JP4414360B2 - 所定の変調アルゴリズムを用いてプラントを制御する制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、所定の変調アルゴリズムを用いて、所与のプラントを良好な精度で制御する装置に関する。

ΔΣ（デルタシグマ）変調アルゴリズム（またはΣΔ（シグマデルタ）変調アルゴリズム、またはΔ（デルタ）変調アルゴリズム）を用いて、プラント（制御対象）を制御する手法が知られている（特許文献１を参照）。プラントが、オンとオフのスイッチング特性を持つ制御入力に対して適切な制御出力を生成することができる能力を有しているならば、ΔΣ変調アルゴリズムを用いて、該プラントを良好な精度で制御することができる。

図２５は、ΔΣ変調アルゴリズムを用いた制御手法の一例を示すブロック図である。コントローラ１０１により、プラントの制御量を目標値に収束させるための操作量が算出される。変調器１０２は、該操作量を、ΔΣ変調アルゴリズムを用いて変調する。変調された操作量が、プラント１０３に入力される。プラント１０３からの出力すなわち制御量は、コントローラ１０１にフィードバックされる。
特開平２００３−１９５９０８号公報

図２６に、従来のΔΣ変調アルゴリズムを用いた制御に従う、各種の信号の挙動の一例を示す。Ｒｃａｉｎは、コントローラ１０１により算出される操作量を示す。Ｖｃａｉｎは、変調器１０２から出力される変調信号であり、変調された操作量を表す。ＣＡＩＮは、プラント１０３からの出力すなわち制御量であり、ＣＡＩＮ＿ｃｍｄは、該制御量の目標値を示す。変調信号Ｖｃａｉｎは、所定の中心値に対し、＋ｄと−ｄの間をスイッチングする信号として生成される。変調信号Ｖｃａｉｎの振幅は２ｄである。ΔΣ変調アルゴリズムは、操作量Ｒｃａｉｎの大きさが、該変調信号の振幅２ｄの範囲内に収まっているときは、該操作量Ｒｃａｉｎを、変調信号Ｖｃａｉｎとして再現することができる。時間ｔ０〜ｔ１では、操作量Ｒｃａｉｎの大きさが該変調信号の振幅２ｄより小さいので、適切な変調信号Ｖｃａｉｎが生成されている。該変調信号Ｖｃａｉｎをプラントに印加することにより、制御量ＣＡＩＮは、目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄに追従するよう良好に制御される。

しかしながら、時間ｔ１以降に示されるように、操作量Ｒｃａｉｎの大きさが変調信号の振幅２ｄを超えると、変調信号の振幅が２ｄに制限されているために、該増大した操作量Ｒｃａｉｎを適切に変調することができなくなる。変調信号の振幅２ｄを超える部分についての操作量が変調信号Ｖｃａｉｎに反映されなくなり、実質的に、操作量Ｒｃａｉｎは、点線１０５に示されるように制限される。操作量Ｒｃａｉｎの一部が失われた変調信号が生成されることとなり、よって、制御量ＣＡＩＮと目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄとの間に偏差が生じる。こうして、時間ｔ１以降は、プラントを適切に制御することができなくなる。

このような事象は、たとえば、車両の内燃機関のカムの位相の制御において起こるおそれがある。アクチュエータによってカムの位相を制御するとき、該アクチュエータがプラントとなる。アクチュエータの発熱により、アクチュエータが生成するトルクの低下、バラツキおよび経年変化によるフリクション特性の変化などに起因して、上記のような事象が起こるおそれがある。

このような事象を解決するため、操作量の取りうる最大値と最小値を予め算出する手法が考えられる。該最大値と最小値を含むように、変調信号の振幅２ｄを設定する。しかしながら、このような手法によると、変調信号の振幅が増大するおそれがある。このような振幅の増大は、プラントの制御出力を不安定にするおそれがある。

また、アクチュエータとして電磁石を用いると、電磁石の抵抗値が増加するにつれ、電磁石の電流値が低下する。この電流値の低下に起因して、アクチュエータにより生成されるトルクが低下する。このようなトルクの低下を回避するため、電磁石の電流をフィードバック制御して、コントローラが指定した操作量に従うトルクを生成する手法が考えられる。この手法によれば、電流に起因するトルクの変動が生じても、制御量を目標値に収束させることができる。しかしながら、このような電流制御手法では、フリクション特性の変化に対処することができない。

したがって、プラントへの入力として、操作量の変動に適応した変調信号を生成することができる変調を実現する装置が必要とされている。

一方、カムの位相を変更するアクチュエータによっては、その機械的な構造に起因して、微小な位相を制御することが困難な場合があり、また、位相を目標値に収束させる精度が低い場合がある。制御分解能がこのように低い場合、ΔΣ変調のような変調信号を、プラントである該アクチュエータに印加することにより、制御分解能を向上させることができる。

しかしながら、変調信号の振幅が大きくなりすぎると、プラントの出力がハンチング状態となるおそれがある。たとえば、内燃機関の負荷が高くなったり、内部ＥＧＲの増加が起こると、気筒における燃焼の変動に従ってエンジン回転数が大きく変動するおそれがある。このような状態では、変調信号が、エンジン回転数と共振するような状態が生じ、これにより、制御性が低下するおそれがある。このような状態を回避するためには、変調信号の振幅を小さくする必要がある。しかしながら、変調信号の振幅が小さすぎると、十分な制御分解能の向上を得ることができないおそれがある。

したがって、プラントに印加される変調信号の振幅を、変調による制御分解能の向上を妨げることなく、適切に設定することのできる変調を実現する装置が望まれている。

この発明の一つの側面によると、制御装置は、制御対象の出力を目標値に収束させるように、該制御対象を操作するための操作量を算出するコントローラと、所定の変調アルゴリズムを用いて該操作量を変調し、制御対象に印加する変調信号を生成する変調器と、を備える。変調器は、さらに、該変調信号の振幅の中心値が、操作量の変化に追従するように、該変調信号を生成する。一実施形態では、該所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムまたはΔ変調アルゴリズムのいずれかである。

この発明によれば、操作量の変化に従って変調信号の振幅の中心値が変更されるので、変調信号の振幅によって操作量が損なわれるおそれがない。操作量を損なうことなく生成された変調信号が制御対象に印加されるので、良好な精度で、制御対象の出力を目標値に収束させることができる。

また、操作量の変化に従って変調信号の振幅の中心値が変更されるので、操作量の最大値および最小値を含むように変調信号の振幅を大きくする必要がない。変調信号の振幅を適度に小さくすることができるので、変調信号のスイッチング特性によって、制御対象の出力が振動することを抑制することができる。

この発明の一実施形態によると、変調器は、さらに、操作量に基づいて、適応オフセット値を生成する適応オフセット生成器を備える。変調器は、該適応オフセット値が変調信号の振幅の中心値となるように、該変調信号を生成する。こうして、適応オフセット値が、操作量に基づいて適応オフセット器によって生成されるので、変調信号を、操作量の変化に適応するよう適切に生成することができる。一実施形態では、変調器は、操作量と適応オフセット値の偏差を算出し、該偏差を上記所定のアルゴリズムを用いて変調し、該変調により生成された信号に該適応オフセット値を加算して、上記変調信号を生成する。

この発明の一実施形態によると、適応オフセット生成器は、さらに、適応オフセット値の急激な変動を抑制するように操作量をフィルタリングするフィルタを備える。適応オフセット生成器は、該フィルタからの出力に基づいて、適応オフセット値を生成する。

変調信号の振幅の中心値、すなわち適応オフセット値を急激に変更すると、制御対象の出力の目標値への整定精度（すなわち、制御対象の出力の目標値への落ち着き度合い）が低下するおそれがある。具体的には、制御対象の出力についての目標値が一定となったときに、該制御対象の出力に“ふらつき”が発生するおそれがある。操作量をフィルタリングすることにより、このようなふらつきを抑制することができる。

この発明の一実施形態によると、適応オフセット生成器は、さらに、操作量を、適応オフセット値の過去値に基づいて定められた所定範囲内に制限する手段を備え、上記フィルタは、該制限された操作量をフィルタリングする。このような制限処理により、操作量が、外乱およびノイズに起因してインパルス的に変化した場合でも、変調信号の振幅の中心値が急激に変化することを回避することができる。

この発明の一実施形態によると、変調信号の振幅の中心値が、操作量の変化に追従する速度を、上記目標値が変化したことに応じて変更する。一例では、該追従速度を、目標値が変化したことに応じて大きくする。こうして、目標値が一定の時には、制御対象の出力が振動的（低周波的なゆらぎ）になることを回避しつつ、目標値が変化した際には、制御対象の出力がオーバーシュートすることを回避することができる。追従速度を常に速めると、制御対象の出力が高周波的に振動するおそれがあるが、この発明によれば、目標値の状態に応じて追従速度を変更するので、このような振動を回避することができる。

この発明の一実施形態によると、変調信号の振幅値の中心値が、操作量の変化に追従する速度を、制御対象に印加される外乱が変化したことに応じて変更する。一例では、該追従速度を、外乱が変化したことに応じて大きくする。こうして、外乱が印加された際に、制御対象の出力の目標値への偏差を、速やかに収束させることができる。追従速度を常に速めると、制御対象の出力が高周波的に振動するおそれがあるが、この発明によれば、外乱の状態に応じて追従速度を変更するので、このような振動を回避することができる。

この発明の一実施形態によれば、適応オフセット値は、制御対象の出力および該出力に関連するパラメータのうちの少なくとも１つに応じて、所定値に修正される。こうして、制御対象の出力と、該出力に関連するパラメータとの関係が不適切になることが防止され、よって、不所望な運転状態の継続および発生を防止することができる。

また、本発明の一実施形態では、変調信号の振幅は、制御対象の出力および該出力に関連するパラメータのうちの少なくとも１つに基づいて設定する。

この発明によれば、制御対象の出力および該出力に関連するパラメータのうちの少なくとも１つに基づいて変調信号の振幅を設定するので、制御対象の状態に適合した振幅を持つ変調信号が生成される。したがって、制御分解能を高く維持しつつ、制御対象の出力がハンチング状態になることを回避することができる。

制御対象が、内燃機関のカムの位相を変更する位相機構である場合には、変調信号の振幅は、内燃機関の運転状態を表すパラメータに基づいて設定することができる。一実施形態では、内燃機関の運転状態を表すパラメータは、内燃機関の回転数、カムの位相、および、該カムによって開閉駆動される吸気バルブおよび排気バルブのうちの一方のリフトのうちの少なくとも１つを含む。

