JP2022071762A - 給電制御装置、車載制御装置及び給電制御方法 - Google Patents

給電制御装置、車載制御装置及び給電制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電流値が小さい状態で給電の異常を検知することができる給電制御装置、車載制御装置及び給電制御方法を提供する。【解決手段】個別ECU11aは電線Wを介した給電を制御する。個別ECU11aのマイコン21は、電線Wを介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。マイコン21は、電線電流値の平均値を上昇させる都度、電線Wの電線温度と、電線W周辺の環境温度との温度差に基づいて、電線Wを介した給電に異常が発生しているか否かを判定する。【選択図】図2

Description

本開示は、給電制御装置、車載制御装置及び給電制御方法に関する。
車両には、負荷への給電を制御する給電制御装置(例えば、特許文献1を参照)が搭載されている。特許文献1に記載の給電制御装置では、負荷を介して流れる電流の電流経路に、スイッチとしてFET(Field Effect Transistor)が配置されている。FETをオン又はオフに切替えることによって、負荷への給電が制御される。FETがオンである状態で、FETの温度が所定温度以上の温度となった場合、FETを強制的にオフに切替える。これにより、FETが異常な温度となることが防止される。
特開2000-16200号公報
特許文献1に記載されているような従来の給電制御装置では、負荷への電流の通流を強制的に遮断する遮断条件が満たされた場合、FETを強制的にオフに切替える。遮断条件が満たされた後において、負荷への給電を開始する場合、再び、FETをオンに切替え、FETのオンを維持する。遮断条件が満たされた要因が解消されていない状態でFETをオンに維持した場合、遮断条件が再び満たされ、結果、FETを再び強制的にオフに切替える。
遮断条件が満たされている状態は、FETを介して流れる電流の電流値が大きい状態であり、給電制御装置を構成する部品にとって好ましくない。このため、電流値が小さい状態で給電の異常を検知する必要がある。
本開示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、電流値が小さい状態で給電の異常を検知することができる給電制御装置、車載制御装置及び給電制御方法を提供することにある。
本開示の一態様に係る給電制御装置は、電線を介した給電を制御する給電制御装置であって、処理を実行する処理部を備え、前記処理部は、前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定する。
本開示の一態様に係る車載制御装置は、負荷の動作を制御する車載制御装置であって、前記負荷の作動又は動作の停止を指示する指示データを受信する受信部と、処理を実行する処理部とを備え、前記処理部は、前記受信部が受信した指示データに従って、電線を介した前記負荷への給電を制御し、前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定する。
本開示の一態様に係る給電制御方法は、電線を介した給電を制御する給電制御方法であって、前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させるステップと、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定するステップとをコンピュータが実行する。
なお、本開示を、このような特徴的な処理部を備える給電制御装置として実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとする給電制御方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして実現したりすることができる。また、本開示を、給電制御装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、給電制御装置を含む給電制御システムとして実現したりすることができる。
上記の態様によれば、給電が遮断される遮断条件が満たされる前に給電の異常を検知することができる。
実施形態1における制御システム1の要部構成を示すブロック図である。 個別ECUの要部構成を示すブロック図である。 スイッチ装置の回路図である。 マイコンの要部構成を示すブロック図である。 温度差テーブルの内容を示す図表である。 上昇幅テーブルの内容を示す図表である。 温度算出処理の手順を示すフローチャートである。 給電制御処理の手順を示すフローチャートである。 給電制御処理の手順を示すフローチャートである。 給電の状態遷移図である。 PWM信号のデューティの段階的な上昇の説明図である。 実施形態2における給電制御処理の手順を示すフローチャートである。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
(1)本開示の一態様に係る給電制御装置は、電線を介した給電を制御する給電制御装置であって、処理を実行する処理部を備え、前記処理部は、前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定する。
(2)本開示の一態様に係る給電制御装置では、前記処理部は、前記電線電流値を取得し、取得した電線電流値に基づいて前記温度差を算出し、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、算出した温度差に基づいて、前記異常が発生しているか否かを判定する。
(3)本開示の一態様に係る給電制御装置は、前記電線を介して流れる電流の電流経路に配置されるスイッチと、前記スイッチをオン又はオフに切替える切替え回路とを備え、前記処理部は、前記切替え回路に、前記スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に行うPWM制御を行わせ、前記PWM制御のデューティを段階的に上昇させることによって、前記電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。
(4)本開示の一態様に係る給電制御装置は、前記PWM制御に関する複数のデューティに対応付けて、前記温度差に関する複数の上限値が記憶されている記憶部を備え、前記処理部は、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記温度差が、前記切替え回路が行っている前記PWM制御のデューティに対応する上限値を超えているか否かに基づいて、前記異常が発生しているか否かを判定する。
(5)本開示の一態様に係る給電制御装置では、前記処理部は、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線電流値の平均値の上昇によって上昇した前記温度差の上昇幅に基づいて、前記異常が発生しているか否かを判定する。
(6)本開示の一態様に係る給電制御装置は、前記電線を介して流れる電流の電流経路に配置されるスイッチと、前記スイッチをオン又はオフに切替える切替え回路とを備え、前記切替え回路に信号が入力され、前記切替え回路は、入力された信号に従って前記スイッチをオン又はオフに切替え、前記切替え回路は、前記電線電流値が電流閾値以上である場合、又は、前記スイッチの温度がスイッチ温度閾値以上である場合に、入力された信号に無関係に前記スイッチをオフに切替え、前記処理部は、前記切替え回路が、入力された信号に無関係に前記スイッチをオフに切替えた後に前記電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。
(7)本開示の一態様に係る給電制御装置では、前記処理部は、前記電線温度が電線温度閾値以上である場合、前記電線を介して流れる電流の通流を遮断させ、前記電線温度が電線温度閾値以上の温度となった後に、前記電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。
(8)本開示の一態様に係る車載制御装置は、負荷の動作を制御する車載制御装置であって、前記負荷の作動又は動作の停止を指示する指示データを受信する受信部と、処理を実行する処理部とを備え、前記処理部は、前記受信部が受信した指示データに従って、電線を介した前記負荷への給電を制御し、前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定する。
(9)本開示の一態様に係る給電制御方法は、電線を介した給電を制御する給電制御方法であって、前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させるステップと、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定するステップとをコンピュータが実行する。
