JP2006053148A - 差電圧評価を用いてセンサを監視する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術のセンサの監視方法で生じていたエラーが生じないようにすること。
【解決手段】アース及び／又は給電電圧Ｕ_Ｂへの短絡を検出するために、差電圧評価を用いてセンサを監視する方法に関する。センサには、第１の抵抗Ｒ_１及び第２の抵抗Ｒ_２が配属されている。和電圧をセンサの一方の端子の一方の電圧Ｕ_Ｐ及び他方の端子の他方の電圧Ｕ_Ｍとから求めて、当該和電圧を給電電圧Ｕ_Ｂと比較される。その後、求めた和電圧と給電電圧Ｕ_Ｂとの比ａが形成される。比ａの値に依存して、センサでのプラス端子及び／又はマイナス端子での分路の生起が検出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アース又は給電電圧Ｕ_Ｂへの短絡を検出するために、差電圧評価を用いてセンサを監視する方法であって、センサには、第１の抵抗Ｒ_１及び第２の抵抗Ｒ_２が配属されている方法に関する。

温度値の検出のために、抵抗依存の半導体構成素子（ＰＣＴ素子）が使用され、この半導体構成素子が、マイクロプロセッサのアナログ入力側を介して評価される。精度を高めるために、差評価が行われ、それによって障害となるアース作用を除去することができる。温度は、制御装置内で行うべき計算を実行することができるためには、制御装置の内部で必要とされる。

差電圧評価方法は、殊に自動車産業で、エンジン又はトランスミッション温度を評価及び測定する際に広く用いられている。

温度センサによって検出される温度のエラー検出を回避するために、温度センサの作動具合が監視される。温度検出にエラーがある場合、制御装置内で誤った計算が実行され、乃至、間違った特性曲線が使用されることになる。一般的には、差電圧評価時にアースへの短絡、給電電圧Ｕ_Ｂへの短絡、及び、断線が検出される。従来技術で使用されているセンサの監視方法では、分路は、これまで検出されてこなかった。分路によって、エラーのある差電圧が形成され、それによって、温度検出にエラーが生じ、その結果、温度センサの監視は、アースへの短絡、給電電圧Ｕ_Ｂへの短絡、並びに、断線の検出では、一般的に十分ではない。

本発明の課題は、従来技術のセンサの監視方法で生じていたエラーが生じないようにすることである。

この課題は、本発明によると、和電圧をセンサの一方の端子の一方の電圧Ｕ_Ｐ及び他方の端子の他方の電圧Ｕ_Ｍとから求めて、当該和電圧を給電電圧Ｕ_Ｂと比較し、求めた和電圧と給電電圧Ｕ_Ｂとの比ａを形成し、比ａの値に依存して、センサでの分路の生起を検出することによって解決される。

本発明により提案されている解決手段によると、センサ、例えば、温度センサでの分路が、センサでの電圧値の算出を介して検出される。センサのプラス端子及びマイナス端子の抵抗が同じ状態では、センサでの電圧は、給電電圧に相応する。従って、和電圧と給電電圧との比は、抵抗ＲＲ_１乃至Ｒ_２が同じという前提では、１に等しい。

この状況により、殊に、分路抵抗の診断手段が改善される。診断評価のためには、例えば、以下の比ａの値の許容偏差間隔が有意義である：比ａが０．９５〜１．０５で動く限り、比ａが値０．９５を下回るか、又は、例えば、値１．０５を上回ると即座に、分路エラーの生起が検出される。ここで、例として挙げた比０．９５乃至１．０５の値の代わりに、例えば、温度センサに設定される精度要求に依存して、例えば、値０．９乃至１．１を選定してもよい。検出される温度の精度に関する要求乃至仕様に依存して、比ａを、使用される抵抗Ｒ_１乃至Ｒ_２に依存して決めてもよい。

