JP4229050B2 - 車両用液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃料など、車載タンク内の液体の残量を検出する車両用液面検出装置に関する。

従来より車載タンク内の液体の残量を検出する例として、燃料タンク内の燃料の残量を検出するフロート式液面検出装置が知られている。この装置は、残量センサとして、タンク内に浮かべたフロート位置に応じて変化するポテンショメータの電位を、この残量センサと離れた位置にある計器本体（つまり処理装置）側で検出するものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６８６７５号公報

このような装置において、例えば、図７に示すように、車両が停止し、安定している状態で残量を測定するために、イグニッションスイッチをオフにした後も数秒ないし数分だけ残量センサ１００のポテンショメータに電源を供給することにより、残量データを取得する場合がある。その場合、イグニッションスイッチをオフにしてもポテンショメータに電源を供給する必要があるが、常時電源を供給していたのでは、車両電源を早く消耗させることになるため、残量データの取得に必要な所定時間が経過したら、電源供給を停止させる必要がある。

このような装置を構築するには、処理装置２００側に、車載バッテリー３００からポテンショメータへの通電を制御するセンサ作動スイッチ２４０を設け、制御手段２１０によりこのスイッチ２４０の作動を制御するように構成していた。

そのため、処理装置２００側と残量センサ１００との間には、処理装置２００側に設けたセンサ作動スイッチ２４０から残量センサ１００中のポテンショメータへの通電経路を構成するワイヤハーネスと、このポテンショメータから処理装置２００内の接地側への通電経路を構成するワイヤハーネスとの２本が必要となってしまう。このことは、他の車載タンク内の液体の残量を検出する場合にも共通している。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、イグニッションスイッチのオフ後の所定時間の間も残量センサを作動させるものにあって、このセンサと処理装置との間を１本の信号線で対応可能な車両用液面検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。

請求項１に記載した本発明の車両用液面検出装置によれば、車両に搭載されたバッテリーの第１の極側に常時接続され、タンク内の液体の残量を検出して、この残量に応じた検出信号を出力する残量センサと、残量センサの検出信号に基いてタンク内の液体の残量を検出処理する処理装置と、残量センサと処理装置とを接続し、残量センサからの検出信号の伝達経路と、バッテリーの第１の極側から第２の極側への残量センサに対する電源供給経路において第２の極側の経路とを兼用する通電経路を構成する信号線とを備え、残量センサと処理装置は、信号線を介在させて互いに異なる位置に配置され、
処理装置は、通電経路中に配置されて通電経路を開閉する開閉手段と、車両のイグニッションスイッチのオン中およびオフ直後の所定時間の間、開閉手段を閉成し残量センサを作動させると共に、検出信号に基いて液体の残量を検出処理する制御手段とを有することを特徴とする。

それにより本発明によれば、バッテリーの第１の極に接続される残量センサから処理装置の第２の極側へ信号線を介して通電経路を構成し、残量センサからの検出信号の伝達（送信）経路と、バッテリー第１の極側から第２の極側への残量センサに対する電源供給経路において第２の極側の経路とを兼用する通電経路とすることで、両者間の信号線を１本にし、処理装置において、残量センサの作動制御と、残量センサからの検出信号の取り込みとを行うことが可能となる。

さらに、イグニッションスイッチのオフ直後も残量センサを作動制御するために、残量センサに対して新たな信号線を増やすことなく、処理装置側にある上記の通電経路を開閉する開閉手段を制御することで、容易に残量センサの作動制御が可能になる。

請求項２に記載した本発明によれば、残量センサは、検出信号として、液体の残量に応じた電流レベルを示すデューテイ比のデジタル信号を出力するようにしたことで、信号線やコネクター中に配線抵抗や接触抵抗があり、そこに電圧降下が生じたとしても、電流出力への影響を抑えることが可能になる。しかも、検出信号をデジタル信号形式で伝達するため、外来ノイズ等による影響を受けにくくなり、その結果、信号線を兼用化しても、処理装置において安定した検出精度を確保することが可能になる。

