JP2023170643A - 失火検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面からの影響を考慮して検出精度を向上させた失火検出装置を提供する。【解決手段】遊星歯車機構２４のピニオンギア２４ｂに接続されるキャリア３２に連結されたエンジン２１と、遊星歯車機構２４のサンギア２４ａに対してサンギア軸３３を介して連結されたモータジェネレータ２３と、を備える車両に搭載される失火検出装置であって、少なくともエンジン２１の慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うエンジン項と、少なくともキャリア３２の慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うキャリア項と、少なくともモータジェネレータ２３の慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うモータジェネレータ項と、を利用して、エンジン２１の出力トルクを推定する演算部１２と、演算部１２により推定されたエンジン出力トルクの値に基づいて、失火の検出を行う判定部１３と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、車両の失火検出装置に関する。

近年、エンジンにより駆動力を発生させるとともに、電気により駆動力を発生させるハイブリッド車が利用されている。このようなハイブリッド車において、エンジンは、遊星歯車機構のキャリア軸に連結されたエンジンであり、遊星歯車機構のサンギア軸にモータジェネレータが連結されている。

このハイブリッド車では、エンジンとモータにかかる夫々の情報から、エンジントルクを計測することができる。また、ハイブリッド車では、計測されたエンジントルクの値に基づいて、失火の検出とノイズ発生の推定を行うことができる。

特許文献１には、エンジントルクの正確な算出が困難な場合であっても、エンジンの失火判定を実施する車両制御装置が開示されている。

特開２０１３－１４２３２７号公報

ハイブリッド車において、エンジントルクを用いて失火検出とノイズの推定の両方を行う場合、失火検出用のエンジントルクとノイズ発生推定用のエンジントルクでは、算出したいシーンや求められる精度が異なる。

具体的には、ノイズ推定を目的とする場合には、算出するエンジントルクは必要最低限の精度で良く、かつ必要最低限の算出シーンでのみでよい。すなわち、ノイズ推定を目的とする場合には、算出する精度を限定するとともに算出の機会を限定することにより、処理の負荷軽減をはかりたいという要望がある。

一方で、失火の検出を目的とする場合には、エンジントルクを高い精度で常時算出することで、常時、失火の検出を行いたいという要望がある。ここで、エンジントルクから失火検出の演算を行う際には、車両が走行している路面からの入力が考慮されておらず、路面の状態によっては、失火検出の精度が低下するという問題があった。

本発明は、路面からの影響を考慮して検出精度を向上させた失火検出装置を提供するものである。

本発明にかかる失火検出装置は、遊星歯車機構のキャリアに連結されたエンジンと、前記遊星歯車機構のサンギア軸に連結されたモータジェネレータと、を備える車両に搭載される失火検出装置であって、少なくとも前記エンジンの慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うエンジン項と、少なくとも前記キャリアの慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うキャリア項と、少なくとも前記モータジェネレータの慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うモータジェネレータ項と、を利用して、前記エンジンの出力トルクを推定する演算部と、前記演算部により推定されたエンジン出力トルクの値に基づいて、失火の検出を行う判定部と、を備える。
これにより、エンジントルクを推定する際の精度を向上させることができる。

これにより、路面からの影響を考慮して検出精度を向上させた失火検出装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる失火検出装置１の構成の一例を示した構成図である。 実施の形態１にかかる車両にかかる駆動部の構成を示す模式図である。 関連する回転体の模式図である。 実施の形態１にかかるエンジン負荷とエンジントルクから失火の検出が可能であることを示す図である。 実施の形態１にかかる失火検出用エンジントルク算出式における加振周波数と、キャリア項を含めずに算出したエンジントルクと、キャリア項を利用して算出したエンジントルクの一例を示した図である。 実施の形態１にかかるエンジントルクを推定する際の計算式の各項の計算フローの図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る失火検出装置１について説明する。失火検出装置１は、駆動力の発生源としてエンジンとモータジェネレータを備えており、かつ、遊星歯車機構（プラネタリギア）が利用されている車両２に設けられているものとする。図１は、失火検出装置１の構成の一例を示した図である。

失火検出装置１は、情報取得部１１と、情報取得部１１で取得された情報を利用して演算を行う演算部１２と、演算部１２による演算結果から失火の検出判定を行う判定部１３と、を備える。

