JP2018146394A - センサ状態模擬装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特定のセンサ制御装置にのみ対応した専用の構成ではなく、複数のセンサ制御装置に対応した構成のセンサ状態模擬装置を提供する。
【解決手段】センサ状態模擬装置１１は、車両制御装置３１およびセンサ４１に接続されて、センサ４１の状態を模擬する模擬信号を車両制御装置３１に対して送信する。実センサ制御部１３は、センサ素子４１ａにパルス信号Ｓｐ（第１信号Ｓｐ１）を入力し、パルス信号Ｓｐに対する応答信号であってセンサ素子４１ａの電圧変化量ΔＶｒを検出する。
模擬状態制御部１７は、対応関係情報に基づいて、電圧変化量ΔＶａが表すセンサ素子４１ａの抵抗値（インピーダンス）に対応する電圧変化量ΔＶｂを演算する。模擬センサ制御部１５は、模擬信号として電圧変化量ΔＶｒ（＝ΔＶｂ）を示す信号を車両制御装置３１に送信する。
【選択図】図１

Description

本開示は、センサ制御装置に対して模擬信号を送信するセンサ状態模擬装置に関する。

センサ素子の状態を検出するセンサ制御装置に対して模擬信号を送信するセンサ状態模擬装置が知られている（特許文献１）。
センサ制御装置は、センサ素子を制御する機能に加えて、センサ素子の劣化判定を行う機能（ＯＢＤ機能）を有するものがある。ＯＢＤ機能を有するセンサ制御装置は、例えば、センサ素子に状態検出信号を入力し、状態検出信号に対する応答信号であってセンサ素子のインピーダンスを表す状態応答信号を検出するように構成されている。

なお、センサ制御装置は、例えば、状態検出信号として電流値およびパルス幅が予め定められたパルス信号をセンサ素子に入力し、状態検出信号に対する応答信号としてセンサ素子に生じる電圧変化量を検出する構成を採ることができる。センサ制御装置は、その電圧変化量およびパルス信号の電流値に基づいてセンサ素子のインピーダンスを検出することができる。

そして、センサ状態模擬装置は、センサ制御装置およびセンサ素子のそれぞれに接続された状態において、センサ素子から検出した実際のセンサ状態を基本状態として利用しつつ、ある特定時期には劣化状態を模擬した模擬信号を生成し、模擬信号を状態応答信号としてセンサ制御装置に対して出力する。このようにして模擬信号をセンサ制御装置に送信することで、劣化状態のセンサ素子を実際に準備することなく、劣化状態のセンサ素子に対するセンサ制御装置の制御状態が適切であるか否かを試験することができる。

特開２００４−０９３４００号

しかしながら、センサ素子に送信する状態検出信号がセンサ制御装置の種類によって異なる場合には、センサ素子の状態が同一であっても、状態検出信号に対する状態応答信号が異なるものとなるため、センサ制御装置の種類毎に専用のセンサ状態模擬装置を作製する必要があるという問題がある。

つまり、センサ素子の状態（例えば、温度、インピーダンスなど）が同一であっても、状態検出信号の形式が異なる（例えば、電流値、パルス幅などが異なる）場合には、状態応答信号（例えば、検出されるセンサ素子の電圧変化量など）が異なる値となり、インピーダンスの検出値が異なる値となることがある。例えば、図２に示すように、温度が同一のセンサ素子であっても、パルス幅がＴａである第１信号Ｓｐ１では電圧変化量ΔＶｒ（パルス信号終了時の検出電圧値）がΔＶａとなり、パルス幅がＴａよりも長いＴｂ（Ｔａ＜Ｔｂ）である第２信号Ｓｐ２では電圧変化量ΔＶｒ（パルス信号終了時の検出電圧値）がΔＶａよりも大きいΔＶｂとなる。

このため、センサ状態模擬装置は、センサ制御装置が出力する状態検出信号と同じ種類の仮検出信号を出力するように、センサ制御装置の種類に応じた専用の装置として構成する必要がある。

本開示は、特定のセンサ制御装置にのみ対応した専用の構成ではなく、複数のセンサ制御装置に対応した構成のセンサ状態模擬装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、センサ素子の状態を検出するセンサ制御装置に対して模擬信号を送信するセンサ状態模擬装置であって、仮インピーダンス検出部と、模擬インピーダンス演算部と、模擬信号送信部と、を備える。

センサ制御装置は、センサ素子に状態検出信号を入力し、状態検出信号に対する応答信号であってセンサ素子のインピーダンスを表す状態応答信号を検出するように構成されている。なお、ここでの「状態応答信号」とは、センサ素子のインピーダンスそのものを表す信号に限られることはなく、センサ素子のインピーダンスに応じて値が変化する状態量（例えば、電圧値、電流値など）を表す信号を含む概念である。

