JP6631473B2 - 電子制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車に搭載される電子制御装置において、当該電子制御装置内に設けられている電源回路が故障した場合に所定のフェールセーフ処理を実行する電子制御装置に関する。
車両に搭載された所定のアクチュエータを制御するための装置(いわゆる電子制御装置)は、車載センサから入力されるデータに基づいて種々の演算処理が実行するマイクロコンピュータ(以降、制御マイコン)や電源回路を備える。電源回路は、車載バッテリなどの車載電源から提供される電力に基づいて制御マイコン等の動作に適した電力を生成する回路である。
また、この種の電子制御装置は、電子制御装置が正常に動作しているか否かを監視する異常検出機能を備えていることが一般的である。仮に異常検出機能が所定の異常事象を検出した場合、制御マイコン等は、その異常事象に応じたフェールセーフ処理を実行する。
例えば異常監視機能によって電源回路の異常が検出された場合には、制御マイコン等はフェールセーフ処理として、制御対象とするアクチュエータの動作を停止させたり、アクチュエータの出力を所定のレベル以下に制限したりする。
また、特許文献1では、電源回路の故障に伴って電子制御装置が提供する機能が急に停止してしまうことを防止するため、電源回路、マイコン、駆動回路等を2重化する構成が提案されている。
特開2016−128308号公報
電源回路は、車載電源から供給される電力を取り扱うため、大きい電力に耐えることができる部品(以降、大電力部品)が多数必要となる。一般的に、大電力部品は、相対的に小さい電力を取り扱う部品(以降、小電力部品)に比べて故障しやすい。そのため、特許文献1に開示されているように電源回路を2重化した場合、電源回路部品(特に大電力部品)の増加により、故障率の増加が懸念される。
電源回路の故障率が増加した場合には、異常検知に伴うフェールセーフ処理が実行される頻度もまた増加する。車両機能(例えば駆動源の出力トルク)を制限するようなフェールセーフ処理の実行頻度が増加した場合、ユーザに違和感や煩わしさを与えてしまう恐れがある。
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、電源回路の故障に伴うフェールセーフ処理の実行頻度を低減可能な電子制御装置を提供することにある。
その目的を達成するための本発明は、車両に搭載されたセンサから入力されるデータに基づいて車両に搭載されている所定のアクチュエータの動作を制御するマイクロコンピュータであって、所定の動作電圧範囲が設定されている制御マイコン(11、12)と、制御マイコンに電力を供給する電源回路として、車両に搭載されている電源装置から供給される電圧を動作電圧範囲に含まれる所定の第1電圧に変換し、制御マイコンに電力を供給するための電源ラインである内部電源ライン(Ln)に出力する第1電源回路(15)と、内部電源ラインに印加されている電圧に基づいて電源回路の異常動作を検出する異常検出部(151c、F1)と、電源回路として、電源装置から供給される電圧を所定の第2電圧に変換して出力する第2電源回路(16)と、異常検出部が電源回路の異常動作を検出した場合に所定のフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ処理部(F3)と、を備え、第2電源回路が第2電圧を出力する第2電圧出力端子は、逆流阻止部を介して内部電源ラインと接続されており、逆流阻止部は、第2電源回路から内部電源ラインへと向かう方向には電流を流す一方、内部電源ラインから第2電源回路へと向かう方向には電流を流さず、かつ、通電時には所定量の電圧降下を生じさせるものであり、第2電圧は、第2電圧から逆流阻止部による電圧降下分を減算した電圧値が、第1電圧よりも低く、かつ、制御マイコンの動作電圧範囲の下限値よりも高い第3電圧となるように設定されていることを特徴とする。
以上の構成によれば、第1電源回路が正常に動作している場合、第1電源回路は内部電源ラインに第1電圧を出力する。第3電圧は第1電圧よりも低いため、第1電源回路が正常に動作している場合には、逆流阻止部は通電しない。そのため、第2電源回路の出力電圧は、内部電源ラインの印加電圧に影響を及ぼさない。内部電源ラインには第1電源回路が生成する第1電圧が印加される。
そのため、第1電源回路が正常に動作している場合には、第2電源回路に出力電圧の低下を招く故障(以降、出力低下故障)が生じた場合であっても、内部電源ラインの印加電圧に変化は生じない。内部電源ラインには第1電圧が印加された状態が維持される。
その結果、第2電源回路に生じた出力低下故障は、異常検出部によって電源回路の異常動作として検出されない。つまり、第2電源回路に出力低下故障が生じても、その故障によってフェールセーフ処理が実行されることはない。故に、電源回路の故障に伴うフェールセーフ処理の実行頻度を低減することができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
本実施形態に係るECU1を含む車両システムの構成を示す図である。 本実施形態にかかるECU1の概略的な構成を示すブロック図である。 第1電源回路15の構成の一例を示す図である。 第2電源回路16の構成の一例を示す図である。 第1目標電圧、第2目標電圧、第2実効電圧の関係を示した図である。 サブマイコン12の概略的な構成を表したブロック図である。 第1電源回路15故障時の各部の作動を示すタイムチャートである。 第2電源回路16故障時の各部の作動を示すタイムチャートである。
以下、本発明が適用された電子制御装置(以降、ECU:Electronic Control Unit)1について図を用いて説明する。本実施形態におけるECU1は、車両に搭載されているセンサ(つまり車載センサ)から入力されるデータに基づいて、車両の駆動源(例えばエンジン)の出力を制御する。
