JP2022543443A - 単一のプリント回路基板上にガルバニック絶縁された給電電圧を有する車両用の電子制御ユニット - Google Patents

単一のプリント回路基板上にガルバニック絶縁された給電電圧を有する車両用の電子制御ユニット Download PDF

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Abstract

本発明は、車両用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１０）であって、第１の給電電圧（Ｖ１２）で給電される電気負荷（５０）を制御するように設計された１２Ｖドメイン（２０）と、第２の給電電圧（Ｖ４８）で給電される電気負荷（４０）を制御するように設計された４８Ｖドメイン（３０）とを備える、電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１０）に関する。両方のドメイン（２０，３０）は、単一のプリント回路基板（ＲＧＢ）上に配置されていて、半二重または全二重通信プロトコルによりドメイン（２０，３０）間でデータを転送するように設計されてガルバニック絶縁されたデータインタフェース（１１）により相互にガルバニック絶縁されかつ相互に接続されている。４８Ｖドメイン（３０）は、４８Ｖマイクロコントローラ（３２）と、４８Ｖマイクロコントローラ（３２）に給電する４８Ｖ電源（３１）とを備え、４８Ｖ電源（３１）は、１２Ｖドメイン（２０）から第１の給電電圧（Ｖ１２）により、ガルバニック絶縁された給電インタフェース（１２）を介して給電される。

Description

本発明は、単一のプリント回路基板上にガルバニック絶縁された給電電圧を有する車両用の電子制御ユニットに関する。
発明の背景
ハイブリッド車の電気システムは、複数の給電電圧、例えば１２ボルトの第１給電電圧および４８ボルトの第２給電電圧で給電される。従来技術によると、モータ駆動アクチュエータ、バルブ、またはヒータなどの、異なる電圧で給電される電気負荷を制御して、各給電電圧を検証および制御するために、ハイブリッド自動車には複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられており、各ＥＣＵは単一の給電電圧専用である。
また、異なる給電電圧専用のサブシステムまたはドメインを有するＥＣＵも知られており、これらのサブシステムは、デジタルおよび／またはアナログ信号の転送のために接続されている。
発明の概要
本発明の目的は、異なる給電電圧を検証および／または制御しかつ異なる給電電圧で給電される電気負荷を検証および／または制御するための改善されたＥＣＵを提供することである。
この目的は、請求項１記載のＥＣＵにより達成される。
本発明の例示的な実施形態は、従属請求項に記載されている。
車両用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、１２Ｖドメインと４８Ｖドメインとを有する。
１２Ｖドメインは、第１の給電電圧で給電される少なくとも１つの電気負荷を制御するように設計されている。また、１２Ｖドメイン自体も、少なくとも部分的に第１の給電電圧で給電される。
４８Ｖドメインは、第２の給電電圧で給電される少なくとも１つの電気負荷を制御するように設計されている。また、４８Ｖドメイン自体も、少なくとも部分的に第２の給電電圧で給電される。
例示的な実施形態では、第１の給電電圧として１２ボルトが選択され、第２の給電電圧として４８ボルトが選択される。
１２Ｖドメインおよび４８Ｖドメインはともに、単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置されている。これらは相互にガルバニック絶縁されている。好適には、これらは少なくとも１キロボルトの電圧差に耐えるように、ガルバニック絶縁されている。
両ドメインはデータインタフェースにより接続されており、データインタフェースはガルバニック絶縁されていて、半二重または全二重通信プロトコルによるデータ転送のために構成されている。
本発明によれば、４８Ｖドメインは、４８Ｖマイクロコントローラと、４８Ｖマイクロコントローラに給電する４８Ｖ電源とを備える。４８Ｖ電源は、１２Ｖドメインから第１の給電電圧により、ガルバニック絶縁された給電インタフェースを介して給電される。
これにより、第２の給電電圧がオフでも４８Ｖマイクロコントローラを動作させることができる。したがって、第２の給電電圧がオンに切り替わる前に４８Ｖマイクロコントローラで診断試験を実行し、４８Ｖマイクロコントローラ自体の故障を含む４８Ｖドメインにおける故障を検出することができる。
また、給電インタフェースによって提供されるガルバニック分離は、４８Ｖ電源および４８Ｖマイクロコントローラへと拡張され、これらの部品を保護する。
両ドメインを単一のＰＣＢ上に配置することにより、設置面積および設置スペースを削減することができる。また、複数の別個のＥＣＵを備えた従来技術による解決手段と比較して、設計、製造、およびサービスにかかるコストも削減することができる。
一実施形態では、４８Ｖドメインは、第２の給電電圧の状態を検証するように設計された４８Ｖ負荷制御部および／または第２の給電電圧で給電される少なくとも１つの電気負荷を制御するように設計された４８Ｖモータ制御部を備える。
