CN110036189A - 控制装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种具有负载驱动电路的通用性及扩展性的控制装置。本发明的控制装置具备处理器和IC，所述IC具备：通信电路，其传送来自所述处理器的控制信号；第一驱动电路，其驱动第一负载；第二驱动电路，其用于驱动第二负载，并区别于所述第一驱动电路而另行设置在所述IC外部；以及第三驱动电路，其控制所述第二驱动电路，所述处理器将与所述第二驱动电路的开关数相应的通道信息发送至所述IC，所述通信电路根据所述通道信息来变更所述第三驱动电路的通道数。

Description

控制装置
技术领域
本发明涉及控制装置。
背景技术
在驱动负载的控制装置中，为了提高内部的信号传送效率，提倡使用串行通信而从处理器将控制信号传送至包含开关元件的驱动电路的方式。例如，专利文献1揭示了该方式的一例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5848230号
发明内容
发明要解决的问题
在驱动负载的控制装置中，需要根据负载的增减来灵活地变更驱动电路的数量及规格的功能。然而，在专利文献1的装置中，负载驱动电路的数量及规格是固定的，对于负载驱动电路的通用性及扩展性未作任何研究。
因此，本揭示提供一种具有负载驱动电路的通用性及扩展性的控制装置。
解决问题的技术手段
例如，采用权利要求书记载的构成以解决上述问题。本申请包含多种解决上述问题的手段，举其一例，提供一种控制装置，其具备处理器和IC(集成电路)，所述IC具备：通信电路，其通过串行通信来传送来自所述处理器的控制信号；第一驱动电路，其驱动第一负载；第二驱动电路，其用于驱动第二负载，并区别于所述第一驱动电路而另行设置在所述IC外部；以及第三驱动电路，其控制所述第二驱动电路,所述处理器将与所述第二驱动电路的开关数相应的通道信息发送至所述IC，所述通信电路根据所述通道信息来变更所述第三驱动电路的通道数。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种具有负载驱动电路的通用性及扩展性的控制装置。根据本说明书的记述、附图，将明确本发明相关的更多特征。此外，上述以外的课题、构成及效果将通过以下实施例的说明来加以明确。
附图说明
图1为第1实施方式中的发动机控制单元的构成图。
图2为用于说明第1实施方式中的命令帧和数据帧的图。
图3为表示第1实施方式中的数据帧和驱动电路的分配的图。
图4为第1实施方式中的CPU及负载驱动IC的初始化流程图。
图5为功能扩展部的外部开关元件的构成的一例。
图6为功能扩展部的外部开关元件的构成的另一例。
图7为第2实施方式中的发动机控制单元的构成图。
图8为表示第2实施方式中的数据帧和驱动电路的分配的图。
图9为第3实施方式中的发动机控制单元的构成图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明的实施例进行说明。附图展示的是遵循本发明的原理的具体实施例，但它们是用于本发明的理解，绝非用于对本发明作限定性的解释。此外，对同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。
[第1实施方式]
图1展示发动机控制单元(以下称为“ECU”)1作为驱动燃料喷射阀等负载的控制装置的一例。ECU 1对四缸汽油发动机的喷射器、点火器以及各种负载进行驱动控制。再者，不限于四缸汽油发动机，ECU 1例如也可以对其他缸数的汽油发动机、任意汽缸的柴油发动机等的负载进行驱动。此外，图1为详细记载CPU 2和成为本实施方式的核心的负载驱动IC 3的图。
ECU 1是包含CPU(处理器)2、负载驱动IC 3以及设定在负载驱动IC 3外部的外部开关元件14而构成。CPU 2生成驱动喷射器15、点火器16以及各种负载(阀门17、加热器电阻18、LED 19、继电器20)等的时刻。此外，负载驱动IC 3驱动喷射器15、点火器16以及各种负载17～20。
