JP2005105932A

JP2005105932A - 車両診断方法

Info

Publication number: JP2005105932A
Application number: JP2003339788A
Authority: JP
Inventors: Sautto Umerjan; サウットウメルジャン; Hirohisa Yamamura; 博久山村
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】絞り弁開度センサ、変速機、エンジン本体の故障、劣化診断を正確に行なえるものとする。
【解決手段】互いに逆特性の二つのセンサＴＳ１，ＴＳ２の出力信号値合計が絞り弁３の全開時の値と等しいか否かを調べ、等しくなければ個々の出力信号値の変化量がエンジン回転数の変化量と対応しているか否かを調べて絞り弁開度センサ５の故障を判定し、正常状態でのエンジントルクのマップ１８と安定車速のマップ１９を用いて実際運転の安定車速との間に差があればその度合いで変速機８、エンジン１の故障、劣化を判定し、正常状態での安定回転数のマップ２０を用いてクラッチ７をオフとした実際のエンジン安定回転数との間に差があればその度合いでエンジン１の故障、劣化を判定し、安定車速と安定回転数の差分の度合いで変速機８の故障、劣化を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンを搭載した車両、一般には自動車におけるエンジン吸気系の絞り弁開度センサの故障、動力伝達系の変速機の故障および劣化、更にはエンジン本体の故障および劣化を診断する方法に関するものである。

電子制御されるエンジンを搭載した車両が走行中に故障を発生したとき、車載コンピュータにもたせた自己診断機能によって故障発生を検知する技術は周知である。故障は車両のすべての機器、部品に発生することが予測されるが、それらの内でエンジン系についてエンジン制御に必要な情報の一つである絞り弁開度センサの故障、動力伝達系について変速機の故障、更にはエンジン本体の故障を適確に検知することは、車両の安全性を確保するうえで重要な要件の一つである。

絞り弁開度センサの故障診断については、センサがアクセル操作量に対応して出力するアナログ電圧値が正常であるか否かを車載コンピュータのエンジン用コントロールユニットで判定させる、という方法がある（特許文献１参照）。

一方、変速機の故障診断については、ロックアップ用トルクコンバータ付き自動変速機において車載コンピュータを使用してギヤ比を考慮した入力軸と出力軸との回転速度差で判定すること（特許文献２参照）、トルクコンバータのすべり量に応じた油圧補正パターンに基いて判定すること（特許文献３参照）、或いはトルクコンバータの油温と車両走行状態とに基いて判定すること（特許文献４参照）が提案されている。

前記特許文献１に記載されている絞り弁開度センサの故障診断は、四輪駆動車両において絞り弁センサの出力値であるアナログ電圧値が正常であるか否かの診断を車両搭載機器作動時に中断させることにより誤診断をなくすことを目的としたものであり、診断自体の具体的手段は明かにされていない。また、前記特許文献２，３，４に記載されている変速機の故障診断は、いずれも変速機の故障判定のみに有用な情報を使用するものであって、故障の原因となる劣化の度合いを診断することはできない。

尚、車両において経年変化による調整ずれや部品劣化の度合いを検知して故障の予測を可能とする技術として、制御中のセンサや出力信号をモニタして初期値データとから偏差を演算し、この偏差値に基いて劣化の度合いを判定することが提案されている（特許文献５参照）。しかし、このものは劣化の度合いを記録、表示し且つ故障診断機でデータのチェックと更新を行なうものであって、劣化と故障の識別を行なってそのいずれであるかを判断するものではない。
特開２００１−２８９０６６号公報特開昭６２−１５１６５６号公報特開平８−２１０４８９号公報特開平９−４９５６４号公報特開平８−２０１２３４号公報

本発明は前記従来技術がもっている前述のような不満足を解消しようとするものであって、故障が走行中の車両の安全性確保に大きな影響を与える機器、部品の内で絞り弁開度センサ、変速機更にはエンジン本体についてそれらの故障を個別に或いは同時に診断すること、更に変速機やエンジン本体については故障と劣化の区別を行なうことが可能な車両診断方法を提供することを目的とする。

本発明は絞り弁開度センサ、変速機、エンジン本体の診断を次のような手順で行なうことによって前記課題の解決を図ったものである。即ち、絞り弁開度センサについて互いに逆特性をもつ二つのセンサからなるものとし、これら二つのセンサの各出力信号値の和を算出して予め設定されている絞り弁全開時における出力信号合計値と等しければ正常と判定し、等しくなければ故障と判定したうえで各出力信号値のそれぞれの変化量とエンジン回転数の変化量とを対比させ、これらが対応していないセンサを故障と特定することを第一手段とした。