上記の一態様に係る給電制御装置、車載制御装置及び給電制御方法にあっては、一定期間における電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。電線電流値の平均値を上昇させる都度、電線温度と環境温度との温度差に基づいて、給電に異常が発生しているか否かを判定する。従って、電流値が小さい状態で給電の異常を検知することができる。
上記の一態様に係る給電制御装置にあっては、電線電流値に基づいて、電線温度と環境温度との温度差を算出する。給電に異常が発生しているか否かの判定に、算出した温度差が用いられる。
上記の一態様に係る給電制御装置にあっては、スイッチに関するPWM制御のデューティを段階的に上昇させることによって、電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。このため、電線電流値の平均値の段階的な上昇が容易に実現される。
上記の一態様に係る給電制御装置にあっては、給電に異常が発生しているか否かの判定は、温度差と、切替え回路が実際に行っているPWM制御のデューティに対応する上限値との比較に基づいて行われる。
上記の一態様に係る給電制御装置にあっては、給電に異常が発生しているか否かの判定は、PWM制御のデューティの上昇によって上昇した温度差の上昇幅に基づいて行われる。
上記の一態様に係る給電制御装置にあっては、切替え回路は、電線電流値又はスイッチの温度に基づいて、スイッチを強制的にオフに切替える。切替え回路がスイッチを強制的にオフに切替えた後に、電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、給電に異常が発生しているか否かを判定する。
上記の一態様に係る給電制御装置にあっては、電線温度が電線温度閾値以上の温度となった場合、電線を介した電流の通流を強制的に遮断させる。電流の通流を強制的に遮断させた後に、電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、給電に異常が発生しているか否かを判定する。
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係る制御システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(実施形態1)
<制御システムの構成>
図1は、実施形態1における制御システム1の要部構成を示すブロック図である。制御システム1は車両Cに搭載されている。制御システム1は、統合ECU10、個別ECU11a、複数の個別ECU11b、直流電源12、負荷13、アクチュエータ14及び2つのセンサ15a,15bを備える。直流電源12は、例えばバッテリである。図1では、電力を供給する接続線を太線で示している。データ又は信号が伝播する接続線を細線で示している。
統合ECU10は、個別ECU11aと、複数の個別ECU11bとに接続されている。個別ECU11aは、直流電源12の正極と電線Wの一端とに接続されている。電線Wの他端は負荷13の一端に接続されている。直流電源12の負極と、電線Wの他端とは接地されている。個別ECU11aには、更に、センサ15aが接続されている。個別ECU11bには、更に、アクチュエータ14及びセンサ15bが各別に接続されている。
直流電源12は、個別ECU11a及び電線Wを介して負荷13に電力を供給する。個別ECU11aは電線Wを介した負荷13への給電を制御する。個別ECU11aは給電制御装置として機能する。負荷13は、ランプ又はモータ等の電気機器である。負荷13に電力が供給された場合、負荷13は作動する。負荷13への給電が停止した場合、負荷13は動作を停止する。個別ECU11aは、負荷13への給電を制御することによって、負荷13の動作を制御する。個別ECU11aは車載制御装置としても機能する。
アクチュエータ14も電気機器である。個別ECU11bは、アクチュエータ14の動作を示す制御信号をアクチュエータ14に出力する。アクチュエータ14は、制御信号が入力された場合、入力された制御信号が示す動作を行う。
センサ15a,15bそれぞれは、車両Cに関する車両データを繰り返し生成する。車両データは、車両Cの周辺が写っている画像のデータ、車両Cの速度を示すデータ、又は、車両Cに搭載されたスイッチがオンであるか否かを示すデータ等である。センサ15aは、車両データを生成する都度、生成した車両データを個別ECU11aに出力する。同様に、センサ15bは、車両データを生成する都度、生成した車両データを個別ECU11bに出力する。個別ECU11a,11bそれぞれは、車両データが入力される都度、入力された車両データを統合ECU10に送信する。
統合ECU10は、個別ECU11a及び複数の個別ECU11b中の少なくとも1つから受信した一又は複数の車両データに基づいて、負荷13の動作を決定する。ここで、決定される負荷13の動作は作動又は動作の停止である。統合ECU10は、負荷13の動作を決定した場合、決定した動作を指示する指示データを個別ECU11aに送信する。個別ECU11aは、統合ECU10から指示データを受信した場合、受信した指示データが指示する動作を負荷13に行わせる。
同様に、統合ECU10は、個別ECU11a及び複数の個別ECU11b中の少なくとも1つから受信した一又は複数の車両データに基づいて、一又は複数のアクチュエータ14の動作を決定する。統合ECU10は、一又は複数のアクチュエータ14の動作を決定した場合、決定した動作を指示する指示データを一又は複数の個別ECU11bに送信する。個別ECU11bは、統合ECU10から指示データを受信した場合、制御信号を、個別ECU11bに接続されているアクチュエータ14に出力する。制御信号が示す動作は、個別ECU11bが受信した指示データが示す動作である。前述したように、アクチュエータ14は、入力された制御信号が示す動作を行う。
<個別ECU11aの構成>
図2は個別ECU11aの要部構成を示すブロック図である。個別ECU11aは、スイッチ装置20、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)21、電圧検出部22及び環境温度検出部23を有する。スイッチ装置20は、直流電源12の正極と電線Wの一端とに各別に接続されている。スイッチ装置20は、更に、マイコン21に接続されている。電圧検出部22は直流電源12の正極に接続されている。電圧検出部22及び環境温度検出部23はマイコン21に各別に接続されている。マイコン21は、更に、統合ECU10及びセンサ15aに接続されている。
スイッチ装置20はスイッチ30(図3参照)を有する。スイッチ30は、直流電源12の正極から負荷13に流れる電流の電流経路に配置されている。スイッチ30がオンに切替わった場合、電流は、直流電源12の正極からスイッチ30、電線W及び負荷13の順に流れる。これにより、電力が負荷13に供給される。スイッチ30がオフに切替わった場合、電流の通流が遮断され、負荷13への給電が停止する。
スイッチ装置20は、電線Wを流れる電流の電線電流値を示すアナログの電流値情報をマイコン21に出力する。電流値情報は、電線電流値に比例する電圧値である。スイッチ装置20は、更に、スイッチ30の温度を示すスイッチ温度情報をマイコン21に出力する。以下では、スイッチ30の温度をスイッチ温度と記載する。スイッチ温度情報は、スイッチ温度に応じて変動する電圧値である。
マイコン21は、PWM(Pulse Width Modulation)信号、又は、スイッチ30のオフを示すオフ信号をスイッチ装置20に出力している。PWM信号は、ハイレベル電圧及びローレベル電圧を示す。オフ信号はローレベル電圧を示す。PWM信号では、ローレベル電圧からハイレベル電圧への切替えが周期的に行われる。PWM信号のデューティは、1周期において、PWM信号が示す電圧がハイレベル電圧である期間が占める割合である。デューティの単位はパーセントである。デューティは、ゼロ%を超えており、かつ、100%以下である。ハイレベル電圧からローレベル電圧への切替えが行われるタイミングを調整することによって、デューティが調整される。
なお、PWM信号では、ハイレベル電圧からローレベル電圧への切替えが周期的に行われてもよい。この場合、ローレベル電圧からハイレベル電圧への切替えが行われるタイミングを調整することによって、デューティが調整される。
以下では、電線電流値が一定の電流閾値未満であり、かつ、スイッチ温度が一定のスイッチ温度閾値未満である状態でマイコン21がPWM信号をスイッチ装置20に出力していると仮定する。この場合において、PWM信号が示す電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わったとき、スイッチ装置20はスイッチ30をオフからオンに切替える。同様の場合において、PWM信号が示す電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わったとき、スイッチ装置20はスイッチ30をオンからオフに切替える。マイコン21がPWM信号を出力している場合、負荷13に電力が供給される。
