JP2016141351A - 電子制御装置のグランド断線検出方法及び電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グランドが断線しているにも関わらず電子制御ユニットが動作状態となるようなグランドの断線状態を確実に検出可能とする。
【解決手段】電源回路１０２からの電圧が印加される車両動作制御用電子制御ユニット１０１における電圧印加点と車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランドとの間の電源電圧が、予め定められた基準電圧範囲を超えており電源電圧が異常と判定され、さらに、車両動作制御用電子制御ユニット１０１によるＰＷＭ制御に基づくソレノイド１の通電駆動におけるデューティ比が所定範囲を越え、もしくは、デューティ比の変化率が基準変化率を超えており、ＰＷＭ制御が異常であると判定されると、グランド断線状態にあるとして、ソレノイド１の通電停止等が行われるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両等の動作制御を行う電子制御装置におけるグランドの断線を検出する方法に係り、特に、検出の信頼性、安定性の向上等を図ったものに関する。

いわゆるマイクロコンピュータなどを用いて、機器の一連の動作制御が実行可能に構成された電子制御装置は、様々に用いられており、その構成、動作等は様々である。
例えば、自動車両においても、エンジンの動作制御等が実行可能に構成された車両動作制御用電子制御ユニットを有する車両電子制御装置が設けられていることは良く知られている通りである。

かかる車両電子制御装置は、通常、車両に搭載された車両用バッテリからの電源供給を受けて動作可能とされており、回路のグランドは、装置動作の安定性、信頼性等の確保のため重要な要素である。そのため、グランドの断線検出等について従来から様々な手法が提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）

ところで、車両には、各種のソレノイド部品が用いられているため、インダクタンスにより生ずる逆起電力を考慮し、例えば、いわゆる回生ダイオード等を適宜設ける等の構成を採る電源回路が車両電子制御装置に設けられることが多い。

特開２０１０−１３９３０８号公報（第４−７頁、図１−図５）

上述のように電源供給の対象にソレノイド部品が含まれ、かつ、回生ダイオードが設けられた構成にあっては、例えば、上述した車両動作制御用電子制御ユニットのグランドが断線状態となっても、車両用バッテリからの電流が車両動作制御用電子制御ユニットを介して回生ダイオード、ソレノイド部品へと流入する電流経路が形成される可能性がある。この場合、本来、動作停止とされるべき車両動作制御用電子制御ユニットが動作状態に維持され、車両動作制御用電子制御ユニット内のグランドと車両用バッテリとの間の電位差が増大して、過電圧、過電流を招き電子部品等の故障、損傷等を招く畏れがある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、グランドが断線しているにも関わらず電子制御ユニットが動作状態となるようなグランドの断線状態を確実に検出可能とする信頼性の高いグランド断線検出を実現し、装置のさらなる安全性確保を可能とする電子制御装置のグランド断線検出方法及び電子制御装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る電子制御装置のグランド断線検出方法は、
ＰＷＭ制御に基づくソレノイドの通電制御を可能に構成された電子制御ユニットと、外部から印加されるバッテリ電圧を平滑し前記電子制御ユニットへ供給する電源回路とを具備してなる電子制御装置におけるグランド断線検出方法であって、
前記電子制御ユニットにおける電源電圧が第１の所定異常状態で、かつ、前記ＰＷＭ制御が第２の所定異常状態である場合に、前記電子制御ユニット内のグランドと外部のグランドとの接続が断線状態にあると判定するよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため本発明に係る電子制御装置は、
ＰＷＭ制御に基づくソレノイドの通電制御を可能に構成された電子制御ユニットと、外部から印加されるバッテリ電圧を平滑し前記電子制御ユニットへ供給する電源回路とを具備してなる電子制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
当該電子制御ユニットにおける電源電圧が第１の所定異常状態で、かつ、ＰＷＭ制御が第２の所定異常状態であると判定された場合に、前記電子制御ユニット内のグランドと外部のグランドとの接続が断線状態にあると判定するよう構成されてなるものである。

本発明によれば、グランド断線状態において生ずる電子制御ユニット内の電源電圧の異常のみならず、電源電圧の異常に伴い発生するＰＷＭ制御の異常を判定することで、グランド断線状態にあっても、ソレノイドとソレノイドの逆起電力の回生のために設けられた回生ダイオードとによって電子制御ユニットのグランドが等価的に生成されて電子制御ユニットの動作状態が保持されるような場合を確実に検出することができるので、そのような状態における電源電圧の異常に起因する電子部品の損傷、故障の発生を確実に抑圧、防止でき、装置のさらなる安全性の向上を図ることができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における車両電子制御装置の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における車両動作制御用電子制御ユニットにより実行されるグランド断線検出処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における車両電子制御装置の構成について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における車両電子制御装置Ｓは、車両動作制御用電子制御ユニット１０１と、電源回路１０２とに大別されて構成されたものとなっている。

