JP4577171B2 - スライディングモード制御装置 - Google Patents
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Description
請求項1に記載のスライディングモード制御装置は、弾性部材によって付勢力が付与される制御対象を一方の変位端側から他方の変位端側へと変位させる際に切換超平面を設定し、該切換超平面上に制御対象の状態量が収束するようにスライディングモード制御に基づく通電制御により前記制御対象の変位を制御するものであり、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象に対しブレーキをかける前記通電制御をブレーキ電流通電制御とし、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象の移動を促進する前記通電制御を吸引電流通電制御として、これら通電制御の実行により前記制御対象の変位を制御するスライディングモード制御装置において、前記ブレーキ電流通電制御を終了する前記制御対象の変位であるブレーキ電流通電終了変位と、前記吸引電流通電制御を開始する前記制御対象の変位である吸引電流通電開始変位とを前記制御対象の変位領域上に設け、スライディングモード制御における外乱を検出する外乱検出手段と、前記外乱検出手段にて検出された外乱に応じて前記ブレーキ電流通電終了変位及び前記吸引電流通電開始変位を変更する操作切替点変更手段とを備え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は、弾性部材によって付勢力が付与される制御対象を一方の変位端側から他方の変位端側へと変位させる際に切換超平面を設定し、該切換超平面上に制御対象の状態量が収束するようにスライディングモード制御に基づく通電制御により前記制御対象の変位を制御するものであり、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象に対しブレーキをかける前記通電制御をブレーキ電流通電制御とし、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象の移動を促進する前記通電制御を吸引電流通電制御として、これら通電制御の実行により前記制御対象の変位を制御するスライディングモード制御装置において、前記ブレーキ電流通電制御を終了する前記制御対象の変位であるブレーキ電流通電終了変位と、前記吸引電流通電制御を開始する前記制御対象の変位である吸引電流通電開始変位とを前記制御対象の変位領域上に設け、前記弾性部材の経時変化を検出する経時変化検出手段と、前記経時変化検出手段にて検出された経時変化に応じて前記ブレーキ電流通電終了変位及び前記吸引電流通電開始変位を変更する操作切替点変更手段とを備えたことを特徴とする。
請求項3に記載のスライディングモード制御装置は、弾性部材によって付勢力が付与される制御対象を一方の変位端側から他方の変位端側へと変位させる際に切換超平面を設定し、該切換超平面上に制御対象の状態量が収束するようにスライディングモード制御に基づく通電制御により前記制御対象の変位を制御するものであり、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象に対しブレーキをかける前記通電制御をブレーキ電流通電制御とし、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象の移動を促進する前記通電制御を吸引電流通電制御として、これら通電制御の実行により前記制御対象の変位を制御するスライディングモード制御装置において、前記ブレーキ電流通電制御を終了する前記制御対象の変位であるブレーキ電流通電終了変位と、前記吸引電流通電制御を開始する前記制御対象の変位である吸引電流通電開始変位とを前記制御対象の変位領域上に設け、スライディングモード制御における外乱を検出する外乱検出手段と、前記弾性部材の経時変化を検出する経時変化検出手段と、前記外乱検出手段にて検出された外乱及び前記経時変化検出手段にて検出された経時変化に応じて前記ブレーキ電流通電終了変位及び前記吸引電流通電開始変位を変更する操作切替点変更手段とを備えたことを特徴とする。
請求項4に記載のスライディングモード制御装置では、請求項1又は3において、前記制御対象は内燃機関の電磁駆動弁に設けられた弁体であり、前記外乱は内燃機関の気筒内外の圧力差に基づき弁体に作用する外力であ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では、請求項4において、前記外乱検出手段は、物理式に基づいて算出した気筒内圧及びポート圧を用いて前記気筒内外の圧力差を算出することで前記外力を計算により検出す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では、請求項6において、前記バネ特性は前記バネの中立位置であることを特徴とする。
