JP4673227B2 - 温度履歴測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は温度履歴の測定装置に係り、特に車両のエンジンルーム内の温度を測定し、その温度履歴を管理する方式に関する。

車両のターボ制御に用いられる制御装置がターボチャージャの直近に配置されている場合、運転条件によっては環境温度が電子制御回路の動作限界温度を超える可能性があり、電子制御回路の故障の原因となる場合がある。このため、電子制御回路周辺の温度を測定し、その温度履歴を残しておくことができれば故障原因の調査も容易になる。特許文献１には、一定温度になると変色し以後その色を維持する感温ラベルをエンジンルーム内のモータ位置制御装置に貼り付ける記載がある。また特許文献２には、不揮発性EEP−ROMを用いて、特定の番地に温度データを書き込み、その書き込み回数を記録して不揮発性メモリの書き換え保証回数以下とするようにした記載がある。

特開2002−294123号公報 特開2003−140979号公報

特許文献１の感温ラベルをエンジンルーム内に設置する場合、車両の環境下では長期間にわたって粘着性や色保持機能を維持することが困難であり、エンジンルーム内の制御機器に対しては使えなかった。

また特許文献２のように、温度データを書き込む場合、温度データが特定のアドレスに対応したデータのみに書かれ、再書き込みは前回データを上書きするため、書き込んでいる最中にエラー等が発生し、データに対する信頼性が確保できない問題点がある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、温度履歴を確実に記録でき、回路故障時の原因調査を可能にする温度履歴の測定方式を提供することにある。特に、エンジンルームの電子制御機器の周囲温度履歴を安定に記録することができる温度履歴の測定方式を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、電子制御機器の温度を測定し、その測定温度から周囲温度を求め、あらかじめ所定温度以上の温度を所定刻みでアドレスと対応付けている記憶装置に対し、前記周囲温度が前記所定温度以上の場合に、該周囲温度を１回のみ記録するようになし、温度履歴を保存することを特徴とする。上記測定温度はエンジンルーム内の電子制御装置の温度である、またはターボアクチュエータの基板上に設けたサーミスタの温度である。

また、前記アドレスに対応するデータへは前記周囲温度とともにその測定年月日を記録し、読み出し可能にする。

各アドレスに対応するデータの記憶は製品生涯に一度とする。前記所定刻みに対応するために、前記周囲温度は端数の４捨５入または切り上げ若しくは切り捨てを行う。前記周囲温度が前記所定温度より高く、その間に未だ記憶のない未記録アドレスに対応するデータがある場合に、該未記録アドレスは当該周囲温度とともに記憶する。

本発明によれば、電子制御回路中の記憶装置に温度履歴を保持させることが可能である。また、記憶装置には各アドレスに対応するデータに唯の１回のみ記憶するようにしているため、電子制御回路が長期間にわたって使用される場合にも信頼性の高い温度履歴を得る事が可能である。これにより、回路故障時の原因調査を容易にする効果がある。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図２は本発明を適用するターボチャージャ制御装置の周辺構成を示している。制御装置５は、モータ２の出力軸に設けられたギヤ２を介して、ターボチャージャ１の可変翼１ａの角度を変化させ、ターボチャージャ１の加給圧を変化させる。モータ２の出力軸には回転位置検出用のエンコーダ３が設けられ、ここではインクリメンタルエンコーダを２個用いている。エンコーダ３には回転位置を信号に変換するためのホール素子４を対設し、２個のホール素子４はエンコーダ３の回転位置を信号ΦＡ、ΦＢにより入力して制御装置５へ取り込む。ΦＡ信号とΦＢ信号は位相が９０度ずれている。例えば、ΦＡの立上り又は立下がり時のΦＢの信号レベルを見ることにより、モータの回転方向がわかる。また、信号ΦＡ、ΦＢのパルス数を計数する事により、モータ２の回転位置を検出することができる。

一方、他の制御装置６からターボチャージャモータ回転位置（ターボチャージャ回転翼角度）の制御目標位置信号６aが制御装置５へ入力される。制御装置５は制御目標位置信号６aとモータの回転位置が等しくなるように、モータ２を駆動するための信号５aを出力し、制御目標位置信号６aに従ってモータ２の回転位置を制御する。本実施例では制御装置５と他の制御装置６を分離しているが、両者を統合しても同一の機能を有する事ができる。

