JP5876297B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばハイブリッド車両等の車両を制御する車両制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、ハイブリッド車両に係るエンジントルクを、エンジン項、モータ・ジェネレータ項及びトルク反力項を含む式により算出する装置が提案されている（特許文献１参照）。或いは、所定のクランク角度毎に出力された基準信号を契機として特定された、第１電動発電機の第１レゾルバ角度及び第２電動発電機の第２レゾルバ角度と、内燃機関の回転状態に基づいて、該内燃機関の出力トルクを推定する装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００５−３４３４５８号公報 特開２０１０−１６７８６１号公報

しかしながら上述の背景技術では、エンジントルクを算出等するためのパラメータが、例えばセンサの故障等により一つでも欠けてしまうと、エンジントルクを算出等することが困難になるという技術的問題点がある。加えて、エンジントルクが算出等されないと、エンジンの失火判定を実施することが困難になるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、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ことができる車両制御装置を提供することを課題とする。

本発明の車両制御装置は、上記課題を解決するために、遊星歯車機構のキャリア軸に連結されたエンジンと、前記遊星歯車機構のサンギヤ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、前記エンジンの慣性モーメントをＩｅ、前記モータ・ジェネレータの慣性モーメントをＩｇ、前記エンジンの回転角速度をωｅ、前記モータ・ジェネレータの回転角速度をωｇ、前記遊星歯車機構に係るサンギヤの歯数に対するリングギヤの歯数の比をρ、前記モータ・ジェネレータによるトルク反力をＴｇ、とした場合の前記エンジンの出力トルクＴｅを、次式

（１）により推定して、第１判定トルクと比較することにより前記エンジンの失火判定を行う失火判定手段を備える車両制御装置であって、前記失火判定手段は、前記トルク反力を取得できない場合には、前記エンジンの出力トルクＴ_ｅを、次式

（２）
により推定して、前記第１判定トルクとは異なる第２判定トルクと比較することにより前記エンジンの失火判定を行う。

本発明の車両制御装置によれば、当該車両制御装置が搭載される車両は、エンジン、モータ・ジェネレータ及び遊星歯車機構を備えて構成されている。遊星歯車機構は、サンギヤと、ピニオンギヤと、該ピニオンギヤを自転可能且つ公転可能に支持するキャリアと、リングギヤと、を有する。遊星歯車機構のキャリア軸には、エンジンのクランクシャフトが連結されている。遊星歯車機構のサンギヤ軸には、モータ・ジェネレータの回転軸が連結されている。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる失火判定手段は、エンジンの出力トルクを上記式（１）により推定して、該推定された出力トルクと、第１判定トルクとを比較することによりエンジンの失火判定を行う。本発明に係る「第１判定トルク」は、エンジンが失火しているか否かを決定する値であり、予め固定値として、或いは、何らかの物理量又はパラメータに応じた可変値として設定されている。

このような第１判定トルクは、実験的若しくは経験的に、又はシミュレーションによって、例えばエンジン状態と、エンジンの出力トルクとの関係を求め、該求められた関係に基づいて、エンジンが失火した場合の出力トルク且つ誤判定を抑制できるような値として設定すればよい。

本発明では特に、失火判定手段は、モータ・ジェネレータによるトルク反力を取得できない場合、エンジンの出力トルクを上記式（２）により（即ち、上記式（１）において、“Ｔ_ｇ＝０”として）推定して、該推定された出力トルクと、第１判定手段とは異なる第２判定手段とを比較することによりエンジンの失火判定を行う。

本発明に係る「第２判定トルク」は、モータ・ジェネレータによるトルク反力が取得できない場合に、エンジンが失火しているか否かを決定する値であり、予め固定値として、或いは、何らかの物理量又はパラメータに応じた可変値として設定されている。このような第２判定トルクは、実験的若しくは経験的に、又はシミュレーションによって、例えばエンジン状態と、エンジンの出力トルクと、エンジン失火時のトルク変動幅と、の関係を求め、エンジン失火直前の出力トルクに応じたエンジン失火時のトルク変動幅を、ゼロから引いた値として設定すればよい。

本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、エンジンやモータ・ジェネレータの状態の検出には多数のセンサが用いられている。このため、センサの一部に不具合が生じると、エンジンの出力トルクを精度良く計算することが困難になる。上記式（１）に係る変数のうち、モータ・ジェネレータによるトルク反力（Ｔ_ｇ）が取得できない場合、エンジンの出力トルクの絶対値を計算することはできないが、出力トルクの変動を求めることができる。そして、エンジンが失火した場合には、出力トルクがある程度低下するので、出力トルクの変動から失火判定を行うことができる。

