特許 7487859 ガスセンサの評価および制御ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】ガスセンサの評価および制御ユニット

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/419 20060101AFI20240514BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

G01N27/419 327

G01N27/416 311Z

G01N27/416 381

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022579149

(86)(22)【出願日】2021-03-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-18

(86)【国際出願番号】 EP2021055573

(87)【国際公開番号】W WO2021176046

(87)【国際公開日】2021-09-10

【審査請求日】2023-03-27

(31)【優先権主張番号】20161475.7

(32)【優先日】2020-03-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(73)【特許権者】

【識別番号】510214089

【氏名又は名称】メレキシス・テクノロジーズ・ナムローゼフェンノートシャップ

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＬＥＸＩＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＮＶ

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベボット、クラウディアス

(72)【発明者】

【氏名】レーデルマン、ベルンハルト

(72)【発明者】

【氏名】クレマー、シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】ソトニコフ、ヴォロディミル

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２７５９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６１２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９８１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００３５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４６１５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／２６－２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスセンサ（２００）の評価および制御ユニット（１００）であって、
ガスセンサ（２００）の電気化学セル（２１０、２１１）の電線（２０１、２０２、２０３、２０４）に接続可能なピン（ＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳ）と、
コントローラ（１０３）と、
前記コントローラ（１０３）によって操作可能なＡＳＩＣ基準供給源（１０２）と、
前記ピン（ＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳ）の各々に接続されるスイッチアッセンブリ（１０４）であって、少なくとも第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）を備えるスイッチアッセンブリ（１０４）と、
を備え、
スイッチ基準供給源（１０５）が前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）のゲート側に接続され、前記ＡＳＩＣ基準供給源（１０２）は、前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）のソース側に接続され、
前記コントローラ（１０３）は、前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）の前記ゲート側に印加されるスイッチ基準電位（Ｖ_SW）を変えるように構成され、
前記スイッチアッセンブリ（１０４）は、前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）の前記ゲート側における電位が、前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）の前記ソース側における電位を超える、開閉スイッチの値の間の所定の電圧にあると、前記ＡＳＩＣ基準供給源（１０２）から前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）のドレイン側へと制限された電流を流すように構成される、
評価および制御ユニット。

【請求項2】

前記コントローラ（１０３）は、前記スイッチアッセンブリ（１０４）が開放状態にあるときに、前記ＡＳＩＣ基準供給源（１０２）によってもたらされるＡＳＩＣ基準電位を、前記コントローラ（１０３）のグランドよりも大きな値へと切り替えるように構成される、
請求項１記載の評価および制御ユニット（１００）。

【請求項3】

前記コントローラ（１０３）は、前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）のソース電位に関して前記スイッチ基準電位（Ｖ_SW）を変えることによって前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）をリニアモードにするように構成される、
請求項２記載の評価および制御ユニット（１００）。

【請求項4】

少なくとも１つのコンパレータをさらに備え、
前記コントローラ（１０３）は、グランドへの短絡が前記コンパレータによって検出されると、前記スイッチアッセンブリ（１０４）を開放状態にするように構成される、
請求項１～３のいずれか１項に記載の評価および制御ユニット（１００）。

【請求項5】

前記コンパレータは、前記ＡＳＩＣ基準電位が上昇させられ且つ前記ピン（ＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳ）のうちの１つのピンにおける電位がコンパレータ閾値を超えると、前記１つのピン（ＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳ）におけるグランドへの短絡の有無を検出するように構成される、
請求項２または請求項３に従属する、請求項４記載の評価および制御ユニット（１００）。

【請求項6】

前記スイッチアッセンブリ（１０４）は、第２のトランジスタ（Ｔ_ECU）をさらに備え、
前記スイッチ基準供給源（１０５）は、前記第２のトランジスタ（Ｔ_ECU）のゲート側に接続され、前記ＡＳＩＣ基準供給源は、前記第２のトランジスタ（Ｔ_ECU）のソース側に接続される、
請求項１～５のいずれか１項に記載の評価および制御ユニット（１００）。

【請求項7】

前記ガスセンサ（２００）は、ブロードバンド・ラムダプローブである、請求項１～６のいずれか１項に記載の評価および制御ユニット（１００）。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の評価および制御ユニット（１００）を操作する方法であって、
前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）の前記ゲート側における電位が、前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）の前記ソース側における電位を超える、開閉スイッチの値の間の所定の電圧にあると、前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）の前記ゲート側に印加される前記スイッチ基準電位（Ｖｓｗ）を変えて、前記ＡＳＩＣ基準供給源から前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）の前記ドレイン側へと制限された電流を流れさせるステップ、
を含む方法。

【請求項9】

前記スイッチアッセンブリが開放状態にあるときに、前記ＡＳＩＣ基準供給源（１０２）によってもたらされるＡＳＩＣ基準電位を前記コントローラ（１０３）のグランドよりも大きい値に切り替えることをさらに含む、請求項８記載の方法。

【請求項10】

前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）のソース電位に関して前記スイッチ基準電位（Ｖ_SW）を変えることによって前記第１のトランジスタ（Ｔ_Wire）をリニアモードにすることをさらに含む、請求項９記載の方法。

【請求項11】

少なくとも１つのコンパレータによってグランドへの短絡を検出することと、
前記ピンのうちの１つにおいてグランドへの短絡が検出されると、前記スイッチアッセンブリ（１０４）を開放状態にすることと、
をさらに含む、請求項８～１０のうちのいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

前記ＡＳＩＣ基準供給源（１０２）によってもたらされるＡＳＩＣ基準電位を上昇させることと、前記ピン（ＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳ）のうちの１つのピンにおける電位を検出することと、をさらに含み、
グランドへの短絡の有無が検出される、請求項８～１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

