JP2014051144A

JP2014051144A - 車両用電子制御ユニット

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Publication number: JP2014051144A
Application number: JP2012195403A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Muto; 利英武藤; Yukisato Fujita; 行識藤田; Hiroyuki Inagaki; 浩之稲垣; Shinji Kondo; 慎二近藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-20

Abstract

【課題】製造コストの増加を抑制しつつ、ＣＰＵ等の演算部からトランシーバへのリーク電流の発生を抑制できる車両用電子制御ユニットを提供する。
【解決手段】本発明の車両用電子制御ユニットは、第一電源部１から給電される演算部４と、第二電源部２から給電されるトランシーバ５と、イグニッション９１のオフ情報を受信した後に第一電源部１及び第二電源部２の給電動作を停止させる電源制御部３と、を備え、演算部３は、入力ポートと出力ポートとを切り替え可能な第三ポート４３と、当該切り替えを制御する切替制御部４４と、を有し、トランシーバ５は、第三ポート４３に接続され且つ第四ポート５１にＥＳＤ素子を介して接続された第五ポート５２と、を有し、切替制御部４４は、イグニッション９１のオフ情報を受信した後で電源制御部３が給電動作を停止させる前に、第三ポート４３を出力ポートから入力ポートに切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも２つの電源ＩＣを有する車両用の電子制御ユニットに関する。

車両用の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵとも称する）は、例えば車両内の対応する装置と通信可能に接続されており、当該装置との間で制御信号などを送受信するものである。車両用ＥＣＵとしては、特開２００３−１３３９３６号公報（特許文献１）に記載されている。

車両用ＥＣＵは、例えばＣＡＮに接続されている。ここで、車両用ＥＣＵは、２つ以上のユニット（ＩＣやＣＰＵ等）が相互に接続されて構成されており、少なくともＣＰＵとして機能するものと、トランシーバとして機能するものと、を備えている。例えば、ＣＰＵはトランシーバに制御信号を送信し、トランシーバは制御対象に送信可能に電圧レベル等を調整して制御対象に送信する。ＣＰＵとトランシーバは相互に通信可能となっている。トランシーバは、主にＣＡＮ内に配置され、いわゆるＣＡＮトランシーバとして機能する。

ここで、ＣＰＵとトランシーバには、それぞれ別々の電源ＩＣが接続されている。各電源ＩＣは、バッテリに接続され、バッテリの電力を電力変換等してＣＰＵ又はトランシーバに給電する。各電源ＩＣには、電源ＩＣの給電動作（給電許可／給電停止）を制御する共通の電源制御部が接続されている。電源制御部は、車両ＥＣＵの一機能を発揮する部分である。また一般に、トランシーバの入力ポートには、静電気対策としてＥＳＤ素子が設けられている。

特開２００３−１３３９３６号公報

上記のように、別体の電源ＩＣがそれぞれＣＰＵ又はトランシーバに給電する回路構成では、電源制御部が両電源ＩＣに給電停止を指令した場合、何れか一方の電源ＩＣの給電停止が他方よりも先に実行される可能性がある。換言すると、一方の電圧が他方の電圧よりも先に低下する（先に過渡現象が開始される）可能性がある。つまり、給電停止のタイムラグにより、トランシーバ側の電源ＩＣがＣＰＵ側の電源ＩＣよりも先に給電停止し、当該トランシーバの電位がＣＰＵの電位よりも小さくなるおそれがある。この場合、ＣＰＵの出力ポートからトランシーバの入力ポートにリーク電流が流れ得る。このリーク電流はＥＳＤ素子を介して大きな電流となってＣＰＵの出力ポートの耐性を上回り、ＣＰＵを損傷・故障させるおそれがある。また、上記リーク電流を防止するために多数の回路部品を用いる場合は、製造コストの面で問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、製造コストの増加を抑制しつつ、ＣＰＵ等の演算部からトランシーバへのリーク電流の発生を抑制できる車両用電子制御ユニットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両用電子制御ユニットであって、バッテリに接続された第一電源部と、前記第一電源部とは別体で前記バッテリに接続された第二電源部と、前記第一電源部から給電される演算部と、前記第二電源部から給電され、前記演算部からの信号を受信し負荷に出力するトランシーバと、イグニッションのオン／オフ情報を受信し、前記イグニッションのオフ情報を受信した後に前記第一電源部及び前記第二電源部の給電動作を停止させる電源制御部と、を備え、前記演算部は、前記第一電源部に接続された第一ポートと、少なくとも入力ポートとして機能する第二ポートと、入力ポートと出力ポートとを切り替え可能な第三ポートと、前記第三ポートの切り替えを制御する切替制御部と、を有し、前記トランシーバは、前記第二電源部に接続された第四ポートと、前記第三ポートに接続され且つ前記第四ポートにＥＳＤ素子を介して接続された第五ポートと、前記第二ポートに接続された第六ポートと、を有し、前記切替制御部は、前記イグニッションのオン／オフ情報を受信し、前記イグニッションのオフ情報を受信した後で前記電源制御部が前記給電動作を停止させる前に、前記第三ポートを出力ポートから入力ポートに切り替える。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第一電源部及び前記演算部は、ＣＡＮの第一のチャンネルに用いられ、前記第二電源部及び前記トランシーバ及び前記演算部は、前記ＣＡＮの第二のチャンネルに用いられ、前記電源制御部は、前記ＣＡＮの前記第一のチャンネル又は前記第二のチャンネルに用いられている。

