CN1629761A - 电流断开回路和电气式转向锁定装置 - Google Patents

电流断开回路和电气式转向锁定装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在负荷上不易产生异常过热的电流断开回路。电流断开回路包含连接于电动机回路的FET(18)。连接于电动机回路的继电器故障检测回路(14)用于检测电动机回路的电位(Vx)。CPU(10)向继电器(4)发送控制指令。CPU根据向继电器发送的控制指令和继电器故障检测回路的检测值判断继电器是否发生故障。CPU在判断继电器发生故障时，使FET处于开状态从而使电动机回路为开回路。

Description

电流断开回路和电气式转向锁定装置
【技术领域】
本发明涉及一种抑制负荷异常过热的电流断开回路和电气式转向锁定装置。
【背景技术】
过去，为防止车辆被盗，在车上安装转向锁定装置。该转向锁定装置广泛采用图1所示的电气式转向锁定装置。以下对此进行详细说明。转向锁定装置51具备CPU52、由CPU52控制的继电器53、与继电器53相连接的电动机55、可利用电动机55使之移动从而挂合到转向轴(图示省略)上的锁杆54。继电器53具备与电动机55的+端子相连接的开关56和与电动机55的-端子相连接的开关57。各开关56、57可在蓄电池端子58a和接地端子58b之间切换接点。
两端的开关56、57的接点如图1所示连接在接地端子58b上时，电动机55上无电流流过，锁杆54不动作。为了将转向锁定装置51设定成锁定状态，即，为了将转向轴锁定，CPU52将开关56的接点切换到蓄电池端子58a上。这样，电动机55正转使锁杆54挂合到转向轴的槽中。通过上述动作，转向锁定装置51被设定成锁定状态。为了将转向锁定装置51设定成非锁定状态，CPU52从图1所示的非动作状态将开关57的接点切换到蓄电池端子58a上。这样，电动机55反转使锁杆54脱离转向轴的槽。通过上述动作，转向锁定装置51被设定成非锁定状态。
但是，采用上述的继电器53，电动机回路往往有不可预料的过电流流过。而且，往往因开关56、57的软钎焊状态不佳造成开关56、57的接点熔敷。例如，有时开关56的接点熔敷到蓄电池端子58a上。因在该状态下CPU52不能将开关56的接点切换到接地端子58b上，就不能切断对电动机55的通电。这时，电动机55因电流持续流过造成异常过热。
【发明内容】
本发明提供一种使负荷难以发生异常过热的电流断开回路和电气式转向锁定装置。
本发明的第1种形式，是提供一种用于负荷控制回路的电流断开回路，该负荷控制回路控制包括负荷的电气回路。负荷控制回路包括切换负荷动作状态的开关组合件。电流断开回路包括连接电气回路的开关元件，和与电气回路相连接的、用于检测电气回路电流值或电压值的第1检测回路，以及与开关组合件、开关元件和第1检测回路相连接的、向开关组合件发送控制信号的开关控制回路。开关控制回路根据发送给开关组合件的控制信号和第1检测回路的检测值判断在开关组合件中是否发生故障，当判断在开关组合件中发生了故障时，将开关元件处于开状态从而使电气回路成为开回路。
本发明的第2种形式，是提供一种用于负荷控制回路的电流断开回路，该负荷控制回路控制负荷。负荷控制回路包含可选择性地将第1电压源和第2电压源连接在负荷上的开关组合件。电流断开回路包括有连接在开关组合件和第2电压源之间的开关元件，和在开关组合件和第2电压源之间串联连接的2个电阻，以及与2个电阻之间的节点、开关组合件和开关元件相连接、并控制开关组合件的开关控制回路。开关控制回路在尝试解除负荷与第1电压源和第2电压源的连接时，如果节点的电位与第2电压源的电位不同，就将开关元件设定为开状态。