車両動作制御用電子制御ユニット１０１は、例えばマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を備えると共に、入出力インターフェイス回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されてなるものである。
かかる車両動作制御用電子制御ユニット１０１には、図示されない各種のセンサの検出信号や種々のスイッチ等の信号が入力されるようになっており、これら種々の信号等に基づいて、エンジン（図示せず）の動作制御処理等が実行可能に構成されたものとなっている。

電源回路１０２は、図示されない車両用バッテリ(VBATT)の電圧を安定化して車両動作制御用電子制御ユニット１０１へ供給する一方、車両動作制御用電子制御ユニット１０１によるソレノイド１の通電制御に応じてソレノイド１の駆動電流の供給が可能に構成されたものとなっている。
ここで、ソレノイド１は、例えば、変速機の油圧回路開閉用の電磁切換弁（図示せず）などに用いられるもので、通常、複数設けられるものであるが、図１においては、図面を簡潔にして理解を容易とするため、一つのソレノイド１のみを示し、このソレノイド１に他の図示されないソレノイドを代表させている。

かかる電源回路１０２においては、ダイオード２とツェナーダイオード３が逆接続状態で、車両用バッテリ（図示せず）の正極側とグランドとの間に直列接続されて設けられている。
すなわち、ダイオード２とツェナーダイオード３は、カソードが相互に接続される一方、ダイオード２のアノードは、図示されない車両用バッテリの正極側に接続されるようになっており、また、ツェナーダイオード３のアノードはグランドに接続されている。

ダイオード２とツェナーダイオード３の相互の接続点の電圧は、車両動作制御用電子制御ユニット１０１の電源電圧として車両動作制御用電子制御ユニット１０１へ入力されるようになっている。
さらに、ダイオード２とツェナーダイオード３の相互の接続点とグランドとの間には、第１の平滑用コンデンサ４が直列接続されて設けられている。
また、ダイオード２のアノードとグランドとの間には、第２の平滑用コンデンサ５が直列接続されて設けられている。

またさらに、車両用バッテリ（図示せず）の正極側とソレノイド１との間には、車両用バッテリ側からハイサイドスイッチ６とシャント抵抗器７が直列接続されて設けられている。
このハイサイドスイッチ６は、例えば、トランジスタを用いてなるもので、その導通・非導通は、車両動作制御用電子制御ユニット１０１によりＰＷＭ制御されるようになっている。

また、ハイサイドスイッチ６とシャント抵抗器７との接続点とグランドとの間には、回生ダイオード８が設けられている。すなわち、回生ダイオード８のアノードはグランドに接続される一方、カソードはハイサイドスイッチ６とシャント抵抗器７との接続点に接続されている。
なお、本発明の実施の形態においては、回生用ダイオード８のアノードと車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランドとが相互に接続され、その接続点と車両動作制御用電子制御ユニット１０１外部、すなわち、車両電子制御装置Ｓのグランドとがグランドライン９を介して接続されたものとなっている。

かかる構成においては、車両動作制御用電子制御ユニット１０１によるハイサイドスイッチ６のＰＷＭ制御に基づくソレノイド１の通電制御が行われるようになっており、ＰＷＭ制御におけるデューティ比は、シャント抵抗器７で検出された電圧のフィードバックに基づいて制御されるようになっているもので、かかる制御自体は、基本的に従来同様のものである。

図２には、上記構成における車両動作制御用電子制御ユニット１０１により実行されるグランド断線検出処理の手順がサブルーチンフローチャートに示されており、以下、同図を参照しつつ本発明の実施の形態におけるグランド断線検出処理について説明する。
車両動作制御用電子制御ユニット１０１による処理が開始されると、最初に車両動作制御用電子制御ユニット１０１の電源電圧が異常か否かの判定が行われる（図２のステップＳ１０２参照）。

車両動作制御用電子制御ユニット１０１には、ダイオード２とツェナーダイオード３の相互の接続点が接続されているが、この接続点が電源回路１０２からの電圧供給点となっており、この電圧供給点と車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランドとの間の電圧が電源電圧として車両動作制御用電子制御ユニット１０１における電源電圧の検出対象とされるようになっている。
ステップＳ１０２においては、上述の車両動作制御用電子制御ユニット１０１において検出された電源電圧が、予め定められた所定の電圧範囲（以下、説明の便宜状「基準電圧範囲」と称する）にあるか否かによって、異常か否かが判定されるようになっている。すなわち、電源電圧が基準電圧範囲にある場合には正常と判定される一方、電源電圧が基準電圧範囲を越えている場合には異常と判定されるようになっている。
なお、この基準電圧範囲は、実際に使用される車両バッテリの電圧や、車両動作制御用電子制御ユニット１０１の仕様等を考慮して適宜定められるべきものであり、特定の値に限定さるものではない。

