故障判定装置、控制装置以及故障判定方法与流程

1.本发明涉及da转换电路(数字模拟转换电路)的故障判定装置、控制装置以及da转换电路的故障判定方法。


背景技术：

2.在专利文献1中公开了在气体传感器系统中诊断da转换电路的故障的结构。在该气体传感器系统中，在气体传感器的泵单元未发现氧离子传导性的条件下，对向泵单元输出泵电流的da转换电路输入任意的数字信号。此时，通过将施加于与泵单元并联连接的诊断电阻的电压值与阈值进行比较，来判断da转换电路中的故障的有无。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2020/189380号说明书


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.电流输出型的da转换电路一般具备与输入的数字数据的各位对应的电流源，将来自与在输入数字数据中设置的各位对应的电流源的电流相加而生成输出电流。在该情况下，作为da转换电路的故障模式，例如，在仅仅是与输入数字数据的最低位(lsb)对应的电流源发生故障的情况下，由该故障引起的da转换电路的输出电流相对于目标输出电流值的偏差成为与该da转换电路的量化误差同等的电平。例如，在最大输出电流为8ma的12位的da转换电路中，由与lsb对应的电流源的故障引起的输出电流的偏差为1μa左右，即使是与输入数字数据的lsb的第二位有关的故障的情况下，与目标电流值的偏差也极小，为几μa左右。
8.因此，在像上述以往的气体传感器系统那样根据在诊断电阻中产生的电压值与阈值的比较来检测da转换电路的故障的结构中，由于在上述比较中使用的比较电路所能够实现的判定精度，检测上述那样的因输入数字数据的低位的故障所引起的输出电流的偏差可能变得非常困难。
9.本发明的目的在于高精度地检测da转换电路的故障。
10.上述目的通过例如提高对内燃机的燃烧效率进行控制的数字控制装置等中的da转换电路的故障判定精度，能够带来社会整体的能量效率的改善，能够有助于实现可持续的开发目标(sdg7.3、9.4)。
11.用于解决课题的手段
12.本发明的一个方式是一种故障判定装置，具备：输出部，其向da转换电路输入第一数字值而使所述da转换电路生成模拟电输出；取得部，其取得与如下差分对应的第二数字值，该差分是所述da转换电路的所述模拟电输出与所述第一数字值所示的目标模拟电输出之间的差分；以及诊断部，其基于所述第二数字值来诊断所述da转换电路的故障，所述输出
部以第一时间间隔使所述第一数字值递增并将其输入到所述da转换电路，所述取得部以比所述第一时间间隔短的第二时间间隔取得所述第二数字值，所述诊断部基于如下离散信号所包含的规定频率的交流成分的信号强度，判定所述da转换电路的故障的有无，该离散信号是以所述第二时间间隔取得的所述第二数字值。
13.根据本发明的另一方式，所述取得部以所述第二时间间隔对所述da转换电路的所述模拟电输出进行采样而作为第三数字值进行取得，根据所述第一数字值与所述第三数字值之差，计算并取得所述第二数字值。
14.根据本发明的其他方式，所述诊断部通过对所述离散信号乘以规定的周期函数来计算所述规定频率的交流成分被强调后的信号强度，所述周期函数是反复在1个周期内依次取-1、0、 1这3个值的函数。
15.根据本发明的另一方式，所述规定频率是与对所述第一时间间隔乘以2的乘方而得到的周期对应的至少一个频率。
16.根据本发明的另一方式，所述规定频率是与对所述第一时间间隔乘以2而得到的周期对应的频率，所述诊断部对与所述da转换电路中的输入数字数据的最低位有关的动作故障的有无进行判断。
17.根据本发明的另一方式，所述规定频率是与对所述第一时间间隔乘以4而得到的周期对应的频率，所述诊断部对与所述da转换电路中的输入数字数据的比最低位高一位的位有关的动作故障的有无进行判断。
18.根据本发明的另一方式，所述输出部针对作为2进制值的所述第一数字值的除了规定数量的低位以外的高位，依次将所述高位中的仅任意一位设置为1，所述取得部在所述输出部将所述高位中的仅任意一位设置为1时取得所述第二数字值，当取得部所取得的第二数字值为根据所述第一数字值规定的规定阈值以上时，所述诊断部判断在所述da转换电路中发生了与被设置为1的所述位有关的动作故障。
19.根据本发明的另一方式，所述da转换电路是用于生成向空燃比传感器的泵单元通电的泵电流的电路。
20.本发明的其他方式是具备上述任一项的故障判定装置的控制装置。
