JP2009070771A - スイッチ劣化検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】接触式スイッチの劣化を検知する。
【解決手段】接触式スイッチの劣化を検知する劣化検知システム１０であって、前記スイッチのオン時およびオフ時に該スイッチから入力される電圧検出手段３３と、前記検出された電圧を予め設定した閾値を比較し、該閾値よりも電圧値が高いとオン電圧と判定すると共に該閾値よりも電圧値が低いとオフ電圧と判定するオンオフ判定手段３１と、前記記憶したオン電圧とオフ電圧の平均値を求め、該平均値と前記閾値との差が所定値以下となった場合に劣化と判定する劣化判定手段３１と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチ劣化検知システムに関し、詳しくは、接触式スイッチの劣化を検知するものである。

従来、車両には、ドアロックやワイパ等の機器を乗員が操作するためのスイッチが設けられている。
該スイッチとして、非特許文献１には例えば図７に示すような接触式スイッチが用いられている。該スイッチ１は、乗員がレバー２を操作すると、転換子３によって可動接片４が動作して、可動接片４に設けた可動接点５と、該可動接点５と対向位置に配置された固定接点６とが接触する。この接触により、スイッチがオンされて車両機器が動作する。
このような接触式スイッチの可動接点及び固定接点には、導電率が大きく接触抵抗が低い銀合金や銅合金が主に用いられている。しかし、スイッチの長年の使用により、可動接点及び固定接点に導電性の悪い酸化膜が生成されてスイッチの接触抵抗が大きくなり、スイッチの劣化が生じる場合がある。

スイッチからのオンオフ信号を電圧値として受け取る車両機器の場合、車両機器はスイッチから入力された電圧値と閾値とを比較してスイッチのオンオフを判定している。例えば、スイッチのオン時には０Ｖの電圧がスイッチから車両機器に入力され、オフ時には５Ｖの電圧が入力されるとすると、閾値をスイッチのオン時の電圧とオフ時の電圧の間に定め、車両機器はスイッチからの電圧値が閾値以上であればスイッチがオンであり、該電圧値が閾値未満であればスイッチがオフであると判定している。
しかし、スイッチの劣化が進むと、接触抵抗が大きくなるためにスイッチのオン時の電圧値が上昇し、閾値に近づいていく。さらに劣化が進み、スイッチのオン時の電圧値が閾値以上となった場合には、車両機器がスイッチのオンオフを正しく判定できないという問題がある。

「電子部品大辞典」、田中幸久著、（株）工業調査会発行、３２７頁〜３２９頁

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、スイッチの劣化の進み具合を検知して、必要に応じてスイッチのオンオフ判定に用いる閾値を補正し、スイッチのオンオフの誤判定を防ぐことを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、接触式スイッチの劣化を検知する劣化検知システムであって、
前記スイッチのオン時およびオフ時に該スイッチから入力される電圧を検出する電圧検出手段と、
前記検出された電圧を予め設定した閾値と比較し、該閾値よりも電圧値が高いとオン電圧と判定すると共に該閾値よりも電圧値が低いとオフ電圧と判定するオンオフ判定手段と、
前記オンオフ判定手段が判定したオン電圧およびオフ電圧を記憶する記憶手段と、
前記記憶したオン電圧とオフ電圧の平均値を求め、該平均値と前記閾値との差が所定値以上となった場合に劣化と判定する劣化判定手段と、
を備えていることを特徴とするスイッチの劣化検知システムを提供している。
前記オンオフ判定手段の初期閾値は、前記スイッチの初期使用時における前記オン電圧とオフ電圧の平均値としている。

スイッチが劣化していない場合、オン電圧とオフ電圧の平均値と閾値の値は等しくその差はゼロである。
一方、前述したように、スイッチの劣化に伴いスイッチのオン電圧が徐々に上昇していき閾値に近づいていくため、オン電圧とオフ電圧の平均値も上昇し、該平均値と閾値に差が生じる。
このため、該平均値と閾値との差をスイッチの劣化判定に用いることで、劣化判定手段は該平均値と閾値との差が所定値以上となった場合には、スイッチが劣化したと判定することができる。

