JP2020021363A - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】断線あるいは短絡等の典型的な異常とそれ以外の異常とを、良好に判別可能とすること。【解決手段】物理量検出装置（１）は、印加された物理量に応じたアナログ形式の検出信号を外部装置（６）に出力するように構成されている。この物理量検出装置は、調整部（７５）と診断出力部（７７）とを備えている。前記調整部は、正常時における前記検出信号の出力レベルを、所定範囲内に調整する。前記診断出力部は、第一種異常とは異なる第二種異常時に、第一種診断信号とは異なる第二種診断信号を生成して、前記外部装置に向けて出力する。前記第一種異常は、信号または電源電圧の伝送経路における電気接続状態の異常である。第一種診断信号は、前記第一種異常時に前記外部装置が取得する信号である。【選択図】図２

Description

本発明は、印加された物理量に応じたアナログ形式の検出信号を外部装置に出力するように構成された、物理量検出装置に関する。

この種の装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のスロットル開度センサは、ＥＣＵに外部接続されている。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。特許文献１に記載のスロットル開度センサにおいては、クランプ調整により、最大出力電圧としての上側クランプ電圧と、最小出力電圧としての下側クランプ電圧とが設定される。すなわち、下側クランプ電圧未満、または、上側クランプ電圧を超えた電圧は、正常時におけるスロットル開度センサから出力されることのない電圧範囲である。

かかる構成において、ＥＣＵ側で、センサ出力として下側クランプ電圧未満または上側クランプ電圧を超えた電圧が得られる場合がある。この場合、ＥＣＵは、スロットル開度センサとの間のワイヤハーネス等における断線あるいは短絡の発生であるとフェイル判定することができる。

特開２００１−１７４２１２号公報

この種の装置における異常の典型例は、上記のように、信号または電源電圧の伝送経路における、断線あるいは短絡である。このため、従来のこの種の装置においては、特許文献１に記載のように、出力レベルにおける上限および下限をクランプすることで断線あるいは短絡を良好に検出する構成が、多数提案されている。

しかしながら、実際に発生し得る異常は、断線あるいは短絡のような、典型的かつ分かりやすい事例に限定されない。すなわち、例えば、サージに起因するオフセット等の、回路における一部機能損失も、相当程度の頻度で生じ得る。しかしながら、従来のこの種の装置においては、断線等の典型的な場合とそれ以外の場合とで、診断出力が同様となっていた。

本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、断線あるいは短絡等の典型的な異常とそれ以外の異常とを、良好に判別可能とすることにある。

請求項１に記載の物理量検出装置（１）は、印加された物理量に応じたアナログ形式の検出信号を外部装置（６）に出力するように構成されている。
この物理量検出装置は、
正常時における前記検出信号の出力レベルを所定範囲内に調整する、調整部（７５）と、
信号または電源電圧の伝送経路における電気接続状態の異常である第一種異常とは異なる、第二種異常時に、前記第一種異常時に前記外部装置が取得する第一種診断信号とは異なる第二種診断信号を生成して前記外部装置に向けて出力する、診断出力部（７７）と、
を備えている。

上記構成においては、前記物理量検出装置は、正常時には、印加された物理量に応じたアナログ形式の前記検出信号を、前記外部装置に出力する。この検出信号は、前記調整部により、出力レベルが前記所定範囲内に調整される。これにより、前記外部装置は、正常時には、前記所定範囲内に調整された出力レベルの前記検出信号を取得する。

一方、前記外部装置は、前記伝送経路における電気接続状態の異常である前記第一種異常時には、前記第一種診断信号を取得する。前記第一種異常は、例えば、断線および短絡を含む。前記第一種診断信号は、例えば、前記所定範囲外の一定レベルで連続する信号である。

前記物理量検出装置において、前記第一種異常とは異なる前記第二種異常が発生する場合があり得る。前記第二種異常は、例えば、前記物理量が印加されるセンサ素子部（２）にて前記物理量の印加により発生した電気信号を処理する信号処理部（７３，７４）における回路機能の異常である。この場合、前記診断出力部は、前記第一種診断信号とは異なる前記第二種診断信号を生成して、前記外部装置に向けて出力する。前記第二種診断信号は、例えば、前記所定範囲内から前記所定範囲外に達するパルス状の飛値を有する信号である。

