(57)【要約】【課題】制御すべき車載負荷が増えても、マイクロコンピュータのサイズを維持することができる車載負荷の制御装置を提供する。【解決手段】各端子を断線検出手段に接続するモニタ端子と駆動信号発生手段に接続する信号出力端子の何れかに切換可能な切換手段２３を内蔵するマイクロコンピュータ２０、マイクロコンピュータ２０の出力端子２１からの信号で負荷２を駆動する駆動回路３０、負荷２のオンオフ状態を出力するモニタ回路４０とを備え、モニタ回路４０の出力を駆動回路３０と同じ端子２１に接続し、この端子２１をソフトウエアで、負荷２のオン時には信号出力端子にし、負荷のオフ時にはモニタ端子に切り換えて、１つの車載負荷に対するマイクロコンピュータの使用端子数を減らした車載負荷の制御装置である。この結果、マイクロコンピュータ２０のサイズを変更することなくより多くの車載負荷をマイクロコンピュータ２０で制御することが可能となる。【選択図】図３
2010115966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が電源に接続する車載負荷の他端に接続されて前記負荷を制御する制御装置であって、各端子をモニタ端子と出力端子の何れかに設定可能な切換手段を内蔵するマイクロコンピュータと、一端が前記出力端子に設定された前記マイクロコンピュータの端子に接続されると共に他端が前記負荷に接続されて前記出力端子からの信号の有無によりオンオフして前記負荷をオンオフする駆動回路と、一端が前記モニタ端子に設定された前記マイクロコンピュータの端子に接続されると共に他端が前記負荷に接続されて前記負荷の異常状態を検出するモニタ回路とを備える制御装置において、
前記モニタ回路の一端の接続先を、前記モニタ端子に設定された前記端子から、前記駆動回路の一端が接続されている前記マイクロコンピュータの端子に変更すると共に、
前記切換手段によって前記マイクロコンピュータの前記端子を、前記負荷をオンさせる時には前記出力端子に切り換え、前記負荷をオフ状態にしている時には前記モニタ端子に切り換えることを特徴とする車載負荷の制御装置。
【請求項２】
前記モニタ回路の一端を、抵抗器を介して前記マイクロコンピュータの前記端子に接続したことを特徴とする請求項１に記載の車載負荷の制御装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記マイクロコンピュータの前記端子から信号が出力された時にオンして前記負荷をオンする第１のトランジスタを備えて構成され、前記モニタ回路は、前記負荷のオフ時にオンしてモニタ出力をローレベルにする第２のトランジスタを備えて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車載負荷の制御装置。
【請求項４】
前記マイクロコンピュータは、前記負荷のオフ時に前記モニタ回路のモニタ出力がハイレベルである時に前記負荷が断線していると判定することを特徴とする請求項３に記載の車載負荷の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車載負荷の制御装置に関し、特に、一端が電源に接続された車載負荷の他端に接続し、電流を引き込むことによって車載負荷をオンさせるように構成されると共に、車載負荷の断線を検出可能な制御装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載された電気負荷（車載負荷）は、ＥＣＵ（電子制御装置）によってオンオフが制御されるようになっている。このような車載負荷としては、例えば、車両のエンジンから排出される排気ガス流の酸素濃度を検出し、エンジンに適切な空燃比の混合気を供給するために使用される酸素センサに内蔵されたヒータがある。ヒータが内蔵された酸素センサ（ヒータ付酸素センサ）のヒータは、エンジンの冷間始動時等の排気ガス温度が低い時の酸素センサの作動特性を向上させるために使用される。
【０００３】
