JP2008261883A - 車両および診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気ロータの異常を検出することが可能な磁気式回転検出装置と、これを用いた車両制御装置を提供する。
【解決手段】 磁気ロータ１０の回転に伴い、磁気ロータ１０の外周に配置された磁石１１が移動することによって生ずるピックアップ１５周囲の磁束変化をピックアップ１５で検出し、その出力変動が磁気ロータ１０の回転に対して定期的に発生する場合に、磁石１１の配列ピッチ異常等の磁気ロータ１０の異常状態と判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車輪に回転検知手段を備えた車両および回転検知手段の診断装置に関する。

車両において車輪の回転速度を検出する装置として、磁気式回転センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の磁気式回転センサは、回転速度の検出対象である対象物と同期して回転するロータの外周部に等間隔で磁石が配置されており、検出器であるピックアップは、ホール素子等からなり、ロータの外側にこのロータに対峙して配置されている。そして、ロータが回転する際には、外周に配置された磁石によってピックアップ周囲の磁束が変化する。ピックアップは、この磁束変化を検出して出力する。したがって、ピックアップ出力から、磁束変化を引き起こす磁石の移動、つまり、ロータの回転を検出することができる。
特開平３−５９４１６号公報（第３、４頁、第１図）

この種の磁気式回転センサは、上述したように、ロータの外周部に配置された磁石により形成される磁束が、ロータの回転に伴い、移動することを利用している。したがって、ロータの磁石の配置ピッチが不均一であったり、ロータ自体の真円性に問題があったり、偏心しているような場合には、それに伴う磁束変化が生じるため、ロータの回転を正確に検出することができないという問題がある。

そこで本発明は、こうした回転検出装置を用いた車両において、異常が診断された場合でもそれによる誤制御を効果的に防止することが可能な車両と、そうした異常を診断する診断装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明に係る車両は、複数の車輪のそれぞれに回転検知手段を備え、回転検知手段のそれぞれについて見かけの回転速度変動の周期的な発生に基づいてその異常を診断し、異常と診断した回転検知手段を除く他の回転検知手段の検知結果に基づいて制御を行う。あるいは、回転検知手段のいずれかにおいて見かけの回転速度変動の周期的な発生が所定時間以上続いた場合には、当該周期的な変動が発生していない他の回転検知手段も含めて、複数の回転検知手段の検知結果に基づいた制御を禁止する。

検出装置で回転速度の変動が検出される理由としては、対象物の回転自体が変動している場合（実際に回転速度が変動している場合）と、対象物および回転検知手段の回転自体には変動がないが、例えば、回転検知手段として磁気ロータを用いている場合、磁気ロータにおける磁石・磁性体の配列ピッチや磁気ロータの真円性、偏心等に異常がある場合（見かけ上の回転速度変動がある場合）がある（これらを総称して以下ピッチ異常と称する）。検出装置自体が正常な場合、つまり、変動理由が対象物の回転自体が変動する場合には、通常、その変動は不定期なものとなる。一方、検出装置自体に異常がある場合に起こる見かけ上の回転変動は、磁気ロータの回転に同期した変動となると考えられる。したがって、このような磁気ロータの回転に同期した定期的な回転変動が発生している場合には、対象物の回転変動ではなく、見かけ上だけの回転変動であり、検出装置自体の異常であると推定できる。

この見かけの回転変動が定期的に発生している場合とは、回転検知手段が１回転を検知すべき時間に相当する時間ごとに見かけの回転変動が発生している場合であることが好ましい。このような場合には、見かけの回転変動と回転検知手段の検知対象の回転とが同期する。

ここで、回転検知手段が１回転を検知すべき時間に相当する期間内に、回転検知手段の見かけの回転速度変動が所定のしきい値以下の状態からこの所定のしきい値を超える状態が少なくとも１回以上発生する場合に、回転検知手段が１回転を検知すべき時間に相当する時間ごとにこの変動が発生している場合であると判定するとよい。なお、ここでいう回転検知手段の見かけの回転速度変動とは、回転検知手段の見かけの回転速度の微分値であるとよい。このように、見かけの回転速度変動（見かけの回転速度の微分値、つまり、見かけの回転加速度）がしきい値以下の状態からしきい値以上へと急変する場合は、ピッチ異常の可能性が高い。

回転検知手段が１回転を検知すべき時間に相当する期間は、車輪径と、推定された車体速度から演算されるとよい。これにより、回転検知手段が１回転を検知すべき時間を容易かつ精度良く算出できる。

