JP2018105305A - 車載制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の駆動源の推進力が異常であるか否かを迅速に判定する。【解決手段】本発明に係る車載制御装置は、車両に推進力を与えるために運転者が操作した運転操作量を検出または推定する運転操作量検出部(101)と、前記運転操作量に基づき前記車両の駆動源への指令値を算出する指令値算出部(109)と、前記指令値に基づき前記駆動源の推進力を制御する推進力制御部(115)と、前記駆動源の作動状態を検出または推定する作動状態検出部(102,103)と、運転操作変化量を算出する運転操作変化量算出部(110)と、作動状態変化量を算出する作動状態変化量算出部(111)と、前記運転操作変化量および前記作動状態変化量に基づいて少なくとも前記駆動源の異常を検出する異常検出部(112)と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、車両の駆動源の推進力の制御に関するものであり、特に、運転者が意図する推進力以上の推進力が駆動源から発生していないか監視する機能を備えた車載制御装置に関する。
従来の技術では、運転者による運転操作量(例えば、アクセル開度検出値等)に基づいて演算した運転者の要求トルクと、駆動源の作動状態(例えば、内燃機関への吸入空気量の検出値等)に基づいて演算した推定トルクを比較して、要求トルクに対して推定トルクが過大になっている場合に異常と判断するものが知られている(特許文献1参照)。
米国特許出願公開第2010/0036558号明細書
運転操作量としてのアクセル開度を検出するためのセンサや、駆動源の作動状態としての内燃機関への吸入空気量を検出するためのセンサなどの各種センサには、性能のばらつきや経時劣化による性能の変化がある。また、駆動源においてもばらつきがあり、例えば内燃機関の場合、各構成部品の重さや組み付け誤差等によるフリクションばらつき等がある。
そのため、特許文献1では、前記アクセル開度検出値等に基づいて演算した運転者の要求トルクに対して、前記吸入空気量の検出値等に基づいて演算した推定トルクが過大で異常であると判断するための閾値には、前記各ばらつきを考慮してマージンを設定しておく必要がある。しかし、前記マージンを大きく設定しすぎると、異常判断できない場合や異常判断に時間がかかり、運転者への危険回避(危険と感じさせないことも含む)にならない可能性がある。即ち、特許文献1のように、各センサの検出値から演算した運転者側の要求トルクと駆動源側の推定トルクの大小比較を行う技術では、車両の駆動源の推進力が異常であるか否かを迅速に判定することが困難であるという課題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の駆動源の推進力が異常であるか否かを迅速に判定することのできる車載制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る車載制御装置は、車両に推進力を与えるために運転者が操作した運転操作量を検出または推定する運転操作量検出部と、前記運転操作量に基づき前記車両の駆動源への指令値を算出する指令値算出部と、前記指令値に基づき前記駆動源の推進力を制御する推進力制御部と、前記駆動源の作動状態を検出または推定する作動状態検出部と、前記運転操作量または前記運転操作量に基づき算出された演算値の変化量である運転操作変化量を算出する運転操作変化量算出部と、前記作動状態または前記作動状態に基づき算出された演算値の変化量である作動状態変化量を算出する作動状態変化量算出部と、少なくとも前記駆動源の異常を検出する異常検出部と、車両または前記駆動源の運転状態に応じた複数の閾値を設定する閾値可変部と、前記複数の閾値に応じた所定の継続時間を設定する継続時間可変部と、を有し、前記異常検出部は、前記運転操作変化量と前記作動状態変化量との差分または割合が所定の前記閾値を超えた状態が対応する前記継続時間を超えた場合に、少なくとも前記駆動源の異常を検出することを特徴としている。
本発明によれば、車両の駆動源の推進力が異常であるか否かを迅速に判定することができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置が制御するエンジンとその周辺機器の構成図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置の内部構成図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置によるエンジンの異常検出の制御ブロック図である。 図1に示す許容発生トルク計算手段による許容発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。 図1に示す推定発生トルク計算手段による推定発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。 図1に示す異常検出手段112によるエンジンの異常判定手順の詳細を示す図である。 (a)は時間間隔Δtの違いによるΔトルクの差分と車両の加速Gの関係を示す図、(b)はエンジン回転数Neの違いによるΔトルクの差分と車両の加速Gの関係を示す図、(c)は閾値と車両の速度VSP(エンジン回転数Ne)との関係を示す図である。 (a)は正常時における異常検出の挙動を示すチャート、(b)は異常時における異常検出の挙動を示すチャートである。 (a)は診断ディレイと閾値の関係を示す図、(b)は異常状態を発生させた場合の閾値超え継続時間と車両の速度VSP(エンジン回転数Ne)の関係を示す図、(c)は診断ディレイと車両の速度VSP(エンジン回転数Ne)の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御フローチャートである。 図11に示す処理の一部についての詳細を示すフローチャートである。 図12の続きを示すフローチャートである。 図13の続きを示すフローチャートである。 図14の続きを示すフローチャートである。 図15の続きを示すフローチャートである。 図16の続きを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御ブロック図である。
