CN103069712B - 车辆的故障诊断装置 - Google Patents

Abstract

得到一种能够在需要使电动机装置工作之前检测出电动机装置的故障的车辆的故障诊断装置。本发明的车辆的故障诊断装置根据供给至电动机装置的驱动信号和电动机装置的转速进行电动机装置的故障诊断。例如，当驱动信号为ON（接通）、电动机装置的转速为规定值以下时，判定为电动机装置有故障，当驱动信号为OFF（断开）、电动机装置的转速高于规定值时，判定为电动机装置有故障。由此在通过自动停止、启动系统使内燃机自动停止之前，能够判定启动器（100）或PSM（112）有无故障。

Description

车辆的故障诊断装置

技术领域

本发明涉及判定搭载在车辆上的电动机装置有无故障的车辆的故障诊断装置。

背景技术

近年来，在搭载有引擎的车辆中，受到对环境问题的意识的提高和汽车排气限制，广泛采用引擎自动停止、启动系统（所谓怠速停车系统（idlingstopsystem））。

一般来说，当车辆在街道上行驶时等，有时在交叉路口、道口等处停止，这时，若使引擎仍处于空转的状态，会白白消耗燃料，因此增加燃料消耗量。

为此，当具备引擎停止的条件时，即使正在驾驶也使车辆的引擎自动停止，减少燃料消耗，之后，当具备规定的引擎再启动条件时，使引擎自动地再次启动，能够实现这一点的就是引擎的自动停止、启动系统。

在该引擎自动停止、启动系统中，为了提前避免在引擎自动停止之后发生引擎无法再启动的状况，当启动装置发生故障时，需要在引擎自动停止之前禁止使用引擎自动停止、启动系统。因此，需要一种在引擎自动停止之前检测启动装置的故障的诊断装置。

以往，在车辆用引擎、例如搭载有汽油引擎的车辆中，作为上述启动装置，设置有用于在引擎启动时使引擎的曲柄轴（crankshaft）曲柄旋转至规定的转速以上的启动器（电动机）。

在专利文献1公开了一种故障诊断装置的例子，该故障诊断装置在接通或断开通电至启动器的继电器时，根据流经启动器的电流判定启动器有无故障。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-243452号公报

发明内容

发明要解决的课题

在引擎自动停止、启动系统中，引擎控制模块（以下称为ECM）从车辆的驾驶状态判定能否执行怠速停车动作（引擎的自动停止）。

然而，如上述专利文献1的技术，如果是根据电流或电压判定启动器的故障的故障诊断装置，则需要新设置与ECM之间的信号线和检测电路，存在设置空间的问题和成本提高的问题，很不利。

这种问题不限于启动器，搭载在车辆上的全部电动机装置都存在上述问题。

本发明是鉴于上述的问题而开发的，其目的在于提供一种不新增加信号线和检测电路而能够在需要使电动机装置工作之前检测电动机装置的故障的车辆的故障诊断装置。

用于解决课题的技术方案

解决上述课题的本发明的车辆故障诊断装置的特征为，在搭载有根据驱动信号控制的电动机装置的车辆的故障诊断装置中，根据供给至电动机装置的驱动信号和电动机装置的转速进行电动机装置的故障诊断。

发明效果

根据本发明，由于根据供给至电动机装置的驱动信号和电动机装置的转速进行电动机装置的故障诊断，所以能够简单地判定故障。从而在需要使搭载在车辆上的电动机工作之前能够检测上述电动机的故障。

本说明书包括作为本申请的优先权的基础的日本国特许出愿2010-158025号的说明书和/或附图所记载的内容。

附图说明

图1是本发明的实施方式的引擎自动停止、启动系统的系统结构图。

图2是表示用于引擎自动停止、启动系统的启动器的结构的图。

图3是说明引擎自动停止动作的内容的流程图。

图4是说明电动机无通电诊断处理的内容的流程图。

图5是说明电动机通电诊断处理的内容的流程图。

图6是表示没有故障时的小齿轮（piniongear）的转速的状况、引擎转速的变化和故障诊断的时序的图。

图7是表示有故障时的小齿轮（piniongear）的转速的举动、引擎转速的变化和故障诊断的时序的图。

图8是引擎自动停止条件成立前执行故障诊断时的流程图。

具体实施方式

本发明的车辆的故障诊断装置的代表性的最优实施方式如下。

图1表示作为本发明的实施方式的引擎自动停止、启动系统的结构。

在作为内燃机的引擎120的曲柄轴122的飞轮124上，形成有环形齿轮（平齿轮）126。另一方面，在产生用于使引擎120初始启动和从停止状态再启动的旋转驱动力的启动器（电动机）100的输出轴102上，设置有小齿轮（平齿轮）104。该输出轴102构成为能够在轴线方向往复移动。另外，小齿轮104的转速由安装在启动器100的壳体上的旋转传感器106检测。

