JP2015175676A - 電子制御装置 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る請求項3および6に記載の電子制御装置によれば、診断時において電圧測定誤差による影響を軽減することができる。
[電子制御装置1の構成]
電子制御装置1は入力処理回路10とマイコン13、および図示しない出力部から構成され、その入力端子100に複数の外部センサ21および22が接続される。外部センサ21および22は図示しない制御対象に装着され、制御対象の状態に応じて抵抗値が変化する特性を持つ。外部センサ21および22は入力端子100を介して一端が電源配線101またはGND配線102に、もう一端が入力信号103および104として入力処理回路10に接続されている。電源配線101はVccの電圧を、GND配線102はゼロの電圧を持つとする。
[通常動作時の入力処理回路10の構成と動作]
以下、まずは通常動作時における入力処理回路10の構成と動作を説明する。入力処理回路10は端子コンデンサ111および112、マルチプレクサ113、制御回路114、およびプログラマブルプルアップ・プルダウン部12から構成され、外部センサ21および22の抵抗値を電圧信号に変換することで、マイコン13内のAD変換器131でディジタル信号に変換するのに適するよう処理する役割をもつ。
R21=R123×(Vcc−Vdiv)/Vdiv ・・・式3
以上が通常動作時における入力処理回路10の構成と動作である。マイコン13はこのようにして外部センサ21、22および入力処理回路10を介して得られた制御対象の状態を元に制御演算を行い、図示しないアクチュエータを操作し、制御対象に対して所望の制御を行う。
[端子コンデンサ111および112の役割]
なお、端子コンデンサ111および112は前述の分圧動作には直接寄与していないが、次に述べるサージ印加時においてマルチプレクサ113以降の回路を保護するために重要な役割を担っている。以下、端子コンデンサ111および112の役割を述べる。
以上が端子コンデンサ111および112の役割である。
[診断時の動作(プルアップ・プルダウンの切り替え)]
次に、故障診断時における入力処理回路10の動作を説明する。
まず、診断開始時の初期状態からプルアップ・プルダウンの切り替えまでの動作について図2を用いて説明する。ここでは、端子コンデンサ111の故障を診断する場合を例に説明する。
ただし、exp(x)はネイピア数を底とした指数関数を表す。
Vin=Vcc−(Vcc−Vdiv)exp((t0−t)/τ1) ・・・式4
この時定数τ1はプルアップ抵抗122の抵抗値R122、外部センサ21の抵抗値R21、および端子コンデンサ111の静電容量C111から定まり、下記の式5で表すことができる。
τ1=C111×R122×R21/(R122+R21) ・・・式5
[診断時の動作(電圧変化波形の時定数の実測)]
次に、故障診断時における入力処理回路10の動作のうち、被選択信号105の電圧変化から時定数を実測する動作について、引き続き図2を用いて説明する。
τ2=T/ln((V2−V1)/(V3−V2)) ・・・式6
なお、このときの測定開始時刻t1は任意に選ぶことができるが、t1はできる限りt0に近く、すなわちプルアップ・プルダウンの切り替えの直後に電圧の測定を開始することが望ましい。これは、以下に述べる理由によるものである。
[診断時の動作(故障有無の判定)]
以上の動作によって実測された時定数τ2と、前述の通常動作時に測定したR21の値および正常時のR122とC111の値から式3を用いて算出できる正常時の時定数τ1とを比較することで、端子コンデンサ111を含む各部品および信号の伝達経路に故障がないかを診断することができる。
[診断時の動作(プルアップ時・プルダウン時双方での時定数の実測)]
もしくは、次に述べるように時刻t4以降の電圧変化を利用し、同様の手法で再度時定数を実測することができる。すなわち、時刻t4以降、被選択信号105の電圧Vinの時間変化は図4のt4以降に示したように分圧電圧Vdivに向かって漸近する一次遅れの波形となる。このときの時定数τ3はプルダウン抵抗123の抵抗値R123、外部センサ21の抵抗値R21、および端子コンデンサ111の静電容量C111から定まり、下記の式7で表すことができる。
τ3=C111×R123×R21/(R123+R21) ・・・式7
ここで、時刻t4以降にAD変換器131にて被選択信号105の電圧を等しい測定間隔Tごとに時刻t5、t6、t7の各々で計3回測定する。このとき得られた電圧値がそれぞれV5、V6、V7であったとき、一次遅れ波形の時定数を下記の式8でτ4として実測することができる。
τ4=T/ln((V6−V5)/(V7−V6)) ・・・式8
こうして得られた時定数τ3およびτ4をτ1およびτ2と同様に比較することで、各部品および信号の伝達経路に故障がないかを診断することができる。
[電子制御装置1の構成]
