JP3294159B2 - センサ診断装置およびセンサの故障診断方法 - Google Patents
センサ診断装置およびセンサの故障診断方法Info
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- JP3294159B2 JP3294159B2 JP20437797A JP20437797A JP3294159B2 JP 3294159 B2 JP3294159 B2 JP 3294159B2 JP 20437797 A JP20437797 A JP 20437797A JP 20437797 A JP20437797 A JP 20437797A JP 3294159 B2 JP3294159 B2 JP 3294159B2
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
- G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems
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- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Alarm Systems (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィ−ドバック適
用分野の冗長センサに係り、特に高度の安全性が要求さ
れる適用分野において故障センサを試験し、診断し、分
離するための装置およびその方法に関する。
用分野の冗長センサに係り、特に高度の安全性が要求さ
れる適用分野において故障センサを試験し、診断し、分
離するための装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来技術】フィ−ドバックセンサすなわち送信装置を
用いることによって、機械部品の位置を電子的にモニタ
することは、従来より周知である。自動車または航空機
の適用分野などにおけるように、センサ故障が直接的な
傷害や致命傷をもたらすような適用分野において冗長セ
ンサを使用することも、技術的に良く知られている。近
年、機械制御部品を電子制御部品に置き換えるために、
自動車分野における電子制御装置およびフィ−ドバック
装置の導入によって、重大なセンサ故障の場合において
さえ確実に乗客の安全を補償できる、冗長センサシステ
ムに大きな関心が寄せられている。
用いることによって、機械部品の位置を電子的にモニタ
することは、従来より周知である。自動車または航空機
の適用分野などにおけるように、センサ故障が直接的な
傷害や致命傷をもたらすような適用分野において冗長セ
ンサを使用することも、技術的に良く知られている。近
年、機械制御部品を電子制御部品に置き換えるために、
自動車分野における電子制御装置およびフィ−ドバック
装置の導入によって、重大なセンサ故障の場合において
さえ確実に乗客の安全を補償できる、冗長センサシステ
ムに大きな関心が寄せられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】安全検知技術おいて変
数を読み取るために３つ以上のセンサが使用されると
き、センサに問題があるかを検知し、問題がある場合
に、どのセンサが故障しているのかを特定することが重
大である。さらに、故障を特定する際に、残りのセンサ
の動作に影響を与えずに、故障センサをシステムから分
離することも重要である。センサ故障の例として、それ
らのセンサを制御回路すなわち中央処理装置に接続する
ために使用されるケ−ブルやコネクタの短絡や開放回路
がある。
数を読み取るために３つ以上のセンサが使用されると
き、センサに問題があるかを検知し、問題がある場合
に、どのセンサが故障しているのかを特定することが重
大である。さらに、故障を特定する際に、残りのセンサ
の動作に影響を与えずに、故障センサをシステムから分
離することも重要である。センサ故障の例として、それ
らのセンサを制御回路すなわち中央処理装置に接続する
ために使用されるケ−ブルやコネクタの短絡や開放回路
がある。
【０００４】２つの冗長センサ信号線が共に短絡される
ときの検出方法の１つは、センサに逆バイアス構造を使
用することである（例えば、米国特許第５、２６０、８
７７号参照）。これは、２つのセンサについて基準電圧
と接地電位を逆にすることによって行われる。これが行
われ、２つの冗長センサ信号線が共に短絡される場合、
それらのセンサは、例えそれらの出力電圧が同一であっ
ても、異なる出力値を示すことになる。これによって、
それらのセンサに関して問題があるという指示が制御回
路に与えられる。
ときの検出方法の１つは、センサに逆バイアス構造を使
用することである（例えば、米国特許第５、２６０、８
７７号参照）。これは、２つのセンサについて基準電圧
と接地電位を逆にすることによって行われる。これが行
われ、２つの冗長センサ信号線が共に短絡される場合、
それらのセンサは、例えそれらの出力電圧が同一であっ
ても、異なる出力値を示すことになる。これによって、
それらのセンサに関して問題があるという指示が制御回
路に与えられる。
