(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧若しくは印加電流に応じて感度が変化するセンサ部（１）と、
前記センサ部からの出力を処理し、該センサ部からの出力に応じた出力信号を発生させる信号処理回路（３）と、
前記信号処理回路の出力信号を保持する第１のサンプルホールド回路（４）と、
前記センサ部に対して、第１の印加電圧若しくは第１の印加電流を加えたときにおける前記サンプルホールド回路の出力信号と、第２の印加電圧若しくは第２の印加電流を加えたときにおける前記信号処理回路の出力信号とを演算処理する演算処理回路（５）と、
前記演算処理回路による演算処理結果に基づいて、異常検出を行う判定回路（６）と、を備えていることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項２】
前記第１の印加電圧若しくは前記第１の印加電流を前記センサ部に印加したときにおける前記サンプルホールド回路の出力信号をＶ１、前記第２の印加電圧若しくは前記第２の印加電流を前記センサ部に印加したときにおける前記信号処理回路の出力信号をＶ２、前記第２の印加電圧若しくは前記第２の印加電流が前記第１の印加電圧若しくは前記第１の印加電流のａ倍、前記センサ部の出力のオフセット電圧がＶＯとした場合、
前記演算処理回路は、Ｖ２＝（ａ×Ｖ１−（ａ−１）×ＶＯ）に基づいて演算処理を行なうようになっていることを特徴とする請求項１に記載の力学量検出センサ。
【請求項３】
前記信号処理回路は、力学量検出時に所定範囲の出力信号を発生させるように構成され、
前記判定回路は、前記演算処理結果に基づいて異常であることが検出されると、前記信号処理回路が出力した出力信号を、前記信号処理回路が前記力学量検出時に発生させる範囲とは異なる出力信号に変換させるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の力学量検出センサ。
【請求項４】
前記オフセット電圧は、前記信号処理回路が前記力学量検出時に発生させる範囲外の電圧に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の力学量検出センサ。
【請求項５】
前記判定回路の出力を保持する第２のサンプルホールド回路（７）を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の力学量検出センサ。
【請求項６】
タイミング信号を発生させるタイミング発生回路（１０）を備え、
前記タイミング信号に基づいて、前記第１の印加電圧若しくは前記第１の印加電流と前記第２の印加電圧若しくは前記第２の印加電流との切替えが行われると共に、
前記タイミング信号に基づいて、前記第１のサンプルホールド回路及び前記第２のサンプルホールド回路が動作するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の力学量検出センサ。
【請求項７】
前記タイミング発生回路が発生させる前記タイミング信号により、
前記第１のサンプルホールド回路による前信号処理回路の出力信号の保持、前記第１の印加電圧若しくは前記第１の印加電流と前記第２の印加電圧若しくは前記第２の印加電流との切替え、前記第２のサンプルホールド回路による前記判定回路の出力の保持の順で行われるようになっていることを特徴とする請求項６に記載の力学量検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ部の出力を増幅する回路（信号処理回路）を備えた力学量検出センサに関するもので、特に歪ゲージで構成したホイートストンブリッジ回路（以下、単にブリッジ回路という）からなるセンサ部を備えた圧力センサに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の電子制御化が進み、種々の圧力センサが用いられるようになっている。これらは、ブレーキ制御システムにおけるブレーキ液圧測定やエンジン制御システムの吸気圧検出に用いられ、高い信頼性が要求されている。そして、万が一、これらのセンサが故障し、正規の出力信号が出力できなくなると、センサ出力に基づくブレーキ制御やエンジン制御等が行えなくなるため、センサの異常検出を行う必要がある。
【０００３】
このような異常検出が行えるセンサとして、特公平６−６４０８５号公報、特開平８−２４７８８１号公報、若しくは特表平１０−５０６７１８号公報に示されるものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平６−６４０８５号公報に示されるセンサにおいては、エンジン始動時にのみ異常検出を行うものであり、エンジン始動後に異常検出を行うことができない。
