JP2006002679A - 車両用動力源の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リニア回転角センサの正常／異常等の状態を正確に把握する。
【解決手段】エンジン１０のクランク軸には、該クランク軸の回転位置をリニアに検出するリニア回転角センサ４５と、同クランク軸の回転に伴い所定回転角度毎にパルス信号を出力する磁気回転角センサ４６とが設けられている。ＥＣＵ５０は、磁気回転角センサ４６により検出した所定回転角度区間におけるリニア回転角センサ４５の出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいてリニア回転角センサ４５のリニアリティを検出する。また、ＥＣＵ５０は、リニアリティ検出結果からセンサ異常を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の動力源として用いられる内燃機関や電動機の制御装置に関するものである。

近年では、例えば内燃機関のクランク軸の回転を検出する回転角センサとして、絶対角度を検出可能なレゾルバ等を用いたリニア回転角センサの使用が検討されている。このリニア回転角センサによれば、例えば内燃機関の始動時においてその時の回転角度位置をいち早く知ることができ、始動性の向上等を図ることができる。

例えば特許文献１の従来技術では、回転角センサに、絶対角度発信器と、クランク軸等の回転に伴い矩形波を発生するインクリメント発信器とを一体的に設けた構成としており、当該構成によりクランク軸等の絶対角度を検出するようにしている。

ところで、リニア回転角センサでは、上述したように絶対角度の検出を可能とすることで内燃機関の始動性向上等の効果が期待できるが、仮に実際の回転角度位置とリニア回転角センサの検出角度位置とにずれが生じると、期待の効果が得られないばかりか、内燃機関に弊害が及ぶおそれも生じる。例えば、リニア回転角センサの出力のリニアリティ（直線性）がずれた場合や、センサ出力が本来の規定範囲外となった場合には、実際の回転角度位置とリニア回転角センサの検出角度位置とにずれが生じることが考えられる。上記特許文献１を含め既存の技術では、リニア回転角センサに関して具体的な異常検出手法等の開示はなく、リニア回転角センサに関して正常／異常等の状態を正確に把握できる技術が望まれている。
特開２００１−２１５１１７号公報

本発明は、リニア回転角センサの正常／異常等の状態を正確に把握することができる車両用動力源の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、車両用動力源の回転軸の回転を２つの回転センサにより検出する構成としており、両センサのうち少なくとも第１の回転センサをいわゆるリニア回転角センサとしている。そして、第２の回転センサより検出した所定回転角度区間における第１の回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて第１の回転センサのリニアリティ（直線性）を検出する。このとき、例えば前後２回の出力変化量を比較して第１の回転センサのリニアリティを検出すると良い。こうして第１の回転センサのリニアリティが検出できれば、実際の回転角度位置とセンサによる検出角度位置とがずれることが把握できる。従って、リニアリティが悪化したセンサ出力をそのまま用いてしまい、結果として車両要動力源の制御精度が低下すること等の問題が回避できるようになる。

なお、各回転センサは、検出対象となる回転軸の回転を直接検出するものの他、間接的に検出するものでも良い。例えば内燃機関の場合、クランク軸の回転をカム軸等で検出しても良い。

請求項２に記載の発明では、第２の回転センサを、前記回転軸の回転に伴い所定回転角度毎に回転角信号を出力するセンサとしている。そして、第２の回転センサの回転角信号に基づく所定の等回転角度毎に第１の回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて第１の回転センサのリニアリティを検出する。この場合、第２の回転センサによれば、リニアリティ検出の基準となる所定回転角度区間を容易に求めることができ、第１の回転センサのリニアリティを好適に検出できる。

請求項３に記載の発明では、リニアリティ検出手段にて算出した第１の回転センサの出力変化量に基づいて当該第１の回転センサの異常を検出する。第１の回転センサに異常が生じるとリニアリティが大きくずれ、この場合、第１の回転センサの出力は信頼性の低いものとなる。上記構成によれば、第１の回転センサ（リニア回転角センサ）の異常が好適に検出できる。

第１の回転センサと第２の回転センサとが内燃機関のクランク軸の回転を検出するものである場合、請求項４に記載したように、内燃機関の燃焼周期よりも短い回転角度毎に第１の回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて第１の回転センサのリニアリティを検出すると良い。この場合、内燃機関の燃料噴射制御や点火制御よりも短い周期でリニアリティ検出が可能となり、信頼度の高い燃料噴射制御や点火制御を実現する上で好適な構成となる。