この実施形態によれば、４８Ｖマイクロコントローラは、４８Ｖ負荷制御部および／または４８Ｖモータ制御部を制御するように配置されかつ構成されている。
この実施形態の利点は、測定値および命令を１２Ｖドメインと４８Ｖドメインとの間で転送する必要がないため、第２の給電電圧で給電される電気負荷のための制御ループを、特に低レイテンシで実行することができることである。第２の給電電圧を検証および／または制御する制御ループについても、同じ利点が言える。特に、本発明のこの実施形態により、第２の給電電圧で給電される電気負荷に対するより安定した制御ループを実行することができる。
一実施形態によれば、データインタフェースは、デジタルデータを転送するように構成されている。この実施形態では、第２の給電電圧で給電される電気負荷から取得されたかまたは電気負荷に送信された全てのアナログ信号は、４８Ｖマイクロコントローラによってデジタル化される。次いで、デジタル化された値は、４８Ｖマイクロコントローラによって処理することができ、かつ／またはデジタルデータインタフェースを介して４８Ｖマイクロコントローラと１２Ｖマイクロコントローラとの間で転送することができる。
デジタルデータは、ワイヤもしくはラインがより少なくて済むシリアルバスまたはプロトコルによって転送することができるので、データインタフェースの絶縁のための技術的負担が軽減される。さらに、デジタルデータは電磁干渉に対する感度がより低く、アナログ／デジタル変換（ＡＤＣ）のための正確な基準電圧を必要としない。これにより、データインタフェースに沿って転送されるデータのロバスト性および精度が向上し、また、アナログ信号の変換が不要なので、データ損失が防止される。
一実施形態によれば、データインタフェースは、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）プロトコルおよび／またはシリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）プロトコルおよび／またはアイ・スクウェア・シー（inter-integrated circuit; Ｉ２Ｃ）プロトコルをサポートするように構成されている。このようなプロトコルは周知であり、入手可能な部品および回路によって実装することができるので、設計および製造上の負担が軽減される。
一実施形態において、給電インタフェースは、フライバックコンバータ(flyback converter)を備える。フライバックコンバータは、電圧の直流電流（ＤＣ／ＤＣ）変換のための周知かつ容易に入手可能な部品であり、入力と出力との間に良好なガルバニック分離を提供する。
一実施形態において、第１の給電電圧は１２ボルトであり、第２の給電電圧は４８ボルトである。この場合、ヒータまたは高出力ポンプモータのような相対的に消費電力の高い電気負荷は４８ボルトで給電され、バルブまたはギア選択モータのような相対的に消費電力の低い電気負荷は１２ボルトで給電される。これにより、全体の消費電力を最適化することができる。
一実施形態によれば、４８Ｖマイクロコントローラは、第１の給電電圧がオンに切り替わるときに、４８Ｖドメインのパワーオンテストを実行するように構成されている。外部スイッチング方式により、第２の給電電圧がオンに切り替わる前に第１の給電電圧をオンにすることができる。パワーオンテスト中に４８Ｖマイクロコントローラが故障を検出した場合、第２の給電電圧への切り替えを防止することができ、ＥＣＵをフェールセーフな状態にすることができる。これにより、ＥＣＵおよびＥＣＵにより制御される部品の安全性および保護を向上させることができる。
一実施形態では、１２Ｖドメインは、データインタフェースを介して４８Ｖマイクロコントローラに接続された１２Ｖマイクロコントローラを備え、１２Ｖマイクロコントローラはマスタとして構成されていて、４８Ｖマイクロコントローラはスレーブとして構成されている。第１の給電電圧がオンに切り替わるとき、１２Ｖマイクロコントローラは、１２Ｖドメインのパワーオンテストを実行することができる。１２Ｖマイクロコントローラはマスタとして動作するため、１２Ｖドメインのパワーオンテストが故障を示していないときに限り、１２Ｖマイクロコントローラを、第２の給電電圧を有効にするように、かつ／または制御を４８Ｖマイクロコントローラに引き渡すように、構成することができる。これにより、ＥＣＵおよびＥＣＵによって制御される部品の安全性および保護を向上させることができる。
一実施形態では、１２Ｖドメインは、第１の給電電圧の状態を検証するように設計された１２Ｖ負荷制御部および／または第１の給電電圧で給電される少なくとも１つの電気負荷を制御するように設計された１２Ｖモータ制御部を備え、１２Ｖマイクロコントローラは、１２Ｖ負荷制御部および／または４８Ｖモータ制御部を制御するように配置されかつ構成されている。
この実施形態の利点は、測定値および命令を１２Ｖドメインと４８Ｖドメインとの間で転送する必要がないため、第１の給電電圧で給電される電気負荷のための制御ループを、特に低いレイテンシで実行することができることである。第１の給電電圧を検証および／または制御する制御ループについても、同じ利点が言える。特に、本発明のこの実施形態により、第１の給電電圧で給電される電気負荷に対するより安定した制御ループを実行することができる。
