(57)【要約】      （修正有）【課題】位置センサの異常診断において、演算負荷を上昇させることなく、一定周期によるスパイクノイズ的な出力異常を的確に検出すること。【解決手段】計測位置に応じたセンサ出力値の信号を出力する位置センサの異常診断装置であって、前記センサ出力値の異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により前記センサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかを判定する検出周期判定手段と、前記検出周期判定手段の判定結果に基づいて故障判定を行う故障判定手段とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測位置に応じたセンサ出力値の信号を出力する位置センサの異常診断装置であって、
前記センサ出力値の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により前記センサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかを判定する検出周期判定手段と、
前記検出周期判定手段の判定結果に基づいて故障判定を行う故障判定手段と、
を有することを特徴とする位置センサの異常診断装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、前記検出周期判定手段によって前記周期値が所定範囲内であることが判定された場合に、その判定した回数をカウントし、該カウントした回数に基づいて、故障判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置センサの異常診断装置。
【請求項３】
前記異常検出手段は、前記位置センサのゼロ点校正時に、当該ゼロ点校正時における規定値と前記センサ出力値との偏差が所定の変化範囲を逸脱したことにより、前記異常を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の位置センサの異常診断装置。
【請求項４】
前記位置センサは、計測位置に応じて互いに所定の相関性を有するセンサ出力値の信号を出力する第一の位置センサと第二の位置センサとを含み、
前記異常検出手段は、前記第一の位置センサのセンサ出力値と前記第二の位置センサのセンサ出力値との相関性が前記所定の相関性を満たさないことにより、前記異常を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の位置センサの異常診断装置。
【請求項５】
前記位置センサが内燃機関のスロットルバルブの開度位置を検出するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の位置センサの異常診断装置。
【請求項６】
計測位置に応じたセンサ出力値の信号を出力する位置センサの位置センサの異常診断方法であって、
前記センサ出力値の異常を検出し、前記センサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて故障判定を行うことを特徴とする位置センサの異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置センサの異常診断装置および方法に関し、特に、位置センサが計測位置に応じて出力するセンサ信号がスパイクノイズ的な変動を示す異常を検出する位置センサの異常診断装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置センサの異常診断装置として、センサ信号の入力回路にプルアップ回路が設けられ、センサ信号線に断線が生じた場合には、プルアップ回路の出力が正常時のセンサ信号値の有効範囲外になることを判定して異常診断を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５０５１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位置センサの異常現象（出力異常）の一つとして、位置センサが計測位置に応じて出力するセンサ信号が、図６に模式的に示されているように、一定周期によるスパイクノイズ的な変動を示すことがある。この出力異常は、センサＩＣの接続ピンが基板から浮いて基板に対して擬似接触してしまうような場合、位置信号入力部（受信部）において、センサＩＣ内の寄生容量部分に電荷がチャージされ、寄生容量部分にチャージされた電荷がセンサＩＣのセンサ出力部分にパージされる結果、センサ出力が寄生容量部分の容量に応じて周期的に繰り返し変動することに起因すると考えられる。
【０００５】
