JP2009504044A - 第１の電圧値を検査する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、信号電圧領域（Ｕｓｅｎｓ）内にある、電子構成部品（１００）から出力可能で、かつ信号電圧領域（Ｕｓｅｎｓ）よりも小さい入力電圧領域を有する測定装置（１５０）によって検出可能な第１の信号電圧値（Ｕｓ）を検査する方法であって、分圧器（１１０、１１１、１１２）が信号電圧領域を入力電圧領域に変換し、第１の電圧値が測定装置（１５０）によって測定され、電気抵抗を有する構成部品（１２０）が、分圧器（１１０、１１１、１１２）に対して少なくとも部分的に並列に接続され、その後第２の電圧値が測定装置（１５０）によって測定され、第１と第２の電圧値の比較から検査の結果が導き出される、方法に関する。本発明はまた、分圧器、切替え手段（１２１）及び電気抵抗を有する構成部品（１２０）を備える装置（１１０、１１１、１１２、１２０、１２１）であって、電気抵抗を有する構成部品（１２０）が、切替え手段（１２１）を用いて、分圧器（１１０、１１１、１１２）に対して少なくとも部分的に並列に接続できる装置に関する。
【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、特許請求項１及び１１の前文に記載の第１の電圧値を検査する方法及び装置に関する。

以下においては、実質的に自動車が参照されるが、本方法はこの適用に限定されるものではない。

最近、電気的または電子的な構成部品あるいは一般的に回路（例えばエンジン制御装置）の内部でマイクロコントローラ（μＣ）が使用されることが多くなっている。そのマイクロコントローラは、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、典型的には、５Ｖの基準電圧を有するマルチチャネルのＡＤＣを有している。このＡＤＣは、自動車内（Ｋｆｚ）の、例えばセンサから取り出されたアナログ電圧をデジタル電圧に変換するために設けられており、そのデジタル電圧がその後さらに処理される。

従ってセンサは、典型的に、５Ｖの供給電圧用に設計されている。その場合に、アナログの出力電圧あるいはセンサ電圧は、例えば、０．５−４．５Ｖの有効な測定領域を有している。ＡＤＣによって測定された電圧が、例えば０．２５Ｖより低い下方の領域内にある場合、あるいは、例えば４．７５Ｖを越える上方の領域内にある場合に、これは、エラー（アイドリング、短絡、アース中断など）を示唆する。

その間にも、３．３Ｖしか必要としない、例えば上述したマイクロコントローラのような、集積された回路が使用されるようになって来ている。ここでは、自動車産業について、例えば、ＩｎｆｉｎｅｏｎのマイクロコントローラＴｒｉＣｏｒｅＴＣ１７６６を引き合いに出すことができる。今後は、内部のＡＤＣのために３．３Ｖの基準電圧しか提供されず、すなわち変換は、０Ｖから３．３Ｖの領域内でのみ確実に行うことができる。

この変化は、パッシブなセンサ技術（例えばＮＴＣ、アクセルペダルポテンショメータなど）の診断機能に関しては、センサ供給電圧が同様に３．３Ｖに変換される場合には、何ら機能制限を伴わないことが明らかにされている。しかしその他に、アナログのアクティブなセンサ（例えば圧力センサ）も使用される。これらのセンサの基準電圧及び供給電圧は、製造に基づく。アクティブな３．３Ｖセンサは、わずかなメーカーから高い値でしか提供されない。従って、これらのセンサを使用することは、望ましくない。

アクティブな５Ｖセンサを３．３Ｖ−ＡＤＣにおいて駆動する解決方法が知られている。ＤＥ１００５０９６２Ａ１は、第１の信号をできるだけ正確に定めるために、５つの基準信号を使用する方法が知られている。この方法は、複雑かつ高価な回路技術的構造を必要とする。

ＤＥ１０２３２３６１Ａ１には、信号電圧を求める方法が記載されており、同方法においては信号電位を周期的に測定し、次にその信号電圧及び供給電圧をそれぞれ測定電位と比較することによって、信号電圧が定められる。この方法の実施には、多くの個別的な処理ステップを必要とする。

原則的に、例えば、出力信号を精密分圧器を介して３．３Ｖ−ＡＤＣの測定領域に適合させる可能性がある。測定値検出の精度は、多くの場合において十分である。精密分圧器を使用することによって、ＯＢＤ−ＩＩ基準に基づくセンサの完全な診断機能性はもはや与えられない。通常、アクティブなセンサは、センサアースの中断を知らせるために、内部のプルアップ抵抗を有しており、その機能性については後で図１ａを用いて説明する。

