JP7042157B2 - 車両用アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドやモータ等の負荷をパルス駆動回路で駆動する車両用アクチュエータの制御装置に関する。

特許文献１には、抵抗性負荷に流れる電流、パルス駆動回路の出力端の電圧が高電位レベル及び低電位レベルのいずれであるか、パルス駆動回路をオン及びオフさせたときに出力端の電圧のレベルと抵抗性負荷に流れる電流等に基づいて、パルス駆動回路と抵抗性負荷とを接続する接続路に発生した断線異常、天絡異常及び地絡異常の発生を検知する負荷駆動装置が開示されている。上記パルス駆動回路には、ＩＰＤ（Intelligent Power Device）を用いることが記載されている。

特開２０１５－５５１６０号公報

ところで、パルス駆動回路に過電流保護機能を有するＩＰＤを用いた場合、過電流検出時には自動的に入出力遮断等の保護動作が行われるため、一般的な短絡診断が困難となる可能性がある。すなわち、過電流保護動作により電流が遮断されると、パルス駆動回路が高電流を検出しなくなるため、保護動作が解除されて再び短絡電流が流れて保護動作が行われることとなる。このような、過電流保護機能の作動と解除の繰り返しにより、電流値が所定値を超えないように制御されるため、短絡を検知できない可能性がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、過電流保護機能を有するパルス駆動回路を用いて負荷を駆動する際に、過電流保護機能が作動しても短絡を検知できる、車両用アクチュエータの制御装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る車両用アクチュエータの制御装置は、過電流保護機能を有し、負荷に繰り返しパルス電圧を印加するパルス駆動手段と、前記負荷に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記パルス駆動手段の出力端の電圧を検知する端子電圧検知手段と、前記パルス駆動手段により前記負荷を所定時間デューティ１００％で駆動したときに、前記負荷に流れる電流が断線判定閾値を下回った回数、前記負荷に流れる電流が短絡判定閾値を上回った回数、及び前記負荷に流れる電流が所定の電流値より高く且つ短絡判定閾値より低い場合に、前記出力端の電圧が短絡判定閾値を下回った回数に基づいて、前記パルス駆動手段と前記負荷との間の電流経路の短絡の発生を検知する異常検知手段と、ことを特徴とする。

本発明によれば、パルス駆動手段で負荷を所定時間デューティ１００％で駆動したときに、出力端の電圧が所定の電圧値を下回った回数、及び電流が所定の電流値を上回った回数の少なくともいずれか一方に基づいて、パルス駆動手段から負荷への電流経路の短絡の発生を検知するので、過電流保護機能が作動して高電流が流れなくても短絡を検知できる。

本発明の実施形態に係る車両用アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。 図１に示した車両用アクチュエータの制御装置における診断処理を示すフローチャートである。 図２に続く診断処理を示すフローチャートである。 断線診断について説明するための波形図である。 過電流保護機能がない場合の短絡診断について説明するための波形図である。 過電流保護機能がある場合の短絡時の電流値を示す波形図である。 過電流保護機能がある場合の短絡時における電流のＡＤ変換値を示す波形図である。 過電流保護機能がある場合の短絡時の端子電圧値を示す波形図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両用アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。ここでは、コントロールユニット（制御装置）１１が、車両用のアクチュエータに用いられるソレノイドやモータ等の負荷（誘導性負荷）１２を駆動するものを例に取って示している。このコントロールユニット１１は図示しないハウジングに収容され、ハウジングにはイグニッション（ＩＧＮ）信号端子１３ａ、電源端子１３ｂ，１３ｃ及び出力端子１４ａ，１４ｂが設けられている。

ＩＧＮ信号端子１３ａには、バッテリ１５の正極からイグニッションスイッチ１６とヒューズ１７ａをそれぞれ介してイグニッション（ＩＧＮ）信号が入力される。また、電源端子１３ｂには、バッテリ１５の正極からヒューズ１７ｂを介して電源が供給され、電源端子１３ｃには、バッテリ１５の正極からヒューズ１７ｃを介して電源が供給される。更に、出力端子１４ａ，１４ｂには、負荷１２としてのソレノイドが接続される。

