JP2021009121A - 物理量計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】故障検出をより迅速かつ正確に行うことができる物理量計測装置を提供すること。【解決手段】物理量を計測する物理量計測装置であって、物理量に応じた信号を出力する物理量計測部と、物理量計測部からの信号を用いて物理量の計測結果を算出する計算処理部と、物理量計測部から計算処理部への信号の伝達経路上に設けられ、物理量計測部から出力される信号を計算処理部に伝達する状態と、物理量計測部から計算処理部への信号の伝達経路から物理量計測装置の外部への信号の出力又は伝達経路への信号の入力が可能な状態とを切り換えるスイッチング部とを備える。【選択図】 図1
Description
本発明は、物理量計測装置に関する。
例えば、物理量計測装置としては、エンジンへの吸入空気量を計測するエアフローセンサがあり、この計測結果はエンジンに適正な燃料を供給するために用いられている。また近年では、エアフローセンサに圧力センサ及び湿度センサを搭載し、空気流量だけでなく湿度計測及び圧力計測も行えるようにし、これらの計測結果を用いて燃費向上を図る技術も提案されている。一方で、物理量計測装置に複数のセンサを搭載する場合には故障頻度や故障による影響が大きくなることが考えられるため、故障検出を迅速かつ正確に行うことが求められる。
このような物理量計測装置の故障検出に係る技術として、例えば、特許文献1には、流体の物理量を計測する物理量計測装置であって、前記流体の湿度に応じた湿度信号を出力する少なくとも二つの湿度検出部と、二つの前記湿度検出部から取得した前記湿度信号の差が異常判定閾値を超えた場合に、前記湿度検出部に異常が生じていると判定する異常判定部と、を備える物理量計測装置が開示されている。
上記従来技術においては、物理量検出装置として湿度センサの故障検出を行っている。しかしながら、湿度センサの故障を検出した場合に、故障箇所が湿度の検出部であるのか故障を検出する故障検出部であるのかを特定することがでないため、結果として他の方法を用いて故障箇所の切り分けを行う必要が生じ、故障検出の迅速性や正確性について改善の余地が残されている。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、故障検出をより迅速かつ正確に行うことができる物理量計測装置を提供することを目的とする。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、物理量を計測する物理量計測装置であって、前記物理量に応じた信号を出力する物理量計測部と、前記物理量計測部からの信号を用いて前記物理量の計測結果を算出する計算処理部と、前記物理量計測部から前記計算処理部への信号の伝達経路上に設けられ、前記物理量計測部から出力される信号を前記計算処理部に伝達する状態と、前記物理量計測部から前記計算処理部への信号の伝達経路から前記物理量計測装置の外部への信号の出力又は伝達経路への信号の入力が可能な状態とを切り換えるスイッチング部とを備えたものとする。
本発明によれば、故障検出をより迅速かつ正確に行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態においては、物理量計測装置として空気流量、空気温度、湿度または圧力を計測する流量計測装置を例示して説明するが、計測する物理量はこれに限らず、複数のセンサを有する物理量計測装置であれば本発明を適用可能である。
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図1〜図3を参照しつつ説明する。
本発明の第1の実施の形態を図1〜図3を参照しつつ説明する。
図1は、本実施の形態に係る物理量計測装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
図1において、物理量計測装置1は、空気流量検出エレメント2と、空気温度センサ3と、物理量計測センサ4と、制御装置5とで構成されている。
空気流量検出エレメント2は、定温度制御ブリッジ6と、温度差ブリッジ7とで構成されている。定温度制御ブリッジ6は、発熱抵抗体8、ブリッジ回路温度測定用の測温抵抗体9、吸気温度補償用の測温抵抗体10、及び、固定抵抗体11、12により構成されている。