回転検知手段の異常が検出された場合、それによって測定した車輪速度は信頼性が低いと考えられる。このように信頼性が低いと考えられる検出結果を用いて、車両制御を行うと、判定や制御の信頼性を維持できない可能性があることから、このような場合には、判定の前提から除外したり、検知結果を用いた制御を行わないことにより、誤判定、誤制御を防止する。
また、検出した回転速度が所定値以下の場合には、検知精度が低下するので、異常診断を行わないようにするとよい。

本発明によれば、ピックアップの出力を監視して、回転変動が定期的、１回転ごとに起こっている場合に、磁気ロータのピッチ異常と判定することにより、磁気ロータのピッチ異常を確実に判定でき、回転検出時の誤検出発生と、検出した回転数、速度等を基にした各種の判定における誤判定や車両制御における誤制御を抑制する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る車両に用いられる回転検知手段である磁気式回転検出装置の概略図である。ここでは、磁気ロータ１０についてはその一部のみを描いている。磁気ロータ１０は円盤状であって、その外周に等間隔で磁石１１が突出して配置されている。各磁石１１の間には間隙１２が形成される。ピックアップ（検出体）１５は、この磁気ロータ１０の外周に近接し、その回転運動に対して静止する位置に固定されている。このピックアップ１５としては、周囲の磁束変化に応じて出力が変化する各種のセンサを用いることができ、例えば、電磁誘導現象を用いたセンサ、ホール効果を用いたセンサ、磁気抵抗効果を用いたセンサ等を好適に利用できる。このピックアップ１５の出力は異常判定部１７を経由して出力される。異常判定部１７は、ＣＰＵ、メモリ等からなり、ピックアップ１５の出力の正当性を検証し、異常がある場合には、出力を停止、あるいは、異常を表す信号を付加して出力を行うものである。この異常判定部１７が本発明に係る診断装置に該当する。

図２は、この磁気式回転検出装置を車輪速センサとして用いた本発明に係る車両の車両挙動制御装置の構成を示すブロック図である。ここでは、簡略化のため、４つある車輪のうち１輪のみを示している。

車輪２０の回転軸にはブレーキディスク２１が取り付けられており、同様に磁気ロータ１０が配置される。ピックアップ１５は、車輪２０の回転軸と連結していない車体本体に配置されている。ブレーキディスク２１には、これを挟み込んで制動力を付与するブレーキキャリバ２２が配置されており、このブレーキキャリバ２２を油圧で作動させるホイルシリンダ５１が取り付けられている。

各輪のホイルシリンダ５１は、油圧を制御するアクチュエータ５０に接続されており、アクチュエータ５０は、マスタシリンダ５２を経由してブレーキペダル５３に接続されている。

車両制御ＥＣＵ３は、ＣＰＵ、メモリ等からなり、ハード的あるいはソフト的に車両の制御を行うプログラムを格納している。車両制御ＥＣＵ３内には、車輪速判定手段１６が設けられ、ピックアップ１５の出力を基にして各車輪の車輪速判定を行う車輪速判定部１８と、前述の異常判定部１７とを有している。車両制御ＥＣＵ３にはさらに、車輪速判定手段１６が判定した車輪速を基にして車両が走行している路面の状態を判定する悪路判定部３２と、車両の移動速度、車速を判定する車速判定部３３と、各検出結果を基にしてアクチュエータ５０を制御することにより、各輪に付与する制動力を制御するブレーキ制御部３１とを備えている。ブレーキ制御部３１には警報ランプ４が接続されている。ここでは、車両制御ＥＣＵ３内の車輪速判定手段１６に前述の異常判定部１７を内蔵している場合を説明したが、異常判定部１７あるいは車輪速判定手段１６全体を車両制御ＥＣＵ３とは独立して設けてもよい。

次に、この車両挙動制御装置の動作を、車輪速センサ、つまり本発明に係る磁気式回転検出装置の動作とあわせて説明する。図３は車輪速センサである磁気式回転検出装置の動作を示すフローチャートであり、図４は、車輪速センサの検出結果を受けた車両挙動制御装置の動作を示すフローチャートである。これらの処理は、車両のイグニッションキーがＯＮにされてから、車両制御ＥＣＵ３により所定のタイミングで定期的に実行される。

