JP6598928B1

JP6598928B1 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP6598928B1
Application number: JP2018109169A
Authority: JP
Inventors: 真幸西谷; 道大 ▲高▼田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: JP2019211381A

Abstract

【課題】冗長な回路を追加することなく、安価に回路異常の検出ができる電子制御装置を得る。【解決手段】ＡＤ変換部１０を有するマイクロプロセッサ６を備え、外部から入力される電圧信号をローパスフィルタ５ａ〜５ｎを介してマイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎからＡＤ変換部１０に伝達し、ＡＤ変換値を算出する電子制御装置１であって、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎとローパスフィルタ５ａ〜５ｎの少なくとも一方のオープン異常を、ローパスフィルタ５ａ〜５ｎの回路定数を用いて算出したＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈと上記ＡＤ変換値の変化速度を比較して検出する。【選択図】図１

Description

本願は、外部から入力される電圧信号を、マイクロプロセッサでＡＤ変換する電子制御装置に関するものである。

外部に設けられたセンサ等から入力される電圧信号を、マイクロプロセッサでＡＤ変換する電子制御装置を用いたシステムでは、上記マイクロプロセッサの入力端子、あるいは伝達経路である前段回路のオープン異常が発生すると、異常の発生箇所によってはマイクロプロセッサの入力端子の電圧が不定となってしまう問題がある。

このオープン異常の発生を検出する技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。特許文献１では、ＡＤ変換を行うＩＣの内部に、電圧信号入力端子へ接続される検査コンデンサを設け、ＡＤ変換における初期化あるいはサンプリングの際に、上記検査コンデンサを５Ｖまたは０Ｖに充電し、検査スイッチによって電圧信号入力端子と上記検査コンデンサを接続している。そして、ＡＤ変換値が５Ｖまたは０Ｖに近い値となっている場合に、電圧信号入力端子のオープン異常が発生している可能性があると判定している。

特開２０１２-１４５４１１号公報

しかし、上記特許文献１に開示された技術では、検査コンデンサ、及びこの検査コンデンサを電圧信号入力端子に接続する検査スイッチを設ける必要があり、コストが発生する課題がある。また、検査コンデンサへの充電、あるいは検査スイッチの切り替え制御を実行するための煩雑な処理負荷が発生する課題がある。更には、検査コンデンサ及び検査スイッチを設置するためのＩＣチップが必要となり、基板の面積が必要となる課題がある。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、冗長な回路を追加することなく、安価に回路異常の検出ができる電子制御装置の提供を目的とするものである。

本願に開示される電子制御装置は、ＡＤ変換部を有するマイクロプロセッサを備え、外部から入力される電圧信号を電圧信号入力回路を介して上記マイクロプロセッサの入力端子から上記ＡＤ変換部に伝達し、ＡＤ変換値を算出する電子制御装置であって、
上記マイクロプロセッサの入力端子と上記電圧信号入力回路の少なくとも一方のオープン異常を、上記電圧信号入力回路の回路定数を用いて算出した電圧変化速度の閾値と上記ＡＤ変換値の変化速度を比較して検出し、
上記ＡＤ変換値が、上記電圧変化速度の閾値を超えてから復帰判定時間内に復帰判定電圧値に復帰した場合は、上記オープン異常ではないと判定することを特徴とする。

本願に開示される電子制御装置によれば、ＡＤ変換値の電圧変化速度と元の値への収束有無をモニタすることにより、冗長な回路を追加すること無く、安価に回路異常を検出できる効果がある。

実施の形態１に係る電子制御装置のブロック構成図である。実施の形態１に係る電子制御装置による異常有無判定のフローチャートである。実施の形態１に係る電子制御装置によるＡＤ変換の様子と、ＡＤ変化速度の絶対値を算出する様子を示す図である。

実施の形態１.
図１は、実施の形態１に係る電子制御装置のブロック構成図である。図１において、電子制御装置１の複数のコネクタ２ａ〜２ｎに、電子制御装置１の外部に設けられた第１センサ３ａ〜第ｎセンサ３ｎがそれぞれ接続されている。第１センサ３ａ〜第ｎセンサ３ｎは、水温センサあるいはアクセルの踏込量を検知するアクセルポジションセンサ等のセンサであり、この第１センサ３ａ〜第ｎセンサ３ｎから、検出した温度あるいは操作量に応じた、一般的に０〜５Ｖから故障判定用の電圧範囲を除いた電圧信号が出力される。そして、コネクタ２ａ〜２ｎを経由して電子制御装置１に入力された第１センサ３ａ〜第ｎセンサ３ｎの電圧信号は、コネクタ２ａ〜２ｎのオープン異常を検出する電位固定用の抵抗４ａ〜４ｎ、及び電圧信号入力回路５ａ〜５ｎに伝達するように構成されている。電圧信号入力回路５ａ〜５ｎは、一般にノイズを除去するローパスフィルタで構成されており、以下の説明では電圧信号入力回路をローパスフィルタとして説明する。

