JP4039167B2

JP4039167B2 - 車両の補機駆動装置

Info

Publication number: JP4039167B2
Application number: JP2002229590A
Authority: JP
Inventors: 英典椎葉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: JP2004068712A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンおよびモータのいずれかで補機の駆動が可能な車両の補機駆動装置に関し、特にその故障の検出を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、所定の運転状態のときにエンジンを停止して電動モータによる走行を行うハイブリッド車両や、信号待ちなどの一時的な車両停止時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ機能を備えた車両などにおいては、エンジンの停止中にも補機駆動が必要な場合があることから、補機駆動用のモータを備えた補機駆動装置が用いられることがある。
【０００３】
特開２００１−１９３５１６号公報には、補機とモータとをベルト伝動機構によって連結するとともに、エンジンの出力軸と上記ベルト伝動機構との間にクラッチ機構を介装し、このクラッチ機構によってエンジンとベルト伝動機構との間での動力の伝達，遮断を行うようにした補機駆動装置が開示されている。つまり、エンジンの運転中は上記クラッチ機構を介してエンジンにより補機を駆動し、またエンジンの停止中に補機駆動の要求があった場合には、上記クラッチ機構を解放状態としてモータにより補機を駆動する構成となっている。そして、この公報の装置では、エンジンにより補機を駆動している状態において、エンジンの回転数およびモータの回転数をそれぞれ所定値と比較し、エンジン回転数が所定エンジン回転数よりも高くかつモータの回転数が所定回転数よりも低い場合には、クラッチ機構が故障つまり結合不良であると判定してモータでの補機駆動に切り換えるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のような故障の検出手段では、エンジンによる補機駆動が正常になされていないことは判断できるものの、例えばベルト切れなどのベルト伝動機構の故障であるのかクラッチ機構の故障であるのか識別することはできない。また上記のようにクラッチ機構の故障と判定したときに、実際にはベルト伝動機構の故障である場合も含まれるので、モータでの補機駆動に切り換えても、補機を駆動することはできない。つまり、故障に応じた適切な処理が行えない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンと、補機と、モータと、このモータと上記補機とを連結するベルト伝動機構と、上記エンジンの出力軸と上記ベルト伝動機構との間に介装されて両者間での動力の伝達，遮断を行うクラッチ機構と、を備え、上記エンジンの運転中は上記クラッチ機構を介して上記エンジンにより補機を駆動し、かつ上記エンジンの停止中は上記クラッチ機構を解放して上記モータによる補機の駆動が可能な車両の補機駆動装置を前提としている。
【０００６】
そして、第１の発明では、上記エンジンの停止中でかつ補機を駆動しているときのモータトルクを検出し、このモータトルクを所定の判定値と比較することで、上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構の故障を検出するようにしている。例えば、ベルト伝動機構のベルト切れの場合には、モータに作用する負荷が小さくなり、検出されたモータトルクが非常に小さくなる。そして、クラッチ機構が固着しているような場合には、モータトルクが異常に大きくなる。
【０００７】
より具体的には、上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構が正常でかつ上記クラッチ機構を解放して上記モータにより補機を駆動しているときのモータトルクの上限値および下限値をそれぞれ第１の判定値および第２の判定値とし、上記モータトルクが両判定値の間にあれば上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構を正常と判定し、上記モータトルクが上記第１の判定値を上回っていれば上記クラッチ機構の故障と判定し、上記モータトルクが上記第２の判定値を下回っていれば上記ベルト伝動機構の故障と判定することができる。
【０００８】