まず、磁気式回転検出装置の動作から説明する。まず、車輪速判定手段１６が検出体であるピックアップ１５の出力を読み込む（ステップＳ１）。磁気ロータ１０は、車輪２０と同軸で固定されているため、車輪２０の回転に同期して回転する。この回転に伴い、ピックアップ１５位置を磁石１１と間隙１２が交互に通過することで、周期的に周囲の磁束が変化する。この磁束変化に応じてピックアップ１５の出力は変化する。次に、異常判定部１７は、この出力に定期的な変動が見られないかをチェックする（ステップＳ２）。具体的には、ピックアップ１５の出力を基にして車輪速判定部１８が算出した車輪速度の微分値（見かけの車輪加速度である）をしきい値（正の定数）と比較し、しきい値以下の状態からしきい値を超える状態への変動が１／Ｔ秒（車輪１回転に要する時間）に１回以上発生している場合に、定期的な変動ありと判定する。ここで、Ｔは、タイヤ径（半径）をｒ、推定車体速度（後述のステップＳ１１で算出される。）をＶｓｏ、判定係数をｋ（例えば、１．２に設定される。）とすると、Ｔ＝ｋ×２π×ｒ×３６００／Ｖｓｏで表せる。ここで、判定係数は、路面状態（スリップしている場合）やタイヤの状態により、実際に車輪１回転に要する時間が短くなる場合を考慮して設定される。これにより、車輪１回転ごと、より正確には、磁気ロータ１０の１回転ごとに周期的に発生する磁気ロータ１０の見かけの回転変動（見かけの回転速度の微分値に対応する）の有無を判定する。なお、低車速時は車輪回転数が低く、ピックアップ１５の出力が安定していない場合がありうるので、このような場合、例えば、車速が１０ｋｍ／ｈ未満の場合にはこの異常判定を行わないことが好ましい。

定期的な変動があると判定した場合には、ステップＳ３に移行してカウンタＣＲｆ（ｎ）の値を１加算して処理を終了する。ここで、カウンタＣＲｆ（ｎ）はｎ＝１〜４の値をとり、各車輪センサごとに設定されている値であって、この定期的な変動が連続的に検出されている異常状態と判定された場合にその継続時間（単位はタイムステップに相当する。）を示す値である。定期的な変動がないと判定した場合には、ステップＳ４に移行してこのカウンタＣＲｆ（ｎ）の値を０にリセットして処理を終了する。

このような車輪、すなわち、磁気ロータ１０の１回転ごとに定期的な出力変動（見かけ上の車輪速度の変動）が起こる要因としては、磁石１１の欠けやずれ、磁気ロータ１０の真円性異常、偏心等によるピックアップ１５に対する磁石１１のピッチ異常が考えられる。ピックアップ１５で検出している磁束変化は、ピックアップ１５に対する磁石１１のピッチに応じたものとなるので、このようなピッチ異常が存在している場合には、ピッチ異常がない正常な場合と異なるものとなり、この磁束変化を基に算出した磁気ロータ１０の回転状態は、本来の磁気ロータ１０の回転状態とは異なるものとなり、見かけ上だけの回転速度変動が発生する。したがって、このような定期的変動が検出された場合には、異常判定部１６は、磁石１１のピッチ異常であると推定し、カウンタＣＲｆ（ｎ）を正の値に設定して、回転変動の誤検出を抑制する。

次に、この車輪速センサの検出結果を受けた車両挙動制御装置の動作を説明する。最初に、ＣＲｆ（ｎ）＝０、つまり、悪路判定部３２と車速判定部３３は、それぞれ定期的な回転変動が検出されていない車輪速センサの出力データのみを用いて悪路判定、車速判定を行う（ステップＳ１１）。悪路判定は、例えば、車輪加速度の不定期な変動量（上述の定期的な変動を除く変動）に応じて路面の乱れの状態を推定するものである。車速判定は、平均の車輪速度から既知のタイヤ径を利用して換算することにより求められる。

ステップＳ１２では、カウンタ値ＣＲｆ（ｎ）の最大値がしきい値Ｔｈ−ＣＲｆ以上に達しているか否かを判定する。このしきい値は、車輪速度の定期的な回転変動を検出している時間が所定時間以上連続している場合に対応する値に設定されており、例えば、１５秒継続している場合に相当する値に設定される。

