JP5130551B1

JP5130551B1 - 電源瞬断試験装置

Info

Publication number: JP5130551B1
Application number: JP2011207379A
Authority: JP
Inventors: 憲生井上
Original assignee: 株式会社アイ・ティー・エフ
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013069131A

Abstract

【課題】電源電圧の瞬断、瞬オンに対する自動車用電子機器の動作限界を定量的に調査する手段を提供する。
【解決手段】被試験機に印加する通常の電源電圧である＋Ｂおよび被試験機のメモリーホールドなどのための常時印加の電圧であるＡｃｃの瞬断について、様々なパターンを再現するために当該時間、電圧についてもプログラムを用いて少しつづ徐々に変化させて被試験機に印加し、これに基づく被試験機の応答を監視して別に定めた短い時間ごとに出力論理の正否を確認することにより、自動車用に最近多く用いられるデジタル機器独特のプログラムによる思いも寄らない誤動作の発生を確認でき、さらに誤動作発生時の誤動作モードをきちんと捕らえて適切な設計対応を取ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノイズに対する耐性が必要な一般電子機器にも応用は可能であるが、主として車両用電子機器、例えば蓄積型電源を持つカーオーディオ、カーナビゲーションあるいはエンジン制御機器などに搭載された組み込みソフトに対してスタータモータを回す時の電源電圧変動などにより、瞬間的にマイコンに電源が供給されない状況において、どのような誤動作がどのタイミングで発生するのかを定量的に捉え、適切な設計対策を打てるようにする電源瞬断試験装置に関する。

従来の電源瞬断試験装置は、実際の車両で車両のノイズを測定し、その車両に発生する瞬断を再現して試験をなすものであった。
適合しようとする車両の電源変動データをきめ細かく測定し、そのデータをデスク上で再現して、誤動作がなければ合格としていた。
図９〜図１１に従来の電源瞬断試験装置の詳細を示す。車両のノイズデータを綿密に取得し、そのデータに応じた試験を為す試験機である。
図９に示すように、自動車用ＥＣＵ９３に信号発生回路９７，９８、及びＥＣＵ電源発生回路９９より信号および電源を与え、ＥＣＵから出てくる信号を検出してＥＣＵ特性を検査するのであるが、計測の緻密さを向上させ、相反する細かい車両でのデータと対応させるために図１１に示すように気筒数、排気量などによって使用するデータを使い分け、試験の密度と試験効率を上げようとしている。
ユーザＩ／Ｆ９２は、車両ごとのＥＣＵ９３の仕様を表す各種パラメータ（気筒数、排気量、マイコン種）に対応する電圧変動パターン情報すなわちテンプレート及び変数データを予め記憶する。ユーザＩ／Ｆ９２は、各種パラメータについて車両毎のデータが作業者により入力されると、そのデータに対応した電圧変動パターン情報を用いて電圧検査波形データを算出し、該変化点データからなる検査波形データを検査装置本体９１に対して出力する。検査本体９１は検査波形データに基づき、車載ＥＣＵ９３に印加する検査用の電源電圧を変動させ、その際のＥＣＵの動作を検査する。
しかしながらこの検査法はあくまで実車での測定データに基づき異常がないかを検査するのみであり、被検査対象物であるＥＣＵ９３の限界値を測定する考えに立っていない

しかしながら世の中の電子機器の累積的進歩は留まるところを知らず、車両には多い場合には１００個ものマイコンが搭載される時代となり、大変快適、便利ににはなった反面、これらのコンピュータ制御では従来のアナログ時代には考えもしなかった誤動作が起こりうる。
アナログ時代であれば、上記の様に車両で起こりうる９９％のデータに基づいてテストをすれば信頼性が確保出来たが、組み込みソフトと呼ばれる内蔵されたプログラムで動くデジタル時代には滅多に発生しないノイズによって、意図していなかったサブルーチンに飛ぶなどの原因で誤動作モードに入ってしまい、考えもしなかったモードで動き出すことも考えられるが、この様な問題を未然に防ぐのが本発明の目的である。

