JP2011017312A - 通電制御システム - Google Patents

Abstract

【解決すべき課題】ＥＣＵから発信される駆動信号にしたがって負荷への通電を制御する通電制御システムであって、負荷の駆動を行う駆動制御装置（ＧＣＵ）と、ＧＣＵの異常を検出して自己診断信号を発信する自己診断装置（ＤＩＵ）と、これらの間で相互に信号の伝達を行う通信手段とを備えた通電制御システムにおけるＥＣＵの演算負荷の低減を目的とする。
【解決手段】ＤＩＵ３７は、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期Ｅ_Ｒから駆動信号ＳＩの開閉周期Ｔに対して４分の１周期から４分の３周期の時間だけ遅れて自己診断信号ＤＩをＥＣＵ２０に発信させる自己診断信号発信遅延手段としてＧＣＵ側に基本クロック３３を設けて、ＥＣＵ２０の自己診断信号ＤＩ読み込みのための演算負荷を低減させ、ＥＣＵ２０からＧＣＵ３０へ発振される駆動信号ＳＩの立ち上がり時期Ｅ_Ｒに同期してＤＩＵ３７からＥＣＵ２０へ発信される自己診断信号ＤＩの読み込みを開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置から発信される駆動信号にしたがって負荷への通電を制御する通電制御システムに関するものであり、特に、負荷の駆動を行う駆動制御装置と、該駆動制御装置の異常を検出して自己診断信号を発信する自己診断装置と、これらの電子制御装置と駆動制御装置と自己診断装置との間で相互に信号の伝達を行う通信手段とを備えた通電制御システムにおける演算負荷の低減に好適なものである。

近年、車両のエレクトロニクス化はめざましく、燃料噴射制御、点火制御、駆動力伝達制御を初めとする様々な制御を行う電子制御装置が用いられている。
また、これらの電子制御装置には、電子制御装置によって駆動制御される負荷や駆動制御装置の異常を検出して異常を警報したり、フィードバック制御を行ったり、異常情報を蓄積して外部に伝達したりする自己診断装置について種々提案されている（特許文献１、２等参照）。

一般に、車両用の電子制御装置においては、８ビットから３２ビットの比較的安価で小型のシングルチップ又はマルチチップからなる組み込み型マイクロコンピュータによって演算処理がなされている。
このため、電子制御装置と自己診断装置との間で行われる信号の伝達には、４，８００ｂｐｓから３８，４００ｂｐｓ程度の比較的送伝速度の遅い非同期型シリアル通信方式が用いられている（特許文献３、４等参照）。

例えば、ディーゼル燃焼機関の各気筒に設けられ、燃焼室内の混合気を加熱し、燃焼速度を向上させ着火を補助したり、常時通電により燃焼排気の正常化を図ったりするグロープラグを負荷とし、これらのグロープラグの駆動を制御するグロープラグ通電制御装置（Ｇｌｏｗｐｌｕｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＧＣＵ）においては、機関の運転状況に応じて駆動信号ＳＩを発信する電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＥＣＵ）と、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のパワー半導体デバイスからなるグロープラグへの電力の供給と遮断とを切り換えるスイッチング手段と、ＥＣＵから発信された駆動信号ＳＩにしたがって該スイッチング手段を開閉駆動する駆動制御装置（Ｄｒｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＤＣＵ）と、グロープラグ及びＤＣＵの異常を検出して自己診断信号ＤＩをＥＣＵに伝達する自己診断装置（Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｕｎｉｔ、ＤＩＵ）とを備えている。

一般にグロープラグ通電制御装置ＧＣＵに設けられた自己診断装置ＤＩＵから出力される自己診断信号ＤＩは、グロー電流やバッテリ電圧等のアナログデータに基づいて出力されるので、図１１（ａ）に示すような台形波形を示し、複数の異常検出手段によって検出された自己診断信号ＤＩを１ビットずつに分けて、８ビット分の自己診断信号ＤＩを一つのまとまった情報ビットとし、その前後に、データの始まり示すスタートビットとデータの終わりを示すストップビットとを備えたシリアルデータとしてＥＣＵに送信される。
このため、ＥＣＵ側で自己診断信号ＤＩの立ち上がり途中の不安定な値を読み込んだり、隣のビットを読み込んだりしないように各情報ビットの中央部分の安定した出力を読み取る必要がある。
そこで、ＥＣＵでは、図１１（ｂ）に示すような制御フローにしたがって、ＥＣＵ内の演算処理によって自己診断信号ＤＩの読み込みを情報ビットの中央部分で行われるように読み込みタイミングの調整が行われる。
図１１（ｂ）に示す従来の制御フローでは、ステップＳ１００ｚにおいて、機関の運転状況に応じて発信する駆動信号ＳＩの低レベル（Ｌｏ）側から高レベル（Ｈｉ）側への立ち上がり時期か否かが判定され、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期である場合にはステップＳ１０１ｚに進み駆動信号ＳＩが出力される。
また、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期ではない場合には、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期になるまでステップＳ１００ｚが繰り返される。
さらに、駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジ（Ｒｉｓｉｎｇ Ｅｄｇｅ、Ｅ_Ｒ）に同期してステップＳ１０２ｚにおいてタイマがスタートされる。
ステップ２０３ｚにおいて、所定の時間ｔ（例えば、ビット長の１／２）を経過した自己診断情報ＤＩの読み込み時期Ｔ_ＲＤか否かが判定される。
ステップＳ１０２ｚで立ち上がったタイマがタイムアップするまでステップＳ１０４ｚが繰り返され、当該タイマが所定の時間ｔを経過したらステップＳ１０４ｚに進み、自己診断信号ＤＩの読み込みが行われる。

