JP3177517B2 - 電気負荷が正常に機能するかどうかを監視する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気負荷が正常に機能するかどうかを監視
する方法及び装置に関する。以下では、電気負荷が正常
に機能するかどうかを監視することを電気負荷の機能監
視という。

従来の機能監視方法では、負荷の監視は、いわゆるト
ランジスタ監視により行なわれる。その場合、スイッチ
として機能するトランジスタが「ハイ」あるいは「ロ
ー」であるか、並びに電気負荷の供給線が電源電圧ある
いはアースに短絡しているかが検出される。回路コスト
を増大させて初めて、更に負荷に至る供給線の断線を判
別することができる。

また、スイッチングICによる機能監視も知られてい
る。しかし、この方法では、どんな欠陥であるか、即ち
負荷に至る線が電源電圧あるいはアースに短絡している
のかあるいは断線であるかを判別することができない。

更に、インテリジェントな診断ICを用いた機能監視方
法も知られている。その場合、負荷に関連したスイッチ
のスイッチング状態、即ち負荷に至る線の電源電圧ある
いはアースへの短絡並びに断線を直接判別することがで
きる。しかし、このような監視では、欠陥を判別するコ
ストが極めて大きくなる。欠陥に関する情報は、例えば
シリアルインターフェースを介してコード化され、要求
により読み出すことができる。

発明の利点 本発明の方法及び関連する装置では、それに対して、
電気負荷の機能を極めて僅かのハードウェアコストで最
適に監視できる、という利点が得られる。複数の比較検
査が時間的に順次行なわれることにより、ハードウェア
コストを増大することなく高い確実性をもって欠陥を検
出することができる。

基本的には、駆動信号と帰還信号の比較は任意の時点
に行なうことができるが、好ましくは、比較検査がスイ
ッチング事象の前、間及び後に行なわれるようにされ
る。その場合、スイッチング事象は、制御回路によって
駆動される負荷がアクティブなスイッチング状態になる
ことを意味する。従って、スイッチング事象の前は、負
荷が駆動される前を、スイッチング事象の間は、負荷が
駆動されている間を、またスイッチング事象の後は、負
荷の駆動が終了した後を意味する。それにより検査時点
を極めて容易に定めることができる。

特にケーブルの欠落ないし断線を検出する本方法の好
ましい実施例では、事例の検査結果の評価は延長されて
後に続くスイッチング事象の検査結果が判断される。こ
のようにして、特に簡単にケーブルの欠落ないし断線と
電源電圧への短絡ないしアースへの短絡とを区別するこ
とが可能になる。

本方法の他の利点は、他の従属請求の範囲から理解さ
れる。

本発明の装置では、時間制御回路により、駆動信号が
所望の時点で帰還信号と比較される。電源電圧ないしア
ースへの短絡を極めて簡単に検出することができる。

好ましい装置では、帰還信号に関連してRC素子が設け
られる。スイッチング事象の後の検査により欠陥が検出
されるときには、後に続く次のスイッチング事象の比較
検査が参照されて欠陥の評価ないし決定が行なわれる。
それによりケーブルの欠落ないし断線と電源電圧への短
絡を区別することができる。

本装置の他の利点は、他の従属請求の範囲から理解さ
れる。その場合、機能監視に対してハードウェアのコス
トが極めて僅かしか必要でないというのが、利点であ
る。

図面 以下、本発明を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は、電気負荷の機能監視装置の原理回路を示
し、 第２図は、電気負荷の種々の機能状態での制御装置の
出力端子、電気負荷の入力端子における電位特性並びに
帰還信号の電位特性を示し、 第３図は、内燃機関の噴射弁の監視装置を示し、 第４図は、２巻線ロータリアクチュエータの監視装置
を示し、 第５図は、２方向負荷用制御装置の制御論理回路の出
力端子における電位特性の線図であり、 第６図は、２方向負荷の種々の欠陥時における制御装
置の制御論理回路の入出力端子における電位特性の線図
である。

実施例の説明 以下に説明する電気負荷の機能検査方法及び装置は、
どこにでも使用可能であり、例えば、自動車の電気ユニ
ットの機能検査に用いることができる。電気ユニットは
通常電気スイッチ、例えばパワートランジスタにより駆
動される。その場合、スイッチはアースあるいは電源電
圧側に接続される。機能検査は、いずれの場合も行なう
ことができる。

