JPWO2013145148A1 - 悪路判定装置 - Google Patents

Abstract

悪路判定装置（１００）は、クランク角センサ（３１）を有する内燃機関（１０）を備える車両（１）に搭載される。該悪路判定装置は、内燃機関の回転数に基づいて予め定められた前記クランク角センサの出力の１パルスの振幅変動量である第１振幅変動量と、クランク角センサから実際に出力される１パルスの振幅変動量である第２振幅変動量と、を比較して、車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定する判定手段（２０）を備える。

Description

本発明は、例えば自動車等の車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定する悪路判定装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、クランク角センサの回転速度の周波数解析結果をもとに、悪路判定を行う装置が提案されている（特許文献１参照）。或いは、車輪加減速度が設定加減速度以上の値である状態を、例えば６ｍ秒以上継続したときにフラグがセットされ、該フラグが、設定時間内で所定回数以上となったときに悪路を走行中であると判定する装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００６−３４７３４０号公報 特開平１１−０７８８４０号公報

特許文献１に記載の技術では、クランク角センサの回転速度が、数回のクランク角センサの出力値の間隔から求められるため、エンジンの回転数が低回転領域では悪路判定の結果が出力されるまでに比較的時間がかかるという技術的問題点がある。加えて、特許文献１に記載の技術では、エンジンの回転数が変動すると悪路判定が実施できないという技術的問題点がある。特許文献２に記載の技術でも、悪路判定の結果が出力されるまでに比較的時間がかか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、比較的短期間で、且つ、エンジンの回転数変動がある場合でも、悪路であるか否かを判定することができる悪路判定装置を提供することを課題とする。

本発明の悪路判定装置は、上記課題を解決するために、クランク角センサを有する内燃機関を備える車両に搭載され、前記内燃機関の回転数に基づいて予め定められた前記クランク角センサの出力の１パルスの振幅変動量である第１振幅変動量と、前記クランク角センサから実際に出力される１パルスの振幅変動量である第２振幅変動量と、を比較して、前記車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定する判定手段を備える。

本発明の悪路判定装置によれば、当該悪路判定装置は、例えば自動車等の車両に搭載されている。該車両は、例えばエンジン等である内燃機関を備えている。該内燃機関には、クランク軸に取り付けられた円板と、該円板の外周に形成された歯に応じてパルス信号を出力する信号出力部と、を有するクランク角センサが設けられている。

例えばメモリ、プロセッサ、コンパレータ等を備えてなる判定手段は、内燃機関の回転数に基づいて予め定められたクランク角センサの出力の１パルスの振幅変動量である第１振幅変動量と、クランク角センサから実際に出力される１パルスの振幅変動量である第２振幅変動量と、を比較して、車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定する。

第１振幅変動量は、実験又はシミュレーションにより、例えば、内燃機関の回転数と１パルスの振幅変動量との関係を定めるマップ等を構築し、内燃機関の現在の回転数と該マップとから特定すればよい。

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、車両が悪路走行中である場合、クランク角センサから求められたクランク角がずれる。悪路走行中であることを検知できれば、疑似信号又は逓倍処理により各種制御のタイミングの算出を行うことができる。他方、走行中（過渡時等、非定常速度含む）に悪路判定ができなければ、例えば着火時期ずれによる排気悪化や燃費悪化を招き、排出ガス規制の点からも問題となるおそれがある。また、筒内圧センサのタイミングが１ｄｅｇずれると、トルク推定量が約７％ずれるため、ミッションを含む制御システム全てに悪影響を及ぼすおそれがある。

上述の如く、クランク角センサは、クランク軸に取り付けられた円板と、信号出力部とを有している。車両が正常路を走行している場合、円板と信号出力部との間の距離（即ち、ギャップ）は、ほとんど変動しない。他方、車両が悪路を走行している場合、該ギャップは、路面による車両の振動に起因して比較的大きく変動する。この結果、車両が悪路を走行している場合、信号出力部から出力されるパルス信号の振幅値の変動も大きくなる。

