CN102897116A - 开关状态判别装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供开关状态判别装置，其不论车载电池的剩余容量如何，都能够判别点火开关的接通/断开状态。在不能用第1判别模式（37a）判别点火开关（5）的接通/断开状态的情况下，切换为第2判别模式（37b）。第1判别模式（37a）每隔规定采样时间（T）就读取由电源电压检测单元（35）检测的电压，在从检测到超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间（T1）为止的时间内，连续n1次地检测到所述电压超过接通判别阈值（V1）的状态时，判别为处于接通状态。第2判别模式（37b）在从检测到超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间（TA）为止的时间内，N次地检测到电源的电压超过了接通判别阈值（V1）时，判别为处于接通状态。

Description

开关状态判别装置

技术领域

本发明涉及开关状态判别装置，尤其涉及判别车辆的点火开关是处于接通位置还是处于断开位置的开关状态判别装置。

背景技术

一直以来，公知有判别为了接通/断开车辆的电源而被操作的点火开关处于接通状态还是断开状态的开关状态判别装置。

在专利文献1中公开了如下的开关状态判别装置：通过检测在与发动机直接联结的发电机的电枢绕组中产生的感应电压来检测是否起动了发动机，由此对点火开关处于接通状态的情况进行检测。根据该开关状态判别装置，不需要为了判别点火开关的接通/断开状态而在点火开关上连接专用的信号线，从而装置能够简化。

【专利文献1】日本特开2003-18896号公报

但是，近年来，用于车辆的控制单元的CPU能够根据伴随点火开关的接通/断开的电源电压的变化判别点火开关的状态。但是，该电源电压是从车载电池提供的电压，因此在车载电池的剩余容量变少且如二轮车或ATV的车辆那样能够用脚踏起动器或反冲起动器来起动发动机的车辆中，发电机的交流输出电压成为电源，因此不能得到稳定的电源电压，从而可能难以判别点火开关的接通/断开状态。在专利文献1所记载的技术中，对于车载电池的剩余容量变化时的点火开关的接通/断开状态的判别方法，既没有进行任何公开，也没有给出任何启示。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种不论车载电池的剩余容量如何，都能够判别点火开关的接通/断开状态的开关状态判别装置。

为了达到上述目的，本发明的开关状态判别装置设置在车辆中，该车辆具有：与发动机同步旋转的发电机（1）；与该发电机（1）并联连接的车载电池（3）；以及为了将该车载电池（3）的电压用于车辆的电源而进行接通/断开操作的点火开关（5），该开关状态判别装置根据伴随所述点火开关（5）的接通操作而输入到控制单元（30）的所述电源的电压，判别所述点火开关（5）的接通/断开状态，该开关状态判别装置的第1特征在于，具有：电源电压检测单元（35），其在预定定时或CPU的外部中断动作中检测所述电源的电压；电源电压比较单元（36），其对所述电源的电压和接通判别阈值（V1）进行比较；以及开关状态判别单元（39），其在从检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间为止的时间内，在预定期间内或预定次数地检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）的情况下，判定为所述点火开关（5）处于接通状态。

此外，第2特征在于，所述开关状态判别单元（39）被设定为至少使用第1判别模式（37a）判别所述点火开关（5）的接通/断开状态，所述第1判别模式（37a）被设定为：每隔规定采样时间（T）就读取由所述电源电压检测单元（35）检测的电压，在从检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间（T1）为止的时间内，连续预定次数（n1）地检测到所述电压超过接通判别阈值（V1）的状态时，判别为所述点火开关（5）处于接通状态，另一方面，在连续预定次数（n2）地检测到所述电压在小于所述接通判别阈值（V1）的断开判别阈值（V2）以下的状态时，判别为所述点火开关（5）处于断开状态。

并且，第3特征在于，在采用所述第1判别模式（37a）既不能将所述点火开关（5）的接通/断开状态判别为接通状态也不能判别为断开状态的情况下，所述开关状态判别单元（39）从所述第1判别模式（37a）切换为第2判别模式（37b）来执行开关状态的判别处理，所述第2判别模式（37b）被设定为：在从检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间（TA）为止的时间内，预定次数（N）地检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）时，判定为所述点火开关（5）处于接通状态。