図１には、一方では給電電圧源と接続されていて、他方では２つの抵抗と接続されているセンサ装置の略図が示されている。

図１に可変センサ手抵抗Ｒ_Ｓによって示されているセンサ１は、一方では、給電電圧Ｕ_Ｂによって示され給電電圧源と接続されており、他方では、アース４に接続されている。センサ１には、一方で、アース４とセンサのマイナス端子３との間に接続された抵抗Ｒ_２がアース側に接続されており、センサ１には、他方で、プラス端子２と給電電圧Ｕ_Ｐとの間に接続された第１の抵抗Ｒ_１が給電電圧源側に接続されている。プラス端子２の分路は、同様にアース４に接続されている分路抵抗Ｒ_Ｍによって示されており、センサ１のマイナス端子３の分路は、マイナス端子での分路抵抗Ｒ_Ｍによって示されており、その際、分路抵抗Ｒ_Ｍは、同様にアース４に接続されている。分路抵抗Ｒ_Ｍ乃至Ｒ_Ｐは、以下のように作用する抵抗のことである。つまり、例えば、センサでの導電性の汚濁によって生じたり、又は、欠陥のあるセンサケーブルでのクリープ電流によって生じたりする。以下示す計算では、分路抵抗Ｒ_Ｍ乃至Ｒ_Ｐは、オーム性実抵抗である。分路抵抗Ｒ_Ｍ乃至Ｒ_Ｐの値は、未知である。システム全体で、センサの一方の端子２の一方の電圧Ｕ_Ｐ及び他方の端子３の他方の電圧Ｕ_Ｍと及び給電電圧源の電圧Ｕ_Ｂが測定され、それらの各値から比ａが算出される。それから、比ａの値は、所定の限界値と比較される。

図１を用いて、以下の各事例について区別して説明する：
事例１（分路抵抗がない場合）：
この場合には、マイナス端子３に電圧Ｕ_Ｍが調整され、この電圧は、以下の関係式から得られ：
［１］ Ｕ_Ｍ＝Ｕ_Ｂ・Ｒ_２／（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_１＋Ｒ_２）
そして、センサ１のプラス端子２には、電圧Ｕ_Ｐが調整され、この電圧は、以下の関係式によって得られる：
［２］ Ｕ_Ｐ＝Ｕ_Ｂ・（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）／（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_１＋Ｒ_２）
和電圧と給電電圧との比ａは：
［３］ ａ＝（Ｕ_Ｐ＋Ｕ_Ｍ）／Ｕ_Ｂ
によって決められる。

式［１］及び式［２］を式［３］に用いると、比ａに対して：
ａ＝［（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ_２］／（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_１＋Ｒ_２）＝（２Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）／（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_１＋Ｒ_２）
が得られる。

Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒの場合には、常に比ａ＝１となる。

事例２（マイナス端子３に分路抵抗Ｒ_Ｍがある場合）：
簡単にするために：
Ｒ_Ｘ＝Ｒ_２‖Ｒ_Ｍ＝Ｒ_２Ｒ_Ｍ／（Ｒ_２＋Ｒ_Ｍ）
とする。
比ａは、上述のようにして得られ：
ａ＝（２Ｒ_Ｘ＋Ｒ_Ｓ）／（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_１＋Ｒ_Ｘ）
そして、この式から、
ａ＝［２Ｒ_２Ｒ_Ｍ＋Ｒ_Ｓ（Ｒ_２＋Ｒ_Ｍ）］／［Ｒ_１（Ｒ_２＋Ｒ_Ｍ）＋Ｒ_Ｓ（Ｒ_２＋Ｒ_Ｍ）＋Ｒ_２Ｒ_Ｍ］＝［Ｒ_Ｍ（２Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ_ＳＲ_２］／［Ｒ_Ｍ（Ｒ_１＋Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ_２（Ｒ_１＋Ｒ_Ｓ）］
が得られる。

Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒが成り立つならば、比ａは：
ａ＝［Ｒ_Ｍ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）＋ＲＲ_Ｓ］／［Ｒ_Ｍ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ（Ｒ＋Ｒ_Ｓ）］
と得られる。

