JP4674551B2 - Fault diagnosis device - Google Patents

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Description

この発明は、故障診断装置に関し、特に内燃機関の故障を診断する装置に適用して好適である。   The present invention relates to a failure diagnosis device, and is particularly suitable for application to a device for diagnosing a failure in an internal combustion engine.

従来から、プラントなどのシステムにおいて、システムの異常を検知する方法が知られている。例えば、特開平８−６６３５号公報には、プラントの異常兆候が見られた箇所に対して故障モードを用いてモデル演算を行い、故障箇所を迅速に発見する手法が記載されている。   Conventionally, a method for detecting a system abnormality in a system such as a plant is known. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-6635 describes a method for quickly finding a failure location by performing a model calculation using a failure mode on a location where an abnormality sign of the plant is seen.

また、特開平６−１２３６４２号公報には、プラント系統に発生した故障現象の根本的原因を究明すべく、プラント系統を構成する構成機器の故障モデルを用いる方法が記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-123642 describes a method of using a failure model of components constituting the plant system in order to investigate the root cause of the failure phenomenon occurring in the plant system.

特開平８−６６３５号公報JP-A-8-6635 特開平６−１２３６４２号公報JP-A-6-123642 特開２００４−５２６３３号公報JP 2004-52633 A 特開平９−３３０１２０号公報JP-A-9-330120 特開２００５−１３３５７３号公報JP 2005-133573 A 特開２００５−１５５３８４号公報JP 2005-155384 A 特開２００５−２３８６３号公報JP 2005-23863 A

しかしながら、上記従来の技術によれば、想定された故障の検出、特定は可能であるが、想定されていない故障が生じた場合は故障箇所の特定が困難となる。特に、システム内の複数のユニットが複合的に同時故障している場合は、故障を検知することが困難である。   However, according to the above conventional technique, it is possible to detect and specify an assumed failure, but when an unexpected failure occurs, it is difficult to specify the failure location. In particular, when a plurality of units in the system have multiple simultaneous failures, it is difficult to detect the failure.

また、システムからの出力を検知するセンサー自体が故障している場合、システムの故障と区別することが困難になり、正確な故障診断ができなくなるという問題が生じる。   Further, when the sensor itself that detects the output from the system is out of order, it becomes difficult to distinguish it from the system outage, and there is a problem that accurate failure diagnosis cannot be performed.

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、システム内の複数のユニットが故障している場合であっても、故障の状態を確実に検知することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reliably detect a failure state even when a plurality of units in the system have failed. .

第１の発明は、上記の目的を達成するため、故障診断装置であって、
実機システムが備える複数の要素をモデル化した複数のユニットを有するシステムモデルと、
前記複数の要素のそれぞれに発生することが想定される故障をモデル化し、前記要素の故障の内容を表現する故障モードを可変に設定できる、複数の故障モデルと、
前記システムモデルの前記ユニットを前記故障モデルに置き換えるモデル置換手段と、
前記要素に発生することが想定される複数の異なる故障を表現するように用意された複数の故障モードを、前記複数の故障モデルに設定される故障モードの組み合わせを相違させるように、前記故障モデルそれぞれに対して設定可能な手段と、
前記故障モデルそれぞれに前記故障モードが設定されたときの前記システムモデルの出力と前記実機システムからの出力との比較に基づいて、当該比較のときに前記故障モデルに設定されている前記故障モードの組み合わせに従って前記実機システムにおける前記複数の要素が故障しているか否かを診断する故障診断手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a failure diagnosis apparatus,
A system model having a plurality of units modeling a plurality of elements included in the actual machine system;
A plurality of failure models that can model a failure that is assumed to occur in each of the plurality of elements, and variably set a failure mode that expresses the content of the failure of the element ;
Model replacement means for replacing the unit of the system model with the fault model;
The failure model is configured such that a plurality of failure modes prepared to express a plurality of different failures that are supposed to occur in the element are different in a combination of failure modes set in the plurality of failure models. Means configurable for each,
Based on a comparison between the output of the system model when the failure mode is set for each of the failure models and the output from the actual machine system, the failure mode set in the failure model at the time of the comparison Failure diagnosis means for diagnosing whether or not the plurality of elements in the actual machine system have failed according to a combination ;
It is provided with.

第２の発明は、第１の発明において、直列状に接続された複数の前記システムモデルを備え、前記ユニットは、前記複数のシステムモデルのそれぞれの出力部に設けられ、前記実機システムが備える実センサーをモデル化したセンサーモデルを含み、前記比較手段は、前記センサーモデルからの出力と、当該センサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力とを比較することを特徴とする。   A second invention includes a plurality of the system models connected in series in the first invention, and the unit is provided at each output unit of the plurality of system models, and the actual machine system includes It includes a sensor model obtained by modeling a sensor, and the comparison means compares the output from the sensor model with the output from the actual sensor modeled by the sensor model.

第３の発明は、第２の発明において、前記モデル置換手段は、複数の前記システムモデルが有する複数の前記ユニットの一部又は全部を同時に前記故障モデルに置き換えることを特徴とする。   According to a third aspect, in the second aspect, the model replacement means replaces part or all of the plurality of units included in the plurality of system models with the failure model at the same time.

第４の発明は、第２又は第３の発明において、前記故障診断手段は、前記センサーモデルからの出力と、当該センサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力とが一致する場合は、当該実センサーよりも上流に位置する前記実機システムの要素が、対応する前記システムモデル内で置き換えられた前記故障モデルの故障モードで故障していると診断することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the invention, the failure diagnosis unit is configured such that when the output from the sensor model matches the output from the actual sensor modeled by the sensor model, It is characterized by diagnosing that an element of the actual machine system located upstream from the actual sensor is failed in the failure mode of the failure model replaced in the corresponding system model.

第５の発明は、第２〜第４の発明のいずれかにおいて、前記故障診断手段は、特定の前記センサーモデルからの出力と当該特定のセンサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力とが一致する場合は、当該特定のセンサーモデルよりも下流に位置する前記システムモデルを用いて、対応する前記実機システムの故障診断を行うことを特徴とする。   In a fifth invention according to any one of the second to fourth inventions, the failure diagnosis means includes an output from the specific sensor model and an output from the actual sensor modeled by the specific sensor model. If they match, the system model located downstream from the specific sensor model is used to perform a failure diagnosis of the corresponding real machine system.

第６の発明は、第２〜第５の発明のいずれかにおいて、前記故障診断手段は、任意の第１の前記センサーモデルからの出力と当該第１のセンサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力とが相違し、当該第１のセンサーモデルよりも下流に位置する第２の前記センサーモデルからの出力と当該第２のセンサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力が一致する場合は、前記第１のセンサーモデルに対応する前記実センサーが故障していると診断することを特徴とする。   According to a sixth invention, in any one of the second to fifth inventions, the failure diagnosis means is the actual sensor modeled by an output from an arbitrary first sensor model and the first sensor model. The output from the second sensor model located downstream of the first sensor model and the output from the actual sensor modeled by the second sensor model match. In this case, it is diagnosed that the actual sensor corresponding to the first sensor model has failed.

第７の発明は、第１〜第６の発明のいずれかにおいて、前記システムモデルは前記実機システムとしての内燃機関をモデル化したものであり、前記センサーモデルは当該内燃機関が備える前記実センサーをモデル化したものであることを特徴とする。   According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the system model models an internal combustion engine as the actual machine system, and the sensor model includes the actual sensor included in the internal combustion engine. It is modeled.

第１の発明によれば、システムモデルの複数のユニットを故障モデルに置き換え、システムモデルの出力と実機システムからの出力を比較することで、実機システムの故障を診断することができる。従って、実機システムが有する複数の要素に複合的に故障が発生している場合であっても、的確に故障を診断することができ、故障箇所および故障モードを特定することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the failure of the actual machine system can be diagnosed by replacing a plurality of units of the system model with the failure model and comparing the output of the system model with the output from the actual machine system. Therefore, even when a failure occurs in a plurality of elements of the actual system, the failure can be diagnosed accurately, and the failure location and the failure mode can be specified.

第２の発明によれば、複数のシステムモデルのそれぞれの出力部に実機システムが備える実センサーをモデル化したセンサーモデルを設けたため、センサーモデルの出力と実機システムの実センサーの出力とを比較することにより、システムモデルの故障を確実に診断することが可能となる。   According to the second aspect of the invention, since the sensor model obtained by modeling the actual sensor included in the actual system is provided in each output unit of the plurality of system models, the output of the sensor model is compared with the output of the actual sensor of the actual system. This makes it possible to reliably diagnose a failure of the system model.

第３の発明によれば、複数のシステムモデルが有する複数のユニットの一部又は全部を同時に故障モデルに置き換えるため、故障が複合的に発生している場合であっても、的確に故障を診断することができる。   According to the third invention, since a part or all of the plurality of units included in the plurality of system models are replaced with the failure model at the same time, even when the failure occurs in a complex manner, the failure is accurately diagnosed. can do.

