JP2001152885A - スライディングモード制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関のバルブタイミング制御装置等の制御
性能を向上する。 【解決手段】バルブタイミング制御装置において、スラ
イディングモード制御により、前記回転位相の目標開度
と実角度との偏差であるエラー量と、該エラー量の微分
値とを用いた切換関数Ｓに基づいて算出した制御量ＵＤ
ＴＹを、所定の条件で付加されるディザー分Ｄ０によっ
て補正してフィードバック補正量を算出し、フィードバ
ック制御する構成とした。これにより、不感帯等に対し
て可及的に応答性のよい高精度な制御を行なうことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スライディングモ
ード制御に関し、例えば内燃機関のクランクシャフトに
対するカムシャフトの回転位相を目標値にフィードバッ
ク制御するのに用いられるスライディングモード制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、クランクシャフトに対するカムシ
ャフトの回転位相を変化させることで、吸・排気バルブ
の開閉時期を連続的に可変制御する係る構成のバルブタ
イミング制御装置として、特開平１０−１４１０２２号
公報に開示されるようなベーン式バルブタイミング制御
装置がある。

【０００３】このものは、カムスプロケットに固定され
る筒状のハウジングの内周面に凹部を形成する一方、カ
ムシャフトに固定される羽車の羽部（ベーン）が前記凹
部に収容させ、前記凹部内で前記羽部が移動できる範囲
内でカムシャフトがカムスプロケットに対して相対的に
回転できるよう構成する。

【０００４】そして、前記羽部が前記凹部を回転方向の
前後に区画して形成される一対の油圧室に対して相対的
に油を給排することで、前記羽部を前記凹部の中間位置
に保持させ、回転位相の連続的な可変制御を行わせる構
成となっており、前記一対の油圧室の油圧が目標の回転
位相が得られる油圧に調整されると、油圧通路を制御バ
ルブで閉じて油の給排を停止させるよう構成されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記カムシ
ャフト回転位相の制御方式としては、ＰＩＤ制御などが
一般的に採用されるが、この場合、制御量は、制御対象
であるカムシャフトの実際の角度と目標角度との偏差
（エラー量）のみを、ただ１つの変数として算出され
る。

【０００６】しかしながら、前記ＰＩＤ制御を応答性よ
く実行するためには、油温や油圧に応じて油の粘性が変
化するため、フィードバックゲインを可変に設定するこ
とが望ましいが、該設定のマッチングが容易でない。

【０００７】また、油圧制御では、油の給排を切り換え
る切換弁（スプール弁）の大きな動作不感帯が存在し、
該不感帯を乗り越えるために、ＰＩＤとは別にディザー
分を付加してディザー制御を行なうようにしているが、
ディザー分の付加判定を細かく設定する必要があって複
雑な制御となり、ＲＯＭやＲＡＭの容量をとってしま
い、また、部品毎の不感帯幅のバラツキを小さくして制
御精度を確保するためには、部品の加工精度を上げなけ
ればならず、加工コストが増大していた。

【０００８】このため、一般的なＰＩＤ制御から外乱の
影響が小さいスライディングモード制御への移行が検討
されている。本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、スライディングモード制御によりフィードバ
ック制御を行なう装置において、より高精度な制御を行
うことができる装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、スライディングモード制御により制御量を算
出して制御対象を目標値にフィードバック制御するスラ
イディングモード制御装置において、前記スライディン
グモード制御により算出される制御量を、ディザー制御
により補正して制御することを特徴とする。

【００１０】請求項１に係る発明によると、スライディ
ングモード制御により、通常のＰＩＤ制御によるフィー
ドバック制御等と比較して外乱による影響の小さなロバ
スト性の高い制御を行うことができると同時に、ディザ
ー制御による補正を行なうことにより、より高精度な制
御を行なうことができる。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、前記スライ
ディングモード制御における切換関数は、制御対象の目
標値と実際の値との偏差の関数として算出されることを
特徴とする。

【００１２】請求項２に係る発明によると、スライディ
ングモード制御において、切換関数を制御対象の目標値
と実際の値との偏差の関数とすることで該偏差に応じた
制御量（非線形項）を与えることができ、これにより、
不感帯等に対してもこれを乗り越えるための制御量が自
動的に算出されて応答性の良いフィードバック制御を行
なえる。

【００１３】さらに、ディザー制御による補正を行なう
ことで、前記スライディングモード制御における非線形
項が微調整されて、最適な応答性を確保した高精度な制
御を行なうことができる。換言すれば、ディザー制御は
スライディングモード制御を補足する調整機能のみ持た
せればよいから、従来のＰＩＤ制御で付加されるディザ
ー制御に比較して付加判定条件等を含めて制御が簡易と
なり、ＲＯＭやＲＡＭの容量も節約できる。