ヒータ付酸素センサの通電制御装置は、例えば特許文献１に記載されており、エンジンの運転停止操作後、一定時間、または外気温度やエンジンの運転状態等に基づいて設定された通電時間だけヒータが通電制御されるようになっている。特許文献１に開示のヒータ付酸素センサでは、ヒータへの通電制御は、バッテリとヒータの間に設けられたスイッチをコントロールユニットでオンオフ制御して行うようになっている。これに対して、一端が電源に接続されたヒータの他端をＥＣＵに接続しておき、ＥＣＵが電流を引き込むことによってヒータをオンするタイプのものもある。
【０００４】
この酸素センサはエンジンの制御に重要な部品であるので、酸素センサを冷間始動時に加熱するヒータも重要である。そこで、従来から酸素センサ用のヒータには断線検出回路が設けられている。酸素センサ用のヒータの断線の検出は、ヒータに加熱用の電流を供給しないオフ時に、ヒータへの出力信号とモニタ信号の論理異常を判定して行うのが一般的である。このようなヒータの制御装置の従来の例を図１を用いて説明する。
【０００５】
図１（ａ）は自動車の排気通路に設けられた酸素センサ１を始動時等に加熱するためのヒータ２の駆動を制御すると共に、ヒータ２の断線検出機能を備えた従来の車載負荷の制御装置１０の一例の構成を示すものである。ヒータ２の一端はバッテリに接続されており、他端は制御装置１０にコネクタ３を通じて接続している。この例の制御装置１０は、前述の電流を引き込んでヒータ２をオンするタイプである。
【０００６】
制御装置１０は、マイクロコンピュータ２０、このマイクロコンピュータ２０の出力端子（以後出力ポートと言う）２１と前述のヒータ２が接続するコネクタ３との間に設けられた駆動回路３０、及びマイクロコンピュータ２０の入力端子（以後モニタポートと言う）２２と、前述のヒータ２が接続するコネクタ３との間に設けられたモニタ回路４０とから構成されている。マイクロコンピュータ２０の各端子は、マイクロコンピュータ２０に内蔵されたソフトウエア２５により、モニタポートか出力ポートかの何れかに設定できるようになっている。この設定を行うために、マイクロコンピュータ２０には各端子に接続するモニタ／出力切換回路が内蔵されている。
【０００７】
図１（ａ）に示す構成では、マイクロコンピュータ２０の出力ポート２１が、ソフトウエア２５によって出力側に設定されたモニタ／出力切換回路２３に接続しており、マイクロコンピュータ２０のモニタポート２１が、ソフトウエア２５によって入力側に設定されたモニタ／出力切換回路２４に接続している。モニタ／出力切換回路２３には、ヒータ２のオン時に図示しない回路で生成されたオン信号が入力される。また、モニタ／出力切換回路２４には、図示しない断線検出回路が接続されている。
【０００８】
駆動回路３０は、出力ポート２１からのオン信号によってオンしてコネクタ３を接地する第１のトランジスタ３１と、出力ポート２１と第１のトランジスタ３１との間に接続された抵抗器３２とから構成されている。この例では第１のトランジスタ３１は、ゲートが抵抗器３２に接続し、ソースが接地され、ドレインがコネクタ３に接続されたＭＯＳＦＥＴである。
【０００９】
一方、モニタ回路４０は、コンデンサ４１、第２のトランジスタ４２、及び３つの抵抗器４３，４４，４５から構成されている。この例では第２のトランジスタ４２は、ベースが抵抗器４３を介してコネクタ３に接続し、エミッタが接地され、コレクタがモニタポート２２に接続されると共に抵抗器４５を介して電源ＶＣＣに接続されたｎｐｎ型トランジスタである。コンデンサ４１と抵抗器４４とは並列にトランジスタ４２のベース−エミッタ間に接続されている。
【００１０】
図１（ｂ）は図１（ａ）に示した車載負荷の制御装置１０のヒータ正常時の動作、及びヒータ断線時の動作を示すものである。
【００１１】
まず、ヒータ２に断線がなく正常である場合について説明する。出力ポート２１は、マイクロコンピュータ２０からヒータ２の駆動信号が出力される時にＨｉ（ハイレベル）になり、ヒータ２の駆動信号が出力されない時にＬｏ（ローレベル）になる。出力ポート２１がＨｉの時は、第１のトランジスタ３１がオンするので、コネクタ３の電位がＬｏ（ローレベル）になる。この結果、第２のトランジスタ４２はオフになり、電源ＶＣＣの電圧がモニタポート２２に印加されるので、モニタポート２２がＨｉになる。一方、出力ポート２１がＬｏの時は、第１のトランジスタ３１がオフするので、コネクタ３の電位がＨｉになる。この結果、第２のトランジスタ４２はオンになり、抵抗器４５のモニタポート側がトランジスタ４２を通じて接地されるので、モニタポート２２がＬｏになる。