第４の発明によれば、故障モデルの置き換えによって、センサーモデルからの出力とセンサーモデルによってモデル化された実センサーからの出力とが一致する場合は、実センサーよりも上流において、実システムの要素が置き換えられた故障モデルの故障モードで故障していると診断することができる。   According to the fourth invention, when the output from the sensor model and the output from the actual sensor modeled by the sensor model coincide with each other due to the replacement of the failure model, the elements of the actual system are upstream of the actual sensor. Can be diagnosed as having failed in the failure mode of the replaced failure model.

第５の発明によれば、故障モデルの置き換えによって、特定のセンサーモデルからの出力とセンサーモデルによってモデル化された実センサーからの出力とが一致する場合は、更に下流のシステムの故障を診断することが可能となる。従って、システムモデルの上流側から故障モデルの置き換えを行うことで、全システムの故障診断を行うことが可能となる。   According to the fifth aspect of the present invention, when the output from the specific sensor model and the output from the actual sensor modeled by the sensor model coincide with each other due to the replacement of the fault model, the fault of the downstream system is further diagnosed. It becomes possible. Therefore, failure diagnosis of the entire system can be performed by replacing the failure model from the upstream side of the system model.

第６の発明によれば、任意の第１のセンサーモデルからの出力と第１のセンサーモデルによってモデル化された実センサーからの出力とが相違し、第１のセンサーモデルよりも下流に位置する第２のセンサーモデルからの出力と第２のセンサーモデルによってモデル化された実センサーからの出力が一致する場合は、上流の第１のセンサーモデルに対応する実センサーが故障していると診断することができる。   According to the sixth invention, the output from an arbitrary first sensor model is different from the output from an actual sensor modeled by the first sensor model, and is located downstream from the first sensor model. When the output from the second sensor model and the output from the actual sensor modeled by the second sensor model match, it is diagnosed that the actual sensor corresponding to the upstream first sensor model has failed. be able to.

第７の発明によれば、実システムとしての内燃機関をモデル化してシステムモデルを構築し、内燃機関が備える実センサーをモデル化してセンサーモデルを構築することで、内燃機関の各システムの故障を的確に診断、特定することができるので、内燃機関の故障時におけるフェールセーフモードの選択肢を拡げることが可能となる。   According to the seventh aspect, the internal combustion engine as an actual system is modeled to construct a system model, and the actual sensor included in the internal combustion engine is modeled to construct the sensor model, thereby preventing failure of each system of the internal combustion engine. Since it can be diagnosed and specified accurately, it is possible to expand the options for the fail-safe mode when the internal combustion engine fails.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る故障診断装置のシステムモデルを示す模式図である。このシステムモデルは、実機のシステム（例えば内燃機関システム）をモデル化したものであって、システムモデル１とシステムモデル２を備えている。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a system model of a failure diagnosis apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. This system model models an actual system (for example, an internal combustion engine system), and includes a system model 1 and a system model 2.

システムモデル１は、ユニット１１、ユニット１２、ユニット１３を備えている。ユニット１１，１２，１３は、それぞれ関数Ｘ１１（ｔ），Ｘ１２（ｔ），Ｘ１３（ｔ）で表される。また、システムモデル２は、ユニット２１、ユニット２２、ユニット２３を備えている。ユニット２１，２２，２３は、それぞれ関数Ｘ２１（ｔ），Ｘ２２（ｔ），Ｘ２３（ｔ）で表される。 The system model 1 includes a unit 11, a unit 12, and a unit 13. The units 11, 12, and 13 are represented by functions X 11 (t), X 12 (t), and X 13 (t), respectively. The system model 2 includes a unit 21, a unit 22, and a unit 23. The units 21, 22, and 23 are represented by functions X 21 (t), X 22 (t), and X 23 (t), respectively.

システムモデル１，２によって表されるシステムが内燃機関システムの場合、ユニット１１，１２，１３、ユニット２１，２２，２３に対応する実機の要素としては、例えば燃料噴射弁、スロットルバルブ、インテークマニホールド、点火プラグ、エキゾーストマニホールド、排気浄化触媒などが挙げられる。システムモデル１，２は、実機のシステムと同様の入力を受けて、実機のシステムに対応した出力を出力するものである。   When the system represented by the system models 1 and 2 is an internal combustion engine system, the actual elements corresponding to the units 11, 12 and 13 and the units 21, 22 and 23 include, for example, a fuel injection valve, a throttle valve, an intake manifold, Examples include spark plugs, exhaust manifolds, exhaust purification catalysts. The system models 1 and 2 receive the same input as the actual machine system and output an output corresponding to the actual machine system.

図１に示すように、システムモデル１にはモデル入力１が入力される。モデル入力１はユニット１１へ入力され、ユニット１１からの出力は、ユニット１２、ユニット１３へ送られる。そして、システムモデル１からの出力はセンサーモデル１へ入力される。センサーモデル１は、システムモデル１からの入力を受けてモデル出力１を出力する。   As shown in FIG. 1, model input 1 is input to system model 1. The model input 1 is input to the unit 11, and the output from the unit 11 is sent to the unit 12 and the unit 13. The output from the system model 1 is input to the sensor model 1. The sensor model 1 receives the input from the system model 1 and outputs a model output 1.

システムモデル２にはシステムモデル１からの出力が入力される。システムモデル１からの出力は、ユニット２１へ入力される。また、システムモデル２のユニット２２には、モデル入力２が入力される。そして、ユニット２１、ユニット２２からの出力は、ユニット２３へ送られる。システムモデル２からの出力はセンサーモデル２へ入力され、センサーモデル２は、システムモデル２からの入力を受けてモデル出力２を出力する。   The output from the system model 1 is input to the system model 2. An output from the system model 1 is input to the unit 21. The model input 2 is input to the unit 22 of the system model 2. Outputs from the units 21 and 22 are sent to the unit 23. The output from the system model 2 is input to the sensor model 2, and the sensor model 2 receives the input from the system model 2 and outputs the model output 2.

システムモデル１に対応する実機のシステム（実システム１）には、モデル入力１に対応した実入力１が入力される。実機のシステムは、センサーモデル１に対応する実センサー１を備えている。実センサー１は、実システム１からの出力を受けて、実出力１を出力する。実出力１はモデル出力１に対応する出力である。   An actual input 1 corresponding to the model input 1 is input to an actual system (actual system 1) corresponding to the system model 1. The actual system includes an actual sensor 1 corresponding to the sensor model 1. The actual sensor 1 receives the output from the actual system 1 and outputs an actual output 1. The actual output 1 is an output corresponding to the model output 1.

また、システムモデル２に対応する実機のシステム（実システム２）には、実システム１からの出力が入力される。また、実システム２には、モデル入力２に対応する入力（実入力２）が入力される。実機のシステムは、センサーモデル２に対応する実センサー２を備えている。実センサー２は、実システム２からの出力を受けて、実出力２を出力する。実出力２はモデル出力２に対応する出力である。なお、システムモデル１，２が内燃機関システムをモデル化したものである場合、センサーモデル１，２に対応する実機のセンサーとしては、例えばＡ／Ｆセンサー、排気温度センサーなどが挙げられる。   Further, an output from the real system 1 is input to a real system (real system 2) corresponding to the system model 2. In addition, an input corresponding to the model input 2 (actual input 2) is input to the actual system 2. The actual system includes an actual sensor 2 corresponding to the sensor model 2. The actual sensor 2 receives the output from the actual system 2 and outputs an actual output 2. The actual output 2 is an output corresponding to the model output 2. Note that when the system models 1 and 2 are models of an internal combustion engine system, examples of actual sensors corresponding to the sensor models 1 and 2 include an A / F sensor and an exhaust temperature sensor.

システムモデル１，２は、実システム１，２と同様の動作を行うことができる。システムモデル１，２の各ユニット１１，１２，１３，２１，２２，２３が正常時のモデルに設定されている場合、システムモデル１，２からのモデル出力１，２は、実システム１，２が正常に動作している場合の実出力１，２に相当する。従って、モデル出力１，２と実機の実出力１，２を比較することで、実機のシステムが故障しているか否かを診断することができる。   The system models 1 and 2 can perform the same operation as the actual systems 1 and 2. When the units 11, 12, 13, 21, 22, and 23 of the system models 1 and 2 are set as normal models, the model outputs 1 and 2 from the system models 1 and 2 are the actual systems 1 and 2, respectively. Corresponds to the actual outputs 1 and 2 when operating normally. Therefore, by comparing the model outputs 1 and 2 with the actual outputs 1 and 2 of the actual machine, it is possible to diagnose whether or not the system of the actual machine is out of order.

