JPH07122806B2 - 機械変位量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機械変位量を電気信号に変換する検出器に利
用する。本発明は、自動車のアクセルペダルその他変位
量を検出して制御回路に与える装置として利用するに適
する。

〔概要〕

本発明は、機械変位を電気信号に変換する検出装置にお
いて、 変位センサを短絡コイルを変位に従って磁路を形成する
コアに沿って移動させて機械変位を検出する接触部を有
しない磁気回路型のものとし、故障を検出したときに出
力電気信号を低いインピーダンスで短絡して出力電気信
号のレベルを低下させる保護回路を設け、さらに出力電
気信号の全範囲のうち少なくとも下限に余裕を設けて利
用限界を設定し、この利用限界を越えて出力電気信号が
出力されるときには異常であると判定することにより、 高い信頼性を得るとともに、故障が発生した場合でも故
障時の制御出力を安全側に収束させてフェイルセーフを
実現するようにしたものである。

〔従来の技術〕

近年、エレクトロニクス技術を利用して自動車操縦の自
動化が進む中で、この自動操縦システムの構成要素とし
て機械変位を電気信号に変換する変位センサが用いられ
ている。この変位センサは機械変位を電圧変位に変換す
るものであるが、大別すると、可変抵抗器型のものと磁
気回路型のものがある。可変抵抗器型のものはポテンシ
オメータにより機械変位にしたがって電圧の分圧比を変
化させるものであり、磁気回路型のものは交流変圧器の
一次巻線と二次巻線との結合を機械変位により変化させ
て、機械変位を交流出力信号のレベルに変換するもので
ある。

ところで、従来の変位センサのうちポテンシオメータに
より機械変位を検出するものでは、接触面を有するた
め、接触不良や断線等の発生が避けがたい問題がある。
また従来の装置では、変位センサの出力を単純にプログ
ラム制御回路に取り込み制御入力として利用する構成で
あった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

自動車に搭載する制御装置では、制御装置に故障が発生
したときに、その制御を安全側に収束させる（フエイル
セーフ）ことが必要である。それにはまず、アクセルペ
ダルに連結された変位センサは故障が少なく、接触不良
等の故障が少ないものであることが必要である。次に変
位センサが故障したときに、アクセルペダルを踏み込ん
だ状態の出力を送出するのではなく、アクセルペダルを
開放した状態の出力を送出することが安全である。さら
に、アクセルペダルの正常なストローク範囲では発生し
ない電圧が変位センサ出力に現れるならば異常として判
定し制御を安全側に収束することが望ましい。

従来からプログラム制御装置では安全側に収束させるた
めの制御が配慮されているが、本発明は、変位センサを
堅牢で故障のない安全性の高いものとするとともに、仮
に変位センサに故障が発生し入力に故障が発生した場合
についても、制御がさらに安全側に収束できるように改
良するものである。

すなわち本発明は、機械変位量検出装置において、磁気
回路を用いる故障の少ない変位センサを用い、変位セン
サの異常時にプログラム制御回路の入力値を変更して、
車両の安全走行が図れる機械変位量検出装置を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、機械変位入力にしたがって出力電圧が変化す
る変位センサ（１）を備えた機械変位量検出装置におい
て、上記変位センサとして、閉磁路を形成するコア（1
5）と、上記コアに巻回された一次コイル（11,11′）
と、この一次コイルに交流出力を与える発振器（２）
と、上記コアに巻回された二次コイル（12,12′）と、
この二次コイルに誘起される電圧を検出する検出回路
（４）と、上記コアに外挿され上記コアに沿って機械変
位入力にしたがって移動し上記コアを介する上記一次コ
イルと上記二次コイルとの磁気結合を変化させる短絡コ
イル（13）とを備え、上記コアはその一部が円弧状であ
り、この円弧の回転中心として上記短絡コイルが保持さ
れた機械変位検出器を用いる。そして、上記センサ出力
に有効範囲判別回路（51）を設ける。この有効範囲判別
回路は、上記センサの全ストロークに対応する出力電圧
の全範囲の少なくとも下限に余裕（マージン）を設定す
る。すなわち上記センサの全ストロークに対応する出力
電圧のうち狭い範囲にその出力電圧があるときに正常で
あると判定する回路手段を含み、上記センサの故障を検
出する故障検出回路（３）と、この故障検出回路の出力
にしたがって上記センサ出力を低いインピーダンスで短
絡する保護回路（４）とを備えたことを特徴とする。

