JPS63500536A - リ−ド抵抗補償機能を備えた遠隔センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 リード　２を■えた　隔セン力 狭五立亘 この発明は一般に遠隔センサとアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器の間のイン タフェース回路に関し、特にリード線の抵抗による電圧降下を補償してＡ／Ｄ変 換器の精度を高めるための回路に関する。

責員挟止 デジタルエレクトロニクスの分野では、通常機械的な装置の動作パラメータをモ ニターする必要がある０例えば、デジタル的な電子コントローラが内燃機関での 制御理論を実行するのに使われている。エンジン制御で必要なフィードバックル ープを行なうために、一般には電位差計を用いて燃料制御部材の位置をモニター しており、これによって、その部材の実際の位置と目標位置がコントローラで比 較され補正動作が実施されている。

、内燃機関の置かれる環境は一般にデジタルエレクトロニクスにとっては苛酷過 ぎ、従ってかかる環境はコントローラの望ましい配置位置とはいえない、コント ローづはエンジンから離れた位置に配置できるが、センサは必ずエンジンに配置 しなければならず、一般にかなりの長さの配線ハーネスを介してコントローラに 接続される。センサから配線ハーネスを通じて送出される信号は一般にアナログ 電圧信号で、その大きさが検知パラメータに関する情報を表わしている。

配線ハーネスは、主にその長さの関数として表わせる抵抗を有している。従って 、配線ハーネスが長くなるほど、電圧降下が太き（なり、最終的にコントローラ に送られる電圧信号の値の誤差が顕著になる。誤差を含む電圧信号の補正は従来 、既知の長さを有する標準断面及び標準材質のワイヤ間で生じる電圧降下を見積 り、電源電圧をその背高めることによって信号に補正を施す。このような見積の 最も良い近似であっても、市販されている配線ハーネスに用いるかなり不正確な 工業標準規格によるものである。

しかし、このような見積りは最新の制御理論で必要な測定パラメータを表わす正 確な電圧信号の発生を妨げる。さらに、配線ハーネスは一般に一連のコネクタを 含み、その抵抗は使用年数、不純物の量、接触面積等の関数となる。こうしたコ ネクタの平均抵抗値をめることは、電圧信号の精度をさらに低めることにしかな らない。

本発明は、前述したような１つ以上の問題を解消しようとするものである。

又皿Ω固丞 本発明の一特徴によれば、本装置は、抵抗型の検知要素の各端子と装置にそれぞ れ第１及び第２の端が接続されている第１及び第２のリード線の抵抗による電圧 降下を補償するものである。この装置は、第１のリード線の抵抗を検知して第１ の電圧信号を第１のリード線の第２の端に送出する第１の手段を備えている。第 １の電圧信号は、第１１７−ド線の抵抗の大きさに応じた大きさを有している。

第２の手段が、第２のリード線の抵抗を検知し、第２の電圧信号を第２のリード 線の第２の端に送出すようになっている。この第２の電圧信号の大きさは、第２ のリード線の抵抗値に対応している。

電子制御系において、抵抗型センサは一般にコントローラから離れた位置に配置 されている。これまで、センサとコントローラを相互に接続するリード線による 電圧降下に起因して誤差が生ずることが知られていたが、この誤差は、コントロ ーラ自体の達成可能な精度に比べて取るに足らないものと見なされてきた。しか し、ますます複雑化する制御理論とより強力なマイクロプロセッサ技術の登場で 、今やそのような誤差が顕著な割合を占めている。

従って本装置は、リード線の抵抗による電圧降下を補償するためのインタフェー ス回路に関するものである。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例の電気配線路図であり、第２図は本発明の一実施例の 電気配線路図である。

