JP2005299424A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の制御入力により制御対象の出力をフィードバック制御する場合において、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる制御装置を提供する。
【解決手段】 制御装置１のＥＣＵ２は、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒにより、アイドル運転中のエンジン回転数ＮＥを制御するものであり、エンジン水温ＴＷなどに応じて、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄを算出し（ステップ３）、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒをそれぞれ、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束するように、１つの切換関数σｎｅを互いに共用する、所定の複数の目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズム［式（１）〜（１２）］により算出する（ステップ４〜７，９）。
【選択図】 図８

Description

本発明は、複数の制御入力により制御対象の出力をフィードバック制御する制御装置に関する。

従来、内燃機関のアイドル運転中に機関回転数をフィードバック制御する制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、スロットル弁をバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するアイドル調整弁と、点火コイルなどを備えている。この制御装置では、以下のように、アイドル運転中、機関回転数が目標回転数に収束するように、吸入空気量および点火時期がいずれも制御される。

具体的には、まず、アイドル運転中、目標回転数、基本吸入空気量および基本点火時期をそれぞれ、運転状態に応じて設定する。次いで、実際の機関回転数と目標回転数との回転数偏差を算出し、この回転数偏差に基づいて、吸入空気量および点火時期のフィードバック補正量をそれぞれ算出する。そして、アイドル調整弁への制御入力を、基本吸入空気量と吸入空気量のフィードバック補正量との和に応じた値として算出し、点火プラグへの制御入力を、基本点火時期と点火時期のフィードバック補正量との和に応じた値として算出する。さらに、これらの制御入力に応じた駆動信号でアイドル調整弁および点火プラグにそれぞれ駆動することにより、吸入空気量および点火時期がいずれも制御され、それにより、機関回転数が目標回転数に収束するようにフィードバック制御される。

特開平５−２２２９９７号公報

上記従来の制御装置によれば、２つの制御入力による２つの制御処理により、機関回転数をフィードバック制御しているものの、これらの制御処理の特性が互いに異なるため、２つの制御処理が互い干渉し合うおそれがある。すなわち、点火時期を制御した場合、その応答遅れが小さく、無駄時間が小さいので、機関回転数を目標回転数に迅速に収束させることができる。また、制御の分解能が高い（最小の制御入力に対する機関回転数の変化度合いが小さい）ので、良好な制御精度を確保できる反面、内燃機関の運転状態が悪化するのを回避する観点から、点火時期の変更幅が規制されてしまう。例えば、アイドル運転中、運転者による空ぶかしなどにより、目標回転数が一時的に急上昇したときなどには、それに応じて点火時期を制御すると、点火時期のリタード量が過大になり、燃焼効率が低下してしまうおそれがあるので、これを回避する観点から、点火時期の変更幅が規制される。

一方、吸入空気量を制御した場合、制御の分解能が点火時期制御処理と比べて低く、目標回転数の大幅な変化に対しても対応できる反面、点火時期制御処理と比べて、機関回転数をきめ細かく制御することができず、制御精度が低くなってしまう。これに加えて、点火時期のフィードバック制御処理と比べて、応答遅れが大きく、無駄時間が大きいので、機関回転数の目標回転数への収束性が悪いという特性がある。

上記従来の制御装置では、以上のような、２つの制御処理の特性の差異に起因して、２つの制御処理が互いに干渉し合うことで、制御の安定性および制御精度がいずれも低下するおそれがある。

これに加えて、ＰＩ制御などの一般的なフィードバック制御手法では、上述したような、目標回転数の急激な変化が発生した場合、機関回転数の目標回転数へのオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生しやすく、振動的な挙動を生じやすいとともに、それを回避しようとすると、機関回転数の目標回転数への収束速度が遅くなってしまう。すなわち、機関回転数の目標回転数に対する収束挙動および収束速度をいずれも良好な状態に確保するのが困難であり、その結果、制御の安定性および制御精度がいずれもより一層、低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御入力により制御対象の出力をフィードバック制御する場合において、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の制御入力（点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇ、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒ、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇ、過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔ）により制御対象の出力（エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｇｃｙｌ）を制御する制御装置１，１Ａ，１Ｂであって、制御対象の状態（エンジン水温ＴＷ、エアコンディショナーの作動／停止状態、交流発電機の作動／停止状態、パワーステアリングポンプの作動／停止状態、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）に応じて、制御対象の出力の目標となる目標値（目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ）を算出する目標値算出手段（ＥＣＵ２、目標値算出部７１，１０１，２０１、ステップ３）と、算出された目標値に所定のフィルタリング処理［式（１），（２２），（３９）］を施すことにより、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性を設定するための１つのフィルタリング目標値（フィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆ）を算出するフィルタリング目標値算出手段（ＥＣＵ２、目標値追従応答設定部７２，１０２，２０２、目標値フィルタ８１，１１１，２１１、ステップ４，５）と、複数の制御入力をそれぞれ、制御対象の出力が算出された１つのフィルタリング目標値に収束するように、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズム［式（２）〜（１２），（２３）〜（３６），（４０）〜（４６），（４８）〜（５１）］に基づいて算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、アイドル回転数コントローラ７０，１００、協調吸入空気量コントローラ２００）と、を備えることを特徴とする。

この制御装置によれば、制御対象の出力の目標となる目標値が、制御対象の状態に応じて算出され、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性を設定するための１つのフィルタリング目標値が、算出された目標値に所定のフィルタリング処理を施すことにより算出され、複数の制御入力がそれぞれ、制御対象の出力が算出された１つのフィルタリング目標値に収束するように、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムに基づいて算出される。このように、目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムに基づいて、複数の制御入力が算出されるので、所定のフィルタリング処理の内容と、所定の複数のフィードバック制御処理の内容とを互いに独立して設定できることで、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性、および外乱などによって生じる目標値と制御対象の出力との偏差の収束挙動を別個に設定できる。すなわち、目標値に施す所定のフィルタリング処理を適切に設定することにより、目標値に対する制御対象の出力の良好な追従応答性を確保できると同時に、所定の複数のフィードバック制御処理の内容を適切に設定することにより、制御対象の出力を、オーバーシュートおよび振動的な挙動を生じることなく、目標値に収束させることができ、制御対象の出力の目標値への収束挙動を安定させることができる。これに加えて、複数の制御入力の各々が、１つのフィルタリング目標値を共用しながら算出されるので、複数の制御入力による複数のフィードバック制御処理が互いに干渉し合うのを回避することができる。以上により、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、フィルタリング目標値算出手段は、１つのフィルタリング目標値を、目標値の変化度合い（偏差絶対値ＡＤＮＥ，ＡＤＧＣＹＬ）が大きいほど、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性がより高くなるように算出する（目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆ，ＰＯＬＥ＿ｆ^*をより大きな値に設定する）ことを特徴とする（図１０，３４）。

この制御装置によれば、１つのフィルタリング目標値が、目標値の変化度合いが大きいほど、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性がより高くなるように算出されるので、制御対象の状態変化が大きいことで、目標値が大きく変化する場合でも、制御対象の出力を、そのような目標値の大きな変化に精度よく追従させることができる。その結果、制御精度をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムはそれぞれ、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムで構成され、制御入力算出手段は、複数の制御入力を、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、１つのフィルタリング目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数（切換関数σｎｅ，σｇｃｙｌ）を共用しながら、算出することを特徴とする。

この制御装置によれば、複数の制御入力が、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムに基づき、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、１つのフィルタリング目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数を共用しながら、算出されるので、制御対象の出力を、応答指定型制御アルゴリズムの特徴である、１つの線形関数により規定された収束挙動および収束速度で、１つのフィルタリング目標値に収束させることができ、その結果、制御対象の出力を、そのような収束挙動および収束速度で目標値に収束させることができる。これにより、２自由度制御アルゴリズムにおけるフィードバック制御アルゴリズムとして、ＰＩＤ制御などの一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いる場合と比べて、制御の安定性および制御精度を向上させることができる。これに加えて、複数の制御入力の各々が、上述した１つの線形関数を共用しながら算出されるので、複数の制御入力が、１つのフィルタリング目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度が互いに同じになるように算出されることにより、複数の制御入力による複数の応答指定型制御処理が互いに干渉し合うのを回避しながら、制御対象の出力を制御することができる。以上により、制御の安定性および制御精度をさらに向上させることができる。

請求項４に係る発明は、複数の制御入力（点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇ、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒ、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇ、過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔ）により制御対象の出力（エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｇｃｙｌ）を制御する制御装置１，１Ａ，１Ｂであって、制御対象の状態（エンジン水温ＴＷ、エアコンディショナーの作動／停止状態、交流発電機の作動／停止状態、パワーステアリングポンプの作動／停止状態、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）に応じて、制御対象の出力の目標となる目標値（目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ）を算出する目標値算出手段（ＥＣＵ２、目標値算出部７１，１０１，２０１、ステップ３）と、複数の制御入力をそれぞれ、制御対象の出力が算出された目標値に収束するように、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズム［式（１）〜（１２），（２２）〜（３６），（３９）〜（４６），（４８）〜（５１）］に基づき、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数（切換関数σｎｅ，σｇｃｙｌ）を共用しながら、算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、アイドル回転数コントローラ７０，１００、協調吸入空気量コントローラ２００）と、を備えることを特徴とする。

この制御装置によれば、制御対象の出力の目標となる目標値が、制御対象の状態に応じて算出され、複数の制御入力がそれぞれ、制御対象の出力が算出された目標値に収束するように、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムに基づき、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数を共用しながら、算出される。これにより、複数の制御入力が、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度が互いに同じになるように算出されることによって、複数の制御入力による複数の応答指定型制御処理が互いに干渉し合うのを回避しながら、制御対象の出力を制御することができる。その結果、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる。

請求項５に係る発明は、請求項３または４に記載の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御入力算出手段は、複数の制御入力の各々の算出に用いるゲイン（到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇ，Ｋｒｃｈ＿ａｒ，Ｋｒｃｈ＿ｅｇ，Ｋｒｃｈ＿ｖｔ、適応則ゲインＫａｄｐ＿ｉｇ，Ｋａｄｐ＿ａｒ，Ｋａｄｐ＿ｅｇ，Ｋａｄｐ＿ｖｔ）を、１つの線形関数（切換関数σｎｅ，σｇｃｙｌ）の値に応じて設定する（図１３，１４，２９，３０，３５，３６）ことを特徴とする。

一般に、応答指定型制御アルゴリズムでは、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数の値が小さい場合、目標値と制御対象の出力との乖離度合いが小さいことで、制御精度の観点から分解能の高い（最小の制御入力に対する制御対象の出力の変化度合いが小さい）制御を行うことが望ましい。一方、１つの線形関数の値が大きい場合、目標値と制御対象の出力との乖離度合いが大きいことで、応答性の観点から分解能の低い（最小の制御入力に対する制御対象の出力の変化度合いが大きい）制御を行うことが望ましい。これに対して、この制御装置によれば、複数の制御入力の各々の算出に用いるゲインが、１つの線形関数の値に応じて設定されるので、例えば、複数の制御入力による制御の分解能が互いに異なる場合、複数の制御入力の算出において、線形関数の値が小さいときには、制御の分解能が高い方の算出に用いるゲインを、分解能が低い方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が高い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御精度を向上させることができる。一方、線形関数の値が大きいときには、制御の分解能が低い方の算出に用いるゲインを、分解能が高い方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が低い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御の応答性を向上させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御入力算出手段は、複数の制御入力の少なくとも１つを、１つの線形関数の積分値（忘却積分値ｓｕｍ＿σｎｅ，ｓｕｍ＿σｇｙｌ）に応じて、１つの線形関数の積分値に忘却処理［式（６），（４４）］を施しながら、算出することを特徴とする。

この制御装置によれば、複数の制御入力の少なくとも１つが、１つの線形関数の積分値に応じて、１つの線形関数の積分値に忘却処理を施しながら、算出されるので、１つの線形関数の積分値の増大が回避されることで、少なくとも１つの制御入力の絶対値が増大するのを回避できる。それにより、少なくとも１つの制御入力の絶対値が増大すると、制御対象の稼働効率が低下する場合、そのような稼働効率の低下を回避することができる。

