JP5972951B2

JP5972951B2 - 補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラム

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Publication number: JP5972951B2
Application number: JP2014219435A
Authority: JP
Inventors: 山下　幸生; 幸生山下; 博義久保; 満文後藤; 武蔵坂本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-08-17
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Description

本発明は、補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラムに関する。

ターボチャージャなどの過給機を備えたエンジンを搭載した車両が存在する。ターボチャージャは、エンジンが排出した排気ガスを利用してタービンを回転させ、そのタービンと同軸上に接続された圧縮機を回転させることで圧縮空気を生成する。ターボチャージャは、その圧縮空気をエンジンに供給することで、エンジンの出力効率を高める。

ターボチャージャを備えたエンジンの場合、エンジン制御システムには、主にエンジンを制御するためのメインＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、ターボチャージャを制御するためのサブＥＣＵが備えられていることがある。このメインＥＣＵとサブＥＣＵによる制御では、例えば、メインＥＣＵが過給圧指令をサブＥＣＵに与え、サブＥＣＵがその過給圧となるようにターボチャージャの動作を制御するといった制御方式が採用される。この方式では、サブＥＣＵは、例えば、フィードバック制御によって目標とする過給圧を達成する。

なお、関連した技術として、特許文献１には、互いに独立したコンピュータを備えるメインＥＣＵとサブＥＣＵとからなるＥＣＵにおいて、サブＥＣＵが、メインＥＣＵの故障時などにメインＥＣＵと独立して制御対象装置の制御を行う技術が記載されている。

特許第４４１５９１２号公報

ところで、上述のフィードバック制御では、応答が遅れたり多入力出力系では制御ゲインの調整が困難であったり複雑化したりするため、メインＥＣＵとサブＥＣＵのそれぞれが異なる予測モデルに基づいて、所定時間先の挙動を予測しながら制御を行うようなモデル予測制御が採用されている場合がある。このような場合、メインＥＣＵが想定したターボチャージャの動作と、サブＥＣＵの制御による実際のターボチャージャの動作とが相違し、エンジンの制御性能が劣化する可能性がある。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる補機制御装置、制御システム、過給機、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、動力源である主機を制御する主機制御装置が算出した、前記主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を取得し、前記取得した運転指令値に基づいて前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を算出する操作量算出部と、前記主機制御装置が前記操作量に基づいて算出した前記操作量の許容範囲を取得して、前記操作量算出部が算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する操作量決定部と、を備える補機制御装置である。

本発明の第２の態様は、上述の補機制御装置と、前記操作量決定部の出力した操作量を検出する操作量検出部と、前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する許容範囲算出部と、を備える主機制御装置と、を備える制御システムである。

本発明の第３の態様における前記許容範囲算出部は、前記検出した操作量の変化率が所定の閾値を上回る場合、前記許容範囲を、前記検出した操作量の変化率が前記閾値以下の場合よりも狭い範囲に設定する。

本発明の第４の態様における前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、所定の時間あるいは所定の回数以上、前記許容範囲の上限値より所定の値以上大きい値となるか、又は、前記許容範囲の下限値より所定の値以上小さい値となると、前記許容範囲の幅を０に設定する。

本発明の第５の態様における前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、前記許容範囲内となる時間、又は、前記許容範囲外となったときの当該許容範囲から外れた値の大きさに基づいて、前記許容範囲の幅を広げる。

本発明の第６の態様は、前記主機制御装置は、エンジンの制御を行う制御装置であり、前記補機制御装置は、前記エンジンに圧縮した空気を供給する過給機の制御を行う制御装置である、上述の制御システム、を備えた過給機である。

本発明の第７の態様は、動力源である主機を制御する主機制御装置が算出した、前記主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を取得し、前記取得した運転指令値に基づいて前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を算出するステップと、前記主機制御装置が前記操作量に基づいて算出した前記操作量の許容範囲を取得して、前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択するステップと、を有する補機の制御方法である。

本発明の第８の態様は、さらに、前記制御手段の操作量を検出するステップと、前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出するステップと、
を有し、前記操作量の許容範囲を算出するステップで算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う制御方法である。

