JPH0772707B2

JPH0772707B2 - 信号記憶装置

Info

Publication number: JPH0772707B2
Application number: JP61075507A
Authority: JP
Inventors: 宏井上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1986-04-03
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPS62232577A; US4821562A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、車両等の各種制御システムの動作状態を表わ
す信号を記憶し、この記憶内容からシステム故障を診断
するようにした信号記憶装置に関する。

（従来技術）従来、車両用制御システムの動作状態を監視してシステ
ム異常を診断する方法としては主に次のものが知られて
いる。

第１に、制御システムにおける異常判断に使用する動作
信号と、予め設定した異常判定のための基準値との偏差
を検出し、この偏差がある一定の大きさに達したときに
システム異常と判定して警報等を行なう方法、第２に、
制御システムを構成するセンサやアクチュエータ等をシ
ステムから切り離し、個別に診断用チェッカーを使用し
て良否を判断する方法等である。

しかし、第１の方法にあっては、システムが完全に異常
となった場合は良いが、故障に至らなくとも一時的もし
くは間欠的に異常に至る変化を起したような場合、この
異常状態を検知することができず、また最終的に故障に
至っても途中の状況はわからないために故障原因の究明
が困難であった。一方、第２の方法にあっても、センサ
やアクチュエータ等の単体チェックであるため、システ
ム全体としての異常を捕えることができず、また一時的
または間欠的な故障も当然チェックできないという不具
合があった。

そこで、従来の故障診断方法の問題を解消し、実装状態
でのシステム故障、特に継続的な故障は勿論のこと間欠
的な故障や一時的な故障であっても故障に至るシステム
の動作状態の記録から故障原因を追及できるようにした
診断装置が考えられている（特願昭54−130846号等）。

第６図はこのような従来の診断装置の概略を示したもの
で、制御システムとしてセンサ１、制御回路２、アクチ
ュエータ３及びコネクタ4,5を備え、制御回路２の入出
力信号を信号線8,9によって記憶回路７に入力し、書込
制御回路６によって制御系統の信号を所定のタイミング
で時系列的に記憶回路に書込んで記憶させ、後に記憶回
路７の記憶内容を再生することでシステム異常が起きた
ときの故障診断ができるようにしている。

しかし、実際問題として記憶回路７の記憶容量には限度
があるため、第７図に示すようなタイマ11を備えた回路
を使用し、所定のタイミングでタイマ11を起動し、タイ
マ11で定まる一定期間のデータのみを記憶するようにし
ている。

例えば、エンジン始動スイッチ10のオンでタイマ11を起
動し、Ｔ時間に亘って得られるタイマ出力をアンドケー
ト13に与え、アンドゲート13から発振器12による書込ク
ロック14を一定時間出力して記憶回路７にデータを書込
むようにしている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の制御システムにおける
一定期間の動作信号を時系列的に記憶する装置にあって
は、次の問題点があった。

まず、制御システムの異常を正確に捕えるためには、制
御演算に使用している制御データのサンプリングインタ
ーバルより短いタイミングでデータを書込む必要がある
が、通常、1ms以下の極めて高速のタイミングとなるた
め、一定期間に得られるデータを時系列的に記憶させる
には記憶容量が膨大になる。

また、システム動作信号等のアナログ信号を記憶するに
はサンプリングレートに見合ったA/Dコンバータ及びサ
ンプルホールド回路が必要となり、動作速度が高いこと
から回路構成が複雑でコスト面でも問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、一定期間に亘ってシステム動作信号を記憶しても
データ書込みのためのサンプリングレートが低くて済
み、また記憶容量も大幅に低減できるようにした信号記
憶装置を提供することを課題とする。

