JP2008133742A - 車両の電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の電源状態を制御するリレーの発熱量を最小限に抑える。
【解決手段】 押しボタンスイッチ１２からの信号が入力される電子制御ユニット１３により、車両の電源１７およびイグニッション１１間の接続・遮断を切り換えるリレー１４の作動を制御する際に、リレー１４を駆動する第１トランジスタ２７と、リレー１４に抵抗２６を介して直列に接続されてリレー１４を駆動する第２トランジスタ１８とを設けたので、リレー１４を非駆動状態から駆動するときには、第１トランジスタ２７を用いてリレー１４に大電流を供給することで確実な駆動を可能にするとともに、リレー１４を一旦駆動した後に保持状態にするときには、第２トランジスタ１８を用いてリレー１４に小電流を供給することで、その発熱量を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源と、切換手段と、前記電源から電力を供給されて作動する電気負荷と、前記電源および前記電気負荷間の接続・遮断を切り換えるスイッチング手段と、前記切換手段からの信号に基づいて前記スイッチング手段を制御する制御手段とを備える車両の電源制御装置に関する。

一般的に、車両のキースイッチにはロータリスイッチが用いられており、対応するキーを挿入して回転させることで電源状態を切り換えるようになっている。例えば、キーを挿入しただけのＯＦＦ位置からキーを右に回転させると音響機器等に給電するＡＣＣ位置（アクセサリ位置）に切り換わり、そこからキーを更に右に回転させるとエンジンの運転状態を維持するＯＮ位置（イグニッションＯＮ位置）に切り換わり、そこからキーを更に右に回転させると、キーをその位置に保持している間スタータモータが作動するＳＴ位置（始動位置）に切り換わる。エンジンの始動後にキーから手を離すと、キーは自動的にＳＴ位置からＯＮ位置に戻り、そこからキーを左に回転させるとＡＣＣ位置に切り換わってエンジンが停止し、そこからキーを更に左に回転させるとＯＦＦ位置に切り換わってキーを抜くことが可能となる。

上記従来のキースイッチを用いずに、押しボタンスイッチの操作で電源状態を切り換える車両の電源制御装置が、下記特許文献１により公知である。この車両の電源制御装置は、チップカードやトランスポンダのような認証素子を携行した運転者の操作により作動する押しボタンスイッチを備えており、ＯＦＦ位置から押しボタンスイッチを押すとＡＣＣ位置に切り換わり、ＡＣＣ位置から押しボタンスイッチを押すとＯＮ位置に切り換わり、ＯＮ位置から押しボタンスイッチを押し続ける状態がＳＴ位置となり、ＳＴ位置から押しボタンスイッチを離すとＯＮ位置に切り変わり、ＯＮ位置から押しボタンスイッチを押すとＡＣＣ位置に切り換わり、ＡＣＣ位置から押しボタンスイッチを押すとＯＦＦ位置に切り換わるようになっている。
特開２０００−８５５３３号公報

