JP2015075030A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の駆動時間が指示通りであるか否かを診断する。【解決手段】電子制御装置は、負荷２に対する駆動指示を行うための駆動指示信号を出力する演算回路１と、演算回路１から出力された駆動指示信号に応じて負荷２を駆動させる負荷駆動回路としてのＦＥＴ３と、駆動指示信号の波形と負荷２の駆動状態に応じた負荷駆動波形とを比較する比較回路４とを備えており、比較回路４の比較結果に基づいて負荷２の駆動時間を診断する。【選択図】図１

Description

本発明は電子制御装置に関する。

従来、インジェクタ等に用いられる誘導性負荷や、ヒータ等に用いられる抵抗負荷の駆動を制御すると共に、これらの負荷が指示通りに駆動しているかを診断する機能を有する電子制御装置が知られている。たとえば特許文献１には、ガソリン用ＥＣＵからＬＰＧ用ＥＣＵに出力したガソリン噴射信号と、ＬＰＧ用ＥＣＵから取り込んだガソリン噴射信号とを比較することにより、ＬＰＧ用ＥＣＵにおいてガソリン噴射信号が正しく認識されてＬＰＧインジェクタの駆動が指示通りに行われているか否かを判断するシステムが開示されている。

特開２００８−１２１５６４号公報

近年、電子制御装置のさらなる信頼性向上のために、負荷が指示通りに駆動していることに加えて、その駆動時間についても指示通りであるか否かを診断することが要求されている。しかし、特許文献１に記載のシステムでは、負荷の駆動時間について診断することはできない。

本発明による電子制御装置は、負荷に対する駆動指示を行うための駆動指示信号を出力する演算回路と、前記演算回路から出力された駆動指示信号に応じて、前記負荷を駆動させる負荷駆動回路と、前記駆動指示信号の波形と、前記負荷の駆動状態に応じた負荷駆動波形とを比較する比較回路と、を備え、前記比較回路の比較結果に基づいて、前記負荷の駆動時間を診断する。

本発明によれば、負荷の駆動時間が指示通りであるか否かを診断することができる。

本発明の一実施の形態に係る電子制御装置の回路構成例を示すブロック図である。 比較回路の一構成例を示す図である。 図２に示した比較回路の構成による駆動指示信号の波形と負荷駆動波形との比較方法の説明図である。 比較回路の別の一構成例を示す図である。 図４に示した比較回路の構成による駆動指示信号の波形と負荷駆動波形との比較方法の説明図である。

（電子制御装置の構成）
図１は、本発明の一実施の形態に係る電子制御装置の回路構成例を示すブロック図である。図１に示す電子制御装置は、負荷２の駆動を制御するものであり、演算回路１、ＦＥＴ３および比較回路４を備えている。

演算回路１は、マイコン等を用いて構成されており、負荷２の駆動時間や駆動タイミングに関する演算を行う。この演算結果に基づいて、演算回路１は、負荷２に対する駆動指示を行うための駆動指示信号をＦＥＴ３に出力する。

負荷駆動回路としてのＦＥＴ３は、演算回路１から出力された駆動指示信号に応じて、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替える。ＦＥＴ３がＯＮ状態になると、負荷２に電圧ＶＢが印加されて駆動電流が流れ、ＦＥＴ３がＯＦＦ状態になると、負荷２に流れる駆動電流が遮断される。このようにして、ＦＥＴ３により負荷２が駆動される。

比較回路４は、負荷２の駆動状態に応じた負荷駆動波形として、負荷２とＦＥＴ３の間の電圧波形を観測する。そして、演算回路１からＦＥＴ３に出力された駆動指示信号の波形と、観測された負荷駆動波形とを比較し、その比較結果を演算回路１に通知する。

演算回路１は、比較回路４から通知された駆動指示信号の波形と負荷駆動波形との比較結果に基づいて、負荷２の駆動時間を診断する。その結果、負荷２の駆動時間が異常と診断した場合は、負荷２の駆動を停止したり、負荷２の駆動時間のずれを補正してＦＥＴ３に駆動指示信号を出力するためのフィードバック制御を行なったりする。なお、このときの動作内容を演算回路１で選択可能としてもよい。

