JP2018048721A - 制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アクチュエータに対する制御性能を向上させることができる制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る制御装置は、記憶部と、決定部と、駆動部とを備える。記憶部は、アクチュエータのヒステリシス領域の情報を記憶する。決定部は、記憶部に情報が記憶されたヒステリシス領域に応じた目標電流値を、制御モードに基づいて決定する。駆動部は、決定部によって決定された目標電流値に応じた駆動電流をアクチュエータに供給する。
【選択図】図1A
【解決手段】実施形態に係る制御装置は、記憶部と、決定部と、駆動部とを備える。記憶部は、アクチュエータのヒステリシス領域の情報を記憶する。決定部は、記憶部に情報が記憶されたヒステリシス領域に応じた目標電流値を、制御モードに基づいて決定する。駆動部は、決定部によって決定された目標電流値に応じた駆動電流をアクチュエータに供給する。
【選択図】図1A
Description
本発明は、制御装置および制御方法に関する。
従来、リニアソレノイド等のアクチュエータを制御する制御装置が知られている。かかる制御装置は、アクチュエータの駆動目標量に応じた駆動電流をアクチュエータに供給することで、アクチュエータの駆動量を駆動目標量に一致させるように制御する。
リニアソレノイド等のアクチュエータは、駆動電流を変化させても駆動量が変化しないヒステリシス領域を有している。そこで、かかるヒステリシス領域を考慮して次の駆動目標量に対する補正を行うアクチュエータの制御装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
アクチュエータの制御装置においては、ヒステリシス領域を考慮したアクチュエータに対する制御性能をより向上させることが望ましい。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アクチュエータに対する制御性能を向上させることができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る制御装置は、記憶部と、決定部と、駆動部とを備える。前記記憶部は、アクチュエータのヒステリシス領域の情報を記憶する。前記決定部は、前記記憶部に情報が記憶された前記ヒステリシス領域に応じた目標電流値を、制御モードに基づいて決定する。前記駆動部は、前記決定部によって決定された前記目標電流値に応じた駆動電流を前記アクチュエータに供給する。
本発明によれば、アクチュエータの制御性を向上させることができる制御装置および制御方法を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
[1.アクチュエータの制御方法]
図1Aおよび図1Bを用いて、実施形態に係るアクチュエータの制御方法を説明する。図1Aは、実施形態に係るアクチュエータの制御装置の構成例を示す図である。
図1Aおよび図1Bを用いて、実施形態に係るアクチュエータの制御方法を説明する。図1Aは、実施形態に係るアクチュエータの制御装置の構成例を示す図である。
図1Aに示すように、実施形態に係る制御装置1は、アクチュエータ2に駆動電流Ioを供給して、アクチュエータ2を駆動する。かかるアクチュエータ2は、ヒステリシス特性を有するアクチュエータであり、例えば、リニアソレノイド、ロータリーソレノイド、サーボモータ等である。
制御装置1は、制御部10と、記憶部20とを備える。記憶部20には、目標リフト量Px*毎にアクチュエータ2のヒステリシス領域Hの情報が記憶されており、制御部10は、かかるヒステリシス領域Hの情報に基づいて目標電流値Io*を決定し、かかる目標電流値Io*に応じた駆動電流Ioをアクチュエータ2へ供給する。
制御部10は、目標電流値決定部12と、駆動部13と、制御モード選択部15(モード選択部の一例)とを備える。目標電流値決定部12は、アクチュエータ2の駆動量(駆動位置)Pが、駆動量Pの目標値である目標駆動量(目標駆動位置)P*と一致するように、目標電流値Io*を決定する。駆動部13は、目標電流値Io*に応じた駆動電流Ioをアクチュエータ2へ供給する。制御モード選択部15は、例えば、アクチュエータ2を配置した装置の状態に応じて、制御モードを選択する。
ここで、目標電流値決定部12は、アクチュエータ2の駆動量Pが目標駆動量P*に到達した場合、記憶部20に情報が記憶されたヒステリシス領域Hに応じた目標電流値Io*を、制御モード選択部15によって選択された制御モードに基づいて決定する。
図1Bは、ヒステリシス領域Hにおける駆動電流Ioの制御方法の説明図であり、第1〜第3制御モードのそれぞれにおける駆動電流Ioの状態を示す図である。なお、ヒステリシス領域Hは、駆動電流Ioを変化させてもアクチュエータ2の駆動量Pが実質的に変化しない領域である。
目標電流値決定部12は、制御モード選択部15によって選択された制御モードが第1制御モードである場合、駆動電流Ioをヒステリシス領域Hの中間値AMにする目標電流値Io*を決定する。これにより、アクチュエータ2へ供給される駆動電流Ioを図1Bに示す“Imid”にしてヒステリシス領域H内に安定的に維持することができ、アクチュエータ2の駆動量Pを安定的に維持することができる。
また、目標電流値決定部12は、制御モード選択部15によって選択された制御モードが第2制御モードである場合、駆動電流Ioをヒステリシス領域Hの下限値ALにする目標電流値Io*を決定する。これにより、駆動電流Ioの大きさを最小限(図1Bに示す“Imin”)に抑えることができ、次に目標駆動量P*を変化させるまでの間の電力消費を低減することができる。
また、目標電流値決定部12は、制御モード選択部15によって選択された制御モードが第3制御モードである場合、次に予測される目標駆動量P*の変動方向(移動方向)に基づいて、駆動電流Ioをヒステリシス領域Hの下限値ALまたは上限値AHにする目標電流値Io*を決定する。