この発明によれば、内燃機関の運転状態を表すパラメータに基づいて変調信号の振幅が設定されるので、位相機構を、適切な振幅を持つ変調信号で制御することができる。内燃機関の回転数の変動が大きい場合においては、変調信号の振幅値を抑制し、それ以外の場合では、変調信号の振幅を大きくして制御分解能を向上させることができる。

この発明は、様々な制御対象に適用可能である。一実施形態では、制御対象は、内燃機関のカムの位相を変更する位相機構である。位相機構は、変調信号に従ってカムの位相を変更する。

内燃機関のカムの位相を変更する位相機構における発熱によって、カムを駆動するトルクが低下することがある。また、バラツキおよび経年変化によって、位相機構のフリクション特性が変化することがある。本発明に従う制御を位相機構に適用すれば、操作量の変化に応じて、変調信号の振幅の中心値が変更される。したがって、トルクの低下やフリクション特性の変化が生じても、定常偏差を生じさせることなく位相を目標値に収束させることができる。また、変調信号の振幅を適度に小さくすることができるので、位相の安定性が向上する。位相変化によるサージングが減少し、ドライバビリティが向上する。

他の実施形態では、制御対象は、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のリフト量を変更するリフト機構である。リフト機構は、変調信号に従ってリフト量を変更する。この実施形態においても、位相機構と同様の効果を得ることができる。

さらに他の実施形態では、制御対象は、内燃機関の空燃比を制御する機構から、該内燃機関の排気管に設けられる排ガスセンサに至る系である。該制御機構は、変調信号に従って空燃比を変更する。このような系では、燃料性状の違い、触媒の劣化状態、運転状態の変化などに起因して、最適な空燃比を実現するのに必要な操作量が変動するおそれがある。本願発明に従う制御によれば、操作量の変化に応じて、変調信号の振幅の中心値が変更されるので、定常偏差を生じさせることなく排ガスセンサの出力を目標値に収束させることができる。したがって、最適な空燃比を実現することができる。変調信号の振幅を適度に小さくすることができるので、空燃比の変動幅を小さくすることができる。これは、トルクを安定させ、よってサージングを減少させることができ、さらにはドライバビリティを向上させることができる。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う制御のためのプログラムは、該ＲＯＭに格納される。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。

エンジン２は、たとえば４サイクルＤＯＨＣ型ガソリンエンジンである。エンジン２は、吸気カムシャフト５および排気カムシャフト６を備えている。吸気カムシャフト５は、吸気バルブ３を開閉駆動する吸気カム５ａを有しており、排気カムシャフト６は、排気バルブ４を開閉駆動する排気カム６ａを有している。これらの吸気および排気カムシャフト５および６は、図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト７に連結されており、クランクシャフト７が２回転するごとに１回転する。

連続可変位相装置（ＶＴＣ）１０は、ＥＣＵ１から供給される指令値に従い、クランクシャフト７に対する吸気カム５ａの実際の位相ＣＡＩＮを連続的に制御する。連続可変位相装置は、任意の適切な機構により実現されることができる。本明細書では、油圧を用いた実施例と、電磁ブレーキを用いた実施例とが、後述される。

吸気カムシャフト５の端部には、カム角センサ２０が設けられている。カム角センサ２０は、吸気カムシャフト５の回転に伴い、所定のカム角（たとえば、１度）ごとに、パルス信号であるＣＡＭ信号をＥＣＵ１に出力する。

エンジン２の吸気管１５には、スロットル弁１６が設けられている。スロットル弁１６の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号により制御される。スロットル弁１６に連結されたスロットル弁開度センサ（θＴＨ）１７は、スロットル弁１６の開度に応じた電気信号を、ＥＣＵ１に供給する。

吸気管圧力（Ｐｂ）センサ１８は、スロットル弁１６の下流側に設けられている。Ｐｂセンサ１８によって検出された吸気管圧力ＰｂはＥＣＵ１に送られる。

さらに、吸気管１５には、燃料噴射弁１９が気筒毎に設けられている。燃料噴射弁１９は、燃料タンク（図示せず）から燃料の供給を受け、ＥＣＵ１からの制御信号に従って燃料を噴射する。

エンジン２には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、クランクシャフト７の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（たとえば、３０度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン２の回転数ＮＥを算出する。さらに、ＥＣＵ１は、ＣＲＫ信号とＣＡＭ信号に基づいて、位相ＣＡＩＮを算出する。また、ＴＤＣ信号は、ピストン９のＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。

エンジン２の下流側には排気管２２が連結されている。エンジン２は、排気管２２を介して排気する。排気管２２の途中に設けられた触媒装置２３は、排気管２２を通る排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの不所望な成分を浄化する。

広域空燃比センサ（ＬＡＦ）センサ２４は、触媒装置２３の上流に設けられている。ＬＡＦセンサ２４は、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比を検出する。検出された空燃比は、ＥＣＵ１に送られる。

Ｏ２（排ガス）センサ２５は、上流触媒と下流触媒の間に設けられている。Ｏ２センサ２５は２値型の排気ガス濃度センサである。Ｏ２センサは、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき高レベルの信号を出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき低レベルの信号を出力する。出力された電気信号は、ＥＣＵ１に送られる。

ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、連続可変位相装置１０、スロットル弁１６、燃料噴射弁１９、およびその他の機械要素のアクチュエータに送る。

第１の実施例
本願発明の第１の実施例に従う制御手法を、連続可変位相装置を制御対象にとって説明する。図２は、図１に示される連続可変位相装置１０の一例を示す。この実施例では、連続可変位相装置１０は、油圧を用いて実現される。連続可変位相装置１０は、連続可変位相機構１１および油圧駆動部１２を備える。

ＥＣＵ１からの指令値Ｖcainはソレノイド３１に供給される。ソレノイド３１が指令値Ｖcainに従って通電され、該ソレノイド３１により、油圧スプール弁３２が駆動される。油圧スプール弁３２は、タンク３３内の作動油を、ポンプ３４を介して吸い上げる。

油圧スプール弁３２は、進角油路３６ａおよび遅角油路３６ｂを介して、連続可変位相機構１１に連結されている。進角油路３６ａに供給される作動油の油圧ＯＰ１および遅角油路３６ｂに供給される作動油の油圧ＯＰ２は、油圧スプール弁３２を介して指令値Ｖcainに従って制御される。

連続可変位相機構１１は、ハウジング４１およびベーン４２を備える。ハウジング４１は、図示しないスプロケットおよびタイミングベルトを介してクランクシャフト７に連結されている。ハウジング４１は、クランクシャフト７の回転に伴い同じ方向に回転する。

ベーン４２は、ハウジング４１内に挿入された吸気カムシャフト５から放射状に延びている。ベーン４２は、所定の範囲内で、ハウジング４１に対して相対的に回転可能なように該ハウジング４１に収容されている。ハウジング４１内に形成される扇状の空間が、ベーン４２によって、３つの進角室４３ａ、４３ｂおよび４３ｃと、３つの遅角室４４ａ、４４ｂおよび４４ｃに区画されている。３つの進角室４３ａ〜４３ｃには、進角経路３６ａが連結されている。油圧ＯＰ１の作動油は、進角経路３６ａを介して進角室４３ａ〜４３ｃに供給される。３つの遅角室４４ａ〜４４ｃには、遅角経路３６ｂが連結されている。油圧ＯＰ２の作動油は、遅角経路３６ｂを介して遅角室４４ａ〜４４ｃに供給される。

油圧ＯＰ１と油圧ＯＰ２との差がゼロであるときには、ベーン４２がハウジング４１に対して相対的に回転せず、それにより、位相ＣＡＩＮの値は維持される。ＥＣＵ１からの指令値Ｖcainにより、油圧ＯＰ１が油圧ＯＰ２より大きくなったときには、それに応じて、ベーン４２がハウジング４１に対して相対的に進角側に回転し、位相ＣＡＩＮが進角される。ＥＣＵ１からの指令値Ｖcainにより、油圧ＯＰ２が油圧ＯＰ１より大きくなったときには、それに応じて、ベーン４２がハウジング４１に対して相対的に遅角側に回転し、位相ＣＡＩＮが遅角される。

このような連続可変位相装置では、ポンプから吐出される油圧にバラツキが生じたり、作動油の粘性に変化が生じたりすることがある。また、ベーンとハウジングの隙間にバラツキや経年変化が生じることがある。このような状態が生じると、連続可変位相装置の動特性が変化する。連続可変位相装置の動特性の変化に対し、ロバストに位相ＣＡＩＮを目標値に制御するのが好ましい。

図３は、この発明の一実施形態に従う、連続可変位相装置１０を制御する装置のブロック図である。コントローラ５１および変調器５２の機能は、典型的には、ＥＣＵ１において実現される。一実施形態では、これらの機能は、ＥＣＵ１のメモリ１ｃに記憶されたコンピュータプログラムにより実現される。代替的に、ソフトウェア、ハードウェアおよびファームウェアおよびこれらの任意の組み合わせにより実現してもよい。

プラント（制御対象）である連続可変位相装置１０への制御入力Ｖｃａｉｎは、前述したように、ソレノイド３１を駆動する指令値である。制御出力ＣＡＩＮは、吸気カム５ａのクランクシャフト７に対する実際の位相である。

コントローラ５１は、連続可変位相装置１０の出力ＣＡＩＮを、目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄ（より正確には、後述するように、修正された目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄ＿ｆ）に収束させるように、操作量Ｒｃａｉｎを算出する。目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄは、好ましくは、運転手から要求される駆動力（典型的には、アクセルペダルの開度に基づく）および／またはエンジンの運転状態に応じて設定される。

この実施例では、コントローラ５１は、２自由度スライディングモード制御を実行して、操作量Ｒｃａｉｎを算出する。代替的に、他の制御手法を用いて、操作量Ｒｃａｉｎを算出してもよい。２自由度スライディングモード制御については、後述される。

ΔΣ変調器５２は、操作量Ｒｃａｉｎを、参照信号として受け取る。ΔΣ変調器５２は、ΔΣ（デルタシグマ）変調アルゴリズムを実行して、参照信号Ｒｃａｉｎを変調する。ΔΣ変調アルゴリズムにより、参照信号Ｒｃａｉｎは、スイッチング特性を持つ変調信号Ｖｃａｉｎに変調される。該変調信号Ｖｃａｉｎは、連続可変位相装置１０に印加される制御入力である。変調信号Ｖｃａｉｎのスイッチング特性により、連続可変位相装置１０は、良好な精度で、制御量ＣＡＩＮが目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄに収束するよう制御される。