本発明の第９の態様は、制御システムのコンピュータを、動力源である主機を制御する主機制御装置が算出した、前記主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を取得し、前記取得した運転指令値に基づいて前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を算出する手段、前記主機制御装置が前記操作量に基づいて算出した前記操作量の許容範囲を取得して、前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する手段、として機能させるためのプログラムである。

本発明の第１０の態様は、制御システムのコンピュータを、さらに、前記制御手段の操作量を検出する手段、前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する手段、前記算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う手段、として機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、エンジンの制御性能を損なうことなく、ターボチャージャの性能を活用することができる。

本発明に係る第一実施形態における制御システムのブロック図の一例である。本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第一の図である。本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第二の図である。本発明に係る第一実施形態における制御システムのターボ弁開度の制御のフローチャートの一例である。本発明に係る第二実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する図である。メインＥＣＵとサブＥＣＵによるターボ弁開度の従来の制御の一例を説明する図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による制御システムを図１〜図４、図６を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態における制御システムのブロック図の一例である。
符号１は、本実施形態における制御システムを示している。本実施形態の制御システム１は、車両などのターボチャージャを搭載したエンジン（以下、ターボエンジンという）を制御するシステムである。ターボチャージャは、エンジンが排出した排気ガスを利用してタービンを回転させ、そのタービンと同軸上に接続された圧縮機を回転させて生成した圧縮空気をエンジンに供給する過給機の一種である。制御システム１は、主にエンジンを制御するメインＥＣＵとターボチャージャを制御するサブＥＣＵを含んで構成される。メインＥＣＵは、エンジンの出力制御を行うにあたり、サブＥＣＵにターボチャージャの過給圧指令値を出力する。過給圧とは、ターボチャージャがエンジンに送り込む圧縮空気の圧力である。
サブＥＣＵは、ターボチャージャのタービン入口に設けられたタービン弁の弁開度を調節し、過給圧が指令値となるように制御する。過給圧と弁開度の関係は、弁を絞ると過給圧が上昇し、弁を開くと過給圧が低下する関係にある。また、一般に過給圧が上昇すると、エンジンの出力は上昇し、過給圧が低下すると、エンジンの出力も低下する。

符号１０は、メインＥＣＵを示している。メインＥＣＵ１０は、運転指令値算出部１１と、操作量検出部１２と、許容範囲算出部１３と、目安操作量算出部１４と、記憶部１５と、通信部１６とを少なくとも備えている。
運転指令値算出部１１は、動力源である主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を算出する。
操作量検出部１２は、補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を検出する。
許容範囲算出部１３は、操作量検出部１２が検出した操作量の変化に基づいて、操作量の許容範囲を算出する。
目安操作量算出部１４は、運転指令値算出部１１が算出した運転指令値に基づいて、目安となる操作量を算出する。
記憶部１５は、運転指令値や操作量の許容範囲の算出に用いる各種データを記憶する。また、記憶部１５は、操作量検出部１２が検出した操作量を記憶する。
通信部１６は、サブＥＣＵとＣＡＮなどのプロトコルで通信を行う。
メインＥＣＵ１０は、この他にも点火機構や燃料系統など様々な機構を制御する機能を有しているが、本明細書では記載を省略する。

符号２０は、サブＥＣＵを示している。サブＥＣＵ２０は、指令値取得部２１と、操作量算出部２２と、操作量決定部２３と、制御部２４と、記憶部２５と、通信部２６とを少なくとも備えている。
指令値取得部２１は、補機に対する運転指令値と、補機の運転状態を制御する制御手段に対する操作量の許容範囲と、を取得する。
操作量算出部２２は、取得した運転指令値に基づいて制御手段の操作量を算出する。
操作量決定部２３は、操作量算出部２２が算出した操作量が、指令値取得部２１が取得した許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、算出した操作量が許容範囲を上回る場合は、操作量許容範囲の上限値を選択し、算出した操作量が許容範囲を下回る場合は、許容範囲の下限値を選択する。
制御部２４は、操作量決定部２３が選択した操作量で制御手段を制御する。
記憶部２５は、操作量の算出に用いる各種データを記憶する。
通信部２６は、メインＥＣＵとＣＡＮなどのプロトコルで通信を行う。
本実施形態において主機とはエンジンであり、補機とは、ターボチャージャである。また、運転指令値とは、過給圧指令値である。補機の運転状態を制御する制御手段は、タービン弁であり、操作量は、タービン弁の弁開度である。
サブＥＣＵ２０は、この他にもターボチャージャの様々な機構を制御する機能を有しているが、本明細書では記載を省略する。

