JP2006083716A - スタータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 部品点数を増やすことなく電源電圧の低下時にもスタータリレーのONを保持すると共にスタータリレーを安定動作させることのできるスタータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 スタータスイッチ入力インターフェース回路8と、電源制御回路10と、演算ユニット11及びディレイ回路12と、非反転スリーステートバッファ16と、加算器9と、ラッチ回路19と、第1のプルアップ回路17と、第2のプルアップ回路22とを備え、前記スタータモータMが駆動している時に電源制御回路10が電源電圧の低下を検出した場合には、演算ユニット11を停止させると共に非反転スリーステートバッファ16により演算ユニット11をラッチ回路19から切り離し、スタータスイッチ入力インターフェース回路8と第2のプルアップ回路22との信号に基づいてラッチ回路19を介してドライバ回路23を作動させてスタータリレー4を制御することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

この発明は、スタータ駆動装置に関するものである。
従来から、車両のスタータモータを駆動するスタータ駆動装置が知られている。このスタータ駆動装置は、乗員がスタータスイッチを操作するとスタータリレーをONにして前記スタータモータに電力を供給するものである。このスタータ駆動装置においては、エンジンの始動が完了しているにも関わらず乗員がスタータスイッチを操作し続けると無駄に前記スタータを駆動し続けるという問題があった。また、エンジンが始動しているにもかかわらず、乗員がスタータスイッチを操作するとスタータモータを駆動させることができるため、エンジンから異音が発生してしまう問題点があった。そこで、スタータリレーのON・OFFを電子制御装置(ECU)により制御し、エンジンの始動が完了すると自動的にスタータリレーをOFFにし、その後(始動中)スタータリレーのONを禁止にするものがある。
ところが、上述の電子制御装置を用いたスタータ駆動装置では、エンジンを始動させるためにスタータモータへ大きな始動電流を供給しなければならない。そのため、スタータモータの駆動中に電源電圧が低下して前記電子制御装置へ供給される電源電圧が演算装置(CPU)の動作電圧を下回り、前記演算装置のリセットが掛かることがある。この場合、スタータモータの駆動が停止してエンジンの始動ができない状態になってしまう。
そこで、このような状態を回避すべく、前記電子制御装置からスタータ駆動リレーに駆動電流が通電されている場合にスタータスイッチとスタータモータとの間を非導通状態とし、前記スタータリレーに駆動電流が通電されていない場合にスタータスイッチとスタータモータとの間を導通状態にする常閉リレーを設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。このスタータ駆動装置は、電子制御装置の電源電圧が演算装置の動作電圧以下である場合に、スタータリレーに通電されなくなったとしても、前記常閉リレーによりスタータスイッチとスタータモータとの導通状態が確保されるため、スタータモータへの通電が維持されてエンジンを始動させることができるものである。
また、スタータスイッチのON・OFFに関わらずスタータモータの駆動禁止制御を行うスタータ駆動装置がある(例えば、特許文献2参照)。このスタータ駆動装置は、演算装置から出力されるスタータ駆動許可信号に基づいてスタータリレーの駆動許可又は駆動禁止を切り替えるトランジスタと、前記演算装置の状態をモニタしてリセットされた時に出力されるパルス状のリセット信号の形態に基づいて前記トランジスタのON・OFFを切り替えるトランジスタとを備えたものである。
特開2003−293916号公報 特開2001−132596号公報
しかしながら、前者のスタータ駆動装置では、バッテリーから接続される供給電源系統を2系統必要とするため、1系統の時と比較するとハーネスやリレー等のコストが倍掛かってしまう。また、電源電圧が演算装置の動作電圧まで復帰したとしても、復帰直後の演算装置がイニシャライズを行うことから、演算装置の出力信号が論理不定(ハイインピーダンス)となり、その結果、スタータリレー及び常閉リレーの動作が不安定になるという問題点がある。