尚、車両が正常路を走行している場合であっても、内燃機関の回転数に応じてパルス信号の振幅値は変化する。このため、内燃機関の回転数変動が比較的大きい低回転時では、複数個のパルス信号を用いて悪路判定を行う、例えば特許文献１等に記載の技術では、悪路判定を行うことが困難である。

そこで本発明では、判定手段により、第１振幅変動量と第２振幅変動量とが比較され、車両が走行している道路が悪路であるか否かが判定される。本発明では特に、パルス毎の振幅値により悪路判定が行われるので、内燃機関の回転数が比較的低くても、悪路であるか否かを判定することができる。また、１パルスの振幅値により悪路判定可能であるので、比較的短期間で悪路であるか否かを判定することができる。

本発明の悪路判定装置の一態様では、前記判定手段は、前記内燃機関の回転数に起因する振幅値を、前記第２振幅変動量から減算した値である差分値と、前記第１振幅変動量とを比較して、前記車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定する。

この態様によれば、比較的容易にして悪路判定を行うことができる。

この態様では、前記判定手段は、前記差分値が、前記車両の速度に応じて変化するときに、前記差分値と、前記第１振幅変動量とを比較して、前記車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定してよい。

このように構成すれば、悪路であるか否かの判定の精度を向上させることができ、実用上非常に有利である。

本発明の悪路判定装置の他の態様では、前記判定手段は、前記第１振幅変動量と前記第２振幅変動量との差分が所定値以上であるとき、前記車両が走行している道路は悪路であると判定する。

この態様によれば、比較的容易にして悪路判定を行うことができる。

本発明の悪路判定装置の他の態様では、前記判定手段は、前記第１振幅変動量と前記第２振幅変動量との差分が、前記車両の速度に応じて変化するとき、前記車両が走行している道路は悪路であると判定する。

この態様によれば、比較的容易にして悪路判定を行うことができる。

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。

第１実施形態に係る車両の要部構成を示すブロック図である。 第１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の一例である。 クランク角センサ信号の振幅変化を、条件毎に示す図である。 第１実施形態に係る悪路判定処理を示すフローチャートである。 ΔＸ閾値を規定するマップの一例である。 第２実施形態に係る悪路判定処理を示すフローチャートである。 エンジンの回転数変動に起因する振幅変動値を規定するマップの一例である。 第３実施形態に係る悪路判定処理を示すフローチャートである。 閾値Ａを規定するマップの一例である。

以下、本発明の悪路判定装置に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る悪路判定装置について、図１乃至図６を参照して説明する。

（車両の構成）
先ず、第１実施形態に係る悪路判定装置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。図１は、第１実施形態に係る車両の要部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図示している。

図１において、車両１は、本発明に係る「内燃機関」の一例としての、エンジン１０と、該エンジン１０を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）２０と、を備えて構成されている。尚、車両１は、エンジン１０に加えて、駆動用のモータを備えていてよい（即ち、車両１は、ハイブリッド車両であってよい）。

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、本実施形態ではエンジン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、１０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を参照して説明を加える。図２は、第１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。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。ＥＣＵ２０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。

（悪路判定）
クランク角センサ３１は、センサ部３１１及びクランクロータ１０２間の磁束の時間変化（ｄφ／ｄｔ）によって、歯部１０２ａの回転を検出する。車両１の車速、及びエンジン１０の回転数が定常であり、且つ該車両１が正常路を走行している場合、クランク角センサ３１の出力（パルス振幅）は、エンジン１０の回転数に応じた出力となる（図４左上段参照）。

他方で、車両１が悪路を走行している場合、該悪路の影響により、センサ部３１１及びクランクロータ１０２間の距離が変動する。すると、クランク角センサ３１の出力（パルス振幅）は、歯部１０２ａの有無に加え、センサ部３１１及びクランクロータ１０２間の距離の変動に起因して変化する（図４右上段“ΔＸ”参照）。