（課題を解決するための手段）この課題を達成するため本発明の記憶信号装置にあって
は、故障診断に必要なセンサ、制御回路、およびアクチ
ュエータを備えた制御システムの、前記制御回路から出
力される動作信号を、所定の記憶容量をもった記憶回路
に時系列的に記録する車両等の故障診断信号記憶装置に
おいて、燃料噴射弁を作動させる駆動信号につき、前記燃料噴射
弁を開かせるために必要な駆動電流を流している時間を
抽出する第１の解析手段と、前記駆動信号につき前記燃
料噴射弁を開いた状態に維持するために必要な駆動電流
の平均電流を抽出する第２の解析手段と、前記駆動信号
につき前記燃料噴射弁が開弁動作するために駆動電流が
出力される全期間を抽出する第３の解析手段と、前記駆
動信号のオフ時における噴射弁ソレノイドの逆起電力を
抽出する第４の解析手段と、該各解析手段により分解さ
れた信号を各解析信号成分に応じた所定のサンプリング
レートで前記記憶回路に書き込む書込制御手段とを設け
たことを特徴とする。

（実施例）第１図は本発明の基本構成を示したブロック図である。

まず構成を説明すると、センサ１、制御回路２、アクチ
ュエータ３及びコネクタ4,5によって制御システムが構
成されている。制御回路２は、アクチュエータ３に対し
動作信号を出力することから、この動作信号を記憶回路
18に時系列データとして一定期間の間書込む用にしてい
る。

本発明にあっては、制御回路２からの動作信号をそのま
ま記憶回路18には記憶せず、信号解析回路15a〜15dのそ
れぞれによって動作信号を複数の異なった信号特性成分
に分解する信号解析処理を施し、この信号解析処理で得
られた信号特性成分を書込制御回路16によって記憶回路
18に書込む。書込制御回路16による信号解析成分の書込
速度は、信号解析回路15a〜15dから得られた解析信号成
分の内のいずれかが持つ最高周波数fmaxの逆数、1/fmax
で与えられる周期より低い所定のサンプリングレートで
書込む。

尚、記憶回路18には、バックアップ用電源19が接続さ
れ、システム電源を停止しても記憶内容を保持できるよ
うにしている。勿論、記憶回路18として不揮発性メモリ
を使用すれば、バックアップ用電源19は不要である。

次に第１図の具体的実施例をエンジン制御システムにお
ける燃料噴射装置を例にとって説明する。即ち、燃料噴
射装置における燃料噴射弁を作動するソレノイドの駆動
電流は、複雑な信号波形を形作っており、本発明の信号
解析によるデータ記憶の処理対象として適している。

第２図は燃料噴射装置における制御回路及びアクチュエ
ータとなる噴射弁のソレノイドを示した回路図である。
制御回路２はスイッチング用のトランジスタ21と、トラ
ンジスタ21を制御する燃料噴射制御回路20と、燃料噴射
制御回路20によりトランジスタ21をフィードバック制御
するための電流検出抵抗22を備え、燃料噴射制御回路20
に噴射タイミング信号20aが与えられる毎にトランジス
タ21をチョッパ制御し、所定の駆動電流波形をアクチュ
エータとしての噴射弁におけるソレノイド3aに流すよう
にしている。

第３図（Ａ），（Ｂ）はトランジスタ21の駆動電圧波形
（コレクタ電圧）及びアクチュエータとしての噴射弁の
ソレノイド3aに流れる駆動電流波形を示した図である。

まず、第３図（Ｂ）の噴射弁ソレノイドに流れる駆動電
流波形を見ると、T1期間で噴射弁が開くのに必要な電流
I₀に達するまで電流を増加させる。次のT2期間では、噴
射弁を開いた状態に維持するために必要な電流I1まで減
少させ、残りのT3期間の間は開状態の保持電流I1以上に
駆動電流を保ち、T3期間を過ぎると次の噴射タイミング
まで電流を停止させて噴射弁を閉じておく。このような
電流波形によりソレノイドが駆動して噴射弁を所定の期
間開弁することで、消費電流の低減及び駆動段の電力損
失の低減を計っている。

この第２図（Ｂ）のようにソレノイド3aに駆動電流波形
を与える駆動電圧波形（コレクタ電圧波形）が第２図
（Ａ）のようになる。

即ち、駆動電流波形におけるT1の期間は、トランジスタ
21がオンとなり、T2期間ではオフとなり、次のT3期間の
間では所定の周期T4によりオン・オフを繰り返すことに
よって同図（Ｂ）に示す駆動電流波形を得る。

この第３図（Ａ）の信号波形を、その主たる信号特性の
面から分解すると、第２図（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），
（Ｆ）に示す信号成分に分解することができる。

