(57)【要約】【課題】センサ入力における開および／または短絡回路故障を検出するための故障検出回路が提供される。【解決手段】故障検出回路１０２は、公称バイアス電流をセンサ１０４を通して送る電流源１１２を含む。バイアス電流は、オフセット電圧ＶOSによって駆動され、センサ１０４により形成される閉ループに沿って流れ、バイアス電流による予め決められたレベルに維持される。開または短絡入力状態がセンサ入力において生じると、オフセット電圧ＶOSは、バイアス電流レベルを維持するように上昇することになる。オフセット電圧ＶOSが、選択されたトリッピングしきい値より上に増加すると、プロセッサまたは他のモニタ回路に故障の発生を知らせる故障信号がプロセッサへ出力される。【選択図】図１
2004294442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の出力リード線を有するとともにセンサ出力を生成するセンサと、
出力リード線に接続された故障検出回路と、
を備える、検出システムであって、故障検出回路は、故障状態の発生を検出するようにバイアス電流をセンサに送る電流源を含むことを特徴とする検出システム。
【請求項２】
前記電流源は、バイアス電流を予め決められたレベルに維持するオフセット電圧によって駆動され、故障検出回路は、故障状態の発生を検出するようにオフセット電圧をモニタする故障比較器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の検出システム。
【請求項３】
前記オフセット電圧は、故障状態が発生する場合に、増加し、故障比較器は、オフセット電圧がトリッピングしきい値を超える場合に、故障信号を生成することを特徴とする請求項２記載の検出システム。
【請求項４】
前記センサと電流源は、閉ループを形成することを特徴とする請求項２記載の検出システム。
【請求項５】
前記故障検出回路は、センサ出力をフィルタにかけるフィルタ回路をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の検出システム。
【請求項６】
前記故障検出回路は、センサを含むフィードバック経路を有することを特徴とする請求項１記載の検出システム。
【請求項７】
前記検出システムは、センサと接続するインタフェースをさらに備え、このインタフェースは、プロセッサによる使用のためにセンサ出力を処理することを特徴とする請求項１記載の検出システム。
【請求項８】
前記センサ出力は、正弦波であり、インタフェースは、この正弦波を単一端信号に変換する差動増幅器を備えることを特徴とする請求項７記載の検出システム。
【請求項９】
前記インタフェースは、差動増幅器に結合された入力比較器をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の検出システム。
【請求項１０】
前記入力比較器は、単一端信号を論理方形波に変換することを特徴とする請求項９記載の検出システム。
【請求項１１】
前記差動増幅器は、故障検出回路とセンサの間の抵抗より高い入力抵抗を有することを特徴とする請求項８記載の検出システム。
【請求項１２】
バイアス電流を予め決められたレベルに維持するオフセット電圧により駆動されるとともにセンサにバイアス電流を送る電流源と、
故障状態の発生を検出するようにオフセット電圧をモニタする故障比較器と、
を備えることを特徴とするセンサ入力における故障を検出するための故障検出回路。
【請求項１３】
前記オフセット電圧は、故障状態が発生する場合に、増加し、故障比較器は、オフセット電圧がトリッピングしきい値を超える場合に、故障信号を生成することを特徴とする請求項１２記載の故障検出回路。
【請求項１４】
前記故障検出回路は、正常な作動状態中にオフセット電圧を減衰させそれをトリッピングしきい値より下に留まらせるようにセンサ出力をフィルタにかけるフィルタ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１３記載の故障検出回路。
【請求項１５】
選択されたレベルを有するとともにオフセット電圧により維持されるバイアス電流を生成し、
バイアス電流をセンサを通して送り、
オフセット電圧をトリッピングしきい値と比較し、
オフセット電圧がトリッピングしきい値を超える場合は、故障信号を生成する、
