(57)【要約】【課題】モータで回転駆動されるカムによって制御軸を変位させるカム機構を備えたシステムのフィードバック制御による目標値への収束性を向上させる。【解決手段】回転角センサ１９の出力信号に基づいて制御軸１２の変位量を算出し、その変位量の算出値を目標値に一致させるようにモータ１５の駆動力（印加電圧）を制御するフィードバック制御を実行する。このフィードバック制御の実行中に回転角センサ１９の出力信号又は制御軸１２の変位量の算出値に基づいて制御軸１２の変位量が目標値付近で振動するハンチングが発生しているか否かを判定し、ハンチングが発生していると判定されたときにモータ１５の駆動力（印加電圧）を通常時（ハンチングが発生していないとき）よりも小さくする。これにより、モータ１５の駆動力の変動を抑制して変位量が目標値付近で振動するハンチングを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（１５）で回転駆動されるカム（１７）によって制御部材（１２）を変位させるカム機構（１８）と、前記カム（１７）の回転角度又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「回転角度情報」と総称する）を検出するセンサ（１９）とを備え、前記センサ（１９）の出力信号に基づいて前記制御部材（１２）の変位量又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「変位量情報」と総称する）を算出し、該変位量情報の算出値を目標値に一致させるように前記モータ（１５）を制御するフィードバック制御を実行するカム機構の制御装置において、
前記カム（１７）のうちの前記変位量情報の目標値に対応する部分に設けられて該カム（１７）の回転時に前記制御部材（１２）の変位量の傾きが他の部分と異なるように形成された段差部（２０）と、
前記フィードバック制御の実行中に前記センサ（１９）の出力信号又は前記変位量情報の算出値に基づいて前記変位量情報が目標値付近で振動するハンチングが発生しているか否かを判定するハンチング判定手段（２１）と、
前記ハンチングが発生していると判定されたときに前記モータ（１５）の駆動力を通常時よりも小さくする駆動力低減手段（２１）と
を備えていることを特徴とするカム機構の制御装置。
【請求項２】
前記ハンチング判定手段（２１）は、所定期間内に前記変位量情報の目標値と算出値との差が正側所定値と負側所定値を交互に越える回数が所定回数以上となった場合に前記ハンチングが発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載のカム機構の制御装置。
【請求項３】
前記ハンチング判定手段（２１）は、所定期間内における前記センサ（１９）の出力信号又は前記変位量情報の算出値の所定周波数帯の振動強度が所定値以上となった場合に前記ハンチングが発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載のカム機構の制御装置。
【請求項４】
前記ハンチング判定手段（２１）は、所定期間内に前記センサ（１９）の出力信号又は前記変位量情報の算出値のピーク値とボトム値との差が所定値を越える回数が所定回数以上になった場合に前記ハンチングが発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載のカム機構の制御装置。
【請求項５】
前記ハンチング判定手段（２１）は、所定期間内に前記センサ（１９）の出力信号又は前記変位量情報の算出値のピーク値又はボトム値が所定値を越える回数が所定回数以上になった場合に前記ハンチングが発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載のカム機構の制御装置。
【請求項６】
前記駆動力低減手段（２１）は、前記フィードバック制御により前記モータ（１５）の駆動力を算出する際のフィードバックゲインを小さくすることで前記モータ（１５）の駆動力を小さくすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のカム機構の制御装置。
【請求項７】
前記駆動力低減手段（２１）は、前記モータ（１５）の駆動力を所定値に固定する又は所定ガード値以下に制限することで前記モータ（１５）の駆動力を小さくすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のカム機構の制御装置。
【請求項８】
前記駆動力低減手段（２１）は、前記モータ（１５）の駆動力を小さくしても前記変位量情報が目標値に近付く方向に前記カム（１７）が押し戻される回転位置の場合に前記モータ（１５）の駆動力を小さくすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のカム機構の制御装置。
【請求項９】
前記駆動力低減手段（２１）は、前記モータ（１５）の駆動力を小さくしても前記変位量情報が目標値に近付く方向に前記カム（１７）が押し戻される回転位置の場合に前記モータ（１５）の駆動力を０にすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のカム機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータで回転駆動されるカムによって制御部材を変位させるカム機構の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される内燃機関においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブ開閉特性（例えば最大リフト量や作用角等）を変化させる可変バルブ装置を採用したものがある。
