JP6227945B2 - 自動車用電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の各機器を制御する主制御装置と、常時給電される副制御装置とを備えた自動車用電子制御装置に関する。

特許文献１には、マイコンと該マイコンの動作を監視する監視ＩＣ（またはサブマイコン）とを備え、マイコンに異常が生じた場合に、マイコンの状態を表す情報をバックアップＲＡＭに記憶する待避処理を行った後、監視ＩＣでマイコンをリセットする車両用の電子制御装置（ＥＣＵ）が開示されている。

特開２００８−２９３４２０号公報

ところで、特許文献１に記載されているような、マイコンの状態を表す情報をバックアップＲＡＭ（揮発性メモリ）に記憶して待避処理を行う電子制御装置では、各機器の動作停止時にもバックアップＲＡＭに給電することで記憶情報を保持している。そして、このバックアップＲＡＭの記憶情報の保証判断には、記憶情報のＳＵＭやキーワードを算出する手法を採用している。このため、主制御装置であるマイコンに負担がかかり、演算時間の考慮や、バックアップＲＡＭに算出結果を保持するための記憶領域の確保が必要となる。

また、メインマイコンと、常時給電されるサブマイコンとで構成された自動車用電子制御装置の場合には、メインマイコンでサブマイコンへの常時給電が途絶したか否かを判定し、途絶した履歴がある場合は、復帰処理のための対応制御等を行っている。
しかしながら、サブマイコンへ供給される電源電圧が一時的に中間レベルまで低下、すなわち正常な電圧と遮断状態（０Ｖ）との間のレベルまで低下してから、正常な電源電圧に回復した場合には復帰処理が難しい、という課題があった。このような一時的な電源電圧の低下は、例えばバッテリが劣化したときに、エンジン始動のためのクランキング等によって発生することがある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、主制御装置による処理負荷を軽減でき、電源異常が発生した場合に、主制御装置と副制御装置に対して電源異常に応じた復帰処理を行うことができる自動車用電子制御装置を提供することにある。

本発明の自動車用電子制御装置は、常時給電される揮発性メモリを有し、車両の各機器を制御する主制御装置と、常時給電され、前記主制御装置を監視あるいは補助する副制御装置と、前記主制御装置及び前記副制御装置に共通の電源とを備え、前記主制御装置はパワーオン時と電源異常時にリセットされ、前記副制御装置は電源異常時にリセットされ、前記主制御装置がリセットされる電圧は、前記揮発性メモリの保持電圧よりも高く設定され、前記副制御装置がリセットされる電圧は、前記揮発性メモリの保持電圧よりも低く設定され、前記副制御装置は、前記電源の監視により、前記揮発性メモリの記憶情報が保持されているか否かを判断し、前記主制御装置は、当該主制御装置のリセットが発生した場合に、イニシャル処理で前記副制御装置による前記揮発性メモリの記憶情報の保持判断結果を取得し、電源電圧の監視情報が保持不可だった場合、あるいは前記副制御装置の起動がリセットからの起動だった場合に、前記揮発性メモリでの記憶情報の保持不可と判定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、副制御装置で電源を監視し、この監視情報を主制御装置で活用することで、主制御装置による処理負荷を軽減できる。また、副制御装置で電源異常の状態を判断し、主制御装置で判断結果を取得することで、主制御装置と副制御装置に対して電源異常に応じた復帰処理を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る自動車用電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。 電源電圧の変化パターンと、各変化パターンに対するメインマイコンのリセット電圧、サブマイコンのリセット電圧、及びＢｕＲＡＭの保持電圧の関係を示す波形図である。 電源電圧が変化したときの、各電圧変化レベルに対するメインマイコンの動作と、サブマイコンによるＢｕＲＡＭの記憶情報の保持判断結果を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る自動車用電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。 電源の劣化の検知について説明するタイミングチャートである。 電源電圧が低下したときの、電源とサブ電源の切り替えについて説明するタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本第１の実施形態に係る自動車用電子制御装置は、車両における電源異常、あるいは電源異常が疑われる場合（電源電圧が所定値よりも低下した場合、及び電源電圧が所定値より低下することが予想される場合）に、揮発性メモリの記憶情報の使用制限を行うと共に、主制御装置と副制御装置に対して電源異常に応じた復帰処理を行うように構成したものである。