まず第３図（Ｃ）の信号成分は、T1期間の電圧波形を抽
出したものである。ここで特性面から故障診断に重要と
なるのは、パルス幅T1である。即ち、パルス幅T1が短い
と噴射弁を開くのに必要な電流I₀に増加する前に、次の
電流を減少させるモードに移行するため、噴射弁が開か
れなくなることになる。勿論、設計上噴射弁を開くのに
必要な電流I₀は、開弁に必要な電流量に対し所定のマー
ジンを取って設定されているが、何らかの原因でT1が短
くなると弁が開かなくなる。従って、このパルス幅T1を
監視することが、噴射弁の異常を検出する上で必要であ
る。

次に、第３図（Ｄ）は第３図（Ａ）の駆動電圧波形の中
から、トランジスタがオフする時にソレノイドから発生
する逆起電圧の部分を抽出したものである。この逆起電
圧は、噴射弁ソレノイドの持つインダクタンスの動作特
性を表わしており、ソレノイドが劣化あるいは短絡等の
異常になれば、逆起電圧の大きさが小さく表れることに
なる。また、第２図の回路では、通常１つのトランジス
タ21で複数の噴射ソレノイドを並列的に駆動しているの
で、複数の噴射弁ソレノイドの内、例えば１つでも接続
不良となれば逆起電圧の波形が変化することになる。

次に第３図（Ｅ）は、噴射弁を開状態に保持するために
駆動電流の平均レベルが、所定の保持電流I2に収まるよ
うに制御している間の電圧波形である。この間、トラン
ジスタ21はT4の周期でオン・オフを繰り返すが、この周
期T4が長くなると電流が低下して噴射弁の開状態を維持
できなくなる。また、トランジスタで複数の噴射弁ソレ
ノイドを並列駆動している時に、いずれかのソレノイド
の接続不良が起きると、この周期T4の異常となって表わ
れる。従って、第３図（Ｅ）の電圧波形については、オ
ン・オフ周期及びそのデューティ比が重要な診断要素と
なる。

最後に第３図（Ｆ）は、噴射弁が開弁動作を行なってい
る全期間のパルス幅を抽出したもので、このパルス幅は
噴射弁から噴射される燃料の量を表わし、この期間が短
ければ噴射される燃料量は少なく、逆に長ければ多くな
る。従って、このパルス幅を計測することによって、そ
の時の燃焼状態を推定できる。しかしながら計測の精度
は、第３図（Ｃ）に比べれば多少大まかであっても良
い。

以上のように制御回路２から得られる第３図（Ａ）の駆
動電圧波形（原信号波形）をその機能面から重要と思わ
れる要素に分解すると、第３図（Ｃ）〜（Ｆ）の４つの
信号成分となり、このように解析された各信号成分を記
憶すれば、燃料噴射制御に関する充分な診断が可能とな
る。

次に第３図（Ａ）の原信号波形から第３図（Ｃ）〜
（Ｆ）の信号成分に分解するための回路構成の実施例を
第４図に示す。この第４図の実施例は第１図における信
号解析回路15a〜15dに対応する。更に第４図の実施例の
動作タイミングチャートを第５図に示す。

パルス幅T1の検出；このパルス幅T1の検出は、波形成形回路31、インバータ
32、フィルタ回路33、インバータ34、アンドゲート35、
コンパレータ36、RSフリップフロップ37、パルス発生器
38、アンドゲート39及びカウンタ40でなる回路部で行な
われる。

この検出機能を回路動作と共に第５図のタイミングチャ
ートを参照して説明すると次のようになる。まず、波形
成形回路31には、第３図（Ａ）に示したと同じ噴射弁ソ
レノイドの駆動電圧波形（ａ）が与えられている。波形
成形回路31は駆動電圧波形（Ａ）の電圧レベル変換を行
ない、インバータ32で反転して波形波形（ｂ）を得る。
インバータ32の出力は、フィルタ回路33に与えられ、フ
ィルタ回路33としてはローパスフィルタを使用している
ことから、インバータ32からの信号波形（ｂ）は、信号
波形が鈍らせられ、フィルタ出力波形（ｃ）が得られ
る。そのフィルタ出力を更にインバータ34で反転して、
信号波形（ｄ）を得、アンドゲート35にインバータ34の
出力波形（ｄ）とインバータ32の出力波形（ｂ）を入力
し、両者の論理積を取出すことにより、出力波形（ｄ）
を得る。一方、噴射弁ソレノイドの駆動電圧波形は、コ
ンパレータ36に入力されており、例えばトランジスタの
オフで得られた逆起電圧を検出する基準電圧Vrefを与え
ることにより、逆起電圧の発生タイミングに対応するパ
ルス波形（ｆ）を得る。

