JP6468148B2 - 電子制御装置 - Google Patents

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    • Y02D10/00Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Description

本発明は、電源回路とマイクロコンピュータを有する電子制御装置に関するものである。
特許文献1に示されるように、定電圧電源素子とMCUを備えるECUが知られている。定電圧電源素子には動作指定信号が入力される。定電圧電源素子は、動作指定信号がアクティブの場合に通常モードで動作し、動作指定信号が非アクティブの場合に省電力モードで動作する。通常モードにおいて定電圧電源素子は、バッテリから供給される12Vを5Vに変換し、それをMCUに出力する。これとは異なり省電力モードにおいて定電圧電源素子は、12Vの5Vへの変換とMCUへの5Vの出力を停止する。MCUは5Vが供給されている時に動作し、5Vの供給が止まると停止する。
特開2014−24439号公報
上記したように特許文献1に示されるECUでは、定電圧電源素子が省電力モードの時に、MCUは停止状態となっている。この定電圧電源素子は、上記したように電源電圧(12V)からMCUを駆動するのに必要な電圧(5V)を生成する。このような機能を奏するために定電圧電源素子は主としてDMOS(二重拡散型金属酸化皮膜半導体素子)で形成される。そのために定電圧電源素子の消費電流が高い、という問題がある。
そこで本発明は上記問題点に鑑み、消費電流の増大の抑制された電子制御装置を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するための開示された発明の1つは、電源電圧を駆動電圧に変換する電源回路(10)と、
駆動電圧の供給によって駆動するマイクロコンピュータ(21)と、
電源回路への電源電圧の供給を制御し、標準時を計測する制御回路(30)と、
制御回路に起動信号を出力する起動回路(40)と、を有し、
制御回路はCMOSによって構成され、電源回路はDMOSによって構成され、制御回路は電源回路よりも消費電流が低く
制御回路はマイクロコンピュータと通信可能となっており、
制御回路は、起動信号が入力されている間、電源電圧を電源回路に供給し続け、起動信号が入力されていない間、検査時間を周期的に計測し、
制御回路は、検査時間を計測し終わる度に、電源電圧を電源回路に一時的に供給して、電源回路から駆動電圧をマイクロコンピュータに供給することでマイクロコンピュータを一時的に駆動状態とし、マイクロコンピュータと通信できるか否かを判定する
このように本発明によれば、電源回路(10)への電源電圧の供給が制御回路(30)によって制御される。そのためマイクロコンピュータ(21)への駆動電圧の供給は、DMOSによって構成される電源回路(10)ではなく、CMOSによって構成される制御回路(30)によって制御される。したがってマイクロコンピュータへの駆動電圧の供給が電源回路によって制御される構成と比べて、電子制御装置(100)での消費電流の増大が抑制される。なおCMOSは相補型金属酸化皮膜半導体素子である。そしてDMOSは二重拡散型金属酸化皮膜半導体素子である。
特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
第1実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。 電子制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 第2実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。 ダイアグ処理を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明を、電気自動車の通信システムの一部を構成する電子制御装置に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1および図2に基づいて本実施形態に係る電子制御装置を説明する。図1に示すように電子制御装置100は、バッテリ200とバスライン300それぞれと電気的に接続されている。電子制御装置100にはバッテリ200から例えば12Vの電源電圧が供給される。そして電子制御装置100は車両に設けられた他のバッテリECUやエンジンECUなどの外部電子制御装置400とバスライン300を介して通信可能となっている。