本发明的第3种形式，是提供一种车辆的电气式转向锁定装置。车辆包括转向轴。电气式转向锁定装置包括含有驱动组合件的电气回路；连接在驱动组合件上的、切换驱动组合件动作状态的开关组合件；利用驱动组合件进行驱动、用于锁定转向轴的锁杆；连接在电气回路中的开关元件；连接在电气回路中、用于检测电气回路电流值或电压值的第1检测回路；与开关组合件、开关元件和第1检测回路相连接的、向开关组合件发送控制信号的开关控制回路。开关控制回路根据发送给开关组合件的控制信号和第1检测回路的检测值判断在开关组合件上是否发生了故障，当判断在开关组合件上发生了故障时，将开关元件处于开状态从而使电气回路成为开回路。
【附图说明】
图1是图示现有技术的转向锁定装置电气构成的示意图。
图2是图示本发明一实施例的转向锁定装置电气构成的示意图。
图3是图示电动机的电线束发生接地短路时的状态的示意图。
【具体实施方式】
以下根据图2和图3对本发明一实施例的电气式转向锁定装置1进行说明。
图2是图示转向锁定装置1电气构成的示意图。车辆上安装有停车时限制转向轴5转动的转向锁定装置1。转向锁定装置1包括锁杆2，和作为锁杆2驱动源的电动机3，以及切换电动机3动作状态的继电器4。电动机3使锁杆2向图2中的箭头A方向(离开转向轴5的方向)和图2中的箭头B方向(接近转向轴5的方向)移动。转向锁定装置1构成负荷控制回路，电动机3构成负荷(驱动组合件)，继电器4构成开关组合件。
转向轴5的圆周面上形成槽5a。锁杆2挂合到槽5a中，转向锁定装置1就被设定成锁定状态，即转向轴5被锁定。当锁杆2脱离槽5a时，则转向锁定装置1被设定成非锁定状态，即转向轴5不被锁定。继电器4包括与电动机3的+端子相连接的开关6和与电动机3的-端子相连接的开关7。各开关6、7在印加了蓄电池(电源)电压Va的蓄电池端子8和接地的接地端子9之间切换接点。
转向锁定装置1包括有对装置进行主要控制的CPU(转向锁定ECU)10。CPU10通过切换继电器4的各开关6、7的接点，将转向锁定装置1的状态在锁定和非锁定之间切换。并且，CPU10可以检测出配置在转向轮近旁的引擎开关被按动的信息。
例如，车辆停车时，转向轴5被锁定。驾驶者用启动钥匙发动引擎时，启动钥匙的ID被与车辆的ID相对照。2个ID一致、按动引擎开关时，CPU10开始进行解除转向轴5锁定的动作。
驾驶者用点火钥匙(例如，无线电遥控钥匙)发动引擎时，钥匙被插入钥匙孔内。这时，钥匙内的脉冲转发器的ID被与车辆的ID相对照。2个ID一致、按动引擎开关时，CPU10开始进行解除转向轴5锁定的动作。
在转向轴5被锁定的状态下，各开关6、7的接点都与接地端子9连接。为了使转向轴5成非锁定状态，CPU10将开关6的接点切换到蓄电池端子8上将继电器4接通。这样，在电动机回路11中电流沿图2中箭头C的方向流动从而使电动机3正转。电动机3使锁杆2向图2中的A方向(离开方向)移动，锁杆2脱离槽5a。通过上述动作，转向轴5成为非锁定状态。此时，电动机回路11相当于电气回路。
转向锁定装置1包括在锁杆2附近、沿锁杆2的移动方向配置的锁定开关12和非锁定开关13。在锁杆2从槽5a中拔出的过程中，锁定开关12被断开。当锁杆2与槽5a完全脱离时，则非锁定开关13被接通。CPU10在锁定开关12被断开且非锁定开关13被接通时，将开关6的接点切换到接地端子9上将继电器4断开，使转向锁定装置1的动作停止。
驾驶者使用启动钥匙时，例如，车门由关闭到打开或是检测到车门锁定操作时，CPU10开始进行转向轴5的锁定动作。另外，驾驶者用点火钥匙(例如，无线电遥控钥匙等)时，检测到这些钥匙被从钥匙孔中拔出，则CPU10开始进行转向轴5的锁定动作。
