特許 7386784 電子制御装置、作業車両および入力回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-16

(45)【発行日】2023-11-27

(54)【発明の名称】電子制御装置、作業車両および入力回路

(51)【国際特許分類】

   H01H 9/54 20060101AFI20231117BHJP

   B60R 16/02 20060101ALI20231117BHJP

   H03K 19/0175 20060101ALI20231117BHJP

【ＦＩ】

H01H9/54 B

B60R16/02 645A

H03K19/0175 240

H01H9/54 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020214880

(22)【出願日】2020-12-24

(65)【公開番号】P2022100726

(43)【公開日】2022-07-06

【審査請求日】2022-12-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100155000

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 修市

(74)【代理人】

【識別番号】100139930

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 亮司

(74)【代理人】

【識別番号】100188813

【弁理士】

【氏名又は名称】川喜田 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100202197

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 成康

(72)【発明者】

【氏名】渡部 一貴

【審査官】片岡 弘之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２９４１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７３１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０１４４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２９４２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第７６９６６３７（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特許第３５８７８０２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開平０９－２９４３４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ９／５４

Ｂ６０Ｒ １６／０２

Ｈ０３Ｋ １９／０１７５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えるスイッチを備える作業車両に搭載される電子制御装置であって、
導電線を介して前記スイッチの前記第２端子に接続される入力端子と、
前記入力端子に信号線を介して接続される入力回路と、
前記入力回路から出力される出力信号に基づいて前記スイッチの前記電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するマイクロコントローラと、
を備え、
前記入力回路は、
電源またはグランドと前記信号線とに接続される第１抵抗素子と、
前記電源またはグランドと前記信号線とに接続される過渡電流回路であって、前記スイッチが前記電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときに前記スイッチに過渡電流を流す第２抵抗素子を含む過渡電流回路と、
基準電圧に基づいて、前記信号線の出力端のアナログ電圧信号を論理的にハイレベルまたはローレベルのデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を前記出力信号として出力する変換回路と、
を有し、
前記基準電圧は、前記スイッチが電気的不導通状態にあるときに前記第１抵抗素子に流れ得るリーク電流に起因して発生する前記第１抵抗素子の両端電圧に基づいて決定される、電子制御装置。

【請求項2】

前記第１抵抗素子の抵抗値は前記第２抵抗素子の抵抗値よりも大きい、請求項１に記載の電子制御装置。

【請求項3】

前記第２抵抗素子の抵抗値に対する前記第１抵抗素子の抵抗値の比は３．０以上５．０未満である、請求項２に記載の電子制御装置。

【請求項4】

第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えるスイッチを備える作業車両に搭載される電子制御装置であって、
導電線を介して前記スイッチの前記第２端子に接続される入力端子と、
前記入力端子に信号線を介して接続される入力回路と、
前記入力回路から出力される出力信号に基づいて前記スイッチの前記電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するマイクロコントローラと、
を備え、
前記入力回路は、
電源またはグランドと前記信号線とに接続される第１抵抗素子と、
前記電源またはグランドと前記信号線とに接続される過渡電流回路であって、前記スイッチが前記電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときに前記スイッチに過渡電流を流す第２抵抗素子を含むＲＣ直列回路を有する過渡電流回路と、
を有する、電子制御装置。

【請求項5】

前記過渡電流回路は、ドレインが前記グランドに接続されるＰＭＯＳトランジスタを含み、
前記第２抵抗素子は、前記信号線と前記ＰＭＯＳトランジスタのソースとに接続されている、請求項１から３のいずれかに記載の電子制御装置。

【請求項6】

前記入力回路はローパスフィルタ回路を有する、請求項１から５のいずれかに記載の電子制御装置。

【請求項7】

前記入力回路は、一端が前記グランドに接続され、他端が前記信号線に接続されるキャパシタを含むＲＣローパスフィルタ回路を有し、
前記過渡電流回路は、ドレインが前記グランドに接続されるＰＭＯＳトランジスタを含み、
前記第２抵抗素子は、前記信号線と前記ＰＭＯＳトランジスタのソースとに接続され、
前記キャパシタの前記他端は前記ＰＭＯＳトランジスタのゲートに接続されている、請求項１から３のいずれかに記載の電子制御装置。

【請求項8】

前記変換回路は、前記アナログ電圧信号と前記基準電圧との大きさを比較し、比較結果に応じて前記デジタル信号を出力するコンパレータを有する、請求項１から３のいずれかに記載の電子制御装置。

【請求項9】

前記変換回路は、
前記信号線の出力端と前記グランドとの間に直列に接続される２つの抵抗素子を含む分圧器と、
エミッタが前記グランドに接続され、かつ、ベースが前記２つの抵抗素子の間のノードに接続されるバイポーラトランジスタと、
を有し、
前記出力信号は前記バイポーラトランジスタのコレクタ電圧に応じて変化する、請求項１から３のいずれかに記載の電子制御装置。

【請求項10】

それぞれが前記入力回路である複数の入力回路と、それぞれが前記入力端子である複数の入力端子とを備え、
前記複数の入力端子は、それぞれ、複数の導電線を介して複数のスイッチに接続され、
前記複数の入力回路は、それぞれ、複数の信号線を介して前記複数の入力端子に接続されている、請求項１から９のいずれかに記載の電子制御装置。

【請求項11】

前記複数の入力回路と前記マイクロコントローラとに接続され、前記複数の入力回路から出力される出力信号の中から１つを選択して出力するマルチプレクサを備え、
前記マイクロコントローラは、前記マルチプレクサから出力される前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチのうちの１つの電気的導通状態および電気的不導通状態を検知する、請求項１０に記載の電子制御装置。

【請求項12】

前記スイッチの前記第１端子は前記電源に接続され、
前記第１抵抗素子は、前記信号線と前記グランドとに接続されるプルダウン抵抗であり、
前記過渡電流回路は、前記グランドと前記信号線とに接続される、請求項１から１１のいずれかに記載の電子制御装置。

【請求項13】

ユーザが操作可能な１または複数のスイッチと、
請求項１から１２のいずれかに記載の電子制御装置と、
を備える作業車両。

【請求項14】

第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えるスイッチを備える作業車両に搭載される電子制御装置が有する入力端子に信号線を介して接続される入力回路であって、
前記入力端子は前記スイッチの前記第２端子に導電線を介して接続され、
前記電子制御装置は、前記入力回路から出力される出力信号に基づいて前記スイッチの前記電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するマイクロコントローラを有し、
電源またはグランドと前記信号線とに接続される第１抵抗素子と、
前記電源またはグランドと前記信号線とに接続される過渡電流回路であって、前記スイッチが前記電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときに前記スイッチに過渡電流を流す第２抵抗素子を含む過渡電流回路と、
基準電圧に基づいて、前記信号線の出力端のアナログ電圧信号を論理的にハイレベルまたはローレベルのデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を前記出力信号として出力する変換回路と、
を備え、
前記基準電圧は、前記スイッチが電気的不導通状態にあるときに前記第１抵抗素子に流れ得るリーク電流に起因して発生する前記第１抵抗素子の両端電圧に基づいて決定される、入力回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電子制御装置、作業車両および入力回路に関する。

【背景技術】

【0002】

農業機械または建設機械などの作業車両は、運転席、多種多様の操作レバーおよび操作スイッチなどが内部に設けられるキャビンを備える。例えば、数十個程度の操作スイッチがキャビンの内部に設けられ得る。操作スイッチのオープン／クローズ状態が、例えば、作業車両に搭載された電子制御装置が備えるマイクロコントローラによって検知され得る。マイクロコントローラは、検知結果に応じて所望の処理を実行する。

【0003】

スイッチを大気中で使用すると、スイッチの接点の表面が自然酸化されて腐食し、その表面に酸化膜が生じ得る。その酸化膜は絶縁膜として振る舞うために、接点における導通確保が困難になる場合がある。特許文献１から３は、スイッチの接点に生じた腐食物を除去または防止するための電気回路を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第７６９６６３７号明細書

