JP5327935B2 - モーター制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両搭載装置、特に車両の乗員保護を目的とするシートベルトのモーター制御装置に関する。

従来、車両搭載装置としてモーター制御用ＥＣＵではフェールセーフ時にモーター及びその駆動回路に対する電源遮断を行う目的としてリレーを制御するものがあるが、リレー接点の故障検知方法などを考えるにあたり、電源変動などにより制御系がリセットされたときにも誤診断を起こさないために、リレー下流のコンデンサのディスチャージを行う必要がある（特開２００２−１５３０８６号公報）。

図１はこのようなディスチャージ回路の構成例であるが、コンデンサの電荷をＧＮＤ側へディスチャージするため、トランジスタによってＧＮＤへのパスを設けるような回路構成にし、ディスチャージ時にはトランジスタをＯＮさせ、リレーをＯＮする際にはトランジスタをＯＦＦし、リレーをＯＮした際にトランジスタに過電流が流れない構成とする。ディスチャージ回路にはこのようにＯＮ・ＯＦＦの制御が必要となるため抵抗のような受動素子だけで構成することはできない。

特開２００２−１５３０８６号公報

しかし、上記従来技術ではディスチャージ回路におけるトランジスタがショートモードで故障していた場合、リレーをＯＮした際にトランジスタに過電流が流れ込み、制御装置が焼損にいたる可能性があるという問題点がある。

従来技術の構成でこのトランジスタのショートモード故障をリレーＯＮ前に検出するためには、リレー下流の電圧がＧＮＤ電位に張り付いていることを検出するため、別途プリチャージ回路が必要であり、プリチャージ回路を用意した場合でも、抵抗性のショートモード故障であった場合は検出できない可能性があるという課題があった。

そこで本発明では、モーター駆動回路が暴走した場合に制御回路によってリレーをＯＦＦして電源の供給を遮断し、制御回路が暴走又は故障した場合にリレーをＯＦＦして電源の供給を遮断させる監視回路を備えるとともに、図２のようにリレーとしてノーマルオープンとノーマルクローズの２接点を持つリレーを用い、リレーＯＦＦ時にモーター駆動回路と接続されるノーマルクローズ側の接続先にディスチャージ回路を配置する構成とする。この構成ではリレーをＯＦＦしたときに自動的にリレー下流のコンデンサはディスチャージ回路に接続されるため、ディスチャージ回路は単なる抵抗でも良い。

また、本発明は、リレーの故障状態を誤診断無く検知するためにリレー下流のコンデンサの電荷を抜くことのできるディスチャージ回路を持つモーター制御装置である。

さらに、リレーの故障状態を検知した場合には、安全のためにモーターを駆動せず、乗員に機器の故障を報知させることができるモーター制御装置である。

上記構成により、ディスチャージ回路がショートモード故障を起こしていたとしてもリレーＯＮ時に過大電流が流れることはなく信頼性の高いシステムとなる。また、ディスチャージ回路は単なる抵抗でも構成できるため、トランジスタのＯＮ制御などの制御が不要となる。

以下、図を参照にして本発明の好適な実施形態を説明する。

図３は本発明を用いたシートベルトのシステムの概略構成である。

本システムでは制御装置２２はモーター２１を駆動してシートベルト２０の巻き取りを行う。

シートベルトの巻き取り動作には、乗員２３の安全を図ることを目的とした緊急時拘束力増大、乗員２３の快適性向上を目的としたバックル２５への装着時自動フィッティング、車両の見栄え向上を目的としたシートベルト２０のリトラクタ２４への自動格納、などがある。

本実施における制御装置２２の内部回路構成を図４に示す。

制御装置２２はバックルスイッチ４１やブレーキストロークセンサ４２などの各種アクチュエータや、ＣＡＮＢＵＳ通信線５１のデータなどをもとに、必要に応じてモーター２１を駆動してシートベルトの巻き取り動作を行う。

モーター駆動回路４４はトランジスタ４つで構成されるＨブリッジ回路であり、マイコン４９によって制御される。モーター駆動回路４４と駆動系電源の間にはノーマルオープン接点５５とノーマルクローズ接点５３及び接続先共通接点５６を有する３点構造のリレー４３が配置される。リレー４３は制御装置２２に電源が供給されていないときや、リレー４３内部のコイル５４が導通されていないときはＯＦＦの状態であり、接続先共通接点５６はノーマルクローズ接点５３と接続され、ノーマルオープン接点５５とは非接続の状態になっている。マイコン４９によって制御されるトランジスタ５８がＯＮされると、リレー４３内部のコイル５４が導通され、コイル５４の吸引力によってリレー内部可動部バネ５７が伸張することによって接続先共通接点５６とノーマルオープン接点５５が接続され、リレー４３はＯＮの状態となり、モーター駆動回路４４に電源が供給される。同時に接続先共通接点５６とノーマルクローズ接点５３は非接続となる。