このような出力異常に対して、既知の異常診断方式では、異常診断までにセンサ異常と単発ノイズによる出力異常を識別するためのディレイが必要であり、位置センサが周期的にスパイクノイズ的な出力をする故障モードに陥った際に、通常ノイズと区別できず、センサ異常を検出できない場合がある。
【０００６】
内燃機関の電子制御スロットル装置のスロットルバルブの開度位置を検出する位置センサにおいて、上述したスパイクノイズ的な出力異常が発生しても、即座に電子制御スロットル装置が制御不能に陥ることにはならないが、スパイクノイズ的な出力異常によってスロットルバルブのハンチングが発生する可能性があり、電子制御スロットルの制御性の低下、引いてはドライバビリティの低下が考えられるため、異常の発生を検出することが望ましい。
【０００７】
既知の異常診断方式の改善案としては、制御装置に対するセンサ出力の取り込み速度（取り込み周期）を上げ、異常検出頻度を上げる手法が考えられる。しかし、センサ出力の取り込み速度を上げると、演算負荷も上昇するため、この方式に対応するためには、より高速な演算処理装置（ＣＰＵ）の採用が必要となり、制御装置コストの上昇につながる。
【０００８】
本発明は前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、演算負荷を上昇させることなく、一定周期によるスパイクノイズ的な出力異常を的確に検出する位置センサの異常診断装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明による位置センサの異常診断装置は、計測位置に応じたセンサ出力値の信号を出力する位置センサの異常診断装置であって、前記センサ出力値の異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により前記センサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかを判定する検出周期判定手段と、前記検出周期判定手段の判定結果に基づいて故障判定を行う故障判定手段とを有する。
【００１０】
本発明による位置センサの異常診断装置は、好ましくは、前記故障判定手段が、前記検出周期判定手段によって前記周期値が所定範囲内であることが判定された場合に、その判定した回数をカウントし、該カウントした回数に基づいて、故障判定を行う。
【００１１】
本発明による位置センサの異常診断装置は、好ましくは、前記異常検出手段が、前記位置センサのゼロ点校正時に、当該ゼロ点校正時における規定値と前記センサ出力値との偏差が所定の変化範囲を逸脱したことにより、前記異常を検出する。
【００１２】
本発明による位置センサの異常診断装置は、好ましくは、前記位置センサが、計測位置に応じて互いに所定の相関性を有するセンサ出力値の信号を出力する第一の位置センサと第二の位置センサとを含み、前記異常検出手段は、前記第一の位置センサのセンサ出力値と前記第二の位置センサのセンサ出力値との相関性が前記所定の相関性を満たさないことにより、前記異常を検出する。
【００１３】
本発明による位置センサの異常診断装置は、好ましくは、前記異常検出手段は、前記第一の位置センサのセンサ出力値と前記第二の位置センサのセンサ出力値との相関性が前記所定の相関性を満たさないことを検出した場合に、更に、前記第一の位置センサのセンサ出力値と前記第二の位置センサのセンサ出力値との相関性が所定の変化範囲を逸脱したことを検出してもよい。
【００１４】
本発明による位置センサの異常診断装置は、一つの実施形態として、前記位置センサが内燃機関のスロットルバルブの開度位置を検出するものであることがより好ましい。
【００１５】
また、前記目的を達成するために、本発明による位置センサの異常診断方法は、計測位置に応じたセンサ出力値の信号を出力する位置センサの位置センサの異常診断方法であって、前記センサ出力値の異常を検出し、前記センサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて故障判定を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による位置センサの異常診断装置、方法によれば、センサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかの判定、より好ましくは、その周期回数が所定値に達したことにより故障判定を行うから、通常のノイズ信号との区別が困難な一定周期によるスパイクノイズ的な出力異常を、信号処理の演算負荷を増やすことなく、的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による位置センサの異常診断装置がスロットル位置センサの異常診断装置として適用されるエンジンシステムの一例を示すシステム図。
【図２】電子制御スロットル装置の縦断面図。
【図３】本実施例による電子制御スロットル装置の制御とスロットル位置センサの異常診断を行う装置のブロック図。