【文献】特許第３５８７８０２号

【文献】特開平９－２９４３４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来、スイッチの接点に生じた酸化膜などの腐食物を除去するために、例えばスイッチに１０ｍＡ以上の電流を流す必要があった。その結果、電気回路における電力損失が増大するという課題がある。

【0006】

本開示の実施形態は、比較的に単純な回路構成によって、スイッチの腐食物を除去し、かつ、電力損失を低減することが可能となる入力回路および当該入力回路を備える電子制御装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の例示的な実施形態による電子制御装置は、第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えるスイッチを備える作業車両に搭載される電子制御装置である。前記電子制御装置は、導電線を介して前記スイッチの前記第２端子に接続される入力端子と、前記入力端子に信号線を介して接続される入力回路と、前記入力回路から出力される出力信号に基づいて前記スイッチの前記電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するマイクロコントローラと、を備える。前記入力回路は、電源またはグランドと前記信号線とに接続される第１抵抗素子と、前記電源またはグランドと前記信号線とに接続される過渡電流回路であって、前記スイッチが前記電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときに前記スイッチに過渡電流を流す第２抵抗素子を含む過渡電流回路と、を有する。

【0008】

本開示の例示的な実施形態による作業車両は、ユーザが操作可能な１または複数のスイッチと、上記の電子制御装置とを備える。

【0009】

本開示の例示的な実施形態による入力回路は、第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えるスイッチを備える作業車両に搭載される電子制御装置が有する入力端子に信号線を介して接続される回路である。前記入力端子は前記スイッチの前記第２端子に導電線を介して接続される。前記電子制御装置は、前記入力回路から出力される出力信号に基づいて前記スイッチの前記電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するマイクロコントローラを有する。前記入力回路は、電源またはグランドと前記信号線とに接続される第１抵抗素子と、前記電源またはグランドと前記信号線とに接続される過渡電流回路であって、前記スイッチが前記電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときに前記スイッチに過渡電流を流す第２抵抗素子を含む過渡電流回路と、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示の実施形態によれば、比較的に単純な回路構成によって、スイッチの腐食物を除去し、かつ、電力損失を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】操作スイッチとしてハイサイドスイッチを用いる場合における、本開示の実施形態に係る入力回路を備える電子制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】変換回路の構成例を示す回路図である。

【図3】変換回路の他の構成例を示す回路図である。

【図4】過渡電流回路の他の構成例を示す回路図である。

【図5】操作スイッチとしてローサイドスイッチを用いる場合における、本開示の実施形態に係る入力回路を備える電子制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図6】本開示の実施形態に係る、複数の入力回路を備える電子制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図7】本開示の実施形態に係る、マルチプレクサを備える電子制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図8】本開示の実施形態に係る、複数のマルチプレクサを備える電子制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図9】トラクタにおける電源系統の例を示すブロック図である。

【図10】水入りに起因してリーク電流が生じた場合に変換回路から出力される出力信号を検証するために構築した回路モデルを例示する回路図である。

【図11】水入りに起因してリーク電流が生じた場合に変換回路から出力される出力信号を検証するために構築した他の回路モデルを例示する回路図である。

【図12】１サイクルの期間における、入力端子Ｔ１の電圧変化、スイッチ１００に流れる電流変化、変換回路２３０から出力される出力信号の変化をそれぞれ例示するグラフである。

【図13】本開示の実施形態に係るトラクタの外観の例を示す斜視図である。

【図14】本開示の実施形態に係るトラクタと、トラクタに連結された作業機を側面方向から見た模式図である。

【図15】本開示の実施形態に係るトラクタの構成例を示すブロック図である。

【図16】キャビンの内部に設けられた操作スイッチ群を例示する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

作業車両のキャビンに設けられる操作スイッチは、種々の操作を行うためのスイッチを含む。操作スイッチは、例えば、クラッチ操作を行うためのスイッチ、主変速または副変速の変速段を選択するためのスイッチ、オートモードおよびマニュアルモードを切り替えるためのスイッチ、または、前進および後進を切り替えるためのスイッチなどである。これらのスイッチとして、一般に、接点を有するスイッチが用いられる。

【0013】

スイッチの接点に用いる材料は、例えば、銀、銀ニッケル、銀酸化錫、銀タングステン、または、銅などである。耐食性および電気伝導性を向上させるために、例えば、接点の表面に、金メッキ処理がなされたり、金を圧延接合して表面を被覆することによって金クラッドが形成されたりする。しかしながら、操作スイッチのシール性は決して高くないために、スイッチを大気中で使用すると、酸化膜または硫化膜などを含む腐食物が接点の表面に付着し得る。また、摩耗により、腐食物が接点の表面に付着し得る。特に、作業車両のユーザは、過酷な環境下で作業を行いながら作業車両を操作するために、操作スイッチに水が混入したり、結露が生じたり、泥などが付着したりし易くなる。このように、スイッチの接点の表面に腐食物が付着し易くなる。この腐食物は、電流を接点に瞬間的に流すことで接点間に発生するアークによって除去することが可能となる。ただし、スイッチに電流を流すと、スイッチに接続される回路で電力が消費されて電力損失が増大するという課題がある。

【0014】

操作スイッチは、入力回路を介してマイクロコントローラに電気的に接続され得る。この入力回路は腐食物を除去するための回路を含む。入力回路およびマイクロコントローラは、電子制御装置に実装される。例えば、１００馬力を超える大型のトラクタには、１００個程度の操作スイッチがキャビンに設けられ得る。この場合、それぞれの操作スイッチは、入力回路を介してマイクロコントローラに電気的に接続される。腐食物を除去するための電流をそれぞれの操作スイッチに流すと、入力回路における電力損失が一層大きくなる。入力回路に接続される操作スイッチの個数が増えるほど、入力回路を備える電子制御装置における発熱量が増大する。このため、電子制御装置は、放熱性に優れた例えばアルミニウム合金材料などから形成された金属筐体に収納する必要があった。金属筐体に収納することによって、放熱性が向上し、かつ、過酷な環境下において混入し得る粉塵および水から電子制御装置を保護することができる。ただし、金属筐体を採用することは高コストに繋がる。

【0015】

上述したように、操作スイッチの防水性は決して高くないために、操作スイッチの内部に水が混入し易くなる。以降、水が操作スイッチの内部に混入することを、「水入り」と記載する。「水入り」は「水漏れ」と呼ぶこともできる。水には、無機物質および有機物質が不純物として含まれている。そのため、水入りが生じると、操作スイッチが開放しているときであっても、電気的導通状態になり得る。水入りに起因して操作スイッチを流れる微小なリーク電流が入力回路に流れ込むこととなる。その結果、操作スイッチが開放しているときであっても、入力端子の電圧が持ち上がり、マイクロコントローラは、スイッチの状態を電気的導通状態として誤検知してしまう可能性がある。

【0016】

本明細書において、スイッチに電流が流れる状態を、「電気的導通状態」または「オン状態」と記載する。スイッチに電流が流れない状態を、「電気的不導通状態」または「オフ状態」と記載する。微小なリーク電流がスイッチに流れ得る状態は、「電気的不導通状態」と記載する。

【0017】

特許文献１に開示された入力回路の構成によれば、直列に接続された抵抗素子およびダイオードを介してスイッチに接続されたパワートランジスタのオン／オフの切り替えがマイクロコントローラによって制御される。マイクロコントローラは、スイッチのオン／オフ状態を検出するときにだけ１ミリ秒以下の短い間隔でパワートランジスタをオンする。これにより、入力回路における電力損失が低減されるとされている。しかしながら、要求仕様などにより、入力回路とマイクロコントローラとの間にマルチプレクサのようなデバイスを接続することが求められる場合がある。一般に、マイクロコントローラとマルチプレクサとは非同期で動作する。特許文献１に開示された入力回路は、マイクロコントローラによるパワートランジスタのオン／オフの制御を必要とする。そのために、入力回路とマイクロコントローラとの間にマルチプレクサを接続した場合、パワートランジスタのオン・オフの制御と、マルチプレクサから出力される出力信号との間で同期が取れなくなってしまう問題が生じる。