■を−するための最　のノ肌 次に、木製ｚｉｏの好ましい実施例を示した図面を参照すると、第１図は第１及 び第２のリード線１２．１４の抵抗による電圧降下を補償する装置１０の電気配 線路図を示している。第１及び第２のリード線１２．１４はそれぞれ、抵抗型検 知要素２０の各端子１６．１８と装置１０間に接続された第１及び第２端を有し ている。好ましい実施例において、検知要素２０は内燃機関のランク等の燃料制 御部材に接続され、エンジンに送られる燃料の量を指示する位置センサ２２とし て機能する。位置センサ２２は一般に、ラックと共に移動してラックの位置を表 わすアナログ電圧信号をタップ２４へ送出するように接続された電位差計である 。

第１の手段２６が第１のリード線１２の抵抗の大きさを検知し、第１のリードｍ １２の第２の端に第１の電圧信号を送出する。第１の電圧信号は、第１のリード 線の抵抗の大きさに応じた大きさを有する。第１の電圧信号は正で、第１リード 線の抵抗の大きさに正比例するのが好ましい、第１の手段２６は、高精度電圧源 ３０に接続された非反転入力を有する比較器２８を備えている。

高精度電圧源３０は、電流制限抵抗３２を介して標準電圧発生ツェナーダイオー ド３４に接続された＋９ｖ電源を備えている０分圧回路網３６が、ツェナーダイ オード３４と電流制限レジスタ３２の交点に接続されている０分圧回路網３６は 一対の直列に接続された１％抵抗３８．４０から成っている０両抵抗３８．４０ のオーム値とツェナーダイオード３４によって発生する基準電圧との組み合わせ によって、両抵抗３８．４ｏの接続点に正確に＋１ｖの基準電圧が発生する。＋ １ｖの基準電圧は比較器２８の非反転入力に供給されている。比較器２８の出力 は第１のリード線１２の第２の端に接続され、電力が第１のリード線１２を介し て位置センサ２２に送られるようになっている。

高インピーダンスのバッファ回路４２は、その入力側が第１のリード線１２の第 １の端に接続され、その出力側が第１の手段２６に接続されている。バッファ回 路４２は、電圧フォロアに接続された比較器４４を有し、出力と反転入力が相互 に接続されるとともに、非反転入力が第３のリード＆９１４６を介して第１のリ ード線１２の第１の端に接続されている。比較器４４の出力は比較器２８の反転 入力にも接続され、これによって位置センサ２２での電圧降下に比例した大きさ を持つアナログ電圧信号を送出する。

第１のリード線１２と位置センサ２２の抵抗による電圧降下が分圧器を形成し、 比較器２８から送られる全電位より小さい電位がセンサ２２によって受け取られ る。従って、センサ２２に印加される電圧と比率配分的に比例するタップ出力２ ４は、見込み電圧より著しく低い、比較器２８は、＋１ｖの基準電圧をセンサ２ ２の端子１６における実際の電圧と比較することによって、リード線による電圧 降下を補償する。センサ２２の端子１６での電圧レベルが＋ＩＶの基準レベルに 上昇するまで、比較器２Ｂはその出力電圧を高める０本回路は第１のリード線１ ２による電圧降下に関わりなく、センサ２２に与えられる電圧を＋ＩＶに維持し ようとする。さらに好ましい実施例においては、装着及び保守を容易とするため 、第１のリード＆１１２はコネクタ４８で取外し可能である。コネクタ４８は同 時に、追加の外部抵抗を回路内に導入する原因となる。但し比較器２８は、抵抗 がいかに導入されるかに関係なく、センサ２２の電圧を＋Ｉ■に維持しようとす る。上記した装置で８７７１回路４２の使用は必ずしも必要でないが、本明細書 中後で詳述する別の有用性を持っている。バッファ回路４２を用いないときは、 第３のリード線４６の第２の端を比較器２８の反転入力に直接接続できる０両比 較器２８．４４の入力インピーダンスは非常に大きいので、第３のリード線４６ を流れる電流を非常に小さい値に制限し、第３のリード線の抵抗による電圧降下 も同じように取るに足りないものとする。こうして、検知要素の端子１６におけ る電圧は、比較器２８の反転入力における電圧とほり等しくなる。第１及び第３ のリード線１２．４６の抵抗値は相互に同等の大きさでありながら、第３のリー ド線の抵抗は比較器２８の入力インピーダンスと比べ非常に小さいのに対し、第 １のリード線の抵抗は位置センサ２２の抵抗値と比べ有意である。