アンドゲート35の出力（ｅ）はRSフリップフロップ37の
セット入力Ｓに与えられ、またコンパレータ36の出力
（ｆ）は、RSフリップフロップ37のリセット入力Ｒに与
えられる。従って、RSフリップフロップ37は、アンドゲ
ート35の出力（ｅ）でセットされ、コンパレータ36の出
力（ｆ）でリセットされるＱ出力として第３図のT1期間
に対応したパルス波形（ｇ）を出力する。このRSフリッ
プフロップ37のパルス波形（ｇ）は、アンドゲート39に
ゲート信号として与えられ、所定の発振周波数を持つパ
ルス発生器38からのクロックパルスがアンドゲート39よ
り、T1期間の間カウンタ入力（ｈ）として出力される。
カウンタ40は、アンドゲート39より得られるT1期間に渡
るクロックパルスの数を計数し、例えば８ビットのカウ
ンタ出力としてパルス幅T1の計測値（Ｃデータ）を読出
すことができる。勿論、カウンタ40は１回の弁開動作が
行なわれる毎にリセットされる。

T3期間の弁開保持状態の検出；この弁開保持状態の検出は、第３図（Ｅ）に示す信号成
分の検出処理であり、第４図の実施例にあっては単安定
マルチ41、オアゲート42、インバータ43、アンドゲート
44、周波数弁別回路50で行なわれ、T1期間の検出に使用
しているインバータ32の出力波形（ｂ）及びRSフリップ
フロップ37のＱ出力（ｇ）を利用している。

その検出処理動作は、第５図のタイミングチャートの信
号波形（ａ），（ｂ），（ｇ），（ｉ），（ｋ），
（ｎ）を参照した次の説明で明らかとなる。

まずT1期間の検出に設けているRSフリップフロップ37の
出力波形（ｇ）を単安定マルチ41に入力し、信号波形
（ｇ）の立上りで単安定マルチ41をトリガし、単安定マ
ルチ41の出力とRSフリップフロップ37の出力（ｇ）をオ
アゲート42で加え合わせることでRSフリップフロップ37
の出力波形（ｇ）より若干パルス幅の長い信号波形
（ｉ）を作り出す。オアゲート42の出力（ｉ）はインバ
ータ43で反転され、アンドゲート44でT1期間を検出する
回路部のインバータ32の出力（ｂ）との論理積（ｋ）を
取出す。即ち、アンドゲート44の出力（ｋ）としては、
原信号となる駆動電圧波形（ａ）におけるT3期間のスイ
ッチング動作のパルス波形が抽出される。このアンドゲ
ート44の出力（ｋ）は周波数分別回路50に入力され、パ
ルス波形の周波数ｆが基準値としての上限周波数fhと所
定の下限周波数flと比較され、検出周波数がfl＜ｆ＜fh
であれば周波数分別回路50は、論理レベル「０」の出力
を生じ、また下限周波数fl以下か若しくは上限周波数fh
以上であれば論理レベル「１」の出力（ｍ）を生ずる
（Ｅデータ）。

弁開全期間の検出；第３図（ｆ）に示した弁開全期間の検出は、第４図にお
けるアンドゲート45、RSフリップフロップ46で行なわ
れ、更にT1期間の検出回路部となるコンパレータ36の出
力（ｆ）及びスイッチング動作の検出回路部におけるイ
ンバータ43の出力（ｎ）を利用している。