車輪速度の定期的な回転変動が所定時間以上継続していると判定された場合には、ステップＳ１３に移行し、ＡＢＳ（Antilock Braking System）制御の禁止フラグＸＡＢＳとＥＢＤ（Electronic Brake-force Distribution）制御の禁止フラグＸＥＢＤにそれぞれ禁止状態を表す１を設定し、警報ランプ４を用いて運転者に車輪速度センサの異常を検出した旨を報知する警告処理を行う（ステップＳ１４）。このとき、図示していない診断システムに異常検出結果を通知し、診断システム内に格納しておくと、修理・点検が容易となり好ましい。

車輪速度の定期的な回転変動が所定時間以上継続している場合ではないと判定された場合には、ステップＳ１５に移行し、ＡＢＳ制御の禁止フラグＸＡＢＳとＥＢＤ制御の禁止フラグＸＥＢＤにそれぞれ禁止解除状態を表す０を設定して処理を終了する。

運転者がブレーキペダル５３を操作すると、操作量に応じた油圧がマスタシリンダ５２からアクチュエータ５０に付与される。ブレーキ制御部３１は、ＸＡＢＳ、ＸＥＢＤがそれぞれ０の場合に、ＡＢＳ制御、ＥＢＤ制御を行う。具体的には、制動操作時に車速、車輪速、路面状態を基にして各輪に付与する制動力を制御するＥＢＤ制御を行う。さらに、付与する制動力が大きい場合には、車輪のロックを防止して適切な制動力を各輪に付与するＡＢＳ制御を実施する。

本発明によれば、異常判定部１７において車輪速センサ（磁気式回転検出装置）の異常と判定された場合には、異常と判定された車輪速センサの検出結果は悪路判定、車速判定の判定対象から除外されるので、誤差を有する車輪速センサの値を用いることなく正確な判定が可能となる。さらに、異常が継続している場合には、ＡＢＳ制御、ＥＢＤ制御等の車両挙動制御を禁止するため、誤差を有する車輪速センサの値を用いて車両の挙動を制御することがなくなり、誤制御を抑制する効果が得られる。

ここでは、異常と判定された車輪速センサの検出結果を判定対象から除外する例を説明したが、異常と判定された車輪速センサの検出結果についても完全に判定から除外するのではなく、判定への寄与度を下げた形で判定に用いてもよい。この場合、正常と判定されている車輪速センサの検出結果の判定への寄与度が通常より高く設定されているので、異常と判定された車輪速センサの検出結果をそのまま用いる場合に比べて誤判定を抑制する効果が得られる。また、車両挙動制御についても、制御を完全に禁止してしまうのではなく、積極的な制御を抑制して緩やかな制御を行うようにしてもよい。このように緩やかな制御を行うようにすれば、誤制御を抑制しつつ、車両挙動の修正が可能となる。このとき、異常判定の継続時間（上述のカウンタＣＲｆ（ｎ）値）に応じて制御を緩やかにしたり、所定の継続時間を超えたら制御を禁止するように設定してもよい。

本発明に用いられる磁気式回転検出装置の磁気ロータ１０の構成は図１の構成に限られるものではない。例えば、図５（ａ）に示されるように、歯車状の磁気ロータ１０ａ本体の各歯１３ａの間に磁石１１ａを配置する構成や、図５（ｂ）に示されるように、磁気ロータ１０ｂの外周近傍に設けた溝１４ｂのそれぞれに磁石１１ｂを嵌め込んだ構成や、図５（ｃ）に示されるように、磁気ロータ１０ｃの外周近傍の側面に設けた溝１４ｃ内に磁極配置の異なる磁石１１ｃ₁、１１ｃ₂を交互に配置する構成としてもよい。いずれの場合においても、磁気ロータ１０ａ〜１０ｃの回転に伴って外周部で起こる磁束変化をピックアップ１５で検出することにより、磁気ロータ１０ａ〜１０ｃの回転速度を検出することが可能である。また、磁気ロータ自体には磁石が配設されておらず、磁性体をギヤ状に構成し、ピックアップとともに磁石を配置して、ロータ通過時にピックアップ近傍に磁束変化を生成する構成であってもよい。

以上の説明では本発明に係る磁気式回転検出装置を車輪速センサとして用いる場合を例に説明してきたが、本発明に係る磁気式回転検出装置は、車両搭載式あるいはそれ以外の内燃機関の回転数検出やその他の各種の回転検出用のセンサとしても用いることができる。また、車輪速センサとして用いる場合でも、磁気ロータと車輪が同軸に配置される必要はなく、車輪の回転数を減速あるいは増速して回転している軸上に磁気ロータを配置しても良い。この場合も、磁気ロータの１回転ごとに周期的に発生する見かけの回転変動を検出することが好ましい。これは、当然車輪の１回転に対応する周期とは異なる周期となる。