２自由度スライディングモード制御について説明する。スライディングモード制御は、制御量の収束速度を指定することができる応答指定型制御である。２自由度スライディングモード制御は、スライディングモード制御を発展させた形態を持ち、制御量の目標値に対する追従速度と、外乱が印加された時の制御量の収束速度とを、個別に指定することができる。

２自由度スライディングモードコントローラ５１は、式（１）に示されるように、目標値応答指定パラメータPOLE_fを用いて、目標値CAIN_cmdに一次遅れフィルタ（ローパスフィルタ）を適用する。目標値応答指定パラメータPOLE_fは、制御量の目標値に対する追従速度を規定しており、好ましくは、−１＜POLE_f＜０を満たすよう設定される。ｋは、制御時刻を示す。

式（１）に示されるように、目標値応答指定パラメータPOLE_fにより、目標値CAIN_cmd_fの軌道が決まる。どのような軌道を設定するかにより、制御量の目標値への追従速度を指定することが可能となる。コントローラ５１は、こうして応答指定パラメータPOLE_fにより修正された目標値CAIN_cmd_fに制御量ＣＡＩＮが収束するように、操作量Ｒcainを算出する。

コントローラ５１は、式（２）に示されるように、切り換え関数σsを定義する。Ｅcainは、実位相CAINと目標値CAIN_cmd_fの偏差である。切り換え関数σsは、該偏差Ｅcainの収束挙動を規定する。POLEは、外乱抑制のための応答指定パラメータであり、外乱が印加された時に生じるおそれのある偏差Ｅcainの収束速度を規定する。該応答指定パラメータPOLEは、好ましくは、−1<POLE<0を満たすよう設定される。

コントローラ５１は、式（３）に示されるように、切り換え関数σsがゼロとなるように操作量Ｒcainを決定する。

式（３）は、入力の無い一次遅れ系を示す。スライディングモード制御は、偏差Ｅcainを、式（３）に示される一次遅れ系に拘束するよう制御する。

図４は、縦軸にＥcain(k)および横軸にＥcain(k-1)を有する位相平面を示す。位相平面には、式（３）によって表現される切り換え線６１が示されている。点６２を状態量（Ｅcain(k-1), Ｅcain(k)）の初期値と仮定すると、コントローラ５１は、該状態量を、切り換え線６１上に載せて該切り換え線６１上に拘束する。こうして、入力の無い一次遅れ系に状態量が拘束されるので、時間の経過とともに、状態量は、位相平面の原点（すなわち、Ｅcain(k), Ｅcain(k-1)=0）に自動的に収束する。状態量を切り換え線６１上に拘束することにより、外乱の影響を受けることなく、状態量を原点に収束させることができる。

図５を参照すると、参照番号６３、６４および６５は、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEが、それぞれ、−１、−０．８、−０．５の場合の偏差Ｅcainの収束速度を示す。応答指定パラメータPOLEの絶対値が小さくなるにつれ、偏差Ｅcainの収束速度は速くなる。

コントローラ５１は、操作量Ｒcainを求めるため、簡易型制御入力Ｒｆｆ、到達則入力Ｒｒｃｈ、適応則入力Ｒａｄｐ、およびダンパー入力Ｒｄｕｍｐを求める。

簡易型等価制御入力Ｒｆｆは、等価制御入力から算出されることができる。等価制御入力の算出について、簡単に述べる。等価制御入力は、状態量を切換線上に拘束する入力なので、式（４）を満たす必要がある。プラントが式（５）のように表される場合には（ここで、ａ１、ａ２およびｂ１はモデルパラメータである）、式（４）に式（５）を代入することにより、式（６）を導くことができる。

式（６）により算出されるＶcain’(k)が、等価制御入力である。等価制御入力は、（I）項および（II）項により表される、２つの働きを持つ。（I）項は、目標値が一定の場合に、状態（CAIN(k), CAIN(k-1)）を目標値に整定させるための入力である。（II）項は、目標値が変化した場合に、該状態の目標値への追従性を向上させるためのフィードフォワード入力であり、簡易型等価制御入力と呼ばれる。この実施例のように、モデル式を得られない場合には、（II）項の簡易型等価制御入力のみを採用して、目標値への追従性を向上させることができる。式（７）に、簡易型制御入力Ｒｆｆの算出式を示す。

コントローラ５１は、さらに、式（８）に従って到達則入力Ｒｒｃｈを算出し、式（９）に従って適応則入力Ｒａｄｐを算出し、式（１０）に従ってダンパー入力Ｒｄｕｍｐを算出する。到達則入力Ｒｒｃｈは、状態量を切り換え線上に載せるための入力であり、切換関数σsの比例項として算出される。適応則入力Ｒａｄｐは、定常偏差を抑制しつつ、状態量を切換線に載せるための入力であり、切換関数σsの積分項として算出される。ダンパー入力Ｒｄｕｍｐは、実位相ＣＡＩＮが過度に加速してしまった場合に、該実位相ＣＡＩＮを減速するための入力である。Ｋｒｃｈ、ＫａｄｐおよびＫｄｕｍｐは、フィードバックゲインであり、それぞれ、シミュレーション等によって予め定められる。

コントローラ５１は、式（１１）に示されるように、簡易型等価制御入力Ｒｆｆ、到達則入力Ｒｒｃｈ、適応則入力Ｒａｄｐおよびダンパー入力Ｒｄｕｍｐを加算し、操作量Ｒｃａｉｎを算出する。これが、参照信号としてΔΣ変調器５２に入力される。

図６は、ΔΣ変調器５２の詳細なブロック図である。コントローラ５１から受け取った参照信号Ｒcainは、式（１２）に示されるように、リミッタ７１により制限処理される。関数Lim()により、参照信号Ｒcainは、下限値（たとえば、２Ｖ）と上限値（たとえば、＋７Ｖ）の範囲内に制限される。

リミッタ７１を設けないと、位相ＣＡＩＮが、コントローラの制御サイクルでは十分にその挙動を観測することができないほどの急激な変化を起こすおそれがある。このような制御不能な状態を防止するため、リミッタ７１を設ける。

次に、式（１３）に示されるように、リミッタ７１の出力信号ｒ１から、適応オフセット生成器８０から受け取った適応オフセット値Vcain_oft_adpを減算する。こうして、参照信号Rcainから適応オフセット値Vcain_oft_adpを減算した信号が、ΔΣ変調されることとなる。

代替的に、リミッタ７１を、加算器７２と差分器７３の間に設けてもよい。この場合には、参照信号Ｒcainから適応オフセット値Vcain_oft_adpを減算し、該減算により得られる値が、リミッタ７１による制限処理を受ける。当然ながら、該制限処理の上限値および下限値は、適切な値（たとえば、±２．５V）に設定される。リミッタ７１の出力が、差分器７３に供される。

差分器７３は、式（１４）に示されるように、オフセット後の信号ｒ２（ｋ）と、遅延素子７５により遅延された変調信号ｕ”（ｋ−１）との偏差δ（ｋ）を算出する。積分器７４は、式（１５）に示されるように、該偏差信号δ（ｋ）と、遅延素子７６により遅延された該偏差δの積分値σ（ｋ−１）とを加算し、偏差積分値σ（ｋ）を算出する。

非線形関数部７７は、式（１６）に示されるように、該偏差積分値σ（ｋ）を符号化し、変調信号ｕ”（ｋ）を出力する。該符号化は、式（１７）に示されるように、非線形関数ｆｎｌ()を偏差積分値σ（ｋ）に適用することにより行われる。偏差積分値σ（ｋ）がゼロ以上ならば、＋Ｒの値を持つ信号を出力し、偏差積分値σ（ｋ）がゼロより小さければ、―Ｒの値を持つ信号を出力する。ここで、Ｒは、信号ｒ２のとりうる最大の絶対値よりも大きい値を持つよう設定される。代替的に、偏差積分値σがゼロの時、非線形関数部７７は、ゼロの値を持つ信号を出力してもよい。

典型的なΔΣ変調器では、非線形関数ｆｎｌ（）に代えて、±１を出力する符号関数が使用される。｜ｒ２｜≧１の場合、このような符号関数を用いると、最大値または最小値へのホールドが生じる変調信号ｕ”が出力されるおそれがある。最大値または最小値にホールドされる頻度が高くなると、制御精度が低下する。このようなホールド現象は、信号ｒ２が、差分器７３にフィードバックされる変調信号ｕ”の絶対値（すなわち、値１）を超えるために起こる。したがって、本実施形態では、変調信号ｕ”の絶対値が、値１ではなく、信号ｒ２がとりうる最大値よりも大きい値Ｒを持つように、非線形関数ｆｎｌ（）を導入する。これにより、信号ｒ２の絶対値が１以上の場合にも、変調信号ｕ”にホールド状態が生じることを回避することができる。

増幅器７８は、式（１８）に示すように、変調信号ｕ”（ｋ）を増幅し、増幅変調信号ｕ（ｋ）を出力する。Ｆは、変調信号Ｖcainの振幅を調整するゲインである（たとえば、３）。

次に、式（１９）に示されるように、増幅変調信号ｕ（ｋ）に、適応オフセット生成器８０から受け取った適応オフセット値Vcain_oft_adpを加算し、プラントへ印加される変調信号Ｖcainを算出する。

適応オフセット値Vcain_oft_adpの減算／加算処理（図６の参照番号７２および７９）を導入するのは、以下の理由による。すなわち、位相ＣＡＩＮの制御精度を高めるためには、制御入力（変調信号）Ｖcainについて、最大値として出力される頻度と、最小値として出力される頻度を、ほぼ同等（すなわち、５０％ずつ）にするのがよい。しかしながら、実際には、制御入力Ｖcainは正の値を持ち、よってコントローラ５１により算出される参照信号Ｒcainも正の値を持つ。その結果、図７（ａ）に示されるように、変調信号ｕ”は、最大値として出力される頻度が高くなる。

そこで、本実施形態では、式（１３）に示されるように、加算器７２は、参照信号Ｒcain（正確には、制限処理された後の信号ｒ１）から適応オフセット値Vcain_oft_adpを減算する。このオフセット操作により、図７の（ｂ）に示されるように、変調信号ｕ”について、最大値として出力される頻度と最小値として出力される頻度をほぼ同等にすることができる。式（１９）に示されるように、該適応オフセット値Vcain_oft_adpは、加算器７９により、プラントへの制御入力Ｖcainを算出する際に加算される。

従来、加算器７２および７９により使用されるオフセット値は、固定値であった。本願発明によれば、該オフセット値を、参照信号Ｒcainに適応させる。一実施例では、図６に示すように、適応オフセット生成器８０を設け、参照信号Ｒcainに適応したオフセット値Vcain_oft_adpを算出する。