以下、実機のシステムの故障診断を行う方法を詳細に説明する。故障診断は、システムモデル１とシステムモデル２のそれぞれにおいて行う。システムモデル１に対応する実システム１の故障診断を行う際には、センサーモデル１からのモデル出力１と、センサーモデル１に対応した実センサー１からの実出力１とが対比される。この際、運転条件を種々に変化させながら対比を行う。   Hereinafter, a method for diagnosing a failure of an actual system will be described in detail. Fault diagnosis is performed in each of the system model 1 and the system model 2. When the failure diagnosis of the actual system 1 corresponding to the system model 1 is performed, the model output 1 from the sensor model 1 and the actual output 1 from the actual sensor 1 corresponding to the sensor model 1 are compared. At this time, the comparison is performed while variously changing the operating conditions.

各ユニット１１，１２，１３を正常時のモデルに設定した状態で、運転条件を種々に変化させ、モデル出力１と実出力１の値がほぼ一致する場合は、システムモデル１に対応する実システム１に故障が生じていないと判断できる。一方、モデル出力１と実出力１の値が相違する場合は、システムモデル１に対応する実システム１に故障が発生していると判断できる。   When the operating conditions are variously changed with the units 11, 12, and 13 being set as normal models, and the values of the model output 1 and the actual output 1 substantially match, the actual system corresponding to the system model 1 1 can be determined that no failure has occurred. On the other hand, when the values of the model output 1 and the actual output 1 are different, it can be determined that a failure has occurred in the actual system 1 corresponding to the system model 1.

同様に、システムモデル２に対応する実システム２の故障診断を行う際には、センサーモデル２からのモデル出力２と、センサーモデル２に対応した実センサー２からの実出力２とが対比される。この際、運転条件を種々に変化させながら対比を行う。   Similarly, when the failure diagnosis of the actual system 2 corresponding to the system model 2 is performed, the model output 2 from the sensor model 2 is compared with the actual output 2 from the actual sensor 2 corresponding to the sensor model 2. . At this time, the comparison is performed while variously changing the operating conditions.

各ユニット２１，２２，２３を正常時のモデルに設定した状態で、運転条件を種々に変化させ、センサーモデル２からのモデル出力２と実出力２の値がほぼ一致する場合は、システムモデル２に対応する実システム２に故障が生じていないと判断できる。一方、センサーモデル２からのモデル出力２と実出力２の値が相違する場合は、システムモデル２に対応する実システム２に故障が発生していると判断できる。   When each unit 21, 22, 23 is set as a normal model, the operating conditions are variously changed, and when the model output 2 from the sensor model 2 and the actual output 2 are substantially equal, the system model 2 It can be determined that no failure has occurred in the real system 2 corresponding to. On the other hand, when the values of the model output 2 and the actual output 2 from the sensor model 2 are different, it can be determined that a failure has occurred in the actual system 2 corresponding to the system model 2.

システムモデル１は、各ユニット１１，１２，１３の故障モデルを備えている。故障モデルは、各ユニット１１，１２，１３で発生することが想定される故障をモデル化したものであって、各ユニット１１，１２，１３のそれぞれに用意されている。各ユニット１１，１２，１３を故障モデルに置き換えると、置き換えられたユニットを故障モデルに対応した故障モードで動作させることができる。   The system model 1 includes a failure model of each unit 11, 12, 13. The failure model is a model of a failure that is supposed to occur in each of the units 11, 12, and 13, and is prepared for each of the units 11, 12, and 13. When each unit 11, 12, 13 is replaced with a failure model, the replaced unit can be operated in a failure mode corresponding to the failure model.

同様に、システムモデル２も各ユニット２１，２２，２３の故障モデルを備えている。各ユニット２１，２２，２３を故障モデルに置き換えると、置き換えられたユニットを故障モデルに対応した故障モードで動作させることができる。   Similarly, the system model 2 includes a failure model of each unit 21, 22, 23. When each unit 21, 22, 23 is replaced with a failure model, the replaced unit can be operated in a failure mode corresponding to the failure model.

図２は、故障モデルを説明するための模式図である。ここで、図２（Ａ）は、システムモデル２が備えるユニット２１，２２，２３を故障モデルに置き換えている様子を示している。また、図２（Ｂ）は、ユニット２１，２２，２３の故障モデルを模式的に示している。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a failure model. Here, FIG. 2A shows a state in which the units 21, 22, and 23 included in the system model 2 are replaced with a failure model. FIG. 2B schematically shows a failure model of the units 21, 22, and 23.

図２（Ａ）に示すように、故障診断の際には、ユニット２１が故障モデルＸ１（ｔ）に置き換えられる。同様に、ユニット２２は故障モデルＸ２（ｔ）に置き換えられ、ユニット２３は故障モデルＸ３（ｔ）に置き換えられる。 As shown in FIG. 2A, at the time of failure diagnosis, the unit 21 is replaced with a failure model X 1 (t). Similarly, unit 22 is replaced with fault model X 2 (t) and unit 23 is replaced with fault model X 3 (t).

図２（Ｂ）に示すように、ユニット２１の故障モデルＸ１（ｔ）には３つの故障モード（モード１，２，３）が用意されている。このため、ユニット２１の故障モード数Ｎ１は３となる。 As shown in FIG. 2B, the failure model X 1 (t) of the unit 21 has three failure modes (modes 1, 2, and 3). For this reason, the failure mode number N1 of the unit 21 is 3.

同様に、ユニット２２の故障モデルＸ２（ｔ）には２つの故障モード（モード１，２）が用意されており、ユニット２２の故障モード数Ｎ２は２である。また、ユニット２３の故障モデルＸ３（ｔ）には３つの故障モード（モード１，２，３）が用意されており、ユニット２３の故障モード数Ｎ３は３である。同様にして、ユニットＫの故障モデルＸＫ（ｔ）に４つの故障モード（モード１，２，３，４）が用意されている場合、ユニットＫの故障モード数ＮＫは４となる。なお、故障モデルはニューラルネット（ＮＮ）モデルにより構成しても良い。 Similarly, two failure modes (modes 1 and 2) are prepared for the failure model X 2 (t) of the unit 22, and the failure mode number N2 of the unit 22 is 2. The failure model X 3 (t) of the unit 23 has three failure modes (modes 1, 2 and 3), and the failure mode number N3 of the unit 23 is 3. Similarly, when four failure modes (modes 1, 2, 3, 4) are prepared in the failure model X K (t) of the unit K, the failure mode number NK of the unit K is 4. Note that the failure model may be a neural network (NN) model.

例えば、ユニット２１が内燃機関のＡ／Ｆセンサーの場合、Ａ／Ｆセンサーの故障として、活性状態の劣化、センサーの割れ、異物の付着などを想定することができる。この場合において、ユニット２１の故障モデルＸ１（ｔ）は、Ａ／Ｆセンサーに故障が発生した場合に想定されるモードでＡ／Ｆセンサーを動作させるものである。そして、複数用意された故障モードにより、Ａ／Ｆセンサーで想定される複数の故障が表現される。例えば、活性状態の劣化はモード１による故障モデルＸ１（ｔ）で表現され、センサーの割れはモード２による故障モデルＸ１（ｔ）で表現され、異物の付着はモード３による故障モデルＸ１（ｔ）で表現される。 For example, when the unit 21 is an A / F sensor of an internal combustion engine, it can be assumed that the failure of the A / F sensor includes deterioration of the active state, cracking of the sensor, adhesion of foreign matter, and the like. In this case, the failure model X 1 (t) of the unit 21 is for operating the A / F sensor in a mode assumed when a failure occurs in the A / F sensor. A plurality of failure modes assumed by the A / F sensor are expressed by a plurality of failure modes. For example, the deterioration of the active state is expressed by the failure model X 1 (t) according to mode 1, the crack of the sensor is expressed by the failure model X 1 (t) according to mode 2, and the adhesion of foreign matter is the failure model X 1 due to mode 3. It is expressed by (t).

図２（Ａ）に示すように、各ユニット２１，２２，２３を故障モデルに置き換えると、各ユニット２１，２２，２３は置き換えられた故障モデルの故障モードに従って動作する。従って、システムモデル２からのモデル出力２は、置き換えられた故障モデルに対応した出力となる。   As shown in FIG. 2A, when each unit 21, 22, 23 is replaced with a failure model, each unit 21, 22, 23 operates according to the failure mode of the replaced failure model. Accordingly, the model output 2 from the system model 2 is an output corresponding to the replaced failure model.

