(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ライン（Ｐ）、出力ライン（Ｏ）および接地ライン（Ｇ）を介して制御装置（１０）と電気的に接続され、
前記出力ライン（Ｏ）を介して力学量に応じたセンサ信号を前記制御装置（１０）に出力する力学量センサであって、
前記力学量に応じた第１の信号を出力する力学量検出回路（２１）と、
前記電源ライン（Ｐ）と前記接地ライン（Ｇ）との間の電圧（ΔＶ）を監視し、この電圧（ΔＶ）が所定設定範囲を満たさない場合に、故障発生を知らせる信号を出力する電源監視回路（２４）と、
前記電源監視回路（２４）からの前記故障発生信号に基づいて作動し、ハイレベル信号とローレベル信号とを所定周期で繰り返す第２の信号を出力する発振回路（２５）とが設けられ、
通常動作時には前記第１の信号を前記センサ信号として出力し、故障発生時には前記第２の信号を前記センサ信号として出力することを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
力学量を検出するセンサ部（２０）と、
電源ライン（Ｐ）、出力ライン（Ｏ）および接地ライン（Ｇ）を介して前記センサ部（２０）と電気的に接続され、前記センサ部（２０）から前記出力ライン（Ｏ）を介して出力されるセンサ信号を処理し、各種制御を行う制御部（１０）とを備える力学量センサ装置であって、
前記センサ部（２０）には、
力学量に応じた第１の信号を出力する力学量検出回路（２１）と、
前記センサ部（２０）における前記電源ライン（Ｐ）と前記接地ライン（Ｇ）との間の電圧（ΔＶ）を監視し、この電圧（ΔＶ）が所定設定範囲を満たさない場合に、故障発生を知らせる信号を出力する電源監視回路（２４）と、
前記電源監視回路（２４）からの前記故障発生信号に基づいて作動し、ハイレベル信号とローレベル信号とを所定周期で繰り返す第２の信号を出力する発振回路（２５）とが設けられ、
前記センサ部（２０）は、通常動作時には前記第１の信号を前記センサ信号として出力し、故障発生時には前記第２の信号を前記センサ信号として出力することを特徴とする力学量センサ装置。
【請求項３】
前記制御部（１０）において、前記センサ部（２０）からのセンサ信号のうち前記第１の信号のみを通過させる第１フィルタ手段（１２）と、前記第２の信号のみを通過させる第２フィルタ手段（１３）とを設け、
前記制御部（１０）では、前記第１フィルタ手段（１２）を通過した前記センサ信号を用いて前記各種制御を行い、前記第２フィルタ手段（１３）を通過した前記センサ信号を用いて前記センサ部（２０）での故障発生を検出することを特徴とする請求項２に記載の力学量センサ装置。
【請求項４】
前記力学量検出回路（２１）と、前記電源監視回路（２４）と、前記発振回路（２５）は、同一の半導体基板に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の力学量センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、故障検出機能を備える力学量センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ブレーキ圧や燃料圧等の車両における各種圧力を検出するセンサ装置は、印加された圧力に応じた信号を出力するセンサ部と、このセンサ部からの出力信号に基づいて各種制御を実施するＥＣＵ等の制御部を備えている。
【０００３】
電源電圧がセンサ部に供給され、センサ部ではこの供給電圧を電源として、圧力検出、出力増幅・調整といった機能を経て、印加された圧力に比例した電圧を出力ラインより出力する。制御部では、この出力電圧に基づいて各種制御を実施する。
【０００４】
これらの制御部とセンサ部との間には、制御部からセンサ部に電源を供給する電源ラインと、センサ部から制御部にセンサ信号を出力する出力ラインと、接地ラインとを介した電気的接続が不可欠であり、通常、制御部とセンサ部はコネクタ、はんだ付け、溶接等の各種手法を用いて電気的接続を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような制御部とセンサ部との接続点において接触不良等による抵抗増加に起因する故障が発生する可能性がある。例えば、電源ラインあるいは接地ラインに接触抵抗が付加された場合には、センサ部に供給される電圧、すなわちセンサ部の電源側電位と接地側電位との電位差が降下することとなる。この結果、出力ラインから圧力に応じた出力信号とは異なる出力信号を出力することとなる。
