JPH0795081B2 - ポテンシヨメ−タの故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、制御装置等へ信号を供給しているポテンショ
メータが故障または劣化した場合、それを診断する装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

供給される信号が、正常な信号なのかそれとも故障によ
る信号なのかを診断する技術としては、従来、上限値お
よび下限値を設けておき、これらを超えた時故障と診断
するものがあった（例えば、特開昭60−11723号公
報）。制御装置等で使用する信号として、ポテンショメ
ータで発生させた信号を用いることがあるが、このよう
な信号の故障診断においても、同様の技術が用いられて
いた。

第３図に、その従来技術を示す。第３図は、ポテンショ
メータ変位（摺動子の変位）または角度と、その時発生
する信号の大きさとの関係を示すもので、ポテンショメ
ータが正常であればその関係は線ａのようになってい
る。そこで、上限値，下限値を設定しておき、ポテンシ
ョメータ信号がこれらを超えると故障と診断するのであ
る。

ポテンショメータ信号が故障によるものと診断される
と、その信号を受けて動作している制御装置等は、ただ
ちに所定の信号異常時制御（バックアップ）に移行す
る。例えば、他の信号による代用制御とか、制御中断と
か、故障警報発生とかである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記の故障診断技術では、故障信号であ
るにもかかわらず、設定された上限値と下限値の範囲内
に入ってしまうものは検知できないという問題点があっ
た。

即ち、ポテンショメータは、その構造上、摺動子による
摩耗により、抵抗体が損傷を受けたり摩耗粉が生じたり
し易く、頻繁に使用する摺動範囲では特にそれがひど
い。その結果、摺動子が僅かに変位しただけで、抵抗値
が偶発的に大きく変化する不具合現象が発生する。それ
に伴い、ポテンショメータ信号も偶発的に大きく変化
し、第４図中のＡで示すようにヒゲ状（または針状）の
信号となって現れる。第４図は、ポテンショメータのヒ
ゲ状信号を説明する図である。このヒゲ状信号Ａが、設
定されている上限値または下限値を超えるものであれ
ば、故障であるとの検知動作が行われるからよいが、超
える程の大きさでなければ、故障とは診断されない。そ
して、ヒゲ状信号Ａは、通常、摺動子の変位が停止する
となくなり、ポテンショメータ信号は安定してしまう。
そうなってしまえば勿論故障とは診断されない。そのた
め、このポテンショメータ信号が供給されて動作してい
る制御装置等は、上記したヒゲ状信号Ａに基づいて、偶
発的に異常な制御動作をしてしまうことになる。

つまり、前記従来技術には、設定した上限値と下限値内
に納まってしまう大きさの異常なヒゲ状信号が発生した
場合、これを故障と診断することが出来ないという問題
点があった。

本発明は、この問題点を解決することを目的としてなさ
れたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するため、本発明では、従来の故障判
定手段に加えて、前記ヒゲ状信号を検知して故障と判定
する手段を具えることとした。そして、ヒゲ状信号を検
知するのに、ヒゲ状信号の変化率（つまり時間に対する
変化量）は、その絶対値が大きいという性質を利用し
た。即ち、ポテンショメータ信号の変化率を算出し、そ
れが所定値を超えた時、ヒゲ状信号が発生したと判定す
ることとした。

以上の配慮を踏まえて、本発明に関わるポテンショメー
タ故障診断装置は、ポテンショメータ信号が所定の上限
値より大きい時または下限値より小さい時に故障と判定
する手段と、ポテンショメータ信号の変化率が所定値以
上である時に故障と判定する手段とを有するものとし
た。

〔作用〕

本発明では、従来の故障判定手段に加えて、前記ヒゲ状
信号を検知して故障と判定する手段を具えることとした
ので、ポテンショメータ信号が所定の上限値より大きい
場合または下限値より小さい場合のほか、ヒゲ状信号が
発生する場合も故障と診断することができる。これによ
って、前記ポテンショメータ信号の供給を受けて制御動
作をしている制御装置等が、ヒゲ状信号によって異常な
動作をしてしまうのを防ぐことが出来る。