温度差ブリッジ7は、発熱抵抗体8から放出される熱量を検出するものであり、定温度制御ブリッジ6の発熱抵抗体8の周囲に配置される。温度差ブリッジ7は、測温抵抗体13〜16で構成されており、空気流量及び方向を検出することができる。
空気温度センサ3は、空気温度を測定するものであり、固定抵抗体17と、温度により抵抗値が変化する感温抵抗体18とで構成されている。
物理量計測センサ4は、湿度または圧力を計測するセンサであり、計測した物理量をセンサ信号(デジタル信号またはアナログ信号)として出力する。物理量計測センサ4から出力されるセンサ信号は、例えばI2C(Inter-Integrated Circuit)通信に従って送受信される信号である。なお、通信方式は、I2C通信に限定されるものではなく、SPI(Serial Peripheral Interface)通信、LIN(Local Interconnect Network)通信、SENT(Single Edge Nibble Transmission)通信などの他の通信方式を用いたり、単純な電位等のアナログ信号を用いたりしてもよい。また、本実施の形態においては、1つの物理量計測センサ4を用いる場合を例示して説明するが、1個に限定されるものではない。
制御装置5は、ヒータ制御回路19を有している。ヒータ制御回路19は、ブリッジ回路温度測定用の測温抵抗体9と吸気温度補償用の測温抵抗体10との温度差が一定となるように発熱抵抗体8へ流す電流を制御する。すなわち、制御装置5は、ヒータ制御回路19及び演算機能が一体となった回路であり、定温度制御ブリッジ6を制御するヒータ制御回路19、定温度制御ブリッジ6、温度差ブリッジ7、空気温度センサ3を駆動する電源である定電圧回路21、回路の温度を検出する回路温度センサ22、空気流量信号をアナログ・デジタル変換するA/D変換器23、回路温度センサの出力信号をアナログ・デジタル変換するA/D変換器24、空気温度センサ3の出力信号をアナログ・デジタル変換するA/D変換器25、空気流量信号及び吸気温度センサ信号及び回路温度センサ信号、物理量計測センサ4で計測したセンサ信号の補正を実施する論理回路20、論理回路20で演算したデジタル出力値を使用する通信規格に変換するI/F26、抵抗27とNMOSトランジスタ28で電圧変換する出力回路29、及び、物理量計測センサ4と通信を行うI/F30で構成されている。
なお、出力回路29はNMOSトランジスタの代わりにバイポーラトランジスタで構成しても良い。また、I/F26が使用する通信方式は、例えばSENT通信であるが、LIN通信や、周波数変調方式などの他の通信方式、または、単純な電位等のアナログ信号の通信方式を用いても良い。
制御装置5には、さらに、PAD31〜35が設置されている。PAD31はVCC電源が供給されるPADであり、PAD32は物理量計測装置の出力信号Sig_out用のPADであり、PAD33はグランド接地用のPADであり、PAD34,35は物理量計測センサ4の信号観測用のPADである。
図2は、物理量計測センサとI/Fとを関連構成とともに抜き出して示す図である。
図2において、I/F30はCMOSスイッチ100,101、制御部36、及び、駆動回路37で構成されている。
物理量計測センサ4から出力されるセンサ信号Sig_Aの出力先は、論理回路20から出力されるSig_con信号により制御されるCMOSスイッチ100とCMOSスイッチ101とにより、I/F30内の物理量計測センサ用信号Sig_A_ifと、モニタ用信号Sig_A_monの何れかに切り換えられる。
CMOSスイッチ100は、インバータ102とNMOSトランジスタ103とPMOSトランジスタ104とで構成されている。NMOSトランジスタ103とPMOSトランジスタ104の各ドレインとソースは相互に接続されており、CMOSスイッチ100,101を制御する制御信号Sig_con用配線がNMOSトランジスタ103のゲートと接続され、また、インバータ102を介してPMOSトランジスタ104のゲートと接続されている。
CMOSスイッチ101は、インバータ105とPMOSトランジスタ106とNMOSトランジスタ107とで構成されている。PMOSトランジスタ106とNMOSトランジスタ107の各ドレインとソースは相互に接続されており、制御信号Sig_con用配線がPMOSトランジスタ106のゲートと接続され、また、インバータ105を介してNMOSトランジスタ107のゲートと接続されている。
