JP7475250B2

JP7475250B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP7475250B2
Application number: JP2020164327A
Authority: JP
Inventors: 功史小川; 大顕加藤; 賢吾野村
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2024-04-26
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP2022056530A

Description

本発明は、制御装置に関する。

車載用の制御装置は、昇圧回路や燃料噴射弁の駆動回路などに用いられている複数のスイッチング素子を駆動するドライバＩＣと、それらの複数のスイッチング素子の故障を検知するマイコンなどの制御ＩＣと、を備える（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－３４８４６６号公報

制御ＩＣは、複数のＩ/Ｏピンが、故障検知の対象となるスイッチング素子の制御端子にそれぞれ接続されており、その制御端子に入力される駆動信号の電圧レベルに基づいて、故障検知の対象となる複数のスイッチング素子の故障の有無を判定している。ただし、故障検知の対象となるスイッチング素子の数が増加すると、制御ＩＣのＩ/Ｏピンの数を増加させる必要がある。その結果、Ｉ/Ｏピンの数が多い制御ＩＣへの変更が必要となり、基板の再設計や制御ＩＣの部品の再選定などといった作業が発生してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、故障検知の対象となるスイッチング素子の数が増加しても、制御ＩＣのＩ/Ｏピンの数の増加を抑制することができる制御装置を提供することである。

（１）本発明の一態様は、複数のスイッチング素子を駆動する複数の駆動信号を検出することで前記スイッチング素子の故障を検知する制御ＩＣを備えた制御装置であって、前記制御ＩＣへ前記駆動信号が選択的に出力されることを特徴とする制御装置である。

（２）上記（１）の制御装置であって、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対して複数の駆動信号を出力するドライバＩＣを備え、前記ドライバＩＣは、前記複数の駆動信号のうち、一つ以上の前記駆動信号を選択的に前記制御ＩＣに出力してもよい。

（３）上記（２）の制御装置であって、前記ドライバＩＣは、前記制御ＩＣに対してｎ個の信号を一度に送信可能であり、前記ドライバＩＣは、前記複数の駆動信号のうち、前記制御ＩＣに対して一度に送信する複数の駆動信号が規定された情報であるパターン情報を複数有し、複数のパターン情報のいずれかに基づいて、ｎ以下のｍ個の駆動信号を出力してもよい。

（４）上記（１）から上記（３）のいずれかの制御装置であって、弁座と離間又は当接して燃料通路を開閉する弁体を開閉駆動するソレノイドコイルを駆動ための昇圧電圧を生成する昇圧回路と、前記ソレノイドコイルを駆動する燃料噴射弁駆動回路と、燃料タンク内の燃料を吸引又は吐出可能な燃料ポンプを駆動する燃料ポンプ駆動回路と、を有し、前記複数のスイッチング素子は、前記昇圧回路、前記燃料噴射弁駆動回路及び前記燃料ポンプ駆動回路の少なくともいずれかの回路に用いられてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、故障検知の対象となるスイッチング素子の数が増加しても、制御ＩＣのＩ/Ｏピンの数の増加を抑制することができる。

本実施形態に係る制御装置１の概略構成の一例を示す図である。本実施形態のドライバＩＣ４０のレジスタ設定と、パターン情報との関係を示す図である。

以下、本実施形態に係る制御装置を、図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る制御装置１の概略構成の一例を示す図である。制御装置１は、車両に搭載される。車両とは、四輪車であってもよいし、二輪車であってもよい。図１に示すように、制御装置１は、昇圧回路１０、燃料噴射弁駆動回路２０、燃料ポンプ駆動回路３０、ドライバＩＣ４０及び制御ＩＣ５０を備える。

昇圧回路１０は、車両に搭載されているバッテリＢの電圧（以下、「バッテリ電圧」）Ｖｂを昇圧する。昇圧回路１０は、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧し、その昇圧した電圧である昇圧電圧Ｖｓを出力する。