図１は温度履歴測定機能をもつ制御装置のブロック図を示す。図１（ａ）は制御装置５の構成を示し、ＣＰＵ９、Ｉ／Ｏ８、Ａ／Ｄ変換器１１、ＲＡＭ１５、ＲＯＭ１６、不揮発性メモリ１７、モータドライバ１０、コミュニケーションドライバ１３からなる。制御装置５では、Ｉ／Ｏ８に入力された目標開度信号６ａとモータ２の回転位置信号４ａの値が等しくなるように、ＣＰＵ９がモータドライバ１０へ駆動信号５ａを出力する。

ＣＰＵ９はＲＯＭ１６から制御演算式を読み出し、ＲＡＭ１５または不揮発性メモリ１７に計算値を保持する機能を有している。不揮発性メモリ１７は制御装置５の電源が切れた後も演算データ等を保持するために用いる。ただし、制御装置５に常時通電を行い、ＲＡＭ１５の値を保持する構成の場合は不要である。コミュニケーションドライバ１３は、ＣＰＵが外部とデータのやり取りを行う機能で、例えば目標開度信号６ａをＣＰＵ９へ入力するために用いてもよい。Ａ／Ｄ変換器１１は測定温度等のアナログ値をデジタル値に変換する。

制御装置５は外部温度データ、例えば制御回路基板上で測定した温度をＡＤ変換器１１に入力し、制御装置５の周囲温度をモニタ可能な構成としている。制御装置周辺の雰囲気温度は、本来は周囲温度を直接モニタすることが望ましい。しかし、温度センサと制御回路の接続の構造が複雑となるため、本実施例では制御基板の表面に温度検知素子を実装し、温度依存性のある抵抗値変化を電気信号に変換して、Ａ／Ｄ変換器１１を介して取り込んでいる。

ところで、電子制御装置の動作可能温度は動作時の制御回路内半導体素子のジャンクション温度がシリコン半導体の場合、１５０℃を超えなければ良い。ジャンクション温度は制御装置周辺の雰囲気温度と制御装置本体の熱抵抗および、動作の結果発生する制御装置内の半導体素子の発熱量（仕事量）によって決定される。

図１（ｂ）は温度センサの取り付けを示す。制御装置５の内部基板５１に温度センサ（サーミスタ）２０が実装され、基板表面温度Ｔｗｓを測定している。温度Ｔｗｓは温度データ１１ｄとしてＡ／Ｄ変換器１１に取り込まれる。このように、基板上に温度センサ２０を用いると、Ａ／Ｄ変換器１１との接続が容易であり、温度センサ２０の温度依存性のある抵抗値変化を電気信号に変換してＡ／Ｄ変換器１１に取り込んで、基板表面上温度をモニタすることが可能である。

ところで制御装置５内で発生する温度は装置の仕事量（制御装置内発熱量）Ｗで決まる。このため、制御の動作状態がわかると一義的に仕事量Ｗが求められるので、制御装置の表面温度Ｔｗａは（１）式、さらに制御装置の周囲温度Ｔｗは（２）式のように求めることができる。
Ｔｗａ＝Ｔｗｓ−Ｗ／ΔＴｓ …（１）
Ｔｗ＝Ｔｗａ−Ｗ／ΔＴａ …（２）
ここで、ΔＴｓは制御装置内から制御装置表面への熱抵抗、Ｗ／ΔＴｓは制御装置表面温度Ｔｗａの内部発熱分による温度上昇量、ΔＴａは制御装置から周囲空間への熱抵抗、Ｗ／ΔＴａは周囲温度Ｔｗの内部発熱分による温度上昇量である。

なお、制御装置の表面温度Ｔｗａを測定して周囲温度Ｔｗを推定する場合も（２）式から可能である。ただし、温度センサの信号を内部基板まで接続する手段が必要になる。さらに、周囲温度Ｔｗを直接測定することも可能である。その場合、制御装置から離れた空間に温度センサを設置し、その信号を内部基板まで接続する手段が必要になる。

図３は温度データの記録状態を示すデータ構成図である。ＣＰＵ９が上記の（１）、（２）式から周囲温度Ｔｗを求め、所定温度Ｔ以上を超えている場合はＲＡＭ１５に記録される。ＲＡＭ１５は先頭アドレスＡからＡ＋Ｎ番地までを温度履歴記憶用に確保されており、各々のアドレスに対応するデータを初期値０とする。