上記の実際のノイズを想定しての試験であると、誤動作が起こり得るか否かを確認する確率を１００％に近づけようとすればするほど実車データの採取、試験準備及び試験に無限の時間が必要となり、自動車業界の願いである安全確保、誤動作ゼロ実現のための信頼性実験の実現が困難であった。

また従来の電源瞬断試験装置では、被試験器の論理が正しいか否かの判定をするのに、被試験器からワイヤハーネスを引き出し、その電圧なりロジックなりを測定して、あらかじめテーブルに入った論理と突合せ、正しい動作をしているか否かを判断するものであった。このやりかただとその引き出し線に誘導するノイズで機器が誤動作したり、そのノイズで機器が正常でも誤った判断してしまう欠陥があり、正しい論理の突き合わせができない場合もあった。また被試験器の内部に不要なワイヤハーネスを付加する結果、内部回路にＬ、Ｃ成分が付加されることになり、思いもよらない誤動作が生じる場合がある。

特開２００２−４１１３０号公報

解決しようとする問題点は、車両における電源のノイズに対する耐性を高確率で調査することであり、その場合において、コンピュータ制御されるマイコン搭載の車両用電子機器が電源電圧の瞬断時間によっては、どのように誤動作するのかを定量的に捕え、設計上の対策を適格に実施できるようにすることにより自動車用制御機器が意図しないモードでは動き出さないことを保証することにある。

本発明は、実際の車両で起こりうるノイズによる誤動作を調査するのみでなく、さらにノイズの波形を誇張して徐々に延長して行き、どこで誤動作が発生するのか、さらにどんなモードで誤動作するのかを確認することにある。そのためには誤動作限界値まで試験を行うことが必要であり、その手段として電源の瞬断および瞬オンの時間幅を徐々にプログラムで可変し、その都度被試験機から出てくる表示などの出力ロジックが正常なのか異常なのかを判断する装置を考えた。
具体的には、印加する電源電圧の瞬断時間幅もしくは瞬オン時間幅を徐々に拡大または縮小できる電源装置を持ち、被試験体の表示、動作を観察するための受光素子などから出てくる出力電圧などを捕らえ、あらかじめ設定された正しい論理と照合して被試験機の動作論理を判断することができる機能を持つことによって電子機器の誤動作限界値を調べることができる電源瞬断試験装置を考えた。
また被検査機器の出力論理が正しいか否かを判断するのに、機器に新たなワイヤハーネスを取り付けることを極力避け、被検査機器のパネル面に厚めのプラスチック板を充てがい、その板に複数の穴を開けておいて、その穴に受光素子を取り付け、光の強弱の検出により表示が正しく動いているのか否かを判断するようにし、新たな配線を被検査機器に取り付けた場合のその配線に誘導されるノイズまたはその配線自体の容量あるいはインダクタンスによる誤動作、誤検知が起こり得ない様にする。

電源電圧を供給する電源装置と、前記電源電圧を瞬間的にオフまたはオンとする被試験機に印加する演算手段と、前記被試験機の状態を監視する監視手段と、前記監視手段の出力に基づき予め設定した短時間ごとに被試験機の出力論理の正否をあらかじめ設定された論理と照合する検査手段と、この照合結果を記録する記録手段を有する電源瞬断試験装置において、前記電源電圧を瞬間的にオンまたはオフとする時間幅をある定まった時間Δｔづつ徐々に増加あるいは減少させて被試験機に印加し、さらに前記監視手段は被試験機の表示部の発光状態を監視する受光素子を備えた表示監視用パネルであることを特徴とする電源瞬断試験装置。と請求項１に挙げた効果は、組み込みソフトを用いた車両用電子機器（以下被試験機と呼ぶ）の電源が瞬間的にオフあるいは瞬間的にオンとなる場合に被試験機がある特定の瞬間的な電源のオフあるいはオンによりソフトのバグなどに起因する思ってもいない誤動作を発生するのが通例である。この不具合を未然に防ぐために役立つ誤動作限界を調査することができる。さらにこの誤動作限界での動作モードを定量的に確認できるので的確な対策を実施出来、車両が市場に出てからの誤動作を予防できる。また被試験機の出力の一部である表示が正常なのか否かをキャッチして検査手段にその結果を送るのであるが、表示部に電線を多数はんだ付けし、電線を出力判断部までつなぐ場合、そのワイヤハーネスに乗る雑音、あるいはそのワイヤハーネスが持つＬ成分、そのワイヤハーネスに乗る雑音、あるいはそのワイヤハーネスとカップリングするＣ成分により被試験機が正常な動作をしない場合があり、それを防ぐ効果がある。
また請求項２に挙げた前記監視手段はさらに前記表示観察用パネルの１または複数本の受光部と、該受光部からの信号を増幅する増幅器と、これに接続された１または複数本の発光体をコネクタに設置した検出表示装置を有することを特徴とする請求項１の電源瞬断試験装置。とした発明の効果は、請求項１の受光素子が適切に配置されているか、光を適切に受けているかを試験開始時に作業者が確認する必要があるが、本発明を用いればその確認を容易、確実とする。
その他として、本試験装置は、瞬断時間を指定して、効率的に試験を行うことができる。さらに電源オン時の電圧についても可変することができる様にし、実車にさらに近い試験を行うことが可能である。

