(57)【要約】【課題】小型で信頼性が高いエンジン起動システムを提供する。【解決手段】本発明は、エンジンを安全に起動させることができるシステムに関する。システムは、作動により前記エンジンを起動するひとつクランキングリレーと、前記エンジンに接続された変速機のギヤ状態を検出する非接触の角度センサと、コントローラと、を備える。コントローラは、前記角度センサによって検出された前記変速機のギヤ状態を確認し、前記変速機のギヤ状態が、ニュートラルまたはパーク状態にあるときに前記クランキングリレーの作動を許可する。本発明では、従来のエレクトロメカニカル式インヒビタスイッチに代えて単一の角度センサを用いることにより、全体の解決構成が変更を伴わず簡素化し、システム全体の体積をコンパクトにすることができ、信頼性を向上させることができる。【選択図】図２
2018109405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを安全に起動させることができるシステムであって、
作動により前記エンジンを起動するひとつクランキングリレーと、
前記エンジンに接続された変速機のギヤ状態を検出する非接触の角度センサと、
コントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記角度センサによって検出された前記変速機のギヤ状態を確認し、前記変速機のギヤ状態が、ニュートラルまたはパーク状態にあるときに前記クランキングリレーの作動を許可することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記角度センサは、前記変速機のギヤ状態を決定するために、前記変速機内のシャフトの回転角度の検出に使用されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記角度センサは、磁気角度センサであることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
ニュートラルまたはパーク状態に対応する論理状態を出力する論理出力スイッチが前記角度センサに組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記角度センサは、前記回転角度を検出する２つのセンサユニットをさらに有しており、
前記論理出力スイッチは、前記２つのセンサユニットの各々で別々に検出された２つの回転角度から算出した前記論理状態を出力することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記論理出力スイッチは、
前記コントローラが前記角度センサの論理状態を確認できるようにするために、前記クランキングリレーのコイルの一方の端子に接続された一端と、前記コントローラおよび前記グランドに接続された他端と、を有しており、
前記クランキングリレーのコイルの他方の端子は、前記クラインキンリレーが前記コントローラにより作動できるようにするために、前記コントローラに接続されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記角度センサは、前記コントローラに接続された角度出力を有していることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記論理出力スイッチの状態を確認し、前記角度センサから角度出力を受信するように構成され、
前記論理出力スイッチの状態と前記角度出力の両方が、前記変速機がニュートラルまたはパーク状態であることを示す場合のみ、前記クランキングリレーを作動させることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記論理出力スイッチは、
前記コントローラが前記角度センサの論理状態を確認できるようにするために、
電源に接続された一端と、前記クランキングリレーのコイルの一方の端子および前記コントローラに接続された他端と、を有しており、
前記クランキングリレーのコイルの他方の端子は、前記クラインキンリレーが前記コントローラにより作動できるようにするために、前記コントローラに接続されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記角度センサは、前記コントローラに接続された角度出力を有していることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記論理出力スイッチの状態を確認し、前記角度センサから角度出力を受信するように構成され、
前記論理出力スイッチの状態と前記角度出力の両方が、前記変速機がニュートラルまたはパーク状態であることを示す場合のみ、前記クランキングリレーを作動させることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機付車両エンジンを、自動または機械的に安全に起動するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの車両に、パッシブスタート機能および／または、起動停止エンジンマネージメントシステムが装備されている。
【０００３】
パッシブスタート機能の場合、ユーザーの意図が確認されたとき、およびエンジンを安全に起動するための所定の条件が満たされたときに、ユーザーからの要求（例えば、ボタンを押す）に従ってエンジンが起動される。
【０００４】
起動停止エンジンマネージメントシステムの場合、燃料を節約するために、ＥＣＵによってエンジン起動の決定がされる。
パッシブスタート機能に関しては、防犯性と安全性の条件が満たされた場合にのみエンジンは起動される。
【０００５】
