(57)【要約】【課題】簡素な構成のＩ／Ｆ回路を備えたセンサ装置としても、センサ同士での短絡による異常が検出できるようにする。【解決手段】複数の車輪速度センサ１０の出力するセンサ信号を第１コンパレータ３２にてミドルレベル電位よりも大きな第１閾値と大小比較する。同様に、複数の車輪速度センサ１０の出力するセンサ信号を第２信号検出回路に相当する第２コンパレータ３３にてミドルレベル電位よりも小さな第２閾値と大小比較する。そして、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力信号が一致するか否か、例えば出力信号の電位レベルが変化するタイミングが一致するか否かに基づいて、短絡による異常が発生したことを検出する。これにより、複雑な論路回路を備えなくても、簡素な構成のＩ／Ｆ回路２０を備えたセンサ装置としても、車輪速度センサ１０同士での短絡による異常を検出することが可能となる。【選択図】図１
2014102205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正常時にハイレベル電位とローレベル電位とからなるセンサ信号を出力する複数のセンサ（１０）の前記センサ信号を、前記複数のセンサ（１０）同士が短絡したときにセンサ信号として出力される前記ハイレベル電位と前記ローレベル電位の間の電位であるミドルレベル電位より大きくかつ前記ハイレベル電位よりも小さな第１閾値（ＶｒｅｆＡ）と大小比較して、その比較結果に応じて電位レベルを変化させた成形パルスの出力信号を出力する第１信号検出回路（３２）と、
前記センサ信号を、前記ミドルレベル電位より小さくかつ前記ローレベル電位よりも大きな第２閾値（ＶｒｅｆＢ）と大小比較して、その比較結果に応じて電位レベルを変化させた成形パルスの出力信号を出力する第２信号検出回路（３３）と、
前記第１信号検出回路（３２）の出力信号と前記第２信号検出回路（３３）の出力信号が不一致であれば、前記短絡による異常が発生していることを検出する異常検出手段（４０）と、を有したインターフェイス回路を備えていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記第１信号検出回路（３２）は、前記センサ信号が前記第１閾値（ＶｒｅｆＡ）よりも大きければハイレベル電位、小さければローレベル電位を出力し、
前記第２信号検出回路（３３）は、前記センサ信号が前記第２閾値（ＶｒｅｆＢ）よりも大きければハイレベル電位、小さければローレベル電位を出力し、
前記異常検出手段（４０）は、前記第１信号検出回路（３２）の出力信号がローレベル電位からハイレベル電位に切り替わる立上りエッジのタイミングと前記第２信号検出回路（３３）の出力信号がローレベル電位からハイレベル電位に切り替わる立上りエッジのタイミングが不一致であれば、前記短絡による異常が発生していることを検出することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサのセンサ信号（検出信号）に基づいてセンサ同士の短絡を検出する異常検出機能を有するセンサ装置に関し、特に車両に搭載される車輪速度センサに適用すると好適である。
【背景技術】
【０００２】
車輪速度センサは、車輪と共に回転させられる歯車状のローターの歯の凹凸に応じた磁気抵抗変化を検出し、ハイレベルとローレベルの電流パルスを出力している。車輪速度センサのセンサ装置に備えられるインターフェース（以下、Ｉ／Ｆという）回路は、この電流パルスを電圧変換した信号をセンサ信号として用いて車輪の回転検出を行っている。
【０００３】
図３は、従来の車輪速度センサ１００とセンサ装置に備えられるＩ／Ｆ回路１１０のブロック図である。車輪速度センサ１００には並列接続されたホール素子とトランジスタが内蔵されており、ホール素子が磁気抵抗変化に応じてトランジスタを繰り返しオンオフさせることで、電源からホール素子およびトランジスタを通じる電流経路を、ホール素子のみを通じて電流を流す場合とホール素子およびトランジスタを通じて流す場合とに変化させる。これにより、車輪速度センサ１００から出力される電流が大小変化し、電流パルスとなる。これがＩ／Ｆ回路１１０内の信号検出回路１２０に内蔵されたプルダウン抵抗によって電圧変換され、矩形パルス波形のセンサ信号となる。そして、信号検出回路１２０に備えられたコンパレータにてセンサ信号を検出閾値と大小比較することでパルスを成形し、それを演算部１３０に入力して、演算部１３０でパルス数を演算することで、車輪の回転検出、つまり回転数や回転角度の検出を行う。
