JP2002161797A - 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】スライディングモード制御によりフィード
バック制御するバルブタイミング制御装置において、目
標角度と実角度との偏差の関数として切換関数Ｓを設定
し（Ｓ１）、該切換関数Ｓの正負に応じて非線形項のゲ
インＫの大きさを切り換えて設定する（Ｓ２〜Ｓ５）と
共に、線形項のゲインｃの大きさを偏差の正負によって
切り換えてが設定し（Ｓ６〜Ｓ９）、非線形項と線形項
とを加算してフィードバック制御量を算出する（Ｓ１
０）。

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。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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記カムシ
ャフト回転位相のフィードバック制御方式としては、Ｐ
ＩＤ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。

【０００５】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。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。

【０００６】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。上記のような動作不感帯を有するものにス
ライディングモード制御を適用する場合、図１３に示す
ように、動作不感帯の中央値に対応して基本制御量が設
定され（例えば制御デューティ５０％）、該基本制御量
に、動作不感帯を乗り越えるフィードバック制御量を加
えることで、フィードバック制御を開始する。

【０００７】しかしながら、部品の加工誤差等により、
基本制御量が切換弁の動作不感帯の中央位置に対応せ
ず、ずれてしまうことがある。例えば、図１４に示すよ
うにずれた場合、フィードバック制御時に進角方向に制
御する場合は、動作不感帯を乗り越えるのに必要な制御
デューティが大きくなるので、その分進角動作に供され
るデューティ分が減少し、応答性が悪化する。

【０００８】逆に、遅角方向に制御する場合は、動作不
感帯を乗り越えるのに必要な制御デューティが小さくな
るので、その分進角動作に供されるデューティ分が増大
し、目標値を超えて遅角側にオーバーシュートしてしま
う。一方、図１４とは逆方向にずれた場合は、上記とは
逆に進角制御時は目標角度より進角方向にオーバーシュ
ートし、遅角制御時は応答性が悪化する。

【０００９】上記以外でも（動作不感帯を有しないもの
を含む）、切換関数の正負に応じて切換関数に移動する
速度が異なる特性を有する場合には、制御特性にばらつ
きを生じる。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おいて、高精度
な制御を行うことができるようにすることを目的とす
る。

【００１０】

【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って算出した
線形項と非線形項とを含むフィードバック制御量を用い
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、前記非線形項のゲイ
ンを、切換関数の正負に応じて切り換えることを特徴と
する。

【００１１】請求項１に係る発明によると、スライディ
ングモード制御において算出される非線形項は、切換関
数の正負に応じて正負が切り換わるので、例えば非線形
項が正となって制御量を増大させる方向の制御の応答が
高すぎてオーバーシュートを生じるような場合は、該正
方向のゲインを相対的に小さくし、制御量を減少させる
負方向のゲインを大きくすることで、応答を低下させて
オーバーシュートを抑制することができ、逆に制御量を
増大させる方向の制御に対して応答が低すぎて目標値へ
の収束が遅れるような場合は、正方向のゲインを相対的
に大きくし、負方向のゲインを小さくすることにより、
応答を高めることができる。

【００１２】また、請求項２に係る発明は、前記制御対
象の目標値が変化後、該目標値と実際値との偏差の正負
が反転してからの該偏差の最大値に基づいて、前記切換
関数の正負に応じた非線形項ゲインの補正を行うことを
特徴とする。請求項２に係る発明によると、目標値と実
際値との偏差の正負が反転してからの該偏差の最大値つ
まり、オーバーシュート量が大きいときには、当該制御
方向への制御速度を減少する方向に、切換関数の正負に
応じた非線形項ゲインを切り換えることにより、同方向
のオーバーシュートを抑制することができる。

【００１３】また、請求項３に係る発明は、前記制御対
象の目標値が変化後、該目標値と実際値との偏差が所定
値以内に減少するまでの経過時間に基づいて、前記切換
関数の正負に応じた非線形項ゲインの補正を行うことを
特徴とする。請求項３に係る発明によると、目標値と実
際値との偏差が所定値以内に減少するまでの経過時間が
大きいときは、当該制御方向への制御速度を増大する方
向に、切換関数の正負に応じた非線形項ゲインを切り換
えることにより、同方向の応答を高めることができる。