本実施形態におけるメインＥＣＵは、所定時間先のタービン弁の弁開度を予測し、その予測に基づく過給圧指令値を算出する。一方、サブＥＣＵでは、所定時間先の過給圧指令値を予測し、その予測に基づいてタービン弁の弁開度を算出する。次に図６を用いて、メインＥＣＵとサブＥＣＵがそれぞれの予測に従って制御を行った場合の問題点について説明する。

図６は、メインＥＣＵとサブＥＣＵによるターボ弁開度の従来の制御の一例を説明する図である。
図６（ａ）は、過給圧指令値の時系列のグラフである。符号６１は、メインＥＣＵ１０がサブＥＣＵ２０に出力する過給圧指令値の挙動を示している。符号６２は、メインＥＣＵ１０から取得した過給圧指令値とサブＥＣＵ２０が有する予測モデルに基づいて、サブＥＣＵ２０が予測した過給圧指令値の挙動を示している。
図６（ｂ）は、タービン弁開度の時系列のグラフである。符号６３は、サブＥＣＵ２０がタービン弁に出力する弁開度指令値の挙動を示している。符号６４は、サブＥＣＵ２０に出力した過給圧指令値とメインＥＣＵ１０が有する予測モデルに基づいて、メインＥＣＵ１０が予測した弁開度指令値の挙動を示している。
メインＥＣＵ１０は、符号６４のようなタービン弁の弁開度の挙動を予測して、過給圧指令値を算出し、サブＥＣＵ２０に出力する。しかし、サブＥＣＵ２０では、メインＥＣＵ１０が符号６２のような過給圧指令値を出力することを予測して、符号６３のような弁開度を算出し、タービン弁を制御する。
図６が示すように、メインＥＣＵ１０がエンジンの制御を、サブＥＣＵ２０がターボチャージャの制御を、それぞれ独立して制御を行うと、メインＥＣＵ１０が予測通りエンジンを制御することができず、サブＥＣＵ２０によって制御された過給圧をメインＥＣＵ１０が異常と判定してしまうなどの不具合が生じる可能性がある。

本実施形態では、この不具合を防止するために、メインＥＣＵ１０が、サブＥＣＵ２０のタービン弁に対する制御を、メインＥＣＵ１０が設定する許容範囲内に制限する。これにより、メインＥＣＵ１０が、予測の範囲内でエンジンを制御できるようにする。また、メインＥＣＵ１０は、許容範囲内であれば、サブＥＣＵ２０にタービン弁に対する制御を任せる。これにより、より効果的にターボチャージャを動作させることができる。
エンジンとターボチャージャは、メーカが異なる場合がある。そのような場合、メインＥＣＵは、エンジンのメーカが製造し、ターボチャージャのメーカがサブＥＣＵを製造することが考えられる。ターボチャージャのメーカは、ターボチャージャの動作を把握できるので、そのターボチャージャの性能を良く引き出せるようにサブＥＣＵを設計することができる。そこでメインＥＣＵは、ターボチャージャの性能をより効果的に活用するため、許容範囲内であることを条件に、サブＥＣＵに弁開度の制御を任せる。