ここで、駆動電流Ioが大きいほどアクチュエータ2の駆動量Pが増加(正方向に移動)するとする。この場合、目標電流値決定部12は、次の目標駆動量P*が増加すると予測される場合、駆動電流Ioをヒステリシス領域Hの上限値AHにする目標電流値Io*を決定する。これにより、駆動電流Ioを図1Bに示す“Imax”にし、次に駆動電流Ioが増加する場合にアクチュエータ2の駆動量Pを迅速に増加させることができる。
一方、目標電流値決定部12は、次の目標駆動量P*が減少(負方向に移動)すると予測される場合、駆動電流Ioをヒステリシス領域Hの下限値ALにする目標電流値Io*を決定する。これにより、駆動電流Ioを図1Bに示す“Imin”にし、次に駆動電流Ioが減少する場合にアクチュエータ2の駆動量Pを迅速に減少させることができる。
以下、車両の内燃機関に搭載されるソレノイドバルブのリニアソレノイドをアクチュエータ2の一例とし、制御装置1が、車両の状態に応じた制御モードによってリニアソレノイドを制御する制御装置であるものとして説明する。
[2.内燃機関]
図2は、実施形態に係る内燃機関の概要を示す図である。図2に示す内燃機関50は、例えばガソリンを燃料とする自動車などの車両のエンジンである。かかる内燃機関50は、制御装置1を含む電子制御装置100(以下、ECU100と記載する)によって燃焼制御等の各種制御が行われる。なお、以下、エンジンである内燃機関50の負荷をエンジン負荷率KLと記載し、内燃機関50の回転数をエンジン回転数Nと記載する。また、図2に示す内燃機関50は、1気筒の内燃機関を示しているが、内燃機関50は、多気筒の内燃機関であってもよい。
図2は、実施形態に係る内燃機関の概要を示す図である。図2に示す内燃機関50は、例えばガソリンを燃料とする自動車などの車両のエンジンである。かかる内燃機関50は、制御装置1を含む電子制御装置100(以下、ECU100と記載する)によって燃焼制御等の各種制御が行われる。なお、以下、エンジンである内燃機関50の負荷をエンジン負荷率KLと記載し、内燃機関50の回転数をエンジン回転数Nと記載する。また、図2に示す内燃機関50は、1気筒の内燃機関を示しているが、内燃機関50は、多気筒の内燃機関であってもよい。
また、内燃機関50は、かかる内燃機関50での燃焼によって排出される排気ガス中のNOxを低減させるために、内燃機関50の排気ガスの一部を吸気側へ送ることによって排気ガスを再度吸気させる排気再循環機構(EGR機構)を有する。
内燃機関50は、吸気口51と、スロットル弁52と、吸気管53、55と、吸気管圧力センサ54と、吸気弁56と、シリンダ(燃焼室)57と、排気弁58と、排気管59、60、62と、NOx吸蔵還元型三元触媒装置61と、排気側環流管63と、吸気側環流管64と、ソレノイドバルブ65(EGRバルブの一例)とを備える。スロットル弁52は、吸気管53内に設けられており、吸気管圧力センサ54は、吸気管55におけるサージタンク内に設けられている。
シリンダ57には、吸気管55が吸気弁56を介して連結され、排気管59が排気弁58を介して連結されている。吸気口51から吸気管53を介して吸気された空気は、吸気管55へ流れ込み、吸気弁56を介してシリンダ57へ送られ、かかる空気がシリンダ57において燃料と混合される。
シリンダ57からの排気ガスは、排気弁58を介して排気管59へ排出される。また、排気管59から排出される排気ガスの一部は排気側環流管63へ流れ込み、さらにソレノイドバルブ65を開けた際に、吸気側環流管64経由で吸気管55側へ流れ込む。ソレノイドバルブ65によって、排気側環流管63(排気側)から吸気側環流管64(吸気側)へ還流される排気ガスの流量が調整される。これにより、シリンダ57での燃焼によって排出される排気ガスの一部が吸気側へ送られ、排気ガス中のNOxが低減される。
図3は、ソレノイドバルブ65の構成例を示す図である。図3に示すように、ソレノイドバルブ65は、ハウジング81と、リニアソレノイド82(アクチュエータ2の一例)と、弾性部材85と、軸受部86と、バルブステム87と、バルブヘッド88とを備える。
ハウジング81は、中空筒状に形成されており、内部にリニアソレノイド82と、弾性部材85と、軸受部86とが配置される。ハウジング81は、例えば排気側環流管63および吸気側環流管64と一体的に形成される。
バルブヘッド88およびかかるバルブヘッド88を支持するバルブステム87は、弾性部材85によって所定方向(図3の上向き)に付勢され、ハウジング81、排気側環流管63および吸気側環流管64内を直線的に摺動可能に配置される。軸受部86は、バルブステム87を直線的に摺動可能に支持する。バルブヘッド88は、例えば排気側環流管63および吸気側環流管64との間の開口部Aを塞ぐことができるように配置される。
リニアソレノイド82は、バルブヘッド88に対して、弾性部材85が付勢する所定方向とは反対の方向(図3の下向き)に推力を加える。かかるリニアソレノイド82は、バルブステム87を介してバルブヘッド88に連結されたプランジャ84と、プランジャ84の外周と空隙を介して対向するコイル83とを備える。
コイル83に駆動電流Ioが供給されると、かかる駆動電流Ioに応じてリニアソレノイド82のプランジャ84が図3の下向きに移動する。プランジャ84の移動に応じてバルブヘッド88に推力が加わり、バルブヘッド88が摺動する。これにより、開口部Aが開口することで、ソレノイドバルブ65が開弁し、排気ガスが排気側環流管63から吸気側環流管64へと流れる。
リフトセンサ89は、例えば図3に示すように、プランジャ84の一端に設けられ、かかるプランジャ84の摺動量の瞬時値をリニアソレノイド82のリフト量Pxの瞬時値(以下、リフト量Pxdと記載する)として検出する。リフトセンサ89は、検出したリフト量Pxdを制御装置1に出力する。
[3.制御装置1]
次に、ECU100に含まれる制御装置1について説明する。図4は、実施形態に係る制御装置1の具体的構成の一例を示す図であり、かかる制御装置1は、ソレノイドバルブ65を制御する。
次に、ECU100に含まれる制御装置1について説明する。図4は、実施形態に係る制御装置1の具体的構成の一例を示す図であり、かかる制御装置1は、ソレノイドバルブ65を制御する。