請求項８～１２のいずれか１項に記載の方法のステップの各々を実行するように構成されるコンピュータプログラム。

【請求項14】

請求項１３記載のコンピュータプログラムが保存される電子記憶装置。

【請求項15】

請求項１４記載の記憶装置を備える電子コントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［背景技術］
ガスの特性を検出するために、いくつかのタイプのセンサが知られている。１つの例は、内燃機関の排ガスの特性を検出するために使用されるラムダプローブである。そのようなラムダセンサまたはプローブは、例えば、Ｋｏｎｒａｄ Ｒｅｉｆ（編）：「Ｓｅｎｓｏｒｅｎ ｉｍ Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇ」、第１版、２０１０年、１６０～１６５ページ、から知られている。

【0002】

ブロードバンド・ラムダプローブ（broadband lambda probe）の操作のための制御ユニットは、独国特許出願公開第１０２００８００１６９７号明細書に記載される。「操作」は、ラムダプローブによって供給される信号またはデータの評価はもちろん、ラムダプローブの制御を、特に包含する。制御ユニットは、信号調整ユニットと、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと、ポンプ電流コントローラと、デジタルインターフェースと、コントローラと、ポンプ電流源と、内部ポンプ電極端子と、外部ポンプ電極端子と、基準電極端子と、を含む。信号調整ユニットは、ポンプ電流コントローラの実際の値を確定するためと、ブロードバンド・ラムダプローブの動作状態に関するさらなる情報を確定するために、設けられる。ブロードバンド・ラムダプローブの動作状態に関するさらなる情報は、デジタルインターフェースを介して出力可能である。対応する制御ユニットは、ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンに適したブロードバンド・ラムダプローブを制御するための集積回路（ＩＣ）の形態で、出願人によって「ＣＪ１３５」という名称で売り出されている。

【0003】

内燃機関において、またはそのような内燃機関を備えたモータービークルにおいて、特定の適用に特化した複数のさらなる制御ユニットに、今日遭遇する。内燃機関は、さらに、従来の方法でエンジン制御装置によって操作される。これら制御ユニットまたは制御装置は、プルアップ／プルダウン構造などの付加的な機能も部分的にもたらすアナログおよびデジタル入力、または、例えば温度センサの評価のために必要な分圧器を有する。これらが基づいている評価回路は、個別部品で構成されるか、または、複数の入力と出力とを組み合わせることによって、個々の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で構成される。

【0004】

上記のＡＳＩＣを構築する半導体は、ある電圧範囲においてのみ動作する。この電圧範囲外では、絶縁されるべき構造が、導通するかまたは永久的に損傷することがある。最低電圧未満、すなわち、その接地電圧未満では、その本来の機能性を遅らせて、上記の構造を保護しないといけない。特に、評価および制御ユニットに電気的に接続された電線を含む、独国特許出願公開第１０２０１１００７０６８号明細書に記載されているようなワイドバンド・ラムダセンサを操作するためのそのような構造は、独国特許出願公開第１０２０１００００６６３号明細書または欧州特許第２２７７０３５号明細書から知られている。現在、ワイドバンド・ラムダセンサの電線の診断は、短絡の検出に関して、完全なものではない。特に米国特許出願公開第２０１３／０２３４７４４号明細書に記載されているような診断の正確な指示を向上させる試みがなされている。

【0005】

短絡を検出するための上記の装置および方法によってもたらされる利点にもかかわらず、まだ改善の余地がある。特に、上記の装置および方法は、頑強でないことがこれまでのところ証明されている。特に、ＥＣＵ接地電圧より低い電圧との短絡の検出は、上記した技術の限界のために不完全なものである。そのような電圧は、電線が車両のグランドに接続されているので、通常、グランドへの短絡の実現において現れる。他の構成要素からの漏れ電流と、ＥＣＵと車両のグランド接続との間の空間的な隔たりとのために、それは、ＡＳＩＣのＥＣＵ接地電圧と相違する。グランドへの短絡すなわち、低い側の範囲外の故障が起こる場合、従来の装置を用いた解析は、内部のハードウエアを保護する意図によって妨げられる。特に、冷感センサについては、ＥＣＵは、短絡ピンが当てられる電線における電圧から保護される必要があるだけである。しかし、例えば、コンデンサ、またはかつての温感センサによる、電線同士間の連結のために、類似した電圧が各電線において存在する。したがって、一般的に、全ての電線が、評価回路から切り離される。直接的な短絡接続とは対照的に、これらの連結の影響は、適切な回路構成で一時的であり得る。それにもかかわらず、作動する一般的なハードウエア保護のために、それらは、対応する電線への短絡を正確に示すことを妨げる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、上記した装置および方法によってもたらされる不利益を減らすことを目的とし、ＵＥＧＯ（universal exhaust gas oxygen）信号線の特定の入力を正確に指し示すことを特に可能にする、ガスセンサ、特に、ブロードバンド・ラムダプローブのための評価および制御ユニット、およびそれらを操作する方法が、開示される。

【0007】

以下に使用されているように、用語「有する」、「備える」、「含む」、またはそれらの任意の文法的な変種は、非排他的に使用される。したがって、これらの用語は、これら用語によって導入された特徴以外に、この文脈において記載される実体においてさらなる特徴はないという状況、および、１つまたは複数のさらなる特徴が存在するという状況、の両方を指すことができる。例として、表現「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを備える」、および「ＡはＢを含む」は、Ｂ以外にＡには他の要素が存在しない状況（すなわち、ＡはもっぱらＢだけから成るという状況）、および、要素Ｃ、要素Ｃおよび要素Ｄ、またはさらにもっと別の要素などの、Ｂ以外の１つまたは複数のさらなる要素が、実体Ａにおいて存在するという状況、の両方を指すことができる。

