JP2005172817A - スロットルポジションセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】摺動子と抵抗片間の接触抵抗を電気回路を用いて監視可能にしたり、或いはスロットルポジションセンサからのエラー出力を保障するスロットルポジションセンサを提供する。
【解決手段】可動スロットル要素を有するスロットル装置のスロットルポジションセンサにおいて、センサを構成する抵抗片１２は、第１、第２の端部１４、１６を有する。第１の端部１４が第１の電位と電気的に接続され、第２の端部が第１の電位と差のある第２の電位と電気的に接続される。抵抗片１２に対して接触してスライドする導電性を有する摺動子２０を備える。可動スロットル要素の位置に応じて抵抗片１２に対する摺動子２０の位置が比例的に変化し、かつ摺動子２０の出力電圧が可動スロットル要素の位置に応じて変化するように、摺動子或いは抵抗片の一つが可動スロットル要素に結合する。さらに摺動子と抵抗片間の接触抵抗を求める回路を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子スロットル装置に用いるスロットルポジションセンサに関する。

従来より、電気的配線を有するスロットル装置として、自動車エンジンに使用される電子スロットル装置が知られている。電子スロットル装置は、エンジンの吸気管に流れる空気流量を制御するために、一般にスロットル弁を作動させる直流サーボ駆動装置を有している。電子スロットル装置は、多くの長所を有する。

例えば、マイクロプロセッサを備えるエンジン制御ユニットを用いて電子スロットル制御することにより、ハードウェアコストを追加することなく、トラクション制御、クルーズコントロールおよびターボアンチラグを実行することができる。

さらに、スロットル開度はエンジン制御ユニットにより簡易なプログラムにより制御されるので、エンジン制御ユニットは、車両エンジン動作の制御のほかに、エンジンからの排出物を低減したりエンジン燃費の最大化を図るために、スロットル位置を制御することができる。

このような電子スロットル装置は、吸気管の空気流量を制御する可動スロットルエレメント代表的にはスロットル弁の位置を、エンジンの制御ユニットに精度良く知らせるフィードバック信号を与えるスロットルポジションセンサを有している。従来より知られているスロットルポジションセンサは、第１の端部と第２端部を有する細長の抵抗片（「抵抗帯」とも称する）を備える。その抵抗片は、通常、直線または円形パターンに配置されている。

第１の電位は抵抗片の第１の端部に電気的に接続され、それと異なる電位（一般に接地電位）となる第２の電位は抵抗片の第２の端部に電気的に接続されている。摺動子は、可動スロットル要素例えばスロットル弁に機械的に接続され、摺動子と抵抗片間の接触点は、スロットル弁の開度に対応して変化する。その結果、摺動子の電位は、抵抗片に対する摺動子の位置に比例して変化する。

理想的には、摺動子からの電圧出力信号は、抵抗片の第１の端部から第２の端部に向けて移動するに伴って、直線的に変化する。しかしながら、実際には、直線的に変化せず、特にスロットルポジションセンサの長期使用後はそのような傾向がある。

例えば、抵抗片の表面がダメージにより凹んだりする場合である。これが生じると、摺動子が抵抗片のダメージを受けた部位にかかるときに、摺動子と抵抗片間の望ましい一定の接触が維持されない。それにより、摺動子と抵抗片間の接触抵抗は著しく増大し、摺動子と抵抗片間ひいてはセンサからエラーのある出力を読み取ることになる。エラーのある出力読み取りにより、電子制御ユニットは、スロットル開度位置を正しく判断することができない。

さらなるスロットルポジションセンサの問題は、長期使用後に抵抗片の抵抗値が変化することである。抵抗値が変化すると、エンジンに誤動作が生じるおそれがある。

さらに、摺動子がダメージを受けたり、スロットルポジションセンサへの摺動子取り付けにダメージが生じたり、がたつきが生じることもある。このような事態が生じると、ダメージを受けた抵抗片同様に、摺動子と抵抗片間の接触抵抗が大幅に変化し、その結果、センサからエラーのあるスロットル弁位置信号を出力するおそれがある。

摺動子と抵抗片間の急激な接触抵抗の変化により、スロットルポジションセンサから不正確な出力信号が出されると、多くの場合、エンジンの全体的動作に悪影響を与える。例えば、スロットルポジションセンサからのエラーのある出力は、電子スロットルによりハンチングを起こすおそれがあり、最終的には機能不全のエラーコードを引き起こす可能性を有している。このような事態は適切なエンジン動作に支障をきたし、エンジン排出物やエンジン燃費に支障をきたすことになる。

従来は、摺動子と抵抗片間の接触抵抗を電気回路を用いて監視可能にしたり、或いはスロットルポジションセンサからのエラー出力を保障するスロットルポジションセンサは、知られていなかった。

本発明は、従来装置の上記したような短所を改善できるスロットルポジションセンサを提供する。

要約すれば、本発明は、スロットル弁のような可動スロットル要素を有する電子スロットル装置のためになされたものである。そのサーボモータは、可動スロットル要素と機械的に接続され、エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、サーボモータの動作を制御する。

