(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転移動の範囲を限定する複数の物理的停止端の間に移動範囲を有する位相器を備えた可変カムタイミングシステムの制御方法であって、
前記物理的停止端は、当該物理的停止端の一つまで位相器が移動したとき、位相器がそれ以上一方向には移動できないような位相器の移動範囲の停止端であり、
前記方法が、
ａ）カムシャフトセンサ（２２ａ）およびクランクシャフトセンサ（２４ａ）によって一組の歯形パルスを提供する工程（６２）と、
ｂ）前記歯形パルスをろ過処理する工程（６４）と、
ｃ）ろ過処理後の前記歯形パルスを分析して、位相器（４２）が動いているかまたは動いていないかを決定する工程（７０）と、
ｄ）位相器（４２）が移動中でなくかつ位相器コントローラの出力が位相器（４２）を移動させるように命令しているときに、位相器（４２）が前記物理的停止端の一つに移動していると判断して、物理的停止端の位置を記憶する工程と、
を備えた可変カムタイミングシステムの制御方法。
【請求項２】
請求項１において、
位相器（４２）が工程ｅ）で記憶された物理的停止端に到達したときに、上限または下限をセットする工程（７４）をさらに備えた、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステムの制御方法。
【請求項３】
請求項２において、
補償器（３２）をリセットする工程（７６）をさらに備えた、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステムの制御方法。
【請求項４】
請求項２において、
ＰＩコントローラ（３０）をリセットする工程（７８）をさらに備えた、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステムの制御方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記ろ過処理工程（６４）が、ノイズレベルを低減させるためにノッチフィルタ（４８）を用いる工程を含んでいる、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステムの制御方法。
【請求項６】
可変カムタイミング制御システムであって、
ａ）可変力ソレノイド（２０）と、
ｂ）可変力ソレノイド（２０）と係合し得るスプールバルブ（１４）と、
ｃ）クランクシャフト（２４）およびカムシャフト（２２）間の一組の相関関係が決定されて一組の位置を決定するように設けられるとともに、スプールバルブ（１４）の位置によって制御可能な可変カムタイミング位相器（４２）とを備え、
可変カムタイミング位相器（４２）が、回転移動の範囲を限定する複数の物理的停止端の間に移動範囲を有するとともに、位相器（４２）が物理的停止端の一つに移動したとき、位相器（４２）がそれ以上一方向には移動できないように、位相器（４２）が移動範囲の端に位置しており、
ｄ）さらに、コントローラを備え、
コントローラが、
設定値（１２）を受け取るように設けられ、可変力ソレノイド（２０）を制御可能な制御法則（１８）と、
センサ（２２ａ，２４ａ）により検出された回転軸の位置信号をろ過処理するためのフィルタ（４８）と、
ろ過処理された位置信号を受け取り、位置信号から位相器の位置を表す信号を認識し、制御法則（１８）をリセットするためのリセット信号を発生する識別子（５０）とを備え、
位相器（４２）が移動中でなくかつ位相器（４２）が移動するように命令されているときに、位相器（４２）が物理的停止端の一つに移動していると判断して、物理的停止端の位置を記憶する、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。
【請求項７】
請求項６において、
設定値（１２）がフィルタ（１３）によってろ過処理されている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。
【請求項８】
請求項６において、
制御法則（１８）が、それぞれ別個にリセットするように設けられたＰＩコントローラ（３０）および位相補償器（３２）を含んでいる、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ: variable camshaft timing) システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、ＶＣＴをその物理的停止端においてまたはその近傍において運転するときに積分器のワインドアップ(wind-up) を防止するための制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
可変カムタイミングシステムを制御するためにネガティブフィードバック（負帰還）ループを使用することが、当該分野では知られている。米国特許第 5,289,805号は、ＶＣＴシステムのための改良されたクローズドループフィードバックシステムについて記述している。
【０００３】
当該米国特許はさらに、ＶＣＴシステムのためのクローズドループフィードバックシステムに使用される制御法則について教示している。この制御法則は、比例積分ブロックおよび位相リードブロックを有している。図１および図２は、フィードバックループおよび制御法則をそれぞれ示している。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第 5,289,805号
【０００５】
図１には、従来のフィードバックループ１０が示されている。フィードバックループ１０の制御目標は、ＶＣＴ位相器を適正な位相（設定値１２）にすることであり、このとき、位相変化速度は零である。
【０００６】
この状態では、スプールバルブ１４は零位置におかれており、位相器（図示せず）内の二つの流体保持チャンバ間で流体の流れは生じていない。ＶＣＴ機構の動的状態を利用するコンピュータプログラム製品が、上述の状態を達成するのに用いられている。
【０００７】
ＶＣＴクローズドループ制御機構は、カムシャフト位相変化θ0 １６を測定して、これを所望の設定値１２と比較することによって、実現されている。ＶＣＴ機構は、位相器が設定値１２によって決定される位置を獲得するように、調整されている。制御法則１８は、設定値１２を位相変化θ0 １６と比較する。
【０００８】
比較された結果は、スプールバルブ１４を位置決めするようにソレノイド２０に命令信号を出力するための基準として用いられる。スプールバルブ１４のこうした位置決めは、位相誤差（設定値１２と位相変化θ0 １６との差）が零以外のときに生じる。
【０００９】
スプールは、位相誤差が正（リタード）であれば第１の方向（つまり右方）に向かって移動し、位相誤差が負（アドバンス）であれば第２の方向（つまり左方）に向かって移動する。位相誤差が零の場合、ＶＣＴ位相は設定値１２と等しくなり、スプールバルブ内で流体が流れないようにスプールが零位置に保持される。
【００１０】
ＶＣＴシステム内のカムシャフトおよびクランクシャフト測定パルスは、それぞれカムシャフトおよびクランクシャフトパルス回転盤２２，２４によって発生する。図示しないクランクシャフトおよびカムシャフトが回転すると、回転盤２２，２４はそれぞれのシャフトとともに回転する。
【００１１】
回転盤２２，２４は、測定パルスを送出するセンサによって検出されかつ測定される歯を有している。測定パルスは、それぞれカムシャフトおよびクランクシャフト測定パルスセンサ２２ａ，２４ａによって送出される。
【００１２】
検出されたパルスは、位相測定装置２６により使用される。これにより、測定位相差が決定される。カムシャフトおよびクランクシャフト間の位相差は、全回転時間で分割されかつ３６０度を掛けた連続クランク・カム間パルスからの時間として定義される。
【００１３】
言い換えれば、角度位置の差は、可変カムタイミングシステムを備えたまたは可変カムタイミングシステムを備えていないカムシャフトおよびクランクシャフト間の差に関連付けられている。測定された位相は、θ0 １６として表される。この位相差は、所望のスプール位置に到達するための制御法則１８に供給される。
【００１４】
クローズドループ１０の制御法則１８が米国特許第 5,184,578号に記述されており、この制御法則は、引用することによって本件出願の中に含まれる。制御法則の簡略化されたものが図２に示されている。測定された位相２６は、まず、ブロック３０において制御法則１８の作用を受ける。
【００１５】
ブロック３０では、比例積分（ＰＩ）処理が行われる。典型的には、ＰＩ処理は、二つのサブ処理の総和である。第１のサブ処理は増幅作用を含み、第２のサブ処理は積分作用を含んでいる。測定されたＶＣＴ位相はさらに、ブロック３２において位相補償の作用を受ける。
【００１６】
上記従来のアプローチの欠点の一つは、位相器の物理的停止端においてまたはその近傍において、従来の方法が位相器の正確な物理的位置を的確に示すことができない、ということである。
【００１７】
望ましくない副作用の一つは、制御法則の積分器がワインドアップすることである。このような現象は、内燃機関システムの物理的構成要素がその特性を変える、たとえばタイミングチェーンが伸びるといったような長期間の使用の際に、しばしば発生する。
【００１８】
したがって、物理的停止端においてまたはその近傍においてＶＣＴを運転する場合に積分器のワインドアップを防止するための制御方法およびシステムを提供することが望ましい。
【００１９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもので、物理的停止端またはその近傍において積分器のワインドアップを防止できる可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）フィードバック制御システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る制御方法は、回転移動の範囲を限定する複数の物理的停止端の間に移動範囲を有する位相器を備えた可変カムタイミングシステムの制御方法である。物理的停止端は、当該物理的停止端の一つまで位相器が移動したとき、位相器がそれ以上一方向には移動できないような位相器の移動範囲の停止端である。前記方法は、カムシャフトセンサおよびクランクシャフトセンサによって一組の歯形パルスを提供する工程と、歯形パルスをろ過処理する工程と、ろ過処理後の歯形パルスを分析して、位相器が動いているかまたは動いていないかを決定する工程と、位相器が移動中でなくかつ位相器コントローラの出力が位相器を移動させるように命令しているときに、位相器が物理的停止端の一つに移動していると判断して、物理的停止端の位置を記憶する工程とを備えている。
