JP2005297818A - 照明制御装置及び故障検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ランプ9,10と電源間を開閉するリレー22と、このリレーを手動点灯のために駆動制御する車内CANに接続されたCPU27と、ランプの駆動側端子の電圧を積分する積分回路26とを、メイン制御ユニット20に設け、ランプ9,10と電源間を開閉するFET31と、このFETを前記自動点灯のために駆動制御するCPU33と、ランプの駆動側端子を車両のイグニションスイッチ接点2を介して電源に接続するランプよりも十分抵抗値の大きな電源接続用抵抗35とを、DRL用制御ユニット30に設け、CPU27において、積分回路の出力電圧に基づいて各故障を判定する。
【選択図】 図1
Description
また、特許文献2及び3には、車両におけるランプの断線検出に関する技術が開示されている。
また、DRLスイッチング素子がオンのままとなる故障が起こると、ランプは点灯するものの、通常の出力で発光し続けることになり、対向車の安全確保や電力消費等の面で問題がある。
なお、通常の照明の点灯はユーザの操作(或いは暗くなると自動点灯させる機能)によって夜間の走行時に行われるため、故障検出機能が無くても、ユーザ自身が故障(照明が点灯していないこと、或いは点灯したままになっていること)に気付く可能性が高い。しかし、昼間に点灯することを目的とする前述のDRL自動点灯機能の場合には、周囲が明るいので、長時間ユーザが故障に気付かない可能性が高く、故障検出の必要性が強い。
即ち、ヘッドライトなどの制御ユニットは、ヘッドライトと制御ユニット間の配線の容易化等のために、通常エンジンルームに配置される。しかし、DRLのためにスイッチング素子がPWM駆動される場合、このスイッチング素子の過熱を回避することが、運転中高温になるエンジンルーム内では困難になるという問題がある。そこで、制御ユニット全体をエンジンルーム外(具体的には車室内)に配置することが考えられるが、車室内の空きスペースの関係で制御ユニット全体を車室内に配置できない場合がある。またこの場合、DRL自動点灯機能が有る車種と、DRL自動点灯機能が無い車種で、制御ユニット全体の配置が全く異なることになり、車種対応が困難になる。
また、ヘッドライトの駆動制御用(単純なオンオフ制御)のスイッチング素子としては、電磁リレーが通常用いられる場合が多い。この場合、DRL自動点灯機能がない車種では、スイッチング素子として電磁リレーを備える制御ユニットとなり、DRL自動点灯機能がある車種では、スイッチング素子としてPWM駆動が可能なFETなどの半導体素子を備える制御ユニットとなる。この結果、車種によって制御ユニットが全く異なることになり、車種対応がやはり困難になる。
前記ランプと電源間を開閉するDRL用スイッチング素子と、
このDRL用スイッチング素子を少なくとも前記自動点灯のために駆動制御するDRL用制御手段と、
前記ランプの駆動側端子の電圧を積分する積分回路と、
前記DRL用スイッチング素子が前記自動点灯のために駆動されている状態(即ち、PWM駆動されている状態)における前記積分回路の出力電圧に基づいて、前記DRL用スイッチング素子のオン故障及びオフ故障を判定するスイッチ故障判定手段とを備えたことを特徴とする。
ここで、「ランプと電源間を開閉する」における「電源」とは、ランプがハイサイド駆動の場合には電源の高電位側、ランプがローサイド駆動の場合には電源の低電位側を意味する。また、「DRL用スイッチング素子」は、DRL用の前記自動点灯のための専用のスイッチング素子でもよいが、通常点灯時の駆動制御用として兼用されるものであってもよい。また、「ランプの駆動側端子」とは、DRL用スイッチング素子が設けられた側の端子を意味する。
何故なら、例えば図2に示すように、上記故障の無い正常時、上記DRL作動状態では、ランプの駆動側端子電圧(積分回路の入力電圧Vin)はパルス状(矩形波状)の波形となり、これを積分した積分回路の出力電圧Voutは鋸歯状の波形になる。ところが、上記DRL故障が起きている故障時では、上記DRL作動状態でも、積分回路の出力電圧は、例えば図2の右側に示すように、高電位又は低電位の何れか一方のままとなる。このため、後述する形態例のように、例えば周期的に積分回路の出力電圧を監視(サンプリング)し、高電位又は低電位が所定割合以上検出されたときに故障であると判定するようにすれば、上記DRL故障が的確に判定できる。