これらの構造によりCMOSスイッチ100,101で構成される入出力先の切り換え機能を制御信号Sig_conにより制御することができ、物理量計測センサ4の入出力信号の入出力先をPAD34、35に切り換えることができる。
図3は、I/Fにおける制御信号と信号の入出力先との関係を示す図である。
図3においては、制御信号Sig_conについて、予め定めた閾値以上の電圧レベルの場合をHigh、閾値以下の電圧レベルの場合をLowと定義し、制御信号Sig_conがHighとLowとで切り換わった場合のCMOSスイッチ100,101によるセンサ信号の入力元又は出力先を示している。
通常動作時における制御信号Sig_conをHighに固定することで、物理量計測センサ信号Sig_AはI/F30内の物理量計測センサ用信号Sig_A_ifに入力又は出力され、また、物理量計測センサ4信号Sig_BはI/F30内の物理量計測センサ用信号Sig_B_ifに入力又は出力される。物理量計測装置1は、物理量計測センサ4から得られるデータと、空気流量検出エレメント2及び空気温度センサ3から得られるデータとを出力信号Sig_outから出力する。
このように構成した本実施の形態において、出力信号Sig_outが物理量計測センサ4の異常を示した場合には、物理量計測センサ4の故障と、制御装置5の故障とが考えられる。すなわち、物理量計測センサ4は正常であるにも関わらず、制御装置5の故障により結果的に物理量計測センサ4の異常が示される場合である。したがって、出力信号Sig_outが物理量計測センサ4の異常を示した場合には、制御信号Sig_conをLowに設定し、物理量計測センサ信号Sig_Aと信号Sig_Bの入力又は出力先を観測信号Sig_A_monと観測信号Sig_B_monとに切り換える事により、PAD34,35で物理量計測センサ4を制御してこのセンサの状態を確認することができる。すなわち、物理量計測センサ4と制御装置5のどちらで故障が発生したかを解析することができ、故障検出をより迅速かつ正確に行うことができる。
<第1の実施の形態の変形例>
本発明の第1の実施の形態の変形例を図4を参照しつつ説明する。
本発明の第1の実施の形態の変形例を図4を参照しつつ説明する。
図4は、本変形例に係る物理量計測センサとI/Fとを関連構成とともに抜き出して示す図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図4においては、制御装置5にPAD38を設け、PAD38から制御信号Sig_conを制御してCMOSスイッチ100,101を制御する場合を示している。物理量計測装置1の外部からCMOSスイッチ100,101を制御することにより、論理回路20から制御信号Sig_conでCMOSスイッチ100,101を制御する必要がなくなり、論理回路20の設定時に誤って異常動作を初期化することを防止可能となる。このため、物理量計測装置1の異常状態を維持したまま、物理量計測センサ4と制御装置5のどちらで故障が発生したかを解析することができる。
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図5〜図7を参照しつつ説明する。
本発明の第2の実施の形態を図5〜図7を参照しつつ説明する。
図5は、本実施の形態に係る物理量計測センサとI/Fとを関連構成とともに抜き出して示す図である。図中、第1の実施の形態および変形例と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図5においては、制御信号Sig_conを論理回路20から駆動回路37に出力し、解析時には制御信号Sig_conを制御して、物理量計測センサ4を制御する信号をPAD35からSig_Bとして入力を可能とすることにより、物理量計測センサ4を制御することが可能となる。
図6は、I/Fを抜き出して駆動回路を詳細に示す図である。
図6において、駆動回路37のSig_Bを制御する回路は、出力トランジスタ201、ANDゲート203、及び、バッファ204で構成されている。また、出力トランジスタ201は、抵抗200とNMOSトランジスタ202とで構成されている。
図7は、I/Fにおける制御信号と信号の入出力先との関係を示す図である。