ブロック101は、運転操作量検出手段(運動操作量検出部)のブロックである。本実施形態では、運転操作量検出手段101は、運転者のアクセル開度(運転操作量)を計算する。ブロック102は、エンジン回転数計算手段のブロックである。エンジン回転数計算手段(作動状態検出部)102は、エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角センサの電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理することで、エンジンの単位時間当りの回転数(作動状態)を計算する。
ブロック103は、シリンダ流入空気量計算手段のブロックである。シリンダ流入空気量計算手段(作動状態検出部)103は、エンジンの吸気系上流に設定された吸入空気量センサ信号と吸気管に設定された吸気管圧力センサ信号の入力からシリンダ流入空気量(作動状態)を計算する。また、シリンダ流入空気量計算手段103は、前述のシリンダ入空気量とエンジン回転数からエンジンの負荷(作動状態)を計算する。
ブロック104は、基本燃料量計算手段のブロックである。基本燃料量計算手段104は、前述のブロック102で計算されたエンジン回転数、および前述のブロック103で計算されたエンジン負荷から各領域におけるエンジンの要求する基本燃料量を計算する。
ブロック105は、前述のエンジン回転数、および前述のエンジン負荷からエンジンの各領域における最適な基本点火時期を決定する基本点火時期計算手段のブロックである。ブロック106は、エンジンのアイドリング回転数を一定に保つためにアイドリング時の目標回転数を計算し目標流量を計算するISC制御手段のブロックである。ブロック107は、エンジンの排気管に設定された空燃比センサの出力と、後述する目標空燃比の差分、および前述したエンジン回転数とエンジン負荷から空燃比フィードバック補正係数を計算する空燃比補正係数計算手段のブロックである。
ブロック108は、前述したエンジン回転数とエンジン負荷から目標とするエンジンの目標空燃比を決定する目標空燃比計算手段のブロックである。ブロック109は、前述した運転者のアクセル開度とエンジン回転数から運転者が要求している目標トルク(指令値)を計算し、目標トルクから目標スロットル開度(指令値)を計算する目標スロットル開度計算手段のブロックである。
ブロック110は、前述した運転者のアクセル開度とエンジン回転数から、許容発生トルクを計算する許容発生トルク計算手段(運転操作変化量算出部)のブロックである。また、許容発生トルク計算手段110は、後述する異常検出のための許容発生トルクの変化量についても計算する。なお、許容発生トルクは、正常時にエンジンが発生可能なトルクである。
ブロック111は、前述したエンジン回転数とエンジン負荷から、推定発生トルクを計算する推定発生トルク計算手段(作動状態変化量算出部)のブロックである。この推定発生トルク計算手段111も同様に、後述する異常検出のための推定発生トルクの変化量を計算する。なお、推定発生トルクは、エンジンが発生しているトルクを推定したものである。
ブロック112は、前述した許容発生トルクの変化量と推定発生トルクの変化量から異常検出を行う異常検出手段(異常検出部)のブロックである。本実施形態では、異常検出手段112は、推定発生トルクの変化量が許容発生トルクの変化量より大きい状態が継続した場合に異常と判断している。
ブロック113は、前述したブロック104で計算された基本燃料量に対して、エンジン水温による補正、前述したブロック107の空燃比フィードバック係数の補正を実行する燃料補正手段のブロックである。ブロック116〜119は前述したブロック104およびブロック113で計算された燃料量に基づいてエンジンへの燃料供給を制御する燃料噴射制御手段である。
ブロック114は、前述したブロック105で決定された基本点火時期に対して、エンジン水温による補正等を実行する点火時期補正手段のブロックである。ブロック120〜123は、前述のブロック114で補正されたエンジンの要求点火時期に応じてシリンダに流入した燃料混合気を点火するよう制御する点火制御手段である。
ブロック115は、電制スロットル制御手段(推進力制御部)のブロックである。電制スロットル制御手段115は、前述したアイドリング時の目標流量を確保するためのスロットル開度および、前述した目標スロットル開度となるように電制スロットルを制御すると共に、前述したブロック112で異常検出した場合に、異常時の制御を行う。
尚、本実施形態では運転者のアクセル開度から演算した許容発生トルクとエンジン回転数とエンジン負荷から算出した推定発生トルクから異常を検出するといったようにトルクの次元での異常検出を行っているが、他の次元、例えば馬力での異常検出としても良い。即ち、トルクから馬力に換算して、その馬力を用いて異常を検出するようにしても良い。
図2は、本実施形態に係る車載制御装置が制御するエンジンとその周辺機器の構成例を示している。エンジン201は、吸入する空気量を計測する吸入空気量センサ(熱式空気流量計)202、エンジン201の吸入する空気流量を調整するスロットル絞り弁203、運転者のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ218、スロットル絞り弁203を動作させる電制スロットルモータ204、スロットル絞り弁203の開度を検出するスロットル開度センサ215、吸気管205に設置された吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力センサ206、エンジン201の要求する燃料を供給する燃料噴射弁207、エンジン201の回転数を算出するため所定のクランク角度位置に設定された突起を認識するためのクランク角センサ219、エンジン201の行程を認識するために前述のクランク角センサとは別に、所定のカム角度位置に設定された突起を認識するためのカム角センサ208、エンジン201のシリンダ内に供給された燃料の混合気に点火する点火栓に、車載制御装置217の点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火モジュール209、エンジン201のシリンダブロックに設定されエンジン201の冷却水温を検出する水温センサ210、およびエンジン201の排気管の触媒前に設置され、排気ガス中の酸素濃度に対してリニアな電気的信号を出力する空燃比センサ211を有する。
