JP4118403B2 - 電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備える内燃機関に関し、特にアクセル開度センサとスロットル開度センサを２個ずつ備え、それぞれ一方の検出値を選択して使用するシステムにおいて、一個のセンサの故障時のフェイルセーフ制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクセル開度 (アクセルペダル踏込み量) あるいはそれと機関回転速度等とに基づいて、目標空気量が得られるようにスロットル弁の開度を電子制御する電制スロットルシステムがある（特開平７−１８０５７０号公報等参照) 。
かかる電制スロットルシステムの中でも、特に駆動系が故障した場合にアクセル操作でスロットル弁をワイヤ等で機械的に連動するフェイルセーフ機構を備えないもの（フル電制スロットルシステム) においては、例えば、以下のような方式が採用されている。アクセル開度センサとスロットル開度センサとを２個ずつ備え、アクセル開度については２個の検出値の中の小さい方を選択し（出力の過大防止のため) 、スロットル弁開度については、主のスロットル開度の検出値を用い、場合によって２個の検出値の中の大きい方を選択するようにしている（フィードバック制御により大きい方を選択して小さい方向に補正することにより出力の過大を防止するため) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなフル電制スロットルシステムにおけるフェイルセーフ方式では、１個のセンサが故障（以下一重故障という) した場合、残る１個のセンサのみの検出値を使用せざるを得ず、センサを二重に設けることによる保証が失われるので、少なくとも機関出力が過剰となって要求以上に車速が増大してしまう事態を防止し、必要最小限の速度例えば最大時速40Ｋｍ程度に抑えるような制御（リンプホーム制御) を行うことが要求されている。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、センサの一重故障時に、リンプホーム制御を確保できるようにした電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明は、図１に示すように、
アクセル開度を含む機関運転条件に応じて吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備えると共に、前記アクセル開度を検出するアクセル開度センサと前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサとを２個ずつ備えた電制スロットル式内燃機関において、
前記アクセル開度センサとスロットル開度センサに対して診断を行い、
アクセル開度センサについて２個のセンサがいずれも正常であるときは、２個のセンサの検出値の中、小さい方を選択し、スロットル開度センサについて２個のセンサがいずれも正常であるときは、特定した一方のセンサの検出値を選択する一方、
アクセル開度センサとスロットル開度センサについて、それぞれ２個ずつのセンサの中の１個が故障していると診断したときには、故障と診断されていない方のセンサの検出値を選択し、
前記アクセル開度センサとスロットル開度センサに対し、少なくとも一方のセンサについて、前記２個ずつのセンサの中の１個が故障していると診断したときには、
前記アクセル開度センサについて選択したセンサで検出されたアクセル開度と、
上限値と、
前記検出されたアクセル開度に対し、その増大変化率を、上限変化率以下の値に制限する処理を行ったアクセル開度と、
の中、最も小さい値を選択して使用する出力特性制限手段を含んで構成したことを特徴とする。
【０００６】
かかる構成によると、アクセル開度センサとスロットル開度センサの２個ずつのセンサの中、１個が故障したときに、残るセンサの検出値を用いることになるが、出力特性制限手段によって選択されたアクセル開度センサの出力特性に制限が与えられるため、該制限されたアクセル開度特性に応じたスロットル弁開度の制御により、急加速を抑制しつつ、絶対速度の増大も抑制したリンプホーム制御を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
２個のアクセル開度センサ（ＡＰＳ) １Ａ，１Ｂは、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度) を検出する。
【００１３】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度を検出できる。
エアフローメータ３は、機関４への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。
【００１４】
水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出する。
機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができる。
【００１５】
また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９の開度を電子制御可能なアクチュエータ１０が備えられている。また、前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検出する２個のスロットル開度センサ１１Ａ，１１Ｂが設けられている。
排気通路１２には、排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出することにより、燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段としての空燃比センサ１３が備えられる。