一方、ＤＩＵ側では、図１２に示すような制御フローにしたがって、ステップＳ２００ｚにおいて駆動信号ＳＩの立ち上がり時期か否かが判定され、ステップＳ２０１ｚで、駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥ_Ｒに同期して自己診断信号ＤＩの出力切り換えが行われる。

従来のＧＣＵでは、図１３（ａ）に示すようなＥＣＵ内に設けられた基本クロックＣＬＫ₀に同期して、本図（ｂ）に示すような、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うべくＥＣＵにおいて一定の周期Ｔに対するデューティ時間ｔｄを変化させた駆動信号ＳＩが形成され、グロープラグ通電制御装置ＧＣＵ側に発信される。
本図（ｃ）に示すように、駆動信号ＳＩの低レベル側（Ｌ）から高レベル（Ｈ）への立ち上がりエッジＥ_Ｒに同期して、ＥＣＵの演算処理によってカウントされるタイマＴＭＲがスタートし、本図（ｄ）に示すように、タイマＴＭＲのアップに同期して所定時間ｔだけ遅れて自己診断信号ＤＩの読み込み時期ｔ_ＲＤが決定される。
一方、自己診断装置ＤＩＵ側では、本図（ｅ）に示すように、駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥ_Ｒに同期して、自己診断信号ＤＩの出力が１ビット毎に切り替わってＥＣＵに発信される。その結果、本図（ｄ）に示すようにＥＣＵにおいて、各情報ビット（Ｄ_１〜Ｄ_４、ＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２）の中央部分の読み込みをすることができる。

しかしながら、近年、車両用ＥＣＵにおいては様々な情報の処理がなされるため、演算負荷が大きくなっている。このため、上述のように自己診断信号ＤＩの読み込み時期Ｔ_ＲＤを調整するためのタイマ処理をＥＣＵに負担させることは、ＥＣＵの演算負荷を増し、噴射量演算の遅れや噴射時期出力タイミングの遅れが生じ、排ガスレベルが悪化するといった不具合が生じる虞がある。
さらに、ＥＣＵの演算負荷やタイマ機能がぎりぎり足りているシステムでは、１つのタイマ処理の追加により、新たな高機能・高価なマイコンに変更せざるを得ない虞もある。

そこで、本願発明は、電子制御装置から発信される駆動信号にしたがって負荷への通電を制御する通電制御システムであって、負荷の駆動を行う駆動制御装置と、該駆動制御装置の異常を検出して自己診断信号を発信する自己診断装置と、電子制御装置と駆動制御装置と自己診断装置との間で相互に信号の伝達を行う通信手段とを備えた通電制御システムにおける演算負荷の低減を目的とするものである。

第１の発明では、電子制御装置から発信される駆動信号にしたがって駆動される負荷への通電を制御する通電制御システムであって、上記負荷の駆動を行う駆動制御装置と、該駆動制御装置の異常を検出して上記電子制御装置に自己診断信号を発信する自己診断装置と、上記電子制御装置と上記駆動制御装置と上記自己診断装置との間で相互に信号の伝達を行う通信手段とを備えた通電制御システムにおいて、
上記電子制御装置から上記駆動制御装置へ発信される上記駆動信号の立ち上がり時期に同期して上記自己診断装置から上記電子制御装置へ発信される上記自己診断信号の読み込みを開始する。
ただし、上記負荷への通電開始を指示する上記駆動信号によって上記負荷への通電を開始させる時期を上記駆動信号の立ち上がり時期と定義し、上記通電制御システムにおいて、上記立ち上がり時期とは、上記駆動信号が高レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が低レベルから高レベルに切り替わる時期をいい、一方、上記駆動信号が低レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が高レベルから低レベルに切り替わる時期をいうものとする（請求項１）。

第１の発明によれば、上記駆動信号の立ち上がりと同時に上記自己診断信号の読み込みが開始されるので、上記駆動信号の高側で負荷の駆動を行うシステムと、上記駆動信号の低側で負荷の駆動を行うシステムとのいずれにおいても、上記電子制御装置に自己診断信号の読み取り開始時期の決定に余計な演算負担を掛けることがない。

第２の発明では、上記自己診断装置は、上記駆動信号の立ち上がり時期から上記駆動信号の開閉周期に対して４分の１周期から４分の３周期の時間だけ遅れて上記自己診断信号を上記電子制御装置に発信させる自己診断信号発信遅延手段を具備する（請求項２）。

第２の発明によれば、上記電子制御装置において自己診断情報の読み取りが開始された後、上記自己診断装置側に設けた上記遅延手段によって所定の時間だけ遅れて自己診断信号が発信されるので、電子制御装置側に信号読み込み開始時期調整のための演算負荷を掛けることなく、上記駆動信号の１周期当たりに発信される自己診断信号のビット長の４分の１から４分の３の範囲の安定した状態の信号を読み込むことができる。