そこで、本発明では、上述の如く、失火判定手段により、モータ・ジェネレータによるトルク反力を取得できない場合、エンジンの出力トルクが上記式（２）により推定され、該推定された出力トルクと第２判定手段とが比較されることによりエンジンの失火判定が行われる。以上の結果、本発明の車両制御装置によれば、エンジンの出力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ことができる。

本発明の車両制御装置の一態様では、前記第１判定トルクは、予め定められた値であり、前記第２判定トルクは、前記エンジンの失火判定が行われる前の前記エンジンの運転状態に応じて推定された値である。

この態様によれば、比較的容易にして、精度良く失火判定を行うことができるので、実用上非常に有利である。

本発明の車両制御装置の他の態様では、前記失火判定手段は、前記式（１）における、次の２つの項

のいずれかを算出することができない場合には、前記トルク反力を取得できるか否かにかかわらず、前記エンジンの失火判定を行わない。

この態様によれば、当該車両制御装置の負荷を低減することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。 実施形態に係るクランク角センサの構成を概略的に示した構成図である。 クランク角センサ信号及びカム角センサ信号の一例である。 実施形態に係る第１モータ・ジェネレータに係る指令トルクの算出フローの概略を示す概略図である。 実施形態に係る失火判定処理を示すフローチャートである。 推定されたエンジントルク（絶対値）の時間変動の一例である。 トルク反力が取得できない場合の推定されたエンジントルクの時間変動の一例である。 負荷率毎にエンジン回転数と標準トルクとの関係を定めるマップの一例である。

以下、本発明の車両制御装置に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。

（車両の構成）
先ず、実施形態に係る車両制御装置１００が搭載される車両１について、図１を参照して説明する。ここに、図１は、実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。尚、図１では、説明の便宜上、車両の詳細な構成部材については適宜省略し、直接関連のある構成部材のみを示している。

図１において、車両１は、エンジン１０、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）１１、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）１２、遊星歯車機構を有する動力分配機構１３及びトーショナルダンパ１４を備えて構成されている。

エンジン１０のクランクシャフト１０１は、トーショナルダンパ１４を介して、動力分配機構１３の複数のピニオンギヤ１３３を自転可能且つ公転可能に支持するキャリア１３４の回転軸としてのインプットシャフト１３１に接続されている。エンジン１０には、該エンジン１０のクランク角を検出するクランク角センサ３１と、該エンジン１０のカム角を検出するカム角センサ３２とが設けられている。

尚、本実施形態に係るエンジン１０は、４つの気筒を有する４気筒エンジンであるが、該４気筒エンジンに限らず、例えば６気筒、８気筒、１２気筒、１６気筒等の各種エンジンであってよい。

ここで、クランク角センサ３１について、図２及び図３を参照して説明する。ここに、図２は、実施形態に係るクランク角センサの構成を概略的に示した構成図であり、図３は、クランク角センサ信号の一例である。

図２において、クランクシャフト１０１には、図中の矢印方向に回転されるクランクロータ１０２が取り付けられている。クランクロータ１０２の外周には、クランク角検出用として、例えば１０度ＣＡ毎の等しい角度間隔で形成された歯部１０２ａと、２歯分連続して欠歯された欠歯部１０２ｂとが設けられている。

クランク角センサ３１は、各歯部１０２ａに対向し、該歯部１０２ａによりクランクシャフト１０１の回転角度を検出するセンサ部３１１と、該センサ部３１１からの出力信号を処理する信号処理部３１２とを備えて構成されている。センサ部３１１から出力されるクランク角センサ信号は、クランクシャフト１０１の回転位置が予め設定された特定位置でないときには、所定のクランク角（例えば１０度ＣＡ）回転する期間を１周期としたパルス信号となり、クランクシャフト１０１が特定位置に来たときには、クランクシャフト１０１が、例えば３０度ＣＡ回転する期間を１周期とした欠歯信号となる。該欠歯信号は、クランクシャフト１０１が１回転する毎（即ち、３６０度ＣＡ毎）に発生する。

信号処理部３１２は、センサ部３１１からの出力信号（図３のクランク角センサ信号参照）を受信すると、クランク角センサ信号中における欠歯信号の検出動作を開始する。そして、信号処理部３１２は、クランク角センサ信号が欠歯信号になったことを最初に検出すると、以降、クランク角センサ信号を分周して、クランクシャフト１０１が３０度回転する期間を１周期とした（即ち、クランクシャフト１０１が３０度回転する毎に立ち上がる）パルス信号としての３０度ＣＡ信号ＮＥ（図１参照）を生成し出力する。

