Устройство управления для модуля привода транспортного средства

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в устройствах управления для модуля привода транспортного средства. Техническим результатом является достижение потребностей, связанных с различными характеристиками модуля привода транспортного средства, надлежащим образом без повышения рабочей нагрузки на компьютер. Устройство управления содержит управляющую структуру иерархического типа, имеющую уровень (10) формирования потребностей, уровень (20) согласования и уровень (30) задания управляющих переменных, и сигнал передается в одном направлении из верхнего уровня иерархии на нижний уровень иерархии. Уровень (10) формирования потребностей содержит элементы (12, 14 и 16) вывода потребностей для каждой характеристики, при этом элементы (12, 14 и 16) вывода потребностей выводят числовые значения, которые представляют потребности, связанные с различными характеристиками. Уровень (20) согласования содержит элементы (22, 24 и 26) согласования, каждый из которых соответствует классифицированной категории потребностей. Каждый из элементов (22, 24 и 26) согласования собирает значения потребностей категории, которой элементы (22, 24 и 26) согласования управляют, и выполняет согласование согласно правилу, чтобы достигать одного значения потребности. Уровень (30) задания управляющих переменных содержит блок (32) регулирования, регулирующий каждое из согласованных значений потребностей на основе зависимости между ними, и элементы (34, 36 и 38) вычисления управляющих переменных, вычисляющие управляющую переменную каждого из множества исполнительных механизмов (42, 44 и 46) на основе отрегулированного значения потребности. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в общем, к устройствам управления для модулей привода транспортного средства и, в частности, к устройству управления, которое достигает потребностей, связанных с характеристиками различных типов модуля привода транспортного средства, через согласованное управление множества исполнительных механизмов.

Уровень техники

Известные технологии, связанные с управлением модулями привода транспортного средства, включают в себя технологии, раскрытые, например, в JP-A-10-250416 (далее - Патентный Документ 1) и JP-A-5-85228 (далее - Патентный Документ 2).

Технология, раскрытая в Патентном Документе 1, включает в себя формирователь-источник, формирующий, например, механические ресурсы и тепловые ресурсы, блок потребления, потребляющий эти ресурсы, и блок регулирования, расположенный между ними, причем блок регулирования регулирует соотношение между величиной ресурсов, подаваемой посредством формирователя-источника, и величиной ресурсов, потребляемой посредством блока потребления. Более конкретно, блок регулирования запрашивает величину ресурсов, подаваемых из формирователя-источника, и величину ресурсов, потребляемых посредством блока потребления соответственно, для сбора, чтобы тем самым определять распределение ресурсов в каждый блок потребления до определения величины ресурсов, подаваемых в формирователе-источнике, и величины ресурсов, потребляемых в блоке потребления.

Технология, раскрытая в Патентном Документе 2, с другой стороны, включает в себя управляющую структуру иерархической структуры, в которой потребность водителя, расположенная на самом верхнем уровне иерархии, передается только в одном направлении в исполнительный механизм каждой из различных характеристик движения, расположенных на самом нижнем уровне иерархии.

Проблемы, на решение которых направлено изобретение

В соответствии с технологией Патентного Документа 1, блок регулирования может надлежащим образом выполнять потребности от множества блоков потребления посредством осуществления обмена данными с формирователем-источником и блоком потребления. Тем не менее, имеется потребность в выполнении обмена данными несколько раз, в том числе запрос от блока регулирования, реакция на запрос и уведомление о сгенерированной величине ресурсов и ресурсов после определения распределения в блоки потребления, что накладывает огромную рабочую нагрузку на компьютер. Как правило, устройство управления для модуля привода транспортного средства выполняет множество задач параллельно, и желательно, чтобы рабочая нагрузка, требуемая для выполнения одной задачи, была как можно меньше.

Напротив, в соответствии с технологией Патентного Документа 2, сигналы передаются только в одном направлении из верхнего уровня иерархии на нижний уровень иерархии, так что имеется только небольшая величина рабочей нагрузки на компьютер. Технология Патентного Документа 2, тем не менее, может достигать только одной потребности (от водителя) и не сконфигурирована достигать множества потребностей. Модуль привода транспортного средства имеет множество потребностей, которые должны быть достигнуты, связанных с такими характеристиками, как отзывчивость на управление и экономия топлива. Простое наложение одной потребности поверх другой не дает возможности каждому исполнительному механизму работать надлежащим образом. В таком случае потребности не могут достигаться в достаточной степени, и работа модуля привода транспортного средства может ухудшаться.

Настоящее изобретение осуществлено для того, чтобы разрешать вышеописанные проблемы, и задачей настоящего изобретения является создание устройства управления для модуля привода транспортного средства, которое может достигать потребностей, связанных с различными характеристиками модуля привода транспортного средства, надлежащим образом без повышения рабочей нагрузки на компьютер.

Средство для решения проблемы

Для решения указанной задачи согласно первому аспекту настоящего изобретения создано устройство управления для модуля привода транспортного средства, достигающее потребностей, связанных с различными типами характеристик модуля привода транспортного средства, посредством координированного управления множеством исполнительных механизмов, связанных с работой модуля привода транспортного средства, причем устройство управления имеет управляющую структуру иерархического типа, при этом управляющая структура содержит:

уровень формирования потребностей;

уровень согласования, расположенный на уровне ниже уровня формирования потребностей; и

уровень задания управляющих переменных, расположенный на уровне ниже уровня согласования, причем сигналы передаются в одном направлении из верхнего уровня иерархии на нижний уровень иерархии,

при этом уровень формирования потребностей включает в себя, для каждой из характеристик модуля привода транспортного средства, элемент вывода потребностей, выводящий потребность, связанную с соответствующей характеристикой модуля привода транспортного средства;

уровень согласования включает в себя элемент согласования для каждой из заранее определенных классифицированных категорий потребностей, при этом каждый элемент согласования собирает из значений потребностей, выводимых из уровня формирования потребностей, значения потребностей категории, которой элемент согласования управляет, и выполняет согласование согласно заранее определенному правилу, чтобы достигать одного значения потребности; и

уровень задания управляющих переменных включает в себя блок регулирования, регулирующий каждое из значений потребностей, согласовываемых посредством уровня согласования, на основе зависимости между ними, и элемент вычисления управляющих переменных, вычисляющий управляющую переменную каждого из множества исполнительных механизмов на основе значения потребности, регулируемого посредством блока регулирования.

Второй аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для модуля привода транспортного средства согласно первому аспекту настоящего изобретения, в котором элемент вычисления управляющих переменных предусмотрен для каждого из исполнительных механизмов.

Третий аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для модуля привода транспортного средства согласно первому или второму аспекту настоящего изобретения, дополнительно содержащее систему доставки общих сигналов, доставляющую общий сигнал параллельно в каждый из уровней, в котором сигналы, связанные с рабочими условиями и рабочими режимами модуля привода транспортного средства, доставляются через систему доставки общих сигналов.

Четвертый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для модуля привода транспортного средства согласно любому из аспектов с первого по третий настоящего изобретения, в котором элемент вывода потребностей выполнен с возможностью выводить потребность, связанную с соответствующей характеристикой модуля привода транспортного средства, выраженной в любой из заранее определенного множества физических величин, связанных с работой модуля привода транспортного средства; и

элемент согласования предусмотрен для каждой из физических величин и выполнен с возможностью собирать из значений потребностей, выводимых из уровня формирования потребностей, значение потребности, выраженное в физической величине, которой элемент согласования управляет.

Пятый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, в котором модуль привода транспортного средства представляет собой двигатель внутреннего сгорания; а множество физических величин представляет собой крутящий момент, эффективность и состав топливовоздушной смеси.

Шестой аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для модуля привода транспортного средства согласно пятому аспекту настоящего изобретения, в котором блок регулирования регулирует из значения потребности в крутящем моменте, значения потребности в эффективности и значения потребности в составе топливовоздушной смеси, согласовываемых посредством уровня согласования, значение потребности в эффективности или значение потребности в составе топливовоздушной смеси.

