(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライディングモード制御により制御量を算出して制御対象を目標値にフィードバック制御するスライディングモード制御装置において、
前記スライディングモード制御により算出される制御量を、ディザー制御により補正して制御し、
かつ、前記スライディングモード制御における切換関数Ｓを下記演算式により算出するとともに、
前記ディザー制御による補正量が付加される条件を、前記切換関数Ｓに基づいて下記条件より設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。
切換関数Ｓの演算式；
Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ
γ：傾き
ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差
ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ：上記偏差の微分値
ディザー制御による補正量が付加される条件；
Ｓ・ΔＳ≧０  但し、ΔＳはＳの変化量
【請求項２】
スライディングモード制御により制御量を算出して制御対象を目標値にフィードバック制御するスライディングモード制御装置において、
前記スライディングモード制御により算出される制御量を、ディザー制御により補正して制御し、
かつ、前記スライディングモード制御における切換関数Ｓを下記演算式により算出するとともに、
前記ディザー制御による補正量が付加される条件を、前記切換関数Ｓに基づいて下記条件より設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。
切換関数Ｓの演算式；
Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ
γ：傾き
ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差
ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度
ディザー制御による補正量が付加される条件；
Ｓ・ΔＳ≧０  但し、ΔＳはＳの変化量
【請求項３】
前記スライディングモード制御における制御量Ｕは、次式により算出されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスライディングモード制御装置。
Ｕ＝ｃ×ＰＥＲＲ＋ｄ×｛ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ｝−Ｋ[Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）]
ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度
ｃ,ｄ：定数
δ：チャタリング防止係数
【請求項４】
前記制御対象が、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相であり、前記回転位相を目標値にフィードバック制御することで、吸・排気バルブの開閉時期を連続的に可変制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のスライディングモード制御装置。
【請求項５】
前記カムシャフトの回転位相は、油圧制御される油圧アクチュエータに対する油の給排を、切換弁によって選択的に制御することにより制御されることを特徴とする請求項４に記載のスライディングモード制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スライディングモード制御に関し、例えば内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を目標値にフィードバック制御するのに用いられるスライディングモード制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、吸・排気バルブの開閉時期を連続的に可変制御する係る構成のバルブタイミング制御装置として、特開平１０−１４１０２２号公報に開示されるようなベーン式バルブタイミング制御装置がある。
【０００３】
このものは、カムスプロケットに固定される筒状のハウジングの内周面に凹部を形成する一方、カムシャフトに固定される羽車の羽部（ベーン）が前記凹部に収容させ、前記凹部内で前記羽部が移動できる範囲内でカムシャフトがカムスプロケットに対して相対的に回転できるよう構成する。
【０００４】