【００１４】また、請求項４に係る発明は、前記線形項
を前記制御対象の目標値と実際値との偏差の関数として
算出し、該線形項のゲインを、前記偏差の正負に応じて
切り換えることを特徴とする。請求項４に係る発明によ
ると、前記偏差の正負によって定まる制御方向に応じ
て、該偏差の関数である線形項のゲインを切り換えるこ
とによっても、応答性を調整することができる。

【００１５】また、請求項５に係る発明は、前記切換関
数が、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５に係る発明に
よると、偏差の状態に応じて非線形項のゲインが切り換
えられるので、目標値にスムーズに収束する。

【００１６】また、請求項６に係る発明は、前記切換関
数が、次式により算出されることを特徴とする。 切換関数Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際値との偏差 ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ：上記偏差の微分値 請求項６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７に係る発明は、 前記切換関数が、次式により算出されることを特徴とす
る。 切換関数Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際値との偏差 ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度 請求項７に係る発明によると、 前記請求項６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８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。 Ｕ＝ｃ×ＰＥＲＲ＋ｄ×｛ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ]−Ｋ[Ｓ
／（｜Ｓ｜＋δ）] ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の実速度 ｃ,ｄ：定数 δ：チャタリング防止係数 請求項８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ＵＬ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。

【００１９】また、請求項９に係る発明は、 制御対象が動作不感帯を有し、該動作不感帯の中央値に
対応して設定した基本制御量に、該動作不感帯を乗り越
えるフィードバック制御量を加えることによって、制御
対象の目標値へのフィードバック制御が開始されること
を特徴とする。請求項９に係る発明によると、 前記基本制御量に制御したときの位置が動作不感帯の中
央値からずれていると、１方向の制御時には動作不感帯
から早く外れて応答が高すぎ、他方向の制御時には動作
不感帯から外れるのに遅れを生じて応答が低すぎること
となる。このような場合に、非線形項のゲインを切り換
えることにより、両方向同時に応答特性を良好に調整す
ることができる。

【００２０】また、請求項１０に係る発明は、 前記制御対象が、クランクシャフトに対するカムシャフ
トの回転位相を油圧制御によって連続的に可変制御する
構成であって、前記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
とにより制御する構成の内燃機関のバルブタイミング制
御装置であることを特徴とする。

【００２１】請求項１０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。

【００２２】そして、該油圧制御機構に前記スライディ
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る。

【００２３】

【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
ングモード制御を用いてフィードバック制御を行う内燃
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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。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２５ａ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。

【００２９】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。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，
２８ｃ，２８ｄとを備えている。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。前記コントローラ４８は、第１弁部６
０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５９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（基本制御量）ＢＡＳＥＤＴＹとする一方、ク
ランク角センサ１０３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
（フィードバック制御量）ＵＤＴＹ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
ＵＤＴＹとの加算結果を最終的なデューティ比（制御
量）ＶＴＣＤＴＹとし、該デューティ比ＶＴＣＤＴＹ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ＢＡＳＥＤＴＹ
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（動作不感帯）の中央
値（例えば５０％）に対応させて設定されている。

【００４４】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ＵＤＴＹ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、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ＵＤＴＹ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３３内の作動油がオイ
ルパン４６に排出される。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ＵＤＴＹ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５５，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。

【００４５】ここで、前記フィードバック補正分ＵＤＴ
Ｙが、本発明に係るスライディングモード制御により、
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（ＶＴ
Ｃ）の実角度、その目標値をＶＴＣの目標角度として説
明する。

【００４６】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ブロック
図、図８はフィードバック制御量を算出するルーチンの
フローチャートである。ＶＴＣの目標角度ＶＴＣＴＲＧ
と実角度ＶＴＣＮＯＷとの偏差ＰＥＲＲを算出し、前記
偏差ＰＥＲＲ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
算出する（図８のＳ１）。または、前記偏差ＰＥＲＲの
微分値ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔの代わりに、実角度ＶＴＣ
ＮＯＷの微分値である変化速度ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔを加
算するようにしてもよい。

