JP2004014225A

JP2004014225A - スイッチ状態検出装置

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Publication number: JP2004014225A
Application number: JP2002164339A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakazawa; 中澤　篤史; Nobutomo Takagi; 高木　信友
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: DE10325010A1; FR2841375B1; DE10325010B4; CA2430895A1; JP4026418B2; US7123018B2; CA2430895C; FR2841375A1; US20030229403A1

Abstract

【課題】手動操作されるスイッチの接点間に周期的に直流電圧を印加して、スイッチの開閉状態を検出する装置において、その検出のための消費電力を抑制しつつ、スイッチ状態を正確に検出できるようにする。
【解決手段】ＣＰＵがスリープ状態にあるとき、スイッチ操作を監視して、スイッチ操作があったときにＣＰＵを起動するために、スイッチ状態を周期的に検出する際には、スイッチ状態検出のためにスイッチの接点間に印加するサンプリング電圧Ｖｓを、ＣＰＵがウェイクアップ状態にあるときのサンプリング電圧Ｖｓよりも低くし、開閉状態検出のための消費電力を抑制する。また、サンプリング電圧Ｖｓを低くすると、スイッチの接点に形成された絶縁被膜によって誤検出が生じることがあるので、サンプリング電圧は、定期的に高電圧に切り換え、スイッチの接点を活性化させる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動操作されるスイッチの開閉状態を検出するスイッチ状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、自動車において、手動操作されるスイッチの操作状態に応じて機器を作動させる制御装置には、そのスイッチの開閉状態を検出するスイッチ状態検出装置が備えられている。
【０００３】
また、この種のスイッチ状態検出装置としては、例えば、特公平４−４４０６５号公報に開示されているように、スイッチの接点間に周期的に直流電圧を印加し、その電圧印加によって接点間に電流が流れたか否かを判断することにより、スイッチの開閉状態（換言すれば操作状態）を検出するように構成されたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このスイッチ状態検出装置は、スイッチの開閉状態を検出するために、スイッチの接点間に常時直流電圧を印加するのではなく、その直流電圧の印加を周期的に行うことで、スイッチ状態検出のための消費電力を抑えるようにしているのであるが、近年、自動車等においては、搭載される電子部品が増加し、これに伴い車両全体で消費される電力量が増加する傾向にあることから、スイッチ状態検出のための消費電力についても、より低減することが求められている。
【０００５】
また特に、自動車においては、長時間駐車後のエンジンの始動性能を確保するために、駐車中のバッテリの消費電力を極力少なくする必要があることから、車両駐車時にも動作させる必要のあるスイッチ状態検出装置等では、車両駐車時には車両運転時よりも更に低消費電力で動作させることが要求されている。
【０００６】
そして、こうした要求に応え、スイッチ状態検出装置での消費電力を抑制するためには、スイッチの開閉状態を検出するためにスイッチの接点間に周期的に印加する直流電圧の電圧値を低くし、検出時にスイッチの接点間に流れる電流を小さくすることが考えられる。
【０００７】
しかし、このようにスイッチの接点間に印加する直流電圧を低くすると、スイッチが閉じられた際に、その接点間に流れる電流によって、接点表面に形成された絶縁被膜を破壊することができず、スイッチの開閉状態を正確に検出することができなくなることがある。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、手動操作されるスイッチの接点間に周期的に直流電圧を印加し、その接点間に流れる電流からスイッチの開閉状態を検出するスイッチ状態検出装置において、スイッチ状態検出のための消費電力を充分抑制でき、しかも、接点表面に形成される絶縁被膜の影響を受けることなくスイッチの開閉状態を正確に検出できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載のスイッチ状態検出装置においては、電圧印加手段が、手動操作されるスイッチの接点間に周期的に直流電圧を印加し、判定手段が、その電圧印加によってスイッチの接点間に電流が流れたか否かを判断することによりスイッチの開閉状態を判定し、その判定結果を、スイッチ操作に応じて機器の作動を制御する制御装置に出力する。
【００１０】