ローパスフィルタ５ａ〜５ｎは、第１センサ３ａ〜第ｎセンサ３ｎとマイクロプロセッサ６との間に直列に接続されたシリーズ抵抗７ａ〜７ｎ、及びシリーズ抵抗７ａ〜７ｎとマイクロプロセッサ６の間と、ＧＮＤとの間に接続されたコンデンサ８ａ〜８ｎで構成されている。即ち、電子制御装置１の外部の第１センサ３ａ〜第ｎセンサ３ｎから出力された電圧信号は、電子制御装置１のコネクタ２ａ〜２ｎを経由してローパスフィルタ５ａ〜５ｎでノイズ除去された後、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎからＡＤ変換部１０に伝達され、ＡＤ変換部１０でＡＤ変換された後、ＲＡＭ１１に格納され、制御に使用されることになる。

つまり、ＲＡＭ１１に格納されたＡＤ変換値とＲＯＭ１２に書き込まれたプログラムにより、電子制御装置１の外部に接続されたインジェクタ、あるいは点火コイル等の負荷である第１外部負荷１３ａ〜第ｎ外部負荷１３ｎを、電子制御装置１の内部に設けられた出力Ｉ／Ｆ回路１４ａ〜１４ｎを介して制御することになる。

ここで、電子制御装置１のコネクタ２ａ〜２ｎにオープン異常が発生した場合、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎに印加される電圧は、電位固定用の抵抗４ａ〜４ｎで固定された電位が入力され、この固定された電位をＡＤ変換することによって故障検出が可能である。しかし、ローパスフィルタ５ａ〜５ｎを構成するシリーズ抵抗７ａ〜７ｎ、またはマイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎに、半田クラック等によってオープン異常が発生した場合、マイクロプロセッサ６のＡＤ変換部１０に印加される電圧は、電位固定することができないため不定となる。

そこで、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎ、及びシリーズ抵抗７ａ〜７ｎにオープン異常が発生した場合でも、オープン異常が発生したことを検出できるようにすることが必要となる。

図２は、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎ、及びシリーズ抵抗７ａ〜７ｎにオープン異常が発生した場合、オープン異常が発生した可能性の検出方法について説明するフローチャートである。
図２において、まず、ステップＳ２０で処理を開始する。次に、ステップＳ２１では後述するＡＤ変化速度絶対値Ｃｎを算出する。

次に、ステップＳ２２では、ＡＤ変化速度絶対値Ｃｎが予め設定されたＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超えるか否かを判定する。ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈは、実際にマイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎ、またはローパスフィルタ５ａ〜５ｎのシリーズ抵抗７ａ〜７ｎをオープンさせたときのＡＤ変化速度絶対値の９０％程度に設定しても良いが、下記式（１）をＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈとしても良い。

即ち、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎに印加される電圧をＶとし、Δｔをマイクロプロセッサ６のＡＤ変換の変換周期、Ｃをローパスフィルタ５ａ〜５ｎのコンデンサ８ａ〜８ｎの容量値[Ｆ]、Ｒをローパスフィルタ５ａ〜５ｎのシリーズ抵抗７ａ〜７ｎの抵抗値[Ω]、ｖをコンデンサ８ａ〜８ｎの両端の電圧[Ｖ]とした場合、
Ｖ＝ＲＣΔｖ／Δｔ＋ｖであり、これを変換すると、
ＲＣΔｖ／Δｔ＝Ｖ−ｖとなり、Δｖ／Δｔ＝(Ｖ−ｖ)／(ＲＣ)であるから、
Ｖ＝０から５[Ｖ]、ｖ＝０から５[Ｖ]とすると、ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈは、下記式（１）で表わされる。
Ｓｔｈ＝|ΔＶ／Δｔ|≦５／ＲＣ・・・（１）

ステップＳ２２で否定判定が得られた場合は、ステップＳ２３に進み、異常の可能性無しと判定して処理を終了する。また、ステップＳ２２で肯定判定が得られた場合は、ステップＳ２４に進み、後述する復帰判定電圧上限値ＬＵと復帰判定電圧下限値ＬＤ、及び後述する復帰判定時間Ｔｔを設定する。なお、復帰判定時間Ｔｔは、過渡的なノイズ重畳による電圧変動が収束するまでの時間よりも長く設定する。