第２の手段５０が第２のリード線１４の抵抗の大きさを検知し、第２の電圧信号 を第２のリード線１４の第２の端に送出する。第２の電圧信号は第２のリード線 の抵抗の大きさに応じた大きさを有し、好ましい実施例において該信号は負で第 ２のリード線の抵抗の大きさに正比例している。第２の手段５０はシステムのア ースに接続された非反転入力を有する比較器５２を含み、その反転入力は抵抗５ ４と第４のリード線５６を介して第２のリード線１４の第１の端に接続されてい る。比較器５２の出力は第２のリード＆１ｌ１４の第２の端に接続され、第２の リード線の抵抗による電圧降下を補償するための負の電圧信号を発生する。第２ の手段５０の動作は第１の手段２６の動作と同じだが、極性が反対である０例え ば、タップ２４の電圧を＋１ｖの基準電圧に正比例して維持するためには、端子 １８をシステムのアース側にバイアスしなければならない０位置センサ２２と第 ２のリード線の抵抗が分圧器を形成し、これが第２のリード線による電圧降下を 端子１８に与えてタップ電圧をその分の大きさだけ上昇させる。比較器５２は高 インピーダンスであるため、端子１８の電圧は第４のリードｌ１５６を介して比 較器５２の反転入力に送出される。端子１８の電圧はシステムのアースと比較さ れ、端子１８の電圧と等しい大きさだが極性負の電圧が比較器５２から送出され る。この結果、端末１８がシステムのアースにバイアスされ、タップ電圧が＋１ ■の基準電圧に比例し且つセンサ２２の真の位置を表わすように維持される。

Ｉｎｔｅｒｓｉ１社から部品番号ＩＣＬ７１３５として市販されているような通 常のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５８のアナログ入力が、電流制限抵抗 ６０を介して位置センサ２２のタンプ２４に接続されている。さらに、Ａ／Ｄ変 換器５８は基準電圧入力６１とパラレルボートのデジタル出力を持ち、デジタル 出力の値はアナログ入力と標準電圧入力の比に比例するようになっている。装置 １０の精度を更に高めるため、基準電圧はセンサ２２の端子１６に加わる電圧に 正比例するレベルへの浮動が許容されている。システムは動的特性を有している ので、端子１６に加わる電圧は絶え間なく変化する状態にある。このため比較器 ２８は、端子１６で検出される電圧に基づき出力電圧を絶えず変更する。そこで 、アナログ／デジタル変換器５８の比率配分効果が、端子１６での電圧ドリフト によって導入される不正確さをキャンセルする。比較器４４の出力は、一対の抵 抗６４．６６と電位差計６８から成る分圧回路網６２を介してシステムのアース に接続されている。

電位差計６８はＡ／Ｄ変換器５８の基準入力に接続されたタップ７０を有し、基 準電圧入力を所望の値に初期調整することが可能となっている。

装置１０は、特定の用途で使われる位置センサ２２の種類を自動的に検出する回 路を存している０例えば、同一の位置検出装置を各種の用途で実施する場合には 、さまざまな構成のセンサ２２の使用が可能でなければならない、異なるラック のストローク長を持つエンジレに取り付けて動作させるためには、移動長さを変 更可能なセンサが必要である。ストローク長の異なったセンサは必然的に、異な った抵抗値を有する。つまり、装置１０を完全に自動化するためには、センサ２ ２の抵抗の大きさを検出し、この情報を現在用いているセンサ２２の種類と相関 させる回路を含めなければならない、センサの抵抗の大きさを検出する１つの方 法は、センサ２２を通って流れる電流をモニターすることである。