一実施形態によれば、１２Ｖドメインは、ＣＡＮバスを介してデータを転送するように設計されかつ１２Ｖマイクロコントローラに接続された１２Ｖ－ＣＡＮコントローラを備える。これにより、１２ＶドメインはＣＡＮバスを介して制御可能であり、前記ＣＡＮバスに接続された他の車両制御ユニットとの間でデータおよびコマンドを交換することができる。また、データインタフェースを介して、４８Ｖドメインは、ＣＡＮバス上で通信してもよい。ＣＡＮバスは車両において頻繁に使用される通信規格であるため、この実施形態によってＥＣＵの互換性が向上する。
一実施形態によれば、１２Ｖマイクロコントローラは、車両の安全性に関連する動作を実行するように構成されており、４８Ｖマイクロコントローラは、車両の安全性に関連しない動作を実行するように構成されている。これにより、リスク制御対策に対する全般的な労力を低減し、ＥＣＵの信頼性を向上させることができる。
本発明のさらなる適用範囲は、以下に挙げる詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明および特定の例は、本発明の例示的な実施形態を示してはいるが、例としてのみ提示されていることを理解すべきである。なぜならば、本発明の本旨および範囲内の様々な変更および修正は、この詳細な説明から当業者にとって明らかになるからである。
本発明は、詳細な説明および添付の図面から、より完全に理解されるものである。詳細な説明および添付の図面は例としてのみ提示されているため、本発明を限定することはない。
従来技術による、絶縁されたＣＡＮノードを備えたハイブリッド電子制御ユニットの電子設計略図である。 従来技術による、絶縁されたマイクロコントローラを備えたハイブリッド電子制御ユニットの電子設計略図である。 １２ボルトのドメインからガルバニック絶縁され、かつ前記１２ボルトのドメインにより部分的に給電される４８ボルトのドメインを備えたハイブリッド電子制御ユニットの電子設計略図である。
全ての図面において、対応部分には同じ参照符号を付してある。
詳細な説明
図１は、従来技術による、ハイブリッドカーにおいて使用されるハイブリッド電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０の電子設計略図である。ＥＣＵ１０は、相互にガルバニック絶縁された１２Ｖドメイン２０と４８Ｖドメイン３０とを有する単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に実装されている。
１２Ｖドメイン２０は、１２ボルトの１２Ｖ給電電圧Ｖ１２と１２ＶグランドＧ１２とにより給電される。４８Ｖドメイン３０は、４８ボルトの４８Ｖ給電電圧Ｖ４８と４８ＶグランドＧ４８とにより給電される。従来技術によれば、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８よりも前にオンに切り替えられる。
１２Ｖドメイン２０は、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）ノードとして形成されている。これは、外部２線ＣＡＮバスに接続可能な第１のＣＡＮピンＣＡＮＨおよび第２のＣＡＮピンＣＡＮＬを提供する。ＣＡＮバスは、車両制御ユニット間のデータ転送の点でよく知られている。
ＥＣＵ１０は、１２Ｖドメイン２０のＣＡＮピンＣＡＮＬ，ＣＡＮＨと、４８Ｖドメイン３０との間でデータを転送するように設計されたデータインタフェース１１を有する。データインタフェース１１は、１２Ｖドメイン２０に接続された１２ボルト側１１.１２Ｖと、４８Ｖドメイン３０に接続された４８ボルト側１１.４８Ｖとを有する。データインタフェース１１の両側１１.１２Ｖ，１１.４８Ｖは、互いにガルバニック絶縁されている。図１による実施形態では、データインタフェース１１の両側１１.１２Ｖ，１１.４８Ｖは、ＣＡＮプロトコルをサポートするように設計され、かつ構成されており、したがって１２Ｖドメイン２０と４８Ｖドメイン３０との間にシリアルＣＡＮインタフェースを形成している。
１２Ｖドメイン２０は、データインタフェース１１の１２ボルト側１１.１２Ｖに給電する１２Ｖ電源２１を有する。１２Ｖ電源２１は、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２で給電される。
４８Ｖドメイン３０は、データインタフェース１１の４８ボルト側１１.４８Ｖに給電する４８Ｖ電源３１を有する。４８Ｖ電源３１は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電される。４８Ｖ電源３１は、４８Ｖ電源３１の状態を示す４８Ｖ電源ステータスピン３１.Ｓを有する。
電源２１，３１は、５ボルトの電圧を与えて、データインタフェース１１の各側１１.１２Ｖ，１１.４８Ｖに給電する。
４８Ｖドメイン３０はさらに、４８Ｖマイクロコントローラ３２、４８Ｖ負荷制御部３３、および４８Ｖモータ制御部３４を有する。