【０００４】
このようなプルダウン抵抗やコンパレータなどが備えられる信号検出回路１２０は、センサ毎に備えられ、各車輪速度センサ１００のセンサ信号を閾値電圧と比較することで、各車輪の回転検出を行っている。
【０００５】
しかしながら、このように複数のセンサが備えられている場合、各車輪速度センサ１００の配線間での短絡など、車輪速度センサ１００同士で短絡することがある。その場合、各車輪速度センサ１００の出力するセンサ信号が正常なパルス信号ではなくなり、信号検出回路１２０において正常な成形パルスを出力できなくなる。
【０００６】
図４は、短絡前の２つの車輪速度センサ１００のセンサ信号１、２と短絡時のセンサ信号と短絡時の成形パルスを示した波形図である。
【０００７】
図４に示されるように、正常時には、各車輪速度センサ１００のセンサ信号１、２は、車輪の回転に応じた矩形パルス波形となる。このため、センサ信号１、２を検出閾値と大小比較することで、正常な成形パルスを出力することができる。
【０００８】
これに対して、短絡時には、各車輪速度センサ１００から出力されるセンサ信号が階段状の信号になる。すなわち、両方の車輪速度センサ１００のトランジスタがオフのときには２つの車輪速度センサ１００から出力されるローレベルの電流が各車輪速度センサ１００に対応するプルダウン抵抗に流れることになるため、センサ信号１、２は共にローレベル電位となる。また、両方の車輪速度センサ１００のトランジスタがオンのときには２つの車輪速度センサ１００から出力されるハイレベルの電流が各車輪速度センサ１００に対応するプルダウン抵抗に流れることになるため、センサ信号１、２は共にハイレベル電位となる。そして、一方の車輪速度センサ１００のトランジスタがオンし、他方の車輪速度センサ１００のトランジスタがオフのときには、各車輪速度センサ１００から出力されるハイレベルとローレベルの電流を加算した電流が各車輪速度センサ１００に対応するプルダウン抵抗に流れることになるため、センサ信号１、２は共にミドルレベル電位となる。
【０００９】
したがって、ミドルレベル電位を検出閾値と比較しても、正常な成形パルスが得られない。このため、例えば演算部１３０では成形パルスの立上りエッジによって車輪の回転検出を行っているが、正常な成形パルスでなくても、誤って正常パルスと認識してしまうという問題が発生する。
【００１０】
これに対して、特許文献１において、信号検出回路と演算部との間に、コンパレータおよびエクスクルーシブ・オア回路を備えた比較手段を備え、コンパレータの閾値にヒステリシスを設けた構成とすることが提案されている。このような構成では、短絡時の正常ではないセンサ信号が出力されたときに、信号検出回路のコンパレータの出力と、比較手段のコンパレータの出力が一致しなくなるため、エクスクルーシブ・オア回路からハイレベルが出力される。この出力に基づいて、演算部で短絡による異常が発生したことを検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−３１８６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１のように、コンパレータおよびエクスクルーシブ・オア回路を備えた構成では、回路構成が複雑になる。特に、エクスクルーシブ・オア回路のような論理回路は回路構成が複雑となる。このため、複雑なハード構成のために故障の確率が高くなり、信頼性に乏しいという問題がある。
【００１３】
本発明は上記点に鑑みて、簡素な構成のＩ／Ｆ回路を備えたセンサ装置としても、センサ同士での短絡による異常を検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数のセンサ（１０）のセンサ信号を、複数のセンサ（１０）同士が短絡したときにセンサ信号として出力されるハイレベル電位とローレベル電位の間のミドルレベル電位より大きくかつハイレベル電位よりも小さな第１閾値（ＶｒｅｆＡ）と大小比較して、その比較結果に応じて電位レベルを変化させた成形パルスの出力信号を出力する第１信号検出回路（３２）と、センサ信号を、ミドルレベル電位より小さくかつローレベル電位よりも大きな第２閾値（ＶｒｅｆＢ）と大小比較して、その比較結果に応じて電位レベルを変化させた成形パルスの出力信号を出力する第２信号検出回路（３３）とを備え、異常検出手段（４０）にて、第１信号検出回路（３２）の出力信号と第２信号検出回路（３３）の出力信号が不一致であれば、短絡による異常が発生していることを検出する。
