JP2015067125A - ハイブリッド車両の診断装置および診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン（１）とモータジェネレータ（２）とを具備したハイブリッド車両において、ブレーキブースタ（５３）に設けられた負圧センサ（５８）の診断を行う。
【解決手段】診断は、負圧が減少する状況下で行う「減少診断」（Ｓ５）と、負圧が増加する状況下で行う「増加診断」（Ｓ７）と、を含む。「減少診断」は、エンジン（１）の吸入負圧が発生しない「ＥＶモード」において、ブレーキ操作開始直前の負圧検出値ＮＰｓとブレーキストロークＬとから負圧推定値ＮＰｏを算出し（Ｓ１６）、負圧センサ（５８）の検出値ＮＰが「ＮＰｏ＋α」よりも大きければ（Ｓ１７）、異常と判定する（Ｓ２０）。
【選択図】図４

Description

この発明は、車両駆動源としてエンジンとモータとを具備したハイブリッド車両に関し、特に、エンジンの吸気系を負圧源とするブレーキブースタに設けられた負圧センサの故障診断に関する。

ハイブリッド車両における車両制動装置として、一般的なエンジンのみを駆動源とする車両と同様に、エンジンのスロットル弁下流で生じる吸入負圧を負圧源とするブレーキブースタを用いることがある。

特許文献１には、ハイブリッド車両用のものではないが、ブレーキブースタに設けられた負圧センサの固着異常の診断技術が開示されている。このものでは、ブレーキ操作が行われた後ブレーキ操作が解除された際に、ブレーキブースタ内の負圧が一時的に低下することを利用して、ブレーキ操作解除時に負圧センサの出力信号が所定以上の変化を示さない場合に、負圧センサの固着異常と診断する。

本発明は、ハイブリッド車両であることを利用して、特許文献１のものとは異なる手法の負圧センサの故障診断を提供することを目的としている。

特開２０００−１５９０９３号公報

本発明の負圧センサの診断は、エンジンとモータとを具備し、エンジンがモータから切り離されるＥＶモードと、エンジンがモータとともに回転するＨＥＶモードと、での走行が可能なハイブリッド車両であって、上記エンジンのスロットル弁下流の吸入負圧を負圧源とするブレーキブースタを具備するとともに、このブレーキブースタにおける負圧を検出する負圧センサを備えてなるハイブリッド車両を前提としている。

本発明では、上記ＥＶモードにおけるブレーキ操作中に、ブレーキ操作に伴って減少するブレーキブースタ内の負圧を推定し、この推定負圧と上記負圧センサの検出値との比較から上記負圧センサの診断を行う。

すなわち、ＥＶモードではエンジンが停止しているため、吸入負圧が発生せず、ブレーキブースタに負圧が補充されない。そのため、ＥＶモードにおいてブレーキ操作がなされると、ブレーキブースタ内の負圧が低下（つまり大気圧に近付く）する。このように低下するブレーキブースタ内の負圧は、例えばブレーキ操作量などから推定が可能であり、この推定負圧に比較して負圧センサの検出値が高い場合には、負圧センサが固着等の異常であると診断することができる。

この発明が適用されるハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図。 このハイブリッド車両における制動装置の構成を示す構成説明図。 ハイブリッド車両のモード切換の特性を示す特性図。 負圧センサの診断処理のメインフローチャート。 減少診断のフローチャート。 増加診断のフローチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてＦＦ（フロントエンジン／フロントドライブ）型ハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図である。

このハイブリッド車両は、車両の駆動源として、エンジン１とモータジェネレータ２とを備えているとともに、変速機構としてベルト式無段変速機３を備えている。エンジン１とモータジェネレータ２との間には、第１クラッチ４が介在し、モータジェネレータ２とベルト式無段変速機３との間には、第２クラッチ５が介在している。

エンジン１は、例えばガソリンエンジンからなり、エンジンコントローラ２０からの制御指令に基づいて、始動制御ならびに停止制御が行われるとともに、スロットルバルブの開度が制御され、かつ燃料カット制御等が行われる。

