CN103368380B - 监视装置及车载型电子控制装置 - Google Patents

Abstract

一种监视装置，其在使用电容器的充放电进行微型计算机等控制装置的动作监视的结构中，可以确保更高的失效保护性能。充放电控制电路(110)通过第1路径供给第1电流(I1)，对电容器(202)进行充电，并且对应于从控制装置(201)周期性地输入的监视信号，对电容器(202)进行放电。信号输出电路(130)在电容器(202)的充电电压达到规定值的情况下，输出表示监视信号不存在的信号。强制充电电路(140)在检测出来自充放电控制电路(110)的第1电流(I1)的供给停止的情况下，通过与第1路径不同的第2路径，供给比第1电流(I1)更大的第2电流(I2)，对电容器(202)进行充电。

Description

监视装置及车载型电子控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于监视控制装置的动作状态的装置、以及在车辆上搭载而进行各种车载机构的控制的电子控制装置。

背景技术

ECU等在车辆上搭载的电子控制装置，利用从微型计算机输出的信号控制各种负载。微型计算机的电源电压要求适当范围，如果因电源电压脱离该范围等因素而微型计算机失控，则有时负载会产生错误动作。

车载型的电子控制装置(特别是发动机控制装置、转向控制装置、制动器控制装置等进行与行进、转弯、停止这些车辆的行驶相关的控制的装置)，要求较高的失效保护性能。因此，已知一种对微型计算机的动作或向微型计算机施加的电源电压进行监视的装置。例如，已知下述结构：监视从正常动作的微型计算机周期性地输出的监视(watch dog)信号(以下称为WD信号)，在一定时间内未连续检测出该WD信号的情况下，判断微型计算机出现失控，向微型计算机输出复位信号。

为了检测一定时间的经过，要向电容器供给电流而进行充电，与WD信号的输入对应而对该电容器进行放电。如果WD信号未在一定时间内连续输入，则充电电压达到规定值，据此判断WD信号不存在，即微型计算机异常(例如，参照专利文献1、2)。

专利文献1：日本特开2001-111399号公报

专利文献2：日本特开平3-217364号公报

发明内容

上述的监视装置的动作，以电容器的充电、即向电容器的电流供给正常进行为前提。然而，在充电用电源中产生异常而电容器未被正常充电的情况下，可能会出现下述情况：在WD信号不存在的同时，电容器的充电电压未达到规定值，无法检测微型计算机的异常。例如，在监视装置上外置电阻元件，基于该电阻元件的电阻值生成充电用电流的情况下，会产生意想不到的冲击或连接部的老化等因素而电阻元件脱离，从而产生充电用电源的异常。

因此，本发明的目的在于，在使用电容器的充放电进行微型计算机等控制装置的动作监视的结构中，提供可以确保更高的失效保护性能的技术。

为了实现上述目的，而本发明的第1方式是一种对控制装置的动作状态进行监视的监视装置，其具有：

充电电路，其通过第1路径供给第1电流，对电容器进行充电；

放电电路，其对应于从控制装置周期性地输入的监视信号，对所述电容器进行放电；

信号输出电路，其在所述电容器的充电电压达到规定值的情况下，输出表示所述监视信号不存在的信号；以及

强制充电电路，其在检测出来自所述充电电路的所述第1电流的供给停止的情况下，通过与所述第1路径不同的第2路径，供给比所述第1电流更大的第2电流，对所述电容器进行充电。

根据这种结构，在充电电路中产生异常而电容器未正常充电的情况下，利用充电电路通过与电流供给路径不同的路径对电容器进行急速充电，强制地输出表示监视信号不存在的信号。因此，可以避免下述情况：在监视信号不存在的同时，因充电电路异常而电容器的充电电压未达到规定值，无法检测控制装置的异常。因此，可以提供失效保护性能更高的监视装置。

也可以构成为，所述强制充电电路，在比所述监视信号的输入周期更短的时间内使所述电容器的充电电压达到所述规定值。在这种情况下，即使在充电电路的故障和控制装置的异常发生万一同时发生的情况下，也可以避免发生无法判定控制装置的异常的情况。

例如可以构成为，所述强制充电电路具有：第1晶体管，在所述第1电流的供给停止时，该第1晶体管成为断开状态；第2晶体管，在所述第1晶体管成为断开状态时，该第2晶体管成为接通状态，在所述第2晶体管成为接通状态时，向所述电容器供给所述第2电流。

