KR100872753B1

KR100872753B1 - 제어 시스템의 평가 장치, 평가 장치에 사용되는 검증장치, 제어 시스템의 평가 방법 및 그에 이용되는 컴퓨터프로그램

Info

Publication number: KR100872753B1
Application number: KR1020067020516A
Authority: KR
Inventors: 고이치로 후쿠다
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2008-12-08
Also published as: CN100472374C; KR20070015165A; EP1834219B1; CN1942837A; JP2006190131A; EP1834219A1; US7962228B2; US20070255482A1; WO2006073103A1; DE602005018106D1; JP4379336B2

Abstract

평가 장치 (22) 는, 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 물리적 장치 (1) 에 포함되는 소정의 피제어 기기 (8) 의 조작변수를 소정의 입력 조건에 따라 출력하는 평가 대상 모델 (31), 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 물리적 장치의 상태량을 소정의 상태량 추정 조건에 따라 추정하고, 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델 (32), 및 평가 대상 모델에 입력 조건을 제공하여 그것으로부터 조작변수가 출력되는 모델 제어 장치 (33) 를 포함한다.

제어 시스템, 평가 장치, 평가 방법

Description

제어 시스템의 평가 장치, 평가 장치에 사용되는 검증 장치, 제어 시스템의 평가 방법 및 그에 이용되는 컴퓨터 프로그램{EVALUATION DEVICE FOR CONTROL SYSTEM, VALIDATION DEVICE USED IN EVALUATION DEVICE, METHOD FOR EVALUATING CONTROL SYSTEM, AND COMPUTER PROGRAM USED THEREIN}

기술 분야

본 발명은 엔진과 같은 물리적 장치의 제어 시스템을 평가하는 장치 및 방법, 및 그에 이용하는 컴퓨터 프로그램에 관련된 것이다.

배경 기술

자동차 엔진의 제어 시스템의 성능을 평가하기 위해, 그 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘을 갖는 제어 모델 및 실제의 엔진을 소정의 방법으로 모델링하는 엔진 모델을 조합시키고, 엔진 모델을 소정의 입력 조건하에서 가상적으로 동작시키면서 그 엔진 모델에 설정된 운전 상태에 영향을 미치는 물리량 (예를 들어, 흡입 공기량) 을 엔진 모델로부터 제어 모델로 입력하고, 그 입력된 물리량에 근거하여 연료 분사 밸브와 같은 피제어 기기의 조작변수를 연산하고, 그 조작변수를 엔진 모델에 제공하여 제어 알고리즘의 제어 효율을 확인하도록 구성된 장치가 제안되어 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평 4-159439 호 참조). 또한, 본 발명에 관련되는 선행 기술 문헌으로서 일본 공개특허공보 2003-108697 호 및 평 7-28505 호가 존재한다.

상술한 종래의 장치는 단순히 엔진 모델의 입력 조건을 변화시키고 그것의 제어 효율을 확인한다. 그러나, 실제 차량의 경우에는 피제어 기기에 제조 공차가 존재한다. 따라서, 실제 조작변수가 조작변수의 지령값과 상이하고, 그러한 차이로 인해 엔진의 운전 상태가 변화될 수 있다. 또한, 엔진 모델에 의해 고려되는 흡입 공기량 또는 배기 정화 촉매의 정화율과 같은 다양한 물리량에 관해, 물리량을 검출하거나 결정하는, 엔진 부품 등의 제조 공차 또는 대기 온도, 연료의 물리적 특성 등과 같은 다양한 파라미터의 차이에 따라 실제의 엔진에서는 편차가 생긴다. 종래의 장치에 따르면, 상술한 조작변수의 차이 또는 물리량의 편차를 고려한 제어 효율의 예측이 제공될 수 없다. 따라서, 제어 시스템을 정확하게 평가하기 위해, 실제의 엔진을 제어 시스템으로 제어하여 제어효율을 확인할 것이 요구된다. 그 결과, 제어 시스템을 평가하는 것은 막대한 수고를 요구하거나, 개발 기간이 장기화되는 문제가 있어 왔다.

발명의 개시

본 발명의 목적은 엔진 등의 물리적 장치를 제어하기 위해 준비되는 제어 시스템의 평가에 관한 수고를 경감시키기 위해 평가 장치, 평가 방법 등을 제공하는 것이다.

전술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에서, 물리적 장치의 제어 시스템의 평가 장치로서, 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 소정의 입력 조건에 따라, 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 출력하는 평가 대상 모델; 소정의 상태량 추정 조건에 따라, 피제어 기기의 동 작에 영향을 받는 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및 평가 대상 모델로부터 조작변수가 출력되도록 평가 대상 모델에 입력 조건을 제공하고, 평가 대상 모델로부터 출력된 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 평가 대상 모델에 제공되는 입력 조건 및 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수와 더불어, 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치를 구비하는 평가 장치가 제공된다.

상기 양태의 평가 장치에 의하면, 평가 대상 모델이, 그것에 제공된 입력 조건에 따라 피제어 기기의 조작변수를 출력한다. 상태량 추정 조건으로서, 평가 대상 모델에 제공되는 입력 조건 및 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수와 더불어, 상태량의 추정에 이용되는 파라미터에 관한 오차가 상태량 추정 모델에 제공된다. 그 결과, 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수에 대응하는 상태량에 오차의 영향이 더해진 상태량이 상태량 추정 모델로부터 출력된다. 따라서, 로버스트성 등과 같은 제어 시스템의 성능에 관해서 오차의 영향을 고려한 예측이 가능해져 제어 시스템의 평가에 관한 수고가 경감될 수 있다.

본 발명의 평가 장치의 일 실시형태에 있어서, 모델 제어 장치는 입력 조건에 포함되는 파라미터 또는 평가대상 모델로부터 출력되는 조작변수에 대한 오차를 제공할 수도 있다. 이 실시형태에 따르면, 평가 대상 모델에 제공되는 입력 조건에 또는 평가 대상 모델로부터 상태량 추정 모델로 제공되는 조작변수에 오차가 존재하는 경우의 상태량의 변화를 예측할 수 있고, 그 오차에 대해 제어 시스템의 로버스트성 등을 평가할 수 있다.

본 발명의 평가 장치의 일 실시형태에 있어서, 평가 대상 모델은 피제어 기기의 동작에 의해 제어될 상태량을 추정하고 추정 결과를 상태량의 제어에 반영할 수도 있고, 상태량 추정 모델은 평가 대상 모델에 의해 추정되는 상태량과 동종인 상태량을 추정하고 출력할 수도 있다. 이 실시형태에 따르면, 평가 대상 모델이 오차의 영향을 고려하지 않은 상태량을 추정하고 그 추정 결과를 반영한 상태량의 제어를 수행하는 한편, 상태량 추정 모델은 오차를 반영한 상태량을 추정한다. 따라서, 양 모델의 상태량의 추정치의 차이를 파악할 수 있어, 상태량 추정 모델에 제공되는 오차와 상태량의 추정치에 나타나는 차이와의 관계에 기초하여 제어 시스템을 평가할 수 있다. 예를 들어, 오차에 대하여 상태량의 추정치들의 차이가 매우 작거나 차이가 없는 경우 제어 알고리즘이 양호한 것으로 판정할 수 있는 것과 같은 방식으로 평가가 수행될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 상기 평가 대상 모델은, 평가 대상 모델에 의해 추정되는 상태량과 상태량 추정 모델에 의해 추정되는 상태량의 차이를, 평가 대상 모델의 상태량의 추정에 반영할 수도 있다. 이 실시형태에 따르면, 평가 대상 모델이 상태량의 추정 오차를 검출하고 그 검출 결과를 상태량의 추정에 적합하게 반영할 수 있는지 여부를 평가할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 평가 장치는, 상태량 추정 모델로부터 출력되는 상태량이 허용 범위를 초과하는 정도 또는 빈도 중 하나 이상에 기초하여 평가 대상 모델의 상태량의 제어에 대한 오차의 영향을 정량화하는 해석 장치를 더 구비할 수도 있다. 이 실시형태에 따르면, 상태량이 소정의 허용 범위를 초과하는 정도 또는 빈도를 정량적이고 객관적으로 파악하여 제어 시스템을 평가할 수 있다.