また、第３の発明のように、上記自己診断信号発信遅延手段は、上記駆動制御装置に設けられ複数の負荷を所定の間隔で駆動すべく上記駆動信号を所定の間隔で遅延させる駆動信号遅延手段を兼用しても良い（請求項３）。

第３の発明によれば、新たな遅延手段を設けることなく、自己診断信号読み取り時期のタイミング調整に対する電子制御装置の演算負荷が低く、確実に自己診断信号の読み取りが可能な信頼性の高い通電制御システムが実現可能となる。

本発明の第１の実施形態における通電制御システムの全体の構成概要を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態における通電制御システムに用いられるシリアルインターフェースの具体例を示す回路図。 本発明の第１の実施形態における通電制御システムのシリアルインターフェースを介して送受信されるデータの電源電圧変動に対する効果を（ａ）から（ｆ）に示す説明図。 本発明の第１の実施形態における通電制御システムの駆動制御装置に設けられた駆動信号遅延手段の作動を示すタイムチャート。 本発明の第１の実施形態における通電制御システムの自己診断装置のデータ送信方法示す説明図。 本発明の第１の実施形態における通電制御システムに用いられる制御フローを示し、（ａ）は、電子制御装置のフローチャート、（ｂ）は、自己診断装置のフローチャート。 本発明の第１の実施形態における通電制御システムの作動を示すタイムチャート。 本発明の第１の実施形態における通電制御システムの作動実施例を示し、（ａ）は、自己診断装置によって負荷に異常なしと診断された場合のタイムチャート、（ｂ）は、自己診断装置によって負荷の一部に異常ありと診断された場合のタイムチャート。 本発明の第２の実施形態における通電制御システムの作動を示すタイムチャート。 本発明の第２の実施形態における通電制御システムに用いられるシリアルインターフェースの具体例を示す回路図。 （ａ）は、従来の通電制御システムにおける自己診断信号読み取り時期を示す波形図、（ｂ）は、従来の通電制御システムに用いられる制御フローであって電子制御装置のフローチャート。 従来の通電制御システムに用いられる制御フローであって自己診断装置のフローチャート。 従来の通電制御システムの作動を示すタイムチャート。

図１を参照して、本発明の第１の実施形態における通電制御システムとして、図略のディーゼル機関の各気筒に装着されるグロープラグ４０_{（１〜４）}を負荷として、ディーゼル機関の運転を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２０から発信される駆動信号ＳＩにしたがってグロープラグ４０_{（１〜４）}への通電を制御する通電制御システム１について説明する。
なお、本実施形態においては、４気筒ディーゼルエンジンを例に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本図は模式的なものであり、実際の回路のレイアウトを示すものではない。

通電制御システム１は、電源１０とＥＣＵ２０とグロープラグ４０_{（１〜４）}への通電を制御するグロープラグコントローラ（ＧＣＵ）３０とによって構成されている。スイッチ１１により電源１０からＥＣＵ２０とＧＣＵ３０への電力供給と遮断がなされる。

ＥＣＵ２０は、バッテリやオルタネータ等の電源１０から供給された電力を安定化する電源回路２１と、基準クロックパルスを生成する基本クロック２２と、所定の命令を実行するＣＰＵ２３と、プログラムを記憶するＲＯＭ２４と、データや命令を記憶するＲＡＭ２５と、後述するＧＣＵ３０との通信を担うシリアルインターフェースＩ／Ｆ２６と、エンジン回転数、エンジン水温、空燃比、スロットル開度、クランク角、バッテリ電圧、燃焼圧力、排気温度等エンジンの運転状況を検出すべく外部に設けられた運転状況検出手段ＳＥＮ５０からの情報を読み込み必要な処理を行う入力回路ＩＮ２７と、燃料噴射装置、スロットルバルブ駆動装置、ＥＧＲバルブ駆動装置等外部に設けられた出力手段ＡＣＴ６０への命令を出力する出力回路２８図等によって構成されている。

ＥＣＵ２０は、運転状態検出手段ＳＥＮ５０からの情報を基に各グロープラグ４０_（１）〜４０_（４）を所望の発熱量に制御すべく、所望のデューティ比となるようにパルス幅を変調してオンオフが切り替わる駆動信号ＳＩを形成し、Ｉ／Ｆ２６を介してＧＣＵ３０に発信する。なお、駆動信号ＳＩは、周期Ｔに対して所定のデューティ期間ｔｄだけ高レベルの電位を維持して０〜５ｖで信号電圧の高低を切り換えることにより、オンオフするパルス信号となっている。