〔実 施 例〕

以下、本発明の実施例を図面によって詳細に説明する。

（第１の実施例の構成） 第１図は、本発明の第１の実施例の構成を示す。第１図
において、１はポテンショメータ、１−１は摺動子、２
はA/D変換器、３は演算装置、４はポテンショメータ故
障診断装置、５は故障警報装置である。摺動子１−１か
ら取り出したポテンショメータ信号は、ポテンショメー
タ故障診断装置４内のA/D変換器２でディジタル量に変
換される。ついで、演算装置３で故障診断のための種々
の処理（その詳細は第６図で説明する）を行って故障か
どうか診断し、故障の場合は故障警報装置５により警報
する。

本発明は、前述した如く、ポテンショメータ信号が所定
の上限値より大きい場合または下限値より小さい場合の
ほか、ポテンショメータ信号の変化率が所定値より大き
い場合も故障と診断するものである。上限値より大，下
限値より小の場合の故障診断技術については既に述べた
（第３図参照）ので、その説明は省略し、ここではポテ
ンショメータ信号の変化率による故障診断技術について
説明する。

（変化率を用いた故障診断技術について） 第５図は、第４図のようにヒゲ状信号Ａを生ずるように
なったポテンショメータを用いて信号を発生させた場合
の、ポテンショメータ信号の変化率の時間的変化を示し
たものである。第５図において、線ｂが変化率の時間的
変化を示す線である。線ｂが、全体としては（針状に変
化しているＢの部分を除いては）グラフの上半分つまり
変化率が正の領域にあるということは、ポテンショメー
タ信号を増加させた場合のグラフであることを意味す
る。ポテンショメータ信号を減少させた場合には、下半
分に描かれることになる。線ｂのうち針状に変化してい
るＢの部分は、ポテンショメータ信号にヒゲ状信号が発
生したために生じた部分であり、ここでは変化率が急激
にしかも大きく変動する。本発明は、この現象を巧みに
利用する。

第５図で示すように、制御上または機構上からみて可能
な変化率の限度が、プラス方向にあっては＋D,マイナス
方向にあっては−Ｄであるとすると（つまり、絶対値で
言えばＤであるとすると）、ヒゲ状信号のように急激に
変化する場合の変化率は、当然これらの限度を超えるこ
とになる。そこで、逆に、変化率を監視していて、その
絶対値がＤより大になった時点を検知すれば、その時ヒ
ゲ状信号が発生したことを知ることが出来る。

本発明では、ポテンショメータ信号の異常な変動を上記
のようにして検知し、その検知のとき一応故障と判定す
るが、異常な変動が検知されてもそれが一時的なもので
あり、その後の変動ぶりは正常なもおであるという場合
には、一応行なった故障という先の判定を解除すること
とした。一方、そうではなくて、異常な変動が度重なる
ようであれば、最終的に故障と判定することとした。正
常な変動ぶりというのは、第５図において、変化率の絶
対値がＣ〜Ｄ（但し、Ｃ＜Ｄ）の範囲に所定時間継続し
て滞在するような変動のことである。前記Ｃ〜Ｄの範囲
は、変化率がその範囲内に所定時間継続して滞在すれ
ば、一旦行なった故障との判定を解除する範囲なので、
以後「故障判定解除する変化率範囲」と言うことにす
る。

変化率の絶対値がＣより小の範囲を除外したのは、ヒゲ
状信号はポテンショメータ信号を変化させる場合に出易
いという事実に鑑み、ポテンショメータ信号の変動の仕
方つまり変化率を手掛かりに故障かどうかを判定しよう
というわけであるから、そもそも変動自体がない時（も
しくは殆ど変動しない時、つまり信号安定時）は、判定
対象から外しておくという趣旨からである。Ｃの値は、
どの程度までの変動は信号が安定していると見ることに
するかによって、適宜設定する。

（故障診断の演算処理フローについて） 第６図は、前記した故障診断技術に基づき、第１図の演
算装置３において行う処理の手順を示すフローチャート
である。以下この項での説明における番号〜は、第
６図に示す処理〜に対応する。

