JP4730442B2 - 油圧アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧アクチュエータ制御装置に関し、特に、内燃機関において吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変制御するバルブタイミング可変機構に用いて好適の油圧アクチュエータ制御装置に関する。

バルブタイミング可変機構では、クランク軸に対するカム軸の変位角を変化させるための手段として油圧アクチュエータが用いられている。この油圧アクチュエータには、２つの油室、すなわち、進角側油室と遅角側油室とが設けられている。進角側油室への加圧油の供給及び遅角側油室からの加圧油の排出によってバルブタイミングは進角され、遅角側油室への加圧油の供給及び進角側油室からの加圧油の排出によってバルブタイミングは遅角される。

油圧アクチュエータの両油室に対する加圧油の給排は、制御弁（Oil Control Valve：OCV）によって制御されている。制御弁はスリーブ内のスプールの位置によって加圧油の給排を制御することができる。スプールがスリーブ内の中立域にあるとき、両油室はともに油圧ポンプともオイルタンクとも連通を遮断されている。スプールが中立域から一方（進角方向）に移動することで、進角側油室が油圧ポンプに接続され遅角側油室がオイルタンクに接続される。スプールが中立域から進角方向と逆方向（遅角方向）に移動することで、遅角側油室が油圧ポンプに接続され進角側油室がオイルタンクに接続される。スプールはソレノイドによって駆動され、その位置はソレノイドに出力されるデューティ（電流値）によって制御されている。

制御弁においてスプールが位置する中立域は一定の幅をもって形成されている。スプールが中立域を移動している間は、両油室に対する加圧油の給排は行われないか或いは殆ど行われない。このため、バルブタイミング可変機構には、加圧油の供給流量がほぼゼロとなるデューティ、すなわち、現在のバルブタイミングを保持するデューティ付近に、デューティ値の変化に対するバルブタイミングの応答が無いか或いは応答性が低い不感帯が存在する。

バルブタイミングを進角させる場合は、制御弁に出力するデューティを保持デューティから増大側に変化させる。逆にバルブタイミングを遅角させる場合は、制御弁に出力するデューティを保持デューティから減少側に変化させる。その際、デューティが不感帯を超えるまではバルブタイミングの変化速度は小さく、デューティが不感帯を超えた時点からバルブタイミングはデューティの値に応じて急激に変化し始める。このように、不感帯の存在はバルブタイミングの制御性に大きな影響を与えている。

そこで、特許文献１には、バルブタイミングを制御する中で不感帯の上端値及び下端値を学習するようにした技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、バルブタイミングの目標値が変化したときに、バルブタイミングの実際値が目標値に向かって変化し始めたときのデューティを不感帯の上端値或いは下端値として学習するようにしている。

特開２００３−３３６５２９号公報 特開平１０−１６９６０３号公報 特開平１１−３６９０５号公報 特開２００１−５５９３６号公報 特開平８−３２６５１２号公報 特開２００３−２３０４３７号公報

本発明は、不感帯の学習機会を多く確保することができ不感帯の学習精度を高く保つことができる油圧アクチュエータ制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、加圧油の給排によって動作する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに対する加圧油の給排を制御する制御弁とを有し、前記制御弁に出力する制御信号によって前記油圧アクチュエータの動作を制御する油圧アクチュエータ制御装置において、
制御信号が出力される信号域のうち制御信号の変化に対する前記油圧アクチュエータの応答が無い或いは応答性が低い不感帯を学習によって特定する不感帯特定手段と、
前記不感帯を前提にして前記制御弁に出力すべき制御信号を設定する制御信号設定手段とを備え、
前記不感帯特定手段は、前記油圧アクチュエータの目標動作量が安定しており、且つ、前記油圧アクチュエータの実際の動作量と前記目標動作量との間にずれがある場合に、前記制御弁に出力する制御信号の値が安定していることを条件として制御信号の値に基づいて前記不感帯を学習することを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記不感帯特定手段は、制御信号の値から所定の規則に従って不感帯更新値を算出し、前記不感帯更新値が前記不感帯の上端値の学習値よりも大きい場合には、前記不感帯更新値を前記不感帯上端値の学習値として更新することを特徴としている。

第３の発明は、第１の発明において、
前記不感帯特定手段は、制御信号の値から所定の規則に従って不感帯更新値を算出し、前記不感帯更新値が前記不感帯の下端値の学習値よりも小さい場合には、前記不感帯更新値を前記不感帯下端値の学習値として更新することを特徴としている。

第１の発明によれば、制御信号の値が安定した状態で不感帯の学習を行うことによって不感帯の学習精度を高く保つことができる。また、この発明によれば、油圧アクチュエータを動作させなくても不感帯の学習を行うことが可能であるので、不感帯の学習機会を増やすこともできる。

第２の発明によれば、前記の条件が成立している場合には、制御信号の値から不感帯の上端値を学習することができる。

第３の発明によれば、前記の条件が成立している場合には、制御信号の値から不感帯の下端値を学習することができる。

本発明の実施の形態としての油圧アクチュエータ制御装置が適用されたバルブタイミング可変機構の油圧システムの概略構成を示す図である。 バルブタイミング可変機構におけるＯＣＶ駆動デューティと油圧アクチュエータの変位速度との関係を示す特性線図である。 本発明の実施の形態にかかるＯＣＶ制御の概要について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかるＯＣＶ制御の概要について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかるＯＣＶ制御の概要について説明するための図である。 本発明の実施の形態において実施されるＯＣＶの制御量の算出のためのルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において実施される不感帯上端デューティ及び下端デューティを学習するためのルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において実施される不感帯上端デューティ及び下端デューティを学習するためのルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において実施される不感帯上端デューティを学習するためのルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において実施される不感帯下端デューティを学習するためのルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態としての油圧アクチュエータ制御装置が適用されたバルブタイミング可変機構の油圧システムの概略構成を示す図である。本発明は吸気バルブと排気バルブの何れのバルブタイミング可変機構にも適用可能であるが、ここでは吸気バルブのバルブタイミング可変機構に本発明が適用されている。