そして、前記羽部が前記凹部を回転方向の前後に区画して形成される一対の油圧室に対して相対的に油を給排することで、前記羽部を前記凹部の中間位置に保持させ、回転位相の連続的な可変制御を行わせる構成となっており、前記一対の油圧室の油圧が目標の回転位相が得られる油圧に調整されると、油圧通路を制御バルブで閉じて油の給排を停止させるよう構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記カムシャフト回転位相の制御方式としては、ＰＩＤ制御などが一般的に採用されるが、この場合、制御量は、制御対象であるカムシャフトの実際の角度と目標角度との偏差（エラー量）のみを、ただ１つの変数として算出される。
【０００６】
しかしながら、前記ＰＩＤ制御を応答性よく実行するためには、油温や油圧に応じて油の粘性が変化するため、フィードバックゲインを可変に設定することが望ましいが、該設定のマッチングが容易でない。
【０００７】
また、油圧制御では、油の給排を切り換える切換弁（スプール弁）の大きな動作不感帯が存在し、該不感帯を乗り越えるために、ＰＩＤとは別にディザー分を付加してディザー制御を行なうようにしているが、ディザー分の付加判定を細かく設定する必要があって複雑な制御となり、ＲＯＭやＲＡＭの容量をとってしまい、また、部品毎の不感帯幅のバラツキを小さくして制御精度を確保するためには、部品の加工精度を上げなければならず、加工コストが増大していた。
【０００８】
このため、一般的なＰＩＤ制御から外乱の影響が小さいスライディングモード制御への移行が検討されている。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、スライディングモード制御によりフィードバック制御を行なう装置において、より高精度な制御を行うことができる装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
スライディングモード制御により制御量を算出して制御対象を目標値にフィードバック制御するスライディングモード制御装置において、
前記スライディングモード制御により算出される制御量を、ディザー制御により補正して制御し、
かつ、前記スライディングモード制御における切換関数Ｓを下記演算式により算出するとともに、
前記ディザー制御による補正量が付加される条件を、前記切換関数Ｓに基づいて下記条件より設定することを特徴とする。
切換関数Ｓの演算式；
Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ
γ：傾き
ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差
ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ：上記偏差の微分値
ディザー制御による補正量が付加される条件；
Ｓ・ΔＳ≧０  但し、ΔＳはＳの変化量
【００１０】
請求項１に係る発明によると、
スライディングモード制御により、通常のＰＩＤ制御によるフィードバック制御等と比較して外乱による影響の小さなロバスト性の高い制御を行うことができると同時に、ディザー制御による補正を行なうことにより、より高精度な制御を行なうことができる。
【００１２】
また、スライディングモード制御において、切換関数Ｓを制御対象の目標値と実際の値との偏差の関数とすることで該偏差に応じた制御量（非線形項）を与えることができ、これにより、不感帯等に対してもこれを乗り越えるための制御量が自動的に算出されて応答性の良いフィードバック制御を行なえる。
【００１３】
さらに、ディザー制御による補正を行なうことで、前記スライディングモード制御における非線形項が微調整されて、最適な応答性を確保した高精度な制御を行なうことができる。換言すれば、ディザー制御はスライディングモード制御を補足する調整機能のみ持たせればよいから、従来のＰＩＤ制御で付加されるディザー制御に比較して付加判定条件等を含めて制御が簡易となり、ＲＯＭやＲＡＭの容量も節約できる。
【００１５】
さらに、前記切換関数Ｓが前記偏差の関数として算出されているため、ディザー制御による補正量も、該偏差に応じて必要時のみ付加させることができる。また、スライディングモード制御用に算出される切換関数を流用すればよく、判定用の演算負荷も軽減される。
【００１６】
そして、切換係数Ｓとして、制御対象の目標値と実際の値との偏差ＰＥＲＲに加えて、該偏差の微分値ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔを与えることにより、切換線上に沿ったスライディングモードをより滑らかなものとすることができる。
【００１７】
また、請求項２に係る発明は、
前記切換関数Ｓが、次式により算出されることを特徴とする。
Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ
γ：傾き
ＰＥＲＲ：制御対象の目標値と実際の値との偏差
ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の実速度