また、信号処理部３１２は、欠歯信号を検出してから３０度ＣＡ信号ＮＥの所定周期期間分の判定期間に、エンジン１０のカム軸の回転に応じて、カム角センサ３２から出力される気筒判別用信号（図３のカムセンサ信号参照）の立ち上がりが検出されると、判定期間の終了タイミングに基準位置信号Ｇを出力する。従って、該基準位置信号Ｇは、クランクシャフト１０１の回転位置が欠歯信号の発生する特定位置から所定周期分進んだ位置に来たときに立ち上がる。ＥＮＧ−ＥＣＵ２２は、３０度ＣＡ信号ＮＥ及び基準位置信号Ｇ等に基づいて、エンジン１０の気筒の判別を行い、エンジン１０を制御する。

尚、本実施形態に係る基準位置信号Ｇは、カムシャフトが７２０度回転する期間を１周期とするパルス信号（即ち、７２０度ＣＡ信号）である。

再び図１に戻り、動力分配機構１３のサンギヤ１３２の回転軸は、第１モータ・ジェネレータ１１に接続されている。動力分配機構１３のリングギヤ１３５の回転軸は、第２モータ・ジェネレータ１２に接続されている。動力分配機構１３の動力出力ギヤ１３６は、チェーンベルト１３７を介して、動力伝達ギヤ（図示せず）に動力を伝達する。動力伝達ギヤに伝達された動力は、駆動軸及びデファレンシャルギヤ（図示せず）を介して、車両１の駆動輪（図示せず）に伝達される。

第１モータ・ジェネレータ１１には、該第１モータ・ジェネレータ１１の回転数を検出するレゾルバ３３が設けられている。第２モータ・ジェネレータ１２には、該第２モータ・ジェネレータ１２の回転数を検出するレゾルバ３４が設けられている。

車両１は、更に、エンジン１０を統括制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２２（以下、適宜“ＥＮＧ−ＥＣＵ”と称する）、第１及び第２モータ・ジェネレータに係る各種制御を行うモータ・ジェネレータＥＣＵ（以下、適宜“ＭＧ−ＥＣＵ”）２３、並びに、ＥＮＧ−ＥＣＵ２２及びＭＧ−ＥＣＵ２３に係る各種制御を行うハイブリッドＥＣＵ２１（以下、適宜“ＨＶ−ＥＣＵ”と称する）を備えて構成されている。

本実施形態では、ＥＮＧ−ＥＣＵ２２及びＭＧ−ＥＣＵ２３に、クランク角センサ３１から出力される３０度ＣＡ信号ＮＥ等が入力されることによって、ＥＮＧ−ＥＣＵ２２及びＭＧ−ＥＣＵ２３の同期性が確保されている。

（失火判定処理）
上述の如く構成された車両１に搭載された車両制御装置１００は、上記式（１）により、エンジン１０の出力トルクＴ_ｅを推定する。そして、車両制御装置１００は、該推定された出力トルクＴ_ｅと、第１失火判定値とを比較して、エンジン１に係る失火判定を行う。

具体的には、車両制御装置１００は、失火判定として、推定された出力トルクＴ_ｅが第１失火判定値より小さいか否かを判定する。推定された出力トルクＴ_ｅが第１失火判定値よりも小さいと判定された場合、車両制御装置１００は、エンジン１が失火したと判定する。他方、推定された出力トルクＴ_ｅが第１失火判定値よりも大きいと判定された場合、車両制御装置１００は、エンジン１は失火していないと判定する。尚、推定された出力トルクＴ_ｅと第１失火判定値とが「等しい」場合には、どちらかに含めて扱えばよい。

ここで、式（１）における、エンジン１の慣性モーメントＩ_ｅ、及び、サンギヤ１３２の歯数に対するリングギヤ１３５の歯数の比ρは、定数である。エンジン１の回転角速度ω_ｅは、例えばクランク角センサ３１の出力信号に基づいて求められる。第１モータ・ジェネレータ１１の回転角速度ω_ｇは、例えばレゾルバ３３の出力信号に基づいて求められる。第１モータ・ジェネレータ１１によるトルク反力（指令トルク）Ｔ_ｇは、例えば図４に示すような複数の物理量又はパラメータに基づいて求められる。