情報取得部１１は、車両２の駆動部にかかる情報を取得する。例えば、情報取得部１１は、エンジンの回転角速度、モータジェネレータの回転角速度等の情報を取得する複数のセンサを有している。また例えば、情報取得部１１では、後述するクランクシャフト３１において、回転動作を行う際の特定のクランクアングル（ＣＡ）間の時間を計測する。

演算部１２は、エンジンの慣性モーメントと、エンジンの回転角速度と、モータジェネレータの回転角速度と、遊星歯車機構にかかるサンギアの歯数に対するリングギアの歯数の比と、モータジェネレータによるトルク反力の値と、を利用して、エンジンの出力トルクを推定する演算を行う。

判定部１３は、演算部１２の演算により推定されたエンジンの出力トルクの値に基づいて、失火の検出を行う。

なお、演算部１２及び判定部１３は、主記憶装置や補助記憶装置、演算装置等を有するコンピュータを利用することができる。

ここで、車両２の駆動部にかかる構成を説明するとともに、失火検出装置１の動作について、より具体的に説明する。

図２は、車両２にかかる駆動部の構成を示す模式図である。図２に示すように、車両２は、エンジン２１と、ダンパ２２と、第１のモータジェネレータ（ＭＧ１）２３と、遊星歯車機構２４と、第２のモータジェネレータ（ＭＧ２）２５と、タイヤ２６を備える。なお、遊星歯車機構２４は、サンギア２４ａと、ピニオンギア２４ｂと、リングギア２４ｃにより構成されている。

また、車両２は、エンジン２１とダンパ２２を接続するクランクシャフト３１と、ダンパ２２と遊星歯車機構２４のピニオンギア２４ｂとを接続するプラネタリキャリア（以下、キャリア）３２と、第１のモータジェネレータ２３と遊星歯車機構２４のサンギア２４ａとを接続するサンギア軸３３と、遊星歯車機構２４のリングギア２４ｃと第２のモータジェネレータ２５とを接続するリングギア軸３４と、を備える。

エンジン２１では、燃料を燃焼させて熱を作り出し、この熱から力学的エネルギーを取り出す。これによりエンジン２１は、クランクシャフト３１を回転させて、ダンパ２２に回転力が伝えられる。また例えば、情報取得部１１では、クランクシャフト３１にかかるトルクを取得するとともに、このクランクシャフト３１の回転から取得できる回転角速度を、エンジン２１の回転角速度として取得することができる。

ダンパ２２は、振動の減衰、抑制や共振振幅の減少を行う。典型的には、ダンパ２２は、エンジン２１からクランクシャフト３１の回転力を受けて動作するとともに、キャリア３２を介してピニオンギア２４ｂを動作させる。また例えば、情報取得部１１では、キャリア３２にかかるトルクを取得するとともに、キャリア３２の回転角速度を取得することができる。

第１のモータジェネレータ２３は、スタータの持つ始動機能とオルタネータの持つ発電機能を統合したものである。第１のモータジェネレータ２３は、車両２の始動や走行時の主動力として加速時のエンジンアシストを行うことができる。第１のモータジェネレータ２３は、サンギア軸３３を介して、遊星歯車機構２４のサンギア２４ａと接続されている。また例えば、情報取得部１１では、サンギア軸３３のトルクを取得するとともに、サンギア軸３３の回転から取得される回転角速度を、サンギア２４ａの回転角速度として取得することができる。

遊星歯車機構２４は、平面視において中央に配されるサンギア２４ａと、サンギア２４ａの周りを公転する複数のピニオンギア２４ｂと、サンギア２４ａとの間でピニオンギア２４ｂを挟むように配されている環状のリングギア２４ｃと、を備える。なお、サンギア２４ａとピニオンギア２４ｂは外歯を有し、互いの歯が噛み合っている。また、リングギア２４ｃは内歯を有しており、ピニオンギア２４ｂの歯と噛み合っている。

典型的には、サンギア２４ａは、第１のモータジェネレータ２３からサンギア軸３３を介して伝えられた回転力により回転を行う。また、ピニオンギア２４ｂは、キャリア３２を介して与えられた回転力により、サンギア２４ａの周囲を公転しながら自転する。これにより、リングギア２４ｃでは、周方向に回転する力が働く。

なお、リングギア２４ｃには、リングギア軸３４を介して、第２のモータジェネレータ２５が接続されている。情報取得部１１では、リングギア軸３４にかかるトルクを取得するとともに、リングギア軸３４の回転から取得される回転角速度を、リングギア２４ｃの回転角速度として取得することができる。