適応オフセット値Vcain_oft_adpは、参照信号Ｒcainに追従するよう算出される。加算器７２において、該適応オフセット値Vcain_oft_adp(k)を参照信号Ｒcain(k)から減算することにより、変調信号ｕ（ｋ）は、最大値と最小値の頻度が同等になるようなスイッチング信号として生成される（図７を参照）。

加算器７９において、変調信号ｕ（ｋ）に適応オフセット値Vcain_oft_adp(k)を加算することにより、変調信号ｕ（ｋ）の振幅の中心値は、Vcain_oft_adp(k)になる。変調信号Ｖcainは、該中心値Vcain_oft_adpに対し、プラス方向とマイナス方向にスイッチングする信号となる。変調信号Ｖcainの振幅は、非線形関数ｆｎｌにおけるＲの値および増幅器７８のゲインＦにより決まる。

こうして、適応オフセット値Vcain_oft_adpが参照信号Ｒcainに追従するように生成されることにより、変調信号Vcainも、参照信号Ｒcainに追従するよう生成される。

図８を参照して、適応オフセット値を用いることの効果を説明する。時間ｔ１において、参照信号Ｒcainがステップ状に変化する。適応オフセット値Vcain_oft_adpは、いくらかの応答遅れを伴いつつ、参照信号Ｒcainに追従するよう算出される。変調信号Ｖcainは、適応オフセット値Vcain_oft_adpを中心として−R×Fから＋R×Fにわたる振幅Dを持つスイッチング信号である（前述したように、Rは非線形関数７７のパラメータであり、Fは増幅器７８のゲインである）。

変調信号Ｖcainの中心値すなわち適応オフセット値Vcain_oft_adpが参照信号Ｒcainに追従するよう算出されるので、参照信号Ｒcainが、変調信号Ｖcainの振幅Ｄから逸脱することがない。したがって、位相ＣＡＩＮを、目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄに良好に追従させることができる（図では、位相ＣＡＩＮおよび目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄが重なって、１本のラインとして表されている）。

また、参照信号Ｒcainの変動に応じて、適応オフセット値Vcain_oft_adpが自動的に調整される。したがって、連続可変位相装置１０の発熱に起因するトルク特性の変化、バラツキおよび経年変化によるフリクション特性の変化等によって参照信号Ｒcainが変動しても、良好に、位相ＣＡＩＮを目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄに収束させることができる。

オフセット値Vcain_oft_adpが、参照信号Ｒcainに適応するよう算出されるので、参照信号Ｒcainの最大値および最小値を含むよう変調信号の振幅Ｄを大きくする必要がない。プラントへ印加される変調信号Ｖcainの振幅を大きくする必要がないので、プラントの制御出力、すなわち位相ＣＡＩＮが不安定になるのを回避することができる。

図９は、適応オフセット生成器８０のブロック図である。リミッタ７１（図６）の出力信号ｒ１から、予め決められた基準オフセット値Vcain_oftを減算し、信号ｒ３を出力する。非線形関数部８２は、式（２０）に示されるように、信号ｒ３に、非線形関数Ｔｎｌを適用する。

関数Ｔｎｌは、信号ｒ３が、（Vcain_oft_adp’(k-1)−Eps(k)）から（Vcain_oft_adp’(k-1)＋Eps(k)）の範囲内にあるときは、信号ｒ３を出力する。信号ｒ３が、該範囲の上限値(Vcain_oft_adp’(k-1)＋Eps(k))を超えたならば、該上限値を出力する。信号ｒ３が、該範囲の下限値(Vcain_oft_adp’(k-1)−Eps(k))を下回ったならば、該下限値を出力する。こうして、信号ｒ３が、前回の適応オフセット値Vcain_oft_adp(k-1)（正確には、前回の適応オフセット値Vcain_oft_adp(k-1)から基準オフセット値Vcain_oftを減算した値であるVcain_oft_adp’）を中心とした所定範囲内に収まるようにする。

信号ｒ３に、該範囲を逸脱するようなインパルス的な挙動が生じると、適応オフセット値Vcain_oft_adpにもインパルス的挙動が生じるおそれがある。関数Ｔｎｌを適用することにより、このようなインパルス的挙動が適応オフセット値Vcain_oft_adpに生じることを回避することができる。

増幅器８３、加算器８４、遅延素子８５および増幅器８６により、非線形フィルタが構成される。非線形フィルタは、式（２１）に示されるように、非線形関数部８２からの出力信号r_tnlをフィルタリングし、オフセット修正量Vcain_oft_adp’’を算出する。Ｇはフィルタ係数であり、０＜Ｇ≦１を満たすよう設定される。

制御出力ＣＡＩＮの目標値が一定となったとき、該制御出力に“ふらつき”が生じることがある。この“ふらつき”は、ノイズやインパルス的な外乱に起因して参照信号Ｒcainに瞬時的な変化が生じた時に、変調信号の中心値が大きく変動することによって生じる。式（２１）に示されるようなフィルタリングにより、このような事象によって制御出力に現れる“ふらつき”を抑制することができる。

リミッタ８７は、式（２２）に従って、オフセット修正量Vcain_oft_adp’’を制限処理する。関数Lim’()により、オフセット修正量Vcain_oft_adp’’は、下限値（たとえば、−０．５Ｖ）から上限値（たとえば、＋３Ｖ）の範囲内に制限される。リミッタ８７を設ける理由は、前述した、リミッタ７１を設ける理由と同様である。

加算器８８は、式（２３）に示されるように、制限処理されたオフセット修正量Vcain_oft_adp’に、基準オフセット値Vcain_oftを加算し、適応オフセット値Vcain_oft_adpを算出する。

こうして、参照信号Ｒcainとオフセット基準値Vcain_oftとの差に応じた適応オフセット値Vcain_oft_adpが算出される。このような算出により、適応オフセット値Vcain_oft_adpは、参照信号Ｒcainの変化に追従する。

図１０を参照して、適応オフセット生成器に関する各種パラメータの推移と、非線形関数Ｔｎｌを導入することによる効果を説明する。

図１０の（ａ）には、リミッタ７１により制限処理された後の信号ｒ１が示されている。信号ｒ１には、符号９１および９２に示されるような急激な変動が現れている。これは、参照信号Ｒcainに、このような急激な変動が含まれていることを示す。

適応オフセット値Vcain_oft_adpは、信号ｒ１に追従するよう算出されるので、非線形関数Ｔｎｌを導入しないと、信号ｒ１のこのような急激な変動が、適応オフセット値に反映されるおそれがある。適応オフセット値の急激な変動は、変調信号Ｖcainに急激な変動を生じさせ、よって制御出力ＣＡＩＮを不安定にするおそれがある。非線形関数Ｔｎｌの導入により、適応オフセット値Vcain_oft_adpは、符号９１および符号９２に示されるような信号ｒ１の急激な変動には追従しないよう算出されることができる。

図１０の（ｂ）には、信号ｒ１から基準オフセット値Vcain_oftを減算することにより得られる信号ｒ３が示されている。信号ｒ３は、r_tnlのラインで示されるように、非線形関数Ｔｎｌによって、Vcain_oft_adp’(k-1)を中心とした所定範囲(Vcain_oft_adp’(k-1)−Eps〜Vcain_oft_adp’(k-1)＋Eps)内に制限される。時間ｔ１に示されるように、信号ｒ３のインパルス的な挙動により該所定範囲内を超えると、信号ｒ３は、該所定範囲内の上限値（Vcain_oft_adp’(k-1)+Eps）に制限される。時間ｔ２に示されるように、信号ｒ３の急激な変化により該所定範囲を超えると、信号ｒ３は、該所定範囲内の上限値（Vcain_oft_adp’(k-1)+Eps）に制限される。

非線形関数部８２の出力信号r_tnlが、所定範囲内に制限されるよう算出されるので、該出力信号r_tnlに基づいて算出される値Vcain_oft_adp’が、図に示されるように滑らかに推移する。Vcain_oft_adp’に基準オフセット値Vcain_oftを加算すると、図１０の（ａ）に示される、適応オフセット値Vcain_oft_adpが得られる。適応オフセット値Vcain_oft_adpが、符号９１および９２に示されるような信号ｒ１の急激な変動には追従しないよう算出されていることがわかる。

図１１は、本発明の一実施形態に従う制御フローである。この制御フローは、所定の時間間隔で実施される。

ステップＳ１において、連続可変位相装置１０が正常かどうか判断される。連続可変位相装置の異常（故障等）は、任意の適切な手法を用いて検出することができる。連続可変位相装置１０に何らかの異常が検出されたならば、ステップＳ２において制御入力Ｖcainにゼロを設定する。この実施例では、連続可変位相装置１０は、制御入力Ｖcainをゼロにすると、吸気カムの実位相ＣＡＩＮが最遅角になるように構成されている。

ステップＳ１において、連続可変位相装置１０が正常ならば、エンジンが始動中かどうかを判断する（Ｓ３）。エンジンが始動中ならば、ステップＳ４において、目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄに、所定値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄ＿ｓｔを設定する。所定値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄ＿ｓｔは、筒内流動を向上させるため、少しだけ進角側に設定された値（たとえば、最遅角がゼロ度とすると、１０度ぐらい）である。

エンジンが始動中でなければ、ステップＳ５において、エンジン回転数ＮＥに基づいてマップを参照し、目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄを算出する。該マップの一例を、図１２に示す。目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄは、エンジン回転数NEが高くなるほど、遅角側に設定される。また、目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄは、要求駆動力（典型的には、アクセルペダル開度により表される）が大きくなるほど、遅角側に設定される。この実施例では、エンジンの負荷が低い場合には、シリンダ内に残留しているガスを用いて燃焼を起こすことにより、エンジンの駆動力を下げる。したがって、エンジンの負荷が低い場合には、位相ＣＡＩＮを進角側に設定する。位相ＣＡＩＮを進角側に設定するほど、排気バルブが開いている期間と吸気バルブが開いている期間とがオーバーラップする時間が長くなり、燃焼に用いる残留ガスが多くなる。

ステップＳ６において、前述したΔΣ変調アルゴリズムを用いて、制御入力Ｖｃａｉｎを算出する。

代替の実施形態では、ΔΣ変調アルゴリズムに代えて、ΣΔ（シグマデルタ）変調アルゴリズムまたはΔ（デルタ）変調アルゴリズムを用いてもよい。ΣΔ変調アルゴリズムを用いた変調器のブロック図を図１３に示し、ΣΔアルゴリズムにより実施される演算を、式（２４）〜（３１）に示す。適応オフセット値Vcain_oft_adpは、図９を参照して説明した手法に従って、算出される。

