JP5430261B2 - 通電制御システム - Google Patents
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Description
また、これらの電子制御装置には、電子制御装置によって駆動制御される負荷や駆動制御装置の異常を検出して異常を警報したり、フィードバック制御を行ったり、異常情報を蓄積して外部に伝達したりする自己診断装置について種々提案されている(特許文献1、2等参照)。
このため、電子制御装置と自己診断装置との間で行われる信号の伝達には、4,800bpsから38,400bps程度の比較的送伝速度の遅い非同期型シリアル通信方式が用いられている(特許文献3、4等参照)。
このため、ECU側で自己診断信号DIの立ち上がり途中の不安定な値を読み込んだり、隣のビットを読み込んだりしないように各情報ビットの中央部分の安定した出力を読み取る必要がある。
そこで、ECUでは、図11(b)に示すような制御フローにしたがって、ECU内の演算処理によって自己診断信号DIの読み込みを情報ビットの中央部分で行われるように読み込みタイミングの調整が行われる。
図11(b)に示す従来の制御フローでは、ステップS100zにおいて、機関の運転状況に応じて発信する駆動信号SIの低レベル(Lo)側から高レベル(Hi)側への立ち上がり時期か否かが判定され、駆動信号SIの立ち上がり時期である場合にはステップS101zに進み駆動信号SIが出力される。
また、駆動信号SIの立ち上がり時期ではない場合には、駆動信号SIの立ち上がり時期になるまでステップS100zが繰り返される。
さらに、駆動信号SIの立ち上がりエッジ(Rising Edge、ER)に同期してステップS102zにおいてタイマがスタートされる。
ステップ203zにおいて、所定の時間t(例えば、ビット長の1/2)を経過した自己診断情報DIの読み込み時期TRDか否かが判定される。
ステップS102zで立ち上がったタイマがタイムアップするまでステップS104zが繰り返され、当該タイマが所定の時間tを経過したらステップS104zに進み、自己診断信号DIの読み込みが行われる。
本図(c)に示すように、駆動信号SIの低レベル側(L)から高レベル(H)への立ち上がりエッジERに同期して、ECUの演算処理によってカウントされるタイマTMRがスタートし、本図(d)に示すように、タイマTMRのアップに同期して所定時間tだけ遅れて自己診断信号DIの読み込み時期tRDが決定される。
一方、自己診断装置DIU側では、本図(e)に示すように、駆動信号SIの立ち上がりエッジERに同期して、自己診断信号DIの出力が1ビット毎に切り替わってECUに発信される。その結果、本図(d)に示すようにECUにおいて、各情報ビット(D1〜D4、ERR1、ERR2)の中央部分の読み込みをすることができる。
さらに、ECUの演算負荷やタイマ機能がぎりぎり足りているシステムでは、1つのタイマ処理の追加により、新たな高機能・高価なマイコンに変更せざるを得ない虞もある。
上記電子制御装置から上記駆動制御装置へ発信される上記駆動信号の立ち上がり時期に同期して上記自己診断装置から上記電子制御装置へ発信される上記自己診断信号の読み込みを開始し、
上記自己診断装置は、上記駆動信号の立ち上がり時期から上記駆動信号の開閉周期に対して4分の1周期から4分の3周期の時間だけ遅れて上記自己診断信号を上記電子制御装置に発信させる自己診断信号発信遅延手段を具備し、
上記自己診断信号発信遅延手段は、上記駆動制御装置に設けられ複数の負荷を所定の間隔で駆動すべく上記駆動信号を所定の間隔で遅延させる駆動信号遅延手段を兼用する。
ただし、上記負荷への通電開始を指示する上記駆動信号によって上記負荷への通電を開始させる時期を上記駆動信号の立ち上がり時期と定義し、上記通電制御システムにおいて、上記立ち上がり時期とは、上記駆動信号が高レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が低レベルから高レベルに切り替わる時期をいい、一方、上記駆動信号が低レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が高レベルから低レベルに切り替わる時期をいうものとする(請求項1)。