【００２１】
請求項２の発明では、請求項１において、位相器が、記憶された物理的停止端に到達したときに、上限または下限をセットする工程をさらに備えている。
【００２２】
請求項３の発明では、請求項２において、補償器をリセットする工程をさらに備えている。
【００２３】
請求項４の発明では、請求項２において、ＰＩコントローラをリセットする工程をさらに備えている。
【００２４】
請求項５の発明では、請求項１において、ろ過処理工程が、ノイズレベルを低減させるためにノッチフィルタを用いる工程を含んでいる。
【００２５】
請求項６の発明に係る可変カムタイミング制御システムは、可変力ソレノイドと、可変力ソレノイドに係合し得るスプールバルブと、クランクシャフトおよびカムシャフト間の一組の相関関係が決定されて一組の位置を決定するように設けられるとともに、スプールバルブの位置により制御可能な可変カムタイミング位相器と、コントローラとを備えている。可変カムタイミング位相器は、回転移動の範囲を限定する複数の物理的停止端の間に移動範囲を有するとともに、位相器が物理的停止端の一つに移動したとき位相器がそれ以上一方向には移動できないように、位相器が移動範囲の端に位置している。コントローラは、設定値を受け取るように設けられ、可変力ソレノイドを制御可能な制御法則と、回転軸の位置信号（センサ検出信号）をろ過処理するためのフィルタと、ろ過処理された位置信号を受け取り、位置信号から位相器の位置を表す信号を認識し、制御法則をリセットするためのリセット信号を発生する識別子とを備えている。位相器が移動中でなくかつ位相器が移動するように命令されているときに、位相器が物理的停止端の一つに移動していると判断して、物理的停止端の位置を記憶する。
【００２６】
請求項７の発明では、請求項６において、設定値がフィルタによってろ過処理されている。
【００２７】
請求項８の発明では、請求項６において、制御法則が、それぞれ別個にリセットするように設けられたＰＩコントローラおよび位相補償器を含んでいる。
【００２８】
本発明によれば、エンジンの運転中にＶＣＴ位相器の物理的停止端を自動的に記憶するＶＣＴ位相器を含む方法が提供されている。
【００２９】
積分器のワインドアップを解消するためのＶＣＴ位相器を含む方法が提供されている。
【００３０】
定常状態におけるＰＩコントローラの出力値（Ｅ１）を記憶するためのＶＣＴ位相器を含む方法が提供されている。
【００３１】
物理的停止端におけるＰＩコントローラの出力値（Ｅ１）を記憶するためのＶＣＴ位相器を含む方法が提供されている。
【００３２】
位相器がその物理的停止端に接近する場合にいつ積分器をリセットすべきかを決定するＶＣＴ位相器を含む方法が提供されている。
【００３３】
位相器がその物理的停止端に接近する場合にいつ補償器をリセットすべきかを決定するＶＣＴ位相器を含む方法が提供されている。
【００３４】
誤って記憶した物理的停止端を自動修正するＶＣＴ位相器を含む方法が提供されている。
【００３５】
また、本発明によれば、エンジンの運転中にＶＣＴ位相器の物理的停止端を自動的に記憶することができるＶＣＴ位相器を含むコンピュータプログラム製品が提供されている。
【００３６】
積分器のワインドアップを解消するためのＶＣＴ位相器を含むコンピュータプログラム製品が提供されている。
【００３７】
定常状態におけるＰＩコントローラの出力値（ＥＩ）を記憶するためのＶＣＴ位相器を含むコンピュータプログラム製品が提供されている。
【００３８】
物理的停止端におけるＰＩコントローラの出力値（ＥＩ）を記憶するためのＶＣＴ位相器を含むコンピュータプログラム製品が提供されている。
【００３９】
位相器がその物理的停止端に接近する場合にいつ積分器をリセットすべきかを決定するＶＣＴ位相器を含むコンピュータプログラム製品が提供されている。
【００４０】
位相器がその物理的停止端に接近する場合にいつ補償器をリセットすべきかを決定するＶＣＴ位相器を含むコンピュータプログラム製品が提供されている。
【００４１】
誤って記憶した物理的停止端を自動補正するＶＣＴ位相器を含むコンピュータプログラム製品が提供されている。
【００４２】
このように本発明によれば、ＶＣＴフィードバック制御システムのための方法が提供されている。この方法は、以下の工程から構成されている。ａ）一組の歯形パルスを提供する工程。ｂ）一組の歯形パルスをろ過する工程。ｃ）動いていない位相器を識別する工程。ｄ）動いていない位相器が停止状態にあるかまたは定常状態にあるかを決定する工程。ｅ）位相器の物理的停止端を記憶する工程。
【００４３】
また、本発明によれば、ＶＣＴフィードバック制御システムが提供されている。このシステムは、以下のものを含んでいる。ａ）可変力ソレノイド。ｂ）ソレノイドに係合可能なスプールバルブ。ｃ）クランクシャフトおよびカムシャフト間の一組の関係が決定される一組の位置を決定するように配置され、スプールの位置によって制御可能なＶＣＴ位相器。ｄ）設定値を受け取るように設けられ、可変力ソレノイドを制御可能な制御法則と、回転軸の位置信号をろ過するためのフィルタと、ろ過された位置信号を受け取り、ＶＣＴ位相器の状態を識別して、制御法則をリセットするリセット信号を発生するための識別子とから構成されたコントローラ。
【００４４】
本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本発明は、現在の可変カムタイミング（ＶＣＴ： Variable Cam Timing) クローズドループ制御システムにおいて内部積分器のワインドアップによって発生する、過度に長い不感時間(dead time) の問題に取り組んでいる。
【００４６】
本発明は、エンジン運転中にＶＣＴ位相器の物理的なストローク限界を記憶することによって、ワインドアップの問題を解決する方法を教示している。この方法は、コンピュータプログラム製品に組み込まれており、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）のようなマイクロコントローラで実施されている。
【００４７】
さらに、本発明は、定常状態のトラッキングエラーを排除するために制御法則が積分作用を利用している限り、任意の可変カムタイミング制御法則と協働して作用する。積分作用は、制御法則によるエラー値の蓄積として定義される。
【００４８】
好ましいシステムおよび方法が図３に示されている。同図において、制御法則１８は米国特許第 5,184,578号に記述されており、位相測定装置２６は、米国特許第 5,289,805号に記述されている。これらの米国特許は、引用することによって本件出願の中に含まれる。
【００４９】
図３には、カムトルク駆動の可変カムタイミング（ＶＣＴ）装置のための全制御ブロック図１０ａおよび本発明を採用する方法が示されている。図３中の符号のいくつかは、図１および図２の符号と対応しており、機能および特徴が類似している点が注目される。
【００５０】
設定値信号１２は、図示しないエンジンコントローラから受け取られて、設定値フィルタ１３に導入され、これにより、設定値１２の急激な変化を平滑にしてクローズドループ制御応答におけるオーバーシュートを減少させる。ろ過された設定値信号１２は、エラー信号３６の一部を形成する。
【００５１】
エラー信号３６を形成する他の部分は、以下に詳細に説明される、測定位相信号１６である。たとえば、エラー信号３６は、ろ過された設定値１２から測定位相１６を差し引くことによって、生成される。この点で、エラー信号３６は、制御法則１８の影響を受ける。
【００５２】
ディザー信号３８および零デューティサイクル信号４０と協働して、制御法則１８の出力は合計され、たとえば可変力ソレノイドであるソレノイド２０を駆動するように、入力値を生成する。ディザー信号３８は、ソレノイド２０およびスプールバルブ１４（図１１参照）の摩擦ヒステリシスおよび磁気ヒステリシスに打ち勝つように設けられている。
【００５３】
零デューティサイクル４０は、中間位置（零位置）に止まることによっていずれの方向の流体の流れも阻止させるためのスプールバルブ１４の公称デューティサイクルである。
【００５４】
可変力ソレノイド２０は、たとえば中央取付けのスプールバルブであるスプールバルブ１４を移動させて、ＶＣＴ位相器１２内の一方向または他の方向の流体の流れを阻止する。これにより、振動するカムトルク４４の作用下で、ＶＣＴ位相器４２を所望の方向に向かって移動させることができる。
【００５５】
設定値１２によって決定される所望の位置までＶＣＴ位相器４２が移動するとき、中央取付けのスプールバルブ１４は、中間位置（零位置）まで駆動させられるだろう。これにより、ＶＣＴ位相器は、液圧的にロックされ、その位置に止まる。設定値１２が変化し、またはＶＣＴ位相器４２が外乱(disturbance) によって変位するのであれば、上記処理が再び繰り返される。
【００５６】
カムシャフトおよびクランクシャフトの位置は、それぞれセンサ２２ａ，２４ａによって検出される。センサは、内燃機関のカムシャフトおよびクランクシャフトにそれぞれ固定された回転円盤２２，２４の歯の位置を検出する磁気抵抗センサを含む任意のタイプの位置センサでよい。
【００５７】
位置センサ２２，２４の検出信号は、典型的には歯形パルスの形状を有している。歯形パルスは、まず、ノッチフィルタ４８によってろ過される。ろ過された歯形パルスつまりろ過処理された位相信号は、認識ブロック５０への入力の一つとして機能する。
【００５８】
ブロック５０においては、ＶＣＴ位相器４２が停止端にあるかまたは定常状態におかれているかについての決定がなされる。ブロック５０への他の入力は、測定位相信号４６である。図１に示す従来の計算器（位相測定装置）２６が位相計算器４６と同一のものであることが注目される。
【００５９】
２つの入力に基づいて、ブロック５０は、以下に詳細に記述されるような決定を行う。或る状態下では、制御法則１８をリセットするように、リセット信号５２が発生する。
【００６０】