【００１５】
このように、第１、第２信号検出回路（３２、３３）の出力信号が一致するか否かに基づいて、短絡による異常が発生したことを検出できる。したがって、特許文献１のようにエクスクルーシブ・オア回路のような複雑な論路回路を備えなくても、簡素な構成のＩ／Ｆ回路を備えたセンサ装置としても、センサ同士での短絡による異常を検出することが可能となる。
【００１６】
例えば、請求項２に記載したように、異常検出手段（４０）は、第１信号検出回路（３２）の出力信号がローレベル電位からハイレベル電位に切り替わる立上りエッジのタイミングと第２信号検出回路（３３）の出力信号がローレベル電位からハイレベル電位に切り替わる立上りエッジのタイミングが不一致である場合に、短絡による異常が発生していることを検出することができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる車輪速度センサ１０およびセンサ装置に備えられるＩ／Ｆ回路２０の構成を示したブロック図である。
【図２】短絡時の車輪速度センサ１０のセンサ信号、成形パルスを示した波形図である。
【図３】従来の車輪速度センサ１００におけるセンサ装置のブロック図である。
【図４】短絡前の２つの車輪速度センサのセンサ信号１、２と短絡時のセンサ信号と短絡時の成形パルスを示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００２０】
（第１実施形態）
本実施形態では、複数のセンサとして、車両の各車輪に備えられ、各車輪速度に対応するパルス信号を出力する車輪速度センサを例に挙げて説明を行う。図１は、本実施形態にかかる車輪速度センサ１０およびセンサ装置に備えられるＩ／Ｆ回路２０の構成を示したブロック図である。また、図２は、短絡時の車輪速度センサ１０のセンサ信号、成形パルスを示した波形図である。
【００２１】
図１に示すように、複数の車輪速度センサ１０のセンサ信号がセンサ装置に備えられたＩ／Ｆ回路２０に入力され、Ｉ／Ｆ回路２０にて各車輪の回転検出を行うと共に、センサ同士における短絡による異常を検出する。
【００２２】
車輪速度センサ１０は、車輪と共に回転させられる歯車状のローター１１に対向して配置される。図示しないが、車輪速度センサ１０は、例えばホール素子とこのホール素子によってオンオフが制御されると共にホール素子に対して並列接続されたトランジスタなどが備えられた構成とされている。車輪と共に回転させられる歯車状のローターの回転に基づく磁気抵抗変化に応じて、ホール素子がトランジスタを繰り返しオンオフさせると、電源からホール素子およびトランジスタを通じる電流経路をホール素子のみを通じて電流を流す場合と、ホール素子およびトランジスタを通じて流す場合とに変化させる。これにより、各車輪速度センサ１０から、ハイレベルとローレベルの電流パルスが出力される。これが、後述するＩ／Ｆ回路２０内のプルダウン抵抗３１に流されることで電圧変換されるため、車輪速度センサ１０からハイレベル電位とローレベル電位の矩形パルス波形で表されるセンサ信号が出力されることになる。
【００２３】
Ｉ／Ｆ回路２０には、信号処理回路３０や演算回路４０が備えられている。
【００２４】
信号処理回路３０は、車輪速度センサ１０それぞれに対応してプルダウン抵抗３１や第１、第２信号検出回路に相当する第１、第２コンパレータ３２、３３などを備えた構成とされている。
【００２５】
プルダウン抵抗３１は、車輪速度センサ１０と第１、第２コンパレータ３２、３３の非反転入力端子とを接続する配線に接続されており、車輪速度センサ１０の出力する電流を電圧変換する。具体的には、プルダウン抵抗３１に対して車輪速度センサ１０から出力される電流が流れ、センサ信号の電位がプルダウン抵抗３１によって設定されるようになっている。本実施形態の場合、センサ信号の電位がプルダウン抵抗３１のハイサイド電位となる。このプルダウン抵抗３１のハイサイド電位は、プルダウン抵抗３１に流れる電流の大きさに応じて変化する。このため、車輪速度センサ１０の出力する電流がハイレベルとローレベルに変化することによってプルダウン抵抗３１のハイサイド電位が変化し、上記したようにセンサ信号がハイレベル電位とローレベル電位の矩形パルス波形となる。
【００２６】
第１、第２コンパレータ３２、３３は、反転入力端子に入力されるセンサ信号の電位を反転入力端子に入力される参照電位ＶｒｅｆＡ、ＶｒｅｆＢと大小比較することでパルス成形を行うものである。第１、第２コンパレータ３２、３３の参照電位ＶｒｅｆＡ、ＶｒｅｆＢは、第１、第２閾値に相当するもので、共に、センサ信号がローレベル電位のときよりも高く、かつ、ハイレベル電位のときよりも低く設定され、さらに参照電位ＶｒｅｆＡの方が参照電位ＶｒｅｆＢよりも大きな値に設定されている。