モデル出力１と実出力１とが相違し、システムモデル１に対応する実システム１に故障が生じていると判断された場合は、システムモデル１の各ユニット１１，１２，１３を順次に故障モデルに置き換えて、モデル出力１と実出力１とを対比するシミュレーションを行う。この際、故障の発生し易いと考えられるユニットから優先的に故障モデルへの置き換えが行われ、発生する可能性の高い故障モードから優先的にシミュレーションが行われる。対比の結果、モデル出力１と実出力１が一致した場合は、故障モデルに置き換えられたユニットにおいて、置き換えられた故障モデルによって表される故障モードで故障が発生していると判断できる。   When the model output 1 is different from the actual output 1 and it is determined that a failure has occurred in the actual system 1 corresponding to the system model 1, the units 11, 12, and 13 of the system model 1 are sequentially replaced with the failure model. In this case, a simulation for comparing the model output 1 and the actual output 1 is performed. At this time, a unit that is considered to be prone to failure is preferentially replaced with a failure model, and a simulation is preferentially performed from a failure mode that is likely to occur. If the model output 1 and the actual output 1 coincide with each other as a result of the comparison, it can be determined that a failure has occurred in the failure mode represented by the replaced failure model in the unit replaced with the failure model.

また、システムモデル１の各ユニット１１，１２，１３を単独で故障モデルに置き換えてもモデル出力１と実出力１が一致しない場合は、センサーモデル１に対応する実センサー１が故障していることが考えられるため、センサーモデル１を故障モデルに置き換えて、モデル出力１と実出力１が一致するか否かを判定する。センサーモデル１についても複数の故障モードを有する故障モデルが用意されている。そして、センサーモデル１を故障モデルに置き換え、運転条件を可変しながらモデル出力１と実出力１を比較し、モデル出力１と実出力１が一致した場合は、置き換えられた故障モードでセンサーモデル１に対応した実機の実センサー１が故障していると判断する。   In addition, if the model output 1 and the actual output 1 do not match even if each unit 11, 12, 13 of the system model 1 is replaced with a failure model alone, the actual sensor 1 corresponding to the sensor model 1 has failed. Therefore, the sensor model 1 is replaced with a failure model, and it is determined whether or not the model output 1 and the actual output 1 match. A failure model having a plurality of failure modes is also prepared for the sensor model 1. Then, the sensor model 1 is replaced with a failure model, and the model output 1 and the actual output 1 are compared while varying the operating conditions. If the model output 1 and the actual output 1 match, the sensor model 1 is replaced with the replaced failure mode. It is determined that the actual sensor 1 of the actual machine corresponding to the above has failed.

更に、システムモデル１の各ユニット１１，１２，１３、センサーモデル１を単独で故障モデルに置き換えてもモデル出力１と実出力１が一致しない場合は、ユニット１１，１２，１３、センサーモデル１が複合的に故障している可能性があるため、各ユニット１１，１２，１３、センサーモデル１を同時に故障モデルに置き換え、各故障モデルのモードを可変して、モデル出力１と実出力１を比較する。例えば、図２の例でシステムモデル２の各ユニット２１，２２，２３が複合的に故障していると考えられる場合、各ユニット２１，２２，２３の故障モードの組み合わせは、Ｎ１×Ｎ２×Ｎ３＝１８である。このように、故障モードの全ての組み合わせに対してシミュレーションを行い、モデル出力と実出力が一致するか否かを判定する。   Furthermore, if the model output 1 and the actual output 1 do not match even if each unit 11, 12, 13 and sensor model 1 of the system model 1 is replaced with a failure model alone, the units 11, 12, 13 and sensor model 1 are Since there is a possibility of multiple failure, each unit 11, 12, 13 and sensor model 1 is simultaneously replaced with a failure model, the mode of each failure model is changed, and model output 1 and actual output 1 are compared. To do. For example, in the example of FIG. 2, when it is considered that the units 21, 22, and 23 of the system model 2 are complexly failed, the combination of the failure modes of the units 21, 22, and 23 is N1 × N2 × N3. = 18. In this way, simulation is performed for all combinations of failure modes, and it is determined whether or not the model output matches the actual output.

一方、モデル出力１と実出力１が同一であり、システムモデル１に対応する実システム１に故障が発生していない場合は、モデル出力２と実出力２を比較し、システムモデル２に対応する実システム２に故障が生じているか否かを判定する。モデル出力２と実出力２が同一の場合は、システムモデル２に対応する実システム２に故障が生じていないため、システムモデル１、システムモデル２の双方に対応する実機のシステムに故障が生じておらず、実機の全システムが正常であると判断される。   On the other hand, when the model output 1 and the actual output 1 are the same and no failure has occurred in the actual system 1 corresponding to the system model 1, the model output 2 and the actual output 2 are compared to correspond to the system model 2. It is determined whether or not a failure has occurred in the real system 2. When the model output 2 and the actual output 2 are the same, no failure has occurred in the actual system 2 corresponding to the system model 2, and therefore a failure has occurred in the actual system corresponding to both the system model 1 and the system model 2. It is determined that the entire system of the actual machine is normal.

一方、モデル出力１と実出力１は同一であるが、モデル出力２と実出力２が相違し、システムモデル２に故障が発生していると判断される場合は、システムモデル１の場合と同様に、システムモデル２の各ユニット２１，２２，２３、センサーモデル２を故障モデルに置き換えて、どのユニットがどの故障モードで故障しているか判定する。   On the other hand, if the model output 1 and the actual output 1 are the same, but the model output 2 and the actual output 2 are different and it is determined that a failure has occurred in the system model 2, the same as in the case of the system model 1 In addition, each unit 21, 22, 23 and sensor model 2 of the system model 2 is replaced with a failure model, and it is determined which unit has a failure in which failure mode.

また、モデル出力１と実出力１が相違し、モデル出力２と実出力２が一致する場合は、システムの最も下流に位置するセンサーモデル２からのモデル出力２と実出力２が一致しているため、本来、システムモデル１に対応する実機の実システム１にも故障が生じていないと考えられる。そして、この場合は、モデル出力１と実出力１の相違が、センサーモデル１に対応する実機の実センサー１の故障に起因すると考えることができる。従って、実センサー１が故障している旨の判定を行う。そして、実センサー１の故障原因を特定するため、センサーモデル１を故障モデルに置き換え、実センサー１の故障モードを判定する。   When the model output 1 and the actual output 1 are different and the model output 2 and the actual output 2 match, the model output 2 from the sensor model 2 located at the most downstream side of the system matches the actual output 2. For this reason, it is considered that no failure has occurred in the actual system 1 corresponding to the system model 1. In this case, it can be considered that the difference between the model output 1 and the actual output 1 is caused by a failure of the actual sensor 1 of the actual machine corresponding to the sensor model 1. Therefore, it is determined that the actual sensor 1 has failed. Then, in order to identify the cause of failure of the actual sensor 1, the sensor model 1 is replaced with a failure model, and the failure mode of the actual sensor 1 is determined.

実センサー１に故障が発生している場合は、実センサー１の出力値を現実の制御に使うことができなくなるため、制御モードの切り換えを行う。例えば、センサーモデル１による実センサー１の故障シミュレーションで得られた故障モードの逆関数を実システム１の出力に掛け合わせ、実センサー１の故障による歪んでいる実出力１を本来の出力波形に矯正する。これにより、矯正した出力波形に基づいて制御を行うことが可能となる。また、実センサー２が正常である場合は、実センサー１の出力の代わりに実センサー２の出力を用いる制御に切り換える。更に、実センサー１の代わりにセンサーモデル１からの出力を用いて制御を行う等の方法により、制御モードの切り換えを行う。   When a failure has occurred in the actual sensor 1, the output value of the actual sensor 1 cannot be used for actual control, so the control mode is switched. For example, the inverse function of the failure mode obtained in the failure simulation of the actual sensor 1 using the sensor model 1 is multiplied by the output of the actual system 1 to correct the distorted actual output 1 due to the failure of the actual sensor 1 to the original output waveform. To do. As a result, control can be performed based on the corrected output waveform. When the actual sensor 2 is normal, the control is switched to the control using the output of the actual sensor 2 instead of the output of the actual sensor 1. Further, the control mode is switched by a method of performing control using the output from the sensor model 1 instead of the actual sensor 1.

以上のように、本実施形態の手法によれば、システムモデル１、システムモデル２に対応した実機のシステムの何処に故障が生じているか否かを判定することができ、故障しているユニット、および故障しているユニットの故障モードを特定することが可能となる。   As described above, according to the method of the present embodiment, it is possible to determine where in the actual system corresponding to the system model 1 and the system model 2 a failure has occurred. It is also possible to specify the failure mode of the unit that has failed.

次に、図３のフローチャートに基づいて、本実施形態による故障診断の処理について説明する。先ず、ステップＳ１では、システムモデル１からのモデル出力１と実出力１を比較し、また、システムモデル２からのモデル出力２と実出力２を比較する。次のステップＳ２では、ステップＳ１での比較の結果に基づいて、実システム１、実システム２のいずれか一方に故障が発生しているか否かを判定する。そして、実システム１，２のいずれか一方に故障が発生している場合はステップＳ３へ進み、実システム１，２の双方に故障が発生していない場合は処理を終了する(RETURN)。   Next, failure diagnosis processing according to the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S1, model output 1 from system model 1 and actual output 1 are compared, and model output 2 from system model 2 and actual output 2 are compared. In the next step S2, whether or not a failure has occurred in either the real system 1 or the real system 2 is determined based on the result of the comparison in step S1. If a failure has occurred in one of the real systems 1 and 2, the process proceeds to step S3, and if no failure has occurred in both the real systems 1 and 2, the process is terminated (RETURN).

