(57)【要約】【課題】作動環境、製造ばらつき、経時変化等の外乱要素による可変バルブタイミング装置の動特性の変化を補償し、作動環境の変化に追従した好適な制御を可能とする。【解決手段】可変バルブタイミング装置３２の動特性を模擬した制御対象モデルの出力と、装置３２の理想的な入出力特性を模擬した規範モデル４０の出力とを漸近的に一致させる制御デューティを求めるようにコントローラ４１を構成し、これにて規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるように制御デューティを算出する。作動環境変化により装置３２の動特性に変化が生じ前記差が大きくなると、パラメータ調整機構４２により前記差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータを逐次調整する。このパラメータは、過去の履歴要素を用いて表した算出項目を含む形で逐次算出するものであり、作動環境変化の所定状態毎に各算出値を初期値にリセットする。【選択図】      図３
2006090206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の制御対象の動特性を模擬した制御対象モデルを用いて該制御対象の目標値から該制御対象の入力を演算する制御入力演算手段と、
前記制御対象の出力を検出する制御出力検出手段と、
前記制御対象の入力又は前記目標値と前記制御対象の出力との関係に基づいて前記制御入力演算手段のパラメータを調整するパラメータ調整手段と、を備え、
過去の履歴要素を用いて表した算出項目を含む形で前記パラメータを逐次算出するようにした制御装置であって、
前記制御対象の作動環境の変化を検出するための作動環境検出手段と、
前記制御対象の作動環境の取り得る範囲内で定めた所定状態になると、前記算出項目を所定値にリセットするリセット手段と、
を備えていることを特徴とする自動車の制御装置。
【請求項２】
前記作動環境の所定状態は、前記制御対象の作動環境の取り得る範囲内で複数定められるものであることを特徴とする請求項１に記載の自動車の制御装置。
【請求項３】
前記パラメータをメモリに格納する格納手段を備え、
前記制御対象の作動環境が所定状態になると、前記リセット手段は、前記メモリに格納されている該所定状態と対応した前記パラメータを前記所定値として読み出してリセットを行うと共に、前記格納手段は、該所定状態に対応付けてその時の前記パラメータをメモリに格納することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車の制御装置。
【請求項４】
前記作動環境の所定状態は、前記制御対象の作動環境の取り得る範囲内で複数定められるものであって、
前記リセット手段は、前記制御対象の作動環境が所定状態になると、今後至ると想定される別の所定状態に対応付けられた前記パラメータを前記所定値として前記メモリから読み出してリセットを行うことを特徴とする請求項３に記載の自動車の制御装置。
【請求項５】
前記パラメータ調整手段は、前記制御対象の入力又は前記目標値を入力した時の前記制御対象モデルの出力と前記制御対象の出力との偏差を算出すると共に、過去の履歴を重ねる毎に減衰する前記算出項目としてのゲインを前記偏差に乗算することで前記パラメータを算出するものであり、
前記リセット手段は、前記制御対象の作動環境が所定状態になると、前記ゲインを前記所定値にリセットすることを特徴とする請求項１に記載の自動車の制御装置。
【請求項６】
前記制御対象は、内燃機関の暖機に伴い温度上昇する作動油を用いる油圧駆動式アクチュエータであって、
前記作動環境検出手段は、前記作動油の温度の変化を検出し、
前記リセット手段は、前記作動油の油温が所定温度になると、前記算出項目を所定値にリセットすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自動車の制御装置。
【請求項７】
前記油圧駆動式アクチュエータは、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブ開閉特性を可変する可変バルブ装置であって、
前記可変バルブ装置が進角又は遅角のいずれに作動しているかを判定する進遅角判定手段を備え、
前記所定値は、進遅角の判定に対応してそれぞれ設けられ、
前記リセット手段は、進遅角の判定に基づいてその判定に応じた前記所定値を用いてリセットすることを特徴とする請求項６に記載の自動車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象のモデルを用いて目標値から該制御対象の入力を演算する自動車の制御装置に関するものである。
【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開閉タイミングを油圧で可変する油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を搭載したものがある。この油圧駆動式の可変バルブタイミング装置は、作動油の温度（油温）によって作動油の粘度が変化して流動性が変化するため、油温によって可変バルブタイミング装置の応答性（バルブタイミング変化速度）が変化する。
【０００３】
そこで、油温又は冷却水温（油温の代用情報）に応じて可変バルブタイミング装置の油圧制御弁の入力を補正することで、油温の変化による可変バルブタイミング装置の応答性の変化を補償するようにしたものがある。
【０００４】
しかし、油温や冷却水温から作動油の粘度変化を精度良く推定することは難しく、また、製造ばらつきや経時変化等によっても可変バルブタイミング装置の応答性が変化するため、上述したように、油温や冷却水温に応じて可変バルブタイミング装置の油圧制御弁の制御入力を補正しても、可変バルブタイミング装置の応答性の変化を精度良く補償することができない。
【０００５】
この対策として、例えば、特許文献１（特許第３１３４７６３号公報）に記載されているように、可変バルブタイミング装置のバルブタイミング変化速度が一定になるように油圧制御弁の制御入力（デューティ比）を所定値に保持しているときのバルブタイミング変化速度を算出し、そのバルブタイミング変化速度と規定速度との差を是正するように油圧制御弁の制御入力（デューティ比）を補正するようにしたものがある。
【０００６】
