JP6379070B2

JP6379070B2 - リレー回路故障診断装置

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Publication number: JP6379070B2
Application number: JP2015117319A
Authority: JP
Inventors: 山田　裕介; 裕介山田; 佐藤　仁; 仁佐藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: JP2017004748A

Description

本発明は、リレー回路故障診断装置に関する。

アクチュエータは車両動作の制御などに使用される。アクチュエータの制御装置の異常時にはアクチュエータの駆動電源を遮断することにより、アクチュエータの異常動作を阻止するフェールセーフ機能を有しているものがある。

アクチュエータの駆動電源の遮断はリレーを利用して制御されるが、リレーの故障によって駆動電源の遮断ができない場合が考えられる。これを検知するために、リレーによる電源供給及び遮断機能が正常に動作しているかを判定する遮断機能診断装置がある。

例えば、特許文献１は、リレー回路の出力を監視し、アクチュエータを制御するマイコンがその故障状態を判定し、その故障の有無を記憶装置へ書き込む技術を記載している。

特開２００３−２９３８３４号公報

駆動電源の遮断機能は、例えばリレーの上流と下流の電圧差によって診断できる。駆動電源が遮断されるならば、リレーの下流電圧は低下し、リレーの上流と下流で電圧差が生じるためである。しかし、リレーの下流の回路がコンデンサを有しており、電源遮断直後に電圧測定を実施した場合、コンデンサに蓄えられた電荷によって十分な電圧差が生じず、誤診断する可能性がある。

時間の経過によってコンデンサに蓄えられた電荷は放出され、リレー下流の電圧は低下するが、診断までに時間がかかる。この課題に対処するために、電源遮断後にソレノイド等のアクチュエータへ電流出力を指示し、コンデンサの放電を加速させ、診断にかかる時間を短縮する手段（以下、電荷抜き処理）がある。

しかし、アクチュエータの駆動に対して電流制御ＩＣを用いており、且つこの電流制御ＩＣが、低電圧時に出力電流の変更を行わない、又は出力を停止する等の低電圧動作モードを有する場合、電源遮断による電圧低下によって電流制御ＩＣが低電圧動作モードとなる。このように電流制御ＩＣが低電圧動作モードになると、電荷抜き処理ができない場合がある。

一方、駆動電源の遮断機能を診断するときに、電流制御ＩＣへ電流指示を行う制御用マイコンではなく、制御装置の異常を診断する診断用マイコンによってリレーのＯＦＦ指示を行う構成がある。この構成の場合、制御用マイコンは、診断用マイコンによるリレーのＯＦＦ指示のタイミングを正確に予測できないことが考えられる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アクチュエータの駆動に低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣが使用されている場合においても、診断時間を短縮する電荷抜き処理を行うことが可能なリレー回路故障診断装置を提供することを目的とする。

例えば、上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、アクチュエータの電力供給を行うリレー回路故障診断装置が提供される。当該リレー回路故障診断装置は、前記アクチュエータの駆動電源と、電源供給を切り替えるリレーと、前記アクチュエータへの電流出力を行う駆動回路であって、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣと、コンデンサとを備える駆動回路と、前記アクチュエータへの電流量を決定する第１のマイコンと、前記第１のマイコンの動作を監視する第２のマイコンと、を備える。前記第１のマイコンは、前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示することができ、前記第２のマイコンは、前記リレーへＯＮ／ＯＦＦ状態を指示することができる。前記第１のマイコンは、リレー回路故障診断フェーズにおいて、前記第２のマイコンを介して前記リレーへＯＦＦ状態を指示し、前記電流制御ＩＣが前記低電圧動作モードに陥る時間よりも短い時間で、前記リレーへの指示状態がＯＮ指示状態からＯＦＦ指示状態に切り替わったことを確認し、前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示して前記アクチュエータを所定の時間駆動し、前記リレーの電源遮断機能を診断する。

また、他の例のリレー回路故障診断装置が提供される。当該リレー回路故障診断装置は、前記アクチュエータの駆動電源と、電源供給を切り替えるリレーと、前記アクチュエータへの電流出力を行う駆動回路であって、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣと、前記電流制御ＩＣと並列に接続されたコンデンサとを備える駆動回路と、前記アクチュエータへの電流量を決定する第１のマイコンと、前記第１のマイコンの動作を監視する第２のマイコンと、を備える。前記第１のマイコンは、前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示することができ、かつ、前記リレーへＯＮ／ＯＦＦ状態を指示することができる。前記第１のマイコンは、リレー回路故障診断フェーズにおいて、前記リレーへＯＦＦ状態を指示し、その後、前記電流制御ＩＣが前記低電圧動作モードに陥る時間よりも短い時間で、前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示して、前記アクチュエータを所定の時間駆動し、前記リレーの電源遮断機能を診断する。