【0008】

さらに、用語「少なくとも１つ」、「１つまたは複数の」、または、特徴または要素が１回または複数回存在し得ることを示す類似の表現は、典型的には、それぞれの特徴および要素を導入する際に１回だけ使用される。以下では、ほとんどの場合において、それぞれの特徴または要素に言及するときに、それぞれの特徴または要素が、１回または複数回存在し得るという事実にもかかわらず、表現「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」を繰り返さない。

【0009】

さらに、以下に使用されるように、用語「好ましくは」、「より好ましくは」、「特に」、「より特に」、「詳細には」「より詳細には」、または類似の用語は、別の可能性を制限することなく、選択的特徴と共に使用される。したがって、これら用語によって導入された特徴は、選択的な特徴であり、あらゆる点で請求項の範囲を制限することを意図してはいない。発明は、当業者が認知するように、別の特徴を使用して実施され得る。同様に、「発明の実施形態において」または類似の表現によって導入される特徴は、本発明の別の実施形態に関するどんな制限もなく、本発明の範囲に関するどんな制限もなく、そして、そのようにして導入された特徴を本発明の他の選択的または非選択的特徴と組み合わせる可能性に関するどんな制限もなく、選択的な特徴であることを意図したものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る制御および評価ユニットは、好ましくは、ＡＳＩＣとして具現化され、ブロードバンド・ラムダプローブなどのガスセンサの操作および評価にあまねく使用できる。それにもかかわらず、本明細書に開示されるような制御および評価ユニットは、ＮＯ_x
センサなどの任意の種類のガスセンサに適用可能である。制御および評価ユニットは、ガスセンサの電気化学セルの電線に接続可能なピンと、コントローラと、前記コントローラによって操作可能なＡＳＩＣ基準供給源（ASIC reference source）と、前記ピンの各々に接続されるスイッチアッセンブリであって、少なくとも第１のトランジスタを備えるスイッチアッセンブリと、を備え、スイッチ基準供給源（switch reference source）が前記第１のトランジスタのゲート側に接続され、前記ＡＳＩＣ基準供給源は、前記第１のトランジスタのソース側に接続され、前記コントローラは、前記第１のトランジスタの前記ゲート側に印加されるスイッチ基準電位（switch reference potential）を変えるように構成され、前記スイッチアッセンブリは、前記第１のトランジスタの前記ゲート側における電位が前記第１のトランジスタの前記ソース側における電位を超える（over）開閉スイッチの値（values of an open and closed switch）の間の所定の電圧にあると、前記ＡＳＩＣ基準供給源から前記第１のトランジスタのドレイン側へと制限された電流（limited current）を流すように構成される。

【0011】

前記ＡＳＩＣ基準供給源および／または前記スイッチ基準供給源は、電位源（potential source）または電流源であってよい。
前記コントローラは、前記スイッチアッセンブリが開放状態にあるときに、前記ＡＳＩＣ基準供給源によってもたらされる前記ＡＳＩＣ基準電位（ASIC reference potential）を、前記コントローラのグランドよりも大きな値へと切り替えるように構成されてもよい。

【0012】

前記コントローラは、前記第１のトランジスタのソース電位に関して前記スイッチ基準電位を変えることによって前記第１のトランジスタをリニアモードにするように構成されてもよい。

【0013】

本明細書において使用される用語「リニアモード（linear mode）」は、完全に導通も完全に開放もしていないが電流源または非常に高い抵抗として動作するトランジスタのモードを指すことができる。これは、導電状態にあるときよりはるかに小さい電流を流すことを意味する。特に、リニアモードにおいて、電流はドレイン－ソース電圧とは独立である。これが、コンデンサのような構造を外部から時間と共に充放電することを可能にする。

【0014】

前記評価および制御ユニットは、少なくとも１つのコンパレータをさらに備えてもよく、前記コントローラは、グランドへの短絡が前記コンパレータによって検出されると、前記スイッチアッセンブリを開放状態にするように構成されてもよい。

【0015】

前記コンパレータは、前記ＡＳＩＣ基準電位が上昇させられて且つ前記ピンのうちの１つのピンにおける電位がコンパレータ閾値を超えると、当該１つのピンにおけるグランドへの短絡の有無を検出するように構成されてもよい。前記ピンのうちの１つのピンにおいて前記ＡＳＩＣ基準電位が上昇するときに当該１つのピンにおける電位がコンパレータ閾値を超えるなら、グランドへの短絡が存在する。特に、前記ＡＳＩＣ基準電位が上昇すると、いくつかのコンパレータがグランドへの短絡があることを示すが、他のコンパレータは短絡がないことを示す。

【0016】

前記スイッチアッセンブリは、第２のトランジスタをさらに備えてもよく、前記スイッチ基準供給源は、前記第２のトランジスタのゲート側に接続され、前記ＡＳＩＣ基準供給源は、前記第２のトランジスタのソース側に接続される。

【0017】

本発明にもとづく評価および制御ユニットを操作する方法は、以下のステップ、
前記第１のトランジスタの前記ゲート側における電位が前記第１のトランジスタの前記ソース側における電位を超える（over）開閉スイッチの値（values of an open and closed switch）の間の所定の値をとると、前記ＡＳＩＣ基準供給源から前記第１のトランジスタのドレイン側へと制限された電流を流れさせるために、前記第１のトランジスタの前記ゲート側に印加される前記スイッチ基準電位を変えること、
を含む。