【００４７】前記切換関数Ｓの正負に応じて、非線形項
のゲインＫを切り換えて設定する。具体的には、切換関
数Ｓが正のときにゲインＫ１、負のときにゲインＫ２を
設定する（同Ｓ２〜Ｓ４）。例えば、ベースデューティ
比ＢＡＳＥＤＴＹに対応する動作不感帯の位置が遅角
（進角）側にずれていた場合、ゲインＫ１は相対的に大
きい（小さい）値とし、ゲインＫ２は相対的に小さい
（大きい）値に設定する。

【００４８】そして、切換関数ＳおよびゲインＫを用い
た平滑関数Ｋ・Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）として非線形項ＵＮ
Ｌを算出する（同Ｓ５）。また、偏差ＰＥＲＲの正負に
応じて、線形項のゲインｃを切り換えて設定する。具体
的には、偏差が正のときにゲインｃ１、負のときにゲイ
ンｃ２を設定する（同Ｓ６〜Ｓ８）。ベースデューティ
比ＢＡＳＥＤＴＹに対応する動作不感帯の位置が、遅角
（進角）側にずれていた場合、ゲインｃ１は相対的に大
きい（小さい）値とし、ゲインｃ２は相対的に小さい
（大きい）値に設定する。

【００４９】そして、偏差ＰＥＲＲにゲインｃを乗じて
線形項ＵＬを算出する（同Ｓ９）。このようにして算出
された線形項ＵＬと非線形項ＵＮＬとを加算してフィー
ドバック制御量ＵＤＴＹを算出し（Ｓ１０）、該フィー
ドバック補正分ＵＤＴＹを、前記動作不感帯中央位置相
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。

【００５０】このようにすれば、ベースデューティ比Ｂ
ＡＳＥＤＴＹに対応する動作不感帯の位置が遅角（進
角）側にずれに応じて、非線形項の正方向のゲインＫ１
は相対的に大きい（小さい）値に設定され、負方向のゲ
インＫ２は相対的に小さい（大きい）値に設定されるの
で、制御量を増大するときの速度は大きく（小さく）、
減少するときの速度は小さく（大きく）なり、進角（遅
角）方向への制御は早められ、遅角（進角）方向への制
御は遅らされる。

【００５１】その結果、進角（遅角）方向へのフィード
バック制御開始時に動作不感帯から外れるときの遅れを
抑制でき、良好な応答性を確保することができるととも
に、反対の遅角（進角）方向への制御時は、同）方向へ
の制御が遅くなるので、オーバーシュートを抑制でき
る。また、本実施の形態では、偏差の正負に応じて、線
形項のゲインｃを切り換えて設定しているので、これに
よっても進角（遅角）方向の制御時は応答を早め、遅角
（進角）制御時は応答を遅らせて調整することができる
が、簡易には、非線形項のゲインＫのみを切り換えるだ
けでもよい。

【００５２】図９に、上記実施の形態におけるスライデ
ィングモード制御時の目標角度への収束の様子を示す。
上記実施の形態は、予め、ベースデューティ比ＢＡＳＥ
ＤＴＹのずれなどに起因する応答が過不足となる進遅角
方向とレベルを、製造時に計測し、該計測結果に基づい
て非線形項のゲインＫ１，Ｋ２、線形項のゲインｃ１，
ｃ２を設定するものである。

【００５３】次に、エンジン運転中に、応答特性を監視
しつつ各ゲインを増減調整して切り換える実施の形態を
説明する。図１０は、上記のように設計されたスライデ
ィングモード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ブロック
図、図１１はフィードバック制御量を算出するルーチン
のフローチャートである。