特定のセンサ２２用の抵抗は一定であり、印加電圧は＋１ｖであることが分って いる。従つて、そこを流れる電流が使用しているセンサの種類を表わすことにな る。電流検知手段７２は比較器５２の出力と第２のリード線１４の第２の端との 間を流れる電流の大きさを検出し、その電流の大きさに応じた信号を送出する。

選択手段７４は、電流信号を受信し、センサ２２の抵抗の大きさをめるために、 電流信号の大きさに応じた信号を送出する。

電流検知手段７２は、比較器５２の出力と第２のリード線１４の第２の端との間 に接続された抵抗７６を有している。差動増幅器７８は、電流検知抵抗７６の両 端子に接続された第１及び第２の入力を有する０選択手段７４は複数の比較器８ ０を有し、各比較器８０は、差動増幅器７８の出力に接続された非反転入力と、 予め定めた値づつ高くなっている複数の基準電圧のうちの１つに接続された反転 入力とを存する。これらの基準電圧は、＋４Ｖとシステムアースの間に接続され た分圧回路網８２によって発生される０分圧回路網８２は直列に接続された複数 の抵抗８４．８６．８８．９０．９２を有し、それらの交点がそれぞれ各比較器 ８０に接続されている０例示の実施例において、装置ｌＯは４つの比較器８０を 有するものとして示してあり、従って異なる４種類のセンサ２２を検出すること ができる。エレクトロニクス設計の分野で通常の技術を存するものであれば、分 圧回路１１８２に追加の抵抗を加え、対応する比較器８０を設けることによって 、任意の数の別個のセンサ２２を検出するように拡張できることが容易に認識さ れよう。

第２図は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社により部品番号Ｍ（：１４６８０５Ｅ２Ｆとして 製造されているような一般に市販されているマイクロプロセッサ９４を示す、マ イクロプロセッサ９４は２つの別々の４ビツトパラレルポート９６．９８を存す る。第１の入力ポート９６は、アナログ／デジタル変換器５８の４ピントパラレ ル出力ポートに接続されている。第２の入力ポート９８は電流制限抵抗１００． １０２．１０４．１０６（第１図に示す）を介して、それぞれの比較器８０の出 力に接続されている。マイクロプロセッサ９４はソフトウェアの制御下で第２の 入力ポート９８にアクセスし、どの比較器８０が“高”信号を送出しているかを 判定して、この情報をセンサ２２の抵抗の大きさと相関せしめる。センサ２２の 種類が判定されると、ソフトウェアがその特定センサ２２に対応する探索テーブ ルをアクセスする。探索テーブルは、第１の入力ポート９６で受信された信号を 位置情報として解釈するのに使われる。

例えば、第１の入力ポート９６に入る信号は００００〜１１１１の範囲の２進数 として表わされ、００００は初期スタート位置を示し、１１１１は最大変位を表 わす、残りの中間の２進数は、移動の全範囲内における各増分位置を表わしてい る。

マイクロプロセッサ９４はドライバ１０２に接続された出カポ−）１００を有す るものとして示してあり、ドライバ１０２は液晶ディスプレイ１０４に接続され ている。ディスプレイ１０４はセンサ２２の位置を可視表示する。ドライバ１０ ２とディスプレイ１０４は出力装置の一例に過ぎず、エレクトロニクス設計の分 野で通常の技術を有する者であれば、出力ボート１００を例えばステップ型ドラ イバに接続し、内燃機関の燃料制御部材の位置を制御できることが容易に認識さ れよう。

上の千１　可 装置１０の全体動作において、位置センサ２２は内燃機関上に取り付けられ、燃 料噴射系のラックに接続されて絶えず変化するラック位置をモニターするものと 仮定する。第１及び２図に示した回路は手持式モジュール内に含まれ、はＶＩＯ フィート（約３ｍ）の長さのワイヤハーネスを介してセンサ２２に接続されてい る。比較器２８は当初、＋１ｖの信号をワイヤハーネスに送出する。未知の大き さの電圧降下がワイヤハーネスの内部抵抗によって生じ、センサ２２の第１の端 子１６に実際に加わる電圧を減少させる。センサ２２に加わる実際の電圧は比較 ！′Ｓ４４から、比較器２８とＡ／Ｄ変換器５８の基準入力両方に送出される。