ＧＣＵ３０は、電源１から供給された電力を安定化させる電源回路３１と、ＥＣＵ２０との通信を担うシリアルインターフェースＩ／Ｆ３２と、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のパワー半導体デバイスからなるスイッチング手段３４_{（１〜４）}と、基準クロックパルスＣＬＫ_１を生成する基本クロック３４と、基本クロック３４から発信された基準クロックパルスＣＬＫ_１を自己診断信号発信遅延手段として、Ｉ／Ｆ３２を介してＥＣＵ２０から発信された駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥ_Ｒから所定のタイミングで各スイッチング手段３４_{（１〜４）}の開閉を制御すべく駆動電圧（Ｇ_１〜Ｇ_４）を制御して、グロープラグ４０が所望の発熱量となるように駆動する駆動制御装置（Ｄｒｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＤＣＵ）３５と、ＤＣＵ３５とグロープラグ４０_{（１〜４）}とを含む駆動系の異常を検出する異常検出手段３６_{（１〜４）}と、異常検出手段３６（１〜４）によって検出された情報（Ｉ_１〜Ｉ_４）を基に自己診断信号ＤＩを生成し、Ｉ／Ｆ３２を介してＥＣＵ２０に発信する自己診断装置（Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｕｎｉｔ、ＤＩＵ）３７とによって構成されている。ＥＣＵ２０とＧＣＵ３０との間で駆動信号ＳＩと自己診断信号ＤＩとが相互に送受信されている。
なお、異常検出手段３６_{（１〜４）}としては、例えば、グロープラグ４０の短絡や遮断を検出すべくシャント抵抗を設けて出力電圧を検出しても良いし、スイッチング手段３４_{（１〜４）}の短絡を検出すべくバッテリ電圧＋ＢＡＡＴの検出を行っても良いし、電流センサを設けて電流値を検出するようにしても良い。
基本クロック３３は、駆動信号ＳＩに基づいて各グロープラグ４０_{（１〜４）}の駆動を制御する駆動信号ＳＩ_{（１〜４）}を所定の間隔だけ順にずらして発振する駆動信号遅延手段と自己診断断信号発信遅延手段とを兼用している。
本発明の特徴は、ＥＣＵ２０から発信された駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥ_Ｒに同期して自己診断信号ＤＩの読み込みを開始させることによりＥＣＵ２０側の演算負荷を低減すると共に、ＧＣＵ３０側に設けた基本クロック３４を利用して駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥ_Ｒから所定のタイミングだけずらして自己診断信号ＤＩの送信を開始することにより安定した自己診断信号ＤＩの読み取りを可能にしている点にある。

図２及び図３を参照して、本実施形態の通電制御システム１に通信手段として用いられるシリアルインターフェースＩ／Ｆ２６、Ｉ／Ｆ３２の具体例について説明する。
なお、本実施形態においては、駆動信号ＳＩが高レベルの時にグロープラグ４０_{（１〜４）}への通電が行われる構成となっており、グロープラグ４０_{（１〜４）}への通電開始を指示する駆動信号ＳＩによってグロープラグ４０_{（１〜４）}への通電を開始させる時期を駆動信号ＳＩの立ち上がり時期と定義したとき、駆動信号ＳＩが低レベルから高レベルに切り替わる時期を本発明に定義する駆動信号の立ち上がり時期としている。
駆動信号ＳＩは、送信側であるＥＣＵ２０のＩ／Ｆ２６側に設けられたトランジスタ等のスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２を開閉駆動するベース電圧として入力され、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２のコレクタ端子は、受信側であるＧＣＵ３０のＩ／Ｆ３２において、電源電圧＋Ｂにプルアップ抵抗Ｒ_１を介して吊り上げられ、キャパシタＣ_１を介して接地され、スイッチング素子Ｑ_２のエミッタ端子は送信側であるＥＣＵ２０のＩ／Ｆ２６において接地されている。
なお、本実施例においては複数のスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２をスターリング接続し電流増幅率を高めた構成を示しているが、使用するスイッチング素子の電流増幅率によっては、素子１つで使用しても良いし、複数の素子を連ねた構成としても良い。

駆動信号ＳＩのオンオフによってスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２が開閉され、駆動信号ＳＩは、受信側のＩ／Ｆ３２において、駆動信号ＳＩが反転したパルス信号として伝達され、その駆動信号電圧Ｖ_ＳＩは、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２がオフの場合は電源電圧＋Ｂ近くの電圧として、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２がオンの場合はＧＮＤ（接地）近くの電圧として、コンパレータＣＭＰ_１の非反転入力（＋）に入力される。
コンパレータＣＭＰ_１の反転入力（−）には、電源電圧＋Ｂがプルアップ抵抗Ｒ_２とプルダウン抵抗Ｒ_３とによって分圧された比較電圧Ｖｒｅｆが入力され、駆動信号電圧Ｖ_ＳＩが比較電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合に出力電圧_ＯＵＴが高レベルとして出力される。
本実施形態においてコンパレータＣＭＰ_１には、オープンコレクタ出力のものが用いられており、出力電圧_ＯＵＴをプルアップ抵抗Ｒ_４によってコレクタ電圧Ｖ_ＣＣまで吊り上げることにより、スイッチング素子３４（１〜４）を駆動可能な安定した出力電圧を有する駆動信号ＳＩとして出力することができる。