また、後者のスタータ駆動装置は、演算装置のリセット信号が継続されるような電源電圧低下時には、スタータリレーの駆動を禁止するようにトランジスタを切り替え、その後、リセット信号の入力が所定期間なくなるとスタータリレーを駆動するようにトランジスタを再度切り替える。そのため、スタータリレーを駆動するまでに時間が掛かってしまいエンジンの始動性が悪化してしまう。さらに、バッテリーが長時間使用されてその能力が低下した場合には、エンジンの始動時に電源電圧が演算装置の動作電圧を下回る頻度が増える可能性があるため、リセット信号の出力が継続すると、スタータリレーを駆動するまでに時間が掛かるため、バッテリーを無駄に消費することととなり、エンジンの始動ができない状態になる。さらに述べると、演算装置から出力されるリセット信号で電源電圧の低下と演算装置の暴走とを判断しているため、演算装置が暴走しているにも関わらず電源電圧の低下と判断してエンジンを始動させてしまう虞がある。
そこで、本発明は、部品点数を増加させることなく電源電圧低下及び演算装置異常の判断を正確に行い、電源電圧の低下時にスタータリレーのON状態を安定動作させ保持すると共に、エンジン始動開始条件を満たさない時にはOFFとしエンジンを始動させないことができるスタータ駆動装置を提供するものである。
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、スタータスイッチ(例えば、実施の形態におけるスタータスイッチ2)の操作により電子制御装置(例えば、実施の形態における制御ユニット3)を介してスタータリレー(例えば、実施の形態におけるスタータリレー4)をON・OFFし、スタータモータ(例えば、実施の形態におけるスタータモータM)を駆動するスタータ駆動装置において、前記電子制御装置はスタータスイッチのON・OFFを検出するインターフェース回路(例えば、実施の形態におけるスタータスイッチ入力インターフェース回路8)と、前記電子制御装置の電源を監視する電源制御回路(例えば、実施の形態における電源制御回路10)と、この電源制御回路に接続される演算装置(例えば、実施の形態における演算ユニット11)及びディレイ回路(例えば、実施の形態におけるディレイ回路12)と、前記ディレイ回路からの信号に基づいて入力側と出力側の接続・切断をするバッファ(例えば、実施の形態における非反転スリーステートバッファ16)と、前記バッファの出力と前記インターフェース回路の出力とを加算する加算回路(例えば、実施の形態における加算器9)と、前記加算回路の出力に基づいてスタータリレーのドライバ回路(例えば、実施の形態におけるドライバ回路23)を作動させるラッチ回路(例えば、実施の形態におけるラッチ回路19)と、前記演算装置の停止時に該演算装置の出力をプルアップする第一プルアップ回路(例えば、実施の形態における第1のプルアップ回路17)と、前記バッファの出力側をプルアップする第二プルアップ回路(例えば、実施の形態における第2のプルアップ回路22)とを備え、前記スタータモータが駆動している時に前記電源制御回路が電源電圧の低下を検出した場合には、前記演算装置を停止させると共に前記バッファにより前記演算装置を前記ラッチ回路から切り離し、前記インターフェース回路と前記第二プルアップ回路との信号に基づいて前記ラッチ回路を介して前記ドライバ回路を作動させて前記スタータリレーを制御することを特徴とする。
このように構成することによって、前記スタータモータの駆動による電源電圧の低下を前記電源制御回路によって正確に判断し、電源電圧の低下が判断された場合にのみ安全に前記演算装置を停止させて前記スタータモータの駆動を継続することができる。
請求項2に記載した発明は、前記ディレイ回路は前記電源制御回路が電源電圧の復帰を検出してから前記演算装置のイニシャライズ終了までの間、前記演算装置と前記ラッチ回路とが切り離された状態で保持することを特徴とする。
このように構成することによって、不安定な状態の演算装置をバッファにより切り離してスタータリレーの動作が不安定になるのを防止できる。
請求項3に記載した発明は、前記演算装置はエンジン始動開始条件を満たした場合にスタータリレーをONすることを特徴とする。
