JP6388932B2

JP6388932B2 - 電源供給線の断線検出器を有する制御装置

Info

Publication number: JP6388932B2
Application number: JP2016522275A
Authority: JP
Inventors: ゲアハートユルゲン; ツィマーマンマーティン
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: DE102014211355A1; CN105339853B; DE112014003026B4; JP2016530492A; CN105339853A; DE112014003026A5; WO2014206408A1

Description

本発明は、請求項１の上位概念を有する制御装置に関する。本発明による制御装置は、第１電源供給線により外部電源に接続されており、この外部電源と制御装置との間には第１電源供給線と並列に第２電源供給線が接続されている。第２電源供給線は、第１電源供給線が断線した際に自動的にオン接続されるか、または自動的に使用可能となる。このような制御装置は、例えば自動車に搭載されるオートマチック・トランスミッションに使用することができる。オートマチック・トランスミッションとしては、例えばパラレルシフト・トランスミッション（ＰＳＴ）（デュアルクラッチ・トランスミッションとも称する）が挙げられる。パラレルシフト・トランスミッションは２つのサブ・ドライブトレーンを有しており、各サブ・ドライブトレーンは、それぞれ１つのサブ・トランスミッションを有し、各サブ・トランスミッションは、それぞれギヤ・アクチュエータによって切換可能な１つまたは複数のギヤを有している。また、各サブ・ドライブトレーンは、それぞれ１つの摩擦クラッチを有しており、各摩擦クラッチは、クラッチ・アクチュエータにより操作される。本発明による１つまたは複数の制御装置により、これらの関連するギヤ・アクチュエータとクラッチ・アクチュエータとが制御される。

本発明による制御装置は、他の電動アクチュエータのフェイルセーフ制御も行う。例えば、電子式クラッチ管理（ＥＣＭ）システムや、クラッチ・バイ・ワイヤ・システムやあらゆるオートマチック・シフトトランスミッション（ＡＳＴ、ＰＳＴ）等のオートマチック・クラッチシステムにおけるクラッチ・アクチュエータやトランスミッション・アクチュエータを制御する。更に本発明による制御装置は、ハイブリッド車の分離クラッチのアクチュエータのフェイルセーフ動作や、自動車に搭載されたパーキングブレーキ・アクチュエータの作動や、その他の車載アクチュエータ、例えば自動車のドライブトレーン内部のかみ合いクラッチのような切換素子を操作するアクチュエータの制御のために設けられる。

独国特許出願公開第１０２００８０５０２８９Ａ１号明細書から、パラレルシフト・トランスミッションが公知である。パラレルシフト・トランスミッションは、自動車のドライブトレーンに用いられるもので、２つのサブ・ドライブトレーンを有しており、各ドライブトレーンはそれぞれ１つの摩擦クラッチを有している。各摩擦クラッチは、それぞれ１つのアクチュエータにより個別に操作される。その操作は、制御装置の制御ユニット及びドライブユニットを用いて制御される。

独国特許出願公開第１０２００８０５０２８９Ａ１号明細書

断線や、ヒューズの溶断、又はプラグ脱落の際にこの制御装置への電源供給がストップするのを防ぐため、制御装置は外部電源から第１電源供給線により電力供給されている。更に第１電源供給線と並列に、第１電源供給線の断線の際に自動的にオン接続される第２電源供給線が設けられている。上記のように動作させるため、第１電源供給線が断線していない間は、トランジスタによりアクティブに切り替えられたリレーにより第２電源供給線を遮断してある。第１電源供給線と第２電源供給線との電圧を比較し、第１電源供給線の断線が判明した場合は、マイクロプロセッサが割り込み処理を実行し、このリレーをオフにする。

本発明の課題は、電源電圧に異常があった際に、制御装置を確実に機能させることである。

この課題は、請求項１の構成により解決される。

本発明の課題は、制御装置により以下のようにして解決される。即ち、制御装置に電源電圧を供給する第１電源供給線に第１電流検査ユニットを設け、これにより第１電源供給線の断線を検出可能とする。この電流検査ユニットを用いることで、第１電源供給線が断線しているかどうかを簡単に判定することができる。即ち、第１電源供給線がケーブル断線や、プラグ脱落や、ヒューズの故障で不通になった場合は、第２電源供給線が速やかに制御装置の電源供給を確保する。この電流検査ユニットは、単に第１電源供給線を流れる電流を検出するのみで、第２電源供給線との比較は行わない。

