JP2016165939A - 電流制御装置 - Google Patents

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Yuki Sugisawa
佑樹 杉沢
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Takeo Uchino
剛雄 内野
淳平 堀井
Jumpei Horii
淳平 堀井
健司 浦城
Kenji Urashiro
健司 浦城
眞佐夫 柴田
Masao Shibata
眞佐夫 柴田
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慎史 大下
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Abstract

【課題】車両が走行している間、運転者に操作感覚の変化を与えることがない電流制御装置を提供する。【解決手段】電流制御装置20は車両に搭載される。電流制御装置20には、車両のイグニッションスイッチ23のオン又はオフを示すイグニッション信号と、車両が走行しているか又は停止しているかを示す走行信号が入力される。OR回路31は、電流制御装置20に入力されたイグニッション信号がイグニッションスイッチ23のオンを示すか、又は、電流制御装置20に入力された走行信号が車両の走行を示す場合、FET30をオンにする。【選択図】図2

Description

本発明は、電流経路を流れる電流を制御する電流制御装置に関する。
車両には、バッテリから負荷に給電される電源システム(例えば、特許文献1参照)が搭載されている。特許文献1に記載の電源システムには電流制御装置が搭載されている。電流制御装置は、バッテリからエンジンシステム及びパワーウィンドウ等の複数の負荷への電流経路に流れる電流を制御することによって、バッテリから複数の負荷への給電を制御する。
電流制御装置は、車両のエンジンが始動した場合、バッテリから複数の負荷に電流が流れることを可能にする。これにより、複数の負荷は給電される。また、電流制御装置は、車両のエンジンが停止した場合、バッテリから複数の負荷に流れる電流を遮断する。これにより、複数の負荷への給電が停止される。
特開2014−83988号公報
通常、エンジンが始動した場合、イグニッションスイッチはオンとなり、エンジンが停止した場合、イグニッションスイッチはオフとなる。
特許文献1に記載してあるような従来の電源システムの中には、イグニッションスイッチがオンとなった場合に、電流制御装置が、バッテリから、電動パワーステアリング、ABS(Anti-lock Braking System)及びウィンカー等の複数の負荷に電流が流れることを可能にする電源システムがある。この電源システムでは、イグニッションスイッチがオフとなった場合、電流制御装置はバッテリから複数の負荷への給電を遮断し、負荷は動作を停止する。
電動パワーステアリング、ABS及びウィンカー等の複数の負荷夫々は安全に関わる重要な負荷である。車両が走行している間に安全に係る重要な負荷、例えばパワーステアリングへの給電が停止した場合、ステアリング操作のアシスト機能がなくなり、運転者はステアリング操作に重さを感じる。従って、車両が走行している間に安全に係る重要な負荷への給電が停止した場合、運転者に操作感覚の変化が与えられる。操作感覚の変化は運転者に焦り又は違和感等を与える。
イグニッションスイッチがオフである場合に車両が停止しているとは限らない。イグニッションスイッチがオフであるにも関わらず、車両が走行している場合においては、運転者に操作感覚の変化を極力与えないことが望ましい。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両が走行している間、運転者に操作感覚の変化を与えることがない電流制御装置を提供することにある。
