与相互重叠的区域对应的函数的值的总和的绝对值被设 定成等于函数中的最大值的绝对值，因而使用这种多个函数的值计算出 的多个修正值表示相互连续的值，从而即使当动作状态参数骤变时，也 能将第2输入值计算成平滑且无级差地变化。由此，即使当由于控制对 象的动态特性的骤变而使控制输入相对于控制输入的估计值的误差暂时
骤增时，也能避免第2输入值的不恰当的骤变或阶梯状的骤变，可提高
控制精度和控制稳定性。
发明3的发明，其特征在于，在发明l或2所述的控制装置中，误 差参数计算单元具有设定单元(ECU2、空燃比控制器40)，该设定单元 将第1输入值(空燃比校正值DKCMD)设定为误差参数，并将规定的 目标值设定为值O。
根据该控制装置，由于第2输入值是使用针对多个区域中的每个区 域进行了修正的相关关系模型来计算的，以使第1输入值成为值0，因而 即使当由于控制对象的动态特性的骤变而使控制输入大幅偏离估计值、 并且控制量大幅偏离目标控制量，从而使得第〗输入值骤增时，也能通 过利用修正后的相关关系模型计算出的第2输入值将骤增的第1输入值 迅速控制为值O。结果，能够将控制量迅速控制为目标控制量，从而可迅 速提高调制输入值的频率即控制输入的变动频率，由此可提高控制精度。
发明4的发明，其特征在于，在发明3所述的控制装置1中，控制 量是排气浓度传感器(氧浓度传感器15)的输出V02，该排气浓度传感 器检测在内燃机3的排气通路7中的催化装置(第1催化装置8)的下游 侧的排气中的规定成分的浓度(氧浓度)，目标控制量是当估计为催化装 置的排气净化率成为规定状态时的目标输出V02—TRGT，动作状态参数 是表示内燃机的运转状态的运转状态参数(排气容积SV一hat)，控制输入 计算单元计算在内燃机3的混合气的空燃比控制中成为空燃比的目标的目标空燃比KCMD作为控制输入。
根据该控制装置，由于第2输入值是使用针对多个区域中的每个区 域进行了修正的相关关系模型和运转状态参数来计算的，以使第1输入 值成为值0，并且根据第2输入值和调制输入值的和来计算目标空燃比， 因而即使当由于内燃机的运转状态的骤变而使计算出的目标空燃比大幅 偏离估计值、并且排气浓度传感器的输出大幅偏离目标输出，从而使得 第1输入值骤增时，也能通过利用修正后的相关关系模型计算出的第2 输入值将骤增的第1输入值迅速控制为值0。由此，可将排气浓度传感器
的输出迅速控制为目标输出，从而可迅速提高调制输入值的频率即目标 空燃比的变动频率。结果，可迅速消除由于内燃机的运转状态的骤变引 起的、目标空燃比的变动频率的下降，并且通过将该目标输出设定为使 催化装置的排气净化率成为良好状态的值，可提高催化装置的排气净化 率。
发明5的发明，其特征在于，在发明1或2所述的控制装置1A中， 误差参数计算单元具有估计值计算单元(ECU2、估计转矩计算部106)， 其计算控制输入的估计值(估计转矩TRQINST);以及误差参数设定单 元(ECU 2、转矩误差计算部122)，其将估计值与第2输入值之间的偏 差(转矩误差Etrq)设定为误差参数。
根据该控制装置，由于第2输入值是使用针对多个区域中的每个区 域进行了修正的相关关系模型来计算的，以使控制输入的估计值与第2 输入值之间的偏差成为值0，因而即使当由于控制对象的动态特性的骤变 而使控制输入大幅偏离估计值、并且控制量大幅偏离目标控制量，从而 使得第1输入值骤增时，也能通过利用修正后的相关关系模型计算出的 第2输入值将控制量迅速控制为目标控制量，可迅速减小第1输入值。 由此，可迅速提高调制输入值的频率即控制输入的变动频率，可提高控 制精度。
发明6的发明，其特征在于，在发明5所述的控制装置1A中，控制 量是以内燃机3为动力源的车辆的驱动轮的速度(驱动轮速Ws—act)，目 标控制量是用于使车辆的驱动轮相对于非驱动轮的滑移量成为规定量(滑移偏置值OptSlip)的目标速度(目标车轮速Ws—cmd)，动作状态参 数是表示内燃机的运转状态的运转状态参数(发动机转速NE)，控制输 入计算单元计算在内燃机3的输出控制中成为输出的目标的目标输出(限 制转矩TRQTC)作为控制输入。
如该控制装置这样，在将内燃机的目标输出作为控制输入来控制车 辆的驱动轮的速度的情况下，在驱动轮发生滑移的前后，轮胎与路面之 间的摩擦特性大幅地非线性变化(以下将这种特性称为"抓地行为的非线 性特性")，因而即使当驱动轮的速度收敛于目标速度时，也很有可能驱 动轮的滑移量发生波动、或者相对于规定值产生恒定偏差，为了避免这 一点，有必要将目标输出计算成表现出高频率的变动行为。与此相对， 根据该控制装置，由于第2输入值是使用针对多个区域中的每一个区域 进行了修正的相关关系模型和运转状态参数来计算的，以使第1输入值 成为值0，并且根据第2输入值和调制输入值的和来计算目标输出，因而 即使当由于内燃机的运转状态的骤变而使计算出的目标输出大幅偏离其 估计值、并且驱动轮的速度大幅偏离目标速度，从而使得第1输入值骤 增时，也能通过利用修正后的相关关系模型计算出的第2输入值将骤增 的第1输入值迅速控制为值0。由此，可将驱动轮的速度迅速控制为目标 速度，从而可迅速提高调制输入值的频率即目标输出的变动频率。结果， 可补偿上述的抓地行为的非线性特性，从而可避免驱动轮的滑移量发生 波动、或者相对于规定值产生恒定偏差的情况，并且通过将该规定量设 定为极小的值，可确保高水准的驱动轮速度的控制精度。即，可实现高 精度的牵引控制。
发明7的发明，其特征在于，在发明6所述的控制装置1A中，控制 装置还具有要求输出计算单元(ECU 2、要求转矩计算部104)，其计 算车辆的驾驶者所要求的内燃机3的输出作为要求输出(要求转矩 TRQDRV);以及选择单元(ECU2、发动机转矩计算部110)，其将要求 输出(要求转矩TRQDRV)和目标输出(限制转矩TRQTC)中的小的一 方选择为输出控制中的内燃机3的输出目标(发动机转矩TRQENG)。
根据该控制装置，由于将车辆的驾驶者所要求的要求输出和目标输
13出中的小的一方选择为输出控制中的内燃机的输出的目标，因而在要求 输出大于目标输出的情况下，将目标输出选择为目标，因而如上所述， 可执行高精度的牵引控制。另一方面，在目标输出大于要求输出的情况 下，将要求输出选择为目标，因而可获得驾驶者要求的内燃机的输出， 可确保良好的运转性能。
发明8的发明，其特征在于，在发明7所述的控制装置1A中，控制 输入值计算单元在第2输入值(自适应限制转矩TRQFF一LMT)小于要 求输出(要求转矩TRQDRV)时，将目标输出(限制转矩TRQTC)计算 为第2输入值和调制输入值的和(式(89)、 (91))，并在第2输入值大 于等于要求输出时，将目标输出计算为要求输出和调制输入值的和(式 (90)、 (91))。
根据该控制装置，当第2输入值小于要求输出时，将目标输出计算 为第2输入值和调制输入值的和，并当第2输入值大于等于要求输出B寸， 将目标输出计算为要求输出和调制输入值的和。即，目标输出被计算为 第2输入值和要求输出中的小的一方与调制输入值的和，并且目标输出 和要求输出中的小的一方被选择为内燃机的输出的目标。因此，在要求 输出大于第2输入值而很有可能发生驱动轮的滑移的情况下，把目标输 出计算为第2输入值和调制输入值的和，并且把这样计算出的目标输出 选择为内燃机的输出的目标，因而可将驱动轮的速度迅速控制为目标车 轮速，可执行高精度的牵引控制。
另一方面，在要求输出小于目标输出的情况下，把要求输出选择为 内燃机的输出的目标，因而可避免驱动轮的滑移。在该情况下，在使用 反馈控制算法来计算第1输入值的关系上，有时第1输入值会成为负值。 在该状态下，由于驾驶者的急剧的油门操作等而使要求输出骤增并超过 目标输出的情况下，尽管把目标输出选择为内燃机的输出的目标，然而 在使用反馈控制算法来计算第1输入值的关系上，其具有响应性低的特 性。因此，当第1输入值为负值时，目标输出被抑制为过度小的值，内 燃机产生的输出被过度地抑制，从而存在车辆的加速响应性降低、运转 性能降低的可能性。与此相对，由于把目标输出计算为第2输入值和要求输出中的小的 一方与调制输入值的和，因而在要求输出骤增并大幅超过第2输入值的
情况下，目标输出被计算为可避免驱动轮的滑移的第2输入值和调制输 入值的和，从而可将内燃机的输出的目标计算为以第2输入值为中心重
复反转的值。由此，可在避免把目标输出抑制为过度小的值的同时，将 内燃机产生的输出保持在可避免驱动轮的滑移的输出的上限值附近，从 而可在执行高精度的牵引控制的同时，获得良好的加速响应性。
图1是示出本发明的第1实施方式的控制装置和应用该控制装置的 内燃机的概略结构的示意图。
图2是示出在使用了恶化状态和未恶化状态的第1催化装置的情况 下，分别测定出相对于检测空燃比KACT的、两个第1催化装置的HC 和NOx的净化率以及02传感器的输出V02的结果的一例的图。 图3是示出第1实施方式的控制装置的概略结构的功能框图。 图4是示出空燃比控制器的概略结构的功能框图。 图5是示出自适应基准空燃比计算部的概略结构的功能框图。 图6是示出在基准空燃比KCMDBS的计算中使用的映射图的一例的图。
图7是表示在第1催化装置是新品和恶化品的情况下，排气容积 SV—hat与使V02 —V02一TRGT成立的混合气的空燃比的最佳值(最佳空 燃比)之间的关系的图。
图8 (a)是示出在权重函数Wi的计算中使用的映射图的一例的图， 图8 (b)是示出在第1催化装置是新品和恶化品的情况下的基准空燃比 KCMDBS的一例的图。
图9 (a)是示出权重函数Wi的计算结果的一例的图，图9 (b)是 示出相乘值e「Wi的计算结果的一例的图，图9 (c)是示出累积值Kff 的计算结果的一例的图，图9 (d)是示出模型修正系数Kff的计算结果 的一例的图，图9 (e)是示出自适应基准空燃比KCMDADP的计算结果的一例的图。
图10是示出空燃比控制处理的流程图。
图11是示出在目标空燃比的起动时用值KCMD—ST的计算中使用的 映射图的一例的图。
图12是示出在目标空燃比的催化剂暖机用值KCMD—AST的计算中 使用的映射图的一例的图。
图13是示出第1实施方式的控制装置的空燃比控制的模拟结果的--例的时序图。
图14是为了比较而示出当使用现有的控制方法时的空燃比控制的 模拟结果的一例的时序图。
图15是示出第2实施方式的控制装置的概略结构的框图。 图16是示出牵引控制器的概略结构的框图。
图17是示出在最大转矩Trqjnax和最小转矩Trqjnin的计算中使用 的映射图的一例的图。
图18是示出在归一化要求驱动力Ktrq_ap的计算中使用的映射图的 一例的图。
图19是示出在基准前馈转矩TRQFFM的计算中使用的映射图的一 例的图。
图20是示出模型修正器的概略结构的功能框图。
图21是示出在权重函数WNEij的计算中使用的映射图的一例的图。
图22 (a)是示出权重函数WNEij的计算结果的一例的图，图22 (b) 是示出相乘值Dktrqffij的计算结果的一例的图，图22 (c)是示出局部校 正值DKTRQFFj的计算结果的一例的图，图22 (d)是示出模型修正系 数KTRQFF的计算结果的一例的图，图22 (e)是示出自适应限制转矩 TRQFFJLMT的计算结果的一例的图。
图23是示出第2实施方式的控制装置的牵引控制的模拟结果例的时 序图。
图24是为了比较而示出在保持为模型修正系数KTRQFF= 1的情况 下的牵引控制的模拟结果例的时序图。
16标号说明
