JP4015616B2 - 自動車における制御装置の電圧供給を監視する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載された、自動車における制御装置の電圧供給を監視する方法を出発点とする。
【０００２】
制御装置における電圧供給では、制御装置のコンポーネントの給電に使用される電圧にエラーが識別されることがあり、この場合にリセット線路を介して給電モジュールから制御装置のコンポーネントの機能を遮断することがすでに公知である。ここでは停止状態が発生する。電圧のエラーは、１つの所定値を中心として複数のバンドで監視される。
ＤＥ４４３６３７２Ａ１から自動車用電子制御システムに対する回路装置が公知であり、ここでは電流供給の監視部が設けられている。エラーが識別されると、制御の切り換えまたは遮断が行われる。監視プロセッサに対する割り込み信号が、監視信号を評価する際に考慮される。信号線路が設けられており、この信号線路によって監視信号ないしはテスト信号がロジックに導かれる。ＤＥ３９２８５３７Ａ１からはＣＡＮバスが公知であり、このＣＡＮバスによって制御装置が互いに接続される。ここではバスモジュールのリセットの可否が監視される。リセットプロシージャは単一のループにおいて複数回実行される。ここではタイムアウトカウンタによってリセット時間が定められる。この時間内にチェックされるのは、リセット状態がセットされたか否かである。ＤＥ１９８１８３１５Ｃ１からは互いに依存しない複数の基準電圧を供給することが公知である。給電モジュールによって必要な電圧が形成され、またこの給電モジュールはリセット可能である。
【０００３】
発明の利点
これに対して請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する、自動車における制御装置の電圧供給を監視する本発明の方法はつぎのような利点を有する。すなわちリセット線路のテストも実施され、エラーの安全なシミュレーションが可能になるという利点を有するのである。このことが示唆するのは、監視回路がアクティブであり、ひいては制御装置の機能の安全性が高められることである。この手法は、殊に１つ以上の給電電圧が給電モジュールによって供給される場合に適用可能である。この場合にこれらの給電電圧は例えば５Ｖ，３．３Ｖおよび１．８Ｖである。
【０００４】
従属請求項に記載された手段および発展形態により、請求項１に記載された、自動車における制御装置の電圧供給を監視する方法の有利な改善が可能である。
【０００５】
殊に有利であるのは、リセット線路のテストの際に、給電電圧を監視するバンドの境界を交替に所定値以上ないしは以下に歪めさせ、これにより強制的にリセットが行われるようにすることである。これによってプロセッサに対して作用は明瞭であり、このプロセッサにより、リセットパルスの持続した時間が計数される。これによってこの場合にリセット線路の機能の仕方をチェックすることができる。さらにここで有利であるのは、両方の境界がテストされることである。これによって本発明の方法の確実さが向上されるのである。
【０００６】
さらに、有利であるのは、本発明の方法を、制御装置の新たなスタート時に実施して動作開始時につねに機能の可否を監視することである。
【０００７】
エラーの際に停止された制御装置のコンポーネントがはじめて再アクティブ化されるのは、給電モジュールによりそのすべての監視機能に対してエラーのないことがシグナリングされる場合である。これによって有利にも達成されるのは、エラーのない場合にだけこの制御装置が動作することである。これは、例えば拘束システムのように安全にクリティカルなシステムでは、エラーを回避するために極めて有利である。
【０００８】
さらに、有利であるのは、互いに依存しない少なくとも２つの電圧を供給することであり、ここで第１の電圧は制御に、また第２の電圧は監視に使用される。これによって排除されるのは、これらの電圧のうちの一方にだけ関連するエラーが他方の電圧に影響を及ぼし、ひいてはエラーの伝播の原因になり得ることである。互いに依存しない２つの電圧を形成するためには、互いに独立した２つの電圧源か、２つのインピーダンス変換器が接続された１電圧源かのいずれかが必要である。
【０００９】
リセット線路のテストが失敗した際には警告または制御装置の機能の遮断が行われる。これによって阻止されるのは、エラーを有する制御装置が、危険な状態の原因になることであり、これは殊に拘束システムに対する制御装置にとっては有利である。
【００１０】
さらに本発明の方法を実施する手段を有する制御装置が設けられることは有利である。