本発明に係る電流制御装置は、車両に搭載され、電流経路に流れる電流を制御する電流制御装置において、前記車両のイグニッションスイッチのオン又はオフを示すイグニッション信号が入力される第1入力部と、前記車両が走行しているか又は停止しているかを示す走行信号が入力される第2入力部と、前記電流経路に設けられたスイッチと、前記第1入力部に入力された前記イグニッション信号がオンを示すか、又は、前記第2入力部に入力された前記走行信号が前記車両の走行を示す場合、前記スイッチをオンにする制御回路とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、装置は、車両に搭載されており、電流経路に流れる電流を制御する。車両のイグニッションスイッチのオン又はオフを示すイグニッション信号が第1入力部に入力され、車両が走行しているか又は停止しているかを示す走行信号が第2入力部に入力される。例えば、バッテリから、安全に関わる重要な負荷への電流経路にスイッチが設けられている。制御回路は、第1入力部に入力されたイグニッション信号がオンを示すか、又は、第2入力部に入力された走行信号が車両の走行を示す場合、スイッチをオンにする。
このため、たとえイグニッションスイッチがオフであっても、車両が走行している場合、スイッチはオンであり、負荷はバッテリから給電される。従って、車両が走行している間、運転者に操作感覚の変化を与えることはない。
本発明に係る電流制御装置は、前記制御回路は、前記第1入力部に入力された前記イグニッション信号がオフを示し、かつ、前記第2入力部に入力された前記走行信号が前記車両の停止を示す場合、前記スイッチをオフにすることを特徴とする。
本発明にあっては、制御回路は、第1入力部に入力されたイグニッション信号がオフを示し、かつ、第2入力部に入力された走行信号が車両の停止を示す場合、スイッチをオフにする。このため、バッテリから安全に関わる重要な負荷への電流経路にスイッチが設けられている場合において、安全が確保された状態で負荷への給電が停止される。
本発明に係る電流制御装置は、前記第2入力部に入力された走行信号を積分し、積分値を出力する積分部を更に備え、前記第2入力部には、前記車両が走行している間、前記走行信号としてパルスが繰り返し入力され、前記制御回路は、前記第1入力部に入力された前記イグニッション信号がオンを示すか、又は、前記積分部が出力した積分値が閾値以上である場合、前記スイッチをオンにすることを特徴とする。
本発明にあっては、車両が走行している間、走行信号として、パルスが第2入力部に繰り返し入力される。積分部は、走行信号を積分し、積分値を出力する。車両が走行している間、第2入力部にパルスが繰り返し入力されるため、積分部が出力する積分値は閾値以上である。制御回路は、第1入力部に入力されたイグニッション信号がオンを示すか、又は、積分部が出力した積分値が閾値以上である場合、スイッチをオンにする。
このため、簡単な構成でスイッチのオン及びオフが適正に行われる。
本発明に係る電流制御装置は、前記積分部は、前記第2入力部に前記走行信号のパルスが入力された場合に蓄電するコンデンサと、該コンデンサに並列に接続された抵抗とを有し、前記積分値は前記コンデンサの両端間の電圧値であることを特徴とする。
本発明にあっては、積分部はコンデンサとコンデンサに並列に接続された抵抗とを有する。コンデンサは、走行信号のパルスが第2入力部に入力された場合に蓄電する。これにより、走行信号が積分される。コンデンサの両端間の電圧値が積分値である。車両が走行している場合、コンデンサの両端間の電圧値は閾値以上である。車両が停止して第2入力部にパルスが繰り返し入力されていない場合、電流がコンデンサから抵抗へ流れ、コンデンサは放電し、コンデンサの両端間の電圧値は閾値未満となる。制御回路は、第1入力部に入力されたイグニッション信号がオンを示すか、又は、積分部が有するコンデンサの両端間の電圧値が閾値以上である間、スイッチをオンにする。
本発明によれば、車両が走行している間、スイッチがオンにされているため、運転者に操作感覚の変化を与えることはない。
本実施の形態における車両に搭載された電源システムの要部構成を示すブロック図である。 電流制御装置の要部構成を示す回路図である。 電流制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は本実施の形態における車両1に搭載された電源システム2の要部構成を示すブロック図である。電源システム2は好適に車両1に搭載されている。電源システム2は、電流制御装置20、バッテリ21、負荷22、イグニッションスイッチ23、車輪速センサ24及び抵抗R1を備える。電流制御装置20はバッテリ21の正極と、負荷22の一端とに接続されている。バッテリ21の負極と負荷22の他端とは接地されている。
また、電流制御装置20は、イグニッションスイッチ23及び抵抗R1夫々の一端に接続されている。イグニッションスイッチ23の他端はバッテリ21の正極に接続されている。抵抗R1の他端は接地されている。更に、電流制御装置20は、車輪速センサ24の一端に接続されている。車輪速センサ24の他端は接地されている。