図４には、図３の制御法則１８の詳細が示されている。制御法則１８は、ＰＩ制御ブロック３０および位相リード補償ブロック３２に小分割されている。また図３のリセット機能が、制御ブロック３０に対する第１のリセット信号５４と、位相リード補償ブロック３２に対する第２のリセット信号５６とに小分割されている。
【００６１】
ソレノイド３４が、純粋な電気機械式のタイプ、液圧ポートを備えた４方向比例ソレノイドタイプ、またはパルス幅変調（ＰＷＭ： pulse width modulation)駆動バルブ内蔵タイプのソレノイドを含む種々のタイプのソレノイドであるということが注目される。
【００６２】
さらに、上述したように、測定位相信号１６はエラー信号３６を形成している。測定位相信号１６は、このネガティブフィードバック（負帰還）ループにおいて、補正信号として作用する。
【００６３】
たとえば、本発明によるＶＣＴ制御のアルゴリズムは、リード補償器３２に加えて比例積分コントローラ（積分器）３０を使用している。積分器３０は、過去のすべてのエラー信号、つまり位相命令信号（設定値）１２と測定ＶＣＴ位相１６との差を蓄積する。
【００６４】
エラー信号は、スプールバルブ１４を駆動するソレノイド電流に関係している。エラー信号が定常状態では零であるため、理想的には、定常状態における積分器３０の出力は零である。移行中において、正負のエラー信号は積分後に互いに相殺する。現実には、積分器３０の出力は、移行中にスプールバルブ１４を移動させるほど十分に大きな値であって、これは望ましくないものである。
【００６５】
定常状態においては、スプールバルブ１４のヒステリシスに打ち勝つことができるように、積分器３０の出力は相対的に小さな値にされる。これにより、スプールバルブのスプリング力が、スプールを零位置から遠ざける不均衡力を相殺するのを許容する。その結果、スプールバルブの相対的な安定位置が維持される。
【００６６】
ＶＣＴ位相器が物理的に移動できる距離を越える位置まで移動するように命令されたとき、問題が発生する。もし問題が発生すれば、命令信号１２と測定ＶＣＴ位相１６との間には常に差が存在する。これにより、積分器の出力が増加し続け、積分器のいわゆるワインドアップ現象を生じる。
【００６７】
ワインドアップの原因は、スプールバルブ１４が物理的に停止するときに、従来技術による手法がそれ自体自然に計算を停止させることができないためである。本発明はこの問題に取り組んでおり、これは、事情に応じて最適な上限および下限を自動的に記憶するとともに、計算を適切に停止させることを含んでいる。
【００６８】
不安定な状態においては、スプールバルブ１４は、チャンバ間で流体の流れが生じない零位置または定常状態に対向するように、ソレノイド２０によって零位置から離れる側に押される。
【００６９】
理解されるように、スプールバルブが零位置から押された後に、もし位相器が逆方向に移動するように命令されるのであれば、スプールバルブは戻り、零位置を通過して、零位置の逆側に移動する。これにより、流路が開いて流体がその方向に流れる。
【００７０】
同様に、積分器３０の出力が、零値に戻る逆側への信号のエラー信号３６によって引き戻されており、スプールバルブ１４を移動させる要求値を発生させるように、その方向に蓄積を続けている。
【００７１】
積分器の出力が零に戻されるまでエラー信号３６が方向を変えるときに始動する時間は、実験の際に示されるＶＣＴクローズドループ制御応答曲線における不感時間(dead time) である。典型的には、積分器がワインドアップするほど、または逆の信号のエラー信号が小さければ小さいほど、不感時間は長く続く。
【００７２】
理解されるように、位相器４２の物理的限界は最初は正確であったとしても、チェーンが摩耗したり、チェーンの剛性が変化したり、その他の現象が発生した後には、位相器４２の物理的限界は有効ではない。当初決定された位相器のストローク限界は、ＶＣＴの寿命の間に発生し得る物理的限界の変化を受け入れるほど十分ではない。
【００７３】
クローズドループ性能が落ちるのを回避するために物理的限界がどこにあるのかを知ることが必要である。本発明においては、エンジン運転中に物理的限界がどこにあるのかをコントローラが記憶している。
【００７４】
コントローラはＶＣＴに動くように命令するが、測定ＶＣＴ位相が相対的に長い時間変化しないことが分かったときには、位相器４２がすでにその物理的停止端まで移動しているのかもしれない。直前に測定された極値が実際の物理的停止端、つまり上限の最大値および下限の最小値であるかもしれない。
【００７５】
上述したように、積分器のワインドアップは、位相器４２がすでにその物理的ストローク停止端に到達しているにも拘らずさらに移動するように命令されているときに、発生する。
【００７６】
常時発生しているエラー信号３６は、積分器３０内に蓄積され（つまり積分器がワインドアップし）、これが上述の制御法則１８の通常の運転を阻害して、ＶＣＴの性能を低下させる。
【００７７】
本発明は、定常状態におけるＰＩコントローラの出力値ｅ1 およびＶＣＴ位相器４２の物理的停止端が動的に記憶されるという点においてＰＩコントローラ３０の出力値が動的に記憶される方法を提供する。この動的記憶プロセスは、以下に説明されている。
【００７８】
この方法はさらに、ＶＣＴ位相器４２がその停止端に到達したときに積分器３０および補償器３２をいつリセットして積分作用ができないようにするのかについても教示している。
【００７９】
また、当該方法は、記憶された物理的停止端が誤っていると決定された場合にこれを自動補正するための自動制御方法について教示している。言い換えれば、本発明は、積分器のワインドアップを排除して、停止端における良好なクローズドループ制御を提供している。
【００８０】
図５は、本発明のフローチャート６０を示している。ステップ６２において、処理のための歯形パルスが供給される。供給された歯形パルスは、ステップ６４において、ノッチフィルタの作用を受ける。
【００８１】
ろ過された信号は、ステップ６６において、位相器が動いているかまたは動いていないかについての決定のために識別される。この時点で、ステップ６８に示すように、測定位相信号もまた制御フロー内に入ってくる。
【００８２】
ステップ７０では、位相器が物理的停止端にあるのかまたは定常状態におかれているのかについての決定がなされる。位相器が定常状態にあると決定されれば、ステップ７２において、電流値ｅ1 つまりＰＩコントローラの出力値が保存される。
【００８３】
もし位相器が物理的停止端にあれば、ステップ７４において、現在の位置が位相器の最高値または最低値のいずれかであるか判断される。次に、ステップ７６，７８において、制御法則のＰＩコントローラおよび補償器がリセットされる。
【００８４】
図６において、フローチャート６０でフロー（ステップ６８）に入ってくる測定位相信号は、誤って記憶した、物理的停止端を表す位置の値の自動補正を生じさせる（ステップ８０）。
【００８５】
図３ないし図６には、本発明のグループごとに詳細な記述がなされている。
【００８６】
＜カムシャフトトルクパルス（ステップ６２）により発生する位相振動を取り除くためのノッチフィルタの使用（ステップ６４）＞
エンジンの運転中には、エンジンのカムシャフトは、正弦波状のトルクの作用を受け、その速度は、公称値の近辺で振動する。たとえば、図３のカムシャフトトルクパルス４４は、このような正弦波状のトルクである。
【００８７】
パルス４４は、公称値とカムシャフトトルク周波数のいくつかの調波(harmonics) とを含んでいる。一連のパルス４４は、ノッチフィルタ４８に連続して供給され、ノッチフィルタ４８は、調波を取り除くように作用する。その最終結果は、実際のＶＣＴ位相器の状態を平滑化して表したものになっている。
【００８８】
ノッチフィルタの一般的な式は、次のとおりである。
y(n) = C0*u(n) + C1*U(n-1) + C2*u(n-2) +…+ Ck*u(u-k)
ここで
y:  ノッチフィルタの出力
u:  ノッチフィルタの入力
n:  ｎ番目のデータまたは最新のデータ
k:  カムシャフト一回転の更新歯数
u(n-k): 更新されたｋ倍の入力
m:  第１次のカムシャフトトルク周波数
h:  調波
C:  係数
【００８９】
ベクトルの形式では、C0, C1, …, Ckは、以下のように表せる。
D = ［1, -2 *cos(m/k*2π), 1］′
C = D/sum(D)（第１次の振動のみを除去するための）
【００９０】
第１次の振動および第２次 (h=2)の調波を取り除くために、C はまた以下のようにしても計算可能である。
D =［1, -2 *cos(m/k*2π),1 ］（［1, -2 *cos(h*m/k*2π), 1］を畳み込んだ）
C= D/sum(D)
より高次の調波を取り除くために、さらに何度も畳み込むようにしてもよい。
【００９１】
単純な移動平均もまた同様の目的に役立つ。ノッチフィルタ要素は、より記述的な変数名を用いて以下に説明される。
avgCamWidth = (CAMT0＋CAMT1 ＋…＋CAMT k-1)/k
avgCrankWidth = (NEPW ＋NEPW1 ＋…＋NEPW k-1)/k
filterd Phase = avgCamWidth/avgCrankWidth*720/k
CAMT0 〜CAMT k-1:  カムパルスエッジおよびクランクパルスエッジ間の差
NEPW〜NEPW k-1:  最新のｋクランクパルス幅
k:  好ましくはカムシャフト歯車における歯数またはその他の数
【００９２】
＜動いていない位相器の認識（ステップ６６）＞
測定位相から信号を取り除いた後に動いていない位相器を確認するために、適応帯域(adaptive band) 技術が開発されている。この適応帯域技術は、以下に記述されている。
【００９３】
ろ過された最初の PHASE 0 からスタートして、ろ過された以下の PHASE i を PHASE 0 と比較する。
If
PHASE  i - PHASE  0
＜ halfBandWidth within a certain period   of time
（或る時間内の半帯域幅）
Phaser is not moving. （位相器は動いていない）
Else
Phaser is moving. （位相器は移動中）
Set  PHASE 0 as PHASE i
Start a new identifying cycle.（新たな認識サイクルをスタート）
End
【００９４】
＜停止端または定常状態における位相器（ステップ７０）＞
