JP6329648B2 - 故障検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ回路の故障検出装置に関する。

車両等に搭載されるインバータなどの電力変換装置には、温度や電圧などの物理量を測定するためのセンサと、センサからの出力を所望の測定範囲内に調節するためのセンサ回路が取り付けられており、センサ回路からの出力に基づいて電力変換装置の保護制御が行われる。よって、センサ回路の出力特性が異常であった場合には、電力変換装置の適切な保護制御を行うことができない。

上記のセンサ回路の故障検出に関して、従来は、温度センサを抵抗要素を介してグランドに接続し、このときの温度センサ回路からの出力に基づいて温度センサ回路の故障を診断するものが知られている（特許文献１）。

特開２００５−９９２４号公報

上述した、特許文献１の技術では、故障診断中に温度変化が起きた場合、温度センサ回路からの出力が変動する。そのため、故障の判定に用いる閾値は、こうした温度変化による出力変動を考慮して設定する必要がある。したがって、故障の検出精度が低いという欠点がある。

請求項１に記載の故障検出装置は、センサ部に接続されてセンサ部の特性信号を生成するセンサ回路部と、所定の信号値を出力する信号出力部と、センサ部に替えて、信号出力部をセンサ回路部に接続する切替回路部と、信号出力部が接続されたときに所定の信号値に基づいてセンサ回路部から出力される診断信号を用いて、センサ回路部の故障を検出する制御部とを備え、切替回路部は、センサ部を短絡して無効にする第１回路部と、第１回路部がセンサ部を短絡して無効にした状態でセンサ回路部の接続先を信号出力部に切り替える第２回路部とを備える。

本発明によれば、センサ回路の故障の検出精度を高めることができる。

故障検出装置の回路構成である。 通常状態と検出状態における特性を表す図である。 故障検出処理のフローチャートである。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、故障検出装置１の回路構成である。

温度センサ１０は、インバータなどの電力変換装置（図示省略）に設置され、温度変化による抵抗温度特性に応じて抵抗値が変化する。温度センサ１０は、温度センサ回路１１に接続されている。温度センサ回路１１は、電源１２、抵抗体１３、１４、１５、コンデンサ１６より構成される。

電源１２は、抵抗体１３を介して温度センサ１０に電流を流す。また、抵抗体１３と抵抗体１４は直列に接続され、抵抗体１４の一端は温度センサ１０に接続され、他端は接地される。抵抗体１４は、温度センサ１０と並列に設置されて合成抵抗を構成する。

抵抗体１５の一端は抵抗体１４の一端に接続され、抵抗体１５の他端はコンデンサ１６を介して接地される。そして、抵抗体１５の他端はマイクロコンピュータ１７へ接続され、マイクロコンピュータ１７へ特性信号１８aを出力する。特性信号１８aは、電源１２、抵抗体１３、抵抗体１４、温度センサ１０の組み合わせにより生成される。抵抗体１５は、マイクロコンピュータ１７への電流を制限したり、フィルタ効果のために設けられる。また、コンデンサ１６は、フィルタ効果のために設けられる。

マイクロコンピュータ１７は、アナログ信号として入力された特性信号１８aをデジタル信号に変換した後、後述する故障診断処理を実行する。そして、マイクロコンピュータ１７は、故障診断処理の結果を上位の制御装置（図示省略）に通知する。また、マイクロコンピュータ１７は、故障診断処理において、切替信号１９を出力する。

切替信号１９は、第１回路部２０のスイッチ回路２１に入力される。第１回路部２０は、温度センサ１０に並列に接続されており、切替信号１９がＯＮ（Ｌｏｗ）の時はスイッチ回路２１が導通状態になり、温度センサ１０は無効の状態になる。また、切替信号１９がＯＦＦ（Ｈｉｇｈ）の時はスイッチ回路２１が遮断状態になり、温度センサ１０が有効の状態になる。

切替信号１９は、第２回路部２２のスイッチ回路２３にも入力される。第２回路部２２は、スイッチ回路２３と抵抗体２４が並列接続されて、温度センサ１０とＧＮＤの間に配置される。抵抗体２４は、所定の抵抗値を有しており、電源１２に抵抗体１３を介して接続されることで、その抵抗値に応じた所定の電圧を温度センサ回路１１に出力する。切替信号１９がＯＮ（Ｌｏｗ）の時はスイッチ回路２３が遮断状態になり、抵抗体２４が温度センサ回路１１に接続された状態になる。また、切替信号１９がＯＦＦ（Ｈｉｇｈ）の時はスイッチ回路２３が導通状態になり、抵抗体２４は無効の状態になる。

すなわち、通常時は切替信号１９はＯＦＦ（Ｈｉｇｈ）であり、この時は第１回路部２０のスイッチ回路２１が遮断状態になり、温度センサ１０は有効の状態になる。同時に、第２回路部２２のスイッチ回路２３は導通状態になる。したがって、温度センサ回路１１には温度センサ１０が接続されて、温度センサ１０による特性信号１８aがマイクロコンピュータ１７へ入力され、マイクロコンピュータ１７で温度計測が行われている。