【０００３】
このような可変バルブ装置としては、例えば、特許文献１（特開２００６−１４４５９３号公報）に記載されているように、モータで回転駆動されるカムによって制御軸（コントロールシャフト）を軸方向に変位させる変位機構と、バルブ開閉特性を変更する開閉特性変更機構とを備え、変位機構で制御軸を軸方向に変位させることで開閉特性変更機構を操作してバルブ開閉特性を変化させるようにしたものがある。この特許文献１では、カムの回転位相（回転角度）を検出するセンサを設け、このセンサの出力信号に基づいたカムの回転位相が目標回転位相となるようにモータを制御することで、制御軸の変位量を目標変位量に制御して、バルブ開閉特性を目標バルブ開閉特性に制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４４５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本出願人は、モータで回転駆動されるカムによって制御軸を変位させるカム機構と、カムの回転角度を検出する回転角センサとを備え、回転角センサの出力信号に基づいて算出した制御軸の変位量の算出値を目標値に一致させるようにモータを制御するフィードバック制御を実行して、バルブ開閉特性を目標バルブ開閉特性に制御する可変バルブ制御システムにおいて、カムの外周面のうちの変位量の目標値に対応する部分に平坦面状の段差部を設けることで、カムが段差部で制御軸と当接する回転位置が変位量の目標値に対応する回転位置となるようして、カムが変位量の目標値に対応する回転位置で停止した状態を安定維持できるようにするシステムを研究しているが、その研究過程で次のような新たな課題が判明した。
【０００６】
カムの外周面のうちの変位量の目標値に対応する部分に平坦面状の段差部を設けると、フィードバック制御の際に、変位量が目標値に到達する回転位置付近でモータの回転負荷が急変してモータの必要駆動力が急変するため、変位量が目標値付近で振動するハンチングが発生して目標値への収束性が悪化する可能性がある。目標値への収束性が悪化すると、バルブ開閉特性の制御精度が低下して、燃費、排気エミッション、ドライバビリティ等の悪化を招く可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、モータで回転駆動されるカムによって制御部材を変位させるカム機構を備えたシステムにおいて、フィードバック制御による目標値への収束性を向上させることができるカム機構の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、モータ（１５）で回転駆動されるカム（１７）によって制御部材（１２）を変位させるカム機構（１８）と、カム（１７）の回転角度又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「回転角度情報」と総称する）を検出するセンサ（１９）とを備え、センサ（１９）の出力信号に基づいて制御部材（１２）の変位量又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「変位量情報」と総称する）を算出し、該変位量情報の算出値を目標値に一致させるようにモータ（１５）を制御するフィードバック制御を実行するカム機構の制御装置において、カム（１７）のうちの変位量情報の目標値に対応する部分に設けられて該カム（１７）の回転時に制御部材（１２）の変位量の傾きが他の部分と異なるように形成された段差部（２０）と、フィードバック制御の実行中にセンサ（１９）の出力信号又は変位量情報の算出値に基づいて変位量情報が目標値付近で振動するハンチングが発生しているか否かを判定するハンチング判定手段（２１）と、ハンチングが発生していると判定されたときにモータ（１５）の駆動力を通常時（ハンチングが発生していないとき）よりも小さくする駆動力低減手段（２１）とを備えた構成としたものである。
【０００９】
この構成では、フィードバック制御の実行中にセンサの出力信号又は変位量情報の算出値に基づいて変位量情報が目標値付近で振動するハンチングが発生しているか否かを判定し、ハンチングが発生していると判定されたときにモータの駆動力を通常時よりも小さくすることができる。これにより、フィードバック制御の実行中にハンチングが発生したときに、モータの駆動力の変動を抑制して変位量情報が目標値付近で振動するハンチングを抑制することができ、目標値への収束性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の一実施例における可変バルブ制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２はカム及び制御軸の概略構成を示す図である。
【図３】図３はカムの回転角度と制御軸の変位量との関係を示す図である。
【図４】図４はバルブ開閉特性の変化を説明する図である。