前記スイッチの使用経過時に劣化判定手段で劣化と判定された場合、前記記憶手段で記憶したオン電圧とオフ電圧の平均値を補正閾値とする閾値補正手段と、
前記平均値が予め規定した基準値を越えると、スイッチの劣化を表示する警報手段と、
を備えていることが好ましい。

劣化判定手段により劣化が判定された場合、閾値補正手段は該閾値が該平均値の値となるように補正している。該補正により、閾値はオン電圧とオフ電圧の値の中間付近に位置することになり、スイッチの劣化によりオン電圧が上昇してもオン電圧が閾値より大きくなることがないため、スイッチに劣化が生じた場合であってもオンオフ判定手段によるスイッチのオンオフ判定の誤判定を防ぐことができる。

上昇しているオン電圧とオフ電圧の平均値を新たな閾値としたため、該平均値と閾値との差はほぼゼロに戻る。さらにスイッチの劣化が進んだ場合は、オン電圧がさらに上昇するので、再び該平均値と閾値に差が生じる。該差が所定値以上になった場合には、再び閾値をオン電圧とオフ電圧の平均値となるように補正する。
このように、平均値と閾値に所定値以上の差が生じるたびに閾値を補正しているので、オン電圧は常に閾値より大きくなることはなく、スイッチに劣化が生じた場合であってもオンオフ判定手段によるスイッチのオンオフの誤判定を防ぐことができる。

前述したように、スイッチに劣化が発生しても、閾値を補正することによりオンオフ判定手段のスイッチのオンオフの誤判定を防ぐことができる。しかし、スイッチの劣化が大きく進んだ場合には、乗員に警告してスイッチを交換する等の対応をすることが望ましい。
本発明では、スイッチの劣化を表示する警告手段を備えているので、オン電圧とオフ電圧の平均値を予め定めた基準値と比較し、該平均値が基準値を超えた場合には、警告手段により乗員にスイッチの劣化を警告することができる。
なお、前記補正閾値と前記初期閾値との差が基準値を超えた場合に、警告手段がスイッチの劣化を表示してもよい。

前記制御手段は、所定のサンプリング周期でスイッチから入力される電圧値を検出し、連続して所定回数以上、該電圧値が閾値以上の場合にスイッチがオンであると判定して該オン時の電圧値を前記記憶手段に記憶させ、連続して所定回数以上、該電圧値が閾値未満である場合にスイッチがオフであると判定して該オフ時の電圧値を前記記憶手段に記憶させ、
該記憶手段に複数回記憶された該オン時の電圧値を平均して前記オン電圧とすると共に該オフ時の電圧値を平均して前記オフ電圧とすることが好ましい。

スイッチからオンオフ判定手段に入力される電圧値は常に一定値が入力されるのではなく、入力毎にばらつきが生じたりノイズが混入する場合があり、該ばらつきやノイズによりスイッチのオンオフが誤判定されることがある。このため、オンオフ判定手段がスイッチのオンオフを判定する際には、電圧値の検出を複数回行い、連続した回数以上電圧値と閾値の比較結果が同じであった場合にスイッチがオンであるまたはオフであると判定する。これにより、電圧値のばらつきやノイズの影響を抑え、オンオフ判定の信頼性を増すことができる。
また、制御手段は、記憶手段に複数回記憶された該オン時の電圧値を平均して前記オン電圧とすると共に該オフ時の電圧値を平均して前記オフ電圧とすることで、オン電圧とオフ電圧の平均値を求める際に、電圧値のばらつきやノイズの影響を抑えることができる。