そして、特に、本発明では、電圧印加手段が、スイッチの接点間に印加する直流電圧を少なくとも高・低２段階に切換可能に構成されており、電圧切換手段が、電圧印加手段がスイッチの接点間に印加する直流電圧を切り換える。（例えば、通常は定電圧に設定し、定期的に高電圧にする。）
つまり、本発明のスイッチ状態検出装置においては、スイッチ状態検出のための消費電力を抑制するために、通常はスイッチの接点間に周期的に印加する直流電圧を低電圧に設定し、更に、その直流電圧を定期的に高電圧に切り換えることにより、スイッチの接点間に大電流を流して、その接点表面に形成された絶縁被膜を破壊し、スイッチの接点を活性化するようにしているのである。
【００１１】
よって、本発明のスイッチ状態検出装置によれば、スイッチ状態検出のための消費電力を抑制しつつ、スイッチの開閉状態を正確に検出することができるようになる。
ここで、本発明のスイッチ状態検出装置は、手動操作されるスイッチの開閉状態を検出して、その検出結果を、スイッチ操作に応じて機器の作動を制御する制御装置に出力する装置であれば、どのような装置にでも適用できるが、請求項２に記載のように、自動車に搭載されたスイッチの開閉状態を検出して検出結果を自動車に搭載された制御装置に入力する自動車用のスイッチ状態検出装置に適用し、判定手段を、制御装置が動作を停止しているときにスイッチの開閉状態の変化を検出した際に制御装置を起動する起動信号を発生するよう構成すれば、上述した自動車における低消費電力化の要求に応えることができるようになる。
【００１２】
つまり、自動車において、車載機器を制御する各種制御装置は、車両駐車時には動作を停止し、スイッチ操作があったときに動作すればよいことから、判定手段を上記のように構成すれば、本発明のスイッチ状態検出装置を、スイッチ操作があったときに制御装置を起動する装置として利用できる。そして、本発明のスイッチ状態検出装置によれば、従来装置に比べて消費電力を低減できることから、車両駐車中に消費されるバッテリ電力を抑制して、長時間駐車後のエンジンの始動性能を向上することが可能となる。
【００１３】
尚、このように、本発明を自動車用のスイッチ状態検出装置に適用する場合、自動車においては、特に、車両駐車時の消費電力を低減することが要求されていることから、請求項３に記載のように、電圧切換手段は、制御装置が動作を停止しているときに電圧切換動作を実行し、制御装置が動作しているときには、直流電圧を高電圧に保持するように構成してもよい。
【００１４】
一方、電圧印加手段において、直流電圧を高・低２段階に切り換えるには、例えば、外部電源から供給される直流電圧を高圧又は低圧する電圧変換回路を設けて、その電圧変換回路からの出力と、外部電源から供給された直流電圧との何れかをスイッチの接点に印加するように構成してもよいが、このようにすると、電圧印加手段の構成が複雑になり、また、電圧印加手段での消費電力が増大してしまう。
【００１５】
そこで、電圧印加手段としては、請求項４に記載のように、直流電圧の出力経路に電圧クランプ用のクランプ回路を備え、電圧切換手段からの電圧切換信号に応じてこのクランプ回路の動作・停止を切り換えることにより、スイッチの接点間に印加する直流電圧を高・低２段階に切り換えるよう構成することが望ましい。
【００１６】
つまり、このようにすれば、電圧印加手段での消費電力を増大させることなく、スイッチの接点間に印加する直流電圧を高・低２段階に切り換えることが可能となり、また、クランプ回路は、電圧クランプ用の定電圧素子（例えばツェナーダイオード）を用いて構成できることから、電圧印加手段を簡単な構成で実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明が適用された実施例のスイッチ状態検出装置全体の構成を表すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施例のスイッチ状態検出装置は、例えば、ドアロック操作用のスイッチやパワーウインドウ操作用のスイッチ等、自動車に搭載された手動操作用の複数（ｎ個）のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉状態を検出するために、これら各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点に抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎを介して直流電圧（以下、サンプリング電圧という）Ｖｓを印加するカスタムＩＣ１０と、カスタムＩＣ１０が各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点にサンプリング電圧Ｖｓを印加するタイミングを制御すると共に、そのサンプリング電圧Ｖｓの印加によって各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点間に電流が流れたか否かによって各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉状態を検出し、その検出結果に応じて各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに対応した機器（例えば、ドアロックアクチュエータ、パワーウィンドアクチュエータ等）を制御するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３０とから構成されている。