（比較回路の構成例１）
図２は、比較回路４の一構成例を示す図である。本例では、比較回路４はタイマユニット５を用いて構成されている。タイマユニット５は、演算回路１から出力された駆動指示信号の波形と負荷駆動波形のそれぞれについて時間計測可能なカウンタを有している。このタイマユニット５を比較回路４として用いることで、駆動指示信号の波形が表す負荷２の駆動指示時間の長さと、負荷駆動波形が表す負荷２の駆動時間の長さとをそれぞれ計測して比較することができる。

図３は、図２に示した比較回路４の構成による駆動指示信号の波形と負荷駆動波形との比較方法の説明図である。演算回路１は、図３の上段の波形例に示すように、駆動指示信号として、ＦＥＴ３をＯＮ状態とするためのＨレベル電圧と、ＦＥＴ３をＯＦＦ状態とするためのＬレベル電圧とを、所定のタイミングごとに交互に切り替えて出力する。この駆動指示信号に応じてＦＥＴ３がスイッチング動作を行うことにより、負荷２の駆動が制御され、図３の下段の波形例に示すような負荷駆動波形が得られる。

図３に示すように、負荷駆動波形は、駆動指示信号のＨレベル電圧に対応する電圧値V1と、駆動指示信号のＬレベル電圧に対応する電圧値V2との間で変化する。電圧値V2から電圧値V1に変化するまでの立上り時間Tonと、電圧値V1から電圧値V2に変化するまでの立下り時間Toffとは、ＦＥＴ３の特性に応じて定まる。

図２のタイマユニット５は、図３に示したような駆動指示信号の波形および負荷駆動波形を観測すると、次のようにして、それぞれの波形におけるエッジを検知し、エッジ間隔T1、T2を計測する。

駆動指示信号については、ＬレベルからＨレベルに変化する際に所定のエッジ閾値Vth1を超えると、タイマユニット５はエッジを検知し、カウンタによる時間計測を開始する。また、その後ＨレベルからＬレベルに変化する際にエッジ閾値Vth1未満になると、タイマユニット５はエッジを検知し、カウンタによる時間計測を終了する。これにより、エッジ間隔T1を計測することができる。

一方、負荷駆動波形については、V2からV1に変化する際に所定のエッジ閾値Vth2未満になると、タイマユニット５はエッジを検知し、カウンタによる時間計測を開始する。また、その後V1からV2に変化する際にエッジ閾値Vth2を超えると、タイマユニット５はエッジを検知し。カウンタによる時間計測を終了する。これにより、エッジ間隔T2を計測することができる。

以上説明したようにエッジ間隔T1、T2を計測することで、駆動指示信号における負荷２の駆動指示時間の長さと、実際の負荷２の駆動時間の長さとを検出することができる。

タイマユニット５は、エッジ間隔T1、T2を検出したら、これらの差分を、次のエッジが現れるまでのチェック期間Tch以内に算出する。その結果、算出された差分が所定値以上である場合は、負荷２の駆動時間が異常であることを示す所定の信号を演算回路１に出力する。これにより、駆動指示信号の波形と負荷駆動波形とを比較して、その比較結果を演算回路１に通知することができる。

（比較回路の構成例２）
図４は、比較回路４について、図２に示したものとは別の一構成例を示す図である。本例では、比較回路４は、ＸＮＯＲ回路６と、抵抗７およびコンデンサ８によって構成される積分回路とを用いて構成されている。これらを比較回路４として用いることで、駆動指示信号の波形が表す負荷２の駆動指示タイミングと、負荷駆動波形が表す負荷２の駆動タイミングとをそれぞれ計測して比較することができる。

図５は、図４に示した比較回路４の構成による駆動指示信号の波形と負荷駆動波形との比較方法の説明図である。図３で説明したのと同様に、演算回路１は、図５の上段の波形例に示すように、駆動指示信号として、ＦＥＴ３をＯＮ状態とするためのＨレベル電圧と、ＦＥＴ３をＯＦＦ状態とするためのＬレベル電圧とを、所定のタイミングごとに交互に切り替えて出力する。この駆動指示信号に応じてＦＥＴ３がスイッチング動作を行うことにより、負荷２の駆動が制御され、図５の中段の波形例に示すような負荷駆動波形が得られる。