もちろん、他の態様として、ECU1は、操舵アクチュエータを制御するものであってもよいし、制動システムを制御するものであってもよい。また、ECU1は駆動源としてのモータの動作や、バッテリの充放電を制御するものであってもよい。ECU1の制御対象や、ECU1の役務は適宜設計されればよい。また、ECU1は、駆動源としてエンジンとモータの両方を備える車両(つまりハイブリッドカー)や、モータのみを駆動源として備える車両(つまり電気自動車)で用いられてもよい。
本実施形態にかかるECU1は、駆動源としてエンジンを備える車両に搭載されており、車載バッテリ2と電気的に接続されている。また、ECU1は、図1に示すように、電子スロットル3、アクセルセンサ4、スロットルセンサ5、及び警告灯6のそれぞれと、車両内に構築されている通信ネットワーク(以降、LAN:Local Area Network)7を介して接続されている。
車載バッテリ2は、ECU1に対して所定のバッテリ電圧Vbを供給する二次電池である。車載バッテリ2が請求項に記載の電源装置に相当する。なお、車両には車載バッテリ2の出力電圧(以降、バッテリ電圧Vb)が常時印加されている電源ライン(以降、Bライン)と、ユーザによってイグニッションスイッチ(以下、IGSW)8がオンに設定された場合にバッテリ電圧Vbが印加される電源ライン(以降、IG電源ライン)がある。ECU1は、BラインとIG電源ラインのそれぞれと接続されている。
電子スロットル3は、エンジンへの吸入空気量を調節するスロットル弁31と、スロットル弁31を動かすためのアクチュエータとしてのモータ(以降、スロットルモータ)32とを、1つの製品としてまとめたものである。スロットルモータ32の出力トルクは、ECU1によって制御される。なお、電子スロットル3は、LAN7を介さずに、ECU1の制御信号が入力されるようにECU1と電気的に接続されていてもよい。
アクセルセンサ4は、運転者によるアクセルペダルの操作位置をアクセル操作量として検出するセンサである。スロットルセンサ5は、スロットル弁31の位置(換言すれば回転角度)をスロットル開度として検出するセンサである。アクセルセンサ4やスロットルセンサ5の検出結果はECU1に逐次提供される。
警告灯6は、ECU1の電源回路に所定の不具合が生じていることを乗員に通知するための装置であって、例えばLED等を用いて実現されている。警告灯6は、ECU1からの指示に基づき動作(すなわち点灯又は点滅)する。
ECU1は、アクセルセンサ4やスロットルセンサ5から入力されるデータに基づいて出力トルクを制御する。これにより、エンジンの出力トルクを間接的に制御する。ECU1は、図2に示すように、メインマイコン11、サブマイコン12、第1通信ドライバ13、第2通信ドライバ14、第1電源回路15、第2電源回路16、ダイオード17、及び分圧部18を備える。
メインマイコン11やサブマイコン12は、中央演算装置としてのCPU、不揮発性の記憶媒体であるROM、揮発性の記憶媒体であるRAM、レジスタなどを用いて実現されているマイクロコンピュータ(以降、マイコン)である。メインマイコン11は所定の電圧範囲で動作するように構成されている。つまり、動作電圧としての下限値及び上限値が規定されている。
ここでは一例として、メインマイコン11は4.0V〜5.5Vの電圧で動作するように構成されているものとする。サブマイコン12も同様に4.0V〜5.5Vの電圧で動作するように構成されている。便宜上、メインマイコン11やサブマイコン12が動作する電圧範囲のことを以降ではマイコン動作範囲と称する。マイコン動作範囲が請求項に記載の動作電圧範囲に相当する。メインマイコン11やサブマイコン12が請求項に記載の制御マイコンに相当する。特に、メインマイコン11が請求項に記載の第1マイコンに、サブマイコン12が請求項に記載の第2マイコンにそれぞれ相当する。
メインマイコン11とサブマイコン12は、双方向通信可能に接続されている。また、メインマイコン11は第1通信ドライバ13と双方向通信可能に接続されている。サブマイコン12は第2通信ドライバ14と双方向通信可能に接続されている。
メインマイコン11はリセット信号の入力端子としてリセット入力端子Pm1を備えている。その他、メインマイコン11は、電源用端子や、サブマイコン12との通信用端子、第1通信ドライバ13との通信用端子等を備える。メインマイコン11の作動については別途後述する。
サブマイコン12は、信号入力端子として、リセット入力端子Ps1、基準電圧入力端子Ps2、及びアナログ入力端子Ps3を備える。リセット入力端子Ps1は、リセット信号が入力される端子である。基準電圧入力端子Ps2は、後述するアナログデジタル変換において基準電圧として用いる信号が入力される端子である。アナログ入力端子Ps3は、アナログデジタル変換の対象とする電圧が入力される端子である。その他、サブマイコン12は、電源用端子や、メインマイコン11との通信用端子、第2通信ドライバ14との通信用端子等を備える。サブマイコン12の作動については別途後述する。
以降では一例としてECU1が備える各部は正論理で動作するように構成されているものとする。もちろん、他の態様としてECU1が備える各部は、負論理で動作するように構成されていても良い。
第1通信ドライバ13は、メインマイコン11がLAN7に接続している他のデバイス(例えばECUやセンサ等)と通信するためのドライバ回路である。第2通信ドライバ14は、サブマイコン12がLAN7に接続している他のデバイス(例えばECUやセンサ等)と通信するためのドライバ回路である。なお、本実施形態ではメインマイコン11用の通信ドライバとサブマイコン12用の通信ドライバを別々に設けた構成を採用しているがこれに限らない。メインマイコン11とサブマイコン12とで1つの通信ドライバを共用しても良い。
第1電源回路15は、車載バッテリ2から入力されるバッテリ電圧Vbを、メインマイコン11等の動作に適した所定の電圧に変換して出力する回路モジュールである。ここでは一例として第1電源回路15の出力電圧の目標値(以降、第1目標電圧)は5Vに設定されているものとする。すなわち、本実施形態の第1電源回路15は、バッテリ電圧Vb=12Vを第1目標電圧としての5Vに変換して出力する。第1目標電圧が請求項に記載の第1電圧に相当する。