【００２７】
図２に示すように、車輪速度センサ１０同士で短絡が発生したときには、各車輪速度センサ１０から出力されるセンサ信号が階段状の信号になる。短絡した両方の車輪速度センサ１０のトランジスタがオフのときには２つの車輪速度センサ１０から出力されるローレベルの電流が各車輪速度センサ１０に対応するプルダウン抵抗３１に流れることになるため、センサ信号はローレベル電位となる。また、両方の車輪速度センサ１０のトランジスタがオンのときには２つの車輪速度センサ１０から出力されるハイレベルの電流が各車輪速度センサ１０に対応するプルダウン抵抗３１に流れることになるため、センサ信号はハイレベル電位となる。そして、一方の車輪速度センサ１０のトランジスタがオンし、他方の車輪速度センサ１０のトランジスタがオフのときには、各車輪速度センサ１０から出力されるハイレベルとローレベルの電流を加算した電流が各車輪速度センサ１０に対応するプルダウン抵抗３１に流れることになるため、センサ信号はミドルレベル電位となる。したがって、ミドルレベル電位と比較して、第１閾値となる参照電圧ＶｒｅｆＡの方が大きく、第２閾値となる参照電圧ＶｒｅｆＢの方が小さくなるようにしている。
【００２８】
このような参照電位ＶｒｅｆＡ、ＶｒｅｆＢを設定した場合、車輪速度センサ１０から短絡が発生していない正常なセンサ信号が出力されているときには、センサ信号が正常な矩形パルス波形となる。このため、センサ信号の電位が参照電圧ＶｒｅｆＡを超えるタイミングと、参照電圧ＶｒｅｆＢを超えるタイミングが一致し、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力がハイレベル電位になるタイミングが一致する。つまり、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力信号で表される成形パルスは一致する。
【００２９】
これに対して、短絡が発生した場合には、図２に示すように、センサ信号の電位が参照電圧ＶｒｅｆＡを超えるタイミングと、参照電圧ＶｒｅｆＢを超えるタイミングが一致せず、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力がハイレベル電位になるタイミングが一致しない。つまり、第１コンパレータ３２の出力信号で表される成形パルスＡと第２コンパレータ３３の出力信号で表される成形パルスＢとが不一致となる。
【００３０】
したがって、短絡が発生しているか否かに応じて、第１コンパレータ３２の出力信号と第２コンパレータ３３の出力信号が一致するか否かが決まることになり、これら出力信号が一致しているか否かが短絡による異常の発生の有無を表することになる。これに基づいて、演算部４０は、短絡による異常の検出を行っている。
【００３１】
演算部４０は、マイクロコンピュータなどで構成され、本発明の異常検出手段に相当している。演算部４０では、各車輪速度センサ１０に備えられた第１、第２コンパレータ３２、３３の出力信号を入力し、その出力信号が表す成形パルスに基づいて各車輪の回転数や回転速度などの回転検出を行い、短絡による異常の検出を行う。
【００３２】
例えば、演算部４０は、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力信号が表す成形パルスの立上りエッジを検出し、内蔵された動作クロックから各成形パルスのエッジのタイミングを検出する。そして、各成形パルスのエッジのタイミングが一致していれば、短絡による異常が発生していないため、演算部４０は、いずれかの出力信号に基づいて各車輪の回転検出を行う。すなわち、ローターの歯数が決まっていることから、エッジ数からローター、つまり車輪の回転検出を行うことができる。
【００３３】
なお、この回転検出の結果については、例えばブレーキ制御などに用いることができる。例えば、各車輪の回転数から車輪速度を演算すると共に推定車体速度を演算し、これら推定車体速度と車輪速度の偏差で表されるスリップ率に基づいてアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）制御や横滑り防止制御などを実行することができる。
【００３４】