なお、キャリア３２は、ダンパ２２やクランクシャフト３１を介しているが、エンジン２１と遊星歯車機構２４のピニオンギア２４ｂを接続していると言うことができる。

第２のモータジェネレータ２５は、第１のモータジェネレータ２３と同様に、スタータの持つ始動機能とオルタネータの持つ発電機能を統合したものである。第２のモータジェネレータ２５は、ブレーキをかける際にエネルギーを回生し、バッテリー充電を行うことができる。なお、第２のモータジェネレータ２５は、機能の少なくとも一部が、第１のモータジェネレータ２３と重複していてもよい。

第２のモータジェネレータ２５は、車両２のタイヤ２６に接続されている。典型的には、リングギア２４ｃで発生している回転力が伝えられ、タイヤ２６を回転させることができる。

ここで、車両２の失火の検出を行うための運動方程式について説明する。

まず、前提である回転体の運動方程式について説明する。図３は、典型的な回転体の状態を示した模式図である。

この図３に示した回転体における運動方程式は、

である。

次に、上述した車両２の駆動部にかかる運動方程式についての詳細を説明する。すなわち以下では、演算部１２において行う演算について説明する。

車両２において、駆動部にかかる運動方程式は、

と示すことができる。ここで、式（２）はキャリア３２にかかる運動方程式であり、式（３）はサンギア軸３３にかかる運動方程式であり、式（４）はクランクシャフト３１にかかる運動方程式である。

また、式（２）及び式（３）から、ダンパ２２の影響の算出式である

を定めることができる。

この式（５）は、左辺に示されているダンパばね定数とダンパ前後の角速度の差から算出されるダンパの力が、右辺に示されているキャリア３２とサンギア軸３３の夫々の慣性モーメントと角加速度、及び、サンギア軸３３のトルクとプラネタリギア比から算出できることを示している。

ここで、式（４）と、式（５）から、エンジンの出力トルクであるエンジントルクは、

のように求められる。ここで式（６）に示すように、エンジントルクはダンパばね係数を用いずに示すことができる。

また、この式（６）では、キャリア項である

がなければ、エンジントルクを算出できない場合があることを示している。

ここで図４は、エンジントルクを算出することによって、失火の検出が可能であることを示す図である。図４は、横軸をエンジンの負荷、縦軸をエンジントルクとして示している。図４に示すように、正常な状態と失火が発生している状態とを比較すると、所定のエンジン負荷に対して、エンジントルクの値が小さくなっていることがわかる。例えば、判定部１３では、所定のエンジン負荷に対して、エンジントルクの値が十分に小さい値である場合に、失火を検出できる。

ここで、演算部１２では、式（６）を失火検出用エンジントルク算出式として

と定めて、エンジントルクを推定する。なお

は、エンジン項であり、

は、キャリア項であり、

は、ＭＧ項である。

式（７）に記載しているように、この失火検出用エンジントルク算出式は、エンジン項とキャリア項とモータジェネレータ（ＭＧ）項の合算によって算出する式となっている。すなわち、式（７）に記載の失火検出用エンジントルク算出式は、一般に用いられるノイズ検出用エンジントルクの算出式とは異なり、キャリア項が含まれているという特徴がある。

なお、ノイズ検出用エンジントルクを算出する際には、キャリア項を含めない計算式を用いて算出が行われている。これは、検出したいシーンが車両２の停車中、かつ、キャリア３２の慣性モーメントが十分に小さいため、キャリア項を算出していなくてもノイズを検出する精度を出すことができるためである。

図５（ａ）～図５（ｃ）は、式（７）のように失火検出用エンジントルク算出式では、キャリア項を新規に算出する必要があることを説明するための図である。なお、図５（ａ）～図５（ｃ）では、エンジン２１のエンジントルク、第１のモータジェネレータ２３のトルク、タイヤトルクを同じ周波数で振動させた場合の結果の一例を示している。なお、図５（ａ）は加振周波数を示しており、図５（ｂ）は、演算部１２が式（７）からキャリア項を抜いた式でエンジントルクを算出した場合の結果の一例を示しており、図５（ｃ）は、演算部１２が式（７）に示すようにキャリア項を入れた状態のままエンジントルクを算出した場合の結果の一例を示している。

なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、本来算出されて欲しいエンジントルクと、タイヤからの入力トルクが５０００Ｎｍで算出されるエンジントルクと、タイヤからの入力トルクが５００Ｎｍで算出されるエンジントルクと、を示している。

