JP2022159593A

JP2022159593A - 車載電子制御装置

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Publication number: JP2022159593A
Application number: JP2021063871A
Authority: JP
Inventors: 貴史倉田; Takashi Kurata; 充孝西田; Mitsutaka Nishida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-04-05
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2041-04-05
Also published as: JP7130084B1

Abstract

【課題】通常動作中に定期的にファンの故障診断を行うことができ、信頼性の高い車載電子制御装置を提供する。【解決手段】制御基板に搭載された電子部品を冷却する複数のファン５－１，５－２と、車載バッテリ１に接続された異常検出手段２と、異常検出手段に接続され、複数のファンへの電源供給を制御する複数の制御回路４－１，４－２と複数の制御回路を制御する制御マイコン３とを備え、電子部品への空冷効果を与えるように制御マイコンが風量割合を制御し、制御マイコンは故障診断モードを定期的に投入し、一方のファンを停止するとともに他方のファンを最大風量で駆動させ、異常検出手段により故障診断を行うことができる。【選択図】図１

Description

本願は、車載電子制御装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化により電子化の進む中、車載電子制御装置の搭載数あるいは制御信号の数は増加傾向にあり、車載電子制御装置の搭載スペースの制約から車載電子制御装置の小型化、統合化のニーズがあり、小型で高機能な電子部品の採用が求められている。

従来、車載電子制御装置における放熱技術は、電子部品の熱をＴＩＭ（Thermal Interface Material）材を介して金属筐体に逃がし、自然空冷による放熱手段が用いられている。
ただ、電子部品の発熱量が増加傾向にあり、空冷効果の大きい手法が必要となっておりファンによる強制空冷が知られている。

例えば、特許文献１には、複数のファンが搭載された電子機器において、ファン故障検出装置を用いて複数個のファン各々が故障しているかを診断することが記載され、具体的には、電源投入時またはテスト信号が入力されると、シーケンサが故障診断モードに設定される。選択部により、複数のファンから診断対象のファンを連続して順番に選択する。運転制御部は、選択されたファンに対して電源を供給し、他のファンの電源は遮断する。これにより他のファンが動作しないので、選択されたファンが故障しているか判断できることを提案している。

特開２０１２－１１２３５０号公報（図１、要約）

上述した従来の特許文献１の記載においては、ファン故障検出装置は、テスト信号によりシーケンサが故障診断モードに設定され、運転部・運転制御部によりファンの動作／非動作を選択し制御されている。しかし、一度故障診断モードに入れる必要があり、車両運転中は故障診断ができないという問題点があった。

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、車載電子制御装置への通常動作時と同等のファンによる空冷効果を保ちつつ、故障診断を実現することができる車載電子制御装置を提供するものである。

本願に開示される車載電子制御装置は、制御基板に搭載された電子部品を冷却する複数のファンと、車載バッテリに接続された異常検出手段と、前記異常検出手段に接続され、前記複数のファンへの電源供給をそれぞれ制御する複数の制御回路と、前記異常検出手段から異常検知情報が通知されるとともに前記複数の制御回路をそれぞれ制御する制御マイコンとを備えた車載電子制御装置であって、前記電子部品は各前記ファンから均等距離となる中心点もしくは中心線上に配置され、前記ファンすべてをあらかじめ決められた風量割合で動作することで前記電子部品への空冷効果を与えるように前記制御マイコンが風量割合を制御し、前記制御マイコンは故障診断モードへ定期的に投入し、一方の前記ファンを停止するとともに他方の前記ファンを最大風量で駆動させ、前記異常検出手段により故障診断を行うようにしたものである。

本願に開示される車載電子制御装置によれば、異常検出手段により、通常動作中に定期的にファンの故障診断を行うことができ、信頼性の高い車載電子制御装置を得ることができる。また、ファン１個あたりの風量を抑えることでファン寿命を延ばすことができる。

実施の形態１による車載電子制御装置を示すブロック図である。実施の形態１による車載電子制御装置におけるファンの制御を示すタイミングチャート図である。実施の形態１による車載電子制御装置における電子部品を示す断面図である。実施の形態１による車載電子制御装置におけるファンおよび電子部品の配置を示す平面図である。実施の形態２による車載電子制御装置を示すブロック図である。実施の形態２による車載電子制御装置におけるファンの制御を示すタイミングチャート図である。

