JP4517490B2

JP4517490B2 - センサ装置

Info

Publication number: JP4517490B2
Application number: JP2000309617A
Authority: JP
Inventors: 伸和大場; 誠畑中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP2001194256A

Description

【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センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より用いられている、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の構成を図４に基づいて説明する。センサ装置は、図４に示すように印加された圧力に応じた信号を出力するセンサ部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ＥＣＵ等の制御部１０を備えている。
【０００３】
バッテリ電源（例えば１２Ｖ）は、制御部１０に設けられたレギュレータ１１等を介して一定電圧（例えば５Ｖ）に変換された後、電源ラインＬｐを介してセンサ部２０に供給される。センサ部２０では、この供給電圧を電源として、圧力検出、出力増幅および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Ｖｏを出力ラインＬｏより出力する。制御部１０では、この出力電圧Ｖｏに基づいて各種制御を実施する。
【０００４】
これらの制御部１０とセンサ部２０との間には、電源ラインＬｐ、出力ラインＬｏ、接地ラインＬｇを介した電気的接続が不可欠であり、通常、制御部１０とセンサ部２０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１０とセンサ部２０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。特に出力ラインＬｏにおいてこのような故障が発生した場合には、接続部に新たな抵抗（ΔＲ）が付加され、出力ラインＬｏの電流値Ｉｏにより出力電圧Ｖｏは、ΔＶｏ（＝Ｉｏ×ΔＲ）だけ変動することになる。従って、センサ部の出力電圧が変動した場合に、圧力変動による出力変動かあるいは故障による出力変動かの判別が難しいという問題がある。
【０００６】
センサ部に圧力が印加されていない状態において、出力電圧値Ｖｏを監視することで抵抗不良等の故障を検出することを考えてみる。例えば、出力ラインＬｏと接地ラインＬｇとの間に３３０ｋΩの負荷抵抗Ｒが設けられており、センサ部の圧力印加ゼロの状態において出力電圧Ｖｏ＝０．５Ｖであるとすると、出力ラインＬｏにおける電流値Ｉｏ＝１．５μＡとなる。このとき、例えば出力電圧Ｖｏに±０．１Ｖという規格を設け、Ｖｏ＝０．５±０．１Ｖの範囲を超えた場合に、圧力センサに故障が発生したと判定するように構成する。この場合、接触不良等によってΔＲだけ抵抗が増加したとすると、ΔＲ＝６６ｋΩ（＝０．１Ｖ／１．５μＡ）程度までの抵抗増加は検出が不可能という結果となる。上記±０．１Ｖというのは、圧力センサの製造バラツキ等を考慮した値であり、この規格を絞ることは、センサの歩留まり低下を招き、大幅なコストアップを引き起こすため実現性に乏しいという問題がある。
【０００７】
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高精度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。
【０００８】
【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、センサ部（２０）と、電源ライン（Ｌｐ）、出力ライン（Ｌｏ）および接地ライン（Ｌｇ）を介してセンサ部（２０）と電気的に接続され、センサ部（２０）から出力ライン（Ｌｏ）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）とを備えるセンサ装置であって、センサ部（１０）に対する電源供給を、電源ライン（Ｌｐ）と出力ライン（Ｌｏ）のいずれか一方に切り替える切替手段（１２）と、出力ライン（Ｌｏ）に電源が供給されているときに、出力ライン（Ｌｏ）から接地ライン（Ｌｇ）に流れる電流値を測定し、この測定電流値と基準電流