JP2004020315A - 断線故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路構成がシンプルで、かつ、断線故障検出に要する時間を短縮することが可能な断線故障検出装置を構築すること。
【解決手段】放電回路２１はスイッチング回路で構成されており、アナログ信号回路１の出力ポートとホールド回路２２を結ぶ配線に接続されている。通常時は断線状態となっているが、断線検出時には放電回路２１のスイッチがＯＮされ、アナログ信号回路１内に分布する電荷とホールド回路２２が保持する信号電圧とを、内部アースによって同時に放電する。その後、アナログ信号回路１の出力電圧をホールド回路２２のコンデンサに保持し、この保持電圧に基づき、断線故障検出を行う。これにより、本断線故障検出装置は、従来よりも少ない回路素子数で構成でき、なおかつ高速に断線故障検出を行うことが可能である。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断線故障検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アナログ回路の断線故障検出装置として、例えば特開平１１−２７８２３７号公報に開示された装置がある。この装置は、図６に示すように、ＣＰＵ６内に設けられた放電回路６１、サンプル＆ホールド回路６２、セレクタ６３、Ａ／Ｄ変換部６４等から構成される。
【０００３】
アナログ信号入力回路７の断線故障検出は、次の手順で行われる。
【０００４】
まず、ＣＰＵ６はサンプル＆ホールド回路６２内のスイッチ６２ａをＯＦＦにし、放電回路６１内部のＣＭＯＳのＮチャネルＭＯＳ　トランジスタ（Ｔｒ）６１ａをＯＮにする。これにより、放電回路６１はアースに接続され、アナログ信号入力回路７内部に分布している電荷は、放電回路６１の内部アース６１ｂから放電される。
【０００５】
十分な時間が経過した後、ＣＰＵ６はセレクタ６３を外部アース８側へ接続し、サンプル＆ホールド回路６２内のスイッチ６２ａをＯＮにする。これにより、コンデンサ６２ｂに保持された信号電圧は、外部アース８へ放電される。
【０００６】
そして、ＣＰＵ６はセレクタ６３をアナログ信号入力回路７側へ接続し、アナログ信号入力回路７から出力される信号電圧をコンデンサ６２ｂに保持させる。その後、コンデンサ６２ｂに保持された信号電圧は、Ａ／Ｄ変換部６４に取り込まれてディジタル変換され、ＣＰＵ６によってアース電圧をディジタル変換した値と比較される。これらが一致した場合は、ＣＰＵ６はアナログ信号入力回路７内部で断線故障が発生したと判定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術における断線故障検出装置は、信号電圧を保持するコンデンサの放電を行うために、放電用の外部アース８と、これに接続を切り換えるセレクタ６３とを設けている。このため、従来装置では、断線故障検出のための回路構成が複雑化する。また、コンデンサの放電を行う度に、セレクタによってコンデンサに接続する配線を切り換えなければならず、断線故障検出にかかる時間を増大させる。
【０００８】
本発明は、前記の問題点を鑑み、アナログ回路の断線故障検出に際して、回路構成がシンプルで、かつ、断線故障検出に要する時間を短縮することが可能な断線故障検出装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の断線故障検出装置は、アナログ回路から出力される信号電圧を保持する電圧保持手段と、アナログ回路内に分布した電荷をアースへ放電させる放電手段とを備えた断線故障検出装置であって、放電手段は、アナログ回路と電圧保持手段とを結ぶ配線に接続され、アナログ回路内に分布する電荷と、電圧保持手段に保持された信号電圧とを、配線を介して同時に抜き出して放電することを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明の断線故障検出装置によれば、放電手段はアナログ回路と電圧保持手段とを結ぶ配線に接続され、アナログ回路内に分布する電荷と電圧保持手段に保持された信号電圧とを、アースから同時に放電することができる。そのため、電圧保持手段に接続される配線を切り換えるためのセレクタは不要となり、セレクタの切り換え時間分だけ高速に断線検出を行うことが可能となる。また、電圧保持手段に保持された信号電圧を放電するための外部アースも不要となる。
