故障檢測設備的製作方法
2023-06-14 19:43:51 1
專利名稱：故障檢測設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種安裝在例如汽車上的導線斷路檢測設備，用於檢測在電路中諸如導線斷路這樣的故障，其中該電路被驅動以便在確定用於將包含在尾氣中的Nox分解為水和氮的尿素SCR(選擇性催化劑清除方法)催化劑的尿素水是否具有適當的尿素濃度中，通過電橋電路(bridge circuit)檢測液體的熱阻率和導熱率。
背景技術：
傳統上，作為用於例如柴油機車輛的尾氣淨化系統的尿素濃度傳感器，通過將0.1毫伏細微信號放大為傳感器信號、由微型計算機對其進行A/D轉換，並且向尾氣淨化系統提供指示尿素濃度值的信號，來監控尾氣淨化系統是否恰當地進行工作。作為用於這樣的尿素濃度傳感器的技術，採用了電源電路並且從該電源電路提供電壓到加熱器電阻。
此外傳統上，作為用於在上述電源電路和加熱器電阻之間的故障探測的故障檢測技術，如下面所標識的專利參考文獻1所述，一種可以檢測由於外圍設備以及比較器的故障而引起的異常、諸如比較器異常檢測設備之類的技術，是已知的。
專利參考文獻1JP-A-2003-248022同時，鑑於近些年來尾氣控制的趨勢，必須嚴格地控制在包含在尾氣中的特定成分。因此，已經強烈地要求通過將電壓施加到加熱器電阻上來定期測量精確的尿素濃度。因此，已經要求從電源電路提供確切的輸出電壓到傳感器電阻，並且精確地檢測從電源電路連接到傳感器電阻的電路部分的故障。
發明內容
已經鑑於上述情況而實現了本發明。本發明的一個目的是提供這樣的故障檢測設備，其能夠安全和準確地檢測構成從傳感器(檢測)電阻到諸如CPU之類的控制部件的輸入電路的電路元件的故障。
依據本發明的故障檢測設備包括與用來檢測各種變化的檢測電阻相連接的輸入電路，用於檢測檢測電阻的阻抗；與輸入電路並聯連接的監視電路，用於監視輸入電路的故障；以及被提供有由輸入電路所檢測的檢測電阻的阻抗的控制部件，其在檢測監視電路的故障中，在從監視電路接收信號的輸入狀態和將該信號發送到監視電路的輸出狀態之間切換它的狀態。
在該故障檢測設備中，用這樣的方式解決上述問題，即在檢測監視電路的故障時，控制部件將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態，並且如果在將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之前的輸入電路的A/D轉換值和在已經將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之後的輸入電路的A/D轉換值之間的差值不在預定範圍之內，則確定監視電路出故障了。
在依據本發明的故障檢測設備中，在檢測監視電路的故障時，將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態，並且如果在將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之前的輸入電路的A/D轉換值和在已經將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之後的輸入電路的A/D轉換值之間的差值不在預定範圍之內，則可以確定監視電路出故障了。因此，有可能安全和準確地檢測在構成從傳感器(檢測)電阻到諸如CPU之類的控制部件的輸入電路的電路元件中的故障。
圖1為電路圖，示出應用了本發明的尿素水檢測系統的整體配置。
圖2為流程圖，示出了由應用了本發明的尿素水檢測系統進行的故障檢測處理的處理過程。
具體實施例方式
現在參考附圖，將給出本發明實施例的說明。
本發明應用於如圖1所示而構造的尿素水檢測系統。