上記エンジン１の出力軸とモータジェネレータ２のロータとの間に設けられる第１クラッチ４は、選択された走行モードに応じて、エンジン１をモータジェネレータ２に結合し、あるいは、エンジン１をモータジェネレータ２から切り離すものであり、ＣＶＴコントローラ２１からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成される第１クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。本実施例では、第１クラッチ４は、ノーマルオープン型の構成である。

モータジェネレータ２は、例えば三相交流の同期型モータジェネレータからなり、高電圧バッテリ１２、インバータ１３および強電系リレー１４を含む強電回路１１に接続されている。モータジェネレータ２は、モータコントローラ２２からの制御指令に基づき、インバータ１３を介して高電圧バッテリ１２からの電力供給を受けて正のトルクを出力するモータ動作（いわゆる力行）と、トルクを吸収して発電し、インバータ１３を介して高電圧バッテリ１２の充電を行う回生動作と、の双方を行う。

モータジェネレータ２のロータと無段変速機３の入力軸との間に設けられる第２クラッチ５は、エンジン１およびモータジェネレータ２を含む車両駆動源と駆動輪６（前輪）との間での動力の伝達および切り離しを行うものであり、ＣＶＴコントローラ２１からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成される第２クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。特に、第２クラッチ５は、伝達トルク容量の可変制御により、滑りを伴って動力伝達を行うスリップ締結状態とすることが可能であり、トルクコンバータを具備しない構成において、円滑な発進を可能にするとともに、クリープ走行の実現を図っている。

ここで、上記第２クラッチ５は、実際には単一の摩擦要素ではなく、無段変速機３の入力部に設けられる前後進切換機構における前進クラッチもしくは後退ブレーキが第２クラッチ５として用いられる。無段変速機３への入力回転方向を前進走行時の正転方向と後退走行時の逆転方向とに切り換える前後進切換機構は、詳細には図示していないが、遊星歯車機構と、前進走行時に締結される前進クラッチと、後退走行時に締結される後退ブレーキと、を含んでおり、前進走行時には前進クラッチが第２クラッチ５として機能し、後退走行時には後退ブレーキが第２クラッチ５として機能する。第２クラッチ５となる前進クラッチおよび後退ブレーキの双方が解放された状態では、トルク伝達はなされず、モータジェネレータ２のロータと無段変速機３とが実質的に切り離される。なお、本実施例では、前進クラッチおよび後退ブレーキのいずれもノーマルオープン型の構成である。

ベルト式無段変速機３は、入力側のプライマリプーリと、出力側のセカンダリプーリと、両者間に巻き掛けられた金属製のベルトと、を有し、ＣＶＴコントローラ２１からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成されるプライマリ油圧とセカンダリ油圧とによって、各プーリのベルト接触半径ひいては変速比が連続的に制御される。この無段変速機３の出力軸は、図示せぬ終減速機構を介して駆動輪６に接続されている。

上記エンジン１は、始動用のスタータモータ２５を具備している。このスタータモータ２５は、モータジェネレータ２に比較して定格電圧が低い直流モータからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６および低電圧バッテリ１７を含む弱電回路１５に接続されている。スタータモータ２５は、エンジンコントローラ２０からの制御指令に基づいて駆動され、エンジン１のクランキングを行う。

上記低電圧バッテリ１７は、高電圧バッテリ１２を含む強電回路１１からの電力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介して充電される。なお、エンジンコントローラ２０等を含む車両の制御システム、車両の空調装置、オーディオ装置、照明、等は、弱電回路１５による電力供給を受ける。

上記ハイブリッド車両の制御システムは、上述したエンジンコントローラ２０、ＣＶＴコントローラ２１、モータコントローラ２２のほか、車両全体の統合制御を行う統合コントローラ２３を備えており、これらの各コントローラ２０，２１，２２，２３は、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線２４を介して接続されている。また、アクセル開度センサ３１、エンジン回転数センサ３２、車速センサ３３、モータ回転数センサ３４、等の種々のセンサ類を備えており、これらセンサの検出信号が、統合コントローラ２３等の各コントローラに個々にあるいはＣＡＮ通信線２４を介して入力されている。