【０００５】
また、特開平８−２４７８８１号公報に示されるセンサにおいては、異常検出を行う際に診断用の出力を発生させるように構成されており、診断中にはセンシング部への印加圧力に応じた圧力信号が出力できない。
【０００６】
さらに、特表平１０−５０６７１８号公報に示されるセンサにおいては、圧力測定用のブリッジ回路の他に診断用のブリッジ回路を備え、これら２系統の回路によって圧力検出と圧力センサの異常検出を行うようにしているため、センシングエリアが広くなると共に、各系統と電気的接続を行うワイヤボンディング箇所が多くなり、センサの回路構成が冗長になる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、力学量検出センサの異常検出が行えるようにすると共に、検査時においても力学量に応じた信号が出力されるようにすることを目的とする。
【０００８】
また、回路構成を冗長にすることなく、力学量センサの異常検出が行えるようにすることを目的とする。
【０００９】
【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に記載の発明では、印加電圧若しくは印加電流に応じて感度が変化するセンサ部（１）と、センサ部からの出力を処理し、該センサ部からの出力に応じた出力信号を発生させる信号処理回路（３）と、信号処理回路の出力信号を保持する第１のサンプルホールド回路（４）と、センサ部に対して、第１の印加電圧若しくは第１の印加電流を加えたときにおける第１のサンプルホールド回路の出力信号と、第２の印加電圧若しくは第２の印加電流を加えたときにおける信号処理回路の出力信号とを演算処理する演算処理回路（５）と、演算処理回路による演算処理結果に基づいて、異常検出を行う判定回路（６）と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成により、力学量検出時と診断時とで印加電圧若しくは印加電流を変化させ、力学量検出時における信号処理回路の出力を保持する第１のサンプルホールド回路の出力と診断時における信号処理回路の出力とが所定の関係を満たすか否かを判定することで、力学量検出センサの異常検出を行うことができる。これにより、回路構成を冗長にすることなく、力学量センサの異常検出が行える。
【００１１】
そして、第１のサンプルホールド回路によって信号処理回路の出力信号を保持しておくことで、診断時においても第１のサンプルホールド回路によって印加圧力に応じた圧力信号を出力することができる。
【００１２】
具体的には、請求項２に示すように、第１の印加電圧若しくは第１の印加電流をセンサ部に印加したときにおけるサンプルホールド回路の出力信号をＶ１、第２の印加電圧若しくは第２の印加電流をセンサ部に印加したときにおける信号処理回路の出力信号をＶ２、第２の印加電圧若しくは第２の印加電流が第１の印加電圧若しくは第１の印加電流のａ倍、センサ部の出力のオフセット電圧がＶＯとした場合、演算処理回路は、Ｖ２＝（ａ×Ｖ１−（ａ−１）×ＶＯ）に基づいて演算処理を行なう。
【００１３】
請求項３に記載の発明においては、信号処理回路は、力学量検出時に所定範囲の出力信号を発生するように構成され、判定回路は、演算処理結果に基づいて異常であることが検出されると、信号処理回路が出力した出力信号を、信号処理回路が力学量検出時に発生させる範囲とは異なる出力信号に変換させるようになっていることを特徴としている。
【００１４】
このように、異常であることが検出された際には、力学量検出時に出力信号とされる範囲外の出力信号が出力されるようにすることで、センサ出力から異常検出を行うことができる。
【００１５】
また、請求項４に示すように、オフセット電圧が、信号処理回路が力学量検出時に発生させる範囲外の電圧に設定されていれば、その範囲内において出力電圧Ｖ１、Ｖ２が同じにならないため、上記演算によって確実にセンサの異常検出を行える。
【００１６】
請求項５に記載の発明においては、判定回路の出力を保持する第２のサンプルホールド回路（７）を備えていることを特徴としている。このように、判定回路の出力を第２のサンプルホールド回路で保持することにより、保持している期間中センサが異常であることを出力することができる。
【００１７】
なお、請求項６に示すように、タイミング信号を発生させるタイミング発生回路（１０）を備え、タイミング信号に基づいて、第１の印加電圧若しくは第１の印加電流と第２の印加電圧若しくは第２の印加電流との切替え、第１のサンプルホールド回路及び第２のサンプルホールド回路の動作は、タイミング発生回路（１０）が発生させるタイミング信号に基づいて制御することができる。