ところで、車両用動力源としての内燃機関では、燃焼力によりクランク軸に捻れが生じ、そのクランク軸の捻れによって第１の回転センサの出力に振動成分が重畳する。これにより、第１の回転センサの正確なリニアリティ検出が困難となる。特に、内燃機関の高負荷時、高回転時又は機関回転数の変動時にはクランク軸の捻れが大きくなり、上記不都合が生じる。また、本願発明者によって、クランク軸の捻れによる振動成分は内燃機関の燃焼直後に発生しやすいことが確認されている。

そこで、請求項５に記載の発明では、内燃機関の高負荷時、高回転時又は機関回転数の変動時の少なくとも何れに該当する場合に、前記リニアリティ検出手段による第１の回転センサのリニアリティ検出を禁止する。

また、請求項６に記載の発明では、内燃機関の燃焼直後における所定回転角度区間で、前記リニアリティ検出手段による第１の回転センサのリニアリティ検出を禁止する。請求項５，６によれば、リニアリティの誤検出が抑制できる。

特に、第１の回転センサと第２の回転センサとを、クランク軸に離間して設置した構成（請求項７）では、それら両センサのうち一方のセンサ出力にのみ、前記クランク軸の捻れによる振動成分が重畳することがある。又はセンサ出力に重畳する振動成分に差が出ることもある。故に、請求項５や請求項６のように、リニアリティ検出の禁止条件を定めておくのが望ましい。

一方、請求項８に記載の発明では、回転センサ（リニア回転角センサ）は、車両用動力源の回転軸の回転位置をリニアに検出し、予め定めた規定範囲内でセンサ出力が変化する構成としている。そして、前記規定範囲の最大値又は最小値と、それに対応する回転センサの最大出力又は最小出力との差分を算出し、該差分に基づいて回転センサの異常を検出する。つまり、回転センサに異常が生じると、回転センサの最大出力又は最小出力が規定範囲を越えることが考えられる。故に、本構成により、回転センサの異常が好適に検出できる。

請求項９に記載の発明では、前記規定範囲の最大値又は最小値と、それに対応する前記回転センサの最大出力又は最小出力との差分に基づいて、回転センサの出力が前記規定範囲内に入るよう当該センサ出力を補正する。この場合、例えば最大出力側又は最小出力側のずれ量によりセンサ出力のオフセット補正を実施する。本構成によれば、仮に回転センサの最大出力又は最小出力が規定範囲を越えていても、それを規定範囲内に収めて各種制御等に用いることができる。

また、請求項１０に記載の発明では、回転センサ（リニア回転角センサ）の最大出力と最小出力との差分を算出し、その差分値に基づいて回転センサの異常を検出する。つまり、回転センサに異常が生じると、回転センサの最大出力と最小出力との差分が過大又は過小となることが考えられる。故に、本構成により、回転センサの異常が好適に検出できる。例えば、回転センサの最大出力と最小出力との差分のばらつきに応じて回転センサの異常を検出すると良い。

請求項１１に記載の発明では、回転センサの最大出力と最小出力との差分に基づいて、回転センサの出力が前記規定範囲内に入るよう当該センサ出力を補正する。この場合、例えば実際のセンサ出力範囲（最小出力〜最大出力）と規定範囲とが一致するようゲイン補正を実施する。

請求項１２に記載の発明では、車両用動力源の回転軸の所定の回転角度毎に回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて回転センサのリニアリティを検出する。また、前記検出した回転センサのリニアリティが正常範囲にある場合に、回転センサの最大出力や最小出力の検出を有効とする。つまり、回転センサのリニアリティが正常範囲になければ、当該回転センサが故障している可能性が高い。故に、回転センサのリニアリティが正常範囲にある場合に限って回転センサの最大出力や最小出力を有効とし、センサ異常検出等を許可すると良い。これにより、センサ異常検出等の精度を高めることができる。

回転センサの出力をＡＤ変換器等により所定の時間周期で読み取る構成では、回転軸が高回転状態になると、回転センサの最大出力や最小出力を正確に読み取ることができず、それら最大出力や最小出力が不正確になると、センサ異常検出等の精度が低下する。それ故、請求項１３に記載したように、回転軸の回転が所定の低回転域にあることを条件に、回転センサの最大出力や最小出力の読み取り値に基づく各処理の実施を許可すると良い。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である火花点火式の４サイクル多気筒エンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成を説明する。

図１において、エンジン１０の吸気ポートと排気ポートとにはそれぞれ吸気管１１と排気管１２とが接続されている。吸気管１１には、図示しないアクセルペダルに連動するスロットル弁１３が設けられると共に、吸入空気の量を検出するためのエアフローメータ１４が配設されている。スロットル弁１３の開度はスロットルセンサ１５により検出され、同センサ１５によればスロットル全閉の状態も併せて検出される。

