JP2014046730A - 車載用電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の診断方式では、マイクロコントローラへの負荷は増大し、かつ不良が発生した場合、マイクロコントローラからの指示を待って対策するため、時間を要してしまう。その間、異常電流が流れ続けるため、場合によってはAL配線パターンの溶断等重大故障に至る場合がある。
【解決手段】マイクロコントローラからシリアル通信を介して、診断開始信号が入力される。ドライバICは、診断開始信号を受信すると、ROMから各ドライバ回路のON/OFF状態をレジスタ群に読み出す。各ドライバ診断回路は、レジスタの値に従い、ON時／OFF時の診断を実施する。もし、この段階で不具合が検出された場合、故障モードと駆動回路番号を記憶する診断レジスタ群に情報を書き込む。このデータに基づき、不良検出された駆動回路を非活性状態にし、高速シリアル通信を介して、マイクロコントローラに通知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部アクチュエータ駆動回路をマイクロコントローラからシリアル通信によって制御する車載用電子制御装置及びその駆動回路異常検出に関するものである。

近年、車載用電子制御装置は、部品点数・コスト削減、ダウンサイジングといった観点から、車載用電子制御装置内における電子回路、例えばインジェクタ、イグナイタ、ソレノイド等のアクチュエータの駆動回路をシリコンチップに集積化することが検討され、実用化されている。従来、これらのアクチュエータにおいて、細かい制御が必要となる各対象駆動回路はマイクロコントローラからのパラレル入力により個別に制御されていた（例えば、特許文献１参照）のに対し、近年のマイクロコントローラの性能向上によって高速シリアル通信を利用した駆動回路制御が可能となってきている。これによって、駆動回路毎に必要とされていた入力信号及びマイクロコントローラから出力される制御信号が不要となり、シリアル通信で使用される信号のみで制御できるため、マイクロコントローラ及びアクチュエータ駆動用のドライバＩＣのピン数削減によって更なるコスト削減、ダウンサイジングが可能となる。

その一方で、高密度実装のために、パッケージのピンピッチ縮小・多ピン化の傾向は強く、ピン間ショート等の不良ポテンシャルはますます高くなっている。

従来は、すべてマイクロコントローラからの指示に従ってドライバＩＣの出力毎に、天絡・地絡・オープンを検出していた。このような制御方式の例として特許文献２に記載の構成がある。

特開平７−１９１０４号公報 特開２００９−７７５４２号公報

従来の構成によると、全ての制御がマイクロコントローラに委ねられるため、マイクロコントローラの負荷増大及び、不具合検出から回路停止までに時間を要していた。具体的には、特許文献２に示された診断回路制御方式では、マイクロコントローラが各入力ポートに診断入力を印可した後に、ドライバICが診断を開始する。続いてマイクロコントローラに診断結果を通信ポートを通じて返信する。診断回路毎に、このようなシーケンスを実行していると、マイクロコントローラへの負荷は増大、かつ不良が発生した場合の対応に時間を要してしまう。その間、異常電流が流れ続けるため、場合によってはAL配線パターンの溶断等重大故障に至る場合がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、診断時のマイクロコントローラへの負担を軽減しつつ、異常検出した場合に、マイクロコントローラに報告すると同時に、不良部分の回路を非活性化する手段を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の車載用電子制御装置は、外部アクチュエータを制御するための演算処理を行う演算処理装置と、前記演算処理装置からの信号に基づいて前記外部アクチュエータを駆動するドライバＩＣと、前記演算処理装置と前記ドライバＩＣとを接続するシリアル通信回路と、を備える車載用電子制御装置において、前記ドライバＩＣは、前記外部アクチュエータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路または前記外部アクチュエータの、少なくとも天絡と地絡と開放のうち少なくとも一つを診断する診断回路と、前記演算処理装置からの指示をラッチして前記駆動回路にON/OFF制御を行うためのレジスタと、を備え、前記レジスタは、所定の診断シーケンスに従って前記駆動回路に所定のON/OFF制御を行うための制御内容を記憶する制御レジスタと、前記診断回路からの診断結果に基づき、故障の有無と故障した駆動回路に関する情報を記憶する診断レジスタと、を備え、前記診断レジスタ内の情報に基づき、前記駆動回路を不動作状態にすることを特徴とする。

