JP5741463B2

JP5741463B2 - 車両の異常判定装置

Info

Publication number: JP5741463B2
Application number: JP2012015088A
Authority: JP
Inventors: 衣畑　裕生; 裕生衣畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013155775A

Description

本発明は、車両の異常判定装置に関し、特に、エンジンと変速機とがクラッチを介して連結された車両の異常判定装置に関する。

運転者が手動でギヤを変更する手動変速機を搭載した車両が公知である。このような車両では、一般的に、エンジンと変速機とがクラッチを介して連結される。したがって、運転者は、アクセル操作およびブレーキ操作に加えて、クラッチを解放または係合するためにクラッチ操作を行なわなければならない。たとえば、車両を発進させるためには、右足をブレーキペダルからアクセルペダルに踏み変えて、発進に必要なトルクを出力可能な回転数までエンジン回転数を上昇させるために右足でアクセル操作をしつつ、クラッチを係合するために左足でクラッチ操作を行なう。

特に初心者にとってはこのような操作は難しいものであり、発進時にしばしばエンジンをストールさせ得る。そこで、発進操作を支援するために、車両の発進時には自動でエンジン回転数を上昇させるなどの制御を組み入れることが検討されている。

このような運転支援制御システムを導入するためには、たとえばクラッチが解放状態であるか否かを判断するためのセンサを設ける必要があり、また、このセンサが異常であるかを診断するシステムの導入が必要である。

特開２０１１−１１７５００号公報（特許文献１）は、クラッチの操作状態を検出するクラッチスイッチの異常判定装置を開示する。特開２０１１−１１７５００号公報に記載の異常判定装置は、クラッチスイッチにより検出されたクラッチの操作状態と、クラッチよりも駆動力源側の回転軸の回転速度およびクラッチよりも車輪軸側の回転軸の回転速度から推定されるクラッチの操作状態とが異なるときに、クラッチスイッチが異常であると判定する。

特開２０１１−１１７５００号公報

しかしながら、エンジンが所定のトルクを出力していれば、クラッチが解放状態であっても、エンジンの出力軸回転数と、変速機の入力回転数とを同期させることが可能である。このような場合、クラッチスイッチにより検出されたクラッチの操作状態と、回転数から推定されるクラッチの操作状態とが異なるため、クラッチが正常であっても、異常であると誤判定され得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、クラッチ操作に応じて信号を出力するセンサの異常を精度よく判定することである。

ある実施例において、車両には、エンジンと変速機とがクラッチを介して連結され、クラッチを解放するために運転者が操作する操作部が設けられる。車両の異常判定装置は、操作部に対してなされた操作に応じて信号を出力するセンサと、エンジンの出力回転数と変速機の入力回転数が一致し、かつ、エンジンの出力トルクがエンジンの出力回転数を維持するのに必要なトルク以下である場合において、センサから出力された信号に基づいてクラッチが解放されたと所定時間継続して判断すると、センサが異常であると判定するための判定手段とを備える。

この構成によると、エンジンの出力トルクが、回転数を維持するのに必要なトルク以下（たとえばゼロ以下）であるため、クラッチが解放されていれば、エンジンの出力回転数が低下する状況下において、センサの異常判定が実行される。そのため、クラッチが解放されている一方で、エンジンの出力トルクによってエンジンの出力回転数が維持されて、エンジンの出力回転数と変速機の入力回転数とが一時的に同期しているときに、誤ってクラッチが係合していると推定することを回避できる。そのため、センサから出力された信号に基づいてクラッチが解放されたと判断されたときに、エンジンの出力回転数と変速機の入力回転数とから誤ってクラッチが係合していると推定し、センサが異常であると誤判定することを回避できる。その結果、クラッチの操作に応じて信号を出力するセンサの異常を精度よく判定できる。

さらに別の実施例において、所定時間は、クラッチが解放され、かつエンジンの出力トルクがゼロ以下である状態で、エンジンの最大回転数からアイドル回転数までエンジンの出力回転数が低下するまでの時間である。

この構成によると、エンジンの最大回転数からアイドル回転数まで低下するまでの間は、エンジンの出力回転数と変速機の入力回転数とが偶然一致することもあり得るため、エンジンの最大回転数からアイドル回転数まで低下するまでの時間、エンジンの出力回転数と変速機の入力回転数とが継続して一致することを条件として、センサが異常であると判定される。これにより、センサが異常であると誤判定することを回避できる。