21.本发明的又一方式是一种故障判定方法，其是da转换电路的故障判定装置的计算机所执行的da转换电路的故障判定方法，其中，所述故障判定方法包括如下步骤：向所述da转换电路输入第一数字值而使所述da转换电路生成模拟电输出；取得与如下差分对应的第二数字值，该差分是所述da转换电路的所述模拟电输出与所述第一数字值所示的目标模拟电输出之间的差分；以及基于所述第二数字值来诊断所述da转换电路的故障，在进行所述生成的步骤中，以第一时间间隔使所述第一数字值递增并将其输入到所述da转换电路，在进行所述取得的步骤中，以比所述第一时间间隔短的第二时间间隔取得所述第二数字值，在进行所述诊断的步骤中，基于如下离散信号所包含的规定频率的交流成分的信号强度，判定所述da转换电路的故障的有无，该离散信号是以所述第二时间间隔取得的所述第二数字值。
22.发明效果
23.根据本发明，能够高精度地检测da转换电路的故障。
附图说明
24.图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的具备da转换电路的故障判定装置的控制装置的结构的图。
25.图2是用于说明强调规定频率的信号强度的说明图。
26.图3是示出低位判定处理中的第二数字值的采样结果的例子的图表。
27.图4是表示与第二数字值的离散数据有关的频谱的计算结果的例子的图。
28.图5是表示故障判定装置中的故障判定处理的动作的步骤的流程图。
29.图6是表示图5所示的低位判定处理的步骤的流程图。
30.图7是表示图5所示的高位判定处理的步骤的流程图。
31.标号说明
[0032]1…
控制装置、2
…
空燃比传感器、2a
…
气体室、2b
…
vs单元、2c
…
ip单元、2d
…
加热器、3
…
基准电位生成电路、4
…
第一ad转换电路、5
…
da转换电路、7a、7b
…
电阻、8
…
第二ad转换电路、9
…
加热器驱动电路、10
…
控制器、20
…
故障判定装置、21
…
处理器、22
…
存储器、23
…
诊断程序、24
…
输出部、25
…
取得部、26
…
诊断部、30
…
波形、32、34
…
线。
具体实施方式
[0033]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0034]
图1是表示本实施方式的具备da转换电路的故障判定装置的控制装置的结构的图。
[0035]
控制装置1通过设置于车辆的内燃机(未图示)的空燃比传感器2来检测该内燃机的空燃比。空燃比传感器2配置于车辆的排气管内。按照现有技术，空燃比传感器2具备：气体室2a，其被导入内燃机的排气管内的空气；vs单元2b，其产生与气体室2a内的氧浓度对应的电压vs；以及ip单元2c，其通过被通电而将气体室2a内的氧排出。另外，空燃比传感器2具备对气体室2a、vs单元2b以及ip单元2c进行加热的加热器2d。
[0036]
ip单元2c通过被通电，以与该通电电流(ip电流)对应的速度将气体室2a内的氧向外部排出。另一方面，气体室2a具有使用多孔质材料的通气盖(未图示)，构成为在通过ip单元2c从气体室2a排出氧时，氧以与排气管内和气体室2a内之间的氧浓度差对应的速度从排气管流入气体室2a内。
[0037]
内燃机的空燃比按照现有技术，通过对以使vs单元2b中的电动势vs成为规定的目标值的方式被控制，并在规定时间后达到固定值的ip电流进行计测来检测。
[0038]
在图1中，基准电位生成电路3根据来自控制装置1的指示，对vs单元2b以及ip单元2c提供相同的基准电位。第一ad转换电路4以规定时间间隔对作为vs单元2b的电动势的vs电压进行采样，将采样到的vs电压转换为数字值并向控制装置1发送。da转换电路5是电流输出型的电路，基于从控制装置1接收的第一数字值输出作为模拟电输出的电流。所输出的电流作为ip电流而向空燃比传感器2的ip单元2c通电。另外，从da转换电路5输出的电流作为监视电流im流向电阻7b。
[0039]
电阻7a、7b生成与从da转换电路5输出的监视电流im对应的监视电压vm，并输出到第二ad转换电路8。第二ad转换电路8以规定时间间隔对在电阻7b产生的监视电压vm进行采样，将采样到的监视电压vm转换为数字值并向控制装置1输出。加热器驱动电路9对加热器
2d通电，对气体室2a、vs单元2b以及ip单元2c进行加热。
[0040]
da转换电路5的输入数字数据(2进制值)以及第二ad转换电路8的输出数字数据(2进制值)的位长例如为12位。
[0041]