図１に概略構成を示すように、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１は、車両の各機器を制御する主制御装置であるメインマイクロコンピュータ（メインマイコン）２と、このメインマイコン２を監視あるいは補助する副制御装置であるサブマイクロコンピュータ（サブマイコン）３とを備えている。メインマイコン２は、当該メインマイコン２の状態を表す情報を待避するためのバックアップＲＡＭと呼ばれる揮発性メモリ（ＢｕＲＡＭ）４を内蔵している。このメインマイコン２には、バッテリ等の電源５から電源リレー（あるいはイグニッションスイッチ）６を介して電源電圧Ｖｂが印加され、ＢｕＲＡＭ４には記憶情報を保持するために電源５から常時電源電圧Ｖｂが印加される。

一方、サブマイコン３には電源５が直接接続されて常時電源電圧Ｖｂが印加され、電源リレー６のオフ時にもサブマイコン３へ給電されるようになっている。サブマイコン３は、電源リレー６のオン時に通常モード、電源リレー６のオフ時にスタンバイモードで動作する。サブマイコン３は、電源異常を監視しており、電源５の電圧Ｖｂを計測してＡ／Ｄ変換し、この変換した計測結果（ディジタルデータ）に基づき、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報が正常か否かの保証判断を行い、メインマイコン２へ報知する。

上記メインマイコン２は、パワーオン（イグニッションオン）時と電源異常時にリセットされ、上記サブマイコン３は、電源異常時にリセットされるようになっている。そして、メインマイコン２の動作が停止する電圧、換言すればメインマイコン２のリセット電圧をＶｍｒ、サブマイコン３の動作が停止する電圧、換言すればサブマイコン３のリセット電圧をＶｓｒ、ＢｕＲＡＭ４の保持電圧をＶｈとすると、各電圧は「Ｖｍｒ＞Ｖｈ＞Ｖｓｒ」の関係を満たすように設定されている。ここで、サブマイコン３のリセット電圧Ｖｓｒは可能な限り低い電圧とするのが好ましい。

図２に実線Ｐ１で示すように、電源電圧Ｖｂが、メインマイコン２のリセット電圧Ｖｍｒより低く、且つＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈより高いレベルに低下してから回復した場合には、メインマイコン２がリセットされる。この場合、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報は保持可能である。この記憶情報の保証判断は、サブマイコン３により電源電圧Ｖｂの計測結果に基づいて行う。

また、実線Ｐ２で示すように、電源電圧Ｖｂが、ＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈより低く、且つサブマイコン３のリセット電圧Ｖｓｒより高いレベルに低下してから回復した場合にも、メインマイコン２がリセットされる。この場合には、電源電圧Ｖｂが、ＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈより低下したため、記憶情報が破壊されている可能性があり、記憶情報の保持は不可と判断する。この記憶情報の保証判断は、サブマイコン３により電源電圧Ｖｂの計測結果に基づいて行う。

更に、実線Ｐ３で示すように、電源電圧Ｖｂがサブマイコン３のリセット電圧Ｖｓｒより低くまで低下して回復した場合には、メインマイコン２とサブマイコン３が共にリセットされる。また、電源電圧ＶｂがＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈよりも低くなり、記憶情報の保持は不可である。この際には、記憶情報の保証判断はメインマイコン２によりサブマイコン３の起動状態から判定する。
なお、図２において、左下がりの斜線を付した、電源電圧Ｖｂが０ＶからＶｈまでが、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報の保持が不可の領域であり、電源電圧Ｖｂがこの領域に入るとＢｕＲＡＭ４の記憶情報が破壊される可能性がある。

上記のような構成において、サブマイコン３は電源電圧Ｖｂを定周期、例えば所定の時間間隔で計測し、計測した電源電圧Ｖｂを監視し、保持判断結果をメインマイコン２に報知する。メインマイコン２はリセットからの復帰後のＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈの判定前に、サブマイコン３から電源電圧Ｖｂの監視情報（保持判断結果）とサブマイコン３の起動状態を取得し、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報の保証判断を行う。
そして、下記（１），（２）のいずれかが成立した場合に、ＢｕＲＡＭ４での記憶情報の保持不可と判定する。
（１）サブマイコン３から取得した電源電圧Ｖｂの監視情報が、保持不可だった場合
（２）サブマイコン３の起動がリセットからの起動だった場合