車両のパワートレーンを示す概略構成図である。燃料噴射量Ｑを定めたマップを示す図である。ＥＣＵが実行する処理のフローチャート（その１）である。ＥＣＵが実行する処理のフローチャート（その２）である。参考例において、ストロークセンサもしくは代わりに用いられるスイッチの異常が判定される燃料噴射量Ｑの領域を示す図である。参考例においてＥＣＵが実行する処理のフローチャート（その１）である。参考例においてＥＣＵが実行する処理のフローチャート（その２）である。参考例においてＥＣＵが実行する処理のフローチャート（その３）である。参考例においてＥＣＵが実行する処理のフローチャート（その４）である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る異常判定装置を搭載した車両のパワートレーンについて説明する。このパワートレーンは、エンジン１０と、クラッチ２０と、変速機３０とを含む。

エンジン１０のトルクは、クラッチ２０を介して変速機３０に伝達される。変速機３０に伝達されたトルクは、ドライブシャフト（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。エンジン１０は、インジェクタ１２から噴射された燃料を燃焼室内で燃焼させる公知の内燃機関である。外燃機関をエンジン１０として用いてもよい。

クラッチ２０は、乾式単板式の摩擦クラッチである。クラッチ２０は、運転者がクラッチペダル４０を踏むことにより解放される。変速機３０は、運転者がシフトレバー３２を操作することにより変速が行なわれるマニュアルトランスミッションである。なお、運転者のシフト操作に基づいて、変速機３０の変速をアクチュエータにより行なうようにしてもよい。

本実施の形態において、エンジン１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０により制御される。図２に示すように、本実施の形態において、ＥＣＵ５０のメモリには、エンジン１０の出力回転数（以下、エンジン回転数ＮＥとも記載する）をパラメータとしてインジェクタ１２からの燃料噴射量Ｑを定めるマップが記憶され、このマップに従って定められた燃料噴射量Ｑを噴射するように、インジェクタ１２が制御される。

図２に示すマップにおいて、各エンジン回転数ＮＥにおける燃料噴射量Ｑの上限を規定する実線は、エンジン１０の全負荷時における燃料噴射量を示す。各エンジン回転数ＮＥにおける燃料噴射量Ｑの下限を規定する一点鎖線は、エンジン１０の出力トルクがゼロであるときの燃料噴射量を示す。

図２において、燃料噴射量の上限を示す実線と下限を示す一点鎖線とが交わるときのエンジン回転数ＮＥは、エンジン回転数ＮＥの上限（最大回転数）である。

図２における二点鎖線と一点鎖線との間の領域は、オルタネータならびに空調装置のコンプレッサなどの補機類を駆動するためにエンジン１０がトルクを出力するときの燃料噴射量Ｑを示す。

本実施の形態において、エンジン回転数ＮＥの下限（最小回転数）はアイドル回転数であり、エンジン１０のアイドル時において、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数と一致するようにエンジン１０が制御される。

図１に戻って、ＥＣＵ５０には、ストロークセンサ５２、出力回転数センサ５４、入力回転数センサ５６からの信号が入力される。

ストロークセンサ５２は、クラッチ２０のストローク量（操作量）を検出する。ＥＣＵ５０は、クラッチ２０のストローク量からクラッチ２０が解放した状態であるか、係合した状態であるかを判定する。ストロークセンサ５２の代わりに、クラッチペダル４０が踏み込まれたときにオンにされるスイッチ、あるいはクラッチペダル４０が初期位置に戻されたときにオンにされるスイッチを用いて、クラッチ２０が解放状態であるか係合状態であるかを判定するようにしてもよい。

出力回転数センサ５４は、エンジン回転数ＮＥを検出する。より具体的には、出力回転数センサ５４は、エンジン１０の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力し、出力回転数センサ５４の検出信号から、ＥＣＵ５０がエンジン回転数ＮＥを算出する。

入力回転数センサ５６は、変速機３０の入力回転数ＮＩを検出する。より具体的には、入力回転数センサ５６は、変速機３０の入力軸が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力し、入力回転数センサ５６の検出信号から、ＥＣＵ５０が入力回転数ＮＩを算出する。

本実施の形態において、ＥＣＵ５０は、ストロークセンサ５２、出力回転数センサ５４、入力回転数センサ５６から入力された信号に基づき、ストロークセンサ５２が異常であるか否かを判定する。ストロークセンサ５２の代わりにスイッチが用いられる場合には、スイッチが異常であるか否かが判定される。

以下、図３，４を参照して、ストロークセンサ５２もしくは代わりに用いられるスイッチが異常であるか否かを判定するためにＥＣＵ５０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

