JP2003002133A

JP2003002133A - 車載用電子制御装置

Info

Publication number: JP2003002133A
Application number: JP2001188727A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Nodate; 文彦野館; Akira Sakane; 晃坂根
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】車載用電子制御装置のアース線が断線したと
きに、この装置の信号線から流出する電流を低く抑え
る。【解決手段】インターフェース回路１４とＥＣＵ１の入
出力端子Ｋとの間に、インターフェース回路１４からの
電流を阻止するダイオード１１と、電流制限用の抵抗器
１２とを設けている。このため、ＥＣＵ１のアース線が
断線したとしても、入出力端子Ｋから流れ出す電流は抵
抗器１２によって制限される。一方、ダイオード１１が
抵抗器１２を短絡することによって、インターフェース
回路１４による電流吸い込み（Ｌレベル出力）時に入出
力端子Ｋにおける出力電圧を十分低い値まで引き込むこ
とが可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両内に設けら
れた他の電子制御装置または外部診断装置との間で、車
載機器の動作状況に関するデータの伝送を行う車載用電
子制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車には、各車載機器の動作状況や異
常の有無を伝達するための伝送システムが設けられてい
る。その伝送システムの代表的な規格として、ＯＢＤ２
（オンボード・ダイアグノーシス第２ステージ）システ
ムがある。このＯＢＤ２システムでは、各制御装置に共
通のプロトコルを持つ通信インターフェースを設け、こ
の通信インターフェースを介して、車両本体に設けられ
たバスラインに対してデータの送受信を行っている。こ
れによって、装置間相互および、各装置と必要に応じ接
続される外部診断装置との間で通信を行い、異常の有無
およびその内容を早期に発見することを可能としてい
る。

【０００３】このＯＢＤ２システムは、複数の装置間を
接続する通信線の本数を少なくするために、バスライン
システムを採用している。すなわち、複数の装置それぞ
れが双方向通信用インターフェースを有しており、各装
置のインターフェースと車両に設けた共通バスラインと
が、通信線によって接続されている。

【０００４】このような通信方式では、各装置がバスラ
インを介して並列に接続されることとなるので、各装置
の出力同士の干渉を防ぐため、インターフェースの出力
部はオープンコレクタによるワイヤードＯＲ回路とする
のが一般的である。そして、各装置が、所定の通信フォ
ーマットにしたがい時分割でこのバスラインを使用して
データ伝送を行っている。

【０００５】装置間の通信フォーマットとしてはいくつ
かの規格があり、その中の１つにＩＳＯ（国際標準化機
構）９１４１規格に規定される通信フォーマットがあ
る。このＩＳＯ９１４１規格では、各装置間をＫライン
（および必要に応じてＬライン）と呼ばれる通信線で接
続し、所定のシリアル通信プロトコルにしたがって各装
置間で相互に通信を行うことが規定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなシステムで
は、１組のバスラインで複数の装置間のデータ伝送を行
っているため、これらの装置のうち少なくとも１つの装
置の通信線に異常が起きたとき、その装置のみならず、
他の正常な装置同士の通信にも支障を来すことがある。

【０００７】例えば、装置と電源とを接続するアース線
が断線や接触不良などによって非導通状態となった場
合、プラス電源からこの装置、アース線を経て電源に戻
る導電経路が遮断されたことになり、極端な場合、この
装置のアース電位は装置内部素子を介して接続されたプ
ラス電源と同電位まで上昇することがある。また、電源
からこの装置に流れ込んだ電流が、装置内部素子および
この装置の信号線を経て他の装置に流れ込む場合があ
る。

【０００８】このような場合、他の装置の損傷を招いた
り、信号線のレベルが不定となってシステム全体の動作
が不安定になるおそれがある。そこで、装置のアース線
が断線したときには、この信号線に流れ出す電流が小さ
いことが望ましい。

【０００９】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、車載用電子制御装置のアース線が断線したとき
に、この装置の信号線からの電流の流出を小さくするこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、他機器との間でバスラインを介して機器の動作状況
に関する通信を行う車載用電子制御機器であって、上記
目的を達成するため、インターフェース部と通信線との
間に介挿されて、前記通信線を介してバスラインから前
記インターフェース部へ流れ込む電流を許容する一方、
前記通信線を介して前記インターフェース部から前記バ
スラインへ流れ出す電流を制限する電流規制部を備える
ことを特徴としている。