しかし、特許文献１の技術は、可変バルブタイミング装置（油圧制御弁）の制御入力が一定値に保持されたときの可変バルブタイミング装置の挙動（静特性）の変化を補償するものであり、可変バルブタイミング装置の制御入力の変化に対する可変バルブタイミング装置の応答特性（動特性）については全く考慮されていない。このため、作動環境（油温等）、製造ばらつき、経時変化等の外乱要素に対し可変バルブタイミング装置の動特性の変化を補償することができず、外乱要素の影響を受けて過渡時の可変バルブタイミング装置の制御精度が悪くなるという欠点がある。
【０００７】
また、内燃機関の始動時における暖機過程等では作動環境（油温等）の変化が大きいので、これを十分に考慮しないと、偏差の収束性が悪化して制御精度が悪化することがある。従って、作動環境（油温等）の変化が大きくなっても、この時の可変バルブタイミング装置の制御精度をより確実に高めることが要求されている。
【特許文献１】特許第３１３４７６３号公報（第１頁、第８図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、作動環境、製造ばらつき、経時変化等の外乱要素による制御対象の動特性の変化を補償することができ、作動環境の変化に追従した好適な制御が可能となる自動車の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、効果等を示しつつ説明する。
【００１０】
手段１．自動車の制御装置は、制御入力演算手段によって、制御対象の動特性を模擬した制御対象モデルを用いて該制御対象の目標値から該制御対象の入力を演算し、制御出力検出手段によって該制御対象の出力を検出し、パラメータ調整手段によって、該制御対象の入力又は前記目標値と該制御対象の出力との関係に基づいて制御入力演算手段のパラメータを調整する。このパラメータは、過去の履歴要素を用いて表した算出項目を含む形で算出されるものである。そして、作動環境検出手段によって制御対象の作動環境の変化を検出し、リセット手段によって、制御対象の作動環境の取り得る範囲内で定めた所定状態になると、算出項目を所定値にリセットするようにしたものである。
【００１１】
すなわち、制御対象の動特性が変化すると、過渡時の制御対象の入力と出力との関係が変化し、また、制御対象の入力は制御対象モデルを用いて目標値から演算されるため、制御対象の動特性の変化により制御対象の入力と出力との関係が変化すれば、目標値と制御対象の出力との関係も変化する。従って、制御対象の入力又は目標値と出力との関係に基づいて制御入力演算手段のパラメータを調整すれば、制御入力演算手段のパラメータを制御対象の動特性の変化に応じた適正な値に調整することができる。これにより、作動環境、製造ばらつき、経時変化等の外乱要素によって制御対象の動特性が変化した場合でも、その制御対象の動特性の変化に応じて制御対象の入力を自動的に調整して、外乱要素による制御対象の動特性の変化を補償することができる。
【００１２】
また、過去の履歴要素を用いて表した算出項目を含む形で逐次算出するパラメータを用いる場合、内燃機関の始動時の暖機過程等において作動環境（油温等）の変化が大きいので、作動環境（油温等）の変化に対する追従性や応答性が悪化し、偏差の収束性が悪化して制御精度が悪化することがある。これに対し本案では、制御対象の作動環境が所定状態になると前記算出項目を所定値にリセットするようにしたので、パラメータが過去の履歴に引っ張られることによる偏差の収束性の悪化を防止可能となる。これにより、作動環境の変化に追従した好適な制御を行うことができる。
【００１３】
なお、制御入力演算手段によって制御対象の望ましい入出力特性を模擬した規範モデルを設定し、該規範モデルに前記目標値を入力したときに得られる該規範モデルの出力と制御対象の出力との差を０にするような前記制御対象の入力を演算するようにしても良い。このようにすれば、制御対象の動特性の変化を規範モデルによって精度良く補償することができる。
【００１４】
手段２．上記手段１において、作動環境の所定状態は、制御対象の作動環境の取り得る範囲内で複数定められている。
【００１５】
すなわち、前記算出項目のリセットが制御対象の作動環境の取り得る範囲内で複数行われることになるので、所望のパラメータに対する今回算出されるパラメータのズレが小さくなり、より確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００１６】
手段３．上記手段１又は２において、制御対象の作動環境が所定状態になると、リセット手段は、メモリに格納されている該所定状態と対応したパラメータを所定値として読み出してリセットを行うと共に、格納手段は、該所定状態に対応付けてその時のパラメータをメモリに格納する。
【００１７】
すなわち、前記算出項目のリセットに用いる所定値には、前回制御時において得た実際のパラメータが用いられるので、パラメータをより確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００１８】
手段４．上記手段３において、リセット手段は、制御対象の作動環境が所定状態になると、該所定状態よりも一つ先の所定状態に対応付けられたパラメータを所定値としてメモリから読み出してリセットを行う。
【００１９】
すなわち、算出項目のリセットに用いる所定値には、現在の作動環境が所定状態になった時より今後至ると想定される別の所定状態に対応付けられたパラメータが用いられるので、作動環境の変化にいち早く応答することができ、パラメータをより確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００２０】
手段５．上記手段１において、パラメータ調整手段は、制御対象の入力又は目標値を入力した時の制御対象モデルの出力と制御対象の出力との偏差を算出すると共に、過去の履歴を重ねる毎に減衰する算出項目としてのゲインを偏差に乗算することでパラメータを算出し、リセット手段は、制御対象の作動環境が所定状態になると、そのゲインを所定値にリセットする。
【００２１】
すなわち、制御対象の作動環境が所定状態になると、ゲインが所定値にリセットされて高ゲインとなるので、作動環境の変化に対するパラメータの応答性が良好となり、より確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００２２】