図４のＸＮＯＲ回路６は、図５に示したような駆動指示信号の波形および負荷駆動波形が入力されると、次のようにして、それぞれの波形におけるエッジ位置P1、P2を検知し、図５の下段において破線で示したようなパルス信号１０を出力する。

エッジ位置P1が検知されるよりも前の期間では、ＸＮＯＲ回路６に入力される駆動指示信号はＬレベルであるため、その論理レベルは「０」である。一方、ＸＮＯＲ回路６に入力される負荷駆動波形の電圧値はV2であるため、その論理レベルは「１」である。したがって、ＸＮＯＲ回路６からの出力信号の論理レベルは「０」である。

駆動指示信号がＬレベルからＨレベルに変化する際に所定の入力閾値Vth3を超えると、ＸＮＯＲ回路６はそのタイミングをエッジ位置P1として検知する。その後、駆動指示信号の変化に応じて負荷駆動波形がV2からV1に変化する際に入力閾値Vth3未満になると、ＸＮＯＲ回路６はそのタイミングをエッジ位置P2として検知する。このとき、エッジ位置P1からエッジ位置P2までの期間では、ＸＮＯＲ回路６に入力される駆動指示信号および負荷駆動波形の論理レベルは、両方とも「１」である。したがって、ＸＮＯＲ回路６からの出力信号の論理レベルは、「０」から「１」に変化する。

エッジ位置P2が検知された後の期間では、ＸＮＯＲ回路６に入力される駆動指示信号はＨレベルであるため、その論理レベルは「１」である。一方、ＸＮＯＲ回路６に入力される負荷駆動波形の電圧値はV1であるため、その論理レベルは「０」である。したがって、ＸＮＯＲ回路６からの出力信号の論理レベルは「０」に戻る。

以上説明したように、ＸＮＯＲ回路６からの出力信号の論理レベルは、エッジ位置P1からエッジ位置P2の間では「１」となり、その前後では「０」となる。これにより、ＸＮＯＲ回路６においてエッジ位置P1、P2が検知され、エッジ位置P1とエッジ位置P2の間の差分に応じたパルス幅を有するパルス信号１０がＸＮＯＲ回路６から出力される。

ＸＮＯＲ回路６から出力されたパルス信号１０は、抵抗７およびコンデンサ８によって構成される積分回路に入力される。この積分回路では、抵抗７の抵抗値とコンデンサ８の容量値によって定まる時定数に応じて、パルス信号１０の波形を鈍らせる。その結果、積分回路からの出力信号は、図５の下段において実線で示すような波形となる。この波形では、ＸＮＯＲ回路６から出力されたパルス信号１０のパルス幅に応じて波高値が変化し、パルス幅が広いほど波高値が高くなっていることが分かる。すなわち、エッジ位置P1とエッジ位置P2の間の差分の大きさを、積分回路からの出力信号の波高値として表すことができる。

以上説明したＸＮＯＲ回路６の回路動作により、負荷２の駆動指示タイミングに対応するエッジ位置P1と、実際の負荷２の駆動タイミングに対応するエッジ位置P2とを検知することができる。また、積分回路の動作により、駆動指示信号における負荷２の駆動指示タイミングと、実際の負荷２の駆動タイミングとを比較して、その比較結果に応じた信号を出力することができる。

なお、上記では駆動指示信号がＬレベルからＨレベルに変化する際の回路動作について説明したが、駆動指示信号がＨレベルからＬレベルに変化する際にも同様の回路動作が比較回路４において行われる。すなわち、駆動指示信号がＨレベルからＬレベルに変化する際のエッジ位置と、それに応じて負荷駆動波形がV1からV2に変化する際のエッジ位置とがＸＮＯＲ回路６によって検知され、その差分に応じたパルス幅のパルス信号がＸＮＯＲ回路６から出力される。そして、パルス信号のパルス幅、すなわちエッジ位置の差分の大きさに応じた波高値を有する信号が積分回路から出力される。