在这里，也可以构成为，所述强制充电电路具有比较器，其在所述第1晶体管成为断开状态时，使所述第2晶体管成为接通状态，也可以具有恒流源，其在所述第1电流的供给停止时，使所述第1晶体管成为断开状态。

本发明也可以适当地适用于下述结构：由与所述充电电路连接的外置电阻生成所述第1电流。因意想不到的振动和冲击及老化而外置电阻的连接不充分，是充电电路的故障的主要原因，在这种情况下，通过强制地输出表示监视信号不存在的信号，可以通知充电电路的故障。

为了实现上述目，本发明的第2方式的车载型电子控制装置具有：

微型计算机；

电容器；

充电电路，其经由第1路径供给第1电流，对所述电容器进行充电；

放电电路，其对应于从所述微型计算机周期性地输入的监视信号，对所述电容器进行放电；

信号输出电路，其在所述电容器的充电电压达到规定值的情况下，输出表示所述监视信号不存在的信号；以及

强制充电电路，其在检测出来自所述充电电路的所述第1电流的供给停止的情况下，通过与所述第1路径不同的第2路径，供给比所述第1电流更大的第2电流，对所述电容器进行充电。

根据这种结构，在充电电路中产生异常而电容器未正常充电的情况下，利用充电电路通过与电流供给路线不同的路径对电容器进行急速充电，强制地输出表示监视信号不存在的信号。因此，可以避免下述情况：在监视信号不存在同时，因充电电路的异常而电容器的充电电压未达到规定值，无法检测微型计算机的异常。因此，可以提供失效保护性能更高的车载型电子控制装置。

也可以构成为，所述信号是使所述微型计算机复位的信号，所述急速充电电路维持所述电容器的充电电压达到所述规定值的状态。在这种情况下，由于维持微型计算机的复位状态，所以可以防止在充电电路故障的状态下重新启动电子控制装置。因此，失效保护性能进一步提高。

附图说明

图1是本发明的1个实施方式涉及的监视装置的结构的功能模块图。

图2是用于说明图1的监视装置的动作的图。

图3是表示图1的监视装置中的充电电路和急速充电电路的第1结构例的电路图。

图4是表示图1的监视装置中的充电电路和急速充电电路的第2结构例的电路图。

图5是表示图1的监视装置中的充电电路和急速充电电路的第3结构例的电路图。

具体实施方式

参照附图对本发明进行以下详细说明。另外，在以下的说明中使用的各附图，为了成为可以识别各个部件的尺寸而对比例尺进行适当变更。

图1是表示本发明的1个实施方式涉及的监视装置100的结构的功能模块图。监视装置100安装在作为本发明的车载型电子控制装置的ECU 200中。ECU 200具有微型计算机201和电容器202。ECU200主要进行与车辆的行驶(行进、拐弯、停止)相关的控制，包括发动机控制、转向控制、制动器控制等。

监视装置100具有充放电控制电路110、信号输出电路130以及急速充电电路140。它们可以实现以下说明的各功能，为了方便而对名称进行区别，并不排除安装在监视装置100中的同一电路作为不同名称的电路而进行动作的情况。

微型计算机201构成为，在正常运行时周期性地输出监视信号(以下称为WD信号)。监视装置100构成为，通过检测WD信号在一定时间未输出的状态，判定失控等微型计算机201的异常动作。

充放电控制电路110作为本发明的充电电路起作用，构成为通过第1路径111向电容器202供给第1电流I1而进行充电。另外，充放电控制电路110作为本发明的放电电路起作用，构成为对应于在微型计算机201正常动作时周期性地输入的WD信号，使电容器202放电。即，仅限于在微型计算机201正常动作状态持续的情况下，电容器202周期性地进行充放电。

信号输出电路130构成为，在电容器202的充电电压达到规定值的情况下输出复位信号。如果微型计算机201因失控等原因而不正常动作，则WD信号不输出。因此，由于电容器202不进行放电，所以仅来自充放电控制电路110的电流供给继续，电容器202的充电电压上升。充电电压达到规定值的情况，表示在一定时间内WD信号未向充放电控制电路110输入，据此判断微型计算机201的异常状况。