【0018】

本発明者は上記の課題に鑑み、比較的に単純な回路構成によって、スイッチの腐食物を除去し、かつ、電力損失を低減することが可能となる新規な入力回路の構成を見出し本発明に至った。本開示の実施形態によれば、マイクロコントローラによるスイッチ状態の誤検出を防止すること、および、入力回路とマイクロコントローラとの間に、マイクロコントローラと非同期で動作するマルチプレクサのようなデバイスを接続することが可能となる。さらに、入力回路における電力損失を低減することにより、金属筐体の代わりに、金属筐体よりも軽量で、かつ、安価である樹脂封止を採用することも可能となる。

【0019】

以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似の機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

【0020】

以下の実施形態は例示であり、本開示による入力回路および当該入力回路を備える電子制御装置は、以下の実施形態に限定されない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、技術的に矛盾が生じない限りにおいて、一の態様と他の態様とを組み合わせることが可能である。

【0021】

［１．入力回路２００および電子制御装置５００の構成］
図１から図９を参照して、本実施形態に係る入力回路２００および電子制御装置５００の構成例を説明する。電子制御装置５００は、例えば、センサに接続される入力Ｉ／Ｆ、アクチュエータに接続される出力Ｉ／Ｆ、およびＣＡＮ（Controller Area Network）バスＩ／Ｆを備えていてもよい。

【0022】

図１は、操作スイッチ１００としてハイサイドスイッチを用いる場合における、入力回路２００を備える電子制御装置５００の構成例を示すブロック図である。

【0023】

本実施形態に係る入力回路２００、および、入力回路２００を備える電子制御装置５００は、例えば、農業機械または建設機械などの作業車両に搭載され得る。以降、電子制御装置５００は、農業機械の代表例であるトラクタに搭載される装置として説明する。

【0024】

電子制御装置は、例えばトラクタの走行を、プロセッサなどの電子回路を用いて制御する装置の総称である。電子制御装置は、トラクタなどの作業車両の走行に必要なエンジン制御、トランスミッション制御、パワーステアリング制御、およびブレーキング制御に用いられる機器を制御するための処理だけではなく、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を利用した測位、自動運転または自動操舵などの運転支援、作業機の制御などに用いられる各種機器の動作に必要な処理を実行し得る。これらの処理を効率的に実行するため、１台の作業車両は、それぞれが異なる処理を実行する複数の電子制御装置を備えることができる。このような電子制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称される。本明細書において、電子制御装置を「ＥＣＵ」と記載する場合がある。

【0025】

電子制御装置５００は、入力端子Ｔ１と、入力回路２００と、マイクロコントローラ３００とを備える。これらの構成要素は、例えばプリント基板（ＰＣＢ）に実装され、ＥＣＵとしてパッケージ化され得る。パッケージ化されたＥＣＵは、作業車両に搭載される装置として上市され得る。

【0026】

電子制御装置５００は、１または複数の操作スイッチを備える作業車両に搭載され得る。本実施形態において、電子制御装置５００は、複数の操作スイッチ１００を備えるトラクタに搭載される。なお、トラクタの構成については後述する。

【0027】

操作スイッチ１００（以降、単に「スイッチ」と記載する。）は、接点、第１端子１０１および第２端子１０２を有する。図１に示される例において、スイッチ１００はａ接点のスイッチである。スイッチ１００は、第１端子１０１と第２端子１０２との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えることが可能である。換言すると、スイッチ１００は、オン状態とオフ状態とを切り替えることが可能である。スイッチ１００が押されていないときは接点が離れ、スイッチ１００は電気的不導通状態となる。スイッチ１００が押されると接点が接触し、スイッチ１００は電気的導通状態となる。

【0028】

スイッチ１００は、メカニカルスイッチ、メカニカルリレーなどの接点を有する任意の部品であり得る。スイッチ１００は、押しボタンスイッチであってもよい。スイッチ１００の例は、クラッチ操作を行うためのスイッチ、主変速または副変速の変速段を選択するためのスイッチ、オートモードおよびマニュアルモードを切り替えるためのスイッチ、前進および後進を切り替えるためのスイッチ、または、作業機を昇降するためのスイッチなどであり得る。ただし、これらのスイッチはあくまで一例に過ぎない。スイッチ１００は、トラクタのキャビンにおいてユーザが操作可能な位置に配置される。なお、トラクタのキャビンについては図１６を参照して後述する。

【0029】

図１に示される例において、スイッチ１００の第１端子１０１は電源Ｖｃｃに接続され、第２端子１０２は導電線１１０を介して電子制御装置５００の入力端子Ｔ１に接続されている。すなわち、スイッチ１００はハイサイドスイッチである。例えば、導電線１１０は、ワイヤーハーネスによって実現され得る。入力端子Ｔ１は、ワイヤーハーネスのコネクタに適合するように構成される。本明細書において、「接続」という用語は、主に、部品同士の電気的な接続を意味する。電源Ｖｃｃは、例えば出力電圧が１２Ｖから１４Ｖ程度の範囲にあるバッテリ電源である。

【0030】

入力回路２００は、抵抗素子２０１と、過渡電流回路２１０と、ローパスフィルタ回路２２０と、変換回路２３０とを有する。入力回路２００は、信号線ＳＬを介して入力端子Ｔ１に接続されている。これにより、スイッチ１００と入力回路２００との電気的な接続がなされる。

【0031】

抵抗素子２０１は、信号線ＳＬの電圧レベルの論理を固定する。抵抗素子２０１は、電源Ｖｃｃまたはグランドと信号線ＳＬとに接続され得る。図１に示される例において、抵抗素子２０１は、いわゆるプルダウン抵抗であり、グランドと信号線ＳＬとに接続されている。

【0032】

過渡電流回路２１０は、抵抗素子２０１と同様に、電源Ｖｃｃまたはグランドと信号線ＳＬとに接続され得る。図１に示される例において、過渡電流回路２１０は、グランドと信号線ＳＬとに接続されている。過渡電流回路２１０は、抵抗素子２１１およびキャパシタ２１２を含むＲＣ直列回路を有する。ＲＣ直列回路は時定数回路である。抵抗素子２１１の一端が信号線ＳＬに接続され、抵抗素子２１１の他端がキャパシタ２１２の一端に接続され、キャパシタ２１２の他端がグランドに接続される。過渡電流回路２１０は、ユーザの操作によってスイッチ１００が電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときにスイッチ１００に過渡電流を流す。

【0033】

本実施形態において、抵抗素子２０１の抵抗値は、抵抗素子２１１の抵抗値よりも大きくなるように設定される。抵抗素子２１１の抵抗値に対する抵抗素子２０１の抵抗値の比が例えば３．０以上５．０未満になるように、それぞれの抵抗素子の抵抗値は設定され得る。例えば、抵抗素子２０１の抵抗値は数ｋΩ程度であり、抵抗素子２１１の抵抗値は数百Ω程度である。キャパシタ２１２の容量は、例えば、ＲＣ直列回路の時定数が数十μｓ程度になるように決定される。

【0034】

ローパスフィルタ回路２２０は、抵抗素子２２１およびキャパシタ２２２を含むＲＣローパスフィルタ回路である。キャパシタ２２２の一端がグランドに接続され、キャパシタ２２２の他端が信号線ＳＬに接続されている。抵抗素子２２１は、信号線ＳＬに直列に接続されている。本実施形態において、抵抗素子２２１の抵抗値は、例えば１０ｋΩ程度であり、キャパシタ２２２の容量は、例えば０．１μＦ程度である。ただし、ローパスフィルタ回路２２０は必須ではない。ローパスフィルタ回路２２０を設けることにより、後述する変換回路２３０に入力するアナログ電圧信号から高周波のノイズ成分を除去し、直流および低周波の信号成分を取り出すことが可能となる。