次に、保持判断結果の報知について、図３のタイミングチャートにより詳しく説明する。時刻ｔ１に、電源電圧ＶｂがＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈとサブマイコン３のリセット電圧Ｖｓｒとの間のレベル（Ｖｈ＞Ｖｂ＞Ｖｓｒ）に低下したと仮定する。メインマイコン２は、通常制御であったものが、電源電圧Ｖｂがリセット電圧Ｖｍｒより低下した時点でリセット状態になる。サブマイコン３は電源電圧Ｖｂを監視しており、時刻ｔ１までＢｕＲＡＭ４が記憶情報を保持可と判断しているが、時刻ｔ１における電源電圧Ｖｂの低下を検知して保持不可と判断する。

時刻ｔ２にメインマイコン２のイニシャル処理が行われると、メインマイコン２はサブマイコン３における電源電圧Ｖｂの監視情報である保持判断結果を取得して、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報が破壊された可能性があることを検知する。そして、メインマイコン２は、保持判断結果の取得後に、サブマイコン３の保持判断結果を保持不可から保持可に切り替える。
メインマイコン２のイニシャル処理が終了すると（時刻ｔ３）、メインマイコン２はリセット時の初期値、例えば工場出荷状態となって通常制御に戻る。

次の時刻ｔ４に、電源電圧Ｖｂがメインマイコン２のリセット電圧ＶｍｒとＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈとの間のレベル（Ｖｍｒ＞Ｖｂ＞Ｖｈ）に低下したと仮定する。すると、メインマイコン２は通常制御していたものが、電源電圧Ｖｂがリセット電圧Ｖｍｒより低下した時点でリセット状態になる。そして、時刻ｔ５にメインマイコン２のイニシャル処理が行われる。このとき、サブマイコン３は電源電圧がＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈより高いので記憶情報の保持可と判断し、メインマイコン２はサブマイコン３からこの保持判断結果を取得する。
時刻ｔ６にイニシャル処理が終了すると、メインマイコン２はＢｕＲＡＭ４の記憶情報に基づいて通常制御に復帰する。

次に、時刻ｔ７に電源電圧Ｖｂがサブマイコン３のリセット電圧Ｖｓｒより低いレベル（Ｖｓｒ＞Ｖｂ）まで低下したと仮定する。メインマイコン２は通常制御であったものが、電源電圧Ｖｂがリセット電圧Ｖｍｒより低下した時点でリセット状態になる。また、サブマイコン３もリセット状態となり、サブマイコン３の保持判断結果は、保持不可となる。そして、時刻ｔ８にメインマイコン２のイニシャル処理が行われる。メインマイコン２は、サブマイコン３の保持判断結果を取得し、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報が破壊された可能性があることを検知する。そして、メインマイコン２は、保持判断結果の取得後に、サブマイコン３の保持判断結果を保持不可から保持可に状態を切り替える。サブマイコン３が復帰する際には、リセット時の初期値、例えば工場出荷状態となって通常制御に戻る。
時刻ｔ９にメインマイコン２のイニシャル処理が終了すると、メインマイコン２もリセット時の初期値、例えば工場出荷状態となって通常制御に戻る。

上記のような構成によれば、サブマイコン３で電源５の異常（電源電圧Ｖｂ）を監視し、電源異常を検知した場合に、異常があったことをサブマイコン３からメインマイコン２に報知することで、メインマイコン２は保持判断結果をサブマイコン３から取得するだけで良い。よって、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報の保証判断に、記憶情報のＳＵＭやキーワードを算出する必要がないので、メインマイコン２による処理負荷を軽減できる。また、ＢｕＲＡＭ４に算出結果を保持する必要もないので、記憶領域の節約にも繋がる。

更に、電源異常が発生した場合に、電源異常があったことをサブマイコン３からメインマイコン２に報知することで、メインマイコン２とサブマイコン３に対して電源異常（電源電圧Ｖｂのレベル）に応じた復帰処理を行うことができる。すなわち、メインマイコン２はサブマイコン３から保持判断結果を取得することで、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報が正しいか否かを判断でき、メインマイコン２によりサブマイコン３の保持不可の判断結果を保持可に切り替えることで、サブマイコン３の保持判断結果を電源異常の発生前の状態に復帰させることができる。