電子制御装置100は、動作モードとして、通常モードと、通常モードよりも消費電流の低い省電力モードと、を有する。そして図1に示すように電子制御装置100は、構成要素として、電源IC10、制御部20、モード切り換え部30、論理ゲート40、および、トランシーバ50を有する。通常モードでは上記の各種構成要素が起動状態となっている。しかしながら省電力モードではモード切り換え部30とトランシーバ50が起動状態となっており、ここで電力が消費される。
電源IC10は電源電圧を例えば5Vや3.3Vに変換し、それを駆動電圧として制御部20やトランシーバ50に供給する。バッテリ200は鉛蓄電池であるが、その出力(電源電圧)は充放電によって変化する。また電源IC10の駆動電圧は、その供給先である制御部20の駆動によって変化する。このように供給される電源電圧や要求される駆動電圧が変動したとしても、安定して5Vや3.3Vを供給するべく、電源IC10は高耐圧プロセスで設計される。電源IC10は主としてDMOS(Double diffused MOS)で構成されている。DMOSは二重拡散型金属酸化皮膜半導体素子である。電源ICが電源回路に相当する。
図1に示すように電源IC10の入力端子はスイッチ11を介してバッテリ200と電気的に接続されている。そして電源IC10の出力端子は制御部20とトランシーバ50それぞれと電気的に接続されている。通常モードにおいてスイッチ11はオン状態となり、電源IC10へ電源電圧が供給される。これにより電源IC10は駆動状態となり、駆動電圧を制御部20やトランシーバ50に供給する。これとは異なり省電力モードにおいてスイッチ11はオフ状態となり、電源IC10への電源電圧の供給が断たれる。そのため電源IC10は非駆動状態となり、制御部20やトランシーバ50への駆動電圧の供給も断たれる。なおトランシーバ50への駆動電圧の供給は、逆流防止用のトランジスタ12を介して行われる。
制御部20はマイクロコンピュータ(以下、マイコンと示す)21と、出力回路22と、を有する。マイコン21と出力回路22それぞれは電源IC10から駆動電圧が供給されると停止状態から駆動状態へと切り換わる。駆動状態になるとマイコン21はトランシーバ50とバスライン300を介して外部電子制御装置400と通信を行う。またマイコン21は出力回路22を介してリレーコイルへの通電や、図示しないアクチュエータへの制御信号の出力を行う。
後述するように電源電圧が低下した場合、マイコン21は車両に搭載されたリチウム電池などの高圧電池500をDCDCコンバータによって例えば14Vの目標電圧に変換し、それによってバッテリ200の充電を補う指令をバスライン300に出力する。ただし制御部20が上記のDCDCコンバータを直接制御する場合、マイコン21は出力回路22を介してDCDCコンバータに制御信号を出力して14Vを生成させる。それによってマイコン21はバッテリ200の充電を補う。なおマイコン21は後述のリアルタイムクロック(以下、RTCと示す)31とも通信可能となっている。マイコン21は駆動状態において定期的に標準時をRTC31に通知する。
モード切り換え部30は、標準時を計測するRTC31と、電源電圧を省電力電圧に変換する副電源IC32と、を有する。RTC31と副電源IC32それぞれは微細化プロセスで設計される。RTC31と副電源IC32それぞれは主としてCMOS(Complementary MOS)で構成されている。したがってモード切り換え部30は、DMOSによって構成される電源IC10と比べて消費電流が低くなっている。CMOSは相補型金属酸化皮膜半導体素子である。モード切り換え部30が制御回路に相当する。