また、第２の発明では、上記クラッチ機構が解放状態に制御される条件下で上記モータの回転方向の共振周波数を検出するとともに、上記クラッチ機構が結合状態に制御される条件下で上記モータの共振周波数を検出し、これらの検出した共振周波数を所定の判定値と比較することで、上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構の故障を検出する。ベルト伝動機構により連結された補機とモータとを一つの回転振動系をみなすと、これにエンジンが接続された状態での振動系と、エンジンが切り離された状態での振動系とでは、それぞれ共振周波数が異なる。同様に、ベルト伝動機構の故障、例えばベルト切れやベルトの滑りなどがあると、振動系としてモータから補機が切り離されたものとなるので、やはり共振周波数が変化する。そのため、この共振周波数に着目することで、ベルト伝動機構およびクラッチ機構の故障の検出、さらには両者の識別が可能となる。
【０００９】
【発明の効果】
この発明によれば、補機を駆動するためのベルト伝動機構およびクラッチ機構の故障を検出できるとともに、いずれの故障であるのかを容易に識別することが可能となる。また、このような故障検出のための格別のセンサの付加等が不要であり、一般的な補機駆動装置の制御システムの中で容易に実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の補機駆動装置の機械的な構成を示す構成説明図であって、内燃機関からなるエンジン１のクランクシャフト（出力軸）１ａ後端に、トルクコンバータ２を介して自動変速機３が接続され、この自動変速機３の出力側で図示せぬ車輪を駆動している。上記エンジン１は、始動用のスタータ４を備えている。なお、この車両は、信号待ち等の一時的な車両停止の際にエンジン１を停止するいわゆるアイドルストップ制御を行うものであり、その後の再始動も上記スタータ４を用いて行われる。
【００１２】
また、上記クランクシャフト１ａの前端に、クラッチ機構として電磁クラッチからなるクランクプーリクラッチ５を介して、クランクプーリ６が接続されている。この実施例では、補機として、ウォータポンプ７と空調用コンプレッサ８とを備えており、それぞれウォータポンププーリ７ａ、コンプレッサプーリ８ａを有している。また、これらの補機をエンジン１の停止中に駆動するために、モータ９が設けられており、このモータ９の駆動プーリ９ａと上記のクランクプーリ６、ウォータポンププーリ７ａ、コンプレッサプーリ８ａとの間に、ベルト１０が巻き掛けられている。従って、これらによってベルト伝動機構が構成されている。なお、上記空調用コンプレッサ８とコンプレッサプーリ８ａとの間には、周知のように電磁クラッチ１１が介在しており、必要時にのみコンプレッサ８が駆動されるようになっている。
【００１３】
上記のような構成においては、エンジン１の運転中は、クランクプーリクラッチ５が結合され、エンジン１の動力によって、補機つまりウォータポンプ７およびコンプレッサ８が駆動される。また、車両が停止してエンジン１がアイドルストップにより停止している間に、これらの補機の駆動が必要な場合には、上記クランクプーリクラッチ５が解放（切断）され、モータ９により補機の駆動が行われる。
【００１４】
そして、本実施例では、以下のような手法により、補機駆動装置の故障の有無を診断する。
【００１５】
まず、補機駆動装置が正常であることを前提として、エンジン１がアイドル運転状態にあって、かつ上記クランクプーリクラッチ５を介して補機が駆動されている状態でエンジン１に作用するトルクの下限値を、「エンジントルク閾値」として予め図示せぬコントロールユニット内に記憶する。同様に、上記クランクプーリクラッチ５を解放状態としてモータ９により補機を駆動しているときのモータ９のトルクの下限値を「モータトルク下限値」として記憶し、トルクの上限値を「モータトルク上限値」として記憶する。なお、この場合、コンプレッサ８のように常時接続されていない補機は含まずに、常時接続されている補機のトルクのみを対象として、それぞれの値を求める。但し、後述する診断をコンプレッサ８の接続状態で行うのであれば、電磁クラッチ１１を結合した状態での値を求めることが望ましい。これらの値は、実機で実験的に求めてもよく、あるいは数値モデルや計算式から求めることができる。
【００１６】
そして、エンジン１の運転中は、エンジン１の実際のエンジントルクを常に監視する。また、アイドルストップ中（エンジン１の停止中）は、モータ９の実際のモータトルクを常に監視する。
【００１７】
アイドルストップ中のモータトルクを上記のモータトルク上限値およびモータトルク下限値と比較し、「モータトルク下限値≦モータトルク≦モータトルク上限値」の関係であれば、補機駆動装置全体が正常であると判断する。「モータトルク＜モータトルク下限値」の関係であれば、モータ９に作用する負荷が過度に小さいことを意味するので、ベルト伝動機構の異常、例えばベルト切れあるいは過度のベルトの滑り、などであると判断する。「モータトルク＞モータトルク上限値」であれば、モータ９に作用する負荷が過度に大きいことを意味するので、クランクプーリクラッチ５の異常、特に、結合状態で固着していると判断する。