安全性の観点から、エンジン起動の際に車両が動くこと防止するために、変速機のギヤ状態がパーク（Ｐ）状態またはニュートラル（Ｎ）状態であることが保証されなければならない。これは、ＩＳＯ２６２６２  ＡＳＩＬ  Ｂ  レベルに相当する。
【０００６】
特許文献１では、ＩＳＯ２６２６２の安全要件を満たすものとして、エレクトロメカニカルスイッチを備えたエンジン起動システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第１４７１２９０号明細書
【０００８】
図１は、従来例にかかるシステムの模式図である。
システムは、ＰＥＰＳまたはＥＭＳなどのＥＣＵコントローラ３０と、エンジンを起動可能にするクランキングリレー１０と、インヒビタスイッチ２０とを含んでいる。
インヒビタスイッチ２０は、ニュートラルまたはパークスイッチＳＷ（略して、ＰＮスイッチ）とも呼ばれる。
【０００９】
ここで、インヒビタスイッチ２０は、変速機に直接または変速機の内部に組み付けられたエレクトロメカニカルスイッチである。インヒビタスイッチ２０は、変速機がニュートラル（Ｎ）またはパーク（Ｐ）のギヤ状態にあるときに閉位置となるように構成されることで、変速機のギヤ状態を機械的に符号化している。
【００１０】
図１に示すように、インヒビタスイッチ２０の一方側は、クランキングリレー１０の起動コイルの一方側と、インヒビタスイッチ２０の状態を検出するＥＣＵコントローラ３０（例えば、フィードバック端子）とに接続されている。インヒビタスイッチ２０の他方側は接地されている。
【００１１】
クランキングリレー１０の起動コイルの他方側は、クランキングリレー１０の制御が可能なＥＣＵコントローラ３０（例えば、ハイサイドスイッチ端子）に接続されている。
【００１２】
従来例にかかるシステムの動作を説明する。
変速機が、ニュートラルまたはパーク状態にある場合、インヒビタスイッチ２０は、ＥＣＵコントローラ３０のフィードバック入力端子とクランキングリレー１０の駆動コイルとを接地させて、クランキングリレー１０を電気的に作動させる閉位置になる。
【００１３】
エンジンの起動が必要な場合、ＥＣＵコントローラ３０は、インヒビタスイッチ２０の状態を確認し、インヒビタスイッチ２０が閉位置（ニュートラルまたはパーク状態）である場合に、ハイサイドスイッチ端子を作動させて、クランキングリレー１０に電力を供給する。これにより、エンジンが起動される。
【００１４】
ここで、上記のシステムでは、エンジンを起動するために以下の３つの条件を満たす必要がある。すなわち、
（１）インヒビタスイッチ２０が閉位置となっており、変速機が、ニュートラルまたはパークギヤ状態であることを示している。
（２）ＥＣＵコントローラ３０が、フィードバック端子を介してインヒビタスイッチ２０の状態を確認している。そして、
（３）要求があった場合に、
ＥＣＵコントローラ３０は、ハイサイドスイッチの出力端子を介してクランキングリレー１０を作動させる。
【００１５】
上記（１）〜（３）の条件のいずれか一つでも満たしていない場合、クランキングリレー１０は電気的に作動できない。この構成は、ＩＳＯ２６２６２  ＡＳＩＬ  Ｂのレベルを満たす。
【００１６】
また、同じエレクトロメカニカル式のインヒビタスイッチ２０を使用して、ロジックを逆転させる（例えば、クランキングリレー１０の一方の端子に電力を供給し、ローサイドスイッチで作動させる）ことによって、安全要求を満たすことができる。
この構成もまた、ＩＳＯ２６２６２  ＡＳＩＬ  Ｂのレベルを満たす。
【００１７】
エレクトロメカニカル式のインヒビタスイッチが機械的に摩耗すると、極端な場合、故障（エンジン起動能力の喪失）する。このような故障を防ぐために、新しいタイプの非接触センサが提案されている。
このタイプの非接触センサの多くは、角度を検出するホールセンサを採用しており、変速機のギヤ状態を出力するのではなく、検出した角度を出力する。
したがって、エレクトロメカニカル式インヒビタスイッチ２０を、非接触のコンポーネントに単純に置き換えることは不可能である。
【００１８】
いくつかの解決策があり、例えば特許文献１（ＥＰ１４７１２９０Ｂ１）は、センサの故障を検出するために、回転角度センサ用の故障検出装置を開示している。
また、他の解決策として、外部ハードウェア／ソフトウェアソリューションを使用して角度値を、ギヤの状態に置き換えることが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、これらの解決策の場合、例えば、ＡＳＩＬレベルを実現するために２台の独立したＥＣＵコントローラが必要であったり、クランキングリレーを２台直列に接続する必要があったりするなど、ハードウェアを増設する必要があり、実装コストが高くなる。
また、新しいタイプのセンサを収容するために、車両システムの設計変更をする必要がある。
【００２０】
そこで、エレクトロメカニカル式スイッチ用に定義されたＩＳＯ２６２６２  ＡＳＩＬ  Ｂの安全要求を満たす現在の構成に組み込むことができる角度センサ構造を提案し、小型で信頼性が高く、小容量でコスト効率の良い車両のエンジン起動用のシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、
エンジンを安全に起動させることができるシステムであって、
システムは、
作動により前記エンジンを起動するひとつのクランキングリレーと、
前記エンジンに接続された変速機のギヤ状態を検出する非接触の角度センサと、
コントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記角度センサによって検出された前記変速機のギヤ状態を確認し、前記変速機のギヤ状態が、ニュートラルまたはパーク状態にあるときに、前記クランキングリレーの作動を許可する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、既存のアーキテクチャに非接触センサを統合する際の問題が解決される。エレクトロメカニカル式のインヒビタスイッチに代えて、単一の角度センサを用いることにより、既存の構成を変えることなく、システム全体の大きさをコンパクトにすることができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のエンジン起動システムを示す回路図である。
【図２】第１の実施形態に係るエンジン起動システムを示す回路図である。
【図３】図２に示すエンジン起動システムの角度センサを示す回路図である。
【図４】第１の実施形態の変形例を示す回路図である。
【図５】第２の実施形態に係るエンジン起動システムを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図中、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付して示している。
【００２５】
［第１の実施形態］
図２を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係るエンジン起動システムの構成を示す回路図である。
【００２６】
図２に示すように、システムは、エンジンの起動を可能にするひとつのクランキングリレー１０と、ギヤ状態を検出し、ギヤ状態を示すデータ信号を出力する角度センサ２０と、角度センサ信号を取得して、クランキングリレー１０を制御するＥＣＵコントローラ３０と、を有している。
ＥＣＵコントローラ３０は、ＥＭＳまたはＰＥＰＳ−ＥＣＵであってもよいが、車両内の別のコントローラ、または既存のＥＣＵを使用してもよい。
【００２７】
図２に示すように、クランキングリレー１０の出力は、リレー回路を閉状態にして電源に接続することで、エンジンを起動するために使用される。
角度センサ２０は、
クランキングリレー１０の制御コイルの一方の端子と、ＥＣＵコントローラ３０の端子（例えば、フィードバック端子）に接続された第１スイッチ用出力端子２０１と、
グランド（ＧＮＤ）に接続された第２スイッチ用出力端子２０２と、を有している。
【００２８】
クランキングリレー１０の制御コイルの他方の端子は、ＥＣＵコントローラ３０の他方の端子（例えば、ハイサイドスイッチ端子）に接続されている。
【００２９】
図３に示すように、角度センサ２０は、２つのセンサユニットと、論理出力スイッチ２６とを含む単一のチップセンサである。
２つのセンサユニットは、角度センサであり、例えばホール効果による角度を検知するための非接触の磁気センサである。
本発明は、ホール効果センサに限定されるものではない。角度を検知するための他の種類のセンサでも良い。さらに、単一のチップセンサに限定されるものではない、２つのセンサユニットを組み合わせて、ＩＳＯ２６２６２  ＡＳＩＬ  Ｂにおける安全要求を満たすようにしても良い。
【００３０】
２つのセンサユニットは、トランスミッションシャフトの回転角度位置を検出して、ギヤ状態を特定する。
【００３１】
２つのセンサユニットの各々は、角度情報をデジタル信号またはアナログ信号で出力する。
本実施形態では、２つのセンサユニットのうち１つがアナログ信号を出力し、残りの１つがＰＷＭタイプの信号を出力する。
【００３２】
例えば、ＩＳＯ２６２６２  ＡＳＩＬ  Ｂにおける安全要求を満たすようにするために、２つのセンサユニット各々の出力信号が一致している場合、すなわち、２つのセンサユニット各々の出力信号が、変速機のギヤ状態がニュートラル（Ｎ）またはパーク（Ｐ）状態であることを示している場合のみ、論理出力スイッチ２６が閉じられて、論理出力スイッチ２６が作動する。
【００３３】
上記を例に挙げて計算ロジックを図３に示す。
第１センサユニットから出力されたアナログ信号は、ニュートラルまたはパークギヤ状態の角度範囲に対応する上限値および下限値と比較するために、２つのコンパレータ２１、２２に出力される。
【００３４】
具体的には、アナログ信号が上限値より低い場合には、第１コンパレータ２１は論理値「１」を出力する。アナログ信号が下限値よりも高い場合には、第２コンパレータ２２は論理値「１」を出力する。
言い換えれば、アナログ信号が上限値と下限値との間の範囲内にある場合には、比較結果は、回転角度位置がニュートラルギヤとパークギヤに対応する所定の回転角度範囲内にあることを意味する論理値「１」になる。
【００３５】
同様に、第２センサユニットでローパスフィルタリングされたＰＷＭ信号が、２つのコンパレータ２３、２４を用いて、上限値および下限値と比較される。
【００３６】
ローパスフィルタリングされたＰＷＭ信号が上限値より低く、かつ下限値よりも高い場合には、論理値「１」が出力される。
【００３７】
４つのコンパレータ２１、２２、２３、２４のすべての比較結果は、論理ゲート２５において論理「ＡＮＤ」処理が行われる。
従って、すべての比較結果が論理値「１」である場合のみ、論理ゲート２５は、論理「１」を出力し、論理出力スイッチ２６が作動する。
【００３８】
論理出力スイッチ２６が作動されている間、ＥＣＵコントローラ３０のフィードバック端子を、グランド（ＧＮＤ）に引き下げ、同時にクランキングリレー１０の制御コイルをグランド（ＧＮＤ）に接続する。これにより、クランキングリレー１０の起動が可能になる。
論理出力スイッチ２６は、パワートランジスタなどのトランジスタによって実現することができる。
【００３９】
エンジン起動が要求され、ＥＣＵコントローラ３０のフィードバック端子がグランドレベルを検出した場合、ＥＣＵコントローラ３０は、ハイサイドスイッチ出力を制御してクランキングリレー１０の制御コイルに電力を供給する。
【００４０】
クランキングリレー１０の制御コイルは、角度センサ２０のスイッチにより作動可能である。クランキングリレー１０が「閉」に切り替えられるとエンジンが起動する。