センサアースが中断された場合に、センサの出力には実質的に５Ｖのセンサ信号が出力され、それは蓋然性のない電圧値をあらわす。センサに接続された、集積された５Ｖ−ＡＤＣを有するμＣは、このエラーを認識して、ソフトウェアを介して評価することができる。もちろん、集積された３．３Ｖ−ＡＤＣを備えたμＣにセンサが分圧器を介して接続されている場合には、センサアースが中断された場合に、センサの内部のプルアップ抵抗を介し、かつ分圧器の抵抗を介して、蓋然的な信号領域内にある、従ってソフトウェアによって評価することができない電圧がＡＤＣ入力に生じる。エラーは認識されず、診断は不可能である。

従来技術においては、この問題を回避するために、付加的な５Ｖ−ＡＤＣ、例えばＣＹ１００が使用され、それがデジタルインタフェース、例えばＳＰＩバスを介してμＣと接続されている。この解決方法の欠点は、特に、５Ｖ−ＡＤＣモジュールのための付加的なコストである。さらに、多くは、マルチチャネルＡＤＣモジュールのすべてのチャネルが使用されるわけではなく、それが付加的なリソース浪費をあらわす。自動車製作においては、エンジン制御装置内にＣＹ１００を使用することが、ＳＰＩバス（例えば１ｍｓラスター）に起因して、ＡＤＣ値の読出し速度を限定するので、このモジュールを安全上重要な機能（例えばレール圧力）のために使用することはできない。このモジュールは、ＳＰＩリソースに付加的に負担をかける。

従って、構成部品を、出力電圧とは異なる入力電圧を有する構成部品における出力電圧で駆動することを改良する方法及び装置を提供する、という問題が生じる。

本発明によれば、特許請求項１の特徴を有する方法と特許請求項１１の特徴を有する装置が提案される。好ましい形態が、それぞれ従属請求項と以下の説明から明らかにされる。

信号電圧領域内にある、電子構成部品から出力可能な信号電圧の第１の電圧値を検査する、本発明に基づく方法であって、信号電圧が、信号電圧領域よりも小さい入力電圧領域を有する測定装置によって検出可能であって、その場合に分圧器が信号電圧領域を入力電圧領域に変換する方法において、まず第１の電圧値が測定装置によって測定され、電気抵抗を有する構成部品が分圧器に対して少なくとも部分的に並列に接続され、その後第２の電圧値が測定装置によって測定される。第１と第２の電圧値の比較から、検査の結果を導き出すことができる。

好ましくは、第１の電圧値が第２の電圧値から少なくとも１つの予め定められたしきい値だけ異なる場合に、電子構成部品のエラーが認識される。

本発明は、特に、（精密）分圧器に対して並列に接続される、抵抗を有する構成部品（抵抗構成部品）とスイッチ（例えばＭＯＳＦＥＴ）の直列回路によって実現することができる。スイッチまたは半導体は、好ましくは測定装置（例えばμＣ）によって制御される。特に、読み込まれた第１の電圧値が、一義的に有効な値であるか、エラーのある値であるかが認識できない電圧領域の内部にある場合に、それに続いて第２の電圧値を測定する前に、好ましくは測定装置によって抵抗構成部品が分圧器に少なくとも部分的に並列に接続される。

第１の電圧値は、第１と第２の電圧値の比較によって検証または検査することができる。例えば、第１の電圧値が有効な電圧値である場合には、第２の電圧値はわずかしか異ならない。これに対してエラーの場合において、すなわち、例えばアースが中断した場合に、電子構成部品は分圧器と抵抗構成部品の並列回路と共に、新しい分圧器を形成する。それによって、測定可能な電圧変化が生じる。エラーは、一義的に識別される。

本発明に基づく方法において、分圧器と少なくとも部分的に並列に接続された、電気抵抗を有する構成部品の実効抵抗が、電子構成部品の電気内部抵抗よりも実質的に小さいと、効果的である。それによってエラーの場合に、容易に検出可能な電圧変化をもたらすことができる。

本発明に基づく方法の好ましい実施形態において、電子構成部品は、特に自動車内のセンサとして形成されている。

本発明に基づく方法の他の好ましい実施形態において、測定装置は、特にマイクロコントローラに内蔵されたアナログ−デジタル変換器として形成されている。ここでは、例えば、上述したＴＣ１７６６が挙げられる。なお、測定装置は、外部のアナログ−デジタル変換器として形成することもできる。