本実施形態における電子制御装置1の構成を、第一の実施形態での構成との差異の面から説明する。
[通常動作時の入力処理回路10の構成と動作]
次に、通常動作時における入力処理回路10の動作を説明する。通常時の動作は第一の実施形態におけるそれと同一である。すなわち、外部センサ21の抵抗値R21を測定する場合はマルチプレクサ113にて入力信号103を選択した後にプルダウンSw124をONすることでプルダウン処理を行う。この動作により、電源電圧Vccが外部センサ21の抵抗値とプルダウン抵抗123の抵抗値で分圧された電圧Vdivが非選択信号105に現れる。これをAD変換器131にて測定し、前述の式3によって外部センサ21の抵抗値R21を測定することができる。
[診断時の動作(プルダウン処理の停止と時定数の実測)]
次に、故障診断時における入力処理回路10の動作を図6を用いて説明する。図6は、本実施形態における診断時の動作におけるプルアップ・プルダウン設定信号108のタイミングチャート(図6上部)と、それに対応する被選択信号105の電圧Vinの変動を模式的に表したグラフ(図6下部)である。
τ1=C111×R21 ・・・式9
続けて、第一の実施形態と同様に、AD変換器131にて被選択信号105の電圧を等しい測定間隔Tごとに時刻t1、t2、t3の各々で計3回測定する。このとき得られた電圧値がそれぞれV1、V2、V3であったとき、一次遅れ波形の時定数を式6でτ2として実測する。こうして得られたτ1およびτ2の値を比較することで、端子コンデンサ111を含む各部品および信号の伝達経路に故障がないかを診断することができる。
以上が本実施形態での故障診断時における入力処理回路10の動作である。同様の手法で端子コンデンサ112の故障も順次診断することができる。
111、112:端子コンデンサ、113:マルチプレクサ、114:制御回路
121:プルアップSw(スイッチ)、122:プルアップ抵抗、123:プルダウン抵抗、124:プルダウンSw(スイッチ)
13:マイコン、131:AD変換器
21、22:外部センサ
Claims (6)
- 抵抗値が変化する外部センサを接続可能な一つまたは複数の入力端子と、
一方の端子が前記入力端子に接続され、他方の端子がGND(グラウンド)配線または電源配線と結線された端子コンデンサと、
前記入力端子からの配線を入力としてそのうち1つを選択して出力するマルチプレクサと、
一方の端子が前記マルチプレクサの出力に接続され、他方の端子が電源配線またはGND配線へ任意に接続可能な形で接続されたプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗とを備えた電子制御装置であって、
前記プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の接続を切り替えたときの入力端子の電圧変化の時定数から、
前記端子コンデンサの故障有無の診断を行うことを特徴とする電子制御装置。
- 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記端子コンデンサの正常時の静電容量値をCt、前記外部センサの抵抗値をRs、プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の抵抗値をRpとしたときに、下記の式10で求まる第一の時定数と、
前記プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の接続を切り替えたときの入力端子の電圧変化から実測される第二の時定数とが略等しい場合に前記端子コンデンサが正常であると診断することを特徴とする電子制御装置。
第一の時定数=Ct×Rp×Rs/(Rpd+Rs) ・・・式10
- 請求項2に記載の電子制御装置において、
前記第二の時定数を実測する際に、
前記入力端子への接続をプルアップ抵抗からプルダウン抵抗に切り替えた際の電圧変化から実測される時定数と、
前記入力端子への接続をプルダウン抵抗からプルアップ抵抗に切り替えた際の電圧変化から実測される時定数との平均値を用いることを特徴とする電子制御装置。
- 請求項2に記載の電子制御装置において、
前記入力端子の電圧変化は、略等しい時間間隔で3回以上前記入力端子の電圧を測定することで取得することを特徴とする電子制御装置。
- 請求項4に記載の電子制御装置において、
前記入力端子の電圧を時間間隔Tごとに3回取得し、電圧値をそれぞれV1、V2、V3としたとき、第二の時定数を下記の式11から実測することを特徴とする電子制御装置。
第二の時定数=T/ln((V2−V1)/(V3−V2))・・・式11
ただし、ln(x)はxの自然対数を表す。
- 請求項5に記載の電子制御装置において、
前記入力端子の電圧を測定する時間間隔Tが前記第一の時定数と略等しいことを特徴とする電子制御装置。
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