車載用通電制御システムにおいては、限られた容量の電源によって様々な負荷を同時に駆動するため、図３（ａ）に示すように、バッテリ電圧が＋Ｂが変動する虞がある。このとき、本図（ｂ）に示すような駆動信号ＳＩが発信されると、駆動信号ＳＩによって開閉駆動されたスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２の出力電圧Ｖ_ＳＩは、本図（ｃ）に示すようにバッテリ電圧の変動に伴って出力電圧の変動したパルスとなる。このため、一定電圧の閾値との比較で出力の高低を判断すると、バッテリ電圧が低下しているパルスは出力があるにも関わらず閾値よりも低い電圧の場合には出力なしと判定される虞がある。そこで、閾値として、本図（ｄ）に示すようなバッテリ電圧をプルアップ抵抗Ｒ_２とプルダウン抵抗Ｒ_３とで分圧したＶｒｅｆとの比較をすることによって、本図（ｅ）に示すように、バッテリ電圧の変動による出力電圧の変動があっても、閾値として用いられるＶｒｅｆも同様に変化するので、本図（ｆ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは、電源電圧＋Ｂの変動の影響を受けることなく、駆動信号ＳＩのオンオフを忠実に再現するように安定した状態で、送信側であるＥＣＵ２０から受信側であるＧＣＵ３０に伝達することができる。なお、キャパシタＣ_１は、ノイズを吸収するパスコンデンサとして作用している。

一方、ＤＩＵ３７から発信された自己診断信号ＤＩは、ＧＣＵ３０側を発信側とし、ＥＣＵ２０側を受信側として、送信側であるＤＣＵ３０のＩ／Ｆ３２側に設けられたトランジスタ等のスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２を開閉駆動するベース電圧として入力され、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２のコレクタ端子は、受信側であるＥＣＵ２０のＩ／Ｆ２６において、電源電圧＋Ｂにプルアップ抵抗Ｒ_１を介して吊り上げられ、キャパシタＣ_１を介して接地され、スイッチング素子Ｑ_２のエミッタ端子は送信側であるＤＣＵ３０のＩ／Ｆ３２において接地されている。

自己診断信号ＤＩのオンオフによってスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２が開閉され、駆動信号ＳＩは、受信側のＩ／Ｆ３２において、駆動信号ＳＩが反転したパルス信号として伝達され、その駆動信号電圧Ｖ_ＳＩは、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２がオフの場合は電源電圧＋Ｂ近くの電圧として、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_２がオンの場合はＧＮＤ（接地）近くの電圧として、コンパレータＣＭＰ_１の非反転入力（＋）に入力されている。
コンパレータＣＭＰ_１の反転入力（−）には、電源電圧＋Ｂがプルアップ抵抗Ｒ_２とプルダウン抵抗Ｒ_３とによって分圧された比較電圧Ｖｒｅｆが入力され、駆動信号電圧Ｖ_ＤＩが比較電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合に出力電圧Ｖｏｕｔが高レベルとして出力される。さらに、出力電圧_ＯＵＴは、プルアップ抵抗Ｒ_４を介してコレクタ電圧Ｖ_ＣＣにつり上げられている。
このような構成とすることによって、駆動信号ＳＩと同様、自己診断信号ＤＩも電源電圧の変動による影響を受けることなく、自己診断信号ＤＩのオンオフを忠実に再現するように安定した状態で、送信側であるＧＣＵ３０から受信側であるＥＣＵ２０に伝達することができる。
また、自己診断信号ＤＩは、ＥＣＵ２０側でコレクタ電圧Ｖ_ＣＣに吊り上げられているので、自己診断信号ＤＩが発信されていないアイドル状態では常に高側となっている。

図４に示すように、駆動制御装置３５では、本図（ａ）に示すような基準クロックＣＬＫ_１が基本クロック３４で生成されており、Ｉ／Ｆ３２を介して伝達された本図（ｂ）に示すような駆動信号ＳＩに基づき、各グロープラグ４０（１〜４）を順に駆動するように、本図（ｃ）〜（ｆ）に示すように、駆動信号ＳＩと同じ波形の信号に対して基準クロックＣＬＫ_１を駆動信号遅延手段として所定のタイミングだけ順にずらした駆動信号ＳＩ_１〜ＳＩ_４が発信され、それぞれの駆動信号ＳＩ_１〜ＳＩ_４にしたがって、スイッチング手段３４_{（１〜４）}が開閉駆動され、各グロープラグ４０_{（１〜４）}の発熱量が制御されている。

一方、自己診断装置ＤＩＵ３７では図５に示すように、各グロープラグ４０_{（１〜４）}に設けられた異常検出手段３６_{（１〜４）}によって検出された情報Ｉ_{（１〜４）}が、異常判定手段（３７１〜３７４）に入力され、閾値Ｉｒｅｆとの比較によって以上の有無が判定され、各グロープラグ４０_{（１〜４）}の駆動タイミングに応じて異常診断情報Ｄ_１〜Ｄ_４が発信され、いずれかの情報が異常を示すものである場合には、合わせてエラー信号ＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２が発信される。
各異常検出手段３６_{（１〜４）}からは平行して複数の情報が一度にＤＩＵ３７に入力されるが、ＥＣＵ２０に伝達するために、Ｄ_１〜Ｄ_４及びＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２を１ビットずつ並べて８ビットのデータを１塊のデータビットとしたシリアルデータに変換する。
このとき、データの先頭には常に低側の電位を示し、データの始まりであることを示すスタートビットＳＴが設けられ、次いでビットＮｏ．１〜４には、それぞれＤ_１〜Ｄ_４のデータが割り当てられ、ビットＮｏ．５、６には、エラー信号との区切りを示すダミービットとして信号なしの部分が設けられ、ビットＮｏ．７、８にはＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２のデータが割り当てられ、ビットＮｏ．９には、常時高側の電位を示しデータの終了を示すストップビットＳＰが割り当てられ、自己診断信号ＤＩとして出力される。
なお、Ｄ_１〜Ｄ_４、ＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２は、異常時に高レベルを示し、正常時には低レベルを示す。

