JP2019211381A - Electronic control device - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、外部から入力される電圧信号を、マイクロプロセッサでAD変換する電子制御装置に関するものである。 The present application relates to an electronic control device that AD-converts a voltage signal input from the outside using a microprocessor.
外部に設けられたセンサ等から入力される電圧信号を、マイクロプロセッサでAD変換する電子制御装置を用いたシステムでは、上記マイクロプロセッサの入力端子、あるいは伝達経路である前段回路のオープン異常が発生すると、異常の発生箇所によってはマイクロプロセッサの入力端子の電圧が不定となってしまう問題がある。 In a system using an electronic control unit that AD-converts a voltage signal input from an external sensor or the like by a microprocessor, if an open abnormality occurs in the input terminal of the microprocessor or the preceding circuit as a transmission path There is a problem that the voltage at the input terminal of the microprocessor becomes unstable depending on where the abnormality occurs.
このオープン異常の発生を検出する技術として、例えば特許文献1に開示された技術がある。特許文献1では、AD変換を行うICの内部に、電圧信号入力端子へ接続される検査コンデンサを設け、AD変換における初期化あるいはサンプリングの際に、上記検査コンデンサを5Vまたは0Vに充電し、検査スイッチによって電圧信号入力端子と上記検査コンデンサを接続している。そして、AD変換値が5Vまたは0Vに近い値となっている場合に、電圧信号入力端子のオープン異常が発生している可能性があると判定している。
As a technique for detecting the occurrence of this open abnormality, for example, there is a technique disclosed in
しかし、上記特許文献1に開示された技術では、検査コンデンサ、及びこの検査コンデンサを電圧信号入力端子に接続する検査スイッチを設ける必要があり、コストが発生する課題がある。また、検査コンデンサへの充電、あるいは検査スイッチの切り替え制御を実行するための煩雑な処理負荷が発生する課題がある。更には、検査コンデンサ及び検査スイッチを設置するためのICチップが必要となり、基板の面積が必要となる課題がある。
However, in the technique disclosed in
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、冗長な回路を追加することなく、安価に回路異常の検出ができる電子制御装置の提供を目的とするものである。 The present application discloses a technique for solving the above-described problems, and an object thereof is to provide an electronic control device capable of detecting a circuit abnormality at a low cost without adding a redundant circuit. .
本願に開示される電子制御装置は、AD変換部を有するマイクロプロセッサを備え、外部から入力される電圧信号を電圧信号入力回路を介して上記マイクロプロセッサの入力端子から上記AD変換部に伝達し、AD変換値を算出する電子制御装置であって、
上記マイクロプロセッサの入力端子と上記電圧信号入力回路の少なくとも一方のオープン異常を、上記電圧信号入力回路の回路定数を用いて算出した電圧変化速度の閾値と上記AD変換値の変化速度を比較して検出することを特徴とする。
An electronic control device disclosed in the present application includes a microprocessor having an AD conversion unit, and transmits a voltage signal input from the outside to the AD conversion unit from an input terminal of the microprocessor via a voltage signal input circuit, An electronic control device for calculating an AD conversion value,
The open abnormality of at least one of the input terminal of the microprocessor and the voltage signal input circuit is compared with the threshold value of the voltage change rate calculated using the circuit constant of the voltage signal input circuit and the change rate of the AD conversion value. It is characterized by detecting.