【００１８】
具体的には、請求項７に示すように、タイミング発生回路が発生させるタイミング信号により、第１のサンプルホールド回路による前信号処理回路の出力信号の保持、第１の印加電圧若しくは第１の印加電流と第２の印加電圧若しくは第２の印加電流との切替え、第２のサンプルホールド回路による判定回路の出力の保持の順で行われるようにする。
【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）
図１に、本発明の一実施形態を適用した力学量検出センサとしての圧力センサの回路構成を示す。以下、図１に基づいて、本実施形態における圧力センサの構成について説明する。
【００２１】
図１に示す圧力センサは、例えば車両におけるブレーキ液圧測定等に用いられる。図１に示すように、圧力センサには、歪ゲージ（拡散抵抗）１ａ〜１ｄで構成したブリッジ回路からなるセンサ部１、定電流Ｉを発生させる定電流回路２、センサ部１の出力を信号処理する信号処理回路３、所定のタイミングの際に信号処理回路３の出力信号を保持するサンプルホールド回路（第１のサンプルホールド回路）４、及び所定のタイミングに自己診断指令信号を発生させるタイミング発生回路としての自己診断指令発生回路１０が備えられている。
【００２２】
センサ部１には、定電流回路２が発生させる定電流Ｉが印加されるようになっており、この印加電流Ｉの大きさに応じてセンサ部１の感度が変化する。
【００２３】
定電流回路２が流す印加電流Ｉは、自己診断信号発生回路１０からの自己診断指令信号に基づいて大きさが切替えられるようになっており、圧力検出を行う際（以下、圧力検出時という）には定電流Ｉ１とされ、圧力センサの異常を診断する際（以下、診断時という）には診断用の電流Ｉ２とされる。
【００２４】
一方、印加圧力に応じて変動するブリッジ回路の各中点の電位差をセンサ部１の出力とし、この出力がアンプを含む信号処理回路３で増幅されたのち、サンプルホールド回路４を介してセンサ出力として外部へ出力される。
【００２５】
信号処理回路３の出力電圧Ｖｓｉｇは、圧力センサの通常使用圧力範囲と対応させてあり、例えば電源として５Ｖ電源を用いる場合には、信号処理回路３から０．５〜４．５Ｖのアナログ信号が出力されるように設定してある。本実施形態では、図２に示すように、印加圧力Ｐと出力電圧Ｖｓｉｇの関係が、圧力検出時における定電流Ｉ１がセンサ部１に流された時には直線Ａで示され、診断時における電流Ｉ２がセンサ部１に流された時には直線Ｂで示されるように設定してある。
【００２６】
また、信号処理回路３の出力は、後述する異常が検出された時には、上記範囲外の電圧（例えば電源電圧の近傍、若しくはＧＮＤ電圧の近傍）がダイアグ信号として出力されるようになっている。このダイアグ信号を意味するセンサ出力により、圧力センサからの出力信号が送られるシステム（図示せず）側において、圧力センサが異常であることが確認されるようになっている。
【００２７】
サンプルホールド回路４は、圧力検出時には信号処理回路３の出力電圧をセンサ出力Ｖｏｕｔとしてそのまま出力し、診断時、つまり自己診断信号発生回路１０から自己診断信号が送られている期間中には、そのときの信号処理回路３の出力電圧を保持するようになっている。このように、診断時にサンプルホールド回路４によって、診断前の信号処理回路３の出力電圧を保持することにより、診断時に信号処理回路３が発生させる診断用の出力信号がセンサ外部に出力されることを防止することができる。
【００２８】
また、圧力センサには、サンプルホールド回路４の出力信号と信号処理回路３の出力信号に基づいて演算処理を行う演算処理回路５、演算処理回路５の演算処理結果に基づいて圧力センサの異常を判定する判定回路としてのウィンドウコンパレータ６、及びウィンドウコンパレータ６の出力信号を保持するサンプルホールド回路（第２のサンプルホールド回路）７が備えられている。
【００２９】
演算処理回路５では、サンプルホールド回路４の出力電圧Ｖｏｕｔと信号処理回路３の出力電圧Ｖｓｉｇとに基づいて所定の演算を行う。以下、この演算について説明する。
【００３０】
上述したように、診断時には定電流回路２が流す電流が定電流Ｉ１から診断用の電流Ｉ２に切替えられると共に、このときに出力されていた出力電圧Ｖｏｕｔがサンプルホールド回路４にて保持される。これにより、センサ部１の感度が変化し、印加圧力Ｐと信号処理回路３の出力電圧Ｖｓｉｇとの関係が図２の直線Ｂで示される圧力−出力電圧特性になる。
【００３１】