ことを含む、センサ内の故障状態を検出する方法であって、故障状態は、センサを通るバイアス電流の流れを制限し、オフセット電圧を上昇させてバイアス電流を維持することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記オフセット電圧は、センサ出力により影響を受け、前記方法は、正常なセンサ作動中にオフセット電圧をトリッピングしきい値より下に維持するようにセンサ出力をフィルタにかけることをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記故障信号を生成することは、オフセット電圧がトリッピングしきい値を超える場合に、故障信号をｈｉｇｈレベルに設定することを含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子的エンジン制御装置に関し、より詳細には、電子的エンジン制御装置内のエンジン速度センサおよび故障検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子的エンジン制御装置は、例えば回転位置およびエンジン回転速度を決定するために、速度と位置の少なくとも一方のセンサを含む。センサは、モニタしている装置の回転速度に比例する周波数を有する信号を生成する磁気パルスピックアップセンサとすることができる。より詳細には、磁気ピックアップセンサは、通過する歯車の歯を測定し、歯車の歯の回転速度の関数である正弦波形を生成する。歯車の歯がより速くセンサを通過すればするほど、センサによって生成される正弦波形の振幅は、より大きくなり、この正弦波の周波数は、より高くなる。速度インタフェースは、正弦波をとり、それを方形波（ｓｑｕａｒｅ  ｗａｖｅ）に変換し、また、速度インタフェースは、方形波に対して周波数変換を行い、それによって、プロセッサは、方形波に基づいてエンジン速度を決定できる。現在知られているシステムでは、センサ入力経路（ｐａｔｈ）が１つあるだけである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ケーブル疲労および他の断線は、センサ出力を解析するのに使用されるプロセッサまたは他の回路からセンサの一方または両方のリード線が切断されるというセンサ入力における開回路状態を引き起こし得る。しかしながら、現在知られているエンジン制御システムは、ケーブル内のどのような静電容量も、センサとセンサに接続されている任意の回路との間に入力経路が依然として存在することを誤って示す信号経路を生成することになるので、１本のリード線による（ｓｉｎｇｌｅ−ｌｅａｄ）開センサ入力状態を検出できない。これは、プロセッサとセンサが、遠くに離れていて、より長い接続ケーブルが必要となる場合は、長いケーブルほど静電容量が高くなるので、特に問題となる。エンジン速度が、その作動範囲の高い方の端部にある場合は、ケーブル静電容量を横切って生成される信号が、エンジンの実際の作動とは無関係であり、ときとして、９０度もの大きさで実際のエンジン作動とは位相が外れることもあり得るので、この検出誤りによって、エンジンの不適切な制御が生じ得る。さらに、誤り検出の遅れによって、エンジン制御システムは、センサ信号を不適切に解釈し得るので、いくつかの適用においては迅速な誤り検出が重要となる。
【０００４】
センサインタフェース入力において１本または２本のリード線による（ｓｉｎｇｌｅ−  ｏｒ  ｄｕａｌ−ｌｅａｄｅｄ）開および／または短絡故障状態（ｏｐｅｎ  ａｎｄ／ｏｒ  ｓｈｏｒｔ  ｆａｕｌｔ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を迅速かつ正確に検出できる磁気速度ピックアップシステムが要望されている。
【０００５】
また、センサ作動を中断せずに故障検出を実行できるとともに、センサの全作動範囲に亘って作動できる、磁気速度ピックアップシステムが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、センサ入力において開および／または短絡回路故障を検出するための故障検出回路を含む検出システムに向けられている。一実施態様では、センサインタフェースが、２つの入力経路を有しており、一方は、センサ信号それ自体を伝達し、他方は、故障検出回路からの電流を伝達する。故障検出回路は、センサを通して公称バイアス電流を維持する電流源を含む。バイアス電流は、オフセット電圧によって駆動され、センサにより形成される閉ループに沿って流れ、閉ループシステムとバイアス電流により確立される予め決められたレベルに維持される。開または短絡入力状態がセンサ入力において生じる場合は、オフセット電圧は、バイアス電流レベルを維持するように上昇することになる。オフセット電圧が、選択されたトリッピング（ｔｒｉｐｐｉｎｇ）しきい値より上に増加すると、故障発生を知らせる故障信号がプロセッサへ出力される。一実施態様では、故障検出回路は、エンジンが始動する前を含めセンサの全作動範囲に亘って機能し得る状態にあり、それによって、制御システムは、エンジン始動前においてさえもセンサの動作不良を検出できる。