互いに逆特性をもつ二つのセンサがともに正常であれば、それらの出力信号値の合計値は絞り弁の全閉（アイドル位置）から全開に至るまで一定であり、合計値は絞り弁全開時における出力信号合計値と等しい。従って、正常状態での絞り弁全開時における出力信号合計値を車載マイクロコンピュータのコントロールユニットのＲＯＭに入力記憶させておき、二つのセンサから送られてくる出力信号を合計して比較させることにより、正常であるか故障したかをきわめて容易に判別することができる。そして、故障と判定したときは、絞り弁の開度変化に伴う各出力信号値のそれぞれの変化量とエンジン回転数の変化量とを対比させてこれらが対応しているか否かを調べることにより、故障しているセンサを適確に特定することができるものである。

次に、本発明は絞り弁開度センサの診断とは関係なく、または前記第一手段によって絞り弁開度センサが正常であると判定したとき、変速機、エンジン本体の診断を行なうものとした。即ち、エンジン運転情報よりエンジントルクを推定するとともに変速機のギヤ比と推定したエンジントルクとから出力軸トルクを算出し、予め設定した正常状態における或る絞り弁開度での安定車速に対して算出した出力軸トルクで運転することにより到達した安定車速が等しければ正常と判定し、異なっていればその差の度合いによって変速機、エンジン本体のいずれかまたは両方が故障或いは劣化しているものと判定することを第二手段とした。

エンジン運転情報としてエンジン回転数、吸入空気量、燃料噴射量、点火進角が例示され、これらの前部または二以上の情報より正常状態でのエンジントルク、即ち入力軸トルクをマップ化してコントロールユニットのＲＯＭに入力記憶させておく。そして、エンジン運転時にエンジントルクをそのときのエンジン運転情報に基いてマップ上で求めることにより推定する。一方、出力軸トルクはエンジントルクと変速機のギヤ比との積で求められるので、マップ上で求めたエンジントルク推定値を用いてコントロールユニットで演算することにより出力軸トルクを算出させる。

ここで、特定絞り弁開度での安定車速は出力軸トルクと車速に対応した走行を行なわせるのに必要なトルクである走行トルクとの差で生じる余裕索引力による加速後の安定点より求められるので、正常状態での安定車速をマップ化してコントロールユニットのＲＯＭに入力記憶させておく。そして、先に算出した出力軸トルクで特定絞り弁開度での運転を行なうことによって安定車速に到達させたとき、この到達した安定車速が正常状態での安定車速と等しければ変速機、エンジン本体ともに正常と判定し、異なっていれば変速、エンジン本体のいずれかまたは両方が故障或いは劣化しているものと判定するものである。

故障か劣化であるかの判断は実際の安定車速と正常状態での安定車速との差の度合いに基準値を設定し、基準値内の差であれば劣化と判定し基準値を超えた差であれば故障と判定させることにより、適切な診断を行なうことができる。

更に、本発明は前記第二手段によって変速機、エンジン本体が故障或るは劣化と判定したとき、それぞれについての診断を行なって故障や劣化がいずれに発生しているかを特定させるものとした。即ち、クラッチをオフとした状態で或る絞り弁開度でエンジンを回転させ、予め設定した正常状態での設定回転数に対して到達した安定回転数が等しければ正常と判定し、異なっていればその差の度合いによってエンジンが故障或いは劣化しているものと判定することを第三手段とした。また、前記第二手段における診断で到達した安定車速と前記第三手段における診断で到達した安定回転数との差分を算出し、その算出値によって変速機が正常かまたは故障或いは劣化しているものと判定することを第四手段とした。

正常状態でクラッチをオフとして或る絞り弁開度でのエンジン運転を行なったときの安定回転数をマップ化してコントロールユニットのＲＯＭに入力記憶させておく。そして、同じくクラッチをオフとして或る絞り弁開度でのエンジン運転を行なうことによって安定回転数に到達させたとき、この到達した安定回転数をマップ上の安定回転数と対比して等しければ正常と判定し、異なっていれば故障或いは劣化しているものと判定する。

エンジンが故障か劣化であるかの判断は実際の安定回転速度と正常状態での安定回転数との差の度合いに基準値を設定し、基準値内の差であれば劣化と判定し基準値を超えた差であれば故障と判定させることにより、適切な診断を行なうことができる。加えて、クラッチをオフとしたいわゆるニュートラルの状態では変速機や出力軸などからの負荷を受けることなくエンジンが回転するので、誤診の心配を伴わずに正確な診断を行なうことができるものである。