第１図には、制御端子３として示した出力端子を有す
る機能監視に用いられる制御回路１の原理回路図が図示
されている。この出力端子には、Ubattで示した電源電
圧に接続された電気負荷５が接続される。

制御回路は、特に出力ポート９と入力ポート11を備え
た内部の制御及び評価論理回路７を有している。出力ポ
ート９と制御端子３間には、例えば、パワートランジス
タにより実現される出力段13が接続される。この実施例
では、アクティブなスイッチング状態で負荷５は出力段
13によりアースに接続される。以下の実施例は、アース
に接続された負荷で、アクティブなスイッチング状態の
出力段により電源電圧に接続される負荷に対しても同様
に適用される。

入力ポート11は、コンパレータ回路15を介して制御端
子３と接続される。コンパレータ回路の第１の入力17
は、比較電圧Urefに接続され、一方その第２の入力19
は、制御端子３と接続される。第２の入力19にはRC回路
が設けられており、その抵抗R1は基準電圧源Urefに接続
されるとともに第２の入力19とも接続されており、また
そのコンデンサC1は、例えばアースに接続されるととも
に第２の入力19にも接続される。

制御論理回路７は、出力ポート９を介して信号ＵPAを
出力する。この信号は制御端子３を介して電気負荷５の
駆動に用いられる。一方、制御端子３から信号ＵPEが制
御論理回路７に帰還され、制御論理回路の入力ポート11
に印加される。その場合、制御端子３の信号ＵAは、後
述するようにRC素子（遅延回路）を介して帰還され、断
線などの欠陥があるときでスイッチオフのとき時間遅れ
をもって所定レベルに達する。コンパレータ回路15によ
り、この所定レベルに達したかが検出され、コンパレー
タ回路15の出力信号が帰還信号ＵPEとして入力ポート11
に印加される。

制御論理回路７は、入力ポート９及び出力ポート11並
びに制御装置の制御端子３の電位の検査を制御する時間
制御回路Stを有する。時間制御回路はソフトウェアによ
っても実現できる。検査は、複数の検査が続けて、即ち
スイッチング事象の前、間及び後に行なわれるようにス
イッチング事象と調整される。

点線で示した制御装置１は、ここでは完全に図示され
てはいない。その他に存在する増幅段、インターフェー
ス回路及び保護素子は、見やすくなるために省略されて
いる。

第２図には機能監視の原理が示されている。同図に
は、順に４つの図が図示されており、出力ポート９、制
御端子３及び入力ポート11の時間的な電位特性が示され
ている。更に、上述した端子の電位が検査される
「１」、「２」、「３」で示した時点が記入されてい
る。制御端子３の電位がＵAで、制御論理回路７の入力
ポート11の電位がＵPEで、また出力ポート９の電位がＵ
PAで示されている。電位ＵAは、遅延回路を介して遅延
されて所定レベルと比較されその比較結果が電位ＵPEと
して制御論理回路７の入力ポート11に入力され、制御論
理回路７は、その入力ポート11並びに出力ポート９の各
電位ＵPE、ＵPAを「１」、「２」及び「３」の時点で比
較し、その論理的な関係が一致するかどうかを検査す
る。

図示では、ユニットに至る出力ポートと入力ポートに
戻る間の信号は反転しないように接続されていることを
前提にする。スイッチング事象は、出力ポートにおいて
電位が所定の期間減少することにより判別することがで
きる。

第２図の最上段の線図には、欠陥がない場合の電位特
性が図示されている。入出力ポート並びに制御端子の電
位は同じ特性となっていることがわかる。従って、検査
時点「１」、「２」、「３」では、信号は論理的に一致
する。

第２図のその下の線図には、欠陥例、即ち負荷５のア
ースへの短絡が図示されている。出力ポート９に現れる
駆動信号の電位が変化しても制御端子３と入力ポート11
の電位は変化しない。検査時点「１」、「２」、「３」
では、出力端子の電位並びに制御論理回路７の入力ポー
ト11の電位は常にアースとなっている。

第２図の３番目の線図には、出力ポート９、制御端子
３並びに入力ポート11の電位特性が図示されている。し
かし、ここでは他の欠陥例、即ち、電気負荷５の電源電
圧、即ちUbattへの短絡が図示されている。制御論理回
路７の出力ポート９でスイッチング事象が発生している
ことがわかるが、出力端子３の電位は不変でUbattにな
っている。同様に制御論回路７の入力ポート11の電位も
変化せずに、同様に不変でUbattである。