控制装置1具有控制器10和故障判定装置20。
[0042]
控制器10例如具备未图示的处理器及存储器。控制器10指示基准电位生成电路3向vs单元2b以及ip单元2c提供基准电位，并指示加热器驱动电路9通过加热器2d对vs单元2b、气体室2a以及ip单元2c进行加热。
[0043]
另外，控制器10按照现有技术，通过数字pid控制，以使经由第一ad转换电路4取得的vs单元2b的电动势vs成为规定的固定电压(例如450mv)的方式，从da转换电路5输出向ip单元2c通电的ip电流。控制器10在向ip单元2c通电的ip电流以规定的误差范围成为固定值时，根据该ip电流来检测空燃比。
[0044]
故障判定装置20在不进行基于空燃比传感器2的空燃比的检测的期间、例如设置有空燃比传感器2的内燃机停止了规定时间以上时，判定da转换电路5是否发生了故障。
[0045]
在本实施方式中，故障判定装置20判定的da转换电路5的故障模式是与da转换电路5中的输入数字数据的各位有关的动作异常。与各位有关的动作异常(下文中称为位故障)是指，例如与对应于各位而设置在da转换电路5中的各电流源相关的动作异常。
[0046]
在位故障中，关于输入数字数据中的各位，无论该位是1还是0，都包含从da转换电路5始终输出与该位对应的电流源的电流的故障(接通故障)、以及从da转换电路5始终不输出与该位对应的电流源的电流的故障(断开故障)。
[0047]
以下，将最低位称为位0，将比位0每次高一个的位分别称为位1、位2、位3、
…
。因此，最高位是位11。
[0048]
在da转换电路中，通常，随着从输入数字数据的低位趋向于高位，对应有输出更大的电流的电流源。因此，在发生了相对于最低位而高出了数个位以上的位故障的情况下，目标电流值与实际的输出电流值之差较大，能够根据该差是否为阈值以上来判定故障的有无。与此相对，在包含最低位的低位的数个位的位故障中，目标电流值与实际的输出电流值之差较小，接近噪声电平，因此难以根据该差是否为阈值以上来判定故障的有无。
[0049]
因此，在本实施方式中，尤其对于与da转换电路5的输入数字数据中的低位的数个位有关的位故障，故障判定装置20基于将da转换电路5的输入数字数据以规定时间间隔递增时的、da转换电路5的模拟电输出与目标电输出之差的时间变化中包含的交流成分的强度，判定这些位故障的有无。
[0050]
具体而言，故障判定装置20执行低位判定处理和高位判定处理，该低位判定处理对da转换电路5的输入数字数据的低位的2位、即位0和位1进行故障判定，该高位判定处理对高位的10个位进行故障判定。
[0051]
在低位判定处理中，故障判定装置20基于将da转换电路5的输入数字数据以规定时间间隔递增时的、da转换电路5的模拟电输出与目标电输出之差的交流成分的强度来进行故障判定。
[0052]
另外，在高位判定处理中，故障判定装置20依次将高位中的仅任意一位设置为1，根据da转换电路5的模拟电输出与目标电输出之差是否为规定的阈值以上，来判断与上述设置为1的位有关的位故障的有无。
[0053]
参照图1，故障判定装置20具有处理器21和存储器22。
[0054]
存储器22例如由易失性和/或非易失性的半导体存储器构成。存储器22存储应该在故障判定装置20的处理器21中执行的诊断程序23。
[0055]
处理器21例如是具备cpu(central processing unit：中央处理单元)等处理器的计算机。处理器21也可以是具有写入有程序的rom(read only memory：只读存储器)、用于暂时存储数据的ram(random access memory：随机存取存储器)等的结构。而且，处理器21具备输出部24、取得部25及诊断部26作为功能要素或功能单元。
[0056]
处理器21所具备的这些功能要素例如通过有作为计算机的处理器21执行诊断程序23来实现。诊断程序23可以存储在计算机可读的任意存储介质中。或者，诊断程序23和/或其更新程序能够按照现有技术，经由搭载有控制装置1的车辆所具备的通信装置(未图示)从车外的服务器下载。也可以取而代之，由分别包含一个以上的电子电路部件的硬件构成处理器21所具备的上述功能要素的全部或一部分。
[0057]
输出部24例如在设置有空燃比传感器2的内燃机停止了规定时间以上时，通知取得部25以及诊断部26开始进行da转换电路5的低位判定处理。另外，输出部24例如在上述内燃机开始了动作时，通知取得部25以及诊断部26中止故障判定动作。输出部24例如能够按照现有技术，从搭载有控制装置1的车辆的电子控制装置接收与该车辆的点火开关的接通/断开状态有关的信息，判断上述内燃机是否停止了规定时间以上、以及上述内燃机是否开始了动作。