【０００７】
センサをフィードバック経路に有する故障検出回路を組み込むことで、システムは、そうでなければ故障を不検出にしていたであろう、システム内のケーブル静電容量が信号を生成する場合でさえも、入力において生じる故障を迅速に検出できる。
【０００８】
一実施態様では、センサは、磁気速度ピックアップセンサであるが、本発明は、他の種類のセンサと共に同様に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施態様による故障検出回路１０２を含む検出システム１００を例示する典型的なブロック図である。図２は、図１のシステム１００をより詳細に例示する概略図である。図１に示すシステム１００は、磁気ピックアップ速度センサなどの速度センサ１０４の入力における故障を検出するエンジン速度検出システムであるが、本発明の故障検出回路１０２は、開／短絡故障が生じ得る代替の検出システムにも組み込むことができる。可能な代替のセンサは、限定される訳ではないが、熱電対、圧力センサなどを含み得る。
【００１０】
この実施態様では、センサ１０４は、インタフェース１０７に接続された２本の出力リード線１０６を有する。センサ出力リード線１０６は、センサ信号を、インタフェース１０７内の差動増幅器１１０に伝達する。この例では、センサ１０４は、その出力信号として正弦波を生成する。センサ１０４からの差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）正弦波信号は、差動増幅器１１０により単一端信号（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｎｄｅｄ  ｓｉｇｎａｌ）に変換され、次に、速度入力比較器１１１に送られ、この比較器１１１は、正弦波を、プロセッサ（図示せず）がエンジン速度を測定するのに使用できる論理方形波に変換する。
【００１１】
差動増幅器１１０の入力における抵抗は、インタフェース１０７をセンサ１０４の方向に見るときの抵抗に比較して高くする必要がある。差動増幅器１１０の高い入力抵抗によって、故障検出回路１０２からの公称電流の大部分が、差動増幅器１１０の中へではなくてセンサ１０４を通って流れるのが保証される。しかしながら、実際には、故障検出回路１０２からの電流の一部は、接地に対する差動増幅器の参照に起因して、依然として差動増幅器１１０内へ漏れ得ることに留意のこと。
【００１２】
故障検出回路１０２は、入力リード線１０６における開／短絡故障の存在を検出するのにバイアス電流を使用する。図１および図２を参照すると、故障検出回路１０２は、電流源１１２と、フィルタ回路１１４と、故障比較器１１６とを含む。図２は、これらの回路機能を実行する可能な一方法を例示しているけれども、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに故障検出回路１０２の機能を実行する代替の方法を理解するであろう。
【００１３】
この実施態様では、基準電圧Ｖrefと基準抵抗器Ｒrefは一緒に、電流源１１２によりセンサへ送られる公称バイアス電流を設定するように機能する。Ｒ１とＲ２は、電流源を絶縁（ｉｓｏｌａｔｅ）し、故障検出回路１０２のための入力インピーダンスを与える。電流源１１２は、オフセット電圧ＶOSにより駆動および維持され、オフセット電圧ＶOSは、基準電圧Ｖrefと基準抵抗器Ｒrefにより設定された公称レベルに電流源１１２によるバイアス電流出力を保つように必要に応じて変化する。電流源１１２は、例えば、積分（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ）電流源とすることができる。
【００１４】
図２から理解できるように、電流源１１２とセンサ１０４は、閉ループを形成し、電流源１１２により生成されるバイアス電流は、フィードバック経路を通してセンサ１０４へ送られる。換言すれば、センサ１０４は、電流源１１２のフィードバック経路内に配置される。オフセット電圧ＶOSは、センサ１０４へのバイアス電流をＶref／Ｒrefにより規定された選択されたレベルに維持する駆動電圧として機能する。開または短絡故障状態が、センサ入力において生じた場合は、オフセット電圧ＶOSは、センサ１０４へ送られるバイアス電流レベルを維持するように増加することになる。
