JP4770253B2 - 車両の故障診断方法及び装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両の故障診断方法及び装置に関し、特に、ハイブリッド電気自動車における車両の故障診断方法及び装置に関する。
従来、ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle:HEV)においては、変速制御を行うために複数個のクラッチ(リニアソレノイド)が搭載されている。それらのクラッチの締結・開放は、油圧を媒介として行われており、各クラッチが、現在、締結状態にあるか開放状態にあるかを検知するためのセンサとして、デジタル信号により作動する油圧スイッチが搭載されている。
このようなハイブリッド電気自動車に備えられた、無段変速機(Electronic−Infinitely Variable Transmission:E−IVT)或いは有段変速機の変速制御は、ハイブリッド電気自動車を統合制御するコントロールユニットの一つ、例えば、ハイブリッドコントローラモジュール(Hybrid Controller Module:HCM)により行われる。このため、リニアソレノイドの電流制御回路や油圧スイッチの入力回路は、ハイブリッドコントローラモジュールに搭載されている。
ところで、リニアソレノイドや油圧スイッチが故障した場合にそれを検知するため、油圧センサ(アナログセンサ)を用いた自動変速機の故障診断装置(特許文献1参照)や、リニアソレノイドの断線検知回路を搭載する故障診断装置(特許文献2参照)等、故障検知手段を新たに設けたものが知られている。
特開平08−326855号公報 特開平09−146630号公報
しかしながら、リニアソレノイドや油圧スイッチの故障に限らず、コントロールユニットや油圧回路の故障等、クラッチ制御に関わる部位に故障が発生した場合、変速制御が正常にできなくなってしまう。変速制御が正常にできなくなると、変速機の故障に繋がるばかりで無く、更には、車両停止状態に陥ることも起こり得る。
なお、故障検知手段を新たに設けた自動変速機の故障診断装置(特許文献1参照)や故障診断装置(特許文献2参照)においては、リニアソレノイドや油圧スイッチの故障を検知することはできるが、アナログ油圧センサや断線検知回路を新たに設ける必要があり、コストアップをもたらすことが避けられない。
この発明の目的は、新たにセンサや検知回路を設けてコストアップすることなく、クラッチ制御に関わる部位に故障が発生した場合にそれを検知することができる車両の故障診断方法及び装置を提供することである。
上記目的を達成するため、この発明に係る車両の故障診断方法は、出力側に、変速機の速度制御を行うアクチュエータ及び油圧スイッチを有する変速ユニットが接続された、車両を統合制御するコントロールユニットによる車両の故障診断方法において、前記コントロールユニットによる前記アクチュエータ作動させるための電流指令値を前記アクチュエータへ出力、作動した前記アクチュエータからの電流フィードバック値の入力、及び前記油圧スイッチの作動を確認する処理と、前記電流指令値と前記電流フィードバック値を比較する処理と、前記電流指令値と前記電流フィードバック値の比較結果から、|電流指令値−電流フィードバック値|>故障判定閾値であれば、制御回路系が故障したと判定し、前記電流指令値の出力時の、前記電流フィードバック値と前記油圧スイッチの作動状態を比較した比較結果から、油圧スイッチオン閾値−許容幅<電流フィードバック値<油圧スイッチオン閾値+許容幅の間で前記油圧スイッチが作動していなければ、油圧系が故障したと判定する処理とを有している。