本願に開示される電子制御装置によれば、AD変換値の電圧変化速度と元の値への収束有無をモニタすることにより、冗長な回路を追加すること無く、安価に回路異常を検出できる効果がある。 According to the electronic control device disclosed in the present application, it is possible to detect a circuit abnormality at low cost without adding a redundant circuit by monitoring the voltage change speed of the AD conversion value and whether or not the original conversion value converges. There is.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る電子制御装置のブロック構成図である。図1において、電子制御装置1の複数のコネクタ2a〜2nに、電子制御装置1の外部に設けられた第1センサ3a〜第nセンサ3nがそれぞれ接続されている。第1センサ3a〜第nセンサ3nは、水温センサあるいはアクセルの踏込量を検知するアクセルポジションセンサ等のセンサであり、この第1センサ3a〜第nセンサ3nから、検出した温度あるいは操作量に応じた、一般的に0〜5Vから故障判定用の電圧範囲を除いた電圧信号が出力される。そして、コネクタ2a〜2nを経由して電子制御装置1に入力された第1センサ3a〜第nセンサ3nの電圧信号は、コネクタ2a〜2nのオープン異常を検出する電位固定用の抵抗4a〜4n、及び電圧信号入力回路5a〜5nに伝達するように構成されている。電圧信号入力回路5a〜5nは、一般にノイズを除去するローパスフィルタで構成されており、以下の説明では電圧信号入力回路をローパスフィルタとして説明する。
FIG. 1 is a block configuration diagram of the electronic control device according to the first embodiment. In FIG. 1, a first sensor 3 a to an nth sensor 3 n provided outside the
ローパスフィルタ5a〜5nは、第1センサ3a〜第nセンサ3nとマイクロプロセッサ6との間に直列に接続されたシリーズ抵抗7a〜7n、及びシリーズ抵抗7a〜7nとマイクロプロセッサ6の間と、GNDとの間に接続されたコンデンサ8a〜8nで構成されている。即ち、電子制御装置1の外部の第1センサ3a〜第nセンサ3nから出力された電圧信号は、電子制御装置1のコネクタ2a〜2nを経由してローパスフィルタ5a〜5nでノイズ除去された後、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9nからAD変換部10に伝達され、AD変換部10でAD変換された後、RAM11に格納され、制御に使用されることになる。
The low-pass filters 5a to 5n are connected to the
つまり、RAM11に格納されたAD変換値とROM12に書き込まれたプログラムにより、電子制御装置1の外部に接続されたインジェクタ、あるいは点火コイル等の負荷である第1外部負荷13a〜第n外部負荷13nを、電子制御装置1の内部に設けられた出力I/F回路14a〜14nを介して制御することになる。
That is, the first
ここで、電子制御装置1のコネクタ2a〜2nにオープン異常が発生した場合、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9nに印加される電圧は、電位固定用の抵抗4a〜4nで固定された電位が入力され、この固定された電位をAD変換することによって故障検出が可能である。しかし、ローパスフィルタ5a〜5nを構成するシリーズ抵抗7a〜7n、またはマイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9nに、半田クラック等によってオープン異常が発生した場合、マイクロプロセッサ6のAD変換部10に印加される電圧は、電位固定することができないため不定となる。
Here, when an open abnormality occurs in the
そこで、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9n、及びシリーズ抵抗7a〜7nにオープン異常が発生した場合でも、オープン異常が発生したことを検出できるようにすることが必要となる。
Therefore, even when an open abnormality occurs in the
図2は、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9n、及びシリーズ抵抗7a〜7nにオープン異常が発生した場合、オープン異常が発生した可能性の検出方法について説明するフローチャートである。
図2において、まず、ステップS20で処理を開始する。次に、ステップS21では後述するAD変化速度絶対値Cnを算出する。
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of detecting the possibility that an open abnormality has occurred when an open abnormality occurs in the
In FIG. 2, first, processing is started in step S20. Next, in step S21, an AD change speed absolute value Cn described later is calculated.