加えて、上記電子制御装置において自己診断情報の読み取りが開始された後、上記自己診断装置側に設けた上記遅延手段によって所定の時間だけ遅れて自己診断信号が発信されるので、電子制御装置側に信号読み込み開始時期調整のための演算負荷を掛けることなく、上記駆動信号の1周期当たりに発信される自己診断信号のビット長の4分の1から4分の3の範囲の安定した状態の信号を読み込むことができる。
さらに、新たな遅延手段を設けることなく、自己診断信号読み取り時期のタイミング調整に対する電子制御装置の演算負荷が低く、確実に自己診断信号の読み取りが可能な信頼性の高い通電制御システムが実現可能となる。
なお、本実施形態においては、4気筒ディーゼルエンジンを例に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本図は模式的なものであり、実際の回路のレイアウトを示すものではない。
なお、異常検出手段36(1〜4)としては、例えば、グロープラグ40の短絡や遮断を検出すべくシャント抵抗を設けて出力電圧を検出しても良いし、スイッチング手段34(1〜4)の短絡を検出すべくバッテリ電圧+BAATの検出を行っても良いし、電流センサを設けて電流値を検出するようにしても良い。
基本クロック33は、駆動信号SIに基づいて各グロープラグ40(1〜4)の駆動を制御する駆動信号SI(1〜4)を所定の間隔だけ順にずらして発振する駆動信号遅延手段と自己診断断信号発信遅延手段とを兼用している。
本発明の特徴は、ECU20から発信された駆動信号SIの立ち上がりエッジERに同期して自己診断信号DIの読み込みを開始させることによりECU20側の演算負荷を低減すると共に、GCU30側に設けた基本クロック34を利用して駆動信号SIの立ち上がりエッジERから所定のタイミングだけずらして自己診断信号DIの送信を開始することにより安定した自己診断信号DIの読み取りを可能にしている点にある。
なお、本実施形態においては、駆動信号SIが高レベルの時にグロープラグ40(1〜4)への通電が行われる構成となっており、グロープラグ40(1〜4)への通電開始を指示する駆動信号SIによってグロープラグ40(1〜4)への通電を開始させる時期を駆動信号SIの立ち上がり時期と定義したとき、駆動信号SIが低レベルから高レベルに切り替わる時期を本発明に定義する駆動信号の立ち上がり時期としている。
駆動信号SIは、送信側であるECU20のI/F26側に設けられたトランジスタ等のスイッチング素子Q1、Q2を開閉駆動するベース電圧として入力され、スイッチング素子Q1、Q2のコレクタ端子は、受信側であるGCU30のI/F32において、電源電圧+Bにプルアップ抵抗R1を介して吊り上げられ、キャパシタC1を介して接地され、スイッチング素子Q2のエミッタ端子は送信側であるECU20のI/F26において接地されている。
なお、本実施例においては複数のスイッチング素子Q1、Q2をスターリング接続し電流増幅率を高めた構成を示しているが、使用するスイッチング素子の電流増幅率によっては、素子1つで使用しても良いし、複数の素子を連ねた構成としても良い。
コンパレータCMP1の反転入力(−)には、電源電圧+Bがプルアップ抵抗R2とプルダウン抵抗R3とによって分圧された比較電圧Vrefが入力され、駆動信号電圧VSIが比較電圧Vrefよりも高い場合に出力電圧OUTが高レベルとして出力される。
本実施形態においてコンパレータCMP1には、オープンコレクタ出力のものが用いられており、出力電圧OUTをプルアップ抵抗R4によってコレクタ電圧VCCまで吊り上げることにより、スイッチング素子34(1〜4)を駆動可能な安定した出力電圧を有する駆動信号SIとして出力することができる。