1:控制装置；1A:控制装置；2: ECU (控制量检测单元、目标控制量设定单元、第1输入值计算单元、调制输入值计算单元、动作状态参数检测单元、误差参数计算单元、修正值计算单元、模型修正单元、第2输入值计算单元、控制输入计算单元、设定单元、估计值计算单元、误差参数设定单元、要求输出计算单元、选择单元)；3:内燃机7:排气通路；8:第1催化装置(催化装置)；10:空气流量传感器(动作状态参数检测单元)；11:进气压传感器(动作状态参数检测单元)；13:曲轴转角传感器(动作状态参数检测单元)；15:氧浓度传感器(控制量检测单元、排气浓度传感器)；17:进气温度传感器(动作状态参数检测单元)；22:左后轮速传感器(控制量检测单元)；23:右后轮速传感器(控制量检测单元)；40:空燃比控制器(控制输入计算单元、设定单元)；43: SM控制器(第l输入值计算单元、误差参数计算单元)；44:调制器(调制输入值计算单元)；50:自适应基准空燃比计算部(模型修正单元、第2输入值计算单元)；70:模型修正器(修正值计算单元)；100:牵引控制器(模型修正单元、第2输入值计算单元、控制输入计算单元)；101:目标车轮速计算部(目标控制量设定单元)；102:车轮速反馈控制器(第1输入值计算单元)；103:调制器(调制输入值计算单元)；104:要求转矩计算部(要求输出计算单元)；106:估计转矩计算部(估计值计算单元)；110:发动机转矩计算部(选择单元)；120:模型修正器(误差参数计算单元、修正值计算单元)；122:转矩误差计算部(误差参数设定单元)；KCMD:目标空燃比(控制输入)；V02:氧浓度传感器的输出(控制量、排气浓度传感器的输出)；V02一TRGT:目标输出(目标控制量)；DKCMD:空燃比校正值(第1输入值、误差参数、误差参数和规定的目标值中的一方与另一方之间的偏差)；DKCMD_DSM:调制值(调制输入值)；SV—hat:排气容积(动作状态参数、运转状态参数)；ei:修正系数(多个修正值)；KCMDADP:自适应基准空燃比(第2输入值)；Wi:权重函数(规定的多个函数)；Ewi:分配误差(多个相乘值)；TRQENG:发动机转矩(控制输入)；Ws一act:驱动轮速(控制量、驱动轮的速度)；Ws—cmd:目标车轮速(目标控制量、目标速度)；OptSlip: 滑移偏置值(规定量)；TRQFB:转矩反馈值(第1输入值)；TRQFB—DSM: 调制值(调制输入值)；NE:发动机转速(动作状态参数、运转状态参数); TRQINST:估计转矩(控制输入的估计值)；Etrq:转矩误差(误差参数、 误差参数和规定的目标值中的一方与另一方之间的偏差、估计值与第2 输入值之间的偏差)；DKTRQFF一BSij:基准局部校正值(多个修正值)； TRQFF—LMT:自适应限制转矩(第2输入值)；WNEii:权重函数(规定 的多个函数)；Wetrqij:修正转矩误差(多个相乘值)；TRQTC:限制转 矩(目标输出)；TRQDRV:要求转矩(要求输出)；TRQENG:发动机 转矩(内燃机的输出目标)。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的第1实施方式的控制装置。本实施方 式的控制装置是控制内燃机的空燃比的控制装置，图1示出该控制装置1 和应用该控制装置1的内燃机(以下称为"发动机")3的概略结构。如该 图所示，该控制装置1具有ECU 2，该ECU2如后所述，根据发动机3 的运转状态控制提供给其气缸内的混合气的空燃比。
该发动机3是安装在具有有档位式自动变速器的车辆(均未作图示) 上的直列4缸型汽油发动机，具有第1 第4的4个气缸#1 #4。在该发 动机3的进气通路4上，从上游侧起依次设置有空气流量传感器10、节 气门机构5以及进气压传感器11。另外，在本实施方式中，空气流量传 感器IO和进气压传感器11相当于动作状态参数检测单元。
空气流量传感器10由热线式空气流量计构成，检测在进气通路4内 流动的空气的流量，将表示该流量的检测信号输出到ECU 2。 ECU2根 据空气流量传感器10的检测信号计算空气流量Gth (单位g/sec)。
并且，节气门机构5具有节气门5a和对节气门5a进行开闭驱动的 TH致动器(未作图示)等。TH致动器是将齿轮机构与连接到ECU2的 电动机(均未作图示)组合而成，通过使用来自ECU2的控制输入信号 控制TH致动器，来使节气门5a的开度变化。节气门可自由转动地设置在进气通路4的中途，并根据伴随该转动的开度变化而使空气流量Gth 变化。
而且，进气压传感器11由例如半导体压力传感器等构成，检测进气
通路4内的绝对压力(以下称为"进气压")PB，并将表示该绝对压力PB 的检测信号输出到ECU2。
并且，进气通路4经由进气歧管4a的4个分支部4b与4个气缸#1 #4分别连接。在各分支部4b，在各气缸的未作图示的进气端口的上游侧 安装有燃料喷射阀6。在发动机3运转时，使用来自ECU 2的控制输入 信号控制各燃料喷射阀6的打开时间即燃料喷射量Tout和喷射定时。
另一方面，在发动机3的主体上安装有由例如热敏电阻等构成的水 温传感器12。水温传感器12检测在发动机3的气缸体内循环的冷却水的 温度即发动机水温TW，并将表示该发动机水温TW的检测信号输出到 ECU 2。
并且，在发动机3的曲轴(未作图示)上设置有曲轴转角传感器13。 该曲轴转角传感器13伴随曲轴的旋转，向ECU2输出均作为脉冲信号的 CRK信号和TDC信号。
CRK信号每隔规定的曲轴转角(例如30°)输出1个脉冲。ECU 2 根据该CRK信号计算发动机3的转速(以下称为"发动机转速")NE。并 且，TDC信号是表示各气缸的活塞(未作图示)位于比进气行程的TDC 位置稍微靠前的规定的曲轴转角位置处的信号，每隔规定曲轴转角输出1 个脉冲。另外，在本实施方式中，曲轴转角传感器13相当于运转状态参 数检测单元。
另一方面，在排气通路7的排气歧管7a的下游侧，从上游侧起依次 保持间隔地设置有第1催化装置8和第2催化装置9。两个催化装置8、 9均是将N0x催化剂和三元催化剂组合而成的，该N0x催化剂未作图示， 是将铱催化剂(保持铱的碳化硅晶须粉末和硅的烧制体)覆盖在蜂窝状 结构的基材的表面上，并在其上还覆盖钙钛矿型双氧化物(LaCo03粉末 和硅的烧制体)而成的。
两个催化装置8、 9借助NOx催化剂的氧化还原作用来净化稀燃运转时的排气中的NOx，并借助三元催化剂的氧化还原作用来净化稀燃运
转以外的运转时的排气中的CO、 HC禾卩NOx。另外，两个催化装置8、 9 不限于将NOx催化剂和三元催化剂组合而成，只要能净化排气中的CO、 HC和NOx即可。例如，两个催化装置8、 9可以使用钙钛矿型催化剂等 非金属催化剂和/或三元催化剂等金属催化剂构成。
在该第1和第2催化装置8、 9之间安装有氧浓度传感器(以下称为 02传感器)15。该02传感器15由氧化锆和铂电极等构成，并将基于第 1催化装置8的下游侧的排气中的氧浓度的检测信号输出到ECU 2。该 02传感器15的输出(以下称为"传感器输出")V02在比理论空燃比浓 的混合气燃烧时成为高电平的电压值(例如0.8V)，当混合气是稀时，成 为低电平的电压值(例如0.2V)，并且当混合气在理论空燃比附近时，成 为高电平和低电平之间的规定的目标输出V02JTRGT (例如0.6V)(参 照图2)。
另外，在本实施方式中，02传感器15相当于控制量检测单元和排 气浓度传感器，传感器输出V02相当于控制量和排气浓度传感器的输出， 目标输出V02—TRGT相当于目标控制量。
并且，在第1催化装置8的上游侧的排气歧管7a的集合部附近安装 有LAF传感器14。 LAF传感器14由氧化锆和铂电极等构成，在从比理 论空燃比浓的浓区域到极稀区域的大范围的空燃比的区域中，线性地检 测在排气通路7内流动的排气中的氧浓度，并将表示该氧浓度的检测信 号输出到ECU2。 ECU 2根据该LAF传感器14的检测信号的值，计算 表示排气中的空燃比的检测空燃比KACT。另外，该检测空燃比KACT 具体地说被计算为当量比。
下面，参照图2说明第1催化装置8 (催化装置)的排气净化率与 传感器输出V02之间的关系。该图表示分别测定出在第1催化装置8处 于因长时间使用而使净化能力下降的恶化状态和处于净化能力高的未恶 化状态的情况下，当检测空燃比KACT即提供给发动机3的混合气的空 燃比在理论空燃比附近变化时的2个第1催化装置8的HC和NOx的净 化率以及传感器输出V02的结果的一例。在该图中，由虚线表示的数据均是在第1催化装置8处于未恶化状态的情况下的测定结果，由实线表 示的数据均是在第1催化装置8处于恶化状态的情况下的测定结果。并
且表示，检测空燃比KACT越大，则混合气的空燃比在越浓侧的情况。
如该图所示，在第1催化装置8恶化的情况下，与未恶化状态的情 况相比，排气净化能力下降，从而当检测空燃比KACT是更稀侧的值 KACT1日寸，传感器输出V02横切目标输出V02一TRGT。另一方面，不 管第1催化装置8处于恶化状态还是未恶化状态，当传感器输出V02为 目标输出V02JTRGT时，第1催化装置8具有效率最佳地净化HC和 NOx的牛寺性。因此得知，通过控制混合气的空燃比以使传感器输出V02 成为目标输出V02JTRGT，可利用第1催化装置8效率最佳地净化排气。 因此，在后述的空燃比控制中，目标空燃比KCMD被计算成使传感器输 出V02收敛于目标输出V02JTRGT。
而且，油门开度传感器16和进气温度传感器17等与ECU2连接。 该油门开度传感器16检测车辆的未作图示的油门踏板的踩下量(以下称 为"油门开度")AP，并将表示该AP的检测信号输出到ECU 2。并且， 进气温度传感器17检测进气温度TA，并将表示该进气温度TA的检测信 号输出到ECU2。另外，在本实施方式中，进气压传感器ll相当于动作 状态参数检测单元。
ECU 2由微型计算机构成，该微型计算机由CPU、 RAM、 ROM以 及I/0接口 (全都未作图示)等所构成，ECU 2根据所述的各种传感器 10 17的检测信号等，判别发动机3的运转状态，并执行各种控制。具 体地说，ECU 2如后所述，根据发动机3的运转状态计算目标空燃比 KCMD，并根据该目标空燃比KCMD，针对各气缸计算燃料喷射阀6的 燃料喷射量Tont和喷射定时。然后，通过使用基于计算出的燃料喷射量 Tout和喷射定时的控制输入信号来驱动燃料喷射阀6，来控制混合气的空 燃比。
另外，在本实施方式中，ECU2相当于控制量检测单元、目标控 制量设定单元、第1输入值计算单元、调制输入值计算单元、动作状态 参数检测单元、误差参数计算单元、修正值计算单元、模型修正单元、第2输入值计算单元、控制输入计算单元、设定单元、估计值计算单元、 误差参数设定单元以及选择单元。
下面，参照图3说明本实施方式的控制装置1。如该图所示，该控 制装置1具有ST控制器30、基本喷射量计算部31、总校正系数计算 部32、乘法器33以及空燃比控制器40，具体地说它们由ECU2构成。
首先，在空燃比控制器40中，如后所述，根据空气流量Gth、进气 压PB、发动机转速NE、传感器输出V02以及检测空燃比KACT来计算 目标空燃比KCMD。该目标空燃比KCMD被计算为当量比。另夕卜，在本 实施方式中，空燃比控制器40相当于控制输入计算单元和设定单元，目 标空燃比KCMD相当于控制输入。
并且，ST控制器30计算空燃比校正系数KAF，并具有PID控制器 和自适应控制器(均未作图示)。在该PID控制器中，使用公知的PID控 制方法计算空燃比校正系数KAF，以使检测空燃比KACT收敛于目标空 燃比KCMD，在自适应控制器中，使用本申请人在日本特开2000—234550 号公报等中已提出的自适应控制方法来计算空燃比校正系数KAF，以使 检测空燃比KACT跟随目标空燃比KCMD。然后，根据发动机3的运转 状态，将使用2种控制方法分别计算出的值中的一方选择为空燃比校正 系数KAF。
而且，在基本喷射量计算部31中，通过根据发动机转速NE和进气 压PB来检索未作图示的映射图，来计算基本喷射量Tibs。
另一方面，在总校正系数计算部32中，通过根据发动机水温TW和 进气温度TA等表示运转状态的各种参数来检索未作图示的各种映射图， 来计算各种校正系数，并通过把这些各种校正系数相乘，来计算总校正 系数KTOTAL。
然后，在乘法器33中，根据下式(1)计算燃料喷射量Tout。算式1
Tout(k)-Tibs(k) .KAF(k).KTOTAL(k) (1)
在上式(1)中，带有符号(k)的各数据表示是按规定的控制周期 AT (TDC信号的产生周期)所计算或采样的离散数据，符号k表示各离
22散数据的控制时刻。例如，符号k表示是按本次的控制定时计算出的本 次值，符号k一l表示是按上次的控制定时计算出的上次值。这一点在以 下的算式中也是一样。另外，在以下说明中，恰当省略了各离散数据中
的符号(k)。
下面，参照图4说明所述的空燃比控制器40。如该图所示，该空燃 比控制器40具有状态预测器41、车载同定器42、 SM控制器43、调 制器44、排气容积计算部45、加法器46以及自适应基准空燃比计算部 50。
在该空燃比控制器40中，在状态预测器41中使用后述的预测算法 计算输出偏差DV02的预测值DVPRE，在车载同定器42中使用后述的
逐次型同定算法计算模型参数矢量eb。
并且，在SM控制器43中，如后所述，使用自适应滑模控制算法计 算空燃比校正值DKCMD，在调制器44中，如后所述，使用应用A2调 制算法的调制算法计算空燃比校正值DKCMD的调制值DKCMD—DSM。
而且，在排气容积计算部45中，使用后述的控制方法计算排气容积 SV一hat，在自适应基准空燃比计算部50中，使用后述的控制方法计算自 适应基准空燃比KCMDADP。然后，最终在加法器46中，根据下式(2) 计算目标空燃比KCMD。算式2
KCMD(k)-DKCMD一DSM(k)+KCMDADP(k-l) ……(2)
下面，说明所述的状态预测器41。该状态预测器41使用以下所述 的预测算法计算输出偏差DV02的预测值DVPRE，首先，按下式(3) 所示定义输出偏差DV02。算式3
臓(k),2(k)-V02一TRGT ..... (3)
然后，按下式(4)所示定义将后述的空燃比校正值DKCMD作为输 入、并将输出偏差DV02作为输出的系统的控制对象模型。算式4