本発明のスロットルポジションセンサは、第１の端部と第２の端部を有する延設された電気的な抵抗片を有する。その抵抗片は直線或いは円形パターンに配置されている。第１電位となる電圧源は、抵抗片の第１の端部に電気的に接続され、抵抗片の第２の端部は、接地電位のような第２の電位を保持している。

従来のスロットルポジションセンサで知られているように、導電性の摺動子は抵抗片とスライド可能な接触状態にある。抵抗片或いは摺動子の一方は、可動スロットル要素或いはスロットル弁に機械的に接続され、抵抗片に対する摺動子の位置はスロットル弁の開度に応じて比例的に変化する。その結果、摺動子と抵抗片間の接触抵抗が一定に保持されていれば、或いは所定範囲内にあれば、センサ出力は、摺動子からのスロットルポジションセンサの開度に比例する。この摺動子出力は、エンジン用ＥＣＵへの電気入力信号になる。

従来のスロットルポジションセンサと異なって、本発明のスロットルポジションセンサは、摺動子と抵抗片間の接触抵抗を監視し判別する電気的回路要素を備えている。このように摺動子と抵抗片間の接触抵抗を監視することによって、スロットルポジションセンサからの出力は、予知アルゴリズムを使用するＥＣＵにより補正されるか、スロットルポジションセンサのエラーを指摘し運転者に的確な警報信号を知らせる。

接触抵抗監視回路は、様々な形態をとることができ、本発明の好ましい実施形態としては、所定のセンサ抵抗は、摺動子と例えば接地電位のような第２の電位間に設けた第１のスイッチにより選択的に接続される。第１の電圧検出器又はバッファは、センサ抵抗上の電位降下を示す出力信号を発生する。

同時に、第２の電圧検出器またはバッファは、抵抗片の第１の電位と摺動子間の電圧降下を示す出力信号を発生する。本発明の好ましい実施態様において、バッファの高インピーダンス入力は、抵抗片の第２の端部に連なるように選択的かつ電気的に接続される。それによって、摺動子と抵抗片の第２の端部との間の抵抗片に流れる電流は、実質的に零に保持され、バッファに入力される電圧は、摺動子と接触する抵抗片の電圧を示している。

第２のセンサ電圧検出器からの出力信号は、抵抗片の第１の端部の電圧を示す出力信号を与える第３のセンサ電圧検出器同様に、ＥＣＵの入力信号となる。標準キルコフ計算式を与えることにより、ＥＣＵは摺動子と抵抗片間の接触抵抗を判別することができる。接触抵抗が所定の許容範囲を外れたときに、ＥＣＵはスロットルポジションセンサ出力に対する的確な補正信号を発生してスロットル弁の実際の位置を示す望ましい信号を達成することができる。

さらに、本発明は、摺動子と抵抗片の第２の端部間同様に、摺動子と抵抗片の第１の端部間のトータル抵抗を決定するための電気回路構成を有している。長期にわたる抵抗片のトータル抵抗のトラッキングは、抵抗片および／もしくは摺動子の機械的磨耗による局部的勾配変化を示している。

本発明の好ましい実施形態では、２ポジションスイッチが抵抗片の第１の端部と直列に接続され、３ポジションスイッチが抵抗片の第２の端部と直列に接続される。２ポジションセンサは、摺動子とセンサ抵抗間にも直列に接続される。

ＥＣＵは、高電位、低電位または抵抗片一端に対して開いた回路を選択的に接続するため、第１、第２及び第３のスイッチ動作を制御し、また、センサ抵抗器を摺動子に選択的に接続する。その後は、上部例えば摺動子と抵抗片の第１の端部間、および下部例えば摺動子と抵抗片の第２の端部間の、双方の抵抗片の抵抗値の測定がＥＣＵにより容易に決定される。

本発明によれば、摺動子と抵抗片間の接触抵抗を電気回路を用いて監視可能にしたり、或いはスロットルポジションセンサからのエラー出力を保障するスロットルポジションセンサを提供することができる。

まず、第１図を参照して、従来技術のスロットルポジションセンサ１０の概要を説明する。

センサ１０は、第１の端部１４と第２の端部１６を有する延設された帯状の抵抗片（抵抗帯）１２を備える。抵抗片１２の第１の端部１４は、第１の電位Ｖrefに接続され、第２の端部１６は、上記電位と異なる接地電位のような第２の電位に接続される。

抵抗片１２は、図１に直線的に記載されているけれども、概して円形パターンに配置されている。

図１において、摺動子２０は、抵抗片１２に摺動可能に接触している。さらに摺動子２０は、スロットル弁のような可動スロットル要素２４と機械的に接続されている。その結果、抵抗片２４上の摺動子２０の位置は、スロットル要素２４の開度によって比例的に変化する。

摺動子２０と抵抗片１２の第１の端部１４間の電気抵抗は、上部抵抗２６により示され、その値は摺動子２０の位置に応じて変化する。同様に、摺動子２０と第２の端部１６間の抵抗は、図１に示す下部抵抗２８により示される。上部抵抗２６の値と下部抵抗２８の値は、抵抗片１２上の摺動子２０の位置に応じて互いに反比例して変化する。