【００１１】
図面
本発明の実施例を図面に示し、以下の説明で詳しく説明する。図１には本発明の制御装置のブロック回路図が示されており、図２には本発明の方法の流れ図が示されており、図３には、監視バンドの境界および所定値を有する、電圧の経過を示す電圧−時間線図が示されており、図４にはリセットパルスのテストシーケンスが電圧−時間線図で示されており、図５には本発明の給電モジュールのブロック回路図が示されており、図６には制御およびテスト電圧を供給する２つの電圧源が示されており、図７には制御電圧およびテスト電圧を供給する２つのインピーダンス変換器を有する電圧源が示されており、図８にはバンドギャップレファレンスが示されている。
【００１２】
説明
制御装置が組み込まれた自動車の安全にクリティカルなシステムでは、供給すべき給電電圧を監視すべきである。それは制御装置のコンポーネントの正しい機能が保証され得るのは、給電電圧が所定のパラメタ内にある場合だけだからである。
【００１３】
本発明では自動車における制御装置の給電電圧を監視する方法が提案され、ここではテスト中にエラーを安全にシミュレーションすることができる。これは例えば制御装置を新たにスタートする際にその都度実行され、制御装置のコンポーネントの機能を遮断可能なリセット線路のテストが行われる。ここでは制御装置の給電モジュールによってテストが起動され、これによってリセット線路により、周期的なパルスが用いられて所定の時間の間、制御装置のコンポーネントが遮断され、またプロセッサも遮断される。この際にこのプロセッサは、遮断の間の時間を計数してリセット線路の機能の仕方を監視する。
【００１４】
図１には本発明の制御装置がブロック回路図で示されている。給電モジュール１にはバッテリ電圧VBATTから必要な電気エネルギーが供給され、これによってこの制御装置の個々のコンポーネントに対して所定の電圧が供給される。給電モジュール１は、第１の電気エネルギー給電線路９を介して、加速度センサ５と、ヨーレートセンサ６と、コントローラ４と、点火回路駆動制御部３と、ＰＡＳ（Peripheral Acceleration Sensor）インタフェース５０と、ＣＡＮ（Controller Area Network）バスインタフェース５１とに接続されている。ＰＡＳセンサは自動車に分散配置された加速度センサであり、これは例えば側方衝突センシングのためのものである。
【００１５】
エネルギー給電線路９の電圧は５Ｖである。給電モジュール１はさらにリセット線路７を介して制御装置のすべてのコンポーネントに接続されている。給電モジュール１は、第２のエネルギー供給線路８を介して、点火回路駆動制御部３と、コントローラ４と、ＰＡＳインタフェース５０と、ＣＡＮバスインタフェース５１と、プロセッサ２と、メモリ５２とに接続されている。エネルギー給電線路８の給電電圧は３．３Ｖである。給電モジュール１は、１．８Ｖの電圧を有する第３のエネルギー供給線路１０を介してプロセッサ２に接続されている。この場合に例えばプロセッサ２のメモリコアおよびプロセッサコアに電圧が供給される。個々のエネルギー供給線路８，９および１０と、別のコンポーネント、例えばインタフェース、センサおよびメモリとを接続することも可能である。さらに、３つ以上またはそれ以下の給電電圧を給電モジュール１によって供給したり、同時にコンポーネント毎に別個の電圧供給線路に接続することができる。
【００１６】
給電モジュール１により、バッテリ電圧VBATTが、コンポーネントに必要な制御装置の複数の給電電圧に変換される。すなわち、バッテリ電圧から、５Ｖ，３．３Ｖおよび１．８Ｖが形成されるのである。個々のコンポーネントの機能に関連するデータ接続路はここでは簡単にするために省略されている。ここでは制御線路も書き込まれていない。スイッチオンの後、給電モジュール１において自動的にテストが起動される。このテストはここでは例えばリセット線路７に関連しており、このリセット線路に制御装置の個々のコンポーネントが接続されている。これによって保証されるのは、電圧給電のエラー時にはコンポーネントが停止されて、場合によっては自動車を危険な状態にしてしまいかねないエラーのある信号がこの制御装置によって出力されないようにすることである。
【００１７】
３つのすべての電圧５Ｖ，３．３Ｖおよび１．８Ｖがはじめてまたは改めて監視窓内にあるようになった後、給電モジュール１の固定の流れ制御によって、給電モジュール１によるテストが開始される。テスト過程はリセット線路７を介して逐次、観察可能である。この線路７を介して同時にシステムも、すなわち制御装置のすべてのコンポーネントが停止されるため、このシステムへのリセット信号の通常の作用も監視することができ、ないしは最後にこの作用を働かせることもできる。
