JP2020096442A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーの故障を簡単に検知することができるようにする。【解決手段】ＥＣＵ１０７は、車載バッテリ１００との間に電気的に接続されたリレー１０１のＯＮ故障を検知可能な診断部１２０と、外部機器を制御するマイクロコントローラ１０８とを備える。診断部１２０は、リレー１０１の下流に電気的に接続されて車載バッテリ１００から給電される第１のトランジスタ１０２と、マイクロコントローラ１０８から出力されるＣＰＵ出力信号１０６が入力される第２のトランジスタ１０３と、ＣＰＵ出力信号１０６を保持可能な第３のトランジスタ１０４とを備える。マイクロコントローラ１０８は、車載バッテリ１００からの給電開始時に、第１のトランジスタ１０２と第２のトランジスタ１０３との間からマイクロコントローラ１０８に入力されるＣＰＵモニタ信号１０５が、ローからハイに変更するか否かを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

近年、自動車は、イグニッションスイッチのＯＦＦ時における消費電流の低減が求められている。

特許文献１には、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）の電源側上流にリレーを電気的に接続し、イグニッションスイッチのＯＦＦ時に、リレーをＯＦＦすることによって、ＥＣＵに入力される給電を切断し、ＥＣＵの消費電流を低減する技術が開示されている。

特開２０１５−１４００９４号公報

特許文献１の技術では、ＥＣＵの電源側上流に電気的に接続されたリレーによって、ＥＣＵの消費電流を低減している。しかし、リレーがＯＮ故障した場合、イグニッションスイッチのＯＦＦ時に、ＥＣＵへの給電を切断することができずに、消費電流が増加する問題があった。

このように、リレーがＯＮ故障した場合、ユーザがリレーの故障に気付かずに、ＥＣＵの消費電流が増加することがある。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、リレーの故障を簡単に検知することができる電子制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に従う電子制御装置は、車載バッテリとの間に電気的に接続されたリレーのＯＮ故障を検知可能な診断部と、外部機器を制御する制御部とを備えた電子制御装置であって、前記診断部は、前記リレーの下流に電気的に接続されて前記車載バッテリから給電される第１のトランジスタと、前記制御部から出力される制御出力信号が入力される第２のトランジスタと、前記制御制御出力信号を保持可能な第３のトランジスタとを備え、前記制御部は、前記車載バッテリからの給電開始時に、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの間から前記制御部に入力される制御入力信号が、ローからハイに変更するか否かを判定する。

本発明によれば、リレーの故障を簡単に検知することができる。

第１実施形態に係る電子制御装置の全体回路図。 第１実施形態に係る電子制御装置の動作を示すフローチャート。 第１実施形態に係るリレーの正常時を示すタイミングチャート。 第１実施形態に係るリレーのＯＮ故障時を示すタイミングチャート。 第１実施形態に係る診断部の故障時を示すタイミングチャート。 第２実施形態に係る電子制御装置の全体回路図。

幾つかの実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態は、本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。各図において共通の構成については、同一の参照符号が付されている。
＜第１実施形態＞

図１は、第１実施形態に係る電子制御装置の全体回路図である。

電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０７は、自動車に搭載されて、エンジンまたはブレーキ等を制御する。ＥＣＵ１０７の端部には、リレー１０１を介して車載バッテリ１００と電気的に接続される電源端子１０９が設けられている。

リレー１０１は、励磁コイルを有する出力接点でよい。リレー１０１は、出力接点を開路または閉路とすることによって、車載バッテリ１００からＥＣＵ１０７への給電を断接する。リレー１０１は、イグニッションスイッチ（図示せず）のＯＦＦ時に、ＥＣＵ１０７への給電を切断することによって、ＥＣＵ１０７の消費電流を低減することができる。