コンパレータCMP1の反転入力(−)には、電源電圧+Bがプルアップ抵抗R2とプルダウン抵抗R3とによって分圧された比較電圧Vrefが入力され、駆動信号電圧VDIが比較電圧Vrefよりも高い場合に出力電圧Voutが高レベルとして出力される。さらに、出力電圧OUTは、プルアップ抵抗R4を介してコレクタ電圧VCCにつり上げられている。
このような構成とすることによって、駆動信号SIと同様、自己診断信号DIも電源電圧の変動による影響を受けることなく、自己診断信号DIのオンオフを忠実に再現するように安定した状態で、送信側であるGCU30から受信側であるECU20に伝達することができる。
また、自己診断信号DIは、ECU20側でコレクタ電圧VCCに吊り上げられているので、自己診断信号DIが発信されていないアイドル状態では常に高側となっている。
各異常検出手段36(1〜4)からは平行して複数の情報が一度にDIU37に入力されるが、ECU20に伝達するために、D1〜D4及びERR1、ERR2を1ビットずつ並べて8ビットのデータを1塊のデータビットとしたシリアルデータに変換する。
このとき、データの先頭には常に低側の電位を示し、データの始まりであることを示すスタートビットSTが設けられ、次いでビットNo.1〜4には、それぞれD1〜D4のデータが割り当てられ、ビットNo.5、6には、エラー信号との区切りを示すダミービットとして信号なしの部分が設けられ、ビットNo.7、8にはERR1、ERR2のデータが割り当てられ、ビットNo.9には、常時高側の電位を示しデータの終了を示すストップビットSPが割り当てられ、自己診断信号DIとして出力される。
なお、D1〜D4、ERR1、ERR2は、異常時に高レベルを示し、正常時には低レベルを示す。
本図(a)に示すように、ECU20では、ステップS100において、駆動信号SIの立ち上がり時期か否かが判断され、駆動信号SIの立ち上がり時期であればYesと判定され、ステップS101に進み駆動信号SIが出力され、同時にステップ102において自己診断信号DIの読み込みが開始される。
ステップS100において、駆動信号SIの立ち上がり時期でない場合にはNoと判定され、駆動信号SIの立ち上がり時期となるまでステップS100のループを繰り返す。
ステップS102で自己診断信号DIの読み込みが行われるとスタートに戻り次の駆動信号SIについての判定が繰り返される。
ECU20においては自己診断信号DIの読み込みを駆動信号SIの立ち上がりと同時に開始するので、特に自己診断信号DIの読み込み開始時期を待つ必要がないので演算負荷が少ない。
一方、本図(b)に示すように、DIU37では、ステップS200において、動信号SIの立ち上がり後所定の時期か否かが判定される。このとき、ECU20から発信された駆動信号SIの立ち上がりエッジERを検出し、GCU30側に設けられた基本クロック33によってカウントされたクロックCLK1によって駆動信号SIの立ち上がり後所定時間が経過したかどうかが判定される。
駆動信号SIの立ち上がり後所定時間、例えば、駆動信号SIの周期Tに対して4分の1周期以上4分の3周期以下の時間が経過している場合には、Yesと判定され、ステップS201に進み自己診断信号DIの発信がなされる。
ステップS200において、駆動信号の立ち上がり後所定時間が経過していない場合にはNoと判定され、CLKが所定期間を経過するまでS200のループが繰り返される。
ステップS201において自己診断信号DIの発信が完了するとスタートに戻って次の駆動信号SIの立ち上がり後所定時間の経過を待って自己診断信号DIの出力が繰り返される。このとき、各グロープラグ40(1〜4)に対応する自己診断信号D1〜D4の切り換えが順次行われる。
図7(a)に示すように、クロックCLK1は一定周期で発振し、本図(b)に示すような駆動信号SIの周期Tとデューティ時間tdからグロープラグ40(1〜4)の発熱量を決定するデューティ比を決める基準となっている。