図６を参照して、本発明の実施形態の通電制御システム１のＥＣＵ２０に自己診断情報読み込み制御方法とＤＩＵ３７における自己診断情報発信制御方法について説明する。
本図（ａ）に示すように、ＥＣＵ２０では、ステップＳ１００において、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期か否かが判断され、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期であればＹｅｓと判定され、ステップＳ１０１に進み駆動信号ＳＩが出力され、同時にステップ１０２において自己診断信号ＤＩの読み込みが開始される。
ステップＳ１００において、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期でない場合にはＮｏと判定され、駆動信号ＳＩの立ち上がり時期となるまでステップＳ１００のループを繰り返す。
ステップＳ１０２で自己診断信号ＤＩの読み込みが行われるとスタートに戻り次の駆動信号ＳＩについての判定が繰り返される。
ＥＣＵ２０においては自己診断信号ＤＩの読み込みを駆動信号ＳＩの立ち上がりと同時に開始するので、特に自己診断信号ＤＩの読み込み開始時期を待つ必要がないので演算負荷が少ない。
一方、本図（ｂ）に示すように、ＤＩＵ３７では、ステップＳ２００において、動信号ＳＩの立ち上がり後所定の時期か否かが判定される。このとき、ＥＣＵ２０から発信された駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥＲを検出し、ＧＣＵ３０側に設けられた基本クロック３３によってカウントされたクロックＣＬＫ_１によって駆動信号ＳＩの立ち上がり後所定時間が経過したかどうかが判定される。
駆動信号ＳＩの立ち上がり後所定時間、例えば、駆動信号ＳＩの周期Ｔに対して４分の１周期以上４分の３周期以下の時間が経過している場合には、Ｙｅｓと判定され、ステップＳ２０１に進み自己診断信号ＤＩの発信がなされる。
ステップＳ２００において、駆動信号の立ち上がり後所定時間が経過していない場合にはＮｏと判定され、ＣＬＫが所定期間を経過するまでＳ２００のループが繰り返される。
ステップＳ２０１において自己診断信号ＤＩの発信が完了するとスタートに戻って次の駆動信号ＳＩの立ち上がり後所定時間の経過を待って自己診断信号ＤＩの出力が繰り返される。このとき、各グロープラグ４０_{（１〜４）}に対応する自己診断信号Ｄ_１〜Ｄ_４の切り換えが順次行われる。

図７は、本実施形態における制御フローをタイムチャートとして示したものである。
図７（ａ）に示すように、クロックＣＬＫ_１は一定周期で発振し、本図（ｂ）に示すような駆動信号ＳＩの周期Ｔとデューティ時間ｔｄからグロープラグ４０_{（１〜４）}の発熱量を決定するデューティ比を決める基準となっている。
本発明に定義する駆動信号ＳＩの立ち上がり時期として、本図（ｂ）に示すように、負荷信号ＳＩが低レベルから高レベルに切り替わり負荷への駆動を開始させる駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥ_Ｒに同期して、本図（ｃ）に三角マークで示すようなタイミングで自己診断信号ＤＩの読み込みが開始される。
このとき、ＤＩＵ３７から自己診断信号ＤＩが発信されていなければ、アイドル状態を示す高電位Ｈのデータが読み込まれる。
一方、ＤＩＵ３７側では、本図（ｄ）に示すように、駆動信号ＳＩの立ち上がりエッジＥ_Ｒを検出してからＧＣＵ３０側に設けた基本クロック３３によって発振されるクロックＣＬＫ_１が所定期間（４分の１周期〜４分の３周期）をカウントすると、低電位を示すスタートビットＳＴが発信され、情報の開始が認識され、駆動信号ＳＩの開閉周期にしたがって順次Ｄ_１〜Ｄ_４、ダミービット、ＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２からなる情報ビットが切り替わりながら送信され、常時高電位を示すストップビットＳＰの送信により、自己診断信号ＤＩの送信終了となる。
ＧＣＵ３０側に設けた基本クロック３３によって、ＤＩＵ３７からの自己診断信号ＤＩの送信開始時期を自己診断信号ＤＩの読み取り開始時期から所定時間ずらして送信することによりＥＣＵ２０に演算負荷を掛けることなく自己診断信号ＤＩの安定した中央部分の情報を読み取ることができる。

図８（ａ）は、実施例として、グロープラグ４０_{（１〜４）}に異常がない場合の自己診断情報ＤＩを示す。この時、データビットの情報は、００００００００を表す電位を示し、これをＥＣＵ２０が読み込んで必要な処理を行うことができる。
図８（ｂ）は、実施例として、グロープラグ４０_{（１〜４）}のうち、グロープラグ４０_（４）に何らかの異常が検出された場合の自己診断情報ＤＩを示す。この時、データビットの情報は、０００１００１０を表す電位を示し、グロープラグ４０_（４）に異常が発生していることが解り、これをＥＣＵ２０が読み込んで、異常を知らせるための警報を出力したり、後の修理に役立てるべく自己診断情報ＤＩをメモリ２５に記憶したりする等の必要な処理を行うことができる。

