(57)【要約】【課題】低コスト化および小型化を図ることが可能なセンサ故障検出装置を提供する。【解決手段】電源ラインと複数のセンサのそれぞれの、接地されていない他の一端に接続された分圧回路を介して分圧された複数のセンサの出力電圧が入力され、入力された複数のセンサの出力電圧のうちの一つを選択して出力する出力選択回路と、出力選択回路を介して入力されたセンサの出力電圧をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換回路と、電源ラインと出力選択回路の出力側との間に分圧回路をバイパスする、導通／遮断の切換が可能なバイパス回路と、を備え、バイパス回路を導通した状態で、出力選択回路を介して入力されたセンサの出力電圧をデジタル値に変換し、そのデジタル値に基づいて該センサの故障を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が接地されてアナログ値を出力する複数のセンサと、
電源ラインと前記複数のセンサのそれぞれの、接地されていない他の一端に接続され、該センサの出力電圧を分圧する分圧回路と、
前記分圧回路を介して分圧された前記複数のセンサの出力電圧が入力され、入力された前記複数のセンサの出力電圧のうちの一つを選択して出力する出力選択回路と、
前記出力選択回路を介して入力されたセンサの出力電圧をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記電源ラインと前記出力選択回路の出力側との間に設けられ、前記分圧回路をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路の導通／遮断を切り替える切換回路と、
を備え、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記バイパス回路を導通した状態で、前記出力選択回路を介して入力されたセンサの出力電圧をデジタル値に変換し、
変換した前記デジタル値に基づいて該センサの故障を判定する故障判定回路をさらに備えることを特徴とするセンサ故障検出装置。
【請求項２】
前記故障判定回路は、前記センサの故障が短絡故障あるいはオープン故障のいずれであるかを判定する請求項１に記載のセンサ故障検出装置。
【請求項３】
前記出力選択回路の出力側とグランドとの間に設けられ、前記オープン故障の要因に応じた電圧を前記アナログ／デジタル変換回路に出力するオープン故障要因検出回路を備え、
前記故障判定回路は、前記オープン故障が発生したときに、前記バイパス回路を遮断した状態で、前記アナログ／デジタル変換回路が変換した、前記オープン故障要因検出回路からの出力電圧に基づいて、前記オープン故障の要因を判別する請求項２に記載のセンサ故障検出装置。
【請求項４】
予め定められた故障判定タイミングが到来したか否かを判定する故障判定タイミング判定回路を備え、
前記故障判定回路は、前記故障判定タイミング判定回路が、前記故障判定タイミングが到来したと判定したときに、前記センサの故障を判定する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のセンサ故障検出装置。
【請求項５】
前記故障判定タイミング判定回路は、前記センサ故障検出装置に電源が投入されたときを、前記故障判定タイミングが到来したと判定する請求項４に記載のセンサ故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理量を電気量として検出する分野では、物理量をアナログセンサによって検出し、このアナログセンサの出力をアナログ／デジタル（以下、Ａ／Ｄという）変換回路によってデジタル値に変換し、このデジタル値を中央処理装置（以下、ＣＰＵという）によって演算処理する方法が一般に用いられている。
【０００３】
Ａ／Ｄ変換装置では、アナログ信号側回路の故障検出に加え、アナログ信号線の断線を検出するものが考案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０９８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、アナログ信号側回路の故障を精度よく検出できるが、回路構成が複雑であるという問題がある。
【０００６】
また、図５に、従来のセンサ故障検出装置２の構成の一例を示す。センサ故障検出装置２は、複数のセンサ回路Ｕ１，Ｕ２と、これらセンサ回路が接続されたマイコン１０を含んで構成される。
【０００７】