負荷22は、電動パワーステアリング、ABS、エアバッグ又はウィンカー等の車載機器であり、安全に関わる重要な負荷である。負荷22は、電流制御装置20を介して、バッテリ21から給電される。
イグニッションスイッチ23は、車両1の図示しないエンジンが始動した場合にオンになる。このとき、バッテリ21の出力電圧が電流制御装置20に入力される。イグニッションスイッチ23は、車両1のエンジンが停止した場合にオフになる。このとき、ゼロボルトが電流制御装置20に入力される。
イグニッションスイッチ23のオン及びオフが行われることによって、バッテリ21の出力電圧とゼロボルトとによって構成されるイグニッション信号が電流制御装置20に入力される。
バッテリ21の出力電圧未満であって、ゼロボルトを超える第1閾値Vth1(図3参照)が設定されている。イグニッション信号が第1閾値Vth1以上である場合、イグニッションスイッチ23がオンであることが示されている。イグニッション信号が第1閾値Vth1未満である場合、イグニッションスイッチ23がオフであることが示されている。
車輪速センサ24は、車両1が走行している間、パルスを繰り返し電流制御装置20に出力する。車輪の速度が速い程、車輪速センサ24が出力する繰り返しパルス列のパルス幅が狭くてパルス間の間隔が短い。また、車輪の速度が遅い程、車輪速センサ24が出力する繰り返しパルス列のパルス幅が広くてパルス間の間隔が長い。車輪が止まっている間、即ち、車両1が停止している間、車輪速センサ24はパルスを電流制御装置20に出力することはなく、ゼロボルトの電圧が車輪速センサ24から電流制御装置20に入力される。車輪速センサ24は、イグニッションスイッチ23のオン及びオフに無関係に作動している。
車輪速センサ24は車両1の速度を算出するために使用される。例えば、所定期間に車輪速センサ24から出力されるパルスの数をカウントし、カウントした数に基づいて車両1の速度が算出される。
以上のように、電流制御装置20には、車輪速センサ24から、車両1が走行しているか否か又は停止しているかを示す走行信号が入力される。車輪速センサ24からパルスが電流制御装置20に繰り返し入力されている場合、走行信号は車両1の走行を示し、車輪速センサ24からパルスが電流制御装置20に繰り返し入力されていない場合、走行信号は車両1の停止を示す。
電流制御装置20は、自身に入力されるイグニッション信号及び走行信号に基づいて、バッテリ21から負荷22への電流経路に流れる電流を制御する。
図2は電流制御装置20の要部構成を示す回路図である。電流制御装置20は、Nチャネル型のFET(Field Effect Transistor)30、OR回路31及び積分回路32を有する。OR回路31は2つの入力端子と1つの出力端子とを有する。FET30に関して、ドレインはバッテリ21の正極に接続されており、ソースは負荷22の一端に接続されており、ゲートはOR回路31の出力端子に接続されている。OR回路31の一方の入力端子は、イグニッションスイッチ23及び抵抗R1夫々の一端に接続されている。OR回路31の他方の入力端子は積分回路32の一端に接続されている。積分回路32の他端は車輪速センサ24の一端に接続されている。
積分回路32には車輪速センサ24から走行信号が入力される。積分回路32は、入力された走行信号を積分し、積分値(電圧値)をOR回路31の他方の入力端子に出力する。車両1が走行している間、車輪速センサ24から積分回路32に、走行信号としてパルスが繰り返し入力される。従って、車両1が走行している場合、積分回路32が出力する積分値が大きい。また、車両1が停止している場合、車輪速センサ24から積分回路32にゼロボルトが入力されるので、積分回路32が出力する積分値は小さい。積分回路32は、第2入力部及び積分部として機能する。
OR回路31の一方の入力端子にはイグニッション信号が入力され、OR回路31の他方の入力端子には積分回路32が出力した積分値が入力される。以上のように、OR回路31は、イグニッション信号が入力される一方の入力端子を有するので、第1入力部として機能する。
OR回路31は、一方の入力端子に入力されたイグニッション信号が第1閾値Vth1以上であるか、又は、他方の入力端子に入力された積分値が第2閾値Vth2(図3参照)以上である場合に、ハイレベルの電圧を出力端子からFET30のゲートに出力する。