尿素水檢測系統被安裝在通過例如柴油機運行的汽車中，並且檢測用於尿素SCR催化劑的尿素水的尿素濃度，並且將所檢測的尿素濃度提供到尾氣淨化系統(未顯示)，其中該尿素SCR催化劑用於將在從柴油機車輛排出的尾氣中包含的Nox分解為水和氮。
從圖1看出，尿素水檢測系統主要以這樣的布置構造，其中CPU 1(控制部件)連接到加熱器驅動電路11、傳感器塊12、輸入電路13和監視電路14，它們被裝載在電路板2上，而且檢測電路3與電路板2相連接。
CPU 1還連接到由用於汽車的點火開關啟動的點火電源和電源電路(兩者都未顯示)。CPU 1被供有從點火電源轉換的5V參考電源。加熱器驅動電路11連接到提高5V參考電源的升壓電路(未顯示)。加熱器驅動電路11被供有從5V參考電源轉換而來的8V電源。因此，在CPU 1的控制下，加熱器驅動電路11將由CPU 1提供的電壓轉換為要提供給檢測電路3的預定操作電壓。
用這種方法，檢測電路3通過傳感器塊12，將指示含尿素水的存在/不存在以及含尿素水是否具有適當的尿素濃度的檢測輸出提供給CPU 1。CPU 1執行將來自傳感器塊12的輸出值轉換為含尿素水的尿素濃度的操作，並且通過通信電路(未顯示)將該尿素濃度提供給尾氣淨化系統(未顯示)。
檢測電路3包括溫度傳感器52、53，它們是與加熱器驅動電路11的電阻R11、R12，以及連接到加熱器驅動電路11的加熱器電阻51一起構成電橋電路(bridge circuit)的電阻。順便提及，電阻R11和R12具有例如3.9kΩ的阻抗。
電橋電路由橋接的電阻R12、電阻型的溫度傳感器52、電阻R11以及溫度傳感器53構成。電橋電路的一端連接到參考電壓IC及其它，而它的另一端連接到GND端。電阻R12和R11由例如碳電阻形成，而且溫度傳感器52和53由例如鉑電阻形成。鉑電阻具有由於溫度而引起的電阻變化，其可達到大約3600ppm/℃。將電阻R11和R12布置在空氣中，而將溫度傳感器52和53布置在尿素水中。
在電阻R12、溫度傳感器52、電阻R11和溫度傳感器53當中的一個電阻，例如溫度傳感器52，與加熱器電阻51集成組合。加熱加熱器電阻51並且傳導在加熱器電阻51中的熱。當在每個預定周期中對加熱器電阻51加熱長達預定周期時，溫度傳感器52的阻抗周期性地改變。在傳感器電路中的溫度傳感器52和53被布置在被放入尿素水箱中的尿素水內。尿素水具有的尿素濃度越高，加熱器電阻51生成的熱就越少在尿素水中擴散，而該加熱器電阻51就越少擴散到尿素水中的熱傳導到溫度傳感器52。因此，溫度傳感器52的阻抗突然增加。另一方面，尿素水具有的尿素濃度越低，加熱器電阻51生成的熱就越多在尿素水中擴散，而且加熱器電阻51生成的熱越多擴散到尿素水中。因此，溫度傳感器52的電阻緩慢增加。因此，在電橋電路中電阻R12和溫度傳感器52連結點處的電壓值的改變率與尿素水的尿素濃度成比例地不同。
在該電橋電路中，由於從與溫度傳感器52集成組合的加熱器電阻51所提供的熱而使溫度傳感器52的電阻增加。當從加熱器電阻51提供的加熱停止時，被加熱的溫度傳感器52把熱量擴散到尿素水中，以致降低它的電阻。而且將由電阻R12和溫度傳感器52所劃分的電壓值以及由電阻R11和溫度傳感器53所劃分的電壓值提供給傳感器電壓輸出電路31，該電路31是運算放大器。傳感器電壓輸出電路31計算在由電阻R12和溫度傳感器52劃分的電壓值和由電阻R11和溫度傳感器53劃分的電壓值之間的差分電壓，並且放大該差分電壓。作為輸出信號將該放大的差分電壓提供給CPU 1。
因此，檢測對應於尿素濃度的、在溫度傳感器52中的溫升，而且將對應於含尿素水的存在/不存在以及含尿素水是否具有適當的尿素濃度的檢測輸出提供給CPU 1。
加熱器驅動電路11用作發射極跟隨器電路，其中電晶體22的集電極端連接到5V參考電源，基極端連接到運算放大器21而且它的發射極端連接到加熱器電阻51。