また、Δ変調アルゴリズムを用いた変調器を図１４に示す、Δ変調アルゴリズムにより実施される演算を、式（３２）〜（３８）に示す。適応オフセット値Vcain_oft_adpは、図９を参照して説明した手法に従って、算出される。

第２の実施例
図１０を参照して説明したように、非線形関数Ｔｎｌの導入により、信号ｒ１の急激な変動（これは、参照信号（操作量）Ｒcainの急激な変動に基づく）が、適応オフセット値に反映されることが回避され、よって、変調信号（制御入力）Ｖcainに反映されることが回避される。適応オフセット値の参照信号への追従性がこのように抑制されるのは、式（２０）に示されるように、信号ｒ３（信号ｒ１から、基準オフセット値Vcain_oftを減算することにより得られる信号）を、Vcain_oft_adp’を中心とした±Epsの範囲に制限することに起因する。

図１５を参照すると、図１０の（ｂ）の時間ｔ１周辺の部分が、拡大されて示されている。信号ｒ１が急激に変動したので、該信号ｒ１から基準オフセットVcain_oftを減算することにより得られる信号ｒ３も、急激に変動している。このような急激な変動が変調信号Ｖcainに反映されることを回避するため、式（２０）に示されるように、非線形関数Ｔｎｌにより、信号ｒ３は、Vcain_oft_adp’の前回値を中心とした±Epsの範囲に制限される。非線形関数Ｔｎｌにより生成されるのが、信号r_tnlである。時間Δｔが経過する間に、信号r_tnlは、ｄ１だけ信号ｒ３に追従する。

仮に、Epsの幅を、Eps’で示される幅に広げたと仮定する。この場合に、式（２０）により、結果として生成される信号r_tnlが、ライン１１１により表されている。ライン１１１によると、信号r_tnlは、時間Δｔが経過する間に、ｄ２（＞ｄ１）だけ信号ｒ３に追従している。このように、Epsの値は、信号r_tnlの信号ｒ３への追従速度を表している。Epsの値を大きくするほど、信号r_tnlの信号ｒ３への追従速度が大きくなる。言い換えれば、Epsの値は、適応オフセット値Vcain_oft_adpの参照信号Ｒcainへの追従速度を表す。Epsの値を大きくするほど、該適応オフセット値の追従速度は速くなる。

図１６を参照すると、参照信号Ｒcainが急激に変動する要因の一例が示されている。第１の例は、時間ｔ１に示されるように、位相の目標値CAIN_cmdが急激に変動した場合である。コントローラ５１（図３）は、該変動した目標値に位相CAINを追従させようとして、操作量（参照信号）Ｒcainを急激に変化させる。しかしながら、追従速度Epsが一定値に制限されているので、適応オフセット値Vcain_oft_adpの参照信号Ｒcainへの追従に制限がかけられる。制御入力（変調信号）Ｖcainの参照信号Ｒcainへの追従が遅くなり、結果として、位相Cainが、図に示されるようにオーバーシュートする。

第２の例は、時間ｔ２およびｔ３に示されるように、外乱がプラントに印加された場合である。外乱の一例として、エンジン回転数NEがある。シフトチェンジ、急加速およびブレーキングにより、エンジン回転数NEが急激に変動することがある。エンジン回転数NEの急激な変動により、位相Cainは、目標値CAIN_cmdから偏差する。コントローラ５１は、該偏差を収束させようとして、操作量Ｒcainを急激に変化させる。しかしながら、追従速度Epsが一定値に制限されているので、適応オフセット値Vcain_oft_adpの参照信号Ｒcainへの追従に制限がかけられる。制御入力Ｖcainの参照信号Ｒcainへの追従が遅くなり、結果として、図に示されるように、外乱の収束が遅くなる。エンジン回転数の急激な変動が外乱として位相に現れることは、特に、連続可変位相装置１０（図３）が、電磁ブレーキを用いて実現される場合に起こりやすい。

追従速度Epsを常に速めることにより、このようなオーバーシュートや外乱による偏差を抑制することが考えられる。しかしながら、追従速度Epsを常に速めると、制御対象の出力CAINが振動的になることがあり、好ましくない。

図１０の符号９１に示されるように、信号ｒ３のインパルス的な変動では、信号ｒ３が即座に元の値に戻る。このようなインパルス的な変動に適応オフセット値を追従させると、前述したように、制御対象の出力を不安定にするおそれがある。しかしながら、目標値の変動および外乱印加により参照信号が急激に変動する場合には、オーバーシュートの回避および外乱の速やかな収束のために、適応オフセット値を参照信号に速やかに追従させるのが好ましい。

以下の第２の実施例を参照して、追従速度を、目標値および外乱の変化に応じて変更する手法を説明する。

図１７は、本願発明の第２の実施例に従う、図１に示される連続可変位相装置１０の他の例を示す。この実施例では、連続可変位相装置１０は、電磁ブレーキを用いて、ＥＣＵ１からの指令値Ｖｃａｉｎに従い、吸気カム５ａの位相を制御する。前述したように、エンジン回転数が外乱として位相ＣＡＩＮに現れるのは、このような連続可変位相装置において起こりやすい。したがって、第２の実施例では、電磁ブレーキを用いた連続可変位相装置を制御対象とする。

図１７の（ａ）は連続可変位相装置１０の側面図を示す。連続可変位相装置１０は、遊星歯車機構１３１および電磁ブレーキ機構１３２を備える。図２の（ｂ）は、遊星歯車機構１３１の正面図を示し、図２の（ｃ）は、電磁ブレーキ機構１３２の正面図を示す。

遊星歯車機構１３１は、カムシャフト５に連結されるリングギヤ１４１、スプロケット１３３（これは、クランクシャフト７にチェーン等を介して連結され、クランクシャフト７からの回転力が伝達される）に連結されるキャリア１４２、および電磁ブレーキ機構１３２に連結されるサンギヤ１４３を備える。複数のプラネタリギヤ１４４が、キャリア１４２に回転可能なように支持されており、リングギヤ４１およびサンギヤ１４３と噛合されている。

電磁ブレーキ機構１３２は、永久磁石１５１、電磁石１５２、およびリターンスプリング１３４を備える。永久磁石１５１は、図では点の網掛け領域に示されており、Ｓ極とＮ極が交互に並ぶよう配置されている。永久磁石１５１は、接続部材を介してサンギヤ１４３に連結されている。永久磁石１５１の外側に、電磁石１５２が、図では縦線の網掛け領域に示されるように配置されている。電磁石１５２には、ＥＣＵ１からの指令値Ｖｃａｉｎを受け取って電磁石への通電を制御するアクチュエータ（図示せず）が連結されている。該電磁石１５２への通電を制御することにより、電磁石１５２の磁性をＮとＳの間で切り換えることができる。リターンスプリング１３４は、サンギヤ１４３への接続部材とキャリア１４２への接続部材との間に連結されている。

アクチュエータにより電磁石１５２への通電がオフされているとき、スプロケット１３３の回転に従って矢印１６１の方向にキャリア１４２が回転すると、リングギヤ１４１、キャリア１４２およびサンギヤ１４３が一体となって回転している。この状態では、カムの位相は、スプロケットに対して最遅角になっている。

電磁石の１５２ａおよび１５２ｂの部分がＮ極になり、１５２ｃおよび１５２ｄ部分がＳ極になるように、アクチュエータによって電磁石１５２を通電すると、永久磁石１５１のＮおよびＳ極部分が、電磁石のＳおよびＮ極部分にそれぞれ吸引される。その結果、サンギヤ１４３の接続部材に、リターンスプリング１３４の付勢力に抗するように、ブレーキ（制動）力１６５がかかる。

キャリア１４２の回転速度は、スプロケット１３３の回転速度により拘束されている。ブレーキ力１６５により、サンギヤ１４３の、キャリア１４２に対する相対回転速度が大きくなる。プラネタリギヤの作動原理により、キャリア１４２に対するサンギヤ４３の相対回転速度が増すと、キャリア１４２に対するリングギヤ１４１の相対回転速度が増す。すなわち、カムシャフト５の、スプロケット１３３に対する相対回転速度が大きくなる。その結果、カムシャフト５の回転は、スプロケット１３３に対して進角方向（矢印１６２の方向）に変位する。

こうして、電磁石１５２への通電量でサンギヤ１４３へのブレーキ力１６５を制御することにより、カムの位相を所望の値に制御することができる。

エンジン回転数の急激な変動が、カムの位相に外乱として現れることについては、図１６を参照して上に述べた。この事象を、図１７に示される電磁ブレーキを用いた連続可変位相装置を例にとって説明する。エンジン回転数NEが急激に高くなると、キャリア１４２の回転速度が増す。サンギヤ１４３は、慣性により、キャリアの回転に対して相対的に遅れる。結果として、プラネタリギヤの作動原理により、リングギヤ１４１が矢印１６２の方向、すなわち進角方向に回り、カムの位相は進む。エンジン回転数NEが急激に低くなると、キャリア１４２の回転速度が減る。サンギヤ１４３は、慣性により、キャリア１４２の回転に対して相対的に進む。リングギヤ１４１が、矢印１６２とは反対の方向、すなわち遅角方向に回り、カムの位相が遅れる。このように、エンジン回転数NEの急な増減は、外乱として、カムの位相を進ませたり、遅らせたりする。

第２の実施例は、第１の実施例と、制御対象である連続可変位相装置の実現形態が異なるが、図３のブロック図は、第２の実施例にも同様に適用される。すなわち、コントローラ５１は、カムの実位相ＣＡＩＮが、目標値に収束するための操作量Ｒｃａｉｎを算出する。操作量Ｒｃａｉｎは、参照信号として変調器５２に入力される。変調器５２は、ΔΣ変調アルゴリズムを用いて、参照信号Ｒｃａｉｎを変調し、変調信号Ｖｃａｉｎを生成する。変調信号Ｖｃａｉｎが、指令値として、連続可変位相装置１０に入力される。

コントローラ５１の動作およびΔΣ変調器５２の動作は、第１の実施例と同じであるので、説明を省略する。また、図１１の制御フローも、第２の実施例に同様に適用可能であるので、説明を省略する。また、ΔΣ変調器に代えて、図１３および図１４に示されるような、ΣΔ変調器およびΔ変調器を用いてもよい。

