JP5640950B2

JP5640950B2 - 車両用制御装置

Info

Publication number: JP5640950B2
Application number: JP2011238901A
Authority: JP
Inventors: 内田　哲也; 内田　　哲也
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: US20130106174A1; DE102012110281A1; JP2013095238A; US9328711B2; CN103085733A

Description

本発明は、二つの電源ラインを備える車両用制御装置に関する。

環境への影響を考慮して、車両において、停止信号等でエンジンを停止し、再始動するアイドルストップが実用化されている。エンジン再始動時には、スタータモータの起動電流が大きいため、バッテリの電圧が低下し、照明類が一時的に暗くなったり、さらにバッテリの劣化や寒冷地である等の悪条件が重なったりした場合には、再始動時の電圧が、車両に搭載されているナビゲーションシステムやオーディオ等の電気機器や、安全のため装置の作動電圧を下回り、これらの機器がリセットされる場合がある。

これに対し、バッテリによるメイン電源とは別に、電気機器や特定の制御装置に対しバックアップ用電源を設ける等の対応が採られている。特許文献１は、キャパシタにバッテリ電力を充電し、バックアップ用電源として供給する技術を開示している。

また、特許文献２では、鉛バッテリの主電源（メイン電源）に対し、リチウムイオン電池等の副電源（バックアップ用電源）を設け、双方にオルタネータ等の発電機から充電し、電力を供給する技術を開示しており、さらに、安全ＥＣＵ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に対し、メイン電源ラインとバックアップ用電源ラインが個別に接続され、ダイオードを介して冗長に供給されることや、メイン電源ラインの通電開始後、所定時間後にバックアップ用電源ラインに通電することが記載されている（特許文献２、第１８頁、第［００６７］、［００６８］段落等）。

特開２００３−１４８３１０号公報特開２００４−３２８９８８号公報

上述のような二つの電源ラインを備える装置において、バックアップ用電源が故障した場合は、バックアップ用電源自体に設けた検知回路により容易に故障を検知することができる。しかしながら、前述の冗長回路を構成するダイオードのカソード側のラインの電圧は共通であるため、ダイオードのオープン故障を検知できないという問題がある。

詳しく述べると、バックアップ用電源ライン側のダイオードがオープン故障した場合には、カソード側の電圧はメイン電源ラインにより上昇しているため、故障が発見できない。このような、バックアップ用電源ライン側のダイオードがオープン故障しているときに、仮にアイドルストップからエンジンが再始動した場合に、悪条件下で制御装置の電圧が十分でない恐れがある。例えば、衝突に応じてエアバッグの展開を制御するような人命に関わる制御装置においては、このような事態を避けるべくバックアップ用電源ライン側のダイオードのオープン故障は確実に検知する必要がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、バックアップ用電源ライン側のダイオードのオープン故障を検出できる車両用制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、バッテリから電力を供給するメイン電源ラインと、前記メイン電源ラインの電圧が低下した場合に電圧補償動作を行うバックアップ用電源ラインと、前記バックアップ用電源ラインの入力部に挿入されるダイオードと、前記ダイオードのオープン故障を検出するＣＰＵと、前記メイン電源ラインが非通電状態となってから所定時間経過するまでの期間、前記ＣＰＵに電源を供給するためのエネルギーリザーブコンデンサと、を有する冗長回路を備える車両用制御装置において、前記バックアップ用電源ラインは前記メイン電源ラインに対し前記所定時間遅延して通電、非通電されるように制御され、前記ＣＰＵは、前記ダイオードのアノード側の電圧及びカソード側の電圧を監視し、通電状態であった前記メイン電源ラインが非通電状態となってから前記所定時間経過するまでの期間において、前記ダイオードの前記カソード側の電圧が、所定の閾値よりも低下したことにより前記ダイオードのオープン故障を検出し、前記所定の閾値は、前記ダイオードのアノード側の電圧からダイオード自身の順方向電圧降下分を差し引いた値より小さい値であり、且つ前記順方向電圧降下分より大きい値に設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、メイン電源ラインが非通電状態となった場合には、正常であればバックアップ電源用ラインの電圧補償動作によりダイオードのカソード側の電圧は維持される。しかし、ダイオードがオープン故障している場合には、カソード側の電圧が大きく低下するため、これによってダイオードのオープン故障を検出することができる。

また、ダイオードが正常であれば、カソード側の電圧は、アノード側の電圧からダイオードの順方向の抵抗による電圧降下分を差し引いた値となり、もしダイオードがオープン故障していれば、カソード側の電圧が大きく低下する。従って、カソード側の正常時に見込まれる電圧以下に閾値を設定することで、ダイオードのオープン故障を検出することができる。