値とを比較して故障発生を判定する故障判定手段（１３）とを備えており、故障判定手段（１３）は、少なくとも出力ライン（Ｌｏ）若しくは接地ライン（Ｌｇ）におけるセンサ部（２０）と制御部（１０）との接続部に接触抵抗（Ｒｘ）が発生した場合に故障発生と判定するものであり、測定電流値は、接触抵抗（Ｒｘ）の抵抗値と、センサ部（２０）における出力ライン（Ｌｏ）と接地ライン（Ｌｇ）との間の抵抗（Ｒ３４）の抵抗値とを含む抵抗値に基づいて測定されることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、出力ライン（Ｌｏ）、接地ライン（Ｌｇ）あるいはＬｏＬｇ間の抵抗（Ｒ３４）において、接触不良等によって抵抗値の変動が発生した場合に高精度に容易に検出することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、基準電流値は、測定電流値の初期値を予めメモリ回路に記憶させたものであることを特徴としている。
【００１３】
このように基準電流値として、固定値ではなく測定電流値の初期値を用いることによりセンサ装置の製造バラツキ等の影響を低減することが可能となる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明では、測定電流値および基準電流値は、それぞれ電圧値に変換されて使用されることを特徴としている。
【００１５】
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。
【００１６】
【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および図２に基づいて説明する。
本第１実施形態は、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す回路図であり、図２は圧力センサのセンサ部の概略構成を示す回路図である。図１に示すように、本第１実施形態におけるセンサ装置は、上記従来技術のセンサ装置（図４）に比較して、センサ部２０に対する電源供給経路を切り替えるスイッチ１２と、出力ラインＬｏの電流値Ｉｏに基づいて故障判定を行う故障判定回路（故障判定手段）１３が付加されたものである。
【００１７】
圧力センサ装置は、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）１０と印加された圧力を検出するセンサ部２０とから構成されている。制御部１０とセンサ部２０とは、センサ部２０に電源を供給するための電源ラインＬｐと、センサ部２０からの出力信号を制御部１０に出力するための出力ラインＬｏと、接地ラインＬｇとを介して電気的に接続されている。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。
【００１８】
すなわち、センサ部２０は例えばブレーキ装置周辺や燃料噴射装置周辺に設けられるものであり、制御部１０はエンジンルーム内や車室内に配置されたケース等の中に設けられる。そして、センサ部２０と制御部１０とを結ぶ電源ラインＬｐ、出力ラインＬｏ、接地ラインＬｇは、エンジンルーム内や車室内に接地される外部配線として設けられるものである。なお、図１、図２に示す制御部１０やセンサ部２０内の配線は、例えばプリント基板などの配線や半導体チップ上に設けられた配線あるいはワイヤボンディングなどを含めた配線である。
【００１９】
電源ラインＬｐ、出力ラインＬｏ、接地ラインＬｇは、センサ部２０、制御部１０とに、それぞれの電源端子Ｐ、出力端子Ｏ、接地端子Ｇを介して接続されている。
【００２０】
なお、以下に示す各実施形態において、電源ラインＬｐ、出力ラインＬｏ、接地ラインＬｇは全て同様である。
【００２１】
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Ｌｐを介してセンサ部２０に供給される。また、制御部１０における出力ラインＬｏと接地ラインＬｇとの間には、センサ部２０の出力電圧Ｖｏを測定するための負荷抵抗ＲＡが設けられている。
【００２２】
本第１実施形態では、制御部１０においてレギュレータ１１と電源ラインＬｐとの間にスイッチ（切替手段）１２が設けられている。このスイッチ１２は、センサ部２０に対する電源供給経路を切り替えるために、通常運転時には電源ラインＬｐ側に接続し、故障検出時には出力ラインＬｏ側に接続するように構成されている。
【００２３】
