JP4517490B2 - センサ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、故障検出機能を備えるセンサ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より用いられている、ブレーキ圧や燃料圧等の車両における各種圧力を検出するセンサ装置の構成を図4に基づいて説明する。センサ装置は、図4に示すように印加された圧力に応じた信号を出力するセンサ部20と、このセンサ部20からの出力信号に基づいて各種制御を実施するECU等の制御部10を備えている。
【0003】
バッテリ電源(例えば12V)は、制御部10に設けられたレギュレータ11等を介して一定電圧(例えば5V)に変換された後、電源ラインLpを介してセンサ部20に供給される。センサ部20では、この供給電圧を電源として、圧力検出、出力増幅および調整といった機能を経て、印加された圧力に比例した電圧Voを出力ラインLoより出力する。制御部10では、この出力電圧Voに基づいて各種制御を実施する。
【0004】
これらの制御部10とセンサ部20との間には、電源ラインLp、出力ラインLo、接地ラインLgを介した電気的接続が不可欠であり、通常、制御部10とセンサ部20はコネクタ、はんだ付け、溶接等の各種手法を用いて電気的接続を得ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような制御部10とセンサ部20との接続点において接触不良等による抵抗増加に起因する故障が発生する可能性がある。特に出力ラインLoにおいてこのような故障が発生した場合には、接続部に新たな抵抗(ΔR)が付加され、出力ラインLoの電流値Ioにより出力電圧Voは、ΔVo(=Io×ΔR)だけ変動することになる。従って、センサ部の出力電圧が変動した場合に、圧力変動による出力変動かあるいは故障による出力変動かの判別が難しいという問題がある。
【0006】
センサ部に圧力が印加されていない状態において、出力電圧値Voを監視することで抵抗不良等の故障を検出することを考えてみる。例えば、出力ラインLoと接地ラインLgとの間に330kΩの負荷抵抗Rが設けられており、センサ部の圧力印加ゼロの状態において出力電圧Vo=0.5Vであるとすると、出力ラインLoにおける電流値Io=1.5μAとなる。このとき、例えば出力電圧Voに±0.1Vという規格を設け、Vo=0.5±0.1Vの範囲を超えた場合に、圧力センサに故障が発生したと判定するように構成する。この場合、接触不良等によってΔRだけ抵抗が増加したとすると、ΔR=66kΩ(=0.1V/1.5μA)程度までの抵抗増加は検出が不可能という結果となる。上記±0.1Vというのは、圧力センサの製造バラツキ等を考慮した値であり、この規格を絞ることは、センサの歩留まり低下を招き、大幅なコストアップを引き起こすため実現性に乏しいという問題がある。
【0007】
本発明は、上記問題点に鑑み、センサ部と制御部との接続部の接触不良等に起因する故障の検出を高精度に行うことのできるセンサ装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、センサ部(20)と、電源ライン(Lp)、出力ライン(Lo)および接地ライン(Lg)を介してセンサ部(20)と電気的に接続され、センサ部(20)から出力ライン(Lo)を介して出力されるセンサ信号を処理し、各種制御を行う制御部(10)とを備えるセンサ装置であって、センサ部(10)に対する電源供給を、電源ライン(Lp)と出力ライン(Lo)のいずれか一方に切り替える切替手段(12)と、出力ライン(Lo)に電源が供給されているときに、出力ライン(Lo)から接地ライン(Lg)に流れる電流値を測定し、この測定電流値と基準電流値とを比較して故障発生を判定する故障判定手段(13)とを備えており、故障判定手段(13)は、少なくとも出力ライン(Lo)若しくは接地ライン(Lg)におけるセンサ部(20)と制御部(10)との接続部に接触抵抗(Rx)が発生した場合に故障発生と判定するものであり、測定電流値は、接触抵抗(Rx)の抵抗値と、センサ部(20)における出力ライン(Lo)と接地ライン(Lg)との間の抵抗(R34)の抵抗値とを含む抵抗値に基づいて測定されることを特徴としている。
