JP3835963B2 - スライディングモード制御装置 - Google Patents
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Description
【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フィードバック制御方式としては、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。
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11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し、バルブタイミング制御装置の目標角度と実際の角度(実角度)との偏差が所定以内の制御不感帯に入ったときに該フィードバック制御を停止する(フィードバック制御量=0)ことになる。即ち、目標角度と実角度との偏差が0となるまで、フィードバック制御を行なおうとすると、応答遅れによるオーバーシュートによってハンチングを生じてしまうため、前記制御不感帯を設ける。これにより、該制御不感帯に入ってフィードバック制御を停止してから、切換弁(スプール弁)が動作不感帯に入って完全に閉じるまでの間に、バルブタイミング制御装置の油圧室に供給される油量によって、実角度を目標角度に十分に収束させることができる。
【0009】
しかしながら、部品バラツキや経時劣化等により、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12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。
【0010】
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アンダーシュートしてしまう。
【0011】
また、進角制御時は、前記制御不感帯に入ってフィードバック制御を停止したときの切換弁の開度が小さくなっているので(偏差に比例する線形項を設けた場合でも偏差に対するデューティ分が同一であるので、ズレ分だけ開度が減少する)、該フィードバック制御を停止してから油圧室に供給される油量も減少するため、目標角度に対して遅角側に定常偏差を生じる。一方、遅角制御時は、フィードバック制御時の切換弁の開度が大きいので、前記遅角側へのアンダーシュートの影響がそのまま残されて、やはり目標角度より遅角側に定常偏差を生じる。
【0012】
一方、図12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し、共に目標角度より進角側に定常偏差を生じる。
【0013】
また、上記とは別に動作不感帯の大きさにバラツキがあると、例えば、図13に示すように、動作不感帯が小さい場合は、スライディングモード制御により設定されるフィードバック制御量の非線形項が相対的に大きくなって、チャタリングを発生する。即ち、前記制御不感帯に入ってフィードバック制御を停止したときの切換弁の開度が大きいため、切換弁が閉じるまでに油圧室に供給される油量が増大して、遅角側にアンダーシュートし、制御不感帯から外れた場合には、進角側にフィードバック制御されて今度は進角側にオーバーシュートするというチャタリングを発生する。
【0014】
逆に、図14に示すように、動作不感帯が大きい場合は、非線形項が相対的に小さくなって、非線形項のみでは、フィードバック制御時に動作不感帯を乗り越えることができず、応答性が悪化する。
【0015】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、動作不感帯を有する制御対象のスライディングモード制御において、部品バラツキや経時変化の影響を学習によって回避でき、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。
【0016】
【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、
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を開始し、目標値と実際値との偏差が所定以内の制御不感帯に入ったときに該フィードバック制御を停止すると共に、前記フィードバック制御量をスライディングモード制御によって算出するスライディングモード制御装置において、
前記制御不感帯に入ったときの目標値と実際値との定常偏差に基づいて、前記基本制御量を補正することを特徴とする。
【0017】
請求項1に係る発明によると、
既述したように、基本制御量と動作不感帯の中央値との対応に、ずれを生じると、制御対象に目標値と実際値との定常偏差が発生する。
【0018】
そこで、該定常偏差を基づいて基本制御量を動作不感帯の中央値に対応するように補正することにより、応答性の悪化、オーバーシュート、アンダーシュートの発生及び定常偏差の発生を抑制することができる。
【0019】
また、請求項2に係る発明は、
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を開始すると共に、前記フィードバック制御量をスライディングモード制御によって算出するスライディングモード制御装置において、
前記目標値と実際値との偏差が所定以内の制御不感帯に入ったときに、前記フィードバック制御量の非線形項のゲインを変化させつつ該非線形項のみを用いてフィードバック制御を行ないながら、目標値と実際値との偏差が設定範囲となるように、前記ゲインを調整することを特徴とする。
【0020】
請求項2に係る発明によると、
制御不感帯に入ったときに、前記フィードバック制御量の非線形項のゲインを変化させつつ該非線形項のみを用いてフィードバック制御を行ないながら、目標値と実際値との偏差が設定範囲となるように、前記ゲインを調整することにより、非線形項が動作不感帯を僅かに乗り越える大きさに調整され、これにより、チャタリングを発生せず、応答性も確保される。
【0021】
また、請求項3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S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。
【0022】
請求項3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。
【0023】
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。
【0024】
また、請求項5に係る発明は、
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。
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
請求項5に係る発明によると、
前記請求項4における偏差PERR量の微分値d(PERR)/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。
【0025】
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。
【0026】
