JP4281420B2

JP4281420B2 - 半導体リレー

Info

Publication number: JP4281420B2
Application number: JP2003158646A
Authority: JP
Inventors: 邦泰杉原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004362181A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の制御対象を駆動制御する半導体リレーに係り、詳しくは制御対象の複数種類の故障診断信号の伝達方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上位制御コンピュータからの駆動要求信号に基づいて、複数の制御対象を駆動制御する端末コントローラと備えた設備又はシステムにおいて、複数の制御対象にて発生する故障情報を伝達する方法として、端末コントローラが種々の故障を検出する。そして、端末コントローラは、その検出した故障に応じて複数ビットからなる故障診断信号と、同期をとるためのクロック信号（同期信号）とを同時に上位制御コンピュータに送出することにより、複数の制御対象の故障情報を伝達するようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５２３５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の異常発生伝達方法においては、制御コンピュータは複数ビットからなる故障診断信号に基づいて制御対象の故障を検出するため、同期をとるためのクロック信号（同期信号）とを同時に送信する必要があり、システムが複雑化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、システムの複雑化を招くことなく、複数種類の故障に応じた故障診断信号を効率的に送出することができる半導体リレーを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、制御コンピュータからの駆動要求信号に基づいて複数の制御対象を駆動制御するとともに、制御対象の複数種類の故障を検出してその検出した故障に応じた故障診断信号を前記制御コンピュータに送出する故障診断回路を備えた半導体リレーにおいて、前記故障診断回路は、前記検出した故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号を出力するものであって、前記故障診断回路は、前記検出した故障の種類に応じて電圧レベルの異なる複数の故障診断信号を重畳して出力することを特徴とする。
【０００７】
従って、請求項１の構成によれば、制御対象について検出した故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号を出力するようにしているので、同期をとるための同期信号を同時に送信する必要がなく、システムの複雑化を招くことなく、複数種類の故障に応じた故障診断信号を効率的に送出することができるようになる。
【０００９】
故障診断回路が検出する故障の種類を多く設定する際には、各故障に対応する故障診断信号のデューティの間隔を小さく設定しなければならなくなり、この場合には、制御コンピュータ側での故障診断信号の判定精度が低下することになる。
【００１０】
この点に関して、請求項１の構成によれば、故障診断回路にて検出される故障の種類に対して出力レベル及びデューティが異なる複数の故障診断信号を重畳させて送出するようにしているため、デューティの間隔を大きくしても検出される故障の種類を増加させ、詳細な異常状態を検出することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、制御コンピュータからの駆動要求信号に基づいて複数の制御対象を駆動制御するとともに、複数の制御対象の故障を検出してその検出した故障に応じた故障診断信号を前記制御コンピュータに送出する故障診断回路を備えた半導体リレーにおいて、前記故障診断回路は、前記複数の制御対象の故障を検出する故障検出回路と、検出された故障の種類に応じて電圧レベルの異なる複数の故障診断信号のデューティを設定する複数のデューティ設定回路と、所定周波数の発振パルスを出力する発振回路と、前記複数のデューティ設定回路にて設定されたデューティに対応する数の発振パルスを計数している間において前記設定されたデューティの故障診断信号を出力する複数のカウンタと、前記複数のカウンタの出力に基づいてそれぞれ駆動される複数の出力回路と、前記複数の出力回路の出力信号の電圧レベルを異なる値に設定するレベル設定抵抗とを備えることを特徴とする。
【００１２】