第２図の４番目の線図には他の欠陥例が図示されてい
る。制御論理回路７の出力ポート９の電位特性の他に、
出力端子３の電位特性並びに帰還信号が入力される入力
ポート11の電位特性が図示されている。その場合、制御
装置１と電気負荷５間の電気接続がケーブル／コネクタ
の欠落あるいは線の切断により断線していることが前提
にされている。

検査時点「１」、「２」では、欠陥のない駆動に対し
て相違はない。出力端子３と入力ポート11の電位は出力
ポート９の電位に従う。しかし、制御論理回路７の出力
ポート９が元の値に戻ったとき、出力端子３の電位と入
力ポート11の電位はスイッチング事象の終了時直接出力
ポート９の電位に従わない。信号を評価することによ
り、検査時点「３」で欠陥が発生していることがわか
る。その場合、基本的には、アースへの短絡が存在する
と結論することもできる。

機能監視方法では、検査時点「３」の欠陥に基づき、
存在する欠陥例を正確に定めるために後に続くスイッチ
ング事象の検査結果を用いて存在する欠陥を定めること
が行なわれる。即ち、後に続くスイッチング事象に関連
した時点「１′」、「２′」の検査結果を用いて時点
「３」に存在する欠陥の評価が行なわれる。

制御装置１と電気負荷５間の接続の断線とアースへの
短絡を区別できるようにするために、RC素子が設けられ
る。その場合、R1の抵抗値は、出力端子３に接続された
電気負荷の抵抗値よりかなり大きい。その結果、電気負
荷の抵抗を用いた場合には、RC素子の抵抗R1を用いた場
合よりも充電時定数はかなり小さくなる。コンデンサC1
の種々の充電特性がしきい値コンパレータを有するコン
パレータ回路15により検出される。欠陥時には、出力段
13のスイッチオフの帰還に時間遅れが発生する。時点
「３」では、まだスイッチオフの検出は行なわれない。
これは、後に続くスイッチング事象の検査時点「１′」
で初めて行なわれる。スイッチオフの検出の時間遅れに
より、制御装置１と電気負荷５間の断線と、第２図の２
番目の線図に示したような制御端子３のアースへの短絡
とを確実に区別することができる。

第３図には、電気負荷の機能監視装置の第１の実施例
が図示されている。同一の部分には同じ参照符号が付さ
れている。

ここで点線で図示した制御装置1aは、制御端子3aを介
して電気負荷5aの駆動に用いられる。ここでは、電気負
荷として内燃機関の４個の噴射弁が例示されている。

制御論理回路７は、その出力ポート９を介して噴射弁
の駆動に用いられる出力段13aを駆動する。この出力段
は第１のトランジスタ21を有し、そのベースは出力ポー
ト９と接続される。そのエミッタは、電源電圧、例えば
＋U1に接続され、また、そのコレクタは２つの抵抗Ｒを
有する分圧器を介して第２のトランジスタ23のベースに
接続される。このベースは、両抵抗の接続点に接続され
ている。分圧器は、第１のトランジスタ21のコレクタに
接続されているとともに、アースにも接続される。同様
に、第２のトランジスタ23のエミッタもアースに接続さ
れ、そのコレクタは制御端子3aに接続される。

噴射弁の誘導性の遮断時サージを抑圧するために、第
２のトランジスタ23のコレクタとアース間に接続される
抵抗ＲLとＣLからなる直列回路が設けられている。抵抗
ＲLの抵抗値は、無視できるほどに小さいので、機能監
視には問題とならない。

帰還信号が入力される制御論理回路７の入力ポート11
には、コンパレータ15bを有するコンパレータ回路15aが
接続される。その第１の入力には、制御端子3aに至る接
続線が接続され、第２の入力にはしきい値ないしコンパ
レータ電圧ＵSが印加される。

更に、制御装置1aには、電源電圧＋U2が印加される抵
抗R1′を有する時定数回路25が設けられる。またこの抵
抗は、制御端子3aと接続される。抵抗R1′に比較してＲ
Lは無視できるほどに小さい。次ぎの条件（R1′＋ＲL）
＞＞（R5a＋ＲL）が成立する。但し、R5aは負荷の抵抗
を示す。