【０００５】この方法に関する１つの問題は、それらが
クロスオ−バ点にあるときそれらセンサが共に短絡さ
れ、それらの出力電圧が同一である場合に発生する。こ
のような状況では、それらのセンサがクロスオ−バ点か
ら移動するまでその問題を診断する方法が存在しない。
上述の方法に関する他の問題は、短絡によって両方のセ
ンサが不作動となり、２つのセンサシステムが使用でき
なくなることにある。３つ以上のセンサがあれば、まだ
利用可能な少なくとも１つのセンサが動作する。しか
し、どのセンサが故障しているかを判断することは極め
て困難である上、第３の問題が発生する。３つ以上のセ
ンサに関して、それらのセンサの少なくとも半数は同じ
バイアスを持つため、それらセンサ間の短絡は診断され
得ない。この方法に関するさらに他の問題は、センサの
基準端子が接地される事態において各センサに対して別
々の基準電圧が必要とされることにある。
クロスオ−バ点にあるときそれらセンサが共に短絡さ
れ、それらの出力電圧が同一である場合に発生する。こ
のような状況では、それらのセンサがクロスオ−バ点か
ら移動するまでその問題を診断する方法が存在しない。
上述の方法に関する他の問題は、短絡によって両方のセ
ンサが不作動となり、２つのセンサシステムが使用でき
なくなることにある。３つ以上のセンサがあれば、まだ
利用可能な少なくとも１つのセンサが動作する。しか
し、どのセンサが故障しているかを判断することは極め
て困難である上、第３の問題が発生する。３つ以上のセ
ンサに関して、それらのセンサの少なくとも半数は同じ
バイアスを持つため、それらセンサ間の短絡は診断され
得ない。この方法に関するさらに他の問題は、センサの
基準端子が接地される事態において各センサに対して別
々の基準電圧が必要とされることにある。
【０００６】冗長センサ信号の短絡を診断するために使
用される分離方法は、各センサを既知の電圧分だけオフ
セットさせるものである。この方法では、このオフセッ
トが現れていないとき、短絡回路が発生していることを
そのシステムは検出することになる。しかし、この方法
は、各センサに対して別々の基準電源を必要とさせる。
さらに、このやり方では、決まりきった制御システムの
ふるまいを示さないセンサの部分悪化を検出することは
できない。最後に、この方法では、欠陥センサを残りの
センサから分離することは行っていない。
用される分離方法は、各センサを既知の電圧分だけオフ
セットさせるものである。この方法では、このオフセッ
トが現れていないとき、短絡回路が発生していることを
そのシステムは検出することになる。しかし、この方法
は、各センサに対して別々の基準電源を必要とさせる。
さらに、このやり方では、決まりきった制御システムの
ふるまいを示さないセンサの部分悪化を検出することは
できない。最後に、この方法では、欠陥センサを残りの
センサから分離することは行っていない。
【０００７】したがって、冗長センサの適用分野におい
て、残りのセンサに影響を与えることがなく、故障セン
サを診断し、分離するためのシステムが求められてい
る。
て、残りのセンサに影響を与えることがなく、故障セン
サを診断し、分離するためのシステムが求められてい
る。
【０００８】本発明の目的は、故障センサが独立して診
断され、特定され得る冗長センサシステムを提供するこ
とにある。
断され、特定され得る冗長センサシステムを提供するこ
とにある。
【０００９】本発明の他の目的は、システムに残されて
いる正常なセンサの動作に影響を与えることなく、故障
センサを作動的に分離できる冗長センサシステムを提供
することにある。
いる正常なセンサの動作に影響を与えることなく、故障
センサを作動的に分離できる冗長センサシステムを提供
することにある。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、設計や使用が
簡単で、製造コストが安価な装置および方法を用いるこ
とによって、上述の目的を達成することにある。
簡単で、製造コストが安価な装置および方法を用いるこ
とによって、上述の目的を達成することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点に係
る装置は、単一または複数のセンサの故障を検出し、診
断するためのものである。このセンサ診断装置は、電源
に接続され、当該センサによっモニタされた変数に比例
する出力信号を与えるセンサを有する。オンおよびオフ
位置を有しかつ電源と上記センサとの間に接続されたス
イッチが、当該スイッチがオン位置にあるときセンサに
基準電圧を与える。制御回路が、スイッチおよびセンサ
に接続され、スイッチを選択的にオフ状態にさせて基準
電圧をセンサから切り離すと共に、センサの出力信号で
電圧減衰速度をモニタしかつモニタした電圧減衰速度を
予め設定された電圧減衰速度と比較し、モニタした電圧
減衰速度が予め設定された電圧減衰速度と適合しないと
きに誤り指示を与える。
る装置は、単一または複数のセンサの故障を検出し、診
断するためのものである。このセンサ診断装置は、電源
に接続され、当該センサによっモニタされた変数に比例
する出力信号を与えるセンサを有する。オンおよびオフ
位置を有しかつ電源と上記センサとの間に接続されたス