第１の実施例と異なる点は、適応オフセット生成器８０によって実施される、適応オフセット値を生成する手法であるので、これについて説明する。

図１８は、本願発明の第２の実施例に従う適応オフセット生成器８０のブロック図を示す。Ｅｐｓ決定部２０１は、式（３９）に従って、目標値変化パラメータQ_rを算出する。また、Ｅｐｓ決定部２０１は、式（４０）に従って、外乱変化パラメータQ_dを算出する。目標値変化パラメータQ_rは、目標値の変化の程度を示し、外乱変化パラメータは、外乱としてのエンジン回転数NEの変化の程度を示す。GrおよびGdは、それぞれ、目標値変化判定係数および外乱変化判定係数を示し、たとえば、０より大きく、１以下の値に設定される。ｋは、制御時刻を示す。

式（３９）は、目標値CAIN_cmdの変化に一次遅れフィルタを適用する式である。図１６の時間ｔ１において示されるように、目標値の変化は、一瞬の間に完了する。このような一瞬の変化に基づいてＥｐｓを算出すると、算出されたＥｐｓも瞬間的に変化するにすぎない。Ｅｐｓの瞬間的な変化では、適応オフセット値が参照信号に良好に追従することができないおそれがある。したがって、Ｅｐｓを変更する条件を継続させるため、一次遅れフィルタを用いて、目標値の瞬間的な変化を、継続的な変化に変換する。外乱についての式（４０）についても、同様に、一次遅れフィルタが外乱の変化に適用される。

Ｅｐｓ決定部２０１は、目標値変化パラメータQ_rに基づいて、図１９の（ａ）に示されるようなマップを参照し、目標値追従速度Eps_rを求める。さらに、Ｅｐｓ決定部２０１は、外乱変化パラメータQ_dに基づいて、図１９の（ｂ）に示されるようなマップを参照し、外乱追従速度Eps_dを求める。これらのマップは、たとえばメモリ１ｃに予め記憶されることができる。

これらのマップから明らかなように、目標値変化パラメータQ_rの絶対値が大きいほど、すなわち、目標値の変化の程度が大きいほど、目標値追従速度Eps_rは大きい値に設定される。同様に、外乱変化パラメータQ_dの絶対値が大きいほど、外乱追従速度Eps_dは大きい値に設定される。通常、外乱の急激な変化は、目標値の急激な変化より大きいので、（ａ）および（ｂ）のマップは、外乱追従速度の方が目標値追従速度よりも、広い範囲にわたって変化することができるように作成される。

Ｅｐｓ決定部２０１は、式（４１）に従い、目標値追従速度Eps_rと外乱追従速度Eps_dのうちの大きい方を選択し、これを、追従速度Epsとして用いる。こうして、追従速度Epsは、目標値または外乱の変化が大きいほど、大きい値に設定される。図１５を参照して説明したように、追従速度Epsが大きくなるほど、適応オフセット値Vcain_oft_adpの参照信号Rcainへの追従速度を速めることができる。

図１８に戻り、リミッタ７１（図６）の出力信号ｒ１から、予め決められた基準オフセット値Vcain_oftを減算し、信号ｒ３を出力する。非線形関数部１８２は、Ｅｐｓ決定部２０１により決定された追従速度Epsを用いて、式（４２）に従い、信号ｒ３に、非線形関数Ｔｎｌを適用する。式（４２）は、第１の実施例における式（２０）と実質的に同じである。

すなわち、関数Ｔｎｌは、信号ｒ３が、（Vcain_oft_adp’(k-1)−Eps(k)）から（Vcain_oft_adp’(k-1)＋Eps(k)）の範囲内にあるときは、信号ｒ３を出力する。信号ｒ３が、該範囲の上限値(Vcain_oft_adp’(k-1)＋Eps(k))を超えたならば、該上限値を出力する。信号ｒ３が、該範囲の下限値(Vcain_oft_adp’(k-1)−Eps(k))を下回ったならば、該下限値を出力する。Epsの値が、目標値変化および外乱変化に応じて変更される点に注意されたい。このようなEpsにより、目標値変化および外乱変化が生じた時には、より速く参照信号に追従するよう適応オフセット値Vcain_oft_adpが生成される。

急な加減速を繰り返すような運転状態では、連続可変位相装置１０および吸気バルブ３のリフトを駆動する装置の応答遅れにより、吸気バルブ３のリフト量が大きく、かつカムの位相の進角の量が大きい、という運転状態が起こりうる。このような状態においては、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップが大きくなり、よって、内部ＥＧＲが大きくなる。これは、燃焼状態を悪化させ、ドライバビリティを低下させるおそれがある。

このような運転状態が生じたときは、このような運転状態を解消するよう、カムの位相を所定値まで遅角するのが好ましい。また、このような運転状態が生じる可能性が高い場合にも、このような運転状態の発生を回避するよう、カムの位相を所定値まで遅角するのが好ましい。追従速度Ｅｐｓにより、適応オフセット値が取りうる値が制限されていると、カムの位相を速やかに所定値まで遅角することができないおそれがある。

この第２の実施例では、修正判断部２０２を設ける。修正判断部２０２は、プラントからの出力である位相CAINと、該位相に関連するパラメータである、実際のリフト量Liftに基づき、上記のような運転状態かどうかを判断する。実際のリフト量Liftは、吸気バルブ３のリフトの量を示し、所定のセンサにより検出されることができる。具体的には、式（４３）に示されるように、位相CAINが所定値CAIN_OMより大きく、かつリフト量Liftが所定値Lift_OMより大きければ、位相の進角の量が大きく、リフト量が大きい状態であるので、修正フラグF_OFTMODを値１に設定する。また、式（４４）に示されるように、位相CAINが所定値CAIN_OMより大きく、かつリフト量Liftの変化が所定値DLift_OMより大きければ、位相の進角の量が大きく、かつリフト量が大きい状態が到来する可能性が高いことを示し、よって、修正フラグF_OFTMODを値１に設定する。式（４３）および（４４）に示される条件が成立しなければ、修正フラグF_OFTMODをゼロに設定する。

代替的に、位相CAINおよびリフト量Liftのいずれか一方に基づいて、修正フラグを設定してもよい。たとえば、位相CAINが、所定値CAIN_OMより大きければ、修正フラグを１に設定することができる。

修正／非線形フィルタ部１８４は、第１の実施例に従う、増幅器８３、加算器８４、遅延素子８５および増幅器８６から構成される非線形フィルタ（図９）に加え、修正部を備える。

修正／非線形フィルタ部１８４は、修正判断部２０２から、修正フラグF_OFTMODを受け取る。修正／非線形フィルタ部１８４は、式（４５）に示されるように、修正フラグF_OFTMODの値がゼロならば、非線形関数部１８２からの出力信号r_tnlをフィルタリングし、オフセット修正量Vcain_oft_adp’’を算出する。該算出は、第１の実施例における式（２１）と同様に行われる。修正フラグF_OFTMODの値が１ならば、式（４６）に示されるように、所定値Vcain_oft_modを、オフセット修正量Vcain_oft_adp’’に設定する。

所定値Vcain_oft_modの値は、たとえばゼロである。この場合、位相CAINの進角量が大きく、かつリフト量Liftが大きい時、および、位相CAINの進角量が大きく、かつリフト量Liftの変化が大きい時は、オフセット修正量Vcain_oft_adp”がゼロに設定され、これにより、適応オフセット値Vcain_oft_adpが、基準値Vcain_oftに戻される。

リミッタ１８７および加算器１８８は、第１の実施例のリミッタ８７と加算器８８と同様に動作する（式（２２）および（２３）を参照）。こうして、目標値変化および外乱変化に応じて追従速度Ｅｐｓが速められた適応オフセット値Vcain_oft_adpが算出される。

図２０を参照して、第２の実施例に従う制御の結果を説明する。時間ｔ１において、位相の目標値CAIN_cmdが急激に変動する。コントローラ５１（図３）は、該変動した目標値に実位相Cainを追従させようとして、操作量（参照信号）Ｒcainを急激に変化させる。目標値が急激に変動したことに応答して、目標値変化パラメータQ_rが算出される。図１９の（ａ）に示されるようなマップを参照して、目標値追従速度Eps_rが求められる。目標値変化パラメータQ_rの値が大きくなったので、目標値追従速度Eps_rが大きくなる。外乱追従速度Eps_dは、低いままである。式（４１）に示されるように、Eps_rとEps_dの大きい方が追従速度Epsに設定されるので、時間ｔ１では、Eps_rが追従速度Epsに設定される。

こうして変更された追従速度Epsに基づいて適応オフセット値Vcain_oft_adpが算出されるので、図１６と比較して明らかなように、適応オフセット値の参照信号Ｒcainへの追従が速い（図では、適応オフセット値が参照信号に追いついた後は、両者が同じ挙動を示し、よって1本のラインとして示されている）。結果として、変調信号Ｖcainの参照信号Ｒcainへの追従が速くなる。位相CAINは、オーバーシュートすることなく、目標値CAIN_cmdに収束することができる。

時間ｔ２およびｔ３において、エンジン回転数NEが急激に変動している。エンジン回転数NEの急激な変動により、位相CAINは、目標値CAIN_cmd（時間ｔ１以降は、一定である）から偏差する。コントローラ５１は、該偏差を収束させようとして、操作量Ｒcainを急激に変化させる。外乱が急激に変動したことに応答して、外乱変化パラメータQ_dが算出される。図１９の（ｂ）に示されるようなマップを参照して、外乱追従速度Eps_dが求められる。外乱値変化パラメータQ_dの値が大きくなったので、外乱追従速度Eps_dが大きくなる。目標値追従速度Eps_rは、低いままである。式（４１）に示されるように、Eps_rとEps_dの大きい方が、追従速度Epsに設定されるので、時間ｔ２およびｔ３では、Eps_dが追従速度Epsに設定される。

こうして変更された追従速度Epsに基づいて適応オフセット値Vcain_oft_adpが算出されるので、図１６と比較して明らかなように、適応オフセット値の参照信号Ｒcainへの追従が速い。結果として、変調信号Ｖcainの参照信号Ｒcainへの追従が速くなり、よって、外乱の収束が速くなる。

この実施例では、外乱としてエンジン回転数を示したが、他の外乱に対し、上記のような追従速度を変更する手法を適用してもよい。

第３の実施例
図２１は、位相の目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄを一定値に保持した場合に、変調信号Ｖｃａｉｎの振幅を変化させた場合の位相ＣＡＩＮの挙動を示す。時間ｔ１〜ｔ２においては、変調信号の振幅が、適切な値に設定されている。位相ＣＡＩＮは、目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄに良好に追従している。位相の制御分解能は高く、振動的な挙動を示すことはない。

