JP5209742B2 - センサ制御装置およびセンサ制御方法 - Google Patents
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Description
A−1.全体構成:
図1は、本発明の第1実施例としてのセンサ制御装置5とその周辺を示す概略構成図である。図中の1はガスセンサであり、センサ制御装置5はガスセンサ1に接続されている。ガスセンサ1はセンサ素子10を備える。センサ素子10は、先端側部分における内部構造を示す断面図をもって図示しており、図中左側がセンサ素子10の先端側となっている。
Ip2検出回路55は、前述したように、Ip2セル130の電極133から電極132に流れた電流Ip2の値の検出を行う回路であるが、本実施例では、電流Ip2の値は、2通りの値でもって検出される。Ip2検出回路55の詳細な回路構成について次に説明する。
図1に戻って、マイクロコンピュータ60に備えられるCPU61は、A/Dコンバータ65から出力される第1および第2のデジタル信号、すなわち、第1および第2の差動増幅回路210,220の出力OP1,OP2のA/D変換値を取り込み、両A/D変換値のうちから択一的に選択されたA/D変換値に基づいてNOx濃度(NOx濃度換算値)を算出する。詳しくは、第1の差動増幅回路210の出力OP1のA/D変換値に所定値(センサ素子10に応じて予め定められた定数)を乗算することにより第1のNOx濃度(NOx濃度換算値)を求め、この第1のNOx濃度が前記狭範囲に含まれないときには、前記第1のNOx濃度をNOx濃度の最終的なセンサ検出値として出力する。一方、第1のNOx濃度が前記狭範囲に含まれるときには、第2の差動増幅回路220の出力OP2のA/D変換値に前記所定値を乗算することにより第2のNOx濃度(NOx濃度換算値)を求め、その第2のNOx濃度をNOx濃度の最終的なセンサ検出値として出力する。
前記構成のセンサ制御装置5に備えられるマイクロコンピュータ60は、さらに、センサ制御装置5の異常診断を行う。この異常診断について、以下に詳述する。
に、CPU61は、診断結果を「異常」であると確定する(ステップS190)。なお、この診断結果は、例えば、ECU90に送信する等して外部に通知する。ステップS190の実行後、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。一方、ステップS180で、差分積算値Dintが所定値Di0を下回ると判定された場合には、CPU61は、ステップS190を実行することなく、すなわち、異常診断結果は「正常」である旨を維持したまま、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。
以上詳述したように第1実施例のセンサ制御装置5によれば、第1の差動増幅回路210の出力OP1に基づく第1のNOx濃度Ip2Wと、第2の差動増幅回路220の出力OP2に基づく第2のNOx濃度Ip2Nとの少なくとも一方が異常診断範囲ZNに含まれるときに、第1のNOx濃度Ip2Wと第2のNOx濃度Ip2Nとの差分D(本実施例では、差分D=第2のNOx濃度Ip2N−第1のNOx濃度Ip2W)を求め、その差分Dの現在から過去に遡る16サンプル分を差分蓄積用バッファBFに記憶し、これら差分Dの積算値(差分積算値)Dintを求め、その差分積算値Dintが所定値Di0以上となったときに、診断結果が「異常」であると確定するように構成されている。第1の差動増幅回路210を含む信号系統と第2の差動増幅回路220を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常(故障)が発生すると、第1のNOx濃度Ip2Wと第2のNOx濃度Ip2Nとの差分Dが大きくなり、差分積算値Dintは大きくなることから、上述したように、差分積算値Dintが所定値Di0以上となったかを判定することで、差動増幅回路210、220からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができる。
図6は、本発明の第2実施例のセンサ制御装置において実行される異常診断処理を示すフローチャートである。第2実施例のセンサ制御装置は、第1実施例のセンサ制御装置5と比較して、異常診断処理の内容が相違するだけで、その他のソフトウェアの構成や、ハードウェアの構成は同一である。この異常診断処理は、第1実施例の図3に対応したものであり、図6に示すように、マイクロコンピュータのCPUは、第1実施例と同じステップS110、S130、S140、S150の処理を実行する。
て予め定めた定数であり、例えば20[ppm]である。ステップS260で、差分Dが所定値D0以上であると判定された場合には、CPUは、カウンタ値CNTを値1だけインクリメントする(ステップS270)。カウンタ値CNTは、差分Dが所定値D0以上となった回数をカウントするためのもので、ステップS260で、差分Dが所定値D0を下回ると判定されたときに、クリアされる(ステップS220)。