仮インピーダンス検出部は、センサ素子に仮検出信号を入力し、仮検出信号に対する応答信号であってセンサ素子のインピーダンスを表す仮応答信号を検出するように構成されている。模擬インピーダンス演算部は、仮応答信号が表すインピーダンスに対応する状態応答信号である模擬インピーダンス信号を演算するように構成されている。模擬信号送信部は、模擬信号として模擬インピーダンス信号をセンサ制御装置に送信するように構成されている。

このセンサ状態模擬装置は、状態検出信号とは異なる仮検出信号を仮インピーダンス検出部が出力する構成であっても、模擬インピーダンス演算部を備えることで、センサ制御装置の種類に応じた状態応答信号としての適切な模擬インピーダンス信号（模擬信号）を送信できる。

つまり、このセンサ状態模擬装置は、仮インピーダンス検出部が一種類の仮検出信号のみを出力する構成であっても、模擬インピーダンス演算部を備えることで、複数種類のセンサ制御装置に対応した模擬信号を出力できる。

よって、このセンサ状態模擬装置は、複数種類のセンサ制御装置に対応した適切な模擬信号を送信できるため、特定のセンサ制御装置にのみ対応した専用の構成ではなく、複数のセンサ制御装置に対応した構成を実現できる。これにより、このセンサ状態模擬装置は、複数種類のセンサ制御装置に対応した汎用性の高い装置となる。

なお、一種類の仮検出信号のみを出力する構成の仮インピーダンス検出部は、例えば、アナログ回路、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などを用いて構成してもよい。また、状態検出信号は、例えば、パルス信号で構成される場合には、信号出力時間（パルス幅）、信号出力周期、印加電圧、通電電流などが任意に設定されることで、異なる種類の信号となるものであってもよい。

次に、本開示のセンサ状態模擬装置においては、模擬インピーダンス演算部は、同一のセンサ素子の状態に対する仮応答信号と模擬インピーダンス信号との対応関係を示す対応関係情報であって、複数の模擬インピーダンス信号に対応した複数の対応関係情報を予め記憶しており、複数の対応関係情報のうち模擬信号の送信先となるセンサ制御装置の種類に対応した対応関係情報に基づいて模擬インピーダンス信号を演算するように構成されていてもよい。

これにより、模擬信号の送信先となるセンサ制御装置が変更された場合にも、センサ制御装置の種類に応じた模擬信号を送信できる。
センサ制御装置の種類を判定する方法としては、例えば、センサ状態模擬装置に接続されるコネクタの空きピンを利用して判定する方法や、センサ状態模擬装置に設けられた入力装置（タッチパネルモニタ、キーボードなど）からの入力情報を用いて判定する方法などが挙げられる。

なお、対応関係情報は、例えば、予め定められたマップあるいは演算式などを用いて実現できる。

センサおよび車両制御装置に接続されたセンサ状態模擬装置の概略構成を表す説明図である。 異なる種類の状態検出信号に対するそれぞれの電圧変化量ΔＶｒを表した説明図である。 素子温度とパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒとの対応関係の一例を示す説明図である。 模擬制御ＲｐｖｓとＥＣＵ制御Ｒｐｖｓとの対応関係を表す対応関係情報の一例を示す説明図である。 状態検出信号の種類を示す説明図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１実施形態として、センサ４１の状態を模擬するセンサ状態模擬装置１１について説明する。

図１に示すように、センサ状態模擬装置１１は、車両制御装置３１（車両ＥＣＵ３１）に接続されて、車両制御装置３１に対して模擬信号を送信する。この模擬信号は、センサ４１の状態を模擬する信号である。また、センサ状態模擬装置１１は、センサ４１に接続されて、センサ４１を制御するとともにセンサ４１の状態を検出する。つまり、センサ状態模擬装置１１は、センサ４１と車両制御装置３１との間に配置され、センサ４１および車両制御装置３１の構成はそのままでセンサ４１の状態を直接模擬することができるインターフェースである。

センサ４１は、内燃機関を備える車両に搭載されて、車両における各種の状態量（排気ガス中の特定ガス濃度、温度など）を検出するように構成されている。センサ４１は、センサ素子４１ａと、ヒータ４１ｂと、を備える。センサ素子４１ａは、ヒータ４１ｂによる加熱されて活性化状態になることで、各種の状態量を検出することができる。