このように構成することによって、エンジン始動開始条件を満たしていない場合には前記スタータモータの駆動を確実に禁止することができるため、車両が急に動き出すことのなきよう安全に始動できると共に、車両の何らかの異常時にはエンジンを始動させないため、乗員に対して修理を喚起することができる。
請求項1に記載した発明によれば、前記スタータモータの駆動による電源電圧の低下を前記電源制御回路によって正確に判断し、電源電圧の低下が判断された場合にのみ安全に前記演算装置を停止させて前記スタータモータの駆動を継続することができるため、部品点数を増加させることなくエンジンの始動性とスタータリレーの動作の信頼性を向上することができる効果がある。
請求項2に記載した発明によれば、請求項1の効果に加え、不安定な状態の演算装置をバッファにより切り離してスタータリレーの動作が不安定になるのを防止できるため、前記演算装置の始動に伴うイニシャライズの間であっても前記スタータモータの駆動を継続させることができ、したがって、エンジン始動性の向上を図ることが可能となる効果がある。
請求項3に記載した発明によれば、前述した効果に加え、エンジン始動開始条件を満たしていない場合には前記スタータモータの駆動を確実に禁止することができるため、車両が急に動き出すことのなきよう安全に始動できると共に、車両の何らかの異常時にはエンジンを始動させないため、乗員に対して修理を喚起することができ、したがって、乗員の負担を軽減することができる効果がある。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1において、1は車両のスタータ駆動装置を示している。このスタータ駆動装置1はスタータスイッチ2、電子制御装置である制御ユニット(ECU)3及びスタータリレー4で構成されている。ここで、前記制御ユニット3は、前記スタータスイッチ2をON・OFFすることで、前記制御ユニット3が前記スタータリレー4のリレー接点5のON・OFFを制御してスタータモータMのON・OFFを制御するものである。
前記スタータスイッチ2の一端は図示しない電源(バッテリー)へ接続されている。このスタータスイッチ2には図示しないキースイッチをON操作することでバッテリー電圧相当の電圧(IG)が発生する。尚、前記キースイッチは、前記スタータスイッチの他に図示しない各電装品へ通電する切換を行うスイッチであり、その操作位置により制御ユニット3への通電もなされる。一方、前記スタータスイッチ2の他端には前記制御ユニット3の入力端子7が接続される。
前記入力端子7には前記制御ユニット3内に配置されたスタータスイッチ入力インターフェース回路(インターフェース回路)8が接続されている。このスタータスイッチ入力インターフェース回路8は前記スタータスイッチ2からの信号を前記制御ユニット3内に取り込むためのものであり、この出力側が加算器(加算回路)9に接続されている。具体的には、前記スタータスイッチ入力インターフェース回路8は、前記スタータスイッチ2がONになり前記イグニッション6の電圧が前記スタータスイッチ入力インターフェース回路8に入力されると、前記スタータスイッチ入力インターフェース回路8に接続されている加算器9に対してHiの信号を出力する。
ところで、前記制御ユニット3にはこの制御ユニット3に供給される電源電圧を監視制御する電源制御回路10が設けられている。この電源制御回路10には演算装置である演算ユニット(CPU)11とディレイ回路12が並列接続されている。このディレイ回路12は前記電源制御回路10からの出力信号を一定時間保持する遅延回路である。ここで、前記電源制御回路10は、前記制御ユニット3の電源電圧が低下した場合に前記演算ユニット11とディレイ回路12に対してパワーダウン(PD)信号を出力するものである。
前記演算ユニット11には、エンジン回転数センサ・ブレーキセンサ・シフト位置センサ等のセンサ群Snが接続されている。演算ユニット11は前記センサ群Snの検出結果に基づいてスタータリレー4のONを許可するか否かを判断するものである。具体的には、前記演算ユニット11は、各センサ群からの信号によりエンジン制御系の故障、車体制御系の故障、制御ユニット3の故障、エンジンを始動しても車両が急に動き出すことはないか等のエンジンを安全に始動できるエンジン始動開始条件を満たした場合にHiを出力し、エンジン始動開始条件に満たない場合にはLoを出力する。