また、エンジン201の周辺には、燃料タンク212から蒸発する燃料ガスをチャコール等で吸着保持するキャニスタパージタンク213、キャニスタパージタンク213に吸着保持した燃料ガスを開度を調整することで吸気管へ流入させるキャニスタパージバルブ214、エンジン201の運転、停止のメインスイッチであるイグニッションキイスイッチ216が設けられる。そして、エンジン201およびその各補器類は、本発明の実施形態に係る車載制御装置217によって制御されている。
図3は、本発明の実施形態に係る車載制御装置の内部構成図である。CPU301の内部にはエンジン201に設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換、およびデジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するI/O部302が設定されており、I/O部302には、水温センサ210、カム角センサ208、空燃比センサ211、吸入空気量センサ(熱式空気流量計)202、スロットル開度センサ215、車速センサ220、イグニッションSW216、吸気管圧力センサ206、大気圧センサ221、吸気温センサ222、負荷SW(エアコンSW)223、アクセル開度センサ218、およびクランク角センサ219が入力されている。CPU301からの出力信号ドライバ303を介して、燃料噴射弁317〜320、点火コイル321〜324、および電制スロットルモータ204へ出力信号が送られる。
図4は、本発明の実施形態に係る車載制御装置によるエンジンの異常検出の制御ブロック図である。運転者の意図により操作されたアクセル操作量をアクセル開度センサ1およびアクセル開度センサ2でセンシングする(ブロック401,402)。運転操作量検出手段101は、ブロック403で前記アクセル開度センサ1の出力からアクセル開度1を算出する。なお、運転操作量検出手段101は、アクセル開度の推定値を用いても良い。
目標スロットル開度計算手段109は、ブロック405で前記アクセル開度1とエンジン回転数から運転者の目標とするトルクを算出する。目標スロットル開度計算手段109は、この目標トルクをブロック406で要求スロットル開度(目標スロットル開度)へ換算し、電制スロットル制御手段115は、ブロック407で前記要求スロットル開度からモータ駆動出力信号を算出する。
本出力信号にてブロック412の電制スロットル用のモータ204(図2参照)が動作し、エンジン201の吸気系に取り付けられたスロットルを開閉させる。このスロットルの動作量をブロック413のスロットル開度センサ215でセンシングし、ブロック411で実スロットル開度計算手段(図示せず)が実スロットル開度を算出する。算出された前記実スロットル開度は、前記ブロック407にて要求スロットル開度と比較され、要求スロットル開度に実スロットル開度が一致するように、電制スロットル制御手段115は前記モータ駆動出力信号をフィードバック制御する。
次に、運転操作量検出手段101は、ブロック402でセンシングされた出力からブロック404でアクセル開度2を算出する。なお、運転操作量検出手段101は、アクセル開度の推定値を用いても良い。このアクセル開度2と前記エンジン回転数から、許容発生トルク計算手段110は、ブロック408で許容発生トルクを算出し、併せて所定時間の変化量も算出する。また、推定発生トルク計算手段111は、ブロック409でエンジン201の状態を示す吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転数からエンジン201が発生しているトルクを推定し、併せて所定時間の推定発生トルクの変化量も算出する。
最後に、異常検出手段112は、ブロック410で、前記ブロック408で算出した許容発生トルク、もしくは前記許容発生トルクの所定時間の変化量と前記ブロック409で算出した推定発生トルク、もしくは前記推定発生トルクの所定時間の変化量から運転者の意図している目標トルク以上のトルクが発生していないか監視する。異常時にはエンジン201の出力を抑える方向へ前記スロットルが動くように前記電制スロットル用モータ204を駆動するか、もしくは電制スロットル用モータ204の駆動をやめることで機械的にスロットルを動作させる(フェールセーフ処理)。
図5は、許容発生トルク計算手段による許容発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。許容発生トルク計算手段110は、ブロック501では、前記エンジン回転数とアクセル開度2から許容発生トルクのベース値を算出する。許容発生トルク計算手段110は、ブロック502では、前記許容発生トルクのベース値とクルーズ要求のトルクとのうち大きい値を選択することで、クルーズ中の許容発生トルクの算出に対応している。また、許容発生トルク計算手段110は、ブロック503では、外部からのトルクガード要求とブロック502で算出された許容発生トルクとのうち小さい値を選択し、外部からのトルクダウン要求を考慮した許容発生トルクを算出している。
ブロック507では、許容発生トルク計算手段110は、燃料性状によるエンジン201の発生トルクの変化分を考慮するための補正係数を算出する。許容発生トルク計算手段110は、ブロック503で算出された許容発生トルクに本補正係数をブロック504で乗算し、燃料性状による発生トルクの変化に対応した許容発生トルクを算出している。
ブロック508では、許容発生トルク計算手段110は、空気密度によるエンジン201の発生トルクの変化分を考慮するための補正係数を算出する。許容発生トルク計算手段110は、ブロック504で算出された許容発生トルクに本補正係数をブロック505で乗算し、空気密度による発生トルクの変化に対応した許容発生トルクを算出している。ブロック506では、許容発生トルク計算手段110は、後述する推定発生トルクの算出誤差を考慮し、正常時に推定発生トルクが許容発生トルクを超えないように、ブロック509で算出されるオフセット量をブロック505で算出された許容発生トルクに加算する。
最後に、許容発生トルク計算手段110は、ブロック510で、許容発生トルクの所定時間の変化量を算出する。ここで算出した許容発生トルクもしくは許容発生トルクの所定時間の変化量(Δ許容発生トルク)は後述する異常検出で使用する。なお、Δ許容発生トルクは、本発明の「運転操作変化量」に相当する。