평가 대상 모델이 상태량의 추정 기능을 가지는 일 실시형태에 있어서는, 평가 대상 모델 및 상태량 추정 모델에 의해 각각 추정되는 상태량의 차이에 근거하여, 평가 대상 모델의 상태량의 제어에 대한 오차의 영향을 정량화하는 해석 장치를 더 구비할 수도 있다. 이 실시형태에서는, 평가 대상 모델이, 상태량의 추정 오차에 관한 검출 결과를 상태량의 추정에 적합하게 반영할 수 있는지 아닌지 여부를 정량적이면서 객관적으로 파악하여 제어 시스템을 평가할 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 해석 장치는, 상태량 추정 모델로부터 출력되는 상태량이 소정의 허용 범위를 초과하는 정도 또는 빈도 중 하나 이상을 더욱 고려하여, 평가 대상 모델에 의한 상태량의 제어에 대한 오차의 영향을 정량화할 수도 있다. 따라서, 상태량이 소정의 허용 범위를 초과하는 정도 또는 빈도를 더욱 고려하여 제어 시스템을 평가할 수 있다.

해석 장치를 가진 일 실시형태에 있어서, 평가 장치는, 그 해석 장치에 의해 정량화되는 해석 결과를 소정의 표시 장치상에 표시하는 해석 결과 표시 장치를 더 구비할 수도 있다. 이 실시형태에 따르면, 표시장치를 통해 제어 장치의 평가 결과를 사용자에게 적절히 표시할 수 있다. 또한, 해석 결과 표시 장치는 해석 결과가 소정의 허용 범위를 초과하는 경우에 사용자에게 소정의 강조 표시를 수행할 수도 있다. 이와 같은 강조 표시를 이용해 제어 시스템의 문제점을 사용자 가 용이하게 파악할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 평가 장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 물리적 장치는 자동차 엔진일 수도 있고, 제어 알고리즘은 엔진 제어 유닛에 엔진과 조합되는 컴퓨터로서 설치될 수도 있고, 입력 조건은 엔진의 동작 조건 또는 환경 조건을 결정하는 파라미터 그룹을 포함할 수도 있고, 그리고 피제어 기기는 엔진의 제어를 위해 동작하는, 엔진의 기기일 수도 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 물리적 장치의 제어 시스템에 구현되 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 소정의 입력 조건에 따라 출력하는 평가 대상 모델과 조합된 물리적 장치의 제어 시스템을 평가하기 위한 검증 장치로서 구성될 수도 있다. 전술한 문제점을 해결하기 위해, 그러한 검증 장치는, 소정의 상태량 추정 조건에 따라, 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및 평가 대상 모델로부터 조작변수가 출력되도록 평가 대상 모델에 입력 조건을 제공하고, 평가 대상 모델로부터 출력된 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 평가 대상 모델에 제공되는 입력 조건 및 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수와 더불어, 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치를 구비한다.

본 발명의 상기 양태의 검증 장치에 따르면, 평가 대상 모델과 조합되는 본 발명의 일 양태에 따른 평가 장치를 구성할 수 있어, 제어 시스템의 제어에 관해 평가 대상 모델에 고려되지 않은 오차의 영향이 포함된 예측을 가능하게 하고, 시스템에 대한 수고가 경감될 수 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 다른 양태에 따라, 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘을 가진 평가 대상 모델이, 평가 대상 모델에 소정의 입력 조건을 제공하여 평가 대상 모델을 동작시키는 것에 의해, 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 소정의 입력 조건에 따라 출력하게 하는 단계; 및 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 물리적 장치의 상태량을 추정하도록 구성되는 상태량 추정 모델이, 평가 대상 모델에 제공되는 입력 조건 및 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수와 더불어, 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상태량 추정 모델에 제공하여 상태량 추정 모델을 동작하게 하는 것에 의해, 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 물리적 장치의 상태량을 소정의 상태량 추정 조건에 따라 추정하게 하고 출력하게 하는 단계를 포함하는, 물리적 장치의 제어 시스템을 평가하는 평가 방법이 제공된다.

본 발명의 전술한 양태에 따른 평가 방법에 따르면, 평가 대상 모델이 입력 조건에 따라 피제어 기기의 상태량을 출력하게 만드는 한편, 상태량 추정 모델이 에게는 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수에 대응하는 상태량에 오차의 영향이 더해진 상태량을 출력하게 만들 수 있다. 따라서, 제어 시스템의 로버스트성과 같은 성능이 오차의 영향을 고려하여 예측이 가능해지고, 제어 시스템의 평가 에 관한 수고가 경감될 수 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 컴퓨터가, 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 소정의 입력 조건에 따라, 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 출력하는 평가 대상 모델; 소정의 상태량 추정 조건에 따라, 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및 평가 대상 모델로부터 조작변수가 출력되도록 평가 대상 모델에 입력 조건을 제공하고, 평가 대상 모델로부터 출력된 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 평가 대상 모델에 제공되는 입력 조건 및 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수와 더불어, 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치로 기능하게 하도록 구성되는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 물리적 장치의 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 소정의 입력 조건에 따라 출력하는 평가 대상 모델을 가지는 평가 장치의 구성요소로서 컴퓨터를 기능하게 하는 컴퓨터 프로그램으로서, 컴퓨터가, 소정의 상태량 추정 조건에 따라, 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및 평가 대상 모델로부터 조작변수가 출력되도록 평가 대상 모델에 입 력 조건을 제공하고, 평가 대상 모델로부터 출력된 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 평가 대상 모델에 제공되는 입력 조건 및 평가 대상 모델로부터 출력되는 조작변수와 더불어, 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치로 기능하게 하도록 구성되는, 컴퓨터 프로그램이 제공된다.

전술한 각 프로그램을 컴퓨터상에서 실행하는 것에 의해, 그 컴퓨터를 본 발명의 일 양태에 따른 평가 장치 또는 검증 장치로서 기능하게 하거나 본 발명에 따른 평가 방법을 컴퓨터로 수행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 평가 대상 모델에서 고려되지 않는 오차의 영향을 반영한 상태량이 상태량 추정 모델로부터 출력될 수 있기 때문에, 제어 시스템의 제어 영향에 관해서 오차의 영향을 포함한 예측이 가능해진다. 그 결과, 제어 시스템의 평가에 관한 수고가 경감될 수 있어, 제어 시스템의 개발 기간의 단축될 수 있고, 개발 비용이 감소될 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 평가 장치의 하드웨어 구조를 나타내는 도면이다.