図４は、実施形態に係る第１モータ・ジェネレータに係る指令トルクの算出フローの概略を示す概略図である。図４において、実線で囲まれた項目は「処理」を示し、点線で囲まれた項目は「物理量又はパラメータ」を示し、斜体文字は「センサ」を示している。

図４に示したように、トルク反力Ｔ_ｇを取得するためには、複数の物理量又はパラメータが必要であり、該複数の物理量又はパラメータの取得には複数のセンサが関わっている。このため、例えばセンサの使用される前に実施されることが多いセンサチェックが終了していなければ、トルク反力Ｔ_ｇを取得することができない。或いは、複数のセンサのうち一つのセンサに不具合が生じた場合にも、トルク反力Ｔ_ｇを取得することができない。すると、上記式（１）によりエンジン１の出力トルクＴ_ｅを推定することが困難になる。

そこで、車両制御装置１００は、トルク反力Ｔ_ｇを取得できない場合、上記式（２）によりエンジン１の出力トルクＴ_ｅを推定する。そして、車両制御装置１００は、該推定された出力トルクＴ_ｅと、第２失火判定値とを比較して、エンジン１に係る失火判定を行う。このため、トルク反力Ｔ_ｇが取得できない場合に、直ちに失火判定が不可能となる事態を回避することができる。上述の如く、トルク反力Ｔ_ｇの取得には、複数のセンサが関わっているため、トルク反力Ｔ_ｇが取得できない場合でも失火判定が可能となる意義は大きい。

次に、車両制御装置１００が実施する失火判定処理について、図５のフローチャートを参照して、より具体的に説明する。

図５において、車両制御装置１００は、エンジントルク推定システムが正常に稼働しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。具体的には例えば、車両制御装置１００は、各種センサのチェックが完了しているか否か、所定の各種信号が出力されているか否か、受信された信号のレベルが正常であるか否か、等を判定する。

尚、実際の判定は、例えばＨＶ−ＥＣＵ２１、ＥＮＧ−ＥＣＵ２２及びＭＧ−ＥＣＵ２３の夫々又は少なくとも一つにおいて実施される。つまり、本実施形態では、車両１の各種電子制御用のＨＶ−ＥＣＵ２１、ＥＮＧ−ＥＣＵ２２及びＭＧ−ＥＣＵ２３各々の機能の一部を、車両制御装置１００の一部として用いている。

エンジントルク推定システムが正常に稼働していると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、車両制御装置１００は、トルク反力Ｔ_ｇの使用が許可されていないか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、トルク反力Ｔ_ｇの使用が許可されない場合には、例えばエンジン１が自立運転している場合等が該当する。

トルク反力Ｔ_ｇの使用が許可されていると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、車両制御装置１００は、上記式（１）によりエンジン１の出力トルクＴ_ｅを推定する（ステップＳ１０３）。続いて、車両制御装置１００は、推定された出力トルクＴ_ｅと、第１失火判定値（例えば“０Ｎｍ”、“−５Ｎｍ”等）とを比較して失火判定を行う（ステップＳ１０４）。

上記ステップＳ１０３で推定される出力トルクＴ_ｅは、絶対値で出力される。このため、出力トルクＴ_ｅの時間変動は、例えば図６のようになる。図６は、推定されたエンジントルク（絶対値）の時間変動の一例である。尚、図６（ａ）は、エンジントルクが中程度から比較的大きい場合の時間変動の一例であり、図６（ｂ）は、エンジントルクが比較的小さい場合の時間変動の一例である。

図６に示すように、エンジントルクの大きさにかかわらず、エンジン１の失火時には、例えば０Ｎｍまでエンジントルクが低下している。このため、第１失火判定値は、典型的には、固定値として設定される。

次に、車両制御装置１００は、所定周期によって一義的に決まる次の処理開始時期に到達するまで、ステップＳ１０１の処理の実行を停止して待機状態になる。

上記ステップＳ１０１の処理において、エンジントルク推定システムが正常に稼働していないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、車両制御装置１００は、トルク反力Ｔ_ｇの算出のみが異常であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

トルク反力Ｔｇの算出以外の異常があると判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、車両制御装置１００は、失火判定は不可能であると判定する（ステップＳ１１０）。ここで、トルク反力Ｔｇの算出以外の異常には、例えば上記式（１）における次の２つの項