また、第1電源回路15は、車載バッテリ2から入力される電力に基づいて、550mAの電流を出力可能に構成されている。つまり、第1電源回路15は、5V、550mAの電力をメインマイコン11等に供給する内部電源として機能する。図2中に示すV1は、第1電源回路15の出力電圧(以降、第1出力電圧)を表している。第1電源回路15は、第1出力電圧V1が4.95Vから5.05Vまでの範囲に収まるように構成されている。
第1電源回路15の出力端子は、電源線である内部電源ラインLnと接続されている。故に、第1電源回路15が正常に動作している場合、内部電源ラインLnには5Vが印加される。内部電源ラインLnは、メインマイコン11及びサブマイコン12のそれぞれの電源用端子と接続されている。また、内部電源ラインLnは、ダイオード17を介して第2電源回路16の出力端子とも接続されている。さらに、内部電源ラインLnは第2電圧監視部161bとも接続されている。第1電源回路15は、IGSW8がオンに設定されている場合に駆動し、第1出力電圧V1として5Vを出力する。
図3は第1電源回路15の具体的な回路構成の一例を示す図である。図3に示すように第1電源回路15は、第1電源IC151、変換用付加回路152、及び制御用付加回路153を備える。第1電源IC151は、所定の機能を提供する集積回路である。第1電源IC151は、電力変換回路151a、電圧制御回路151b、及び第1電圧監視部151cを備える。
変換用付加回路152にはバッテリ電圧Vb=12Vが入力される。変換用付加回路152は、電力変換回路151aと協働して、出力電圧が所定の中間電圧V1aとなるようにバッテリ電圧Vbを電力変換する。中間電圧V1aは、バッテリ電圧Vbよりも低く、かつ、第1目標電圧としての5Vよりも高い値であればよい。ここでは一例として中間電圧V1a=6Vに設定されている。
制御用付加回路153には、変換用付加回路152の出力電圧である中間電圧V1aが入力される。前述の第1出力電圧V1とは、制御用付加回路153の出力電圧である。制御用付加回路153は、電圧制御回路151bと協働して、第1出力電圧V1が第1目標電圧となるように中間電圧V1aを変換する。つまり、制御用付加回路153及び電圧制御回路151bは、第1目標電圧としての5Vを生成する定電圧回路として機能する。
なお、電力変換回路や定電圧回路は周知であるため、これらの詳細な説明は省略する。また、第1電源回路15は、図3に示す構成以外の構成によって実現されていてもよい。第1電源回路15は周知の回路構成を援用して実現されれば良い。
第1電圧監視部151cは、第1出力電圧V1を逐次取得する。そして、第1出力電圧V1が所定の第1電圧下限値以下となった場合に、当該事象を第1電源回路15の異常動作として検出する。つまり、第1電圧監視部151cは、第1出力電圧V1に基づいて第1電源回路15が正常に動作しているか否かを監視(換言すれば判定)する構成である。
第1電圧下限値は、第1目標電圧よりも小さい範囲において適宜設計されればよい。また、第1電圧下限値は、後述する第2実効電圧としての4.6Vよりも高い値に設定されていることが好ましい。ここでは一例として第1電圧下限値は4.8Vに設定されている。
第1電圧監視部151cは、第1出力電圧V1が所定の第1電圧下限値以下となった場合には、リセット信号としてのハイレベル信号を、メインマイコン11のリセット入力端子Pm1へと出力する。これによりメインマイコン11をリセット状態にする。なお、第1出力電圧V1が所定の第1電圧下限値よりも高い場合には、ローレベル信号を出力する。第1電圧監視部151cはコンパレータ等を用いて実現されれば良い。第1電圧監視部151cが請求項に記載の異常検出部に相当する。
第2電源回路16は、車載バッテリ2から入力されるバッテリ電圧Vbを、メインマイコン11等の動作に適した所定の電圧に変換して出力する回路モジュールである。ここでは一例として第2電源回路16の出力電圧の目標値(以降、第2目標電圧)は5.3Vに設定されているものとする。すなわち、本実施形態の第2電源回路16は、バッテリ電圧Vb=12Vを第2目標電圧としての5.3Vに変換して出力する。第2目標電圧が請求項に記載の第2電圧に相当する。第2電源回路16が5.3Vを出力する端子が請求項に記載の第2電圧出力端子に相当する。
また、第2電源回路16は、車載バッテリ2から入力される電力に基づいて、50mAまでの電流を出力可能に構成されている。つまり、第2電源回路16は、5.3V、50mAの電力を供給する内部電源として機能する。図2中に示すV2は、第2電源回路16の出力電圧(以降、第2出力電圧)を表している。第2電源回路16は、IGSW8がオンに設定されている場合に駆動し、第2出力電圧V2として5.3Vを出力する。
図4は第2電源回路16の具体的な回路構成の一例を示す図である。図4に示すように第2電源回路16は、第2電源IC161及び制御用付加回路162を備える。第2電源IC161は、所定の機能を提供する集積回路である。第2電源IC161は、電圧制御回路161a、及び第2電圧監視部161bを備える。
制御用付加回路162には、バッテリ電圧Vbが入力される。前述の第2出力電圧V2は、制御用付加回路162の出力電圧である。制御用付加回路162は、電圧制御回路161aと協働して、第2出力電圧V2が第1目標電圧となるようにバッテリ電圧Vbを変換する。つまり、制御用付加回路162及び電圧制御回路161aは、第1目標電圧としての5Vを生成する定電圧回路として機能する。なお、第2電源回路16は、図4に示す構成以外の構成によって実現されていてもよい。第2電源回路16は周知の回路構成を援用して実現されれば良い。
第2電圧監視部161bは、内部電源ラインLnに印加されている電圧の値を逐次取得する。そして、内部電源ラインLnに印加されている電圧が所定の第2電圧下限値以下となった場合に、当該事象を第2電源回路16の異常動作として検出する。第2電圧監視部161bは、第1電圧監視部151cとは異なった基準で内部電源ラインLnに印加されている電圧を監視する構成である。