【００１８】
給電モジュール１によって１つのリセットパルスが形成され、ここでこれはリセット線路７を介してすべてのコンポーネントに伝送される。このリセットパルスにより、コンポーネントの機能がパルス持続時間の間、停止される。しかしながら複数のリセットパルスをこのテストで使用して、プロセッサ２により、リセットパルス間の時間およびこれらのパルスの頻度を計数して、リセットテストが成功したか否かを確認することができる。このリセットテストが失敗した場合、警告が例えば表示装置を介して出力され、および／またはこの制御装置の機能が遮断される。テストに合格すると、この制御装置はイネーブルされる。リセットパルスの経過は、シフトレジスタを有する流れ制御部によって実現可能である。
【００１９】
リセットパルスはつぎのようにしてトリガされる。すなわち、上側および下側の境界によりそれぞれのバンドによって監視される複数の給電電圧が、これらの境界を歪ませることによってエラーになり、これがひいてはリセットに結び付くことによってトリガされるのである。給電電圧毎に上側の境界も下側の境界も共に歪ませるため、１つのエラーを形成するために２倍のテスト、すなわち６つのテスト、ひいては６つのパルスが必要であり、これによってこの実施例の３つの給電電圧のすべての境界がチェックされるのである。
【００２０】
図２では本発明の方法が流れ図で示されている。方法ステップ１１では制御装置がスイッチオンされる。これによってバッテリ電圧Vbattが印加される。給電モジュール１により、バッテリ電圧Ｖbattが、制御装置に設けられているコンポーネントに対する複数の所要の電圧に変換される。それに引き続きプロセッサ２は、方法ステップ１２において自動スタートプログラムを実行して、それ自体に関してないしは制御装置に設けられたＩＣないしはコンポーネントの前初期化を行う。これと並行するがこれには依存せずに方法ステップ６０において給電モジュール１によるテストが行われ、これはリセット線路７を介してテスト固有のリセットを生成することによって行われる。重大なエラーの際にはプロセッサ２，４を含むシステム全体の遮断がリセット線路７によって行われる（リセット−ロー）。重大でないエラーの際には方法ステップ１３で給電モジュール１によるテストが評価される。つぎに方法ステップ１４でテストが正常であったことが確認されると、方法ステップ１５において制御装置の機能がイネーブルされる。しかしながら方法ステップ１４においてテストが失敗したことが確認されると、方法ステップ１６において制御線路、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）を介して、制御装置の個々のコンポーネントが安全な所定の状態にされ、方法ステップ１７において警告が出力され、場合によっては制御装置の機能が遮断される。
【００２１】
図３ではスイッチオン時の給電電圧２３の経過が電圧−時間−線図で示されている。給電電圧２３すなわち５，３．３，１．８Ｖのいずれかに対して所定値１８は、上側の境界２０と下側の境界１９とによって取り囲まれる。電圧値２３がこれらの境界を越える場合、給電電圧のエラーが発生している。この電圧が監視窓に入った後、所定のフィルタ時間の後、境界１９および２０を上回ったこと／下回ったことについてのテストが開始されるが、給電電圧が定常状態になるまで所定の時間待機する。その後はじめて境界１９および２０を上回ったこと／下回ったことについてテストが開始される。検査には、所定値１８に依存しないが値が等しい基準値（Ｖref）が使用される。このために電圧制御器への出力電圧帰還部には実際電圧の他に、制御基準値（Ｖregel）を上回る、上側のバンドの境界に相応する電圧２０と、この制御基準値を下回る、下側のバンドの境界に相応する電圧１９とが出力結合され、これと上記の依存しない値Ｖref２３とが比較される。値Ｖref２３が下側のバンドの境界の下にシフトされると、エラーになり、リセットパルスがリセット線路７に発生する。Ｖref値が上側のバンドの境界の上にシフトされると、別のエラーになり、別のリセットパルスが発生する。
【００２２】