根据第1特征，具有：电源电压检测单元，其在预定定时或CPU的外部中断动作中检测电源的电压；电源电压比较单元，其对电源的电压和接通判别阈值进行比较；以及开关状态判别单元，其在从检测到电源的电压超过了接通判别阈值起到经过预定期间为止的时间内，在预定期间内或预定次数地检测到电源的电压超过了接通判别阈值的情况下，判别为点火开关处于接通状态，因此在车载电池的电量已用完时，用脚踏起动器或反冲起动器起动发动机，由此即使在将与车载电池并联连接的发电机的交流电压波形输入到控制单元的情况下，也能够正确地判别出点火开关的接通状态。

根据第2特征，开关状态判别单元被设定为至少使用第1判别模式判别点火开关的接通/断开状态，第1判别模式被设定为：每隔规定采样时间就读取由电源电压检测单元检测的电压，在从检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值起到经过预定期间为止的时间内，连续预定次数地检测到所述电压超过接通判别阈值的状态时，判别为点火开关处于接通状态，另一方面，在连续预定次数地检测到电压在小于所述接通判别阈值的断开判别阈值以下的状态时，判别为点火开关处于断开状态，因此通过使用第1判别模式，在车载电池的容量充足的情况下，能够在比较短的时间内判别出点火开关的接通/断开状态。

根据第3特征，在采用第1判别模式既不能将点火开关的接通/断开状态判别为接通状态也不能判别为断开状态的情况下，开关状态判别单元从第1判别模式切换为第2判别模式来执行开关状态的判别处理，第2判别模式被设定为：在从检测到电源的电压超过了接通判别阈值起到经过预定期间为止的时间内，预定次数地检测到电源的电压超过了接通判别阈值时，判别为点火开关处于接通状态，因此在由于车载电池的电量已用完而不能用第1判别模式判别点火开关的接通/断开状态的情况下，能够根据交流电压波形切换为可判别开关状态的第2判别模式，从而完成开关状态的判别处理。

附图说明

图1是示出应用了开关状态判别装置的车辆的电源电路的结构的框图。

图2是示出控制单元的结构的框图。

图3是示出利用第1判别模式的开关状态判别处理流程的时序图（电池正常时）。

图4是示出利用第1判别模式的开关状态判别处理流程的时序图（电池用完时）。

图5是示出利用第2判别模式的开关状态判别处理流程的时序图。

图6是示出开关状态判别处理的过程的流程图。

图7是示出设置在控制单元的内部的过电压保护电路的结构的框图。

图8是示出设置在过电压保护电路的内部的时间常数电路的结构的框图。

标号说明

1：发电机（ACG）；2：调节整流装置；3：车载电池；5：点火开关；9、10：制动开关；11：制动灯；13：喇叭；30：控制单元；32：电源端口；35：电源电压检测电路；36：电源电压比较单元；37：开关状态判别单元；37a：第1判别模式；37b：第2判别模式；37：开关状态判别模式切换单元；40：过电压保护电路；50：电压调节部；60：CPU。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。图1是示出应用了本发明的开关状态判别装置的车辆的电源电路的结构的框图。该电源电路被应用于以发动机（未图示）为动力源的二轮机动车，构成为：当接通点火开关5时，车载电池3的电力除了能够提供到制动灯11和方向指示灯19L、19R以外，还能够提供到未图示的电池电动机或燃料喷射装置。在电源电路上，除了这些以外，还能够连接车辆行驶所需的前照灯和仪表装置等电气设备。点火开关5例如能够由插入未图示的便携钥匙并使其转动的钥匙柱构成。

在车载电池3上，并联连接与发动机同步旋转的发电机（ACG）1，在发动机的运转过程中，利用从发电机1提供的电力进行车载电池3的充电。在发电机1与车载电池3之间，设置有将发电机1的交流电力转换为整流后的直流电力的调节整流装置2。

在接通点火开关5时，经由具有主保险丝4和保险丝7的导线22，将车载电池3的电压输入到控制单元30的电源端口32。控制单元30构成为能够检测从导线22提供的电压的大小。

另一方面，通过接通点火开关5，经由设置有保险丝8的导线32，将电力提供到发动机的点火装置和燃料喷射装置（未图示）。伴随于此，除了通过接通前侧制动开关9或后侧制动开关10而使制动灯11亮灯以外，还通过接通喇叭开关14使喇叭继电器15动作而鸣响喇叭13，通过接通方向指示灯开关18使方向指示灯继电器17动作，从而方向指示灯19L、19R成为可闪烁的状态。设置于车辆的仪表装置的动作灯20与方向指示灯19L、19R联动而闪烁。