手段６．上記手段１〜５のいずれかにおいて、制御対象は、内燃機関の暖機に伴い温度上昇する作動油を用いる油圧駆動式アクチュエータであって、作動環境検出手段は、作動油の温度の変化を検出し、リセット手段は、作動油の油温が所定温度になると、算出項目を所定値にリセットする。
【００２３】
すなわち、内燃機関の暖機に伴い温度上昇する作動油を用いる油圧駆動式アクチュエータに適用することで、油圧駆動式アクチュエータの動特性の変化に応じて該アクチュエータの制御入力を自動的に補正して、作動環境、製造ばらつき、経時変化等の外乱要素による該アクチュエータの動特性の変化を補償することができ、該アクチュエータの過渡時の制御精度を高めることができ、該アクチュエータの過渡応答性のばらつきによるトルクばらつきを防止することができる。また、内燃機関の始動時における暖機過程等では作動環境（油温等）の変化が大きいので、作動油の油温が所定温度になって算出項目を所定値にリセットすることは特に有効であり、作動環境の変化（油温等）に追従したより好適な制御を行うことができる。
【００２４】
手段７．上記手段６において、油圧駆動式アクチュエータよりなる可変バルブ装置が進遅角判定手段によって進角又は遅角のいずれに作動しているかが判定され、リセット手段は、進遅角の判定に対応してそれぞれ設けられる所定値の内で、進遅角の判定に応じた所定値を用いてリセットする。
【００２５】
ここで、可変バルブ装置を進角制御する場合ではオーバーシュート（過剰進角）により失火等が生じる可能性があるため、オーバーシュートを極力減らすことが要求される。一方、遅角制御する場合ではバルブタイミング制御精度よりもバルブタイミングを早く戻すことが要求されるため、進角制御に比べれば、行き過ぎ量が許容される。このような理由から、一般に、可変バルブタイミング装置は、進角制御よりも遅角制御の方が早い応答ができるように構成されている。このため、進角制御と遅角制御を同一条件にすると、遅角側の特性に引っ張られて進角側の応答が補正されずに遅いままになったり、或は、進角側の特性に引っ張られて遅角側の応答が補正されずに早いままになったりする可能性がある。そのため、所定値を進角側と遅角側とでそれぞれ用意し、進遅角判定に基づいて所定値を使い分けることで、可変バルブ装置の作動状態に合致したパラメータを算出することができ、制御精度をより確実に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を内燃機関である車載ガソリンエンジンの可変バルブタイミング装置に具体化した一実施の形態を図面に基づいて説明する。まずは、図１を用いてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
【００２７】
図１に示すエンジン１１において、吸気管１２の最上流部にはエアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。エアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２８】
スロットルバルブ１５の下流側にはサージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍には、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２９】
エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５が取り付けられている。
【００３０】
図２に示すように、エンジン１１は、クランク軸２６からの動力がタイミングチェーン２７（又はタイミングベルト）により各スプロケット２８，２９を介して吸気側カム軸３０と排気側カム軸３１とに伝達されるようになっている。更に、吸気側カム軸３０には、油圧駆動式アクチュエータよりなる可変バルブタイミング装置３２が設けられている。可変バルブタイミング装置３２は、クランク軸２６に対する吸気側カム軸３０の回転位相（カム軸位相）を可変とし、吸気側カム軸３０によって開閉駆動される吸気バルブ３３のバルブタイミングを可変するようになっている。この可変バルブタイミング装置３２の油圧回路には、オイルパン３４内の作動油（エンジンオイル）がオイルポンプ３５により供給され、その油圧を油圧制御弁（ＯＣＶ）３６で制御することで、吸気バルブ３３のバルブタイミングが制御される。
【００３１】
また、吸気側カム軸３０の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ３７が取り付けられている。一方、クランク軸２６の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ３８が取り付けられている。このクランク角センサ３８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出され、カム角センサ３７の出力信号とクランク角センサ３８の出力信号とに基づいて吸気バルブ３３の実バルブタイミングが検出される。
【００３２】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３９に入力される。このＥＣＵ３９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）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。
【００３３】
また、ＥＣＵ３９は、図４〜図９に示すバルブタイミング制御用の各プログラムを実行することで、カム角センサ３７の出力信号とクランク角センサ３８の出力信号とに基づいて実バルブタイミング（実カム軸位相）を算出すると共に、エンジン運転状態等に基づいて目標バルブタイミング（目標カム軸位相）を算出し、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに一致するように可変バルブタイミング装置３２（油圧制御弁３６）の制御デューティを算出する。
【００３４】
その際、ＥＣＵ３９は、図３に示すように、モデル規範型適応制御を実行する。このモデル規範型適応制御を実行するために、制御対象（可変バルブタイミング装置）３２の理想的な入出力特性（応答特性）を模擬した規範モデル４０を設定し、コントローラ４１によって規範モデル４０の出力と制御対象３２の出力（実バルブタイミング）との差が０になるように制御入力（制御デューティ）を算出する。また、油温等の作動環境の変化等により制御対象３２の動特性（入出力特性）に変化が生じると、規範モデル４０の出力と制御対象３２の出力との差が大きくなるが、パラメータ調整機構４２によって、その差が十分に小さい値（０付近）になるようにコントローラ４１のパラメータを調整する。