図1は、スライディングモード制御装置として機能する電子制御ユニット(以下、ECUと称する)2及びスライディングモード制御がなされる内燃機関の電磁駆動弁4である。ここで内燃機関は車両用機関であり、例えば複数気筒からなるガソリンエンジン又はディーゼルエンジンである。
このようにして、電磁駆動弁4に対して開弁駆動時のスライディングモード制御がなされる。尚、閉弁制御時においても値に違いはあるが、基本的には上述した開弁制御処理と同様にしてスライディングモード制御がなされる。
電磁駆動弁4の駆動により、V>Vcloseとなれば(S202でyes)、検出電圧Vが全閉領域に存在することから、次に全閉領域用カウンタn1が100より小さいか否かが判定される(S206)。V≦Vcloseの状態からV>Vcloseとなった直後であれば、n1=0であることから(S206でyes)、次に式8により検出電圧Vの移動平均処理が実行されて移動平均値tVmaxを算出する(S208)。
そして前回値Vmaxoldに、今回式8にて求められた移動平均値tVmaxが設定される(S210)。
次の制御周期以降においてもV>Vcloseであり(S202でyes)、かつn1<100である(S206でyes)限り、前述した移動平均処理(S208)、前回値Vmaxoldの設定(S210)及び全閉領域用カウンタn1のインクリメント(S212)が繰り返される。
本処理が開始されると、まずリフトセンサ18の検出電圧Vが読み込まれる(S300)。次に検出電圧Vが全開領域に存在するか否かが判定される(S302)。ここで全開領域か否かの判定は、検出電圧Vが、予め設定した全開基準電圧Vopenより低い場合に、全開領域にあると判定する。
V<Vopenとなれば(S302でyes)、検出電圧Vが全開領域に存在することから、次に全開領域用カウンタn2が100より小さいか否かが判定される(S306)。V≧Vopenの状態からV<Vopenとなった直後であれば、n2=0であることから(S306でyes)、次に式9により検出電圧Vの移動平均処理が実行されて移動平均値tVminを算出する(S308)。
そして前回値Vminoldに今回式9にて求められた移動平均値tVminが設定される(S310)。
次の制御周期以降においてもV<Vopenであり(S302でyes)、かつn2<100である(S306でyes)限り、前述した移動平均処理(S308)、前回値Vminoldの設定(S310)及び全開領域用カウンタn2のインクリメント(S312)が繰り返される。
本処理が開始されると、まず内燃機関の停止処理中か否かが判定される(S400)。すなわち本実施の形態ではイグニッションスイッチがオフされたことにより、内燃機関の停止操作がなされたか否かが内燃機関用ECUからの信号により判定する。
イグニッションスイッチがオフされた直後であれば停止処理中であるとして(S400でyes:図10のt4)、次にリフトセンサ18の検出電圧Vが読み込まれる(S402)。
中立領域は中立位置を表す変位x=0を中心に幅ΔXを設定することで設けられている。したがって式10が満足されれば検出電圧Vが中立領域に存在することになる。
尚、検出電圧Vから変位x(変位データに相当)への変換は後述する関係f(図12)によりなされる。
尚、ステップS406では、検出電圧Vの変化速度SPvの代わりに、変位xの変化速度、つまりポペット弁6の移動速度を低速領域にあるかを判定しても良い。この場合には、ステップS404では変位xの変化速度を算出することになる。
そして前回値Vzoldに今回式12にて求められた移動平均値tVzが設定される(S414)。
次の制御周期以降においてもステップS406にてyesと判定され、かつn3<100である(S410でyes)限り、前述した移動平均処理(S412)、前回値Vzoldの設定(S414)及び中立位置用カウンタn3のインクリメント(S416)が繰り返される。
そして停止処理完了設定が行われる(S424)。このため次の制御周期では、ステップS400にてnoと判定されるようになるので、中立位置測定処理(図9)における実質的な処理は終了する。