また、この発明に係る車両の故障診断装置は、出力側に、変速機の速度制御を行うアクチュエータ及び油圧スイッチを有する変速ユニットが接続された、車両を統合制御するコントロールユニットによる車両の故障診断装置において、前記コントロールユニットは前記アクチュエータ作動させるための電流指令値を前記アクチュエータへ出力し、作動した前記アクチュエータからの電流フィードバック値の入力、及び前記油圧スイッチの作動を確認して、前記電流指令値と前記電流フィードバック値を比較し、前記電流指令値と前記電流フィードバック値の比較結果から、|電流指令値−電流フィードバック値|>故障判定閾値であれば、制御回路系が故障したと判定し、前記電流指令値の出力時の、前記電流フィードバック値と前記油圧スイッチの作動状態を比較した比較結果から、油圧スイッチオン閾値−許容幅<電流フィードバック値<油圧スイッチオン閾値+許容幅の間で前記油圧スイッチが作動していなければ、油圧系が故障したと判定する。
この発明によれば、出力側に、変速機の速度制御を行うアクチュエータ及び油圧スイッチを有する変速ユニットが接続された、車両を統合制御するコントロールユニットが、クチュエータ作動させるための電流指令値をアクチュエータへ出力、作動したアクチュエータからの電流フィードバック値の入力、及び前記油圧スイッチの作動を確認して、電流指令値と電流フィードバック値を比較し、その比較結果から、|電流指令値−電流フィードバック値|>故障判定閾値であれば、制御回路系が故障したと判定し、電流指令値の出力時の、電流フィードバック値と油圧スイッチの作動状態を比較した比較結果から、油圧スイッチオン閾値−許容幅<電流フィードバック値<油圧スイッチオン閾値+許容幅の間で油圧スイッチが作動していなければ、油圧系が故障したと判定する。このため、新たにセンサや検知回路を設けてコストアップすることなく、クラッチ制御に関わる部位に故障が発生した場合にそれを検知することができる。
また、この発明に係る車両の故障診断装置により、上記車両の故障診断方法を実現することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は、この発明の一実施の形態に係る車両の故障診断装置の概略構成を示すブロック説明図である。図1に示すように、車両の故障診断装置であるコントロールユニット10は、電動のアクチュエータである油圧ポンプ(電動ポンプ)11を有する車両、例えば、ハイブリッド電気自動車(HEV)に搭載されており、車両を統合制御する機能を有している。このようなコントロールユニット10としては、例えば、ハイブリッドコントローラモジュール(HCM)がある。
この実施の形態では、コントロールユニット10として、ハイブリッドコントローラモジュール(HCM)が用いられ、ハイブリッド電気自動車は、無段変速機(E−IVT)を備えている。なお、故障診断の対象となる車両は、無段変速機(E−IVT)に限らず、有段変速機を備えていても良い。
ハイブリッド電気自動車に搭載されたコントロールユニット10の入力側には、12Vのバッテリ12がイグニッション13を介して接続され、また、油圧ポンプ11のポンプドライバ14が接続されている。ポンプドライバ14には、強電バッテリ15に接続された強電リレー16の下流側が、DC/DCコンバータ17を介して接続されている。
コントロールユニット10の出力側には、無段変速機(E−IVT)の速度制御を行うための複数個(例えば、7個を図示)のクラッチ(リニアソレノイド)18及び複数(例えば、6個を図示)の油圧スイッチ19を有する、変速ユニット20が接続されている。強電バッテリ15からの駆動電力は、強電ユニット(図示しない)接続側に供給されると共に、DC/DCコンバータ17、更に、ポンプドライバ14を介して、油圧ポンプ11に供給される。
ポンプドライバ14は、油圧ポンプ11に搭載された、油圧ポンプ11専用のドライバであり、このドライバから出力したポンプ回転数により油圧ポンプ11の作動を制御する。油圧ポンプ11からのポンプ出力は油圧回路(図示しない)に送られる。この油圧ポンプ11としては、例えば、電動ポンプ等の電動アクチュエータが用いられ、アクチュエータドライバ(ポンプドライバ14)を介して、電動アクチュエータの作動が制御される。
このように、ハイブリッド電気自動車(HEV)を制御するコントロールユニットの一つ(例えば、HCM)が、無段変速機(E−IVT)ユニットの変速制御を実施すると共に、油圧を発生させる油圧ポンプ(電動ポンプ)も制御しており、同時に、車両の故障診断装置としての機能も有する。