【００１２】
モニタポート２２の電圧の変化は、モニタ／出力切換回路２４に接続された図示しない断線検出回路に入力され、断線検出回路がヒータ２が正常であるか、或いは断線しているかの判定を行う。図１（ａ）のように構成された回路では、断線検出回路は、出力ポート２１がＨｉの時にモニタポート２２がＨｉであり、出力ポート２１がＬｏの時にモニタポート２２がＬｏとなる時に、ヒータ２が正常であると判定する。
【００１３】
次に、ヒータ２に断線が発生した異常時について説明する。ヒータ２の断線時に出力ポート２１がＨｉになると、第１のトランジスタ３１がオンするので、コネクタ３の電位がＬｏになる。この結果、第２のトランジスタ４２はオフになり、電源ＶＣＣの電圧がモニタポート２２に印加されるので、モニタポート２２がＨｉになる。一方、出力ポート２１がＬｏの時は、第１のトランジスタ３１がオフするが、ヒータ２が断線しているので、コネクタ３の電位はＬｏである。この結果、第２のトランジスタ４２はオフであり、電源ＶＣＣの電圧がモニタポート２２に印加されるので、モニタポート２２がＨｉになる。
【００１４】
この状態では、断線検出回路は、出力ポート２１がＨｉの時にモニタポート２２がＨｉになるが、出力ポート２１がＬｏの時にモニタポート２２がＬｏとならずにＨｉになるので、ヒータ２が異常、即ち、ヒータ２に断線があると判定する。
このように、マイクロコンピュータを内蔵した制御装置がオンオフ制御する他の車載負荷としては、例えば、クーリングファンをオンオフするリレーがある。
【００１５】
【特許文献１】特開平５−１０９１７号公報（図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように、従来の制御装置１０では、マイクロコンピュータ２０の出力ポート２１とモニタポート２２の２ポートを使用してヒータ２の断線を検出している。ところが今後、車両の排気ガスの浄化を更に進めるために、キャニスタに捕集された燃料蒸発ガスのパージを制御するバルブを電子制御する等、制御すべき車両負荷が増えることが予想され、それらの負荷に対してもマイクロコンピュータ側で制御、負荷の異常検出を行うと、マイクロコンピュータのポート数が不足する虞がある。そして、この虞に対して単純にマイクロコンピュータのポート数を増やしてマイクロコンピュータを大型化すると、小型化を進める必要のある制御装置の小型化が妨げられるという問題があった。
【００１７】
本発明はこの問題点を解消するものであり、制御装置のマイクロコンピュータの使用ポート数を削減するために、出力ポートとモニタポート（入力ポート）を兼用して、制御すべき車載負荷が増えても、マイクロコンピュータのサイズを維持することができる車載負荷の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成する本発明は、一端が電源に接続する車載負荷の他端に接続されて負荷を制御する制御装置であって、各端子をモニタ端子と出力端子の何れかに設定可能な切換手段を内蔵するマイクロコンピュータと、一端が出力端子に設定されたマイクロコンピュータの端子に接続されると共に他端が負荷に接続されて出力端子からの信号の有無によりオンオフして負荷をオンオフする駆動回路と、一端がモニタ端子に設定されたマイクロコンピュータの端子に接続されると共に他端が負荷に接続されて負荷の異常状態を検出するモニタ回路とを備える制御装置において、モニタ回路の一端の接続先を、モニタ端子に設定された端子から、駆動回路の一端が接続されているマイクロコンピュータの端子に変更すると共に、切換手段によってマイクロコンピュータの端子を、負荷をオンさせる時には出力端子に切り換え、負荷をオフ状態にしている