従って、請求項２の構成によれば、制御対象について検出した故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号を出力するようにしているので、同期をとるための同期信号を同時に送信する必要がなく、システムの複雑化を招くことなく、複数種類の故障に応じた故障診断信号を効率的に送出することができるようになる。
【００１４】
故障診断回路が検出する故障の種類を多く設定する際には、各故障に対応する故障診断信号のデューティの間隔を小さく設定しなければならなくなり、この場合には、制御コンピュータ側での故障診断信号の判定精度が低下することになる。
【００１５】
この点に関して、請求項２の構成によれば、故障診断回路にて検出される故障の種類に対して出力レベル及びデューティが異なる複数の故障診断信号を重畳させて送出するようにしているため、デューティの間隔を大きくしても検出される故障の種類を増加させ、詳細な異常状態を検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を、車載エンジンの排気系における二次空気供給制御用の半導体リレーに具体化した第１実施形態を図１，図２を参照して説明する。
【００１７】
本実施形態において、図示しないエンジンの排気通路には、エンジンが冷えた状態からの始動時など、排気中の一酸化炭素や炭化水素についての浄化を行うべく、排気通路に二次空気供給系を介して空気が供給される。こうした二次空気供給系は、図１に示されるように、排気通路に接続された供給通路に空気を供給するエアポンプ２４と、同供給通路内の空気の流通を許可又は禁止するように開閉される電磁開閉弁２８とを備えている。そして、排気通路に空気を供給するときには、電磁開閉弁２８が開かれた状態でエアポンプ２４が駆動される。排気通路に空気が供給されると、空気中の酸素によって排気中の一酸化炭素や炭化水素が酸化されて二酸化炭素や水が生成されるため、排気中の一酸化炭素や炭化水素が浄化される。
【００１８】
図１に示されるように、上位制御コンピュータとしてのエンジンコンピュータ１０は、図示しないエンジンの運転状態に関する各種制御を実施する。また、エンジンコンピュータ１０は、半導体リレー２０に対して前記エアポンプ２４を駆動させるためのポンプ駆動要求信号を１本の制御信号線ＣＬ１を介して出力するとともに、前記電磁開閉弁２８を開閉駆動させるための弁駆動要求信号を１本の制御信号線ＣＬ２を介して出力するようになっている。
【００１９】
また、エンジンコンピュータ１０は、半導体リレー２０からの故障診断信号を１本の診断信号線ＪＬを介して入力するようになっており、エンジンコンピュータ１０内において診断信号線ＪＬは常にはプルアップ抵抗Ｒ０によって電源Ｖ０の電位に保持されるようになっている。
【００２０】
半導体リレー２０は前記電磁開閉弁２８及び前記エアポンプ２４の駆動制御を行う駆動制御回路２１を備えている。駆動制御回路２１は、前記エンジンコンピュータ１０から入力される弁駆動要求信号に基づいて駆動トランジスタ２７の導通制御を行うことにより、車両電源２５から駆動信号線ＤＬ２を介して電磁開閉弁２８に電力を供給して同電磁開閉弁２８の駆動制御を行う。また、駆動制御回路２１は前記エンジンコンピュータ１０から入力されるポンプ駆動要求信号に基づいて駆動トランジスタ２３の導通制御を行うことにより、車両電源２５から駆動信号線ＤＬ１を介してエアポンプ２４に電力を供給して同エアポンプ２４の駆動制御を行う。
【００２１】
また、半導体リレー２０には故障診断回路２２が設けられている。故障診断回路２２は前記制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２、前記診断信号線ＪＬ及び前記駆動信号線ＤＬ１，ＤＬ２等の断線・ショート故障を検出するとともに、半導体リレー２０の異常発熱を検出する。そして、故障診断回路２２は、その検出した故障に応じた故障診断信号を前記１本の診断信号線ＪＬを介して前記エンジンコンピュータ１０に送出する。本実施形態において、故障診断回路２２は検出した信号線の故障の種類に応じて予め異なるデューティに設定された故障診断信号を出力するようになっている。
【００２２】
この故障診断回路２２を詳細に説明すると、故障診断回路２２は、故障検出回路３０、デューティ設定回路３１、発振回路３２、カウンタ３３及び出力トランジスタ３４等を備えている。故障検出回路３０は、前記制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２、前記診断信号線ＪＬ及び前記駆動信号線ＤＬ１，ＤＬ２のいずれの故障であるか、または半導体リレー２０の異常発熱状態であるかを検出する。本実施形態では、例えば、前記制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２及び前記診断信号線ＪＬの断線・ショート故障は同種の第１故障に設定されている。前記駆動信号線ＤＬ１の断線・ショート故障及び前記駆動信号線ＤＬ２の断線・ショート故障は、それぞれ前記第１故障とは別の第２故障及び第３故障に設定されている。また、半導体リレー２０の異常発熱は前記第１故障、第２故障、及び第３故障とは別の第４故障に設定されている。また、故障検出回路３０によって前記第１故障、第２故障及び第３故障のいずれも検出されないときにはすべての信号線ＣＬ１，ＣＬ２，ＪＬ，ＤＬ１，ＤＬ２が正常であることが検出される。