次に、ステップS22では、AD変化速度絶対値Cnが予め設定されたAD変化速度の閾値Sthを超えるか否かを判定する。AD変化速度の閾値Sthは、実際にマイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9n、またはローパスフィルタ5a〜5nのシリーズ抵抗7a〜7nをオープンさせたときのAD変化速度絶対値の90%程度に設定しても良いが、下記式(1)をAD変化速度の閾値Sthとしても良い。
Next, in step S22, it is determined whether or not the AD change speed absolute value Cn exceeds a preset AD change speed threshold value Sth. The threshold value Sth of the AD change rate is set to about 90% of the absolute value of the AD change rate when the
即ち、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9nに印加される電圧をVとし、Δtをマイクロプロセッサ6のAD変換の変換周期、Cをローパスフィルタ5a〜5nのコンデンサ8a〜8nの容量値[F]、Rをローパスフィルタ5a〜5nのシリーズ抵抗7a〜7nの抵抗値[Ω]、vをコンデンサ8a〜8nの両端の電圧[V]とした場合、
V=RCΔv/Δt+vであり、これを変換すると、
RCΔv/Δt=V−vとなり、Δv/Δt=(V−v)/(RC)であるから、
V=0から5[V]、v=0から5[V]とすると、AD変化速度の閾値Sthは、下記式(1)で表わされる。
Sth=|ΔV/Δt|≦5/RC・・・(1)
That is, the voltage applied to the
V = RCΔv / Δt + v, and when converted,
RCΔv / Δt = V−v, and Δv / Δt = (V−v) / (RC).
When V = 0 to 5 [V] and v = 0 to 5 [V], the AD change speed threshold value Sth is expressed by the following equation (1).
Sth = | ΔV / Δt | ≦ 5 / RC (1)
ステップS22で否定判定が得られた場合は、ステップS23に進み、異常の可能性無しと判定して処理を終了する。また、ステップS22で肯定判定が得られた場合は、ステップS24に進み、後述する復帰判定電圧上限値LUと復帰判定電圧下限値LD、及び後述する復帰判定時間Ttを設定する。なお、復帰判定時間Ttは、過渡的なノイズ重畳による電圧変動が収束するまでの時間よりも長く設定する。 If a negative determination is obtained in step S22, the process proceeds to step S23, where it is determined that there is no possibility of abnormality, and the process ends. If an affirmative determination is obtained in step S22, the process proceeds to step S24 to set a return determination voltage upper limit LU, a return determination voltage lower limit LD, which will be described later, and a return determination time Tt, which will be described later. The return determination time Tt is set longer than the time until the voltage fluctuation due to the transient noise superimposition converges.
続くステップS25では、AD変換値が、復帰判定時間Tt以内に復帰判定電圧上限値LUと復帰判定電圧下限値LDの間にあるか否かを判定する。肯定判定が得られた場合は、ステップS23に進み、異常の可能性無しと判定して処理を終了する。 In the subsequent step S25, it is determined whether or not the AD conversion value is between the return determination voltage upper limit LU and the return determination voltage lower limit LD within the return determination time Tt. If an affirmative determination is obtained, the process proceeds to step S23, where it is determined that there is no possibility of abnormality, and the process ends.
一方、ステップS25で否定判定が得られた場合は、ステップS26に進み、異常の可能性ありと判定して処理を終了する。 On the other hand, if a negative determination is obtained in step S25, the process proceeds to step S26, where it is determined that there is a possibility of abnormality, and the process ends.