シリンダブロック１６には気筒を構成するシリンダ１７が形成されており、このシリンダ１７内には図の上下方向に往復動するピストン１８が配設されている。ピストン１８はコンロッド１９を介して図示しないクランク軸に連結されている。ピストン１８の上方には、シリンダブロック１６とシリンダヘッド２３により区画形成された燃焼室２０が設けられ、燃焼室２０は吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を介して吸気管１１及び排気管１２に連通している。シリンダブロック１６には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ２５が配設されている。

排気管１２には２つの触媒コンバータ３１，３２が配設されており、これら触媒コンバータ３１，３２は、排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘといった三成分を浄化するための三元触媒からなる。上流側の触媒コンバータ３１は、下流側の触媒コンバータ３２に比べてその容量が小さく、エンジン始動直後の暖機が比較的早い、いわゆるスタートキャタリストとしての役割を持つ。なお、上流側の触媒コンバータ３１は、エンジン排気ポート端面から約３００ｍｍ程度の位置に設けられる。

触媒コンバータ３２の上流側には、限界電流式空燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ３３が設けられ、同Ａ／Ｆセンサ３３は排ガス中の酸素濃度（或いは、未燃ガス中の一酸化炭素の濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する。また、同触媒コンバータ３２の下流側には、理論空燃比（ストイキ）を境にしてリッチ側とリーン側とで異なる電圧信号を出力するＯ2センサ３４が設けられている。

電磁駆動式のインジェクタ３５には図示しない燃料供給系から高圧燃料が供給され、インジェクタ３５は通電に伴いエンジン吸気ポートに燃料を噴射供給する。本実施の形態では、吸気マニホールドの各分岐管毎に１つずつインジェクタ３５を有するマルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）システムが採用されている。シリンダヘッド２３に配設された点火プラグ３６は、図示しないイグナイタから供給される点火用高電圧により発火する。

この場合、吸気管上流から供給される新気とインジェクタ３５による噴射燃料とがエンジン吸気ポートにて混合され、その混合気が吸気バルブ２１の開弁動作に伴い燃焼室２０内に流入する。燃焼室２０内に流入した燃料は、点火プラグ３６による点火火花にて着火され、燃焼に供される。

吸気バルブ２１を所定のタイミングで開閉させるための吸気側カム軸４１と、排気バルブ２２を所定のタイミングで開閉させるための排気側カム軸４２とは、図示しないタイミングベルト等を介してクランク軸に駆動連結されている。吸気側カム軸４１には油圧駆動式の吸気側可変バルブタイミング機構４３が設けられ、排気側カム軸４２には同じく油圧駆動式の排気側可変バルブタイミング機構４４が設けられている。吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構４３，４４はそれぞれ、吸気側及び排気側のカム軸４１，４２とクランク軸との間の相対的な回転位相を調整するための位相調整式可変バルブタイミング機構として設けられ、その動作は図示しないソレノイドバルブによる油圧制御に従い調整される。すなわち、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構４３，４４の制御量に応じて、吸気側及び排気側のカム軸４１，４２がクランク軸に対して遅角側或いは進角側に回動し、その動作に合わせて吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉時期が遅角側或いは進角側に移行する。

図示しないクランク軸には、該クランク軸の回転位置を検出するための２つの回転角センサ４５，４６が設けられている。このうち、回転角センサ４５は、クランク軸の回転位置をリニアに検出するリニア回転角センサとして構成されており、具体的には、回転角度位置を電気量に変換して出力するレゾルバ等の回転検出部と、該レゾルバの出力をリニア信号に変換する変換部とにより構成されている。この場合、レゾルバの出力を変換器等にて変換することで、図２の（ａ）に示すセンサ出力が得られる。リニア回転角センサ４５は、クランク軸が１回転する度にセンサ出力がリセットされる構成となっており、本実施の形態ではクランク軸が３６０°ＣＡ回転する間に０〜４Ｖの範囲内でセンサ出力が変化する。

これに対し、回転角センサ４６は、電磁ピックアップ式の回転角センサとして構成されており、図２の（ｂ）に示すように、所定クランク角度毎（例えば３０°ＣＡ毎）に矩形状のパルス信号を出力する。なお、回転角センサ４６のパルス信号は、比較的狭い角度間隔（例えば１０°ＣＡ）であっても良く、パルス信号の途中に欠歯部を有していても良い。本実施の形態では、回転角センサ４５が「第１の回転センサ」に相当し、回転角センサ４６が「第２の回転センサ」に相当する。以下、回転角センサ４５をリニア回転角センサ、回転角センサ４６を磁気回転角センサとも言う。