【図５】図５はフィードバック制御を説明するブロック図である。
【図６】図６はフィードバック制御時の不具合を説明するタイムチャートである。
【図７】図７はハンチング抑制ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を内燃機関（エンジン）の吸気バルブ又は排気バルブのバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ装置に適用して具体化した一実施例を説明する。
【００１２】
まず、図１に基づいて可変バルブ制御システム全体の概略構成を説明する。
可変バルブ装置１１には、制御軸１２（制御部材）を軸方向に変位させるアクチュエータ部１３と、制御軸１２の変位量に応じてバルブ開閉特性（例えば最大リフト量や作用角等）を変更するバルブ開閉特性変更機構１４が設けられている。アクチュエータ部１３には、モータ１５で回転駆動されるカム１７によって制御軸１２を変位させるカム機構１８と、カム１７の回転角度を検出する回転角センサ１９が設けられている。カム機構１８は、モータ１５の回転軸に減速機１６を介してカム１７が連結され、このカム１７の外周面に制御軸１２の先端が当接する（カム１７の外周面で制御軸１２の先端を押圧する）ように制御軸１２が配置されている。カム機構１８は、カム１７の回転運動を制御軸１２の往復直線運動に変換する役割を果たす。
【００１３】
図２に示すように、カム１７は、回転中心から制御軸１２と当接する位置（制御軸１２を押圧する位置）までの距離がカム１７の回転に応じて変化するように外周形状が形成されている。また、カム１７の外周面の複数箇所（例えば３箇所）に、カム１７の回転時に制御軸１２の変位量の傾き（変化割合）が他の部分と異なるように平坦面状に形成された段差部２０が設けられている。尚、図２では、説明の便宜上、各段差部２０を太線で示している。
【００１４】
本実施例では、カム１７の外周面のうちの制御軸１２の変位量の目標値に対応する部分に平坦面状の段差部２０を設けることで、カム１７が段差部２０で制御軸１２と当接する回転位置が変位量の目標値に対応する回転位置となるようして、カム１７が変位量の目標値に対応する回転位置で停止した状態を安定維持できるようにしている。例えば、第１の変位量の目標値に対応する部分に第１の段差部２０が設けられ、第２の変位量の目標値に対応する部分に第２の段差部２０が設けられ、第３の変位量の目標値に対応する部分に第３の段差部２０が設けられている。
【００１５】
図３に示すように、各段差部２０は、カム１７の回転時に制御軸１２の変位量の傾きの絶対値が他の部分よりも小さくなるように形成されている。つまり、カム１７の回転位置が、第１の段差部２０で制御軸１２と当接する第１の段差位置を通過する際と、第２の段差部２０で制御軸１２と当接する第２の段差位置を通過する際と、第３の段差部２０で制御軸１２と当接する第３の段差位置を通過する際に、それぞれ制御軸１２の変位量の傾きの絶対値が小さくなるようになっている。
【００１６】
回転角センサ１９の出力は、ＥＣＵ２１（図１参照）に入力される。このＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された可変バルブ制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態等に応じて可変バルブ装置１１のモータ１５を制御してカム機構１８で制御軸１２を軸方向に変位させることでバルブ開閉特性変更機構１４を操作してバルブ開閉特性（例えば最大リフト量や作用角等）を変化させる（図４参照）。
【００１７】
その際、ＥＣＵ２１は、図５に示すように、エンジン運転状態等に応じて制御軸１２の変位量の目標値（目標バルブ開閉特性に対応した変位量）を第１〜第３の変位量の目標値のうちの一つに設定すると共に、回転角センサ１９の出力信号に基づいて制御軸１２の変位量を算出し、変位量の目標値と算出値との差を小さくするようにＰＩＤ制御等によりモータ１５の駆動力（印加電圧）を算出することで、変位量の算出値を目標値に一致させるようにモータ１５の駆動力（印加電圧）を制御するフィードバック制御を実行して、バルブ開閉特性を目標バルブ開閉特性に制御する。
【００１８】
カム１７の外周面のうちの制御軸１２の変位量の目標値に対応する部分に平坦面状の段差部２０を設けると、図６に示すように、フィードバック制御の際に、変位量が目標値に到達する回転位置付近でモータ１５の回転負荷が急変してモータ１５の必要駆動力が急変するため、例えば、回転角センサ１９の出力信号の誤差等によるモータ１５の必要駆動力と実駆動力との不整合時には、モータ１５の実駆動力が変動して変位量が目標値付近で振動するハンチングが発生する可能性がある。ハンチングが発生すると、目標値への収束性が悪化する可能性があり、目標値への収束性が悪化すると、バルブ開閉特性の制御精度が低下して、燃費、排気エミッション、ドライバビリティ等の悪化を招く可能性がある。
【００１９】
この対策として、本実施例では、ＥＣＵ２１により後述する図７のハンチング抑制ルーチンを実行することで、フィードバック制御の実行中に回転角センサ１９の出力信号又は制御軸１２の変位量の算出値に基づいて制御軸１２の変位量が目標値付近で振動するハンチングが発生しているか否かを判定し、ハンチングが発生していると判定されたときにモータ１５の駆動力（印加電圧）を通常時（ハンチングが発生していないとき）よりも小さくするようにしている。
