WO2014125929A1 - バルブ制御装置及びバルブ制御方法 - Google Patents

バルブ制御装置及びバルブ制御方法 Download PDF

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横山　宗一
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株式会社ミクニ
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    • F02D2041/1409—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using at least a proportional, integral or derivative controller

Definitions

  • the present invention relates to a valve control device and a valve control method for controlling an electronic control valve.
  • valves to be controlled by this technology include engine throttle valves and cooling water valves.
  • PID Proportional Integral Derivative
  • Examples of valves to be controlled by this technology include engine throttle valves and cooling water valves.
  • a throttle valve control there is a problem that the actual measurement value of the controlled object does not reach the required target value due to the occurrence of hysteresis caused by the frictional resistance between the parts of the control mechanism.
  • a valve control device that enables quick and accurate control from the target value to the required target value (see, for example, Patent Document 1).
  • the elapsed time from the energization of the actuator calculated by the controller to the change in water temperature is calculated, the water temperature after the elapsed time is predicted, and the predicted water temperature is calculated.
  • Patent Document 2 there is known a technique that realizes high followability of the cooling water temperature by controlling the actuator in advance (see, for example, Patent Document 2).
  • the above-described throttle valve adjusts the amount of air sucked into the engine, whereas the cooling water valve adjusts the flow rate of cooling water that cools the engine.
  • the settling performance to the target opening degree is deteriorated, that is, the controllability of the flow rate adjustment of the cooling water is deteriorated.
  • a factor different from the throttle valve is, for example, that the friction becomes unstable due to a stick-slip phenomenon occurring between the cooling water valve and the seal member.
  • Such a problem is not limited to the cooling water valve, and is a problem that can occur in general control of a valve that adjusts the flow rate of fluid.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and in the control of a valve that adjusts the flow rate of a fluid, a valve control device and a valve control that can improve the stability of the valve to a target opening degree. It aims to provide a method.
  • one aspect of the present invention is an operation of the drive device at a predetermined sampling cycle based on a control deviation between a target value of the valve opening and an actual measured value of the valve opening.
  • An operation amount calculation unit that calculates an amount, a state determination unit that determines whether the valve is in a steady state or a transient state, and when the state determination unit determines that the valve is in a steady state,
  • a first correction unit that outputs a predetermined first correction value corresponding to the sign of the control deviation and corrects the operation amount calculated by the operation amount calculation unit with the first correction value;
  • the stability of the valve to the target opening can be improved in the control of the valve for adjusting the flow rate of the fluid.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine cooling system according to the present embodiment.
  • the engine cooling system 1 includes an engine 11, a water jacket 12, a water pump 13, a cooling water valve 21, a motor 22, a position sensor 23, a water temperature sensor 24, an ECU (Engine Control). Unit) 31, a radiator 41, a heater 42, a throttle 43, a main flow path pipe 91, a sub flow path pipe 92, and a bypass flow path pipe 93.
  • the engine cooling system 1 circulates cooling water through the main flow path pipe 91, the sub flow path pipe 92, or the bypass flow path pipe 93, and controls the temperature of the engine 11 by the water jacket 12.
  • the engine 11 is an internal combustion engine of a vehicle such as an automobile.
  • the water jacket 12 is provided in the vicinity of the engine 11 and cools the engine 11 with cooling water therein.
  • the main flow path pipe 91 allows cooling water to flow into the radiator 41.
  • the sub passage pipe 92 allows cooling water to flow into the heater 42 and the throttle 43.
  • the bypass flow path pipe 93 allows the cooling water flowing out from the water jacket 12 to flow into the water pump 13.
  • the cooling water that has flowed into the radiator 41, the heater 42, and the throttle 43 flows into the water pump 13.
  • the water pump 13 allows cooling water to flow into the water jacket 12.
  • the radiator 41 cools the cooling water.
  • the heater 42 warms the passenger compartment.
  • the throttle 43 controls the amount of exhaled air flowing into the engine 11.
  • the cooling water valve 21 is a rotary type valve, and an opening is provided in a part of the outer peripheral surface, and the cooling water flows into the main passage pipe 91 and the sub passage pipe 92 depending on the opening degree.
  • the motor 22 is a DC motor as an actuator that drives the cooling water valve 21.
  • the position sensor 23 detects the opening degree of the cooling water valve 21 relative to the main flow path pipe 91 and the sub flow path pipe 92 by detecting the circumferential position of the cooling water valve 21.
  • the water temperature sensor 24 detects the temperature of the cooling water.
  • the ECU 31 includes a processor and a memory, and is a microcontroller that controls various operations related to the engine 11. In this embodiment, the ECU 31 detects the position of the cooling water valve 21 and the cooling water detected by the water temperature sensor 24 and the position sensor 23. It is assumed that the operation of the motor 22 is operated based on the temperature.
  • the cooling water is cooled by the radiator 41 by being circulated through the main flow path pipe 91, and is circulated without being cooled when it is routed through the bypass flow path pipe 93. Further, the engine cooling system 1 controls the temperature of the engine 11 by switching the cooling water circulation path according to the opening degree of the cooling water valve 21 and controlling the amount of cooling water flowing into the main passage pipe 91. .
  • FIG. 2 is a schematic view showing a cooling water valve and a seal member.
  • seal members 91 a and 92 a are provided in the vicinity of the cooling water inlets of the main passage pipe 91 and the sub passage pipe 92 so as to cover the outer peripheries thereof.
  • the cooling water valve 21 changes the position of the opening with respect to the main flow path pipe 91 and the sub flow path pipe 92 by rotating in the circumferential direction about the rotation shaft 21a.