[0058]
输出部24在通知了开始进行低位判定处理之后，向da转换电路5输入作为输入数字数据的第一数字值，使da转换电路5输出作为模拟电信号的监视电流im。具体而言，输出部24以规定的第一时间间隔δt1将第一数字值从0每次增加 1，并输入至da转换电路5。da转换电路5在每次被输入第一数字值时，输出与该输入的第一数字值对应的监视电流im。第一时间间隔δt1例如为40ms。另外，输出部24在向da转换电路5输入第一数字值的同时，将该第一数字值发送至取得部25。在此，设第一数字值为2进制值。
[0059]
另外，输出部24响应于从诊断部26接收到高位判定处理的开始的通知的情况，依次将作为2进制值的第一数字值的高位的10个位中的仅任意一位设置为1。输出部24在将高位的10个位中的一个设置为1时，将第一数字值发送到取得部25和诊断部26。
[0060]
取得部25响应于从输出部24接收到低位判定处理的开始的通知的情况，以比第一时间间隔δt1短的第二时间间隔δt2取得第二数字值，该第二数字值与da转换电路5输出的监视电流im和上述第一数字值表示的目标模拟电输出即目标电流it的差分对应。第二时间间隔δt2例如为10ms。
[0061]
具体而言，取得部25通过第二ad转换电路8以第二时间间隔δt2对由电阻7b根据da转换电路5的监视电流im而产生的监视电压vm进行采样，取得采样得到的监视电压vm的值作为第三数字值。然后，取得部25根据第一数字值与第三数字值之差，计算并取得上述第二数字值。在此，从监视电压vm向第三数字值转换的转换系数的调整以及第三数字值的偏移校正等能够按照现有技术，通过电阻7b的电阻值的调整以及偏移值向第三数字值的加法运算等来进行。
[0062]
由于以第二时间间隔取得的第二数字值是与如下差分对应的值，该差分是da转换电路5根据第一数字值输出的监视电流im与第一数字值所示的目标电流it之间的差分，因
此，在da转换电路5的动作正常的情况下，除了噪声成分以外，第二数字值没有变化。另一方面，在da转换电路5有故障、da转换电路5不输出与第一数字值对应的大小的监视电流im的情况下，根据da转换电路5的位故障的部位和第一数字值的递增的定时，第二数字值相对于时间呈矩形波状变化。
[0063]
取得部25还响应于从诊断部26接收到高位判定处理的开始的通知这一情况，在从输出部24接收到第一数字值时，取得与da转换电路5输出的监视电流im和目标电流it的差分对应的第二数字值。此时，取得的第二数字值也与上述低位判定处理中的第二数字值同样地，能够根据取得部25从输出部24接收到上述第一数字值时从第二ad转换电路8取得的第三数字值与上述第一数字值之差计算出。
[0064]
诊断部26响应于从输出部24接收到低位判定处理的开始的通知这一情况，判定与da转换电路5的低位的2位有关的位故障的有无。具体而言，诊断部26基于取得部25以第二时间间隔δt2取得的第二数字值所示的离散信号中包含的规定频率的交流成分的信号强度，判定da转换电路5的低位的2位的各自的位故障。
[0065]
上述规定频率是与对第一时间间隔δt1乘以2的乘方2n(n为自然数)而得到的周期对应的频率，在本实施方式中，是分别与第一时间间隔δt1的21倍和22倍的周期对应的2个频率。
[0066]
如上所述，输出部24以第一规定时间间隔使第一数字值每次增加1，因此在da转换电路5正常的情况下，与位0对应的电流源的输出电流从da转换电路5以δt1
×
21的周期(0、1、0、1的变化周期)输出。另外，在da转换电路5正常的情况下，与位1对应的电流源的输出电流从da转换电路5以δt1
×22
的周期(00、01、10、11、00、
…
的周期)输出。同样地，与位2、位3对应的电流源的输出电流分别以δt1
×23
的周期和δt1
×24
的周期从da转换电路5输出。
[0067]
因此，在da转换电路5中发生位0的位故障(以下称为位0故障)的情况下，与da转换电路5的监视电流im和目标电流it的差分对应的第二数字值以δt1
×
21的周期变化。此外，在da转换电路5中发生位1的位故障的情况下，第二数字值以δt1
×22
的周期变化。
[0068]
因此，在位0故障的情况下，以第二时间间隔δt2取得的第二数字值所示的离散信号的与δt1
×