さらに、制御部１０には故障判定回路１３が設けられている。故障判定回路１３は、スイッチ１２に対して電源ラインＬｐ側あるいは出力ラインＬｏ側に接続を切り替えるための切替信号を発生する。この故障判定回路１３によるスイッチ１２の切り替えは、例えばタイマ等を用いて定期的に行うように構成されている。
【００２４】
また、出力ラインＬｏには、センサ部２０に対する電源供給が出力ラインＬｏ側に切り替えられた際に、出力ラインＬｏから接地ラインＬｇに流れる電流値Ｉｏを測定する電流計１４が設けられている。この電流計１４は、出力ラインＬｏ→ＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４→接地ラインＬｇを流れる電流値を測定できればよく、例えば接地ラインＬｇに設けてもよい。故障判定回路１３では、電流計１４にて測定した電流値Ｉｏが入力され、この測定電流値Ｉｏと予め設定された基準電流値とを比較して故障判定をする。本実施形態では、測定電流値Ｉｏと基準電流値をそれぞれ電圧値に変換して、ウィンドウコンパレータ等により比較を行い、故障判定を実施するように構成されている。
【００２５】
センサ部２０は上述のように、電源ラインＬｐ、出力ラインＬｏ、接地ラインＬｇを介して制御部１０と接続されており、電源ラインＬｐより電源が供給され、出力ラインＬｏより印加圧力に応じた電圧値（センサ信号）Ｖｏを出力するように構成されている。
【００２６】
センサ部２０は、図２に示すように４つのゲージ抵抗（拡散抵抗）Ｒ１〜Ｒ４がブリッジ接続されたブリッジ回路２１を備えている。このブリッジ回路２１は、図示しないシリコン基板の薄肉のダイヤフラム部に形成されている。ブリッジ回路２１を構成する抵抗のうち、抵抗Ｒ１、Ｒ４はダイヤフラム部の中央部に形成され、抵抗Ｒ２、Ｒ３はダイヤフラム部の周辺部に形成されている。そして、ダイヤフラム部に圧力が印加されると、ピエゾ抵抗効果により抵抗Ｒ１〜Ｒ４の各抵抗値が図２の矢印方向に変化するように、すなわち抵抗Ｒ１、Ｒ４は抵抗値が下がり、抵抗Ｒ２、Ｒ３は抵抗値が上がるように構成されている。そして、抵抗Ｒ１およびＲ３の中点電位と抵抗Ｒ２およびＲ４の中点電位の電位差を増幅調整回路２２により増幅等の処理を行った後、出力ラインＬｏより制御部１０に出力する。
【００２７】
また、出力調整回路２２の後段には、出力抵抗Ｒｏ１、Ｒｏ２からなる直列抵抗回路が接続されており、これにより出力調整を図っている。
【００２８】
なお、図１のＲ１２、Ｒ３４は、図２の出力抵抗Ｒｏ１、Ｒｏ２およびこれらと接続しているダイヤフラム部の抵抗Ｒ１〜Ｒ４などから構成されており、センサ部２０の出力端子Ｏからみたセンサ部２０の合成抵抗を示している。
【００２９】
以下、上記構成の圧力センサ装置の作動について説明する。
【００３０】
まず、センサ部２０に印加される圧力を測定する通常運転時について説明する。通常運転時には、スイッチ１２は電源ラインＬｐ側に接続され、電源ラインＬｐに電圧が印加される。センサ部２０では、圧力が印加されると、ゲージ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が変化する。そして、ブリッジ回路２１の２つの中点電位の電位差を増幅調整回路２２により増幅等の処理を行った後、出力ラインＬｏより制御部１０に出力する。制御部１０では、センサ部２０からの出力信号に基づいて各種処理を行う。
【００３１】
次に、接触不良等に起因する抵抗の変化を検出する故障検出時について説明する。故障検出を行う場合には、故障判定回路１３よりスイッチ１２に切替信号が出力され、これに従って、スイッチ１２はセンサ部２０の出力ラインＬｏ側に接続され、出力ラインＬｏに電圧が印加される。電流は、出力ラインＬｏ→ＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４→接地ラインＬｇの順に流れる。このとき、負荷抵抗ＲＡにも電流は流れるが、ＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４を負荷抵抗ＲＡに対して小さく設定することにより、負荷抵抗ＲＡを流れる電流を無視することができる。
【００３２】
この状態で、電流計１４によって出力ラインＬｏの電流値Ｉｏを測定し、この測定電流値Ｉｏを故障判定回路１３に入力する。故障判定回路１３では、測定電流値Ｉｏと基準電流値とをそれぞれ電圧値に変換して比較を行う。このとき測定電流値Ｉｏが、基準電流値に対して予め設定された故障判定レベル（しきい値）を超えていれば、故障が発生していると判定する。故障発生と判断された場合には、故障発生回路１３は故障信号を出力し、これにより例えばウォーニングランプ点灯等の処理を行う。