時定数回路の抵抗R1′は、出力段13aの抑圧回路のコ
ンデンサＣLとともにRC素子を形成する。この場合、コ
ンデンサＣLは第１図のコンデンサC1に対応する。

電気負荷5aとして用いられる噴射弁を監視する機能監
視方法は、第２図で説明した方法に対応する。

所定の時点「１」、「２」、「３」で制御端子3a、制
御論理回路７の入力ポート11並びに出力ポート９の各電
位が互いに比較される。論理的な関係が一致すると、欠
陥は存在しない。電源電圧あるいはアースに対する短絡
はすぐに判別することができる。これは、第２図の２番
目と３番目の線図並びにそれに関連する説明よりわか
る。

噴射弁の共通の駆動線にケーブルの欠落ないし断線が
あると、これはRC素子により検出することができる。即
ち、第２図の一番下の線図に示したように、検査時点
「３」で入力ポート11の電位がまだ元の値に戻らないと
きには、この端子並びに制御端子3aの電位が、具体的に
は後に続くスイッチング事象の時点「１′」で検査され
る。このようにして、ケーブルの欠落をアースへの短絡
と一義的に区別することが可能になる。

第４図に基づいて、機能監視原理をバイポーラの負
荷、例えば２巻線ロータリアクチュエータにも用いるこ
とができることを説明する。この負荷の駆動が同図から
わかる。ここで、第１図と第３図と同一の部分には同一
の参照符号が付されている。これらの詳細な説明は、こ
こでは省略する。

点線で図示した制御装置1bは、２つの制御端子3o、3s
を有し、これらの端子には２巻線ロータリアクチュエー
タの巻線が接続され、またこれらの巻線には電源電圧、
ここではUbattが印加される。

制御論理回路７′は、第１の出力ポートないしクロッ
クポートToと、第２の出力ポートないしクロックポート
Tsを有する。これらは、出力段LE1、LE2に関連して設け
られる。図示した実施例では、出力段LE1は、制御端子3
oと、またクロックポートTsに関連して設けられた出力
段LE2は制御端子3sと接続される。

制御端子の各々は、ここでは単に示しただけのコンパ
レータ回路15bを介して制御論理回路７′の帰還入力に
導かれる。その場合、制御端子3oに関連して監視入力Uo
が、また制御端子3sに関連して監視入力Usが設けられ
る。

更に、両制御端子3o、3sに関連してRC素子が設けられ
る。その場合、抵抗とコンデンサからなる直列回路は、
電源電圧＋Ｕに接続されるとともに、アースにも接続さ
れ、制御端子は抵抗とコンデンサの接続点に接続され
る。RC素子は、ケーブルの欠落ないし負荷5bに至る供給
線の断線を検出するのに用いられる。ここでは個別に設
けられているコンデンサは、例えばHF信号と妨害サージ
を防止するコンデンサを有する抑圧回路が設けられてい
るときには、省略できる。

別個の２つの出力ポートTo、Tsを設ける代りに共通の
出力ポートＴを設け、その出力信号を直接一方の出力
段、例えばLE1に、またインバータを介して他方の出力
段、即ちLE2に導くようにすることもできる。

また、両入力ポートUo、Usの代りに、制御端子3o、3s
の帰還信号が共通に印加される制御論理回路７′の入力
ポートを設けることも可能である。その場合、コンパレ
ータの出力信号の重み付けが適当な抵抗値を介して行な
われる。

この回路の機能監視は、基本的には上述した方法に従
い行なわれる。第５図に検査時点「１」、「２」、
「３」がクロックポートTo、Tsの電位特性に対して図示
されている。第５図から、クロックポートTo、Tsの電位
は逆になっていることがわかる。クロックポートToの最
初の電圧降下時、タイマが作動されることにより最初の
スイッチング事象が開始される。所定の時間が経過後To
の電位は元の電位に戻り、最初のスイッチング事象が終
了する。反転した電圧特性がTsに対して発生する。

検査時点「２」において、Tsの電位が適時に所定の値
に上昇しないときには、Tsでのケーブルの欠落が判別さ
れる。逆に、検査時点「３」において、電位がこの時点
で設定された値に達しないときには、ポートToでのケー
ブルの欠落が検出される。この場合、上述したように、
後に続くスイッチング事象の検査時点「１′」と
「２′」の結果を用いてこれらの欠陥例が評価される。