【００１１】このように構成された発明では、車載用電
子制御装置のアース線が断線してこの装置の接地電位が
プラス電源電位まで上昇したとしても、この装置の通信
線から流れ出す電流を制限する電流規制部を設けている
ので、アース断線時の通信線からバスラインへの電流流
出を低く抑えることができる。一方、この電流規制部は
バスラインからこの装置へ流れ込む電流を許容している
ので、正常動作時における、インターフェース部を構成
するオープンコレクタ出力回路によるシンク電流に対し
ては電流制限はかからず、このインターフェース部が電
流を吸い込むことによって実現するＬレベル出力時の出
力電圧を十分低い値まで引き込むことが可能となってい
る。

【００１２】また、このインターフェース部への入力お
よびインターフェース部からのＨレベル出力に対して
は、インターフェース部側がハイインピーダンスとなる
ので、この電流規制部の存在が入出力信号へ影響を及ぼ
すことはない。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、前記電流
規制部が、前記バスラインから前記インターフェース部
への電流を許容する一方、前記インターフェース部から
前記バスラインへの電流を阻止するダイオードと、前記
ダイオードと並列に接続された抵抗器とで構成されてい
ることを特徴としている。

【００１４】このように構成された発明では、抵抗器が
電流制限器として機能し、インターフェース部から流れ
出す電流を制限するので、アース断線時の通信線からバ
スラインへの電流流出を低く抑えることができる。ま
た、バスライン側から流れ込む電流に対しては、ダイオ
ードが抵抗器を短絡するように作用するので、インター
フェース部が電流を吸い込むことでバスラインに対しＬ
レベルを出力することができる。このように、きわめて
簡単な構成で上記目的を達成するための「電流規制部」
を構成することができる。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、前記通信
線がＩＳＯ９１４１に規定されるＫラインであり、前記
通信線および前記バスラインがＩＳＯ９１４１通信プロ
トコルに準拠した信号伝送を行うことを特徴としてい
る。

【００１６】このように構成された発明では、ＩＳＯ９
１４１規格に準拠した通信システムを使用する車両にお
いて、搭載された電子制御装置のアース線が断線したと
しても、その装置から信号線に流れ出す電流を低く抑え
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明を、自動車のパワーステア
リング装置を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）に適
用した場合の一実施形態について、図１ないし図４を参
照して説明する。図１は、この実施形態のＥＣＵの構成
を示すブロック図である。図２は、図１のパワーステア
リング装置を含む自動車車両全体の電気的構成を示すブ
ロック図である。

【００１８】自動車のパワーステアリング装置では、図
１に示すように、ＥＣＵ１が、運転者のステアリング操
作に対するアシストトルクを発生するためのモータ１０
を駆動制御している。

【００１９】このＥＣＵ１の動作は、制御部としてのマ
イコン１６によって制御されており、このマイコン１６
が、運転者のステアリング操作や車速などの情報に基づ
いてモータ駆動回路１７への制御指令を出力する。そし
て、モータ駆動回路１７が、マイコン１６からの指令に
したがってモータ１０を回転駆動する。

【００２０】また、ＥＣＵ１にはＤＣ−ＤＣコンバータ
１５が設けられており、ＶbatおよびＧＮＤ端子の間に
供給される、例えば１２Ｖのバッテリ電圧を降圧して５
Ｖ直流電圧を出力し、マイコン１６に駆動電圧を供給し
ている。

【００２１】さらに、ＥＣＵ１には、ダイオード１１、
抵抗器１２、定電圧ダイオード１３およびインターフェ
ース回路１４からなるインターフェース部が設けられて
おり、マイコン１６と外部機器との間の通信を行ってい
る。インターフェース回路１４は、バスドライバＩＣ
（例えば、モトローラ社製のインターフェース用ＩＣ／
型番ＭＣ３３２９０）で構成されており、バスライン４
（図２参照）が扱う１２Ｖ信号とマイコン１６が扱う５
Ｖ信号とを相互に変換するとともに、それぞれの信号形
式に対応した信号によってデータの入出力を行ってい
る。また、定電圧ダイオード１３は、バスライン４の信
号に重畳されてＥＣＵ１に入力されるサージ電圧からＥ
ＣＵ１の内部回路を保護するための保護ダイオードであ
る。

