JP2011157051A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障時の車両加速を確実に防止し、且つ、故障検出信頼性向上、開発コスト削減の要求も満たす。
【解決手段】車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたときに、エンジン１１から車軸へのトルク伝達をカットして、故障時の車両加速を防止しながら車両を惰性走行させる。トルク伝達がカットされている期間にフェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているか否かを判定し、当該故障が発生していると判定されれば、フェイルセーフ処理に移行してエンジン１１の出力トルクを抑制した後にトルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻してエンジン１１の出力トルクを抑制して退避走行を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両暴走に至る可能性のある故障（異常）を検出する機能を備えた車両の制御装置に関する発明である。

例えば、電子スロットルシステムを搭載した車両では、特許文献１（特開平２−１９５０７０号公報）に記載されているように、電子スロットルシステムの故障（異常）を検出する故障診断装置を搭載し、電子スロットルシステムの故障を検出したときに自動変速機の変速段を、車両加速が弱まる変速段に変速するフェイルセーフ処理を実行するようにしたものがある。

特開平２−１９５０７０号公報

しかし、上記従来構成では、電子スロットルシステムの故障が検出されてから、実際に自動変速機が車両加速を弱める変速段に変速されるまでは、ある程度の変速動作時間がかかるため、その変速動作が完了する前に運転者が危険を感じるような車両加速が発生してしまったり、或は、運転者が加速を増大させるような操作を行ってしまう可能性がある。

この対策として、従来は、故障発生から故障検出までの検出時間を短くしたり、自動変速機の変速動作時間を短くすることが行われていたが、故障発生から故障検出までの検出時間を短くすると、故障を誤検出しやすくなって、本来必要のないフェイルセーフ処理が誤って実行される頻度が増えたり、また、自動変速機の変速動作時間を短くするシステムを開発するのに、開発工数が増加して開発コストが増加してしまうという問題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、故障時の車両加速を防止できると共に、故障検出信頼性向上、開発コスト削減の要求も満たすことができる車両の制御装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両暴走に至る可能性のある故障を検出する第１の故障検出手段と、前記第１の故障検出手段により車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたときに車両の動力源から車軸にトルクを伝達するトルク伝達手段によるトルク伝達をカットするトルク伝達カット手段と、前記トルク伝達カット手段によりトルク伝達がカットされている期間に前記動力源の出力を抑制するフェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているか否かを判定する第２の故障検出手段と、前記第２の故障検出手段により前記フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生していると判定された場合は前記フェイルセーフ処理に移行して前記動力源の出力を抑制した後に前記トルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す制御手段とを備えた構成としたものである。

この構成では、車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたときに、車両の動力源から車軸へのトルク伝達をカットして、故障時の車両加速を防止しながら、車両を惰性走行させる。そして、トルク伝達がカットされている期間に動力源の出力を抑制するフェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているか否かを判定し、その結果、フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生していると判定された場合は、フェイルセーフ処理に移行して動力源の出力を抑制した後にトルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す。これにより、故障時に確実に暴走を抑止しつつ、動力源の出力を抑制した状態で車軸を駆動して、退避走行を可能とする。

このようにすれば、車両暴走に至る可能性のある故障の検出に要する時間を十分に確保しつつ安全にフェイルセーフ処理を実施できるため、従来の故障の誤検出の問題を解消して故障検出信頼性を向上でき、しかも、自動変速機の制御等を変更する必要がないため、開発工数削減、開発コスト削減の要求も満たすことができる。

この場合、請求項２のように、トルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す際に、車軸に伝達するトルクを徐々に増加させるように前記トルク伝達手段を制御するようにすると良い。このようにすれば、トルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す際の車両ショックを緩和することができる。

また、請求項３のように、前記第１の故障検出手段が検出する故障は、動力源の出力を制御する制御系の故障とすれば良い。ここで、動力源は、内燃機関（エンジン）、モータのいずれであっても良く、内燃機関の場合は、例えば、電子スロットルシステムの故障、トルク制御用の制御装置（ＥＣＵ）の故障、燃料噴射系の故障（特に筒内噴射エンジンの場合）等を検出するようにすれば良く、モータの場合は、例えば、モータ制御用の制御装置（ＥＣＵ）の故障や、モータ駆動回路の故障、モータの電源装置の故障等を検出するようにすれば良い。