本発明の車載用電子制御装置によれば、ICに内蔵された上記高速シリアル通信回路の一部を用い、それに、シーケンス制御を行うROM部分を追加する。マイクロコントローラからは、診断開始の指示を受けるだけで、駆動回路制御入力を自由に切り替え、診断モードに移行させ、ROMに格納されたシーケンスに従って診断を行う、診断結果に基づき、天絡・地絡検出し、その回路機能の非活性化を行う、等の処理が可能となる。
具体的には、マイクロコントローラ（ｕＣ）からドライバＩＣへのシリアル通信で診断開始命令送出後は、マイクロコントローラは診断制御から解放され、別なタスクを実行することができる。
また、ドライバＩＣは、診断結果に基づき、マイクロコントローラからの指示を待つ事なく、不良検出された駆動回路を非活性状態にすることができる。最短時間で不良検出された駆動回路を非活性状態にできるため、短絡による過電流でのAL配線溶断等の致命不良による全機能停止のリスクを大幅に低減することができる。

第１の実施例を説明する車載用電子制御装置のブロック図である。 シリアル通信を説明するタイミングチャートである。 駆動回路制御シーケンスの一例である。 駆動回路に異常電流が流れた場合の診断レジスタの挙動を説明するブロック図である。 第２の実施例を説明する車載用電子制御装置のブロック図である。

本発明の車載用電子制御装置では、高速シリアル通信を利用した駆動回路制御方式(通称マイクロスキャンバス：MSB)として、ドライバICに内蔵された制御回路を活用し、マイクロコントローラからドライバ回路診断を行う指示に基づき診断を開始する制御回路、各ドライバ回路のON/OFF制御を行うレジスタ群、与えられた診断開始命令に基づき命令オペランドを発行するROM部からなる、診断命令制御部と天絡・地絡・オープン診断回路を具備した駆動回路及び前記診断回路から不良情報のみ取り出して、故障モードと駆動回路番号を記憶する診断レジスタ群から構成しており、診断終了後は該不良情報に基づき、不良検出された駆動回路を非活性状態にする手段を備えている。
まず、マイクロコントローラからの診断開始信号が入力される。マイクロコントローラは、この後、診断結果を受診するまで解放される。ドライバICは、診断開始信号受信すると、命令オペランドに従い、ROMから各ドライバ回路のON/OFF状態をレジスタ群に読み出す。各ドライバ診断回路は、レジスタの値に従い、ON時／OFF時の診断を実施する。もし、この段階で不具合が検出された場合、故障モードと駆動回路番号を記憶する診断レジスタ群に情報を書き込む。診断レジスタにデータが格納されれば即座にそのデータに基づき、不良検出された駆動回路を非活性状態にするように、駆動回路制御部をロックする。また、同時に、高速シリアル通信を介して、マイクロコントローラに通知する。
以下、図１から図６を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の第１の実施例である車載用電子制御装置（ＥＣＵ）１００を示す概略ブロック図である。

図１において、１は外部アクチュエータを制御するためのマイクロコントローラ（ｕＣ）であり、外部センサ等からの各種電気的入力信号に基づいた演算処理を中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４で行い、外部アクチュエータ駆動用ドライバＩＣ２に電気的信号を送信することでドライバＩＣ２を制御する。ドライバＩＣ２は、駆動回路２１を介して外部アクチュエータのソレノイド等に通電ＯＮ／ＯＦＦ等の制御を行うことで、外部アクチュエータを駆動する。

マイクロコントローラ１とドライバＩＣ２の電気的信号の送受信はシリアル通信によって行われ、ＣＰＵ１４の演算処理結果に基づいた制御信号をマイクロコントローラ側シリアル通信インターフェース３を介してドライバＩＣ２に送信し、ドライバＩＣ２はドライバＩＣ側シリアル通信インターフェース４からこの制御信号を受信する。また、制御信号の内容によってはドライバＩＣ２への要求が含まれている場合があり、これに対する回答も同様に、ドライバＩＣ２はドライバＩＣ側シリアル通信インターフェース４を介して送信され、マイクロコントローラ１はマイクロコントローラ側シリアル通信インターフェース３から受信する。

シリアル通信は、シリアル通信入力信号（ＤＩＮ）５、クロック信号（ＣＬＫ）６、出力信号（ＤＯＵＴ）７及びイネーブル信号（ＣＳ）８で構成される。これらのうち入力信号５、クロック信号６及びイネーブル信号８はマイクロコントローラ１側から送信され、出力信号７はドライバＩＣ２側から送信される。