  • the amount of cooling water flowing into the main flow path pipe 91 and the sub flow path pipe 92 is adjusted by the position of the opening. In such a configuration, hysteresis friction, stick slip, and the like occur between the cooling water valve 21 and the seal members 91a and 92b.
  • the area where the coolant valve 21 and the seal members 91a and 92b are in contact with each other varies depending on the position of the opening, and the friction coefficient also varies accordingly.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the ECU.
  • the ECU 31 includes a CPU (Central Processing Unit) 311, a memory 312, and an input / output interface 313.
  • the CPU 311 and the memory 312 cooperate to perform processing related to the control of the cooling water valve 21.
  • the input / output interface 313 is an interface related to the input / output of the CPU 311, and the CPU 311 acquires the detection results by the position sensor 23 and the water temperature sensor 24 through the input / output interface 313, and the motor through the input / output interface 313.
  • a signal corresponding to the operation amount 22 is output to the drive circuit 25.
  • the drive circuit 25 is a PWM circuit that controls the motor 22 by PWM (Pulse Width Modulation), and drives the motor 22 by changing the duty ratio of the pulse width according to the magnitude of the input signal.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing a functional configuration of the valve control device.
  • the control target is limited to the opening degree of the water cooling valve 21.
  • the valve control device 5 includes an operation amount calculation unit 51, a state determination unit 52, a first correction unit 53, and a second correction unit 54 as functions. Note that these functions are realized by the cooperation of the CPU 311 and the memory 312 described above.
  • the operation amount calculation unit 51 applies the target water jacket 12 for setting the engine 11 to the target temperature based on the target temperature that is the target temperature of the engine 11 and the temperature of the cooling water detected by the water temperature sensor 24.
  • a target flow rate that is the flow rate of the cooling water is calculated, and a target opening value (target value) that is the target opening degree of the cooling water valve 21 is calculated based on the target flow rate.
  • the operation amount calculation unit 51 calculates the operation amount for the motor 22 by PID control based on the calculated target value and the actual opening (current value) of the cooling water valve 21 detected by the position sensor 23 as feedback. To do.
  • the movable range of the cooling water valve 21 is 190 °, and the resolution for driving the motor 22 is 240. Therefore, in the present embodiment, the opening degree of the cooling water valve 21 is controlled in units of 0.344 degrees. In addition, when the operation amount is increased in the positive direction, the cooling water valve 21 is controlled in the opening direction. In addition, the cooling water valve 21 is controlled at a predetermined sampling period.
  • the state determination unit 52 performs determination processing for determining whether the cooling water valve 21 is in a steady state or a transient state. This determination process will be described later.
  • the first correction unit 53 performs a steady state correction process, which will be described later, when the state determination unit 52 determines that the steady state is set.
  • the second correction processing unit 54 performs a transient state correction process described later when the state determination unit 53 determines that the state is a transient state.
  • a hysteresis correction value is calculated by the steady state correction process and the transient state correction process, and this hysteresis correction value is integrated and added to the operation amount calculated by the operation amount calculation unit 51.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the determination process.
  • the state determination unit 52 determines whether or not the control deviation is 0 (S101).
  • the control deviation indicates a control deviation based on the target value of the coolant valve 21 and the current value.
  • the state determination unit 52 determines whether or not the target value calculated by the operation amount calculation unit 51 has been changed (S102).
  • the state determination unit 52 substitutes 0 indicating the transient state for the variable gc indicating whether the water cooling valve 21 is in the steady state or the transient state ( S103), it is determined again whether or not the control deviation is 0 (S101).
  • the state determination unit 52 determines whether or not the sign of the control deviation is inverted (S104).
  • the determination unit 52 determines whether or not the sign of the control deviation at the present time is inverted by comparing with the control deviation of the previous sample.
  • the state determination unit 52 determines whether or not the absolute value of the control deviation is 3LSB or less (S105).
  • the state determination unit 52 substitutes 1 indicating the steady state for the variable gc (S106), and again determines whether the control deviation is 0 or not. Is determined (S101).
  • the state determination unit 52 substitutes 0 indicating the transient state for the variable gc (S103), and again whether the control deviation is 0 or not. Is determined (S101).
  • step S104 If the sign of the deviation is not inverted in the determination in step S104 (S104, NO), the state determination unit 52 substitutes 0 indicating the transient state for the variable gc (S103), and again performs control. It is determined whether or not the deviation is 0 (S101).
  • step S101 the state determination unit 52 substitutes 1 indicating a steady state for the variable gc (S106), and the control deviation is again present. It is determined whether it is 0 (S101).
  • the state determination unit 52 has a case where the control deviation is 0, a case where the sign of the control deviation is inverted in a state where the target value is not changed, and an absolute value of the control deviation is equal to or less than a predetermined value. In addition, it is determined that the cooling water valve 21 is in a steady state. In the above-described processing, the state determination unit 52 waits for the next sample after being assigned to the variable gc.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the steady state correction process.
  • the first correction unit 53 determines whether or not the variable gc is 1 (S201).
  • the first correction unit 53 determines whether or not the control deviation is 0 (S202).
  • the first correction unit 53 determines whether or not the control deviation is a positive value (S203).
  • the first correction unit 53 When the control deviation is a positive value (S203, YES), the first correction unit 53 initializes the counter variable hyspcc by substituting 0 (S204), and outputs a predetermined positive correction value as a hysteresis correction value ( In S205, the variable hyspcc is incremented (S206), the next sample is waited, and it is determined whether or not the variable gc is 1 (S207).
  • the first correction unit 53 determines whether or not the control deviation is 0 (S208).