請求項７に係る発明は、請求項３ないし６のいずれかに記載の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値ｃ１＿ｉｇ，ｃ１＿ａｒの各々を、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズム［式（２８）〜（３０），（３４）〜（３６）］により、算出する外乱推定値算出手段（ＥＣＵ２、適応外乱オブザーバ１１４，１２４）をさらに備え、所定の推定アルゴリズムでは、１つの線形関数の値に応じて、各外乱推定値の推定ゲインＰ＿ｉｇ，Ｐ＿ａｒが設定され（図２９，３０）、制御入力算出手段は、各制御入力を各外乱推定値に応じて算出することを特徴とする。

この制御装置によれば、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々が、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズムにより、算出されるとともに、各外乱推定値に応じて、各制御入力が算出されるので、そのように算出された各制御入力により、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を適切に補償しながら、制御対象の出力を制御することができる。また、前述したように、応答指定型制御アルゴリズムでは、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数の値が小さい領域では、制御精度の観点から分解能の高い制御を行うことが望ましく、１つの線形関数の値が大きい領域では、応答性の観点から分解能の低い制御を行うことが望ましい。これに対して、所定の推定アルゴリズムでは、各外乱推定値の推定ゲインが、１つの線形関数の値に応じて設定されるので、例えば、複数の制御入力による制御の分解能が互いに異なる場合、複数の制御入力の算出において、線形関数の値が小さいときには、制御の分解能が高い方の算出に用いる外乱推定値の推定ゲインを、分解能が低い方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が高い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御精度を向上させることができる。一方、線形関数の値が大きいときには、制御の分解能が低い方の算出に用いる外乱推定値の推定ゲインを、分解能が高い方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が低い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御の応答性を向上させることができる。

請求項８に係る発明は、請求項３ないし６のいずれかに記載の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値ｃ１＿ｉｇ，ｃ１＿ａｒの各々を、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズム［式（２８）〜（３０），（３４）〜（３６）］により、算出する外乱推定値算出手段（ＥＣＵ２、適応外乱オブザーバ１１４，１２４）をさらに備え、所定の推定アルゴリズムでは、複数の外乱推定値の少なくとも１つに所定の忘却処理［式（３０）］が施され、制御入力算出手段は、各制御入力を各外乱推定値に応じて算出することを特徴とする。

この制御装置によれば、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々が、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズムにより、算出されるとともに、各外乱推定値に応じて、各制御入力が算出されるので、そのように算出された各制御入力により、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を適切に補償しながら、制御対象の出力を制御することができる。これに加えて、所定の推定アルゴリズムでは、複数の外乱推定値の少なくとも１つに所定の忘却処理が施されるので、少なくとも１つの外乱推定値の増大が回避されることで、少なくとも１つの制御入力の絶対値が増大するのを回避できる。それにより、少なくとも１つの制御入力の絶対値が増大すると、制御対象の稼働効率が低下する場合、そのような稼働効率の低下を回避することができる。

請求項９に係る発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の制御装置１，１Ａにおいて、制御対象の出力は、内燃機関３の回転数ＮＥであり、複数の制御入力は、内燃機関の吸入空気量を制御するための制御入力（吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒ）、および内燃機関３の点火時期を制御するための制御入力（点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇ）で構成されていることを特徴とする。

この制御装置によれば、内燃機関の吸入空気量および点火時期をそれぞれ制御するための２つの制御入力により、内燃機関の回転数を、オーバーシュートなどを生じることなく、その目標値に適切に収束するようにフィードバック制御することができるとともに、吸入空気量制御および点火時期制御が互いに干渉し合うのを回避することができる。その結果、内燃機関の回転数制御の安定性および制御精度を向上させることができる。

請求項１０に係る発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の制御装置１Ｂにおいて、制御対象の出力は、内燃機関３の吸入空気量Ｇｃｙｌであり、複数の制御入力は、内燃機関３の過給圧を制御するための制御入力（過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔ）、および内燃機関３のＥＧＲ量を制御するための制御入力（ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇ）で構成されていることを特徴とする。

この制御装置によれば、内燃機関の過給圧およびＥＧＲ量をそれぞれ制御するための２つの制御入力により、内燃機関の吸入空気量を、オーバーシュートなどを生じることなく、その目標値に適切に収束するようにフィードバック制御することができるとともに、過給圧制御およびＥＧＲ制御が互いに干渉し合うのを回避することができる。その結果、内燃機関の吸入空気量制御の安定性および制御精度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。 制御装置の概略構成を示すブロック図である。 内燃機関の可変式吸気動弁機構および排気動弁機構の概略構成を示す断面図である。 可変式吸気動弁機構の可変バルブリフト機構の概略構成を示す断面図である。 （ａ）リフトアクチュエータの短アームが最大リフト位置にある状態と（ｂ）最小リフト位置にある状態を示す図である。 （ａ）可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態と（ｂ）最小リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態を示す図である。 可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁のバルブリフト曲線（実線）と、最小リフト位置にあるときのバルブリフト曲線（２点鎖線）をそれぞれ示す図である。 アイドル回転数コントローラの概略構成を示すブロック図である。 アイドル用基準値の算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 目標値フィルタ設定パラメータの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 点火時期コントローラの制御アルゴリズムを示す図である。 吸入空気量コントローラの制御アルゴリズムの一部およびモデルを示す図である。 点火時期制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 吸入空気量制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 制御領域を説明するための、位相平面および切換直線を示す図である。 制御領域を説明するための、内燃機関の回転数および目標回転数の関係を示すタイミングチャートである。 （ａ）第１実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートと、（ｂ）〜（ｄ）比較例のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートである。 第１実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートである。 比較例のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートである。 アイドル回転数制御処理を含む点火時期制御処理および吸入空気量制御処理の内容を示すフローチャートである。 点火基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。 リフト基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。 リフト制御入力の算出に用いる制御アルゴリズムを示す図である。 点火時期の算出に用いるマップの一例を示す図である。 目標バルブリフトの算出に用いるマップの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のアイドル回転数コントローラの概略構成を示すブロック図である。 点火時期コントローラの制御アルゴリズムを示す図である。 吸入空気量コントローラの制御アルゴリズムの一部およびモデルを示す図である。 点火時期制御用の到達則ゲインおよび推定ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 吸入空気量制御用の到達則ゲインおよび推定ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る制御装置およびこれが適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。 協調吸入空気量コントローラの概略構成を示すブロック図である。 目標吸入空気量の算出に用いるマップの一例を示す図である。 目標値フィルタ設定パラメータの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 ＥＧＲ制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 過給圧制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 ＥＧＲコントローラの制御アルゴリズムを示す図である。 過給圧コントローラの制御アルゴリズムの一部およびモデルを示す図である。 ＥＧＲ基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。 過給圧基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る制御装置について説明する。この制御装置１は、図２に示すように、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、アイドル回転数制御などの制御処理を実行する。

図１および図３に示すように、エンジン３は、多数組のシリンダ３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列多気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。エンジン３は、シリンダ３ａごとに設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁４および排気弁７と、吸気弁４駆動用の吸気カムシャフト５および吸気カム６と、吸気弁４を開閉駆動する可変式吸気動弁機構４０と、排気弁７駆動用の排気カムシャフト８および排気カム９と、排気弁７を開閉駆動する排気動弁機構３０などを備えている。

吸気弁４は、そのステム４ａがガイド４ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド４ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、吸気弁４は、図４に示すように、上下のスプリングシート４ｃ，４ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング４ｅとを備えており、このバルブスプリング４ｅにより、閉弁方向に付勢されている。

また、吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられている。この吸気カムシャフト５は、その一端部に吸気スプロケット（図示せず）が同軸に固定されており、この吸気スプロケットおよびタイミングベルト（図示せず）を介して、クランクシャフト３ｄに連結されている。これにより、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。また、吸気カム６は、吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。

さらに、可変式吸気動弁機構４０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って、各シリンダ３ａの吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気弁４のリフトを無段階に変更することにより、吸入空気量を変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、本実施形態では、「吸気弁４のリフト（以下「バルブリフト」という）」は、吸気弁４の最大揚程を表すものとする。

一方、排気弁７は、そのステム７ａがガイド７ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド７ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、排気弁７は、上下のスプリングシート７ｃ，７ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング７ｅとを備えており、このバルブスプリング７ｅにより、閉弁方向に付勢されている。

また、排気カムシャフト８は、これと一体の排気スプロケット（図示せず）を備え、この排気スプロケットおよび図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト３ｄに連結されており、それにより、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。さらに、排気カム９は、排気カムシャフト８上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。

さらに、排気動弁機構３０は、ロッカアーム３１を備えており、このロッカアーム３１が排気カム９の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング７ｅの付勢力に抗しながら、排気弁７を開閉駆動する。

また、エンジン３には、クランク角センサ２０および水温センサ２１がそれぞれ設けられている。このクランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各シリンダ３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。

一方、水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック３ｆに取り付けられたサーミスタなどで構成されており、シリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、エンジン３の吸気管１０には、上流側から順に、エアフローセンサ２２、スロットル弁機構１１、吸気管内絶対圧センサ２３および燃料噴射弁１２などが設けられている。このエアフローセンサ２２は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸入空気量Ｇｃｙｌを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、スロットル弁機構１１は、スロットル弁１１ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１１ｂなどを備えている。スロットル弁１１ａは、吸気管１０の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により吸入空気量Ｇｃｙｌを変化させる。ＴＨアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの駆動信号によって駆動されることにより、スロットル弁１１ａの開度を変化させる。

ＥＣＵ２は、通常運転時、スロットル弁１１ａを全開状態に保持するとともに、可変式吸気動弁機構４０の故障時またはマスタバック（図示せず）への負圧供給時には、スロットル弁１１ａの開度を制御する。

また、吸気管１０のスロットル弁１１ａよりも下流側の部分は、サージタンク１０ａになっており、このサージタンク１０ａに、吸気管内絶対圧センサ２３が設けられている。この吸気管内絶対圧センサ２３は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管１０内の絶対圧（以下「吸気管内絶対圧」という）ＰＢＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、燃料噴射弁１２は、ＥＣＵ２からの、燃料噴射量に応じた駆動信号によって駆動され、燃料を吸気管１０内に噴射する。

また、エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、点火プラグ１３（図２参照）が取り付けられている。この点火プラグ１３は、図示しない点火コイルを介してＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号（電圧信号）が、後述する点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇに応じたタイミングで加えられることで放電し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。

次に、前述した可変式吸気動弁機構４０について説明する。この可変式吸気動弁機構４０は、図４に示すように、吸気カムシャフト５、吸気カム６および可変バルブリフト機構５０などで構成されている。

この可変バルブリフト機構５０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って吸気弁４を開閉駆動するとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを無段階に変更することで、吸入空気量Ｇｃｙｌを無段階に変更するものであり、シリンダ３ａごとに設けられた四節リンク式のロッカアーム機構５１と、これらのロッカアーム機構５１を同時に駆動するリフトアクチュエータ６０（図５参照）などを備えている。

各ロッカアーム機構５１は、ロッカアーム５２および上下のリンク５３，５４などで構成されている。この上リンク５３の一端部は、上ピン５５を介して、ロッカアーム５２の上端部に回動自在に取り付けられており、他端部は、ロッカアームシャフト５６に回動自在に取り付けられている。このロッカアームシャフト５６は、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。

また、ロッカアーム５２の上ピン５５上には、ローラ５７が回動自在に設けられている。このローラ５７は、吸気カム６のカム面に当接しており、吸気カム６が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム６上を転動する。これにより、ロッカアーム５２は上下方向に駆動されるとともに、上リンク５３が、ロッカアームシャフト５６を中心として回動する。

さらに、ロッカアーム５２の吸気弁４側の端部には、アジャストボルト５２ａが取り付けられている。このアジャストボルト５２ａは、吸気カム６の回転に伴ってロッカアーム５２が上下方向に移動すると、バルブスプリング４ｅの付勢力に抗しながら、ステム４ａを上下方向に駆動し、吸気弁４を開閉する。

また、下リンク５４の一端部は、下ピン５８を介して、ロッカアーム５２の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク５４の他端部には、連結ピン５９が回動自在に取り付けられている。下リンク５４は、この連結ピン５９を介して、リフトアクチュエータ６０の後述する短アーム６５に連結されている。