以下の二つの場合、すなわち位相器が停止端にある状態および位相器が定常状態にある状態において、位相器４２は、動いていない状態を満足するものとされる。したがって、これらの二つの場合の違いを識別する必要がある。
【００９５】
ＰＩコントローラ３０のような積分器の出力がこれら二つを識別するのに用いられている。位相器のストロークの中間領域において、もし位相器４２が動いていないと認識されれば、位相器は定常状態にあるに違いないということが当然に知られている。
【００９６】
中間領域の定義に関しては、０°〜６０°の位相器において、１５°〜３８°の範囲が中間領域と考えられている。さらに、中間領域においては、ＰＩコントローラ３０の出力のようなコントローラ積分器の出力が同様に定常状態におかれている。或る組み合わせのハードウエアについて対応する値である “steady E1”は、定められた運転状態下で一定である。
【００９７】
もし位相器がストロークの中間領域から外れている場合には、位相器は動いていないものとして認識される。積分器３０の出力値は、“EI threshold"のような或る閾値を超えており、位相器は停止端にあるものとされる。
【００９８】
積分器の出力と“steady  E1”との間の差の信号は、位相器がアドバンス停止端にあるかまたはリタード停止端にあるかを示している。
【００９９】
以下は、図５のステップ７４のサブルーチンの論理を示している。
もし位相器がリタード停止端にあれば、
HIGH LIMIT = 最新の最大測定位相
もし位相器がアドバンス停止端にあれば、
LO LIMIT = 最新の最小測定位相
【０１００】
＜積分器および補償器をリセットすることによって（ステップ７６，７８）積分器のワインドアップを防止する＞
実際の位相器の物理的停止端“LO LIMIT ”がアドバンス停止端を表し、“HIGH LIMIT"がリタード停止端を表しているということが分かっている。
【０１０１】
測定位相(measured phase)が物理的停止端にすでに接近しており、コントローラが位相器に対して移動するように依然として命令しているのであれば、積分器をリセットして定常状態値 “steady E1”に戻す。
【０１０２】
If measured phase < LO LIMIT ＋threshold ＆＆ set point < measured phase, or
measured phase＞HIGH LIMIT - threshold ＆＆ set point > measured phase
Integrator coefficient（積分係数）Ki = 0
Integrator state variable （積分状態変数）= steady E1
Set compensator output e2 to e1;
set the state variable (running sum) in compensator as e0/(1-zlag)End
【０１０３】
＜誤った停止端の値の記憶の自動補正（図６のステップ８０）＞
位相器の停止端の記憶は、動的な処理である。もし何らかの理由により、誤った記憶が生じた場合には、以下の論理が、誤った記憶を自動的に補正するであろう。これは、図６のステップの一例である。
【０１０４】
If current measured phase < LO LIMIT
LO LIMIT = current measured phase
If current measured phase > HIGH LIMIT
HIGH LIMIT = current measured phase
【０１０５】
上記のことは、本発明の図５および図６に示されたフローチャートの詳細な実施態様を示している。記述された発明は、制御法則が定常状態のトラッキングエラーを排除するのに積分作用を利用している限り、任意の可変カムタイミング制御法則と協働して作用するのに適している。
【０１０６】
本発明は、比例積分コントローラおよびリード補償器を有するコンピュータ手段に適したＶＣＴ制御方法について教示している。積分器は、過去のあらゆるエラー信号（位相命令信号および測定ＶＣＴ位相間の差）を蓄積しており、スプールバルブを駆動するソレノイド電流に関係している。
【０１０７】
理想的には、定常状態におけるエラー信号が零であるので定常状態での積分器の出力は零であり、移動中において正負のエラー信号は積分後に互いに相殺し合う。
【０１０８】
しかしながら、実際には、スプールバルブを移動させる移動中において、積分器の出力は大きな値を有しており、定常状態においては、スプールバルブのヒステリシスに打ち勝ち、スプールバルブのスプリング力と釣り合って、スプールバルブを零位置に維持するために、相対的に小さな値を依然として保持している。
【０１０９】
ＶＣＴ位相器が物理的に到達できる位置を越える位置に移動するように命令されたときに、問題は発生する。この場合、命令信号と測定ＶＣＴ位相との間に差が常に存在する。これにより、積分器の出力は、増加し続け、いわゆる積分器のワインドアップが生じる。
【０１１０】
スプールバルブは、定常状態の零位置に対向するように、通常、零位置から離れる側に押される。スプールバルブが零位置から離れる側に押圧された後で、もし位相器が他の方向に移動するように命令された場合には、スプールバルブは戻り、零位置を通過して、零位置の他の側に移動し、その方向への流路を開く。
【０１１１】
同様に、積分器の出力は、零値に戻る逆の信号のエラー信号によって引き戻され、スプールバルブを移動させるための要求値を発生させるために、その方向に蓄積され続ける。
【０１１２】
積分器の出力が零に戻るまでエラー信号の切換方向から始動した時間は、ＶＣＴクローズドループ制御応答曲線（図示せず）における不感時間(dead time) であると思われる。一般的に言えば、積分器が激しくワインドアップすればするほど、あるいは逆側の信号のエラー信号が小さければ小さいほど、不感時間は長くなる。
【０１１３】
図７は、ＶＣＴ位相器が非現実的な位置に移動するように要求されたときに、積分器の出力がどのように作用してワインドアップするかについての一例を示している。非現実的な位置とは、ベーンが物理的に移動できる位置を越えたアドバンス位置またはリタード位置に向かって移動するように要求された点において、物理的に存在することができない位置のことである。
【０１１４】
図７のデータは、積分器のアンチワインドアップ手法を用いずにコントローラ手段に適切な制御方法を使用する具体的な走行テストスタンドから採られたものである。物理的な下限の数値は、クランク角約３°である。ＶＣＴの命令位置は、０°〜３０°の矩形波である。
【０１１５】
設定値、位相およびエラー信号０（ｅ０）の単位は、クランク角で表されている。積分器の出力（１００で割ったエラー１、つまりe1/100）の単位は、５ｍＡのソレノイド電流に対応している。設定値が３０°（物理的限界の範囲内で）のとき、定常状態での積分器の出力は約３５ｍＡである。位相器が移動できる下限位置が３°である限りは、設定値が０°に切り換わるときに積分器の出力は増加し続ける。
【０１１６】
この場合、何ら損害は生じていない。ところが、設定値が３０°に戻るとき、積分器の出力がその零値に戻るのに約０．５秒かかる。この０．５秒の間に、位相器はその位置に止まり、移動しない。このことは、設定値が３０°のときに約４０ミリ秒の範囲内で設定値の変化に対応するのと対比している。
【０１１７】
このような問題に対する解決法は、その物理的限界を超えて位相器を移動させるように命令しないか、あるいは、設定値が位相器の物理的限界に接近しているときまたは物理的限界の外側にあるときに積分器を停止させるかである。
【０１１８】
いずれの場合においても、位相器の物理的限界がどこにあるのかを正確に知らなければならない。本発明は、或る条件下でコントローラが位相器の物理的限界を記憶するための方法を教示している。
【０１１９】
言い換えれば、位相器の物理的限界とは、ＶＣＴハウジングスプロケットとクランクスプロケットとの間の相対的角度変位限界のことである。残念ながら、この限界値は一定ではない。その変化には、多くの要因が関係している。この限界値は、ＶＣＴユニットの製造誤差、チェーン長さの変化、テンショナ位置および位相測定誤差のために、エンジンによって変化する。
【０１２０】
個々のエンジンにおけるスパン長さは、エンジン速度が変化したとき、タイミングチェーンの共振が発生したとき、チェーンが摩耗したときなどに、増加しまたは減少する。物理的限界はクランク角５°以上までリタード方向に向かってこのような変化に従うということが経験的に分かっている。
【０１２１】
また、物理的限界はたとえ最初は正確であっても、チェーンが摩耗したり、チェーンの剛性が変化した後では、確かではなくなるだろう。位相器における一定のストローク限界は、ＶＣＴ寿命の間に起こり得る物理的限界の変化を吸収するほど十分ではない。
【０１２２】
したがって、コンピュータ手段に適切な別の記憶方法は、クローズドループ性能の低下を避けるために、物理的限界がどこにあるのかを知ることが要求されている。本発明においては、コントローラが、エンジン運転中に物理的限界がどこにあるのかを記憶する。
【０１２３】
ＶＣＴが移動するようにコントローラが命令しても測定ＶＣＴ位相が相対的に長い時間変化しないとき、位相器は物理的停止端にすでに当接していたはずである。測定された最新の極値は、実際の物理的停止端、すなわち上限のための最大値および下限のための最小値である。
【０１２４】
＜動いていない位相器の認識＞
まず、マイクロコントローラは、位相器が動いていないことを認識できるべきである。測定された位相が存在する、定量化された領域があるべきである。実際のアプリケーションにおいては、位相器が上述したようなシステムヒステリシスの影響に打ち勝つように移動するので、そうした定量化領域が存在する。
【０１２５】
この領域は、位相器が制御下で移動しているかどうか分からないようにするために、大きすぎるべきではない。また、この領域は、位相器が停止端からわずかにでも移動できるようにするために、厳密すぎるべきではない。
【０１２６】
位相器がカムシャフトトルクによって励起される振動を常に有しており、この振動がＶ６エンジンにおいてカムの回転ごとに３回発生するので、問題はすぐに発生する。振動のピーク間の振幅は装置ごとに異なっており、システムの液圧漏れに大部分依存している。
【０１２７】