【００１１】
電圧保持手段の配線への接続形態に関しては、請求項２に記載のように、電圧保持手段は、スイッチング素子を介してアナログ回路と接続され、そのスイッチング素子がオンされたときに、放電手段は配線をアースに接続することが望ましい。スイッチング素子によって電圧保持手段とアナログ回路との接続状態を変更できるため、電圧保持手段からの放電や、電圧保持手段への信号電圧の保持を任意のタイミングで行うことができる。
【００１２】
放電手段による放電終了後に、請求項３に記載のように、放電手段が、アースとの接続を遮断し、アナログ回路の出力信号電圧を、電圧保持手段に保持させることが望ましい。一旦、放電した後にアナログ回路の出力信号電圧を保持することにより、電圧保持手段は、その信号電圧を正確に保持することができる。
【００１３】
断線故障検出装置の実装方法については、請求項４に記載のように、放電手段と電圧保持手段は、同一の集積回路上に構成されることが望ましい。近年の集積回路は入出力設定を瞬時に切り換えることができるため、ＣＭＯＳスイッチ等の電圧出力ユニットを一時的に放電用として利用することができるようになるためである。
【００１４】
本断線故障検出装置は、車両用電子制御機器の断線故障検出に好適に用いることができる。車両用電子制御機器の断線故障検出装置は、コストや開発効率の点から、回路素子数を少なくし、なおかつ、高速に断線故障検出を行うことが要求される。本断線故障検出装置は、従来よりも少ない回路素子数で構成することができ、なおかつ、高速に断線検出を行うことが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態における全体構成を示すブロック図である。
【００１６】
本実施形態における断線故障検出装置は、ＥＣＵに組み込まれて動作し、車両に搭載された電子制御機器の断線故障検出を行うものである。
【００１７】
アナログ信号回路１は、例えば車両用エンジンのスロットル開度を電圧に変換するアナログ回路であり、信号電圧をＥＣＵ２内部のホールド回路２２へ出力する。また、アナログ回路１は、ホールド回路２２へ出力する信号電圧の最大値Ｖｍａｘを基準電圧計測装置３へ出力する。アナログ信号回路としては、カーオーディオやテールライト等のアナログ信号回路を用いてもよい。
【００１８】
ＥＣＵ２は、例えば信号処理用ＥＣＵであり、放電回路２１、ホールド回路２２、Ａ／Ｄ変換器２３、指令部２４が内部ユニットとして設けられている。
【００１９】
本実施形態における放電手段である放電回路２１は、例えばＣＭＯＳ等から構成されたスイッチング回路である。放電回路２１は、指令部２４から放電開始の指示を受けると、アナログ信号回路１とホールド回路２２とを結ぶ配線を、放電回路２１の内部アースに導通させるスイッチをＯＮにする。その結果、アナログ信号回路１内に分布した電荷は、放電回路２１の内部アースへ放電される。指令部２４から放電終了の指示を受けると、放電回路２１は前述のスイッチをＯＦＦにするため、配線から断線された状態となる。
【００２０】
放電手段としては、本実施形態の例に限らず、バイポーラ型トランジスタやＢｉＣＭＯＳ等から構成されたスイッチング回路を用いてもよい。
【００２１】
本実施形態における電圧保持手段であるホールド回路２２は、スイッチ及びコンデンサ等から構成された充電回路である。指令部２４から信号電圧取り込み指示を受けると、スイッチがオンし、アナログ信号回路１から出力される信号電圧をコンデンサに保持する。コンデンサに保持された信号電圧は、Ａ／Ｄ変換器２３へ出力される。
【００２２】