ここで「低いインピーダンス」とは、厳密にゼロインピ
ーダンスでなくとも、出力電圧を上記下限に設けた余裕
の中に低下させるインピーダンスを意味する。

上記有効範囲判別回路は、ハードウエア構成であって
も、あるいはセンサ出力を利用するプログラム制御回路
（５）のソフトウエアによる構成であってもよい。

上記プログラム制御回路は、上記有効範囲判別回路が正
常を判定しているとき以外はその制御出力を安全側に設
定する手段（52）を含むことが望ましい。

さらに上記有効範囲判別回路は、上記センサの全ストロ
ークに対応する出力電圧のうちの上限にも余裕を設定
し、この上限の余裕に相当する出力電圧が送出されたと
きにはこれを異常であると判定して、制御を安全側に収
束させるものであることが望ましい。

〔作用〕

有効範囲判別回路で、この回路への入力が余裕を設けた
狭い範囲内にあるときは正常であると判定し、その狭い
範囲外にあるときは異常と判定する。

正常と判定されたときは、プログラム制御回路には変位
センサの出力が利用され、これに基づき正常時の制御信
号が生成される。

故障検出回路が故障を検出すると、保護回路が変位セン
サの出力を低いインピーダンスで短絡することにより、
変位センサの出力が上記狭い範囲の下限より小さい値に
なる。これにより有効範囲判別回路が異常であると判別
し、プログラム制御回路により安全側に収束さるための
制御が行われる。

また上記の他になんらかの原因により、変位センサの出
力電圧が機械変位に対応しなくなるような故障が発生
し、変位センサの出力電圧が上記狭い範囲外の値になる
ときには、この変位センサの異常として判定し制御を安
全側に収束させる。

〔実施例〕

以下、本発明実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの実施例の構成を示すブロック構成図であ
る。第２図はこの実施例に用いられた変位センサの出力
を示す特性図である。第３図はこの実施例の動作を示す
フローチャートである。

まず、この実施例の構成を第１図に基づいて説明する。
この実施例は、機械変位量を電気信号に変換する変位セ
ンサ１と、変位センサ１の出力に接続されたバッファ２
と、この変位センサ１の異常を検出し、異常を示す電気
信号を生成する故障検出回路３と、この変位センサ１の
異常を示す電気信号に基づいて、バッファ２の出力を短
絡する保護回路４と、変位センサ１からの出力を取り込
み、制御対象の制御信号を生成する制御出力生成手段を
含むプログラム制御回路５とを備える。

ここで、プログラム制御回路５には制御出力生成手段で
ある制御出力生成回路53と、この制御出力生成回路53か
らの制御出力が所望の安全側になるように設定する安全
側設定回路52と、この安全側設定回路52を作動させる信
号を生成する有効範囲判別回路51とを備える。これらは
「回路」と表現するが、マイクロプロセッサが実行する
プログラムとしてマイクロプロセッサ上に構成される。
その動作フローチャート要部は第３図に示すものであ
る。

故障検出回路は、例えば可変抵抗器型の変位センサのと
きは、ホールICやホトインタラプトであり、接触端子に
接触不良による異常電圧が発生したことを検出して検出
出力に信号を送出する電気回路である。また磁気回路を
利用した変位センサのときは、その励磁用交流の喪失を
検出する電気回路である。

第４図および第５図にこの実施例に用いた変位センサ１
のさらに詳しい構成を示す。

変位センサ１は、閉磁路である鉄心15と、この鉄心15に
装着された一次コイル11および11′と、この鉄心15に装
着され二つに均等に分割巻回された二次コイル12および
12′と、鉄心に挿通され回転軸14の回転で機械的に角変
位を生ずる短絡コイル13とを備える。すなわち第４図に
破線で例示するように、短絡コイル13は回転軸14の回転
に伴い鉄心15上の位置が変化する構造である。この回転
軸14には例えばアクセルペダルの回転軸が連結される。

第４図に図示するように、鉄心15は、回転軸14を通過す
る対称軸に対して線対称な形状でかつ磁気的に等質であ
り、一次コイル11と一次コイル11′とはこの対称軸に対
して線対称な位置に装着され、また、二次コイル12と二
次コイル12′とはこの対称軸に対して線対称な位置に装
着され、また短絡コイル13は鉄心15を包囲し、空隙を介
して回転軸14のアームにより保持される。