ポテンショメータ信号を読み込む。

ポテンショメータ信号を上限値と比較する。上限値以
上であれば一応故障と判定し（第３図参照）、処理へ
進む。そうでなければ処理へ進む。

ポテンショメータ信号を下限値と比較する。下限値以
下であれば一応故障と判定し（第３図参照）、処理へ
進む。そうでなければ処理へ進む。

ポテンショメータ信号の前回読み込み値と今回読み込
み値から、変化率の絶対値を算出する。

変化率の絶対値を、設定値Ｃと比較する（第５図参
照）。設定値Ｃより小であれば、信号安定時であると判
定し、処理へ進む。そうでなければ処理へ進む。

変化率の絶対値を、設定値Ｄと比較する（第５図参
照）。設定値Ｄ以上であれば一応故障と判定し、処理
へ進む。そうでなければ処理へ進む。

故障判定解除用タイマを始動させ時間を計る。処理が
へ進んで来るのは、処理，から分かるように、ポ
テンショメータ信号の変化率の絶対値が設定値Ｃと設定
値Ｄとの間の範囲（故障判定解除する変化率範囲）にあ
る時であるから、始動した故障判定解除用タイマは変化
率が該範囲に継続して滞在する時間を計ることになる。

故障判定解除用タイマで計りつつある時間を、別途設
定してある設定時間と比較する。設定時間を超えれば、
変化率が正常な範囲で所定時間経過したから正常と判定
し、処理へ進む。

故障判定解除用タイマの値を零にする。つまりクリア
する。故障判定解除用タイマは、変化率が第５図の故障
判定解除する変化率範囲に継続して滞在する時間を計る
ものであるから、その計時の途中で異常信号が発生した
場合は、継続して滞在するということではなくなってし
まう。そこで、そのような場合には、故障判定解除用タ
イマは、いったんクリアしてしまう。

エラーカウンタの値に１を加算する。異常信号が検知
される度毎に１が加算される。従ってエラーカウンタ
は、異常信号が発生する度合を表すことになる。

故障判定解除用タイマの値を零にする。ここに処理が
まわって来るのは、処理で述べたように、信号安定時
である。この時、変化率の絶対値は第５図で示したよう
に設定値Ｃ以下つまり故障判定解除する変化率範囲の外
であるから、故障判定解除用タイマによる計時を続行さ
せる必要はない。そこで、故障判定解除用タイマの値を
クリアする。故障判定解除用タイマはあくまで、変化率
が故障判定解除する変化率範囲に継続して滞在する時間
を計るためのものであるからである。

エラーカウンタの値から１を差し引く。但し、エラー
カウンタの最小値は０とし、マイナスにはしない。たと
え異常信号が発生してエラーカウンタに１が加算された
としても、そのあと、変化率が故障判定解除する変化率
範囲に所定時間継続して滞在し、正常と判定された時に
は、加算していた１を差し引くのである。この１を差し
引くことが、先に一旦行なっていた故障という判定を解
除することに相当する。なお、異常信号が発生すること
がなければ、エラーカウンタの値は０である。そして、
変化率がずっと故障判定解除する変化率範囲に滞在しつ
づけているとすれば、エラーカウンタの値は減算されて
ばかりである。しかし、エラーカウンタの最小値は０と
されているから、０のままということになる。

エラーカウンタの値を設定値Ｎと比較する。設定値Ｎ
以上であれば処理へ進み、故障警報表示を行う。エラ
ーカウンタの値で、異常信号が発生する度合が分かるか
ら、故障警報表示を要するのはどの程度の度合の時が適
当かを考慮して、設定値Ｎを定める。設定値Ｎより小で
あれば、処理へ進む。

故障警報表示を行う。

エラーカウンタの値を設定値Ｍと比較する。エラーカ
ウンタの値が設定値Ｍ以上となるほど頻繁に異常信号が
発生するのであれば、故障していることはもはや確実と
判定し、処理に進む。設定値Ｍより小であれば、故障
ではないと判定し、処理へ進む。

故障時に行うことになっている所定の信号異常時制御
（バックアップ）を行う。

正常の場合に行う通常制御を続行する。

（応用例） 故障診断のための処理手順は以上のようなものである
が、第６図に示した全ての処理が必要不可欠なものとい
うわけではない。例えば、故障警報表示をする必要はな
いというのであれば、処理，は不要となる。

