JP2019156339A - 車載電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】待機状態への移行及び待機状態からの復帰を部品コスト及び部品点数を抑制しつつ実現することができる車載電子制御装置を提供すること。【解決手段】負荷回路としてのマイコン１０１と、電力源であるバッテリー２から負荷回路に供給される電力の導通又は遮断を切り換える半導体リレー１０２と、半導体リレー１０２の上流側からの電力により駆動され、半導体リレー１０２の導通又は遮断の切り換えを制御するドライバ回路１０３ａを有するメインリレー回路１０３と、半導体リレー１０２の上流側からの電力により駆動され、負荷回路としてのマイコン１０１以外からの制御信号であって半導体リレー１０２の導通への切り換えを指示する制御信号に基づいて、ドライバ回路１０３ａを制御するドライバ制御回路としてのＣＡＮトランシーバ１０４，１０５とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、車載電子制御装置に関する。

バッテリーを電源として動作する車載用電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）では、待機状態（所謂、スリープモード）であっても多少の待機電力が消費されている。一方、近年は自動車の電動化が進んでいるため、制御に関わる車載用ＥＣＵの搭載数も増加の一途をたどっており、待機電力の総消費量についても無視できなくなっている。

そこで、車載用ＥＣＵの入力段で待機状態での電力供給を遮断して待機電力の低減を図ることが考えられており、例えば、非特許文献１には、バッテリーから車載用ＥＣＵへの電力供給を遮断するための半導体リレーとそれを適用した回路構成とが開示されている。

DJR0417, 40V, 17A P-Channel Trench Power MOSFET with Reerse Battery Protection, Data Sheet， サンケン電気株式会社，DJR0417 - DSE Rev.1.1， Dec. 17, 2015, P1-P8［平成30年2月16日検索］インターネット〈URL：http://www.semicon.sanken-ele.co.jp/sk_content/djr0417_ds_en.pdf〉

非特許文献１に記載のように、車載用ＥＣＵへの電力供給を遮断するために搭載されるリレーには、小型で信頼性の高い半導体リレーを使う場合が一般的である。しかしながら、半導体リレーのオン／オフ（導通／遮断）制御は、マイコンからの出力信号で行う場合が多い。したがって、半導体リレーが搭載された車載用ＥＣＵのマイコンで半導体リレーを制御する場合、マイコン自身への電力供給が遮断された状態では半導体リレーを制御することができず、車載用ＥＣＵを待機状態から起動（復帰）させることができないため、車載用ＥＣＵの動作状態（すなわち、待機状態または起動状態）によらない半導体リレー用の制御回路が別途必要となる。また、半導体リレー用の制御回路による半導体リレーの導通が必要となる場面、すなわち、車載用ＥＣＵを待機状態から起動させる場面では、車載用ＥＣＵでバッテリーの出力を低減することで生成される基準電圧も待機状態（すなわち、オフ）であるため、半導体リレー用の制御回路は例えばバッテリーの出力のように基準電圧よりも高い電圧で動作可能である必要がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、待機状態への移行及び待機状態からの復帰を部品コスト及び部品点数を抑制しつつ実現することができる車載電子制御装置を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、負荷回路として少なくとも演算装置を有する車載電子制御装置であって、電力源であるバッテリーから前記負荷回路に供給される電力の導通又は遮断を切り換える半導体リレーと、前記半導体リレーの前記バッテリー側からの電力により駆動され、前記半導体リレーの導通又は遮断の切り換えを制御するドライバ回路と、前記半導体リレーの前記バッテリー側からの電力により駆動され、前記負荷回路以外からの前記半導体リレーの導通への切り換えを指示する制御信号に基づいて、前記ドライバ回路を制御するドライバ制御回路とを備えたものとする。

本発明によれば、待機状態への移行及び待機状態からの復帰を部品コスト及び部品点数を抑制しつつ実現することができる車載電子制御装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る車載電子制御装置の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る車載電子制御装置の構成を模式的に示す図である。

図１において、車載電子制御装置１は、負荷回路としての演算装置（例えば、マイコン１０１）と、電力源であるバッテリー２から負荷回路（マイコン１０１、電源回路１０６、及び制御回路１０７）に供給される電力の導通又は遮断を切り換える半導体リレー１０２と、半導体リレー１０２の上流側（すなわち、バッテリー２側）からの電力により駆動され、半導体リレー１０２の導通又は遮断の切り換えを制御するドライバ回路１０３ａを有するメインリレー回路１０３と、半導体リレー１０２の上流側（すなわち、バッテリー２側）からの電力により駆動され、負荷回路としての演算装置（マイコン１０１）以外からの制御信号であって半導体リレー１０２の導通への切り換えを指示する制御信号に基づいて、ドライバ回路１０３ａを制御するドライバ制御回路としてのＣＡＮトランシーバ１０４，１０５とを備えている。