【図４】スロットル開度のフィードバック補償制御ルーチンのフローチャート。
【図５】スロットル位置センサの異常診断ルーチンのフローチャート。センサ出力異常値の出力パターンを示した図。
【図６】センサ出力異常の信号波形を模式的に示すグラフ。
【図７】２重系ＴＰＳセンサ出力を示すグラフ。
【図８】異常発生時のセンサ出力値の変化の具体例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明による位置センサの異常診断装置がスロットル位置センサの異常診断装置として適用されるエンジンシステムの一例を示している。
【００１９】
エンジン（内燃機関）１が吸入する空気は、エアクリーナ２より吸気流路５に取り入れられ、電子制御スロットル装置４のスロットルバルブの４３の開度（位置）に応じて流量（吸入空気量）を定量的に計量される。エンジン１には、燃料噴射弁６、点火プラグ７が取り付けられている。
【００２０】
エンジンシステムは、吸入空気量を計測する空気流量センサ３、スロットルバルブ４３の位置を検出するスロットル位置センサ５０、単位クランク角ごとのポジション信号・角度基準信号を発生するクランク角センサ８、アクセル踏み込み量を計測するアクセル開度センサ１３、車輪速度を検出する車速センサ１４、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ１２、エンジン１の排気通路に設けられて排気ガス中の特定成分、例えば酸素を計測することにより混合気の空燃比を計測する空燃比センサ１０、エンジン１の始動・停止を指示するイグニションスイッチ１５を有する。
【００２１】
エンジンコントロールユニット１１は、マイクロコンピュータによるものであり、上述の各センサ、スイッチよりセンサ信号、スイッチ信号を入力し、所定の制御則に従った演算処理により、スロットル開度、燃料噴射量、点火時期を決定し、電子制御スロットル装置４、燃料噴射弁６、点火プラグ７の各々に制御指令信号を出力する。これにより、アクセル踏み込み量、エンジン１の運転状態に応じて、スロットル開度（スロットル位置）、燃料噴射量、点火時期が制御される。
【００２２】
図２は、電子制御スロットル装置４の詳細構造を示している。電子制御スロットル装置４は、スロットルボディ４１に形成されたボア４２にスロットルバルブ４３を有する。スロットルバルブ４３は、弁軸４４に取り付けられたバタフライバルブ式のものであり、弁軸４４の回動によってスロットル開度（位置）を変化する。
【００２３】
スロットルボディ４１にはＤＣモータ４５が取り付けられている。ＤＣモータ４５の出力軸４６には駆動歯車４７が取り付けられている。弁軸４４には駆動歯車４７と噛合する従動歯車４８が取り付けられている。駆動歯車４７と従動歯車４８は、減速歯車列を構成し、ＤＣモータ４５の回転出力を弁軸４４に伝達している。これにより、スロットルバルブ４３は、ＤＣモータ４５によって駆動され、スロットル位置を設定される。
【００２４】
なお、スロットルバルブ４３には、最低空気量を得る全閉位置がある。スロットルバルブ４３の全閉位置は全閉ストッパ（図示省略）によって設定される。この全閉ストッパは、スロットルバルブ４３とスロットルボディ４１とのクリアランスで実現される場合や、弁軸４４もしくはＤＣモータ４５とスロットルバルブ４３の連結部分に設けられる場合がある。
【００２５】
弁軸４４にはリターンスプリング４９が取り付けられている。リターンスプリング４９は、デフォルト機構として、スロットルバルブ開き方向のリターンスプリングトルクと閉じ方向のリターンスプリングトルクとの釣り合いにより、ＤＣモータ４５に対して通電が行われていない電断状態下で、スロットルバルブ４３を中間位置に設定するものであり、電子制御スロットル装置４の機能異常が検知された場合に、最低限の走行を可能とする退避走行モードを実現する。
【００２６】
スロットル位置センサ５０は、弁軸４４に取り付けられた位置検出プレート５１と、スロットルボディ４１に取り付けられた検知部５２とを含み、電磁誘導等によって非接触方式で弁軸４４の回転角、つまり、スロットルバルブ４３の位置（スロットル位置）を定量的に計測し、計測位置に応じたセンサ出力値によるセンサ信号を出力する。
【００２７】
図３は、電子制御スロットル装置４の制御とスロットル位置センサ５０の異常診断を行う装置の一つの実施例を示している。当該装置は、マイクロコンピュータによるエンジンコントロールユニット１１がコンピュータプログラムを実行することにより具現化されるものであってよく、スロットル制御部６０と、異常診断部７０とを有する。
【００２８】
スロットル制御部６０は、イグニションスイッチ１５とアクセル開度センサ１３とスロットル位置センサ５０より信号を入力し、ゼロ点校正である全閉位置校正と、スロットル位置のフィードバック補償制御を行う。
【００２９】