続くステップＳ２５では、ＡＤ変換値が、復帰判定時間Ｔｔ以内に復帰判定電圧上限値ＬＵと復帰判定電圧下限値ＬＤの間にあるか否かを判定する。肯定判定が得られた場合は、ステップＳ２３に進み、異常の可能性無しと判定して処理を終了する。

一方、ステップＳ２５で否定判定が得られた場合は、ステップＳ２６に進み、異常の可能性ありと判定して処理を終了する。

次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に基づいて、オープン異常の検出方法について説明する。図３（ａ）はマイクロプロセッサ６のＡＤ変換部１０におけるＡＤ変換の様子を示したものである。ＡＤ変換の変換周期はΔｔであり、ある時刻ｔｎでのＡＤ変換値をＶｎとしている。１サンプル前の時刻はｔｎ−１でＡＤ変換値はＶｎ−１、２サンプル前の時刻はｔｎ−２でＡＤ変換値はＶｎ−２である。同様に、時刻ｔｎ＋１でのＡＤ変換値はＶｎ＋１、時刻ｔｎ＋２でのＡＤ変換値はＶｎ＋２、時刻ｔｎ＋３でのＡＤ変換値はＶｎ＋３である。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＤ変換値からＡＤ変化速度の絶対値を算出する様子を示したものである。時刻ｔｎでのＡＤ変換速度絶対値Ｃｎは、時刻ｔｎでのＡＤ変換値Ｖｎと時刻ｔｎ−１でのＡＤ変換値Ｖｎ−１、及び変換周期Δｔを用いて下記式（２）のように示すことができる。
Ｃｎ＝|((Ｖｎ)−(Ｖｎ−１))/Δｔ|・・・（２）
同様に、時刻ｔｎ−１でのＡＤ変換速度絶対値Ｃｎ−１は、下記式（３）のように示すことができる。
Ｃｎ−１＝|((Ｖｎ−１)−(Ｖｎ−２))/Δｔ|・・・（３）
また、時刻ｔｎ＋１でのＡＤ変換速度絶対値Ｃｎ＋１は、時刻ｔｎ＋１でのＡＤ変換値Ｖｎ＋１と時刻ｔｎでのＡＤ変換値Ｖｎ、及び変換周期Δｔを用いて下記式（４）のように示すことができ、時刻ｔｎ＋２でのＡＤ変換速度絶対値Ｃｎ＋２は、下記式（５）のように示すことができ、時刻ｔｎ＋３でのＡＤ変換速度絶対値Ｃｎ＋３は、下記式（６）のように示すことができる。
Ｃｎ＋１＝|((Ｖｎ＋１)−(Ｖｎ))/Δｔ|・・・（４）
Ｃｎ＋２＝|((Ｖｎ＋２)−(Ｖｎ＋１))/Δｔ|・・・（５）
Ｃｎ＋３＝|((Ｖｎ＋３)−(Ｖｎ＋２))/Δｔ|・・・（６）

時刻ｔｎ＋１において、ＡＤ変換値がＶｎからＶｎ＋１に急増し、ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超えた後、時刻ｔｎ＋２において、Ｖｎ＋２のように、復帰判定電圧上限値ＬＵと復帰判定電圧下限値ＬＤの間に収まっていれば、オープン異常の可能性は無いと判断できる。なお、復帰判定電圧上限値ＬＵと復帰判定電圧下限値ＬＤとの間のΔＶｔが復帰判定電圧値であり、この復帰判定電圧値ΔＶｔは、ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超える直前のＡＤ変換値に基づいて設定される。

ここで、復帰判定電圧上限値ＬＵと復帰判定電圧下限値ＬＤとは、ＡＤ変換値がＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超えた時刻の１サンプル前のＡＤ変換値Ｖｎを基準として、それぞれＬＵ＝Ｖｎ＋ΔＶｔ／２、ＬＤ＝Ｖｎ−ΔＶｔ／２としたものである。ノイズの場合は一般的にノイズが重畳する前と同じＡＤ値に戻るため、ΔＶｔ＝０としても差し支えないが、ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超える直前の値Ｖｎを基準として±５％から１０％の幅を持たせても良い。

さらに、復帰判定時間Ｔｔは、実際にマイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎをオープンして復帰するのにかかる時間以下に設定すれば良い。