【００３３】
なお、基準電流値は、出力ラインＬｏ側に電圧を印加したときの出力ラインＬｏの電流値Ｉｏの初期値を基準電流値として図示しないメモリ回路に記憶させておくことにより、圧力センサの製造バラツキ等の影響を低減することができる。また、故障判定レベルは、圧力センサの製造バラツキや故障検出要求等を考慮して基準電流値にある程度の幅を持たせることにより、適宜設定することができる上記故障判定について具体的に説明する。例えば出力ラインＬｏに５Ｖの電圧を印加した場合、センサ部２０内のＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４が１ｋΩであるとすると、出力ラインＬｏの電流値Ｉｏ＝約５ｍＡとなる。この５ｍＡを基準電流値として設定する。ここで、出力ラインＬｏにおけるセンサ部２０と制御部１０との接続部に、接触不良等の理由により１ｋΩの接触抵抗Ｒｘが増加した場合を考えると、出力ラインＬｏの電流値Ｉｏ＝２．５ｍＡとなる。この場合には、出力電流値Ｉｏは基準電流値５ｍＡに対して半減することとなるため、容易に故障を検出することが可能となる。この例では、１ｋΩの抵抗増加を検出することができ、上記課題で述べた６６ｋΩという故障判定レベルと比較すると６６倍の検出感度を有していることとなる。
【００３４】
出力電流値Ｉｏの故障判定レベルは故障検出要求に応じて適宜設定することができ、例えば上記の例では基準電流値５ｍＡに対して±１ｍＡという範囲を設定し、出力ラインの電流値Ｉｏが５±１ｍＡの範囲を超えた場合に故障が発生したと判定するように構成することができる。
【００３５】
なお、抵抗不良の検出要求に対し、圧力センサの製造バラツキを考慮した上で、ＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４の最適化を実施すれば、故障検出感度をより向上させることができる。具体的には、負荷抵抗ＲＡに対してＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４の抵抗値を小さくすることで負荷抵抗ＲＡの影響を押さえて、より小さい抵抗増加を検出できるようになる。
【００３６】
また、本第１実施形態では、接続部における接触不良等に起因する抵抗増加を検出する場合について説明したが、これに限らず、例えば端子間ショート等によって抵抗が減少する場合についても同様に検出することが可能である。すなわち、本第１実施形態のように、出力ラインＬｏに電圧を印加して出力ラインＬｏから接地ラインＬｇに流れる電流値を監視することで、出力ラインＬｏ、接地ラインＬｇ、ＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４における接触不良等の故障発生を検出することが可能となる。
【００３７】
また、故障検出時には、出力ラインＬｏに通常運転時とは逆方向に電圧を印加することになるが、センサ部２０において、例えば遮断回路を設けるか、あるいは適切な回路設計をすることでセンサの破壊を防止することができる。
【００３８】
また、センサ部２０に圧力が印加されている場合にはブリッジ回路２１の各抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が変化することになるが、検出すべき接触不良等による抵抗増減に比較すると、通常、圧力印加による抵抗値変化は微少であるため、センサ部２０圧力が印加されている場合であっても故障検出は可能である。さらに、例えばセンサ部２０に遮断回路を設けて圧力印加の影響がゼロになるように構成してもよい。
【００３９】
また、本第１実施形態の圧力センサ装置では、故障判定時には圧力検出を一時的に中断することになるが、ＥＣＵの処理速度を考慮すれば圧力センサの測定圧力値に基づく各種制御には実質的に影響はないと考えられる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。この第２実施形態の圧力センサ装置は図３に示すように、上記第１実施形態に比較して、センサ部２０に対する電圧の印加を電源ラインＬｐと出力ラインＬｏに切り替えるスイッチ（切替手段）１２を省略し、また、電流計１５を電源ラインＬｐに設けている。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