上記のように構成されたハイブリッド車両は、電気自動車走行モード（以下、「ＥＶモード」という。）と、ハイブリッド走行モード（以下、「ＨＥＶモード」という。）と、駆動トルクコントロール発進モード（以下、「ＷＳＣモード」という。）等の走行モードを有し、車両の運転状態や運転者のアクセル操作等に応じて最適な走行モードが選択される。

「ＥＶモード」は、第１クラッチ４を解放状態とし、モータジェネレータ２のみを駆動源として走行するモードであり、モータ走行モードと回生走行モードとを有する。この「ＥＶモード」は、運転者による要求駆動力が比較的に低いときに選択される。

「ＨＥＶモード」は、第１クラッチ４を締結状態とし、エンジン１とモータジェネレータ２とを駆動源として走行するモードであり、モータアシスト走行モード、走行発電モード、エンジン走行モード、を有する。この「ＨＥＶモード」は、運転者による要求駆動力が比較的大きいとき、および高電圧バッテリ１２の充電状態（ＳＯＣ）や車両の運転状態等に基づくシステムからの要求があったときに選択される。システム要求の一例として、後述するブレーキブースタ内の負圧があるレベルまで低下したときには、負圧確保のために「ＨＥＶモード」が選択される。

「ＷＳＣモード」は、車両発進時等の車速が比較的低い領域で選択されるモードであり、モータジェネレータ２を回転数制御しつつ第２クラッチ５の伝達トルク容量を可変制御することで、第２クラッチ５をスリップ締結状態とする。

図３は、車速ＶＳＰおよびアクセル開度ＡＰＯとに基づく上記の「ＥＶモード」、「ＨＥＶモード」、「ＷＳＣモード」の基本的な切換の特性を示している。図示するように、「ＨＥＶモード」から「ＥＶモード」へ移行する「ＨＥＶ→ＥＶ切換線」と、逆に「ＥＶモード」から「ＨＥＶモード」へ移行する「ＥＶ→ＨＥＶ切換線」と、は適宜なヒステリシスを有するように設定されている。また、所定の車速ＶＳＰ１以下の領域では、「ＷＳＣモード」となる。

図２は、上記ハイブリッド車両における制動装置の構成を示している。この制動装置は、ブレーキペダル５１の踏込操作によって各輪へのブレーキ油圧を生成するマスタシリンダ５２と、負圧式のブレーキブースタ５３と、を備えている。ブレーキブースタ５３の負圧室は、逆止弁５５を具備した負圧通路５４を介して、エンジン１の吸気通路５６、詳しくは、スロットル弁５７の下流側に連通している。また、ブレーキブースタ５３の負圧室に対して負圧センサ５８が設けられており、負圧室内の負圧ＮＰを検出している。図１に示すように、この負圧センサ５８の検出信号が統合コントローラ２３に入力されている。上述したように、「ＥＶモード」で運転中に、負圧センサ５８の検出信号によって示される負圧ＮＰがあるレベルまで低下したときには、負圧確保のために「ＨＥＶモード」に切り換えられる。「ＨＥＶモード」においては、エンジン１の稼動に伴ってスロットル弁５６の下流側に吸入負圧が生じるので、この吸入負圧が逆止弁５５を介してブレーキブースタ５３に導入されることとなる。上記ブレーキペダル５１の操作量（ブレーキストロークＬ）は、ブレーキストロークセンサ５９によって検出され、図１に示すように、その検出信号Ｌが統合コントローラ２３に入力されている。

次に、図４〜図６のフローチャートに基づいて、上記負圧センサ５８の故障診断について説明する。

図４は、故障診断のメインフローチャートであり、このルーチンは、ハイブリッド車両の運転中、所定の演算サイクルで繰り返し実行される。なお、図示例では、この診断処理は例えば統合コントローラ２３において実行されるが、他のコントローラ、例えば、図示しないブレーキコントローラ等において診断処理を実行するようにしてもよい。