【００１８】
一方、エンジン１の運転中は、検出されたエンジントルクを上記のエンジントルク閾値と比較し、エンジントルク閾値より小さくなったら、補機駆動に伴う負荷が過度に小さくなったことを意味するので、補機が駆動されていないと判断し、その後、アイドルストップに移行したときのモータトルクから、故障個所を特定する。すなわち、「モータトルク＜モータトルク下限値」であれば、上記と同様に、ベルト切れ等のベルト伝動機構の異常であると判断する。「モータトルク≧モータトルク下限値」であれば、モータ９には正常範囲の大きさの負荷が作用しているので、クランクプーリクラッチ５の異常、特に、解放状態のままとなっているような結合不良であると判断する。
【００１９】
図２は、上記のような補機駆動装置の自己診断のために、図示せぬコントロールユニットにおいて実行される制御の流れを示すフローチャートである。なお、フローチャート中のＴｅはエンジン１の運転中のエンジントルク、Ｔｍはアイドルストップ中のモータトルク、Ｔｅ＿ＳＨＩＫＩＩはエンジントルク閾値、Ｔｍ＿ＳＨＩＫＩＩ＿ＭＡＸはモータトルク上限値、Ｔｍ＿ＳＨＩＫＩＩ＿ＭＩＮはモータトルク下限値である。ステップ１では、エンジン回転中であるか判定し、ＹＥＳであれば、ステップ２で、エンジントルクがエンジントルク閾値未満であるか判定する。前述したように、エンジン１の運転中は、このエンジントルクの監視を継続する。エンジントルクがエンジントルク閾値を下回ったときは、ステップ３で、エンジントルクの低下を示すフラグＴｅ＿ＴＥＩＫＡ＿ＦＬＡＧを１とする。
【００２０】
一方、エンジン１が停止中であれば、ステップ４で一時的なアイドルストップであるか確認した上で、ステップ５，６で、モータトルクをモータトルク下限値およびモータトルク上限値とそれぞれ比較する。モータトルクがモータトルク下限値未満であれば、ステップ８へ進んで、ベルト異常であると判定し、警告灯の点灯等の手段で運転者に報知する。さらに、ステップ９，１０ヘ進み、スタータ４でエンジン１を再始動し、かつモータ９による補機駆動を禁止する。また、ステップ１６で、アイドルストップを禁止する。これにより、以後は、車両停止時にもアイドルストップがなされず、常にエンジン１によって補機が駆動されることになる。
【００２１】
ステップ５，６で、モータトルクがモータトルク上限値を超えていれば、ステップ１１へ進んで、クランクプーリクラッチ５の異常（特に結合状態での固着）と判定し、警告灯の点灯等の手段で運転者に報知する。そして、ステップ１２ヘ進み、この場合はモータ９でクランキングしてエンジン１を再始動する。また、ステップ１６で、アイドルストップを禁止する。これにより、以後は、車両停止時にもアイドルストップがなされず、常にエンジン１によって補機が駆動される。
【００２２】
ステップ５，６で、モータトルクがモータトルク下限値とモータトルク上限値との間にあれば、ステップ７に進んで、前述のフラグＴｅ＿ＴＥＩＫＡ＿ＦＬＡＧの状態を判定する。このフラグが１でなければ、補機駆動装置が正常であるとして、ステップ１へ戻り、上述の処理を繰り返す。一方、フラグが１であれば、エンジントルクの低下を検出した後であるので、ステップ１３へ進んで、クランクプーリクラッチ５の異常（特に結合不良）であると判定し、警告灯の点灯等の手段で運転者に報知する。さらに、ステップ１４，１５ヘ進み、スタータ４でエンジン１を再始動し、かつこの場合は、モータ９による補機駆動を行う。また、ステップ１６で、アイドルストップを禁止する。これにより、以後は、車両停止時にもアイドルストップがなされず、また、エンジン１の運転中も常にモータ９によって補機が駆動されることになる。
【００２３】
次に、モータ９を含む回転系の回転方向の共振周波数に着目して自己診断を行う第２の実施例について説明する。本実施例では、以下のような手法により、補機駆動装置の故障の有無を診断する。
【００２４】
まず、補機駆動装置が正常であることを前提として、補機とモータ９とベルト伝動機構とからなる回転系の回転方向の共振周波数を求め、これを正常値として、コントロールユニットに記憶する。詳しくは、クランクプーリクラッチ５が結合状態であってエンジン１の回転質量が付加されているときの共振周波数（これをクラッチＯＮ時基準共振周波数とする）と、クランクプーリクラッチ５が解放状態であってエンジン１の回転質量が付加されていないときの共振周波数（これをクラッチＯＦＦ時基準共振周波数とする）とを求め、それぞれ記憶する。これは、それぞれの状態でのモデルを求め、このモデルから共振周波数を算出する。
【００２５】