【００４１】
本発明によれば、従来のエレクトロメカニカル式インヒビタスイッチは、図３のハードウェア構成による角度センサ構造に置き換えることができる。
角度センサ２０は、２つの独立したセンサユニットと、変速機のニュートラルまたはパーク状態に対応する論理状態出力を計算するために必要なハードウェアとを統合している。よって、インヒビタスイッチを接続するための従来のシステム構造はほとんど修正されない。
【００４２】
非接触式インヒビタスイッチの外部に必要な追加のハードウェアを必要としないので、エレクトロメカニカル式インヒビタスイッチから、非接触ペンダントへの移行コストは低減される。
【００４３】
本願の非接触式インヒビタスイッチは、従来のエレクトロメカニカル式インヒビタスイッチと同様な機能を実現するので、ＩＳＯ２６２６２  ＡＳＩＬにおける安全要求も満たす。
加えて、本発明はハードウェアを用いて実行され、目的とする高温環境での動作に耐久性と信頼性を確保できる。
２つのセンサユニットとこれに関連する計算ハードウェアは、必要に応じて１つのチップに統合することができる。本発明のハードウェア特性は、高温環境における組み込みソフトウェアソリューションに関連する問題を回避する。
【００４４】
［第１の実施形態の変形例］
図４を用いて、第１の実施形態の変形例について説明する。
前記した第１の実施形態では、角度センサがクランキングリレーとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されている。
逆転ロジックを使用して、電源とクランキングリレーとの間に角度センサを接続することもできる。
【００４５】
図４に示すように、角度センサ２０は、電源とクランキングリレー１０の制御コイルの一方の端子との間に接続されている。
この場合、角度センサ２０の論理出力スイッチ２６が「閉」のときは、ＥＣＵコントローラ３０がグランドよりも高レベルを検出する。その間に、電力がクランキングリレー１０の制御コイルの端子に供給される。
そうすると、ＥＣＵコントローラのフィードバック端子によって検出された高レベルに応答して、ＥＣＵコントローラはＬｏｗ  Ｓｉｄｅ  Ｓｗｉｔｃｈ（ローサイドスイッチ）を介してリレーを作動させることができる。
なお、変形例のその他の部分は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４６】
［第２の実施形態］
図５を用いて、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、角度センサ２０の第３の出力端子２０３から角度出力信号がさらに出力されて、ＥＣＵコントローラで受信されるという点において、前記した第１の実施形態と相違する。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４７】
図５に示すように、論理出力スイッチ２６の出力に加えて、角度センサ２０は、トランスミッションシャフトの回転角度位置を示す信号を出力する第３の出力端子２０３をさらに備える。
【００４８】
図３と組み合わせて図５を参照する。
追加信号は、２つのセンサユニットから出力される信号のうちの１つであってもよい。例えば、この実施形態においては、ＰＷＭ出力信号である。
【００４９】
ＥＣＵコントローラ３０は、第３の出力端子２０３からＰＷＭ出力信号を受信し、ＰＷＭ出力信号から変速機のギヤの状態を判断する。同時に、ＥＣＵコントローラ３０は論理出力スイッチ２６の状態も取得する。そして、ＰＷＭ出力信号と論理出力スイッチ２６の出力の両方が、変速機がニュートラルまたはパーク状態であることを示す場合にのみ、ＥＣＵコントローラ３０のハイサイドスイッチが作動される。
【００５０】
クランキングリレー１０の制御コイルに電力が供給されると、クランキングリレー１０が閉じられ、最終的にエンジンが起動される（図２参照）。
【００５１】
この構成では、ＥＣＵコントローラ３０は、論理出力スイッチ２６を診断する付加的な方法を提供するので、インヒビタスイッチ２０によって出力される信号間の追加のレベルの比較を実現して、信頼性の高い角度値を検出できる。
【００５２】
［第２の実施形態の変形例］
実際には、ＥＣＵコントローラ３０にスイッチ状態を取得させずに、ＰＷＭ信号のみを取り込ませることによって安全レベルを達成することが可能である。
【００５３】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、これら実施形態に示した態様のみに限定されるものではない。発明の技術的な思想の範囲内で、適宜変更可能である。したがって、明細書および図面は、制限的ではなく例示的なものとみなされるべきである。
【図１】
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【図２】
2018109405.tif 000004
【図３】
2018109405.tif 000005
【図４】
2018109405.tif 000006
【図５】
2018109405.tif 000007
【外国語明細書】
System to crank an engine
Technical field
The present invention relates to a system to safely crank an automatic or robotic transmission vehicle engine.
Background
Nowadays, many vehicles are equipped with Passive Start function and/or Start-Stop engine management systems;