図6は、推定発生トルク計算手段による推定発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。推定発生トルク計算手段111は、ブロック601では、前記エンジン回転数とエンジン負荷からハイオクガソリン時の推定発生トルクのベース値を算出する。推定発生トルク計算手段111は、ブロック602では、同様にエンジン回転数とエンジン負荷からレギュラガソリン時の推定発生トルクのベース値を算出する。推定発生トルク計算手段111は、ブロック603で使用しているガソリンの性状判定の結果、つまりハイオクかレギュラの判定結果から、該当する推定発生トルクのベース値を選択する。
推定発生トルク計算手段111は、ブロック604では、点火時期の影響を考慮し、ブロック603で選択された推定発生トルクのベース値に点火効率を乗算する。例えば、前記推定発生トルクのベース値を計測した時の点火時期を基準とすると、この基準の点火時期に対して遅角側の点火時期であった場合、点火効率が1.0より小さくなり、その結果推定発生トルクが小さく計算されることになる。
推定発生トルク計算手段111は、ブロック605において、燃料噴射量補正の値をブロック604で算出された推定発生トルクに乗算する。ここで、燃料噴射量補正は、燃料カット中に補正値を0として乗算することで、燃料カット中の推定発生トルクが0になるようにしている。これは、燃料噴射がされていないときは、エンジンの発生トルクは0になる現象に一致させるためである。
推定発生トルク計算手段111は、ブロック607では、前記エンジン回転数と吸気管圧力から負荷トルクを算出し、ブロック606でその負荷トルクをブロック605で算出された推定発生トルクから減算し、エンジン201の軸トルクとして推定発生トルクを算出する。最後に、ブロック608で、推定発生トルク計算手段111は、推定発生トルクの所定時間の変化量を算出する。ここで算出した推定発生トルクもしくは推定発生トルクの所定時間の変化量(Δ推定発生トルク)は後述する異常検出で使用する。なお、Δ推定発生トルクは、本発明の「作動状態変化量」に相当する。
図7は、異常検出手段112によるエンジンの異常判定手順の詳細を示す図である。異常検出手段112は、ブロック701で、前述した推定発生トルクの所定時間の変化量(Δ推定発生トルク)と許容発生トルクの所定時間の変化量(Δ許容発生トルク)の差分を算出する。その後、異常検出手段112は、ブロック702で算出した閾値と前記差分をブロック703で比較し、Δ推定発生トルクがΔ許容発生トルクより大きいか判断する。異常検出手段112は、ブロック704で大きいと判断されている時間を計測し、この時間が所定の時間より大きくなった場合に異常と判断する。なお、Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクとの差分の代わりに、両者の割合を算出して、その算出結果に基づき異常判定を行っても良い。
図8(a)、(b)は、前記推定発生トルクの所定時間の変化量(Δ推定発生トルク)と許容発生トルクの所定時間の変化量(Δ許容発生トルク)の差分(Δトルクの差分)と車両の加速Gの関係の一例を示したものである。
図8(a)は、トランスミッションのギア固定とし、所定のエンジン回転数状態を保持した状態でスロットル絞り弁をステップ的に開けた場合の前記Δトルクの差分と前記加速Gの関係を示している。図8(a)は、前記変化量算出の時間間隔をt1、t2とし、t1の間隔(Δt1)がt2の間隔(Δt2)より大きい場合におけるΔトルクの差分を示している。スロットル絞り弁203の開度が大きい場合の方が、小さい場合と比べて加速Gが大きくなる。Δt1の方がΔt2より大きいため、所定の加速G発生時の前記Δトルクの差分は、前記時間間隔がΔt1の場合の方がΔt2の場合より大きくなる。つまり、同一の加速Gであっても、変化量を算出する時間間隔に応じてΔトルクの差分は異なる値を示す。よって、車両の危険な状態を所定の加速G(例えば、0.1G)以上発生時とすると、前記Δt1、Δt2毎に車両の危険な状態を判断する閾値を設定する必要がある。
また、図8(b)は、図8(a)に対して、前記時間間隔を一つの状態に固定し、前記保持するエンジン回転数の状態を2種類(Ne1、Ne2)で確認した結果を示している。図8(b)に示すように、Ne1の方がNe2より高く、ギア固定のため前記Ne1、Ne2での車両速度はVSP1、VSP2とすると、VSP1の方がVSP2よりΔトルクの差分が大きい状態となる。
所定の加速G発生時の前記Δトルクの差分は、前記エンジン回転数の状態が高いNe1(車両速度が大きいVSP1)の場合の方がNe2の場合より大きくなる。よって、車両の危険な状態を所定の加速G(例えば、0.1G)以上発生時とすると前記Ne1(VSP1)、Ne2(VSP2)毎に車両の危険な状態を判断する閾値を設定する必要がある。
以上から、図8(c)のように、閾値は、時間間隔毎(Δt1、Δt2毎)に、エンジン回転数(Ne)もしくは、車両速度(VSP)に応じて適した値に設定する必要がある。
図9(a)、(b)は、本発明の実施形態に係る車載制御装置による異常検出の挙動を示したチャートである。図9(a)は、正常時の挙動を示したチャートである。ライン901は運転者のアクセル踏込み量を示すアクセル開度の挙動を示す。本図では、車両の加速、一定速、減速走行を行った場合のアクセル開度を示している。ライン902は許容発生トルクの挙動を示す。許容発生トルクは、アクセル開度が大きくなる(加速状態)に従い大きくなり、アクセル開度が小さくなる(減速状態)に従い小さくなる。
ライン903は推定発生トルクの挙動を示す。推定発生トルクは、前記アクセル開度の動作に対して、吸入空気の応答遅れ等の影響により加速、減速時の挙動に遅れが生じる。なお、許容発生トルクと推定発生トルクとの差分から異常検出を行うため、許容発生トルクについては、誤検出の防止と推定発生トルクに位相を合わせるためにフィルタ処理を行っている。
ライン904は前記許容発生トルクの単位時間当たりの変化量(Δ許容発生トルク)の挙動を示している。ライン905は前記推定発生トルクの単位時間当たりの変化量(Δ推定発生トルク)の挙動を示している。ライン906は、前記Δ推定発生トルクと前記Δ許容発生トルクの差分の挙動を示している。ライン907は、異常検出のための閾値1であり、本閾値1を超えている時間が所定時間以上継続した場合に異常と判断される。継続時間条件を設けているのは、正常時であっても、前記フィルタ処理後の許容発生トルクと推定発生トルクの位相を完全に合わせることは困難であり誤検出防止のためである。