比較器２８は、第１のり一ドｍ１２での電圧降下に対応する量だけ電圧を高める ことによって応答する。これにより、センサ２２に送出される実際の電圧が＋１ ｖになることが保証される。

同様に、比較器５２がセンサ２２の第２の端子１８における電圧レベルをモニタ ーし、その電圧をシステムのアースと比較する。

比較器５２は、第２のリード線１４での電圧降下と等しい大きさの負の電圧信号 を送出することによって、第２の端子１８の電圧レベルをＯｖに維持する０両比 較器２８．５２が相互に作用しセンサ２２の両端子１６．１８間で正しく＋ＩＶ の電圧降下を得ることによって、正確な位置情報を保証する。

Ａ／Ｄ変換器５８はセンサ２２のタップ２４からアナログ電圧信号を受信し、タ ップ電圧対基準電圧の比を４ビットデジタル信号に変換する。同時に、センサ２ ２を通って流れる電流の大きさが差動増幅器７８によってモニターされ、選択手 段７４に送られる０選択手段７４が電流の大きさを、現在使用しているセンサの 種類を示す４ビツト２進数に変換する。

マイクロプロセッサ９４は両方の４ビツト２進信号を受信し、それらの信号をソ フトウェアの＠部下で、燃料噴射系のランク位置を示す制？ＩＩｌ信号と相関せ しめる。そして、ラックの実際の位置が液晶ディスプレイ１０４上に可視表示さ れる。