上記第１実施形態では、出力ラインＬｏに電圧を印加して出力ラインＬｏの電流値Ｉｏを測定して故障を判定したが、本第２実施形態では、電源ラインＬｐに電圧が印加された状態において、電源ラインＬｐから接地ラインＬｇに流れる電流値Ｉｐを測定し、この電流値Ｉｐと予め設定した基準電流値とを電圧値に変換して比較することにより、故障判定を行うように構成されている。このように電源ラインＬｐから接地ラインＬｇを流れる電流値を監視することにより、電源ラインＬｐ、接地ラインＬｇでの接触不良による接触抵抗Ｒｙの増加や、ＬｐＬｇ間抵抗Ｒ１２、ＬｏＬｇ間抵抗Ｒ３４における端子間ショート等の故障を検出することができる。
【００４２】
本第２実施形態の故障判定は、上記第１実施形態の故障判定と組み合わせて実施してもよい。すなわち、上記第１実施形態の圧力センサ装置の構成において、電源ラインＬｐにおける電流値Ｉｐを測定する電流計１５を追加し、出力ラインＬｏに電圧が印加されている場合には、出力ラインＬｏの電流値Ｉｏを用いて故障判定を行い、電源ラインＬｐに電圧が印加されている場合には、電源ラインＬｐの電流値Ｉｐを用いて故障判定を行うように構成する。
【００４３】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、測定電流値と基準電流値とをそれぞれ電圧値に変換し、電圧値同士を比較して故障判定処理を行っているが、測定電流値と基準電流値とを直接比較するように構成してもよい。
【００４４】
また、上記第１実施形態では、切替手段１２を制御部１０内に設けたが、このような構成に限らず、切替手段１２をセンサ２０側に設けるように構成してもよい。
【００４５】
また、上記各実施形態のセンサ装置では、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（Ｃｒ−Ｓｉ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。
【００４６】
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、出力ライン、接地ラインを備えていれば、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実施形態におけるセンサ装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】図１のセンサ装置におけるセンサ部の概略構成を示す回路図である。
【図３】第２実施形態におけるセンサ装置の概略構成を示す回路図である。
【図４】従来技術における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、１１…レギュレータ、１２…スイッチ（切替手段）、１３…故障判定回路、２０…センサ部。

Claims

センサ部（２０）と、
電源ライン（Ｌｐ）、出力ライン（Ｌｏ）および接地ライン（Ｌｇ）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（Ｌｏ）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）とを備えるセンサ装置であって、
前記センサ部（１０）に対する電源供給を、前記電源ライン（Ｌｐ）と前記出力ライン（Ｌｏ）のいずれか一方に切り替える切替手段（１２）と、
前記出力ライン（Ｌｏ）に電源が供給されているときに、前記出力ライン（Ｌｏ）から前記接地ライン（Ｌｇ）に流れる電流値を測定し、この測定電流値と基準電流値とを比較して故障発生を判定する故障判定手段（１３）とを備えており、
前記故障判定手段（１３）は、少なくとも前記出力ライン（Ｌｏ）若しくは前記接地ライン（Ｌｇ）における前記センサ部（２０）と前記制御部（１０）との接続部に接触抵抗（Ｒｘ）が発生した場合に故障発生と判定するものであり、
前記測定電流値は、前記接触抵抗（Ｒｘ）の抵抗値と、前記センサ部（２０）における前記出力ライン（Ｌｏ）と前記接地ライン（Ｌｇ）との間の抵抗（Ｒ３４）の抵抗値とを含む抵抗値に基づいて測定されることを特徴とするセンサ装置。
前記基準電流値は、前記測定電流値の初期値を予めメモリ回路に記憶させたものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
前記測定電流値および前記基準電流値は、それぞれ電圧値に変換されて使用されることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。