図4に示すように、制御装置1は、制御部10と、記憶部20と、電流検出部30とを備える。電流検出部30は、制御部10から出力される駆動電流Ioの瞬時値を検出し、かかる検出結果を駆動電流値Iodとして出力する。
制御部10は、目標リフト量決定部11と、目標電流値決定部12(決定部の一例)と、駆動部13と、ヒステリシス領域学習部14(学習部の一例)と、制御モード選択部15とを備える。記憶部20は、ヒステリシス領域記憶部21と、制御モード情報記憶部22とを備える。
制御部10は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力(I/O)ポート、および、AD変換部などを有し、これらはバスによって互いに接続される。
CPUは、ROMに記憶されているプログラムを読み出し、RAMを作業領域としてプログラムを実行する。これにより、制御部10は、目標リフト量決定部11、目標電流値決定部12、駆動部13、ヒステリシス領域学習部14および制御モード選択部15として機能する。なお、各部の少なくともいずれか一部または全部をハードウェアのみで構成することもできる。
目標リフト量決定部11は、リニアソレノイド82のリフト量Px(以下、実リフト量Pxと記載する)の目標値である目標リフト量Px*(目標駆動量P*の一例)を決定して出力する。かかる目標リフト量Px*は、例えば、ソレノイドバルブ65の目標弁開度に応じて決定される。
目標電流値決定部12は、目標リフト量決定部11から通知される目標リフト量Px*とリフトセンサ89から通知されるリフト量Pxdとに基づいて、リフト量Pxdが目標リフト量Px*に対応する実リフト量Pxになるように目標電流値Io*を決定する。
例えば、目標電流値決定部12は、目標リフト量Px*とリフト量Pxdとの差がゼロになるようにPI(比例積分)制御またはPID(比例積分微分)制御を行って、目標電流値Io*を決定する。なお、目標電流値決定部12は、ヒステリシス領域Hを考慮して目標電流値Io*を決定するが、この点については後で詳述する。
駆動部13は、目標電流値Io*と駆動電流値Iodとに基づいて、駆動電流値Iodが目標電流値Io*に応じた値になるように駆動電流Ioをリニアソレノイド82へ供給する。
例えば、駆動部13は、目標電流値Io*と駆動電流値Iodとの差がゼロになるようにPI制御またはPID制御を行って変調率を演算し、かかる変調率と搬送波とを比較してPWM(pulse width modulation)信号を生成する。駆動部13は、例えば、降圧チョッパ回路を有しており、生成したPWM信号をスイッチング素子へ入力し、かかる降圧チョッパ回路から駆動電流Ioをリニアソレノイド82へ供給する。
なお、駆動部13は、リフト量Pxdが目標リフト量Px*よりも所定量Kだけ低い量になるまでは、フォードフォワード制御を行うこともできる。かかるフォードフォワード制御において、駆動部13は、リフト量Pxdと目標リフト量Px*との差が大きいほど目標電流値Io*の変化量が大きくなるように目標電流値Io*を設定して目標電流値Io*に応じた駆動電流Ioをリニアソレノイド82へ供給する。これにより、実リフト量Pxを迅速に目標リフト量Px*に近づけることができる。
駆動部13は、リフト量Pxdが目標リフト量Px*よりも所定量Kだけ低い量になった後、フィードバック制御を行う。すなわち、駆動部13は、目標電流値Io*と駆動電流値Iodとの差に基づいて、駆動電流値Iodが目標電流値Io*に応じた値になるように駆動電流Ioをリニアソレノイド82へ供給する。なお、所定量Kは、目標リフト量Px*が大きいほど大きくする。
ヒステリシス領域学習部14は、リニアソレノイド82の実リフト量Px毎にヒステリシス領域Hの情報を学習し、記憶部20のヒステリシス領域記憶部21に記憶する。ヒステリシス領域Hの情報は、例えば、実リフト量Px毎のヒステリシス領域Hにおける駆動電流Ioの上限値AH、下限値ALおよび中間値AMである。
ここで、リニアソレノイド82のヒステリシス領域Hについて説明する。図5は、一般的なフィードバック制御による駆動電流Ioと実リフト量Pxとの関係を示す図である。また、図6は、図5に示す時刻t1〜t3の間の駆動電流Ioと実リフト量Pxとの関係を示す図である。
なお、図5および図6に示す例では、ヒステリシス領域Hを考慮した目標電流値Io*の決定が行われていない状態を示し、実リフト量PxがPx4とPx1またはPx2との間で変化している状態を示している。
図5および図6に示すように、時刻t1において、実リフト量PxをPx1からPx4へ変化させるようにリニアソレノイド82への駆動電流Ioの供給を開始した場合、時刻t2において実リフト量PxがPx4に到達した後、時刻t2から時刻t3の間でハンチングが発生する。その後、駆動電流Ioは、時刻t3〜t4の間で、ヒステリシス領域Hの下限値AL付近で収束する。
また、時刻t5において、実リフト量PxをPx2からPx4へ変化させるように駆動電流Ioをリニアソレノイド82へ供給した場合、実リフト量PxがPx4に到達した後、ヒステリシス領域Hの存在によって時刻t5から時刻t6の間でハンチングが発生する。その後、駆動電流Ioは、時刻t6〜t7の間で、ヒステリシス領域Hの上限値AH付近で収束する。
このように、実リフト量Pxを上昇させた場合、ハンチングが発生した後、駆動電流Ioは、ヒステリシス領域Hの下限値AL付近または上限値AH付近で収束する。このように駆動電流Ioが変化するのは、ヒステリシス領域Hでは、駆動電流Ioを変化させてもアクチュエータ2の位置Pが実質的に変化しない領域であるからである。
すなわち、実リフト量PxがPx4に到達した後、実リフト量PxをPx4に一致させようとして駆動電流Ioを低下させようとした場合、ヒステリシス領域Hに対応する電流幅AW(=AH−AL)よりも大きな電流を流す必要があるからである。なお、以下において、ハンチングの後に下限値AL付近または上限値AH付近に収束している駆動電流Ioを収束電流と呼ぶ。