上記の通り、上記構成によれば、前記外部装置は、断線等の典型的な場合に対応する前記第一種異常時には、前記第一種診断信号を取得する。また、前記外部装置は、前記第一種異常とは異なる前記第二種異常時には、前記第一種診断信号とは異なる前記第二種診断信号を取得する。したがって、上記構成によれば、断線あるいは短絡等の典型的な異常とそれ以外の異常とを、良好に判別可能とすることが可能となる。

なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合、かかる参照符号は、単に、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の一例を示すものである。よって、本発明は、かかる参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

実施形態に係る物理量検出装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示された物理量検出装置の概略構成を示すブロック図である。 図２に示された物理量検出装置の動作概要を示すグラフである。 図２に示された物理量検出装置の動作概要を示すタイムチャートである。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがあるため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。

（全体構成）
まず、図１を参照しつつ、実施形態に係る物理量検出装置１の全体構成について説明する。なお、説明の便宜上、図１において、図示の通りに右手系ＸＹＺ直交座標を設定する。

物理量検出装置１は、印加された物理量に応じたアナログ形式の検出信号を発生および出力するように構成されている。具体的には、本実施形態においては、センサ素子部２と位置検出対象３との図中Ｘ軸方向の相対位置を検出する構成を有している。説明の簡略化のため、センサ素子部２と位置検出対象３との、図中Ｘ軸方向の相対位置を、以下単に「位置検出対象３の位置」と称する。

本実施形態においては、物理量検出装置１は、オートマチックトランスミッション車に搭載されるシフト位置検出装置であって、シフト位置に応じた検出信号を発生するように構成されている。具体的には、可動磁石が設けられた位置検出対象３は、車両に設けられた変速用のシフトレバー４と、連結機構５を介して連結されている。位置検出対象３は、シフトレバー４の操作状態に応じて、センサ素子部２に対して図中Ｘ軸方向に相対移動するように設けられている。

物理量検出装置１は、外部装置６と電気接続されている。すなわち、本実施形態に係る物理量検出装置１は、位置検出対象３の位置に対応してセンサ素子部２に印加される磁気に応じた検出信号を発生して外部装置６に出力するように構成されている。外部装置６は、いわゆるエンジンＥＣＵあるいはハイブリッドＥＣＵであって、物理量検出装置１の出力に基づいて検出したシフト位置に基づいて、不図示の車両駆動源の動作を制御するように設けられている。

本実施形態においては、センサ素子部２は、複数の磁気検出素子２０を有している。磁気検出素子２０は、半導体式センサ素子であるＴＭＲ素子であって、外部磁界による自由層の磁化方向の変化に応じて電気抵抗値が変化するように構成されている。ＴＭＲはTunnel Magneto-Resistanceの略である。

（回路構成）
図２を参照すると、外部装置６は、車載バッテリＢからの出力電圧＋Ｂを所定電圧＋Ｖｃｃに変換する不図示の安定化電源を内蔵している。所定電圧＋Ｖｃｃは、本実施形態においては、＋５Ｖである。外部装置６は、所定電圧＋Ｖｃｃを出力する電源出力端子ＰＯと、接地されたＥＣＵ接地端子Ｅとを有している。また、外部装置６は、物理量検出装置１から出力された検出信号を受信するための信号入力端子ＳＩを有している。

センサ素子部２は、複数の磁気検出素子２０がブリッジ接続した構成を有している。具体的には、センサ素子部２は、第一ブリッジ回路２１と第二ブリッジ回路２２とを有している。

第一ブリッジ回路２１および第二ブリッジ回路２２は、複数の磁気検出素子２０によるハーフブリッジ回路であって、位置検出対象３の位置に対応する電気信号である素子出力信号を出力するように構成されている。第一ブリッジ回路２１は、位置検出対象３が図中Ｘ軸方向に一定速度で連続的に移動した場合に、正弦波状の素子出力信号を発生するように設けられている。第二ブリッジ回路２２は、位置検出対象３が図中Ｘ軸方向に一定速度で連続的に移動した場合に、余弦波状の素子出力信号を発生するように設けられている。

物理量検出装置１は、処理回路部７をさらに備えている。処理回路部７は、信号伝送経路である入力信号ラインＬ１を介して、第一ブリッジ回路２１および第二ブリッジ回路２２と電気接続されている。また、処理回路部７は、出力信号ラインＬ２、電源ラインＬ３、および接地ラインＬ４を介して、外部装置６と電気接続されている。処理回路部７は、入力された素子出力信号を処理することで、検出信号を発生および出力する構成を有している。以下、処理回路部７およびこれに関連する構成について説明する。