本発明によれば、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣを使用している構成でありながらも電荷抜き処理を可能とし、アクチュエータの駆動回路の電源遮断機能に対する診断時間を短縮することができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例におけるリレー回路故障診断装置の構成を示すブロック図である。第１実施例における駆動電源の遮断機能診断のフローチャートである。電荷抜き処理なしの場合の電圧の推移を示す図である。電荷抜き処理ありの場合の電圧の推移を示す図である。電流制御ＩＣの低電圧動作モードを示す図である。第２実施例における駆動電源の遮断機能診断のフローチャートである。第３実施例における駆動電源の遮断機能診断のフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。

以下で説明する実施例は、車両の動作などを制御するアクチュエータの駆動電源に対するリレー回路故障診断装置に関する。

［第１実施例］
図１は、車両に搭載されたリレー回路故障診断装置の構成の一例である。リレー回路故障診断装置（故障検出装置）は、制御装置１００と、駆動電源１１０と、ソレノイド１２０とから構成されている。この故障検出装置では、アクチュエータであるソレノイド１２０の制御装置１００を中心として、駆動電源１１０とソレノイド１２０とが接続されている。

制御装置１００は、電源供給を切り替えるためのリレー１０１と、アクチュエータであるソレノイド１２０への電流出力を行う駆動回路１３０と、ソレノイド１２０への電流量を決定する制御用マイコン（第１のマイコン）１０４と、制御用マイコン１０４の動作を監視する診断用マイコン（第２のマイコン）１０５とを備える。

駆動回路１３０は、アクチュエータであるソレノイド１２０への出力電流を制御する電流制御ＩＣ１０２と、リレー１０１より下流の回路において電荷を蓄えるコンデンサ１０３とから構成されている。コンデンサ１０３は、電流制御ＩＣ１０２と並列に接続されている。

駆動電源１１０とリレー１０１と電流制御ＩＣ１０２は直列に接続されている。電流制御ＩＣ１０２の電源は、リレー１０１を介して供給される。リレー１０１と診断用マイコン１０５は、診断用マイコン１０５によってリレー１０１に対してＯＮ／ＯＦＦの指示ができるように接続されている。電流制御ＩＣ１０２の出力ポートには、ソレノイド１２０が接続されている。

電流制御ＩＣ１０２は、制御用マイコン１０４と通信するための通信手段を備える。電流制御ＩＣ１０２は、制御用マイコン１０４からの指示によって、出力する電流量を決定する。加えて、電流制御ＩＣ１０２は、低電圧動作モードを有する。ここでの低電圧動作モードは、例えば、低電圧時に出力電流の変更を行わない、又は出力を停止する等のモードである。一例として、電流制御ＩＣ１０２は、入力電圧が一定の電圧より低下すると、低電圧動作モードになり、制御用マイコン１０４からの出力電流に関する指示を受理しなくなる。さらに電圧が低下すると、電流制御ＩＣ１０２は電流出力を停止する。

図５は、電流制御ＩＣ１０２の低電圧動作モードを説明した図である。Ｖ_Ｌは、電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードになる電圧閾値であり、Ｖ_ＵＶＬＯは、電流制御ＩＣ１０２が出力を停止する電圧閾値である。Ｔ１では、電流制御ＩＣ１０２の電源電圧がＶ_Ｌより高いため、制御用マイコン１０４からの電流出力指示によって、出力電圧のＤｕｔｙ比が変更される。Ｔ２では、電流制御ＩＣ１０２の電源電圧がＶ_Ｌより低下したため、制御用マイコン１０４からの電流出力指示によって、出力電圧のＤｕｔｙ比が変更されない。Ｔ３では、電流制御ＩＣ１０２の電源電圧がさらに低下し、Ｖ_ＵＶＬＯより低くなったため、電流制御ＩＣ１０２は電流出力を停止する。Ｔ４では、電流制御ＩＣ１０２の電源電圧がＶ_ＵＶＬＯ以上に上昇したため、電流出力が再開される。その後、Ｔ５では、電流制御ＩＣ１０２の電源電圧が上昇し、Ｖ_Ｌより高くなったため、制御用マイコン１０４からの電流出力指示によって、出力電圧のＤｕｔｙ比が変更される。

