JP6038743B2 - ハイブリッド車両の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関及びモータを駆動源とするハイグリッド車両の駆動制御装置に関し、特に内燃機関のクランク軸の回転角を検出するクランク角センサの故障判定機能を有する駆動制御装置に関する。

特許文献１は、内燃機関及びモータを駆動源とし、内燃機関によって駆動される発電機を備えるハイブリッド車両に設けられるカムポジションセンサの異常検出方法を開示している。カムポジションセンサはカム軸の回転角を検出するセンサである。特許文献１の方法によれば、モータ回転数センサ及び発電機回転数センサの検出値から機関回転数が算出され、算出される機関回転数が所定回転数以上であって、かつカムポジションセンサから信号が出力されないときに、カムポジションセンサが異常であると判定される。

特許文献２は、クランク角センサの出力に基づく内燃機関の失火検出方法を開示する。この方法によれば、所定角度領域に対応する時間間隔が、クランク角センサ出力に応じて検出され、その検出時間間隔に基づいてクランク角センサの構成上の誤差を補正するための補正係数が算出され、検出時間間隔に基づく機関回転情報が補正係数で補正され、補正後の機関回転情報に基づいて失火検出が行われる。

特開２０００−２２０５１２号公報 特許第２８５３３３４号公報

クランク軸に固定され、クランク軸が所定角度回転する毎に１パルスを発生させるように外周部に歯が形成された円板状磁性体と、該円板状磁性体に対向して設けられ、歯の通過を検出する磁気センサとによってクランク角センサを構成し、円板状磁性体の外周部には、歯が形成されていない欠け歯部を設けるようにしたものは、公知である。このようなクランク角センサにおいて、欠け歯部に対応する部分のパルス発生間隔と、所定角度に対応するパルス発生間隔との相対比率に基づいて、クランク角センサの故障を判定する場合、以下のような課題がある。

すなわち、機関の始動時や始動直後のように比較的低い回転速度で作動している状態では、クランク軸回転速度の一時的な変動が発生し易く、上記相対比率が大きく変動して、通常の正常判定許容範囲を用いて故障判定を行うと、正常であるにも拘わらず故障していると誤判定するという課題がある。また、変速機の変速動作時、あるいはモータ出力による駆動から機関出力による駆動への切換時などにおいても、クランク軸回転速度の一時的な変動（低下）が発生することがあり、実際に故障した場合には確実に検出するとともに誤判定を適切に防止することが望まれている。

上述した特許文献１に示された手法は、機関の回転作動が検出されている状態でカムポジションセンサ出力の有無によって、異常判定を行うものであるため、上記課題の解決手段とはならない。また特許文献２に示された補正係数は、クランク角センサの構成上の誤差、具体的には時間間隔を決定するベーン（歯）の間隔の誤差を補正するものであり、上述したような一時的な変動の影響を補正することはできない。また、変速機の変速動作時において、補正係数の更新を行うと補正係数の値が適正値からずれるため、補正係数の更新が禁止される。よって、特許文献２に示された技術も上記課題を解決することができない。

本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、ハイブリッド車両に装着されるクランク角センサの故障検出を適切に実行し、実際に故障した場合には確実に検出するとともに誤判定を適切に防止することができる駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）及びモータ（２５）を駆動源として備え、前記機関のクランク軸（８）がクラッチ（２２）を介して変速機（２４）の入力軸（２３）に接続可能であり、前記モータ（２５）は前記入力軸（２３）を直接駆動可能に配置されたハイブリッド車両の駆動制御装置において、前記クランク軸（８）の回転角を検出するクランク角センサ（１０）と、前記クランク角センサの故障判定を行う故障判定手段と、前記モータ（２５）の回転角を検出するモータ回転角センサ（２６）とを備え、前記クランク角センサ（１０）は、前記クランク軸（８）に固定され、前記クランク軸が所定角度（ＣＡ１）回転する毎に１パルスを発生させるように外周部に歯が形成された円板状部材と、該円板状部材に対向して設けられ、前記歯の通過を検出する回転センサとを含み、且つ前記円板状部材は、前記歯が形成されていない欠け歯部を有し、前記故障判定手段は、前記故障判定手段は、前記所定角度（ＣＡ１）に対応する第１パルス発生間隔（ＴＤ１）と、前記欠け歯部に対応する第２パルス発生間隔（ＴＤ２）との比率（ＲＴ）を算出し、該算出した比率（ＲＴ）が許容範囲（ＲＴＣＫＬ〜ＲＴＣＫＨ）外にあるときに、前記クランク角センサ（１０）が故障していると判定し、前記モータ回転角センサ（２６）の出力に基づいて算出されるモータ回転速度の変化量（ＤＮＭ）に応じて前記許容範囲を変更し、前記比率（ＲＴ）の算出には、前記欠け歯部の直前に検出された前記第１パルス発生間隔（ＴＤ１）を適用することを特徴とする。