図9(b)は、異常時の挙動を示したチャートである。ライン911は運転者のアクセル踏込み量を示すアクセル開度、ライン912は許容発生トルクの挙動をそれぞれ示しており、図9(a)と同様の動作である。ライン913は推定発生トルクの挙動を示しており、図9(b)から、推定発生トルクはA時点から異常発生によりトルク上昇している状況であることが分かる。
ライン914は前記許容発生トルクの単位時間当たりの変化量(Δ許容発生トルク)、ライン915は、前記推定発生トルクの単位時間当たりの変化量(Δ推定発生トルク)の挙動をそれぞれ示している。同図から明らかなように、A時点から異常発生により増加し、ライン916のΔ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分も上昇し、ライン918の閾値2以上となる。
本閾値2は、ライン917の閾値1より大きい値である。そのため、閾値1と閾値2それぞれの継続時間条件は、図10(a)に示すように、閾値2の方が閾値1と比べて短い継続時間(診断ディレイ)となるよう設定されている。具体的には、閾値1の場合は診断ディレイ=td1で、閾値2の場合は診断ディレイ=td2であり、td2の方がtd1より短い値となる。このように、診断ディレイを設定したのは、異常の誤検出を防止するためである。また、診断ディレイを閾値に応じて設定したのは、前記Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分が大きい程、異常状態である可能性が高く、また、異常判断を速くし安全状態へ速く移行させ車両の安全性を高めるためである。
ライン919は、異常判断フラグの挙動を示しており、図9(b)では、ライン916がA時点から上昇し閾値2を超え、td2時間経過した時点で異常判定フラグが立ち上がる。ライン916が閾値1を超えている時間がt1、閾値2を超えている時間がt2である場合、診断ディレイの時間td1、td2と本実施形態のt1、t2の関係は図10(a)に示すような関係であり、閾値が大きいほど診断ディレイの時間は段階的に小さく設定される。具体的には、閾値1に対しては診断ディレイがtd1に設定され、閾値1より大きい閾値2に対しては診断ディレイがtd2に設定される。
よって、図9(b)において、ライン916が閾値1を超えている時間はt1であるが、このt1は、閾値1に対して設定される診断ディレイの時間td1を下回っているため、t1の範囲では異常は検出されない。一方、ライン916が閾値2を超えている時間はt2であるが、このt2は閾値2に対して設定される診断ディレイは時間td2を超えている。そのため、ライン916が閾値2を超えてから時間td2経過後に異常が検出されることになる。
図10(b)は、実際に異常(スロットルをステップ的に開く)を発生させた場合、Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分がある閾値を超えている時間(継続時間)Tと、異常を発生させた時点の車両速度(VSP)、またはエンジン回転数(Ne)との関係を示した図である。
図10(b)から明らかなように、VSPまたはNeが大きくなるに従い、閾値を超えている時間(T)が長くなる傾向になる。また、前記変化量算出の時間間隔をt1、t2とした場合、前記時間間隔が長いt1でのΔ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分の場合の方が、t2での前記差分の場合と比べて、閾値を超えている時間(T)が長くなる傾向になる。よって、本実施形態では、図10(c)に示すように、前記診断ディレイの閾値は、VSPまたはNeが大きくなるに従い大きくなるよう設定されている。また、Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分の閾値において、確実に異常と判断できる閾値(閾値2)と、それ以外の閾値1でそれぞれ別設定可能とすることで、より精度よく異常を判断できる。
図11は本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御フローチャートである。ステップ1101でアクセル開度センサ218の出力電圧からアクセル開度割合へ換算し読み込む。ステップ1102でクランク角センサ219の電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理によりエンジン回転数を計算する。ステップ1103でスロットル開度センサ215の出力電圧からスロットル角度へ換算し読み込む。
ステップ1104で熱式空気流量計202の出力電圧から電圧流量換算された空気流量を読み込む。ステップ1105で前記エンジン回転数と前記吸入空気量(エンジン負荷)から基本燃料量を計算する。ステップ1106で前記エンジン回転数と前記エンジン負荷から基本燃料補正係数をマップ検索する。ステップ1107で空燃比センサ211の出力電圧から空燃比変換した実空燃比を読み込む。
ステップ1108で前記エンジン回転数と記エンジン負荷から目標空燃比をマップ検索する。ステップ1109で前記目標空燃比と前記実空燃比で目標空燃比へのフィードバック制御を実施し、空燃比補正係数を算出する。ステップ1110で前記基本燃料補正係数、前記フィードバック制御による空燃比補正係数により前記基本燃料量を補正し燃料噴射量を計算する。ステップ1111でアイドル回転数の目標値を計算する。ステップ1112で前記アイドル回転数の目標値を実現できるISC目標流量を計算する。
ステップ1113で前記ISC目標流量をISC制御手段へ出力する。ステップ1114で前記エンジン回転数、および前記エンジン負荷で基本点火時期を計算する。ステップ1115で前記基本点火時期に水温補正等の補正を施す。ステップ1116で前記補正された点火時期をセットする。ステップ1117で許容発生トルクを計算し、ステップ1118で推定発生トルクを計算する。ステップ1119で前記許容発生トルクと前記推定発生トルクから異常判断を行う。
ステップ1120で前記アクセル開度と前記エンジン回転数から算出される目標トルクからの要求開度と前記ISC制御手段からの要求開度から最終的なスロットル開度へ制御する。また、前記ステップ1119で異常と判断された場合においても、ステップ1120でスロットル開度を制御する。
