JP3559323B2 - 車両における負荷を流れる電流を表す測定値を求める方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、負荷電流回路内に設けられた測定抵抗において降下する電圧Ｒ＿Ｍ・Ｉを演算増幅器により増幅して、車両における負荷を流れる電流Ｉを表す測定値Ｕ＿Ｍを求める方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両における負荷を流れる電流の強さは、一般的に次のようにして求められる。すなわち、負荷電流回路内に設けられた測定抵抗において降下する電圧を増幅し、既知の増幅率と既知の抵抗値とを用いて電流を算出することにより求められる。ただしこの算出の前に、増幅された電圧測定値が補正される。その理由について、図３に示されているような公知の評価回路に基づき説明する。
【０００３】
図３に示されている評価回路１０は、２つの負荷出力側ＬＡ１とＬＡ２−これらの出力側間に負荷Ｌを接続可能−ならびに２つの信号入力側ＳＥ１とＳＥ２、および２つの信号出力側ＳＡ１とＳＡ２を有している。さらに、バッテリ電圧用の端子Ｕ＿ＢＡＴＴと基準電位用の端子ＢＰも示されている。たとえば評価回路１０内の能動素子への電流供給用の端子のようなその他の端子は示されていない。その理由は、それらの端子は以下の説明にとって重要ではないからである。
【０００４】
負荷電流回路はバッテリ電圧用の端子Ｕ＿ＢＡＴＴを基点をして、スイッチ、（抵抗値Ｒ＿Ｍを有する）測定抵抗Ｒ＿Ｍ、負荷端子ＬＡ１、負荷Ｌ，負荷端子ＬＡ２、駆動トランジスタＴを経て基準電位点まで延びている。駆動トランジスタＴは駆動回路１１を介して駆動され、これはその制御信号を信号線路ＳＥ２から受け取る。スイッチＳは、信号線路ＳＥ１に加わる駆動信号により開閉される。
【０００５】
測定抵抗Ｒ＿Ｍにおける電圧は演算増幅器ＯＰへ供給され、この演算増幅器の出力側は信号出力端子ＳＡ２と接続されている。スイッチＳと測定抵抗Ｒ＿Ｍとの間の接続点における電圧は、別の信号出力側ＳＡ１へ導かれる。演算増幅器ＯＰの電位は、（電圧Ｕ＿ＢＩＡＳを有する）バイアス電圧源Ｕ＿ＢＩＡＳを介して全体的に設定調整可能である。演算増幅器は増幅率Ｇを有する。したがって、基準電位点と演算増幅器の出力側ＳＡ２との間の電圧について以下のことが成り立つ。すなわち、