この構成によれば、所定角度に対応する第１パルス発生間隔と、欠け歯部に対応する第２パルス発生間隔との比率が算出され、算出された比率が許容範囲外にあるときに、クランク角センサが故障していると判定され、モータ回転角センサの出力に基づいて算出されるモータ回転速度の変化量に応じて許容範囲が変更され、上記比率の算出には、欠け歯部の直前に検出された第１パルス発生間隔が適用される。モータ回転速度変化量が大きいときに上記判定に適用される比率の変動が増加し、故障の誤判定が起き易くなるが、モータ回転速度の変化量に応じて許容範囲を変更することによって、例えばクラッチの締結／解放動作や変速機の変速動作が行われたり、駆動源がモータから機関へ切り換えられたりする場合を適切に判定し、クランク角センサが正常であるにも拘わらず故障していると誤判定することを、許容範囲を過度に拡大することなく適切に防止できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、前記故障判定手段は、前記モータ回転速度（ＮＭ）と、前記クランク角センサ出力に基づいて算出される機関回転速度（ＮＥ）との差分に応じて前記許容範囲を変更することを特徴とする。

この構成によれば、モータ回転速度と、クランク角センサ出力に基づいて算出される機関回転速度との差分に応じて許容範囲が変更される。例えば、クラッチの締結動作あるいは解放動作を行っているときは上記速度差分が大きくなり、かつ機関回転速度の変動が一時的に増加するので、上記差分に応じて許容範囲を変更することによって、許容範囲を過度に拡大することなく誤判定を適切に防止できる。

本発明の一実施形態にかかる車両に搭載された内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 クランク角センサの故障判定を説明するためのタイムチャートである。 クランク角センサの故障判定を行う処理のフローチャートである。 図３の処理で参照されるフラグ（ＦＤＩＳＴ）の設定を行う処理のフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる車両に搭載された内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。この車両は、駆動源として内燃機関及びモータを備えるハイブリッド車両である。

内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、例えば４気筒を有し、吸気管２を備えている。吸気管２にはスロットル弁３が設けられている。燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されてＥＣＵ５からの制御信号により燃料噴射弁６の開弁時間及び開弁時期が制御される。エンジン１の各気筒の点火プラグ１３は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５からの点火信号により点火時期が制御される。
吸気管２のスロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ９が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸８の回転角度を検出するクランク角センサ１０が接続されており、クランク軸８の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角センサ１０は、クランク軸８に固定され、外周部に第１所定角度ＣＡ１（例えば６度）間隔で歯が形成された円板状の磁性体であるパルスホイールと、該パルスホイールに対向して配置されたピックアップコイルとを備える。パルスホイールの回転によりピックアップコイルに交流信号が発生し、その交流信号がクランクパルスに変換されて出力される。パルスホイールは、歯の間隔が第１所定角度ＣＡ１の３倍に相当する第２所定角度ＣＡ２（例えば１８度）に設定されている欠け歯部、すなわち第１所定角度ＣＡ１間隔の歯が２つ欠落している欠け歯部を１つ有する。したがって、クランク軸８の回転に伴って出力されるクランクパルスの間隔が直前の間隔より３倍となる部分が、クランク角３６０度に１回発生し、この欠け歯部がクランク角の基準角度位置として燃料噴射時期制御、点火時期制御などに使用される。なお、エンジン回転数（回転速度）ＮＥは、第１所定角度ＣＡ１に対応する第１パルス発生間隔ＴＤ１に基づいて算出される。