ここで、図２を用いてマイクロコントローラ１からドライバＩＣ２へのシリアル通信について説明する。

イネーブル信号８はマイクロコントローラ１からドライバＩＣ２へのシリアル通信に対する許可信号であり、イネーブル信号８がハイレベルにある場合、ドライバＩＣ２はマイクロコントローラ１からの入力信号５を受け付けず、イネーブル信号８がローレベルにある場合、ドライバＩＣ２はマイクロコントローラ１からの入力信号５を受信する。マイクロコントローラ１から送信された信号は、クロック信号６の立ち下がりエッジにおける入力信号５のレベルで判定され、ドライバＩＣ２側で受信される。受信フレームのビット数は所定数に定められており、この受信フレームはドライバＩＣ２制御のためのコマンドを含む。別の言い方をすると、正常なシリアル通信がなされている場合は、イネーブル信号８がローレベルにあるときに入力されるクロック数は所定数となり、ドライバＩＣ２側で設定されているコマンドと、このコマンドに応じたデータ情報をドライバＩＣ２が受信し、ドライバＩＣ２はこの受信情報に基づいた動作をする。コマンドにはドライバＩＣ２の内部レジスタ１５に書き込むコマンドの他に、内部レジスタ１５の情報を読み出すコマンドもあり、後者のコマンドをドライバＩＣ２が受信し、そのコマンドに応じた情報をマイクロコントローラ１に送信することによってマイクロコンピュータ１はドライバＩＣ２の診断レジスタ１７の情報を読み出すことができる。マイクロコントローラ１は一連のシリアル通信を完了した際に、内部で送信完了信号３０を生成する。
診断開始コマンドは、この入力信号５から入力される。ドライバIC内に備えられた制御レジスタは、診断開始コマンドを受け取ると、駆動回路の中にある天絡・地絡・オープン診断回路２０をイネーブルする。診断開始コマンドは適宜設定できるが、たとえば所定の電源電圧およびクロック信号６が印加されている条件で、シリアル通信入力信号５が所定命令分（例えば２）以上Ｈｉ固定であった場合等に設定してもよい。

また、同時に、制御レジスタ１６内の診断シーケンス格納ROMから、各駆動回路のON/OFF制御情報が入った、第一オペランドを制御レジスタに読み出す。駆動回路２１は制御レジスタ１６にラッチされた情報に対応してオン／オフ動作し、外部アクチュエータを駆動する。その際診断回路２０は、出力端子開放状態、出力端子天絡状態、出力端子地絡状態といった異常状態を検出することができ、この診断情報は、診断レジスタ１７に保持される。もし、異常検出した場合、故障モードと駆動回路番号を記憶する診断レジスタ群に情報を書き込むことになる。診断レジスタに情報が書き込まれたら、その情報をもとに、制御レジスタ１６は該当不良駆動回路を非活性化する。ここでいう非活性化とは例えば、天絡検知した場合、駆動回路出力をHi固定に、地絡検出した場合は、駆動回路出力をLow固定にして、異常電流を流さないようにすることを示す。
第一オペランドの実行が終わると、レジスタ１５は第二オペランドをROMから読み出し実行する。このようにして一連のオペランドが終了すると、シリアル通信IF4は診断レジスタの結果をマイクロコントローラに送出する。