DV02(k):a卜DV02(k-l) + a2.DV02(k-2)+b卜DKCMD(k-d) ..... (4)上式(4)的al、 a2、 bl表示模型参数。并且，上式(4)的d表示 从由燃料喷射阀6将目标空燃比KCMD的混合气提供给进气系统后到反 映到传感器输出V02上的浪费时间，并按下式(5)所示来定义。算式5
d = dl+d2 ..... (5)
这里，dl表示从燃料喷射阀6到LAF传感器14的发动机系统的浪 费时间，d2表示从LAF传感器14到02传感器15的排气系统的浪费时 间。
并且，预测值DVPRE是对从目标空燃比KCMD的混合气被提供给 进气系统后到经过浪费时间d之后的输出偏差DV02 (k+d)进行预测 得到的值，当根据上式(4)推导预测值DVPRE的计算式时，得到下式 (6)。
算式6
DVPRE(k) — DV02(k+d)
=al.DV02(k+d-l)+a2'DV02(k+d陽2)+bl'DKCMD(k)……(6)
在该式(6)的情况下，需要计算与输出偏差DV02 (k)的将来值 相当的DV02 (k+d—l)和DV02 (k+d—2)，实际上进行程序化是困 难的。因此，使用在车载同定器42中如后所述计算的模型参数的同定值 al (k)、 a2 (k)、 bl (k)，按下式(7)、 (8)所示定义矩阵A、 B，通过 重复使用上式(6)的递推公式对上式(6)进行变形，则得到下式(9)。
算^:7
一
7l(k) a2(k亍
1
0
(7)
blOO 0
(8)
DVPRE (k) = al (k) 'DV02⑧+ (k) 'DV02(k-1) + Hi3i 00 'DKCMD(k- i)
(9)
这里，Cd (k): Ad的第l行第l列要素a2 (k): Ad的第l行第2列要素 Pi (k): A"B的第1行要素
然后，当按下式(10)所示定义检测空燃比偏差DKACT时，可视 为DKACT (k) 二DKCMD (k—dl),因而当把该关系应用于所述的式 (9)时，得到下式(11)。算式8
MACT(k)-KACT(k〉-KCMDADP(k-l〉 (10) DVPRE 00 = al (k). DV02 Ck) + (k) ■ DV02 (k-1)
d卜l d2
+ S &(k)'DKCMD(k-i)+ 2 /3]'+dl (k)'DKACT(k-j〉
这里，(3j: Aj—'B的第1行要素
这里，上式(10)的KCMDADP是自适应基准空燃比，如后所述， 由自适应基准空燃比计算部50计算。在本实施方式的状态预测器41中， 使用按以上那样导出的式(11)来计算预测值DVPRE。
下面说明所述的车载同定器42。在该车载同定器42中，使用下式 (12) (18)所示的逐次型同定算法计算模型参数al、 a2、 bl的矢量eb。
算式9
缝)錄-lH歸).Eid(k) …'.(12)
,T-[al(k) a2(k) bl(k)] '….(1 3)
E i d (k)=臓(k)-魔一HAT (k) ..... (14)
DV02JAT(k)-挑(k-l)化(k) (15)算式IO
25-d2)] ….，(16)
、 P(k-1K(k) M 7、
K酔麵W .'…(17)
P(k)-、〔1 MW咖—,严l) (18) 这里，I是单位矩阵。
在上式(12)中，矢量6b的转置矩阵按式(13)来定义，该式(12) 的Eid是根据式(14)计算的跟随误差。该式(14)的DV02—HAT是输 出偏差DV02的估计值，根据式(15)来计算。该式(15)的；是按式 (16)来定义其转置矩阵的矢量。
并且，式(12)的KQ是根据式(17)计算的增益系数的矢量，该 式(17)的P是按式(18)所示来定义的3次方阵。该式(18)的I表 示3次单位矩阵，人l、"分别表示被设定成使0< 11^1、 0<X2^1成立的 权重函数。
下面，说明所述的SM控制器43。在该SM控制器43中，使用以下 所示的式(19) (23)的自适应滑模控制算法计算空燃比校正值DKCMD。算式ll
cr2(A) = D,柳+. DF尸斷A - 1) ......(19)
TT…，、—Krch2 、 ，、 Urch2(k) =-cj2(k) ….，(20)
^ bl(k)
UadP2(k) = ^^i>2(i) .'…(21)
b丄W i=0
算式12
Ueq2(k) = {[al (k)-HS2〕 .D聰(k) + [a2 (k)-S2) .DVPRE(k-1)}
詣 .....(2 2)
MCMD(k)-Urdi2(k)+Uadp2(k)+Ueq2(k) ..... (2 3)
上式(19)的cj2是切換函数，该式(19)的S2是被设定成使一K S2〈0的关系成立的切换函数设定参数。在该情况下，使用切换函数设定 参数S2的设定值来指定预测值DVPRE向值0的收敛速度。并且，如上
26式(23)所示，空燃比校正值DKCMD被计算为趋近律输入Urch2、自 适应律输入Uadp2以及等效控制输入Ueq2的和，该趋近律输入Urch2 使用式(20)来计算。在该式(20)中，Krch2表示规定的趋近律增益。 并且，自适应律输入Uadp2使用式(21)来计算，在该式(21)中， Kadp2表示规定的自适应律增益。而且，等效控制输入Ueq2使用式(22) 来计算。
如上所述，在SM控制器43中，使用式(19) (23)的自适应滑 模控制算法计算空燃比校正值DKCMD，作为用于使预测值DVPRE收敛 于值0的值，即用于使传感器输出V02收敛于目标输出V02一TRGT的 值。
另外，在本实施方式中，SM控制器43相当于第1输入值计算单元 和误差参数计算单元，空燃比校正傻DKCMD相当于第l输入值、误差 参数、以及误差参数和规定的目标值中的一方与另一方之间的偏差，值0 相当于规定的目标值。
下面，说明所述的调制器44。在该调制器44中，如以下所述计算 调制值DKCMD_DSM。首先，根据下式(24) (26)计算小振幅分量 值DKCMD—L。
算式13
DKCMD (10 <-DKCMD_L_LMT 时
01(0 )_"]0 = -010:肌一1^1^7 ……(2 4)
-DKCMD—L—LMTSDKCMD (k) ^DKCMD一LJJT 时
DKCMD_L (10 = DKCMD GO ..... (25)
DKCMD一L—LMT<DKCMD (k) 时
DKCMD—L (k) = DKCMD_L_LMT' (26)
上式(24) (26)的DKCMD—L_LMT是规定的阈值，如这些式 (24) (26)所示，小振幅分量值DKCMD—L是通过对空燃比校正值 DKCMD的振幅实施以DKCMD—L_LMT为上限并以一DKCMD一L—LMT 为下限的限制处理来计算的。即，小振幅分量值DKCMD—L相当于当空 燃比校正值DKCMD的变动宽度小、且其绝对值处于不超过阈值DKCMD—L_LMT的范围内时的空燃比校正值DKCMD。
并且，大振幅分量值DKCMD一H根据下式(27) (29)来计算。
算式14
DKCMD (k) <-DKCMD_L_LMT 时
DKCMD—H (k) = DKCMD (k) + DKCMD—L—LMT (27)
-DKCMD—L一LMTSDKCMD (k) SDKCMD—L_LMT 时
DKCMD_H(k) = 0 ……(2 8)
DKCMD—L—LMT<DKCMD (k) 时
DKCMD H(k)-DKCMD(k)-DKCMD L LMT
— — '…'(2 9)
如以上的式(27) (29)所示，当空燃比校正值DKCMD的绝对 值不超过阈值DKCMD—L—LMT时，大振幅分量值DKCMD—H被计算为 值0，当空燃比校正值DKCMD的绝对值超过阈值DKCMD—L_LMT时， 大振幅分量值DKCMD—H被计算为超过部分的值。g卩，在由于空燃比校 正值DKCMD的变动大而要求控制的快速响应性的情况下，大振幅分量 值DKCMD—H被计算为用于使这种空燃比校正值DKCMD恰当地反映在 目标空燃比KCMD上的值。
而且，通过使用下式(30) (33)所示的应用AS调制算法的算法 来调制小振幅分量值DKCMD一L，来计算调制分量值DKCMD一L一DSM。
算式15
5dsm(k) = DKCMD—L(k) - DKCMD—L—DSM(k -1) …'(30)
crdsm(k) = adsm(k — l) + 5dsm(k) (31)
■ C7dSDl(k)〈0 时 D腦一L一DSM (k)=-扁D一L一AMP ..... (32)
a dsm(k) 时
DKCMDJJ)SM (k) -DKCMD一L一層 .....(33)
如上式(30)所示，偏差5dsm被计算为小振幅分量值DKCMD一L 与调制分量值DKCMD一L—DSM的上次值之间的偏差。并且，在式(31) 中，0dsm表示偏差5dsm的积分值。并且，式(32)、 (33)的DKCMD—L—AMP是规定的振幅值。参照以上的式(30) (33)可以明白，调制分量值
DKCMD_L—DSM被计算为以值0为中心在最小值一DKCMD_L—AMP与 最大值DKCMD—L—AMP之间重复反转的值。
然后，最终如下式(34)所示，通过对调制分量值DKCMD一L一DSM 加上大振幅分量值DKCMD一H，来计算调制值DKCMD—DSM。算式16
DKCMD_DSM (k) -DKCMD—L一DSM (k) +DKCMD_H (k) ..... (34)
另外，在本实施方式中，调制器44相当于调制输入值计算单元，调 制值DKCMD_DSM相当于调制输入值。
另一方面，在所述的排气容积计算部45中，根据以下的式(35)、 (36)计算排气容积SV—hat。算式17
GcylQQ- 歸)-翻掘-1", ,…，
NE(k).SV一PRA R.TA(k) " D;
SV—hatGO = NE(k).Gcyl(k)'SV_PRA ……(3 6)
在上式(35)中，Gcyl表示吸入空气量，Vb表示进气管内体积，R 表示规定的气体常数。该式(35)的SV—PRA是根据发动机3的气缸数 所设定的换算系数。在该情况下，可以取代上式(35)，而使用根据进气 压PB和燃料喷射量Tout来检索映射图的方法来计算吸入空气量Gcyl。 而且，也可以将空气流量Gth用作排气容积SV一hat。另外，在本实施方 式中，排气容积SV—hat相当于动作状态参数和运转状态参数。
下面说明所述的自适应基准空燃比计算部50。该自适应基准空燃比 计算部50使用以下所述的方法计算自适应基准空燃比KCMDADP，并如 图5所示，具有基准空燃比计算部60、模型修正器70以及乘法器90。 另外，在本实施方式中，自适应基准空燃比计算部50相当于模型修正单 元和第2输入值计算单元，自适应基准空燃比KCMDADP相当于第2输 入值。
首先，在基准空燃比计算部60中，通过根据排气容积SV一hat来检 索图6所示的映射图(一维映射图)，来计算基准空燃比KCMDBS。该
29基准空燃比KCMDBS针对该时刻的排气容积SV—hat表示使 V02 —V02JTRGT成立的混合气的空燃比的最佳值(以下称为"最佳空燃 比")。该映射图是根据新品的第1催化装置8中的平均特性来设定的， 在本实施方式中，该映射图相当于相关关系模型。
并且，在模型修正器70中，如后所述，计算模型修正系数Kff。然 后，在乘法器90中，如下式(37)所示，计算自适应基准空燃比KCMDADP。算式18
KCMDADP (k) -Kf f (k) 'KCMDBS (k) ..... (37)
如上式(37)所示，自适应基准空燃比KCMDADP是通过使用模型 修正系数Kff来修正(或校正)基准空燃比KCMDBS而计算的。换句话 说，自适应基准空燃比KCMDADP相当于使用根据模型修正系数Kff对 作为相关关系模型的图6的映射图进行了非线性修正后的映射图计算出 的值。
下面，参照图7说明使用上述模型修正系数Kff的原因。图7中的 实线所示的曲线表示在第1催化装置8是新品且未恶化的情况下的排气 容积SV一hat与所述的最佳空燃比的关系，图7中的虚线所示的曲线表示 在第1催化装置8恶化的情况下的两者的关系。
比较2个曲线可以明白，在第1催化装置8恶化的情况下，最佳空 燃比不是相对于排气容积SV一hat的全部区域均匀地下降，其下降程度不 均匀地变化。由此，在修正基准空燃比KCMDBS时，需要对应于此进行 非线性的修正。因此，在模型修正器70中，为了对第1催化装置8未恶 化时的基准空燃比KCMDBS进行非线性修正，使用以下所述的方法计算 模型修正系数Kff。
如图5所示，模型修正器70具有3个权重函数计算部71 73， 3 个SM控制器74 76， 3个乘法器77 79，以及2个加法器80、 81。
首先，在权重函数计算部71 73中，通过根据排气容积SV—hat来 检索图8 (a)所示的映射图，来分别计算3个权重函数Wi (i = l 3)的 值。在该图中，SV1 SV4表示被设定成使0<SV1<SV2<SV3<SV4 成立的排气容积SVJiat的规定值。这里，权重函数Wi的下标i表示是与以下所述的排气容积SV—hat 的3个区域对应的值，该关系在后述的各种值中也是一样。具体地说， 权重函数W,被设定成对应于被规定为0SSV—hat<SV2的第1区域，权 重函数W2被设定成对应于被规定为SVl<SV_hat<SV4的第2区域，权 重函数W3被设定成对应于被规定为SV2<SV—hat的第3区域。