時間ｔ０〜ｔ１においては、変調信号の振幅を、適切な値より小さくした場合を示す。位相ＣＡＩＮの制御分解能が低下していることがわかる。時間ｔ２〜ｔ３においては、変調信号の振幅が、適切な値より大きくした場合を示す。位相ＣＡＩＮが、ハンチング状態を呈しているのがわかる。このようなハンチング状態は、前述したように、エンジン回転数の変動が大きくなって、該エンジン回転数と共振的な現象を起こすことに起因する。

このように、変調信号Ｖｃａｉｎの振幅が大きくなりすぎると、制御対象の出力がハンチング状態となるおそれがある。変調信号の振幅が小さすぎると、十分な制御分解能の向上を得ることができないおそれがある。制御分解能が低いと、連続可変位相装置の持つ非線形特性が補償されないおそれがある。特に、油圧を用いた連続可変位相装置（図２）は、フリクションが大きく、ヒステリシスおよび不感帯などの非線形特性が強い。したがって、制御分解能を高く維持するのが好ましい。また、このような非線形特性は、内燃機関の運転状態に従って変化する。たとえば、カムの反力およびスプロケットの変動により、制御入力Ｖｃａｉｎに対する位相の感度が変化し、これにより、非線形特性が変化する。

したがって、制御対象に印加される変調信号Ｖｃａｉｎの振幅を、制御分解能を高く維持しつつ、ハンチングを防止することのできる値に設定するのが好ましい。以下の第３の実施例を参照して、変調信号の振幅を、内燃機関の運転状態に応じて変更する手法を説明する。

第３の実施例では、連続可変位相装置１０は、図２に示されるような油圧を用いたものでも、図１７に示されるような電磁ブレーキを用いたものでも、どちらでもよい。図３のブロック図は、第３の実施例にも同様に適用される。すなわち、コントローラ５１は、カムの実位相ＣＡＩＮが、目標値に収束するための操作量Ｒｃａｉｎを算出する。操作量Ｒｃａｉｎは、参照信号として変調器５２に入力される。変調器５２は、ΔΣ変調アルゴリズムを用いて、参照信号Ｒｃａｉｎを変調し、変調信号Ｖｃａｉｎを生成する。変調信号Ｖｃａｉｎが、指令値として、連続可変位相装置１０に入力される。

コントローラ５１の動作は、第１の実施例と同じであるので、説明を省略する。第１の実施例と異なる点は、ΔΣ変調器５２によって実施される、変調信号を生成する手法であるので、該手法を、説明する。

図２２は、ΔΣ変調器５２の他の例を示す。適応オフセット生成器８０は、第１の実施例に従う適応オフセット生成器（図９）でもよいし、第２の実施例に従う適応オフセット生成器（図１８）でもよい。

振幅設定部２０３は、検出されたエンジン回転数ＮＥ、吸気バルブ３のリフト量Ｌｉｆｔ、および実位相ＣＡＩＮを受け取る。前述したように、リフト量Ｌｉｆｔは、所定のセンサにより検出されることができる。振幅設定部２０３は、エンジン回転数ＮＥおよびリフト量Ｌｉｆｔに基づいて、図２３の（ａ）に示されるようなマップを参照し、リミッタ基準値Ｓ＿ｂａｓｅを求める。また、振幅設定部２０３は、エンジン回転数ＮＥおよびリフト量Ｌｉｆｔに基づいて、図２３の（ｂ）に示されるようなマップを参照し、振幅基準値Ｒ＿ｂａｓｅを求める。

（ａ）と（ｂ）を比較して明らかなように、振幅基準値Ｒ＿ｂａｓｅは、リミッタ基準値Ｓ＿ｂａｓｅよりも大きい値に設定される。これは、後述するリミッタ１７２により、リミッタ基準値Ｓ＿ｂａｓｅに基づいて、変調信号の振幅が制限された後に、後述する非線形関数部１７７により、振幅基準値Ｒ＿ｂａｓｅに基づいて、振幅が決められるからである。こうして、内燃機関の運転状態に応じて設定された振幅値が、変調信号すなわち制御入力Ｖｃａｉｎに反映される。代替的に、振幅基準値Ｒ＿ｂａｓｅは、リミッタ基準値Ｓ＿ｂａｓｅ以上の値であればよく、等しくてもよい。

エンジン回転数ＮＥが低くなるほど、位相ＣＡＩＮを検出する間隔が広くなる。検出間隔が広くなるにつれ、制御分解能が低下し、位相の揺らぎ（低周波振動）が起こりやすい（図２１の時間ｔ０〜ｔ１を参照）。したがって、これらのマップに示されるように、エンジン回転数が低くなるにつれ、変調信号の振幅が大きくなるよう、リミッタ基準値Ｓ＿ｂａｓｅおよび振幅基準値Ｒ＿ｂａｓｅの値を大きくする。

一方、リフト量が大きいことは、エンジンの負荷が高いことを示す。エンジンの負荷が高くなるにつれ、燃焼サイクルに同期したエンジン回転数の変動が大きくなる。このような変動は、位相に高周波変動を生じさせるおそれがある。このような状態で変調信号の振幅を大きくしすぎると、位相に共振的な現象が起こり、制御性を低下させるおそれがある。したがって、これらのマップに示されるように、リフト量が大きくなるにつれ、変調信号の振幅が小さくなるように、リミッタ基準値Ｓ＿ｂａｓｅおよび振幅基準値Ｒ＿ｂａｓｅの値を小さくする。

また、振幅設定部２０３は、位相ＣＡＩＮに基づいて、図２３の（ｃ）に示されるようなマップを参照し、位相係数ＫＣＡＩＮを求める。

位相が進角になるにつれ、内部ＥＧＲが多くなり、燃焼変動によるエンジン回転数の変動が大きくなる。このような変動は、位相に高周波変動が生じさせるおそれがある。このような状態で変調信号の振幅を大きくしすぎると、位相に共振的な現象が起こり、制御性を低下させるおそれがある。したがって、図に示されるように、位相が進角になるにつれ、変調信号の振幅を小さくするよう、位相係数ＫＣＡＩＮの値を小さくする。

振幅設定部２０３は、式（４７）に示されるように、リミッタ基準値Ｓ＿ｂａｓｅに位相係数ＫＣＡＩＮを乗算して、リミット幅Ｓを算出する。また、式（４８）に示されるように、振幅基準値Ｒ＿ｂａｓｅに位相係数ＫＣＡＩＮを乗算して、振幅値Ｒを算出する。

代替的に、振幅設定部２０３は、プラントの出力である位相ＣＡＩＮ、および、該位相に関連するパラメータであるリフト量Ｌｉｆｔおよびエンジン回転数ＮＥのうちの１つまたは複数に基づいて、リミット幅Ｓおよび振幅Ｒを設定するようにしてもよい。さらに、他のパラメータ（たとえば、連続可変位相装置が油圧に基づくものならば、油の温度）を付加的に考慮して、リミット幅Ｓおよび振幅Ｒを設定してもよい。

図２２に戻り、式（４９）に示されるように、加算器１７１により、コントローラ５１から受け取った参照信号Ｒcainから、適応オフセット生成器８０により生成された適応オフセット値Vcain_oft_adpが減算される。

リミッタ１７２は、式（５０）に示されるように、振幅設定部２０３から受け取ったリミット幅Ｓを用いて、信号ｒ１に制限処理を適用する。具体的には、信号ｒ１が、リミット幅±Ｓ内に収まっているならば、信号ｒ１を、信号ｒ２として出力する。信号ｒ１が、リミット幅の上限値＋Ｓより大きければ、該Ｓの値を信号ｒ２に設定する。信号ｒ１が、リミット幅の下限値―Ｓより小さければ、該―Ｓの値を信号ｒ２に設定する。

図６のリミッタ７１を参照して説明したように、リミッタは、位相ＣＡＩＮが急激な変化を起こすことによって制御不能な状態を発生させることを防止するために設けられる。しかしながら、リミッタによって、変調すべき部分が取り除かれるのは好ましくない。この実施例では、リミット幅Ｓが、エンジンの運転状態に応じて適切な値に設定されるので、変調すべき部分を維持しつつ、制御不能な状態を発生させるおそれのある部分を取り除くことができる。

差分器７３および積分器７４の動作は、第１の実施例の図６に示すものと同じであるので、説明を省略する。

非線形関数部１７７は、偏差積分値σ（ｋ）を符号化し、変調信号ｕ”（ｋ）を出力する。具体的には、非線形関数部１７７は、振幅設定部２０３から振幅Ｒを受け取り、該振幅Ｒを用いて、式（５１）に示されるように、非線形関数ｆｎｌ()を偏差積分値σ（ｋ）に適用する。すなわち、式（５２）に示されるように、偏差積分値σ（ｋ）がゼロ以上ならば、＋Ｒの値を持つ信号を出力し、偏差積分値σ（ｋ）がゼロより小さければ、―Ｒの値を持つ信号を出力する。

増幅器７８および加算器７８の動作は、第１の実施例の図６に示されるものと同じであるので、説明を省略する。

こうして、エンジン回転数ＮＥ、リフト量Ｌｉｆｔおよび位相ＣＡＩＮに基づいて設定された振幅Ｒを持つ変調信号が生成される。このような振幅を持つ変調信号をプラントに印加することにより、制御分解能を向上させつつ、位相に共振的な現象が生じることを回避することができる。

図１１の制御フローは、第３の実施例にも同様に適用される。しかしながら、ステップＳ６におけるΔΣ変調アルゴリズムが、振幅設定部２０３により算出されるリミット幅Ｓおよび振幅Ｒに基づいて実施される点に注意されたい。

図２４を参照して、第３の実施例に従う制御の結果を説明する。図には、リフト量Ｌｆｉｔおよびエンジン回転数ＮＥが所定の値に保持されている時に、位相の目標値ＣＡＩＮ＿ｃｍｄを、Ｃａｉｎ１、Ｃａｉｎ２およびＣａｉｎ３の間で変化させた時の、位相ＣＡＩＮおよび変調信号Ｖｃａｉｎの挙動を示す。

時間ｔ０からｔ１の間、および時間ｔ４〜ｔ５の間、位相ＣＡＩＮは、Ｃａｉｎ１に収束するよう制御される。時間ｔ２〜ｔ３の間、位相ＣＡＩＮは、Ｃａｉｎ１よりも進んだ位相を持つＣａｉｎ２に収束するよう制御される。時間ｔ６〜ｔ７の間、位相ＣＡＩＮは、Ｃａｉｎ２よりも進んだ位相を持つＣａｉｎ３に収束するよう制御される。