在控制单元30中设置有不间断电源连接端口31、制动开关端口33、喇叭继电器端口34和危险警示灯端口24。并且，在控制单元30中设置有接地端口25和连接加速度传感器12的传感器端口26。控制单元30能够根据向各端口输入的输入信号检测各电气设备的动作状态。在点火开关5的上游侧连接具有保险丝6的不间断电源线21。该不间断电源线即使在点火开关5断开的状态下，也始终向控制单元30、喇叭继电器15和危险警示灯继电器16提供电力。

此处，在控制单元30中，为了根据点火开关5的接通/断开状态执行不同的控制，有想正确检测接通/断开状态的期望。关于该接通/断开状态，能够根据从导线22输入到电源端口32的信号进行检测，但是在该方式中，在车载电池3的电量已用完的状态下起动发动机时，可能难以正确地判别接通/断开状态。

具体而言，一般地，二轮机动车即使在电池电量已用完而电池电动机不转动的状态下，也能够通过脚踏起动器或反冲起动器、或者按压起动发动机。此时，虽然起动了发动机，但如果是车载电池3的剩余容量极少的状态，则将发电机1的交流发电电压作为半波整流波形等的脉冲电流波形输入到控制单元30的电源端口32。由此，在以接通点火开关5时始终向电源端口32输入平滑的电压波形为前提的以往的开关状态检测方法中，不能进行针对半波整流波形的适当处理，从而难以正确判别点火开关5的接通/断开状态。因此，在本发明的开关状态判别装置中，对判别方法进行了钻研，使得即使在电池电量用完时起动发动机而输入了半波整流波形的电压的情况下，也能够判别点火开关5的状态。以下使用图3至图5说明具体的判别过程。

图2是示出构成开关状态判别装置的控制单元30的结构的框图。在控制单元30中包含电源电压检测单元35、电源电压比较单元36、开关状态判别模式切换单元37和开关状态判别单元39。开关状态判别模式切换单元37具有相互切换第1判别模式37a和第2判别模式37b的功能。该两个模式规定怎样使用电源电压比较单元36的比较结果进行判别处理，在第2判别模式37b上连接有判别用定时器38。

电源电压检测单元35在预定定时或CPU的外部中断动作中检测输入到与点火开关5的下游侧连接的电源端口32的电源电压。电源电压比较单元36将由电源电压检测单元35检测到的电压值与预先设定的阈值进行比较。该预先设定的阈值由接通判别阈值V1和比该接通判别阈值V1小的断开判别阈值V2构成。开关状态判别单元39根据第1判别模式37a或第2判别模式37b的判别结果，判别点火开关5的接通/断开状态。

图3、4是示出基于第1判别模式37a的开关状态判别处理的流程的时序图。图3示出了车载电池3的剩余容量充足的情况（电池正常时）的判别结果，图4示出了车载电池3的剩余容量较少的情况（电池电量用完时）的判别结果。开关状态判别单元39构成为：在两个判别模式中，首先根据第1判别模式37a开始判别处理，之后如果满足预定条件，则切换为第2判别模式37b来完成判别处理。

第1判别模式37a是以在车载电池3中有充足的剩余容量为前提的模式，每隔规定采样期间T（例如0.1ms）执行电源电压的检测。每当检测到该电压时，执行是否为超过接通判别阈值V1的电压、是否为断开判别阈值V2以下的电压的比较。并且，在从最初超过了接通判别阈值V1的时刻起到经过预定期间T1为止的时间内，包含第1次的检测在内，连续6次检测到超过接通判别阈值V1的电压时，判定为点火开关5处于接通状态，另一方面，在连续6次检测到断开判别阈值V2以下的电压时，判别为处于断开状态。能够将预定期间T1设定为比接通判定或断开判定所需的期间（在本实施方式中是规定采样期间T×6的期间）长的任意期间。

在该曲线图的例子中，根据在时刻t1、t2、t3、t4、t5、t6连续6次检测到超过接通判别阈值V1的电压，在时刻t6判别为点火开关5处于接通状态。并且，在时刻t7由骑车的人将点火开关5切换为断开后，根据在时刻t8、t9、t10、t11、t12、t13连续6次检测到断开判别阈值V2以下的电压，在时刻t13判别为点火开关5处于断开状态。

根据该方法，只有在连续多次没有检测到接通或断开的判别的情况下才不变更开关状态的判别结果，因此例如即使在时刻t14检测到短时间的噪声的情况下，也不会对开关状态的判别结果产生影响。

但是，在电池电量已用完并且发动机正在运转中的状态下，执行基于该第1判别模式37a的、开关状态的判别时，如图4所示，有可能产生如下问题：尽管实际上点火开关5一直处于接通状态，也不能得到开关状态的正确的判别结果。