次に、図２、図３を用いて、本実施形態におけるメインＥＣＵ１０とサブＥＣＵ２０とによるタービン弁の制御について説明する。
図２は、本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第一の図である。
図２（ａ）は、過給圧指令値の時系列のグラフである。符号３１は、メインＥＣＵ１０がサブＥＣＵ２０に出力する過給圧指令値の挙動を示している。
図２（ｂ）は、タービン弁開度の時系列のグラフである。符号３２は、破線で囲まれた領域を示している。この領域（許容範囲３２）は、メインＥＣＵ１０が算出したタービン弁の弁開度の許容範囲である。過給圧指令値３１が一定の場合（期間Ａ、期間Ｃ）、メインＥＣＵの許容範囲算出部１３が算出する許容範囲は広い。一方、過給圧指令値が変化する過渡的な場面（期間Ｂ）では、許容範囲算出部１３が算出する許容範囲は狭くなる。これは、例えば、車両速度の加速中に、メインＥＣＵ１０が制御するエンジンの動作と、余りにも異なる弁開度制御をサブＥＣＵ２０が行うことによって、車両が失速してしまったり、加速しすぎてしまったりすることを防ぐためである。

符号３３〜３５は、メインＥＣＵ１０から取得した過給圧指令値（図２（ａ））に基づいて、サブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が算出した弁開度の一例を示している。符号３３は、操作量算出部２２が算出した操作量が、許容範囲３２内に収まる場合の例である。符号３４は、操作量算出部２２が算出した操作量が、許容範囲３２の上限値を上回る場合の例である。符号３５は、操作量算出部２２が算出した操作量が、許容範囲３２の下限値を下回る場合の例である。
操作量算出部２２が算出した補正量が符号３３のように許容範囲３２内に収まる場合、サブＥＣＵ２０の操作量決定部２３は、操作量算出部２２が算出した操作量をタービン弁の弁開度指令値に決定し、制御部２４に出力する。また、符号３４のように算出した操作量が許容範囲３２の上限値を上回る場合、操作量決定部２３は、許容範囲３２の上限値（符号３２１）をタービン弁の弁開度指令値に決定し、制御部２４に出力する。また、符号３５のように算出した操作量が許容範囲３２の下限値を下回る場合、操作量決定部２３は、許容範囲３２の下限値（符号３２２）をタービン弁の弁開度指令値に決定し、制御部２４に出力する。

図３は、本発明に係る第一実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する第二の図である。
本実施形態においてメインＥＣＵが設定する許容範囲には、複数の種類が用意されていて、ユーザが好みに応じて選択できるようになっていてもよい。図３は、複数種類の許容範囲の例を示している。
符号３７〜３９は、メインＥＣＵ１０が算出した過給圧指令値（例えば図２（ａ））に基づいて、許容範囲算出部１３が算出する複数の許容範囲を示している。符号３７は、過給圧指令値の上昇に応じて緩やかにタービン弁を絞る制御を行う場合の許容範囲の一例である。符号３９は、過給圧指令値の上昇に応じて急激にタービン弁を絞る制御を行う場合の許容範囲の一例である。符号３８は、過給圧指令値の上昇に応じて中間的にタービン弁を絞る制御を行う場合の許容範囲の一例である。記憶部１５には、同じ過給圧の変化について、複数の許容範囲が格納されており、ユーザが、それらの中から自分の好みに応じて運転モードを選択できるようになっている。例えば、アクセルやブレーキの踏込動作に対して早い応答を好むユーザは、許容範囲３９を選択し、緩やかな応答を好むユーザは、許容範囲３７を選択し、標準的な応答を好むユーザは、許容範囲３８を選択することができる。例えばユーザが、許容範囲３７を選択した場合、サブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が、符号４０のような操作量を算出したとしても、操作量決定部２３は、許容範囲３７の下限値（符号３７２）を弁開度指令値として決定し、制御部２４は、許容範囲３７の下限値でタービン弁の弁開度を制御する。これにより、許容範囲３８を選択したユーザが望む緩やかな応答による車両の走行を実現することができる。
これら複数の許容範囲は、車両の走行試験などによって確認された適切な値が設定されているものとする。