【０００６】
本発明者らの検討によれば、このような故障を確実に検出するために、圧力センサ装置の構成を図６に示すようなものにすることが考えられる。なお、図６で各電気的接続ラインＰ、Ｏ、Ｇの制御部１０側とセンサ部２０側におけるそれぞれの端子をＰＥ、ＰＳ、ＯＥ、ＯＳ、ＧＥ、ＧＳとしている。
【０００７】
図６に示す圧力センサ装置では、センサ部２０において、電源監視回路２４を圧力検出回路２１と並列接続して、センサ部２０に正しく電源供給されていない場合（電圧降下した場合）には、切替回路２３によりセンサ出力を電源監視回路２４からの出力に切り替えて、センサ出力を通常の出力電圧範囲外の電圧に強制的にシフトさせて制御部１０に故障を知らせるように構成されている。
【０００８】
例えば、電源電圧Ｖｃｃが５Ｖでセンサ出力電圧の通常出力範囲を０．５Ｖ〜４．５Ｖとした場合、故障発生時にセンサ出力電圧を通常出力範囲より低いローレベル信号（例えば０．２Ｖ＝４％Ｖｃｃ）に固定、あるいは通常出力範囲より高いハイレベル信号（例えば４．８Ｖ＝９６％Ｖｃｃ）に固定するように構成する。制御部１０側では、センサ部２０からのセンサ出力が通常出力範囲に入っていないことによりセンサ部２０での故障を検出することができる。
【０００９】
上記電源監視回路２４は、センサ部２０における電源側端子ＰＳの電位ＶPSと接地側端子ＧＳの電位ＶGSとの間に印可される電圧ΔＶが規格範囲を満足するか否かで故障判定を実施する。しかしながら、ΔＶが規格範囲を満たさない場合に、電源監視回路２４では電源側電位ＶPSが下降したか、あるいは接地側電位ＶGSが上昇したかを区別することができないため、以下のような問題が生じる。
【００１０】
例えば、センサ部２０に供給される電圧ΔＶが４．５Ｖ以下となったときに電源監視回路２４が故障発生と判定する場合を考える。このとき、電源ラインＰで接触抵抗ＲＰが付加されて電源側電位ＶPSが下降した場合と、接地ラインＧで接触抵抗ＲＧが付加されて接地側電位ＶGSが上昇した場合が考えられ、制御部１０の接地側電位ＶGEを基準としたセンサ出力（ＶOSとＶGEとの電位差）は、以下のようになる。
【００１１】
まず、センサ出力をハイレベル固定する場合には、ＶPSが下降した場合には、センサ出力ＶOS＝４．５Ｖ×９６％＝４．３Ｖとなり、ＶGSが上昇した場合にはＶOSとＶGEとの電位差にはＶGSの上昇分が付加されるため、ＶOS＝４．５Ｖ×９６％＋０．５Ｖ（ＶGSの上昇分）＝４．８Ｖとなる。すなわち、ＶPSが下降した場合には、ハイレベル固定ではセンサ出力の通常出力範囲内（０．５Ｖ〜４．５Ｖ）の信号であり、センサ出力ＶOSを受け取る制御部１０側では故障判定の信号か正常動作の信号かを区別できない。
【００１２】
同様に、ローレベル固定する場合には、ＶPSが下降した場合には、センサ出力ＶOS＝４．５Ｖ×４％＝０．２Ｖとなり、ＶGSが上昇した場合には、ＶOS＝５．０Ｖ×４％＋０．５Ｖ（ＶGSの上昇分）＝０．７Ｖとなる。すなわち、ＶGSが上昇した場合には、ローレベル固定ではセンサの通常出力範囲内の信号であり、制御部１０ではセンサ出力ＶOSが故障判定の信号か正常動作の信号かを区別することができない。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑み、センサ部と制御部との接続部の接触不良等に起因する故障の検出を確実に行うことのできるセンサ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１および２に記載の発明では、センサ部（２０）と制御部（１０）とは、電源ライン（Ｐ）、出力ライン（Ｏ）および接地ライン（Ｇ）を介してセンサ部（２０）と電気的に接続されており、
センサ部（２０）には、力学量に応じた第１の信号を出力する力学量検出回路（２１）と、センサ部（２０）における電源ライン（Ｐ）と接地ライン（Ｇ）との間の電圧（ΔＶ）を監視し、この電圧（ΔＶ）が所定設定範囲を満たさない場合に、故障発生を知らせる信号を出力する電源監視回路（２４）と、電源監視回路（２４）からの故障発生信号に基づいて作動し、ハイレベル信号とローレベル信号とを所定周期で繰り返す第２の信号を出力する発振回路（２５）とが設けられており、センサ部（２０）は、通常動作時には第１の信号をセンサ信号として出力し、故障発生時には第２の信号をセンサ信号として出力することを特徴としている。
