JP4211640B2 - 電子制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子制御装置に関するものである。
従来、誘導性負荷を駆動し、その誘導性負荷からのフライバック電流を還流する還流回路を備えた電子装置がある。例えば、図10に示すように、電子装置としてのECU100は、CPU160からの信号に応じて動作するFET170を有し、このFET170のON/OFF動作により誘導性負荷200を駆動する。
誘導性負荷200は、FET170がOFF動作からON動作に切り替わることによりFET170のGNDへ電流が流れることで駆動し、一方、FET170がON動作からOFF動作に切り替わった場合には、それまでの駆動に伴うフライバック電流を発生する。このフライバック電流は、ECU100内部で消費される電流の倍程度の大きさとなる。
還流回路は、この誘導性負荷200からのフライバック電流を主電源であるバッテリ300へ還流する回路であり、同図に示すように、+B端子110に接続される還流ダイオード130を備える。この還流回路によって、フライバック電流がバッテリ300へ還流されるため、FET170の過電圧に伴う絶縁破壊が防止できる。
上述した、従来の電子装置では、主電源リレー400からECU100の+B端子110までを接続する電源線(以下、+B線)が断線した場合に、ECU100が不安定な状態で動作し続ける問題が生じる。この問題は、誘導性負荷200からのフライバック電流がバッテリ300へ還流されなくなるために生じる。
すなわち、+B線の断線が無い状態であれば、ECU100内部の消費電流に対する過剰な電荷はバッテリ300側へ吸収され、+B端子110に接続されるECU100内部の電圧(以下、+B電圧)の変動はない。しかし、+B線が断線した場合、フライバック電流は、図11に示す経路aを流れ、ECU100内部の消費電流に対する過剰な電荷によってECU100内部の+B電圧が上昇し、過電圧となる(異常電圧)。そして、FET170がON/OFF動作の切り替えを繰り返した場合、ECU100は、過電圧の不安定な状態で動作し続けることになる。
このような不安定な状態でECU100が動作し続ける場合、バッテリ300の主電源電圧に対して、ECU100内部の+B電圧だけが異常に変動し、例えば、+B電圧の変動に対して制御系の演算結果を補正する場合、この変動によって演算結果を補正する項に大きな誤差が生じることになる。
例えば、エンジンの排気ガス浄化装置の制御等においては、+B電圧の変動に対して制御系の演算結果を補正するため、この変動により演算結果を補正する項に大きな誤差が発生し、この誤差の影響により排気ガスの法規制レベルを逸脱し、その結果、環境に悪影響を与えるといった問題となる。
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたもので、主電源に接続される電源線の断線を確実に検出できる電子制御装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、誘導性負荷のフライバック電流を還流するための還流回路が内蔵され、当該還流回路は、誘導性負荷につながる出力端子、ならびに駆動回路を駆動せしめるための電源入力端子に接続された電子制御装置であって、駆動回路又は還流回路の電圧を検出する電源電圧検出手段と、駆動回路の動作状態と電源電圧検出手段の検出する電圧とに基づいて、電子制御装置の電源と駆動回路を駆動せしめるための電源入力端子とを接続する電源線の断線の有無を判定する断線判定手段とを備えることを特徴とする。
すなわち、図11に示すように、+B線の断線が無い状態で、FET170がOFF動作の場合には、誘導性負荷200に加わる電圧とECU100内部の+B電圧とは平衡状態にあるため、還流ダイオード130はバイアスされない。
また、+B線が断線した状態で、FET170がOFF動作である場合、還流ダイオード130はバイアスされ、誘導性負荷200を流れる電流が同図中の経路aでECU100内部に流れ込み、これによりECU100が動作する。なお、この場合のECU100内部の+B電圧は、バッテリ300の主電源電圧に対して還流ダイオード130一つ分の誤差であり、ECU100の動作に大きな影響を与えるものではない。また、+B線が断線した状態で、FET170がON動作である場合には、誘導性負荷200を流れる電流はFET170のGNDへ流れ、ECU100内部に電流が流れない。そのため、ECU100は作動しない。
本発明は、+B線が断線した状態で、FET170がON動作からOFF動作へ切り替わる場合にECU100内部の+B電圧だけが変動(上昇)する点に着目し、この変動を捉えるようにしたものである。
図2(a)は、+B線が断線していない状態でFET170がON動作からOFF動作に切り替わる際の+B端子110(又は、出力端子120)の電圧(ch1)、及びCPU160に入力されるA/D変換後の入力電圧(ch2)を示したものである。同図(a)に示すように、+B線が断線していない状態では、FET170の動作状態が変化しても、+B電圧の変動は見られない。
これに対し、図2(b)に示すように、+B線が断線した状態でFET170がON動作からOFF動作に切り替わる場合、+B端子110(又は、出力端子120)の電圧(ch1)とCPU160に入力されるA/D変換後の入力電圧(ch2)は大きく変動し、異常電圧となる。このことから、FET170の動作状態とECU100内部の+B電圧に基づいて、+B線の断線の有無を確実に検出することができる。
請求項2に記載の電子制御装置によれば、断線判定手段は、駆動回路の動作状態として、誘導性負荷を駆動するON動作が実行され、その後、その駆動を停止するOFF動作が実行されたときの電圧に基づいて判定することを特徴とする。
これにより、+B線の断線時に、誘導性負荷のフライバック電流がECU内部に流入するときに発生するECU内部の+B電圧の過渡(上昇)変動を捉えて、+B線の断線を判定することができる。
請求項3に記載の電子制御装置によれば、誘導性負荷は、エンジンの駆動に係わる負荷であって、断線判定手段は、エンジンが停止状態である場合に、駆動回路によって、誘導性負荷を強制的に駆動するON動作が実行され、その後、その駆動を強制的に停止するOFF動作が実行されたときの電圧に基づいて判定することを特徴とする。
