JP3339573B2 - スライディングモード制御システムの診断装置 - Google Patents

スライディングモード制御システムの診断装置

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Description

【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
ード制御システムの診断装置に関し、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
ィングモード制御システムにおける異常の有無を判定す
る装置に関する。
【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）を前記凹
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、回転位相（制御対象量）が目標値に一
致するように、前記油の給排操作量をＰＩＤ制御などに
よりフィードバック制御するようにしていた。
【０００５】ところで、前記バルブタイミング制御装置
において、回転位相（バルブタイミング）を目標値に制
御できないと、機関の運転性能を悪化させることになる
ため、自己診断機能を持たせることが一般的に行われて
おり、例えば目標変化から所定時間が経過した時点での
実際の回転位相（バルブタイミング）と目標値との偏差
が所定値以上である否かで、異常の有無を判定するよう
にしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記バルブタ
イミング制御装置では、カムシャフトの角速度変動や油
温・油圧の変動により、実際の回転位相（バルブタイミ
ング）を目標値に正確に合わせることが困難であり、定
常偏差が生じる場合がある。
【０００７】従って、従来の診断では、誤診断防止の観
点から異常判定の判定レベルを厳しく設定することがで
きず、また、判定レベルの適合に工数がかかるという問
題があった。
【０００８】一方、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、該ゲイン設定のマ
ッチングが容易ではなく、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。
【０００９】本発明は上記実情に鑑みなされたものであ
り、スライディングモード制御を用いるフィードバック
制御システムにおいて、システムの異常を高精度に然も
多くの適合工数を要することなく診断できる診断装置を
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１に係る
発明は、線形項と切換関数に応じて算出される非線形項
とから操作量を算出して、制御対象量を目標値にフィー
ドバック制御するスライディングモード制御システムに
おいて、前記非線形項による操作量が、目標値の変化か
ら所定期間が経過してから所定時間内に変化したか否か
に基づいてスライディングモード制御システムの異常判
定を行う構成とした。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】かかる構成によると、システムが正常であ
れば、変化後の目標値に向けて制御対象量が近づくとき
に非線形項による操作量がスイッチング動作することに
基づいて、システム異常の有無を判定する。
【００１６】請求項２記載の発明では、前記非線形項に
よる操作量の符号が、目標値の変化から所定期間が経過
してから所定時間内に変化したか否かに基づいてスライ
ディングモード制御システムの異常判定を行う構成とし
た。
【００１７】かかる構成によると、システムが正常であ
れば、変化後の目標値に向けて制御対象量が近づくとき
に非線形項による操作量がスイッチング動作してその符
号が反転することに基づいて、システム異常の有無を判
定する。
【００１８】
【００１９】
【００２０】請求項３記載の発明では、制御偏差に比例
する操作量及び制御対象量の変化速度に比例する操作量
からなる線形項と、切換関数に応じて算出される非線形
項とから操作量を算出して、制御対象量を目標値にフィ
ードバック制御するスライディングモード制御システム
において、前記制御対象量の変化速度に比例する操作量
が、目標値の変化から所定期間が経過してから所定時間
内に変化したか否かに基づいてスライディングモード制
御システムの異常判定を行う構成とした。
【００２１】かかる構成によると、システムが正常であ
れば、変化後の目標値に向けて制御対象量が近づくとき
に非線形項による操作量がスイッチング動作し、該スイ
ッチング動作に伴って制御対象量が変化することで、前
記変化速度が変化することになることから、システム異
常の有無を判定する。
【００２２】請求項４記載の発明では、前記線形項によ
る操作量と非線形項による操作量との加算値が、目標値
の変化から所定期間経過後に変化したか否かに基づいて
スライディングモード制御システムの異常判定を行う構
成とした。
【００２３】かかる構成によると、システムが正常であ
れば、変化後の目標値に向けて制御対象量が近づくとき
に非線形項による操作量がスイッチング動作し、該スイ
ッチング動作に伴って最終的な操作量が変化することか
ら、システム異常の有無を判定する。
【００２４】請求項５記載の発明では、前記制御対象量
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
的に可変制御する構成とした。
【００２５】かかる構成によると、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より前記バルブタイミング
（制御対象量）を目標にフィードバック制御させる構成
とし、かつ、該スライディングモード制御における操作
量から、システム異常（バルブタイミングの固着など）
の有無を判定する。
【００２６】
【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
グモード制御に基づく操作量によりフィードバック制御
される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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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２