-In case of the Passive Start function, the engine is cranked following a user request (      pressing a button for example) when the user identification have been validated and       when some conditions are met to safely crank the engine.
-In case of a Start-Stop engine management system, the decision to crank is left the eng      ine ECU with the purpose of saving fuel. As for the Passive Start function, the cran      king shall only occur when security and safety conditions are satisfied.
From a safety perspective, in order to prevent any vehicle movement while cranking (the feared event), it shall be ensured that the transmission gear state is in either Park (P) or Neutral (N) state. Translated into an ISO26262 context, this condition shall meet an ASIL B level. 
In the prior art, a system featuring an electromechanical switch satisfies the ISO26262 requirements.
Referring to FIG. 1, in which a schematic diagram of the prior art system is shown, the system includes an ECU controller 30, such like a PEPS or EMS ECU, a cranking relay 10 enabling the engine to be cranked and an inhibitor switch 20. The inhibitor switch may also be called Neutral or Park SW (in short PN switch). The inhibitor switch is, in this case, an electromechanical switch assembled directly on or sometimes into the transmission. The inhibitor switch is mechanically coding the transmission gear state in such a way it is in a closed position when the transmission is in the Neutral or Park gear state. 
As shown in FIG. 1: 
- the inhibitor switch 20 has a side connected to the cranking relay actuating coil as     well as to a ECU 30 terminal (e.g. "Feedback terminal") allowing it to detect the inh    ibitor switch 20 state. 
- the other Inhibitor switch 20 terminal is connected to the ground.
- the other cranking relay 10 actuation coil terminal is connected to the ECU 30 (e.g.     "High Side Switch terminal") allowing it to control the cranking relay 10.
Hereinafter, the operation of the prior art system will be described.
When the transmission is in the Neutral or Park state, the inhibitor switch 20 is closed, pulling the ECU 30 feedback input terminal and the cranking relay coil 10 to the ground level and electrically enabling the cranking relay 10 actuation. Should a vehicle cranking be required, the controller ECU 30 is checking the inhibitor switch 20 state and, if detect closed (in Neutral or Park state), is actuating the High side switch terminal, powering the cranking relay 10, finally resulting in cranking the vehicle engine. 