燃料噴射弁駆動回路２０は、車両に搭載されている燃料噴射弁Ｌに通電することで、燃料噴射弁Ｌを駆動する。燃料噴射弁Ｌは、開弁することで車両に搭載された内燃機関に燃料を噴射する装置である。この燃料噴射弁Ｌは、弁座と離間又は当接して燃料通路を開閉する弁体を開閉駆動するソレノイドコイルを有する。例えば、車両のエンジンが４気筒である場合には、各気筒に燃料噴射弁Ｌ１～Ｌ４が設けられる。そのため、この場合には、燃料噴射弁駆動回路２０は、４つの燃料噴射弁Ｌ１～Ｌ４のそれぞれを駆動する。

燃料ポンプ駆動回路３０は、車両に搭載されている燃料タンク内の燃料を吸引又は吐出可能な燃料ポンプを駆動する。例えば、燃料ポンプは、燃料タンク内の燃料を吸引し、各燃料噴射弁Ｌに圧送する。

以下において、本実施形態の昇圧回路１０の構成の一例を説明する。昇圧回路１０は、シャント抵抗器１１、昇圧コイル１２、一対のスイッチング素子１３，１４、コンデンサ１５及び昇圧電圧検出回路１６を備える。

シャント抵抗器１１は、昇圧コイル１２に流れる電流を検出するための抵抗器である。シャント抵抗器１１は、バッテリＢと昇圧コイル１２の一端との間に接続されている。

昇圧コイル１２は、一端がシャント抵抗器１１に接続され、他端が一対のスイッチング素子１３，１４に接続されている。

スイッチング素子１３，１４は、ＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１３，１４のそれぞれには、ダイオードが並列に接続されている。スイッチング素子１３は、ドレイン端子が昇圧コイル１２の他端に接続され、ソース端子が基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。また、スイッチング素子１３のゲート端子は、ドライバＩＣ４０に接続されている。スイッチング素子１４は、ソース端子が昇圧コイル１２の他端に接続され、ドレイン端子がコンデンサ１５に接続されている。また、スイッチング素子１４のゲート端子は、ドライバＩＣ４０に接続されている。コンデンサ１５は、いわゆる平滑コンデンサである。

昇圧電圧検出回路１６は、昇圧電圧Ｖｓを検出する。昇圧電圧検出回路１６は、昇圧電圧Ｖｓを抵抗分圧し、抵抗分圧した電圧をドライバＩＣ４０に出力する。

以下において、本実施形態の燃料噴射弁駆動回路２０の構成の一例を説明する。燃料噴射弁駆動回路２０は、スイッチング素子２１，２２、複数のスイッチング素子２００－１～２００－４、ダイオード２１０－１～２１０－４、シャント抵抗器２３及びダイオード２４，２５を備える。

スイッチング素子２１，２２は、ＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子２１，２２のそれぞれには、ダイオードが並列に接続されている。スイッチング素子２１は、ドレイン端子が昇圧回路１０の出力端子（コンデンサ１５の一端）に接続され、ソース端子が燃料噴射弁Ｌ１～Ｌ４のそれぞれの一端に接続されている。スイッチング素子２１のゲート端子は、ドライバＩＣ４０に接続されている。スイッチング素子２２は、ドレイン端子がダイオード２４を介してバッテリＢに接続され、ソース端子が燃料噴射弁Ｌ１～Ｌ４のそれぞれの一端に接続されている。スイッチング素子２２のゲート端子は、ドライバＩＣ４０に接続されている。