請求項３に記載した本発明によれば、残量センサは、液体の残量を検出して液体の残量に応じたアナログ信号を発生する液面センサと、検出信号として、アナログ信号に応じたデユーテイ比で２つの定電流値を切替えて出力するＰＷＭ出力回路とを有することで、ＰＷＭ信号のＨレベルとＬレベルの信号に対応して２つの定電流値を交互に発生し、検出信号として信号線へ出力し、外来ノイズや配線抵抗等に対しても安定した検出信号を処理装置側に伝達可能になる。

請求項４に記載した本発明によれば、処理装置において、通電経路中に電流検出抵抗が挿入され、この電流検出抵抗に生じる電圧レベルを示す検出信号を制御手段に与えるようにすることで、検出信号の平均電流値の検出が容易になる。

請求項５に記載した本発明によれば、処理装置は、電圧レベルを示す検出信号を波形整形して制御手段に与える整形回路を設けたことで、検出信号のエッジ検出が容易になり、波形読込み処理を簡素にして制御手段側の入力処理の負担を軽減可能になる。

請求項６に記載した本発明によれば、処理装置は、残量センサの第１の極側と、残量センサの検出信号の出力側との間の電位を安定化する定電圧回路を設けることで、例えば、バッテリー電圧が変動したり、またバッテリーの第１の極側に外来ノイズ等が乗ってきた場合にも、上記した区間の電位を安定化させることができるため、残量センサ内には耐圧の低い素子を使用することが可能になり、装置全体としてコストダウンが可能になる。

請求項７に記載した本発明によれば、定電圧回路は、ツェナーダイオードと抵抗との直列回路を有し、残量センサの第１の極側と、電流検出抵抗の前記第２の極側との間に、ツェナーダイオードを接続したことで、比較的簡単な構成により、両区間内をツェナー電圧によって決まる電圧範囲内に安定化させることが可能になる。

以下、本発明の車両用液面検出装置の実施形態について説明する。本例では、車両の燃料タンク内の残燃料を検出するための残燃料検出装置に適用した場合を例として説明するが、本発明は、燃料以外の液体の液面検出にも適用可能である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態となる車両用液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。

図１において、残燃料センサ１００は、車載燃料タンク内に配置され、この場合、イグニッションスイッチ４００を介することなく車両搭載バッテリー３００の（＋）極（第１の極）側に常時接続されており、検出信号として、残燃料量に応じた電流レベルを示すデューテイ比のデジタル信号を、信号線である１本のワイヤハーネスＬ２を介して処理装置である計器本体２００に出力している。

なお、車両実装上、車載電源３００の（＋）極（第１の極）側に接続するハーネスＬ１は、この場合、残燃料センサ１００に最も近い位置にある電源から取ることで配線長を短縮可能にしている。

残燃料センサ１００において、定電圧電源１１０は、ワイヤハーネスＬ２の一端が接地側、つまりこの場合、車両ボデイーを通してバッテリー３００の（−）極（第２の極）側に接続されることで作動し、例えば５Ｖの一定電圧をホールＩＣセンサ１２０およびＰＷＭ出力回路１３０に与える。ホールＩＣセンサ１２０は、ホール素子およびその信号処理回路を内蔵し、このホール素子を通過する磁束の磁束密度に応じて変化するアナログ電圧を発生する。この磁束の磁束密度は、後述するように残燃料量を示すフロート位置に応じて変化する。ＰＷＭ回路１３１は、このアナログ電圧に応じたデューテイ比、言い換えるとこのアナログ電圧に応じた平均電流を発生するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を発生し、定電流切替回路１３２は、ＰＷＭ信号のＨレベルとＬレベルの信号に対応して２つの定電流源１３２１、１３２２を交互に切り替え、２つの定電流値ｉ１、ｉ２を交互に発生し、検出信号Ｓ１としてハーネスＬ２側へ出力する。

計器本体２００は、残燃料量の検出処理を行う制御手段であるマイコン２１０、バッテリー３００の電圧を調整して例えば５Ｖの安定化電圧を発生しマイコン２１０に供給する安定化電源２２０、各種情報を表示する表示装置２３０、および残燃料センサ１００よりワイヤハーネスＬ２を通して接地（バッテリー３００の第２の極）側に至る通電経路中に、直列接続された開閉手段となるセンサ作動スイッチ２４０と、ワイヤハーネスＬ２に流れる電流を検出してこの電流に応じた電圧を発生する電流検出抵抗２５０とを有する。