21的周期对应的频率f1＝1/(δt1
×
21)hz的交流成分的信号强度变大。另外，在位1故障的情况下，上述离散信号的与δt1
×22
的周期对应的频率f2＝1/(δt1
×22
)hz的交流成分的信号强度变大。
[0069]
因此，诊断部26根据以第二时间间隔取得的第二数字值所示的离散信号所包含的、与δt1
×
21的周期对应的上述频率f1的交流成分的信号强度，判定位0故障，根据与δt1
×22
的周期对应的上述频率f2的交流成分的信号强度，判定位1故障。在此，在本实施方式中，δt1＝40ms，因此f1＝12.5hz、f2＝6.25hz。
[0070]
诊断部26在f1的频率下的信号强度为规定的阈值以上时，判断为在da转换电路5中产生了位0故障。此外，当f2的频率下的信号强度为规定的阈值以上时，诊断部26判断在da转换电路5中发生了位1故障。
[0071]
在此，与第二数字信号所示的离散信号有关的、频率t下的交流成分的信号强度例如能够按照式(1)所示的离散傅里叶变换式，通过对上述离散信号乘以三角函数来算出。
[0072]
[数学式1]
[0073][0074]
在此，f(x)是以第二时间间隔取得的第二数字值即离散数据，x是该离散数据的索引，n是数据数，t是频率。
[0075]
诊断部26在针对规定频率t＝12.5hz或t＝6.25hz根据上述的式(1)求出的各自的信号强度为规定的阈值以上时，能够判断为产生了位0故障或位1故障。
[0076]
在本实施方式中，特别是诊断部26为了强调上述规定频率下的信号强度，在式(1)中，代替与离散数据f(x)相乘的三角函数，如式(2)所示，将反复地依次取-1、0、 1这3个值的周期为2π的规定的周期函数e与上述第二数字值的离散数据f(x)相乘。
[0077]
[数学式2]
[0078][0079]
即，在本实施方式中，诊断部26通过下式(3)计算信号强度。
[0080]
[数学式3]
[0081][0082]
另外，式(2)中的y的值在本实施方式中为0.3。但是，这是一个例子，y的值能够根据离散数据f(x)的时间变化的方式，设为能够强调应关注的频率下的信号强度的任意的值。
[0083]
图2是用于说明通过使用取3个值的周期函数e来强调信号强度的说明图。图示上段是对第二数字值所示的离散数据乘以作为三角函数的余弦函数的情况下的例子，图示下段是对第二数字值所示的离散数据乘以式(2)所示的周期函数e的情况下的例子。在图示上段中，左侧的图表是表示第二数字值所示的离散数据的图表，中央的图表是表示要相乘的余弦函数的图表，右侧的图表是表示相乘结果的图表。另外，在图示下段中，左侧的图表是表示第二数字值所示的离散数据的图表，中央的图表是表示要相乘的周期函数e的图表，右侧的图表是表示相乘结果的图表
[0084]
表示第二数字值的f(x)在本实施方式中具有接近矩形波的形状，因此在图示右侧所示的乘算结果中，对于乘法结果的图与值为0的轴一起包围的区域的面积，与乘以图示中央的上段所示的余弦函数的情况相比，乘以图示下段所示的接近矩形波的周期函数e一方更宽。因此，例如，式(3)中的根号中的第一项的总和大于式(1)中的根号中的第一项的总和。其结果，通过式(3)计算出的信号强度相对于通过式(1)计算出的信号强度被强调。
[0085]
另外，诊断部26在通过上述的处理完成了对da转换电路的低位的2位的故障判定时，将高位判定处理的开始的通知发送到输出部24。另外，诊断部26在发送了高位判定处理的开始的通知之后从输出部24接收到第一数字值时，判断取得部25取得的第二数字值是否为根据上述接收到的第一数字值规定的规定的阈值以上。并且，在上述第二数字值为上述阈值以上时，判断为发生了与在上述接收到的第一数字值中被设置为1的位有关的da转换电路5的位故障。
[0086]
诊断部26在高位判定处理中判定了与全部的高位的位有关的位故障的有无之后，将故障判定处理结束的通知发送到输出部24以及取得部25。
[0087]
接着，对低位判定处理中的动作例进行说明。
[0088]
图3是表示位1为接通故障且其他位正常的情况下的低位判定处理中的第二数字值的采样结果的例子的图表。在图3中，波形30是第二数字值的采样结果的近似波形。实际上，在各个160ms周期中，采样到的16个第二数字值以第二时间间隔δt2＝10ms等间隔地存在。
[0089]