図12は、図11のステップ1117にて行われる許容発生トルクの計算、ステップ1118にて行われる推定発生トルクの計算の詳細を示したフローチャートである。ステップ1201で許容発生トルクを算出する。その後、ステップ1202からステップ1205でそれぞれ、40ms間、80ms間、120ms間、160ms間の前記許容発生トルクの変化量(Δ40LT、Δ80LT、Δ120LT、Δ160LT)を算出する。ステップ1206で推定発生トルクを算出する。その後、ステップ1207からステップ1210でそれぞれ、40ms間、80ms間、120ms間、160ms間の前記推定発生トルクの変化量(Δ40ET、Δ80ET、Δ120ET、Δ160ET)を算出する。
図13、図14、図15、図16、図17は、図11のステップ1119の異常検出の詳細を示したフローチャートである。図13は、前記40ms間の推定発生トルクの変化量(Δ40ET)と許容発生トルクの変化量(Δ40LT)から異常を判断するフローである。ステップ1301で前記40ms間の推定発生トルクの変化量(Δ40ET)と許容発生トルクの変化量(Δ40LT)の差分が所定の閾値(KD40H)より大きいかチェックする。チェック結果がYesの場合はステップ1302に進み、カウンタ(CN40H)をカウントアップする。その後、ステップ1304でCN40Hがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN40H)以上かどうかチェックする。
チェックした結果、Yesであればステップ1305で、異常フラグ(FLCN40HNG)を1とし、図14のフローへ進む。ステップ1301の結果がNoの場合はステップ1303へ進み、CN40Hをクリアし、ステップ1306へ進む。また、ステップ1304の結果がNoの場合も同様にステップ1306へ進みFLCN40HNGをクリアし、ステップ1307へ進む。
ステップ1307では、ステップ1301と同様にΔ40ETとΔ40LTの差分が所定の閾値(KD40L)より大きいかチェックする。ここでの閾値(KD40L)はステップ1301で使用する閾値(KD40H)より小さく設定されたものである。これは、ステップ1301での前記閾値(KD40H)は、確実に異常となった状態を検出するためのものであり、ステップ1307での前記閾値(KD40L)は、異常が発生しているが正常状態の判断が難しい場合で判断するための設定としている。そのために、後述するステップ1310での異常カウンタ(CN40L)の比較する閾値(KCN40L)は、前記ステップ1304で使用する閾値(KCN40H)より大きい値を設定し、異常状態の判断を確実に行えるようにしている。
ステップ1307の結果がYesの場合はステップ1308に進み、カウンタ(CN40L)をカウントアップする。その後、ステップ1310でCN40Lがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN40L)以上かどうかチェックする。チェックした結果、Yesであればステップ1311で、異常フラグ(FLCN40LNG)を1とし、図14のフローへ進む。ステップ1307の結果がNoの場合は、ステップ1309へ進み、CN40Lをクリアしステップ1312へ進む。また、ステップ1310の結果がNoの場合も同様にステップ1312へ進みFLCN40LNGをクリアし、図14のフローへ進む。
図14は、前記80ms間の推定発生トルクの変化量(Δ80ET)と許容発生トルクの変化量(Δ80LT)から異常を判断するフローである。ステップ1401で前記80ms間の推定発生トルクの変化量(Δ80ET)と許容発生トルクの変化量(Δ80LT)の差分が所定の閾値(KD80H)より大きいかチェックする。チェック結果がYesの場合はステップ1402に進み、カウンタ(CN80H)をカウントアップする。
その後、ステップ1404でCN80Hがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN80H)以上かどうかチェックする。チェックした結果、Yesであればステップ1405で、異常フラグ(FLCN80HNG)を1とし、図15のフローへ進む。ステップ1401の結果がNoの場合はステップ1403へ進み、CN80Hをクリアし、ステップ1406へ進む。また、ステップ1404の結果がNoの場合も同様にステップ1406へ進みFLCN80HNGをクリアし、ステップ1407へ進む。
ステップ1407では、ステップ1401と同様にΔ80ETとΔ80LTの差分が所定の閾値(KD80L)より大きいかチェックする。ここでの閾値(KD80L)はステップ1401で使用する閾値(KD80H)より小さく設定されたものである。また、後述するステップ1410での異常カウンタ(CN80L)の比較する閾値(KCN80L)は、前記ステップ1404で使用する閾値(KCN80H)より大きい値を設定する。これは、前述した図13での理由と同様である。
ステップ1407の結果がYesの場合はステップ1408に進み、カウンタ(CN80L)をカウントアップする。その後、ステップ1410でCN80Lがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN80L)以上かどうかチェックする。チェックした結果、Yesであればステップ1411で、異常フラグ(FLCN80LNG)を1とし、図15のフローへ進む。ステップ1407の結果がNoの場合は、ステップ1409へ進み、CN80Lをクリアしステップ1412へ進む。また、ステップ1410の結果がNoの場合も同様にステップ1412へ進みFLCN80LNGをクリアし、図15のフローへ進む。
図15は、前記120ms間の推定発生トルクの変化量(Δ120ET)と許容発生トルクの変化量(Δ120LT)から異常を判断するフローである。ステップ1501で前記120ms間の推定発生トルクの変化量(Δ120ET)と許容発生トルクの変化量(Δ120LT)の差分が所定の閾値(KD120H)より大きいかチェックする。チェック結果がYesの場合はステップ1502に進み、カウンタ(CN120H)をカウントアップする。その後、ステップ1504でCN120Hがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN120H)以上かどうかチェックする。チェックした結果、Yesであればステップ1505で、異常フラグ(FLCN120HNG)を1とし、図16のフローへ進む。