センサ回路Ｕ１は、一端が接地されたセンサＳ１と、電源ライン（Ｖｃｃ）とセンサＳ１との間に設けられ、センサＳ１の出力電圧を分圧する分圧回路である分圧抵抗Ｒ１１と、分圧抵抗Ｒ１１を介して分圧された前記複数のセンサの出力電圧に重畳するノイズ等を除去するコンデンサＣ１と、分圧抵抗Ｒ１１を介して分圧されたセンサＳ１の出力電圧が入力されるとともに、マイコン１０への過電流の流入を保護する保護抵抗Ｒ１２と、電源ライン（Ｖｃｃ）とセンサＳ１との間には、分圧抵抗Ｒ１１のバイパス回路Ｋ１を形成し、そのバイパス回路の導通／遮断を行うトランジスタＴ１と、を含んで構成される。そして、センサＳ１の出力電圧はマイコン１０のＡＤ変換用の入力ポートＡＤ１に入力され、マイコン１０の出力ポートＰ１によってトランジスタＴ１のオン／オフ（すなわち、バイパス回路Ｋ１の導通／遮断）が切り替えられる。
【０００８】
センサ回路Ｕ２も、センサ回路Ｕ１と同様に、センサＳ２，分圧抵抗Ｒ２１，コンデンサＣ２，保護抵抗Ｒ２２，バイパス回路Ｋ２，トランジスタＴ２を含んで構成される。そして、センサＳ２の出力電圧はマイコン１０のＡＤ変換用の入力ポートＡＤ２に入力され、マイコン１０の出力ポートＰ２によってトランジスタＴ２のオン／オフ（すなわち、バイパス回路Ｋ２の接続／遮断）が切り替えられる。
【０００９】
マイコン１０は、周知のＣＰＵ１１，ＲＯＭ１２，ＲＡＭ１３，ＡＤ変換回路１４，信号入出力回路であるＩ／Ｏ１５がバスライン１６によりデータ伝送可能に接続されている。そして、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２に記憶された制御プログラムを実行することで、センサが出力する電圧を検出し、検出した電圧に基づいて種々の処理を実行する。
【００１０】
図５の構成で、センサＳ１の故障を検出する場合（センサＳ２についても同様）、トランジスタＴ１をオン状態としてバイパス回路Ｋ１を導通状態とし、分圧抵抗Ｒ１１の影響を除去してセンサＳ１の出力電圧を直接検出する。また、センサＳ１の故障を検出しないときには、トランジスタＴ１をオフ状態としてバイパス回路Ｋ１を遮断状態とする。つまり、センサ回路１個あたり、ＡＤ変換用の入力ポートとトランジスタ制御用の出力ポートを１本ずつ使用する。
【００１１】
このため、センサを数多く使用する制御装置では、センサの個数だけトランジスタが必要となって部品点数が多くなり、装置が大型化するとともに、マイコンのＡＤ変換用の入力ポート，トランジスタ制御用の出力ポートもセンサの分だけ必要となるので、その制御装置で実現可能な機能が少なくなるという問題も生ずる。
【００１２】
上記問題点を背景として、本発明の課題は、低コスト化および小型化を図ることが可能なセンサ故障検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１３】
上記課題を解決するためのセンサ故障検出装置は、一端が接地されてアナログ値を出力する複数のセンサと、電源ラインと複数のセンサのそれぞれの、接地されていない他の一端に接続され、該センサの出力電圧を分圧する分圧回路と、分圧回路を介して分圧された複数のセンサの出力電圧が入力され、入力された複数のセンサの出力電圧のうちの一つを選択して出力する出力選択回路と、出力選択回路を介して入力されたセンサの出力電圧をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換回路と、電源ラインと出力選択回路の出力側との間に設けられ、分圧回路をバイパスするバイパス回路と、バイパス回路の導通／遮断を切り替える切換回路と、を備え、アナログ／デジタル変換回路は、バイパス回路を導通した状態で、出力選択回路を介して入力されたセンサの出力電圧をデジタル値に変換し、変換したデジタル値に基づいて該センサの故障を判定する故障判定回路をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によって、バイパス回路およびトランジスタがセンサの個数によらず１つずつとなるので、部品点数（すなわち、トランジスタおよびその周辺回路を構成する素子）を削減することができる。また、バイパス回路の導通／遮断のためのＣＰＵの出力ポートも１本で済む。さらに、センサの出力電圧を、出力選択回路を介して入力するため、ＣＰＵのＡＤ変換用の入力ポートもセンサの個数によらず１本となり、不要となったＡＤ入力ポートを他の用途に転用することができる（例えば、センサを増設できる、あるいはＡＤ入力ポートを汎用入力ポートとして使用する）。