Седьмой аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для модуля привода транспортного средства согласно пятому или шестому аспекту настоящего изобретения, в котором различные типы характеристик включают в себя характеристику, связанную с отзывчивостью, характеристику, связанную с выхлопным газом, и характеристику, связанную с экономией топлива.

Восьмой аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из аспектов с пятого по седьмой настоящего изобретения, в котором множество исполнительных механизмов включают в себя исполнительный механизм, регулирующий величину всасываемого воздуха двигателя внутреннего сгорания, исполнительный механизм, регулирующий распределение зажигания двигателя внутреннего сгорания, и исполнительный механизм, регулирующий величину впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания.

Девятый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из аспектов с первого по восьмой настоящего изобретения, в котором очередность по приоритету заранее устанавливается между, по меньшей мере, двумя значениями потребностей из множества значений потребностей, согласовываемых посредством уровня согласования; и

блок регулирования регулирует, по меньшей мере, одно значение потребности в порядке возрастания очередности по приоритету таким образом, что зависимость между множеством значений потребностей, используемых для вычисления управляющей переменной посредством элемента вычисления управляющих переменных, является такой, которая разрешает надлежащую работу модуля привода транспортного средства.

Десятый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для модуля привода транспортного средства согласно девятому аспекту настоящего изобретения, в котором модуль привода транспортного средства предлагает множество рабочих режимов, из которых следует выбирать, и очередность по приоритету изменяется согласно выбранному рабочему режиму.

Одиннадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для модуля привода транспортного средства согласно десятому аспекту настоящего изобретения, в котором блок регулирования включает в себя защитный блок, ограничивающий верхний предел и/или нижний предел значения потребности, которое должно регулироваться, и ограничивающий диапазон каждого защитного блока изменяется согласно очередности по приоритету каждого значения потребности, которое должно регулироваться.

Преимущества изобретения

Согласно первому аспекту изобретения потребность, выводимая из уровня формирования потребностей на самом верхнем уровне иерархии, передается в одном направлении на уровень задания управляющих переменных на самом нижнем уровне иерархии. Поскольку нет сопутствующего обмена сигналами между верхними и нижними уровнями иерархии, рабочая нагрузка компьютера может понижаться. Дополнительно, каждое из значений потребностей, передаваемых на уровень задания управляющих переменных, регулируется на основе зависимости между ними, и управляющая переменная каждого исполнительного механизма вычисляется на основе отрегулированного значения потребности. Следовательно, исполнительный механизм может быть координирован так, чтобы обеспечивать то, что работа модуля привода транспортного средства не ухудшается независимо от того, какая потребность выводится посредством уровня формирования потребностей. В частности, согласно первому изобретению множество потребностей, связанных с различными типами характеристик, может надлежащим образом достигаться без повышения рабочей нагрузки на компьютер.

Дополнительно, в соответствии с первым аспектом изобретения, если характеристика модуля привода транспортного средства должна быть добавлена, элемент вывода потребностей, соответствующий новой характеристике, добавляется на уровень формирования потребностей и соединяется с элементом согласования, для которого это значение потребности категоризировано. Сигналы передаются из уровня формирования потребностей на уровень согласования в одном направлении, и, кроме того, сигналы не передаются между элементами в рамках одного уровня иерархии на уровне формирования потребностей. Добавление нового элемента вывода потребностей, следовательно, не изменяет схему других элементов. Значение потребности, выводимое из добавленного элемента вывода потребностей, и значения, выводимые из других элементов вывода потребностей, собираются и согласуются в одно значение потребности посредством элементов согласования.

Согласно второму аспекту изобретения, если должен быть добавлен исполнительный механизм, который должен быть использован для управления модулем привода транспортного средства, то необходимо, чтобы элемент вычисления управляющих переменных, соответствующий новому исполнительному механизму, просто добавлялся на уровень задания управляющих переменных и соединялся с блоком регулирования. Сигналы передаются из блока регулирования в каждый из элементов вычисления управляющих переменных в одном направлении, и, кроме того, сигналы не передаются между элементами вычисления управляющих переменных. Следовательно, добавление нового элемента вычисления управляющих переменных не приводит к изменению схемы других элементов.

Согласно третьему аспекту изобретения управляющая переменная каждого исполнительного механизма может быть определена посредством обращения к рабочим условиям и рабочим режимам модуля привода транспортного средства. Следовательно, каждый исполнительный механизм может еще более точно управляться в соответствии с достижением потребности. Помимо этого сигналы, связанные с рабочими условиями и рабочими режимами модуля привода транспортного средства, доставляются параллельно относительно каждого уровня иерархии. Это помогает предотвращать повышение нагрузки по передаче сигналов между уровнями иерархии.

Согласно четвертому аспекту изобретения потребность выражается в любой из заранее определенных физических величин, что обеспечивает возможность сбора и согласования потребности для каждой физической величины. Управляющая переменная каждого исполнительного механизма вычисляется на основе согласованного значения потребности. Если потребность выражается с использованием физической величины, связанной с работой модуля привода транспортного средства, потребность может точно отражаться в работе каждого исполнительного механизма. В частности, может легко достигаться потребность, связанная с каждой характеристикой модуля привода транспортного средства.

Если модуль привода транспортного средства представляет собой двигатель внутреннего сгорания, его вывод может быть крутящим моментом, горючим и выхлопным газом, и эти выводы связаны с различными характеристиками двигателя внутреннего сгорания. Помимо этого параметры для управления этими выводами могут собираться в три различных типа физических величин: крутящий момент, эффективность и состав топливовоздушной смеси. Соответственно, если модуль привода транспортного средства представляет собой двигатель внутреннего сгорания, потребности, предпочтительно связанные с его характеристиками, представляются с использованием трех типов физических величин из крутящего момента, эффективности и состава топливовоздушной смеси.

Согласно пятому аспекту изобретения потребности, связанные с различными типами характеристик двигателя внутреннего сгорания, представляются посредством трех типов физических величин из крутящего момента, эффективности и состава топливовоздушной смеси, и управляющая переменная каждого исполнительного механизма вычисляется на основе значения потребности в крутящем моменте, значения потребности в эффективности и значения потребности в составе топливовоздушной смеси. Следовательно, работа каждого исполнительного механизма может управляться таким образом, что потребность отражается в выводе двигателя внутреннего сгорания.

Согласно шестому аспекту изобретения, в то время когда выполняется точное управление крутящим моментом, другие потребности, связанные с эффективностью и составом топливовоздушной смеси, могут достигаться в максимально возможной степени.

Согласно седьмому аспекту изобретения могут легко достигаться потребности, связанные с отзывчивостью, выхлопными газами и экономией топлива, которые являются характеристиками двигателя внутреннего сгорания. Потребность, связанная с отзывчивостью, может быть выражена, например, в крутящем моменте или эффективности. Потребность, связанная с выхлопным газом, может быть выражена, например, в эффективности или составе топливовоздушной смеси. Потребность, связанная с экономией топлива, может быть выражена, например, в крутящем моменте или составе топливовоздушной смеси.

Согласно восьмому аспекту изобретения потребности, связанные с каждой из характеристик двигателя внутреннего сгорания, могут легко достигаться посредством управления величиной всасываемого воздуха, распределением зажигания и величиной впрыска топлива. Величина всасываемого воздуха может вычисляться на основе значения потребности в крутящем моменте и значения потребности в эффективности. Распределение зажигания может вычисляться на основе значения потребности в крутящем моменте. Величина впрыска топлива может вычисляться на основе значения потребности в составе топливовоздушной смеси. Тем не менее, следует отметить, что значение потребности формирует один фрагмент информации, используемой для вычисления управляющей переменной, и может использоваться информация, связанная с рабочими условиями и рабочими режимами двигателя внутреннего сгорания (например, оцененный крутящий момент и скорость), в дополнение к значениям потребностей, для того чтобы вычислять управляющую переменную.

Согласно девятому аспекту изобретения значение потребности, имеющей высокий приоритет, непосредственно отражается в управляющей переменной исполнительного механизма, а значение потребности, имеющей низкий приоритет, регулируется до отражения в управляющей переменной исполнительного механизма. Это обеспечивает возможность достижения потребности, имеющей низкий приоритет, в максимально возможной степени при одновременном достижении потребности, имеющей высокий приоритет, надежно в рамках диапазона, в котором может выполняться надлежащая работа модуля привода транспортного средства.