图4是与构成图3所示的波形30的第二数字值的离散数据有关的频谱的计算结果。图示左侧的图表是使用了式(1)的情况下的频谱的计算结果，图示右侧的图表是仅针对与位1故障对应的频率6.25hz使用了式(3)的情况下的频谱的计算结果。如图4中2条水平的线32及34所示，对于与位1故障对应的频率6.25hz下的信号强度(频谱的峰值)，相对于使用了式(1)的左图，在使用了式(3)的右图中变得更大。因此，基于频率6.25hz下的信号强度进行的位1故障的判定在使用式(3)的情况下，能够更准确地进行判定。
[0090]
此外，在图4中，计算了到50hz为止的全部频率的信号强度，但在诊断部26中，仅针对与位0故障和位1故障分别对应的频率12.5hz和6.25hz来计算信号强度即可。
[0091]
具有上述结构的故障判定装置20在低位判定处理中，不针对给定的频率范围的全部来分析第二数字值所示的离散信号的交流成分，而是可以仅使用与da转换电路5的输入数字数据的规定的位(在本实施方式中，例如位0和位1)对应的规定频率的交流成分的信号强度来检测da转换电路5的位故障。因此，在故障判定装置20中，能够以较少的运算处理负载高精度地检测da转换电路5的低位的故障。
[0092]
另外，在故障判定装置20中，在计算第二数字值所示的离散信号中包含的规定频率的信号强度时，对第二数字值所示的离散数据不乘以三角函数而是乘以取-1、0、 1这3个值的周期2π的规定的周期函数e，来强调上述规定频率下的信号强度。因此，在故障判定装置20中，能够更高精度地检测da转换电路5的低位的故障。
[0093]
接下来，对故障判定装置20中的故障判定处理的动作进行说明。图5是表示故障判定处理的一例的流程图。图5所示的处理在输出部24检测到设置有空燃比传感器2的内燃机停止了规定时间以上时开始。
[0094]
当开始处理时，故障判定装置20在进行了低位判定处理之后(s100)进行高位判定处理(s102)，并结束处理，在低位判定处理中对da转换电路5中的输入数字数据的低位的2位进行故障判定，在高位判定处理中对高位的10位进行故障判定。在此，当在故障判定处理结束之前的期间内启动了上述内燃机时，故障判定装置20在该时间点结束故障判定处理。
[0095]
图6是表示图5所示的低位判定处理(s100)的步骤的流程图。
[0096]
当开始处理时，输出部24首先将低位判定处理的开始的通知通知给取得部25以及诊断部26，然后，将作为向da转换电路5输入的输入数字数据的第一数字值复位为0(s200)。接着，取得部25开始取得与da转换电路5输出的监视电流im和第一数字值所示的目标电流it之间的差分对应的第二数字值(s202)。之后，取得部25以第二时间间隔取得第二数字值。取得部25将所取得的第二数字值按照时间序列顺序存储在存储器22中。
[0097]
接着，输出部24开始第一数字值的递增(s204)。之后，输出部24以第一时间间隔使第一数字值递增。接着，输出部24判断递增的次数是否为规定次数以上(s206)。然后，在递
增次数小于规定次数时(s206，否)，输出部24重复步骤s206。另一方面，在递增次数为规定次数以上时(s206，是)，诊断部26计算由取得部25存储在存储器22中的第二数字值所示的离散信号中包含的规定频率的交流成分的信号强度(s208)。在本实施方式中，规定频率是与位0故障对应的第一频率f1＝1/(δt1
×
21)hz、以及与位1故障对应的第二频率f2＝1/(δt1
×22
)hz。另外，信号强度的计算例如使用上述的式(3)来执行。
[0098]
接着，诊断部26判断第一频率f1的交流成分的信号强度是否为规定的阈值以上(s210)。然后，在第一频率f1的交流成分的信号强度为规定的阈值以上时(s210，是)，诊断部26判断为在da转换电路5中发生了位0故障(s212)。另一方面，在第一频率f1的交流成分的信号强度小于规定的阈值时(s210，否)，诊断部26判断为在da转换电路5中未发生位0故障(s214)。
[0099]
接着，诊断部26判断第二频率f2的交流成分的信号强度是否为规定的阈值以上(s216)。然后，在第二频率f2的交流成分的信号强度为规定的阈值以上时(s216，是)，诊断部26判断为在da转换电路5中发生了位1故障(s218)。另一方面，在第二频率f2的交流成分的信号强度小于规定的阈值时(s216，否)，诊断部26判断为在da转换电路5中未发生位1故障(s220)。然后，诊断部26结束低位判定处理。
[0100]
图7是表示图5所示的高位判定处理(s102)的步骤的流程图。诊断部26在低位判定处理结束时，将高位判定处理的开始的通知发送到输出部24以及取得部25。由此，高位判定处理开始。