次に、摺動子２０は、所定の固定抵抗の出力抵抗器３０を介して端子３２と接続される。この端子３２は、内燃機関用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３４に入力信号として接続される。従来方式において、ＥＣＵ３４は電子スロットルの動作を制御するほかに、他のエンジン作動要素を制御する。

端子３２位置におけるスロットルポジションセンサ１０の出力信号の大きさは、抵抗片１２に対する摺動子２０の位置に応じて変化する。さらに、摺動子２０は抵抗片１２に機械的に接触し、スロットルポジションセンサ１０は摺動子２０と抵抗片１２間の接触抵抗を有する。この接触抵抗は図１の抵抗３６により図式化して示している。

出力抵抗器３０と抵抗片１２の抵抗は予め設定され、接触抵抗３６が所定の制限値内を保つ限り、スロットルポジションセンサの端子３２位置での出力信号は、抵抗片１２上の摺動子２０の位置に対応して実質的に直線性を保っている。しかしながら、抵抗片及び／又は摺動子のダメージにより、接触抵抗３６は許容制限値を超えるおそれがある。

ここで、図２を参照することにより、接触抵抗を監視する電気的回路構成を有する本発明のスロットルポジションセンサ４０の好ましい実施例について説明する。

スロットルポジションセンサ４０は、図１の従来知られているスロットルポジションセンサ１０のように、第１，第２の端部１４、１６を持った抵抗片１２を含む。第１の端部１４は、第１の電圧源Ｖrefに接続され、抵抗片１２の第２の端部１６はスイッチ４２を介して接地のような第２の電位４４に選択可能に接続されている。

さらにスロットルポジションセンサ４０は、摺動子２０と直列に接続されている出力抵抗器３０を有する。その結果、スロットルポジションセンサ４０の出力端子３２は、スイッチ４２が閉状態にあれば、抵抗片１２上の摺動子２０の位置を示している。

高インピーダンス入力５２を有する第１の電圧検出器又はバッファ５０は、抵抗片１２の第１の端部１４に電気的に接続されている。バッファ５０は、その出力５４上に電位Ｖrefを示す信号を与える。このバッファ５４の出力は、ＥＣＵ３４への入力信号となる。

第２のバッファ６０は、摺動子２０の出力端子３２と電気的に接続される高インピーダンス入力６２を有する。その結果、バッファ６０は、その出力６４上に摺動子の端子出力３２の電圧を示す信号を供給する。

第３のバッファ７０は、抵抗片１２の第２の端部１６に電気的に接続される高インピーダンス入力を有する。その結果、バッファ入力７２は、抵抗片端部１６とスイッチ４２間に電気的に接続される。バッファ７２は、その出力７３に後述するように変化する信号を与える。この出力７３はＥＣＵ３４への入力信号となる。

図２に示すように、第２の電気スイッチ８０は、所定の固定値を有するセンサ抵抗８２と共に摺動端子２０の出力端子３２と第２の電位４４間に直列に接続される。さらに、両電気スイッチ４２と８０は、従来のスイッチのいかなるタイプのものを選択的に使用できるが、好ましくはＦＥＴトランジスタよりなる。さらに、スイッチ４２からの入力は、インバータ８４を介してスイッチ８０の入力に電気的に接続され、それにより、スイッチ４２が閉じると、逆にスイッチ８０が開く。

スイッチ４２と８０は、それらの開ないし閉動作により選択的に作動する。例えば、図２に示すように、方形波発生器のような波形発生器８６が、スイッチ４２の入力に電気的に接続される。さらに方形波発生器８６の出力は、ＥＣＵ３４がスイッチ４２と８０の状態を監視するように、ＥＣＵ３４に電気的に接続される。しかしながら、これに代わって、ＥＣＵ３４は、出力信号を直接にスイッチ４２の入力端子に入力させてもよく、それにより、ＥＣＵ３４はスイッチ４２と８０を制御してもよい。

動作において、スイッチ４２が閉じその結果としてスイッチ８０が開いていれば、スロットルポジションセンサ４０は、正常に動作する。第２の端部１６は、従来のスロットルポジションセンサと同様にして接地のような第２の電位４４に電気的に接続される（図２）。本発明によれば、摺動子２０の出力端子３２がバッファ６０によりＥＣＵ３４から分離されている。

言い換えれば、接触抵抗３６を測定したい時、スイッチ４２は、開状態に作動させられ、同時にスイッチ８０を閉じる。開状態のスイッチ４２により、バッファ７０の高インピーダンス入力７２は抵抗片１２の第２の端部１６と電気的に直列に接続される。それにより、下部抵抗２８に流れる電流は実質的に零になり、バッファ入力７２の電圧レベルは、摺動子２０と抵抗片１２間の接触点の電位と等しくなる。この出力信号Ｖrtmは、抵抗片１２に対する摺動子２０の接続点の電圧として表される。