【００３５】
以下、本実施例のモデル規範型適応制御の制御系の設計について説明する。
【００３６】
まず、システム同定法等により制御対象（可変バルブタイミング装置）３２の動特性を模擬した制御対象モデルを次式のような線形モデルで与える。
【００３７】
【数１】
2006090206.tif 000003
ここで、ｕ（ｋ）は入力（制御デューティ）、ｙ（ｋ）は出力（実バルブタイミング）である。また、ａ1 は１回前の出力にかかる重み係数、ａ2 は２回前の出力にかかる重み係数、ｂは入力にかかる重み係数、ｂ1 は１回前の入力にかかる重み係数である。これらの重み係数は、例えば最小二乗法により算出すれば良い。
【００３８】
次に、制御対象モデルに基づくコントローラ４１の設計について説明する。
【００３９】
まず、制御対象（可変バルブタイミング装置）３２の理想的な入出力特性を模擬した規範モデル４０を次式で与える。
【００４０】
【数２】
2006090206.tif 000004
ここで、ｕｍ（ｋ）は入力（目標バルブタイミング）、ｙｍ（ｋ）は出力（実バルブタイミング）である。また、ａｍ1 は１回前の出力にかかる重み係数、ａｍ2 は２回前の出力にかかる重み係数、ｂｍは入力にかかる重み係数、ｂｍ1 は１回前の入力にかかる重み係数、ｂｍ2 は２回前の入力にかかる重み係数である。
【００４１】
コントローラ４１は、上記（１）式の制御対象モデルの出力ｙ（ｋ）と上記（２）式の規範モデルの出力ｙｍ（ｋ）とを漸近的に一致させる制御入力ｕ（ｋ）を求めるように次式で与える。
【００４２】
【数３】
2006090206.tif 000005
ここで、ｂ0 及びＢＲ（ｚ-1）とＳ（ｚ-1）の多項式の係数ｂｒ1 ，ｂｒ2 ，ｂｒ3 ，ｂｒ4 ，ｓ0 ，ｓ1 ，ｓ2 は、未知のパラメータであり、パラメータ調整機構４２により制御対象３２の出力（実バルブタイミング）と規範モデル４０の出力ｙｍ（ｋ）との差が小さくなる又は０になるように調整される。
【００４３】
また、パラメータ調整機構４２は、次式で与える。
【００４４】
【数４】
2006090206.tif 000006
以上説明したモデル規範型適応制御は、ＥＣＵ３９により図４〜図９に示すプログラムに従って実行される。以下、これらのプログラムの処理内容を説明する。
【００４５】
［バルブタイミング制御］
図４に示すバルブタイミング制御プログラムは、エンジン始動時から所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、カム角センサ３７、クランク角センサ３８、冷却水温センサ２５等の出力信号を取り込み、吸気側カム軸３０のカム角と、エンジン１１のクランク角と、エンジン１１の現在の冷却水温等を得る。
【００４６】
この後、ステップ１０２で、カム角センサ３７の出力信号とクランク角センサ３８の出力信号とに基づいて実バルブタイミングを算出し、次のステップ１０３で、エンジン運転状態等に基づいて目標バルブタイミングを算出する。
【００４７】
この後、ステップ１０４に進み、上記（２）式を用いて、目標バルブタイミングに対する規範モデル４０の出力を算出することで理想的なバルブタイミング軌道を算出する。ここで、規範モデル４０の設定について説明する。まず、クランク角センサ３８で検出したエンジン回転速度ＮＥと、冷却水温センサ２５で検出した冷却水温を読み込む。冷却水温は、制御対象（可変バルブタイミング装置）３２の作動環境を把握するため作動油の油温を推定し、作動環境の変化を検出するために用いられる。尚、作動油の油温を検出する油温センサを備えたシステムの場合には、油温センサで検出した油温を読み込むようにしても良い。この後、現在の冷却水温（又は油温）とエンジン回転速度ＮＥとに応じた規範モデル４０の各パラメータａｍ1 ａｍ2 ，ｂｍ，ｂｍ1 ，ｂｍ2 をマップ等を用いて算出する。これにより、現在の冷却水温（又は油温）とエンジン回転速度ＮＥとに対応した適正な規範モデル４０が設定される。
【００４８】
この後、ステップ１０５に進み、実バルブタイミングのサンプリング周期（つまり本プログラムの実行周期）で、図５のパラメータ逐次調整プログラムを実行して、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を調整する。
【００４９】
・［パラメータ逐次調整］
本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、カム角センサ３７とクランク角センサ３８の出力を用いた実バルブタイミング（ＶＴ）の計算飛ばしが無いか否かを判定する。
【００５０】
その結果、実バルブタイミングの計算飛ばしが有ると判定された場合（つまり実バルブタイミングの計算結果が本プログラムの実行間隔以内に検出されない場合）には、ステップ２０２以降のパラメータ調整に関する処理を行わずに、ステップ２１０に進み、コントローラ４１のパラメータの前回値θ（ｋ−１）を今回値θ（ｋ）に置き換える。
【００５１】
一方、上記ステップ２０１で、実バルブタイミングの計算飛ばしが無いと判定された場合には、ステップ２０２以降のパラメータ調整に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ２０２では、制御対象である可変バルブタイミング装置３２の状態が進角側か遅角側かの進角・遅角判定を行うべく、図６に示す進角・遅角判定プログラムを実行する。
【００５２】
・・［進角・遅角判定］
本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、目標バルブタイミング（目標ＶＴ）の今回値から規範モデル４０の出力の前回値を減算し、その減算結果が所定値ＫＨｉより大きくなったか否かを判定する。該ステップ３０１で「Ｙｅｓ」と判定、すなわち減算結果がＫＨｉより大きくなったと判定された場合には、ステップ３０２に進み、可変バルブタイミング装置３２が進角側に作動している（吸気側カム軸３０のカム角がエンジン１１のクランク角に対して進角している）と判定する。この後、本プログラムを終了する。