請求項１に記載の発明によれば、イグニッションがオフされた場合、第一電源部及び第二電源部の給電動作が停止する前に、切替制御部により第三ポートが入力ポートに切り替えられる。これにより、第二電源部が第一電源部よりも先に給電停止した場合でも、入力ポートとなった第三ポートからトランシーバ側にリーク電流が出力されることがなく、ＥＳＤ素子を介した大電流の発生を防止することができる。つまり、本発明によれば、演算部からトランシーバへのリーク電流の発生を防止し、大きなリーク電流発生による演算部の損傷や故障を防止することができる。また、本発明によれば、制御プログラムの変更などソフトウェア的な変更で実現可能であるため、回路部品の増加が抑制され、製造コストの増加が抑制される。

請求項２に記載の発明によれば、ＣＡＮ２チャンネルを用い、チャンネルごとに別々の電源部を用いることで、車両に合わせてトランシーバ及び第二電源部を取り付け／取り外しが可能となる。これにより、各車両に適切な容量の電源部を搭載することができる。つまり、本発明によれば、リーク電流発生を抑制することでＣＡＮ１チャンネル及び２チャンネル両方に対応でき、汎用性の高い車両用ＥＣＵを提供することができる。

第一実施形態の車両用電子制御ユニットの構成を示す構成図である。第一実施形態の車両用電子制御ユニットの構成及びイグニッションを示す構成図である。第一実施形態の第三ポートを説明するための概念図である。第一実施形態のイグニッションオフ時の制御を示すフローチャートである。リーク電流が発生ケースと第一実施形態の第三ポートの設定を説明するための説明図である。第二実施形態の車両用電子制御ユニットの構成を示す構成図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。なお、接続とは、電気的な接続を意味し、信号線や各種回路要素を介した接続を意味する。また、ＥＣＵには、例えばメモリを内蔵したマイコン等が実装されている。第一実施形態は、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）に接続され、ＣＰＵとトランシーバに対して別々の電源ＩＣが設けられた車両用ＥＣＵである。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の車両用ＥＣＵは、図１及び図２に示すように、ＣＡＮ内に配置された電子制御ユニットであって、主に、第一電源ＩＣ１と、第二電源ＩＣ２と、電源制御部３と、ＣＰＵ４と、トランシーバ５と、を備えている。

第一電源ＩＣ（「第一電源部」に相当する）１は、駆動電源を生成するための集積回路であって、電源自己保持回路３１、電源制御部３、電源供給装置９２、及びＣＰＵ４の第一ポート４１に接続されている。第一電源ＩＣ１は、電源自己保持回路３１及び電源供給装置９２を介して供給されるバッテリ９０の電力を電圧変換してＣＰＵ４に供給する。すなわち、第一電源ＩＣ１は、ＣＰＵ４に対して給電動作を実行する。

第二電源ＩＣ２（「第二電源部」に相当する）は、第一電源ＩＣとは別体で駆動電源を生成するための集積回路であって、電源自己保持回路３１、電源供給装置９２、及びトランシーバ５の第四ポート５１に接続されている。第二電源ＩＣ２は、電源自己保持回路３１及び電源供給装置９２を介して供給されるバッテリ９０の電力を電圧変換してトランシーバ５に供給する。すなわち、第二電源ＩＣ２は、トランシーバ５に対して給電動作を実行する。

電源制御部３は、両電源ＩＣ１、２の給電動作を制御する電源コントローラである。電源制御部３は、第一電源ＩＣ１及び第二電源ＩＣ２に接続された電源自己保持回路３１と、制御部３０と、を有し、制御部３０が電源自己保持回路３１を制御することで両電源ＩＣ１、２の給電動作を制御する。制御部３０は、ＥＣＵの一部として設けることが可能であるが、第一実施形態ではＣＰＵ４が制御部３０の機能を発揮するようにプログラムされている。

