JP4839711B2

JP4839711B2 - 電流センサの故障診断装置

Info

Publication number: JP4839711B2
Application number: JP2005211286A
Authority: JP
Inventors: 麻巳久保
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007024825A

Description

本発明は、電流センサの故障診断装置に関し、特に、バッテリの充放電電流を検出する電流センサの出力が固定してしまう出力固着異常を診断する電流センサの故障診断装置に関する。

バッテリの充放電電流を検出する電流センサの故障診断装置として、従来、電流センサの出力領域の上限値と下限値との間の中間領域において、電流センサの出力電圧がある値に固定してしまう出力固着異常を診断するものがある（例えば、特許文献１参照）。
このものは、電圧センサで検出した任意の時刻からのバッテリ電圧の変動量が基準変動量以上になったときに、その基準変動量に対応する電流センサの検出電流値の変動量が基準値以下であり、且つ、その状態が所定時間継続したときに、電流センサが出力固着故障を起こしていると判定するものである。
特開平１０−２５３６８２号公報

しかしながら、上述した特許文献１の診断方法のように、バッテリの電圧と電流の変動量の関係を利用して出力固着診断する場合、バッテリ電圧がバッテリの残容量や温度に応じて変化する内部抵抗値に依存するので、バッテリの電圧と電流の変動量の関係もバッテリ状態によって変化する。このために、電圧変動量や電流変動量の基準値をバッテリ状態を推定して変更する必要があり基準値の設定が難しいという問題がある。また、バッテリとコントロールユニット間のハーネスが長い場合や、バッテリとコントロールユニットの間で別の電気負荷へ電源供給を行っていた場合には、ハーネスドロップによるオフセットや、負荷駆動時の電圧降下によりバッテリ電圧の信号情報にばらつきが生じるため、誤診断する可能性がある。

また、断線やショートを判別するため、電流センサの出力に上限値（上側クランプ値）と下限値（下側クランプ値）を設定し出力範囲を規定した場合、クランプされた状態においてはセンサの出力固着異常時とセンサ出力電圧の挙動が同じとなるために、クランプ状態とセンサ出力固着異常とを区別して、電流センサが正常であるにも拘わらず、出力固着異常と誤判定することを回避する必要がある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、電流センサの出力固着異常の診断が容易で、しかも、電流センサの出力範囲を規定した場合でも、センサ出力クランプ時の誤判定が容易に回避可能な電流センサの故障診断装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、バッテリの充放電電流を検出し、検出電流値に応じた電圧値を出力する電流センサの出力が固定してしまう出力固着異常を診断する電流センサの故障診断装置であって、前記電流センサの出力電圧値を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された記憶値に対する前記電流センサの出力電圧値の変動が前記所定値範囲内である状態が所定時間継続したときに、電流センサの出力固着異常と判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記記憶値が、予め定めた電流センサ出力領域の上限値及び下限値であるときと、検出電流値に応じて出力電圧値が変化する前記上下限値間の出力領域内の値であるときとで、前記所定時間を異なる値に設定する構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、電流センサ出力が所定時間の間、略同じ値を継続したときに出力固着異常と判定する構成としたので、従来のようにバッテリ状態を推定して基準値を設定するような必要がなく、出力固着異常の診断が確実かつ容易にできる。また、センサ出力のクランプ時間を予め把握しておけば所定時間を適切に設定することで、容易にクランプ状態と出力固着異常を区別でき、センサクランプ時の誤判定を防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電流センサの故障診断装置の第１実施形態を示す概略構成図で、車載バッテリの充放電電流を検出する電流センサに適用した場合の例を示す。
図１において、バッテリ１は、図示しないオルタネータと車載電気負荷に接続されている。電流センサ２は、バッテリ１の端子近傍の電流ラインに設けられて車載電気負荷に電力を供給する際にバッテリ１から放電される放電電流と、オルタネータにより充電される際の充電電流を検出する。電流センサ２の出力電圧は故障診断ユニット３に入力し、故障診断ユニット３は電流センサ２の出力状態に基づいて出力固着診断を行う。