イッチが、当該スイッチがオン位置にあるときセンサに
基準電圧を与える。制御回路が、スイッチおよびセンサ
に接続され、スイッチを選択的にオフ状態にさせて基準
電圧をセンサから切り離すと共に、センサの出力信号で
電圧減衰速度をモニタしかつモニタした電圧減衰速度を
予め設定された電圧減衰速度と比較し、モニタした電圧
減衰速度が予め設定された電圧減衰速度と適合しないと
きに誤り指示を与える。
【００１２】また、本発明の他の観点に係るものとし
て、センサの故障を診断する方法がある。このセンサの
故障診断方法は、センサが出力信号を与えると共にスイ
ッチを介して基準電圧に接続されており、上記スイッチ
は制御回路に応答するよう接続されており、さらに、上
記制御回路が上記センサの出力回路に接続されている回
路構成に対するものである。この故障診断方法は、スイ
ッチを開位置にさせることによって、センサへの基準電
圧を切り離す段階と、センサ出力信号の電圧減衰速度を
モニタする段階と、モニタされた電圧減衰速度を電圧減
衰期待速度と比較する段階と、モニタされた電圧減衰速
度が電圧減衰期待速度と適合しないときに、センサの故
障状態を指示する段階を有する。
て、センサの故障を診断する方法がある。このセンサの
故障診断方法は、センサが出力信号を与えると共にスイ
ッチを介して基準電圧に接続されており、上記スイッチ
は制御回路に応答するよう接続されており、さらに、上
記制御回路が上記センサの出力回路に接続されている回
路構成に対するものである。この故障診断方法は、スイ
ッチを開位置にさせることによって、センサへの基準電
圧を切り離す段階と、センサ出力信号の電圧減衰速度を
モニタする段階と、モニタされた電圧減衰速度を電圧減
衰期待速度と比較する段階と、モニタされた電圧減衰速
度が電圧減衰期待速度と適合しないときに、センサの故
障状態を指示する段階を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、冗長センサシステムの
改善されたセンサ故障検出、分離装置およびその方法に
関するものであり、センサ基準端子への電力がオフにさ
れるときの信号電圧の自然電圧減衰を使用している。故
障を検出するために、センサ信号の電圧減衰が減衰予測
速度と比較される。また、故障センサは、冗長センサシ
ステム内の他のセンサと電子的に分離される。
改善されたセンサ故障検出、分離装置およびその方法に
関するものであり、センサ基準端子への電力がオフにさ
れるときの信号電圧の自然電圧減衰を使用している。故
障を検出するために、センサ信号の電圧減衰が減衰予測
速度と比較される。また、故障センサは、冗長センサシ
ステム内の他のセンサと電子的に分離される。
【００１４】図面を参照する。同一の参照番号は、同一
の構成要素を示す。本発明がどのようにして既知の安全
制御装置との関連で実施されるかについて容易に理解で
きるように、電子スロットル制御装置、アクセル位置セ
ンサを参照する。
の構成要素を示す。本発明がどのようにして既知の安全
制御装置との関連で実施されるかについて容易に理解で
きるように、電子スロットル制御装置、アクセル位置セ
ンサを参照する。
【００１５】図１に、本発明に係るセンサ故障検出装置
が、参照番号１で示されている。図１は、例えば５ボル
トの適切な電圧を有する基準電力源５と、共通線に接続
すなわち接地されている単一の電子センサとの間に直列
に接続された単一のセンサ診断システム１の一般的な配
列を示している。センサ４としては、周辺回路や測定さ
れる変数に対して適切な、商用のピエゾ電気素子、光カ
プラ、ホ−ル効果センサなどが使用できる。この最も簡
単な構成において、診断システムすなわち装置１は、さ
らに、センサ４の出力信号に接続され、かつオン導通状
態とオフ非導通状態すなわち開放回路状態との間でトラ
ンジスタをスイッチングするためトランジスタ３のベ−
スすなわちゲ−トに接続された制御回路すなわちマイク
ロプロセッサ２を備えている。本発明においては、トラ
ンジスタ３などの固体装置が好ましいが、トライアッ
ク、リレ−、またはソレノイドなどのいかなる電子スイ
ッチング素子でも、オン位置とオフ位置の間でスイッチ
ングし、基準電圧をセンサ４に接続しまたは切り離すた
めに使用できる。
が、参照番号１で示されている。図１は、例えば５ボル
トの適切な電圧を有する基準電力源５と、共通線に接続
すなわち接地されている単一の電子センサとの間に直列
に接続された単一のセンサ診断システム１の一般的な配
列を示している。センサ４としては、周辺回路や測定さ
れる変数に対して適切な、商用のピエゾ電気素子、光カ
プラ、ホ−ル効果センサなどが使用できる。この最も簡
単な構成において、診断システムすなわち装置１は、さ
らに、センサ４の出力信号に接続され、かつオン導通状
態とオフ非導通状態すなわち開放回路状態との間でトラ
ンジスタをスイッチングするためトランジスタ３のベ−
スすなわちゲ−トに接続された制御回路すなわちマイク
ロプロセッサ２を備えている。本発明においては、トラ
ンジスタ３などの固体装置が好ましいが、トライアッ
ク、リレ−、またはソレノイドなどのいかなる電子スイ
ッチング素子でも、オン位置とオフ位置の間でスイッチ
ングし、基準電圧をセンサ４に接続しまたは切り離すた
めに使用できる。
