KR101036757B1

KR101036757B1 - 센서에서 분로 검출 방법

Info

Publication number: KR101036757B1
Application number: KR1020050073170A
Authority: KR
Inventors: 클라인 크리스티안; 에른스트 토비아스
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2011-05-25
Also published as: KR20060050363A; JP4800703B2; DE102004038736A1; US7276901B2; JP2006053148A; US20060036381A1

Abstract

본 발명은 접지(4) 및/또는 공급 전압(U_B)으로의 단락을 검출하는 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법에 관한 것이다. 센서에는 제 1 저항과 제 2 저항(R₁, R₂)이 할당된다. 전압들(U_P,U_M)의 합산 전압이 센서의 단자(2, 3)에서 검출되어 공급 전압(U_B)과 비교된다. 그리고 나서 검출된 합산 전압 대 공급 전압(U_B)의 비율(a)이 형성된다. 비율(a)의 값에 의존하여 센서의 플러스 단자 및/또는 마이너스 단자에서 분로 발생이 검출된다.

접지, 공급 전압, 제 1 저항, 제 2 저항, 분로

Description

센서에서 분로 검출 방법{Method for detection of shunt in sensor}

도 1은 센서와 상기 센서에 할당된 저항(R₁또는 R₂)의 결선을 나타낸 개략도.

도 2는 저항(R_M)을 갖는 분로에서 비율(a)의 그래프.

도 3은 저항(R_P)을 갖는 분로에서 비율(a)의 그래프.
표 1은 도 2에 따른, 저항(R_M)을 갖는 분로에서 나타나는 비율(a)에 대한 값 표.
표 2는 도 3에 따른 저항(R_P)을 갖는 분로에서 나타나는 비율(a)에 대한 값 표.

* 도면 부호에 대한 간단한 설명 *

1 : 온도 센서 R_{S :}센서 저항

2 : 플러스 단자 R_M : 마이너스 단자에서의 분로 저항

3 : 마이너스 단자 R_{P :}플러스 단자에서의 분로 저항

4 : 접지 U_{P :}플러스 단자 전압

R₁ : 제 1 저항 U_{M :}마이너스 단자 전압

R₂ : 제 2 저항 U_B : 공급 전압

마이크로프로세서의 아날로그 입력부에 의해 평가되는 저항 의존적 반도체 소자(PTC-소자)는 온도값의 검출에 사용된다. 정확도를 높이기 위해 차이 평가가 이루어지고, 이로써 간섭을 일으키는 접지 영향이 제거될 수 있다. 온도는 제어장치 내에서 이루어지는 계산을 실행하기 위해 제어장치 내부에 필요하다.

차동 전압 평가(differential voltage evaluation) 방법은 특히 자동차 산업에서 엔진- 또는 트랜스미션 온도의 평가 및 결정시 널리 이용된다.

온도 센서에 의해 검출되는 온도의 오측정을 방지하기 위해, 온도 센서의 작동 방법이 모니터링된다. 온도 검출에 에러가 있으면, 제어장치에서 잘못된 계산이 실행되거나 또는 잘못된 특성 곡선이 사용된다. 일반적으로 차동 전압 평가시 접지, U_B로의 단락과 인터럽트가 검출된다. 지금까지 사용된 센서 모니터링 방법에서 분로는 검출될 수 없었다. 분로는 왜곡된 차동 전압과 잘못된 온도 검출을 일으키므로, 접지, U_B로의 단락에 대한 온도 센서의 모니터링과 인터럽트의 검출만으로는 충분하지 않다.

본 발명에 따른 방법에 의해 예컨대 온도 센서와 같은 센서에서의 분로가 센서의 전압값의 계산을 통해 검출된다. 센서의 플러스- 및 마이너스 단자에서 저항이 동일한 경우에 센서에서의 전압의 합은 공급 전압에 상응한다. 따라서 저항들(R₁, R₂)이 동일하다는 전제하에 합산 전압 대 공급 전압의 비율(a)은 1이다.