のいずれかを算出できないこと等が該当する。

上記ステップＳ１０５の処理において、トルク反力Ｔ_ｇの算出のみの異常であると判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、又は、上記ステップＳ１０２の処理において、トルク反力Ｔ_ｇの使用が許可されていないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、車両制御装置１００は、上記式（２）によりエンジン１の出力トルクＴ_ｅを推定する（ステップＳ１０６）。尚、上記式（２）では、出力トルクＴ_ｅの絶対値を求めることはできないが、変動幅を求めることができる。

続いて、車両制御装置１００は、エンジン１の運転状態に基づいて標準トルクを算出する（ステップＳ１０７）。具体的には、車両制御装置１００は、（ｉ）エンジン１の回転数と、（ｉｉ）負荷率ＫＬ（即ち、吸入空気充填率）と、（ｉｉｉ）例えば図８に示すような、負荷率毎にエンジン回転数と標準トルクとの関係を定めるマップと、から標準トルクを算出（又は特定）する。図８は、負荷率毎にエンジン回転数と標準トルクとの関係を定めるマップの一例である。

続いて、車両制御装置１００は、算出された標準トルクを負の値に変換する（即ち、“−１”を掛ける）と共に、例えばエンジン１に係るフリクションやバラツキ等を考慮した所定の補正処理を、負の値に変換された標準トルクに施して、第２失火判定値を決定する（ステップＳ１０８）。続いて、車両制御装置１００は、推定された出力トルクＴ_ｅと、第２失火判定値とを比較して失火判定を行う（ステップＳ１０９）。

上記ステップＳ１０６で推定される出力トルクＴ_ｅの時間変動は、例えば図７のようになる。図７は、トルク反力が取得できない場合の推定されたエンジントルクの時間変動の一例である。尚、図７（ａ）は、エンジントルクが中程度から比較的大きい場合の時間変動の一例であり、図７（ｂ）は、エンジントルクが比較的小さい場合の時間変動の一例である。

図７に示すように、エンジントルクの大きさによって、エンジン１の失火時のエンジントルクの低下量が異なる。このため、仮に第２失火判定値を固定値としてしまうと、エンジン１の失火が誤判定される可能性がある。そこで、第２失火判定値は、上述の如く、エンジン１の運転状態に応じた可変値として設定される。従って、エンジン１の失火の誤判定を抑制することができる。

本実施形態に係る「ＨＶ−ＥＣＵ２１」、「ＥＮＧ−ＥＣＵ２２」及び「ＭＧ−ＥＣＵ２３」は、本発明に係る「失火判定手段」の一例である。本実施形態に係る「第１失火判定値」及び「第２失火判定値」は、夫々、本発明に係る「第１判定トルク」及び「第２判定トルク」の一例である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…車両、１０…エンジン、１１…第１モータ・ジェネレータ、１２…第２モータ・ジェネレータ、１３…動力分配機構、１４…トーショナルダンパ、２１…ＨＶ−ＥＣＵ、２２…ＥＮＧ−ＥＣＵ、２３…ＭＧ−ＥＣＵ、３１…クランク角センサ、３２…カム角センサ、３３、３４…レゾルバ、１００…車両制御装置

Claims (3)

1. 遊星歯車機構のキャリア軸に連結されたエンジンと、前記遊星歯車機構のサンギヤ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、
   前記エンジンの慣性モーメントをＩｅ、前記モータ・ジェネレータの慣性モーメントをＩｇ、前記エンジンの回転角速度をωｅ、前記モータ・ジェネレータの回転角速度をωｇ、前記遊星歯車機構に係るサンギヤの歯数に対するリングギヤの歯数の比をρ、前記モータ・ジェネレータによるトルク反力をＴｇ、とした場合の前記エンジンの出力トルクＴｅを、次式
   

   

   （１）により推定して、第１判定トルクと比較することにより前記エンジンの失火判定を行う失火判定手段を備える
   車両制御装置であって、
   前記失火判定手段は、前記トルク反力を取得できない場合には、前記エンジンの出力トルクＴｅを、次式
   

   

   （２）
   により推定して、前記第１判定トルクとは異なる第２判定トルクと比較することにより前記エンジンの失火判定を行う
   ことを特徴とする車両制御装置。
2. 前記第１判定トルクは、予め定められた値であり、
   前記第２判定トルクは、前記エンジンの失火判定が行われる前の前記エンジンの運転状態に応じて推定された値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記失火判定手段は、前記式（１）における、次の２つの項
   

   

   

   のいずれかを算出することができない場合には、前記トルク反力を取得できるか否かにかかわらず、前記エンジンの失火判定を行わない
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両制御装置。

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