したがって、本願の照明制御装置によれば、スイッチ故障判定手段を、DRL用制御手段とは別個の制御手段により実現することが可能となり、制御ユニットを例えば後述するようにに二つに分けることが容易になる。
前記メインスイッチング素子を前記ランプの通常点灯のために駆動制御するメイン制御手段を、前記DRL用制御手段とは別個に備え、
前記メインスイッチング素子、メイン制御手段、及び積分回路が、メイン制御ユニットに設けられ、
前記DRL用スイッチング素子、及びDRL用制御手段が、前記メイン制御ユニットとは別個のDRL用制御ユニットに設けられ、
前記スイッチ故障判定手段が前記メイン制御手段により構成されているものである。
ここで「通常点灯」とは、手動操作による点灯(手動点灯)などの、DRL用のランプの点灯(低出力でのランプの駆動)ではないランプの点灯を意味し、場合によっては、暗くなるとランプを自動点灯させるような機能によるランプの点灯も含まれる。
なおこの場合、PWM駆動を行う制御手段(DRL用制御手段)と、上記DRL故障の判定処理を行う制御手段(メイン制御手段)とが別個のものであり、DRL故障の判定処理を行うメイン制御手段では、PWM駆動のオンオフタイミングが正確に把握できないが、前述したように積分回路の出力電圧で故障判定を行うため、既述したように同期をとらなくてもDRL故障が十分検出可能である。
この電源接続ライン上に設けられて前記ランプよりも十分抵抗値の大きな電源接続用抵抗と、
前記イグニションスイッチ接点がオンであり、かつ、前記ランプが駆動されていない状態における、前記ランプの駆動側端子の電圧又は前記積分回路の出力電圧に基づいて前記ランプの断線故障を判定するランプ故障判定手段とを備えたものである。
ここで、「電源接続用抵抗」は、イグニションスイッチオン時に、ランプが点灯せず、消費電力の点でも問題とならない程度の微弱な電流をランプに流すための抵抗を意味する。また、「ランプが駆動されていない状態」には、PWM駆動時のオフ期間の状態は含まれない。
なお、積分回路の出力電圧は、このランプの断線故障の判定については、上記駆動側端子の電圧(即ち、積分回路の入力電圧)と等価であるため、何れの電圧を使用してこの断線故障判定を行ってもよい。但し、積分回路の出力電圧を使用するようにすれば、前述のDRL故障とこの断線故障とで、監視電圧が同じになるので、制御手段へのこれら電圧入力部が共通化できる利点がある。
即ち、負荷と電源間に接続されてPWM駆動されるスイッチング素子を備えたシステムにおいて、前記スイッチング素子のオン故障及びオフ故障を検出する故障検出装置であって、
前記負荷の駆動側端子の電圧を積分する積分回路と、
前記DRL用スイッチング素子がPWM駆動されている状態における前記積分回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオン故障及びオフ故障を判定するスイッチ故障判定手段とを備えたものである。
ここで、「システム」は、車載システムに限定されない。また、負荷は、車両のランプに限定されず、あらゆる電気機器があり得る。
この故障検出装置でも、前述の照明制御装置と同様に、スイッチ故障判定手段を構成する制御手段においてPWM駆動のオンオフタイミングが認識できなくても、スイッチング素子のオン故障又はオフ故障が的確に検出できる。
図1は、本例の照明制御装置を示す回路図である。図2は、DRL故障の判定処理を説明するためのタイミングチャートである。図3は、ランプ断線故障の判定処理を説明するためのタイミングチャートである。また、図4は、積分回路の詳細等を説明するための図であり、図5は、DRL故障の判定のための各種数値の設定を説明する図であり、図6は、ランプ断線故障の判定のための各種数値の設定を説明する図である。