実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１を図１から図４に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１は実施の形態１による車載電子制御装置を示すブロック図である。図２は実施の形態１による車載電子制御装置におけるファンの制御を示すタイミングチャート図である。図３は実施の形態１による車載電子制御装置における電子部品を示す断面図である。図４は実施の形態１による車載電子制御装置におけるファンおよび電子部品の配置を示す平面図である。

図１に示すように、車載電子制御装置１００は、タイマ２１を内蔵する制御マイコン３と、異常検出手段を構成する例えば電流異常検知回路２と、電流異常検知回路２にそれぞれ接続された複数の制御回路４－１，４－２と、制御回路４－１，４－２にそれぞれ接続された複数のファン５－１，５－２を主体として構成されている。車載電子制御装置１００の外部には車載バッテリ１が配置され、車載バッテリ１から電源供給されている。

図１の車載電子制御装置１００において、電源供給経路上には、車載バッテリ１からの電圧が電流異常検知回路２を介して制御回路４－１，４－２に供給され、さらに制御回路４－１，４－２からそれぞれファン５－１，５－２に供給される。また、電流異常検知回路２からの異常検知情報は制御マイコン３に通知されている。

制御回路４－１，４－２は、制御マイコン３により制御されており、内蔵されているタイマ２１により管理された周期的な故障診断が行われている。

次に、電流異常検知回路２、制御マイコン３、制御回路４－１，４－２、ファン５－１，５－２の動作について説明する。

電流異常検知回路２は、車載バッテリ１からファン５－１，５－２に供給される電流値を常にモニタしており、異常を検知した場合は、制御マイコン３に通知する。

制御マイコン３は、制御回路４－１，４－２の出力電圧を制御している。また、タイマ２１を内蔵しており、定期的に故障診断を行う。

制御回路４－１，４－２は、制御マイコン３により制御され、ファン５－１，５－２への電源供給をコントロールしている。この実施の形態１では、制御回路４－１，４－２を昇降圧ＤＣ／ＤＣで実現する場合について説明する。制御回路４－１，４－２が電子リレーで構成される場合については後述する実施の形態２で説明する。

ファン５－１，５－２は、制御マイコン３により制御される制御回路４－１，４－２を介してそれぞれ電源供給され、電子部品６を空冷により冷却させる。

車載電子制御装置１００は、以上のように構成され、電子部品６が発熱し空冷が必要となった場合、ファン５－１，５－２により冷却される。
また、故障時は電流異常検知回路２で電流異常を検出することにより、ファン５－１，５－２の制御を変化させることにより、車載電子制御装置１００の動作を維持する。

また、複数のファン５－１，５－２により一対のファンシステム２００を構成しているが、ファンが４つ以上搭載する場合は、一対のファンシステム２００を追加することにより、空冷効果をアップさせることにより実現できる。

図２は、実施の形態１におけるファン５－１，５－２の制御を示すタイミングチャート図である。車載バッテリ１より電源が供給されると、制御マイコン３にて制御される制御回路４－１，４－２を介して、ファン５－１，５－２に電源が供給されて回転する。また、定期的な周期Ｔ１で故障診断モードに移行し、通常動作の風量を維持しながら故障診断を行う。

図２に示すように、車載バッテリ１からは電源が常時供給され、一方のファン５－１および他方のファン５－２は通常それぞれＶ／２の供給電圧が供給され、ファン５－１，５－２の動作割合は５０：５０で動作されている。

制御マイコン３のタイマ２１による定期的な周期Ｔ１ごとに故障診断モードの診断イベントを発生させ、他方のファン５－２への供給電圧は０として停止させるとともに一方のファン５－１への供給電圧はＶとして最大風量として電子部品６を通常通り冷却し、一方のファン５－１の故障診断を行う。

次に、一方のファン５－１への供給電圧は０として停止させるとともに他方のファン５－２への供給電圧はＶとして最大風量として電子部品６を通常通り冷却し、他方のファン５－２の故障診断を行う。