【００１５】
また、本発明のセンサ故障検出装置における故障判定回路は、センサの故障が短絡故障あるいはオープン故障のいずれであるかを判定する。
【００１６】
一般的に、センサの故障には、センサが短絡して０Ｖ付近の電圧を出力する短絡故障と、センサが断線等してセンサへの印加電圧に近い値の電圧を出力するオープン故障とがある。上記構成によって、従来の構成と同様に、これら２つの故障を判別することができる。
【００１７】
また、本発明のセンサ故障検出装置は、出力選択回路の出力側とグランドとの間に設けられ、オープン故障の要因に応じた電圧をアナログ／デジタル変換回路に出力するオープン故障要因検出回路を備え、故障判定回路は、オープン故障が発生したときに、バイパス回路を遮断した状態で、アナログ／デジタル変換回路が変換した、オープン故障要因検出回路からの出力電圧に基づいて、オープン故障の要因を判別する。
【００１８】
オープン故障には、センサが断線した状態の他に、断線はしていないもののセンサの出力電圧がセンサに印加される電圧に略等しい状態のまま変化しない状態（「電源張り付き」ともいう）がある。上記構成によって、従来の構成と同様に、オープン故障の原因を判別することができる。
【００１９】
また、本発明のセンサ故障検出装置は、予め定められた故障判定タイミングが到来したか否かを判定する故障判定タイミング判定回路を備え、故障判定回路は、故障判定タイミング判定回路が、故障判定タイミングが到来したと判定したときに、センサの故障を判定する。
【００２０】
上記構成によって、センサあるいはセンサを用いたシステムの動作に影響を及ぼさずに、センサの故障を判定することができる。
【００２１】
また、本発明のセンサ故障検出装置における故障判定タイミング判定回路は、センサ故障検出装置に電源が投入されたときを、故障判定タイミングが到来したと判定する。
【００２２】
上記構成によっても、センサあるいはセンサを用いたシステムの動作に影響を及ぼすことなく、複雑な故障判定タイミングの判定処理を行わずに、故障故障判定タイミングの到来を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のセンサ故障検出装置の構成を示すブロック図。
【図２】センサ故障検出処理を説明するフロー図。
【図３】センサ故障判定処理を説明するフロー図。
【図４】センサ故障検出処理の別例を説明するフロー図。
【図５】従来技術によるセンサ故障検出装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明のセンサ故障検出装置について、図面を用いて説明する。図１に、本発明のセンサ故障検出装置１の構成を示す。センサ故障検出装置１は、複数のセンサ回路Ｕ１１，Ｕ２１と、これらセンサ回路が接続されたマイコン１０を含んで構成される。なお、センサ回路は、２つ以上であれば数を問わない。
【００２５】
センサ故障検出装置１は、例えば車両に搭載される空調装置制御用のＥＣＵ（以下、「エアコンＥＣＵ」という）やエンジン制御用のＥＣＵ（以下、「エンジンＥＣＵ」という）に含まれる。エアコンＥＣＵは、車両の室内の温度，車外の温度，日射量，エバポレータ温度（アナログ値）等を、それぞれセンサにより測定したものをＡＤ変換し、その結果に基づいて空調制御を行っている。また、エンジンＥＣＵは、アクセル開度，エンジン回転数，車速，冷却水の水温，吸気温度，エンジン回転角（アナログ値）等を、それぞれセンサにより測定したものをＡＤ変換し、その結果に基づいてエンジン回転制御を行っている。
【００２６】
センサ回路Ｕ１１は、図５のセンサ回路Ｕ１からトランジスタＴ１およびバイパス回路Ｋ１を除いたものであり、センサＳ１，分圧抵抗Ｒ１１，コンデンサＣ１，保護抵抗Ｒ１２を含んで構成され、各構成要素の動作は図５と同様であるため、ここでの詳細な説明は割愛する。また、同様に、センサ回路Ｕ２１は、図５のセンサ回路Ｕ２からトランジスタＴ２およびバイパス回路Ｋ２を除いたものであるので、ここでの詳細な説明は割愛する。なお、分圧抵抗Ｒ１１，Ｒ２１が本発明の分圧回路に相当する。
【００２７】
マイコン１０の構成も、図５と同様であるため、ここでの詳細な説明は割愛する。なお、ＣＰＵ１１が本発明の故障判定回路，故障判定タイミング判定回路に相当する。また、ＡＤ変換回路１４が本発明のアナログ／デジタル変換回路に相当する。
【００２８】