도 2 는 도 1 에 나타낸 평가 장치에 의해 평가되는 제어 시스템에 의해 제어되는 자동차 엔진의 개요를 나타내는 도면이다.

도 3 은 ECU 상당 모델에 대한 입력 조건의 예를 나타내는 도면이다.

도 4 는 상태량 추정 모델에 제공되는 오차의 예를 나타내는 도면이다.

도 5 는 도 1 에 나타낸 평가 장치에 의해 촉매의 베드온도 제어 기능이 평가될 때, 각 모델과의 입력 및 출력과 각 모델의 내부 처리를 나타내는 블록도이다.

도 6 은 도 5 에 나타낸 처리를 실현하기 위해 시뮬레이션 제어부에 의해 구현되는 베드온도 제어 기능 평가 루틴을 나타내는 플로우차트이다.

도 7 은 도 6 의 처리에 따라 해석부에 의해 구현되는 시뮬레이션 결과 해석 루틴을 나타내는 플로우차트이다.

도 8 은 상태량 추정 모델에 추정되는 베드온도의 위험도를 정량적으로 평가하기 위한 평가 구분을 나타내는 도면이다.

도 9 는 상태량 추정 모델에 의해 추정되는 베드온도가 허용 범위를 초과하는 빈도를 정량적으로 평가하기 위한 평가 구분을 나타내는 도면이다.

도 10 은 ECU 상당 모델에 의해 추정되는 베드온도와 상태량 추정 모델에 의해 추정되는 베드온도 사이의 차이에 관한 ECU 상당 모델의 검출 레벨을 정량적으로 평가하기 위한 구분을 나타내는 도면이다.

도 11 은 해석부에 의한 해석 결과의 표시 예를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하는 최선의 형태

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 평가 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이고, 도 2 는 그 평가 장치에 의해 평가될 제어 시스템을 갖는 물리적 장치로서의 자동차 엔진의 예시를 나타내는 도면이다. 우선, 도 2 를 참조하여 평가될 제어 시스템을 설명한다. 도 2 에 나타낸 엔진 (1) 은, 흡기 통로 (2) 로부터 흡기 스로틀 밸브 (3) 를 통해 실린더 (4) 로 공기가 주입되고, 연료 분사 밸브 (5) 로부터 그 실린더 (4) 로 연료가 분사되어 공기-연료 혼합을 생성하고, 그리고 공기-연료 혼합이 압축되고 발화되는, 실린더 분사 타입의 내연 엔진으로서 제공된다. 실린더 (4) 로부터 배출되는 공기는 배기 통로 (6) 로 유입되고, 배기 정화 촉매 (7) 에 의하여 정화되고, 그 후 대기로 배출된다. 배기 통로 (6) 에는, 배기 정화 촉매 (7) 를 재생하기 위해 그 배기 정화 촉매 (7) 보다 더 상류에서 배기 가스에 연료를 첨가하는 연료 첨가 밸브 (8) 가 제공된다.

엔진 (1) 에는 그 운전 상태를 제어하는 컴퓨터 유닛으로서 엔진 제어 유닛 (ECU; 11) 이 제공된다. ECU (11) 는 공기 플로우 미터 (12) 에 의해 검출되는 흡입 공기량, 촉매 온도 센서 (13) 에 의해 검출되는 촉매 온도 등의 다양한 물리량을 입력 정보로서 도입하고, 소정의 엔진 제어 프로그램에 따라서 연료 분사 밸브 (5), 연료 첨가 밸브 (8) 등의 다양한 엔진 기기 (피제어 기기) 를 조작하여, 엔진 (1) 이 목표 운전 상태 내에 있도록 제어된다. 이 예에서는, 엔진 제어 프로그램을 실행하는 ECU (11), 공기 플로우 미터 (12) 및 촉매 온도 센서 (13) 와 같은 입력 기기, 연료 분사 밸브 (5) 등과 같은 ECU (11) 에 의해 제어될 기기 등의 조합이 평가될 제어 시스템에 대응한다. 여기서, 도 2 에서는, ECU (11) 에 대한 입력 기기로서 공기 플로우 미터 (12) 및 촉매 온도 센서 (13) 가 도시되어 있고, 피제어 기기로서 연료 분사 밸브 (5) 및 연료 첨가 밸브 (8) 가 도시되었지만, 그것들은 예시로서 도시된 것이다. 수온 센서, 엑셀레이터 개방 각도 센 서, 크랭크 각 센서 등이 입력 기기로서 또한 제공되고, 연료압 제어 밸브, EGR 밸브 등이 피제어 기기로서 또한 제공된다. 여기서, 그것들은 도면에 나타내지 않았다.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 평가 장치 (21) 는 연산 장치 (22), 연산 장치 (22) 에 대한 입력 장치로서 키보드 (23) 및 마우스 (24), 및 출력 장치로서 모니터 (25) 및 프린터 (26) 를 포함한다. 연산 장치 (22) 는 마이크로 프로세서, 및 마이크로 프로세서의 동작에 이용되는 예를 들어, 주기억 장치 (RAM 및 ROM) 등의 주변기기를 가진 컴퓨터 유닛으로서 제공된다. 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 워크스테이션이 연산 장치 (22) 로서 채택될 수도 있다. 연산 장치 (22) 는 미도시한 외부 기억 장치에 기록되는 프로그램 및 데이터를 판독하고 소정의 처리를 실행한다. 그 프로그램을 실행하는 것에 의해, 연산 장치 (22) 내에, ECU 상당 모델 (31), 상태량 추정 모델 (32), 시뮬레이션 제어부 (33) 및 해석부 (34) 의 논리적 장치가 생성된다. 도 1 에서, 단일의 연산 장치 (22) 에 ECU 상당 모델 (31) 및 상태량 추정 모델 (32) 이 각각 생성된다. 그러나, 도 1 에 파선으로 나타낸 바와 같이, ECU 시뮬레이터 (27) 가 IO 보드 (28) 를 통해 연산 장치 (22) 와 접속되고, ECU 시뮬레이터 (27) 내에 ECU 상당 모델 (31) 이 제공되는 소위 HILS (Hardware In the Loop Simulation) 방법을 이용한 평가 장치 (21) 가 생성될 수도 있다. 입력 장치 및 출력장치는 예시로서 나타낸 것이고, 이것들은 적절히 변경될 수도 있다. 여기서, 이 실시형태에서는, 시뮬레이션 제어부 (33) 가 모델 제어 장치 또는 수단으로서 기능하고, 해석부 (34) 가 해석 장치 또 는 수단으로서 기능한다. 또한, 상태량 추정 모델 (32), 시뮬레이션 제어부 (33) 및 해석부 (34) 의 조합이 본 발명의 검증 장치로서 기능한다.