【００１４】また、請求項３に係る発明は、前記ディザ
ー制御による補正量が付加される条件を、前記切換関数
に基づいて設定したことを特徴とする。

【００１５】請求項３に係る発明によると、前記切換関
数が前記偏差の関数として算出されているため、ディザ
ー制御による補正量も、該偏差に応じて必要時のみ付加
させることができる。また、スライディングモード制御
用に算出される切換関数を流用すればよく、判定用の演
算負荷も軽減される。

【００１６】また、請求項４に係る発明は、前記切換関
数Ｓが、次式により算出されることを特徴とする。 Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差 ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ：上記偏差の微分値 請求項４に係る発明によると、切換係数Ｓとして、制御
対象の目標値と実際の値との偏差ＰＥＲＲに加えて、該
偏差の微分値ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔを与えることによ
り、切換線上に沿ったスライディングモードをより滑ら
かなものとすることができる。

【００１７】また、請求項５に係る発明は、前記切換関
数Ｓが、次式により算出されることを特徴とする。 Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差 ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の実速度 前記請求項５における偏差ＰＥＲＲ量の微分値ｄ（ＰＥ
ＲＲ）／ｄｔの代わりに、制御対象の位置の微分値であ
る実速度を与えるようにしても、同様に切換線上に沿っ
たスライディングモードを滑らかなものとすることがで
きる。

【００１８】また、請求項６に係る発明は、前記スライ
ディングモード制御における制御量Ｕが、次式により算
出されることを特徴とする。

【００１９】Ｕ＝ｃ×ＰＥＲＲ＋ｄ×｛ｄ（ＮＯＷ）／
ｄｔ]−Ｋ[Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）] ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度 ｃ,ｄ：定数 δ：チャタリング防止係数 請求項６に係る発明によると、前記ｃ×ＰＥＲＲ＋ｄ×
｛ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ]で表わされる線形項制御量Ｕ
_Lは、制御系の状態を切換線（Ｓ＝０）に近づける速さ
を調整する役割を有し、−Ｋ[（Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）]で
表わされる非線形項制御量Ｕ_NLは、切換線上に沿ったス
ライディングモードを生じさせる役割を有する。

【００２０】また、請求項７に係る発明は、前記ディザ
ー制御による補正量が付加される条件を、次式により設
定したことを特徴とする。

【００２１】Ｓ・ΔＳ≧０又は｜Ｓ｜≧Ｓ０ 但し、ΔＳはＳの変化量、Ｓ０は正の所定値 請求項７に係る発明によると、例えば、切換弁等が不感
帯にある定常状態から制御対象の目標位置（目標値）が
変化する場合、不感帯から外れるまでの間は、制御対象
の実際の位置は変化しないので、偏差と共に切換関数Ｓ
（共に絶対値、以下同様）は増大しつづける。即ち、Ｓ
・ΔＳ≧０となる。この間は、速やかに不感帯から外れ
て制御対象が迅速に動作を開始するように、無条件でデ
ィザー分を付加する。

【００２２】また、不感帯から外れて、制御対象が動作
を開始すると、偏差と共に切換関数Ｓは減少し始める
が、目標位置にある程度近づくまで、即ち、｜Ｓ｜≧Ｓ
０を満たしているときは、ディザー分を付加することに
より、速やかに目標位置に接近させて高応答性を確保す
る。

【００２３】制御対象が目標位置に接近して｜Ｓ｜＜Ｓ
０となったときは、ディザー分の付加を停止することに
より、過度な制御量によるオーバーシュートを抑制し、
速やかに目標位置に収束させることができる。

【００２４】また、上記のようなディザー分の付加条件
の設定は、スライディングモード制御における線形項
（例えば偏差に比例的に設定）と共に、制御状態を切換
線（Ｓ＝０）にオーバーシュートを抑制しつつ速やかに
近づけて、切換線上でのスライディングモードを開始さ
せる機能も有する。

【００２５】また、請求項８に係る発明は、前記制御対
象が、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフ
トの回転位相であり、前記回転位相を目標値にフィード
バック制御することで、吸・排気バルブの開閉時期を連
続的に可変制御することを特徴とする。

【００２６】請求項８に係る発明によると、クランクシ
ャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させるこ
とで、バルブタイミングを連続的に変化させる構成にお
いて、スライディングモード制御にディザー制御を併用
して、前記バルブタイミング(実質的な制御対象）を目
標に高精度にフィードバック制御することができる。

【００２７】また、請求項９に係る発明は、前記カムシ
ャフトの回転位相は、油圧制御される油圧アクチュエー
タに対する油の給排を、切換弁によって選択的に制御す
ることにより制御されることを特徴とする。

