JP6122068B2 - 車速検出装置の故障判定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車速検出装置の故障を判定する故障判定装置に関する。
従来、車速検出装置の故障判定装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。この故障判定装置は、後輪駆動タイプの4輪車両に適用されたものであり、変速機の出力軸の回転速度を検出する1つの車速センサと、4つの車輪の回転速度をそれぞれ検出する4つの車輪速度センサと、これらのセンサが接続されたABS−ECUなどを備えている。このABS−ECUでは、4つの車輪速度センサの検出信号に基づいて、車輪のロック状態が発生するのを回避するために、ABS制御が実行される。
また、故障判定装置では、車速センサの検出信号に基づいて第1車速を算出し、2つの後輪用の車輪速度センサの検出信号に基づいて第2車速が算出される。そして、所定の故障判定条件が成立している場合において、第1車速と第2車速の偏差である車速偏差の絶対値が所定値を超えているときに、車速センサが故障していると判定される。
近年の機能安全規格(ISO26262)では、車速センサの故障の有無を常時監視することが要求されている。これを満たすために、特許文献1の故障判定装置を適用した場合、上述した手法で車速センサの故障を判定する関係上、車速センサ以外に、2つの車輪速度センサが必要となる。これに対して、発展途上国などで使用される車両の場合、車速を検出するために、1つの車速センサは備えているものの、低価格化などの理由により、それ以外の車輪速度センサを備えていない車両が多数存在している。そのような車両において、上記の故障判定装置を適用しようとした場合、2つの車輪速度センサを追加する必要があることで、その分、製造コストや製品価格の上昇を招いてしまい、結果的に、商品性が低下してしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、1つの車速検出装置のみを用いた場合において、製造コスト及び製品価格の上昇を回避しながら、その故障判定を常時、精度よく実行することができ、高い商品性を確保できる車速検出装置の故障判定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に、請求項1に係る発明は、車両Vの速度である車速を表す車速検出信号を出力する車速検出装置(車速センサ20)の故障判定装置1であって、車速検出信号に基づいて、車速の検出値である検出車速Vs_actを算出する検出車速算出手段(ECU2、ステップ5)と、車両Vの動力源(エンジン3)の速度である動力速度(エンジン回転速度Es)を取得する動力速度取得手段(ECU2、クランク角センサ21、ステップ4)と、車速と動力速度(エンジン回転速度Es)との相関性を表す相関性パラメータ(推定総変速比Rg_hat)を算出する相関性パラメータ算出手段(ECU2、ステップ8)と、算出された相関性パラメータ(推定総変速比Rg_hat)を記憶する記憶手段(ECU2)と、記憶手段に記憶されている、現時点よりも所定時間(所定の監視期間DT・nw)前の算出タイミングで算出された相関性パラメータ(推定総変速比のnw回前値Rg_hat(k−nw))と動力速度(エンジン回転速度Es)とを用いて、参照車速Vs_refを算出する参照車速算出手段(ECU2、ステップ10)と、参照車速Vs_refと検出車速Vs_actとの間の誤差を表す誤差パラメータ(監視用・車速誤差Ev_m)を用いて、車速検出装置(車速センサ20)の故障を判定する故障判定手段(ECU2、ステップ6,7)と、を備えることを特徴とする。
この車速検出装置の故障判定装置によれば、車速検出信号に基づいて、車速の検出値である検出車速が算出され、車両の動力源の速度である動力速度が取得され、車速と動力速度との相関性を表す相関性パラメータが算出されるとともに、算出された相関性パラメータが記憶される。さらに、記憶手段に記憶されている、現時点よりも所定時間前の算出タイミングで算出された相関性パラメータと動力速度とを用いて、参照車速が算出され、この参照車速と検出車速との間の誤差を表す誤差パラメータを用いて、車速検出装置の故障が判定される。この場合、一般的な車両は、動力速度を取得する動力速度取得手段を備えているので、そのような動力速度取得手段を用いて、特許文献1のような車輪速度センサを付加することなく、車速検出装置の故障判定を常時実行できることになる。すなわち、機能安全規格(ISO26262)を満たす故障判定装置を実現することができる。
これに加えて、現時点での相関性パラメータを用いて、現時点での車速の推定値を算出し、これと検出車速を比較することで、車速検出装置の故障判定を実行した場合、現時点よりも前のタイミングで故障が発生していた可能性がある状況下では、車速の推定値の信頼性が低下するのに起因して、故障の判定精度が低下してしまうことになる。これに対して、この故障判定装置では、参照車速が、現時点よりも所定時間前の算出タイミングで算出された相関性パラメータと動力速度とを用いて算出されるので、この所定時間前の算出タイミングを、車速検出装置の故障が発生していないと判定されていたタイミングに設定することによって、参照車速を信頼性の高い車速として算出することができる。以上のように、この故障判定装置によれば、製造コスト及び製品価格の上昇を回避しながら、車速検出装置の故障判定を常時、精度よく実行することができ、高い商品性を確保することができる(なお、本明細書における「動力速度を取得」の「取得」は、センサなどにより動力速度を直接検出することに限らず、動力速度を他のパラメータに基づいて算出することを含む)。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の車速検出装置(車速センサ20)の故障判定装置1において、誤差パラメータは、参照車速Vs_ref及び検出車速Vs_actの一方と他方との偏差である車速誤差(監視用・車速誤差Ev_m)であり、故障判定手段は、車速誤差のリアプノフ関数の微分値(関数微分値dLy)を用いて、車速検出装置(車速センサ20)の故障を判定することを特徴とする。