時にはモニタ端子に切り換えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各端子を断線検出手段に接続するモニタ端子と駆動信号発生手段に接続する出力端子の何れかに設定可能な切換手段を内蔵するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータの出力端子からの信号で負荷をオンオフ駆動する駆動回路と、負荷のオンオフ状態をマイクロコンピュータの入力端子に入力するモニタ回路とを備える制御装置において、モニタ回路のマイクロコンピュータ側の接続先を駆動回路と同じ端子に変更し、マイクロコンピュータの端子を、負荷のオン時には出力端子に切り換え、負荷のオフ時にはモニタ端子に切り換えるようにしたので、１つの車載負荷に対するマイクロコンピュータの使用端子数が減り、マイクロコンピュータのサイズを変更することなくより多くの車載負荷をマイクロコンピュータで制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、説明を簡単にするために、図１で説明した従来の車載負荷の制御装置１０と同じ構成部材については、同じ符号を付して説明する。
【００２１】
図２は、自動車の排気通路に設けられた酸素センサ１を始動時等に加熱するためのヒータ２の駆動を制御すると共に、ヒータ２の断線検出機能を備えた本発明の一実施例の車載負荷の制御装置５０の一例の構成を示すものである。ヒータ２の一端はバッテリ＋Ｂに接続されており、他端は制御装置５０にコネクタ３を通じて接続している。
【００２２】
この実施例の制御装置５０は、マイクロコンピュータ２０、駆動回路３０、及びモニタ回路４０Ａとから構成されている。マイクロコンピュータ２０の各ポート（この図には２つのポート２１、２２のみが示されている）は、マイクロコンピュータ２０に内蔵されたソフトウエア２５により、モニタポートか出力ポートかの何れかに切り換え可能になっている。この切り換えを行うために、マイクロコンピュータ２０のポート２１にはモニタ／出力切換回路２３が接続されている。
【００２３】
モニタ／出力切換回路２３には、ヒータ２に通電を行うためのオン信号を出力するヒータ駆動回路２６と、負荷の異常検出回路としてヒータ２の断線を検出するための断線検出回路２７が接続している。他のポートについても同様であり、各ポートにはそれぞれモニタ／出力切換回路が接続されて、必要に応じて負荷の駆動回路や負荷の異常検出回路が接続されている。即ち、この図に示されるポート２２とモニタ／出力切換回路２４のように、他のポートにもソフトウエア２５によりモニタポートか出力ポートかの何れかに切り換え可能なモニタ／出力切換回路が接続されている。
【００２４】
駆動回路３０は、マイクロコンピュータ２０の出力ポート２１と前述のヒータ２が接続するコネクタ３との間に設けられており、出力ポート２１からのオン信号によってオンしてコネクタ３を接地する第１のトランジスタ３１と、出力ポート２１と第１のトランジスタ３１との間に接続された抵抗器３２とから構成されている。この例では第１のトランジスタ３１は、ゲートが抵抗器３２に接続し、ソースが接地され、ドレインがコネクタ３に接続されたＭＯＳＦＥＴである。
【００２５】
一方、モニタ回路４０Ａは、コンデンサ４１、第２のトランジスタ４２、及び４つの抵抗器４３，４４，４５、４６から構成されている。この例では第２のトランジスタ４２は、ベースが抵抗器４３を介してコネクタ３に接続し、エミッタが接地され、コレクタが抵抗器４５を介して電源ＶＣＣに接続されると共に抵抗器４６を介してポート２１に接続されたｎｐｎ型トランジスタである。コンデンサ４１と抵抗器４４とは並列にトランジスタ４２のベース−エミッタ間に接続されている。
【００２６】