[0101]
当高位判定处理开始时，首先，输出部24将作为2进制值的第一数字值的高位的10位(即，位2至位11)中的未进行位故障的判定的仅任意一位设置为1(s300)。输出部24在将第一数字值的高位的10位中的一个设置为1时，将第一数字值发送到取得部25以及诊断部26。
[0102]
接着，取得部25根据接收到第一数字值的情况，例如基于第二ad转换电路8的输出，取得与da转换电路5输出的监视电流im和第一数字值所示的目标电流it的差对应的第二数字值(s302)。接着，诊断部26判断取得部25所取得的第二数字值是否为根据从输出部24接收到的第一数字值而规定的规定阈值以上(s304)。
[0103]
然后，在上述第二数字值为上述阈值以上时(s304，是)，诊断部26判断为在da转换电路5中发生了与上述设置为1的位有关的位故障(s306)。另一方面，在上述第二数字值小于上述阈值时(s304，否)，诊断部26判断为在da转换电路5中未发生与上述设置为1的位有关的位故障(s308)。
[0104]
接着，诊断部26判断是否对第一数字值的高位的10位全部判定了位故障的有无(s310)。并且，在对第一数字值的高位的10位全部判定了位故障的有无时(s310，是)，诊断部26结束高位判定处理。另一方面，在还未对第一数字值的高位的10位中的任意位判定位故障的有无时(s310，否)，诊断部26返回到步骤s300而反复进行处理。
[0105]
[其他实施方式]
[0106]
作为故障判定的对象的da转换电路5的输入数字数据的位长在上述的实施方式中设为12位，但也可以是12以外的任意的位长。
[0107]
另外，低位判定处理在上述的实施方式中，判定da转换电路5中的作为输入数字数据的第一数字值的低位的2位(位0和位1)的位故障，但也可以进行1位或超过2位的低位的
故障判定。
[0108]
另外，将监视电流im转换为监视电压vm的电阻7b在上述的实施方式中具有固定的电阻值，但也可以根据提供给da转换电路5的第一数字值的大小来调整电阻7b。这样的电阻值的调整能够通过将电阻7b设为可变电阻、或者切换使用电阻值不同的多个电阻7b来进行。
[0109]
另外，也可以在da转换电路5的输出线上设置开关，对将从da转换电路5输出的电流作为ip电流而向空燃比传感器2的ip单元2c通电、还是作为监视电流im而向电阻7b通电进行切换。
[0110]
另外，第一时间间隔在上述实施方式中为40ms，但也可以设为其他任意的时间间隔。第一时间间隔越短，与低位的各个位故障对应的频率越高，与各位故障对应的频率的分离间隔越宽。因此，从故障位的分离识别的观点出发，优选第一时间间隔更短。
[0111]
在上述的实施方式中，控制装置1包括控制器10和故障判定装置20，但也可以在控制器10中实现故障判定装置20的功能。在该情况下，例如，在控制器10所具备的处理器(未图示)中，能够实现在本实施方式中处理器21所具备的功能要素。
[0112]
另外，基准电位生成电路3、第一ad转换电路4、da转换电路5、电阻7a及7b、以及第二ad转换电路8的一部分或全部也可以包含在控制装置1中。
[0113]
或者，故障判定装置20也可以作为与控制装置1不同的装置来实现。
[0114]
在本实施方式中，被故障判定装置20判定故障的da转换电路5输出对空燃比传感器2的ip单元2c通电的ip电流，但不限于此。本公开所示的故障判定装置20的结构在以任意目的使用的电流输出型或电压输出型的任意da转换电路的故障判定中也能够同样地使用。
[0115]
[由上述实施方式支持的结构]
[0116]
上述的实施方式(及其变形例)支持以下的结构。
[0117]
(结构1)一种故障判定装置，具备：输出部，其向da转换电路输入第一数字值而使所述da转换电路生成模拟电输出；取得部，其取得与如下差分对应的第二数字值，该差分是所述da转换电路的所述模拟电输出与所述第一数字值所示的目标模拟电输出之间的差分；以及诊断部，其基于所述第二数字值来诊断所述da转换电路的故障，所述输出部以第一时间间隔使所述第一数字值递增并将其输入到所述da转换电路，所述取得部以比所述第一时间间隔短的第二时间间隔取得所述第二数字值，所述诊断部基于如下离散信号所包含的规定频率的交流成分的信号强度，判定所述da转换电路的故障的有无，该离散信号是以所述第二时间间隔取得的所述第二数字值。
[0118]