【0018】

前記方法は、前記スイッチアッセンブリが開放状態にあるときに前記ＡＳＩＣ基準電位を前記コントローラのグランドよりも大きい値に切り替えることを、さらに含んでもよい。

【0019】

前記方法は、前記第１のトランジスタのソース電位に関して前記スイッチ基準電位を変えることによって前記第１のトランジスタをリニアモードにすることを、さらに含んでもよい。

【0020】

前記方法は、少なくとも１つのコンパレータによってグランドへの短絡の有無を検出することと、前記ピンのうちの１つにおいてグランドへの短絡が検出されると、前記スイッチアッセンブリを開放状態にすることと、をさらに含んでもよい。

【0021】

前記方法は、前記ＡＳＩＣ基準電位を上昇させることと、前記ピンのうちの１つにおける電位を検出することと、をさらに含んでもよく、ここでグランドへの短絡の有無が検出される。前記ピンのうちの１つのピンにおいて前記ＡＳＩＣ基準電位が上昇するときに当該１つのピンにおける電位がコンパレータ閾値を超えるなら、グランドへの短絡が存在する。特に、前記ＡＳＩＣ基準電位が上昇すると、いくつかのコンパレータがグランドへの短絡があることを示すが、他のコンパレータは短絡がないことを示す。

【0022】

さらに、前記方法のステップの各々を実行するように構成されるコンピュータプログラムが、開示される。

【0023】

さらに、そのようなコンピュータプログラムが保存される電子記憶装置が、開示される。

【0024】

さらに、そのような電子記憶装置を備える電子制御ユニットが、開示される。

【0025】

本開示は、コンピュータプログラムであって、当該プログラムがコンピュータまたはコンピュータネットワーク上で実行されるときに本明細書に含まれる１つまたは複数の実施形態において開示された方法／装置／システムに係る方法を行うための、コンピュータで実行可能な指示を含むコンピュータプログラムを、さらに開示および提案する。詳細には、上記のコンピュータプログラムは、コンピュータで読み取り可能なデータ記憶媒体（data carrier）上に保存されてもよい。したがって、詳細には、上記に示されたような方法ステップのうちの１つのステップ、１つを超えるステップ、または全てのステップでさえも、コンピュータまたはコンピュータネットワークを使用して、好ましくはコンピュータプログラムを使用して、行うことが可能である。

【0026】

本開示は、上記のプログラムがコンピュータまたはコンピュータネットワーク上で実行されるときに本明細書に含まれる１つまたは複数の実施形態において開示された方法／システムに係る方法を行うために、プログラムコード手段（program code means）を有するコンピュータプログラム製品を、さらに開示および提案する。詳細には、上記のプログラムコード手段は、コンピュータで読み取り可能なデータ記憶媒体上に保存されてもよい。

【0027】

さらに、本開示は、データ記憶媒体であって、その上に保存されるデータ構造を有するデータ記憶媒体を開示および提案し、そのデータ構造は、コンピュータまたはコンピュータネットワークに、例えばコンピュータまたはコンピュータネットワークの作業メモリまたはメインメモリに、読み込まれた後に本明細書に開示された実施形態のうちの１つまたは複数に係る方法を実行し得る。

【0028】

本開示は、プログラムがコンピュータまたはコンピュータネットワーク上で実行されるときに本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る方法を行うために機械で読み取り可能な記憶媒体に保存されるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品を、さらに提案および開示する。本明細書において使用されるように、コンピュータプログラム製品は、取引可能な製品としてのプログラムを指す。当該製品は、一般的に、文書フォーマット（paper format）などの任意のフォーマットで、または、コンピュータで読み取り可能なデータ記憶媒体に、存在する。詳細には、コンピュータプログラム製品は、データネットワークを通じて配布されてもよい。

【0029】

最後に、本開示は、本明細書に開示される実施形態のうちの１つまたは複数に係る方法を行うための、コンピュータシステムまたはコンピュータネットワークによって読取可能な指示を含む変調データ信号（modulated data signal）を提案および開示する。

【0030】

好ましくは、コンピュータに実装された本発明の態様（computer-implemented aspects）に関して、本明細書に開示された実施形態のうちの１つまたは複数に係る方法の方法ステップのうちの１つまたは複数、または全ての方法ステップさえも、コンピュータまたはコンピュータネットワークを使用して行われ得る。したがって、一般的に、データの提供および／または操作を含む方法ステップのうちのいずれも、コンピュータまたはコンピュータネットワークを使用して行われ得る。一般に、これら方法ステップは、一般的に、サンプル、および／または、実際の測定を行うという特定の局面の提供のようなマニュアル作業を必要とする方法ステップを除き、方法ステップのうちの任意のステップを含んでもよい。

【0031】

詳細には、本開示は、コンピュータまたはコンピュータネットワークであって、
・本明細書において記載される実施形態のうちの１つに係る方法を行うように適合される少なくとも１つのプロセッサと、
・コンピュータで読み込み可能なデータ構造であって、データ構造がコンピュータ上で実行される間に、本明細書において記載される実施形態のうちの１つに係る方法を行うように適合される、コンピュータで読み込み可能なデータ構造と、
・コンピュータプログラムであって、プログラムがコンピュータ上で実行される間に、本明細書において記載される実施形態のうちの１つに係る方法を行うように適合されるコンピュータプログラムと、
・コンピュータプログラムであって、コンピュータプログラムがコンピュータまたはコンピュータネットワーク上で実行される間に、本明細書において記載される実施形態のうちの１つに係る方法を行うためのプログラム手段を備えるコンピュータプログラムと、
・コンピュータに読取可能な記憶媒体に保存される、上記の実施形態に係るプログラム手段を備えるコンピュータプログラムと、
・データ構造が保存される記憶媒体であって、データ構造が、コンピュータまたはコンピュータネットワークのメインおよび／または作業用記憶装置へと読み込まれた後に本明細書において記載される実施形態のうちの１つに係る方法を行うように適合される、記憶媒体と、
・プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品であって、プログラムコード手段が、コンピュータまたはコンピュータネットワーク上で実行されると、本明細書において記載される実施形態のうちの１つに係る方法を行うために、記憶媒体に保存され得るか保存される、コンピュータプログラム製品と、
を備えるコンピュータまたはコンピュータネットワークを、さらに開示する。