该小齿轮104通过与上述环形齿轮126啮合，能够将启动器100的旋转驱动力传递至引擎120。在引擎120的曲柄轴122的外周部安装有用于检测曲柄角和引擎转速的曲柄角传感器128。

从上述旋转传感器106和曲柄角传感器128输出的信号被输入至引擎控制模块（以下称为ECM）140。该ECM140以微型计算机为主体构成，并通过执行各种引擎控制程序来控制引擎内的燃料喷射量和点火时刻。

在启动器100和蓄电池160等电源之间，设置有作为电动机驱动电路的电源开关模块（以下称为PSM）112。ECM140在满足规定的条件时将启动器100的驱动信号发送至PSM112。PSM112在从ECM140接收到的驱动信号为ON（接通）时，开始从蓄电池160向启动器100通电，当从ECM140接收到的驱动信号为OFF（断开）时，停止由蓄电池160向启动器100的通电。

该PSM112可以与启动器100构成为一个整体，或者也可以构成为不同体。由PSM112和启动器100构成电动机装置。

图2表示用于作为本发明的实施方式的引擎自动停止、启动系统的启动器的结构。

启动器100是具有诸如偏磁（magneticshift）式或齿轮减速式等之类的公知的结构的直流电动机，内置的转子（armature）108接受来自蓄电池160的通电从而产生旋转驱动力，由转子108产生的旋转驱动力被传递至启动器100的输出轴102。

在输出轴102与小齿轮104之间配置有单向离合器110，其配置为在引擎120启动之后，该引擎120的旋转驱动力不传递到转子108。在从该单向离合器110的外周部径向的外侧相对的位置，配置有小齿轮104的转速检测用的旋转传感器106。

单向离合器110与半径方向相对地，在同轴上具有辊子110a、内离合器110b、外离合器110c和离合器罩110d。内离合器110b与小齿轮104构成为一个整体，外离合器110c与输出轴102构成为一个整体。当引擎120启动时，小齿轮104经由输出轴102被旋转驱动。

接着，说明本发明的一个实施方式的引擎自动停止、启动系统的基本动作。该引擎自动停止、启动系统在初始启动时基于驾驶员的点火开关的动作，利用启动器100使引擎120启动，之后，基于点火开关的信号以外的条件，使处于运转状态的引擎120自动停止，也就是使其怠速熄火。另一方面，响应油门踩踏等，使怠速熄火的引擎120自动启动。其被称为再启动。

在引擎自动停止、启动系统中，当收到紧急的再启动请求时，驾驶员的再启动请求需要迅捷地使引擎再启动，例如，在引擎自动停止过程中发生再启动请求时，也需要能够迅捷地使引擎再启动。

在本实施方式中，开始进行自动停止引擎的自动停止动作，在引擎自动停止过程中的引擎转速正在下降时，对启动器100通电，使小齿轮104空转，分别检测小齿轮104和环形齿轮126的转速，并且在各个旋转同步的时刻，在轴线方向推出小齿轮104，使其与环形齿轮126啮合，从而在引擎自动停止过程中也能够迅捷地进行引擎的再启动。

此时，作为检测小齿轮104的转速的单元，利用形成在启动器用单向离合器110的外离合器110c的筒形外周面上的凹凸状的信号输出部和与其相对设置的旋转传感器106检测小齿轮104的转速。

ECM140通过以规定的运算周期反复执行引擎自动停止、启动例程（routine）来执行引擎自动停止、启动系统。在该引擎自动停止、启动系统中，当规定的引擎自动停止条件成立时，使引擎120自动停止。引擎自动停止条件有车速为规定的速度以下、踩踏制动踏板等。引擎120的自动停止通过停止燃料喷射动作或点火动作来进行。

之后，当引擎再启动条件成立时，由启动器100曲柄摇转（cranking）引擎120，使其自动启动。引擎再启动条件有未踩踏制动踏板、踩踏油门踏板等。

在此，使引擎120自动停止的一个条件可以举出自动停止、启动系统不处于引擎再启动失效的故障状态。ECM140在引擎120自动停止后，为了提前防止由于启动器100和作为其驱动电路的PSM112的故障而无法使引擎120再启动的状况，在自动停止前执行后述的启动器100和PSM112的故障诊断。并且，当得出处于故障状态的诊断结果时，使自动停止、启动系统停止，禁止使用该系统。