ECU 상당 모델 (31) 은 ECU (11) 에 상당하는 기능을 가지는 논리적 모델이고, 평가 장치 (21) 에 의해 평가될 평가 대상 모델에 상당한다. ECU 상당 모델 (31) 은 ECU (11) 에 구현되는 엔진 제어 프로그램의 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 시뮬레이션 제어부 (33) 로부터 ECU (11) 로 제공되는 입력 조건에 따라, ECU (11) 에 의해 제어되는 기기의 조작변수 및 엔진 (1) 에 관련된 다양한 상태량을 연산하고, 그 연산되는 조작변수 및 상태량을 출력한다. 즉, ECU 상당 모델 (31) 은 피제어 기기의 조작변수를 결정하는 조작변수 결정 기능 및 그 조작변수에 관련되는 엔진 (1) 의 상태량을 추정하는 상태량 추정 기능을 포함한다.

ECU 상당 모델 (31) 에 제공되는 입력 조건은 엔진 (1) 의 운전 조건 및 엔진 (1) 의 환경 조건에 관련하여 결정된다. 예를 들어, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 엔진 속도, 차량 속도, 엑셀레이터 개방 각도, 흡입 공기량, 공기-연료 비율 (A/F), 커먼 레일 압력 (연료 분사압), 흡입 다기관 압력 (흡입 압력), 수온, 연료 온도, 대기 온도, 촉매 입구 가스 온도, 및 촉매 출구 가스 온도 등을 포함하는 입력 조건을 구성하는 파라미터 그룹으로서 제공된다. 한편, ECU 상당 모델 (31) 에 의해 결정되는 조작변수로서, 엔진 (1) 의 흡입 공기량, 급압 (charging pressure), 실린더 분사량, 분사 타이밍, 배기 가스에 첨가되는 연료량 등이 존재한다. 이러한 조작변수는 피제어 기기의 실제의 조작변수이거나, 피제어 기기의 동작에 대응한 물리량일 수도 있다. 예를 들어, 실린더 분사량의 경우, 조 작변수는 엔진 (1) 의 실린더 (4) 에 분사되는 연료량을 결정하기 위한 연료 분사 밸브 (5) 의 개방 시간 또는 이에 상당하는 연료 분사 밸브 (5) 의 온-듀티 (on-duty) 비 등으로 결정될 수도 있다. 또한, 조작변수는 실린더 (4) 에 분사되는 연료량으로서 결정될 수도 있다. ECU 상당 모델 (31) 은, 상태량으로서, 배기가스 온도, 촉매 베드온도와 같은 엔진 (1) 의 운전 상태를 나타내는 다양한 물리량을 추정한다.

상태량 추정 모델 (32) 은 ECU (11) 에 의해 제어되는 기기의 동작의 영향을 추정하기 위해 제공되는 가상 엔진 모델이다. 상태량 추정 모델 (32) 은, 시뮬레이션 제어부 (33) 로부터 제공되는 상태량 추정 조건에 따라, ECU 상당 모델 (31) 로부터 출력되는 조작변수에 대응하는 엔진 (1) 의 상태량을 추정하고, 그 추정 결과를 출력한다. 추정되는 상태량은 ECU 상당 모델 (31) 에 추정되는 상태량과 동종이다. 예를 들어, 배기가스 온도, 촉매 베드온도 등의 물리량이 상태량 추정 모델에서도 추정된다. 여기서, 엔진 (1) 의 모델링에 다양한 종래의 방법이 채택될 수도 있다.

상태량 추정 모델 (32) 은, ECU 상당 모델 (31) 과 동등의 정밀도로 상태량을 추정하는 모델일 수도 있고, ECU 상당 모델 (31) 보다도 높은 정밀도로 상태량을 추정하는 모델일 수도 있다. 상태량 추정 조건은 파라미터로서, ECU 상당 모델 (31) 에 제공되는 입력 조건을 구성하는 파라미터 그룹 (도 3 참조), ECU 상당 모델 (31) 로부터 출력되는 조작변수, 및 ECU 상당 모델 (31) 이 상태량을 추정할 때에 고려되지 않는 오차를 포함한다. 오차는 입력 조건에 포함되는 파라미 터에 추가될 수도 있고, 또는, ECU 상당 모델 (31) 로부터 출력되는 조작변수에 추가될 수도 있다. 또한, 오차는 상태량 추정 모델이 상태량을 추정할 때 참조하는 내부 파라미터에 추가될 수도 있다.

도 4 에 오차의 예를 나타내었다. 이 예에서는 실린더 분사 연료량, 공기 플로우 미터 (12) 에 의해 검출되는 공기 플로우 양 (AFM 검출 공기량), 배기 가스에 첨가되는 연료량, 촉매 열용량, 연료 침전률, 연료 증발률, 촉매 정화율, 및 HC 저위 발열량에 각각 오차가 제공될 수 있다. 실린더 분사량 및 배기 가스에 첨가되는 연료량은 ECU 상당 모델 (31) 로부터 출력되는 조작변수이고, AFM 검출 공기량은 ECU 상당 모델 (31) 에 제공되는 입력 조건에 포함되는 파라미터이다. 촉매 열용량, 연료 침전률, 연료 증발률, 촉매 정화율, HC 저위 발열량은 상태량 추정 모델 (32) 이 베드온도 등의 상태량을 추정할 때 사용하는 내부 파라미터이다. 이러한 내부 파라미터는 ECU 상당 모델 (31) 에 내부 파라미터로서 제공될 수도 있고, ECU 상당 모델 (31) 에 내부 파라미터로서 제공되지 않을 수도 있다. 즉 상태량 추정 모델 (32) 은 ECU 상당 모델 (31) 보다도 많은 내부 파라미터를 참조하여 상태량을 추정할 수도 있고, 상태량 추정 모델 (32) 에 제공되는 오차는 상태량 추정 모델 (32) 만이 참조하는 내부 파라미터에 추가될 수도 있다.

시뮬레이션 제어부 (33) 는, 모델 (31 ，32) 에 대한 입력 신호의 생성, 모델 (31 ，32) 의 동작 제어, 모델 (31 ，32) 로부터의 출력 (조작변수 또는 상태량) 의 도입, 해석부 (34) 의 해석 동작의 제어, 사용자에 대한 인터페이스의 제공 과 같은 시뮬레이션의 전체 제어를 담당한다. 예를 들어, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 입력 장치에 대한 사용자의 동작에 따라 입력 조건 및 상태량 추정 조건을 설정하고, 각각의 조건을 ECU 상당 모델 (31) 및 상태량 추정 모델 (32) 에 제공하여 이것들을 동작시킨다. 또한, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 모델 (31 ，32) 로부터 출력되는 상태량을 수신하고, 그것들을 해석부 (34) 로 전송하고, 해석부 (34) 로부터 해석 결과를 수신하고, 그 결과를 모니터 (25) 등에 출력한다. 또는, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 모니터 (25) 가 도 3 에 나타낸 입력 조건 및 도 4 에 나타낸 오차를 설정하기 위한 스크린 페이지를 표시하게 하여, 사용자가 조건들을 설정할 수 있는 환경을 제공한다. 여기서, 입력 조건 및 오차의 설정은 연산 장치 (22) 에 의해 자동적으로 실행될 수도 있다.

