(57)【要約】    【課題】  作動環境、製造ばらつき、経時変化等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て過渡時の可変バルブタイミング制御の精度を向上させる。    【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、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、このコントローラ４１によって規範モデル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。更に、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ったときに、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のパラメータを逐次調整する。    【選択図】  図３
2005330856.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該制御対象の出力との関係に基づいて前記制御対象モデルのパラメータ又は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】
前記制御入力演算手段は、前記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前記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】
前記制御対象の作動環境に応じて前記規範モデルを変更する規範モデル変更手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の自動車の制御装置。
【請求項４】
前記パラメータ調整手段は、前記規範モデルの出力と前記制御対象の出力との差が大きくなったときに、その差を小さくするように前記制御対象モデルのパラメータ又は前記制御入力演算手段のパラメータを調整することを特徴とする請求項２又は３のいずれか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、前記規範モデルの出力と前記制御対象の出力との差が所定値以下になったとき又は前記制御対象の出力と前記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、前記パラメータの調整を停止することを特徴とする請求項４に記載の自動車の制御装置。
【請求項６】
前記パラメータ調整手段は、前記制御対象の出力のサンプリング周期又はその整数倍の周期で前記パラメータを調整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自動車の制御装置。
【請求項７】
前記パラメータ調整手段により調整された前記パラメータに基づいて前記制御対象の作動環境を推定する手段を備えていることをことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の自動車の制御装置。
【請求項８】
前記制御出力検出手段により前記制御対象の出力が所定期間内に検出されないときに、前記パラメータ調整手段による前記パラメータの調整を停止し、センサー出力の代わりに前記制御対象モデル又は前記規範モデルの出力を用いて該制御対象を制御する手段を備えてい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自動車の制御装置。
【請求項９】
前記制御対象の作動環境の変化によって前記制御対象の動特性が変化したときに、その動特性の変化に応じて該制御対象の入力を補正する補助制御を実行する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の自動車の制御装置。
【請求項１０】
前記制御対象は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉特性を油圧で可変する油圧駆動式の可変バルブ装置であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか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。
【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】
【０００６】
しかし、上記特許文献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することができず、作動環境、製造ばらつき、経時変化等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】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、作動環境、製造ばらつき、経時変化等による制御対象の動特性の変化を補償することができて、過渡時の制御対象の制御精度を高めることができる自動車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】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の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（逆モデル）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と共に、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対象モデルのパラメータ又は制御入力演算手段のパラメータを調整するようにしたものである。
【０００９】
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（逆モデル）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対象モデルのパラメータ又は制御入力演算手段のパラメータを調整すれば、制御対象モデルのパラメータ又は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、作動環境、製造ばらつき、経時変化等による制御対象の動特性の変化を補償することができ、過度時の制御対象の制御特性を安定させて過渡時の制御対象の制御精度を高めることができる。
【００１０】
この場合、請求項２のように、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すると良い。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。
【００１１】
また、作動環境（油温等）に応じて制御対象の動特性が変化することを考慮して、請求項３のように、制御対象の作動環境に応じて規範モデルを変更する規範モデル変更手段を設けるようにしても良い。このようにすれば、作動環境に応じて制御対象の動特性が変化するのに対応して、規範モデルの動特性（入出力特性）も変化させることができ、規範モデルによる補償精度を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項４のように、規範モデルの出力と制御対象の出力との差が大きくなったときに、その差を小さくするように制御対象モデルのパラメータ又は制御入力演算手段のパラメータを調整するようにすると良い。このようにすれば、作動環境、製造ばらつき、経時変化等によって制御対象の出力が変化して、制御対象の出力と規範モデルの出力との差が大きくなったときに、その差が小さくなるように制御対象モデルのパラメータ又は制御入力演算手段のパラメータが調整されるため、作動環境、製造ばらつき、経時変化等による制御対象の制御精度の悪化を適正なタイミングで修正することができる。
【００１３】