【００１５】
オフセット電圧ＶOSは、故障比較器１１６によってモニタされる。故障比較器１１６は、予め決められたトリッピングしきい値を有しており、オフセット電圧ＶOSがトリッピングしきい値を超える場合は、故障信号を生成する。例示した実施態様では、オフセット電圧ＶOSは、正常なシステム作動中には、例えば、４．６ＶＤＣに設定される。開または短絡状態が、センサ１０４の入力において生じる場合は、オフセット電圧ＶOSは、上述したように、バイアス電流を一定のレベルに保つように上昇することになる。ＶOSが、故障比較器１１６内のトリッピングしきい値より上に増加する場合は、故障比較器１１６は、故障信号をｈｉｇｈとなるようにアサートする。次に、故障信号は、故障検出回路１０２から、例えば、センサ１０４の作動のモニタと制御の少なくとも一方を行うプロセッサまたは他の回路へ出力される。
【００１６】
センサ１０４の出力信号の揺らぎに起因する故障比較器１１６の偶然のトリッピングを防止するために、フィルタ回路１１４が、正常なシステム作動中にオフセット電圧ＶOSを減衰させそれをトリッピングしきい値より下に保つように、設けられ得る。センサ１０４の正弦波出力は、その振幅において、ＶOSを同様に大幅に変動させる可能性がある大きな揺れを示し得る。フィルタ回路１１４を付加することによって、オフセット電圧ＶOSの変動が偶然にトリッピングしないようにされる。図２に例示した実施態様では、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が、フィルタ回路１１４として機能する。従って、たとえオフセット電圧ＶOSがセンサ１０４内の変化に起因して揺らいでも、フィルタ回路１１４は、オフセット電圧ＶOSがトリッピングしきい値を横切るほど十分高く変動するのを防止する。
【００１７】
また、故障比較器１１６は、トリッピングしきい値においてヒステリシスを有するように設計されることができ、それによって、たとえオフセット電圧ＶOSがトリッピングしきい値より下に低下しても、故障検出回路１０２は、それ自身を（例えば、故障信号をｌｏｗ状態に戻してリセットすることによって）リセットすることは行わないことになる。故障信号がセンサ入力の状態を正確に反映するのを保証するために、故障比較器１１６は、トリッピングしきい値よりも低いリセットしきい値を設定できる。オフセット電圧ＶOSがトリッピングしきい値を過ぎてリセットしきい値より下のレベルまで低下する場合は、故障比較器１１６は、オフセット電圧ＶOSが、センサ１０４の入力における開または短絡故障を依然として有するシステム内の単なる信号揺らぎを反映するのではなく正常なシステム作動を実際に反映すると、確信できる。
【００１８】
小さなバイアス電流をセンサ１０４を通して送り、このバイアス電流を維持するのに使用される駆動電圧をモニタすることにより、本発明のシステムは、センサ１０２の入力における開および／または短絡故障状態の発生を検出できる。バイアス電流経路内のどのような故障も、バイアス電流経路を遮断することになり、それによって、駆動電圧を上昇させ、故障検出回路１０２が、故障の存在を迅速に示すことになるのを保証する。その結果、本発明のシステム１００によって、センサ１０４の出力に依拠したどのような装置の適切な制御も可能となる。
【００１９】
理解されるように、ここに説明した本発明の実施態様に対するさまざまな代替物が、本発明を実施する際に利用され得る。添付の請求項が、本発明の範囲を規定すること、および、これらの請求項の範囲内の方法、装置、およびその等価物が、本発明の範囲に含まれること、が意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施態様による故障検出回路を組み込んだシステムを例示するブロック図である。
【図２】図１に示すシステムの一実施態様の概略図である。
【符号の説明】
【００２１】
１００…検出システム
１０２…故障検出回路
１０４…センサ
１０６…リード線
１０７…インタフェース
１１０…差動増幅器
１１１…速度入力比較器
１１２…電流源
１１４…フィルタ回路
１１６…故障比較器
【図１】
2004294442.tif 000003
【図２】
2004294442.tif 000004