４８Ｖ負荷制御部３３は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電され、第１および第２のプローブピンＶ４８Ｈ，Ｖ４８Ｌを介して、４８ボルトの外部給電電圧の負荷状態を制御および／または検証するように設計されている。プローブピンＶ４８Ｈ，Ｖ４８Ｌは、それぞれ外部測定抵抗を介して、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８および４８ＶグランドＧ４８に接続されている。
４８Ｖモータ制御部３４は４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電され、外部ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータ４０を制御するように設計されている。ＢＬＤＣモータ４０は、高出力ポンプモータのようなアクチュエータとして形成されてもよい。
一実施形態によれば、４８Ｖドメイン３０は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電され、外部の電気負荷、例えばヒータを制御するように設計されたコントローラをさらに有することができる。また、２つ以上の外部電気負荷を制御するコントローラは、従来技術から公知である。
４８Ｖマイクロコントローラ３２は、４８Ｖ電源３１で給電される。一例として、４８Ｖマイクロコントローラ３２は、４８Ｖ電源３１によって与えられる５ボルトの電圧で給電される。
４８Ｖマイクロコントローラ３２は、データインタフェース１１の４８ボルト側１１.４８Ｖ、４８Ｖ電源３１の４８Ｖ電源ステータスピン３１.Ｓ、４８Ｖ負荷制御部３３、および４８Ｖモータ制御部３４に接続されており、これにより、データインタフェース１１、４８Ｖ電源３１、４８Ｖ負荷制御部３３、および４８Ｖモータ制御部３４の間で、データ、例えば状態の情報、取得した測定値、または制御信号などを転送することができる。前記接続部は、マルチワイヤ接続部として形成されてよい。
特に、４８Ｖマイクロコントローラ３２は、データインタフェース１１を介して命令を受信し、その命令を、４８Ｖモータ制御部３４を制御する制御信号に変換するように構成されている。４８Ｖマイクロコントローラ３２はさらに、４８Ｖ電源３１、４８Ｖ負荷制御部３３、および／または４８Ｖモータ制御部３４からの状態のデータのような診断データを取得し、このような診断データを、データインタフェース１１を介してＣＡＮピンＣＡＮＬ，ＣＡＮＨひいては外部ＣＡＮバスへと転送するように構成されている。４８Ｖマイクロコントローラ３２は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電される周辺部品、例えば１つまたは複数のＢＬＤＣモータ４０、ヒータ、または他のアクチュエータなどを制御する制御ループを実行するソフトウェアを動作させるように構成されていてもよい。
従来技術から、１２Ｖドメイン２０が、ＣＡＮピンＣＡＮＬ，ＣＡＮＨとデータインタフェース１１の１２ボルト側１１.１２Ｖとの間に配置されているＣＡＮコントローラを有する実施形態が知られている。
また、図２に示されるように、１２Ｖドメイン２０は１２Ｖマイクロコントローラ２２を含んでいるが、４８Ｖドメイン３０は４８Ｖマイクロコントローラ３２を含んでいない実施形態も知られている。このような実施形態では、データ、例えば状態の情報、取得した測定値、または制御信号などが、１２Ｖマイクロコントローラ２２と、４８Ｖドメイン３０の様々な部品、例えば４８Ｖ電源３１、４８Ｖ負荷制御部３３、および４８Ｖモータ制御部３４との間で、データインタフェース１１を介して転送される。１２Ｖマイクロコントローラ２２に外部ＣＡＮバスへのアクセスを提供するために、このような実施形態は、ＣＡＮピンＣＡＮＨ，ＣＡＮＬと１２Ｖマイクロコントローラ２２との間に配置された１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５を含んでもよい。
したがって、これらの実施形態では、データインタフェース１１をＣＡＮインタフェースなどのシリアルインタフェースとして形成するだけでは十分ではない。むしろ、データインタフェース１１は、複数のデジタル信号および／またはアナログ信号の並列転送のために設計される。もちろん、ドメイン２０，３０のガルバニック絶縁を維持するためには、データインタフェース１１の各信号線をガルバニック分離のために設計する必要がある。
従来技術から公知のさらに別の実施形態では、４８Ｖモータ制御部３４は、１２Ｖドメイン２０において実装されるコントローラと、４８Ｖドメイン３０において実装されるパワートランジスタを有する電源回路とに置き換えられる。このような実施形態では、パワートランジスタのゲート電圧を制御するために、データインタフェース１１に沿った追加の信号線を必要とする。このような実施形態では、ゲート電圧を正確に制御し、電磁適合性を高めるために、技術的負担がさらに高まる。
また、従来技術から、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２の状態を制御および／または検証するように構成された１２Ｖ負荷制御部２３が、１２Ｖドメイン２０に実装されている実施形態も知られている。
図３には、同一ＰＣＢ上に配置された１２Ｖドメイン２０および４８Ｖドメイン３０を有するＥＣＵが概略的に示されている。