また、請求項４のように、トルク伝達手段は、自動変速機、電磁クラッチのいずれであっても良い。自動変速機と電磁クラッチは、いずれも、トルク伝達の接続／カットを切り替える機能を備えているため、自動変速機又は電磁クラッチを搭載した車両に本発明を適用して実施できる。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 図２は電子スロットルシステムの概略構成図で、（ａ）は通常制御時（モータＯＮ時）の状態を示す図であり、（ｂ）はモータＯＦＦ時の状態を示す図である。 図３は故障時制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を、車両の動力源として内燃機関（エンジン）を搭載した車両に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。

車両に搭載したエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルモータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１８に、それぞれ燃料を吸気ポートに向けて噴射する燃料噴射弁１９が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２０が取り付けられ、各点火プラグ２０の火花放電によって筒内の混合気に着火される。尚、本発明は、燃料を吸気ポートに向けて噴射する吸気ポート噴射エンジンに限定されず、各気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンを用いても良い。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、クランク軸２１が所定クランク角回転する毎にパルス状のクランク角信号を出力するクランク角センサ２２が取り付けられている。このクランク角センサ２２のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、アクセルセンサ２３によってアクセルペダル２４の踏込み量（アクセル操作量）が検出されると共に、ブレーキスイッチ２９によってブレーキ操作が検出され、このブレーキスイッチ２９によりブレーキ操作が検出されたときにブレーキランプ３０が点灯するようになっている。車両には、動力源であるエンジン１１から車軸にトルクを伝達するトルク伝達手段として、自動変速機又は電磁クラッチが搭載されている。

上述した各種センサやスイッチの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、ＣＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭ２７に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２０の点火時期を制御する。

次に、図２に基づいて電子スロットルシステムの構成を説明する。
アクセルペダル２４の回動軸３３には、アクセルレバー３４が連結固定され、このアクセルレバー３４がアクセルリターンスプリング３５によってアクセル閉鎖方向（図２の下方）に付勢されている。そして、アクセルペダル２４を踏み込まない状態（アクセルＯＦＦ）では、アクセルレバー３４はアクセルリターンスプリング３５によって全閉ストッパ３６に当接した状態に保持される。エンジン運転中は、アクセルレバー３４の位置がアクセルセンサ２３によってアクセル操作量として検出される。

一方、スロットルバルブ１６の回動軸３７には、バルブレバー３８が連結固定され、このバルブレバー３８がオープナスプリング３９によってスロットルバルブ１６の開方向（図２の上方）に付勢されている。このバルブレバー３８の開側にオープナ４０が掛合するように配置され、このオープナ４０がリターンスプリング４１によってスロットルバルブ１６の閉方向（図２の下方）に付勢されている。このリターンスプリング４１の引張力はオープナスプリング３９の引張力よりも大きく設定されている。尚、これらバルブレバー３８、オープナスプリング３９、オープナ４０、リターンスプリング４１及びオープナストッパ４２によってオープナ機構４４が構成されている。

通常制御時（スロットルモータ１５のＯＮ時）には、アクセルペダル２４の操作に応じてスロットルモータ１５を正回転又は逆回転させてスロットル開度を調整し、そのときのスロットル開度がスロットル開度センサ１７によって検出される。この際、スロットル開度を開く場合には、スロットルモータ１５を正回転させて、図２（ａ）に示すように、バルブレバー３８がリターンスプリング４１の引張力に抗してオープナ４０を開方向に移動させながらスロットルバルブ１６を開方向に駆動する。これとは反対に、スロットル開度を閉じる場合には、スロットルモータ１５を逆回転させて、バルブレバー３８を閉方向に移動させながらスロットルバルブ１６を閉方向に駆動し、スロットルバルブ１６を全閉位置（例えば０ｄｅｇ）まで閉じたときに、バルブレバー３８がスロットル全閉ストッパ４３に当接して、それ以上の回動が阻止されるようになっている。

