JPS59196418A - 自動車用センサの誤動作防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、自動車用センサの誤動作を防止する方法に
関する。

（従来技術） 従来の自動車用センサの誤動作防止方法としては、例え
ば機関用の水温センサについて、第１図に示すようなも
のがある。

同図により方法の手順を説明すると、ステップ１で水温
センサの出力（アナログ量）をＡ−Ｄ（アナログ−ディ
ジタル）変換して、機関の冷却水温度の今回（ｎ番目）
の制御周期における検出（直Ｔ↓（ｎ）とする。ステッ
プ２では、この今回の検出値Ｔ↓（ｎ）と前回（ｎ−１
）の検出値Ｔ↓（ｎ−１）との偏差ＩＴ↓（ｎ）−Ｔ↓
（ｎ−１川を求め、この偏差ＩＴ↓（ｎ）−Ｔ↓（ｎ−
１）ｌを予め設定した所定値りと比較する。

所定値り以下であれば水温センサは正常に動作している
と判定し、カウンタＣＮＴをリセットしくステップ３）
、ステップ７以降へ進む。ステップ２で偏差ＩＴ↓ｔｎ
）−”ｒ裂（ｎ−１）　１が所定値り以上であれば、水
温センサは誤動作している恐り、があると見なし、ステ
ップ４でカウンタＣＮＴをインクリメントし、次すでス
テップ５でこのカウンタＣＮＴが予め設定された所定回
数Ｅ以上続いて驕るか否かを判断する。カウンタＣＮＴ
が所定回数Ｅ以下である場合は、水温センサは誤動作で
あると判定し、今回の検出値ＴＶｌ／（ｎ）は無視し、
前回の検出値Ｔ↓（ｎ−旬を制御用の冷却水温度ＴＷと
して採用する（ステップ６）。ステップ５で偏差ＩＴ↓
（ｎ）−Ｔ↓（１１−ＩＩが所定値りを越えた回数が所
定回数Ｅ以上続いた場合は、水温センサは正常に動作し
ていると判定し、ステップ７で今回の検出ｆｉｆｆｉ　
Ｔ↓ｆｎ）を冷却水温度Ｔｗとして採用し、ステップ８
で今回の検出−値Ｔｗ（ｎｌを次回のＩＩＪ　御周期に
おける前回の検出値Ｔｙ　（ｎ　＋　）とする。

しかしながら、このような従来の自動車センナの誤動作
防止方法にあっては、センサの検出値を、本来はそのセ
ンサがこの程度の値を出力するはずであるという蓋然性
の高い推定値と比較して誤動作を判定している訳ではな
く、単なる前回の検出１１Ｇとの比較に基づいて判定し
ていたため、センサの誤動作の判定が不正確であり、さ
らに、センサ自体の故障あるいは入出力回路の故障が緩
やかな変化で生じてきた場合には、これを検出できず、
しかも変化が所定値以上の場合の対処法も曖昧で、故障
したセンサの検出値をその甘ま制御等に使用してしまう
場合があり、総じてセンサの誤動作を適確に防止するこ
とができないという問題点があった。

（発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、センサの検出値が誤動作によるものか否かを
適確に判定すると共に、誤動作と判定した場合に、セン
サの不適切な検出値に代えて、本来のセンサが検出する
であろうと見なされる蓋然性の高い推定値を採用するよ
うにし、センサの誤動作を防止することを目的とする。

（発明の構成） そこでこの発明の自動車用センサの誤動作防止力法の特
徴は、自動車の制御対象におけるセンサにより検出しよ
うとする少なくとも１つの物理量を状態嘉［数として持
つシステムモデルを記憶しだ状態推定器により、当該物
理量」以外の物理量に基△ づいて当該物理量の推定値ｘｌを計算し、該推定値舊か
ら該推定１直の変化率６．　　を求めると共に、前記セ
ンサによる実際の検出値Ｘ１から該検出値△ の変化率ｘＩを求め、前記推定値Ｘｉと前記検出値、１
゜よ５０、およヶゎ８．推オ、６゜えイ、イｄ）と前記
検出値の変化率ｘｌの比較値に基づいて、前記センサが
誤動作か否かの判断を行ない、誤動作でない場合は前記
検出値Ｘ１を採用し、かっ誤△ 動作の場合は前記推定値Ｘ１を採用することにある。

先ず、この発明の自動車用センサの誤動作防止方法の基
本的な技術思想を、第２図のフローチャートを参照しな
がら説明する。

自動車におけるある制御対象、例えば内燃機関において
、所望の制御をよＩ）精密かつ最適に行々うために、内
燃機関の呈する物理量をセンサにより検出し、この検出
値を用いて所望の制菌を行々う場合がある。すなわち、
ステップ１ｏで当該物理量をセンサにより検出し、これ
を検出値ｘｌ　とする。