【００２８】請求項９に係る発明によると、油圧アクチ
ュエータに対する油の給排を、切換弁によって選択的に
制御することにより、油圧アクチュエータの駆動方向が
切り換えられると共に、油圧室への油量を調整すること
により、カムシャフトの回転位相が、連続的に可変制御
される。

【００２９】そして、該油圧制御機構にスライディング
制御を適用することにより、前記切換弁の不感帯のバラ
ツキ、油温や油圧などの外乱による影響を受けにくく、
ロバスト性の高い制御を行うことができ、部品の加工精
度を下げられ、加工コストを低減でき、さらにディザー
制御を併用することにより、不感帯に対して木目細かな
微調整を行なうことができ、制御精度を可及的に高める
ことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図１〜図６は、本実施形態において、スライディ
ングモード制御にディザー制御を併用してフィードバッ
ク制御を行なう内燃機関のバルブタイミング制御装置の
機構部分を示すものであり、吸気バルブ側に適用したも
のを示す。

【００３１】図に示すバルブタイミング制御装置は、機
関のクランクシャフト（図示省略）によりタイミングチ
ェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット１（タ
イミングスプロケット）と、該カムスプロケット１に対
して相対回転可能に設けられたカムシャフト２と、該カ
ムシャフト２の端部に固定されてカムスプロケット１内
に回転自在に収容された回転部材３と、該回転部材３を
カムスプロケット１に対して相対的に回転させる油圧回
路４と、カムスプロケット１と回転部材３との相対回転
位置を所定位置で選択的にロックするロック機構１０と
を備えている。

【００３２】前記カムスプロケット１は、外周にタイミ
ングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部
５ａを有する回転部５と、該回転部５の前方に配置され
て回転部材３を回転自在に収容したハウジング６と、該
ハウジング６の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフ
ロントカバー７と、ハウジング６と回転部５との間に配
置されてハウジング６の後端部を閉塞する略円板状のリ
アカバー８とから構成され、これら回転部５とハウジン
グ６及びフロントカバー７，リアカバー８は、４本の小
径ボルト９によって軸方向から一体的に結合されてい
る。

【００３３】前記回転部５は、略円環状を呈し、周方向
の約９０°の等間隔位置に各小径ボルト９が螺着する４
つの雌ねじ孔５ｂが前後方向へ貫通形成されていると共
に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ２５
が嵌合する段差径状の嵌合孔１１が貫通形成されてい
る。更に、前端面には、前記リアカバー８が嵌合する円
板状の嵌合溝１２が形成されている。

【００３４】また、前記ハウジング６は、前後両端が開
口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位
置には、４つの隔壁部１３が突設されている。この隔壁
部１３は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング６
の軸方向に沿って設けられて、各両端縁がハウジング６
の両端縁と同一面になっていると共に、基端側には、小
径ボルト９が挿通する４つのボルト挿通孔１４が軸方向
へ貫通形成されている。更に、各隔壁部１３の内端面中
央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝１３ａ内
に、コ字形のシール部材１５と該シール部材１５を内方
へ押圧する板ばね１６が嵌合保持されている。

【００３５】更に、前記フロントカバー７は、中央の比
較的大径なボルト挿通孔１７が穿設されていると共に、
前記ハウジング６の各ボルト挿通孔１４と対応する位置
に４つのボルト孔１８が穿設されている。

【００３６】また、リアカバー８は、後端面に前記回転
部材５の嵌合溝１２内に嵌合保持される円板部８ａを有
していると共に、中央にスリーブ２５の小径な円環部２
５ａが嵌入する嵌入孔８ｃが穿設され、更に、前記ボル
ト挿通孔１４に対応する位置に４つのボルト孔１９が同
じく形成されている。

【００３７】前記カムシャフト２は、シリンダヘッド２
２の上端部にカム軸受２３を介して回転自在に支持さ
れ、外周面の所定位置に、バルブリフターを介して吸気
バルブを開動作させるカム（図示省略）が一体に設けら
れていると共に、前端部にはフランジ部２４が一体に設
けられている。

【００３８】前記回転部材３は、フランジ部２４と嵌合
穴１１にそれぞれ前後部が嵌合した前記スリーブ２５を
介して軸方向から挿通した固定ボルト２６によってカム
シャフト２の前端部に固定されており、中央に前記固定
ボルト２６が挿通するボルト挿通孔２７ａを有する円環
状の基部２７と、該基部２７の外周面周方向の９０°位
置に一体に設けられた４つのベーン２８ａ，２８ｂ，２
８ｃ，２８ｄとを備えている。