有利な構成として、第２電源供給線に第２電流検査ユニットを配置してもよい。そうすることで、第１電源供給線、第２電源供給線共に個別に故障を監視することができる。

また、第１電源供給線及び第２電源供給線を、それぞれ異なる差込コネクタにより制御装置に接続するよう構成してもよい。各電源供給線をそれぞれ別個の差込コネクタで制御装置に接続することにより、片方の差込コネクタが故障若しくは脱落した場合でも、もう片方の電源供給線は正常に制御装置と接続されているので、確実に電力を供給することができる。

また、各電流検査ユニットを制御装置の、各コネクタが差し込まれる入力側の後段に配置してもよい。制御装置の入力側の後段に２つまたは４つの電流検査ユニット（アース線チェッカーも含む）を配置するだけで、電力供給を確実に監視でき、コスト面で特に有利な変形例となる。

各電流検査ユニットは、電流測定素子として例えばシャント抵抗を有している。シャント抵抗は極めて低コストの部品であり、容易に制御装置に搭載できる。

若しくは、各電流検査ユニットは、電流測定素子として誤接続防止素子を有してもよい。この場合、制御装置内の既存の誤接続防止素子の数を増やして第１及び第２の電力供給路に接続することになるが、それでも確実に電圧印加の中断を検知できる。

更に、各電圧検査ユニットが電流測定素子の前後に生じる電圧を比較するコンパレータを有するように構成してもよい。このコンパレータの出力端子は、制御装置の、アクチュエータを駆動制御するマイクロプロセッサに接続される。上記の構成により、マイクロプロセッサは、どの電源供給線に断線が生じたかについての情報を得る。断線は、コンパレータが検出する電圧差信号により判明する。故障がある場合、この信号は正常な電圧供給時よりも小さくなる。電源供給線に異常があった場合、コンパレータはマイクロプロセッサに切換信号を出力する。

また、制御装置が例えばパラレルシフト・トランスミッション等のオートマチック・トランスミッションの１つまたは複数のアクチュエータを制御する場合、制御装置が第２電源供給線により動作する際に、このトランスミッションを非常時モードで動作させるようにしてもよい。その際対応する制御処理としては、例えばギヤ選択を制限したり、パラレルシフト・トランスミッションの場合には牽引力遮断を行う回路を設けたり、また一般的にはアクチュエータの動力を制限したり、アクチュエータの電流を制限することなどが可能である。さらに、例えば視覚的、聴覚的若しくは触覚的な警告表示を発して運転者に警告することもできる。さらに、対応する非常運転モードに入ったことを、ＣＡＮバス等の情報ネットワークを介して他の制御装置に通知することも可能なので、他の制御装置も場合によってはこの非常運転モードに応じて、例えば内燃機関に介入してトルク制限を行う。

非常運転モード（非常時モードとも称する）で動作する制御装置は、アクチュエータを制御して、例えばそのアクチュエータに供給される電力を制限することでアクチュエータの電力消費を抑えるので、第２電源供給線の断線はほとんど起こり得なくなる。その上、非常運転時に制御装置が、例えばデュアルクラッチ・トランスミッションの場合のオーバーラップ切換のような、安全性に関する措置を取らないように構成することもできる。

本発明においては、様々な実施形態が可能である。そのうちの１つを、図面に従い詳細に説明する。

パラレルシフト・トランスミッションにおける、冗長電源を有する本発明の制御装置の実施例を示す。

図１において、制御装置１は、パラレルシフト・トランスミッションの、２つの摩擦クラッチを含むデュアルクラッチを操作するための２つの電気モータ３を有するアクチュエータ２を制御する。アクチュエータ２は、ここではそれぞれ１つの電気モータ３を有する２つの部材から構成されている。アクチュエータ２を制御し電力供給するための構成素子と線路は、図面を見やすくするために省略する。ドライバ４と出力段５のみ、概略を示す。ＧＮＤ端子を介して接地されているマイクロプロセッサ６は、制御装置１の制御及び演算処理を行う。

制御装置１は、第１電源供給線７により車両搭載電源、例えばいわゆる「クランプ３０」（バッテリーのプラス入力端子）に接続されている。第１電源供給線７に属するアース線８は、いわゆる「クランプ３１」（バッテリーマイナス端子又はアース端子から出るリターン線）に接続されている。これらの電源供給線７、８により、制御装置１に電力が供給される。電源供給線７は、ヒューズＦ１により保護されている。このヒューズＦ１からは、第２の電源供給線９が分岐しており、これはヒューズＦ２により保護されている。第２のアース線１０は、「クランプ３１」に接続されている。