由于以下原因产生该情况：在电池电量已用完的状态下，输入发电机1的发电电压作为半波整流波形等的脉冲电流波形。在图4所示的例子中，尽管在时刻t10、t11、t12连续3次检测到超过接通判别阈值V1的电压，但是在下一个定时低于接通判别阈值V1，因此不足6次而不能判别为接通。之后，尽管在时刻t13、t14、t15、t16连续4次检测到断开判别阈值V2以下的电压，但是在下一个定时高于断开判别阈值V2，因此结果是不能判别为断开。之后同样，不进行接通和断开的判别，接通/断开状态也仅维持初始值而与实际的点火开关5维持接通状态无关。

因此，在本发明中，构成为：在维持第1判别模式37a而如图4所示不进行接通和断开的判别的情况下，通过切换为后述的第2判别模式37b，即使在车载电池3用完的状态下也能够正确地判别开关状态。

图5是示出基于第2判别模式37b的开关状态判别处理的流程的时序图。第2判别模式37b由于在基于第1判别模式37a的判别处理中满足预定条件而替代第1判别模式37a被应用。该曲线图示出了不能用第1判别模式37a判别开关状态而从第1判别模式37a切换为第2判别模式37b后的状态。

第2判别模式37b检测是否从电压值为接通判别阈值V1以下的状态切换为超过接通判别阈值V1的状态，即电压是否超越接通判别阈值V1而上升，将检测结果用于接通/断开状态的判别。

在该曲线图的例子中，在时刻t20最初检测到超越接通判别阈值V1的情况时，使判别用定时器38动作而开始预定时间TA（例如8ms）的计测。并且，在到达经过预定时间TA的时刻t30之前2次检测到超越接通判别阈值V1的情况，换言之，在时刻t21、t22检测到超越接通判别阈值V1时，在时刻t22判别为点火开关5处于接通状态。另外，在第2判别模式37b中，也可以设定为：以比第1判别模式中的规定采样期间T长的间隔执行电压检测，使该电压检测定时与时刻t20、t21、t22一致。

根据该第2判别模式37b，虽然与第1判别模式37a相比，判别时间稍长，但是即使在由于电池电量用完而检测到半波整流波形电压的情况下，也能够正确地判别为点火开关5处于接通状态。以下，参照图6的流程图，再次确认本发明的开关状态判别处理的整体流程。

图6是示出开关状态判别处理的过程的流程图。在步骤S1中，选择第1判别模式37a，开始开关状态的判别处理。在步骤S2中，判定从最初的检测起是否连续n1次（例如6次）检测到超过接通判别阈值V1的电压。在步骤S2中判定为肯定时，前进到步骤S7，判别为点火开关5处于接通状态，并结束一系列的控制。另一方面，在步骤S2中判定为否定时前进到步骤S3。

在步骤S3中，判定从最初的检测起是否连续n2次（例如6次）检测到断开判别阈值V2以下的电压。并且，在步骤S3中判定为否定，即判定为不能用第1判别模式37a判别开关状态的接通/断开时，为了进行向第2判别模式37b的切换而前进到步骤S4。另一方面，在步骤S3中判定为肯定时，前进到步骤S10，判别为点火开关5处于断开状态，并结束一系列的控制。

在步骤S4中，判别检测电压是否超过了接通判别阈值V1（电压是否超越接通判别阈值V1而上升）。在步骤S4中判定为肯定时，前进到步骤S5，执行从第1判别模式37a向第2判别模式37b的切换，并且开始利用判别用定时器38的预定时间TA的计测。另一方面，在步骤S4中判定为否定时，返回步骤S4的判定。

在接下来的步骤S6中，通过第2判别模式37b判定检测电压超过接通判别阈值V1的次数是否达到了N次（例如3次）。在步骤S6中判定为肯定时，前进到步骤S7，将开关状态判别为接通状态，并结束一系列的控制。

另一方面，在步骤S6中判定为否定时，前进到步骤S8，检测判别用定时器38是否已停止（是否经过了预定时间TA）。在步骤S8中判定为否定时，在步骤S9中对判别用定时器38进行增计数，并返回步骤S6的判定。另一方面，在步骤S8中判定为肯定，即没有预定次数地检测到跨越接通判别阈值V1的电压上升而判定为经过了预定时间TA时，在步骤S10中判别为点火开关5处于断开状态，并结束一系列的控制。