前記演算ユニット11の出力側にはインバータ13が接続されている。この演算ユニット11と前記インバータ13との間にはプルアップ抵抗14を介して電圧源15が接続されている。前記インバータ13の出力側には非反転スリーステートバッファ(バッファ)16が接続されている。この非反転スリーステートバッファ16は、ゲートに入力された後述するシュミットトリガインバータ18からの出力信号に基づいて、前記非反転スリーステートバッファ16に入力された入力信号を出力側へ伝達させるか否かの切り替えを行うものである。ここで、前記プルアップ抵抗14と電圧源15とで第1のプルアップ回路(第一プルアップ回路)17が構成されている。
一方、前記ディレイ回路12の出力側にはシュミットトリガインバータ18が接続されている。このシュミットトリガインバータ18はここに入力される信号に対して上限値と下限値の二つのしきい値を持ち、これらのしきい値より入力が高くなるか、または低くなるかで状態が変化するフリップフロップ回路である。前記シュミットトリガインバータ18の出力側には前記非反転スリーステートバッファ16のゲートが接続されている。
さらに、前記非反転スリーステートバッファ16の出力側には前述した加算器9の入力側とラッチ回路19とが接続され、この加算器9及びラッチ回路19と前記非反転スリーステートバッファ16との間にはプルアップ抵抗20と電圧源21とから成る第2のプルアップ回路(第二プルアップ回路)22が接続されている。
したがって、前記加算器9の入力側には前記スタータスイッチ入力インターフェース回路8と前記非反転スリーステートバッファ16との両方の出力信号が入力されることとなる。
前記加算器9の出力側には前記ラッチ回路19が接続されている。このラッチ回路19は前記加算器9からの出力を保持すると共に解除信号が入力されることで加算器9の出力保持を解除するものであり、スタータリレー4を駆動するドライバ回路23に接続されている。前記ドライバ回路23には前記制御ユニット3の出力端子24を介して前記スタータリレー4のリレーコイル25が接続され、図示しない電源が直接接続されている。前記ドライバ回路23は、前記ラッチ回路19の出力に基づいて前記スタータリレーを駆動するのに十分な電流を前記リレーコイル25へ供給する。
前記スタータリレー4はいわゆるノーマルオープンのリレーであり前記リレーコイル25とリレー接点26とで構成されている。前記リレー接点26は電源27とスタータMとの間に介装されている。これにより、前記リレーコイル25に電流が通電されるとリレー接点26が閉じて前記スタータモータMに電源27から電力が供給されて前記スタータモータMが駆動する。尚、前記電源27はバッテリーに接続されているものである。
次に、図2、図3に基づいて作用を説明する。ここで、図2、図3のa〜iの信号レベルは前述した図1の回路中に記載されたa〜iの記号に対応した箇所の信号レベルを示している。
まず、時刻t1では、スタータスイッチ2のONにより制御ユニット3の入力端子(図1中、aで示す。)7に信号が入力され、スタータスイッチ入力インターフェース回路8の出力(図1中、bで示す。)がHiになる。この時、演算ユニット11からの出力信号(図1中、eで示す。)がスタータリレー4をON可能な状態(Lo)である場合にはドライバ回路23の出力がONつまり出力端子24(図1中、iで示す。)がHiとなりスタータリレー4がONとなる。ここで、この後にスタータスイッチ4がOFFとなっても、前記演算ユニット11からのスタータリレーOFF出力信号(Hi)つまりラッチクリア信号(Lo)がラッチ回路19に入力されるまではスタータリレーのON状態が保持し続けられる。
次に、時刻t2では、前記スタータリレー4がONすることでスタータモータMが駆動し、電源電圧(図2中のIGの電圧)の低下が発生する。この電源電圧の低下で前記電源電圧が所定のしきい値P以下になると、電源制御回路10により電源電圧の低下が検出される。そして、この電源電圧の低下が検出されたことにより前記電源制御回路10から演算ユニット11とディレイ回路12に向けて出力されるパワーダウン信号(図1中のPD信号)がLoとなり前記演算ユニット11が作動停止となる。ここで、前記電源電圧が所定のしきい値P以下に低下しなかった場合には、引き続き演算ユニット11によるスタータ制御が行われる。
時刻t2〜t3では、前記演算ユニット11が作動停止になると、この演算ユニット11からの出力がハイインピーダンス状態(論理不定)になり、前記第1のプルアップ回路17によって演算ユニット11の出力側がプルアップされHiに保持される。