前述したように、本発明のスイッチの劣化検知システムによれば、オン電圧とオフ電圧の平均値と閾値との差をスイッチの劣化判定に用いることで、劣化判定手段は該平均値と閾値との差が所定値以上となった場合に、スイッチが劣化したと判定することができる。
また、スイッチの劣化を判定した場合には、閾値をオン電圧とオフ電圧の平均値に補正して閾値がオン電圧とオフ電圧の値の中間付近に位置するようにし、オンオフ判定手段はこの新たな閾値を用いてスイッチのオンオフを判定するため、オン電圧が閾値より大きくなることがなく、スイッチに劣化が生じた場合であってもオンオフ判定手段によるスイッチのオンオフの誤判定を防ぐことができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図６は本発明の第１実施形態を示す。
本発明のスイッチ劣化検知システム１０は、接触式であって接点の劣化とともにオン時の抵抗が大きくなりオン電圧が大きくなるスイッチ２０の劣化を検出するものである。
スイッチ劣化検知システム１０は、劣化検知の対象であるスイッチ２０が接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０に、オンオフ判定手段及び閾値補正手段を構成する制御部３１と、記憶手段を構成する記憶部３２と、電圧検知手段を構成するＡ／Ｄ変換入力部３３を備えている。また、スイッチ２０が劣化したことを警告する警告手段であるランプ４０を制御部３１と接続している。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ３０の制御部３１、記憶部３２、入出力部をスイッチ劣化検知システム１０の制御部３１、記憶部３２、Ａ／Ｄ変換入力部３３と兼用している。

Ａ／Ｄ変換入力部３３は、制御部３１と接続していると共にスイッチ２０と接続しており、スイッチ２０から入力されるスイッチ２０のオンオフを示すアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号とし、制御部３１に送信している。
制御部３１はＣＰＵからなる。Ａ／Ｄ変換入力部３３から入力された電圧を閾値と比較し、閾値よりも大きければスイッチ２０がオフであり、閾値より小さければスイッチ２０がオンであると判定している。また、スイッチ２０のオン時の電圧値であるオン電圧、スイッチ２０のオフ時の電圧値であるオフ電圧の平均値を求めて閾値と比較し、該平均値と閾値との差が所定値以上となった場合に、スイッチ２０が劣化していると判定し、該平均値を閾値とする補正を行っている。

また、制御部３１はランプ４０と接続しており、平均値が基準値を超えた場合にはランプ４０を点灯させ、乗員にスイッチ劣化の警告を発している。
記憶部３２はＲＯＭまたはＲＡＭからなり、制御部３１と接続している。制御部３１が用いる閾値、所定値、及び基準値を記憶していると共に、スイッチ２０のオン電圧及びオフ電圧を記憶している。

本発明のスイッチ劣化検知システム１０が劣化検知を行うスイッチ２０は、乗員が手動でオンオフの操作を行うものであり、例えば、パーキングブレーキスイッチ、ワイパスイッチ、ウォッシャースイッチ、ドアロックスイッチ、シートベルトスイッチ、ウィンカースイッチ、自己診断スイッチである。また、本実施形態のＥＣＵ３０は、上記のスイッチ２０に接続しているＥＣＵ３０である。

次に、スイッチ２０の劣化について説明する。
図２はスイッチ２０の説明図であり、接点部２１の電極が接触することでスイッチ２０のオンオフを行っている。接点部２１はダイオード２２を介してＥＣＵ３０のＡ／Ｄ変換入力部３３と接続しており、ダイオード２２とＡ／Ｄ変換入力部３３の間には、抵抗２３と直列接続した電源が接点部２１と並列接続されている。本実施形態では該電源は＋５Ｖの直流電源である。スイッチ２０がオフの場合には接点部２１が接続されておらず、＋５Ｖの電圧がＡ／Ｄ変換入力部３３に印加される。スイッチ２０がオンの場合には接点部２１が接続され、０Ｖの電圧がＡ／Ｄ変換入力部３３に印加される。

ここで、スイッチ２０が経年変化により劣化した場合には、図２（Ｂ）に示すように、接点部２１に直列に抵抗（以下、接触抵抗２４と称す）が挿入された状態と等価となる。例えば、接触抵抗２４にかかる電圧が１Ｖであった場合には、スイッチ２０がオンの場合には１Ｖの電圧がＡ／Ｄ変換入力部３３に印加される。時間の経過と共に劣化が進むにつれて接触抵抗２４も大きくなり、スイッチ２０がオンの場合の電圧が大きくなっていく。