積分回路からの出力信号は演算回路１に入力される。演算回路１では、積分回路から入力された信号の電圧値が所定のＮＧ閾値Vth4を超えているか否かを判定し、超えている場合は、負荷２の駆動時間が異常であると診断する。これにより、比較回路４で行われた駆動指示信号の波形と負荷駆動波形との比較結果に基づいて、負荷２の駆動時間を診断することができる。

たとえば、ＦＥＴ３の経年劣化等の原因により、演算回路１がＦＥＴ３に駆動指示信号を出力してからＦＥＴ３が負荷２の駆動を開始するまでの間に、図５に示したような時間差Tdifが生じたとする。この場合、比較回路４では、ＸＮＯＲ回路６から出力されるパルス信号１１のパルス幅が図５に示すように通常時よりも増大し、これに応じて、積分回路から出力される信号の波高値が上昇する。その結果、積分回路からの出力信号がＮＧ閾値Vth4を超えて、負荷２の駆動時間が異常であると診断される。

以上説明した実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電子制御装置は、負荷２に対する駆動指示を行うための駆動指示信号を出力する演算回路１と、演算回路１から出力された駆動指示信号に応じて負荷２を駆動させる負荷駆動回路としてのＦＥＴ３と、駆動指示信号の波形と負荷２の駆動状態に応じた負荷駆動波形とを比較する比較回路４とを備えており、比較回路４の比較結果に基づいて負荷２の駆動時間を診断する。このようにしたので、負荷２の駆動時間が指示通りであるか否かを診断することができる。

（２）図２に示した構成例において、比較回路４は、駆動指示信号の波形が表す負荷２の駆動指示時間の長さと、負荷駆動波形が表す負荷２の駆動時間の長さとを比較する。具体的には、演算回路１は、駆動指示信号として、図３に示すような信号波形により、所定のＨレベル電圧およびＬレベル電圧を交互に切り替えて出力する。負荷駆動波形は、この駆動指示信号のＨレベル電圧に対応する電圧値V1と、Ｌレベル電圧に対応する電圧値V2との間で変化する。比較回路４は、この駆動指示信号の波形におけるエッジ間隔T1から検出された負荷２の駆動時間の長さと、負荷駆動波形におけるエッジ間隔T2から検出された負荷２の駆動時間の長さとを比較する。このようにしたので、演算回路１から指示した負荷２の駆動時間の長さと、実際の負荷２の駆動時間の長さとの差異が所定値以上である場合に、負荷２の駆動時間が指示通りではなく、異常であると診断することができる。

（３）また、図２に示した構成例において、比較回路４は、時間計測可能なタイマユニット５を用いて構成されている。このようにしたので、エッジ間隔T1、T2の計測および比較を容易に行うことができる。

（４）図４に示した構成例において、比較回路４は、駆動指示信号の波形が表す負荷２の駆動指示タイミングと、負荷駆動波形が表す負荷２のタイミングとを比較する。具体的には、演算回路１は、駆動指示信号として、図５に示すような信号波形により、所定のＨレベル電圧およびＬレベル電圧を交互に切り替えて出力する。負荷駆動波形は、この駆動指示信号のＨレベル電圧に対応する電圧値V1と、Ｌレベル電圧に対応する電圧値V2との間で変化する。比較回路４は、この駆動指示信号の波形におけるエッジ位置P1から検出された負荷２の駆動指示タイミングと、負荷駆動波形におけるエッジ位置P2から検出された負荷２の駆動タイミングとを比較する。このようにしたので、演算回路１から指示した負荷２の駆動タイミングと、実際の負荷２の駆動タイミングとの差異が所定値以上である場合に、負荷２の駆動時間が指示通りではなく、異常であると診断することができる。

（５）また、図４に示した構成例において、比較回路４は、ＸＮＯＲ回路６と、抵抗７およびコンデンサ８により構成される積分回路とを用いて構成されている。このようにしたので、エッジ位置P1、P2の検知および比較を低コストで容易に行うことができる。