ここで、上述の放電回路２１が内部アースに導通するスイッチをオンさせる時には、指令部２４によって、ホールド回路２２のスイッチもオンされる。その結果、放電回路２１によって、アナログ信号回路１内に分布した電荷を放電すると同時に、ホールド回路２２のコンデンサに保持された信号電圧も放電することができる。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換器２３は、ホールド回路２２に保持された信号電圧に対してＡ／Ｄ変換を行い、変換結果を指令部２４へ出力する。具体的なＡ／Ｄ変換方法は、まず、指令部２４から信号電圧の最大値Ｖｍａｘを受け取る。そして、図２で示すように、まず、信号電圧の出力範囲（ここでは、０〜Ｖｍａｘ）を１０２４分割して、各区間に０〜１０２３までの番号を順番に付加する。そして、ホールド回路２２に保持された信号電圧が何番目の区間に含まれるかを調べ、これが含まれる区間の番号を当該信号電圧のディジタル値とする。
【００２４】
指令部２４は、放電回路２１、ホールド回路２２、Ａ／Ｄ変換器２３に対して、断線故障検出のための各種指示を与える。すなわち、指令部２４は、放電回路２１に対しては、アナログ信号回路１内に分布した電荷とホールド回路２２に保持されている信号電圧の放電開始と放電終了とを指示する。また、ホールド回路２２に対しては、アナログ信号回路１から出力される信号電圧を取り込んで保持するよう指示する。さらに、Ａ／Ｄ変換器２３に対しては、ホールド回路２２に保持された信号電圧のＡ／Ｄ変換を行い、変換結果を指令部２４に出力するよう指示する。
【００２５】
そして、指令部２４は、Ａ／Ｄ変換器２３から出力される信号電圧のディジタル値を調べ、これが０Ｖを示すディジタル値であった場合には、断線故障が発生したと判定する。
【００２６】
基準電圧計測装置３は、Ａ／Ｄ変換器等から構成され、アナログ信号回路１が出力する出力信号電圧の最大値を計測し、これをディジタルデータに変換してＥＣＵ２内部の指令部２４へ出力する。この基準電圧計測装置３は、ＥＣＵ２の内部および外部のどちらに設けられてもよい。
【００２７】
図３は、本実施形態における全体構造の詳細例を示すブロック図である。
【００２８】
本実施例におけるアナログ信号入力回路１は、車両用エンジンのスロットル開度を電圧に変換するアナログ回路をモデル化したものであり、５個の固定抵抗器と１個のポテンシオメータから構成した。Ｖｃｃは、電源（図示しない）から出力される直流定電圧である。
【００２９】
ポテンシオメータＲ１１は、３ｋΩの固定抵抗器とスライド式の信号電圧出力部から構成され、車両用エンジンのスロットル開度に応じて信号電圧出力部がスライドすることにより、その出力電圧が変化する。
【００３０】
固定抵抗器Ｒ１２と固定抵抗器Ｒ１３は、ポテンシオメータＲ１１から出力される信号電圧の最大値と最小値を決定するものであり、その抵抗値は、例えば１２０Ωに設定される。これは、ポテンシオメータＲ１１から出力される信号電圧の最大値と最小値が、電源電圧（Ｖｃｃ）やアース電圧（０Ｖ）と一致させないようにするためである。固定抵抗器Ｒ１２は信号電圧の最大値を引き下げてＶｃｃ以下とし、固定抵抗器Ｒ１３は信号電圧の最小値を引き上げて０Ｖ以上とする役割を果たす。
【００３１】
固定抵抗器Ｒ１４は、電源（図示しない）に対する保護抵抗であり、その抵抗値は、例えば３３２Ωに設定される。
固定抵抗器Ｒ１５は、Ａ／Ｄ変換装置３へ信号電圧の最大値を出力するための保護抵抗であり、固定抵抗器Ｒ１６は、アナログ信号回路１からホールド回路２２へ信号電圧を出力するための保護抵抗である。これらの固定抵抗器Ｒ１５、Ｒ１６の抵抗値は、例えば、４７ｋΩに設定される。
【００３２】
本実施例における放電回路２１は、ＣＭＯＳで構成されるスイッチング回路であり、電源Ｖｃｃに接続されたＰチャネルＭＯＳＴｒ２１ａとアースに接続されたＮチャネルＭＯＳＴｒ２１ｂとを備える。放電を行う際には、指令部２４は、ＣＭＯＳのＮチャネルＭＯＳＴｒ２１ｂにＯＮ信号を与えることにより、アナログ信号回路１内に分布する電荷と、コンデンサ２２ｂに保持された電圧とを、放電回路２１の内部アースへ放電する。なお、通常の信号電圧測定時には、指令部２４は、Ｐチャネル側２１ａとＮチャネル側の両方にＯＦＦ信号を与えるため、放電回路２１はアナログ信号回路１とコンデンサ２２ｂとを結ぶ配線と断線された状態となる。
【００３３】
本実施例におけるホールド回路２２は、スイッチ２２ａとコンデンサ２２ｂから構成される。
【００３４】