特に、自動車用電子制御装置にあっては、車両の各機器を制御しており、電源電圧の低下による誤作動は安全性の見地から好ましくないので、サブマイコン３による電源電圧の監視による電源異常の検出は、安全性の向上に寄与する。
上述したように、サブマイコンを使用して電源電圧を監視し、この監視情報を活用することで、メインマイコンによる処理負荷を軽減でき、電源異常が発生した場合に、メインマイコンとサブマイコンに対して電源異常に応じた制御を行うことができる。

［第２の実施形態］
本第２の実施形態は、電源（バッテリ）の劣化等により、エンジン始動時に電源電圧がＢｕＲＡＭの保持電圧より低下することが予想される場合に、電源をサブ電源に切り替えることで、ＢｕＲＡＭの記憶情報を保持するように構成したものである。
図４に示すＥＣＵ１は、各機器を制御する主制御装置であるメインマイコン２と、このメインマイコン２を監視あるいは補助する副制御装置であるサブマイコン３とを備えている。メインマイコン２は、当該メインマイコン２の状態を表す情報を待避するためのＢｕＲＡＭ４を内蔵している。

ここで、本第２の実施形態においては、バッテリ等の電源５に加えて、例えばコンデンサ等からなるサブ電源７を設けると共に、メインマイコン２内に、ＢｕＲＡＭ４への電源の供給を、電源５からとサブ電源７からとに切り替える切替スイッチ８を設けている。切替スイッチ８の切り替えは、サブマイコン３で電源５の電源電圧Ｖｂを計測し、電源電圧Ｖｂの低下から電源５の劣化が検知されたとき、あるいは電源５の劣化により電源電圧ＶｂがＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈより低下することが予想されたときに、サブマイコン３からメインマイコン２に報知する。そして、メインマイコン２で電源４の劣化判定を行い、劣化していると判定されたときにサブ電源７を選択してＢｕＲＡＭ４にサブ電源電圧Ｖｓを供給するようにしている。

次に、上記電源５の劣化の検知について、図５のタイミングチャートにより詳しく説明する。サブマイコン３は、イグニッション（ＩＧＮ）がオフする時刻ｔ１０（ＩＧＯＦＦ）からオンする時刻ｔ１１（ＩＧＯＮ）まで、所定の時間間隔Δｔ、例えば１時間間隔で電源電圧Ｖｂを計測すると共に、この時間（ＩＧＯＦＦ時間）を計測する。そして、ＩＧＯＦＦ時の電源電圧Ｖｂの経時変化に伴う低下のしかたにより、電源５の劣化を検知または予想する。
この電源５の劣化情報は、例えばＩＧＯＦＦ時間中における電源電圧Ｖｂが低下していくときの傾き、及びＩＧＯＦＦ時間中の過渡的な最低電源電圧値等である。サブマイコン３で検知した劣化情報をメインマイコン２で取得し、メインマイコン２で電源５の劣化状態を推定して判断する。あるいは劣化情報を元にサブマイコン３で電源５の劣化状態を推定して判断し、メインマイコン２で判断結果を取得しても良い。

上記電源５の劣化の判断は、電源５が明らかに劣化していない電源電圧Ｖｂの場合には必要ないので、破線で示す判定開始電圧Ｖｄｓ、例えば電源電圧Ｖｂが１２Ｖを下回ってから開始するようにしても良い。
そして、ＩＧＯＮ後（時刻ｔ１１）に、サブマイコン３からメインマイコン２に、電源５の劣化情報（判断結果、またはＩＧＯＦＦ中の最低電源電圧値）を報知する。この報知には、例えば通信、ポートのオン／オフ等様々な手段を用いることができる。ＩＧＯＮ時にサブマイコン３から電源５の劣化情報を取得したメインマイコン２は、警告ランプや電圧計、各種の情報を表示する表示装置等を介して運転者に報知する処理を行う。

サブマイコン３からメインマイコン２に電源５の劣化情報が報知されると、図６のタイミングチャートに示すように、メインマイコン２はスターターリレーをオンしてクランキング（時刻ｔ１２）を行う前（時刻ｔ１１）に、メインマイコン２で切替スイッチ８を操作してＢｕＲＡＭ４の電源５をサブ電源７に切り替え、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報が破壊されるのを保護する。すなわち、ＢｕＲＡＭ４に供給される電圧を、この時刻ｔ１１からエンジンが始動する時刻ｔ１３までの期間、サブ電源７の電圧Ｖｓに切り替え、クランキングによる電源電圧Ｖｂの低下の影響を抑制する。