センサ４１は、通常使用時には、車両制御装置３１に接続されて車両制御装置３１に制御されることで、各種の状態量を検出する。センサ４１の例としては、酸素ポンピングセルと酸素濃淡電池セルとを有するセンサが挙げられる。具体的には、酸素センサ（全領域空燃比センサ）、ＮＯｘセンサなどのガスセンサである。このようなガスセンサは、被測定ガス（排気ガスなど）中の特定ガス濃度（酸素濃度、ＮＯｘ濃度など）を検出する用途に用いられる。

車両制御装置３１は、内燃機関を備える車両の各部を制御するとともに（空燃比制御、点火時期制御など）、センサ４１を制御する。また、車両制御装置３１は、センサ４１を制御する際にセンサ４１の状態（電流、電圧、インピーダンスなど）を検出する機能を有している。

車両制御装置３１は、例えば、マイクロコンピュータ（図示省略。以下、マイコンともいう。）を備えて構成される。マイコンは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部を備える。車両制御装置３１の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。信号入出力部は、外部機器との間で各種信号の送受信を行う。なお、マイコンを構成するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部のそれぞれの個数は１つでも複数でもよい。また、マイコンが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

センサ４１は、センサ素子４１ａと、ヒータ４１ｂと、センサ用信号線４３と、センサ用ヒータ線４５と、センサ用コネクタ４７と、を備える。車両制御装置３１は、装置用信号線３３と、装置用ヒータ線３５と、装置用コネクタ３７と、を備える。センサ用コネクタ４７と装置用コネクタ３７とが接続されることで、車両制御装置３１とセンサ４１とが互いに接続されて、車両制御装置３１は、センサ４１を制御可能な状態となる。

センサ素子４１ａとしては、例えば、固体電解質体に一対の電極を設けた酸素濃淡電池セルと、固体電解質体に一対の電極を設けた酸素ポンピングセルと、を備えて、酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流Ｉｐに基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ素子が挙げられる。酸素濃淡電池セルは、拡散抵抗体を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出するように構成されている。酸素ポンピングセルは、酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう測定室の内部から外部への酸素の汲み出し或いは測定室の外部から内部への酸素の汲み入れを行うように構成されている。なお、酸素濃淡電池セル、及び、酸素ポンピングセルを、測定室を隔てて積層したセンサ素子４１ａの構成は公知であるため、これ以上の詳述は省略する。

このような酸素センサ素子を制御する車両制御装置３１は、例えば、酸素濃淡電池セルが出力する酸素濃淡起電力に応じて酸素ポンピング電流Ｉｐを制御可能であり、かつ酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号および酸素濃淡電池セルの素子抵抗を表す信号を検出可能に構成されている。

［１−２．センサ状態模擬装置］
センサ状態模擬装置１１は、実センサ制御部１３と、模擬センサ制御部１５と、模擬状態制御部１７と、センサ側仮コネクタ１９と、センサ模擬信号線２０と、装置側仮コネクタ２１と、装置模擬信号線２２と、模擬ヒータ線２３と、を備える。

センサ状態模擬装置１１は、センサ側仮コネクタ１９がセンサ用コネクタ４７と接続されることで、センサ４１と接続される。センサ状態模擬装置１１は、装置側仮コネクタ２１が装置用コネクタ３７と接続されることで、車両制御装置３１と接続される。

また、センサ側仮コネクタ１９がセンサ用コネクタ４７と接続され、かつ、装置側仮コネクタ２１が装置用コネクタ３７と接続されることで、センサ４１のヒータ４１ｂと車両制御装置３１とが、センサ用ヒータ線４５，模擬ヒータ線２３，装置用ヒータ線３５を介して接続される。これにより、ヒータ４１ｂは、車両制御装置３１により制御可能な状態となる。

実センサ制御部１３は、センサ側仮コネクタ１９およびセンサ模擬信号線２０を介してセンサ４１のセンサ素子４１ａに接続されて、センサ素子４１ａを制御する。実センサ制御部１３は、センサ素子４１ａの制御処理として、状態量検出処理や素子抵抗検出処理などを実行する。

状態量検出処理は、センサ素子４１ａに対して制御電流の通電や制御電圧の印加を行い、測定対象の状態量（酸素濃度、ＮＯｘ濃度など）に応じた状態量信号を取得する処理である。状態量検出処理を実行する実センサ制御部１３は、測定対象の状態量に応じて変化するセンサ素子４１ａの状態（電圧値、電流値など）を検出する。このとき検出される電圧値あるいは電流値は、測定対象の状態量を示す状態量信号として利用できる。

素子抵抗検出処理は、センサ素子４１ａの抵抗値を検出するための処理である。なお、センサ素子４１ａは、自身の温度（以下、素子温度Ｔｎともいう）に応じて自身の抵抗値（以下、実抵抗値Ｒｉともいう）が変化する特性（温度特性）を有しており、素子抵抗検出処理で検出した抵抗値は、素子温度Ｔｎの検出に利用できる。