５ａ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。
【００３３】前記カムシャフト２は、シリンダヘッド２
２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。
【００３４】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，２
８ｃ，２８ｄとを備えている。
【００３５】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６
ａに摺接するコ字形のシール部材３０と該シール部材３
０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。
【００３６】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３
９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。
【００３７】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。
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】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４２
ｃ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。
【００４１】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。
【００４２】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。
【００４３】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５
２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。
【００４４】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５８，５
９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５
３ａ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。
【００４５】前記電磁アクチュエータ５４は、コア６
４，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。
【００４６】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１
０３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。
【００４７】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（ＯＦ
Ｆ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４
１，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。
【００４８】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。
【００４９】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５
９、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。
【００５０】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。
【００５１】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５
９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１０
３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：制御対象量）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ＵＤＴ
Ｙを後述するようにスライディングモード制御によって
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ＵＤＴＹ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ＶＴＣＤＴ
Ｙ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。
【００５２】尚、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴ
Ｙは、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５
９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。
【００５３】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ＵＤＴＹ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Ｕ
ＤＴＹ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ＵＤＴＹ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。
【００５４】ここで、前記フィードバック補正分ＵＤＴ
Ｙ（操作量）が、スライディングモード制御により、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。
【００５５】図７は、スライディングモード制御を適用
した前記コントローラ４８による電磁アクチュエータ５
４のデューティ制御の様子を示すブロック図である。目
標角度ＶＴＣＴＲＧと実角度ＶＴＣＮＯＷとの偏差であ
るエラー量ＰＥＲＲ（制御偏差）を算出し、該エラー量
ＰＥＲＲにＰ分ゲインｃを乗じた比例操作量ＵP（ＵP＝