本発明に基づく方法において、信号電圧領域が実質的に０Ｖから５Ｖによって形成されていると効果的である。これによって、この方法は、エレクトロニクス内の上述した５Ｖ構成部品のために効果的に使用することが可能となる。

さらに、本発明に基づく方法において、入力電圧領域が実質的に０Ｖから３．３Ｖによって形成されていると効果的である。これによって、この方法は、エレクトロニクス内の上述した３．３Ｖ構成部品のために効果的に使用することが可能となる。

本発明に基づく方法において、電気抵抗を有する構成部品が、オーム抵抗として形成されていると効果的である。オーム抵抗は、簡単かつ安価で、容易に取り扱うことのできる構成部品であって、特に丈夫で信頼できる。

特に好ましくは、本発明に基づく方法を、アース中断を測定するために使用することができる。

自動車の領域内で本発明に基づく方法を使用することが、特に好ましい。

本発明によれば、分圧器、切替え手段及び、電気抵抗を有する構成部品を有する装置が提示され、電気抵抗を有する構成部品が、切替え手段（１２１）によって分圧器（１１０、１１１、１１２）に対して少なくとも部分的に並列に接続可能である。

好ましい形態において、本発明に基づく方法は、第１と第２の電圧値を比較するための比較手段を有している。それは、特に、いわゆるマイクロコントローラであることができる。

好ましくは、本発明に基づく装置は、本発明に基づく方法の好ましい実施形態に対応する特徴を有している。

本発明に基づく装置が、本発明に基づく方法を実施するのに適していると効果的である。

好ましい実施形態において、本発明に基づく装置は、自動車内に設けられている。

本発明に基づく自動車は、本発明に基づく装置を搭載している。

本発明に基づく方法及び本発明に基づく装置の上述した好ましい実施形態の利点を、以下で包括的に説明する。その場合にその利点は、各実施形態にそれぞれ当てはまる。

本発明に基づく措置によって、例えば、最近のマイクロコントローラの３．３Ｖ−ＡＤＣ入力においてアクティブな５Ｖセンサを駆動する場合に、従来技術における欠点が克服される。本発明に基づく方法によって、外部の５Ｖ−ＡＤＣモジュールを使用する必要はなく、それがコスト削減をもたらす。

さらに、本発明は、３．３Ｖ−ＡＤＣ入力を有するマイクロコントローラにおいてアクティブな５Ｖセンサの駆動を完全な診断範囲において可能にし、すなわち、例えばセンサアースの中断のような、従来技術においては検出されないエラーも認識される。

上述した解決は、数少ない安価な構成部品で実現することができる。ＯＢＤＩＩ標準が、効果的に満たされる。好ましくは、本発明に基づく解決は、電圧値の測定の精度に取り立てて言うほどの影響を与えない。

特に安全上重要な特性を有する、アクティブなセンサ（例えばエアバッグ内の圧力センサ）の電圧値を、例えばＣＹ１００のＳＰＩインターフェイスを介しての従来技術におけるよりも高速にマイクロコントローラによって読み込むことができる。マイクロコントローラのリソースが、より効果的に使用される。

本発明に他の利点と形態が、明細書と添付の図面から明らかにされる。

なお、上述した特徴及び後述する特徴は、それぞれ記載の組合わせにおいてだけでなく、他の組合わせにおいて、あるいは単独でも、本発明の範囲を逸脱することなしに、使用することができる。

本発明を、実施例を用いて図面に示し、以下で図面を参照しながら詳細に説明する。

図１には、従来技術における、自動車内のマイクロコントローラ１５０へのセンサ１００の接続を示している。センサ１００は、ハウジング１０１を有しており、それが破線で図式的に示されている。さらに、センサ１００は、図示の場合には＋５Ｖの供給電圧のための接続端１０２と、アースのための接続端１０３を有している。従って、Ｕｓｅｎｓで示される矢印によって表される０Ｖから５Ｖの電圧領域が、センサ電圧または出力電圧Ｕｓのために提供される。出力電圧Ｕｓの電位は、Ｕｓで示す矢印によって表される。

センサ１００は、出力１０４を有しており、その出力にセンサ信号Ｕｓが準備される。センサは、いわゆるプルアップ−ダウン配線で形成されている。この配線においては、信号線は抵抗を介して供給電圧及びアースと接続される。図示の図において、信号線１０４ａはプルアップ抵抗１０５を介して供給電圧５Ｖと、プルダウン抵抗１０６を介してアース０Ｖと接続されている。この種の回路の機能方法及び目的は、当業者にはよく知られており、従ってここではこれ以上説明しない。