【００３９】前記第１〜第４ベーン２８ａ〜２８ｄは、
それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部１３間の凹
部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベ
ーン２８ａ〜２８ｄの両側と各隔壁部１３の両側面との
間に、進角側油圧室３２と遅角側油圧室３３を構成す
る。また、各ベーン２８ａ〜２８ｄの外周面の中央に軸
方向に切欠された保持溝２９にハウジング６の内周面６
ａに摺接するコ字形のシール部材３０と該シール部材３
０を外方に押圧する板ばね３１がそれぞれ嵌着保持され
ている。

【００４０】前記ロック機構１０は、前記回転部５の嵌
合溝１２の外周側所定位置に形成された係合溝２０と、
前記係合溝２０に対応した前記リアカバー８の所定位置
に貫通形成されて、内周面がテーパ状の係合孔２１と、
該係合孔２１に対応した前記１つのベーン２８の略中央
位置に内部軸方向に沿って貫通形成された摺動用孔３５
と、該１つのベーン２８の前記摺動用孔３５内に摺動自
在に設けられたロックピン３４と、該ロックピン３４の
後端側に弾装されたばね部材であるコイルスプリング３
９と、ロックピン３４と摺動用孔３５との間に形成され
た受圧室４０とから構成されている。

【００４１】前記ロックピン３４は、中央側の中径状の
本体３４ａと、該本体３４ａの先端側に略先細り円錐状
に形成された係合部３４ｂと、本体３４ａの後端側に形
成された段差大径状のストッパ部３４ｃとから構成され
ており、ストッパ部３４ｃの内部凹溝３４ｄの底面とフ
ロントカバー７の内端面との間に弾装された前記コイル
スプリング３９のばね力によって係合孔２１方向へ付勢
されるようになっていると共に、前記本体３４ａとスト
ッパ部３４ｃとの間の外周面及び摺動用孔３５の内周面
との間に形成された受圧室４０内の油圧によって、係合
孔２１から抜け出る方向に摺動するようになっている。
また、この受圧室４０は、前記ベーン２８の側部に形成
された通孔３６によって前記遅角側油圧室３３に連通し
ている。また、ロックピン３４の係合部３４ｂは、回転
部材３の最大遅角側の回動位置において係合部３４ｂが
係合孔２１内に係入するようになっている。

【００４２】前記油圧回路４は、進角側油圧室３２に対
して油圧を給排する第１油圧通路４１と、遅角側油圧室
３３に対して油圧を給排する第２油圧通路４２との２系
統の油圧通路を有し、この両油圧通路４１，４２には、
供給通路４３とドレン通路４４とがそれぞれ通路切り換
え用の電磁切換弁４５を介して接続されている。前記供
給通路４３には、オイルパン４６内の油を圧送するオイ
ルポンプ４７が設けられている一方、ドレン通路４４の
下流端がオイルパン４６に連通している。

【００４３】前記第１油圧通路４１は、シリンダヘッド
２２内からカムシャフト２の軸心内部に形成された第１
通路部４１ａと、固定ボルト２６内部の軸線方向を通っ
て頭部２６ａ内で分岐形成されて第１通路部４１ａと連
通する第１油路４１ｂと、頭部２６ａの小径な外周面と
回転部材３の基部２７内に有するボルト挿通孔２７ａの
内周面との間に形成されて第１油路４１ｂに連通する油
室４１ｃと、回転部材３の基部２７内に略放射状に形成
されて油室４１ｃと各進角側油圧室３２に連通する４本
の分岐路４１ｄとから構成されている。

【００４４】一方、第２油圧通路４２は、シリンダヘッ
ド２２内及びカムシャフト２の内部一側に形成された第
２通路部４２ａと、前記スリーブ２５の内部に略Ｌ字形
状に折曲形成されて第２通路部４２ａと連通する第２油
路４２ｂと、回転部材５の嵌合孔１１の外周側孔縁に形
成されて第２油路４２ｂと連通する4つの油通路溝４２
ｃと、リアカバー８の周方向の約９０°の位置に形成さ
れて、各油通路溝４２ｃと遅角側油圧室３３とを連通す
る４つの油孔４２ｄとから構成されている。

【００４５】前記電磁切換弁４５は、内部のスプール弁
体が各油圧通路４１，４２と供給通路４３及びドレン通
路４４ａ，４４ｂとを相対的に切り換え制御するように
なっていると共に、コントローラ４８からの制御信号に
よって切り換え作動されるようになっている。