前記電流センサ２は、例えば図２に示す特性を有する。即ち、電流が流れていないときの出力電圧を例えば２．５Ｖに設定し、充電電流（正方向の電流）の増大に応じて出力電圧が増大し、放電電流（負方向の電流）の増大に応じて出力電圧が減少し、０Ｖ〜５Ｖの範囲の電圧値を出力する。そして、電流ラインの断線やショート（短絡）の判定を可能にするため、出力電圧に上限値（例えば４．５Ｖ）と下限値（例えば０．５Ｖ）を設定して検出電流に応じて変化する出力電圧範囲が規定（０．５Ｖ〜４．５Ｖ）されている。従って、４．５Ｖに対応する電流（図２では１００Ａ）以上の充電電流が流れた場合に出力電圧は４．５Ｖにクランプされ、また、０．５Ｖに対応する電流（図２では−１００Ａ）以上の負方向の放電電流が流れた場合に出力電圧が０．５Ｖにクランプされるようになっている。これにより、電流センサ２の出力が０Ｖになった時は断線と判定でき、電流センサ２の出力が５Ｖになった時はショートと判定できる。尚、電流センサ２の出力の変動を考慮して上下限値に範囲を設けるようにしてもよく、例えば、上限値として４．２５〜４．７５Ｖの範囲を設定し、下限値として０．２５〜０．７５Ｖの電圧範囲を設定するようにしてもよい。

前記故障診断ユニット３は、電流センサ２の出力が所定時間、略同じ値を継続したときに出力固着異常と判定するもので、電流センサ２の出力電圧値の変動が予め定めた所定値範囲内になったときの電流センサ２の出力電圧値を記憶し、この記憶値に対する電流センサ２の出力電圧値の変動が前記所定値範囲内である状態が所定時間継続したときに、電流センサの出力固着異常と判定する。従って、故障診断ユニット３は、記憶手段と判定手段の機能を備えている。

次に、図３及び図４のフローチャートを参照して第１実施形態の故障診断ユニット３の具体的な固着診断動作について説明する。尚、以下では、前記上限値を上側クランプ値（４．５Ｖ）と称し、下限値を下側クランプ値（０．５Ｖ）と称する。
図３は、出力固着を推定するための動作フローチャートで、例えばキースイッチがＯＮされると動作が開始され、一定の周期で実行される。

ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）では、電流センサ２の出力電圧を読込む。
ステップ２では、今回値と前回値の差が予め定めた所定値Ａ以下か否かを判定し、判定がＹＥＳであれば、電流センサ２の出力電圧値の変動がなく出力が固着している可能性があると推定してステップ３に進む。尚、初回では、例えば電流が流れていない２．５Ｖを前回値として演算するようにすればよい。

ステップ３では、今回値を固着判定用基準値としてメモリに記憶する。尚、今回値の代わりに前回値を記憶するようにしてもよい。
ステップ４では、固着判定動作を開始する。
図４は、前記ステップ４で開始される固着判定動作のフローチャートである。
ステップ１１で、タイマーを作動する。

ステップ１２では、図３のフローチャートで電流センサ２の出力値が読込まれる毎に、読込まれた検出値と記憶値の差が前記所定値Ａ以下か否かを判定する。判定がＹＥＳの場合は、ステップ１３でタイマーのカウント値をカウントアップする。
ステップ１４では、タイマーのカウント値から予め定めた所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過したならば判定がＹＥＳとなり、電流センサ２の出力が所定時間継続して変動しないと判断してステップ１５に進み、センサ固着異常を知らせる。

ステップ１２で、検出値と記憶値の差が所定値Ａを超えて判定がＮＯとなった場合は、電流センサ２の出力が変動しており、出力の固着はないと判断してステップ１６に進み、タイマーのカウント値をクリアする。
かかる第１実施形態によれば、電流センサ２の出力状態から電流センサ２の出力固着異常を判定しているので、従来のようにバッテリ状態を推定して基準値を設定する必要がなく、出力固着異常の診断が確実かつ容易にできる。また、車載バッテリ１の場合、電流センサ２がクランプされる大きい電流が流れるのは、主にエンジン始動時であるので、エンジン始動時にバッテリ電流が通常状態に復帰する時間を予め把握して所定時間を適切に設定することで、クランプ状態と出力固着異常を区別して診断することが可能となり、電流センサ２のクランプ時に電流センサ２が正常であるにも拘わらず出力固着異常と誤診断することを防止できる。

