JP2021154993A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源回路を構成する診断対象回路が正常であるかを診断する場合に、誤診断に対するロバスト性を高める。【解決手段】ＢＩＳＴ制御回路２３は、コンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断時に同一のコンパレータ２０ａ〜２０ｄが４回連続して異常と判定した場合に異常と最終的に判定する。これにより、電気的ノイズによる誤診断に対するロバスト性を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

例えば車両に搭載される電子制御装置は電源回路を有している。この電源回路は、車載バッテリからの給電に応じてマイクロコンピュータや周辺回路に給電するための複数の電源を生成する。これらの電源から出力される電源電圧は所定の定格値である必要があることから、電源回路には、電源電圧が定格値であるかを監視する電源監視回路を搭載するようにしている。

電源監視回路では、例えば電源起動時に電源回路により生成される電源電圧と基準電圧範囲とを電圧比較用のコンパレータで比較し、電源電圧が基準電圧範囲から外れている場合は異常であると判定することで、電源回路により生成される電源が正常であるかを監視している。

特開２０１７−１４２７０６号公報

ところで、電圧比較用のコンパレータが故障した場合は電源回路から出力される電源電圧を監視することができなくなることから、特許文献１のように電源回路の自己診断機能としてＢＩＳＴ（Built-In Self-Test）機能を備えることが行われている。ＢＩＳＴ機能では、電圧比較用のコンパレータが異常であると判定した場合は１回の判定で異常判定を確定するようにしている。

しかしながら、例えばエンジンの始動状態では比較的大きな電気的ノイズが発生していることから、ＢＩＳＴ機能により１回の異常判定に基づいて異常を確定する構成では、電気的ノイズによる誤診断に対するロバスト性が低いという問題がある。ＢＩＳＴ機能としては、電圧比較用のコンパレータの異常を監視するのみでなく電源回路を構成するロジック回路の異常を監視する場合もあり、同様の問題を有する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電源回路を構成する診断対象回路が正常であるかを診断する場合に、誤診断に対するロバスト性を高めることができる電子制御装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、電源回路（１２）は、車載バッテリ（２）からの給電に応じて複数の電源を生成する。制御回路（１３）は、電源回路により生成された電源からの給電に応じて制御対象を制御する。電源電圧が異常な場合は制御対象を制御できなくなることから、電源監視回路（１８）は電源回路を監視するものの、電源監視回路が異常な場合は電源回路を監視することができないことから、診断部（２３）は、電源監視回路を構成する診断対象回路（２０）が正常に機能するかを診断する。
ここで、診断部は、診断対象回路が異常であると判定した場合は同一の診断対象回路に対する診断を再実行し、所定回数だけ連続して異常と判定した場合は異常であると最終的に判定する。

第１実施形態に係る電源回路の構成を示す機能ブロック図 ＥＣＵの概略図 正常判定する場合の診断動作を示す図（その１） 正常判定する場合の診断動作を示す図（その２） 正常判定する場合の診断動作を示す図（その３） 異常判定する場合の診断動作を示す図 ＢＩＳＴの診断タイミングを示すタイミング図 第２実施形態に係るＢＩＳＴの診断タイミングを示すタイミング図 第３実施形態に係るＢＩＳＴの診断タイミングを示すタイミング図 第４実施形態に係るＢＩＳＴの診断タイミングを示すタイミング図 第５実施形態に係る異常判定する場合の診断動作を示す図

（第１実施形態）
以下、車両に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）に適用した第１実施形態について図１から図７を参照して説明する。
図２に示すＥＣＵ１は、例えば車両に搭載されたエンジンを制御するものである。ＥＣＵ１は、車載バッテリ２からの給電を受けるための給電端子としてＢＡＴＴ端子３及び＋Ｂ端子４を備えている。ＢＡＴＴ端子３は、車載バッテリ２の正側である＋Ｂ電源に直接接続されている。＋Ｂ端子４は、メインリレー５のスイッチ６を介して＋Ｂ電源に接続されている。ＥＣＵ１が電子制御装置に相当する。

ＥＣＵ１は、ＢＡＴＴ端子３及び＋Ｂ端子４に加えて、Ｊ１端子７、Ｊ２端子８、Ｊ３端子９を備えている。Ｊ１端子７は、＋Ｂ電源と直接接続されている。Ｊ２端子８は、メインリレー５のコイル１０を介してグランドに接続されている。Ｊ３端子９は、イグニッションスイッチによりＯＮするスイッチ１１を介して＋Ｂ電源に接続されている。スイッチ１１のＯＮ状態とはエンジンを有する車両に限定されるものではなく、例えば電気自動車やハイブリッド車の電源ＯＮ状態を含む概念である。