【0032】

本開示の成果を要約すると、以下の実施形態が開示される。

【0033】

実施形態１
ガスセンサ、特に、ブロードバンド・ラムダプローブの評価および制御ユニットであって、
ガスセンサの電気化学セルの電線に接続可能なピンと、
コントローラと、
前記コントローラによって操作可能なＡＳＩＣ基準供給源と、
前記ピンの各々に接続されるスイッチアッセンブリであって、少なくとも第１のトランジスタを備えるスイッチアッセンブリと、
を備え、
スイッチ基準供給源が前記第１のトランジスタのゲート側に接続され、前記ＡＳＩＣ基準供給源は、前記第１のトランジスタのソース側に接続され、
前記コントローラは、前記第１のトランジスタの前記ゲート側に印加されるスイッチ基準電位を変えるように構成され、
前記スイッチアッセンブリは、前記第１のトランジスタの前記ゲート側における電位が、前記第１のトランジスタの前記ソース側における電位を超える（over）開閉スイッチの値（values of an open and closed switch）の間の所定の電圧にあると、前記ＡＳＩＣ基準供給源から前記第１のトランジスタのドレイン側へと制限された電流を流すように構成される、
評価および制御ユニット。

【0034】

実施形態２
前記コントローラは、前記スイッチアッセンブリが開放状態にあるときに、前記ＡＳＩＣ基準供給源によってもたらされるＡＳＩＣ基準電位を、前記コントローラのグランドよりも大きな値へと切り替えるように構成される、
上記の実施形態に係る評価および制御ユニット。

【0035】

実施形態３
前記コントローラは、前記第１のトランジスタのソース電位に関して前記スイッチ基準電位を変えることによって前記第１のトランジスタをリニアモードにするように構成される、
上記の実施形態に係る評価および制御ユニット。

【0036】

実施形態４
少なくとも１つのコンパレータをさらに備え、前記コントローラは、グランドへの短絡が前記コンパレータによって検出されると、前記スイッチアッセンブリを開放状態にするように構成される、
上記の実施形態のいずれかに係る評価および制御ユニット。

【0037】

実施形態５
前記コンパレータは、前記ＡＳＩＣ基準電位が上昇させられ且つ前記ピンのうちの１つのピンにおける電位がコンパレータ閾値を超えると、前記１つのピンにおけるグランドへの短絡の有無を検出するように構成される、
上記の実施形態に係る評価および制御ユニット。

【0038】

実施形態６
前記スイッチアッセンブリは、第２のトランジスタをさらに備え、
前記スイッチ基準供給源は、前記第２のトランジスタのゲート側に接続され、前記ＡＳＩＣ基準供給源は、前記第２のトランジスタのソース側に接続される、
上記の実施形態のいずれかに係る評価および制御ユニット。

【0039】

実施形態７
上記の実施形態のいずれかに係る評価および制御ユニットを操作する方法であって、
前記第１のトランジスタの前記ゲート側における電位が前記第１のトランジスタの前記ソース側における電位を超える（over）開閉スイッチの値（values of an open and closed switch）の間の所定の値をとると、前記ＡＳＩＣ基準供給源から前記第１のトランジスタの前記ドレイン側へと制限された電流を流れさせるために前記第１のトランジスタの前記ゲート側に印加される前記スイッチ基準電位を変えるステップを含む方法。

【0040】

実施形態８
前記スイッチアッセンブリが開放状態にあるときに前記ＡＳＩＣ基準電位を前記コントローラのグランドよりも大きい値に切り替えることを、さらに含む、
上記の実施形態に係る方法。

【0041】

実施形態９
前記第１のトランジスタのソース電位に関して前記スイッチ基準電位を変えることによって前記第１のトランジスタをリニアモードにすることを、さらに含む、
上記の実施形態に係る方法。

【0042】

実施形態１０
少なくとも１つのコンパレータによってグランドへの短絡を検出することと、前記ピンのうちの１つにおいてグランドへの短絡が検出されると、前記スイッチアッセンブリを開放状態にすることと、をさらに含む、
実施形態７、８、および９のうちのいずれかに係る方法。

【0043】

実施形態１１
前記ＡＳＩＣ基準電位を上昇させることと、前記ピンのうちの１つのピンにおける電位を検出することと、をさらに含み、前記１つのピンにおけるグランドへの短絡の有無が検出される、実施形態７～１０のいずれかに係る方法。

【0044】

実施形態１２
実施形態７～１１のいずれか１つに係る方法のステップの各々を実行するように構成されるコンピュータプログラム。

【0045】

実施形態１３
上記の実施形態に係るコンピュータプログラムが保存される電子記憶装置。

【0046】

実施形態１４
上記の実施形態に係る記憶装置を備える電子コントローラ。

【0047】

本発明の好適な実施形態は、従属請求項または上記の実施形態と、それぞれの独立請求項との任意の組合せであり得ることが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0048】