そして、このように電流センサ２の故障を検出することにより、オルタネータ負荷に対するエンジン空気量補正の誤動作や、バッテリ１の充電量の誤検知等を未然に防止できる。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、電流センサ２のクランプ状態における出力固着異常をより一層確実に診断できるようにしたものである。

第２実施形態では、図示しないが、図１の構成において、バッテリ１の正負の端子間に、バッテリ端子電圧を検出する電圧センサを付加する構成とする。
図５のフローチャートを参照して第２実施形態による出力固着異常の診断動作を説明する。尚、図５のフローチャートは、第１実施形態の図４の動作に対応するものであり、図３の出力固着推定動作フローによって今回値と前回値の差が所定値Ａ以下で出力固着の可能性ありと判断されたときの動作フローである。

ステップ２１で、タイマーを作動する。
ステップ２２で、下側クランプ値＜記憶値＜上側クランプ値か否かを判定し、記憶値が下側クランプ値と上側クランプ値の間の検出電流値に応じて出力電圧が変化する中間出力領域内であれば判定がＹＥＳとなりステップ２３に進み、記憶値が中間出力領域でない上側クランプ値又は下側クランプ値であれば判定がＮＯとなり、ステップ２８に進む。

ステップ２３〜２７の動作は、図４のフローチャートのステップ１２〜１６と同様であり、検出値と記憶値の差が所定値Ａ以下である状態が所定時間継続した場合に出力固着異常を知らせる。
記憶値が上側クランプ値又は下側クランプ値でステップ２８に進んだ場合は、ステップ２８で、検出値と記憶値の差が所定値Ａ以下か否かを判定する。判定がＹＥＳの場合は、ステップ２９に進み、判定がＮＯであればステップ３４に進む。

ステップ２９では、記憶値が上側クランプ値、且つ、電圧センサで検出されるバッテリ端子電圧ＶＢがバッテリ１の起電力（例えば１１．８〜１２．８Ｖ）より低い所定電圧（例えば９Ｖ）以下かを判定する。判定がＮＯであればステップ３３に進み、記憶値が下側クランプ値、且つ、バッテリ端子電圧ＶＢがバッテリ１の前記起電力より高い所定電圧（例えば１４Ｖ）以上かを判定する。ステップ２９とステップ３３のどちらかの判定がＹＥＳであればステップ３０に進み、どちらもＮＯであればステップ３４に進む。

ステップ３０に進んだ場合は、ステップ２４〜２６と同様に、ステップ３０で、タイマーのカウント値をカウントアップし、ステップ３１で、所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過すれば、ステップ３２で、出力固着異常と診断して知らせる。
ステップ３４に進んだ場合は、タイマーのカウント値をクリアする。
かかる第２実施形態によれば、バッテリの端子電圧ＶＢがバッテリ１の起電力より低い所定電圧以下で放電状態であるにも拘わらず電流センサ２の出力電圧値が上側クランプ値で充電状態を示している状態や、逆に、バッテリの端子電圧ＶＢがバッテリ１の起電力より高い所定電圧以上で充電状態であるにも拘わらず電流センサ２の出力電圧値が下側クランプ値で放電状態を示している状態が、それぞれ所定時間継続した場合に電流センサ２が固着異常と診断する。従って、第１実施形態のように、単に時間経過だけで診断する構成に比較して、出力のクランプ領域における電流センサ２の出力固着異常の診断精度を高めることができる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図６のフローチャートを参照して第３実施形態の出力固着異常の診断動作を説明する。
ステップ４１では、スタータスイッチがＯＮされたことを検出して始動タイマーを作動し、エンジン始動からの経過時間の計時を開始する。
ステップ４２では、記憶値が下側クランプ値と上側クランプ値の間の検出電流値に応じて出力電圧が変化する出力領域内の値か否かを判定し、下側クランプ値＜記憶値＜上側クランプ値であれば、判定がＹＥＳとなりステップ４３に進み、記憶値が上側クランプ値以上又は下側クランプ値以下であれば判定がＮＯとなり、ステップ４９に進む。ここで、通常は、エンジンの始動に伴ってバッテリ１が放電されて大きな放電電流が流れるので、電流センサ２が正常であれば、記憶値として例えば下側クランプ値が記憶される。従って、ステップ４２の判定がＹＥＳであれば、ステップ４９で固着判定動作を禁止する。そして、ステップ５０で、始動タイマーで計時した時間が予め定めた所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過するまで固着判定動作を禁止し、所定時間経過したならばステップ５１で、固着判定動作の禁止を解除して固着判定動作を開始する。