ここで第１及び第２の電源供給線７、９若しくはアース線８、１０は、これ以上図示しないそれぞれ別の差込コネクタを介して制御装置１に接続されている。制御装置１の各入力側１１、１２、１３、１４の後段には、電源供給線７、８、９、１０毎にそれぞれシャント抵抗１５、１６、１７、１８が設けられている。本実施例では、第１及び第２の電源供給線７、９のシャント抵抗１５、１７の出力側が誤接続防止素子１９に接続され、アース線８、１０がシャント抵抗１６、１８の後段で接地されている。各電源供給線７、８、９、１０において、各シャント抵抗１５、１７、１６、１８がそれぞれ１つのコンパレータ２０、２１、２２、２３によってバイパスされている。ここで例えばコンパレータ２０は、第１電源供給線７のシャント抵抗１５の前後の電圧をそれぞれ測定する。第１電源供給線７が断線していないならば、コンパレータ２０はシャント抵抗１５の前後において０を上回る電圧差を検出する。一方、断線や、ヒューズＦ１の故障、またはプラグの抜け落ちがあると、コンパレータ２０はシャント抵抗１５の前後において電圧差を検出しない。

これに代えて、電気モータ３の出力段５の通電時にのみ監視を行っても良い。この場合、測定の際に生じうる許容誤差が検出に重大な影響を及ぼさないように検出閾値を設定できる。コンパレータ２０の出力側はマイクロプロセッサ６の入力側Ana_In0に接続されているので、マイクロプロセッサ６は、第１の電源供給線７に異常があるかどうかを検出することができる。

電源供給線８、９、１０のコンパレータ２１、２２、２３も、同様に動作する。各コンパレータ２１、２２、２３は、マイクロプロセッサ６のそれぞれ別個の入力側Ana_In1乃至Ana_In3に接続されているので、マイクロプロセッサ６は個々の電源供給線７、８、９、１０を区別できる。

ヒューズＦ３により保護された電源供給線２４は、点火スイッチの位置に依存する電源供給線であり、点火スイッチがオンになると制御装置１を起動する。制御装置１が通常動作において「点火オン」の指示により動作する際、制御装置１は、２つの電源供給線７、９及びそれに属するアース線８、１０を介して電源に接続されている。例えば第１電源供給線７のヒューズＦ１が溶断するか、又は、リード線が切れる、リード線のプラグが抜け落ちるといった異常時には、その電圧もシャント抵抗１５を介して降下する。マイクロプロセッサ６はその入力側Ana_In0乃至Ana_In3において、制御装置１のどの電源入力が故障しているのか診断することができ、制御装置１に負担をかけないよう出力段５を遮断するか、少なくともその電流を低減させる。その結果、電気モータ３への電流供給はなくなるか、若しくは少なくなる。制御装置１が故障を検出すると、第２電源供給線９により、速やかに制御装置１への電力供給が行われる。そうすることで、安全性に関わる状況を避けることができる。更に、そのような場合であっても目的地に到達できるように、このシステムを、冗長な電源線がなくても運転者がリンプホームモードで走行できる状態にすることができる。これは例えばデュアルクラッチ・トランスミッションの両方のクラッチを逐次操作することで達成でき、これは牽引力遮断切換に相当する。非常時に第２電源供給線９によって動作する制御装置は、アクチュエータを制御して、そのアクチュエータに供給される電力を制限することでアクチュエータの電力消費を抑えるので、第２電源供給線の断線はほとんど起こり得なくなる。その上、非常運転時に制御装置が、例えばデュアルクラッチ・トランスミッションの場合のオーバーラップ切換のような、安全性に関する措置を取らないように構成することもできる。

この解決手段により、制御装置１が期せずして無通電状態になることがなくなる。起動された制御装置は、機能ソフトウェアを介して危険な状況を検知し、適切な手段で解消もしくは防止することができる。

上述した本発明による制御装置は、パラレルシフト・トランスミッション（ＰＳＴ）だけでなく、制御装置により制御されるトランスミッション・アクチュエータやクラッチ・アクチュエータを有するその他の車載オートマチック・トランスミッション（ＡＴ）やオートマチック・クラッチシステム（電子式クラッチマネジメント（ＥＣＭ）、クラッチ・バイ・ワイヤ、発進クラッチ）にも適用できるという利点を有する。