同時に、スイッチ８０は閉状態にあるので、電流は出力抵抗器３０を介して流れるばかりでなく、センサ抵抗器８２を介して流れる。センサ抵抗器８２と同様に出力抵抗器３０の抵抗値も知られている。さらに、摺動子２０の出力端子３２の電圧、例えばセンサ抵抗器８２での電圧降下は、ＥＣＵに出力信号Ｖsigとして電気的に入力される。同時に抵抗片１２の第１の端部１４の電圧がバッファ５０により参照電圧ＶrefとしてＥＣＵ３４に送られる。

センサ抵抗器８２と同様に出力抵抗器３０の抵抗値も既知であるので、接触抵抗器３６の接触抵抗値Ｒcrは、次の標準キルコフの方程式により求められる。

Ｒcr＝（Ｖrtn−Ｖsig）/（Ｖsig/Ｒsens）−Ｒserie （１）
同様に、上部抵抗２６の抵抗値Ｒupは、次の方程式に従って求められる。

Ｒup＝（Ｖref−Ｖrtn）/（Ｖsin/Ｒsens） （２）
ＥＣＵによる接触抵抗Ｒcrの測定の後で、ＥＣＵスイッチ４２と８０の状態が反転されて出力信号ＶsigがＥＣＵ３４に入力される。

センサ１０が適切に動作すれば、接触抵抗器３６の接触抵抗値Ｒcrは、所定の比較的小さい範囲内で降下する。接触抵抗器３６の接触抵抗値Ｒcrがこの範囲を超えて降下する測定は、スロットルポジションセンサ４０の出力信号にエラーが生じていることを示すことになる。

ここで、図３にしたがって、本発明のスロットルポジションセンサの動作を示すフローチャートを説明する。ステップ１００で、スイッチ４２と８０が作動され、スイッチ４２が開き、スイッチ８０が閉じる。その後、ステップ１００からステップ１０２に移る。

ステップ１０２で、ＥＣＵ３４は、上記方程式（１）を用いて接触抵抗Rcrを計算する。その後、ステップ１０２からステップ１０４に移る。

ステップ１０４で、ＥＣＵは、接触抵抗Ｒcrが所定の最大値Ｒmaxを超えているか否か判別する。超えていなければ、許容動作状態を示し、ステップ１０４はスイッチ１０６に移り、スイッチ４２と８０を逆転或いは反転させ、それによりスロットルポジションセンサ４０を動作モードに戻す。その後、ステップ１０６からステップ１０８に移る。

ステップ１０８で、ＥＣＵは摺動子端子３２の出力信号Ｖsigを読み込む。次にステップ１０８からステップ１１０に移り、スロットル位置が算出され、ステップ１１２に戻る。

逆に、接触抵抗Rｃｒが所定の最大値Ｒmaxを超えると、スロットルポジションセンサが正常に機能しないことを示し、ステップ１０４は、ステップ１１４に移行する。ステップ１１４で、ＥＣＵ３４は、予知アルゴリズムを使用して、前もって直接に得られたデータ及び／又は現在のスロットルを推定する外挿法を使用することにより、実際のスロットル開度を推定する。予知アルゴリズムは、
平面外挿法または１次線形外挿法のいずれよりなり、次の時間ステップでスロットル位置を推定する。さらにより先の時間ステップ情報を利用する複雑化した対等の推定法も選択の一つとなり得る。このような予知プログラムは、その技術分野で周知であるので、さらなる説明を省略する。次にステップ１１４からステップ１１６に移る。

ステップ１１６で、ＥＣＵは、スロットルポジションセンサ４０の継続的なエラー信号の数を判定する。連続するエラーの数が所定数Ｎmaxより少ないと、エラーは単なる一時的なエラーを示し、ステップ１１６はステップ１１２に移り、スロットルポジションセンサの正常動作が継続する。

反対に、スロットルポジションセンサのエラー状態が連続的信号の所定数Ｎmaxを超えると、そのような状態はスロットルポジションセンサの永続的なエラー状態が生じていることを示す。この場合、ステップ１１６は、ステップ１１８に移り、ＥＣＵは車両警報状態をセットする。その後、ステップ１１８からステップ１１２に戻る。多くのスロットルポジションセンサは、予備の回路構成、特に予備の抵抗片１２と摺動子２０を有する。そのため、ステップ１１６でエラー状態が所定数Ｎmaxを超えると、ステップ１１６は、代わりにそのスロットルポジションセンサから予備のスロットルポジションセンサの回路構成にその出力を切り換えてもよい。

上述のことから、本発明は、スロットルポジションセンサ４０用の接触抵抗器３６の接触抵抗値Ｒcrを反復して測定するシンプルで効果的な手段を提供する。好ましくは、接触抵抗Ｒcrは、ＥＣＵ３４によるセンサ１０の各読み込み前に迅速に判別される。スロットルポジションセンサの出力信号に一時的なエラーがある場合には、予知プログラムをスロットルの実際の位置を推定するために使用される。