ピーク間の振幅は、クランク角４°近辺、あるいはエンジン速度が１００ｒｐｍより低いときにはそれより高い角度に位置している。人間の目は生の測定位相を後処理時にのみ見るだけで一般的な傾向を知ることができるのであるが、我々は、直接マイクロコンピュータを用いて測定位相の範囲をチェックすることはできない。
【０１２８】
しかしながら、人間の目は本願では使用されない。トルクパルスによって導入された測定位相の振動要素を効果的に取り除くことができれば、位相器が移動しているかいないかを明らかにするのに、そのような前記領域を認識するのがさらに容易になる。
【０１２９】
トルクパルスにより導入される振動の周波数は、エンジン速度に対して一定の比を有している。このため、いわゆるノッチフィルタの採用がノイズの低減に役立つ。ノッチフィルタは、一定の周波数要素のノイズ信号を除去するように設計されたデジタルフィルタである。
【０１３０】
カムシャフトに８枚の歯を有するＶ６エンジンにおいては、トルクパルスにより導入される励振はカム１回転につき３回発生し、カム測定の更新はカム１回転につき８回行われる。第７次のノッチフィルタは、第３次の振動およびこれに付随する調波を除去するように用いられる。
【０１３１】
このノッチフィルタの入力は、カムパルスが入力されるたびに更新される測定位相であるべきである。２つの連続するサンプル間の時間間隔は、カムシャフト速度に関して変化する。
【０１３２】
残念ながら、実験を基に論じると、過去に集められた多くのデータは、ＶＣＴコントローラのノッチフィルタと同様な方法で集められたものではない。というのは、これらのデータは、外部のデータ収集システムによって１０ミリ秒という一定のサンプリング時間間隔で再収集されたものだからである。
【０１３３】
通常、これらのデータは、サンプリング時間がカム歯の更新時間と必ずしも等しくないので、ノッチフィルタの試験に適切に用いることはできない。１５００ｒｐｍにおいて、２つのカムパルス間の時間間隔は、外部データ収集システムと同じ時間間隔である１０ミリ秒に等しくなっている。
【０１３４】
したがって、別の試験を用いることなく、これら１５００ｒｐｍの試験からの古いデータは、図２および図３に示すように、ノッチフィルタの性能を試験するためにノッチフィルタに供給することができる。
【０１３５】
図８は、１５００ｒｐｍのエンジン速度で採られた未処理の位相データとろ過処理された位相データとを比較したものを示している。図９は図８の詳細図である。
【０１３６】
このデータにより、停止端におけるろ過処理の位相がクランク角０．２５°の範囲内で変化しているのに対し、未処理の位相データはピーク間が２．７５°のクランク角変化を有しているということが分かる。
【０１３７】
理解されるように、２．７５°から０．２５°への減少は非常に著しいものである。言い換えれば、適切なノッチフィルタの使用は、ノイズをかなりの程度まで減少させることができる。
【０１３８】
外乱(disturbance) による誤った位相の読み取りのようなことがあるかもしれないので、非常に用心深く対処するには、領域として二つのクランク角を選択するようにしてもよい。したがって、一定の時間内でろ過処理位相の最大値および最小値の差が二つのクランク角よりも小さければ、ＶＣＴ位相器は動いていないものと判断される。
【０１３９】
１秒間の測定値をモニターして、位相器が動いているかいないかを認識するための適応帯域技術(adaptive band technique) が本発明によって開発されている。この技術は図１０に示されている。
【０１４０】
プロットした点を読みやすくするために、１０ポイントの帯域長さのみが用いられている。なお、コントローラの能力に応じて、その他の適切な数を採用するようにしてもよい。
【０１４１】
１０ポイント区間の開始時には、ろ過処理された位相が ph0として格納される。またカウンタは１にセットされる。ろ過処理された新たな位相はことごとく ph0と比較される。
【０１４２】
もしろ過処理された新たな位相が ph0の１°の範囲内（つまり ph0を中心として１°の１／２帯域幅を有する帯域の範囲内）にあれば、カウンタは１だけ増加する。カウンタが１０に達したとき、１０個の測定カム位相の間に、ろ過位相がプラスマイナス１°の帯域内に留まっていることが分かる。
【０１４３】
したがって、ＶＣＴ位相器は、その物理的停止端または定常状態のいずれかにあると判断される。理解されるように、ＶＣＴ位相器が定常状態ではなく下限または上限の物理的停止端にあるということがいえれば、ＶＣＴ位相器の下限または上限として直前の９個の未処理の位相の中から最小値または最大値をとることができる。
【０１４４】
それと同時に、ph0 によりモニター区間を第１０番目のろ過処理位相にリセットして、カウンターを１にリセットする。もし新たなろ過処理位相が帯域の外側にあれば、位相器は動いていると判断される。この場合、ph0 をこのろ過処理位相にリセットするとともに、カウンタを１にリセットすることによって、このモニター区間を終了する。これにより、新たなモニター区間がスタートする。
【０１４５】
図１０に示すように、帯域の中心線は、ろ過処理位相が相対的に安定した位置に到達してそこに留まるまで、ろ過処理位相とともに移動し得る。新たな信号つまりポイントが帯域の外側に位置していると決定された後、新たな帯域が新たなデータに基づいて決定される。
【０１４６】
言い換えれば、帯域は新たなデータに関連して移動する。このことは、いかにして適応帯域という用語が作りだされたかということを示している。適応帯域はまた、図９に示された位相測定結果において１９．９秒の付近にときどき現れる外乱を許容できる。誤ったピークが入ってきたとき、誤信号が遠ざかるまで適応帯域の中心線がリセットされる。
【０１４７】
＜停止端または定常状態における位相器＞
動いていない位相器をたとえ認識できたとしても、位相器の設定値がしばらくの間変化しなければ、位相器は停止端または定常状態のいずれかにある。これら２つの位置を識別するためには、別の情報が必要である。
【０１４８】
積分器の出力の使用は、自然な選択である。すでに述べたように、定常状態における積分器の出力は、相対的に一定の値である。もし位相器が或る一定時間移動しておらず、積分器の出力がその定常状態値の付近に留まっているのであれば、位相器は定常状態にある。そうでなければ、位相器は停止端にある。
【０１４９】
個々のＶＣＴ位相器について、積分器の出力がどのぐらいの定常状態にあるのかを知る必要がある。理想的には、定常状態における積分器の出力は零である。
【０１５０】
コントローラの運転中にはオフセット信号が自動的に生成されており、これにより、スプールバルブは、バルブヒステリシスやスプールスプリング力のオフセット、ＶＦＳ（可変力ソレノイド）のソレノイド性能の変化などに打ち勝つことができる。
【０１５１】
ＶＦＳ電流に変換された数値の絶対値は、通常１００ｍＡよりも小さいが、装置が変化することによりまたシステムが古くなることにより、装置ごとに変化する。エンジンの初期の較正の際に上記値を知ることは有用である。また、エンジンの運転中および部品が使用されて古くなった後に、その値がいくらであるかを知らなければならない。
【０１５２】
ろ過処理された位相器が一定の時間の間に適応帯域に入り、位相器が停止端から離れていることが確実であれば、積分器の出力の平均値が定常状態における積分器の出力であると判断される。もしろ過処理位相がプラスマイナス１°の帯域の範囲内にあり、積分器の平均出力が定常状態値から１００ｍＡ外れているのであれば、位相器は停止端にあると判断される。
【０１５３】
＜エラー自動補正＞
本発明が、記憶された物理的限界値の範囲内に設定値を限定することを教示しておらず、むしろ積分器を停止させることを教示しているので、位相器は移動可能な位置までつまり実際の物理的限界まで移動する可能性がある。
【０１５４】
誤って限界値を認識するのを回避するためにあらゆる注意深い処理がなれた後に、誤って記憶された限界値が依然として得られるのであれば、自動補正の論理の出力つまり結果よりも大きいかまたは小さい測定位相で現在の上限または下限を置換することによって、いくつかの制御ループにおいて正しい値を取り戻すことができる。
【０１５５】
以下は、コンピュータのアプリケーションに適したアンチワインドアップ手法を提供している。これは、各カムシャフトに８枚の歯を有するＶ６エンジンにＶＣＴを適用するためのものである。左側のバンクのエグゾースト位相器が一例として用いられている。
【０１５６】
ノッチフィルタが８ポイント移動平均として実施されており、位相測定値から第３次のカムシャフト振動およびその高次の調波を取り除いている。名称の取決めは、プログラムと一致している。
【０１５７】
Find filtered phase （ろ過処理位相の取得）
Global variables（グローバル変数）：
NEPW, NEPW1,…, NEPW7: 2 bytes unsigned integer(2 バイトの符号のない整数）
Eight latest crank pulse widths, updated during crank interrupt routine, NEPW has already existed in current program (assume 4 crank teeth) （クランク割り込みルーチンの間に更新された最新の８クランクパルス幅であり、NEPWはすでに現在のプログラム内に存在している（４クランク歯と推定））。
LCAMT0, LCAMT1, …, LCAMT7: 2 bytes unsigned integer(2バイトの符号のない整数）
Eight latest pulse widths from crank edge to left cam edge, updated during cam interrupt routine(assume 8 cam teeth)（カム割り込みルーチンの間に更新された、クランクエッジから左側のカムエッジまでの最新の８パルス幅である（８クランク歯と推定））。
avgCamWidth  L  E: average cam pulse width from crank edge to left cam edge, 2 bytes unsigned integer （クランクエッジから左側のカムエッジまでの平均カムパルス幅、２バイトの符号のない整数）
avgCrankWidth: average crank pulse width, 2 bytes unsigned integer