図１に示すように、バルブタイミング可変機構の油圧システムは、クランク軸に対するカム軸の変位角を変化させるための油圧アクチュエータ２０を備えている。油圧アクチュエータ２０は、クランク軸に同期して回転するハウジング２２と、ハウジング２２内に配置されカム軸に同期して回転するロータ２４を備えている。ハウジング２２の内部には油室２６、２８が形成されている。この油室２６、２８はロータ２４によって進角側油室２６と遅角側油室２８とに区画されている。

油圧アクチュエータ２０は、油室２６、２８へ加圧油が供給されてハウジング２２に対するロータ２４の回転角が変化することにより動作する。進角側油室２６へ加圧油が供給されるときには、油圧アクチュエータ２０はクランク軸に対するカム軸の変位角を進角側に変化させるように動作し、遅角側油室２８へ加圧油が供給されるときにはクランク軸に対するカム軸の変位角を遅角側に変化させるように動作する。このとき、加圧油が供給されない側の油室からは、加圧油が供給される側の油室の拡大に伴い内部の加圧油が押し出されて排出されるようになっている。

油圧アクチュエータ２０に供給される加圧油は、エンジンにより駆動されるオイルポンプ３０から圧送される。オイルポンプ３０と油圧アクチュエータ２０との間にはオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶ）１０が設けられている。ＯＣＶ１０は４ポートスプール弁であって、スリーブ１８内のスプール１２の位置によって、油圧アクチュエータ２０の両油室２６、２８に対する加圧油の給排を制御することができる。ＯＣＶ１０のＡポートは油圧アクチュエータ２０の進角側油室２６に接続され、Ｂポートは遅角側油室２８に接続されている。また、ＯＣＶ１０のＰポートはオイルポンプ３０に接続され、Ｒポートはオイルタンク３２に接続されている。

スプール１２は、移動方向の一方の端部をスプリング１６によって支持され、他方の端部をソレノイド１４によって支持されている。スリーブ１８内でのスプール１２の位置は、ソレノイド１４に供給する駆動電流のデューティ（以下、ＯＣＶ駆動デューティという）によって制御することができる。図１に示すスプール１２の位置では、Ａ、ＢポートとＰ、Ｒポートとの連通が遮断されて両油室２６、２８に対する加圧油の給排は実質的に行わない。以下、Ａ、ＢポートとＰ、Ｒポートとの連通が遮断されるスプール１２の動作域を中立域という。

スプール１２が中立域にある状態においてＯＣＶ駆動デューティが増大されると、スプール１２はソレノイド１４に押されて移動する。これにより、ＡポートがＰポートに連通し、ＢポートがＲポートに連通して、進角側油室２６への加圧油の供給と遅角側油室２８からの加圧油の排出とが同時に行われるようになる。以下、進角側油室２６へ加圧油が供給されるスプール１２の動作域を進角域という。

逆に、スプール１２が中立域にある状態においてＯＣＶ駆動デューティが低減されると、スプール１２はスプリング１６に押されて移動する。これにより、ＡポートがＲポートに連通し、ＢポートがＰポートに連通して、遅角側油室２８への加圧油の供給と進角側油室２６からの加圧油の排出とが同時に行われるようになる。以下、遅角側油室２８へ加圧油が供給されるスプール１２の動作域を遅角域という。

図２は、バルブタイミング可変機構におけるＯＣＶ駆動デューティと油圧アクチュエータ２０の変位速度（クランク軸に対するカム軸の変位角の変化速度）との関係を示す特性線図である。この図に示すように、バルブタイミング可変機構には、油圧アクチュエータ２０の変位速度がゼロに保持されるデューティ（以下、保持デューティ）の付近に、デューティ値の変化に対して変位速度の変化が小さい、つまり、デューティ値の変化に対する応答性が低い不感帯が存在する。前述の中立域は一定の幅をもって形成されている。スプール１２が中立域内にあるときのＯＣＶ駆動デューティの範囲が不感帯となる。

ＯＣＶ駆動デューティが不感帯を超えて増大されると、油圧アクチュエータ２０の変位速度は進角側に増大し始め、ＯＣＶ駆動デューティの変化に対して線形に変化する。これは、スプール１２の動作域が中立域から進角域に入ったことによる。ＯＣＶ駆動デューティがある程度まで増大した時点で油圧アクチュエータ２０の変位速度は最大進角速度に達し、それ以上ＯＣＶ駆動デューティを増大させても変位速度は一定に保持される。このとき、スプール１２は進角域の限界位置まで移動し、ＡポートとＰポートとが、また、ＢポートとＲポートとが完全に連通した状態になっている。