本処理が開始されると、まずマップ又は関数等により表されている図12に示すリフトセンサ18の検出電圧Vとポペット弁6の変位xとの関係fにより、既に算出されている全開時電圧Vminを全開変位Xminに変換する(S500)。ここでリフトセンサ18の検出電圧Vは、実際の変位xとは直線関係になく、図12に曲線にて示されているごとく、直線関係からはずれを生じている。したがって中立位置ずれ量を算出する場合に、検出電圧Vを係数にて変位xに換算して計算に利用すると誤差がでるので、図12の関係fにより、まず全開時電圧Vminを全開変位Xminに変換することになる。
更に同様にして図12の関係fにより、既に算出されている中立位置電圧Vzを中立変位Xzに変換する(S504)。
[式13] dm ← |Xz−Xmin|−|Xmax−Xz|
ここで機関停止毎中立位置ずれ量dm>0であれば中立位置は閉じ側にずれており、dm<0であれば中立位置は開き側にずれていることになる。
本処理が開始されると、まず長周期カウンタnlongがインクリメントされる(S600)。長周期カウンタnlongの値は不揮発性メモリ内に記憶されている。
そして前回値Dmpoldに今回式14にて求められた移動平均値tDmpが設定される(S608)。
(イ).外乱としての筒内圧外力Fclと弾性部材としてのスプリング14,16の経時変化との両方の影響によって、吸引電流通電開始変位Aはスライディングモード制御において適切な変位からずれを生じる。このことによってスライディングモード制御における処理(図5:S104〜S116)が不安定となるおそれがある。
[実施の形態2]
本実施の形態では、図16のタイミングチャートに示すごとく、開弁制御処理においてアッパーコイル12aにおける保持電流が一旦停止した後(t20〜)、ブレーキ電流によりポペット弁6及びアーマチャ8からなる弁体の運動を一時的に制御している。そして、ブレーキ電流通電終了した後(t21〜)に、ロアコイル10aに対して吸引電流通電開始(t22)が行われる。
このために本実施の形態では前記図5の処理の代わりに図17に示すごとく開弁制御処理が時間周期で繰り返される。他の構成は、前記実施の形態1の構成と同じである。したがって新たな図以外に、図5、15以外の前記実施の形態1の図面も参照して説明する。
ブレーキ電流通電終了変位A1及び吸引電流通電開始変位A2が設定されると、次にリフトセンサ18にて検出されるポペット弁6の変位xがブレーキ電流通電終了変位A1を下回ったか否かを判定する(S704)。ここで開弁制御開始直後であり、x≧A1であれぱ(S704でno)、スライディングモード制御によるアッパーコイル12aに対する通電開始が行われる(S706)。このことにより図16にてタイミングt20からアッパーコイル12aに対してブレーキ力用電流の通電が行われる。
そしてアーマチャ8の移動によりx<A1となると(S704でyes)、アッパーコイル12aに対する通電は終了となる(S708:図16のタイミングt21)。
(イ).前記実施の形態1の(イ)、(ロ)の効果と共に次の効果を生じる。
吸引電流と共にブレーキ電流を作用させるスライディングモード制御では、筒内圧外力Fcl及びスプリング14,16の経時変化の両方の影響によって、ブレーキ電流通電終了変位A1についても適切な変位からずれを生じる。
前記実施の形態1,2のスライディングモード制御では、前記図15,16にそれぞれ示したごとく、開弁制御時にはロアコア10にアーマチャ8を当接するのではなく目標浮上位置Sfに浮上させるようにロアコイル10aに対する保持電流を制御している。
(イ).前記実施の形態1又は2の効果が生じると共に、目標浮上位置Sfについても外乱や経時変化に対応して適切な位置に設定されるので、スライディングモード制御における不安定化を防止することができると共に、開弁側での着座速度が改善する。
本実施の形態は、前記実施の形態1〜3において、図12に示したマップ又は関数等により表されている変位xとリフトセンサ検出電圧Vとの関係fを作成及び補正する処理が行われる点が異なり、他の構成は前記実施の形態1〜3のいずれかと同じである。したがって新たな図以外に前記実施の形態1〜3の図も参照して説明する。
出荷時補正処理(図22)について説明する。本処理は電磁駆動弁4の組立完了の際、計測用コンピュータにより実行される。あるいは電磁駆動弁4を内燃機関に組み込んだ際に計測用コンピュータにより実行される。これ以外に、電磁駆動弁4を内燃機関に組み込んだ際に制御用のECU2により行われても良い。計測用コンピュータにて補正された場合には、補正値はECU2の不揮発性メモリに補正値として書き込まれる。本実施の形態では、電磁駆動弁4の組立完了後に電磁駆動弁4がセットされる計測機に設けられた計測用コンピュータにて実行される処理である。
出荷時補正処理(図22)が実行されると、まず計測用コンピュータは、計測機に設けられた駆動装置により電磁駆動弁4のロアコイル10aに通電して、ポペット弁6及びアーマチャ8を全開位置(変位Xmin)に移動する(S900)。そして、この全開状態でのリフトセンサ18の検出電圧Vを全開時測定電圧Vaとして記憶する(S902)。