図３（ａ）は、図２に示した車載負荷の制御装置５０によって、ヒータ２が駆動されている時の状態を示すものであり、図３（ｂ）はヒータ２が駆動されていない時の状態を示すものである。ヒータ２を駆動する時は、ソフトウエア２５によってモニタ／出力切換回路２３が出力側に切り換えられており、この時は、ヒータ駆動回路（図示せず）からのオン信号がモニタ／出力切換回路２３を通じてポート２１から駆動回路３０に出力されるようになっている。一方、ヒータ２を駆動しない時は、ソフトウエア２５によってモニタ／出力切換回路２３が入力側に切り換えられており、この時はヒータ駆動回路（図示せず）からのオン信号はなく、モニタ回路４０からのモニタ信号がポート２１から入力され、このモニタ信号がモニタ／出力切換回路２３を通じて断線検出回路（図示せず）に出力されている。
【００２７】
図４（ａ）は図３（ａ）に示した車載負荷の制御装置５０のポート２１が、出力ポートとして使用されている時の車載負荷の制御装置５０の出力ポート２１、駆動回路３０の第１のトランジスタ３１、コネクタ３、モニタ回路４０の第２のトランジスタ４２、及びこの第２のトランジスタ４２のコレクタの状態を示すテーブルである。また、図４（ｂ）は図３（ｂ）に示した車載負荷の制御装置５０のポート２１が、モニタポートとして使用されている時の車載負荷の制御装置５０のコネクタ３、モニタ回路４０の第２のトランジスタ４２、この第２のトランジスタ４２のコレクタ、及びモニタポート２１の状態を示すテーブルである。
【００２８】
まず、ヒータ２に断線がなく、ポート２１が出力ポートとして使用されている場合について説明する。ポート２１が出力ポートとして使用される場合は、酸素センサ１を加熱する必要がある冷間始動時等である。この時は、図５に示すように、出力ポート２１からヒータ２のオン信号が出力されているので、出力ポート２１はＨｉ（ハイレベル）である。出力ポート２１がＨｉの時は、第１のトランジスタ３１がオンするので、コネクタ３の電位がＬｏ（ローレベル）になる。この結果、第２のトランジスタ４２はオフになり、第２のトランジスタ４２のコレクタは、電源ＶＣＣの電圧と出力ポート２１のＨｉによってＨｉになっている。
【００２９】
次に、ヒータ２に断線がなく、ポート２１が出力ポートとして使用されているが、出力ポート２１からヒータ２のオン信号が出力されていない場合について説明する。この場合は、出力ポート２１はＬｏ（ローレベル）である。出力ポート２１がＬｏの時は、第１のトランジスタ３１がオフするので、コネクタ３の電位はヒータ２の電源によってＨｉになる。この結果、第２のトランジスタ４２がオンになり、第２のトランジスタ４２のコレクタはＬｏになっている。
【００３０】
一方、ポート２１が出力ポートとして使用されている場合で、ヒータ２が断線している場合は、出力ポート２１から出力されるヒータ２のオン信号によって出力ポート２１はＨｉである。出力ポート２１がＨｉの時は、第１のトランジスタ３１がオンするので、コネクタ３の電位がＬｏになる。この結果、第２のトランジスタ４２はオフになり、第２のトランジスタ４２のコレクタは、電源ＶＣＣの電圧と出力ポート２１のＨｉによってＨｉになっている。
【００３１】
次に、ヒータ２に断線があり、ポート２１が出力ポートとして使用されているが、出力ポート２１からヒータ２のオン信号が出力されていない場合について説明する。この場合は、出力ポート２１はＬｏである。出力ポート２１がＬｏの時は、第１のトランジスタ３１がオフするが、コネクタ３の電位はヒータ２の断線によってＬｏになる。この結果、第２のトランジスタ４２がオフになり、第２のトランジスタ４２のコレクタには、電源ＶＣＣの電位が抵抗器４５，４６で分割されたものが印加される。よって、第２のトランジスタ４２のコレクタはＨｉになっている。
【００３２】
ここで、ポート２１がモニタポート（入力ポート）として使用される場合について説明する。ポート２１がモニタポートとして使用されるのは、ヒータ２を駆動しない時、即ち、酸素センサ１が十分な温度になって動作している通常時である。ヒータ２を駆動しない時は、図５に示すように、ポート２１からはオン信号が出力されていないので、第１のトランジスタ３１はオフしている。
【００３３】