【0009】
このような構成により、出力ライン(Lo)、接地ライン(Lg)あるいはLoLg間の抵抗(R34)において、接触不良等によって抵抗値の変動が発生した場合に高精度に容易に検出することができる。
【0012】
また、請求項2に記載の発明では、基準電流値は、測定電流値の初期値を予めメモリ回路に記憶させたものであることを特徴としている。
【0013】
このように基準電流値として、固定値ではなく測定電流値の初期値を用いることによりセンサ装置の製造バラツキ等の影響を低減することが可能となる。
【0014】
また、請求項3に記載の発明では、測定電流値および基準電流値は、それぞれ電圧値に変換されて使用されることを特徴としている。
【0015】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を適用した第1実施形態を図1および図2に基づいて説明する。
本第1実施形態は、センサ装置を車両ブレーキ装置のブレーキ液圧や燃料噴射装置の燃料圧等の圧力を測定する圧力センサに適用したものである。図1は本第1実施形態の圧力センサ装置の概略構成を示す回路図であり、図2は圧力センサのセンサ部の概略構成を示す回路図である。図1に示すように、本第1実施形態におけるセンサ装置は、上記従来技術のセンサ装置(図4)に比較して、センサ部20に対する電源供給経路を切り替えるスイッチ12と、出力ラインLoの電流値Ioに基づいて故障判定を行う故障判定回路(故障判定手段)13が付加されたものである。
【0017】
圧力センサ装置は、各種制御を行う制御部(ECU)10と印加された圧力を検出するセンサ部20とから構成されている。制御部10とセンサ部20とは、センサ部20に電源を供給するための電源ラインLpと、センサ部20からの出力信号を制御部10に出力するための出力ラインLoと、接地ラインLgとを介して電気的に接続されている。これらの接続は、例えばコネクタ、はんだ付け、溶接等の手段によって行われる。
【0018】
すなわち、センサ部20は例えばブレーキ装置周辺や燃料噴射装置周辺に設けられるものであり、制御部10はエンジンルーム内や車室内に配置されたケース等の中に設けられる。そして、センサ部20と制御部10とを結ぶ電源ラインLp、出力ラインLo、接地ラインLgは、エンジンルーム内や車室内に接地される外部配線として設けられるものである。なお、図1、図2に示す制御部10やセンサ部20内の配線は、例えばプリント基板などの配線や半導体チップ上に設けられた配線あるいはワイヤボンディングなどを含めた配線である。
【0019】
電源ラインLp、出力ラインLo、接地ラインLgは、センサ部20、制御部10とに、それぞれの電源端子P、出力端子O、接地端子Gを介して接続されている。
【0020】
なお、以下に示す各実施形態において、電源ラインLp、出力ラインLo、接地ラインLgは全て同様である。
【0021】
制御部10には、定電圧電源Vccからの電源電圧(例えば12V)を所定電圧(例えば5V)に変換するためのレギュレータ11が設けられている。電源電圧は、レギュレータ11によって変換された後、電源ラインLpを介してセンサ部20に供給される。また、制御部10における出力ラインLoと接地ラインLgとの間には、センサ部20の出力電圧Voを測定するための負荷抵抗RAが設けられている。
【0022】
本第1実施形態では、制御部10においてレギュレータ11と電源ラインLpとの間にスイッチ(切替手段)12が設けられている。このスイッチ12は、センサ部20に対する電源供給経路を切り替えるために、通常運転時には電源ラインLp側に接続し、故障検出時には出力ラインLo側に接続するように構成されている。
【0023】
さらに、制御部10には故障判定回路13が設けられている。故障判定回路13は、スイッチ12に対して電源ラインLp側あるいは出力ラインLo側に接続を切り替えるための切替信号を発生する。この故障判定回路13によるスイッチ12の切り替えは、例えばタイマ等を用いて定期的に行うように構成されている。