前記２つの回転角センサ４５，４６は、クランク軸において各気筒のコネクティングロッドに連結される中央連結部分を挟んで両側に各々設けられており、一方にリニア回転角センサ４５が、他方に磁気回転角センサ４６が設けられている。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、バックアップＲＡＭ５４等からなるマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ５０は、前記した各種センサの検出信号を入力し、該検出信号に基づいて吸入空気量、スロットル開度、エンジン水温、触媒上流側及び下流側の空燃比（Ａ／Ｆ）、エンジン回転数などのエンジン運転状態を検知する。ＥＣＵ５０は、上記の如く検出した各種のエンジン運転状態に基づいてインジェクタ３５による燃料噴射の制御、点火プラグ３６による点火時期の制御、可変バルブタイミング機構４３，４４による吸排気バルブ２１，２２の開閉時期の制御等を実施する。

ところで、リニア回転角センサ４５では、図３に破線で示すようにセンサ出力のリニアリティがずれる場合があり、それが原因で実際の回転角度位置とリニア回転角センサ４５の検出角度位置とにずれが生じることが考えられる。具体的には、上記のとおりリニア回転角センサ４５が０〜４Ｖの規定範囲で３６０°ＣＡを検出する場合、１°ＣＡの出力は４／３６０＝１１ｍＶ／°ＣＡとなる。このセンサで、仮に１００ｍＶセンサ出力がずれた場合、１００／１１≒９°ＣＡずれることになる。こうして検出回転位置にずれが生じると、エンジン１０の制御性能に支障が及ぶおそれがある。

そこで本実施の形態では、前記２つの回転角センサ４５，４６の検出信号を用いてリニア回転角センサ４５のリニアリティを算出し、更にその算出結果からリニア回転角センサ４５の異常検出を実施する。その異常検出手法を図４を用いて説明する。図４に示すように、磁気回転角センサ４６の出力が図の丸数字１の如く変化し、リニア回転角センサ４５の出力が図の丸数字２の如く変化する場合を想定する（一点鎖線は理想出力を示す）。このとき、磁気回転角センサ４６のエッジタイミングｔ１で計測されたリニア回転角センサ４５の出力がＬＣＡ#o、その時の前回値との差がΔＬＣＡ#oであり、次のエッジタイミングｔ２で計測されたリニア回転角センサ４５の出力がＬＣＡ#n、その時の前回値との差がΔＬＣＡ#nである場合、ΔＬＣＡ#n，ΔＬＣＡ#oを比較すれば、センサリニアリティが検出できる。正常なリニアリティを持つ理想出力であれば、ΔＬＣＡ#n，ΔＬＣＡ#oの差は０であり、その差からセンサ異常検出が可能となる。

図５は、リニア回転角センサ４５の異常検出処理を示すフローチャートである。本処理は、磁気回転角センサ４６の出力のエッジタイミング毎（本実施の形態では３０°ＣＡ毎）の割込みにてＥＣＵ５０内のＣＰＵ５１により実施される。

先ずステップＳ１０１では、リニア回転角センサ４５のリニアリティ検出条件を判定する。この判定処理では、エンジン運転状態等に応じてリニアリティ検出を許可するか又は禁止するかを判定する。但しその詳細については後述する。ステップＳ１０２では、今現在、リニアリティ検出が許可されているか否かを判別する。そして、検出許可の場合に後続のステップに進み、検出禁止の場合にはそのまま本処理を終了する。

ステップＳ１０３では、リニア回転角センサ４５の出力のＡ／Ｄ値をＬＣＡ#nとして読み込み、続くステップＳ１０４では、センサ出力の今回値ＬＣＡ#nと前回値ＬＣＡ#oとの差から出力変化量ΔＬＣＡ#nを算出する（ΔＬＣＡ#n＝ＬＣＡ#n−ＬＣＡ#o）。その後、ステップＳ１０５では、出力変化量ΔＬＣＡの今回値と前回値との差（ΔＬＣＡ#n−ΔＬＣＡ#o）の絶対値が所定の判定値ＫＬよりも大きいか否かを判別する。｜ΔＬＣＡ#n−ΔＬＣＡ#o｜≦ＫＬであれば、リニア回転角センサ４５のリニアリティのずれは無い又は許容範囲内であると判断し、ステップＳ１０７に進んでリニア回転角センサ４５が正常であると判定する。