ヒステリシス領域学習部14は、上述したように、リニアソレノイド82の目標リフト量Px1*、Px2*、・・・Pxn*(nは自然数)毎にヒステリシス領域Hの情報を学習し、記憶部20のヒステリシス領域記憶部21に記憶する。なお、目標リフト量Px1*〜Pxn*は、目標リフト量Px*をその大きさで区分したものであり、Px1*<Px2*<・・・<Pxn*である。目標リフト量Pxn*は、例えば、Pxn*=n×Pxpで表すことができる。
例えば、ヒステリシス領域学習部14は、目標リフト量Px*をPx1*に設定し、目標リフト量Px*(=Px1*)がリフト量Pxdとの差がゼロになるようにPI制御またはPID制御を行って、目標電流値Io*を決定する。
そして、ヒステリシス領域学習部14は、目標電流値Io*に応じた駆動電流Ioを駆動部13からアクチュエータ2へ供給させる。このとき、駆動電流Ioは、図6に示すように、ヒステリシス領域Hを跨いで変動する。そこで、ヒステリシス領域学習部14は、駆動電流Ioの変動幅に基づいて、目標リフト量Px1*に対するヒステリシス領域Hの上限値AH、下限値ALおよび中間値AM(=(+AL)/2)を判定する。
なお、ヒステリシス領域学習部14は、収束電流の大きさに基づいて、目標リフト量Px1*に対するヒステリシス領域Hの上限値AH、下限値ALおよび中間値AM(=(+AL)/2)を判定することもできる。
例えば、ヒステリシス領域学習部14は、リフト量Pxdが目標リフト量Px1*と一致させるための駆動電流Ioを駆動部13から出力させる処理を複数回行い、上限値AH付近になる収束電流と下限値AL付近になる収束電流を駆動電流値Iodに基づいて検出する。そして、ヒステリシス領域学習部14は、検出した収束電流の値を、目標リフト量Px1*に対するヒステリシス領域Hの上限値AHおよび下限値ALとし、これら上限値AHおよび下限値ALから中間値AMを判定する。
ヒステリシス領域学習部14は、目標リフト量Px1*に対するヒステリシス領域Hの上限値AH、下限値ALおよび中間値AMを判定した後、かかる判定結果をヒステリシス領域記憶部21のテーブルに記憶する。
ヒステリシス領域学習部14は、目標リフト量Px1*の場合と同様に、各目標リフト量Px2*〜Pxn*に対するヒステリシス領域Hの上限値AH、下限値ALおよび中間値AMを判定し、かかる判定結果をヒステリシス領域記憶部21のテーブルに記憶する。
図7は、実施形態に係る目標リフト量Px1*〜Pxn*ごとのヒステリシス領域Hを示すテーブルの一例を示す図である。図7に示すテーブルでは、各目標リフト量Px1*〜Pxn*に対して、ヒステリシス領域Hの上限値AH、下限値ALおよび中間値AMが関連付けられている。なお、図7に示す例では、例えば、目標リフト量Px1*に対するヒステリシス領域Hの上限値AH、下限値ALおよび中間値AMを上限値AH1、下限値AL1および中間値AM1として表している。
このように、ヒステリシス領域学習部14は、上述のように、Pxp単位で段階的に増加する目標リフト量Px*毎にヒステリシス領域Hの情報を学習することができるが、かかる例に限定されない。
例えば、ヒステリシス領域学習部14は、Pxp単位で段階的に増加する目標リフト量Px*毎のヒステリシス領域Hに基づき、目標リフト量Px*と上限値AH、下限値ALおよび中間値AMとの関係を示す関数fAH(Px*)、fAL(Px*)、fAM(Px*)を求めることもできる。ヒステリシス領域学習部14は、これらの関数の情報を記憶部20に記憶することができる。なお、fAH(Px*)=AHであり、fAL(Px*)=ALであり、fAM(Px*)=AMである。
なお、ヒステリシス領域学習部14は、エンジン負荷率KL、エンジン回転数N、吸気管55の圧力、および、リニアソレノイド82の周辺温度の少なくとも1つごとに、目標リフト量Px*毎のヒステリシス領域Hの情報を学習するようにしてもよい。これにより、ヒステリシス領域Hの学習精度を向上させることができる。
図4に戻って制御部10の説明を続ける。制御部10の制御モード選択部15は、内燃機関50(エンジン)の状態に基づいて、複数の制御モードの中から一つの制御モードを選択し、かかる選択結果を目標電流値決定部12へ通知する。
電子制御装置100は、エンジン回転数Nやエンジン負荷率KLを検出する検出部(図示せず)を有しており、かかる検出部によって検出されたエンジン回転数Nやエンジン負荷率KLの情報は、制御装置1へ通知される。なお、エンジン負荷率KLは、内燃機関50の最大トルクに対する内燃機関50のトルクの割合を示し、内燃機関50の最大トルクは、エンジン回転数N毎に異なる。
制御モード選択部15は、不図示の検出部から通知されたエンジン回転数Nやエンジン負荷率KLの情報に基づいて、複数の制御モードの中から一つの制御モードを選択する。ここで、複数の制御モードには、第1〜第3制御モードが含まれる。
第1制御モード(第1モードの一例)は、リニアソレノイド82の実リフト量Pxの変動を抑制する制御モードである。第2制御モード(第2モードの一例)は、リニアソレノイド82の消費電力を抑制する制御モードである。第3制御モード(第3モードの一例)は、リニアソレノイド82の実リフト量Pxを変化させる際の応答性が高い制御モードである。
目標電流値決定部12は、制御モード選択部15によって選択された制御モードに基づいて、目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hに応じた目標電流値Io*を決定する。目標電流値決定部12は、駆動電流Ioがヒステリシス領域Hの上限値AH、下限値ALおよび中間値AMのいずれかになるように、目標電流値Io*を決定することができる。
なお、目標電流値決定部12は、エンジン負荷率KL、エンジン回転数N、吸気管55の圧力、および、リニアソレノイド82の周辺温度の少なくとも1つを取得することができる。この場合、目標電流値決定部12は、目標リフト量Px*に加え、エンジン負荷率KL、エンジン回転数N、吸気管55の圧力、および、リニアソレノイド82の周辺温度の少なくとも1つに対応するヒステリシス領域Hの情報をヒステリシス領域記憶部21から取得することができる。これにより、ヒステリシス領域Hの判定精度を向上させることができる。