【００１６】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット１４へ入力され、該コントロールユニット１４は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を駆動してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００１７】
次に、前記アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ及びスロットル開度センサ１１Ａ，１１Ｂの故障診断及び故障時のフェイルセーフ制御（リンプホーム制御) について、図３を参照して説明する。
図において、アクセル開度センサ系統診断について説明すると、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの出力診断では、オープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラグＡＰＳ１ＣＡ，ＡＰＳ２ＣＡを１にセットするが、過渡的な故障を除去するため、故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧを１にセットして、該アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの故障を確定する。なお、各フラグ（後述するフラグも含めて) を１にセットしたときは、後述する各回路への出力がハイレベルであり、０にリセットされているときは各回路への出力がローレベルであるように設定されている。
【００１８】
また、アクセル開度センサ１Ａと１Ｂとの差が大きく不整合であるかの診断（ＡＰＳ不整合診断) も行い、不整合であるときにフラグＡＰＳＸＣＡを１にセットするが、この場合も過度的な不整合を除去するため、不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＡＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定する。
【００１９】
一方、スロットル開度センサ系統診断についてもアクセル開度センサ系統診断の場合と同様である。即ち、スロットル開度センサ１１Ａ，１１Ｂのオープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラグＴＰＳ１ＣＡ，ＴＰＳ２ＣＡを１にセットするが、該故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧを１にセットして、該スロットル開度センサ１１Ａ，１１Ｂの故障を確定し、スロットル開度センサ１１Ａと１１Ｂとの差が大きく不整合であるときにフラグＴＰＳＸＣＡを１にセットし、該不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＴＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定する。
【００２０】
そして、アクセル開度センサ系統については、３個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) つまりアクセル開度センサ系統の診断結果が全て正常の場合は、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの２つの検出値の中、小さい値の方を選択（ＬＯＷＥＲ) する。また、スロットル開度センサ系統については、３個のフラグＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) は、一方のスロットル開度センサ１４Ａの検出値ＴＰＯ１を選択する。
【００２１】
そして、各系統共に、全て正常と診断されている場合はリンプホームの必要もないので、センサ一重故障時リンプホーム許可フラグを０とする。したがって、両系統共に、全て正常の場合は、アクチュエータ１１が駆動されて、前記小さい方のアクセル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度となるように、スロットル弁９の開度が制御される。また、この場合、第１オア回路３１の出力はローレベルに維持されるので、警告灯は点灯しない。
【００２２】
また、少なくとも一方の系統について、不整合のフラグＡＰＳＸＣＡ（ＴＰＳＸＣＡ) のみが１にセットされているとき（各系統の表の２番目) は、いずれのアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) の検出値も信頼できないと判断し、第１オア回路３１がハイレベルとなって図の３２に示すように、警告灯が点灯されるが、前記完全な正常時と同様アクチュエータ１１が駆動されて、前記小さい方のアクセル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度となるように、スロットル弁９の開度が制御される。尚、以下の説明のように６個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧ，ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧの中の少なくとも１つが１である場合は、第１オア回路３１がハイレベルとなって警告灯が点灯されるので、以下では説明を省略する。
【００２３】