電源自己保持回路３１は、スイッチング素子で構成され、その入力端子がバッテリ９０に接続され、その出力端子が第一電源ＩＣ１及び第二電源ＩＣ２に接続され、その制御端子が制御部３０（ＣＰＵ４）に接続されている。制御部３０が制御端子にオン信号を出力している間は、電源自己保持回路３１を介してバッテリ９０の電力が第一電源ＩＣ１及び第二電源ＩＣ２に供給される。一方、制御部３０が制御端子に電源オフ指令（オフ信号）を出力すると、電源自己保持回路３１はオフ状態（切断状態）となり、バッテリ９０から第一電源ＩＣ１及び第二電源ＩＣ２への給電が停止する。

制御部３０は、図２に示すように、イグニッション９１のオン／オフによって給電／非給電を切り替える電源供給装置９２に接続されており、電源供給装置９２からイグニッション９１のオン／オフ情報を受信する。電源供給装置９２は、イグニッション９１のオン／オフに連動して給電するものであり、第一電源ＩＣ１、第二電源ＩＣ２、及び制御部３０に接続されている。なお、第一実施形態ではイグニッション９１がオンの際は、電源供給装置９２を介してバッテリ９０と第一電源ＩＣ１、第二電源ＩＣ２、及び制御部３０（ＣＰＵ４）とが接続される。

制御部３０は、電源供給装置９２からイグニッション９１のオフ情報を受信すると、ＣＰＵ４が所定処理（予め設定された停止時に実行する処理）を実行した後（あるいは所定時間経過後）、電源自己保持回路３１に対し電源オフ指令を出力し、両電源ＩＣ１、２の給電動作を停止させる。両電源ＩＣ１、２は、少なくともイグニッション９１がオン状態において、バッテリ９０から給電されると共に各対象に給電動作を実行する。

ＣＰＵ４（「演算部」に相当する）は、例えばＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行する演算処理装置であって、第一ポート４１と、第二ポート４２と、第三ポート４３と、切替制御部４４と、を備えている。ＣＰＵ４は、マイコン（マイクロコントローラユニット）ともいえる。第一ポート４１は、第一電源ＩＣ１に接続されている。ＣＰＵ４は、第一ポート４１を介して第一電源ＩＣ１から給電される。

第二ポート４２は、入力ポートであって、トランシーバ５の第六ポート５３と接続されている。第二ポート４２は、トランシーバ５からの信号を受信する。第二ポート４２は入力ポートであり、第二ポート４２を介してトランシーバ５へ信号が送信されることはない。なお、第二ポート４２は、入力ポートと出力ポートを切り替え可能なポートであっても良い。

第三ポート４３は、入力ポートと出力ポートとを切り替え可能に設計されたポートである。第三ポート４３は、トランシーバ５の第五ポート５２に接続されている。

第三ポート４３は、概念的には図３に示すように、２つのスイッチング素子Ａ１、Ａ２と、入力部Ｂと、を有している。第三ポート４３は、出力ポートに設定されている時にはスイッチング素子Ａ１、Ａ２をオン／オフすることでスイッチング素子Ａ１、Ａ２の間からトランシーバ５にパルス信号を送信でき、入力ポートに設定されている時にはスイッチング素子Ａ１、Ａ２が常時オフになり信号（電流）がトランシーバ５側に出力されることはない。第三ポート４３が入力ポートに設定されると、入力部Ｂを介して信号が入力される。

切替制御部４４は、ＣＰＵ４の一機能であって、プログラムに基づいて第三ポート４３を切り替えるものである。切替制御部４４は、電源供給装置９２（又は電源制御部３）からイグニッション９１のオン／オフ情報を受信する。つまり、ＣＰＵ４は、オン／オフ情報を受信する受信ポート４５を備えている。切替制御部４４は、イグニッション９１のオフ情報を受信すると、電源制御部３が両電源ＩＣ１、２の給電動作を停止させる前に、第三ポート４３を出力ポートから入力ポートに切り替える。

第一実施形態において、電源制御部３は、イグニッション９１のオフ情報を受信した後、所定時間経過後（あるいは所定処理を実施後）に両電源ＩＣ１、２の給電動作を停止させるよう設定されている。そして、切替制御部４４は、イグニッション９１のオフ情報を受信した後、所定時間が経過する前に（あるいは所定処理が完了する前に）、第三ポート４３を入力ポートに切り替えるようにプログラムされている。