一方、リフトアクチュエータ６０は、図５に示すように、モータ６１、ナット６２、リンク６３、長アーム６４および短アーム６５などを備えている。このモータ６１は、ＥＣＵ２に接続され、エンジン３のヘッドカバー３ｅの外側に配置されている。モータ６１の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸６１ａになっており、このねじ軸６１ａに、ナット６２が螺合している。このナット６２は、リンク６３を介して、長アーム６４に連結されている。このリンク６３の一端部は、ピン６３ａを介して、ナット６２に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン６３ｂを介して、長アーム６４の一端部に回動自在に取り付けられている。

また、長アーム６４の他端部は、回動軸６６を介して短アーム６５の一端部に取り付けられている。この回動軸６６は、断面円形に形成され、エンジン３のヘッドカバー３ｅを貫通しているとともに、これに回動自在に支持されている。この回動軸６６の回動に伴い、長アーム６４および短アーム６５はこれと一体に回動する。

さらに、短アーム６５の他端部には、前述した連結ピン５９が回動自在に取り付けられており、これにより、短アーム６５は、連結ピン５９を介して、下リンク５４に連結されている。

次に、以上のように構成された可変バルブリフト機構５０の動作について説明する。この可変バルブリフト機構５０では、後述するリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎに応じた駆動信号がＥＣＵ２からリフトアクチュエータ６０に入力されると、ねじ軸６１ａが回転し、それに伴うナット６２の移動により、長アーム６４および短アーム６５が回動軸６６を中心として回動するとともに、この短アーム６５の回動に伴って、ロッカアーム機構５１の下リンク５４が、下ピン５８を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ６０により、下リンク５４が駆動される。

その際、ＥＣＵ２による制御により、短アーム６５の回動範囲は、図５（ａ）に示す最大リフト位置と図５（ｂ）に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク５４の回動範囲も、図４に実線で示す最大リフト位置と、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。

下リンク５４が最大リフト位置にある場合、ロッカアームシャフト５６、上下のピン５５，５８および連結ピン５９によって構成される四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結ピン５９の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図６（ａ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が大きくなる。

一方、下リンク５４が最小リフト位置にある場合、上記四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結ピン５９の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図６（ｂ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が小さくなる。

以上の理由により、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフトＬｉｆｔｉｎで開弁する。具体的には、吸気カム６の回転中、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、図７の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘを示す。一方、下リンク５４が最小リフト位置にあるときには、図７の２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎを示す。

したがって、この可変バルブリフト機構５０では、アクチュエータ６０を介して、下リンク５４を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘと最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎとの間で無段階に変化させ、それにより、吸入空気量Ｇｃｙｌを所定範囲内で無段階に変化させることができる。

また、エンジン３には、回動角センサ２４が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２４は、回動軸６６すなわち短アーム６５の回動角を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この回動角センサ２４の検出信号に基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出する。

さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５、車速センサ２６、エアコン・スイッチ（以下「ＡＣ・ＳＷ」という）２７、交流発電機・スイッチ（以下「ＡＣＧ・ＳＷ」という）２８およびパワーステアリングポンプ・スイッチ（以下「ＰＳＰ・ＳＷ」という）２９がそれぞれ接続されている。

このアクセル開度センサ２５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、車速センサ２６は、車両の図示しない車軸に取り付けられており、車両の走行速度である車速ＶＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＡＣ・ＳＷ２７は、図示しないエアコンデイショナーが作動中のときにはＯＮ信号をＥＣＵ２に出力し、停止中のときにはＯＦＦ信号を出力する。また、ＡＣＧ・ＳＷ２８は、図示しない交流発電機が作動中のときにはＯＮ信号をＥＣＵ２に出力し、停止中のときにはＯＦＦ信号を出力する。さらに、ＰＳＰ・ＳＷ２９は、図示しないパワーステアリングポンプが作動中のときにはＯＮ信号をＥＣＵ２に出力し、停止中のときにはＯＦＦ信号を出力する。なお、本実施形態では、エアコンデイショナー、交流発電機およびパワーステアリングポンプの作動／停止状態や、エンジン水温ＴＷが制御対象の状態に相当する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２６の検出信号および各種のスイッチ２７〜２９のＯＮ／ＯＦＦ信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、アイドル回転数制御を含む各種の制御処理を実行する。このアイドル回転数制御では、ＥＣＵ２は、後述するように、アイドル運転中、可変バルブリフト機構５０を介してバルブリフトＬｉｆｔｉｎすなわち吸入空気量Ｇｃｙｌを制御すると同時に、点火プラグ１３を介して点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇを制御し、それにより、エンジン回転数ＮＥを制御する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２により、目標値算出手段、フィルタリング目標値算出手段、制御入力算出手段および外乱推定値算出手段が構成されている。

次に、図８を参照しながら、本実施形態の制御装置１について説明する。同図に示すように、この制御装置１は、アイドル回転数コントローラ７０を備えており、このアイドル回転数コントローラ７０（制御入力算出手段）は、具体的にはＥＣＵ２により構成されている。

アイドル回転数コントローラ７０では、以下に述べるように、協調型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、吸入空気量Ｇｃｙｌおよび点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇを互いに協調させながら制御するための、フィードバック補正項としての点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが算出され、これらの制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇ，Ｕｓｌ＿ａｒを制御対象６９に入力することにより、アイドル運転中、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束するようにフィードバック制御される。すなわち、吸入空気量制御および点火時期制御を互いに協調させながら、アイドル回転数制御が行われる。なお、この制御対象６９は、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒを入力とし、エンジン回転数ＮＥを出力とする系として定義される。

アイドル回転数コントローラ７０は、目標値算出部７１、目標値追従応答設定部７２、協調ゲインスケジューラ７３、点火時期コントローラ８０および吸入空気量コントローラ９０を備えている。

まず、目標値算出部７１（目標値算出手段）では、アイドル運転中、エンジン回転数ＮＥ（制御対象の出力）の目標値となる目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが算出される。具体的には、まず、エンジン水温ＴＷに応じて、図９に示すテーブルを検索することにより、アイドル用基準値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｔｗを算出する。同図において、ＴＷ１，ＴＷ２は、ＴＷ１＜ＴＷ２の関係が成立する所定値（例えばＴＷ１＝４０℃、ＴＷ２＝７０℃）であり、ＮＥ＿ｃｍｄ１，ＮＥ＿ｃｍｄ２は、ＮＥ＿ｃｍｄ１＞ＮＥ＿ｃｍｄ２の関係が成立する所定値である。このテーブルでは、アイドル用基準値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｔｗは、ＴＷ＜ＴＷ１の範囲では、所定値ＮＥ＿ｃｍｄ１に設定され、ＴＷ＞ＴＷ２の範囲では、所定値ＮＥ＿ｃｍｄ２に設定されているとともに、ＴＷ１≦ＴＷ≦ＴＷ２の範囲では、エンジン水温ＴＷが高いほど、より低い値に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが高いときには、エンジン３の燃焼状態が安定することで、より低いエンジン回転数ＮＥでアイドル運転を実行可能であることによる。

次いで、上記のように算出したアイドル用基準値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｔｗに、総補正項ＤＮＥ＿ｌｏａｄを加算することにより、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが算出される（ＮＥ＿ｃｍｄ＝ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｔｗ＋ＤＮＥ＿ｌｏａｄ）。この総補正項ＤＮＥ＿ｌｏａｄは、３つの補正項ＤＮＥ１，ＤＮＥ２，ＤＮＥ３の和として算出され（ＤＮＥ＿ｌｏａｄ＝ＤＮＥ１＋ＤＮＥ２＋ＤＮＥ３）、これらの補正項ＤＮＥ１，ＤＮＥ２，ＤＮＥ３はそれぞれ、３つのスイッチ２７〜２９のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて設定される、

具体的には、補正項ＤＮＥ１は、ＡＣ・ＳＷ２７がＯＮ状態のときには所定値（例えば５０ｒｐｍ）に、ＯＦＦ状態のときには値０に設定される。また、補正項ＤＮＥ２は、ＡＣＧ・ＳＷ２８がＯＮ状態のときには所定値（例えば１００ｒｐｍ）に、ＯＦＦ状態のときには値０に設定される。さらに、補正項ＤＮＥ３は、ＰＳＰ・ＳＷ２９がＯＮ状態のときには所定値（例えば１００ｒｐｍ）に、ＯＦＦ状態のときには値０に設定される。

また、目標値追従応答設定部７２（フィルタリング目標値算出手段）では、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆが、目標値算出部７１で算出された目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄの変化度合いに応じて算出される。この目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従応答性を設定するためのものであり、具体的には、偏差絶対値ＡＤＮＥ（目標値の変化度合い）に応じて、図１０に示すテーブルを検索することにより、算出される。この偏差絶対値ＡＤＮＥは、目標回転数の今回値ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ）と前回値ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ−１）との偏差の絶対値として算出される（ＡＤＮＥ＝｜ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ）−ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ−１）｜）。また、同図のＡＤＮＥ１，ＡＤＮＥ２は、ＡＤＮＥ１＜ＡＤＮＥ２の関係が成立する所定値であり、ＰＯＬＥ＿ｆ１，ＰＯＬＥ＿ｆ２は、ＰＯＬＥ＿ｆ１＜ＰＯＬＥ＿ｆ２の関係が成立する所定値である。

同図１０に示すように、このテーブルにおいては、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆは、ＡＤＮＥ１≦ＡＤＮＥ≦ＡＤＮＥ２の範囲では、偏差絶対値ＡＤＮＥが大きいほど、より大きい値（より値０に近い値）に設定されている。これは、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆは、後述するように、目標値フィルタでのフィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆの算出において、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従応答性を設定するように用いられるので、偏差絶対値ＡＤＮＥが大きく、エンジン回転数ＮＥの変動状態が大きいときには、それに対応すべく、フィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆに対する目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄの反映度合いを高めることで、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従応答性をより向上させるためである。

また、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆは、ＡＤＮＥ＜ＡＤＮＥ１の範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｆ１に設定され、ＡＤＮＥ＞ＡＤＮＥ２の範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｆ２に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥの変動状態がかなり小さい場合またはかなり大きい場合、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆにより、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従応答性を設定するのに限界があることによる。

さらに、協調ゲインスケジューラ７３では、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇの算出に用いる到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ｉｇと、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒの算出に用いる到達則ゲインＫｒｃｈ＿ａｒおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ａｒとがそれぞれ設定される。この協調ゲインスケジューラ７３の詳細に関しては、後述する。

次に、前述した点火時期コントローラ８０について説明する。この点火時期コントローラ８０は、以下に述べるように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇを算出するものであり、目標値フィルタ８１、切換関数算出部８２、等価制御入力算出部８３、到達則入力算出部８４、適応則入力算出部８５および加算要素８６で構成されている。

この目標値フィルタ８１（フィルタリング目標値算出手段）では、前述した目標値算出部７１で算出された目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄ、および目標値追従応答指定部７２で設定された目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆを用い、図１１の式（１）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標回転数のフィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆ（フィルタリング目標値）が算出される。これにより、フィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対して、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆの値により決定された一次遅れの追従応答性を示す値として算出される。

なお、同式（１）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期に同期してサンプリング（または算出）されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングサイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングでサンプリングされた値であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングでサンプリングされた値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）などを適宜、省略する。

また、切換関数算出部８２では、図１１の式（２），（３）により、切換関数σｎｅが（線形関数）算出される。同式（２）において、ＰＯＬＥは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＜０の範囲内の値に設定される。また、Ｅｎｅは、追従誤差であり、式（３）に示すように、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）と、目標回転数の前回値ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ−１）との偏差として定義される。

なお、追従誤差Ｅｎｅをこのように定義する理由は、Ｅｎｅ（ｋ）＝ＮＥ（ｋ）−ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ）と定義すると、後述する等価制御入力Ｕｅｑ＿ｉｇ，Ｕｅｑ＿ａｒの算出において、目標回転数の次回値ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ＋１）が必要になるので、これを回避するためである。また、追従誤差Ｅｎｅを式（３）のように定義した場合でも、後述するように、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｉｇ，Ｕｅｑ＿ａｒの算出において、目標回転数の今回値ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ）が用いられ、これがフィードフォワード的に反映されることにより、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒをいずれも、目標回転数の今回値ＮＥ＿ｃｍｄ（ｋ）が十分に反映された値として算出することができる。