【００２２】また、ダイオード１１および抵抗器１２は
本発明の「電流規制部」に相当するものであるが、これ
らの機能については後に詳述する。

【００２３】ところで、このインターフェース部は、図
２に示すように、入出力端子Ｋに接続される信号線３を
介してバスライン４に接続されており、同じバスライン
４に接続されて他の機器２０を制御するＥＣＵ２との間
で、ＩＳＯ９１４１に規定される通信プロトコルにした
がう通信を行い、データを相互に交換している。ここ
で、パワーステアリング装置とともに車両５に搭載され
る他の機器２０としては、エンジン機構、サスペンショ
ン機構、トランスミッション機構などがあり、それらの
機器２０に接続された各ＥＣＵ２がそれぞれの機器２０
を制御している。

【００２４】そして、これらの機器１、２、１０および
２０は、共通のバッテリ３０からの電源電圧Ｖbatの供
給を受けて動作している。

【００２５】さらに、この車両５には、外部診断装置
（図示せず）を着脱自在に装着するコネクタ４０が設け
られている。そして、この外部診断装置をコネクタ４０
に装着し、この外部診断装置と、ＥＣＵ１および２との
間で、ＩＳＯ９１４１に規定される通信プロトコルにし
たがう通信を行うことで、各車載機器１０および２０の
動作状況や故障の有無等の情報を外部に読み出すことが
可能となっている。

【００２６】このように、この車両５は、ＯＢＤ２（オ
ンボード・ダイアグノーシス第２ステージ）システムの
うちＩＳＯ９１４１の規定に準拠した通信システムを有
する車両であり、通信線３およびバスライン４をＫライ
ンと称している。

【００２７】次に、この車両５において、ＥＣＵ１のア
ース端子ＧＮＤとバッテリ３０のマイナス端子との間が
断線した場合の動作について、図３を参照して説明す
る。図３は、本実施形態のアース断線時の動作を説明す
るための原理図であり、比較のために本発明における電
流規制部を設けていない従来構成のＥＣＵ１ａを併記し
ている。

【００２８】まず、ＥＣＵ１が正常な動作状態にあると
き、バッテリ３０からＥＣＵ１に流れ込んだＥＣＵ１の
動作電流は、アース端子ＧＮＤを通ってバッテリ３０へ
戻っている。

【００２９】ここで、ＥＣＵ１のアース線が図３に示す
Ａ点で断線したとすると、ＥＣＵ１に流れ込んだ電流は
アース端子ＧＮＤを通ってバッテリ３０へ戻ることがで
きなくなる。さらに、ＥＣＵ１内部のアース回路Ｅは、
プラス電源回路との間に設けられた内部素子によって、
極端な場合その電位がバッテリ３０のプラス電源電位Ｖ
batまで上昇する。そのため、例えば定電圧ダイオード
１３などの内部回路素子が導通状態となる。このように
して、バッテリ３０からＥＣＵ１に流れ込んだ電流Ｉ1
が、インターフェース回路１４や定電圧ダイオード１３
を経て信号線３に流れ出すことになり、この電流Ｉ1は
他の機器の信号線３を経てバッテリ３０のマイナス端子
に戻ることとなる。

【００３０】このＥＣＵ１のインターフェース回路１４
と入出力端子Ｋとの間には、本発明の「電流規制部」と
してのダイオード１１および抵抗器１２が設けられてい
る。ダイオード１１は、上記の電流Ｉ1を阻止する向き
に接続されているので、この電流Ｉ1は抵抗器１２を通
って信号線３に流れ出す。したがって、この抵抗器１２
によって、電流Ｉ1の大きさが制限される。さらに、こ
の抵抗器１２における電圧降下のために、信号線３に現
れる電圧が低く抑えられることになる。

【００３１】一方、図３に示す、本発明における電流規
制部を設けていない従来構成のＥＣＵ１ａにおいては、
例えば図３に示すＢ点でアース線が断線した場合、ＥＣ
Ｕ１ａに流れ込んだ電流Ｉ2は何らの規制を受けること
なく信号線３ａに流れ出す。この電流がバスライン４に
接続される他の機器に流れ込んで、機器の損傷やシステ
ムの異常動作を引き起こす原因となる。