  • step S208, NO the first correction unit 53 determines whether or not the variable hyspcc is greater than or equal to maxc which is a variable indicating a predetermined threshold (S209).
  • the first correction unit 53 ends the steady state correction process.
  • the first correction unit 53 again outputs a predetermined positive correction value as a hysteresis correction value (S205).
  • step S208 If the control deviation is 0 in the determination in step S208 (S208, YES), the first correction unit 53 ends the steady state correction process.
  • step S207 If the variable gc is not 1 in the determination in step S207 (S207, NO), the first correction unit 53 ends the steady state correction process.
  • the first correction unit 53 initializes the variable hyssmc by substituting 0 (S210), and sets a predetermined negative correction value.
  • a hysteresis correction value is output (S211), the variable hysmc is incremented (S212), the next sample is waited, and it is determined whether the variable gc is 1 (S213).
  • the first correction unit 53 determines whether or not the control deviation is 0 (S214).
  • step S214 the first correction unit 53 determines whether or not the variable hyssmc is greater than or equal to the variable maxc (S215).
  • the first correction unit 53 ends the steady state correction process.
  • the first correction unit 53 outputs a predetermined negative correction value as a hysteresis correction value (S211).
  • step S214 If the control deviation is 0 in the determination in step S214 (S214, YES), the first correction unit 53 ends the steady state correction process.
  • step S213 If the variable gc is not 1 in the determination in step S213 (S213, NO), the first correction unit 53 ends the steady state correction process.
  • step S201 if the variable gc is not 1 (S201, NO), the first correction unit 53 waits for the next sample, and determines again whether the variable gc is 1 ( S201).
  • the first correction unit 53 when there is a control deviation in the steady state, the first correction unit 53 outputs a predetermined hysteresis correction value according to the sign. In addition, the first correction unit 53 continues to output the predetermined hysteresis correction value unless the control deviation becomes zero and the number of times of output of the hysteresis correction value reaches the predetermined threshold. That is, the first correction unit 53 outputs the hysteresis correction value in a plurality of times. With such an operation, the controllability of the cooling water valve 21 in a steady state can be improved.
  • 7 and 8 are flowcharts showing the operation of the transient state correction process.
  • the second correction unit 54 determines whether or not the variable gc is 0 (S301).
  • the second correction unit 54 determines whether or not the operation direction of the cooling water valve 21 is the open direction (S302).
  • the second correction unit 54 When the operation direction of the coolant valve 21 is the open direction (S302, YES), the second correction unit 54 outputs a predetermined positive correction value as a hysteresis correction value (S303), and waits for the next sample. Then, it is determined whether or not the variable gc is 0 (S304).
  • the second correction unit 54 determines whether the variable mns is 1 and the variable pls is 0 (S305).
  • variable mns is set to 1 when the operation amount of the current sample has decreased with respect to the operation amount of the previous sample and the operation amount of the previous sample has not decreased with respect to the operation amount of the previous sample, otherwise In this case, it becomes 0.
  • variable pls is 1 when the operation amount of the current sample has increased with respect to the operation amount of the previous sample, and the operation amount of the previous sample has not increased with respect to the operation amount of the previous sample, Otherwise it is 0.
  • the second correction unit 54 When the variable mns is 1 and the variable pls is 0 (S305, YES), the second correction unit 54 outputs a predetermined negative correction value as a hysteresis correction value (S306), and waits for the next sample. It is determined whether or not the variable gc is 0 (S307).
  • step S302 If it is determined in step S302 that the operation direction of the cooling water valve 21 is the closing direction (S302, NO), the second correction unit 54 outputs a predetermined negative correction value as a hysteresis correction value (S308), The next sample is waited, and it is determined whether or not the variable gc is 0 (S309).
  • the second correction unit 54 determines whether the variable pls is 1 and the variable mns is 0 (S310).
  • the second correction unit 54 When the variable pls is 1 and the variable mns is 0 (S310, YES), the second correction unit 54 outputs a predetermined positive correction value as a hysteresis correction value (S311), and waits for the next sample. It is determined whether or not the variable gc is 0 (S312).
  • the second correction unit 54 determines whether the variable mns is 1 and the variable pls is 0 (S305).
  • the second correction unit 54 ends the transient state correction process as shown in FIG.
  • step S307 when the variable gc is 0 (S307, YES), the second correction unit 54 determines whether the variable pls is 1 and the variable mns is 0 (S310).
  • the second correction unit 54 performs the transient state correction process. Exit.
  • step S305 when the variable mns is 1 and the variable pls is not 0 (S305, NO), and in the determination in step S310, the variable pls is 1 and the variable mns is not 0 (S310, NO).
  • the second correction unit 54 performs a process of step S ⁇ b> 313 described later.
  • step S301 If the variable gc is not 0 in the determination in step S301 (S301, NO), the second correction unit 54 waits for the next sample and determines again whether the variable gc is 0 ( S301).
  • the second correction unit 54 outputs a correction value 0 (S313) as shown in FIG. 8, waits for the next sample, and determines whether the variable gc is 0 or not. (S314).
  • the second correction unit 54 determines whether or not the variable mns is 1 and the variable pls is 0 (S315).
  • the second correction unit 54 When the variable mns is 1 and the variable pls is 0 (S315, YES), the second correction unit 54 outputs a predetermined negative correction value as a hysteresis correction value as shown in FIG. 7 (S306).
  • the second correction unit 54 outputs a predetermined positive correction value as a hysteresis correction value as shown in FIG. 7 (S311). .
  • step S314 If the variable gc is not 0 in the determination in step S314 (S314, NO), the second correction unit 54 ends the transient state correction process.