この車速検出装置の故障判定装置によれば、参照車速及び検出車速の一方と他方との偏差である車速誤差が誤差パラメータとして算出され、車速誤差のリアプノフ関数の微分値を用いて、車速検出装置の故障が判定される。一般に、誤差の収束挙動を評価する関数として、リアプノフ関数が知られており、このリアプノフ関数の微分値は、これが負値を示しているときには、誤差が値0に向かって収束中であることを表す一方、これが正値を示しているときには、誤差が増大していることを表すものである。したがって、この故障判定装置によれば、そのような車速誤差のリアプノフ関数の微分値を用いて、車速検出装置の故障を判定することにより、高精度の判定結果を迅速に得ることができる。すなわち、故障発生から短時間で故障を判定することができ、商品性を向上させることができる。
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の車速検出装置(車速センサ20)の故障判定装置1において、誤差パラメータは、参照車速Vs_ref及び検出車速Vs_actの一方と他方との偏差である車速誤差(監視用・車速誤差Ev_m)であり、故障判定手段は、車速誤差のリアプノフ関数の微分値及び車速誤差の少なくとも一方を所定算出期間(積算期間DT・np)、積算した積算値(故障判定用値Pv_m)を用いて、車速検出装置(車速センサ20)の故障を判定することを特徴とする。
この車速検出装置の故障判定装置によれば、参照車速及び検出車速の一方と他方との偏差である車速誤差が誤差パラメータとして算出され、車速誤差のリアプノフ関数の微分値及び車速誤差の少なくとも一方を所定算出期間、積算した積算値に用いて、車速検出装置の故障が判定される。前述したように、リアプノフ関数の微分値は、その正負によって、誤差が増大しているか又は誤差が値0に向かって収束中であるかを判定できるものである。また、リアプノフ関数の微分値及び/又は車速誤差を所定算出期間、積算した積算値を用いた場合、リアプノフ関数の微分値及び/又は車速誤差の1回分の算出値を用いる場合と比べて、算出結果のS/N比を向上させることができ、算出精度を向上させることができる。したがって、この故障判定装置によれば、車速誤差のリアプノフ関数の微分値及び車速誤差の少なくとも一方を所定算出期間、積算した積算値に用いて、車速検出装置の故障を判定することにより、故障の判定精度をさらに向上させることができ、商品性をさらに向上させることができる。
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の車速検出装置(車速センサ20)の故障判定装置1において、相関性パラメータ算出手段は、相関性パラメータ(推定総変速比Rg_hat)と動力速度(エンジン回転速度Es)に基づいて、推定車速Vs_hatを算出し、検出車速Vs_actと推定車速Vs_hatとの間の推定誤差(推定用・車速誤差Ev_id)を算出するとともに、推定誤差(推定用・車速誤差Ev_id)が最小になるように、所定の制御アルゴリズム[式(14),(15)]を用いて、相関性パラメータ(推定総変速比Rg_hat)を算出し、所定算出期間(積算期間DT・np)は、推定誤差(推定用・車速誤差Ev_id)が最小値に収束するのに要する時間よりも長い値に設定されていることを特徴とする。
この車速検出装置の故障判定装置によれば、現時点よりも1回前の算出タイミングで算出された相関性パラメータと動力速度に基づいて、推定車速を算出し、検出車速と推定車速との間の推定誤差を算出するとともに、推定誤差が最小になるように、所定の制御アルゴリズムを用いて、相関性パラメータが算出される。この場合、所定算出期間が、推定誤差が最小値に収束するのに要する時間よりも長い値に設定されているのに対して、車速誤差のリアプノフ関数の微分値及び車速誤差の少なくとも一方を所定算出期間、積算した積算値に用いて、車速検出装置の故障判定が実行される関係上、故障判定の実行タイミングは、推定誤差が最小値に収束した後のタイミングとなる。それにより、判定精度をより一層、向上させることができる。
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の車速検出装置(車速センサ20)の故障判定装置1において、相関性パラメータ算出手段は、現時点よりも1回前の算出タイミングで算出された相関性パラメータ(推定総変速比Rg_hat)と動力速度(エンジン回転速度Es)に基づいて、推定車速Vs_hatを算出し、検出車速Vs_actと推定車速Vs_hatとの間の推定誤差(推定用・車速誤差Ev_id)を算出するとともに、推定誤差(推定用・車速誤差Ev_id)が最小になるように、所定の制御アルゴリズム[式(14),(15)]を用いて、相関性パラメータを算出し、所定時間(監視期間DT・nw)は、推定誤差(推定用・車速誤差Ev_id)が最小値に収束するのに要する時間よりも長い値に設定されていることを特徴とする。
この車速検出装置の故障判定装置によれば、現時点よりも1回前の算出タイミングで算出された相関性パラメータと動力速度に基づいて、推定車速を算出し、検出車速と推定車速との間の推定誤差を算出するとともに、推定誤差が最小になるように、所定の制御アルゴリズムを用いて、相関性パラメータが算出される。この場合、所定時間が、推定誤差が最小値に収束するのに要する時間よりも長い値に設定されているのに対して、所定時間前の算出タイミングで算出された相関性パラメータを用いて、車速検出装置の故障判定が実行される関係上、故障判定の実行タイミングは、推定誤差が最小値に収束した後のタイミングとなる。それにより、判定精度をより一層、向上させることができる。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の車速検出装置(車速センサ20)の故障判定装置1において、故障判定手段は、動力源(エンジン3)の動力が車両Vの駆動輪6に伝達可能な状態にあるときの誤差パラメータ(監視用・車速誤差Ev_m)を用いて、車速検出装置(車速センサ20)の故障を判定することを特徴とする。