【００５３】
一方、ステップ３０１で「Ｎｏ」と判定、すなわち減算結果がＫＨｉ以下になったと判定された場合には、ステップ３０３に進み、減算結果が所定値ＫＬｏより小さくなったか否かを判定する。但し、ＫＬｏ＜ＫＨｉである。ステップ３０３で「Ｙｅｓ」と判定、すなわち減算結果がＫＬｏより小さくなったと判定された場合には、ステップ３０４に進み、可変バルブタイミング装置３２が遅角側に作動している（吸気側カム軸３０のカム角がエンジン１１のクランク角に対して遅角している）と判定する。この後、本プログラムを終了する。なお、上記ステップ３０３で「Ｎｏ」と判定された場合、すなわち減算結果がＫＬｏ以上、且つ、ＫＨｉ以下である場合には、進角・遅角が生じていないと判定し、そのまま本プログラムを終了する。
【００５４】
次いで、上記した「パラメータ逐次調整」処理に戻り、図５のパラメータ逐次調整プログラムのステップ２０３を実行する。ステップ２０３では、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）を算出する適応則実行判定を行うべく、図７に示す適応則実行判定プログラムを実行する。
【００５５】
・・［適応則実行判定］
本プログラムが起動されると、まず、ステップ４０１で、目標値が０か否かを判定する。該ステップ４０１で「Ｙｅｓ」と判定、すなわち目標値が０と判定された場合には、ステップ４０２に進み、実バルブタイミング（実ＶＴ）が所定値ＶＴｃより小さいか否かを判定する。該ステップ４０２で「Ｙｅｓ」と判定、すなわち実バルブタイミングが所定値ＶＴｃより小さいと判定された場合には、ステップ４０３で、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差εを０にリセットし、本プログラムを終了する。
【００５６】
一方、上記ステップ４０１とステップ４０２のいずれかで「Ｎｏ」と判定、すなわち目標値が０でない、又は上記ステップ４０２で実バルブタイミングが所定値ＶＴｃ以上であると判定された場合には、ステップ４０４に進み、上記（８）式を用いて、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）を算出し、本プログラムを終了する。
【００５７】
次いで、上記した「パラメータ逐次調整」処理に戻り、図５のパラメータ逐次調整プログラムのステップ２０４を実行する。ステップ２０４では、コントローラ４１のパラメータθ（ｋ）の調整に用いる重み行列を算出すべく、図８に示す重み行列算出プログラムを実行する。
【００５８】
・・［重み行列算出］
本プログラムが起動されると、まず、ステップ５０１で、冷却水温（又は油温）の今回値が判定値Ｔ０よりも高いか否かを判定し、ステップ５０２で、冷却水温（又は油温）の前回値が判定値Ｔ０よりも低いか否かを判定する。ここで、判定値Ｔ０は、冷却水温（又は油温）の取り得る範囲内で、例えば０℃、２０℃、４０℃、６０℃の複数段階に設定されている。なお、この判定値Ｔ０は、２０℃の等間隔に設定したが、等間隔でなくても良く、例えばエンジン１１の始動時の暖機過程等において変化の大きい低温側ほど細かい間隔としても良い。また、判定値Ｔ０を１つとしても良い。そして、ステップ５０１とステップ５０２のいずれか一方で「Ｎｏ」と判定された場合には、ステップ５０３に進み、上記（７）式を用いて、重み行列Γ（ｋ）を算出する。この後、本プログラムを終了する。
【００５９】
一方、上記ステップ５０１とステップ５０２の両方で「Ｙｅｓ」と判定、すなわち冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ０（例えば０℃、２０℃、４０℃、６０℃のいずれか）を越えたときだけ、ステップ５０４に進み、パラメータθ（ｋ）の算出に用いる該パラメータθ（ｋ）の重み行列（ゲイン）の前回値Γ（ｋ−１）を初期値Γ（０）にリセットする。パラメータθ（ｋ）は、重み行列の前回値Γ（ｋ−１）を初期値Γ（０）にリセットすることで高ゲインとなる。この後、本プログラムを終了する。
【００６０】
次いで、上記した「パラメータ逐次調整」処理に戻り、図５のパラメータ逐次調整プログラムのステップ２０５を実行する。ステップ２０５では、上記ステップ４０４にて算出した規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）が所定値εＡより大きいか否かを判定する。ここで、所定値εＡは、許容誤差に相当する値に設定されている。該ステップ２０５で「Ｎｏ」と判定、すなわちε（ｋ）が所定値εＡ以下であると判定された場合、ステップ２１０に進み、上記したようにコントローラ４１のパラメータの前回値θ（ｋ−１）を今回値θ（ｋ）に置き換える。
【００６１】
一方、上記ステップ２０５で「Ｙｅｓ」と判定、すなわちε（ｋ）が所定値εＡより大きいと判定された場合、ステップ２０６に進む。このステップ２０６と次のステップ２０７は、上記したステップ５０１，５０２と同様であり、冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ０（この場合、例えば０℃、２０℃、４０℃、６０℃のいずれか）を越えたときだけ、ステップ２０８に進み、ＥＣＵ３９内のバックアップＲＡＭ３９ａに格納されている初期値θ（０）を読み込む。後述するが、バックアップＲＡＭ３９ａには、冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ１（２０℃、４０℃、６０℃、８０℃）に対応付けられた各初期値θ（０）が格納されている。そして、今回の判定値Ｔ０よりも温度が一段階高い側の判定値Ｔ１に対応付けられた初期値（０）、すなわち今回の判定値Ｔ０が０℃であれば２０℃に対応付けられた初期値（０）を読み込み、２０℃であれば４０℃に対応付けられた初期値（０）を、４０℃であれば６０℃に対応付けられた初期値（０）を、６０℃であれば８０℃に対応付けられた初期値（０）を読み込むようになっている。そして、ステップ２０９に進む。一方、冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ０を超えていない場合では、ステップ２０８を経由せずにステップ２０９に進む。
【００６２】