Согласно десятому аспекту изобретения очередность по приоритету достижения потребностей может быть изменена согласно рабочему режиму модуля привода транспортного средства, так что потребность, имеющая высокий приоритет в выбранном рабочем режиме, может достигаться надежно, тогда как потребность, имеющая низкий приоритет, может достигаться в максимально возможной степени.

Согласно одиннадцатому аспекту изобретения абсолютная величина значения потребности может легко регулироваться посредством изменения ограничивающего диапазона защитного блока, ограничивающего верхний предел и/или нижний предел значения потребности.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства управления двигателем согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - блок-схема, показывающая типичные компоновки элемента согласования (согласования крутящего момента) согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 - блок-схема, показывающая типичные компоновки элемента согласования (согласования эффективности) согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 - блок-схема, показывающая типичные компоновки блока регулирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 - схема, показывающая способ задания верхних/нижних предельных значений эффективности с учетом состава топливовоздушной смеси согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6 - схема, показывающая способ задания верхних/нижних предельных значений состава топливовоздушной смеси с учетом эффективности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.7 - блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства управления модуля привода транспортного средства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Наилучший способ осуществления изобретения

Первый вариант осуществления изобретения

Первый вариант осуществления настоящего изобретения описан далее со ссылкой на чертежи. Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения устройство управления применяется к двигателю внутреннего сгорания (в дальнейшем называемому "двигателем"), установленному на автомобиле, в частности к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Тем не менее, настоящее изобретение применимо к любому типу двигателя, отличному от типа с искровым зажиганием, например к дизельному двигателю, и к модулю привода транспортного средства, отличному от двигателя, такому как гибридная система, включающая в себя двигатель и электродвигатель.

Устройство управления двигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения имеет структуру, показанную посредством блок-схемы по фиг.1. Фиг.1 показывает различные элементы устройства управления в блоках и передачу сигналов между блоками посредством стрелок. Компоновки и характеристики устройства управления согласно варианту осуществления описываются ниже со ссылкой на фиг.1. Чтобы обеспечивать еще более глубокое понимание характеристик этого варианта осуществления, детальные чертежи могут использоваться по мере необходимости для описания варианта осуществления.

Как показано на фиг.1, устройство управления имеет управляющую структуру иерархического типа, включающую в себя три уровня иерархии 10, 20 и 30. Управляющая структура включает в себя, последовательно от верхнего уровня до нижнего уровня из иерархических уровней, уровень 10 формирования потребностей, уровень 20 согласования и уровень 30 задания управляющих переменных. Исполнительные механизмы различных типов 42, 44 и 46 соединены с уровнем 30 задания управляющих переменных на нижнем уровне иерархии. Сигнал проходит в одном направлении только между уровнями 10, 20 и 30 устройства управления, и сигнал передается из уровня 10 формирования потребностей на уровень 20 согласования и из уровня 20 согласования на уровень 30 задания управляющих переменных. Устройство управления дополнительно включает в себя систему 50 доставки общих сигналов, которая располагается независимо от этих уровней 10, 20 и 30 и доставляет общий сигнал параллельно в каждый из уровней 10, 20 и 30.

Сигналы, передаваемые между уровнями 10, 20 и 30, отличаются от сигналов, доставляемых из системы 50 доставки общих сигналов следующим образом. В частности, сигналы, передаваемые между уровнями 10, 20 и 30, преобразуются из потребностей, связанных с характеристиками двигателя, и в конечном счете переводятся в соответствующие управляющие переменные для исполнительных механизмов 42, 44 и 46. Напротив, сигналы, доставляемые из системы 50 доставки общих сигналов, включают в себя информацию, требуемую, когда потребности формируются или управляющие переменные вычисляются: в частности, информацию по рабочим условиям и рабочим режимам двигателя (например, частоту вращения двигателя, величину всасываемого воздуха, оцененный крутящий момент, текущее фактическое распределение зажигания, температуру охлаждающей жидкости, фазы газораспределения и рабочий режим). Источники этих типов информации 52 включают в себя датчики различных типов, расположенные на двигателе, и возможность внутренней оценки устройства управления. Информация этих типов является общей информацией двигателя, совместно используемой посредством уровней 10, 20 и 30. Соответственно, доставка информации параллельно в каждый из уровней 10, 20 и 30 помогает не только уменьшать объем передаваемых данных между уровнями 10, 20 и 30, но также сохранять одновременность информации между уровнями 10, 20 и 30.

Компоновки каждого из уровней 10, 20 и 30 и обработка, выполняемая в них, подробно описывается ниже в порядке убывания иерархических уровней.

Уровень 10 формирования потребностей включает в себя множество элементов 12, 14 и 16 вывода потребностей, расположенных на нем. "Потребность", как этот термин используется в данном документе, означает то, что связано с характеристикой двигателя. Каждый из элементов 12, 14 и 16 вывода потребностей выделяется соответствующей характеристике двигателя. Характеристики двигателя включают в себя отзывчивость, выхлопной газ, экономию топлива, шум и вибрацию, помимо прочего. Можно сказать, что они являются рабочими характеристиками, требуемыми для двигателя. Различные элементы вывода потребностей должны быть расположены на уровне 10 формирования потребностей в зависимости от того, что требуется от двигателя и чему необходимо уделять первостепенное внимание. В этом варианте осуществления, элемент 12 вывода потребностей предусмотрен так, чтобы соответствовать характеристике, связанной с отзывчивостью, элемент 14 вывода потребностей предусмотрен так, чтобы соответствовать характеристике, связанной с выхлопным газом, а элемент 16 вывода потребностей предусмотрен так, чтобы соответствовать характеристике, связанной с экономией топлива.

Элементы 12, 14 и 16 вывода потребностей выводят числовые значения, которые представляют потребности, связанные с характеристиками двигателя. Управляющая переменная исполнительных механизмов 42, 44 и 46 определяется через арифметические действия, так что потребности определяются количественно, чтобы давать возможность отражения потребностей в управляющих переменных исполнительных механизмов 42, 44 и 46. В этом варианте осуществления потребности выражаются посредством физической величины, связанной с работой двигателя. Субъективные суждения сопутствуют классификации характеристик; тем не менее, выражение потребностей с помощью таких физических величин обеспечивает объективную количественную оценку при классификации характеристик посредством исключения субъективных суждений, так что потребности могут точно отражаться в работе исполнительных механизмов 42, 44 и 46.

Дополнительно, в этом варианте осуществления только следующие три типа физических величин используются при выражении потребностей: крутящий момент, эффективность и состав топливовоздушной смеси. Выводами двигателя (выводами в широком смысле этого термина) являются крутящий момент, горючий и выхлопной газ (тепло и компоненты). Эти выводы связаны с характеристиками двигателя в форме отзывчивости, выхлопного газа и экономии топлива, упомянутыми выше. Параметры для управления этими выводами могут собираться в три типа физических величин из крутящего момента, эффективности и состава топливовоздушной смеси. Соответственно, считается возможным точно отражать потребности в выводах двигателя посредством выражения потребностей с использованием трех типов физических величин из крутящего момента, эффективности и состава топливовоздушной смеси и тем самым управлять работой исполнительных механизмов 42, 44 и 46.

На фиг.1, хотя только типично, элемент 12 вывода потребностей выводит потребность, связанную с отзывчивостью, с использованием значения потребности, выражаемого в крутящем моменте или эффективности. Например, если потребность состоит в ускорении транспортного средства, эта конкретная потребность может быть выражена в крутящем моменте. Если потребность состоит в том, чтобы предотвращать останов двигателя, эта конкретная потребность может быть выражена в эффективности (повышенная эффективность).