图3表示从引擎自动停止条件的判定至使引擎120停止为止的流程图。ECM140在直到自动停止条件成立之前的期间，以规定的周期反复执行该例程。

在步骤S101中，ECM140判定引擎自动停止条件是否成立。在此，若引擎自动停止条件成立则转移至步骤S102，若引擎自动停止条件不成立则返回至步骤S101之前再次执行判定，直到引擎自动停止条件成立为止，反复执行判定。作为引擎自动停止条件，有在车辆行驶过程中驾驶员进行车辆的减速动作、车速小于规定值等。

在步骤S102中，ECM140开始引擎自动停止动作，使燃料喷射动作或点火动作停止，使引擎停止燃烧。

在步骤S103中，ECM140判定引擎120的转速是否高于规定的可诊断转速Ne1。该可诊断转速Ne1高于不通过启动器100来进行曲柄摇转而只通过燃料喷射和点火的再开就能够使引擎120的转速恢复的下限的可恢复燃烧转速（下限转速）Ne2，并且设定为能够在引擎转速从上述可诊断转速Ne1下降至上述可恢复燃烧转速Ne2的期间，进行启动器100和PSM112的故障诊断和引擎120的恢复燃烧。当引擎转速高于可诊断转速Ne1时，使处理转移至步骤S104，而当处于可诊断转速Ne1以下时，使处理转移至步骤S107。

在步骤S104中实施电动机无通电诊断，判定有无启动器100或PSM112的故障。在电动机无通电故障诊断中，根据驱动信号为OFF时的启动器100的转速进行判定。在后面叙述电动机无通电诊断的详细处理内容。当在步骤S104中判定为没有故障时，使处理转移至步骤S105，而当判定为有故障时，使处理转移至步骤S109。

在步骤S105中实施电动机通电诊断，判定启动器100或PSM112有无故障。在电动机通电故障诊断中，根据驱动信号为ON时的启动器100的转速进行判定。在后面叙述电动机通电诊断的详细处理内容。当在步骤S105中判定为没有故障时，使处理转移至步骤S106，而当判定为有故障时，使处理转移至步骤S109。

当在步骤S104和S105中判定为没有异常从而处理转移至步骤S106时，ECM140判定为启动器100和PSM112都没有故障，继续进行在步骤S102中开始的引擎自动停止动作，使引擎停止，结束例程。

当在步骤S103中判定为引擎转速为可诊断转速Ne1以下从而转移至步骤S107时，ECM140使步骤S102中开始的引擎自动停止动作中断，在引擎转速下降至可恢复燃烧转速Ne2之前，不通过启动器100进行曲柄摇转，而通过恢复燃烧来恢复引擎120的转速。

在步骤S108中，判定在步骤S101中成立的引擎自动停止条件是否已不成立。当判定为引擎自动停止条件不成立（步骤S108中是（YES））时，使处理转移至步骤S101。而当判定为引擎自动停止条件成立（步骤S108中否（NO））时，返回至步骤S108之前再次执行步骤S108的判定，反复执行判定，直到引擎自动停止条件不成立为止。

当在步骤S104或步骤S105中判定为有故障从而处理转移至步骤S109时，ECM140使步骤S102中开始的引擎自动停止动作中断，在引擎转速下降至可恢复燃烧转速Ne2之前，不通过启动器100进行曲柄摇转而恢复引擎120的转速。

在步骤S110中，ECM140使引擎自动停止、启动系统停止，进行禁止该系统的使用的处理。之后，在步骤S111中，利用对驾驶员的报警灯等来通知引擎自动停止、启动系统的故障，并结束例程。

接着利用图4所示的流程图说明步骤S104的电动机无通电诊断。

在步骤S201中，ECM140将发送至PSM112的驱动信号设为OFF。在步骤S202中，ECM140以来自旋转传感器106的信号检测小齿轮104的转速。在步骤S203中，ECM140判定步骤S202中检测到的小齿轮转速是否低于规定的停止判定转速Np1。当小齿轮转速低于停止判定转速Np1时，判定为没有故障，当处于停止判定转速Np1以上时，判断为启动器100或PSM112接地短路，判定为有故障。在本实施方式中，停止判定转速Np1设定为低于可恢复燃烧转速Ne2。