  • the second correction unit 54 outputs a negative correction value when the operation amount starts to decrease in the transient state, and outputs a positive correction value when the operation amount starts to increase. With such an operation, the controllability of the cooling water valve 21 in a transient state can be improved.
  • the hysteresis correction value is output according to the steady state and the transient state, so that the target opening of the cooling water valve 21 is achieved particularly in the steady state.
  • the stability to the degree can be improved. This also improves the controllability of the flow rate of the cooling water, and therefore the controllability of the temperature of the engine 11 can also be improved.
  • the control target of the valve control device 5 is the cooling water valve 21, but the valve control device 5 is applicable as long as it is a valve that controls the flow rate of fluid.

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Abstract

　バルブを駆動する駆動装置を制御するバルブ制御装置であって、バルブの開度の目標値とバルブの開度の実測値との制御偏差に基づいて、所定のサンプリング周期で駆動装置の操作量を算出する操作量算出部と、バルブが定常状態または過渡状態のいずれであるかを判断する状態判断部と、状態判断部によりバルブが定常状態であると判断された場合、制御偏差の符号に応じた所定の第１補正値を出力し、操作量算出部で算出された操作量を第１補正値で補正する第１補正部とを備える。

Description

バルブ制御装置及びバルブ制御方法
　本発明は、電子制御バルブを制御するバルブ制御装置及びバルブ制御方法に関する。
　従来、バルブをＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ　Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御などのフィードバック制御により電子制御する技術が知られている。この技術による制御対象のバルブとして、例えば、エンジンのスロットルバルブや冷却水バルブが挙げられる。このようなスロットルバルブの制御において、制御機構のパーツ間の摩擦抵抗を原因とするヒステリシスが発生することにより、制御対象の実測値が要求目標値に到達しないという問題があった。このような問題を解消し、スロットルバルブのポジションフィードバック制御側により算出された制御量が増加または減少に転じた場合にヒステリシス補正を行うことにより、ヒステリシスフリクションを有する制御対象の駆動機構を、実測値から要求目標値に向けて迅速且つ精度良く制御することを可能とするバルブ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　なお、関連する技術として、自動車用エンジンの冷却水温度制御系において、制御コントローラで演算したアクチュエータの通電から水温変化するまでの経過時間を算出し、経過時間後の水温を予測し、予測水温に合わせてアクチュエータを先行制御することにより、高い冷却水温の追従性を実現する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００８－２０２４８４号公報 特開２００４－１３７９８１号公報
　しかしながら、上述のスロットルバルブがエンジンに吸入される空気量を調節するのに対し、冷却水バルブはエンジンを冷却する冷却水の流量を調節するものであるために、スロットルバルブとは異なる要因によってバルブの目標開度への整定性が悪くなる、すなわち、冷却水の流量調節の制御性が悪くなる、という問題がある。スロットルバルブとは異なる要因としては、例えば、冷却水バルブとシール部材との間にスティックスリップ現象が発生するなどしてフリクションが不安定となる、といった点が挙げられる。このような問題は、冷却水バルブに限らず、流体の流量を調節するバルブの制御全般において起こり得る問題である。
　本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、流体の流量を調整するバルブの制御において、バルブの目標開度への整定性を向上させることができるバルブ制御装置及びバルブ制御方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、前記バルブの開度の目標値と前記バルブの開度の実測値との制御偏差に基づいて、所定のサンプリング周期で前記駆動装置の操作量を算出する操作量算出部と、前記バルブが定常状態または過渡状態のいずれであるかを判断する状態判断部と、前記状態判断部により前記バルブが定常状態であると判断された場合、前記制御偏差の符号に応じた所定の第１補正値を出力し、前記操作量算出部で算出された操作量を該第１補正値で補正する第１補正部とを備える。