請求項２に記載の発明は、ダイオードのオープン故障を検出した際、不揮発性メモリに診断結果を記憶し、次回のメイン電源ラインの通電時に読み出しを行うことを特徴とする。

この構成によれば、イグニッションの操作によりメイン電源ラインが非通電状態となったときは、既に電装品が停止している場合もあるため、たとえば乗員へバックアップ電源ラインの異常を報知することはできない。しかし、ダイオードがオープン故障した情報を不揮発性メモリに記憶しておけば、乗員は、再び走りだす際に確実に故障を認識することができる。

請求項３に記載の発明は、バックアップ用電源ラインの電源は、メイン電源ラインとバッテリを共通とすることを特徴とする。この構成によれば、バックアップ用電源ラインの電源として、たとえばサブバッテリを必要とせず、安価に構成できる。

請求項４に記載の発明は、バックアップ用電源ラインの電源は、メイン電源ラインとは異なるバッテリより成ることを特徴とする。この構成によれば、メイン電源ラインのバッテリを大型化する必要がなく、また、メイン電源ラインのバッテリの電圧低下等の影響を受けないバックアップ用電源ラインとすることができる。

本発明の実施形態に係る回路構成を示す図である。本発明の実施形態のエアバッグ制御装置における処理を示すタイミングチャートである。本発明の実施形態のエアバッグ制御装置における電源ＯＦＦ時の処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態のエアバッグ制御装置における電源ＯＮ時の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明のエアバッグ制御装置の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明
する。

本実施形態のエアバッグ制御装置（以下エアバッグＥＣＵと称する）１は、図１に示すように、２つの電源ラインであるメイン電源ライン２と、バックアップ用電源ライン３とを有している。エアバッグＥＣＵ１は、衝突時に乗員を保護するために展開するよう設けられたエアバッグ（不図示）の作動を制御するものである。

バッテリ４はよく知られた公称出力１２Ｖの鉛バッテリである。イグニションスイッチ５により、バッテリ４とメイン電源ライン２との間をＯＮ／ＯＦＦされる。イグニションスイッチ５は、キーやスタートボタン等により、手動操作される。

バックアップ電源６は、バッテリ４を電源として、イグニションスイッチ５によりメイン電源ライン２にバッテリ電圧が供給されＯＮ状態となった後、所定の遅延時間の後起動し、バックアップ用電源ライン３を通じて１２Ｖを出力するが、当初は電圧補償動作はせず、エンジンが始動された後、バックアップ電源６内の所定回路に充電を開始した後、電圧補償動作を行う。回路としては、キャパシタを使用したもの等が利用できる。

エアバッグＥＣＵ１の内部について詳しく述べる。図１に示すように、メイン電源ライン２からの入力はメイン側ダイオード１０に接続され、バックアップ用電源ライン３からの入力はバックアップ側ダイオード１１に接続され、それぞれの電源ラインが個別に接続される。メイン側ダイオード１０のアノード側の点Ａの電圧Ｖａは、ＣＰＵ１２により、常時測定されている。同様にバックアップ側ダイオード１１のアノード側の点Ｂの電圧Ｖｂは、ＣＰＵ１２により、常時測定されている。

メイン側ダイオード１０、バックアップ側１１のカソード側同士は接続され、冗長回路９を形成する。この場合の冗長回路９は二つの入力のいわば論理和を出力するものであり、いずれか一方の入力があるか、または二つの入力がある場合に出力があるというものである。なお、ダイオードで構成するため、入力と出力の電圧は等しくない。

入力部に冗長回路９を有することにより、メイン電源ライン２とバックアップ用電源ライン３のうち、少なくとも、どちらか一方から電圧が印加されることにより、エアバッグＥＣＵ１は動作するよう構成されている。また、両ダイオードのカソード側同士は接続されるため、カソード側の電圧Ｖｃは共通であり、点Ｃにおいて、ＣＰＵ１２により、常時測定されている。

カソード側のラインは昇圧回路１３に接続されて、冗長回路９のダイオードによる電圧降下分を補うよう、一定の電圧に昇圧され、諸機能を果たす回路に安定的に供給される。また、昇圧回路１３の出力側には、エネルギーリザーブコンデンサ１４が設けられ、エアバッグＥＣＵ１に入力される電源がＯＦＦとなった後も、一定時間は一部の回路を動作させることができる。５Ｖ電源回路１５は昇圧回路１３の電圧を５ＶにしてＣＰＵ１２に供給する。不揮発性メモリ１６は、ＣＰＵ１２の情報を記憶するためのものである。