図３に示すステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジン１０の出力トルクが、出力回転数（エンジン回転数ＮＥ）を維持するのに必要なトルク以下であるか否かが判断される。一例として、燃料噴射量Ｑが、エンジン１０の出力トルクがゼロ以下となるときの燃料噴射量より少ないと、すなわちエンジン１０の出力トルクがゼロ以下であると、エンジン１０の出力トルクが出力回転数を維持するのに必要なトルク以下であると判断される。なお、出力トルクがゼロよりも大きいトルク以下である場合において、エンジン１０の出力トルクが出力回転数を維持するのに必要なトルク以下であると判断するようにしてもよい。出力回転数を維持するのに必要なトルクの具体的な値は、実験およびシミュレーション等に基づいて開発者が適宜定めればよい。

エンジン１０の出力トルクが、出力回転数を維持するのに必要なトルク以下であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致しているか否かが判断される。一例として、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとの差の絶対値が、所定の計測誤差以下であると、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致していると判断される。

エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致している場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、Ｓ１０４にて、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であるか否かが判断される。

ストロークセンサ５２あるいはスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であると判断されると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、Ｓ１０６にて、クラッチ２０が解放された継続時間に、ＥＣＵ５０の演算周期時間を加算して、継続時間を更新する。その後、処理はＳ１００に戻される。

Ｓ１００、Ｓ１０２またはＳ１０４のいずれかにおいて否定判断がなされた場合（Ｓ１００、Ｓ１０２またはＳ１０４のいずれかにおいてＮＯ）は、Ｓ１０８にて、クラッチ２０が解放された継続時間がリセットされて、ゼロにされる。その後、処理はＳ１００に戻される。

なお、クラッチ２０が解放された継続時間は、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致していれば更新されるため、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが継続して一致している時間に相当する。

図４に示すＳ１１０にて、クラッチ２０が解放された継続時間が所定時間以上であると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、すなわち、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致し、かつ、エンジン１０の出力トルクが出力回転数を維持するのに必要なトルク以下である場合において、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であると所定時間継続して判断されると、Ｓ１１２にて、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチが異常であると判定される。

たとえば、車両が惰性走行しているとき、エンジン１０の出力トルクが出力回転数を維持するのに必要なトルク以下であり、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが所定時間以上継続して一致している状態では、クラッチ２０は係合しているはずであるため、このような状況下において、クラッチ２０が解放されたと所定時間以上継続して判定されると、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチが異常であると判定される。

ここで、所定時間は、燃料噴射量Ｑが、エンジン１０の出力トルクがゼロ以下となるときの燃料噴射量より少ない状態、すなわちエンジン１０の出力トルクがゼロ以下である状態で、図２に示されるエンジン１０の最大回転数からアイドル回転数までエンジン回転数ＮＥが低下するまでの時間である。この時間は、実験およびシミュレーションの結果などに基づいて開発者により予め定められる。なお、所定時間はこれに限定されず、開発者によって適宜定められた時間を用いてもよい。

［参考例］
以下、図５に示すように、燃料噴射量Ｑが斜線で示す領域（図２における実線と二点鎖線との間の領域に相当）にある場合での異常を判定するためにＥＣＵ５０が実行する処理について説明する。なお、上述した実施の形態と同じ構成および処理については、説明を繰り返さない。

図６、７を参照して、ストロークセンサ５２もしくは代わりに用いられるスイッチが異常であるか否かを判定するためにＥＣＵ５０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

図６に示すＳ２００にて、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致しているか否かが判断される。一例として、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとの差の絶対値が、所定の計測誤差以下であると、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致していると判断される。

エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致している場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、Ｓ２０２にて、燃料噴射量Ｑが、所定の噴射量以上であるか否かが判断される。より具体的には、燃料噴射量Ｑが図５に斜線で示す領域にあるか否かが判断される。燃料噴射量Ｑが所定の噴射量以上であると（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、Ｓ２０４にて、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であるか否かが判断される。

ストロークセンサ５２あるいはスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であると判断されると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、Ｓ２０６にて、クラッチ２０が解放された継続時間に、ＥＣＵ５０の演算周期時間を加算して、継続時間を更新する。その後、処理はＳ２００に戻される。

Ｓ２００、Ｓ２０２またはＳ２０４のいずれかにおいて否定判断がなされた場合（Ｓ２００、Ｓ２０２またはＳ２０４のいずれかにおいてＮＯ）は、Ｓ２０８にて、クラッチ２０が解放された継続時間がリセットされて、ゼロにされる。その後、処理はＳ２００に戻される。

図７に示すＳ２１０にて、クラッチ２０が解放された継続時間が所定時間以上であると（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、すなわち、燃料噴射量Ｑが所定の噴射量以上であり、かつ、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致している状態で、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であると所定時間以上継続して判断されると、Ｓ２１２にて、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチが異常であると判定される。