해석부 (34) 는, 각 모델 (31，32) 로부터 시뮬레이션 결과로서 출력되는 상태량을 시뮬레이션 제어부 (33) 로부터 수신하고, 그 시뮬레이션 결과를 소정의 해석 방법으로 해석하고, 그 해석 결과를 시뮬레이션 제어부 (33) 에 출력한다. 해석 방법으로서, 예를 들어, FMEA 방법이 채택된다. 이 FMEA 방법을 이용한 해석의 예는 후술한다. 여기서, 도 1 에서는, 해석부 (34) 는 시뮬레이션 제어부 (33) 로부터 개별적으로 도시되었지만, 시뮬레이션 제어부 (33) 에 해석부 (34) 가 포함될 수도 있다. 시뮬레이션 제어부 (33) 는 예를 들어, 하드웨어로서의 컴퓨터 유닛에 MATLAB/Simulink (등록 상표) 와 같은 시뮬레이션 툴 소프트웨어를 조합시키는 것에 의해 실현될 수 있다.

다음으로, 도 5 내지 도 11 을 참조하여, ECU (11) 의 베드온도 제어 기능을 평가하는 경우의 평가 장치 (21) 의 처리를 설명한다. 도 5 는 베드온도 제어 기능을 평가하는 경우에, ECU 상당 모델 (31) 및 상태량 추정 모델 (32) 에 대한 입출력, 및 모델 (31，32) 의 내부 처리를 나타내는 블록도이다. 이 예에서는, 베드온도 추정에 필요한 파라미터 그룹의 일부로서 엔진 속도 및 연료 분사량 (실린더 분사량) 이 ECU 상당 모델 (31) 에 제공된다. 이러한 파라미터는 입력 조건의 일부를 구성한다. 입력 조건을 구성하는 다른 파라미터는 도면에 나타내지 않았다.

ECU 상당 모델 (31) 에서는, 우선, 배기 온도 추정 유닛 (41) 이 배기 가스 추정 맵 등을 참조하여 주어진 엔진 속도 및 연료 분사량에 대응하는 배기 온도를 추정한다. 추정된 배기 온도는 연료 첨가 유닛 (42) 에 제공된다. 연료 첨가 유닛 (42) 은 주어진 배기 온도 및 연료 분사량에 기초하여 목표 베드온도를 구하고, 촉매 (7) 의 온도를 그 목표 베드온도로 제어하기 위해, 연료 첨가 밸브 (8) 로부터 제공되어야 할 연료 첨가량을 연료 첨가 밸브 (8) 에 대한 조작변수로서 연산한다. 연산된 연료 첨가량은 베드온도 추정 유닛 (43) 에 제공된다. 베드온도 추정 유닛 (43) 은 소정의 베드온도 추정 로직에 기초하여 주어진 연료 첨가량에 대응하는 베드온도를 추정한다. 베드온도의 추정의 경우, 예를 들어, 촉매 열용량과 같은 내부 파라미터가 참조되지만 도면에 나타내지는 않았다. 베드온도 추정 유닛 (43) 에 의해 추정된 베드온도는 ECU 상당 모델 (31) 로부터 엔진 (1) 에 관련된 상태량으로서 출력된다. 베드온도 추정 유닛 (43) 에 의해 추정되는 베드온도는 연료 첨가 유닛 (42) 에 피드백된다. 연료 첨가 유닛 (42) 은 피드백되는 추정 베드온도와, 배기 온도에 기초하여 결정되는 목표 베드온도와의 차이를 학습하여 첨가량 결정을 위한 제어 알고리즘을 적절히 변경한다. 그 결과, 베드온도 추정 유닛 (43) 에 의해 추정되는 베드온도가 연료 첨가 밸브 (8) 의 조작을 통해 촉매 베드온도의 제어에 반영된다.

베드온도 추정에 필요한 파라미터로서, 엔진 속도 및 연료 분사량이 상태량 추정 조건의 일부로서 상태량 추정 모델 (32) 에 제공된다. 엔진 속도는 ECU 상당 모델 (31) 에 제공되는 값과 동일한 값으로 설정된다. 한편, 연료 분사량에 관해서는, ECU 상당 모델 (31) 에 제공되는 값에 소정의 오차가 더해진 값이 상태량 추정 모델 (32) 에 제공된다. 상태량 추정 모델 (32) 에서는, 우선 배기 온도 추정 유닛 (51) 이 배기 온도 추정 맵 등을 참조하여 주어진 엔진 속도 및 연료 분사량 (단, 오차를 포함하는 값) 에 대응하는 배기 온도를 추정한다. 배기 온도 추정 유닛 (51) 에 의해 추정된 배기 온도는 베드온도 추정에 필요한 파라미터 그룹의 일부로서 베드온도 추정 유닛 (52) 에 제공된다. 또한, ECU 상당 모델 (31) 의 연료 첨가 유닛 (42) 에 의해 연산되는 연료 첨가량이 베드온도 추정에 필요한 파라미터 그룹의 일부로서 베드온도 추정 유닛 (52) 에 제공된다. 즉, ECU 상당 모델 (31) 에 의해 결정되는 연료 첨가량은, 상태량 추정 조건을 구성하는 파라미터로서 상태량 추정 모델 (32) 에 제공된다.

베드온도 추정 유닛 (52) 은 소정의 베드온도 추정 로직에 따라 주어진 배기 온도 및 연료 첨가량에 대응하는 베드온도를 추정한다. 예를 들어, 베드온도 추정의 경우, 촉매 열 용량과 같은 내부 파라미터가 참조되지만, 도면에 나타내지 않았다. 베드온도 추정 유닛 (52) 에 의해 추정되는 베드온도는 엔진 (1) 의 상태량으로서 상태량 추정 모델 (32) 로부터 출력된다. 베드온도 추정 유닛 (52) 에 의해 추정되는 베드온도는 ECU 상당 모델 (31) 로 피드백된다. ECU 상당 모델 (31) 에서, 상태량 추정 모델 (3) 로부터 제공되는 베드온도와 ECU 상당 모델 (31) 의 베드온도 추정 유닛 (43) 에 의해 추정되는 베드온도 사이의 차이가 검출되고, 그 차이가 베드온도 추정 유닛 (43) 으로 피드백된다. 베드온도 추정 유닛 (43) 은 피드백된 베드온도의 차이를 학습하고, 베드온도 추정을 위한 제어 알고리즘 (베드온도 추정 로직) 을 변경한다.

상기 처리에 따르면, 연료 분사량에 오차가 없는 베드온도 추정값이 ECU 상당 모델 (31) 로부터 출력되고, 연료 분사량에 오차가 있는 베드온도 추정값이 상태량 추정 모델 (32) 로부터 출력된다. 이들 베드온도를 비교함으로써, ECU 상당 모델 (31) 이, 연료 분사량에 관한 ECU (11) 에서의 인식의 편향에 의한 베드온도 제어에 대한 영향을 검출할 수 있는지 여부를 평가할 수 있으며, 따라서, 연료 분사량의 오차에 대해 제어 시스템의 베드온도 제어 기능의 로버스트성 (완강성) 이 판단될 수 있다. 상태량 추정 모델 (32) 에 의해 추정되는 베드온도가 ECU 상당 모델 (31) 에 피드백되어 베드온도 추정 로직을 개정하는 것을 고려할 때, 상태량 추정 모델 (32) 에 의해 추정되는 베드온도가 ECU 상당 모델 (31) 에 의해 추정되는 베드온도보다 더 높은 쪽으로 편향되는 경우, 그것은 ECU 상당 모델 (31) 의 제어 알고리즘이 연료 분사량의 오차의 영향을 검출하고 있지 않음을 의미하고, 따라서, 연료 분사량의 오차에 대한 제어 시스템의 로버스트성은 상대적으로 낮은 레벨로 평가되어야 한다. 또는, 소정의 시간 주기내에 베드온도 추정 값의 차이가 생성되는 빈도가 높을수록 로버스트성은 상대적으로 낮은 레벨에 있는 것으로 평가되어야 한다. 또한, 상태량 추정 모델 (32) 에 의해 추정되는 베드온도의 절대값이 높을수록 로버스트성은 상대적으로 낮은 레벨에 있는 것으로 평가되어야 한다.