ステップＳ３では、実システム１，２の双方に故障が発生しているか否かを判定し、実システム１，２の双方に故障が発生している場合は、ステップＳ４へ進む。そして、以降のステップで、実システム１、実システム２の故障ユニット、故障モードを特定する処理を行う。   In step S3, it is determined whether or not a failure has occurred in both the actual systems 1 and 2. If a failure has occurred in both the actual systems 1 and 2, the process proceeds to step S4. Then, in the subsequent steps, processing for specifying the failure unit and failure mode of the real system 1 and the real system 2 is performed.

ステップＳ４では、システムモデル１の各ユニット、センサーモデル１を故障モデルに置き換える。次のステップＳ５では、置き換えられたユニットを、故障モデルで設定された故障モードで動作させ、故障ユニットを特定するシミュレーションを開始する。より詳細には、ステップＳ４では、各ユニットを順次に故障モデルに入れ換えて、各故障モデルの故障モードを変化させながら故障ユニット、故障モードを特定するシミュレーションを行う。   In step S4, each unit of the system model 1 and the sensor model 1 are replaced with a failure model. In the next step S5, the replaced unit is operated in the failure mode set in the failure model, and a simulation for specifying the failed unit is started. More specifically, in step S4, each unit is sequentially replaced with a failure model, and a simulation is performed to identify the failure unit and the failure mode while changing the failure mode of each failure model.

次のステップＳ６では、ステップＳ５のシミュレーションにおいて、モデル出力１が実出力１と一致し、また、モデル出力２と実出力２が一致したか否かを判定する。ステップＳ６でモデル出力１，２と実出力１，２が一致しなかった場合は、ステップＳ７へ進む。この場合、システムモデル１の各ユニット、センサーモデル１を故障モデルに置き換えてもモデル出力１，２と実出力１，２が一致していないため、ステップＳ７では、システムモデル１に対応する実システム１、実センサー１のみの故障ではなく、実システム２のユニット、実センサー２を含む複数のユニットが複合的に故障していると判定する。   In the next step S6, it is determined whether or not the model output 1 matches the actual output 1 and whether the model output 2 and the actual output 2 match in the simulation of step S5. If the model outputs 1 and 2 do not match the actual outputs 1 and 2 in step S6, the process proceeds to step S7. In this case, even if each unit of the system model 1 and the sensor model 1 are replaced with the failure model, the model outputs 1 and 2 and the actual outputs 1 and 2 do not match. Therefore, in step S7, the actual system corresponding to the system model 1 1. It is determined that the unit of the actual system 2 and a plurality of units including the actual sensor 2 are complexly failed, not just the failure of the actual sensor 1.

ステップＳ７の後はステップＳ８へ進み、実システム２、実センサー２の故障判定ロジックに移る。実システム２の故障判定は、システムモデル２内のユニット２１，２２，２３を故障モデルに置き換え、モデル出力２と実出力２が一致しているか否かを判定することによって行う。また、実センサー２の故障判定は、センサーモデル２を故障モデルに置き換え、モデル出力２と実出力２が一致するか否かを判定することによって行う。ステップＳ８では、システムモデル１のユニット１１，１２，１３、センサーモデル１、システムモデル２のユニット２１，２２，２３、センサーモデル２を故障モデルに置き換え、シミュレーションを行うことで、システムモデル１，２、センサーモデル１，２の故障を診断する。ステップＳ１１の後は処理を終了する(RETURN)。   After step S7, the process proceeds to step S8, and the process proceeds to the failure determination logic of the actual system 2 and the actual sensor 2. The failure determination of the actual system 2 is performed by replacing the units 21, 22, and 23 in the system model 2 with a failure model and determining whether the model output 2 and the actual output 2 match. The failure determination of the actual sensor 2 is performed by replacing the sensor model 2 with a failure model and determining whether the model output 2 and the actual output 2 match. In step S8, the system models 1, 2 and 13, the sensor model 1, the units 21, 22, and 23 of the system model 2, and the sensor model 2 are replaced with the failure model, and the simulation is performed, whereby the system models 1 and 2 are performed. Diagnose failure of sensor models 1 and 2. After step S11, the process ends (RETURN).

一方、ステップＳ６において、モデル出力１と実出力１が一致し、モデル出力２と実出力２が一致した場合は、ステップＳ９へ進む。この場合、モデル出力２と実出力２が一致しているため、システムモデル２には故障が発生していないと判定できる。従って、システムモデル１単体が故障していると判断することができ、ステップＳ５のシミュレーションにおいて、モデル出力１，２と実出力１，２が一致した際に故障モデルに置き換えられているシステムモデル１内のユニットに対応する実システム１の要素が、置き換えられた故障モデルの故障モードにより故障していると判定できる。従って、ステップＳ９では、実システム１内で故障しているユニット、およびそのユニットの故障モードを特定する。次のステップＳ１０では、ステップＳ９で特定された故障ユニット、および故障モードを表示する。ステップＳ１０の後は処理を終了する(RETURN)。   On the other hand, if the model output 1 and the actual output 1 match in step S6 and the model output 2 and the actual output 2 match, the process proceeds to step S9. In this case, since the model output 2 matches the actual output 2, it can be determined that no failure has occurred in the system model 2. Accordingly, it can be determined that the system model 1 alone has failed, and the system model 1 is replaced with the failure model when the model outputs 1 and 2 match the actual outputs 1 and 2 in the simulation of step S5. It can be determined that the element of the real system 1 corresponding to the unit in the unit is in failure due to the failure mode of the replaced failure model. Therefore, in step S9, the unit that has failed in the real system 1 and the failure mode of the unit are specified. In the next step S10, the failure unit specified in step S9 and the failure mode are displayed. After step S10, the process ends (RETURN).

ステップＳ３で実システム１、実システム２の双方に異常が発生していないと判定された場合は、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、実システム２が正常であるか否かを判定し、実システム２が正常の場合はステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２へ進んだ場合は、実システム１に故障が発生しており、実システム２には故障が発生していないため、センサーモデル１に対応する実センサー１が故障していると判定できる。従って、ステップＳ１２では、センサーモデル１を故障モデルに置き換える。   If it is determined in step S3 that no abnormality has occurred in both the real system 1 and the real system 2, the process proceeds to step S11. In step S11, it is determined whether or not the real system 2 is normal. If the real system 2 is normal, the process proceeds to step S12. When the process proceeds to step S12, it can be determined that the actual sensor 1 corresponding to the sensor model 1 has failed because a failure has occurred in the actual system 1 and no failure has occurred in the actual system 2. Accordingly, in step S12, the sensor model 1 is replaced with a failure model.

次のステップＳ１３では、センサーモデル１を故障モデルに置き換えた状態でシステムモデル１，２を動作させ、センサーモデル１の故障モードを特定するシミュレーションを開始する。より詳細には、ステップＳ１３では、センサーモデル１の故障モードを変化させながらセンサーモデル１の故障モードを特定するシミュレーションを行う。   In the next step S13, the system models 1 and 2 are operated in a state where the sensor model 1 is replaced with a failure model, and a simulation for specifying the failure mode of the sensor model 1 is started. More specifically, in step S13, a simulation for specifying the failure mode of the sensor model 1 is performed while changing the failure mode of the sensor model 1.

次のステップＳ１４では、ステップＳ１３のシミュレーションにおいて、モデル出力１，２が実出力１，２と一致したか否かを判定する。ステップＳ１４でモデル出力１，２と実出力１，２が一致した場合は、ステップＳ１５へ進む。   In the next step S14, it is determined whether or not the model outputs 1 and 2 match the actual outputs 1 and 2 in the simulation of step S13. If the model outputs 1 and 2 match the actual outputs 1 and 2 in step S14, the process proceeds to step S15.

ステップＳ１５へ進んだ場合は、モデル出力１，２と実出力１，２が一致した際にセンサーモデル１に設定されている故障モードで実センサー１が故障していると判定できる。従って、ステップＳ１５では、実センサー１の故障モードを特定する。   When the process proceeds to step S15, it can be determined that the actual sensor 1 has failed in the failure mode set in the sensor model 1 when the model outputs 1 and 2 match the actual outputs 1 and 2. Therefore, in step S15, the failure mode of the actual sensor 1 is specified.