次に、図3(a)及び図3(b)に基づいて、オープン異常の検出方法について説明する。図3(a)はマイクロプロセッサ6のAD変換部10におけるAD変換の様子を示したものである。AD変換の変換周期はΔtであり、ある時刻tnでのAD変換値をVnとしている。1サンプル前の時刻はtn−1でAD変換値はVn−1、2サンプル前の時刻はtn−2でAD変換値はVn−2である。同様に、時刻tn+1でのAD変換値はVn+1、時刻tn+2でのAD変換値はVn+2、時刻tn+3でのAD変換値はVn+3である。
Next, an open abnormality detection method will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3A shows the state of AD conversion in the
図3(b)は、図3(a)のAD変換値からAD変化速度の絶対値を算出する様子を示したものである。時刻tnでのAD変換速度絶対値Cnは、時刻tnでのAD変換値Vnと時刻tn−1でのAD変換値Vn−1、及び変換周期Δtを用いて下記式(2)のように示すことができる。
Cn=|((Vn)−(Vn−1))/Δt|・・・(2)
同様に、時刻tn−1でのAD変換速度絶対値Cn−1は、下記式(3)のように示すことができる。
Cn−1=|((Vn−1)−(Vn−2))/Δt|・・・(3)
また、時刻tn+1でのAD変換速度絶対値Cn+1は、時刻tn+1でのAD変換値Vn+1と時刻tnでのAD変換値Vn、及び変換周期Δtを用いて下記式(4)のように示すことができ、時刻tn+2でのAD変換速度絶対値Cn+2は、下記式(5)のように示すことができ、時刻tn+3でのAD変換速度絶対値Cn+3は、下記式(6)のように示すことができる。
Cn+1=|((Vn+1)−(Vn))/Δt|・・・(4)
Cn+2=|((Vn+2)−(Vn+1))/Δt|・・・(5)
Cn+3=|((Vn+3)−(Vn+2))/Δt|・・・(6)
FIG. 3B shows how to calculate the absolute value of the AD change speed from the AD conversion value of FIG. The AD conversion speed absolute value Cn at time tn is expressed by the following equation (2) using the AD conversion value Vn at time tn, the AD conversion value Vn-1 at time tn−1, and the conversion cycle Δt. be able to.
Cn = | ((Vn) − (Vn−1)) / Δt | (2)
Similarly, the AD conversion speed absolute value Cn-1 at time tn-1 can be expressed as the following formula (3).
Cn−1 = | ((Vn−1) − (Vn−2)) / Δt | (3)
Further, the AD conversion speed absolute value Cn + 1 at the time tn + 1 can be expressed by the following equation (4) using the AD conversion value Vn + 1 at the time tn + 1, the AD conversion value Vn at the time tn, and the conversion cycle Δt. The AD conversion speed absolute value Cn + 2 at time tn + 2 can be expressed by the following expression (5), and the AD conversion speed absolute value Cn + 3 at time tn + 3 can be expressed by the following expression (6). it can.
Cn + 1 = | ((Vn + 1) − (Vn)) / Δt | (4)
Cn + 2 = | ((Vn + 2) − (Vn + 1)) / Δt | (5)
Cn + 3 = | ((Vn + 3) − (Vn + 2)) / Δt | (6)
時刻tn+1において、AD変換値がVnからVn+1に急増し、AD変化速度の閾値Sthを超えた後、時刻tn+2において、Vn+2のように、復帰判定電圧上限値LUと復帰判定電圧下限値LDの間に収まっていれば、オープン異常の可能性は無いと判断できる。なお、復帰判定電圧上限値LUと復帰判定電圧下限値LDとの間のΔVtが復帰判定電圧値であり、この復帰判定電圧値ΔVtは、AD変化速度の閾値Sthを超える直前のAD変換値に基づいて設定される。 At time tn + 1, after the AD conversion value rapidly increases from Vn to Vn + 1 and exceeds the threshold value Sth of the AD change speed, at time tn + 2, between the return determination voltage upper limit LU and the return determination voltage lower limit LD, as Vn + 2. If it is within the range, it can be determined that there is no possibility of an open abnormality. Note that ΔVt between the return determination voltage upper limit LU and the return determination voltage lower limit LD is the return determination voltage value, and this return determination voltage value ΔVt is the AD conversion value immediately before exceeding the threshold Sth of the AD change speed. Set based on.
ここで、復帰判定電圧上限値LUと復帰判定電圧下限値LDとは、AD変換値がAD変化速度の閾値Sthを超えた時刻の1サンプル前のAD変換値Vnを基準として、それぞれLU=Vn+ΔVt/2、LD=Vn−ΔVt/2としたものである。ノイズの場合は一般的にノイズが重畳する前と同じAD値に戻るため、ΔVt=0としても差し支えないが、AD変化速度の閾値Sthを超える直前の値Vnを基準として±5%から10%の幅を持たせても良い。 Here, the return determination voltage upper limit value LU and the return determination voltage lower limit value LD are respectively LU = Vn + ΔVt with reference to the AD conversion value Vn one sample before the time when the AD conversion value exceeds the threshold value Sth of the AD change speed. / 2, LD = Vn−ΔVt / 2. In the case of noise, since it generally returns to the same AD value as before the noise is superimposed, ΔVt = 0 may be set, but ± 5% to 10% based on the value Vn immediately before exceeding the threshold Sth of the AD change speed. You may give the width of.