図1において、符号1は車両のバッテリ(電源)、符号2はイグニションスイッチ接点(IG1)、符号3は運転席に設けられるインジケータ、符号4は運転席に設けられて運転者により操作されるコンビスイッチ、符号5は運転席の足元等に設けられる車内CAN用の統合コントローラ、符号6はパーキングブレーキ作動時にオンするパーキングブレーキスイッチである。また、符号7,8は、ヘッドライトロービーム用の左右のランプであり、符号9,10は、ヘッドライトハイビーム用の左右のランプである。なお本例では、ヘッドライトハイビーム用のランプ9,10が、DRL動作時に自動点灯されるが、その他のランプ(例えばヘッドライトロービーム用のランプ、或いはDRL用の専用ランプ)がDRL動作時に自動点灯される構成でもよい。またこの場合、パーキングブレーキスイッチ6がオンすると、インジケータ3のパーキングブレーキ表示部3aが点灯する。なお図1に示すように、回路中には、逆流防止用のダイオードや、過電流防止用のフューズ等が各所に設けられているが、これらについては符号及び説明を省略する。
なお、トランジスタ23,24,25の駆動回路は図示省略している。
この積分回路26は、PWM出力の矩形状波形を図2又は図4(b),(c)に示すように鋸歯状波形に変換する特性を持つ。この鋸歯状波形は、後述するCPU27の故障判定のためのサンプリングにおいて、所定割合以上中間電位が読取られるようにするものである(詳細後述する)。例えば、CPU33によるPWM駆動の周期が9.6msecで、CPU27が積分回路26の出力電圧を監視する周期(上記サンプリングの周期)が4.8msecの場合、正常状態ならば、100回のサンプリングのうち、30回を超える回数中間電位(例えば1V〜4V)が読取られるような波形である。発明者らは、図1に示す積分回路によって、このような波形が容易に設定可能であることを、シミュレーションによって確認している。
即ち、コンビスイッチ4が操作されてヘッドライト(ランプ7,8又は9,10)の手動点灯を指令する信号をCANバス上から受信すると、トランジスタ23又は24を介してリレー21又は22を駆動し、ランプ7,8又は9,10にバッテリ電圧VBATを印加してこれを点灯させる。なお、こうしてランプ9,10(ヘッドライトハイビーム)が手動点灯している状態では、インジケータ3のハイビーム表示部3cが点灯する。
なお、上記断線故障発生と判定すると、この場合、DRL制御時(上記DRL信号がアクティブとなっている時)に、CPU27がCANバス上に上記断線故障を示す情報を送信し、インジケータ3のDRL故障表示部3bが点灯する。また、このように断線故障が検出された状態は、イグニションスイッチ接点2がオンである限り保持される。
またこの場合、上記故障発生が判定されると、CPU27がCANバス上に上記故障を示す情報を送信し、インジケータ3のDRL故障表示部3bが点灯する。
なお、上記故障判定は、オン故障かオフ故障かを区別するようにしてもよい。即ち、例えば100回サンプリング中、70回以上Hiレベルを検出した場合、FET31のオン故障が発生したと判定し、また70回以上Loレベルを検出した場合、FET31のオフ故障が発生したと判定する態様でもよい。
即ち、この照明制御装置では、DRL用スイッチング素子(FET31)がPWM駆動されている状態(即ち、DRL自動点灯機能が働いているDRL作動状態)における積分回路26の出力電圧に基づいて、DRL故障が判定される。このため、スイッチ故障判定手段を構成する制御手段(CPU27)においてPWM駆動のオンオフタイミングが認識できなくても(CPU33によるPWM駆動のオンオフタイミングとの同期がとれなくても)、DRL故障が的確に検出できる。
何故なら、例えば図2に示すように、上記故障の無い正常時、上記DRL作動状態では、ランプの駆動側端子電圧(積分回路の入力電圧Vin)はパルス状(矩形波状)の波形となり、これを積分した積分回路26の出力電圧Voutは鋸歯状の波形になる。ところが、上記DRL故障が起きている故障時では、上記DRL作動状態でも、積分回路の出力電圧は、例えば図2の右側に示すように、高電位又は低電位の何れか一方のままとなる。このため、例えば周期的に積分回路26の出力電圧を監視(サンプリング)し、高電位又は低電位が所定割合以上検出されたときに故障であると判定するようにすれば、上記DRL故障が的確に判定できる。図2の場合、後述する監視周期Tcが4.8msecであり、中間電位外(Hiレベル又はLoレベル)を検出した回数(故障と判定する回数)Ndが70回であるため、故障発生から僅か336msec(4.8msec×70)経過後にDRL故障と判定される。