一方、後述するフェイルセーフ処理時には、スロットルモータ１５への通電が遮断（ＯＦＦ）される。これにより、図２（ｂ）に示すように、リターンスプリング４１の引張力がオープナスプリング３９の引張力に打ち勝って、リターンスプリング４１の引張力によりオープナ４０がオープナストッパ４２に当接した状態に保持される。この状態では、オープナ４０によりバルブレバー３８の位置がオープナストッパ４２で規制される位置に保持されて、スロットル開度が所定のオープナ開度に保持されるようになっている。このオープナ開度は、退避走行時の吸入空気量を確保できるスロットル開度（例えば５〜１０ｄｅｇ）に設定されている。

ＥＣＵ２５は、図示しないスロットル制御用のルーチンを実行することで、アクセルセンサ２３で検出したアクセル操作量等に基づいて目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ１７で検出した実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させるようにスロットルモータ１５をフィードバック制御するスロットル制御を実行する。

また、ＥＣＵ２５は、後述する図３の故障時制御ルーチンを実行することで、車両暴走に至る可能性のある故障が発生しているか否かを判定し、その結果、車両暴走に至る可能性のある故障が発生していると判定された場合は、エンジン１１の出力トルクを抑制するフェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているか否かを判定する。

ここで、車両暴走に至る可能性のある故障とは、運転者の意思に反して吸入空気量や燃料噴射量が異常に増加する故障であり、例えば、電子スロットルシステムの故障、ＥＣＵ２５の故障、燃料噴射系の故障（特に筒内噴射エンジンの場合）等によって発生する。例えば、電子スロットルシステムが制御不能に陥って実スロットル開度が開き放しになる故障が発生すると、車両暴走に至る可能性があり、このような故障は、例えば、アクセルセンサ２３の出力がアクセル開き側（ハイレベル側）に固着したり、スロットル開度センサ１７の出力がスロットル開き側（ローレベル側）に固着したときに発生する故障である。また、ＥＣＵ２５の演算機能が故障して目標スロットル開度（要求トルク）が運転者の意思に反して異常に増加すると、車両暴走に至る可能性がある。

また、エンジン１１の出力トルクを抑制するフェイルセーフ処理に移行すべき故障とは、エンジン１１の出力トルクが要求トルクより大きくなる故障であり、例えば、アクセルセンサ２３、スロットル開度センサ１７、スロットルモータ１５等の故障によって発生したり、ＥＣＵ２５の演算機能の故障によって発生したり、燃料噴射系の故障（特に筒内噴射エンジンの場合）等によって発生する。

更に、ＥＣＵ２５は、後述する図３の故障時制御ルーチンを実行することで、上述した２段階の故障判定結果を参照して、車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたときにトルク伝達手段（自動変速機又は電磁クラッチ）によるトルク伝達をカットし、トルク伝達がカットされている期間にフェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生していると判定されたときに、フェイルセーフ処理に移行してエンジン１１の出力トルクを抑制した後に、トルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す。以下、図３の故障時制御ルーチンの処理内容を説明する。

図３の故障時制御ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御手段として機能する。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたか否かを判定し、当該故障が検出されていなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいう第１の故障検出手段としての役割を果たす。

上記ステップ１０１で、車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたと判定されれば、ステップ１０２に進み、エンジン１１から車軸へのトルク伝達をカットして、故障時の車両加速を防止しながら、車両を惰性走行させる。この際、トルク伝達手段が自動変速機の場合には、Ｄレンジ等の走行レンジからＮレンジにシフトすることでトルク伝達をカットする。また、トルク伝達手段が電磁クラッチの場合には、電磁クラッチを切り離してトルク伝達をカットする。このステップ１０２の処理がトルク伝達カット手段としての役割を果たす。