診断用マイコン１０５は、制御用マイコン１０４と通信するための通信手段を備える。診断用マイコン１０５は、制御用マイコン１０４が正常に動作していることを確認する手段を備える。また、診断用マイコン１０５は、リレー１０１に対してＯＮ／ＯＦＦ指示状態信号を送ることができる。また、診断用マイコン１０５は、リレー１０１が正常に動作しているかを監視する。

制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５のリレー１０１に対するＯＮ／ＯＦＦ指示状態信号を受信できる。また、診断用マイコン１０５は、制御用マイコン１０４と通信を行い、その結果に応じてリレー１０１のＯＮ／ＯＦＦ指示状態を切り替えることができる。したがって、言い換えるならば、制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５を介して、リレー１０１のＯＮ／ＯＦＦ指示状態を切り替えることができる。

また、制御用マイコン１０４は、リレー１０１の上流の回路の電圧２０１と、リレー１０１の下流の回路の電圧２０２とを取得するインタフェースを備えている。

図２は、駆動電源の遮断機能診断（リレー回路故障診断フェーズ）のフローチャートである。駆動電源の遮断機能診断フェーズ（Ｓ３０１）になると、制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５と通信を行い、リレー１０１に対してＯＦＦ指示状態信号を送ることを指示する。このとき、制御用マイコン１０４からの通信に応じて、診断用マイコン１０５は、リレー１０１に対してＯＦＦ指示状態信号を送る（Ｓ３０２）。

制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５と通信した後、リレー１０１へのＯＮ／ＯＦＦ指示状態を一定周期で確認する（Ｓ３０３）。制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５から、リレー１０１のＯＮ／ＯＦＦ指示状態信号を受信することができる。ここで、「一定周期」とは、通常制御時から電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードになるまでの最短時間より短いものとする。なお、正常状態で電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードになるまでの最短時間よりも短い周期とは、予め定められた時間であって、駆動回路１３０に設けられたコンデンサ１０３や、抵抗などによって設定される。

したがって、制御用マイコン１０４は、電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードに陥るまでの時間よりも短い周期で、リレー１０１のＯＦＦ指示状態を判定し、電流制御ＩＣ１０２に対して電流出力指示を送り、これにより、低電圧動作モードになる前に電荷抜き処理を行うことになる。

図３は、電荷抜き処理なしの場合の電圧の推移を示す図である。リレー１０１がＯＦＦ状態になったとき、リレー１０１の下流の回路の電圧２０２が、

に従うとする。また、初期電圧をＶ_Ｏ、電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードになる電圧値をＶ_Ｌ、通常制御時に電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードに陥らないように設けられるマージン電圧をＶ_Ｍとする。

このとき、電流制御ＩＣ１０２が通常制御時から低電圧動作モードになるまでの最短時間が得られる初期電圧Ｖ_ＯＷＣは、Ｖ_Ｍ＋Ｖ_Ｌであるから、最短時間ｔ_ＷＣは、

より得られる。τはリレー１０１の下流回路において、電流未出力時の特性を示す時定数である。以上から、ステップＳ３０３において、例えば、制御用マイコン１０４は、最短時間ｔ_ＷＣよりも短い周期で、リレー１０１のＯＮ／ＯＦＦ指示状態を確認するように構成されればよい。

制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５からのリレー１０１に対するＯＮ／ＯＦＦ指示状態信号がＯＮ指示状態からＯＦＦ指示状態に切り替わったとき、電流制御ＩＣ１０２に対して、電流出力指示信号を送る（Ｓ３０４）。

制御用マイコン１０４は、電流出力指示信号を送ってから一定時間経過するのを待つ（Ｓ３０５）。ここでの「一定時間」とは、正常時、電荷抜き処理において十分な時間である。一定時間経過後、制御用マイコン１０４は、電流制御ＩＣ１０２に対して、電流出力停止を指示する信号を送る（Ｓ３０６）。ここでの停止指示は、アクチュエータへの負荷を考慮して、制御用マイコン１０４が電流制御ＩＣ１０２へ０ｍＡ出力を指示するか、又は、リセット入力を行うことにより実施される。正常時、電流制御ＩＣ１０２への電源供給は遮断されるため、電流制御ＩＣ１０２は低電圧状態モードであり、電流出力指示は無視される。一方、異常時には、電流制御ＩＣ１０２への電源供給が遮断されず、電流出力が継続されるため、上記の方法により停止指示が実施される。