CPU 2按照存储在闪存等非易失性存储器中的控制程序、例如根据车辆的运转状态而在驱动喷射器15、点火器16以及各种负载17～20的时刻对负载驱动IC 3输出控制信号。为此，CPU 2具备通过串行通信与负载驱动IC 3之间收发各种信号的通信电路4。
负载驱动IC 3具备通过串行通信与CPU 2之间收发各种信号的通信电路5。此外，负载驱动IC 3进而具备ON/OFF控制部9、驱动通道设定部10、喷射器驱动器11、点火器前置驱动器12及适应性前置驱动器13。
通信电路5可以从CPU 2接收与控制对象驱动电路的开关数相应的通道信息，根据该通道信息来变更控制对象驱动电路的通道数。为此，通信电路5具备帧判定部6、数据帧处理部7、命令帧处理部8及通道数存储部5a。
帧判定部6判定数据帧和命令帧这两种通信帧。数据帧是控制(i)喷射器驱动器11、(ii)点火器前置驱动器12以及(iii)适应性前置驱动器13的ON/OFF的帧，所述(i)喷射器驱动器11对决定供给至发动机缸内的燃料量的喷射器15进行驱动控制，所述(ii)点火器前置驱动器12对决定点火时刻及点火能量的点火器16进行驱动控制，所述(iii)适应性前置驱动器13经由外部开关元件14对发动机辅机类(阀门17、加热器电阻18、LED 19、继电器20)进行驱动控制。命令帧是进行适应性前置驱动器13的设定等的帧。再者，适应性前置驱动器13通过控制信号13a对外部开关元件14进行ON/OFF控制。
数据帧处理部7在从CPU 2接收到的通信帧为数据帧的情况下执行处理。此外，命令帧处理部8在从CPU 2接收到的通信帧为命令帧的情况下执行处理。
通道数存储部5a为易失性存储器，例如可由负载驱动IC 3内的寄存器构成。通道数存储部5a存储驱动电路的通道数。通道数存储部5a中存储通过ECU 1的电源启动时的通道数的切换处理(图4的初始化处理)而决定的驱动电路的通道数。
根据该构成，成为如下构成：即功能扩展部的外部开关元件14设置在负载驱动IC3外部、而且负载驱动IC 3中内置适应性前置驱动器13，因此，能够提供一种谋求到功能扩展性和IC芯片尺寸的最佳化的负载驱动IC 3。
在帧判定部6判定从CPU 2发送的通信帧为数据帧的情况下，帧判定部6将通信帧信息6a输入至数据帧处理部7。接着，数据帧处理部7对通信帧信息6a进行判别处理，并将处理数据7a输入至ON/OFF控制部9。ON/OFF控制部9根据处理数据7a来输出用于控制喷射器驱动器11、点火器前置驱动器12以及适应性前置驱动器13的ON/OFF的控制信号9a、9b、9c、9d。
此外，在帧判定部6判定从CPU 2发送的通信帧为命令帧的情况下，帧判定部6将通信帧信息6a输入至命令帧处理部8。命令帧处理部8对通信帧信息6a进行处理，并将处理数据8a输入至驱动通道设定部10。驱动通道设定部10根据处理数据8a来输出用于控制适应性前置驱动器13的有效/无效的控制信号10a。
根据该构成，可以通过CPU 2来控制负载驱动IC 3内的功能的有效/无效化。因此，即便在车辆型号不同的情况下，也可以通过软件来自如选择负载驱动IC 3的功能。根据该构成，能够提高负载驱动IC 3的通用性及功能扩展性。此外，在设定了功能的无效化的情况下，可以削减负载驱动IC 3的驱动控制对象通道数(位长)，从而能将进行ON/OFF控制的数据帧的位长压缩得较短。
CPU 2与负载驱动IC 3之间的收发信号由Clock(4a)(时钟)、Serial DATA Input(4b)(串行数据输入)、/Enable(4c)(/开启)、Serial DATA Output(4d)(串行数据输出)这四线制组成。此处，Clock(4a)、Serial DATA Input(4b)、/Enable(4c)为来自CPU 2的控制信号，Serial DATA Output(4d)为来自负载驱动IC 3的发送信号。如此，CPU 2与负载驱动IC 3成为能进行双向通信的构成。