ここで、サンプルホールド回路４に保持されている出力電圧をＶ１とし、診断直前におけるセンサ部１への印加圧力をＰ、センサ部１の感度をＳ１、直線Ａと直線Ｂとの交点の電圧であるオフセット電圧をＶＯとすると、出力電圧Ｖ１は次式のように表される。
【００３２】
【数１】
Ｖ１＝Ｓ１×Ｐ＋ＶＯ
また、感度Ｓ１は定電流Ｉ１に比例するので、比例定数をＫとすると、数１は以下のように置換される。
【００３３】
【数２】
Ｖ１＝Ｋ×Ｉ１×Ｐ＋ＶＯ
一方、電流Ｉ２がＩ２＝ａ×Ｉ１（ただし、ａは任意の定数）の関係であるとし、診断時における信号処理回路３の出力電圧ＶｓｉｇをＶ２とすると、出力電電圧Ｖ２は次式のように表される。
【００３４】
【数３】
Ｖ２＝Ｋ×Ｉ２×Ｐ＋ＶＯ
従って、数２、数３より、次式が導き出される。
【００３５】
【数４】
Ｖ２−Ｖ１＝Ｋ×（Ｉ２−Ｉ１）×Ｐ
この式を出力電圧Ｖ２の式に置き換えると、次式となる。
【００３６】
【数５】
Ｖ２＝Ｋ×（Ｉ２−Ｉ１）×Ｐ＋Ｖ１
そして、電流Ｉ２について、Ｉ２＝ａ×Ｉ１であると考えると、数５は以下のように変換できる。
【００３７】
【数６】
Ｖ２＝Ｋ×（ａ−１）×Ｉ１×Ｐ＋Ｖ１
＝（ａ−１）×Ｓ１×Ｐ＋Ｖ１
＝（ａ−１）×（Ｖ１−ＶＯ）十Ｖ１
＝ａ×Ｖ１一（ａ−１）×ＶＯ
例えば、ａ＝０．５の時は、Ｖ２＝０．５×Ｖ１＋０．５×ＶＯとなる。この式から明らかなように、この式には圧力Ｐが関数として含まれていないので、全圧力範囲で常にこの式の関係が成り立つことになる。
【００３８】
従って、定電流Ｉ１を印加した時の出力電圧Ｖ１と診断用の電流Ｉ２を印加した時の出力電圧Ｖ２が、上記数６から外れた時、センサ特性が異常となっていることになる。例えば、歪ゲージ１ａが汚染などにより、その抵抗値が変動した場合等は、上記数６の関係が崩れることになる。このため、演算処理回路５によって数７に示されるΔＶを求めている。
【００３９】
【数７】
ΔＶ＝Ｖ２−（ａ×Ｖ１−（ａ−１）×ＶＯ）
ウィンドウコンパレータ６では、演算処理回路５で求められたΔＶと所定のスレッショルドレベルとを比較し、ΔＶが所定範囲内にあるか否かを判定する。そして、ΔＶが所定範囲内にない場合には、ウィンドウコンパレータ６は圧力センサが異常であるとしてダイアグ指令信号を発生させる。本実施形態の場合には、Ｈｉレベル信号を出力する。
【００４０】
サンプルホールド回路７では、自己診断信号発生回路１０からの診断指令信号を受けて、ウィンドウコンパレータ６の出力を次の診断指令信号が送られてくるまで保持する。サンプルホールド回路７に対して上記のように圧力センサが異常であるというダイアグ指令信号（Ｈｉレベル信号）が入力されると、所定期間中トランジスタ８がオンされるようになっている。このようにトランジスタ８がオンになると、出力電圧ＶｏｕｔがＧＮＤ電圧近傍となり、サンプルホールド回路４が圧力検出時に出力する範囲外の電圧となる。これにより、圧力センサからの出力信号が送られるシステム側において、圧力センサが異常であることが確認される。
【００４１】
続いて、図３に、自己診断信号発生回路１０がサンプルホールド回路４、定電流回路２、及びサンプルホールド回路７に発生させる各診断指令信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のタイミングチャートを示し、診断時における圧力センサの作動説明を行う。
【００４２】
図３に示すように、診断時には診断指令信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の順に各部に送られる。まず、サンプルホールド回路４に診断指令信号Ｓ１が送られる。これにより、サンプルホールド回路４はそのとき発生していた出力電圧Ｖｏｕｔを保持する。このときの出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１に相当する。
【００４３】
その後、定電流回路２に診断指令信号Ｓ２が送られ、定電流回路２は定電流Ｉ１を診断用の電流Ｉ２に変える。これにより、信号処理回路３の出力電圧Ｖｓｉｇが診断用の電圧Ｖ２に変わり、演算処理回路５で電圧Ｖ１と電圧Ｖ２に基づく演算処理が成される。
【００４４】
そして、演算処理回路５での演算結果に基づいてウィンドウコンパレータ６で異常検出が成される。このとき、診断指令信号Ｓ３がサンプルホールド回路７に送られ、ウィンドウコンパレータ６の出力がサンプルホールド回路７にて保持される。
【００４５】
このようにして、圧力センサが異常であることが検出された際には、出力電圧ＶｏｕｔがＧＮＤ電位近傍となり、異常でない場合には、出力電圧Ｖｏｕｔが診断前における印加圧力に応じた電圧となる。
【００４６】
