JP2018142811A - 負荷の電流制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流制御装置内のコントローラと電流制御回路部とを接続するシリアル通信線の状態を判定することができるようにすること。【解決手段】負荷の電流制御装置１０は、負荷２０に接続される電流制御回路部１２と、電流制御回路部とシリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒを介して接続されるコントローラ１１とを備える。コントローラ１１は、シリアル通信線の状態を判定する判定部１１１を有し、判定部は、シリアル通信線を介して電流制御回路部へ指示した指示電流値と、電流制御回路部からシリアル通信線を介して受信する出力電流値と、電流制御回路部からシリアル通信線を介して受信する所定のステータス情報とに基づいて、シリアル通信線が正常であるか異常であるかを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、負荷の電流制御装置に関する。

負荷の電流を制御する電流制御装置は多くの産業分野で多用されているが、電流制御装置に対する小型化の要請は年々顕著になっている。電流制御装置を小型化するための一つの手段として、負荷の電流検出回路、電流フィードバック機能、負荷との導線の異常検出機能等を一つのパッケージに集約した電流制御ＩＣ（Integrated Circuit）を用いることが知られている。例えば、特許文献１では、負荷に流れる電流を制御する電流制御ＩＣに関する技術が開示されている。

特許文献１に記載の電流制御ＩＣは、負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、検出した電流値とシリアル通信で外部機器から受信した指示電流値とに基づいて負荷に流れる電流を制御するための半導体素子とを備え、検出した電流値をシリアル通信データに変換して外部機器へ送信する機能を持つ。さらに、特許文献１の電流制御ＩＣは、負荷に印加される電圧を検出する電圧検知部を備え、負荷に印加されている電圧が過電圧状態であることを検出すると、過電圧状態を示す信号をシリアル通信データにのせて外部へ送信する機能を持つ。

特開２００９−２８４１６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、外部機器と電流制御ＩＣとを接続するシリアル通信線に地絡や断線が発生した場合に、この異常を検出することが難しいという課題がある。パリティデータをチェックする場合であっても、シリアル通信線に地絡や断線の異常が生じると、パリティビットやパリティチェックを有効または無効に設定するビットの全てが０になってしまうため、その異常を検出することができない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、電流制御装置内のコントローラと電流制御回路部とを接続するシリアル通信線の状態を判定することができるようにした負荷の電流制御装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従う負荷の電流制御装置は、負荷に接続される電流制御回路部と、電流制御回路部とシリアル通信線を介して接続されるコントローラとを備える負荷の電流制御装置であって、コントローラは、シリアル通信線の状態を判定する判定部を有し、判定部は、シリアル通信線を介して電流制御回路部へ指示した指示電流値と、電流制御回路部からシリアル通信線を介して受信する出力電流値と、電流制御回路部からシリアル通信線を介して受信する所定のステータス情報とに基づいて、シリアル通信線が正常であるか異常であるかを判定する。

本発明によれば、電流制御装置内のコントローラは、電流制御装置内の電流制御回路部に接続されるシリアル通信線の状態を判定することができる。

電流制御装置の全体構成図である。 マイクロコンピュータと電流制御ＩＣとの間で通信されるデータの構成例を示す説明図である。 通信線状態判定処理のフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る負荷の電流制御装置１０は、「コントローラ」としてのマイクロコンピュータ１１と、「電流制御回路部」としての電流制御ＩＣ１２とを内蔵しており、それらマイクロコンピュータ１１と電流制御ＩＣ１２とはシリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒにより接続されている。
詳細は後述するように、マイクロコンピュータ１１は、所定の閾値以上の電流値を指示する送信データ１４を電流制御ＩＣ１２へ送信し、所定時間が経過した後、電流制御ＩＣ１２から受信した受信データ１５に基づいてシリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒの状態が正常であるか異常であるか判定する。マイクロコンピュータ１１は、判定結果（異常と判定した場合の結果だけでもよい）を記憶すると共に、外部へ警報を出力することもできる。

このように構成される本実施形態によれば、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２へのシリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒの地絡もしくは断線を検出することができ、速やかにユーザーに異常を通知することが可能となる。これにより、電流制御装置１０の信頼性および使い勝手を向上することができる。

図１〜図３を用いて第１実施例を説明する。図１は、負荷の電流制御装置１０を自動車に適用した場合を示す。電流制御装置１０は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３０からの制御指令に応じて、負荷２０へ与える電流値を指示する。負荷２０は、例えば、リニアソレノイドや電動モータ等である。負荷２０は、例えば油圧制御弁等のアクチュエータとして構成することができる。なお、本実施例の電流制御装置１０は、自動車以外に、例えば、建設機械、産業機械、ロボットなどにも広く適用することができる。

