JP5164806B2

JP5164806B2 - 車両用通信制御装置

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Publication number: JP5164806B2
Application number: JP2008290112A
Authority: JP
Inventors: 桂黒崎
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2013-03-21
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Also published as: CN102209651B; CN102209651A; US20110215639A1; EP2353941B1; JP2010116024A; WO2010055657A1; EP2353941A4; EP2353941A1

Description

本発明は、車両用通信制御装置に関し、とくに、上位のコントローラから通信によって低電圧域に送られてきた制御信号を車両搭載電気機器用作動制御装置に高電圧域に配置されたマイコンを介して送信するに際し、低電圧域と高電圧域との間に絶縁境界を設定することが要求される車両用通信制御装置に関するものである。

車両搭載電気機器として、例えば車両用空調装置に用いられる電動圧縮機のモータの駆動を制御するために、直流電源（例えば、高電圧電源）から供給される直流を、複数のスイッチング素子とゲート駆動回路を備えたインバータにより疑似交流（例えば、３相交流）に変換し、その疑似交流電圧をモータに印加してモータを制御する技術が知られている。このモータ用作動制御装置としてのインバータの制御に、例えば制御用マイコンが使用され、このマイコンに、上位のコントローラ（例えば、車両の各部を集中制御可能な車両搭載ＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御装置) ）から制御用指示信号が送られる通信システムも知られている。。

このようなシステムは、例えば図５に示すように構成される。高電圧電源２０１から供給される直流が、複数のスイッチング素子２０２とゲート駆動回路２０３を備えたインバータ２０４により疑似交流に変換され、その交流がモータ２０５に供給されて電動圧縮機２０６が駆動される。通信バス２０７を介して上位のコントローラ（図示略）から送られてくる指示信号が、例えば絶縁素子としてのフォトカプラ２０８を介して制御用マイコン２０９に伝達され、制御用マイコン２０９からの指示信号により各スイッチング素子２０２のゲート駆動回路２０３が制御され、モータ２０５に供給される交流電圧が制御されようになっている。通常、通信バス２０７からフォトカプラ２０８までは、低電圧域２１０に配置され、フォトカプラ２０８から制御用マイコン２０９、インバータ２０４、モータ２０５側は、モータを高電圧で駆動することが要求されることから、高電圧域２１１に配置され、両電圧域２１０、２１１の境界が絶縁境界２１２として形成されて、この絶縁境界２１２部分にフォトカプラ２０８が配置されている。特許文献１にも同様のシステムが開示されている。

近年、通信速度の高いＣＡＮ（Controller Area Network ）〔車内ＬＡＮ〕などの通信プロトコルが採用され始めているが、このような高速通信バスを採用する場合、図５に示したような（または特許文献１に示されているような）従来構成では、高速通信バス（ＣＡＮバス）２０７と制御用マイコン２０９とをフォトカプラ２０８で直接接続することになるが、現状では高速通信用フォトカプラが存在しないことから、フォトカプラ２０８の応答遅れが生じ、通信の遅延が発生するという問題があり、通信信頼性を確保することが難しい。すなわち、フォトカプラ２０８は高速信号には不向きであり、高速通信、信号伝達が基本的にできない。

このような問題に対し、ＣＡＮ通信回路や低電圧高電圧間の信号絶縁回路において、高速通信における高速信号絶縁を可能とする絶縁手段が、例えばデジタルアイソレータとして市販されている（例えば、アナログデバイセズ社製「ｉカプラー」）。
特開２００８−０１７５９５号公報

ところが、上記のような高速信号絶縁用のデジタルアイソレータを使用する回路では、電源投入時や遮断時などの電源電圧変動時、特に電源電圧低下時に、デジタルアイソレータの動作が不安定になるという問題がある。すなわち、高速信号伝達のため、デジタルアイソレータを使用する回路（車内ＬＡＮの通信回路や低圧高圧間の信号絶縁回路）で電源投入時や遮断時などの低電圧側電圧低下時及び高電圧側電圧低下時にデジタルアイソレータの動作が不定となる。この不定動作のメカニズムとしては、デジタルアイソレータの最低動作電圧以下の領域では、内部に設けられている論理回路（CMOSロジック回路〔PMOSおよびNMOSトランジスタ〕）のスレショルド電圧で決まるロジック動作が正しく行われなくなるために起こると考えられる。この現象は、デジタルアイソレータの信号入力側電圧、信号出力側電圧のどちらか一方でも正常動作電圧範囲より低下した場合に、出力論理が不定となって現れる。つまり、これらの電圧の領域では、入力された論理の状態が内部論理回路で正しく処理されなくなるためと考えられる。