OR回路31は、一方の入力端子に入力されたイグニッション信号が第1閾値Vth1未満であり、かつ、他方の入力端子に入力された積分値が第2閾値Vth2未満である場合に、ローレベルの電圧を出力端子からFET30のゲートに出力する。
走行信号が車両1の走行を示している場合、積分回路32が出力する積分値は第2閾値Vth2以上であり、走行信号が車両1の停止を示している場合、積分回路32が出力する積分値は第2閾値Vth2未満である。言い換えると、積分回路32が出力している積分値が第2閾値Vth2以上であることは、走行信号が車両1の走行を示していることを意味し、積分回路32が出力している積分値が第2閾値Vth2未満であることは走行信号が車両1の停止を示していることを意味する。
FET30はスイッチとして機能する。FET30のゲートに印加されている電圧が一定電圧以上である場合、FET30のドレイン及びゲート間に電流が流れることが可能であり、FET30はオンである。FET30のゲートに印加されている電圧が一定電圧未満である場合、FET30のドレイン及びゲート間に電流が流れることはなく、FET30はオフである。FET30は、バッテリ21から負荷22への電流経路に設けられている。
OR回路31が出力端子からFET30のゲートにハイレベルの電圧を出力した場合、FET30のゲートに印加されている電圧は一定電圧以上であり、FET30はオンである。OR回路31が出力端子からFET30のゲートにローレベルの電圧を出力した場合、FET30のゲートに印加されている電圧は一定電圧未満であり、FET30はオフである。このように、OR回路31は、FET30のゲートにハイレベル及びローレベルの電圧を出力することによって、FET30のオン及びオフを行う。
以上のように、OR回路31は、OR回路31の一方の入力端子に入力されたイグニッション信号がイグニッションスイッチ23のオンを示すか、又は、積分回路32に入力された走行信号が車両1の走行を示す場合、FET30をオンにする。OR回路31は、OR回路31の一方の入力端子に入力されたイグニッション信号がイグニッションスイッチ23のオフを示し、かつ、積分回路32に入力された走行信号が車両1の停止を示す場合、FET30をオフにする。OR回路31は制御回路としても機能する。
積分回路32は、オペアンプ40、コンデンサC4、ダイオードD4及び抵抗R4を有する。オペアンプ40のプラス端子に車輪速センサ24の一端が接続されており、オペアンプ40のマイナス端子にはオペアンプ40の出力端子が接続されている。オペアンプ40の出力端子は更にダイオードのアノードに接続されている。ダイオードD4のカソードは、OR回路31の他方の入力端子と、コンデンサC4及び抵抗R4夫々の一端とに接続されている。コンデンサC4及び抵抗R4夫々の他端は接地されている。このように、抵抗R4はコンデンサC4に並列に接続されている。
以上のように接続されたオペアンプ40は、所謂ボルテージフォロワー回路として機能する。オペアンプ40の入力インピーダンスは高く、オペアンプ40の出力インピーダンスは低い。オペアンプ40が理想的なオペアンプである場合、オペアンプ40の入力インピーダンスは無限大であり、オペアンプ40の出力インピーダンスはゼロオームである。
車輪速センサ24の出力インピーダンスは高い。オペアンプ40は、前述した特性を用いて、車輪速センサ24の出力インピーダンスを低いインピーダンスに変換する。
オペアンプ40のプラス端子には車輪速センサ24から走行信号が入力される。オペアンプ40の増幅率は1倍である。このため、オペアンプ40は、車輪速センサ24からプラス端子に入力された走行信号を、出力インピーダンスが低い状態で、そのまま出力端子からダイオードD4に向けて出力する。従って、車輪速センサ24からオペアンプ40のプラス端子にパルスが入力した場合、オペアンプ40は出力端子からパルスをダイオードD4に向けて出力する。
オペアンプ40が出力端子からパルスを出力した場合、ダイオードD4を介して、コンデンサC4の両端間に電圧が印加され、コンデンサC4は蓄電する。このように、コンデンサC4は、走行信号のパルスがオペアンプ40のプラス端子に入力された場合に蓄電し、走行信号を積分する。コンデンサC4の両端間の電圧値はOR回路31の他方の入力端子に出力される。コンデンサC4の両端間の電圧値は、積分回路32が出力する積分値である。