【0024】
また、出力ラインLoには、センサ部20に対する電源供給が出力ラインLo側に切り替えられた際に、出力ラインLoから接地ラインLgに流れる電流値Ioを測定する電流計14が設けられている。この電流計14は、出力ラインLo→LoLg間抵抗R34→接地ラインLgを流れる電流値を測定できればよく、例えば接地ラインLgに設けてもよい。故障判定回路13では、電流計14にて測定した電流値Ioが入力され、この測定電流値Ioと予め設定された基準電流値とを比較して故障判定をする。本実施形態では、測定電流値Ioと基準電流値をそれぞれ電圧値に変換して、ウィンドウコンパレータ等により比較を行い、故障判定を実施するように構成されている。
【0025】
センサ部20は上述のように、電源ラインLp、出力ラインLo、接地ラインLgを介して制御部10と接続されており、電源ラインLpより電源が供給され、出力ラインLoより印加圧力に応じた電圧値(センサ信号)Voを出力するように構成されている。
【0026】
センサ部20は、図2に示すように4つのゲージ抵抗(拡散抵抗)R1〜R4がブリッジ接続されたブリッジ回路21を備えている。このブリッジ回路21は、図示しないシリコン基板の薄肉のダイヤフラム部に形成されている。ブリッジ回路21を構成する抵抗のうち、抵抗R1、R4はダイヤフラム部の中央部に形成され、抵抗R2、R3はダイヤフラム部の周辺部に形成されている。そして、ダイヤフラム部に圧力が印加されると、ピエゾ抵抗効果により抵抗R1〜R4の各抵抗値が図2の矢印方向に変化するように、すなわち抵抗R1、R4は抵抗値が下がり、抵抗R2、R3は抵抗値が上がるように構成されている。そして、抵抗R1およびR3の中点電位と抵抗R2およびR4の中点電位の電位差を増幅調整回路22により増幅等の処理を行った後、出力ラインLoより制御部10に出力する。
【0027】
また、出力調整回路22の後段には、出力抵抗Ro1、Ro2からなる直列抵抗回路が接続されており、これにより出力調整を図っている。
【0028】
なお、図1のR12、R34は、図2の出力抵抗Ro1、Ro2およびこれらと接続しているダイヤフラム部の抵抗R1〜R4などから構成されており、センサ部20の出力端子Oからみたセンサ部20の合成抵抗を示している。
【0029】
以下、上記構成の圧力センサ装置の作動について説明する。
【0030】
まず、センサ部20に印加される圧力を測定する通常運転時について説明する。通常運転時には、スイッチ12は電源ラインLp側に接続され、電源ラインLpに電圧が印加される。センサ部20では、圧力が印加されると、ゲージ抵抗R1〜R4の抵抗値が変化する。そして、ブリッジ回路21の2つの中点電位の電位差を増幅調整回路22により増幅等の処理を行った後、出力ラインLoより制御部10に出力する。制御部10では、センサ部20からの出力信号に基づいて各種処理を行う。
【0031】
次に、接触不良等に起因する抵抗の変化を検出する故障検出時について説明する。故障検出を行う場合には、故障判定回路13よりスイッチ12に切替信号が出力され、これに従って、スイッチ12はセンサ部20の出力ラインLo側に接続され、出力ラインLoに電圧が印加される。電流は、出力ラインLo→LoLg間抵抗R34→接地ラインLgの順に流れる。このとき、負荷抵抗RAにも電流は流れるが、LoLg間抵抗R34を負荷抵抗RAに対して小さく設定することにより、負荷抵抗RAを流れる電流を無視することができる。
【0032】
この状態で、電流計14によって出力ラインLoの電流値Ioを測定し、この測定電流値Ioを故障判定回路13に入力する。故障判定回路13では、測定電流値Ioと基準電流値とをそれぞれ電圧値に変換して比較を行う。このとき測定電流値Ioが、基準電流値に対して予め設定された故障判定レベル(しきい値)を超えていれば、故障が発生していると判定する。故障発生と判断された場合には、故障発生回路13は故障信号を出力し、これにより例えばウォーニングランプ点灯等の処理を行う。
【0033】