この場合、規範モデルの出力と制御対象の出力との差が完全に０になるまでパラメータを調整しようとすると、ノイズ等の外乱によってパラメータを誤学習して制御系が発散してしまう可能性がある。この対策として、請求項５のように、規範モデルの出力と制御対象の出力との差が所定値以下になったとき又は制御対象の出力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、パラメータの調整を停止するようにすると良い。このようにすれば、パラメータ調整手段に不感帯を設けて、ノイズ等の外乱によるパラメータの誤学習を防止することができ、誤学習による制御系の発散を防止することができる。
【００１４】
また、請求項６のように、制御対象の出力のサンプリング周期又はその整数倍の周期でパラメータを調整するようにすると良い。このようにすれば、制御対象の出力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を調整することを防止でき、制御装置の演算負荷を軽減することができる。
【００１５】
また、請求項７のように、パラメータ調整手段により調整されたパラメータに基づいて制御対象の作動環境を推定するようにしても良い。作動環境の変化による制御対象の動特性変化に応じてパラメータが調整されるため、調整されたパラメータを用いれば、作動環境を精度良く推定することができる。
【００１６】
また、請求項８のように、制御対象の出力が所定期間内に検出されないときに、制御対象の出力を読み飛ばしたと判断して、パラメータの調整を停止し、センサー出力の代わりに制御対象モデル又は前記規範モデルの出力を用いて該制御対象を制御するようにしても良い。このようにすれば、制御対象の出力を読み飛ばした場合でも、制御対象モデル又は規範モデルの出力を用いて制御対象の制御を継続することができる。また、制御対象の出力の読み飛ばしが発生したときに、パラメータの調整を停止することで、制御対象の出力の読み飛ばしによるパラメータの誤学習を防止することができる。
【００１７】
ところで、制御対象の入出力特性に線形性があるという前提で制御系を設計した場合、作動環境の変化による制御対象の動特性の変化によって線形性がなくなる領域（例えば、油圧駆動式の可変バルブ装置においては、極低温時に作動油の粘度上昇により可変バルブ装置の作動開始デューティ付近に生じる不感帯）では、制御精度が悪化することは避けられない。
【００１８】
そこで、請求項９のように、制御対象の作動環境の変化によって制御対象の動特性が変化したときに、その動特性の変化に応じて該制御対象の入力を補正する補助制御を実行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によって線形性がなくなる領域でも、補助制御によって、例えば、補助的な信号を入力したり、制御対象の入力データに適当な処理を施す（例えば、入力データをｎ乗したり、入力データの対数をとる）ことにより、疑似的に制御対象の入出力特性に線形性を持たせることができ、制御精度を確保することができる。
【００１９】
本発明は、例えば、請求項１０のように、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油圧で可変する油圧駆動式の可変バルブ装置の制御技術に適用しても良い。このようにすれば、可変バルブ装置の動特性の変化に応じて可変バルブ装置の制御入力を自動的に補正して、作動環境、製造ばらつき、経時変化等による可変バルブ装置の動特性の変化を補償することができ、可変バルブ装置の過渡時の制御精度を高めることができ、可変バルブ装置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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を内燃機関の可変バルブタイミング装置に適用した一実施例を図面に基づいて説明する。
【００２１】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管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、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。このエアフローメータ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。
【００２２】
更に、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、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。
【００２３】
一方、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、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。
【００２４】
また、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、油圧駆動式の可変バルブタイミング装置３２が設けられている。この可変バルブタイミング装置３２によってクランク軸２６に対する吸気側カム軸３０の回転位相（カム軸位相）を可変するすることで、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３６（ＯＣＶ）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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、ＥＣＵ３９は、図４乃至図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。
【００２８】
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（制御入力演算手段）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、油温など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（パラメータ調整手段）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。
【００２９】
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。
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。
【００３０】
【数１】
2005330856.tif 000003
【００３１】
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。
【００３２】
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。
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。
【００３３】
【数２】
2005330856.tif 000004
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
【数３】
2005330856.tif 000005
【００３７】
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。
また、パラメータ調整機構４２は、次式で与える。
【００３８】
【数４】
2005330856.tif 000006
【００３９】
以上説明したモデル規範型適応制御は、ＥＣＵ３９により図４乃至図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。
【００４０】