ＲＡＭ１５には予めアドレス（ＡＤＤＲ）と温度が、アドレスＡは温度Ｔ、アドレスＡ＋１は温度Ｔ＋１、…、アドレスＡ＋Ｎは温度Ｔ＋Ｎのように対応付けられ、温度がＴ以上の場合に該当するアドレスのデータ（Ｄａｔａ）に１が書き込まれる。すなわち、最初のアドレスに記録する温度を最小値Ｔとし、次の番地Ａ＋１をＴ＋１とし、以後インクリメントされるつど、温度値も１度づつインクリメントされる。記録温度幅（温度刻み）ΔＴは任意であるが、ここで１にしているのは温度検出回路の検出精度が一般的に１度のためである。ただし、検出精度より少ない値にする必要はない。

なお、ＲＡＭ１５の値は不揮発性メモリ１７によってバックアップされている。あるいは、最初から不揮発性メモリ１７に記録するようにしてもよい。また、記録温度幅１℃としたので端数処理が必要になる。一般には４捨５入または切り上げ／切り捨てによる。さらに、記録温度幅１℃としたがこれに限定されるものではない。

図４は本実施例の制御フローを示すものである。ＣＰＵ９は制御装置の電源（ここでは、イグニッションスイッチ）がＯＮするたびに、図４の制御フローを記述したプログラムをＲＯＭ１６から読み出し、温度履歴管理を行う。制御が開始され温度情報が定時間タスクで取り込まれるが、温度値がＴｍｉｎとなった時点でＡ番地のデータを０から１に書き換える。以後、温度が１℃高くなったら次のアドレスのデータを１に書き換えていく。したがって、データが１となっている最大のアドレスに対応する温度が、現時点の最大の温度であることがわかる。

イグニッションスイッチがＯＦＦし、再度ＯＮされた場合にはＯＦＦ時のアドレスとデータ状態を読み出し過去の最大温度Ｔｍａｘを認識し、以後はＴｍａｘより大きな温度値となったときにのみ、Ｔｍａｘのアドレスより大きいアドレスのデータを１に書き換え、その温度値を新たなＴｍａｘとする。以後、上記の操作を繰り返すことで最大の温度履歴を残すことができる。

まず、製品出荷時に温度履歴保存用領域のデータをクリアし、すべて０としておく。電源ＯＮ後、Ｔｍｉｎの値を所望するクライテリアの値に設定する（ｓ１０１）。本例では１２５℃としている。その後１秒タスクを起動し（ｓ１０２）、温度センサからの信号を読み込む（ｓ１０３）。１秒タスクは１秒ごとに不揮発性メモリ１７基板温度を測定し、（１）式、（２）式により周囲温度を求めるもので、周囲温度はＴＡとする。ＴＡがＴｍｉｎ（最初は１２５℃）を超えたか判定し（ｓ１０４）、超えた場合は現在温度ＴＡとＴｍｉｎとの差Ａを求め（ｓ１０５）、アドレスＢ＝Ｔｍｉｎを求める（ｓ１０６）。温度ＴＡに対応する不揮発性メモリ１７のアドレスＢのデータＤ（Ｂ）を確認し（ｓ１０７）、もし０であるなら１に書き換え（ｓ１０７）、温度上昇した分に対応する領域の全てを１に書き換える（ｓ１０９−ｓ１１１）。これにより、周囲温度が一遍に数℃変化した場合の飛び越し処理が可能になる。

一方、ｓ１０７でＤ（Ｂ）＝０でなければ、すでに温度履歴の記録があるので、Ａ＝Ａ−１（ｓ１１２）、Ａ＝０か判定し（ｓ１１３）、そうであればステップｓ１０３に戻る。Ａ≠０でなければステップｓ１１１に進む。

以後、上記の操作を１秒タスク（雰囲気温度のため１秒周期としているが任意である）毎に繰り返して、制御装置５の周囲温度の最大温度履歴を残すことができる。なお、２回目以降の処理では、書き込みアドレスに対応するデータＤ（Ｂ）は前回の最大値のアドレスに対応するデータ以上となり、かつＤ（Ｂ）＝０が判定されるから、すでに書き込みの済んでいるアドレスに書き込まれることはなく、記憶媒体の信頼性を向上できる。

これによれば、制御装置内部の基板温度から制御装置周囲の温度データをモニタすることで、周囲温度や電子回路基板の温度がどの位まで上昇していたのかを履歴として残すことができる。

図５は不揮発性メモリの記録状態を示す表示画面である。（ａ）は製品出荷時で、各アドレスのデータはすべて０に初期設定されている。（ｂ）は電源ＯＮ後、１２６℃まで上昇したときの状態で、Ｄ（１２６）＝１と記録されるとともに、その途中のＤ（１２５）も１と記録される。この表示はコミュニケーションドライバ１３を通じて行われる。なお、表示はアドレスとデータのみならず、そのデータが記録された年月日も記録できる。