【００３２】このように、抵抗器１２を設けることによ
って、ＥＣＵ１のアース線が断線した場合に信号線３に
流れ出す電流Ｉ1および信号線３に現れる電圧を低く抑
え、他機器への影響を低減することができる。

【００３３】しかしながら、抵抗器１２をインターフェ
ース回路１４と入出力端子Ｋとの間に設けた場合、通常
動作時の通信において問題が生じる。この問題およびそ
れを解決すべく設けられたダイオード１１の作用につい
て、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態のＥ
ＣＵ１の入出力端子Ｋの周辺内部回路を示す図である。

【００３４】図４（ａ）に示すように、上記したモトロ
ーラ社製ＩＣ（型番ＭＣ３３２９０）からなるインター
フェース回路１４の双方向通信用端子部は、コンパレー
タ１４１による入力回路と、オープンコレクタ接続され
たトランジスタ１４２による出力回路とが並列接続され
た構成となっている。

【００３５】そして、このインターフェース回路１４が
出力回路として動作するとき、トランジスタ１４２の制
御端子Ｂに印加する制御電圧ＶBによってトランジスタ
１４２をオン／オフすることで、Ｌ／Ｈレベルの出力を
行っている。すなわち、インターフェース回路１４がＬ
レベルを出力するとき、制御端子Ｂに印加する制御電圧
ＶBをＨレベルとしてトランジスタ１４２をオンにし、
トランジスタ１４２が信号線３からのシンク電流Ｉsを
吸い込むことによって、信号線３に現れる電圧をＬレベ
ルに引き込む。一方、インターフェース回路１４がＨレ
ベルを出力するとき、制御端子Ｂに印加する制御電圧Ｖ
BをＬレベルとし、トランジスタ１４２をカットオフさ
せて回路全体をハイインピーダンスとすることで信号線
３の電圧をＨレベルに保持する。

【００３６】また、インターフェース回路１４が入力と
して動作するときには、トランジスタ１４２はカットオ
フしてハイインピーダンス状態となっており、バスライ
ン４および信号線３の電圧が入力電圧としてコンパレー
タ１４１に入力される。

【００３７】ここで、上記インターフェース回路１４に
よるＬレベル出力、すなわちトランジスタ１４２をオン
してシンク電流Ｉsを吸い込むとき、抵抗器１２による
電圧降下のために、信号線３の電圧を十分低いレベルま
で引き込むことができなくなる。すなわち、このとき、
トランジスタ１４２の飽和電圧をＶsat、抵抗器１２の
抵抗値をＲとすると、信号線３に現れる出力電圧Ｖo
は、Ｖo＝Ｖsat＋Ｒ・Ｉs となる。ここで、前述したアース断線時の電流Ｉ1を低
く抑えるためには、Ｒを大きくすることが好ましいが、
上式のように、Ｌレベル出力を確保するためにはＲを小
さくする必要がある。

【００３８】そこで、図４（ｂ）に示すように、抵抗器
１２と並列にダイオード１１を接続する。こうすること
で、シンク電流Ｉsはダイオード１１およびトランジス
タ１４２を経てアース回路へ流れ、信号線３に現れる出
力電圧Ｖoは、トランジスタ１４２の飽和電圧Ｖsatとダ
イオード１１の順方向電圧ＶFとを加算した程度、すな
わち、Ｖo＝Ｖsat＋ＶF となり、Ｒの値によらず、Ｌレベルとして十分低い出力
レベルを確保することができる。

【００３９】一方、インターフェース回路１４がＨレベ
ル出力または入力として動作している時には、トランジ
スタ１４２はカットオフしてインターフェース回路１４
はハイインピーダンス状態にあるので、ダイオード１１
および抵抗器１２がこれらの動作に影響することはな
い。

【００４０】このように、この実施形態のＥＣＵ１で
は、ダイオード１１および抵抗器１２をインターフェー
ス部に設けることによって、通常動作時の入出力動作に
影響を与えることなく、ＥＣＵ１のアース線が断線した
ときの信号線３への電流流出を低く抑えることが可能と
なっている。

【００４１】ところで、抵抗器１２の抵抗値Ｒとして、
装置に要求される仕様を満たす、すなわち、アース断線
時にこの装置１の入出力端子Ｋから流れ出す電流値およ
びこの端子に現れる電圧値が許容範囲に収まるような最
適値に選ぶことが望ましい。