１２Ｖドメイン２０は、１２ボルトの１２Ｖ給電電圧Ｖ１２と１２ＶグランドＧ１２とにより給電される。４８Ｖドメイン３０は、４８ボルトの４８Ｖ給電電圧Ｖ４８と４８ＶグランドＧ４８とにより給電される。
１２Ｖドメイン２０は、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）ノードとして形成される。これは、外部２線ＣＡＮバスに接続可能な第１のＣＡＮピンＣＡＮＨおよび第２のＣＡＮピンＣＡＮＬを提供する。
ＥＣＵ１０は、１２Ｖドメイン２０と４８Ｖドメイン３０との間でデータを転送するように設計されたデータインタフェース１１を有する。データインタフェース１１は、１２Ｖドメイン２０に接続された１２ボルト側１１.１２Ｖと、４８Ｖドメイン３０に接続された４８ボルト側１１.４８Ｖとを有する。データインタフェース１１の両側１１.１２Ｖ，１１.４８Ｖは、絶縁が少なくとも１キロボルトの電圧に耐えるように互いにガルバニック絶縁されている。
一実施形態によれば、データインタフェース１１は、ＣＡＮまたはシリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）といったデジタルデータのための標準化された全二重または半二重通信プロトコルに従って構成されている。一実施形態によれば、データインタフェース１１およびドメイン２０，３０は、１２Ｖドメイン２０がマスタとして動作し、４８Ｖドメイン３０がスレーブとして動作するように構成されている。
データインタフェース１１は、１２Ｖドメイン２０と４８Ｖドメイン３０との間でデジタル化されたデータを伝送するように設計された複数のデータ線を有する。データインタフェース１１の両側１１.１２Ｖ，１１.４８Ｖ間のガルバニック分離を維持するために、各データ線はガルバニック絶縁されている。
１２Ｖドメイン２０は、データインタフェース１１の１２ボルト側１１.１２Ｖに給電する１２Ｖ電源２１を有する。１２Ｖ電源２１は、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２で給電される。
４８Ｖドメイン３０は、データインタフェース１１の４８ボルト側１１.４８Ｖに給電する４８Ｖ電源３１を有する。本発明によれば、４８Ｖ電源３１は、１２Ｖドメイン２０と４８Ｖドメイン３０との間に配置された給電インタフェース１２を介して給電される。
給電インタフェース１２は、１２Ｖドメイン２０に接続された１２ボルト側１２.１２Ｖと、４８Ｖドメイン３０に接続された４８ボルト側１２.４８Ｖとを有する。給電インタフェース１２の両側１２.１２Ｖ，１２.４８Ｖは、互いにガルバニック絶縁されている。
給電インタフェース１２は、自身の１２ボルト側１２.１２Ｖにおいて、１２ボルトの電力線、ひいては１２ボルトの１２Ｖ給電電圧に接続されている。
給電インタフェース１２は、自身の４８ボルト側１２.４８Ｖにおいて、４８Ｖ電源３１に接続され、かつ給電する。
一実施形態では、給電インタフェース１２は、フライバックコンバータとして形成されてよい。しかし、出力から入力をガルバニック分離するＤＣ／ＤＣコンバータのような従来技術から公知の他の実施形態も使用することができる。
４８Ｖ電源３１は、４８Ｖ電源３１の状態を示す４８Ｖ電源ステータスピン３１.Ｓを有する。
電源２１，３１は、データインタフェース１１の各側１１.１２Ｖ，１１.４８Ｖに５ボルトの電圧を与え、給電する。
４８Ｖドメイン３０はさらに、４８Ｖマイクロコントローラ３２、４８Ｖ負荷制御部３３、および４８Ｖモータ制御部３４を有する。
４８Ｖ負荷制御部３３は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電され、第１および第２のプローブピンＶ４８Ｈ，Ｖ４８Ｌを介して、４８ボルトの外部給電電圧の負荷状態を制御および／または検証するように設計されている。プローブピンＶ４８Ｈ，Ｖ４８Ｌは、それぞれ外部測定抵抗を介して４８Ｖ給電電圧Ｖ４８および４８ＶグランドＧ４８に接続されている。
４８Ｖモータ制御部３４は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電され、外部ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータ４０を制御するように設計されている。ＢＬＤＣモータ４０は、高出力ポンプモータのようなアクチュエータとして形成されてよい。
一実施形態によれば、４８Ｖドメイン３０は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電され、外部電気負荷、例えばヒータを制御するように設計されたコントローラをさらに有することができる。また、複数の外部電気負荷を制御するコントローラは、従来技術から公知である。
４８Ｖマイクロコントローラ３２は、４８Ｖ電源３１で給電される。一例として、４８Ｖマイクロコントローラ３２は、４８Ｖ電源３１によって与えられる５ボルトの電圧で給電される。
４８Ｖマイクロコントローラ３２は、データインタフェース１１の４８ボルト側１１.４８Ｖ、４８Ｖ電源３１の４８Ｖ電源ステータスピン３１.Ｓ、４８Ｖ負荷制御部３３、および４８Ｖモータ制御部３４に接続されており、これにより、データインタフェース１１、４８Ｖ電源３１、４８Ｖ負荷制御部３３、および４８Ｖモータ制御部３４の間で、データ、例えば状態の情報、取得した測定値、または制御信号などを転送することができる。前記接続部は、マルチワイヤ接続部として形成されてよく、デジタル信号および／またはアナログ信号を伝えるように設計されてよい。