コンデンサC4は、両端間に電圧が印加されていない場合、即ち、車両1が走行を停止してオペアンプ40のプラス端子にパルスが入力されていない場合、コンデンサC4の一端から抵抗R4を介して電流が流れ、コンデンサC4は放電する。ダイオードD4はコンデンサC4の一端からオペアンプ40の出力端子に電流が流れることを防止する。
図3は電流制御装置20の動作を説明するためのタイミングチャートである。図3には、イグニッション信号及び走行信号の波形と、積分回路32が出力する積分値の推移と、FET30のオン及びオフの推移とが示されている。
イグニッションスイッチ23がオフであり、かつ、車両1が停止している場合、イグニッション信号及び走行信号夫々はゼロボルトである。このとき、イグニッション信号は第1閾値Vth1未満の電圧であり、積分回路32が出力する積分値は第2閾値Vth2未満である。このため、OR回路31はFET30をオフにする。
次に、車両1が停止している状態でイグニッションスイッチ23がオフからオンに切替わった場合、イグニッション信号は第1閾値Vth1以上の電圧となる。これにより、OR回路31はFET30をオンにし、負荷22はバッテリ21から給電される。なお、車両1が停止しているため、走行信号はゼロボルトであり、積分回路32が出力する積分値はゼロボルトである。
次に、イグニッションスイッチ23がオンである状態で車両1が走行を開始した場合、車輪速センサ24から、走行信号としてパルスが積分回路32に繰り返し入力され、積分回路32が出力する積分値、即ち、コンデンサC4の両端間の電圧値が第2閾値Vth2以上となる。このとき、イグニッション信号が第1閾値Vth1以上であり、かつ、積分回路32が出力する積分値が第2閾値Vth2以上であるため、OR回路31はFET30をオンにする。
車輪速センサ24から繰り返し入力されるパルス間の期間、コンデンサC4の一端から抵抗R4に電流が流れ、コンデンサC4は放電し、コンデンサC4の両端間の電圧値は徐々に低下する。このとき、電圧値が低下する速度は、抵抗R4の抵抗値と、コンデンサC4の容量値とから算出される時定数によって決まる。
次に、イグニッションスイッチ23がオフになったにも関わらず、車両1が走行している場合、イグニッション信号は第1閾値Vth1未満の電圧、即ち、ゼロボルトとなるが、積分回路32には車輪速センサ24から走行信号としてパルスが繰り返し入力される。このため、積分回路32が出力する積分値は第2閾値Vth2以上である。このとき、OR回路31はFET30をオンにする。
このため、たとえイグニッションスイッチ23がオフであっても、車両1が走行している場合、FET30はオンであり、負荷22はバッテリ21から給電される。従って、車両1が走行している間、操作感覚の変化を運転者に与えることはない。
以上のように、車両1が走行している場合、コンデンサC4の両端間の電圧値は閾値Vth2以上である。
負荷22が電動パワーステアリングである場合において、イグニッションスイッチ23がオフである状態で車両1が走行しているときに、車両1の運転者は、車両1の図示しないハンドルを操作することができるので、障害物を避けることができる。また、負荷22がエアバッグである場合において、イグニッションスイッチ23がオフである状態で車両1が走行して障害物に衝突したときに、エアバッグが作動するため、車両1の乗員が大きな怪我を被ることはない。
なお、図3では、イグニッションスイッチ23がオフとなった場合に、車両1の速度が低下し、走行信号のパルス幅が広くなってパルス間の間隔が長くなった例が示されている。
イグニッションスイッチ23がオフである状態で車両が停止した場合、積分回路32には車輪速センサ24から走行信号としてパルスが繰り返し入力されないため、積分回路32のコンデンサC4は放電をし続け、積分回路32が出力する積分値は低下し続ける。イグニッションスイッチ23がオフである状態で積分回路32が出力している積分値が第2閾値Vth2未満となった場合、イグニッション信号は第1閾値未満であるので、OR回路31はFET30をオフにする。
従って、電流制御装置20では、イグニッションスイッチ23がオフであって、車両1が停止している状態、即ち、安全が確保された状態で負荷22への給電が停止される。
以上のように、車両1が停止して積分回路32にパルスが繰り返し入力されていない場合、電流がコンデンサC4から抵抗R4へ流れ、コンデンサC4は放電し、コンデンサの両端間の電圧値は第2閾値Vth2未満となる。