半導体リレー１０２は、バッテリー２と車載電子制御装置１の負荷回路との間の電力供給路の導通（オン）又は遮断（オフ）の切り換え、すなわち、バッテリー２から車載電子制御装置１の負荷回路に供給される電力の供給と遮断とを切り換えるものであり、メインリレー回路１０３のドライバ回路１０３ａの動作により生成されて制御信号ライン１０２ａから入力される制御信号（ＩＮ）に基づいて、バッテリー２からバッテリー電源ライン２０１を介して供給される電力により駆動する。

半導体リレー１０２は、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effective Transistor)であり、ゲートとソースの間に電位差を作ることでオンさせることが可能である。つまり、半導体リレー１０２において、制御信号ライン１０２ａ（ゲート側に相当）とバッテリー電源ライン２０１（ソース側に相当）との間に電位差を作ることでオンさせることができる。したがって、半導体リレー１０２としてバッテリー２の電圧（例えば、２６Ｖ）以上の使用に対応したものを用いた場合、例えば、遮断状態から導通状態への切り換えを制御する信号（オン信号）としては、バッテリー２の電圧（例えば、２６Ｖ）から生成される基準電圧（例えば、５Ｖ）の制御信号を必要とせず、メインリレー回路１０３のドライバ回路１０３ａで生成される制御信号（ＩＮ）に基づいて駆動することが可能である。なお、半導体リレー１０２は、オフ状態（すなわち、遮断状態）の消費電力が微小なものを用いている。また、半導体リレー１０２を構成するＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴにバッテリー逆接続防止用ダイオードを内蔵させることで、バッテリー逆接続防止機能付きの半導体リレー１０２とすることができる。

車載電子制御装置１において半導体リレー１０２の下流側（電源ライン２０２側）に配置される負荷回路としては、電源ライン２０２を介して入力される電力の電圧等を調整する、すなわち、各部を駆動するための電圧を生成する電源回路１０６と、電源回路１０６から電源ライン２０３を介して入力される電力により駆動されるマイコン１０１と、半導体リレー１０２から電源ライン２０２を介して入力される電力および電源回路１０６から電源ライン２０３を介して入力される電力により駆動される制御回路１０７とがある。

制御回路１０７は、車載電子制御装置１における種々の動作を制御するものである。なお、本実施の形態においては、車載電子制御装置１の負荷回路であることのみを示し、その機能については説明を省略する。

マイコン１０１は、車載電子制御装置１における待機状態（スリープモード）への移行を制御するものであり、スリープモード制御信号を伝送するキープアライブ信号ライン４０１によりメインリレー回路１０３と接続されているほか、ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５とＳＰＩ信号ライン４０２により接続されている。マイコン１０１は、ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５に入力されるアクセサリ信号（ＡＣＣＥＳＳ）３０５やイグニッション信号（ＩＧＮ）３０６、ＣＡＮバスライン４０３，４０４を介してＣＡＮトランシーバ１０４，１０５に入力される各種情報に基づいて待機状態への移行の要否を判断する。

ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５及びメインリレー回路１０３は、電源ライン３０７を介してバッテリー電源ライン２０１に接続されており、電源ライン３０７を介して電力が供給されている。

ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５は、車載電子制御装置１と他の１つ以上の車載電子制御装置（図示せず）とを含む複数の車載電子制御装置の間の通信を行うための通信送受信装置である。ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５には、それぞれ、車両の状態を示すアクセサリ信号（ＡＣＣＥＳＳ）３０５とイグニッション信号（ＩＧＮ）３０６の論理和回路３０８による論理和（ＯＲ）が入力されている。また、ＣＡＮトランシーバ１０４には車内通信の一つを担うＣＡＮバスライン４０３が接続され、ＣＡＮトランシーバ１０５には車内通信の他の一つを担うＣＡＮバスライン４０４が接続されている。

ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５は、論理和回路３０８の出力に基づいて、アクセサリ信号（ＡＣＣＥＳＳ）３０５とイグニッション信号（ＩＧＮ）３０６のどちらかの信号がオン状態（すなわち、Ｈｉ状態）になったことを検知すると、ＩＮＨ信号ライン３０３，３０４の信号状態（すなわち、ＩＮＨ信号）をオン（Ｈｉ）状態にする。２つのＣＡＮトランシーバ１０４，１０５のＩＮＨ信号ライン３０３，３０４は、論理和回路３０２ａに接続されており、ＩＮＨ信号ライン３０３，３０４のＩＮＨ信号の論理和（ＯＲ）がＰＳＡ信号ライン３０２を介してＰＳＡ信号としてメインリレー回路１０３に入力される。

なお、本実施の形態では、ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５はアクセサリ信号（ＡＣＣＥＳＳ）３０５又はイグニッション信号（ＩＧＮ）３０６のオン状態を検知してＩＮＨ信号ライン３０３，３０４の信号状態をオン状態にする場合を例示して説明しているが、これに限られず、他の信号を入力し、入力した信号の信号状態に基づいてＩＮＨ信号ライン３０３，３０４の信号状態をオン状態にするように構成しても良い。

また、ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５に接続されるＣＡＮバスライン４０３，４０４の信号状態や特定のデータを検知し、検知結果に基づいてＩＮＨ信号ライン３０３，３０４の信号状態をオン状態にするように構成しても良い。

さらに、ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５を用いずに、検知に必要な信号を直接メインリレー回路１０３に入力するように構成したり、ＣＡＮトランシーバ１０４，１０５の代わりにＬＩＮ（Local Interconnect Network）トランシーバなどを用いる構成としたりしても良い。

メインリレー回路１０３は、バッテリー電源ライン２０１と接続された／ＭＲＬＹ信号ライン３０１とＧＮＤ（接地電圧）との間に接続され、半導体リレー１０２の切り換えを制御する制御信号（ＩＮ）を生成するためのドライバ回路１０３ａと、ドライバ回路１０３ａの導通（オン）又は遮断（オフ）を制御する制御信号を生成する論理和回路１０３ｂとを有している。

論理和回路１０３ｂには、マイコン１０１からの制御信号（スリープモード制御信号）を伝送するキープアライブ信号ライン４０１と、論理和回路３０２ａからの制御信号（ＰＳＡ信号）を伝送するＰＳＡ信号ライン３０２と、図示しないタイマー機能部からの制御信号（Ｔｉｍｅｒ信号）を伝送するＴｉｍｅｒ信号ライン３１０とが入力されている。

Ｔｉｍｅｒ信号ライン３１０で伝送される制御信号（Ｔｉｍｅｒ信号）は、ドライバ回路１０３ａによって半導体リレー１０２が遮断へ切り換えられると、その切り換えからの時間が予め設定した時間だけ経過した場合に、ドライバ回路１０３ａを導通に切り換える制御信号（すなわち、オン（Ｈｉ）信号）を伝送する。

論理和回路１０３ｂは、キープアライブ信号ライン４０１のスリープモード制御信号、ＰＳＡ信号ライン３０２のＰＳＡ信号、及び、Ｔｉｍｅｒ信号ライン３１０のＴｉｍｅｒ信号の論理和（ＯＲ）を制御信号としてドライバ回路１０３ａに出力する。

ドライバ回路１０３ａは、論理和回路１０３ｂからの制御信号がオフ（遮断）信号である場合には、／ＭＲＬＹ信号ライン３０１とＧＮＤ（接地電位）とを遮断し、論理和回路１０３ｂからの制御信号がオン（導通）信号である場合には、／ＭＲＬＹ信号ライン３０１とＧＮＤ（接地電位）とを導通する。なお、メインリレー回路１０３には、電源ライン３０７を介してバッテリー電源ライン２０１から電力が供給されているため、マイコン１０１などの負荷回路の動作状態（待機状態または起動状態）によらず、制御信号によりドライバ回路１０３ａを駆動することができる。

論理和回路１０３ｂからの制御信号によりドライバ回路１０３ａがオン（導通）すると、抵抗２０１ａ，３０１ａにより形成される分圧回路によって制御信号（ＩＮ）が生成され、半導体リレー１０２のゲート電圧（すなわち、制御信号ライン１０２ａの電圧）が低下し、バッテリー２の電圧がバッテリー電源ライン２０１によって印加されているソース電圧との電位差が発生する。半導体リレー１０２のゲート電圧とソース電圧との電位差が半導体リレー１０２のオン（導通）に必要な閾値電圧以上になると半導体リレー１０２が導通され、バッテリー２からの電力が電源ライン２０２を介して電源回路１０６及び制御回路１０７に供給される。