図４は、電荷抜き処理時の電圧の推移を示す図である。リレー１０１がＯＦＦ状態になり、制御用マイコン１０４が、電流制御ＩＣ１０２へ電流出力を指示する通信を行う。制御用マイコン１０４は、電流出力を指示した後、電流制御ＩＣ１０２へ出力停止指示を送る。

リレー１０１の下流の回路に対して電流出力指示を行ったとき、リレー１０１の下流回路の電圧２０２が、

に従うとする。故障判定を行う上流電圧２０１と下流電圧２０２の電圧差をＶ_Ｔとしたとき、電荷抜き処理に必要な電流出力時間ｔ_Ｗ１は、

より得られる。ｔ_Ｗ１は初期電圧Ｖ_Ｏに依存し、初期電圧Ｖ_Ｏの値が小さいほど電荷抜きに必要な時間が長くなる。通常制御時の最低電圧はＶ_Ｍ＋Ｖ_Ｌであるから、これを適用すると電流出力に必要な最短時間ｔ_Ｗ１は、

である。τ’は、リレー１０１の下流の回路において、電流出力時の特性を示す時定数である。ステップＳ３０５での一定時間は、ｔ_Ｗ１以上であればよい。図４の例では、ｔ_Ｗ１に対してマージンを取ったｔ_Ｗ２経過後に出力停止指示を行っている。

制御用マイコン１０４は、リレー１０１の上流電圧２０１と下流電圧２０２をＡＤ変換入力によって取得する（Ｓ３０７）。そして、制御用マイコン１０４は、取得した上流電圧２０１と下流電圧２０２の差を計算する。制御用マイコン１０４は、その電圧差が判定閾値以上であれば、正常と判定し、そうでなければ異常と判定する（Ｓ３０８）。

なお、判定を行う電圧差の閾値は、リレー１０１の電圧降下代や、ＡＤ変換回路の誤差などを考慮して設定する。

＜まとめ＞
以上のように、第１実施例の駆動電源の遮断機能診断において、制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５を介して、リレー１０１に対してＯＦＦ状態指示を行う。制御用マイコン１０４は、リレー１０１のＯＮ／ＯＦＦ指示状態を、電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードに陥らない短い周期で確認する。ＯＦＦ指示を確認後、制御用マイコン１０４は、電流制御ＩＣ１０２に対して電流出力指示を行い、アクチュエータを所定の時間駆動することによって電荷抜き処理を行う。その後、制御用マイコン１０４は、リレー１０１の上流と下流の電圧値を測定し、その電圧差に基づいて、遮断機能の故障の有無を判定する。したがって、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣ１０２を使用しており、かつ、電流指示を行う制御用マイコン１０４がリレー１０１にＯＦＦ指示を直接行えない場合においても、電荷抜き処理を行い、電源遮断機能の診断時間を短縮できる。

［第２実施例］
第２実施例のリレー回路故障診断装置の構成は、図１で示した構成と同様である。本実施例の特徴として、制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５からのリレー１０１へのＯＮ／ＯＦＦ指示状態の信号を入力割込にて検出する。

図６は、第２実施例における駆動電源の遮断機能診断のフローチャートである。なお、図２のステップと同じステップは、同じ符号を付して説明を省略する。制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５と通信を行い、診断用マイコン１０５を介して、リレー１０１に対してＯＦＦ指示状態信号を送る（Ｓ３０２）。次に、制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５からのリレー１０１へのＯＦＦ指示状態信号を入力割込で確認し、ＯＦＦ指示状態に切り替わったことを確認する（Ｓ３１０）。その後、第１実施例と同様に、Ｓ３０４〜３０８の処理を実行する。

本実施例では、制御用マイコン１０４が、電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードになるまでの時間よりも短い時間で（言い換えれば、電流制御ＩＣ１０２が低電圧動作モードになるまでの間に）入力割込を実施し、電荷抜き処理を開始し、電荷抜き処理が終了した後、故障診断を行う。

＜まとめ＞
以上のように、第２実施例に係るリレー回路故障診断装置は、リレー１０１のＯＦＦ指示状態を入力割込で確認し、ＯＦＦ指示状態に切り替わったことを確認した後、電流指示によってリレー１０１の下流の回路の電荷抜き処理を行う。これにより、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣ１０２を使用しており、かつ、電流指示を行う制御用マイコン１０４がリレー１０１にＯＦＦ指示を直接行えない場合においても、電荷抜き処理を行い、電源遮断機能の診断時間を短縮できる。また、第２実施例の入力割込を実施する構成は、一定周期で確認する構成（ポーリング）に比べて、システムの負荷を考慮した場合に有利になり得る。