Элемент 14 вывода потребностей выводит потребность, связанную с выхлопным газом, с использованием значения потребности, выражаемого в эффективности или составе топливовоздушной смеси. Например, если потребность состоит в том, чтобы нагревать катализатор, эта конкретная потребность может быть выражена в эффективности (пониженная эффективность) или составе топливовоздушной смеси. Понижаемая эффективность может повышать температуру выхлопного газа, и состав топливовоздушной смеси может задавать окружение, в котором катализатор легко реагирует.

Элемент 16 вывода потребностей выводит потребность, связанную с экономией топлива, с использованием значения потребности, выражаемого в эффективности или составе топливовоздушной смеси. Например, если потребность состоит в том, чтобы повышать эффективность сгорания, эта конкретная потребность может быть выражена в эффективности (повышенная эффективность). Если потребность состоит в том, чтобы уменьшать насосные потери, эта конкретная потребность может быть выражена в составе топливовоздушной смеси (сгорание с обеднением).

Следует отметить, что значение потребности, выводимое из каждого из элементов 12, 14 и 16 вывода потребностей, не ограничено одним для каждой физической величины. Например, элемент 12 вывода потребностей выводит не только потребность в крутящем моменте от водителя (крутящий момент, вычисляемый из открытия акселератора), но также и потребности в крутящем моменте от устройств различных типов, поскольку они касаются управления транспортным средством, таких как VSC (система управления стабильностью транспортного средства), TRC (система управления тягой), ABS (антиблокировочная тормозная система) и трансмиссия. То же применимо также и к эффективности.

Система 50 доставки общих сигналов доставляет общую информацию двигателя на уровень 10 формирования потребностей. Каждый из элементов 12, 14 и 16 вывода потребностей обращается к общей информации двигателя, чтобы тем самым определять значение потребности, которое должно выводиться. Это обусловлено тем, что конкретные подробности потребностей варьируются согласно рабочим условиям и рабочим режимам двигателя. Если датчик температуры катализатора (не показан) используется для того, чтобы измерять температуру катализатора, например, элемент 14 вывода потребностей определяет необходимость нагревать катализатор на основе этой температурной информации и согласно результату определения выводит потребность в эффективности или составе топливовоздушной смеси.

Элементы 12, 14 и 16 вывода потребностей уровня 10 формирования потребностей выводят множество потребностей, выражаемых в крутящем моменте, эффективности или составе топливовоздушной смеси, как описано выше. Все эти потребности, тем не менее, не могут достигаться полностью и одновременно. Это обусловлено тем, что только одна потребность в крутящем моменте может достигаться даже при множестве потребностей в крутящем моменте. Аналогично, только одна потребность в эффективности может достигаться при множестве потребностей в эффективности, и только одна потребность в составе топливовоздушной смеси может достигаться при множестве потребностей в составе топливовоздушной смеси. Это требует процесса согласования потребностей.

Уровень 20 согласования согласует потребности (значения потребностей), выводимые из уровня 10 формирования потребностей. Уровень 20 согласования включает в себя элементы 22, 24 и 26 согласования, каждый из которых выделяется для соответствующей физической величины как классифицированная категория потребностей. Элемент 22 согласования согласует одно значение потребности, выраженное в крутящем моменте, с другим, чтобы достигать одного значения потребности в крутящем моменте. Элемент 24 согласования согласует одно значение потребности, выраженное в эффективности, с другим, чтобы достигать одного значения потребности в эффективности. Элемент 26 согласования согласует одно значение потребности, выраженное в составе топливовоздушной смеси, с другим, чтобы достигать одного значения потребности в составе топливовоздушной смеси. Каждый из элементов 22, 24 и 26 согласования выполняет согласование согласно заранее определенному правилу. "Правило" как термин используется в данном документе, означает правило вычисления для получения одного числового значения из множества числовых значений, такое как, например, выбор максимального значения, выбор минимального значения, усреднение или наложение. Эти правила вычисления могут надлежащим образом комбинироваться вместе. То, какое правило или правила должны применяться, является вопросом проектирования, и в рамках, касающихся настоящего изобретения, нет ограничений на детализацию правил.

Конкретные примеры приводятся ниже, чтобы обеспечивать еще более глубокое понимание согласования. Фиг.2 представляет собой блок-схему, показывающую типичные компоновки элемента 22 согласования. В этом примере элемент 22 согласования включает в себя элемент 202 наложения и элемент 204 выбора минимального значения. Помимо этого значениями потребностей, собираемыми посредством элемента 22 согласования в этом примере, являются потребность в крутящем моменте водителя, потери крутящего момента от нагрузки вспомогательного оборудования, потребность в крутящем моменте до отсечки топлива и потребность в крутящем моменте при сбросе отсечки топлива.

Из значений потребностей, собираемых посредством элемента 22 согласования, потребность в крутящем моменте водителя и потери крутящего момента от нагрузки вспомогательного оборудования накладываются поверх друг друга посредством элемента 202 наложения. Выводимое значение из элемента 202 наложения, вместе с потребностью в крутящем моменте до отсечки топлива и потребностью в крутящем моменте при сбросе отсечки топлива, вводится в элемент 204 выбора минимального значения, и из них выбирается минимальное значение. Выбранное значение выводится из элемента 22 согласования в качестве конечного значения потребности в крутящем моменте, в частности согласованного значения потребности в крутящем моменте.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, показывающую типичные компоновки элемента 24 согласования. В этом примере элемент 24 согласования включает в себя три элемента 212, 216 и 220 выбора минимального значения и два элемента 214 и 218 выбора максимального значения. Помимо этого значения потребностей, собираемые посредством элемента 24 согласования в этом примере, включают в себя требуемую эффективность в отзывчивости как потребность в повышенной эффективности; требуемую эффективность для ISC, требуемую эффективность для крутящем моменте с быстрым откликом и требуемую эффективность для разогрева катализатора в качестве потребностей в пониженной эффективности; и требуемую эффективность для KCS и требуемую эффективность при чрезмерной детонации в качестве потребностей в пониженной эффективности с более высоким приоритетом.

Из значений потребностей, собираемых посредством элемента 24 согласования, требуемая эффективность отзывчивости, вместе с другими потребностями в повышенной эффективности, вводится в элемент 214 выбора максимального значения. Максимальное значение из них вводится в элемент 218 выбора максимального значения. Дополнительно, требуемая эффективность для ISC, требуемая эффективность для крутящего момента с быстрым откликом и требуемая эффективность при разогреве катализатора, вместе с другими потребностями в пониженной эффективности, вводится в элемент 216 выбора минимального значения. Минимальное значение из них затем вводится в элемент 218 выбора максимального значения. Элемент 218 выбора максимального значения выбирает максимальное значение из входного значения из элемента 214 выбора максимального значения и входного значения из элемента 216 выбора минимального значения и вводит максимальное значение в элемент 220 выбора минимального значения. Элемент 220 выбора минимального значения выбирает минимальное значение из входного значения из элемента 218 выбора максимального значения и входного значения из элемента 212 выбора минимального значения. Выбранное значение выводится из элемента 24 согласования в качестве конечного значения потребности в эффективности, в частности согласованного значения потребности в эффективности.

Идентичная обработка выполняется также в элементе 26 согласования, хотя конкретный пример в данном документе опущен. Как описано выше, конкретные типы элементов для того, чтобы формировать элемент 26 согласования, являются вопросом проектирования, и элементы могут комбинироваться надлежащим образом на основе принципа проектирования конкретного проектировщика.

Как отмечено ранее, система 50 доставки общих сигналов доставляет общую информацию двигателя также на уровень 20 согласования. Хотя общая информация двигателя не используется в вышеописанных конкретных примерах, связанных с элементами 22, 24 согласования, общая информация двигателя может использоваться в каждом из элементов 22, 24 и 26 согласования. Например, правила для согласования могут быть изменены согласно рабочим условиям и рабочим режимам двигателя. Правила, тем не менее, не изменяются с учетом диапазона, который должен достигаться посредством двигателя, как описано ниже.