ここで、上記した初期値θ（０）は、前回又は前回までに（前回、数値更新のない場合はそれ以前）、冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０毎にＲＡＭ３９ａに格納したパラメータθ（ｋ）であり、しかも同じ判定値Ｔ０であっても進角側と遅角側の２種類の初期値θ（０）がＲＡＭ３９ａに格納されている。従って、上記ステップ２０８では、冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０に対応した進角側及び遅角側の初期値θ（０）の内で、上記ステップ２０２の判定に基づいた進角側又は遅角側の初期値θ（０）のいずれかを読み込むようになっている。
【００６３】
これは、実バルブタイミングに対して進角制御する場合と遅角制御する場合とでは制御要求が異なってくるためである。例えば、進角制御ではオーバーシュート（過剰進角）により失火等が生じる可能性があるため、オーバーシュートを極力減らすことが要求される。一方、遅角制御ではバルブタイミング制御精度よりもバルブタイミングを早く戻すことが要求されるため、進角制御に比べれば、行き過ぎ量が許容される。このような理由から、一般に、可変バルブタイミング装置は、進角制御よりも遅角制御の方が早い応答ができるように構成されている。このため、進角制御と遅角制御を同一条件にすると、遅角側の特性に引っ張られて進角側の応答が補正されずに遅いままになったり、或は、進角側の特性に引っ張られて遅角側の応答が補正されずに早いままになったりする可能性がある。そのため、初期値θ（０）を進角側と遅角側とでそれぞれ用意している。なお、上記した初期値Γ（０）も同様に進遅角の判定に対応してそれぞれ用意しても良い。
【００６４】
ステップ２０９では、上記（６）〜（１０）式を用いて、コントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を算出する。パラメータθ（ｋ）は、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）が十分に小さくなるように調整される。この場合、パラメータθ（ｋ）を算出するためにパラメータの前回値θ（ｋ−１）と重み行列の前回値Γ（ｋ−１）とを用いるが、冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ０（０℃、２０℃、４０℃、６０℃のいずれか）を越えたときには、その前回値θ（ｋ−１）を、今回の判定値Ｔ０よりも温度が一段階高い側の判定値Ｔ１（２０℃、４０℃、６０℃、８０℃）に対応付けられた初期値θ（０）にリセットし、重み行列Γ（ｋ）を初期値Γ（０）にリセットするようになっている。
【００６５】
これは、式（６）に示すようにパラメータθ（ｋ）を今回算出するにあたり、パラメータの前回値θ（ｋ−１）を用いて算出しているので、過去の履歴を長く反映してしまう傾向がある。そのため、油温のように温度の上昇に伴って粘度が次第に低下していくような作動環境の変化が生じる場合では、実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの偏差が収束し難く、変化速度が速い場合では偏差が逆に拡大して発散が生じることがある。そのため、冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０毎に該判定値Ｔ０に対応した初期値θ（０）にリセットすることで、過去の履歴の反映がなくなる。つまり、過去の履歴に引っ張られて偏差の収束性が悪化するのを防止し、制御精度の向上を図っている。また、重み行列も前回値Γ（ｋ−１）を用いて算出しているので、同様に過去の履歴を長く反映してしまう傾向がある。そのため、冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０毎に該判定値Ｔ０に対応した初期値Γ（０）にリセットすることで、重み行列Γ（ｋ）においても過去の履歴の反映がなくなる。つまり、過去の履歴に引っ張られて偏差の収束性の悪化するのを防止し、これによっても制御精度の向上を図っている。
【００６６】
ステップ２１１では、今回得たパラメータθ（ｋ）をバックアップＲＡＭ３９ａに格納すべく、図９に示すＲＡＭ格納プログラムを実行する。
【００６７】
・・［ＲＡＭ格納］
本プログラムが起動されると、まず、ステップ６０１で、冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ１（例えば２０℃、４０℃、６０℃、８０℃のいずれか）か否かを判定する。判定値Ｔ１は、判定値Ｔ０に対応して本実施の形態では２０℃の等間隔に設定している。そして、冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ１である場合のみステップ６０２に進み、上記ステップ２０９又はステップ２１０にて求めたパラメータθ（ｋ）を判定値Ｔ１（２０℃、４０℃、６０℃、８０℃）に対応付けてバックアップＲＡＭ３９ａに格納する。この場合、上記ステップ２０２の進角側の判定で進角側の初期値θ（０）として格納し、遅角側の判定で遅角側の初期値θ（０）として格納する。一方、冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ１でない場合は、パラメータθ（ｋ）の格納を行わない。なお、ＲＡＭ３９ａへの格納は冷却水温（又は油温）に基づいて行ったが、冷却水温（又は油温）に加えてエンジン回転速度ＮＥを考慮しても良い。そして、この後、本プログラムを終了する。
【００６８】
こうして、上記パラメータ逐次調整処理を行った後、図４に示すバルブタイミング制御プログラムのステップ１０６を実行する。ステップ１０６では、制御入力算出プログラム（図示せず）を実行して、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が０になるように制御デューティを算出する。
【００６９】
具体的には、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングと制御デューティの過去の履歴を読み込み、上記パラメータ逐次調整プログラムで設定したコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を読み込む。なお、実バルブタイミングの読み飛ばしが生じた場合には、上記（１）式の制御対象モデルの出力（又は規範モデル４０の出力）を実バルブタイミングの代用情報として用いる。そして、上記（３）式を用いて、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が０になるように制御デューティを算出する。
