JP3298910B2 - 内燃機関ないし自動車に用いられる負荷の監視装置 - Google Patents

内燃機関ないし自動車に用いられる負荷の監視装置

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関ないし自動車
に用いられる負荷の監視装置、更に詳細には、少なくと
も2つの電源スイッチからなるブリッジ回路で構成され
ブリッジの対角線に配置された負荷を駆動信号で駆動す
る出力段と、出力段及び/あるいは負荷の機能を監視す
る監視装置と、出力段及び/あるいは負荷の領域の所定
電位を監視し故障状態を検出する比較手段とを備えた内
燃機関ないし自動車に用いられる負荷の監視装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】このような装置がDE−OS36250
91に記載されている。同公報には、ブリッジ回路とし
て構成された出力段を用いて駆動される内燃機関の駆動
源(モータ)が記載されている。その場合、出力段は駆
動可能な4つの電源スイッチを有するブリッジ回路とし
て構成されており、駆動源はブリッジの対角線上に配置
されている。駆動源は、対応するオン期間にそれぞれブ
リッジの対角線を導通させることにより正方向並びに逆
方向に駆動することができる。さらに出力段並びに駆動
源の短絡あるいは分路を監視し、かつ/あるいは出力段
並びに駆動源領域の過電流を監視する回路手段が設けら
れている。
【0003】このような監視装置により故障時には駆動
信号の大きさに無関係に警告信号が発生される。警告信
号の発生並びにその後の応答は最も困難と考えられる故
障時を考えて決めなければならない。
【0004】更に、DE−OS3842426には内燃
機関ないし自動車に用いられブリッジ回路として構成さ
れた出力段を用いて駆動される負荷を監視する回路装置
が記載されている。同装置には出力段領域の所定の電位
が正常駆動時得られる所定の範囲の値にあるかどうかを
監視する比較手段が設けられている。この比較手段は故
障時所定の範囲の値を上回った場合あるいは下回った場
合警告信号を発生している。この場合駆動信号の大きさ
は考慮されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題はこのよ
うな点に鑑みてなされたもので内燃機関ないし自動車に
用いられる監視装置をさらに改良することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するために、内燃機関ないし自動車に用いられる負荷
の監視装置であって、少なくとも2つの電源スイッチか
らなるブリッジ回路として構成されブリッジ対角線に負
荷(11)を接続した出力段(10)と前記出力段に
駆動信号を出力して前記負荷を駆動する駆動手段(4
0、46)と、出力段及び/あるいは負荷の機能を監視
する監視手段(54)とを有し、 前記監視手段が、出力
段及び/あるいは負荷の領域の電位を所定電位と比較し
故障状態を検出する比較手段(56a、56b)と
記比較手段により故障状態が検出されたとき、前記駆動
信号の大きさに依存して警告信号を発生する信号発生手
段(58)とを有する構成を採用した。
【0007】
【作用】このように出力段を監視する本発明の構成で
は、出力段の領域に故障が発生した場合警告信号を駆動
信号の大きさに従って形成することができる、という利
点が得られる。
【0008】本発明を適用したとき、すなわちエンジン
制御装置において不本意な状況になるような大きな駆動
信号の領域では、例えば短時間の電圧ないし電流ピーク
を除去して故障状態の識別が可能な限り迅速に行なわれ
る。
【0009】それに対して駆動信号の大きさが小さい場
合には、通常内燃機関を停止させたり自動車を非常走行
するような結果となる短時間の外乱があっても装置を応
答させるような結果にはならない。
【0010】このような構成により装置の安全性と柔軟
性が向上する。
【0011】他の利点としては回路技術的に本発明を安
価にしかも簡単に実現することができることであり、又
回路はハイブリッドあるいは集積回路としても実現する
ことができる。
【0012】
【実施例】以下図面に示す実施例に従い本発明を詳細に
説明する。
【0013】図1には内燃機関ないし自動車に用いられ
る電気駆動源を駆動する出力段10が図示されている。
このような出力段はブリッジ回路として構成され、制御
すべき駆動源はブリッジの対角線に配置される。この出
力段は、電子アクセルペダル装置、アイドリング制御装
置あるいはトラクション制御装置(駆動スリップ制御装