電源回路１０６は、半導体リレー１０２を介して供給される電力に基づいてマイコン１０１や制御回路１０７を駆動するのに必要な各種電圧を生成し供給する。マイコン１０１は、電源回路１０６から電源ライン２０３を介して電力が供給されることにより起動状態になると、ドライバ回路１０３ａのオン状態を保つためにキープアライブ信号ライン４０１にオン信号を出力する。キープアライブ信号ライン４０１を介して出力されるキープライブ信号は、例えば、エンジン始動用モータ等により一時的に低下するバッテリー電圧に連動して低下してしまうＰＳＡ信号の電圧を補って、すなわち、ＰＳＡ信号の意図とは異なる一時的な電圧低下によるドライバ回路１０３ａへの制御信号の低下（オフ信号に相当）を回避し、ドライバ回路１０３ａをオンさせ続けるためのものである。なお、図示を省略するが、電源回路１０６には一時的なバッテリー２の電圧の低下に対応するための手段として昇圧回路などが内蔵されている。

続いて、起動状態から待機状態（スリープモード）への移行について説明する。

マイコン１０１は、アクセサリ信号（ＡＣＣＥＳＳ）３０５やイグニッション信号（ＩＧＮ）３０６の状態や、ＣＡＮバスライン４０３，４０４などから得られる各種情報等により、待機状態への移行の要否を判断する。なお、判断方法の詳細については説明を省略する。

マイコン１０１が待機状態に移行すると判断した場合には、ＳＰＩ信号ライン４０２などを介してＣＡＮトランシーバ１０４，１０５を制御し、待機状態に遷移するようＩＮＨ信号ライン３０３，３０４のＩＮＨ信号をオフ信号にする。２つのＣＡＮトランシーバ１０４，１０５のＩＮＨ信号がオフ信号になると、論理和回路３０２ａからメインリレー回路１０３に出力される制御信号（ＰＳＡ信号）がオフ信号になる。このとき、マイコン１０１からキープアライブ信号ライン４０１を介してメインリレー回路１０３に出力されるキープアライブ信号がオン信号である限りは、ドライバ回路１０３ａへの制御信号はオフ信号とはならず、したがってドライバ回路１０３ａはオフ（遮断）状態とはならない。そして、マイコン１０１が保持すべきデータ等を格納し、自身の電源が遮断されても支障がないと判断したタイミングでキープアライブ信号ライン４０１のキープアライブ信号をオフ信号とする。このとき、既にＰＳＡ信号ライン３０２のＰＳＡ信号はオフ信号になっているため、直ちにドライバ回路１０３ａがオフ（遮断）状態となり、半導体リレー１０２のゲート電圧（すなわち、制御信号ライン１０２ａの制御信号（ＩＮ））が上昇する。そして、ゲート電圧とソース電圧の電位差が閾値電圧以下になると、半導体リレー１０２はオフ（遮断）してバッテリー２から電源回路１０６や制御回路１０７への電力供給が遮断され、マイコン１０１もオフして車載電子制御装置１が待機状態（スリープモード）へ移行する。

以上のように構成した本実施の形態における作用効果を説明する。

車載用ＥＣＵへの電力供給を遮断するために搭載されるリレーには、小型で信頼性の高い半導体リレーを使う場合が一般的である。しかしながら、半導体リレーのオン／オフ（導通／遮断）制御は、マイコンからの出力信号で行う場合が多い。したがって、半導体リレーが搭載された車載用ＥＣＵのマイコンで半導体リレーを制御する場合、マイコン自身への電力供給が遮断された状態では半導体リレーを制御することができず、車載用ＥＣＵを待機状態から起動（復帰）させることができないため、車載用ＥＣＵの動作状態（すなわち、待機状態または起動状態）によらない半導体リレー用の制御回路が別途必要となる。また、半導体リレー用の制御回路による半導体リレーの導通が必要となる場面、すなわち、車載用ＥＣＵを待機状態から起動させる場面では、車載用ＥＣＵでバッテリーの出力を低減することで生成される基準電圧も待機状態（すなわち、オフ）であるため、半導体リレー用の制御回路は例えばバッテリーの出力のように基準電圧よりも高い電圧で動作可能である必要がある。