エンジン１のクランク軸８はねじれ要素２１及びクラッチ２２を介して、変速機２４の入力軸２３に連結されている。ねじれ要素２１としては例えばデュアルマスフライホイール、クラッチダンパ（クラッチ２２のクラッチ板とシャフトとの間に設けられるトーションダンパ）などが用いられる。変速機２４には、入力軸２３を直接回転駆動可能なモータ２５が設けられており、モータ２５はその回転数（回転速度）ＮＭを検出するためのレゾルバ２６を有する。レゾルバ２６の検出信号は、図示しないモータ制御用電子制御ユニットに供給されるとともに、ＥＣＵ５に供給される。
エンジン１の駆動力はクラッチ２２が締結されると、変速機２４及び図示しない動力伝達機構を介して当該車両の駆動輪に伝達され、モータ２５の駆動力は変速機２４及び駆動力伝達機構を介して、当該車両の駆動輪に伝達される。

ＥＣＵ５は、上述した吸気圧センサ９、クランク角センサ１０、及び図示しない他のセンサ（例えばエンジン１の冷却水温ＴＷを検出するセンサ、エンジン１により駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出するセンサ、当該車両のアクセルペダルの踏み込み量ＡＰを検出するセンサなど）の検出信号に基づいて、燃料噴射弁６及び点火プラグ１３などの駆動制御を行うとともに、後述するクランク角センサ１０の故障判定を行う。

クラッチ２２及び変速機２４は、油圧制御装置４０によってその作動が制御され、油圧制御装置４０は、変速機制御用ＥＣＵ３０によってその作動が制御される。ＥＣＵ３０にも図示しないセンサから検出信号が供給され、ＥＣＵ３０はその検出信号に基づいてクラッチ２２の締結制御及び変速機２４の変速制御を行う。ＥＣＵ３０はＥＣＵ５と接続されており、相互に必要な情報の伝送を行う。

図２は、本実施形態におけるクランク角センサ１０の故障判定、及びその故障判定における問題点を説明するためにクランクパルスを示すタイムチャートである。図２（ａ）は、エンジン１の回転が安定している状態に対応し、図２（ｂ）〜（ｄ）は、パルスホイールの欠け歯部の近傍で回転変動が発生した状態に対応する。

本実施形態では、図２（ａ）に示す第１所定角度ＣＡ１に対応する第１パルス発生間隔ＴＤ１と、欠け歯部（第２所定角度ＣＡ２）に対応する第２パルス発生間隔ＴＤ２との間隔比率ＲＴ（＝ＴＤ２／ＴＤ１）を算出し、間隔比率ＲＴが下限値ＲＴＣＫＬ及び上限値ＲＴＣＬＨで定義される許容範囲内にあるとき、クランク角センサ１０は正常と判定し、間隔比率ＲＴが下限値ＲＴＣＫＬより小さいとき、または上限値ＲＴＣＬＨより大きいとき、すなわち許容範囲外にあるときは、クランク角センサ１０は故障していると判定する。なお、間隔比率ＲＴの算出に適用する第１パルス発生間隔ＴＤ１は、欠け歯部の直前に検出された値（以下「直前パルス発生間隔ＴＤ１」という）を適用する。

図２（ｂ）に示す状態では、回転変動のために直前パルス発生間隔ＴＤ１が極端に短くなっており（ＴＤ１ａ）、間隔比率ＲＴは図２（ａ）に示す通常状態より大幅に増加する。一方、図２（ｃ）に示す状態では、回転変動のために直前パルス発生間隔ＴＤ１が極端に長くなっており（ＴＤ１ｂ）、間隔比率ＲＴは図２（ａ）に示す通常状態より大幅に減少する。また、図２（ｄ）に示す状態では、回転変動のために第２パルス発生間隔ＴＤ２が極端に短くなっており（ＴＤ２ａ）、間隔比率ＲＴは図２（ａ）に示す通常状態より大幅に減少する。したがって、許容範囲を定義する下限値ＲＴＣＫＬ及び上限値ＲＴＣＬＨを固定値とすると、センサが故障していないにもかかわらず故障していると誤判定するという課題がある。

そこで本実施形態では、図３に示す処理によりエンジン回転数ＮＥ及びクランク軸の回転変動を示す他のパラメータに応じて、下限値ＲＴＣＫＬ及び上限値ＲＴＣＬＨを変更するようにしている。