電流制御装置１０は、負荷２０への電流を制御する装置であり、例えば、マイクロコンピュータ１１と、電流制御ＩＣ１２とを内蔵する。マイクロコンピュータ１１と電流制御ＩＣ１２とは、シリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒを介して接続されており、シリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒを介してデータを授受する。シリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒを用いたシリアル通信では、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）などのインタフェースを用いることができる。ただし、通信インターフェースの種類は特に問わない。シリアル通信線１３Ｔは、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２へ送信データ１４を送るときに使用する。シリアル通信線１３Ｒは、マイクロコンピュータ１１が電流制御ＩＣ１２から受信データ１５を受け取るときに使用する。送受信を区別しない場合、シリアル通信線１３Ｔ，１３Ｒをシリアル通信線１３と呼ぶ。

マイクロコンピュータ１１は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ、通信回路（いずれも不図示）を備えており、メモリには図示せぬ所定のコンピュータプログラムが格納されている。マイクロプロセッサが所定のコンピュータプログラムを読み込んで実施することで、通信線状態判定部１１１という機能が実現される。通信線状態判定部１１１は、シリアル通信線１３の状態の可否を判定する機能であり、警報部１１１１と異常判定結果記憶部１１１２とを含む。通信線状態判定部１１１の処理内容は図３で後述する。

電流制御ＩＣ１２は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルス出力機能、出力電流値検出機能、過電圧状態検出機能、パリティチェック機能、パリティチェック無効化機能を備える。

ＰＷＭパルス出力機能は、マイクロコンピュータ１１から受信した送信データ１４内の指示電流値に基づいて、負荷２０へ制御信号２２としてのＰＷＭパルスを出力する機能である。出力電流値検出機能は、負荷２０の出力電流値２３を検出する機能である。過電圧状態検出機能は、負荷２０に印加されている電圧が過電圧状態であることを検出する機能である。パリティチェック機能は、マイクロコンピュータ１１から受信したデータ１４に含まれているパリティビットを用いて、データ誤りを検出する機能である。パリティチェック無効化機能は、マイクロコンピュータ１１から受信したデータ１４内の所定のビットがゼロに設定されている場合に、パリティチェックを無効にする機能である。

電流制御ＩＣ１２は、上述の機能を用いることで、マイクロコンピュータ１１の指示する電流値に従い、負荷２０へ流れる電流を制御したり、負荷２０に実際に流れた電流値や過電圧状態を検出してマイクロコンピュータ１１へ送信したりする。

さらに、電流制御ＩＣ１２は、負荷２０と接続する信号線２１Ｔ，２１Ｒに地絡や断線が生じたか判定する断線検出部１２１を備える。信号線２１Ｔは電流制御ＩＣ１２から負荷２０へ信号が流れる線であり、信号線２１Ｒは戻りの線である。両者を区別しない場合は信号線１２と呼ぶ。信号線に代えて導線１２と呼ぶこともできる。

負荷２０には、電流制御ＩＣ１２から出力されるＰＷＭパルス信号により、電流が流れ込む。これにより、例えば電磁弁等が開閉して油圧が制御される。

ＥＣＵ３０は、自動車を制御するコンピュータシステムである。ＥＣＵ３０は、図示せぬセンサやステアリング、ブレーキペダル、アクセルペダルなどからの信号に基づいて、電動モータの回転数、燃料噴射量、吸入空気量、変速機動作などを決定し、それらを実現するための制御指令を各部へ出力する。電流制御装置１０は、ＥＣＵ３０からの制御指令を受け取る装置群のうちの一つである。

図２は、マイクロコンピュータ１１と電流制御ＩＣ１２との間で流れるデータ１４，１５の構成例を示す。図２の上側には、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２へ送信されるデータ１４の例が示されており、図２の下側には電流制御ＩＣ１２からマイクロコンピュータ１１へ送信されるデータ１５の例が示されている。データ１４，１５は、それぞれ１バイトもしくは２バイトのデータとして構成される。

図２上側に示すデータ１４は、例えば、パリティビット１４１、パリティ機能有効/無効設定ビット１４２、指示電流値１４３を含む。

パリティチェックによるデータ異常検出機能としては、奇数パリティと偶数パリティの２種類がある。例えば、連続したデータを加算するデータ処理を行う場合は、偶数パリティの方がエラーチェックは容易なため、偶数パリティを用いることが多い。