以上のように、スイッチ装置20は、入力されたPWM信号に従って、スイッチ30のオン及びオフへの切替えを交互に行うPWM制御を行う。PWM制御のデューティは、一定期間において、スイッチ30がオンである期間が占める割合である。PWM制御のデューティは、PWM信号のデューティと一致している。PWM信号のデューティが大きい程、スイッチ30がオンである期間が長い。このため、PWM信号のデューティが大きい程、一定期間における電線電流値の平均値は大きい。一定期間は、例えば、PWM信号の1周期である。
マイコン21がオフ信号を出力している場合、スイッチ装置20はスイッチ30をオフに維持する。このため、マイコン21がオフ信号を出力している場合、負荷13は動作を停止している。
マイコン21がPWM信号をスイッチ装置20に出力している場合において、電線電流値が電流閾値以上であるとき、スイッチ装置20は、スイッチ装置20に入力されているPWM信号に無関係に、スイッチ30を強制的にオフに切替え、スイッチ30のオフを維持する。以下では、強制的なスイッチ30のオフを自己遮断と記載する。スイッチ30を強制的にオフに切替えることによって、電線Wを介した電流の通流は強制的に遮断される。
スイッチ装置20は、電線電流値が電流閾値以上の電流値となった場合、マイコン21に出力することが許容される最大の電圧値を出力する。これにより、自己遮断の実行がマイコン21に通知される。マイコン21は、自己遮断の実行が通知された場合、スイッチ装置20にオフ信号を出力する。マイコン21がスイッチ装置にオフ信号を出力した場合、自己遮断は解除される。
マイコン21がPWM信号をスイッチ装置20に出力している場合において、スイッチ温度がスイッチ温度閾値以上であるとき、スイッチ装置20は、スイッチ装置20に入力されているPWM信号に無関係に、スイッチ30の自己遮断を行う。スイッチ装置20は、スイッチ温度がスイッチ温度閾値以上の温度となった場合、マイコン21に出力することが許容される最大の電圧値を出力する。これにより、自己遮断の実行がマイコン21に通知される。マイコン21は、自己遮断の実行が通知された場合、スイッチ装置20にオフ信号を出力する。マイコン21がスイッチ装置にオフ信号を出力した場合、自己遮断は解除される。
電圧検出部22は直流電源12の両端間の電圧値を検出する。以下では、直流電源12の両端間の電圧値を電源電圧値と記載する。電圧検出部22は、検出した電源電圧値を示すアナログの電源電圧値情報をマイコン21に出力する。電源電圧値情報は、例えば、電源電圧値を分圧することによって得られる電圧値である。
環境温度検出部23は、電線W周辺の環境温度を検出する。環境温度は電線Wの周囲温度である。環境温度検出部23は、検出した環境温度を示すアナログの環境温度情報を出力する。環境温度情報は、例えば、環境温度に応じて変動する電圧値である。
センサ15aは、車両データを生成する都度、生成した車両データをマイコン21に出力する。
マイコン21は、センサ15aから入力された車両データを統合ECU10に送信する。マイコン21は、負荷13の作動又は動作の停止を指示する指示データを、統合ECU10から受信する。マイコン21は、負荷13の作動を指示する指示データを受信した場合、スイッチ装置20にPWM信号を出力する。マイコン21がスイッチ装置20にPWM信号を出力した場合、スイッチ装置20はスイッチ30のPWM制御を行い、負荷13に電力が供給される。結果、負荷13は作動する。
マイコン21は、負荷13の動作の停止を指示する指示データを受信した場合、スイッチ装置20にオフ信号を出力する。これにより、負荷13への給電が停止されるので、負荷13は動作を停止する。
マイコン21は、PWM信号をスイッチ装置20に出力している場合、電圧検出部22から入力された電源電圧値情報が示す電源電圧値に基づいて、PWM信号のデューティを調整する。また、マイコン21は、スイッチ装置20から入力された電流値情報が示す電線Wの電線電流値と、環境温度検出部23から入力された環境温度情報が示す環境温度と、スイッチ装置20に出力されるPWM信号のデューティとに基づいて、電線Wの電線温度を繰り返し算出する。
マイコン21は、算出した電線Wの電線温度が一定の電線温度閾値以上である場合、オフ信号をスイッチ装置20に出力する。これにより、スイッチ装置20は、スイッチ30をオフに切替える。結果、負荷13への給電が停止されるので、負荷13は動作を停止する。
<スイッチ装置20の構成>
図3はスイッチ装置20の回路図である。スイッチ装置20は、スイッチ30に加えて、駆動回路31、電流検出回路32及びスイッチ温度検出回路33を有する。スイッチ30はNチャネル型のFETである。電流検出回路32は、電流出力部40及び電流検出抵抗41を有する。スイッチ温度検出回路33は、NTC(Negative Temperature Coefficient)型のサーミスタ50及び温度検出抵抗51を有する。
スイッチ30のドレインは、直流電源12の正極に接続されている。スイッチ30のソースは、電線Wの一端に接続されている。前述したように、電線Wの他端は負荷13の一端に接続されている。スイッチ30のゲートは、駆動回路31に接続されている。駆動回路31は、更に、マイコン21に接続されている。
スイッチ30のドレインは、更に、電流検出回路32の電流出力部40に接続されている。電流出力部40は、更に、電流検出抵抗41の一端に接続されている。電流検出抵抗41の他端は接地されている。電流出力部40及び電流検出抵抗41間の接続ノードは、マイコン21及び駆動回路31に接続されている。
スイッチ温度検出回路33では、サーミスタ50の一端に、一定電圧が印加されている。一定電圧は、例えば、図示しないレギュレータが直流電源12の両端間の電圧を降圧することによって生成される。一定電圧の基準電位は接地電位である。一定電圧の電圧値はVcで表される。サーミスタ50の他端は、温度検出抵抗51の一端に接続されている。温度検出抵抗51の他端は接地されている。サーミスタ50及び温度検出抵抗51間の接続ノードは、マイコン21及び駆動回路31に接続されている。
スイッチ30においては、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定電圧値以上である場合、スイッチ30はオンである。スイッチ30がオンである場合、スイッチ30において、ドレイン及びソース間の抵抗値が十分に小さい。このため、スイッチ30のドレイン及びソースを介して電流が流れることが可能である。スイッチ30がオンである場合、直流電源12の正極から、電流は、スイッチ30、電線W及び負荷13の順に流れる。従って、スイッチ30は、電線Wを介して流れる電流の電流経路に配置されている。
スイッチ30において、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定電圧値未満である場合、スイッチ30はオフである。スイッチ30がオフである場合、スイッチ30において、ドレイン及びソース間の抵抗値が十分に大きい。このため、スイッチ30のドレイン及びソースを介して電流が流れることはない。スイッチ30がオフである場合、スイッチ30及び電線Wを介して電流が流れることはない。
マイコン21は、駆動回路31にPWM信号を出力する。電線電流値が電流閾値未満であり、かつ、スイッチ温度がスイッチ温度閾値未満であると仮定する。この場合において、PWM信号の電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わったとき、駆動回路31は、スイッチ30において、基準電位が接地電位であるゲートの電圧値を上昇させる。これにより、スイッチ30において、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定電圧値以上の電圧に上昇し、スイッチ30はオンに切替わる。
同様の場合において、PWM信号の電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わったとき、駆動回路31は、スイッチ30において、基準電位が接地電位であるゲートの電圧値を低下させる。これにより、スイッチ30において、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定電圧値未満の電圧に上昇し、スイッチ30はオフに切替わる。
以上のように、駆動回路31は、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値を調整することによって、スイッチ30をオン又はオフに切替える。駆動回路31は切替え回路として機能する。電線電流値が電流閾値未満であり、かつ、スイッチ温度がスイッチ温度閾値未満であると仮定する。この場合において、マイコン21が駆動回路31にPWM信号を出力しているとき、駆動回路31は、スイッチ30のPWM制御をPWM信号の電圧に従って行う。前述したように、PWM制御のデューティは、PWM信号のデューティと一致している。駆動回路31がスイッチ30のPWM制御を行った場合、負荷13に電力が供給される。
マイコン21は、駆動回路31にオフ信号を出力する。マイコン21が駆動回路31にオフ信号を出力した場合、駆動回路31はスイッチ30をオフに切替える。マイコン21がオフ信号を出力している間、駆動回路31はスイッチ30をオフに維持する。