ここで、所定時間は、実際にクラッチ２０が解放された状態において、所定噴射量以上の燃料噴射量Ｑを噴射してエンジン１０を運転することにより、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数から図２に示されるエンジン１０の最大回転数まで増大するまでの時間である。この時間は、実験およびシミュレーションの結果などに基づいて開発者により予め定められる。なお、所定時間はこれに限定されず、開発者によって適宜定められた時間を用いてもよい。

図８、９を参照して、入力回転数センサ５６が異常であるか否かを判定するためにＥＣＵ５０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

図８に示すＳ３００にて、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であるか否かが判断される。

ストロークセンサ５２あるいはスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であると判断されると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、Ｓ３０２にて、燃料噴射量Ｑが、所定の噴射量以上であるか否かが判断される。より具体的には、燃料噴射量Ｑが図５に斜線で示す領域にあるか否かが判断される。燃料噴射量Ｑが所定の噴射量以上であると（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、Ｓ３０４にて、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致していないかが判断される。一例として、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとの差の絶対値が、所定の計測誤差より大きいと、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致していないと判断される。

エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが一致していない場合（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、Ｓ３０６にて、入力回転数センサ５６の異常継続時間に、ＥＣＵ５０の演算周期時間を加算して、異常継続時間を更新する。その後、処理はＳ３００に戻される。

Ｓ３００、Ｓ３０２またはＳ３０４のいずれかにおいて否定判断がなされた場合（Ｓ３００、Ｓ３０２またはＳ３０４のいずれかにおいてＮＯ）は、Ｓ３０８にて、入力回転数センサ５６の異常継続時間がリセットされて、ゼロにされる。その後、処理はＳ３００に戻される。

図９に示すＳ３１０にて、入力回転数センサ５６の異常継続時間が所定時間以上であると、すなわち、燃料噴射量Ｑが所定の噴射量以上であり、かつ、ストロークセンサ５２あるいは代わりに用いられるスイッチから出力された信号に基づいて、クラッチ２０が解放状態であると判断された状態において、エンジン回転数ＮＥと変速機３０の入力回転数ＮＩとが所定時間継続して一致していないと、Ｓ２１２にて、入力回転数センサ５６が異常であると判定される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０エンジン、１２インジェクタ、２０クラッチ、３０変速機、３２シフトレバー、４０クラッチペダル、５０ＥＣＵ、５２ストロークセンサ、５４出力回転数センサ、５６入力回転数センサ。

Claims

エンジンと変速機とがクラッチを介して連結され、前記クラッチを解放するために運転者が操作する操作部が設けられた車両の異常判定装置であって、
前記操作部に対してなされた操作に応じて信号を出力するセンサと、
前記エンジンの出力トルクが前記エンジンの出力回転数を維持するのに必要なトルク以下である場合において、前記エンジンの出力回転数と前記変速機の入力回転数が一致し、かつ、前記センサから出力された信号に基づいて前記クラッチが解放されていると判断される状態が第１の所定時間継続すると、前記センサが異常であると判定するための第１の判定手段と、
前記エンジンの出力トルクが補機類を駆動するのに必要なトルクよりも高い場合において、前記エンジンの出力回転数と前記変速機の入力回転数が一致し、かつ、前記センサから出力された信号に基づいて前記クラッチが解放されていると判断される状態が前記第１の所定時間とは異なる第２の所定時間継続すると、前記センサが異常であると判定するための第２の判定手段とを備える、車両の異常判定装置。
前記第１の判定手段は、前記エンジンの燃料噴射量が、前記エンジンの出力トルクがゼロであるときの燃料噴射量以下であるときに、前記センサが異常であるか否かの判定を実行し、
前記第２の判定手段は、前記エンジンの燃料噴射量が、前記補機類を前記エンジンが駆動するためのトルクを出力するときの燃料噴射量より多いときに、前記センサが異常であるか否かの判定を実行する、請求項１に記載の車両の異常判定装置。
前記第１の所定時間は、前記クラッチが実際に解放された状態において、前記エンジンの出力トルクをゼロ以下としたときに、前記エンジンの出力回転数が最大回転数からアイドル回転数まで低下するのに要する時間に基づいて定められ、
前記第２の所定時間は、前記クラッチが実際に解放された状態において、前記エンジンが前記補機類を駆動するためのトルクよりも大きいトルクを出力したときに、前記エンジンの出力回転数が前記アイドル回転数から前記最大回転数まで上昇するのに要する時間に基づいて定められる、請求項２に記載の車両の異常判定装置。