도 5 에는, 연료 분사량의 오차를 설정했지만, 도면에 파선으로 나타낸 바와 같이, 상태량 추정 모델 (32) 의 배기 온도 추정 유닛 (51) 또는 베드온도 추정 유닛 (52) 의 내부 파라미터에 관련된 오차, 또는 ECU 상당 모델 (31) 로부터 상태량 추정 모델 (32) 로 제공되는 연료 첨가량의 오차가 제공되어 그 오차에 대한 제어 시스템의 로버스트성을 평가할 수도 있다. 여기서, 배기 온도 추정 유닛 (51) 및 베드온도 추정 유닛 (52) 각각의 추정 정밀도는, ECU 상당 모델 (31) 의 배기 온도 추정 유닛 (41) 및 베드온도 추정 유닛 (43) 의 추정 정밀도와 동일하거나 더 높을 수도 있다. 도 5 에서, ECU 상당 모델 (31) 의 외부로부터 연료 분사량이 입력되지만, ECU 상당 모델 (31) 이 입력 조건에 기초하여 연료 분사량을 연산하고 그것을 배기 온도 추정 유닛 (41 및 51) 에 각각 제공할 수도 있다.

도 6 은 베드온도 제어 기능의 평가에 관련된 상기 처리를 수행하기 위한, 시뮬레이션 제어부 (33) 에 의해 실행되는 베드온도 제어 기능 평가 루틴을 나타내는 플로우차트이다. 도 6 에 나타낸 루틴에 따르면, 시뮬레이션 제어부 (33) 는, 제 1 단계 S1 에서 ECU 상당 모델 (31) 및 상태량 추정 유닛 (32) 에 초기 조건을 입력하고, 다음 단계 S2 에서, ECU 상당 모델 (31) 및 상태량 추정 모델 (32) 이 그 입력 조건에 따라 동작하게 한다. 여기서, 도 3 에 나타낸 입력 조건은 ECU 상당 모델 (31) 에 제공되고, 도 4 에 나타낸 입력 조건 및 오차는 상태량 추정 모델 (32) 에 제공된다. 다음 단계 S3 에서, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 ECU 상당 모델 (31) 로부터 연료 첨가량을 조작변수로서 획득하고, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 그 조작변수를 상태량 추정 모델 (32) 에 제공한다. 여기서, 오차가 추가되는 경우, 그 오차는 단계 S1 대신에 단계 S4 에서 추가될 수도 있다.

다음 단계 S5 에서, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 각 모델 (31 및 32) 로부터 출력되는 베드온도 추정 값을 획득한다. 다음 단계 S6 에서, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 상태량 추정 모델 (32) 로부터 출력된 베드온도 추정 값을 ECU 상당 모델 (31) 에 피드백하고, 다음으로 단계 S7 에서, 베드온도 추정 값이 각 모델 (31 및 32) 로부터 출력된 경우, 시뮬레이션 제어부 (33) 는 그 시뮬레이션 결과를 해석부 (34) 로 전송한다. 다음으로 단계 S8 에서, 시뮬레이션이 완료되었는지 여부, 즉, 시뮬레이션이 이미 소정의 시간 주기 동안 계속되었는지 여부가 판정된다. 시뮬레이션이 완료되지 않은 경우, 처리는 단계 S9 로 진행되고, 각 모델에 대한 입력 조건은, 그 시점의 ECU 상당 모델 (31) 의 조작변수 및 상태량 추정 모델 (32) 의 상태량을 반영함으로써 업데이트되고, 그 후, 처리는 단계 S3 로 복귀한다. 시뮬레이션이 완료된 것으로 판정되는 경우, 모델들은 정지되고 루틴이 종료된다.

도 7 은 해석부 (34) 에 의해 실행되는, FMEA 방법에 기초한 시뮬레이션 결과 해석 루틴의 예를 나타낸다. 이 루틴은 소정의 샘플링 주기동안 반복적으로 실행된다. 시뮬레이션 결과 해석부 (34) 는 상태량 추정 모델 (32) 로부터 출력되는 베드온도 추정 값을 모니터링하고, 그 최대값을 획득하고 그 값을 제 1 단계 S11 에서 저장한다. 다음 단계 S12 에서, 베드온도 최대값의 위험이 평가되고 평가 결과가 연산 장치 (22) 의 내부 메모리에 저장된다. 도 8 에 나타낸 바와 같이, 베드온도는 온도 영역에 따라 1 내지 5 의 5 개 레벨로 분류되고, 획득된 베드온도 최대값이 속하는 온도 영역에 따라 위험의 정도가 정량적으로 평가된다. 예를 들어, 베드온도 최대값이 720 ℃ 인 경우, 위험도는 "2" 로 평가된다. 도 7 로 돌아가, 다음 단계 S13 에서, 단계 S11 에서 획득되는 베드온도 최대값이 촉매 (7) 의 상한 온도로 설정되는 소정 온도 (이 예에서는 700 ℃) 를 초과하는 과온 (OT) 상태가 발생하는지 여부가 평가된다. 그러한 과온 상태가 발생한 것으로 판정되는 경우, 연산 장치 (22) 의 내부 메모리에 확보되는 OT 횟수 카운터에 "1" 이 가산된다. 그러한 과온 상태가 발생하지 않은 경우, 단계 S14 는 생략된다.

다음 단계 S15 에서, OT 횟수 카운터의 값에 기초하여 OT 빈도가 평가되고, 그 평가 결과가 저장된다. 도 9 에 나타낸 바와 같이, OT 카운터의 값 (횟수) 이 1 내지 5 의 5 레벨로 분류되고, 현재 OT 카운터 값이 속하는 영역에 따라 OT 빈도가 정량적으로 평가된다. 예를 들어, OT 횟수 카운터의 값이 "5" 인 경우, 그 OT 빈도는 "3" 으로 평가된다. 도 7 로 돌아가, 다음 단계 S16 에서, 각 모델 (31 및 32) 로부터 출력되는 베드온도 추정 값의 차이가 베드온도 추정 오차로서 획득된다. 여기서, ECU 상당 모델 (31) 의 베드온도 추정 값에서 베드온도 추정 모델 (32) 의 베드온도 추정 값을 공제한 값이 베드온도 추정 오차로서 이용된다. 다음 단계 S17 에서, 베드온도 추정 오차의 검출도가 평가되고, 그 평가 결과가 연산 장치 (22) 의 내부 메모리에 저장된다. 도 10 에 나타낸 바와 같이, 온도 영역 및 검출도에 따라 1 내지 5 의 5 레벨로 분류된 베드온도 추정 오차는, 단계 S16 에서 획득된 오차가 속하는 영역에 기초하여 정량적으로 평가된다. 예를 들어, 베드온도 추정 오차가 -28℃ 인 경우, 검출도는 "3" 으로 평가된다.