　本発明によれば、流体の流量を調整するバルブの制御において、バルブの目標開度への整定性を向上させることができる。
本実施の形態に係るエンジン冷却システムを示す模式図である。 冷却水バルブとシール部材を示す模式図である。 ＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。 バルブ制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 判断処理の動作を示すフローチャートである。 定常状態補正処理の動作を示すフローチャートである。 過渡状態補正処理の動作を示すフローチャートである。 過渡状態補正処理の動作を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
　まず、本実施の形態に係るエンジン冷却システムについて説明する。図１は、本実施の形態に係るエンジン冷却システムを示す模式図である。
　図１に示すように、本実施の形態に係るエンジン冷却システム１は、エンジン１１、ウォータージャケット１２、ウォーターポンプ１３、冷却水バルブ２１、モータ２２、ポジションセンサ２３、水温センサ２４、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）３１、ラジエータ４１、ヒータ４２、スロットル４３、メイン流路パイプ９１、サブ流路パイプ９２、バイパス流路パイプ９３を備える。
　エンジン冷却システム１は、メイン流路パイプ９１、サブ流路パイプ９２、またはバイパス流路パイプ９３を介して冷却水を循環させ、ウォータージャケット１２によりエンジン１１の温度を制御する。
　エンジン１１は、自動車等の車両の内燃機関である。ウォータージャケット１２は、エンジン１１近傍に備えられ、その内部の冷却水によりエンジン１１を冷却するものである。メイン流路パイプ９１は、ラジエータ４１に冷却水を流入させるものである。サブ流路パイプ９２は、ヒータ４２及びスロットル４３に冷却水を流入させるものである。バイパス流路パイプ９３は、ウォータージャケット１２から流出した冷却水をウォーターポンプ１３に流入させるものである。なお、ラジエータ４１、ヒータ４２及びスロットル４３に流入した冷却水はウォーターポンプ１３に流入する。ウォーターポンプ１３は、ウォータージャケット１２に冷却水を流入させるものである。ラジエータ４１は、冷却水を冷却するものである。ヒータ４２は、車室内を暖めるものである。スロットル４３は、エンジン１１への呼気の流入量を制御するものである。
　冷却水バルブ２１は、ロータリ式のバルブであり、外周面の一部に開口部が設けられ、その開度によってメイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２へ冷却水を流入させるものである。モータ２２は、冷却水バルブ２１を駆動するアクチュエータとしての直流モータである。ポジションセンサ２３は、冷却水バルブ２１の周方向の位置を検出することにより、メイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２に対する冷却水バルブ２１の開度を検出するものである。水温センサ２４は、冷却水の温度を検出するものである。ＥＣＵ３１は、プロセッサとメモリを備え、エンジン１１に係る各種動作を制御するマイクロコントローラであり、本実施例においては、水温センサ２４及びポジションセンサ２３により検出された冷却水バルブ２１の位置及び冷却水の温度に基づいて、モータ２２の動作を操作するものとする。
　上述のような構成により、冷却水は、メイン流路パイプ９１を経由して循環することでラジエータ４１により冷却され、バイパス流路パイプ９３を経由する場合は冷却されずに循環する。また、エンジン冷却システム１は、冷却水バルブ２１の開度により冷却水の循環経路を切り替え、また、メイン流路パイプ９１への冷却水の流入量を制御することによりエンジン１１の温度を制御する。
　次に、冷却水バルブとシール部材について説明する。図２は、冷却水バルブとシール部材を示す模式図である。
　図２に示すように、メイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２の冷却水流入口近傍には、それぞれの外周を覆うようにシール部材９１ａ，９２ａが設けられている。また、冷却水バルブ２１は、回転軸２１ａを軸として周方向に回転することにより、メイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２に対する開口部の位置を変更する。この開口部の位置により、メイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２へそれぞれ流入される冷却水の量が調整される。このような構成において、冷却水バルブ２１とシール部材９１ａ，９２ｂとの間でヒステリシスフリクション、スティックスリップなどが発生する。また、開口部の位置によって冷却水バルブ２１とシール部材９１ａ，９２ｂとが接する面積が変動し、これにより摩擦係数も変動する。
　次に、ＥＣＵのハードウェア構成について説明する。図３は、ＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。
　図３に示すように、ＥＣＵ３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３１１、メモリ３１２、入出力インターフェイス３１３を備える。ＣＰＵ３１１及びメモリ３１２は、協働して冷却水バルブ２１の制御に係る処理を行う。また、入出力インターフェイス３１３はＣＰＵ３１１の入出力に係るインターフェイスであり、ＣＰＵ３１１はこの入出力インターフェイス３１３を介してポジションセンサ２３及び水温センサ２４による検出結果を取得するとともに、入出力インターフェイス３１３を介してモータ２２の操作量に応じた信号を駆動回路２５に出力する。この駆動回路２５は、モータ２２をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御するＰＷＭ回路であり、入力された信号の大きさに応じてパルス幅のデューティ比を変更することによりモータ２２を駆動する。