図４は、本発明に係る第一実施形態における制御システムのターボ弁開度の制御のフローチャートの一例である。
まず、ユーザの運転操作（例えば、アクセルの踏込）に基づいて、メインＥＣＵ１０の運転指令値算出部１１が、過給圧指令値を算出する。記憶部１５には、例えば、エンジン回転数と過給圧指令値と対応付けたテーブルや、弁開度の変化の予測に基づいて過給圧指令値を補正する計算式などが格納されており、運転指令値算出部１１は、このテーブルや計算式に基づいて過給圧指令値を算出する（ステップＳ１１）。運転指令値算出部１１は、算出した過給圧指令値を、通信部１６を介してサブＥＣＵ２０へ送信する。また、目安操作量算出部１４は、過給圧指令値に基づいて目安となる弁開度（目安弁開度）を算出する。
記憶部１５には、過給圧指令値と目安弁開度とを対応付けたテーブルなどが格納されており、目安操作量算出部１４は、このテーブルに基づいて、目安弁開度を算出する。
ステップＳ１１と並行して、操作量算出部２２は、弁開度の許容範囲を算出する（ステップＳ１２〜１４）。まず、操作量検出部１２が、通信部１６を介して、所定の時間間隔ごとにサブＥＣＵ２０からタービン弁の弁開度（例えば、操作量決定部２３が決定した弁開度指令値）を取得する（ステップＳ１２）。操作量検出部１２は、取得した弁開度を、取得した時刻と対応付けて記憶部１５に記録する。次に、許容範囲算出部１３は、記憶部１５に記録された弁開度の時系列の情報から、弁開度の単位時間当たりの変化率を算出する（ステップＳ１３）。

次に許容範囲算出部１３は、算出した弁開度の変化率と運転指令値算出部１１が算出した過給圧指令値とに基づいて、タービン弁の弁開度の許容範囲を算出する。例えば、記憶部１５には、過給圧指令値と弁開度の変化率ごとに、弁開度の上限値と下限値が格納されていて、許容範囲算出部１３は、この値に基づいて補間計算などを行って許容範囲を算出する（ステップＳ１４）。上述のとおり、直前の所定期間における弁開度の変化率が所定の閾値以下であれば、車両の走行が定常状態とみなし、許容範囲算出部１３が算出する弁開度の許容範囲の幅は広くなるように、記憶部１５には上限値と下限値が設定されている。一方、直前の所定期間における弁開度の変化率が所定の閾値を上回る場合、走行状態が過渡状態にあるとみなし、許容範囲算出部１３が算出する弁開度の許容範囲の幅は狭くなるように、記憶部１５には上限値と下限値が設定されている。許容範囲算出部１３が算出する弁開度の許容範囲の上限値及び下限値は、弁開度の具体的な数値（弁開度＝５０％〜６０％が許容範囲であれば、上限値６０％、下限値５０％）で設定されていてもよいし、ある基準値（例えば、目安操作量算出部１４が算出した目安弁開度）に対する割合（±１０％）で設定されていてもよい。許容範囲算出部１３は、算出した弁開度の上限値と下限値を、通信部１６を介してサブＥＣＵ２０へ送信する。あるいは、許容範囲算出部１３は、目安弁開度と目安弁開度を基準とする割合（許容範囲）を、通信部１６を介してサブＥＣＵ２０へ送信する。