また、｜ΔＬＣＡ#n−ΔＬＣＡ#o｜＞ＫＬであれば、ステップＳ１０６に進み、磁気回転角センサ４６が正常であるかを判別する。そして、磁気回転角センサ４６が正常でないならば、リニア回転角センサ４５が正常であると判定する（ステップＳ１０７）。つまり、｜ΔＬＣＡ#n−ΔＬＣＡ#o｜＞ＫＬであれば、リニア回転角センサ４５のリニアリティがずれていると判断できるが、かかる場合、磁気回転角センサ４６の故障が原因である可能もある。故に、磁気回転角センサ４６が正常でない場合には、今回のリニアリティずれが、リニア回転角センサ４５の異常でなく磁気回転角センサ４６の異常によるものだと判断する。なお、磁気回転角センサ４６の異常検出手法は既に様々提案されており、何れも手法を採用しても良いが、例えば、毎回のエッジ間隔を計測し、そのエッジ間隔が極端に変化した場合にセンサ異常の旨を判定する。

｜ΔＬＣＡ#n−ΔＬＣＡ#o｜＞ＫＬであり、且つ磁気回転角センサ４６が正常である場合、ステップＳ１０８に進み、リニア回転角センサ４５が異常であると判定する。

最後に、ステップＳ１０９では、センサ出力の今回値ＬＣＡ#nを前回値ＬＣＡ#oに、出力変化量の今回値ΔＬＣＡ#nを前回値ΔＬＣＡ#oとする。

次に、リニアリティ検出条件の判定処理について説明する。要するに、エンジン１０では、各気筒で発生する燃焼力によりクランク軸に捻れ（歪み）が生じ、そのクランク軸の捻れによってリニア回転センサ４５の出力に振動成分が重畳する。これにより、リニア回転センサ４５の正確なリニアリティ検出が困難となる。また、本実施の形態では、クランク軸において２つの回転角センサ４５，４６を離間させて設置しているため、２つの回転角センサ４５，４６で一方のセンサ出力にのみ、クランク軸の捻れによる振動成分が重畳することがある。これは、クランク軸の一端にはフライホイールが連結されており、そのフライホイールとの位置関係によって捻れ具合が相違することにも起因する。

図７は、４気筒エンジンにおける高回転・高負荷状態（２０００ｒｐｍ、ＷＯＴ）でのセンサ出力の計測結果を示しており、（ａ）はセンサ出力そのものの波形を、（ｂ）はそのセンサ出力に含まれる低周波成分の波形を、（ｃ）は同センサ出力に含まれる高周波成分の波形を、それぞれ示す。また、右図は、クランク軸においてフライホイール側に設けた回転角センサ（ここではリアセンサと言う）の出力を、左図は、フライホイールと逆側に設けた回転角センサ（ここではフロントセンサと言う）の出力を示している。

図７によれば、フロントセンサとリアセンサとを比較すると、フロントセンサでは、特定気筒（図では＃１，＃２）で高周波振動が大きくなることが確認できる。この場合、高周波振動によってフロントセンサとリアセンサとの出力が不一致となり、相対角度がずれる。故に、これら両センサの出力によりリニアリティ検出を行おうとすると、その検出精度が悪化する可能性がある。また、図７では、センサ出力に含まれる高周波振動（クランク軸の捻れによる振動成分）は、各気筒での燃焼直後に発生することが確認できる。

本願発明者によれば、高負荷であるほど、又は高回転であるほど、上記のとおりクランク軸の捻れにより振動成分が生じその振動成分がセンサ出力に重畳する問題が生じやすいことが確認されている。このとき、フロントセンサとリアセンサとの出力の差も大きくなる。また、始動時、加速時、減速時のようなエンジン回転数の変動時にも、同様の問題が生じやすいことが確認されている。

図６は、前記図５のステップＳ１０１で実行されるリニアリティ検出条件の判定処理を示すフローチャートである。

図６において、ステップＳ２０１では、今現在、高負荷状態であるか否かを判別し、ステップＳ２０２では、今現在、高回転状態であるか否かを判別する。また、ステップＳ２０３では、エンジン回転数の変化量が所定量よりも大きいか否かを判別する。ステップＳ２０１〜Ｓ２０３が何れもＮＯの場合、ステップＳ２０５に進み、リニアリティ検出を許可する。

また、高負荷又は高回転状態であれば、ステップＳ２０４に進み、今現在、燃焼直後の所定クランク角期間（例えば、圧縮ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ９０°ＣＡの期間）であるか否かを判別する。このとき、エンジン回転数が高いほど、リニアリティ検出禁止のクランク角期間を長くしても良い。そして、ステップＳ２０４がＹＥＳの場合、ステップＳ２０６に進む。前記ステップＳ２０３がＹＥＳの場合にも、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、リニアリティ検出を禁止する。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