一般に、動力源の動力が車両の駆動輪に伝達されていない状態で、車速検出装置の故障判定を実施すると、誤判定が発生するおそれがある。これに対して、この車速検出装置の故障判定装置によれば、動力源の動力が車両の駆動輪に伝達可能な状態にあるときの誤差パラメータを用いて、車速検出装置の故障が判定されるので、そのような誤判定を回避することができ、判定精度をさらに向上させることができる。
請求項7に係る発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の車速検出装置(車速センサ20)の故障判定装置1において、参照車速算出手段は、現時点よりも所定時間前において車速検出装置(車速センサ20)が正常であると判定されていたときの相関性パラメータ(推定総変速比のnw回前値Rg_hat(k−nw))と、動力速度(エンジン回転速度Es)とを用いて、参照車速Vs_refを算出することを特徴とする。
この車速検出装置の故障判定装置によれば、車速検出装置が正常であると判定されていたときの相関性パラメータと、動力速度とを用いて、参照車速が算出されるので、そのような参照車速を用いて、車速検出装置の故障判定を実行することによって、判定精度をさらに向上させることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る車速検出装置の故障判定装置について説明する。本実施形態の故障判定装置1は、図1に示す車両Vに搭載された車速検出装置としての車速センサ20の故障を判定するものである。この車両Vは、4輪車両タイプのものであり、ECU2、エンジン3、クラッチ4、手動変速機5、左右の駆動輪6,6、左右の従動輪(図示せず)及び各種のセンサ20〜24などを備えている。
エンジン3は、動力源として車両Vに搭載されたガソリンエンジンタイプのものであり、その運転状態がECU2によって制御される。このエンジン3のクランクシャフト3aは、クラッチ4を介して手動変速機5に連結されており、それにより、クラッチ4が接続されかつ手動変速機5がインギヤ状態(すなわち変速段による動力伝達が可能な状態)にあるときには、エンジン3の動力は、クラッチ4及び手動変速機5を介して、駆動輪6,6に伝達される。
なお、以下の説明では、クラッチ4が接続されかつ手動変速機5がインギヤ状態にあることで、エンジン3の動力が駆動輪6に伝達可能な状態にあることを「変速機が接続状態にある」といい、伝達不能な状態にあることを「変速機が遮断状態にある」という。
一方、ECU2には、車速センサ20、クランク角センサ21、クラッチセンサ22、シフト位置センサ23及びアクセル開度センサ24が電気的に接続されている。この車速センサ20は、車両Vの速度である車速を検出して、それを表す車速検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この車速検出信号に基づき、検出車速Vact(単位:km/h)を算出する。
また、クランク角センサ21は、クランクシャフト3aの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号をECU2に出力する。このCRK信号は、所定クランク角(例えば1゜)ごとに1パルスが出力され、ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン回転速度Es(単位:rpm)を算出する。なお、本実施形態では、クランク角センサ21が動力速度取得手段に相当し、エンジン回転速度Esが動力速度に相当する。
さらに、クラッチセンサ22は、車両Vのクラッチペダル(図示せず)の踏み込み操作量を検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、このクラッチセンサ22の検出信号に基づき、クラッチ4の接続/遮断状態を判定する。
一方、シフト位置センサ23は、手動変速機5におけるシフトレバー(図示せず)の位置であるシフト位置を検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、このシフト位置センサ23の検出信号に基づき、手動変速機5がインギヤ状態にあるか否かを判定する。
また、アクセル開度センサ24は、車両Vの図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。
さらに、ECU2は、CPU、RAM、ROM及びI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種センサ20〜24の検出信号に基づいて、後述するように、センサ監視処理などの各種の制御処理を実行する。
なお、本実施形態では、ECU2が、検出車速算出手段、動力速度取得手段、相関性パラメータ算出手段、記憶手段、参照車速算出手段及び故障判定手段に相当する。
次に、図2を参照しながら、本実施形態のセンサ監視処理について説明する。このセンサ監視処理は、車速センサ20の動作状態を常時、監視しながら、その故障が発生したか否かを判定するものであり、ECU2によって、所定の制御周期DT(例えば100msec)で実行される。なお、以下の説明において算出/設定される各種の値は、ECU2のRAM内に記憶されるとともに、各種のフラグの値は、エンジン3の始動時に「0」にリセットされるものとする。
また、以下の説明において、記号(k)付きの各離散データは、ECU2により、所定の制御周期DTで算出されたデータであることを示しており、記号k(kは正の整数)は各離散データの算出サイクルの順番を表している。例えば、記号kは今回の算出タイミングで算出された今回値であることを、記号k−1は前回の算出タイミングで算出された前回値であることをそれぞれ示している。さらに、以下の説明では、各離散データの今回値を示す記号(k)を適宜省略する。
図2に示すように、まず、ステップ1(図では「S1」と略す。以下同じ)で、センサ故障フラグの前回値F_VsFail(k−1)が「0」であるか否かを判別する。