　次に、バルブ制御装置の機能構成について説明する。なお、本実施の形態において、ＥＣＵ３１がバルブ制御装置として機能するものとする。図４は、バルブ制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。なお、以降の説明においては、制御対象を水冷バルブ２１の開度に限定する。
　図４に示すように、バルブ制御装置５は、操作量算出部５１、状態判断部５２、第１補正部５３、第２補正部５４を機能として備える。なお、これらの機能は、上述したＣＰＵ３１１及びメモリ３１２が協働することにより実現されるものとする。
　操作量算出部５１は、目標とするエンジン１１の温度である目標温度、水温センサ２４により検出された冷却水の温度に基づいて、エンジン１１を目標温度とするために目標とするウォータージャケット１２に対する冷却水の流量である目標流量を演算し、この目標流量に基づいて、目標とする冷却水バルブ２１の開度である目標開度の値（目標値）を演算する。また、操作量算出部５１は、演算した目標値と、フィードバックとしてのポジションセンサ２３により検出された冷却水バルブ２１の実開度（現在値）とに基づくＰＩＤ制御によりモータ２２に対する操作量を算出する。
　なお、本実施の形態において、冷却水バルブ２１の可動域は１９０°とし、モータ２２の駆動に係る分解能を２４０とする。よって、本実施の形態においては、０．３４４度単位で冷却水バルブ２１の開度を制御することとなる。また、操作量を正方向に増加させた場合に冷却水バルブ２１は開方向に制御されるものとする。また、冷却水バルブ２１の制御は、所定のサンプリング周期でなされるものとする。
　また、状態判断部５２は、冷却水バルブ２１が定常状態または過渡状態のいずれであるかを判断する判断処理を行う。この判断処理については後述する。また、第１補正部５３は、状態判断部５２に定常状態と判断された場合に後述する定常状態補正処理を行う。また、第２補正処理部５４は、状態判断部５３に過渡状態と判断された場合に後述する過渡状態補正処理を行う。なお、定常状態補正処理及び過渡状態補正処理によりヒステリシス補正値が算出され、このヒステリシス補正値は操作量算出部５１により算出された操作量に積分可算される。
　次に、判断処理について説明する。図５は、判断処理の動作を示すフローチャートである。
　図５に示すように、まず、状態判断部５２は、制御偏差が０か否かを判断する（Ｓ１０１）。ここで制御偏差とは、冷却水バルブ２１の目標値と現在値とに基づく制御偏差を示すものとする。
　制御偏差が０ではない場合（Ｓ１０１，ＮＯ）、状態判断部５２は、操作量算出部５１により演算された目標値が変更されたか否かを判断する（Ｓ１０２）。
　目標値が変更された場合（Ｓ１０２，ＹＥＳ）、状態判断部５２は、水冷バルブ２１が定常状態であるか過渡状態であるかを示す変数ｇｃに対して、過渡状態を示す０を代入し（Ｓ１０３）、再度、制御偏差が０であるか否かを判断する（Ｓ１０１）。
　一方、目標値が変更されない場合（Ｓ１０２，ＮＯ）、状態判断部５２は、制御偏差の符号が反転したか否かを判断する（Ｓ１０４）。ここで、判断部５２は、前回のサンプルの制御偏差と比較することにより、現時点での制御偏差の符号が反転したか否かを判断するものとする。
　制御偏差の符号が反転した場合（Ｓ１０４，ＹＥＳ）、状態判断部５２は、制御偏差の絶対値が３ＬＳＢ以下か否かを判断する（Ｓ１０５）。
　制御偏差の絶対値が３ＬＳＢ以下である場合（Ｓ１０５，ＹＥＳ）、状態判断部５２は、変数ｇｃに対して、定常状態を示す１を代入し（Ｓ１０６）、再度、制御偏差が０か否かを判断する（Ｓ１０１）。
　一方、制御偏差の絶対値が３ＬＳＢより大きい場合（Ｓ１０５，ＮＯ）、状態判断部５２は、変数ｇｃに対して、過渡状態を示す０を代入し（Ｓ１０３）、再度、制御偏差が０か否かを判断する（Ｓ１０１）。
　また、ステップＳ１０４の判断において、偏差の符号が反転していない場合（Ｓ１０４，ＮＯ）、状態判断部５２は、変数ｇｃに対して、過渡状態を示す０を代入し（Ｓ１０３）、再度、制御偏差が０か否かを判断する（Ｓ１０１）。
　また、ステップＳ１０１の判断において、制御偏差が０である場合（Ｓ１０１，ＹＥＳ）、状態判断部５２は、変数ｇｃに対して、定常状態を示す１を代入し（Ｓ１０６）、再度、制御偏差が０か否かを判断する（Ｓ１０１）。
　上述したように、状態判断部５２は、制御偏差が０である場合と、目標値が変更されない状態において制御偏差の符号が反転し、且つ制御偏差の絶対値が所定の値以下である場合とに、冷却水バルブ２１が定常状態であると判断する。なお、上述の処理において、状態判断部５２は、変数ｇｃへの代入後、次のサンプルを待機するものとする。
　次に、定常状態補正処理について説明する。図６は、定常状態補正処理の動作を示すフローチャートである。
　図６に示すように、まず、第１補正部５３は、変数ｇｃが１であるか否かを判断する（Ｓ２０１）。
　変数ｇｃが１である場合（Ｓ２０１，ＹＥＳ）、第１補正部５３は、制御偏差が０か否かを判断する（Ｓ２０２）。
　制御偏差が０ではない場合（Ｓ２０２，ＮＯ）、第１補正部５３は、制御偏差が正値であるか否かを判断する（Ｓ２０３）。
　制御偏差が正値である場合（Ｓ２０３，ＹＥＳ）、第１補正部５３は、カウンタ変数ｈｙｓｓｐｃに０を代入して初期化し（Ｓ２０４）、所定の正の補正値をヒステリシス補正値として出力し（Ｓ２０５）、変数ｈｙｓｓｐｃをインクリメントして（Ｓ２０６）、次のサンプルを待機し、変数ｇｃが１であるか否かを判断する（Ｓ２０７）。
　変数ｇｃが１である場合（Ｓ２０７，ＹＥＳ）、第１補正部５３は、制御偏差が０であるか否かを判断する（Ｓ２０８）。
　制御偏差が０ではない場合（ステップＳ２０８，ＮＯ）、第１補正部５３は、変数ｈｙｓｓｐｃが所定の閾値を示す変数であるｍａｘｃ以上であるか否かを判断する（Ｓ２０９）。
　変数ｈｙｓｓｐｃが変数ｍａｘｃ以上である場合（Ｓ２０９、ＹＥＳ）、第１補正部５３は、定常状態補正処理を終了する。