ＥＣＵ１は、電源回路１２、マイクロコンピュータ１３、リレー制御回路１４を備えている。マイクロコンピュータ１３が制御回路に相当する。以下、マイクロコンピュータをマイコンと称する。

電源回路１２の入力端子はＢＡＴＴ端子３及び＋Ｂ端子４に接続されており、それらの端子３，４を介して＋Ｂ電源から給電可能である。電源回路１２は、＋Ｂ電源からの給電に応じて複数の電源を生成する。本実施形態では、電源としてＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１が設定されている。これら各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１の電圧及び用途は、以下のように規定されている。

（１）ＶＯＭ５（５Ｖ）：マイコン１３、リレー制御回路１４のメイン電源
（２）ＶＯＭ１（１．２Ｖ）：マイコン１３を構成するコアのメイン電源
（３）ＶＯＳ５（５Ｖ）：リレー制御回路１４のスタンバイ電源
（４）ＶＯＳ１（１．２Ｖ）：マイコン１３のスタンバイ電源

電源回路１２は、＋Ｂ電源からの給電を受けてＶＯＭ５の出力を開始してから、その電源電圧が安定するまでマイコン１３へリセット信号を出力する所謂パワーオンリセット機能を備えている。マイコン１３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭに記憶されているエンジンを制御するための様々な制御プログラムを実行する。

リレー制御回路１４は、入力回路１５、オア回路１６、スイッチング素子１７を備えている。入力回路１５の入力端子はＪ３端子９に接続され、出力端子はマイコン１３の入力端子に接続されている。オア回路１６の入力端子は、入力回路１５及びマイコン１３の出力端子に接続されている。スイッチング素子１７の一端はＪ１端子７に接続され、他端はＪ２端子８に接続されている。スイッチング素子１７は、オア回路１６からの出力に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される。

さて、各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１の出力電圧は所定の定格値であることが規定されていることから、電源回路１２には電源監視回路１８が設けられている。この電源監視回路１８は、各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１の電源電圧が所定の基準電圧範囲であるかを監視する。

図１に示すように電源監視回路１８は、各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１の入力を個別に切り替えるためのスイッチ群１９、このスイッチ群１９に接続されたコンパレータ群２０、このコンパレータ群２０に接続された検出フィルタ群２１、アンド回路２２、ＢＩＳＴ制御回路２３を備えている。コンパレータ群２０が診断対象回路に相当する。

スイッチ群１９は、第１入力スイッチ１９ａ〜第４入力スイッチ１９ｄから構成されている。コンパレータ群２０は、第１コンパレータ２０ａ〜第４コンパレータ２０ｄから構成されている。検出フィルタ群２１は、第１検出フィルタ２１ａ〜第４検出フィルタ２１ｄから構成されている。

各入力スイッチ１９ａ〜１９ｄの「０」側入力端子は各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１にそれぞれ接続され、出力端子は各コンパレータ２０ａ〜２０ｄの入力端子にそれぞれ接続されている。各コンパレータ２０ａ〜２０ｄの出力端子は各検出フィルタ２１ａ〜２１ｄにそれぞれ接続されている。

各入力スイッチ１９ａ〜１９ｄの「０」側入力端子と出力端子とが接続された状態では、各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１の電源電圧が各コンパレータ２０ａ〜２０ｄの入力端子に給電される。

各コンパレータ２０ａ〜２０ｄは、電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１の電源電圧と、予め設定されている基準電圧範囲とをそれぞれ比較し、その比較結果を出力する。各コンパレータ２０ａ〜２０ｄに設定されている基準電圧範囲は電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１に応じて異なる値に設定されている。基準電圧範囲には上限閾値と下限閾値とが設定されている。

各コンパレータ２０ａ〜２０ｄは上限コンパレータと下限コンパレータとから構成されており、電源電圧が上限閾値と下限閾値との間である場合にコンパレータ２０ａ〜２０ｄから正常であることを示す「１」が出力される。
検出フィルタ２１ａ〜２１ｄは、コンパレータ２０ａ〜２０ｄからの出力を安定した状態で出力する機能を有する。

