JP2022006515A - 車載制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造をもって、グランド断線を確実に検知することができる車載制御装置を提供する。【解決手段】車載制御装置１００は、ソレノイド２１０を駆動するとともにソレノイド２１０に流れる電流を検出するための電流検出抵抗１４２を有するソレノイド駆動回路１４０と、ソレノイド駆動回路１４０を制御するＣＰＵ１３０と、ＣＰＵ１３０に供給される電源を生成する電源回路１２０と、車載制御装置１００のグランド１８１を電源回路１２０によって生成される電源電圧にプルアップするプルアップ抵抗１９０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される車載制御装置に関する。

車両に搭載される車載制御装置の一例として、車載電気負荷の一部であるソレノイドを駆動するソレノイド駆動回路を備えるものが知られている。このような車載制御装置では、ソレノイド駆動回路の構成によって、車載制御装置のグランドが何らかの原因で断線した場合であっても、車載制御装置が停止せずに動作し続ける問題が生じている。

このような問題を解決するために、例えば下記特許文献１に記載された技術を用いることが検討されている。すなわち、グランド電流をモニタする機能を有する半導体素子をソレノイド駆動回路に利用し、該半導体素子のグランド側に流れる電流を常時モニタする。そして、グランドが断線してグランド側に流れる電流が無くなった場合、断線と判断されて信号の出力が停止される。

特開平３－１６６８１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、ソレノイドを駆動するためのドライバ素子にグランド断線を検知する機能を一体化した専用の半導体素子を使う必要があるので、部品の選択肢が非常に少なくなり、ソレノイドを駆動するために最適な電流定格を持つドライバ素子を選定できない問題が新たに発生する。加えて、専用の半導体素子を使うことにより、車載制御装置の構造が複雑になる問題も新たに生じる。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、簡単な構造をもって、グランド断線を確実に検知することができる車載制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車載制御装置は、ソレノイドを駆動するとともに、前記ソレノイドに流れる電流を検出するための電流検出抵抗を有するソレノイド駆動回路と、前記ソレノイド駆動回路を制御する制御部と、前記制御部に供給される電源を生成する電源回路と、前記車載制御装置のグランドを前記電源回路によって生成される電源電圧にプルアップするプルアップ抵抗と、を備えることを特徴としている。

本発明に係る車載制御装置では、車載制御装置のグランドを電源回路によって生成される電源電圧にプルアップするプルアップ抵抗を備えるので、グランドが断線した際にソレノイド駆動回路の電流検出抵抗にプルアップ抵抗を経由した電流を重畳させることが可能になる。従って、グランドが断線する前後における該電流検出抵抗に流れる電流の変化に基づいて、グランド断線を確実に検知することができる。しかも、プルアップ抵抗を増設するだけで実現できるので、構造が簡単である。その結果、簡単な構造をもって車載制御装置のグランド断線を確実に検知することが可能になる。

本発明によれば、簡単な構造をもって、車載制御装置のグランド断線を確実に検知することができる。

実施形態に係る車載制御装置の内部構成図である。 実施形態に係る車載制御装置においてグランド断線時の電流の流れを示す内部構成図である。 従来の車載制御装置の問題点を説明するための内部構成図である。

以下、図面を参照して本発明に係る車載制御装置の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。また、以下の実施形態においてソレノイド及びソレノイド駆動回路をそれぞれ２つ備える例を挙げて説明するが、本発明はソレノイド及びソレノイド駆動回路をそれぞれ１つ、あるいは３つ以上の例にも適用される。

図１は実施形態に係る車載制御装置の内部構成図である。図１に示すように、本実施形態の車載制御装置１００は、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であって、複数のソレノイド（ここでは、ソレノイド２１０，２２０）を駆動するソレノイド駆動回路１４０，１５０と、ソレノイド駆動回路１４０，１５０を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１３０と、車載制御装置１００の内部に電源を供給する電源回路１２０とを備えている。

電源回路１２０は、後述するコネクタ１１０及びイグニッションスイッチ３００を介し、バッテリー４００の正極側と接続されおり、ＣＰＵ１３０等への供給電源を生成する。

ＣＰＵ１３０は、特許請求の範囲に記載された「制御部」に相当するものであり、様々な入力条件を基に演算したり判断したりすることでソレノイド駆動回路１４０，１５０に対して最適な制御を行う。例えば、ＣＰＵ１３０は、演算した電流値をソレノイド２１０に流すようにソレノイド駆動回路１４０を制御する。また、ＣＰＵ１３０はＡＤ変換機能を有し、その内部にはＡＤポート１３１が設けられている。