ヒータ２に断線がない場合は、この状態でコネクタ３にはバッテリ電圧＋Ｂが印加されているので、コネクタ３の電位はＨｉである。従って、この時は第２のトランジスタ４２がオンしており、第２のトランジスタ４２のコレクタはＬｏである。よって、モニタポート２１の電位もＬｏであり、この電位がモニタ／出力切換回路２３を通じて断線検出回路に出力される。断線検出回路は、ポート２１がモニタポートとして使用されている時の電位がＬｏの時は、ヒータ２に断線がないと判断することができる。
【００３４】
一方、ヒータ２に断線がある場合は、この状態でコネクタ３にはバッテリ電圧＋Ｂが印加されないので、コネクタ３の電位はＬｏである。従って、この時は第２のトランジスタ４２がオフしており、第２のトランジスタ４２のコレクタは電源電圧ＶＣＣによってＨｉとなる。よって、モニタポート２１の電位もＨｉであり、この電位がモニタ／出力切換回路２３を通じて断線検出回路に出力される。断線検出回路は、ポート２１がモニタポートとして使用されている時の電位がＨｉの時は、ヒータ２に断線があると判断することができる。
【００３５】
なお、ヒータ２に断線がある場合は、ポート２１をモニタポートに切り換えた状態でモニタポート２１がＨｉになり、第１のトランジスタ３１がオンするが、ヒータ２が断線しているので、第１のトランジスタ３１がオンしてもヒータ２はオンせず、酸素センサ１の動作に問題はない。
【００３６】
このように、本実施例に係る車載負荷の制御装置５０では、マイクロコンピュータ２０の１つのポートを、酸素センサ１のヒータ２を駆動する時には出力ポートとし、ヒータ２を駆動しない時にはモニタポートとして使用するので、ヒータ２の駆動とヒータ２の断線の検出を１つのポートを使用して行うことができる。よって、車載負荷の制御装置に使用できるマイクロコンピュータの採用の幅が広がり、基板実装面積の縮小を図ることができてコストダウンが見込める。また、今後、車両の排気ガスの浄化を更に進めるために、制御すべき車両負荷が増えても、マイクロコンピュータのサイズを大きくすること無く対応でき、制御装置の小型化を図ることができる。
【００３７】
なお、以上説明した実施例では、第１のトランジスタ３１をＭＯＳＦＥＴ，第２のトランジスタ４２をｎｐｎ型のトランジスタで構成しているが、トランジスタの種類は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は自動車の排気通路に設けられた酸素センサを始動時等に加熱するためのヒータの駆動を制御すると共に、ヒータの断線検出機能を備えた従来の車載負荷の制御装置の一例の構成を示す回路図、（ｂ）は（ａ）の車載負荷の制御装置のヒータ正常時の動作及びヒータ断線時の動作を示すテーブル図である。
【図２】自動車の排気通路に設けられた酸素センサを始動時等に加熱するためのヒータの駆動を制御すると共に、ヒータの断線検出機能を備えた本発明の車載負荷の制御装置の一実施例の構成を示す回路図である。
【図３】（ａ）はヒータ駆動時のマイクロコンピュータの動作を示す図、（ｂ）はヒータ非駆動時のマイクロコンピュータの動作を示す図である。
【図４】（ａ）は図３（ａ）に示した車載負荷の制御装置のヒータ駆動時の動作を示すテーブル図、（ｂ）は図３（ｂ）に示した車載負荷の制御装置のヒータ非駆動時の動作を示すテーブル図である。
【図５】図３（ａ）、（ｂ）に示した本発明の一実施例の車載負荷の制御装置におけるマイクロコンピュータの、酸素センサが接続された端子の入力と出力の切り換えタイミングの一例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    酸素センサ
２    ヒータ
３    コネクタ
２０    マイクロコンピュータ
２１，２２    ポート
２３、２４    モニタ／出力切換回路
３０    駆動回路
３１    第１のトランジスタ
４０    モニタ回路
４２    第２のトランジスタ
５０    本発明の車載負荷の制御装置
【図１】
2010115966.tif 000003
【図２】
2010115966.tif 000004
【図３】
2010115966.tif 000005
【図４】
2010115966.tif 000006
【図５】
2010115966.tif 000007