　一方、変数ｈｙｓｓｐｃが変数ｍａｘｃより小さい場合（Ｓ２０９，ＮＯ）、第１補正部５３は、再度、所定の正の補正値をヒステリシス補正値として出力する（Ｓ２０５）。
　また、ステップＳ２０８の判断において、制御偏差が０である場合（Ｓ２０８，ＹＥＳ）、第１補正部５３は、定常状態補正処理を終了する。
　また、ステップＳ２０７の判断において、変数ｇｃが１ではない場合（Ｓ２０７，ＮＯ）、第１補正部５３は、定常状態補正処理を終了する。
　また、ステップＳ２０３の判断において、制御偏差が負値である場合（Ｓ２０３，ＮＯ）、第１補正部５３は、変数ｈｙｓｓｍｃに０を代入して初期化し（Ｓ２１０）、所定の負の補正値をヒステリシス補正値として出力し（Ｓ２１１）、変数ｈｙｓｓｍｃをインクリメントして（Ｓ２１２）、次のサンプルを待機し、変数ｇｃが１であるか否かを判断する（Ｓ２１３）。
　変数ｇｃが１である場合（Ｓ２１３，ＹＥＳ）、第１補正部５３は、制御偏差が０であるか否かを判断する（Ｓ２１４）。
　制御偏差が０ではない場合（ステップＳ２１４，ＮＯ）、第１補正部５３は、変数ｈｙｓｓｍｃが変数ｍａｘｃ以上であるか否かを判断する（Ｓ２１５）。
　変数ｈｙｓｓｍｃが変数ｍａｘｃ以上である場合（Ｓ２１５，ＹＥＳ）、第１補正部５３は、定常状態補正処理を終了する。
　一方、変数ｈｙｓｓｍｃが変数ｍａｘｃより小さい場合（Ｓ２１５，ＮＯ）、第１補正部５３は、所定の負の補正値をヒステリシス補正値として出力する（Ｓ２１１）。
　また、ステップＳ２１４の判断において、制御偏差が０である場合（Ｓ２１４，ＹＥＳ）、第１補正部５３は、定常状態補正処理を終了する。
　また、ステップＳ２１３の判断において、変数ｇｃが１ではない場合（Ｓ２１３，ＮＯ）、第１補正部５３は、定常状態補正処理を終了する。
　また、ステップＳ２０１の判断において、変数ｇｃが１ではない場合（Ｓ２０１，ＮＯ）、第１補正部５３は、次のサンプルを待機し、再度、変数ｇｃが１であるか否かを判断する（Ｓ２０１）。
　上述したように、第１補正部５３は、定常状態において制御偏差がある場合、その符号に応じて所定のヒステリシス補正値を出力する。また、第１補正部５３は、ヒステリシス補正値の出力において、制御偏差が０にならず、且つヒステリシス補正値の出力回数が所定の閾値に達しない限り、所定のヒステリシス補正値を出力し続ける。つまり、第１補正部５３は、複数回に分けてヒステリシス補正値を出力する。このような動作により、定常状態における冷却水バルブ２１の制御性を向上させることができる。
　次に、過渡状態補正処理について説明する。図７及び図８は、過渡状態補正処理の動作を示すフローチャートである。
　図７に示すように、まず、第２補正部５４は、変数ｇｃが０であるか否かを判断する（Ｓ３０１）。
　変数ｇｃが０である場合（Ｓ３０１，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、冷却水バルブ２１の動作方向が開方向であるか否かを判断する（Ｓ３０２）。
　冷却水バルブ２１の動作方向が開方向である場合（Ｓ３０２，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、所定の正の補正値をヒステリシス補正値として出力して（Ｓ３０３）、次のサンプルを待機し、変数ｇｃが０であるか否かを判断する（Ｓ３０４）。
　変数ｇｃが０である場合（Ｓ３０４，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、変数ｍｎｓが１且つ変数ｐｌｓが０であるか否かを判断する（Ｓ３０５）。
　ここで、変数ｍｎｓ及び変数ｐｌｓについて説明する。変数ｍｎｓは、前回サンプルの操作量に対して現在のサンプルの操作量が減少しており、且つ前回サンプルの操作量が前々回サンプルの操作量に対して減少していない場合に１となり、それ以外の場合に０となる。また、変数ｐｌｓは、前回サンプルの操作量に対して現在のサンプルの操作量が増加しており、且つ前回サンプルの操作量が前々回サンプルの操作量に対して増加していない場合に１となり、それ以外の場合に０となる。
　変数ｍｎｓが１且つ変数ｐｌｓが０である場合（Ｓ３０５，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、所定の負の補正値をヒステリシス補正値として出力して（Ｓ３０６）、次のサンプルを待機し、変数ｇｃが０であるか否かを判断する（Ｓ３０７）。
　ステップＳ３０２の判断において、冷却水バルブ２１の動作方向が閉方向である場合（Ｓ３０２，ＮＯ）、第２補正部５４は、所定の負の補正値をヒステリシス補正値として出力して（Ｓ３０８）、次のサンプルを待機し、変数ｇｃが０であるか否かを判断する（Ｓ３０９）。
　変数ｇｃが０である場合（Ｓ３０９，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、変数ｐｌｓが１且つ変数ｍｎｓが０であるか否かを判断する（Ｓ３１０）。
　変数ｐｌｓが１且つ変数ｍｎｓが０である場合（Ｓ３１０，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、所定の正の補正値をヒステリシス補正値として出力して（Ｓ３１１）、次のサンプルを待機し、変数ｇｃが０であるか否かを判断する（Ｓ３１２）。
　変数ｇｃが０である場合（Ｓ３１２，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、変数ｍｎｓが１且つ変数ｐｌｓが０であるか否かを判断する（Ｓ３０５）。
　一方、変数ｇｃが０ではない場合（Ｓ３１２，ＮＯ）、図８に示すように、第２補正部５４は、過渡状態補正処理を終了する。
　また、ステップＳ３０７の判断において、変数ｇｃが０である場合（Ｓ３０７，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、変数ｐｌｓが１且つ変数ｍｎｓが０であるか否かを判断する（Ｓ３１０）。
　また、ステップＳ３０７及びＳ３１２の判断において、変数ｇｃが０ではない場合（Ｓ３０７，ＮＯ／Ｓ３１２，ＮＯ）、いずれの場合も、図８に示すように、第２補正部５４は、過渡状態補正処理を終了する。