センサ素子４１ａの実抵抗値Ｒｉを検出する方法としては、センサ素子４１ａに検出用電流を通電したときのセンサ素子４１ａの電圧値を検出する方法が挙げられる。しかし、検出用電流の通電開始からセンサ素子４１ａの電圧値が最終値に収束するまでに時間を要する場合がある。このような時間を短縮するために、本実施形態の素子抵抗検出処理は、検出用電流の通電開始後、変化途中（過渡期）の電圧値を検出し、この検出用電流および電圧値に基づき演算される抵抗値（以下、抵抗値Ｒｐｖｓともいう）を取得する方法を採用している。この抵抗値Ｒｐｖｓは、実抵抗値Ｒｉに応じて変化することから、実抵抗値Ｒｉと同様に、センサ素子４１ａの素子温度Ｔｎの検出に利用できる。

素子抵抗検出処理を実行する実センサ制御部１３は、センサ素子４１ａに対してパルス信号Ｓｐを入力し、パルス信号Ｓｐによるセンサ素子４１ａの電圧変化量ΔＶｒを検出する。実センサ制御部１３は、電圧変化量ΔＶｒに基づいて、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓを検出することができる。例えば、パルス信号Ｓｐの電流値Ｉrpvsと電圧変化量ΔＶｒとに基づいて、抵抗値Ｒｐｖｓ（＝ΔＶｒ／Ｉrpvs）を演算する。

なお、パルス信号Ｓｐを入力した際のセンサ素子４１ａの検出電圧値Ｖｒは、経過時間が十分に長い場合（例えば、数秒）には最終電圧値に収束した状態となるが、経過時間が短い場合（例えば、ミリ秒）には収束値ではなく過渡期の値（変化途中の値）を示す。また、検出電圧値Ｖｒの変化状態（波形）は、センサ素子４１ａの抵抗値およびパルス信号Ｓｐの電流値が同一値であれば、同一の変化状態（波形）を示す。

ここで、センサ素子４１ａに対するパルス信号Ｓｐの入力時におけるセンサ素子４１ａの検出電圧値Ｖｒの変化状態（換言すれば、電圧変化量ΔＶｒ）について、図２を用いて説明する。なお、図２では、素子温度Ｔｎが同一のセンサ素子４１ａに対して、電流値が同一値でパルス幅が異なる２種類のパルス信号Ｓｐ（第１信号Ｓｐ１および第２信号Ｓｐ２）を入力した際の、それぞれの電圧変化量ΔＶｒの一例を示す。

まず、第１信号Ｓｐ１に対する電圧変化量ΔＶｒは、第１信号Ｓｐ１の入力開始時点から増加を開始し、第１信号Ｓｐ１の終了時点で電圧変化量ΔＶｒがΔＶａに到達した後、値が低下する波形（図では、実線で表す波形）を示す。この時の電圧変化量ΔＶａは、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓに応じて値が変化する。このため、第１信号Ｓｐ１に対する電圧変化量ΔＶａを検出することで、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓを検出できる。例えば、第１信号Ｓｐ１の電流値Ｉrpvsと電圧変化量ΔＶａとを用いて得られる抵抗演算値Ｒｃ（＝ΔＶａ／Ｉrpvs）は、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓを示す状態量として利用できる。

そして、検出した抵抗演算値Ｒｃに基づいて、センサ素子４１ａの素子温度Ｔｎを判定できる。
次に、第１信号Ｓｐ１に対する電圧変化量ΔＶｒと、第２信号Ｓｐ２に対する電圧変化量ΔＶｒとを比較する。

図２に示すように、第１信号Ｓｐ１の第１パルス幅Ｔａ（例えば、２ｍｓｅｃ）は、第２信号Ｓｐ２の第２パルス幅Ｔｂ（例えば、１０ｍｓｅｃ）に比べて小さく設定されている。素子温度Ｔｎが同一であり、パルス信号Ｓｐの電流値が同一値であるため、第１パルス幅Ｔａが経過するまでの期間において、第１信号Ｓｐ１に対する電圧変化量ΔＶｒおよび第２信号Ｓｐ２に対する電圧変化量ΔＶｒは同一波形である。しかし、その後は、第１信号Ｓｐ１に対する電圧変化量ΔＶｒは値が低下していき、第２信号Ｓｐ２に対する電圧変化量ΔＶｒは値が増加するため、両者の波形が異なる。このため、第１信号Ｓｐ１の終了時における電圧変化量ΔＶａは、第２信号Ｓｐ２の終了時における電圧変化量ΔＶｂと比べて、小さくなる（ΔＶａ＜ΔＶｂ）。