例えば、エンジンの吸/排気バルブの開閉タイミングやリフト量の制御には、ソレノイド等の誘導性負荷が採用されることが多いが、このような誘導性負荷をエンジン駆動中に強制的に駆動/停止すると、エンジンに悪影響を与える恐れがある。そのため、エンジンが停止状態である場合に、誘導性負荷を強制的に駆動/停止することで、エンジンへの影響を考慮せずに+B線の断線を判定することができる。
請求項4に記載の電子制御装置によれば、駆動回路は、エンジンの始動前に誘導性負荷を強制的に駆動するON動作を実行し、その後、その駆動を強制的に停止するOFF動作を実行することを特徴とする。
例えば、イグニションスイッチ(IGSW)をONにしてからエンジンを始動する前であれば、上述したような、エンジンの吸/排気バルブの開閉タイミングやリフト量の制御に利用される誘導性負荷を強制的に駆動/停止しても、排気ガスへの影響がない。従って、エンジンの始動前に誘導性負荷を強制的に駆動/停止することで、排気ガスへの影響を考慮する必要がなくなる。
請求項5に記載の電子制御装置によれば、電源電圧検出手段は、電圧をA/D変換したうえで検出し、断線判定手段は、駆動回路によって、誘導性負荷の駆動を停止するOFF動作が実行されてから所定時間経過した後にA/D変換された電圧に基づいて判定することを特徴とする。
例えば、ECU100がマイクロコンピュータ(以下、マイコン)として構成され、このマイコンにて+B電圧を取り込んでA/D変換する場合、マイコンで扱うことのできる電圧レベルまで抑えるために、抵抗とコンデンサによって構成される分圧回路等を用いることがある。このような分圧回路を用いる場合、その内部のコンデンサの影響により、ECU100内部の+B電圧の異常電圧のピークは、OFF動作を実行してから所定時間遅れて発生する。
従って、誘導性負荷の駆動を停止するOFF動作が実行されてから所定時間経過した後にA/D変換された電圧に基づいて+B線の断線を判定することで、正確な断線判定を行なうことができる。
請求項6に記載の電子制御装置によれば、断線判定手段は、電源電圧検出手段の検出する電圧が電源の通常の電圧以上の大きさである場合に、電源線の断線が有ると判定することを特徴とする。
すなわち、自動車等に搭載される主電源としてのバッテリでは、オルタネータからの制御電圧が最大で約16V程度であるため、これ以上の電圧が検出される場合、何らかの異常が発生していると判断することができる。
これは、図2(b)に示すように、+B線が断線した状態でFET170がON動作からOFF動作に切り替わる場合、CPU160に入力されるA/D変換後の入力電圧(ch2)は、+B線の断線が無い場合の入力電圧よりも大きな値を示す(V2>V1)ことから明らかである。
従って、FET170がON動作からOFF動作に切り替わる際、+B電圧の通常レベルの範囲(例えば、8〜16V程度)以上の異常電圧(例えば、17V以上)が検出される場合には、+B線の断線が有ると判定することができる。
請求項7に記載の電子制御装置によれば、電源電圧検出手段は、電圧が電源の通常の電圧以上の大きさに変化したときのエッジを検出するエッジ検出手段を備え、断線判定手段は、エッジ検出手段によるエッジ検出結果に基づいて判定することを特徴とする。
例えば、A/D変換したうえで+B電圧を検出する場合、A/D変換のサンプリング周期と異常電圧の発生が一致している必要があり、このタイミングにズレが生じる場合、異常電圧が検出できなくなる。
そこで、所定電圧以上の大きさに変化したときのエッジを検出し、その履歴を保持できるマイコンのラッチポートを用いて異常電圧を検出する。これにより、異常電圧の発生タイミングに係わらず、異常電圧を確実に検出できる。また、エッジ検出の履歴を保持できるため、マイコンでは、ラッチポートの状態を適当なタイミングで読み込むことが可能となり、マイコンの処理を分散することができる。
請求項8に記載の電子制御装置は、電源線と異なる他の電源線によって電源に接続される回路の電圧を検出する他電源電圧検出手段を備え、断線判定手段は、電源電圧検出手段の検出する電圧と、他電源電圧検出手段の検出する電圧との差分を示す差分電圧に基づいて判定することを特徴とする。
例えば、図8に示すように、スロットルモータ等の制御がECU100に一体化されている場合、モータの電流消費量が多いことから、+B端子110とは別にモータ専用の電源入力端子(モータ電源端子)190が設けられている。そして、同図に示すように、このモータ電源端子190と+B端子110とがECU100内部で絶縁状態にあれば、このモータ電圧を比較材料として、+B電圧とモータ電圧との差分を示す差分電圧に基づいて、+B電圧の異常電圧を検出することができる。
請求項9に記載の電子制御装置によれば、駆動回路は、パルス幅のデューティ比の変更が可能なパルス信号を発生するパルス信号発生部と、パルス信号発生部の発生するパルス信号に応じて、誘導性負荷を駆動するON動作、及びその駆動を停止するOFF動作を実行する駆動制御部とを備え、断線判定手段は、パルス幅のデューティ比の変化に応じた電圧、エッジ検出結果、及び差分電圧の何れか1つに基づいて判定することを特徴とする。
図10に示した従来のECU100では、誘導性負荷200をPWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)制御によって駆動する場合、+B線が断線していれば、誘導性負荷200のフライバック電流の大きさは、パルス幅のデューティ比が約50%である場合に最も大きくなり、約40〜60%の範囲でECU100の内部消費電流を越える大きさとなり、ECU100内部の+B電圧を上昇させることが知られている。
このことから、パルス幅のデューティ比の変化に応じた+B電圧の大きさ、エッジ検出結果、差分電圧の大きさの何れか1つに基づいて+B線断線を判定することができる。その結果、エンジン始動前に限らず、誘導性負荷200の動作中でも断線判定を行なうことができる。
また、誘導性負荷200の動作中に連続してフライバック電流がECU100内部に流入する場合には、常に+B電圧が上昇するため、A/D変換したうえで+B電圧を検出する場合であっても、所定時間経過した後のA/D変換された電圧から+B線の断線を判定する必要がなくなる。
請求項10に記載の電子制御装置によれば、断線判定手段は、パルス幅のデューティ比が所定範囲内のデューティ比を示し、かつ、電圧が電源の通常の電圧以上の大きさである、エッジが検出される、及び差分電圧が所定電圧以上の大きさであるの何れか1つに該当する場合、電源線が断線した可能性が有ると判定する断線可能性判定手段を備えることを特徴とする。