ところで、上記特許文献１に記載された押しボタンスイッチを備えた車両の電源制御装置では、押しボタンスイッチからの信号が入力された電子制御ユニットがリレーを介して電源状態（ＯＮ位置やＯＦＦ位置）を切り換えるので、エンジンの運転中はリレーが継続して閉成していることになる。その結果、リレーのコイルの発熱量が増加するために冷却を考慮する必要が生じ、リレーの設置場所等に制約が発生する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の電源状態を制御するリレーの発熱量を最小限に抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電源と、切換手段と、前記電源から電力を供給されて作動する電気負荷と、前記電源および前記電気負荷間の接続・遮断を切り換えるスイッチング手段と、前記切換手段からの信号に基づいて前記スイッチング手段を制御する制御手段とを備える車両の電源制御装置において、前記制御手段からの信号に基づいて前記スイッチング手段を駆動する第１駆動回路と、前記スイッチング手段に第１抵抗を介して直列に接続され、前記制御手段からの信号に基づいて前記スイッチング手段を駆動する第２駆動回路とを備えることを特徴とする車両の電源制御装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記電源の電圧を検知する電圧検知手段を備え、前記電圧検知手段で検知した電圧が所定値以上の場合に、前記制御手段は前記第２駆動回路を介して前記スイッチング手段を駆動することを特徴とする車両の電源制御装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記第２駆動回路に、前記制御手段からのスイッチング手段駆動信号を保持する信号保持回路を接続したことを特徴とする車両の電源制御装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記スイッチング手段を非駆動状態にする場合には、前記スイッチング手段が前記第２駆動回路のみにより駆動される状態を経て非駆動状態にすることを特徴とする車両の電源制御装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記スイッチング手段の一端側を前記電源に接続して他端側を第１接続点を介して前記第１駆動回路に接続し、前記第１抵抗の一端側を前記第１接続点に接続して他端側を第２接続点を介して前記第２駆動回路に接続し、第２抵抗の一端側を前記電源に接続して他端側を前記第２接続点に接続し、前記制御手段は前記第２接続点の電位に基づいて前記第２駆動回路の状態を監視することを特徴とする車両の電源制御装置が提案される。

尚、実施の形態のイグニッション１１は本発明の電気負荷に対応し、実施の形態の押しボタンスイッチ１２は本発明の切換手段に対応し、実施の形態の電子制御ユニット１３は本発明の制御手段に対応し、実施の形態のリレー１４は本発明のスイッチング手段に対応し、実施の形態の第１トランジスタ２７および第２トランジスタ１８はそれぞれ本発明の第１駆動回路および第２駆動回路に対応する。

請求項１の構成によれば、切換手段からの信号が入力される制御手段により車両の電源および電気負荷間の接続・遮断を切り換えるスイッチング手段の作動を制御する際に、制御手段からの信号に基づいてスイッチング手段を駆動する第１駆動回路と、スイッチング手段に第１抵抗を介して直列に接続され、制御手段からの信号に基づいてスイッチング手段を駆動する第２駆動回路とを設けたので、スイッチング手段を非駆動状態から駆動するときには、第１駆動回路を用いてスイッチング手段に大電流を供給することで確実な駆動を可能にするとともに、スイッチング手段を一旦駆動した後に保持状態にするときには、第２駆動回路を用いてスイッチング手段に小電流を供給することで、その発熱量を最小限に抑えることができる。

また請求項２の構成によれば、電圧検知手段で検知した電源の電圧が所定値以上の場合に第２駆動回路を介してスイッチング手段を駆動するので、電源の電圧低下により第２駆動回路から供給される小電流ではスイッチング手段を駆動状態に保持できなくなる事態を回避することができる。

また請求項３の構成によれば、第２駆動回路に制御手段からのスイッチング手段保持信号を保持する信号保持回路を接続したので、制御手段の一時的な異常により第２駆動回路にスイッチング手段保持信号を出力できなくなっても、信号保持回路に保持されたスイッチング手段保持信号でスイッチング手段を駆動状態に保持することができる。

また請求項４の構成によれば、スイッチング手段を非駆動状態にするときに、スイッチング手段が第２駆動回路のみにより小電流で駆動される状態を経て非駆動状態にするので、スイッチング手段を素早く非駆動状態にしてアーク放電時間を減少させ、スイッチング手段の損傷を抑制して寿命の延長を図ることができる。

また請求項５の構成によれば、スイッチング手段の一端側を電源に接続して他端側を第１接続点を介して第１駆動回路に接続し、第１抵抗の一端側を第１接続点に接続して他端側を第２接続点を介して第２駆動回路に接続し、第２抵抗の一端側を電源に接続して他端側を第２接続点に接続したので、第２駆動回路がスイッチング手段保持信号を出力しているか否かに応じて第２接続点の電位が変化する。よって、第２接続点の電位に基づいて第２駆動回路の状態を監視することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１および図２は本発明の実施の形態を示すもので、図１は車両の電源制御装置の構成を示すブロック図、図２は車両の電源制御装置の作用を示すタイムチャートである。

