(57)【要約】【課題】ポテンショメータのタイプのセンサにおいて、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインとのショートを確実に検出可能とする。【解決手段】センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインの電圧を比較し、センサ出力ラインの電圧がセンサ供給電源ラインの電圧より一定値以上低い場合以外の場合に、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインが互いにショートしているものと判定する。【効果】本発明によれば、ポテンショメータのタイプのセンサを利用したシステムにおいて、センサ出力ラインの電圧から上下限エラー判定によりセンサ出力ラインとセンサ供給電源ラインとのショートを確実に検出できるようにするために、そのセンサの使用可能領域を縮小し、その結果、センサを適用する制御部品の動作範囲を制限することを回避することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御要素特性値を示すセンサがセンサ供給電源を受け付けセンサ出力を発生する場合であって、センサ供給電源電圧とセンサ出力電圧の偏差の絶対値が定められた値より小さいとき、またはセンサ出力電圧がセンサ供給電源電圧より高いとき、センサ異常を検出するセンサ異常検出方法。
【請求項２】
制御要素特性値を示すセンサの出力信号値を処理するセンサ処理装置において、請求項１の方法を含むことを特徴とするセンサ処理装置。
【請求項３】
制御要素特性値を示すセンサの出力信号値を処理するセンサ処理装置において、センサ出力値をもとにセンサを異常ではないと判定する領域がセンサ出力信号線とセンサ供給電源線とがショートしたときのセンサ出力信号線電圧領域を含むことを特徴とする、請求項１の方法を含むセンサ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ異常検出方法に関する。特に、電源供給を受けて電圧を出力するセンサに関し、特に、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインとの間のショートを検出するセンサ異常検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下記文献には、スロットルセンサ精度向上と電子制御スロットル装置の動作の安定性を図るために、スロットルバルブの最小開度から最大開度に対応した、抵抗体上におけるブラシの動作範囲の半分よりも小さい連続した範囲であって最小開度を含む範囲が、スロットルバルブ軸とモータの回転軸を結ぶ線分又はこの線分の延長線上に存在するように、ブラシ及び抵抗体を配置することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８９２９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上下限チェックにおける異常判定しきい値は、一般にセンサによる測定対象物の実動作範囲に相当する電圧範囲により決まる。すなわち、センサ出力電圧が実動作範囲の電圧レンジを越えたとき異常と判定する。ここで、センサ出力ラインと供給電源ラインとがショート（以下ではセンサ出力・電源ショートと呼ぶ）した場合を考えると、センサ出力電圧とセンサ供給電源電圧は等しく、かつ非ショート時のセンサ供給電源電圧より下がる。その結果、上記上下限チェックで設定した上限しきい値を上回らないことがある。そうなると、出力ラインと電源供給ラインがショートしても上下限チェックでは異常を検出できないことになり、センサ出力値は大きな値とみなされる。センサが二重系の構成の場合、他の正常なセンサ出力電圧と比較すると、上記異常センサの出力値は大きな値となり、上記の相関異常が検出される。しかし、その場合、どちらのセンサが異常なのかは判定できない。
【０００５】
センサ出力ラインがセンサ供給電源ラインとショートしたとき、確実に上下限チェックで異常検出できるようにするには、センサ測定対象物の実動作範囲を限定する方法もありうるが、多くの場合、前記実動作範囲はセンサ有効範囲を最大限に利用するように設定されるため、現実には採用することは不可能な場合が多い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、センサ供給電源電圧とセンサ出力電圧の偏差を用いる。センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインがショートしたとき、両者の電圧の偏差は基本的には存在しない。但し、両電圧を比較するには、通常Ａ／Ｄ変換器を利用してＡ／Ｄ変換するが、Ａ／Ｄ変換に含まれる誤差などにより、厳密にはある程度の偏差が生ずる可能性がある。Ａ／Ｄ変換に付随して生ずる誤差のことを以下ではセンサＡ／Ｄ誤差と称する。
【０００７】
