JP6131802B2 - 制御システム - Google Patents

Description

本発明はバッテリから負荷への給電を制御する制御システムに関する。

車両には、ライト又はワイパー等の負荷を制御装置、例えばＥＣＵ（電子制御装置；Electronic Control Unit）が制御する制御システム（例えば、特許文献１参照）が搭載されている。

特許文献１に記載の制御システムでは、制御装置にスイッチの一端が接続されており、制御装置はスイッチの操作に従って負荷を制御する。また、特許文献１に記載の制御システムでは、制御装置は、例えば、スイッチが一定期間操作されなかった場合、休止状態となってスリープすることがある。制御装置は、休止状態でスイッチが操作された場合、ウェイクアップし、負荷の制御を開始する。

特開平７−４４２１１号公報

従来の制御システムの中には、制御装置がバッテリから負荷への給電、及び、該給電の遮断を行うことによって、負荷の駆動と該駆動の停止と行う制御システムがある。この制御システムでは、例えば制御装置に一端が接続してあるスイッチのオン／オフによって、制御装置に負荷の駆動指示、及び、負荷の駆動の停止指示が入力され、制御装置は、駆動指示が入力された場合にバッテリから負荷への給電を行い、停止指示が入力された場合にバッテリから負荷への給電の遮断を行う。

ここで、負荷が停止しており、かつ、制御装置がスリープしている場合において、制御装置に駆動指示が入力されたとき、制御装置はウェイクアップした後、バッテリから負荷への給電を行う。このため、制御装置に駆動指示が入力されてから給電を開始するまでに遅延が生じる。

従って、このような制御システムでは、制御装置は駆動指示の入力と同時的に負荷に給電を行って、負荷を駆動することができないという問題がある。特に、この問題は、負荷が駆動指示の入力と同時的に駆動する必要がある負荷、例えば、ホーンである場合に深刻である。

この問題を解決する制御システムとして、負荷を制御する制御装置に、スリープすることがない制御装置を備える制御システムが考えられる。しかしながら、この場合、消費電力が大きくなるため、この制御システムを車両に搭載することは現実的ではない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、負荷の駆動指示が制御装置に入力された場合に即時に負荷に給電することができ、低消費電力を実現することが可能な制御システムを提供することにある。

本発明に係る制御システムは、負荷の駆動指示が入力された場合にバッテリから前記負荷への第１給電を行う制御装置を備える制御システムにおいて、該制御装置に前記駆動指示が入力されてから、前記制御装置が前記第１給電を開始するまでの間、前記バッテリから前記負荷への第２給電を行って前記負荷を駆動する駆動回路を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、制御装置に負荷の駆動指示が入力されてから、制御装置がバッテリから負荷への第１給電を開始するまでの間、駆動回路がバッテリから負荷への第２給電を行って負荷を駆動する。駆動回路は、制御装置がバッテリから負荷への給電を開始した場合、給電を停止する。

従って、例えば休止状態となってスリープしている制御装置に負荷の駆動指示が制御装置に入力された場合、制御装置がウェイクアップして給電を開始するまでの間、駆動回路がバッテリから負荷への第２給電を行うので、負荷の駆動指示が制御装置に入力された場合に即時に負荷が給電される。また、制御装置はスリープすることが可能であるため、低消費電力を実現することが可能である。

本発明に係る制御システムは、前記制御装置は、前記第１給電を開始したか否かを示す開始信号を前記駆動回路に出力する出力部を有し、前記駆動回路は、該出力部が出力した開始信号が前記第１給電の開始を示す場合に、前記第２給電を停止する停止部を有することを特徴とする。

本発明にあっては、制御装置の出力部は、制御装置がバッテリから負荷への第１給電を開始したか否かを示す開始信号を駆動回路に出力する。駆動回路の停止部は、出力部が出力した開始信号が第１給電の開始を示す場合に駆動回路が行っているバッテリから負荷への第２給電を停止する。
これにより、制御装置が給電を実行した場合に、駆動回路が行っている給電が容易に、かつ、確実に停止される。