電流制御ＩＣ１２を耐ノイズ性の強い環境下で使用する場合は、不要なパリティチェックを省くことで、電流制御ＩＣ１２の内部回路の電気的負担を低減できる。そこで、パリティチェック有効／無効設定ビット１４２をゼロに設定することにより、パリティチェックを無効にできる。

図２下側に示すデータ１５は、例えば、負荷２０と接続する信号線２１の地絡を検出する地絡検出ビット（地絡状態）１５１、負荷２０に実際に流れた電流値（出力電流値）１５２、過電圧状態信号１５３、通信パリティエラー検出ビット１５４、および、パリティビット１５５を含む。

なお、電流制御ＩＣ１２では、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２へのシリアル通信線１３Ｔが地絡もしくは断線した場合、図２上側に示すデータ１４は、ビットが全てゼロになる。つまり、データ１４のパリティビット１４１、指示電流値１４３、パリティ機能有効／無効設定ビット１４２が全てゼロになる。

シリアル通信線１３Ｔに異常が生じた場合、電流制御ＩＣ１２からマイクロコンピュータ１１へ送られるデータ１５では、実電流値１５２の値（図１の出力電流値２３）は、ゼロになる。データ１４において指示電流値１４３にゼロが設定されているため、電流制御ＩＣ１２はその指示電流値１４３にしたがって負荷２０への通電を制御する。また、過電圧や通信パリティエラーは発生しないため、過電圧状態１５３、および、通信パリティエラー検出ビット１５４も共にゼロとなる。さらに、負荷との導線に地絡が発生していないため、負荷２０との信号線２１の地絡を検出するビット１５１もゼロとなる。

図３は、マイクロコンピュータ１１の実施する通信線状態判定処理を説明するためのフローチャートである。

本処理は、例えば、予め設定された所定の周期で実行してもよいし、あるいは、予め設定された所定の契機が到来する度に実行してもよい。例えば、所定値以上の加速度が電流制御装置１０に加わった場合、所定値以上の温度変化があった場合のように、電流制御装置１０の周囲環境の変化に基づいて図３の処理を実施してもよい。

マイクロコンピュータ１１は、電流制御ＩＣ１２に対してゼロ以外の指示電流値を送信する（Ｓ１０）。フローチャートでは指示電流値に符号ｉを与える。指示電流値は、送信データ１４の指示電流値１４３に設定されて、電流制御ＩＣ１２へ送信される。

マイクロコンピュータ１１は、指示電流値を電流制御ＩＣ１２へ送信した後、所定時間が経過すると、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２へ向かうシリアル通信線１３Ｔ（送信線）に異常が発生しているかを判定する（Ｓ１１）。

異常の有無を判定するステップＳ１１では、複数の条件に基づいて、異常の発生を検出する。一つの例として、ここでは４つの条件を全て満たす場合に、シリアル通信線１３Ｔに異常が生じたと判定する場合を説明する。

第１の条件は、「指示電流値ｉ≧所定の閾値Ｔｈｉ」であることである。第２の条件は、「実電流値＝０」であることである。第１の条件および第２の条件は、電流制御ＩＣ１２に対してゼロ以外の所定の閾値Ｔｈｉ以上の電流を流すように指示しているにも拘らず、実際には、正しいシリアル通信データ１４が電流制御ＩＣ１２に送信されていないことを判定するためのものである。

しかしながら、「指示電流値ｉ≧所定の閾値Ｔｈｉ」かつ「実電流値＝０」の状態は、本発明で検出することを目的としている、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２への送信線１３Ｔの地絡もしくは断線の事象に特有の状態ではない。

その状態は、電流制御ＩＣ１２と負荷２０との信号線２１に地絡が発生した事象でも発生するし、または、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２へ送信されるデータ１４中に１ビットのみのデータ化けが発生してしまい、このパリティエラーのために電流制御ＩＣ１２が指示電流値を受理しなかった事象でも発生する。

そこで、本実施例では、それらの事象と、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２への送信線１３Ｔで生じた地絡もしくは断線の事象とを区別するために、第３の条件と第４の条件をステップＳ１１に追加する。

第３の条件は、「負荷２０との信号線２１に生じる地絡検出ビット＝０」であること、つまり、信号線２１に地絡が検出されていないこと、である。第４の条件は、「通信パリティエラー検出ビット＝０」であること、つまり、マイクロコンピュータ１１と電流制御ＩＣ１２との間の通信にパリティエラーが検出されていないこと、である。