即ち、図３（Ａ）に示すように、車両の工場出荷時においてはスイッチ２０は劣化していないため、スイッチ２０がオン時に出力する電圧は０Ｖ、オフ時に出力する電圧は５Ｖである。
スイッチ２０が劣化していると、図３（Ｂ）に示すようにスイッチ２０がオン時にＡ／Ｄ変換入力部３３に印加される電圧が上昇し、閾値に近づく。制御部３１はスイッチ２０から入力される電圧値を閾値と比較してスイッチ２０のオンオフの判定を行っているので、スイッチ２０のオン時の電圧が閾値に近づくとスイッチ２０のオンオフの判定を正しく行うことができなくなる。

閾値は工場出荷時に予め設定されており、初期閾値は、スイッチ２０の初期使用時におけるスイッチ２０のオン時の電圧とオフ時の電圧との平均値、即ち（オン時の電圧＋オフ時の電圧）／２を閾値としている。本実施形態では、スイッチ２０のオン時の電圧０Ｖとオフ時の電圧５Ｖの平均値である２．５Ｖを閾値としている。
なお、スイッチ２０が劣化しても、スイッチ２０のオフ時に出力する電圧は５Ｖである。

次に、本発明のスイッチ劣化検知システム１０の原理について説明する。
制御部３１は、Ａ／Ｄ変換入力部３３から入力された電圧を閾値と比較し、閾値よりも大きければスイッチ２０がオフであり、閾値より小さければスイッチ２０がオンであると判定している。
スイッチ２０がオンであると判定したときの電圧をオン電圧、スイッチ２０がオフであると判定したときの電圧をオフ電圧とすると、（オン電圧＋オフ電圧）／２を計算して平均値を求める。

ここで、該平均値と初期閾値の差を求めると、初期閾値はスイッチ２０が劣化していない場合のスイッチ２０のオン時の電圧とオフ時の電圧との平均値であるため、スイッチ２０が劣化していない場合は、平均値と閾値の差は０に近い。
しかし、スイッチ２０が劣化してくると、オン電圧が上昇するため平均値と初期閾値との差が大きくなる。
制御部３１は、この平均値と閾値との差によりスイッチ２０の劣化の進み具合を判断している。平均値と閾値との差を予め定めた所定値と比較し、該差が所定値よりも大きければスイッチが劣化していることを検知し、劣化が進み閾値の補正が必要であると判断している。本実施形態では所定値を０．５Ｖとしている。
制御部３１は、演算した平均値を新たな閾値とする。このため、図３（Ｃ）に示すように、制御部３１はスイッチ２０から入力される電圧を新たな閾値と比較することで、スイッチ２０のオンオフを正しく判定する。

スイッチ劣化検知システム１０の動作を図４のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１０では、制御部３１にＡ／Ｄ変換入力部３３を介してスイッチ２０からの電圧値が入力される。
ステップＳ１１では、制御部３１はスイッチ２０から入力される電圧値を閾値と比較している。閾値がスイッチ２０の電圧値より大きい場合は、スイッチ２０がオンであると判定してステップＳ１２へ進む。閾値がスイッチ２０の電圧値より小さいか等しい場合は、スイッチ２０がオフであると判定してステップＳ１３へ進む。
なお、詳細には、スイッチ２０から入力される電圧値を所定の周期で複数回計測して閾値と比較し、連続して所定回数以上電圧値が閾値より大きい場合にスイッチ２０がオンであると判定し、連続して所定回数以上電圧値が閾値より小さいか等しい場合にオフであると判定している。所定回数は例えば４回としている。

ステップＳ１２では、スイッチ２０から入力された電圧値をオン電圧として記憶部３２に記憶している。
ステップＳ１３では、スイッチ２０から入力された電圧値をオフ電圧として記憶部３２に記憶している。
なお、詳細にはステップＳ１２，Ｓ１３において、スイッチ２０から入力された電圧値を制御部３１でのスイッチ２０のオンオフ判定の度に記憶部３２に記憶するのではなく、例えば１００回に１回の割合で記憶している。さらに該電圧値を所定回数分（例えば２０回分）記憶し、２０回分の平均を求めてステップＳ１４以降のオン電圧またはオフ電圧としている。