一般に、ＥＥＰ−ＲＯＭを使用する場合の書き換え保証は１０００００回程度、フラッシュＲＯＭの場合は１００００回程度である。このため、最高温度Ｔｍａｘを一つのアドレスデータに繰り返し記録するようにした場合、製品生涯のなかで上記の書き換え回数を超えてしまう場合があり、媒体の信頼性が保障できなくなる。本実施例によれば、温度履歴として書き込む作業を一つのアドレスデータに対し生涯で一回のみとし、書き込み媒体の信頼性を確保している。

本実施例は、エンジンルーム内のターボチャージャの制御装置の故障解析に用いられる温度履歴測定装置である。しかし、これに限定されるものではなく、電子制御回路の温度環境が把握できない場合に、本発明の温度履歴を積み重ねてフィールドデータを得ることができる。

本発明の温度履歴測定回路を示すブロック図。 本発明を適用する車両ターボチャージャの構成図。 位置実施例による温度履歴のメモリ状態を示す説明図。 一実施例による温度理的測定の手順を示すフローチャート。 温度履歴のメモリ状態を示す表示図。

符号の説明

１…ターボチャージャ、２…モータ、３…エンコーダ、４…ホール素子、５…制御装置、８…Ｉ／Ｏ、９…ＣＰＵ、１０…モータドライバ、１１…Ａ／Ｄ変換器、１３…コミュニケーションドライバ、１５…ＲＡＭ、１６…ＲＯＭ、１７…不揮発性メモリ、２０…温度センサ、５１…基板。

Claims (10)

1. 電子制御機器の周囲温度を測定し、その温度履歴を管理する温度履歴測定方法において、
   前記電子制御機器の温度を測定し、その測定温度から周囲温度を求め、あらかじめ所定温度以上の温度を所定刻みでアドレスと対応付けた記憶装置に対し、前記周囲温度が前記所定温度以上の場合に、該周囲温度を対応するアドレスのデータに１回のみ記録するようになし、温度履歴を保存することを特徴とする温度履歴測定方法。
2. 請求項１において、前記記憶装置の各アドレスのデータへの記憶は前記電子制御機器の製品生涯に一度のみの記憶とすることを特徴とする温度履歴測定方法。
3. 請求項１において、前記所定刻みに対応するために、前記周囲温度は端数の４捨５入または切り上げ若しくは切り捨てを行う温度履歴測定方法。
4. 請求項１において、前記周囲温度が前記所定温度より高く、前記周囲温度と前記所定温度に対応するアドレスの間に未だ記憶のない未記録アドレスがある場合に、当該未記録アドレスは当該周囲温度の記憶とともに記憶されることを特徴とする温度履歴測定方法。
5. ＣＰＵと不揮発性メモリを備え、電子制御機器の周囲温度を測定し、その温度履歴を管理する温度履歴測定装置において、
   前記ＣＰＵは前記電子制御機器から測定した測定温度を取り込み、前記電子制御機器の周囲温度を求める換算手段と、前記周囲温度が所定温度以上であるか否かを判断し、所定温度以上の場合に前記不揮発性メモリの該当アドレスに対応するデータに記憶する処理手段を有し、かつ、前記不揮発性メモリの各アドレスはあらかじめ前記所定温度以上の温度を所定刻みでアドレスと対応付けていることを特徴とする温度履歴測定装置。
6. 請求項５において、前記測定温度はエンジンルーム内の電子制御装置の温度であることを特徴とする温度履歴測定装置。
7. 請求項５において、前記測定温度はエンジンルーム内のターボアクチュエータの制御回路基板上に設けたサーミスタの温度であることを特徴とする温度履歴測定装置。
8. 請求項５、６または７において、前記不揮発性メモリの各アドレスに対応したデータへの記憶は前記電子制御機器の製品生涯に一度のみの記憶とすることを特徴とする温度履歴測定装置。
9. 請求項５−８のいずれかにおいて、前記不揮発性メモリは電源電圧でバックアップされたＲＡＭ、またはＥＥＰ−ＲＯＭもしくはフラッシュメモリであることを特徴とする温度履歴測定装置。
10. 請求項５−９のいずれかにおいて、前記温度履歴は測定温度の取得日時とともに記憶され、表示装置に出力可能に保持されてなることを特徴とする温度履歴測定装置。

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