本発明に係る制御システムは、前記バッテリから前記負荷への給電経路に設けられたスイッチを備え、前記制御装置及び駆動回路夫々は、前記スイッチをオンにすることによって前記第１及び第２給電を行うように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、制御装置及び駆動回路夫々は、バッテリから負荷への給電経路に設けられたスイッチをオンにすることによって、第１及び第２給電が容易に行われる。

本発明によれば、負荷の駆動指示が制御装置に入力された場合に即時に負荷に給電することができ、低消費電力を実現することが可能である。

本発明に係る制御システムの要部構成を示すブロック図である。 制御システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明に係る制御システムの要部構成を示すブロック図である。この制御システム１は、車両に好適に搭載され、ＩＰＤ（Intelligent Power Device）２、マイクロコンピュータ（以下ではマイコンと記載する）３及び駆動回路４を備える。ＩＰＤ２は、バッテリ１１の正極端子と負荷１２の一端との間に接続されている。バッテリ１１の負極端子、及び、負荷１２の他端は接地されている。

ＩＰＤ２は、更に、マイコン３とダイオードＤ１のカソードとに接続されている。ダイオードＤ１のアノードは抵抗Ｒ１の一端に接続され、抵抗Ｒ１の他端はマイコン３と抵抗Ｒ２の一端とに接続されている。抵抗Ｒ２の他端は接地されている。

マイコン３は、更に、駆動回路４、及び、抵抗Ｒ３の一端夫々に接続されている。抵抗Ｒ３の他端は、抵抗Ｒ４の一端と、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ１３のコレクタとに接続されている。抵抗Ｒ４の他端は接地されている。

バイポーラトランジスタ１３のエミッタは、バッテリ１１の正極端子及び抵抗Ｒ５の一端に接続されている。バイポーラトランジスタ１３のベースは、抵抗Ｒ５の他端と抵抗Ｒ６の一端とに接続されている。抵抗Ｒ６の他端はスイッチ１４の一端に接続され、スイッチ１４の他端は接地されている。駆動回路４は、マイコン３の他に、バイポーラトランジスタ１３のコレクタと、ダイオードＤ１のカソードとに接続されている。

ＩＰＤ２は、スイッチとして機能し、バッテリ１１から負荷１２への給電経路に設けられている。ＩＰＤ２がオンである場合、バッテリ１１から負荷１２へ給電され、ＩＰＤ２がオフである場合、バッテリ１１から負荷１２への給電が遮断される。ＩＰＤ２は、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して印加されたマイコン３の出力電圧が基準電圧以上のハイレベルの電圧である場合、又は、ＩＰＤ２に印加される駆動回路４の出力電圧が基準電圧以上のハイレベルの電圧である場合、オンとなる。また、ＩＰＤ２は、マイコン３及び駆動回路４夫々の出力電圧が共に基準電圧未満のローレベルの電圧である場合にオフとなる。

ＩＰＤ２は、更に、スイッチ機能が故障しているか否かを判定する。ＩＰＤ２は、スイッチ機能が故障していると判定した場合、スイッチ機能の故障を示す故障信号をマイコン３へ出力する。

抵抗Ｒ１，Ｒ２は、マイコン３がＩＰＤ２に印加する出力電圧を安定させるために設けられている。また、ダイオードＤ１は駆動回路４から抵抗Ｒ１を介してマイコン３へ電流が流れることを防止している。
負荷１２は、スイッチ１４がオンである場合に作動し、スイッチ１４がオフである場合に停止する。負荷１２は、車載機器、特に、スイッチ１４がオンになった場合に即時に作動することが必要な負荷であり、例えば、ホーンである。

スイッチ１４は、負荷１２の駆動指示と負荷１２の駆動の停止指示とをマイコン３に与えるために用いられ、例えば、使用者によってオン／オフされる。
バイポーラトランジスタ１３は、スイッチ１４のオン／オフに応じてオン／オフとなるスイッチとして機能する。