并且，如该图所示，3个权重函数Wi在上述的对应的区域内分别被 设定为值l以下的正值，且在除此以外的区域内分别被设定为值O，而且 相邻的各2个权重函数Wm、 Wm+1 (m二l或2)相互交叉，并且交叉部 分的两者的和被设定为权重函数Wi的最大值1。
艮P，相邻的2个权重函数Wi、 W2在规定值SV1和规定值SV2之间 交叉，并且在两者的交叉点处的排气容积SV—hat如图8 (b)所示成为在 其前后基准空燃比KCMDBS的斜率发生变化的斜率变化点。与此相同， 相邻的2个权重函数W2、 W3在规定值SV3处交叉，并且该规定值SV3 也成为在其前后基准空燃比KCMDBS的斜率发生变化的斜率变化点。
这样，相邻的2个权重函数Wm、 Wm+I (m二l或2)的交叉点被设 定成与基准空燃比KCMDBS的斜率变化点对应是由于以下原因。即，加 图8(b)中的虚线所示，当第1催化装置8恶化时，基准空燃比KCMDBS 具有上述斜率变化点而且在维持其位置的状态下变化，因而所述的模型 修正系数Kff也有必要计算为针对与斜率变化点对应的各区域斜率不同。 因此，由于将模型修正系数Kff的斜率设定为针对与基准空燃比 KCMDBS的斜率变化点对应的各区域而不同，因而相邻的2个权重函数 Wi的交叉点被设定成与基准空燃比KCMDBS的斜率变化点对应。
另外，在基准空燃比KCMDBS的斜率变化点的位置伴随第1催化装 置8的恶化而移动的情况下，只要把2个权重函数Wm、 Wm+,设定成在 包含新品和恶化品的第1催化装置8的基准空燃比KCMDBS的斜率变化 点的区域内交叉即可。而且，在设定了多个权重函数W的情况下，可以 增加与包含斜率变化点的区域对应的权重函数W的数量，并在该区域内 密集配置。
另一方面，在3个滑模控制器74 76中，分别计算3个修正系数ei(i=l 3)。这些修正系数9i用于修正3个权重函数Wi，如以下所述，
通过应用滑模控制算法的算法[式(38) (44)]来计算。
首先，根据下式(38)分别计算3个分配误差Ewj (i二l 3)。算式19
EWi(k)-WiOO'DKCMD(k) ……(3 8)
如上式(38)所示，由于3个分配误差Ewj是通过对3个权重函数 Wi乘以空燃比校正值DKCMD来计算的，因而3个分配误差Ewj被计算 为将空燃比校正值DKCMD分别分配给排气容积SV—hat的所述第1 第 3区域的值。
然后，最终，如下式(39) (44)所示，通过利用遗忘系数X的
滑模控制算法来计算3个修正系数e,。算式20
awi(k)-Ewi(k) + S'EWi(k-l) ..... (3 9)
6rchi(IO-Krch一w.(7Wi(k) ……(4 0)
0adPi(k)".0adpi(k-l)+Kadp一w'(7Wi(k) ..... (4 1)
久=1 ……(42) .&(k-1)<礼 或0H<0i(k-1) 时
入"lmt ..... (43)
0i(,rchi(k) +崎i(k) ……(4 4)
上式(39)的awi是切换函数，S是被设定成使一KS〈0的关系成 立的切换函数设定参数。并且，式(40)的erchi是趋近律输入，Krchi 表示规定的趋近律增益。
而且，式(41)的6adpi是自适应律输入，Kadpi表示规定的自适应 律增益。并且，如式(42)、 (43)所示，根据修正系数的上次值6i (k— 1)与规定的上下限值6H、 0L的比较结果把该式(41)的遗忘系数入设定 为值1或规定值人lmt。该上限值被设定为正的规定值，下限值9L被 设定为负的规定值，并且规定值人lmt被设定为0<Xlmt<l成立的值。
而且，如式(44)所示，修正系数ei被计算为趋近律输入erchi与自
32适应律输入0adpi的和。
在以上的修正系数0i的计算算法中，使用遗忘系数X是由于以下原 因。即，在由于第1催化装置8中的基准空燃比KCMDBS的变化以外的 要因(例如，吹扫气体(purge gas)的导入或者含有假定程度以上的乙醇 燃料等)而产生大的分配误差Ewi的情况下，起因于此，修正系数0i因 为误自适应而暂时成为不恰当的值，过渡控制性下降。
与此相对，在所述的式(41)中，在修正系数的上次值0i (k—1) 的绝对值大的情况下，为了避免自适应律输入eadpi的增大，把被设定为 0<X<1的范围内的值的遗忘系数人乘以自适应律输入的上次值eadpi (k 一l)。在该情况下，当使用递推公式展开所述的式(41)时，对h (h是 2以上的自然数)次前的控制定时时的自适应律输入的上次值eadpi (k— h)乘以人11 (—0)，因而即使当进行了运算处理时，也能避免自适应律输
入eadpi的增大。结果，可避免修正系数ei因为误自适应而暂时成为不恰
当的值，可提高过渡控制性。
并且，在将遗忘系数^总是设定为0<人<1的范围内的值的情况下， 当修正系数0j的区域改变而使得EWi=0时，或者上述要因被消除而使得 Ewi —0时，由于基于遗忘系数人的遗忘效果而使修正系数9i收敛于值0 附近，因而当在这种状态下再次产生大的分配误差EWi时，为了消除该 分配误差Ewi需要时间。因此，为了避免这一点，并迅速地消除分配误 差Ewi，即使当修正系数0i的绝对值较小时，也有必要将修正系数O,恰 当地保持为可迅速补偿分配误差Ewj的值，因而当ei^0i (k— 1) 成 立时，为了消除基于遗忘系数人的遗忘效果，设定为X-1。另外，在总是 不需要基于遗忘系数入的遗忘效果的情况下，在式(41)中，不管修正系
数的上次值ei (k—i)的大小如何，只要设定为^=1即可。
如上所述，通过利用遗忘系数人的滑模控制算法来计算3个修正系数 0i，以使3个权重函数Wi分别对应的、排气容积SV一hat的3个区域中的 空燃比校正值DKCMD收敛于值0。
然后，在3个乘法器77 79中，通过把3个修正系数e;和3个权重 函数Wi分别相乘，来计算3个相乘值9iWi。进而，在加法器80中，根据下式(45)计算相乘值之和Kff'。算式21
Kfr(k)-i^(k).Wi(k) ..... (4 5)
i=i
然后，在加法器81中，根据下式(46)计算模型修正系数Kff。算式22
KH(k)-l+KH'00 = 1 + ^00.， ……(4 6)
i=l
如上式(46)所示，模型修正系数Kff是通过对相乘值之和Kff加 上值l来计算的。这是因为，当3个修正系数ei均收敛于值0时，在式 (37)中KCMDADP二KCMDBS成立。
另外，在本实施方式中，模型修正器70相当于修正值计算单元，修
正系数ei相当于多个修正值，权重函数Wi相当于规定的多个函数，分配
误差Ewi相当于多个相乘值。
图9示出自适应基准空燃比计算部50中的各种值的计算例。如该图 所示，3个相乘值0iWi被计算为表示互不相同的变化的值，并且模型修 正系数Kff被计算为相对于排气容积SV—hat表示表现出非线性变化的值。 由此，作为使用模型修正系数Kff对基准空燃比KCMDBS进行了非线性 修正后的结果，可计算自适应基准空燃比KCMDADP。
如上所述，在自适应基准空燃比计算部50中，计算修正系数ei以使 空燃比校正值DKCMD成为值0 (g卩，传感器输出V02成为目标输出 V02一TRGT),并且在使用这种修正系数0i修正权重函数Wi的同时，计 算模型修正系数Kff，而且，通过使用该模型修正系数Kff来修正基准空 燃比KCMDBS，来计算自适应基准空燃比KCMDADP。由此，即使当第 1催化装置8中的实际的基准空燃比KCMDBS由于所述的各种要因而发 生非线性变化时，也能在自适应于这种非线性的基准空燃比KCMDBS的 变化的同时，计算自适应基准空燃比KCMDADP。
下面，参照图10说明由ECU 2执行的空燃比控制处理。本处理是 计算应从燃料喷射阀6喷射的燃料喷射量Tout的处理，按所述规定的控 制周期AT来执行。
34在该处理中，首先，在步骤l (图中简记为"S1"。下同)中，通过根 据发动机转速NE和进气压PB来检索未作图示的映射图，来计算基本喷
射量Tibs。
然后，进到步骤2，判别传感器故障标志F_SENNG是否是'T'。在 未作图示的判定处理中，当空气流量传感器10和进气压传感器11中的 至少一方发生故障时，该传感器故障标志F_SENNG被设定为'T'，在除 此以外的情况时被设定为"0"。
当步骤2的判别结果是"否"，即2个传感器10、 ll均是正常时，进 到步骤3，判别发动机起动标志F—ENGSTART是否是"1"。该发动机起动 标志F一ENGSTART是通过在未作图示的判定处理中，根据发动机转速 NE和点火开关(未作图示)的接通/断开信号来判定是否是发动机起动控 制中即转动动力输出(cranking)中而设定的，具体地说，当是发动机起 动控制中时被设定为"l"，在除此以外的情况时被设定为"O"。
当步骤3的判别结果是"是"，即是发动机起动控制中时，进到步骤4， 通过根据发动机水温TW来检索图ll所示的映射图，来计算目标空燃比 的起动时用值KCMD一ST。在该映射图中，发动机水温TW越低则起动 时用值KCMD_ST被设定为越浓侧的值。这是因为，在发动机水温TW 低的情况下，为了提高发动机3的起动性能，有必要将混合气控制为浓 侧的值。
在继步骤4之后的步骤5中，将目标空燃比KCMD设定为上述起动 时用值KCMD—ST。然后，进到步骤6，将燃料喷射量Tout设定为基本 喷射量Tibs和目标空燃比KCMD的积Tibs.KCMD，之后结束本处理。
另一方面，当步骤3的判别结果是"否"，即不是发动机起动控制中 时，进到步骤7，判别油门开度AP是否小于规定值APREF。当该判别 结果是"是"，即未踩下油门踏板时，进到步骤8，判别起动后定时器的计 时值Tast是否小于规定值Tastlmt。
当该判别结果是"是"，即TasKTastlmt时，应执行催化剂暖机控制， 进到步骤9，通过根据起动后定时器的计时值Tast和发动机水温TW来 检索图12所示的映射图，来计算目标空燃比的催化剂暖机用值KCMD—AST。在该图中，TW1 TW3表示TWKTW2〈TW3的关系成 立的发动机水温TW的规定值。
在该映射图中，在TW二TW1成立的低水温区域中，计时值Tast越 小，为了加快催化剂的活化，则催化剂暖机用值KCMD—AST被设定为 越浓侧的大值。并且，在TW=TW3成立且催化剂暖机结束的高温区域 中，催化剂暖机用值KCMD—AST被设定为相当于理论空燃比的值1。
然后，进到步骤10，将目标空燃比KCMD设定为上述催化剂暖机 用值KCMD一AST。之后，在步骤11中，使用所述的ST控制器30中的 计算方法计算空燃比校正系数KAF。
在继步骤11之后的步骤12中，使用所述的总校正系数计算部32中 的计算方法计算总校正系数KTOTAL。然后，进到步骤13，将燃料喷射 量Tout设定为基本喷射量Tibs、空燃比校正系数KAF以及总校正系数 KTOTAL的积，之后结束本处理。
另一方面，当步骤7或8的判别结果是"否"，即踩下了油门踏板时， 或者Ta论Tastlmt时，进到步骤14，使用所述的空燃比控制器40中的计 算方法计算目标空燃比KCMD。
然后，如上所述，执行步骤11 13之后，结束本处理。
另一方面，当步骤2的判别结果是"是"，即2个传感器10、 11中的 至少一方发生故障时，进到步骤15，将燃料喷射量Tout设定为基本喷射 量Tibs和目标空燃比KCMD的规定的故障时用值KFS的积Tibs，KFS， 之后结束本处理。
本实施方式的控制装置1通过以上的空燃比控制处理计算燃料喷射 量Tout，尽管未作图示，然而根据该燃料喷射量Tout和发动机转速NE 计算燃料喷射定时，并根据基于该燃料喷射量Tout和燃料喷射定时的控 制输入信号来驱动燃料喷射阀6，从而控制混合气的空燃比。
下面，参照图13和图14说明本实施方式的控制装置1的空燃比控 制的模拟结果(以下称为"控制结果")。首先，图13示出本实施方式的 控制装置1的控制结果例，图14为了比较而示出在使用与专利文献1相 同的方法计算出自适应基准空燃比KCMDADP的情况下的控制结果例。
36在图13 (a)中，虚线所示的曲线表示第1催化装置8的上游侧的
NOx量，实线所示的曲线表示第1催化装置8的下游侧的NOx量。并且， 该图(b)表示第l催化装置8的NOx净化率，该图(c)的KCMDx表 示所述的最佳空燃比，即V02 —V02—TRGT成立的混合气的空燃比的最 佳值。而且，该图(d)的曲线表示目标空燃比与最佳空燃比之间的偏差 KCMD—KCMDx，该图(e)的曲线表示目标空燃比与自适应基准空燃 比之间的偏差KCMD—KCMDADP。以上的关系在图14 (a) (e)中 也是一样。