ＥＣＵ１０７は、診断部１２０と、電源回路１１０と、レベルシフタ１１１と、「制御部」の一例としてのマイクロコントローラ１０８とを備える。

診断部１２０は、ＰＮＰ型の第１のトランジスタ１０２と、ＮＰＮ型の第２のトランジスタ１０３と、ＰＮＰ型の第３のトランジスタ１０４とを備える。

第１のトランジスタ１０２のエミッタは、リレー１０１下流の電源端子１０９と、電源回路１１１との間と電気的に接続されている。第１のトランジスタ１０２のベース及びコレクタは、それぞれ抵抗を介して第２のトランジスタ１０３のコレクタ上流に設けられた診断部出力端子１２１と電気的に接続されている。第１のトランジスタ１０２は、ベースの電位を下げると、エミッタからコレクタへ電流が流れる。このとき、第１のトランジスタ１０２は、ベースから出力する電流を増幅する。このように、第１のトランジスタ１０２には、閉路時、車載バッテリ１００からリレー１０１及び電源端子１０９を経由して給電されて、電源電圧が印可され、診断部出力端子１２１から「制御入力信号」の一例としてのＣＰＵモニタ信号１０５が出力される。

第２のトランジスタ１０３のコレクタは、診断部出力端子１２１と電気的に接続されている。第２のトランジスタ１０３のベースは、抵抗を介して第３のトランジスタ１０４のコレクタと電気的に接続されている。第２のトランジスタ１０３のエミッタは、グランドと電気的に接続されている。第２のトランジスタ１０３は、マイクロコントローラ１０８から出力される「制御出力信号」の一例としてのＣＰＵ出力信号１０６がダイオード及び抵抗を介してベースに入力されると、コレクタからエミッタへ電流が流れる。このとき、第２のトランジスタ１０３は、ベースからエミッタに向けて出力する電流を増幅する。

第３のトランジスタ１０４のエミッタは、電源端子１０９と、第１のトランジスタ１０２のコレクタとの間と電気的に接続されている。第３のトランジスタ１０４のベースは、抵抗を介して診断部出力端子１２１と、第２のトランジスタ１０３のコレクタとの間と電気的に接続されている。第３のトランジスタ１０４のコレクタは、ダイオードを介してマイクロコントローラ１０８と、抵抗を介して第２のトランジスタ１０３のベースとの間に電気的に接続されている。第３のトランジスタ１０４は、ベースの電位を下げると、エミッタからコレクタへ電流が流れる。このとき、第３のトランジスタ１０４は、ベースから出力する電流を増幅する。第３のトランジスタ１０４は、ＣＰＵ出力信号１０６を保持する。

電源回路１１０は、第１のトランジスタ１０２のエミッタと、マイクロコントローラ１０８との間に電気的に接続されている。電源回路１１０は、車載バッテリ１００から給電されて、マイクロコントローラ１０８に電圧を供給する。

レベルシフタ１１１は、電源回路１１０及びマイクロコントローラ１０８間と、診断部出力端子１２１と、マイクロコントローラ１０８と、グランドとにそれぞれ電気的に接続されている。レベルシフタ１１１は、電源回路１１０の電圧と、診断部出力端子１２１の電圧との差に応じて、診断部出力端子１２１の信号レベルを変換して、ＣＰＵモニタ信号１０５として出力する。

マイクロコントローラ１０８は、ＣＰＵと、メモリと、タイマと、入出力部とを集積回路に格納している。マイクロコントローラ１０８は、入出力部を介して通信する外部機器を制御する。マイクロコントローラ１０８は、第２のトランジスタ１０３をＯＮにするために、第３のトランジスタ１０４のコレクタにＣＰＵ出力信号１０６を出力する。マイクロコントローラ１０８は、診断部１２０から入力されるＣＰＵモニタ信号１０５に基づいて、リレー１０１及び診断部１２０の故障を検知する。

以下、図２を用いて、本実施形態により、マイクロコントローラ１０８がリレー１０１のＯＮ故障を診断するフローについて説明する。

図２は、第１実施形態に係る電子制御装置の動作を示すフローチャートである。

まず、イグニッションをＯＮにしてＥＣＵ１０７への給電を開始させた後（Ｓ１０１）、マイクロコントローラ１０８が起動する（Ｓ１０２）。リレー１０１が正常である場合、第１のトランジスタ１０２、第２のトランジスタ１０３及び第３のトランジスタ１０４は、全てＯＦＦであるため、診断部１２０は、ＨＩのＣＰＵモニタ信号１０５を出力する。