スイッチ１４がオンである場合、抵抗Ｒ６の他端が接地されるため、電流がバッテリ１１の正極端子からバイポーラトランジスタ１３、抵抗Ｒ６及びスイッチ１４の順に流れ、バイポーラトランジスタ１３のエミッタ及びベース間に電流が流れる。これにより、バイポーラトランジスタ１３はオンとなり、バイポーラトランジスタ１３のエミッタからコレクタに電流が流れる。

スイッチ１４がオフである場合、電流がバイポーラトランジスタ１３のエミッタからベースに電流が流れることはない。このとき、バイポーラトランジスタ１３はオフであり、バイポーラトランジスタ１３のエミッタからコレクタに電流が流れることはない。
抵抗Ｒ５，Ｒ６は、バイポーラトランジスタ１３のオン／オフ動作を安定させるために接続されている。

スイッチ１４がオンとなってバイポーラトランジスタ１３がオンとなった場合、マイコン３には、バイポーラトランジスタ１３及び抵抗Ｒ３を介してバッテリ１１の出力電圧が印加され、駆動回路４にはバイポーラトランジスタ１３を介してバッテリ１１の出力電圧が印加される。このとき、バッテリ１１には、一定の電圧以上であるハイレベルの電圧が印加され、負荷の駆動指示がマイコン３に入力される。抵抗Ｒ３，Ｒ４はマイコン３に印加されるハイレベルの電圧を安定させるために設けられている。

スイッチ１４がオフとなってバイポーラトランジスタ１３がオフとなった場合、マイコン３には、一定の電圧未満であるローレベルの電圧が印加され、負荷の駆動の停止指示がマイコン３に入力される。

マイコン３は、入力部３１，３２、出力部３３，３４及び制御部３５を有し、入力部３１，３２及び出力部３３，３４夫々はバス３６を介して制御部３５に接続されている。更に、入力部３１は抵抗Ｒ３の一端に接続され、入力部３２はＩＰＤ２に接続されている。また、出力部３３も、更に、駆動回路４に接続されており、出力部３４は抵抗Ｒ１の他端及び抵抗Ｒ２の一端にも接続されている。

入力部３１には、抵抗Ｒ３を介して駆動指示又は停止指示が入力される。入力部３１は、駆動指示又は停止指示が入力された場合、その旨を制御部３５に通知する。
入力部３２にはＩＰＤ２から故障信号が入力される。入力部３２は、故障信号が入力された場合、ＩＰＤ２のスイッチ機能が故障している旨を制御部３５に通知する。
出力部３４は、制御部３５の指示に従って、マイコン３の出力電圧として、ＩＰＤ２に基準電圧以上であるハイレベルの電圧と、基準電圧未満であるローレベルの電圧を印加する。

制御部３５は、入力部３１に負荷１２の駆動指示が入力された場合、出力部３４に指示してハイレベルの電圧をＩＰＤ２へ印加させ、ＩＰＤ２をオンにし、バッテリ１１から負荷１２への第１給電を行う。制御部３５を有するマイコン３は制御装置として機能する。
制御部３５は、入力部３１に負荷１２の停止指示が入力された場合、出力部３４に指示してローレベルの電圧をＩＰＤ２へ印加させ、ＩＰＤ２をオフにし、第１給電を遮断する。

制御部３５は、入力部３１に駆動指示が所定期間入力されなかった場合、言い換えると、入力部３１に停止指示が所定期間入力され続けた場合、休止状態となってスリープし、マイコン３はスリープ状態となる。これにより、マイコン３の低消費電力を実現することができ、マイコン３を備える制御システム１も低消費電力を実現することができる。

制御部３５がスリープしている期間に入力部３１に作動指示が入力された場合、制御部３５は、ウェイクアップを開始し、ウェイクアップを完了した後、出力部３４に指示して、ハイレベルの電圧をＩＰＤ２へ印加させ、バッテリ１１から負荷１２への第１給電を開始する。

制御部３５は、制御部３５がスリープしている期間に入力部３１に作動指示が入力されてバッテリ１１から負荷１２への第１給電を開始したか否かを示す開始信号を駆動回路４へ出力部３３に出力させている。
出力部３３は、制御部３５の指示に従って駆動回路４へ開始信号を出力している。