さらなる選択的特徴および実施形態が、実施形態に関する以下に続く記載において、好ましくは、従属請求項と併せて、詳細に開示される。その中において、それぞれの選択的な特徴は、当業者が明確に理解するように、任意の実現可能な組み合わせだけでなく、独立した方式でも実現できる。本発明の範囲は、好適な実施形態によって制限されない。実施形態は、図において模式的に描写される。その中において、これら図における同一の引用符号は、同一のまたは機能的に類似する要素を指す。

【0049】

【図1】評価および動作ユニットを示す。

【図2A】異なる状態で第１実施形態に係る評価および操作ユニットのスイッチアッセンブリを示す。

【図2B】異なる状態で第１実施形態に係る評価および操作ユニットのスイッチアッセンブリを示す。

【図2C】異なる状態で第１実施形態に係る評価および操作ユニットのスイッチアッセンブリを示す。

【図3】本発明の方法のフロー図を示す。

【図4】第２実施形態に係るスイッチアッセンブリを示す。

【図5】第３実施形態に係るスイッチアッセンブリを示す。

【発明を実施するための形態】

【0050】

図１は、評価および動作ユニット１００の例示的な実施形態を示す。評価および操作ユニット１００は、ワイドバンド・ラムダセンサまたはプローブなどのガスセンサ２００を操作するよう構成される。基本的には、評価および操作ユニット１００は、ＮＯ_xセンサなどの任意の種類のガスセンサに適用できる。評価および操作ユニット１００は、４つのピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳによって、ガスセンサ２００の電気化学セル２１０、２１１の電線２０１、２０２、２０３、２０４に接続される。電気化学セルは、ネルンストセル２１０およびポンプセル２１１であり得る。電線２０１、２０２、２０３、２０４は、ガスセンサ２００の、電気化学セル２１０、２１１と、補償抵抗２１２と、を接続する。センサ構成に応じて、使用される電線が異なっていてもよく、例えば、２１０および２１１を有し且つ抵抗２１２を有していない２つのセルセンサ（cell sensor）では、電線２０４は存在しないか、または、２１０および２１２の両方を有していない１つのセルセンサでは、電線２０１および２０４が存在しない。他の組み合わせも同様に可能である。評価および操作ユニット１００は、オプションの抵抗１０１を介してコントローラ１０３によってスイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、Ｓｗｔ_MESそれぞれを通じてピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳの各々が個々に接続され得るＡＳＩＣ基準供給源１０２によって例示される。ＡＳＩＣ基準供給源１０２は、コントローラ１０３によって操作可能である。ＡＳＩＣ基準供給源１０２は、電位源であり得る。代替的には、ＡＳＩＣ基準供給源１０２は、電流源であってもよい。スイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、Ｓｗｔ_MESの各々は、以下でさらに詳細に記載されるように、スイッチアッセンブリ１０４として実現され得る。

【0051】

図２Ａ～２Ｃは、第１実施形態に係る評価および操作ユニット１００のスイッチアッセンブリ１０４を、様々な状態で示す。スイッチアッセンブリ１０４は、ピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳの各々に接続される。換言すれば、個々のスイッチアッセンブリ１０４は、ピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳの各々に関係付けられる。スイッチアッセンブリ１０４は、第１のトランジスタＴ_Wireと、第２のトランジスタＴ_ECUと、を備える。特に、第１のトランジスタＴ_Wireのドレイン側は、ピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳに接続される。詳細には、スイッチアッセンプリ１０４は、使用される半導体技術に応じてダイオードまたはトランジスタによって実現される。両方向への電流の流れを防ぐために、一般的に、２つのトランジスタＴ_Wire、Ｔ_ECUが存在する。これは、第１のトランジスタＴ_Wireおよび第２のトランジスタＴ_ECUを反対向きに配置することによって達成され、トランジスタの寄生ダイオードが互いに反対方向を向いていることを意味する。それによって、図２Ａ～２Ｃの例に関して、ケーブルおよびピンなどの右側と、測定システムなどの左側との間を流れる電流を、ピンと、ＥＣＵグランド即ちコントローラ１０３のグランド電位との間の非常に高い絶対的な電圧まで、効果的に防ぐことができる。スイッチ基準供給源１０５は、第１のおよび第２のトランジスタＴ_Wire、Ｔ_ECUのゲート側に接続される。スイッチ基準供給源１０５は、電位源であり得る。代替的に、スイッチ基準供給源１０５は、電流源であってもよい。コントローラ１０３は、第１のおよび第２のトランジスタＴ_Wire、Ｔ_ECUの上記のゲート側に印加されるスイッチ基準電位Ｖ_SWを変えるように構成される。特に、スイッチアッセンブリ１０４は、第１および第２のトランジスタＴ_Wire、Ｔ_ECUのゲート側における電位が第１のトランジスタＴ_Wireのソース側における電位を超える（over）、スイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、およびＳｗｔ_MESのための開閉の値（values of an open and closed for switches Swt_RE, Swt_IPE, Swt_APE, and Swt_MES）の間の所定の電圧にあると、ＡＳＩＣ基準供給源１０２から第１のトランジスタＴ_Wireを通じて制限された電流を流すように構成される。特に、コントローラ１０３は、スイッチアッセンブリ１０４が図２Ｂに示される開放状態にあるときに、ＡＳＩＣ基準供給源１０２によってもたらされるＡＳＩＣ基準電位を、コントローラ１０３のグランドよりも大きな値に設定するように構成される。コントローラ１０３は、さらに、第１のトランジスタＴ_Wireのソース電位に関して、第１のトランジスタＴ_Wireを、ＡＳＩＣ基準供給源１０２によってもたらされるリニアモードにするように構成される。評価および制御ユニット１００は、少なくとも１つのコンパレータ（詳細には示さない）をさらに備える。コントローラ１０３は、グランドへの短絡の有無が上記のコンパレータによって検出されると、スイッチアッセンブリ１０４を開放状態にするように構成される。コンパレータは、ＡＳＩＣ基準電位が上昇させられ且つピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳのうちの１つのピンにおける電位がコンパレータ閾値を超えると、当該１つのピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳにおけるグランドへの短絡を検出するように構成される。スイッチアッセンブリ１０４の操作は、図２Ａ～２Ｃを参照して以下にさらに詳細に記載される。