図2は、図1のコントロールユニットの回路構成を示すブロック図である。図2に示すように、コントロールユニット10は、CPU(Central Processing Uunit)21、スイッチング素子22、シャント抵抗23、及び演算増幅器24を有している。
CPU21からのPWM(Pulse Width Modulation)出力信号aが、スイッチング素子22に入力し、スイッチング素子22からシャント抵抗23を経て、電流指令値としてリニアソレノイド18に入力する。また、電流指令値aがリニアソレノイド18に入力したときのリニアソレノイド18の電流フィードバック信号(電流フィードバック値)bが、演算増幅器24に入力する。そして、演算増幅器24からの電流フィードバック信号b及び油圧スイッチ19からの油圧スイッチ信号cが、CPU21に入力する。
即ち、コントロールユニット10は、ハードウェアとして、少なくとも、「リニアソレノイド18に出力する電流指令値aを生成して出力する回路」、「リニアソレノイド18に流れる実電流をモニタすることができる回路」、「油圧スイッチ19からの信号が入力する回路」の3つの回路機能を備えている。
図3は、クラッチ制御系が正常であるときの電流指令値とモニタ値の時間変化及び油圧スイッチオン時をグラフで示す説明図である。図4は、コントロールユニットハードウェア或いはリニアソレノイドの故障時における、電流指令値とモニタ値の時間変化及び油圧スイッチオン時をグラフで示す説明図である。図5は、電動ポンプ故障時における電流指令値とモニタ値の時間変化及び油圧スイッチオン時をグラフで示す説明図である。
図3から図5に示すように、車両走行前の油圧が循環した状態で、各リニアソレノイド18へ、ステップ状の電流指令値(リニアソレノイド指令値)aを出力し、この電流指令値aに対する電流フィードバック値(モニタ値)bの状態、及び油圧スイッチ19のオン(ON)時について調べる。
図3に示すように、クラッチ制御系が正常であるときは、電流指令値aに対して電流フィードバック値bが追従し、油圧スイッチ19は、電流フィードバック値bが油圧スイッチオン閾値(油圧SWON閾値)の近傍に達した時点で、オンする。
図4に示すように、電流指令値aに対して電流フィードバック値bが追従せず、電流指令値aと電流フィードバック値bの偏差Pが故障判定閾値より大きければ、コントロールユニット10のハードウェア或いはリニアソレノイド18に故障が発生したと判定する。なお、油圧スイッチ19は、電流フィードバック値bが油圧スイッチオン閾値の近傍に達した時点でオンしており、正常である。
図5に示すように、電流指令値aに対して電流フィードバック値bが追従し、電流指令値aと電流フィードバック値bの偏差は正常である。但し、油圧スイッチ19は、電流フィードバック値bが油圧スイッチオン閾値の近傍に達した時点でオンしていないので、油圧スイッチ19或いは油圧回路に故障が発生したと判定する。
つまり、リニアソレノイド18へ電流指令値aを出したときの、リニアソレノイド18の電流フィードバック値bと油圧スイッチ19のオン/オフ状態を比較して、
油圧SWON閾値−許容幅<電流フィードバック値b<油圧SWON閾値+許容幅
の間で油圧スイッチ19がオンしていなければ、油圧スイッチ19、油圧回路等の油圧系に故障が発生したと判定する。
図6は、図1のコントロールユニットの起動シーケンスの一例を示す説明図である。図6に示すように、先ず、イグニッション(IGN)オンにより、主電子制御ユニットとして統括的な制御動作を行なうコントロールユニット(HCM)10が、エンジンコントローラモジュール(Engine Controller Module:ECM)25、モータコントローラ(Motor/Controller:M/C)26、及びバッテリコントローラ(Battery/Controller:B/C)27に起動信号を送信する。
エンジン始動制御等のエンジン制御を行なうエンジンコントローラモジュール25、電動発電機を制御するモータコントローラ26、及びバッテリ容量を演算するバッテリコントローラ27は、起動信号を受信し、それぞれ起動する。