開始信号は、一定の電圧以上であるハイレベルの電圧と、一定の電圧未満であるローレベルの電圧とによって構成されている。制御部３５がバッテリ１１から負荷１２への第１給電を開始した場合、開始信号はハイレベルの電圧であり、制御部３５が休止状態となってスリープしている場合、開始信号はローレベルの電圧である。

制御部３５は、ウェイクアップを完了した後に入力部３２に故障信号が入力された場合、入力部３１に駆動指示が入力しているか否かに無関係に、出力部３４に指示して、ローレベルの電圧をＩＰＤ２に印加する。これにより、ＩＰＤ２はオフとなり、バッテリ１１から負荷１２への第１給電は停止される。

駆動回路４は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ４１、ツェナーダイオード４２及び抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０を有する。抵抗Ｒ７の一端は、バイポーラトランジスタ１３のコレクタに接続されており、抵抗Ｒ７の他端は、抵抗Ｒ８の一端と、バイポーラトランジスタ４１のコレクタとに接続されている。抵抗Ｒ８の他端は、ダイオードＤ１のカソードと、ツェナーダイオード４２のカソードとに接続されている。ツェナーダイオード４２のアノードは接地されている。

バイポーラトランジスタ４１のベースは、抵抗Ｒ９，Ｒ１０夫々の一端に接続され、抵抗Ｒ９の他端は出力部３３に接続されている。抵抗Ｒ１０の他端と、バイポーラトランジスタ４１のエミッタとは共に接地されている。

バイポーラトランジスタ４１はスイッチとして機能し、バイポーラトランジスタ４１のベースには、ハイレベル及びローレベルの電圧からなる開始信号が、マイコン３の出力部３３から抵抗Ｒ９を介して入力されている。

開始信号がハイレベルの電圧である場合、電流がバイポーラトランジスタ４１のコレクタからエミッタに流れて、バイポーラトランジスタ４１はオンとなり、抵抗Ｒ７の他端は接地される。また、開始信号がローレベルの電圧である場合、電流がバイポーラトランジスタ４１のコレクタからエミッタに流れず、バイポーラトランジスタ４１はオフとなる。抵抗Ｒ９，Ｒ１０はバイポーラトランジスタ４１のオン／オフ動作を安定させるために設けられている。

駆動回路４では、バイポーラトランジスタ１３がオンであり、かつ、バイポーラトランジスタ４１がオフである場合、バッテリ１１の出力電圧が抵抗Ｒ７，Ｒ８を介して、ＩＰＤ２へ印加される。これにより、基準電圧以上のハイレベルの電圧がＩＰＤ２へ印加される。このように駆動回路４は、ハイレベルの電圧をＩＰＤ２へ印加することによってＩＰＤ２をオンにし、バッテリ１１から負荷１２への第２給電を行って負荷１２を駆動する。

ここで、バッテリ１１がＩＰＤ２に印加する電圧がツェナーダイオード４２の降伏電圧を超えている場合、ツェナーダイオード４２によって、ＩＰＤ２に印加する電圧が降伏電圧に下げられる。バッテリ１１がＩＰＤ２に印加する電圧がツェナーダイオード４２の降伏電圧以下である場合、バッテリ１１の出力電圧は低下することなくＩＰＤ２に印加される。
なお、降伏電圧は基準電圧以上である。従って、降伏電圧へ下げられた電圧がＩＰＤ２に印加された場合であっても、ＩＰＤ２はオンとなる。

駆動回路４では、バイポーラトランジスタ１３がオフである場合、バイポーラトランジスタ４１がオンであるか否かに無関係に、バッテリ１１の出力電圧が抵抗Ｒ７，Ｒ８を介してＩＰＤ２に印加されることはない。このため、ＩＰＤ２には、基準電圧未満のローレベルの電圧が印加されてＩＰＤ２はオフとなり、駆動回路４によるバッテリ１１から負荷１２への第２給電は停止される。