各検出フィルタ２１ａ〜２１ｄの出力端子は、アンド回路２２の入力端子に接続されている。アンド回路２２は、各検出フィルタ２１ａ〜２１ｄからの出力の全てが「１」の場合に電源が正常であることを示す「１」をマイコン１３に出力する。一方、いずれかの検出フィルタ２１ａ〜２１ｄからの出力が「０」となった場合は、電源が異常を示す「０」を出力する。

マイコン１３は、アンド回路２２からの出力が「１」の場合は全ての電源は正常であると判断し、「０」の場合はいずれかの電源は異常であると判断して異常を報知する。このようにしてマイコン１３は、各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１を監視することができる。

ところで、電源監視回路１８は、電圧比較用のコンパレータ２０ａ〜２０ｄに異常が発生した場合は各電源ＶＯＭ５、ＶＯＭ１、ＶＯＳ５、ＶＯＳ１の監視を正常に行うことができなくなる。そこで、電源監視回路１８には、各コンパレータ２０ａ〜２０ｄが正常であるかを判定するＢＩＳＴ制御回路２３が設けられている。ＢＩＳＴ制御回路２３が診断部に相当する。

ＢＩＳＴ制御回路２３は、各コンパレータ２０ａ〜２０ｄに対する診断を時分割で実行するようになっている。即ち、ＢＩＳＴ制御回路２３は、各入力スイッチ１９ａ〜１９ｄを個別に「０」側入力端子から「１」側入力端子に切替え可能となっている。ＢＩＳＴ制御回路２３の出力端子は、入力スイッチ１９ａ〜１９ｄの「１」側入力端子に共通に接続されている。ＢＩＳＴ制御回路２３の入力端子は、各検出フィルタ２１ａ〜２１ｄの出力端子とそれぞれ接続されている。

ＢＩＳＴ制御回路２３は、各コンパレータ２０ａ〜２０ｄを診断する場合は、各入力スイッチ１９ａ〜１９ｄを「０」側入力端子から「１」側入力端子に時分割で順に切替えるとともに、切替えた入力スイッチ１９ａ〜１９ｄに対応する基準電圧範囲となる診断用電圧を「１」側入力端子に出力する。

診断対象のコンパレータ２０ａ〜２０ｄが正常な場合は、当該コンパレータ２０ａ〜２０ｄからの出力は「１」となるので、対応する検出フィルタ２１ａ〜２１ｄからは「１」が出力される。これにより、ＢＩＳＴ制御回路２３は、診断対象のコンパレータ２０ａ〜２０ｄは正常であると判断する。一方、診断対象のコンパレータ２０ａ〜２０ｄが異常な場合は、当該コンパレータ２０ａ〜２０ｄからの出力は「０」となるので、対応する検出フィルタ２１ａ〜２１ｄからは「０」が出力される。これにより、ＢＩＳＴ制御回路２３は、診断対象のコンパレータ２０ａ〜２０ｄは異常であると判定する。
以上のようにして、ＢＩＳＴ制御回路２３は、診断対象のコンパレータ２０ａ〜２０ｄを順に診断することができる。

さて、エンジンの始動状態では比較的大きな電気的ノイズが発生していることから、ＢＩＳＴ制御回路２３が１回の異常判定に基づいて異常を確定する構成では、電気的ノイズによる誤診断に対するロバスト性が低いという問題がある。そこで、本実施形態では、同一のコンパレータ２０ａ〜２０ｄを例えば４回連続して異常判定した場合に異常と最終的に判定するようにした。

具体的には、図３に示すように１回目の診断で第１コンパレータ２０ａ、第２コンパレータ２０ｂ、第３コンパレータ２０ｃ、第４コンパレータ２０ｄを順に診断し、全てのコンパレータ２０ａ〜２０ｄが正常の場合は最終的に正常判定とする。この場合、次の診断は１回目の診断となる。つまり、全てのコンパレータ２０ａ〜２０ｄの正常な場合は、各診断は１回目の診断となる。

図４に示すように１回目の診断で第２コンパレータ２０ｂを異常判定するものの、２回目の診断で正常判定した場合は最終的に正常判定とする。尚、２回目の診断で他のコンパレータを異常判定した場合は当該診断が１回目の診断となるので、次に２回目の診断を実行する。

図５に示すように１回目と２回目の診断で第２コンパレータ２０ｂを連続して異常判定するものの、３回目の診断で正常判定した場合は最終的に正常判定する。
図６に示すように１回目から４回目の診断で第２コンパレータ２０ｂを連続して異常判定した場合は最終的に異常判定する。