【００１５】
これにより、電源ライン（Ｐ）や接地ライン（Ｇ）において接触不良等による抵抗増加に起因する故障が発生してセンサ部（２０）に供給される電圧が低下した際に、電源側電位（ＶPS）が下降した場合、接地側電位（ＶGS）が上昇した場合のいずれの場合でも、ハイレベル信号あるいはローレベル信号のいずれかがセンサ信号の通常出力範囲外の信号となり、制御部（１０）で確実に故障発生を検出することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、制御部（１０）において、センサ部（２０）からのセンサ信号のうち第１の信号のみを通過させる第１フィルタ手段（１２）と、第２の信号のみを通過させる第２フィルタ手段（１３）とを設け、制御部（１０）では、第１フィルタ手段（１２）を通過したセンサ信号を各種制御に用い、第２フィルタ手段（１３）を通過したセンサ信号をセンサ部（２０）での故障発生を検出するために用いることを特徴としている。
【００１７】
このような構成により、制御部（１０）では、第２フィルタ手段（１３）を通過したセンサ信号を監視することで、センサ部（２０）での故障発生を検出することができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、力学量検出回路（２１）と、電源監視回路（２４）と、発振回路（２５）は、同一の半導体基板に設けられていることを特徴としている。
【００１９】
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を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本第１実施形態は、力学量センサ装置を車両ブレーキ装置のブレーキ液圧や燃料噴射装置の燃料圧等の圧力を測定する圧力センサに適用したものである。図１は本第１実施形態の圧力センサ装置の概略構成を示しており、本実施形態の圧力センサ装置は、上記で説明した圧力センサ装置（図６）に比較して、電源監視回路２４と切替回路２３との間に発振回路２５を追加したものである。
【００２１】
図１に示すように、本第１実施形態における圧力センサ装置は、印加された圧力に応じた信号を出力するセンサ部（力学量センサ）２０と、このセンサ部２０からの出力信号に基づいて各種制御を実施する例えばＥＣＵ等の制御部（制御装置）１０を備えている。制御部１０とセンサ部２０との間は、電源ラインＰ、出力ラインＯ、接地ラインＧを介して電気的接続されている。これらの接続は、例えばコネクタ、はんだ付け、溶接等の手段によって行われる。なお、各電気的接続ラインＰ、Ｏ、Ｇの制御部１０側とセンサ部２０側におけるそれぞれの端子をＰＥ、ＰＳ、ＯＥ、ＯＳ、ＧＥ、ＧＳとする。
【００２２】
制御部１０には、定電圧電源Ｖｃｃからの電源電圧（例えば１２Ｖ）を所定電圧（例えば５Ｖ）に変換するためのレギュレータ１１が設けられている。電源電圧は、レギュレータ１１によって変換された後、電源ラインＰを介してセンサ部２０に供給される。
【００２３】
センサ部２０には、印可される圧力に応じた第１の信号を出力する圧力検出回路（力学量検出回路）２１と、圧力検出回路２１から出力される信号を増幅調整する増幅調整回路２２が設けられている。本実施形態では、圧力検出回路２１は、４つのゲージ抵抗（拡散抵抗）がブリッジ接続されたホイートストンブリッジ回路から構成されている。このブリッジ回路は、例えばシリコンからなる半導体基板の薄肉のダイヤフラム部（図示せず）に形成されている。
【００２４】
さらにセンサ部２０には、センサ部２０に供給される電圧の監視を行う電源監視回路２４が圧力検出回路２１と並列接続されている。また、電源監視回路２５の下流側には、電源監視回路２４からの故障判定信号をトリガとして作動し、第２の信号を出力する発振回路２５が設けられている。圧力検出回路２１からの第１の信号と発振回路２５からの第２の信号は、切替回路２３で切り替えられて増幅調整回路２２に出力される。なお、本実施形態では、上記の圧力検出回路２１、増幅調整回路２２、電源監視回路２４、発振回路２５はすべて同一の半導体基板に設けられている。
【００２５】