【００１９】
ここで、カスタムＩＣ１０内には、外部電源（例えば車載バッテリ）から供給される電源電圧（本実施例では、直流１２Ｖ）を、電流制限用の定電流回路１２及びバッファ１４を介して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに出力する、サンプリング電圧Ｖｓの出力経路が形成されている。
【００２０】
そして、定電流回路１２とバッファ１４との間の出力経路には、スイッチング回路１６を介して、定電流回路１２から供給される電流をグランドに流し、出力経路の電位をグランド電位（０Ｖ）に設定する定電流回路１８が接続されると共に、スイッチング回路１６のオフ時に出力経路の電位を外部電源から供給される電源電圧よりも低い電圧（本実施例では、直流５Ｖ）にクランプするためのクランプ回路２０が接続されている。
【００２１】
このクランプ回路２０は、上記出力経路にカソードが接続されたツェナーダイオードＺＤと、このツェナーダイオードＺＤのアノードがコレクタに接続され、エミッタがグランドに接地されたＮＰＮ型のトランジスタＴｒと、このトランジスタＴｒのベースをグランドに接地する接地抵抗Ｒｇと、外部電源から供給された電源電圧をトランジスタＴｒのベースに印加するか否かを切り換えるスイッチング回路２２とから構成されている。
【００２２】
このため、このカスタムＩＣ１０は、スイッチング回路１６がＯＮ状態であるとき、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点へのサンプリング電圧Ｖｓの出力を停止し（Ｖｓ＝０）、スイッチング回路１６がＯＦＦ状態であれば、クランプ回路２０の動作状態に応じて、外部電源から供給される電源電圧（直流１２Ｖ）若しくはクランプ回路２０で電圧クランプされる所定の低電圧（直流５Ｖ）を、サンプリング電圧Ｖｓとして出力することになる。
【００２３】
つまり、クランプ回路２０において、スイッチング回路２２がＯＮ状態である場合には、トランジスタＴｒにバイアス電流が流れて、トランジスタＴｒがＯＮ状態となるため、スイッチング回路１６がＯＦＦ状態であれば、サンプリング電圧Ｖｓの出力経路は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧で決まる所定の低電圧（５Ｖ）にクランプされることになる。従って、この状態では、カスタムＩＣ１０から各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに出力されるサンプリング電圧Ｖｓは、低電圧（５Ｖ）となる。
【００２４】
これに対し、クランプ回路２０において、スイッチング回路２２がＯＦＦ状態である場合には、トランジスタＴｒもＯＦＦ状態となって、ツェナーダイオードＺＤのアノード側が開放されることから、スイッチング回路１６がＯＦＦ状態であれば、サンプリング電圧Ｖｓの出力経路は外部電源から供給される電源電圧（１２Ｖ）となり、カスタムＩＣ１０から各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに出力されるサンプリング電圧Ｖｓは、高電圧（１２Ｖ）となる。
【００２５】
従って、このカスタムＩＣ１０においては、スイッチング回路１６、２２のＯＮ・ＯＦＦ状態を切り換えることにより、サンプリング電圧Ｖｓの出力・停止を切り換えることができると共に、そのサンプリング電圧Ｖｓを高・低２段階に切り換えることができるようになる。
【００２６】
一方、上記各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを構成する一対の接点の内、一方の接点はグランドに接地されており、他方の接点は、抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎを介して、カスタムＩＣのサンプリング電圧Ｖｓの出力端子に接続されると共に、抵抗Ｒｂ１〜Ｒｂｎを介してマイコン３０の入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）３４に接続されている。
【００２７】
また、マイコン３０は、このＩ／Ｏポート３４を介して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点の電位を読み込み、その電位から、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎが閉じられ接点間に電流が流れているか否かを判断することにより、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉状態を判定して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに対応した機器を制御するための各種演算処理を実行するＣＰＵ３２を中心に構成されている。
【００２８】