つまり、素子温度Ｔｎが同一のセンサ素子４１ａに対して電流値が同一値のパルス信号Ｓｐを入力した場合でも、パルス幅が異なる場合には、パルス信号終了時における電圧変化量ΔＶｒは、パルス幅の大きさに応じて変化することになる。例えば、図３に示すように、素子温度Ｔｎが同一値（例えば、目標温度Ｔ１）であっても、パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒは、第１信号Ｓｐ１による検出結果（＝ΔＶａ）と、第２信号Ｓｐ２による検出結果（＝ΔＶｂ）とで、異なる値となる。

このため、パルス信号Ｓｐの電流値Ｉrpvsおよびパルス幅を一定として、パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒを検出することで、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓを判定でき、ひいては素子温度Ｔｎを判定できる。

実センサ制御部１３の説明に戻ると、実センサ制御部１３は、パルス幅がミリ秒オーダーあるいはマイクロ秒オーダーのパルス信号Ｓｐをセンサ素子４１ａに入力し、パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒを検出するように構成されている。実センサ制御部１３は、検出した電圧変化量ΔＶｒに基づいて、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓを検出でき、ひいては素子温度Ｔｎを検出することができる。

他方、車両制御装置３１は、センサ素子４１ａを制御するための制御処理として、素子抵抗検出処理と同様の処理を実行する。ただし、車両制御装置３１が出力するパルス信号Ｓｐは、実センサ制御部１３が出力するパルス信号Ｓｐと比べて、パルス幅および電流値Ｉrpvsが必ずしも同一とは限らず、異なる値に設定されている場合がある。つまり、パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒに基づいて抵抗値Ｒｐｖｓおよび素子温度Ｔｎを演算する際の演算方法（演算式、変換マップの内容など）は、実センサ制御部１３と車両制御装置３１とで異なる場合がある。演算方法が互いに異なる場合、センサ素子４１ａの温度が同一であっても、パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒは、実センサ制御部１３と車両制御装置３１とで異なる値となる。

このような演算方法の相違があるため、実センサ制御部１３で検出した「パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ」をそのまま車両制御装置３１に送信した場合、車両制御装置３１でこの電圧変化量ΔＶｒに基づき演算される素子温度は、センサ素子４１ａの素子温度とは異なる誤った値を示す。

これに対して、センサ状態模擬装置１１は、車両制御装置３１に適した形式の模擬信号を生成するために模擬状態制御部１７を備えている。つまり、模擬状態制御部１７は、車両制御装置３１がセンサ素子４１ａから直接取得する際の電圧変化量ΔＶｒに関する情報を予め記憶しており、その情報に基づいて模擬信号を生成する。換言すれば、模擬状態制御部１７は、実センサ制御部１３で検出されたセンサ素子４１ａの実際の状態（検出電圧値Ｖｒ、電圧変化量ΔＶｒなど）や、模擬すべきセンサ素子４１ａの状態（劣化状態、異常状態など）に基づいて、車両制御装置３１に適した形式の模擬信号を生成する。

例えば、模擬状態制御部１７は、センサ素子４１ａの素子温度Ｔｎが同一であるときの「実センサ制御部１３でのパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ（＝ΔＶａ）」と「車両制御装置３１でのパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ（＝ΔＶｂ）」との対応関係を表す対応関係情報を、記憶部（図示省略）に記憶している。なお、パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒは、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓとして表すことができる。そのため、対応関係情報は、例えば、図４に示すように、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓを用いて表すことができる。なお、対応関係情報は、予めの実験を通じて設定した演算式やマップ等を用いるようにしてもよい。

図４では、「実センサ制御部１３で検出されたセンサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓ」を模擬制御Ｒｐｖｓとし、「車両制御装置３１で検出されたセンサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓ」をＥＣＵ制御Ｒｐｖｓとして、模擬制御ＲｐｖｓとＥＣＵ制御Ｒｐｖｓとの対応関係を表すマップ（対応関係情報）の一例を表している。第１抵抗値Ｒａは、図３における電圧変化量ΔＶａに対応する抵抗値Ｒｐｖｓであり、第２抵抗値Ｒｂは、図３における電圧変化量ΔＶｂに対応する抵抗値Ｒｐｖｓである。

模擬状態制御部１７は、対応関係情報に基づいて、「実センサ制御部１３でのパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ」を「車両制御装置３１でのパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ」に変換する処理、あるいは、「実センサ制御部１３で検出されたセンサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓ」を「車両制御装置３１で検出されたセンサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓ」に変換する処理を実行する。