次に、強電リレー16がオンする前に、コントロールユニット(HCM)10は、強電リレー16が壊れていないことの確認を行うため、モータコントローラ26にリレー診断要求を送信する。モータコントローラ26は、リレー診断要求を受信して診断を実施し、診断結果をコントロールユニット(HCM)10へ送信する。
リレー診断終了後、コントロールユニット(HCM)10は、バッテリコントローラ27から強電オン許可信号を受信する。強電オン許可信号を受信した時点で、強電リレー(充電リレー)16をオンできる状態が整ったので、強電リレー(充電リレー)16をオンさせる。強電リレー(充電リレー)16がオンしたこと示すオン信号をモータコントローラ26へ送信する。
次に、強電リレー(充電リレー)16がオンしたこと示すオン信号を受信したモータコントローラ26は、駆動電力をモータジェネレータ(図示しない)に供給するインバータ(図示しない)の内部に設けられたコンデンサの充電状態を確認する。コンデンサの充電が完了したら、充電完了信号をコントロールユニット(HCM)10へ送信する。
充電完了信号を受信したコントロールユニット(HCM)10は、強電リレー(メインリレー)16をオンして、モータコントローラ26へ強電供給完了信号を送信すると共に、DC/DCコンバータ17へ起動信号を出力する。
その後、コントロールユニット(HCM)10は、エンジンコントローラモジュール25、モータコントローラ26及びバッテリコントローラ27の制御準備完了を知らせる制御準備完了信号を受信する。制御準備完了信号を受信した後、コントロールユニット(HCM)10は、車両走行可能状態となる前にクラッチ制御診断を実施し、車両走行前に、クラッチ制御系が正常であるか否かをチェックする。クラッチ制御診断実施後、コントロールユニット(HCM)10、エンジンコントローラモジュール25、モータコントローラ26及びバッテリコントローラ27は、車両走行可能状態になる。
図7は、図1のコントロールユニットによる車両の故障診断処理の流れを示すフローチャートである。図7に示すように、コントロールユニット(HCM)10による車両の故障診断処理を行う場合、先ず、起動シーケンス(図6参照)を実施する(ステップS101)。次に、クラッチ制御診断を実施し(ステップS102)、その後、各リニアソレノイド18にステップ状の電流指令値aを出力する(ステップS103)。
次に、電流指令値aと電流フィードバック値bの差の絶対値が故障判定閾値より大きいか否か(|電流指令値(指令値)a−電流フィードバック値(F/B値)b|>故障判定閾値?)を判断する(ステップS104)。
ステップS104での判断の結果、故障判定閾値より大きい(yes)場合、クラッチ制御系故障と判定し(ステップS105)、車両を停止する(ステップS106)。その後、処理を終了する。一方、故障判定閾値より大きくない(no)場合、電流フィードバック値bが油圧スイッチオン閾値(油圧SWON閾値)の近傍に達した時に油圧スイッチ19がオンしたか否かを判断する(ステップS107)。
ステップS107での判断の結果、油圧スイッチ19がオンしない(no)場合、油圧回路故障と判定し(ステップS108)、車両を停止する(ステップS106)。その後処理を終了する。一方、油圧スイッチ19がオンした(yes)場合、車両走行可能とし(ステップS109)、ハイブリッド電気自動車(HEV)の制御を実施する(ステップS110)。
次に、イグニッションオフ(IGNOFF)か否かを判断し(ステップS111)、イグニッションオフでない(no)場合、ステップS110へ戻ってハイブリッド電気自動車(HEV)の制御を実施し、イグニッションオフである(yes)場合、処理を終了する。
上述したように、ハイブリッド電気自動車(HEV)を制御するコントロールユニットの一つ(例えば、HCM)が、例えば、無段変速機(E−IVT)の変速制御を実施すると共に、例えば、リニアソレノイド等の電動アクチュエータも制御することにより、車両の故障診断を行う。
つまり、コントロールユニット(HCM)10が、電動アクチュエータ(リニアソレノイド18)への電流指令値aの出力、電流フィードバック値bの入力、油圧スイッチ信号cの入力を行うこととする。そして、リニアソレノイド18へ、例えば、ステップ状の電流指令値aを出力し、電流指令値aと電流フィードバック値bを比較して、