即ち、第５図のタイミングチャートに示した信号波形
（ｆ），（ｎ），（ｏ）及び（ｐ）から明らかなよう
に、RSフリップフロップ37の出力（ｇ）の立上りをRSフ
リップフロップ46のセット入力Ｓに与え、一方、インバ
ータ43の出力（ｎ）とコンパレータ36の出力（ｆ）をア
ンドゲート45に入力して、両者の論理積出力（ｏ）を取
出してRSフリップフロップ46のリセット入力Ｒに与え
る。このためRSフリップフロップ46は、第５図（Ｐ）に
示す原信号としての駆動電圧波形（ａ）の弁開全期間で
ＬレベルとなるＱ出力（ｐ）を生ずる（Ｆデータ）。

ソレノイド逆起電圧の検出；第３図（Ｄ）に示すソレノイド逆起電圧の検出は、第４
図のピークホールド回路47、アナログスイッチ48、A/D
コンバータ49で行なわれる。即ち、駆動電圧波形（ａ）
をピークホールド回路47に入力して、ソレノイド逆起電
圧のピーク値を検出してホールドし、アナログスイッチ
48を介してA/D変換器49に与え、A/D変換器49で、例えば
８ビットのデジタル信号に変換して出力する（Ｄデー
タ）。

このように第４図の各回路部によって、４つの信号成分
の各特徴を表わすデータ出力は、第１図の基本ブロック
から明らかなように書込制御回路16を介して、記憶回路
18に書込まれる。

ここで本発明のように原信号を機能別に分離して、分離
成分の中から必要条件を満たす信号データを抽出して記
録する場合の特徴を、従来の原信号波形をそのままデジ
タル変換して時系列的に記憶する場合と比較して説明す
る。

第３図（Ａ）に示した噴射弁の駆動電圧波形は、燃料噴
射タイミング毎に発生するが、その発生周期は当然エン
ジンの回転条件に依存し、アイドル条件で最も長く、エ
ンジン回転数の上限で最も短くなる。従って、本発明の
書込制御回路16により、記憶データをサンプリングする
ためのインターバルを設定する際には、このエンジン回
転数の上限を考慮する必要がある。例えばエンジン回転
数の上限を6000rpmとした場合、サンプリング周期は3ms
程度とすれば良い。この条件で実際のサンプリング周期
を考えると、第４図の実施例においてカウンタ40の出力
（T1期間の検出）及び周波数弁別回路50の出力（スイッ
チング周波数の判別出力）については、それぞれ１回の
噴射で１データとなることから3msのサンプリング周期
で良く、またA/D変換器49から得られるソレノイド逆起
電圧は、１回の燃料噴射で２回発生することから、例え
ば1ms程度のサンプリング周期にすれば良い。またRSフ
リップフロップ46の出力として得られる弁開全期間の検
出については、信号波形そのものをサンプリングするの
で精度を考慮すると、0.1ms程度のサンプリング周期に
設定すれば良い。

ここで記憶に必要なビット数はT1期間の検出及びソレノ
イド逆起電圧は計算値、若しくはアナログ量となるため
８ビットであり、また保持電流を得るためのスイッチン
グ周波数の判定は、正常，上限以上，下限以下の３種で
あるため２ビットとなり、更に弁開全期間については
「0,1」信号なので１ビットとなる。

このため、例えば６秒間のデータ記憶を行なうのに必要
なメモリ容量を前述したサンプリング周期を考慮して計
算すると次のようになる。

信号成分（Ｃ）＝（6sec/0.003sec）×8bit ＝2000×8bit 信号成分（Ｄ）＝（6sec/0.001sec）×8bit ＝6000×8bit 信号成分（Ｅ）＝（6sec/0.003sec）×2bit ＝2000×2bit 信号成分（Ｆ）＝（6sec/0.0001sec）×1bit ＝60000×1bit 合計128,000bit 一方、駆動電圧信号を原信号波形のまま、同様な情報解
析ができる精度で記録するためには、逆起電圧の発生タ
イミング等を考慮して、少なくとも５μｓのサンプリン
グ周期で記憶する必要があり、アナログ値の分解能を本
発明の実施例と同じ８ビットとすると、６秒間のデータ
記録に必要なメモリ容量は、（6sec×0.000005sec）×8bit＝1,200,000bit となる。この結果、従来例にあっては、本発明の約10倍
オーダの記憶容量が必要となり、このことから本発明に
よる記憶容量の低減効果が著しいことが裏付けられる。