第５図に一部破断図によりこの装置の実用的な形態を示
す。

第４図において、変位センサ１は端子10に供給される励
磁電流で励磁された一次コイル11および11′で誘起され
た磁束は鉄心15をその主磁路とする。この磁束の磁束変
化に応じて、二次コイル12および12′にそれぞれに誘導
電圧VS1およびVS2が誘導される。同様にこの磁束の磁束
変化に応じて、短絡コイル13にも電圧が誘導され、この
電圧によって短絡路に電流が生じ、この電流によって反
起磁束が誘起される。この反起磁束と一次コイル11およ
び11′が誘起した磁束との合成磁束が二次コイル12およ
び12′に鎖交し、その誘導電圧VS1およびVS2を変化させ
る。この実施例では、短絡コイル13が対称軸上にあると
きは、 VS1＝VS2 また短絡コイル13が対称軸の右側にあるときは、 VS1＞VS2 また、短絡コイル13が対称軸の左側にあるときは、 VS1＜VS2 になるように、二次コイル12および12′の電磁気的対角
が決定されている。

この誘導電圧VS1およびVS2、すなわち端子７および８の
出力は第６図に示す両電圧の差電圧を求める演算回路を
経由し、さらに、この差電圧に約2Vの一定電圧を加算す
る。第２図の実測結果に示すように、短絡コイルが対称
軸上の位置Ｃにあるときに約2Vを出力する。短絡コイル
はこの対称軸Ｃから左側に50°、右側に45°回転するこ
とができる。これが全ストロークの範囲である。これに
対して下限については左側に35°回転した位置Ｉまでを
利用することとし、下限の15°を余裕とする。この例で
は上限についても同様に対称軸Ｃから右側25°回転した
位置Ｆまでを利用して残る20°を余裕とする。すなわ
ち、上記位置Ｉにあるときの出力電圧約0.6Vから上記位
置Ｆにあるときの出力電圧約3Vまでを有効範囲とする。
この回転軸がアクセルペダルに連結されている場合に
は、位置Ｉでアクセルペダル開放の状態であり、位置Ｆ
でアクセルペダルをいっぱいに踏み込んだ状態である。
すなわちアクセルペダルは位置Ｉから位置Ｆまでの範囲
に限り回転するように機械的な機構により制限される。

この変位センサの出力電圧は回転角に対してリニアリテ
ィが良好に保たれている。この出力電圧はバッファ２を
経由して出力される。

一方、端子10の交流入力が所定の値以下になると、鉄心
15の磁束密度は低下し、短絡コイル13に生ずる短絡電流
が不足して、二次コイル12および12′に誘導される電圧
VS1およびVS2の値が小さくなり、この両者の差電圧は短
絡コイル13に位置変化が生じても、ほとんど零の近傍の
値すなわち出力電圧約2Vになる。すなわち、短絡コイル
13が実際には位置変化してもあたかも短絡コイル13が対
称軸上の位置の近傍にとどまっているものと見なされる
ことになる。このように発振器２の出力値が所定の値以
下になると、これを検出回路３が検出し、保護回路４に
よりバッファ２の出力側端子を共通電位に短絡して、こ
の端子での電圧を0Vに近づける。すなわち、センサ１へ
の交流入力に異常が発生したときには、検出回路３およ
び保護回路４の作用により出力電圧は安全側である0Vに
収束する。例えばこのセンサ１の回転軸14がアクセルペ
ダルの回転軸に連結している場合には、出力電圧がアク
セルペダルを開放した状態を示すことになる。

つぎにプログラム制御回路５の動作を説明する。

故障検出回路３が変位センサ１が正常であると検出して
いるときには、バッファ２の出力に接続された保護回路
４の出力端子は開放インピーダンスである。したがって
この変位センサ１の出力は有効範囲判別回路51および制
御出力生成回路53にそのまま与えられる。この有効範囲
判別回路51は第２図の縦軸に示すように、上述した変位
センサ１の位置Ｉから位置Ｆに対応する出力範囲0.6Vな
いし3.0Vを有効範囲とし、この有効範囲内の入力に対し
ては安全側設定回路52を作動させずに、制御出力生成回
路53に与えられた変位センサ１の出力そのままで制御出
力生成回路53が作動する。

つぎにこの変位センサ１の故障を考えると、 変位センサへの交流入力が消滅する場合 変位センサの機械変位に対する出力電圧が対応しなく
なる場合、 が考えられる。上記の場合には上述したように、変位
センサの変位が中央位置Ｃにある状態に対応する出力が
送出される。これに対しては、故障検出回路３がこれを
検出し、保護回路４が作動してバッファ２の出力を低い
インピーダンスで短絡する。したがって、有効範囲判別
回路51の入力が有効範囲を下回る値となる。