【００２３】
デューティ設定回路３１は、故障検出回路３０にて検出された故障に基づいて送出すべき故障診断信号のデューティを設定するようになっている。本実施形態では、例えば制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２及び診断信号線ＪＬの故障である第１故障に対してデューティは０％に設定され、駆動信号線ＤＬ１の故障である第２故障に対してデューティは２０％に設定され、駆動信号線ＤＬ２の故障である第３故障に対してデューティは４０％に設定される。半導体リレー２０の異常発熱時である第４故障に対してデューティは６０％に設定される。また、すべての信号線ＣＬ１，ＣＬ２，ＪＬ，ＤＬ１，ＤＬ２の正常診断に対してデューティは８０％に設定される。
【００２４】
発振回路３２は所定周波数の発振パルスを出力するようになっている。
カウンタ３３は、前記デューティ設定回路３１にて設定されたデューティに対応する数の発振パルスを計数している間において、前記第１故障、第２故障、第３故障及び正常診断に対応するデューティの故障診断信号を出力トランジスタ３４に出力する。
【００２５】
出力トランジスタ３４はレベル設定抵抗Ｒ１を介して前記診断信号線ＪＬに接続されている。従って、カウンタ３３から出力される故障診断信号に基づいて出力トランジスタ３４が導通されると、図２に示されるように、電源Ｖ０の電圧をプルアップ抵抗Ｒ０及びレベル設定抵抗Ｒ１により分圧した電圧レベルの故障診断信号が前記エンジンコンピュータ１０に送出されるようになる。
【００２６】
なお、図２において、（ａ）は第１故障に対応するデューティ０％の故障診断信号、（ｂ）は第２故障に対応するデューティ２０％の故障診断信号、（ｃ）は第３故障に対応するデューティ４０％の故障診断信号、（ｄ）は第４故障に対応するデューティ６０％の故障診断信号である。また、図２において、（ｅ）は正常診断に対応するデューティ８０％の故障診断信号である。
【００２７】
上記のように構成された第１実施形態の半導体リレー２０によれば、以下の効果が得られる。
・本実施形態では、故障診断回路２２にて検出される故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号をエンジンコンピュータ１０に送出するようにしているので、故障診断信号の同期をとるための同期信号を同時に送信する必要がない。そのため、システムの複雑化を招くことなく、複数種類の故障に応じた故障診断信号を効率的に送出することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明を、車載エンジンの排気系における二次空気供給制御用の半導体リレーに具体化した第２実施形態を図３，図４を参照して説明する。なお、重複説明を避けるため、図１において説明したものと同じ要素については、同じ参照番号が付されている。
【００２９】
上記第１実施形態においては、故障診断回路２２は故障検出回路３０にて検出した故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号を出力するようにした。これは、前記制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２及び前記診断信号線ＪＬの断線・ショート故障を同種の第１故障に設定しており、故障診断回路２２が診断する故障が第１故障、第２故障、第３故障、第４故障及び正常診断の５つと少ないため、故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号を出力するようにしていた。
【００３０】
しかしながら、故障診断回路が検出した故障の種類を多く設定する際には、各故障に対応する故障診断信号のデューティの間隔を小さく設定しなければならなくなる。この場合には、エンジンコンピュータ１０側での故障診断信号の判定精度が低下することになる。
【００３１】
そこで、本実施形態においては、故障診断回路にて検出される故障の種類に対して出力レベル及びデューティが異なる複数の故障診断信号を重畳させて送出するようにしている。
【００３２】
すなわち、図３に示されるように、エンジンコンピュータ１０は、半導体リレー４０に対して前記エアポンプ２４を駆動させるためのポンプ駆動要求信号を１本の制御信号線ＣＬ１を介して出力するとともに、前記電磁開閉弁２８を開閉駆動させるための弁駆動要求信号を１本の制御信号線ＣＬ２を介して出力する。
【００３３】