Ｒ_Ｍ＝∞となる場合には、ここでも、比ａは、値１となる。

事例３（プラス端子２に分路抵抗Ｒ_Ｐがある場合）：
センサ１のプラス端子２に分路抵抗Ｒ_Ｐが図１に示したように位置している場合には、以下が成り立つ：
Ｕ_Ｐ＝Ｕ_Ｂ｛［Ｒ_Ｐ（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］／（Ｒ_Ｐ＋Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）｝／｛［Ｒ_Ｐ（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］／（Ｒ_Ｐ＋Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ_１｝｝
従って、Ｕ_Ｐ即ち、プラス端子２に印加される電圧Ｕ_Ｐが得られる：
［１］ Ｕ_Ｐ＝Ｕ_Ｂ［Ｒ_Ｐ（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］／［Ｒ_Ｐ（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ_１（Ｒ_Ｐ＋Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］
マイナス端子３に印加される電圧Ｕ_Ｍは、
［２］ Ｕ_Ｍ＝Ｕ_Ｐ（Ｒ_２）／（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）
給電電圧用の和電圧の比ａは：
ａ＝［Ｕ_Ｐ＋Ｕ_Ｐ（Ｒ_２）／（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］／Ｕ_Ｂ＝Ｕ_Ｐ［１＋Ｒ_２／（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］／Ｕ_Ｂ
式［１］を用いると、比ａは：
ａ＝Ｒ_Ｐ（２Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）／［Ｒ_１（Ｒ_Ｐ＋Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ_Ｐ（Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］＝Ｒ_Ｐ（２Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）／［Ｒ_１（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_２）＋Ｒ_Ｐ（Ｒ_１＋Ｒ_２＋Ｒ_Ｓ）］
となる。

第１の抵抗Ｒ_１が第２の抵抗Ｒ_２に等しい場合：
Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒ：
となる。

従って、和電圧と給電電圧との比ａは
ａ＝Ｒ_Ｐ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）／［Ｒ_Ｐ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ（Ｒ＋Ｒ_Ｓ）］
Ｒ_Ｐが値∞をとる場合には、和電圧と給電電圧との比ａの値は、値１が調整される。

分路抵抗、即ち、Ｒ_Ｍ乃至Ｒ_Ｐが給電電圧Ｕ_Ｐに接続されると、比は反転し、その結果、比ａの値＞１となる。診断評価のため、例えば、後述の値は有意義であるが、例として挙げたにすぎない：
比ａの値≦１．０５、但し、≧０．９５である場合、即ち、０．９５≦ａ≦１．０５の場合、「分路なし」と分かる。

比ａの値が０．９５以下、又は、１．０５以上になると、分路エラーが生起していることが分かり、即ち、ａ＜０．９５又はａ＞１．０５である。

図２には、分路抵抗Ｒ_Ｍの分路の場合の比ａが、分路抵抗Ｒ_Ｍの種々の値に亘って記載されている。種々異なる特性曲線は、５０，１００，２００，４００，６００，８００，１０００，１２００，１４００，１６００，１８００乃至２ｋΩの可変のセンサ抵抗の場合に記載されており、第１の抵抗Ｒ_１乃至第２の抵抗Ｒ_２の値は、それぞれ１ｋΩである。

表Iは、この場合に調整される各値が、１つの値表に示されており、その際、値表の第１の行には、５０Ω〜２ｋΩのセンサ抵抗ＲＳの個別値が記載されており、最も外側の左側の欄には、０〜５００００の分路抵抗Ｒ_Ｍの各値が記載されている。

図３には、センサ１のプラス端子２での分路抵抗Ｒ_Ｐの分路がある場合の比ａの経過が示されている。図３の場合には、センサ抵抗Ｒ_Ｓは、５０Ω、１００Ω、２００Ω、４００Ω、６００Ω、８００Ω、１０００Ω、１２００Ω、１４００Ω、１６００Ω、１８００Ω乃至２ｋΩの値をとり、その際、比ａは、０．８〜１である。図３の特性曲線の場合でも、第１の抵抗Ｒ_１乃至第２の抵抗Ｒ_２の値は、それぞれ１ｋΩである。

図３に示されている、プラス端子２での、抵抗Ｒ_Ｐの分路で調整される比ａの各値は、表ＩＩから分かる。表Iと同様に、表ＩＩでも、左側の最も外側には、０〜５００００Ωで変化する分路抵抗Ｒ_Ｐが記載されており、表ＩＩの最も上の行には、５０，１００，２００，４００，６００，８００Ω、１ｋΩ、１．２ｋΩ、１．４ｋΩ、１．６ｋΩ、１．８ｋΩ、並びに、２ｋΩの可変のセンサ抵抗Ｒ_Ｓが記載されている。表ＩＩからは、プラス端子２に分路抵抗Ｒ_Ｐの分路がある場合の比ａの経過が分かる。図２，３と同様に、分路抵抗Ｒ_Ｍがある場合も、分路抵抗Ｒ_Ｐがある場合も（０〜５０ｋΩに選択される）、比ａに対して、それぞれ調整される特性曲線は、特性曲線群となることが明らかである。これら各特性曲線群は全て、漸近経過で値１に近づく強い勾配によって特徴付けられて移行する。