Как очевидно из вышеописанных конкретных примеров, элемент 22 согласования не добавляет верхний предельный крутящий момент или нижний предельный крутящий момент, который должен фактически достигаться посредством двигателя, в согласование. Результаты согласования посредством других элементов 24 и 26 согласования также не добавляются в согласование. Это также применимо к элементам 24 и 26 согласования, которые выполняют согласование без добавления верхних и нижних пределов диапазона, который должен достигаться посредством двигателя, или результатов согласования других элементов согласования. Верхние и нижние пределы диапазона, который должен достигаться посредством двигателя, варьируются в зависимости от рабочих условий двигателя и зависимости между крутящим моментом, эффективностью и составом топливовоздушной смеси. Соответственно, попытка согласовывать каждое значение потребности с диапазоном, который должен достигаться посредством двигателя, способствует повышению рабочей нагрузки на компьютер. Каждый из элементов 22, 24 и 26 согласования, следовательно, выполняет согласование посредством сбора только потребностей, выводимых из уровня 10 формирования потребностей.

Через вышеприведенное согласование, выполняемое посредством каждого из элементов 22, 24 и 26 согласования, одно значение потребности в крутящем моменте, одно значение потребности в эффективности и одно значение потребности в составе топливовоздушной смеси выводятся из уровня 20 согласования. На уровне 30 задания управляющих переменных в качестве следующего иерархического уровня управляющая переменная каждого из исполнительных механизмов 42, 44 и 46 задается на основе согласованного значения потребности в крутящем моменте, значения потребности в эффективности и значения потребности в составе топливовоздушной смеси.

Уровень 30 задания управляющих переменных включает в себя один блок 32 регулирования и множество элементов 34, 36 и 38 вычисления управляющих переменных. Элементы 34, 36 и 38 вычисления управляющих переменных предусмотрены так, чтобы соответствовать соответственно исполнительным механизмам 42, 44 и 46. В этом варианте осуществления исполнительный механизм 42 является дросселем, исполнительный механизм 44 является устройством зажигания, а исполнительный механизм 46 является системой впрыска топлива. Соответственно, раскрытие дросселя вычисляется как управляющая переменная в элементе 34 вычисления управляющих переменных, соединенном с исполнительным механизмом 42; распределение зажигания вычисляется как управляющая переменная в элементе 36 вычисления управляющих переменных, соединенном с исполнительным механизмом 44; и величина впрыска топлива вычисляется как управляющая переменная в элементе 38 вычисления управляющих переменных, соединенном с исполнительным механизмом 46.

Числовые значения, используемые для вычисления управляющих переменных посредством каждого из элементов 34, 36 и 38 вычисления управляющих переменных, предоставляются из блока 32 регулирования. Значение потребности в крутящем моменте, значение потребности в эффективности и значение потребности в составе топливовоздушной смеси, согласовываемые посредством уровня 20 согласования, сначала подвергаются регулированию по абсолютной величине посредством блока 32 регулирования. Это обусловлено тем, что диапазон, который должен достигаться посредством двигателя, не добавлен в согласование посредством уровня 20 согласования, как описано выше, так что двигатель может не работать надлежащим образом в зависимости от абсолютной величины каждого значения потребности.

Блок 32 регулирования регулирует каждое из значений потребностей на основе взаимосвязи друг с другом так, что надлежащая работа двигателя может выполняться. На уровнях иерархии выше уровня 30 задания управляющих переменных независимо вычисляется каждое из значения потребности в крутящем моменте, значения потребности в эффективности и значения потребности в составе топливовоздушной смеси, и полученные в результате вычисленные значения не используются или соотносятся между различными элементами, участвующими в вычислении. В частности, значение потребности в крутящем моменте, значение потребности в эффективности и значение потребности в составе топливовоздушной смеси взаимно соотносятся впервые в блоке 32 регулирования. Если осуществлена попытка регулировать абсолютную величину значений потребностей на верхнем уровне иерархии, число субъектов регулирования является большим, приводя к очень значительной рабочей нагрузке. Когда регулирование осуществлено на уровне 30 задания управляющих переменных, тем не менее, число субъектов регулирования ограничено тремя, в частности значением потребности в крутящем моменте, значением потребности в эффективности и значением потребности в составе топливовоздушной смеси, требуя только небольшой рабочей нагрузки для регулирований.

То, как осуществляются регулирования, является вопросом проектирования, и в рамках, касающихся настоящего изобретения, нет ограничений на подробности регулирований. Если очередность по приоритету включена для значения потребности в крутящем моменте, значения потребности в эффективности и значения потребности в составе топливовоздушной смеси, тем не менее, значение потребности с более низким приоритетом должно предпочтительно регулироваться (модифицироваться). В частности, значение потребности с высоким приоритетом непосредственно отражается в управляющих переменных исполнительных механизмов 42, 44 и 46, и значение потребности с низким приоритетом сначала регулируется, а затем отражается в управляющих переменных исполнительных механизмов 42, 44 и 46. Это обеспечивает возможность надежной реализации потребности с высоким приоритетом и реализации потребности с низким приоритетом в степени, достижимой в рамках диапазона обеспечения надлежащей работы двигателя. Например, если значение потребности в крутящем моменте имеет самый высокий приоритет, значение потребности в эффективности и значение потребности в составе топливовоздушной смеси корректируются с помощью значения, имеющего более низкий приоритет из двух, корректируемых в наибольшей степени. Если очередность по приоритету изменяется в зависимости, например, от рабочих условий двигателя, очередность по приоритету определяется на основе общей информации двигателя, доставляемой из системы 50 доставки общих сигналов, тем самым определяя, какое значение потребности должно корректироваться.

Конкретные примеры приводятся ниже, чтобы обеспечивать еще более глубокое понимание блока 32 регулирования. Фиг.4 представляет собой блок-схему, показывающую типичные компоновки блока 32 регулирования. В этом примере режим работы двигателя включает в себя предпочтительный режим по эффективности и предпочтительный режим по составу топливовоздушной смеси. Ниже описываются компоновки, которые обеспечивают возможность изменения вышеупомянутой очередности по приоритету согласно рабочему режиму. Рабочий режим включен в общую информацию двигателя и доставляется в блок 32 регулирования через систему 50 доставки общих сигналов.

В компоновках, показанных на фиг.4, блок 32 регулирования включает в себя защитный блок 302, ограничивающий верхний и нижний пределы значения потребности в эффективности. Защитный блок 302 корректирует значение потребности в эффективности, согласовываемое посредством элемента 24 согласования, таким образом, что значение потребности в эффективности находится в рамках диапазона обеспечения надлежащей работы двигателя. Блок 32 регулирования также включает в себя защитный блок 316, ограничивающий верхний и нижний пределы значения потребности в составе топливовоздушной смеси. Защитный блок 316 корректирует значение потребности в составе топливовоздушной смеси, согласовываемое посредством элемента 26 согласования состава, таким образом, что значение потребности в составе топливовоздушной смеси находится в рамках диапазона обеспечения надлежащей работы двигателя. Верхнее и нижнее предельные значения каждого из защитных блоков 302, 316 являются переменными таким образом, чтобы быть переменными способом, взаимно функционально ассоциированным друг с другом. Ниже описывается то, как это работает.

Для верхних/нижних предельных значений эффективности защитного блока 302 доступны верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по эффективности), когда предпочтительный режим по эффективности выбирается в качестве рабочего режима, и верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по составу топливовоздушной смеси), когда предпочтительный режим по составу топливовоздушной смеси выбирается в качестве рабочего режима. Изменение ограничивающего диапазона защитного блока 302 обеспечивает возможность регулирования абсолютной величины значения потребности в эффективности. Блок 308 выбора выбирает любой тип верхних/нижних предельных значений эффективности согласно рабочему режиму и задает выбранные верхние/нижние предельные значения эффективности в защитном блоке 302.

Верхние/нижние предельные значения эффективности для предпочтительного режима по эффективности представляют самые верхние/нижние предельные значения по всему диапазону состава топливовоздушной смеси, и значения, сохраненные в запоминающем устройстве 304, считываются. Верхние/нижние предельные значения эффективности для предпочтительного режима по составу топливовоздушной смеси, с другой стороны, представляют верхние/нижние предельные значения эффективности, при которых можно не допускать детонации и пропуска зажигания в предпочтительном составе топливовоздушной смеси. Эти значения считываются из схемы 306 на основе рабочих условий, включающих в себя частоту вращения двигателя, целевой крутящий момент и фазы газораспределения. Значение потребности в составе топливовоздушной смеси, обрабатываемое посредством защитного блока 316, вводится в схему 306, и со ссылкой на это значение потребности в составе топливовоздушной смеси определяются верхние/нижние предельные значения эффективности.