第2電圧下限値は、後述する実効第2電圧としての4.6Vよりも低い値に設定されていればよく、その具体的な値は適宜設計されれば良い。ここでは一例として第2電圧下限値は4.2Vに設定されている。
第2電圧監視部161bは、内部電源ラインLnに印加されている電圧が所定の第2電圧下限値以下となった場合には、リセット信号としてのハイレベル信号を、サブマイコン12のリセット入力端子へと出力する。なお、内部電源ラインLnに印加されている電圧が所定の第2電圧下限値よりも高い場合には、ローレベル信号を出力する。第2電圧監視部161bはコンパレータ等を用いて実現されれば良い。
第2電源回路16の電圧出力端子は、ダイオード17を介して内部電源ラインLnと接続されている。ダイオード17は、内部電源ラインLnから第2電源回路16への電流の流入を防ぐための構成である。
ダイオード17は、第2電源回路16の出力端子側から内部電源ラインLn側へと電流が流れるように、第2電源回路16の出力端子と内部電源ラインLnとの間に設けられている。ダイオード17は、通電時に所定量の電圧降下を生じさせる。一例として本実施形態のダイオード17は、通電時に0.7Vの電圧降下を生じさせるものとする。ダイオード17が請求項に記載の逆流阻止部に相当する。
第2出力電圧V2のほうが内部電源ラインLnに印加されている電圧よりも所定の電圧降下量以上高い場合に通電する。第2目標電圧は5.3Vに設定されているため、第2電源回路16の出力電圧がダイオード17によって電圧降下された後の電圧(以降、第2実効電圧)は、4.6Vとなる。つまり、第2実効電圧は、図5に示すように第1目標電圧としての5.0Vよりも低い。
故に、第1電源回路15が正常に動作している場合には、ダイオード17は通電しない。それに伴い、第2電源回路16が出力する第2出力電圧V2は、実質的にメインマイコン11やサブマイコン12等の動作に利用されない。第1電源回路15が正常に動作している場合、メインマイコン11等は、第1電源回路15が供給する電力によって動作する。なお、第2実効電圧が請求項に記載の第3電圧に相当する。
第2出力電圧V2は、分圧部18にも入力される。分圧部18は、入力電圧の半分の電圧を出力する構成である。例えば第2電源回路16が5.3Vを出力している場合には、2.65Vを出力する。分圧部18は、周知の抵抗分圧回路等を用いて実現されれば良い。
なお、本実施形態では分圧部18は、入力電圧の半分の値を出力するように構成されているものとするが、これに限らない。入力電圧に所定の比率αを乗じた電圧を出力するように構成されていればよい。比率αは、第2目標電圧に比率αを乗じた値が第1目標電圧よりも小さい値となる範囲において適宜設計されればよく、例えば0.3や0.8であってもよい。比率αは少なくとも1よりかは小さい値である。なお、本実施形態は、比率αを0.5に設定した構成に相当する。
メインマイコン11は、第1通信ドライバ13から提供されるデータに基づいて、所定の制御対象(ここでは電子スロットル3)についての制御目標量を決定するマイコンである。例えば、メインマイコン11は、アクセルセンサ4によって検出されるアクセル操作量から、スロットルモータ32の制御量を算出し、当該制御量を、第1通信ドライバ13及びLAN7を介して電子スロットル3に出力する。
また、メインマイコン11は、サブマイコン12との双方向通信によってサブマイコン12が正常に動作しているか否かを監視する。サブマイコン12が正常に動作しているか否かは、ウォッチドッグタイマ方式や宿題回答方式などといった、周知の方法を用いて判定することができる。ウォッチドッグタイマ方式とは、ウォッチドッグタイマがサブマイコン12から入力されるウォッチドッグパルスによってクリアされずに満了した場合に、サブマイコン12が異常動作していると判定する方式である。
また、宿題回答方式とは、メインマイコン11が予め定められた監視用の信号をサブマイコン12に送るとともに、サブマイコン12から返送されてきた回答が正解であるか否かによってサブマイコン12が正常であるか否かを判定する方式である。宿題回答方式においてサブマイコン12は、メインマイコン11から入力される監視用信号に応じた応答データを生成してメインマイコン11に返送する。メインマイコン11は、サブマイコン12から受け取った応答データが、送信した監視用信号に対応するデータと異なる場合、あるいは所定の制限時間内でメインマイコン11から応答信号が返送されてこない場合に、サブマイコン12は正常に動作していない(つまり異常動作している)と判定する。なお、メインマイコン11は、サブマイコン12の異常動作を検知した場合には、サブマイコン12にリセットをかけるなどの所定の復帰処理を実行する。
メインマイコン11の電源用端子は、内部電源ラインLnと接続されており、第1電源回路15又は第2電源回路16から供給される電力に基づいて動作する。また、メインマイコン11のリセット入力端子Pm1は、第1電圧監視部151cの出力端子と接続されている。リセット入力端子は、リセット信号としてのハイレベル信号が入力された場合に、メインマイコン11の動作を停止させて初期状態に戻すための入力端子である。
したがって、第1電圧監視部151cの出力信号がハイレベルとなっている場合には、メインマイコン11は動作を停止する。なお、第1電圧監視部151cの出力信号がハイレベルとなる場合とは、第1出力電圧V1が第1電圧下限値以下となっている場合である。つまり、第1電源回路15が故障している場合である。本実施形態におけるメインマイコン11は、第1電源回路15が故障している場合には動作が停止した状態となる。
サブマイコン12は、メインマイコン11との双方向通信により、メインマイコン11が正常に動作しているか否かの監視(つまり状態監視)を実施する。メインマイコン11が正常に動作しているか否かは、前述の通り周知の方法を援用して判定することができる。サブマイコン12は、メインマイコン11の異常動作を検出した場合には、メインマイコン11にリセットをかけるなどの所定の処理を実行する。