図7に示すように、通常動作時には制御信号Sig_conがHighに固定しているため、物理量計測センサ4信号生成信号Sig_B_selがI/F30内の物理量計測センサ用信号Sig_B_ifから出力され、さらにその反転信号が物理量計測センサ信号Sig_Bとなる。また、解析時では、制御信号Sig_conをLowとすることで、ANDゲート203により物理量計測センサ4の信号生成信号Sig_B_selがLowとなり、物理量計測センサ信号Sig_Bが抵抗200を介して電源にプルアップされるためHighとなる。このため、物理量計測装置1の外部からPAD35を介してLowを入力することで物理量計測センサ4を制御して解析することができる。
その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、通常動作時の物理量計測センサ4の状態と制御装置5に制御されない物理量計測センサ4の状態を解析することが可能となる。
<第2の実施の形態の変形例>
本発明の第2の実施の形態の変形例を図8を参照しつつ説明する。
本発明の第2の実施の形態の変形例を図8を参照しつつ説明する。
図8は、本変形例に係る物理量計測センサとI/Fとを関連構成とともに抜き出して示す図である。図中、第2の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図8においては、制御信号Sig_conをPAD38から入力する場合を示している。Sig_con用配線は、プルアップ抵抗108により通常動作時Highに固定される。解析時にはPAD38からLowにすることで、第2の実施の形態と同様に、物理量計測センサの状態を解析することができる。すなわち、外部から解析をする設定に切り替えることが可能となり、制御装置5の状態を維持したまま物理量計測センサ4の状態を解析することが可能となる。
<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態を図9及び図10を参照しつつ説明する。
本発明の第3の実施の形態を図9及び図10を参照しつつ説明する。
図9は、本実施の形態に係る物理量計測センサと制御装置とを関連構成とともに抜き出して示す図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図9に示すように、制御装置5には、マルチプレクサ300が備えられている。マルチプレクサ300の入力Low側には、物理量計測センサ4からの出力信号Sig_Bが入力され、また、入力High側にはI/F26からの出力信号Sig_if_outが入力されている。また、マルチプレクサ300には、出力信号Sig_selとして信号Sig_Bと信号Sig_if_outの何れを出力するかを切り換える制御信号として、論理回路からの制御信号Sig_conが入力されている。
図10は、マルチプレクサにおける制御信号と出力される信号とのとの関係を示す図である。
図10においては、通常動作時において制御信号Sig_conをHighに固定しているため、I/F26の信号Sig_if_outが選択され、出力生成信号Sig_selからこれに対応した信号が出力される。そして、出力回路29により出力信号Sig_outからSig_if_outの反転信号が出力される。一方、解析時には制御信号Sig_conをLowに設定することで、出力生成信号Sig_selから物理量計測センサ信号Sig_Bに対応した信号が出力される。そして、出力回路29によりSig_Bの反転信号が出力信号Sig_outとして出力される。この信号Sig_Bの反転信号を観測することで物理量計測センサ4の状態を解析することが可能となる。
その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、検査用PADの個数を増やすことなく解析が可能となり、機能の追加によるコスト増加を低減することができる。
<第3の実施の形態の変形例>
本発明の第3の実施の形態の変形例を図11を参照しつつ説明する。
本発明の第3の実施の形態の変形例を図11を参照しつつ説明する。
図11は、本変形例に係る物理量計測センサと制御装置とを関連構成とともに抜き出して示す図である。図中、第3の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図11においては、制御信号Sig_conをPAD38から入力する場合を示している。Sig_con用配線はプルアップ抵抗108により通常動作時Highに固定される。解析時には物理量計測装置1の外部からPAD38をLowにすることで、物理量計測センサの状態を解析可能となる。このように、外部から制御信号Sig_conを制御することで解析状態に移行が可能となり、制御装置5の状態を維持したまま試験が可能となる。