そして、エンジン始動後（時刻ｔ１３以降）に、メインマイコン２で切替スイッチ８を操作して電源電圧Ｖｂに戻す。この際、電源電圧Ｖｂに戻す前に、メインマイコン２でＢｕＲＡＭ４に印加されている電圧Ｖｓを計測し、ＢｕＲＡＭ４の保持電圧Ｖｈよりも高い電圧であれば、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報が保持できていると判断する。
上記のような構成によれば、サブマイコン３で電源５の劣化（電源異常）を監視し、劣化を検知した場合、あるいは劣化が予想される場合に、サブマイコン３からメインマイコン２に劣化情報を報知するので、メインマイコン２による処理負荷を軽減できる。
また、電源５の劣化をユーザに通知することで、ユーザがバッテリの交換時期を車両の情報から知ることができ、バッテリ上がりのリスクを回避できる。

尚、上記第１、第２の実施形態では、主制御装置と副制御装置がメインマイコンとサブマイコンの場合について説明したが、マイコンと監視ＩＣの組み合わせでも良く、且つこれらの制御装置が一体化されている構造であっても別体でも同様な作用効果が得られる。
また、ＢｕＲＡＭ４がメインマイコン２に内蔵されている例を説明したが、メインマイコン２に外付けで設けられていても良い。
更に、サブ電源７がコンデンサの場合について説明したが、ＢｕＲＡＭ４の記憶情報を保持できれば、他の電源を用いても良いのはもちろんである。

ここで、上記実施形態から把握し得る技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
自動車用電子制御装置は、その一つの態様において、副制御装置が、電源の監視により、揮発性メモリの記憶情報が保持されているか否かを判断し、主制御装置のリセットが発生した場合に、主制御装置はイニシャル処理で副制御装置による揮発性メモリの記憶情報の保持判断結果を取得する。
上記構成によると、副制御装置で揮発性メモリの記憶情報の保持判断を行うことで、主制御装置による処理負荷を軽減できる。

自動車用電子制御装置の好ましい態様では、揮発性メモリ用のサブ電源と、電源とサブ電源とを切り替える切替スイッチとを更に備え、副制御装置で電源異常を検知したときに、電源電圧が揮発性メモリの保持電圧よりも低くなる前に、切替スイッチによりサブ電源から揮発性メモリに給電する。
上記構成によると、電源電圧が揮発性メモリの保持電圧よりも低くなる前に、サブ電源から揮発性メモリに電源を供給することで、揮発性メモリの記憶情報が破壊されるのを保護することができる。

１…ＥＣＵ（自動車用電子制御装置）、２…メインマイクロコンピュータ（主制御装置）、３…サブマイクロコンピュータ（副制御装置）、４…ＢｕＲＡＭ（揮発性メモリ）、５…電源、６…電源リレー、７…サブ電源、８…切替スイッチ

Claims (2)

1. 常時給電される揮発性メモリを有し、車両の各機器を制御する主制御装置と、常時給電され、前記主制御装置を監視あるいは補助する副制御装置と、前記主制御装置及び前記副制御装置に共通の電源とを備え、
   前記主制御装置はパワーオン時と電源異常時にリセットされ、前記副制御装置は電源異常時にリセットされ、前記主制御装置がリセットされる電圧は、前記揮発性メモリの保持電圧よりも高く設定され、前記副制御装置がリセットされる電圧は、前記揮発性メモリの保持電圧よりも低く設定され、
   前記副制御装置は、前記電源の監視により、前記揮発性メモリの記憶情報が保持されているか否かを判断し、前記主制御装置は、当該主制御装置のリセットが発生した場合に、イニシャル処理で前記副制御装置による前記揮発性メモリの記憶情報の保持判断結果を取得し、電源電圧の監視情報が保持不可だった場合、あるいは前記副制御装置の起動がリセットからの起動だった場合に、前記揮発性メモリでの記憶情報の保持不可と判定する、ことを特徴とする自動車用電子制御装置。
2. 前記電源異常は、電源電圧が所定値より低下した場合を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用電子制御装置。