【0052】

上記したように、評価および操作ユニット１００のＡＳＩＣの内部のスイッチアッセンブリは、共通のソースを有する２つのトランジスタＴ_WireおよびＴ_ECUからなる。スイッチアッセンブリ１０４の機能は、図２Ａに示される通常は閉状態にあるスイッチＳｗｔ_Vによって決定される。トランジスタＴ_WireおよびＴ_ECUのゲート－ソース電圧をゼロに設定してスイッチアッセンブリ１０４を開放状態にするために、図２Ｂに示されるようにスイッチＳｗｔ_Vが開放されるときにスイッチＳｗｔ_Cは閉じられる。ダイオードＤ_GND、Ｄ_Wire、またはＤ_ECUは、トランジスタＴ_WireおよびＴ_ECUの内在的な寄生ダイオードである。いくつかの半導体技術においては、これらダイオードのうちのいくつかは、存在しない場合がある。ダイオードＤ_GND、Ｄ_Wire、またはＤ_ECUを通る順電流を防がねばならない。これは、Ｓｗｔ_Vを開放しスイッチＳｗｔ_Cを閉じることによって実現される。スイッチアッセンブリ１０４の提案された構造においては、スイッチＳｗｔ_GNDでもって、トランジスタＴ_Wireは、高オーミック（high ohmic）であるが導電性であるリニアモードにされ、電流がトランジスタＴ_Wireのソース側からドレイン側へ流れることを可能にするが、図２Ｃに示されているようにそれを制限する。特に、ＥＣＵグランドより小さい共通のゲート電位Ｖ_SWをトランジスタＴ_WireおよびＴ_ECUに印加する際に、図２Ｂに示されているようにトランジスタのゲートがどの電位にも接続されていないときとは対照的に、ＡＳＩＣ基準電位とピンとの間の２つのトランジスタによって形成されるトータルスイッチが、図２Ａに示されるように、導通を開始する。この発明は、図２Ｃに示されるように、異なる電位、例えば、ＥＣＵグランドＧＮＤにトランジスタＴ_WireおよびＴ_ECUのゲートを接続する可能性をさらに加える。第１のトランジスタＴ_WireのＥＣＵ側、即ち当該トランジスタのソースにおける電位が、Ｔ_Wireのゲート電位、例えばＥＵＣグランドよりも大きく、且つ、両方とも第１のトランジスタＴ_Wireのドレインにおける外部電圧よりも大きいならば、第１のトランジスタＴ_Wireは、リニアモードにされる。このモードにおいては、それは完全に導電性のものでもなければ完全に開放されてもいないが、例えば６ｋΩの抵抗として動作する。このことは、それが導通状態にあるときよりもはるかに小さい、トランジスタを通る電流を許容するということを意味する。このことが、コンデンサのような外部構造を時間と共に充放電することを可能にする。実際に、トランジスタのドレインにおける外部電圧は、トランジスタのソースに新たに導入される電位、例えば、ＥＵＣグランドまで増加し得る。さらに、このモードにおいては、内部ＥＣＵ電圧がトランジスタＴ_Wire、Ｔ_ECUのソースに与えられるので、害を及ぼす電圧は生じない。したがって、内部のＥＣＵ回路要素は、なおさら保護される。

【0053】

上記したような特定のスイッチアッセンブリ１０４を含む評価および操作ユニット１００は、グランドへの短絡の一般的に一時的な影響を処理することを可能にする。特定のスイッチアッセンブリ１０４を含む評価および操作ユニット１００は、固定電圧源に対する接続抵抗が低すぎなければ、ＥＣＵピン（ＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳ）における電圧を増加させることを可能にする。スイッチアッセンブリ１０４は、現行のハードウエア保護構造に基づいており、対応する電線への短絡を正確に示すことを妨げない。短絡の影響を合わせることによってのみ影響を受ける電圧を上昇させることの達成度は測定可能である。一旦必要な時間が経過すると、記載された構造で、例えばチップの内部に組み込まれたＡＤＣで、さらに定量的測定が可能である。上記の構造は、ＥＣＵグランドより小さい電圧への電線の短絡の場合における測定を可能にするために、ワイドバンド・ラムダ評価回路構成に適用されることになる。結論として、グランドへの短絡の正確な指示が可能である。

【0054】

評価および制御ユニット１００を操作する方法が、図３を参照してさらに詳細に記載される。当該方法は、グランドへの短絡の診断に適用でき、以下のステップによって例示される。第１の診断ステップＤ１Ｓ１において、短絡は、図１に示されていない追加のコンパレータによって検出される。方法は、ステップＤ１Ｓ１における最初の診断部分から始まる。ピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、または、ＭＥＳにおける電位が、コンパレータによって検出可能な閾値、例えば、ＥＣＵグランドを下回れば、グランドへの短絡が存在すると断定される。その他の場合においては、短絡は存在しないとステップＤ１Ｓ２において推定され、第１の診断ステップＤ１Ｓ１が周期的に繰り返される。