電流検出回路32において、電流出力部40は、スイッチ30のドレインから電流を引き込み、引き込んだ電流を電流検出抵抗41に出力する。電流出力部40が引き込む電流の電流値は、電線電流値に比例し、(電線電流値)/(所定数)で表される。所定数は、例えば1000である。電線電流値は、スイッチ30及び電線Wを介して流れる電流の電流値である。
電流検出回路32では、電流検出抵抗41の両端間の電圧値が、電流値情報として、マイコン21及び駆動回路31に出力される。電流値情報は、(電線電流値)・(電流検出抵抗41の抵抗値)/(所定数)で表される。「・」は積を表す。電流検出抵抗41の抵抗値及び所定数は一定値であるため、電流値情報に基づいて、電線電流値を算出することができる。電流値情報は、電線電流値が大きい程、大きい。
マイコン21がPWM信号を駆動回路31に出力している間、スイッチ30及び電線Wを介して電流が流れる。駆動回路31は、電流値情報が示す電線電流値が電線電流閾値以上の電流値となった場合、入力されているPWM信号に無関係に、スイッチ30の自己遮断を行う。
駆動回路31は、電流値情報が示す電線電流値が電線電流閾値以上の電流値となった場合、電流検出抵抗41の両端間に電圧を印加する。この電圧の電圧値は、マイコン21に出力することが許容される最大の電圧値である。最大の電圧値はマイコン21に入力される。これにより、マイコン21に駆動回路31の自己遮断の実行が通知される。前述したように、マイコン21は、自己遮断の実行が通知された場合、駆動回路31にオフ信号を出力する。マイコン21がオフ信号を出力した場合、駆動回路31の自己遮断は解除される。
スイッチ温度検出回路33では、サーミスタ50及び温度検出抵抗51は、電圧値がVcである一定電圧を分圧する。スイッチ温度検出回路33は、一定電圧を分圧することによって得られた分圧電圧値を、スイッチ温度情報として、マイコン21及び駆動回路31に出力する。温度検出抵抗51の抵抗値をrdと記載する。サーミスタ50の抵抗値をrtと記載する。スイッチ温度情報、即ち、分圧電圧値は、Vc・rd/(rd+rt)によって表される。電圧値Vc及び抵抗値rdは一定であるため、スイッチ温度情報は、サーミスタ50の抵抗値rtを示す。
サーミスタ50の型はNTCであるため、抵抗値rtは、サーミスタ50の温度が高い程、小さい。サーミスタ50はスイッチ30の近傍に配置されている。スイッチ30のスイッチ温度が上昇した場合、サーミスタ50の温度は上昇する。スイッチ温度が低下した場合、サーミスタ50の温度は低下する。このため、サーミスタ50の抵抗値rtは、スイッチ温度が高い程、小さい。従って、サーミスタ50の抵抗値rtはスイッチ温度を示す。スイッチ温度情報、即ち、分圧電圧値は、スイッチ温度が高い程、高い。
駆動回路31は、スイッチ温度情報が示すスイッチ温度がスイッチ温度閾値以上の温度となった場合、温度検出抵抗51の両端間に電圧を印加する。この電圧の電圧値は、マイコン21に出力することが許容される最大の電圧値である。最大の電圧値はマイコン21に入力される。これにより、マイコン21に駆動回路31の自己遮断の実行が通知される。前述したように、マイコン21は、自己遮断の実行が通知された場合、駆動回路31にオフ信号を出力する。マイコン21がオフ信号を出力した場合、駆動回路31の自己遮断は解除される。
以上のように、マイコン21が駆動回路31にPWM信号を出力した場合、駆動回路31はスイッチ30のPWM制御を行う。結果、スイッチ30及び電線Wを介して電流が流れ、スイッチ温度が上昇する。駆動回路31は、電線電流値が電線電流閾値以上の電流値となった場合、又は、スイッチ温度がスイッチ温度閾値以上の温度となった場合、自己遮断を行い、自己遮断の実行をマイコン21に通知する。マイコン21は、自己遮断の実行が通知された場合、駆動回路31にオフ信号を出力する。これにより、駆動回路31の自己遮断は解除される。
なお、スイッチ温度検出回路33において、サーミスタ50の型は、NTCに限定されず、PTC(Positive Temperature Coefficient)であってもよい。この場合、サーミスタ50の抵抗値は、サーミスタ50の温度、即ち、スイッチ温度が高い程、高い。従って、スイッチ温度情報は、スイッチ温度が高い程、低い。更に、サーミスタ50及び温度検出抵抗51の配置は反対であってもよい。この場合、サーミスタ50が接地され、温度検出抵抗51に一定電圧が印加される。温度検出抵抗51に一定電圧が印加される場合においては、サーミスタ50の型がNTCであるとき、スイッチ温度情報は、スイッチ温度が高い程、低い。同様の場合において、サーミスタ50の型がPTCであるとき、スイッチ温度情報は、スイッチ温度が高い程、高い。温度検出抵抗51に一定電圧が印加される場合において、駆動回路31が自己遮断を行ったとき、駆動回路31はサーミスタ50に電圧を印加する。
<マイコン21の要部構成>
図4は、マイコン21の要部構成を示すブロック図である。マイコン21は、A/D変換部60,61,62,63、出力部64、入力部65、通信部66、記憶部67及び制御部68を有する。これらは内部バス69に接続されている。A/D変換部60,61,62,63それぞれは、更に、電圧検出部22、スイッチ温度検出回路33、電流検出回路32及び環境温度検出部23に接続されている。出力部64は、更に、駆動回路31に接続されている。入力部65は、更に、センサ15aに接続されている。通信部66は、更に、統合ECU10に接続されている。
電圧検出部22は、A/D変換部60にアナログの電源電圧値情報を出力する。A/D変換部60は、入力されたアナログの電源電圧値情報をデジタルの電源電圧値情報に変換する。制御部68は、A/D変換部60から、デジタルの電源電圧値情報を取得する。
出力部64はインタフェースである。出力部64は、制御部68の指示に従って、PWM信号及びオフ信号を駆動回路31に出力する。出力部64が出力しているPWM信号のデューティは制御部68によって調整される。
スイッチ温度検出回路33は、アナログのスイッチ温度情報をA/D変換部61に出力する。A/D変換部61は、入力されたアナログのスイッチ温度情報を、デジタルのスイッチ温度情報に変換する。制御部68は、A/D変換部61から、デジタルのスイッチ温度情報を取得する。
電流検出回路32は、アナログの電流値情報をA/D変換部62に出力する。A/D変換部62は、入力されたアナログの電流値情報を、デジタルの電流値情報に変換する。制御部68は、A/D変換部62から、デジタルの電流値情報を取得する。
環境温度検出部23は、アナログの環境温度情報をA/D変換部63に出力する。A/D変換部63は、入力されたアナログの環境温度情報を、デジタルの環境温度情報に変換する。制御部68は、A/D変換部63から、デジタルの環境温度情報を取得する。
入力部65はインタフェースである。センサ15aは、車両データを生成する都度、生成した車両データを入力部65に出力する。制御部68は、センサ15aから入力された車両データを入力部65から取得する。
通信部66は、制御部68の指示に従って、車両データを統合ECU10に送信する。通信部66は、統合ECU10から、負荷13の作動又は動作の停止を指示する指示データを受信する。通信部66は、受信部として機能する。
記憶部67は不揮発性メモリである。記憶部67には、コンピュータプログラムPが記憶されている。制御部68は処理を実行する処理素子、例えばCPU(Central Processing Unit)を有する。制御部68は処理部として機能する。制御部68の処理素子(コンピュータ)は、コンピュータプログラムPを実行することによって、車両データ送信処理、温度算出処理及び給電制御処理等を並行して実行する。車両データ送信処理は、車両データを統合ECU10に送信する処理である。温度算出処理は電線Wの電線温度を算出する処理である。給電制御処理は、負荷13への給電を制御する処理である。
なお、コンピュータプログラムPは、制御部68の処理素子が読み取り可能に、非一時的な記憶媒体Aに記憶されていてもよい。この場合、図示しない読み出し装置によって記憶媒体Aから読み出されたコンピュータプログラムPが記憶部67に書き込まれる。記憶媒体Aは、光ディスク、フレキシブルディスク、磁気ディスク、磁気光ディスク又は半導体メモリ等である。光ディスクは、CD(Compact Disc)-ROM(Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)-ROM、又は、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)等である。磁気ディスクは、例えばハードディスクである。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部装置からコンピュータプログラムPをダウンロードし、ダウンロードしたコンピュータプログラムPを記憶部67に書き込んでもよい。