そして、アイドルストップに移行した直後に、クランクプーリクラッチ５が結合状態でかつモータ９が回転していない状態において、Ｍ系列信号等のシステム同定用の所定の信号を短時間モータ９に入力し、モータ９の応答、詳しくは実回転速度および回転角度量を測定する。このモータ９に対する入力と出力との関係から、そのときのモータ９の制御系モデルを推定し、かつこのモデルから共振周波数を求める。これを、クラッチＯＮ時モデル共振周波数とする。このクラッチＯＮ時モデル共振周波数を上記のクラッチＯＮ時基準共振周波数と比較し、クラッチＯＮ時基準共振周波数よりも高ければ、ベルト切れあるいはベルトの滑りといったベルト伝動機構の異常、あるいは、クランクプーリクラッチ５の結合不良であると判定する。つまり、これらの異常では、エンジン１がモータ９から切り離された形となり、それだけモータ９の負荷が小さくなることから、モータ９の応答性が高くなり、共振周波数が高くなるのである。
【００２６】
また、アイドルストップ後のクランクプーリクラッチ５が解放状態でかつモータ９が回転していない状態において、上記と同様にして、共振周波数を求める。これをクラッチＯＦＦ時モデル共振周波数とし、上記のクラッチＯＦＦ時基準共振周波数と比較する。クラッチＯＦＦ時基準共振周波数よりも高ければ、ベルト切れあるいはベルト滑りといったベルト伝動機構の異常であると判定する。つまり、ベルト切れ等によりモータ９の負荷が小さくなったことを表している。また、クラッチＯＦＦ時基準共振周波数よりも低ければ、クランクプーリクラッチ５の異常（結合状態での固着）と判定する。つまり、クランクプーリクラッチ５を解放状態に制御しているにも拘わらずエンジン１がモータ９に接続されているので、モータ９の応答性が低くなって、共振周波数が低下するのである。
【００２７】
なお、クラッチＯＦＦ時モデル共振周波数がクラッチＯＦＦ時基準共振周波数と等しく、かつ前述したようにクラッチＯＮ時モデル共振周波数がクラッチＯＮ時基準共振周波数よりも高い場合には、ベルト伝動機構の異常ではないことから、クランクプーリクラッチ５の結合不良であると判定することができる。
【００２８】
図３は、上記の第２の実施例の制御の流れを示すフローチャートである。フローチャート中のＦｃｌｏｎはクラッチＯＮ時モデル共振周波数、Ｆｃｌｏｎ＿ＳＨＩＫＩＩはクラッチＯＮ時基準共振周波数、ＦｃｌｏｆｆはクラッチＯＦＦ時モデル共振周波数、Ｆｃｌｏｆｆ＿ＳＨＩＫＩＩはクラッチＯＦＦ時基準共振周波数である。
【００２９】
ステップ１では、アイドルストップ中であるかを繰り返し判定し、アイドルストップとなったら、ステップ２へ進んで、モータ９へ所定の信号（モデル算出信号）を与え、モデル算出処理を行う。このアイドルストップ移行直後は、まだクランクプーリクラッチ５が結合状態に制御されている状態であり、クラッチＯＮ時モデル共振周波数が算出される。次に、これをクラッチＯＮ時基準共振周波数と比較し（ステップ３）、クラッチＯＮ時基準共振周波数より低ければ、異常を示すフラグＦｃｌｏｎ＿ＥＲＲを１とする（ステップ４）。
【００３０】
次に、クランクプーリクラッチ５が解放状態となったら（ステップ５）、上記と同様にモデル算出信号を用いたモデル算出処理を行い、クラッチＯＦＦ時モデル共振周波数を求める（ステップ６）。そして、ステップ７，８で、クラッチＯＦＦ時モデル共振周波数を、クラッチＯＦＦ時基準共振周波数と大小比較する。
【００３１】
クラッチＯＦＦ時モデル共振周波数がクラッチＯＦＦ時基準共振周波数よりも高ければ、ステップ１０へ進んで、ベルト異常であると判定し、警告灯の点灯等の手段で運転者に報知する。さらに、ステップ１１，１２ヘ進み、スタータ４でエンジン１を再始動し、かつモータ９による補機駆動を禁止する。また、ステップ１９で、アイドルストップを禁止する。これにより、以後は、車両停止時にもアイドルストップがなされず、常にエンジン１によって補機が駆動されることになる。
【００３２】
ステップ７，８で、クラッチＯＦＦ時モデル共振周波数がクラッチＯＦＦ時基準共振周波数よりも低ければ、ステップ１３へ進んで、クランクプーリクラッチ５の異常（特に結合状態での固着）と判定し、警告灯の点灯等の手段で運転者に報知する。そして、ステップ１４ヘ進み、この場合はモータ９でクランキングしてエンジン１を再始動する。また、ステップ１９で、アイドルストップを禁止する。これにより、以後は、車両停止時にもアイドルストップがなされず、常にエンジン１によって補機が駆動される。
【００３３】