したがって、本願の照明制御装置によれば、スイッチ故障判定手段を、DRL用制御手段(CPU33)とは別個の制御手段(CPU27)により実現することが可能となり、制御ユニットを既述したように二つに分けることが容易になる。
なお、積分回路26の出力電圧Voutは、立上り又は立下り時に瞬間的な遅れがあるものの、このランプの断線故障の判定については、ランプ9,10の駆動側端子の電圧(即ち、積分回路26の入力電圧Vin)と等価であるため、何れの電圧(Vin又はVout)を使用してこの断線故障判定を行ってもよい。但し、積分回路26の出力電圧を使用するようにすれば、前述のDRL故障とこの断線故障とで、監視電圧が同じになるので、制御手段(CPU27)へのこれら電圧入力部が共通化できる利点がある。
まず、図4を参照してDRL故障判定のための各数値の記号を定義する。即ち、FET31のPWM駆動の周期をT、このPWM駆動のデューティ比をDON、このPWM出力(積分回路26の入力電圧Vin)の最大値をV0、積分回路26のダイオードDi(図4(a)に示す)の電圧降下をVf、中間電位下限をVa、中間電位上限をVb、鋸歯状波形(積分回路26の出力電圧Voutの波形)の立上り時間(VaからVbまで変化する時間)をTr、鋸歯状波形の立下り時間(VbからVaまで変化する時間)をTf、電圧Voutの監視回数(サンプリング回数)をN、電圧Voutの監視周期(サンプリング周期)をTc、中間電位外(Hiレベル又はLoレベル)を検出した回数(故障と判定する回数)をNd、ツェナーダイオ−ドZDのツェナー電圧をVzとする。また、積分回路26を構成する2つの抵抗やコンデンサの値を、R1、R2、C1とする(図4(a)に示す)。
このように設定されていれば、DRL故障が起こっていると、電圧VoutをN回監視した中でNd回以上中間電位外がほぼ必ず検出される。また逆に、DRL故障が起こっていない正常時には、電圧VoutをN回監視した中で(N−Nd)回以上中間電位が必ず検出される。このため、電圧VoutをN回監視した中でNd回以上中間電位外が検出されるとDRL故障発生と判定する構成とすれば、PWM駆動のオンオフタイミングと無関係に、DRL故障を信頼性高く的確に検出することができる。
なお、図5(a)には、上記数値の具体例と説明を記した。
なお、図5(b)には、この場合の前記数値の具体例と説明を記した。
まず、図6(a)を参照してランプの断線故障判定のための各数値の記号を定義する(但し、DRL故障判定と共通なものは説明を省略する)。即ち、車両のバッテリの電源電圧をVBAT、ランプ9,10の抵抗をRb1,Rb2、しきい値電圧(故障と判定する電圧)をVth、電源接続用抵抗35の抵抗値をR0とする。
そして、ランプの断線故障判定のためには、数4に示す関係が成立するように、しきい値電圧Vthや抵抗値R0等を設定すればよい。
このように設定されていれば、ランプの断線故障が起こっていると、電圧Voutがしきい値電圧Vthより必ず大きくなる。このため、電圧Voutとして、例えば約50msec以上(即ち、10回以上)連続してしきい値以上の電圧が検出された場合、上記断線故障発生と判定する構成であれば、この断線故障を信頼性高く的確に検出することができる。
なお、図6(b)には、この場合の前記数値の具体例と説明を記した。
例えば、スイッチング素子をランプ(負荷)の低電位側に接続したローサイド駆動のタイプ(特許文献2のようなタイプ)にも、本発明は原理的に適用可能である。
また、本願の基本発明は、スイッチング素子が手動操作用とDRL用で共通の構成(特許文献1のような構成)にも適用可能である。例えば、特許文献1の装置における半導体スイッチング素子1の出力電圧(ハイビームランプの駆動側端子電圧)を積分する積分回路を設け、マイコン3とは別個のマイコンにおいてこの積分回路の出力に基づいて半導体スイッチング素子1の故障を判定するようにしてもよい。
また、図1に示した形態例において、CPU27が、暗くなるとリレー21又は22を自動的に駆動して、ヘッドランプを夜間に自動点灯させる機能を持っていてもよい。