制御部68が有する処理素子の数は、1に限定されず、2以上であってもよい。制御部68が有する処理素子の数が2以上である場合、複数の処理素子が協同して、車両データ送信処理、温度算出処理及び給電制御処理等を実行してもよい。
制御部68は温度算出処理を周期的に実行する。温度算出処理では、制御部68は、電線温度と環境温度との温度差を算出し、算出した温度差に環境温度を加算する。これにより、電線温度が算出される。
電線温度の算出では、制御部68は、前回算出した先行温度差ΔTpと、電線Wの電線電流値Iwと、環境温度Taと、PWM信号、即ち、PWM制御のデューティDとを以下に示す数式[1],[2]に代入することによって、温度差ΔTwを算出する。
ΔTw=ΔTp・exp(-Δt/τr)
+Rth・Rw・D・Iw2 ・(1-exp(-Δt/τr))/100・・・[1]
Rw=Ro・(1+κ・(Ta+ΔTp-To))・・・[2]
数式[1],[2]で用いられている変数及び定数を説明する。変数及び定数の説明では、変数又は定数の単位も併せて示している。ΔTw、ΔTp、Ta、Iw、Rw、Rth及びDそれぞれは、前述したように、算出した温度差(℃)、先行温度差(℃)、環境温度(℃)、電線Wの電線電流値(A)、電線Wの電線抵抗値(Ω)、電線Wの電線熱抵抗値(℃/W)及びPWM信号のデューティ(%)である。Δtは、温度差ΔTwを算出する周期(s)、即ち、温度算出処理が実行される周期である。τrは、電線Wの電線放熱時定数(s)である。
Toは所定の温度(℃)である。Roは温度Toおける電線抵抗値(Ω)である。κは電線Wの電線抵抗温度係数(/℃)である。温度差ΔTw、先行温度差ΔTp、電線電流値Iw及び環境温度Taは変数である。周期Δt、電線放熱時定数τr、電線熱抵抗値Rth、電線抵抗値Ro、電線抵抗温度係数κ及び温度Toは、予め設定されている定数である。
数式[1]の第1項の値は、周期Δtが長い程、低下するので、演算式[1]の第1項は電線Wの放熱を表す。また、数式[1]の第2項の値は、周期Δtが長い程、上昇するので、数式[1]の第2項は電線Wの発熱を表す。
記憶部67には、電線Wの電線温度及び先行温度差が記憶されている。記憶部67に記憶されている電線温度及び先行温度差それぞれは、制御部68によって変更される。
また、給電制御処理では、制御部68は、PWM信号のデューティを段階的に上昇させる。記憶部67には、温度差テーブルQ1が記憶されている。温度差テーブルQ1では、PWM制御に関する複数のデューティに対応付けて、電線温度と環境温度との温度差に関する複数の上限値が示されている。制御部68は、PWM信号のデューティを上昇させる都度、温度差が、駆動回路31に出力されているPWM信号のデューティに対応する温度差の上限値以上であるか否かに基づいて、電線Wを介して負荷13への給電に異常が発生しているか否かを判定する。
図5は温度差テーブルQ1の内容を示す図表である。図5に示すように、温度差テーブルQ1では、複数のデューティそれぞれに対応付けて、電線温度と環境温度との温度差が示されている。図5の例では、10%刻みで複数のデューティが示されている。各デューティに対応する温度差の上限値が示されている。上限値は、例えば、正常状態で直流電源12の電源電圧値が最大値である場合において、PWM信号のデューティが温度差テーブルQ1に示すデューティに調整されたときに算出される温度差である。温度差テーブルQ1では、デューティが大きい程、上限値は大きい。
前述したように、給電制御処理では、制御部68は、PWM信号のデューティを段階的に上昇させる。記憶部67には、上昇幅テーブルが記憶されている。上昇幅テーブルQ2では、複数のデューティの上昇に対応付けて、電線温度と環境温度との温度差に関する複数の上昇幅が示されている。制御部68は、PWM信号のデューティを上昇させる都度、温度差の上昇幅が、実際に行われたデューティの上昇に対応する上昇幅の上限値以上であるか否かに基づいて、電線Wを介して負荷13への給電に異常が発生しているか否かを判定する。
図6は上昇幅テーブルQ2の内容を示す図表である。図6に示すように、上昇幅テーブルQ2では、複数のデューティの上昇に対応付けて、温度差の上昇幅の上限値が示されている。図6の例では、10%刻みでデューティを上昇させている。上限値は、例えば、正常状態で直流電源12の電源電圧値が最大値である場合において、PWM信号のデューティを、上昇幅テーブルQ2に示されるように上昇させたときに算出される温度差の上昇幅である。
なお、環境温度が同一である場合、温度差の上昇幅は、電線温度の上昇幅に相当する。電線温度は、温度差と環境温度との和で表される。環境温度が同一である場合、2つの電線温度の上昇幅は温度差の上昇幅で表される。
<車両データ送信処理>
車両データ送信処理では、制御部68は、センサ15aから入力部65に車両データが入力されるまで待機する。制御部68は、入力部65に車両データが入力された場合、入力部65に入力された車両データを取得する。次に、制御部68は、通信部66に指示して、取得した車両データを統合ECU10に送信させ、車両データ送信処理を終了する。制御部68は、車両データ送信処理を終了した後、再び車両データ送信処理を実行する。
<温度算出処理>
図7は温度算出処理の手順を示すフローチャートである。前述したように、制御部68は温度算出処理を周期的に実行する。温度算出処理では、制御部68は、A/D変換部62から、電線Wの電線電流値を示す電流値情報を取得する(ステップS1)。出力部64がPWM信号のデューティを出力している場合においては、PWM信号がハイレベル電圧を示す期間に制御部68は電流値情報を取得する。次に、制御部68は、記憶部67から先行温度差を読み出す(ステップS2)。この先行温度差は、前回の温度算出処理で算出された温度差である。マイコン21が起動してから最初に実行される温度算出処理では、先行温度差はゼロ度である。制御部68は、ステップS2を実行した後、環境温度情報をA/D変換部63から取得する(ステップS3)。
制御部68は、複数の数値を数式[1],[2]に代入することによって、電線温度と環境温度との温度差を算出する(ステップS4)。複数の数値は、ステップS1で取得した電流値情報が示す電線電流値、ステップS2で読み出した先行温度差、ステップS3で取得した環境温度情報が示す環境温度、及び、出力部64が出力しているPWM信号のデューティである。出力部64がオフ信号を出力している場合、デューティはゼロである。
次に、制御部68は、記憶部67に記憶されている先行温度差を、ステップS4で算出した温度差に変更する(ステップS5)。変更後の先行温度差は、次回の温度算出処理で用いられる。先行温度差は、温度算出処理で算出された最新の温度差である。制御部68は、ステップS5を実行した後、ステップS3で取得した環境温度情報が示す環境温度に、ステップS4で算出した温度差を加算することによって、電線温度を算出する(ステップS6)。
次に、制御部68は、記憶部67に記憶されている電線温度を、ステップS6で算出した電線温度に変更する(ステップS7)。このため、記憶部67に記憶されている電線温度は、温度算出処理で算出された最新の電線温度である。制御部68は、ステップS7を実行した後、温度算出処理を終了する。
以上のように、記憶部67には、最新の温度差である先行温度差と、最新の電線温度とが記憶されている。
<給電制御処理>
図8及び図9は給電制御処理の手順を示すフローチャートである。給電制御処理では、制御部68は、PWM信号のデューティを、負荷13に関連する関連値が一定の目標値となるデューティに調整する。関連値は、電線電流値、負荷13に供給される電力、又は、負荷13に印加される電圧の電圧値である。前述したように、電線電流値は、電線Wを介して負荷13に流れる電流の電流値である。
また、記憶部67には、個別ECU11aの状態を示すフラグの値が記憶されている。フラグの値は、ゼロ、1又は2であり、制御部68によって変更される。フラグの値がゼロであることは、負荷13への給電が正常に行われることを意味する。フラグの値が1であることは、電線Wを介した電流が強制的に遮断されたことを意味する。フラグの値が2であることは、負荷13への給電に異常が発生していることを意味する。
制御部68は、出力部64がオフ信号を出力している状態で給電制御処理を実行する。給電制御処理では、制御部68は、まず、負荷13を作動させるか否かを判定する(ステップS11)。ステップS11では、制御部68は、通信部66が、負荷13の作動を指示する指示データを受信した場合、負荷13を作動させると判定する。制御部68は、通信部66が、負荷13の作動を指示する指示データを受信していない場合、負荷13を作動させないと判定する。制御部68は、負荷13を作動させないと判定した場合(S11:NO)、ステップS11を再び実行し、通信部66が、負荷13の作動を指示する指示データを受信するまで待機する。
制御部68は、負荷13を作動させると判定した場合(S11:YES)、フラグの値がゼロであるか否かを判定する(ステップS12)。制御部68は、フラグの値がゼロであると判定した場合(S12:YES)、A/D変換部60から電源電圧値情報を取得する(ステップS13)。次に、制御部68は、ステップS13で取得した電源電圧値情報が示す電源電圧値に基づいて、一定期間における関連値の平均値が一定の目標値となるPWM信号のデューティを算出する(ステップS14)。目標値は予め設定されている。前述したように、一定期間は、例えば、PWM信号の1周期である。