ステップ７，８で、クラッチＯＦＦ時モデル共振周波数がクラッチＯＦＦ時基準共振周波数と等しいと判断した場合には、ステップ９に進んで、前述のフラグＦｃｌｏｎ＿ＥＲＲの状態を判定する。このフラグが１でなければ、補機駆動装置が正常であるとして、通常制御を行う（ステップ１８）。一方、フラグが１であれば、ステップ１５ヘ進んで、クランクプーリクラッチ５の異常（特に結合不良）であると判定し、警告灯の点灯等の手段で運転者に報知する。さらに、ステップ１６，１７ヘ進み、スタータ４でエンジン１を再始動し、かつこの場合は、モータ９による補機駆動を行う。また、ステップ１９で、アイドルストップを禁止する。これにより、以後は、車両停止時にもアイドルストップがなされず、また、エンジン１の運転中も常にモータ９によって補機が駆動されることになる。
【００３４】
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は、例えばエンジンとともに走行用モータを備えたハイブリッド車両などにも適用することが可能である。
【００３５】
また、補機としては、上記の例に限られず、パワーステアリング用ポンプ、オイルポンプなど種々の補機が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る補機駆動装置の機械的構成を示す構成説明図。
【図２】自己診断の制御の第１の実施例を示すフローチャート。
【図３】自己診断の制御の第２の実施例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
５…クランクプーリクラッチ
７…ウォータポンプ
８…コンプレッサ
９…モータ
１０…ベルト

Claims

エンジンと、補機と、モータと、このモータと上記補機とを連結するベルト伝動機構と、上記エンジンの出力軸と上記ベルト伝動機構との間に介装されて両者間での動力の伝達，遮断を行うクラッチ機構と、を備え、上記エンジンの運転中は上記クラッチ機構を介して上記エンジンにより補機を駆動し、かつ上記エンジンの停止中は上記クラッチ機構を解放して上記モータによる補機の駆動が可能な車両の補機駆動装置において、
上記エンジンの停止中でかつ補機を駆動しているときのモータトルクを検出し、このモータトルクを所定の判定値と比較することで、上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構の故障を検出することを特徴とする車両の補機駆動装置。
上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構が正常でかつ上記クラッチ機構を解放して上記モータにより補機を駆動しているときのモータトルクの上限値および下限値をそれぞれ第１の判定値および第２の判定値とし、
上記モータトルクが両判定値の間にあれば上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構を正常と判定し、上記モータトルクが上記第１の判定値を上回っていれば上記クラッチ機構の故障と判定し、上記モータトルクが上記第２の判定値を下回っていれば上記ベルト伝動機構の故障と判定することを特徴とする請求項１に記載の車両の補機駆動装置。
上記のクラッチ機構の故障を、クラッチ固着状態と判定することを特徴とする請求項２に記載の車両の補機駆動装置。
上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構が正常でかつ上記エンジンがアイドル回転状態で補機を駆動しているときのエンジントルクの下限値をエンジントルク閾値とし、エンジンによる補機駆動中に検出したエンジントルクが上記エンジントルク閾値を下回った場合に、その後に検出した上記モータトルクが上記第２の判定値を下回っていれば上記ベルト伝動機構の故障と判定し、第２の判定値以上であればクラッチ機構の故障であると判定することを特徴とする請求項２または３に記載の車両の補機駆動装置。
上記のクラッチ機構の故障を、クラッチ結合不良と判定することを特徴とする請求項４に記載の車両の補機駆動装置。
エンジンと、補機と、モータと、このモータと上記補機とを連結するベルト伝動機構と、上記エンジンの出力軸と上記ベルト伝動機構との間に介装されて両者間での動力の伝達，遮断を行うクラッチ機構と、を備え、上記エンジンの運転中は上記クラッチ機構を介して上記エンジンにより補機を駆動し、かつ上記エンジンの停止中は上記クラッチ機構を解放して上記モータによる補機の駆動が可能な車両の補機駆動装置において、
上記クラッチ機構が解放状態に制御される条件下で上記モータの回転方向の共振周波数を検出するとともに、上記クラッチ機構が結合状態に制御される条件下で上記モータの共振周波数を検出し、これらの検出した共振周波数を所定の判定値と比較することで、上記ベルト伝動機構および上記クラッチ機構の故障を検出することを特徴とする車両の補機駆動装置。
エンジンの停止中でかつモータが駆動されていないときに、システム同定用の所定の信号を上記モータに入力し、これに対する上記モータの応答に基づいて上記共振周波数の検出を行うことを特徴とする請求項６に記載の車両の補機駆動装置。