ステップ1501の結果がNoの場合はステップ1503へ進み、CN120Hをクリアし、ステップ1506へ進む。また、ステップ1504の結果がNoの場合も同様にステップ1506へ進みFLCN120HNGをクリアし、ステップ1507へ進む。ステップ1507では、ステップ1501と同様にΔ120ETとΔ120LTの差分が所定の閾値(KD120L)より大きいかチェックする。ここでの閾値(KD120L)はステップ1501で使用する閾値(KD120H)より小さく設定されたものである。
また、後述するステップ1510での異常カウンタ(CN120L)の比較する閾値(KCN120L)は、前記ステップ1504で使用する閾値(KCN120H)より大きい値を設定する。これは、前述した図13での理由と同様である。ステップ1507の結果がYesの場合はステップ1508に進み、カウンタ(CN120L)をカウントアップする。その後、ステップ1510でCN120Lがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN120L)以上かどうかチェックする。
チェックした結果、Yesであればステップ1511で、異常フラグ(FLCN120LNG)を1とし、図16のフローへ進む。ステップ1507の結果がNoの場合は、ステップ1509へ進み、CN120Lをクリアしステップ1512へ進む。また、ステップ1510の結果がNoの場合も同様にステップ1512へ進みFLCN120LNGをクリアし、図16のフローへ進む。
図16は、前記160ms間の推定発生トルクの変化量(Δ160ET)と許容発生トルクの変化量(Δ160LT)から異常を判断するフローである。ステップ1601で前記160ms間の推定発生トルクの変化量(Δ160ET)と許容発生トルクの変化量(Δ160LT)の差分が所定の閾値(KD160H)より大きいかチェックする。チェック結果がYesの場合はステップ1602に進み、カウンタ(CN160H)をカウントアップする。その後、ステップ1604でCN160Hがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN160H)以上かどうかチェックする。
チェックした結果、Yesであればステップ1605で、異常フラグ(FLCN160HNG)を1とし、図17のフローへ進む。ステップ1601の結果がNoの場合はステップ1603へ進み、CN160Hをクリアし、ステップ1606へ進む。また、ステップ1604の結果がNoの場合も同様にステップ1606へ進みFLCN160HNGをクリアし、テップ1607へ進む。ステップ1607では、ステップ1601と同様にΔ160ETとΔ160LTの差分が所定の閾値(KD160L)より大きいかチェックする。ここでの閾値(KD160L)はステップ1601で使用する閾値(KD160H)より小さく設定されたものである。
また、後述するステップ1610での異常カウンタ(CN160L)の比較する閾値(KCN160L)は、前記ステップ1604で使用する閾値(KCN160H)より大きい値を設定する。これは、前述した図13での理由と同様である。ステップ1607の結果がYesの場合はステップ1608に進み、カウンタ(CN160L)をカウントアップする。その後、ステップ1610でCN160Lがカウンタチェック用の所定の閾値(KCN160L)以上かどうかチェックする。チェックした結果、Yesであればステップ1611で、異常フラグ(FLCN160LNG)を1とし、図17のフローへ進む。
ステップ1607の結果がNoの場合は、ステップ1609へ進み、CN160Lをクリアしステップ1612へ進む。また、ステップ1610の結果がNoの場合も同様にステップ1612へ進みFLCN160LNGをクリアし、図17のフローへ進む。
図17は、図13、図14、図15、図16での各所定時間の変化量での異常判定フラグから最終的な判断するフローである。ステップ1701では40ms間の変化量からの異常判定が成立しているか判定し、Yesであれば、ステップ1706へ進み最終的な異常判定(FLCNNG=1)を行う。Noであればステップ1702へ進み、80ms間の変化量からの異常判定が成立しているか判定する。
Yesであれば、ステップ1706へ進み最終的な異常判定(FLCNNG=1)を行う。Noであればステップ1703へ進み、120ms間の変化量からの異常判定が成立しているか判定する。Yesであれば、ステップ1706へ進み最終的な異常判定(FLCNNG=1)を行う。Noであればステップ1704へ進み、160ms間の変化量からの異常判定が成立しているか判定する。Yesであれば、ステップ1706へ進み最終的な異常判定(FLCNNG=1)を行い、Noであればステップ1705へ進み、異常なしと判定(FLCNNG=0)し、フローを終了する。
以上説明したように、本実施形態に係る車載制御装置によれば、許容発生トルクの変化量と推定発生トルクの変化量との差分からエンジンの異常を検出するようにしたので、従来に比べて迅速かつ精度良くエンジンの異常を検出できる。そのため、運転者への危険を回避するあるいは運転者へ危険を感じさせないようにすることができる。
さらに、本実施形態によれば、単位時間当たりの許容発生トルクの変化量と推定発生トルクの変化量に基づいてエンジンの異常検出を行うため、センサや構成部品の性能のばらつきや経時劣化等による性能の変化を考慮してマージンを設けても、異常検出の時間を従来と比べて短縮することができ、かつ、精度良く異常を検出できるといった優れた効果を奏し得る。また、本実施形態では、許容発生トルクの変化量と推定トルクの変化量を複数の時間間隔で算出し、閾値や診断ディレイ等を複数設定しているので、エンジンの作動状態に応じて適した異常検出を行うことができる。
なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
例えば、トルクの代わりに馬力を用いてエンジン201の異常を検出する構成を採用することができる。この場合、上記した各手段に加えて、車載制御装置217は、許容発生トルクから許容発生馬力に換算する許容発生馬力算出部と、許容発生馬力の変化量を算出する許容発生馬力変化量算出部と、推定発生トルクから推定発生馬力に換算する推定発生馬力算出部と、推定発生馬力の変化量を算出する推定発生馬力変化量算出部と、を有する構成とする。そして、異常検出手段(異常検出部)112は、許容発生馬力の変化量と推定発生馬力の変化量との差分である差分馬力が所定の閾値を超えた状態が所定時間以上継続した場合に、エンジン201の異常を検出するようにすれば良い。この構成であっても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏し得る。即ち、差分馬力を用いても、エンジン201の異常を迅速かつ正確に検出することができる。