図３はクランク角センサ１０の故障判定を行う処理のフローチャートである。この処理は、所定時間毎にＥＣＵ５で実行される。
ステップＳ１１では、故障フラグＦＦＡＩＬが既に「１」に設定されているか否かを判別する。故障フラグＦＦＡＩＬは、本処理においてクランク角センサ１０が故障していると判定されると「１」に設定されるフラグである（ステップＳ２０参照）。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは直ちに処理を終了する。

ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは、基準位置検出完了フラグＦＤＣが「１」であるか否かを判別する。クランク軸８が回転を開始した直後において、欠け歯部に相当する基準角度位置を検出する処理（図示せず）が行われ、基準角度位置の検出が完了すると、基準位置検出完了フラグＦＤＣが「１」に設定される。ステップＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）となるとステップＳ１３に進んで、エンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＴＨＬ（例えば１２００ｒｐｍ）より低いか否かを判別する。

ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）、すなわちエンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＴＨＬ以上であるときは、下限値ＲＴＣＫＬを通常下限値ＲＴＣＫＬＮ（例えば２）に設定するとともに、上限値ＲＴＣＫＨを通常上限値ＲＴＣＫＨＮ（例えば４）に設定する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）であって、エンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＴＨＬ未満であるときは、外乱印加フラグＦＤＩＳＴが「１」であるか否かを判別する。

外乱印加フラグＦＤＩＳＴは、図４に示す処理で設定される。図４のステップＳ３１では、モータ回転速度変化量ＤＮＭが所定変化量ＤＮＭＴＨより大きいか否かを判別する。モータ回転速度変化量ＤＮＭは、この処理の実行周期毎にサンプリングされるモータ回転数ＮＭの今回値ＮＭ(k)と前回値ＮＭ(k-1)との差分の絶対値として算出される。ステップＳ３１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、外乱印加フラグＦＤＩＳＴを「１」に設定する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３１の答が否定（ＮＯ）であるときは、モータ回転数ＮＭとエンジン回転数ＮＥとの差の絶対値が、所定差分量ＤＮＥＭＴＨより大きいか否かを判別する（ステップＳ３２）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ３４に進み、外乱印加フラグＦＤＩＳＴを「１」に設定する。

ステップＳ３２の答が否定（ＮＯ）であるときは、外乱印加フラグＦＤＩＳＴを「０」に設定する（ステップＳ３３）。

図３に戻り、ステップＳ１５の答が否定（ＮＯ）、すなわち外乱印加フラグＦＤＩＳＴが「０」であるときは、ステップＳ１６に進み、下限値ＲＴＣＫＬを始動停止時用下限値ＲＴＣＫＬ１（例えば１）に設定するとともに、上限値ＲＴＣＫＨを始動停止時用上限値ＲＴＣＫＨ１（例えば１０）に設定する。エンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＴＨＬ以下であって外乱印加フラグＦＤＩＳＴが「０」であるときは、エンジン１の始動中または停止直前の状態であるため、始動停止時用の上下限値が適用される。

ステップＳ１５の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち外乱印加フラグＦＤＩＳＴが「１」であるときは、ステップＳ１７に進み、下限値ＲＴＣＫＬを動力伝達時用下限値ＲＴＣＫＬ２（例えば１）に設定するとともに、上限値ＲＴＣＫＨを動力伝達時用上限値ＲＴＣＫＨ２（例えば８）に設定する。エンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＴＨＬ以下であって外乱印加フラグＦＤＩＳＴが「１」であるときは、クラッチ２２の断続あるいは変速動作に起因する回転変動であることから、動力伝達時用の上下限値が適用される。

ステップＳ１８では、間隔比率ＲＴが下限値ＲＴＣＫＬ以上であってかつ上限値ＲＴＣＬＨ以下であるか否か、すなわち間隔比率ＲＴが許容範囲内にあるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、クランク角センサ１０は正常と判定し、故障フラグＦＦＡＩＬを「０」に設定する一方（ステップＳ１９）、ステップＳ１８の答が否定（ＮＯ）であるときは、クランク角センサ１０が故障していると判定する（ステップＳ２０）。