サブＥＣＵ２０では、指令値取得部２１が、運転指令値算出部１１が算出した過給圧指令値と、許容範囲算出部１３が算出した弁開度の上限値及び下限値の値、目安操作量算出部１４が算出した目安弁開度を取得し、記憶部２５に書き込む（ステップＳ１５）。次に操作量算出部２２が、記憶部２５の過給圧指令値を読み取って、タービン弁の弁開度を算出する（ステップＳ１６）。例えば、記憶部２５には、過給圧指令値と弁開度とを対応付けたテーブルや、過給圧指令値の変化の予測に基づいて弁開度を補正する計算式などが格納されており、操作量算出部２２は、このテーブルや計算式に基づいて、指令値取得部２１が取得した運転指令値に応じた弁開度を算出する。操作量算出部２２は、算出した弁開度を操作量決定部２３へ出力する。次に、操作量決定部２３は、弁開度指令値を決定する（ステップＳ１７）。具体的には、操作量決定部２３は、記憶部２５から弁開度の上限値及び下限値を読み出して、操作量算出部２２が算出した弁開度と比較する。操作量算出部２２が算出した弁開度が読み出した上限値以下であり、且つ下限値以上の場合、操作量決定部２３は、操作量算出部２２が算出した弁開度を弁開度指令値に決定する。また、操作量算出部２２が算出した弁開度が読み出した上限値を上回る場合、操作量決定部２３は、その上限値を弁開度指令値に決定する。また、操作量算出部２２が算出した弁開度が読み出した下限値を下回る場合、操作量決定部２３は、その下限値を弁開度指令値に決定する。なお、目安弁開度とそれに対する割合と許容範囲が与えられた場合、操作量決定部２３は、目安弁開度とそれに対する割合とから上限値と下限値を算出する。例えば目安弁開度が５０％、それに対する割合が±１０％であれば、上限値は、５５％、下限値は、４５％である。操作量決定部２３は、決定した弁開度指令値を制御部２４に出力する。制御部２４は、タービン弁の弁開度を、操作量決定部２３が決定した弁開度指令値で制御する（ステップＳ１８）。

本実施形態によれば、サブＥＣＵが完全に自律することなく、メインＥＣＵ１０の制約内で動作するので、メインＥＣＵ１０のエンジン制御の制御性能が損なわれることがない。一方、その制約内であれば、サブＥＣＵ２０は、自由にターボチャージャの制御を行うことができるため、サブＥＣＵ２０がメインＥＣＵ１０より優れる制御を実行できる場合でも、そのサブＥＣＵ２０による優れた制御性能を生かすことができる。これにより、サブＥＣＵ２０の有効活用とメインＥＣＵ１０による安全性・信頼性の確保を両立することができる。

また、例えば、サブＥＣＵ２０が高応答の制御を行うようにチューニングされているような場合であっても、メインＥＣＵ１０がサブＥＣＵ２０に与える弁開度の許容範囲によって、中間的な応答にチューニングにすることも可能である。また、図３で説明したように、複数の許容範囲を用意しておき、ユーザによる選択を可能とすることができる。

また、上記の例では、タービン弁の弁開度を制御する例を用いて説明したが、例えば、ターボチャージャの構成に応じて、例えば、バイパス弁によってタービンへの排気ガスの流入量を調整する構成の場合、本実施形態をバイパス弁の弁開度の制御に適用してもよい。あるいは、電動式ターボチャージャの場合、本実施形態をモータ装置のモータトルク制御に適用するようにしてもよい。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による制御システムを図５を参照して説明する。
図５は、本発明に係る第二実施形態におけるメインＥＣＵとサブＥＣＵによるタービン弁の制御の一例を説明する図である。
符号４１は、メインＥＣＵ１０が算出した過給圧指令値（例えば図２（ａ））に基づいて、許容範囲算出部１３が算出する複数の許容範囲を示している。
符号４２は、サブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が、過給圧指令値に基づいて算出した弁開度を示している。
本実施形態では、操作量検出部１２が、サブＥＣＵ２０から、操作量算出部２２の算出する弁開度も取得する。そして、許容範囲算出部１３は、操作量検出部１２が取得した操作量算出部２２で算出された弁開度が、自らが算出する許容範囲内か否かを判定する。そして、例えば、操作量算出部２２で算出された弁開度が、所定期間（符号４３）以上、メインＥＣＵ１０が設定した許容範囲外となった場合、メインＥＣＵ１０は、サブＥＣＵ２０で異常が発生したと判断し、許容範囲算出部１３は、許容範囲の上限値と下限値の幅が０となるように許容範囲を設定する。そして、許容範囲算出部１３は、目安操作量算出部１４が算出した目安弁開度と許容範囲（幅＝０）とを、サブＥＣＵ２０へ送信する。例えば、目安弁開度が５０％の場合、５０％とそれを基準とした許容範囲の割合０％とを、サブＥＣＵ２０へ送信する。あるいは、許容範囲算出部１３は、上限値５０％、下限値５０％を、サブＥＣＵ２０へ送信する。