도 17 로 돌아가, 다음 단계 18 에서, 시뮬레이션이 완료되었는지 여부가 판정되고, 시뮬레이션이 완료되지 않은 경우, 이번 루틴은 종료된다. 시뮬레이션이 완료된 것으로 판정된 경우, 처리는 단계 S19 로 진행하고, 단계 S12 에서 획득된 위험도, 단계 S14 에서 획득된 빈도, 및 단계 S17 에서 획득된 검출도의 값들을 곱함으로써 RPN (Risk Priority Number) 가 연산되고, 그 연산 결과가 시뮬레이션 제어부 (33) 로 출력된다. 이 RPN 연산으로 루틴이 종료된다.

시뮬레이션 제어부 (33) 는 해석부 (34) 에 의해 연산된 위험도, OT 빈도, 검출도, RPN 을 소정의 형태로 모니터 (25) 등에 출력한다. 도 11 은 시뮬레이션 결과를 표시하는 예를 나타낸다. 이 예에서, 상태량 추정 모델 (32) 에 임의의 오차가 제공된 경우가 중앙 조건으로서 설정되고, 오차의 상이한 조합으로 조건 1 내지 5 에 따라 시뮬레이션이 수행되고, 그리고 베드온도 최대값 (베드온도 MAX), 위험도, OT 횟수, 빈도, 추정 오차, 검출도 및 RPN 이 각 조건에 따라 표시된다. 여기서, 조건 1 및 조건 2 에서, 실린더 분사 연료량에 대해 각각 "1 ㎜³/ST (1 스트로크)"，"-1 ㎜³/ST" 의 오차가 순서대로 제공된다. 조건 3 에서는, "+5 %" 의 오차가 흡입 공기량의 검출값에 제공된다. 조건 4 에서는, "1 ㎜³/ST" 의 오차가 실린더 분사 연료량에 제공되고, "+6%" 의 오차가 흡입 공기량의 검출값에 제공된다. 조건 5 에서는, "-10 %" 의 오차가 촉매 열 용량에 제공되고, "+20 %" 의 오차가 촉매 정화율에 제공된다. 오차가 제공되는 항목은 상이한 컬러, 점멸 등의 상이한 방식으로 표시될 수도 있다. 또한, 조건 2 에서는 RPN 이 "36" 으로, 조건 5 에서는 "12" 로 나타나고, 이러한 조건들에서는 제어 시스템의 로버스트성이 낮은 것이 발견된다. 낮은 로버스트성을 가지는 이러한 RPN 들은 상이한 방식으로 표시될 수도 있다. 예를 들어, 허용 범위를 넘어서는 RPN 을 가지는 조건들은 시뮬레이션 제어부 (33) 에 의해 추출될 수도 있고, 그러한 조건들은 강조표시될 수도 있다.

상기 해석 처리를 행하는 것에 의해, 연료 분사량의 오차에 의해 ECU 상당 모델 (31) 의 베드온도 제어에 미쳐지는 영향이, 베드온도의 절대값, 과온의 빈도, 및 베드온도 추정의 오차의 3 가지 관점에서 정량화될 수도 있고, ECU 상당 모델 (31) 에 의해 표현되는, 연료 주입량의 오차에 대한 제어 시스템의 로버스트성이 객관적으로 평가될 수 있다. 시뮬레이션 결과로부터, 낮은 로버스트성을 가지는 조건의 경우 제어 시스템의 베드온도 제어 기능이 재검토될 필요가 있음을 알 수 있다. 도 11 에 나타낸 예에서, 조건 2 의 시뮬레이션 결과로, 더 낮은 실린더 분사 연료량이 나타나는 경우에 대해 제어 기능이 향상될 필요가 있음을 알 수 있다. 이 경우, 실린더 분사 연료량에 대한 제어 정밀도가 재검토될 필요가 있다. 실린더 분사 연료량에 대한 제어 정밀도를 향상시키기 위해, 예를 들어, 실린더 분사 연료량의 제어에 관련된 알고리즘의 정밀도를 향상시키거나, 연료 분사 밸브 (5) 또는 연료 분사 압력을 제어하기 위한 압력 레귤레이터와 같은 제조 하드웨어의 공차를 재검토하거나, 또는 실린더 분사 연료량의 오차를 검출하고 그 검출 결과에 따른 제어를 위한 피드백 제어를 위한 검출 유닛을 추가하는 대책이 고려될 수 있다. 조건 5 에서는, 촉매 (7) 제조의 공차를 재검토하거나 촉매 (7) 의 품질을 향상시키는 등의 대책이 고려된다.

도 5 내지 도 11 에서, 촉매 (7) 의 베드온도 제어에 관한 로버스트성의 평가는 예로서 기술되었다. 그러나, 상기 실시형태에 따라, ECU (11) 에 의해 제어될 다양한 기기에 관련된 ECU (11) 의 조작변수를 ECU 상당 모델 (31) 로부터 출력시키고, 그 조작변수, 및 상태량에 영향을 미치는 다양한 오차를 상태량 추정 모델 (32) 에 제공하여 엔진 (1) 의 오차를 반영한 상태량을 추정하는 것에 의해, 엔진 (1) 의 제어 시스템에 있어서 다양한 제어 기능이 평가될 수 있다.

본 발명은 상기 실시형태로 제한되는 것이 아니고, 다양한 형태가 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기의 실시형태에서는 베드온도와 같은 상태량이 ECU 상당 모델 (31) 에서도 추정되고, 그 추정된 값이 상태량 추정 모델 (32) 에 의해 추정된 값과 비교되어 로버스트성을 평가하지만, 본 발명은, ECU 상당 모델이 조작변수를 출력하고, 상태량 추정 모델이 ECU 상당 모델로부터의 그 조작변수에 대응하는 상태량을 추정하는 관계가 유지되는 한, ECU 상당 모델이 상태량 추정하는 기능을 가지지 않는 경우에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 베드온도 제어 기능이 평가되는 경우, 과온의 빈도 및 베드온도의 허용 범위로부터의 초과량 등이, 상태량 추정 모델로부터 출력되는 베드온도에 기초하여 획득되어, 그것으로 베드온도 제어 기능의 적합성을 평가할 수도 있다. ECU 상당 모델이, 베드온도의 상태량의 피드백 제어 기능을 가지지 않는 소위 개방-루프 제어 타입의 모델 등인 경우에도, 상태량 추정 모델에 의해 추정되는 상태량에 기초하여 상기 방식과 동일한 방식으로 과온의 빈도 및 허용 범위로부터의 온도의 초과량을 획득하고 그 결과에 기초하여 피드백 제어를 추가할 필요를 판정할 수도 있다. 시뮬레이션 결과의 해석은 FMEA 방법으로 제한되지 않고 다양한 방법이 채택될 수도 있다.

상기 실시형태에서, 자동차 엔진의 제어 시스템의 예를 설명하였지만, 본 발명은 엔진으로 제한하지 않고 다양한 물리적 장치의 제어 시스템의 평가에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명은 자동차의 ABS 제어 시스템, 섀시 제어, 고도 제어 등에 적용될 수도 있다. 또한, 물리적 장치는 자동차에 채택되는 장치로 제한되는 것이 아니라, 본 발명은 비행기, 선박, 로보트, 기계 툴, 공장 설비, 발전소 등의 다양한 장치에 이용될 수도 있다.