図8は、駆動電流Ioがヒステリシス領域Hの下限値ALになるように目標電流値Io*を設定した場合における実リフト量Pxおよび駆動電流Ioの時間変化を示す図である。
図8に示すように、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達するまでは、リフト量フィードバック制御によってリフト量Pxdと目標リフト量Px*との差が小さくなるように目標電流値Io*を決定する。
その後、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達したと判定した場合(時刻t10)、目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hの下限値ALを目標電流値Io*として決定し、かかる目標電流値Io*を駆動部13へ出力する。このとき、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxのフィードバック制御を停止する。
例えば、ヒステリシス領域記憶部21に記憶されたテーブルが図7に示す状態であり、目標リフト量Px*がPx1*であるとする。この場合、目標電流値決定部12は、図7に示す下限値AL1を目標電流値Io*として決定する。これにより、ヒステリシス領域Hの下限値AL1付近で駆動電流Ioがフィードバック制御される。
図9は、駆動電流Ioがヒステリシス領域Hの上限値AHになるように目標電流値Io*を設定した場合における実リフト量Pxおよび駆動電流Ioの時間変化を示す図である。なお、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達するまでの目標電流値決定部12の動作は、図8に示す例と同様である。
図9に示すように、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達したと判定した場合(時刻t20)、目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hの上限値AHを目標電流値Io*として決定し、かかる目標電流値Io*を駆動部13へ出力する。このとき、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxのフィードバック制御を停止する。
例えば、ヒステリシス領域記憶部21に記憶されたテーブルが図7に示す状態であり、目標リフト量Px*がPx1*であるとする。この場合、目標電流値決定部12は、図7に示す上限値AH1を目標電流値Io*として決定する。これにより、ヒステリシス領域Hの上限値AH1付近で駆動電流Ioがフィードバック制御される。
図10は、駆動電流Ioがヒステリシス領域Hの中間値AMになるように目標電流値Io*を設定した場合における実リフト量Pxおよび駆動電流Ioの時間変化を示す図である。なお、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達するまでの目標電流値決定部12の動作は、図8に示す例と同様である。
図10に示すように、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達したと判定した場合(時刻t30)、目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hの中間値AMを目標電流値Io*として決定し、かかる目標電流値Io*を駆動部13へ出力する。このとき、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxのフィードバック制御を停止する。
例えば、ヒステリシス領域記憶部21に記憶されたテーブルが図7に示す状態であり、目標リフト量Px*がPx1*であるとする。この場合、目標電流値決定部12は、図7に示す中間値AM1を目標電流値Io*として決定する。これにより、ヒステリシス領域Hの中間値AM1付近で駆動電流Ioがフィードバック制御される。
このように、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、駆動電流Ioが目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hの下限値AL、上限値AHおよび中間値AMのいずれかになるように目標電流値Io*を決定することができる。
なお、目標電流値決定部12による目標電流値Io*の決定方法は、かかる処理に限定されない。例えば、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、駆動電流Ioが目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hの下限値ALよりも駆動電流Ioが少し高い値になるように目標電流値Io*を決定することができる。
また、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、駆動電流Ioが目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hの上限値AHよりも駆動電流Ioが少し低い値になるように目標電流値Io*を決定することができる。
また、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、駆動電流Ioが目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hの中間値AMよりも駆動電流Ioが少し低い値または少し高い値になるように目標電流値Io*を決定することができる。
このように、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、駆動電流Ioが目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hに応じた値になるように目標電流値Io*を決定し、かかる目標電流値Io*を駆動部13へ出力することができる。