処理回路部７は、検出信号を出力する信号出力端子ＳＯを有している。信号出力端子ＳＯは、信号伝送経路である出力信号ラインＬ２を介して、外部装置６における信号入力端子ＳＩと電気接続されるようになっている。

また、処理回路部７は、電源入力端子ＰＩと、センサ接地端子Ｇとを有している。電源入力端子ＰＩは、電源ラインＬ３を介して、外部装置６における電源出力端子ＰＯと電気接続されるようになっている。センサ接地端子Ｇは、接地ラインＬ４を介して、外部装置６におけるＥＣＵ接地端子Ｅと電気接続されるようになっている。すなわち、処理回路部７は、電源電圧伝送経路である電源ラインＬ３および接地ラインＬ４を介して外部装置６と接続されることで、所定電圧＋Ｖｃｃの電源電圧を外部装置６から供給されるように構成されている。

本実施形態においては、処理回路部７は、電源レギュレータ７０と、制御部７１と、インタフェース７２と、入力信号処理部７３と、ＡＤコンバータ７４と、調整部７５と、ＤＡコンバータ７６と、診断出力部７７と、診断部７８とを備えている。電源レギュレータ７０は、電源入力端子ＰＩに入力された電源電圧を安定化させて処理回路部７における各部に供給するための、周知の構成を有している。

制御部７１は、処理回路部７における各部（例えばインタフェース７２等）の動作を制御するように設けられている。すなわち、制御部７１は、処理回路部７における各部の動作を制御するための制御信号、クロック信号、タイマ信号、等を、処理回路部７における各部に出力するように構成されている。

インタフェース７２には、第一ブリッジ回路２１と第二ブリッジ回路２２とが並列に電気接続されている。インタフェース７２は、制御部７１の制御下で、素子出力信号の取得先を第一ブリッジ回路２１と第二ブリッジ回路２２とで切り換えるように構成されている。すなわち、インタフェース７２は、第一ブリッジ回路２１の素子出力信号と、第二ブリッジ回路２２の素子出力信号とを、交互に時分割で取得して、入力信号処理部７３に入力するように設けられている。

入力信号処理部７３およびＡＤコンバータ７４は、素子出力信号を処理するように設けられている。具体的には、入力信号処理部７３は、インタフェース７２から入力された素子出力信号に対して増幅処理およびフィルタ処理を実行するように設けられている。ＡＤコンバータ７４は、入力信号処理部７３の出力をアナログ／デジタル変換して、変換結果であるデジタル信号を調整部７５に入力するように設けられている。

調整部７５は、ＡＤコンバータ７４によってアナログ／デジタル変換した素子出力信号を処理することで、正常出力を発生するように設けられている。「正常出力」とは、正常時における検出信号の元となるデジタル信号である。具体的には、調整部７５は、素子出力信号に対して各種の演算処理を実行することで、正常出力を発生するように構成されている。「各種の演算処理」には、逆正接演算、経時補正、および非経時補正が含まれる。

ＤＡコンバータ７６は、調整部７５からの正常出力をデジタル／アナログ変換して、変換結果であるアナログ信号を検出信号として信号出力端子ＳＯに出力するように設けられている。調整部７５は、正常時における検出信号の出力レベルを、所定範囲内に調整するように構成されている。「所定範囲」とは、下側クランプ電圧ＶＬと上側クランプ電圧ＶＨとの間である。本実施形態においては、図３に示されているように、下側クランプ電圧ＶＬは＋０．５Ｖであり、上側クランプ電圧ＶＨは＋４．５Ｖである。

また、ＤＡコンバータ７６は、診断出力部７７からの診断出力をデジタル／アナログ変換して、変換結果であるアナログ信号を診断信号として信号出力端子ＳＯに出力するように設けられている。「診断出力」とは、異常時における診断信号の元となるデジタル信号であって、診断部７８による診断結果に対応する信号である。診断信号は、異常時における信号入力端子ＳＩの入力信号である。すなわち、診断信号は、異常時に外部装置６が物理量検出装置１からの出力として取得すなわち受信する信号である。

診断出力部７７は、診断部７８による診断結果に応じたデジタル信号である診断出力を、ＤＡコンバータ７６に出力するように設けられている。診断部７８は、物理量検出装置１における各部の異常を診断するように設けられている。