从信号输出电路130输出的复位信号输入至微型计算机201。微型计算机201根据该输入执行复位处理，如果没有其它特别的问题，恢复正常动作状态。因此WD信号再次输出，重复上述电容器202的周期性充放电。

图2是用于说明本实施方式涉及的监视装置100的动作的图。参照该图(a)具体地说明上述动作。

如果ECU 100(微型计算机201)起动，则在期间T1进行电容器202的初期充电及放电动作以后，充放电控制电路110开始充电。信号输出电路130的输出被固定在H逻辑电位。如果微型计算机201完成起动处理，则开始WD信号的输出。WD信号是使H逻辑电位和L逻辑电位周期性地重复的脉冲信号。

充放电控制电路110，检测到WD信号的下降而进行放电，直至电容器202的充电电压达到V0为止。如果放电结束，则接收来自充放电控制电路110的电力供给，电容器202的充电电压再次上升。由于WD信号的电位周期性地下降，因此充放电控制电路110的放电和充电周期性地重复(期间T2)。

如果微型计算机201因失控等原因而处于不正常动作状态，则WD信号的输出消失(期间T3)。由于如果不输入WD信号则电容器202不放电，所以因由充放电控制电路110供给的电流而电容器202的充电电压持续上升。

如果电容器202的充电电压达到规定值V2，则信号输出电路130输出复位信号(输出变为L逻辑电位)，并且利用放电控制电路110进行电容器202的放电，直至充电电压成为V1。如果电容器202的充电电压下降至V1，则信号输出电路130的输出恢复至H逻辑电位。如果放电结束，则再次开始充电放电控制电路110的充电。

信号输出电路130的输出，与微型计算机201的未图示的复位输入端子电气连接。微型计算机201构成为，在复位端子的电位成为L逻辑电位时执行复位处理。

在图2(a)所示的例子中，即使利用信号输出电路130输出复位信号，微型计算机201也不恢复至正常动作状态，因此，不会重新开始WD信号的输出。因此，电容器202的充电电压再次达到规定值V2。因此，再次由信号输出电路130进行复位信号的输出。直至放电电路120检测到WD信号的输入为止，重复该动作。

如图1所示，充放电控制电路110所供给的电流，通常由与监视装置100所具有的端子101外置连接的电阻102的电阻值生成。如果因意想不到的振动、冲击或老化等，端子101和电阻102的连接不充分，则有时上述监视装置100动作会不正常。

图2(b)表示下述例子：在时刻t1，端子101和电阻102的连接不充分，无法确保充放电控制电路110向电容器202供给的电流。即，在时刻t1之前，进行上述的电容器202的充放电，但时刻t1以后，来自充放电控制电路110的电流供给停止，因此电容器202的充电电压成为V0。

在对这种充电源不良的危险不采取任何对策的情况下，即使因微型计算机201的失控等WD信号不输出，电容器202充电电压也会为V0，因此信号输出电路130无法输出复位信号。图2(b)中所示，在原本应输出复位信号的时刻t2，信号输出电路130的输出依然是H逻辑电位。

如图1所示，本实施方式的监视装置100具有急速充电电路140。急速充电电路140构成为，如果检测出来自于充放电控制电路110的电流供给停止，则通过与第1路径111不同的第2路径141，供给比第1电流I1更大的第2电流I2，从而对电容器202进行急速充电。

更具体地说，急速充电电路140构成为，向电容器202供给下述程度的电流：可以在比WD信号的输入周期更短的时间内，使充电电压达到规定值V2。

如图2(c)所示，如果在时刻t1，端子101与电阻102的连接不充分，从充放电控制电路110向电容器202的电流供给停止，则急速充电电路140开始向电容器202急速充电。因此，电容器202的充电电压急速上升，在时刻t3达到规定值V2。因此，信号输出电路130可以输出复位信号。

根据这种结构，在充放电控制电路110发生异常而电容器202无法正常充电的情况下，通过与充放电控制电路110的电流供给路径不同的路径对电容器202进行急速充电，强制地使信号输出电路130输出复位信号。因此可以避免下述情况：在WD信号不存在的同时，因充放电控制电路110的异常而电容器202充电电压未达到规定值V2，无法检测出微型计算机201的异常。因此，可以提供失效保护性能更高的监视装置。