電源瞬断試験装置の使用例を示した説明図である。電源瞬断試験装置の実施例を示したブロックダイアグラムである。電源瞬断試験装置の出力であり、電源瞬断時の出力電圧波形を示した説明図である。電源瞬断試験装置の出力であり、電源瞬オン時の出力電圧波形を示した説明図である。電源瞬断試験装置の設定画面１である。電源瞬断試験装置の設定画面２である。電源瞬断試験装置に用いる被試験体表示検知部の回路例（その１）である。電源瞬断試験装置に用いる被試験体表示検知部の回路例（その２）である。従来例１の実施方法を示した説明図である。従来例１の瞬断時のテンプレートである。従来例１の実車データＦｉｌｅを示した説明図である。

デジタル機器のデバッグに最適の電源瞬断試験装置を提供する。

図１は、電源瞬断試験機の使用例を示した図である。１は電源瞬断試験機であり、ＵＳＢ１１で接続されたパソコン３により試験条件の設定、ならびに結果の記録および試験状況の表示を行う。２は車載用マイコン搭載の電子機器である被試験機である。電源６からの電流は電源瞬断試験機により制御されて、被試験機にＡｃc ８、＋Ｂ９にて電源が供給される。被試験機の表示パネルには、監視手段としての表示観察用パネル（ボード）１２を取り付ける。このボードには複数の穴を開けておき、被試験体の表示位置によって受光体１３を取り付ける場所を変える。表示が正しく表示されているか否かを受光体にて検知し、ケーブル５を通してコネクタ４に入り電源瞬断試験機１に入力される。入力した受光体からの出力は図示せぬ増幅器により増幅されて、コネクタ４にある発光体１６を光らせ、きちんと被試験機のパネルが表示しているか否かあるいは受光体がきちんと所定の位置に装着されているかを知らせる。この構造により受光体が適切な位置に取り付けられたか否かが試験開始前に適格に判断できる。
ディスプレイをテレビカメラで撮影し、表示の画像認識を用いて認識する方法もあるが処理が複雑であり初期設定に手間ひまがかかる上、試験装置の価格が上昇する。本方法であれば手軽に表示部の正常、異常が判断できる。
被試験体の操作パネル１５には表示を省略してあるが、操作用のボタンなどがあり、試験のために臨時に取り付けたパネル１２によって操作の邪魔にならないように配慮する。電源７は、電源瞬断試験機自体の電源である。