また、エンジン１０の回転数が増加すると、単位時間当たりの磁束の変化が大きくなり、クランク角センサ３１から出力されるパルスの振幅が大きくなる（図４左中段“ΔＸｎｅ”参照）。車両１が悪路を走行している場合、エンジン１０の回転数変動に加えて、悪路の影響により、クランク角センサ３１から出力されるパルスの振幅が変化する（図４左右段参照）。

車両１が正常路を走行している場合、該車両１の速度が変化したとしても、クランク角センサ３１から出力されるパルスの振幅は、エンジン１０の回転数変動にのみ影響される（つまり、車速の影響は受けない）（図４左下段参照）。他方、車両１が悪路を走行している場合、車両１の車速に応じて、該車両１が路面から受ける衝撃が異なるため、クランク角センサ３１から出力されるパルスの振幅は、車速が増加するほど大きくなる（図４右下段参照）。

本実施形態に係る悪路判定装置１００は、エンジン１０の回転数に基づいて予め定められたクランク角センサ３１の出力の１パルスの振幅変動量である第１振幅変動量と、クランク角センサ３１から実際に出力される１パルスの振幅変動量のである第２振幅変動量と、を比較して、車両１が走行している道路が悪路であるか否かを判定する、本発明に係る「判定手段」の一例としての、ＥＣＵ２０を備えて構成されている。つまり、本実施形態では、車両１の各種電子制御用のＥＣＵ２０の機能の一部を、悪路判定装置１００の一部として用いている。

悪路判定装置１００の一部としてのＥＣＵ２０が実行する悪路判定処理について、図５のフローチャートを参照して説明を加える。

図５において、ＥＣＵ２０は、先ず、エンジン１０の回転数及び負荷と、例えば図６に示すマップと、から、「第１振幅変動量」の一例としてのΔＸ閾値を算出する（ステップＳ１０１）。図６は、ΔＸ閾値を規定するマップの一例である。尚、エンジン１０の回転数及び負荷の検出方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、ここでは説明を割愛する。

次に、ＥＣＵ２０は、クランク角センサ３１から実際に出力される１パルスの振幅変動量ΔＸ（即ち、第２振幅変動量）が、算出されたΔＸ閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。振幅変動量ΔＸが、算出されたΔＸ閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、車両１が走行している道路が悪路であると判定して（ステップＳ１０３）、処理を終了する。

他方、振幅変動量ΔＸが、算出されたΔＸ閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は処理を終了する。尚、振幅変動量ΔＸが、算出されたΔＸ閾値と「等しい」場合には、どちらかの場合に含めて扱えばよい。

＜第２実施形態＞
本発明の悪路判定装置に係る第２実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。第２実施形態では、悪路判定処理の一部が異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図７及び図８を参照して説明する。

図７のフローチャートにおいて、ＥＣＵ２０は、先ず、エンジン１０の回転数及び負荷と、例えば図６に示すマップと、からΔＸ閾値を算出する（ステップＳ２０１）。続いて、ＥＣＵ２０は、エンジン１０の回転数変動（ΔＮｅ）と、クランク角センサ３１から実際出力されたパルスの振幅値と、例えば図８に示すマップと、からエンジン１０の回転数変動に起因する振幅変動値ΔＸｎｅを算出する（ステップＳ２０２）。図８は、エンジンの回転数変動に起因する振幅変動値を規定するマップの一例である。

次に、ＥＣＵ２０は、ＥＣＵ２０は、クランク角センサ３１から実際に出力される１パルスの振幅変動量ΔＸから、算出された振幅変動値ΔＸｎｅを引いた値（ΔＸ−ΔＸｎｅ）が、算出されたΔＸ閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２０３）。