【００４６】具体的には、図４〜図６に示すように、シ
リンダブロック４９の保持孔５０内に挿通固定された筒
状のバルブボディ５１と、該バルブボディ５１内の弁孔
５２に摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール
弁体５３と、該スプール弁体５３を作動させる比例ソレ
ノイド型の電磁アクチュエータ５４とから構成されてい
る。

【００４７】前記バルブボディ５１は、周壁の略中央位
置に前記供給通路４３の下流側端と弁孔５２とを連通す
る供給ポート５５が貫通形成されていると共に、該供給
ポート５５の両側に前記第１，第２油圧通路４１，４２
の他端部と弁孔５２とを連通する第１ポート５６及び第
２ポート５７がそれぞれ貫通形成されている。また、周
壁の両端部には、両ドレン通路４４ａ，４４ｂと弁孔５
２とを連通する第３，第４ポート５８，５９が貫通形成
されている。

【００４８】前記スプール弁体５３は、小径軸部の中央
に供給ポート５５を開閉する略円柱状の第１弁部６０を
有していると共に、両端部に第３，第４ポート５８，５
９を開閉する略円柱状の第２，第３弁部６１，６２を有
している。また、スプール弁体５３は、前端側の支軸５
３ａの一端縁に有する傘部５３ｂと弁孔５２の前端側内
周壁に有するスプリングシート５１ａとの間に弾装され
た円錐状の弁ばね６３によって、図中右方向、つまり第
１弁部６０で供給ポート５５と第２油圧通路４２とを連
通する方向に付勢されている。

【００４９】前記電磁アクチュエータ５４は、コア６
４，移動プランジャ６５，コイル６６，コネクタ６７な
どを備え、移動プランジャ６５の先端に前記スプール弁
体５３の傘部５３ｂを押圧する駆動ロッド６５ａが固定
されている。

【００５０】前記コントローラ４８は、機関回転速度を
検出する回転センサ１０１や吸入空気量を検出するエア
フローメータ１０２からの信号によって現在の運転状態
（負荷、回転）を検出すると共に、クランク角センサ１
０３及びカムセンサ１０４からの信号によってカムスプ
ロケット１とカムシャフト２との相対回動位置、即ち、
クランクシャフトに対するカムシャフト２の回転位相を
検出する。

【００５１】前記コントローラ４８は、前記電磁アクチ
ュエータ５４に対する通電量をデューティ制御信号に基
づいて制御する。例えば、コントローラ４８から電磁ア
クチュエータ５４にデューティ比０％の制御信号（ＯＦ
Ｆ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３
のばね力で図４に示す位置、つまり、最大右方向に移動
する。これによって、第１弁部６０が供給ポート５５の
開口端５５ａを開成して第２ポート５７と連通させると
同時に、第２弁部６１が第３ポート５８の開口端を開成
すると共に、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止す
る。このため、オイルポンプ４７から圧送された作動油
は、供給ポート５５，弁孔５２，第２ポート５７，第２
油圧通路４２を通って遅角側油圧室３３に供給されると
共に、進角側油圧室３２内の作動油が、第１油圧通路４
１，第１ポート５６，弁孔５２，第３ポート５８を通っ
て第１ドレン通路４４ａからオイルパン４６内に排出さ
れる。

【００５２】従って、遅角側油圧室３３の内圧が高、進
角側油圧室３２の内圧が低となって、回転部材３は、ベ
ーン２８ａ〜２８ｂを介して最大一方向に回転する。こ
れによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは
一方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バ
ルブの開時期が遅くなり、排気バルブとのオーバーラッ
プが小さくなる。

【００５３】一方、コントローラ４８から電磁アクチュ
エータ５４にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信
号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のば
ね力に抗して図６に示すように左方向へ最大に摺動し
て、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止すると同時
に、第４弁部６２が第４ポート５９を開成すると共に、
第１弁部６０が、供給ポート５５と第１ポート５６とを
連通させる。このため、作動油は、供給ポート５５、第
１ポート５６、第１油圧通路４１を通って進角側油圧室
３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動
油が第２油圧通路４２、第２ポート５７、第４ポート５
９、第２ドレン通路４４ｂを通ってオイルパン４６に排
出され、遅角側油圧室３３が低圧になる。

【００５４】このため、回転部材３は、ベーン２８ａ〜
２８ｄを介して他方向へ最大に回転し、これによって、
カムスプロケット１とカムシャフト２とは他方側へ相対
回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期
が早くなり（進角され）、排気バルブとのオーバーラッ
プが大きくなる。