（平均クランクパルス幅、２バイトの符号のない整数）
filteredPhase  L  E: filtered left bank exhaust phase, 2 bytes unsigned integer(ろ過処理された左側バンクのエグゾースト位相、２バイトの整数)
【０１５８】
Method suitable for computer implementation for notch filter（ノッチフィルタへのコンピュータの導入に適切な方法）
//executed inside interrupt routine（割り込みルーチンの内部で実行）
avgCamWidth  L  E = (LCAMT0 + LCAMT1 +…+ LCAMT7) >> 3
avgCrankWidth = (NEPW + NEPW1 + …+ NEPW7) >> 3
//executed in the control loop, call intdiv routine (the same as in prior art) to calculate phase（制御ループ内で実行，位相計算のために従来と同じ intdiv ルーチンと呼称）
filteredPhase  L  E = intdiv(avgCamWidth LE, avgCrankWidth, ZPHASL)
【０１５９】
Learning method suitable for computer implementation（コンピュータの実行に適した記憶方法）
Constant（定数）：
EI threshold = 1000 //Integrator is considered to be winding up if its value is 10% duty cycle away from steady state output （もしその値が定常状態の出力値から１０％デューティサイクルだけ外れていれば積分器がワインドアップしていると判断）
halfBandWidth = 1*4 //Half band width is one degree, one degree is represented by 4 computer units in this computer program
（半帯域幅は１°であり、このコンピュータプログラムで１°は４つのコンピュータ装置で表されている）
counterLength = 128 //Choosing monitoring length as  2＾7 *0.01 ＝1.28 sec（モニター長さを選択）
midLo = 15*4   //Both up and lower exhaust phaser limits are assumed never（エグゾースト位相器の上限および下限の双方はないと推定）
midUpE = 38*4  //fall into the middle range of 15 to 38 degree calibrated （較正された１５〜３８°の中間範囲に入る）
midUpI = 58*4  //during engine start up(15 to 58 degree for intake phaser)（エンジン始動時、インテーク位相器について１５〜５８°）
【０１６０】
Global variables for left bank exhaust phaser （左側のバンクのエグゾースト位相器のためのグローバル変数）：
LPHASE: left exhaust phase（左側のエグゾースト位相）
E1 L  E: current error 1（現在のエラー１）
ZPHASL: phase offset obtained in calibration（較正で得られた位相オ
フセット）
lo limit  L  E: phaser lower travel limit, 1 bytes unsigned integer（位相器ストローク下限，１バイトの符号のない整数）
up limit  L  E: phaser up travel limit, 2 bytes unsigned integer （位相器ストローク上限，２バイトの符号のない整数）
steady E1 L  E: current integrator steady state output, 2 bytes unsigned integer （現在の積分器の定常状態出力，２バイトの整数）
centerLine L  E: current adaptive band centerline, 2 bytes unsigned integer （現在の適応帯域中心線，２バイトの符号のない整数）
counter  L  E: current adaptive band counter, 1 bytes unsigned integer（現在の適応帯域カウンタ，１バイトの整数）
sum  E1 L  E: running sum of error 1, 3 bytes（エラー１の現在の総計，３バイト）
at stop L  E: flag,1:at stop, 0:not at stop, 1 byte（停止端でフラグ１，停止端以外でフラグ０，１バイト）
【０１６１】
Temporary variable（一時的な変数）：
avg  E1 L  E: average Error 1 within a complete adaptive band, 2 bytes （完全適応帯域内の平均エラー１，２バイト）
【０１６２】
Method suitable for computer implementation for learning limits （限界を記憶するためのコンピュータの実行に適した方法）
//Initialization right after phaser initial calibration（位相器の最初の較正の直後の初期化）
lo limit  L  E = ZPHASEL;
up limit  L  E = ZPHASEL + 40; // + 60 for intake
centerLine L  E = filteredPhase  L  E;
counter  L  E = counterLength;
sum  E1 L  E = 0;
steady E1 L  E = 0;
//All following logic is executed every control loop（以下のすべての論理は制御ループごとに実行）
if LPHASE > up limit  L  E //current phase > up limit
up limit  L  E = LPHASE;
counter  L  E = counterLength; //reset the counter
return;
else if LPHASE <lo limit  L  E  // current phase < lower limit
lo limit  L  E = LPHASE;
counter  L  E = counterLength; //reset the counter
return;
end if
//filtered phase is within +- 1 degree adaptive band（ろ過処理位相が適応帯域の±１°の範囲にある）
at stop L  E = 0;
if(filteredPhase L  E <=centerLine L  E + halfBandWidth)＆(filteredPhase L  E + halfBandWidth >=centerLine L  E)
sum  E1 L  E = sum E1 L  E + E1 L  E; // running sum for error 1
counter  L  E --; // decrease counter by 1
if  counter  L  E ==０  // complete 1.28 sec monitoring
avg E1 L  E = sum E1 L  E << 7; // obtain average integrator output
if(filteredPhase L  E >= midLo + ZPHASL)＆(filteredPhase L  E <= midUpE + ZPHASL)
steady E1 L  E = avg  E1 L  E;//find integrator steady state outputelse if (avg E1 L  E >= Steady  E1 L  E + E1 threshold)
//, call intdiv routine (in prior art) to calculate phase
up limit  L  E = intdiv(max(LCAMT0,…, LCAMT7),avgCrank Width, ZPHASL)
// set the recent maximal as the up limit
at stop L  E = 1  // set at-the-stop flag
else if(avg E1 L  E + E1 threshold <= steady  E1 L  E)
call intdiv routine (in prior art) to calculate phase
lo limit  L  E = intdiv(min(LCAMT0,…, LCAMT7）, avgCrankWidth, ZPHASL)
// set the recent minimal as the lower limit  at stop L E ＝1 // set at-the-stop flag
end if
counter  L  E = counterLength;
// reset the counter after secession completed
centerLine L  E = filteredPhase  Ｌ Ｅ；
// reset the center line of the adaptive band
sum E1 L  E = 0;
end if
else  // filtered phase is outside the adaptive band
counter  L  E = counterLength; // reset the counter
centerLine L  E = filteredPhase  L  E;