逆に、ＯＣＶ駆動デューティが不感帯を超えて低減されると、油圧アクチュエータ２０の変位速度は遅角側に増大し始め、ＯＣＶ駆動デューティの変化に対して線形に変化する。これは、スプール１２の動作域が中立域から遅角域に入ったことによる。ＯＣＶ駆動デューティがある程度まで減少した時点で油圧アクチュエータ２０の変位速度は最大遅角速度に達し、それ以上ＯＣＶ駆動デューティを減少させても変位速度は一定に保持される。このとき、スプール１２は遅角域の限界位置まで移動し、ＡポートとＲポートとが、また、ＢポートとＰポートとが完全に連通した状態になっている。

ＯＣＶ１０の制御は、制御装置４０によって行われる。この制御装置４０と油圧アクチュエータ２０及びＯＣＶ１０を含む機構部分（バルブタイミング可変機構）とによりバルブタイミング可変装置が構成される。制御装置４０は、クランク軸に対するカム軸の目標変位角を設定し、実際の変位角（制御変位角）と目標変位角との偏差に基づいてＯＣＶ駆動デューティを算出する。制御装置４０は、算出したＯＣＶ駆動デューティを制御信号としてＯＣＶ１０に出力する。なお、目標変位角はエンジンの運転状態に応じた最適なバルブタイミングを得るための変位角であり、エンジンの運転状態をパラメータとするマップから決定される。制御変位角は、クランク角センサ４２の出力信号とカム角センサ４４の出力信号とから計算することができる。

以下、制御装置４０によるＯＣＶ１０の制御の概要について図３及び図４を用いて説明する。制御装置４０には、ＯＣＶとして仮想のモデル制御弁（以下、仮想ＯＣＶ）を用いた場合に実現される油圧アクチュエータ２０の制御特性がモデル制御特性として記憶されている。モデル制御特性では、ＯＣＶ駆動デューティと油圧アクチュエータ２０の変位速度との関係は固定されておらず、不感帯の中心（以下、ＯＣＶ中心）を基準としたときのＯＣＶ駆動デューティの変化に対する油圧アクチュエータ２０の変位速度の変化の傾向が設定されている。具体的には、図３の下段に示すような特性線がモデル制御特性として記憶されている。

図３の上段にはＯＣＶ１０の制御特性を特性線で示している。しかし、実際のＯＣＶ１０の制御特性には個体差があり、また、油温等の条件によってＯＣＶ１０の制御特性は変化する。したがって、実際のＯＣＶ１０の制御特性を予め特定しておくことは難しい。そこで、制御装置４０は、上記のモデル制御特性を利用し、制御特性に関する最小限のデータから実際のＯＣＶ１０の制御特性を推定することにしている。

制御装置４０は、ＯＣＶ１０の制御特性に関する最小限のデータとして、ＯＣＶ１０の不感帯と保持デューティとを特定する。

ＯＣＶ１０の不感帯は、ＯＣＶ１０のデューティ制御により油圧アクチュエータ２０の動作を制御する中で学習される。制御装置４０によって実施される不感帯の学習の方法に関しては後述する。

仮想ＯＣＶの不感帯はモデル不感帯として予め既知であるので、ＯＣＶ１０の不感帯（実ＯＣＶ不感帯）が特定されれば、実ＯＣＶ不感帯幅と仮想ＯＣＶ不感帯幅との比を算出することができる。この比は、ＯＣＶ１０と仮想ＯＣＶとを対応させるための対応係数であり、実際のＯＣＶ１０の仮想ＯＣＶに対する制御特性のばらつきを補正するための係数として用いることができる。以下の式（１）に示すように、本明細書では、実ＯＣＶ不感帯幅と仮想ＯＣＶ不感帯幅との比をＯＣＶばらつき補正係数として定義する。
ＯＣＶばらつき補正係数＝実ＯＣＶ不感帯幅／仮想ＯＣＶ不感帯幅 ・・・（１）

ＯＣＶ１０の保持デューティは、ＯＣＶ１０のデューティ制御により油圧アクチュエータ２０の動作を制御する中で学習される。本発明を実施するにあたっては保持デューティの学習方法には限定はなく、従来提案されている方法の何れを用いてもよい。一例としては、目標変位角が一定時間を超えて変化していない状態で、制御変位角にも一定時間を超えて変化がないとき、その時点でのＯＣＶ駆動デューティを保持デューティとして学習することができる。

ＯＣＶ１０の保持デューティが学習によって特定されれば、保持デューティのＯＣＶ中心からのずれ量を求めることができる。ここでは、実際のＯＣＶ１０における保持デューティのＯＣＶ中心からのずれ量は、仮想ＯＣＶにおける保持デューティのＯＣＶ中心からのずれ量に対して比例関係にあるとする。また、実際のＯＣＶ１０におけるＯＣＶ中心は、仮想ＯＣＶにおけるＯＣＶ中心に一致するものとする。このような条件のもと、以下の式（２）によって算出される仮想ＯＣＶの保持デューティを、仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値として定義する。
仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値＝（保持デューティ学習値−ＯＣＶ中心）／ＯＣＶばらつき補正係数＋ＯＣＶ中心 ・・・（２）