磁気回転角センサ４６のパルスエッジ毎にリニア回転角センサ４５の出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいてリニア回転角センサ４５のリニアリティ検出を実施するようにしたため、リニアリティのずれにより実際の回転角度位置とリニア回転角センサ４５による検出角度位置とがずれることが把握できる。従って、リニアリティが悪化したセンサ出力をそのまま用いてしまい、結果としてエンジン制御精度が低下すること等の問題が回避できるようになる。

また、リニア回転角センサ４５のリニアリティ検出結果によれば、リニア回転角センサ４５の異常が好適に検出できる。

リニア回転角センサ４５のリニアリティ検出を、エンジン１０の燃焼周期（４気筒の場合は１８０°ＣＡ）よりも短い周期で実施するようにしたため、燃料噴射制御や点火制御の基準となる回転角度位置を必要精度で求めることができる。これにより、燃料噴射制御や点火制御の精度向上が可能となる。

エンジン１０が高負荷、高回転又は回転変動状態でない場合にリニア回転角センサ４５のリニアリティ検出を許可するようにしたため、クランク軸の捻れによってリニアリティが誤検出されるといった不都合が回避できる。但し、高負荷又は高回転状態であっても、リニアリティ検出の障害となる高周波振動成分が発生しやすい燃焼直後所定期間を除いてリニアリティ検出を許可するようにしたため、リニアリティ検出の機会を極力増やすことができる。

なお、リニアリティ検出条件の判定処理（図６の処理）において、高負荷時又は高回転時には、常にリニアリティ検出を禁止しても良い（すなわち、図６のステップＳ２０１又はＳ２０２がＹＥＳの場合、ステップＳ２０４を実施せずそのままステップＳ２０６に進む）。また、負荷状態や回転状態に関係なく、燃焼直後の所定クランク角期間では、常にリニアリティ検出を禁止しても良い。

（第２の実施の形態）
リニア回転角センサ４５では、センサ出力のリニアリティ（直線性）がずれる異常の他に、センサ出力が規定範囲（本実施の形態では０〜４Ｖ）から外れる異常がある。すなわち、図８に示すように、リニア回転角センサ４５の最大出力側、最小出力側でオフセットが生じることが考えられる。本実施の形態では、センサ出力の規定範囲よりも広めにＡＤ変換の可能範囲を設定しておき（例えば、０〜５Ｖ）、規定範囲外となるセンサ出力を検出して異常検出やセンサ出力補正を実施する。

図９は、ＥＣＵ５０により実行されるリニア回転角センサ４５のセンサ出力補正及び異常検出の手順を示すフローチャートである。

図９において、先ずステップＳ３０１では、リニア回転角センサ４５のリニアリティが正常であるか否かを判別する。リニアリティ検出手段は、前記第１の実施の形態で説明したとおりである。また、ステップＳ３０２では、エンジン回転数が所定のしきい値Ｋｎｅ未満であるか否かを判別する。例えば、Ｋｎｅ＝１５００ｒｐｍである。

ステップＳ３０１，Ｓ３０２の何れかがＮＯの場合、そのまま本処理を終了する。また、ステップＳ３０１，Ｓ３０２が共にＹＥＳの場合、ステップＳ３０３に進み、３６０°ＣＡ間のセンサ出力の最大値ＬＩＮ#maxと最小値ＬＩＮ#minとを読み込む。

その後、ステップＳ３０４では、センサ出力の最大値ＬＩＮ#maxが所定のしきい値Ｋｍａｘ未満であるか否かを判別し、続くステップＳ３０５では、センサ出力の最小値ＬＩＮ#minが所定のしきい値Ｋｍｉｎよりも大きいか否かを判別する。この場合、最大出力側のしきい値ＫｍａｘはＡＤ可能範囲の最大値（５Ｖ）、最小出力側のしきい値ＫｍｉｎはＡＤ可能範囲の最小値（０Ｖ）であれば良い。

ＬＩＮ#max＜Ｋｍａｘで且つ、ＬＩＮ#min＞Ｋｍｉｎの場合、ステップＳ３０６に進み、次式を用いその都度のセンサ出力ＬＩＮ、最大値ＬＩＮ#max、最小値ＬＩＮ#minから回転角度ＤＥＧの算出を実施する。
ＤＥＧ＝３６０＊（ＬＩＮ−ＬＩＮ#min）／（ＬＩＮ#max−ＬＩＮ#min）
また、ＬＩＮ#max≧Ｋｍａｘ、又はＬＩＮ#min≦Ｋｍｉｎの場合、ステップＳ３０７に進み、リニア回転角センサ４５が異常であると判定する。つまり、ＬＩＮ#max≧Ｋｍａｘ、又はＬＩＮ#min≦Ｋｍｉｎの場合には、センサ出力がＡＤ可能範囲を超えてずれており、かかる場合には正確なオフセット補正が不可能であるため、センサ異常を判定する。