In the above system, three conditions must be satisfied in order to crank the engine, that is:
-the inhibitor switch 20 shall be closed, indicating the transmission is in Neutral or P      ark gear state;
-The controller shall confirm the state of the Inhibitor switch through the FB terminal;      
-And, when requested, the controller shall activate the cranking relay through the High       Side Switch output terminal.
It is to note that, shall any of the condition be missing (not satisfied), the cranking relay 20 can't be electrically actuated. This configuration realizes a logical AND requirement satisfying the ISO 26262 ASIL B level. 
It is also to be noted here that, using the same electromechanical inhibitor switch, the safety condition can be met by reversing the logic (e.g. powering one cranking relay 20 terminal and actuating it with a Low Side switch). This configuration would also satisfy the ISO26262 ASIL B level.
The electromechanical inhibitor switch being subjected to mechanical wear out  leads in some extreme cases to a functional failure (lost of the cranking ability).
To prevent such situations, a new type of contactless sensors is proposed. This type of contactless sensor mostly uses Hall sensors measuring an angle and outputting that angle rather than a gear box state and, consequently, making it is impossible to immediately replace the electromechanical switch by a contactless component.
Several solutions have been presented, for example, in EP1471290B1, a failure detection device for a rotation angle detection sensor is provided, so as to detect a failure in the sensor. Other solutions propose to convert the angle value into a gear state using external hardware / software solutions. 
However, these solutions involve more hardware, making them expensive to implement (2 independent ECUs needed, 2 serially connected relays to achieve the ASIL level). They also require the vehicle system to be substantially modified as to accommodate the new type sensor. 
Summary of the Invention
The present invention is aimed to propose an angle sensor construction that can be embedded in the ISO26262 ASIL B compliant current architecture defined for electromechanical switches, and an object of the present invention is to build a compact, reliable, small volume and cost-efficient system for cranking an engine in a vehicle.
According to an aspect of the present invention, a system for enabling an engine to be safely cranked is provided, the system comprises:
a single cranking relay for enabling the engine to be cranked when being activated;
an angle sensor for detecting gear state of a transmission connected with the engine;    
and a controller, wherein the controller is configured to check the gear state of the     transmission detected by the angle sensor and allow the cranking relay activation when     the gear state of the transmission is in Neutral or Park gear state.
With the present invention, the problem integrating contactless sensors in existing architectures is solved. By using a single angle sensor to take the place of the conventional electromechanical inhibitor switch, the structure of the whole solution remains unchanged, the volume of the whole system can be compact, and the reliability can be improved.
Description of Figures
These and other aspects of the present invention will become apparent to those of ordinary skilled in the art from the detail description of the exemplary embodiments of the present invention with reference to the attached drawings in which:
FIG. 1 is a circuit diagram showing a system to crank an engine in the prior art;
FIG. 2 is a circuit diagram showing a system to crank an engine according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a circuit diagram showing structure of an angle sensor used in the system shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a circuit diagram showing a variant to the first embodiment of the present invention; and
FIG. 5 is a circuit diagram showing a system to crank an engine according to a second embodiment of the present invention.
Embodiments for Carrying Out the Invention
Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached figures. It is noted that throughout the FIGs, the same or similar reference numerals are used to indicate the same or similar parts or components.
First Embodiment
With reference to FIG. 2, the first embodiment of the present invention will be described, in which FIG. 2 is a circuit diagram showing structure of a system to crank an engine according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the system includes a single cranking relay 10 for enabling the engine to be cranked, an angle sensor 20 to detect a gear state and outputting a data signal indicative of that gear state; and an ECU controller 30 to capture the angle sensor signal and control the cranking relay 10. The ECU controller 30 may be an EMS or a PEPS ECU, but a separate controller or another existing ECU in the vehicle could also be used.
As shown in FIG. 2, the cranking relay 10 output is used to crank the engine by closing the relay circuit to the power supply.
The angle sensor 20 has a first switch output terminal 201 connected to one of the terminal of the cranking relay control coil and also to a terminal of the ECU controller 30, e.g. a Feedback terminal (FB), and the second output terminal 202 connected to the ground (GND). The other terminal of the cranking relay 10 control coil is connected to another terminal of the ECU controller 30, e.g. a High Side switch.