Для верхних/нижних предельных значений состава топливовоздушной смеси защитного блока 316 доступны верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по эффективности), когда предпочтительный режим по эффективности выбирается в качестве рабочего режима, и верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по составу топливовоздушной смеси), когда предпочтительный режим по составу топливовоздушной смеси выбирается в качестве рабочего режима. Изменение ограничивающего диапазона защитного блока 316 обеспечивает возможность регулирования абсолютной величины значения потребности в составе топливовоздушной смеси. Блок 322 выбора выбирает любой тип верхних/нижних предельных значений состава топливовоздушной смеси согласно рабочему режиму и задает выбранные верхние/нижние предельные значения состава топливовоздушной смеси в защитном блоке 316.

Верхние/нижние предельные значения состава топливовоздушной смеси для предпочтительного режима по составу топливовоздушной смеси представляют самые верхние/нижние предельные значения по всему диапазону эффективности, и значения, сохраненные в запоминающем устройстве 318, считываются. Верхние/нижние предельные значения состава топливовоздушной смеси для предпочтительного режима по эффективности, с другой стороны, представляют верхние/нижние предельные значения состава топливовоздушной смеси, при которых можно не допускать детонации и пропуска зажигания в предпочтительной эффективности. Эти значения считываются из схемы 320 на основе рабочих условий, включающих в себя частоту вращения двигателя, целевой крутящий момент и фазы газораспределения. Эффективность по крутящему моменту, обрабатываемая посредством защитного блока 314, который должен быть описан ниже, вводится в схему 320, и со ссылкой на эффективность по крутящему моменту определяются верхние/нижние предельные значения состава топливовоздушной смеси. Способ определения и вычисления эффективности по крутящему моменту описывается ниже.

Фиг.5 представляет собой схему, показывающую способ задания верхних/нижних предельных значений эффективности с использованием схемы 306. Фиг.6 представляет собой схему, показывающую способ задания верхних/нижних предельных значений состава топливовоздушной смеси с использованием схемы 320. На каждом чертеже ордината представляет эффективность, а абсцисса представляет состав топливовоздушной смеси. Кривая, показанная на чертеже, является линией предела воспламенения. Область ниже линии предела воспламенения представляет собой NG-область, в которой не может выполняться надлежащая работа. Линия предела воспламенения зависит от рабочих условий, включающих в себя частоту вращения двигателя, целевой крутящий момент и фазы газораспределения.

Во-первых, когда предпочтительный режим по составу топливовоздушной смеси выбирается в качестве рабочего режима, значение потребности в составе топливовоздушной смеси α вводится в схему, как показано на фиг.5. Значение эффективности, соответствующее значению потребности в составе топливовоздушной смеси в линии предела воспламенения, затем вычисляется. Это значение задается в качестве нижнего предельного значения эффективности при значении потребности в составе топливовоздушной смеси α. Заранее определенное значение (например, 1) используется для верхнего предельного значения эффективности. Заданное нижнее предельное значение эффективности набора и верхнее предельное значение эффективности задаются в защитном блоке 302 посредством блока 308 выбора.

Если предпочтительный режим по эффективности выбирается в качестве рабочего режима, эффективность по крутящему моменту β вводится в схему, как показано на фиг.6. Затем вычисляется значение состава топливовоздушной смеси, соответствующее эффективности по крутящему моменту β на линии предела воспламенения. В случае, показанном на чертеже, существуют два больших и небольших значения состава топливовоздушной смеси, соответствующие эффективности по крутящему моменту β, при этом большее значение задается как верхнее предельное значение состава топливовоздушной смеси при эффективности по крутящему моменту β, а меньшее значение задается как нижнее предельное значение состава топливовоздушной смеси при эффективности по крутящему моменту β. Заданные нижнее предельное значение состава топливовоздушной смеси и верхнее предельное значение состава топливовоздушной смеси задаются в защитном блоке 316 посредством блока 322 выбора.

Дополнительно, блок 32 регулирования может формировать новый сигнал с использованием значения потребности, введенного из уровня 20 согласования, и общей информации двигателя, доставляемой из системы 50 доставки общих сигналов. В примере, показанном на фиг.4, блок 312 деления вычисляет отношение между значением потребности в крутящем моменте, согласовываемым посредством элемента 22 согласования, и оцененным крутящим моментом, включенным в общую информацию двигателя. Оцененный крутящий момент представляет крутящий момент, который должен выводиться, когда распределение зажигания - это MBT с текущей величиной всасываемого воздуха и состава топливовоздушной смеси. Вычисление оцененного крутящего момента выполняется посредством другой задачи устройства управления.

Отношение между значением потребности в крутящем моменте и оцененным крутящим моментом, вычисляемым посредством блока 312 деления, называется эффективностью по крутящему моменту. Защитный блок 314 ограничивает верхние и нижние пределы эффективности по крутящему моменту. Верхние/нижние предельные значения эффективности, выбираемые посредством блока 308 выбора, задаются в защитном блоке 314. В частности, ограничивающий диапазон этого защитного блока 314 задается таким же образом, как для защитного блока 302, который ограничивает верхние/нижние пределы значения потребности в эффективности.

Как результат вышеприведенной обработки, сигналы, выводимые из блока 32 регулирования, представляют значение потребности в крутящем моменте, скорректированное значение потребности в эффективности, скорректированное значение потребности в составе топливовоздушной смеси и эффективность по крутящему моменту. Из этих сигналов значение потребности в крутящем моменте и скорректированное значение потребности в эффективности вводятся в элемент 34 вычисления управляющих переменных. Элемент 34 вычисления управляющих переменных сначала делит значение потребности в крутящем моменте на скорректированное значение потребности в эффективности. Поскольку скорректированное значение потребности в эффективности представляет собой значение, равное или меньшее 1, значение потребности в крутящем моменте корректируется так, чтобы увеличиваться посредством этого деления. Скорректированное для увеличения значение потребности в крутящем моменте затем переводится в объем воздуха, из которого вычисляется раскрытие дросселя.

Эффективность по крутящему моменту вводится как главный сигнал в элемент 36 вычисления управляющих переменных. Значение потребности в крутящем моменте и скорректированное значение потребности в составе топливовоздушной смеси также вводятся как опорные сигналы. Элемент 36 вычисления управляющих переменных вычисляет величину угла запаздывания относительно MBT из эффективности по крутящему моменту. Чем меньше эффективность по крутящему моменту, тем больше значение величины угла запаздывания. Это приводит к уменьшению крутящего момента. Резкое повышение значения потребности в крутящем моменте, выполняемое посредством элемента 34 вычисления управляющих переменных, является процессом компенсации уменьшения крутящего момента посредством запаздывания. В этом варианте осуществления значение потребности в крутящем моменте и значение потребности в эффективности могут достигаться как посредством запаздывания распределения зажигания на основе эффективности по крутящему моменту, так и посредством резкого повышения значения потребности в крутящем моменте на основе значения потребности в эффективности. Значение потребности в крутящем моменте и скорректированное значение потребности в составе топливовоздушной смеси, введенное в элемент 36 вычисления управляющих переменных, используются для выбора схемы для преобразования эффективности по крутящему моменту на величину угла запаздывания. Конечное распределение зажигания затем вычисляется из величины угла запаздывания и MBT (или основного распределения зажигания).

Скорректированное значение потребности в составе топливовоздушной смеси вводится в элемент 38 вычисления управляющих переменных. Элемент 38 вычисления управляющих переменных вычисляет величину впрыска топлива из скорректированного значения потребности в составе топливовоздушной смеси и величины всасываемого воздуха в цилиндр. Величина всасываемого воздуха включается в общую информацию двигателя и доставляется в элемент 38 вычисления управляющих переменных из системы 50 доставки общих сигналов.