101 運転操作量検出手段(運転操作量検出部)
102 エンジン回転数計算手段(作動状態検出部)
103 シリンダ流入空気量計算手段(作動状態検出部)
109 目標スロットル開度計算手段(指令値算出部)
110 許容発生トルク計算手段(運転操作変化量検出部)
111 推定発生トルク計算手段(作動状態変化量算出部)
112 異常検出手段(異常検出部)
115 電制スロットル制御手段(推進力制御部)
201 エンジン(駆動源)
217 車載制御装置
上記目的を達成するために、本発明に係る車載制御装置は、車両を駆動する駆動源の推進力を制御する車載制御装置であって、運転者による操作量の変化量である運転操作変化量を算出する運転操作変化量算出部と、前記駆動源の作動状態の変化量である作動状態変化量を算出する作動状態変化量算出部と、所定以上の車両加速発生時に、前記運転操作変化量と前記作動状態変化量との差分または割合が所定の前記閾値を超えたことに基づいて、前記駆動源の異常を検出する異常検出部と、を備えたことを特徴としている。
本発明は、車両の駆動源である内燃機関の制御に関するものであり、特に、運転者意図しないような異常が内燃機関から発生していないか監視する機能を備えた車載制御装置に関する。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の駆動源である内燃機関から運転者の意図しないような異常が発生しているか否かを迅速に判定することのできる車載制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る車載制御装置は、内燃機関の発生トルクを制御する車載制御装置であって、運転者の運転操作に基づき許容発生トルクを算出する許容発生トルク算出部と、前記内燃機関の作動状態に基づき推定発生トルクを算出する推定発生トルク算出部と、前記許容発生トルクの変化量と前記推定発生トルクの変化量との差分または割合が所定閾値を超えたことに基づいて、前記内燃機関の吸気系の異常を検出する異常検出部と、を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、車両の駆動源である内燃機関から運転者の意図しないような異常が発生しているか否かを迅速に判定することができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

Claims (8)

  1. 車両に推進力を与えるために運転者が操作した運転操作量を検出または推定する運転操作量検出部と、
    前記運転操作量に基づき前記車両の駆動源への指令値を算出する指令値算出部と、
    前記指令値に基づき前記駆動源の推進力を制御する推進力制御部と、
    前記駆動源の作動状態を検出または推定する作動状態検出部と、
    前記運転操作量または前記運転操作量に基づき算出された演算値の変化量である運転操作変化量を算出する運転操作変化量算出部と、
    前記作動状態または前記作動状態に基づき算出された演算値の変化量である作動状態変化量を算出する作動状態変化量算出部と、
    少なくとも前記駆動源の異常を検出する異常検出部と、
    車両または前記駆動源の運転状態に応じた複数の閾値を設定する閾値可変部と、
    前記複数の閾値に応じた所定の継続時間を設定する継続時間可変部と、を有し、
    前記異常検出部は、前記運転操作変化量と前記作動状態変化量との差分または割合が所定の前記閾値を超えた状態が対応する前記継続時間を超えた場合に、少なくとも前記駆動源の異常を検出することを特徴とする車載制御装置。
  2. 請求項1において、
    前記閾値可変部は、車両の速度または前記駆動源の回転数が大きいほど前記閾値を大きな値に設定することを特徴とする車載制御装置。
  3. 請求項2において、
    前記継続時間可変部は、前記閾値が大きいほど対応する前記継続時間を短い値に設定することを特徴とする車載制御装置。
  4. 請求項1において、
    前記運転操作変化量算出部は複数の異なる単位時間当たりの前記運転操作変化量を算出し、前記作動状態変化量算出部は前記複数の異なる単位時間当たりの前記作動状態変化量を算出することを特徴とする車載制御装置。
  5. 請求項4において、
    前記閾値および前記継続時間は、それぞれ前記複数の異なる単位時間当たりの前記差分または前記割合毎に設定されることを特徴とする車載制御装置。
  6. 請求項1において、
    前記異常検出部で異常を検出した場合は、前記駆動源の推進力を低下させるフェールセーフ処理を行うことを特徴とする車載制御装置。
  7. 請求項1において、
    前記運転操作量検出部は、前記運転操作量であるアクセル開度を検出または推定し、
    前記作動状態検出部は、前記駆動源であるエンジンの回転数および負荷を前記作動状態として検出または推定し、
    前記運転操作変化量算出部は、前記アクセル開度および前記エンジンの回転数に基づいて許容発生トルクとその変化量を算出し、
    前記作動状態変化量算出部は、前記エンジンの回転数および前記エンジンの負荷に基づいて推定発生トルクとその変化量を算出し、
    前記異常検出部は、前記許容発生トルクの変化量と前記推定発生トルクの変化量との差分である差分トルクが所定の前記閾値を超えた状態が対応する前記継続時間を超えた場合に、前記エンジンの異常を検出することを特徴とする車載制御装置。
  8. 請求項7において、
    前記許容発生トルクから許容発生馬力に換算する許容発生馬力算出部と、
    前記許容発生馬力の変化量を算出する許容発生馬力変化量算出部と、
    前記推定発生トルクから推定発生馬力に換算する推定発生馬力算出部と、
    前記推定発生馬力の変化量を算出する推定発生馬力変化量算出部と、を有し、
    前記異常検出部は、前記許容発生馬力の変化量と前記推定発生馬力の変化量との差分である差分馬力が所定の前記閾値を超えた状態が対応する前記継続時間を超えた場合に、前記エンジンの異常を検出することを特徴とする車載制御装置。
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