（発明の効果）以上、説明してきたように本発明によれば、制御システ
ムがセンサ、制御回路、およびアクチュエータを備え、
制御回路から出力される動作信号を前記記憶回路に時系
列的に記録する車両等の故障診断信号記憶装置におい
て、燃料噴射弁を作動させる駆動信号につき、前記燃料
噴射弁を開かせるために必要な駆動電流を流している時
間を抽出する第１の解析手段と、前記駆動信号につき前
記燃料噴射弁を開いた状態に維持するために必要な駆動
電流の平均電流を抽出する第２の解析手段と、前記駆動
信号につき前記燃料噴射弁が開弁動作するために駆動電
流が出力される全期間を抽出する第３の解析手段と、前
記駆動信号のオフ時における噴射弁ソレノイドの逆起電
力を抽出する第４の解析手段と、該各解析手段により分
解された信号を各解析信号成分に応じた所定のサンプリ
ングレートで前記記憶回路に書き込む書込制御手段とを
設けたことにより、原信号の各機能別成分をそれぞれに
応じたサンプリングレートで抽出して記憶させることが
できるため、原信号波形をそのままデジタル変換して時
系列的に記憶するよりも取込みデータ量を桁違いに少な
くすることができて記憶容量の低減効果が大きくなり、
システム動作信号を単純に時系列的に記憶する従来の信
号記憶に比べ、原信号から得られる情報量を損うことな
くメモリ容量を同一期間のデータ記憶につき著しく低減
することができ、回路スペース及びコストの大幅な低減
を計ることができる。

また動作信号をその機能面から解析して得たデータを記
憶していることから、データ再生により故障診断を行な
う時、再生後の信号解析が不要となり、故障診断を迅速
且つ効率良く行なうことができ、記憶データに基づいた
適切で且つ確実なシステム故障に対する診断結果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示したブロック図、第２図
は本発明が適用される具体例としての燃料噴射装置の制
御回路を示した回路図、第３図は燃料噴射装置のソレノ
イド駆動電圧波形と本発明でのデータ記憶に用いる信号
解析成分の信号波形を示したタイムチャート、第４図は
第３図の信号成分の分離と特性データの検出を行なう具
体的実施例を示した回路ブロック図、第５図は第４図の
実施例の動作信号波形を示したタイミングチャート、第
6,7図は従来例を示したブロック図である。 1:センサ 2:制御回路 3:アクチュエータ 3a:噴射弁ソレノイド 4,5:コネクタ 15a〜15d:信号解析回路（第１〜第４の解析手段） 16:書込制御回路（書込制御手段） 18:記憶回路（記憶手段） 19:バックアップ用電源 31:波形成形回路 32,34,43:インバータ 33:フィルタ回路 35,39,44,45:アンドゲート 37,46:RSフリップフロップ 36:コンパレータ 38:パルス発生器 40:カウンタ 41:単安定マルチ 42:オアゲート 47:ピークホールド回路 48:アナログスイッチ 49:A/Dコンバータ 50:周波数弁別器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】故障診断に必要なセンサ、制御回路、およ
びアクチュエータを備えた制御システムの、前記制御回
路から出力される動作信号を、所定の記憶容量をもった
記憶回路に時系列的に記録する車両等の故障診断信号記
録装置に於いて、燃料噴射弁を作動させる駆動信号につき、前記燃料噴射
弁を開かせるために必要な駆動電流を流している時間を
抽出する第１の解析手段と、前記駆動信号につき前記燃料噴射弁を開いた状態に維持
するために必要な駆動電流の平均電流を抽出する第２の
解析手段と、前記駆動信号につき前記燃料噴射弁が開弁動作するため
に駆動電流が出力される全期間を抽出する第３の解析手
段と、前記駆動信号のオフ時における噴射弁ソレノイドの逆起
電力を抽出する第４の解析手段と、該各解析手段により分解された信号を各解析信号成分に
応じた所定のサンプリングレートで前記記憶回路に書き
込む書込制御手段とを設けたことを特徴とする信号記憶装置。