【００１６】制御回路２は、それぞれ個々のセンサ４に
関する故障回数を記録するために、記憶バッファを有す
るか、あるいは分離カウンタ（図示せず）を有すること
が好ましい。本発明によって考慮される制御回路２およ
び誤りカウンタは、プログラムによって、または専用の
集積回路を介して行われる直接電気接続によって、また
はそれら両者の組み合わせによって具体化される。本発
明の１つの好適な実施例においては、制御回路２の機能
は、産業上一般に利用されているマイクロプロセッサ装
置によって実行される。この回路装置に関して、センサ
４の基本動作がいかなる故障も検出すべく検査される。
簡潔には、制御回路２がトランジスタ３をオフ状態に切
り替え、センサ４への電力が切り離されたときに、信号
電圧の自然電圧減衰がモニタされ、制御回路２によって
期待値と比較される。診断装置１の動作の詳細について
は、以下に詳述する。
関する故障回数を記録するために、記憶バッファを有す
るか、あるいは分離カウンタ（図示せず）を有すること
が好ましい。本発明によって考慮される制御回路２およ
び誤りカウンタは、プログラムによって、または専用の
集積回路を介して行われる直接電気接続によって、また
はそれら両者の組み合わせによって具体化される。本発
明の１つの好適な実施例においては、制御回路２の機能
は、産業上一般に利用されているマイクロプロセッサ装
置によって実行される。この回路装置に関して、センサ
４の基本動作がいかなる故障も検出すべく検査される。
簡潔には、制御回路２がトランジスタ３をオフ状態に切
り替え、センサ４への電力が切り離されたときに、信号
電圧の自然電圧減衰がモニタされ、制御回路２によって
期待値と比較される。診断装置１の動作の詳細について
は、以下に詳述する。
【００１７】診断装置１の構造的特徴は、図２に、電子
スロットル制御（ＥＴＣ）冗長センサシステムで表現さ
れた発明の動作的配列を参照することにより、最も良く
理解される。図２には、本発明の好適な実施例が、複数
個の冗長診断装置１を有するＥＴＣシステムとして示さ
れている。そこでは、基準電圧５が、対応のトランジス
タ３をオフに切り替えることによって、それぞれのセン
サ４から切り離される。例えば、スロットル弁の回転位
置など、ＥＴＣ１３の異なる変数をモニタするために、
複数組の冗長センサ４が配置されている。抵抗６とダイ
オ−ド８が各センサ４と直列に接続されている。接地と
の間にかかっているツエナ−ダイオ−ド７が、抵抗６と
ダイオ−ド８の間に置かれている。全部で３個の構成要
素がトランジスタ３のエミッタに接続されている。抵抗
６とツエナ−ダイオ−ド７の組み合わせは、トランジス
タ３を過剰電圧から保護するために使用されている。ま
た、ダイオ−ド８は、トランジスタ３を逆電圧から保護
するために使用されている。
スロットル制御（ＥＴＣ）冗長センサシステムで表現さ
れた発明の動作的配列を参照することにより、最も良く
理解される。図２には、本発明の好適な実施例が、複数
個の冗長診断装置１を有するＥＴＣシステムとして示さ
れている。そこでは、基準電圧５が、対応のトランジス
タ３をオフに切り替えることによって、それぞれのセン
サ４から切り離される。例えば、スロットル弁の回転位
置など、ＥＴＣ１３の異なる変数をモニタするために、
複数組の冗長センサ４が配置されている。抵抗６とダイ
オ−ド８が各センサ４と直列に接続されている。接地と
の間にかかっているツエナ−ダイオ−ド７が、抵抗６と
ダイオ−ド８の間に置かれている。全部で３個の構成要
素がトランジスタ３のエミッタに接続されている。抵抗
６とツエナ−ダイオ−ド７の組み合わせは、トランジス
タ３を過剰電圧から保護するために使用されている。ま
た、ダイオ−ド８は、トランジスタ３を逆電圧から保護
するために使用されている。
【００１８】制御回路２のセンサ入力とセンサ４への出
力との間に、抵抗１０とコンデンサ１１とから形成され
るＲＣ回路が接続されている。プルアップ抵抗９が、コ
ンデンサ１１と並列に、接地とセンサ４への出力との間
に接続されている。図２に示されているように、このよ
うな回路配列が冗長センサシステムのセンサ４のそれぞ
れに関して繰り返されている。安全システム内の診断装
置１の数によって、複数個のセンサ信号を順に取り扱う
ために、マルチプレクサ１２が、各診断装置のセンサ４
およびトランジスタ３と制御回路２との間に任意に接続
される。
力との間に、抵抗１０とコンデンサ１１とから形成され
るＲＣ回路が接続されている。プルアップ抵抗９が、コ
ンデンサ１１と並列に、接地とセンサ４への出力との間
に接続されている。図２に示されているように、このよ
うな回路配列が冗長センサシステムのセンサ４のそれぞ
れに関して繰り返されている。安全システム内の診断装
置１の数によって、複数個のセンサ信号を順に取り扱う
ために、マルチプレクサ１２が、各診断装置のセンサ４
およびトランジスタ３と制御回路２との間に任意に接続
される。
【００１９】次に動作について説明する。図示の冗長セ
ンサ装置内のセンサ４の診断試験中、一度に１つのセン
サ基準電圧５が制御回路２によってオフにされる。その
間、センサ４への電力はオフにされ、電力が回復される
まで、センサ４はシステム内の他のセンサから電気的に