本実施形態においては、処理回路部７には、複数の診断部７８、すなわち、電源電圧診断部７８０、第一入力診断部７８１、および第二入力診断部７８２が設けられている。電源電圧診断部７８０は、処理回路部７に供給される電源電圧の異常を診断するように設けられている。第一入力診断部７８１は、インタフェース７２から入力信号処理部７３に至る信号伝送経路および入力信号処理部７３の異常を診断するように設けられている。第二入力診断部７８２は、入力信号処理部７３からＡＤコンバータ７４に至る信号伝送経路およびＡＤコンバータ７４の異常を診断するように設けられている。

診断出力部７７は、第一種異常とは異なる第二種異常時に、診断出力を生成して、ＤＡコンバータ７６に出力するように構成されている。第一種異常は、信号伝送経路または電源電圧伝送経路における電気接続状態の異常であって、例えば断線および短絡を含む。第二種異常は、素子出力信号を処理する信号処理部である入力信号処理部７３およびＡＤコンバータ７４における回路機能の異常である。

診断出力部７７によりＤＡコンバータ７６に出力される診断出力は、第一種診断信号とは異なる第二種診断信号の元となる、デジタル信号である。第一種診断信号は、第一種異常時に外部装置６が取得する診断信号であって、所定範囲外の一定レベルで連続する信号である。第二種診断信号は、図４にて点線で示されているように、所定範囲内から所定範囲外に達するパルス状の飛値を有する信号である。

（効果）
以下、本実施形態の構成により奏される効果について、同構成の動作概要とともに説明する。

本実施形態においては、物理量検出装置１は、正常時には、印加された物理量に応じたアナログ形式の検出信号を、外部装置６に出力する。この検出信号は、図３に示されているように、調整部７５により出力レベルが所定範囲内に調整される。これにより、外部装置６は、正常時には、所定範囲内に調整された出力レベルの検出信号を取得する。

上記の信号伝送経路または電源電圧伝送経路にて、断線または短絡が発生すると、外部装置６における信号入力端子ＳＩの端子電圧は、所定範囲外のレベルに張り付く。具体的には、例えば、断線あるいは地絡により、信号入力端子ＳＩの端子電圧が、＋０．５Ｖ未満の値である約０Ｖに張り付く。あるいは、例えば、信号伝送経路と電源電圧伝送経路との短絡にＹ堀、信号入力端子ＳＩの端子電圧が、＋４．５Ｖを超える値である約５Ｖに張り付く。

このように、断線等の典型的な場合に対応する第一種異常時には、外部装置６は、第一種診断信号を取得する。第一種診断信号は、所定範囲外の一定レベルで連続する信号である。

物理量検出装置１において、第一種異常とは異なる第二種異常が発生する場合があり得る。第二種異常は、物理量が印加されるセンサ素子部２にて物理量の印加により発生した電気信号である素子出力信号を処理する、入力信号処理部７３およびＡＤコンバータ７４における回路機能の異常である。具体的には、第二種異常として、サージにより回路機能の一部が損失することでオフセット等が発生することがあり得る。

第二種異常が発生した場合、診断出力部７７は、第二種診断信号の元となる診断出力を生成して、外部装置６に向けて出力する。第二種診断信号は、上記のように、所定範囲外の一定レベルで連続する第一種診断信号とは異なり、所定範囲内から所定範囲外に達するパルス状の飛値を有する信号である。具体的には、診断出力部７７は、所定範囲内から所定範囲外に達するパルス状信号をクロックおよびタイマを用いて生成して、これを正常出力に加算する。すると、図４に示されているように、一見正常な所定範囲内のレベルの検出信号中に、所定範囲外に達するパルス状の飛値を有する信号が重畳される。

上記の通り、本実施形態においては、外部装置６は、断線等の典型的な場合に対応する第一種異常時には、第一種診断信号を取得する。すなわち、信号入力端子ＳＩの端子電圧が約０Ｖあるいは約５Ｖに張り付いている場合、外部装置６は、第一種異常の発生を検知することが可能である。