センサ評価にとって有意義な比ａの値は、前述のように、０．９５〜１．０５で、即ち、分路抵抗Ｒ_Ｍ乃至分路抵抗Ｒ_Ｐ≧１０ｋΩであるような領域内に位置している。

未だ、センサ評価が行われる必要があるａの正確な境界は、全システムにたてられる精度要求に依存している。値ａが、この定義された領域の外側に位置している場合、分路抵抗が全システムに及ぼす影響は著しく大きく、その結果、センサの評価は、もはや有意義ではなく、場合によっては、センサの等価値に切り換えることができる。センサの診断により、この場合、分路エラーが検出される。

センサに配属した抵抗Ｒ_１乃至Ｒ_２を有するセンサの接続回路の略図。 抵抗Ｒ_Ｍの分路での比ａの特性を示す図。 抵抗Ｒ_Ｐの分路での比ａを示す図。 分路抵抗Ｒ_Ｍの分路の場合の比ａが、分路抵抗Ｒ_Ｍの種々の値に亘って記載されている図２の場合に調整される各値が記載されている表。 図３に示されている、プラス端子２での、抵抗Ｒ_Ｐの分路で調整される比ａの各値が記載されている表。

符号の説明

１ 温度
２ プラス端子センサ
３ マイナス端子センサ
Ｒ_１ 第１の抵抗
Ｒ_２ 第２の抵抗
４ アース
Ｒ_Ｓ センサ抵抗
Ｒ_Ｍ マイナス端子での分路抵抗
Ｒ_Ｐ プラス端子での分路抵抗
Ｕ_Ｐ プラス端子での電圧
Ｕ_Ｍ マイナス端子での電圧
Ｕ_Ｂ 給電電圧

Claims (8)

1. アース（４）又は給電電圧Ｕ_Ｂへの短絡を検出するために、差電圧評価を用いてセンサを監視する方法であって、前記センサには、第１の抵抗Ｒ_１及び第２の抵抗Ｒ_２が配属されている方法において、
   和電圧をセンサの一方の端子（２）の一方の電圧Ｕ_Ｐ及び他方の端子（３）の他方の電圧Ｕ_Ｍとから求めて、当該和電圧を給電電圧Ｕ_Ｂと比較し、
   求めた前記和電圧と前記給電電圧Ｕ_Ｂとの比ａを形成し、
   前記比ａの値に依存して、前記センサでの分路の生起を検出する
   ことを特徴とする方法。
2. 比
   ａ＝（Ｕ_Ｐ＋Ｕ_Ｍ）／Ｕ_Ｂ
   が、第１の抵抗Ｒ_１及び第２の抵抗Ｒ_２の同じ値で値１をとるようにする請求項１記載の方法。
3. マイナス端子（２）での、センサのアース（４）への分路の生起を、関係式：
   ａ＝［Ｒ_Ｍ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）＋ＲＲ_Ｓ］／［Ｒ_Ｍ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ（Ｒ＋Ｒ_Ｓ）］
   但し、Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒ
   を用いて比ａによって求める請求項１記載の方法。
4. プラス端子（３）での、センサのアース（４）への分路の生起を、関係式：
   ａ＝Ｒ_Ｐ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）／［Ｒ_Ｐ（２Ｒ＋Ｒ_Ｓ）＋Ｒ（Ｒ＋Ｒ_Ｓ）］
   但し、Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒ
   を用いて比ａによって求める請求項１記載の方法。
5. マイナス端子（２）での、センサの給電電圧Ｕ_Ｂへの分路の生起を１／ａから求める請求項３記載の方法。
6. プラス端子（３）での、センサの給電電圧Ｕ_Ｂへの分路の生起を１／ａから求める請求項４記載の方法。
7. ０．９５≦ａ≦１．０５の値で、分路が生じていないことを推定する請求項１〜６迄の何れか１記載の方法。
8. ａ＜０．９５又はａ＞１．０５で、センサのプラス端子（３）又はマイナス端子（２）での分路を検出する請求項１〜７迄の何れか１記載の方法。

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