トランシーバ５は、ＣＡＮと通信するためのＣＡＮトランシーバＩＣであって、主にＣＰＵ４から入力された信号をＣＡＮ内送信可能な電圧レベルに変換してＣＡＮに送信し、ＣＡＮからの信号をＣＰＵ４の電圧レベルに合わせてＣＰＵ４に送信する。トランシーバ５からの信号は、ＣＡＮを介して当該車両用ＥＣＵが担当する負荷（制御対象又は情報収集対象、例えば各種クラッチやエンジン等）に送信される。

トランシーバ５は、ポートとして、第四ポート５１と、第五ポート５２と、第六ポート５３と、入出力ポート５５、５６と、を備えている。第四ポート５１は、第二電源ＩＣ２に接続されている。トランシーバ５は、第四ポート５１を介して第二電源ＩＣ２から給電される。

第五ポート５２は、ＣＰＵ４の第三ポート４３に接続されている。また、第五ポート５２は、トランシーバ５内部において、ＥＳＤ素子５２１及びそれに並列接続された抵抗素子５２２を介して第四ポート５１に接続されている。第一実施形態において、ＥＳＤ素子５２１は、静電気放電のためのダイオードであり、アノードが第五ポート５２に接続され、カソードが第四ポート５１に接続されている。両電源ＩＣ１、２の給電動作停止時に、第二電源ＩＣ２のほうが第一電源ＩＣ１よりも先に又は早く落ちた（電圧低下した）場合、第三ポート４３が出力ポートであれば、第三ポート４３から第一ポート５１に向けてリーク電流が流れる（図１破線参照）。リーク電流は、ＥＳＤ素子５２１を通って第四ポート５１側に流れるため、通常（ポートの耐電流内）よりも大きな電流となる。

第六ポート５３は、第二ポート４２に接続された出力ポートである。入出力ポート５５、５６は、電圧レベルを合わせたパルス信号をＣＡＮ（負荷）との間で送受信するためのポートである。

ここで、第一実施形態の車両用ＥＣＵの作用効果について説明する。図４に示すように、イグニッション９１がオフされると、オフ信号が送信され、電源制御部３（制御部３０）及びＣＰＵ４（切替制御部４４）がオフ信号を受信する（Ｓ１０１）。制御部３０は、当該オフ信号を受信しても所定時間経過するまで（あるいは所定処理完了まで）電源オフ指令を出力せず、給電状態を維持する（Ｓ１０２）。制御部３０は、イグニッション９１のオフ信号を受信すると所定時間のカウントを開始するように設定されても良い。

一方、切替制御部４４は、イグニッション９１のオフ信号を受信すると、所定時間が経過する前（ここではオフ信号の受信と実質同時）に第三ポート４３を出力ポートから入力ポートに切り替える（Ｓ１０３）。電源制御部３は、切替制御部４４が第三ポート４３を入力ポートに切り替えた後であって所定時間経過後に、両電源ＩＣ１、２の給電動作を停止させる（Ｓ１０４）。すなわち、制御部３０が所定時間後に電源自己保持回路３１をオフする。

第一実施形態によれば、イグニッション９１がオフされた場合、両電源ＩＣ１、２の給電動作が停止する前に、第三ポート４３が入力ポートに切り替えられる。これにより、図５に示すように、たとえ第二電源ＩＣ２が第一電源ＩＣ１よりも先に給電停止（過渡現象開始）した場合であっても、入力ポートに設定切替された第三ポート４３からトランシーバ５側にリーク電流が出力されることがなく、ＣＰＵ４からのＥＳＤ素子５２１を介した大電流の発生を防止することができる。つまり、第一実施形態によれば、ＣＰＵ４からトランシーバ５へのリーク電流の発生を防止し、大きなリーク電流発生によるＣＰＵ４の損傷や故障を防止することができる。

また、第一実施形態では、プログラムを変更して対応可能であり、ソフトウェア的に第三ポート４３における入力ポートと出力ポートとを切り替えているため、回路部品の増加が抑制され、製造コストの増加を抑えることができる。

ところで、ＣＰＵ４（又は信号線６１）には、制御用トランシーバ９３につながる信号線６６が接続されている。制御用トランシーバ９３は、ＣＰＵ４と同じ第一電源ＩＣ１から給電され、トランシーバ５同様にＣＰＵ４と通信可能となっている。第一実施形態では、２つのチャンネルを使用し、制御用トランシーバ９３はＣＡＮ１チャンネル（１ｃｈ）に用いられ、トランシーバ５はＣＡＮ２チャンネル（２ｃｈ）に用いられる。