さらに、等価制御入力算出部８３では、エンジン回転数ＮＥ、フィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆおよび切換関数設定パラメータＰＯＬＥに基づき、図１１の式（４）により、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｉｇが算出される。同式（４）において、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、後述するモデル［図１２の式（１３）］のモデルパラメータである。

一方、到達則入力算出部８４では、協調ゲインスケジューラ７３で設定された到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇを用い、図１１の式（５）により、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｉｇが算出される。

また、適応則入力算出部８５では、図１１の式（６）に示す忘却積分処理により、切換関数の積分値に忘却処理を施した値である忘却積分値ｓｕｍ＿σｎｅが算出され、さらに、この忘却積分値ｓｕｍ＿σｎｅおよび協調ゲインスケジューラ７３で設定された適応則ゲインＫａｄｐ＿ｉｇを用い、式（７）により、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇが算出される。同式（６）において、ＦＧＴは、忘却係数であり、０＜ＦＧＴ＜１の範囲内の値に設定される。

同式（６）に示すように、忘却係数ＦＧＴは、切換関数の忘却積分値の前回値ｓｕｍ＿σｎｅ（ｋ−１）に乗算されるので、同式（６）を漸化式により展開すると、ｎ回前の値ｓｕｍ＿σｎｅ（ｋ−ｎ）に対しては、ＦＧＴⁿ（≒０）が乗算されることになる。その結果、演算処理の進行に伴い、切換関数の忘却積分値ｓｕｍ＿σｎｅは、値０に収束するようになり、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇも値０に収束するようになる。このように、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇを切換関数σｎｅの忘却積分値ｓｕｍ＿σｎｅを用いて算出することで、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが遅角補正側の値に保持されることがなくなり、その結果、後述する点火時期制御において、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇがリタード状態に長時間、保持されることがなくなり、良好な燃焼状態を確保することができる。なお、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇがリタード側に長時間、保持されてもよい場合には、一般的なスライディングモード制御アルゴリズムのように、式（６）において、忘却係数ＦＧＴを値１に設定し、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇを、切換関数σｎｅの一般的な積分値に基づいて算出してもよい。

さらに、加算要素８６では、以上のように算出された等価制御入力Ｕｅｑ＿ｉｇ、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｉｇおよび適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇを用い、図１１の式（８）により、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが算出される。

点火時期コントローラ８０では、以上のように、式（１）〜（８）の目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、フィードバック補正項としての点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが算出される。また、後述する点火時期制御では、この点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇに点火基準値Ｉｇ＿ｂａｓｅを加算することにより、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇが算出される。なお、以上の式（１）〜（８）は、エンジン回転数ＮＥおよび点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇの動特性の関係を表すモデルを、図１２の式（１３）のように定義し、このモデルに基づき、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御則を適用することにより、導出される。

次に、前述した吸入空気量コントローラ９０について説明する。この吸入空気量コントローラ９０は、以下に述べるように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒを算出するものであり、前述した目標値フィルタ８１、前述した切換関数算出部８２、等価制御入力算出部９３、到達則入力算出部９４、適応則入力算出部９５および加算要素９６で構成されている。すなわち、この吸入空気量コントローラ９０では、目標値フィルタ８１および切換関数算出部８２を点火時期コントローラ８０と共用することにより、目標回転数のフィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆおよび切換関数σｎｅを共用しながら、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが算出される。

また、等価制御入力算出部９３では、エンジン回転数ＮＥ、フィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆおよび切換関数設定パラメータＰＯＬＥを用い、図１２の式（９）により、等価制御入力Ｕｅｑ＿ａｒが算出される。同式（９）において、ａ１’，ａ２’，ｂ１’，ｂ２’は、後述するモデル［図１２の式（１４）］のモデルパラメータである。

一方、到達則入力算出部９４では、協調ゲインスケジューラ７３で設定された到達則ゲインＫｒｃｈ＿ａｒを用い、図１２の式（１０）により、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ａｒが算出される。

また、適応則入力算出部９５では、協調ゲインスケジューラ７３で設定された適応則ゲインＫａｄｐ＿ａｒを用い、図１２の式（１１）により、適応則入力Ｕａｄｐ＿ａｒが算出される。

さらに、加算要素９６では、以上のように算出された等価制御入力Ｕｅｑ＿ａｒ、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ａｒおよび適応則入力Ｕａｄｐ＿ａｒを用い、図１２の式（１２）により、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが算出される。

吸入空気量コントローラ９０では、以上のように、式（１）〜（３），（９）〜（１２）に示す目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、フィードバック補正項としての吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが算出される。また、後述する吸入空気量制御では、この吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒにリフト基準値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｂａｓｅを加算することにより、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出される。なお、以上の式（１）〜（３），（９）〜（１２）は、エンジン回転数ＮＥおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒの動特性の関係を表すモデルを、図１２の式（１４）のように定義し、このモデルに基づき、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御則を適用することにより、導出される。

次に、前述した協調ゲインスケジューラ７３について説明する。この協調ゲインスケジューラ７３では、切換関数σｎｅの値に応じて、図１３，１４に示すテーブルを検索することにより、前述した４つのゲインＫｒｃｈ＿ｉｇ，Ｋａｄｐ＿ｉｇ，Ｋｒｃｈ＿ａｒ，Ｋａｄｐ＿ａｒがそれぞれ算出される。なお、両図１３，１４におけるσ１，σ２は、σ１＜σ２の関係が成立する正の所定値である。

まず、図１３のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ｉｇはそれぞれ、切換関数σｎｅの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値０付近の−σ１＜σｎｅ＜σ１の範囲では、所定の最大値Ｋｒｃｈ＿ｉｇ１，Ｋａｄｐ＿ｉｇ１を示すように設定されているとともに、σｎｅ＜−σ２，σ２＜σｎｅの範囲では、所定の最小値Ｋｒｃｈ＿ｉｇ２，Ｋａｄｐ＿ｉｇ２を示すように設定されている。また、−σ２≦σｎｅ≦σ１，σ１≦σｎｅ≦σ２の範囲では、σｎｅの絶対値が小さくなるほど、より大きな値に設定されている。

一方、図１４のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ａｒおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ａｒはそれぞれ、切換関数σｎｅの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値０付近の−σ１＜σｎｅ＜σ１の範囲では、所定の最小値Ｋｒｃｈ＿ａｒ１，Ｋａｄｐ＿ａｒ１を示すように設定されているとともに、σｎｅ＜−σ２，σ２＜σｎｅの範囲では、所定の最大値Ｋｒｃｈ＿ａｒ２，Ｋａｄｐ＿ａｒ２を示すように設定されている。また、−σ２≦σｎｅ≦σ１，σ１≦σｎｅ≦σ２の範囲では、σｎｅの絶対値が小さくなるほど、より小さな値に設定されている。

４つのゲインＫｒｃｈ＿ｉｇ，Ｋａｄｐ＿ｉｇ，Ｋｒｃｈ＿ａｒ，Ｋａｄｐ＿ａｒの値が以上のように設定されている理由は、以下による。すなわち、前述したように、点火時期制御は、その応答遅れが小さく、無駄時間が小さいとともに、制御の分解能が高い（最小の点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇに対するエンジン回転数ＮＥの変化度合いが小さい）ものの、エンジン３の燃焼状態の観点から、制御幅が限定されてしまうという特徴を備えている。一方、吸入空気量制御は、制御の分解能が点火時期制御と比べて低く、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄの大きな変化に対しても対応できる反面、点火時期制御と比べて、エンジン回転数ＮＥの制御精度が低いとともに、応答遅れが大きく、無駄時間が大きいので、エンジン回転数ＮＥの目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄへの収束性が悪いという特徴を備えている。

さらに、本実施形態のアイドル回転数コントローラ７０では、前述したように目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムを用いているので、切換関数σｎｅの絶対値が値０に近い場合には、目標値フィルタ８１により設定された、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従挙動と実際の追従挙動との差が小さいとともに、切換関数σにより指定された追従誤差Ｅｎｅの値０への収束挙動と実際の収束挙動との差が小さい状態にある。したがって、切換関数σｎｅの絶対値が値０に近いときには、アイドル回転数制御の分解能および制御精度を高めるべく、アイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合いを高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くするためである。これとは逆に、切換関数σｎｅの絶対値が大きい場合、目標値フィルタ８１により設定された上記追従挙動と実際の追従挙動との差が大きいとともに、切換関数σにより指定された上記収束挙動と実際の収束挙動との差が大きい状態にあるので、アイドル回転数制御の応答性を高めるべく、アイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合いを低くするためである。

以上の理由により、本実施形態のアイドル回転数コントローラ７０における点火時期制御および吸入空気量制御の協調制御の場合、図１３，１４にハッチングで示す領域が、点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。また、図１５に示すように、切換関数σｎｅの場合、その値が切換直線に近い領域（図１５のハッチングで示す領域）が点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。これと同様に、エンジン回転数ＮＥおよび目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄの関係においては、図１６に示すように、両者の乖離度合いが大きい領域（図１６のハッチングで示す領域）が、点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。

次に、以上のように構成されたアイドル回転数コントローラ７０によるアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果について説明する。まず、図１７は、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄを目標値ＮＥ１（例えば８００ｒｐｍ）と、これより高い目標値ＮＥ２（例えば９００ｒｐｍ）との間でパルス入力のように変化させた場合の制御シミュレーション結果を示しており、より具体的には、図１７（ａ）は、本実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示している。また、図１７（ｂ）は、アイドル回転数コントローラ７０の協調ゲインスケジューラ７３を省略し、前述した４つのゲインを固定ゲインに設定した場合の比較例の制御シミュレーション結果を示している。

さらに、図１７（ｃ）は、前述した４つのゲインを固定ゲインに設定するとともに、点火時期制御の追従誤差Ｅｎｅ＿ｉｇの値０への収束速度が吸入空気量制御のものよりも速くなるように、点火時期制御の切換関数設定パラメータＰＯＬＥの絶対値を、吸入空気量制御のものよりも小さい値に設定した場合の比較例の制御シミュレーション結果を示しており、図１７（ｄ）は、前述した４つのゲインを固定ゲインに設定するとともに、図１７（ｃ）の例とは逆に、吸入空気量制御の追従誤差Ｅｎｅ＿ｉｇの値０への収束速度が点火時期制御のものよりも速くなるように、２つの切換関数設定パラメータＰＯＬＥの値を設定した場合の比較例の制御シミュレーション結果を示している。

以上の４つの制御シミュレーション結果を参照すると、図１７（ｂ）に示す比較例では、吸入空気量制御と点火時期制御において同じ切換関数σｎｅを用いた場合でも、４つのゲインを固定ゲインに設定すると、エンジン回転数ＮＥが目標値ＮＥ１に収束する際、アンダーシュートを生じてしまい、収束挙動が不安定になるとともに、収束速度が低下することが判る。

また、図１７（ｃ）に示す比較例では、前述した４つのゲインを固定ゲインに設定するとともに、点火時期制御の追従誤差Ｅｎｅ＿ｉｇの値０への収束速度が吸入空気量制御のものよりも速くなるように設定すると、エンジン回転数ＮＥが目標値ＮＥ１に収束する際、アンダーシュートは生じないものの、目標値ＮＥ１に対するエンジン回転数ＮＥの乖離度合いが大きい状態が連続するとともに、収束速度が低下することが判る。さらに、図１７（ｄ）に示すように、点火時期制御の追従誤差Ｅｎｅ＿ｉｇの値０への収束速度が吸入空気量制御のものよりも遅くなるように設定すると、エンジン回転数ＮＥが目標値ＮＥ１に収束する際、アンダーシュートを生じてしまい、収束挙動が不安定になるとともに、収束速度が低下することが判る。