ｃ×（ＰＥＲＲ））と、実角度ＶＴＣＮＯＷの微分値
（ｄ（ＶＴＣＮＯＷ）／ｄｔ）に速度ゲインｄを乗じた
速度操作量ＵN（ＵN＝ｄ×（ｄ（ＶＴＣＮＯＷ）／ｄ
ｔ）を加算して線形項操作量ＵL（ＵL＝ＵP＋ＵN）を算
出する。
【００５６】また、前記エラー量ＰＥＲＲに傾きγを乗
じた値と、エラー量ＰＥＲＲの微分値ｄ（ＰＥＲＲ）／
ｄｔとを加算して、切換関数Ｓ（Ｓ＝γ×（ＰＥＲＲ）
＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ）を算出し、該切換関数Ｓを用
いた平滑関数−ｋＳ（｜Ｓ｜＋δ）として非線形項操作
量ＵNLを算出する。
【００５７】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
項操作量ＵLは、切換線（Ｓ＝０）上に沿ってシステム
状態を目標値へ向けて動かし、非線形項操作量ＵNLは、
状態を切換線（Ｓ＝０）に向かわせ、切換線（Ｓ＝０）
上に拘束させる働きをする。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）上にシステム状態が乗ったら、
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）。
【００５８】そして、前記線形項操作量ＵLと、非線形
項操作量ＵNLとを加算して、フィードバック補正分ＵＤ
ＴＹを算出し、該フィードバック補正分ＵＤＴＹを、前
記不感帯中立位置相当のベースデューティ比ＢＡＳＥＤ
ＴＹに加算して、該加算結果を最終的なデューティ比Ｖ
ＴＣＤＴＹとして出力する。
【００５９】このように、スライディングモード制御に
よってフィードバック補正量を算出して、予め設定され
た切換線Ｓ＝０上にシステムの状態を導くようにフィー
ドバックゲインの切換が行なわれるので、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る。
【００６０】また、特に、切換関数Ｓをエラー量の関数
とすることで、エラー量に応じた操作量（非線形項操作
量）を与えることができ、これにより、前記切換弁（ス
プール弁）の不感帯を乗り越えるための複雑なディザー
制御が不要となり、ＲＯＭやＲＡＭの容量も節約でき
る。また、従来、ＰＩＤ制御とディザー制御との双方に
ついてマッチングを行なう必要があったのを、スライデ
ィングモード制御についてのみ行なえばよいので、適合
工数も少なくて済む。
【００６１】次に、上記スライディングモード制御によ
るバルブタイミングのフィードバック制御システムにお
ける異常診断について説明する。図９のフローチャート
は、異常診断の第１実施形態を示すものであり、ステッ
プＳ１では、目標値の変化から所定時間が経過したか否
かを判別する。前記所定時間は、目標値の変化から切換
線（Ｓ＝０）上にシステム状態が乗るまでの時間として
予め設定しておく。
【００６２】尚、前記時間経過の判別に代えて、目標変
化からのクランク角度の変化量（積算回転数）が所定値
以上になるまでの期間を判別させるようにしても良い。
ステップＳ２では、所定時間内に非線形項操作量ＵNLが
所定値以上変化したか否かを判別する。スライディング
モード制御では、図８に示したように、切換線（Ｓ＝
０）上にシステム状態が乗ると、その後は、非線形項操
作量ＵNLが、符号の反転を繰り返すスイッチング動作を
行うことで、状態を切換線（Ｓ＝０）上に拘束させる働
きをして、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。従って、フィードバック制御
システムが正常に動作しているか否かを、非線形項操作
量ＵNLが符号の反転を繰り返すスイッチング動作をして
いるか否かに基づいて判別できる。
【００６３】そこで、前記ステップＳ２では、非線形項
操作量ＵNLのスイッチング動作を所定時間内での変化の
有無として判別するものであり、スイッチング動作を示
す変化が認められれば、ステップＳ３へ進んでフィード
バック制御システムの正常判定を行って、正常判定信号
を出力する。
【００６４】一方、非線形項操作量ＵNLの変化量が小さ
く正常時のスイッチング動作が認められなかった場合に
は、切換弁の固着等による回転位相の固着などが想到さ
れるので、ステップＳ４へ進み、フィードバック制御シ
ステムの異常判定を行って、異常判定信号を出力する。
【００６５】ステップＳ５では、前記異常判定信号の出
力を受けて、所定のフェイルセーフ処理を実行する。前
記フェイルセーフ処理としては、故障の警告、回転位相
制御の禁止、所定のフェイルセーフデューティ信号の出
力などがある。
【００６６】図１０のフローチャートは、異常診断の第
２実施形態を示すものであり、前記図９のフローチャー
トに示した第１実施形態では、非線形項操作量ＵNLの変
化量で非線形項操作量ＵNLのスイッチング動作の有無を
判別させるようにしたが、図１０のフローチャートに示
す異常診断では、非線形項操作量ＵNLの符号の反転に基
づいて正常にスイッチング動作しているか否かを判別す
る。
【００６７】ステップＳ１１で、目標変化からの所定時
間の経過（又は所定クランク角変化量だけの回転）を判
別すると、ステップＳ１２では、所定時間内に非線形項
操作量ＵNLの符号が反転したか否かを判別させること
で、非線形項操作量ＵNLが正常にスイッチング動作して
いるか否かを判別する。
【００６８】所定時間内に非線形項操作量ＵNLの符号が
反転すると、非線形項操作量ＵNLが正常にスイッチング
動作していると判断し、ステップＳ１３へ進んで、正常
判定信号を出力する。
【００６９】一方、所定時間内に非線形項操作量ＵNLの
符号が反転しない場合には、非線形項操作量ＵNLが正常
にスイッチング動作していないと判断し、ステップＳ１
４へ進んで、異常判定信号を出力し、次のステップＳ１
５では、フェイルセーフ処理を実行させる。
【００７０】図１１のフローチャートは、異常診断の第
３実施形態を示すものであり、ステップＳ２１で、目標
変化からの所定時間の経過（又は所定クランク角変化量
だけの回転）を判別すると、ステップＳ２２では、線形
項操作量ＵLのうちの速度操作量ＵNが所定時間内に所定
以上変化したか否かを判別する。
【００７１】回転位相を目標に近づけるフィードバック
制御機能が正常に機能しているときには、回転位相が変
化することで速度操作量ＵNが変化することになるの
で、速度操作量ＵNが所定時間内に変化すれば、フィー