制御装置４０は、油圧アクチュエータ２０の制御変位角と目標変位角との偏差に基づくフィードバック制御によってＯＣＶ１０のデューティ制御を行う。フィードバック制御にはＰＤ制御が用いられる。制御装置４０には、エンジン回転数及び油温と制御ゲインとの関係が予めマップデータとして記憶されている。ＰＤ制御におけるＰ制御とＤ制御のうちＰ制御の制御量は、制御変位角と目標変位角との偏差とＰ制御ゲインとから算出される。また、Ｄ制御の制御量は、制御変位角と目標変位角との偏差の変化速度とＤ制御ゲインとから算出される。以下、仮想ＯＣＶにおけるＰ制御量とＤ制御量とを合わせて基本制御量という。制御装置４０は、マップデータを用いて偏差に応じた基本制御量を算出し、上記の仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値に加算する。仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値に基本制御量を加算した値は、仮想ＯＣＶにおいて出力されるべきＯＣＶ駆動デューティである。以下、仮想ＯＣＶにおいて出力されるべきＯＣＶ駆動デューティを基本デューティという。

上記の基本デューティは、仮想ＯＣＶの制御特性において最適な制御結果が得られるデューティである。実際のＯＣＶ１０において最適な制御結果を得るためには、上記の基本デューティを実際のＯＣＶ１０の制御特性に適合した値に変換する必要がある。また、その際には、ＯＣＶ１０の不感帯について考慮することが求められる。ＯＣＶ駆動デューティが不感帯内にあるか不感帯外にあるかにより、ＯＣＶ駆動デューティの変化に対する油圧アクチュエータ２０の変位速度の変化は大きく異なるからである。

そこで、制御装置４０は、図４及び図５の各下段に示すように、基本制御量を仮想ＯＣＶ不感帯の内にある仮想ＯＣＶ不感帯内制御量と、仮想ＯＣＶ不感帯の外にある仮想ＯＣＶ不感帯外制御量とに区分する。図４は基本デューティが仮想ＯＣＶ不感帯を超える場合を示し、図５は基本デューティが仮想ＯＣＶ不感帯内にある場合を示している。制御装置４０は、仮想ＯＣＶ不感帯内制御量と仮想ＯＣＶ不感帯外制御量のそれぞれについて独自の変換を行い、仮想ＯＣＶ不感帯内制御量からは実ＯＣＶ不感帯内にある制御量を算出し、仮想ＯＣＶ不感帯外制御量からは実ＯＣＶ不感帯外にある制御量を算出する。こうして求められた、実ＯＣＶ不感帯内制御量と実ＯＣＶ不感帯外制御量とを保持デューティ学習値に加算した値が、実際のＯＣＶ１０にて出力されるＯＣＶ駆動デューティとなる。つまり、ＯＣＶ駆動デューティは次の式（３）によって算出することができる。
ＯＣＶ駆動デューティ＝実ＯＣＶ不感帯内制御量＋実ＯＣＶ不感帯外制御量＋保持デューティ学習値 ・・・（３）

以上説明したような方法でＯＣＶ１０の制御を行えば、ＯＣＶ１０の個体差に起因する制御特性のばらつきの影響を抑えて、油圧アクチュエータ２０の制御性、特にＯＣＶ１０の不感帯外での制御性を向上させることができる。上記のように仮想ＯＣＶのモデル制御特性を利用することで、実際のＯＣＶ１０の不感帯と保持デューティとを特定するだけで、実際のＯＣＶ１０の制御特性を推定することができ、その推定した制御特性に基づいて油圧アクチュエータ２０の動作を制御することができるからである。

以下では、図６乃至図１０の各フローチャートを用いて、本実施の形態にかかるＯＣＶ１０の制御方法についてより具体的に説明する。まず、図６のフローチャートは、ＯＣＶ１０に出力する制御量の算出のためのルーチンを示している。このルーチンは、制御装置４０によって一定の周期で実施される。

図６に示すルーチンの最初のステップＳ１００では、式（１）を用いてＯＣＶばらつき補正係数が算出される。次のステップＳ１０２では、ＯＣＶ１０の不感帯の中心値であるＯＣＶ中心デューティが算出される。ＯＣＶ中心デューティは、不感帯上端デューティの学習値と不感帯下端デューティの学習値とを平均することで求めることができる。

ステップＳ１０４では、仮想ＯＣＶの不感帯上端デューティと下端デューティとが算出される。仮想ＯＣＶ不感帯上端デューティは、ステップＳ１０２で算出されたＯＣＶ中心デューティに仮想ＯＣＶ不感帯幅の１／２を加算した値とされ、仮想ＯＣＶ不感帯下端デューティは、ＯＣＶ中心デューティから仮想ＯＣＶ不感帯幅の１／２を減算した値とされる。次のステップＳ１０６では、式（２）を用いて仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値が算出される。

ステップＳ１０８では、エンジン回転数及び油温をパラメータとするマップデータを用いて仮想ＯＣＶにおける基本制御量が算出される。なお、加圧油の油温は、オイルポンプ３０とＯＣＶ１０とを結ぶ油圧ライン上に配置された油温センサ４６によって測定することができる。次のステップＳ１１０では、次の式（４）によって仮想ＯＣＶにおける基本デューティが算出される。
基本デューティ＝仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値＋基本制御量 ・・・（４）

ステップＳ１１２では、ステップＳ１１０で算出した基本デューティが仮想ＯＣＶの不感帯の外にあるか否か判定される。基本デューティが仮想ＯＣＶの不感帯内にある場合には、ステップＳ１１４、Ｓ１１６及びＳ１１８の処理によって制御量が算出される。

まず、ステップＳ１１４では、次の式（５）によって仮想ＯＣＶ不感帯内制御量が算出される。
仮想ＯＣＶ不感帯内制御量＝基本デューティ−仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値 ・・・（５）