複数のスイッチング素子２００－１～２００－４は、燃料噴射弁Ｌのそれぞれに対応して設けられている。スイッチング素子２００－１～２００－４は、ＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子２００－１は、ドレイン端子が燃料噴射弁Ｌ１の他端に接続され、ソース端子がシャント抵抗器２３を介してＧＮＤに接続されている。スイッチング素子２００－２は、ドレイン端子が燃料噴射弁Ｌ２の他端に接続され、ソース端子がシャント抵抗器２３を介してＧＮＤに接続されている。スイッチング素子２００－３は、ドレイン端子が燃料噴射弁Ｌ３の他端に接続され、ソース端子がシャント抵抗器２３を介してＧＮＤに接続されている。スイッチング素子２００－４は、ドレイン端子が燃料噴射弁Ｌ４の他端に接続され、ソース端子がシャント抵抗器２３を介してＧＮＤに接続されている。スイッチング素子２００－１～２００－４の各ゲート端子は、ドライバＩＣ４０に接続されている。

ダイオード２１０－１～２１０－４は、燃料噴射弁Ｌのそれぞれに対応して設けられている。ダイオード２１０－１は、アノードが燃料噴射弁Ｌ１の他端に接続され、カソードが昇圧回路１０の出力端子に接続されている。ダイオード２１０－２は、アノードが燃料噴射弁Ｌ２の他端に接続され、カソードが昇圧回路１０の出力端子に接続されている。ダイオード２１０－３は、アノードが燃料噴射弁Ｌ３の他端に接続され、カソードが昇圧回路１０の出力端子に接続されている。ダイオード２１０－４は、アノードが燃料噴射弁Ｌ４の他端に接続され、カソードが昇圧回路１０の出力端子に接続されている。

ダイオード２５は、燃料噴射弁Ｌ１～Ｌ４のそれぞれに設けられているソレノイドコイルの逆起電力に起因する回生電流を、ＧＮＤを介して当該ソレノイドコイルに還流させる。

以下において、本実施形態の燃料ポンプ駆動回路３０の構成の一例を説明する。燃料ポンプ駆動回路３０は、スイッチング素子３１，３２、ダイオード３３，３４及びシャント抵抗器３５を備える。

スイッチング素子３１，３２は、ＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子３１は、ドレイン端子がバッテリＢに接続され、ソース端子が燃料ポンプＰの一端に接続されている。スイッチング素子３１のゲート端子は、ドライバＩＣ４０に接続されている。スイッチング素子３２は、ドレイン端子が燃料ポンプＰの他端に接続され、ソース端子がシャント抵抗器３５を介してＧＮＤに接続されている。スイッチング素子３２のゲート端子は、ドライバＩＣ４０に接続されている。

ダイオード３３は、アノードが燃料ポンプＰの他端に接続され、カソードが昇圧回路１０の出力端子に接続されている。ダイオード３４は、燃料ポンプＰに設けられているソレノイドコイルの逆起電力に起因する回生電流を、ＧＮＤを介して当該ソレノイドコイルに還流させる。

ドライバＩＣ４０は、複数のスイッチング素子のそれぞれに対して複数の駆動信号を出力する。例えば、駆動信号は、ゲート信号である。例えば、駆動信号は、ハイレベル（Ｈｉレベル）の信号とロウレベル（Ｌｏレベル）の信号のいずれかである。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子１３に第１の駆動信号を出力することで、スイッチング素子１３をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子１４に第２の駆動信号を出力することで、スイッチング素子１４をオン状態又はオフ状態に制御する。例えば、ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子１３をオン状態に制御することで昇圧コイル１２にエネルギーを蓄積する。そして、ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子１３をオフ状態に制御することで、昇圧コイル１２に蓄積されたエネルギーを、オン状態に制御したスイッチング素子１４を介してコンデンサ１５に供給することでバッテリ電圧Ｖｂを昇圧する。ここで、ドライバＩＣ４０は、シャント抵抗器１１の両端の電位差を検出することで、昇圧コイル１２に流れる電流（第１センサ信号）を検出する。また、ドライバＩＣ４０は、昇圧電圧検出回路１６からの信号に基づいて昇圧電圧Ｖｓを検出する。

ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２１に第３の駆動信号を出力することで、スイッチング素子２１をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２２に第４の駆動信号を出力することで、スイッチング素子２２をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２００－１に第５の駆動信号を出力することで、スイッチング素子２００－１をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２００－２に第６の駆動信号を出力することで、スイッチング素子２００－２をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２００－３に第７の駆動信号を出力することで、スイッチング素子２００－３をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２００－４に第８の駆動信号を出力することで、スイッチング素子２００－４をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２１，２２及びスイッチング素子２００－１～２００－４のそれぞれのゲート端子に駆動信号を出力することで、燃料噴射弁Ｌ１～Ｌ４の開弁を制御する。

例えば、燃料噴射弁Ｌ１を開弁させる場合には、ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子２１及びスイッチング素子２００－１をオン状態に制御することで、昇圧電圧Ｖｓを燃料噴射弁Ｌ１（ソレノイドコイル）に供給する。ここで、燃料噴射弁Ｌ１を開弁させる場合において、バッテリ電圧Ｖｂよりも高い電圧の昇圧電圧Ｖｓを用いるのは、駆動電流の立ち上がりを高速化させて燃料噴射弁Ｌの開弁動作を高速化するためである。ドライバＩＣ４０は、燃料噴射弁Ｌ１が開弁すると、スイッチング素子２１をオフ状態に制御して、スイッチング素子２２をオン状態に制御することでバッテリ電圧Ｖｂを燃料噴射弁Ｌに供給する。これにより、燃料噴射弁Ｌの開弁状態が保持される。

ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子３１に第９の駆動信号を出力することで、スイッチング素子３１をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子３２に第１０の駆動信号を出力することで、スイッチング素子３２をオン状態又はオフ状態に制御する。ドライバＩＣ４０は、スイッチング素子３１及びスイッチング素子３２のそれぞれのゲート端子に駆動信号を出力することで、燃料ポンプＰの駆動を制御する。ドライバＩＣ４０は、シャント抵抗器３５に流れる電流（第２センサ信号）を検出する。

ドライバＩＣ４０は、制御ＩＣ５０に対してｎ個の信号（以下、「モニター信号」という。）を一度に送信可能である。本実施形態では、ｎ＝４である。すなわち、ドライバＩＣ４０は、４つのモニター信号（第１モニター信号ＭＯＮＩ１、第２モニター信号ＭＯＮＩ２、第３モニター信号ＭＯＮＩ３及び第４モニター信号ＭＯＮＩ４）を出力可能である。換言すれば、ドライバＩＣ４０は、制御ＩＣ５０の４つのＩ/Ｏピンのそれぞれに接続されている。ただし、これに限定されず、ｎは、４に限定されず、１以上の整数であればよい。ドライバＩＣ４０は、複数の駆動信号（第１の駆動信号から第１０の駆動信号）のうち、制御ＩＣ５０に対して一度に送信する複数の駆動信号が規定された情報であるパターン情報を複数有している。例えば、ドライバＩＣ４０は、レジスタを有している。そして、ドライバＩＣ４０は、このレジスタにおいて設定されている設定値に基づいて、複数のパターン情報のいずれかのパターン情報を選択し、選択したパターン状態に基づいて、ｍ個の駆動信号を出力する。ｍは、ｎ以下の整数であればよい。