上述したように、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲でECU100の内部消費電流を越える大きさとなり、ECU100内部の+B電圧を上昇させることが知られている。そのため、パルス幅のデューティ比が上記範囲であるときの+B電圧の大きさが通常の電圧以上の大きさである、エッジが検出される、差分電圧が所定電圧以上の大きさであるの何れか1つに該当する場合に、電源線の断線の可能性が有ると判定することができる。
請求項11に記載の電子制御装置によれば、断線判定手段は、断線可能性判定手段によって断線した可能性が有ると判定され、さらに、パルス幅のデューティ比が所定範囲から外れたデューティ比を示し、かつ、電圧が電源の通常の電圧に満たない大きさである、エッジが検出されない、及び差分電圧が所定電圧に満たない大きさであるの何れか1つに該当する場合、電源線の断線が有ると判定することを特徴とする。
すなわち、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲から外れた範囲である場合、フライバック電流の大きさは、ECU100の内部消費電流を越える大きさとならないため、このときの+B電圧は、通常の電圧に満たない大きさとなる。
従って、断線可能性判定手段によって断線した可能性が有ると判定され、さらに、パルス幅のデューティ比が上記範囲から外れた範囲である場合の+B電圧の大きさが通常の電圧に満たない大きさである、エッジが検出されない、差分電圧が所定電圧に満たないの大きさであるの何れか1つに該当する場合に、電源線の断線を正確に判定することができる。
請求項12に記載の電子制御装置によれば、断線判定手段は、パルス幅のデューティ比が所定範囲から外れたデューティ比を示し、かつ、電圧が電源の通常の電圧以上の大きさである、エッジが検出される、及び差分電圧が所定電圧以上の大きさであるの何れか1つに該当する場合、電源線の断線とは異なった電源に関する異常を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする。
+B線の断線の有無に係わらず、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲から外れた範囲である場合、+B電圧の大きさが通常の電圧以上の大きさとなることはない。
従って、パルス幅のデューティ比が上記範囲から外れた範囲である場合の+B電圧の大きさが通常の電圧以上の大きさである、エッジが検出される、差分電圧が所定電圧以上の大きさであるの何れか1つに該当する場合、例えば、オルタネータの異常等、+B線の断線とは異なった電源に関する異常発生を検出することができる。
請求項13に記載の電子制御装置によれば、誘導性負荷は、エンジンの駆動に係わる負荷であって、断線判定手段は、エンジンが駆動状態である場合に判定することを特徴とする。これにより、エンジンが駆動している状態において+B線の断線判定を行なうことができる。
請求項14に記載の電子制御装置によれば、断線判定手段は、電源の電圧が変動すると想定される状況において電源線の断線の判定の実行を禁止することを特徴とする。例えば、エンジン始動時のように、スタータモータが大電流を消費し、バッテリ300の電圧が著しく変動するような状況では、+B線の断線判定を行なうと誤った判定をする可能性がある。従って、エンジン始動時等の電源の電圧が変動すると想定される状況おいて断線判定の実行を禁止することで、誤判定を防止することができる。
請求項15に記載の制御装置は、断線判定手段によって電源線の断線が有ると判定される場合、断線に対応した故障コードを生成する故障コード生成手段と、故障コード生成手段の生成する故障コードを記憶する故障コード記憶手段と、故障コード生成手段の生成する故障コードに応じた表示を行なう表示制御手段とを備えることを特徴とする。これにより、+B線の断線の発生を記憶したり、ユーザに提供したりすることができる。
請求項16に記載の電子制御装置によれば、駆動回路は、誘導性負荷を流れる電流をリニアに制御することで、誘導性負荷を駆動するものであることを特徴とする。例えば、エンジンの吸/排気バルブの開閉タイミングやリフト量の制御、或いは、エアコンのコンプレッサの可変制御等、誘導性負荷を流れる電流をリニアに制御することで誘導性負荷を駆動する駆動回路における+B線の断線を検出することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態における電子制御装置に関して、図面に基づいて説明する。本実施形態における電子制御装置は、自動車等の車両に搭載され、誘導性負荷の駆動を制御する装置である。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の電子制御装置であるECU100とその周辺の構成を示す図である。同図に示すように、ECU100は、+B端子110、及び出力端子120の2つの接続端子を備え、+B端子110は、主電源リレー400を介してバッテリ300に接続され、出力端子120は、誘導性負荷200と接続される。
誘導性負荷200は、例えば、ソレノイド等のような、内部を流れる電流をリニアに制御することで駆動させるもので、エンジンの吸/排気バルブの開閉タイミングやリフト量の制御、或いは、エアコンのコンプレッサの可変制御等に用いられる。
バッテリ300は、主電源として用いられるものである。主電源リレー400は、バッテリ300と各種車載装置とを接続したり、その接続を解除したりするリレー(+Bリレー)であり、図示しないイグニションスイッチ(IGSW)の切り替えに応じて動作する。
ECU100は、マイクロコンピュータ(マイコン)として構成するもので、図1に示すように、内部には、還流ダイオード130、電源制御IC140、1/4分圧回路150、CPU160、FET170を備えている。また、図示しない、ROM、RAM、I/Oポート、バス等を備え、ROMに記憶されるプログラムに従ってCPU160が演算処理を実行する。
還流ダイオード130は、上述したように、誘導性負荷200のフライバック電流をバッテリ300側に還流する還流回路を構成するものである。電源制御IC140は、基準電圧(3V、5V)を内部で生成するもので、ECU100内部の+B電圧の変動を受けない構成を備えている。1/4分圧回路150は、抵抗とコンデンサによって構成される分圧回路であり、ECU100内部の+B電圧を1/4倍し、CPU160へ出力する。
CPU160は、図示しないA/D変換ポートによってA/D変換された1/4分圧回路150からの出力電圧に基づいて+B電圧の大きさを検出し、この検出した+B電圧の大きさとFET170の動作状態に基づいて+B線の断線の有無を判定する断線判定処理を実行する。また、FET170を駆動するための信号を生成する駆動信号生成処理を実行する。