（６）負荷２の駆動時間が異常と診断した場合に、演算回路１は、負荷２の駆動を停止するか、負荷２の駆動時間のずれを補正して駆動指示信号を出力する。このようにしたので、負荷２を搭載した車両等において予期せぬ動作が引き起こされるのを防止し、安全性や信頼性の向上を図ることができる。

なお、以上説明した本発明の実施形態において、図２、４にそれぞれ示したような比較回路４の構成を組み合わせてもよい。このようにすれば、負荷２の駆動時間の長さと駆動タイミングとを同時に診断することができる。

また、以上説明した本発明の実施形態では、比較回路４を図２、４にそれぞれ示したような構成としたが、これ以外の構成としてもよい。前述のような回路動作により、駆動指示信号の波形と負荷２の駆動状態に応じた負荷駆動波形とを比較できるものであれば、どのような回路構成を採用してもよい。

以上説明した本発明の実施形態では、比較回路４において、負荷２の駆動状態に応じた負荷駆動波形として、負荷２とＦＥＴ３の間の電圧波形を観測する例を説明したが、これ以外の波形を観測してもよい。たとえば、負荷２に流れる電流波形を観測し、これを駆動指示信号と比較することもできる。すなわち、負荷２の駆動状態に応じたものであれば、どのような波形を負荷駆動波形として観測してもよい。

以上で説明した実施の形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。

１ 演算回路１、
２ 負荷
３ ＦＥＴ
４ 比較回路
５ タイマユニット
６ ＸＮＯＲ回路
７ 抵抗
８ コンデンサ

Claims (9)

1. 負荷に対する駆動指示を行うための駆動指示信号を出力する演算回路と、
   前記演算回路から出力された駆動指示信号に応じて、前記負荷を駆動させる負荷駆動回路と、
   前記駆動指示信号の波形と、前記負荷の駆動状態に応じた負荷駆動波形とを比較する比較回路と、を備え、
   前記比較回路の比較結果に基づいて、前記負荷の駆動時間を診断することを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記比較回路は、前記駆動指示信号の波形が表す前記負荷の駆動指示時間の長さと、前記負荷駆動波形が表す前記負荷の駆動時間の長さとを比較することを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項２に記載の電子制御装置において、
   前記演算回路は、前記駆動指示信号として、所定のＨレベル電圧およびＬレベル電圧を交互に切り替えて出力し、
   前記負荷駆動波形は、前記Ｈレベル電圧に対応する第１の値と、前記Ｌレベル電圧に対応する第２の値との間で変化し、
   前記比較回路は、前記駆動指示信号の波形におけるエッジ間隔から検出された前記負荷の駆動指示時間の長さと、前記負荷駆動波形におけるエッジ間隔から検出された前記負荷の駆動時間の長さとを比較することを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項３に記載の電子制御装置において、
   前記比較回路は、時間計測可能なタイマユニットを用いて構成されることを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子制御装置において、
   前記比較回路は、前記駆動指示信号の波形が表す前記負荷の駆動指示タイミングと、前記負荷駆動波形が表す前記負荷の駆動タイミングとを比較することを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項５に記載の電子制御装置において、
   前記演算回路は、前記駆動指示信号として、所定のＨレベル電圧およびＬレベル電圧を交互に切り替えて出力し、
   前記負荷駆動波形は、前記Ｈレベル電圧に対応する第１の値と、前記Ｌレベル電圧に対応する第２の値との間で変化し、
   前記比較回路は、前記駆動指示信号の波形におけるエッジ位置から検出された前記負荷の駆動指示タイミングと、前記負荷駆動波形におけるエッジ位置から検出された前記負荷の駆動タイミングとを比較することを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項６に記載の電子制御装置において、
   前記比較回路は、ＸＮＯＲ回路および積分回路を用いて構成されることを特徴とする電子制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子制御装置において、
   前記負荷の駆動時間が異常と診断した場合に、前記負荷の駆動を停止することを特徴とする電子制御装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子制御装置において、
   前記負荷の駆動時間が異常と診断した場合に、前記演算回路は、前記負荷の駆動時間のずれを補正して前記駆動指示信号を出力することを特徴とする電子制御装置。

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