加熱器驅動電路11包括一個FET，該FET的柵極端被供有通過電阻R1和R2、運算放大器21和電晶體22提供的脈衝信號。運算放大器21將5V參考電源和來自電晶體22的輸出電壓進行比較，以控制要提供給電晶體22的電壓。運算放大器21在它的輸出端、通過電阻R5(100Ω)和電阻R4(100KΩ)連接到電晶體22的基極端。
運算放大器21還連接到產生8V電壓的驅動電源。運算放大器21的負輸入端通過電阻R7和R8(30KΩ)連接到地，它的正輸入端通過電阻R3(50KΩ)和電阻R6(30KΩ)連接到FET的漏極端。
在電晶體22的發射極端側，在與CPU1的另一個端的連接線上，提供了電阻R9(47KΩ)、電容器C2(0.01μF)、電阻R10(1KΩ)以及電容器C3(100pF)。
這樣的加熱器驅動電路11在每個預定周期中，從加熱器驅動電路11施加3.45V電壓到加熱器電阻51長達例如預定周期。在這時候，CPU 1控制升壓電路，以把5V電源轉換為提供給運算放大器21的8V電源。同時，CPU1提供脈衝輸出給FET，以便生成由運算放大器21和電晶體22降低的3.45V電壓的電源。
因此，出現在含尿素水中的溫度變化。依據尿素濃度的級別以及液體的存在/不存在，由溫度傳感器52、53檢測該溫度變化。該溫度變化由CPU 1轉換為尿素濃度。
如上所述構造的加熱器驅動電路11通過將由升壓電路從5V參考電源轉換的8V電源連接到運算放大器21，來允許電晶體22穩定地進行操作。因此，依據這樣的加熱器驅動電路11，即使由於運算放大器21和電晶體22而出現電壓下降，通過使用在升壓電路中的8V電源，可以安全地將3.4V的預定電壓提供給加熱器電阻51。此外，在這個加熱器驅動電路11中，因為由電源電路11轉換的5V參考電源用作用於升壓電路的電源，所以不必要考慮由於嗶嘰保護(serge protection)和電壓下降所引起的損失。
連接到檢測電路3的傳感器塊12包括連接到CPU 1的傳感器電壓輸出電路31。對於傳感器電壓輸出電路31，與電容器C15(1000pF)、電容器C16(1000pF)和電容器C17(0.1μF)並聯，溫度傳感器53連接到該電路31的負端(IN-)而且溫度傳感器52連接到該電路31的正端(IN+)。因此，傳感器塊12連接到包含電阻R11、電阻R12、溫度傳感器52和溫度傳感器53的電橋電路。
此外，傳感器電壓輸出電路31是連接到電容器C13(0.1μF)和電容器C14(0.1μF)以及電阻R11和電阻R12的放大器。電阻R13(4.02kΩ)連接到RG1端和RG2端。用於穩壓的電容器C18(0.1μF)、電阻R14(68KΩ)和電阻R15(10KΩ)連接到REF端。因此，由溫度傳感器52、53檢測的電壓分別被提供給IN-端和IN+端。由連接到RG1端和RG2端的電阻R13調節傳感器電壓輸出電路31的放大係數。
向這樣的傳感器電壓輸出電路31提供了所檢測的信號，該信號對應於依據尿素濃度級別和液體的存在/不存在的、溫度傳感器52中的溫度變化。因此，傳感器電壓輸出電路31檢測在輸入到正端IN+的電壓值和輸入到負端IN-的電壓值之間的差分電壓，並且放大該差分電壓，以便提供給CPU 1。CPU 1把該差分電壓轉換為尿素濃度信號。
在負端和溫度傳感器53之間連線上，傳感器塊12連接到輸入電路13和監視電路14的兩個輸入系統。這些輸入電路13和監視電路14並聯連接到在傳感器電壓輸出電路31和溫度傳感器53之間的連線。
輸入電路13包括通過電容器C21連接到CPU 1的運算放大器41；連接到運算放大器41的負端的電阻R21(47KΩ)、電容器C22(0.1μF)、電阻R22(27KΩ)以及電阻R23(12KΩ)；以及連接在運算放大器41的正端和傳感器塊12之間的電阻R24(10kΩ)。監視電路14包括從CPU 1側開始、布置在CPU 1和傳感器塊12之間的電容器C31(100pF)、電阻R31(1KΩ)、電容器C32(0.01μF)和電阻R32(47KΩ)。