FET170は、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ゲート電極に電圧が加えられることで、出力端子120に接続されたドレイン電極とGNDに接続されたソース電極との間の電流が流れる(ON動作)。一方、ゲート電極に電圧が加えられない場合、ドレイン電極とソース電極との間に電流は流れない(OFF動作)。
誘導性負荷200は、このFET170のON/OFF動作に応じて駆動する。すなわち、FET170がOFF動作からON動作に切り替わることによりFET170のGNDへ電流が流れることで駆動し、一方、FET170がON動作からOFF動作に切り替わった場合には、それまでの駆動に伴うフライバック電流を発生する。このフライバック電流は、ECU100内部で消費される電流(例えば、500mA程度)の倍(例えば、1A程度)の大きさとなる。
この誘導性負荷200からのフライバック電流は、ECU100内部に構成される還流回路によってバッテリ300へ還流される。これにより、FET170の過電圧に伴う絶縁破壊を防いでいる。
しかしながら、主電源リレー400からECU100の+B端子110までを接続する接続線(+B線)が断線した場合、ECU100が不安定な状態で動作し続ける問題が生じる。この問題は、フライバック電流がバッテリ300へ還流されなくなるために生じる。
すなわち、上述したように、+B線の断線が無い状態であれば、ECU100内部の消費電流に対する過剰な電荷はバッテリ300側へ吸収され、+B端子110に接続されるECU100内部の+B電圧の変動はない。しかし、+B線が断線した場合、フライバック電流は、図11に示した経路aを流れ、ECU100内部の消費電流に対する過剰な電荷によってECU100内部の+B電圧が上昇し、過電圧となる(異常電圧)。そして、FET170がON/OFF動作の切り替えを繰り返した場合、ECU100は、過電圧の不安定な状態で動作し続けることになる。
このような不安定な状態でECU100が動作し続ける場合、バッテリ300の主電源電圧に対して、ECU100内部の+B電圧だけが異常に変動し、例えば、+B電圧の変動に対して制御系の演算結果を補正する場合、この変動によって演算結果を補正する項に大きな誤差が生じることになる。
例えば、エンジンの排気ガス浄化装置の制御等においては、+B電圧の変動に対して制御系の演算結果を補正するため、この変動により演算結果を補正する項に大きな誤差が発生し、この誤差の影響により排気ガスの法規制レベルを逸脱し、その結果、環境に悪影響を与えるといった問題となる。
本実施形態では、かかる問題を鑑み、IGSWをONにしてからエンジンを始動する前の間に誘導性負荷200を強制的に駆動し、その後、その駆動を強制的に停止させ、この駆動停止から所定時間経過後のECU100内部の+B電圧を検出する。そして、この検出した+B電圧に基づいて+B線の断線を判定する。
つまり、+B線の断線が無い状態で、FET170がOFF動作の場合には、誘導性負荷200に加わる電圧とECU100の+B電圧とは平衡状態にあるため、還流ダイオード130はバイアスされない。
また、+B線が断線した状態で、FET170がOFF動作である場合、還流ダイオード130はバイアスされ、誘導性負荷200を流れる電流が図11中の経路aでECU100内部に流れ込み、これによりECU100が動作する。なお、この場合のECU100内部の+B電圧は、バッテリ300の主電源電圧に対して還流ダイオード130一つ分の誤差であり、ECU100の動作に大きな影響を与えるものではない。また、+B線が断線した状態で、FET170がON動作である場合には、誘導性負荷200を流れる電流はFET170のGNDへ流れ、ECU100内部に電流が流れない。そのため、ECU100は作動しない。
本実施形態は、+B線が断線した状態で、FET170がON動作からOFF動作へ切り替わる場合にECU100内部の+B電圧だけが変動(上昇)する点に着目し、この+B電圧の変動を捉えるようにしたものである。図2(a)は、+B線が断線していない状態でFET170がON動作からOFF動作に切り替わる際の+B端子110(又は、出力端子120)の電圧(ch1)、及びCPU160に入力されるA/D変換後の入力電圧(ch2)を示したものである。同図(a)に示すように、+B線が断線していない状態では、FET170の動作状態が変化しても、+B電圧の変動は見られない。
これに対し、図2(b)に示すように、+B線が断線した状態でFET170がON動作からOFF動作に切り替わる場合、+B端子110(又は、出力端子120)の電圧(ch1)とCPU160に入力されるA/D変換後の入力電圧(ch2)は大きく変動し、異常電圧となる。
従って、本実施形態では、IGSWをONにしてからエンジンを始動する前の間に誘導性負荷200を強制的に駆動し、その後、その駆動を強制的に停止させ、駆動停止から所定時間経過後のECU100内部の+B電圧を検出する。そして、この検出した+B電圧に基づいて+B線の断線を判定する。
これにより、FET170の動作状態とECU100内部の+B電圧に基づいて、+B線の断線の有無を確実に検出することができる。そして、+B線の断線時に、誘導性負荷のフライバック電流がECU100内部に流入するときに発生するECU100内部の+B電圧の過渡上昇変動を捉えて、+B線の断線を判定することができる。
次に、本実施形態のECU100における+B線の断線判定処理について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本断線判定処理は、IGSWのONが選択されてからエンジンの始動前に実行される。
すなわち、本実施形態の誘導性負荷200ように、エンジンの吸/排気バルブの開閉タイミングやリフト量の制御等に用いられる場合、エンジン駆動中にこの誘導性負荷200を強制的に駆動/停止すると、エンジンに悪影響を与える恐れがある。
そのため、IGSWのONが選択されてからエンジンの始動前までのエンジンが停止状態である場合に、誘導性負荷200を強制的に駆動/停止することで、エンジンへの影響を考慮せずに+B線の断線を判定することができる。また、エンジン始動前であるので、排気ガスへの影響を考慮する必要がない。
図3に示すステップ(以下、Sと記す)10では、誘導性負荷200を強制的に駆動する(FET170のON動作)。S20では、FET170をOFF動作に切り替え、所定時間待つ。