本発明に定義する駆動信号SIの立ち上がり時期として、本図(b)に示すように、負荷信号SIが低レベルから高レベルに切り替わり負荷への駆動を開始させる駆動信号SIの立ち上がりエッジERに同期して、本図(c)に三角マークで示すようなタイミングで自己診断信号DIの読み込みが開始される。
このとき、DIU37から自己診断信号DIが発信されていなければ、アイドル状態を示す高電位Hのデータが読み込まれる。
一方、DIU37側では、本図(d)に示すように、駆動信号SIの立ち上がりエッジERを検出してからGCU30側に設けた基本クロック33によって発振されるクロックCLK1が所定期間(4分の1周期〜4分の3周期)をカウントすると、低電位を示すスタートビットSTが発信され、情報の開始が認識され、駆動信号SIの開閉周期にしたがって順次D1〜D4、ダミービット、ERR1、ERR2からなる情報ビットが切り替わりながら送信され、常時高電位を示すストップビットSPの送信により、自己診断信号DIの送信終了となる。
GCU30側に設けた基本クロック33によって、DIU37からの自己診断信号DIの送信開始時期を自己診断信号DIの読み取り開始時期から所定時間ずらして送信することによりECU20に演算負荷を掛けることなく自己診断信号DIの安定した中央部分の情報を読み取ることができる。
図8(b)は、実施例として、グロープラグ40(1〜4)のうち、グロープラグ40(4)に何らかの異常が検出された場合の自己診断情報DIを示す。この時、データビットの情報は、00010010を表す電位を示し、グロープラグ40(4)に異常が発生していることが解り、これをECU20が読み込んで、異常を知らせるための警報を出力したり、後の修理に役立てるべく自己診断情報DIをメモリ25に記憶したりする等の必要な処理を行うことができる。
なお、本実施形態においては、駆動信号SIaが低レベルの時にグロープラグ40(1〜4)への通電が行われる構成となっており、グロープラグ40(1〜4)への通電開始を指示する駆動信号SIaによってグロープラグ40(1〜4)への通電を開始させる時期を駆動信号SIの立ち上がり時期と定義したとき、駆動信号SIaが高レベルから低レベルに切り替わる時期(即ち、実際の信号としては駆動信号SIaの立ち下がりエッジEFが検出される時期)を本発明に定義する駆動信号の立ち上がり時期としている。
本実施形態においては、図9(b)に示すように、負荷信号SIaが高レベルから低レベルに切り替わり負荷への駆動を開始させる駆動信号SIaの立ち下がりエッジEFを本発明に定義する駆動信号の立ち上がり時期として、駆動信号SIaの立ち下がりエッジEFに同期して、本図(c)に示すように、自己診断信号DIaの読み込みが開始され、上記実施形態と同様、本図(d)に示すように、駆動信号SIaの立ち下がりエッジEFを検出してからクロックCLK1が所定期間(4分の1周期T〜4分の3周期T)カウントすると、低電位を示すスタートビットSTが発信され、情報の開始が認識され、駆動信号SIaの開閉周期にしたがって順次D1〜D4、ダミービット、ERR1、ERR2からなる情報ビットが切り替わりながら送信され、常時高電位を示すストップビットSPの送信により、自己診断信号DIaの送信終了となる。
本実施形態においても、上記実施形態と同様、ECU20aの演算負荷を低減しつつ、安定して駆動信号SIaと自己診断信号DIaの送受信を行うことができる。
さらに、駆動信号SIaのオンオフによってスイッチング素子Q1aが開閉され、駆動信号SIaは、受信側のI/F32aにおいて、駆動信号SIaが反転したパルス信号として伝達され、その駆動信号電圧VSIaは、スイッチング素子Q1がオンの場合は電源電圧+B近くの電圧として、スイッチング素子Q1aがオフの場合はGND近くの電圧として、コンパレータCMP1の非反転入力(+)に入力される。
コンパレータCMP1の反転入力(−)には、電源電圧+Bがプルアップ抵抗R2とプルダウン抵抗R3とによって分圧された比較電圧Vrefが入力され、駆動信号電圧VSIが比較電圧Vrefよりも高い場合に出力電圧VOUTが高レベルとして出力される。