なお、異常検出手段としては、本願の実施の形態１のように電流異常検知回路を用いなくとも、異常を検出できるものであれば、他の構成であってもよく同様の効果を奏する。

図３は、実施の形態１における電子部品６の放熱手段の構成を示す断面図である。制御基板８に実装された電子部品６は、放熱材７を介して金属筐体９に伝熱させ放熱させる。金属筐体９は車載電子制御装置１００にねじ１２により取り付けられ、金属筐体９の表面にヒートシンク１１が設けられている。
また、ファン５－１，５－２の駆動により金属筐体９が冷却され、金属筐体９が冷却されることにより電子部品６が冷却される。

図４は、実施の形態１におけるファン５－１，５－２および電子部品６の配置を示す平面図である。ヒートシンク１１を備えた制御基板８が収納された金属筐体９に複数のファン５－１，５－２が取り付けられた構造である。また、電子部品６は複数のファン５－１，５－２の中心点または中心線上になるように配置されている。

一対のファン５－１，５－２の動作割合が５０：５０の場合について述べたが、これに限定されるものではなく、ファン５－１，５－２の動作割合が異なるようにすることもでき、例えば、ファン５－１，５－２の動作割合を６０：４０のように動作させ、２つトータルの空冷効果は保ちながら、ファン同士の最大風量動作による摩耗故障のタイミングを意図的にずらして、同時故障のリスクを回避することもできる。

ファン５－１，５－２の風量は、制御マイコン３により常時行う温度測定と電子部品６の負荷率による温度上昇推定を加算して必要な最大風量を算出し、ファン５－１，５－２の回転数をコントロールすることにより、電子部品６の発熱状態に応じた最適な風量を与えることができる。

ファン５－１，５－２が電流異常検知回路２にて、異常電流であることを検知した場合は、故障表示灯（ＭＩＬ：Malfunction Indicator Lamp）を点灯させることにより、ドライバに視覚的に通知することが可能となる。

以上のとおり、本願による車載電子制御装置は、高負荷時に電子部品６が発熱した際、制御マイコン３にコントロールされた制御回路４－１，４－２を介して車載バッテリ１から電源が供給されるファン５－１，５－２の強制空冷機構により冷却され、電子部品６の定格温度を超えないように保つことができるとともに、一対のファン５－１，５－２に共通化された電流異常検知回路２で通常動作中に、定期的に故障診断を実施することで動作異常時に故障していない方のファンで通常時と同等の空冷効果を保つことで車両の信頼性を確保することができる。

実施の形態２．
図５は実施の形態２による車載電子制御装置を示すブロック図である。図６は実施の形態２による車載電子制御装置におけるファンの制御を示すタイミングチャート図である。

実施の形態２では、図５に示すように、車載電子制御装置１００Ａは、タイマ２１Ａを内蔵する制御マイコン３Ａと、異常検出手段を構成する例えば電流異常検知回路２Ａと、電流異常検知回路２Ａにそれぞれ接続された複数の制御回路４Ａ－１，４Ａ－２と、制御回路４Ａ－１，４Ａ－２にそれぞれ接続された複数のファン５Ａ－１，５Ａ－２を主体として構成されている。車載電子制御装置１００Ａの外部には車載バッテリ１Ａが配置され、車載バッテリ１Ａから電源供給されている。

図５の車載電子制御装置１００Ａにおいて、電源供給経路上には、車載バッテリ１Ａからの電圧が電流異常検知回路２Ａを介して制御回路４Ａ－１，４Ａ－２に供給され、さらに制御回路４Ａ－１，４Ａ－２からそれぞれファン５Ａ－１，５Ａ－２に供給される。また、電流異常検知回路２Ａからの異常検知情報は制御マイコン３Ａに通知されている。