本実施形態のように、マイコンとして構成されるECU100にて+B電圧を取り込んでA/D変換する場合、1/4分圧回路150等の分圧回路を用いてマイコンで扱うことのできる電圧レベルまで抑える必要があるが、その内部のコンデンサの影響により、フライバック電流によるECU100内部の+B電圧の異常電圧のピークがOFF動作を実行してから遅れて(例えば、数ミリ秒程度)発生する。従って、誘導性負荷200の駆動を停止するOFF動作が実行されてから所定時間経過するまで待機することで、正確な+B線の断線判定を行なうことができる。
S30では、A/D変換された+B電圧を読み込み、S40では、+B電圧のレベルが所定電圧以上であるか否かを判定する。この所定電圧のレベルとしては、バッテリ300の通常の電圧レベルに基づいて設定するとよい。すなわち、自動車等に搭載されるバッテリ300では、オルタネータからの制御電圧が最大で約16V程度であるため、これ以上の電圧が検出される場合、何らかの異常が発生していると判断することができる。
これは、図2(b)に示すように、+B線が断線した状態でFET170がON動作からOFF動作に切り替わる場合、CPU160に入力されるA/D変換後の入力電圧(ch2)は、+B線の断線が無い場合の入力電圧よりも大きな値を示す(V2>V1)ことから明らかである。
従って、FET170がON動作からOFF動作に切り替わる際、+B電圧の通常レベルの範囲(例えば、8〜16V程度)以上の異常電圧(例えば、17V以上)を所定電圧として設定することで、+B電圧のレベルから+B線の断線が判定できる。
S40において肯定判定される場合には、S50へ処理を進め、否定判定される場合には本処理を終了する。S50では、+B線が断線したと判定し、S60において、+B線の断線に対応した故障コードを生成し、この生成した故障コードを記憶するとともに、図示しない表示部からこの故障コードに応じた表示を行なう。これにより、+B線の断線の発生を記憶したり、ユーザに提供したりすることができる。
このように、本実施形態のECU100における+B線の断線判定処理は、IGSWをONにしてからエンジンを始動する前の間に誘導性負荷200を強制的に駆動し、その後、その駆動を強制的に停止させ、駆動停止から所定時間経過後のECU100内部の+B電圧を検出する。そして、この検出した+B電圧に基づいて+B線の断線を判定する。これにより、FET170の動作状態とECU100内部の+B電圧に基づいて、+B線の断線の有無を確実に検出することができる。
(変形例1)
本実施形態の+B線の断線判定処理は、IGSWをONにしてからエンジンを始動する前の間に繰り返し行なってもよい。これにより、断線判定の精度を向上することができる。
(第2の実施形態)
本実施形態のECU100は、第1の実施形態におけるECU100と共通している部分が多いため、以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。第1の実施形態におけるECU100における+B線の断線判定処理は、エンジン始動前の限られた時間内においてのみ断線判定処理を実施するものであるのに対し、本実施形態のECU100における+B線の断線判定処理は、エンジンが駆動している状態において実施する点で異なる。
例えば、図1に示したECU100では、誘導性負荷200をPWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)制御によって駆動する場合、+B線が断線していれば、誘導性負荷200のフライバック電流の大きさは、パルス幅のデューティ比が約50%である場合に最も大きくなり、約40〜60%の範囲でECU100の内部消費電流を越える大きさとなり、ECU100内部の+B電圧を上昇させることが知られている。
このことから、本実施形態では、CPU160で生成するパルス幅のデューティ比の変化に応じた+B電圧の大きさに基づいて、+B線断線を判定する。これにより、エンジン始動前に限らず、誘導性負荷200の動作中でも+B線の断線判定を行なうことができる。
また、誘導性負荷200の動作中に連続してフライバック電流がECU100内部に流入する場合には、常に+B電圧が上昇するため、A/D変換したうえで+B電圧を検出する場合であっても、所定時間経過した後のA/D変換された電圧から+B線の断線を判定する必要がなくなる。
次に、本実施形態のECU100における+B線の断線判定処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、S110では、IGSWの操作によってエンジンのクランキングが行われ、このクランキングにより、S120にてエンジンが始動する。本実施形態の断線判定処理は、S120のエンジン始動後に+B電圧を検出し、断線判定を行なう。
すなわち、例えば、エンジン始動時のように、スタータモータが大電流を消費し、バッテリ300の電圧が著しく変動するような状況では、+B線の断線判定を行なうと誤った判定をする可能性がある。従って、エンジン始動時等のバッテリ300の電圧が変動すると想定される状況において断線判定の実行を禁止することで、誤判定を防止することができる。
エンジンが始動すると、S130では、誘導性負荷200の通常制御(PWM制御)を開始する。S140では、PWM制御におけるパルス幅のデューティ比が所定範囲(約40〜60%)内であるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS150へ処理を進め、否定判定される場合にはS180へ処理を移行する。
S150では、+B電圧のレベルが所定電圧以上(例えば、17V以上)であるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS160へ処理を進め、否定判定される場合にはS130へ処理を移行し、上述した処理を繰り返し行なう。
S160では、+B線の断線の可能性が有るとする仮故障結果を記憶する。上述したように、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲でECU100の内部消費電流を越える大きさとなり、ECU100内部の+B電圧を上昇させることが知られている。そのため、パルス幅のデューティ比が上記範囲であるときの+B電圧の大きさが所定電圧以上の大きさである場合に、電源線の断線の可能性が有ると判定することができる。