全閉位置校正は、エンジン始動時あるいはエンジン停止後など、エンジン１やエンジン１に付随するアクチュエータの駆動信号の影響を受けない時に、ＤＣモータ４５に閉じ方向の駆動信号を出力し、スロットルバルブ４３を全閉ストッパ（図示省略）に押し付け、この時のスロットル位置センサ５０のセンサ出力値を全閉位置の値（全閉位置校正値）に設定する。
【００３０】
フィードバック補償制御は、アクセル開度センサ１３の出力信号に基づいて設定されるスロットル位置目標値とスロットル位置センサ５０により計測されたスロットル位置計測値との偏差を算出し、当該偏差がゼロになる制御目標指令値を演算する。
【００３１】
フィードバック補償制御ルーチンの詳細を図４に示されているフローチャートを参照して説明する。フィードバック補償制御ルーチンは、後述する異常診断部７０が正常判定をしている通常時に、時間割り込みルーチンとして呼び出されて繰り返し実行されるものである。
【００３２】
先ず、スロットル位置目標値とスロットル位置センサ５０によるスロットル位置計測値との偏差を算出する（ステップＳ１０１）。次に、偏差と比例項ゲインＰｇａｉｎとの乗算値よりＰａ比例項分を演算し（ステップＳ１０２）、偏差と微分項ゲインＤｇａｉｎと所定の時定数との乗算値よりＰｄ微分項分を演算し（ステップＳ１０３）、前回のＰｉ積分項分に、偏差と（微分項ゲインＩｇａｉｎ／所定の時定数）との乗算値を加算して積分項分Ｐｉを演算する（ステップＳ１０４）。
【００３３】
次に、比例項分Ｐｐ、微分項分Ｐｄ、積分項分Ｐｉを加算してＰＤＩ制御目標値（電圧）を演算する（ステップＳ１０５）。
【００３４】
次に、ＰＤＩ制御目標値が電源電圧以上であるか否かを検出する（ステップＳ１０６）。ＰＤＩ制御目標値が電源電圧未満であれば、ＰＤＩ制御目標値をそのまま制御目標指令値とする（ステップＳ１０７）。これに対し、ＰＤＩ制御目標値が電源電圧以上であれば、ＰＤＩ制御目標値を電源電圧値に変更し（ステップＳ１０８）、変更されたＰＤＩ制御目標値を制御目標指令値とする（ステップＳ１０７）。
【００３５】
図３に戻り、異常診断部７０は、スロットル位置センサ５０のセンサ出力値の異常を検出する異常検出部７１と、異常検出部７１によりセンサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかを判定する検出周期判定部７２と、検出周期判定部７２の判定結果に基づいて故障判定を行い、故障判定結果を出力する故障判定部７３とを有する。故障判定部７３は、一つの実施例として、検出周期判定部７２の検出周期値が所定範囲内であることが判定された場合に、その周期回数が所定値に達したことにより故障判定を出力する。具体的には、故障判定部７３は、検出周期判定部７２によって周期値が所定範囲内であることが判定された場合に、その判定した回数（周期回数）をカウントし、このカウントした回数に基づいて、故障判定を行う。
【００３６】
次に、異常診断部７０による異常診断ルーチンの詳細を図５に示されているフローチャートを参照して説明する。異常診断ルーチンは、時間割り込みルーチンとして呼び出されて繰り返し実行されるものである。
【００３７】
先ず、スロットルバルブ４３の全閉位置校正モード（ゼロ点校正時）であるかを判定する（ステップＳ２０１）。
【００３８】
全閉位置校正モードで、センサ故障診断の判定（ＮＧ判定）がなされたことを示す故障フラグがオンでなければ（ステップＳ２０２）、スロットルバルブ４３が静定（全閉位置）領域であるかを判定する（ステップＳ２０３）。静定領域の判定は、全閉位置校正時にモータ印加電圧が１００％である状態が所定時間以上経過した場合や、スロットル位置センサ５０の出力の所定時間内の平均値が所定値に収まってから所定時間経過した場合とする。
【００３９】
なお、全閉位置校正モードでない場合、あるいは故障フラグがオンであれば、タイマ停止、タイマ値、周期Ｍをクリアする（ステップＳ２１３）。
【００４０】
静定領域であれば、次に、センサ異常検出処理を行う（ステップＳ２０４）。センサ異常検出処理は、全閉位置校正時における既知の規定値（全閉位置校正値）とスロットル位置センサ５０のセンサ出力値との偏差が所定の変化範囲を逸脱したかを検出する処理である。なお、変化範囲は、偏差がこの変化範囲であれば、正常であると判定することが可能な範囲であり、この閾値として用いられる変化範囲は、予め実験等により定めることができる。センサ出力値の偏差が所定の変化範囲を逸脱したかの判定は、図６に示されているようなセンサ出力値のスパイクノイズ的な変化を抽出するために、センサ出力値の所定値以上の急変（電制スロットルではあり得ない急変）であることと、偏差が所定値以上であることと、の論理和であってもよい。すなわち、センサ出力値の時間変化量が所定値以上であり、かつ、センサ出力値が所定値以上の場合に異常であると判定する。
【００４１】