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UNL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。
【0027】
また、請求項7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。
【0028】
請求項7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を適用することで、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。
【0029】
また、請求項8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。
【0030】
請求項8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。
【0031】
そして、前記切換弁によって動作不感帯を有する油圧制御式の制御対象に、本発明を適用することにより、本発明の効果を十分に発揮することができる。
【0032】
【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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
前記カムシャフト2は、シリンダヘッド22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。
【0040】
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。
【0041】
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6aに摺接するコ字形のシール部材30と該シール部材30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。
【0042】
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39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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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42c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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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52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。
【0050】
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58,59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53a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。
【0051】
前記電磁アクチュエータ54は、コア64,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。
【0052】
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103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。
【0053】
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(OFF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41,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。
【0054】
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。
【0055】
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59、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。
【0056】
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。
【0057】
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、本発明の基本制御量に相当する値であり、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。
【0058】
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。
【0059】
ここで、前記フィードバック補正分UDTYが、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(VTC)の実角度、その目標値をVTCの目標角度として説明する。
【0060】
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様子を示すブロック図である。
【0061】
VTC目標角度VTCTRGとVTC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Upと、VTC実角度VTCNOWの微分値であるVTC実速度Un'に速度ゲインdを乗じた速度制御量UNを加算して線形項制御量ULを算出する。
【0062】
また、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UNLを算出する。
【0063】
前記線形項制御量UL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UNL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。
【0064】
そして、前記線形項制御量ULと、非線形項制御量UNLとを加算して、制御量(フィードバック補正分)UDTYを算出し、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。
【0065】
このように、スライディング制御によってフィードバック補正量を算出して、予め設定された切換線上に制御系の状態を導くようにフィードバックゲインの切換が行なわれる(図8参照)ので、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る。
【0066】
かかる基本的なスライディングモード制御に加えて本発明に係る制御が以下のように実行される。
図9は、ベースデューティ比BASEDTYの動作不感帯中央位置に対するズレを学習して補正する制御のフローチャートを示す。