コントロールユニット１１は、マイクロコンピュータ２１、イグニッション（ＩＧＮ）モニタ回路２２、ソレノイドバッテリコントローラ２３、ソレノイドバッテリモニタ回路２４、ＩＰＤソレノイドドライバ２５、電圧モニタ回路２６、電流モニタ回路２７、フェイルセーフシャットダウン回路２８及び抵抗器２９等を備えている。
イグニッションスイッチ１６の操作に応答して、ＩＧＮ信号端子１３ａから入力されたＩＧＮ信号は、マイクロコンピュータ２１に入力される。ＩＧＮモニタ回路２２は、このＩＧＮ信号をモニタしており、モニタ結果がマイクロコンピュータ２１に入力される。電源端子１３ｂに印加されたバッテリ電圧ＶＢは、図示しない電源ＩＣ等により内部電源電圧に降圧されてマイクロコンピュータ２１に供給される。また、電源端子１３ｃに印加されたソレノイド駆動用のバッテリ電圧ＶＳＢは、ソレノイドバッテリコントローラ２３に供給される。

ソレノイドバッテリコントローラ２３は、マイクロコンピュータ２１の制御により、電源端子１３ｃに印加されたソレノイド駆動用のバッテリ電圧ＶＳＢをＩＰＤソレノイドドライバ２５に供給する。このバッテリ電圧ＶＳＢは、ソレノイドバッテリモニタ回路２４によってモニタされ、モニタ結果がマイクロコンピュータ２１に入力される。
ＩＰＤソレノイドドライバ２５は、負荷１２に繰り返しパルス電圧を印加するパルス駆動回路（パルス駆動手段）として働くものである。このＩＰＤソレノイドドライバ２５は、マイクロコンピュータ２１の制御によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、出力端子１４ａ，１４ｂから負荷１２に出力して駆動する。フェイルセーフシャットダウン回路２８は、マイクロコンピュータ２１の制御により、ＩＰＤソレノイドドライバ２５を過電流から保護する過電流保護装置として働くもので、負荷１２に過電流が流れた場合に、ＩＰＤソレノイドドライバ２５から出力されるパルス電圧の遮断を行う。

電流モニタ回路２７は、負荷１２に流れる電流を検知する電流検知手段として働くもので、抵抗器２９の両端に発生する電圧レベルを検出し、この電圧レベルからマイクロコンピュータ２１で出力端子１４ａ，１４ｂ間に流れる電流値を算出する。また、電圧モニタ回路２６は、ＩＰＤソレノイドドライバ２５の出力端の電圧を検知する端子電圧検知手段として働くもので、検出した電圧レベルをマイクロコンピュータ２１に入力する。

マイクロコンピュータ２１は、ＡＤ（Analog-to-Digital）変換器を備えており、ソレノイドバッテリモニタ回路２４でモニタされたバッテリ電圧ＶＳＢ、電流モニタ回路２７でモニタされた負荷１２に流れる電流値、電圧モニタ回路２６で検出した出力端子１４ａ，１４ｂ間の端子電圧等をそれぞれデジタル信号に変換して取得する。このマイクロコンピュータ２１は、異常検知装置（異常検知手段）として機能し、ＩＰＤソレノイドドライバ２５により負荷１２を所定時間デューティ１００％で駆動したときに、出力端の電圧が所定の電圧値を下回った回数、及び電流が所定の電流値を上回った回数の少なくともいずれか一方に基づいて、ＩＰＤソレノイドドライバ２５と負荷１２との間の電流経路の短絡、例えば出力端子１４ａまたは１４ｂの天絡異常や地絡異常の発生を検知するようになっている。また、ＩＰＤソレノイドドライバ２５と負荷１２との間の電流経路の断線は、電流モニタ回路２７により検出したモニタ電流に基づいて診断できる。