置)とともに用いられ内燃機関の絞り弁を制御するのに
利用される。
【0014】出力段は、主に少なくとも2つ、本実施例
では4つの電子電源スイッチ(好ましくはMOSFET
トランジスタ)12、14、16、18から構成されて
いる。これらの電源スイッチは他の回路素子とともにブ
リッジ回路に配置される。その場合負荷、すなわち電気
駆動源(具体的にはサーボモータ)はブリッジの対角線
に配置される。電源スイッチ14と16ないし12と1
8のそれぞれ一方の端子は駆動電圧Uが印加される接続
点28ないし駆動電圧の負の極と接続される接続点30
に導かれる。さらに電源スイッチ12と14の他方の端
子は共通の接続点32と接続され、この接続点に駆動源
の一方の端子が接続される。一方駆動源の他方の端子は
接続点34において電源スイッチ16と18の第2の端
子と接続される。電源スイッチ12〜18の制御入力端
子には対応するリード線20、24並びに22、26を
介して駆動信号が入力される。
【0015】ブリッジ回路において対角線上で対向する
電源スイッチ12の駆動線20と電源スイッチ16の駆
動線24は接続点36において一緒になっている。この
接続点36は電源スイッチを第1の方向、具体的には正
方向に駆動する従来から知られた駆動回路40とリード
線38を介して接続されている。同様に電源スイッチ1
4のリード線22と電源スイッチ18のリード線28は
接続点42に接続されており、この接続点42は駆動源
11を第2の方向、すなわち逆方向に駆動する駆動回路
46とリード線44を介して接続されている。駆動回路
40ないし46は対応するリード線48ないし50を介
して駆動信号を出力するコンピュータユニット52と接
続されている。
【0016】コンピュータユニット52は上述したエン
ジン制御装置に使用した場合電子制御装置となり、内燃
機関ないし自動車の運転パラメータに従って駆動信号を
形成し開ループ制御ないし閉ループ制御を行なうもので
ある。
【0017】コンピュータユニット52はリード線48
ないし50を介して駆動源11のそれぞれの移動方向に
従って駆動信号を発生する。この駆動信号は好ましくは
パルス形状となっており、そのパルスの長さ、すなわち
パルス信号のデューティー比τは可変になっている。こ
のパルスの長さによりそれぞれ駆動源のオン期間が決ま
る。コンピュータユニット52から出力される駆動信号
は駆動回路40ないし46において公知の方法で処理さ
れ対応するリード線38ないし44を介してそれぞれの
電源スイッチの対に出力される。正方向駆動の場合所定
のオン期間で電源スイッチ12、16が同時に閉じるの
で、駆動源11には駆動信号が印加され給電が行なわれ
る。逆方向駆動の場合には同様にして電源スイッチ1
4、18が閉じられる。
【0018】好ましい実施例では、電源スイッチ14、
16は駆動電圧よりも小さな値の駆動信号により電源ス
イッチ14、16を駆動することができる回路構成のト
ランジスタより構成される。一方電源スイッチ12、1
8は駆動電圧の大きさの値を有する駆動信号により駆動
される。従って図1には互いに異なるシンボルが用いら
れている。
【0019】本発明の監視回路は図1では上述した正方
向系統に実施されている。同様な回路54aが逆方向系
統にも設けられる。これが図1で一点鎖線で図示されて
おり、その詳細な構成は監視装置54に対応している。
【0020】さらにこの監視装置には、図示されていな
いが出力段及び負荷の監視に関連して従来からよく用い
られている、例えば短絡保護などの手段が設けられてい
る。
【0021】監視装置54は主に比較手段56a、56
b並びに処理ユニット58から構成されている。その場
合比較手段56aないし56bはリード線60並びに6
2を介して駆動源11の接続点32、34と接続され
る。従って比較手段56aないし56bには駆動源11
の接続点32並びに34の電位が入力される。
【0022】リード線64aないし64bにより比較手
段56aないし56bは処理ユニット58と接続され
る。この処理ユニットは更にリード線を介して駆動線3
8と接続される。同時に監視装置54の出力ともなって
いる処理ユニット58の出力は接続線68と接続され
る。この接続線68は処理ユニット58とコンピュータ
ユニット52を接続するとともに故障時警告信号を導
く。
【0023】出力段と電気駆動源が正常に駆動されてい
る場合は、接続点32と34の電位は、電源スイッチの
オン期間の間駆動電圧と電源スイッチ12と16ないし
14と18並びに電気駆動源11の電圧降下によって定
まる値の範囲内にある。この値は接続点32と34の電