逆に、スロットルポジションセンサの永続的エラー信号は、部品欠陥を示し、車両運転者に適切な警報を与える。

いくつかの実例の中で、上部抵抗器２６と下部抵抗器２８（図２）の双方の総抵抗値は、抵抗片１２の機械的磨耗による局部的勾配変化が生じているかどうかの指度を与える。抵抗片１２の機械的磨耗による局部的勾配変化は、スロットルポジションセンサ４０の読み込みエラーを招く。

ここで、図４を参照して、抵抗片１２の下部抵抗器２８、上部抵抗器２６双方の抵抗値を決定する回路を説明する。図４において、第１の電気的スイッチ１３０は、前もって調整された電圧源Ｖref又は開放接続器ＮＣ１３４のいずれかのために、抵抗片１２の上部又は第１の端部１４と電気的に選択可能に接続される。バッファ５０は、抵抗片１２の上端１１４での電圧を示す出力信号Ｖrefを提供する。

三方切り換えスイッチ１３８は、抵抗片１２の下端１６と直列に接続される。三方切り換えスイッチ１３８は、抵抗片端部１６を電圧源Ｖref、開放状態ＮＣ１４２、又は接地のような電位ＶGNDと異なる電位１４４のいずれかと選択的に接続する。

スイッチ８０は、抵抗値Ｒsenを有するセンサ抵抗器８２を電位１４４と摺動子２０の出力端子３２間に電気的かつ選択的に直列に接続する。

上部抵抗器２６の抵抗値Ｒupは、下部抵抗器２８の抵抗値Ｒlow同様に次のテーブルに従ってスイッチ１３０、１３８、８０を作動させることにより、決定される。

ここで、
Ｒup ＋Ｒcr＝（Ｖref−Ｖrtn）/(Ｖsig/Ｖsen)
Ｒlow＋Ｒcr＝（Ｖrtn−Ｖref）/(Ｖsig/Ｖsen)
周期的に抵抗値ＲupとＲlowを決定することにより、抵抗片１２の全体抵抗値におけるいかなる長期の変化もＥＣＵ３４により監視してもよい。ＥＣＵ３４は、抵抗片１２の抵抗値が許容閾値レベル外まで降下した時に適切な警告信号を運転者に与えることができる。

ここで、図５から図７を参照して、摺動子２０と抵抗片１２間の接触抵抗Ｒcrを測定するための本発明の変形例を説明する。

以前のように、摺動子２０は、抵抗片１２を、抵抗値Ｒupを有する上部抵抗器２６と抵抗値Ｒlowを有する下部抵抗器２８とに分けている。抵抗値ＲupとＲlowの実際値は、抵抗片１２上の摺動子２０の位置に応じて変化する。

図５に示す最良の態様として、固定抵抗値Ｒs1を有する第１のセンサ抵抗器１５０は、上部抵抗器２６と直列に接続される。同様に、固定抵抗値Ｒs2を有する第２のセンサ抵抗器１５２は、下部抵抗器２８と接地１５４に直列に接続される。

さらに、図５を参照すると、抵抗３６は、摺動子２０と抵抗片１２間の抵抗値Rｃrを有する接触抵抗を示している。固定抵抗値Ｒserieを有する出力抵抗器３０は、摺動子２０と直列に接続され、そのため、接触抵抗器３６と直列に接続される。以前において、抵抗器３０は、ローパスフィルタ１５６を介してＥＣＵ（図５に図示されない）に出力信号を形成する。

固定抵抗値Ｒs3を有する第３の抵抗器１５８は、抵抗器３０の出力ノード１６３と接地１５４間でコンデンサ１６０と直列に接続される。以下に明らかなように、コンデンサ１６０は、出力ノード１６３から接地５３へ第３の抵抗器１５８を介して直流が流れるのを阻止し、同時にコンデンサ１６０および第３の抵抗器１５８を介して交流が流れるようにする。

高周波交流電源１６２は、参照電圧Vｓ3と共にサミングジャンクション１６４を介して第１のセンサ抵抗器１５０に接続される。その結果、第１の抵抗器１５０を介して抵抗片１２に供給される電圧信号は、参照電圧電源Ｖs3と交流電源１６２の出力信号との合計よりなる。

差電圧センサ１６６は、第１のセンサ抵抗器１５０の両端に接続され、抵抗器１５０の両端の差電圧の出力１６８で信号を供給する。その結果、信号１６８上の出力は、交流信号源１６２によって、第１の抵抗器１５０両端の差電圧を示す。

図５に示すように、第２の信号プロセッサ１７２は第２のセンサ抵抗器１５２の両端に電気的に接続され、第３の信号プロセッサ１７４は、コンデンサ１６０と第３のセンサ抵抗器１５８の直列の組み合わせの両端に電気的に接続される。

三つの全ての信号プロセッサ１７０、１７２、１７４は、実質上互いに同一であり、信号プロセッサ１７０だけを説明すれば、他の信号プロセッサ１７２、１７４についても理解できる。