このセンサ故障フラグF_VsFailは、車速センサ20の故障が発生しているか否かを表すものであり、その値は後述するように設定される。このステップ1の判別結果がNOで、前回の制御タイミングで車速センサ20の故障が発生していたときには、センサ監視処理を終了すべきであると判定して、そのまま本処理を終了する。
一方、ステップ1の判別結果がYESで、前回の制御タイミングで車速センサ20が正常であったときには、ステップ2に進み、変速比使用条件フラグの前回値F_EstGR(k−1)が「0」であるか否かを判別する。
この変速比使用条件フラグF_EstGRは、後述する推定総変速比Rg_hatの演算結果が使用可能な状態(使用可能な精度)にあるか否かを表すものであり、その値は後述する図6の各種条件判定処理において設定される。
このステップ2の判別結果がNOのときには、後述するステップ8に進む。一方、このステップ2の判別結果がYESのとき、すなわち前回の制御タイミングで、推定総変速比Rg_hatの演算結果が使用可能な状態になっていたときには、ステップ3に進み、センサ監視条件フラグF_VsMoniが「1」であるか否かを判別する。このセンサ監視条件フラグF_VsMoniは、車速センサ20の監視条件が成立しているか否かを表すものであり、その値は後述する図6の各種条件判定処理において設定される。
このステップ3の判別結果がNOのときには、後述するステップ8に進む。一方、このステップ3の判別結果がYESで、車速センサ20の監視条件が成立しているときには、ステップ4に進み、前述したCRK信号に基づき、エンジン回転速度Esを算出する。
次いで、ステップ5に進み、前述した車速検出信号に基づき、検出車速Vs_actを算出する。
次に、ステップ6で、故障判定用値Pv_mの算出処理を実行する。この故障判定用値Pv_m(積算値)は、車速センサ20の故障判定に用いられる値であり、具体的には、図3に示すように算出される。
この式(1)に示すように、参照車速Vs_refは、nw回前の制御タイミングで算出された推定総変速比の値Rg_hat(k−nw)とエンジン回転速度Esの積として算出される。このnwは、車速センサ20の監視期間を規定する監視期間値であり、この監視期間値nwによって決まる監視期間DT・nwが、後述する推定用・車速誤差Ev_idが最小値(値0)に収束するのに要する時間よりも十分に長くなるような正の所定値に設定されている。
この場合、ステップ6の故障判定用値Pv_mの算出処理は、前述したステップ1の判別結果がYESで、前回の制御タイミングで車速センサ20が正常であったときに実行されるので、nw回前の制御タイミングで算出された推定総変速比の値Rg_hat(k−nw)も、車速センサ20が正常であったときに算出されたものと見なすことができる。すなわち、参照車速Vs_refは、車速センサ20が正常であったときの推定総変速比Rg_hatから算出した車速として算出される。また、参照車速Vs_refの単位がkm/hであり、エンジン回転速度Esの単位がrpmである関係上、推定総変速比Rg_hatは、無次元の値ではなく、単位:rpmを単位:km/hに換算できる次元の値に設定されている。
ステップ11に続くステップ12で、下式(3)により、関数微分値dLyを算出する。この関数微分値dLyは、後述するリアプノフ関数Lyの微分値であり、本実施形態では、車速誤差のリアプノフ関数の微分値に相当する。
ステップ14に続くステップ15で、下式(7)により、重み付け誤差Wv_mを算出する。
この式(7)のK_vmは、0≦K_vm≦1が成立するように設定される重み係数であり、本実施形態の場合には、0<K_vm<1に設定されている。この式(7)に示すように、重み付け誤差Wv_mは、正微分値dLy_poと誤差絶対値Ev_abs_mの加重平均値として算出される。この理由については後述する。
次いで、ステップ16に進み、下式(8)により、故障判定用値Pv_mを算出する。
この式(8)のnpは、故障判定用値Pv_mにおける重み付け誤差Wv_mの積算回数を規定する積算回数値であり、本実施形態では、監視期間値nwと等しい値に設定されている。式(8)に示すように、故障判定用値Pv_mは、今回の制御タイミングからnp回前の制御タイミングの間の積算期間DT・np(所定算出期間)に算出されたnp個の重み付け誤差Wv_mの積算値として算出される。
図2に戻り、ステップ6で、故障判定用値Pv_mを以上のように算出した後、ステップ7に進み、故障判定処理を実行する。この故障判定処理は、具体的には、図4に示すように実行される。
同図に示すように、まず、ステップ20で、故障判定用値Pv_mが所定のしきい値Th_Pv以上であるか否かを判別する。この判別結果がYESのときには、ステップ21に進み、センサ故障フラグの前回値F_VsFail(k−1)が「0」であるか否かを判別する。
この判別結果がYESのときには、今回の制御タイミングで、車速センサ20の故障が発生したと判定して、それを表すために、ステップ22に進み、センサ故障フラグF_VsFailを「1」に設定した後、本処理を終了する。
一方、上述したステップ20又は21の判別結果がNOのとき、すなわちPv_m<Th_Pvが成立しているとき、又は前回以前の制御タイミングで車速センサ20の故障が発生していたときには、ステップ23に進み、センサ故障フラグF_VsFailをその前回値F_VsFail(k−1)に設定した後、本処理を終了する。
以上のように、車速センサ20の故障判定は、故障判定用値Pv_mを所定のしきい値Th_Pvと比較することによって実行される。この場合、前述した関数微分値dLy及び監視用・車速誤差Ev_mはいずれも正負の値を示す可能性があるので、前述した重み付け誤差Wv_mを、関数微分値dLy及び監視用・車速誤差Ev_mの加重平均値として算出した場合、重み付け誤差Wv_mの積算値である故障判定用値Pv_mは、増大のみでなく一時的に減少する可能性があり、それに起因して、車速センサ20が故障している条件下では、センサ故障の判定結果が出るまでに時間がかかってしまう。したがって、本実施形態では、車速センサ20が故障している条件下で、センサ故障の判定結果を迅速に得るために、重み付け誤差Wv_mを、正微分値dLy_poと誤差絶対値Ev_abs_mの加重平均値として算出している。