一方、ステップＳ１４でモデル出力１，２と実出力１，２が一致しない場合は、ステップＳ７へ進む。この場合は、システムモデル１，２のユニット、センサーモデル１，２が複合的に故障していると判定できる。従って、ステップＳ７からステップＳ８へ進み、システムモデル１のユニット１１，１２，１３、センサーモデル１、システムモデル２のユニット２１，２２，２３、センサーモデル２を故障モデルに置き換え、シミュレーションを行うことで、システムモデル１，２、センサーモデル１，２の故障を診断する。   On the other hand, if the model outputs 1 and 2 do not match the actual outputs 1 and 2 in step S14, the process proceeds to step S7. In this case, it can be determined that the units of the system models 1 and 2 and the sensor models 1 and 2 have failed in a complex manner. Accordingly, the process proceeds from step S7 to step S8, and the units 11, 12, 13 of the system model 1, the sensor model 1, the units 21, 22, 23 of the system model 2 and the sensor model 2 are replaced with the failure model, and simulation is performed. The system models 1 and 2 and sensor models 1 and 2 are diagnosed for failure.

ステップＳ１５の後はステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、実センサー１の出力値を制御に使用しているか否かを判定し、実センサー１の出力値を制御に使用していない場合は、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、ステップＳ１５で特定された実センサー１の故障モードを表示する。   After step S15, the process proceeds to step S16. In step S16, it is determined whether or not the output value of the actual sensor 1 is used for control. If the output value of the actual sensor 1 is not used for control, the process proceeds to step S18. In step S18, the failure mode of the actual sensor 1 specified in step S15 is displayed.

一方、ステップＳ１６で実センサー１の出力値を制御に使用している場合は、ステップＳ１７へ進み、実センサー１の出力値が制御に使用されないように制御モードの切り換えを行う。ステップＳ１７の後はステップＳ１８へ進み、実センサー１の故障モードを表示する。ステップＳ１８の後は処理を終了する(RETURN)。   On the other hand, if the output value of the actual sensor 1 is used for control in step S16, the process proceeds to step S17, and the control mode is switched so that the output value of the actual sensor 1 is not used for control. After step S17, the process proceeds to step S18, and the failure mode of the actual sensor 1 is displayed. After step S18, the process ends (RETURN).

以上説明したように実施の形態１によれば、システムモデル１，２に対応する実機のシステムの故障を診断することができ、故障が発生している場合は、システムモデル１，２の各ユニットを故障モデルに置き換えることにより、各ユニットの故障モードを特定することが可能となる。また、センサーモデル１，２に対応する実機のセンサーが故障している場合は、センサーモデル１，２を故障モデルに置き換えることで、実機のセンサーの故障モードを判定することができる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to diagnose a failure of the system of the actual machine corresponding to the system models 1 and 2, and when a failure occurs, each unit of the system models 1 and 2 By substituting for a failure model, it becomes possible to specify the failure mode of each unit. If the actual sensor corresponding to the sensor model 1 or 2 is out of order, the failure mode of the actual sensor can be determined by replacing the sensor model 1 or 2 with the failure model.

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１で説明した故障診断の手法を内燃機関システムに適用したものである。図４は、実施の形態２に係るシステムモデルを示す模式図である。このシステムモデルは、実機の内燃機関システムをモデル化したものであって、システムモデル１、システムモデル２、システムモデル３、システムモデル４を備えている。システムモデル１，２，３，４は、実機のシステムの実システム１，２，３，４にそれぞれ対応しており、実機のシステムと同様の入力を受けて、実機のシステムに対応した出力を出力するものである。 Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the failure diagnosis method described in the first embodiment is applied to an internal combustion engine system. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a system model according to the second embodiment. This system model is a model of an actual internal combustion engine system, and includes a system model 1, a system model 2, a system model 3, and a system model 4. System models 1, 2, 3, and 4 correspond to actual systems 1, 2, 3, and 4, respectively, and receive the same input as the actual system, and output corresponding to the actual system. Output.

システムモデル１は、インジェクタ（ユニット１１）、スロットルバルブ（ユニット１２）、インテークマニホールド（ユニット１３）、吸気バルブ（ユニット１４）、シリンダ（ユニット１５）を備えている。システムモデル２は、排気バルブ（ユニット２１）、エキゾーストマニホールド（ユニット２２）を備えている。システムモデル３は、ＳＣ触媒（ユニット３１）を備えている。システムモデル４は、ＵＦ触媒（ユニット４１）を備えている。   The system model 1 includes an injector (unit 11), a throttle valve (unit 12), an intake manifold (unit 13), an intake valve (unit 14), and a cylinder (unit 15). The system model 2 includes an exhaust valve (unit 21) and an exhaust manifold (unit 22). The system model 3 includes an SC catalyst (unit 31). The system model 4 includes a UF catalyst (unit 41).

システムモデル１の下流には、筒内圧センサーモデル１（ユニット１６）が設けられている。システムモデル２の下流には、Ａ／Ｆセンサーモデル２（ユニット２３）が設けられている。システムモデル３の下流には、Ｏ２センサーモデル３（ユニット３２）が設けられている。システムモデル４の下流には、Ｏ２センサーモデル４（ユニット４２）が設けられている。   An in-cylinder pressure sensor model 1 (unit 16) is provided downstream of the system model 1. An A / F sensor model 2 (unit 23) is provided downstream of the system model 2. An O2 sensor model 3 (unit 32) is provided downstream of the system model 3. An O2 sensor model 4 (unit 42) is provided downstream of the system model 4.

システムモデル１には、燃料と空気が入力される。システムモデル１からの出力は筒内圧センサーモデル１に送られ、筒内圧センサーモデル１からはシステムモデル１のモデル出力として筒内圧モデル出力１が出力される。システムモデル１からの出力はシステムモデル２へ入力される。システムモデル２からの出力はＡ／Ｆセンサーモデル２に送られ、Ａ／Ｆセンサーモデル２からはシステムモデル２のモデル出力として空燃比（Ａ／Ｆ）モデル出力２が出力される。   Fuel and air are input to the system model 1. The output from the system model 1 is sent to the in-cylinder pressure sensor model 1, and the in-cylinder pressure model output 1 is output from the in-cylinder pressure sensor model 1 as the model output of the system model 1. The output from the system model 1 is input to the system model 2. The output from the system model 2 is sent to the A / F sensor model 2, and the air / fuel ratio (A / F) model output 2 is output from the A / F sensor model 2 as the model output of the system model 2.

また、システムモデル２からの出力はシステムモデル３へ入力される。システムモデル３からの出力はＯ２センサーモデル３に送られ、Ｏ２センサーモデル３からはシステムモデル３のモデル出力として酸素濃度モデル出力３が出力される。また、システムモデル３からの出力はシステムモデル４へ入力される。システムモデル４からの出力はＯ２センサーモデル４に送られ、Ｏ２センサーモデル４からはシステムモデル４のモデル出力として酸素濃度モデル出力４が出力される。   Further, the output from the system model 2 is input to the system model 3. The output from the system model 3 is sent to the O2 sensor model 3, and the oxygen concentration model output 3 is output from the O2 sensor model 3 as the model output of the system model 3. The output from the system model 3 is input to the system model 4. The output from the system model 4 is sent to the O2 sensor model 4, and the oxygen concentration model output 4 is output from the O2 sensor model 4 as the model output of the system model 4.

実施の形態２のシステムによる故障診断の手法は、基本的には実施の形態１と同様である。実施の形態２のシステムモデル数は実施の形態１よりも多いため、実施の形態２では、上流側のシステムモデルから順次に故障診断を実施する。   The method of fault diagnosis by the system of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment. Since the number of system models in the second embodiment is larger than that in the first embodiment, in the second embodiment, failure diagnosis is performed sequentially from the upstream system model.

以下、実施の形態２における故障診断方法を説明する。先ず、筒内圧モデル出力１と実システム１から出力された筒内圧とを比較し、実システム１から出力された筒内圧の値が正常であるか否かを判定する。また、Ａ／Ｆモデル出力２と実システム２から出力されたＡ／Ｆ出力とを比較し、実システム２から出力されたＡ／Ｆ出力の値が正常であるか否かを判定する。   Hereinafter, a failure diagnosis method according to the second embodiment will be described. First, the in-cylinder pressure model output 1 and the in-cylinder pressure output from the actual system 1 are compared to determine whether or not the value of the in-cylinder pressure output from the actual system 1 is normal. Further, the A / F model output 2 and the A / F output output from the real system 2 are compared to determine whether or not the value of the A / F output output from the real system 2 is normal.

実システム１から出力された筒内圧の値が正常の場合は、システムモデル１に対応する実システム１が正常であると判定できる。また、実システム１から出力された筒内圧の値と、実システム２から出力されたＡ／Ｆ出力の値の双方が正常の場合は、システムモデル１に対応する実システム１とシステムモデル２に対応する実システム２の双方が正常であると判定できる。この場合は、酸素濃度モデル出力３と実システム３から出力された酸素濃度の値を比較し、下流に位置する実システム３の故障診断を行う。   When the in-cylinder pressure value output from the real system 1 is normal, it can be determined that the real system 1 corresponding to the system model 1 is normal. When both the in-cylinder pressure value output from the actual system 1 and the A / F output value output from the actual system 2 are normal, the actual system 1 and the system model 2 corresponding to the system model 1 are It can be determined that both corresponding real systems 2 are normal. In this case, the oxygen concentration model output 3 and the oxygen concentration value output from the actual system 3 are compared, and a failure diagnosis of the actual system 3 located downstream is performed.