上記の場合は必ずしもこの故障検出回路３では検出し
ない。しかし、変位センサ１の全ストローク範囲から上
下に余裕を設定した狭い範囲を越えて出力電圧が現れる
ことによりこれを異常と判定する。すなわちこの例で
は、有効範囲判別回路51は変位センサ１からの出力電圧
の値が、その有効範囲0.6Vから3.0Vまでを越えればこれ
を異常出力値であると検知し、安全側設定回路52を作動
させて制御を安全側に収束させる。

この変位センサ１がアクセルペダルに連結されている場
合を考えると、アクセルペダルは機械的に制限されて上
述の位置Ｉから位置Ｆまでの範囲に限り変位する。かり
に変位センサ１が故障して第２図に示す直線の勾配が急
峻になったとすると、アクセルペダルの機械変位が位置
Ｆに達する前に出力電圧が3.0Vを越えることになる。ま
た、変位センサ１が故障して第２図に示す直線の勾配が
緩やかになった場合には、アクセルペダルが開放されて
位置Ｉに達すると、0.6Vより小さい値の出力電圧が送出
される。すなわち0.6V以下の出力電圧または3.0V以上の
出力電圧が送出されることによりこの故障を検出するこ
とができる。このとき制御出力生成回路53は制御対象の
制御効果が所望の安全側になるように制御を行う。例え
ば、自動車の走行制御系のときは、燃料供給弁を絞り車
両を停止させる制御が実行される。

本発明は、エレクトロニクス技術を利用した自動車走行
自動制御システムに応用することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、機械変位量を検出する
変位センサを構造がシンプルであり故障の発生が少ない
磁気回路型とし、仮にこの変位センサが故障して異常出
力が送出されたときには、この異常出力が抑制され、か
つこの抑制された値の異常出力をもってプログラム制御
回路の動作を行わせるため、このプログラム制御回路で
制御される制御対象のランナウェイ状態の現出を確実に
防止することができる効果がある。これにより常に制御
動作を安全側に収束させるいわゆるフェイルセーフを確
実に実行できる。したがって、自動車の自動操縦システ
ムに適用してその効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の構成を示すブロック構成図。 第２図は第１図に含まれるセンサの出力特性を示す特性
図。 第３図は本発明実施例の動作を示すフローチャート。 第４図はこの実施例に用いた変位センサの構成図。 第５図はその変位センサの実用的な形態を示す一部破断
斜視図。 第６図は変位センサの出力端子に接続される電気回路の
構成図。 １……変位センサ、２……バッファ、３……故障検出回
路、４……保護回路、５……プログラム制御回路、51…
…有効範囲判別回路、52……安全側設定回路、53……制
御出力生成回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｍ 17/04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械変位入力にしたがって出力電圧が変化
   する変位センサ（１）を備えた機械変位量検出装置にお
   いて、 上記変位センサは、 閉磁路を形成するコア（15）と、 上記コアに巻回された一次コイル（11、11′）と、 この一次コイルに交流出力を与える発振器（２）と、 上記コアに巻回された二次コイル（12、12′）と、 この二次コイルに誘起される電圧を検出する検出回路
   （４）と、 上記コアに外挿され上記コアに沿って機械変位入力にし
   たがって移動し上記コアを介する上記一次コイルと上記
   二次コイルとの磁気結合を変化させる短絡コイル（13）
   と を備え、 上記コアはその一部が円弧状であり、 この円弧の回転中心として上記短絡コイルが保持され、 上記センサ出力に有効範囲判別回路（51）を設け、 この有効範囲判別回路は、上記センサ出力電圧の全範囲
   の少なくとも下限に余裕を設けた狭い範囲にその出力電
   圧があるときに正常であると判定する回路手段を含み、 上記センサの故障を検出する故障検出回路（３）と、 この故障検出回路の出力にしたがって上記センサ出力を
   低いインピーダンスで短絡する保護回路（４）と を備えたことを特徴とする機械変位量検出装置。
2. 【請求項２】有効範囲判別回路は、センサ出力を利用す
   るプログラム制御回路（５）に含まれる特許請求の範囲
   第（１）項に記載の機械変位量検出装置。
3. 【請求項３】プログラム制御回路は、有効範囲判別回路
   が正常を判定しているとき以外はその制御出力を安全側
   に設定する手段（52）を含む特許請求の範囲第（２）項
   に記載の機械変位量検出装置。
4. 【請求項４】有効範囲判別回路に含まれる回路手段は、
   センサ出力電圧の全範囲の上限にも余裕を設けた狭い範
   囲にその出力電圧があるときに正常であると判定する回
   路手段である特許請求の範囲第（１）項に記載の機械変
   位量検出装置。