図2に戻り、以上のステップ2,3又は7に続くステップ8で、相関性パラメータとしての推定総変速比Rg_hatの算出処理を実行する。この算出処理は、具体的には図5に示すように実行される。
同図に示すように、ステップ30で、変速機接続フラグF_TM_CLSが「1」であるか否かを判別する。この変速機接続フラグF_TM_CLSは、変速機が接続にあるか否かを表すものであり、その値は後述する図6の各種条件判定処理において設定される。
以上の式(11)〜(13)におけるEv_id_lmtは、所定のリミット値(>0)である。
次いで、ステップ35に進み、下式(15)に示す同定アルゴリズムにより、推定用・車速誤差Ev_idが最小(すなわち値0)になるように、推定総変速比の次回値Rg_hat(k+1)を算出した後、本処理を終了する。この推定総変速比の次回値Rg_hat(k+1)は、次回の制御タイミングにおいて、前述したステップ31での推定車速Vs_hatの算出に用いられる。すなわち、前述したステップ31では、1回前の算出タイミングで算出された推定総変速比Rg_hatが用いられる。
一方、前述したステップ30の判別結果がNOで、変速機が遮断状態にあるときには、ステップ36に進み、推定総変速比の次回値Rg_hat(k+1)を値0に設定した後、本処理を終了する。
図2に戻り、ステップ8で、推定総変速比Rg_hatの算出処理を以上のように実行した後、センサ監視処理を終了する。
次に、図6を参照しながら、各種条件判定処理について説明する。この処理は、前述した各種のフラグの値を設定するものであり、ECU2によって所定の制御周期で実行される。
同図に示すように、まず、ステップ40で、クラッチセンサ22及びシフト位置センサ23の検出信号に基づき、変速機が接続状態にあるか否かを判別する。この判別結果がYESで、変速機が接続状態にあるときには、それを表すために、ステップ41に進み、前述した変速機接続フラグF_TM_CLSを「1」に設定する。
一方、ステップ40の判別結果がNOで、変速機が遮断状態にあるときには、それを表すために、ステップ42に進み、前述した変速機接続フラグF_TM_CLSを「0」に設定する。
以上のステップ41又は42に続くステップ43で、変速機接続時間タイマの計時値tm1が所定値t_waitよりも大きいか否かを判別する。この変速機接続時間タイマは、上記変速機接続フラグF_TM_CLSが「0」から「1」に切り換わった以降、F_TM_CLS=1が継続している時間を計時するものである。
このステップ43の判別結果がYESで、変速機が接続状態になった時点から値DT・t_waitを上回る時間が経過しているときには、ステップ44に進み、推定用・車速誤差の絶対値|Ev_id|が所定の判定値Ejudよりも小さいか否かを判別する。
この判別結果がYESのときには、推定総変速比Rg_hatの演算結果が使用可能な状態にあると判定して、それを表すために、ステップ45に進み、前述した変速比使用条件フラグF_EstGRを「1」に設定する。
一方、上述したステップ43又は44の判別結果がNOのとき、すなわちtm1≦t_wait又は|Ev_id|≧Ejudが成立しているときには、推定総変速比Rg_hatの演算結果が使用可能な状態にないと判定して、それを表すために、ステップ46に進み、前述した変速比使用条件フラグF_EstGRを「0」に設定する。
以上のステップ45又は46に続くステップ47で、監視待機タイマの計時値tm2が所定の待機値t_vmよりも大きいか否かを判別する。この監視待機タイマは、上記変速比使用条件フラグF_EstGRが「0」から「1」に切り換わった以降、F_EstGR=1が継続している時間を計時するものである。
このステップ47の判別結果がYESで、推定総変速比Rg_hatの演算結果が使用可能な状態になった時点から値DT・t_vmを上回る時間が経過しているときには、ステップ48に進み、図示平均有効圧力の要求値IMEP_Dが所定値I_vmよりも大きいか否かを判別する。
この図示平均有効圧力の要求値IMEP_Dは、車両Vの運転者によってエンジン3に要求されている図示平均有効圧力を表す値であり、具体的には、アクセル開度AP及びエンジン回転速度Esに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。
ステップ48の判別結果がYESのときには、車速センサ20の監視条件が成立したと判定して、それを表すために、ステップ49に進み、前述したセンサ監視条件フラグF_VsMoniを「1」に設定した後、本処理を終了する。
一方、上述したステップ47又は48の判別結果がNOのとき、すなわちtm2≦t_vm又はIMEP_D≦I_vmが成立しているときには、車速センサ20の監視条件が成立していないと判定して、それを表すために、ステップ50に進み、前述したセンサ監視条件フラグF_VsMoniを「0」に設定した後、本処理を終了する。
次に、本実施形態の故障判定装置1における車速センサ20の故障判定手法の原理について説明する。まず、車両Vの車速の推定値である推定車速Vs_hatとエンジン回転速度Esとの関係を、前述したモデル式(9)として定義する。
このモデル式(9)のモデル誤差を、検出車速Vs_actと推定車速Vs_hatとの偏差として定義し、このモデル誤差に対してリミット演算処理を施すと、前述した式(10)〜(13)が導出され、これらの式(10)〜(13)によって、推定用・車速誤差Ev_idが算出される。そして、この推定用・車速誤差Ev_idが最小(すなわち値0)になるように、同定アルゴリズムを適用すると、前述した式(14),(15)が導出され、これらの式(14),(15)によって、推定総変速比Rg_hatが算出される。
また、以上のように推定総変速比Rg_hatを算出した場合において、車速センサ20の故障が発生したときの、推定車速Vs_hat、検出車速Vs_act及び推定総変速比Rg_hatのシミュレーション結果は図7(a),(b)に示すものとなる。この図7(a)の1点鎖線で示す曲線は、車速センサ20が正常であるときの正常時車速Vs_norのシミュレーション結果を表しており、図7(b)の1点鎖線で示す曲線は、車速センサ20が正常であるときの正常時総変速比Rg_norのシミュレーション結果を示している。