此外，成为下述结构，即，第2电流I2在比WD信号的1个周期更短的时间内使电容器202的充电电压达到规定值V2。因此，即使在充电电路110的故障和微型计算机201的异常万一同时发生的情况下，也可以避免无法判定微型计算机201的异常。

由于并不优选在充电功能受损的情况下重新启动微型计算机201，因此在本实施方式中，不进行被急速充电的电容器202的放电，维持充电电压V2。因此，信号输出电路130的输出持续维持L逻辑电位，微型计算机201成为停止状态。该状况下，当然发出警报而向用户通知，对监视装置100进行修理或更换。

即，通过维持复位信号的强制输出状态，可以通知充放电控制电路110的故障。由于可以避免在充放电控制电路110故障的状态下重新启动微型计算机201，因此可以提供具有更高失效保护性能的ECU 200。

下面，参照图3，说明用于实现上述动作的具体的电路结构。另外，以下使用电路图说明的“连接”的用语，只要不特别说明，均表示电气连接，只要是物理连接，无论直接连接或间接连接均可。

监视装置100具有端子101、103、104、105。上述电阻102的一端与端子101连接，另一端接地。电容器202的一端与端子103连接，另一端与电源连接。端子104是输入来自微型计算机201的WD信号的输入端子。端子105是输出来自信号输出电路130的复位信号的输出端子。

监视装置100具有内部电路150。内部电路150具有基准电压产生部160及电流停止检测部180。

基准电压产生部160具有基准电压源161、运算放大器162、晶体管163及晶体管164。基准电压源161与运算放大器162的正侧差动输入端子连接。晶体管163、164分别是NPN型晶体管。运算放大器162的输出端子分别与晶体管163、164的基极端子连接。运算放大器162的负侧差动输入端子分别与晶体管163、164的发射极端子连接。晶体管163、164的发射极端子与端子101连接。

晶体管164的集电极端子与充放电控制电路110连接。基准电压源160的电压值及外置电阻102的电阻值设定为，在处于接通状态的晶体管164的各集电极、发射极之间，不会从充放电控制电路110流过电流I1。充放电控制电路110经由第1路径111与端子103连接，向电容器202供给第1电流I1(以下简称为电流I1)。电容器202接受电流I1的供给而被充电。这时，内部电路150作为本发明的充电电路起作用。

电流I1的值设定为，使得由于不存在WD信号而没有被放电、持续上升的电容器202的充电电压达到规定值V2为止的时间，与可以判断微型计算机201存在异常的时间相对应。即，电流I1的值设定为，经过至少超过WD信号的1个周期的时间而使电容器202的充电电压达到规定值V2。

内部电路150还具有作为PNP型晶体管的晶体管171。晶体管171的发射极端子和集电极端子分别与电源和晶体管163的集电极端子连接。晶体管171的基极端子与自身的集电极端子及电流停止检测部180所具有的晶体管181的基极端子连接。

电流停止检测部180，具有上述的晶体管181、电阻182、电阻183及晶体管184。作为PNP型晶体管的晶体管181的发射极端子与电源连接。晶体管181的集电极端子与晶体管184的基极及电阻182的一端连接。电阻182的另一端接地。电阻183的一端与电源连接，另一端与作为NPN型晶体管的晶体管184的集电极端子连接。晶体管184的发射极端子接地。

内部电路150还具有非门191、晶体管192及电阻193。非门191的输入端子与电阻183的另一端及晶体管184的集电极端子连接。非门191的输出端子与作为PNP型晶体管的晶体管192的基极端子连接。晶体管192的发射极端子与电源连接，集电极端子与电阻193连接。电阻193的另一端与端子103连接。

在晶体管164的集电极、发射极端子间流过电流I1而进行电容器202的充电时，在晶体管163的集电极、发射极端子间流过电流I1，与之相伴，在晶体管171的发射极、集电极端子间也流过电流I1。

晶体管171和晶体管181形成所谓的电流镜电路。因此，在晶体管171的发射极、集电极端子间流过电流I1，从而在晶体管181的发射极、集电极端子间也流过电流I1。

通过在晶体管181的发射极、集电极端子间流过电流I1，晶体管184成为接通状态。因此非门191的输出成为H逻辑电位，晶体管192成为断开状态。因此在从晶体管192经由电阻193直至端子103的路径中不会流过电流。