一方、演算部４０は、各成形パルスのエッジのタイミングが不一致であれば、短絡による異常が発生していることを検出する。そして、例えば回転検出結果をブレーキ制御に用いているのであれば、そのブレーキ制御の実行を禁止するなどの処置を取る。これにより、誤った車輪速度に基づいてブレーキ制御が実行されるような誤作動を防止することが可能となる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、複数の車輪速度センサ１０の出力するセンサ信号を第１信号検出回路に相当する第１コンパレータ３２にてミドルレベル電位よりも大きな第１閾値と大小比較している。そして、センサ信号の方が第１閾値よりも大きい場合と小さい場合とで第１コンパレータ３２の出力信号の電位レベルを変化させている。同様に、複数の車輪速度センサ１０の出力するセンサ信号を第２信号検出回路に相当する第２コンパレータ３３にてミドルレベル電位よりも小さな第２閾値と大小比較している。そして、センサ信号の方が第２閾値よりも大きい場合と小さい場合とで第２コンパレータ３３の出力信号の電位レベルを変化させている。
【００３６】
このような構成とすることで、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力信号が一致するか否か、例えば出力信号の電位レベルが変化するタイミングが一致するか否かに基づいて、短絡による異常が発生したことを検出できる。したがって、特許文献１のようにエクスクルーシブ・オア回路のような複雑な論路回路を備えなくても、簡素な構成のＩ／Ｆ回路２０を備えたセンサ装置としても、車輪速度センサ１０同士での短絡による異常を検出することが可能となる。
【００３７】
さらに、各車輪速度センサ１０に対応して備えられた４つのコンパレータ３２の故障を検出するために、同じ構成の５つ目のコンパレータを備えることも考えられる。そして、スイッチ切り替えに基づいて５つ目のコンパレータに各センサ信号が順番に入力されるようにすると共に、５つ目のコンパレータの出力を演算部４０に入力し、４つのコンパレータ３２の出力と５つ目のコンパレータの出力が一致するかを順番に比較する。この比較により、コンパレータ３２の故障を検出できる。しかしながら、５つ目のコンパレータに各センサ信号が順番に入力されるように故障が懸念されるスイッチを備えなければならない。また、車輪速度センサ１０同士の短絡の場合には、コンパレータ３２は故障していないため、４つのコンパレータ３２と５つ目のコンパレータの出力が一致し、当該短絡による異常を検出できない。このため、本実施形態の構成を採用することが有効であると言える。
【００３８】
（他の実施形態）
上記実施形態では、複数のセンサとして車輪速度センサ１０を例に挙げたが、矩形パルス波のセンサ信号を出力するセンサのセンサ信号を処理してセンシングを行うセンサ装置に対して適用することができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力信号の立上りエッジのタイミングが一致するか否かに基づいて、短絡による異常が発生したことを検出するようにした。しかしながら、これは出力信号の一致を確認する手法の１つを例示したに過ぎず、立下りエッジのタイミングが一致するか否かや、立上りから立下りまでの時間が一致するか否かに基づいて、短絡による異常が発生したことを検出するようにしても良い。
【００４０】
また、回転方向検出を行う場合には、センサ信号が正確な矩形パルス波形にはならず、例えば立上り時と立下り時にハイレベル電位よりも更に高い正逆回転検出用の電位となる場合がある。その場合でも、第１、第２コンパレータ３２、３３の出力については上記実施形態と同様となるため、問題なく短絡による異常が発生したことを検出できる。
【００４１】
また、上記実施形態では、コンパレータ３２、３３の反転入力端子側に参照電圧ＶｒｅｆＡ、ＶｒｅｆＢを入力し、非反転入力端子側にセンサ信号が入力されるようにしたが、これを逆にしても良い。その場合には、コンパレータ３２、３３からハイレベルとローレベルの関係が逆転して出力されることになる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…車輪速度センサ、１１…ローター、２０…Ｉ／Ｆ回路、３１…プルダウン抵抗、３２…第１コンパレータ（第１信号検出回路）、３３…第２コンパレータ（第２信号検出回路）、４０…演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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