サブマイコン12の電源用端子は、内部電源ラインLnと接続されており、第1電源回路15又は第2電源回路16から供給される電力に基づいて動作する。また、サブマイコン12のリセット入力端子Ps1は、第2電圧監視部161bの出力端子と接続されている。リセット入力端子は、リセット信号としてのハイレベル信号が入力された場合にサブマイコン12の動作を停止させて初期状態に戻すための入力端子である。
したがって、第2電圧監視部161bの出力信号がハイレベルとなっている場合には、サブマイコン12は動作を停止する。なお、第2電圧監視部161bの出力信号がハイレベルとなる場合とは、内部電源ラインLnに印加されている電圧が第2電圧下限値以下となっている場合である。内部電源ラインLnに印加されている電圧が第2電圧下限値以下となっている場合とは、第1電源回路15と第2電源回路16の両方に、出力電圧が低下するパターンの故障(以降、出力低下故障)が生じている場合に相当する。つまり、第1電源回路15と第2電源回路16の両方に出力低下故障が生じている場合に、第2電圧監視部161bの出力信号がハイレベルとなってサブマイコン12がリセットされる。
また、サブマイコン12の基準電圧入力端子Ps2は、内部電源ラインLnと接続されている。つまり、基準電圧入力端子Ps2には、内部電源ラインLnの印加電圧が入力される。さらに、サブマイコン12のアナログ入力端子Ps3には、分圧部18の出力電圧が入力される。つまり、アナログ入力端子Ps3には第2出力電圧V2を1/2倍した電圧が入力される。アナログ入力端子Ps3が請求項に記載のモニタ電圧入力端子に相当する。
このサブマイコン12は、図6に示すように、アナログ入力端子Ps3に入力されている電圧をデジタル値に変換するアナログデジタル変換部(以降、ADC:Analog-to-digital converter)121を備える。ADC121は、基準電圧入力端子Ps2に入力されている電圧(つまり基準電圧)を基準としてアナログデジタル変換(以降、AD変換)を実施する。具体的には、ADC121は基準電圧として5Vが入力されていることを前提として、AD変換を実施するものである。
ADC121の分解能は適宜設計されればよい。例えばADC121はアナログ入力端子Ps3に入力されている電圧を8ビットで表すものとする。便宜上以降では、アナログ入力端子Ps3に入力されている電圧をモニタ電圧と称する。アナログ入力端子Ps3は分圧部18の出力と接続されているため、モニタ電圧は、第2出力電圧V2を1/2倍した電圧である。ADC121によるモニタ電圧のAD変換は逐次(例えば100ミリ秒毎に)実施される。ADC121によるモニタ電圧の読み取り値(換言すればAD変換結果)は、後述する第1電源監視部F1や第2電源監視部F2に逐次提供される。
サブマイコン12は、図6に示すように、機能ブロックとして第1電源監視部F1、第2電源監視部F2、及びフェールセーフ処理部F3を備える。第1電源監視部F1、第2電源監視部F2、及びフェールセーフ処理部F3は、CPUがROMに格納されている所定のプログラムを実行することにより(つまりソフトウェアとして)実現されている。もちろん、他の態様として第1電源監視部F1、第2電源監視部F2、及びフェールセーフ処理部F3の一部又は全部は、IC等を用いてハードウェアとして実現されていても良い。
第1電源監視部F1は、第2電源回路16が正常に動作していることを前提として、ADC121の読み取り値に基づいて、第1電源回路15の異常動作を検出する機能ブロックである。なお、第1電源回路15の異常動作を検出することは、第1電源回路15が正常に動作しているか否かを判定することに相当する。第1電源監視部F1もまた請求項に記載の異常検出部に相当する。
第1電源回路15と第2電源回路16の両方が正常に動作している場合、基準電圧として設計通りの5Vが入力されるため、ADC121は設計通りに動作し、読み取り値は、第2出力電圧V2の5.3Vを1/2倍した2.65Vと一致するはずである。そのため、ADC121の読み取り値を2倍した値は、第2目標電圧である5.3と一致することが期待される。なお、ここでの一致は完全な一致に限らない。第2目標電圧である5.3Vと読み取り値を2倍した値の差が、予め設定されている許容範囲内に収まっている場合も含む。許容範囲は、読み取り誤差や分圧部18の分圧誤差に基づいて決定されればよい。
一方、第2電源回路16が正常に動作している状態において、第1電源回路15の出力電圧が5Vよりも低下している場合には、ADC121は、モニタ電圧を実際の電圧値である2.65Vよりも高い値に読み取ってしまう。基準電圧が設計値よりも低下しているにも関わらず、ADC121は5Vを基準としてAD変換するためである。例えば、第1出力電圧V1が4.6Vまで低下している場合、ADC121は、モニタ電圧を2.65/4.6×5=2.88Vと読み取ってしまう。その結果、読み取り値を2倍した値が5.76Vとなり、第2目標電圧である5.3Vを超過する。
第1電源監視部F1は、ADC121の読み取り値を2倍した値が、所定のモニタ電圧上限値よりも高い場合に、第1電源回路15が異常動作(具体的には出力が低下)していると判定する。つまり、第1電源監視部F1は、ADC121の読み取り値に基づいて第2出力電圧V2を特定し、その特定した電圧値がモニタ電圧上限値よりも高い場合に、第1電源回路が異常動作していると判定するものである。
モニタ電圧上限値としての具体的な値は、第2目標電圧よりも高い範囲において適宜設計されれば良い。ここでは一例としてモニタ電圧上限値は、5.5Vに設定されているものとする。もちろん、モニタ電圧上限値は、5.6Vや5.7Vなどであっても良い。モニタ電圧上限値は、第2目標電圧に所定の裕度を加えた値とすればよい。
第2電源監視部F2は、第1電源回路15が正常に動作していることを前提として、ADC121の読み取り値に基づいて、第2電源回路16の異常動作を検出する機能ブロックである。なお、第2電源回路16の異常動作を検出することは、第2電源回路16が正常に動作しているか否かを判定することに相当する。
前述の通り、第1電源回路15と第2電源回路16の両方が正常に動作している場合、基準電圧として設計通りの5Vが入力されるため、ADC121は設計通りに動作し、読み取り値は、第2出力電圧V2の5.3Vを1/2倍した2.65Vと一致するはずである。そのため、ADC121の読み取り値を2倍した値は、第2目標電圧である5.3と一致するはずである。