図1に示すように副電源IC32はバッテリ200と直接接続されており、上記の省電力電圧を動作モードに限らずに生成し、それをRTC31とトランシーバ50それぞれに供給している。上記したようにバッテリ200の電源電圧は充放電によって変化する。しかしながらRTC31と省電力モードのトランシーバ50それぞれの消費電流は制御部20に比べて低い。そのために副電源IC32は、電源IC10とは異なり、上記したように微細化プロセスで設計されている。また副電源IC32は主としてCMOSで構成されている。なおトランシーバ50への省電力電圧の供給は、逆流防止用のダイオード33を介して行われる。
RTC31は上記したように標準時を計測する。RTC31は標準時に基づいて、起動処理を司る。RTC31は例えば夜間において高圧電池500の充放電漏れの検査の起動処理を行う。またRTC31は例えば運転者からの搭乗時刻通知に基づいて、運転者が車両に搭乗する前における車両の予備空調の起動処理を行う。
RTC31は上記の機能の他に、以下に示す機能も奏する。図1に示すようにRTC31は電流制限抵抗34を介してバッテリ200と接続されている。RTC31はこの電流制限抵抗34によって電圧降下された電源電圧(モニタ電圧)を監視し、モニタ電圧が自身の記憶している閾値電圧Vthよりも低いか否かを判定する。モニタ電圧が閾値電圧Vthよりも低いと判定すると、その判定結果をマイコン21に通信によって通知する。これにより、上記したようにマイコン21によってバッテリ200の充電を行わせる。
またRTC31には、スイッチ11の制御電極と論理ゲート40の出力端子それぞれが接続されている。RTC31は論理ゲート40の出力信号(起動信号)の電圧レベルに応じて、スイッチ11の制御電極へ出力する制御信号の電圧レベルを変化させる。すなわちRTC31は、起動信号がLoレベルの場合に制御信号をLoレベルにする。これによってスイッチ11がオフ状態になる。そのため電源IC10への電源電圧の供給が断たれ、制御部20とトランシーバ50への駆動電圧の供給が断たれる。この結果、電子制御装置100は省電力モードなる。これとは異なり起動信号がHiレベルになるとRTC31は制御信号をHiレベルにする。これによってスイッチ11がオン状態になる。そのため電源IC10へ電源電圧が供給され、制御部20とトランシーバ50へ駆動電圧が供給される。この結果、電子制御装置100は通常モードになる。
論理ゲート40は入力信号の電圧レベルに応じて、起動信号の電圧レベルを決定する。論理ゲート40は複数の入力信号の少なくとも1つがHiレベルの場合にHiレベルの起動信号を出力する。これとは異なり入力される複数の入力信号の全てがLoレベルの場合に論理ゲート40はLoレベルの起動信号を出力する。論理ゲート40が起動回路に相当する。
論理ゲート40の入力端子は、イグニッションスイッチ(以下、IGと示す)600、トランシーバ50、車両のドア、ガソリンの供給口、および、充電口などの開閉状態を知らせる各種スイッチと接続されている。IG600が開状態、トランシーバ50からの出力がLoレベル、上記の各種スイッチも開状態となっている場合、論理ゲート40にはLoレベルのみが入力される。したがって論理ゲート40はLoレベルの起動信号をRTC31に出力する。この場合に電子制御装置100は省電力モードとなる。しかしながらIG600が閉状態、トランシーバ50からの出力がHiレベル、および、上記の各種スイッチが閉状態の少なくとも1つが成されている場合、論理ゲート40には少なくとも1つのHiレベルが入力される。したがって論理ゲート40はHiレベルの起動信号をRTC31に出力する。この場合に電子制御装置100は通常モードとなる。
トランシーバ50は第1トランシーバ51と第2トランシーバ52を有する。図1に示すようにバスライン300としては、シリアルデータラインとシリアルクロックラインとがある。第1トランシーバ51はシリアルデータラインと電気的に接続され、第2トランシーバ52はシリアルクロックラインと電気的に接続されている。トランシーバ51,52それぞれは送信機と受信機を有する。通常モードにおいて送信機と受信機それぞれは駆動状態となっているが、省電力モードにおいて送信機は停止し、受信機は駆動状態となっている。これは外部電子制御装置400からバスライン300に出力されるウェイクアップ信号を省電力モードにおいてもトランシーバ51,52にて検出するためである。トランシーバ51,52それぞれはウェイクアップ信号を検出すると、Hiレベルの信号を論理ゲート40に出力し続ける。