本発明に用いる磁気式回転検出装置の概略図である。 図１の磁気式回転検出装置を車輪速センサとして用いた本発明に係る車両の車両制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の磁気式回転検出装置の動作を示すフローチャートである。 図２の車両制御装置の動作を示すフローチャートである。 図１の磁気式回転検出装置の別の実施形態における磁気ロータの磁石配置を示す部分正面図である。

符号の説明

１…回転センサ（磁気式回転検出装置）、３…制御装置、４…警報ランプ、１０…磁気ロータ（ロータ本体）、１１…磁石、１２…間隙、１３…ローター歯、１４…溝、１５…ピックアップ（検出体）、１６…車輪速判定手段、１７…異常判定部、１８…車輪速判定部、２０…車輪、２１…ディスクブレーキ、２２…ブレーキキャリバ、３１…ブレーキ制御部、３２…悪路判定部、３３…車速判定部、５０…アクチュエータ、５１…ホイルシリンダ、５２…マスタシリンダ、５３…ブレーキペダル。

Claims (13)

1. 磁気ロータと、該磁気ロータの回転に伴う磁束変化を検出する検出体と、を備える磁気式回転検出装置において、
   前記検出体の検出結果に基づく前記磁気ロータの見かけの回転速度変動を監視し、該変動が定期的に発生している場合に異常状態と判定する異常判定部をさらに備えている磁気式回転検出装置。
2. 前記該変動が定期的に発生している場合とは、前記磁気ロータが１回転する時間に相当する時間ごとに該変動が発生している場合である請求項１記載の磁気式回転検出装置。
3. 前記異常判定部は、前記磁気ロータが１回転する時間に相当する期間内に、前記磁気ロータの見かけの回転速度変動が所定のしきい値以下の状態から前記所定のしきい値を超える状態が少なくとも１回以上発生する場合に、前記磁気ロータが１回転する時間に相当する時間ごとに該変動が発生している場合であると判定する請求項２記載の磁気式回転検出装置。
4. 前記所定のしきい値と比較する前記磁気ロータの見かけの回転速度変動とは、前記磁気ロータの見かけの回転速度の微分値である請求項３記載の磁気式回転検出装置。
5. 前記磁気式回転検出装置は、車輪と同期して回転し、車輪速度を検出する車輪速度検出器であって、前記磁気ロータが１回転する時間に相当する期間は、車輪径と、推定された車体速度から演算される請求項３または４に記載の磁気式回転検出装置。
6. 前記車輪径と、推定された車体速度から求められる期間に１より大きい係数を乗じて前記磁気ロータが１回転する時間に相当する期間を求める請求項５記載の磁気式回転検出装置。
7. 前記異常判定部は、該変動が定期的に発生している状態が所定時間以上継続している場合に異常状態と判定する請求項１〜６のいずれかに記載の磁気式回転検出装置。
8. 前記異常判定部は、前記異常状態を前記磁気ロータのピッチ異常と推定する請求項１〜７のいずれかに記載の磁気式回転検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の磁気式回転検出装置を用いて車輪速度を検出する複数の車輪速度検出器と、
   前記車輪速度検出器で測定した各車輪速度を基にして走行中の路面の悪路状態を判定する悪路判定手段と、を備えており、
   前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記悪路判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置により検出された車輪速度の反映度を下げて悪路状態を判定する車両制御装置。
10. 前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記悪路判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置の検出結果を除外して悪路状態判定を行う請求項９記載の車両制御装置。
11. 請求項１〜８のいずれかに記載の磁気式回転検出装置を用いてそれぞれの車輪速度を検出する複数の車輪速度検出器と、
    前記車輪速度検出器で測定した各車輪速度を基にして車速を推定する車速判定手段と、を備えており、
    前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記車速判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置により検出された車輪速度の反映度を下げて車速推定を行う車両制御装置。
12. 前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記車速判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置の検出結果を除外して車速推定を行う請求項１１記載の車両制御装置。
13. 請求項１〜８のいずれかに記載の磁気式回転検出装置を用いた車輪速度検出器と、
    前記車輪速度検出器で測定した車輪速度に基づいて車両の挙動を制御する車両制御手段と、を備えており、
    前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記車両制御手段は、積極的な車両制御を抑制する車両制御装置。

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