【0055】

グランドへの短絡の存在が検出される場合には、スイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、Ｓｗｔ_MESは、開放される、即ち、保護のために、図２Ｂに示される状態にさせられる。この状態において、評価および操作ユニット１００は、システムがステップＤ１Ｓ３において十分に冷却されるまで待機する。

【0056】

第２の診断の部分において、スイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、Ｓｗｔ_MESがステップＤ２Ｓ１においてまだ開放された状態で、内部の基準電位Ｖ_SWが、ＥＣＵグランドを十分上回る電位へと切り替えられる。続くステップＤ２Ｓ２において、スイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、Ｓｗｔ_MESは、リニアモード、即ち、図２Ｃに示される状態に置かれる。最終的に、短絡電位（short circuit potential）に直接的に接続されていないすべてのピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳは、ワイドバンド・ラムダセンサ２００の内部の抵抗のために、上昇する。例えば、電線２０１がグランドに短絡していれば、ピンＲＥにおける電圧は、短絡電位にとどまる一方で、ピンＩＰＥ、ＡＰＥ、およびＭＥＳは、センサの抵抗が充分大きければ、即ち、センサが充分冷めていれば（ステップＤ１Ｓ３参照）、ＥＣＵグランドへと上昇する。代替的には、このステップＤ２Ｓ２は、各ピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳに、別々に適用できる。

【0057】

ピンの電位が上昇させられた後、追加のコンパレータが、ステップＤ２Ｓ３において再評価され得る。ピンＲＥ、ＩＰＡ、ＡＰＥ、またはＭＥＳにおける電位が、例えば、ＲＥピン以外の全てのピンについて、十分上昇させられたならば、コンパレータは、低過ぎる電圧をもはや示さない。結論づければ、これら特定のピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳに対する保護は、もはや必要ではない。この場合において、ステップＤ２Ｓ４において短絡を明らかにする追加のデータを得るために、これらピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、ＭＥＳのスイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、Ｓｗｔ_MESは、閉じられても、即ち、図２Ａに示される状態であってもよい。

【0058】

次のステップＤ２Ｓ５は、ピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、またはＭＥＳが一意に特定されたかどうかを結論付ける。そうであれば、このピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、またはＭＥＳがステップＤ２Ｓ６において正確に示される。ピンＲＥ、ＩＰＥ、ＡＰＥ、またはＭＥＳが一意であるかどうかは、例えば、閉じられたスイッチＳｗｔ_RE、Ｓｗｔ_IPE、Ｓｗｔ_APE、Ｓｗｔ_MESの測定データによって、例えば、ピンの電位がどちらの方向に増大しているか、または、データが回復（retrieve）され得ないのはどこか、で決定され得る。ピンが一意に特定されなかったならば、システムは、ステップＤ１Ｓ３にあるようにさらに冷却すること、および／またはステップＤ２Ｓ２にあるように充放電にもっと多くの時間をかけることが可能である。

【0059】

提案される方法は、センサラインにおけるピンの電圧を調べながら不具合パターンを製品に適用することによって実証することができる。使用される方法の場合では、不具合パターンが該当しないＥＣＵピンにおける電圧は増加される。そのデータシートへの洞察（insight）も、その回路構成を確実なものにできる。

【0060】

図４は、第２実施形態にかかるスイッチアッセンブリ１０４を示す。以下では、第１実施形態との違いのみが記述され、類似の構成部材は、同じ参照符号によって示される。第２実施形態のスイッチアッセンブリ１０４の基本的アイデアは、ピンの電圧が供給電圧Ｖｓｐｌｙよりも高く上昇可能である必要がなければ、第２のトランジスタＴ_EUCを有することは必須ではない、ということである。図４に示されるように、スイッチ基準供給源１０５は、第１のトランジスタＴ_Wireのゲート側に接続され、ＡＳＩＣ基準供給源１０２は、第１のトランジスタＴ_Wireのソース側に接続される。特に、スイッチＳｗｔ_Vは、スイッチ基準供給源１０５と第１のトランジスタＴ_Wireのゲート側との間に位置し、スイッチＳｗｔ_GNDは、スイッチＳｗｔ_Vと平行に配置される。スイッチＳｗｔ_Cは、省くことができる。

【0061】

図５は、第３実施形態にかかるスイッチアッセンブリを示す。以下では、第１実施形態との違いのみが記述され、類似の構成部材は、同じ参照符号によって示される。特定の技術においては、２つのトランジスタを使用することは必須ではない。それらは、どちらの電圧が高いかに応じて左右のいずれかに接続できるフローティングバルク（floating bulk）を有する、第１のトランジスタＴ_Wireとして示されている１つのトランジスタに、統合させることができる。図５に示されているように、スイッチ基準供給源１０５は、第１のトランジスタＴ_Wireのゲート側に接続され、ＡＳＩＣ基準供給源１０２は、第１のトランジスタＴ_Wireのソース側に接続される。特に、スイッチＳｗｔ_Vは、スイッチ基準供給源１０５と第１のトランジスタＴ_Wireのゲート側との間に位置し、スイッチＳｗｔ_GNDは、スイッチＳｗｔ_Vと平行に配置される。スイッチＳｗｔ_Cは、省くことができる。さらに、互いに直列に接続され且つ第１のトランジスタＴ_Wireと平行に配置された左側のスイッチＳｗｔ_lおよび右側のスイッチＳｗｔ_rが、示されている。図５は、左側のスイッチＳｗｔ_lおよび右側のスイッチＳｗｔ_rがダイオードＤ_GND、Ｄ_Wire、またはＤ_ECUに対して平行に配置されることも示す。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】