さて、マイコン１３は、上述したＢＩＳＴ制御回路２３による診断中は通常の電圧監視を実施できなくなるため、マイコン１３の処理期間外にて診断を実行するのが望ましい。そこで、ＢＩＳＴ制御回路２３によるコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断はマイコン１３の処理期間外に行うようにした。

具体的には、図７に示すようにイグニッションスイッチに対するＯＮ操作に応じてスイッチ１１がＯＮすると、それに伴ってリレー制御回路１４のスイッチング素子１７がＯＮするので、メインリレー５のコイル１０に通電されてスイッチ６がＯＮする。すると、スイッチ６を介して電源回路１２に＋Ｂ電源から給電されるので、電源回路１２からマイコン１３にスタンバイ用電源である電源ＶＯＳ１に加えて電源ＶＯＭ５が給電されるようになる。このとき、マイコン１３は電源回路１２によりリセットされているので、マイコン１３が起動することはない。

ＢＩＳＴ制御回路２３は、電源回路１２から電源ＶＯＭ５が給電されるのに応じて起動すると、電源回路１２のコンパレータ２０ａ〜２０ｄを順に診断する。
電源回路１２は電源ＶＯＭ５が安定したところでマイコン１３に対するリセットを解除するので、マイコン１３が起動してエンジンを始動する。エンジン始動時は大きな電気的ノイズが発生するものの、コンパレータ２０ａ〜２０ｄに対する診断は終了しているので、エンジン始動時の電気的ノイズの影響を受けることなく確実に診断を実行することができる。

そして、イグニッションスイッチに対するＯＦＦ操作に応じてスイッチ１１がＯＦＦすると、マイコン１３は、後処理を実行するためにメインリレー５のＯＮ状態を継続する。これにより、電源回路１２からマイコン１３への電源ＶＯＭ５の給電状態が維持される。そして、マイコン１３は、全ての処理が終了すると、メインリレー５をＯＦＦするので、電源回路１２からマイコン１３に対する電源ＶＯＭ５の給電が停止される。これにより、マイコン１３には電源ＶＯＳ１のみが給電されるようになるので、マイコン１３はスタンバイ状態となる。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
ＢＩＳＴ制御回路２３は、コンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断時に同一のコンパレータ２０ａ〜２０ｄが４回連続して異常と判定した場合に異常と最終的に判定するので、電気的ノイズによる誤診断に対するロバスト性を高めることができる。

電源回路１２が起動してからマイコン１３が起動するまでの間にコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を実行するので、エンジンの始動前に診断を実行できロバスト性を一層高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について図８を参照して説明する。この第２実施形態は、コンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断をマイコン１３の全ての処理が終了してから実施することを特徴とする。

上述したように電源回路１２の起動時に診断を実行することでマイコン１３の起動前に診断を実行することができるものの、電源回路１２の起動直後は電気的ノイズの影響を受けやすい。そこで、図８に示すようにマイコン１３が全ての処理を終了してから診断を実行することでマイコン１３の処理に影響を及ぼすことなく診断する。

マイコン１３は、スイッチ１１がＯＦＦした場合は、スイッチ６のＯＮ状態を継続することで後処理を実行し、全ての処理が終了したときは電源回路１２に対して処理終了を通知する。電源回路１２のＢＩＳＴ制御回路２３は、マイコン１３から処理終了の通知を受けたときはコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を実行する。そして、マイコン１３は、ＢＩＳＴ制御回路２３から診断結果を受信した場合はメインリレー５をＯＦＦする。

このような実施形態によれば、ＢＩＳＴ制御回路２３は、マイコン１３が全ての処理を終了してからメインリレー５がＯＦＦするまでの間にコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を実行するので、マイコン１３による制御に影響を及ぼすことなく確実に診断することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について図９を参照して説明する。この第３実施形態は、ＢＩＳＴ制御回路２３によるコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を再実行することを特徴とする。
図９に示すようにＢＩＳＴ制御回路２３は、第１実施形態で説明したように電源回路１２の起動時に診断を実行することで、マイコン１３の起動前に診断を実行する。しかしながら、上述したように電源回路１２の起動直後は電気的ノイズの影響を受けやすいことから、電源回路１２の起動直後に異常判定した場合は、第２実施形態で説明したようにマイコン１３の処理終了に応じてコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を再実行する。