以上述べた４つの条件を一つでも満たさない場合、ステップＳ１１ではＮＯと判定されてステップＳ１２へ進む。マイクロコンピュータ１１は、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２への送信線１３Ｔは正常であると判断し、本処理を終了する。

これに対し、上述の４つの条件を全て満たす場合、ステップＳ１１ではＹＥＳと判定されて、ステップＳ１３へ進む。マイクロコンピュータ１１は、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２への送信線１３Ｔに地絡もしくは断線が発生していると判断し、この判定結果を異常判定結果記憶部１１１２に格納する。異常判定結果記憶部１１１２は、不揮発性メモリ、または、電池などでバックアップされた揮発性メモリであることが望ましい。

マイクロコンピュータ１１は、ステップＳ１３で記憶した判定結果に基づいて警報部１１１１を作動させる（Ｓ１４）。警報部１１１１は、例えば、警告灯を点灯させたり、警報ブザーを鳴動させたり、警告メッセージをディスプレイ等に表示させたり、といった警報処理を実行して本処理を終了する。

このように構成される本実施例によれば、マイクロコンピュータ１１から電流制御ＩＣ１２へデータ１４を送るシリアル通信線１３Ｔに異常が生じたか否かを判定することができるため、電流制御装置１０の信頼性および使い勝手が向上する。

従来技術の場合、シリアル通信線１３Ｔが地絡もしくは断線した場合、電流制御ＩＣ１２が受信するデータ１４の全ビットがゼロになるため、指示電流値１４３、パリティビット１４１、パリティチェック有効／無効設定ビット１４２が全てゼロになる。パリティチェック有効／無効設定ビット１４２がゼロなので、パリティチェックによる異常検出機能が働かない。このため、電流制御ＩＣ１２は、データ１４を正常なデータであるとして受取り、負荷２０の電流がゼロになるように電流制御を行ってしまう。このように、従来技術では、本来はゼロではない指示電流値を電流制御ＩＣ１２に送信しても、シリアル通信線の異常を検出することができない。これに対し、本実施例によれば、ゼロ以外の指示電流値を電流制御ＩＣ１２へ送信することで、シリアル通信線１３Ｔ（送信線１３Ｔ）の異常を検出することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。

１０：電流制御装置、１１：マイクロコンピュータ、１２：電流制御ＩＣ、１３Ｔ：シリアル通信線（送信）、１３Ｒ：シリアル通信線（受信）、２１：信号線、２０：負荷、３０：ＥＣＵ

Claims (4)

1. 負荷に接続される電流制御回路部と、前記電流制御回路部とシリアル通信線を介して接続されるコントローラとを備える負荷の電流制御装置であって、
   前記コントローラは、前記シリアル通信線の状態を判定する判定部を有し、
   前記判定部は、前記シリアル通信線を介して前記電流制御回路部へ指示した指示電流値と、前記電流制御回路部から前記シリアル通信線を介して受信する出力電流値と、前記電流制御回路部から前記シリアル通信線を介して受信する所定のステータス情報とに基づいて、前記シリアル通信線が正常であるか異常であるかを判定する、
   負荷の電流制御装置。
2. 前記所定のステータス情報には、前記電流制御回路部と前記負荷との信号線に地絡が生じたかを示す地絡検出情報と、前記コントローラと前記電流制御回路部との間のシリアル通信にパリティエラーが生じたかを示すパリティエラー検出情報とが含まれる、
   請求項１に記載の負荷の電流制御装置。
3. 前記判定部は、
   （１）前記シリアル通信線を介して前記電流制御回路部へ指示した前記指示電流値が所定の閾値以上であること、
   （２）前記電流制御回路部から前記シリアル通信線を介して受信する前記出力電流値が０を示すこと、
   （３）前記地絡検出情報が正常状態を示すこと、
   （４）前記パリティエラー検出情報が正常状態を示すこと、
   の全ての条件を満たす場合に、前記シリアル通信線に異常が生じていると判定する、
   請求項２に記載の負荷の電流制御装置。
4. 前記コントローラは、上位装置からの指示に従って、前記電流制御回路部へ前記シリアル通信線を介して前記指示電流値を送信するものであり、
   前記コントローラは、前記上位装置からの指示に従って決定された前記指示電流値が前記所定の閾値以上である場合に、前記判定部を起動させる、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の負荷の電流制御装置。

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