一方、第1電源回路15が正常に動作している状態において、第2電源回路16の出力電圧が5.3Vよりも低下している場合には、モニタ電圧も低下するため、ADC121の読み取り値は2.65Vよりも低い値となる。例えば、第2出力電圧V2が5.0Vまで低下している場合、ADC121の読み取り値は2.5Vとなる。その結果、読み取り値を2倍した値は第2目標電圧である5.3Vよりも低い値(具体的には5.0V)となる。
第2電源監視部F2は、ADC121の読み取り値を2倍した値が、所定のモニタ電圧下限値よりも高い場合に、第2電源回路16が異常動作(具体的には出力低下)していると判定する。モニタ電圧下限値としての具体的な値は、第2目標電圧よりも低い範囲において適宜設計されれば良い。ここでは一例としてモニタ電圧下限値は、5.0Vに設定されているものとする。もちろん、モニタ電圧下限値は、4.9Vや4.7Vなどであっても良い。第2目標電圧から所定の裕度を減算した値とすればよい。なお、第2電源監視部F2は、第1電圧監視部151cや第1電源監視部F1によって第1電源回路15の異常動作が検出された以降においては、動作を停止するものとする。第1電源回路15が異常動作している場合には、5V以外の電圧が基準電圧入力端子Ps2に入力されるためである。
フェールセーフ処理部F3は、第1電圧監視部151c及び第1電源監視部F1の少なくとも何れか一方が第1電源回路15の異常動作を検出した場合に、所定のフェールセーフ処理を実行する。
例えばフェールセーフ処理部F3は、フェールセーフ処理として、スロットルモータ32の駆動を停止させることによって、エンジンの動作を退避走行モードへと移行させる。退避走行モードは、エンジンの出力トルクを所定の抑制レベル以下に制限する動作モードである。退避走行モードによって、ユーザは車両を安全な場所まで走行させることができる。なお、サブマイコン12が駆動回路を介してスロットルモータ32と接続されている場合は、当該駆動回路の出力を遮断することで退避走行を実現してもよい。
また、フェールセーフ処理部F3は、フェールセーフ処理として、当該ECU1に不具合が生じたことをLAN7に接続している他のECUに通知する。その他、フェールセーフ処理部F3は、フェールセーフ処理として、警告灯6を点灯させてもよい。警告灯6を点灯させることにより、ユーザに対してECU1に不具合が生じたことを通知できる。フェールセーフ処理としてはその他、第1電源回路15に異常が生じた時の状況を示す情報(例えば日時等)を書き換え可能な不揮発性メモリ122に記録してもよい。
なお、本実施形態の構成によれば、第1電圧監視部151cの検出結果は、サブマイコン12には入力されない。しかしながら、第1電圧監視部151cが第1電源回路15の異常動作を検出した場合にはメインマイコン11の動作が停止する。そのため、フェールセーフ処理部F3は、メインマイコン11の動作が停止したことに基づいて、第1電圧監視部151cが第1電源回路15の異常動作を検出したことを認識することができる。なお、他の態様としてフェールセーフ処理部F3は第1電圧監視部151cの検出結果を取得できるように構成してもよい。
その他、サブマイコン12は、IGSW8がオフとなった場合には、所定のシャットダウン処理を実行する。例えばサブマイコン12は、シャットダウン処理として、次回起動時に必要なデータを不揮発性メモリ122に書き込んだり、RAMをクリアしたりする。
また、サブマイコン12は、第2電源監視部F2が第2電源回路16の異常動作を検出した場合には、第2電源回路16が正常に動作しないことを示すデータ(以降、第2電源異常データ)を、不揮発性メモリ122に記録する。第2電源異常データは、発生日時を示すデータを含んでいることが好ましい。
このように不揮発性メモリ122に第2電源異常データを保存することによって、車両(特にECU1)のメンテナンス等に役立てることができる。なお、サブマイコン12は、第2電源監視部F2が第2電源回路16の異常動作を検出した場合、第2電源回路16に不具合が生じたことを他の当該ECU1に対して通知してもよい。また、警告灯6を点灯させてもよい。
さらにサブマイコン12は、IGSW8がオンとなってからオフになるまで、第2電源監視部F2によって第2電源回路16の異常動作が検出されなかった場合には、第2電源回路16が正常に動作することを示すデータ(以降、第2電源正常データ)を不揮発性メモリ122に記録してもよい。なお、仮に不揮発性メモリ122に第2電源正常データを保存するように構成する場合には、サブマイコン12は、起動時に初期化処理の一環として不揮発性メモリ122に保存されている第2電源正常データをクリア(換言すれば削除)することが好ましい。
本実施形態におけるサブマイコン12はメインマイコン11に比べて実行すべき演算処理が少なく設計されている。そのため、サブマイコン12の駆動に必要な電流は、メインマイコン11の駆動に必要な電流よりも少ない。また、第1電源故障時にはメインマイコン11は動作を停止するため、電流を消費しない。よって、第2電源回路16の電流供給能力を第1電源回路15の電流供給能力よりも低く設計することができる。
<第1電源回路15故障時の作動について>
次に図7に示すタイムチャートを用いてECU1が起動時、及び、第1出力電圧V1が第1電圧下限値以下となった時の、各構成要素の作動について説明する。図7に示すT10は、IGSW8がオンとなったタイミングを表しており、T12は、第1出力電圧V1が第1電圧下限値以下となったタイミングを表している。
図7中の(A)はIG電源ラインの印加電圧、換言すればIGSW8のオン/オフ状態を表している。(B)、(C)は、第1電源回路15、第2電源回路16の出力電圧を表しており、(D)は内部電源ラインLnに印加されている電圧、換言すれば各マイコンに入力されている電圧を表している。(E)、(F)は、第1電圧監視部151c、第2電圧監視部161bの出力レベルを表している。(G)、(H)はメインマイコン11、サブマイコン12の動作状態を表している。