As shown in FIG. 3, the angle sensor 20 is a single chip sensor including dual sensing units and a logic output switch 26. The two sensing units are angle sensors, e.g. magnetic sensors for sensing an angle by Hall Effect in contactless manner. Obviously, the present invention is not limited to:
-Hall Effect sensors, as other kinds of sensor for sensing angles can also be used.
-Single chip sensor, as any combination of 2 sensing units is to satisfy ISO26262 ASIL B       requirements 
The two sensing units are capturing the rotation angle position of the transmission shaft, and acquire, that way, its gear state.
Each sensing unit is outputting a digital or analog signal carrying the angle information. In the present embodiment, one of the sensing unit outputs is an analog signal and the other one a PWM type signal. In such a way to meet the safety requirement, e.g. ISO26262 ASIL B, only when both independent output signals are consistent, i.e. both output signals from the two sensing units indicate that the transmission gear state is in Neutral or Park, can the logic output switch be activated, that is the logic output switch be "closed".
The computation logic, in the above example, is shown in Fig. 3. The analog signal output from the first sensing unit is wired to two comparators 21 and 22 to compare it with an upper and lower limit corresponding to the Neutral or Park gear state angle range.
Specifically, if the analog signal is lower than the upper limit, the first comparator 21 will output a logic "1", and if the analog signal is higher than the lower limit, the second comparator 22 will output a logic "1", that is to say, if the analog signal is within the range between the upper limit and the lower limit, the comparison result  is to be a logic "1", meaning that the shaft angle position is within a predetermined rotation angle range corresponding to the Neutral gear or the Park gear.
Similarly, the low pass filtered PWM signal output from the second sensor unit is compared to an upper and a lower limit by using two comparators 23 and 24. If the low pass filtered PWM signal is lower than the upper limit and higher than the lower limit, a logic "1" is output.
All comparison results from the four comparators are wired into a Logic "AND" computed by a logic gate 25. Therefore, only when all the comparison results are logic "1", will the logic gate 25 output a logic "1", activating the logic output switch 26.
While the logic output switch 26 is activated, it will pull the FB ECU controller terminal input down to GND and, at the same time, it will connect the cranking relay 10 control coil to GND, thus, enabling its activation. 
The logic output switch can be implemented by a transistor, such as a power transistor. 
Should a request to crank take place and should the ECU controller FB terminal detect a ground level, the ECU controller 30 will control its High Side Switch output, powering the cranking relay coil. The cranking relay coil being enable by the angle sensor switched, the cranking relay is switched to "closed", resulting in the engine crank.
With the present invention, the conventional electromechanical inhibitor switch can be substituted by the angle sensor build according to the FIG. 3 hardware construction. Since the angle sensor integrates two independent sensing units and the hardware needed to compute a logic state output corresponding the Neutral or Park transmission state, the conventional system structure for connecting the inhibitor switch is hardly amended. Migration costs from the electromechanical Inhibitor SW to the contactless pendant are consequently reduced with no additional hardware needed external the contactless inhibitor SW. With the present contactless inhibitor switch, realizing the same function like the conventional electromechanical inhibitor switch, ISO26262 ASIL requirements are satisfied the same way.
In addition the present invention's angle is implemented using hardware, making it robust and reliable in the high temperature environment it is purposed to operate. The 2 sensing units and the relevant computation hardware can be integrated, if wished, into a single chip. The hardware nature of the invention avoids problems related to embedding a software solution in a high temperature environment.
Variants to the First Embodiment
Referring to FIG. 4, a variant to the first embodiment will be described. In the first embodiment as above described, the angle sensor is connected between the cranking relay and the ground. It would also be possible to connect the angle sensor between the Power Supply and the cranking Relay using a reversed logic. As shown in FIG. 4, the angle sensor 20 is connected between a Power Supply and one terminal of the cranking relay control coil. In this situation, when the logic output switch of the angle sensor is "closed", the ECU controller 30 will detect the high level rather than the ground, meantime, the power supply is supplied to the terminal of the cranking relay control coil, and in response to the high level being detected by the Feedback terminal of the ECU controller, the ECU controller can activates the relay through a Low side switch. Since the remaining part of the variation is same as that in the first embodiment, it will not be described in additional details.