前記演算ユニット11の出力側が前記第1のプルアップ回路17によりHiとなり、インバータ13の出力(図1中、fで示す。)がLoになると、前記非反転スリーステートバッファ16の出力(図1中、gで示す。)はLoとなり、前記スタータリレー4のONを保持するラッチ回路19にラッチクリア信号(Lo)が入力され前記スタータリレー4のON状態を保持することができなくなる。ところが、前記電源制御回路10からのパワーダウン信号をトリガとしてシュミットトリガインバータ18の出力(図1中、dで示す。)がHiになり前記非反転スリーステートバッファ16のゲートに入力されるため前記非反転スリーステートバッファ16の出力側と入力側との回路が切り離され、その結果、前記非反転スリーステートバッファ16の出力側が前記第2のプルアップ回路22によってHiとなる。つまり、ラッチ回路19に対しラッチ保持信号(Hi)が入力されるため、前記ラッチ回路19で前記スタータリレー4のON状態を継続することができる。
時刻t3〜t4では、バッテリー電圧が復帰し、パワーダウン信号がLoからHiに復帰する。このとき、前記演算ユニット11はイニシャルスタート状態に移行する。前記イニシャルスタート状態いわゆるイニシャライズの間も前記演算ユニット11の出力側はハイインピーダンス状態となる。しかし、前記ディレイ回路12で前記パワーダウン信号のLo状態を前記イニシャライズの終了(図2の時刻t4)まで保持しているため、前述したラッチ回路19にラッチクリア信号が入力されることなく前記スタータリレーがONし続ける。ここでは、例えば時刻t5で乗員によりスタータスイッチがOFF操作されるものとしている。
時刻t3〜t6では、前述したディレイ回路12により出力(図1中、cで示す。)の遅延が行われる。そして、時刻t6では前記ディレイ回路12による遅延が終了、つまり前記演算ユニット11のイニシャライズが終了して前記シュミットトリガインバータ18の出力がHiからLoになる。
次に、時刻t7では、エンジンが始動したと判断できる所定の回転数に達したことが前記回転数センサにより検出されて前記スタータリレー4がOFFされると共にスタータリレー4のONが禁止される。具体的には、前述したようにディレイ回路12による保持が終了するため、前記非反転スリーステートバッファ16の入力側と出力側とが切り離された状態をクリアするのである。そのため、前記非反転スリーステートバッファ16の出力側からはこの非反転スリーステートバッファ16の入力側と同等の信号が出力されることとなる。
そして、前記演算ユニット11の出力をHiにすると前記インバータ13の出力がLoとなり前記非反転スリーステートバッファ16の入力側がLoになる。そのため、前記非反転スリーステートバッファ16の出力がLoになるため、前記ラッチ回路19に対してラッチクリア信号が入力されることとなり、この結果、前記スタータリレー4はOFFとなる。
また、前記加算器9には前記スタータスイッチ入力インターフェース回路8と前述した非反転スリーステートバッファ16の出力とが入力されているため、前記非反転スリーステートバッファ16の出力がLoとなることで前述したスタータリレー4のOFF状態が保持つまり前記スタータリレー4のONが禁止されることになる。例えば、時刻t8でスタータスイッチ2がONになった場合には、前記演算ユニット11の出力がHiであるため前記非反転スリーステートバッファ16の出力がLoとなり、結果として前記スタータリレー4のONが許可されずに前記加算器9の出力がLoのまま保持される。
図3に示すように、前記演算ユニット11が故障した場合には、前記演算ユニット11の出力がハイインピーダンス状態になり、その結果、前記演算ユニット11の出力が前記第1のプルアップ回路17によってプルアップされてHi状態になる。そして、前記非反転スリーステートバッファ16の出力がLoとなり、前述したラッチクリア信号が前記ラッチ回路19に入力されると共に、前記加算器9の2つの入力の一方がLoとなる。
一方、時刻t9では前記スタータスイッチ2がONになると、前記スタータスイッチ入力インターフェース回路8の出力はHiとなり、前記加算器9の入力側の他方がHiとなる。つまり、前記スタータスイッチ2のON・OFFに関わらず前記加算器9の出力はLoになるため、前記ラッチ回路19から前記ドライバ回路23に向けて前記スタータリレー4を作動させる信号が出力されることはない。