【００７０】
また、冷却水温（又は油温）が所定値よりも低温状態であると判定され、且つ、コントローラ４１のパラメータθ（ｋ）の定常ゲインが所定値よりも大きいと判定された場合には、可変バルブタイミング装置３２の特性に線形性がなくなる領域、つまり、不感帯であると判断して不感帯除去制御を実行する。この不感帯除去制御では、補助的な信号を入力したり、可変バルブタイミング装置３２の制御入力に適当な処理を施す（例えば、制御入力をｎ乗したり、制御入力の対数をとる）ことにより、疑似的に可変バルブタイミング装置３２の特性に線形性を持たせて、制御性を確保する。そして、このステップ１０６において、最終的な制御デューティを決定する。
【００７１】
この後、ステップ１０７に進み、補助制御領域判定プログラム（図示せず）を実行して、補助制御領域であるか否かを判定する処理を行った後、本プログラムを終了する。ＥＣＵ３９は、上記した各処理プログラムを順次実行して、可変バルブタイミング装置３２（油圧制御弁３６）の制御を実施している。
【００７２】
次に、このような本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
【００７３】
本実施の形態では、可変バルブタイミング装置３２の動特性を模擬した制御対象モデルの出力（実バルブタイミング）と、可変バルブタイミング装置３２の理想的な入出力特性を模擬した規範モデル４０の出力とを漸近的に一致させる制御デューティを求めるようにコントローラ４１を構成し、作動環境の変化等により可変バルブタイミング装置３２の動特性に変化が生じて、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が大きくなると、パラメータ調整機構４２によって、その差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を逐次調整するようにした。そのため、作動環境、製造ばらつき、経時変化等の外乱要素によって可変バルブタイミング装置３２の動特性が変化した場合でも、その可変バルブタイミング装置３２の動特性の変化に応じて制御デューティを自動的に補正して、過度時の可変バルブタイミング装置３２の制御精度を高めることができ、可変バルブタイミング装置３２の過渡応答性のばらつきによるトルクばらつきを防止することができる。
【００７４】
また本実施の形態では、過去の履歴要素を用いて表した算出項目（パラメータ前回値θ（ｋ−１）、重み行列前回値Γ（ｋ−１））を含む形で逐次算出するパラメータθ（ｋ）を用いているので、エンジン１１の始動時における暖機過程等では作動環境（油温等）の変化が大きく、作動環境の変化に対する追従性や応答性が悪化し、偏差の収束性が悪化して制御精度が悪化することがある。これに対し本実施の形態では、作動環境の変化が所定状態になる毎に（冷却水温（又は油温）が判定値Ｔ０になる毎に）、パラメータθ（ｋ）を算出するために用いるパラメータ前回値θ（ｋ−１）と重み行列前回値Γ（ｋ−１）とをそれぞれ初期値θ（０），Γ（０）にリセットするようにしたので、パラメータθ（ｋ）が過去の履歴に引っ張られることによる偏差の収束性の悪化を防止することができる。これにより、作動環境の変化に追従した好適な制御を行うことができる。
【００７５】
また本実施の形態では、リセットを行う作動環境の所定状態（冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０）は複数定められおり、その所定状態毎にリセットが複数行われることになるので、所望のパラメータに対する今回算出されるパラメータのズレが小さくなり、より確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００７６】
また本実施の形態では、作動環境が所定状態（冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ１）になると、該所定状態（判定値Ｔ１）に対応付けてパラメータθ（ｋ）を初期値θ（０）としてバックアップＲＡＭ３９ａに格納している。そして、今回制御時において作動環境が所定状態（冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０）になると、該判定値Ｔ０よりも温度が一段階高い側の判定値Ｔ１に対応付けられた初期値θ（０）をＲＡＭ３９ａから読み出してリセットを行うようにしている。つまり、リセットに用いる初期値θ（０）には、前回制御時において得た実際のパラメータθ（ｋ）が用いられるので、パラメータθ（ｋ）をより確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００７７】
またこの場合、リセットに用いる初期値θ（０）には、現在の作動環境が所定状態になった時より今後至ると想定される別の所定状態（一段階高い側の判定値Ｔ１）に対応付けられたパラメータθ（ｋ）が用いられるので、作動環境の変化にいち早く応答することができ、パラメータθ（ｋ）をより確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００７８】
またこの場合、冷却水温（又は油温）が所定の間隔を持った判定値Ｔ１となる毎にパラメータθ（ｋ）を初期値θ（０）としてバックアップＲＡＭ３９ａに格納するので、初期値θ（０）の格納数は少なく、ＲＡＭ３９ａに格納するデータ量は小さい。
【００７９】
また本実施の形態では、作動環境が所定状態（冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０）になると、パラメータθ（ｋ）の算出に用いる該パラメータθ（ｋ）のゲインとしての重み行列の前回値Γ（ｋ−１）を初期値Γ（０）にリセットする。パラメータθ（ｋ）は、重み行列の前回値Γ（ｋ−１）を初期値Γ（０）にリセットすることで高ゲインとなる。そのため、作動環境の変化に対するパラメータθ（ｋ）の応答性が良好となり、より確実に作動環境の変化に追従させることができる。
【００８０】