S170では、診断結果1が記憶されているか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS240へ処理を進め、否定判定される場合にはS130へ処理を移行する。S180では、+B電圧を読み込み、S190では、+B電圧のレベルが所定電圧以上であるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS200へ処理を進め、否定判定される場合にはS220へ処理を移行する。
S200では、他の電源系の異常が検出されたとする。つまり、+B線の断線の有無に係わらず、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲から外れた範囲である場合、+B電圧の大きさが所定電圧以上の大きさとなることはない。従って、パルス幅のデューティ比が上記範囲から外れた範囲である場合の+B電圧の大きさが所定電圧以上の大きさである場合、例えば、オルタネータの異常等、+B線の断線とは異なった電源に関する異常発生を検出することができる。
S210では、他の電源系の異常に対応した故障コードを生成し、この生成した故障コードを記憶するとともに、図示しない表示部からこの故障コードに応じた表示を行なう。これにより、他の電源系の異常発生を記憶したり、ユーザに提供したりすることができる。
S220では、S160の仮故障結果が記憶されているか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS240へ処理を移行し、否定判定される場合にはS230へ処理を進める。S230では、+B電圧が所定電圧に満たないとする診断結果(診断結果1)を記憶する。
S240は、S150において、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲内にある時の+B電圧が所定電圧以上の大きさであると判定され、かつ、S190において、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲外にある時の+B電圧が所定電圧に満たない大きさであると判定された場合であり、この2つの判定条件が成立した場合に、S240において+B線が断線したとする。
すなわち、+B線が断線している場合、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲である場合、フライバック電流の大きさは、ECU100の内部消費電流を越える大きさとなり、ECU100内部の+B電圧を上昇させ、このときの+B電圧は、所定電圧以上の大きさとなる。一方、パルス幅のデューティ比が約40〜60%の範囲から外れた範囲である場合、フライバック電流の大きさは、ECU100の内部消費電流を越える大きさとならないため、このときの+B電圧は、通常の電圧に満たない大きさとなる。
従って、パルス幅のデューティ比が上記範囲内にある場合と上記範囲から外れた範囲である場合の+B電圧の大きさに基づいて判定することで、+B線の断線を正確に判定することができる。
S250では、+B線の断線に対応した故障コードを生成し、この生成した故障コードを記憶するとともに、図示しない表示部からこの故障コードに応じた表示を行なう。これにより、+B線の断線の発生を記憶したり、ユーザに提供したりすることができる。
このように、パルス信号のデューティ比の変化に応じた+B電圧の大きさに基づいて、+B線断線を判定することにより、エンジン始動前に限らず、誘導性負荷200の通常動作中でも+B線の断線判定を行なうことができる。
(第3の実施形態)
本実施形態のECU100は、第2の実施形態におけるECU100と共通している部分が多いため、以下、第2の実施形態と異なる点について説明する。第2の実施形態におけるECU100における+B線の断線判定処理は、A/D変換後の+B電圧を検出し、その+B電圧のレベルに基づいて+B線の断線判定を行なうものである。
これに対し、本実施形態のECU100は、図5に示すように、+B電圧を分圧する分圧回路180を備え、分圧した+B電圧をラッチポートに入力する。この分圧回路180内の抵抗R1、R2は、+B電圧の異常判定電圧(約17V程度)が入力される場合に、ラッチポートのHiが検出できるように、ラッチポートのHi閾値電圧に基づいて設定される。CPU160では、このラッチポートの状態がHiである場合に、+B電圧が所定電圧以上の大きさであると判定する処理を実行する。
すなわち、第1、及び第2実施形態で説明したように、A/D変換したうえで+B電圧を検出する場合、A/D変換のサンプリング周期と異常電圧の発生が一致している必要があり、このタイミングにズレが生じる場合、異常電圧が検出できなくなる。
そこで、+B電圧が所定電圧以上の大きさに変化したときのエッジを検出し、その履歴を保持できるラッチポートを用いることで、異常電圧を確実に検出できる。また、エッジ検出の履歴を保持できるため、ラッチポートの状態を適当なタイミングで読み込むことが可能となり、ECU100の処理を分散することができる。
次に、本実施形態のECU100における+B線の断線判定処理について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、S310では、IGSWの操作によってエンジンのクランキングが行われ、このクランキングにより、S320にてエンジンが始動する。
S330では、誘導性負荷200の通常制御(PWM制御)を開始する。S340では、PWM制御におけるパルス幅のデューティ比が所定範囲(約40〜60%)内であるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS350へ処理を進め、否定判定される場合にはS380へ処理を移行する。
S350では、ラッチポートの状態を読み込み、Hiの履歴が有るか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS360へ処理を進め、否定判定される場合にはS330へ処理を移行し、上述した処理を繰り返し行なう。
S360では、+B線の断線の可能性が有るとする仮故障結果を記憶する。S370では、診断結果1が記憶されているか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS430へ処理を進め、否定判定される場合にはS330へ処理を移行する。
S380では、Hi履歴が有るか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS390へ処理を進め、否定判定される場合にはS410へ処理を移行する。S390では、オルタネータ等の他の電源系の異常が検出されたとする。