図５（ｂ）に示すように、演算部１２が、キャリア項を用いない式でエンジントルクの推定を行った場合には、特定の周波数において本来算出されて欲しいエンジントルクとは異なるエンジントルクが算出されてしまうことがある。なお例えば、特定の周波数とは、ダンパ２２の共振周波数付近の周波数である。

一方で、図５（ｃ）に示すように、演算部１２が、キャリア項を含めた式でエンジントルクの推定を行った場合には、どの周波数においても、本来算出されて欲しいエンジントルクに近いエンジントルクの値が算出できる。

すなわち、図５（ａ）～図５（ｃ）では、悪路走行などのタイヤ側から加振されるような状況では、キャリア項がないとエンジントルクを正確に算出できない場合があり、キャリア項を含めた失火検出用エンジントルク算出式を利用する必要があるという結果が示されている。

なお、車両２において、エンジンを用いた運転中であれば常に失火の可能性はある。したがって、演算部１２では、停車中・走行中に関係なく継続的に失火検出用エンジントルクを算出し、判定部１３において失火の判定を行う必要がある。

ここで図６は、式（７）に示したエンジントルクを推定する際の計算式の各項、すなわちエンジン項とキャリア項とＭＧ項の計算の流れを示したフロー図である。以下では、図６を参照して、演算部１２で行う具体的な各項の計算について説明する。

最初に、情報取得部１１は、クランクシャフト３１の回転動作において、特定のクランクアングル（ＣＡ）間の時間を計測する（ステップＳ１）。例えば、情報取得部１１は、６０ＣＡ～９０ＣＡにかかった時間が５ｍｓであるという情報を取得する。

まず、式（７）におけるエンジン項の算出について説明する。演算部１２は、特定のＣＡ間のクランクシャフト３１の回転角度と、ＣＡ間の時間から、クランクシャフト３１の回転角速度（以下、クランク角速度）を計算する（ステップＳ１１）。例えば、演算部１２はクランクシャフト３１の回転角度が３０ｄｅｇ、ステップＳ１で計測されたＣＡ間の時間が５ｍｓであることから、クランク角速度が６ｄｅｇ／ｍｓであると計算する。なお、クランク角速度は、エンジンの回転角速度と読み替えることができる。

演算部１２は、今回計算したクランク角速度と、前回計算したクランク角速度の差から、クランク角速度差を計算する（ステップＳ１２）。例えば、演算部１２は、今回のクランク角速度が６ｄｅｇ／ｍｓ、前回のクランク角速度が４ｄｅｇ／ｍｓであれば、クランク角速度差が２ｄｅｇ／ｍｓと計算する。

演算部１２は、今回計算したクランク角速度差と、ＣＡ間の時間から、クランク角加速度を計算する（ステップＳ１３）。例えば、演算部１２は、クランク角速度差が２ｄｅｇ／ｍｓ、ステップＳ１で計測されたＣＡ間の時間が５ｍｓであることから、クランク角加速度を０．４ｄｅｇ／ｍｓ^２であると計算する。

演算部１２は、クランク角加速度と、クランクシャフト３１の慣性モーメントから、エンジン項の値を計算する（ステップＳ１４）。ここでは、演算部１２は、エンジンの慣性モーメントに、クランク角速度を乗算した値を計算する。

次に、式（７）におけるキャリア項の算出について説明する。情報取得部１１は、特定のＣＡの時のキャリア３２の回転角速度（以下、キャリア角速度）を計測する（ステップＳ２１）。例えば、情報取得部１１は、キャリア３２の角速度が１０００ｒｐｍであることを計測する。

演算部１２は、今回計測したキャリア角速度と、前回計測したキャリア角速度の差から、キャリア角速度差を計算する（ステップＳ２２）。例えば、演算部１２は、今回のキャリア角速度が１０００ｒｐｍ、前回のキャリア角速度が９６０ｒｐｍであれば、キャリア角速度差が６０ｒｐｍ、すなわち３６０ｄｅｇ／ｓ（０．３６ｄｅｇ／ｍｓ）であると計算する。

演算部１２は、今回計算したキャリア角速度差と、ＣＡ間の時間から、キャリア角加速度を計算する（ステップＳ２３）。例えば、演算部１２は、キャリア角速度差が０．３６ｄｅｇ／ｍｓ、ステップＳ１で計測されたＣＡ間の時間が５ｍｓであることから、キャリア角加速度を０．０７２ｄｅｇ／ｍｓ^２であると計算する。