この発明のその他の特徴、目的及び利点は、図面、以上の開示及び添付の請求の 範囲を検討することによって明らかとなろう。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＸＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＩ、５ＥＡＲＣ！（ＲＥ １’ＯＲτＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１及び第２のリード緩（１２、１４）での抵抗誘起による電圧降下を補償 するための装置（１０）で、第１及び第２のリード線（１２、１４）の各々が、 抵抗型検知要素（２０）の両端子（１６、１８）と装置（１０）とにそれぞれ接 続された第Ｉ及び第２の端を有するものにおいて： 第１のリード線（１２）の抵抗の大きさを検知し、第１のリード線の抵抗の大き さに応じた大きさの第１の電圧信号を第１のリード線（１２）の第２の端に送出 する第１の手段（２６）と、第２のリード線（１４）の抵抗の大きさを検知し、 第２のリード線の抵抗の大きさに応じた大きさの第２の電圧信号を第２のリード 線（１４）の第２の端に送出する第２の手段（５０）とを備えた装置（１０）。 ２．前記第１の電圧信号の大きさは、正で、第１のリード線の抵抗の大きさに正 比例している請求の範囲第１項記載の装置（１０）。 ３．前記第２の電圧信号の大きさは、負で、第２のリード線の抵抗の大きさに正 比例している請求の範囲第１項記載の装置（１０）。 ４．第１のリード線（１２）の第１の端に接続された入力と第１の手段（２６） に接続された出力を有する高インピーダンスのパッファ回路（４２）を有する請 求の範囲第１項記載の装置（１０）。 ５．前記高インピーダンスのバッファ回路（４２）は、第１及び第２の端を有し 、第１の端が第１のリード線（１２）の第１の端に接続されている第３のリード 線（４６）と、反転及び非反転入力と出力を有し、非反転入力が第３のリード線 （４６）の第２の端に接続され、出力が反転入力に接続されている第１比較器（ ４４）とを有している請求の範囲第４項記載の装置（２０）。 ６．前記第１の手段（２６）は、反転及び非反転入力と出力を有し、反転入力が 第１の比較器（４４）の出力に接続され、出力が第１のリード線（１２）に接続 されている第２の比較器（２８）と、この第２の比較器（２８）の非反転入力に 接続された高精度電圧源（３０）とを有している請求の範囲第５項記載の装置。 ７．アナログ入力、デジタル出力及び基準電圧入力（６１）を有するアナログ／ デジタル変換器（５８）を有し、・前記抵抗型検知要索（２０）は、アナログ ／デジタル変換器（５８）のアナログ入力に接続されたタップ出力（２４）を有 し、前記第１の比較器の出力は、アナログ／デジタル変換器（５８）の基準電圧 入力（６１）に接続されている請求の範囲第５項記載の装置（１０）。 ８．前記第２の手段（５０）は、 第１及び第２の端を有し、第１の端が第２のリード線（１４）の第１の端に接続 されている第４のリード線（５６）と、反転及び非反転入力と出力を有する第３ の比較器（５２）とを有し、該第３の比較器（５２）の反転入力が第２のリード 線（１４）の第２の端に接続され、該第３の比較器（５２）の非反転入力がシス テムのアースに接続され、該第３の比較器（５２）の出力が第２のリード線（１ ４）の第２の端に接続されている請求の範囲第１項記載の装置（１０）。 ９．前記第３の比較器の出力と第２のリード線（１４）の第２端との間を法れる 電流の大きさを検出し、該電流の大きさに応じた計測信号を送出する電流検知手 段（７２）と、上記計測信号を受信し、計測信号の大きさに応じた信号を送出す る選択手段（７４）とを有する請求の範囲第８項記載の装置（１０）。 １０．前記電流検知手段（７２）は、前記第３の比較器の出力と第２のリード線 （１４）の第２の端との間に接続された電流検知抵抗（７６）と、 出力と第１及び第２の入力を有し、両入力が電流検知抵抗（７６）の各端子に接 続されている差動増幅器（７８）とを存する請求の範囲第９項記載の装置（１０ ）。 １１．前記選択手段（７４）は、差動増幅器（７８）の出力に接続された非反転 入力、複数の基準電圧の１つに接続された反転入力、及び出力をそれぞれ有する 複数の比較器（８０）を有する請求の範囲第９項記載の装置（１０）。 １２．入力、出力及びタップ（２４）を有する離れて位置したセンサ（２２）と アナログ／デジタル変換器（５８）との間を結ぶ第１及び第２のリード線（１２ 、１４）に付随した抵抗による電圧降下を自動的に補償するためのインタフェー ス回路を有するアナログ／デジタル変換回路において、 高精度電圧源（３０）と、 出力と、上記センサの入力に接続された高インピーダンス入力とを有するバッフ ァ（４２）と、 高精度電圧源（３０）に接続された非反転入力、バッファ（４２）の出力に接続 された反転入力、及び第１のリード線１２を介して上記センサの入力に接続され た出力を有する第１の比較器（４４）と、センサ（２２）の出力に接続された反 転入力、システムのアースに接続された非反転入力、及び第２のワード線（１４ ）を介してセンサ（２２）の出力に接続された出力を有する第２の比較器（２８ ）と、 センサ（２２）のタップ（２４）に接続された入力と、バッファ（４２）の出力 に接続された基準電圧入力（６１）とを有するアナログ／デジタル変換器（５８ ）と、第２比較器（２８）の出力とセンサ（２２）と出力との間に接続された電 流検知抵抗（７６）と、 第１及び第２入力と串力を有し、第１及び第２入力が電流検知抵抗（７６）の各 端にそれぞれ接続されている差動増幅器（７８）と、差動増幅器（７８）の出力 に接続された非反転入力、複数の基準電圧の１つにそれぞれ接続された反転入力 、及び出力をそれぞれ有する複数の比較器（８０）と、 アナログ／デジタル変換器（５８）および複数の比較器（８０）の各出力からの 信号を受信し、これらの信号をアナログ／デジタル変換器（５８）および比較器 （８０）からの各出力信号の大きさに応じた制御信号に変換する処理手段（９４ ）とを備えたアナログ／デジタル変換回路（５８）。