位が入力される比較手段56aないし56bにより監視
される。
【0024】例えば負荷すなわち電気駆動源に流れる電
流を増大させる電気駆動源の電気的及び/あるいは機械
的な故障が発生した場合には、接続点32と34の電位
はいずれかがあるいは両方とも正常駆動を特徴付ける範
囲の値を上回りないし下回る。この上回りないし下回る
ことは、接続点32と34に対して別々に比較手段56
aと56bにより検査される。比較手段はアナログで実
現する場合所定の基準電位125、126を有する当業
者にはよく知られたコンパレータから構成される。
【0025】正方向駆動の場合、本実施例では正常な駆
動を特徴づける電源スイッチ11の電圧降下により定め
られる接続点32の電位は2ボルトとなっており、この
接続点での電位が2ボルトの近辺の所定の値よりも大き
いかが検査される。
【0026】同様に接続点34に対して、この電位が駆
動電圧、接続点32の電位並びに駆動源の電圧降下によ
って定まる値よりも小さいかが検査される。
【0027】検出した電位が上述した値を上回ったりな
いし下回ったりすると、比較手段56aないし56bは
対応した出力信号を発生する。
【0028】逆方向駆動に対しては逆のことが行なわれ
る。接続点34に対してはオン期間の間2ボルトの値な
いし電源スイッチ18の電圧降下の電位であるかどうか
が検査され、一方接続点32に対しては上述した実施例
に対応して駆動電圧などから定まる値の電位であるか否
かが監視される。
【0029】逆方向に対してはこれらの機能は別の監視
装置54aにおいて行なわれる。
【0030】比較手段56aないし56bの比較結果は
リード線64aないし64bに現れ、処理ユニット58
に入力される。
【0031】上述したように電子アクセルペダルに用い
られた場合正方向分岐路において駆動信号の大きさτが
大きくなることは、絞り弁が大きく開くこと、すなわち
車両が高負荷状態にあり例えば加速期間で運転されてい
ることを意味する。出力段の領域における故障はこの運
転状態では好ましくない状況になるので、この運転状態
では例えば短時間の電圧ピーク値を取り除くことにより
故障状態が可能な限り速く識別され、装置を遮断したり
あるいは非常走行運転にするなど対応した処置がとられ
る。
【0032】駆動信号が小さい場合、すなわち絞り弁の
開度がアイドリングあるいはアイドリング領域にある場
合には警告信号は駆動信号が大きい場合に比較して遅延
して発生される。これにより短時間のノイズがあって
も、通常内燃機関を遮断したりあるいは車両を非常走行
運転させる結果となるような装置の反応には至らないと
いうという利点が得られる。
【0033】同様な状況が逆方向分岐路においても行な
われる。駆動信号の大きさが大きくなることは、例えば
トラクション制御装置に用いた場合絞り弁を高速に閉じ
ることを意味し、故障時には内燃機関が突然止まったり
絞り弁領域で機械的な損傷が発生する結果となる。従っ
て駆動信号が大きい場合には故障状態は可能な限り速く
識別しなければならず、一方駆動信号が小さい場合には
識別は幾分遅延して行なうことができる。
【0034】上述した手段によりそれぞれの装置の安全
性と柔軟性が向上する。
【0035】図1に示した処理ユニットは、上述した機
能を実行する。比較手段56aないし56bの出力線6
4aないし64bは抵抗100ないし101に接続さ
れ、これらの抵抗の一方の端子がそれぞれ接続点102
ないし103に導かれる。更に接続点102には、ダイ
オード104のアノードが接続され、このダイオードの
カソードは接続線66に接続される。接続点102、1
03はリード線106により互いに接続される。
【0036】接続点103にはダイオード108のアノ
ードが接続され、このダイオードのカソードは抵抗11
0に接続されている。
【0037】抵抗110のダイオード108と反対側の
端部は、コンデンサ112を介して駆動電圧の負の極
と、また抵抗114を介して駆動電圧の負の極と、更に
演算増幅器116の正の入力端子とそれぞれ接続され
る。演算増幅器116の反転入力端子には、基準電圧源
118から得られる所定の基準値が入力される。演算増
幅器の出力は抵抗122に導かれており、この抵抗の他
方の端部は、コンデンサ124を介して駆動電圧の負の
極と接続され、また警告信号を出力する接続線68と接
続されている。
【0038】以下、上述した回路の動作を図2の波形図
を用いて説明する。図2において、横軸は時間軸を、ま
た縦軸は電圧値を表している。
【0039】故障時、すなわち、接続点32及び/ある
いは34の電位が所定の値を上回りないしは下回ると
き、比較手段56aないし56bはリード線64aない