演算部１２は、キャリア角加速度と、キャリア３２の慣性モーメントから、キャリア項の値を計算する（ステップＳ２４）。ここでは、キャリア３２の慣性モーメントに、キャリア角加速度を乗算した値を算出する。

次に、式（７）におけるＭＧ項の算出について説明する。情報取得部１１は、特定のＣＡの時の第１のモータジェネレータ２３の回転角速度（以下、ＭＧ１角速度）を計測する（ステップＳ３１）。例えば、情報取得部１１は、ＭＧ１角速度が１２００ｒｐｍであることを計測する。

演算部１２は、今回計測したＭＧ１角速度と、前回計測したＭＧ１角速度の差から、ＭＧ１角速度差を計算する（ステップＳ３２）。例えば、演算部１２は、今回のＭＧ１角速度が１２００ｒｐｍ、前回のＭＧ１角速度が１１４０ｒｐｍであれば、ＭＧ１角速度差が６０ｒｐｍ、すなわち３６０ｄｅｇ／ｓ（０．３６ｄｅｇ／ｍｓ）であると計算する。

演算部１２は、今回計算したＭＧ１角速度差と、ＣＡ間の時間から、ＭＧ１角加速度を計算する（ステップＳ３３）。例えば、演算部１２は、ＭＧ１角速度差が０．３６ｄｅｇ／ｍｓ、ステップＳ１で計測されたＣＡ間の時間が５ｍｓであることから、ＭＧ１角加速度を０．０７２ｄｅｇ／ｍｓ^２であると計算する。

演算部１２は、ＭＧ１角加速度と、第１のモータジェネレータ２３の慣性モーメントから、ＭＧ項の値を計算する（ステップＳ３４）。ここでは、ＭＧ１の慣性モーメントに、ＭＧ１角加速度を乗算した値を算出する。

一方で、情報取得部１１は、特定のＣＡの時のサンギア軸３３のトルク（サンギア軸トルク）を計測する（ステップＳ４１）。例えば、情報取得部１１は、９０ＣＡの時のサンギア軸トルクは１５Ｎｍであることを計測する。

そして、演算部１２は、ステップＳ３４で計算されたＭＧ項の値から、ステップＳ４１で計測されたサンギア軸トルクの値を減算する（ステップＳ５１）。

さらに、ステップＳ５１で算出された値を軸変換する（ステップＳ５２）。このステップＳ５２により軸変換された値を、式（７）におけるＭＧ項の一部に用いる。

すなわち、演算部１２では、式（７）について、ステップＳ１４により算出されたエンジン項、ステップＳ２４で算出されたキャリア項、ステップＳ５２で算出されたサンギア軸トルクを含めたＭＧ項、を加算してエンジントルクを推定することができる。

以上のことから、失火検出装置１の演算部１２では、式（７）を用いてエンジントルクの推定する際に、キャリア項を含ませた状態で演算を行うことができる。また、この演算においてキャリア項を含ませることにより、車両２が路面から受ける力を考慮することができ、エンジントルクの推定精度を向上することができる。

したがって、判定部１３により、エンジンの負荷とエンジントルクの推定値の関係から失火検出の判定を行う際には、エンジントルクの推定精度が向上することから、失火検出の判定の精度が向上する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

１ 失火検出装置
２ 車両
１１ 情報取得部
１２ 演算部
１３ 判定部
２１ エンジン
２２ ダンパ
２３ 第１のモータジェネレータ
２４ 遊星歯車機構
２４ａ サンギア
２４ｂ ピニオンギア
２４ｃ リングギア
２５ 第２のモータジェネレータ
２６ タイヤ
３１ クランクシャフト
３２ キャリア
３３ サンギア軸
３４ リングギア軸

Claims (1)

1. 遊星歯車機構のピニオンギアに接続されるキャリアに連結されたエンジンと、前記遊星歯車機構のサンギアに対してサンギア軸を介して連結されたモータジェネレータと、を備える車両に搭載される失火検出装置であって、
   少なくとも前記エンジンの慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うエンジン項と、少なくとも前記キャリアの慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うキャリア項と、少なくとも前記モータジェネレータの慣性モーメントと角加速度を利用して算出を行うモータジェネレータ項と、を利用して、前記エンジンの出力トルクを推定する演算部と、前記演算部により推定されたエンジン出力トルクの値に基づいて、失火の検出を行う判定部と、を備える、
   失火検出装置。

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