図９の処理では、エンジン回転数が所定回転数（１５００ｒｐｍ）以上の場合に、センサ出力補正や異常検出を実施しない構成としたが、これは以下の理由による。すなわち、リニア回転角センサ４５の出力は所定の時間周期ではＡＤ変換されるため、エンジン回転数が高くなると、最大出力や最小出力（ＬＩＮ#max，ＬＩＮ#min）を正確に求められない場合が生じる。最大出力や最小出力が不正確になると、センサ出力補正や異常検出の精度が落ち、エンジン１０が不調になる可能性がある。これを防止するため、所定回転数以上では、センサ出力補正や異常検出を実施しないようにしている。

図９の処理では、リニア回転角センサ４５の出力が増加側にずれることを想定し、出力ずれを規定範囲の最大値側で検出したが、規定範囲の最小値側でもセンサ出力のずれを検出しても良い。この場合、ＡＤ可能範囲が０〜５Ｖであれば、センサ出力範囲を例えば１〜４Ｖとする。

また、最大出力側又は最小出力側のオフセット量に基づいて、センサ出力が規定範囲（０〜４Ｖ）に入るよう当該センサ出力を補正するようにしても良い。

以上第２の実施の形態によれば、リニア回転角センサ４５の最大出力と最小出力とから当該センサの異常が好適に検出できる。この場合、リニア回転角センサ４５のリニアリティが正常範囲にあることと、エンジン回転数が所定の低回転域にあることを条件に、リニア回転角センサ４５の最大出力及び最小出力の読み込み等の実施を許可するようにしたため、異常検出の精度が維持できる。

本第２の実施の形態については、リニア回転角センサ４５以外の回転センサ（磁気回転角センサ４６）は必須ではなく、回転センサとしてリニア回転角センサ４５だけを用いてもセンサ異常の検出が可能となる。この場合、リニアリティ検出の処理を省いても良い。

センサ出力の最大出力側、最小出力側のオフセット量ではなく、最小出力と最小出力との差分（ＬＩＮ#max−ＬＩＮ#min）に基づいてセンサ異常検出を実施する構成としても良い。例えば、リニア回転角センサ４５の最大出力と最小出力との差分のバラツキを算出し、そのバラツキが所定範囲を越えた場合、リニア回転角センサ４５が異常であると判定する。本構成であっても、リニア回転角センサ４５の異常が好適に検出できる。また、最小出力と最小出力との差分（ＬＩＮ#max−ＬＩＮ#min）に基づいて、センサ出力が規定範囲（０〜４Ｖ）に入るよう当該センサ出力を補正するようにしても良い。この場合、実際のセンサ出力範囲（ＬＩＮ#max−ＬＩＮ#min）と規定範囲とが一致するようゲイン補正を実施する。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、クランク軸の回転を検出するためにリニア回転角センサ４５と磁気回転角センサ４６とを設け、両センサの出力を基にリニア回転角センサ４５のリニアリティ検出や異常検出等を実施したが、２つのリニア回転角センサを設ける構成であっても良い。この場合、一方のリニア回転角センサより検出した所定回転角度区間において他方のリニア回転角センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいてリニアリティ検出を実施する。

上記実施の形態では、クランク軸の回転を検出するために２つの回転角センサ４５，４６を設けたが、それら両センサを一体構造としても良い。

２つの回転角センサの一方をクランク軸に設け、他方を、クランク軸に同期して回転する別の回転軸に設ける構成としても良い。別の回転軸としては、カム軸、オルタネータの回転軸、ディーゼルエンジンの高圧燃料ポンプの回転軸等が考えられる。

上記実施の形態では、エンジン１０のクランク軸を対象に、回転センサ（リニア回転角センサ）による回転位置の検出を実施する構成としたが、電気自動車やバイブリッド車の電気モータの回転軸を対象に、回転センサ（リニア回転角センサ）による回転位置の検出を実施する構成としても良い。かかる場合にも、前記同様に、リニア回転角センサのリニアリティ検出や異常検出等が好適に実施できる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 リニア回転角センサと磁気回転角センサの各々の出力波形を示す波形図である。 リニア回転角センサの出力波形を示す波形図である。 リニアリティ検出の手順を説明するための図である。 リニア回転角センサの異常検出処理を示すフローチャートである。 リニアリティ検出条件の判定処理を示すフローチャートである。 フロントセンサとリアセンサによる回転速度の検出結果を示す波形図である。 リニア回転角センサの出力波形を示す波形図である。 リニア回転角センサの異常検出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、４５…リニア回転角センサ、４６…磁気回転角センサ、５０…ＥＣＵ。