9,10 ランプ
20 メイン制御ユニット
21,22 リレー(メインスイッチング素子)
26 積分回路
27 CPU(メイン制御手段)
30 DRL用制御ユニット
31 FET(DRL用スイッチング素子)
33 CPU(DRL用制御手段)
34 電源接続ライン
35 電源接続用抵抗
Claims (6)
- 車両において、照明用のランプをDRL実行条件成立時にPWM方式で駆動して通常点灯時よりも低出力で自動点灯させるDRL自動点灯機能を有する照明制御装置であって、
前記ランプと電源間を開閉するDRL用スイッチング素子と、
このDRL用スイッチング素子を少なくとも前記自動点灯のために駆動制御するDRL用制御手段と、
前記ランプの駆動側端子の電圧を積分する積分回路と、
前記DRL用スイッチング素子が前記自動点灯のために駆動されている状態における前記積分回路の出力電圧に基づいて、前記DRL用スイッチング素子のオン故障及びオフ故障を判定するスイッチ故障判定手段と
を備えたことを特徴とする照明制御装置。 - 前記DRL用スイッチング素子に対して並列に設けられて前記ランプと電源間を開閉するメインスイッチング素子を、前記DRL用スイッチング素子とは別個に備えるとともに、
前記メインスイッチング素子を前記ランプの通常点灯のために駆動制御するメイン制御手段を、前記DRL用制御手段とは別個に備え、
前記メインスイッチング素子、メイン制御手段、及び積分回路が、メイン制御ユニットに設けられ、
前記DRL用スイッチング素子、及びDRL用制御手段が、前記メイン制御ユニットとは別個のDRL用制御ユニットに設けられ、
前記スイッチ故障判定手段が前記メイン制御手段により構成されていることを特徴とする請求項1記載の照明制御装置。 - 前記DRL用スイッチング素子に対して並列に設けられて、前記ランプの駆動側端子を車両のイグニションスイッチ接点を介して電源に接続する電源接続ラインと、
この電源接続ライン上に設けられて前記ランプよりも十分抵抗値の大きな電源接続用抵抗と、
前記イグニションスイッチ接点がオンであり、かつ、前記ランプが駆動されていない状態における、前記ランプの駆動側端子の電圧又は前記積分回路の出力電圧に基づいて前記ランプの断線故障を判定するランプ故障判定手段と
を備えたことを特徴とする請求項1記載の照明制御装置。 - 前記DRL用スイッチング素子に対して並列に設けられて前記ランプと電源間を開閉するメインスイッチング素子を、前記DRL用スイッチング素子とは別個に備えるとともに、
前記メインスイッチング素子を前記ランプの通常点灯のために駆動制御するメイン制御手段を、前記DRL用制御手段とは別個に備え、
前記メインスイッチング素子、メイン制御手段、及び積分回路が、メイン制御ユニットに設けられ、
前記DRL用スイッチング素子、DRL用制御手段、及び電源接続用抵抗が、前記メイン制御ユニットとは別個のDRL用制御ユニットに設けられ、
前記スイッチ故障判定手段及びランプ故障判定手段が前記メイン制御手段により構成されていることを特徴とする請求項3記載の照明制御装置。 - 負荷と電源間に接続されてPWM駆動されるスイッチング素子を備えたシステムにおいて、前記スイッチング素子のオン故障及びオフ故障を検出する故障検出装置であって、
前記負荷の駆動側端子の電圧を積分する積分回路と、
前記DRL用スイッチング素子がPWM駆動されている状態における前記積分回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオン故障及びオフ故障を判定するスイッチ故障判定手段と
を備えたことを特徴とする故障検出装置 - 前記スイッチ故障判定手段は、前記積分回路の出力電圧を、PWM駆動の周期よりも十分短い周期で監視し、この電圧監視において、規定の中間電位範囲外の高電位又は低電位が検出されたこと、或いは前記高電位又は低電位が規定割合を超える割合で検出されたことに基づいて、前記スイッチング素子のオン故障又はオフ故障が発生したと判定することを特徴とする請求項5記載の故障検出装置。
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