// reset the center line of the adaptive band
sum E  1  L  E = 0;
end if
【０１６３】
Using Learned Phaser Limit to Prevent Integrator Wind-up（積分器のワインドアップを防止するために記憶された位相器の限界値の使用）
Constant（定数）:
PHS  INTEG  LIM = 3 *4
Threshold for resetting and freezing integrator and disabling compensator for both intake and exhaust, initial setting as 3 deg.（インテークおよびエグゾーストの双方に対して積分器をリセットして停止させ、補償器を使用不可状態にするための閾値，初期のセッティング３°）
【０１６４】
Method suitable for computer implementation for resetting integrator(within control law b)（（制御法則ｂの範囲内で）積分器をリセットするためのコンピュータの実施に適した方法）
Temp Ki = Ki    // save the original Ki
if((LPHASE < lo  limit  L  E + PHS  INTEG  LIM)＆＆(SETOUT <= LPHASE)‖ (LPHASE + PHS INTEG  LIM > up limit  L  E)＆＆(SETOUT >= LPHASE)‖ at  stop L  E == 1)
Ki = 0
Set state variable (running sum) in control law b as steady E1 L  E
End if
Call PI controll law 30 as usual
Ki = Temp Ki    // restore the original Ki
【０１６５】
Method suitble for computer implementation for disabling compensator（Within compensate)（（補償の範囲内で）補償器を使用不可の状態にするためのコンピュータの実施に適した方法）
//After reset integrator, compensastor must be disabled in that step in order to prevent abrupt change of//output e2 due to sudden change of input e1.（積分器のリセット後に、補償器は、急激な変化を防止するためにそのステップで使用不可の状態にされなければならない//入力ｅ１の急激な変化による出力ｅ２）
if((LPHASE < lo  limit  L  E + PHS  INTEG  LIM)＆＆(SETOUT <= LPHASE)‖
(LPHASE + PHS  INTEG  LIM > up limit  L  E)＆＆(SETOUT >= LPHASE)‖
at stop L  E == 1)
e2 = e1;
set the state variable (running sum) in compensator as e0/(1-zlag)
call compensator (control law 32) as usual (the same way as in prior art)
end if
【０１６６】
以上のように、本発明は、可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）システムにおいてその物理的停止端またはその近傍における制御を向上させ、積分器のワインドアップにより生じる性能の劣化および過剰な不感時間を回避させる。
【０１６７】
積分器のワインドアップは、位相器がすでにその物理的ストローク停止端に到達しているのに、さらに移動するように要求されているときに発生する。常時提供されるエラー信号（位相設定値および測定位相間の差）は、積分器内に蓄積されて、積分器をワインドアップさせる。
【０１６８】
ワインドアップが生じたとき、積分器は、補正制御信号を発生する前に空の状態になければならない。位相器の物理的停止端は、部品の許容誤差、チェーンの伸びおよびチェーンの摩耗などにより変化する。絶えず変化する物理的停止端の値を供給するのに静的な試験は用いられない。
【０１６９】
積分器の定常状態の出力（零デューティサイクルオフセット）および位相器の物理的停止端を動的に記憶して、積分器および補償器をその定常状態値にリセットし、位相器が停止端に接近したときにのみ比例制御を行うようにすることによって、積分器のワインドアップが排除され、停止端におけるＶＣＴの良好なクローズドループ制御が実現される。図５は、本発明による制御方法のブロック図である。
【０１７０】
Using Notch Filter to Remove Phase Oscillation Caused by Camshaft Torque Pulse（カムシャフトトルクパルスによって生じた位相振動を除去するためのノッチフィルタの使用）
【０１７１】
カムシャフトおよびクランクシャフト間の最新の測定パルス幅がノッチフィルタを通過することによって、カムシャフトトルクによる振動が測定位相から除去される。
【０１７２】
ろ過された位相は、ＶＣＴ移動の一般的な傾向を判断するのに用いられる。カムシャフトが均等に配置された歯の歯車を使用していると仮定すれば、以下の計算が、カムトルクにより励起されるすべての振動およびその調波を取り除く。
【０１７３】
avgCamWidth = (CAMT0 + CAMT1 +…+ CAMT n-1)/ N
avgCrankWidth = (NEPW + NEPW1 + …+ NEPW n-1)/ N
filteredPhase = avgCamWidth/avg CrankWidth*720/N-ZPhase parameters
CAMT0 〜CAMT n-1: difference between cam pulse edge and crank  pulse edge （カムパルスエッジおよびクランクパルスエッジ間の差）
NEPW〜NEPW n-1: latest crank pulse width （最新のクランクパルス幅）
Zphase: initial phase offset between crank and cam tooth wheel
（クランク歯車およびカム歯車間の最初の位相オフセット）
N: number of teeth in camshaft tooth-wheel（カムシャフト歯車の歯数）
【０１７４】
Identifying Non-moving Phaser （動いていない位相器の認定）
測定位相から振動を取り除いた後、適応帯域技術が、動いていない位相器を確認する。最初にろ過処理されたＰＨＡＳＥ ０からスタートして、次にろ過処理されたＰＨＡＳＥ ｉをＰＨＡＳＥ ０と比較する。
【０１７５】
If｜PHASE  i - PHASE  0 ｜< halfBandWidth within a certain period of time
Phaser is not moving.
ELse
Phaser is moving.
Set PHASE  0 as PHASE i
Start a new identifying cycle.
End
【０１７６】
Phaser at Stop or Steady State（停止端または定常状態における位相器）
位相器が停止端または定常状態におかれているという二つの場合の双方が、位相器が動いていない状態を満たしている。積分器の出力がこれら二つの場合を区別するのに用いられている。
【０１７７】
位相器のストロークの中間領域において、もし位相器が動いていないと識別されれば、位相器が定常状態にあるに違いないということが確実に分かる。このとき、コントローラの積分器の出力は同様に定常状態値にあり、或るハードウエアついての出力値の“steady E1”は一定の運転状態において一定である。
【０１７８】
位相器のストロークの中間領域の外側において、もし動いていない位相器の積分器出力が“steady E1”から外れており、或る閾値 “E1 threshold"を超えているのであれば、位相器は停止端にあるに違いない。積分器出力と“steady E1”との差の信号は、位相器がアドバンス停止端にあるのかまたはリタード停止端にあるのかを示している。
【０１７９】
If phaser is at retarded stop(もし位相器がリタード停止端にあれば）
HIGH LIMIT = recent maximum measured phase(最新の最大測定位相)
If phaser is at advanced stop(もし位相器がアドバンス停止端にあれば)
LO LIMIT = recent minimum measured phase(最新の最小測定位相)
【０１８０】
＜Prevent Integrator Winding-up by Resetting Integrator and Compensator （積分器および補償器をリセットすることによる積分器のワインドアップの防止）＞
我々は、位相器の実際の物理的停止端に関して、アドバンス停止端の“ＬＯ ＬＩＭＩＴ”とリタード停止端の“ＨＩＧＨ ＬＩＭＩＴ”について分かっている。
【０１８１】
もし測定位相がすでに物理的停止端に接近しており、位相器がさらに移動するように命令しているのであれば、積分器を定常状態値に“steady E1”にリセットして、補償器を使用不可の状態にする。
【０１８２】
If measured phase < LO LIMIT ＋threshold ＆＆ set point < measured phase, or measured phase >HIGH LIMIT -threshold＆＆ set point > measured phase
Integator coefficient Ki = 0
Integrator state variable = steady E1
//Disable compensator at this step in order to avoid abrupt change of compensator output.