ドバック制御が正常に機能していると判断でき、この場
合には、ステップＳ２３へ進んで、正常判定信号を出力
する。
【００７２】一方、速度操作量ＵNが所定時間内に変化
しない場合には、回転位相が目標に近づかず固着してい
る状態を示すことになるので、ステップＳ２４へ進ん
で、異常判定信号を出力し、次のステップＳ２５では、
フェイルセーフ処理を実行させる。
【００７３】図１２のフローチャートは、異常診断の第
４実施形態を示すものであり、ステップＳ３１で、目標
変化からの所定時間の経過（又は所定クランク角変化量
だけの回転）を判別すると、ステップＳ３２では、線形
項操作量ＵLと非線形項操作量ＵNLとを加算して求めら
れるフィードバック補正分ＵＤＴＹが所定時間内に所定
以上変化したか否かを判別する。
【００７４】回転位相を目標に近づけるフィードバック
制御機能が正常に機能しているときには、前述のよう
に、非線形項操作量ＵNLがスイッチング動作し、線形項
操作量ＵLのうちの速度操作量ＵNが変化することで、フ
ィードバック補正分ＵＤＴＹが変化するので、フィード
バック補正分ＵＤＴＹが所定時間内に変化すれば、フィ
ードバック制御が正常に機能していると判断でき、この
場合には、ステップＳ３３へ進んで、正常判定信号を出
力する。
【００７５】一方、フィードバック補正分ＵＤＴＹが所
定時間内に変化しない場合には、回転位相の固着などが
発生しているものと推定されるので、ステップＳ３４へ
進んで、異常判定信号を出力し、次のステップＳ３５で
は、フェイルセーフ処理を実行させる。
【００７６】上記のように、非線形項操作量ＵNLの変化
又は符号反転、速度操作量ＵNの変化、又は、フィード
バック補正分ＵＤＴＹの変化に基づく診断では、外乱
（油温・油圧）により実角度（実回転位相）が目標に対
して定常偏差を生じる場合でも、異常判定条件にその分
の余裕を持たせることなしに、異常診断の条件設定が可
能であり、異常診断を高精度に行わせることができる。
【００７７】尚、上記第１〜第４の実施形態に示す異常
診断を複数組み合せて実行させるようにしても良い。ま
た、上記の実施形態では、前記ベーン式バルブタイミン
グ制御装置のフィードバック制御における異常診断を行
わせる構成としたが、本発明に係る診断装置は、バルブ
タイミング制御装置に限定されることなく、スライディ
ングモード制御により操作量を算出して制御対象量を目
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
御システムに広く適用できる。
【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図。
【図９】上記スライディングモード制御システムにおけ
る異常診断の第１の実施形態を示すフローチャート。
【図１０】上記スライディングモード制御システムにお
ける異常診断の第２の実施形態を示すフローチャート。
【図１１】上記スライディングモード制御システムにお
ける異常診断の第３の実施形態を示すフローチャート。
【図１２】上記スライディングモード制御システムにお
ける異常診断の第４の実施形態を示すフローチャート。
【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 ４８…コントローラ 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−78802（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−2140（ＪＰ，Ａ) 野波健蔵、他１名「スライディングモ ード制御−非線形ロバスト制御の設計理 論−」コロナ社、1994年10月20日 ７頁

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】線形項と切換関数に応じて算出される非線
    形項とから操作量を算出して、制御対象量を目標値にフ
    ィードバック制御するスライディングモード制御システ
    ムにおいて、 前記非線形項による操作量が、目標値の変化から所定期
    間が経過してから所定時間内に変化したか否かに基づい
    てスライディングモード制御システムの異常判定を行う
    ことを特徴とする スライディングモード制御システムの
    診断装置。
  2. 【請求項２】線形項と切換関数に応じて算出される非線
    形項とから操作量を算出して、制御対象量を目標値にフ
    ィードバック制御するスライディングモード制御システ
    ムにおいて、 前記非線形項による操作量の符号が、目標値の変化から
    所定期間が経過してから所定時間内に変化したか否かに
    基づいてスライディングモード制御システムの異常判定
    を行うことを特徴とする スライディングモード制御シス
    テムの診断装置。
  3. 【請求項３】制御偏差に比例する操作量及び制御対象量
    の変化速度に比例する操作量からなる線形項と、切換関
    数に応じて算出される非線形項とから操作量を算出し
    て、制御対象量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システムにおいて、 前記制御対象量の変化速度に比例する操作量が、目標値
    の変化から所定期間が経過してから所定時間内に変化し
    たか否かに基づいてスライディングモード制御システム
    の異常判定を行うことを特徴とする スライディングモー
    ド制御システムの診断装置。
  4. 【請求項４】線形項と切換関数に応じて算出される非線
    形項とから操作量を算出して、制御対象量を目標値にフ
    ィードバック制御するスライディングモード制御システ
    ムにおいて、 前記線形項による操作量と非線形項による操作量との加
    算値が、目標値の変化から所定期間が経過してから所定
    時間内に変化したか否かに基づいてスライディングモー
    ド制御システムの異常判定を行うことを特徴とする スラ
    イディングモード制御システムの診断装置。
  5. 【請求項５】前記制御対象量が、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１〜４のいずれか１つに記載のスライデ
    ィングモード制御システムの診断装置。
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