各センサＳ１，Ｓ２から保護抵抗Ｒ１２，Ｒ２２を介して出力される出力電圧は、例えば周知のアナログスイッチような、複数のアナログ入力のうちから１つを選択して出力する出力選択回路２０に入力される。すなわち、センサＳ１の検出電圧は入力端子Ｉｎ１に、センサＳ２の検出電圧は入力端子Ｉｎ２に入力される。そして、マイコン１０の出力ポートＰ２の選択指示により（選択指示用に複数の出力ポートを用いてもよい）、複数のセンサ回路から１個を選択する。選択されたセンサの検出電圧は、出力端子ｏｕｔからマイコン１０のＡＤ変換用の入力ポートＡＤ１に入力される。
【００２９】
出力選択回路２０の出力端子ｏｕｔと電源ライン（Ｖｃｃ）との間には、分圧抵抗Ｒ１１およびＲ１２のバイパス回路Ｋ３を形成し、そのバイパス回路Ｋ３の導通／遮断を行うトランジスタＴ３が接続されている。これにより、各センサ回路に１個ずつ必要であったバイパス回路およびトランジスタが、センサ回路の数に関係なく１個で済むので、部品点数（すなわち、コスト）が削減され、配線パターンも簡略化できる。なお、トランジスタＴ３が本発明の切換回路に相当する。
【００３０】
また、出力選択回路２０の出力端子ｏｕｔ（つまり、入力ポートＡＤ１）とグランドとの間に、オープン故障要因判定用の抵抗Ｒ３が接続される。なお、抵抗Ｒ３が本発明のオープン故障要因検出回路に相当する。
【００３１】
図２を用いて、マイコン１０におけるセンサ故障検出処理について説明する。なお、本処理は、上述の制御プログラムに含まれる。まず、電源が投入され（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、マイコンの初期設定や上述のＥＣＵの状態を初期状態とするための初期化処理が行われる（Ｓ１２）。続いて、各センサの故障を検出する。初期化処理と通常時の処理との間に実行することで、確実にセンサの故障を検出できるとともに、通常時の処理に影響を及ぼすことを防止できる。また、電源投入（パワーオンリセット）時の初期化処理実行タイミングを故障判定タイミングが到来したと判定している。この場合、電源投入時にセンサ故障検出処理が自動的に実行されるので、故障判定タイミング判定のための回路およびプログラムを、特に必要としない。
【００３２】
次に、ＣＰＵ１１から出力選択回路２０に指令を送り、入力を故障検出の対象となるセンサ（例えば、センサＳ１）に切り替える（Ｓ１３）。続いて、ＣＰＵ１１がトランジスタＴ３をオン状態とする、すなわちバイパス回路Ｋ３を導通状態とするように出力ポートＰ１を制御する（Ｓ１４）。これにより、分圧抵抗Ｒ１１は電圧を発生せず、入力ポートＡＤ１には電源電圧（Ｖｃｃ）が直接印加された状態でのセンサＳ１の発生する電圧が入力される。
【００３３】
次に、上述の状態で入力される電圧をＡＤ変換回路１４でＡＤ変換する（Ｓ１５）。ＡＤ変換後、ＣＰＵ１１はトランジスタＴ３をオフ状態とする、すなわちバイパス回路Ｋ３を遮断状態とするように出力ポートＰ１を制御する（Ｓ１６）。
【００３４】
次に、ＡＤ変換後の電圧値（デジタル値）に基づいて、例えば、以下のようにして故障の有無を判定する故障判定処理を実行する（Ｓ１７，図３参照）。
【００３５】
そして、センサが故障していると判定したとき（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、故障時の処理を行う（Ｓ１９）。故障時の処理は、例えば、ＲＡＭ１３上のセンサ毎に割り当てられた故障フラグをセットする。その後の処理は、センサやセンサを用いているシステムより異なるが、例えば、故障したセンサのデジタル値をフェイルセーフ用の値に固定する。
【００３６】
一方、センサが正常であると判定したとき（Ｓ１８：Ｎｏ）、あるいはステップＳ１９の故障時の処理を実行後、出力選択回路２０に接続されている全センサについて故障判定を実施したか否かを判定し、全センサについて故障判定を実施していないとき（Ｓ２０：Ｎｏ）、ステップＳ１３へ戻り、ＣＰＵ１１から出力選択回路２０に指令を送り、入力を次のセンサ（例えば、センサＳ２）に切り替える。そして、ステップＳ１４以降の故障判定を実施する。
【００３７】
また一方、全センサについて故障判定を実施したとき（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、マイコン１０が搭載されているＥＣＵ（エアコンＥＣＵ，エンジンＥＣＵ等）における通常時の処理を実行する（Ｓ２１）。
【００３８】
図３を用いて、図２のステップＳ１７に相当する故障判定処理について説明する。なお、ここでは、センサの出力電圧が、下限値０．５Ｖ（Ｖ１と称する）〜上限値４．５Ｖ（Ｖ２と称する）の範囲内にあるとき、センサが正常であると判定する。まず、センサの出力電圧が、上限値Ｖ２を下回るか否かを判定する。