分離される。制御回路２は、トランジスタ３をオフ状態
に切り替えることによって、センサ４への電力を切離
す。センサ４がオフにされた直後に、（制御回路２によ
って検知された）電圧信号が、センサ４と並列の抵抗９
と抵抗１０とコンデンサ１１の電気的特性によって形成
される時定数に従って減衰し始める。
ンサ装置内のセンサ４の診断試験中、一度に１つのセン
サ基準電圧５が制御回路２によってオフにされる。その
間、センサ４への電力はオフにされ、電力が回復される
まで、センサ４はシステム内の他のセンサから電気的に
分離される。制御回路２は、トランジスタ３をオフ状態
に切り替えることによって、センサ４への電力を切離
す。センサ４がオフにされた直後に、（制御回路２によ
って検知された）電圧信号が、センサ４と並列の抵抗９
と抵抗１０とコンデンサ１１の電気的特性によって形成
される時定数に従って減衰し始める。
【００２０】センサ４が適切に動作している場合には、
電圧レベル減衰は既知の速度にある。例えば、図３は、
基準電圧５が連続的にオフおよびオンされる際、多重セ
ンサ４の分離電圧レベルのタイミングを示している。時
間０で、全てのセンサ４は、それぞれ基準電圧５に接続
されている。時間１において、ＴＲ２のトランジスタが
オフ状態に切り替えられる。応答的に、関連するＳ２の
センサ４の電圧レベルが、非線形的に減衰し始める。減
衰の観察速度は、次式に従う。
電圧レベル減衰は既知の速度にある。例えば、図３は、
基準電圧５が連続的にオフおよびオンされる際、多重セ
ンサ４の分離電圧レベルのタイミングを示している。時
間０で、全てのセンサ４は、それぞれ基準電圧５に接続
されている。時間１において、ＴＲ２のトランジスタが
オフ状態に切り替えられる。応答的に、関連するＳ２の
センサ４の電圧レベルが、非線形的に減衰し始める。減
衰の観察速度は、次式に従う。
【００２１】
【数１】
【００２２】 ここで、Ｖdecay ＝ 減衰期間後の電圧レベル Ｔoff ＝ 基準電圧がオフに切り替えられていた
時間 ＴＣdecay ＝ コンデンサ１１、抵抗９、１０、およ
びセンサ４の内部抵抗に基づく電圧減衰の時定数 Ｖinitial ＝ 基準電圧がオフに切り替えらる前の電
圧レベル （図３に示されているように）基準電圧が所定の時間オ
フであった後、信号レベルが制御回路２によって、所定
の電圧レベルまたは基準電圧５から切り離されなかった
センサ出力信号の電圧レベルと比較される。その信号
が、減衰すべき期待値の所定の許容範囲内にある場合に
は、センサ４は適切に動作しているものと推定される。
その後、制御回路２はＴＲ２のトランジスタ３をオンに
切り替えて、センサ４に対する電力を回復させる。
時間 ＴＣdecay ＝ コンデンサ１１、抵抗９、１０、およ
びセンサ４の内部抵抗に基づく電圧減衰の時定数 Ｖinitial ＝ 基準電圧がオフに切り替えらる前の電
圧レベル （図３に示されているように）基準電圧が所定の時間オ
フであった後、信号レベルが制御回路２によって、所定
の電圧レベルまたは基準電圧５から切り離されなかった
センサ出力信号の電圧レベルと比較される。その信号
が、減衰すべき期待値の所定の許容範囲内にある場合に
は、センサ４は適切に動作しているものと推定される。
その後、制御回路２はＴＲ２のトランジスタ３をオンに
切り替えて、センサ４に対する電力を回復させる。
【００２３】逆に、減衰速度が期待される信号レベルと
適合しない場合には、センサ４は故障したものと考えら
れる。電圧レベルが所定範囲のしきい値外にある度毎
に、制御回路内の少なくとも１つのバッファまたはカウ
ンタ（図示せず）が増分され、センサ４の故障が発生し
たことを指示する。代替案として、そのバッファによっ
て、センサ４が適切な減衰速度を示したときの事例数
（または百分率）を指示させても良い。しきい値誤り数
がそのセンサ４に対して記録された場合、制御回路２
は、センサ４への電力を遮断し、そのセンサをシステム
から分離する。当業者にとって明らかなように、故障の
誤診を避けるために、期待される信号の許容レベルは、
センサ４が適切に動作しているときに受ける通常の電圧
変動を考慮して（ＲＣ時定数を変えることによって）設
定されなければならない。例えば、適切に動作している
センサ４の減衰プロフィ−ルは、ＥＴＣの変化している
変数を測定している際にセンサ４が経験する通常の電圧
効果に類似するように、設定されるべきではない。
適合しない場合には、センサ４は故障したものと考えら
れる。電圧レベルが所定範囲のしきい値外にある度毎
に、制御回路内の少なくとも１つのバッファまたはカウ
ンタ（図示せず）が増分され、センサ４の故障が発生し
たことを指示する。代替案として、そのバッファによっ
て、センサ４が適切な減衰速度を示したときの事例数
（または百分率）を指示させても良い。しきい値誤り数
がそのセンサ４に対して記録された場合、制御回路２
は、センサ４への電力を遮断し、そのセンサをシステム
から分離する。当業者にとって明らかなように、故障の
誤診を避けるために、期待される信号の許容レベルは、
センサ４が適切に動作しているときに受ける通常の電圧
変動を考慮して（ＲＣ時定数を変えることによって）設
定されなければならない。例えば、適切に動作している
センサ４の減衰プロフィ−ルは、ＥＴＣの変化している