在转向轴5非锁定的状态下，各开关6、7的接点连接着接地端子9。为了锁定转向轴5，CPU10将开关7的接点切换到蓄电池端子8上将继电器4接通。在电动机回路11中电流沿图2中箭头D的方向流动从而使电动机3反转。电动机3使锁杆2向图2中箭头B的方向(挂合方向)移动，锁杆2挂合到槽5a上。通过上述动作，转向轴5被锁定。锁杆2一挂合到槽5a上，锁定开关12就被接通，非锁定开关13就被断开。这时，CPU10将开关7的接点切换到接地端子9上将继电器4断开，使转向锁定装置1的动作停止。
CPU10与电动机回路11之间连接着用于检测继电器4故障的继电器故障检测回路14。继电器故障检测回路14包括串联连接的2个电阻15、16。电阻15的第1端子连接接地端子9，电阻15的第2端子连接电阻16的第1端子。电阻16的第2端子接地。电阻15、16之间的节点17连接CPU10，对CPU10供给节点17的电位(以下称为继电器监视用电位)Vx。此时，继电器故障检测回路14相当于第1检测回路。
在继电器4的接地端子9与接地之间，与2个电阻15、16并联连接着FET(Field Effect Transistor、场效应晶体管)18。FET18位于电动机回路11的电流通过路径上，根据CPU10发出的控制信号进行开关控制。CPU10使转向锁定装置1动作时(即，锁定转向轴5或解除转向轴5锁定时)，向FET18供给接通信号。这样，FET18被接通，电动机回路11形成闭合回路。此时，FET18相当于开关元件。
CPU10可实施继电器故障检测处理。该处理是：CPU10监视继电器监视用电位Vx，根据发给继电器4的控制信号和继电器监视用电位Vx对FET18进行开关控制。具体说，尽管CPU10试着将继电器4从接通切换到断开，但仍然有时可检测到比接地电位高的继电器监视用电位Vx。在这种状况下，CPU10则判断继电器4的接点(开关6、7的接点)熔敷，不能切断对电动机3的通电。于是，CPU10向FET18发出断开信号，将FET18断开。这样，电动机回路11形成开回路，流向电动机3的电流被断开。
并且，在CPU10与电动机回路11之间连接有用于检测FET18故障的FET故障检测回路19。FET故障检测回路19包括晶体管20、二极管21和多个电阻22～26。晶体管20包括连接具有蓄电池电压Vb(＜Va)的蓄电池(未图示)的发射极端子和通过电阻22与CPU10相连接的基极端子。CPU10对晶体管20进行开关控制。晶体管20被接通时，电流则从具有蓄电池电压Vb的蓄电池流向晶体管20的发射极端子和集电极端子。此时，FET故障检测回路19相当于第2检测回路。
晶体管20的发射极端子和基极端子之间连接着电阻23。晶体管20的集电极端子和接地之间串联连接着电阻24、25。电阻24、25之间的节点27与CPU10连接，对CPU10供给节点27的电位(以下称为FET监视用电位)Vy。在节点27与节点30(该节点30位于继电器4和FET18之间)之间，串联连接着电阻26和二极管21。二极管21包括连接电阻26的阳极端子和连接节点30的阴极端子。CPU10连接着配置在驾驶座处的蜂鸣器28。CPU10控制蜂鸣器28使之以声音报警。
晶体管20被接通时，则在晶体管20上有电流流过。此时，如果FET18处于接通状态，电流则不仅流经电阻25，还经过电阻26和二极管21流经FET18。另外，如果晶体管20被接通而FET18被断开时，则电动机回路11形成开回路，电流不流经电阻26、二极管21和FET18。因此，在晶体管20被接通时产生的FET监视用电位Vy就随FET18的动作状态而不同。具体说，FET18断开时FET监视用电位Vy高，FET18接通时FET监视用电位Vy低。
另外，CPU10可实施FET故障检测处理。CPU10每次在进行使转向锁定装置1动作的继电器控制(即，接通继电器4的操作)之前，都进行该FET故障检测处理。在进行继电器控制前，首先CPU10向FET18供给接通信号接通FET18。然后，CPU10向晶体管20供给接通信号使电流流经FET故障检测回路19。接着，CPU10向FET18供给断开信号断开FET18，监视此时的FET监视用电位Vy的变化。