特に、４８Ｖマイクロコントローラ３２は、データインタフェース１１を介して命令を受信し、その命令を、４８Ｖモータ制御部３４を制御する制御信号に変換するように構成されている。４８Ｖマイクロコントローラ３２は、さらに、４８Ｖ電源３１、４８Ｖ負荷制御部３３、および／または４８Ｖモータ制御部３４からの状態のデータのような診断データを取得し、このような診断データを、データインタフェース１１を介して１２Ｖドメイン２０に転送するように構成されている。４８Ｖマイクロコントローラ３２は、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８で給電される周辺部品、例えば１つまたは複数のＢＬＤＣモータ４０、ヒータ、または他のアクチュエータなどを制御する制御ループを実行するソフトウェアを動作させるように構成されていてもよい。
１２Ｖドメイン２０は、従来技術から公知のような１２Ｖ電源２１で給電される１２Ｖマイクロコントローラ２２を有する。さらに、１２Ｖドメイン２０は、１２Ｖ負荷制御部２３、１２Ｖモータ制御部２４、および１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５を有する。
１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５は、１２Ｖ電源２１から５ボルトの出力電圧で給電され、ＣＡＮピンＣＡＮＨ，ＣＡＮＬに接続されている。１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５はさらに、１２Ｖマイクロコントローラ２２に接続されている。１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５は、ＣＡＮピンＣＡＮＨ，ＣＡＮＬに接続されている場合、外部ＣＡＮバスを駆動し、ＣＡＮバスと１２Ｖマイクロコントローラ２２との間でデータを転送するように構成されている。
１２Ｖ負荷制御部２３は、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２で給電され、第１および第２のプローブピンＶ１２Ｈ，Ｖ１２Ｌを介して、外部から給電される１２ボルトの電圧の負荷状態を制御および／または検証するように設計されている。プローブピンＶ１２Ｈ，Ｖ１２Ｌは、それぞれ外部測定抵抗を介して１２Ｖ給電電圧Ｖ１２および１２ＶグランドＧ１２に接続されている。
１２Ｖモータ制御部２４は、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２で給電され、低電力ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータ５０のような外部負荷を制御するように設計されている。低電力ＢＬＤＣモータ５０は、アクチュエータ、例えばギア選択モータまたはバルブとして形成されてよい。
一般に、消費電力を最適化するために、消費電力が相対的に低い第１の負荷は１２Ｖドメイン２０によって駆動され、（上記の第１の負荷と比較して）消費電力が相対的に高いアクチュエータは、４８Ｖドメイン３０によって駆動される。
一実施形態によれば、１２Ｖドメイン２０は、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２で給電され、ヒータなどの外部電気負荷を制御するように設計されたコントローラをさらに有することができる。また、１つ以上の外部電気負荷を制御するコントローラは、従来技術から公知である。
１２Ｖマイクロコントローラ２２は、データインタフェース１１の１２ボルト側１１.１２Ｖ、１２Ｖ電源２１の４８Ｖ電源ステータスピン３１.Ｓ、１２Ｖ負荷制御部２３、および１２Ｖモータ制御部２４に接続されており、これにより、データインタフェース１１、１２Ｖ電源２１、１２Ｖ負荷制御部２３、および１２Ｖモータ制御部２４の間で、データ、例えば状態の情報、取得した測定値、または制御信号などを転送することができる。前記接続部は、マルチワイヤ接続部として形成されてよく、デジタル信号および／またはアナログ信号を伝えるように設計されてよい。
特に、１２Ｖマイクロコントローラ２２は、接続されている場合、外部ＣＡＮバスから１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５を介して命令を受信し、その命令を、１２Ｖモータ制御部２４を制御する制御信号に変換するように構成されている。
１２Ｖマイクロコントローラ２２はさらに、１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５から受信した命令を、信号、好ましくはデジタル信号に変換し、この信号をデータインタフェース１１へ、さらには４８Ｖマイクロコントローラ３２に引き渡すように構成されている。したがって、ＣＡＮピンＣＡＮＨ，ＣＡＮＬに接続された外部ＣＡＮバスから、１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５、１２Ｖマイクロコントローラ２２、およびデータインタフェース１１を介して、４８Ｖマイクロコントローラ３２を制御することができる。