【0035】

変換回路２３０は、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいてアナログ信号をデジタル信号に変換する。より詳細には、変換回路２３０は、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、信号線ＳＬの出力端Ｔ２のアナログ電圧信号を論理的にハイレベルまたはローレベルのデジタル信号に変換し、デジタル信号を出力信号として出力するように構成される。基準電圧Ｖｒｅｆは、論理的にハイレベルとローレベルの境界を規定する閾値に相当する。以下、論理的にハイレベルは、「Ｈｉレベル」と記載し、論理的にローレベルは、「Ｌｏレベル」と記載する。変換回路２３０として、様々な回路構成を採用し得る。

【0036】

図２は、変換回路２３０Ａの構成例を示す回路図である。図示される例において、変換回路２３０Ａは、コンパレータ２３１と、直列に接続された２つの抵抗素子２３２、２３３を含む分圧器とを有する。コンパレータ２３１は、入力信号であるアナログ電圧信号と基準電圧Ｖｒｅｆとの大きさを比較し、比較結果に応じて、ＨｉレベルまたはＬｏレベルのデジタル信号を出力する。コンパレータ２３１の非反転入力端子には、２つの抵抗素子２３２、２３３の間のノードの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆとして入力され、反転入力端子には、アナログ電圧信号が入力される。コンパレータ２３１の正電源端子には電源Ｖｃｃが接続され、負電源端子にはグランドが接続される。

【0037】

本実施形態において、例えば、抵抗素子２３２の抵抗値は、数ｋΩ程度であり、抵抗素子２３３の抵抗値は、例えば十数ｋΩ程度である。抵抗素子２３２の抵抗値は、例えば、抵抗素子２３３の抵抗値よりも５倍程度小さくなるように設定され得る。コンパレータ２３１を利用することにより、基準電圧Ｖｒｅｆを適切に設定することができる。

【0038】

図３は、変換回路２３０Ｂの構成例を示す回路図である。閾値を固定できる限りにおいて、コンパレータを別のデバイスに置き換えることが可能である。例えば、閾値を固定できるデバイスとして、バイポーラトランジスタを採用することができる。図示される例において、変換回路２３０Ｂは、バイポーラトランジスタ２３４と、信号線ＳＬの出力端Ｔ２とグランドとの間に直列に接続される２つの抵抗素子２３５、２３６を含む分圧器と、を有する。バイポーラトランジスタ２３４のエミッタがグランドに接続され、かつ、ベースが２つの抵抗素子２３５、２３６の間のノードに接続されている。バイポーラトランジスタ２３４のコレクタが抵抗素子２３７を介して電源Ｖｃｃに接続されている。このように、変換回路２３０は、出力信号がバイポーラトランジスタ２３４のコレクタ電圧に応じて変化するように構成され得る。

【0039】

本実施形態において、抵抗素子２３５の抵抗値は、例えば１０ｋΩ程度である。抵抗素子２３６の抵抗値は、例えば２ｋΩ程度である。抵抗素子２３７の抵抗値は、例えば１０ｋΩ程度である。ただし、これらの抵抗値はあくまで一例であり、要求仕様などに基づいて適宜設定され得る。

【0040】

図４は、過渡電流回路２１０の他の構成例を示す回路図である。図示される例において、過渡電流回路２１０Ａは、ドレインがグランドに接続されるＰＭＯＳトランジスタ２１３を含む。抵抗素子２１１は、信号線ＳＬとＰＭＯＳトランジスタ２１３のソースとに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ２１３のゲートはローパスフィルタ回路２２０に含まれるキャパシタ２２２の他端に接続されている。抵抗素子２１１、２２１、ＰＭＯＳトランジスタ２１３、および、キャパシタ２２２によって時定数回路とＲＣフィルタ回路とが構成される。

【0041】

図５は、スイッチ１００としてローサイドスイッチを用いる場合における、入力回路２００を備える電子制御装置５００の構成例を示すブロック図である。図示される例において、スイッチ１００の第１端子１０１はグランドに接続され、第２端子１０２は導電線１１０を介して電子制御装置５００の入力端子Ｔ１に接続されている。すなわち、スイッチ１００はローサイドスイッチである。抵抗素子２０１は、いわゆるプルアップ抵抗であり、電源Ｖｃｃと信号線ＳＬとに接続されている。過渡電流回路２１０は、抵抗素子２０１と同様に、電源Ｖｃｃと信号線ＳＬとに接続される。他の電気的な接続関係は、スイッチ１００としてハイサイドスイッチを用いる場合と同様である。このように、スイッチ１００は、ハイサイドスイッチまたはローサイドスイッチであり得る。

【0042】

再び、図１を参照する。

【0043】

マイクロコントローラ３００は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、キャッシュ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および周辺回路を含む半導体集積回路である。マイクロコントローラは、マイクロコンピュータまたはマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）と称されることがある。マイクロコントローラ３００は、入力回路２００から出力される出力信号に基づいてスイッチ１００の電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するように構成される。ＣＰＵが少なくとも１つの処理を実行するための命令群を記述したコンピュータプログラムがＲＯＭに格納される。コンピュータプログラムを格納するＲＯＭはマイクロコントローラ３００に外付けされるメモリであってもよい。ＣＰＵはコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の処理を実現する。

【0044】

図６は、複数の入力回路２００を備える電子制御装置５００Ａの構成例を示すブロック図である。電子制御装置５００Ａは、複数の入力回路２００と、複数の入力端子Ｔ１とを備え得る。図６に示される例において、電子制御装置５００Ａは、３つの入力回路２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃと、３つの入力端子Ｔ１とを備えている。３つの入力端子Ｔ１は、３本の導電線１１０を介して３つのスイッチ１００Ａ、１００Ｂおよび１００Ｃに接続されている。３つの入力回路２００Ａ、２００Ｂおよび２００Ｃは、３本の信号線ＳＬを介して３つの入力端子Ｔ１に接続されている。このように、スイッチ１００Ａは、入力回路２００Ａを介してマイクロコントローラ３００に接続され、スイッチ１００Ｂは、入力回路２００Ｂを介してマイクロコントローラ３００に接続され、スイッチ１００Ｃは、入力回路２００Ｃを介してマイクロコントローラ３００に接続されている。

【0045】

複数の入力回路２００のそれぞれは、同じ回路構成を備えることができる。ただし、スイッチ１００の種類、スイッチ１００と入力回路２００とを接続する導電線１１０の長さなどに応じて、入力回路２００が有する抵抗素子の抵抗値および／またはキャパシタの容量などの値が異なり得る。

【0046】

図示される例に限定されず、４個以上のスイッチ１００にそれぞれ接続されたこれと同数の入力回路２００が１つのマイクロコントローラ３００に接続され得る。例えば、３０個から４０個以上のスイッチ１００がトラクタに設けられ、大型のトラクタにおいては、１００個以上の３桁に及ぶスイッチ１００がトラクタに設けられ得る。多数のスイッチ１００のそれぞれに接続された入力回路２００は、１つのマイクロコントローラ３００に接続され得る。

【0047】

図７は、マルチプレクサ４００を備える電子制御装置５００Ｂの構成例を示すブロック図である。電子制御装置５００Ｂはマルチプレクサ４００を備えていてもよい。マルチプレクサ４００は、複数の入力回路２００とマイクロコントローラ３００とに接続される。マルチプレクサ４００は、複数の入力回路２００から出力される出力信号をマイクロコントローラ３００へ出力する。マイクロコントローラ３００は、マルチプレクサ４００から出力される出力信号に基づいて、スイッチ１００の電気的導通状態および電気的不導通状態を検知する。

【0048】

図示される例において、２つの入力回路２００Ａ、２００Ｂからそれぞれ出力される出力信号がマルチプレクサ４００に入力される。２つの入力回路２００Ａ、２００Ｂは、同じ回路構成を備えることができる。ただし、スイッチ１００の種類、スイッチ１００と入力回路２００とを接続する導電線１１０の長さなどに応じて、２つの入力回路２００Ａ、２００Ｂの間で抵抗素子の抵抗値および／またはキャパシタの容量などの値は異なり得る。マイクロコントローラ３００は、マルチプレクサ４００から出力される出力信号に基づいて、２つのスイッチ１００Ａ、１００Ｂの電気的導通状態および電気的不導通状態を検知する。図示される例に限定されず、マルチプレクサ４００には３つ以上の入力回路２００が接続され得る。例えば、トラクタに搭載される電子制御装置において、主変速または副変速の変速段を選択するための２つ以上のスイッチにそれぞれ接続される２つ以上の入力回路２００が１つのマルチプレクサ４００に接続され得る。