Set compensator output e2 to e1;
set the state variable (running sum) in compensator as e0/(1-zlag)
End
【０１８３】
＜Self-correction from False Stop Value Learning  （誤った停止端値の記憶の自動補正）＞
位相器の停止端の記憶は、動的処理である。もし何らかの理由で誤った記憶が生じれば、以下の論理が誤った記憶を自動的に補正する。
【０１８４】
If current measured phase < LO LIMIT
LO LIMIT = current measured phase
If current measured phase > HIGH LIMIT
HIGH LIMIT = current measured phase
【０１８５】
図１１は、上記各図の物理的関係の一部を示す概略図である。同図には、零位置が示されている。ソレノイド２０は、スプールバルブ１４の第１の端部１９に第１の力を作用させることによって、スプールバルブ１４と係合している。
【０１８６】
この第１の力は、スプリング２１によってスプールバルブ１４の第２の端部１７に作用する力と釣り合っており、これにより、スプールバルブ１４の零位置が維持されている。スプールバルブ１４は、それぞれ流体の流れを阻止する第１のブロック１９および第２のブロック２３を有している。
【０１８７】
位相器４２は、ハウジング５７と、これをアドバンスチャンバＡおよびリタードチャンバＲに区画するベーン５８とを有している。典型的には、ハウジング５７およびベーン５８は、図示しないクランクシャフトおよびカムシャフトにそれぞれ連結されている。
【０１８８】
アドバンスチャンバＡおよびリタードチャンバＲの流量を調整することによって、ベーン５８はハウジング５７に対して移動するように許容されている。もしベーン５８をリタード側に移動させるのが望ましいのであれば、チャンバＡ内の流体がダクト４からダクト８を通って排出されるように、ソレノイド２０はスプールバルブ１４を元の零位置からさらに右方に移動させる。
【０１８９】
ブロック１９をさらに右方にスライドさせることによって、流体はさらに流れまたは外部排出口（図示せず）と流体連絡する。それと同時に、流体源からの流体は、ダクト２９を通り、一方向バルブ１５を介してダクト１１と一方向に流体連絡しており、これにより、ダクト５を介してチャンバＲに流体が供給される。
【０１９０】
このことは、ブロック２３がさらに右方に移動して上記一方向流体連絡を生じさせることにより、発生する。所望のベーン位置に達すれば、スプールバルブ１４は、左方に移動して零位置に戻るように命令され、これにより、クランクシャフトおよびカムシャフト間の新たな位相関係が維持される。
【０１９１】
図１１から分かるように、もしベーン５８がハウジング５７内においてその物理的限界を超えて移動するように命令されれば、ワインドアップ現象が発生する。
【０１９２】
その理由は、コントローラ（図示せず）が人間のように物を見ることによって物理的限界つまり停止端を決定することができないからである。したがって、本発明によって記述されているように、コントローラが物理的停止端を決定するための方法およびシステムが提供される必要がある。
【０１９３】
本発明の一実施態様は、たとえば図３および図４にその概略が示されるようなコンピュータシステムとともに使用されるプログラム製品として実施されている。
【０１９４】
プログラム製品におけるプログラムは、図５および図６に関連して以下に示される方法を含む実施態様の機能を限定しており、種々の信号担持媒体に含まれ得る。具体的な信号担持媒体は、以下のものを含むが、これらには限定されない。
【０１９５】
（ｉ）ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ（これらは、制御システム内における典型的な媒体である）などのような、回路内のプログラム可能な装置に永久に格納された情報。(ii)書き込み不可の媒体（たとえば、ＣＤ−ＲＯＭドライブによって読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭディスクのようなコンピュータ内の読み取り専用の記憶装置）に永久に格納された情報。(iii) 書き込み可能な記憶媒体（ディスクドライブ内のフロッピーディスクまたはハードディスクドライブ内のハードディスク）に格納された変更可能な情報。(iv)ワイヤレス通信を含むコンピュータネットワークまたは電話ネットワークのような通信手段、あるいは自動車の車載コントローラのような通信手段を介して、コンピュータに伝達される情報。
【０１９６】
いくつかの実施態様はとくに、インターネットまたはその他のネットワークからダウンロードされた情報を含んでいる。このような信号担持媒体は、本発明の機能を指示する、コンピュータにより読み取り可能な命令を有しているとき、本発明の実施態様を表している。
【０１９７】
一般に、本発明の実施態様を実施するように実行されるルーチンは、オペレーティングシステムの一部として、あるいは、特定のアプリケーション、コンポーネント、プログラム、モジュール、オブジェクトまたは一連の命令として提供されていようがいまいが、ここでは、プログラムと呼称される。
【０１９８】
コンピュータプログラムは、典型的には、機械により読み取り可能なフォーマットに変換されて実行可能な命令になる多数の命令から構成されている。またプログラムは、プログラムに局所的に存在するかあるいはメモリまたは記憶装置に格納された変数およびデータ構造から構成されている。
【０１９９】
なお、ここで記述された種々のプログラムは、本発明の特定の実施態様において実施されるアプリケーションに基づいて認識される。しかしながら、ここでは特定のプログラム用語が単に便宜上用いられており、本発明がこのような用語によって認識され示唆される特定のアプリケーションのみへの使用に限定されないということが理解されるべきである。
【０２００】
本発明が関連する分野の当業者は、上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神および本質的な特徴部分から外れることなく、本発明の原理を採用する種々の変形例やその他の実施態様を構築し得る。上述の実施態様はあらゆる点で単なる例示としてのみみなされるべきものであり、限定的なものではない。
【０２０１】
それゆえ、本発明の範囲は、上記記述内容よりもむしろ添付の請求の範囲に示されている。したがって、本発明が個々の実施態様に関連して説明されてきたものの、構造、順序、材料その他の変更は、本発明の範囲内においてではあるが、当該技術分野の当業者にとって明らかであろう。
【０２０２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）フィードバック制御システムにおいて、物理的停止端またはその近傍においてＶＣＴを運転する場合に積分器のワインドアップを防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のクローズドループＶＣＴシステムを示すブロック図である。
【図２】図１のクローズドループＶＣＴシステムにおいて従来の制御法則を示すブロック図である。
【図３】本発明のクローズドループＶＣＴシステムを示すブロック図である。
【図４】図３のクローズドループＶＣＴシステムの詳細部分図である。
【図５】本発明を説明するための第１のフローチャートである。
【図６】本発明を説明するための第２のフローチャートである。
【図７】ＶＣＴ位相器が非現実的な位置に移動するように要求されたときに、どのようにして積分器の出力が挙動してワインドアップを起こすかを示す一例である。
【図８】１５００ｒｐｍのエンジン回転数で採られた未処理の位相データとろ過されたデータとの間の比較結果を示している。
【図９】図８の拡大部分図である。
【図１０】１°の半帯域幅を有する適応帯(adaptive band) を示している。
【図１１】各図に記述された物理的関係を示しており、位相器の概略構成図である。
【符号の説明】
１０ａ：  ＶＣＴフィードバック制御システム
１２：  設定値
１４：  スプールバルブ
１６：  測定位相信号
１８：  制御法則
２０：  可変力ソレノイド
２２：  カムシャフト
２２ａ：  センサ
２４：  クランクシャフト
２４ａ：  センサ
２６：  位相測定装置
４２：  位相器
４８：  フィルタ
５０：  識別子
【図１】
0004247051.tif 000002
【図２】
0004247051.tif 000003
【図３】
0004247051.tif 000004
【図４】
0004247051.tif 000005
【図５】
0004247051.tif 000006
【図６】
0004247051.tif 000007
【図７】
0004247051.tif 000008
【図８】
0004247051.tif 000009
【図９】
0004247051.tif 000010
【図１０】
0004247051.tif 000011
【図１１】
0004247051.tif 000012