駆動の際に、センサ１００の出力１０４には、約０．５Ｖと約４．５Ｖの間の領域のセンサ電圧が生じる。マイクロコントローラ１５０は、入力１５１を有している。この例において、マイクロコントローラは、０Ｖから約３．３Ｖの範囲内の入力電圧領域を有している。この理由から、従来技術においては、センサ１００から出力１０４に出力されるセンサ電圧Ｕｓは、分圧器１１０を介してマイクロコントローラ１５０の入力電圧領域に適合される。分圧器１１０は、値Ｒ１またはＲ２を有する、２つの抵抗１１１と１１２とを有している。マイクロコントローラ１５０は、そのＡＤＣ入力１５１に比較的高い入力抵抗を有しているので、この場合において、負荷のかからない分圧器のための形式を使用することができる。従ってマイクロコントローラ１５０のＡＤＣ入力１５１における入力電圧Ｕ２は、次のように計算される。
Ｕ２＝Ｕｓ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）

例えば接続端１０３における中断されたセンサアースによって、センサの誤動作がもたらされた場合に、センサ１００は、その機能性を失う。その場合にセンサは、出力１０４に出力電圧＋５Ｖを用意する。この場合において、マイクロコントローラ１５０のＡＤＣ入力１５１には、
Ｕ２＝５Ｖ＊Ｒ２（ＲＡ＋Ｒ１＋Ｒ２）
のように計算される、電圧Ｕ２が印加される。

従ってＵ２は、３．３Ｖよりも小さい。従ってマイクロコントローラ１５０は、エラーを認識することができない。

本発明に基づく措置によってこの欠点がどのように克服されるかが図１ｂを用いて示される。

図１ｂには、図１ａに基づく図式的な表示が、抵抗１２０及びスイッチ１２１と共に示されている。抵抗１２０は、スイッチ１２１と直列に接続されている。さらに、抵抗１２０は、出力信号線１０４ａと接続されている。スイッチ１２１は、さらにアースと接続されている。スイッチ１２１の図示の開放した位置においては、図１ａを用いて説明した挙動に対する変化は発生しない。

図示されている回路配置において、分圧器１１０に対する抵抗１２０の完全な並列接続が示されている。本発明によれば、部分的な並列接続でも十分である。というのは、図示の例において、抵抗１２０が抵抗１１１または抵抗１１２に対して並列に接続されている。

マイクロコントローラ１５０が、ＡＤＣ入力１５１において３．３Ｖに近い電圧値Ｕ２を認識した場合に、マイクロコントローラはエラーを確実に認識することはできない。すでに説明したように、それはセンサ１００のレギュラーな出力値であることもあり、あるいは故障したセンサの出力値であることもある。その場合にマイクロコントローラ１５０は、スイッチ１２１を操作するので、信号線１０４ａが抵抗１２０とスイッチ１２１とを介してアースと接続される。さらに、分圧器１１０に対する抵抗１２０の並列接続が生じる。すると、２つの場合を区別することができる。

それがセンサのレギュラーな出力値である場合には、機能しているセンサ出力は、通常アクティブな電圧源であるので、電圧Ｕ２の本質的な変化は生じない。この電圧源の内部抵抗が、並列に接続されている抵抗Ｒ１＋Ｒ２及びＲ３の抵抗全体に比較して小さくなるほど、電圧変化がそれだけ小さくなる。

エラー場合の例において、例えばセンサアースが中断された場合に、抵抗１０５、１１１、１１２及び１２０は、効果的な分圧器システムを形成する。従って、抵抗１１２において下降する電圧Ｕ２は、３．３Ｖよりも測定可能なほど小さい。この電圧変化によって、マイクロコントローラ１５０は故障したセンサを認識して、それに応じて反応する。

図３には、本発明に基づく方法の好ましい実施形態が、フローチャートとして示されている。方法は、ステップ２００において開始される。ステップ２０１において、マイクロコントローラ内に集積されている測定装置、例えばＡＤＣによって、第１の電圧値が測定される。ステップ２０２においては、測定された第１の電圧値が、エラーの正確な測定を許さない電圧値領域内にあるか、をマイクロコントローラが検査する。例えば５Ｖセンサが３．３Ｖ−ＡＤＣにおいて上述した形式で駆動された場合に、例えば約３Ｖの電圧しきい値を使用することが提供される。測定された第１の電圧値が３Ｖより上にある場合には、それがレギュラーな測定値であるか、あるいはエラーを有するセンサの出力であるので、明白な説明は不可能である。