なお、駆動対象の負荷１２は、１００％のデューティで駆動可能であり、且つ１００％のデューティで駆動しても挙動に影響がない必要がある。例えば、負荷１２の駆動によりクラッチの押し付け力を変動させる車両システムでは、負荷１２を１００％のデューティで駆動した場合、クラッチを最大力で押し付けることになるが、制御開始前の初期処理であれば車両は動作していないので問題はない。また、ある機構を所定の位置まで動かすシステムにおいては、起動直後に１００％のデューティで駆動することから、ばね等で自動的に初期位置に戻るものが好ましい。

図２及び図３はそれぞれ、図１に示した車両用アクチュエータの制御装置における診断処理を示すフローチャートである。この診断処理は、車両の始動時、例えばシステムの起動直後の初期処理で実行する。或いは、車両の停止時にも実施することができる。更に、通常の動作モードにおいて、デューティ１００％のＰＷＭ信号で負荷１２を駆動した後に実行しても良い。

診断が開始されると、まず、マイクロコンピュータ２１からＩＰＤソレノイドドライバ２５に、デューティ１００％のＰＷＭ信号を出力する指示が出される（ステップＳ１）。次に、所定時間（一定期間）経過したか否か判定する（ステップＳ２）。経過していない場合には、電流モニタ回路２７でモニタした電流値をマイクロコンピュータ２１でＡＤ変換して取得し（ステップＳ３）、続いて電圧モニタ回路２６でモニタした端子電圧（出力端子１４ａ，１４ｂ間の電圧）をマイクロコンピュータ２１でＡＤ変換して取得し（ステップＳ４）、ステップＳ２に戻る。そして、所定時間経過するまでステップＳ２～Ｓ４の動作を繰り返す。
ここで、デューティ１００％の駆動可能時間やＡＤ変換値のサンプリング周期はシステム毎に異なるため、システムに応じた駆動時間やサンプリング周期を設定する。

ステップＳ２で所定時間経過したと判定されると、マイクロコンピュータ２１からＩＰＤソレノイドドライバ２５に、ＰＷＭ信号の停止指示が出される（ステップＳ５）。次に、マイクロコンピュータ２１が取得したＡＤ変換値の数だけループしたか（判定動作を行ったか）否か判定し（ステップＳ６）、ループしていない場合には有効なＡＤ変換値か否か判定する（ステップＳ７）。このステップＳ７は、負荷１２毎にＰＷＭ駆動時の不感帯等が異なるため、それに応じて有効ＡＤ変換値を選別するためのものである。これによって、負荷１２にＰＷＭ信号を与えた場合に、負荷１２の抵抗成分や容量成分、誘導成分等による電流や電圧の立ち上がりの遅れによって発生する誤差成分を除去している。

ステップＳ７で有効なＡＤ変換値であると判定されると、電流のＡＤ変換値が断線判定閾値よりも小さいか否か判定され（ステップＳ８）、小さいと判定されると断線判定カウンタをカウントアップ（ステップＳ９）してステップＳ６に戻る。ステップＳ８で電流のＡＤ変換値が断線判定閾値よりも小さくないと判定された場合には、ステップＳ１０に移動して電流のＡＤ変換値が短絡判定閾値よりも大きいか否か判定される。ステップＳ１０で、電流のＡＤ変換値が短絡判定閾値よりも大きいと判定されると、短絡判定カウンタをカウントアップ（ステップＳ１１）してステップＳ６に戻る。ステップＳ１０で電流のＡＤ変換値が短絡判定閾値よりも大きくないと判定された場合には、ステップＳ１２に移動して端子電圧ＡＤ変換値が短絡判定閾値よりも小さいか否か判定される。ステップＳ１２で端子電圧ＡＤ変換値が短絡判定閾値よりも小さいと判定されると、短絡判定カウンタをカウントアップ（ステップＳ１３）してステップＳ６に戻る。端子電圧ＡＤ変換値が断線判定閾値よりも小さくないと判定された場合には、何もせずにステップＳ６に戻る。