スイッチ２２ａは、トライステートによって構成されているスイッチング回路である。指令部２４は、アナログ信号回路１から出力される信号電圧をコンデンサ２２ｂに保持する場合や、コンデンサ２２ｂに保持した信号電圧を放電する際には、スイッチ２２ａにＯＮ信号を与える。スイッチ２２ａにＯＮ信号が与えられたとき、放電回路２１のＣＭＯＳＴｒ２１ａ、２１ｂがともにオフされていると、コンデンサ２２ｂはアナログ信号回路１と導通状態となり、コンデンサ２２ｂには信号電圧が保持される。
【００３５】
信号電圧をＡ／Ｄ変換器２３へ出力する際には、指令部２４は、スイッチ２２ａにＯＦＦ信号を与える。これにより、コンデンサ２２ｂはアナログ信号回路１と断線状態となり、Ａ／Ｄ変換器２３のみと接続された状態となる。なお、コンデンサ２２ｂは、１０μＦの静電容量を持つ固定容量コンデンサである。
【００３６】
図４は、本実施例の断線故障検出装置が断線故障の検出を行う際のフローチャートである。
【００３７】
ステップ４０１では、指令部２４は、放電時間を計測するための放電時間カウンタをリセットし、初期化を行う。放電時間カウンタは、指令部２４の内部に設置されている内部カウンタである。
【００３８】
ステップ４０２では、指令部２４は、ホールド回路２２内のスイッチ２２ａに対して、ＯＮ信号を出力する。これにより、コンデンサ２２ｂはアナログ信号回路１と接続された状態となる。
【００３９】
ステップ４０３では、指令部２４は、放電回路２１内のＣＭＯＳのＮチャネルＭＯＳＴｒ２１ｂにＯＮ信号を出力する。これにより、アナログ信号回路１とコンデンサ２２ｂとを結ぶ配線は、放電回路２１の内部アースに導通されることとなり、アナログ信号回路１内に分布する電荷とコンデンサ２２ｂに保持されている信号電圧の放電が開始される。
【００４０】
ステップ４０４では、指令部２４は、放電時間カウンタの値が事前に設定した値Ｋ以上となっているかを判定する。この設定値Ｋは、放電を行うのに十分な時間であり、事前に放電実験を行って決定されたパラメータである。放電時間カウンタの値が設定値Ｋ以上となっていれば、ステップ４０６へ進む。そうでない場合は、ステップ４０５へ進む。
【００４１】
ステップ４０５では、指令部２４は、放電時間カウンタの値を１加算する。これにより、時間の経過を放電時間カウンタの値に反映させる。
【００４２】
ステップ４０６では、指令部２４は、放電回路２１内のＮチャネルＭＯＳＴｒ２１ｂにＯＦＦ信号を出力する。これにより、放電回路２１は、前述の配線と断線された状態となる。
【００４３】
ステップ４０７では、指令部２４は、アナログ信号回路１から出力される信号電圧を、コンデンサ２２ｂに保持させる。本実施例では、コンデンサ２２ｂの静電容量は１０μＦと小さいため、充電は即座に終了する。このように、コンデンサ２２ｂを一旦放電させ、その後、信号電圧を保持させると、コンデンサ２２ｂに正確な信号電圧を保持させることができる。
【００４４】
ステップ４０８では、指令部２４は、ホールド回路２２内のスイッチ２２ａに対して、ＯＦＦ信号を出力する。これにより、コンデンサ２２ｂは前述の配線と断線され、Ａ／Ｄ変換器２３とのみ接続された状態となる。
【００４５】
ステップ４０９では、指令部２４は、Ａ／Ｄ変換器２３に対して、コンデンサ２２ｂに保持された信号電圧のＡ／Ｄ変換を行い、変換結果を出力するよう指示を与える。これにより、Ａ／Ｄ変換器２３はコンデンサ２２ｂに保持された電圧を取り込んでＡ／Ｄ変換を行い、変換結果を指令部２４へ出力する。
【００４６】
ステップ４１０では、指令部２４は、信号電圧のＡ／Ｄ変換結果が０Ｖを示すディジタル値となっているかを判定する。前述のＡ／Ｄ変換結果が０Ｖを示すディジタル値であると判定された場合は、アナログ信号回路１の内部に断線故障が発生したものとして、ステップ４１１へ進む。そうでない場合は、断線故障は発生していないものとして、そのまま処理を終了する。
【００４７】
ステップ４１１では、指令部２４は、断線故障の発生を外部に通知する。その際には、液晶ディスプレイ（図示しない）に断線故障の発生を表示してもよいし、スピーカ（図示しない）で警報を鳴らしてもよい。
【００４８】