例えば、負荷13が、LED(Light Emitting Diode)を有するランプである場合、負荷13の輝度は、一定期間における電線電流値の平均値が大きい程、大きい。負荷13が、LEDを有するランプである場合、関連値は電線電流値である。目標値は電流値である。スイッチ30がオンである場合に流れる電流の電線電流値をスイッチ電流値と記載する。スイッチ電流値は、ステップS13で取得した電源電圧値情報が示す電源電圧値に基づいて算出される。ステップS14で制御部68が算出するデューティは、100・(目標値)/(スイッチ電流値)で表される。
例えば、負荷13が、白熱電球を有するヘッドライトである場合、負荷13の輝度は、一定期間内に負荷13に供給される電力の平均値が大きい程、大きい。負荷13が、白熱電球を有するヘッドライトである場合、関連値は、負荷13に供給される電力である。目標値も電力である。スイッチ30がオンである場合に負荷13に供給される電力を負荷電力と記載する。負荷電力は、ステップS13で取得した電源電圧値情報が示す電源電圧値に基づいて算出される。ステップS14で制御部68が算出するデューティは、100・(目標値)/(負荷電力)で表される。
例えば、負荷13が直流モータである場合、負荷13の回転速度は、一定期間内に負荷13に印加される電圧の平均値が高い程、速い。負荷13が直流モータである場合、関連値は、負荷13に印加される電圧の電圧値である。目標値も電圧値である。スイッチ30がオンである場合に負荷13に印加される電圧の電圧値を負荷電圧値と記載する。負荷電圧値は、ステップS13で取得した電源電圧値情報が示す電源電圧値に基づいて算出される。ステップS14で制御部68が算出するデューティは、100・(目標値)/(負荷電圧値)で表される。
次に、制御部68は、出力部64に指示して、ステップS14で算出したデューティを有するPWM信号を出力させる(ステップS15)。これにより、駆動回路31は、PWM信号が示す電圧に従って、スイッチ30のPWM制御を行う。駆動回路31が行うPWM制御のデューティは、ステップS14で算出したデューティに調整される。駆動回路31がスイッチ30のPWM制御を行うことによって、電線Wを介して電流が通流し、関連値の平均値は目標値に調整される。電線Wを介して電流が通流することによって、電線Wを介した負荷への給電が行われる。
次に、制御部68は、温度算出処理で算出された最新の電線温度を記憶部67から読み出し(ステップS16)、読み出した電線温度が電線温度閾値以上であるか否かを判定する(ステップS17)。制御部68は、電線温度が電線温度閾値未満であると判定した場合(S17:NO)、駆動回路31によってスイッチ30の自己遮断が行われたか否かを判定する(ステップS18)。ステップS18では、制御部68は、A/D変換部61,62の少なくとも一方に、マイコン21に出力することが許容される最大の電圧値が入力されている場合、自己遮断が行われたと判定する。制御部68は、A/D変換部61,62のいずれにも、前述した最大の電圧値が入力されていない場合、自己遮断が行われていないと判定する。
制御部68は、自己遮断が行われていないと判定した場合(S18:NO)、負荷13の動作を停止させるか否かを判定する(ステップS19)。ステップS19では、制御部68は、通信部66が、負荷13の動作の停止を指示する指示データを受信した場合、負荷13の動作を停止させると判定する。制御部68は、通信部66が、負荷13の動作の停止を指示する指示データを受信していない場合、負荷13の動作を停止させないと判定する。
制御部68は、負荷13の動作を停止させないと判定した場合(S19:NO)、A/D変換部60から電源電圧値情報を取得する(ステップS20)。次に、制御部68は、ステップS14と同様に、ステップS20で取得した電源電圧値情報が示す電源電圧値に基づいて、関連値の平均値が目標値となるPWM信号のデューティを算出する(ステップS21)。次に、制御部68は、出力部64が出力しているPWM信号のデューティを、ステップS21で算出したデューティに変更する(ステップS22)。制御部68は、ステップS22を実行した後、ステップS16を再び実行する。
電線温度が電線温度閾値未満であり、自己遮断が行われておらず、かつ、負荷13の動作の停止を指示する指示データを通信部66が受信していないと仮定する。この場合においては、直流電源12の電源電圧値に応じてデューティが変更される。具体的には、電源電圧値が低下した場合、制御部68はデューティを上昇させる。電源電圧値が上昇した場合、制御部68はデューティを低下させる。これにより、電源電圧値が変動した場合であっても、負荷13の関連値は目標値に維持される。例えば、直流電源12の正極が車両Cのスタータに接続している場合において、スタータが作動したとき、電源電圧値は低下する。同様の場合において、スタータが動作を停止した場合、電源電圧値は上昇する。
制御部68は、電線温度が電線温度閾値以上であると判定した場合(S17:YES)、又は、自己遮断が行われたと判定した場合(S18:YES)、フラグの値を1に変更する(ステップS23)。制御部68は、負荷13の動作を停止させると判定した場合(S19:YES)、又は、ステップS23を実行した後、出力部64に指示して、オフ信号を駆動回路31に出力させる(ステップS24)。これにより、駆動回路31は、スイッチ30をオフに維持する。これにより、電線Wを介して流れる電流の通流が遮断される。結果、電線Wを介した負荷13への給電が停止する。前述したように、駆動回路31が自己遮断を行っている状態で出力部64がオフ信号を出力した場合、自己遮断は解除される。
制御部68は、ステップS24を実行した後、給電制御処理を終了する。制御部68は、給電制御処理を終了した後、再び、給電制御処理を実行し、負荷13の作動を指示する指示データを通信部66が受信するまで待機する。
制御部68は、フラグの値がゼロではないと判定した場合(S12:NO)、フラグの値が1であるか否かを判定する(ステップS25)。制御部68は、フラグの値が1であると判定した場合(ステップS25:YES)、温度算出処理で算出した最新の温度差が基準温度差以下であるか否かを判定する(ステップS26)。基準温度差は、一定値であり、ゼロ度、又は、ゼロ度に近い正の温度である。基準温度差は、予め設定されている。
制御部68は、フラグの値が1ではないと判定した場合(S25:NO)、又は、最新の温度差が基準温度差を超えていると判定した場合(S26:NO)、出力部64にPWM信号を出力させることなく、給電制御処理を終了する。制御部68は、給電制御処理を終了した後、再び、給電制御処理を実行する。
以上のように、フラグの値が2である場合、負荷13への給電が開始されることはない。フラグの値が1である場合においても、最新の温度差が基準温度差を超えているとき、制御部68は、出力部64に指示して、PWM信号を出力させることはない。
制御部68は、最新の温度差が基準温度差以下であると判定した場合(S26:YES)、出力部64に指示して、PWM信号を駆動回路31に出力させる(ステップS27)。これにより、駆動回路31はPWM制御を行う。ステップS27では、PWM信号のデューティは、温度差テーブルQ1が示す複数のデューティの中で最も小さいデューティに調整されている。図5の例では、PWM信号のデューティは10%に調整される。制御部68がステップS27を実行することによって、電線Wを介して負荷13に電流が流れる。PWM信号のデューティは小さいので、電線電流値の平均値は小さい。
制御部68は、ステップS27を実行した後、温度算出処理において算出された最新の温度差が、温度差テーブルQ1において、出力部64が出力しているPWM信号のデューティに対応する温度差の上限値を超えているか否かを判定する(ステップS28)。
なお、制御部68は、ステップS27を実行してから、一定期間が経過した後にステップS28を実行する。一定期間は、温度算出処理の1周期以上である。このため、ステップS27を実行してから、温度差の算出は少なくとも1回行われる。
制御部68は、最新の温度差が上限値以下であると判定した場合(S28:NO)、PWM信号のデューティの上昇によって上昇した温度差の上昇幅が、上昇幅テーブルQ2において、実際に行われたデューティの上昇に対応する上昇幅の上限値を超えているか否かを判定する(ステップS29)。図6の例では、出力部64がPWM信号を出力したことによってデューティが0%から10%に上昇した場合、上昇幅が、0%から10%への上昇に対応する上昇幅の上限値を超えているか否かを判定する。
制御部68は、温度差の上昇幅が上限値以下であると判定した場合(S29:NO)、出力部64が出力しているPWM信号のデューティが基準デューティであるか否かを判定する(ステップS30)。基準デューティは、一定値であり、予め設定されている。基準デューティは、温度差テーブルQ1において示される最大のデューティである。図5の例では、基準デューティは100%である。