前記請求項１における偏差ＰＥＲＲ量の微分値ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔの代わりに、制御対象の位置の微分値である実速度を与えるようにしても、同様に切換線上に沿ったスライディングモードを滑らかなものとすることができる。
【００１８】
また、請求項３に係る発明は、
前記スライディングモード制御における制御量Ｕが、次式により算出されることを特徴とする。
【００１９】
Ｕ＝ｃ×ＰＥＲＲ＋ｄ×｛ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ｝−Ｋ[Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）]
ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ：制御対象の変化速度
ｃ,ｄ：定数
δ：チャタリング防止係数
請求項３に係る発明によると、
前記ｃ×ＰＥＲＲ＋ｄ×｛ｄ（ＮＯＷ）／ｄｔ]で表わされる線形項制御量ＵLは、制御系の状態を切換線（Ｓ＝０）に近づける速さを調整する役割を有し、−Ｋ[（Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）]で表わされる非線形項制御量ＵNLは、切換線上に沿ったスライディングモードを生じさせる役割を有する。
【００２１】
そして、全請求項にかかる発明に共通して、前記ディザー制御による補正量が付加される条件を、前記切換関数Ｓに基づいて下記条件より設定することにより、以下の効果が得られる。
Ｓ・ΔＳ≧０    但し、ΔＳはＳの変化量
例えば、切換弁等が不感帯にある定常状態から制御対象の目標位置（目標値）が変化する場合、不感帯から外れるまでの間は、制御対象の実際の位置は変化しないので、偏差と共に切換関数Ｓ（共に絶対値、以下同様）は増大しつづける。即ち、Ｓ・ΔＳ≧０となる。この間は、速やかに不感帯から外れて制御対象が迅速に動作を開始するように、無条件でディザー分を付加する。
【００２４】
また、上記のようなディザー分の付加条件の設定は、スライディングモード制御における線形項（例えば偏差に比例的に設定）と共に、制御状態を切換線（Ｓ＝０）にオーバーシュートを抑制しつつ速やかに近づけて、切換線上でのスライディングモードを開始させる機能も有する。
【００２５】
また、請求項４に係る発明は、
前記制御対象が、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相であり、前記回転位相を目標値にフィードバック制御することで、吸・排気バルブの開閉時期を連続的に可変制御することを特徴とする。
【００２６】
請求項４に係る発明によると、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、バルブタイミングを連続的に変化させる構成において、スライディングモード制御にディザー制御を併用して、前記バルブタイミング(実質的な制御対象）を目標に高精度にフィードバック制御することができる。
【００２７】
また、請求項５に係る発明は、
前記カムシャフトの回転位相は、油圧制御される油圧アクチュエータに対する油の給排を、切換弁によって選択的に制御することにより制御されることを特徴とする。
【００２８】
請求項５に係る発明によると、
油圧アクチュエータに対する油の給排を、切換弁によって選択的に制御することにより、油圧アクチュエータの駆動方向が切り換えられると共に、油圧室への油量を調整することにより、カムシャフトの回転位相が、連続的に可変制御される。
【００２９】
そして、該油圧制御機構にスライディング制御を適用することにより、前記切換弁の不感帯のバラツキ、油温や油圧などの外乱による影響を受けにくく、ロバスト性の高い制御を行うことができ、部品の加工精度を下げられ、加工コストを低減でき、さらにディザー制御を併用することにより、不感帯に対して木目細かな微調整を行なうことができ、制御精度を可及的に高めることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図６は、本実施形態において、スライディングモード制御にディザー制御を併用してフィードバック制御を行なう内燃機関のバルブタイミング制御装置の機構部分を示すものであり、吸気バルブ側に適用したものを示す。
【００３１】
図に示すバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフト（図示省略）によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット１（タイミングスプロケット）と、該カムスプロケット１に対して相対回転可能に設けられたカムシャフト２と、該カムシャフト２の端部に固定されてカムスプロケット１内に回転自在に収容された回転部材３と、該回転部材３をカムスプロケット１に対して相対的に回転させる油圧回路４と、カムスプロケット１と回転部材３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構１０とを備えている。