し64bに故障信号を発生する。この故障信号によりオ
ン期間ないしパルス期間抵抗100ないし101、ダイ
オード108並びに抵抗110を介してコンデンサ11
2が充電される。オン期間ダイオード104は遮断され
るので、故障信号が発生しているときコンデンサ112
はパルス期間τの間充電される。
【0040】二重の故障時、すなわち、接続点32の領
域並びに接続点34の領域において故障がある場合に
は、コンデンサ112は2倍の電流で充電される。
【0041】電源スイッチ12、16がオフ期間のとき
ないしは逆方向駆動時にも、比較手段56aと56bは
正方向分岐路において同様に故障状態を識別する。しか
し、この場合には、ダイオード104が導通しダイオー
ド108が遮断されるので、警告信号は形成されない。
ダイオード104に流れる電流は駆動回路40で吸収さ
れる。
【0042】従って、コンデンサ112には電流が流れ
なくなり、電源スイッチがオフ期間のときコンデンサ1
12は抵抗114を介して放電される。
【0043】リード線68の警告信号は、コンデンサ電
圧が基準電圧源118の一定の基準電圧により与えられ
るしきい値を越えた場合に発生される。
【0044】逆方向分岐路に対しても同様なことがいえ
る。
【0045】比較手段56aないし56bが駆動電圧に
接続された演算増幅器により構成されるアナログのコン
パレータで実現される場合には、特殊な運転状態のと
き、たとえば始動運転時において、出力段の駆動電圧が
減少し比較手段により故障が検知されたとき、コンデン
サは駆動電圧に関係した最大値に達するまでしか充電さ
れず、所定の基準電圧を上回ることがなく従って警告信
号が発生しない、という利点が得られる。
【0046】図2において、200は警告信号のしきい
値を示す。運転時出力段の駆動電圧は通常12ボルトで
あり、故障信号があるとき警告信号は時間的に遅延して
駆動信号の大きさに従って形成される。駆動信号の大き
さが大きく、例えばτ=40%の場合コンデンサ112
の電圧が図2において202で図示されている。電源ス
イッチのオン期間の間コンデンサは充電され、コンデン
サ電圧は最初のパルス期間で既にしきい値を越え警告信
号が形成される。
【0047】このように本発明の装置では、負荷の端子
電圧が所定の期間の間正常駆動時を特徴付ける値をとら
ないとき、故障状態が識別された後駆動信号の大きさに
従って時間的に遅延して警告信号が発生される。
【0048】駆動信号の大きさが小さく、例えばτ=2
0%のときの時間特性がカーブ204により図示されて
いる。この場合には、故障信号が発生したときコンデン
サ電圧は2番目のパルス期間のときにしきい値に達し警
告信号が形成されることが理解される。これによりこの
領域において短時間のノイズが有効に遮断される。内燃
機関の特殊な運転状態、例えば駆動電圧が12ボルトの
規定値以下、例えば6ボルトに低下している始動運転時
には、処理ユニットは警告信号を発生しない。これは、
このような運転状態では好ましいものとなる。コンデン
サは最大で駆動電圧に関係した最大値までしか充電され
ないので、例えば駆動電圧が6ボルトの場合しきい値に
達することはない。この状態が駆動信号の大きさτ=4
0%として図2に206のカーブで示されている。
【0049】接続点32並びに接続点34の電位が所定
の値を上回りないしは下回るような二重の故障時には故
障信号は点103で加算されるので、警告信号は単独の
故障のときよりもより早く形成される。
【0050】このように、本発明の監視装置では、負荷
の端子電位が所定の期間の間正常駆動を特徴付ける値を
とらないときのような故障発生時に、警告信号がオン期
間すなわち駆動信号の大きさに従って時間遅延して発生
され、それぞれ負荷ないし出力段の駆動状態に対して柔
軟に反応させることができる。
【0051】本発明は、好ましくはディーゼル噴射ポン
プの制御にも適用することができる。
【0052】また、本発明はコンピュータプログラムを
用いて実現することもできる。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、故障
状態が検出されたとき、負荷を駆動する駆動信号の大き
さに依存して警告信号が発生されるので、故障が検出さ
れたとき、故障に対する反応を、駆動信号の大きさ、す
なわち運転状態に応じて変化させることができる、とい
う優れた効果が得られる(請求項1)。例えば、駆動信
号を遅延して発生させ(請求項3)、駆動信号が大きく
故障時に好ましくない状況が発生する恐れのある場合に
は、早く警告信号を出して危険な状態を回避したり、あ