ここで、復帰判定時間Ｔｔの終了点である時刻ｔｎ＋３においても、ＡＤ変換値が図３中のプロット○印で示すＶ’ｎ＋３となった場合は、オープン異常の可能性ありと判断されることになる。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）においては、ＡＤ変換のサンプル時間Δｔ毎にＡＤ変化速度絶対値を算出し、ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超えるか否かを判定しているが、マイクロプロセッサ６の処理負荷を低減するため、数サンプル毎に図２に示すステップＳ２０からステップＳ２３の処理を実行してオープン異常の可能性有無を判定することが可能である。

以上のように、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎの電圧は、ローパスフィルタ５ａ〜５ｎで構成される電圧信号入力回路を経て入力されるが、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎにオープン異常が発生した場合、マイクロプロセッサ６で算出されるＡＤ変換値は、一般にローパスフィルタ５ａ〜５ｎで構成される上記電圧信号入力回路の回路定数から算出されるＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超えた変動となる。この変動を検出することで、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎ、あるいはその伝達経路であるローパスフィルタ５ａ〜５ｎのオープン異常の可能性があることを検出できる。

しかし、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎ、あるいはその伝達経路にノイズが重畳した場合も、上記ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超える可能性がある。このため、ノイズ重畳と回路オープン異常を区別する必要がある。ノイズ重畳が原因である場合は、ノイズ重畳が無くなるとノイズ重畳前と同じＡＤ変換値に戻るのに対して、マイクロプロセッサ６の入力端子９ａ〜９ｎ、あるいは伝達経路のオープン異常である場合は、異常発生前と同程度のＡＤ変換値となるまでに時間がかかる。

そこで、実施の形態１に係る電子制御装置１のように、復帰判定時間Ｔｔを過渡的なノイズ重畳による電圧変動が収束するまでの時間よりも長く設定し、ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超えてから、ＡＤ変化速度が閾値Ｓｔｈを超える前のＡＤ変換値に戻るまでの時間が予め設定された復帰判定時間Ｔｔを超える場合に、回路故障の可能性ありと判定することで、ノイズ重畳と回路異常を区別することが可能となる。

このように、実施の形態１に係る電子制御装置１によれば、ＡＤ変換値が予め設定されたＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超えた後、予め設定された復帰判定時間Ｔｔ以内に、ＡＤ変化速度の閾値Ｓｔｈを超える直前の値に復帰しなかった場合、ノイズ重畳ではなく端子オープンを含む回路異常の可能性ありと判定するようになっている。即ち、端子オープンとなる回路異常が発生した際、一般的にＡＤ変換値の電圧が入力回路のフィルタ定数を超えて変化し、元の値に収束しないか、または収束したとしても時間がかかることに着目し、ＡＤ変換値の電圧変化速度と元の値への収束有無をモニタすることにより、冗長な回路追加無しで安価に回路異常を検出できる効果がある。

本願は、例示的な実施の形態を記載しているが、実施の形態に記載した様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１電子制御装置、２ａ、２ｎコネクタ、３ａ第１センサ、３ｎ第ｎセンサ、４ａ、４ｎ抵抗、５ａ、５ｎ電圧信号入力回路（ローパスフィルタ）、７ａ、７ｎシリーズ抵抗、８ａ、８ｎコンデンサ、９ａ、９ｎ入力端子、１０ＡＤ変換部、１１ＲＡＭ、１２ＲＯＭ、１３ａ第１外部負荷、１３ｎ第ｎ外部負荷、１４ａ、１４ｎ出力Ｉ／Ｆ回路、ＣｎＡＤ変換速度絶対値、ＳｔｈＡＤ変化速度の閾値、ＬＵ復帰判定電圧上限値、ＬＤ復帰判定電圧下限値、Ｔｔ復帰判定時間。

Claims

ＡＤ変換部を有するマイクロプロセッサを備え、外部から入力される電圧信号を電圧信号入力回路を介して上記マイクロプロセッサの入力端子から上記ＡＤ変換部に伝達し、ＡＤ変換値を算出する電子制御装置であって、
上記マイクロプロセッサの入力端子と上記電圧信号入力回路の少なくとも一方のオープン異常を、上記電圧信号入力回路の回路定数を用いて算出した電圧変化速度の閾値と上記ＡＤ変換値の変化速度を比較して検出し、
上記ＡＤ変換値が、上記電圧変化速度の閾値を超えてから復帰判定時間内に復帰判定電圧値に復帰した場合は、上記オープン異常ではないと判定することを特徴とする電子制御装置。
上記復帰判定電圧値は、上記電圧変化速度の閾値を超える直前の上記ＡＤ変換値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
上記復帰判定電圧値は、復帰判定電圧上限値と復帰判定電圧下限値との間の電圧値であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。
上記復帰判定時間は、過渡的なノイズ重畳による電圧変動が収束するまでの時間よりも長く設定されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の電子制御装置。