【００２０】
以下、ＥＣＵ２１が実行する図７のハンチング抑制ルーチンの処理内容を説明する。
図７に示すハンチング抑制ルーチンは、ＥＣＵ２１の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、モータ１５のフィードバック制御の実行中であるか否かを判定し、フィードバック制御の実行中ではないと判定された場合には、ステップ１０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００２１】
一方、上記ステップ１０１で、フィードバック制御の実行中であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、回転角センサ１９の出力信号に基づいて制御軸１２の変位量をマップ等により算出する。この後、ステップ１０３に進み、回転角センサ１９の出力信号又は制御軸１２の変位量の算出値に基づいてハンチング判定指標（ハンチングの有無を判定するための指標）を算出した後、ステップ１０４に進み、ハンチング判定指標に基づいて制御軸１２の変位量が目標値付近で振動するハンチングが発生しているか否かを判定する。これらのステップ１０３，１０４の処理が特許請求の範囲でいうハンチング判定手段としての役割を果たす。
具体的には、次の第１〜第４の判定方法のうちのいずれかの方法で判定する。
【００２２】
［第１の判定方法］
制御軸１２の変位量の目標値と算出値との差をハンチング判定指標として算出して、所定期間内（例えば所定時間内や回転角センサ１９の出力信号のサンプリング回数が所定回数に到達するまでの期間内）に変位量の目標値と算出値との差が正側所定値（＞０）と負側所定値（＜０）を交互に越える回数が所定回数以上となったか否かによってハンチングが発生しているか否かを判定し、変位量の目標値と算出値との差が正側所定値と負側所定値を交互に越える回数が所定回数以上となった場合にハンチングが発生していると判定する。
【００２３】
ハンチングが発生すると、変位量の目標値と算出値との差が０を含む範囲で振動するため、所定期間内に変位量の目標値と算出値との差が正側所定値と負側所定値を交互に越える回数が所定回数以上となった場合にハンチングが発生していると判定するようにすれば、ハンチングの発生を精度良く判定することができる。
【００２４】
［第２の判定方法］
所定期間内における回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値を周波数解析して、回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値の所定周波数帯（ハンチングの周波数を含む周波数帯）の振動強度（例えば振動のピーク値）をハンチング判定指標として算出して、その所定周波数帯の振動強度が所定値以上であるか否かによってハンチングが発生しているか否かを判定し、所定周波数帯の振動強度が所定値以上となった場合にハンチングが発生していると判定する。
【００２５】
ハンチングが発生すると、回転角センサ１９の出力信号や変位量の算出値の所定周波数帯（ハンチングの周波数を含む周波数帯）の振動強度が大きくなるため、所定期間内における回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値の所定周波数帯の振動強度が所定値以上となった場合にハンチングが発生していると判定するようにすれば、ハンチングの発生を精度良く判定することができる。
【００２６】
［第３の判定方法］
回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値とボトム値との差をハンチング判定指標として算出して、所定期間内に回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値とボトム値との差が所定値を越える回数が所定回数以上になったか否かによってハンチングが発生しているか否かを判定し、回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値とボトム値との差が所定値を越える回数が所定回数以上になった場合にハンチングが発生していると判定する。
【００２７】
ハンチングが発生すると、回転角センサ１９の出力信号や変位量の算出値が振動するため、所定期間内に回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値とボトム値との差が所定値を越える回数が所定回数以上になった場合にハンチングが発生していると判定するようにすれば、ハンチングの発生を精度良く判定することができる。
【００２８】
［第４の判定方法］
回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値（又はボトム値）をハンチング判定指標として算出して、所定期間内に回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値（又はボトム値）が所定値を越える回数が所定回数以上になったか否かによってハンチングが発生しているか否かを判定し、回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値（又はボトム値）が所定値を越える回数が所定回数以上になった場合にハンチングが発生していると判定する。