一方、故障診断時には切替信号１９がＯＮ（Ｌｏｗ）になると、スイッチ回路２１が導通状態になり、温度センサ１０が無効の状態になる。同時に、スイッチ回路２３は遮断状態になる。したがって、温度センサ回路１１には抵抗体２４が接続されて、抵抗体２４から出力される電圧に基づく診断信号１８bが温度センサ回路１１からマイクロコンピュータ１７へ出力される。マイクロコンピュータ１７は、温度センサ回路１１から出力された診断信号１８bを検出し、その検出結果に基づいて、温度センサ回路１１の故障診断を行う。このとき、抵抗値が一定な高い精度の抵抗体２４を使用すれば、診断の検出精度を高くすることができる。

図２は通常時と故障診断時における温度センサ回路１１の出力特性を表す図である。図２の縦軸は温度センサ回路１１から出力される特性信号１８aおよび診断信号１８bの値を温度で表したものであり、横軸は測定時間を表している。測定開始から測定時間tまでの通常時には温度センサ１０による特性信号１８aがマイクロコンピュータ１７へ入力されて温度が計測されている。測定時間t以降の故障診断時には、抵抗体２４による診断信号１８bがマイクロコンピュータ１７へ入力され、診断信号１８bの値に応じた温度として計測されている。出力特性３０は、温度センサ回路１１に異常がない場合の出力特性を示す。出力特性３１は、抵抗体１４に異常が生じて例えば抵抗体１４の抵抗値が１／２倍となった場合の温度センサ回路１１の出力特性である。出力特性３２は、抵抗体１４の抵抗値が２倍となった場合の温度センサ回路１１の出力特性である。出力特性３３は、抵抗体１３の抵抗値が２倍となった場合の温度センサ回路１１の出力特性である。出力特性３４は、抵抗体１３の抵抗値が１／２倍となった場合の温度センサ回路１１の出力特性である。図２に示すように、故障診断時には、異常がない場合の出力特性３０と比べて、出力特性３１〜３４はいずれも大きく異なっている。したがって、故障診断時の診断信号１８bを検出し、その検出値が出力特性３０を基準に定められた所定の検出範囲３５内に収まる場合は温度センサ回路１１は正常と診断され、検出範囲３５を超えた場合は異常と診断される。

図３は、マイクロコンピュータ１７で実行される故障検出処理のフローチャートである。
ステップＳ４０では、マイクロコンピュータ１７は温度センサ１０による温度をモニタする。なお、温度センサ１０の温度をモニタしている通常状態では切替信号１９はＯＦＦにされている。すなわち、温度センサ回路１１には温度センサ１０が接続されて、温度センサ１０による特性信号１８aがマイクロコンピュータ１７へ入力され、マイクロコンピュータ１７で温度をモニタしている。

次のステップＳ４１では、マイクロコンピュータ１７は温度センサ回路１１の故障診断を行うか否かを判定する。例えば、マイクロコンピュータ１７の上位の制御装置から故障診断の命令を受けた場合には故障診断を行うと判定し、命令を受けていない場合には故障診断を行わないと判定する。故障診断を行わないと判定した場合はステップＳ４０に戻り温度のモニタを継続する。なお、温度のモニタ中に温度の異常を検知すると上位の制御装置へ温度の異常を知らせる。

ステップＳ４１で故障診断を行うと判定した場合は、ステップＳ４２へ進む。ステップＳ４２では、マイクロコンピュータ１７は切替信号１９をＯＮにする。切替信号１９がＯＮになると、温度センサ回路１１には温度センサ１０に替えて抵抗体２４が接続されて、抵抗体２４による診断信号１８bがマイクロコンピュータ１７へ入力される。

次のステップＳ４３では、マイクロコンピュータ１７は入力された診断信号１８bを読み取る。そして、次のステップＳ４４では、マイクロコンピュータ１７は診断信号１８bを読み取った値と予め定められた基準値を比較する。予め定められた基準値は、温度センサ回路１１が正常に動作している場合に、温度センサ回路１１に所定の抵抗値の抵抗体２４が接続されることで温度センサ回路１１から出力される診断信号１８bの値である。この基準値は、電源１２の電圧値と、抵抗体１３、１４および１５の抵抗値により決定される。

次に、ステップＳ４５では、マイクロコンピュータ１７はステップＳ４４の比較結果に基づいて、診断信号１８bの値が図２に示す基準値を中心とする所定の検出範囲３５内であるかを判定する。検出範囲３５内である場合は温度センサ回路１１は正常と検出され、ステップＳ４６で上位の制御装置へ正常であることを示す情報を出力する。一方、ステップＳ４５で、検出範囲３５を超えた場合は異常と検出され、ステップＳ４７で上位の制御装置へ異常であることを示す情報を出力する。