【0049】

図８は、複数のマルチプレクサ４００を備える電子制御装置５００Ｃの構成例を示すブロック図である。電子制御装置５００Ｃは複数のマルチプレクサ４００を備え得る。図示される例において、複数のマルチプレクサ４００は、２つの入力回路２００Ａ、２００Ｂに接続されたマルチプレクサ４００Ａと、３つの入力回路２００Ｃ、２００Ｄおよび２００Ｅに接続されたマルチプレクサ４００Ｂとを含む。図示される例に限定されず、例えば要求仕様などに応じて、電子制御装置５００は３つ以上のマルチプレクサ４００を備え得る。

【0050】

複数のマルチプレクサ４００に接続される複数の入力回路２００のそれぞれは、同じ回路構成を備えることができる。ただし、スイッチ１００の種類、スイッチ１００と入力回路２００とを接続する導電線１１０の長さなどに応じて、入力回路２００が有する抵抗素子の抵抗値および／またはキャパシタの容量などの値は異なり得る。

【0051】

図９は、トラクタにおける電源系統の例を示すブロック図である。図示される例において、バッテリ電源が、ツェナーダイオード、ダイオードおよびヒューズなどの保護素子を介して自己保持／遮断回路７００に接続される。バッテリ電源の電圧は例えば１２Ｖまたは１４Ｖである。内部電源生成回路７０１が、自己保持／遮断回路７００の後段に接続される。バッテリ電源は、例えば、スイッチ１００の第１端子１０１、および、エンジンなどの負荷を駆動するための駆動回路に接続され得る。自己保持／遮断回路７００は、自己保持回路および電流遮断回路などを有する。内部電源生成回路７０１は、例えば、バッテリ電源の電圧（例えば１２Ｖ）を降圧して、マイクロコントローラ３００、マルチプレクサ４００などの５Ｖ系の論理回路に供給するための駆動電圧を生成する。

【0052】

バッテリ電源の起動時に、例えばマイクロコントローラなどの電子部品の入力側に接続されるバイパスコンデンサを充電するために突入電流が流れ得る。例えば、十数Ａ程度の突入電流が流れ得る。自己保持／遮断回路７００は、突入電流から電子部品を保護するための電流遮断回路として機能する。自己保持／遮断回路７００によって、突入電流が生じるブロックと、１２Ｖ系および５Ｖ系の論理回路を含む論理回路のブロックとを分離することにより、論理回路のブロックを突入電流から保護することが可能となる。

【0053】

本実施形態に係る入力回路２００は、電子制御ユニットに搭載される部品として製造および販売され得る。入力回路２００は、例えば、モジュール化され、入力回路モジュールとして上市され得る。

【0054】

［２．入力回路２００の動作］
図１０から図１２を参照して、入力回路２００の機能および動作を説明する。

【0055】

図１０および図１１は、それぞれ、水入りに起因してリーク電流が生じた場合に変換回路２３０から出力される出力信号を検証するために構築した回路モデルを例示する回路図である。図１０には、図１に示す入力回路２００の構成例に対応した回路モデルが示され、図１１には、図４に示す入力回路２００の構成例に対応した回路モデルが示されている。図１２は、スイッチ１００がオフ状態からオン状態に遷移して再びオフ状態に戻るまでの１サイクルの期間における、入力端子Ｔ１の電圧変化、スイッチ１００に流れる電流変化、変換回路２３０から出力される出力信号の変化をそれぞれ例示するグラフである。入力端子Ｔ１の電圧変化は、信号線ＳＬの電圧変化を表している。１サイクルの期間の例は１秒である。

【0056】

図示される回路モデルにおいて、スイッチ１００はトランジスタＱ１によってモデル化されている。電源線ＶＬと信号線ＳＬとに接続された抵抗素子Ｒ３によって水入りによるリーク電流がモデル化されている。２つの抵抗素子２０１、Ｒ３の分圧比によって、リーク電流の大きさ、および、リーク電流により生じる抵抗素子２０１の両端電圧が調整される。

【0057】

図示される回路モデルにおいて、抵抗素子２０１、２１１、２２１、２３２、２３３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の抵抗値は、それぞれ、２．２ｋΩ程度、４７０Ω程度、１０ｋΩ程度、２ｋΩ程度、１０ｋΩ程度、１０ｋΩ程度、１０ｋΩ程度、５００Ω程度、および１０ｋΩ程度である。キャパシタ２１２、２２２の容量は、それぞれ、０．１μＦ程度である。電源Ｖ１の電源電圧は１４Ｖである。電源Ｖ２はパルス電圧を生成するパルスジェネレータである。パルス電圧の周期、パルス幅および振幅は、それぞれ、２ｓ、１ｓおよび１４Ｖである。

【0058】

図示される回路モデルにおいて、トランジスタＱ１のオン／オフ状態に関係なく、抵抗素子Ｒ３によって水入りに起因したリーク電流が定常的に流れる。トランジスタＱ１がオフ状態であっても、抵抗素子Ｒ３によって５ｍＡ程度のリーク電流が流れる。

【0059】

水入りが生じていない理想状態においては、スイッチ１００が開放しているとき、つまり、トランジスタＱ１がオフ状態にあるとき、信号線ＳＬの電位は０Ｖである。しかし、実際は、水入りに起因したリーク電流が抵抗素子２０１を流れ得るために、信号線ＳＬの電位は、抵抗素子２０１の両端電圧だけ電圧降下によって上昇することとなる。例えば、５ｍＡ程度のリーク電流が抵抗素子２０１を流れる場合、信号線ＳＬの電位は、０Ｖから１０Ｖ程度だけ上昇し、１０Ｖ程度に到達し得る。以降、この電圧を、「バイアス電圧」と呼ぶこととする。後段のマイクロコントローラ３００は、スイッチ１００が開放しているにもかかわらず、信号線ＳＬの電位の上昇に起因して、スイッチ１００の状態を電気的導通状態であると誤検出してしまう可能性がある。本実施形態において、入力回路２００に変換回路２３０を設けることによって、後述するようにこの問題を解決している。

【0060】

ＲＣ直列回路は、上述したように、直列に接続された抵抗素子２１１およびキャパシタ２１２を含む。トランジスタＱ１がオンすると、ＲＣ直列回路によって、トランジスタＱ１に過渡電流が流れる。入力端子Ｔ１の電位レベル、つまり、信号線ＳＬの電位が電源電圧である１４Ｖに変化する。例えば、十数ｍＡ程度の過渡電流が０．１ｍｓ程度の短時間に流れ得る。過渡電流は過渡電流回路２１０に流れ込むため、入力回路における電力損失を抑制することができる。上述した突入電流のオーダは、例えば、過渡電流の電流オーダよりも２桁程大きい。過渡電流の大きさは、突入電流の大きさよりも遥かに小さい。このため、過渡電流による電流破壊を防止するための保護回路を入力回路に設ける必要がない。数十ｍＡ程度の過渡電流は、スイッチの腐食物を除去するために十分な電流量であり、その結果、過渡電流がスイッチに流れることにより、スイッチの腐食物を除去することが可能となる。このように、ＲＣ直列回路のような比較的に単純な回路を用いて、スイッチの腐食物を除去することが可能となる。

【0061】

過渡電流がスイッチ１００に過渡的に流れた後は、定常電流が流れる。この定常電流にはリーク電流が含まれる。ＲＣ直列回路の作用から、ＲＣ直列回路には定常電流は流れない。一方で、プルダウン抵抗である抵抗素子２０１には定常電流は流れ得る。ただし、本実施形態において、抵抗素子２０１の抵抗値は、ＲＣ直列回路に含まれる抵抗素子２１１の抵抗値よりも例えば５倍程度大きい。そのため、抵抗素子２０１に流れる定常電流による電流損失を低減することが可能となる。