これに対して本実施の形態においては、負荷回路としての演算装置（例えば、マイコン１０１）と、電力源であるバッテリー２から負荷回路（マイコン１０１、電源回路１０６、及び制御回路１０７）に供給される電力の導通又は遮断を切り換える半導体リレー１０２と、半導体リレー１０２の上流側（すなわち、バッテリー２側）からの電力により駆動され、半導体リレー１０２の導通又は遮断の切り換えを制御するドライバ回路１０３ａを有するメインリレー回路１０３と、半導体リレー１０２の上流側（すなわち、バッテリー２側）からの電力により駆動され、負荷回路としての演算装置（マイコン１０１）以外からの制御信号であって半導体リレー１０２の導通への切り換えを指示する制御信号に基づいて、ドライバ回路１０３ａを制御するドライバ制御回路としてのＣＡＮトランシーバ１０４，１０５とを備えて構成したので、待機状態への移行及び待機状態からの復帰を部品コスト及び部品点数を抑制しつつ実現することができる。

また、半導体リレー１０２として、例えば、５Ｖのオン信号を与えられることでオンし、０Ｖのオフ信号でオフするものを考えた場合において、待機状態では基準の５Ｖ電源もオフしているため、半導体リレーを制御する回路はバッテリー２を電源として動作する必要がある。また、車載バッテリーの出力は４．５Ｖ程度から２６Ｖ程度の電圧を取り得るため、半導体リレー１０２の制御回路（メインリレー回路１０３）はこのバッテリー２の電圧入力に対応する必要がある。本実施の形態においては、半導体リレー１０２の制御用の５Ｖ電源回路が不要になるとともに、一般的に使用されるメインリレー用ドライバでＰチャネルＭＯＳＦＥＴを制御できるため、安価で部品点数が少ない回路を実現することができる。

更に、半導体リレー１０２の制御回路（メインリレー回路１０３）にチャージポンプ等でバッテリー２よりも高い電圧を発生させる機能を設ければ、安価なNチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される半導体リレー１０２を制御することができる。

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１…車載電子制御装置、２…バッテリー、１０１…マイコン（演算装置）、１０２…半導体リレー、１０２ａ…制御信号ライン、１０３…メインリレー回路、１０３ａ…ドライバ回路、１０３ｂ，３０２ａ，３０８…論理和回路、１０４，１０５…ＣＡＮトランシーバ、１０６…電源回路、１０７…制御回路、２０１…バッテリー電源ライン、２０１ａ，３０１ａ…抵抗、２０２…電源ライン、２０３…電源ライン、３０１…信号ライン、３０２…ＰＳＡ信号ライン、３０３，３０４…ＩＮＨ信号ライン、３０５…アクセサリ信号（ＡＣＣＥＳＳ）、３０６…イグニッション信号（ＩＧＮ）、３０７…電源ライン、３１０…Ｔｉｍｅｒ信号ライン、４０１…キープアライブ信号ライン、４０２…ＳＰＩ信号ライン、４０３，４０４…バスライン

Claims (4)

1. 負荷回路として少なくとも演算装置を有する車載電子制御装置であって、
   電力源であるバッテリーから前記負荷回路に供給される電力の導通又は遮断を切り換える半導体リレーと、
   前記半導体リレーの前記バッテリー側からの電力により駆動され、前記半導体リレーの導通又は遮断の切り換えを制御するドライバ回路と、
   前記半導体リレーの前記バッテリー側からの電力により駆動され、前記負荷回路としての演算装置以外からの制御信号であって前記半導体リレーの導通への切り換えを指示する制御信号に基づいて、前記ドライバ回路を制御するドライバ制御回路と
   を備えたことを特徴とする車載電子制御装置。
2. 請求項１に記載の車載電子制御装置において、
   前記ドライバ制御回路は、前記車載電子制御装置と他の１つ以上の車載電子制御装置とを含む複数の車載電子制御装置の間の通信を行うための通信送受信装置であることを特徴とする請車載電子制御装置。
3. 請求項１に記載の車載電子制御装置において、
   前記ドライバ回路は、前記ドライバ制御回路から前記ドライバ回路を制御するために出力される制御出力と前記演算装置から前記ドライバ回路を制御するために出力される制御出力との論理和に基づいて制御されることを特徴とする車載電子制御装置。
4. 請求項１に記載の車載電子制御装置において、
   前記ドライバ制御回路は、前記ドライバ回路による前記半導体リレーの遮断への切り換えからの時間が予め設定した時間だけ経過した場合に前記半導体リレーを導通に切り換える制御信号を出力することを特徴とする車載電子制御装置。

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