なお、基準電流値は、出力ラインLo側に電圧を印加したときの出力ラインLoの電流値Ioの初期値を基準電流値として図示しないメモリ回路に記憶させておくことにより、圧力センサの製造バラツキ等の影響を低減することができる。また、故障判定レベルは、圧力センサの製造バラツキや故障検出要求等を考慮して基準電流値にある程度の幅を持たせることにより、適宜設定することができる上記故障判定について具体的に説明する。例えば出力ラインLoに5Vの電圧を印加した場合、センサ部20内のLoLg間抵抗R34が1kΩであるとすると、出力ラインLoの電流値Io=約5mAとなる。この5mAを基準電流値として設定する。ここで、出力ラインLoにおけるセンサ部20と制御部10との接続部に、接触不良等の理由により1kΩの接触抵抗Rxが増加した場合を考えると、出力ラインLoの電流値Io=2.5mAとなる。この場合には、出力電流値Ioは基準電流値5mAに対して半減することとなるため、容易に故障を検出することが可能となる。この例では、1kΩの抵抗増加を検出することができ、上記課題で述べた66kΩという故障判定レベルと比較すると66倍の検出感度を有していることとなる。
【0034】
出力電流値Ioの故障判定レベルは故障検出要求に応じて適宜設定することができ、例えば上記の例では基準電流値5mAに対して±1mAという範囲を設定し、出力ラインの電流値Ioが5±1mAの範囲を超えた場合に故障が発生したと判定するように構成することができる。
【0035】
なお、抵抗不良の検出要求に対し、圧力センサの製造バラツキを考慮した上で、LoLg間抵抗R34の最適化を実施すれば、故障検出感度をより向上させることができる。具体的には、負荷抵抗RAに対してLoLg間抵抗R34の抵抗値を小さくすることで負荷抵抗RAの影響を押さえて、より小さい抵抗増加を検出できるようになる。
【0036】
また、本第1実施形態では、接続部における接触不良等に起因する抵抗増加を検出する場合について説明したが、これに限らず、例えば端子間ショート等によって抵抗が減少する場合についても同様に検出することが可能である。すなわち、本第1実施形態のように、出力ラインLoに電圧を印加して出力ラインLoから接地ラインLgに流れる電流値を監視することで、出力ラインLo、接地ラインLg、LoLg間抵抗R34における接触不良等の故障発生を検出することが可能となる。
【0037】
また、故障検出時には、出力ラインLoに通常運転時とは逆方向に電圧を印加することになるが、センサ部20において、例えば遮断回路を設けるか、あるいは適切な回路設計をすることでセンサの破壊を防止することができる。
【0038】
また、センサ部20に圧力が印加されている場合にはブリッジ回路21の各抵抗R1〜R4の抵抗値が変化することになるが、検出すべき接触不良等による抵抗増減に比較すると、通常、圧力印加による抵抗値変化は微少であるため、センサ部20圧力が印加されている場合であっても故障検出は可能である。さらに、例えばセンサ部20に遮断回路を設けて圧力印加の影響がゼロになるように構成してもよい。
【0039】
また、本第1実施形態の圧力センサ装置では、故障判定時には圧力検出を一時的に中断することになるが、ECUの処理速度を考慮すれば圧力センサの測定圧力値に基づく各種制御には実質的に影響はないと考えられる。
【0040】
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態を図3に基づいて説明する。この第2実施形態の圧力センサ装置は図3に示すように、上記第1実施形態に比較して、センサ部20に対する電圧の印加を電源ラインLpと出力ラインLoに切り替えるスイッチ(切替手段)12を省略し、また、電流計15を電源ラインLpに設けている。上記第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【0041】
上記第1実施形態では、出力ラインLoに電圧を印加して出力ラインLoの電流値Ioを測定して故障を判定したが、本第2実施形態では、電源ラインLpに電圧が印加された状態において、電源ラインLpから接地ラインLgに流れる電流値Ipを測定し、この電流値Ipと予め設定した基準電流値とを電圧値に変換して比較することにより、故障判定を行うように構成されている。このように電源ラインLpから接地ラインLgを流れる電流値を監視することにより、電源ラインLp、接地ラインLgでの接触不良による接触抵抗Ryの増加や、LpLg間抵抗R12、LoLg間抵抗R34における端子間ショート等の故障を検出することができる。