図7(a),(b)に示すように、時刻t1で、車速センサ20の故障が発生した場合、それ以降、推定車速Vs_hatは、検出車速Vs_actに対して一時的に離間するものの、時刻t2で検出車速Vs_actに収束することなる。また、推定総変速比Rg_hatは、時刻t1以降、正常時総変速比Rg_norから緩やかに離間する状態となる。推定車速Vs_hatと検出車速Vs_actの関係は、以上のような状態になるので、両者の比較結果(大小関係)に基づいて、車速センサ20の故障判定を実行した場合、その判定精度は、S/N比の低いものとなる。言い換えれば、誤判定が発生しやすいものとなる。
この点を解消するために、本実施形態の故障判定装置1の場合、前述した式(1)に示すように、今回の制御タイミングよりもnw回前の制御タイミングで、車速センサ20が正常であると判定されていたときの推定総変速比Rg_hat(k−nw)を用いて、参照車速Vs_refを算出している。このようにした場合、図7(c)のシミュレーション結果に示すように、時刻t1で、車速センサ20の故障が発生した以降、参照車速Vs_refは、正常時車速Vs_norと同じように変化するので、時間の経過に伴って、検出車速Vs_actから離間するとともに、経過時間が長くなるほど、その離間度合いが大きくなる。
すなわち、図7(c)に示す参照車速Vs_refと検出車速Vs_actの比較結果(大小関係)に基づいて、車速センサ20の故障判定を実行した場合、図7(a)に示す推定車速Vs_hatと検出車速Vs_actの比較結果(大小関係)に基づく場合と比べて、S/N比が向上し、判定精度が向上することになる。特に、図7(c)にハッチングで示す参照車速Vs_refと検出車速Vs_actの間の領域の面積は、図7(a)にハッチングで示す推定車速Vs_hatと検出車速Vs_actの間の領域の面積よりも広くなっており、この面積の大小関係が、S/N比の高低関係に直結していることが判る。なお、図7(c)における時刻t3は、前述した故障判定用値Pv_m≧Th_Pvが成立したタイミングに相当する。
以上の理由に基づき、本実施形態の故障判定装置1では、前述した式(2)に示すように、監視用・車速誤差Ev_mを参照車速Vs_refと検出車速Vs_actとの偏差に設定する。また、一般に、誤差の収束挙動を評価する関数として、リアプノフ関数が知られており、この監視用・車速誤差Ev_mのリアプノフ関数Lyを離散時間系で定義すると、下式(16)に示すものが一般的である。
このリアプノフ関数Lyの微分値である関数微分値dLyは、前述した式(3)に定義されるものとなる。この場合、関数微分値dLyは、リアプノフ関数Lyの微分値であるので、これが負値のときには、監視用・車速誤差Ev_mが値0に収束していることを表す一方、これが正値のときには、監視用・車速誤差Ev_mの絶対値が増大していることを表すことになる。すなわち、関数微分値dLyを参照することで、監視用・車速誤差Ev_mが増大しているか否かを判定できることになる。
以上の原理に基づき、前述した式(4)〜(7)に示すように、監視用・車速誤差Ev_mの絶対値として算出される誤差絶対値Ev_abs_mと、関数微分値dLyが正値であるときにのみ値0以外の値として算出される正微分値dLy_poとの加重平均演算によって、重み付け誤差Wv_mを算出する。そして、前述した式(8)に示すように、この重み付け誤差Wv_mを積算期間DT・npの間、積算することによって、故障判定用値Pv_mを算出し、この故障判定用値Pv_mと所定のしきい値Th_Pvとの比較結果に基づいて、車速センサ20の故障判定が実行される。その結果、本実施形態の車速センサ20の故障判定手法によれば、故障判定結果におけるS/N比を向上させることができるとともに、前述したように、関数微分値dLy及び監視用・車速誤差Ev_mをそのまま用いて、故障判定用値Pv_mを算出した場合と比べて、故障判定結果が迅速に得られることになる。
次に、図8を参照しながら、本実施形態の故障判定装置1による故障判定処理のシミュレーション結果について説明する。同図に示すように、時刻t11で、車速センサ20の故障が発生すると、それ以降、検出車速Vs_actが低下し、それに伴って、監視用・車速誤差Ev_m、正微分値dLy_po及び重み付け誤差Wv_mがいずれも増大することで、故障判定用値Pv_mが増大する。
そして、時間の経過に伴い、Pv_m≧Th_Pvが成立したタイミング(時刻t12)で、センサ故障フラグF_VsFailが「0」から「1」に変化する。それ以降、監視用・車速誤差Ev_mが増大するのに伴って、故障判定用値Pv_mは増大するものの、監視用・車速誤差Ev_mの増大速度が低下するのに伴って、正微分値dLy_po及び重み付け誤差Wv_mがいずれも減少する。
そして、値DT・nwに相当する時間が経過したタイミング(時刻t13)で、nw回前の制御タイミングで算出された推定総変速比の値Rg_hat(k−nw)が低下し始めるのに伴って、参照車速Vs_refが低下し、検出車速Vs_actに近づくように変化する。それに伴って、監視用・車速誤差Ev_m、正微分値dLy_po及び重み付け誤差Wv_mがいずれも減少することで、故障判定用値Pv_mも減少することになる。
以上のように、本実施形態の故障判定装置1によれば、図2のセンサ監視処理において、ステップ4で、クランク角センサ21のCRK信号に基づいて、エンジン回転速度Esが算出され、ステップ5で、車速センサ20の車速検出信号に基づいて、検出車速Vs_actが算出され、ステップ6で、前述した式(1)〜(8)の制御アルゴリズムにより、故障判定用値Pv_mが算出される。そして、ステップ7の故障判定処理で、この故障判定用値Pv_mがしきい値Th_Pv以上のときに、車速センサ20が故障していると判定されるとともに、ステップ8で、前述した式(9)〜(15)の制御アルゴリズムにより、推定総変速比の次回値Rg_hat(k+1)が算出される。