図４にはリセット線路７における信号が電圧−時間−線図で示されている。テスト中にリセットパルスが形成され、これらのリセットパルスによってコンポーネントの機能が停止される。リセット線路７が電圧値Ｖ１にある場合、制御装置のコンポーネントがイネーブルされる。しかしながらこれが電圧値Ｖ２に切り換わると、コンポーネントの機能が停止される。この図４では例えば３つのリセットパルスが示されている。リセットパルスはそれぞれ持続時間ｔ２−ｔ１，ｔ４−ｔ３，ｔ６−ｔ５を有する。これらの時間の差分はそれぞれ等しい。プロセッサはｔ２とｔ３との間およびｔ４とｔ５との間の時間を計数する。これらの時間が所定の時間と等しい場合、リセットテストは合格である。パルス持続時間およびパルス間の間隔は給電モジュール１においてハードウェアによって決定することでき、ここでこれは遅延素子ないしはシフトレジスタを使用することによって行われる。
【００２３】
図５には本発明の給電モジュール１のブロック回路図が示されている。バッテリ電圧VBATTは調整器２４に加わっており、その第２の入力側には制御器２５が接続されており、この制御器は、出力信号に依存して調整器２４に影響を及ぼして、所定の出力電圧が出力されるようにする。調整器２４の出力電圧は分圧器に供給され、これは抵抗２６，２７，２８および２９からなる。調整器２４の出力側には抵抗２６および出力側５０が接続されている。抵抗２６の他方の側には抵抗２７および比較器３１の正の入力側が接続されている。抵抗２７の他方の側には制御器２５の第１入力側および抵抗２８が接続されている。抵抗２８の他方の側には比較器３０の負の入力側および抵抗２９が接続されている。抵抗２９の他方の側はアースに接続されている。
【００２４】
抵抗２６および２８からそれぞれ比較器入力側に導かれる電圧は、基準電圧ＶＲＥＦと比較される。この場合にこれらの比較器は、ここで形成される給電電圧がバンド境界を下回るかまたは上回ると、その出力側３２および３３にそれぞれロー信号を出力する。ここでこの給電電圧は出力側５０において取り出し可能である。制御基準電圧Ｖregelはさらに制御器２５の第２の入力側に接続されており、これによってここで調整器２４の出力電圧とＶregelとが比較される。
【００２５】
例えばここで示した給電電圧の供給に対して設けられると共に、上側および下側のバンド境界設定に対しても設けられる抵抗回路網は、集積回路において極めた簡単に、また分圧比および制御器精度および監視精度に関して殊に正確に作製可能である。例えば図５に示した構成は給電電圧毎に実現可能である。したがって３つの給電電圧がある場合、図５に示したのと同じような３つの回路が使用される。
【００２６】
図６には電圧VREGELおよびVREFを供給する回路のブロック回路図が示されている。並列接続されており、かつ前もって安定化された電圧３４とアースとの間に配置されている２つの電圧源３６および３５が、オペアンプ３７および３８の正の入力側にそれぞれ接続されており、ここで各オペアンプ３７および３８の出力側は負の入力側に負帰還結合されている。これによってインピーダンス変換器が実現されており、それぞれ出力側に加わる電圧VREGELとVREFとは互いに依存しない。これは、図７に示したように１つの電圧源３９だけで実現することも可能であり、この場合にその出力電圧はオペアンプ３７および３８の正の入力側に導かれる。
【００２７】
図８に示されているのは、このような電圧源３９，３５または３６の実現の仕方である。ここでこれはいわゆるバンドギャップレファレンスである。出力側４０にはバンドギャップに依存する電圧４０が発生する。この電圧は、ここでは後置接続されたエミッタ接地のトランジスタを有する電流ミラーによって実現される。トランジスタ４６のエミッタはアースに接続されており、そのコレクタは一方では抵抗４１に、他方ではそのベース端子に接続されている。トランジスタ４６のベース端子はさらにトランジスタ４５のベースに接続されており、そのエミッタは抵抗４４を介してアースに接続されている。トランジスタ４５のコレクタは、一方ではトランジスタ４３のベースに、他方では抵抗４２に通じている。トランジスタ４３のエミッタはアースに接続されており、これに対してコレクタは電圧出力側４０に通じている。抵抗４２および抵抗４１もそれぞれその別の側において出力側４０に接続されている。
【００２８】
いわゆるバンドギャップレファレンスではエミッタとベースとの間の電圧が基準として使用され、ここで基本素子は、トランジスタ４６および４５を有する電流ミラーである。２つのトランジスタ４６および４５は相異なる電流密度、通例１０対１の比を有している。電流ミラーの電流は抵抗４２を介して電圧に変換され、ここでこの電圧にはトランジスタ４３のベース−エミッタ−電圧が加算される。適切に選択すると抵抗４２により、温度に依存しないようにすることができる。これが達成されるのは、合計の電圧がシリコンのバンドギャップに相応する場合である。これは約１．２２Ｖである。抵抗４１を介する出力電流は、電流ミラーに必要な定電流として利用される。