首先，参照图14可以明白，在使用与专利文献l相同的方法计算出 自适应基准空燃比KCMDADP的情况下，当发动机3的NOx排出量增 大时，由于自适应基准空燃比KCMDADP对最佳空燃比KCMDx的跟随 性低，因而目标空燃比KCMD大幅偏离最佳空燃比KCMDx，输出偏差 DV02增大(氧浓度传感器的输出V02大幅偏离规定的目标输出 V02一TRGT),使得目标空燃比KCMD的变动频率下降(时刻t0 tU， tl2 tl3)。结果得知，第1催化装置8的NOx净化率下降，第催化装 置8的下游侧的NOx量暂时增大。
与此相对，如图13所示，根据本实施方式的控制装置1，在发动机 3的NOx排出量增大的情况下，在控制刚开始之后(时刻tl t2)，自适 应基准空燃比KCMDADP相对于最佳空燃比KCMDx产生少许偏差，使 得目标空燃比KCMD的变动频率暂时下降。然而，在此以后，伴随控制 执行时间的经过，能使自适应基准空燃比KCMDADP自适应于最佳空燃 比KCMDx的特性，能使输出偏差DV02收敛于值0，从而使得目标空 燃比KCMD的变动频率被保持为高频带(例如5Hz以上的频带)。结果 得知，可确保第l催化装置8的良好的NOx净化率，可减少第l催化装 置8的下游侧的NOx量。
如上所述，根据本实施方式的控制装置1，在SM控制器43中，使 用自适应滑模控制算法计算空燃比校正值DKCMD，以使02传感器的输 出V02收敛于规定的目标输出V02—TRGT，在调制器44中，通过应用 △S调制算法的算法来调制该空燃比校正值DKCMD，由此来计算调制值DKCMDJDSM。由此，当V02 —V02JTRGT成立时，DKCMD —0成立， 使得调制值DKCMD—DSM被计算为表示在高频率(例如5Hz以上的频 率)时的反转行为的值。
并且，在自适应基准空燃比计算部50中，分别计算与划分排气容积 SV—hat可变化的区域而得到的3个区域对应的3个修正系数e,，以使空 燃比校正值DKCMD成为值0 (即，使传感器输出V02成为目标输出 V02—TRGT)，对权重函数Wi乘以修正系数0i，并对这些相乘值Wjei的 总和即相乘值之和Kff加上值l，从而计算模型修正系数Kff。而且，通 过使用该模型修正系数Kff来修正基准空燃比KCMDBS，来计算自适应 基准空燃比KCMDADP。由此，即使当由于发动机3的运转状态的骤变 而使所述的最佳空燃比针对排气容积SV—hat的所述3个区域发生非线性 变化时，也能在迅速地自适应于这种非线性的最佳空燃比的变化的同时， 计算自适应基准空燃比KCMDADP。
艮P，即使在伴随发动机3的运转状态的骤变而使图6中的基准空燃 比KCMDBS与排气容积SV—hat的关系相对于实际的最佳空燃比与排气 容积SV—hat的关系在所述3个区域中的某个区域内产生局部误差的情况 下，或者在两者的实际关系在3个区域间发生变动的情况下，也能使自 适应基准空燃比KCMDADP与排气容积SV一hat的关系恰当且迅速地与 实际的最佳空燃比与排气容积SV—hat的关系一致。
而且，通过对按以上计算出的自适应基准空燃比KCMDADP加上调 制值DKCMD一DSM，来计算目标空燃比KCMD，因而即使当由于发动 机3的运转状态的骤变而使目标空燃比KCMD暂时大幅偏离最佳空燃 比，并且由于传感器输出V02大幅偏离目标输出V02_TRGT而使空燃 比校正值DKCMD暂时骤增时，也能使用自适应基准空燃比KCMDADP 将骤增的空燃比校正值DKCMD迅速控制为值0。由此，由于能将传感 器输出V02迅速控制为目标输出V02_TRGT，从而能迅速提高调制值 DKCMD一DSM的频率即目标空燃比KCMD的变动频率。结果，可迅速 消除由于发动机3的运转状态的骤变引起的、目标空燃比KCMD的变动 频率的下降，从而可将第1催化装置中的排气净化率维持在高水准。并且，在所述的对应的区域内3个权重函数Wi分别被设定为值1以 下的正值，且在除此以外的区域内分别被设定为值O，而且，相邻的各2
个权重函数Wm、 Wm+1 (m=l或2)相互交叉，并且交叉部分的两者的 和被设定为权重函数Wi的最大值1，因而当修正基准空燃比KCMDBS 时，可针对3个区域连续地修正，使得作为修正结果的自适应基准空燃 比KCMDADP不会有不连续点。由此，可避免自适应基准空燃比 KCMDADP由于基准空燃比KCMDBS的不连续点而暂时成为不恰当的 状态。
另外，第1实施方式是将本发明的控制装置应用于把氧浓度传感器 15的输出V02作为控制量并把目标空燃比KCMD作为控制输入的控制 对象的例子，然而本发明的控制装置不限于此，作为控制对象，可应用 于把各种产业设备中的输出和输入分别作为控制量和控制输入的系统。
并且，第1实施方式是使用自适应滑模控制算法作为规定的反馈控 制算法的例子，然而本发明的规定的反馈控制算法不限于此，只要是能 将输入值计算成使控制量收敛于目标控制量的算法即可。例如，可以使 用通常的滑模控制算法、PID控制算法、后步进控制算法、将滑模控制算 法中的控制对象模型置换为一次系数模型后的响应指定型控制算法、最 佳调节器等。
而且，第1实施方式是使用应用Ai:调制算法的调制算法[式(24) (34)]作为规定的调制算法的例子，然而本发明的规定的调制算法不限 于此，只要是针对规定的调制算法的输入值的绝对值越小、则能将输入 值的调制值计算成越高频率的算法即可。例如，作为规定的调制算法， 可以使用A调制算法或2A调制算法、或者基于这些算法的调制算法。
另一方面，第1实施方式是使用排气容积SVJmt作为动作状态参数 的例子，然而本发明的动作状态参数不限于此，只要是表示控制对象的 动作状态的参数即可。
并且，第1实施方式是使用排气容积SV—hat作为运转状态参数的例 子，然而本发明的运转状态参数不限于此，只要是表示内燃机的运转状 态的参数即可。例如，可以使用空气流量Gth作为运转状态参数。并且，第1实施方式是使用图6的一维映射图作为相关关系模型的例子，然而本发明的相关关系模型不限于此，只要是表示第2输入值和动作状态参数的关系的模型即可。例如，可以使用其他计算式或二维以上的映射图等作为相关关系模型。
而且，第1实施方式是使用氧浓度传感器15作为排气浓度传感器的例子，然而本发明的排气浓度传感器不限于此，只要是检测排气中的规
定分量的浓度的传感器即可。例如，可以使用检测排气中的NOx浓度的NOx浓度传感器等作为排气浓度传感器。
并且，第1实施方式是将作为控制输入的目标空燃比KCMD计算为作为第2输入值的自适应基准空燃比KCMDADP与作为调制输入值的调制值DKCMD—DSM之和的例子，然而本发明的控制输入不限于此，只要是根据第2输入值和调制输入值之和计算出的控制输入即可。例如，可以通过对第2输入值和调制输入值之和加上规定值，或者对第2输入值和调制输入值之和乘以规定值来计算控制输入。
下面，说明本发明的第2实施方式的控制装置1A (参照图15)。另外，在以下说明中，关于与第1实施方式相同的结构，附上相同标号，并省略其说明。该控制装置1A是应用于所谓的FR方式的车辆(未作图示)的控制装置，具体地说，是执行该车辆的牵引控制的控制装置，该FR方式的车辆将所述的具有有档位式自动变速器的发动机3安装在前侧，并将均未作图示的后轮和前轮分别用作驱动轮和非驱动轮(从动轮)。
另外，牵引控制是指以下的控制方法，即在车辆加速时，当发动机3的产生转矩过大、且发生驱动轮相对于非驱动轮空转的状态时，通过降低发动机3的产生转矩来避免空转状态，从而确保车辆的稳定性并提高加速性能。
如图15所示，该控制装置1A具有ECU2，该ECU2除了与所述的传感器10 17等连接以外，还连接有左右的前轮速传感器20、 21、左右的后轮速传感器22、 23、以及档位传感器24。左右的前轮速传感器20、21分别将表示左右的前轮速的检测信号输出到ECU 2，左右的后轮速传感器22、 23分别将表示左右的后轮速的检测信号输出到ECU2。ECU2根据左右的前轮速传感器20、 21的检测信号计算左右的前轮速，并计算它们的相加平均值作为非驱动轮速Ws一ref。而且，ECU2根据左右的后轮速传感器22、 23的检测信号计算左右的后轮速，并计算它们的相加平均值作为驱动轮速Ws_act。
另外，在本实施方式中，ECU2相当于控制量检测单元、目标控制量设定单元、第1输入值计算单元、调制输入值计算单元、动作状态参数检测单元、误差参数计算单元、修正值计算单元、模型修正单元、第2输入值计算单元、控制输入计算单元、设定单元、估计值计算单元、误差参数设定单元、要求输出计算单元以及选择单元。而且，左右的后轮速传感器22、 23相当于控制量检测单元，驱动轮速Ws一act相当于控制量和驱动轮的速度，曲轴转角传感器13相当于动作状态参数检测单元，发动机转速NE相当于动作状态参数和运转状态参数。
另一方面，有档位式自动变速器具有6个前进档位和1个倒车档位，档位传感器24检测该有档位式自动变速器的档位，将表示该档位的检测信号输出到ECU2。 ECU 2根据该档位传感器24的检测信号设定前进档位值NGEAR。具体地说，该前进档位值NGEAR在1 3前进档位时分别被设定为值1 3，在4 6前进档位时被设定为值4。
并且，如图16所示，控制装置1A具有牵引控制器100。该牵引控制器100如下所述，是计算被估计为能够避免驱动轮的空转状态、并可确保车辆的稳定性和加速性的发动机3的转矩、即发动机转矩TRQENG的控制器，具体地说由ECU2构成。另外，在本实施方式中，牵引控制器100相当于模型修正单元、第2输入值计算单元以及控制输入计算单元，发动机转矩TRQENG相当于内燃机的输出目标。
如该图所示，牵引控制器100具有目标车轮速计算部101、车轮速反馈控制器102、调制器103、要求转矩计算部104、基准前馈转矩计算部105、估计转矩计算部106、乘法器107、前馈转矩计算部108、加法器109、发动机转矩计算部110以及模型修正器120。
首先，在目标车轮速计算部101中，根据下式(47)计算目标车轮速Ws cmd。另夕卜，在本实施方式中，目标车轮速计算部101相当于目标控制量设定单元，目标车轮速Ws_Cmd相当于目标控制量和目标速度。算式23
Ws—cmd(k) = Ws—ref(10 + OptSlip ..... (4 7)
上式(47)的OptSlip是与在驱动轮和非驱动轮之间可容许的滑移(slip)量相当的规定的滑移偏置值，在本实施方式中，被设定为一定值(例如10km/h)。在该情况下，可以根据规定的参数(例如，非驱动轮速Ws_ref、路面的摩擦阻力系数的估计值、横摆率传感器的检测信号以及车身的滑移角传感器的检测信号等)，通过映射图检索或使用规定的计算式来决定滑移偏置值OptSlip。另外，在本实施方式中，滑移偏置值OptSlip相当于规定量。
下面，说明所述的车轮速反馈控制器102。在该车轮速反馈控制器102中，如下所述，使用将目标值滤波型2自由度滑模控制算法和自适应干扰观测器组合而应用的控制算法[式(48) (58)]来计算转矩反馈值TRQFB。另外，在本实施方式中，车轮速反馈控制器102相当于第1输入值计算单元，转矩反馈值TRQFB相当于第1输入值。
首先，使用下式(48)所示的一次延迟类型的低通滤波算法计算目标车轮速的滤波值Ws—cmd一f。算式24
Ws_cnKl_f(10 = -Rt'Ws—cnKlj(k-lH(l+Rt)Ws—ci[idG0 ..... (4 8)
这里，上式(48)的Rt是目标值滤波设定参数，被设定成使一KRt〈0的关系成立的值。在该情况下，使用目标值滤波设定参数Rt的设定值决定滤波值Ws—cmd_f向目标车轮速Ws—cmd的跟随速度。
然后，使用式(49) (52)所示的应用滑模控制算法的控制算法来计算趋近律输入Urch—t和非线性输入Unl—t。
算式25
Et(k) = Ws_act(k)-Ws_cmd—f(10 ..... (4 9)
at(k)=Et(k〉 + St'EUk-l) ..... (5 0)
Urch—t00=-KrclU.at(J0 ..... (5 1)
Unl_t(k)=-Knl_t.sgn(ort(lO) ..... (5 2)
42这里，式(49)的Et是跟随误差，式(50)的at是切换函数。并且，式(50)的St是切换函数设定参数，被设定成使一KSt〈0的关系成立的值。在该情况下，使用切换函数设定参数St的设定值来指定跟随误差Et向值O的收敛速度。而且，式(51)的Krch—t表示规定的趋近律增益，式(52)的Knl一t表示规定的非线性输入用增益。而且，式(52)中的sgn (at (k))是符号函数，其值被设定成，当at (k) 时为sgn (at (k))=1，并当cit (k) 〈0时为sgn (cjt (k)) = — 1 (另外，也可以设定成，当at (k) 二O时为sgn (at (k)) =0)。
然后，使用式(53) (57)所示的应用自适应千扰观测器的控制
算法来计算干扰估计值Uls—t。算式26
atJiata) = Urch_t(k-l) + [Iiil_t(k-1) + llls一t(k-) ……(5 3)