【００３２】
前記カムスプロケット１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部５ａを有する回転部５と、該回転部５の前方に配置されて回転部材３を回転自在に収容したハウジング６と、該ハウジング６の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフロントカバー７と、ハウジング６と回転部５との間に配置されてハウジング６の後端部を閉塞する略円板状のリアカバー８とから構成され、これら回転部５とハウジング６及びフロントカバー７，リアカバー８は、４本の小径ボルト９によって軸方向から一体的に結合されている。
【００３３】
前記回転部５は、略円環状を呈し、周方向の約９０°の等間隔位置に各小径ボルト９が螺着する４つの雌ねじ孔５ｂが前後方向へ貫通形成されていると共に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ２５が嵌合する段差径状の嵌合孔１１が貫通形成されている。更に、前端面には、前記リアカバー８が嵌合する円板状の嵌合溝１２が形成されている。
【００３４】
また、前記ハウジング６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位置には、４つの隔壁部１３が突設されている。この隔壁部１３は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング６の軸方向に沿って設けられて、各両端縁がハウジング６の両端縁と同一面になっていると共に、基端側には、小径ボルト９が挿通する４つのボルト挿通孔１４が軸方向へ貫通形成されている。更に、各隔壁部１３の内端面中央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝１３ａ内に、コ字形のシール部材１５と該シール部材１５を内方へ押圧する板ばね１６が嵌合保持されている。
【００３５】
更に、前記フロントカバー７は、中央の比較的大径なボルト挿通孔１７が穿設されていると共に、前記ハウジング６の各ボルト挿通孔１４と対応する位置に４つのボルト孔１８が穿設されている。
【００３６】
また、リアカバー８は、後端面に前記回転部材５の嵌合溝１２内に嵌合保持される円板部８ａを有していると共に、中央にスリーブ２５の小径な円環部２５ａが嵌入する嵌入孔８ｃが穿設され、更に、前記ボルト挿通孔１４に対応する位置に４つのボルト孔１９が同じく形成されている。
【００３７】
前記カムシャフト２は、シリンダヘッド２２の上端部にカム軸受２３を介して回転自在に支持され、外周面の所定位置に、バルブリフターを介して吸気バルブを開動作させるカム（図示省略）が一体に設けられていると共に、前端部にはフランジ部２４が一体に設けられている。
【００３８】
前記回転部材３は、フランジ部２４と嵌合穴１１にそれぞれ前後部が嵌合した前記スリーブ２５を介して軸方向から挿通した固定ボルト２６によってカムシャフト２の前端部に固定されており、中央に前記固定ボルト２６が挿通するボルト挿通孔２７ａを有する円環状の基部２７と、該基部２７の外周面周方向の９０°位置に一体に設けられた４つのベーン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄとを備えている。
【００３９】
前記第１〜第４ベーン２８ａ〜２８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部１３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン２８ａ〜２８ｄの両側と各隔壁部１３の両側面との間に、進角側油圧室３２と遅角側油圧室３３を構成する。また、各ベーン２８ａ〜２８ｄの外周面の中央に軸方向に切欠された保持溝２９にハウジング６の内周面６ａに摺接するコ字形のシール部材３０と該シール部材３０を外方に押圧する板ばね３１がそれぞれ嵌着保持されている。
【００４０】
前記ロック機構１０は、前記回転部５の嵌合溝１２の外周側所定位置に形成された係合溝２０と、前記係合溝２０に対応した前記リアカバー８の所定位置に貫通形成されて、内周面がテーパ状の係合孔２１と、該係合孔２１に対応した前記１つのベーン２８の略中央位置に内部軸方向に沿って貫通形成された摺動用孔３５と、該１つのベーン２８の前記摺動用孔３５内に摺動自在に設けられたロックピン３４と、該ロックピン３４の後端側に弾装されたばね部材であるコイルスプリング３９と、ロックピン３４と摺動用孔３５との間に形成された受圧室４０とから構成されている。
【００４１】