この場合、一般的な車両は、クランク角センサ21などのエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度センサを備えているので、そのようなエンジン回転速度センサを用いて、特許文献1のような車輪速度センサを付加することなく、車速検出装置としての車速センサ20の故障判定を常時実行できることになる。すなわち、機能安全規格(ISO26262)を満たす故障判定装置1を実現することができる。
また、現時点での推定総変速比Rg_hatを用いて、現時点での推定車速Vs_hatを算出し、これと検出車速Vs_actを比較することで、車速センサ20の故障判定を実行した場合、現時点よりも前のタイミングで故障が発生していた可能性がある状況下では、推定車速Vs_hatの信頼性が低下するのに起因して、判定精度が低下してしまうことになる。これに対して、本実施形態の故障判定装置1によれば、ステップ1の判別結果がYESで、nw回前の制御タイミングで車速センサ20が正常であると判定されていたときに、その制御タイミングで算出された推定総変速比のnw回前値Rg_hat(k−nw)と、エンジン回転速度Esとを用いて、参照車速Vs_refが算出されるので、参照車速Vs_refを信頼性の高い値として算出することができる。以上のように、この故障判定装置1によれば、車速センサ20以外のセンサを追加することなく、製造コスト及び商品価格の上昇を回避しながら、車速センサ20の故障判定を常時、精度よく実行することができ、高い商品性を確保することができる。
さらに、故障判定用値Pv_mの算出処理において、関数微分値dLyが、監視用・車速誤差Ev_mのリアプノフ関数の微分値として算出され、この関数微分値dLyの正値のみを選択した正微分値dLy_poと、監視用・車速誤差Ev_mの絶対値である誤差絶対値Ev_abs_mとの加重平均演算によって、重み付け誤差Wv_mが算出され、この重み付け誤差Wv_mのnp+1個分の積算値として、故障判定用値Pv_mが算出される。この場合、リアプノフ関数の微分値は、これが正値を示しているときには、誤差が増大していることを表すので、その正値のみを選択した正微分値dLy_poを用いることで、高精度の故障判定結果を迅速に得ることができる。また、監視用・車速誤差Ev_mの絶対値のみを用いることによって、正負の値を示す可能性がある監視用・車速誤差Ev_mをそのまま用いる場合と比べて、誤差の増大傾向を迅速に判定することができる。これに加えて、そのような2つの値dLy_po,Ev_abs_mの加重平均値Wv_mをnp+1個分、積算することによって故障判定用値Pv_mが算出されるので、1回分の加重平均値Wv_mを用いた場合と比べて、故障判定結果のS/N比を向上させることができ、故障判定精度を向上させることができる。
また、推定総変速比Rg_hatは、前述した式(9)〜(15)の制御アルゴリズムにより、推定用・車速誤差Ev_idが最小になるように(すなわち、Ev_id=0になるように)算出され、監視期間値nwは、監視期間DT・nwが推定用・車速誤差Ev_idが最小値に収束するのに要する時間よりも十分に長くなるように設定されている。そのため、故障判定用値Pv_mは、nw回前の算出タイミングで算出された推定総変速比Rg_hat(k−nw)を用いて算出される関係上、故障判定の実行タイミングは、推定用・車速誤差Ev_idが最小値すなわち値0に収束した後のタイミングとなる。同じ理由により、積算回数値npが監視期間値nwと等しい値に設定されているので、故障判定の実行タイミングは、推定用・車速誤差Ev_idが最小値すなわち値0に収束した後のタイミングとなる。それにより、判定精度をより一層、向上させることができる。
さらに、エンジン3の動力が駆動輪6に伝達されていない状態で、車速センサ20の故障判定を実施すると、誤判定が発生するおそれがある。これに対して、この故障判定装置1によれば、エンジン3の動力が駆動輪6に伝達可能な状態にあるときに、車速センサ20の故障が判定されるので、そのような誤判定を回避することができ、判定精度をさらに向上させることができる。
なお、実施形態は、車速検出装置として、車速センサ20を用いた例であるが、本発明の車速検出装置はこれに限らず、車両の速度を検出するものであればよい。例えば、車速検出装置として、レゾルバタイプ又はロータリーエンコーダタイプのものを用いてもよい。
また、実施形態は、本発明の故障判定装置を4輪タイプの車両Vに適用した例であるが、本発明の故障判定装置はこれに限らず、車速検出装置を備えた各種の車両に適用可能である。例えば、本発明の故障判定装置を、2輪又は3輪タイプの車両や、6輪以上の車両、無限軌道を備えた車両に適用してもよい。
さらに、実施形態は、車両の動力源として、エンジン3を用いた例であるが、本発明の動力源はこれに限らず、動力を発生するものであればよい。例えば、動力源として、軽油、LPG又は混合燃料を燃料する内燃機関や電気モータを用いてもよく、電気モータ及び内燃機関を組み合わせて用いてもよい。
一方、実施形態は、動力速度取得手段として、クランク角センサ21を用いた例であるが、本発明の動力速度取得手段はこれに限らず、動力速度を取得できるものであればよい。例えば、レゾルバやロータリエンコーダを動力速度取得手段として用いてもよい。
また、実施形態は、相関性パラメータとして、推定総変速比Rg_hatを用いた例であるが、本発明の相関性パラメータはこれに限らず、車速と動力速度との相関性を表すものであればよい。例えば、相関性パラメータとして、推定総変速比Rg_hatの逆数を用いてもよく、車速及び動力速度の一方と他方の偏差や比を用いてもよい。
さらに、実施形態は、誤差パラメータとして、監視用・車速誤差Ev_mを用いた例であるが、本発明の誤差パラメータはこれに限らず、参照車速と検出車速との間の誤差を表すものであればよい。例えば、誤差パラメータとして、監視用・車速誤差の負値(−Ev_m)や絶対値|Ev_m|を用いてもよく、参照車速Vs_refと検出車速Vs_actの比(Vs_ref/Vs_act)又はその逆数(Vs_act/Vs_ref)を用いてもよい。