制御回路４Ａ－１，４Ａ－２は、制御マイコン３Ａにより制御されており、内蔵されているタイマ２１Ａにより管理された周期的な故障診断が行われている。

次に、電流異常検知回路２Ａ、制御マイコン３Ａ、制御回路４Ａ－１，４Ａ－２、ファン５Ａ－１，５Ａ－２の動作について説明する。

電流異常検知回路２Ａは、車載バッテリ１Ａからファン５Ａ－１，５Ａ－２に供給される電流値を常にモニタしており、異常を検知した場合は、制御マイコン３Ａに通知する。

制御マイコン３Ａは、制御回路４Ａ－１，４Ａ－２の出力電圧を制御している。また、タイマ２１Ａを内蔵しており、定期的に故障診断を行う。

制御回路４Ａ－１，４Ａ－２は、制御マイコン３Ａにより制御され、ファン５Ａ－１，５Ａ－２への電源供給をコントロールしている。この実施の形態２では、制御回路４Ａ－１，４Ａ－２を電子リレー回路で構成された場合を示している

ファン５Ａ－１，５Ａ－２は、制御マイコン３Ａにより制御される電子リレー回路で構成された制御回路４Ａ－１，４Ａ－２を介してそれぞれ電源供給され、電子部品６を空冷により冷却させる。なお、遮断回路１０－１，１０－２は故障診断を行う際、制御回路４－１，４－２のいずれか一方を遮断して、ファン５－１，５－２のいずれか一方を停止させる。

車載電子制御装置１００Ａは、以上のように構成され、電子部品６が発熱し空冷が必要となった場合、ファン５Ａ－１，５Ａ－２により冷却される。
また、故障時は電流異常検知回路２Ａで電流異常を検出することにより、ファン５Ａ－１，５Ａ－２の制御を変化させることにより、車載電子制御装置１００Ａの動作を維持する。

また、複数のファン５Ａ－１，５Ａ－２により一対のファンシステム２００Ａを構成しているが、ファンが４つ以上搭載する場合は、一対のファンシステム２００Ａを追加することにより、空冷効果をアップさせることにより実現できる。

図６は、実施の形態２におけるファン５Ａ－１，５Ａ－２の制御を示すタイミングチャート図である。車載バッテリ１Ａより電源が供給されると、制御マイコン３Ａにて制御される制御回路４Ａ－１，４Ａ－２を介して、ファン５Ａ－１，５Ａ－２に電源が供給されて回転する。また、定期的な周期Ｔ１で故障診断モードに移行し、通常動作の風量を維持しながら故障診断を行う。

図６に示すように、車載バッテリ１Ａからは電源が常時供給され、一方のファン５Ａ－１および他方のファン５Ａ－２は制御マイコン３Ａによって制御される制御回路４Ａ－１，４Ａ－２により回転数制御されて動作している。

制御マイコン３Ａのタイマ２１Ａによる定期的な周期Ｔ１ごとに故障診断モードのDiagnosticイベントを発生させ、一方のファン５Ａ－１の駆動時間および他方のファン５Ａ－２の駆動時間の割合を制御マイコン３Ａにより変化させ、複数のファン５Ａ－１，５Ａ－２の回転数制御を行う。

具体的には、遮断回路１０－２により他方のファン５Ａ－２を停止させ、その他方のファン５Ａ－２の停止時間を長くし、一方のファン５Ａ－１の駆動時間を長くして故障診断を行う。次に、遮断回路１０－１により一方のファン５Ａ－１を停止させ、その一方のファン５Ａ－１の停止時間を長くし、他方のファン５Ａ－２の駆動時間を長くして故障診断を行う。

なお、異常検出手段としては、本願の実施の形態２のように電流異常検知回路を用いなくとも、異常を検出できるものであれば、他の構成であってもよく同様の効果を奏する

また、ファン５Ａ－１，５Ａ－２が電流異常検知回路２Ａにて、異常電流であることを検知した場合は、故障表示灯（ＭＩＬ：Malfunction Indicator Lamp）を点灯させることにより、ドライバに視覚的に通知することが可能となる。

以上のとおり、本願による車載電子制御装置は、高負荷時に電子部品６が発熱した際、制御マイコン３Ａにコントロールされた制御回路４Ａ－１，４Ａ－２を介して車載バッテリ１Ａから電源が供給されるファン５Ａ－１，５Ａ－２の強制空冷機構により冷却され、電子部品６の定格温度を超えないように保つことができるとともに、一対のファン５Ａ－１，５Ａ－２に共通化された電流異常検知回路２Ａで通常動作中に、定期的に故障診断を実施することで動作異常時に故障していない方のファンで通常時と同等の空冷効果を保つことで車両の信頼性を確保することができる。この実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様の効果を奏する。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、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、本願明細書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、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