なお、基準デューティは100%に限定されない。基準デューティは100%未満の値であってもよい。例えば、負荷13の関連値の平均値が目標値となるようにPWM信号のデューティを調整した場合におけるPWM信号のデューティの最大値が80%である場合、基準デューティを80%に設定してもよい。
制御部68は、PWM信号のデューティが基準デューティではないと判定した場合(S30:NO)、出力部64が出力しているPWM信号のデューティを上昇させる(ステップS31)。出力部64が出力しているPWM信号のデューティを実際デューティと記載する。ステップS31では、制御部68は、温度差テーブルQ1において、PWM信号のデューティを、実際デューティよりも大きく、かつ、実際デューティに最も近いデューティに上昇させる。図5の例では、実際デューティが10%である場合、ステップS31では、制御部68は、PWM信号のデューティを20%に上昇させる。
制御部68は、ステップS31を実行した後、再び、ステップS28を実行する。制御部68は、PWM信号のデューティが基準デューティとなるまで、PWM信号、即ち、PWM制御のデューティを段階的に上昇させる。これにより、一定期間における電線電流値の平均値は段階的に上昇する。制御部68は、PWM制御のデューティを上昇させる都度、ステップS28,S29を実行する。制御部68は、PWM信号のデューティが基準デューティであると判定した場合(S30:YES)、フラグの値をゼロに変更する(ステップS32)。制御部68は、ステップS32を実行した後、ステップS20を実行する。
以上のように、PWM信号のデューティが基準デューティとなるまでの間、温度差が上限値以下であり、かつ、温度差の上昇幅が上限値以下である状態が継続された場合、個別ECU11aは正常であるとして、制御部68はフラグの値をゼロに変更する。その後、制御部68は、ステップS20を実行し、直流電源12の電源電圧値に応じて、PWM信号のデューティを調整する。
制御部68は、温度差が上限値を超えていると判定した場合(S28:YES)、又は、温度差の上昇幅が上限値を超えていると判定した場合(S29:YES)、出力部64に指示して、オフ信号を駆動回路31に出力させる(ステップS33)。これにより、駆動回路31は、スイッチ30をオフに維持する。制御部68は、ステップS33を実行した後、フラグの値を2に変更し(ステップS34)、給電制御処理を終了する。
以上のように、温度差が上限値を超えるか、又は、温度差の上昇幅が上限値を超えた場合、負荷13への給電に異常が発生しているとしてフラグの値を2に変更する。前述したように、フラグの値が2である場合、負荷13に電力が供給されることはない。ステップS28,S29それぞれは、負荷13への給電に異常が発生しているか否かの判定に相当する。従って、給電に異常が発生しているか否かの判定は、温度差と、駆動回路31が実際に行っているPWM制御のデューティに対応する上限値との比較に基づいて行われる。更に、給電に異常が発生しているか否かの判定は、PWM制御のデューティの上昇によって上昇した温度差の上昇幅に基づいて行われる。
以上のことから、給電の異常は、温度差が上限値以上の値になる現象、又は、温度差(電線温度)の上昇幅が上限値を超える現象である。給電の異常は、例えば、負荷13の両端が短絡することよって発生する。
<給電の状態遷移>
図10は給電の状態遷移図である。負荷13への給電が正常に行われる場合、フラグの値はゼロであり、給電状態は、給電が正常に行われる正常状態である。制御部68は、算出した電線温度が電線温度閾値以上の温度となった場合、駆動回路31に指示してスイッチ30を強制的にオフに切替えさせる。電線電流値が電流閾値以上の電流値となるか、又は、スイッチ温度がスイッチ温度閾値以上の温度となった場合、駆動回路31はスイッチ30を強制的にオフに切替える。
スイッチ30を強制的にオフに切替えることによって、電線Wを介した電流の通流が強制的に遮断される。結果、フラグの値は1に変更され、給電状態は、電線Wを介した電流の通流が強制的に遮断された遮断状態に遷移する。給電状態が正常状態である場合であっても、例えば外乱ノイズの影響によって、給電状態は遮断状態に遷移する可能性がある。
給電状態が遮断状態である場合において、負荷13の作動が指示されたとき、制御部68は、PWM信号のデューティを段階的に上昇させる。図11は、PWM信号のデューティの段階的な上昇の説明図である。図11には、デューティが異なるPWM信号の波形が示されている。図11に示すように、制御部68は、PWM信号のデューティを段階的に上昇させる。図11の例では、PWM信号のデューティは、10%、50%、80%及び100%の順に上昇している。
PWM信号のデューティを段階的に上昇させることによって、電線電流値は段階的に上昇する。制御部68は、デューティを上昇させる都度、温度差と上限値との比較と、温度差の上昇幅と上限値との比較と行うことによって、負荷13への給電に異常が発生しているか否かを判定する。制御部68は、PWM信号のデューティが基準デューティとなるまでの間に、給電の異常を検知しなかった場合、フラグの値をゼロに変更し、図10に示すように、給電状態を正常状態に遷移させる。
制御部68は、PWM信号のデューティが基準デューティとなるまでの間に、給電の異常を検知した場合、フラグの値を2に変更し、給電状態を、負荷13への給電に異常が発生している異常状態に遷移させる。給電状態が異常状態に遷移した後、給電状態が遷移されることはなく、負荷13に電力が供給されることはない。
<個別ECU11aの効果>
個別ECU11aにおいては、制御部68は、一定期間における電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。制御部68は、電線電流値の平均値を段階的に上昇させる都度、電線温度と環境温度との温度差に基づいて、給電に異常が発生しているか否かを判定する。従って、制御部68は、電線電流値が小さい状態で給電の異常を検知することができる。制御部68は、PWM信号(PWM制御)のデューティを段階的に上昇させることによって、電線電流値の平均値を段階的に上昇させる。このため、電線電流値の平均値の段階的な上昇が容易に実現される。
(実施形態2)
実施形態1では、駆動回路31がスイッチ30のPWM制御を行うことによって、電線Wを介した負荷13への給電を実現している。しかしながら、負荷13への給電を実現する方法は、駆動回路31がPWM制御を行う方法に限定されない。
以下では、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通している。このため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付し、その構成部の説明を省略する。
<マイコン21の構成>
実施形態1では、図4に示す出力部64は、制御部68の指示に従って、駆動回路31に、PWM信号及びオフ信号を出力する。実施形態2では、出力部64は、制御部68の指示に従って、駆動回路31に、スイッチ30のオンを示すオン信号を更に出力する。オン信号はハイレベル電圧を示す。
<スイッチ装置20の構成>
マイコン21の出力部64が駆動回路31にオン信号を出力した場合、駆動回路31はスイッチ30をオンに切替える。マイコン21がオン信号を出力している間、駆動回路31はスイッチ30をオンに維持する。実施の形態1の説明で述べたように、スイッチ30がオンに切替わった場合、直流電源12の正極から、電流が、スイッチ30、電線W及び負荷13の順に流れる。これにより、負荷13は給電されるので、負荷13は作動する。
出力部64が駆動回路31にPWM信号又はオン信号を出力している場合において、電線電流値が電流閾値以上であるとき、駆動回路31は、駆動回路31に入力されている信号に無関係に、スイッチ30の自己遮断を行う。同様の場合において、スイッチ30のスイッチ温度がスイッチ温度閾値以上であるとき、駆動回路31は、駆動回路31に入力されている信号に無関係に、スイッチ30の自己遮断を行う。駆動回路31は、電線電流値又はスイッチ温度に関する自己遮断を行った場合、実施形態1と同様に、自己遮断の実行をマイコン21に通知する。
<温度算出処理>
出力部64がオン信号を出力している場合、電線温度の算出では、制御部68は、デューティDが100%である数式[1],[2]を用いる。
<給電制御処理>
図12は、実施形態2における給電制御処理の手順を示すフローチャートである。実施形態2における給電制御処理の一部は、実施形態1における給電制御処理の一部と共通している。実施形態2における給電制御処理において、実施形態1における給電制御処理と共通しているステップS11,S12,S16~S19,S23~S34の詳細な説明を省略する。
実施形態2における給電制御処理では、制御部68は、フラグの値がゼロであると判定した場合(S12:YES)、出力部64に指示してオン信号を出力させる(ステップS41)。これにより、駆動回路31は、スイッチ30をオンに切替える。駆動回路31は、出力部64がオン信号を出力している間、スイッチ30をオンに維持する。前述したように、スイッチ30がオンである場合、負荷13に電力が供給され、負荷13は作動する。制御部68は、ステップS41を実行した後、ステップS16を実行する。