【００５５】前記コントローラ４８は、第１弁部６０が
供給ポート５５を閉止し、かつ、第３弁部６１が第３ポ
ート５８を閉止し、かつ、第４弁部６２が第４ポート５
９を閉止する位置となるデューティ比をベースデューテ
ィ比ＢＡＳＥＤＴＹとする一方、クランク角センサ１０
３及びカムセンサ１０４からの信号に基づいて検出され
るカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位
置（回転位相）と、運転状態に応じて設定した前記相対
回動位置（回転位相）の目標値（目標進角値）とを一致
させるためのフィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹを設定
し、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィード
バック補正分ＵＦＢＤＴＹとの加算結果を最終的なデュ
ーティ比ＶＴＣＤＴＹとし、該デューティ比ＶＴＣＤＴ
Ｙの制御信号を電磁アクチュエータ５４に出力するよう
にしてある。なお、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤ
ＴＹは、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート
５９が共に閉止され、いずれの油圧室３２，３３でも油
の給排が行われないデューティ比範囲の略中央値（例え
ば５０％）に設定されている。

【００５６】つまり、前記相対回動位置（回転位相）を
遅角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィー
ドバック補正分ＵＦＢＤＴＹによりデューティ比が減少
され、オイルポンプ４７から圧送された作動油が遅角側
油圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の
作動油がオイルパン４６内に排出されるようになり、逆
に、前記相対回動位置（回転位相）を進角方向へ変化さ
せる必要がある場合には、前記フィードバック補正分Ｕ
ＦＢＤＴＹによりデューティ比が増大され、作動油が進
角側油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３
３内の作動油がオイルパン４６に排出されるようにな
る。そして、前記相対回動位置（回転位相）を現状の状
態に保持する場合には、前記フィードバック補正分ＵＦ
ＢＤＴＹの絶対値が減ることで、ベースデューティ比付
近のデューティ比に戻るよう制御され、供給ポート５
５，第３ポート５８，第４ポート５９の閉止（油圧の給
排の停止）により各油圧室３２，３３の内圧を保持する
ように制御される。

【００５７】ここで、前記フィードバック補正分ＵＦＢ
ＤＴＹが、スライディングモード制御とディザー制御と
の併用により、以下のように算出される。なお、以下で
は、前記検出されるカムスプロケット１とカムシャフト
２との相対回動位置（回転位相）をバルブタイミング制
御装置（ＶＴＣ）の実角度、その目標値をＶＴＣの目標
角度として説明する。

【００５８】図７は、上記のように設計されたスライデ
ィングモード制御及びディザー制御を適用した前記コン
トローラ４８による電磁アクチュエータ５４のデューテ
ィ制御の様子を示すブロック図である。

【００５９】まず、スライディングモード制御部におい
て、線形項算出部では、ＶＴＣの目標角度ＶＴＣＴＲＧ
と実角度ＶＴＣＮＯＷとの偏差ＰＥＲＲを算出し、該偏
差ＰＥＲＲにＰ分ゲインｃを乗じた比例分制御量Ｕ
_Pと、実角度ＶＴＣＮＯＷの微分値（ｄ（ＶＴＣＮＯ
Ｗ）／ｄｔ）に速度ゲインｄを乗じた速度制御量Ｕ
_N（＝ｄ×ｄ（ＶＴＣＮＯＷ）／ｄｔ）を加算して線形
項制御量Ｕ_Lを算出する。

【００６０】また、非線形項算出部では、前記偏差ＰＥ
ＲＲに傾きγを乗じた値と、偏差ＰＥＲＲの微分値ｄ
（ＰＥＲＲ）／ｄｔとを加算して、切換関数Ｓを算出
し、該切換関数Ｓを用いた平滑関数−ｋＳ／（｜Ｓ｜＋
δ）として非線形項制御量Ｕ_NLを算出する。

【００６１】なお、前記平滑関数において、ｋは非線形
項ゲイン、δはチャタリング防止係数である。前記線形
項制御量Ｕ_Lは、制御系（ＶＴＣ）の状態を切換線（Ｓ
＝０）に近づける速さを調整する役割を有し、非線形項
制御量Ｕ_NLは、切換線上に沿ったスライディングモード
を生じさせる役割を有する。これにより、初期状態から
位相平面上の切換線（Ｓ＝０）上にシステム状態を向か
わせ、切換線（Ｓ＝０）上に状態が乗ったら、切換線
（Ｓ＝０）上に拘束され滑りながら原点（目標値）に到
達する（図８参照）。

【００６２】そして、前記線形項制御量Ｕ_Lと、非線形
項制御量Ｕ_NLとを加算して、スライディングモード制御
におけるトータルの制御量ＵＤＴＹを算出する。一方、
ディザー制御部において、付加判定部では、前記切換関
数Ｓに基づいて、ディザー分（補正量）を付加するかを
判定する。具体的には、Ｓ×ΔＳ≧０又は｜Ｓ｜≧Ｓ０
（＞０）のときにディザー分Ｄ０を付加し、それ以外の
時つまり｜Ｓ｜＜Ｓ０のときはディザー分Ｄ０の付加を
停止する。つまり、Ｄ０＝０とする。このようにして付
加判定が行なわれた後、出力部からディザー分Ｄ０が出
力される。