監視電路14通過檢測由於監視電路14本身的導線斷路而引起的故障，來檢測輸入電路13的故障。用這種方法，當檢測到故障時，由CPU 1控制監視電路14和輸入電路13，以便由CPU 1執行故障檢測處理。
由CPU 1以如圖2中所示的流程圖執行故障檢測處理。順便提及，作為這個故障檢測處理的前提，假定稍後描述的等候時間和確定時間充分短於直到完成輸入改變為止所需要的時間。
當到達故障檢測定時時，在步驟S1中，CPU 1獲取輸入電路13的A/D轉換值A1，並且獲取監視電路14的A/D轉換值B1，其中A/D轉換值A1通過傳感器塊12被提供給輸入電路13並且通過運算放大器41輸入到CPU 1，而且A/D轉換值B1通過傳感器塊12提供給監視電路14並且輸入到CPU 1。在這種情況下，CPU 1多次獲取輸入電路13的A/D轉換值A1以及監視電路14的A/D轉換值B1，以便獲取輸入電路13的A/D轉換值A1和監視電路14的A/D轉換值B1的平均值。
接下來，在步驟S2中，CPU 1將用於監視電路14的微型計算機埠切換為輸出，以便產生H(高)信號或者L(低)信號。現在，CPU 1選擇應該輸入H信號和L信號中的哪個，以便提高後續處理中的異常(故障)檢測準確度。在這種情況下，CPU 1在當已經將來自監視電路14的輸出從H切換到L時的電壓值改變和當已經將來自監視電路14的輸出從L切換到H時的電壓值改變之間，選擇在一個電壓範圍內具有更大程度的改變，在該電壓範圍內，要在步驟S4檢測的、在切換之後的輸入電路13的模擬電壓值可以被進行A/D轉換。
在步驟S3中，CPU 1進行等待，直到在步驟S2中、用於監視電路14的微型計算機埠已經切換到輸出之後，電壓變得穩定在H電平或者L電平為止。
在步驟S4中，當電壓在步驟S3中已經變得穩定時，CPU 1獲取輸入電路13的A/D轉換值A2。現在，CPU 1獲取輸入電路13的A/D轉換值A2多次，以便提供輸入電路13的多個A/D轉換值A2。
在步驟S5中，CPU 1將用於監視電路14的微型計算機埠切換為輸入。在步驟S6中，CPU 1進行等待，直到在用於監視電路14的微型計算機埠已經被切換到輸入之後、電壓變得穩定為止。
在步驟S7中，CPU 1確定當從在切換之前的輸入電路13的A/D轉換值A1中減去在切換之後的輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值是否小於下限確定值。此外，在步驟S8中，CPU 1確定當從在切換之前的輸入電路13的A/D轉換值A1中減去在切換之後的輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值是否大於上限確定值。現在，下限確定值是在其中當已經將來自監視電路14的輸出從L電平切換到H電平時，A/D轉換值從A1下降到A2的情況下的值，並且被設置為例如大約40mV到200mV。上限確定值是在其中當已經將來自監視電路14的輸出從H電平切換到L電平時，A/D轉換值從A1下降到A2的情況下的值，並且被設置為例如大約-40mV到800mV。
如果在步驟S7中，確定當從切換之前的輸入電路13的A/D轉換值A1中減去切換之後的輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值小於下限確定值，或者在步驟S8中，當從切換之前的輸入電路13的A/D轉換值A1申減去切換之後的輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值大於上限確定值，則在步驟S9中，CPU 1確定已經在監視電路14中出現了異常(故障)。
用這種方法，在步驟S2中，在將監視電路14從輸入狀態切換到輸出狀態以輸出處於H電平的信號以及處於L電平的信號的地方，CPU 1可以檢測到已經產生了異常高的電壓改變或者異常低的電壓改變。因此，如果當從輸入電路13的A/D轉換值A1中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值不滿足上限確定值和下限確定值的範圍，則CPU 1可以檢測到已經在監視電路14中出現了諸如導線斷路或者短路之類的故障，由此，已經出現了輸入電路13的故障。