そして、このマイコン３０内には、ＣＰＵ３２が、スリープ状態にあるときに、Ｉ／Ｏポート３４を介して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点の電位を読み込み、その電位から各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉状態の変化（換言すればスイッチ操作）を検出する自動読込回路３６と、自動読込回路３６にてスイッチ操作が検出された際に、ＣＰＵ３２を起動（ウェイクアップ）させるウェイクアップ回路３８とが設けられ、ＣＰＵ３２がスリープ状態にあっても、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎが操作されれば、ＣＰＵ３２を起動して、スイッチ操作に対応した制御処理を実行できるようにされている。
【００２９】
また、ウェイクアップ回路３８は、単に、自動読込回路３６からの検出信号を受けてＣＰＵ３２を起動させるのではなく、図２に示すように、ＣＰＵ３２により設定される所定周期（例えば数十ｍｓｅｃ．）でサンプリング信号ＣＫを発生し、これをカスタムＩＣ１０に出力することにより、カスタムＩＣ１０からサンプリング電圧Ｖｓを周期的に発生させ、更に、ＣＰＵ３２がスリープ状態にある場合には、そのサンプリング信号ＣＫの発生期間中に自動読込回路３６から入力される検出信号に基づき、ＣＰＵ３２を起動するようにされている。
【００３０】
また、マイコン３０には、上記サンプリング信号ＣＫをカスタムＩＣ１０に出力する出力ポートに加えて、カスタムＩＣ１０の論理入力Ａ、Ｂに接続される２つの出力ポートが設けられている。
この２つの出力ポートは、ＣＰＵ３２の動作によって出力レベルが設定されるポートであり、ＣＰＵ３２は、図２に示すように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉状態に応じて各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに対応した機器を制御する必要のあるときには、スリープ状態・ウェイクアップ状態にかかわらず、論理入力Ｂに対応した出力ポートが常時Ｈｉｇｈレベルとなるように設定する。
【００３１】
これに対し、論理入力Ａに対応した出力ポートについては、ＣＰＵ３２は、ウェイクアップ状態にあるときにだけ常時Ｈｉｇｈレベルとなるように設定し、スリープ状態にあるときには、サンプリング信号ＣＫに同期して数ｓｅｃ．間に１回の割でＨｉｇｈレベルとなるように設定する。尚、このスリープ状態での出力ポートの切換は、図示しないタイマ若しくはウェイクアップ回路３８からの起動信号によって、ＣＰＵ３２が一時的に起動することにより行われる。
【００３２】
一方、カスタムＩＣ１０においては、マイコン３０の各出力ポートに接続された３つの端子の内、論理入力Ａ端子は、クランプ回路２０内のスイッチング回路２２に接続され、論理入力Ｂ端子及びサンプリング信号ＣＫの入力端子は、アンド回路２４の入力端子に接続されている。そして、このアンド回路２４の出力は、スイッチング回路１６に接続されている。
【００３３】
また、カスタムＩＣ１０内の各スイッチング回路１６、２２は、論理入力Ａ端子或いはアンド回路２４からの入力レベルがＨｉｇｈレベルであるときＯＦＦ状態となり、その入力レベルがＬｏｗレベルであるときＯＮ状態となるように構成されている。
【００３４】
従って、表１に示すように、論理入力ＢがＬｏｗレベルであるときには、論理入力Ａ及びサンプリング信号ＣＫの入力に関係なく、カスタムＩＣ１０からのサンプリング電圧Ｖｓの出力が停止され、論理入力ＢがＨｉｇｈレベルであるときには、カスタムＩＣから、サンプリング信号ＣＫに同期して、サンプリング電圧Ｖｓが出力され、しかも、そのサンプリング電圧Ｖｓは、論理入力ＡがＨｉｇｈレベルであるとき高電圧（１２Ｖ）、論理入力ＢがＬｏｗレベルであるとき低電圧（５Ｖ）となる。
【００３５】
【表１】

以上説明したように、本実施例のスイッチ状態検出装置においては、ＣＰＵ３２がウェイクアップ状態にあるときには、カスタムＩＣ１０の論理入力Ａ、Ｂが共にＨｉｇｈレベルに保持され、ＣＰＵ３２がスリープ状態にあるときには、カスタムＩＣの論理入力ＢがＨｉｇｈレベルに保持され、論理入力Ａが、サンプリング信号ＣＫの周期（数十ｍｓｅｃ．）よりも長い周期（数ｓｅｃ．）で定期的にＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換えられる。
【００３６】
このため、カスタムＩＣ１０から各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎには、ＣＰＵ３２がウェイクアップ状態にあるときには、サンプリング信号ＣＫに同期して、高電圧（１２Ｖ）のサンプリング電圧Ｖｓが出力され、ＣＰＵ３２がスリープ状態にあるときには、サンプリング信号ＣＫに同期してサンプリング電圧Ｖｓが出力されるものの、その電圧値は、通常は低電圧（５Ｖ）となり、定期的に高電圧（１２Ｖ）に切り換えられることになる（図２参照）。
【００３７】