図６を参照すると、信号プロセッサ１７０は、より拡大した詳細が示され、プロセッサ１７０は、差電圧検出器１６６の出力１６８と直列に接続されるバンドパスフィルタ１８０を備える。このバンドパスフィルタ１８０は、所定の周波数通過帯域を有している。さらに、バンドパスフィルタ１８０の周波数通過帯域は選択されて、交流信号源１６２の周波数は、予め調整した周波数通過帯域内にある。その結果、バンドパスフィルタ１８０の出力１８２は、交流信号電源１６２の信号によって、第１センサ抵抗器１５０両端の差電圧に相当する。

バンドパスフィルタ１８０の出力１８２は、増幅器１８４の入力信号となり、増幅器１８４の出力は、整流器兼ローパスフィルタ１８８の入力信号になる。その結果、整流器兼ローパスフィルタ１８８の出力信号は直流電圧出力信号を構成する。その直流電圧出力信号は、交流信号源１６２の信号により第１のセンサ抵抗器１５０の両端の電圧降下に相当する大きさである。

信号処理回路（信号プロセッサ）１７２、１７４は信号処理回路１７０（信号プロセッサ）と同様に作動する。ただし、信号処理回路１７２、１７４は、接地に接続されているので、信号処理回路１７２、１７４のいずれも差電圧検出器１６６との組み合わせを有していない。第２の信号プロセッサ１７２の出力信号Ｖs2は、交流信号源１６２により、第２のセンサ抵抗器１５２の両端の差電圧に相当する。同様に、第３の信号プロセッサ１７２の出力信号Ｖs3は、交流信号源１６２により、第3のセンサ抵抗器１５8の両端の差電圧に相当する。

図６に示される信号プロセッサ１７０は、作図法により一つ取り出したことは理解される。

本発明の精神および思想を逸脱しない範囲内で、交流信号の大きさを測定可能な他のデータ取得装置を使用してもよい。

再び図５を参照するに、コンデンサ１６０は、第３のセンサ抵抗器１５８に流れるスロットルポジションセンサの直流信号を効果的に阻止できる。しかし、コンデンサ１６０は、交流信号源１６２の周波数に相当する周波数の交流信号を導通させるよう選択される。

ここで、図７は、簡略化された抵抗回路網が様々な電圧ノードの交流信号振幅に基づき示されている。さらに、交流信号の次のような振幅は測定可能であり、したがって既知である。

（１）ＶSUM_REF
（２）Ｖs1＝ＶSUM_REF−ＶTPSREF
（３）ＶTPSRTN=Ｖs2
（４）ＶTPSSIG=Ｖs3
さらに、図７に示す回路網の次のような抵抗値も既知である。

Ｒs1 抵抗器１５０
Ｒs2 抵抗器１５２
Ｒserie 抵抗器３０
ＲTPS＝Ｒup＋Ｒlow 抵抗器２６、２８
そして、標準キルコフ方程式により、次のような４つの独立した式が導かれる。

ＶTPSREF−ＶTPSMID=Ｒup＊（Ｖs1/Rs1）
ＶTPSMID−ＶTPSRTN=Ｒlow＊（Ｖs2/Rs2）
ＶTPSMID−ＶTPSSIG＝（Ｒcr−Ｒserie）＊（Ｖs1/Rs1−Ｖs2/Rs2）
ＲTPS=Ｒup＋Ｒlow
上記４つの式は、それぞれ独立し、４つの既知の値が含まれているので、接触抵抗３６の抵抗値Ｒcrを入れると、ＥＣＵは、通常のプログラミングアルゴリズムを介して、接触抵抗３６の抵抗値Ｒcrの値を解く。

図５−７に示した本発明の変形例を利用する主たる利点は、摺動子２０の接触抵抗Ｒcrが何の障害もなく正常なスロットルポジションセンサの動作を伴って決定されることである。そのため、図１−図４に示す本発明の実施例と異なって、接触抵抗Ｒcrを決定するためにＥＣＵの時間の一部をさくことを不要とする。

以上のように、本発明は簡易であるがスロットルポジションセンサ動作中に抵抗片の全体的な抵抗値と接触抵抗の双方を検出するための効果的なメカニズムを提供することができる。スロットルポジションセンサの短期或いは一時的なエラーを、予知プログラムを使用することによりＥＣＵにより修正することができる。逆に、長期のエラーは検出されて運転者に適正な警報信号を送ることができる。

上記された本発明は、特許請求の範囲の見地から定義された発明の精神から逸脱しない範囲で当業者にとって明白な多くの変形例を含むものである。

電子スロットル装置のスロットルポジションセンサを示す回路図。 本発明の好ましい実施例の概要図。 本発明の好ましい実施例の動作を示すフローチャート。 本発明の変形例を示す概要図。 本発明の他の変形例を示す回路図。 図５に用いる信号処理回路のブロックを示す回路図。 図５の高周波数インピーダンスを示す簡略化された回路図。

Claims (29)