次に、本実施形態に係る電子制御装置100の動作を図2に基づいて説明する。なお図2では上記のトランシーバ51,52の論理ゲート40への出力、および、上記の各種スイッチの開閉状態に依存した論理ゲート40への出力は省略している。論理ゲート40から出力される起動信号の電圧レベルはIG600の開閉状態によって定められている。
図2に示すように、時間t0においてIG600は開状態(オフ状態)、論理ゲート40の起動信号はLoレベルになっている。したがって電源IC10への電源電圧の供給はない。マイコン21への駆動電圧の供給もない。そして電子制御装置100への電源電圧の供給もない。電子制御装置100は完全に停止している。そのため電子制御装置100の消費電流は0μAとなっている。
しかしながら時間t0から時間t1に至って電源電圧が電子制御装置100に供給され始めると、副電源IC32が省電力電圧を生成し始める。この省電力電圧がRTC31とトランシーバ50それぞれに供給される。これにより電子制御装置100は省電力モードとなり、消費電流が0μAから90μAへと上昇する。なお、この90μAの消費の打ち分けは、モード切り換え部30で10μA、トランシーバ50の受信機で80μAである。この消費電流の具体的な値はあくまで一例である。
時間t1から時間t2に至ってIG600が閉状態(オン状態)になると、起動信号がHiレベルになる。これにより電源IC10への電源電圧の供給が開始する。そして電源IC10からマイコン21への駆動電圧の供給が開始する。この結果マイコン21が動作状態となる。電子制御装置100は通常モードになり、消費電流が90μAから300mAへと上昇する。しつこいが、この消費電流の具体的な値はあくまで一例である。
時間t2から時間t3に至ってIG600が開状態になると、論理ゲート40は起動信号を所定時間Hiレベルに保つ。これによりマイコン21への駆動電圧の供給が所定時間保たれる。この間にマイコン21は終了処理を行う。
時間t3から所定時間経過した時間t4に至ると起動信号はLoレベルになる。これにより電源IC10への電源電圧の供給が断たれる。マイコン21への駆動電圧も断たれる。この結果電子制御装置100は省電力モードになり、消費電流が300mAから90μAへと低下する。
次に、本実施形態に係る電子制御装置100の作用効果を説明する。上記したように省電力モードにおいて電源IC10は停止状態となっている。そして電源IC10の制御(駆動電圧の出力)は、起動信号に基づいて、電源IC10よりも消費電流の低いRTC31によって行われる。これによれば省電力モードにおいて電源ICが完全に停止しておらず、電源ICが起動信号に基づいて駆動電圧の出力を制御する構成と比べて、消費電流の増大を抑制することができる。
RTC31はモニタ電圧が閾値電圧Vthよりも低いと判定すると、それをマイコン21に通信によって通知する。これにより、マイコン21によってバッテリ200の充電が行われる。この結果、バッテリ200から供給される電源電圧の低下が抑制される。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を図3および図4に基づいて説明する。第2実施形態に係る電子制御装置は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。
本実施形態の電子制御装置100は、省電力モードにおいてRTC31がマイコン21との通信を検査する点を特徴とする。また本実施形態の電子制御装置100は、マイコン21の異常を電気自動車の搭乗者に通知する点も特徴とする。
RTC31は図4に示す検査処理を行う。先ずステップS10においてRTC31はマイコン21が停止状態か否かを判定する。マイコン21が停止状態の場合、RTC31はステップS20へと進む。これとは異なりマイコン21が駆動状態の場合、RTC31は検査処理を終了する。
ステップS20へ進むとRTC31は、起動信号があるか否かを判定する。すなわちRTC31は、起動信号がHiレベルか否かを判定する。起動信号がLoレベルの場合、RTC31は電子制御装置100が省電力モードであると判定し、ステップS30へと進む。これとは反対に起動信号がHiレベルの場合、RTC31は電子制御装置100が通常モードであると判定し、検査処理を終了する。