<第4の実施の形態>
本発明の第4の実施の形態を図12〜図14を参照しつつ説明する。
本発明の第4の実施の形態を図12〜図14を参照しつつ説明する。
図12は、本実施の形態に係る物理量計測装置の全体構成を示す機能ブロック図であり、図13は物理量計測センサとI/Fとを関連構成とともに抜き出して示す図である。また、図14は、制御部に入力される信号と状態移行の様子とを示す図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図12においては、制御信号Sig_conをI/F30内で配線し、信号Sig_Aを通常動作時に物理量計測センサ用信号Sig_A_ifに入力又は出力されるように構成している。このように構成することにより、PAD35からI/F30内のCOMSスイッチを制御することが可能となる。
図13においては、制御信号Sig_conと信号Sig_B_monを制御部36に配線している。制御装置5は電源起動後に通常動作するものとする。このとき、図14に示すように、信号Sig_B_monを解析状態移行閾値時間以上LOWにすることで、制御部36が解析状態への移行が指示されたと判定して、制御信号Sig_conをLOW状態とする。これにより、信号Sig_A_monと信号Sig_B_monが信号Sig_Aと信号Sig_Bとして接続される。
その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、PADの増加を抑制することができるともに、簡易な方法でスイッチ制御を行うことができる。
<付記>
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
1…物理量計測装置、2…空気流量検出エレメント、3…空気温度センサ、4…物理量計測センサ、5…制御装置、6…定温度制御ブリッジ、7…温度差ブリッジ、8…発熱抵抗体、9…測温抵抗体、10…測温抵抗体、11…固定抵抗体、12…固定抵抗体、13…測温抵抗体、14…測温抵抗体、15…測温抵抗体、16…測温抵抗体、17…固定抵抗体、18…感温抵抗体、19…ヒータ制御回路、20…論理回路、21…定電圧回路、22…回路温度センサ、23…A/D変換器、24…A/D変換器、25…A/D変換器、26…I/F、27…抵抗、28…NMOSトランジスタ、29…出力回路、30…I/F、36…制御部、37…駆動回路、100…CMOSスイッチ、101…CMOSスイッチ、102…インバータ、103…NMOSトランジスタ、104…PMOSトランジスタ、105…インバータ、106…PMOSトランジスタ、107…NMOSトランジスタ、108…プルアップ抵抗、200…抵抗、201…出力トランジスタ、202…NMOSトランジスタ、203…ANDゲート、204…バッファ、300…マルチプレクサ
Claims (5)
- 物理量を計測する物理量計測装置であって、
前記物理量に応じた信号を出力する物理量計測部と、
前記物理量計測部からの信号を用いて前記物理量の計測結果を算出する計算処理部と、
前記物理量計測部から前記計算処理部への信号の伝達経路上に設けられ、前記物理量計測部から出力される信号を前記計算処理部に伝達する状態と、前記物理量計測部から前記計算処理部への信号の伝達経路から前記物理量計測装置の外部への信号の出力又は伝達経路への信号の入力が可能な状態とを切り換えるスイッチング部と
を備えたことを特徴とする物理量計測装置。 - 請求項1記載の物理量計測装置において、
前記スイッチング部は、入力に基づいて、前記伝達経路の接続先を検査用PADに切り換えることを特徴とする物理量計測装置。 - 請求項1記載の物理量計測装置において、
前記スイッチング部は、入力に基づいて、出力信号の出力方式を切り換えることを特徴とする物理量計測装置。 - 請求項1記載の物理量計測装置において、
前記物理量計測部は、通信規格で定められた通信方式によりデジタル信号を入出力、又は、電圧値や電流値等のアナログ信号を入出力することを特徴とする物理量計測装置。 - 請求項4記載の物理量計測装置において、
前記通信規格は、I2CまたはSPIであることを特徴とする物理量計測装置。
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