変数を測定している際にセンサ４が経験する通常の電圧
効果に類似するように、設定されるべきではない。
【００２４】冗長センサシステム内のセンサ４に悪影響
を及ぼす故障モ−ドには幾つかのモ−ドがある。短絡回
路は、センサ４の高圧側と低圧（接地）側との間で発生
する。さらに、短絡回路は、信号線と、センサ４の高圧
側またセンサ４の低圧側のいずれか一方との間でも発生
し得る。別なものにおいては、短絡回路が、異なるセン
サ４の信号線の間で発生する。また、開放回路は、回路
内のいずれかの配線間で発生する。
を及ぼす故障モ−ドには幾つかのモ−ドがある。短絡回
路は、センサ４の高圧側と低圧（接地）側との間で発生
する。さらに、短絡回路は、信号線と、センサ４の高圧
側またセンサ４の低圧側のいずれか一方との間でも発生
し得る。別なものにおいては、短絡回路が、異なるセン
サ４の信号線の間で発生する。また、開放回路は、回路
内のいずれかの配線間で発生する。
【００２５】有利なことに、本発明は上述の故障状態の
いずれも診断できる。センサ４の高圧側と低圧側との間
で発生する短絡回路は、制御回路２においてセンサ４へ
の出力をモニタし、それを期待減衰レベルと比較するこ
とによって、簡単に診断され得る。比較が失敗した場合
には、トランジスタ３によりセンサ４への電力を回復さ
せることなく、故障センサ４が冗長センサシステムから
取り除かれる。
いずれも診断できる。センサ４の高圧側と低圧側との間
で発生する短絡回路は、制御回路２においてセンサ４へ
の出力をモニタし、それを期待減衰レベルと比較するこ
とによって、簡単に診断され得る。比較が失敗した場合
には、トランジスタ３によりセンサ４への電力を回復さ
せることなく、故障センサ４が冗長センサシステムから
取り除かれる。
【００２６】同様に、信号線と、センサ４の高圧側また
センサ４の低圧側のいずれか一方との間でも発生される
短絡回路は、センサ出力を適切に動作しているセンサ４
の電圧減衰のプロフィ−ルと比較することによって診断
され得る。２つのセンサ４の信号線間で発生する短絡回
路は、それらのセンサ４の一方の出力電圧の減衰速度を
モニタすることによって診断され得る。期待される信号
からの逸脱は、故障を構成し、故障したセンサ４は、無
給電状態にされたままで、そのシステムの他のセンサ４
から分離される。
センサ４の低圧側のいずれか一方との間でも発生される
短絡回路は、センサ出力を適切に動作しているセンサ４
の電圧減衰のプロフィ−ルと比較することによって診断
され得る。２つのセンサ４の信号線間で発生する短絡回
路は、それらのセンサ４の一方の出力電圧の減衰速度を
モニタすることによって診断され得る。期待される信号
からの逸脱は、故障を構成し、故障したセンサ４は、無
給電状態にされたままで、そのシステムの他のセンサ４
から分離される。
【００２７】本発明は、また、１つのセンサ４の信号線
または基準線が他のセンサ４の基準電圧側に短絡させら
れた場合にも、故障を検出できる。そのような場合に
は、試験されるセンサ４から電力が取り除かれた後、そ
のレベルは高い状態に留まることになる。詳細には、そ
れが接続されている基準電圧５のレベル、またはその現
在の出力レベルである。従って、試験されたセンサ４の
電圧減衰プロフィ−ルは、期待される減衰レベルと適合
せず、故障が指示される。欠陥センサ４は、システムの
残りのものから電気的に分離される。センサの適切な動
作を指示するために電圧減衰期待速度を使用して、本発
明は、故障した抵抗１０とコンデンサ１１のフィルタ素
子を検出するためにも使用され得る。
または基準線が他のセンサ４の基準電圧側に短絡させら
れた場合にも、故障を検出できる。そのような場合に
は、試験されるセンサ４から電力が取り除かれた後、そ
のレベルは高い状態に留まることになる。詳細には、そ
れが接続されている基準電圧５のレベル、またはその現
在の出力レベルである。従って、試験されたセンサ４の
電圧減衰プロフィ−ルは、期待される減衰レベルと適合
せず、故障が指示される。欠陥センサ４は、システムの
残りのものから電気的に分離される。センサの適切な動
作を指示するために電圧減衰期待速度を使用して、本発
明は、故障した抵抗１０とコンデンサ１１のフィルタ素
子を検出するためにも使用され得る。
【００２８】センサ４に対する電力が回復された後、そ
のセンサがモニタしている変数に従って安定化するま
で、（センサＳ２の時間２にみられるように）信号の電
圧レベルは非線形的に上昇することになる。センサ４が
定常状態に達するまで、電力が回復されるとき、ある量
の誤りがセンサ出力信号に導かれる。ＥＴＣ動作の臨界
的性質のため、本発明の好適な実施例においては、ある
時間が経過し、例えば、１％の受入れ可能な低誤差率が
得られるまで、センサ４は利用されない。その誤差率に
減少するために必要な時間経過は、次式を用いて決定さ
れる。
のセンサがモニタしている変数に従って安定化するま
で、（センサＳ２の時間２にみられるように）信号の電
圧レベルは非線形的に上昇することになる。センサ４が
定常状態に達するまで、電力が回復されるとき、ある量
の誤りがセンサ出力信号に導かれる。ＥＴＣ動作の臨界
的性質のため、本発明の好適な実施例においては、ある
時間が経過し、例えば、１％の受入れ可能な低誤差率が