本発明の第3実施例のセンサ制御装置について、以下に説明する。第3実施例のセンサ制御装置は、第1実施例のセンサ制御装置5と比較して、Ip2検出回路の構成および異常診断処理の内容が相違するものであり、その他の構成は同一である。図7は、第3実施例のIp2検出回路355の回路構成を示す図であり、差動増幅回路(第3の差動増幅回路)320が1つからなり、この第3の差動増幅回路320が自身の増幅度を切り換え可能に構成されてなる点で第1実施例のセンサ制御装置5とは構成が異なる。なお、図7では、図1と共通する要素(具体的には、センサ素子10、Vp2印加回路56、バッファ201、電流検出抵抗器202、マイクロコンピュータ60、A/Dコンバータ65)については、同一の番号にて表記している。
・第1変形例:
前記第1〜第3実施例では、第1のNOx濃度Ip2Wと、第2のNOx濃度Ip2Nとの差分Dに基づいて、異常診断を行っているが、これに換えて、前記第1のNOx濃度Ip2Wと第2のNOx濃度Ip2Nとの比率に基づいて異常診断を行う構成としてもよい。例えば、前記比率を求めて、比率が異常を判定するための所定値以上であるときに異常であると判定する構成とすることができる。さらに、前記差分や比率に基づく構成に限定される必要もなく、第1のNOx濃度Ip2Wと第2のNOx濃度Ip2Nとを対比する構成であれば、どのような手法によるものでもよい。
前記第1および第2実施例では、異常判定を行うに際し、第1および第2のNOx濃度Ip2W、Ip2Nの少なくとも一方が異常診断範囲ZNに含まれるか否かを判定していたが、これに換えて、第1のNOx濃度Ip2Wが異常診断範囲ZNに含まれるか否かを判定する(第2のNOx濃度Ip2Nについては特に判定しない)構成としてもよいし、あるいは、第2のNOx濃度Ip2Nが異常診断範囲ZNに含まれるか否かを判定する(第1のNOx濃度Ip2Wについては特に判定しない)構成としてもよい。前記第1および第2実施例では、第1の差動増幅回路210を含む信号系統と第2の差動増幅回路220を含む信号系統との双方の異常診断を行うことができ、この第2変形例では、異常診断範囲ZNに含まれると判断されたNOx濃度Ip2側の差動増幅回路を含む信号系統の異常診断を行うことができる。
前記第1〜第3実施例では、第1の検出範囲としての広範囲(0〜700[ppm])と、第2の検出範囲としての狭範囲(−100〜200[ppm])とが一部分で重なる構成としていたが、これに換えて、狭範囲を例えば0〜200[ppm]として、広範囲が狭範囲を内包する構成としてもよい。さらに、第1および第2実施例では、第1の差動増幅回路210はゲインが10倍、オフセットが0Vであり、第2の差動増幅回路220はゲインが24倍、オフセットが1.389Vである構成を採り、また、第3実施例では第3の差動増幅回路320を、ゲインが10倍、オフセットが0Vの状態と、ゲインが24倍、オフセットが1.389Vの状態とで切り替える構成を採るようにしたが、これらゲインおよびオフセットは、第1の検出範囲と第2の検出範囲とを一部分で重ならせることができれば、どのような値とすることもできる。
前記第1実施例では、差分蓄積用バッファBFに16個のフィールドFD1〜FD16を設け、現在から過去に遡る16サンプル分の差分を積算する構成としたが、これに換えて、他の数のサンプル分を積算する構成としてもよい。なお、この場合には、差分積算値Dintについての閾値Di0は、その数に応じた、第1実施例とは異なった値となる。
センサ制御装置5が制御するガスセンサ1、およびガスセンサ1が備えるセンサ素子10の構成は適宜変更可能である。例えば、本実施形態のガスセンサ1(センサ素子10)は、図1において、第1測定室150の下側にVsセル120を備えていたが、Vsセル120を備えないガスセンサを制御するセンサ制御装置に、本発明を適用してもよい。
前記第1〜第3実施例では、NOx濃度を検出可能なガスセンサ1に適用する構成であったが、これに換えて、化学量として酸素濃度、あるいは、HC濃度やCO濃度を検出可能とするガス濃度センサに適用する構成としてもよい。さらに、自動車用以外のガス濃度検出装置に用いることや、排ガス以外のガスを被検出ガス(例えば、吸気ガス)とすることも可能である。また、ガス濃度センサに限る必要もなく、例えば、被測定対象液体中に含まれる特定成分の濃度等の他の化学量を検出する構成としてもよい。さらに、化学量に限る必要もなく、物理量、例えば、被測定対象ガスの温度や圧力を検出するセンサに適用する構成とすることもできる。
5…センサ制御装置
10…センサ素子
51…基準電圧比較回路
52…Ip1ドライブ
53…Vs検出回路
54…Icp供給回路
55,355…Ip2検出回路
56…Vp2印加回路
57…ヒータ駆動回路
58…電気回路部
60…マイクロコンピュータ
61…CPU
62…RAM
63…ROM
64…信号入出力部
65…A/Dコンバータ
90…ECU
111、131…固体電解質体
112、113、132、133…電極
130…Ip2セル
150…第1測定室
151…第1拡散抵抗部
152…第2拡散抵抗部
160…第2測定室
201…バッファ
202…電流検出抵抗器
210…第1の差動増幅回路
211…オペアンプ
220…第2の差動増幅回路
221…オペアンプ
226…バッファ
320…第3の差動増幅回路
321…オペアンプ
Ip2W…第1のNOx濃度
Ip2N…第2のNOx濃度
D…差分
Dint…差分積算値
BF…差分蓄積用バッファ
ZN…異常診断範囲
SW1,SW2…スイッチ
Claims (9)