ELsigOO = crt(k)-ca—hat(k)
=at(k)-Urch_t(k-l)_Un_t(k-l)-Uls一t(k-1) ..... (5 4)
Uls一t(k)-;it.Uls一t(k-1) + ^" Et_sig(k) ..... (5 5)
'Uls丄KUlsJ(k-lXUls丄H 时
;"=I (5 6)
.Uls一t(k-l)SUls一t—L 或 Uls一t一固ls—t(k-l)时;u-入UdU ..... (5 7)
这里，式(53)的crt—hat是切换函数的估计值，Uls一t是干扰估计值。该干扰估计值Uls—t是使用式(54)、 (55)所示的固定增益式的同定算法来计算的。该式(54)的Etjig表示估计误差，式(55)的Pt是一定值的同定增益。
而且，式(55)的人t是遗忘系数，其值如式(56)、 (57)所示，根据干扰估计值的上次值Uls_t (k— 1)与规定的上下限值Uls—t一H、 Uls—t—L的比较结果被设定为值1或规定值人tlmt。该上限值Uls—t —H被设定为正的规定值，下限值Uls—t—L被设定为负的规定值，并且规定值Xtlmt被设定为使0〈人tlmt〈1成立的值。然后，最终如下式(58)所示转矩反馈值TRQFB被计算为趋近律输入Urch—t、非线性输入Unl—t以及干扰估计值Uls一t的和。算式27
TRQFB(k〉 = Urch—t(k)+Unl_t(lO+Uls_t(lO (5 8)
如上所述，在车轮速反馈控制器102中，由于转矩反馈值TRQFB是使用式(48) (58)所示的控制算法来计算的，因而该转矩反馈值TRQFB被计算为用于使驱动轮速Ws—act收敛于目标车轮速的滤波值Ws一cmd一f的值，即用于使驱动轮速Ws—act收敛于目标车轮速Ws—cmd的值。在该情况下，如上所述由于目标车轮速Ws一cmd是通过对非驱动轮速Ws—ref加上滑移偏置值OptSlip来计算的，因而在Ws—act — Ws—cmd的状态下，变成Ws—ref—Ws一act —OptSlip成立的状态。
并且，由于在使用遗忘系数入t的同时，计算转矩反馈值TRQFB，因而在干扰估计值的上次值Uls一t (k一l)的绝对值大的情况下，可避免由于所述的遗忘效果而使干扰估计值Uls一t即转矩反馈值TRQFB积分式地增大，从而可确保控制系统的过渡响应的稳定性。并且，在千扰估计值的上次值Uls一t (k一l)的绝对值小的情况下，由于遗忘系数人t被设定为值l，因而即使当跟随误差Et收敛于值O时，也能将转矩反馈值TRQFB保持为可迅速补偿跟随误差Et的恰当的值，由此，可提高跟随误差Et开始增大时的响应性。
下面，说明所述的调制器103。在该调制器103中，通过使用以下所述的调制算法来调制转矩反馈值TRQFB，来计算调制值TRQFB—DSM。首先，根据下式(59) (61)计算小振幅分量值TRQFB—L。
算式28
TRQFB (k〉 <-TRQFB—L_LMT 时
TRQFB一L (k) = -TRQFB_L_LMT ..... (59)
-TRQFB_L_LMTSTRQFB (k) STRQFB—L一LMT 时TRQFB一L(k)-TRQFB(k) .....(6 0)
TRQFB一L一LMKTRQFB(k) 时
TRQFB_L (10 = TRQFB—L_LMT ..... (61)上式(59) (61)的TRQFB—L—LMT是规定的阈值，如这些式(59) (61)所示，小振幅分量值TRQFB—L是通过对转矩反馈值TRQFB的振幅实施以值TRQFB—L—LMT为上限并以值一 TRQFB—L—LMT为下限的限制处理来计算的。艮卩，小振幅分量值TRQFB—L相当于当转矩反馈值TRQFB的变动幅度小、且其绝对值处于不超过阈值TRQFB—L_LMT的范围内时的转矩反馈值TRQFB。
并且，大振幅分量值TRQFB—H根据下式(62) (64)来计算。
算式29
TRQFB (k〉 <-TRQFB_L—LMT 时
TRQFB—H (k) - TRQFB (k) + TRQFB—L_LMT ..... (62)
.-TRQFB一L—LMTSTRQFB(k) STRQFB—L一LMT 时TRQFB一H(k)-O ..... (6 3)
TRQFB_L—LMT<TRQFB(k) 时TRQFB—H(k)-TRQFB (k)-TRQFB一L一LMT
.....(64)
如以上的式(62) (64)所示，当转矩反馈值TRQFB的绝对值不超过阈值TRQFBJL—LMT时，大振幅分量值TRQFB—H被计算为值0，当转矩反馈值TRQFB的绝对值超过阈值TRQFB一L一LMT时，大振幅分量值TRQFBJH被计算为超过部分的值。即，在由于转矩反馈值TRQFB的变动大而要求控制的快速响应性的情况下，大振幅分量值TRQFB—H被计算为用于把这种转矩反馈值TRQFB恰当地反映在发动机转矩TRQENG上的值。
而且，通过使用下式(65) (68)所示的应用AS调制算法的调制算法来调制小振幅分量值TRQFB—L，来计算调制分量值TRQFB—L一DSM。算式30
(5dsin2(k)-TRQFB一L(k)-TRQFB_L—DSM(k画l) ..... (6 5)
cr dsin2 (k) = cj dsm2 (k_l) + (5 dsm2 00 ..... (6 6)
cr dsm2(k)<0 时TRQFB丄DSM (k) =-TRQFB_L_AMP ..... (67)
(7ds迈2(k)^0 时TRQFB—L—DSM (k) =TRQFB_L—AMP ..... (68)
如上式(65)所示，偏差5dsm2被计算为小振幅分量值TRQFB_L与调制分量值TRQFB一L一DSM的上次值之间的偏差。并且，在式(66)中，cydsm2表示偏差Sdsm2的积分值。并且，式(68)的TRQFB—L_AMP是规定的振幅值。参照以上的式(65) (68)可以明白，调制分量值TRQFB—L一DSM被计算为以值0为中心在最小值一TRQQB—L—AMP与最大值TRQFB—L—AMP之间重复反转的值。
然后，最终如下式(69)所示，通过对调制分量值TRQFBJL—DSM加上大振幅分量值TRQFB—H，来计算调制值TRQFB_DSM。算式31
T1QFBJ)SM (k) =TRQFB_L_DSM (k) +TRQFB_H (k) '.. . (6 9 )
另外，在本实施方式中，调制器103相当于调制输入值计算单元，调制值DKCMD一DSM相当于调制输入值。
下面，说明所述的要求转矩计算部104。该要求转矩计算部104使用以下所述的方法计算要求转矩TRQDRV，该要求转矩TRQDRV相当于驾驶者对发动机3所要求的转矩。另外，在本实施方式中，要求转矩计算部104相当于要求输出计算单元，要求转矩TRQDRV相当于要求输出。
首先，通过根据发动机转速Ne来检索图17所示的映射图，来分别计算最大转矩Trq_maX和最小转矩Trq_min。该图的NEhigh表示规定的最大容许转速(例如7000rpm)。这些值Trq_max、 Trq_min相当于在该发动机转速NE时可达到的发动机转矩的最大值和最小值。并且，在该映射图中，最小转矩TrcLmin被设定为负值。这是因为，最小转矩Trq_min相当于在未踩下油门踏板、且减速燃料切断运转中的发动机制动状态下的发动机转矩。
并且，通过根据油门开度AP来检索图18所示的映射图，来计算归一化要求驱动力Ktrc^ap。该图的APmax表示油门开度的最大值(100°/。)。并且，归一化要求驱动力Ktrq_ap表示以AP = APmax时的要求驱动力
46Trq_apmax为基准将根据油门开度AP所决定的要求驱动力Trq_ap归--化后的值，即Ktr^ap-Tr^ap+TrcLapmax成立的值。然后，最终根据下式(70)计算要求转矩TRQDRV。算式32
TRQDRV(k) = Ktrq_ap(k) mqjnax(k)-nrqjninOO)+Ttr(Linin(k)
(70)
另一方面，在所述的基准前馈转矩计算部105中，通过根据发动机转速NE和前进档位值NGEAR来检索图19所示的映射图，来计算基准前馈转矩TRQFFM。该基准前馈转矩TRQFFM相当于在代表性的路面状况和轮胎状况下，驱动轮相对于非驱动轮不会产生滑移、且Ws—act —Ws—cmd成立的发动机3的转矩的最大值。
并且，在所述的估计转矩计算部106中，估计转矩TRQINST是使用以吸入空气量Gcyl、进气压PB、检测空燃比KACT、 EGR率、燃料喷射量Tout和点火正时等作为输入并以估计转矩TRQINST作为输出的神经网络模型(未作图示)来计算的。该估计转矩TRQINST是估计出在该时刻Ws—act —Ws_cmd成立的发动机3的转矩的上限值而得到的。
在该情况下，估计转矩计算部106中的估计转矩TRQINST的计算方法不限于上述的计算方法，可以使用映射图检索方法来取代神经网络模型。并且，也可以使用检测气缸内的压力的缸内压传感器，根据其检测信号计算图示平均有效压力IMEP,并根据该图示平均有效压力IMEP和预先设定的发动机3的摩擦数据来对估计转矩TRQINST进行估计。而且，也可以把所述的转矩反馈值TRQFB用作估计转矩TRQINST。
另外，在本实施方式中，估计转矩计算部106相当于估计值计算单元，估计转矩TRQINST相当于控制输入的估计值。
下面，参照图20说明所述的模型修正器120。该模型修正器120如以下所述是计算模型修正系数KTRQFF的模型修正器，该模型修正系数KTRQFF如后所述用于修正(校正)基准前馈转矩TRQFFM。另外，在本实施方式中，模型修正器120相当于误差参数计算单元和修正值计算单元。
47如该图所示，模型修正器120具有权重函数计算部121、转矩误
差计算部122、档位系数设定部123、修正转矩误差计算部124、基准局 部校正值计算部125以及修正系数计算部126。
首先，在权重函数计算部121中，如以下所述，根据发动机转速NE 和前进档位值NGEAR来计算权重函数WNEij。这里，权重函数WNEy 的下标i (i = l 3)表示以下所述的发动机转速NE的3个区域，下标j (j = l 4)表示前进档位值NGEAR可取的所有的值1 4。即，权重函 数WNEjj被计算为以12个值作为要素的矢量，这些要素分别对应于通过 发动机转速NE和前进档位值NGEAR的组合而决定的12个区域。
该权重函数计算部121具有与前进档位值NGEAR对应的4个映射 图作为在权重函数WNEi」的计算中使用的映射图。权重函数WNEii是这 样来计算的，g卩首先，从4个映射图中选择与前进档位值NGEAR对 应的映射图，然后根据发动机转速NE检索所选择的映射图。
图21是示出在4个映射图中的NGEAR二j二3时使用的映射图，即 当自动变速器为前进档位3时所选择的映射图的 一例。在该图中，NEx 1 6是发动机转速NE的规定值，被设定成使NExl<NEx2<NEx3<NEx4 <NEx5<NEx6 (=NEhigh)的关系成立。
如该图所示，在将发动机转速NE可变化的区域划分为0SNE< NEx3、 NExl<NE<NEx5、 NEx3<NE这3个区域的情况下，3个权重 函数WNEij分别被设定成与这3个区域对应，并且在对应的区域内被设 定为值l'以下的正值，在对应区域以外被设定为值O。
具体地说，权重函数WNE!j在其对应的区域(0￡NE<NEx3)内， 以NE5NExl时的值1作为最大值，被设定为发动机转速NE越高则越小 的正值，并在除此以外的区域内被设定为值0。并且，权重函数WNE2i 在其对应的区域(NExl<NE<NEx5)内，以NE=NEx3时的值1作为 最大值，被设定为呈三角形的斜边状变化的值，并在除此以外的区域内 被设定为值0。
而且，权重函数WNE3j在其对应的区域(NEx3<NE)内，以NEx5^NE 时的值1作为最大值，被设定为发动机转速NE越高则越大的正值，并在除此以外的区域内被设定为值0。
除了以上之外，3个权重函数WNEjj各自对应的3个区域被设定为 上述那样的相邻区域相互重叠的区域，与这些相互重叠的区域对应的权 重函数WNEij的值的和被设定成等于各权重函数WNEjj中的最大值1 。例 如，在NE二NEx2的情况下，与该值NEx2对应的2个权重函数WNE,j、 WNE2j的值分别被设定为0.5，这些权重函数的和WNEij十WNE2j为等于 权重函数WNEjj各自的最大值的值1。而且，在NE二NEx4的情况下， 与规定值NEx4对应的2个权重函数WNE2j、 WNE3j的和WNE2i + WNE3i 为等于权重函数WNEjj各自的最大值的值1 。
在该情况下，作为权重函数WNEij，可以取代在图21所示的1个映 射图中以3个值作为要素的权重函数WNEij,而使用在1个映射图中以2 个或4个以上的值作为要素的权重函数WNEij。在该情况下，可以根据 要素的数量将发动机转速NE的区域设定成相互重叠。另外，在本实施方 式中，权重函数WNEij相当于多个函数。