ステップS30へ進むとRTC31は、保有しているカウンタのカウント値をインクリメントする。このカウント値は時間を示している。この後にRTC31はステップS40へと進む。
ステップS40へ進むとRTC31は、カウント値が保有している検査時間Tinspection以上となったか否かを判定する。この検査時間Tinspectionは例えば1時間である。カウント値が検査時間Tinspection未満の場合、RTC31はステップS10へと戻る。これとは異なり、ステップS10〜S40を繰り返した結果、カウント値が検査時間Tinspection以上となった場合、RTC31はステップS50へと進む。ステップS50へと進む際、RTC31はカウント値をゼロにクリアする。
ステップS50へ進むとRTC31は、起動信号を出力する。すなわちRTC31は起動信号をHiレベルにする。これにより電源電圧が電源IC10に供給され、駆動電圧がマイコン21に供給される。この結果、マイコン21とRTC31とが通信可能状態となる。このようにRTC31はマイコン21と一時的に通信可能状態とする。この後にRTC31はステップS60へと進む。
ステップS60へ進むとRTC31は、マイコン21との通信が成立するか否かを判定する。RTC31はマイコン21との通信が成立すると判定すると、ステップS70へと進む。これとは異なりマイコン21との通信が成立しないと判定すると、RTC31はステップS100へと進む。
ステップS70へ進むとRTC31は、モニタ電圧が閾値電圧Vth以下か否かを判定する。モニタ電圧が閾値電圧Vth以下の場合、RTC31は電源電圧が低下していると判定し、ステップS80へと進む。これとは異なりモニタ電圧が閾値電圧Vthよりも大きい場合、RTC31は電源電圧が低下していないと判定し、ステップS90へと進む。
ステップS80へ進むとRTC31は、検査時間Tinspectionを追加時間Taddだけ延長する。これによりRTC31はステップS50,S60の処理が行われる頻度を抑え、電源電圧のさらなる低下を抑制する。この後にRTC31はステップS90へと進む。なお図4のステップS80では、新たに延長された検査時間をTinspecion_newと示し、以前の検査時間をTinspectionと示している。追加時間Taddは、例えば30分である。この追加時間Taddは、モニタ電圧と閾値電圧Vthとの乖離に応じて定めても良いし、所定値でも良い。
ステップS90へ進むとRTC31は、起動信号の出力を停止する。すなわちRTC31は起動信号をHiレベルからLoレベルへと切り換える。そして検査処理を終了する。
フローを少し遡り、ステップS60においてマイコン21との通信が成立しないと判定してステップS100へ進むとRTC31は、Hiレベルの外部通知信号を出力する。
図3に示すように電気自動車には、インジケータとしてのLED700が設けられている。電子制御装置100は、バッテリ200からグランドへと向かって順にLED700と直列接続される電流制限抵抗61とスイッチ62を有する。このスイッチ62の制御電極に上記の外部通知信号が入力される。スイッチ62は、Hiレベルの外部通知信号が入力されるとオン状態になる。これによりLED700に電流が流れ、LED700が点灯する。この結果、マイコン21の不具合が表示される。
ステップS100を行った後、RTC31は起動信号をLoレベルにして検査処理を終了する。なおRTC31は検査処理を終了した後、再びステップS10へと戻り、検査処理を再度繰り返す。電子制御装置100が省電力モードを継続する場合、RTC31は検査時間経過毎にマイコン21との通信を判定する。
このように本実施形態に係る電子制御装置100のRTC31は、検査時間経過毎にマイコン21との通信の成立を周期的に判定する。マイコン21との通信が成立しない場合、RTC31はLED700を点灯させる。これにより電気自動車の搭乗者にRTC31とマイコン21との電気的な接続経路やマイコン21そのものの不具合を通知することができる。