ステップ１（図中にはＳ１等と略記する）では、負圧センサ５８が検出した負圧ＮＰを読み込む。なお、本出願では、ブレーキブースタ５３の圧力を「負圧」として取り扱っており、絶対圧とは、高低が逆の関係となる。つまり負圧ＮＰの値が大であるほど絶対圧としては低く、負圧ＮＰの値が小さいほど大気圧に近い。

ステップ２およびステップ３では、検出した負圧ＮＰを所定の上限値ＮＰＨおよび下限値ＮＰＬとそれぞれ比較する。上限値ＮＰＨを超えている場合には、配線の短絡等の異常であるとし、ステップ１０へ進んで、負圧センサ５８の故障と判定する。下限値ＮＰＬを下回っている場合は、断線等の異常であるとし、やはりステップ１０へ進んで、負圧センサ５８の故障と判定する。

検出した負圧ＮＰが上限値ＮＰＨと下限値ＮＰＬとの間にあれば、ステップ４へ進み、現在の運転モードが「ＥＶモード」であるか否か判定する。「ＥＶモード」で運転中であれば、ステップ５へ進み、後述する「減少診断」を実行する。

同様にステップ６では、現在の運転モードが「ＨＥＶモード」であるか否かを判定する。「ＨＥＶモード」で運転中であれば、ステップ７へ進み、後述する「増加診断」を実行する。

ステップ８では、ステップ５の「減少診断」において負圧センサ５８が異常と診断されているか否かを判定する。同じくステップ９では、ステップ７の「増加診断」において負圧センサ５８が異常と診断されているか否かを判定する。ステップ８あるいはステップ９のいずれか一方でもＹＥＳであれば、ステップ１０において、負圧センサ５８の故障と判定する。

図５は、ステップ５の「減少診断」の詳細を示すフローチャートである。この「減少診断」は、ブレーキブースタ５３内の負圧が低下（つまり負圧が減少）していく状況下で、実際に負圧センサ５８の検出値が低下していくかどうかを診断するものである。つまり、第１クラッチ４が解放された「ＥＶモード」では、エンジン１は停止するので、ブレーキ操作がなされてブレーキブースタ５３内の負圧が消費されても、新たに負圧を補充できない。従って、ブレーキ操作に伴ってブレーキブースタ５３内の負圧は低下していくことになる。このときに、負圧センサ５８の検出値が同様に低下していかない場合は、負圧センサ５８が中間値で固着しているなどの異常である、と判断することができる。

図５のステップ１１においては、ブレーキ操作がなされているか否かを判定する。ブレーキ操作がなされていない場合は、ステップ１２において、後述する負圧検出値ＮＰｓおよび負圧推定値ＮＰｏの値をクリアした上で、図５のルーチンを終了する。

ブレーキ操作がなされている場合は、ステップ１３へ進み、初回であるか否か、つまりブレーキ操作開始直後であるか否かを判定する。初回であれば、ステップ１４へ進み、そのときの負圧検出値ＮＰをブレーキ操作開始直前の負圧検出値ＮＰｓとして記憶する。２回目以降は、ステップ１４を経由せずにステップ１３からステップ１５へ進むので、連続した１回のブレーキ操作の間、ブレーキ操作開始直前の負圧検出値ＮＰｓが保持される。

ステップ１５では、ブレーキストロークセンサ５９が検出するブレーキストロークＬを読み込む。

ステップ１６においては、上記のブレーキ操作開始直前の負圧検出値ＮＰｓとその時点のブレーキストロークＬとを用いて、負圧推定値ＮＰｏを算出する。具体的には、ブレーキブースタ５３の初期（ブレーキ操作前）の負圧室容積Ｖｓに対して、ブレーキブースタ５３の負圧室断面積ＡｂおよびブレーキストロークＬを用いて、その時点での負圧室容積Ｖｏを求める。ブレーキ操作開始直前の負圧検出値ＮＰｓを絶対圧ＡＰｓに換算した上で、負圧室の容積変化に基づき、次式からブレーキストロークＬにおけるブレーキブースタ５３内の圧力ＡＰｏを絶対圧として求める。