一方、実システム１から出力された筒内圧の値が異常であり、且つ、実システム２から出力されたＡ／Ｆ出力の値が異常の場合は、実システム１、実システム２の双方が故障している可能性があるため、先ず、上流側のシステムモデル１に対応する実システム１の故障を診断する。   On the other hand, if the in-cylinder pressure value output from the actual system 1 is abnormal and the A / F output value output from the actual system 2 is abnormal, both the actual system 1 and the actual system 2 are faulty. First, the failure of the real system 1 corresponding to the upstream system model 1 is diagnosed.

すなわち、システムモデル１内の各ユニット１１〜１５を故障モデルに置き換え、実システム１が故障しているか否かを判定する。この際、システムモデル１内の各ユニット１１，１２，１３，１４，１５を順次に故障モデルに置き換え、各故障モデルの故障モードで動作させた状態で、筒内圧モデル出力１と実システムからの出力が一致するか否かを判定する。また、各ユニット１１，１２，１３，１４，１５を単独で故障モデルに置き換えた場合に筒内圧モデル出力１と実システム１の出力が一致しない場合は、複数のユニットが複合的に故障していると考えられるため、複数のユニットを同時に故障モデルに置き換えて、筒内圧モデル出力１と実システム１の出力を比較する。更に、筒内圧センサーモデル１についても故障モデルに置き換え、実機システムの筒内圧センサーが故障しているか否かを判定する。   That is, each unit 11 to 15 in the system model 1 is replaced with a failure model, and it is determined whether or not the actual system 1 has failed. At this time, each unit 11, 12, 13, 14, 15 in the system model 1 is sequentially replaced with a failure model, and the cylinder model 1 and the actual system output from the actual system are operated in the failure mode of each failure model. Determine whether the outputs match. Further, when each of the units 11, 12, 13, 14, and 15 is replaced with a failure model independently, if the cylinder pressure model output 1 and the output of the actual system 1 do not coincide with each other, a plurality of units may fail in combination. Therefore, the in-cylinder pressure model output 1 is compared with the output of the actual system 1 by replacing a plurality of units with a failure model at the same time. Further, the in-cylinder pressure sensor model 1 is also replaced with a failure model, and it is determined whether or not the in-cylinder pressure sensor of the actual system is out of order.

システムモデル１内のユニットを故障モデルに置き換えた後、筒内圧モデル出力１と実システム１からの筒内圧が一致した場合は、置き換えた故障モデルの故障モードで実システム１内の要素が故障していると判定する。そして、この状態で、Ａ／Ｆモデル出力２と実システム２からのＡ／Ｆ出力を比較し、実システム２が故障しているか否かを判定する。   If the in-cylinder pressure model output 1 and the in-cylinder pressure from the actual system 1 match after replacing the unit in the system model 1 with the failure model, the elements in the actual system 1 will fail in the failure mode of the replaced failure model. It is determined that In this state, the A / F model output 2 and the A / F output from the real system 2 are compared to determine whether or not the real system 2 has failed.

実システム２からのＡ／Ｆ出力とＡ／Ｆモデル出力２とが一致する場合は、実システム２内の要素に故障は発生していないと考えられる。一方、実システム２からのＡ／Ｆ出力とＡ／Ｆモデル出力２が相違する場合は、システムモデル２内のユニット２１，２２が故障していると考えられる。従って、システムモデル２内のユニット２１，２２、Ａ／Ｆセンサーモデル２を故障モデルに置き換えて、各故障モデルの故障モードでシミュレーションを行い、Ａ／Ｆモデル出力２と実システム２からの出力が一致するか否かを判定する。Ａ／Ｆモデル出力２と実システム２からの出力が一致した場合は、置き換えた故障モデルの故障モードでシステムモデル２内のユニットが故障していると判定する。   When the A / F output from the real system 2 matches the A / F model output 2, it is considered that no failure has occurred in the elements in the real system 2. On the other hand, when the A / F output from the real system 2 and the A / F model output 2 are different, it is considered that the units 21 and 22 in the system model 2 are out of order. Therefore, the units 21 and 22 and the A / F sensor model 2 in the system model 2 are replaced with failure models, and simulation is performed in the failure mode of each failure model. The output from the A / F model output 2 and the actual system 2 is It is determined whether or not they match. If the A / F model output 2 and the output from the real system 2 match, it is determined that the unit in the system model 2 has failed in the failure mode of the replaced failure model.

このようにして、故障モデルへの置き換えにより、システムモデル１、システムモデル２のモデル出力と実システム１、実システム２の出力が一致した場合は、システムモデル１，２のユニットを故障モデルに置き換えた状態で、更に下流のシステムモデル３と実システムの出力を比較することで、実システム３の故障診断を行うことができる。従って、上流側のシステムから順に故障モデルへの置き換えを行い、モデル出力と実システムの出力を一致させていくことで、全てのシステムの故障を診断することが可能となる。   In this way, if the model model 1 and system model 2 output matches the actual system 1 and system 2 output by replacement with the failure model, the units of the system models 1 and 2 are replaced with the failure model. In this state, the fault diagnosis of the real system 3 can be performed by comparing the output of the system model 3 and the real system further downstream. Therefore, it is possible to diagnose failure of all systems by replacing the failure model in order from the upstream system and matching the model output with the output of the actual system.

また、上流の実システム１の筒内圧の値が異常であり、且つ、実システムよりも下流に位置する実システム２のＡ／Ｆ出力の値が正常の場合は、筒内圧センサーモデル１に対応する実システム１の筒内圧センサーが故障していると判断する。この場合、筒内圧センサーモデル１を故障モデルに置き換え、筒内圧センサーモデル１の故障モードでシミュレーションを行い、実システム１のセンサーの故障モードを特定する。   Corresponding to the in-cylinder pressure sensor model 1 when the in-cylinder pressure value of the upstream actual system 1 is abnormal and the A / F output value of the actual system 2 located downstream of the actual system is normal. It is determined that the in-cylinder pressure sensor of the actual system 1 is malfunctioning. In this case, the in-cylinder pressure sensor model 1 is replaced with a failure model, a simulation is performed in the failure mode of the in-cylinder pressure sensor model 1, and the failure mode of the sensor in the actual system 1 is specified.

同様にして、システムモデル１内のユニットを故障モデルに置き換え、筒内圧モデル出力１と実システム１からの筒内圧が一致した場合に、実システム２のＡ／Ｆ出力の値が異常であり、且つ、実システム３からの酸素濃度の値が正常の場合は、Ａ／Ｆセンサーモデル２に対応する実システムのＡ／Ｆセンサーが故障していると判断する。この場合、Ａ／Ｆセンサーモデル２を故障モデルに置き換え、Ａ／Ｆセンサーモデル２の故障モードでシミュレーションを行い、実システムのＡ／Ｆセンサーの故障モードを特定する。   Similarly, when the unit in the system model 1 is replaced with a failure model, and the in-cylinder pressure model output 1 and the in-cylinder pressure from the actual system 1 match, the A / F output value of the actual system 2 is abnormal, If the value of the oxygen concentration from the actual system 3 is normal, it is determined that the A / F sensor of the actual system corresponding to the A / F sensor model 2 has failed. In this case, the A / F sensor model 2 is replaced with a failure model, simulation is performed in the failure mode of the A / F sensor model 2, and the failure mode of the A / F sensor in the actual system is specified.