如上所述，根据本发明的开关状态检测装置，在用于检测开关状态的模式中设置了第1判别模式和第2判别模式，因此在车载电池的容量充足的情况下，能够在比较短的时间内判别出点火开关处于接通状态，另一方面，在车载电池电量已用完时，通过用脚踏起动器或反冲起动器起动发动机，即使在将与车载电池并联连接的发电机的交流电压波形输入到控制单元的情况下，也能够正确地判别出点火开关的接通状态。

图7是示出设置在控制单元30的内部的过电压保护电路40的结构的框图。用与上述相同的标号示出相同或同等部分。在电池电量已用完的状态下起动发动机时，输入到控制单元30的半波整流波形的峰值最大可能会高达100V。因此，设置用于在施加过大的电压时保护CPU等内部电路的过电压保护电路40是有效的。

输入到控制单元30的电压经由二极管33被输入到过电压保护电路40。在过电压保护电路40的下游侧连接有电压调节部50和CPU60。电压调节部50是由调节器51、上游侧电容器52和下游侧电容器53构成的公知的电气电路。

过电压保护电路40由晶体管41、齐纳二极管42、电阻43和MOSFET44构成，在通常通电时，MOSFET44处于接通状态，在其下游侧流过电流。与此相对，在输入了超过预定值的较大电压时，MOSFET 44由于齐纳二极管42击穿而变为断开状态，由此能够保护比MOSFET 44处于下游侧的电路。

图8是示出设置在过电压保护电路40的内部的时间常数电路的结构的框图。在过电压保护电路40中还能够增加时间常数电路70。时间常数电路70设置在MOSFET44与电阻43之间，是由电阻71和电容器72构成的公知电路。根据该时间常数电路70，在施加较大电压时，过电压保护电路40动作，能够减少在切断向下游的电流供给时产生的尖峰状的浪涌电压。能够通过减少由于该发电机1的电抗影响而产生的较大浪涌电压，防止在MOSFET 44的栅极中产生高电压，从而保护MOSFET 44。

另外，电源电路的结构、用于电源电路的电气元件的配置和种类、第1判别模式和第2判别模式中的开关状态的判别条件、接通判别阈值和断开判别阈值的设定值等不限于上述实施方式，能够进行各种变更。本发明的开关状态判别装置除了能应用于二轮机动车以外，还能够应用于鞍式的三/四轮车等各种车辆或通用发动机等。

Claims (3)

1.一种开关状态判别装置，其设置在车辆中，该车辆具有：与发动机同步旋转的发电机（1）；与该发电机（1）并联连接的车载电池（3）；以及为了将该车载电池（3）的电压用于车辆的电源而进行接通/断开操作的点火开关（5），该开关状态判别装置根据伴随所述点火开关（5）的接通操作而输入到控制单元（30）的所述电源的电压，判别所述点火开关（5）的接通/断开状态，该开关状态判别装置的特征在于，具有：

电源电压检测单元（35），其在预定定时或CPU的外部中断动作中检测所述电源的电压；

电源电压比较单元（36），其对所述电源的电压和接通判别阈值（V1）进行比较；以及

开关状态判别单元（39），其在从检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间为止的时间内，在预定期间内或预定次数地检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）的情况下，判别为所述点火开关（5）处于接通状态。

2.根据权利要求1所述的开关状态判别装置，其特征在于，

所述开关状态判别单元（39）被设定为至少使用第1判别模式（37a）判别所述点火开关（5）的接通/断开状态，

所述第1判别模式（37a）被设定为：每隔规定采样时间（T）读取由所述电源电压检测单元（35）检测到的电压，在从检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间（T1）为止的时间内，连续预定次数（n1）地检测到所述电压超过接通判别阈值（V1）的状态时，判别为所述点火开关（5）处于接通状态，另一方面，在连续预定次数（n2）地检测到所述电压在小于所述接通判别阈值（V1）的断开判别阈值（V2）以下的状态时，判别为所述点火开关（5）处于断开状态。

3.根据权利要求2所述的开关状态判别装置，其特征在于，

在采用所述第1判别模式（37a）既不能将所述点火开关（5）的接通/断开状态判别为接通状态也不能判别为断开状态的情况下，所述开关状态判别单元（39）从所述第1判别模式（37a）切换为第2判别模式（37b）来执行开关状态的判别处理，

所述第2判别模式（37b）被设定为：在从检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）起到经过预定期间（TA）为止的时间内，预定次数（N）地检测到所述电源的电压超过了接通判别阈值（V1）时，判别为所述点火开关（5）处于接通状态。

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