ここで、図３及び図４を用いて制御レジスタ１６の動作について説明する。図３は、下記に説明するシーケンスを時系列に纏めたものである。

制御レジスタ１６はマイクロコントローラ１からシリアル通信を介して、診断開始信号を受け取ると、シーケンス制御部の指示に従い、ROMに格納された駆動回路入力を読み出す。ROMに格納された駆動回路入力の一例を図３に示す。まず、第一シーケンスは、天絡検知用のパターンで、全ての駆動回路出力をLにするように制御する。この場合、全ての回路は正論理と考え、ALL０とする。
駆動回路３０は、制御レジスタ１６からの指示に基づき、Lを出力する。その際、天絡箇所があれば、異常電流が流れる。天絡・地絡・オープン診断回路２０は、この異常電流を検知し、診断レジスタ１７に回路番号及び故障モード(天絡)を書き込む。診断レジスタ１７は、書き込まれた情報を制御レジスタ１６に伝達する。
制御レジスタ１６は、診断レジスタ１７の情報に基づき、故障回路番号の入力情報を１固定として、その後診断レジスタの値がクリアされるまで１を保持し続ける。このため、故障回路の出力は、H固定となるため、天絡電流が流れない。図４に診断レジスタ１７の論理回路の一例を示す。この例では、Ｎ個の駆動回路毎に対応して、１からＮまでの複数個、診断レジスタおよび制御レジスタが存在する。
故障が検出されると、故障している駆動回路に対応した診断レジスタフラグ用に１を書き込む。診断レジスタフラグ用に１が書き込まれたら、診断レジスタデータ用に不具合発生時の入力データを１ショットパルスで書き込む。一度書き込まれたデータは、故障検出が解除されるまで、同じデータを保持する。また、同時に制御レジスタ１６に反転データを書き込む。制御レジスタには、故障検出が解除されるまで、クロックが印可されないので、反転データを保持することができる。以上のようにして、故障検出時は該当駆動回路３０を非活性にすることができる。
第二のクロックが制御レジスタ１６に印可されると、制御レジスタ１６のシーケンス制御部は、第二シーケンスの値をROMから読み出す。第二シーケンスは、地絡検知用のパターンで、全ての駆動回路出力をHにするように制御する。この場合、全ての回路は正論理と考え、ALL１とする。
駆動回路３０は、制御レジスタ１６からの指示に基づき、Hを出力する。その際、地絡箇所があれば、異常電流が流れる。天絡・地絡・オープン診断回路２０は、この異常電流を検知し、診断レジスタ１７に回路番号及び故障モード(地絡)を書き込む。診断レジスタ１７は、書き込まれた情報を制御レジスタに伝達する。制御レジスタ１６は、診断レジスタ１７の情報に基づき、故障回路番号の入力情報を0固定として、その後診断レジスタの値がクリアされるまで0を保持し続ける。故障回路の出力は、Hとならないため、地絡電流が流れない。
第三のクロックが制御レジスタ１６に印可されると、制御レジスタのシーケンス制御部
は、第三シーケンスの値をROMから読み出す。第三シーケンスは、隣接ピンショート検出用のパターンで、隣接する駆動回路出力が常に反転するように制御する。この場合、入力パターン回路番号順に010101…0101とする。
駆動回路３０は、制御レジスタ１６からの指示に基づき、HもしくはＬを出力する。その際、隣接ピンショート箇所があれば、異常電流が流れる。天絡・地絡・オープン診断回路２０は、この異常電流を検知し、診断レジスタ１７に回路番号及び故障モード(隣接ピンショート)を書き込む。天絡・地絡と異なり、複数の回路番号を書き込むことになる。
診断レジスタ１７は、書き込まれた情報を制御レジスタに伝達する。
制御レジスタ１６は、診断レジスタ１７の情報に基づき、故障回路番号の入力情報を反転させて固定化する。その後診断レジスタの値がクリアされるまでその値を保持し続ける。
第四のクロックが制御レジスタ１６に印可されると、制御レジスタのシーケンス制御部
は、第四シーケンスの値をROMから読み出す。第四シーケンスは、隣接ピンショート検出用のパターンで、第三シーケンスの反転パターンである。この場合、入力パターンは回路番号順に101010…1010とする。
駆動回路３０は、制御レジスタ１６からの指示に基づき、HもしくはＬを出力する。その際、隣接ピンショート箇所があれば、異常電流が流れる。天絡・地絡・オープン診断回路２０は、この異常電流を検知し、診断レジスタ１７に回路番号及び故障モード(隣接ピンショート)を書き込む。以下第三シーケンスと同様に、診断レジスタ１７は、書き込まれた情報を、制御レジスタに伝達する。制御レジスタ１６は、診断レジスタ１７の情報に基づき、故障回路番号の入力情報を反転させて固定化する。その後診断レジスタの値がクリアされるまでその値を保持し続ける。
更に、検出パターンがあれば、第五、第六クロックと実行する。全ての検出パターンが完了した後、診断レジスタ１７にある全ての故障情報をシリアル通信ＩＦ４に転送する。シリアル通信ＩＦでデータをシリアル化して、マイクロコントローラ１に送出する。マイクロコントローラは、本通信によりドライバ回路の故障を検知する。故障情報の転送は、診断完了後すぐに行っても良いし、所定時間経過後に行っても良い。