駆動回路４では、バイポーラトランジスタ１３，４１が共にオンである場合、バッテリ１１から流れ出る電流の大部分は抵抗Ｒ７からバイポーラトランジスタ４１に向けて流れ、抵抗Ｒ７から抵抗Ｒ８を介してＩＰＤ２へ流れる電流は略ゼロである。これは、電流が抵抗Ｒ７の他端からバイポーラトランジスタ４１に向けて流れる電流経路のインピーダンスが抵抗Ｒ７から抵抗Ｒ８を介してＩＰＤ２へ流れる電流経路のインピーダンスよりも十分に低いからである。

従って、バイポーラトランジスタ１３，４１夫々がオン及びオフであって駆動回路４が第２給電を行っている状態で、バイポーラトランジスタ４１がオフになった場合、第２給電が停止される。言い換えると、駆動回路４のバイポーラトランジスタ４１は、マイコン３の出力部３３が出力した開始信号が第１給電の開始を示す場合に、第２給電を停止する。バイポーラトランジスタ４１は停止部として機能する。これにより、マイコン３が給電を実行した場合に、駆動回路４が行っている給電を容易に、かつ、確実に停止することができる。

また、以上のように構成された駆動回路４は、スイッチ１４のオンであり、かつ、マイコン３の出力部３３が出力した開始信号が第１給電の開始を示さない場合のみ、ＩＰＤ２をオンにし、バッテリ１１から負荷１２への第２給電を行う。

図２は制御システム１の動作を説明するためのタイミングチャートである。図２には、マイコン３の動作状態、スイッチ１４のオン／オフ、駆動回路４の出力電圧、マイコン３の出力電圧、開始信号及びＩＰＤ２のオン／オフ夫々の推移が示されている。

マイコン３の制御部３５が休止状態であってマイコン３がスリープ状態である場合、スイッチ１４はオフであり、マイコン３の出力部３４がＩＰＤ２に印加する出力電圧はローレベルの電圧であり、かつ、開始信号がローレベルの電圧である。このとき、駆動回路４もＩＰＤ２にローレベルの電圧を印加する。このため、ＩＰＤ２はオフであり、マイコン３による第１給電、及び、駆動回路４による第２給電のいずれも行われていない。

スイッチ１４がオフからオンに切替わった場合、スリープ状態であるマイコン３の入力部３１には駆動指示が入力され、制御部３５はウェイクアップを開始し、制御部３５のウェイクアップが完了するまでの間、マイコン３はウェイクアップ状態となる。マイコン３がウェイクアップ状態である間、入力部３１には駆動指示が入力されているが、制御部３５のウェイクアップが完了していないため、出力部３４はローレベルの電圧をＩＰＤ２に印加したままであり、出力部３３が駆動回路４へ出力している開始信号はローレベルの電圧を維持している。

このとき、バイポーラトランジスタ１３はオンであり、かつ、バイポーラトランジスタ４１はオフであるため、駆動回路４はＩＰＤ２へハイレベルの電圧を印加し、ＩＰＤをオンにする。これにより、駆動回路４は、マイコン３がウェイクアップ状態である間、バッテリ１１から負荷１２への第２給電を行い、負荷１２を駆動する。

制御部３５がウェイクアップを完了してマイコン３が通常状態となった場合、マイコン３の出力部３４は、入力部３１に入力されている駆動指示に従ってハイレベルの電圧をＩＰＤ２に印加する。これにより、ＩＰＤ２はマイコン３によってオンとなり、マイコン３はバッテリ１１から負荷１２への第１給電を行う。

なお、通常状態は、マイコン３が入力部３１に入力している駆動指示及び停止指示夫々に従って、ＩＰＤ２にハイレベル及びローレベルの電圧を印加し、ＩＰＤ２をオン／オフしている状態である。また、マイコン３が通常状態である場合において、入力部３２にＩＰＤ２から故障信号が入力されたとき、マイコン３は入力部３１に駆動指示が入力されているか否かに無関係にＩＰＤ２をオフにする。