このように、本実施形態の断線故障検出装置は、アナログ信号回路内の電荷とコンデンサに保持された信号電圧とを、放電回路の内部アースから同時に放電することができる。そのため、コンデンサに接続される配線を切り換えるためのセレクタが不要となり、セレクタの切り換え時間分だけ高速に断線検出を行うことが可能となる。また、コンデンサに保持された信号電圧を放電するための外部アースも不要となる。コンデンサはスイッチを介してアナログ信号回路と接続され、放電開始時に前述のスイッチがオンされる。放電終了後にアナログ回路の出力信号電圧を計測すると、スイッチがオフされ、出力信号電圧を保持する。
【００４９】
このように、本断線故障検出装置は、従来と比較して少ない回路素子数で構成することが可能であり、また、高速に断線検出を行うことができるため、車両用電子制御機器の断線故障検出に好適に用いることができる。
【００５０】
図５は、本実施形態における全体構造の他の詳細例を示すブロック図である。
【００５１】
本実施例における放電回路２１は、バイポーラ型トランジスタによって構成されるスイッチング回路である。放電を行う際には、指令部２４は、バイポーラ型トランジスタ２１ｃのベースにＯＮ信号を与えることにより、アナログ信号回路１内に分布する電荷とコンデンサ２２ｂに保持された信号電圧とを、放電回路２１の内部アースへ放電する。なお、通常の信号電圧測定時には、指令部２４は、バイポーラ型トランジスタ２１ａのベースにＯＦＦ信号を与えるため、放電回路２５はアナログ信号回路１の出力ポートとコンデンサ２２ｂとを結ぶ配線と断線された状態となっている。
【００５２】
本実施例では、放電回路２１としてバイポーラ型トランジスタによって構成されるスイッチング回路を用いているため、ＣＭＯＳによってスイッチング回路を構成した場合と比較して、高速に放電を行うことができる。そのため、前述の実施例における断線故障検出装置よりも、さらに高速な動作が必要とされる場合においては、本実施例の断線故障検出装置が適している。ただし、前述の実施例と比較して、スイッチングのための消費電力は多くなる。
【００５３】
以上から、本発明の断線故障検出装置は、従来よりも少ない回路素子数で構成することができ、なおかつ高速に断線故障検出を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における全体構成を示すブロック図である。
【図２】Ａ／Ｄ変換器がＡ／Ｄ変換を行う際の、信号電圧とディジタル値との関係を示す図である。
【図３】本実施形態における全体構造の詳細例を示すブロック図である。
【図４】本実施例の断線故障検出装置が、断線故障の検出を行う際のフローチャートである。
【図５】本実施形態における全体構造の他の詳細例を示すブロック図である。
【図６】従来技術における、断線故障検出装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…アナログ信号回路、２…信号処理用ＥＣＵ、２１…放電回路、２２…ホールド回路、２３…Ａ／Ｄ変換器、２４…指令部

Claims (5)

1. アナログ回路から出力される信号電圧を保持する電圧保持手段と、
   前記アナログ回路内に分布した電荷をアースへ放電させる放電手段とを備えた断線故障検出装置であって、
   前記放電手段は、前記アナログ回路と前記電圧保持手段とを結ぶ配線に接続され、前記アナログ回路内に分布する電荷と、前記電圧保持手段に保持された信号電圧とを、前記配線を介して同時に放電することを特徴とする断線故障検出装置。
2. 電圧保持手段は、スイッチング素子を介してアナログ回路と接続され、そのスイッチング素子がオンされたときに、前記放電手段は前記配線をアースに接続することを特徴とする請求項１記載の断線故障検出装置。
3. 前記放電手段は、前記配線を所定の時間アースに接続した後に、アースとの接続を遮断し、アナログ回路の出力信号電圧を、電圧保持手段に保持させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の断線故障検出装置。
4. 前記放電手段と前記電圧保持手段は、同一の集積回路上に構成されることを特徴とする請求項１記載の断線故障検出装置。
5. 前記アナログ回路は、車両用電子制御機器であることを特徴とする請求項１記載の断線故障検出装置。

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