图2为用于说明通信中的命令帧和数据帧的图。命令帧是从CPU 2去往负载驱动IC3的通信信号，是表示是否使用负载驱动IC 3的适应性前置驱动器13及外部开关元件14的帧。数据帧是控制喷射器驱动器11、点火器前置驱动器12以及设定在负载驱动IC 3外部的外部开关元件14的ON/OFF的帧。
在负载驱动IC 3中，帧判定部6判定接收到的帧为命令帧、数据帧中的哪一种。以26表示/Enable信号(4c)从“1”变为“0”而负载驱动IC 3的通信接收变成生效状态的时刻。在从时刻26起Clock信号(4a)的第2下降沿时(时刻23)的Serial DATA Input信号(4b)为“1”的情况下(符号21)，判定为命令帧。另一方面，在从时刻26起Clock信号(4a)的第2下降沿时(时刻23)的Serial DATA Input信号(4b)为“0”的情况下(符号22)，判定为数据帧。根据该构成，帧判定部6可以根据每规定时间从CPU 2接收的信号的最初的1bit(字节)来识别两种通信帧(命令帧和数据帧)。
此外，命令帧为包含地址和数据的构成。在图2的例子中，C0～C4(24)为地址，D0～D10(25)为数据。例如，在C0～C4(24)＝00001这一地址时的D0～D10(25)的D5bit＝0时，以不使用适应性前置驱动器13及外部开关元件14的方式设定驱动电路的通道数。另一方面，在相同地址时的D0～D10(25)的D5bit＝1时，以使用适应性前置驱动器13及外部开关元件14的方式设定驱动电路的通道数。
图3为表示数据帧和驱动电路的分配的图。在数据帧中，各bit构成为直接控制各负载驱动电路的ON/OFF。在本例中，D0～D3是控制喷射器驱动器11的1～4通道的bit，D4～D7是控制点火器前置驱动器12的1～4通道的bit，D8～D15是控制适应性前置驱动器13及外部开关元件14的1～8通道的bit。关于各bit，例如，在D0bit＝0时，喷射器驱动器11的1通道变为OFF，反过来，在D0bit＝1时，喷射器驱动器11的1通道变为ON。
图4为利用CPU 2来实施负载驱动IC 3的初始化设定的初始化流程图。通过本初始化流程，可以切换负载驱动IC 3的控制对象负载驱动电路数和数据帧通信长度。
当ECU 1的电源启动时，开始初始化流程(CPU 2从步骤31开始，负载驱动IC 3从步骤41开始)。
接着，CPU 2经由通信电路4将表示是否使用适应性前置驱动器13及外部开关元件14的命令帧发送至负载驱动IC 3(步骤32)。负载驱动IC 3经由通信电路5接收命令帧(步骤42)。
负载驱动IC 3根据接收到的命令帧来设定负载驱动IC 3内部的控制对象驱动电路(步骤43)。例如，在命令帧内的C0～C4(24)＝00001这一地址时的D0～D10(25)的D5bit＝0时，以不使用适应性前置驱动器13及外部开关元件14的方式设定驱动电路的通道数。另一方面，在相同地址时的D0～D10(25)的D5bit＝1时，以使用适应性前置驱动器13及外部开关元件14的方式设定驱动电路的通道数。此时，负载驱动IC 3还根据使用的开关元件数来变更数据帧通信长度。再者，负载驱动IC 3将控制对象驱动电路的通道数的信息存储至通道数存储部5a。
当负载驱动IC 3内的控制对象驱动电路通道数及数据帧通信长度的切换结束时，负载驱动IC 3对CPU 2发送IC内部的设定值(步骤44)。
CPU 2根据接收数据来执行IC内部的设定值的确认处理(步骤33)。CPU 2确认负载驱动IC 3内部的设定值与从CPU 2发送的设定值是否一致。
通过以上处理，负载驱动IC 3可以根据从CPU 2接收到的数据来实施通道数相关的内部设定处理，此外，CPU 2可以根据从负载驱动IC 3接收到的数据来确认负载驱动IC 3内部的设定值。本处理借助电源启动时的初始化处理加以实施，由此，可以通过存储在CPU2内的闪存等非易失性存储器中的控制程序而按照每一车辆型号对单一的负载驱动IC 3进行可变设定。此外，负载驱动IC 3的内部设定值为保持到易失性的寄存器的构成，因此，须在每次电源启动时利用CPU 2加以设定，在执行CPU 2内的软件之前能够维持负载驱动IC 3及ECU 1的通用性。