図から明らかなように、位相ＣＡＩＮがＣａｉｎ２またはＣａｉｎ３に制御されているときには、位相ＣＡＩＮがＣａｉｎ１に制御されているときと比べて、変調信号Ｖｃａｉｎの振幅が、より小さい値に設定されている。これは、前述したように、カムの位相が進むにつれて、内部ＥＧＲが増大し、燃焼変動によるエンジン回転数の変動が大きくなることによって共振的な現象が位相に現れることを回避するためである。

こうして、変調信号の振幅を適切な値に変更することにより、図に示されるように、位相ＣＡＩＮの制御分解能は高く維持されると共に、位相ＣＡＩＮがハンチング状態を呈することを回避することができる。

第３の実施例において説明した変調信号の振幅の変更は、第１および第２の実施例において説明した、適応オフセット値の参照信号への追従とは無関係に実施することができる。しかしながら、適応オフセット値の参照信号への追従により、変調信号の振幅の中心値が、参照信号の変化に追従するよう変更される。振幅の中心値がこのように変更されないと、たとえ変調信号の振幅が適切な値に設定されていても、図２６を参照して説明したような、変調信号の振幅を超える部分についての操作量が変調信号に反映されない、という事態が起こりうる。両者を組み合わせることにより、このような事態を、より確実に回避することができる。

第３の実施例においても、ΔΣ変調アルゴリズムに代えて、図１３を参照して説明したΣΔ（シグマデルタ）変調アルゴリズム、または図１４を参照して説明したΔ（デルタ）変調アルゴリズムを用いてもよい。この場合、振幅設定２０３が、図２２に示されるのと同様の手法で設けられる点に注意されたい。

以上、本発明について、好ましい実施形態について説明した。当然ながら、排気カムの位相についても、上記の吸気カムの位相と同様に、制御することができる。

また、２自由度スライディングモード制御とは別の応答指定型制御（たとえば、バックステッピング制御）を用いてもよい。また、H∞制御および最適制御のような他の制御手法を用いて、操作量Ｒｃａｉｎを算出してもよい。

また、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムに代えて、スイッチング特性を持つ信号に変調する他の変調方式（たとえば、ＰＷＭ）を用いることができる。この場合、操作量Ｒｃａｉｎから、適応オフセット値Ｖｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを減算した値に対し、該他の変調を適用することができる。該変調の結果として生成された信号に対し、適応オフセット値Ｖｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを加算することにより、変調信号Ｖｃａｉｎが生成される。この時、第３の実施例に示したように、該他の変調においても、振幅値を変更することができる。

しかしながら、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムは、位相ＣＡＩＮが目標値に近づくことによって操作量Ｒｃａｉｎの変動が小さくなるほど、制御入力Ｖｃａｉｎが±Ｒの間で反転する周波数がより高くなるという特性を持つので、反転周波数が一定の変調方式（ＰＷＭおよびディザ等）により変調された信号に比べて、位相ＣＡＩＮの目標値への収束性を高めることができる。このような特性は、油圧および電磁ブレーキへの印加電圧に従って位相が非線形に変化する連続可変位相装置のような、非線形特性を有するプラントに対し有効である。

第１の実施例では、連続可変位相装置として、油圧を用いたものを説明し、第２の実施例では、連続可変位相装置として、電磁ブレーキを用いたものを説明した。しかしながら、油圧を用いた連続可変位相装置に対して第２の実施例を適用することも可能であり、電磁ブレーキを用いた連続可変位相装置に対して第１の実施例を適用することも可能である。

本発明に従う制御手法は、他の様々な制御対象についても適用可能である。車両の内燃機関に限定されるものではない点に注意されたい。

一実施形態では、エンジンの空燃比を制御する機構から、該エンジンの排気管に設けられた排ガスセンサ（たとえば、図１のO2センサ）までの系を制御対象とする。コントローラは、排ガスセンサの出力が目標値に収束するように、該エンジンの空燃比を制御するための操作量を算出する。該操作量は、たとえば、該エンジンに供給される燃料の量である。制御機構は、該燃料の量がエンジンに供給されるよう、燃料噴射弁１９（図１）を駆動する。こうして、内燃機関の空燃比が適切に制御される。

他の実施形態では、吸気および（または）排気バルブのリフト量を可変に駆動するアクチュエータが制御対象である。コントローラは、バルブのリフト量を目標値に収束するように、操作量を算出する。該アクチュエータは、該操作量に従って、バルブのリフト量を変更する。こうして、エンジンに吸入される空気量が適切に制御される。

本発明は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。

この発明の一実施例に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、連続可変位相装置を示す図。 この発明の一実施例に従う、制御装置のブロック図。 この発明の他の実施例に従う、応答指定型制御の切換関数を示す図。 この発明の他の実施例に従う、応答指定型制御の応答指定パラメータを示す図。 この発明の一実施例に従う、ΔΣ変調器のブロック図。 この発明の一実施例に従う、ΔΣ変調器の参照信号にオフセット値を適用する効果を示す図。 この発明の一実施例に従う、適応オフセットを算出する効果を示す図。 この発明の一実施例に従う、適応オフセット生成器のブロック図。 この発明の一実施例に従う、適応オフセット生成器の各種パラメータの挙動および非線形関数を導入することの効果を示す図。 この発明の一実施例に従う、制御フローを示す図。 この発明の一実施例に従う、カムの位相の目標値を算出するためのマップを示す図。 この発明の一実施例に従う、ΣΔ変調器のブロック図。 この発明の一実施例に従う、Δ変調器のブロック図。 この発明の一実施例に従う、追従速度を説明するための図。 追従速度が一定の場合の位相の挙動を説明するための図。 この発明の他の実施例に従う、連続可変位相装置の他の例を示す図。 この発明の他の実施例に従う、適応オフセット生成器のブロック図。 この発明の他の実施例に従う、目標追従速度および外乱追従速度を規定するマップ。 この発明の他の実施例に従う、追従速度を変更した場合の、位相の挙動を説明するための図。 変調信号の振幅が適切な場合と適切でない場合の、位相の挙動を説明するための図。 この発明の他の実施例に従う、ΔΣ変調器のブロック図。 この発明の他の実施例に従う、リミット基準値、振幅基準値、および位相係数を規定するマップ。 この発明の他の実施例に従う、位相に応じて変調信号の振幅を変化させた場合の、位相の挙動を説明するための図。 従来技術に従う、ΔΣ変調アルゴリズムを用いてプラントを制御する装置のブロック図。 従来技術に従う、ΔΣ変調アルゴリズムにより生成される変調信号の振幅の中心値が固定された場合に起こりうる制御不能状態を示す図。

符号の説明

１ ＥＣＵ
２ エンジン
５ 吸気カムシャフト
７ クランクシャフト
１０ 連続可変位相装置

Claims (16)

1. 制御対象の出力を目標値に収束させるように、該制御対象を操作するための操作量を算出するコントローラと、
   ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムまたはΔ変調アルゴリズムのいずれかの変調アルゴリズムを用いて、前記操作量を変調し、前記制御対象に印加する変調信号を生成する変調器と、を備え、
   前記変調器は、さらに、前記変調信号の振幅の中心値が、前記操作量の変化に追従するように、該変調信号を生成する、
   制御装置。
2. 前記変調器は、さらに、前記操作量に基づいて、適応オフセット値を生成する適応オフセット生成器を備え、
   前記適応オフセット値が前記変調信号の振幅の中心値となるように、前記変調信号を生成する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記変調器は、前記操作量と前記適応オフセット値の偏差を算出し、該偏差を前記所定のアルゴリズムを用いて変調し、前記変調により生成された信号に前記適応オフセット値を加算して、前記変調信号を生成する、
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記適応オフセット生成器は、さらに、前記適応オフセット値の急激な変動を抑制するように、前記操作量をフィルタリングするフィルタを備え、
   前記フィルタからの出力に基づいて、前記適応オフセット値を生成する、
   請求項２に記載の制御装置。
5. 前記適応オフセット生成器は、さらに、前記操作量を、前記適応オフセット値の過去値に基づいて定められた所定範囲内に制限する手段を備え、
   前記フィルタは、前記制限された操作量をフィルタリングする、
   請求項４に記載の制御装置。
6. 前記変調器は、さらに、前記変調信号の振幅の中心値が、前記操作量の変化に追従する速度を、前記目標値が変化したことに応じて変更する、
   請求項１に記載の制御装置。
7. 前記変調器は、さらに、前記追従速度を、前記目標値が変化したことに応じて大きくする、
   請求項６に記載の制御装置。
8. 前記変調器は、さらに、前記変調信号の振幅の中心値が、前記操作量の変化に追従する速度を、前記制御対象に印加される外乱が変化したことに応じて変更する、
   請求項１に記載の制御装置。
9. 前記変調器は、さらに、前記追従速度を、前記外乱が変化したことに応じて大きくする、
   請求項８に記載の制御装置。
10. 前記適応オフセット値は、前記制御対象の出力および該出力に関連するパラメータのうちの少なくとも１つに応じて、所定値に修正される、
    請求項２に記載の制御装置。
11. 前記変調器は、さらに、前記変調信号の振幅を、前記制御対象の出力および該出力に関連するパラメータのうちの少なくとも１つに基づいて設定する、
    請求項１に記載の制御装置。
12. 前記制御対象は、内燃機関のカムの位相を変更する位相機構であり、
    前記制御対象の出力は、検出された前記カムの位相であり、
    前記変調信号に従って、前記位相機構は、前記カムの位相を変更する、
    請求項１から１１のいずれかに記載の制御装置。
13. 前記変調器は、前記変調信号の振幅を、前記内燃機関の運転状態を表すパラメータに基づいて設定する、
    請求項１２に記載の制御装置。
14. 前記内燃機関の運転状態を表すパラメータは、該内燃機関の回転数、前記カムの位相、および、該カムによって開閉駆動される吸気バルブおよび排気バルブのうちの一方のリフト量、のうちの少なくとも１つを含む、
    請求項１３に記載の制御装置。
15. 前記制御対象は、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のリフト量を変更するリフト機構であり、
    前記制御対象の出力は、検出された前記バルブのリフト量であり、
    前記変調信号に従って、前記リフト機構は、前記バルブのリフト量を変更する、請求項１から１１のいずれかに記載の制御装置。
16. 前記制御対象は、内燃機関の空燃比を制御する制御機構から、該内燃機関の排気管に設けられる排ガスセンサに至る系であり
    前記制御対象の出力は、前記排ガスセンサの出力であり、
    前記変調信号に従って、前記制御機構は、該内燃機関の空燃比を変更する、請求項１から１１のいずれかに記載の制御装置。

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