図１に示すように、車両のエンジンのイグニッション１１のＯＮ／ＯＦＦは、運転者による押しボタンスイッチ１２の操作に基づいて、電子制御ユニット１３を介して制御される。即ち、イグニッションＯＦＦの状態で押しボタンスイッチ１２を押すとイグニッションＯＮになり、イグニッションＯＮの状態で押しボタンスイッチ１２を押すとイグニッションＯＦＦになる。

イグニッション１１のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるリレー１４はコイル１５および接点１６を備えており、コイル１５の一端はバッテリのような電源１７に接続され、他端は第１抵抗２６（抵抗値は、例えば１００Ω）および第２トランジスタ１８を介して接地部１９に接続される。電源１７およびコイル間が接点１６の一端に接続され、他端がイグニッション１１および電子制御ユニット１３のポートＰ１に接続される。従って、コイル１５が励磁されると接点１６が閉成し、イグニッション１１が電源１７に接続されてＯＮになる。イグニッション１１のＯＮ状態は、電子制御ユニット１３のポートＰ１の電位によりモニタされる。

コイル１５および第１抵抗２６間の第１接続点ａが第１トランジスタ２７を介して接地部２８に接続され、第１トランジスタ２７のベースが電子制御ユニット１３のポートＰ５に接続される。また第１抵抗２６および第２トランジスタ１８間の第２接続点ｂが、第２抵抗２９（抵抗値は、例えば１ｋΩ）を介して電源１７に接続されるとともに、電子制御ユニット１３のポートＰ６に接続される。

電源１７および接地部２０間に抵抗２１および前記押しボタンスイッチ１２が直列に配置され、抵抗２１および押しボタンスイッチ１２間が電子制御ユニット１３のポートＰ２に接続される。電子制御ユニット１３のポートＰ３はＯＲ回路２３に接続されるとともに、電子制御ユニット１３のポートＰ４はラッチ回路等で構成される信号保持回路２２を介してＯＲ回路２３に接続され、ＯＲ回路２３の出力ポートＰ７は前記第２トランジスタ１８のベースに接続される。また電源１７の電圧を検知する電圧検知手段３０が電子制御ユニット１３に接続される。

電子制御ユニット１３には、ポートＰ３から出力されるリレー保持信号の状態を記憶・保持する不揮発メモリ等で構成される記憶手段２４と、電子制御ユニット１３の異常状態を検知するウオッチドッグタイマー等の異常検知手段２５とが設けられる。

前記第１トランジスタ２７は本発明の第１駆動回路を構成し、前記第２トランジスタ１８は本発明の第２駆動回路を構成する。

次に、本発明の実施の形態の作用を、図２のタイムチャートに基づいて説明する。このタイムチャートはポートＰ１〜Ｐ７の電位（ハイレベルまたはローレベル）の変化を示している。

エンジンが停止した状態から、時刻ｔ１に押しボタンスイッチ１２を押すと、電子制御ユニット１３のポートＰ２がローレベルになり、時刻ｔ２に電子制御ユニット１３はポートＰ５から第１トランジスタ２７（第１駆動回路）のベースにハイレベルのリレー作動信号を出力する。ポートＰ５からリレー作動信号を入力された第１トランジスタ２７がＯＮすると電源１７からリレー１４のコイル１５に電流が流れ、接点１６が閉成することでイグニッション１１に電流が流れてエンジンの運転が可能になる。

このとき、電子制御ユニット１３のポートＰ６でモニタされる第２接続点ｂの電位は電源１７の電圧を第１抵抗２６および第２抵抗２９の抵抗値で分圧した値となる。よって、リレー１４が正常にＯＮしたか否かを、ポートＰ６の電位から確認することができる。更に、イグニッション１１が正常にＯＮしたか否かは、ポートＰ１に入力する信号がハイレベルになるか否かで確認することができる。