ＡＰｏ＝（Ｖｓ／Ｖｏ）×ＡＰｓ
最終的に、この絶対圧ＡＰｏを負圧に換算し、負圧推定値ＮＰｏとする。

なお、ブレーキ操作前の負圧室容積Ｖｓは、演算の簡易化のために固定値とすることができるが、ブレーキブースタ５３の遊びなどを考慮して、ブレーキ操作開始直前のブレーキストロークＬから算出するようにしてもよい。

図５のルーチンは、前述したように所定の演算サイクルでもって繰り返し実行されるので、ブレーキ操作が継続されている間、ブレーキストロークＬは徐々に増大し、負圧推定値ＮＰｏは徐々に低下していく。

ステップ１７では、その時点の負圧センサ５８により検出した負圧ＮＰを、負圧推定値ＮＰｏと比較する。詳しくは、負圧推定値ＮＰｏに余裕代となる微小量αを加算した値「ＮＰｏ＋α」を閾値として、検出した負圧ＮＰがこの閾値以下であるか否かを判定する。この比較は、演算サイクル毎に行われる。検出した負圧ＮＰが「ＮＰｏ＋α」以下であれば、負圧センサ５８が正常であるものとみなし、図５のルーチンを終了する。

一方、ステップ１７において、検出した負圧ＮＰが「ＮＰｏ＋α」よりも大きい場合は、負圧センサ５８が異常である可能性があるため、ステップ１７からステップ１８へ進み、カウンタＣＮＴの値をインクリメントする。ステップ１９では、このカウンタＣＮＴの値が所定値、例えば「３」以上であるか判定し、「３」以上であれば、ステップ２０へ進んで、「減少診断」での異常を示すフラグをセットする。つまり、検出した負圧ＮＰが「ＮＰｏ＋α」よりも大きいことを例えば３回検出したら、異常と診断する。

このように、上記「減少診断」では、ブレーキブースタ５３内の負圧が減少していくべき状況下で、負圧センサ５８による検出値ＮＰが減少していかないときに、負圧センサ５８が異常である、と診断される。

なお、上記の「減少診断」においては、負圧センサ５８の検出値ＮＰが中間状態での固着などにより実際の負圧値とは異なっていても、ステップ１４のブレーキ操作開始直前の負圧検出値ＮＰｓやステップ１６の推定値ＮＰｏが、これを反映したものとなる。つまり、仮に負圧センサ５８の検出値ＮＰがある一定値に固着してしまったとすると、ブレーキ操作開始直前の負圧検出値ＮＰｓが固着した検出値ＮＰと等しくなり、この初期の負圧検出値ＮＰｓとブレーキストロークＬとから負圧推定値ＮＰｏが求められるので、負圧の低下が生じているか否かを適切に判断できる。換言すれば、負圧センサ５８の検出値ＮＰの信頼性が低い場合でも、比較対象となる閾値「ＮＰｏ＋α」が適切に設定され、確実な診断が可能である。

次に図６は、ステップ７の「増加診断」の詳細を示すフローチャートである。この「増加診断」は、ブレーキブースタ５３内の負圧が増加していく状況下で、実際に負圧センサ５８の検出値が上昇したかどうかを診断するものである。つまり、第１クラッチ４が締結されている「ＨＥＶモード」では、エンジン１が回転しており、吸気通路５６のスロットル弁５７下流に吸入負圧が生じる。特に、燃料カットが行われるときには、エンジン回転数Ｎｅがある回転数以上でかつスロットル弁５７が全閉となっているので、比較的高い吸入負圧が発生する。そのため、燃料カットの間、ブレーキブースタ５３内の負圧は徐々に増加することとなる。このときに、負圧センサ５８の検出値が高くならない場合は、負圧センサ５８が中間値で固着しているなどの異常である、と判断することができる。