一方、実施形態は、積算値として、正微分値dLy_poと誤差絶対値Ev_abs_mの加重平均値Wv_mを積算した値Pv_mを用いた例であるが、本発明の積算値はこれに限らず、車速誤差のリアプノフ関数の微分値及び車速誤差の少なくとも一方を所定算出期間、積算したものであればよい。例えば、積算値として、微分値dLy又は正微分値dLy_poのみを所定算出期間、積算した値や、監視用・車速誤差Ev_m又は誤差絶対値Ev_abs_mのみを所定算出期間、積算した値を用いてもよい。
また、実施形態では、監視期間値nwをnw=npが成立するように設定したが、nw>npが成立するように設定してもよい。
さらに、実施形態は、リアプノフ関数の微分値として、式(16)に示す一般的なリアプノフ関数Lyの微分値dLyを用いた例であるが、リアプノフ関数は式(16)と異なる定義のものも存在するので、そのようなリアプノフ関数の微分値を用いてもよい。
1 故障判定装置
2 ECU(検出車速算出手段、動力速度取得手段、相関性パラメータ算出手段、記 憶手段、参照車速算出手段、故障判定手段)
3 エンジン(動力源)
6 駆動輪
20 車速センサ(車速検出装置)
21 クランク角センサ(動力速度取得手段)
Es エンジン回転速度(動力速度)
Vs_act 検出車速
Vs_ref 参照車速
nw 監視期間値
DT・nw 監視期間(所定時間)
Pv_m 故障判定用値(積算値)
Ev_m 監視用・車速誤差(誤差パラメータ、車速誤差)
dLy 関数微分値(車速誤差のリアプノフ関数の微分値)
np 積算期間値
DT・np 積算期間(所定算出期間)
Rg_hat 推定総変速比(相関性パラメータ)
Rg_hat(k−nw)推定総変速比のnw回前値(所定時間前に算出された相関性パ ラメータ)
Vs_hat 推定車速
Ev_id 推定用・車速誤差(推定誤差)
2 ECU(検出車速算出手段、動力速度取得手段、相関性パラメータ算出手段、記 憶手段、参照車速算出手段、故障判定手段)
3 エンジン(動力源)
6 駆動輪
20 車速センサ(車速検出装置)
21 クランク角センサ(動力速度取得手段)
Es エンジン回転速度(動力速度)
Vs_act 検出車速
Vs_ref 参照車速
nw 監視期間値
DT・nw 監視期間(所定時間)
Pv_m 故障判定用値(積算値)
Ev_m 監視用・車速誤差(誤差パラメータ、車速誤差)
dLy 関数微分値(車速誤差のリアプノフ関数の微分値)
np 積算期間値
DT・np 積算期間(所定算出期間)
Rg_hat 推定総変速比(相関性パラメータ)
Rg_hat(k−nw)推定総変速比のnw回前値(所定時間前に算出された相関性パ ラメータ)
Vs_hat 推定車速
Ev_id 推定用・車速誤差(推定誤差)
Claims (7)
- 車両の速度である車速を表す車速検出信号を出力する車速検出装置の故障判定装置であって、
前記車速検出信号に基づいて、前記車速の検出値である検出車速を算出する検出車速算出手段と、
前記車両の動力源の速度である動力速度を取得する動力速度取得手段と、
前記車速と前記動力速度との相関性を表す相関性パラメータを算出する相関性パラメータ算出手段と、
当該算出された相関性パラメータを記憶する記憶手段と、
当該記憶手段に記憶されている、現時点よりも所定時間前の算出タイミングで算出された前記相関性パラメータと前記動力速度とを用いて、参照車速を算出する参照車速算出手段と、
当該参照車速と前記検出車速との間の誤差を表す誤差パラメータを用いて、前記車速検出装置の故障を判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする車速検出装置の故障判定装置。 - 前記誤差パラメータは、前記参照車速及び前記検出車速の一方と他方との偏差である車速誤差であり、
前記故障判定手段は、当該車速誤差のリアプノフ関数の微分値を用いて、前記車速検出装置の故障を判定することを特徴とする請求項1に記載の車速検出装置の故障判定装置。 - 前記誤差パラメータは、前記参照車速及び前記検出車速の一方と他方との偏差である車速誤差であり、
前記故障判定手段は、当該車速誤差のリアプノフ関数の微分値及び当該車速誤差の少なくとも一方を所定算出期間、積算した積算値を用いて、前記車速検出装置の故障を判定することを特徴とする請求項1に記載の車速検出装置の故障判定装置。 - 前記相関性パラメータ算出手段は、前記相関性パラメータと前記動力速度に基づいて、推定車速を算出し、前記検出車速と当該推定車速との間の推定誤差を算出するとともに、当該推定誤差が最小になるように、所定の制御アルゴリズムを用いて、前記相関性パラメータを算出し、
前記所定算出期間は、前記推定誤差が最小値に収束するのに要する時間よりも長い値に設定されていることを特徴とする請求項3に記載の車速検出装置の故障判定装置。 - 前記相関性パラメータ算出手段は、現時点よりも1回前の算出タイミングで算出された前記相関性パラメータと前記動力速度に基づいて、推定車速を算出し、前記検出車速と当該推定車速との間の推定誤差を算出するとともに、当該推定誤差が最小になるように、所定の制御アルゴリズムを用いて、前記相関性パラメータを算出し、
前記所定時間は、前記推定誤差が最小値に収束するのに要する時間よりも長い値に設定されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の車速検出装置の故障判定装置。 - 前記故障判定手段は、前記動力源の動力が当該車両の駆動輪に伝達可能な状態にあるときの前記誤差パラメータを用いて、前記車速検出装置の故障を判定することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の車速検出装置の故障判定装置。
- 前記参照車速算出手段は、現時点よりも前記所定時間前において前記車速検出装置が正常であると判定されていたときの前記相関性パラメータと、前記動力速度とを用いて、前記参照車速を算出することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の車速検出装置の故障判定装置。
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