るいは駆動信号が小さい場合には、遅延して警告信号を
出力し、故障に対して過剰な反応が発生するのを防止す
ることができる(請求項4)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の監視装置を有する構成を示すブロック
図である。
【図2】種々の条件での故障時の信号特性を示した線図
である。
【符号の説明】
10 出力段 11 電気駆動源 12、14、16、18 電源スイッチ 52 コンピュータユニット 54、54a 監視装置 58 処理ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲオルク ハウプナー ドイツ連邦共和国 8431 ベルク/オー バープファート ルートヴィッヒシュト ラーセ 1 (56)参考文献 特開 昭50−16810(JP,A) 実開 昭63−183354(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/22 301 G05B 23/02 301

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関ないし自動車に用いられる負荷
    の監視装置であって、 少なくとも2つの電源スイッチからなるブリッジ回路
    して構成されブリッジ対角線に負荷(11)を接続した
    出力段(10)と前記出力段に駆動信号を出力して前記負荷を駆動する駆
    動手段(40、46)と 、 出力段及び/あるいは負荷の機能を監視する監視手段
    (54)とを有し、 前記監視手段が 、 出力段及び/あるいは負荷の領域の電位を所定電位と比
    較し故障状態を検出する比較手段(56a、56b)
    前記比較手段により故障状態が検出されたとき、前記駆
    動信号の大きさに依存して警告信号を発生する信号発生
    手段(58)とを有する ことを特徴とする内燃機関ないし自動車に用い
    られる負荷の監視装置。
  2. 【請求項2】 前記負荷が電子アクセルペダル装置、ア
    イドリング制御装置及び/あるいはトラクション制御装
    置に用いられる電気駆動源であることを特徴とする請求
    項1に記載の監視装置。
  3. 【請求項3】 前記信号発生手段が、警告信号を時間的
    に遅延して発生するように構成されることを特徴とする
    請求項1または2に記載の監視装置。
  4. 【請求項4】 前記遅延が駆動信号の大きさに関係し、
    駆動信号が大きい場合には遅延が少なくなることを特徴
    とする請求項に記載の監視装置。
  5. 【請求項5】 前記駆動信号がパルス形状であり、電源
    スイッチがオン期間とオフ期間を有することを特徴とす
    る請求項1から4までのいずれか1項に記載の監視
    置。
  6. 【請求項6】 前記信号発生手段は、故障状態が検出さ
    れたとき、電源スイッチのオン期間中比較手段により充
    電されるコンデンサを有し、また抵抗素子が設けられ、
    この抵抗素子を介してコンデンサが電源スイッチのオフ
    期間中に放電されることを特徴とする請求項1から5ま
    でのいずれか1項に記載の監視装置。
  7. 【請求項7】 前記信号発生手段にコンパレータが設け
    られ、このコンパレータはコンデンサの電圧が所定の基
    準値を越えたとき警告信号を発生することを特徴とする
    請求項に記載の監視装置。
  8. 【請求項8】 負荷の領域で過電流があり、出力段ない
    し負荷の領域で監視される電位の内少なくとも一つの電
    位が所定の期間の間正常駆動を特徴付ける範囲の値にな
    いときに、前記比較手段が故障状態を検出することを特
    徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の
    装置。
  9. 【請求項9】 前記信号発生手段に、ダイオードが設け
    られ、このダイオードは比較手段と少なくとも一つの電
    源スイッチの駆動線を接続し、それによりダイオードは
    故障状態が検出されたとき電源スイッチのオン期間の間
    遮断されることを特徴とする請求項1から8までのいず
    れか1項に記載の監視装置。
  10. 【請求項10】 前記比較手段がコンデンサと接続され
    る接続点に接続されることを特徴とする請求項から9
    までのいずれか1項に記載の監視装置。
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