并且，在转矩误差计算部122中，根据下式(71) (74)计算转 矩误差Etrq。
算式33
DT(k),FF一LMT(k-I)-TRQINST(k) ..... (7 1)
DT(k)<ETRQ_L 时
Etrq(k) = ETRQ—L ..... (7 2)
ETRQ_LSDT(k)SETRQ_H 时
Etrq(k) = DT0c) ……(7 3)
ETRQ—H<DT (k) 时
Etrq(k) = ETRQ—H ..... (7 4)
上式(71)的DT是偏差，该式(71)的TRQFF—LMT是如后所述 计算的自适应限制转矩。并且，式(72)的ETRQJL是规定的下限值， 式(73)的ETRQ—H是规定的上限值。如上所述，转矩误差Etrq是通过 对偏差DT实施以2个值ETRQ—H、 ETRQ一L作为上下限值的限制处理 来计算的。另外，在本实施方式中，转矩误差计算部122相当于误差参数设定 单元，转矩误差Etrq相当于误差参数和规定的目标值中的一方与另一方 之间的偏差、以及估计值与第2输入值之间的偏差，值0相当于规定的 目标值。
并且，在档位系数设定部123中，根据下式(75)、 (76)分别设定
4个档位系数Sj。
算式34
<formula>formula see original document page 50</formula>
参照上式(75)、 (76)可以明白，4个档位系数Sj中，只有其下标j 等于前进档位值NGEAR的档位系数5j才被设定为值1，除此以外被设定 为值O。例如，当NGEAR-1时，被设定为5, = 1、 S2 S4=0，当NGEAR =3时，被设定为53 = 1、 S2=52=S4=0。
然后，在修正转矩误差计算部124中，根据下式(77)计算修正转 矩误差Wetrqy。算式35
Wetrqij,WNEij(k).5j (隨R(k))'Etrq(k) ..... (7 7)
参照上式(77)可以明白，修正转矩误差Wetrqy被计算为以12个值 作为要素的矢量，并且在这些要素中，下标」VNGEAR的要素全部为值0。 另外，在本实施方式中，修正转矩误差Wetrqij相当于多个相乘值。
然后，在基准局部校正值计算部125中，使用下式(78) (84) 所示的利用遗忘系数人v的滑模控制算法来计算基准局部校正值 DKTRQFF_BSij。艮卩，基准局部校正值DKTRQFF—BS;j被计算为以与通过 发动机转速NE和前进档位值NGEAR的组合而决定的12个区域对应的 12个值为要素的矢量。算式36，(k),rqij(k) + Sv'Wetrqij(k-l) '…'(7 8)
11^11_ 00 = -}^11一乂.0^"10 ..... (7 9)
1^1一 (10 = -1{1]1一^3811(0￥^]0) ..... (8 0)
算式37
Uadp一Vij(k)-;U'Uadp一Vij(k-l)+Kadp一v.(7Vij(iO ..... (8 1〉
DKTRQ—L<DKTRQFF—BSy(k— 1)<DKTRQ—H 时
;u-i …，'(8 2)
.■ DKTRQFF—BSu(k-l)SDKTRQ_L
DKTRQJ^DKTRQFF一BS j j (k-1) 时
入v-入vlmt ..... (8 3)
算式38
DKTRQFF_BSija) = Urcli—Vij(k)+Unl一Vij(kHUadp一Vij(k) ……(8 4) 在上式(78)中，cTVii是切换函数，Sv是被设定成使一KSv〈0的
关系成立的切换函数设定参数。在该情况下，使用切换函数设定参数Sv 的设定值来指定修正转矩误差Wetrqij向值0的收敛速度。并且，在式(79) 中，Urch一Vij是趋近律输入，Krch—v表示规定的趋近律增益。而且，在式
(80)中，Unl—Vij是非线性输入，Knl一v表示规定的非线性输入用增益。 并且，式(80)中的sgn (avjj (k))是符号函数，其值被设定成，当0力
(k) 20时为sgn (cjVij (k)) =1，并当ciVij (k) <0时为sgn (ciVij (k)) =—1 (另外，也可以设定成，当(7Vij (k) -O时为sgn (cyvij (k)) =0)。 而且，在式(81)中，Uadp—Vij是自适应律输入，Kadp—v表示规定 的自适应律增益。并且，式(81)的遗忘系数h如式(82)、 (83)所示， 根据基准局部校正值的上次值DKTRQFF—BSij (k—1)与规定的上下限 值DKTRQ一H、 DKTRQ—L的比较结果被设定为值1或规定值Xvlmt。该 上限值DKTRQ一H被设定为正的规定值，下限值DKTRQJL被设定为负 的规定值，并且规定值入vlmt被设定为使0〈人vlmt〈1成立的值。
使用这种遗忘系数人v是由于以下原因。即，在由于局部的路面变化
(例如，路面的局部冻结或局部的路面铺装状态的变化等)而使路面的
51抓地状态暂时骤变的情况下，转矩误差Etrq的绝对值骤增，伴随于此， 自适应律输入Uadp—Vjj的绝对值骤增，后述的自适应限制转矩 TRQFF—LMT也骤减或骤增。当在该状态下局部的路面变化消除时，如 不使用遗忘系数Xv，则自适应律输入Uadp—Vij被维持在大的值上，使得 自适应限制转矩TRQFFJLMT大幅偏离最佳的规定范围，结果，产生加 速响应的下降或瞬间的车轮滑移。因此，在本实施方式中，使用遗忘系 数入v，以便于当局部的路面变化消除时，使自适应限制转矩TRQFF一LMT 迅速恢复到规定范围内。
并且，如式(84)所示，基准局部校正值DKTRQFF—BSi」被计算为 趋近律输入Urch_Vi」、非线性输入Unl—Vii以及自适应律输入Uadp—Vii的和。
如上所述，在该基准局部校正值计算部125中，由于基准局部校正 值DKTRQFF_BSjj是使用式(78) (84)所示的控制算法来计算的， 因而该基准局部校正值DKTRQFF—BSjj分别被计算为用于使修正转矩误 差Wet,收敛于值0的值，换句话说，用于使自适应限制转矩 TRQFF—LMT收敛于估计转矩TRQINST的值。
在该情况下，在基准局部校正值DKTRQFF一BSij的计算中使用的控 制算法不限于所述的式(78) (84)，只要是能将Wetrqi」分别收敛于值 0的反馈控制算法即可。例如，可以使用PID控制算法、反向步进控制算 法、将滑模控制算法中的控制对象模型置换为一次系统的模型后的响应 指定型控制算法、最佳调节器等。另外，在本实施方式中，基准局部校 正值DKTRQFF—BSjj相当于多个修正值。
并且，在所述的修正系数计算部126中，根据下式(85) (87) 计算模型修正系数KTRQFF。算式39
DktrqffijOO-WNEij(k)'(5j(NGEAR(k))'DKTRQFF一BSij(10 (8 5)
MTRQFFj=iiDktrqffu(lO ..... (8 6)
KTRQFF (k) = 1 + i DKTRQFF)' (k) ..... (87)
52上式(85)的Dktrqfflj表示相乘值，式(86)的DKTRQFF」表示局 部校正值。在该情况下，由于相乘值Dktrqffjj是通过乘以档位系数Sj来计 算的，因而在4个局部校正值DKTRQFFj中，下标j^NGEAR成立的3 个局部校正值DKTRQFFj均被计算为值0。
如上所述，在该模型修正器120中，模型修正系数KTRQFF是通过 对4个局部校正值DKTRQFFj的总和加上值1来计算的。这是因为，如 以下所述，由于模型修正系数KTRQFF用作对基准前馈转矩TRQFFM的 相乘值，因而在无需校正基准前馈转矩TRQFFM的情况下，使KTRQFF 二l。
艮P，在所述的乘法器107中，根据下式(88)计算自适应限制转矩 TRQFF—LMT。另外，在本实施方式中，自适应限制转矩TRQFF—LMT 相当于第2输入值。算式40
TRQFF_LMT (k) = KTRQFF (k) TRQFFM (k) ..... (88)
图22示出以上的模型修正器120和乘法器107中的各种值的计算结 果例，特别是当前进档位值NGEAR,二3时即自动变速器为前进档位3 时的计算结果例。如该图所示，3个相乘值Dktrqffy被计算为表示相互不 同的变化的值，并且模型修正系数KTRQFF被计算为相对于发动机转速 NE表现出非线性变化的值。由此，作为使用模型修正系数KTRQFF对 基准前馈转矩TRQFFM进行了非线性修正后的结果，可计算自适应限制 转矩TRQFF—LMT 。
如上所述，模型修正器120和乘法器107中，计算基准局部校正值 DKTRQFF—BSij以使转矩误差Etrq成为值0 (即，驱动轮速Ws—act成为 目标车轮速Ws_cmd)，并且在使用这种基准局部校正值DKTRQFF_BSij 来修正权重函数WNEij的同时，计算模型修正系数KTRQFF，而且，通 过使用该模型修正系数KTRQFF修正基准前馈转矩TRQFFM，来计算自 适应限制转矩TRQFF—LMT。由此，即使当不会产生驱动轮的滑移的最 佳的转矩(以下称为"最佳转矩")由于所述的各种要因而发生非线性变 化时，也能在自适应于这种非线性变化的同时，计算自适应限制转矩TRQFF—LMT。
并且，在所述的前馈转矩计算部108中，根据下式(89)、 (90)计
算前馈转矩TRQFF。算式41
TRQFF一LMT (k) <TRQDRV (k) 时
TRQFF(k) = TRQFF_LMT(k) ..... (8 9)
TRQFF一LMT (k) ^ TRQDRV (k) 时 TOFF(k)-T,RV(k) ..... (9 0)
如上式(89)、 (90)所示，前馈转矩TRQFF被设定为自适应限制转 矩TRQFF一LMT和要求转矩TRQDRV中的小的一方。其原因在后面描述。
然后，在所述的加法器109中，如下式(91)所示，通过对调制值 DKCMD_DSM加上前馈转矩TRQFF，来计算限制转矩TRQTC。算式42
TRQTC (k〉 = TRQFB一DSM (k)十TRQFF (k) ..... (91)
然后，在所述的发动机转矩计算部110中，根据下式(92)、 (93) 最终计算发动机转矩TRQENG。
算式43
rRQTC(kXT卿RV(k) 时
TRQENG(k)-TRQ詣 '…'(9 2)
■ TRQTC(iO^TRQDRY(k) 时
TRQENG(k)-TRQDRV(k) "... (9 3)
如上式(92)、 (93)所示，发动机转矩TRQENG被设定为限制转矩 TRQTC和要求转矩TRQDRV中的小的一方。另外，在本实施方式中， 发动机转矩计算部110相当于选择单元，限制转矩TRQTC相当于目标输 出。
如上所述，在该牵引控制器100中，在发动机转矩计算部110中把2 个转矩TRQTC、 TRQDRV中的小的一方选择为发动机转矩TRQENG， 并且在前馈转矩计算部108中把2个转矩TRQFF—LMT、 TRQDRV中的 小的一方选择为前馈转矩TRQFF。这是由于以下原因。艮P,在驾驶者要求的要求转矩TRQDRV过大且驱动轮很有可能滑移 的情况下，在发动机转矩计算部110中，通过对要求转矩TRQDRV实施 以限制转矩TRQTC为上限的限制处理，来计算发动机转矩TRQENG， 因而可将发动机3产生的转矩恰当地控制为可避免驱动轮的滑移的限制 转矩TRQTC，由此可确保运行稳定性。
另 一方面，在驾驶者要求的要求转矩TRQDRV小于限制转矩TRQTC 的情况下，在发动机转矩计算部110中把发动机转矩TRQENG设定为要 求转矩TRQDRV,从而可避免驱动轮的滑移。在该情况下，在车轮速反 馈控制器102中，有时转矩反馈值TRQFB为负值。在该状态下，由于驾 驶者的急剧的油门踏板操作而使要求转矩TRQDRV骤增并大幅超过限制 转矩TRQTC的情况下，在发动机转矩计算部110中，尽管把发动机转矩 TRQENG设定为限制转矩TRQTC，然而转矩反馈值TRQFB是使用反馈 控制算法来计算的，因而其具有响应性低的特性。因此，当转矩反馈值 TRQFB为负值时，由于限制转矩TRQTC被抑制为过度小的值，发动机 3产生的转矩被过度地抑制，从而具有车辆的加速响应性能下降、运转性 能下降的可能性。
与此相对，在前馈转矩计算部108中，在要求转矩TRQDRV骤增并 大幅超过自适应限制转矩TRQFFJLMT的情况下，把前馈转矩TRQFF 设定为自适应限制转矩TRQFF一LMT。该自适应限制转矩TRQFFJLMT 被计算为可避免驱动轮的滑移的转矩上限值，并且通过对自适应限制转 矩TRQFF—LMT加上对转矩反馈值TRQFB进行了调制后的调制值 TRQFB一DSM，来计算限制转矩TRQTC，因而可将发动机转矩TRQENG 计算为以自适应限制转矩TRQFFJLMT为中心重复反转的值。由此，可 避免将限制转矩TRQTC抑制为过度小的值，可将发动机3产生的转矩保 持在可避免驱动轮的滑移的转矩上限值附近，从而可获得良好的加速响 应性。因此，为了获得以上的效果，在2个计算部108、 110中，使用所 述的方法计算发动机转矩TRQENG和前馈转矩TRQFF。