図２は圧力センサ装置の電源監視回路２４の具体例を示している。電源監視回路２５では、センサ部２０における電源側端子ＰＳの電位ＶPSと接地側端子ＧＳの電位ＶGSとの間の電圧ΔＶが規格範囲（例えば４．６Ｖ以上）を満たしているか否かで故障判定を行う。具体的には、ΔＶを抵抗分割した電圧をＶｓに依存しない基準電圧とコンパレータ２４ａで比較することにより、センサ部２０に正常に電圧が印可されているかを判定する。そして、センサ部２０に印可される電圧ΔＶが低下して規格範囲を満たさなくなった場合には、発振回路２５に故障発生を知らせる信号を出力するように構成されている。
【００２６】
図３は圧力センサ装置の発振回路２５の具体例を示している。発振回路２５では、電源監視回路２４から出力される故障発生信号によりトランジスタ２５ａがオンし、この結果、抵抗２５ｂを介してコンデンサ２５ｃに電流が流れ、抵抗２５ｂとコンデンサ２５ｃによる時定数でコンデンサ２５ｃが充電される。コンデンサ２５ｃの端子電圧がコンパレータ２５ｄによって、基準電源２５ｆで生成される基準電圧と比較され、基準電圧を超えたときに、コンパレータ２５ｄはセンサ信号の通常出力範囲（例えば０．５Ｖ〜４．５Ｖ）より高いハイレベル信号（例えば９６％Ｖｃｃ）を出力する。コンパレータ２５ｄからハイレベル信号が出力されると、トランジスタ２５ｅがオンし、コンデンサ２５ｃが抵抗２５ｇとコンデンサ２５ｃとの時定数で放電される。コンデンサ２５ｃの端子電圧が基準電圧を下回ったときに、コンパレータ２５ｄはセンサ信号の通常出力範囲より低いローレベル信号（例えば４％Ｖｃｃ）を出力する。
【００２７】
なお、発振回路２５で出力する実際のハイレベル信号およびローレベル信号では、ＶｃｃではなくΔＶが用いられる。
【００２８】
以上のような構成により、発振回路２５では、電源監視回路２４から故障発生信号を受け取ると、ハイレベル信号／ローレベル信号を繰り返す第２の信号を出力する。このとき、センサ出力は図４に示すような矩形波となる。なお、発振回路２５による発振周期や出力波形は、抵抗２５ｂ、２５ｇの抵抗値とコンデンサ２５ｃの容量によって任意に設定することができる。
【００２９】
切替回路２３では、通常動作時は圧力検出回路２１からの第１の信号を出力し、故障発生時、すなわち発振回路２５から第２の信号が出力されているときには発振回路２５からの第２の信号を出力し、これらの信号は増幅調整回路２２で増幅調整されて出力ラインＯを介して制御部１０に出力される。
【００３０】
上記課題で説明したように、電源電圧Ｖｃｃが５Ｖで、センサ部２０に供給される電圧ΔＶが例えば４．５Ｖに低下した場合には、電源ラインＰでの接触抵抗ＲＰの付加等により電源側電位ＶPSが０．５Ｖ下降した場合と、接地ラインＧでの接触抵抗ＲＧの付加等により接地側電位ＶGSが０．５Ｖ上昇した場合が考えられる。このため、センサ部２０のセンサ出力をハイレベル信号あるいはローレベル信号に固定すると、制御部１０の接地側電位ＶGEを基準としたセンサ出力（ＶOSとＶGEとの電位差）では、以下の問題が生じる。
【００３１】
まず、センサ出力をハイレベル信号に固定する場合には、ＶPSが下降した場合には、センサ出力ＶOS＝４．５Ｖ×９６％＝４．３Ｖとなり、ＶGSが上昇した場合にはＶOSとＶGEとの電位差にはＶGSの上昇分が付加されるため、ＶOS＝４．５Ｖ×９６％＋０．５Ｖ（ＶGSの上昇分）＝４．８Ｖとなる。すなわち、ＶPSが下降した場合には、ハイレベル固定ではセンサ出力の通常出力範囲内（０．５Ｖ〜４．５Ｖ）の信号であり、制御部１０では故障判定の信号か正常動作の信号かを区別できない。
【００３２】
同様に、ローレベル信号に固定する場合には、ＶPSが下降した場合には、センサ出力ＶOS＝４．５Ｖ×４％＝０．２Ｖとなり、ＶGSが上昇した場合には、ＶOS＝５．０Ｖ×４％＋０．５Ｖ（ＶGSの上昇分）＝０．７Ｖとなる。すなわち、ＶGSが上昇した場合には、ローレベル固定ではセンサの通常出力範囲内の信号であり、制御部１０ではセンサ出力ＶOSが故障判定の信号か正常動作の信号かを区別することができない。
【００３３】
しかし、本実施形態の圧力センサ装置では、故障発生時には発振回路２５により周期的にハイレベル信号とローレベル信号とを繰り返すように構成されているので、センサ部２０の電源側電位ＶPSが下降した場合には、ハイレベル信号はセンサ出力の通常出力範囲内であっても、ローレベル信号が出力されたときに制御部１０で確実に故障検出することができる。同様に、接地側電位ＶGSが上昇した場合には、ローレベル信号はセンサ出力の通常出力範囲内であっても、ハイレベル信号が出力されたときに制御部１０で確実に故障発生を検出することができる。