図２は、本発明装置のブロックダイアグラムである。パソコン３は、さらに車両用電子機器がどのようなタイミングでどのような誤動作を発生させたのかもこのパソコンのディスプレイを使って見る事もでき、さらにデータを蓄積し、その取り出しもできる
車両用バッテリー６から電源電圧は供給されるが、本試験装置内に電源電圧制御回路を持ち、バッテリー６から供給された電流は電源電圧制御回路２２及び２３によって制御され、被試験体２に供給される。供給する時間、電圧については、図３に瞬断、図４に瞬オンとして時間と共に示している。この時間はＣＰＵ２１よりプログラムによって制御され、例えば１ｍＳづつ増加させるとか徐々に変化させることができる。徐々に変化させると長時間の試験時間が必要となるが、全てオートマチックに試験ができるので、例えば何日間かの連続試験であっても放っておけば出来てしまうので簡便である。またその試験をしたデータは例えば試験をしている間ずっと２０ｍＳ毎にパソコン３に格納しておくことにより、異常発生時の前後の時間に何が発生しているのかをつぶさに観測できる。さらに異常発生時には試験を中断し、その状況をパソコン３にて観察することもできる。パソコンの画面上への表示あるいはブザーでの警告さらに担当者へのメール発信などのアラームを発信することにより最後まで試験をやり続ける必要はなく、直ちに対策に取り掛かれる。
また被試験体の動作は、８ｃｈ入力２３によって観察し、表示画面については受光体を画面に設置して、どの様な表示になっているのかをキャッチする。また被試験体に対するアクション即ち押しボタンスイッチへの操作、ＤＶＤの出し入れなど、電源電圧のみでなく、その他の機械的、電気的操作もトリガ出力２６によって実現している。８ｃｈ入力からキャッチできる被試験体の動作状況のデータは、パソコンＰＣ３に送られて問題発生時の検討データとなる。

被試験体に付属するスピーカからの異常音検出については被試験機と電源瞬断試験機との接続が必要となるが、スピーカ端子は一般的には低インピーダンスであり、また外部との接続端子であるので、外部に線をつなぐことに関しては特に問題とならない場合が多い。外部につなぐことに関して問題が発生するなら被試験器に必要な対策のチャンスであり、これも問題と捉え、対策を実施するのが良い。

図３は、電源瞬断装置の出力の制御範囲をＰＣ３のディスプレイに出した一例である。Ｘ，Ｙ、Δt、Ｚそれぞれをパソコンの画面にでる数字で設定できる様になっている。瞬断時間幅は、最初はＹであるが、一周期毎にΔtずつ増加して行く。この時間を実際の車両で発生する時間のみでなくそれ以上あるいはそれ以下の時間のある特定の時間で誤動作が発生するかも知れないので確認するのである。
このΔt毎に徐々に電源の瞬断時間幅を増加させて、どのタイミングで誤動作が発生するのかを調べることを特徴とする。特にΔtについては、例えば１ｍＳづつ時間を延ばして行き、図７、図８を用いて後述するようにその時々で被試験体の状態、即ち出力論理がおかしくなるかならないかをチェックする。被試験機の論理チェックは例えば全周期の間２０ｍＳ毎に実施し、前記出力論理および論理チェックの結果の記録をパソコン３に残すと同時に必要なアラームを出す。
図３の上部に試験開始時の電圧波形を示す。ここからΔｔ秒づつ瞬断時間幅を増加させて行く。ワンスウィープ毎にその周期の間、例えば２０ｍＳ毎に論理がどうなっているのかを見てゆくのである。図３の下部に試験終了時の電圧波形を示す。瞬断時間幅が徐々に増加して図３下の波形となるのである。

図４は、電源瞬断の逆である電源瞬オンの制御範囲を示す。この試験によっても車両用機器の誤動作があってはならないので、試験が可能としてある。一般的には、瞬オンがあっても、被試験機器が死んだまま、すなわち動作しない状況なら正常であるし、一瞬正常な動作をして、次に動作しない状況となるならこれもまた正常である。しかしながら、この瞬オンがあると、それ以外の動作即ち一瞬表示が思わぬところで点灯したり、スピーカーから異常に大きな「ボコッ」と音がするなどの異常が発生する場合などがある可能性もあり見逃してはならない。この出力論理チェックも例えば全周期に渡って２０ｍＳ毎に行い、図３で説明したように論理が正しいか否かを判断すると同時に記録をパソコン３に残す。
図４にも図３と同様、電源瞬オン開始時の図４上部の波形と、図４下部に徐々に瞬オン時間が長くなった最終形である終了時の波形を示す。