なお、本発明においては、メイン電源ラインのＯＮとは、一般的なイグニションキーの位置でいうと「ＯＮ」、「ＳＴＡＲＴ」の位置であり、ＯＦＦとは「ＡＣＣ」（アクセサリーモード）、「ＯＦＦ」、「ＬＯＣＫ」の位置を指すものとする。

エアバッグＥＣＵ１の動作について、図１とタイミングチャートである図２をもとに説明する。メイン側ダイオード１０のアノード側の点Ａの電圧Ｖａは、イグニションスイッチ５がキー操作等によりＯＮされることにより、メイン電源ライン２を介してバッテリ４よりバッテリ電圧が供給される。電圧Ｖａはメイン電源ライン２の電圧と同じである。

その後さらにキー操作等の手動操作により、エンジン始動の操作がされると、クランキング時のスタータモータの電力消費が大きいため、電圧Ｖａは急激に落ち込む。エンジンが始動しオルタネータが発電を開始すると、電圧Ｖａは電源ＯＮ直後よりも上昇する。

アイドルストップによりエンジンが停止するとオルタネータによる発電が停止するため、電圧Ｖａは低下し電源ＯＮ直後と同程度となる。アイドルストップ後のエンジン再始動時には、キー操作等によるエンジン始動時と同様に、再び急激に落ち込み、回復する。キー操作等によりメイン電源ライン２がＯＦＦ状態となると、電圧Ｖａはグランドレベルに落ちる。

つぎに、バックアップ側ダイオード１１のアノード側の点Ｂの電圧Ｖｂの変化について述べる。電圧Ｖｂはバックアップ用電源ライン３と同じである。電圧Ｖｂは、バックアップ電源６により、イグニションスイッチ５がキー操作等によりＯＮされた後、所定の遅延時間をおいて出力される。これは、バックアップ電源６の回路に突入電流が流れてダメージを与えることを防ぐために、遅延して出力されるようにされているためである。その後、キー操作等により、エンジン始動の操作がされると、電圧Ｖａ同様に、クランキング時のスタータモータの電力消費により電圧Ｖｂは急激に落ち込む。この時点では、バックアップ電源６の回路内への充電は開始されておらず、したがって、電圧補償動作（バックアップ動作）は行われない。その後エンジンが始動しオルタネータが発電を開始すると、エンジンの回転数、またはオルタネータの発電による電圧上昇等を条件として、バックアップ電源６の回路内への、バッテリ４を電源とする充電を開始する。

アイドルストップによりエンジンが停止すると、電圧Ｖａと同様に電圧Ｖｂは低下する。このとき、エンジン停止からの時間または電圧またはエンジン回転数（停止）等を条件として、電圧補償動作が開始される。バックアップ電源６は、メイン電源ライン２の電圧をモニターしており、この期間内に規定電圧を下回ったときには規定電圧を維持するよう動作する。したがって、図２で明らかなように、点Ｂの電圧Ｖｂはアイドリングストップ後のエンジン再始動時には、点Ａの電圧Ｖａのように急激に大きく落ち込むことがない。電圧補償動作は、エンジンの回転数またはオルタネータの発電による電圧上昇等を条件として、終了する。キー操作等によりメイン電源ライン３がＯＦＦ状態となると、電圧Ｖｂは電圧Ｖａに対して遅延してグランドレベルに落ちる。

つづいて、メイン側ダイオード１０とバックアップ側ダイオード１１のカソード側の、点Ｃの電圧Ｖｃの変化について述べる。Ｖｃの電圧変化は、アイドルストップ後のエンジン再始動時と、キー操作等によりメイン電源ライン３がＯＦＦ状態となった時の２箇所を除いて、Ｖａと同じである。すなわち、アイドルストップ後のエンジン再始動時には、バックアップ電源６の電圧補償動作により、点Ｂの電圧Ｖｂが作用し、急激な落ち込みが回避される。また、キー操作等によりメイン電源ライン３がＯＦＦ状態となった時には電圧Ｖｂと同様に変化する。なお、ダイオードは順方向にも抵抗を持つため、点Ｃの電圧Ｖｃは、点Ａや点Ｂに対し、ダイオードによる電圧降下分だけ低い電圧となる。

点Ｃの電圧Ｖｃは以上のように、アイドルストップ後のエンジン再始動時に、急激に大きく落ち込むことがない。したがって、このときエアバッグＥＣＵ１内の回路には安定的に電源が供給される。これにより、次のような効果がある。