次のステップＳ１１６では、次の式（６）によって仮想ＯＣＶ不感帯内制御量が実ＯＣＶ不感帯内制御量に変換される。
実ＯＣＶ不感帯内制御量＝仮想ＯＣＶ不感帯内制御量×ＯＣＶばらつき補正係数 ・・・（６）

最後に、ステップＳ１１８では、次の式（７）に示すように、ステップＳ１１６で算出された実ＯＣＶ不感帯内制御量が制御量として設定される。
制御量＝実ＯＣＶ不感帯内制御量 ・・・（７）

ステップＳ１１２の判定の結果、ステップＳ１１０で算出した基本デューティが仮想ＯＣＶの不感帯外にある場合には、続いてステップＳ１２０の判定が行われる。ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で算出した基本デューティが仮想ＯＣＶ不感帯上端デューティより大きいか否か判定される。基本デューティが仮想ＯＣＶ不感帯上端デューティより大きい場合には、ステップＳ１２２、Ｓ１２４、Ｓ１２６、Ｓ１２８及びＳ１３０の処理によって制御量が算出される。

まず、ステップＳ１２２では、次の式（８）によって仮想ＯＣＶ不感帯外制御量が算出される。
仮想ＯＣＶ不感帯外制御量＝基本デューティ−仮想ＯＣＶ不感帯上端デューティ ・・・（８）

次のステップＳ１２４では、次の式（９）によって仮想ＯＣＶ不感帯外制御量が実ＯＣＶ不感帯外制御量に変換される。なお、式（９）における温度補正係数は、油温センサ４６によって測定される加圧油の油温に応じて設定される。油圧アクチュエータ２０の変位速度は油温の影響を受けるからである。
実ＯＣＶ不感帯外制御量＝仮想ＯＣＶ不感帯外制御量×温度補正係数 ・・・（９）

ステップＳ１２６では、次の式（１０）によって仮想ＯＣＶ不感帯内制御量が算出される。
仮想ＯＣＶ不感帯内制御量＝仮想ＯＣＶ不感帯上端デューティ−仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値 ・・・（１０）

次のステップＳ１２８では、上記の式（６）によって仮想ＯＣＶ不感帯内制御量が実ＯＣＶ不感帯内制御量に変換される。

最後に、ステップＳ１３０では、ステップＳ１２４で算出された実ＯＣＶ不感帯外制御量とステップＳ１２８で算出された実ＯＣＶ不感帯内制御量とを用い、次の式（１１）によって制御量が算出される。
制御量＝実ＯＣＶ不感帯内制御量＋実ＯＣＶ不感帯外制御量 ・・・（１１）

ステップＳ１２０の判定の結果、ステップＳ１１０で算出した基本デューティが仮想ＯＣＶ不感帯上端デューティより小さい場合には、ステップＳ１３２、Ｓ１３４、Ｓ１３６、Ｓ１３８及びＳ１４０の処理によって制御量が算出される。

まず、ステップＳ１３２では、次の式（１２）によって仮想ＯＣＶ不感帯外制御量が算出される。
仮想ＯＣＶ不感帯外制御量＝基本デューティ−仮想ＯＣＶ不感帯下端デューティ ・・・（１１）

次のステップＳ１３４では、上記の式（９）によって仮想ＯＣＶ不感帯外制御量が実ＯＣＶ不感帯外制御量に変換される。

ステップＳ１３６では、次の式（１３）によって仮想ＯＣＶ不感帯内制御量が算出される。
仮想ＯＣＶ不感帯内制御量＝仮想ＯＣＶ不感帯下端デューティ−仮想ＯＣＶ保持デューティ学習値 ・・・（１３）

次のステップＳ１３８では、上記の式（６）によって仮想ＯＣＶ不感帯内制御量が実ＯＣＶ不感帯内制御量に変換される。

最後に、ステップＳ１４０では、ステップＳ１３４で算出された実ＯＣＶ不感帯外制御量とステップＳ１３８で算出された実ＯＣＶ不感帯内制御量とを用い、上記の式（１１）によって制御量が算出される。

次に説明する図７乃至図１０のフローチャートは、何れもＯＣＶ１０の不感帯を学習するためのルーチンを示している。ＯＣＶ１０の不感帯は、これらルーチンのそれぞれによって学習される。図７のフローチャートは、ＯＣＶ１０の不感帯の上端デューティ及び下端デューティを学習するためのルーチンを示している。このルーチンは、制御装置４０によって一定の周期で実行される。

図７に示すルーチンの最初のステップＳ７００では、油圧アクチュエータ２０の目標変位角が安定しているか否か判定される。目標変位角はエンジン回転数やエンジン負荷等のエンジンの運転状態から決定される。所定時間内での目標変位角の変化量が所定値よりも小さければ、目標変位角は安定していると判断される。目標変位角が安定していない場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ７００において目標変位角が安定していると判定された場合には、続いてステップＳ７０２の判定が行われる。ステップＳ７０２では、制御変位角が目標変位角に収束しているかいないか判定される。制御変位角と目標変位角との偏差が一定時間を超えて所定の基準偏差以下になっていれば、制御変位角が目標変位角に収束していると判断することができる。制御変位角が目標変位角に収束している場合には、現在の不感帯の上端デューティ及び下端デューティの学習値は適正な値であると判断することができる。したがって、その場合には本ルーチンは終了する。