前記ロックピン３４は、中央側の中径状の本体３４ａと、該本体３４ａの先端側に略先細り円錐状に形成された係合部３４ｂと、本体３４ａの後端側に形成された段差大径状のストッパ部３４ｃとから構成されており、ストッパ部３４ｃの内部凹溝３４ｄの底面とフロントカバー７の内端面との間に弾装された前記コイルスプリング３９のばね力によって係合孔２１方向へ付勢されるようになっていると共に、前記本体３４ａとストッパ部３４ｃとの間の外周面及び摺動用孔３５の内周面との間に形成された受圧室４０内の油圧によって、係合孔２１から抜け出る方向に摺動するようになっている。また、この受圧室４０は、前記ベーン２８の側部に形成された通孔３６によって前記遅角側油圧室３３に連通している。また、ロックピン３４の係合部３４ｂは、回転部材３の最大遅角側の回動位置において係合部３４ｂが係合孔２１内に係入するようになっている。
【００４２】
前記油圧回路４は、進角側油圧室３２に対して油圧を給排する第１油圧通路４１と、遅角側油圧室３３に対して油圧を給排する第２油圧通路４２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路４１，４２には、供給通路４３とドレン通路４４とがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁４５を介して接続されている。前記供給通路４３には、オイルパン４６内の油を圧送するオイルポンプ４７が設けられている一方、ドレン通路４４の下流端がオイルパン４６に連通している。
【００４３】
前記第１油圧通路４１は、シリンダヘッド２２内からカムシャフト２の軸心内部に形成された第１通路部４１ａと、固定ボルト２６内部の軸線方向を通って頭部２６ａ内で分岐形成されて第１通路部４１ａと連通する第１油路４１ｂと、頭部２６ａの小径な外周面と回転部材３の基部２７内に有するボルト挿通孔２７ａの内周面との間に形成されて第１油路４１ｂに連通する油室４１ｃと、回転部材３の基部２７内に略放射状に形成されて油室４１ｃと各進角側油圧室３２に連通する４本の分岐路４１ｄとから構成されている。
【００４４】
一方、第２油圧通路４２は、シリンダヘッド２２内及びカムシャフト２の内部一側に形成された第２通路部４２ａと、前記スリーブ２５の内部に略Ｌ字形状に折曲形成されて第２通路部４２ａと連通する第２油路４２ｂと、回転部材５の嵌合孔１１の外周側孔縁に形成されて第２油路４２ｂと連通する４つの油通路溝４２ｃと、リアカバー８の周方向の約９０°の位置に形成されて、各油通路溝４２ｃと遅角側油圧室３３とを連通する４つの油孔４２ｄとから構成されている。
【００４５】
前記電磁切換弁４５は、内部のスプール弁体が各油圧通路４１，４２と供給通路４３及びドレン通路４４ａ，４４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっていると共に、コントローラ４８からの制御信号によって切り換え作動されるようになっている。
【００４６】
具体的には、図４〜図６に示すように、シリンダブロック４９の保持孔５０内に挿通固定された筒状のバルブボディ５１と、該バルブボディ５１内の弁孔５２に摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール弁体５３と、該スプール弁体５３を作動させる比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ５４とから構成されている。
【００４７】
前記バルブボディ５１は、周壁の略中央位置に前記供給通路４３の下流側端と弁孔５２とを連通する供給ポート５５が貫通形成されていると共に、該供給ポート５５の両側に前記第１，第２油圧通路４１，４２の他端部と弁孔５２とを連通する第１ポート５６及び第２ポート５７がそれぞれ貫通形成されている。また、周壁の両端部には、両ドレン通路４４ａ，４４ｂと弁孔５２とを連通する第３，第４ポート５８，５９が貫通形成されている。
【００４８】
前記スプール弁体５３は、小径軸部の中央に供給ポート５５を開閉する略円柱状の第１弁部６０を有していると共に、両端部に第３，第４ポート５８，５９を開閉する略円柱状の第２，第３弁部６１，６２を有している。また、スプール弁体５３は、前端側の支軸５３ａの一端縁に有する傘部５３ｂと弁孔５２の前端側内周壁に有するスプリングシート５１ａとの間に弾装された円錐状の弁ばね６３によって、図中右方向、つまり第１弁部６０で供給ポート５５と第２油圧通路４２とを連通する方向に付勢されている。
【００４９】
前記電磁アクチュエータ５４は、コア６４，移動プランジャ６５，コイル６６，コネクタ６７などを備え、移動プランジャ６５の先端に前記スプール弁体５３の傘部５３ｂを押圧する駆動ロッド６５ａが固定されている。
【００５０】