次に、各系統についてフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ（ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ) のいずれか１方が１つまりアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１１Ａ，１１Ｂ) の一方のみが故障（一重故障) と診断されている場合（各系統の表の３番目〜６番目) は、センサ一重故障時リンプホーム許可フラグを１にセットし、アクセル開度ＡＰＯ（スロットル開度ＴＰＯ) については、故障と診断されていない側の検出値、ＡＰＳ１又はＡＰＳ２（ＴＰＯ１又はＴＰＯ２) を選択するが、アクセル開度については、以下のような本発明に係るアクセル開度増大側の制限を与える。
【００２４】
即ち、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ又はスロットル開度センサ１１Ａ，１１Ｂの一重故障時には第２オア回路３３の出力がハイレベルとなってアクセル開度の出力特性に２種類の制限が加えられ（図示３４) 、１つは、アクセル開度の絶対値を上限値で制限し、他の１つはアクセル開度の増大変化率を上限変化率で制限する。具体的には、図４の（Ａ) に示すように、正常時でも上限値（ＡＰＯリミッター) 及び上限変化率（ΔＡＰＯリミッター) は設定されるが、それぞれ十分大きな値に設定され、通常のアクセル操作では、実質的に制限されないような値に設定され、一方、一重故障時の上限値（ＡＰＯリミッター) 及び上限変化率（ΔＡＰＯリミッター) はそれぞれ小さい値に設定されている。そして、一重故障時には、図の３５，３６に示すように、上限値（ＡＰＯリミッター) 及び上限変化率（ΔＡＰＯリミッター) をそれぞれ小さい値に切り換える構成とする。
【００２５】
また、上限変化率については、単位時間毎のアクセル開度の変化量の上限値として設定され、増大変化率つまり単位時間前の前回のアクセル開度から今回検出されたアクセル開度の増大変化量ΔＡＰＯと、前記上限変化率（ΔＡＰＯリミッター) とを比較して小さい方を選択するΔＡＰＯリミッター処理（図示３７) を行う。これにより、アクセル開度の増大変化率は前記上限変化率以下の値に制限される。
【００２６】
そして、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの中の選択された方の検出値ＡＰＯと（アクセル開度センサの一重故障時は、故障診断されていない方のセンサの検出値) 、前記切換選択された上限値（ＡＰＯリミッター) と、前記ΔＡＰＯリミッター処理されたアクセル開度とを、セレクトロー回路３８に入力し、これらの中で最も小さいアクセル開度を選択して使用する。
【００２７】
このようにすれば、図４の（Ｂ) に太実線で示すように、アクセル開度の絶対値を上限値（ＡＰＯリミッター) で制限されると共に、増大変化率も上限変化率（ΔＡＰＯリミッター) で制限されるので、該制限されたアクセル開度特性に応じたスロットル弁開度の制御により、急加速を抑制しつつ、絶対速度の増大も抑制したリンプホーム制御を行うことができる。
【００２８】
また、簡易的には、アクセル開度の絶対値のみを上限値で制限したり、増大変化率のみを上限変化率で制限したりする構成の実施の形態であってもよい。
なお、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) が２個共に故障した場合は、正常なスロットル開度制御は望めないので、図示しないがアクチュエータの通電を停止して、スロットル弁９をリターンスプリングとデフォルトスプリングとのバランス等によって所定のデフォルト開度に保持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施形態に係るアクセル開度センサとスロットル開度センサの診断によるスロットル制御を示す回路ブロック図。
【図４】同じくアクセル開度センサとスロットル開度センサの正常時におけるアクセル開度出力特性と、一重故障時におけるアクセル開度出力特性とを示す線図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ アクセル開度センサ
４ 機関
９ スロットル弁
１０ アクチュエータ
１１Ａ，１１Ｂ スロットル開度センサ
１４ コントロールユニット

Claims (1)

1. アクセル開度を含む機関運転条件に応じて吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備えると共に、前記アクセル開度を検出するアクセル開度センサと前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサとを２個ずつ備えた電制スロットル式内燃機関において、
   前記アクセル開度センサとスロットル開度センサに対して診断を行い、
   アクセル開度センサについて２個のセンサがいずれも正常であるときは、２個のセンサの検出値の中、小さい方を選択し、スロットル開度センサについて２個のセンサがいずれも正常であるときは、特定した一方のセンサの検出値を選択する一方、
   アクセル開度センサとスロットル開度センサについて、それぞれ２個ずつのセンサの中の１個が故障していると診断したときには、故障と診断されていない方のセンサの検出値を選択し、
   前記アクセル開度センサとスロットル開度センサに対し、少なくとも一方のセンサについて、前記２個ずつのセンサの中の１個が故障していると診断したときには、
   前記アクセル開度センサについて選択したセンサで検出されたアクセル開度と、
   上限値と、
   前記検出されたアクセル開度に対し、その増大変化率を、上限変化率以下の値に制限する処理を行ったアクセル開度と、
   の中、最も小さい値を選択して使用する出力特性制限手段を含んで構成したことを特徴とする電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。

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