【００６３】即ち、切換弁が不感帯にある状態からＶＴ
Ｃの目標角度が変化すると、図９に示すように、切換弁
が不感帯から外れるまでの間は、実角度は変化しないの
で、偏差と共に切換関数Ｓ（共に絶対値、以下同様）は
増大しつづけ、Ｓ・ΔＳ≧０となる。したがって、この
間は、切換弁が速やかに不感帯から外れてＶＴＣが速や
かに動作を開始するように、無条件でディザー分を付加
する。

【００６４】また、切換弁が不感帯から外れて、ＶＴＣ
が動作を開始すると、偏差と共に切換関数Ｓは減少し始
めるが、目標角度にある程度近づくまで、即ち、｜Ｓ｜
≧Ｓ０を満たしているときは、ディザー分を付加するこ
とにより、速やかに目標角度に接近させて高応答性を確
保する。

【００６５】ＶＴＣが目標角度に接近して｜Ｓ｜＜Ｓ０
となったときは、ディザー分の付加を停止することによ
り、過度な制御量によるオーバーシュートを抑制し、速
やかに目標角度に収束させることができる。

【００６６】なお、偏差ＰＥＲＲ（目標角度−実角度）
が正の値のときは、ディザー分Ｄ０は実角度を増大させ
る方向の値(例えば正の値）に設定され、偏差が負の値
のときは、ディザー分Ｄ０は実角度を増大させる方向の
値（例えば負の値）に設定される。

【００６７】また、ディザー分Ｄ０の値は、ＰＩＤ制御
の場合は不感帯から抜け出すのに十分な大きさに設定さ
れるが、本発明では、スライディングモード制御におけ
る前記非線形項がディザー制御の機能を大方果たすこと
になるので、ディザー分Ｄ０は微調整機能を持たせる程
度の値に設定すればよい。但し、ディザー分Ｄ０を十分
大きく設定し、油温,油圧による要求変化分をスライデ
ィングモード制御の非線形項で調整するように設計する
こともできる。

【００６８】そして、前記スライディングモード制御に
おけるトータルの制御量ＵＤＴＹに、前記ディザー制御
におけるディザー分Ｄ０（付加停止時はＤ０＝０）を加
算して、フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹを算出し、
該フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹを前記不感帯中立
位置相当のベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹと加算し
て該加算結果を最終的なデューティ比ＶＴＣＤＴＹとし
て出力する。

【００６９】このように、基本的にはスライディングモ
ード制御によって、前記切換弁の不感帯のバラツキ、油
温や油圧などの外乱による影響を受けにくく、ロバスト
性の高い制御を行うことができ、部品の加工精度を下げ
られ、加工コストを低減でき、かつ、ディザー制御によ
る補正を行なうことにより、調整機能が作用して、最適
な応答性が得られるなど制御性能が向上する。

【００７０】また、ディザー制御の負担が従来のＰＩＤ
制御で併用される場合に比較して軽減され、ディザー分
の付加判定条件も従来の油温、油圧その他を含めた複雑
な付加判定に比較して簡易な判定条件ですむ。特に、本
実施の形態のように前記偏差ＰＥＲＲの関数として算出
されている切換関数Ｓに基づくディザー分の付加判定で
は、ディザー分を該偏差に応じて必要時のみ付加させる
ことができ、切換関数Ｓの流用により判定用の演算負荷
も軽減される。また、上記のような切換関数Ｓに基づく
ディザー分の付加条件の設定は、スライディングモード
制御における線形項（例えば偏差に比例的に設定）と共
に、制御状態を切換線（Ｓ＝０）にオーバーシュートを
抑制しつつ速やかに近づけて、切換線上でのスライディ
ングモードを開始させる機能も有する。ディザー分の付
加判定としては、この他、偏差ＰＥＲＲに基づいて、例
えば、ＰＥＲＲ・ΔＰＥＲＲ≧０又は｜ＰＥＲＲ｜＞Ｐ
ＥＲＲ０（＞０）のときにディザー分を付加するような
判定とすることもできる。