マイコン２１０は、バッテリー３００に常時接続されており、イグニッションスイッチ４００のオンオフ信号を受信している。図示していないが、マイコン２１０は、残燃料量の検出処理以外にも、車両計器表示に必要な車両速度、エンジン回転数、および冷却水温度等の各種情報を検出処理し、表示装置２３０を用いて車室内の計器パネルに表示するための制御も行っている。スイッチ２４０は、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、もしくはリレー等で構成される。

ここで、残燃料センサ１００の具体的構造の一例を図２により説明する。

図２において、残燃料センサ１００は、車両の燃料タンクの天井内面（図示せず）から垂下するブラケット１に固定されている。フロート２は、樹脂製で、燃料の液面１０に浮かぶように設定され、左端がスナップリング９で抜け防止されると共に、金属製アーム３と連結されている。アーム３はマグネットホルダ４にも連結され、フロート２の液面位置１０に応じた上下移動に連動し、軸部５１を回転軸としてマグネットホルダ４が回動する。

このマグネットホルダ４は、樹脂製で、係止部５３により図２中の左方向への移動が規制されて、ボデー５に回動可能に保持されている。軸部５１の内部には収容室５２が形成されており、この収容室５２には、定電圧電源１１０、ホールＩＣセンサ１２０、およびＰＷＭ出力回路１３０が実装され、この場合２つの外部取出し端子６を持つコネクタ部５４が形成されている。

マグネット７は、強磁性体のカバー８により密着固定され、ホールＩＣセンサ１２０の基板面に対してマグネット７より交差する方向に磁束が与えられる。この基板面に加わる磁束の磁束密度は、フロート２の液面位置に応じて回動するマグネット７の位置に応じて変化するように設定してある。

上記構成により、ホールＩＣセンサ１２０は液面位置に応じたレベルのアナログ電圧を発生し、ＰＷＭ出力回路１３０は、一方の外部取出し端子６より最寄りの燃料ポンプ側より（＋）極性のバッテリー電圧を受け、他方の外部取出し端子６より、計器本体２００の（−）極側に向けてこのアナログ電圧に応じたデューテイ比（つまり液面位置に応じた電流レベル）の検出信号Ｓ１を出力することになる。

（作動）
次に、図１に示す車両用液面検出装置の作動を、図３、４を用いて説明する。

まず、イグニッションスイッチ４００がオフのときには、マイコン２１０は、センサ作動スイッチ２４０を開放（オフ）している（ステップ５０１、５０３、５０９）。このとき残燃料センサ１００からの通電経路が開放されているため、残燃料センサ１００内の定電圧電源１１０には通電されず、残燃料センサ１００は作動を停止している。但し、マイコン２１０は、常時電源が供給されているため、適宜に必要な制御を行っている。

次に、時刻ｔ１においてイグニッションスイッチ４００がオンすると、センサ作動スイッチ２４０をオンし（ステップ５０１、５０２）、残燃料センサ１００を作動させる。そこで、ＰＷＭ出力回路１３０は、ホールＩＣセンサ１２０からのアナログ電圧に応じたデューテイ比の信号を出力すると共に、ＰＷＭ信号のＨレベルとＬレベルの信号に対応して２つの定電流源１３２１、１３２２を交互に切り替え、２つの定電流値ｉ１、ｉ２を交互に発生し、検出信号Ｓ１としてハーネスＬ２側へ出力する（図４（ｃ）参照）。ここでは、検出信号Ｓ１は、デューテイ比として、一定周期Ｔに対してＨレベルとＬレベルの時間幅が変化する信号で示してあるが、残燃料量に応じた可変電流を発生できれば、異なる形式の変調信号であってもよい。

そこで、マイコン２１０にもこの検出信号Ｓ1に相当する電圧信号が入力される。マイコン２１０は周期となるＴおよびＯＮ（Ｈレベル）時間となるｔｓを測定し、これらよりデューテイ比を求めて記憶手段２１１に記憶する。２回目以降には求めたデューテイ比を所定個数分毎に平均化処理し、液面変動による検出信号Ｓ１の変動の影響を低減するようにしている（ステップ５０４〜５０６、図４（ｃ）、（ｄ））。