另一方面，如果在步驟S7中，確定當從切換之前的輸入電路13的A/D轉換值A1中減去切換之後的輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值不小於下限確定值，或者在步驟S8中，當從切換之前的輸入電路13的A/D轉換值A1中減去切換之後的輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值不大於上限確定值，則CPU 1繼續進行步驟S10中的處理。在步驟S10中及以下等等中的處理是用於提高故障檢測處理中的檢測準確度的處理。
在步驟S10中，當在步驟S5中、監視電路14從輸出狀態切換到輸入狀態時，CPU 1獲取輸入電路13的A/D轉換值A3，以及監視電路14的A/D轉換值B2。此刻，在步驟S6中已經完成的定時處，將輸入電路13的A/D轉換值A3先前存儲在存儲器(未顯示)中。CPU 1獲取輸入電路13的A/D轉換值A3以及A/D轉換值B2多次，以預先獲得它們的平均值。
在步驟S11中，CPU 1確定當從輸入電路13的A/D轉換值A3中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值是否小於下限確定值。此外，在步驟S12中，CPU 1確定當從輸入電路13的A/D轉換值A3中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值是否大於上限確定值。此時，將上限確定值和下限確定值設置為與步驟S7中和步驟S8中所設置的值相同。
如果確定當從輸入電路13的A/D轉換值A3中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值小於下限確定值，或者當從輸入電路13的A/D轉換值A3中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值大於上限確定值，則在步驟S13中，CPU 1確定已經在監視電路14中出現了異常(故障)，由此完成該處理。
用這種方法，在步驟S5中，通過將監視電路14從輸出狀態切換到輸入狀態，CPU 1可以檢測出已經產生了異常高的電壓改變或者異常低的電壓改變。因此，如果當從輸入電路13的A/D轉換值A3中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值不滿足上限確定值和下限確定值的範圍，則CPU 1可以檢測到已經在監視電路14中出現了諸如導線斷路或者短路之類的故障，由此，已經出現了輸入電路13的故障。
另一方面，如果在步驟S11中，確定當從輸入電路13的A/D轉換值A3中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值不小於下限確定值，或者在步驟S12中，當從輸入電路13的A/D轉換值A3中減去輸入電路13的A/D轉換值A2時所留下的值不大於上限確定值，則CPU 1繼續進行步驟S14中的處理。
在步驟S14中，CPU 1確定當從輸入電路13的A/D轉換值A1中減去輸入電路13的A/D轉換值A3時所留下的絕對值是否大於容許值。此外，在步驟S15中，CPU 1確定當從監視電路14的A/D轉換值B1中減去監視電路14的A/D轉換值B2時所留下的絕對值是否大於容許值。用這種方法，CPU 1確定在監視電路14從輸出狀態恢復到輸入狀態的前後、輸入電路13的A/D轉換值是否在容許範圍之內，以及監視電路14的A/D轉換值是否在容許範圍之內。容許值的範圍可以是相同的值。但是在輸入電路13中的A/D轉換中的誤差和在監視電路14中的A/D轉換中的誤差為不同的地方，可以使用不同的容許值用於輸入電路13和監視電路14。