模擬状態制御部１７は、「車両制御装置３１でのパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ」、あるいは「車両制御装置３１で検出されたセンサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓ」が反映されるように、模擬信号を生成する。また、模擬状態制御部１７は、模擬すべきセンサ素子４１ａの状態（劣化状態、異常状態など）が反映されるように、模擬信号を生成する。なお、模擬すべきセンサ素子４１ａの状態は、模擬状態制御部１７に予め記憶しても良いし、あるいは、作業者が入力部（図示省略）を用いて適宜設定しても良い。

模擬状態制御部１７は、同一のセンサ素子４１ａの状態に対する模擬制御Ｒｐｖｓ（第１抵抗値Ｒａ）とＥＣＵ制御Ｒｐｖｓ（第２抵抗値Ｒｂ）との対応関係を示す対応関係情報であって、複数のＥＣＵ制御Ｒｐｖｓ（第２抵抗値Ｒｂ）に対応した複数の対応関係情報を予め記憶している。模擬状態制御部１７は、複数の対応関係情報のうち模擬信号の送信先となる車両制御装置３１の種類に対応した対応関係情報に基づいてＥＣＵ制御Ｒｐｖｓ（第２抵抗値Ｒｂ）を演算するように構成されている。なお、複数の対応関係情報は、「パルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ」どうしの対応関係（ΔＶａとΔＶｂとの対応関係）を示す情報であってもよい。

模擬状態制御部１７において車両制御装置３１の種類を判定する方法としては、例えば、センサ状態模擬装置１１に接続される車両制御装置３１のコネクタの空きピンを利用して判定する方法や、センサ状態模擬装置１１に設けられた入力装置（タッチパネルモニタ、キーボードなど）からの入力情報を用いて判定する方法などが挙げられる。

模擬センサ制御部１５は、装置側仮コネクタ２１および装置模擬信号線２２を介して車両制御装置３１と接続されて、センサ素子４１ａの状態を模擬する模擬制御処理を実行する。模擬センサ制御部１５は、模擬制御処理として、車両制御装置３１からの各種制御信号を受信する信号受信処理や、車両制御装置３１に対して模擬信号を送信する信号送信処理を実行する。

模擬センサ制御部１５は、信号受信処理を実行することで、車両制御装置３１からの制御信号（センサ素子４１ａを制御するための制御信号など）を受信し、車両制御装置３１によるセンサ素子４１ａの制御状態を判定する。例えば、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓを検出するためのパルス信号Ｓｐ（状態検出信号）を、車両制御装置３１から受信した場合には、抵抗値Ｒｐｖｓの検出タイミングであると判定する。

模擬センサ制御部１５は、信号送信処理を実行することで、模擬状態制御部１７で生成された模擬信号を、信号受信処理で判定された車両制御装置３１の制御状態に基づく適切なタイミングで、車両制御装置３１に送信する。

このような構成のセンサ状態模擬装置１１は、車両制御装置３１およびセンサ４１に接続されて、センサ４１の状態を模擬する模擬信号を車両制御装置３１に対して送信する。そして、センサ状態模擬装置１１は、実際には劣化状態ではないセンサ４１から検出した各種状態量（電流、電圧、インピーダンス）をベースとして、劣化状態などの模擬情報が反映された模擬信号を生成し、車両制御装置３１に送信することができる。これにより、劣化状態のセンサ４１を実際に用意することなく、センサ４１が劣化状態であるときの車両制御装置３１の応答状態を試験することができる。

［１−３．効果］
以上説明したように、本実施形態のセンサ状態模擬装置１１は、車両制御装置３１およびセンサ４１に接続されて、センサ４１の状態を模擬する模擬信号を車両制御装置３１に対して送信するように構成されるとともに、実センサ制御部１３と、模擬センサ制御部１５と、模擬状態制御部１７と、を備えている。

実センサ制御部１３は、センサ素子４１ａにパルス信号Ｓｐ（第１信号Ｓｐ１）を入力し、パルス信号Ｓｐに対する応答信号であってセンサ素子４１ａの電圧変化量ΔＶｒを検出するように構成されている。電圧変化量ΔＶｒは、センサ素子４１ａの抵抗値（インピーダンス）に応じて値が変化する状態量である。

模擬状態制御部１７は、上述したように、対応関係情報に基づいて、「実センサ制御部１３でのパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ（＝ΔＶａ）」を「車両制御装置３１でのパルス信号終了時の電圧変化量ΔＶｒ（＝ΔＶｂ）」に変換する処理などを実行する。つまり、模擬状態制御部１７は、電圧変化量ΔＶａが表すセンサ素子４１ａの抵抗値（インピーダンス）に対応する電圧変化量ΔＶｂを演算するように構成されている。