続いて、この平均化処理した平均値をベースとして、予め定めた平均デューテイ比−残燃料量テーブルに基いて、残燃料量を検出し、記憶手段２１１に記憶すると共に、表示装置２３０等へ出力する（ステップ５０７、５０８）。

続いて、時刻ｔ２において、イグニッションスイッチ４００がオフしても一定時間Ｔ０の間は、センサ作動スイッチ２４０をオンし（ステップ５０２、５０３）、上記した残燃料検出処理を継続する（ステップ５０４〜５０８、図４（ｂ））。そして、時刻ｔ３において、センサ作動スイッチ２４０をオフし、残燃料検出作動を停止する（ステップ５０３、５０９）。

この一定時間Ｔ０としては、より正確な残燃料量を測定するために、車両が停止し、タンク内の液面が安定するまでの数秒から数分の間の値が選択される。

上記したように本発明によれば、残燃料センサ１００から残燃料量に応じた平均電流レベルを示すデジタル信号の検出信号Ｓ１、つまり電流可変型デジタル（ＰＷＭ）信号を発生させるように構成することで、ワイヤハーネスＬ２中の配線抵抗による検出精度への影響を低減することが可能となる。

しかも、バッテリー３００の（＋）極に接続される残燃料センサ１００から計器本体２００の接地側へワイヤハーネスＬ２を介して通電経路を構成し、残燃料センサ１００からの検出信号Ｓ１の伝達（送信）と、バッテリー３００の（＋）極（第１の極）側から接地（第２の極）側への電源供給とを兼用する通電経路とすることで、両者１００、２００間のワイヤハーネスＬ２を１本にし、計器本体２００において、残燃料センサ１００の作動制御と、残燃料センサ１００からの検出信号Ｓ１の取り込みとを行うことが可能となる。

さらに、イグニッションスイッチ４００のオフ直後も残燃料センサ１００を作動制御するために、残燃料センサ１００に対して新たなワイヤハーネスを増やすことなく、計器本体２００側にある上記の通電経路を開閉するセンサ作動スイッチ２４０を制御することで、容易に残燃料センサ１００の制御が可能になる。

（第２の実施形態）
次に、図５は、本発明の第２の実施形態となる車両用液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。

上記第１の実施形態と異なる点は、残燃料センサ１００よりワイヤハーネスＬ２を通して接地（バッテリー３００の第２の極）側に至る通電経路中において、電流検出抵抗２５０の接地側にセンサ作動スイッチ２４０を設けたことと、ワイヤハーネスＬ２に流れる検出信号Ｓ１のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を電流検出抵抗２５０に流すようにし、この電流検出抵抗２５０に生じた電圧を波形整形するためのコンパレータ２６０を設けたことである。

それにより本発明では、コンパレータ２６０の演算増幅器２６１の入力側は高入力インピーダンスのため、通電経路から回り込み電流を発生させることなしに、コンパレータ２６０への接続が可能となり、しかも検出電圧の波形整形を行うことで、マイコン２１０側の入力処理の負担を軽減可能になる。

（第３の実施形態）
次に、図６は、本発明の第３の実施形態となる車両用液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。

上記第１の実施形態と異なる点は、残燃料センサ１００よりワイヤハーネスＬ２を通して接地（バッテリー３００の第２の極）側に至る通電経路中において、電流検出抵抗２５０の接地側にセンサ作動スイッチ２４０を設けたことと、ワイヤハーネスＬ２に流れる検出信号Ｓ１のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を電流検出抵抗２５０に流すようにし、この電流検出抵抗２５０に生じた電圧を波形整形するためのコンパレータ２６０を設けたことと、さらにツェナーダイオード２７１と抵抗２７２からなる定電圧回路２７０を設け、残燃料センサ１００の（＋）極（第１の極）側と、電流検出抵抗２５０の接地（第２の極）側との間に、このツェナーダイオード２７１を接続したこと、およびコンパレータ２６０の閾値電圧を発生させる抵抗２６２、２６３の両端間にもこのツェナーダイオード２７１を接続したことである。

それにより本発明では、コンパレータ２６０の演算増幅器２６１の入力側は高入力インピーダンスのため、通電経路から回り込み電流を発生させることなしに、コンパレータ２６０への接続が可能となり、しかも検出電圧の波形整形を行うことで、マイコン２１０側の入力処理の負担を軽減可能になる。