이러한 상태는 특히 분로 저항의 개선된 진단 방법을 제공한다. 진단 평가를 위해 예를 들어 비율(a)의 값에 대한 하기의 공차 범위가 바람직하다. 즉 a의 값이 0.95 내지 1.05에서 변하는 경우에 분로가 존재하지 않는다. 비율(a)의 값이 0.95 미만이거나 또는 예컨대 값 1.05를 초과하는 경우에 분로 에러가 검출된다. 비율(a)에 대해 여기서 예시적으로 언급된 값들 0.95 및 1.05 대신 예를 들어 0.9 및 1.1 과 같은 값들도 선택될 수 있고, 이것은 예를 들어 온도 센서에 주어지는 정확도 요구에 의존한다. 검출된 온도의 정확도에 관련한 요구 및 사양에 의존하여, 비율(a)은 저항(R₁및 R₂)에 따라 규정된 방식으로 사전 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 하기에서 도면을 참고로 설명된다.

도 1에는 센서 장치가 개략적으로 도시되며, 상기 센서 장치는 한편으로는 공급 전압 소스에, 다른 한편으로는 2개의 저항들(R₁ 또는 R₂)에 접속된다.

도 1에서 가변 센서 저항(R_S)으로 도시된 센서(1)는 공급 전압(U_B)으로 도시된 공급 전압 소스에 접속되고, 또한 접지(4)에 접속된다. 센서(1) 전방에 접지(4)와 센서의 마이너스 단자(3) 사이에 접속된 저항(R₂)이 접속되고, 센서(1) 후방에는 플러스 단자(2)와 공급 전압(U_B) 사이에 접속된 제 1 저항(R₁)이 접속된다. 플러스 단자(2)에서의 분로는 접지(4)에 접속된 분로 저항(R_P)으로 표시된다. 센서(1)의 마이너스 단자(3)에서의 분로는 접지(4)에 접속된 분로 저항(R_M)으로 표시된다. 이하에서, 분로 저항(R_M및 R_P)은 유효 저항이다. 상기 분로 저항은 예를 들어 센서의 도전성 오염물에 의해 야기되거나 또는 결함 있는 센서 케이블의 누설 전류에 의해 야기된다. 하기에 나타낸 계산식에서 저항(R_M및 R_P)은 실제의 옴 저항으로 간주된다. 저항(R_M또는 R_P)의 값은 공지되어 있지 않다. 시스템 전체에서 U_P, U_M및 U_B가 측정되고 그로부터 비율(a)이 계산된다. 비율(a)의 값은 정해진 한계값과 비교된다.

도 1을 기초로 하기의 경우들이 나타난다.

경우 1(분로 저항을 갖지 않는 경우):

이 경우 마이너스 단자(3)에 하기 식에 따라 주어진 전압(U_M)이 존재한다:

[1]

그리고, 센서(1)의 플러스 단자(2)에는 하기 식에 따라 주어진 전압(U_P)이 존재한다.

[2]

합산 전압 대 공급 전압의 비율(a)은 하기식에 따라 정의된다:

[3]

[1]과 [2]를 [3]에 대입하면, 아래와 같이 비율(a)이 얻어진다:

R₁= R₂= R 인 경우, 비율(a)은 항상 1이다.

경우 2(마이너스 단자(3)에 분로 저항(R_M)을 갖는 경우):

간략화를 위하여, 아래와 같이 가정한다:

위 식에 기초하여 아래와 같이 비율(a)이 얻어진다:

이로부터 하기 식이 도출된다.

R₁ = R₂ = R 이면, 비율(a)은 하기와 같다:

R_M = ∝ 인 경우, 비율(a)은 값 1 을 갖는다.