また、制御装置によっては、ポテンショメータ信号の質
に対する要求が厳しいものもあろうし、それほど厳しく
はないものもあろうから、それに応じて処理を変えるこ
とも出来る。仮に、ポテンショメータ信号の質に対する
要求が非常に厳しくて、１回でも異常信号が発生したら
直ちに信号異常時制御（バックアップ）へ移行させたい
というのであれば、故障判定解除用タイマやエラーカウ
ンタに関する処理を省略してしまい、処理の位置に処
理を持って来ればよい。

さらに、設定値の大きさも必要に応じて適宜決めること
が出来る。例えば、信号異常時制御（バックアップ）へ
移行するのは早めに行い、故障警報はその後でも良いと
いうのであれば、設定値Ｍを設定値Ｎより小にしておけ
ば良い。

（第２の実施例） 第２図に第２の実施例を示す。第２図において、第１図
と同じ符号のものは、第１図と同等のものである。そし
て、６は微分装置、7,8はA/D変換器である。第１図の第
１の実施例と異なる点は、微分装置６を用い、変化率に
相当するものとして微分値を得た点にある。第１の実施
例では、変化率は、演算装置３において、ポテンショメ
ータ信号の前回の読み込み値と今回の読み込み値とより
算出していた（処理参照）。第２の実施例の処理フロ
ーも、第１の実施例のそれと略同様である。

（発明の効果） 以上述べた如く、本発明によれば、ポテンショメータ信
号の故障診断装置において、ポテンショメータ信号が所
定の上限値より大きい時または下限値より小さい時に故
障と判定する手段と、ポテンショメータ信号の変化率が
所定値以上である時に故障と判定する手段とを有するこ
ととしたので、従来の故障診断装置では見逃されて来た
ヒゲ状信号を検知して、故障診断することが出来るよう
になった。そのようなヒゲ状の信号は、通常、ポテンシ
ョメータの摩耗による劣化に伴って起こることが多いの
で、ヒゲ状信号を検知することによって、ポテンショメ
ータの劣化を初期段階で発見することが出来、放置して
いたら引き起こされるであろう大きなトラブルを、未然
に防止することが出来るようになった。

また、故障判定解除用タイマやエラーカウンタを巧みに
駆使することによって、一時的に発生した異常信号に対
しては、いちいち信号異常時制御（バックアップ）に移
行することはしないようにすることも出来る。

さらに、異常信号の検知手段を高速化すれば、非接触セ
ンサ信号系の電磁障害を軽減したり、中継器における接
触不良を少なくすることも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図…本発明の第１の実施例を示す図 第２図…本発明の第２の実施例を示す図 第３図…従来の故障診断技術を説明する図 第４図…ポテンショメータのヒゲ状信号を説明する図 第５図…ヒゲ状信号が生ずる場合のポテンショメータ信
号の変化率を示す図 第６図…本発明における故障診断処理フローを示す図 図において、１はポテンショメータ、１−１は摺動子、
２はA/D変換器、３は演算装置、４はポテンショメータ
故障診断装置、５は故障警報装置、６は微分装置、７お
よび８はA/D変換器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポテンショメータ信号が所定の上限値より
   大きいかまたは下限値より小さいかを判定する上下限判
   定手段と、 ポテンショメータ信号の変化率が所定の第１の絶対値以
   上であるかどうかを判定する変化率値判定手段と、 前記変化率が前記第１の絶対値と該第１の絶対値より小
   さい所定の第２の絶対値との間にある時間を計時する計
   時手段と、 該計時手段で計時した時間が所定時間以上であるかどう
   かを判定する時間判定手段と、 前記上下限判定手段または前記変化率値判定手段の出力
   により一方向にカウントし、前記時間判定手段の出力で
   逆方向にカウントするエラーカウンタとを具え、 該エラーカウンタの値が所定値に達した時にポテンショ
   メータは故障していると診断することを特徴とするポテ
   ンショメータの故障診断装置。