FET监视用电位Vy上升到界限值Vz以上时，CPU10就判定包括FET18的电动机回路11为正常状态。接着，CPU10接通继电器4，驱动电动机3锁定转向轴5或解除转向轴5锁定。另一方面，将FET18从接通状态切换到断开状态之际，当FET监视用电位Vy不上升保持在界限值Vz以下时，CPU10则判定包括FET18的电动机回路11为异常状态。CPU10不接通继电器4，通过蜂鸣器28向驾驶者报知异常。例如，使蜂鸣器28向车内和车外鸣响。此时，继电器监视用电位Vx和FET监视用电位Vy相当于电压值(电流值)和检测值。
下面，就转向锁定装置1的作用进行说明。
对转向轴5为非锁定状态时的例子进行说明。与启动钥匙或脉冲转发器进行ID对照成立时，转向锁定装置1被设定为非锁定准备完了状态。在该状态下按动引擎开关，则CPU10开始进行解除转向轴5的锁定。
首先，CPU10实施FET故障检测处理。CPU10在接通FET18的状态下接通晶体管20，使电流流经FET故障检测回路19。因为来自具有蓄电池电压Vb的蓄电池的电流也流经FET18，所以，FET监视用电位Vy比界限值Vz低。接着，CPU10在保持晶体管20接通的状态下断开FET18。当FET18正常动作后被断开时，则电流不流经FET18，FET监视用电位Vy上升到界限值Vz以上。CPU10检测到FET监视用电位Vy上升到界限值Vz以上，则判断FET18正常。然后，CPU10进行继电器4的接点控制，继续进行解除锁定的操作。
另一方面，有时FET18故障造成短路。该状态下，即使CPU10向FET18供给断开信号，FET18也不能断开。所以，FET18(即，电动机回路11)电流持续流通。这时，FET监视用电位Vy比界限值Vz低。因此，CPU10尽管尝试断开FET18但检测到FET监视用电位Vy在界限值Vz以下时，则认知FET18发生故障(短路故障)。此时，CPU10不接通继电器4，通过蜂鸣器28报知故障信息。
另外，也会有电动机3的电线束3a中途被切断造成电线束3a接地短路(如图3所示)的情况。该条件下，在FET故障检测过程中CPU10向FET18供给断开信号后，FET18正常动作后被断开。但是，由于电线束3a处于接地短路状态，所以电动机回路11中有电流流过。结果，FET监视用电位Vy在界限值Vz以下。因此，CPU10根据FET监视用电位Vy的电位变化还可以检测出电线束3a接地短路的状况。CPU10在电线束3a接地短路时不对继电器4通电，通过蜂鸣器28报知故障信息。
下面，是假设FET18未发生短路故障(或电线束3a接地短路)，转向锁定装置1如通常一样开始了解除锁定动作的情况。这时，CPU10通过监视继电器监视用电位Vx从而检测继电器故障。CPU10在对继电器发送控制信号使之从接通状态切换到断开状态后，如果检测到比接地电位高的继电器监视用电位Vx时，就判断开关6、7的接点熔敷，从而向FET18发送断开信号。这样，电动机回路11形成开回路，在电动机回路11上流动的电流被断开。结果，可防止电流长时间持续流经电动机3，避免电动机3和电线束3a异常过热。
如上所述，继电器4发生接点熔敷等故障时，CPU10利用继电器故障检测回路14检测继电器4的故障，断开FET18，从而强制使电动机回路11成为开回路。因此，即使继电器4的接点熔敷，电动机3上也不会持续流通电流，电动机3就不容易发生异常过热。另外，CPU10利用FET故障检测回路19可以检测FET18发生的短路故障和电线束3a接地短路。在发生了上述故障(短路)时，CPU10使继电器4不通电，停止转向锁定装置1的动作。这样，由于转向锁定装置1在发生不良状况时停止动作，提高了转向锁定装置1的可靠性。