センサ異常検出処理によって異常検出の判定がなされると（ステップＳ２０５）、現在のタイマ値をＮ値とする（ステップＳ２０６）。異常検出の判定が２回目以上であれば、今回のＮ値と前回のＮ値より検出周期Ｍを算出する（ステップＳ２０７）。検出周期Ｍを計測するのは、センサ出力値の急変を検出しただけでは単発のノイズとの区別がつかなくなるからである。
【００４２】
次に、今回のＮ値を前回のＮ値とし（ステップＳ２０８）、タイマをリセットする（ステップＳ２０９）。
【００４３】
このように、異常出力ありと判断された場合には、タイマをスタートし、タイマスタート後、再度出力異常が検出された時点のタイマ値を記憶し、前回のタイマ値との差分から検出周期Ｍを計測する。
【００４４】
次に、計測された検出周期Ｍが所定範囲内であるかを判別する（ステップＳ２１０）。検出周期Ｍが所定範囲内であれば、フェイルカウンタＬを一つインクリメントし（ステップＳ２１１）、フェイルカウンタＬが所定値以上であるかを判別する（ステップＳ２１２）。フェイルカウンタＬが所定値以上であれば、センサ故障（センサＮＧ）の判定を行い、故障フラグをオンする（ステップＳ２１３）。
【００４５】
このように、センサ出力値の異常が繰り返し検出された場合に、その繰り返しの周期値が所定範囲内であるかの判定し、この判定した回数をカウントし、カウントした回数（周期回数）が所定値に達したことにより故障判定を行うから、通常のノイズ信号との区別が困難な一定周期によるスパイクノイズ的な出力異常を、信号処理の演算負荷を増やすことなく、的確に検出することができる。
【００４６】
他の実施例として、スロットル位置センサ５０が、第一の位置センサと第二の位置センサとを含み、図７に示されているように、第一の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ１と第二の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ２とが互いに所定の相関性を有する場合には、異常検出部７１は、第一の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ１と第二の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ２との相関性が所定の相関性を満たさないことにより、センサ出力値の異常を検出するものであればよい。
【００４７】
センサ出力値ＴＰＳ１とセンサ出力値ＴＰＳ２とが図７に示されているような特性を有する場合、正常時には、スロットル位置にかかわらず、ＴＰＳ１＝ＴＰＳ２±所定範囲誤差（所定偏差）の関係が成立する。従って、異常検出部７１は、この相関関係（絶対値と相対値の何れであってもよい）が崩れていないかを監視すればよい。
【００４８】
そして、第一の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ１と第二の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ２との相関性が所定の相関性を満たさないことを検出した場合には、更に、センサ出力値ＴＰＳ１とＴＰＳ２との相関性（所定偏差）が所定の変化範囲を逸脱したことを異常として検出すればよい。すなわち、異常検出部７１によりセンサ出力値（相関性を満たさないセンサ出力）の異常が繰り返し検出されたときに、その繰返し周期値が所定の範囲内であるかを判定し、カウントすればよい。
【００４９】
なお、この逸脱検出（異常検出）は、図６に示されているようなセンサ出力値のスパイクノイズ的な変化を抽出するために、相関性の逸脱変化（偏差の時間変化量）が所定値以上の急変（電制スロットルではあり得ない急変）と相関性逸脱の値（例えば、上に示した式に、計測された一方のセンサ出力値を代入したときに演算された他方のセンサ出力値と、計測された他方のセンサ出力値と、の偏差の値）が所定値以上であることの論理和であってよい。
【００５０】
図８は、異常発生時のセンサ出力値ＴＰＳ１、ＴＰＳ２の変化の具体例を示している。
第一の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ１と第二の位置センサのセンサ出力値ＴＰＳ２との相関性より異常検出を行う場合には、全閉校正時に限られることなく、スロットル位置センサ５０の異常診断を行うことができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  エンジン
４  電子制御スロットル装置
１１  エンジンコントロールユニット
４３  スロットルバルブ
４５  ＤＣモータ
５０  スロットル位置センサ
６０  スロットル制御部
７０  異常診断部
７１  異常検出部
７２  検出周期判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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