そこで本発明の課題は、高電圧域と低電圧域との間に、信号絶縁手段、とくにデジタルアイソレータを備えた絶縁境界が設定されている車両用通信制御装置において、高速信号絶縁用の信号絶縁手段使用時、電圧変動が所定範囲より低下した場合、とくに電源投入や遮断時などの電源電圧低下時に、信号絶縁手段からの異常な出力を防止し、車両の通信やマイコンでの制御を正常に行うことができるようにすることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両用通信制御装置は、相対的に高電圧が供給される高電圧域に配置され、該高電圧域に設けられた車両搭載電気機器用作動制御装置へと送られる作動制御信号を制御するマイコンと、相対的に低電圧が供給される低電圧域に配置され、上位のコントローラから送られてくる制御信号を受信し受信した制御信号を前記マイコンに向けて送るとともに前記マイコン側から送られてくる信号を受信し受信した信号を前記上位のコントローラ側に向けて送る信号受送信手段との間に、信号絶縁手段を備えた絶縁境界が設定されている車両用通信制御装置において、前記信号絶縁手段に対し、その高電圧側および／または低電圧側における電圧の変動を監視する電圧監視手段と、該電圧監視手段により検出された電圧の変動が予め定めた所定範囲を越えて低下したときに前記信号絶縁手段からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な異常出力防止手段を設け、前記信号絶縁手段が、高速信号絶縁用デジタルアイソレータを含んでおり、該高速信号絶縁用デジタルアイソレータが、高電圧側と低電圧側とを絶縁するトランスと、該トランスの低電圧側を一次側として該一次側に接続された、インターフェイスとしての入力信号側論理回路および該入力信号側論理回路による入力論理をパルス信号に変換するエンコーダと、前記トランスの高電圧二次側に接続された、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダおよび該デコーダによる出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路とを備えたデジタルアイソレータを含むたことを特徴とするものからなる。
また、別の態様として、本発明に係る車両用通信制御装置は、相対的に高電圧が供給される高電圧域に配置され、該高電圧域に設けられた車両搭載電気機器用作動制御装置へと送られる作動制御信号を制御するマイコンと、相対的に低電圧が供給される低電圧域に配置され、上位のコントローラから送られてくる制御信号を受信し受信した制御信号を前記マイコンに向けて送るとともに前記マイコン側から送られてくる信号を受信し受信した信号を前記上位のコントローラ側に向けて送る信号受送信手段との間に、信号絶縁手段を備えた絶縁境界が設定されている車両用通信制御装置において、前記信号絶縁手段に対し、その高電圧側および／または低電圧側における電圧の変動を監視する電圧監視手段と、該電圧監視手段により検出された電圧の変動が予め定めた所定範囲を越えて低下したときに前記信号絶縁手段からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な異常出力防止手段を設け、前記信号絶縁手段が、高速信号絶縁用デジタルアイソレータを含んでおり、該高速信号絶縁用デジタルアイソレータが、高電圧側と低電圧側とを絶縁するトランスと、該トランスの高電圧側を一次側として該一次側に接続された、インターフェイスとしての入力信号側論理回路および該入力信号側論理回路による入力論理をパルス信号に変換するエンコーダと、前記トランスの低電圧二次側に接続された、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダおよび該デコーダによる出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路とを備えたデジタルアイソレータを含むことを特徴とするものからなる。
これらの本発明に係る構成は、上記信号絶縁手段が、高速信号絶縁用デジタルアイソレータを含む場合にとくに有効である。