경우 3(플러스 단자(2)에 분로 저항(R_P)을 갖는 경우)

이 경우에, 즉 도 1에 따른 센서(1)의 플러스 단자(2)에 분로 저항(R_P)이 있는 경우에 하기식이 적용된다:

결과적으로, 플러스 단자(2)에 존재하는 전압(U_P)은 아래와 같다:

[1]

마이너스 단자(3)에 존재하는 전압(U_M)은 아래와 같다:

[2]

합산 전압 대 공급 전압의 비율(a)은 아래와 같이 정의된다:

방정식[1]에 기초하여 비율(a)이 아래와 같다:

제 1 저항(R₁)이 제 2 저항(R₂)과 동일한 경우 하기 식이 적용된다:

R₁ = R₂ = R.

따라서, 합산 전압 대 공급 전압의 비율(a)은 아래와 같이 정의된다.

R_P 이 무한대 값을 갖는 경우, 합산 전압 대 공급 전압의 비율(a) 값은 1이다.

분로 저항, 즉 R_M 및 R_P 이 공급 전압(U_P)에 접속되면, 관계가 역전되므로, 비율(a)의 값 a >1 이 된다. 진단 평가를 위해 예시적으로만 제시된 하기의 값들이 바람직하다.

비율(a)의 값, a ≤1.05, 그러나 ≥0.95인 경우, 즉 0.95 ≤ a ≤ 1.05, 이면, "분로 없음"이 검출된다.

비율(a)의 값, a가 0.95 미만이거나 1.05를 초과하면, 즉 a < 0.95 또는 a > 1.05이면 분로 에러가 검출된다.

도 2에는 분로 저항(R_M)을 갖는 분로에서 분로 저항(R_M)의 상이한 값들에 대한 비율(a)이 도시된다. 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 및 2 kOhm의 가변 센서 저항에 대한 여러 특성 곡선들이 도시되고, 제 1 저항(R₁) 및 제 2 저항(R₂)에 대한 값들은 각각 1 kOhm 이다.

표 1은 이러한 경우에 나타나는 값들을 표로 나타내고, 상기 표의 제 1 행에는 50 Ohm 내지 2 kOhm의 센서 저항(R_S)에 대한 개별 값들이 기재되는 한편, 가장 좌측의 열에는 0 내지 50000의 분로 저항(R_M)의 값들이 기재된다.

도 3에는 센서(1)의 플러스 단자(2)에 분로 저항(R_P)을 갖는 분로에서 비율(a)의 곡선이 도시된다. 도 3에 도시된 경우에서 센서 저항(R_S)은 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 Ohm 및 2 kOhm이고, 비율(a)의 값은 0.8 내지 1 이다. 도 3에 도시된 곡선에서도 제 1 저항(R₁) 및 제 2 저항(R₂)에 대한 값들은 각각 1 kOhm 이다.

플러스 단자(2)에 저항(R_P)을 갖는 분로에서 나타나는 비율(a)에 대한, 도 3에 해당하는 값들은 표 2에 제시된다. 표 1과 유사하게 표 2에서 가장 좌측 열에 0 내지 50000 Ohm의 변하는 분로 저항(R_P)이 기재되는 한편, 표 2의 가장 위의 행에는 50, 100, 200, 400, 600, 800 Ohm, 1, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 및 2 kOhm 의 가변 센서 저항(R_S)이 기재된다. 표 2로부터 플러스 단자(2)에 분로 저항(R_P)을 갖는 분로의 경우, 비율(a)의 곡선이 얻어진다. 도 2 및 도 3과 유사하게, 0 내지 50 kOhm 에서 선택된 분로 저항(R_M) 및 분로 저항(R_P)에서 비율(a)의 특성 곡선들은 한 무리의 곡선으로 도시된다. 상기 특성 곡선들은 모두 급격한 기울기를 특징으로 하고, 상기 기울기는 값 1에 근접하면서 점근적 곡선으로 이어진다.

센서 평가에 바람직한 비율(a)의 값은 전술한 바와 같이 0.95 내지 1.05이고, 상기 범위에서 분로 저항(R_M) 및 분로 저항(R_P) ≥ 10 kOhm 이다.