根据结构1的故障判定装置，由于根据与da转换电路的模拟电输出和目标模拟电输出的差分对应的第二数字值所示的离散信号的、规定频率的交流成分的信号强度，判定da转换电路的故障，因此能够高精度地检测该故障。
[0119]
(结构2)根据结构1所述的故障判定装置，其中，所述取得部以所述第二时间间隔对所述da转换电路的所述模拟电输出进行采样而作为第三数字值进行取得，根据所述第一数字值与所述第三数字值之差，计算并取得所述第二数字值。
[0120]
根据结构2的故障判定装置，能够容易地取得与da转换电路的模拟电输出和目标模拟电输出的差分对应的第二数字值。
[0121]
(结构3)根据结构1所述的故障判定装置，其中，所述诊断部通过对所述离散信号
乘以规定的周期函数来计算所述规定频率的交流成分被强调后的信号强度，所述周期函数是反复在1个周期内依次取-1、0、 1这3个值的函数。
[0122]
根据结构3的故障判定装置，能够强调第二数字值所示的离散信号中的规定频率的交流成分的信号强度，从而更高精度地检测da转换电路的故障。
[0123]
(结构4)根据结构1至3中的任意一项所述的故障判定装置，其中，所述规定频率是与对所述第一时间间隔乘以2的乘方而得到的周期对应的至少一个频率。
[0124]
根据结构4的故障判定装置，使用根据如下第一时间间隔而规定的频率，根据第二数字值所示的离散信号中的上述频率的信号强度，能够容易地判断与da转换电路中的特定的位有关的位故障的有无，向da转换电路的第一数字值按照上述第一时间间隔而递增。
[0125]
(结构5)根据结构4所述的故障判定装置，其中，所述规定频率是与对所述第一时间间隔乘以2而得到的周期对应的频率，所述诊断部对与所述da转换电路中的输入数字数据的最低位有关的动作故障的有无进行判断。
[0126]
根据结构5的故障判定装置，能够容易地判定与da转换电路中的最低位有关的位故障。
[0127]
(结构6)根据结构4或5所述的故障判定装置，其中，所述规定频率是与对所述第一时间间隔乘以4而得到的周期对应的频率，所述诊断部对与所述da转换电路中的输入数字数据的比最低位高一位的位有关的动作故障的有无进行判断。
[0128]
根据结构6的故障判定装置，能够容易地判定与da转换电路中的比最低位高一位的位有关的位故障。
[0129]
(结构7)根据结构1至6中的任意一项所述的故障判定装置，其中，所述输出部针对作为2进制值的所述第一数字值的除了规定数量的低位以外的高位，依次将所述高位中的仅任意一位设置为1，所述取得部在所述输出部将所述高位中的仅任意一位设置为1时取得所述第二数字值，当取得部所取得的第二数字值为根据所述第一数字值规定的规定阈值以上时，所述诊断部判断在所述da转换电路中发生了与被设置为1的所述位有关的动作故障。
[0130]
根据结构7的故障判定装置，能够使用分别适于da转换电路的低位的位故障和高位的位故障的判定基准对这些位故障高精度地进行判定。
[0131]
(结构8)根据结构1至7中任一项所述的故障判定装置，其中，所述da转换电路是用于生成向空燃比传感器的泵单元通电的泵电流的电路。
[0132]
根据结构8的故障判定装置，能够高精度地检测使用了空燃比传感器的空燃比检测电路中的da转换电路的故障。
[0133]
(结构9)一种控制装置，具备结构1至8中任一项所述的故障判定装置。
[0134]
根据结构9的控制装置，在使用了da转换电路的控制装置中，能够高精度地检测该da转换电路的故障。
[0135]
(结构10)一种故障判定方法，其是da转换电路的故障判定装置的计算机所执行的da转换电路的故障判定方法，其中，所述故障判定方法包括如下步骤：向所述da转换电路输入第一数字值而使所述da转换电路生成模拟电输出；取得与如下差分对应的第二数字值，该差分是所述da转换电路的所述模拟电输出与所述第一数字值所示的目标模拟电输出之间的差分；以及基于所述第二数字值来诊断所述da转换电路的故障，在进行所述生成的步骤中，以第一时间间隔使所述第一数字值递增并将其输入到所述da转换电路，在进行所述
取得的步骤中，以比所述第一时间间隔短的第二时间间隔取得所述第二数字值，在进行所述诊断的步骤中，基于如下离散信号所包含的规定频率的交流成分的信号强度，判定所述da转换电路的故障的有无，该离散信号是以所述第二时间间隔取得的所述第二数字值。
[0136]
根据结构10的da转换电路的故障判定方法，根据与da转换电路的模拟电输出和目标模拟电输出的差分对应的第二数字值所示的离散信号的、规定频率的交流成分的信号强度，判定da转换电路的故障，因此能够高精度地检测该故障。