ステップＳ１４では、制御部３１はオン電圧とオフ電圧の平均値を求めている。
ステップＳ１５では、制御部３１は平均値と閾値の差が所定値以上か否かを判断している。所定値以上である場合には、制御部３１はスイッチが劣化しており、閾値の補正が必要であると判断してステップＳ１６に進む。所定値以下である場合には、フローチャートを終了する。
ステップＳ１６では、制御部３１はステップＳ１４で求めた平均値を新たな閾値に設定している。

ステップＳ１７では、制御部３１は平均値が基準値以上であるか否かを判断している。基準値以上である場合にはステップＳ１８に進む。基準値以下である場合には、フローチャートを終了する。
ステップＳ１８では、制御部３１はランプ４０を点灯させ、乗員にスイッチ２０が劣化していることを警告している。
スイッチ劣化検知システム１０は図４に示す動作を所定期間毎に行っており、例えば１時間に１回、または１日に1回行っている。

図５は時間の経過によるスイッチ２０の劣化に対して、スイッチ２０から制御部３１に入力される電圧値、オン電圧、オフ電圧、オン電圧とオフ電圧の平均値、閾値の変化を示した説明図である。また、図６は、図５と同様の説明図であるが、比較例としてスイッチ劣化検知システム１０を用いていないものである。

図５において、ａ１はスイッチ２０から制御部３１に入力される電圧値を示している。具体的には、該電圧値は、例えばスイッチ２０から入力される電圧値を複数回計測して連続して４回以上電圧値が閾値より大きい場合の電圧値、または、連続して４回以上電圧値が閾値より小さいか等しい場合の電圧値であり、図４のフローチャートのステップＳ１１で制御部３１に入力される電圧値である。

ｂ１はオン電圧を示している。制御部３１がスイッチ２０から入力される電圧値を例えば１００回に１回の割合で記憶し、さらに、記憶した電圧値の例えば２０回分の平均を求めてオン電圧としたものであり、ステップＳ１２で記憶部３２に記憶されるオン電圧である。
ｃ１はオフ電圧を示している。オン電圧と同様に、制御部３１がスイッチ２０から入力される電圧値を間引いて記憶し、複数回の平均を求めてオフ電圧としたものであり、ステップＳ１３で記憶部３２に記憶されるオフ電圧である。
ｄ１はオン電圧とオフ電圧の平均値を示している。ステップＳ１４で算出される平均値である。
ｅ１は、閾値を示している。
ｆ１は、ランプ４０による警告を行うための基準値を示している。
図６の比較例においては、図６中のａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｅ２は夫々図５のａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１に対応している。

図５及び図６において、スイッチ２０から制御部３１に入力される電圧値は常に一定ではなく、多少のばらつきを生じている。図６の比較例では、時間の経過と共にスイッチ２０が劣化して、スイッチ２０のオン時の電圧値（ａ２）が上昇していくと、領域Ａにおいて、スイッチ２０はオンであるにも関わらず電圧値が閾値（ｅ２）より大きくなる。このため、制御部３１はスイッチ２０がオフであると誤判定してしまう。

一方、図５のスイッチ劣化検知システム１０を備えた場合、時間の経過と共にスイッチ２０が劣化すると、スイッチ２０のオン時にスイッチ２０から制御部３１に入力される電圧値（ａ１）が上昇し、オン電圧（ｂ１）及びオン電圧とオフ電圧の平均値（ｄ１）も上昇している。時間ｔ１で閾値（ｅ１）と平均値（ｄ１）との差が所定値を超えると（ステップＳ１５）、制御部３１はスイッチ２０が劣化したと判定して、平均値（ｄ１）を新たな閾値（ｅ１）に設定している（ステップＳ１６）。
スイッチ２０から制御部３１に入力される電圧値にはばらつきが生じており、スイッチ２０がオン時の電圧値が上昇することで電圧値が閾値に近づくが、電圧値の上昇に合わせて閾値も上昇させているため、閾値は常にオン電圧とオフ電圧の中間に位置して電圧値が閾値を越えることがなく、制御部３１は正確にスイッチ２０のオンオフを判定する。

同様に、時間ｔ２においても、閾値（ｅ１）と平均値（ｄ１）との差が所定値を超えると、制御部３１は平均値（ｄ１）を新たな閾値（ｅ１）に設定している。
さらにスイッチ２０の劣化が進み、時間ｔ３において平均値（ｄ１）が基準値（ｆ１）を超えた場合には（ステップＳ１７）、制御部３１はランプ４０を点灯させて乗員にスイッチ２０の劣化を警告している（ステップＳ１８）。