更に、前記第二手段における診断で到達した安定車速は変速機とエンジン本体の故障や劣化による負荷変化分を含んでおり、前記第三手段における診断で到達した安定回転数はエンジン本体のみの故障や劣化による負荷変化分を含んでいるので、安定車速から安定回転数の負荷変化分を除去すれば、変速機のみの負荷変化分を含んだ安定車速を得ることができる。即ち、これらの差分を算出して算出値が予め設定した基準値内であれば劣化と判定し、基準値を超えていれば故障と判定することにより、正確な診断を行なうことができる。

本発明は前記の第一手段による絞り弁開度センサの診断、第二手段による変速機、エンジン本体の総合診断、第二手段、第三手段、第四手段による変速機、エンジン本体の故障や劣化の特定をそれぞれ単独で行なうことに限るものではなく、絞り弁開度センサ、変速機、エンジン本体の診断を同時に行なうものとしている。即ち、これらの診断を連続してほぼ同時に行なって予め設定した正常状態における各値と車両内ネットワークを利用して対比させることにより、それぞれについての正常か故障かの判定、正常か故障或いは劣化かの判定をすることを第五手段とした。このことにより、本発明が目的としている絞り弁開度センサ、変速機、エンジン本体の全てに対する診断を適確に行なうことができるようになる。

尚、最初に絞り弁開度センサの診断を行なって正常と判定してから変速機、エンジン本体の診断を行なうものとした場合は、エンジン運転情報の基本データの一つが正確であることからエンジントルクの推定が正しく行なわれ、安定車速の比較による診断結果の信頼性が高いものとなる。もっとも、故障した絞り弁開度センサを修理または交換して正常なものとしたときは、相当の期間その診断を行なうことなく変速機、エンジン本体の診断を行なってもよく、また変速機、エンジン本体の診断を行なった後に絞り弁開度センサの診断を確認のため行なうことを妨げない。

以上のように、本発明によると絞り弁開度センサの故障、変速機、エンジン本体の故障或いは劣化について正確な診断を下すことができ、従って機器、部品の修理、交換やエンジン運転条件の変更など正常状態への回復処置を適確に講じさせて車両の安全性を確保することを容易に可能とするものである。

図１は本発明が実施される車両の要部配置図であって、エンジン１の吸気系２は絞り弁３、燃料噴射弁４を具え、動力伝達系６はクラッチ７、変速機８、出力軸１１、差動機１２を具えている。絞り弁３は電子制御により開閉動作するものとされており、絞り弁開度センサ５として常用の正特性をもつセンサＴＳ１とそのバックアップ用の逆特性をもつセンサＴＳ２とからなるものが使用されている。変速機８は電子制御式の自動変速機であって、ロックアップトルクコンバータ９とギヤトレイン１０とを含んでいる。

一方、車両を電子制御するために準備されたマイクロコンピュータ１５はエンジン制御のためのコントロールユニット（ＥＣＵ）１６と変速機制御のためのコントロールユニット（ＴＵＣ）１７とを内蔵しており、これらはＣＡＮなどのネットワークによって互いに情報を交換可能としている。また、このマイクロコンピュータ１５にはセンサＴＳ１、ＴＳ２が検知した絞り弁開度のほかにエンジン１の回転数、吸入空気量、冷却水温度、クランク位置、排気の酸素濃度などが入力され、これらは主に燃料噴射弁４を制御するデータとして使用されることは周知の通りである。

更に、エンジン１の回転数、吸入空気量、燃料噴射量および点火進角の二以上をエンジン運転情報として使用し、エンジン１、吸気系２、動力伝達系６の全てが正常である場合のエンジントルク、即ち変速機８の入力軸トルクのマップ１８を作成しておく。また、特定絞り弁開度において正常状態での入力軸トルクと変速機８のギヤ比で定まる出力軸トルクとの差によって生じる余裕索引力による加速後の安定点より求められる安定車速のマップ１９を作成しておく。これらのマップ１８，１９は減速機８とエンジン１の総合診断に使用するものであって、コントロールユニット（ＴＣＵ）１７のＲＯＭに入力記憶させる。

更にまた、エンジン１、吸気系２がともに正常な状態とした場合に、クラッチ７をオフとして絞り弁３の或る開度でのエンジン運転を行ない、運転が安定したときのエンジン回転数、即ち安定回転数のマップ２０を作成しておく。このマップ２０はエンジン１の本体単独の診断に使用するものであって、コントロールユニット（ＥＣＵ）１６のＲＯＭに入力記憶させる。