如果在步驟S14中確定當從輸入電路13的A/D轉換值A1中減去輸入電路13的A/D轉換值A3時所留下的絕對值大於容許值的話，則CPU 1確定已經在輸入電路13中出現了異常(故障)，並且CPU 1繼續進行步驟S16中的處理。此外，如果在步驟S15中確定當從監視電路14的A/D轉換值B1中減去監視電路14的A/D轉換值B2時所留下的絕對值大於容許值的話，則CPU 1確定已經在監視電路14中出現了異常(故障)，並且繼續進行步驟S16的處理。
因此，如果在監視電路14從輸入狀態切換到輸出狀態並且隨後監視電路14從輸出狀態恢復到輸入狀態的前後，A/D轉換值在不容許的範圍內，則可以確定已經在輸入電路13或者監視電路14中出現了故障。
順便提及，上述實施例是用於本發明的示例。因此，這是無需說明的，即本發明不應該受限於上述實施例，而是可以在未背離本發明技術概念的範圍內、依據設計以各種修改實現。
本申請要求於2004年10月29日提交的日本專利申請第2004-316094號的優先權，該優先權申請的內容通用引用全部併入在此。與本申請的提交一起提出了這個優先權聲明。
權利要求
1.一種故障檢測設備，包含與用來檢測各種改變的檢測電阻相連接的輸入電路，用於檢測該檢測電阻的阻抗；與輸入電路並聯連接的監視電路，用於監視輸入電路的故障；以及被提供了由輸入電路檢測到的檢測電阻的阻抗的控制部件，在檢測監視電路的故障中，在從監視電路接收信號的輸入狀態和將該信號發送到監視電路的輸出狀態之間切換它的狀態，其中在檢測該監視電路的故障中，控制部件將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態，並且如果在將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之前的輸入電路的A/D轉換值和在已經將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之後的輸入電路的A/D轉換值之間的差值不在預定範圍之內，則確定該監視電路出故障了。
2.如權利要求1所述的故障檢測設備，其中，控制部件在已經將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之後，將監視電路從輸出狀態恢復到輸入狀態，並且如果在將監視電路從輸出狀態恢復到輸入狀態之前的輸入電路的A/D轉換值和在已經將監視電路從輸出狀態恢復到輸入狀態之後的輸入電路的A/D轉換值之間的差別不在預定範圍之內，則確定該監視電路出故障了。
3.如權利要求2所述的故障檢測設備，其中，如果在將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之前的輸入電路的A/D轉換值和在已經將監視電路從輸出狀態恢復到輸入狀態之後的A/D轉換值之間的差值不在預定範圍之內，或者如果在將監視電路從輸入狀態切換到輸出狀態之前的監視電路的A/D轉換值和在已經將監視電路從輸出狀態恢復到輸入狀態之後的監視電路的A/D轉換值之間的差值不在預定範圍之內，則控制部件確定該監視電路出故障了。
全文摘要
故障檢測設備包括連接到用來檢測各種改變的溫度傳感器53的輸入電路13，用於檢測溫度傳感器53的阻抗；與輸入電路13並聯連接的監視電路14，用於監視輸入電路13的故障；以及被提供了由輸入電路13檢測到的溫度傳感器53的阻抗的CPU1，其在檢測監視電路14的故障中，在從監視電路14接收信號的輸入狀態和將該信號發送到監視電路14的輸出狀態之間切換它的狀態。
文檔編號G01R31/00GK1766664SQ20051011841
公開日2006年5月3日 申請日期2005年10月28日 優先權日2004年10月29日
發明者榎本惠一 申請人:自動車電機工業株式會社