続いて、時刻ｔ３から時刻ｔ４までポートＰ３からリレー保持信号を出力すると、そのリレー保持信号はＯＲ回路２３を経て第２トランジスタ１８（第２駆動回路）のベースに入力され、第２トランジスタ１８がＯＮすることで、それまで電源１７の電圧を第１抵抗２６および際２抵抗２９の抵抗値で分圧した値であった第２接続点ｂの電圧は、一旦接地電圧まで低下した後に、再び前記分圧した値に復帰する。よって、第２接続点ｂに接続されたポートＰ６の電位をモニタすることで、ポートＰ３からリレー保持信号が正常に出力されているか否かを確認することができる。

続いて、時刻ｔ５から時刻ｔ５′まで電子制御ユニット１３の異常状態に備えてポートＰ４から信号保持回路２２に保持信号が出力されると信号保持回路２２がセットされ、ＯＲ回路２３を介して第２トランジスタ１８がＯＮすることで、第２接続点ｂの電位は再び接地電圧まで低下する。この状態では、リレー１４は第１トランジスタ２７および第２トランジスタ１８の両方によって閉成状態に保持されることになる。

続いて、時刻ｔ６に電子制御ユニット１３のポートＰ３からＯＲ回路２３にリレー保持信号を出力した後、時刻ｔ７に電子制御ユニット１３のポートＰ５から出力される第１トランジスタ２７へのリレー作動信号をＯＦＦする。これにより、リレー１４は第２トランジスタ１８だけによって閉成状態に保持されることになる。

このように、開成状態にあるリレー１４を閉成するときには第１トランジスタ２７をＯＮさせることで、リレー１４のコイル１５に大電流を流して確実な閉成を可能にし、リレー１４が一旦閉成した後は、第２トランジスタ１８をＯＮして第１トランジスタ２７をＯＦＦすることで、第２トランジスタ１８に対して直列に配置された第１抵抗２６によってリレー１４のコイル１５に流れる電流を減少させるので、コイル１５の発熱量を最小限に抑えて冷却を容易にし、リレー１４の設置場所の自由度を高めることができる。

尚、電源１７の電圧が低下していると、第１トランジスタ２７をＯＦＦして第２トランジスタ１８だけでリレー１４の閉成状態を保持するときに、コイル１５を流れる電流が不足してリレー１４が開成してしまう虞があるため、電圧検知手段３０で検知したバッテリ１７の電圧が所定値以上であることが確認された後、第１トランジスタ２７がＯＦＦされる。またイグニッション１１がＯＮした後にエンジンをクランキングすべくスタータモータを作動させると、電源１７の電圧が一時的に低下して前記所定値未満になる可能性があるため、第１トランジスタ２７をＯＦＦするタイミングを予めエンジンの始動完了後に設定しても良い。

さて、時刻ｔ８に異常検知手段２５が電子制御ユニット１３の一時的な異常を検知し、時刻ｔ９に前記異常が解消したとする。上記一時的な異常が検知されると、時刻ｔ８に電子制御ユニット１３の出力はリセットされ、ポートＰ３からＯＲ回路２３に出力される信号はローレベルになるが、信号保持回路２２がセットされているために、その信号保持回路２２の出力はハイレベルに保持される。よって、信号保持回路２２からハイレベルの信号が入力されるＯＲ回路２３は、ポートＰ７からハイレベルのリレー保持信号を出力し続け、イグニッション１１はＯＮ状態に保持されてエンジンの停止が防止される。

時刻ｔ９に電子制御ユニット１３が正常に復帰すると、記憶手段２４に記憶されていたポートＰ３の出力の状態（ハイレベル）が呼び出され、ポートＰ３からＯＲ回路２３に出力されることで、異常発生直前の状態に復帰する。これにより、リレー１４（つまりイグニッション１１）に対する電源状態が運転者の予期せぬ状態に切り換わるのを防止して信頼性の向上が図られる。