次に予め計測用コンピュータ内に記憶されている図23に示した初期関係gの値を平均ずれ量ΔVsにて補正して、すなわち初期関係gを平均ずれ量ΔVs分、オフセットして、関係fを作成し、ECU2用のメモリに記憶する(S920)。
内燃機関に組み込まれた後の電磁駆動弁4について、関係fの補正のためにECU2により実行されるオンボード補正処理を図24のフローチャートに示す。本処理は短時間周期で繰り返し実行される処理である。
前記実施の形態1にて説明したECU2が実行しているスライディングモード制御においては、電磁力が作用していない状態では、前記式4は式16のごとく表すことができる。
次にECU2のメモリに記憶されている前記関係fにより中立位置での関係中立位置電圧Vzmapを算出する(S1008)。
[式17] ΔVcm ← Vzcal − Vzmap
そしてこの計算マップずれ量ΔVcmにて関係fを更新する(S1012)。すなわち、元の関係fを、計算マップずれ量ΔVcm分、図25に示すごとく電圧方向にて移動させるオフセットを実行して新たな関係fとして設定する。このことにより、内燃機関に組み込まれた後に、電磁駆動弁4に経時変化が生じた場合に対応して関係fを変更する。
(イ).本実施の形態が適用された前記実施の形態1〜3のいずれかの効果を生じる。
(ロ).出荷時補正処理(図22)では、ポペット弁6を既知の変位(全開状態、全閉状態、中立位置)に位置させた状態にてリフトセンサ18により測定電圧Va,Vb,Vcを得る(S900〜S910)。更に各既知の変位を初期関係gにて換算して初期関係値Vamap,Vbmap,Vcmapを求める(S912〜S916)。
(ハ).オンボード補正処理(図24)が存在することにより、電磁駆動弁4が内燃機関に組み込まれた後においても、計測機を用いることなくECU2においては運動方程式によりポペット弁6の特定変位状態(ここでは中立位置)での検出電圧Vzcalが得られる(S1002,S1004,S1006)。そして前述した関係fにより前記特定変位を換算してリフトセンサ18の検出電圧Vzmapを得ることができる(S1008)。このように求められた2つの検出電圧の差ΔVcm(S1010)に基づいて、関係fを補正する(S1012)ことで、リフトセンサ18の検出電圧とポペット弁6の変位とを高精度に表すように関係fを更新することができる。このことにより電磁駆動弁4の機差に伴うスライディングモード制御における不安定化を防止することができる。
前記各実施の形態において筒内圧外力Fclは、筒内圧センサ2bより検出した筒内圧Pclと、ポート圧センサ2cにより検出したポート圧Pptとの差圧により算出していた。この代わりに本実施の形態のごとく、筒内圧センサ2b及びポート圧センサ2cによらず、物理式により筒内圧外力Fclを算出して、前記各実施の形態1〜4のごとくにスライディングモード制御に用いることができる。
(イ).本実施の形態が適用された前記実施の形態1〜4のいずれかの効果を生じる。
(ロ).筒内圧センサ2b及びポート圧センサ2cを用いなくても筒内圧外力Fclを検出できるので、電磁駆動弁4に対するシステム全体が簡易化される。
(a).前記各実施の形態において、吸引電流通電開始変位A,A2、ブレーキ電流通電終了変位A1を算出するためのマップMAPa,MAPa2,MAPa1、目標浮上位置Sfを算出するためのマップMAPsfは、筒内圧外力Fclと中立ずれDmpとにより算出された。これ以外に、筒内圧外力Fclのみにより吸引電流通電開始変位A,A2、ブレーキ電流通電終了変位A1を算出するためのマップ、あるいは目標浮上位置Sfを算出するためのマップを形成しても良い。更に中立ずれDmpのみにより吸引電流通電開始変位A,A2、ブレーキ電流通電終了変位A1を算出するためのマップ、あるいは目標浮上位置Sfを算出するためのマップを形成しても良い。
(e).前記実施の形態5では開弁タイミングの初期における筒内圧外力Fclを用いたが、初期以外のタイミングについても筒内圧外力Fclを求めてスライディングモード制御に利用しても良い。
Claims (8)
- 弾性部材によって付勢力が付与される制御対象を一方の変位端側から他方の変位端側へと変位させる際に切換超平面を設定し、該切換超平面上に制御対象の状態量が収束するようにスライディングモード制御に基づく通電制御により前記制御対象の変位を制御するものであり、
前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象に対しブレーキをかける前記通電制御をブレーキ電流通電制御とし、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象の移動を促進する前記通電制御を吸引電流通電制御として、これら通電制御の実行により前記制御対象の変位を制御するスライディングモード制御装置において、