なお、本実施形態においては、ＥＣＵ３０に１つのスイッチ２０のみが接続されているが、複数のスイッチ２０を接続して、スイッチ２０毎に劣化検知及び閾値の補正を行ってもよい。
また、本実施形態においては、オン電圧とオフ電圧の平均値を閾値と比較することで閾値を補正し、また、該平均値と基準値を比較することでスイッチ２０の劣化が進んだものとしてランプ４０の点灯により乗員に警告しているが、平均値を用いずにオン電圧またはオフ電圧を所定の基準値と比較することで、乗員への警告を行ってもよい。

本発明によれば、オン電圧とオフ電圧の平均値と閾値との差をスイッチの劣化判定に用いることで、制御部３１は該平均値と閾値との差が所定値以上となった場合に、スイッチが劣化したと判定することができる。
また、スイッチの劣化を判定した場合には、閾値をオン電圧とオフ電圧の平均値に補正して閾値がオン電圧とオフ電圧の値の中間付近に位置するようにし、制御部３１はこの新たな閾値を用いてスイッチのオンオフを判定するため、オン電圧が閾値より大きくなることがなく、スイッチに劣化が生じた場合であっても制御部３１によるスイッチのオンオフの誤判定を防ぐことができる。

本発明であるスイッチ劣化検知システムの第１実施形態を示す構成図である。 スイッチの構成図を示し、（Ａ）はスイッチが劣化していない場合、（Ｂ）はスイッチが劣化した場合である。 スイッチが出力する電圧値と閾値の関係の説明図であり、（Ａ）は工場出荷時、（Ｂ）はスイッチ劣化時、（Ｃ）は閾値補正時である。 スイッチ劣化検知システムの動作を示すフローチャートである。 スイッチ劣化検知システムを用いた場合の時間に対する電圧値、オン電圧、オフ電圧、平均値、閾値を示す説明図である。 比較例である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１０ スイッチ劣化検知システム
２０ スイッチ
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ Ａ／Ｄ変換入力部
４０ ランプ

Claims (3)

1. 接触式スイッチの劣化を検知する劣化検知システムであって、
   前記スイッチのオン時およびオフ時に該スイッチから入力される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記検出された電圧を予め設定した閾値と比較し、該閾値よりも電圧値が高いとオン電圧と判定すると共に該閾値よりも電圧値が低いとオフ電圧と判定するオンオフ判定手段と、
   前記記憶したオン電圧とオフ電圧の平均値を求め、該平均値と前記閾値との差が所定値以上となった場合に劣化と判定する劣化判定手段と、
   を備えていることを特徴とするスイッチの劣化検知システム。
2. 前記オンオフ判定手段の初期閾値は、前記スイッチの初期使用時における前記オン電圧とオフ電圧の平均値とし、
   前記スイッチの使用経過時に劣化判定手段で劣化と判定された場合、前記記憶手段で記憶したオン電圧とオフ電圧の平均値を補正閾値とする閾値補正手段と、
   前記平均値が予め規定した基準値を越えると、スイッチの劣化を表示する警報手段と、
   を備えている請求項１に記載のスイッチの劣化検知システム。
3. 前記オンオフ判定手段が判定したオン電圧およびオフ電圧を記憶する記憶手段を備え、
   前記電圧の検出手段は、所定のサンプリング周期でスイッチから入力される電圧値を検出し、
   前記オンオフ判定手段は、連続して所定回数以上、該電圧値が閾値以上の場合にスイッチがオンであると判定して該オン時の電圧値を前記記憶手段に記憶させると共に、連続して所定回数以上、該電圧値が閾値未満である場合にスイッチがオフであると判定して該オフ時の電圧値を前記記憶手段に記憶させ、
   前記記憶手段に複数回記憶されたオン時の電圧値を平均して前記オン電圧とすると共に、オフ時の電圧値を平均して前記オフ電圧としている請求項１または請求項２に記載のスイッチ劣化検知システム。

Images