図２は、本実施形態のドライバＩＣ４０のレジスタ設定と、パターン情報との関係を示す図である。例えば、ドライバＩＣ４０のレジスタに設定されている設定値が「０００」である場合には、ドライバＩＣ４０は、複数のパターン情報にうち、第１のパターン情報に従って第１モニター信号ＭＯＮＩ１、第２モニター信号ＭＯＮＩ２、第３モニター信号ＭＯＮＩ３及び第４モニター信号ＭＯＮＩ４を出力する。第１のパターン情報とは、第１モニター信号ＭＯＮＩ１がスイッチング素子２１の駆動信号（第３の駆動信号）であり、第２モニター信号ＭＯＮＩ２がスイッチング素子２２の駆動信号（第４の駆動信号）であり、第３モニター信号ＭＯＮＩ３がスイッチング素子２００－１の駆動信号（第５の駆動信号）であり、第４モニター信号ＭＯＮＩ４がスイッチング素子２００－２の駆動信号（第６の駆動信号）であることを示す。このように、例えば、ドライバＩＣ４０のレジスタに設定されている設定値が「０００」である場合には、ドライバＩＣ４０は、複数の駆動信号（第１の駆動信号から第１０の駆動信号）のうち、燃料噴射弁駆動回路２０に含まれるスイッチング素子の駆動信号をｍ（例えば、ｍ＝４）個のモニター信号として制御ＩＣ５０に出力する。

例えば、ドライバＩＣ４０のレジスタに設定されている設定値が「００１」である場合には、ドライバＩＣ４０は、第２のパターン情報に従って第１モニター信号ＭＯＮＩ１、第２モニター信号ＭＯＮＩ２、第３モニター信号ＭＯＮＩ３及び第４モニター信号ＭＯＮＩ４を出力する。第２のパターン情報とは、第１モニター信号ＭＯＮＩ１がＬｏレベルに固定された信号であり、第２モニター信号ＭＯＮＩ２がスイッチング素子３１の駆動信号（第９の駆動信号）であり、第３モニター信号ＭＯＮＩ３がスイッチング素子３２の駆動信号（第１０の駆動信号）であり、第４モニター信号ＭＯＮＩ４がシャント抵抗器３５に流れた電流値を示すセンサ信号（第１センサ信号）であることを示す。このように、例えば、ドライバＩＣ４０のレジスタに設定されている設定値が「００１」である場合には、ドライバＩＣ４０は、複数の駆動信号（第１の駆動信号から第１０の駆動信号）のうち、燃料ポンプ駆動回路３０に含まれるスイッチング素子の駆動信号をｍ（例えば、ｍ＝３）個のモニター信号として制御ＩＣ５０に出力する。

例えば、ドライバＩＣ４０のレジスタに設定されている設定値が「００２」である場合には、ドライバＩＣ４０は、第３のパターン情報に従って第１モニター信号ＭＯＮＩ１、第２モニター信号ＭＯＮＩ２、第３モニター信号ＭＯＮＩ３及び第４モニター信号ＭＯＮＩ４を出力する。第３のパターン情報とは、第１モニター信号ＭＯＮＩ１がＬｏレベルに固定された信号であり、第２モニター信号ＭＯＮＩ２がスイッチング素子１４の駆動信号（第２の駆動信号）であり、第３モニター信号ＭＯＮＩ３がスイッチング素子１３の駆動信号（第１の駆動信号）であり、第４モニター信号ＭＯＮＩ４がシャント抵抗器１１に流れた昇圧電流を示すセンサ信号（第２センサ信号）であることを示す。このように、例えば、ドライバＩＣ４０のレジスタに設定されている設定値が「００２」である場合には、ドライバＩＣ４０は、複数の駆動信号（第１の駆動信号から第１０の駆動信号）のうち、昇圧回路１０に含まれるスイッチング素子の駆動信号をｍ（例えば、ｍ＝３）個のモニター信号として制御ＩＣ５０に出力する。

制御ＩＣ５０は、複数のスイッチング素子を駆動する複数の駆動信号を、ドライバＩＣ４０を介して検出することで当該スイッチング素子の故障を検知する。本実施形態では、制御ＩＣ５０は、４つのＩ/Ｏピン６０ａ～６０ｄを有している。Ｉ/Ｏピン６０ａ～６０ｄは、信号線を介してドライバＩＣ４０にそれぞれ接続されている。例えば、制御ＩＣ５０は、ドライバＩＣ４０と通信し、ドライバＩＣ４０のレジスタに対して設定値「０００」を設定する。そして、制御ＩＣ５０は、Ｉ/Ｏピン６０ａ～６０ｄに入力された駆動信号の電圧レベルに基づいて、スイッチング素子２１、スイッチング素子２２、スイッチング素子２００－１及びスイッチング素子２００－２の故障の有無を検知する。