キー等の手動操作によりエンジン始動が行われるのは、駐車されていた場所であり、比較的安全な場所であると考えられる。これに対し、アイドルストップが行われるのは、車線上であることが多いため、アイドルストップ後のエンジン再始動直後に、他車に衝突される場合も想定できる。このようなときにも、エアバッグＥＣＵ１内の回路には安定的に電源が供給されるため、より確実にエアバッグを作動させることができる。

ここで、バックアップ側ダイオード１１がオープン故障した場合について述べる。このとき、バックアップ側ダイオード１１のカソード側からバックアップ用の電圧供給はされず、バックアップ電源６による電圧補償動作は点Ｃには及ばない。このため、図２のうち、Ｖｃの変化を示すチャートにおいて、点線で示したように、上記した正常時にＶａと異なる２箇所も、Ｖａと同様な変化となり、Ｖｃの変化は全体としてＶａに比例した同様なものとなる。

バックアップ側ダイオード１１がオープン故障した場合でも、メイン側電源ライン２により、電源が供給されるため、エアバッグＥＣＵ１は通常通り動作し、悪条件が重ならない限り支障はないが、より確実に動作させるため、バックアップ側ダイオード１１のオープン故障を検出することが望ましい。

次に、ＣＰＵ１２によって実行されるバックアップ側ダイオード１１のオープン故障判定処理について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、点Ａの電圧Ｖａ、点Ｂの電圧Ｖａ、点Ｃの電圧Ｖｃ、定数Ｖｄを読み込む（ステップ−１。以下Ｓ−１と略記する。他のステップも同様。）。つぎに電圧Ｖａをしきい値Ｔｈ１と比較する（Ｓ−２）。しきい値Ｔｈ１は、メイン電源ライン２がＯＦＦとなったことを判定するためのものである。電圧Ｖａがしきい値Ｔｈ１以上の場合は（Ｓ−２：Ｎｏ）、メイン電源ライン２がＯＮであるとし、Ｓ−１に戻る。電圧Ｖａがしきい値Ｔｈ１よりも低い場合は（Ｓ−２：Ｙｅｓ）、メイン電源ライン２がＯＦＦとなったものとし、しきい値Ｔｈ２を、Ｔｈ２＝（Ｖｂ―Ｖｄ）として計算する（Ｓ−３）。

しきい値Ｔｈ２は次のステップで電圧Ｖｃと比較するためのものである。定数Ｖｄはバックアップ側ダイオード１１の順方向の電圧降下の値であり、素子のばらつきを考慮し、仕様上の最大値としている。またさらにＶｄにマージンを加えて、誤検知を防ぐようにしてもよい。この場合Ｔｈ２をやや低く設定することになる。Ｔｈ２を、電圧ＶｂにＳ−１で読み込んだ直近の実測値を使い、固定的なものとしない理由は、電圧Ｖｂがバッテリ４等の諸条件により変動するからである。

次に電圧Ｖｃをしきい値Ｔｈ２と比較する（Ｓ−４）。このときバックアップ側ダイオードがオープン故障している場合は、図２のうち、Ｖｃの変化を示すチャートにおいて、点線で示したように、電圧ＶｃはＴｈ２より低い値となるため（Ｓ−４：Ｎｏ）、異常判定として次のステップ（Ｓ−５）に進む。バックアップ側ダイオードがオープン故障していなければ、電圧ＶｃはＴｈ２以上の値であるので（Ｓ−４：Ｙｅｓ）、正常判定として故障判定フローの処理を終了する。

ステップＳ−４で異常判定した場合は、判定結果として異常判定フラグを不揮発性メモリに書き込み（Ｓ−５）、故障判定フローの処理を終了する。キー等の操作によりメイン電源ラインがＯＦＦ状態となった場合であることはＳ−２で判定されているので、たとえば、このとき乗員は目的地に到着して車両から離れるようとする場合が想定できるが、このようなときに乗員に容易に解除できない警告を出しても煩わしさを感じる。したがって、次回キー等の操作によりメイン電源ラインがＯＮとなったときに、後述する所定のフローにより処理する。

以上の故障判定フローは、図２に、５Ｖ電源回路の出力、ＣＰＵの処理として示したように、ＣＰＵ１２の電源である５Ｖ電源回路１５の出力が、図１に示したエネルギーリザーブコンデンサ１４の作用により、点Ｂの電圧Ｖｂ、点Ｃの電圧Ｖｃより遅延して維持されることにより可能となっている。