とのセンサが正常に動作していれば問題はないが、動作
に誤りがあったり故障している場合は、その検出値Ｘｉ
をそのＩ：、ま用いることは、制御が不正確かつ不適切
となり、適当でない。そこで、センサによる当該物理量
の検出とは別［固に、内燃、（襞間における当該センサ
によシ検出しようとする当該物理量以外の物理量から、
状態推定器（状態観測器：オブザーバ）を用いて、当該
物理量を推定する。

この状態推定器は、次のように構成される。

今、内燃機関のある制御入力をＵ、その制御入力Ｕで匍
］ｆ卸される出力をｙとすると、匍制御入力Ｕと制御出
力７間の伝達関数Ｔ（２）を実験的に求めることができ
る。そして、機関のいくつかの内部状態を適当な次数Ｉ
ｎの状態変数量×（すなわち、ｍ個の状態変数量Ｘｉ　
ｌ　ｘ２・・・Ｘｍのベクトル表示）で代表させると、
その状態変数量の推定値９（すなわち、ｍ個の推定値Ｘ
ｌ　、　ｘ２・・・Ｘｍのベクトル表示）は、通常のル
ーエンバーガーの状態推定器として、 ｘ（ｎ）＝−Ａｘ　（ｎ−１）＋Ｂｕ（ｎ−１）＋Ｐ〔
Ｙ（ｒｌ−１）−Ｃｘ　（ｎ、−１）　〕（１） で表わされる。但し、ｎは現在の制叫］周期、ｎ−１は
前回の制御周期を表わし、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｐは伝達関数Ｔ
（２）から定まる定数行列または定数ベクトルである。

状態推定器は上記（１）式の状態変数モデルを予め記憶
したものである。そして、その１月個の状態変数量の推
定値Ｘのうちの特定の１つｘｉを当該物理量に対応させ
ることにより、当該物理量の推定値Ｘ１を制御人力Ｕと
制御出力ｙから計算することができる。

第２図のステップ１１では、このようにして推定値Ｘ１
を推定する。

なお、内燃機関等の制御対象において、制御■人力Ｕと
制御出力ｙＫ）Ｊｏえて、ステップ状の外乱を考慮する
場合には、（１）式による通常のルーエンバーガーの状
態推定器では、推定値と実際値の間にオフセントを生じ
るので、このような場合には、（１）式に代えて、 ｘ（ｎ）＝Ａｘ　（ｎ−１）−４−Ｂｕ（ｎ−１）＋Ｐ
Ｉｊ’（ｎ−１）−という、積分動作を加えた状態推定
器を用いる。

但し、１は定数行列まだは定数ベクトル第２図のステッ
プ１２では、センサが誤動作か否かの判断の第１段階と
して、センサによる検出△ 値Ｘ１と状態推定器による推定値Ｘ１の偏差ｌｘｉ−ｘ
ｌｌを求めて、これを所定値Ｇと比較する。

偏差ｌＸｉＸｉ：が所定値６以上であれば、センナは異
常と判定し、ステップ１７へ進む。

偏差＋ｘｉ−ｘｉ＋が所定値Ｇ以下の場合は、これをも
って直ちにセンサは正常であると判定せず、異常の恐１
ｔもあるとして、ステップ１６へ進み、センサ誤動作判
断の第２段階を行なう。ステップ１６では、検出値ｘｌ
の変化率Ｘｉ　　（例えは、今回の制御周期の検出値Ｘ
ｉ（ｎｌと前回の制御周期の　　　　　　１検出値ｘｌ
（ｎ−旬の差、すなわちｘｉ　ｎ）　ｘｉ（ｎ−１）　
）を計算し、次いでステップ１４で推定値ｘ１の変へ 化率Ｘｉ　　（例えば、今回の制御周期の推定値）Ｑ（
ｎ）△ と前回の制御周期の推定値ｘｉ（ｎ−旬の差、すなわ△
　　　　△ ちｘｉ（ｎ）−　ｘｉ　（ｎ−’　））を計算し、ステ
ップ１５で両・人 変化率の偏差ｌ　ＸＩ　−　ＸＩ　ｌ　（＝Ｉ　（ｘｉ
（ｎ）−　ｘｉ　（ｎ−１）　）△　　　　△ （Ｘｉ（ｎ）　　ｘｌ（ｎ　’））ｌを所定値Ｈと比較
する。変化率の偏差１ｘｉ−花が所定値Ｈ以下であれば
、センナは正常であると判定し、センナの実際の検出値
Ｘｌを採用し、機関の匍ｊ御用に用いる。変化・入 率の偏差ｌＸ＋　　Ｘｉｌが所定値Ｈ以下の場合は、セ
ンサは異常と判定し、前述したステップ１２において異
常と判定された場合と共に、推定値冶金センナの検出値
として採用する。