The second Embodiment
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4. The second embodiment is different from the first embodiment as above described mainly in that an angle output signal is additionally output from a third terminal 203 of the angle sensor and is received by the ECU controller. The remaining of the second embodiment is the same as that in the first embodiment, and thus will not be further described in detail.
As shown in FIG. 4, in addition to the output of the logic output switch 26, the angle sensor further includes a third output terminal 203 to output a signal indicative of the angle position of the transmission shaft. Referring to FIG. 4 in combination with FIG. 3, the additional signal can be one of the signals output from the two sensor units, for example, in this embodiment, it is the PWM output signal. The controller 30 will receive the PWM output signal from the third output terminal 203, and determine the transmission gear state from that PWM output signal. At the same time, the controller 30 will also acquire the state of the logic output switch 26, and only when both the PWM output signal and the output of the logic output switch indicate that the transmission is at the Neutral or Park gear, can the High Side Switch of the controller be activated. As above described with reference to FIG. 2, the cranking relay 10 actuation coil is powered, closing the cranking relay and finally resulting in cranking the engine. In this configuration, the controller ECU 30 is realizing an additional level of comparison between the signals outputted by the inhibitor switch resulting in a higher level of confidence in the angle value integrity since it provides an additional way to diagnose the switch 26.
Variant to the Second Embodiment
It would be actually possible to achieve the safety level, by only having the ECU 30 to only capture the PWM signal without acquiring the switch state. 
In the above, the present invention has been described with reference to specific exemplary embodiments thereof. It will, however, be evident that various modifications and changes may be made thereto without departing from the broader spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive manner.
What is claimed is:
1. A system for enabling an engine to be safely cranked, comprising:
a single cranking relay for enabling the engine to be cranked when being activated;
a contactless angle sensor for detecting gear state of a transmission connected with t    he engine;
and a controller, wherein the controller is configured to:
check the gear state of the transmission detected by the angle sensor; and
allow the cranking relay activation when the gear state of the transmission is at Neut    ral or Park gear state.
2. The system according to claim 1, wherein the angle sensor is used to detect a rotation angle of a shaft in the transmission so as to determine the gear state of the transmission.
3. The system according to claim 2, wherein the angle sensor is a magnetic angle sensor.
4. The system according to claim 3, wherein a logic output switch is integrated into the angle sensor so as to output a logic state corresponding to the Neutral or Park gear state.
5. The system according to claim 4, wherein the angle sensor further includes two sensor units for independently sensing the rotation angle, and the logic output switch outputs the logic state computed from the two independent angle data from the two sensor units.
6. The system according to claim 5, wherein the logic output switch has one side connected to one terminal of a coil of the cranking relay, and another side connected with the ground and the controller in such a way that the controller can check the logic state of the angle sensor, the other terminal of the coil of the cranking relay is connected to the controller, so that the cranking relay can be activated by the controller.
7. The system according to claim 6, wherein the angle sensor has an angle output connected with the controller. 
8. The system according to claim 7, wherein the controller is configured to check the state of the logic output switch and receive the angle output of the angle sensor, and only when the state of the logic output switch and the angle output both indicate that the transmission is in the Neutral or Park gear state, can the cranking relay be activated.
9. The system according to claim 5, wherein the logic output switch has one side connected with a power supply, and another side connected with one terminal of a coil of the cranking relay and the controller so that the controller can check the output logic state of the angle sensor, the other terminal of the coil of the cranking relay is connected to the controller, so that the cranking relay can be activated by the controller.
10. The system according to claim 9, wherein the angle sensor has an angle output connected with the controller.
11. The system according to claim 10, wherein the controller is configured to check the state of the logic output switch and receive the angle output of the angle sensor, and only when the state of the logic output switch and the angle output both indicate that the transmission is at the Neutral or Park gear state, can the cranking relay be activated.
1. Abstract
The present invention relates to a system for enabling an engine to be safely cranked, comprising: a single cranking relay for enabling the engine to be cranked when being activated; a contactless angle sensor for detecting gear state of a transmission connected with the engine; and a controller, wherein the controller is configured to: check the gear state of the transmission detected by the angle sensor; and allow the cranking relay activation when the gear state of the transmission is at Neutral or Park gear state. In the present invention, by using a single angle sensor to take the place of the conventional electromechanical inhibitor switch, the structure of the whole solution remains unchanged, the volume of the whole system can be compact, and the reliability can be improved.
2. Representative Drawing
Fig.2
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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