当所述初始化流程结束时，CPU 2及负载驱动IC 3转变至正常控制。CPU 2根据来自负载驱动IC 3的接收数据来变更数据帧的位长。CPU 2开始数据帧的发送(步骤34)。负载驱动IC 3根据接收到的数据帧来控制对象驱动器11、12、13以及外部开关元件14(步骤45)。
图5为功能扩展部的外部开关元件14的构成的一例。外部开关元件14根据进行驱动控制的负载的特性而包含多个不同的开关元件。作为一例，展示对阀门17、加热器电阻18、LED 19及继电器20进行驱动控制的情况下的外部开关元件14a～14d的构成例。
外部开关元件14a具备限制为开关元件的耐压以下的耐压保护电路。对阀门17进行驱动控制的外部开关元件14a通过将齐纳二极管14aa和防逆流二极管元件14ab设定在外部开关元件14a的漏极-栅极间来决定箝位电压。齐纳二极管14aa和防逆流二极管元件14ab双方的阳极相连，齐纳二极管14aa的阴极连接到负载(阀门17)侧，防逆流二极管元件14ab的阴极连接到从适应性前置驱动器13控制外部开关元件14a的节点。在驱动阀门17这一负载的情况下，将由阀门17的驱动电流决定的容许电流值设为2A，由于阀门17具有电感分量，因此将决定ON→OFF时的特性的箝位电压设为50V(齐纳二极管14aa：47V+防逆流二极管元件14ab：1V+14a的栅极ON电压：2V的合计值)。在该情况下，可以使用大于50V的耐压值60V、容许电流2A的MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)作为外部开关元件14a。
在驱动加热器电阻18这一负载的情况下，若将由加热器电阻18的驱动电流决定的容许电流值设为10A、将连接加热器电阻18的电源电池电压的最大值设为36V，则可以使用上述最大值以上的耐压值40V的开关元件作为外部开关元件14b。
在驱动LED 19这一负载的情况下，若将由LED 19的驱动电流决定的容许电流值设为0.1A、将连接LED 19的电源电池电压的最大值设为36V，则可以使用上述最大值以上的耐压值40V的开关元件作为外部开关元件14c。
在驱动继电器20这一负载的情况下，将由继电器20的驱动电流决定的容许电流值设为1A，由于继电器20具有电感分量，因此将决定ON→OFF时的特性的箝位电压设为30V(齐纳二极管14da：27V+防逆流二极管14db：1V+14d的栅极ON电压：2V的合计值)。在该情况下，可以使用大于30V的耐压值40V、容许电流1A的MOSFET作为外部开关元件14d。
如本例所展示，可以根据各种负载来选择最佳MOSFET作为外部开关元件14a～14d，从而能够容易地进行功能的最佳化。再者，本例中是以MOSFET来记载的外部开关元件，但双极晶体管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等各种开关元件也能实现同样的应对。
此外，本例记载的是从负载拉电流的低侧驱动器的构成，但在从ECU将电流供给至负载的高侧驱动器的构成中也能运用上述实施方式。
图6为功能扩展部的外部开关元件的构成的另一例。与图5相比，图6的例子对外部开关元件14a和外部开关元件14d的箝位电路进行了变更。
图5中，外部开关元件14a通过将齐纳二极管14aa和防逆流二极管元件14ab设定在外部开关元件14a的漏极-栅极间来决定箝位电压。相对于此，在图6的例子中，齐纳二极管14ac设定在外部开关元件14a的漏极-源极间。齐纳二极管14ac的阴极连接在外部开关元件14a的上游侧，齐纳二极管14ac的阳极连接在外部开关元件14a的下游侧。由此，成为利用齐纳二极管14ac来吸收因阀门17的电感分量而在ON→OFF时产生的反电动势的构成。箝位电压由齐纳二极管14ac的特性决定，本例中为47V。因此，与图5的例子一样，可以使用耐压值60V的外部开关元件14a。
与上述一样，齐纳二极管14dc设定在外部开关元件14d的漏极-源极间。由此，成为利用齐纳二极管14dc来吸收因继电器20的电感分量而在ON→OFF时产生的反电动势的构成。箝位电压由齐纳二极管14dc的特性决定，本例中为27V。因此，与图5的例子一样，可以使用耐压值40V的外部开关元件14d。