以上のように、フラグの値がゼロである場合には、スイッチ30をオンに維持することによって、負荷13への給電が実現される。
制御部68は、負荷13の動作を停止させないと判定した場合(S19:NO)、ステップS16を再び実行する。電線温度が電線温度閾値未満であり、自己遮断が行われておらず、かつ、負荷13の動作の停止を指示する指示データを通信部66が受信していないと仮定する。この場合においては、スイッチ30はオンに維持される。
制御部68は、ステップS32を実行した後、ステップS41を実行する。従って、フラグの値が1からゼロに変更された場合、即ち、給電状態が遮断状態から正常状態に遷移した場合、スイッチ30をオンに維持する。
<個別ECU11aの効果>
実施形態2における個別ECU11aは、実施形態1における個別ECU11aが奏する効果の中で、電源電圧値に応じてPWM制御のデューティを変更することによって得られる効果を除く他の効果を同様に奏する。
<変形例>
実施形態1,2において、電線電流値を段階的に上昇させながら、負荷13への給電に異常が発生しているか否かの異常判定を行うタイミングは、給電状態が遮断状態である場合において負荷13を作動させるタイミングに限定されない。異常判定を行うタイミングは、例えば、車両Cのイグニッションスイッチがオフからオンに切替わった後において、負荷13を最初に作動させるタイミングであってもよい。また、スイッチ温度検出回路33は、サーミスタ50を用いた回路に限定されず、スイッチ30のスイッチ温度を検出することができる回路であればよい。
電流検出回路32が出力する電流値情報は、電線電流値に応じた電圧値に限定されず、例えば、デジタルの情報であってもよい。スイッチ温度検出回路33が出力するスイッチ温度情報は、スイッチ温度に応じて変動する電圧値に限定されず、例えば、デジタルの情報であってもよい。また、自己遮断の実行を通知する方法は、電圧を印加する方法に限定されず、自己遮断の実行を示す情報をマイコン21に出力する方法であってもよい。
電線電流値を調整する方法は、PWM制御のデューティを調整する方法に限定されない。電流経路に可変抵抗が配置されている場合、可変抵抗の抵抗値を調整することによって、電線電流値を調整してもよい。電線温度を算出する装置は、個別ECU11aに限定されない。例えば、統合ECU10が電線温度を算出してもよい。給電を制御する給電制御装置は、統合ECU10と通信する個別ECU11aに限定されない。
個別ECU11a及び複数の個別ECU11bそれぞれに接続されているセンサの数は、1に限定されず、2以上であってもよい。各個別ECU11bに接続されているアクチュエータ14の数は、1に限定されず、2以上であってもよい。
スイッチ30は、Nチャネル型のFETに限定されず、Nチャネル型のFETとは異なる半導体スイッチであってもよい。Nチャネル型のFETとは異なる半導体スイッチとして、Pチャネル型のFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)及びバイポーラトランジスタ等がある。
開示された実施形態1,2はすべ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、上述した意味ではなく、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すべての変更が含まれることが意図される。
1 制御システム
10 統合ECU
11a 個別ECU(給電制御装置、車載制御装置)
11b 個別ECU
12 直流電源
13 負荷
14 アクチュエータ
15a,15b センサ
20 スイッチ装置
21 マイコン
22 電圧検出部
23 環境温度検出部
30 スイッチ
31 駆動回路(切替え回路)
32 電流検出回路
33 スイッチ温度検出回路
40 電流出力部
41 電流検出抵抗
50 サーミスタ
51 温度検出抵抗
60,61,62,63 A/D変換部
64 出力部
65 入力部
66 通信部(受信部)
67 記憶部
68 制御部(処理部)
69 内部バス
A 記憶媒体
C 車両
P コンピュータプログラム
Q1 温度差テーブル
Q2 上昇幅テーブル
W 電線

Claims (9)

  1. 電線を介した給電を制御する給電制御装置であって、
    処理を実行する処理部を備え、
    前記処理部は、
    前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、
    前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定する
    給電制御装置。
  2. 前記処理部は、
    前記電線電流値を取得し、
    取得した電線電流値に基づいて前記温度差を算出し、
    前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、算出した温度差に基づいて、前記異常が発生しているか否かを判定する
    請求項1に記載の給電制御装置。
  3. 前記電線を介して流れる電流の電流経路に配置されるスイッチと、
    前記スイッチをオン又はオフに切替える切替え回路と
    を備え、
    前記処理部は、
    前記切替え回路に、前記スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に行うPWM制御を行わせ、
    前記PWM制御のデューティを段階的に上昇させることによって、前記電線電流値の平均値を段階的に上昇させる
    請求項1又は請求項2に記載の給電制御装置。
  4. 前記PWM制御に関する複数のデューティに対応付けて、前記温度差に関する複数の上限値が記憶されている記憶部を備え、
    前記処理部は、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記温度差が、前記切替え回路が行っている前記PWM制御のデューティに対応する上限値を超えているか否かに基づいて、前記異常が発生しているか否かを判定する
    請求項3に記載の給電制御装置。
  5. 前記処理部は、前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線電流値の平均値の上昇によって上昇した前記温度差の上昇幅に基づいて、前記異常が発生しているか否かを判定する
    請求項3又は請求項4に記載の給電制御装置。
  6. 前記電線を介して流れる電流の電流経路に配置されるスイッチと、
    前記スイッチをオン又はオフに切替える切替え回路と
    を備え、
    前記切替え回路に信号が入力され、
    前記切替え回路は、入力された信号に従って前記スイッチをオン又はオフに切替え、
    前記切替え回路は、前記電線電流値が電流閾値以上である場合、又は、前記スイッチの温度がスイッチ温度閾値以上である場合に、入力された信号に無関係に前記スイッチをオフに切替え、
    前記処理部は、前記切替え回路が、入力された信号に無関係に前記スイッチをオフに切替えた後に前記電線電流値の平均値を段階的に上昇させる
    請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の給電制御装置。
  7. 前記処理部は、
    前記電線温度が電線温度閾値以上である場合、前記電線を介して流れる電流の通流を遮断させ、
    前記電線温度が電線温度閾値以上の温度となった後に、前記電線電流値の平均値を段階的に上昇させる
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の給電制御装置。
  8. 負荷の動作を制御する車載制御装置であって、
    前記負荷の作動又は動作の停止を指示する指示データを受信する受信部と、
    処理を実行する処理部と
    を備え、
    前記処理部は、
    前記受信部が受信した指示データに従って、電線を介した前記負荷への給電を制御し、
    前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させ、
    前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定する
    車載制御装置。
  9. 電線を介した給電を制御する給電制御方法であって、
    前記電線を介して流れる電流の電線電流値の平均値を段階的に上昇させるステップと、
    前記電線電流値の平均値を上昇させる都度、前記電線の電線温度と、前記電線周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記電線を介した給電に異常が発生しているか否かを判定するステップと
    をコンピュータが実行する給電制御方法。
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