接着利用图5所示的流程图说明步骤S105的电动机通电诊断。

在步骤S301中，ECM140将发送至PSM112的驱动信号设为ON。在步骤S302中，ECM140以来自旋转传感器的信号检测小齿轮的转速。在步骤S303中，ECM140判定步骤S302中检测到的小齿轮转速是否高于规定的驱动判定转速Np2。当小齿轮转速高于驱动判定转速Np2时，判定为没有故障，当处于驱动判定转速Np2以下时，判断为启动器100或PSM112开路故障或电池短路，或者启动器100的异常负载，判定为有故障。在本实施方式中，驱动判定转速Np2设定为可诊断转速Ne1与可恢复燃烧转速Ne2之间的转速。

根据本实施方式的车辆的故障诊断装置，当再启动引擎120时，在下降至无需通过启动器100进行曲柄摇转的下限的转速，即降低至可恢复燃烧转速Ne2之前执行启动器100和PSM112的故障诊断，因此，当判定为启动器100或PSM112有故障时，仅通过引擎120的燃料喷射和点火即能够使引擎120恢复燃烧，并能够提前避免在引擎自动停止后引擎120无法再启动的状况。

另外，在本实施方式中，当判定为启动器100和PSM112有故障时，早期阶段对驾驶员发出有故障的警告，之后，停止使用引擎自动停止、启动系统，因此，驾驶员能够照旧安全地移动至能够修理的地方（经销商处等）。另外，此时也可以与汽车导航系统联动，在车辆内的显示器上显示周边的能够修理的地方的位置和到该处的移动路径。

其次，在本实施方式中，由于能够根据驱动信号和小齿轮转速来确定故障原因，于是能够容易地对发生故障的启动器100进行修理。

图6和图7表示引擎120和小齿轮104的转速和故障诊断时序的图。图6是判定为启动器100和PSM112没有故障时的例子，图7是判定为启动器100或PSM112有故障时的一个例子。

首先说明图6。由于引擎自动停止条件成立，这时的引擎转速为可诊断转速Ne1以上，因此停止引擎燃烧，开始进行故障诊断。通常，在引擎正在燃烧时不驱动启动器，因此，在本图中驱动信号从故障诊断前一直为OFF。

此时，检测出小齿轮104的转速，由于小齿轮104的转速未超过停止判定转速Np1，因此，在步骤S104的电动机无通电诊断中判定为没有故障，之后将驱动信号设为ON，再次检测小齿轮104的转速。这时由于已超过驱动判定转速Np2，因此，在步骤S105的电动机通电诊断中，也判定为启动器100和PSM112没有故障，结束故障诊断。之后，小齿轮104在引擎停止前与环形齿轮126啮合，成为能够再启动引擎的状态。

接下来说明图7。由于引擎自动停止条件成立，这时的引擎转速为可诊断转速Ne1以上，因此停止引擎燃烧，开始进行故障诊断。在驱动信号为OFF的状态下，检测小齿轮104的转速，由于小齿轮104的转速未超过停止判定转速Np1，因此，在步骤S104的电动机无通电诊断中，判定为没有故障，之后将驱动信号设为ON，再次检测小齿轮104的转速。

在此，由于未超过驱动判定转速Np2，因此，在步骤S105的电动机通电诊断中，判定为启动器100或PSM112有故障，结束故障诊断。之后，在引擎转速下降至可恢复燃烧转速Ne2之前，使引擎120恢复燃烧，停止使用引擎自动停止、启动系统。

在本实施方式中，将驱动信号ON时的故障判定条件设为小齿轮转速>驱动判定转速Np1，但是，也可以对于该驱动判定转速Np1，定义成Np11≧Np1≧Np12的关系的转速Np11和Np12，从而使驱动信号ON时的故障判定条件设为转速Np11>小齿轮转速>转速Np12。

在本实施方式中，在引擎120的自动停止条件成立后执行启动器100和PSM112的故障诊断，但是也可以在引擎120的自动停止条件成立前执行上述故障诊断。

图8表示在引擎自动停止条件成立前执行故障诊断时的流程图。在引擎自动停止条件成立前执行故障诊断时，无论车辆处于何种状态，在任何时刻都执行下面的例程。

在步骤S401中，实施上述电动机无通电诊断（参照步骤S104的处理），判定启动器100或PSM112有无故障。当判定为没有故障时，使处理转移至步骤S402，当判定为有故障时，使处理转移至步骤S403。