ステップ１２の第１段階で、検出ｆｆｔｊＸｉと推定△ 値Ｘ１の偏差１ｘｉ−ｑｌが所定値Ｇ以下であっても、
ステップ１５の第２段階で、変化率の偏差・入 ｌｘｌ−ｘｉｌが所定値Ｈ以−ヒである場合には、セン
サは異常と判定するのは、現時点ではセンナは正常であ
るとしても、変化率が所定゛値Ｈ以上であることは、近
い将来に異常となる可能性力愚高いと判断するためであ
る。

以上のような検出直ｘｌ　と推定値鱈の関係の一例を、
第６図に示す。時刻ｔｏ以前はセンサは正常、１ｏ以降
は異常と判定される。

（実施例） 以斗、この発明の実施例として、自動車の内燃機関にお
いて、機関回転速度（アイドル回転速度）をフィードバ
ック制御する際の、機関の正味トルクを検出するトルク
センサについて説明する。

第４図は、機関の各種トルクに着目した場合の内燃機関
２０のアイドル時のモデル構造を示す。

第４図にお贋で、７０Ｍバルブ（図示しない）の制御ソ
レノイド（図示しなー）の駆動パルス幅ＰＡをチューテ
ィ制御することにより、バイパス通路の開度、従って機
関２０への供給空気量が調節され−、これにより・機関
２０の機関回転速度Ｎが制御される。すなわち機関２０
の制ｊ卸人力はＰＡ，制御器出力１ｔ：ｌ　、Ｎであり
、前述の（２）式（ま′／？ｃｕ　（１）式にオイて、 ｕ　＝　ＰＡ　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
ｙ　＝　Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
である。

ブロック２１は、マニホールドや燃・填のダイナミクス
を表わすブロックで、制側］入力である駆動パルス幅Ｐ
Ａが機関生成トルクＴＥに変換される。

ＴＦはフリクショントルクであり、さらに、例えばエア
コン、パワステ、電気負荷等の負荷外乱トルクＴＬを考
慮すると、機関生成トルクＴＥからフリクショントルク
Ｔｐと負荷外乱トルクＴＬを差し引いたものか、正味ト
ルクＴＮとなる。正味トルクＴＮは機関のイナーシャダ
イナミクスを表わす積分ブロック２２．　２３により機
関回転速度Ｎに変換され、またこの機関回転速度Ｎから
ブロック２４によってフリクショントルクＴＦが得られ
る。

第５図はこの発明の実施例の全体構成図を示す。

内燃機関２０の正味トルクＴＮが、　トルクセンサ（例
えば伝達形トルク計）２５により検出される。

内燃機関２０の制御入力である制胆ソレノイドの駆動パ
ルス幅ＰＡと制御出力である機関回転速度Ｎとから、状
態推定器２６は正味トルクの推定値値′几から、異常判
断装置２７によりその検出値ＴＮが正常か異常かが判定
され、判定結果（、で応じ△ て出力される検出値ＴＮ　ｉたは推定１［σＴＮにより
、制御装置２８を介して１駆動パルス：ｆ＠　Ｐ　Ａが
調整される。

第６図は内燃機関２０と状態推定器２６の構成を示すブ
ロック図である。機関２０にはステップ状の負荷外乱ト
ルクＴＬが加わるので、状態推定器２６は前述の（２）
式により構成している。

次に作用を説明する。

第４図の機関のモデルにおいて、ブロック２１のダイナ
ミクスを１次で近似すると、状態変数量Ｘは全体で２次
の形となる。すなわち、そこで、２つの状態変数量Ｘ１
＋　ｘ２のうちの１つＸ２　を正味トルクＴＮに対応す
る状態方程式を導き、次式のように表わす。

この（６）（７）のモデルから、（２）式の状態推定器
２６が構成されるが、具体的な状態推定アルゴリズムｉ
ｄ、（２）式にお論で、 Ｃ＝［ｃ１Ｃ２］　　　　　　　　　　　　’：ＬＯ）
従って、 Ｘｉ　（ｎｌ＝　（ａｎ　　Ｐｔ　ｃｌ）Ｘｔ　（ｎ−
１Ｈ−（ａｘｚ　−ＰＩ　Ｃ２）Ｘ２　（ｎ−１）＋ｂ
ｌ　ｕ（ｎ−’）＋ＰｔＹ（ｎ−１）＋１１ｘ２（ｎ−
１）＋ｂ２ｕ（ｎ−１）＋Ｐｚｙ（ｎ−旬＋■２となり
、 として、推定値ＴＮを求めることができる。