【００２９】
給電モジュール１はここではＩＣとして実施されている。しかしながらこれを複数の電子コンポーネントから構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の制御装置のブロック回路図である。
【図２】 本発明の方法の流れ図である。
【図３】 監視バンドの境界および所定値を有する、電圧の経過を示す電圧−時間線図である。
【図４】 リセットパルスのテストシーケンスを示す電圧−時間線図である。
【図５】 本発明の給電モジュールのブロック回路図である。
【図６】 制御およびテスト電圧を供給する２つの電圧源を示す図である。
【図７】 制御電圧およびテスト電圧を供給する２つのインピーダンス変換器を有する電圧源を示す図である。
【図８】 バンドギャップレファレンスを示す図である。

Claims (10)

1. 自動車における制御装置の電圧供給を監視する方法において、
   前記制御装置の給電モジュール（１）によって形成され加えられた電圧にてエラーが識別されると、該給電モジュール（１）により、リセット線路（７）を介して前記の制御装置のコンポーネントの各機能を遮断し、
   前記電圧のエラーをバンド（１９，２０）および所定値（１８）によって監視し、
   前記の制御装置のリセット線路（７）のテストを開始し、
   つぎに前記給電モジュール（１）により、周期的なパルスを用いリセット線路（７）を介して所定の時間の間、前記コンポーネントの機能を遮断し、
   プロセッサ（２）によって、当該遮断の間の時間を計数して、リセット線路（７）の機能の仕方を監視することを特徴とする、
   制御装置の電圧供給を監視する方法。
2. 前記のテストの際にバンドの境界（１９，２０）を交替で所定値（１８，２３）以上ないしは以下に歪ませて前記遮断が強制されるようにする、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記テストを前記制御装置の新たなスタートの度に行う、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 監視した電圧のエラー毎に前記コンポーネントを停止し、
   該停止は、前記給電モジュール（１）のすべての監視機能によって前記電圧にてエラーのないことがシグナリングされるまで行われる、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記給電モジュール（１）によって、互いに依存しない２つの基準電圧を供給し、
   第１の基準電圧を電圧の制御に、第２の基準電圧を制御電圧の監視に使用する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記のテストが失敗した際には警告および／または制御装置の機能の遮断を行う、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 自動車における制御装置の電圧供給を監視する方法を実施する制御装置において、
   該制御装置は給電モジュール（１）を有しており、
   該給電モジュール（１）によって前記制御装置のコンポーネント（２〜６，５０〜５２）に必要な電圧が供給され、
   該給電モジュール（１）はリセット線路（７）を介して前記コンポーネント（２〜６，５０〜５２）に接続されており、
   前記制御装置のプロセッサ（２）が、前記のリセット線路（７）のテストを実施する手段を有することを特徴とする、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法を実施する制御装置。
8. 前記給電モジュール（１）は、互いに依存しない少なくとも２つの基準電圧（VREF，VREGEL）を供給する手段を有する、
   請求項７に記載の制御装置。
9. 前記給電モジュール（１）は、基準電圧（VREGEL，VREF）を供給する互いに依存しない少なくとも２つの電圧源（３５，３６）を有する、
   請求項８に記載の制御装置。
10. 前記給電モジュール（１）は、１つの電圧源（３９）と、前記の複数の基準電圧を提供する少なくとも２つのインピーダンス変換器（３７，３８）とを有する、
    請求項８に記載の制御装置。

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