前記コントローラ４８は、機関回転速度を検出する回転センサ１０１や吸入空気量を検出するエアフローメータ１０２からの信号によって現在の運転状態（負荷、回転）を検出すると共に、クランク角センサ１０３及びカムセンサ１０４からの信号によってカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置、即ち、クランクシャフトに対するカムシャフト２の回転位相を検出する。
【００５１】
前記コントローラ４８は、前記電磁アクチュエータ５４に対する通電量をデューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、コントローラ４８から電磁アクチュエータ５４にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のばね力で図４に示す位置、つまり、最大右方向に移動する。これによって、第１弁部６０が供給ポート５５の開口端５５ａを開成して第２ポート５７と連通させると同時に、第２弁部６１が第３ポート５８の開口端を開成すると共に、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止する。このため、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、供給ポート５５，弁孔５２，第２ポート５７，第２油圧通路４２を通って遅角側油圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の作動油が、第１油圧通路４１，第１ポート５６，弁孔５２，第３ポート５８を通って第１ドレン通路４４ａからオイルパン４６内に排出される。
【００５２】
従って、遅角側油圧室３３の内圧が高、進角側油圧室３２の内圧が低となって、回転部材３は、ベーン２８ａ〜２８ｂを介して最大一方向に回転する。これによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは一方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期が遅くなり、排気バルブとのオーバーラップが小さくなる。
【００５３】
一方、コントローラ４８から電磁アクチュエータ５４にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のばね力に抗して図６に示すように左方向へ最大に摺動して、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止すると同時に、第４弁部６２が第４ポート５９を開成すると共に、第１弁部６０が、供給ポート５５と第１ポート５６とを連通させる。このため、作動油は、供給ポート５５、第１ポート５６、第１油圧通路４１を通って進角側油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動油が第２油圧通路４２、第２ポート５７、第４ポート５９、第２ドレン通路４４ｂを通ってオイルパン４６に排出され、遅角側油圧室３３が低圧になる。
【００５４】
このため、回転部材３は、ベーン２８ａ〜２８ｄを介して他方向へ最大に回転し、これによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは他方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期が早くなり（進角され）、排気バルブとのオーバーラップが大きくなる。
【００５５】
前記コントローラ４８は、第１弁部６０が供給ポート５５を閉止し、かつ、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止し、かつ、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止する位置となるデューティ比をベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとする一方、クランク角センサ１０３及びカムセンサ１０４からの信号に基づいて検出されるカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置（回転位相）と、運転状態に応じて設定した前記相対回動位置（回転位相）の目標値（目標進角値）とを一致させるためのフィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹを設定し、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹとの加算結果を最終的なデューティ比ＶＴＣＤＴＹとし、該デューティ比ＶＴＣＤＴＹの制御信号を電磁アクチュエータ５４に出力するようにしてある。なお、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹは、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９が共に閉止され、いずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われないデューティ比範囲の略中央値（例えば５０％）に設定されている。