したがって、上記実施の形態によれば、前記スタータスイッチ2のONによりスタータモータMが駆動した際に前記電源制御回路10が電源電圧の低下を検出すると、安全に前記演算ユニット11を停止させると共に、前記非反転スリーステートバッファ16の入力と出力とが切り離されて前記非反転スリーステートバッファ16の出力側が第2のプルアップ回路22でプルアップされる。このため、前記加算器9の出力がHi状態に維持されて前記ラッチ回路19のラッチ状態が続くと、前記ドライバ回路23がスタータリレー4のON状態を保持して前記スタータモータMを駆動し続けることが可能になる。その結果、部品点数を増加させることなくエンジンの始動性とスタータリレー4の動作の信頼性を向上させることができる。
また、前記演算ユニット11の始動に伴うイニシャライズの間も前記スタータモータMの駆動を継続させることができるため、更なる信頼性の向上を図ることが可能となる。
さらに、エンジン始動開始条件を満たさないときには、演算ユニット11にて前記スタータモータMの駆動を禁止することで車両が急に動き出すことのなきよう安全に始動できると共に、車両の何らかの異常時にはエンジンを始動させないため、乗員に対して修理を喚起することができる。また、演算ユニット11が異常の場合には、演算ユニット11の出力のハイインピーダンス状態を、第1のプルアップ回路17によりその出力をHi状態に固定することで、前記スタータモータMの駆動を禁止することができる。
尚、この発明は上記各実施の形態に限られるものではなく、自動車や自動二輪車等と同様にエンジンをスタータモータで始動するものであればよく、例えば船舶等にも適用することができることは言うまでもない。
本発明の実施の形態におけるブロック図である。 本発明の実施の形態におけるタイミングチャートである。 演算ユニット故障時の図2に相当するタイミングチャートである。
符号の説明
2 スタータスイッチ
3 制御ユニット(電子制御装置)
4 スタータリレー
8 スタータスイッチ入力インターフェース回路(インターフェース回路)
9 加算器(加算回路)
10 電源制御回路
11 演算ユニット(演算装置)
12 ディレイ回路
16 非反転スリーステートバッファ(バッファ)
17 第1のプルアップ回路(第一プルアップ回路)
19 ラッチ回路
22 第2のプルアップ回路(第二プルアップ回路)
23 ドライバ回路
M スタータモータ

Claims (3)

  1. スタータスイッチの操作により電子制御装置を介してスタータリレーをON・OFFし、スタータモータを駆動するスタータ駆動装置において、前記電子制御装置はスタータスイッチのON・OFFを検出するインターフェース回路と、前記電子制御装置の電源を監視する電源制御回路と、この電源制御回路に接続される演算装置及びディレイ回路と、前記ディレイ回路からの信号に基づいて入力側と出力側の接続・切断をするバッファと、前記バッファの出力と前記インターフェース回路の出力とを加算する加算回路と、前記加算回路の出力に基づいてスタータリレーのドライバ回路を作動させるラッチ回路と、前記演算装置の停止時に該演算装置の出力をプルアップする第一プルアップ回路と、前記バッファの出力側をプルアップする第二プルアップ回路とを備え、前記スタータモータが駆動している時に前記電源制御回路が電源電圧の低下を検出した場合には、前記演算装置を停止させると共に前記バッファにより前記演算装置を前記ラッチ回路から切り離し、前記インターフェース回路と前記第二プルアップ回路との信号に基づいて前記ラッチ回路を介して前記ドライバ回路を作動させて前記スタータリレーを制御することを特徴とするスタータ駆動装置。
  2. 前記ディレイ回路は、前記電源制御回路が電源電圧の復帰を検出してから前記演算装置のイニシャライズ終了までの間、前記演算装置と前記ラッチ回路とが切り離された状態で保持することを特徴とする請求項1に記載のスタータ駆動装置。
  3. 前記演算装置はエンジン始動開始条件を満たした場合にスタータリレーをONすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスタータ駆動装置。

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