また本実施の形態では、制御対象をエンジン１１の暖機に伴い温度上昇する作動油を用いる油圧駆動式の可変バルブタイミング装置３２としている。特にエンジン１１の始動時における暖機過程等では作動環境（油温等）の変化が大きいため、可変バルブタイミング装置３２の作動環境（油温等）が所定状態（冷却水温（又は油温）の判定値Ｔ０）になって上記リセットを行うことは特に有効であり、作動環境の変化（油温等）に追従したより好適な制御を行うことができる。
【００８１】
また本実施の形態では、可変バルブタイミング装置３２が進角又は遅角のいずれに作動しているかを判定し、その進遅角の判定に対応してそれぞれ設けられる初期値θ（０）の内で、進遅角の判定に応じた初期値θ（０）を用いてリセットしている。すなわち、上記したように、可変バルブタイミング装置３２は進角制御する場合と遅角制御する場合とで制御要求が異なるため、初期値θ（０）を進角側と遅角側とでそれぞれ用意し、進遅角判定に基づいて初期値θ（０）を使い分けることで、可変バルブタイミング装置３２の作動状態に合致したパラメータθ（ｋ）を算出することができ、制御精度をより確実に高めることができる。
【００８２】
また本実施の形態では、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）が所定値εＡ以下になったときに、パラメータθ（ｋ）の逐次調整を停止するようにしたので、コントローラ４１に不感帯を設けて、ノイズ等の外乱によるパラメータθ（ｋ）の誤学習を防止でき、誤学習による制御系の発散を防止することができる。
【００８３】
また本実施の形態では、実バルブタイミングのサンプリング周期でパラメータθ（ｋ）を調整するようにしたので、実バルブタイミングのサンプリング周期に同期した適正な周期でパラメータθ（ｋ）を調整することができると共に、必要以上に早い周期でパラメータθ（ｋ）を調整することを防止して、ＥＣＵ３９の演算負荷を軽減することができる。尚、実バルブタイミングのサンプリング周期の整数倍の周期でパラメータθ（ｋ）を調整するようにしても良い。
【００８４】
また本実施の形態では、実バルブタイミングの計算飛ばしが発生した場合（実バルブタイミングの計算結果が所定期間内に検出されない場合）に、パラメータθ（ｋ）の逐次調整を停止し、実バルブタイミングの代わりに制御対象モデルの出力（又は規範モデル４０の出力）を用いて制御デューティを演算するようにしたので、実バルブタイミングの計算飛ばしが発生した場合でも、制御デューティの演算処理を継続することができる。また、パラメータθ（ｋ）の逐次調整を停止することで、実バルブタイミングの計算飛ばしによるパラメータθ（ｋ）の誤学習を防止することができる。
【００８５】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００８６】
上記実施の形態では、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータを逐次調整するようにしたが、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるように制御対象モデルのパラメータを逐次調整するようにしても良い。
【００８７】
上記実施の形態では、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が所定値以下になったときに、パラメータの逐次調整を停止するようにしたが、実バルブタイミングと制御対象モデルの出力との差が所定値以下となったときに、パラメータの逐次調整を停止するようにしても良い。
【００８８】
上記実施の形態では、吸気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置に適用したが、吸気バルブのバルブリフト量やバルブ開弁期間を可変する可変バルブ装置、排気バルブのバルブ開閉特性（バルブタイミング、バルブリフト量、バルブ開弁期間のうちの少なくとも１つ）を可変する可変バルブ装置等、自動車や内燃機関の制御に用いる種々の制御対象や、内燃機関以外の制御対象にも広く適用しても良い。
【００８９】
上記実施の形態では、規範モデルを備えた制御系に適用したが、制御対象の動特性を模擬した制御対象モデルを用いて制御対象の目標値から制御入力を演算する種々の制御系に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】バルブタイミング制御システムの概略構成図である。
【図３】モデル規範型適応制御の機能を示すブロック図である。
【図４】バルブタイミング制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】パラメータ逐次調整プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】進角・遅角判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】適応則実行判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】重み行列算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】ＲＡＭ格納プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１１…エンジン（内燃機関）、３２…可変バルブタイミング装置（油圧駆動式アクチュエータ、可変バルブ装置及び制御対象）、２５…冷却水温センサ（作動環境検出手段）、３３…吸気バルブ、３４…オイルパン、３５…オイルポンプ、３６…油圧制御弁、３７…カム角センサ（制御出力検出手段）、３９…ＥＣＵ（制御入力演算手段、パラメータ調整手段、リセット手段、進遅角判定手段）、３９ａ…バックアップＲＡＭ（メモリ）、θ（ｋ）…パラメータ、θ（ｋ−１）…パラメータの前回値（算出項目）、θ（０）…初期値（所定値）、Γ（ｋ）…重み行列（算出項目、ゲイン）、Γ（０）…初期値（所定値）。
【図１】
2006090206.tif 000007
【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】
2006090206.tif 000013
【図８】
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【図９】
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