高速信号絶縁手段、とくに高速信号絶縁用デジタルアイソレータを使用した車両用通信制御装置では、前述の如く、低電圧側または高電圧側の電源投入や遮断時等に、とくに電源電圧が所定範囲を越えて低下する時に、高速信号絶縁用デジタルアイソレータの動作が不定となり、ＣＡＮバスやマイコンに異常な信号が出力がされ、他のＥＣＵやバス全体を通信不能にさせたり、マイコンが信号を誤認識するなどの不具合を生じるおそれがある。本発明では、高速信号絶縁用デジタルアイソレータが使用されたＣＡＮ通信回路や低電圧高電圧間の信号絶縁回路において、低電圧側と高電圧側の各々の電源電圧（例えば制御回路用５Ｖ）を電圧監視手段によって監視し、いずれかの電圧が規定の電圧（例えば４Ｖ）よりも低下した時には、低電圧側、高電圧側の少なくとも一方、好ましくは低電圧高電圧両側の高速信号絶縁用デジタルアイソレータの出力論理を、異常出力防止手段により予め設定した安全出力に固定するか、または予め設定した安全範囲内の出力に制御することができる。すなわち、異常出力防止手段には、このような機能を有する論理回路、つまり、上記信号絶縁手段からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な論理回路を設けておけばよい。また、異常出力防止手段には、上記電圧監視手段により検出された電圧が予め定めた所定範囲を越えて低下したとき、検出対象となった電圧を予め定めた電圧値に引き上げて又は引き下げて固定することが可能なプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を設けておいてもよい。さらに、高速信号絶縁用デジタルアイソレータ内に入力信号側論理回路や出力信号論理回路が備えられている場合には、これらの内部論理回路に、上述の異常出力防止手段としての出力制御用論理回路の機能を兼用させることも可能である。このような構成により、例えば、ハイインピーダンス等に固定する機能を持つ論理回路とプルアップ抵抗で構成した回路からなる異常出力防止手段や、高速信号絶縁デジタルアイソレータ内にその出力側に設けられた出力イネーブル機能（出力論理をハイインピーダンス等に固定する機能）を利用した異常出力防止手段の構成として、その異常出力防止手段を動作させることにより、高速信号絶縁用デジタルアイソレータから異常な出力を行わないようにすることが可能になる。とくに、低電圧側と高電圧側の両方の電圧監視をすることで、電源投入時や遮断時の低電圧側高電圧側の起動順や停止順に関わらず、異常な出力を防止することができるようになる。

上記高速信号絶縁用デジタルアイソレータとしては、例えば、高電圧側と低電圧側とを絶縁するトランスと、該トランスの低電圧側を一次側として該一次側に接続された、インターフェイスとしての入力信号側論理回路および該入力信号側論理回路による入力論理をパルス信号に変換するエンコーダと、上記トランスの高電圧二次側に接続された、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダおよび該デコーダによる出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路とを備えたデジタルアイソレータを含む構成にすることができる。あるいは、この構成とは別に、好ましくはこの構成とともに、上記高速信号絶縁用デジタルアイソレータが、高電圧側と低電圧側とを絶縁するトランスと、該トランスの高電圧側を一次側として該一次側に接続された、インターフェイスとしての入力信号側論理回路および該入力信号側論理回路による入力論理をパルス信号に変換するエンコーダと、上記トランスの低電圧二次側に接続された、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダおよび該デコーダによる出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路とを備えたデジタルアイソレータを含む構成にすることもできる。とくに、上記トランスに対し、双方向に機能する複合アイソレータに構成することが好ましい。このような構成において、出力側にある論理回路が出力イネーブル機能を有する場合には、上記の如く、この機能を利用し出力側にある出力イネーブル制御用入力端子の論理を制御することで出力論理をハイインピーダンスに固定することができる。ただし、動作可能電圧範囲内でのみ有効であり、動作可能電圧範囲外では出力論理は不定となる可能性があるので、注意を要する。

また、本発明に係る車両用通信制御装置においては、上記信号絶縁手段は、上記高速信号絶縁用デジタルアイソレータに加えて、低速信号絶縁素子も含む構成とすることもできる。低速信号絶縁素子としては、例えばフォトカプラを使用できる。伝達すべき信号が高速信号と低速信号を含む場合、低速信号に対してはフォトカプラを使用しても別段問題は生じないので、このような構成も可能である。

また、異常出力防止手段には、上述の如く、上記信号絶縁手段からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な論理回路を含むことが好ましい。また、異常出力防止手段には、上述の如く、上記電圧監視手段により検出された電圧が予め定めた所定範囲を越えて低下したとき、検出対象となった電圧を予め定めた電圧値に引き上げて又は引き下げて固定することが可能なプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を含めることができる。