【００５６】
つまり、前記相対回動位置（回転位相）を遅角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹによりデューティ比が減少され、オイルポンプ４７から圧送された作動油が遅角側油圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の作動油がオイルパン４６内に排出されるようになり、逆に、前記相対回動位置（回転位相）を進角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹによりデューティ比が増大され、作動油が進角側油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動油がオイルパン４６に排出されるようになる。そして、前記相対回動位置（回転位相）を現状の状態に保持する場合には、前記フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹの絶対値が減ることで、ベースデューティ比付近のデューティ比に戻るよう制御され、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９の閉止（油圧の給排の停止）により各油圧室３２，３３の内圧を保持するように制御される。
【００５７】
ここで、前記フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹが、スライディングモード制御とディザー制御との併用により、以下のように算出される。なお、以下では、前記検出されるカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置（回転位相）をバルブタイミング制御装置（ＶＴＣ）の実角度、その目標値をＶＴＣの目標角度として説明する。
【００５８】
図７は、上記のように設計されたスライディングモード制御及びディザー制御を適用した前記コントローラ４８による電磁アクチュエータ５４のデューティ制御の様子を示すブロック図である。
【００５９】
まず、スライディングモード制御部において、線形項算出部では、ＶＴＣの目標角度ＶＴＣＴＲＧと実角度ＶＴＣＮＯＷとの偏差ＰＥＲＲを算出し、該偏差ＰＥＲＲにＰ分ゲインｃを乗じた比例分制御量ＵＰと、実角度ＶＴＣＮＯＷの微分値（ｄ（ＶＴＣＮＯＷ）／ｄｔ）に速度ゲインｄを乗じた速度制御量ＵＮ（＝ｄ×ｄ（ＶＴＣＮＯＷ）／ｄｔ）を加算して線形項制御量ＵＬを算出する。
【００６０】
また、非線形項算出部では、前記偏差ＰＥＲＲに傾きγを乗じた値と、偏差ＰＥＲＲの微分値ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔとを加算して、切換関数Ｓを算出し、該切換関数Ｓを用いた平滑関数−ｋＳ／（｜Ｓ｜＋δ）として非線形項制御量ＵＮＬを算出する。
【００６１】
なお、前記平滑関数において、ｋは非線形項ゲイン、δはチャタリング防止係数である。
前記線形項制御量ＵＬは、制御系（ＶＴＣ）の状態を切換線（Ｓ＝０）に近づける速さを調整する役割を有し、非線形項制御量ＵＮＬは、切換線上に沿ったスライディングモードを生じさせる役割を有する。これにより、初期状態から位相平面上の切換線（Ｓ＝０）上にシステム状態を向かわせ、切換線（Ｓ＝０）上に状態が乗ったら、切換線（Ｓ＝０）上に拘束され滑りながら原点（目標値）に到達する（図８参照）。
【００６２】
そして、前記線形項制御量ＵＬと、非線形項制御量ＵＮＬとを加算して、スライディングモード制御におけるトータルの制御量ＵＤＴＹを算出する。
一方、ディザー制御部において、付加判定部では、前記切換関数Ｓに基づいて、ディザー分（補正量）を付加するかを判定する。具体的には、Ｓ×ΔＳ≧０又は｜Ｓ｜≧Ｓ０（＞０）のときにディザー分Ｄ０を付加し、それ以外の時つまり｜Ｓ｜＜Ｓ０のときはディザー分Ｄ０の付加を停止する。つまり、Ｄ０＝０とする。このようにして付加判定が行なわれた後、出力部からディザー分Ｄ０が出力される。
【００６３】
即ち、切換弁が不感帯にある状態からＶＴＣの目標角度が変化すると、図９に示すように、切換弁が不感帯から外れるまでの間は、実角度は変化しないので、偏差と共に切換関数Ｓ（共に絶対値、以下同様）は増大しつづけ、Ｓ・ΔＳ≧０となる。したがって、この間は、切換弁が速やかに不感帯から外れてＶＴＣが速やかに動作を開始するように、無条件でディザー分を付加する。
【００６４】
また、切換弁が不感帯から外れて、ＶＴＣが動作を開始すると、偏差と共に切換関数Ｓは減少し始めるが、目標角度にある程度近づくまで、即ち、｜Ｓ｜≧Ｓ０を満たしているときは、ディザー分を付加することにより、速やかに目標角度に接近させて高応答性を確保する。
【００６５】