測定された第１の電圧値が、この予め定められた電圧しきい値より下にある場合には、方法ステップ２０１から続行する。その場合には、レギュラーな駆動である。

ステップ２０２において、第１の電圧値が予め定められた電圧しきい値より上にあることを測定装置が認識した場合に、方法ステップ２０３へ分岐する。

ステップ２０３においては、分圧器に電気抵抗を有する構成部品、特にオーム抵抗が並列に接続される。次のステップ２０４において、測定装置によって第２の電圧値が測定される。

方法ステップ２０５において、第１と第２の電圧値が比較される。第１と第２の電圧値の間に測定可能な差が存在しない場合には、方法ステップ２０６において、抵抗モジュールと分圧器との並列接続が終了されて、方法ステップ２０１へ戻る。その場合、それはレギュラーな測定値である。

方法ステップ２０５において、第１と第２の電圧値の間の測定可能な差が認識された場合には、それは、測定装置にとってイレギュラーな電圧値であって、従って付属のセンサは故障している、というしるしである。次に、方法ステップ２０７へ分岐する。

方法ステップ２０７において、センサの故障が、例えば中央の制御装置（図示せず）へ通知される。反応するための他の可能性、例えば車両内部のプロトコル内に文書化し、例えば光信号またはトーン信号によって運転者に知らせる、などがある。その後、方法はステップ２０８において終了する。

本発明に基づく装置及び本発明に基づく方法の上述した実施形態によって、出力電圧とは異なる入力電圧を有する構成部品における出力電圧で構成部品を駆動することを改良することができる。

従来技術における装置を図式的に示している。 本発明に基づく装置の好ましい実施形態を図式的に示している。 本発明に基づく方法の好ましい実施形態を示すフローチャートである。

Claims (15)

1. 信号電圧領域（Ｕｓｅｎｓ）内にある、電子構成部品（１００）から出力可能な信号電圧（Ｕｓ）の第１の電圧値を検査する方法であって、前記信号電圧が、信号電圧領域（Ｕｓｅｎｓ）よりも小さい入力電圧領域を有する測定装置（１５０）によって検出可能であって、分圧器（１１０、１１１、１１２）が信号電圧領域を入力電圧領域に変換する方法において、
   まず、第１の電圧値が前記測定装置（１５０）によって測定され、電気抵抗を有する構成部品（１２０）が、前記分圧器（１１０、１１１、１１２）に対して少なくとも部分的に並列に接続され、その後第２の電圧値が前記測定装置（１５０）によって測定され、前記第１の電圧値と前記第２の電圧値との比較から検査の結果が導き出されることを特徴とする、第１の電圧値を検査する方法。
2. 前記第１の電圧値が前記第２の電圧値から、少なくとも１つの予め定められたしきい値だけ異なっている場合に、前記電子構成部品（１００）のエラーが認識される、請求項１に記載の方法。
3. 前記分圧器（１１０、１１１、１１２）及び前記少なくとも部分的に並列に接続された電気抵抗を有する構成部品（１２０）の実効抵抗が、前記電子構成部品（１００）の内部電気抵抗よりも実質的に小さく形成されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 前記電子構成部品（１００）として、センサが使用されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 前記測定装置（１５０）として、特にマイクロコントローラ（１５０）に内蔵されたアナログ−デジタル変換器が使用されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記信号電圧領域（Ｕｓｅｎｓ）として、実質的に０Ｖから５Ｖの領域が使用されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記入力電圧領域として、実質的に０Ｖから３．３Ｖの領域が使用されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記電気抵抗を有する構成部品（１２０）として、オーム抵抗（１２０）が使用されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の方法を、前記電子構成部品（１００）のアース中断を測定するために使用すること。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の方法を、自動車の領域内で使用すること。
11. 分圧器、切替え手段（１２１）及び電気抵抗を有する構成部品（１２０）を備える装置（１１０、１１１、１１２、１２０、１２１）において、
    前記電気抵抗を有する構成部品（１２０）が、前記切替え手段（１２１）によって、前記分圧器（１１０、１１１、１１２）に対して少なくとも部分的に並列に接続可能であることを特徴とする装置。
12. 第１と第２の電圧値を比較するための比較手段（１５０）を特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実施するための、請求項１１または１２に記載の装置。
14. 自動車内に設けられていることを特徴とする、請求項１１から１３に記載の装置。
15. 請求項１１から１４のいずれか１項に記載の装置を有する自動車。

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