また、ＣＰＵ１３０は、電源回路１２０の動作も制御する。例えば、ＣＰＵ１３０は、電源回路１２０の作動及び停止等を制御する。更に、ＣＰＵ１３０は、イグニッションスイッチ３００の開閉動作も制御する。

ソレノイド駆動回路１４０とソレノイド駆動回路１５０とは、同じ構造を有するため、ここではソレノイド駆動回路１４０のみを説明する。ソレノイド駆動回路１４０は、ソレノイド２１０を駆動するドライバ素子１４１と、ソレノイド２１０に流れる電流を検出する電流検出抵抗（すなわち、シャント抵抗）１４２と、電流検出抵抗１４２の両端の電位差を増幅して出力する演算増幅器１４３と、ソレノイド２１０に流れた電流を還流するダイオード１４４とを有する。

車載制御装置１００は、該車載制御装置１００の外部と接続するためのコネクタ１１０、１６０、１７０、１８０を備えている。コネクタ１１０は、電源端子の役割を有するものであって、車載制御装置１００の電源を入り切りするイグニッションスイッチ３００を介してバッテリー４００の正極側と接続されている。コネクタ１８０は、グランド端子の役割を有するものであって、車載制御装置１００のグランド（ＧＮＤ）１８１と接続されている。コネクタ１６０及びコネクタ１７０は、それぞれ出力端子の役割を有するものである。コネクタ１６０はソレノイド２１０、コネクタ１７０はソレノイド２２０とそれぞれ接続されている。

ソレノイド２１０及びソレノイド２２０は、例えばそれぞれリニアソレノイドからなり、図示しない油圧回路を駆動する。ソレノイド２１０及びソレノイド２２０は、導電性のある金属筐体を有するトランスミッション２００に配置されている。そして、ソレノイド２１０のグランド２３０、ソレノイド２２０のグランド２４０、車載制御装置１００のグランド１８１、及びバッテリー４００のグランド４１０は、トランスミッション２００の金属筐体とそれぞれ接続されている。

ここで、本発明をより理解し易くするため、図３を基に従来の車載制御装置の問題点、すなわちグランド１８１が断線してもＣＰＵ１３０が停止せずに動作し続けることを説明する。

図３に示すように、従来の車載制御装置１００Ａにおいて、該車載制御装置１００Ａのグランド１８１が何らかの原因で断線したとき（以下、「グランド１８１の断線時」といい、図３中の×印は断線箇所を示す）、電源回路１２０のグランド電流とＣＰＵ１３０のグランド電流とは、グランド電流経路３０１、３０２、３０３、３０４、３０５に沿って流れ、更にコネクタ１６０を介してグランド電流経路３０６に沿ってトランスミッション２００の金属筐体に流れる。そして、トランスミッション２００の金属筐体において、そのグランド電流は、更にグランド電流経路３０７、３０８に沿ってバッテリー４００のグランド４１０を介し、バッテリー４００の負極に到達する。すなわち、グランド１８１の断線時において、グランド電流経路３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８が形成されることになる。

このようにグランド電流経路が形成された結果、車載制御装置１００のグランド１８１が断線しても、ＣＰＵ１３０は動作し続ける状態に置かれているので、停止しない問題が生じる。その結果、グランド１８１が断線したにもかかわらず、グランド断線を検知できない状態になってしまう。

このような従来の問題を解決するために、本実施形態に係る車載制御装置１００は、グランド１８１を電源回路１２０によって生成される電源電圧にプルアップするプルアップ抵抗１９０を更に備えている。より具体的には、図１に示すように、電源回路１２０によって生成される電源電圧Ｖｃｃとグランド端子としてのコネクタ１８０との間には、プルアップ抵抗１９０が接続されている。

このようにプルアップ抵抗１９０を備える車載制御装置１００では、グランド１８１がトランスミッション２００と正常に接続されているとき（以下、「グランド１８１の正常時」という）、電源回路１２０によって生成される電源電圧Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）から、プルアップ抵抗１９０を介してグランド１８１にグランド電流経路４０１、４０２、４０３に沿って電流が流れる（図１参照）。

このとき、ソレノイド駆動回路１４０は、ＣＰＵ１３０で演算された電流値をソレノイド２１０に流すように制御されている。具体的には、ドライバ素子１４１から流れる電流は、電流検出抵抗１４２で電圧に変換され、演算増幅器１４３で信号が増幅され、ＣＰＵ１３０のＡＤポート１３１に入力される。そして、ＣＰＵ１３０は、予め設定された目標電流値とＡＤポート１３１に入力された電流値とを比較し、ＡＤポート１３１に入力された電流値が目標電流値と一致するように演算されたパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号でソレノイド駆動回路１４０をフィードバック制御する。