上述ECU 1具备CPU 2和负载驱动IC 3，负载驱动IC 3具备驱动第一负载(例如喷射器15、点火器16)的第一驱动电路(例如喷射器驱动器11、点火器前置驱动器12)和通过串行通信来传送来自CPU 2的控制信号的通信电路5。负载驱动IC 3还具备用于驱动第二负载(例如阀门17、加热器电阻18、LED 19、继电器20)的第二驱动电路(外部开关元件14)。第二驱动电路区别于所述第一驱动电路而另行设置在负载驱动IC 3外部。负载驱动IC 3具备控制所述第二驱动电路的第三驱动电路(适应性前置驱动器13)。CPU 2将与第二驱动电路的开关数相应的通道信息发送至负载驱动IC 3，通信电路5根据来自CPU 2的通道信息来变更控制对象驱动电路的通道数(位长)。根据该构成，能够提高负载驱动IC 3的通用性及功能扩展性。
[第2实施方式]
第2实施方式的ECU 1为从第1实施方式的ECU 1中去掉了外部开关元件14的构成。通过本构成，在不需要扩展功能的ECU中不安装外部开关元件14，能够谋求安装面积的缩小以及成本最佳化。此外，由于负载驱动IC 3未内置有扩展功能的外部开关元件，因此能将IC芯片的尺寸最佳化，从而能够谋求扩展功能和成本最佳化的双方。
图7为第2实施方式中的发动机控制单元的构成图，展示不使用负载驱动IC 3的扩展功能的情况下的ECU。图8为表示第2实施方式中的数据帧和驱动电路的分配的图，是展示有不使用负载驱动IC 3的扩展功能的情况下的数据帧的图。
在不使用扩展功能的适应性前置驱动器13及外部开关元件14的情况下，ECU 1内不安装外部开关元件14。在该构成中，作为一例，在命令帧内C0-C4(24)＝00001这一地址时的D0-D10(25)的D5bit＝0时，对适应性前置驱动器13进行驱动控制的数据帧的bit D8～D15不再需要。因而，如图8所示，CPU 2只须发送有效的bit D0～D7的数据帧即可控制负载驱动IC 3。数据帧的D0～D3是控制喷射器驱动器11的1～4通道的bit，D4～D7是控制点火器前置驱动器12的1～4通道的bit。可以根据各数据帧的bit信息直接控制各负载驱动电路的ON/OFF。关于各bit，例如，在D0bit＝0时，喷射器驱动器11的1通道变为OFF，另一方面，在D0bit＝1时，喷射器驱动器11的1通道变为ON。
[第3实施方式]
第3实施方式的ECU 1为如下构成：从第1实施方式的ECU 1中去掉外部开关元件14，而且利用负载驱动IC 3的适应性前置驱动器13来驱动负载51。
图9为第3实施方式中的发动机控制单元的构成图。适应性前置驱动器13具有驱动作为功能扩展部的负载51的电流能力，因此能够直接驱动电流较少的高电阻的负载51。CPU2将控制扩展功能的负载51的适应性前置驱动器13的控制信息发送至负载驱动IC 3，通信电路5根据所述控制信息来控制适应性前置驱动器13。本实施方式具有可以在不设定外部开关元件14的情况下对能以较少电流能力驱动的负载进行驱动控制的通用性及扩展性。再者，在本实施方式中也可以使用第1实施方式中说明过的命令帧及数据帧。
作为驱动负载的控制装置，不限于发动机控制单元，例如还有变速器控制单元、制动控制单元等。
本发明包含各种变形例，并不限定于上述实施例。上述实施例是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，并非一定限定于具备说明过的所有构成。此外，也可以将某一实施例的构成的一部分替换为其他实施例的构成。此外，也可以对某一实施例的构成加入其他实施例的构成。此外，也可以对各实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。
在上述实施例中，控制线、信息线展示的是认为说明上需要的部分，在产品上未必展示了所有控制线、信息线。也可所有构成都相互连接在一起。
符号说明
1 发动机控制单元(ECU)