１２Ｖマイクロコントローラ２２は、さらに、データインタフェース１１を介して４８Ｖマイクロコントローラ３２から送られた信号、好ましくはデジタル信号を受信するように構成されている。したがって、例えば負荷制御診断データまたはモータ制御診断データなどのデータを４８Ｖドメイン３０の制御部３３，３４から取得する４８Ｖマイクロコントローラ３２上でソフトウェアプログラムを動作させ、そのデータを前処理および評価し、その前処理および評価の結果をデータインタフェース１１を介して１２Ｖマイクロコントローラ２２へ、そしてさらに外部ＣＡＮバス上へと転送することが可能である。
利点としては、４８Ｖマイクロコントローラ３２上で動作するソフトウェアにおいて、厳密なタイミング制限を伴って４８Ｖドメイン３０の制御部３３，３４およびその他の周辺装置を制御する制御ループを実行することが可能である一方で、１２Ｖマイクロコントローラ２２上またはＣＡＮバスを介してＥＣＵ１０に接続された外部処理装置上で動作するソフトウェアに、より時間的制約の少ない動作をプログラミングすることが可能である。これにより、４８Ｖドメイン３０の周辺を制御する制御ループに対して、より低いレイテンシ、ひいては、向上した安定性を実現することができる。
したがって、ソフトウェア機能をマイクロコントローラ２２，３２のいずれかに任意に割り当てることが一般的には可能であるが、好ましい実施形態では、安全性に関連した全ての機能が１２Ｖマイクロコントローラ２２に割り当てられ、マイクロコントローラ２２，３２は、データインタフェース１１に沿った通信において、１２Ｖマイクロコントローラ２２が先導システム（マスタ）として動作し、４８Ｖマイクロコントローラ３２が追従システム（スレーブ）として動作するように構成されている。
さらなる利点として、４８Ｖドメイン３０内の測定データなどのデータ、例えば４８Ｖ負荷制御部３３によって調べられる電圧を、４８Ｖマイクロコントローラ３２によってデジタル化することが可能である。付加的または代替的に、データインタフェース１１を介して引き渡されるデジタルデータを４８Ｖマイクロコントローラ３２によってアナログ値に変換することが可能である。これにより、データインタフェース１１がアナログ信号を転送する必要がなくなり、ドメイン２０，３０間における値転送の精度およびロバスト性が向上し、さらに、ＥＣＵ１０の電磁適合性（ＥＭＣ）を向上させることができるか、またはＥＭＣの要件を満たすための技術的措置を緩和することができる。
１２Ｖマイクロコントローラ２２はさらに、１２Ｖ電源２１、１２Ｖ負荷制御部２３、および／または１２Ｖモータ制御部２４からの状態のデータのような診断データを取得し、このような診断データを、１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ２５を介して外部ＣＡＮバスに転送するように構成されている。１２Ｖマイクロコントローラ２２は、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２で給電される周辺部品、例えば１つまたは複数の低電力ＢＬＤＣモータ５０または他のアクチュエータなどを制御する制御ループを実行するソフトウェアを動作させるように構成されていてもよい。
図３によるＥＣＵ１０のさらなる利点として、１２Ｖ給電電圧Ｖ１２が利用可能になると直ちに、４８Ｖ電源３１および４８Ｖマイクロコントローラ３２が給電される。これにより、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８がオンに切り替わる前に、４８Ｖマイクロコントローラ３２のパワーオンセルフテスト（ＰＯＳＴ）などの診断テストを実行することができ、テストで故障が検出された場合、４８Ｖ給電電圧Ｖ４８がオンに切り替わることを防止することができ、ＥＣＵ１０全体をフェールセーフな状態にすることができる。これにより、ＥＣＵ１０の信頼性が向上する。
１０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１１ データインタフェース
１１.１２Ｖ １２ボルト側
１１.４８Ｖ ４８ボルト側
１２ 給電インタフェース
１２.１２Ｖ １２ボルト側
１２.４８Ｖ ４８ボルト側
２０ １２Ｖドメイン
２１ １２Ｖ電源
２２ １２Ｖマイクロコントローラ
２３ １２Ｖ負荷制御部
２４ １２Ｖモータ制御部
２５ １２Ｖ－ＣＡＮコントローラ
３０ ４８Ｖドメイン
３１ ４８Ｖ電源
３１.Ｓ ４８Ｖ電源ステータスピン
３２ ４８Ｖマイクロコントローラ
３３ ４８Ｖ負荷制御部
３４ ４８Ｖモータ制御部
４０ ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータ
５０ 低電力ＢＬＤＣモータ
ＣＡＮＨ 第１のＣＡＮピン
ＣＡＮＬ 第２のＣＡＮピン
Ｇ１２ １２Ｖグランド
Ｇ４８ ４８Ｖグランド
Ｖ１２ １２Ｖ給電電圧、第１の給電電圧
Ｖ４８ ４８Ｖ給電電圧、第２の給電電圧
Ｖ４８Ｈ 第１のプローブピン
Ｖ４８Ｌ 第２のプローブピン
Ｖ１２Ｈ 第１のプローブピン