以上のように本実施形態では、第１所定角度ＣＡ１に対応する第１パルス発生間隔ＴＤ１と、欠け歯部に対応する第２パルス発生間隔ＴＤ２との間隔比率ＲＴが算出され、算出された間隔比率ＲＴが許容範囲外にあるときに、クランク角センサ１０が故障していると判定され、レゾルバ２６の出力に基づいて算出されるモータ回転数ＮＭの変化量ＤＮＭに応じて許容範囲が変更される。モータ回転数変化量ＤＮＭが大きいときに上記判定に適用される間隔比率ＲＴの変動が増加し、故障の誤判定が起き易くなるが、モータ回転数変化量ＤＮＭに応じて許容範囲を変更することによって、例えばクラッチ２２の締結／解放動作あるいは変速機２４の変速動作が行われたり、車両駆動源がモータ２５からエンジン１へ切り換えられたりする場合を適切に判定し、クランク角センサ１０が正常であるにも拘わらず故障していると誤判定することを、許容範囲を過度に拡大することなく適切に防止できる。

また例えば、クラッチ２２の締結動作あるいは解放動作を行っているときはモータ回転数ＮＭと、エンジン回転数ＮＥとの差分｜ＮＭ−ＮＥ｜が増加するので、上記速度差分｜ＮＭ−ＮＥ｜に応じて許容範囲を変更することによって、許容範囲を過度に拡大することなく、誤判定を適切に防止することができる。

本実施形態では、レゾルバ２６がモータ回転角センサに相当し、ＥＣＵ５が故障判定手段を構成する。またクランク角センサ１０のパルスホイールが円板状部材に相当し、ピックアップコイルが回転センサに相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、クランク角センサ１０のピックアップコイルに代えて、磁気抵抗素子を用いた磁気センサを使用してもよい。また発光ダイオードとフォトトランジスタの組み合わせを用いてパルスホイールの歯の通過を光学的に検出するようにしてもよい。その場合パルスホイールは磁性体で構成する必要はない。

また上述した実施形態では、クラッチ２２の締結制御及び変速機２４の変速制御を油圧制御装置４０によって行うようにしたが、電動アクチュエータによって行うようにしてもよい。また上述した実施形態では、クランク角センサ１０のパルスホイールは、１つの欠け歯部を有する構成としたが、これに限るものではなく、２以上の欠け歯部を設けたものを使用してもよい。また上述した実施形態では、クランク軸８とクラッチ２２との間にねじれ要素２１が介装されているが、本発明はねじれ要素の有無に関わらず適用可能である。

１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（故障判定手段）
８ クランク軸
１０ クランク角センサ
２２ クラッチ
２３ 入力軸
２４ 変速機
２５ モータ
２６ レゾルバ（モータ回転角センサ）

Claims (2)

1. 内燃機関及びモータを駆動源として備え、前記機関のクランク軸がクラッチを介して変速機の入力軸に接続可能であり、前記モータは前記入力軸を直接駆動可能に配置されたハイブリッド車両の駆動制御装置において、
   前記クランク軸の回転角を検出するクランク角センサと、
   前記クランク角センサの故障判定を行う故障判定手段と、
   前記モータの回転角を検出するモータ回転角センサとを備え、
   前記クランク角センサは、前記クランク軸に固定され、前記クランク軸が所定角度回転する毎に１パルスを発生させるように外周部に歯が形成された円板状部材と、該円板状部材に対向して設けられ、前記歯の通過を検出する回転センサとを含み、且つ前記円板状部材は、前記歯が形成されていない欠け歯部を有し、
   前記故障判定手段は、前記所定角度に対応する第１パルス発生間隔と、前記欠け歯部に対応する第２パルス発生間隔との比率を算出し、該算出した比率が許容範囲外にあるときに、前記クランク角センサが故障していると判定し、前記モータ回転角センサの出力に基づいて算出されるモータ回転速度の変化量に応じて前記許容範囲を変更し、
   前記比率の算出には、前記欠け歯部の直前に検出された前記第１パルス発生間隔を適用することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
2. 前記故障判定手段は、前記モータ回転速度と、前記クランク角センサ出力に基づいて算出される機関回転速度との差分に応じて前記許容範囲を変更することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。

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