例えば、制御ＩＣ５０は、ドライバＩＣ４０と通信し、ドライバＩＣ４０のレジスタに対して設定値「００１」を設定する。そして、制御ＩＣ５０は、Ｉ/Ｏピン６０ａ～６０ｄに入力された駆動信号の電圧レベルに基づいて、スイッチング素子３１及びスイッチング素子３２の故障の有無を検知する。

例えば、制御ＩＣ５０は、ドライバＩＣ４０と通信し、ドライバＩＣ４０のレジスタに対して設定値「００２」を設定する。そして、制御ＩＣ５０は、Ｉ/Ｏピン６０ａ～６０ｄに入力された駆動信号の電圧レベルに基づいて、スイッチング素子１３及びスイッチング素子１４の故障の有無を検知する。

本実施形態の制御装置１は、複数のスイッチング素子を駆動する複数の駆動信号を検出することでスイッチング素子の故障を検知する制御ＩＣ５０を備えている。そして、制御装置１では、制御ＩＣ５０へ駆動信号が選択的に出力される。これにより、故障検知の対象となるスイッチング素子の数が増加しても、制御ＩＣのＩ/Ｏピンの数の増加を抑制することができる。

制御装置１は、複数のスイッチング素子のそれぞれに対して複数の駆動信号を出力するドライバＩＣ４０を備えてもよい。ドライバＩＣ４０は、複数の駆動信号のうち、一つ以上の駆動信号を選択的に制御ＩＣ５０に出力してもよい。

ドライバＩＣ４０は、制御ＩＣ５０に対してｎ個の信号を一度に送信可能である。ドライバＩＣ４０は、複数の駆動信号のうち、制御ＩＣ５０に対して一度に送信する複数の駆動信号が規定された情報であるパターン情報を複数有し、複数のパターン情報のいずれかに基づいて、ｎ以下のｍ個の駆動信号を出力してもよい。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「備える」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…制御装置、１０…昇圧回路、２０…燃料噴射弁駆動回路、３０…燃料ポンプ駆動回路、４０…ドライバＩＣ、５０…制御ＩＣ

Claims

複数のスイッチング素子を駆動する複数の駆動信号を検出することで前記スイッチング素子の故障を検知する制御ＩＣを備えた制御装置であって、
前記制御ＩＣへ前記駆動信号が選択的に出力され、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対して複数の駆動信号を出力するドライバＩＣを備え、
前記ドライバＩＣは、前記複数の駆動信号のうち、一つ以上の前記駆動信号を選択的に前記制御ＩＣに出力し、
前記ドライバＩＣは、前記制御ＩＣに対してｎ個の信号を一度に送信可能であり、
前記ドライバＩＣは、前記複数の駆動信号のうち、前記制御ＩＣに対して一度に送信する複数の駆動信号が規定された情報であるパターン情報を複数有し、複数のパターン情報のいずれかに基づいて、ｎ以下のｍ個の駆動信号を出力する
ことを特徴とする制御装置。
弁座と離間又は当接して燃料通路を開閉する弁体を開閉駆動するソレノイドコイルを駆動ための昇圧電圧を生成する昇圧回路と、
前記ソレノイドコイルを駆動する燃料噴射弁駆動回路と、
燃料タンク内の燃料を吸引又は吐出可能な燃料ポンプを駆動する燃料ポンプ駆動回路と、
を有し、
前記複数のスイッチング素子は、前記昇圧回路、前記燃料噴射弁駆動回路及び前記燃料ポンプ駆動回路の少なくともいずれかの回路に用いられている、
請求項１記載の制御装置。