また、本発明に係る車両用通信制御装置においては、上記信号受送信手段に、上位のコントローラ（例えば、車両用電子制御装置：車両ＥＣＵ）から、ＣＡＮバスを介して制御信号が送られる構成とすることができる。この場合、上位のコントローラに、ＣＡＮバスを介して、信号受送信手段としてのＣＡＮトランシーバ側から制御信号が送られる構成とすることができる。ＣＡＮトランシーバを設けてＣＡＮトランシーバのモード制御機能を用いることにより、たとえ高速信号絶縁用デジタルアイソレータ側からＣＡＮバス側、さらには上位のコントローラ側へと異常信号が出力されようとしても、このＣＡＮトランシーバ部分で止めて装置外には出ないようにすることが可能になり、他の通信制御装置に悪影響が及ぼされないようにすることができる。

本発明は、後述の実施の形態にも示すように、とくに、上記車両搭載電気機器が、電動圧縮機駆動用のモータからなり、上記車両搭載電気機器用作動制御装置がインバータからなる場合に、好適なものである。ただし、本発明は、それ以外の車両搭載電気機器に対しても適用でき、例えば、上記車両搭載電気機器用作動制御装置が、車輪駆動用インバータ、電動パワーステアリング作動制御装置、バッテリー制御装置、ＤＣ−ＤＣコンバータのいずれかからなる場合にも適用できる。

また、上位のコントローラとしては、特に限定されないが、例えば、車両の各部を集中制御可能な電子制御装置（ＥＣＵ）を挙げることができる。

このように、本発明に係る車両用通信制御装置によれば、高速信号絶縁手段、とくに高速信号絶縁用デジタルアイソレータの使用時、所定の範囲を越えて電圧が低下した時に、例えば電源投入や遮断時などの電源電圧低下時に異常な出力の発生を防止でき、車両の通信やマイコンでの制御を正常に行うことができるようになる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る車両用通信制御装置の基本構成の一例を示しており、とくに車両搭載のモータの制御をスイッチング素子（パワー半導体素子）を有するインバータを介して行う場合について示している。図１に示す車両用通信制御装置１００においては、上位のコントローラとしての車両のＥＣＵ１０１からの制御信号がＣＡＮバス１０２を介してＣＡＮトランシーバ１０３に受信され、そこから高速信号絶縁手段としての高速信号絶縁用デジタルアイソレータ１０４、マイコン１０５、インバータ１０６を介してモータ１０７に制御信号が送られる。高速信号絶縁用デジタルアイソレータ１０４は低電圧側回路１０８と高電圧側回路１０９と間に設定された絶縁境界１１０に設置され、図示例では、この絶縁境界１１０に低速信号絶縁素子としてのフォトカプラ１１１も設置されている。高速信号絶縁用デジタルアイソレータ１０４に対しては、高速信号絶縁用デジタルアイソレータ１０４の低電圧側および高電圧側における電圧の変動を監視可能な低電圧側電圧監視回路１１３および高電圧側電圧監視回路１１４が設けられている。高速信号絶縁用デジタルアイソレータ１０４とＣＡＮトランシーバ１０３との間には、電圧監視回路１１３、１１４により検出された電圧の変動が予め定めた所定範囲を越えて低下したときにデジタルアイソレータ１０４からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な異常出力防止手段の一部を構成する、低電圧側論理回路１１５と高電圧側論理回路１１６とが配置されている。低電圧側電圧監視回路１１３からは、監視電圧に基づいて、低電圧側論理回路１１５とデジタルアイソレータ１０４内の低電圧側回路に作動信号が送られ、高電圧側電圧監視回路１１４からは、監視電圧に基づいて、高電圧側論理回路１１６とデジタルアイソレータ１０４内の高電圧側回路に作動信号が送られるようになっている。

上記高速信号絶縁用デジタルアイソレータ１０４は、基本的には、例えば図２に概略構成を示すデジタルアイソレータ５のように構成されている。但し、後述の図３に示した、本発明におけるより具体的な実施形態では、後述の図４に示すような双方向の複合アイソレータとして構成されている（これについては後述する）。図２に示す例では、１はトランスを示しており、高電圧側と低電圧側との絶縁境界が形成される。２ａはトランス１の低電圧一次側に設けられた、インターフェイスとしての入力信号側論理回路、３は入力信号側論理回路２ａによる入力論理をパルス信号に変換するエンコーダ、４はトランス１の高電圧二次側に設けられた、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダ、２ｂはデコーダ４による出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路を、それぞれ示している。６は低電圧側制御電源、７は高電圧側制御電源を示している。入力信号側論理回路２ａ、出力信号論理回路２ｂは、例えばＣＭＯＳロジック回路（シュミットトリガ）からなる。