そして時刻ｔ１０に押しボタンスイッチ１２が押されると、電子制御ユニット１３のポートＰ３から出力される信号およびポートＰ４から出力される信号がローレベルになり、かつ信号保持回路２２がリセットされてその出力がローレベルになるため、リレー１４が開成してイグニッション１１がＯＦＦし、エンジンが停止する。

リレー１４が開成するとき、そのコイル１５を流れる電流が大きいと接点１６が離れる速度が小さくなり、アーク放電が発生する時間が長くなって接点１６を劣化させる問題がある。しかしながら、本実施の形態では、第２トランジスタ１８のＯＮにより閉成状態にあるリレー１４のコイル１５の電流は小さく制限されているため、その開成時に接点１６が離れる速度が大きくなり、アーク放電が長い時間発生するのを防止して接点１６を劣化を抑制し、リレー１４の耐久性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では、本発明の選択手段として押しボタンスイッチ１２を例示したが、選択手段の形態は押しボタンスイッチ１２に限定されるものではない。

また実施の形態では、本発明の電気負荷としてイグニッション１１を例示したが、電気負荷の形態はイグニッション１１に限定されるものではない。

車両の電源制御装置の構成を示すブロック図 車両の電源制御装置の作用を示すタイムチャート

符号の説明

１１ イグニッション（電気負荷）
１２ 押しボタンスイッチ（切換手段）
１３ 電子制御ユニット（制御手段）
１４ リレー（スイッチング手段）
１７ 電源
１８ 第２トランジスタ（第２駆動回路）
２２ 信号保持回路
２６ 第１抵抗
２７ 第１トランジスタ（第１駆動回路）
２９ 第２抵抗
３０ 電圧検知手段
ａ 第１接続点
ｂ 第２接続点

Claims (5)

1. 電源（１７）と、切換手段（１２）と、前記電源（１７）から電力を供給されて作動する電気負荷（１１）と、前記電源（１７）および前記電気負荷（１１）間の接続・遮断を切り換えるスイッチング手段（１４）と、前記切換手段（１２）からの信号に基づいて前記スイッチング手段（１４）を制御する制御手段（１３）とを備える車両の電源制御装置において、
   前記制御手段（１３）からの信号に基づいて前記スイッチング手段（１４）を駆動する第１駆動回路（２７）と、
   前記スイッチング手段（１４）に第１抵抗（２６）を介して直列に接続され、前記制御手段（１３）からの信号に基づいて前記スイッチング手段（１４）を駆動する第２駆動回路（１８）と、
   を備えることを特徴とする車両の電源制御装置。
2. 前記電源（１７）の電圧を検知する電圧検知手段（３０）を備え、前記電圧検知手段（３０）で検知した電圧が所定値以上の場合に、前記制御手段（１３）は前記第２駆動回路（１８）を介して前記スイッチング手段（１４）を駆動することを特徴とする、請求項１に記載の車両の電源制御装置。
3. 前記第２駆動回路（１８）に、前記制御手段（１３）からのスイッチング手段駆動信号を保持する信号保持回路（２２）を接続したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両の電源制御装置。
4. 前記スイッチング手段（１４）を非駆動状態にする場合には、前記スイッチング手段（１４）が前記第２駆動回路（１８）のみにより駆動される状態を経て非駆動状態にすることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両の電源制御装置。
5. 前記スイッチング手段（１４）の一端側を前記電源（１７）に接続して他端側を第１接続点（ａ）を介して前記第１駆動回路（２７）に接続し、
   前記第１抵抗（２６）の一端側を前記第１接続点（ａ）に接続して他端側を第２接続点（ｂ）を介して前記第２駆動回路（１８）に接続し、
   第２抵抗（２９）の一端側を前記電源（１７）に接続して他端側を前記第２接続点（ｂ）に接続し、
   前記制御手段（１３）は前記第２接続点（ｂ）の電位に基づいて前記第２駆動回路（１８）の状態を監視することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両の電源制御装置。

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