一方、エンジン始動時に記憶値として、前記中間出力領域の値が記憶されていた場合は、電流センサ２が出力固着異常になっている可能性がある。この場合は、図４のステップ１１〜１６と同様にしてステップ４３〜４８の動作を実行して出力固着か否かを判定する。
かかる第３実施形態によれば、電流センサ２の出力がクランプ状態となるのは、通常、エンジン始動時であるので、エンジン始動後所定時間経過するまでは固着診断を禁止することで、クランプ領域での誤診断を回避する。また、キースイッチがＯＮされてからスタータスイッチがＯＮされるまでの間で、中間出力領域の出力値が記憶されている場合には電流センサ２が固着異常になっている可能性があるので、この場合には固着診断を実行することで、電流センサ２の固着を早期に発見できる。

尚、容量の大きいバッテリでは充放電時間が長くなる傾向にあるため、クランプ状態が長くなる。従って、このようなバッテリの電流検出に用いる電流センサの固着診断を行う場合に、中間出力領域における固着判定用の所定時間とクランプ領域における固着判定用の所定時間を異ならせるとよい。例えば、上述の第１及び第３実施形態では、記憶値が中間出力領域の値かクランプ値かを判定し、判定結果に応じて所定時間を変更するステップを追加すればよく、第２実施形態では、ステップ２５の所定時間とステップ３１の所定時間を異なる値に定めておくようにすればよい。

また、本発明の故障診断装置は、車載の電流センサだけでなく他の電流センサの故障診断に適用できることは言うまでもない。

本発明に係る電流センサの故障診断装置の第１実施形態の概略構成図電流センサの特性図出力固着推定動作を説明するフローチャート第１実施形態の診断動作を説明するフローチャート第２実施形態の診断動作を説明するフローチャート第３実施形態のエンジン始動時の動作を説明するフローチャート

符号の説明

１バッテリ
２電流センサ
３故障診断ユニット

Claims

バッテリの充放電電流を検出し、検出電流値に応じた電圧値を出力する電流センサの出力が固定してしまう出力固着異常を診断する電流センサの故障診断装置であって、
前記電流センサの出力電圧値を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された記憶値に対する前記電流センサの出力電圧値の変動が前記所定値範囲内である状態が所定時間継続したときに、電流センサの出力固着異常と判定する判定手段とを備え、
前記判定手段は、前記記憶値が、予め定めた電流センサ出力領域の上限値及び下限値であるときと、検出電流値に応じて出力電圧値が変化する前記上下限値間の出力領域内の値であるときとで、前記所定時間を異なる値に設定する構成としたことを特徴とする電流センサの故障診断装置。
前記判定手段は、前記記憶値が、予め定めた電流センサ出力領域の上限値又は下限値かを判定し、上限値であるときは、前記記憶値に対する電流センサの出力電圧値の変動が前記所定値範囲内である状態が前記所定時間継続し、且つ、バッテリ端子電圧がバッテリの起電力より低い所定電圧以下のときに電流センサの出力固着異常と判定し、下限値であるときは、前記記憶値に対する電流センサの出力電圧値の変動が前記所定値範囲内である状態が前記所定時間継続し、且つ、バッテリ端子電圧がバッテリの起電力より高い所定電圧以上のときに電流センサの出力固着異常と判定する構成とした請求項１に記載の電流センサの故障診断装置。
前記記憶手段は、電流センサの電圧出力値の前回値と今回値の差が前記所定値範囲内になったときの前記前回値又は前記今回値を記憶する構成である請求項１〜３のいずれか１つに記載の電流センサの故障診断装置。
前記電流センサが、車載バッテリの充放電電流検出用である請求項１〜４のいずれか１つに記載の電流センサの故障診断装置。
エンジン始動時に前記記憶値が前記上限値又は下限値であるとき、エンジン始動後から所定時間経過するまでは前記判定手段の判定動作を禁止する診断禁止手段を設ける構成とした請求項５に記載の電流センサの故障診断装置。