さらに、ＣＰＵ１２によって実行される電源ＯＮ時の不揮発性メモリ読み出し処理について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。イグニションスイッチがＯＮにされる（Ｓ−１１）と、所定の経路を経て５Ｖ電源回路１５の５Ｖ電圧が出力され、ＣＰＵ１２は不揮発性メモリ１６を読み出す（Ｓ−１２）。つぎに、この読み出された情報が異常判定フラグか否かを判定する。異常判定フラグでない場合（Ｓ−１３：Ｎｏ）、読み出しフローの処理を終了する。異常判定フラグである場合（Ｓ−１３：Ｙｅｓ）、次のステップＳ−１４に進む。Ｓ−１４では、たとえば、エアバッグ警告灯により乗員に警告するよう処理する。つぎに不揮発性メモリ１６において、判定結果としての異常判定フラグをクリアし（Ｓ−１５）、読み出しフローの処理を終了する。

以上、説明したことから明らかなように、本実施形態によれば、メイン電源ライン２と、前記メイン電源ライン２の電圧が低下した場合に電圧補償動作を行うバックアップ用電源ライン３と、が個別に接続され、前記メイン電源ライン２と前記バックアップ用電源ライン３の入力部にダイオード（１０、１１）を使った冗長回路９を有するエアバッグ制御装置１において、前記バックアップ用電源ライン３は前記メイン電源ライン２に対し遅延して起動、終了するものであり、前記メイン電源ライン２がＯＦＦ状態となり（Ｓ−１）、前記バックアップ用電源ライン３が遅延して終了するまでの期間において、前記ダイオードのうち、前記バックアップ用電源ラインに接続されたダイオード１１のアノード側の電圧Ｖｂとカソード側の電圧Ｖｃとを比較することにより、前記ダイオード１１のオープン故障を検出することを特徴とする。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることはいうまでもない。

たとえば、バックアップ電源６は、専用のバッテリであってもよい。この場合、バッテリの充電率または、充電量をモニタし、充電が十分でない場合は、乗員がブレーキ操作をしたこと（たとえば、ブレーキランプの点灯）を条件として、オルタネータから専用バッテリへ充電するようにし、アイドルストップ後の再始動に備えるようにしてもよい。バッテリの大きさにより、バックアップ電源６より安価に構成できる場合がある。また、メイン電源のバッテリを従来より大きくする必要がない場合がある。

実施例では、エアバッグの制御装置に用いるとしたが、その他のアイドルストップ後の再始動時に確実に稼働すべき安全装備のための制御装置や、その他の電気機器に用いてもよいのはもちろんである。

また、警告表示するとしたが、その他、エアバッグＥＣＵのバックアップ側ダイオードがオープン故障したとの情報を、他の機器のＥＣＵで有用に利用してもよいことは、いうまでもない。

１エアバッグＥＣＵ（エアバッグ制御装置）
２メイン電源ライン
３バックアップ用電源ライン
４バッテリ
５イグニションスイッチ
６バックアップ電源
９冗長回路
１０メイン側ダイオード
１１バックアップ側ダイオード
１２ＣＰＵ
１３昇圧回路
１４エネルギーリザーブコンデンサ
１５５Ｖ電源回路
１６不揮発性メモリ

Claims

バッテリから電力を供給するメイン電源ラインと、
前記メイン電源ラインの電圧が低下した場合に電圧補償動作を行うバックアップ用電源ラインと、
前記バックアップ用電源ラインの入力部に挿入されるダイオードと、
前記ダイオードのオープン故障を検出するＣＰＵと、
前記メイン電源ラインが非通電状態となってから所定時間経過するまでの期間、前記ＣＰＵに電源を供給するためのエネルギーリザーブコンデンサと、
を有する冗長回路を備える車両用制御装置において、
前記バックアップ用電源ラインは前記メイン電源ラインに対し前記所定時間遅延して通電、非通電されるように制御され、
前記ＣＰＵは、前記ダイオードのアノード側の電圧及びカソード側の電圧を監視し、通電状態であった前記メイン電源ラインが非通電状態となってから前記所定時間経過するまでの期間において、前記ダイオードの前記カソード側の電圧が、所定の閾値よりも低下したことにより前記ダイオードのオープン故障を検出し、
前記所定の閾値は、前記ダイオードのアノード側の電圧からダイオード自身の順方向電圧降下分を差し引いた値より小さい値であり、且つ前記順方向電圧降下分より大きい値に設定されていることを特徴とする車両用制御装置。
前記ダイオードのオープン故障を検出した際、不揮発性メモリに検出結果を記憶し、次回のメイン電源ラインの通電時に読み出しを行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
前記バックアップ用電源ラインの電源は、前記メイン電源ラインとバッテリを共通とすることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用制御装置。
前記バックアップ用電源ラインの電源は、前記メイン電源ラインとは異なるバッテリより成ることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用制御装置。