マップ１８，１９，２０は一般にはパソコンを使用してシュミレーションを行なうことによって作成され、その結果の一例を図３（絞り弁開度）、図４（変速機のギヤ位置）、図５（エンジン回転数）、図６（車速）、図７（入力軸トルク）、図８（出力軸トルク）に示す。

更に加えて、マイクロコンピュータ１５には絞り弁開度センサ５を診断するプログラムが組み込んであり、以下にこのプログラムによる診断の手順を図２のフローチャートを参照して説明する。ここで、互いに逆特性をもつこのセンサＴＳ１，ＴＳ２の絞り弁開度に対応した出力信号値をθ₁、θ₂とし、絞り弁３の開度を変化させたときのこれらの変化量をΔθ₁，Δθ₂とすると、出力信号値θ₁、θ₂の和は、これらが正常であれば絞り弁開度に関係なく常に全開値Ａである。従って、先ずステップ３１でθ₁＋θ₂＝Ａであると判断されればステップ３２に進んでΔθ₁＋Δθ₂＝０であるか否かを調べ、そうであればこの二つのセンサＴＳ１，ＴＳ２がともに正常であると判定し（ステップ３３）、そうでなければいずれかまたは両方が故障と判定する（ステップ３４）。

ステップ３１でθ₁＋θ₂＝Ａでないと判断されたときはセンサＴＳ１，ＴＳ２のそれぞれについての診断を個別に行なう。ここで、絞り弁３の開度を変化させたときの出力信号値θ₁，θ₂のそれぞれの変化量Δθ₁，Δθ₂に応じたエンジン回転数の変化量をΔＮとする。正特性をもつセンサＴＳ１について、ステップ３５でその変化量Δθ₁がΔθ₁≧０と判断されたとき、ステップ３６で対応するエンジン回転数の変化量ΔＮを調べてΔＮ≧０であれば正常と判定し（ステップ３７）、そうでなければ故障と判定する（ステップ３８）。ステップ３５でΔθ₁≧０ではないと判断されたときは、ステップ３９でΔＮ＜０であるか否かを調べてそうであれば正常と判定し（ステップ４０）、そうでなければ故障と判定する（ステップ４１）。一方、逆特性をもつセンサＴＳ２について、ステップ４２でその変化量Δθ₂がΔθ₂≦０と判断されたとき、ステップ４３で対応するエンジン回転数の変化量ΔＮを調べてΔＮ≧０であれば正常と判定し（ステップ４４）、そうでなければ故障と判定する（ステップ４５）。ステップ４２でΔθ₂≦０ではないと判断されたときは、ステップ４６でΔＮ＜０であるか否かを調べてそうであれば正常と判定し（ステップ４７）、そうでなければ故障と判定する（ステップ４８）。

以上の手順により、絞り弁３を或る開度からどちらへ変化させても二つのセンサＴＳ１，ＴＳ２のそれぞれについて正常か故障かの判断を適確に行なうことができる。このため、一方が故障しているがもう一方が正常であるときは、正常なセンサの出力信号をエンジン制御、更には減速機制御に使用するようにすれば直ちに正常運転に回復させることが可能となる。また、両方が故障していても周知のフェイルセーフ機能による制御に切り換えることのほかに、出力信号値の変化量Δθ₁，Δθ₂に対するエンジン回転数の変化量ΔＮの正常時からの狂いを計算してエンジン１や減速機８への制御信号を補正させ、正常運転に近い状態とすることも可能である。

前述の診断によって絞り弁開度センサ５が正常と判定されたとき、変速機８更にはエンジン１についての診断を行なう。この診断は先に説明した入力軸トルクのマップ１８および安定車速のマップ１９上の値と運転で得た値とを対比することによって行なわれる。即ち、エンジン１を運転してそのときのエンジン運転情報に基いて入力軸トルクであるエンジントルクをマップ１８に求め、これをエンジントルク推定値とする。次に、このエンジントルク推定値と変速機８のギヤ比とから出力軸トルクを算出し、この算出した出力軸トルクで特定絞り弁開度での運転を行なわせることによって安定車速に到達したとき、到達した安定車速をマップ１９の安定車速と対比させる。そして、これらが等しければ変速機８、エンジン１がともに正常であると判定し、異なっていればその差の度合いに応じて故障または劣化していると判定するものであり、その区別は差の度合いに基準値を設けておくことにより常に一定基準値を設けておくことにより常に一定基準で行なわれる。

尚、安定車速に差が生じる原因として、機構部分の経年変化、破損などのほかに、エンジン１やギヤトレイン１０の潤滑油、トルクコンバータ９の作動油の汚れ、劣化などを挙げることができる。従って、差の度合いが比較的小さいときは潤滑油、作動油を交換して再診断を行なうことにより、劣化の原因を特定することが可能である。