一方、ステップＳ７で、有効なＡＤ変換値ではないと判定された場合には、ステップＳ６に戻り、このＡＤ変換値は診断には用いない。
また、ステップＳ６で、マイクロコンピュータ２１が取得したＡＤ変換値の数だけループしたと判定されると、断線判定カウンタのカウント値が規定数よりも大きいか否か判定される（ステップＳ１４）。大きいと判定されると、断線と確定して終了する（ステップＳ１５）。断線判定カウンタのカウント値が規定数よりも大きくないと判定された場合には、断線判定カウンタをクリアし（ステップＳ１６）、短絡判定カウンタのカウント値が規定数よりも大きいか否か判定する（ステップＳ１７）。大きいと判定されると、短絡と確定して終了する（ステップＳ１８）。短絡判定カウンタのカウント値が規定数よりも大きくないと判定された場合には、短絡判定カウンタをクリアし（ステップＳ１９）、正常と確定して終了する（ステップＳ２０）。
なお、ステップＳ１４とステップＳ１７において、各カウンタはシステム毎に故障判断基準が異なるため、何回で故障確定とするかはシステム毎に設定すると良い。

上述したように、負荷１２に流れる電流値が短絡と判断される閾値を超えた場合には、短絡判定カウンタをカウントアップし（ステップＳ１０）、所定のカウント値に達した場合に短絡と判断する（ステップＳ１７，Ｓ１８）。また、電流値が断線と判断される閾値を下回った場合には、断線判定カウンタをカウントアップし（ステップＳ９）、所定のカウント値に達した場合に断線と判断する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。
電流値にて短絡と判断されなかった場合には（ステップＳ８，Ｓ１０）、端子電圧が短絡と判断される閾値を下回ったときに短絡判定カウンタをカウントアップし（ステップＳ１２，Ｓ１３）、所定のカウント値に達したときに短絡と判断する（ステップＳ１７，Ｓ１８）。

断線異常や短絡異常と判定した場合には、ＩＰＤソレノイドドライバ２５から出力されるパルス電圧の遮断を行うとともに、フェイルセーフシャットダウン回路２８により負荷１２の駆動を禁止する。異常判定したドライビングサイクルでは、負荷１２の駆動を禁止し、基本的に正常復帰はしない。そして、次のドライビングサイクルの初期処理にて再度故障診断を実施し、正常であれば復帰させる。
但し、誤診断を考慮し、異常と判定したドライビングサイクルでの復帰をさせる場合は、例えば車両であれば、車両停止中（システム上、デューティ１００％で駆動できるタイミング）に再度本故障診断を実施し、正常と判定した場合は復帰させる。

次に、図４乃至図８の波形図により、断線、天絡及び地絡の診断動作について詳しく説明する。断線は、ＰＷＭ信号のデューティが１００％指示時の電流のＡＤ変換値を参照して診断する。図４に示すように、時刻ｔ０に断線が発生すると、時刻ｔ０以降は電流のＡＤ変換値がゼロ近傍となるため、それを検知して断線と判断する。
短絡診断（過電流保護機能なし）は、ＰＷＭ信号のデューティが１００％指示時の電流のＡＤ変換値を参照して行う。図５に示すように、時刻ｔ１に短絡が発生すると、時刻ｔ１以降は電流のＡＤ変換値が高電流を維持するため、それを検知することで短絡と判断する。

過電流保護機能があると、短絡発生時にＰＷＭ信号のデューティが１００％の指示をしても、電流のＡＤ変換値が高電流とならない。これは、図６に示すように、短絡による高電流が発生すると（時刻ｔ１）、過電流保護が働いて電流経路が遮断され（時刻ｔ２）、高電流が流れなくなると電流経路が開放されて、それによりまた高電流が流れる（時刻ｔ３）。これをくり返すことによって、図７に示すように電流のＡＤ変換値としては平均化され、高電流値とならない。
よって、過電流保護機能を有するＩＰＤを使用したパルス駆動回路（ＰＷＭ駆動回路）においては、短絡診断を電流のＡＤ変換値のみで検出することができない。