これに対して、図１７（ａ）に示す本実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果では、エンジン回転数ＮＥが目標値ＮＥ１に収束する際、アンダーシュートを生じることなく、収束挙動が安定するとともに、その収束速度が比較例よりも速いことが判る。すなわち、本実施形態のアイドル回転数コントローラ７０のように、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒの算出において、目標回転数のフィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆおよび切換関数σｎｅを共用すると同時に、協調ゲインスケジューラ７３によりゲインスケジューリングされた４つのゲインＫｒｃｈ＿ｉｇ，Ｋａｄｐ＿ｉｇ，Ｋｒｃｈ＿ａｒ，Ｋａｄｐ＿ａｒを用いることにより、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束させる際、安定した収束挙動および迅速な収束性をいずれも確保できることが判る。

また、図１８は、本実施形態のアイドル回転数コントローラ７０によるアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示しており、図１９は、比較のために、アイドル回転数コントローラ７０の点火時期コントローラ８０における適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇの算出において、忘却係数ＦＴＧ＝１とした場合、すなわち、忘却積分処理を行なわず、通常の積分処理により、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇを算出した場合の比較例の制御シミュレーション結果を示している。なお、両図において、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇにおける正側および負側の値はそれぞれ、進角側および遅角側の補正量を表しており、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒにおける正側および負側の値はそれぞれ、吸入空気量の増大側および減少側の補正量を表している。

まず、図１９を参照すると、比較例のアイドル回転数制御では、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄの微小な変動に対して、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇの方の変動頻度が多く、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒの変動頻度が少ないことが判る。すなわち、点火時期制御の方が、吸入空気量制御よりも分解能が高いので、点火時期制御および吸入空気量制御の協調制御において、点火時期制御がメイン側の制御となっていることが判る。また、急激なアクセルペダル操作などにより、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが、目標値ＮＥ１と目標値ＮＥ３（例えば１３００ｒｐｍ）との間で、インパルス入力のように一時的に急激に変化した場合、それを補正するために、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが遅角側に制御される（時刻ｔ２）とともに、それ以降、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが遅角側に保持されることで、燃焼効率の低下を招いてしまうことが判る。

これに対して、図１８に示すように、本実施形態のアイドル回転数制御では、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄの微小な変動に対して、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒの双方が頻繁に変動していることが判る。すなわち、点火時期制御および吸入空気量制御の協調制御において、メイン側の制御の切り換えが頻繁に発生していることが判る。また、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが、目標値ＮＥ１と目標値ＮＥ３（例えば１３００ｒｐｍ）との間で一時的に急激に変化した場合、それを補正するために、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが遅角側に制御されたとき（時刻ｔ１）でも、それ以降、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが値０側に徐々に進角されており、燃焼効率の低下を回避できることが判る。

次に、図２０を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される、アイドル回転数制御処理を含む点火時期制御処理および吸入空気量制御処理について説明する。この制御処理は、タイマ設定により所定周期で実行される。

この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）において、リフト正常フラグＦ＿ＬＩＦＴＯＫが「１」であるか否かを判別する。このリフト正常フラグＦ＿ＬＩＦＴＯＫは、可変バルブリフト機構５０が正常であるときには「１」に、故障しているときには「０」にそれぞれ設定される。

ステップ１の判別結果がＹＥＳで、可変バルブリフト機構５０が正常であるときには、ステップ２に進み、アイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬＥが「１」であるか否かを判別する。このアイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬＥは、アイドル運転条件が成立しているとき、すなわち、以下の３つの条件（ｆ１）〜（ｆ３）がいずれも成立しているときには「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。
（ｆ１）アクセル開度ＡＰが全閉状態を示す値であること。
（ｆ２）車速ＶＰが所定値（例えば３ｋｍ）以下であること。
（ｆ３）エンジン回転数ＮＥが所定値（例えば２００ｒｐｍ）以上であること。

ステップ２の判別結果がＹＥＳのときには、アイドル回転数制御を実行すべきであるとして、ステップ３に進み、アイドル運転用の目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄを、アイドル用基準値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｔｗと総補正項ＤＮＥ＿ｌｏａｄとの和に設定する。前述したように、アイドル用基準値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｔｗは、エンジン水温ＴＷに応じて、図９に示すテーブルを検索することにより算出され、総補正項ＤＮＥ＿ｌｏａｄは、３つのスイッチ２７〜２９のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて算出される。

次いで、ステップ４で、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆを、前述したように、偏差絶対値ＡＤＮＥに応じて、図１０に示すテーブルを検索することにより算出する。

次に、ステップ５で、目標回転数のフィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆを、前述した式（１）により算出し、その後、ステップ６で、切換関数σｎｅを、前述した式（２），（３）により算出する。

次いで、ステップ７で、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇを前述した式（４）〜（８）により算出する。その後、ステップ８に進み、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇを、上記ステップ７で算出した点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇに、点火基準値Ｉｇ＿ｂａｓｅを加算した値に設定する。この点火基準値Ｉｇ＿ｂａｓｅは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２１に示すマップを検索することにより算出される。同図において、ＴＷａ〜ＴＷｃは、ＴＷａ＜ＴＷｂ＜ＴＷｃの関係が成立する所定値であり、この点は以下の説明においても同様である。

同図に示すように、このマップでは、点火基準値Ｉｇ＿ｂａｓｅは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが高いほど、またエンジン水温ＴＷが低いほど、より進角側の値に設定されている。これは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが高い場合、それに伴ってエンジン３の要求仕事量が大きくなるので、それに対応するためである。また、エンジン水温ＴＷが低い場合、それに伴って燃焼の安定性が低下するので、それに対応するためである。

ステップ８に続くステップ９では、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒを、前述した式（９）〜（１２）により算出する。

次いで、ステップ１０に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、上記ステップ８で算出した吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒに、リフト基準値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｂａｓｅを加算した値に設定する。このリフト基準値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｂａｓｅは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２２に示すマップを検索することにより算出される。

同図に示すように、このマップでは、リフト基準値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｂａｓｅは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが高いほど、またエンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、前述したように、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄが高い場合、それに伴って要求仕事量が大きくなるので、それに対応するためである。また、エンジン水温ＴＷが低い場合、前述したように、それに伴って燃焼の安定性が低下するとともに、エンジン３のフリクションが増大するので、それに対応するためである。

次に、ステップ１１に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに応じて、図２３に示す式（１５）〜（２１）の目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、算出する。

これらの式（１５）〜（２１）において、Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆは目標バルブリフトのフィルタリング値を、σｌｉは切換関数を、Ｅｌｉは追従誤差を、Ｕｅｑ＿ｌｉは等価制御入力を、Ｕｒｃｈ＿ｌｉは到達則入力を、Ｋｒｃｈは到達則入力ゲインを、Ｕａｄｐは適応則入力を、Ｋａｄｐは適応則入力ゲインをそれぞれ表している。また、ＰＯＬＥ＿ｆ''は、−１＜ＰＯＬＥ''＿ｆ＜０の関係が成立するように設定される目標値フィルタ設定パラメータであり、ＰＯＬＥ''は、−１＜ＰＯＬＥ''＜０が成立するように設定される切換関数設定パラメータである。さらに、ａ１''，ａ２''，ｂ１''，ｂ２''は、バルブリフトＬｉｆｔｉｎとリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎとの動特性を定義したモデル（図示せず）のモデルパラメータを表している。

以上のように、アイドル回転数制御用の点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。それにより、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇに応じたタイミングで、点火プラグ１３を介して点火時期制御が実行されるとともに、可変バルブリフト機構５０を介して、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎに応じたバルブリフトＬｉｆｔｉｎになるように吸気弁４が駆動され、それにより、吸入空気量Ｇｃｙｌが制御される。

一方、ステップ２の判別結果がＮＯで、アイドル運転条件が不成立であるときには、ステップ１２に進み、変速フラグＦ＿ＡＴＣＨＧが「１」であるか否かを判別する。この変速フラグＦ＿ＡＴＣＨＧは、図示しない自動変速機が変速中であるときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。

このステップ１２の判別結果がＹＥＳで、自動変速機が変速中であるときには、ステップ１３で、車速ＶＰ、変速比およびトルクコンバータ（図示せず）の滑り率に応じて、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄを算出する。次いで、前述したように、ステップ４〜１１を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１２の判別結果がＮＯで、自動変速機が変速中でないときには、ステップ１４に進み、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２４に示すマップを検索することにより、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇを算出する。同図において、ＡＰ１〜ＡＰ３は、ＡＰ１＜ＡＰ２＜ＡＰ３の関係が成立する所定のアクセル開度ＡＰであり、この点は、以下の説明においても同様である。このマップでは、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、遅角側の値に設定されているとともに、ＡＰ＝ＡＰ３の中回転域以外は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、遅角側の値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥまたはエンジン負荷が高いときには、ノッキングが発生しやすくなるので、それを回避すべく、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇをリタード側に制御する必要があることによる。

次いで、ステップ１５で、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２５に示すマップを検索することにより、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出する。このマップでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥまたはエンジン負荷が高いときには、それに応じたエンジン出力を確保すべく、バルブリフトＬｉｆｔｉｎすなわち吸入空気量Ｇｃｙｌを大きな値に制御するためである。

次に、前述したように、ステップ１１でリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＮＯで、可変バルブリフト機構５０が故障しているときには、ステップ１６に進み、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇを故障時値Ｉｇ＿ｆｓに設定する。この故障時値Ｉｇ＿ｆｓは、エンジン回転数ＮＥが所定の故障時目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆｓ（例えば１５００ｒｐｍ）となるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出される。

次いで、ステップ１７で、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、吸気弁４は、可変バルブリフト機構５０により、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎになるように駆動される。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより算出されるので、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従応答性と、収束挙動および収束速度とを別個に設定することができる。それにより、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの良好な追従応答性を確保できると同時に、エンジン回転数ＮＥを、オーバーシュートおよび振動的な挙動を生じることなく、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束させることができ、エンジン回転数ＮＥの目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄへの収束挙動を安定させることができる。

これに加えて、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにおいて、１つのフィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆを共用しながら、算出されるので、アイドル回転数制御における点火時期制御処理および吸入空気量制御処理が互いに干渉し合うのを回避することができる。これに加えて、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが、１つの切換関数σｎｅの値を共用しながら算出されるので、点火時期制御処理および吸入空気量制御処理が互いに干渉し合うのをさらに効果的に回避することができる。

また、目標値フィルタ８１において、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆが、ＡＤＮＥ１≦ＡＤＮＥ≦ＡＤＮＥ２の範囲では、偏差絶対値ＡＤＮＥが大きいほど、より大きい値（より値０に近い値）に設定され、フィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆに対する目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄの反映度合いが高められるので、偏差絶対値ＡＤＮＥが大きく、エンジン回転数ＮＥの変動状態が大きいときには、それに対応して目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従応答性をより向上させることができる。

さらに、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇの算出において、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇが、切換関数σｎｅの忘却積分処理により算出されるので、点火時期制御において、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇが過度のリタード状態に保持されることがなくなり、その結果、良好な燃焼状態を確保することができる。

また、協調ゲインスケジューラ７３による４つのゲインＫｒｃｈ＿ｉｇ，Ｋａｄｐ＿ｉｇ，Ｋｒｃｈ＿ａｒ，Ｋａｄｐ＿ａｒの設定により、切換関数σｎｅの絶対値が値０に近いとき、すなわち、前述したように、目標値フィルタ８１により設定された、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの追従挙動と実際の追従挙動との差が小さいとともに、切換関数σにより指定された追従誤差Ｅｎｅの値０への収束挙動と実際の収束挙動との差が小さい状態にあるときには、アイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合いを高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、アイドル回転数制御の分解能および制御精度を高めることができる。これとは逆に、切換関数σｎｅの絶対値が大きいとき、すなわち、目標値フィルタ８１により設定された上記追従挙動と実際の追従挙動との差が大きいとともに、切換関数σにより指定された上記収束挙動と実際の収束挙動との差が大きい状態にあるときには、アイドル回転数制御の応答性を高めるべく、アイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、アイドル回転数制御の応答性を高めることができる。以上により、アイドル回転数制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る制御装置１Ａについて説明する。この制御装置１Ａは、前述した第１実施形態の制御装置１と比べると、一部を除いて同様に構成されているので、以下、第１実施形態の制御装置１と異なる点を中心として説明する。この制御装置１Ａは、図２６に示すように、アイドル回転数コントローラ１００を備えており、このアイドル回転数コントローラ１００（制御入力算出手段）は、具体的にはＥＣＵ２により構成されている。