在本实施方式的控制装置1A中，如上所述，由牵引控制器IOO计算 发动机转矩TRQENG，并且尽管未作图示，以该发动机转矩TRQENG为
55目标，执行吸入空气量控制处理、空燃比控制处理以及点火正时控制处
理，以使发动机3的实际转矩成为该发动机转矩TRQENG。
下面，参照图23、 24说明第2实施方式的控制装置1A的牵引控制 的模拟结果(以下称为"控制结果")。图23示出在摩擦阻力小的路面上 重复进行车辆的加速/减速时的本实施方式的控制装置1A的控制结果例， 特别是当j二3且自动变速器为前进档位3时的控制结果例。并且，图24 为了比较而示出在把模型修正系数KTRQFF保持为值1的情况下，即直 接使用基准前馈转矩TRQFFM作为自适应限制转矩TRQFF一LMT的情况 下的控制结果例(以下称为"比较例")。
首先，参照图24，在该比较例中，由于基准前馈转矩TRQFFM用 作自适应限制转矩TRQFF—LMT，因而仅使用转矩反馈值TRQFB来校正 限制转矩TRQTC，结果得知，在驱动轮速Ws—act达到目标车轮速Ws一cmd 的时刻(时刻t31、 t33、 t35、 t37)以后，驱动轮速Ws—act相对于目标车 轮速Ws一cmd发生过冲。并且，由于转矩反馈值TRQFB不收敛于值0， 因而调制值TRQFB一DSM的变动频率容易下降，不能对滑移状态的驱动 轮赋予微小振动，从而不能补偿所述的抓地行为的非线性特性，结果得 知，要使驱动轮的滑移量的恒定偏差(驱动轮速Ws一act相对于目标车轮 速Ws—cmd的恒定偏差)收敛于值0需要时间。
与此相对，如图23所示，根据本实施方式的控制装置1A得知，当 要求转矩TRQDRV变化为发生滑移的过大值时，在第1次牵引控制的执 行期间(时刻t21 t22)中，尽管发生少许过冲，然而该程度比起比较例 来已得到抑制，而且，在第2次及第2次以后的牵引控制的执行期间(时 亥Ut23 t24、 t25 t26、 t27 t28)中，驱动轮速Ws—act收敛于目标车轮 速Ws—cmd而不发生过冲。这是因为，通过多次执行牵引控制，来推进 模型修正系数KTRQFF的学习，自适应限制转矩TRQFFJLMT自适应于 不会发生驱动轮的滑移的最佳转矩，能够使用利用该自适应限制转矩 TRQFF_LMT计算出的限制转矩TRQTC来恰当地限制发动机转矩 TRQENG。
并且，由于能够将转矩反馈值TRQFB保持在值O附近，从而可将调
56制值TRQFB_DSM的变动频率保持在高频带。可知能够由此对滑移状态 的驱动轮赋予微小振动，可补偿所述的抓地行为的非线性特性，从而可 抑制驱动轮的滑移量的恒定偏差。可知，如上所述本实施方式的控制结 果例与比较例相比控制精度提高。
如上所述，根据第2实施方式的控制装置1A，计算转矩反馈值 TRQFB，以使驱动轮速Ws—act收敛于目标车轮速Ws—cmd，通过使用应 用AS调制算法的算法来调制该转矩反馈值TRQFB，来计算调制值 TRQFB—DSM。由此，当Ws—act — Ws—cmd成立时，TRQFB — 0成立， 使得调制值TRQFB一DSM被计算为表示在高频率(例如5Hz以上的频率) 下的反转行为的值。
并且，根据发动机转速NE和油门开度AP来计算要求转矩 TRQDRV，把自适应限制转矩TRQFF一LMT和要求转矩TRQDRV中的小 的一方选择为前馈转矩TRQFF，通过对该前馈转矩TRQFF加上调制值 TRQFB_DSM来计算限制转矩TRQTC，并且把限制转矩TRQTC和要求 转矩TRQDRV中的小的一方选择为发动机转矩TRQENG。
在该情况下，在模型修正器120中，通过使用模型修正系数KTRQFF 来修正(校正)基准前馈转矩TRQFFM来计算自适应限制转矩 TRQFF—LMT，该模型修正系数KTRQFF被计算成使修正转矩误差Wet叫i 收敛于值0。目卩，由于模型修正系数KTRQFF被计算成使自适应限制转 矩TRQFF—LMT迅速收敛于估计转矩TRQINST，因而使用这种模型修正 系数KTRQFF计算出的自适应限制转矩TRQFFJLMT被计算为可使驱动 轮速Ws—act收敛于目标车轮速Ws一cmd的最佳转矩。
根据以上结构，在驾驶者要求的要求转矩TRQDRV过大且驱动轮很 有可能滑移的情况下，由于选择限制转矩TRQTC作为发动机转矩 TRQENG，因而可将发动机3产生的转矩控制成以可避免驱动轮的滑移 的最佳转矩为中心、表现出周期性的变动行为。由此，可被保持在 Ws—act —Ws_cmd成立的状态，从而可将调制值TRQFB_DSM即限制转 矩TRQTC的变动频率保持在高频带。结果，可补偿所述的抓地行为的非 线性，可实现高水准的牵引控制。而且，如上所述，可避免限制转矩TRQTC被抑制为过度小的值，可将发动机3产生的转矩保持在可避免驱 动轮的滑移的转矩上限值附近，从而可在实现高水准的牵引控制的同时， 获得良好的加速响应性。
并且，在模型修正器120中，通过对偏差DT (=TRQFF_LMT— TRQINST)实施限制处理来计算转矩误差Etrq，修正转矩误差Wetrqy是 通过把转矩误差Etf、档位系数Sj以及权重函数WNEij相乘来计算的。而 且，计算基准局部校正值DKTRQFF—BSi」以使这种修正转矩误差Wet^ 收敛于值0，通过把档位系数Sj、权重函数WNEij以及基准局部校正值 DKTRQFF—BSij相乘来计算相乘值Dktrqffy，并且计算4个局部校正值 DKTRQFFj作为与前进档位值NGEAR可取的4个值1 4分别对应的相 乘值Dktrqfflj的和。然后，通过对这些局部校正值DKTRQFFj的总和加 上值1来计算模型修正系数KTRQFF，并且通过使用该模型修正系数 KTRQFF来修正(校正)基准前馈转矩TRQFFM来计算自适应限制转矩 TRQFF—LMT。
由此，即使在图19中的基准前馈转矩TRQFFM和发动机转速NE 的关系相对于实际的最佳转矩和发动机转速NE的关系在所述3个区域中 的某个区域内产生局部误差的情况下，或者在两者的实际关系在3个区 域之间发生变动的情况下，也能使基准前馈转矩TRQFFM和发动机转速 NE的关系恰当且迅速地与实际的最佳转矩和发动机转速NE的关系一 致。结果，能可靠地取得上述的作用效果。
并且，与前进档位值NGEAR的任一值对应的3个权重函数WNEij 的各个在所述的对应区域内被设定为值1以下的正值，且在除此以外的 区域内被设定为值0，而且，相邻的各2个权重函数WNEmj、 WNEm+lj (m=l或2)相互交叉，并且交叉部分的两者的和被设定为权重函数 WNEi」的最大值l，因而当修正基准前馈转矩TRQFFM时，可针对3个 区域连续地修正，使得作为修正结果的自适应限制转矩TRQFF一LMT不 会有不连续点。由此，可避免自适应限制转矩TRQFFJLMT由于基准前 馈转矩TRQFFM的不连续点而暂时成为不恰当的状态的情况。
另外，第2实施方式是将本发明的控制装置应用于把驱动轮速
58Ws_act作为控制量并把发动机转矩TRQENG作为控制输入的控制对象 的例子，然而本发明的控制装置不限于此，作为控制对象，可应用于把 各种产业设备中的输入输出分别作为控制输入和控制量的系统。
并且，第2实施方式是使用发动机转速NE作为表示内燃机的运转 状态的运转状态参数的例子，然而本发明的运转状态参数不限于此，只 要是表示内燃机的运转状态的参数即可。例如，可以使用气缸内的压力 作为运转状态参数。
权利要求
1. 一种控制装置，其使用控制输入对控制对象中的控制量进行控制，其特征在于，该控制装置具有控制量检测单元，其检测所述控制量；目标控制量设定单元，其设定成为所述控制量的目标的目标控制量；第1输入值计算单元，其使用规定的反馈控制算法计算用于对所述控制量进行反馈控制以使其收敛于所述目标控制量的第1输入值；调制输入值计算单元，其通过使用规定的调制算法对所述第1输入值进行调制来计算调制输入值，以使得所述第1输入值的绝对值越小则所述调制输入值的频率越高；动作状态参数检测单元，其检测所述控制量以外的、表示所述控制对象的动作状态的动作状态参数；误差参数计算单元，其计算误差参数，该误差参数表示所述控制输入相对于当估计所述控制量成为所述目标控制量时的所述控制输入的估计值的误差；修正值计算单元，其使用规定的控制算法分别计算与将所述动作状态参数可变化的区域进行划分而成的多个区域对应的多个修正值，以使所述误差参数成为规定的目标值；模型修正单元，其使用该多个修正值来修正相关关系模型，该相关关系模型表示用于对所述控制量进行前馈控制的第2输入值与所述动作状态参数之间的关系；第2输入值计算单元，其使用该修正后的相关关系模型和所述动作状态参数来计算所述第2输入值；以及控制输入计算单元，其根据所述第2输入值和所述调制输入值的和，将所述控制输入计算成表现出周期性的变动行为。
2.根据权利要求l所述的控制装置，其特征在于， 上述模型修正单元通过把规定的多个函数的值乘以所述误差参数和所述规定的目标值中的一方与另一方之间的偏差，来分别计算多个相乘值，并根据该多个相乘值分别计算所述多个修正值， 所述多个区域中的相邻区域相互重叠，所述规定的多个函数分别对应于所述多个区域，所述规定的多个函 数仅在该对应的区域内被设定为值0以外的值且在该对应的区域以外被 设定为值0，并且在所述相互重叠的区域内，与该重叠的区域对应的所述 函数的值的总和的绝对值被设定成等于所述函数中的最大值的绝对值。
3. 根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述误差参 数计算单元具有设定单元，该设定单元将所述第1输入值设定为所述误差参数，并将所述规定的目标值设定为值o。
4. 根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于， 所述控制量是排气浓度传感器的输出，该排气浓度传感器检测在内燃机的排气通路中的催化装置的下游侧的排气中的规定成分的浓度，所述目标控制量是当估计所述催化装置的排气净化率成为规定状态 时的目标输出，所述动作状态参数是表示所述内燃机的运转状态的运转状态参数， 所述控制输入计算单元计算在所述内燃机的混合气的空燃比控制中 成为该空燃比的目标的目标空燃比，作为所述控制输入。
5. 根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述误差参 数计算单元具有估计值计算单元，其计算所述控制输入的所述估计值；以及 误差参数设定单元，其将所述估计值与所述第2输入值之间的偏差 设定为所述误差参数。
6. 根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于， 所述控制量是以内燃机为动力源的车辆的驱动轮的速度， 所述目标控制量是用于使所述车辆的所述驱动轮相对于非驱动轮的滑移量成为规定量的目标速度，所述动作状态参数是表示所述内燃机的运转状态的运转状态参数， 所述控制输入计算单元计算在所述内燃机的输出控制中成为该输出的目标的目标输出，作为所述控制输入。
7. 根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，该控制装置还具有要求输出计算单元，其计算所述车辆的驾驶者所要求的所述内燃机的输出作为要求输出；以及选择单元，其将该要求输出和所述目标输出中的小的一方选择为所述输出控制中的所述内燃机的输出目标。
8. 根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述控制输入计 算单元在所述第2输入值小于所述要求输出时，将所述目标输出计算为 所述第2输入值和所述调制输入值的和，并在所述第2输入值大于等于 所述要求输出时，将所述目标输出计算为所述要求输出和所述调制输入 值的和。
全文摘要
本发明提供如下控制装置在利用表示周期性的变动行为的控制输入对控制量进行控制以使其收敛于目标控制量的情况下，可迅速消除由于控制对象的动态特性的骤变引起的控制输入的变动频率的下降，可提高控制精度。控制装置(1)计算空燃比校正值DKCMD，以使氧浓度传感器(15)的输出VO2收敛于目标输出VO2_TRGT，通过使用应用Δ∑调制算法的算法调制该空燃比校正值DKCMD，来计算调制值DKCMD_DSM。根据排气容积SV_hat计算基准空燃比KCMDBS，使用计算成使空燃比校正值DKCMD为值0的修正系数θ<sub>i</sub>来计算模型修正系数KTRQFF，使用KCMDADP＝KCMDBS×KTRQFF的算式计算自适应基准空燃比KCMDADP，使用KCMD＝KCMDADP+DKCMD_DSM的算式计算目标空燃比KCMD。
文档编号F02D41/02GK101469640SQ20081018379
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月25日
发明者安井裕司, 川澄郁绘 申请人:本田技研工业株式会社