Как описано выше, в устройстве управления согласно варианту осуществления потребность, выводимая из уровня 10 формирования потребностей на самом верхнем уровне иерархии, передается на уровень 30 задания управляющих переменных на самом нижнем уровне иерархии в одном направлении. Это исключает передачу сигналов между уровнями 10, 20 и 30 разных уровней иерархии, требуя меньшей величины вычислительной нагрузки на компьютер. Помимо этого общая информация двигателя доставляется параллельно в каждый из уровней 10, 20 и 30 посредством системы 50 доставки общих сигналов. Это помогает подавлять нагрузку по передаче сигналов между уровнями 10, 20 и 30.

Дополнительно, в устройстве управления этого варианта осуществления каждое из значений потребностей, передаваемых на уровень 30 задания управляющих переменных, регулируется на основе их соотношения относительно друг друга, и управляющая переменная каждого из исполнительных механизмов 42, 44 и 46 вычисляется на основе отрегулированного значения потребности. Это обеспечивает возможность координирования исполнительных механизмов 42, 44 и 46 друг с другом таким образом, что работа двигателя не ухудшается при выводе потребности любого вида из уровня 10 формирования потребностей. В частности, согласно устройству управления по варианту осуществления множество потребностей, связанных с характеристиками различных типов, может надлежащим образом достигаться без повышения рабочей нагрузки на компьютер.

Второй вариант осуществления изобретения

Второй вариант осуществления настоящего изобретения описывается ниже со ссылкой на чертежи. Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения устройство управления применяется к общему модулю привода транспортного средства. Модуль привода транспортного средства, к которому должен применяться вариант осуществления, включает в себя, например, двигатель, электродвигатель и гибридную систему, имеющую двигатель и электродвигатель.

Устройство управления модуля привода транспортного средства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения имеет структуру, показанную посредством блок-схемы по фиг.7. Фиг.7 показывает различные элементы устройства управления в блоках и передачу сигналов между блоками посредством стрелок. Как показано на чертеже, устройство управления имеет управляющую структуру иерархического типа, включающую в себя три уровня иерархии 100, 102 и 104. Устройство управления дополнительно включает в себя систему 106 доставки общих сигналов, которая располагается независимо от этих трех уровней 100, 102 и 104 и доставляет общий сигнал параллельно в каждый из уровней 100, 102 и 104.

Уровень 100 формирования потребностей самого верхнего уровня иерархии включают в себя множество элементов 112, 114, 116 и 118 вывода потребностей, предусмотренных для характеристик A, B, C и D модуля привода транспортного средства соответственно. Каждый из элементов 112, 114, 116 и 118 вывода потребностей выводит числовое значение, которое представляет потребность, связанную с соответствующей характеристикой модуля привода транспортного средства. Более конкретно, числовое значение представляет физическую величину, связанную с работой модуля привода транспортного средства, выводимую посредством представления посредством любой из множества заранее определенных физических величин a, b, c и d.

Уровень 102 согласования включает в себя элементы 122, 124, 126 и 128 согласования, каждый из которых выделяется соответствующей физической величине a, b, c или d как классифицированная категория потребностей. Каждый из элементов 122, 124, 126 и 128 согласования собирает значение потребности, выраженное в физической величине, которой элемент согласования управляет, из значений потребностей, выводимых из уровня 100 формирования потребностей. Каждый из элементов 122, 124, 126 и 128 согласования выполняет согласование согласно заранее определенному правилу. Правилом может быть, например, выбор максимального значения или выбор минимального значения или любое другое правило, которое не ограничено. В качестве результата согласования, выполняемого посредством каждого из элементов 122, 124, 126 и 128 согласования, одно значение потребности выводится из уровня 102 согласования для каждой из физических величин a, b, c и d.

Уровень 104 задания управляющих переменных самого нижнего уровня иерархии включает в себя один блок 132 регулирования и множество элементов 134, 136, 138 и 140 вычисления управляющих переменных. Каждое из значений потребностей, выводимых из уровня 102 согласования, сначала обрабатывается посредством блока 132 регулирования. Блок 132 регулирования регулирует каждое из значений потребностей на основе их взаимосвязи между собой так, что может выполняться надлежащая работа модуля привода транспортного средства. Значения потребностей, которые должны регулироваться, ограничены числом типов физических величин a, b, c и d, представляющих классифицированные категории потребностей. По сравнению со случаем, в котором регулирования осуществляются на верхнем уровне иерархии, в которой множество значений потребностей существуют, следовательно, меньшая рабочая нагрузка требуется для регулирований. Дополнительно, блок 132 регулирования также генерирует новый сигнал с использованием значения потребности, введенного из уровня 102 согласования, и общей информации, доставляемой из системы 106 доставки общих сигналов.

Элементы 134, 136, 138 и 140 вычисления управляющих переменных предусмотрены так, чтобы соответствовать соответственно исполнительным механизмам 152, 154, 156 и 158. Сигналы, подаваемые из блока 132 регулирования в элементы 134, 136, 138 и 140 вычисления управляющих переменных, включают в себя сигналы, генерируемые из значений потребностей и общей информации, в дополнение к отрегулированным значениям потребностей. Каждый из элементов 134, 136, 138 и 140 вычисления управляющих переменных вычисляет управляющую переменную соответствующего одного из исполнительных механизмов 152, 154, 156 и 158 с помощью сигнала, подаваемого из блока 132 регулирования.

Как известно из вышеприведенного описания, в устройстве управления согласно варианту осуществления потребность, выводимая из уровня 100 формирования потребностей на самом верхнем уровне иерархии, передается на уровень 104 задания управляющих переменных на самом нижнем уровне иерархии в одном направлении. Помимо этого общая информация доставляется параллельно в каждый из уровней 100, 102 и 104 посредством системы 106 доставки общих сигналов. Подавление нагрузки по передаче сигналов между уровнями 100, 102 и 104, таким образом, помогает минимизировать рабочую нагрузку на компьютер.

Дополнительно, в устройстве управления этого варианта осуществления каждое из значений потребностей, согласовываемых посредством уровня 102 согласования, регулируется на основе зависимости между ними посредством уровня 104 задания управляющих переменных, и управляющая переменная каждого из исполнительных механизмов 152, 154, 156 и 158 вычисляется на основе отрегулированного значения потребности. Это обеспечивает возможность координации исполнительных механизмов 152, 154, 156 и 158 друг с другом таким образом, что работа модуля привода транспортного средства не ухудшается.

Дополнительно, согласно устройству управления этого варианта осуществления имеется эффект в том, что характеристика, которая должна быть достигнута, может быть легко добавлена. Когда, например, новая характеристика E должна быть добавлена, элемент 120 вывода потребностей, соответствующий ей, просто дополнительно помещается на уровень 100 формирования потребностей, как указано посредством пунктирной линии на чертеже. Тем не менее, компоновка должна неизменно осуществляться так, чтобы значение потребности, выраженное в заранее определенной любой из физических величин a, b, c и d, выводилось в элемент 120 вывода потребностей, который заново добавляется. Если значение потребности, выводимое посредством элемента 120 вывода потребностей, выражается в физической величине c или d, элемент 120 вывода потребностей должен соединяться с элементом 126 или 128 согласования.

Сигналы передаются из уровня 100 формирования потребностей на уровень 102 согласования в одном направлении, и, кроме того, сигналы не передаются между элементами в рамках одного уровня иерархии на уровне 100 формирования потребностей. Добавление нового элемента 120 вывода потребностей, следовательно, не изменяет схему других элементов. Значение потребности, выводимое из добавленного элемента 120 вывода потребностей, и значения, выводимые из других элементов вывода потребностей, собираются и согласуются в одно значение потребности посредством элементов 126 и 128 согласования.

Каждый из элементов 126 и 128 согласования должен выполнять согласование согласно только заранее определенному правилу, так что увеличение числа значений потребностей, которые должны быть собраны, приводит к очень незначительному повышению рабочей нагрузки, связанной с этим. Помимо этого, поскольку нет изменения в числе значений потребностей, выводимых из уровня 102 согласования на уровень 104 задания управляющих переменных, нет вероятности повышения рабочей нагрузки уровня 104 задания управляющих переменных. В частности, согласно устройству управления по варианту осуществления характеристика модуля привода транспортного средства, которая должна быть достигнута, может быть добавлена без повышения рабочей нагрузки на компьютер.