［第３実施例］
本実施例では、制御用マイコン１０４は、診断用マイコン１０５を介さずに、リレー１０１へＯＮ／ＯＦＦ指示状態信号を送ることができる。

図７は、第３実施例における駆動電源の遮断機能診断のフローチャートである。なお、図２のステップと同じステップは、同じ符号を付して説明を省略する。制御用マイコン１０４は、リレー１０１に対してＯＦＦ指示状態信号を直接送る（Ｓ３１１）。その後、第１実施例と同様に、Ｓ３０４〜３０８の処理を実行する。

＜まとめ＞
以上のように、第３実施例では、制御用マイコン１０４が、リレー１０１に対してＯＦＦ指示状態信号を直接送り、その後、前記低電圧動作モードに陥る時間より短い時間で電流制御ＩＣ１０２に対して電流指示を送り、これにより、リレー１０１の下流の回路の電荷抜き処理を行う。したがって、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣ１０２を使用しているリレー回路故障診断装置であっても電荷抜き処理を行い、電源遮断機能の診断時間を短縮できる。また、本実施例の構成によれば、リレー回路故障診断装置をより簡易的な構成にすることができる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。

１００：アクチュエータの制御装置、１０１：リレー、１０２：電流制御ＩＣ、１０３：コンデンサ、１０４：制御用マイコン、１０５：診断用マイコン、１１０：駆動電源、１２０：ソレノイド（アクチュエータ）、１３０：駆動回路

Claims

アクチュエータの電力供給を行うリレー回路故障診断装置であって、
前記アクチュエータの駆動電源と、
電源供給を切り替えるリレーと、
前記アクチュエータへの電流出力を行う駆動回路であって、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣと、コンデンサとを備える駆動回路と、
前記アクチュエータへの電流量を決定する第１のマイコンと、
前記第１のマイコンの動作を監視する第２のマイコンと、
を備え、
前記第１のマイコンは、前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示することができ、前記第２のマイコンは、前記リレーへＯＮ／ＯＦＦ状態を指示することができ、
前記第１のマイコンは、リレー回路故障診断フェーズにおいて、
前記第２のマイコンを介して前記リレーへＯＦＦ状態を指示し、
前記電流制御ＩＣが前記低電圧動作モードに陥る時間よりも短い時間で、前記リレーへの指示状態がＯＮ指示状態からＯＦＦ指示状態に切り替わったことを確認し、
前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示して前記アクチュエータを所定の時間駆動し、
前記リレーの電源遮断機能を診断することを特徴とするリレー回路故障診断装置。
請求項１に記載のリレー回路故障診断装置において、
前記第１のマイコンは、前記電流制御ＩＣが前記低電圧動作モードに陥らない短い周期で、前記第２のマイコンから前記リレーへのＯＮ／ＯＦＦ指示状態を取得することを特徴とするリレー回路故障診断装置。
請求項１に記載のリレー回路故障診断装置において、
前記第１のマイコンは、前記第２のマイコンを介して前記リレーへＯＦＦ状態指示要求を行った後、前記リレーのＯＦＦ指示状態を入力割込で確認することを特徴とするリレー回路故障診断装置。
アクチュエータの電力供給を行うリレー回路故障診断装置であって、
前記アクチュエータの駆動電源と、
電源供給を切り替えるリレーと、
前記アクチュエータへの電流出力を行う駆動回路であって、低電圧動作モードを有する電流制御ＩＣと、前記電流制御ＩＣと並列に接続されたコンデンサとを備える駆動回路と、
前記アクチュエータへの電流量を決定する第１のマイコンと、
前記第１のマイコンの動作を監視する第２のマイコンと、
を備え、
前記第１のマイコンは、前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示することができ、かつ、前記リレーへＯＮ／ＯＦＦ状態を指示することができ、
前記第１のマイコンは、リレー回路故障診断フェーズにおいて、
前記リレーへＯＦＦ状態を指示し、その後、前記電流制御ＩＣが前記低電圧動作モードに陥る時間よりも短い時間で、前記電流制御ＩＣに対して電流量を指示して、前記アクチュエータを所定の時間駆動し、
前記リレーの電源遮断機能を診断することを特徴とするリレー回路故障診断装置。