Claims (13)

1. 車両用動力源の回転軸の回転位置をリニアに検出する第１の回転センサと、
   前記回転軸の回転を検出する、前記第１の回転センサとは別の第２の回転センサと、
   前記第２の回転センサより検出した所定回転角度区間における前記第１の回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて第１の回転センサのリニアリティを検出するリニアリティ検出手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用動力源の制御装置。
2. 前記第２の回転センサは、前記回転軸の回転に伴い所定回転角度毎に回転角信号を出力するセンサであり、
   前記リニアリティ検出手段は、前記第２の回転センサの回転角信号に基づく所定の等回転角度毎に前記第１の回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて第１の回転センサのリニアリティを検出する請求項１に記載の車両用動力源の制御装置。
3. 前記リニアリティ検出手段にて算出した前記第１の回転センサの出力変化量に基づいて当該第１の回転センサの異常を検出する異常検出手段を更に備えた請求項１又は２に記載の車両用動力源の制御装置。
4. 前記第１の回転センサと前記第２の回転センサとは前記車両用動力源としての内燃機関のクランク軸の回転を検出するものであり、
   前記リニアリティ検出手段は、内燃機関の燃焼周期よりも短い回転角度毎に前記第１の回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて第１の回転センサのリニアリティを検出する請求項１乃至３の何れかに記載の車両用動力源の制御装置。
5. 前記車両用動力源としての内燃機関のクランク軸に前記第１の回転センサと前記第２の回転センサとを設置した構成において、
   前記内燃機関の高負荷時、高回転時又は機関回転数の変動時の少なくとも何れに該当する場合に前記リニアリティ検出手段による第１の回転センサのリニアリティ検出を禁止する請求項１乃至４の何れかに記載の車両用動力源の制御装置。
6. 前記車両用動力源としての内燃機関のクランク軸に前記第１の回転センサと前記第２の回転センサとを設置した構成において、
   前記内燃機関の燃焼直後における所定回転角度区間で前記リニアリティ検出手段による第１の回転センサのリニアリティ検出を禁止する請求項１乃至４の何れかに記載の車両用動力源の制御装置。
7. 前記第１の回転センサと前記第２の回転センサとを、前記クランク軸に離間して設置した請求項５又は６に記載の車両用動力源の制御装置。
8. 車両用動力源の回転軸の回転位置をリニアに検出する回転センサを備え、予め定めた規定範囲内で前記回転センサの出力を変化させるように構成した車両用動力源の制御装置において、
   前記規定範囲の最大値又は最小値と、それに対応する前記回転センサの最大出力又は最小出力との差分を算出し、該差分に基づいて回転センサの異常を検出することを特徴とする車両用動力源の制御装置。
9. 前記規定範囲の最大値又は最小値と、それに対応する前記回転センサの最大出力又は最小出力との差分に基づいて、前記回転センサの出力が前記規定範囲内に入るよう当該センサ出力を補正する請求項８に記載の車両用動力源の制御装置。
10. 車両用動力源の回転軸の回転位置をリニアに検出する回転センサを備え、予め定めた規定範囲内で前記回転センサの出力を変化させるように構成した車両用動力源の制御装置において、
    前記回転センサの最大出力と最小出力との差分を算出し、その差分値に基づいて回転センサの異常を検出することを特徴とする車両用動力源の制御装置。
11. 前記回転センサの最大出力と最小出力との差分に基づいて、前記回転センサの出力が前記規定範囲内に入るよう当該センサ出力を補正する請求項１０に記載の車両用動力源の制御装置。
12. 前記回転軸の所定の回転角度毎に前記回転センサの出力変化量を算出し、該出力変化量に基づいて回転センサのリニアリティを検出する構成を備え、
    前記検出した回転センサのリニアリティが正常範囲にある場合に、前記回転センサの最大出力や最小出力の検出を有効とする請求項８乃至１１の何れかに記載の車両用動力源の制御装置。
13. 前記回転センサの出力を所定の時間周期で読み取る構成において、前記回転軸の回転が所定の低回転域にあることを条件に、前記回転センサの最大出力や最小出力の読み取り値に基づく各処理の実施を許可する請求項８乃至１２の何れかに記載の車両用動力源の制御装置。

Images