第６図には、種々の欠陥の可能性を示すために、クロ
ックポートTo、Tsの電位特性が入力ポートUo、Usの電位
特性とともに図示されている。図には最初のスイッチン
グ事象の検査時点「１」、「２」、「３」が記入されて
いる。更に他のスイッチング事象の検査時点「１′」、
「２′」が示されている。一番上のポートUoの電位の図
では、アースあるいは電源電圧への短絡もなく又ケーブ
ルの欠落もない場合が図示されている。２番目の図には
アースへの短絡が、また３番目の図には電源電圧、例え
ば自動車のバッテリ電圧への短絡が図示されている。更
に一番下の端子Uoの図にはケーブル欠落時の電位特性が
図示されている。

第６図の下の図には端子Usの電位特性が図示されてい
る。その場合、一番上の図では欠落がなく、２番目の図
ではアースへの短絡が、３番目の図には電源電圧への短
絡がある。更に一番下の図には、負荷に至る接続ケーブ
ルの欠落時のような電位特性が示されている。点線は、
RC素子のコンデンサの電位特性が図示されている。

個々の欠陥例は問題なく区別することができる。機能
監視の原理は、第１図の回路の場合と基本的に同一であ
る。特にこの場合も、最初のスイッチング事象の時点
「３」で欠陥が検出されたときは、後に続くスイッチン
グ事象の検査結果が評価される。スイッチング事象が遅
れて帰還されるのは、RC素子の作用に基づく。これに関
しては第２図のことが当てはまる。

結局、電気負荷の機能監視方法ないし機能監視装置の
種々の利用例に対して、全ての欠陥、即ちアースあるい
は電源電圧への短絡並びに電気負荷への供給線の断線を
検出することができることがわかる。その場合、種々の
欠陥例を一義的に区別することが可能である。欠陥を判
別し区別するコストは比較的僅かであることがわかる。
存在する回路を僅かのコストで補い各欠陥例を容易に区
別することが可能である。

欠陥判別回路の構成が簡単であることにより、機能監
視回路による他の欠陥が起こる確率が僅かになることが
保証される。

種々の欠陥例を判別し区別するためには、制御論理回
路に一つのポートを使用するだけでよいことがわかる。
その場合、本方法ないし装置にとっては、制御論理回路
のアナログあるいはデジタルのポートであるかは、問題
にならない。その場合、このポートを割り込みポートと
して構成する必要はない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バウアー・エーベルハルト ドイツ連邦共和国 ヴェー 7141 ルー トヴィッヒスブルク 12・ゾマーハルデ 41 (56)参考文献 特開 昭54−111096（ＪＰ，Ａ) 米国特許5430438（ＵＳ，Ａ) 欧州特許516633（ＥＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/02 G01R 31/00 H01F 7/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御回路により駆動される電気負荷が正常
   に機能するかどうかを監視する方法において、 制御回路の制御端子に接続される電気負荷を駆動するた
   めの駆動信号（ＵPA）を発生させ、 前記電気負荷の制御端子への接続に欠陥があるとき所定
   の時間遅れを発生させる遅延回路を電源電圧とアース間
   に接続し、 前記制御端子の信号（ＵA）を前記遅延回路を介して検
   出し、 前記検出された制御端子の信号を所定レベルと比較して
   得られる信号（ＵPE）と前記駆動信号（ＵPA）とを、電
   気負荷が駆動される前、駆動されている間、並びに駆動
   が終了した後の時点でそれぞれ比較検査し、 その比較検査の結果に基づいて電気負荷が正常に機能す
   るかどうかを監視する方法。
2. 【請求項２】比較検査の時点が制御回路により設定され
   ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】前記電気負荷が噴射弁であることを特徴と
   する請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
4. 【請求項４】前記電気負荷が２巻線ロータリアクチュエ
   ータであることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の方法。
5. 【請求項５】制御回路により駆動される電気負荷が正常
   に機能するかどうかを監視する装置において、 制御回路の制御端子に接続される電気負荷を駆動するた
   めの駆動信号（ＵPA）を発生させる手段（７）と、 電源電圧とアース間に接続され、前記電気負荷の制御端
   子への接続に欠陥があるとき所定の時間遅れを発生させ
   る遅延回路（R1、C1）と、 前記遅延回路を介して検出した制御端子の信号（ＵA）
   を所定レベルと比較するコンパレータ回路（15）と、 コンパレータ回路からの信号（ＵPE）と前記駆動信号
   （ＵPA）とを、電気負荷が駆動される前、駆動されてい
   る間、並びに駆動が終了した後の時点でそれぞれ比較検
   査する手段（７）とを有し、 前記比較検査の結果に基づいて電気負荷が正常に機能す
   るかどうかを監視する装置。