また、エンジンコンピュータ１０は、半導体リレー４０からの故障診断信号を１本の診断信号線ＪＬを介して入力するようになっており、エンジンコンピュータ１０内において診断信号線ＪＬは常にはプルアップ抵抗Ｒ０によって電源Ｖ０の電位に保持されるようになっている。
【００３４】
半導体リレー４０に設けられた故障診断回路４１は前記制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２、前記診断信号線ＪＬ及び前記駆動信号線ＤＬ１，ＤＬ２等の断線・ショート故障を検出し、その検出した故障に応じた故障診断信号を前記１本の診断信号線ＪＬを介して前記エンジンコンピュータ１０に送出するようになっている。
【００３５】
本実施形態において、故障診断回路４１は検出した故障の種類に対して、出力レベル及びデューティが異なる複数の故障診断信号を重畳させて出力するようになっている。
【００３６】
この故障診断回路４１を詳細に説明すると、故障診断回路４１は、故障検出回路４２、第１デューティ設定回路４３、第２デューティ設定回路４４、発振回路３２、第１カウンタ４５、第２カウンタ４６及び出力トランジスタ４７，４８等を備えている。故障検出回路４２は、前記制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２、前記診断信号線ＪＬ及び前記駆動信号線ＤＬ１，ＤＬ２のいずれの故障であるかを検出する。本実施形態では、例えば、前記制御信号線ＣＬ１の断線・ショート故障は第４故障に設定され、前記制御信号線ＣＬ２の断線・ショート故障は第５故障に設定され、前記診断信号線ＪＬの断線・ショート故障は第５故障に設定されている。また、前記駆動信号線ＤＬ１の断線・ショート故障及び前記駆動信号線ＤＬ２の断線・ショート故障は、それぞれ第６故障及び第７故障に設定されている。また、故障検出回路４２によって前記第４故障〜第７故障のいずれも検出されないときにはすべての信号線ＣＬ１，ＣＬ２，ＪＬ，ＤＬ１，ＤＬ２が正常であることが検出される。なお、制御信号線ＣＬ１の断線故障は第５故障、制御信号線ＣＬ１のショート故障は第６故障、制御信号線ＣＬ２の断線故障は第７故障というように、故障状態を詳細に分割して検出することもできる。
【００３７】
第１デューティ設定回路４３は、故障検出回路４２にて検出された故障に基づいて送出すべき故障診断信号のデューティを、例えば０％、５０％、１００％に設定するようになっている。また、第２デューティ設定回路４４は、故障検出回路４２にて検出された故障に基づいて送出すべき故障診断信号のデューティを０％、５０％、１００％に設定するようになっている。
【００３８】
第１カウンタ４５は、前記第１デューティ設定回路４３にて設定されたデューティに対応する数の発振パルスを計数している間において、前記第４故障〜第７及び正常診断に対応するデューティの故障診断信号を出力トランジスタ４７に出力する。第２カウンタ４６は、前記第２デューティ設定回路４４にて設定されたデューティに対応する数の発振パルスを計数している間において、前記第４故障〜第７及び正常診断に対応するデューティの故障診断信号を出力トランジスタ４８に出力する。
【００３９】
出力トランジスタ４７はレベル設定抵抗Ｒ２を介して前記診断信号線ＪＬに接続され、出力トランジスタ４８はレベル設定抵抗Ｒ３（Ｒ３≠Ｒ２）を介して前記診断信号線ＪＬに接続されている。
【００４０】
従って、第１カウンタ４５から出力される故障診断信号に基づいて出力トランジスタ４７のみが導通されると、図４（ｂ），図４（ｃ）に示されるように、電源Ｖ０の電圧をプルアップ抵抗Ｒ０及びレベル設定抵抗Ｒ２により分圧した電圧レベルの故障診断信号が前記エンジンコンピュータ１０に送出されるようになる。また、第２カウンタ４６から出力される故障診断信号に基づいて出力トランジスタ４８のみが導通されると、図４（ｄ），図４（ｅ）に示されるように、電源Ｖ０の電圧をプルアップ抵抗Ｒ０及びレベル設定抵抗Ｒ３により分圧した電圧レベルの故障診断信号が前記エンジンコンピュータ１０に送出されるようになる。さらに、第１カウンタ４５から出力される故障診断信号に基づいて出力トランジスタ４７が導通されるとともに、第２カウンタ４６から出力される故障診断信号に基づいて出力トランジスタ４８が導通される。すると、図４（ｆ），図４（ｇ），図４（ｈ），図４（ｉ）に示されるように、電源Ｖ０の電圧をプルアップ抵抗Ｒ０とレベル設定抵抗Ｒ２及びＲ３の合成抵抗により分圧した電圧レベルの故障診断信号が前記エンジンコンピュータ１０に送出されるようになる。
【００４１】