在步骤S402中，实施上述电动机通电诊断（参照步骤S105的处理），判定启动器100或PSM112有无故障。当判定为没有故障时，ECM140判断为启动器100和PSM112都没有故障，使引擎停止，结束例程。

当在步骤S401或步骤S402中判断为有异常而处理转移至步骤S403时，ECM140停止使用引擎自动停止、启动系统。之后，在步骤S404中，利用报警灯等通知驾驶员引擎自动停止、启动系统的故障，结束例程。

通过以上的例程，能够在引擎自动停止条件成立前执行故障诊断。

其中，在图3的例程中，OFF判定和ON判定都（步骤S104和S105两者）在引擎自动停止条件成立后实施，但是，OFF判定（步骤S104的判定）也可以在引擎自动停止条件成立前实施。此时，能够缩短引擎自动停止条件成立后的故障判定的时间。

本实施方式中的车辆的故障诊断装置中，利用设置于启动器100上的旋转传感器106检测小齿轮104的转速，并根据该检测到的小齿轮104的转速和启动器100的驱动信号判定启动器100和PSM112有无故障，因此，能够简单地诊断启动器100和PSM112有无故障。

另外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够做出各种改变。例如，在本实施方式中，说明了在只具有引擎120的车辆中进行用于启动引擎120的启动器100和PSM112的故障诊断，但是，本发明也能够适用于以引擎和电动机为动力源的混合动力车中的用于启动引擎的电动机和电动机驱动电路。

符号说明

100启动器（电动机）

102输出轴

104小齿轮

106旋转传感器

108转子

110单向离合器

110a辊子

110b内离合器

110c外离合器

110d离合器罩

112电源开关模块（PSM）

120引擎

122曲柄轴

124飞轮

126环形齿轮

128曲柄角传感器

140引擎控制模块（ECM）

160蓄电池

Claims (9)

1.一种车辆的故障诊断装置，具有自动停止、启动系统，该自动停止、启动系统在自动停止条件成立时使内燃机自动停止，在该自动停止后，当规定的再启动条件成立时使所述内燃机自动地再启动，该车辆的故障诊断装置的特征在于：

所述车辆包括通过通电来驱动的电动机装置和判定该电动机装置有无故障的故障判定单元，

所述电动机装置包括：

在构成为能够在轴线方向往复移动的输出轴上设置有小齿轮，能够通过曲柄摇转使所述内燃机再启动的启动器；和

检测所述小齿轮的转速的旋转传感器，使得能够在检测到的所述小齿轮的转速与所述内燃机的曲柄轴的环形齿轮同步的时刻在轴线方向推出所述小齿轮而使其与所述环形齿轮啮合，

所述故障判定单元通过所述电动机装置使所述小齿轮空转而检测所述小齿轮的转速，根据所述启动器的驱动信号和所述小齿轮的转速判定所述电动机装置有无故障。

2.如权利要求1所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于：

所述故障判定单元，在所述驱动信号为ON、所述小齿轮的转速为规定值以下时，判定为所述电动机装置有故障。

3.如权利要求2所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于：

所述故障被判定为所述电动机或电动机驱动电路的开路故障、蓄电池短路或电动机的异常负载中的任意一种。

4.如权利要求1～3中任一项所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于：

所述故障判定单元，在所述驱动信号为OFF、所述小齿轮的转速高于规定值时，判定为所述电动机装置有故障。

5.权利要求4所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于：

判定为所述故障为接地短路。

6.如权利要求1所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于：

所述故障判定单元，在从由所述自动停止、启动系统使所述内燃机自动停止的自动停止动作开始，到所述内燃机的转速下降至即使不进行基于所述启动器的曲柄摇转也能够使所述内燃机再启动的下限转速的期间，判定所述电动机装置有无故障，

所述自动停止、启动系统在由所述故障判定单元判定为所述电动机装置有故障时，中止所述自动停止动作，并使所述内燃机再启动，当判定为所述电动机装置没有故障时，继续进行所述自动停止动作，使所述内燃机自动停止。

7.如权利要求1或6所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于，包括：

系统禁用单元，其在由所述故障判定单元判定为所述电动机装置有故障时，禁止使用所述自动停止、启动系统。

8.如权利要求1～3中任一项所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于，包括：

警告单元，其在由所述故障判定单元判定为所述电动机装置有故障时，向所述车辆的驾驶员发出该故障的警告。

9.如权利要求1～3中任一项所述的车辆的故障诊断装置，其特征在于：

所述故障判定单元用于怠速停车系统。