さらに、目標電流値決定部12は、目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hに応じた目標電流値Io*を、制御モード選択部15によって選択された制御モードに応じて決定することができる。図11は、第1制御モードにおける実リフト量Pxと駆動電流Ioの変化を示す図であり、図12は、第2制御モードにおける実リフト量Pxと駆動電流Ioの変化を示す図であり、図13は、第3制御モードにおける実リフト量Pxと駆動電流Ioの変化を示す図である。
例えば、制御モード選択部15によって選択された制御モードが第1制御モードである場合、目標電流値決定部12は、目標リフト量Px*を変化させる毎に、ヒステリシス領域Hの中間値AMに駆動電流Ioがなるように目標電流値Io*を決定する。
これにより、図11に示すように、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後から次に目標リフト量Px*を変化させる前までの間(例えば、時刻t41〜t42、t43〜t44)において、駆動電流Ioをヒステリシス領域H内に安定的に維持することができる。そのため、リニアソレノイド82の実リフト量Pxを安定的に維持することができる。
また、制御モード選択部15によって選択された制御モードが第2制御モードである場合、目標電流値決定部12は、目標リフト量Px*を変化させる毎に、ヒステリシス領域Hの下限値ALに駆動電流Ioがなるように目標電流値Io*を決定する。
これにより、図12に示すように、目標リフト量Px*に応じた実リフト量Pxに変化させた後の駆動電流Ioの収束後から次の目標リフト量Px*に応じた実リフト量Pxへ変化させる前までの間(例えば、時刻t52〜t53、t55〜t56)において、駆動電流Ioを下限値AL付近にすることができる。そのため、リニアソレノイド82の電力消費を低減することができる。
また、制御モード選択部15によって選択された制御モードが第3制御モードである場合、目標電流値決定部12は、目標リフト量Px*を変化させる毎に、次に予測される目標リフト量Px*の増減方向に基づいて、ヒステリシス領域Hの上限値AHまたは下限値ALに駆動電流Ioがなるように目標電流値Io*を決定する。
例えば、図13に示すように、目標電流値決定部12は、次の目標リフト量Px*が増加する方向に移動すると予測される場合、駆動電流Ioをヒステリシス領域Hの上限値AHにする目標電流値Io*を決定する。これにより、駆動電流Ioがヒステリシス領域Hの下限値AL付近や中間値AM付近にある場合に比べて、次の実リフト量Pxへの移動を迅速に行うことができる。
例えば、実リフト量Px2から実リフト量Px3への移動時間(図13に示す時刻t62〜t63)や実リフト量Px3から実リフト量Px4への移動時間(図13に示す時刻t64〜t65)を第1制御モードや第2制御モードに比べて、短くすることができる。そのため、ソレノイドバルブ65の応答性を向上させることができる。
また、図13に示すように、目標電流値決定部12は、次の目標リフト量Px*が減少する方向に移動すると予測される場合、駆動電流Ioをヒステリシス領域Hの下限値ALにする目標電流値Io*を決定する。これにより、駆動電流Ioがヒステリシス領域Hの上限値AH付近や中間値AM付近にある場合に比べて、次の実リフト量Pxへの移動を迅速に行うことができる。
例えば、実リフト量Px4から実リフト量Px3への移動時間(図13に示す時刻t66〜t67)を第1制御モードや第2制御モードに比べて、短くすることができる。そのため、ソレノイドバルブ65の応答性を向上させることができる。
なお、上述では、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、駆動電流Ioが目標リフト量Px*に対応するヒステリシス領域Hに応じた上限値AH、下限値ALおよび中間値AMのいずれかに対応する値になるように目標電流値Io*を決定するが、かかる例に限定されない。
例えば、目標電流値決定部12は、第1〜第3制御モードの2以上を組み合わせた制御モードによって目標電流値Io*を決定することができる。例えば、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、次に目標リフト量Px*を変化させるまでの間に、下限値ALを目標電流値Io*として決定した後、上限値AHを目標電流値Io*として決定することができる。
また、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、次に目標リフト量Px*が変化するまでの間に、中間値AMを目標電流値Io*として決定した後、上限値AHを目標電流値Io*として決定することができる。
また、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、次に予測される目標リフト量Px*の増減方向に基づいて目標電流値Io*を決定し、目標リフト量Px*が所定時間以上変化しない場合には、中間値AMを目標電流値Io*として決定することができる。
また、目標電流値決定部12は、例えば、自動運転制御などの場合のように、次に目標リフト量Px*が変化するまでの期間が予測できる場合、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、まず下限値ALを目標電流値Io*として決定する。そして、その後、次に目標リフト量Px*が変化する直前(または所定期間前)に目標リフト量Px*の増減方向に基づいて目標電流値Io*を決定する。これにより、ソレノイドバルブ65の電力消費を抑制しつつ、ソレノイドバルブ65の応答性を高めることができる。
また、目標電流値決定部12は、実リフト量Pxが目標リフト量Px*に達した後、まず中間値AMを目標電流値Io*として決定する。そして、その後、次に目標リフト量Px*が変化する直前(または所定期間前)に目標リフト量Px*の増減方向に基づいて目標電流値Io*を決定する。これにより、ソレノイドバルブ65の弁開状態を安定して維持しつつ、ソレノイドバルブ65の応答性を高めることができる。