“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、算出されたΔＸ閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、車両１が走行している道路が悪路であると判定して（ステップＳ２０４）、処理を終了する。他方、“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、算出されたΔＸ閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は処理を終了する。

＜第３実施形態＞
本発明の悪路判定装置に係る第３実施形態を、図９及び図１０を参照して説明する。第３実施形態では、悪路判定処理の一部が異なる以外は、第２実施形態の構成と同様である。よって、第３実施形態について、第２実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図９及び図１０を参照して説明する。

図９のフローチャートにおいて、ＥＣＵ２０は、先ず、エンジン１０の回転数及び負荷と、例えば図６に示すようなマップと、からΔＸ閾値を算出する（ステップＳ３０１）。続いて、ＥＣＵ２０は、エンジン１０の回転数変動（ΔＮｅ）と、クランク角センサ３１から実際出力されたパルスの振幅値と、例えば図８に示すマップと、からエンジン１０の回転数変動に起因する振幅変動値ΔＸｎｅを算出する（ステップＳ３０２）。

次に、ＥＣＵ２０は、クランク角センサ３１から実際に出力される１パルスの振幅変動量ΔＸから、算出された振幅変動値ΔＸｎｅを引いた値（ΔＸ−ΔＸｎｅ）が、車両１の車速に応じて変化しているか否かを判定する（ステップＳ３０３）。

具体的には、ＥＣＵ２０は、先ず、“ΔＸ−ΔＸｎｅ”を車速で割った値（即ち、“（ΔＸ−ΔＸｎｅ）／車速”）が、例えば図１０に示すマップにより特定される閾値Ａより大きいか否かを判定する。そして、ＥＣＵ２０は、“（ΔＸ−ΔＸｎｅ）／車速”が閾値Ａより大きいことを条件に、“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、車両１の車速に応じて変化していると判定する。図１０は、閾値Ａを規定するマップの一例である。

“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、車両１の車速に応じて変化していると判定された場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、算出されたΔＸ閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ３０４）。“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、算出されたΔＸ閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、車両１が走行している道路が悪路であると判定して（ステップＳ３０５）、処理を終了する。

他方、“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、算出されたΔＸ閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は処理を終了する。また、ＥＣＵ２０は、“ΔＸ−ΔＸｎｅ”が、車両１の車速に応じて変化していないと判定された場合も（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、処理を終了する。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、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悪路判定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、２０…ＥＣＵ、３１…クランク角センサ、３２…カム角センサ、１００…悪路判定装置、１０１…クランクシャフト、１０２…クランクロータ、３１１…センサ部、３１２…信号処理部

Claims (5)

1. クランク角センサを有する内燃機関を備える車両に搭載され、
   前記内燃機関の回転数に基づいて予め定められた前記クランク角センサの出力の１パルスの振幅変動量である第１振幅変動量と、前記クランク角センサから実際に出力される１パルスの振幅変動量である第２振幅変動量と、を比較して、前記車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定する判定手段を備える
   ことを特徴とする悪路判定装置。
2. 前記判定手段は、前記内燃機関の回転数に起因する振幅値を、前記第２振幅変動量から減算した値である差分値と、前記第１振幅変動量とを比較して、前記車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の悪路判定装置。
3. 前記判定手段は、前記差分値が、前記車両の速度に応じて変化するときに、前記差分値と、前記第１振幅変動量とを比較して、前記車両が走行している道路が悪路であるか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の悪路判定装置。
4. 前記判定手段は、前記第１振幅変動量と前記第２振幅変動量との差分が所定値以上であるとき、前記車両が走行している道路は悪路であると判定することを特徴とする請求項１に記載の悪路判定装置。
5. 前記判定手段は、前記第１振幅変動量と前記第２振幅変動量との差分が、前記車両の速度に応じて変化するとき、前記車両が走行している道路は悪路であると判定することを特徴とする請求項１に記載の悪路判定装置。

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