【0062】

図１１に示すように、キャパシタ２１２の代わりに、ＰＭＯＳトランジスタ２１３を用いても、ＲＣ直列回路を用いる場合と同様な効果が得られる。トランジスタＱ１をオンした瞬間は過渡電流が流れる。キャパシタ２２２が過渡電流によって充電され、ＰＭＯＳトランジスタ２１３のゲートの電位がＰＭＯＳトランジスタ２１３のソースの電位よりも高くなると、ＰＭＯＳトランジスタ２１３はオフする。

【0063】

図１２において、負論理の場合における、変換回路２３０のコンパレータ２３１から出力される出力信号の波形が例示されている。コンパレータ２３１は、信号線ＳＬの電位、つまり、反転入力端子に入力するアナログ電圧信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高ければ、Ｌｏレベルのデジタル信号を出力し、反転入力端子に入力するアナログ電圧信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆ以下であれば、Ｈｉレベルのデジタル信号を出力する。正論理の場合には、コンパレータ２３１は、反転入力端子に入力するアナログ電圧信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高ければ、Ｈｉレベルのデジタル信号を出力し、反転入力端子に入力するアナログ電圧信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆ以下であれば、Ｌｏレベルのデジタル信号を出力する。

【0064】

基準電圧Ｖｒｅｆは、スイッチ１００が電気的不導通状態にあるときに抵抗素子２０１に流れ得るリーク電流に起因して発生する抵抗素子２０１の両端電圧に基づいて決定される。図示される回路モデルにおいて、コンパレータ２３１の非反転入力端子に入力する基準電圧Ｖｒｅｆは、抵抗素子２０１の両端電圧に基づいて決定される。本実施形態において、基準電圧Ｖｒｅｆは、例えば１２Ｖ程度に設定され得る。これにより、信号線ＳＬの電位がリーク電流に起因して上昇しても、マイクロコントローラ３００によるスイッチ１００の状態の誤検出を防止することが可能となる。また、基準電圧Ｖｒｅｆは、バッテリ電源を基準（＋Ｂ基準）として２つの抵抗素子２３２、２３３の分圧比に基づいて生成される。これにより、電源変動に対するコンパレータ２３１のロバスト性を向上させることができる。

【0065】

図１２に示すように、スイッチ１００の状態はオフ状態からオン状態に遷移してから１サイクル後にオフ状態に戻る。これに同期して、入力端子Ｔ１の電圧、つまり、信号線ＳＬの電位は電源電圧のレベルからバイアス電圧のレベルに変化する。この変化に応答して、変換回路２３０から出力されるデジタル信号レベルはＬｏレベルからＨｉレベルに変化する。

【0066】

再び、図３を参照する。上述したように、変換回路２３０は、コンパレータ２３１の代わりに、図３に示すバイポーラトランジスタ２３４を有し得る。この例において、基準電圧Ｖｒｅｆに対応する閾値は、バイポーラトランジスタ２３４のベース－エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥによって規定される。バイポーラトランジスタ２３４への入力電圧Ｖｉｎが適切になるように２つの抵抗素子２３５、２３６の分圧比が設定される。具体的には、数１の数式に基づいて、閾値であるベース－エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥに対して入力電圧Ｖｉｎを任意に調整することが可能である。ここで、ｒ１は抵抗素子２３５の抵抗値であり、ｒ２は抵抗素子２３６の抵抗値である。
［数１］
Ｖ_ＢＥ＝Ｖｉｎ＊ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）

【0067】

２つの抵抗素子２３５、２３６の間のノードの電位が電圧Ｖ_ＢＥ以下であれば、バイポーラトランジスタ２３４はオフ状態であり、Ｈｉレベルのデジタル信号が出力される。２つの抵抗素子２３５、２３６の間のノードの電位が電圧Ｖ_ＢＥよりも高くなれば、バイポーラトランジスタ２３４がオンしてＬｏレベルのデジタル信号が出力される。コンパレータ２３１の代わりに、バイポーラトランジスタ２３４を用いても上述した変換回路２３０の効果と同様な効果が得られる。

【0068】

本発明者は、図１０および図１１に示す回路モデルを用いて、水入りに起因してリーク電流が生じている場合に変換回路２３０から出力される出力信号を検証した。リーク電流が抵抗素子２０１を流れ、信号線ＳＬの電位が電圧降下によって上昇したとしても、変換回路２３０に適切な閾値を設定することによって、図１２に例示するような所望の出力信号が変換回路２３０から出力されることが確認された。

【0069】

上述したように、例えば、３０個から４０個以上のスイッチがトラクタに設けられ、大型のトラクタにおいては、例えば１００個以上の３桁に及ぶスイッチがトラクタに設けられ得る。スイッチの個数が増えるほど、従来技術によれば入力回路における発熱量が多くなる。これに対して、本実施形態に係る入力回路２００の構成によれば、スイッチ１００に瞬間的に流れる過渡電流は、主として過渡電流回路２１０に流れ込んで消費される。また、過渡電流回路２１０を流れる電流は、例えば、数十ｍＡ程度であり、従来例と比較して一桁程小さい。このため、従来例よりも過渡電流による電力損失を抑制することができる。これは、電子制御装置５００に接続するスイッチ１００の個数が増えるほど有利に働く。

【0070】

入力回路２００における電力損失を低減することは、電子制御装置５００の全体における電力損失を低減することに繋がる。これは、金属筐体を、金属筐体よりも軽量で、かつ、安価である樹脂封止に置換することを可能にし得る。例えば、放熱性が比較的に高いエポキシ樹脂などで電子制御装置を封止することにより、放熱性、防塵性および防水性に優れた電子制御装置が実現される。また、基準電圧Ｖｒｅｆを変換回路２３０に適切に設定することで、水入りによるリーク電流が生じ得る場合であっても、マイクロコントローラ３００によるスイッチ１００の状態の誤検出を防止することが可能となる。さらに、入力回路２００とマイクロコントローラ３００との間に、マイクロコントローラ３００と非同期で動作するマルチプレクサのようなデバイスを接続することが可能となる。スイッチの個数が増えればマイクロコントローラに必要とされるポート数が増える。ポート数を最小限に減らす観点から、マルチプレクサを介して一部のスイッチ群をマイクロコントローラに接続できることは非常に有利である。

【0071】

［３．作業車両の構成］
本実施形態における作業車両の例は、農業機械であるトラクタである。以下、トラクタの構成例を説明する。

【0072】

図１３は、本実施形態に係るトラクタ８００の外観の例を示す斜視図である。図１４は、トラクタ８００と、トラクタ８００に連結された作業機９００を側面方向から見た模式図である。図１５は、トラクタ８００の構成例を示すブロック図である。図１６は、キャビン８０５の内部に設けられた操作スイッチ群１００を例示する模式図である。

【0073】

図示される例において、トラクタ８００は、車両本体８０１と、原動機（エンジン）８０２と、変速装置（トランスミッション）８０３と、測位装置８１０と、１つ以上のＥＣＵ８２０とを備える。車両本体８０１には、タイヤ８０４（車輪）と、キャビン８０５とが設けられている。タイヤ８０４は、一対の前輪８０４Ｆと一対の後輪８０４Ｒとを含む。キャビン８０５の内部にステアリングホイール８０６、運転席８０７、および操作端末８０８が設けられている。一対の前輪８０４Ｆおよび一対の後輪８０４Ｒの一方が、タイヤではなくクローラであってもよい。

【0074】

原動機８０２は、例えばディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジンに代えて電動モータが使用されてもよい。変速装置８０３は、変速によってトラクタ８００の推進力および速度を変化させることができる。変速装置８０３は、トラクタ８００の前進と後進とを切り換えることもできる。

【0075】

測位装置８１０は、例えば、ＧＮＳＳユニットである。測位装置８１０は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信するアンテナと、処理回路とを備えるＧＮＳＳ受信機である。測位装置８１０は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）、Ｇａｌｉｌｅｏ、または準天頂衛星（Quasi-Zenith Satellite System：ＱＺＳＳ、例えばみちびき）などのＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ信号を受信し、当該信号に基づいて測位を行う。本実施形態における測位装置８１０は、キャビン８０５の上部に設けられているが、他の位置に設けられていてもよい。測位装置８１０による測位によって、地理座標系におけるトラクタ８００の地理情報が得られる。