このアイドル回転数コントローラ１００では、以下に述べるように、協調型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、吸入空気量Ｇｃｙｌおよび点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇを互いに協調させながら制御するための点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが算出され、これらの制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇ，Ｕｓｌ＿ａｒを制御対象９９に入力することにより、アイドル運転中、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束するようにフィードバック制御される。なお、この制御対象９９は、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒを入力とし、エンジン回転数ＮＥを出力とする系として定義される。

アイドル回転数コントローラ１００は、目標値算出部１０１（目標値算出手段）、目標値追従応答設定部１０２（フィルタリング目標値算出手段）、協調ゲインスケジューラ１０３、点火時期コントローラ１１０および吸入空気量コントローラ１２０を備えている。この目標値算出部１０１および目標値追従応答設定部１０２はそれぞれ、前述した目標値算出部７１および目標値追従応答設定部７２と同様に構成されているので、その説明は省略する。

また、協調ゲインスケジューラ１０３では、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇの算出に用いる到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇおよび後述する推定ゲインＰ＿ｉｇと、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒの算出に用いる到達則ゲインＫｒｃｈ＿ａｒおよび後述する推定ゲインＰ＿ａｒとがそれぞれ設定される。この協調ゲインスケジューラ１０３の詳細に関しては、後述する。

次に、点火時期コントローラ１１０について説明する。この点火時期コントローラ１１０は、以下に述べるように、外乱補償機能付きの目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇを算出するものであり、目標値フィルタ１１１、切換関数算出部１１２、点火制御入力算出部１１３および適応外乱オブザーバ１１４で構成されている。

この目標値フィルタ１１１（フィルタリング目標値算出手段）では、前述した目標値フィルタ８１と同様に、図２７に示す式（２２）により、目標回転数のフィルタリング値ＮＥ＿ｃｍｄ＿ｆが算出され、切換関数算出部１１２では、前述した切換関数算出部８２と同様に、図２７に示す式（２３），（２４）により、切換関数σｎｅが算出される。

また、点火制御入力算出部１１３では、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｉｇが図２７の式（２５）により算出され、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｉｇが同図の式（２６）により算出されるとともに、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが同図の式（２７）により算出される。式（２５）において、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、後述するモデル［図２８の式（３７）］のモデルパラメータである。また、ｃ１＿ｉｇは、モデル化誤差および外乱を補償するための外乱推定値であり、以下に述べるように、適応外乱オブザーバ１１４により算出される。

すなわち、適応外乱オブザーバ１１４（外乱推定値算出手段）では、図２７の式（２８）により、エンジン回転数ＮＥの同定値ＮＥ＿ｈａｔが算出され、式（２９）により、追従誤差ｅ＿ｄｏｖ＿ｉｇが算出されるとともに、式（３０）により、外乱推定値ｃ１＿ｉｇが算出される。同式（３０）において、ＦＧＴ＿ｄｏｖは、忘却係数であり、０＜ＦＧＴ＿ｄｏｖ＜１の範囲内の値に設定される。また、Ｐ＿ｉｇは、推定ゲインであり、協調ゲインスケジューラ１０３により後述するように設定される。

同式（３０）に示すように、忘却係数ＦＧＴ＿ｄｏｖは、外乱推定値の前回値ｃ１＿ｉｇ（ｋ−１）に乗算されるので、同式（３０）を漸化式により展開すると、ｎ回前の値ｃ１＿ｉｇ（ｋ−ｎ）に対しては、ＦＧＴ＿ｄｏｖⁿ（≒０）が乗算されることになる。その結果、演算処理の進行に伴い、外乱推定値ｃ１＿ｉｇは、値０に収束するようになる。このように、外乱推定値ｃ１＿ｉｇを忘却処理により算出することで、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが遅角補正側の値に保持されることがなくなり、その結果、点火時期制御において、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇが過度のリタード状態に保持されることがなくなり、良好な燃焼状態を確保することができる。なお、点火時期Ｉｇ＿ｌｏｇがリタード側に保持されてもよい場合には、一般的な適応外乱オブザーバのように、式（３０）において、忘却係数ＦＧＴ＿ｄｏｖを値１に設定してもよい。

点火時期コントローラ１１０では、以上のように、式（２２）〜（３０）に示す外乱補償機能付きの目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇが算出される。なお、以上の式（２２）〜（３０）は、エンジン回転数ＮＥおよび点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇの動特性の関係を表すモデルを、エンジン回転数ＮＥおよび点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇの動特性の関係を表すモデルを、図２８の式（３７）のように定義し、このモデルに基づき、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御則および適応外乱オブザーバ理論を適用することにより、導出される。

次に、前述した吸入空気量コントローラ１２０について説明する。この吸入空気量コントローラ１２０は、外乱補償機能付きの目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒを算出するものであり、前述した目標値フィルタ１１１、前述した切換関数算出部１１２、吸気制御入力算出部１２３および適応外乱オブザーバ１２４で構成されている。

この吸気制御入力算出部１２３では、等価制御入力Ｕｅｑ＿ａｒが図２８の式（３１）により算出され、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ａｒが同図の式（３２）により算出されるとともに、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが同図の式（３３）により算出される。式（３１）において、ａ１’，ａ２’，ｂ１’，ｂ２’は、後述するモデル［図２８の式（３８）］のモデルパラメータである。また、ｃ１＿ａｒは、モデル化誤差および外乱を補償するための外乱推定値であり、以下に述べるように、適応外乱オブザーバ１２４により算出される。

すなわち、適応外乱オブザーバ１２４（外乱推定値算出手段）では、図２８の式（３４）により、エンジン回転数ＮＥの同定値ＮＥ＿ｈａｔが算出され、式（３５）により、追従誤差ｅ＿ｄｏｖ＿ａｒが算出されるとともに、式（３６）により、外乱推定値ｃ１＿ａｒが算出される。同式（３６）において、Ｐ＿ａｒは、推定ゲインであり、協調ゲインスケジューラ１０３により後述するように設定される。

吸入空気量コントローラ１２０では、以上のように、式（２２）〜（２４），（３１）〜（３６）に示す外乱補償機能付き目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが算出される。なお、以上の式（２２）〜（２４），（３１）〜（３６）は、エンジン回転数ＮＥおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒの動特性の関係を表すモデルを、図２８の式（３８）のように定義し、このモデルに基づき、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御則および適応外乱オブザーバ理論を適用することにより、導出される。

次に、前述した協調ゲインスケジューラ１０３について説明する。この協調ゲインスケジューラ１０３では、切換関数σｎｅの値に応じて、図２９，３０に示すテーブルを検索することにより、前述した４つのゲインＫｒｃｈ＿ｉｇ，Ｐ＿ｉｇ，Ｋｒｃｈ＿ａｒ，Ｐ＿ａｒがそれぞれ算出される。なお、両図２９，３０におけるσ３，σ４は、σ３＜σ４の関係が成立する正の所定値である。

まず、図２９のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇおよび推定ゲインＰ＿ｉｇの各々は、切換関数σｎｅの正側および負側の値に対して対称に設定されており、−σ４＜σｎｅ＜−σ３，σ３＜σｎｅ＜σ４の範囲では、σｎｅの絶対値が小さくなるほど、より大きな値に設定されている。また、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇおよび推定ゲインＰ＿ｉｇの各々は、値０付近の所定範囲（−σ３≦σｎｅ≦σ３）内では、その最大値Ｋｒｃｈ＿ｉｇ３，Ｐ＿ｉｇ３を示すように設定されているとともに、σｎｅ≦−σ４，σ４≦σｎｅの範囲では、その最小値Ｋｒｃｈ＿ｉｇ４，Ｐ＿ｉｇ４を示すように設定されている。

一方、図３０のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ａｒおよび推定ゲインＰ＿ａｒの各々は、切換関数σｎｅの正側および負側の値に対して対称に設定されているとともに、−σ４＜σｎｅ＜−σ３，σ３＜σｎｅ＜σ４の範囲では、σｎｅの絶対値が小さくなるほど、より小さな値に設定されている。また、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ａｒおよび推定ゲインＰ＿ａｒの各々は、値０付近の所定範囲（−σ３≦σｎｅ≦σ３）内では、その最小値Ｋｒｃｈ＿ａｒ３，Ｐ＿ａｒ３を示すように設定されているとともに、σｎｅ≦−σ４，σ４≦σｎｅの範囲では、その最大値Ｋｒｃｈ＿ａｒ４，Ｐ＿ａｒ４を示すように設定されている。

各ゲインの値が以上のように設定されている理由は、協調ゲインスケジューラ７３の説明で述べた理由と同じである。すなわち、切換関数σｎｅの絶対値が値０に近い場合、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの乖離度合いが小さい状態にあるので、アイドル回転数制御の分解能および制御精度を高めるべく、アイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合いを高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くするためである。これとは逆に、切換関数σｎｅの絶対値が大きい場合、追従誤差Ｅｎｅの変化が大きく、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの乖離度合いが大きい状態にあるので、アイドル回転数制御の応答性を高めるべく、アイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合いを低くするためである。

以上の理由により、本実施形態における点火時期および吸入空気量の協調制御の場合、図２９，３０にハッチングで示す領域が、点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。

以上のように構成された本実施形態の制御装置１Ａによれば、前述した第１実施形態の制御装置１と同様の作用効果を得ることができる。また、協調ゲインスケジューラ１０３における到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｉｇ，Ｋｒｃｈ＿ａｒおよび推定ゲインＰ＿ｉｇ，Ｐ＿ａｒの設定により、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの乖離度合いが小さい状態のときには、アイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合いを高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、アイドル回転数制御の分解能および制御精度を高めることができる。これとは逆に、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに対するエンジン回転数ＮＥの乖離度合いが大きい状態のときには、アイドル回転数制御の応答性を高めるべく、アイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、アイドル回転数制御の応答性を高めることができる。これに加えて、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒが、適応外乱オブザーバ１１４，１２４によりそれぞれ算出された外乱推定値ｃ１＿ｉｇ，ｃ１＿ａｒを用いて算出されるので、モデル化誤差および外乱の影響を回避しながら、アイドル回転数制御を行うことができる。その結果、アイドル回転数制御の安定性および制御精度を、第１実施形態の制御装置１よりも向上させることができる。

次に、図３１を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る制御装置１Ｂについて説明する。この制御装置１Ｂは、ＥＧＲ制御および過給圧制御の協調制御により、吸入空気量Ｇｃｙｌ（制御対象の出力）を制御するものであり、協調吸入空気量コントローラ２００（制御入力算出手段）を備えている。この協調吸入空気量コントローラ２００については、後述する。この制御装置１Ｂが適用されたエンジン３は、一部を除いて第１実施形態のエンジン３と同様に構成されているので、以下、同じ構成については同じ番号を付すとともに、その説明は省略する。このエンジン３は、ターボチャージャ装置１５およびＥＧＲ制御弁１６を備えている。

ターボチャージャ装置１５は、吸気管１０の途中のコンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサブレード１５ａと、排気管１４の途中のタービンハウジング内に収容されたタービンブレード１５ｂと、２つのブレード１５ａ，１５ｂを一体に連結する軸１５ｃと、ウエストゲート弁１５ｄなどを備えている。

このターボチャージャ装置１５では、排気管１４内の排気ガスによってタービンブレード１５ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード１５ａも同時に回転することにより、吸気管１０内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

また、上記ウエストゲート弁１５ｄは、排気管１４のタービンブレード１５ｂをバイパスするバイパス排気通路１４ａを開閉するものであり、ＥＣＵ２に接続された電磁制御弁で構成されている。このウエストゲート弁１５ｄは、後述する最終過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔ＿ｆに応じた駆動信号がＥＣＵ２から入力されると、その開度が変化し、それにより、バイパス排気通路１４ａを流れる排気ガスの流量、言い換えればタービンブレード１５ｂを駆動する排気ガスの流量を変化させ、過給圧を変化させる。これにより、過給圧が制御される。