Claims

물리적 장치의 제어 시스템의 평가 장치로서,

상기 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 소정의 입력 조건에 따라, 상기 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 출력하는 평가 대상 모델;

소정의 상태량 추정 조건에 따라, 상기 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 상기 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 상기 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및

상기 평가 대상 모델로부터 상기 조작변수가 출력되도록 상기 평가 대상 모델에 상기 입력 조건을 제공하고, 상기 평가 대상 모델로부터 출력된 상기 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상기 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 상기 평가 대상 모델에 제공되는 상기 입력 조건 및 상기 평가 대상 모델로부터 출력되는 상기 조작변수와 더불어, 상기 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상기 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상기 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치를 구비하는, 평가 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 모델 제어 장치는 상기 입력 조건에 포함되는 파라미터 또는 상기 평가 대상 모델로부터 출력되는 상기 조작변수에 대한 오차를 제공하는, 평가 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 평가 대상 모델은 상기 피제어 기기의 동작에 의해 제어될 상태량을 추정하고 상기 추정 결과를 상기 상태량의 제어에 반영하며,

상기 상태량 추정 모델은 상기 평가 대상 모델에 의해 추정되는 상기 상태량과 동종인 상태량을 추정 및 출력하는, 평가 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 평가 대상 모델은 상기 평가 대상 모델에 의해 추정되는 상기 상태량과 상기 상태량 추정 모델에 의해 추정되는 상기 상태량의 차이를 상기 평가 대상 모델의 상기 상태량의 추정에 반영하는, 평가 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 상태량 추정 모델로부터 출력되는 상기 상태량이 허용 범위를 초과하는 정도 또는 빈도 중 하나 이상에 기초하여, 상기 평가 대상 모델의 상기 상태량의 제어에 대한 상기 오차의 영향을 정량화하는 해석 장치를 더 구비하는, 평가 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 평가 대상 모델 및 상기 상태량 추정 모델에서 각각 추정되는 상태량의 차이에 기초하여 상기 평가 대상 모델의 상기 상태량의 제어에 대한 상기 오차의 영향을 정량화하는 해석 장치를 더 구비하는, 평가 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 해석 장치는 상기 평가 대상 모델에 의한 상기 상태량의 제어에 대한 상기 오차의 영향을 정량화하고,

상기 상태량 추정 모델로부터 출력되는 상기 상태량이 소정의 허용 범위를 초과하는 정도 또는 빈도 중 하나 이상을 더 고려하는, 평가 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 해석 장치에 의해 정량화된 해석 결과를 소정의 표시 장치에 표시하는 해석 결과 표시 장치를 더 구비하는, 평가 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 해석 결과 표시 장치는 상기 해석 결과가 소정의 허용 범위를 초과하는 경우 소정의 강조 표시를 수행하는, 평가 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 물리적 장치는 자동차 엔진이고,

상기 제어 알고리즘은 상기 엔진과 결합되는 컴퓨터로서의 엔진 제어 유닛에 구현가능하고,

상기 입력 조건은 상기 엔진의 동작 조건 또는 환경 조건을 결정하기 위한 파라미터 그룹을 포함하고,

상기 피제어 기기는 상기 엔진을 제어하기 위해 동작되는, 상기 엔진의 기기인, 평가 장치.
제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 소정의 입력 조건에 따라 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 출력하는, 평가 대상 모델과 결합되는 상기 물리적 장치의 상기 제어 시스템을 평가하는 검증 장치로서,

소정의 상태량 추정 조건에 따라, 상기 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 상기 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 상기 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및

상기 평가 대상 모델로부터 상기 조작변수가 출력되도록 상기 평가 대상 모델에 상기 입력 조건을 제공하고, 상기 평가 대상 모델로부터 출력된 상기 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상기 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 상기 평가 대상 모델에 제공되는 상기 입력 조건 및 상기 평가 대상 모델로부터 출력되는 상기 조작변수와 더불어, 상기 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상기 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상기 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치 를 포함하는, 검증 장치.
물리적 장치의 제어 시스템을 평가하는 평가 방법으로서,

상기 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘을 가진 평가 대상 모델이, 상기 평가 대상 모델에 소정의 입력 조건을 제공하여 상기 평가 대상 모델을 동작시키는 것에 의해, 상기 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 상기 소정의 입력 조건에 따라 출력하게 하는 단계; 및

상기 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 상기 물리적 장치의 상태량을 추정하도록 구성되는 상태량 추정 모델이, 상기 평가 대상 모델에 제공되는 상기 입력 조건 및 상기 평가 대상 모델로부터 출력되는 상기 조작변수와 더불어, 상기 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상기 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상기 상태량 추정 모델에 제공하여 상기 상태량 추정 모델을 동작하게 하는 것에 의해, 상기 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 상기 물리적 장치의 상태량을 소정의 상태량 추정 조건에 따라 추정 및 출력하게 하는 단계를 포함하는, 평가 방법.
컴퓨터가,

물리적 장치의 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 소정의 입력 조건에 따라, 상기 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 출력하는 평가 대상 모델;

소정의 상태량 추정 조건에 따라, 상기 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 상기 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 상기 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및

상기 평가 대상 모델로부터 상기 조작변수가 출력되도록 상기 평가 대상 모델에 상기 입력 조건을 제공하고, 상기 평가 대상 모델로부터 출력된 상기 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상기 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 상기 평가 대상 모델에 제공되는 상기 입력 조건 및 상기 평가 대상 모델로부터 출력되는 상기 조작변수와 더불어, 상기 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상기 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상기 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치로 기능하게 하도록 구성되는 컴퓨터 프로그램을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
컴퓨터가, 물리적 장치의 제어 시스템에 구현되는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, 상기 물리적 장치에 포함되는 소정의 피제어 기기의 조작변수를 소정의 입력 조건에 따라 출력하는 평가 대상 모델을 가지는 평가 장치의 구성요소로서 기능하게 하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서,

상기 컴퓨터 프로그램은,

상기 컴퓨터가,

소정의 상태량 추정 조건에 따라, 상기 피제어 기기의 동작에 영향을 받는 상기 물리적 장치의 상태량을 추정하고, 상기 추정된 상태량을 출력하는 상태량 추정 모델; 및

상기 평가 대상 모델로부터 상기 조작변수가 출력되도록 상기 평가 대상 모델에 상기 입력 조건을 제공하고, 상기 평가 대상 모델로부터 출력된 상기 조작변수에 대응하는 상태량에 대한 오차의 영향을 반영한 상태량이 상기 상태량 추정 모델로부터 출력되도록, 상기 평가 대상 모델에 제공되는 상기 입력 조건 및 상기 평가 대상 모델로부터 출력되는 상기 조작변수와 더불어, 상기 평가 대상 모델에 의해서는 고려되지 않는, 상기 상태량 추정에 참조되는 하나 이상의 파라미터에 관한 오차를 상태량 추정 조건으로서 상기 상태량 추정 모델에 제공하는 모델 제어 장치로 기능하게 하도록 구성되는, 컴퓨터 판독가능 매체.