図５は、電源瞬断の設定画面である。この画面は図１のパソコンＰＣ１に出る。各種設定、さらに判断のタイミング、判断するスレッシュホルド電圧などを設定し、その論理判断の結果として蓄積したい項目を指定する。画面の左上にある初期起動では、電源を＋Ｂか、Ａｃｃかのいづれを最初に投入するのかを指定する。ちなみに図５のこの画面では徐々に時間を伸ばしてゆくΔtは、記号Ｗで示している。
画面左にある検証パターンには、電源瞬断の時間幅、判定電圧などを指定する画面である。ＯＦＦ→ＯＮ、ＯＮ→ＯＦＦは、電源瞬断の試験を行うのか、電源瞬オンの試験を行うのかを指定する。その下の画像は、電源のオン継続時間、オフ継続時間あるいは判定電圧を指定する。ここでの時間はＸ、Ｙ、Ｗ、Ｚの記号で示し、それぞれを数値で指定することができるようになっている。ここではＸは１秒、Ｙは５０００ｍＳ即ち５秒に、Ｚは５秒に、少しづつ増やして行く時間、即ちΔtであるＷを１０ｍＳと指定した場合を示している。また瞬断の全サイクルを何回行うかの回数をＮで指定する。図４及び図５では、３０,０００回を指定している。相当長期の試験を行うのであるが自動であるので、待つだけである。この場合、最初の１サイクルは１１秒であるが、３０，０００回目には１サイクルは３１１秒かかる計算となる。この場合、試験終了までに１３００時間が必要である。
また８cｈ入力でのＨ、Ｌの判定をする電圧を「判定電圧」の所でそれぞれ指定できる。さらに瞬断を行う電源電圧が＋Ｂであるのか、Ａｃcであるのかを指定できる。また異常が発生した瞬間が大切なので、その瞬間でオシロに出力を出したり、評価を停止したりすることができる様になっている。実際の試験では長期の試験終了後はもちろん確認が必要であるが、途中でも１日ごとに機器を観察し、ディスプレイに出てくる論理異常などを観察して、対策が必要であるなら早期に着手する。

図６は、電源瞬オンの設定をする画面である。この画面も図４と同じく、ＰＣ１に出す画面である。設定、判断基準電位即ちスレッシュホルド電圧などを設定する。詳細は図４と同じであるので省略する。

図７は、表示部の点灯等を検知するセンサーの回路及び動作を説明する図（回路例１）である。被試験体の表示部が光っているか否かを受光体７４で検知し、オペアンプ７６に送ってその電圧を増幅し、マイコン７２などの中に構成されるＡ／Ｄ変換器７７に送る。デジタル変換された信号は、マイコンのプログラムで構成された検査手段であるデジタルコンパレータ７８に送る。ここであらかじめ設定された基準となる論理設定値７９と比較し、そのレベル以上であれば受光体からの明るさは基準値以上であると判断し、論理の確認を８０以降の論理回路に送る。また同じオペアンプから出た信号により、コネクタ７３にある発光体７５を光らせ、所定の光を検出していることを知らせる。
即ち、受光部からの信号を増幅し、これを基準値と比較することにより所定の明るさが表示部にあるか否かを判断するコンパレータを持ち、さらに判断された結果を手元のコネクタなどに設置された発光体により見ることのできる光検出装置により、試験時の作業性を向上させることができる。
図７では受光体、発光体は１つのペアーしか記載していないが、複数のペアーで構成される場合もある。図１では４個の場合を図示し、発光体１６により、検出あり、なしを知らせている。ここでの設定値７９は、図５及び図６にある判定電圧の設定で可変できる。