本発明によれば、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインの電圧のＡ／Ｄ変換値の偏差の絶対値が前記センサＡ／Ｄ誤差より小さいとき、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインがショートしているものと判定する。この判定方法は多くの場合、前記Ａ／Ｄ誤差は小さいことから、センサ測定対象物の実動作範囲のすべてにわたって適用可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明者らは今回、センサについて種々検討した。電圧を出力する形態のセンサとしては、ポテンショメータのタイプのセンサがある。このタイプのセンサは、センサに電源を供給した時、センサがセンシングする対象物の特性に相応する信号レベルを電圧として発生するものである。例えば、制御機器の回転角度位置を検出するセンサでは、制御機器の回転と連動して回転する接触子が円弧上の抵抗体を接触しながら回転し、その抵抗体の両端に直流電圧をかけたとき、接触子の示す電圧が回転角度に対応した値を示すことにより、接触子電圧を測定し、もって前記制御機器の回転角度を検出しようとするものである。
【０００９】
このようなセンサの自己診断の代表的なものとして、上下限チェックと相関チェックがある。上下限チェックは、センサの実動作範囲の出力電圧の上限と下限の電圧値を定めておき、センサ出力値がその上限を上回ったとき、または下限を下回ったときセンサ異常と判定する。センサ異常が検出される要因としては、センシング対象物の異常ならびにセンサ自体の異常のほかに、センサとセンサ異常を検出する処理装置またはマイコンの間の接続ラインの不具合、すなわち、断線または他の信号レベルへのショートなどがあげられる。
【００１０】
もう一つの相関チェックは、多重系センサの場合に使用される方法で、二つ以上のセンサ出力値の偏差の絶対値がしきい値より大きいときに異常と判定するものである。但しこの場合、比較した二つのセンサのどちらが異常なのかはそれだけでは判定できないことになる。
【００１１】
以下、本発明によるセンサ異常検出方法について、図示の実施例により詳細に説明する。
【００１２】
なお、以下ではセンサとして制御要素の回転角度位置を検出するタイプのセンサを例にとって説明するが、本発明はそのタイプのセンサに限定するものではない。
【００１３】
図１は、センサの構造の一実施形態を示している。本センサは接触子１５が固定された回転軸２０を含み、前記回転軸２０と連動して回転する。さらに本センサは固定抵抗体５０を含み、前記接触子１５は固定抵抗体５０と接触しながら回転軸２０と連動して回転動作する。前記固定抵抗体５０は一様な抵抗を持ち、その両端には定電圧（Ｖ０）が加えられる。前記固定抵抗体５０とは別の並列固定抵抗体６０を含む。前記接触子１５は接触点５１において前記固定抵抗体５０と常に接触し、また接触点６１において前記並列固定抵抗体６０と常に接触する。そのための方法としては、例えば、前記並列固定抵抗体６０は前記固定抵抗体５０と相似の形状で同心円をなすように配置し、前記接触子１５が前記回転軸２０と連動して回転動作するとき、前記接触子１５が前記接触点５１と接触点６１とともに前記固定抵抗体５０と前記並列固定抵抗体６０とに常に接触するように構成する。接触点５１と接触点６１の間及び並列固定抵抗体６０の抵抗値はゼロとみなして良い程度に導電率の高い材料を用いる。
【００１４】
ここで、前記固定抵抗体５０の端点Ｐ１と前記並列固定抵抗体６０の一端Ｑの電位差を測定すれば、回転軸２０の回転動作と連動して前記電位差が変化する。その理由は、前記並列固定抵抗体６０は抵抗ゼロであるから、位置Ｑと前記接触点６１及び前記接触点５１の電圧は等しいため、位置Ｐ１と位置Ｑの間の電位差は、位置Ｐ１と接触点５１の間の電位差となるためである。
【００１５】
前記固定抵抗体５０が一様な抵抗分布を持ち、位置Ｐ１とＰ２の間にＶ０の電圧を加えたとき、前記固定抵抗体５０のＰ１とＰ２の距離をＬ、Ｐ１と前記接触点５１との距離をｌとすると、位置Ｑで測定される電圧Ｖは近似的には（ｌ／Ｌ）×Ｖ０となる。このｌは前記接触子１５の回転角に比例し、その回転角は前記回転軸２０の回転角に等しい。前記回転軸２０の回転角がθのときに位置Ｑで測定される電圧Ｖは
Ｖ＝（θ／θｍａｘ）×Ｖ０
となるので、回転角θは、（Ｖ／Ｖ０）×θｍａｘと求められる。ここにθｍａｘはＰ１からＰ２に至るまでの回転角である。
【００１６】
図２は図１を電気回路として表現したものである。ただし追加した部分もある。前記固定抵抗体５０は図２では、１本の可変抵抗ＶＲとして表現されている。前記接触点５１は図２ではＶＲに接する矢印が対応する。図１での前記接触点５１から位置Ｐ１までの部分が図２でのＲａで、位置Ｐ２から前記接触点５１までの部分が図２でのＲｂに相当する。またＡがＰ１に、ＢがＰ２に相当する前記可変抵抗ＶＲの全抵抗は、Ｒａ＋Ｒｂである。センサ供給電源Ｖ０と前記可変抵抗ＶＲとの間に保護抵抗Ｒｓが挿入されている。これは、点Ｂがグランドにショートしたときセンサ供給電源から過大な電流が流れることを防止するため、及び点Ｂが高電圧にショートしたときに内部回路を保護するために設けたものである。
【００１７】