【００３９】
センサの出力電圧が上限値Ｖ２を下回るとき（Ｓ３１：Ｎｏ）、下限値Ｖ１を下回るか否かを判定し、下限値Ｖ１を下回るとき（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、短絡故障と判定する（Ｓ３４）。一方、下限値Ｖ１を上回るとき、すなわち下限値Ｖ１〜上限値Ｖ２の範囲内にあるとき（Ｓ３２：Ｎｏ）、正常と判定する（Ｓ３３）。
【００４０】
一方、センサの出力電圧が上限値Ｖ２を上回るとき（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、オープン故障と判定する（Ｓ３５）。この段階で、オープン故障であるか否かは判定できるが、上述のように、センサが「断線」状態となるものと、「電源張り付き」状態となるものがある。以下、これらのいずれの状態かを判別する処理について述べる。無論、短絡故障とオープン故障のみを検出し、以降のステップを実行せず、オープン故障の判別を行わない構成としてもよい。
【００４１】
まず、再度、ＡＤ変換回路１４でセンサからの出力電圧をＡＤ変換する（Ｓ３６）。このとき、トランジスタＴ３は、ステップＳ１６が実行されているのでオフ状態であり、バイパス回路Ｋ３は遮断状態となっている。次に、ＡＤ変換後のセンサ電圧が下限値Ｖ１を下回るか否かを判定し、下限値Ｖ１を下回るとき（Ｓ３７：Ｙｅｓ）、入力ポートＡＤ１は、抵抗Ｒ３を介して接地された状態にあるので、断線によるオープン故障と判定する（Ｓ３９）。一方、下限値Ｖ１を上回るとき、つまり、抵抗Ｒ１との分圧比に応じた電圧値となるとき（Ｓ３７：Ｎｏ）、センサＳ１に電源（Ｖｃｃ）が印加された状態にあるので、電源張り付きによるオープン故障と判定する（Ｓ３８）。
【００４２】
図４を用いて、図２のセンサ故障検出処理の別例について、センサＳ１を例に挙げて説明する。なお、本処理は、図２の処理が、初期化処理と通常時の処理との間に実行するものであるものに対し、通常時の処理（図２のステップＳ２１内）において実行するものである。また、本処理は、図２の処理の変形例であるため、図２と同一の処理ステップについては同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００４３】
各センサは、その測定対象に応じて一定周期（例えば、数ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ）で計測を行っている。そこで、本処理では、センサの出力電圧の計測に先立って故障判定を行う。まず、センサＳ１の計測タイミングが到来したか否かを判定する。計測タイミングが到来したと判定したとき（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、図２のステップＳ１３〜Ｓ１７の処理を行って、センサＳ１の故障を判定する。この場合、計測タイミングが故障判定タイミングとなる。
【００４４】
センサＳ１が故障していると判定したとき（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、故障判定タイミングが到来したと判定し、図２と同様に、故障時の処理を行う（Ｓ１９）。一方、センサＳ１が正常と判定したとき（Ｓ１８：Ｎｏ）、通常時の処理を行う（Ｓ１９１）。すなわち、この状態（バイパス回路Ｋ３は遮断状態）におけるセンサＳ１からの出力電圧をＡＤ変換回路１４でＡＤ変換し、これをセンサ電圧として、所定の処理を行う。
【００４５】
他のセンサ（Ｓ２等）についても、それぞれの計測タイミング到来時に、上述のような処理を行い、センサが正常か故障かに応じて対応する処理を行う。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  センサ故障検出装置
１０  マイコン
１１  ＣＰＵ（故障判定回路，故障判定タイミング判定回路）
１４  ＡＤ変換回路（アナログ／デジタル変換回路）
２０  出力選択回路
Ｋ３  バイパス回路
Ｒ１１，Ｒ２１  分圧抵抗（分圧回路）
Ｒ３  抵抗（オープン故障要因検出回路）
Ｓ１，Ｓ２  センサ
Ｔ３  トランジスタ（切換回路）
Ｕ１１，Ｕ２１  センサ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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