さらに、本発明では、外来ノイズ等によりバッテリー電圧が上昇する場合でも、常に残燃料センサ１００側にツェナー電圧以上の電圧が加わらないようにすることができる。このように、残燃料センサ１００の第１の極、つまりバッテリー３００の（＋）極側と、電流検出抵抗２５０を含む残燃料センサ１００の検出信号Ｓ１の出力側との間の電位を安定化する定電圧回路２７０を設けることで、残燃料センサ１００内には耐圧の低い素子を使用することが可能になり、装置全体としてコストダウンが可能になる。

なお、本発明では、残燃料センサ１００に規定値以上の電圧が加わらないようにする回路であれば、ツェナーダイオード２７１と抵抗２７２を使用しない回路形態であっても適用可能である。

本発明の第１の実施形態となる車両用液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。 残燃料センサ１００の具体的構造の一例を示す模式的断面図である。 マイコン２１０による残燃料計測処理を示すフローチャートである。 残燃料計測処理の説明に用いるタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態となる車両用液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態となる車両用液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。 従来例を示す車両用液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ フロート
４ マグネットホルダ
５ 本体部
７ マグネット
５２ 収容室
１００ 残燃料センサ（残量センサ）
１１０ 定電圧電源
１２０ ホールＩＣセンサ（液面センサの要部）
１３０ ＰＷＭ出力回路
１３１ ＰＷＭ回路
１３２ 定電流切替回路
２００ 計器本体（処理装置）
２１０ マイコン（制御手段）
２４０ センサ作動スイッチ（開閉手段）
２５０ 電流検出抵抗
２６０ コンンパレータ（整形回路）
２７０ 定電圧回路
２７１ ツェナーダイオード
３００ バッテリー
４００ イグニッションスイッチ
Ｌ２ ワイヤハーネス（信号線）

Claims (7)

1. 車両に搭載されたバッテリーの第１の極側に常時接続され、タンク内の液体の残量を検出して、この残量に応じた検出信号を出力する残量センサと、
   前記残量センサの前記検出信号に基いて前記タンク内の前記液体の残量を検出処理する処理装置と、
   前記残量センサと前記処理装置とを接続し、前記残量センサからの前記検出信号の伝達経路と、前記バッテリーの前記第１の極側から第２の極側への前記残量センサに対する電源供給経路において前記第２の極側の経路とを兼用する通電経路を構成する信号線とを備え、
   前記残量センサと前記処理装置は、前記信号線を介在させて互いに異なる位置に配置され、
   前記処理装置は、前記通電経路中に配置されて前記通電経路を開閉する開閉手段と、前記車両のイグニッションスイッチのオン中およびオフ直後の所定時間の間、前記開閉手段を閉成して前記残量センサを作動させると共に、前記検出信号に基いて前記液体の残量を検出処理する制御手段とを有することを特徴とする車両用液面検出装置。
2. 前記残量センサは、前記検出信号として、前記液体の残量に応じた電流レベルを示すデューテイ比のデジタル信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の車両用液面検出装置。
3. 前記残量センサは、前記液体の残量を検出して前記液体の残量に応じたアナログ信号を発生する液面センサと、前記検出信号として、前記アナログ信号に応じたデューテイ比で２つの定電流値を切替えて出力するＰＷＭ出力回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両用液面検出装置。
4. 前記処理装置において、前記通電経路中に電流検出抵抗が挿入され、この電流検出抵抗に生じる電圧レベルを示す前記検出信号を前記制御手段に与えるように構成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用液面検出装置。
5. 前記処理装置は、前記電圧レベルを示す前記検出信号を波形整形して前記制御手段に与える整形回路を有することを特徴とする請求項４に記載の車両用液面検出装置。
6. 前記処理装置は、前記残量センサの前記第１の極側と、前記残量センサの前記検出信号の出力側との間の電位を安定化する定電圧回路を有することを特徴とする請求項４に記載の車両用液面検出装置。
7. 前記定電圧回路は、ツェナーダイオードと抵抗との直列回路を有し、前記残量センサの前記第１の極側と、前記電流検出抵抗の前記第２の極側との間に、前記ツェナーダイオードを接続したことを特徴とする請求項６に記載の車両用液面検出装置。

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