S400では、他の電源系の異常に対応した故障コードを生成し、この生成した故障コードを記憶するとともに、図示しない表示部からこの故障コードに応じた表示を行なう。S410では、S360の仮故障結果が記憶されているか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS430へ処理を移行し、否定判定される場合にはS420へ処理を進める。S420では、+B電圧が所定電圧に満たないとする診断結果(診断結果1)を記憶する。
S430では、+B線が断線したとし、S440では、+B線の断線に対応した故障コードを生成し、この生成した故障コードを記憶するとともに、図示しない表示部からこの故障コードに応じた表示を行なう。これにより、+B線の断線の発生を記憶したり、ユーザに提供したりすることができる。
このように、ラッチポートのHiの履歴に基づいて+B線断線を判定することにより、ソフトウェアの処理負荷を軽減することができるとともに、所定電圧以上となる+B電圧の異常電圧を確実に検出できる。
(変形例2)
例えば、ラッチポートのHi閾値電圧のバラツキが問題となる場合には、分圧回路180を図6に示すようなコンパレータを用いたものに置き換えてもよい。このコンパレータの比較電圧は、電源制御IC140の内部5Vから生成されるので、+B電圧の変動の影響を受けることはない。そのため、本実施形態の分圧回路180だけの場合よりも、判定精度を向上することができる。
(第4の実施形態)
本実施形態のECU100は、第2の実施形態におけるECU100と共通している部分が多いため、以下、第2の実施形態と異なる点について説明する。第2の実施形態におけるECU100における+B線の断線判定処理は、A/D変換後の+B電圧を検出し、その+B電圧のレベルに基づいて+B線の断線判定を行なうものであるが、本実施形態のECU100は、図8に示すように、モータ制御回路のモータ電圧を+B電圧の比較材料に用いるものである。
すなわち、図8に示すように、スロットルモータ等の制御がECU100に一体化されている場合、モータの電流消費量が多いことから、+B端子110とは別にモータ専用の電源入力端子であるモータ電源端子190が設けられる。そして、同図に示すように、このモータ電源端子190と+B端子110とがECU100内部で絶縁状態にあれば、このモータ電圧を比較材料として、+B電圧とモータ電圧との差分を示す差分電圧に基づいて、+B電圧の異常電圧を検出することができる。
次に、本実施形態のECU100における+B線の断線判定処理について、図9に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、S510では、IGSWの操作によってエンジンのクランキングが行われ、このクランキングにより、S520にてエンジンが始動する。
S530では、誘導性負荷200の通常制御(PWM制御)を開始する。S540では、PWM制御におけるパルス幅のデューティ比が所定範囲(約40〜60%)内であるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS550へ処理を進め、否定判定される場合にはS580へ処理を移行する。
S550では、+B電圧からモータ電圧を減じた差分電圧が所定電圧(例えば、異常電圧17V以上から通常の+B電圧16V以下を減じた1V程度)以上の大きさであるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS560へ処理を進め、否定判定される場合にはS530へ処理を移行し、上述した処理を繰り返し行なう。
S560では、+B線の断線の可能性が有るとする仮故障結果を記憶する。S570では、診断結果1が記憶されているか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS640へ処理を進め、否定判定される場合にはS530へ処理を移行する。
S580では、+B電圧を読み込み、S590では、差分電圧が所定電圧以上であるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS600へ処理を進め、否定判定される場合にはS620へ処理を移行する。S600では、オルタネータ等の他の電源系の異常が検出されたとする。
S610では、他の電源系の異常に対応した故障コードを生成し、この生成した故障コードを記憶するとともに、図示しない表示部からこの故障コードに応じた表示を行なう。S620では、S560の仮故障結果が記憶されているか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはS640へ処理を移行し、否定判定される場合にはS630へ処理を進める。S630では、+B電圧が所定電圧に満たないとする診断結果(診断結果1)を記憶する。
S640では、+B線が断線したとし、S650では、+B線の断線に対応した故障コードを生成し、この生成した故障コードを記憶するとともに、図示しない表示部からこの故障コードに応じた表示を行なう。これにより、+B線の断線の発生を記憶したり、ユーザに提供したりすることができる。このように、モータ制御回路のモータ電圧等の他の制御回路の電圧を+B電圧の比較材料に用いて、+B電圧の異常電圧を検出することができる。
(変形例3)
図9に示したS640において+B線が断線したと断定する際、モータ制御が正常に行なわれているかで否かの判断を行ない、正常な制御が行なわれている場合に+B線の断線を断定するようにしてもよい。これにより、断線判定の信頼性を向上することができる。
第1の実施形態に係わる、ECU100とその周辺の構成を示す図である。 (a)は、+B線の断線が無い状態での+B端子110における電圧波形、及びCPU160への入力電圧の波形を示したものであり、(b)は、+Bの断線が有る状態での+B端子110における電圧波形、及びCPU160への入力電圧の波形を示したものである。 第1の実施形態に係わる、+B線の断線判定処理の流れを示したフローチャートである。 第2の実施形態に係わる、+B線の断線判定処理の流れを示したフローチャートである。 第3の実施形態に係わる、ECU100内部の回路構成を示す図である。 第3の実施形態の変形例に係わる、分圧回路180の回路構成を示した図である。 第3の実施形態に係わる、+B線の断線判定処理の流れを示したフローチャートである。 第4の実施形態に係わる、ECU100内部の回路構成を示す図である。 第4の実施形態に係わる、+B線の断線判定処理の流れを示したフローチャートである。 FET170がON動作からOFF動作に切り替わった場合に発生する誘導性負荷200からのフライバック電流を示した図である。 +B線が断線した状態でのフライバック電流が流れる経路aを示した図である。