［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、エンジン運転中に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等の出力信号を読み込む。
【００４１】
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（この機能が特許請求の範囲でいう制御出力検出手段に相当する）、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。
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。
【００４２】
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、後述する図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。
【００４３】
この後、ステップ１０６に進み、後述する図８に示す制御入力算出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０になるように制御デューティを算出する。
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。
【００４４】
［パラメータ逐次調整］
次に、図４のバルブタイミング制御プログラムのステップ１０５で実行される図５のパラメータ逐次調整プログラムの処理内容を説明する。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の出力に基づいて算出する実バルブタイミングの読み飛ばしが無いか否かを判定する。
【００４５】
その結果、実バルブタイミングの読み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２０７に進み、コントローラ４１のパラメータの今回値θ（ｋ）を前回値θ（ｋ−１）のまま維持する。
【００４６】
一方、上記ステップ２０１で、実バルブタイミングの読み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、後述する図６に示す規範モデル設定プログラムを実行して、規範モデル４０の各パラメータを算出し、規範モデル４０を設定する。
【００４７】
この後、ステップ２０３に進み、後述する図７に示す重み行列算出プログラムを実行して、重み行列Γ（ｋ）を算出する。
この後、ステップ２０４に進み、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）を算出した後、ステップ２０５に進み、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）の絶対値が所定値ε0 よりも大きいか否かを判定する。ここで、所定値ε0 は、許容誤差に相当する値に設定されている。
【００４８】
その結果、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）の絶対値が所定値ε0 よりも大きいと判定された場合には、ステップ２０６に進み、上記（６）〜（１０）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）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】
その後、上記ステップ２０５で、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）の絶対値が所定値ε0 以下であると判定されたときに、コントローラ４１のパラメータθ（ｋ）の補正を停止して、ステップ２０７に進み、コントローラ４１のパラメータの今回値θ（ｋ）を前回値θ（ｋ−１）のまま維持する。
【００５０】
［規範モデル設定］
図５のステップ２０２で実行される図６の規範モデル設定プログラムでは、まず、ステップ３０１で、クランク角センサ３８で検出したエンジン回転速度ＮＥを読み込み、次のステップ３０２で、冷却水温センサ２５で検出した冷却水温を読み込む。尚、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。
【００５１】
この後、ステップ３０３に進み、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を設定する。
【００５２】
［重み行列算出］
図５のステップ２０３で実行される図７の重み行列算出プログラムでは、まず、ステップ４０１で、冷却水温（又は油温）を読み込んだ後、ステップ４０２で、冷却水温（又は油温）の今回値が所定値Ｔよりも高いか否かを判定し、ステップ４０３で、冷却水温（又は油温）の前回値が所定値Ｔよりも低いか否かを判定する。ここで、所定値は、例えば０℃、３０℃、６０℃の複数段階に設定されている。
【００５３】
その結果、上記ステップ４０２とステップ４０３のいずれか一方で「Ｎｏ」と判定された場合には、ステップ４０４に進み、上記（７）式を用いて、重み行列Γ（ｋ）を算出する。
【００５４】
その後、上記ステップ４０２とステップ４０３の両方で「Ｙｅｓ」と判定されたとき、つまり、冷却水温（又は油温）が所定値Ｔ（例えば０℃、３０℃、６０℃のいずれか）を越えたときだけ、ステップ４０５に進み、重み行列Γ（ｋ）を初期値Γ（０）にリセットする。この場合、パラメータθ（ｋ）は前回値を保持して初期値として利用する。
【００５５】
［制御入力算出］
次に、図４のバルブタイミング制御プログラムのステップ１０６で実行される図８の制御入力算出プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ５０１で、カム角センサ３７とクランク角センサ３８の出力に基づいて算出する実バルブタイミングの読み飛ばしが無いか否かを判定する。
【００５６】
その結果、実バルブタイミングの読み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５０２に進み、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読み込んだ後、ステップ５０３に進む。
【００５７】
一方、実バルブタイミングの読み飛ばしが無いと判定された場合には、ステップ５０２の処理を飛び越してステップ５０３に進む。
このステップ５０３で、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、ステップ５０４で、図５の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。
【００５８】
この後、ステップ５０５に進み、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。
この後、ステップ５０６に進み、後述する図９に示す低温補助制御プログラムを実行した後、ステップ５０７に進み、最終的な制御デューティを決定する。
【００５９】
［低温補助制御］
図８のステップ５０６で実行される図９の低温補助制御プログラムでは、まず、ステップ６０１で、冷却水温（又は油温）を読み込み、ステップ６０２で、図５の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。
【００６０】
この後、ステップ６０３で、冷却水温（又は油温）が所定値ｂよりも低いか否かによって、低温状態であるか否かを判定し、次のステップ６０４で、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ｅよりも大きいか否かを判定する。
【００６１】
その結果、上記ステップ６０３とステップ６０４のいずれか一方で「Ｎｏ」と判定された場合には、不感帯除去制御（ステップ６０５）を実行することなく、そのまま本プログラムを終了する。
【００６２】