【００５４】前記実施の形態と同様にして切換関数Ｓを
算出し（図１１のＳ２１）、目標角度ＶＴＣＴＲＧの変
化後、偏差ＰＥＲＲの正負が反転してから、つまり、実
角度ＶＴＣが目標角度ＶＴＣＴＲＧに到達してから、偏
差ＰＥＥＲ、つまりオーバーシュート乃至アンダーシュ
ート量の最大値（絶対値）を算出する（同Ｓ２２）。こ
の最大値が、しきい値を超えた場合には、切換関数Ｓの
正負に応じた非線形項のゲインＫ１，Ｋ２を、進角又は
遅角の制御方向に応じて、増減方向を逆向きに調整す
る。具体的には、進角（遅角）制御方向である場合は、
ゲインＫ１を所定量減少（増大）補正すると共に、ゲイ
ンＫ２を所定量増大（減少）補正する（同Ｓ２３〜２
６）。

【００５５】そして、切換関数ＳおよびゲインＫを用い
た平滑関数Ｋ・Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）として非線形項ＵＮ
Ｌを算出する（同Ｓ２７，２８）。また、線形項のゲイ
ンｃも、進角（遅角）制御方向に応じて所定量減少（増
大）補正した後（同Ｓ２９、３０）、偏差ＰＥＲＲに該
ゲインｃを乗じて線形項ＵＬを算出する（同Ｓ３１，３
２）。

【００５６】以下、線形項ＵＬと非線形項ＵＮＬとを加
算してフィードバック制御量ＵＤＴＹを算出し（同Ｓ３
３）、前記動作不感帯中央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。このようにすれ
ば、ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹに対応する動作
不感帯の位置が進角（遅角）側にずれるなどして、進角
（遅角）方向への制御時に目標角度を超えて所定量以上
オーバーシュートした場合に、非線形項の正方向のゲイ
ンＫ１が減少（増大）補正され、負方向のゲインＫ２は
増大（減少）補正され、これにより、進角（遅角）方向
へのオーバーシュートが抑制される。

【００５７】また、進角（遅角）方向への制御時のオー
バーシュートが大きいことは、ベースデューティ比ＢＡ
ＳＥＤＴＹに対応する動作不感帯の位置が進角（遅角）
側にずれているので、反対方向の遅角（進角）方向への
制御時には、逆に応答が遅れると考えられるが、上記の
ように非線形項の正方向のゲインＫ１が減少（増大）補
正され、負方向のゲインＫ２は増大（減少）補正される
ことで、同時に遅角（進角）方向への制御時には、応答
性を高めることができる。なお、簡易には、正負一方の
ゲインを補正するだけでもよい。例えば、進角方向への
制御時にオーバーシュートした場合に、非線形項の正方
向のゲインＫ１だけを減少補正し、遅角方向への制御時
にオーバーシュートした場合に、非線形項の負方向のゲ
インＫ２だけを減少補正する。

【００５８】また、線形項のゲインｃも制御方向に応じ
て増減補正されることにより、オーバーシュートの抑制
と応答を高めることに寄与する。また、本実施の形態で
は、運転中のベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹに対応
する動作不感帯の位置ずれなどの経時変化による応答特
性変化にも対処できる。次に、エンジン運転中に、応答
特性を監視しつつ各ゲインを増減調整して切り換える別
の実施の形態を説明する。本実施の形態は、目標角度が
切り換えられてから実角度が目標角度に所定範囲内に接
近するまでの経過時間に応じてゲインを調整するように
したものである。

【００５９】図１２は、本実施の形態のフィードバック
制御量を算出するルーチンのフローチャートである。目
標角度が切り換えられてから実角度が目標角度に所定範
囲内に接近するまでの経過時間を計測し、該計測時間が
所定値以上であるかを判定する（Ｓ３１〜Ｓ３４）。

【００６０】そして、計測時間が所定値以上の場合は、
当該制御方向における応答が低すぎると判断し、応答を
高める方向に非線形項および線形項のゲインを調整して
線形項と非線形項とを加算してフィードバック制御量を
算出する（Ｓ３５〜Ｓ４４）。ここで、前記各ゲインの
調整は、応答が高すぎる場合の前記第２の実施の形態と
は逆方向に行われる。