【００３４】
以上、本実施形態によれば、制御部１０とセンサ部２０との接続点のうち、電源ラインＰや接地ラインＧにおいて接触不良等による抵抗増加に起因する故障が発生してセンサ部２０に供給される電圧が低下した場合に、制御部１０側で確実に故障を検出することが可能となる。
【００３５】
なお、制御部１０では通常、センサ信号を定期的（例えば５〜１０ｍｓ間隔）にサンプリングを行っている。従って、発振回路２５によって作り出すハイレベル信号／ローレベル信号の周期を、制御部１０のサンプリング間隔の１．５倍程度となるように構成すれば、３回のサンプリングで少なくとも１回はハイレベル信号あるいはローレベル信号の検出が可能となる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の圧力センサ装置を図５に基づいて説明する。本第２実施形態の圧力センサ装置は、図５に示すように上記第１実施形態の圧力センサ装置の制御部１０において、センサ部２０からのセンサ出力を処理する回路を２系統とし、一方に低い周波数の信号のみを通過させるローパスフィルタ（第１フィルタ手段）１２を設け、他方に高い周波数の信号のみを通過させるハイパスフィルタ（第２フィルタ手段）１３をそれぞれに設けたものである。
【００３７】
発振回路２５からの発振信号（第２の信号）は、ハイパスフィルタ１３のみを通過してローパスフィルタ１２を通過しない周波数に設定されている。また、圧力センサ装置の通常作動時におけるセンサ出力（第１の信号）は緩やかに変化するため、ローパスフィルタ１２のみを通過してハイパスフィルタ１３を通過しない。
【００３８】
このような構成にすることによって、図４に示すように第２実施形態の圧力センサ装置では、正常に作動している場合には、ローパスフィルタ１２側でセンサ出力を得ることができる。一方、電源監視回路２４で故障と判定されて発振回路２５により、センサ出力が周期的にハイレベル信号／ローレベル信号の繰り返しとなる場合には、センサ信号はハイパスフィルタ１３側は通過するが、ローパスフィルタ１２は通過しない。
【００３９】
従って、制御部１０では、ローパスフィルタ１２を通過した第１の信号を通常の各種制御に用いるとともに、ハイパスフィルタ１３を通過した第２の信号を監視することによりセンサ部２０の故障発生を検出することができる。
【００４０】
（他の実施形態）
また、上記各実施形態の圧力センサ装置では、センサ部はゲージ抵抗からなるブリッジ回路から構成されるものを用いたが、これに限らず、ゲージ抵抗に代えて、例えば温度に影響されない金属薄膜（ＣｒＳｉ等）からなる薄膜抵抗を用いればより好適に実施することができる。さらに、例えば容量型センサ等のセンサを用いることも可能である。
【００４１】
また、上記各実施形態では、本発明を各種圧力を測定する圧力センサ装置に適用したが、これに限らず、電源供給ラインＰ、出力ラインＯ、接地ラインＧを備えていれば、例えば加速度センサ、ヨーレートセンサ等においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の圧力センサ装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】第１実施形態の圧力センサ装置における電源監視回路の回路図である。
【図３】第１実施形態の圧力センサ装置における発振回路の回路図である。
【図４】発振回路の出力を示す波形図である。
【図５】第２実施形態の圧力センサ装置の制御部において、第１、第２フィルタ手段を通過したセンサ出力を説明する説明図である。
【図６】本発明者らが先に検討した圧力センサ装置の概略構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０…制御部、１２…ローパスフィルタ（第１フィルタ手段）、１３…ハイパスフィルタ（第２フィルタ手段）、２０…センサ部、２１…圧力検出回路（力学量検出回路）、２２…増幅回路、２３…電源監視回路、２４…発振回路。
【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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【図６】
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