FET18采用了众所周知的过电流(过热)检测FET，该FET18自检其温度，当温度达到规定值时就将自身断开。继电器4的接点在接通状态下熔敷时，CPU10有可能因误动作不能进行将FET18切换到断开状态的控制。在该状态下，随着对电动机3长时间通电FET18自身的温度上升时FET18就将自身断开。这样，电动机回路11形成开回路，对电动机3的通电被强制断开。因此，即使CPU10发生误动作，电动机3和电线束3a等也不会异常过热。
本实施例的转向锁定装置1具有以下效果。
(1)转向锁定装置1上设有继电器故障检测回路14。CPU10通过继电器故障检测回路14检测出继电器4的接点熔敷时，断开FET18强制使电动机回路11处于开回路。因此，即使继电器4的接点熔敷，电动机3上也不会长时间流过电流，可以防止电动机3和电线束3a异常过热。其结果是提高了电气式转向锁定装置1的可靠性。
(2)转向锁定装置1上设有FET故障检测回路19。CPU10利用FET故障检测回路19检测出FET18的短路故障或是电线束3a接地短路时，不接通继电器4，使转向锁定装置1的动作停止。因此，转向锁定装置1在发生不良状况时不进行解除锁定动作或是锁定动作，提高了转向锁定装置1的可靠性。
(3)FET故障检测回路19包括1个晶体管20。晶体管20被接通时，开始利用FET故障检测回路19进行故障诊断。因此，晶体管20的接通时刻与FET18进行故障诊断的开始时刻相当，因而可以自由设定故障判断的开始时刻。
(4)FET18处于短路故障或是电线束3a处于接地短路时，故障信息通过蜂鸣器28向驾驶者报知。所以，驾驶者可以得知转向锁定装置1发生故障的信息。
(5)转向锁定装置1每次动作时，CPU10都实施FET18故障诊断。这提高了转向锁定装置1的可靠性。
不言而喻，本技术领域的技术人员可以不脱离本发明的范围将本发明以多种形式具体化。当然，也可将本发明如下所述一样进行具体化。
开关组合件不限于继电器4，也可以是FET或晶体管等其它元件。驱动组合件不限于电动机3，也可以是螺线管(solenoid)等驱动源。
在上述实施例中，CPU10进行继电器4故障检测和FET18故障检测(电线束3a接地短路)等2项检测。也可以代之以在转向锁定装置上设置继电器检测回路14和FET18，只进行继电器故障检测。另外，还可以在转向锁定装置上设置FET18和FET故障检测回路19，只进行FET故障检测。
报知FET18短路故障或电线束3a接地短路的方法，不限于利用蜂鸣器28的声音报警。例如，也可以采用在仪表板上显示文字的文字报知方式或点亮报警灯的亮灯报警方式。
在上述实施例中，FET故障检测回路19包括晶体管20、二极管21和多个电阻22～26。也可以代之以在FET故障检测回路19中不设晶体管20。另外，也可以在ID对照成立时电流流过FET故障检测回路19。
在上述实施例中，继电器4的故障检测和FET18的故障检测是CPU10通过观察监视用电位(继电器监视用电位Vx、FET监视用电位Vy)来判断是否存在故障。也可以代之以CPU10检测电流来判断有无故障。
本发明不限于转向锁定装置1，例如，也可用于门锁定装置、行李锁定装置等其它装置。另外，本发明不限于用在车辆上，例如，还可以用于住宅等建筑物的锁定装置。
上述实施例是具体例，不以此限定本发明，本发明不应受本详细说明书具体细节的限制，可在附加的权利要求的范围内变更。

Claims (10)

1.一种用于负荷控制回路(1)的电流断开回路，该负荷控制回路(1)控制包括负荷(3)的电气回路(11)，负荷控制回路包含切换负荷动作状态的开关组合件(4)。其特征在于，电流断开回路包括：
与电气回路连接的开关元件(18)；
与电气回路连接的、用于检测电气回路电流值或电压值(Vx)的第1检测回路(14)；
与开关组合件、开关元件以及第1检测回路相连接，向开关组合件发送控制指令的开关控制回路(10)；