ステップＳ７０２において制御変位角が目標変位角に収束していないと判定された場合には、ステップＳ７０４に進む。ステップＳ７０４では、ＯＣＶ駆動デューティの変化量の絶対値が所定値以下か否か判定される。変化量の絶対値が所定値以上の場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ７０４の条件が成立する場合には、ステップＳ７０６に進む。ステップＳ７０６では、ステップＳ７０４の条件が成立した状態が所定時間継続したか否か判定される。ステップＳ７０４の条件の成立から所定時間が経過していない場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ７０６の条件が成立する場合、つまり、ＯＣＶ駆動デューティの変化量の絶対値が所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、ＯＣＶ駆動デューティはＯＣＶ１０の不感帯内にあると判断することができる。次のステップＳ７０８では、現時点までの所定期間内のＯＣＶ駆動デューティの平均値が算出され、その値が不感帯学習値の更新値としてメモリに一時的に記憶される。メモリに記憶されている更新値は、ステップＳ７０８の処理が実行される度に新たな値に更新される。

次のステップＳ７１０では、メモリに記憶されている更新値が現在の不感帯上端デューティの学習値よりも大きいか否か判定される。更新値が現在の学習値よりも大きければステップＳ７１２に進む。ステップＳ７１２では、メモリに記憶されている更新値が不感帯上端デューティの学習値に代入される。すなわち、不感帯上端デューティの更新が行われる。

更新値が現在の不感帯上端デューティの学習値以下の場合にはステップＳ７１４に進む。ステップＳ７１４では、メモリに記憶されている更新値が現在の不感帯下端デューティの学習値よりも小さいか否か判定される。更新値が現在の学習値以上であるならば、本ルーチンは終了する。一方、更新値が現在の学習値よりも小さければステップＳ７１６に進む。ステップＳ７１６では、メモリに記憶されている更新値が不感帯下端デューティの学習値に代入される。すなわち、不感帯下端デューティの更新が行われる。

図７に示すルーチンでは、油圧アクチュエータ２０の目標変位角が安定しており、且つ、ＯＣＶ１０に出力するＯＣＶ駆動デューティの値が安定していることを条件として不感帯の上端デューティ及び下端デューティの学習を行うこととしている。上記条件の成立を判定することで、現時点のＯＣＶ駆動デューティが不感帯内の値か否か正確に判定することができ、そして、ＯＣＶ駆動デューティの値が安定した状態で学習を行うことで不感帯の学習精度を高く保つことができる。また、図７に示すルーチンによれば、油圧アクチュエータ２０を動作させなくても不感帯の学習を行うことが可能であるので、不感帯の学習機会を増やすことができ、それにより不感帯の学習精度を向上させることができるという利点もある。

図８のフローチャートは、ＯＣＶ１０の不感帯の上端デューティ及び下端デューティを学習するためのルーチンを示している。このルーチンは、制御装置４０によって一定の周期で実行される。

図８に示すルーチンの最初のステップＳ３００では、保持デューティ学習値の更新タイミングが到来したか否か判定される。保持デューティ学習値は、本ルーチンとは別のルーチンにて一定の周期にて更新されている。保持デューティ学習値の更新周期は、本ルーチンの実行周期よりも長い周期に設定されている。保持デューティ学習値の更新タイミングが未だ到来していない場合、本ルーチンは終了する。

ステップＳ３００において保持デューティ学習値の更新タイミングが到来したと判定された場合には、ステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、保持デューティ学習値の更新値が現在の不感帯上端デューティの学習値よりも大きいか否か判定される。保持デューティ学習値の更新値が不感帯上端デューティの学習値よりも大きければステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、保持デューティ学習値の更新値が不感帯上端デューティの学習値に代入される。すなわち、不感帯上端デューティの更新が行われる。

一方、保持デューティ学習値の更新値が不感帯上端デューティの学習値以下の場合には、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、保持デューティ学習値の更新値が現在の不感帯下端デューティの学習値よりも小さいか否か判定される。保持デューティ学習値の更新値が不感帯下端デューティの学習値よりも小さければステップＳ３０８に進む。ステップＳ３０８では、保持デューティ学習値の更新値が不感帯下端デューティの学習値に代入される。すなわち、不感帯下端デューティの更新が行われる。

図９のフローチャートは、ＯＣＶ１０の不感帯の上端デューティを学習するためのルーチンを示している。このルーチンは、制御装置４０によって一定の周期で実行される。

図９に示すルーチンの最初のステップＳ４００では、油圧アクチュエータ２０の目標変位角が安定しているか否か判定される。目標変位角はエンジン回転数やエンジン負荷等のエンジンの運転状態から決定される。一定時間を超えて目標変位角に変化がないとき、目標変位角は安定していると判断される。目標変位角が安定していない場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ４００において目標変位角が安定していると判定された場合には、続いてステップＳ４０２の判定が行われる。ステップＳ４０２では、オーバーシュートフラグがゼロか否か判定される。オーバーシュートフラグは、次に説明するステップＳ４０４及びＳ４０６の各条件が成立したときにセットされるフラグである。

ステップＳ４０２においてオーバーシュートフラグがゼロと判定された場合には、ステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０４では、目標変位角と制御変位角との前回の偏差がゼロより大きいか否か判定される。前回の偏差がゼロ以下の場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ４０４において前回の偏差がゼロより大きいと判定された場合、つまり、前回の時点では目標変位角に制御変位角が到達していなかった場合には、ステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６では、目標変位角と制御変位角との今回の偏差がゼロより小さいか否か判定される。今回の偏差がゼロ以上の場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ４０６において今回の偏差がゼロより小さいと判定された場合、つまり、制御変位角が目標変位角を超えてオーバーシュートした場合には、ステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０８では、オーバーシュートフラグが１にセットされる。