模擬センサ制御部１５は、信号送信処理を実行することで、模擬状態制御部１７で生成された模擬信号を、信号受信処理で判定された車両制御装置３１の制御状態に基づく適切なタイミングで、車両制御装置３１に送信する。つまり、模擬センサ制御部１５は、模擬信号として電圧変化量ΔＶｒ（＝ΔＶｂ）を示す信号を車両制御装置３１に送信するように構成されている。

センサ状態模擬装置１１は、車両制御装置３１が出力するパルス信号Ｓｐ（第２信号Ｓｐ２）とは異なるパルス信号（第１信号Ｓｐ１）を実センサ制御部１３が出力する構成であっても、模擬状態制御部１７を備えることで、車両制御装置３１の種類に応じた適切な電圧変化量ΔＶｒ（＝ΔＶｂ）を示す模擬信号を送信できる。

つまり、センサ状態模擬装置１１は、実センサ制御部１３が一種類のパルス信号Ｓｐ（第１信号Ｓｐ１）のみを出力する構成であっても、模擬状態制御部１７を備えることで、複数種類の車両制御装置３１に対応した模擬信号を出力できる。

よって、センサ状態模擬装置１１は、複数種類の車両制御装置３１に対応した適切な模擬信号を送信できるため、特定の車両制御装置３１にのみ対応した専用の構成ではなく、複数の車両制御装置３１に対応した構成を実現できる。これにより、センサ状態模擬装置１１は、複数種類の車両制御装置３１に対応した汎用性の高い装置となる。

なお、一種類のパルス信号Ｓｐ（第１信号Ｓｐ１）のみを出力する構成の実センサ制御部１３は、例えば、アナログ回路、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などを用いて構成されている。また、パルス信号Ｓｐ（第２信号Ｓｐ２）は、例えば、信号出力時間（パルス幅）、信号出力周期、印加電圧、通電電流などが任意に設定されることで、異なる種類の信号となるものであってもよい。

次に、センサ状態模擬装置１１においては、模擬状態制御部１７は、同一のセンサ素子４１ａの状態に対する模擬制御Ｒｐｖｓ（第１抵抗値Ｒａ）とＥＣＵ制御Ｒｐｖｓ（第２抵抗値Ｒｂ）との対応関係を示す対応関係情報であって、複数のＥＣＵ制御Ｒｐｖｓ（第２抵抗値Ｒｂ）に対応した複数の対応関係情報を予め記憶している。模擬状態制御部１７は、複数の対応関係情報のうち模擬信号の送信先となる車両制御装置３１の種類に対応した対応関係情報に基づいてＥＣＵ制御Ｒｐｖｓ（第２抵抗値Ｒｂ）を演算するように構成されている。

これにより、模擬信号の送信先となる車両制御装置３１が変更された場合にも、車両制御装置３１の種類に応じた模擬信号を送信できる。
なお、対応関係情報は、抵抗値どうしの対応関係を示す情報に限られることはなく、抵抗値に相当する状態量（例えば、電圧変化量ΔＶｒなど）どうしの対応関係を示す情報であってもよい。例えば、同一のセンサ素子４１ａの状態に対する電圧変化量ΔＶａと電圧変化量ΔＶｂとの対応関係を示す対応関係情報であってもよい。

なお、対応関係情報は、例えば、予め定められたマップあるいは演算式などを用いて実現できる。
［１−４．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。

センサ状態模擬装置１１がセンサ状態模擬装置の一例に相当し、車両制御装置３１がセンサ制御装置の一例に相当する。車両制御装置３１がセンサ素子４１ａに入力するパルス信号Ｓｐ（第２信号Ｓｐ２）が状態検出信号の一例に相当し、第２信号Ｓｐ２に対する電圧変化量ΔＶｂが状態応答信号の一例に相当し、センサ素子４１ａの抵抗値Ｒｐｖｓがセンサ素子のインピーダンスの一例に相当する。