【００６１】既述してきたように、ベースデューティ比
ＢＡＳＥＤＴＹに対応する動作不感帯の位置ずれに起因
する場合など一般には、一制御方向の応答が低い場合
は、他方の制御方向の応答は高いはずであるので、該第
３の実施の形態では、一制御方向の応答を高めると同時
に、他の制御方向の応答を下げてオーバーシュートを抑
制できる。

【００６２】しかし、該第３の実施の形態を、前記第２
の実施の形態と併用して行うようにしてもよい。

【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第１の実施の
形態に係る制御ブロック図。

【図８】上記第１の実施の形態に係るフィードバック制
御量算出ルーチンを示すフローチャート。

【図９】上記第１の実施の形態に係るスライディングモ
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１０】上記バルブタイミング制御機構の第２の実施
の形態に係る制御ブロック図。

【図１１】上記第２の実施の形態に係るフィードバック
制御量算出ルーチンを示すフローチャート。

【図１２】上記第３の実施の形態に係るフィードバック
制御量算出ルーチンを示すフローチャート。

【図１３】ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹが、動作
不感帯に中央値に正確に対応している状態を示す図。

【図１４】ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹが、動作
不感帯に中央値に対して遅角側にずれている状態を示す
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 Ｆターム(参考） 3G018 AB12 BA10 BA33 CA19 DA57 DA60 DA70 EA02 EA16 FA01 FA07 GA02 GA03 GA14 GA17 GA18 3G084 BA23 DA08 EA11 EA12 EB11 EC04 EC06 FA07 FA33 FA38 3G092 AA11 DA08 DA12 EA18 EA19 EC01 FA09 FA11 FA49 HA01Z HA12Z HE01Z HE03Z 5H004 GA03 GA15 GB12 HA07 HB07 KA22 KA45 KB02 KB04 KB06 KC39 LA06 LB05 LB10

Claims (10)

【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って算出し
   た線形項と非線形項とを含むフィードバック制御量を用
   いて、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、 前記非線形項のゲインを、切換関数の正負に応じて切り
   換え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】前記制御対象の目標値が変化後、該目標値
   と実際値との偏差の正負が反転してからの該偏差の最大
   値に基づいて、前記切換関数の正負に応じた非線形項ゲ
   インの補正を行う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】前記制御対象の目標値が変化後、該目標値
   と実際値との偏差が所定値以内に減少するまでの経過時
   間に基づいて、前記切換関数の正負に応じた非線形項ゲ
   インの補正を行うことを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載のスライディングモード制御装置。
4. 【請求項４】前記線形項を前記制御対象の目標値と実際
   値との偏差の関数として算出し、該線形項のゲインを、
   前記偏差の正負に応じて切り換えることを特徴とする請
   求項１〜請求項３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。
5. 【請求項５】前記切換関数が、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〜請求項４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。
6. 【請求項６】前記切換関数が、次式により算出されるこ
   とを特徴とする請求項５に記載のスライディングモード
   制御装置。 切換関数Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際値との偏差 ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ：上記偏差の微分値
7. 【請求項７】前記切換関数が、次式により算出されるこ
   とを特徴とする請求項５に記載のスライディングモード
   制御装置。 切換関数Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ γ：傾き ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際値との偏差 ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度
8. 【請求項８】前記フィードバック制御量が、次式により
   算出されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記
   載のスライディングモード制御装置。 制御量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：ゲイン δ：チャタリング防止係数
9. 【請求項９】制御対象が動作不感帯を有し、該動作不感
   帯の中央値に対応して設定した基本制御量に、該動作不
   感帯を乗り越えるフィードバック制御量を加えることに
   よって、制御対象の目標値へのフィードバック制御が開
   始されることを特徴とする請求項１〜請求項８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。
10. 【請求項10】前記制御対象は、クランクシャフトに対す
    るカムシャフトの回転位相を油圧制御によって連続的に
    可変制御する構成であって、前記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する構成の内燃機関のバルブ
    タイミング制御装置であることを特徴とする請求項１〜
    請求項９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。