得られるまで、センサ４は利用されない。その誤差率に
減少するために必要な時間経過は、次式を用いて決定さ
れる。
【００２９】
【数２】
【００３０】 ここで、 ｔoff ＝ 基準電圧がオフされる時間 ｔon ＝ 基準電圧がオンされる時間 ｔｃdecay ＝ 基準電圧がオフである時間中のセンサ
信号減衰の時定数 ｔｃrise ＝ 基準電圧がオンである時間中のセンサ
信号減衰の時定数 この式の適用は、図３に表されている。図示のタイミン
グでは、センサＳ２は、時間１、２および３の間中変数
モニタの目的には使用されない。センサＳ３は、時間
２、３および４の間使用されない。当業者にとって明ら
かなように、ＥＴＣ冗長センサシステムは、他のセンサ
が、基準電力をオンオフすることによって引き起こされ
る許容誤差範囲より大きな範囲にある間、少なくとも２
つのセンサ４が正確な変数読み取りに対して定常状態に
あるように構成されるべきである。
信号減衰の時定数 ｔｃrise ＝ 基準電圧がオンである時間中のセンサ
信号減衰の時定数 この式の適用は、図３に表されている。図示のタイミン
グでは、センサＳ２は、時間１、２および３の間中変数
モニタの目的には使用されない。センサＳ３は、時間
２、３および４の間使用されない。当業者にとって明ら
かなように、ＥＴＣ冗長センサシステムは、他のセンサ
が、基準電力をオンオフすることによって引き起こされ
る許容誤差範囲より大きな範囲にある間、少なくとも２
つのセンサ４が正確な変数読み取りに対して定常状態に
あるように構成されるべきである。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、システムに残されてい
る正常なセンサの動作に影響を与えることなく、故障セ
ンサを独立して診断し、特定できる冗長センサシステム
が得られる。また、故障センサを作動的に分離すること
もできる。
る正常なセンサの動作に影響を与えることなく、故障セ
ンサを独立して診断し、特定できる冗長センサシステム
が得られる。また、故障センサを作動的に分離すること
もできる。
【図１】 本発明の一実施例に係る１つのセンサ診断装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図２】 本発明の一実施例に係る少なくとも１つのセ
ンサ診断装置を含んでいる冗長センサ安全システムのブ
ロック図である。
ンサ診断装置を含んでいる冗長センサ安全システムのブ
ロック図である。
【図３】 本発明の一実施例に係る冗長センサの動作の
タイミング図である。
タイミング図である。
１ センサ故障検出装置 ２ 制御回路すなわちマイクロプロセッサ ３ スイッチングトランジスタ ４ センサ ５ 基準電力源 ６ 抵抗 ７ ツエナ−ダイオ−ド ８ ダイオ−ド ９ プルアップ抵抗 １０ 抵抗 １１ コンデンサ １２ マルチプレクサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−90159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−3067（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−81900（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−133962（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−214949（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 31/00 G01D 5/12 G08B 29/14
Claims (12)
- 【請求項１】電源に接続され、当該センサ手段によっモ
ニタされた変数に比例する出力信号を与えるセンサ手段
と、 オンおよびオフ位置を有し、かつ上記電源と上記センサ
手段との間に接続され、当該スイッチング手段がオン位
置にあるとき上記センサに基準電圧を与えるためのスイ
ッチング手段と、 上記スイッチング手段および上記センサ手段に接続さ
れ、上記スイッチング手段を選択的にオフ状態にさせて
基準電圧を上記センサ手段から切り離すと共に、上記セ
ンサ手段の出力信号で電圧減衰速度をモニタしかつモニ
タした電圧減衰速度を予め設定された電圧減衰速度と比
較し、モニタした電圧減衰速度が予め設定された電圧減
衰速度と適合しないときに誤り指示を与えるための制御
手段、から構成されたセンサの故障を検出するためのセ
ンサ診断装置。 - 【請求項２】請求項１において、上記スイッチング手段
は、ベ−ス電極が上記制御手段に接続されている固体ト
ランジスタであることを特徴とするセンサ診断装置。 - 【請求項３】請求項１において、さらに、上記制御手段
に接続され、モニタした電圧減衰速度が予め設定された
電圧減衰速度と適合しないときに、事例数を記録するた
めのカウンタを備えていることを特徴とするセンサ診断
装置。 - 【請求項４】請求項１において、上記制御手段が、さら
に、モニタした電圧減衰速度が予め設定された電圧減衰
速度と適合しないときに、事例数を記録するための少な
くとも１つのバッファを備えていることを特徴とするセ