【００４２】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。

【００４３】例えば、本実施形態では、ダイオード１１
および抵抗器１２によって本発明の電流規制部を構成し
ているが、この電流規制部は、これ以外の構成であって
もよい。例えば、抵抗器１２に代えて定電流素子等によ
る電流リミッタを用いても同様の効果を得ることができ
る。

【００４４】また、本実施形態では、インターフェース
回路１４としてモトローラ社製インターフェースＩＣ
（型番ＭＣ３３２９０）を使用した例について説明して
いるが、インターフェース回路１４としてはこれに限定
されるものではなく、他のＩＣを用いた構成としてもよ
い。

【００４５】また、上記実施形態では、Ｋラインで装置
間を相互に接続し、ＩＳＯ９１４１による通信プロトコ
ルにしたがって通信を行うシステムについて説明した
が、これ以外の自動車内通信システム、例えばＩＳＯ９
１４１に準拠してＫラインおよびＬラインを用いる通信
システムや、ＳＡＥ（米国自動車技術者協会）−Ｊ１８
５９規格に基づく通信システム等であっても、そのイン
ターフェース部に対して本発明を適用することができ
る。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、車載用電子制御装置の通信線から流れ出す電流
を制限する電流規制部を設けているので、この装置のア
ース線が断線してこの装置の接地電位がプラス電源電位
まで上昇したとしても、この装置の通信線からバスライ
ンへの電流流出を低く抑えることができる。

【００４７】一方、この電流規制部はバスラインからこ
の装置へ流れ込む電流を許容しているので、正常動作時
における、インターフェース部を構成するオープンコレ
クタ出力回路によるシンク電流に対しては電流制限はか
からない。このため、このインターフェース部が電流を
吸い込むことによって実現するＬレベル出力時の出力電
圧を十分低い値まで引き込むことが可能となっている。

【００４８】また、このインターフェース部への入力お
よびインターフェース部からのＨレベル出力に対して
は、インターフェース部側がハイインピーダンスとなる
ので、この電流規制部の存在が入出力信号へ影響を及ぼ
すことがない。

【００４９】また、請求項２に記載の発明によれば、抵
抗器とダイオードとを並列接続することによって上記電
流規制部を構成しており、きわめて簡単な構成で上記機
能を実現することができる。

【００５０】また、請求項３に記載の発明によれば、上
記通信がＩＳＯ９１４１規格に規定される通信プロトコ
ルである車載用電子制御装置において、アース線が断線
したとしても、信号線に流れ出す電流を低く抑えること
ができ、他の装置の故障やシステムの異常動作を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態におけるＥＣＵの構成を
示すブロック図である。

【図２】この発明の一実施形態におけるＥＣＵを適用し
た自動車車両全体の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図３】この発明の一実施形態のアース断線時における
動作原理の説明図である。

【図４】この発明の一実施形態におけるＥＣＵの一部の
内部回路を示す図である。

【符号の説明】

１ＥＣＵ（電子制御ユニット）３信号線（Ｋライン）４バスライン（Ｋライン）５車両１０モータ１１ダイオード（電流規制部）１２抵抗器（電流規制部）１４インターフェース回路１６マイコン（制御部）２０車載機器３０バッテリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車載機器の動作を制御する制御部と、通
信線でバスラインに接続されて、前記通信線および前記
バスラインを介して前記制御部と他機器との間で通信さ
れる前記車載機器の動作状況に関する信号の送受信を行
うインターフェース部とを備える車載用電子制御装置に
おいて、前記インターフェース部と前記通信線との間に介挿され
て、前記通信線を介して前記バスラインから前記インタ
ーフェース部へ流れ込む電流を許容する一方、前記通信
線を介して前記インターフェース部から前記バスライン
へ流れ出す電流を制限する電流規制部を備えることを特
徴とする車載用電子制御装置。
【請求項２】前記電流規制部が、前記バスラインから前記インターフェース部への電流を
許容する一方、前記インターフェース部から前記バスラ
インへの電流を阻止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続された抵抗器とで構成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の車載用電子制
御装置。
【請求項３】前記通信線がＩＳＯ９１４１に規定され
るＫラインであり、前記通信線および前記バスラインが
ＩＳＯ９１４１通信プロトコルに準拠した信号伝送を行
うことを特徴とする請求項１または２に記載の車載用電
子制御装置。