上記デジタルアイソレータ５は、一次側と二次側でトランス１やキャパシタやＧＭＲ素子などの磁気、容量などの結合により、信号の伝達を行ない、絶縁を行なう。上記に示すデジタルアイソレータ５（トランス１による絶縁）では、各コイルはおのおのＣＭＯＳロジック回路２ａ、２ｂに接続されており、各トランスのコイルと外部信号との間のインターフェイスを行なう。入力論理は、エンコーダ３によりパルスに変換され、トランス１の一次側に入力される。このパルスが二次側へ磁気結合によって伝達され、入力論理の状態を出力論理に再生する。なお、前述の如く、デジタルアイソレータ５には出力イネーブル機能を有するものがあり、この機能により、出力側にある出力イネーブル制御用入力端子の論理を制御することで出力論理をハイインピーダンスに固定することができる。ただし、動作可能電圧範囲内でのみ有効であり、動作電圧範囲外では出力論理は不定となる可能性がある。また、出力端子VOに例えばプルアップ抵抗３５（図３に図示）を接続することでハイレベルに固定することができる。

図３に、本発明に係る車両用通信制御装置のより具体的な回路構成を示す。図３に示す例では、高電圧側バッテリー２０からコネクタ１９を介してモータ駆動制御回路８に給電され、モータ駆動制御回路８内では、ノイズフィルタ１８、平滑コンデンサ１７を介してインバータ４０を介してモータ駆動用疑似３相電流に変換された後、密封端子１２を介して、電動圧縮機９の圧縮部１１を作動させる内蔵モータ１３の各モータ巻線１０へ給電されるようになっている。インバータ４０の各パワー半導体素子１４はIGBT（１５）と還流ダイオード１６から構成されている。ノイズフィルタ１８は内部に設けられたコイルおよびコンデンサから構成されている。低電圧側バッテリー３１からは制御信号用コネクタ３０を介して絶縁トランスを用いて構成される電源回路２２へ給電されている。電源回路２２は、低電圧域４１における低電圧側制御電源、高電圧域４２における高電圧側制御電源、パワー半導体素子駆動用電源を生成する。低電圧域４１と高電圧域４２との間には、絶縁境界４３が設定されている。

上位のコントローラとしての車両側ＥＣＵ３３からの制御信号が車内ＬＡＮとしてのＣＡＮバス３２、制御信号用コネクタ３０を介してＣＡＮトランシーバ２９で受信され、そこから高速信号絶縁手段としての絶縁境界４３に配置された、前述のデジタルアイソレータ５を２個組み合わせて構成した高速信号絶縁用複合アイソレータ２３を介してマイコン２１に制御信号が送られ、マイコン２１で処理された制御信号によりインバータ４０が制御される。

上記複合アイソレータ２３は、例えば、図４に示すように構成されている。図４に示す複合アイソレータ２３においては、図２に示したデジタルアイソレータ５に加えて、それとは入力側、出力側が逆方向に設定されたデジタルアイソレータ５’が組み合わされ、デジタルアイソレータ５’側でも、トランス１’で高電圧側と低電圧側との絶縁境界が形成される。２ａ’はトランス１’の高電圧一次側に設けられた、インターフェイスとしての入力信号側論理回路、３’は入力信号側論理回路２ａ’による入力論理をパルス信号に変換するエンコーダ、４’はトランス１’の低電圧二次側に設けられた、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダ、２ｂ’はデコーダ４’による出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路を、それぞれ示している。図示例では、デジタルアイソレータ５およびデジタルアイソレータ５’の出力側に電圧を予め定めた値に引き上げるプルアップ抵抗３５が設けられているが、電圧を予め定めた値に引き下げるプルダウン抵抗３４を設けることも可能である。