図９、図１０を参照して、本発明の第２の実施形態における通電制御システム１ａについて説明する。本実施形態においては、上記実施形態と同様の構成を基本とし、駆動信号ＳＩａのローサイドで負荷を駆動する構成とした点が相違する。
なお、本実施形態においては、駆動信号ＳＩａが低レベルの時にグロープラグ４０_{（１〜４）}への通電が行われる構成となっており、グロープラグ４０_{（１〜４）}への通電開始を指示する駆動信号ＳＩａによってグロープラグ４０_{（１〜４）}への通電を開始させる時期を駆動信号ＳＩの立ち上がり時期と定義したとき、駆動信号ＳＩａが高レベルから低レベルに切り替わる時期（即ち、実際の信号としては駆動信号ＳＩａの立ち下がりエッジＥ_Ｆが検出される時期）を本発明に定義する駆動信号の立ち上がり時期としている。
本実施形態においては、図９（ｂ）に示すように、負荷信号ＳＩａが高レベルから低レベルに切り替わり負荷への駆動を開始させる駆動信号ＳＩａの立ち下がりエッジＥ_Ｆを本発明に定義する駆動信号の立ち上がり時期として、駆動信号ＳＩａの立ち下がりエッジＥ_Ｆに同期して、本図（ｃ）に示すように、自己診断信号ＤＩａの読み込みが開始され、上記実施形態と同様、本図（ｄ）に示すように、駆動信号ＳＩａの立ち下がりエッジＥ_Ｆを検出してからクロックＣＬＫ_１が所定期間（４分の１周期Ｔ〜４分の３周期Ｔ）カウントすると、低電位を示すスタートビットＳＴが発信され、情報の開始が認識され、駆動信号ＳＩａの開閉周期にしたがって順次Ｄ_１〜Ｄ_４、ダミービット、ＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２からなる情報ビットが切り替わりながら送信され、常時高電位を示すストップビットＳＰの送信により、自己診断信号ＤＩａの送信終了となる。
本実施形態においても、上記実施形態と同様、ＥＣＵ２０ａの演算負荷を低減しつつ、安定して駆動信号ＳＩａと自己診断信号ＤＩａの送受信を行うことができる。

図１０に示すように、本実施形態においては、ローサイドで負荷を駆動する駆動信号ＳＩａは、送信側であるＥＣＵ２０ａのＩ／Ｆ２６ａ側に設けられたトランジスタ等のスイッチング素子Ｑ_１ａを開閉駆動するベース電圧として入力され、スイッチング素子Ｑ_１ａのコレクタ端子は、Ｉ／Ｆ２６ａ側でバッテリ電圧＋Ｂに吊り上げられており、スイッチング素子エミッタ端子は、受信側であるＧＣＵ３０ａのＩ／Ｆ３２ａにおいて、ＧＮＤ側にプルダウン抵抗Ｒ_１ａを介して吊り下げられ、プルダウン抵抗Ｒ_１ａと並列にキャパシタＣ_１が設けられている。
さらに、駆動信号ＳＩａのオンオフによってスイッチング素子Ｑ_１ａが開閉され、駆動信号ＳＩａは、受信側のＩ／Ｆ３２ａにおいて、駆動信号ＳＩａが反転したパルス信号として伝達され、その駆動信号電圧Ｖ_ＳＩａは、スイッチング素子Ｑ_１がオンの場合は電源電圧＋Ｂ近くの電圧として、スイッチング素子Ｑ_１ａがオフの場合はＧＮＤ近くの電圧として、コンパレータＣＭＰ_１の非反転入力（＋）に入力される。
コンパレータＣＭＰ_１の反転入力（−）には、電源電圧＋Ｂがプルアップ抵抗Ｒ_２とプルダウン抵抗Ｒ_３とによって分圧された比較電圧Ｖｒｅｆが入力され、駆動信号電圧Ｖ_ＳＩが比較電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合に出力電圧Ｖ_ＯＵＴが高レベルとして出力される。
このような構成とすることによって、ローサイドにおいて負荷を駆動する駆動信号ＳＩａが送信側であるＥＣＵ２０から受信側であるＧＣＵ３０に送信された場合にも、上記実施形態と同様に、バッテリ電圧の変動に関わらず安定した状態で伝達することができる。
また、異常時にローサイドに出力する自己診断信号ＤＩａを送信側であるＧＣＵ３０ａから受信側であるＥＣＵ２０ａに送信する場合においても、本図に示すように、駆動信号ＳＩａの送信に用いられるシリアルインターフェースと同様の構成によって、安定した送信が可能である。