센서 평가가 실행되어야 하는 a의 정확한 한계치는 시스템 전체에 주어지는 정확도 요구에 의존한다. a의 값이 상기 규정된 범위 밖에 있으면, 분로 저항이 시스템 전체에 미치는 영향이 너무 크므로, 센서 평가는 더 이상 바람직하지 않고 경우에 따라서 센서 대체값으로 전환될 수 있다. 이러한 경우에 센서 진단은 분로 에러를 검출한다.

본 발명에 따른 방법에 의해 예컨대 온도 센서와 같은 센서의 분로가 센서의 전압값의 계산을 통해 검출된다.

[표 1]

[표 2]

Claims

접지 또는 공급 전압(U_B)으로의 단락을 검출하기 위해 차동 전압 평가를 이용하여 센서를 모니터링하는 방법에 있어서,

상기 센서에 제 1 저항(R₁) 및 제 2 저항(R₂)을 할당하는 단계;

상기 센서의 제 1 단자에서의 전압(U_P) 및 상기 센서의 제 2 단자에서의 전압(U_M)에 기초하여 합산 전압을 결정하는 단계;

상기 합산 전압을 상기 공급 전압(U_B)과 비교하는 단계;

상기 결정된 합산 전압 대 상기 공급 전압(U_B)의 비율(a)을 계산하는 단계;

상기 비율(a)에 대한 값에 의존하여, 상기 센서에서의 분로(shunt)의 발생을 검출하는 단계; 및

상기 센서에서의 상기 분로의 상기 발생 또는 불발생(non-occurrence)에 기초하여 상기 센서의 동작을 평가하는 단계를 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 저항(R₁)과 상기 제 2 저항(R₂)의 값들이 동일한 경우에 값 1을 갖는 하기 비율(a)

을 선택하는 단계를 더 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
제 1 항에 있어서, R₁ = R₂ = R인 하기 식에 기초한 비율(a)에 의해,

상기 센서의 마이너스 단자에서 접지로의 분로의 발생을 결정하는 단계를 더 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
제 1 항에 있어서, R₁ = R₂ = R인 하기 식에 기초한 비율(a)에 의해,

상기 센서의 플러스 단자에서 접지로의 분로의 발생을 결정하는 단계를 더 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 마이너스 단자에서 상기 센서의 U_B로의 분로의 발생을 1/a에 의해 결정하는 단계를 더 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 센서의 상기 플러스 단자에서 U_B로의 분로의 발생을 1/a에 의해 결정하는 단계를 더 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
제 1 항에 있어서, 0.95 ≤a ≤1.05의 값들에 의해 분로가 존재하지 않는다는 것을 나타내는 단계를 더 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
제 7 항에 있어서, a < 0.95 또는 a > 1.05의 값들에 의해 상기 센서의 마이너스 단자 또는 플러스 단자에 분로가 존재한다는 것을 나타내는 단계를 더 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.
접지 또는 공급 전압으로의 단락을 검출하기 위해 차동 전압 평가를 이용하여 센서를 모니터링하는 방법에 있어서,

상기 센서에 제 1 저항 및 제 2 저항을 할당하는 단계;

상기 센서의 제 1 단자에서의 전압 및 상기 센서의 제 2 단자에서의 전압에 기초하여 합산 전압을 결정하는 단계;

상기 합산 전압을 상기 공급 전압과 비교하는 단계;

상기 결정된 합산 전압 대 상기 공급 전압의 비율을 계산하는 단계;

상기 비율에 대한 값에 의존하여, 상기 센서에서의 분로의 발생을 검출하는 단계;

상기 센서에서의 상기 분로의 상기 발생 또는 불발생에 기초하여 상기 센서의 동작을 평가하는 단계;

센서 평가가 더 이상 일어나서는 안되는 상기 비율의 한계들을 결정하는 단계; 및

상기 비율에 대한 값들이 상기 한계들에 의해 정의된 범위 밖에 있으면 상기 센서 평가를 수행하는 것을 정지시키는 단계를 포함하는, 차동 전압 평가를 이용한 센서의 모니터링 방법.