図８は、図７と同じく表示部の点灯等を検知するセンサー信号処理回路および表示回路例（回路例２）である。図７との相違点は、デジタル出力となっていて、マイコンで判断したＬ、Ｈの結果をＬＥＤなどの表示灯で示す。この回路だと、パソコン画面での設定値と比較してマイコンが判断したＬ、Ｈの結果が見えるので好都合ではあるが、図７と異なりセンサーが検知した微妙な光の強、弱がランプの輝度では表示できない難点がある。図７、図８どちらを使うのかは試験機の設計者の好みである。
発光体を２列表示として、図７の方法、図８の方法の両方を同時に使う方法もある。この場合、図１の様に使用する場合は発光体を８個用いるのである。
図８において、オペアンプ８６で光センサーからの信号を増幅し、マイコンの中にあるＡ／Dコンバータ８７を経由してプログラムによって構成された検査手段であるデジタルコンパレータ９０に入る。このコンパレータ９０のもう片方の入力信号は、図６または図７のパネルにある判定電圧で設定されたあらかじめ設定された基準となる論理値８８となっていて、その値以上であれば信号を出し、増幅されて発光体８５を光らせる。またこのデジタルコンパレータ９０の出力８９も続く判定に使用され、記録されるデータとなる。
さらに実際に試験を行う場合に適切な時間幅および電源電圧についてのパラメータを指定する。
また実際に試験を実施する場合、少しづつ増加あるいは減少させる時間幅を１mS以上、１００mS以下とすることが請求項１記載の電源瞬断試験装置に取っては効率的かつ効果的である。
また請求項１の電源装置のオン時の電圧も可変とすることを織り込むのも有益である。
さらに電圧オン時の電圧範囲を、一般の１２Ｖ系の車両の場合、６Ｖから１６Ｖまでの間とし、さらにその間の３ないし５点の電圧とするとこれもまた効率的で実際的な試験が可能である。トラックなどの２４Ｖ系車両であれば、この電圧は倍の値となる。この電圧設定は自動的に行なっても良いし、一度一定電圧での試験が終了してから、別の電圧に設定し直し、再度試験を行なっても良い。

車載マイコン化電子機器のデバッグに本発明の電源瞬断試験装置を用いると車載機器のデバッグが自動で確実に実施でき、さらに動作限界まで知ることができ、しかもその限界値の動作モードも知ることができるので設計対応が容易となり確実な対策を打つことが出来、車載機器の安定性が高まり、車両の安全性が確保できる。また本発明はノイズに対する耐性が必要な一般的な電子機器にも応用が可能である。

１電源瞬断試験機
２被試験体
３パソコンＰＣ
４コネクタ
５光検出ケーブル
６バッテリー
７電源瞬断試験機のバッテリー
８電源出力Ａｃc
９電源出力＋Ｂ
１０スピーカーライン
１１ＵＳＢケーブル
１２表示観察用パネル
１３受光体
１４穴
１５被試験体の操作部
２１ＣＰＵ
２２ＯＮーＯＦＦ制御回路
２３入力８ch Ａ／Ｄ回路入力
２４ＯＮーＯＦＦ制御回路
２５被試験体用動作出力
２６被試験体用トリガー出力
２７被試験機の表示などの出力を検出する８ｃｈ入力
７１電源瞬断試験装置
７２アナログ・デジタル変換器を含んだマイコン
７３コネクター
７４受光素子
７５発光素子
７６オペアンプ
７７アナログ・デジタル変換器
７８デジタル出力
７９設定された基準電位に相当するデジタル信号
８０デジタルコンンパレータ
８１電源瞬断試験装置
８２マイコン
８３コネクタ
８４受光体
８５発光体
８６オペアン
８７アナログ・デジタル変換器
８８設定値入力
８９論理比較用出力
９０デジタルコンパレータ

Claims

電源電圧を供給する電源装置と、前記電源電圧を瞬間的にオフまたはオンとする被試験機に印加する演算手段と、前記被試験機の状態を監視する監視手段と、前記監視手段の出力に基づき予め設定した短時間ごとに被試験機の出力論理の正否をあらかじめ設定された論理と照合する検査手段と、この照合結果を記録する記録手段を有する電源瞬断試験装置において、前記電源電圧を瞬間的にオンまたはオフとする時間幅をある定まった時間Δｔづつ徐々に増加あるいは減少させて被試験機に印加し、さらに前記監視手段は被試験機の表示部の発光状態を監視する受光素子を備えた表示監視用パネルであることを特徴とする電源瞬断試験装置。
前記監視手段はさらに前記表示観察用パネルの１または複数本の受光部と、該受光部からの信号を増幅する増幅器と、これに接続された１または複数本の発光体をコネクタに設置した検出表示装置を有することを特徴とする請求項１の電源瞬断試験装置。