|電流指令値a−電流フィードバック値b|>故障判定閾値
であれば、コントロールユニット(HCM)10のハードウェア、リニアソレノイド18等の制御回路系に故障が発生したと判定する。
これにより、コントロールユニット(HCM)10のハードウェアやリニアソレノイド18が故障したことを検知できるため、ユニットの故障、車両の故障が発生したまま知らずに走行してしまうのを回避することができる。また、故障を検出するセンサ等を新たに設置する必要が無いため、コストアップ無しに故障診断機能を実現することができる。更に、リニアソレノイド18に電流を流すので、断線/ショートだけでなく特性ずれ(中間故障)も検知することができ、信頼性が向上する。
また、リニアソレノイド18へ電流指令値aを出したときの、リニアソレノイド18の電流フィードバック値bと油圧スイッチ19のオン/オフ状態を比較して、
油圧SWON閾値−許容幅<電流フィードバック値b<油圧SWON閾値+許容幅
の間で油圧スイッチ19がオンしていなければ、油圧スイッチ19、油圧回路等の油圧系に故障が発生したと判定する。
これにより、油圧スイッチ19或いは油圧回路故障を事前に検知できるため、ユニットの故障、車両の故障が発生したまま知らずに走行してしまうのを回避することができる。また、油圧ポンプ17の故障を検出するセンサ等を新たに設置する必要が無いため、コストアップ無しに故障診断機能を実現することができる。更に、制御回路の故障か、油圧回路の故障かを区別することができるので、故障の部位を特定する検査工数を削減することができる。
また、コントロールユニット(HCM)10のハードウェア或いはリニアソレノイド18の故障、油圧スイッチ19或いは油圧回路の故障を判定した後は、車両を安全な状態に制御し、例えば、ブザーやランプ等の告知手段により故障をドライバに知らせる(即ち、フェールセーフ処理の実施及びドライバへの告知)。
これにより、ユニットの故障、車両の故障が発生したまま知らずに走行してしまうのを回避することができる。また、故障の発生をドライバに知らせることにより、故障箇所の修理・点検を促すことができる。
また、クラッチ制御系の診断は、起動シーケンス制御において車両走行可能状態になる前に実施する。これにより、車両走行可能状態になる前に故障の有無を確認することができ、走行中のクラッチ制御故障や油圧回路故障の発生を未然に防ぐことができる。また、診断が、車両走行前の各ユニット環境(温度、油圧等)が安定な状態で行われるため、診断精度が上がり、診断機能の信頼性が向上する。
なお、故障判定閾値、油圧スイッチオン閾値は、コントロールユニット(HCM)10による実験結果等に基づいて得られた値や、それにより得られた数値モデル、計算式等から導き出すこととする。更に、故障診断実施時は、実験結果等に基づいて得られたパラメータ値を基に、電流フィードバック値を毎回モニタして反映させるため、信頼性を著しく向上させることができる。
このように、この発明によれば、出力側に、変速機の速度制御を行うアクチュエータ及び油圧スイッチを有する変速ユニットが接続された、車両を統合制御するコントロールユニットが、クチュエータ作動させるための電流指令値をアクチュエータへ出力、作動したアクチュエータからの電流フィードバック値の入力、及び前記油圧スイッチの作動を確認して、電流指令値と電流フィードバック値を比較し、その比較結果から、|電流指令値−電流フィードバック値|>故障判定閾値であれば、制御回路系が故障したと判定し、電流指令値の出力時の、電流フィードバック値と油圧スイッチの作動状態を比較した比較結果から、油圧スイッチオン閾値−許容幅<電流フィードバック値<油圧スイッチオン閾値+許容幅の間で油圧スイッチが作動していなければ、油圧系が故障したと判定するため、新たにセンサや検知回路を設けてコストアップすることなく、クラッチ制御に関わる部位に故障が発生した場合にそれを検知することができる。
また、この発明に係る車両の故障診断装置により、上記車両の故障診断方法を実現することができる。