上記実施形態においては、通信手段として、シリアルインターフェースを介して送信側（ＥＣＵ２０）と受信側（ＧＣＵ３０）とを接続し、駆動信号ＳＩのハイサイドでグロープラグ４０_{（１〜４）}を駆動する場合のシリアルインターフェースＩ／Ｆ２６では、駆動信号ＳＩを受信側において、プルアップ抵抗Ｒ_１を介して電源電圧＋Ｂに吊り上げ、駆動信号ＳＩａのローサイドでグロープラグ４０_{（１〜４）}を駆動する場合のシリアルインターフェースＩ／Ｆ２６ａでは、駆動信号ＳＩａを受信側（ＧＣＵ３０）において、プルダウン抵抗Ｒ_１ａを介して接地側ＧＮＤに吊り下げる構成を示したが、これとは逆に、駆動信号ＳＩのハイサイドでグロープラグ４０_{（１〜４）}を駆動する場合に、駆動信号ＳＩの出力を受信側において、プルダウン抵抗Ｒ_１ａを介して接地側ＧＮＤに吊り下げ、駆動信号ＳＩａのローサイドでグロープラグ４０_{（１〜４）}を駆動する場合には、駆動信号ＳＩａの出力を受信側において、プルアップ抵抗Ｒ_１を介して電源電圧＋Ｂに吊り上げる構成としても良い。
このような構成とすることにより、駆動信号ＳＩａのローサイドでグロープラグ４０_{（１〜４）}を駆動する場合には、駆動信号ＳＩａの出力が受信側で電源電圧に吊り上げられており、駆動信号ＳＩのハイサイドでグロープラグ４０_{（１〜４）}を駆動する場合には、駆動信号ＳＩの出力が受信側で接地側ＧＮＤに吊り下げられているので、いずれの場合においても、駆動信号線に断線が発生した場合には、駆動信号ＳＩ、ＳＩａのＧＣＵ側の出力が常に０Ｖとなり、グロープラグ４０_{（１〜４）}の駆動を停止する信号となるので、安全性の高い通電制御システムが実現される。

なお、本発明は車載用通電制御システムとしてグロープラグ通電制御装置に限定するものではなく、自己診断装置を備えた駆動制御装置と電子制御装置との間で駆動信号と自己診断信号との送受信を行うシステム全般に適宜採用し得るものである。

１ 通電制御システム
１０ 電源
１１ スイッチ
２０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
２１ 電源回路部
２２ ＥＣＵ側基本クロック
２３ 中央演算装置（ＣＰＵ）
２４ ＲＯＭ
３５ ＲＡＭ
２６ シリアルインターフェース（ＥＣＵ側通信手段）
２７ 入力制御回路
２８ 出力制御回路
３０ グロープラグ通電制御装置（ＧＣＵ）
３１ 電源回路
３２ シリアルインターフェース（ＧＣＵ側通信手段）
３３ ＧＣＵ側基本クロック（己診断信号発信遅延手段）
３４_{（１〜４）}半導体スイッチング素子（スイッチ手段）
３５ 駆動制御装置（ＤＣＵ）
３６_{（１〜４）} 異常検出手段
３７ 自己診断装置（ＤＩＵ）
４０_{（１〜４）} グロープラグ（負荷）
＋Ｂ 電源電圧
ＧＮＤ 接地
ＳＩ 駆動信号
ＤＩ 自己診断信号
Ｅ_Ｒ 駆動信号立ち上がりエッジ
Ｔ_ＲＤ 自己診断信号読み込み時期
ＳＴ スタートビット
ＳＰ ストップビット
Ｄ_１〜Ｄ_４ 情報ビット
ＥＲＲ_１、ＥＲＲ_２ エラービット

特開２００７−２５５４１３号公報 特開２００８−１２１４５７号公報 特開２００５−１６３７０６号公報 特開２００６−４２０８１号公報

Claims (3)

1. 電子制御装置から発信される駆動信号にしたがって駆動される負荷への通電を制御する通電制御システムであって、上記負荷の駆動を行う駆動制御装置と、該駆動制御装置の異常を検出して上記電子制御装置に自己診断信号を発信する自己診断装置と、上記電子制御装置と上記駆動制御装置と上記自己診断装置との間で相互に信号の伝達を行う通信手段とを備えた通電制御システムにおいて、
   上記電子制御装置から上記駆動制御装置へ発信される上記駆動信号の立ち上がり時期に同期して上記自己診断装置から上記電子制御装置へ発信される上記自己診断信号の読み込みを開始することを特徴とする通電制御システム。
   ただし、上記負荷への通電開始を指示する上記駆動信号によって上記負荷への通電を開始させる時期を上記駆動信号の立ち上がり時期と定義し、上記通電制御システムにおいて、上記駆動信号が高レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が低レベルから高レベルに切り替わる時期をいい、上記駆動信号が低レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が高レベルから低レベルに切り替わる時期をいうものとする。
2. 上記自己診断装置は、上記駆動信号の立ち上がり時期から上記駆動信号の開閉周期に対して４分の１周期から４分の３周期の時間だけ遅れて上記自己診断信号を上記電子制御装置に発信させる自己診断信号発信遅延手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の通電制御システム。
3. 上記自己診断信号発信遅延手段は、上記駆動制御装置に設けられ複数の負荷を所定の間隔で駆動すべく上記駆動信号を所定の間隔で遅延させる駆動信号遅延手段を兼用することを特徴とする請求項１又は２に記載の通電制御システム。

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