前記ブレーキ電流通電制御を終了する前記制御対象の変位であるブレーキ電流通電終了変位と、前記吸引電流通電制御を開始する前記制御対象の変位である吸引電流通電開始変位とを前記制御対象の変位領域上に設け、
スライディングモード制御における外乱を検出する外乱検出手段と、
前記外乱検出手段にて検出された外乱に応じて前記ブレーキ電流通電終了変位及び前記吸引電流通電開始変位を変更する操作切替点変更手段と、
を備えたことを特徴とするスライディングモード制御装置。 - 弾性部材によって付勢力が付与される制御対象を一方の変位端側から他方の変位端側へと変位させる際に切換超平面を設定し、該切換超平面上に制御対象の状態量が収束するようにスライディングモード制御に基づく通電制御により前記制御対象の変位を制御するものであり、
前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象に対しブレーキをかける前記通電制御をブレーキ電流通電制御とし、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象の移動を促進する前記通電制御を吸引電流通電制御として、これら通電制御の実行により前記制御対象の変位を制御するスライディングモード制御装置において、
前記ブレーキ電流通電制御を終了する前記制御対象の変位であるブレーキ電流通電終了変位と、前記吸引電流通電制御を開始する前記制御対象の変位である吸引電流通電開始変位とを前記制御対象の変位領域上に設け、
前記弾性部材の経時変化を検出する経時変化検出手段と、
前記経時変化検出手段にて検出された経時変化に応じて前記ブレーキ電流通電終了変位及び前記吸引電流通電開始変位を変更する操作切替点変更手段と、
を備えたことを特徴とするスライディングモード制御装置。 - 弾性部材によって付勢力が付与される制御対象を一方の変位端側から他方の変位端側へと変位させる際に切換超平面を設定し、該切換超平面上に制御対象の状態量が収束するようにスライディングモード制御に基づく通電制御により前記制御対象の変位を制御するものであり、
前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象に対しブレーキをかける前記通電制御をブレーキ電流通電制御とし、前記一方の変位端側から前記他方の変位端側に移動する前記制御対象の移動を促進する前記通電制御を吸引電流通電制御として、これら通電制御の実行により前記制御対象の変位を制御するスライディングモード制御装置において、
前記ブレーキ電流通電制御を終了する前記制御対象の変位であるブレーキ電流通電終了変位と、前記吸引電流通電制御を開始する前記制御対象の変位である吸引電流通電開始変位とを前記制御対象の変位領域上に設け、
スライディングモード制御における外乱を検出する外乱検出手段と、
前記弾性部材の経時変化を検出する経時変化検出手段と、
前記外乱検出手段にて検出された外乱及び前記経時変化検出手段にて検出された経時変化に応じて前記ブレーキ電流通電終了変位及び前記吸引電流通電開始変位を変更する操作切替点変更手段と、
を備えたことを特徴とするスライディングモード制御装置。 - 請求項1又は3において、前記制御対象は内燃機関の電磁駆動弁に設けられた弁体であり、前記外乱は内燃機関の気筒内外の圧力差に基づき弁体に作用する外力であることを特徴とするスライディングモード制御装置。
- 請求項4において、前記外乱検出手段は、物理式に基づいて算出した気筒内圧及びポート圧を用いて前記気筒内外の圧力差を算出することで前記外力を計算により検出することを特徴とするスライディングモード制御装置。
- 請求項2又は3において、前記制御対象は内燃機関の電磁駆動弁に設けられた弁体であり、前記経時変化は前記弾性部材として弁体を付勢するバネにおけるバネ特性の経時変化であることを特徴とするスライディングモード制御装置。
- 請求項6において、前記バネ特性は前記バネの中立位置であることを特徴とするスライディングモード制御装置。
- 請求項7において、前記経時変化検出手段は、前記弁体の変位を変位センサにより検出し、検出値と実変位との関係から変位センサの検出値を実変位に変換した変位データを求め、該変位データに基づいて前記バネの中立位置の経時変化を測定することを特徴とするスライディングモード制御装置。
Priority Applications (5)
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