マイクロコントローラ１０８は、ＣＰＵモニタ信号１０５がＬＯからＨＩに変更するか否かを判定する（Ｓ１０３）。具体的には、マイクロコントローラ１０８は、ＣＰＵモニタ信号１０５をモニタし、Ｓ１０３の判定結果が真の場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、リレー１０１を正常、Ｓ１０３の判定結果が偽の場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、リレー１０１をＯＮ故障であると判定する。

マイクロコントローラ１０８は、リレー１０１を正常であると判定した後、ＣＰＵ出力信号１０６をＬＯからＨＩに変更し、変更したＨＩのＣＰＵ出力信号１０６を所定時間に亘って出力する（Ｓ１０５）。これにより、第２のトランジスタ１０３がＯＮになり、それに伴って第１のトランジスタ１０２及び第３のトランジスタ１０４がＯＮになる。その後、マイクロコントローラ１０８がＣＰＵ出力信号１０６をＬＯとした後も、第１のトランジスタ１０２、第２のトランジスタ１０３及び第３のトランジスタ１０４は、ＯＮを保持するため、ＬＯのＣＰＵモニタ信号１０５が出力される。

マイクロコントローラ１０８は、ＣＰＵモニタ信号１０５がＨＩからＬＯに変更するか否かを判定する（Ｓ１０６）。具体的には、マイクロコントローラ１０８は、ＣＰＵモニタ信号１０５をモニタし、Ｓ１０６の判定結果が真の場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、診断部１２０を正常、Ｓ１０６の判定結果が偽の場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、診断部１２０を故障であると判定する。

図３は、第１実施形態に係るリレーの正常時を示すタイミングチャートである。尚、図３には、上から順に、イグニッション、電源端子（ＶＢ）、電源回路（Ｖｄｄ）、ＣＰＵモニタ信号、ＣＰＵ出力信号及び判定状態を示す。

リレー１０１及び診断部１２０が正常の場合、イグニッションをＯＦＦからＯＮに変更すると、電源端子１０９及び電源回路１１０がＯＦＦからＯＮに変更すると共に、ＣＰＵモニタ信号１０５がＬＯからＨＩに変更する。次に、マイクロコントローラ１０８は、ＣＰＵ出力信号１０６をＬＯからＨＩに変更すると、ＣＰＵモニタ信号１０５がＨＩからＬＯに変更する。

図４は、第１実施形態に係るリレーのＯＮ故障時を示すタイミングチャートである。尚、図４には、図３と同様に、上から順に、イグニッション、電源端子（ＶＢ）、電源回路（Ｖｄｄ）、ＣＰＵモニタ信号、ＣＰＵ出力信号及び判定状態を示す。

リレー１０１がＯＮ故障、診断部１２０が正常の場合、イグニッションをＯＦＦからＯＮに変更すると、電源回路１１０がＯＦＦからＯＮに変更する一方、電源端子１０９がＯＮ、ＣＰＵモニタ信号１０５がＬＯをそれぞれ維持する。

図５は、第１実施形態に係る診断部の故障時の検知を示すタイミングチャートである。尚、図５には、図３及び図４と同様に、上から順に、イグニッション、電源端子（ＶＢ）、電源回路（Ｖｄｄ）、ＣＰＵモニタ信号、ＣＰＵ出力信号及び判定状態を示す。

リレー１０１が正常、診断部１２０が故障の場合、イグニッションをＯＦＦからＯＮに変更すると、電源端子１０９及び電源回路１１０がＯＦＦからＯＮに変更すると共に、ＣＰＵモニタ信号１０５がＬＯからＨＩに変更する。次に、マイクロコントローラ１０８は、ＣＰＵ出力信号１０６をＬＯからＨＩに変更しても、ＣＰＵモニタ信号１０５がＨＩを維持する。

この構成によれば、ＥＣＵ１０７は、車載バッテリ１００との間に電気的に接続されたリレー１０１のＯＮ故障を検知可能な診断部１２０と、外部機器を制御するマイクロコントローラ１０８とを備える。診断部１２０は、第１のトランジスタ１０２と、第２のトランジスタ１０３と、第３のトランジスタ１０４とを備える。第１のトランジスタ１０２は、リレー１０１の下流に電気的に接続されて車載バッテリ１００から給電される。第２のトランジスタ１０３は、マイクロコントローラ１０８から出力されるＣＰＵ出力信号１０６が入力される。第３のトランジスタ１０４は、ＣＰＵ出力信号１０６を保持する。マイクロコントローラ１０８は、車載バッテリ１００からの給電開始時に、第１のトランジスタ１０２と第２のトランジスタ１０３との間からマイクロコントローラ１０８に入力されるＣＰＵモニタ信号１０５が、ＬＯからＨＩに変更するか否かを判定する。