【0076】

測位装置８１０は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic GPS）などの干渉測位を行ってもよい。ＲＴＫ測位を行う場合、測位装置８１０は、ＲＴＫ受信機を備える。測位装置８１０は、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ信号および基準局から送信される補正信号を受信し、これらの信号に基づいて測位を行う。ＲＴＫ測位などの干渉測位を用いることで、誤差数ｃｍの精度で測位を行うことが可能である。緯度、経度および高度の情報を含む位置情報が、高精度の測位により生成される。

【0077】

トラクタ８００は、１つ以上のＥＣＵ８２０を備え得る。１つ以上のＥＣＵ８２０は、例えば、トラクタ８００の走行を制御するためのＥＣＵ、および、測位装置８１０によって取得された地理情報に基づいて自動操舵の制御を行うためのＥＣＵを含み得る。１つ以上のＥＣＵ８２０のうちの少なくとも１つは、キャビン８０５の内部に配置された操作スイッチ１００に電気的に接続され、操作スイッチ１００の電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するように構成される。

【0078】

ＥＣＵ８２０が実行する少なくとも１つの処理は、例えば、作業車両が備えるアクチュエータの動作を制御するための処理、および／または、自動走行もしくは自動操舵を行うための処理を含み得る。アクチュエータの例は、原動機、変速装置、油圧装置または電動モータである。既に説明したように、キャビン８０５の内部に配置されるスイッチには、例えば、主変速または副変速の変速段を選択するためのスイッチ、前進および後進を切り替えるためのスイッチ、作業機９００を昇降するためのスイッチなどが含まれる。一例として、ＥＣＵ８２０は、ユーザによる、変速段の切り替え操作、または、前進および後進の切り替え操作に応答して、変速装置８０３の動作を制御する処理を実行することができる。他の一例として、ＥＣＵ８２０は、ユーザによる作業機９００の昇降の切り替え操作に応答して、後述する連結装置８０９が有する油圧装置の動作を制御する処理を実行することができる。

【0079】

キャビン８０５の内部に配置されるスイッチには、例えば、操舵のオートモードおよびマニュアルモードを切り替えるためのスイッチが含まれ得る。例えば、ＥＣＵ８２０は、ユーザによるオートモードの選択に応答して、測位装置８１０から出力される位置情報、および、後述する慣性計測装置（ＩＭＵ）８１１から出力される姿勢情報を含む自動操舵に必要な情報の取得を開始する。

【0080】

ＥＣＵ８２０として、本実施形態における電子制御装置５００、５００Ａ、５００Ｂおよび５００Ｃを利用することができる。これにより、過酷な環境下において、泥が付着したり、粉塵が付着したり、雨風に晒されたりすることから電子制御装置を適切に保護することができる。また、例えば１００個以上のスイッチ１００が設けられ得る大型のトラクタに本実施形態における電子制御装置５００、５００Ａ、５００Ｂおよび５００Ｃを搭載することにより、従来技術では解決することが困難であった発熱の問題を解消することができる。金属筐体に代えて、例えば、エポキシ樹脂などで電子制御装置を封止することにより、放熱性、防塵性および防水性に優れた電子制御装置が実現される。このような電子制御装置は、過酷な環境下で使用されるトラクタなどの作業車両に有益である。

【0081】

操舵装置８１４は、ステアリングホイール８０６と、ステアリングホイール８０６に接続された操舵軸と、ステアリングホイールによる操舵を補助するパワーステアリング装置とを含む。前輪８０４Ｆは操舵輪であり、その操舵角を変化させることにより、トラクタ８００の走行方向を変化させることができる。前輪８０４Ｆの操舵角は、ステアリングホイールを操作することによって変化させることができる。パワーステアリング装置は、前輪８０４Ｆの操舵角を変化させるための補助力を供給する油圧装置または電動モータを含む。自動走行または自動操舵が行われるときには、トラクタ８００内に配置されたＥＣＵからの制御により、油圧装置または電動モータの力によって操舵角が自動で調整され得る。

【0082】

車両本体８０１の後部には、連結装置８０９が設けられている。連結装置８０９は、例えば３点支持装置（「３点リンク」または「３点ヒッチ」とも称する。）、ＰＴＯ（Power Take Off）軸、およびユニバーサルジョイントを含む。連結装置８０９によって作業機９００をトラクタ８００に着脱することができる。連結装置８０９は、例えば油圧装置によって３点リンク装置を昇降させ、作業機９００の位置または姿勢を制御することができる。また、ユニバーサルジョイントを介してトラクタ８００から作業機９００に動力を伝達することができる。連結装置８０９は、車両本体８０１の前方に設けられていてもよい。その場合、トラクタ８００の前方に作業機を接続することができる。

【0083】

作業機９００が３点ヒッチに装着されている場合、例えば油圧装置によって３点ヒッチを昇降させ、作業機９００の位置または姿勢を制御することができる。作業機９００は、トラクタ８００に引かれて移動し、所定の作業を行うことができる。

【0084】

操作端末８０８は、トラクタ８００の自動走行または自動操舵に関する操作をユーザが実行するための端末であり、バーチャルターミナル（ＶＴ）と称することもある。自動走行は、自動操舵に加えて例えば速度制御も行われる点で自動操舵とは異なる。操作端末８０８は、タッチスクリーンなどの表示装置、および／または１つ以上のボタンを備え得る。ユーザは、操作端末８０８を操作することにより、例えば自動走行モードまたは自動操舵モードのオン／オフの切り替え、トラクタ８００の初期位置の設定、経路の設定などの種々の操作を実行することができる。

【0085】

トラクタ８００は、測位装置８１０によって取得された地理情報に基づくＥＣＵによる制御を受けて自動走行または自動操舵で走行することが可能である。自動走行または自動操舵が行われるときには、ＥＣＵ８２０により制御される操舵装置によって操舵角が自動で調整され得る。

【0086】

トラクタ８００は、ＩＭＵ８１１を備えることができ、さらに、１つ以上の障害物センサ８１２および１つ以上のカメラ８１３を備えることができる。測位装置８１０とＩＭＵ８１１とが一体化されて、１つのユニットとしてトラクタ８００に搭載され得る。

【0087】

ＩＭＵ８１１は、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを備える。ＩＭＵ８１１は、モーションセンサとして機能し、トラクタ８００の加速度、速度、変位、および姿勢などの諸量を示す信号を出力することができる。障害物センサ８１２は、トラクタ８００の比較的近くに存在する物体を検出する。障害物センサ８１２は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを備え得る。例えば、複数のレーザスキャナと、複数の超音波ソナーとが、車体の異なる位置に配置され得る。複数のカメラ８１３が車体の異なる位置に配置され得る。例えば、１つ以上のＥＣＵが協働して、自動走行または自動操舵に必要とされる高度な、エンジン制御、トランスミッション制御、パワーステアリング制御、およびブレーキング制御を、測位装置８１０によって取得される地理情報と共に、ＩＭＵ８１１からの出力信号、障害物センサ８１２から出力される出力データ、および、１つ以上のカメラ８１３によって取得される画像データを利用して実現することが可能となる。

【0088】

トラクタ８００は、さらに、通信ＩＦ８１５を備え得る。通信ＩＦ８１５は、例えば、ラップトップＰＣまたはタブレットコンピュータなどのユーザ端末装置と通信するための通信モジュールである。通信ＩＦ８１５は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格および／またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）規格に準拠した無線通信を行うことができる。通信ＩＦ８１５は、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）またはＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）の通信方式に準拠した無線通信を行うことが可能な通信モジュールであってもよい。通信ＩＦ８１５は、携帯電話回線または人工衛星を経由する回線を利用した無線通信を行ってもよい。

【0089】

図１５に示される例において、測位装置８１０、ＩＭＵ８１１、障害物センサ８１２、カメラ８１３、操舵装置８１４、通信ＩＦ８１５、操作端末８０８、および、ＥＣＵ８２０は、例えばＣＡＮなどのビークルバス規格に従って、相互に通信することができる。