まずは、ECU1の起動時の各構成要素の作動について説明する。ECU1はIGSW8がオンとなった場合に起動する。図7に示すように時刻T10においてIGSW8がオンに設定されると、第1電源回路15及び第2電源回路16が起動し、それぞれ所定の目標電圧を出力し始める。すなわち、第1電源回路15は第1目標電圧としての5.0Vを出力するとともに、第2電源回路16は第2目標電圧としての5.3Vを出力する。
前述の通り、第2実効電圧は、正常に動作している第1電源回路15の出力電圧よりも低い。そのため、第1電源回路15が正常に動作している場合、内部電源ラインLnには(D)に示すように第1電源回路15が生成する5Vが印加される。第1電源回路15や第2電源回路16の立ち上がりに伴って、メインマイコン11及びサブマイコン12は起動する。第1電源回路15が正常に動作している場合(つまり健全である場合)、メインマイコン11とサブマイコン12の両方が動作する。
また、時刻T12において第1出力電圧V1が第1電圧下限値以下となった場合、(E)に示すように、第1電圧監視部151cがリセット信号としてのハイレベル信号を出力し始める。そのため、時刻T12以降において、メインマイコン11はリセット状態が保持され、実質的に動作を停止する。
また、第1出力電圧V1が4.6V未満まで低下した場合には、ダイオード17が通電し、第2電源回路16が生成する電力が内部電源ラインLnに供給され始める。これにより、内部電源ラインLnには、実効第2電圧が印加された状態が維持される。
つまり、第1電源回路15に出力低下故障が生じた場合、メインマイコン11は第1電圧監視部151cが出力するリセット信号によって動作を停止する一方、サブマイコン12は第2電源回路16が提供する電力によって動作を継続する。フェールセーフ処理部F3は、メインマイコン11の動作が停止したことに基づいて、第1電源回路15の異常動作を認識し、フェールセーフ処理を実行する。
また、本実施形態では第1電源回路15の故障時にはメインマイコン11にリセット信号を入力した状態を維持することによって、実質的にメインマイコン11の動作を停止される。つまり、第1電源回路15の異常検出以降においては、ECU1内において電力を必要とする構成が減る。
そのため、第2電源回路16の電流供給能力を第1電源回路15の電流供給能力よりも低く設計することができる。当然、電流供給能力を低下させるほど、第2電源回路16をより安価に実現することができる。上記構成によれば、第2電源回路16をより安価に実現することができる。
特に、本実施形態のサブマイコン12はメインマイコン11に比べて実行すべき演算処理が少なくなるように設計されているため、消費電流もまた、メインマイコン11よりも少ない。よって、第2電源回路16の電流供給能力をより一層低減でき、より安価に第2電源回路16を実現することができる。なお、第1電源回路15の故障に起因してメインマイコン11が停止しても、種々のフェールセーフ処理はサブマイコン12によって実行されるため、従来と同様の安全性を担保することができる。
<第2電源回路16故障時の作動について>
次に図8に示すフローチャートを用いて、ECU1動作中に、第2電源回路16に出力電圧が第1電圧下限値以下へと低下するパターンの故障(つまり出力低下故障)が生じた場合の、各構成要素の作動について説明する。図8に示すT20は、第2出力電圧V2が5.0Vまで低下したタイミングを表している。図8中の(A)〜(H)は、図7における(A)〜(H)と同様の構成要素の作動を表している。
本実施形態の構成によれば、第1電源回路15が健全である場合、内部電源ラインLnには第1電源回路15が生成している電圧が印加されている。そのため、第2電源回路16に出力低下故障が生じた場合であっても、(D)に示すように内部電源ラインLnには第1目標電圧としての5.0が印加された状態が維持される。
その結果、第2電源回路16に生じた出力低下故障は、第1電圧監視部151cや第1電源監視部F1によっては検出されない。つまり、第2電源回路が故障しても、その故障によってフェールセーフ処理が実行されることはない。故に、電源回路の故障に伴うフェールセーフ処理の実行頻度を低減することができる。
なお、時刻T20において第2出力電圧V2が5.0V以下となった場合、第2電源監視部F2が、当該電圧挙動を第2電源回路16の異常動作として検出する。その結果、不揮発性メモリ122には、第2電源異常データが記録される。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
なお、前述の実施形態で述べた部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した実施形態の構成を適用することができる。
[変形例1]
第1電圧監視部151cは、監視対象とする電圧(つまり第1出力電圧V1)がマイコン動作電圧の上限値以上となった場合にリセット信号を出力するように構成されていても良い。第2電圧監視部161bも同様に、内部電源ラインLnに印加されている電圧がマイコン動作電圧の上限値以上となった場合にリセット信号を出力するように構成されていても良い。
[変形例2]
サブマイコン12は、メインマイコン11との通信によって、メインマイコン11の動作を停止させることができるように構成されていることが好ましい。例えば、サブマイコン12は、メインマイコン11にリセット信号を入力可能に構成されていることが好ましい。そのような構成によれば、第1電源監視部F1が第1電源回路15の異常動作を検出した場合には、メインマイコン11の動作を停止させる制御信号をメインマイコン11に出力し、メインマイコン11を停止させることができる。
[変形例3]
フェールセーフ処理部F3は、メインマイコン11が備えていても良い。また、メインマイコン11とサブマイコン12のそれぞれがフェールセーフ処理部F3に相当とする機能を備えていてもよい。メインマイコン11が実行するフェールセーフ処理の内容と、サブマイコン12が実行するフェールセール処理の内容は同一であってもよいし、異なるものであってもよい。フェールセーフ処理の具体的な内容や、フェールセーフ処理を実行する条件は適宜設計されればよい。