【0042】
本第2実施形態の故障判定は、上記第1実施形態の故障判定と組み合わせて実施してもよい。すなわち、上記第1実施形態の圧力センサ装置の構成において、電源ラインLpにおける電流値Ipを測定する電流計15を追加し、出力ラインLoに電圧が印加されている場合には、出力ラインLoの電流値Ioを用いて故障判定を行い、電源ラインLpに電圧が印加されている場合には、電源ラインLpの電流値Ipを用いて故障判定を行うように構成する。
【0043】
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、測定電流値と基準電流値とをそれぞれ電圧値に変換し、電圧値同士を比較して故障判定処理を行っているが、測定電流値と基準電流値とを直接比較するように構成してもよい。
【0044】
また、上記第1実施形態では、切替手段12を制御部10内に設けたが、このような構成に限らず、切替手段12をセンサ20側に設けるように構成してもよい。
【0045】
また、上記各実施形態のセンサ装置では、センサ部はゲージ抵抗からなるブリッジ回路から構成されるものを用いたが、これに限らず、ゲージ抵抗に代えて、例えば温度に影響されない金属薄膜(Cr−Si等)からなる薄膜抵抗を用いればより好適に実施することができる。さらに、例えば容量型センサ等のセンサを用いることも可能である。
【0046】
また、上記各実施形態では、本発明を各種圧力を測定する圧力センサ装置に適用したが、これに限らず、電源供給ライン、出力ライン、接地ラインを備えていれば、例えば加速度センサ、ヨーレートセンサ等においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態におけるセンサ装置の概略構成を示す回路図である。
【図2】図1のセンサ装置におけるセンサ部の概略構成を示す回路図である。
【図3】第2実施形態におけるセンサ装置の概略構成を示す回路図である。
【図4】従来技術におけるセンサ装置の概略構成を示す回路図である。
【符号の説明】
10…制御部、11…レギュレータ、12…スイッチ(切替手段)、13…故障判定回路、20…センサ部。
Claims (3)
- センサ部(20)と、
電源ライン(Lp)、出力ライン(Lo)および接地ライン(Lg)を介して前記センサ部(20)と電気的に接続され、前記センサ部(20)から前記出力ライン(Lo)を介して出力されるセンサ信号を処理し、各種制御を行う制御部(10)とを備えるセンサ装置であって、
前記センサ部(10)に対する電源供給を、前記電源ライン(Lp)と前記出力ライン(Lo)のいずれか一方に切り替える切替手段(12)と、
前記出力ライン(Lo)に電源が供給されているときに、前記出力ライン(Lo)から前記接地ライン(Lg)に流れる電流値を測定し、この測定電流値と基準電流値とを比較して故障発生を判定する故障判定手段(13)とを備えており、
前記故障判定手段(13)は、少なくとも前記出力ライン(Lo)若しくは前記接地ライン(Lg)における前記センサ部(20)と前記制御部(10)との接続部に接触抵抗(Rx)が発生した場合に故障発生と判定するものであり、
前記測定電流値は、前記接触抵抗(Rx)の抵抗値と、前記センサ部(20)における前記出力ライン(Lo)と前記接地ライン(Lg)との間の抵抗(R34)の抵抗値とを含む抵抗値に基づいて測定されることを特徴とするセンサ装置。 - 前記基準電流値は、前記測定電流値の初期値を予めメモリ回路に記憶させたものであることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記測定電流値および前記基準電流値は、それぞれ電圧値に変換されて使用されることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ装置。
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