すなわち、グランド１８１の正常時では、プルアップ抵抗１９０を介して流れる車載制御装置１００のグランド電流は、ソレノイド駆動回路１４０の制御になんらの影響を与えない。

以下、図２を参照し、本実施形態の車載制御装置１００において、従来と同様にグランド１８１が何らかの原因によって断線した場合（すなわち、グランド１８１の断線時）の状況を説明する。

図２に示すように、グランド１８１の断線時（図２中の×印は断線箇所を示す）、電源回路１２０によって生成される電源電圧Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）から、プルアップ抵抗１９０を介してグランド電流経路５０１、５０２、５０３、５０４、５０５のように電流が流れる。

このとき、ＣＰＵ１３０は、グランド１８１の正常時と同じようにソレノイド駆動回路１４０を制御するが、予め設定された目標電流値と一致するようにフィードバック制御しようとしても、グランド１８１の断線時のグランド電流が電流検出抵抗１４２に重畳されるため、正しいフィードバック制御が行えなくなる。

具体的には、ＣＰＵ１３０は、目標電流値となるように演算したＰＷＭ信号で、ソレノイド駆動回路１４０を制御するように電流を流そうとする。しかし、電流検出抵抗１４２には、グランド１８１の断線時のグランド電流が重畳されるので、ソレノイド駆動回路１４０で目標電流値よりも大きな電流が流れる。その結果、ＣＰＵ１３０は、ソレノイド駆動回路１４０の演算増幅器１４３で検出した電流が目標電流値より多く流れていると認識し、電流をより少なく流すようにソレノイド駆動回路１４０をフィードバック制御する。

そこで、ＣＰＵ１３０は、グランド１８１の正常時において、ソレノイド駆動回路１４０の目標電流値(例えば２００ｍＡ)に対応するＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を正常値と定義する。

また、ＣＰＵ１３０は、グランド１８１の断線時において、電源回路１２０によって生成される電源電圧Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）からプルアップ抵抗１９０を介して電流検出抵抗１４２に流れる電流を所定値（例えば２０ｍＡ）と設定する。

このため、グランド１８１が断線した場合、ＣＰＵ１３０が上記目標電流値（すなわち、２００ｍＡ）に対応するＰＷＭ信号をソレノイド駆動回路１４０に指示しても、実際に電流検出抵抗１４２には、目標電流値である２００ｍＡとグランド１８１の断線時に流れる電流２０ｍＡとの和、すなわち２００ｍＡ＋２０ｍＡ＝２２０ｍＡの電流が流れる。このように２２０ｍＡの電流が電流検出抵抗１４２に流れるので、ＣＰＵ１３０は、目標電流値である２００ｍＡを流すために必要なＰＷＭ信号のＤｕｔｕ比を小さく(例えば１０％程度小さく)し、ソレノイド駆動回路１４０へのフィードバック制御を行う。

これによって、グランド１８１の正常時とグランド１８１の断線時とで、同じ目標電流を制御するためのＤｕｔｙ比に差異が発生することになる。そして、ＣＰＵ１３０は、グランド１８１の正常時及び断線時のＤｕｔｙ比を比較することにより、Ｄｕｔｙ比に差異があるか否かを把握することができる。そして、差異があった場合、ＣＰＵ１３０はグランド１８１が断線したと判断する。このようにすれば、グランド断線を確実に検知することができる。

以上のような構成を有する車載制御装置１００では、車載制御装置１００のグランド１８１を電源回路１２０によって生成される電源電圧にプルアップするプルアップ抵抗１９０を備えるので、グランド１８１の断線時にソレノイド駆動回路１４０の電流検出抵抗１４２にプルアップ抵抗１９０を経由した電流を重畳させ、グランド１８１の正常時と断線時のＰＷＭ信号のＤｕｔｕ比の差異に基づいてグランド断線を確実に検知することができる。しかも、従来の車載制御装置１００に対しプルアップ抵抗１９０を増設するだけで実現できるので、構造が簡単である。その結果、簡単な構造をもってグランド断線を確実に検知することが可能になる。

また、プルアップ抵抗１９０を介し車載制御装置１００のグランド１８１を電源回路１２０によって生成される電源電圧にプルアップするため、例えばバッテリー４００の電圧にプルアップする場合と比べて、重畳された電流のばらつきが少なく、すなわち重畳電流が安定するので、グランド断線の検知が容易になる。