再び図３を参照して説明するに、本実施例では、絶縁境界４３には、低速信号絶縁手段としてのフォトカプラＡ（３７）とフォトカプラＢ（３８）も設けられている。低電圧域４１には、電圧検出回路を含む低電圧側電圧監視回路２６が、高電圧域４２には、電圧検出回路を含む高電圧側電圧監視回路２５が、それぞれ設けられている。ＣＡＮバス３２と複合アイソレータ２３との間には、異常出力防止手段の一部を構成する低電圧側論理回路２８が、複合アイソレータ２３とマイコン２１との間には、異常出力防止手段の一部を構成する高電圧側論理回路２７が、それぞれ接続されている。低電圧側論理回路２８と高電圧側論理回路２７のそれぞれに対し、その両側に、プルアップ抵抗Ａ（３５）とプルアップ抵抗Ｂ（３６）が配置されている。

ＣＡＮトランシーバ２９は、マイコン２１（ＣＡＮコントローラ）から入力されるデジタル信号をＣＡＮバス３２へ差動レベル信号として送信、出力する。ＣＡＮバス３２の差動レベルの状態をマイコン２１（ＣＡＮコントローラ）へデジタル信号で出力する（ノーマルモードの動作）。ＣＡＮトランシーバ２９には、モード制御機能（ノーマルモード、スタンバイモードなど）を有する製品があり、スタンバイモードでは入力論理に関わらず、ＣＡＮバス３２へのドミナント出力を停止することができる。このＣＡＮトランシーバ２９のモード制御機能においては、ＣＡＮトランシーバ２９のモード状態のうちノーマルモードでは上記の動作となる。スタンバイモードではマイコン２１から送信する入力論理やＣＡＮバス３２のレベルの入力論理を無効とし、ＣＡＮバス３２への出力論理をレセッシブレベル固定とすることができる。ただし、動作可能電圧範囲内でのみ有効であり、動作可能電圧範囲外では出力レベルは不定となる可能性がある。ＣＡＮバス３２のレベルにはドミナントレベルとレセッシブレベルがあり、ドミナントレベルを出力し続けるとバスを占有してしまい、通信不能となる。この場合、ドミナントレベルが優先的で、レセッシブレベルは受容的なものである。

車両搭載電気機器の制御において、電気的に絶縁された電位間で高速通信、高速の信号伝達を行なう場合、上記のような複合アイソレータ２３を用いて行なうことが可能である。しかし、前述したように、低電圧側制御電源または高電圧側制御電源の投入や遮断による電源電圧低下時に複合アイソレータ２３の動作は不定となり、車内ＬＡＮ（ＣＡＮバス３２）やマイコン２１に異常な信号が出力され、車両側ＥＣＵ３３やＣＡＮバス３２全体を通信不能にしたり、マイコン２１が信号を誤認識し正常な動作ができなくなるおそれがあるという問題がある。この問題を解消するために、低電圧側電圧監視回路２６および高電圧側電圧監視回路２５により、各制御電源電圧（例えば、制御回路用５Ｖ電源電圧など）を監視し、いずれかの電圧が複合アイソレータ２３の正常動作電圧範囲内のある閾値電圧（例えば、４Ｖ）よりも低下した時、出力側の論理回路（例えば低電圧側の出力を固定にしたい場合は低電圧側論理回路２８）や複合アイソレータ２３の出力イネーブル機能やＣＡＮトランシーバ２９のモード制御機能によるスタンバイモードにより、出力論理を正しい論理に固定することにより、複合アイソレータ２３による異常な出力を車内ＬＡＮ（ＣＡＮバス３２）やマイコン２１へ送信することを防止できる。

また、上記実施態様では、入力側電圧が低下した場合、フォトカプラＡ（３７）やフォトカプラＢ（３８）を経由して複合アイソレータ２３の出力側電圧が動作電圧範囲内で出力側の論理を正しい論理に固定するように動作を行なう。高電圧側電圧監視回路２５や低電圧側電圧監視回路２６の電圧監視により、複合アイソレータ２３の動作電圧範囲内の定めた電圧（例えば、４Ｖ）よりも低くなると、フォトカプラＡ（３７）やフォトカプラＢ（３８）をオフ状態とすることで高電圧側論理回路２７や低電圧側論理回路２８の出力論理を正しい論理に固定することができる。