上記の式中、値Δ＿ＣＭ・Ｕ＿ＢＡＴＴは、演算増幅器の不十分な同相分除去に起因する電圧誤差を表す。不十分な同相分除去は、温度ならびに老化に依存する。
【０００６】
図３による回路を較正する目的で従来では、まえもって定めれられた波形の信号を演算増幅器ＯＰへ加え、この増幅器の外部に接続された少なくとも１つの抵抗を、できるかぎり完全に同相分除去されたことが出力信号によって表されるように平衡調整する。このことにより、上記の式（１）中でバッテリ電圧に依存する項が値ゼロを有するようになる。その後、バイアス電圧Ｕ＿ＢＩＡＳを次のように設定調整する。すなわち、オフセット電圧にもかかわらず、さらには不十分な同相分除去に起因して温度と老化に依存する電圧が場合によっては生じても、電流がゼロのときや著しく小さい電流のときに正であるが小さい演算増幅器出力電圧が生じるように設定調整する。このことにより、接続されたＡ／Ｄ変換器の全ダイナミックレンジ（動作制御幅）を利用できる。
【０００７】
この方法の場合に欠点となるのは、較正過程時に行われた同相分除去が温度および／または老化に起因してずれると、バッテリ電圧が測定値を誤らせるような作用を及ぼすことである。しかも、少なくとも２つの抵抗を平衡調整しなければならなず、つまり同相分除去のための抵抗とバイアス電圧設定調整のための抵抗とを平衡調整しなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、車両における負荷を流れる電流を表す測定値を求める方法を提供することにあり、その際に温度や老化に依存する作用が生じても、信頼性をもって上記の測定値を求めることができるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および利点】
本発明によればこの課題は、以下の方法により解決される。すなわち、
繰り返し実施される較正過程では、
前記測定抵抗を全体的に基準電位におき、前記演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａを基準補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂとして求め、
前記測定抵抗を高いバッテリ電位におき、該バッテリ電圧を較正バッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴ＿Ｋとして測定し、前記演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａを較正補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｋとして測定し、
測定過程に際しては、
前記演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａを測定し、 前記測定値Ｕ＿Ｍを、
Ｕ＿Ｍ＝Ｕ＿Ａ−［Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｋ−Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂ）／Ｕ＿ＢＡＴＴ＿Ｋ］・Ｕ＿ＢＡＴＴ
により求めることにより解決される。
【００１０】
この場合に優れている点は、較正過程において不十分な同相分除去に対するバッテリ電圧の依存性が捕捉検出されることである。それよりも後の測定過程に際して、演算増幅器の出力電圧のほかにバッテリ電圧も捕捉検出され、このバッテリ電圧に依存して、実際の測定電圧を求めるために演算増幅器の出力電圧が補正される。しかもこの場合、抵抗のいかなる機械的な平衡調整も不要であって、このことは上述の効果に加えてさらにいっそう高い精度を達成するのに不可能でないならば不要である。
【００１１】
本発明による方法を従来の方法とそれに応じて組み合わせて適用することもでき、つまり最初の較正では従来どおりの方法をとるが、次には、温度および／または老化に起因する作用を補償するために、車両動作時に繰り返し本発明による較正過程を実行する。
【００１２】
しかし本発明による方法によれば、同相分除去を省略し、ほとんどコストのかからないバイアス電圧Ｕ＿ＢＩＡＳの設定調整だけしか行わないようにすることが容易に可能である。たとえば、後続のＡ／Ｄ変換器の変換範囲を本来の測定信号のために完全に利用できるようにする目的で、演算増幅器の補償調整において２Ｖの所属の目標電圧を生じさせるような電流を測定抵抗Ｒ＿Ｍへ導く際、同相分除去における著しいエラーにより３．５Ｖの電圧が生じた場合には、約−１．５Ｖまでバイアス電圧を粗調整できる。さらに、同相分除去の欠如に起因するバッテリ電圧に依存する変化を補正できるようにするために、本発明による方法にしたがった較正過程が実施される。
【００１３】
さらにいかなる補償調整も省くことができ、このことは有利なことである。それというのは、これによりハードウェア補償調整にかかる高いコストを完全に節約できるからである。たとえば極端な事例の場合、同相分除去の欠如に起因する−２Ｖの電圧を考慮しなければならないときには、基本的にバイアス電圧Ｕ＿ＢＩＡＳを（予期すべき最大のオフセット電圧を含めて）＋２Ｖに設定調整する。したがって、抵抗のいかなる設定調整も行うことなく測定値の捕捉と補正値の算出とだけに基づく本発明による較正方法だけを実施すればよい。このようにした場合には、演算増幅器に接続されたＡ／Ｄ変換器の全ダイナミックレンジを利用することはできないけれども、上述のようにコストの著しい節約が達成される。
【００１４】
較正過程中に種々異なる測定値を記憶することができ、それらは電流を表す測定値を後で補正するために利用できる。しかしながら、較正測定値からただちに補正値を算出し、後で用いるためにその値だけを記憶するのがいっそう有利である。
【００１５】
車両の点火投入後に必ず較正過程を実施するのが有利であり、これは投入時にただちにあるいは、たとえば車両のエンジンを駆動するための他の基本的な検査機能が完了してから投入時点よりはいくらか遅れて実施される。さらに有利であるのは、較正過程を固定的な時間間隔で、あるいは個々の適用事例に対し新たな較正が望まれる程度に、生じ得る温度変化によって演算増幅器の特性が変えられたと推測できる時間間隔で、較正過程を行うことである。演算増幅器がたとえば、車両のエンジンルーム内に取り付けられた制御装置に設けられている場合に有利となり得るのは、エンジンがその始動後まだ暖められている間に、較正過程を時折実施することである。
【００１６】
【実施例の説明】
まずはじめに、上記において図３の説明に関連して導出された式（１）に基づき、図１のダイアグラムについて述べる。このダイアグラムの場合、補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲの経過特性−これは式（１）によれば測定電圧Ｕ＿Ｍを得る目的で出力電圧Ｕ＿Ａを補正するために用いられる−が、バッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴに依存して示されている。この補正電圧は、トランジスタＴを阻止状態に制御することで被測定電流Ｉをゼロにするように設定調整すれば、演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａとしてそのまま測定できる（この場合、Ｒ＿Ｍ＜＜＜差動回路の他のすべての抵抗、であることを前提とする）。上記の式中、バッテリ電圧に依存する電圧のほかにはＵ＿ＫＯＲＲに対し固定電圧（１＋Ｇ）・［±］Ｕ＿ＯＦＦとＵ＿ＢＩＡＳだけが同相分除去のエラーに起因して生じることから、Ｕ＿ＫＯＲＲとＵ＿ＢＡＴＴの関係は１つの直線で示され、この直線から、バッテリ電圧ゼロに対して以下の基準補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂが得られる。すなわち、
Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂ＝（１＋Ｇ）・［±］Ｕ＿ＯＦＦ＋Ｕ＿ＢＩＡＳ （２）この値は、スイッチＳを開放しトランジスタＴを導通制御することで測定可能であって、このことによりゼロとみなされる基準電位が負荷と測定抵抗Ｒ＿Ｍに加わる。
【００１７】
補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲとバッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴの関係に関する上記の直線の第２の点は、較正過程時に実際にバッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴ＿Ｋが生じるならば演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａを測定することにより得られる（ＳＥ１が制御されＴは非導通状態）。この出力電圧を電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｋと称し、つまり較正過程時に測定される出力電圧ということである。したがって以下の関係が得られる。すなわち、