[変形例4]
上述した実施形態では、サブマイコン12は、退避走行などの限定的な車両制御機能のみを備えるものとしたが、これに限らない。サブマイコン12は、メインマイコン11と同様の制御機能を提供するものであってもよい。
[変形例5]
以上では、請求項に記載の異常検出部として、第1電圧監視部151cと第1電源監視部F1の2つの構成を備える態様を開示したが、これに限らない。第1電圧監視部151cと第1電源監視部F1の何れか一方のみを備える構成を採用しても良い。また、第2電源監視部F2は任意の要素である。
1 ECU(電子制御装置)、2 車載バッテリ、3 電子スロットル、8 イグニッションスイッチ、11 メインマイコン、12 サブマイコン、13 第1通信ドライバ、14 第2通信ドライバ、15 第1電源回路、16 第2電源回路、17 ダイオード(逆流阻止部)、18 分圧部、121 ADC(アナログデジタル変換部)、122 不揮発性メモリ、151c 第1電圧監視部(異常検出部)、161b 第2電圧監視部、F1 第1電源監視部(異常検出部)、F2 第2電源監視部、F3 フェールセーフ処理部、Ln 内部電源ライン、Ps3 アナログ入力端子(モニタ電圧入力端子)

Claims (7)

  1. 車両に搭載されたセンサから入力されるデータに基づいて前記車両に搭載されている所定のアクチュエータの動作を制御するマイクロコンピュータであって、所定の動作電圧範囲が設定されている制御マイコン(11、12)と、
    前記制御マイコンに電力を供給する電源回路として、前記車両に搭載されている電源装置から供給される電圧を前記動作電圧範囲に含まれる所定の第1電圧に変換し、前記制御マイコンに電力を供給するための電源ラインである内部電源ライン(Ln)に出力する第1電源回路(15)と、
    前記内部電源ラインに印加されている電圧に基づいて前記電源回路の異常動作を検出する異常検出部(151c、F1)と、
    前記電源回路として、前記電源装置から供給される電圧を所定の第2電圧に変換して出力する第2電源回路(16)と、
    前記異常検出部が前記電源回路の異常動作を検出した場合に所定のフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ処理部(F3)と、を備え、
    前記第2電源回路が前記第2電圧を出力する第2電圧出力端子は、逆流阻止部を介して前記内部電源ラインと接続されており、
    前記逆流阻止部は、前記第2電源回路から前記内部電源ラインへと向かう方向には電流を流す一方、前記内部電源ラインから前記第2電源回路へと向かう方向には電流を流さず、かつ、通電時には所定量の電圧降下を生じさせるものであり、
    前記第2電圧は、前記第2電圧から前記逆流阻止部による電圧降下分を減算した電圧値が、前記第1電圧よりも低く、かつ、前記動作電圧範囲の下限値よりも高い第3電圧となるように設定されていることを特徴とする電子制御装置。
  2. 請求項1において、
    前記制御マイコンは、
    前記第2電圧出力端子の出力電圧に応じた電圧が入力されるモニタ電圧入力端子(Ps3)と、
    前記モニタ電圧入力端子に入力されている電圧が所定のモニタ電圧下限値よりも低い場合に、前記第2電源回路が異常動作していると判定する第2電源監視部(F2)と、を備えることを特徴とする電子制御装置。
  3. 請求項2において、
    不揮発性の書き換え可能な記憶媒体である不揮発性メモリ(122)を備え、
    前記不揮発性メモリには、前記第2電源回路が異常動作していると前記第2電源監視部が判定した場合には、前記第2電源回路が正常に動作しないことを示すデータが記録されることを特徴とする電子制御装置。
  4. 請求項1から3の何れか1項において、
    前記制御マイコンは、
    前記第2電圧出力端子の出力電圧に応じた電圧が入力されるモニタ電圧入力端子(Ps3)と、
    前記内部電源ラインに印加されている電圧を基準として、前記モニタ電圧入力端子に入力されている電圧をデジタル値に変換するアナログデジタル変換部(121)と、を備え、
    さらに前記制御マイコンは、前記異常検出部として、前記アナログデジタル変換部の変換結果に基づいて前記第2電圧出力端子の出力電圧を特定し、その特定した出力電圧が所定のモニタ電圧上限値よりも高い場合に、前記第1電源回路が異常動作していると判定する第1電源監視部を備えることを特徴とする電子制御装置。
  5. 請求項4において、
    前記制御マイコンとして第1マイコンと第2マイコンを備え、
    前記第1マイコンと前記第2マイコンは双方向通信可能に構成されており、
    前記第2マイコンが、前記フェールセーフ処理部、前記モニタ電圧入力端子、前記アナログデジタル変換部、及び前記第1電源監視部を備え、
    前記第2マイコンは、前記第1電源監視部によって前記第1電源回路が異常動作していると判定されている場合には、前記第1マイコンとの通信によって前記第1マイコンの動作を停止させることを特徴とする電子制御装置。
  6. 請求項1から4の何れか1項において、
    前記制御マイコンとして第1マイコンと第2マイコンを備え、
    前記第2マイコンが前記フェールセーフ処理部を備え、
    前記内部電源ラインに印加されている電圧が、前記第1電圧よりも低く、かつ、前記第3電圧よりも高い所定の第1電圧下限値よりも低下していることを、前記電源回路の異常動作として検出する第1電圧監視部を備え、
    前記異常検出部によって前記第1電源回路が異常動作していると判定されている場合には前記第1マイコンの動作を停止するように構成されていることを特徴とする電子制御装置。
  7. 請求項1から6の何れか1項において、
    前記逆流阻止部は、ダイオードであることを特徴とする電子制御装置。
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