また、ＥＧＲ制御弁１６は、吸気管１０および排気管１４の間に延びるＥＧＲ通路１７を開閉することにより、排気ガスを排気管１４から吸気管１０側に還流するＥＧＲ動作を実行するものである。ＥＧＲ制御弁１６は、リニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に接続されており、後述する最終ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇ＿ｆに応じた駆動信号がＥＣＵ２から入力されると、そのバルブリフトがリニアに変化する。これにより、ＥＧＲ量が制御される。

次に、図３２を参照しながら、協調吸入空気量コントローラ２００について説明する。この協調吸入空気量コントローラ２００は、以下に述べるように、協調型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムにより、ＥＧＲ量および過給圧を互いに協調させながらフィードバック制御し、それにより、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束するようにフィードバック制御するものである。

協調吸入空気量コントローラ２００は、目標値算出部２０１（目標値算出手段）、目標値追従応答設定部２０２（フィルタリング目標値算出手段）、協調ゲインスケジューラ２０３、ＥＧＲ基準値算出部２０４、加算要素２０５、過給圧基準値算出部２０６、加算要素２０７、ＥＧＲコントローラ２１０および過給圧コントローラ２２０を備えている。

まず、目標値算出部２０１では、吸入空気量Ｇｃｙｌの目標値となる目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが算出される。具体的には、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図３３に示すマップを検索することにより算出する。このマップでは、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、エンジン３が高負荷域にあることで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。なお、本実施形態では、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥが制御対象の状態に相当する。

次いで、目標値追従応答設定部２０２では、前述した目標値追従応答設定部７２と同様に、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆ^*が算出される。目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆ^*は、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの追従応答性を設定するためのものであり、具体的には、偏差絶対値ＡＤＧＣＹＬ（目標値の変化度合い）に応じて、図３４に示すテーブルを検索することにより、算出される。この偏差絶対値ＡＤＧＣＹＬは、目標吸入空気量の今回値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ（ｋ）と前回値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ（ｋ−１）との偏差の絶対値として算出される（ＡＤＧＣＹＬ＝｜Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ（ｋ）−Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ（ｋ−１）｜）。また、同図のＡＤＧＣＹＬ１，ＡＤＧＣＹＬ２は、ＡＤＧＣＹＬ１＜ＡＤＧＣＹＬ２の関係が成立する所定値であり、ＰＯＬＥ＿ｆ１^*，ＰＯＬＥ＿ｆ２^*は、ＰＯＬＥ＿ｆ１^*＜ＰＯＬＥ＿ｆ２^*の関係が成立する所定値である。

同図に示すように、このテーブルでは、ＡＤＧＣＹＬ１≦ＡＤＧＣＹＬ≦ＡＤＧＣＹＬ２の範囲では、偏差絶対値ＡＤＧＣＹＬが大きいほど、より大きい値（より値０に近い値）に設定されている。これは、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆ^*は、目標値フィルタ２１１でのフィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆの算出において、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの追従応答性を設定するように用いられるので、偏差絶対値ＡＤＧＣＹＬが大きく、吸入空気量Ｇｃｙｌの変動状態が大きいときには、それに対応すべく、フィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆに対する目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの反映度合いを高めることで、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの追従応答性をより向上させるためである。

また、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆ^*は、ＡＤＧＣＹＬ＜ＡＤＧＣＹＬ１，ＡＤＧＣＹＬ２＜ＡＤＧＣＹＬの範囲では、偏差絶対値ＡＤＧＣＹＬの値にかかわらず、一定値ＰＯＬＥ＿ｆ１^*，ＰＯＬＥ＿ｆ２^*にそれぞれ設定されている。これは、吸入空気量Ｇｃｙｌの変動状態がかなり小さい場合またはかなり大きい場合、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆの設定により、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの追従応答性を向上させるのに限界があることによる。

さらに、協調ゲインスケジューラ２０３では、前述した協調ゲインスケジューラ７３と同様に、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇの算出に用いる到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｅｇおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ｅｇと、過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔの算出に用いる到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｖｔおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ｖｔとが、それぞれ算出される。具体的には、４つのゲインＫｒｃｈ＿ｅｇ，Ｋａｄｐ＿ｅｇ，Ｋｒｃｈ＿ｖｔ，Ｋａｄｐ＿ｖｔはそれぞれ、後述する切換関数σｇｃｙｌの値に応じて、図３５，３６に示すテーブルを検索することにより算出される。なお、両図３５，３６におけるσｇ１，σｇ２は、σｇ１＜σｇ２の関係が成立する正の所定値である。

まず、図３５のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｅｇおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ｅｇはそれぞれ、切換関数σｇｃｙｌの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値０付近の−σｇ１＜σｇｃｙｌ＜σｇ１の範囲では、所定の最大値Ｋｒｃｈ＿ｅｇ１，Ｋａｄｐ＿ｅｇ１を示すように設定されているとともに、σｇｃｙｌ＜−σｇ２，σｇ２＜σｇｃｙｌの範囲では、所定の最小値Ｋｒｃｈ＿ｅｇ２，Ｋａｄｐ＿ｅｇ２を示すように設定されている。また、−σｇ２≦σｇｃｙｌ≦σｇ１，σｇ１≦σｇｃｙｌ≦σｇ２の範囲では、σｇｃｙｌの絶対値が小さくなるほど、より大きな値に設定されている。

一方、図３６のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｖｔおよび適応則ゲインＫａｄｐ＿ｖｔはそれぞれ、切換関数σｇｃｙｌの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値０付近の−σｇ１＜σｇｃｙｌ＜σｇ１の範囲では、所定の最小値Ｋｒｃｈ＿ｖｔ１，Ｋａｄｐ＿ｖｔ１を示すように設定されているとともに、σｇｃｙｌ＜−σｇ２，σｇ２＜σｇｃｙｌの範囲では、所定の最大値Ｋｒｃｈ＿ｖｔ２，Ｋａｄｐ＿ｖｔ２を示すように設定されている。また、−σｇ２≦σｇｃｙｌ≦σｇ１，σｇ１≦σｇｃｙｌ≦σｇ２の範囲では、σｇｃｙｌの絶対値が小さくなるほど、より小さな値に設定されている。

４つのゲインＫｒｃｈ＿ｅｇ，Ｋａｄｐ＿ｅｇ，Ｋｒｃｈ＿ｖｔ，Ｋａｄｐ＿ｖｔの値が以上のように設定されている理由は、以下による。すなわち、ＥＧＲ制御は、制御の分解能が高い（最小のＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの変化度合いが小さい）ものの、エンジン３の燃焼状態の悪化を回避する観点から、制御幅が限定されてしまうという特徴を備えている。一方、過給圧制御は、制御の分解能がＥＧＲ制御と比べて低く、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの大きな変化に対しても対応できる反面、ＥＧＲ制御と比べて、吸入空気量Ｇｃｙｌの制御精度が低いので、吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束性が悪いという特徴を備えている。

したがって、切換関数σｇｃｙｌの絶対値が値０に近い場合、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの乖離度合いが小さい状態にあるので、吸入空気量制御の分解能および制御精度を高めるべく、吸入空気量制御へのＥＧＲ制御の寄与度合いを高めると同時に、過給圧制御の寄与度合いを低くするためである。これとは逆に、切換関数σｇｃｙｌの絶対値が大きい場合、追従誤差Ｅｇｃｙｌの変化が大きく、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの乖離度合いが大きい状態にあるので、吸入空気量制御の応答性を高めるべく、吸入空気量制御への過給圧制御の寄与度合いを高めると同時に、ＥＧＲ制御の寄与度合いを低くするためである。

以上の理由により、本実施形態の協調吸入空気量コントローラ２００におけるＥＧＲ制御および吸入空気量制御の協調制御の場合、図３５，３６にハッチングで示す領域が、ＥＧＲ制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、過給圧制御がメインの領域となる。

次に、前述したＥＧＲコントローラ２１０について説明する。このＥＧＲコントローラ２１０は、以下に述べるように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇを算出するものであり、目標値フィルタ２１１、切換関数算出部２１２、等価制御入力算出部２１３、到達則入力算出部２１４、適応則入力算出部２１５および加算要素２１６で構成されている。

この目標値フィルタ２１１（フィルタリング目標値算出手段）では、前述した目標値フィルタ８１と同様に、目標値算出部２０１で算出された目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ、および目標値追従応答指定部２０２で設定された目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆ^*を用い、図３７の式（３９）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標吸入空気量のフィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆ（フィルタリング目標値）が算出される。

また、切換関数算出部２１２では、前述した切換関数算出部８２と同様に、図３７の式（４０），（４１）により、切換関数σｇｃｙｌ（線形関数）が算出される。同式（４０）において、ＰＯＬＥ^*は、切換関数設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ^*＜０の範囲内の値に設定される。また、Ｅｇｃｙｌは、式（４１）に示すように定義される追従誤差である。

さらに、等価制御入力算出部２１３では、吸入空気量Ｇｃｙｌ、フィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆおよび切換関数設定パラメータＰＯＬＥ^*に基づき、図３７の式（４２）により、等価制御入力Ｕｅｑが算出される。同式（４２）において、ａ１^*，ａ２^*，ｂ１^*，ｂ２^*は、後述するモデル［図３８の式（５３）］のモデルパラメータである。

一方、到達則入力算出部２１４では、協調ゲインスケジューラ２０３で設定された到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｅｇを用い、図３７の式（４３）により、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｅｇが算出される。

また、適応則入力算出部２１５では、図３７の式（４４）に示す忘却積分処理により、切換関数の忘却積分値ｓｕｍ＿σｇｃｙｌ（線形関数の積分値）が算出され、さらに、この忘却積分値ｓｕｍ＿σｇｃｙｌおよび協調ゲインスケジューラ２０３で設定された適応則ゲインＫａｄｐ＿ｅｇを用い、式（４５）により、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｇが算出される。同式（４４）において、ＦＧＴ＿ｅｇは、忘却係数であり、０＜ＦＧＴ＿ｅｇ＜１の範囲内の値に設定される。

以上の忘却積分処理により、前述したように、演算処理の進行に伴い、切換関数の忘却積分値ｓｕｍ＿σｇｃｙｌが値０に収束するようになり、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｇも値０に収束するようになる。このように、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｇの算出において、忘却積分処理を用いる理由は、ＥＧＲ量は、ＮＯｘの排出量低減および燃費向上の観点から、エンジン３の運転領域に応じた適切な値に可能な限り高精度で制御することが望ましいので、ＥＧＲ量が適切な値から長時間外れる状態が発生するのを回避し、適切な値に迅速に制御するためである。なお、ＥＧＲ量が一定値に保持されてもよい場合には、一般的なスライディングモード制御アルゴリズムのように、式（４４）において、忘却係数ＦＧＴ＿ｅｇを値１に設定し、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｇを、切換関数σｇｃｙｌの一般的な積分値に基づいて算出してもよい。

さらに、加算要素２１６では、以上のように算出された等価制御入力Ｕｅｑ、到達則入力Ｕｒｃｈおよび適応則入力Ｕａｄｐを用い、図３７の式（４６）により、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇが算出される。

以上のように、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇは、式（３９）〜（４６）の目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、算出される。なお、以上の式（３９）〜（４６）は、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇの動特性の関係を表すモデルを、図３８の式（５３）のように定義し、このモデルに基づき、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御則を適用することにより、導出される。

一方、前述したＥＧＲ基準値算出部２０４では、エンジン回転数ＮＥおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに応じて、図３９に示すマップを検索することにより、ＥＧＲ基準値Ｕｓｌ＿ｅｇ＿ｂｓを算出する。同図に示すように、このマップでは、ＥＧＲ基準値Ｕｓｌ＿ｅｇ＿ｂｓは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。また、ＥＧＲ基準値Ｕｓｌ＿ｅｇ＿ｂｓは、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが所定値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ１以下の範囲では、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが大きいほど、より大きな値に設定され、所定値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ１より大きい範囲では、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが大きいほど、より小さな値に設定されている。

このようにＥＧＲ基準値Ｕｓｌ＿ｅｇ＿ｂｓが設定される理由は、エンジン３の低負荷域では、燃焼状態が不安定になるのを回避すべく、ＥＧＲ量を小さな値に制御し、高負荷域では、エンジン出力を確保すべく、ＥＧＲ量を小さな値に制御するためであり、また、中負荷域では、ＮＯｘの排出量低減および燃費向上の観点から、ＥＧＲ量を大きな値に制御するためである。