実システム１の筒内圧センサーに故障が発生している場合は、筒内圧センサーの出力値を実際の内燃機関の制御に使うことができなくなるため、制御モードの切り換えを行う。例えば、筒内圧センサーモデル１についてのシミュレーションで得られた故障モードの逆関数を実システム１の出力に掛け合わせ、筒内圧センサーの故障による歪んでいる実システム１の筒内圧の出力を本来の出力波形に矯正する。そして、この修正信号を用いて制御を行うように制御モードを変更する。また、筒内圧センサーは異常であるが、Ａ／Ｆセンサーの出力が正常である場合、Ａ／Ｆセンサーの出力を用いた制御に切り換えるようにする。更に、筒内圧センサーの出力の代わりに筒内圧センサーモデル１からの出力を用いて制御を行う等の方法により、制御モードの切り換えを行う。同様にして、実システム２のＡ／Ｆセンサーが故障している場合、実システム３のＯ２センサーが故障している場合も、制御モードの変更で対処することができる。従って、故障時のフェールセーフモードの選択肢を大幅に拡げることが可能となる。   When a failure has occurred in the in-cylinder pressure sensor of the actual system 1, the output value of the in-cylinder pressure sensor cannot be used for actual control of the internal combustion engine, so the control mode is switched. For example, the inverse function of the failure mode obtained by the simulation of the in-cylinder pressure sensor model 1 is multiplied by the output of the actual system 1, and the output of the in-cylinder pressure of the actual system 1 distorted due to the failure of the in-cylinder pressure sensor is output as the original output. Correct the waveform. Then, the control mode is changed so that control is performed using this correction signal. When the in-cylinder pressure sensor is abnormal but the output of the A / F sensor is normal, the control is switched to the control using the output of the A / F sensor. Further, the control mode is switched by a method of performing control using the output from the in-cylinder pressure sensor model 1 instead of the output of the in-cylinder pressure sensor. Similarly, when the A / F sensor of the real system 2 is out of order or when the O2 sensor of the real system 3 is out of order, it can be dealt with by changing the control mode. Therefore, it is possible to greatly expand the options of the fail safe mode at the time of failure.

このように、システムモデル１，２，３，４の上流側のモデルから順次に故障診断を実施し、故障が発生している実機のシステムに対応するシステムモデル内のユニットを故障モデルに置き換えることで、置き換えられたシステムモデルに対応する実機のシステムに故障が生じているか否かを診断することが可能となる。また、システムモデル内のユニットを故障モデルに置き換えた後は、更に下流のシステムモデルと実システムの出力を比較することで、下流の実システムの故障診断を行うことが可能となる。従って、全てのシステムモデルについての故障診断を上流から順次に行い、故障が発生している場合は、故障ユニットを故障モデルに置き換えることで、各システムモデル１，２，３，・・・に対応した実機の全システムの故障を診断することができる。   In this way, failure diagnosis is performed sequentially from the upstream model of the system model 1, 2, 3, 4 and the unit in the system model corresponding to the actual system where the failure occurs is replaced with the failure model. Thus, it is possible to diagnose whether or not a failure has occurred in the actual system corresponding to the replaced system model. In addition, after replacing the unit in the system model with the failure model, it is possible to diagnose the failure of the downstream actual system by comparing the downstream system model with the output of the actual system. Therefore, failure diagnosis for all system models is performed in order from the upstream, and if a failure has occurred, the failure unit is replaced with the failure model to support each system model 1, 2, 3,. It is possible to diagnose the failure of the entire system of the actual machine.

以上説明したように実施の形態２によれば、実施の形態１の故障診断の手法を内燃機関システムに適用し、複数のシステムモデルを備えた構成において、上流側のシステムから順次に故障診断を実施することで、各システムモデル１，２，３・・・に対応した内燃機関システムの故障を診断することが可能となる。また、内燃機関システムが備える筒内圧センサー、Ａ／Ｆセンサー、Ｏ２センサーなどの各種センサーの故障を判定することが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, the failure diagnosis method of the first embodiment is applied to the internal combustion engine system, and the failure diagnosis is performed sequentially from the upstream system in a configuration including a plurality of system models. By performing this, it becomes possible to diagnose a failure of the internal combustion engine system corresponding to each system model 1, 2, 3,. Further, it is possible to determine the failure of various sensors such as an in-cylinder pressure sensor, an A / F sensor, and an O2 sensor provided in the internal combustion engine system.

本発明の実施の形態１を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating Embodiment 1 of this invention. 故障モデルを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a failure model. 実施の形態１に係る処理の手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a processing procedure according to the first embodiment. 実施の形態２に係るシステムモデルを示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating a system model according to Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１１，１２，１３，１４，１５ システムモデル１内のユニット
２１，２２，２３ システムモデル２内のユニット 11, 12, 13, 14, 15 Units in system model 1 21, 22, 23 Units in system model 2

Claims (7)

実機システムが備える複数の要素をモデル化した複数のユニットを有するシステムモデルと、
前記複数の要素のそれぞれに発生することが想定される故障をモデル化し、前記要素の故障の内容を表現する故障モードを可変に設定できる、複数の故障モデルと、
前記システムモデルの前記ユニットを前記故障モデルに置き換えるモデル置換手段と、
前記要素に発生することが想定される複数の異なる故障を表現するように用意された複数の故障モードを、前記複数の故障モデルに設定される故障モードの組み合わせを相違させるように、前記故障モデルそれぞれに対して設定可能な手段と、
前記故障モデルそれぞれに前記故障モードが設定されたときの前記システムモデルの出力と前記実機システムからの出力との比較に基づいて、当該比較のときに前記故障モデルに設定されている前記故障モードの組み合わせに従って前記実機システムにおける前記複数の要素が故障しているか否かを診断する故障診断手段と、
を備えたことを特徴とする故障診断装置。 A system model having a plurality of units modeling a plurality of elements included in the actual machine system;
A plurality of failure models that can model a failure that is assumed to occur in each of the plurality of elements, and variably set a failure mode that expresses the content of the failure of the element ;
Model replacement means for replacing the unit of the system model with the fault model;
The failure model is configured such that a plurality of failure modes prepared to express a plurality of different failures assumed to occur in the element are different from each other in a combination of failure modes set in the plurality of failure models. Means configurable for each,
Based on the comparison between the output of the system model when the failure mode is set for each of the failure models and the output from the actual system, the failure mode set in the failure model at the time of the comparison Failure diagnosis means for diagnosing whether or not the plurality of elements in the actual machine system have failed according to a combination ;
A failure diagnosis apparatus comprising: 直列状に接続された複数の前記システムモデルを備え、
前記ユニットは、前記複数のシステムモデルのそれぞれの出力部に設けられ、前記実機システムが備える実センサーをモデル化したセンサーモデルを含み、
前記比較手段は、前記センサーモデルからの出力と、前記実センサーからの出力とを比較することを特徴とする請求項１記載の故障診断装置。 A plurality of the system models connected in series;
The unit includes a sensor model that is provided at each output unit of the plurality of system models and models an actual sensor included in the actual system.
It said comparing means, an output from the sensor model, before Symbol fault diagnosis apparatus according to claim 1, wherein comparing the output from the real sensor. 前記モデル置換手段は、複数の前記システムモデルが有する複数の前記ユニットの一部又は全部を同時に前記故障モデルに置き換えることを特徴とする請求項２記載の故障診断装置。   3. The fault diagnosis apparatus according to claim 2, wherein the model replacement unit simultaneously replaces some or all of the plurality of units included in the plurality of system models with the failure model. 前記故障診断手段は、前記センサーモデルからの出力と、前記実センサーからの出力とが相違する場合は、当該実センサーよりも上流に位置する前記実機システムの要素が、対応する前記システムモデル内で置き換えられた前記故障モデルの故障モードで故障していると診断することを特徴とする請求項２又は３記載の故障診断装置。 The failure diagnosis means, when the output from the sensor model, the output from the previous SL actual sensor is different, the elements of the real machine system located upstream of the actual sensor, the corresponding said system model The failure diagnosis apparatus according to claim 2, wherein the failure diagnosis apparatus diagnoses that a failure has occurred in the failure mode of the failure model replaced by. 前記故障診断手段は、特定の前記センサーモデルからの出力と当該特定のセンサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力とが一致する場合は、当該特定のセンサーモデルよりも下流に位置する前記システムモデルを用いて、対応する前記実機システムの故障診断を行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の故障診断装置。   When the output from the specific sensor model matches the output from the actual sensor modeled by the specific sensor model, the failure diagnosis means is located downstream from the specific sensor model. The fault diagnosis apparatus according to claim 2, wherein a fault diagnosis of the corresponding actual system is performed using a system model. 前記故障診断手段は、任意の第１の前記センサーモデルからの出力と当該第１のセンサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力とが相違し、当該第１のセンサーモデルよりも下流に位置する第２の前記センサーモデルからの出力と当該第２のセンサーモデルによってモデル化された前記実センサーからの出力が一致する場合は、前記第１のセンサーモデルに対応する前記実センサーが故障していると診断することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の故障診断装置。   The failure diagnosis means has an output from an arbitrary first sensor model different from an output from the actual sensor modeled by the first sensor model, and is downstream of the first sensor model. If the output from the second sensor model that is located matches the output from the actual sensor that is modeled by the second sensor model, the actual sensor corresponding to the first sensor model fails. The failure diagnosis apparatus according to claim 2, wherein the failure diagnosis apparatus diagnoses the failure. 前記システムモデルは前記実機システムとしての内燃機関をモデル化したものであり、前記センサーモデルは当該内燃機関が備える前記実センサーをモデル化したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の故障診断装置。   7. The system model according to claim 1, wherein the system model is a model of an internal combustion engine as the actual machine system, and the sensor model is a model of the actual sensor included in the internal combustion engine. The fault diagnosis device according to claim 1.
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