この推定値ＴＮを用いたトルクセンサ２５の誤動作防止
方法は、第２図にセいて、ｘｉ＝ＴＮ。

（八。

第２図Ｃ・でおいて、所定値ＧおよびＨの決め方として
は、次のように行なう。実際の検出値と推定値のズレは
、状態推定器内の機関のモデルと実際の機関との誤差に
起因するので、モデリングの時に検定するモデル精度か
ら推定誤差が予めある程度予測できるので、そｈよシ所
定値ＧおよびＨを決定する。

以上の説明では、自動車における制一対象（例えば内燃
機関）の１つの物理量（例えば正味トルク）を、いくつ
かの状態変数量のうちの１つに対応させる場合を示した
が、複数の物理量を複数の状態変数量に対応させるよう
１てすれば、複数の物理量を同時に推定することができ
、と、ｈＫＪ−ｐ、複数のセンサの誤動作防止を、同一
手法により同時に行なうことも可能である。

又制御対象の特性が種々の状況で変わり、１つの固定さ
れたモデルで表わすことが不可能な場合は、通常の状態
観測器に代り、適応型状、態観測器を採用することで、
同様に誤動作防止を行うことも可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の自動車用センサの誤動
作防止方法によれば、自動車システムで測定している他
の物理量と、注目しているセンサで検出しようとしてい
る物理量の間の関係をモデル化し、状態推定器により推
定値を求め、実際の検出値と比較することでセンサの異
常判断を行ない、異常時には推定値をその後の処理で用
いることとしたため、センサの異常をかなり正確に判断
でき、しかも異常時の処置もセンサの本来の検出１直に
近い値を用いるので、システム全体への影響を少なくで
きる。さらに、注目している七ン°丈で検出する物理量
とは異なる他の物理量であっても、予め物理的相関モデ
ルを作成しておけば、他の物理量を検出することで注目
するセンサの検出値を推定できるの−へ極めて耐久性や
信頼性の高い他のセンサ信号から、耐久性や信頼性のあ
まり高くない注目しているセンサの検出値を推定して、
誤動作防止を図ることで、システム全体の信頼性を高め
ることもできるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動車用センサの誤動作防止方法の一例
全説明するフローチャート、第２図はこの発明の自動車
用センサの誤動作防止方法の基本的な技術思想を説明す
るフローチャート、第６図はセンサの検出値と状態推定
器の推定値の関係を示す図、第４図は各種トルつて着目
した場合の内燃機関のモデル構造を示すブロック図、第
５図はこの発明の一実施例の全体構成図、第６図は第５
図の内燃機関と状態推定器の詳細なブロック図である。 ２０・・・内燃機関、　　　２５・・・トルクセンサ、
２６・・・状態推定器、　　２７・・異常判断装置、２
８・・制御装置、　　　Ｘｌ　　・・・検出値、△ Ｘｌ　　・・推定値、　　　　ｘＩ−ｘｌ　　の変化率
・Δ　　　　　　ノへ ｘｌ　　°ｘ１　の変化率、Ｇ、　ＩＩ（−・・所定［
！ｉ、ｐＡ　　・・■ＣＭバルブの制御ソレノイドの駆
動パルス幅、 Ｎ・・機関回転速度、　ＴＮ・・・正味トルクの検出値
、△ ＴＮ・・正味トルクの推定値。 特許出願人 日産自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　　　山　　本　　恵　　− ９ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 自動車の制御対象におけるセンサによシ、険出し変 ようとする少なくとも１つの物理量を状態妾数として持
   つシステムモデルを記憶した状態推定器により、当該物
   理量以外の物理量に基づいて当該物理量の推定値Ω　を
   計算し、該推定値Ｑｉから該入 推定値の変化率ｘ厘を求めると共に、前記センサによる
   実際の検出値ｘ１から該検出値の変化率最を求め、前記
   推定値ぐ１と前記検出値Ｘ１の比較人 値、および前記推定値の変化率ｘｉと前記検出値の変化
   率ｘｉの比較値に基づいて、前記センサが誤動作か否か
   の判断を行ない、誤動作でない場合は前記検出値ｘｉを
   採用し、かつ誤動作の場合は△ 前記推定値ｘｌを採用する自動車用センサの誤動作防止
   方法。