さらに、復帰判定時間Ttは、実際にマイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9nをオープンして復帰するのにかかる時間以下に設定すれば良い。
Furthermore, the return determination time Tt may be set to be equal to or less than the time taken to actually open and return the
ここで、復帰判定時間Ttの終了点である時刻tn+3においても、AD変換値が図3中のプロット○印で示すV’n+3となった場合は、オープン異常の可能性ありと判断されることになる。なお、図3(a)及び図3(b)においては、AD変換のサンプル時間Δt毎にAD変化速度絶対値を算出し、AD変化速度の閾値Sthを超えるか否かを判定しているが、マイクロプロセッサ6の処理負荷を低減するため、数サンプル毎に図2に示すステップS20からステップS23の処理を実行してオープン異常の可能性有無を判定することが可能である。 Here, also at time tn + 3, which is the end point of the return determination time Tt, if the AD conversion value becomes V′n + 3 indicated by the plot ○ in FIG. 3, it is determined that there is a possibility of an open abnormality. become. In FIGS. 3A and 3B, the AD change rate absolute value is calculated for each AD conversion sample time Δt, and it is determined whether or not the AD change rate threshold value Sth is exceeded. In order to reduce the processing load on the microprocessor 6, it is possible to determine whether or not there is an open abnormality by executing the processing from step S20 to step S23 shown in FIG.
以上のように、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9nの電圧は、ローパスフィルタ5a〜5nで構成される電圧信号入力回路を経て入力されるが、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9nにオープン異常が発生した場合、マイクロプロセッサ6で算出されるAD変換値は、一般にローパスフィルタ5a〜5nで構成される上記電圧信号入力回路の回路定数から算出されるAD変化速度の閾値Sthを超えた変動となる。この変動を検出することで、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9n、あるいはその伝達経路であるローパスフィルタ5a〜5nのオープン異常の可能性があることを検出できる。
As described above, the voltages of the
しかし、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9n、あるいはその伝達経路にノイズが重畳した場合も、上記AD変化速度の閾値Sthを超える可能性がある。このため、ノイズ重畳と回路オープン異常を区別する必要がある。ノイズ重畳が原因である場合は、ノイズ重畳が無くなるとノイズ重畳前と同じAD変換値に戻るのに対して、マイクロプロセッサ6の入力端子9a〜9n、あるいは伝達経路のオープン異常である場合は、異常発生前と同程度のAD変換値となるまでに時間がかかる。
However, even when noise is superimposed on the
そこで、実施の形態1に係る電子制御装置1のように、復帰判定時間Ttを過渡的なノイズ重畳による電圧変動が収束するまでの時間よりも長く設定し、AD変化速度の閾値Sthを超えてから、AD変化速度が閾値Sthを超える前のAD変換値に戻るまでの時間が予め設定された復帰判定時間Ttを超える場合に、回路故障の可能性ありと判定することで、ノイズ重畳と回路異常を区別することが可能となる。
Therefore, as in the
このように、実施の形態1に係る電子制御装置1によれば、AD変換値が予め設定されたAD変化速度の閾値Sthを超えた後、予め設定された復帰判定時間Tt以内に、AD変化速度の閾値Sthを超える直前の値に復帰しなかった場合、ノイズ重畳ではなく端子オープンを含む回路異常の可能性ありと判定するようになっている。即ち、端子オープンとなる回路異常が発生した際、一般的にAD変換値の電圧が入力回路のフィルタ定数を超えて変化し、元の値に収束しないか、または収束したとしても時間がかかることに着目し、AD変換値の電圧変化速度と元の値への収束有無をモニタすることにより、冗長な回路追加無しで安価に回路異常を検出できる効果がある。
As described above, according to the
本願は、例示的な実施の形態を記載しているが、実施の形態に記載した様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Although this application has described exemplary embodiments, the various features, aspects, and functions described in the embodiments are not limited to the application of a particular embodiment, but can be used alone or in various ways. The present invention can be applied to the embodiments in various combinations.