ステップＳ４０２においてオーバーシュートフラグがゼロでないと判定された場合には、ステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０では、目標変位角と制御変位角との今回の偏差がゼロより小さいか否か判定される。今回の偏差がゼロ以上の場合、つまり、再び制御変位角が目標変位角以下になったときには、ステップＳ４１６に進む。ステップＳ４１６では、オーバーシュートフラグがゼロにリセットされる。

ステップＳ４１０において今回の偏差がゼロより小さいと判定された場合、つまり、今回も制御変位角が目標変位角を超えてオーバーシュートしている場合には、ステップＳ４１２に進む。ステップＳ４１２では、前回の偏差のほうが今回の偏差よりも小さいか否か判定される。今回の偏差が前回の偏差以下であれば、制御変位角の目標変位角に対するオーバーシュート量は未だ拡大していると判断することができる。その場合には、本ルーチンは終了する。一方、前回の偏差のほうが今回の偏差よりも小さい場合には、オーバーシュート量は前回が最大であり、前回の偏差の絶対値が最大オーバーシュート量であると判断することができる。

ステップＳ４１２において、前回の偏差のほうが今回の偏差よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ４１４に進む。ステップＳ４１４では、次の式（１５）によって不感帯上端デューティの学習値が修正される。式（１５）の右辺の不感帯上端デューティ学習値は修正前の値であり、左辺の不感帯上端デューティ学習値は修正後の値である。また、右辺の修正値は最大オーバーシュート量から決まる値であって、最大オーバーシュート量が大きければ修正値も大きい値に設定される。
不感帯上端デューティ学習値＝不感帯上端デューティ学習値−修正値 ・・・（１５）

図９に示すルーチンによれば、油圧アクチュエータ２０の制御変位角が目標変位角を正の方向に超えることのないようにオーバーシュート量に応じて不感帯上端デューティ学習値が補正されるので、油圧アクチュエータ２０の制御性をより向上させることができる。

図１０のフローチャートは、ＯＣＶ１０の不感帯の下端デューティを学習するためのルーチンを示している。このルーチンは、制御装置４０によって一定の周期で実行される。

図１０に示すルーチンの最初のステップＳ５００では、油圧アクチュエータ２０の目標変位角が安定しているか否か判定される。目標変位角はエンジン回転数やエンジン負荷等のエンジンの運転状態から決定される。一定時間を超えて目標変位角に変化がないとき、目標変位角は安定していると判断される。目標変位角が安定していない場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ５００において目標変位角が安定していると判定された場合には、続いてステップＳ５０２の判定が行われる。ステップＳ５０２では、アンダーシュートフラグがゼロか否か判定される。アンダーシュートフラグは、次に説明するステップＳ５０４及びＳ５０６の各条件が成立したときにセットされるフラグである。

ステップＳ５０２においてアンダーシュートフラグがゼロと判定された場合には、ステップＳ５０４に進む。ステップＳ５０４では、目標変位角と制御変位角との前回の偏差がゼロより小さいか否か判定される。前回の偏差がゼロ以上の場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ５０４において前回の偏差がゼロより小さいと判定された場合、つまり、前回の時点では目標変位角に制御変位角が到達していなかった場合には、ステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０６では、目標変位角と制御変位角との今回の偏差がゼロより大きいか否か判定される。今回の偏差がゼロ以下の場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ５０６において今回の偏差がゼロより大きいと判定された場合、つまり、制御変位角が目標変位角を超えてアンダーシュートした場合には、ステップＳ５０８に進む。ステップＳ５０８では、アンダーシュートフラグが１にセットされる。

ステップＳ５０２においてアンダーシュートフラグがゼロでないと判定された場合には、ステップＳ５１０に進む。ステップＳ５１０では、目標変位角と制御変位角との今回の偏差がゼロより大きいか否か判定される。今回の偏差がゼロ以下の場合、つまり、再び制御変位角が目標変位角以上になったときには、ステップＳ５１６に進む。ステップＳ５１６では、アンダーシュートフラグがゼロにリセットされる。

ステップＳ５１０において今回の偏差がゼロより大きいと判定された場合、つまり、今回も制御変位角が目標変位角を超えてアンダーシュートしている場合には、ステップＳ５１２に進む。ステップＳ５１２では、前回の偏差のほうが今回の偏差よりも大きいか否か判定される。今回の偏差が前回の偏差以上であれば、制御変位角の目標変位角に対するアンダーシュート量は未だ拡大していると判断することができる。その場合には、本ルーチンは終了する。一方、前回の偏差のほうが今回の偏差よりも大きい場合には、アンダーシュート量は前回が最大であり、前回の偏差の絶対値が最大アンダーシュート量であると判断することができる。

ステップＳ５１２において、前回の偏差のほうが今回の偏差よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ５１４に進む。ステップＳ５１４では、次の式（１６）によって不感帯下端デューティの学習値が修正される。式（１６）の右辺の不感帯下端デューティ学習値は修正前の値であり、左辺の不感帯下端デューティ学習値は修正後の値である。また、右辺の修正値は最大アンダーシュート量から決まる値であって、最大アンダーシュート量が大きければ修正値も大きい値に設定される。
不感帯下端デューティ学習値＝不感帯下端デューティ学習値＋修正値 ・・・（１６）