　また、ステップＳ３０５の判断において、変数ｍｎｓが１且つ変数ｐｌｓが０ではない場合（Ｓ３０５，ＮＯ）、及びステップＳ３１０の判断において、変数ｐｌｓが１且つ変数ｍｎｓが０ではない場合（Ｓ３１０，ＮＯ）、いずれの場合も、図８に示すように、第２補正部５４は、後述するステップＳ３１３の処理を行う。
　また、ステップＳ３０１の判断において、変数ｇｃが０ではない場合（Ｓ３０１，ＮＯ）、第２補正部５４は、次のサンプルを待機し、再度、変数ｇｃが０であるか否かを判断する（Ｓ３０１）。
　ここで、ステップＳ３１３移行の処理について説明する。図８に示すように、第２補正部５４は、図８に示すように、補正値０を出力して（Ｓ３１３）、次のサンプルを待機し、変数ｇｃが０であるか否かを判断する（Ｓ３１４）。
　変数ｇｃが０である場合（Ｓ３１４，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、変数ｍｎｓが１且つ変数ｐｌｓが０であるか否かを判断する（Ｓ３１５）。
　変数ｍｎｓが１且つ変数ｐｌｓが０である場合（Ｓ３１５，ＹＥＳ）、第２補正部５４は、図７に示すように、所定の負の補正値をヒステリシス補正値として出力する（Ｓ３０６）
　一方、変数ｍｎｓが１且つ変数ｐｌｓが０ではない場合（Ｓ３１５，ＮＯ）、第２補正部５４は、図７に示すように、所定の正の補正値をヒステリシス補正値として出力する（Ｓ３１１）。
　また、ステップＳ３１４の判断において、変数ｇｃが０ではない場合（Ｓ３１４，ＮＯ）、第２補正部５４は、過渡状態補正処理を終了する。
　上述したように、第２補正部５４は、過渡状態において、操作量が減少に転じた場合に負の補正値を出力し、操作量が増加に転じた場合に正の補正値を出力する。このような動作により、過渡状態における冷却水バルブ２１の制御性を向上させることができる。
　以上、説明したように、本実施の形態に係るバルブ制御装置５によれば、定常状態及び過渡状態に応じてヒステリシス補正値を出力することにより、特に定常状態において、冷却水バルブ２１の目標開度への整定性を向上させることができる。また、これにより冷却水の流量の制御性が向上し、したがって、エンジン１１の温度の制御性も向上させることができる。なお、本実施の形態において、バルブ制御装置５の制御対象を冷却水バルブ２１としたが、バルブ制御装置５は流体の流量を制御するバルブであれば適用可能である。
　本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。
　１　エンジン冷却システム、５　バルブ制御装置、１１　エンジン、１２　ウォータージャケット、１３　ウォーターポンプ、２１　冷却水バルブ、２２　モータ、２３　ポジションセンサ、２４　水温センサ、３１　ＥＣＵ、４１　ラジエータ、４２　ヒータ、４３　スロットル、５１　操作量算出部、５２　状態判断部、５３　第１補正部、５４　第２補正部、９１　メイン流路パイプ、９１ａ　シール部材、９２　サブ流路パイプ、９２ａ　シール部材、９３　バイパス流路パイプ、３１１　ＣＰＵ、３１２　メモリ、３１３　入出力インターフェイス。

Claims (8)

  1. 　バルブを駆動する駆動装置を制御するバルブ制御装置であって、
    　前記バルブの開度の目標値と前記バルブの開度の実測値との制御偏差に基づいて、所定のサンプリング周期で前記駆動装置の操作量を算出する操作量算出部と、
    　前記バルブが定常状態または過渡状態のいずれであるかを判断する状態判断部と、
    　前記状態判断部により前記バルブが定常状態であると判断された場合、前記制御偏差の符号に応じた所定の第１補正値を出力し、前記操作量算出部で算出された操作量を該第１補正値で補正する第１補正部と、
    　を備えるバルブ制御装置。
  2. 　前記第１補正部は、前記第１補正値の出力回数が所定の第１閾値より少ない場合、前記第１補正値の出力を前記制御偏差がゼロになるまで継続することを特徴とする、
    　請求項１に記載のバルブ制御装置。
  3. 　前記状態判断部は、前記目標値が変更されない状態において、前記制御偏差の符号が前回のサンプルにおける制御偏差の符号に対して反転し、且つ前記制御偏差の絶対値が所定の第２閾値以下である場合、前記バルブが定常状態であると判断することを特徴とする、
    　請求項１に記載のバルブ制御装置。
  4. 　前記状態判断部により前記バルブが過渡状態であると判断された場合、前記操作量の変化に応じた所定の第２補正値を出力し、前記操作量算出部により算出された操作量を該第２補正値で補正する第２補正部を更に備えることを特徴とする、
    　請求項１に記載のバルブ制御装置。
  5. 　バルブを駆動する駆動装置を制御するバルブ制御方法であって、
    　前記バルブの開度の目標値と前記バルブの開度の実測値との制御偏差に基づいて、所定のサンプリング周期で前記駆動装置の操作量を算出し、
    　前記バルブが定常状態または過渡状態のいずれであるかを判断し、
    　前記バルブが定常状態であると判断した場合、前記制御偏差の符号に応じた所定の第１補正値を出力し、前記算出した操作量を該第１補正値で補正する、
    　ことをコンピュータに実行させるバルブ制御方法。
  6. 　前記第１補正値の出力回数が所定の第１閾値より少ない場合、前記第１補正値の出力を前記制御偏差がゼロになるまで継続することを特徴とする、
    　請求項５に記載のバルブ制御方法。
  7. 　前記目標値が変更されない状態において、前記制御偏差の符号が前回のサンプルにおける制御偏差の符号に対して反転し、且つ制御偏差の絶対値が所定の第２閾値以下である場合、前記バルブが定常状態であると判断することを特徴とする、
    　請求項５に記載のバルブ制御方法。
  8. 　前記バルブが過渡状態であると判断した場合、前記操作量の変化に応じた所定の第２補正値を出力し、前記算出した操作量を該第２補正値で補正する、
    　ことを更にコンピュータに実行させる請求項５に記載のバルブ制御方法。
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