例如，在端子101与外置电阻102的连接脱离，或端子101电源短路(与电源间短路)的情况下，在基准电压产生部160的晶体管164的集电极、发射极端子间不会流过电流I1，无法由电流I1向电容器202充电。

这时，在晶体管163的集电极、发射极端子间也不流过电流I1，晶体管171成为断开状态。利用电流镜动作，电流停止检测部180的晶体管181成为断开状态，与之相伴，晶体管184也成为断开状态。

因此，非门191的输出成为L逻辑电位，晶体管192成为接通状态。在晶体管192的发射极、集电极端子间流过第2电流I2(以下简称为电流I2)，经由第2路径141向电容器202供给。电容器202接受电流I2的供给而被充电。电流I2是比电流I1大的电流，设定为可以在比WD信号的1个周期更短的时间内使电容器202的充电电压达到规定值V2的值。

即，内部电路150具有通过停止电流I1的供给而成为断开状态的晶体管184、和通过该晶体管184成为断开状态而其成为接通状态的晶体管192，通过晶体管192成为接通状态，向电容器202供给电流I2。因此，这时内部电路150作为急速充电电路140起作用。

信号输出电路130与端子103连接，构成为可以监视电容器202的充电电压。另外信号输出电路130与端子105连接。如果检测到充电电压达到规定值V2，则信号输出电路130从端子105输出复位信号。复位信号输入至微型计算机201。

下面参照图4，对用于实现本发明的动作的电路结构的第2例进行说明。对于与图3所示的内部电路150具有相同或相当功能的构成要素，标注同样的参照标号，省略重复的说明。

本例涉及的内部电路150A，电流停止检测部180A的结构与内部电路150的电流停止检测部180的结构不同。电流停止检测部180A具有晶体管181、电阻182、电阻185、比较器186及基准电压源187。

取代内部电路150的晶体管171，电阻185的一端与电源连接。电阻185的另一端，与基准电压产生部160所具有的晶体管163的集电极端子、以及晶体管181的基极端子连接。

晶体管181的集电极端子与比较器186的正侧差动输入端子连接。基准电压源187与比较器186的负侧差动输入端子连接。未设置内部电路150所具有的非门191，比较器186的输出端子与晶体管192的基极端子连接。

在向电容器202供给电流I1时，如上所述，在晶体管181的发射极、集电极端子间流过电流I1。与之相伴，晶体管181的集电极端子电位上升，比较器186的正侧差动输入端子的电位高于基准电压源187的电位。其结果，比较器186输出成为H逻辑电位，晶体管192成为断开状态，在经过电阻193直至端子103的路径中不会流过电流I2。

另一方面，如果由于端子101中的故障等而在晶体管164的集电极、发射极端子间不流过电流I1，则晶体管163成为断开状态，从而在晶体管181的基极、发射极端子间不流过电流，晶体管181成为断开状态。

与之相伴，晶体管181的集电极端子电位下降，比较器186的正侧差动输入端子的电位低于基准电压源187的电位。其结果，比较器186的输出成为L逻辑电位，晶体管192成为接通状态。电容器202接受在晶体管192的发射极、集电极端子间流过的电流I2而被急速充电。

下面参照图5，说明用于实现本发明的动作的电路结构的第3例。对于与图3所示内部电路150具有相同或相当功能的构成要素，标注相同的参照标号，省略重复的说明。

本例涉及的内部电路150B，其电流停止检测部180B的结构与内部电路150的电流停止检测部180的结构不同。电流停止检测部180B具有晶体管181、电阻183、晶体管184、恒流源188、晶体管189及晶体管190。

晶体管181的集电极端子，与晶体管184的基极端子及作为NPN型晶体管的晶体管189的集电极端子连接。晶体管189的发射极端子接地。

恒流源188供给比I1小的电流I3。恒流源188的一端与电源连接，另一端与作为NPN型晶体管的晶体管190的集电极端子连接。

晶体管190的集电极端子和基极端子连接，发射极端子接地。另外，晶体管190和晶体管189的基极端子之间连接。即，晶体管189和晶体管190形成电流镜电路。

由恒流源188供给的电流I3在晶体管190的集电极、发射极端子间流过。利用电流镜动作，晶体管189的集电极、发射极端子间也流过电流I3。

在向电容器202供给电流时，如上所述，在晶体管181的发射极、集电极端子间流过电流I1。因此，在晶体管184的基极端子中流过电流(I1-I3)，晶体管184成为接通状态。即电流I3的值设定为下述程度的值：使得电流(I1-I3)可以使晶体管184成为接通状态。