また、電源投入時や遮断時の低電圧側、高電圧側の起動や停止順番が以下のように決まっている場合について、電源投入時、高電圧側制御電源が停止している状態で低電圧側制御電源が複合アイソレータ２３の動作電圧範囲内に起動後、高電圧側制御電源が起動する時、かつ、電源遮断時、低電圧側制御電源が複合アイソレータ２３の動作電圧範囲内で高電圧側制御電源が複合アイソレータ２３の動作電圧範囲以下に低下し停止後、低電圧側制御電源が停止する場合は、低電圧側から高電圧側に信号伝達するフォトカプラＡ（３７）は不要になるため、その分、部品点数削減、コストダウンを行なうことが可能である。

上記の逆で、電源投入時、低電圧側制御電源が停止している状態で高電圧側制御電源が複合アイソレータ２３の動作電圧範囲内に起動後、低電圧側制御電源が起動する時、かつ、電源遮断時、高電圧側制御電源が複合アイソレータ２３の動作電圧範囲内で低電圧側制御電源が複合アイソレータ２３の動作電圧範囲以下に低下し停止後、高電圧側制御電源が停止する場合は、高電圧側から低電圧側に信号伝達するフォトカプラＢ（３８）は不要になるため、その分、部品点数削減、コストダウンを行なうことが可能である。

このように低電圧側と高電圧側の両方の電圧監視をすることで、電源投入時や遮断時の低電圧側、高電圧側の起動や停止順番に関わらず、異常な出力を防止することができる。ただし、低電圧側と高電圧側のいずれか一方の電圧監視でも、監視対象電圧域への異常出力を防止することは可能である。

本発明に係る車両用通信制御装置は、高速信号の通信を行うあらゆる車両搭載電気機器の制御に適用可能であり、とくに、インバータにより制御される電動圧縮機の制御に好適なものである。

本発明に係る車両用通信制御装置の基本構成の一例を示すブロック図である。本発明に係る車両用通信制御装置に使用される高速信号絶縁用デジタルアイソレータの基本構成の一例を示す概略回路図である。本発明に係る車両用通信制御装置のより具体的な構成例を示す回路図である。図３の構成例における複合アイソレータおよびその周辺の構成の一例を示す回路図である。従来の車両用通信制御装置の一例を示す回路図である。

符号の説明

１、１’ トランス
２ａ、２ｂ、２ａ’、２ｂ’ デジタルアイソレータ内論理回路
３、３’ エンコーダ
４、４’ デコーダ
５、５’ デジタルアイソレータ
６低電圧側制御電源
７高電圧側制御電源
８モータ駆動回路
９電動圧縮機
１０モータ巻線
１１圧縮部
１２密封端子
１３モータ
１４パワー半導体素子
１５ IGBT
１６還流ダイオード
１７平滑コンデンサ
１８ノイズフィルタ
１９コネクタ
２０高電圧側バッテリー
２１マイコン
２２電源回路
２３複合アイソレータ
２５高電圧側電圧監視回路
２６低電圧側電圧監視回路
２７高電圧側論理回路
２８低電圧側論理回路
２９ＣＡＮトランシーバ
３０制御信号用コネクタ
３１低電圧側バッテリー
３２ＣＡＮバス
３３車両側ＥＣＵ
３４プルダウン抵抗
３５プルアップ抵抗Ａ
３６プルアップ抵抗Ｂ
３７フォトカプラＡ
３８フォトカプラＢ
４０インバータ
４１低電圧域
４２高電圧域
４３絶縁境界
１００車両用通信制御装置
１０１上位のコントローラとしての車両のＥＣＵ
１０２ＣＡＮバス
１０３ＣＡＮトランシーバ
１０４高速信号絶縁用デジタルアイソレータ
１０５マイコン
１０６インバータ
１０７モータ
１０８低電圧側回路
１０９高電圧側回路
１１０絶縁境界
１１１フォトカプラ
１１３低電圧側電圧監視回路
１１４高電圧側電圧監視回路
１１５低電圧側論理回路
１１６高電圧側論理回路