ここで、エンジン回転数Nやエンジン負荷率KLによる制御モードの選択方法の一例について説明する。図14は、エンジン回転数Nおよびエンジン負荷率KLと制御モードとの関係を示す図である。なお、図14では、第1制御モードを安定性重視モードと記載し、第2制御モードを省電力重視モードと記載し、第3制御モードを応答性重視モードと記載している。
図14に示すように、目標電流値決定部12は、エンジン回転数Nが中程度(N1≦N≦N2)でエンジン負荷率KLが中程度(KL1≦KL≦KL2)である場合、第2制御モード(省電力重視モード)を選択する。
エンジン回転数Nやエンジン負荷率KLの状態は、エンジン回転数Nが中程度でエンジン負荷率KLが中程度である時間が相対的に多い。そこで、このような場合、目標電流値決定部12は、第2制御モード(省電力重視モード)を選択することで、内燃機関50を搭載した車両における電力消費を抑制している。
また、目標電流値決定部12は、エンジン負荷率KLが低い場合(KL<KL3の領域範囲、但し、N1<N<N2かつKL>KL1の領域を除く)、第1制御モード(省電力重視モード)を選択する。
エンジン負荷率KLが低い場合、吸気と排気との差圧が大きいため、実リフト量Pxの制御の精度が悪いような場合には、再循環する排ガスの量が大きくなって内燃機関50において燃料が燃焼できずに失火する可能性がある。
そこで、このような場合、目標電流値決定部12は、第1制御モード(省電力重視モード)を選択することで、フィードバック制御に起因する実リフト量Pxの変化を抑制する。これにより、実リフト量Pxを安定した実リフト量Pxに維持し、再循環する排ガスの量が大きくなって内燃機関50における失火を抑制することができる。
また、目標電流値決定部12は、エンジン負荷率KLが高い場合((KL>KL3の領域範囲、但し、N1<N<N2かつKL<KL2の領域を除く)、第3制御モード(応答性重視モード)を選択する。
エンジン負荷率KLが高い場合、吸気と排気との差圧が小さいため、再循環する排ガスの量を変化させる場合、吸気と排気との差圧が大きい場合に比べ、ソレノイドバルブ65の弁開度の変化量が大きい。そのため、このような場合、目標電流値決定部12は、第3制御モード(応答性重視モード)を選択することで、ソレノイドバルブ65の応答性を向上させる。これにより、再循環する排ガスの量を迅速に変化させることができる。
なお、図14に示す制御モードの選択方法は一例であって、制御モードの選択方法はかかる例に限定されない。例えば、目標電流値決定部12は、ヒステリシス領域Hを考慮する第1〜第3制御モードに加え、ヒステリシス領域Hを考慮しない第4制御モードも選択対象とすることができる。
また、目標電流値決定部12は、内燃機関50を搭載した車両のエンジン負荷率KLおよびエンジン回転数Nに加え、吸気管55の圧力やリニアソレノイド82の周辺温度に基づいて、制御モードを選択することもできる。
また、目標電流値決定部12は、内燃機関50を搭載した車両の特性や運転者の特性に応じて制御モードを選択することができる。例えば、目標電流値決定部12は、運転者がエンジン負荷率KLやエンジン回転数Nをあまり変化させないような運転をする場合、第1制御モード(安定性重視モード)を選択することができる。また、目標電流値決定部12は、運転者がエンジン負荷率KLやエンジン回転数Nを頻繁に大きく変化させるような運転をする場合、第3制御モード(応答性重視モード)を選択することができる。
また、目標電流値決定部12は、内燃機関50を搭載した車両が走行している道路の種別(例えば、高速道路、一般道など)、車両が走行している道路の渋滞状態、走行時間帯、天候、曜日などに応じて、制御モードを選択することもできる。
また、目標電流値決定部12は、内燃機関50を搭載した車両の乗員などが入力装置(図示せず)を介して設定した制御モードを選択することもできる。これにより、例えば、乗員の好みに応じた制御モードを設定することができる。
[4.制御部10による処理]
次に、フローチャートを用いて、制御部10が実行する処理の流れの一例を説明する。図15は、制御部10が実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。
次に、フローチャートを用いて、制御部10が実行する処理の流れの一例を説明する。図15は、制御部10が実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。
図15に示すように、制御部10は、ヒステリシス領域学習モードであるか否かを判定する(ステップS10)。かかるヒステリシス領域学習モードは、例えば、入力装置(図示せず)を介して設定される。
ヒステリシス領域学習モードであると判定した場合(ステップS10;Yes)、制御部10は、ヒステリシス領域Hを学習し、かかる学習結果を記憶部20に記憶する(ステップS11)。ヒステリシス領域Hの学習は、上述したように、例えば、目標リフト量Px*毎に実行され、各目標リフト量Px*に対してヒステリシス領域Hの下限値AL、上限値AHおよび中間値AMを判定することによって行われる。
ステップS11の処理が終了した場合、または、ヒステリシス領域学習モードではないと判定した場合(ステップS10;No)、制御部10は、通常制御モードであるか否かを判定する(ステップS12)。なお、ここでの通常制御モードは、ヒステリシス領域学習モードでないことを意味し、ステップS11のヒステリシス領域学習モードは、ヒステリシス領域Hの学習が終了した場合に終了する。
通常制御モードであると判定した場合(ステップS12;Yes)、制御部10は、エンジン負荷率KLおよびエンジン回転数Nの情報を取得する(ステップS13)。そして、制御部10は、エンジン負荷率KLおよびエンジン回転数Nに応じた制御モードを選択し(ステップS14)、選択した制御モードでリニアソレノイド82を制御する(ステップS15)。
ステップS15の処理が終了した場合、または、通常制御モードでないと判定した場合(ステップS12;No)、制御部10は、所定時間後に図15に示す処理を繰り返す。