【0067】
ステップ1では、目標角度VTCTRGが変化したか否かを判定する。
目標角度VTCTRGが変化してフィードバック制御が行なわれたと判定されたときは、ステップ2へ進む。
【0068】
ステップ2では、目標角度VTCTRGと実角度VTCNOWとの偏差PERRが所定範囲内(例えば、±3°以内)の制御不感帯に入りフィードバック制御が停止されてから、所定時間xの間、目標角度VTCTRGが変化していないか、つまり定常状態であるか否かを判定する。
【0069】
そして、定常状態と判定されたときは、ステップ3へ進み、ベースデューティ比BASEDTYが変更(後述するステップ6,8での学習による補正)されていないかを判定し、変更していない場合にはステップ4へ進む。
【0070】
ステップ4では、前記所定時間xにおける偏差PERRの平均値(定常偏差)PERRAVを算出する。
そして、ステップ5では、前記偏差PERRの平均値PERRAVが正の閾値P0を超えているかを判定し、超えていると判定されたときは、遅角側に無視できない定常偏差を生じ、その結果ベースデューティ比BASEDTYが動作不感帯の中央値に対して遅角側にずれていると判断し、ステップ6へ進んでベースデューティ比BASEDTYに所定量の正の補正デューティHDを加算する。
【0071】
また、ステップ5で前記偏差PERRの平均値PERRAVが正の閾値P0を超えていないと判定されたときは、ステップ7へ進んで偏差PERRの平均値PERRAVが負の閾値−P0を下回っていないかを判定する。そして、下回っていると判定された場合は、進角側に無視できない定常偏差を生じ、その結果ベースデューティ比BASEDTYが動作不感帯の中央値に対して進角側にずれていると判断し、ステップ8へ進んでベースデューティ比BASEDTYから前記補正デューティHDを減算する。
【0072】
このようにして、ステップ4で算出される偏差PERRの平均値PERRAVが、閾値±P0の範囲内に入るようにベースデューティ比BASEDTYの増減補正が行なわれる。これにより、定常偏差が無視できる大きさに縮小されるとともに、ベースデューティ比BASEDTYと動作不感帯とのズレを十分に小さくすることができるので、応答性を確保しつつオーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑制して目標角度に速やかに収束させることができる。
【0073】
さらに、本発明に係る第2の制御が実行される。
図10は、動作不感帯の大きさのバラツキに対して非線形項のゲインKを学習して補正する制御のフローチャートを示す。
【0074】
ステップ11で目標角度VTCTRGの変化を判定した後、ステップ12で制御不感帯に入ったかを判定する。
制御不感帯に入ったと判定されたときに、ステップ13へ進んで前記非線形項制御量UNLのゲインKを所定量DK1増大し、該増大された非線形項制御量UNLのみをフィードバック補正分UDTYとして(線形項制御量UL=0とする)フィードバック制御を行なう。
【0075】
ステップ14では、上記の後、所定時間xにおける偏差PEERの平均値PEERAV2を算出する。
ステップ15では、前記偏差PEERの平均値PEERAV2が閾値P1を超えているか否かを判定する。
【0076】
そして、閾値P1を超えていると判定された場合は、ステップ16へ進んで前記ゲインKを所定量DK2減少する。閾値P1を超えていないと判定されたときは、そのままステップ17にジャンプする。
【0077】
ステップ17では、VTC目標角度VTCTRGが変化したかを判定し、変化していないと判定されたときは、再度ステップ13へ戻ってゲインKを増大してフィードバック制御を行なう。
【0078】
このようにすれば、制御不感帯にある定常状態の間に、ゲインKを増減させながら偏差PEERの平均値PEERAV2が閾値P1の近傍に維持されるようにゲインKが調整される。
【0079】
したがって、動作不感帯のバラツキに対して、前記ゲインKの調整(学習補正)により、非線形項制御量UNLを適度な大きさに調整することができ、以って、該非線形項制御量UNLのみで動作不感帯を乗り越えられ、かつ、チャタリングを発生させないようにすることができる。
【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ベースデューティ比BASEDTYを学習補正する制御を示すフローチャート。
【図10】上記バルブタイミング制御機構の非線形項のゲインを学習補正する制御を示すフローチャート。
【図11】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12】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いてる状態を示す図。
【図13】非線形項に対して動作不感帯が小さいときの状態を示す図。
【図14】非線形項に対して動作不感帯が大きいときの状態を示す図。
【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
Claims (8)
- 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を開始し、目標値と実際値との偏差が所定以内の制御不感帯に入ったときに該フィードバック制御を停止すると共に、前記フィードバック制御量をスライディングモード制御によって算出するスライディングモード制御装置において、
前記制御不感帯に入ったときの目標値と実際値との定常偏差に基づいて、前記基本制御量を補正することを特徴とするスライディングモード制御装置。 - 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を開始すると共に、前記フィードバック制御量をスライディングモード制御によって算出するスライディングモード制御装置において、
前記目標値と実際値との偏差が所定以内の制御不感帯に入ったときに、前記フィードバック制御量の非線形項のゲインを変化させつつ該非線形項のみを用いてフィードバック制御を行ないながら、目標値と実際値との偏差が設定範囲となるように、前記ゲインを調整することを特徴とするスライディングモード制御装置。 - 前記スライディングモード制御における切換関数S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又は請求項2に記載のスライディングモード制御装置。
- 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 - 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 - 前記フィードバック制御量Uが、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 - 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。
- 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7に記載のスライディングモード制御装置。
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