本願は、通常動作中に定期的にファンの故障診断を行うことができ、信頼性の高い車載電子制御装置の実現に好適である。

１車載バッテリ、１Ａ車載バッテリ、２電流異常検知回路、２Ａ電流異常検知回路、３制御マイコン、３Ａ制御マイコン、４－１制御回路（昇降圧DC/DC）、４－２制御回路（昇降圧DC/DC）、４Ａ－１制御回路（電子リレー回路）、４Ａ－２制御回路（電子リレー回路）、５－１ファン、５－２ファン、５Ａ－１ファン、５Ａ－２ファン、６電子部品、８制御基板、１０－１遮断回路、１０－２遮断回路、１１ヒートシンク、１００車載電子制御装置、１００Ａ車載電子制御装置

本願に開示される車載電子制御装置は、制御基板に搭載された電子部品を冷却する複数のファンと、車載バッテリに接続され、前記複数のファンに共通化された異常検出手段と、前記異常検出手段に接続され、前記複数のファンへの電源供給をそれぞれ制御する複数の制御回路と、前記異常検出手段から異常検知情報が通知されるとともに前記複数の制御回路をそれぞれ制御する制御マイコンとを備えた車載電子制御装置であって、前記電子部品は各前記ファンから均等距離となる中心点もしくは中心線上に配置され、前記ファンすべてをあらかじめ決められた風量割合で動作することで前記電子部品への空冷効果を与えるように前記制御マイコンが風量割合を制御し、前記制御マイコンは故障診断モードへ定期的に投入し、前記異常検出手段の通電中に、一方の前記ファンを停止するとともに他方の前記ファンを最大風量で駆動させ、前記異常検出手段により他方の前記ファンの故障診断を行うとともに、他方の前記ファンを停止するとともに一方の前記ファンを最大風量で駆動させ、前記異常検出手段により一方の前記ファンの故障診断を行うようにしたものである。

Claims

制御基板に搭載された電子部品を冷却する複数のファンと、車載バッテリに接続された異常検出手段と、前記異常検出手段に接続され、前記複数のファンへの電源供給をそれぞれ制御する複数の制御回路と、前記異常検出手段から異常検知情報が通知されるとともに前記複数の制御回路をそれぞれ制御する制御マイコンとを備えた車載電子制御装置であって、前記電子部品は各前記ファンから均等距離となる中心点もしくは中心線上に配置され、前記ファンすべてをあらかじめ決められた風量割合で動作することで前記電子部品への空冷効果を与えるように前記制御マイコンが風量割合を制御し、前記制御マイコンは故障診断モードへ定期的に投入し、一方の前記ファンを停止するとともに他方の前記ファンを最大風量で駆動させ、前記異常検出手段により故障診断を行うようにしたことを特徴とする車載電子制御装置。
前記制御回路は昇降圧ＤＣ／ＤＣ電源回路で構成され、出力電圧値を前記制御マイコンにより変化させ、前記複数のファンの回転数制御をそれぞれ行うことを特徴とする請求項１に記載の車載電子制御装置。
前記制御回路は電子リレー回路で構成され、一定周期で駆動時間の割合を前記制御マイコンにより変化させ、前記複数のファンの回転数制御をそれぞれ行うことを特徴とする請求項１に記載の車載電子制御装置。
前記電子部品を冷却する前記複数のファンはそれぞれ異なる動作割合で動作され、前記複数のファンのトータルの空冷効果を保持することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車載電子制御装置。
前記複数のファンの風量は前記制御マイコンで行う温度測定と前記電子部品の負荷率による温度上昇推定を加算して最大風量を算出し、回転数を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車載電子制御装置。
前記異常検出手段は電流異常検知手段で構成され、前記複数のファンが前記電流異常検知手段にて異常であると検出され場合は、故障表示灯を点灯させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車載電子制御装置。