Ｖ１２Ｌ 第２のプローブピン

Claims (11)

  1. 車両用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１０）であって、第１の給電電圧（Ｖ１２）で給電される電気負荷（５０）を制御するように設計された１２Ｖドメイン（２０）と、第２の給電電圧（Ｖ４８）で給電される電気負荷（４０）を制御するように設計された４８Ｖドメイン（３０）とを備え、両方のドメイン（２０，３０）は、単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置されていて、半二重または全二重通信プロトコルにより前記ドメイン（２０，３０）間でデータを転送するように設計されてガルバニック絶縁されたデータインタフェース（１１）により相互にガルバニック絶縁されかつ相互に接続されている、電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１０）において、
    前記４８Ｖドメイン（３０）は、４８Ｖマイクロコントローラ（３２）と、前記４８Ｖマイクロコントローラ（３２）に給電する４８Ｖ電源（３１）とを備え、前記４８Ｖ電源（３１）は、前記１２Ｖドメイン（２０）から前記第１の給電電圧（Ｖ１２）により、ガルバニック絶縁された給電インタフェース（１２）を介して給電されることを特徴とする、電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１０）。
  2. 前記４８Ｖドメイン（３０）は、前記第２の給電電圧（Ｖ４８）の状態を検証するように設計された４８Ｖ負荷制御部（３３）および／または前記第２の給電電圧（Ｖ４８）で給電される少なくとも１つの電気負荷を制御するように設計された４８Ｖモータ制御部（３４）を備え、前記４８Ｖマイクロコントローラ（３２）は、前記４８Ｖ負荷制御部（３３）および／または前記４８Ｖモータ制御部（３４）を制御するように配置されかつ構成されていることを特徴とする、請求項１記載のＥＣＵ（１０）。
  3. 前記データインタフェース（１１）は、デジタルデータを転送するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のＥＣＵ（１０）。
  4. 前記データインタフェース（１１）は、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）プロトコルおよび／またはシリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）プロトコルおよび／またはアイ・スクウェア・シー（Ｉ２Ｃ）プロトコルをサポートするように構成されていることを特徴とする、請求項５記載のＥＣＵ（１０）。
  5. 前記給電インタフェース（１２）は、フライバックコンバータを備えることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のＥＣＵ（１０）。
  6. 前記第１の給電電圧（Ｖ１２）は１２ボルトであり、前記第２の給電電圧（Ｖ４８）は４８ボルトであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のＥＣＵ（１０）。
  7. 前記４８Ｖマイクロコントローラ（３２）は、前記第１の給電電圧（Ｖ１２）がオンに切り替わるときに、前記４８Ｖドメイン（３０）のパワーオンテストを実行するように構成されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のＥＣＵ（１０）。
  8. 前記１２Ｖドメイン（２０）は、前記データインタフェース（１１）を介して前記４８Ｖマイクロコントローラ（３２）に接続された１２Ｖマイクロコントローラ（２２）を備え、前記１２Ｖマイクロコントローラ（２２）はマスタとして構成されていて、前記４８Ｖマイクロコントローラ（３２）はスレーブとして構成されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のＥＣＵ（１０）。
  9. 前記１２Ｖドメイン（２０）は、前記第１の給電電圧（Ｖ１２）の状態を検証するように設計された１２Ｖ負荷制御部（２３）および／または前記第１の給電電圧（Ｖ１２）で給電される少なくとも１つの電気負荷を制御するように設計された１２Ｖモータ制御部（２４）を備え、前記１２Ｖマイクロコントローラ（２２）は、前記１２Ｖ負荷制御部（２３）および／または前記４８Ｖモータ制御部（３４）を制御するように配置されかつ構成されている、請求項８記載のＥＣＵ（１０）。
  10. 前記１２Ｖドメイン（２０）は、前記１２Ｖマイクロコントローラ（２２）に接続された１２Ｖ－ＣＡＮコントローラ（２５）を備えることを特徴とする、請求項８または９記載のＥＣＵ（１０）。
  11. 前記１２Ｖマイクロコントローラ（２２）は、前記車両の安全性に関連する動作を実行するように構成されており、前記４８Ｖマイクロコントローラ（３２）は、前記車両の安全性に関連しない動作を実行するように構成されていることを特徴とする、請求項８から１０までのいずれか１項記載のＥＣＵ（１０）。
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