2 CPU
3 负载驱动IC
4 CPU内置的通信电路
5 负载驱动IC内置的通信电路
6 帧判定部
7 数据帧处理部
8 命令帧处理部
9 ON/OFF控制部
10 驱动通道设定部
11 负载驱动开关元件(喷射器驱动器)
12 负载驱动开关元件(点火器前置驱动器)
13 适应性前置驱动器
14 外部开关元件
15 喷射器
16 点火器
17 阀门
18 加热器电阻
19 LED
20 继电器。

Claims (12)

1.一种控制装置，其特征在于，
具备处理器和IC，并且，
所述IC具备：
通信电路，其通过串行通信来传送来自所述处理器的控制信号；
第一驱动电路，其驱动第一负载；
第二驱动电路，其用于驱动第二负载，并区别于所述第一驱动电路而另行设置在所述IC外部；以及
第三驱动电路，其控制所述第二驱动电路，
所述处理器将与所述第二驱动电路的开关数相应的通道信息发送至所述IC，
所述通信电路根据所述通道信息来变更所述第三驱动电路的通道数。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述IC还具备通道数存储部，
所述通信电路在所述控制装置的电源启动时变更所述通道数，并将所述变更之后的所述通道数存储至所述通道数存储部。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述IC从所述处理器接收表示是否使用所述第二驱动电路及所述第三驱动电路的命令帧以及用于控制所述第三驱动电路的数据帧。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
所述IC根据从所述处理器接收的信号的最初的1字节来识别所述命令帧与所述数据帧。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，
所述IC在所述控制装置的电源启动时从所述处理器接收所述命令帧而变更所述通道数，
所述处理器根据所述变更之后的所述通道数来变更所述数据帧的位长。
6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，
所述数据帧还包含用于控制所述第一驱动电路的数据。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述第二驱动电路根据所述第二负载的特性而包含多个不同的开关元件。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
所述开关元件为MOSFET、双极晶体管或IGBT中的某一种。
9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
所述开关元件具备限制为所述开关元件的耐压以下的耐压保护电路，所述耐压保护电路具备齐纳二极管和二极管，
所述齐纳二极管和所述二极管双方的阳极相连，所述齐纳二极管的阴极连接到所述第二负载侧，所述二极管的阴极连接到从所述第三驱动电路控制所述第二驱动电路的节点。
10.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
所述开关元件具备齐纳二极管，
所述开关元件具备所述齐纳二极管的阴极连接在所述开关元件的上游侧、所述齐纳二极管的阳极连接在所述开关元件的下游侧的耐压保护电路。
11.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述第二驱动电路对发动机辅机进行驱动控制。
12.一种控制装置，其特征在于，
具备处理器和IC，并且，
所述IC具备：
通信电路，其通过串行通信来传送来自所述处理器的控制信号；
第一驱动电路，其驱动第一负载；以及
第二驱动电路，其用于驱动第二负载；
所述处理器将所述第二驱动电路的控制信息发送至所述IC，所述通信电路根据所述控制信息来控制所述第二驱动电路。
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