さらに本発明による制御装置は、ハイブリッド車のエンジンとモータとを分離する分離クラッチのためのアクチュエータのフェイルセーフ動作や、自動車に搭載されたパーキングブレーキ・アクチュエータの作動や、その他の可能な限り正常な動作が求められる車載アクチュエータ、例えば自動車のドライブトレーン内部のかみ合いクラッチのような切換素子を操作するアクチュエータの制御に使用可能という利点を有する。

１制御装置、２アクチュエータ、３電気モータ、４ドライバ、５出力段、６マイクロプロセッサ、７、９電源供給線、８、１０アース線、１１〜１４制御装置の入力側、１５〜１８シャント抵抗、１９誤接続防止素子、２０〜２３コンパレータ、２４電源供給線、Ｆ１〜Ｆ３ヒューズ、 Ana-In0〜Ana-In3 マイクロプロセッサの入力側

Claims

アクチュエータ（２）を制御する制御装置（１）であって、第１電源供給線（７）により外部電源に接続されており、該外部電源と該制御装置（１）との間に、前記第１電源供給線（７）から分岐した第２電源供給線（９）が第１電源供給線（７）と並列に接続され、これにより、前記第２電源供給線（９）は、前記第１電源供給線（７）の断線時に自動的に使用可能となる、
制御装置（１）において、
前記第１電源供給線（７）に第１電流検査ユニット（１５、２０）を設け、これにより該第１電源供給線（７）の断線を検出可能とすることを特徴とする、制御装置（１）。
前記第２電源供給線（９）に第２電流検査ユニット（１７、２１）を設けたことを特徴とする、請求項１記載の制御装置（１）。
前記第１及び第２電源供給線（７、９）は、それぞれ異なる差込コネクタにより前記制御装置（１）に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の制御装置（１）。
前記各電流検査ユニット（１５、２０；１７、２１）を、前記制御装置（１）の、各コネクタが差し込まれる入力側（１１、１２、１３、１４）の後段に配置することを特徴とする、請求項３記載の制御装置（１）。
前記各電流検査ユニット（１５、２０；１７、２１）は、電流測定素子として例えばシャント抵抗（１５、１７）を有していることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の制御装置（１）。
前記各電流検査ユニット（１５、２０；１７、２１）は、電流測定素子として誤接続防止素子（１９）を有していることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の制御装置（１）。
前記各電流検査ユニット（１５、２０；１７、２１）は、該電流検査ユニット（１５、１７）の前後に生じる電圧を比較するコンパレータ（２０、２１）を有し、該コンパレータの出力端子は、前記制御装置（１）の、前記アクチュエータ（２）を駆動制御するマイクロプロセッサ（６）に接続されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項記載の制御装置（１）。
前記第２電源供給線（９）を用いた前記制御装置（１）の動作時に、該制御装置（１）を、前記アクチュエータ（２）の動力制限又は該アクチュエータ（２）の電流制限若しくはその両方を含む非常時モードで動作させることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項記載の制御装置（１）。
前記制御装置（１）及び前記アクチュエータ（２）が、オートマチック・クラッチシステム又はオートマチック・トランスミッション若しくはその両方に配置されるか、
又は、
前記アクチュエータ（２）がトランスミッション・アクチュエータ又はクラッチ・アクチュエータ若しくはその両方として構成されるか、
又は、
前記制御装置（１）及び前記アクチュエータ（２）が、ハイブリッド車においてエンジンと電気モータとを分離する分離クラッチを操作するために設けられるか、
又は、
前記制御装置（１）及び前記アクチュエータ（２）が、自動車内のパーキングブレーキを操作するために設けられるか、
又は、
前記制御装置（１）及び前記アクチュエータ（２）が、ドライブトレーン内部のかみ合いクラッチのような、自動車のドライブトレーン内の他の切換素子を操作するために設けられるか、
又は、
上記の特徴のうち複数の特徴を有する、請求項１乃至８のいずれか１項記載の制御装置（１）。
前記非常時モードは、オートマチック・トランスミッションにおいてギヤ選択を制限するか、又は、パラレルシフト・トランスミッションにおいて牽引力遮断を行う回路によってギヤ選択を制限するか、又は、上記の両方の特徴を有する、請求項８記載の制御装置（１）。