またRTC31は検査時間経過毎に電源電圧の低下を判定する。電源電圧が低下している場合、RTC31は検査時間Tinspectionを追加時間Taddだけ延長する。これにより検査処理によって電源電圧がさらに低下することが抑制される。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
(その他の変形例)
各実施形態では、電子制御装置100が電気自動車に搭載される例を示した。しかしながら電子制御装置100は例えばハイブリッド自動車に搭載されてもよい。
各実施形態ではRTC31が標準時を計測する例を示した。しかしながらRTC31は標準時を計測しなくともよい。この場合のRTC31は、モニタ電圧の判定結果のマイコン21への通知と、起動信号に応じたスイッチ11への制御信号の出力とを行う。若しくはRTC31は、起動信号に応じたスイッチ11への制御信号の出力のみを行う。
10…電源IC
21…マイコン
30…モード切り換え部
31…RTC
32…副電源IC
100…電子制御装置

Claims (8)

  1. 電源電圧を駆動電圧に変換する電源回路(10)と、
    前記駆動電圧の供給によって駆動するマイクロコンピュータ(21)と、
    前記電源回路への前記電源電圧の供給を制御し、標準時を計測する制御回路(30)と、
    前記制御回路に起動信号を出力する起動回路(40)と、を有し、
    前記制御回路はCMOSによって構成され、前記電源回路はDMOSによって構成され、前記制御回路は前記電源回路よりも消費電流が低く
    前記制御回路は前記マイクロコンピュータと通信可能となっており、
    前記制御回路は、前記起動信号が入力されている間、前記電源電圧を前記電源回路に供給し続け、前記起動信号が入力されていない間、検査時間を周期的に計測し、
    前記制御回路は、前記検査時間を計測し終わる度に、前記電源電圧を前記電源回路に一時的に供給して、前記電源回路から前記駆動電圧を前記マイクロコンピュータに供給することで前記マイクロコンピュータを一時的に駆動状態とし、前記マイクロコンピュータと通信できるか否かを判定する電子制御装置。
  2. 車両に搭載されており、
    前記制御回路は、前記マイクロコンピュータとの通信ができないと判定すると、前記車両に設けられたインジケータ(700)を点灯する請求項に記載の電子制御装置。
  3. 前記制御回路は、前記電源回路への前記電源電圧の供給の制御、および、前記標準時の計測だけではなく、前記電源電圧を監視する機能も有する請求項に記載の電子制御装置。
  4. 前記制御回路は、閾値電圧を記憶しており、
    前記制御回路は、前記電源電圧が前記閾値電圧よりも低いと判定すると、前記検査時間を延長する請求項に記載の電子制御装置。
  5. 前記車両に設けられたバスライン(300)を介して、前記マイクロコンピュータが外部電子制御装置(400)と通信するためのトランシーバ(50)を有しており、
    前記トランシーバは、動作モードとして、通常モードと、前記通常モードよりも消費電流の低い省電力モードと、を有し、
    前記トランシーバは、前記省電力モードにおいて前記バスラインを介してウェイクアップ信号が入力されると前記通常モードになり、
    前記起動回路は、前記省電力モードの前記トランシーバに前記ウェイクアップ信号が入力されると、前記起動信号を前記制御回路に出力する請求項に記載の電子制御装置。
  6. 前記制御回路は、前記起動信号が入力されていない状態において、前記電源電圧を省電力電圧に変換し、前記省電力電圧を前記トランシーバに供給することで、前記トランシーバを前記省電力モードに保つ請求項に記載の電子制御装置。
  7. 前記制御回路は、前記起動信号が入力されている状態において、前記電源電圧が前記閾値電圧よりも低いと判定すると、その判定結果を前記マイクロコンピュータに通知し、
    前記判定結果を受け取った前記マイクロコンピュータは、前記車両に設けられた高圧電池(500)でもって前記電源電圧を供給するバッテリを充電する請求項5または請求項6に記載の電子制御装置。
  8. 前記起動回路は、前記車両のイグニッションスイッチ(600)がオン状態になると、前記起動信号を前記制御回路に出力する請求項2〜7いずれか1項に記載の電子制御装置。
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