1. 可動スロットル要素を有するスロットル装置のスロットルポジションセンサにおいて、
   第１、第２の端部を有し、前記第１の端部が第１の電位と電気的に接続され、前記第２の端部が前記第１の電位と差のある第２の電位と電気的に接続される抵抗片と、
   前記抵抗片に対して接触してスライドする導電性を有する摺動子と、を備え、前記可動スロットル要素の位置に応じて前記抵抗片に対する前記摺動子の位置が比例的に変化し、かつ前記摺動子の出力電圧が前記可動スロットル要素の位置に応じて変化するように、前記摺動子或いは前記抵抗片の一つが可動スロットル要素に結合し、
   さらに前記摺動子と前記抵抗片間の接触抵抗を求める回路を備えることを特徴とするスロットルポジションセンサ。
2. 請求項１において、前記回路は、
   所定の抵抗値を有するセンサ抵抗器と、
   前記摺動子と前記第２の電位間で前記センサ抵抗器を電気的かつ選択的に接続するスイッチと、
   前記センサ抵抗器の両端の電圧降下を示す出力信号を発生する第１の電圧検出器と、
   前記抵抗片の第１の端部と前記摺動子間の電圧降下を示す出力信号を発生する第２の電圧検出器と、
   前記第１、第２の電圧検出器の出力と前記第１の電位に電気的に接続され、前記第１、第２の検出器の出力信号と前記第１の電位に関連して前記接触抵抗を算出する信号処理回路と、を備えるスロットルポジションセンサ。
3. 請求項２において、前記第２の電圧検出器は、前記抵抗片の第２の端部と直列に電気的かつ選択的に接続される高インピーダンス入力を有するバッファを有し、かつ前記第２の検出器は、前記摺動子との接触点での前記抵抗片の抵抗値に対して比例する出力信号を有するスロットルポジションセンサ。
4. 請求項２において、前記第１の電圧検出器は、前記センサ抵抗器と並列に電気的かつ選択的に接続される高インピーダンス入力を有するバッファを備え、前記バッファは、前記センサ抵抗器の両端の電圧降下の両端の電圧降下を示す出力信号を有するスロットルポジションセンサ。
5. 請求項３において、前記バッファの入力を前記抵抗片の第２の端部と直列に電気的かつ選択的に接続する第２のスイッチを有し、前記第２のスイッチは、前記抵抗片の前記第２の端部と接続される第１極と前記第２の電位に接続される第２の電極とを有しているスロットルポジションセンサ。
6. 請求項５において、前記第１のスイッチは電子スイッチであるスロットルポジションセンサ。
7. 請求項６において、前記電子スイッチはＦＥＴよりなるスロットルポジションセンサ。
8. 請求項５において、前記第２のスイッチは電子スイッチであるスロットルポジションセンサ。
9. 請求項８において、前記電子スイッチはＦＥＴよりなるスロットルポジションセンサ。
10. 請求項１において、前記抵抗片の前記第１の端部と並列に電気的かつ選択的に接続される高インピーダンス入力を有するバッファを備え、前記バッファは、前記第１の電位を示す出力信号を発生するスロットルポジションセンサ。
11. 請求項１において、前記回路はマイクロプロセッサよりなるスロットルポジションセンサ。
12. 請求項１１において、前記マイクロプロセッサは、前記算出された接触抵抗を比較し、前記算出された接触抵抗が所定の閾値を超えるときにエラー信号を発生するスロットルポジションセンサ。
13. 請求項１２において、前記エラー信号と前記摺動子からの出力信号に応じて、前記マイクロプロセッサは、補正されるスロットルポジションセンサ出力信号を算出するスロットルポジションセンサ。
14. 請求項１において、前記スロットルポジションセンサは、予備の抵抗片と予備の摺動子を有し、前記エラー信号に応じて、前記回路が前記スロットルポジションセンサからの前記出力を前記予備の抵抗片と前記予備の摺動子に切り換えて得るスロットルポジションセンサ。
15. 請求項１において、前記抵抗片の第１の端部と前記摺動子間と、前記抵抗片の第２の端部と前記摺動子間との抵抗値を選択的に測定する第２の回路を備えるスロットルポジションセンサ。
16. 請求項１５において、前記第２の回路は、前記抵抗片の前記第１の端部を前記第１の電位に選択的に接続する第１のスイッチと、前記抵抗片の前記第２の端部を前記第１の電位、前記第２の電位、及び開放回路に選択的かつ電気的に接続する第２のスイッチと、を備えるスロットルポジションセンサ。
17. 請求項１において、前記回路は、
    前記抵抗片の第１の端部に直列に接続される第１のセンサ抵抗器と、
    前記抵抗片の第２の端部に直列に接続される第２のセンサ抵抗器と、
    前記摺動子に接続される第３のセンサ抵抗器と、
    前記抵抗片の前記第１の端部に接続される交流電源と、
    前記第１、第２及び第３のセンサ抵抗器の両端の電圧差を前記交流電源により検出し、前記電圧差を示す出力信号を形成発生する電気的回路構成と、
    前記出力信号に関連して前記接触抵抗を求めるプロセッサと、を備えるスロットルポジションセンサ。
18. 請求項１７において、前記第３のセンサ抵抗器と直列に接続される直流素子コンデンサを備えるスロットルポジションセンサ。