【００７１】このようにスライディングモード制御を含
めた制御全体が簡易化され、ＲＯＭやＲＡＭの容量も節
約できる。なお、上記の実施の形態では、前記油圧ベー
ン式ＶＴＣに適用したものを示したが、油圧制御式のＶ
ＴＣに限らず、電磁式のＶＴＣ等にも適用でき、かつ、
本発明は、ＶＴＣに限定されることなく、基本的にスラ
イディングモード制御により制御量を算出して制御対象
を目標値にフィードバック制御する装置に広く適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態におけるバルブタイミング制御機構
を示す断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図３】上記バルブタイミング制御機構の分解斜視図。

【図４】上記バルブタイミング制御機構における電磁切
換弁を示す縦断面図。

【図５】上記バルブタイミング制御機構における電磁切
換弁を示す縦断面図。

【図６】上記バルブタイミング制御機構における電磁切
換弁を示す縦断面図。

【図７】上記バルブタイミング制御機構の制御ブロック
図。

【図８】上記バルブタイミング制御機構のスライディン
グモード制御時の目標角度への収束の様子を示すタイム
チャート。

【図９】上記バルブタイミング制御機構の制御時の切換
関数Ｓの変化と、それによるディザー分付加の有無を示
す図。

【符号の説明】

２…カムシャフト ４…油圧回路 ３２…進角側油圧室 ３３…遅角側油圧室 ４５…電磁切換弁 ４７…オイルポンプ ５３…スプール弁体 １０１…回転センサ １０２…エアフローメータ １０３…クランク角センサ １０４…カムセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７０ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７０Ｂ Ｇ０５Ｂ 13/00 Ｇ０５Ｂ 13/00 Ａ Ｆターム(参考） 3G016 AA19 BA40 DA06 DA22 3G084 BA23 DA04 DA08 DA21 DA22 EB02 EB15 EC06 FA07 FA33 FA38 3G092 AA11 DA01 DA02 DA09 DF04 DF09 DG05 DG09 EA11 EA19 EA22 EA25 EA28 EA29 EB02 EB03 EC00 EC01 EC08 FA06 FA48 FA50 HA01Z HA13X HA13Z HE01Z HE03Z 3G301 HA19 JA07 JA15 JA17 JA19 LA07 LC08 NA03 NA05 NA09 NC07 ND00 ND01 ND41 PA01Z PE01Z PE03Z PE10A PE10Z 5H004 GA03 GA05 GA14 GA17 GB12 HA07 HB07 KA22 KA44 KA74 KB02 KB04 KB06 KC39 KC53 LA06 LB05 LB10

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スライディングモード制御により制御量を
   算出して制御対象を目標値にフィードバック制御するス
   ライディングモード制御装置において、 前記スライディングモード制御により算出される制御量
   を、ディザー制御により補正して制御することを特徴と
   するスライディングモード制御装置。
2. 【請求項２】前記スライディングモード制御における切
   換関数は、制御対象の目標値と実際の値との偏差の関数
   として算出されることを特徴とする請求項１に記載のス
   ライディングモード制御装置。
3. 【請求項３】前記ディザー制御による補正量が付加され
   る条件を、前記切換関数に基づいて設定したことを特徴
   とする請求項２に記載のスライディングモード制御装
   置。
4. 【請求項４】前記切換関数Ｓは、次式により算出される
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスライ
   ディングモード制御装置。 Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差 ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ：上記偏差の微分値
5. 【請求項５】前記切換関数Ｓは、次式により算出される
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスライ
   ディングモード制御装置。 Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差 ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度
6. 【請求項６】前記スライディングモード制御における制
   御量Ｕは、次式により算出されることを特徴とする請求
   項４又は請求項５に記載のスライディングモード制御装
   置。 Ｕ＝ｃ×ＰＥＲＲ＋ｄ×｛ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ]−Ｋ[Ｓ
   ／（｜Ｓ｜＋δ）] ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度 ｃ,ｄ：定数 δ：チャタリング防止係数
7. 【請求項７】前記ディザー制御による補正量が付加され
   る条件を、次式により設定したことを特徴とする請求項
   ４〜請求項６のいずれか１つに記載のスライディングモ
   ード制御装置。 Ｓ・ΔＳ≧０又は｜Ｓ｜≧Ｓ０ 但し、ΔＳはＳの変化量、Ｓ０は正の所定値
8. 【請求項８】前記制御対象が、内燃機関のクランクシャ
   フトに対するカムシャフトの回転位相であり、前記回転
   位相を目標値にフィードバック制御することで、吸・排
   気バルブの開閉時期を連続的に可変制御することを特徴
   とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のスラ
   イディングモード制御装置。
9. 【請求項９】前記カムシャフトの回転位相は、油圧制御
   される油圧アクチュエータに対する油の給排を、切換弁
   によって選択的に制御することにより制御されることを
   特徴とする請求項８に記載のスライディングモード制御
   装置。