このように、ドライバＩＣ２に診断開始信号が入力されると、命令オペランドに従い、ROMから各ドライバ回路のON/OFF状態をレジスタ群に読み出す。各ドライバ診断回路は、レジスタの値に従い、ON時／OFF時の診断を実施する。不具合が検出された場合、故障モードと駆動回路番号を記憶する診断レジスタ群に情報を書き込む。診断レジスタにデータが格納されれば即座にそのデータに基づき、制御レジスタは、不良検出された駆動回路を非活性状態にするように、駆動回路制御部をロックするので、ショート箇所が断線もしくは、溶断に至る重大不良を未然防止できる。
また、マイクロコントローラは、この間全く異なるタスクを実行できるのでＣＰＵ効率も向上する。
また、診断開始信号をクロック入力及びＣＳ、ＤＩＮに常にＨを印可する等の簡易パターンにすると、不良解析時容易にショート不良の有無を検出することが出来る。
また、本実施例ではアクチュエータを駆動するための負荷回路とドライバＩＣ２とが接続された状態で診断する方式について説明したが、ドライバＩＣ２単体の評価を行う診断モードを備え、切り替えを行っても良い。

図５は、本発明の第２の実施例である車載用電子制御装置（ＥＣＵ）１００を示す概略ブロック図である。第２の実施例を説明するにあたり、第１の実施例との差異に関して説明し、同一箇所については説明を省略する。

第２の実施例では、第１の実施例と比較して、内蔵ROM使用の場合、面積・コスト増になるので、CPUのプログラム格納等で使用している外付けROMを使用する構成となっている。内蔵ROMを使用するか、外部ROMを共有して使用するかの差異となる。

マイクロコントローラとドライバＩＣの間で行われるシリアル通信を利用して、ドライバＩＣの診断制御を行う制御部をドライバIC内に持ち、不良発生を検知した場合、その回路を即座に非活性化するので、溶断等の重大不良発生を防止できる。そのため、高い信頼性を求められる装置に適用できる。

１ マイクロコントローラ
２ ドライバＩＣ
３ マイクロコントローラ側シリアル通信インターフェース
４ ドライバＩＣ側シリアル通信インターフェース
５ シリアル通信入力信号（ＤＩＮ）
６ シリアル通信クロック信号（ＣＬＫ）
７ シリアル通信出力信号（ＤＯＵＴ）
８ シリアル通信イネーブル信号（ＣＳ）
１３ 外付けROM
１４ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１５ 内部レジスタ
１６ 制御レジスタ
１７ 診断レジスタ
１９ ROMアクセス信号
２０ 天絡・地絡・オープン診断回路
２１ 駆動回路
３０ 送信完了信号
１００ 車載用電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (6)

1. 外部アクチュエータを制御するための演算処理を行う演算処理装置と、前記演算処理装置からの信号に基づいて前記外部アクチュエータを駆動するドライバＩＣと、前記演算処理装置と前記ドライバＩＣとを接続するシリアル通信回路と、を備える車載用電子制御装置において、
   前記ドライバＩＣは、前記外部アクチュエータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路または前記外部アクチュエータの、少なくとも天絡と地絡と開放のうち少なくとも一つを診断する診断回路と、前記演算処理装置からの指示をラッチして前記駆動回路にON/OFF制御を行うためのレジスタと、を備え、
   前記レジスタは、所定の診断シーケンスに従って前記駆動回路に所定のON/OFF制御を行うための制御内容を記憶する制御レジスタと、前記診断回路からの診断結果に基づき、故障の有無と故障した駆動回路に関する情報を記憶する診断レジスタと、を備え、
   前記診断レジスタ内の情報に基づき、前記駆動回路を不動作状態にすることを特徴とする車載用電子制御装置。
2. 前記演算処理装置からの指示に基づいて、前記ドライバＩＣ単体での評価と負荷回路が搭載された基板実装状態での評価を切り替えることができ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。
3. 前記レジスタには、少なくとも全駆動回路ONの場合、全駆動回路OFFの場合、隣接回路のショートを検出するため、ON/OFFを交互に繰り返す場合の3通りの制御内容が書か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。
4. 前記シリアル通信回路からの入力に関らず、前記診断回路が異常電流を検知した場合、前期診断レジスタ内の情報に基づき、前記駆動回路を不動作状態にす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。
5. 所定の電源電圧、外部から供給されるクロックパルスが印可され、シリアル通信入力が２命令分以上Hi固定であった場合、診断モードに入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。
6. 前記シリアル通信回路からの入力により、診断モードに入った場合、所定の時間経過後に、前記診断レジスタ内の情報を前記シリアル通信回路に出力することを特徴とする請求項５に記載の車載用電子制御装置。