サブＥＣＵ２０では、操作量決定部２３が、メインＥＣＵから取得した目安弁開度、又は、上限値（＝下限値）の情報から弁開度指令値を決定する。このとき、操作量算出部２２が算出する弁開度は、メインＥＣＵ１０から取得した許容範囲によって無効となる。制御部２４は、メインＥＣＵ１０が指定する弁開度に基づいてタービン弁を制御する。つまり、実質的にメインＥＣＵ１０の主導でターボチャージャの弁開度の制御を行う。
これにより、サブＥＣＵ２０に接続されたセンサ異常やハードウェア故障等でサブＥＣＵ２０が不適切な弁開度の演算を行った場合でも、実際にその操作が行われることを回避することができる。
なお、サブＥＣＵ２０の異常の判定は、所定の期間における、許容範囲算出部１３が算出した弁開度が許容範囲外となる回数で判定してもよい。あるいは、許容範囲の上限値を上回ったときの値と上限値との乖離が所定の閾値以上であった場合や、下限値を下回ったときの値と下限値との乖離が所定の閾値以上となった場合に故障と判定してもよい。

また、逆に、サブＥＣＵ２０による制御の性能・信頼性が高いと判断された場合には、メインＥＣＵ１０によるサブＥＣＵ２０の動作の制約を実質無効にする手段を用意しておいてもよい。メインＥＣＵ１０の制約を実質無効にするとは、例えば許容範囲の上限値・下限値を弁開度で与える場合、上限値＝１００％、下限値＝０％とする許容範囲を記憶部１５に格納しておくことである。
例えば、所定の期間、メインＥＣＵ１０が与えた許容範囲とサブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が算出した弁開度を比較し、９０％以上の期間において操作量算出部２２が算出した弁開度が許容範囲内であれば、信頼性が高いと判断し、制約を実質無効にすることができる運転モードの選択肢をユーザに提示するようにしてもよい。また、例えば、所定の期間、メインＥＣＵ１０が与えた許容範囲とサブＥＣＵ２０の操作量算出部２２が算出した弁開度を比較し、操作量算出部２２が算出した弁開度が、許容範囲を逸脱したときの許容範囲の上限値又は下限値との差が所定の閾値以下（例えば、閾値が３％であって、下限値が２０％のときに、算出した弁開度が１８％など）となるような場合、制約を実質無効にすることができる運転モードの選択肢をユーザに提示するようにしてもよい。ユーザがこれらの運転モードを選択すると、ターボチャージャの過給圧の制御はサブＥＣＵ２０が行うことになる。例えば、サブＥＣＵ２０が高応答の制御を行うようにチューニングされていて、ユーザも高応答を望むような場合、この運転モードを選択し、サブＥＣＵ２０の算出する弁開度の信頼性が高いと判断されれば、ユーザはより好みに合った運転を行うことができる。
なお、制約を実質無効にするのは一例であってこれに限らない。例えば、上記のような条件を満たした場合に、許容範囲の幅を１０％広くするような運転モードを提示するようにしてもよい。

また、ユーザの好みに応じて、許容範囲を広げたり、狭めたり補正できるようにしてもよい。例えば、サブＥＣＵ２０の算出する弁開度が高応答側にチューニングされていて、ユーザが、チューニング済みの高応答による運転モードよりもさらに高応答を望む場合、ユーザが操作できるユーザインタフェースに「さらに高応答にする」というボタンなど設け、ユーザが、そのボタンを押下すると、許容範囲算出部１３が、そのユーザ操作に基づいて、予め設定されていたチューニング済みの高応答による運転モードの上限値を、安全性に問題が無い程度に所定の値だけ大きくし、また、下限値を所定の値だけ小さくした許容範囲の設定を新たに記憶部１５に書込み、この許容範囲をサブＥＣＵ２０へ与えるようにしてもよい。これにより、ユーザの好みやユーザが乗車する環境に応じて、柔軟に許容範囲を変化させターボチャージャの性能を引き出すことができる。