このような構成とすることによって、ローサイドにおいて負荷を駆動する駆動信号SIaが送信側であるECU20から受信側であるGCU30に送信された場合にも、上記実施形態と同様に、バッテリ電圧の変動に関わらず安定した状態で伝達することができる。
また、異常時にローサイドに出力する自己診断信号DIaを送信側であるGCU30aから受信側であるECU20aに送信する場合においても、本図に示すように、駆動信号SIaの送信に用いられるシリアルインターフェースと同様の構成によって、安定した送信が可能である。
このような構成とすることにより、駆動信号SIaのローサイドでグロープラグ40(1〜4)を駆動する場合には、駆動信号SIaの出力が受信側で電源電圧に吊り上げられており、駆動信号SIのハイサイドでグロープラグ40(1〜4)を駆動する場合には、駆動信号SIの出力が受信側で接地側GNDに吊り下げられているので、いずれの場合においても、駆動信号線に断線が発生した場合には、駆動信号SI、SIaのGCU側の出力が常に0Vとなり、グロープラグ40(1〜4)の駆動を停止する信号となるので、安全性の高い通電制御システムが実現される。
10 電源
11 スイッチ
20 電子制御装置(ECU)
21 電源回路部
22 ECU側基本クロック
23 中央演算装置(CPU)
24 ROM
35 RAM
26 シリアルインターフェース(ECU側通信手段)
27 入力制御回路
28 出力制御回路
30 グロープラグ通電制御装置(GCU)
31 電源回路
32 シリアルインターフェース(GCU側通信手段)
33 GCU側基本クロック(己診断信号発信遅延手段)
34(1〜4)半導体スイッチング素子(スイッチ手段)
35 駆動制御装置(DCU)
36(1〜4) 異常検出手段
37 自己診断装置(DIU)
40(1〜4) グロープラグ(負荷)
+B 電源電圧
GND 接地
SI 駆動信号
DI 自己診断信号
ER 駆動信号立ち上がりエッジ
TRD 自己診断信号読み込み時期
ST スタートビット
SP ストップビット
D1〜D4 情報ビット
ERR1、ERR2 エラービット
Claims (1)
- 電子制御装置から発信される駆動信号にしたがって駆動される負荷への通電を制御する通電制御システムであって、上記負荷の駆動を行う駆動制御装置と、該駆動制御装置の異常を検出して上記電子制御装置に自己診断信号を発信する自己診断装置と、上記電子制御装置と上記駆動制御装置と上記自己診断装置との間で相互に信号の伝達を行う通信手段とを備えた通電制御システムにおいて、
上記電子制御装置から上記駆動制御装置へ発信される上記駆動信号の立ち上がり時期に同期して上記自己診断装置から上記電子制御装置へ発信される上記自己診断信号の読み込みを開始し、
上記自己診断装置は、上記駆動信号の立ち上がり時期から上記駆動信号の開閉周期に対して4分の1周期から4分の3周期の時間だけ遅れて上記自己診断信号を上記電子制御装置に発信させる自己診断信号発信遅延手段を具備し、
該自己診断信号発信遅延手段は、上記駆動制御装置に設けられ複数の負荷を所定の間隔で駆動すべく上記駆動信号を所定の間隔で遅延させる駆動信号遅延手段を兼用することを特徴とする通電制御システム。
ただし、上記負荷への通電開始を指示する上記駆動信号によって上記負荷への通電を開始させる時期を上記駆動信号の立ち上がり時期と定義し、上記通電制御システムにおいて、上記駆動信号が高レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が低レベルから高レベルに切り替わる時期をいい、上記駆動信号が低レベルの時に上記負荷への通電が行われる構成とした場合には当該駆動信号が高レベルから低レベルに切り替わる時期をいうものとする。
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