ここで、本発明の実施の形態におけるグランド断線と車両動作制御用電子制御ユニット１０１における電源電圧との関係について図１を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施の形態において、車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランドは、車両動作制御用電子制御ユニット１０１と外部の適宜なグランドとを接続するグランドライン９を介して車両動作制御用電子制御ユニット１０１の外のグランド（図１の符号Ａ参照）に接続されたものとなっている。

本発明の実施の形態における”グランド断線”とは、上述のグランドライン９が断線し、車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランドと、図１において符号Ａで示されたような外部のグランドとの接続が断たれた状態を言うものである。
このようなグランド断線の発生により、車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランドが外部のグランドと直接接続された状態ではなくなるものの、図１に示された構成にあっては、車両用バッテリ（図示せず）と外部のグランドとの間に、図１に点線矢印で示されたように、車両用バッテリの正極側から、ダイオード２、車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランド、回生ダイオード８、シャント抵抗器７、ソレノイド１へ至り、最終的に外部のグランドへと電流経路が形成される。換言すれば、回生ダイオード８とソレノイド１とにより車両動作制御用電子制御ユニット１０１が等価的にグランドされることとなる。

そのため、グランド断線が生じても、車両動作制御用電子制御ユニット１０１の電源供給は実質的に継続状態となるため、車両動作制御用電子制御ユニット１０１は動作を継続することとなる。
しかしながら、このような状態においては、次述するような回路動作により、車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランド電位がマイナス側に低下し、車両動作制御用電子制御ユニット１０１においては、検出対象である電源電圧が実質的に増大したとして判定されることとなる。

先に説明したように図１において点線矢印で示された電流経路が形成された場合、車両動作制御用電子制御ユニット１０１はグランド断線の発生にも関わらず動作状態に維持されるため、ハイサイドスイッチ６が通常時同様にＰＷＭ制御に基づいてオン・オフされることとなる。

すなわち、ハイサイドスイッチ６がオフ状態となると、ソレノイド１に発生する逆起電力により車両動作制御用電子制御ユニット１０１内部のグランド電位は引き下げられ、その電圧が第１及び第２の平滑用コンデンサ４，５に蓄電される。
一方、ハイサイドスイッチ６がオン状態の場合、回生ダイオード８の作用により車両動作制御用電子制御ユニット１０１内部のグランド電位は負側から回復せず維持されることとなる。

その結果、車両動作制御用電子制御ユニット１０１において認識される電源電圧、すなわち、電圧供給点と車両動作制御用電子制御ユニット１０１内のグランドとの電位差が増大するため、車両動作制御用電子制御ユニット１０１内の電子部品においては、過度の電圧が印加された状態となるものがあり、最悪の場合には、過電圧による損傷、故障に至ることもあり得る。
ステップＳ１０２における電源電圧が異常か否かの判定は、上述のような観点に基づいてなされるものであり、電子部品の不用意な損傷、故障等の発生を未然に回避するためである。

しかして、ステップＳ１０２において、電源電圧が異常と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１０４の処理へ進む一方、電源電圧は異常ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、一連の処理は終了され、図示されないメインルーチンへ一旦戻ることとなる。なお、メインルーチンへ一旦戻った後は、予め定められた所定の時間経過後、この図２に示されたサブルーチン処理が再度開始されるようになっている。

ステップＳ１０４においては、ＰＷＭ制御が異常か否かが判定されることとなる。
グランド断線が生じた場合、先に説明したような車両動作制御用電子制御ユニット１０１内における電源電圧の異常に伴い、ＰＷＭ制御も次述するような異常状態となる可能性がある。

まず、車両動作制御用電子制御ユニット１０１内における電源電圧の異常に伴いＰＷＭ制御におけるデューティ比が異常な値となったり、また、デューティ比の変化の仕方が異常となることがある。
車両動作制御用電子制御ユニット１０１により実行されるＰＷＭ制御おいては、ソレノイド１が用いられている回路等の動作状態に基づいて通電すべき電流値、すなわち、電流指示値が決定され、その電流指示値に対応してハイサイドスイッチ６をオン・オフするＰＷＭ信号のデューティ比が定まるようになっている。

したがって、種々の電流指示値と、それぞれの電流指示値に対して定まる正常（又は異常）と判定することのできるデューティ比の範囲を、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて予め定めておき、例えば、電流指示値から正常と判定されるデューティ比の範囲を読み出し可能に構成されたマップとして、車両動作制御用電子制御ユニット１０１の適宜記憶領域に予め記憶させておき、ステップＳ１０４において、その時点の電流指示値に対して正常と判定できるデューティ比の範囲を読み出し、この時点のデューティ比がその範囲にあるか否かを判定し、読み出された範囲を超えている場合には、デューティ比が異常と判定するようにすると好適である。