なお、上述したメインＥＣＵ１０及びサブＥＣＵ２０における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをメインＥＣＵ１０及びサブＥＣＵ２０のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
また、メインＥＣＵ１０及びサブＥＣＵ２０は、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、許容範囲算出部１３の機能をサブＥＣＵ２０に搭載する構成も考えられる。例えば、制御システム１を排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムに適用してもよい。サブＥＣＵ２０は、補機制御装置の一例であり、メインＥＣＵ１０は、主機制御装置の一例である。ターボチャージャは過給機の一例である。

１・・・制御システム
１０・・・メインＥＣＵ
１１・・・運転指令値算出部
１２・・・操作量検出部
１３・・・許容範囲算出部
１４・・・目安操作量算出部
１５・・・記憶部
１６・・・通信部
２０・・・サブＥＣＵ
２１・・・指令値取得部
２２・・・操作量算出部
２３・・・操作量決定部
２４・・・制御部
２５・・・記憶部
２６・・・通信部

Claims

動力源である主機を制御する主機制御装置が算出した、前記主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を取得し、前記取得した運転指令値に基づいて前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を算出する操作量算出部と、
前記主機制御装置が前記操作量に基づいて算出した前記操作量の許容範囲を取得して、前記操作量算出部が算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する操作量決定部と、
を備える補機制御装置。
請求項１に記載の補機制御装置と、
前記操作量決定部の出力した操作量を検出する操作量検出部と、
前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する許容範囲算出部と、を備える主機制御装置と、
を備える制御システム。
前記許容範囲算出部は、前記検出した操作量の変化率が所定の閾値を上回る場合、前記許容範囲を、前記検出した操作量の変化率が前記閾値以下の場合よりも狭い範囲に設定する
請求項２に記載の制御システム。
前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、所定の時間あるいは所定の回数以上、前記許容範囲の上限値より所定の値以上大きい値となるか、又は、前記許容範囲の下限値より所定の値以上小さい値となると、前記許容範囲の幅を０に設定する
請求項２から請求項３の何れか１項に記載の制御システム。
前記許容範囲算出部は、前記操作量算出部が算出した操作量が、前記許容範囲内となる時間、又は、前記許容範囲外となったときの当該許容範囲から外れた値の大きさに基づいて、前記許容範囲の幅を広げる
請求項２から請求項４の何れか１項に記載の制御システム。
前記主機制御装置は、エンジンの制御を行う制御装置であり、前記補機制御装置は、前記エンジンに圧縮した空気を供給する過給機の制御を行う制御装置である、請求項２から請求項４の何れか１項に記載の制御システム、を備えた過給機。
動力源である主機を制御する主機制御装置が算出した、前記主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を取得し、前記取得した運転指令値に基づいて前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を算出するステップと、
前記主機制御装置が前記操作量に基づいて算出した前記操作量の許容範囲を取得して、前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択するステップと、
を有する補機の制御方法。
前記制御手段の操作量を検出するステップと、
前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出するステップと、
を有し、
前記操作量の許容範囲を算出するステップで算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う
を有する請求項７に記載の制御方法。
制御システムのコンピュータを、
動力源である主機を制御する主機制御装置が算出した、前記主機の出力を補助する補機に対する運転指令値を取得し、前記取得した運転指令値に基づいて前記補機の運転状態を制御する制御手段の操作量を算出する手段、
前記主機制御装置が前記操作量に基づいて算出した前記操作量の許容範囲を取得して、前記算出した操作量が前記許容範囲内の場合、当該算出した操作量を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を上回る場合は、前記許容範囲の上限値を選択し、前記算出した操作量が前記許容範囲を下回る場合は、前記許容範囲の下限値を選択する手段、
として機能させるためのプログラム。
制御システムのコンピュータを、
前記制御手段の操作量を検出する手段、
前記検出した操作量の変化率に基づいて前記制御手段の操作量の許容範囲を算出する手段、
前記算出した許容範囲に基づいて前記操作量の決定を行う手段、
として機能させるため請求項９に記載のプログラム。