Дополнительно, согласно устройству управления по варианту осуществления исполнительный механизм, используемый для управления модулем привода транспортного средства, может быть легко добавлен. Например, чтобы добавлять новые исполнительные механизмы 160 и 162, как указано посредством пунктирной линии на чертеже, необходимо добавлять только новые элементы 142 и 146 вычисления управляющих переменных, соответствующие им, на уровень 104 задания управляющих переменных и соединять их с блоком 132 регулирования. Сигналы передаются из блока 132 регулирования в каждый из элементов вычисления управляющих переменных в одном направлении, и, кроме того, сигналы не передаются между элементами вычисления управляющих переменных, так что нет изменений в схеме других элементов, которые в противном случае необходимы в результате добавления новых элементов 142 и 146 вычисления управляющих переменных.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и различные изменения по форме и подробностям могут осуществляться в нем без отступления от сущности и объема изобретения. Например, возможны следующие модификации.

В вышеописанных вариантах осуществления сигналы (общая информация), связанные с рабочими условиями и рабочими режимами модуля привода транспортного средства, доставляются через систему доставки общих сигналов. Эти сигналы, вместо этого, могут доставляться вместе со значениями потребностей через иерархические уровни из верхнего уровня на нижний уровень иерархии. В этом случае предусмотрен увеличенный объем передачи сигналов между уровнями иерархии по сравнению со случаем использования системы доставки общих сигналов; тем не менее, поскольку сигналы передаются только в одном направлении, можно не допускать чрезмерного возрастания рабочей нагрузки.

Помимо этого, если настоящее изобретение применяется к двигателю, типы исполнительных механизмов, которые должны управляться, не ограничены дросселем, устройством зажигания и системой впрыска топлива. Например, устройство регулирования фаз газораспределения (WT), устройство регулируемого подъема клапана (VVL) и внешнее EGR-устройство могут быть исполнительными механизмами, которые должны управляться. В двигателе, имеющем механизм деактивации цилиндров или механизм переменной степени сжатия, эти механизмы могут быть исполнительными механизмами, которые должны управляться. В двигателе с турбонагнетателем со вспомогательным электродвигателем (MAT) MAT может использоваться в качестве исполнительного механизма, который должен управляться. Дополнительно, выводы двигателя могут управляться косвенно через вспомогательное оборудование, приводимое в действие посредством двигателя, такого как генератор переменного тока, и это вспомогательное оборудование может использоваться в качестве исполнительных механизмов.

Перечень ссылочных позиций

10, 100 - уровень формирования потребностей;

12, 14, 16, 112, 114, 116, 118, 120 - элемент вывода потребностей;

20, 102 - уровень согласования;

22, 24, 26, 122, 124, 126, 128 - элемент согласования;

30, 104 - уровень задания управляющих переменных;

32, 132 - блок регулирования;

34, 36, 38, 134, 136, 138, 140, 142, 146 - элемент вычисления управляющих переменных;

42, 44, 46, 152, 154, 156, 158, 160, 162 - исполнительный механизм;

50 - система доставки общих сигналов;

52 - источник информации;

202 - элемент наложения;

204, 212, 216, 220 - элемент выбора минимального значения;

214, 218 - элемент выбора максимального значения;

302, 314, 316 - защитный блок;

304 - схема для выбора верхних/нижних предельных значений эффективности;

308, 322 - блок выбора;

312 - блок вычисления эффективности по крутящему моменту (блок деления); и

320 - схема для выбора верхних/нижних предельных значений состава топливовоздушной смеси.

1. Устройство управления для модуля привода транспортного средства, достигающее потребностей, связанных с различными типами характеристик модуля привода транспортного средства, посредством координированного управления множеством исполнительных механизмов, связанных с работой модуля привода транспортного средства, причем устройство управления имеет управляющую структуру иерархического типа, при этом управляющая структура содержит
уровень формирования потребностей;
уровень согласования, расположенный на уровне ниже уровня формирования потребностей; и
уровень задания управляющих переменных, расположенный на уровне ниже уровня согласования, причем сигналы передаются в одном направлении из верхнего уровня иерархии на нижний уровень иерархии, при этом уровень формирования потребностей включает в себя для каждой из характеристик модуля привода транспортного средства элемент вывода потребностей, выводящий потребность, связанную с соответствующей характеристикой модуля привода транспортного средства;
уровень согласования включает в себя элемент согласования для каждой из заранее определенных классифицированных категорий потребностей, при этом каждый элемент согласования собирает из значений потребностей, выводимых из уровня формирования потребностей значения потребностей категории, которой элемент согласования управляет и выполняет согласование согласно заранее определенному правилу, чтобы достигать одного значения потребности; и
уровень задания управляющих переменных включает в себя блок регулирования, регулирующий каждое из значений потребностей, согласовываемых посредством уровня согласования, на основе зависимости между ними, и элемент вычисления управляющих переменных, вычисляющий управляющую переменную каждого из множества исполнительных механизмов на основе значения потребности, регулируемого посредством блока регулирования.

2. Устройство по п.1, в котором для каждого из исполнительных механизмов предусмотрен элемент вычисления управляющих переменных.

3. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее систему доставки общих сигналов, доставляющую общий сигнал параллельно в каждый из уровней, при этом сигналы, связанные с рабочими условиями и рабочими режимами модуля привода транспортного средства, доставляются через систему доставки общих сигналов.

4. Устройство по п.1 или 2, в котором элемент вывода потребностей выполнен с возможностью вывода потребности, связанной с соответствующей характеристикой модуля привода транспортного средства, выраженной в любой из заранее определенного множества физических величин, связанных с работой модуля привода транспортного средства; и
элемент согласования предусмотрен для каждой из физических величин и выполнен с возможностью сбора из значений потребностей, выводимых из уровня формирования потребностей, значения потребности, выраженного в физической величине, которой управляет элемент согласования.

5. Устройство по п.4, в котором модуль привода транспортного средства представляет собой двигатель внутреннего сгорания; а множество физических величин представляет собой крутящий момент, эффективность и состав топливовоздушной смеси.

6. Устройство по п.5, в котором блок регулирования регулирует, из значения потребности в крутящем моменте, значения потребности в эффективности и значения потребности в составе топливовоздушной смеси, согласовываемых посредством уровня согласования, значение потребности в эффективности или значение потребности в составе топливовоздушной смеси.

7. Устройство по п.5, в котором различные типы характеристик включают в себя характеристику, связанную с отзывчивостью, характеристику, связанную с выхлопным газом, и характеристику, связанную с экономией топлива.

8. Устройство по п.5, в котором множество исполнительных механизмов включает в себя исполнительный механизм, регулирующий величину всасываемого воздуха двигателя внутреннего сгорания, исполнительный механизм, регулирующий распределение зажигания двигателя внутреннего сгорания, и исполнительный механизм, регулирующий величину впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания.

9. Устройство по п.1 или 2, в котором очередность по приоритету заранее устанавливается между, по меньшей мере, двумя значениями потребностей из множества значений потребностей, согласовываемых посредством уровня согласования; и
блок регулирования регулирует, по меньшей мере, одно значение потребности в порядке возрастания очередности по приоритету таким образом, что зависимость между множеством значений потребностей, используемых для вычисления управляющей переменной посредством элемента вычисления управляющих переменных, является такой, которая разрешает надлежащую работу модуля привода транспортного средства.

10. Устройство по п.9, в котором модуль привода транспортного средства предлагает множество рабочих режимов, из которых следует выбирать, и очередность по приоритету изменяется согласно выбранному рабочему режиму.

11. Устройство по п.10, в котором блок регулирования включает в себя защитный блок, ограничивающий верхний предел и/или нижний предел значения потребности, которое должно регулироваться, и ограничивающий диапазон каждого защитного блока изменяется согласно очередности по приоритету каждого значения потребности, которое должно регулироваться.