図６のステップ２１においては、燃料カット中であるか否かを判定する。燃料カット中でなければ、図６のルーチンを終了する。燃料カット中であれば、ステップ２２へ進み、負圧センサ５８により検出した負圧ＮＰが所定の閾値ＮＰｓｈより高いか否かを判定する。負圧ＮＰが閾値ＮＰｓｈを超えていれば、負圧センサ５８が正常であるものとみなし、図６のルーチンを終了する。

負圧ＮＰが閾値ＮＰｓｈ以下である場合は、ステップ２３へ進み、燃料カット開始から所定期間例えば３秒が経過したか否かを判定する。ここで、負圧ＮＰが閾値ＮＰｓｈ以下の状態のまま３秒が経過していたら、ステップ２３からステップ２４へ進み、「増加診断」での異常を示すフラグをセットする。つまり、エンジン１側で高い吸入負圧が生成されているにも拘わらず、燃料カット開始から３秒が経過しても検出した負圧ＮＰが閾値ＮＰｓｈを超えない場合は、異常と診断する。

この「増加診断」は、「減少診断」に比較して誤診断の虞が少ないので、１回の異常検出でもって異常と診断する。

このように、上記実施例では、負圧センサ５８の短絡や断線による異常に加えて、負圧センサ５８の出力が中間レベルに固着しているような場合でも、「減少診断」および「増加診断」によって確実に異常を検知することができる。

また、「ＥＶモード」と「ＨＥＶモード」の各々で診断が行われるので、診断の機会をより確実に確保でき、例えば「ＥＶモード」および「ＨＥＶモード」のいずれかで長時間運転が継続されたような場合でも、負圧センサ５８の異常を速やかに検知することが可能となる。

なお、上記実施例では、ハイブリッド車両の運転中に継続的に負圧センサ５８の診断が行われるが、例えば１トリップの間に１回だけ診断を行うような場合にも、本発明の診断手法を同様に適用することが可能である。

Claims (5)

1. エンジンとモータとを具備し、エンジンがモータから切り離されるＥＶモードと、エンジンがモータとともに回転するＨＥＶモードと、での走行が可能なハイブリッド車両であって、
   上記エンジンのスロットル弁下流の吸入負圧を負圧源とするブレーキブースタを具備するとともに、このブレーキブースタにおける負圧を検出する負圧センサを備えてなるハイブリッド車両において、
   上記ＥＶモードにおけるブレーキ操作中に、ブレーキ操作に伴って減少するブレーキブースタ内の負圧を推定し、この推定負圧と上記負圧センサの検出値との比較から上記負圧センサの診断を行う、ハイブリッド車両の診断装置。
2. ブレーキ操作量を検出し、ブレーキ操作前の負圧センサの検出値とブレーキ操作量とからブレーキブースタ内の負圧の推定を行う、請求項１に記載のハイブリッド車両の診断装置。
3. 上記負圧センサの検出値が上記推定負圧に比較して高い状態を、所定の複数回検出したときに、負圧センサを異常と判定する、請求項１または２に記載のハイブリッド車両の診断装置。
4. 上記ＨＥＶモード中に行う第２の診断をさらに備え、
   上記第２の診断は、ＨＥＶモードおける燃料カット中に上記負圧センサの検出値が所定閾値を超えないときに上記負圧センサを異常と判定する、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両の診断装置。
5. エンジンとモータとを具備し、エンジンがモータから切り離されるＥＶモードと、エンジンがモータとともに回転するＨＥＶモードと、での走行が可能なハイブリッド車両であって、
   上記エンジンのスロットル弁下流の吸入負圧を負圧源とするブレーキブースタを具備するとともに、このブレーキブースタにおける負圧を検出する負圧センサを備えてなるハイブリッド車両において、
   上記ＥＶモードにおけるブレーキ操作中に、ブレーキ操作に伴って減少するブレーキブースタ内の負圧を推定し、この推定負圧と上記負圧センサの検出値との比較から上記負圧センサの診断を行う、ハイブリッド車両の診断方法。

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