また、電源電圧の異常時において、ハイサイドスイッチ６のＰＷＭ制御におけるデューティ比の値が異常となるだけではなく、デューティ比が急激な変化を示すこともある。それ故、例えば、デューティ比が異常と判定できるデューティ比の変化率（以下、説明の便宜上「基準変化率」と称する）を、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて予め定めておき、ステップＳ１０４において、その時点のデューティ比の変化率を演算算出し、算出された値が、上述の基準変化率を超えているか否か判定し、越えている場合に異常と判定するのが好適である。
なお、デューティ比の変化率とは、単位時間当たりデューティ比の変化の大きさであり、例えば、単位を％／ｓとして表されるものである。

したがって、ステップＳ１０４においては、デューティ比が異常か否かと、デューティ比の変化率が異常か否かの双方の判定を行い、いずれか異常である場合（ＹＥＳの場合）にＰＷＭ制御が異常として次述するステップＳ１０６の処理へ進む一方、それ以外の場合には通常であるとして、一連の処理を終了し、図示されないメインルーチンへ一旦戻るようにするのが好適である。

ステップＳ１０６においては、ステップＳ１０４において、ＰＷＭ制御が異常であると判定されたことに対応して、グランド断線状態であると判定され、次いで、故障対応処理が実行され（図２のステップＳ１０８参照）、一連の処理が終了されて、図示されないメインルーチンへ一旦戻ることとなる。
ここで、故障対応処理は、例えば、ソレノイド１への通電停止や車両動作制御用電子制御ユニット１０１の動作停止等であるが、これらに限定される必要はなく、表示素子等の点灯や鳴動素子による警報音の発生等なども適宜組み合わせて行うようにしても好適である。
なお、上述した本発明の実施の形態においては、電子制御ユニットの具体例として車両動作制御用電子制御ユニット１０１の例を説明したが、これに限定される必要はなく、電子制御ユニットによりハイサイドスイッチ６がＰＷＭ制御されてソレノイド１の通電が制御され、電源回路１０２と同等の電源回路が設けられて電子制御装置が構成されるものであれば、他の電子制御ユニットであっても良いことは勿論である。

電子制御ユニットが動作状態であるにも関わらずグランドが断線している状態の確実な検出が所望される電子装置に適用できる。

１…ソレノイド
８…回生ダイオード
９…グランドライン
１０１…車両動作制御用電子制御ユニット
１０２…電源回路

Claims (4)

1. ＰＷＭ制御に基づくソレノイドの通電制御を可能に構成された電子制御ユニットと、外部から印加されるバッテリ電圧を平滑し前記電子制御ユニットへ供給する電源回路とを具備してなる電子制御装置におけるグランド断線検出方法であって、
   前記電子制御ユニットにおける電源電圧が第１の所定異常状態で、かつ、前記ＰＷＭ制御が第２の所定異常状態である場合に、前記電子制御ユニット内のグランドと外部のグランドとの接続が断線状態にあると判定することを特徴とする電子制御装置のグランド断線検出方法。
2. 前記電子制御ユニットにおける前記電源回路からの電圧印加点と前記電子制御ユニット内のグランドとの間の電圧が、予め定められた基準電圧範囲を超える場合に、電源電圧が第１の所定異常状態であるとする一方、
   前記ＰＷＭ制御による前記ソレノイドの通電駆動におけるデューティ比が所定範囲を越えるか、又は、前記デューティ比の変化率が基準変化率を超える場合に、前記ＰＷＭ制御が第２の所定異常状態であるとすることを特徴とする請求項１記載の電子制御装置のグランド断線検出方法。
3. ＰＷＭ制御に基づくソレノイドの通電制御を可能に構成された電子制御ユニットと、外部から印加されるバッテリ電圧を平滑し前記電子制御ユニットへ供給する電源回路とを具備してなる電子制御装置であって、
   前記電子制御ユニットは、
   当該電子制御ユニットにおける電源電圧が第１の所定異常状態で、かつ、ＰＷＭ制御が第２の所定異常状態であると判定された場合に、前記電子制御ユニット内のグランドと外部のグランドとの接続が断線状態にあると判定するよう構成されてなることを特徴とする電子制御装置。
4. 前記電子制御ユニットは、
   当該電子制御ユニットにおける前記電源回路からの電圧印加点と当該電子制御ユニット内のグランドとの間の電圧が、予め定められた基準電圧範囲を超える場合に、電源電圧が第１の所定異常状態であると判定する一方、
   前記ＰＷＭ制御による前記ソレノイドの通電駆動におけるデューティ比が所定範囲を越えるか、又は、前記デューティ比の変化率が基準変化率を超える場合に、前記ＰＷＭ制御が第２の所定異常状態であると判定するよう構成されてなることを特徴とする請求項３記載の電子制御装置。

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