図１において実線で示された線の場合、同相エラー比率数ΔＲ＿ＣＭは正であり、一点鎖線の場合にはこれはゼロであり、破線の場合には負である。これらは、図示された補償調整回路１０において実際に生じる可能性のあるような値の実例である。しかしながら、値ΔＲ＿ＣＭは温度や差動回路の老化によってさらに変化し得る点に注意する必要がある。
【００１８】
図２には、個々の補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲを求めるための式（３）中のパラメータＵ＿ＫＯＲＲ＿ＢとΔＲ＿ＣＭを求めるための、図１に基づき説明した方法が表されている。
【００１９】
図２によれば、この較正方法のスタート後、スイッチＳが開かれ、トランジスタＴが閉じられつまり導通接続されて（ステップｓ１）、これにより式（２）にしたがって出力電圧Ｕ＿Ａとして基準補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂを捕捉できるようになる（ステップｓ２）。その後、スイッチＳが閉じられ、トランジスタが開かれつまり阻止されて（ステップｓ３）、それに続いてバッテリ電圧が較正バッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴ＿Ｋとして、さらに演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａが較正補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｋとして測定される（ステップｓ４）。次にこの較正方法終了前の完結ステップｓ５において、上記の測定値から式（４）にしたがって補正直線の上昇率ΔＲ＿ＣＭが算出される。
【００２０】
次に、このようにして求められた出力電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂとこのようにして求められた補正直線の上昇率ΔＲ＿ＣＭは測定値が捕捉されるたびに、負荷Ｌを流れる電流を求めるために用いられる。この目的で、図２の右側に示されているようにステップｓ６においてスイッチＳが閉じられ、トランジスタＴが導通接続される。ステップｓ７において、実際のバッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴと演算増幅器ＯＰの実際の出力電圧Ｕ＿Ａが測定される。ステップｓ８において、測定されたバッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴと補正パラメータＵ＿ＫＯＲＲ＿ＢおよびΔＲ＿ＣＭに基づき補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲが算出される。これに続いて、この測定方法終了前に式（１）にしたがって測定値が求められる。
【００２１】
既述のように、抵抗に対するいかなる補償調整過程も省略しないようにするならば、この較正方法をいっそう広範囲に及ぶように構成できる。
【００２２】
簡単にするため上述の説明では、負荷を流れる電流の強さを表す測定値は、１つの負荷Ｌについてのみ測定しようとすることを前提としていた。実践では、マルチプレクス動作で複数の負荷を駆動するために、図３の評価回路に類似の評価回路が用いられる。そしてこの場合には、負荷ごとにそれぞれ１つのトランジスタが設けられている。しかしながらこのことは、上述の測定値を求めるための本発明による方法に対しいかなる影響も及ぼさない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、較正過程時にこれまで必要とされていた抵抗の平衡調整を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バッテリ電圧に依存する補正値の算出を説明するダイアグラムである。
【図２】較正過程と測定過程のためのフローチャートである。
【図３】本発明による方法を実施可能な従来の評価回路を示す図である。
【符号の説明】
１０ 評価回路
１１ 駆動回路
Ｌ 負荷