イグニッションスイッチ23がオフである状態で車両1が走行した場合に行われる電流制御装置20の動作は図3に示されていない。イグニッションスイッチ23がオフである状態で車両1が走行した場合も、車両が走行している状態でイグニッションスイッチ23がオフとなった場合と同様に、車輪速センサ24から積分回路32にパルスが繰り返し入力されるので、積分回路32が出力する積分値は第2閾値Vth2以上となり、OR回路31はFET30をオンにする。これにより、負荷22はバッテリ21から給電される。
以上のように構成された電流制御装置20では、イグニッション信号と、積分回路32が出力した積分値とが用いられた簡単な構成でFET30のオン及びオフが適正に行われる。
なお、バッテリ21がFET30を介して給電する負荷22の数は1つに限定されず、2つ以上であってもよい。例えば、電動パワーステアリング、ABS、エアバッグ及びウィンカー等がバッテリ21からFET30を介して給電されてもよい。
積分回路32は、オペアンプ40、コンデンサC4、ダイオードD4及び抵抗R4を用いた回路に限定されず、走行信号を積分することが可能な回路であればよい。
また、走行信号は、車両1が走行しているか又は停止しているかを示す信号であればよいため、車輪速センサ24から出力される信号に限定されない。走行信号として、例えば、車両1の加速度を検出する加速度センサから出力される信号を用いてもよい。この場合においても、電流制御装置20に入力されたイグニッション信号がイグニッションスイッチ23のオンを示すか、又は、電流制御装置20に入力された走行信号が車両1の走行を示すとき、FET30はオンとなる。同様の場合において、電流制御装置20に入力されたイグニッション信号がイグニッションスイッチ23のオフを示し、かつ、電流制御装置20に入力された走行信号が車両1の停止を示すとき、FET30はオフとなる。
更に、FET30は、スイッチとして機能すればよいため、Nチャネル型のFETに限定されず、Pチャネル型のFETであってもよい。また、FET30の代わりに、例えばバイポーラトランジスタを用いてもよい。
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1 車両
20 電流制御装置
23 イグニッションスイッチ
30 FET(スイッチ)
31 OR回路(第1入力部、制御回路)
32 積分回路(第2入力部、積分部)
C4 コンデンサ
R4 抵抗

Claims (4)

  1. 車両に搭載され、電流経路に流れる電流を制御する電流制御装置において、
    前記車両のイグニッションスイッチのオン又はオフを示すイグニッション信号が入力される第1入力部と、
    前記車両が走行しているか又は停止しているかを示す走行信号が入力される第2入力部と、
    前記電流経路に設けられたスイッチと、
    前記第1入力部に入力された前記イグニッション信号がオンを示すか、又は、前記第2入力部に入力された前記走行信号が前記車両の走行を示す場合、前記スイッチをオンにする制御回路と
    を備えることを特徴とする電流制御装置。
  2. 前記制御回路は、前記第1入力部に入力された前記イグニッション信号がオフを示し、かつ、前記第2入力部に入力された前記走行信号が前記車両の停止を示す場合、前記スイッチをオフにすること
    を特徴とする請求項1に記載の電流制御装置。
  3. 前記第2入力部に入力された走行信号を積分し、積分値を出力する積分部を更に備え、
    前記第2入力部には、前記車両が走行している間、前記走行信号としてパルスが繰り返し入力され、
    前記制御回路は、前記第1入力部に入力された前記イグニッション信号がオンを示すか、又は、前記積分部が出力した積分値が閾値以上である場合、前記スイッチをオンにすること
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電流制御装置。
  4. 前記積分部は、
    前記第2入力部に前記走行信号のパルスが入力された場合に蓄電するコンデンサと、
    該コンデンサに並列に接続された抵抗と
    を有し、
    前記積分値は前記コンデンサの両端間の電圧値であること
    を特徴とする請求項3に記載の電流制御装置。
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