开关控制回路根据发送给开关组合件的控制信号和第1检测回路的检测值判断开关组合件是否发生故障，在判断开关组合件发生故障时，使开关元件处于开状态从而使电气回路成为开回路。
2.按照权利要求1所述的电流断开回路，其特征在于，还包括连接于开关控制回路和电气回路之间的、根据电气回路的动作状态用于检测电流值或电压值(Vy)的第2检测回路(19)；
开关控制回路向开关元件发送动作许可指令，进而，开关控制回路根据向开关元件发出的动作许可指令和第2检测回路的检测值，判断开关元件和电气回路的至少一个中是否存在故障，有故障时将禁止开关组合件的动作。
3.按照权利要求2所述的电流断开回路，其特征在于，第2检测回路包含受开关控制回路开关控制的晶体管(20)和连接在晶体管上的防止来自于电气回路的反向电流流动的二极管(21)，并将晶体管和二极管之间的接点(27)电位提供给开关控制回路；
开关控制回路将开关元件及晶体管元件接通，使开关元件上有电流流过，在晶体管接通的状态下，断开开关元件，根据开关元件断开时节点的电位判断开关元件和电气回路的至少一个中是否有故障。
4.按照权利要求2或3所述的电流断开回路，其特征在于，开关控制回路在开始负荷动作前，判断开关元件和电气回路的至少一个中是否存在故障。
5.按照权利要求4所述的电流断开回路，其特征在于，开关控制回路在开始负荷动作时，判断开关元件和电气回路的至少一个中是否存在故障。
6.按照权利要求1，2，3的任一项所述的电流断开回路，其特征在于，还包括与开关控制回路连接的报警元件(28)；
开关控制回路在判断出开关元件和电气回路的至少一个中有故障时，将此故障信息报知给报警元件。
7.按照权利要求1，2，3的任一项所述的电流断开回路，其特征在于，第1检测回路包括在电气回路和接地端子之间串联连接的两个电阻(15，16)。
8.一种用于负荷控制回路(1)的电流断开回路，该负荷控制回路用于控制负荷(1)，并包括可选择性地将第1电压源(Va的电源)和第2电压源(ground)连接在负荷上的开关组合件(4)，其特征在于，电流断开回路包括：
连接在开关组合件和第2电压源之间的开关元件(18)；
在开关组合件和第2电压源之间串联连接的2个电阻(15，16)；
与2个电阻之间的节点(17)和开关组合件以及开关元件相连接的、控制开关组合件的开关控制回路(10)；
开关控制回路在尝试解除负荷与第1电压源以及第2电压源的连接时，如果节点的电位(Vx)与第2电压源的电位不同，就将开关元件设定为开状态。
9.一种车辆的电气式转向锁定装置(1)，车辆包含转向轴(5)，其特征在于，电气式转向锁定装置包括：
含有驱动组合件(3)的电气回路(11)；
与驱动组合件连接的、切换驱动组合件动作状态的开关组合件(4)；
通过驱动组合件驱动的、用于锁定转向轴的锁杆(2)；
与电气回路连接的开关元件(18)；
与电气回路连接的、用于检测电气回路电流值或电压值(Vx)的第1检测回路(14)；
与开关组合件、开关元件和第1检测回路相连接用于向开关组合件发送控制信号的开关控制回路(10)；
开关控制回路根据发送给开关组合件的控制信号和第1检测回路的检测值判断开关组合件是否发生故障，当判断开关组合件发生故障时，使开关元件处于开状态从而使电气回路成为开回路。
10.按照权利要求9所述的电气式转向锁定装置，其特征在于，还包括连接于开关控制回路和电气回路之间、根据电气回路的动作状态用于检测电流值和电压值(Vy)的第2检测回路(19)；
开关控制回路向开关元件发送动作许可指令，进而开关控制回路根据向开关元件发送的动作许可指令和第2检测回路的检测值，判断开关元件和电气回路的至少一个中是否存在故障，有故障时禁止开关组合件的动作。
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