符号の説明
100 ECU
110 +B端子
120 出力端子
130 還流ダイオード
140 電源制御IC
150 1/4分圧回路
160 CPU
170 FET
200 誘導性負荷
300 バッテリ
400 主電源リレー

Claims (16)

  1. 誘導性負荷を駆動する駆動回路と、前記誘導性負荷のフライバック電流を還流するための還流回路とが内蔵され、当該還流回路は、前記誘導性負荷につながる出力端子、ならびに前記駆動回路を駆動せしめるための電源入力端子に接続された電子制御装置であって、
    前記駆動回路又は前記還流回路の電圧を検出する電源電圧検出手段と、
    前記駆動回路の動作状態と前記電源電圧検出手段の検出する電圧とに基づいて、前記電子制御装置の電源と前記駆動回路を駆動せしめるための電源入力端子とを接続する電源線の断線の有無を判定する断線判定手段とを備えることを特徴とする電子制御装置。
  2. 前記断線判定手段は、前記駆動回路の動作状態として、前記誘導性負荷を駆動するON動作が実行され、その後、その駆動を停止するOFF動作が実行されたときの前記電圧に基づいて判定することを特徴とする請求項1記載の電子制御装置。
  3. 前記誘導性負荷は、エンジンの駆動に係わる負荷であって、
    前記断線判定手段は、前記エンジンが停止状態である場合に、前記駆動回路によって、
    前記誘導性負荷を強制的に駆動するON動作が実行され、その後、その駆動を強制的に停止するOFF動作が実行されたときの前記電圧に基づいて判定することを特徴とする請求項2記載の電子制御装置。
  4. 前記駆動回路は、前記エンジンの始動前に前記誘導性負荷を強制的に駆動するON動作を実行し、その後、その駆動を強制的に停止するOFF動作を実行することを特徴とする請求項3記載の電子制御装置。
  5. 前記電源電圧検出手段は、前記電圧をA/D変換したうえで検出し、
    前記断線判定手段は、前記駆動回路によって、前記誘導性負荷の駆動を停止するOFF動作が実行されてから所定時間経過した後に前記A/D変換された電圧に基づいて判定することを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の電子制御装置。
  6. 前記断線判定手段は、前記電源電圧検出手段の検出する電圧が前記電源の通常の電圧以上の大きさである場合に、前記電源線の断線が有ると判定することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の電子制御装置。
  7. 前記電源電圧検出手段は、前記電圧が前記電源の通常の電圧以上の大きさに変化したときのエッジを検出するエッジ検出手段を備え、
    前記断線判定手段は、前記エッジ検出手段によるエッジ検出結果に基づいて判定することを特徴とする請求項1記載の電子制御装置。
  8. 前記電源線と異なる他の電源線によって前記電源に接続される回路の電圧を検出する他電源電圧検出手段を備え、
    前記断線判定手段は、前記電源電圧検出手段の検出する電圧と、前記他電源電圧検出手段の検出する電圧との差分を示す差分電圧に基づいて判定することを特徴とする請求項1記載の電子制御装置。
  9. 前記駆動回路は、
    パルス幅のデューティ比の変更が可能なパルス信号を発生するパルス信号発生部と、
    前記パルス信号発生部の発生するパルス信号に応じて、前記誘導性負荷を駆動するON動作、及びその駆動を停止するOFF動作を実行する駆動制御部とを備え、
    前記断線判定手段は、前記パルス幅のデューティ比の変化に応じた前記電圧、前記エッジ検出結果、及び前記差分電圧の何れか1つに基づいて判定することを特徴とする請求項1、7又は8記載の電子制御装置。
  10. 前記断線判定手段は、前記パルス幅のデューティ比が所定範囲内のデューティ比を示し、かつ、前記電圧が前記電源の通常の電圧以上の大きさである、前記エッジが検出される、及び前記差分電圧が所定電圧以上の大きさであるの何れか1つに該当する場合、前記電源線が断線した可能性が有ると判定する断線可能性判定手段を備えることを特徴とする請求項9記載の電子制御装置。
  11. 前記断線判定手段は、前記断線可能性判定手段によって断線した可能性が有ると判定され、さらに、前記パルス幅のデューティ比が前記所定範囲から外れたデューティ比を示し、かつ、前記電圧が前記電源の通常の電圧に満たない大きさである、前記エッジが検出されない、及び前記差分電圧が所定電圧に満たない大きさであるの何れか1つに該当する場合、前記電源線の断線が有ると判定することを特徴とする請求項10記載の電子制御装置。
  12. 前記断線判定手段は、前記パルス幅のデューティ比が前記所定範囲から外れたデューティ比を示し、かつ、前記電圧が前記電源の通常の電圧以上の大きさである、前記エッジが検出される、及び前記差分電圧が所定電圧以上の大きさであるの何れか1つに該当する場合、前記電源線の断線とは異なった前記電源に関する異常を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする請求項9記載の電子制御装置。
  13. 前記誘導性負荷は、エンジンの駆動に係わる負荷であって、
    前記断線判定手段は、前記エンジンが駆動状態である場合に判定することを特徴とする請求項7〜12の何れか1項に記載の電子制御装置。
  14. 前記断線判定手段は、前記電源の電圧が変動すると想定される状況において前記電源線の断線の判定の実行を禁止することを特徴とする請求項7〜13の何れか1項に記載の電子制御装置。
  15. 前記断線判定手段によって前記電源線の断線が有ると判定される場合、前記断線に対応した故障コードを生成する故障コード生成手段と、
    前記故障コード生成手段の生成する故障コードを記憶する故障コード記憶手段と、
    前記故障コード生成手段の生成する故障コードに応じた表示を行なう表示制御手段とを備えることを特徴とする請求項1〜14の何れか1項に記載の電子制御装置。
  16. 前記駆動回路は、前記誘導性負荷を流れる電流をリニアに制御することで、前記誘導性負荷を駆動するものであることを特徴とする請求項1〜15の何れか1項に記載の電子制御装置。
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