前述の診断によって減速機８、エンジン１のいずれかまたは両方が故障或いは劣化と判定されたとき、エンジン１についての診断を行なう。この診断はクラッチ７をオフとすることにより、動力伝達系６に影響されることなく正確に行なうことができる。即ち、クラッチ７をオフとしてエンジン１を絞り弁３の或る開度で運転し、この運転が安定したときの回転数、即ち安定回転数をマップ２０の安定回転数と対比してこれらが等しければエンジン１が正常であると判定し、異なっていればその差の度合いに応じて故障または劣化していると判定する。

エンジン１が正常であると判定されれば変速機８が故障或いは劣化していると推定され、エンジン１が故障或いは劣化していると判定されれば変速機８は正常であるかまたは故障或いは劣化していると推定される。このことを特定するため、先の診断でエンジン１を運転することによって得た安定車速と安定回転数との差分を算出し、その算出値によって変速機８が正常かまたは故障或いは劣化かを判定する。

尚、安定回転数の差および差分算出値の差についてもそれぞれ基準値を設けておくことにより故障と劣化の区別を常に一定基準で行なうことができる。

本発明が実施される車両の要部配置図。絞り弁開度センサ診断のフローチャート。絞り弁開度曲線図。変速機のギヤ位置を示す図。正常状態でのエンジン回転数特性図。正常状態での車速特性図。正常状態での入力軸トルク特性図。正常状態での出力軸トルク特性図。

符号の説明

１エンジン、２吸気系、３絞り弁、５絞り弁開度センサ、６動力伝達系、７クラッチ、８変速機、１５マイクロコンピュータ、１６エンジン制御用コントロールユニット、１７変速機制御用コントロールユニット、１８エンジントルクのマップ、１９安定車速のマップ、２０安定回転数のマップ、ＴＳ１正特性センサ、ＴＳ２逆特性センサ

Claims

エンジン吸気系に設置されている絞り弁開度センサが互いに逆特性をもつ二つのセンサからなるものについて、前記二つのセンサの各出力信号値の和を算出して予め設定されている絞り弁全開時における出力信号合計値と等しければ正常と判定し、等しくなければ故障と判定したうえで前記各出力信号値のそれぞれの変化量とエンジン回転数の変化量とを対比させ、これらが対応していないセンサを故障と特定することを特徴とする車両診断方法。
エンジン運転情報よりエンジントルクを推定するとともにエンジン動力伝達系に設置されている変速機のギヤ比と前記エンジントルク推定値とから出力軸トルクを算出し、予め設定した正常状態における或る絞り弁開度での安定車速に対して前記算出出力軸トルクで運転することによって到達した安定車速が等しければ正常と判定し、異なっていればその差の度合いによって変速機、エンジン本体のいずれかまたは両方が故障或いは劣化と判定することを特徴とする車両診断方法。
請求項１に記載した診断により前記絞り弁開度センサが正常と判定されたとき、変速機、エンジンについて前記安定車速の比較による診断を行なうものとした請求項２記載の車両診断方法。
請求項２，３いずれかに記載した診断により前記変速機、エンジン本体のいずれかまたは両方が故障或いは劣化と判定されたとき、
前記エンジン動力伝達系に設置されているクラッチをオフとした状態で或る絞り弁開度でエンジンを回転させ、予め設定した正常状態での安定回転数に対して到達した安定回転数が等しければ正常と判定し、異なっていればその差の度合いによってエンジン本体が故障或いは劣化と判定することを特徴とする車両診断方法。
請求項４に記載したエンジン本体の診断を行なったとき、請求項２，３いずれかに記載した診断で到達した安定車速と請求項４に記載した診断で到達した安定回転数との差分を算出し、その算出値によって変速機が正常かまたは故障或いは劣化と判定することを特徴とする車両診断方法。
前記変速機、エンジン本体に対する請求項２，４，５に記載した各診断を同時に行ない、得られた各結果を予め設定した正常状態における各値と車両内ネットワークを利用して対比させることにより、それぞれについての正常か故障かの判定、正常か故障或いは劣化かの判定を行なうことを特徴とする車両診断方法。
前記絞り弁開度センサ、変速機、エンジン本体に対する請求項１，３，４，５に記載した各診断を同時に行ない、得られた各結果を予め設定した正常状態における各値と車両内ネットワークを利用して対比させることにより、それぞれについての正常か故障かの判定、正常か故障或いは劣化かの判定を行なうことを特徴とする車両診断方法。