リレー４３はモーター駆動回路４４が暴走した場合はマイコン４９によってＯＦＦされ、電源の供給を遮断させる。マイコン４９が暴走した場合は監視回路５９がトランジスタ６０をＯＮすることによってリレー４３はＯＦＦされ、電源の供給を遮断させる。モーター駆動回路４４やマイコン４９が暴走したときに電源の供給が遮断できない場合、モーター２１や制御装置２２に過大な電流が流れ込み、当該機器の内部部品が破壊されてしまうおそれがあるため、リレー４３の電源の供給を遮断させる機能は重大である。

リレー４３がノーマルオープン接点５５の固着などにより、接続先共通接点５６とノーマルオープン接点５５がＯＦＦ時においても導通したままになるショートモード故障していた場合には電源の供給を遮断させる機能が働かないため、リレー４３をＯＮさせる前にリレー下流モニタ信号４５によってリレー４３がショートモード故障していないことを確認する。

このときリレー下流コンデンサ４６に電荷が残っている場合、リレー４３がショートモード故障していると誤診断する可能性があるため、リレー４３がＯＮしていないときにはディスチャージ回路４７によってディスチャージが行われるように構成する。

ディスチャージ回路４７を図４のようにリレーＯＦＦ時に接続先共通接点５６と接続されるノーマルクローズ接点５３側に配置したことにより、リレー４３がＯＮしていないときにディスチャージ経路５２が確保される。すなわちコンデンサ４６に残っている電荷は抵抗４８を介してＧＮＤへと流れ込む。このようにこのディスチャージ回路４７は、一つの抵抗４８で構成可能なため、マイコン４９によるディスチャージ回路４７の制御は不要となる。また、リレー４３がＯＮしたときにはディスチャージ回路４７は駆動系電源より切り離されるため、ディスチャージ回路４７がショートモード故障している場合でも、駆動系電源から制御装置２２に過大な電流が流れ込むことは無く信頼性が高い。

図５は本実施例における各部の電圧とリレーショートモード故障を判定するタイミングを示したものである。信号名（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）と回路図との対応は図９に示す。

コネクタ瞬断やエンジン始動時のクランキングにおけるバッテリ電流の不足により制御系電源（ａ）が低下した場合、マイコン４９にリセットがかかりリレー制御信号（ｄ）がＯＦＦされる（タイミング（ｈ））。リレー制御信号（ｄ）がＯＦＦされた直後からリレー下流コンデンサ４６が放電用の抵抗４８と接続されるため、放電抵抗電流（ｃ）によってリレー下流電圧（ｂ）は低下し始める。リレー下流電圧（ｂ）が十分に下がった時点（ｅ）においてリレーショートモード故障の判定を行い、リレーショートモード故障判定閾値電圧（ｇ）よりリレー下流電圧（ｂ）が低ければリレー４３は正常と判定し、リレー制御信号５０によってリレー４３をタイミング（ｆ）においてＯＮし、モーター駆動回路４４に電源を供給し、モーター２１を駆動してシートベルトの巻き取り動作を行う。リレー下流電圧（ｂ）がリレーショートモード故障判定閾値電圧（ｇ）以下にならない場合は、リレー４３はショートモード故障をしていると判定し、制御装置２２はモーター２１を駆動しない。

放電用の抵抗４８によるディスチャージが行われない場合、リレー下流電圧（ｂ）の低下に多大な時間がかかるため、リレーショートモード故障判定を誤診断する可能性がある、あるいはリレーショートモード故障判定をするのに多大な時間がかかる。

ディスチャージ回路４７中の抵抗４８はディスチャージ時間を短くする目的のためには低抵抗値のものを用いるとよいが、モーター駆動回路４４及びモーター２１の一部に天絡故障が生じていた場合、天絡故障部分から抵抗４８に過大な電流が流れて発煙発火にいたるおそれもあるため、数百Ω程度のものを使用するのが良い。

電源の供給を遮断させる機能としてはパワートランジスタなどの半導体素子で代用させることも可能であるが、バッテリ逆接続時に半導体素子の寄生ダイオードに大電流が流入することを防ぐのに複雑な回路構成を必要とすることと、モーター２１駆動時に必要な電流が大きいため信頼性の確保を目的として、実施例１ではリレー４３を用いている。

リレー４３を半導体素子で代用する場合はパワートランジスタなどを２つ組み合わせ、相互をトグル的にスイッチングさせればよい。

図６は実施例２におけるモーター制御装置の内部構成を示したものであり、リレー下流コンデンサ４６にはプリチャージ回路６２が用意され、リレー４３をＯＮしたときにリレー下流コンデンサ４６に流れ込む突入電流を軽減することができるものであり、その他の構成は実施例１と同じである。リレーの信頼性が十分であり、コンデンサに流れ込む突入電流を軽減する必要が無い場合、実施例１が用いられる。