図１０に示すルーチンによれば、油圧アクチュエータ２０の制御変位角が目標変位角を負の方向に超えることのないようにアンダーシュート量に応じて不感帯下端デューティ学習値が補正されるので、油圧アクチュエータ２０の制御性をより向上させることができる。

本実施の形態にかかる不感帯の学習方法は、従来のＯＣＶ駆動デューティの算出方法、つまり、仮想のモデル制御弁を用いることなくＯＣＶ駆動デューティを算出する方法と組み合わせてもよい。上述のように、本実施の形態にかかる不感帯の学習方法によれば、従来の学習方法に比較して高い精度で不感帯を学習することができる。したがって、不感帯を前提にしてＯＣＶ駆動デューティを決定する油圧アクチュエータ制御であれば、本実施の形態にかかる不感帯の学習方法を適用することで、その制御性を高めることが可能になる。

本実施の形態では、制御装置４０によって図７に示すルーチンが実行されることによって、第１乃至第３の発明の「不感帯特定手段」が実現される。また、図７に示すルーチンを実行することで特定された不感帯に基づき、ＯＣＶ駆動デューティの値が設定されることで、第１の発明の「制御信号設定手段」が実現される。

なお、図７に示すルーチンは、次のように変形して実施することもできる。まず、第１の変形例として、ステップＳ７０８で記憶する不感帯学習値の更新値を現時点におけるＯＣＶ駆動デューティとしてもよい。或いは、所定期間内のＯＣＶ駆動デューティの最大値、若しくは最小値を不感帯学習値の更新値としてもよい。或いは、ＯＣＶ駆動デューティを時間方向に平滑化した値（所謂なまし処理をした値）を不感帯学習値の更新値としてもよい。

第２の変形例として、図７に示すルーチンにおいて計算に使用する制御変位角は、現時点における油圧アクチュエータ２０の制御変位角そのものでなく、それを時間方向に平滑化した値（所謂なまし処理をした値）を用いてもよい。これによれば、エンジンの回転変動やノイズ等の外乱によって制御変位角の信号が変動する場合であっても、ステップＳ７０２の条件の成立機会を増やすことができ、ひいては、不感帯の学習機会を増やすことができる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上述の各実施の形態において、実不感帯内制御量を加圧油の温度に応じて補正するようにしてもよい。ＯＣＶ１０の不感帯幅は加圧油の温度によって増減するからである。実不感帯内制御量を補正するのではなく、モデル制御特性の仮想ＯＣＶ不感帯幅を加圧油の温度に応じて補正するようにしてもよい。これによれば、ＯＣＶばらつき補正係数を介して加圧油の温度を実不感帯内制御量に反映させることができる。

ＯＣＶ１０の不感帯幅は加圧油の温度の他、加圧油の圧力や粘度、エンジン回転数によっても増減する。したがって、モデル制御特性の仮想ＯＣＶ不感帯幅は、加圧油の温度だけでなく、加圧油の圧力や粘度、或いはエンジン回転数にも応じて補正するのが好ましい。これによれば、これらのファクターが油圧アクチュエータ２０の制御特性に与える影響を排除することができる。

本発明はバルブタイミング可変機構に限らず、２つの油室を備えて各油室に対する加圧油の給排によって動作を制御される油圧アクチュエータを用いる油圧システムであれば、広く適用することができる。また、油圧アクチュエータに対する加圧油の給排を制御する制御弁は、図１に示すＯＣＶ１０のような電磁式の制御弁には限らない。パイロット圧によって駆動されるパイロット式の制御弁でもよい。

１０ ＯＣＶ
１２ スプール
１４ ソレノイド
１６ スプリング
１８ スリーブ
２０ 油圧アクチュエータ
２２ ハウジング
２４ ロータ
２６ 進角側油室
２８ 遅角側油室
３０ オイルポンプ
３２ オイルタンク
４０ 制御装置
４２ クランク角センサ
４４ カム角センサ
４６ 油温センサ

Claims (3)

1. 加圧油の給排によって動作する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに対する加圧油の給排を制御する制御弁とを有し、前記制御弁に出力する制御信号によって前記油圧アクチュエータの動作を制御する油圧アクチュエータ制御装置において、
   制御信号が出力される信号域のうち制御信号の変化に対する前記油圧アクチュエータの応答が無い或いは応答性が低い不感帯を学習によって特定する不感帯特定手段と、
   前記不感帯を前提にして前記制御弁に出力すべき制御信号を設定する制御信号設定手段とを備え、
   前記不感帯特定手段は、前記油圧アクチュエータの目標動作量が安定しており、且つ、前記油圧アクチュエータの実際の動作量と前記目標動作量との間にずれがある場合に、前記制御弁に出力する制御信号の値が安定していることを条件として制御信号の値に基づいて前記不感帯を学習することを特徴とする油圧アクチュエータ制御装置。
2. 前記不感帯特定手段は、制御信号の値から所定の規則に従って不感帯更新値を算出し、前記不感帯更新値が前記不感帯の上端値の学習値よりも大きい場合には、前記不感帯更新値を前記不感帯上端値の学習値として更新することを特徴とする請求項１記載の油圧アクチュエータ制御装置。
3. 前記不感帯特定手段は、制御信号の値から所定の規則に従って不感帯更新値を算出し、前記不感帯更新値が前記不感帯の下端値の学習値よりも小さい場合には、前記不感帯更新値を前記不感帯下端値の学習値として更新することを特徴とする請求項１又は２記載の油圧アクチュエータ制御装置。

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