一方、上記ステップ６０３とステップ６０４の両方で「Ｙｅｓ」と判定された場合、つまり、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ｅ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、ステップ６０５に進み、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。
【００６３】
以上説明した本実施例では、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、図１０に示すように、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ので、作動環境、製造ばらつき、経時変化等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。
【００６４】
しかも、本実施例では、作動環境（油温等）に応じて可変バルブタイミング装置３２のの動特性が変化することを考慮して、冷却水温（又は油温）とエンジン回転速度ＮＥとに応じて規範モデル４０のパラメータを変更するようにしたので、作動環境（油温等）に応じて可変バルブタイミング装置３２のの動特性が変化するのに対応して、規範モデル４０の動特性（入出力特性）も変化させることができ、規範モデル４０による補償精度を向上させることができる。
【００６５】
ところで、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が完全に０になるまでコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を調整しようとすると、ノイズ等の外乱によってパラメータθ（ｋ）を誤学習して制御系が発散してしまう可能性がある。
【００６６】
この対策として、本実施例では、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て、誤学習による制御系の発散を防止することができる。
【００６７】
また、本実施例では、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。
【００６８】
また、本実施例では、実バルブタイミングが所定期間内に検出されないときに、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読み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読み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。
【００６９】
また、本実施例では、冷却水温（又は油温）が所定値Ｔ（例えば０℃、３０℃、６０℃のいずれか）を越えたときに、重み行列Γ（ｋ）を初期値Γ（０）にリセットするようにしたので、過去のパラメータθ（ｋ）や重み行列Γ（ｋ）の影響を受けずに現在の作動環境に適したパラメータθ（ｋ）や重み行列Γ（ｋ）を設定することができる。尚、冷却水温（又は油温）が所定値Ｔを越えたときに、パラメータθ（ｋ）をリセットするようにしても良い。或は、重み行列Γ（ｋ）とパラメータθ（ｋ）の両方をリセットするようにしても良い。
【００７０】
ところで、可変バルブタイミング装置３２の動特性に線形性があるという前提で制御系を設計した場合、作動環境の変化による可変バルブタイミング装置３２の動特性の変化によって線形性がなくなる領域（例えば、極低温時に作動油の粘度上昇により可変バルブタイミング装置３２の作動開始デューティ付近に生じる不感帯）では、制御精度が悪化することは避けられない。
【００７１】
そこで、本実施例では、低温状態で、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ｅよりも大きくなったときに、可変バルブタイミング装置３２の入出力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ようにしたので、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ることができ、制御性を確保することができる。
【００７２】
尚、上記実施例では、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。
【００７３】
更に、上記実施例では、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。
【００７４】
また、調整されたパラメータに基づいて作動環境（冷却水温、油温、エンジン回転速度等）を推定するようにしても良い。作動環境の変化による可変バルブタイミング装置３２の動特性の変化に応じてパラメータが調整されるため、調整されたパラメータを用いれば、作動環境を精度良く推定することができる。
【００７５】
また、目標バルブタイミング（目標進角値）が０のときに、パラメータ調整を停止するようにしても良い。パラメータ調整を再起動させる条件は、目標バルブタイミング又は実バルブタイミングのうちの一方又は両方が所定値以上のときであり、保持学習（又はそれに相当する積分項）が十分に真値に近付いたときである。
【００７６】
ところで、現在の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。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。
【００７７】
そこで、進角側のＲＡＭと遅角側のＲＡＭを備え、現在のバルブタイミングに対して進角要求がある場合にパラメータ調整を作動させ、遅角要求があり且つ目標バルブタイミングの変化量が所定値以上のときにパラメータ調整を禁止するようにしても良い。これにより、進角制御の場合の制御要求（オーバーシュート防止）と遅角制御の場合の制御要求（応答性確保）を両立することができる。パラメータ調整を再起動させる条件は、遅角要求から進角要求に変化してから所定時間後で且つ十分に保持学習（積分によるオフセット）が完了していることとする。
【００７８】
また、上記実施例では、本発明を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、本発明は、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することができる。
【００７９】
また、上記実施例では、本発明を規範モデルを備えた制御系に適用したが、本発明は、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することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施例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】規範モデル設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】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８】制御入力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】低温補助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１０】本実施例の実行例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２５…冷却水温センサ、３２…可変バルブタイミング装置、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、３８…クランク角センサ、３９…ＥＣＵ、４０…規範モデル、４１…コントローラ（制御入力演算手段）、４２…パラメータ調整機構（パラメータ調整手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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