さらに、前述した加算要素２０５では、以上のように算出されたＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇおよびＥＧＲ基準値Ｕｓｌ＿ｅｇ＿ｂｓを用い、図３７の式（４７）により、最終ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇ＿ｆが算出される。

次に、前述した過給圧コントローラ２２０について説明する。この過給圧コントローラ２２０は、以下に述べるように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔを算出するものであり、前述した目標値フィルタ２１１、前述した切換関数算出部２１２、等価制御入力算出部２２３、到達則入力算出部２２４、適応則入力算出部２２５および加算要素２２６で構成されている。すなわち、この過給圧コントローラ２２０では、目標値フィルタ２１１および切換関数算出部２１２をＥＧＲコントローラ２１０と共用することにより、目標吸入空気量のフィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆおよび切換関数σｇｃｙｌを共用しながら、過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔが算出される。

また、等価制御入力算出部２２３では、吸入空気量Ｇｃｙｌ、フィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆおよび切換関数設定パラメータＰＯＬＥ^*を用い、図３８の式（４８）により、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｖｔが算出される。同式（４８）において、ａ１^#，ａ２^#，ｂ１^#，ｂ２^#は、後述するモデル［図３８の式（５４）］のモデルパラメータである。

一方、到達則入力算出部２２４では、協調ゲインスケジューラ２０３で設定された到達則ゲインＫｒｃｈ＿ｖｔを用い、図３８の式（４９）により、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｖｔが算出される。

また、適応則入力算出部２２５では、協調ゲインスケジューラ２０３で設定された適応則ゲインＫａｄｐ＿ｖｔを用い、図３８の式（５０）により、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｖｔが算出される。

さらに、加算要素２２６では、以上のように算出された等価制御入力Ｕｅｑ＿ｖｔ、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｖｔおよび適応則入力Ｕａｄｐ＿ｖｔを用い、図３８の式（５１）により、過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔが算出される。

過給圧コントローラ２２０では、以上のように、式（３９）〜（４１），（４８）〜（５１）に示す目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔが算出される。なお、以上の式（３９）〜（４１），（４８）〜（５１）は、吸入空気量Ｇｃｙｌおよび過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔの動特性の関係を表すモデルを、図３８の式（５４）のように定義し、このモデルに基づき、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御則を適用することにより、導出される。

一方、前述した過給圧基準値算出部２０６では、エンジン回転数ＮＥおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに応じて、図４０に示すマップを検索することにより、過給圧基準値Ｕｓｌ＿ｖｔ＿ｂｓを算出する。同図に示すように、このマップでは、過給圧基準値Ｕｓｌ＿ｖｔ＿ｂｓは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。また、過給圧基準値Ｕｓｌ＿ｖｔ＿ｂｓは、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが所定値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ１以下の範囲では、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが大きいほど、より大きな値に設定され、所定値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ１より大きい範囲では、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが大きいほど、より小さな値に設定されている。

このように過給圧基準値Ｕｓｌ＿ｖｔ＿ｂｓが設定される理由は、エンジン３の低負荷域では、過給圧の不要な上昇によりトルク変動が発生するのを回避すべく、過給圧を小さな値に制御し、高負荷域では、過給圧の過度の上昇によりエンジン出力が大きくなり過ぎるのを回避すべく、過給圧を小さな値に制御するためであり、また、中負荷域では、エンジン出力確保の観点から、過給圧を大きな値に制御するためである。

さらに、前述した加算要素２０７では、以上のように算出された過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔおよび過給圧基準値Ｕｓｌ＿ｖｔ＿ｂｓを用い、図３８の式（５２）により、最終過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔ＿ｆが算出される。

以上のように、本実施形態の制御装置１Ｂによれば、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇおよび過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔが、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより算出されるので、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの追従応答性と、収束挙動および収束速度とを別個に設定することができる。それにより、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの良好な追従応答性を確保できると同時に、吸入空気量Ｇｃｙｌを、オーバーシュートおよび振動的な挙動を生じることなく、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束させることができ、吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束挙動を安定させることができる。

これに加えて、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇおよび過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔが、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにおいて、１つのフィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆを共用しながら、算出されるので、吸入空気量制御におけるＥＧＲ制御処理および過給圧制御処理が互いに干渉し合うのを回避することができる。これに加えて、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇおよび過給圧制御入力Ｕｓｌ＿ｖｔが、１つの切換関数σｇｃｙｌの値を共用しながら算出されるので、ＥＧＲ制御処理および過給圧制御処理が互いに干渉し合うのをさらに効果的に回避することができる。

また、目標値フィルタ２１１において、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆ^*は、ＡＤＧＣＹＬ１≦ＡＤＧＣＹＬ≦ＡＤＧＣＹＬ２の範囲では、偏差絶対値ＡＤＧＣＹＬが大きいほど、より大きい値（より値０に近い値）に設定され、フィルタリング値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆに対する目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの反映度合いが高められるので、偏差絶対値ＡＤＧＣＹＬが大きく、吸入空気量Ｇｃｙｌの変動状態が大きいときには、それに対応して目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの追従応答性をより向上させることができる。

さらに、ＥＧＲ制御入力Ｕｓｌ＿ｅｇの算出において、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｉｇが、切換関数σｇｃｙｌの忘却積分処理により算出されるので、ＥＧＲ制御において、ＥＧＲ量が不適切な値に保持されることがなくなり、その結果、良好な燃焼状態を確保することができる。

また、協調ゲインスケジューラ２０３による４つのゲインＫｒｃｈ＿ｅｇ，Ｋａｄｐ＿ｅｇ，Ｋｒｃｈ＿ｖｔ，Ｋａｄｐ＿ｖｔの設定により、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの乖離度合いが小さい状態のときには、吸入空気量制御へのＥＧＲ制御の寄与度合いを高めると同時に、過給圧制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、吸入空気量制御の分解能および制御精度を高めることができる。これとは逆に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する吸入空気量Ｇｃｙｌの乖離度合いが大きい状態のときには、吸入空気量制御の応答性を高めるべく、吸入空気量制御への過給圧制御の寄与度合いを高めると同時に、ＥＧＲ制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、吸入空気量制御の応答性を高めることができる。以上により、吸入空気量制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる。

なお、前述した各実施形態は、応答指定型制御アルゴリズムとしてスライディングモード制御アルゴリズムを用いた例であるが、応答指定型制御アルゴリズムはこれに限らず、バックステッピング制御アルゴリズムなどの、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を指定できる応答指定型制御アルゴリズムであればよい。

また、各実施形態は、フィードバック制御アルゴリズムとしてスライディングモード制御アルゴリズムを用いた例であるが、フィードバック制御アルゴリズムはこれに限らず、ＰＩＤ制御アルゴリズムおよびＰＩ制御アルゴリズムなどのフィードバック制御アルゴリズムであればよい。

さらに、各実施形態は、本発明の制御装置を内燃機関のアイドル回転数制御または吸入空気量制御を行うものに適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、複数の制御入力により制御対象の出力を制御するものに適用可能である。

符号の説明

1,1A,1B 制御装置
2 ＥＣＵ（目標値算出手段、フィルタリング目標値算出手段、制御入力算出手
段、外乱推定値算出手段）
3 内燃機関
70,100 アイドル回転数コントローラ（制御入力算出手段）
71,101,201 目標値算出部（目標値算出手段）
72,102,202 目標値追従応答設定部（フィルタリング目標値算出手段）
81,111,211 目標値フィルタ（フィルタリング目標値算出手段）
114,124 適応外乱オブザーバ（外乱推定値算出手段）
200 協調吸入空気量コントローラ（制御入力算出手段）
AP アクセル開度（制御対象の状態）
TW エンジン水温（制御対象の状態）
NE 回転数（制御対象の出力、制御対象の状態）
NE_cmd 目標回転数（目標値）
ADNE 偏差絶対値（目標値の変化度合い）
NE_cmd_f フィルタリング値（フィルタリング目標値）
Gcyl 吸入空気量（制御対象の出力）
Gcyl_cmd 目標吸入空気量（目標値）
ADGCYL 偏差絶対値（目標値の変化度合い）
Gcyl_cmd_f フィルタリング値（フィルタリング目標値）
Usl_ig 点火制御入力（制御入力）
Usl_ar 吸気制御入力（制御入力）
σne 切換関数（線形関数）
sum_σne 忘却積分値（線形関数の積分値）
Krch_ig 到達則ゲイン（ゲイン）
Krch_ar 到達則ゲイン（ゲイン）
Kadp_ig 適応則ゲイン（ゲイン）
Kadp_ar 適応則ゲイン（ゲイン）
c1_ig 外乱推定値
c1_ar 外乱推定値
P_ig 推定ゲイン
P_ar 推定ゲイン
Usl_eg ＥＧＲ制御入力（制御入力）
Usl_vt 過給圧制御入力（制御入力）
σgcyl 切換関数（線形関数）
sum_σgyl 忘却積分値（線形関数の積分値）
Krch_eg 到達則ゲイン（ゲイン）
Krch_vt 到達則ゲイン（ゲイン）
Kadp_eg 適応則ゲイン（ゲイン）
Kadp_vt 適応則ゲイン（ゲイン）

Claims (10)

1. 複数の制御入力により制御対象の出力を制御する制御装置であって、
   当該制御対象の状態に応じて、前記制御対象の出力の目標となる目標値を算出する目標値算出手段と、
   当該算出された目標値に所定のフィルタリング処理を施すことにより、前記目標値に対する前記制御対象の出力の追従応答性を設定するための１つのフィルタリング目標値を算出するフィルタリング目標値算出手段と、
   前記複数の制御入力をそれぞれ、前記制御対象の出力が前記算出された１つのフィルタリング目標値に収束するように、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムに基づいて算出する制御入力算出手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記フィルタリング目標値算出手段は、前記１つのフィルタリング目標値を、前記目標値の変化度合いが大きいほど、前記目標値に対する前記制御対象の出力の追従応答性がより高くなるように算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムはそれぞれ、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムで構成され、
   前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力を、当該所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、前記１つのフィルタリング目標値に対する前記制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数を共用しながら、算出することを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 複数の制御入力により制御対象の出力を制御する制御装置であって、
   当該制御対象の状態に応じて、前記制御対象の出力の目標となる目標値を算出する目標値算出手段と、
   前記複数の制御入力をそれぞれ、前記制御対象の出力が前記算出された目標値に収束するように、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムに基づき、当該所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、前記目標値に対する前記制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する１つの線形関数を共用しながら、算出する制御入力算出手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
5. 前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力の各々の算出に用いるゲインを、前記１つの線形関数の値に応じて設定することを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
6. 前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力の少なくとも１つを、前記１つの線形関数の積分値に応じて、当該１つの線形関数の積分値に忘却処理を施しながら、算出することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の制御装置。
7. 前記制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、当該各外乱推定値と前記複数の制御入力の各々と前記制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズムにより、算出する外乱推定値算出手段をさらに備え、
   当該所定の推定アルゴリズムでは、前記１つの線形関数の値に応じて、前記各外乱推定値の推定ゲインが設定され、
   前記制御入力算出手段は、前記各制御入力を前記各外乱推定値に応じて算出することを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の制御装置。
8. 前記制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、当該各外乱推定値と前記複数の制御入力の各々と前記制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズムにより、算出する外乱推定値算出手段をさらに備え、
   当該所定の推定アルゴリズムでは、前記複数の外乱推定値の少なくとも１つに所定の忘却処理が施され、
   前記制御入力算出手段は、前記各制御入力を前記各外乱推定値に応じて算出することを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の制御装置。
9. 前記制御対象の出力は、内燃機関の回転数であり、
   前記複数の制御入力は、前記内燃機関の吸入空気量を制御するための制御入力、および前記内燃機関の点火時期を制御するための制御入力で構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の制御装置。
10. 前記制御対象の出力は、内燃機関の吸入空気量であり、
    前記複数の制御入力は、前記内燃機関の過給圧を制御するための制御入力、および前記内燃機関のＥＧＲ量を制御するための制御入力で構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の制御装置。

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