マイコン３が第１給電を開始した場合、マイコン３の出力部３３は、第１給電の開始を示す開始信号、具体的には、ハイレベルの電圧である開始信号を駆動回路４に出力する。これにより、バイポーラトランジスタ１３，４１が共にオンとなるので、駆動回路４がＩＰＤ２に印加している出力電圧がローレベルとなり、駆動回路４はバッテリ１１から負荷１２への第２給電を停止する。

マイコン３が通常状態である間、マイコン３の出力部３３はハイレベルの電圧を示す開始信号を出力し続ける。このため、駆動回路４がＩＰＤ２へ印加する出力電圧はローレベルの電圧に維持され、駆動回路４はバッテリ１１から負荷１２への第２給電を停止し続ける。

マイコン３が通常状態である間、図２に示すように、マイコン３はスイッチ１４のオン／オフに応じて、ＩＰＤ２をオン／オフし、負荷１２への給電を制御する。

以上のように構成された制御システム１においては、スリープ状態にあるマイコン３に駆動指示が入力されてから、マイコン３がＩＰＤ２をオンにして第１給電を開始するまでの間、駆動回路４は第２給電を行って負荷１２を駆動する。従って、スリープ状態にあるマイコン３に駆動指示が入力されてからマイコン３の制御部３５がウェイクアップを完了するまでの間、駆動回路４がバッテリ１１から負荷１２への第２給電を行う。

このため、スイッチ１４のオンによって負荷１２の駆動指示がマイコン３の入力部３１に入力された場合に即時に負荷１２を給電することができる。負荷１２がスイッチ１４のオンと同時的に作動することが必要な負荷である場合に制御システム１の構成は特に効果的である。

また、制御システム１では、前述したように、マイコン３及び駆動回路４夫々は、バッテリ１１から負荷１２への給電経路に設けられたＩＰＤ２をオンにすることによって、第１及び第２給電を行う。このため、マイコン３及び駆動回路４夫々は、第１及び第２給電を容易に行うことができる。

なお、本実施の形態において、マイコン３及び駆動回路４夫々は、共通のスイッチであるＩＰＤ２をオンにすることによって、第１及び第２給電を行わなくてもよい。例えば、バッテリ１１から負荷１２への給電経路が２つあり、２つの給電経路夫々にスイッチが設けられている場合、マイコン３は一方のスイッチをオンにすることによって第１給電を行い、駆動回路４は他方のスイッチをオンにすることによって第２給電を行ってもよい。

また、駆動回路４が行っているバッテリ１１から負荷１２への第２給電を停止する構成は、開始信号を用いた構成に限定されず、スリープ状態にあるマイコン３がウェイクアップを完了して第１給電を開始した場合に第２給電が停止する構成であればよい。

駆動回路４が有するバイポーラトランジスタ４１はスイッチとして機能すればよいため、バイポーラトランジスタ４１の代わりに、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ又はＦＥＴ（Field Effect Transistor）等を用いてもよい。

開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 制御システム
１１ バッテリ
１２ 負荷
２ ＩＰＤ（スイッチ）
３ マイコン（制御装置）
３３ 出力部
４ 駆動回路
４１ バイポーラトランジスタ

Claims (3)

1. 負荷の駆動指示が入力された場合にバッテリから前記負荷への第１給電を行う制御装置を備える制御システムにおいて、
   該制御装置に前記駆動指示が入力されてから、前記制御装置が前記第１給電を開始するまでの間、前記バッテリから前記負荷への第２給電を行って前記負荷を駆動する駆動回路
   を備えることを特徴とする制御システム。
2. 前記制御装置は、
   前記第１給電を開始したか否かを示す開始信号を前記駆動回路に出力する出力部を有し、
   前記駆動回路は、
   該出力部が出力した開始信号が前記第１給電の開始を示す場合に、前記第２給電を停止する停止部を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記バッテリから前記負荷への給電経路に設けられたスイッチを備え、
   前記制御装置及び駆動回路夫々は、前記スイッチをオンにすることによって前記第１及び第２給電を行うように構成してあること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御システム。

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