【００２９】
ハンチングが発生すると、回転角センサ１９の出力信号や変位量の算出値が振動するため、所定期間内に回転角センサ１９の出力信号又は変位量の算出値のピーク値（又はボトム値）が所定値を越える回数が所定回数以上になった場合にハンチングが発生していると判定するようにすれば、ハンチングの発生を精度良く判定することができる。
【００３０】
上記ステップ１０４で、ハンチングが発生していると判定された場合には、ステップ１０５に進み、モータ１５の駆動力（印加電圧）を通常時（ハンチングが発生していないとき）よりも小さくする。これにより、モータ１５の駆動力の変動を抑制して制御軸１２の変位量が目標値付近で振動するハンチングを抑制する。このステップ１０５の処理が特許請求の範囲でいう駆動力低減手段としての役割を果たす。
【００３１】
具体的には、フィードバック制御によりモータ１５の駆動力を算出する際のフィードバックゲインを通常時よりも小さくすることでモータ１５の駆動力を小さくする。或は、モータ１５の駆動力を所定値に固定する又は所定ガード値以下に制限することでモータ１５の駆動力を小さくするようにしても良い。
【００３２】
また、モータ１５の駆動力を小さくしても変位量が目標値に近付く方向にカム１７が押し戻される回転位置の場合にのみモータ１５の駆動力を小さくするか又は０にするようにしても良い。このようにすれば、モータ１５の駆動力を小さくしても変位量が目標値から離れる方向にカム１７が押し戻されてしまうことを回避することができ、目標値への収束性を確実に向上させることができる。
【００３３】
ここで、モータ１５の駆動力を小さくしても変位量が目標値に近付く方向にカム１７が押し戻される回転位置は、例えば、変位量の目標値が第２の変位量の目標値に設定されている場合には、第２の変位量の目標値に対応する回転位置（第２の段差位置）に対して、第３の変位量の目標値に対応する回転位置（第３の段差位置）側の回転位置である。つまり、カム１７の外周面のうちの第２の段差部２０と第３の段差部２０との間で制御軸１２と当接する回転位置である。
【００３４】
一方、上記ステップ１０４で、ハンチングが発生していないと判定された場合には、上記ステップ１０５の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００３５】
以上説明した本実施例では、回転角センサ１９の出力信号に基づいて制御軸１２の変位量を算出し、その変位量の算出値を目標値に一致させるようにモータ１５の駆動力（印加電圧）を制御するフィードバック制御を実行する。このフィードバック制御の実行中に回転角センサ１９の出力信号又は制御軸１２の変位量の算出値に基づいて制御軸１２の変位量が目標値付近で振動するハンチングが発生しているか否かを判定し、ハンチングが発生していると判定されたときにモータ１５の駆動力を通常時よりも小さくするようにしたので、フィードバック制御の実行中にハンチングが発生したときに、モータ１５の駆動力の変動を抑制して変位量が目標値付近で振動するハンチングを抑制することができ、目標値への収束性を向上させることができる。
【００３６】
尚、上記実施例では、回転角センサ１９の出力信号に基づいて制御軸１２の変位量を算出し、その変位量の算出値を目標値に一致させるようにモータ１５を制御するフィードバック制御を実行するシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、回転角センサ１９の出力信号に基づいてリフト量又は作用角（制御軸２１の変位に伴って変化する物理量）を算出し、そのリフト量又は作用角の算出値を目標値に一致させるようにモータ１５を制御するフィードバック制御を実行するシステムに本発明を適用しても良い。或は、回転角センサ１９の出力信号に基づいてカム１７の回転角度を算出し、その回転角度の算出値を目標値に一致させるようにモータ１５を制御するフィードバック制御を実行するシステムに本発明を適用しても良い。
【００３７】
更に、カム１７の回転角度を検出する回転角センサ１９の出力信号に基づいて変位量情報（カム１７の回転角度、制御軸２１の変位量、制御軸１２の変位に伴って変化する物理量等）を算出するシステムに限定されず、例えば、制御軸１２の変位量を検出する変位量センサの出力信号に基づいて変位量情報を算出するようにしても良い。或は、モータ１５の回転角度を検出する回転角センサの出力信号に基づいて変位量情報を算出するようにしても良い。
【００３８】
また、上記実施例では、可変バルブ装置のカム機構に本発明を適用したが、これに限定されず、可変バルブ装置以外の装置のカム機構に本発明を適用しても良い。
【００３９】
その他、本発明は、カム機構の構成（カムや制御部材の形状、段差部の数や位置等）を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【符号の説明】
【００４０】
１１…可変バルブ装置、１２…制御軸（制御部材）、１５…モータ、１７…カム、１８…カム機構、１９…回転角センサ、２０…段差部、２１…ＥＣＵ（ハンチング判定手段，駆動力低減手段）
【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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