- 被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第1の検出範囲について第1の増幅率で前記電気信号値を増幅する第1増幅部と、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第1の検出範囲と少なくとも一部が重なる第2の検出範囲について第2の増幅率で前記電気信号値を増幅する第2増幅部と、
前記第1増幅部からの出力と前記第2増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力する制御部と
を備えるセンサ制御装置において、
前記第1増幅部からの出力に基づく第1の特性換算値と、前記第2増幅部からの出力に基づく第2の特性換算値とを取得する換算値取得部と、
前記第1の検出範囲と第2の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第1および第2の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する換算値判定部と、
前記換算値判定部により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第1の特性換算値と第2の特性換算値とを対比して、前記第1増幅部を含む信号系統と第2増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断部と
を備えることを特徴とするセンサ制御装置。 - 請求項1に記載のセンサ制御装置であって、
前記異常診断部は、
前記第1の特性換算値と第2の特性換算値との差分を算出する差分算出部と、
前記算出された差分に基づいて、前記異常の判定を行う異常判定部と
を備えるセンサ制御装置。 - 請求項2に記載のセンサ制御装置であって、
前記差分算出部は、
前記差分についての所定期間における積算値を求める積算値算出部を備え、
前記異常判定部は、
前記積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、
センサ制御装置。 - 請求項3に記載のセンサ制御装置であって、
前記換算値取得部は、
前記所定期間よりも短い時間に設定された所定時間毎に、前記第1の特性換算値と第2の特性換算値との取得を行う構成であり、
前記差分算出部は、
前記所定時間毎に、前記換算値取得部により取得された前記第1および第2の特性換算値に基づく前記差分の積算値を、現在から過去に遡る複数回分にわたって算出する構成であり、
前記異常判定部は、
前記所定時間毎に、前記差分算出部により算出された積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、センサ制御装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記第2の検出範囲は、前記第1の検出範囲よりも狭く、
前記第2の増幅率は、前記第1の増幅率よりも高い、センサ制御装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る複数の増幅回路を備え、
前記増幅回路の1つが、前記第1の増幅率で前記電気信号値を増幅する第1増幅部を構成し、前記増幅回路のもう1つが、前記第2の増幅率で前記電気信号値を増幅する第2増幅部を構成する、センサ制御装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る増幅回路を備え、前記増幅回路は、自身の増幅率の切り換えにより前記第1の増幅率と前記第2の増幅率を選択可能とされ、前記第1増幅部は、前記増幅回路を前記第1の増幅率に設定したときに構成され、前記第2増幅部は、前記増幅回路を前記第2の増幅率に設定したときに構成される、センサ制御装置。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記特性は、前記被測定対象に含まれる特定ガス濃度である、センサ制御装置。 - 被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第1の検出範囲について第1の増幅率で前記電気信号値を増幅する第1増幅部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第1の検出範囲と少なくとも一部が重なる第2の検出範囲について第2の増幅率で前記電気信号値を増幅する第2増幅部とを用いて、前記第1増幅部からの出力と前記第2増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力するセンサ制御方法において、
前記第1増幅部からの出力に基づく第1の特性換算値と、前記第2増幅部からの出力に基づく第2の特性換算値とを取得する換算値取得工程と、
前記第1の検出範囲と第2の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第1および第2の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第1の特性換算値と第2の特性換算値とを対比して、前記第1増幅部を含む信号系統と第2増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断工程と
を備えることを特徴とするセンサ制御方法。
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