なお、自己診断信号発生回路１０が発生させる診断指令信号Ｓ１〜Ｓ３のパルス幅は個々に決定すればよいが、診断指令信号Ｓ２のパルス幅に関しては、センサ部１の出力が変動しないくらい短時間に設定するのが好ましい。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２が同一圧力の際における信号処理回路３の出力であることを想定し、これら電圧Ｖ１、Ｖ２を比較することで異常検出を行っているため、センサ部１に印加される圧力が変化しないくらい短時間にすることが必要とされるからである。
【００４７】
以上説明したように、圧力検出時と診断時とで定電流回路２が流す電流値を変化させ、圧力検出時における信号処理回路３の出力電圧と診断時における信号処理回路３の出力電圧とが所定の関係を満たすか否かを判定することにより、圧力センサの異常検出を行うことができる。そして、このような１系統の回路構成によって圧力センサの異常検出を行えるため、回路が冗長にならない。
【００４８】
また、サンプルホールド回路４によって、診断時にも診断前の圧力信号が保持されるようにすることで、圧力検出時に圧力センサの異常検出が行え、診断時にも印加圧力に応じた圧力信号を出力できると共に、診断用の出力電圧がセンサ外部に出力されることを防止することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、圧力検出時及び診断時における圧力−電圧特性が図２に示す関係となるようにしているが、このような関係とするために、圧力センサの通常使用圧力範囲において出力電圧として使用される電圧範囲外の電圧にオフセット電圧を設定している。これは、上記電圧範囲内にオフセット電圧を設定すると、圧力センサの通常使用圧力範囲内において直線Ａ、Ｂが重なることになるが、このような場合にはその交点の圧力の際に出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２が同じ（Ｖ１＝Ｖ２＝ＶＯ）になってしまい、異常検出が行えなくなるからである。
【００５０】
また、自己診断信号発生回路１０からの自己診断指令信号の発生タイミングは、圧力センサ自身にクロック機能を持たせることで一定期間毎に発生させるようにしても良いし、センサ外部からの要求信号に基いて発生させるようにしても良い。
【００５１】
（他の実施形態）
上記実施形態では、サンプルホールド回路７に次の自己診断信号が送られるまで、サンプルホールド回路７で状態保持が成されるようにしているが、用途に応じて変更してもよい。例えば、圧力センサが異常になった時には、異常値を保持しつづけるようにしてもよいし、また、別途リセット信号がサンプルホールド回路７に送られるようにして、リセット信号が送られてきたときに状態をリセットするようにしても良い。
【００５２】
また、上記実施形態では、センサ部１に定電流Ｉを印加する場合を説明したが、定電圧を印加する場合においても同様に本発明を適用できる。
【００５３】
また、上記実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔをダイアグ出力とすることによって、センサ異常を外部に出力する例、つまり圧力検出信号を送る出力端子からセンサ異常を出力する例について説明したが、出力端子とは別にセンサ異常を送るための端子を設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、本発明は圧力センサに関らず、他の力学量検出センサ、例えば加速度センサにも用いることができる。なお、この場合には、圧力Ｐが加速度Ｇに置き換わることになる。
【００５５】
また、本発明は、ブリッジ式のセンサ部１をもつ力学量検出センサに限らず、電流あるいは電圧に応じてセンサ感度が変化するものであれば、他の方式のセンサ部を有する力学量検出センサに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における圧力センサの回路構成を示す図である。
【図２】定電流Ｉ１と診断用の電流Ｉ２それぞれの場合における圧力Ｐと出力電圧Ｖｓｉｇとの関係を示した図である。
【図３】各診断指令信号Ｓ１〜Ｓ３の発生タイミングを表すタイミングチャートを示した図である。
【符号の説明】
１…センサ部、２…定電流回路、３…信号処理回路、
４…サンプルホールド回路、５…演算処理回路、６…ウィンドウコンパレータ、７…サンプルホールド回路、８…トランジスタ、１０…自己診断信号発生回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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