Claims

相対的に高電圧が供給される高電圧域に配置され、該高電圧域に設けられた車両搭載電気機器用作動制御装置へと送られる作動制御信号を制御するマイコンと、相対的に低電圧が供給される低電圧域に配置され、上位のコントローラから送られてくる制御信号を受信し受信した制御信号を前記マイコンに向けて送るとともに前記マイコン側から送られてくる信号を受信し受信した信号を前記上位のコントローラ側に向けて送る信号受送信手段との間に、信号絶縁手段を備えた絶縁境界が設定されている車両用通信制御装置において、前記信号絶縁手段に対し、その高電圧側および／または低電圧側における電圧の変動を監視する電圧監視手段と、該電圧監視手段により検出された電圧の変動が予め定めた所定範囲を越えて低下したときに前記信号絶縁手段からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な異常出力防止手段を設け、前記信号絶縁手段が、高速信号絶縁用デジタルアイソレータを含んでおり、該高速信号絶縁用デジタルアイソレータが、高電圧側と低電圧側とを絶縁するトランスと、該トランスの低電圧側を一次側として該一次側に接続された、インターフェイスとしての入力信号側論理回路および該入力信号側論理回路による入力論理をパルス信号に変換するエンコーダと、前記トランスの高電圧二次側に接続された、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダおよび該デコーダによる出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路とを備えたデジタルアイソレータを含むことを特徴とする車両用通信制御装置。
相対的に高電圧が供給される高電圧域に配置され、該高電圧域に設けられた車両搭載電気機器用作動制御装置へと送られる作動制御信号を制御するマイコンと、相対的に低電圧が供給される低電圧域に配置され、上位のコントローラから送られてくる制御信号を受信し受信した制御信号を前記マイコンに向けて送るとともに前記マイコン側から送られてくる信号を受信し受信した信号を前記上位のコントローラ側に向けて送る信号受送信手段との間に、信号絶縁手段を備えた絶縁境界が設定されている車両用通信制御装置において、前記信号絶縁手段に対し、その高電圧側および／または低電圧側における電圧の変動を監視する電圧監視手段と、該電圧監視手段により検出された電圧の変動が予め定めた所定範囲を越えて低下したときに前記信号絶縁手段からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な異常出力防止手段を設け、前記信号絶縁手段が、高速信号絶縁用デジタルアイソレータを含んでおり、該高速信号絶縁用デジタルアイソレータが、高電圧側と低電圧側とを絶縁するトランスと、該トランスの高電圧側を一次側として該一次側に接続された、インターフェイスとしての入力信号側論理回路および該入力信号側論理回路による入力論理をパルス信号に変換するエンコーダと、前記トランスの低電圧二次側に接続された、出力論理をアナログ信号に変換するデコーダおよび該デコーダによる出力論理を出力するインターフェイスとしての出力信号論理回路とを備えたデジタルアイソレータを含むことを特徴とする車両用通信制御装置。
前記信号絶縁手段が、前記高速信号絶縁用デジタルアイソレータと、低速信号絶縁素子を含む、請求項１に記載の車両用通信制御装置。
前記低速信号絶縁素子がフォトカプラからなる、請求項３に記載の車両用通信制御装置。
前記異常出力防止手段が、前記信号絶縁手段からその高電圧側および／または低電圧側への出力を予め設定した安全出力または予め設定した安全範囲内の出力に制御可能な論理回路を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用通信制御装置。
前記異常出力防止手段が、前記電圧監視手段により検出された電圧が予め定めた所定範囲を越えて低下したとき、検出対象となった電圧を予め定めた電圧値に引き上げて又は引き下げて固定することが可能なプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用通信制御装置。
前記信号受送信手段には、上位のコントローラから、ＣＡＮバスを介して制御信号が送られる、請求項１〜６のいずれかに記載の車両用通信制御装置。
前記信号受送信手段は、上位のコントローラに、ＣＡＮバスを介して制御信号を送る、請求項７に記載の車両用通信制御装置。
前記車両搭載電気機器が、電動圧縮機駆動用のモータからなり、前記車両搭載電気機器用作動制御装置がインバータからなる、請求項１〜８のいずれかに記載の車両用通信制御装置。
前記車両搭載電気機器用作動制御装置が、車輪駆動用インバータ、電動パワーステアリング作動制御装置、バッテリー制御装置、ＤＣ−ＤＣコンバータのいずれかからなる、請求項１〜８のいずれかに記載の車両用通信制御装置。
前記上位のコントローラが、車両の各部を集中制御可能な電子制御装置からなる、請求項１〜１０のいずれかに記載の車両用通信制御装置。