19. 請求項１７において、前記電気的回路構成は、前記交流電源により前記各センサ抵抗器の両端電位差を分離させるために、前記センサ抵抗器のそれぞれと関係づけられた信号プロセッサを備えるスロットルポジションセンサ。
20. 請求項１９において、各信号プロセッサは、所定の周波数通過帯域を有するバンドパスフィルタを備え、前記交流周波数信号源は前記周波数通過帯域内の周波数を有するスロットルポジションセンサ。
21. 請求項２０において、前記信号プロセッサは、前記バンドパスフィルタの出力と直列に接続される整流器を有するスロットルポジションセンサ。
22. 請求項２１において、前記整流器と直列に接続される増幅器を有するスロットルポジションセンサ。
23. 第１、第２の端部を有する抵抗片と、前記抵抗片に接触してスライドする摺動子とを有するスロットルポジションセンサを用いる使用方法であり、前記摺動子は前記抵抗片との接触抵抗を形成し、
    前記接触抵抗を求めるためのステップとして、
    電圧を前記抵抗片の前記第１の端部に供給し、
    前記抵抗片の前記第１の端部の電圧を検出し、
    前記摺動子に所定の抵抗値の抵抗器を接続し、
    前記抵抗器の両端の電圧降下を検出し、
    前記摺動子と前記抵抗片間の接触位置の電圧を検出する、一連のステップを有していることを特徴とするスロットルポジションセンサの使用方法。
24. 請求項２３において、前記摺動子と前記抵抗片間の接触位置の抵抗を検出するステップは、前記摺動子と前記抵抗片の前記第２の端部間の抵抗片に流れる電流を最小化し、かつ前記抵抗片の第２の端部での電圧を検出するステップを有するスロットルポジションセンサの使用方法。
25. 請求項２４において、前記最小化のステップは、前記高インピーダンス入力を前記抵抗片の第２の端部に電気的に直列に接続するステップを有するスロットルポジションセンサの使用方法。
26. 請求項２５において、設定範囲外の接触抵抗を補償するステップを有するスロットルポジションセンサの使用方法。
27. スロットルポジションセンサの動作状態を監視する方法であって、２つの端部を有する抵抗片と、前記抵抗片に接触してスライドし接触抵抗形成する摺動子と、前期摺動子位置の電圧が前記抵抗片上の前記摺動子の位置に相当するように前記抵抗片の両端間に供給される電位とを備え、
    前記監視方法は、
    前記摺動子と前記抵抗片の各端部の間の抵抗値を反復して求め、
    前記反復的に求められた抵抗値を予め記憶した抵抗値と比較し、
    前記比較ステップが所定の閾値以上の差異抵抗電圧を認識したとき警報シグナルを発生する、各ステップを有することを特徴とするスロットルポジションセンサの監視方法。
28. 可動スロットル要素を有するスロットル装置のスロットルポジションセンサにおいて、
    第１、第２の抵抗片端部を有し、前記第１の端部が第１の電位と電気的に接続され、前記第２の端部が前記第１の電位と差のある第２の電位と電気的に接続される抵抗片と、
    前記抵抗片に対して接触してスライドする導電性を有する摺動子と、を備え、前記可動スロットル要素の位置に応じて前記抵抗片に対する前記摺動子の位置が比例的に変化し、かつ前記摺動子の出力電圧が前記可動スロットル要素の位置に応じて変化するように、前記摺動子或いは前記抵抗片の一つが可動スロットル要素に結合し、
    さらに前記第１の端部と前記第２の端部間の抵抗片の抵抗値を求める回路を備えることを特徴とするスロットルポジションセンサ。
29. 請求項２８において、前記回路は、
    所定の抵抗値を有するセンサ抵抗器と、
    前記摺動子と前記第２の電位間で前記センサ抵抗器を電気的、選択的に接続する第１のスイッチと、
    前記センサ抵抗器の両端の電圧降下を示す出力信号を発生する第１の電圧検出器と、
    前記抵抗片の前記第２の端部と接続される第２のスイッチで、前記抵抗片の前記第２の端部を前記第１の電位、前記第２の電位、及び開放回路に選択的に接続する第２のスイッチと、
    前記抵抗片の第２の端部の電圧を示す出力信号を発生する第２の電圧検出器と、
    前記抵抗片の前記第１の端部と接続される第３のスイッチで、前記抵抗片の第１の端部を前記第１の電位及び前記開放回路に選択的に接続する第３の電位検出器と、
    前記抵抗片の前記第１の端部の電圧を示す出力信号を発生する第３の電圧検出器と、
    前記第１、第２、および第３の電圧検出器の出力信号と電気的に接続される信号処理回路であって、前記第１、第２および第３の検出器からの出力信号と前記第１、第２および第３のスイッチの状態とにより、前記第１の端部と前記第２の端部間の前記抵抗片の抵抗値を算出するようにプログラムされた信号処理回路と、を備えるスロットルポジションセンサ。
    
    前記第１、第２の電圧検出器の出力に電気的に接続され、前記第１、第２の検出器の出力信号と前記第１の電位に関係して前記接触抵抗を算出する信号処理回路と、を備えるスロットルポジションセンサ。
    

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