ステップＳ４６、若しくはステップＳ４７で上位の制御装置へ応答した後、ステップＳ４８へ進み、マイクロコンピュータ１７は切替信号１９をＯＦＦにする。したがって、温度センサ回路１１には温度センサ１０が接続される。その後、ステップＳ４０に戻り、マイクロコンピュータ１７は温度センサ１０の温度をモニタする。

このように、本実施形態によれば、温度センサ回路１１の抵抗体１３、１４の故障を高い精度で適宜検出することができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）故障検出装置１は、温度センサ１０に接続されて温度センサ１０の特性信号１８aを生成する温度センサ回路１１と、所定の信号値を出力する抵抗体２４と、温度センサ１０に替えて、抵抗体２４を温度センサ回路１１に接続する第１回路部２０および第２回路部２２と、抵抗体２４が接続されたときに所定の信号値に基づいて温度センサ回路１１から出力される診断信号を用いて、温度センサ回路１１の故障を検出するマイクロコンピュータ１７とを備える。これにより、温度センサ回路１１の故障の検出精度を高めることができる。

（２）第１回路部２０および第２回路部２２は、マイクロコンピュータ１７から出力される切替信号に基づいて温度センサ１０または抵抗体２４を温度センサ回路１１に接続する。これにより、故障診断時にマイクロコンピュータ１７から出力される切替信号に基づいて適宜切り替えることができる。

（３）温度センサ１０を無効にする第１回路部２０と、第１回路部２０が温度センサ１０を無効にした状態で温度センサ回路１１の接続先を抵抗体２４に切り替える第２回路部２２とを備える。これにより、温度センサ１０の影響を排除して温度センサ回路１１の故障の検出が可能である。

（４）マイクロコンピュータ１７は、診断信号１８bが所定の範囲内にあるかを判定して温度センサ回路１１の故障を検出する。これにより、温度センサ回路１１の故障の検出精度を高めることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）温度センサ１０と温度センサ回路１１の例で説明した。しかし、温度センサ１０の替わりに電圧出力センサなどその他のセンサでも同様に実施することができる。

（２）上記の実施形態では、第２回路部２２の所定の抵抗値を有する抵抗体２４を設け、この抵抗体２４から出力される電圧に基づいて、温度センサ回路１１の故障診断を行う例を説明した。しかし、抵抗体２４の替わりに、例えば所定電圧を出力する定電圧源などを設けてもよい。所定の信号値を出力する信号出力部は、温度センサ回路１１と接続されたときに所定の信号値を出力し、その出力に基づいて温度センサ回路１１が所定の診断信号１８bを出力できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。

（３）上記の実施形態では、上位の制御装置からの命令に応じて温度センサ回路１１の故障診断を行う例を説明したが、これ以外の条件で故障診断を行ってもよい。例えば、温度センサ１０により検出された温度が異常な値を示した場合に、温度センサ回路１１の故障診断を行う。その結果、温度センサ回路１１の故障が検出された場合は、温度センサ回路１１が故障していると判断し、温度センサ回路１１の故障が検出されなかった場合は、温度センサ１０が故障していると判断する。このようにすれば、温度測定が異常な場合に、温度センサ１０と温度センサ回路１１のどちらが故障しているかを切り分けることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１ 故障検出装置
１０ 温度センサ
１１ 温度センサ回路
１２ 電源
１６ コンデンサ
１７ マイクロコンピュータ
２０ 第１回路部
２２ 第２回路部
２４ 抵抗体

Claims (6)

1. センサ部に接続されて前記センサ部の特性信号を生成するセンサ回路部と、
   所定の信号値を出力する信号出力部と、
   前記センサ部に替えて、前記信号出力部を前記センサ回路部に接続する切替回路部と、
   前記信号出力部が接続されたときに前記所定の信号値に基づいて前記センサ回路部から出力される診断信号を用いて、前記センサ回路部の故障を検出する制御部とを備え、
   前記切替回路部は、前記センサ部を短絡して無効にする第１回路部と、前記第１回路部が前記センサ部を短絡して無効にした状態で前記センサ回路部の接続先を前記信号出力部に切り替える第２回路部とを備える故障検出装置。
2. 請求項１に記載の故障検出装置であって、
   前記切替回路部は、前記制御部から出力される切替信号に基づいて前記センサ部または前記信号出力部を前記センサ回路部に接続する故障検出装置。
3. 請求項２に記載の故障検出装置であって、
   前記切替信号がオンのときには、前記第１回路部が前記センサ部を短絡して無効にするとともに、前記第２回路部が前記信号出力部を前記センサ回路部に接続し、
   前記切替信号がオフのときには、前記第１回路部が前記センサ部を前記センサ回路部に接続するとともに、前記第２回路部が前記信号出力部を短絡して無効にする故障検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の故障検出装置であって、
   前記制御部は、前記診断信号が所定の範囲内にあるかを判定して前記センサ回路部の故障を検出する故障検出装置。
5. 請求項１に記載の故障検出装置であって、
   前記センサ部は、温度センサである故障検出装置。
6. 請求項１に記載の故障検出装置であって、
   前記信号出力部は、所定の抵抗値を有する抵抗体である故障検出装置。

Images