２つのトランシーバを第一電源ＩＣ１のみで給電する場合、第一電源ＩＣ１は、ＣＰＵ４、トランシーバ５、及び制御用トランシーバ９３の電源を供給できるような大容量が要求される。この場合、トランシーバ５が不要な車両に対して適用すると、必要以上に大きな容量の電源ＩＣを搭載することになる。しかし、第一実施形態のように、チャンネルごとに別々の電源ＩＣを用いることで、車両に合わせてトランシーバ５及び第二電源ＩＣ２を取り付け／取り外しが可能であり、各車両に適切な容量の電源ＩＣを搭載することができる。

このように、第一実施形態によれば、第一電源ＩＣ１が１チャンネル用に設計され且つ２チャンネル時のリーク電流を防止できる構成であるため、ＣＡＮ１チャンネル用車両やＣＡＮ２チャンネル用車両など車両毎に適切な設計が可能となり、車両用ＥＣＵの汎用性が向上する。ＣＡＮ１チャンネルは主に制御信号の通信に用いられ、ＣＡＮ２チャンネルは主にダイアグ信号の通信に用いられる。本発明は、図５に示すように、過渡現象の開始時期のタイムラグの他、過渡現象における電圧低下速度の違いによるリーク電流にも対応できる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の車両用ＥＣＵは、図６に示すように、第一実施形態に対して、電源自己保持回路３１と第二電源ＩＣ２とをつなぐ配線上に第二制御回路３２を加えたものである。したがって、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。第二実施形態の電源制御部３は、制御部３０と、電源自己保持回路３１と、第二制御回路３２と、を備えている。

第二制御回路３２は、スイッチング素子であって、その入力端子が電源自己保持回路３１の出力端子に接続され、その出力端子が第二電源ＩＣ２に接続され、その制御端子が制御部３０に接続されている。第二制御回路３２は、制御部３０からのオン／オフ信号に応じて、電源自己保持回路３１と第二電源ＩＣ２との間を接続／遮断する。

この構成によれば、制御部３０は、電源自己保持回路３１がオン状態の間、第二制御回路３２をオン／オフすることで第二電源ＩＣ２のみをオン／オフすることができる。そして、切替制御部３０は、両電源ＩＣ１、２が給電動作中において、制御部３０が電源自己保持回路３１をオフする前又は第二制御回路３２のみをオフする前に、第三ポート４３を出力ポートから入力ポートに切り替える。これにより、第一実施形態同様、リーク電流は防止される。

１：第一電源ＩＣ（第一電源部）、２：第二電源ＩＣ（第二電源部）、
３：電源制御部、３１：電源自己保持回路、３２：第二制御回路、
４：ＣＰＵ（演算部）、４１：第一ポート、
４２：第二ポート、４３：第三ポート、４４：切替制御部、
５：トランシーバ、５１：第四ポート、５２：第五ポート、
５２１：ＥＳＤ素子、５３：第六ポート、
９０：バッテリ、９１：イグニッション、９２：電源供給装置、
９３：制御用トランシーバ

Claims

バッテリに接続された第一電源部と、
前記第一電源部とは別体で前記バッテリに接続された第二電源部と、
前記第一電源部から給電される演算部と、
前記第二電源部から給電され、前記演算部からの信号を受信し負荷に出力するトランシーバと、
イグニッションのオン／オフ情報を受信し、前記イグニッションのオフ情報を受信した後に前記第一電源部及び前記第二電源部の給電動作を停止させる電源制御部と、
を備え、
前記演算部は、前記第一電源部に接続された第一ポートと、少なくとも入力ポートとして機能する第二ポートと、入力ポートと出力ポートとを切り替え可能な第三ポートと、前記第三ポートの切り替えを制御する切替制御部と、を有し、
前記トランシーバは、前記第二電源部に接続された第四ポートと、前記第三ポートに接続され且つ前記第四ポートにＥＳＤ素子を介して接続された第五ポートと、前記第二ポートに接続された第六ポートと、を有し、
前記切替制御部は、前記イグニッションのオン／オフ情報を受信し、前記イグニッションのオフ情報を受信した後で前記電源制御部が前記給電動作を停止させる前に、前記第三ポートを出力ポートから入力ポートに切り替える車両用電子制御ユニット。
請求項１において、
前記第一電源部及び前記演算部は、ＣＡＮの第一のチャンネルに用いられ、
前記第二電源部及び前記トランシーバ及び前記演算部は、前記ＣＡＮの第二のチャンネルに用いられ、
前記電源制御部は、前記ＣＡＮの前記第一のチャンネル又は前記第二のチャンネルに用いられている車両用電子制御ユニット。