この発明の一実施の形態に係る車両の故障診断装置の概略構成を示すブロック説明図である。 図1のコントロールユニットの回路構成を示すブロック図である。 クラッチ制御系が正常であるときの電流指令値とモニタ値の時間変化及び油圧スイッチオン時をグラフで示す説明図である。 コントロールユニットハードウェア或いはリニアソレノイドの故障時における、電流指令値とモニタ値の時間変化及び油圧スイッチオン時をグラフで示す説明図である。 電動ポンプ故障時における電流指令値とモニタ値の時間変化及び油圧スイッチオン時をグラフで示す説明図である。 図1のコントロールユニットの起動シーケンスの一例を示す説明図である。 図1のコントロールユニットによる車両の故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
符号の説明
10 コントロールユニット
11 油圧ポンプ
12 バッテリ
13 イグニッション
14 ポンプドライバ
15 強電バッテリ
16 強電リレー
17 DC/DCコンバータ
18 リニアソレノイド
19 油圧スイッチ
20 変速ユニット
21 CPU
22 スイッチング素子
23 シャント抵抗
24 演算増幅器
25 エンジンコントローラモジュール
26 モータコントローラ
27 バッテリコントローラ
a 電流指令値
b 電流フィードバック値
c 油圧スイッチ信号

Claims (5)

  1. 出力側に、変速機の速度制御を行うアクチュエータ及び油圧スイッチを有する変速ユニットが接続された、車両を統合制御するコントロールユニットによる車両の故障診断方法において、
    前記コントロールユニットによる前記アクチュエータ作動させるための電流指令値を前記アクチュエータへ出力、作動した前記アクチュエータからの電流フィードバック値の入力、及び前記油圧スイッチの作動を確認する処理と、
    記電流指令値と前記電流フィードバック値を比較する処理と、
    前記電流指令値と前記電流フィードバック値の比較結果から、|電流指令値−電流フィードバック値|>故障判定閾値であれば、制御回路系が故障したと判定し、前記電流指令値の出力時の、前記電流フィードバック値と前記油圧スイッチの作動状態を比較した比較結果から、油圧スイッチオン閾値−許容幅<電流フィードバック値<油圧スイッチオン閾値+許容幅の間で前記油圧スイッチが作動していなければ、油圧系が故障したと判定する処理と
    を有する車両の故障診断方法。
  2. 前記制御回路系の故障或いは前記油圧系の故障を判定した後に、前記車両を安全な状態に制御する処理及び故障を告知する処理を有する請求項1に記載の車両の故障診断方法。
  3. 故障したと判定する処理は、前記コントロールユニットの起動シーケンス制御における車両走行可能状態となる前に実施する請求項1または2に記載の車両の故障診断方法。
  4. 出力側に、変速機の速度制御を行うアクチュエータ及び油圧スイッチを有する変速ユニットが接続された、車両を統合制御するコントロールユニットによる車両の故障診断装置において、
    前記コントロールユニットは前記アクチュエータ作動させるための電流指令値を前記アクチュエータへ出力し、作動した前記アクチュエータからの電流フィードバック値の入力、及び前記油圧スイッチの作動を確認して、前記電流指令値と前記電流フィードバック値を比較し、前記電流指令値と前記電流フィードバック値の比較結果から、|電流指令値−電流フィードバック値|>故障判定閾値であれば、制御回路系が故障したと判定し、前記電流指令値の出力時の、前記電流フィードバック値と前記油圧スイッチの作動状態を比較した比較結果から、油圧スイッチオン閾値−許容幅<電流フィードバック値<油圧スイッチオン閾値+許容幅の間で前記油圧スイッチが作動していなければ、油圧系が故障したと判定する車両の故障診断装置。
  5. 前記制御回路系の故障或いは前記油圧系の故障を判定した後に、前記車両を安全な状態に制御すると共に故障を告知する請求項に記載の車両の故障診断装置。
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