以上のように、実施形態に係る制御装置1は、記憶部20と、目標電流値決定部12(決定部の一例)と、駆動部13とを備える。記憶部20は、アクチュエータ2のヒステリシス領域Hの情報を記憶する。目標電流値決定部12は、記憶部20に情報が記憶されたヒステリシス領域Hに応じた目標電流値Io*を、制御モードに基づいて決定する。駆動部13は、目標電流値決定部12によって決定された目標電流値Io*に応じた駆動電流Ioをアクチュエータ2に供給する。これにより、アクチュエータ2の制御性を向上させることができる。
また、制御装置1は、アクチュエータ2を配置した装置(例えば、車両)の状態に応じて、制御モードを複数の制御モードの中から選択する制御モード選択部15(モード選択部の一例)を備える。これにより、アクチュエータ2を配置した装置の状態に応じた制御モードでアクチュエータ2を制御できる。
また、目標電流値決定部12は、制御モードに応じた目標電流値を、ヒステリシス領域Hの下限値AL、上限値AH、または、中間値AMに基づいて設定する。これにより、例えば、アクチュエータ2の消費電力を抑制したり、アクチュエータ2の駆動量Pを変化させる際の応答性を高めたり、あるいは、アクチュエータ2の駆動量Pの変動を抑制したりすることができる。
また、複数の制御モードは、第1〜第3制御モード(第1〜第3モードの一例)を含む。第1制御モードは、アクチュエータ2の駆動量Pの変動を抑制する制御モードである。第2制御モードは、アクチュエータ2の消費電力を抑制する制御モードである。第3制御モードは、アクチュエータ2の駆動量Pを変化させる際の応答性が高い制御モードである。制御モード選択部15は、アクチュエータ2を配置した装置の状態に応じて、制御モードを第1〜第3モードの中から選択する。これにより、アクチュエータ2を配置した装置の状態に応じてアクチュエータ2に対する適切な処理を行うことができる。
また、アクチュエータ2は、ソレノイドバルブ65(EGRバルブの一例)に設けられたリニアソレノイド82である。制御モード選択部15は、エンジン回転数Nとエンジン負荷率KLとに基づき、制御モードを第1〜第3モードの中から選択する。これにより、エンジンの状態に応じてリニアソレノイド82に対する適切な処理を行うことができる。
また、駆動電流Ioおよびアクチュエータ2の駆動量に基づいて、ヒステリシス領域Hを学習するヒステリシス領域学習部14(学習部の一例)を備える。これにより、アクチュエータ2を配置する装置が新たな装置である場合やばらつきがあるような装置であっても、ヒステリシス領域Hを考慮したアクチュエータ2の制御を精度よく行うことができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 制御装置
2 アクチュエータ
10 制御部
11 目標リフト量決定部
12 目標電流値決定部(決定部の一例)
13 駆動部
14 ヒステリシス領域学習部(学習部の一例)
15 制御モード選択部(モード選択部の一例)
20 記憶部
30 電流検出部
50 内燃機関
65 ソレノイドバルブ(EGRバルブの一例)
82 リニアソレノイド(アクチュエータの一例)
89 リフトセンサ
2 アクチュエータ
10 制御部
11 目標リフト量決定部
12 目標電流値決定部(決定部の一例)
13 駆動部
14 ヒステリシス領域学習部(学習部の一例)
15 制御モード選択部(モード選択部の一例)
20 記憶部
30 電流検出部
50 内燃機関
65 ソレノイドバルブ(EGRバルブの一例)
82 リニアソレノイド(アクチュエータの一例)
89 リフトセンサ
Claims (7)
- アクチュエータのヒステリシス領域の情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に情報が記憶された前記ヒステリシス領域に応じた目標電流値を、制御モードに基づいて決定する決定部と、
前記決定部によって決定された前記目標電流値に応じた駆動電流を前記アクチュエータに供給する駆動部と、を備える
ことを特徴とする制御装置。 - 前記アクチュエータを配置した装置の状態に応じて、前記制御モードを複数の制御モードの中から選択するモード選択部を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 - 前記決定部は、
前記制御モードに応じた前記目標電流値を、前記ヒステリシス領域の下限値、上限値、または、中間値に基づいて設定する
ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。 - 前記複数の制御モードは、前記アクチュエータの駆動量の変動を抑制する第1モードと、前記アクチュエータの消費電力を抑制する第2モードと、前記アクチュエータの駆動量を変化させる際の応答性が高い第3モードと、を含み、
前記モード選択部は、
前記アクチュエータを配置した装置の状態に応じて、前記制御モードを前記第1〜第3モードの中から選択する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の制御装置。 - 前記アクチュエータを配置した装置は、車両のエンジンであり、
前記アクチュエータは、排気側から吸気側に還流される排気ガスの量を調整するEGRバルブに設けられたリニアソレノイドであり、
前記モード選択部は、
前記エンジンの回転数と負荷率とに基づき、前記制御モードを前記第1〜第3モードの中から選択する
ことを特徴とする請求項4に記載の制御装置。 - 前記駆動電流および前記アクチュエータの駆動量に基づいて、前記ヒステリシス領域を学習する学習部を備える
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の制御装置。 - ヒステリシス領域を有するアクチュエータを制御する制御方法であって、
前記ヒステリシス領域に応じた目標電流値を、制御モードに基づいて決定する決定工程と、
前記決定工程によって決定された前記目標電流値に応じた駆動電流を前記アクチュエータに供給する駆動工程と、
を含むことを特徴とする制御方法。
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