このため、本実施例のスイッチ状態検出装置によれば、例えば、車両の駐車時等、マイコン３０内のＣＰＵ３２がスリープ状態にあるときに、スイッチ状態検出のためにカスタムＩＣ１０にて消費される電力量を抑制することができる。
また、この消費電力の抑制のために、本実施例では、サンプリング電圧Ｖｓを低下させるが、このサンプリング電圧Ｖｓは、定期的に高電圧に切り換えられることから、車両が長時間駐車されて、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点に絶縁被膜が形成されるような場合であっても、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの接点間に定期的に印加される高電圧によって、その絶縁被膜を破壊し、スイッチの接点を活性化することができる。
【００３８】
このため、本実施例のスイッチ状態検出装置によれば、マイコン３０内のＣＰＵ３２がスリープ状態にあるときにスイッチ状態検出のために消費される電力量を抑制しつつ、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉状態を正確に検出できるようになる。
【００３９】
また、本実施例では、サンプリング電圧Ｖｓを高・低２段階に切り換えるための回路として、ツェナーダイオードＺＤやトランジスタＴｒ等を用いて簡単に構成し得るクランプ回路２０を用いているため、サンプリング電圧Ｖｓを切換可能なカスタムＩＣ１０を簡単な構成で実現できる。
【００４０】
尚、本実施例においては、カスタムＩＣ１０が、本発明の電圧印加手段に相当し、マイコン３０内のＣＰＵ３２及び自動読込回路３６が、本発明の判定手段に相当する。また、本発明の電圧切換手段としての機能は、カスタムＩＣ１０の論理入力Ａ、Ｂを設定するＣＰＵ３２の動作によって実現される。
【００４１】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例では、スイッチ状態検出用のサンプリング電圧Ｖｓを発生する電圧印加手段としての機能は、カスタムＩＣ１０にて実現し、本発明の他の構成要素（判定手段、電圧切換手段）は、スイッチ操作に応じて機器を駆動する制御装置としてのマイコン３０側で実現するものとして説明したが、本発明の電圧印加手段、判定手段、電圧切換手段としての機能は、全てカスタムＩＣ１０側で実現するようにしてもよく、或いは、これら全ての機能を、制御装置としてのマイコン３０側で実現するようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施例では、自動車用のスイッチ状態検出装置について説明したが、本発明は、例えば、携帯型の情報端末等、省電力化が要求されている装置に内蔵又は外付けされるスイッチ状態検出装置として実現しても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のスイッチ状態検出装置全体の構成を表すブロック図である。
【図２】実施例のスイッチ状態検出装置の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
ＳＷ１〜ＳＷｎ…スイッチ、１０…カスタムＩＣ、１２，１８…定電流回路、１４…バッファ、１６，２２…スイッチング回路、２０…クランプ回路、２４…アンド回路、３０…マイコン、３２…ＣＰＵ、３４…Ｉ／Ｏポート、３６…自動読込回路、３８…ウェイクアップ回路。

Claims

手動操作されるスイッチの接点間に周期的に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
該電圧印加手段の電圧印加によって前記接点間に電流が流れたか否かを判断することにより、前記スイッチの開閉状態を判定し、該判定結果を、前記スイッチ操作に応じて機器の作動を制御する制御装置に出力する判定手段と、
を備えたスイッチ状態検出装置であって、
前記電圧印加手段は、前記スイッチの接点間に印加する直流電圧を少なくとも高・低２段階に切換可能に構成され、
更に、該電圧印加手段が前記スイッチの接点間に印加する直流電圧を切り換える電圧切換手段、
を備えたことを特徴とするスイッチ状態検出装置。
当該スイッチ状態検出装置は、自動車に搭載されたスイッチの開閉状態を検出して検出結果を自動車に搭載された制御装置に入力するものであり、
前記判定手段は、前記制御装置が動作を停止しているときに前記スイッチの開閉状態の変化を検出すると、前記制御装置を起動する起動信号を発生することを特徴とする請求項１記載のスイッチ状態検出装置。
前記電圧切換手段は、前記制御装置が動作を停止しているときに、前記直流電圧を低電圧又は高電圧に切り換える電圧切換動作を実行し、前記制御装置が動作しているときには、前記直流電圧を高電圧に保持することを特徴とする請求項２記載のスイッチ状態検出装置。
前記電圧印加手段は、前記直流電圧の出力経路に電圧クランプ用のクランプ回路を備え、前記電圧切換手段からの電圧切換信号に応じて該クランプ回路の動作・停止を切り換えることにより、前記スイッチの接点間に印加する直流電圧を高・低２段階に切り換えるよう構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３何れか記載のスイッチ状態検出装置。