因此非门191的输出成为H逻辑电位，晶体管192成为断开状态。因此，在从晶体管192经由电阻193直至端子103的路径中不会流过电流I2。

另一方面，如果由于端子101的故障等，晶体管164的集电极、发射极端子间不流过电流I1，则晶体管163成为断开状态，从而在晶体管181的基极、发射极端子间不流过电流，晶体管181成为断开状态。

与此相伴，在晶体管184的基极端子中流过的电流为(-I3)，晶体管184成为断开状态。其结果，非门191的输出成为L逻辑电位，晶体管192成为接通状态。电容器202接受在晶体管192的发射极、集电极端子间的电流I2的供给而被急速充电。

上述实施方式是为了更容易地理解本发明，并不是限定本发明。本发明可以进行不脱离其主旨的变更、改良，并且本发明中包含其等价物，这是很明确的。

通过向电容器202供给电流I2而使充电电压达到规定值V2为止的时间，并不一定是比WD信号的1个周期短的时间。可以在对微型计算机201的异常状态判定不产生影响的范围内延长充电时间。由此可以放宽急速充电电路140的设计条件。

信号输出电路130输出的信号，并不一定是用于复位微型计算机201的信号。也可以是用于使微型计算机201进行其他动作的信号，或者是用于通知充放电控制电路110的故障的信号。

由监视装置100监视动作状态的对象，并不限于ECU 200的微型计算机201。只要是可以输出与WD信号相当的控制信号的装置即可，可以将适当的控制装置作为监视对象。

Claims (8)

1.一种监视装置，其对控制装置的动作状态进行监视，具有：

充电电路，其通过第1路径供给第1电流，对电容器进行充电；

放电电路，其对应于从控制装置周期性地输入的监视信号，对所述电容器进行放电；

信号输出电路，其在所述电容器的充电电压达到规定值的情况下，输出表示所述监视信号不存在的信号；以及

强制充电电路，其在检测出来自所述充电电路的所述第1电流的供给停止的情况下，通过与所述第1路径不同的第2路径，供给比所述第1电流更大的第2电流，对所述电容器进行充电。

2.根据权利要求1所述的监视装置，其中，

所述强制充电电路，在比所述监视信号的输入周期更短的时间内使所述电容器的充电电压达到所述规定值。

3.根据权利要求1或2所述的监视装置，其中，

所述强制充电电路具有：第1晶体管，在所述第1电流的供给停止时，该第1晶体管成为断开状态；第2晶体管，在所述第1晶体管成为断开状态时，该第2晶体管成为接通状态，

在所述第2晶体管成为接通状态时，向所述电容器供给所述第2电流。

4.根据权利要求3所述的监视装置，其中，

所述强制充电电路具有比较器，其在所述第1晶体管成为断开状态时，使所述第2晶体管成为接通状态。

5.根据权利要求3所述的监视装置，其中，

所述强制充电电路具有恒流源，在所述第1电流的供给停止时，该恒流源使所述第1晶体管成为断开状态。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的监视装置，其中，

所述第1电流由与所述充电电路连接的外置电阻生成。

7.一种车载型电子控制装置，其具有：

微型计算机；

电容器；

充电电路，其经由第1路径供给第1电流，对所述电容器进行充电；

放电电路，其对应于从所述微型计算机周期性地输入的监视信号，对所述电容器进行放电；

信号输出电路，其在所述电容器的充电电压达到规定值的情况下，输出表示所述监视信号不存在的信号；以及

强制充电电路，其在检测出来自所述充电电路的所述第1电流的供给停止的情况下，通过与所述第1路径不同的第2路径，供给比所述第1电流更大的第2电流，对所述电容器进行充电。

8.根据权利要求7所述的车载型电子控制装置，其中，

所述信号输出电路输出的信号是使所述微型计算机复位的信号，

所述强制充电电路维持所述电容器的充电电压达到所述规定值的状态。