ンサ診断装置。 - 【請求項５】請求項１において、さらに、複数個のセン
サ手段および複数個のスイッチング手段を備え、別々に
制御されるスイッチング手段を介して基準電圧が上記セ
ンサ手段のそれぞれに与えられるように、上記センサ手
段のそれぞれが上記スイッチング手段の１つに接続され
ていることを特徴とするセンサ診断装置。 - 【請求項６】請求項１において、さらに、複数個のセン
サ手段および複数個のスイッチング手段と上記制御手段
との間に接続され、上記制御手段で上記複数個のスイッ
チング手段の動作と上記複数個のセンサ手段の出力信号
を切り替えるためのマルチプレクサを備えていることを
特徴とするセンサ診断装置。 - 【請求項７】請求項１において、上記制御手段がマイク
ロプロセッサであることを特徴とするセンサ診断装置。 - 【請求項８】センサが出力信号を与えると共にスイッチ
を介して基準電圧に接続されており、上記スイッチは制
御回路に応答するよう接続されており、さらに、上記制
御回路が上記センサの出力回路に接続されている回路構
成を有する上記センサの故障を診断する方法であって、
上記診断方法が、 上記スイッチを開位置にさせることによって、上記セン
サへの基準電圧を切り離す段階と、 上記センサ出力信号の電圧減衰速度をモニタする段階
と、 モニタされた電圧減衰速度を電圧減衰期待速度と比較す
る段階と、 モニタされた電圧減衰速度が電圧減衰期待速度と適合し
ないときに、上記センサの故障状態を指示する段階、と
から成ることを特徴とするセンサの故障診断方法。 - 【請求項９】請求項８において、さらに、カウンタで各
事例を記録し、センサの故障を指示する段階を有するこ
とを特徴とするセンサの故障診断方法。 - 【請求項１０】請求項９において、上記センサに関連す
る故障回数すなわち故障率がしきい値未満の場合には、
上記スイッチを閉位置戻すことによって、上記センサへ
の電力を回復させることを特徴とするセンサの故障診断
方法。 - 【請求項１１】請求項８において、上記センサが異なる
時間に診断されるように、複数個の上記スイッチの制御
および複数個のセンサの出力信号のモニタの両方を、上
記制御回路に切り替える段階を有することを特徴とする
センサの故障診断方法。 - 【請求項１２】請求項１１において、少なくとも２つの
センサは診断されることがなく、それら２つのセンサが
常時定常状態にあることを特徴とするセンサの故障診断
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/688,306 | 1996-07-30 | ||
| US08/688,306 US5754963A (en) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | Method and apparatus for diagnosing and isolating faulty sensors in a redundant sensor system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10153633A JPH10153633A (ja) | 1998-06-09 |
| JP3294159B2 true JP3294159B2 (ja) | 2002-06-24 |
Family
ID=24763904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20437797A Expired - Lifetime JP3294159B2 (ja) | 1996-07-30 | 1997-07-30 | センサ診断装置およびセンサの故障診断方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5754963A (ja) |
| EP (1) | EP0822418A3 (ja) |
| JP (1) | JP3294159B2 (ja) |
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1997
- 1997-07-28 EP EP97112944A patent/EP0822418A3/en not_active Withdrawn
- 1997-07-30 JP JP20437797A patent/JP3294159B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104122882A (zh) * | 2013-04-24 | 2014-10-29 | 中烟机械技术中心有限责任公司 | 巴鲁夫自诊断型传感器的故障诊断系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0822418A3 (en) | 2000-04-05 |
| US5754963A (en) | 1998-05-19 |
| JPH10153633A (ja) | 1998-06-09 |
| EP0822418A2 (en) | 1998-02-04 |
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