なお、図４（ａ）は第１カウンタ及び第２カウンタのデューティが０％であるときの故障診断信号である。図４（ｂ）は第１カウンタのデューティが５０％であり第２カウンタのデューティが０％であるときの故障診断信号、図４（ｃ）は第１カウンタのデューティが１００％であり第２カウンタのデューティが０％であるときの故障診断信号である。また、図４（ｄ）は第１カウンタのデューティが０％であり第２カウンタのデューティが５０％であるときの故障診断信号、図４（ｅ）は第１カウンタのデューティが０％であり第２カウンタのデューティが１００％であるときの故障診断信号である。図４（ｆ）は第１カウンタのデューティが５０％であり第２カウンタのデューティが５０％であるときの故障診断信号、図４（ｇ）は第１カウンタのデューティが５０％であり第２カウンタのデューティが１００％であるときの故障診断信号である。さらに、図４（ｈ）は第１カウンタのデューティが１００％であり第２カウンタのデューティが５０％であるときの故障診断信号、図４（ｉ）は第１カウンタのデューティが１００％であり第２カウンタのデューティが１００％であるときの故障診断信号である。
【００４２】
上記のように構成された第２実施形態の半導体リレー４０によれば、以下の効果が得られる。
・本実施形態では、故障診断回路４１にて検出される故障の種類に対して出力レベル及びデューティが異なる複数の故障診断信号を重畳させて送出するようにしている。そのため、エンジンコンピュータ１０側での故障診断信号の判定精度の低下を抑制しつつ、検出される故障の種類を増加させることができる。
【００４３】
なお、実施形態は上記に限定されず、次のように変更することもできる。
・上記各実施形態では、車載エンジンの排気系における二次空気供給制御用の半導体リレーに具体化したが、制御コンピュータからの駆動要求信号に基づいて複数の制御対象を駆動制御するとともに、制御対象の複数種類の故障を検出して故障診断信号を制御コンピュータに送出する半導体リレーに実施してもよい。
【００４４】
次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
（イ）制御コンピュータからの駆動要求信号に基づいて複数の制御対象を駆動制御するとともに、制御対象の複数種類の故障を検出してその検出した故障に応じた故障診断信号を前記制御コンピュータに送出する半導体リレーにおいて、前記検出した故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号を出力することを特徴とする半導体リレーにおける故障情報伝達方法。
【００４５】
（ロ）上記（イ）に記載の半導体リレーにおける故障情報伝達方法において、電圧レベルの異なる複数の故障診断信号を重畳して出力することを特徴とする半導体リレーにおける故障情報伝達方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の半導体リレーを示す概略図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は第１実施形態における故障診断信号を示す説明図。
【図３】第２実施形態の半導体リレーを示す概略図。
【図４】（ａ）〜（ｉ）は第２実施形態における故障診断信号を示す説明図。
【符号の説明】
１０…制御コンピュータとしてのエンジンコンピュータ、２０，４０…半導体リレー、２２，４１…故障診断回路、２４…制御対象としてのエアポンプ、２８…制御対象としての電磁開閉弁、３０，４２…故障検出回路、３１，４３，４４…デューティ設定回路、３２…発振回路、３３，４５，４６…カウンタ、３４，４７，４８…出力回路としての出力トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…レベル設定抵抗。

Claims

制御コンピュータからの駆動要求信号に基づいて複数の制御対象を駆動制御するとともに、制御対象の複数種類の故障を検出してその検出した故障に応じた故障診断信号を前記制御コンピュータに送出する故障診断回路を備えた半導体リレーにおいて、
前記故障診断回路は、前記検出した故障の種類に応じて異なるデューティの故障診断信号を出力するものであって、
前記故障診断回路は、前記検出した故障の種類に応じて電圧レベルの異なる複数の故障診断信号を重畳して出力する
ことを特徴とする半導体リレー。
制御コンピュータからの駆動要求信号に基づいて複数の制御対象を駆動制御するとともに、複数の制御対象の故障を検出してその検出した故障に応じた故障診断信号を前記制御コンピュータに送出する故障診断回路を備えた半導体リレーにおいて、
前記故障診断回路は、
前記複数の制御対象の故障を検出する故障検出回路と、
検出された故障の種類に応じて電圧レベルの異なる複数の故障診断信号のデューティを設定する複数のデューティ設定回路と、
所定周波数の発振パルスを出力する発振回路と、
前記複数のデューティ設定回路にて設定されたデューティに対応する数の発振パルスを計数している間において前記設定されたデューティの故障診断信号を出力する複数のカウンタと、
前記複数のカウンタの出力に基づいてそれぞれ駆動される複数の出力回路と、
前記複数の出力回路の出力信号の電圧レベルを異なる値に設定するレベル設定抵抗と
を備えることを特徴とする半導体リレー。