これにより、リレー１０１のＯＮ故障を簡単に検知することができ、ユーザにリレー１０１の交換を促すことによって、イグニッションＯＦＦ時の消費電力の増加を回避することが可能となる。

マイクロコントローラ１０８は、第２のトランジスタ１０３へのＣＰＵ出力信号１０６の入力時に、ＣＰＵモニタ信号が、ＨＩからＬＯに変更するか否かを判定する。これにより、診断部１２０の故障を簡単に検知することができ、故障診断の信頼性が高めることが可能となる。

第１のトランジスタ１０２の下流に電気的に接続されてマイクロコントローラ１０８に電圧を供給する電源回路１１０と、第１のトランジスタ１０２及び第２のトランジスタ１０３と、マイクロコントローラ１０８との間に電気的に接続されるレベルシフタ１１１とを更に備える。これにより、マイクロコントローラ１０８に入力されるＣＰＵモニタ信号１０５の信号レベルを調整することができ、リレー１０１及び診断部１２０の故障を適切に判定することができる。
＜第２実施形態＞

第２実施形態に係る電子制御装置について説明する。尚、第２実施形態に係る電子制御装置は、第１実施形態に係る電子制御装置とは、電源回路及びレベルシフタの構成が異なるだけであり、その他の構成は、第１実施形態に係る電子制御装置と同様である。したがって、第１実施形態との相違点を中心に述べる。

図６は、第２実施形態に係る電子制御装置の全体回路図である。

本実施形態における電子制御装置１０７は、電源装置１１０が第１のトランジスタ１０２の上流に電気的に接続されている。第１のトランジスタ１０２には、電源回路１１０から電圧が入力される。本実施形態における電子制御装置１０７は、第１実施形態において説明した図２と同じフローチャートによってリレー１０１のＯＮ故障を検知可能である。本実施形態においては、マイクロコントローラ１０８に入力されるＣＰＵモニタ信号１０５の電圧が、電源回路１１０の電圧と等しくなるため、第１実施形態の電子制御装置１０７が備えるレベルシフタ１１１を省くことが可能となる。

この構成によれば、第１のトランジスタ１０２の上流に電気的に接続されてマイクロコントローラ１０８に電圧を供給する電源回路１１０を備えるので、レベルシフタ１１１を省略することができる。

なお、上記した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。さらに、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１００…車載バッテリ、１０１…リレー、１０２…第１のトランジスタ、１０３…第２のトランジスタ、１０４…第３のトランジスタ、１０５…ＣＰＵモニタ信号、１０６…ＣＰＵ出力信号、１０７…ＥＣＵ、１０８…マイクロコントローラ、１１０…電源部、１１１…レベルシフタ、１２０…診断部

Claims (4)

1. 車載バッテリとの間に電気的に接続されたリレーのＯＮ故障を検知可能な診断部と、外部機器を制御する制御部とを備えた電子制御装置であって、
   前記診断部は、
   前記リレーの下流に電気的に接続されて前記車載バッテリから給電される第１のトランジスタと、
   前記制御部から出力される制御出力信号が入力される第２のトランジスタと、
   前記制御出力信号を保持可能な第３のトランジスタとを備え、
   前記制御部は、前記車載バッテリからの給電開始時に、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの間から前記制御部に入力される制御入力信号が、ローからハイに変更するか否かを判定する電子制御装置。
2. 前記制御部は、前記第２のトランジスタへの前記制御出力信号の入力時に、前記制御入力信号が、ハイからローに変更するか否かを判定する、
   請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記第１のトランジスタの上流に電気的に接続されて前記制御部に電圧を供給する電源回路を更に備える、
   請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記第１のトランジスタの下流に電気的に接続されて前記制御部に電圧を供給する電源回路と、
   前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタと、前記制御部との間に電気的に接続されるレベルシフタとを更に備える、
   請求項２に記載の電子制御装置。
   
   

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