なお、本実施形態において、ＣＰＵ１３０は、グランド１８１が断線したと判断した場合（言い換えれば、グランド断線を検知した場合）、ソレノイド駆動回路１４０を停止することが好ましい。具体的には、ＣＰＵ１３０は、ソレノイド駆動回路１４０に停止信号を送信したり、あるいはＣＰＵ１３０からソレノイド駆動回路１４０への送信を止めたりすることで、ソレノイド駆動回路１４０を停止する。このようにすれば、車載制御装置１００の他の機能を生かしつつ、システムの安全性を確保することができる。そして、ソレノイド駆動回路１４０を停止する際に、グランド断線を検知するとすぐにソレノイド駆動回路１４０の停止を行わずに、例えば数秒間遅延してからその停止を行うのがより好ましい。このようにすれば、システムにとって最適な異常時処理を確保することが可能になる。

また、本実施形態において、ＣＰＵ１３０は、グランド１８１が断線したと判断した場合（言い換えれば、グランド断線を検知した場合）、電源回路１２０を停止することが好ましい。このようにすれば、車載制御装置１００の機能を完全に停止させることができるので、システムの安全性を確保することができる。そして、電源回路１２０を停止する際に、グランド断線を検知するとすぐに電源回路１２０の停止を行わずに、例えば数秒間遅延してからその停止を行うのがより好ましい。このようにすれば、システムにとって最適な異常時処理を確保することが可能になる。

更に、本実施形態において、ＣＰＵ１３０は、グランド１８１が断線したと判断した場合（言い換えれば、グランド断線を検知した場合）、イグニッションスイッチ３００を開としても良い。このようにすれば、車載制御装置１００の機能を完全に停止させることができるので、システムの安全性を確保することができる。なお、イグニッションスイッチ３００を開とする際に、グランド断線を検知するとすぐにそれを行わずに、例えば数秒間遅延してからイグニッションスイッチ３００を開とするのがより好ましい。このようにすれば、システムにとって最適な異常時処理を確保することが可能になる。

また、本実施形態において、グランド断線を検知するために、ソレノイド駆動回路１４０の制御信号であるＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を用いることについて述べたが、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比は、バッテリー４００等の電源電圧、車載制御装置１００の周囲温度、制御対象であるソレノイド２１０のインピーダンスなどに影響されるため、例えばこれらのパラメータを車載制御装置１００に取り込み、より緻密な制御することで、車載制御装置１００のグランド断線を検知する性能を向上できることはいうまでもない。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１００，１００Ａ 車載制御装置
１１０，１６０，１７０，１８０ コネクタ
１２０ 電源回路
１３０ ＣＰＵ
１３１ ＡＤポート
１４０，１５０ ソレノイド駆動回路
１４１ ドライバ素子
１４２ 電流検出抵抗
１４３ 演算増幅器
１４４ ダイオード
１８１，２３０，２４０，４１０ グランド
１９０ プルアップ抵抗
２００ トランスミッション
２１０，２２０ ソレノイド
３００ イグニッションスイッチ
３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８ グランド電流経路
４００ バッテリー
４０１，４０２，４０３ グランド電流経路
５０１，５０２，５０３，５０４，５０５ グランド電流経路

Claims (5)

1. 車両に搭載される車載制御装置であって、
   ソレノイドを駆動するとともに、前記ソレノイドに流れる電流を検出するための電流検出抵抗を有するソレノイド駆動回路と、
   前記ソレノイド駆動回路を制御する制御部と、
   前記制御部に供給される電源を生成する電源回路と、
   前記車載制御装置のグランドを前記電源回路によって生成される電源電圧にプルアップするプルアップ抵抗と、
   を備えることを特徴とする車載制御装置。
2. 前記プルアップ抵抗は、前記車載制御装置のグランドが正常に接続されている場合に前記プルアップ抵抗を流れる電流が前記電流検出抵抗に流れず、前記車載制御装置のグランドが断線した場合に前記プルアップ抵抗を流れる電流が前記電流検出抵抗に流れるように、設けられている請求項１に記載の車載制御装置。
3. 前記制御部は、前記車載制御装置のグランドが正常に接続されている場合における前記ソレノイド駆動回路のパルス幅変調信号のＤｕｔｙ比と、前記車載制御装置のグランドが断線した場合における前記ソレノイド駆動回路のパルス幅変調信号のＤｕｔｙ比との間に差異があった場合、前記車載制御装置のグランドが断線したと判断する請求項１又は２に記載の車載制御装置。
4. 前記制御部は、前記車載制御装置のグランドが断線したと判断した場合、前記ソレノイド駆動回路を停止する請求項３に記載の車載制御装置。
5. 前記制御部は前記電源回路を更に制御し、
   前記制御部は、前記車載制御装置のグランドが断線したと判断した場合、前記電源回路を停止する請求項３に記載の車載制御装置。
   

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