実センサ制御部１３が仮インピーダンス検出部の一例に相当し、実センサ制御部１３がセンサ素子４１ａに入力するパルス信号Ｓｐ（第１信号Ｓｐ１）が仮検出信号の一例に相当し、第１信号Ｓｐ１に対する電圧変化量ΔＶａが仮応答信号の一例に相当する。模擬状態制御部１７が模擬インピーダンス演算部の一例に相当し、模擬状態制御部１７で対応関係情報に基づき演算された変換後の電圧変化量ΔＶｒ（ΔＶｂ）が模擬インピーダンス信号の一例に相当し、模擬センサ制御部１５が模擬信号送信部の一例に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、パルス信号Ｓｐとして電流値Ｉｓが正の値であるパルス信号Ｓｐ（図２の第１信号Ｓｐ１、第２信号Ｓｐ２）について説明したが、パルス信号Ｓｐはこのような形態の信号に限られることはない。例えば、図５に示す波形タイプ１のように、電流値Ｉｓが負の値であるパルス信号Ｓｐであってもよい。波形タイプ１において、パルス幅Ｔｓ１ａで電流値Ｉｓ１ａ（＜０［μＡ］）の信号がパルス信号Ｓｐであり、パルス信号Ｓｐは周期Ｔｗ１で繰り返し出力される。なお、波形タイプ１では、パルス信号Ｓｐの終了後、次のパルス信号を出力するまでの期間中に、パルス信号Ｓｐとは反対向きの電流である調整信号を出力する。調整信号は、電流値Ｉｓ１ｂの絶対値がパルス信号Ｓｐの電流値Ｉｓ１ａよりも小さく（Ｉｓ１ａ＞Ｉｓ１ｂ）、パルス幅Ｔｓ１ｂがパルス幅Ｔｓ１ａよりも大きく（Ｔｓ１ａ＜Ｔｓ１ｂ）形成された信号である。パルス信号Ｓｐの入力後に調整信号を入力することで、センサ素子が活性化状態（検出対象の状態量を検出可能な状態）に戻るまでの復帰時間を短縮できる。

また、パルス信号Ｓｐおよび調整信号を含む全体波形は、図５に示す波形タイプ２のように、パルス幅Ｔｓ２および電流値Ｉｓ２の大きさが等しく通電方向が互いに異なるパルス信号Ｓｐおよび調整信号を含む波形であってもよい。このパルス信号Ｓｐは、周期Ｔｗ２で繰り返し出力される。さらに、調整信号を出力しないパルス信号Ｓｐの波形は、図５に示す波形タイプ３のように、パルス幅Ｔｓ３で電流値Ｉｓ３であるパルス信号Ｓｐが周期Ｔｗ３で繰り返し出力される波形であってもよい。

次に、上記実施形態では、センサ素子として酸素センサ素子を用いる実施形態について説明したが、酸素以外のガス（例えば、ＮＯｘなど）を検出するガスセンサであってもよい。また、センサ素子はガスセンサ素子に限られることはなく、温度センサ素子等であってもよい。

また、上記実施形態のセンサ状態模擬装置１１に対して、センサ４１の状態を表示するための表示部を設け、センサ状態模擬装置１１を使用する作業者の利便性を向上させるようにしてもよい。

次に、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

上述したマイコンの他、当該マイコンを構成要素とするシステム、当該マイコンとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、濃度算出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１１…センサ状態模擬装置、１３…実センサ制御部、１５…模擬センサ制御部、１７…模擬状態制御部、１９…センサ側仮コネクタ、２０…センサ模擬信号線、２１…装置側仮コネクタ、２２…装置模擬信号線、２３…模擬ヒータ線、３１…車両制御装置（車両ＥＣＵ）、３３…装置用信号線、３５…装置用ヒータ線、３７…装置用コネクタ、４１…センサ、４１ａ…センサ素子、４１ｂ…ヒータ。

Claims (2)

1. センサ素子の状態を検出するセンサ制御装置に対して模擬信号を送信するセンサ状態模擬装置であって、
   前記センサ制御装置は、前記センサ素子に状態検出信号を入力し、前記状態検出信号に対する応答信号であって前記センサ素子のインピーダンスを表す状態応答信号を検出するように構成されており、
   当該センサ状態模擬装置は、
   前記センサ素子に仮検出信号を入力し、前記仮検出信号に対する応答信号であって前記センサ素子のインピーダンスを表す仮応答信号を検出する仮インピーダンス検出部と、
   前記仮応答信号が表す前記インピーダンスに対応する前記状態応答信号である模擬インピーダンス信号を演算する模擬インピーダンス演算部と、
   前記模擬信号として前記模擬インピーダンス信号を前記センサ制御装置に送信する模擬信号送信部と、
   を備えるセンサ状態模擬装置。
2. 前記模擬インピーダンス演算部は、同一の前記センサ素子の状態に対する前記仮応答信号と前記模擬インピーダンス信号との対応関係を示す対応関係情報であって、複数の前記模擬インピーダンス信号に対応した複数の前記対応関係情報を予め記憶しており、複数の前記対応関係情報のうち前記模擬信号の送信先となる前記センサ制御装置の種類に対応した前記対応関係情報に基づいて前記模擬インピーダンス信号を演算する、
   請求項１に記載のセンサ状態模擬装置。

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