ＶＴＣが目標角度に接近して｜Ｓ｜＜Ｓ０となったときは、ディザー分の付加を停止することにより、過度な制御量によるオーバーシュートを抑制し、速やかに目標角度に収束させることができる。
【００６６】
なお、偏差ＰＥＲＲ（目標角度−実角度）が正の値のときは、ディザー分Ｄ０は実角度を増大させる方向の値（例えば正の値）に設定され、偏差が負の値のときは、ディザー分Ｄ０は実角度を増大させる方向の値（例えば負の値）に設定される。
【００６７】
また、ディザー分Ｄ０の値は、ＰＩＤ制御の場合は不感帯から抜け出すのに十分な大きさに設定されるが、本発明では、スライディングモード制御における前記非線形項がディザー制御の機能を大方果たすことになるので、ディザー分Ｄ０は微調整機能を持たせる程度の値に設定すればよい。但し、ディザー分Ｄ０を十分大きく設定し、油温，油圧による要求変化分をスライディングモード制御の非線形項で調整するように設計することもできる。
【００６８】
そして、前記スライディングモード制御におけるトータルの制御量ＵＤＴＹに、前記ディザー制御におけるディザー分Ｄ０（付加停止時はＤ０＝０）を加算して、フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹを算出し、該フィードバック補正分ＵＦＢＤＴＹを前記不感帯中立位置相当のベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹと加算して該加算結果を最終的なデューティ比ＶＴＣＤＴＹとして出力する。
【００６９】
このように、基本的にはスライディングモード制御によって、前記切換弁の不感帯のバラツキ、油温や油圧などの外乱による影響を受けにくく、ロバスト性の高い制御を行うことができ、部品の加工精度を下げられ、加工コストを低減でき、かつ、ディザー制御による補正を行なうことにより、調整機能が作用して、最適な応答性が得られるなど制御性能が向上する。
【００７０】
また、ディザー制御の負担が従来のＰＩＤ制御で併用される場合に比較して軽減され、ディザー分の付加判定条件も従来の油温、油圧その他を含めた複雑な付加判定に比較して簡易な判定条件ですむ。特に、本実施の形態のように前記偏差ＰＥＲＲの関数として算出されている切換関数Ｓに基づくディザー分の付加判定では、ディザー分を該偏差に応じて必要時のみ付加させることができ、切換関数Ｓの流用により判定用の演算負荷も軽減される。また、上記のような切換関数Ｓに基づくディザー分の付加条件の設定は、スライディングモード制御における線形項（例えば偏差に比例的に設定）と共に、制御状態を切換線（Ｓ＝０）にオーバーシュートを抑制しつつ速やかに近づけて、切換線上でのスライディングモードを開始させる機能も有する。ディザー分の付加判定としては、この他、偏差ＰＥＲＲに基づいて、例えば、ＰＥＲＲ・ΔＰＥＲＲ≧０又は｜ＰＥＲＲ｜＞ＰＥＲＲ０（＞０）のときにディザー分を付加するような判定とすることもできる。
【００７１】
このようにスライディングモード制御を含めた制御全体が簡易化され、ＲＯＭやＲＡＭの容量も節約できる。
なお、上記の実施の形態では、前記油圧ベーン式ＶＴＣに適用したものを示したが、油圧制御式のＶＴＣに限らず、電磁式のＶＴＣ等にも適用でき、かつ、本発明は、ＶＴＣに限定されることなく、基本的にスライディングモード制御により制御量を算出して制御対象を目標値にフィードバック制御する装置に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるバルブタイミング制御機構を示す断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図３】上記バルブタイミング制御機構の分解斜視図。
【図４】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図５】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図６】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図７】上記バルブタイミング制御機構の制御ブロック図。
【図８】上記バルブタイミング制御機構のスライディングモード制御時の目標角度への収束の様子を示すタイムチャート。
【図９】上記バルブタイミング制御機構の制御時の切換関数Ｓの変化と、それによるディザー分付加の有無を示す図。
【符号の説明】
２…カムシャフト
４…油圧回路
３２…進角側油圧室
３３…遅角側油圧室
４５…電磁切換弁
４７…オイルポンプ
５３…スプール弁体
１０１…回転センサ
１０２…エアフローメータ
１０３…クランク角センサ
１０４…カムセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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