Claims (5)

1. 負荷電流回路内に設けられた測定抵抗（Ｒ＿Ｍ）において降下する電圧Ｒ＿Ｍ・Ｉを演算増幅器（ＯＰ）により増幅して、車両における負荷を流れる電流Ｉを表す測定値Ｕ＿Ｍを求める方法において、
   繰り返し実施される較正過程では、
   前記測定抵抗を全体的に基準電位におき、前記演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａを基準補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂとして求め、
   前記測定抵抗を高いバッテリ電位におき、バッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴを較正バッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴ＿Ｋとして測定し、前記演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａを較正補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｋとして測定し、
   測定過程に際しては、
   前記演算増幅器の出力電圧Ｕ＿Ａを測定し、
   バッテリ電圧Ｕ＿ＢＡＴＴを測定し、
   前記測定値Ｕ＿Ｍを、
   

   

   により求めることを特徴とする、
   車両における負荷を流れる電流を表す測定値を求める方法。
2. 前記較正過程の終わりに補正係数ΔＲ＿ＣＭを、
   ΔＲ＿ＣＭ＝［Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｋ−Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂ］／Ｕ＿ＢＡＴＴ＿Ｋ
   により形成し、
   測定過程に際して測定値を、
   Ｕ＿Ｍ＝Ｕ＿Ａ−Ｕ＿ＫＯＲＲ
   により求め、
   ここで補正電圧Ｕ＿ＫＯＲＲを、
   Ｕ＿ＫＯＲＲ＝Ｕ＿ＫＯＲＲ＿Ｂ＋ΔＲ＿ＣＭ・Ｕ＿ＢＡＴＴ
   により求める、請求項１記載の方法。
3. 前記較正過程を車両の点火投入時に実行する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記較正過程は、演算増幅器およびその接続回路の特性が温度変化および／または老化により個々の適用事例に対し新たな較正が望まれる程度に変化したものと推測できる時間間隔で行われる、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
5. 較正過程時にまずはじめに、あらかじめ定められた電流を測定抵抗を通流するように供給し、較正電流に属する目標測定電圧が出力電圧Ｕ＿Ａとして実質的に生じるように、演算増幅器全体の電位を変位させるバイアス電圧Ｕ＿ＢＩＡＳを設定調整する、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。

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