Accordingly, innumerable modifications not illustrated are envisaged within the scope of the technology disclosed in the present application. For example, the case where at least one component is modified, the case where it is added, or the case where it is omitted are included.
1 電子制御装置、2a、2n コネクタ、3a 第1センサ、3n 第nセンサ、4a、4n 抵抗、5a、5n 電圧信号入力回路(ローパスフィルタ)、7a、7n シリーズ抵抗、8a、8n コンデンサ、9a、9n 入力端子、10 AD変換部、11 RAM、12 ROM、13a 第1外部負荷、13n 第n外部負荷、14a、14n 出力I/F回路、Cn AD変換速度絶対値、Sth AD変化速度の閾値、LU 復帰判定電圧上限値、LD 復帰判定電圧下限値、Tt 復帰判定時間。 1 electronic control unit, 2a, 2n connector, 3a first sensor, 3n n sensor, 4a, 4n resistor, 5a, 5n voltage signal input circuit (low-pass filter), 7a, 7n series resistor, 8a, 8n capacitor, 9a, 9n input terminal, 10 AD converter, 11 RAM, 12 ROM, 13a first external load, 13n n external load, 14a, 14n output I / F circuit, Cn AD conversion speed absolute value, threshold of Sth AD change speed, LU recovery determination voltage upper limit value, LD recovery determination voltage lower limit value, Tt recovery determination time.
本願に開示される電子制御装置は、AD変換部を有するマイクロプロセッサを備え、外部から入力される電圧信号を電圧信号入力回路を介して上記マイクロプロセッサの入力端子から上記AD変換部に伝達し、AD変換値を算出する電子制御装置であって、
上記マイクロプロセッサの入力端子と上記電圧信号入力回路の少なくとも一方のオープン異常を、上記電圧信号入力回路の回路定数を用いて算出した電圧変化速度の閾値と上記AD変換値の変化速度を比較して検出し、
上記AD変換値が、上記電圧変化速度の閾値を超えてから復帰判定時間内に復帰判定電圧値に復帰した場合は、上記オープン異常ではないと判定することを特徴とする。
An electronic control device disclosed in the present application includes a microprocessor having an AD conversion unit, and transmits a voltage signal input from the outside to the AD conversion unit from an input terminal of the microprocessor via a voltage signal input circuit, An electronic control device for calculating an AD conversion value,
The open abnormality of at least one of the input terminal of the microprocessor and the voltage signal input circuit is compared with the threshold value of the voltage change rate calculated using the circuit constant of the voltage signal input circuit and the change rate of the AD conversion value. detected,
When the AD conversion value returns to the return determination voltage value within the return determination time after exceeding the voltage change speed threshold, it is determined that the open abnormality is not detected.
Claims (5)
上記マイクロプロセッサの入力端子と上記電圧信号入力回路の少なくとも一方のオープン異常を、上記電圧信号入力回路の回路定数を用いて算出した電圧変化速度の閾値と上記AD変換値の変化速度を比較して検出することを特徴とする電子制御装置。 An electronic control device that includes a microprocessor having an AD conversion unit, transmits a voltage signal input from the outside to the AD conversion unit from the input terminal of the microprocessor via a voltage signal input circuit, and calculates an AD conversion value. There,
The open abnormality of at least one of the input terminal of the microprocessor and the voltage signal input circuit is compared with the threshold value of the voltage change rate calculated using the circuit constant of the voltage signal input circuit and the change rate of the AD conversion value. An electronic control device for detecting.
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