図３に、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインがショートしたときのセンサ出力値とセンサ供給電源電圧の測定値をグラフに示す。図３において、正常時におけるセンサの実動作範囲にわたるセンサ出力電圧がセンサ出力値４３０で示されている。センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインがショートしたときのセンサ供給電源電圧をＶ０特性１とＶ０特性２で示す。両者の相違は保護抵抗Ｒｓなどの値の相違によるものである。区間Ａにおいてショート時Ｖ０特性２は上限電圧Ｖｍａｘ　を下回っており、上下限チェックで異常は検出されない。保護抵抗Ｒｓが小さいほどショート時の特性線は高いほうに移動し、上記区間Ａに相当する領域を縮小でき、さらには消滅することができる。但し、保護抵抗Ｒｓの値が小さくなると、センサ供給電源ラインがグランドまたは高電圧にショートした時に保護抵抗Ｒｓを流れる電流は大きくなり、回路素子の発熱が加速する。発熱により回路素子温度が上昇すれば、素子破壊または保護機能による出力の制限ないしは出力停止などが発生し、部品破壊あるいは動作不良を引き起こす。また、保護抵抗値が大きくなると、センサ供給電源ラインとセンサ出力ラインとがショートした時のセンサ出力電圧は低下し、図３での区間Ａの領域が拡大する。区間Ａでは、上下限チェックで異常が検出されない。このためその値を参照すると、角度位置が最小の場合の電圧ＶｅｒはＰｅｒの位置と認識され、このため、角度位置が大きな位置Ｑｅｒと判定される。これは大きな誤差を生ずるため、実動作範囲を狭くして、区間Ａが存在しないようにするなどの対策が必要である。
【００１８】
これに対し本発明では、センサ出力値４３０とセンサ供給電源電圧Ｖ０とを比較し、その差の絶対値が前記センサＡ／Ｄ誤差相当値より小さいとき、またはセンサ出力値４３０のほうが高いとき、センサ出力・電源ショートと判定する。これにより、図３に示す実動作範囲の全領域において、センサ・電源ショートの有無を判定でき、上下限レンジチェックのしきい値を図３のＶｍａｘ　とでき、前記実動作範囲の全領域が使用可能となる。
【００１９】
上記の結果として、センサ出力値の上下限エラーチェックでエラーとはしない領域がセンサ出力・電源ショートのときのセンサ出力レベルを含む場合であっても、図４に示すように、センサ出力・電源ショートが検出可能となり、実動作範囲がその領域を含んで使用可能である。図４は図３の一部を抜き出したものである。センシング対象物の位置がＱｅｒとｍａｘの間にあるとき、センサ出力レベルは図４のＸで示す領域となるが、これは、前記センサ出力・電源ショートの場合のセンサ出力レベルの範囲と重なる。しかし本発明の方法により前記センサ出力・電源ショートが無しと判定された場合には、センシング対象物の位置は図４のＱｅｒとｍａｘの間のどの位置かを求めることができ、前記センサ出力・電源ショートの場合を排除することが可能である。この効果の具体例を以下に述べる。センサがセンシングする対象物の動作範囲は回転角度がほぼ９０°の場合が少なくない。このため、センサ動作範囲は９０°にマージンを加えた範囲を利用可能範囲とする。センサ処理回路に依存するショート時の電圧特性に基づいてショート判定を可能とするためにセンサ利用範囲が縮小された場合、９０°に近い値である本来の動作範囲をセンサ利用可能範囲として含むことが不可能になることがあり、その場合の問題であるセンサ利用範囲の縮小を本発明により回避することができる。
【００２０】
次にセンサを二重系で構成し、一方のセンサにおいてセンサ供給電源ラインとセンサ出力ラインのショートが発生している場合を考える。そのような場合ではショートしているセンサの示す角度位置は大きな角度を示すが、正常なセンサの示す角度位置は小さな角度位置を示す。前述のように二重系の構成とした場合には相関チェックを行うことができ、上記のようなケースでは、２個のセンサの出力電圧の差が大きいことから相関エラーが検出される。相関エラーが検出された場合には、少なくとも一方のセンサが異常である事がわかるが、どちらのセンサが異常なのかは特定できない。このような場合、フェールセーフ動作として相対的により安全ないずれか一方のセンサ値を用いるか、あるいは両方のセンサ値のいずれも用いない方法をとることが可能であるが、いずれにしても正常なセンサが選択される保証はない。
【００２１】
これに対し、前述のセンサ供給電源電圧とセンサ出力電圧の差をもとにセンサ供給電源ラインとセンサ出力ラインの間のショート検出方法を利用すれば、二重系のセンサのうちのどちらが異常であるかを判定できるため、相関エラーが検出されている場合であっても異常ではないセンサのセンサ値を選択して利用することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインがショートした時のセンサ出力ライン電圧がセンサ出力値の上下限異常を検出する上限しきい値より低いために、エラーと判定されないという問題が生じるのに対し、センサ出力値が大きな値を示す場合であっても、センサ出力ラインとセンサ供給電源ラインがショートした事を確実に検出する方法を実現し、上記問題を解決することができる。
【００２３】
また、上記問題を解決するために、センサ利用領域を縮小することを回避でき、センサ出力値の分解能を低下させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施例における基本構成である。
【図２】第一の実施例における動作を示す等価回路である。
【図３】第一の実施例におけるセンサ特性図である。
【図４】第一の実施例における第二のセンサ特性図である。
【符号の説明】
１０…処理装置、１５…接触子、２０…回転軸、３０…回転子、５０…固定抵抗体、５１，６１…接触点、６０…並列固定抵抗体、１００…センサ、４３０…センサ出力値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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