また、本実施形態においては、外部装置６は、第一種異常とは異なる第二種異常時には、第一種診断信号とは異なる第二種診断信号を取得する。すなわち、図４に示されているように、所定範囲内のレベルの検出信号中に所定範囲外に達するパルス状の飛値を有する信号を検出した場合、外部装置６は、第二種異常の発生を検知することが可能である。なお、図４に示されているような波形の検出信号を受信しても、外部装置６は、補間等の補正処理により、図４にて実線で示されているような通常のセンサ出力波形を取得することが可能である。

上記の通り、本実施形態においては、物理量検出装置１は、出力信号ラインＬ２、電源ラインＬ３、および接地ラインＬ４を介して、外部装置６と接続されている。すなわち、物理量検出装置１と外部装置６との接続には、複雑なプロトコルを有する通信方式ではなく、単純なアナログ接続が用いられている。その一方で、外部装置６は、信号入力端子ＳＩにおけるアナログ入力電圧に基づいて、第一種異常と第二種異常とを個別に判定可能である。したがって、本実施形態によれば、断線あるいは短絡等の典型的な異常とそれ以外の異常とを、簡略な装置構成により、良好に判別可能とすることが可能となる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態と異なる部分についてのみ説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

本発明は、上記実施形態にて示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、物理量検出装置１は、シフト位置検出装置に限定されない。具体的には、物理量検出装置１は、回転体である位置検出対象３の回転位置検出装置であってもよい。例えば、物理量検出装置１が電動パワーステアリング装置における回転角検出装置である場合、外部装置６はＥＰＳ−ＥＣＵである。ＥＰＳはElectrical Power Steeringの略である。あるいは、物理量検出装置１が圧力センサ装置である場合、外部装置６はエンジンＥＣＵまたはブレーキＥＣＵである。

センサ素子部２の構成についても、本発明の課題が良好に解決され、効果が良好に奏される限り、特段の限定はない。具体的には、例えば、磁気検出素子２０は、いわゆるＧＭＲ素子であってもよい。ＧＭＲはGiant Magneto Resistanceの略である。また、センサ素子部２は、複数の磁気検出素子２０がブリッジ接続した構成に限定されない。

処理回路部７は、ＡＳＩＣを含んだロジック構成を有していてもよい。ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略である。あるいは、処理回路部７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および不揮発性ＲＡＭ等を備えた車載マイクロコンピュータとして構成されていてもよい。不揮発性ＲＡＭは、例えば、フラッシュＲＯＭ等である。

上記実施形態における処理回路部７の構成のうちの、少なくとも一部は、アナログ回路によって代替され得る。すなわち、上記実施形態においては、処理回路部７は、素子出力信号を一旦アナログ／デジタル変換によりデジタル信号化した後、デジタル信号処理およびデジタル／アナログ変換を介してアナログ形式の出力信号を発生するように構成されていた。しかしながら、本発明は、かかる態様に限定されない。

上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。

同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。各部を構成する材料についても、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の材料に限定される場合等を除き、特段の限定はない。

変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の実施形態が、互いに組み合わされ得る。同様に、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。さらに、複数の実施形態のうちの少なくとも１つと、複数の変形例のうちの少なくとも１つとが、互いに組み合わされ得る。

１ 物理量検出装置
２ センサ素子部
７３ 入力信号処理部
７４ ＡＤコンバータ
７５ 調整部
７７ 診断部
７８ 診断出力部
Ｌ１ 信号ライン
Ｌ２ 電源ライン
Ｌ３ 接地ライン

Claims (4)

1. 印加された物理量に応じたアナログ形式の検出信号を外部装置（６）に出力するように構成された、物理量検出装置（１）であって、
   正常時における前記検出信号の出力レベルを所定範囲内に調整する、調整部（７５）と、
   信号または電源電圧の伝送経路における電気接続状態の異常である第一種異常とは異なる、第二種異常時に、前記第一種異常時に前記外部装置が取得する第一種診断信号とは異なる第二種診断信号を生成して前記外部装置に向けて出力する、診断出力部（７７）と、
   を備えた物理量検出装置。
2. 前記第一種診断信号は、前記所定範囲外の一定レベルで連続する信号であり、
   前記第二種診断信号は、前記所定範囲内から前記所定範囲外に達するパルス状の飛値を有する信号である、
   請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 前記第一種異常は、断線および短絡を含む、
   請求項１または２に記載の物理量検出装置。
4. 前記第二種異常は、前記物理量が印加されるセンサ素子部（２）にて前記物理量の印加により発生した電気信号を処理する信号処理部（７３，７４）における回路機能の異常である、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の物理量検出装置。

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