そこで、負荷１２を流れる電流値ではなく、負荷１２の端子電圧を短絡診断に使用する。負荷１２の端子電圧は故障が存在しない場合、ＰＷＭ信号のデューティが１００％の指示状態では、常に印加電圧と等しい電圧値となる。過電流保護機能を有するパルス駆動回路で短絡が発生した場合には、端子電圧のＡＤ変換値も電流のＡＤ変換値と同様に、高速スイッチングによりＡＤ変換値が平均化され、通常時の印加電圧より低い値となる。よって、図８に示すように、この通常時の電圧からの電圧低下ΔＶを検出して、過電流保護機能を有するパルス駆動回路の短絡を判断する。

なお、上述した実施形態では、負荷１２がソレノイドやモータ等の誘導性負荷の場合を例に取って説明したが、負荷の種類によらず診断が可能である。
また、１つのシステムに複数の負荷が付属している場合には、それぞれの負荷に対して本診断を適用し、複数の負荷の中の、ある負荷が故障と判断された場合には、その負荷が属する機能の重要性によりその他の負荷の故障診断の実施の有無を判断すれば良い。例えば、重要であればその負荷の故障でシステム停止させるので、以後の負荷診断は不要である。重要でなければ、その他の負荷についても引き続き診断を実施する。

更に、パルス駆動回路を所定時間デューティ１００％で駆動したときに、出力端の電圧が所定の電圧値を下回った回数、又は電流が所定の電流値を上回った回数に基づいて、パルス駆動回路の短絡の発生を検知するようにしたが、電圧値と電流値の両方を考慮しても良い。出力端の電圧が所定の電圧値を下回った回数と、電流が所定の電流値を上回った回数とに基づいて、パルス駆動回路の短絡の発生を検知するように構成することもできる。

１１…コントロールユニット（制御装置）、１２…負荷（誘導性負荷）、１３ｂ，１３ｃ…電源端子、１４ａ，１４ｂ…出力端子、１５…バッテリ、２１…マイクロコンピュータ（異常検知手段）、２５…ＩＰＤソレノイドドライバ（パルス駆動手段）、２６…電圧モニタ回路（端子電圧検知手段）、２７…電流モニタ回路（電流検知手段）、２８…フェイルセーフシャットダウン回路（過電流保護装置）

Claims (3)

1. 過電流保護機能を有し、負荷に繰り返しパルス電圧を印加するパルス駆動手段と、
   前記負荷に流れる電流を検知する電流検知手段と、
   前記パルス駆動手段の出力端の電圧を検知する端子電圧検知手段と、
   前記パルス駆動手段により前記負荷を所定時間デューティ１００％で駆動したときに、前記負荷に流れる電流が断線判定閾値を下回った回数、前記負荷に流れる電流が短絡判定閾値を上回った回数、及び前記負荷に流れる電流が所定の電流値より高く且つ短絡判定閾値より低い場合に、前記出力端の電圧が短絡判定閾値を下回った回数に基づいて、前記パルス駆動手段と前記負荷との間の電流経路の短絡の発生を検知する異常検知手段と、を備える車両用アクチュエータの制御装置。
2. 請求項１の制御装置において、前記過電流保護機能は、前記負荷に過電流が流れた場合に、前記パルス駆動手段から出力されるパルス電圧の遮断を行うものであることを特徴とする、車両用アクチュエータの制御装置。
3. 請求項１又は２の制御装置において、前記パルス駆動手段による前記負荷のデューティ１００％での駆動は、車両の始動時又は停止時に実施することを特徴とする、車両用アクチュエータの制御装置。

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