【0090】

キャビン８０５の内部には、ユーザが操作可能な１また複数のスイッチ１００が配置され得る。図１６に示される例において、キャビン８０５の内部に複数のスイッチ１００が配置されている。複数のスイッチ１００は、例えば、主変速または副変速の変速段を選択するためのスイッチ、オートモードおよびマニュアルモードを切り替えるためのスイッチ、前進および後進を切り替えるためのスイッチ、作業機９００を昇降するためのスイッチ、および、一定速度を維持して走行する機能のオン／オフを切り替えるためのスイッチなどを含み得る。例えば、前進および後進を切り替えるためのスイッチ、および、作業機９００を昇降するためのスイッチなどは、変速レバーを有するアームレスト８９０に集約されて配置され得る。

【0091】

図１４に示す作業機９００は、作物に薬剤を噴霧するスプレイヤであるが、作業機９００はスプレイヤに限定されない。例えば、モーア（草刈機）、シーダ（播種機）、スプレッダ（施肥機）、レーキ、ベーラ（集草機）、ハーベスタ（収穫機）、プラウ、ハロー、またはロータリなどの、任意の作業機をトラクタ８００に接続して使用することができる。

【0092】

以上のように、本開示は、以下の項目に記載の電子制御装置、入力回路および作業車両を含む。

【0093】

［項目１］
第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えるスイッチを備える作業車両に搭載される電子制御装置であって、
導電線を介して前記スイッチの前記第２端子に接続される入力端子と、
前記入力端子に信号線を介して接続される入力回路と、
前記入力回路から出力される出力信号に基づいて前記スイッチの前記電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するマイクロコントローラと、
を備え、
前記入力回路は、
電源またはグランドと前記信号線とに接続される第１抵抗素子と、
前記電源またはグランドと前記信号線とに接続される過渡電流回路であって、前記スイッチが前記電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときに前記スイッチに過渡電流を流す第２抵抗素子を含む過渡電流回路と、
を有する電子制御装置。
［項目２］
前記入力回路は、基準電圧に基づいて、前記信号線の出力端のアナログ電圧信号を論理的にハイレベルまたはローレベルのデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を前記出力信号として出力する変換回路を有する、項目１に記載の電子制御装置。
［項目３］
前記第１抵抗素子の抵抗値は前記第２抵抗素子の抵抗値よりも大きい、項目２に記載の電子制御装置。
［項目４］
前記第２抵抗素子の抵抗値に対する前記第１抵抗素子の抵抗値の比は３．０以上５．０未満である、項目３に記載の電子制御装置。
［項目５］
前記基準電圧は、前記スイッチが電気的不導通状態にあるときに前記第１抵抗素子に流れ得るリーク電流に起因して発生する前記第１抵抗素子の両端電圧に基づいて決定される、項目２から４のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目６］
前記過渡電流回路は、前記第２抵抗素子を含むＲＣ直列回路を有する、項目１から５のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目７］
前記過渡電流回路は、ドレインが前記グランドに接続されるＰＭＯＳトランジスタを含み、
前記第２抵抗素子は、前記信号線と前記ＰＭＯＳトランジスタのソースとに接続されている、項目１から５のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目８］
前記入力回路はローパスフィルタ回路を有する、項目１から７のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目９］
前記入力回路は、一端が前記グランドに接続され、他端が前記信号線に接続されるキャパシタを含むＲＣローパスフィルタ回路を有し、
前記過渡電流回路は、ドレインが前記グランドに接続されるＰＭＯＳトランジスタを含み、
前記第２抵抗素子は、前記信号線と前記ＰＭＯＳトランジスタのソースとに接続され、
前記キャパシタの前記他端は前記ＰＭＯＳトランジスタのゲートに接続されている、項目１から５のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目１０］
前記変換回路は、前記アナログ電圧信号と前記基準電圧との大きさを比較し、比較結果に応じて前記デジタル信号を出力するコンパレータを有する、項目２から５のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目１１］
前記変換回路は、
前記信号線の出力端と前記グランドとの間に直列に接続される２つの抵抗素子を含む分圧器と、
エミッタが前記グランドに接続され、かつ、ベースが前記２つの抵抗素子の間のノードに接続されるバイポーラトランジスタと、
を有し、
前記出力信号は前記バイポーラトランジスタのコレクタ電圧に応じて変化する、項目２から５のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目１２］
それぞれが前記入力回路である複数の入力回路と、それぞれが前記入力端子である複数の入力端子とを備え、
前記複数の入力端子は、それぞれ、複数の導電線を介して複数のスイッチに接続され、
前記複数の入力回路は、それぞれ、複数の信号線を介して前記複数の入力端子に接続されている、項目１から１１のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目１３］
前記複数の入力回路と前記マイクロコントローラとに接続され、前記複数の入力回路から出力される出力信号の中から１つを選択して出力するマルチプレクサを備え、
前記マイクロコントローラは、前記マルチプレクサから出力される前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチのうちの１つの電気的導通状態および電気的不導通状態を検知する、項目１２に記載の電子制御装置。
［項目１４］
前記スイッチの前記第１端子は前記電源に接続され、
前記第１抵抗素子は、前記信号線と前記グランドとに接続されるプルダウン抵抗であり、
前記過渡電流回路は、前記グランドと前記信号線とに接続される、項目１から１３のいずれかに記載の電子制御装置。
［項目１５］
ユーザが操作可能な１または複数のスイッチと、
項目１から１４のいずれかに記載の電子制御装置と、
を備える作業車両。
［項目１６］
第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間における電気的導通状態と電気的不導通状態とを切り替えるスイッチを備える作業車両に搭載される電子制御装置が有する入力端子に信号線を介して接続される入力回路であって、
前記入力端子は前記スイッチの前記第２端子に導電線を介して接続され、
前記電子制御装置は、前記入力回路から出力される出力信号に基づいて前記スイッチの前記電気的導通状態および電気的不導通状態を検知して、検知結果に応じた少なくとも１つの処理を実行するマイクロコントローラを有し、
電源またはグランドと前記信号線とに接続される第１抵抗素子と、
前記電源またはグランドと前記信号線とに接続される過渡電流回路であって、前記スイッチが前記電気的不導通状態から電気的導通状態に遷移するときに前記スイッチに過渡電流を流す第２抵抗素子を含む過渡電流回路と、
を備える入力回路。

【産業上の利用可能性】

【0094】

本開示の実施形態は、電子制御装置を必要とする農業機械または建設機械などの作業車両に利用され得る。

【符号の説明】

【0095】

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ：操作スイッチ（スイッチ）
１０１ ：第１端子
１０２ ：第２端子
１１０ ：導電線
２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ ：入力回路
２０１、２１１、２２１、２３２、２３３、２３５、２３６、２３７ ：抵抗素子
２１０、２１０Ａ ：過渡電流回路
２１２、２２２ ：キャパシタ
２１３ ：ＰＭＯＳトランジスタ
２２０ ：ローパスフィルタ回路
２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ ：変換回路
２３１ ：コンパレータ
２３４ ：バイポーラトランジスタ
３００ ：マイクロコントローラ
４００、４００Ａ、４００Ｂ ：マルチプレクサ
５００、５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ ：電子制御装置
７００ ：遮断回路
７０１ ：内部電源生成回路
８００ ：トラクタ
８０１ ：車両本体
８０２ ：原動機
８０３ ：変速装置
８０４ ：タイヤ
８０４Ｆ ：前輪
８０４Ｒ ：後輪
８０５ ：キャビン
８０６ ：ステアリングホイール
８０７ ：運転席
８０８ ：操作端末
８０９ ：連結装置
８１０ ：測位装置
８１１ ：慣性計測装置（ＩＭＵ）
８１２ ：障害物センサ
８１３ ：カメラ
８１４ ：操舵装置
８１５ ：通信ＩＦ
８２０ ：ＥＣＵ
８９０ ：アームレスト
９００ ：作業機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】