このような実施形態によれば、電源回路１２の起動時の診断で異常と判定した場合は、マイコン１３が全ての処理を終了してから診断を再実行するので、マイコン１３の処理に影響を及ぼすことなく確実に診断しながら、電気的ノイズにより誤診断に対するロバスト性を一層高めることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について図１０を参照して説明する。この第４実施形態は、コンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を繰返して実行することを特徴とする。
図１０に示すようにＢＩＳＴ制御回路２３は、電源回路１２が起動してからマイコン１３が起動するまでの間はコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を繰返して複数回実行する。

このような実施形態によれば、ＢＩＳＴ制御回路２３は、電源回路１２が起動してからマイコン１３が起動するまでの間はコンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断を繰返して実行するので、電源回路１２の起動時における電気的ノイズに対する診断のロバスト性を一層高めることができる。
尚、第２実施形態及び第３実施形態において、マイコン１３が全ての処理を終了してから実行する診断を繰り返して実行するようにしてもよい。

（第５実施形態）
第５実施形態について図１１を参照して説明する。この第４実施形態は、コンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断の結果、異常と判定した場合は、異常と判定したコンパレータ２０ａ〜２０ｄに限定して診断を再実行することを特徴とする。

図１１に示すようにＢＩＳＴ制御回路２３は、１回目の診断で異常と判定した場合は、異常と判定したコンパレータ２０ａ〜２０ｄに限定して診断を再実行し、４回連続して異常と判定した場合は異常と最終的に判定する。

このような実施形態によれば、ＢＩＳＴ制御回路２３は、異常と判定した場合は、異常と判定したコンパレータ２０ａ〜２０ｄに限定して診断を再実行するので、診断を簡単化して診断時間の短縮を図ることができる。

（その他の実施形態）
コンパレータ２０ａ〜２０ｄを診断する実行回数は４回に限定されることなく２回以上であれば任意回数だけ実行すればよい。
コンパレータ２０ａ〜２０ｄの診断の結果、異常と判定した場合は診断回数を増加し、正常と判定した場合は診断回数を減少させるように学習機能を持たせるようにしてもよい。
電源回路１２の診断対象回路は電圧比較用のコンパレータ２０ａ〜２０ｄに限定されることなく、電源回路１２を構成するデジタル回路の異常を診断するようにしてもよい。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はＥＣＵ（電子制御装置）、５はメインリレー、１２は電源回路、１３はマイコン（制御回路）、１８は電源監視回路、２０はコンパレータ群（診断対象回路）、２３はＢＩＳＴ制御回路（診断部）である。

Claims (7)

1. 車載バッテリ（２）からの給電に応じて複数の電源を生成する電源回路（１２）と、
   前記電源回路により生成された電源からの給電に応じて制御対象を制御する制御回路（１３）と、
   前記電源回路を監視する電源監視回路（１８）と、
   前記電源監視回路を構成する診断対象回路（２０）が正常に機能するかを診断する診断部（２３）と、を備え、
   前記診断部は、前記診断対象回路が異常であると判定した場合は同一の前記診断対象回路に対する診断を再実行し、所定回数だけ連続して異常と判定した場合は異常であると最終的に判定する電子制御装置。
2. 前記診断部は、前記制御回路の処理動作期間外に前記診断を実行する請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記診断部は、前記電源回路の起動タイミングから前記制御回路の起動タイミングまでの間に前記診断を実行する請求項２に記載の電子制御装置。
4. ＯＮ状態で車載バッテリから給電するメインリレー（５）を備え、
   前記診断部は、前記制御対象に対する処理の終了タイミングから前記メインリレーの制御終了タイミングまでの間に前記診断を実行する請求項２に記載の電子制御装置。
5. ＯＮ状態で車載バッテリから給電するメインリレー（５）を備え、
   前記診断部は、前記電源回路の起動タイミングから前記制御回路の起動タイミングまでの間に前記診断を実行し、異常と判断した場合は前記制御対象に対する処理の終了タイミングから前記メインリレーの制御終了タイミングまでの間に前記診断を再実行する請求項２に記載の電子制御装置。
6. 前記診断部は、前記電源回路の処理動作期間外に前記診断を繰り返して実行する請求項２に記載の電子制御装置。
7. 前記診断部は、前記診断を再実行する場合は、異常と判定した前記診断対象回路に限定して実行する請求項１から６のいずれか一項に記載の電子制御装置。
   

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