図７は実施例３におけるモーター制御装置の内部構成を示したものであり、ディスチャージ回路７２はディスチャージ信号７１によって制御され、ディスチャージ時間を短くすることができるものであり、その他の構成は実施例１と同じである。リレー下流が電源にショートしていた場合の信頼性を確保するために実施例１では抵抗４８に数百Ω程度のものを使うのが望ましいが、抵抗値が高い場合、ディスチャージ時間が長くなり、駆動回路２２の応答性に問題が出ることがある。ディスチャージ時間を短くしたい場合には実施例３が用いられる。抵抗７３には数Ω程度のものを使い、マイコン４９はリレー下流が電源にショートしていないことを確認した後、ディスチャージ信号７１によってトランジスタ７４をＯＮとする。ディスチャージが終わったことをリレー下流モニタ信号４５で確認した後、トランジスタ７４をＯＦＦとする。この構成を取ることによって、リレー下流が電源にショートしていた場合に、抵抗７３に大電流が流れ込み、抵抗が発煙・発火に至ることを防ぐことができる。ディスチャージ時間を短くする必要がない場合、実施例１が用いられる。

図８は実施例４におけるモーター制御装置の内部構成を示したものであり、ディスチャージの際にリレー下流の電圧を一定値に保ち、リレーをＯＮしたときにコンデンサに流れ込む突入電流を軽減することができるものであり、そのほかの構成は実施例１と同じである。リレーの信頼性が十分であり、コンデンサに流れ込む突入電流を軽減する必要が無い場合、実施例１が用いられる。

図１０は実施例５におけるモーター制御装置の内部構成を示したものであり、ディスチャージの際にモーター駆動回路４４内のトランジスタ９０をＯＮさせることによりディスチャージを行うことができるようにしたものであり、実施例３と同様にディスチャージ時間を短縮することが可能である。そのほかの構成は実施例１と同じである。

従来の技術によるモーター制御装置の内部回路構成である。 本発明によるモーター制御装置の内部回路構成である。 本発明の形態にかかるシートベルトのシステムである。 実施例１の形態にかかるシートベルトのモーター制御装置の内部回路構成である。 実施例１の形態にかかるシートベルトのモーター制御装置の各部信号状態とタイミングを示す図である。 実施例２の形態にかかるシートベルトのモーター制御装置の内部回路構成である。 実施例３の形態にかかるシートベルトのモーター制御装置の内部回路構成である。 実施例４の形態にかかるシートベルトのモーター制御装置の内部回路構成である。 図５の信号と図４の回路上の信号の対応関係を示す図である。 実施例５の形態にかかるシートベルトのモーター制御装置の内部回路構成である。

符号の説明

２０ シートベルト
２１ モーター
２２ 制御装置
２３ 乗員
２４ シートベルトを格納するリトラクタ
２５ バックル
４１ バックルスイッチ
４２ ブレーキストロークセンサ
４３ リレー（ノーマルクローズ・ノーマルオープンの２接点構造を持つリレー）
４４ モーター駆動回路
４５ リレー下流モニタ信号（マイコンＡ／Ｄポート入力）
４６ コンデンサ
４７ ディスチャージ回路（１抵抗で構成）
４８ 抵抗
４９ マイコン
５０ リレー制御信号（マイコン出力）
５１ ＣＡＮＢＡＳ通信線
５２ リレーＯＦＦ時放電経路
５３ ノーマルクローズ接点
５４ リレー内部コイル
５５ ノーマルオープン接点
５６ 接続先共通接点
５７ リレー内部可動部バネ
５８，６０，７４，９０ トランジスタ
５９ コイル
６１ 電源ＩＣ
６２ プリチャージ回路
７１ ディスチャージ信号（マイコン出力）
７２ ディスチャージ回路（１抵抗＋１トランジスタで構成）
７３ 抵抗（数Ω程度）

Claims (1)

1. モーターを駆動するモーター駆動回路と、
   前記モーターを駆動するための電源回路を遮断することができるリレーと、
   バッテリを含む車両用電源装置から電源の供給を受ける電源供給回路と、
   車両通信のインターフェース回路と、
   各種アクチュエータの駆動状態を検出するスイッチ又はセンサ類の入力回路と、
   前記インターフェース回路と前記入力回路の情報から前記モーターの駆動パターンを決定する制御回路と、
   を備えたモーター制御装置において、
   前記制御回路は、前記モーター駆動回路が暴走した場合に前記リレーをＯＦＦして電源の供給を遮断し、
   前記制御回路が暴走又は故障した場合に前記リレーをＯＦＦして電源の供給を遮断させる監視回路を備えるとともに、
   前記リレーを２接点構造のリレーとし、ノーマルクローズ側にリレー下流に蓄積した電荷をディスチャージする経路をもち、ノーマルオープン側に前記モーターを駆動するための電源回路を接続する
   ことを特徴とするモーター制御装置。
   

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