そして、次のステップ１０３で、フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているか否かを判定する。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう第２の故障検出手段としての役割を果たす。このステップ１０３で、フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生していると判定されれば、ステップ１０４に進み、フェイルセーフ処理に移行する。このフェイルセーフ処理時には、スロットルモータ１５への通電が遮断（ＯＦＦ）されて、図２（ｂ）に示すように、リターンスプリング４１の引張力がオープナスプリング３９の引張力に打ち勝って、リターンスプリング４１の引張力によりオープナ４０がオープナストッパ４２に当接した状態に保持される。この状態では、オープナ４０によりバルブレバー３８の位置がオープナストッパ４２で規制される位置に保持されて、スロットル開度が所定のオープナ開度に保持され、エンジン１１の出力トルクが抑制される。

次のステップ１０５で、フェイルセーフ処理開始から所定期間が経過したか否かを判定し、所定期間が経過するまで待機する。ここで、所定期間は、フェイルセーフ処理開始からスロットル開度がオープナ開度に保持された状態になるまでの経過時間を考慮して設定されている。

その後、ステップ１０６に進み、車軸に伝達するトルクを徐々に増加させるようにトルク伝達手段を制御して、トルク伝達可能な状態に徐々に戻す。これにより、トルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す際の車両ショックを緩和する。
尚、上記ステップ１０３で、フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生していないと判定されれば、フェイルセーフ処理に移行せずに、トルク伝達カット状態を保持する。

以上説明した本実施例によれば、車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたときに、エンジン１１から車軸へのトルク伝達をカットして、故障時の車両加速を防止しながら、車両を惰性走行させる。そして、トルク伝達がカットされている期間にエンジン１１の出力トルクを抑制するフェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているか否かを判定し、その結果、フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生していると判定された場合は、フェイルセーフ処理に移行してエンジン１１の出力トルクを抑制した後にトルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す。これにより、故障時に確実に暴走を抑止しつつ、エンジン１１の出力トルクを抑制した状態で車軸を駆動して、退避走行を可能とする。

このようにすれば、車両暴走に至る可能性のある故障の検出に要する時間を十分に確保しつつ安全にフェイルセーフ処理を実施できるため、従来の故障の誤検出の問題を解消して故障検出信頼性を向上でき、しかも、自動変速機の制御等を変更する必要がないため、開発工数削減、開発コスト削減の要求も満たすことができる。

尚、フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているときに、その故障の種類に応じて、複数種類のフェイルセーフ処理の中から１つのフェイルセーフ処理を選択して実行するようにしても良い。

その他、本発明は、車両の動力源として内燃機関（エンジン）を搭載した車両に限定されず、車両の動力源としてモータを搭載した電気自動車にも適用でき、勿論、車両の動力源として内燃機関（エンジン）とモータとを併用するハイブリッド車両にも適用できることは言うまでもない。モータを動力源とする場合は、例えば、モータ制御用の制御装置（ＥＣＵ）の故障や、モータ駆動回路の故障、モータの電源装置の故障等を検出するようにすれば良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルモータ、１６…スロットルバルブ、１７…スロットル開度センサ、２３…アクセルセンサ、２５…ＥＣＵ（第１の故障検出手段，トルク伝達カット手段，第２の故障検出手段，制御手段）、４４…オープナ機構

Claims (4)

1. 車両暴走に至る可能性のある故障を検出する第１の故障検出手段と、
   前記第１の故障検出手段により車両暴走に至る可能性のある故障が検出されたときに車両の動力源から車軸にトルクを伝達するトルク伝達手段によるトルク伝達をカットするトルク伝達カット手段と、
   前記トルク伝達カット手段によりトルク伝達がカットされている期間に前記動力源の出力を抑制するフェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生しているか否かを判定する第２の故障検出手段と、
   前記第２の故障検出手段により前記フェイルセーフ処理に移行すべき故障が発生していると判定された場合は前記フェイルセーフ処理に移行して前記動力源の出力を抑制した後に前記トルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す制御手段と
   を備えていることを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記トルク伝達手段をトルク伝達可能な状態に戻す際に、前記車軸に伝達するトルクを徐々に増加させるように前記トルク伝達手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記第１の故障検出手段が検出する故障は、前記動力源の出力を制御する制御系の故障であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
4. 前記トルク伝達手段は、自動変速機又は電磁クラッチであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両の制御装置。

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