JP2005335607A - 車載機器制御システムおよび車載ネットワークのマスター装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 LIN等のマスター・スレーブ方式の車載ネットワークを備える車載機器制御システムにおいて、バッテリ電源の電圧が予め設定した許容範囲を外れている場合にはデータ通信を停止することで、通信エラーの発生を未然に防止する。
【解決手段】 マスター装置である主制御部100とスレーブ装置である各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/RとはLINバス(BUS)を介してシリアルデータ通信を行なう。主制御部100側のバッテリ電源電圧監視手段130によってバッテリ電源電圧が所定範囲(例えば7.3〜18ボルト)を外れたことが検出されると、通信許可手段111によって通信データの送出が停止される。
【選択図】 図1
【解決手段】 マスター装置である主制御部100とスレーブ装置である各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/RとはLINバス(BUS)を介してシリアルデータ通信を行なう。主制御部100側のバッテリ電源電圧監視手段130によってバッテリ電源電圧が所定範囲(例えば7.3〜18ボルト)を外れたことが検出されると、通信許可手段111によって通信データの送出が停止される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、車両用空気調和装置等の車載機器制御システムおよび車載ネットワークのマスター装置に係り、詳しくは、主制御部(マスター装置)とアクチュエータユニット(スレーブ装置)との間でLIN(Local Interconnect Netwok)プロトコル等による通信を行なう構成のものにおいて、バッテリ電源の電圧が所定範囲外である場合には通信を停止させるようにした車載機器制御システムおよび車載ネットワークのマスター装置に関する。
複数のドアアクチュエータを駆動制御する車両用エアコンシステムにおいて、主制御部であるエアコンアンプユニットと各ドアアクチュエータとの間の接続をLAN構成にしたものは、従来から知られている(特許文献1〜4参照)。
また、車載ネットワークとしてLINプロトコルを用いたものが知られている(特許文献5参照)。
特開平10−147133号公報
特開平10−138742号公報
特開平10−138738号公報
特開平10−129241号公報
特開2002−325085号公報
LINは、バッテリ電源にプルアップされた単線のバスを介してマスター・スレーブ方式の通信を行なう。バス(LINバス)には、1つのマスターと最大15のスレーブが接続される。LINのバスレベルはISO9141に準拠して規定されており、受信側においてはバッテリ電源電圧VBATの60%および40%をビット1(レセシブ)およびビット0(ドミナント)のスレッショルドレベルとしている。
バッテリ電源の電圧は充電状態や負荷の状態によって変動する。このためバッテリ電源の電圧が予め想定した範囲(例えば9〜18ボルトまたは7.3〜18ボルト)を外れて変動(下降または上昇)した場合、受信側においてスレッショルドレベルの設定にずれを生じたり電圧比較回路等の動作に異常が生じたりして、ビットの論理レベルの判定が正常になされなくなり通信エラーとなる虞れがある。
また、通信エラーとならなかった場合でも、バッテリ電源の電圧が予め想定した範囲を外れて変動(下降または上昇)いる場合には、電圧の低下によってアクチュエータの動作が正常になされなかったり、電圧の上昇によって過電流が生じたりする虞れがある。
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、バッテリ電源の電圧が予め設定した許容範囲を外れている場合にはデータ通信を停止することで、通信エラーの発生やスレーブ側の動作異常の発生を未然に防止することのできる車載機器制御システムおよび車載ネットワークのマスター装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため本発明に係る車載機器制御システムは、主制御部と1以上のアクチュエータユニットとを備え、バッテリ電源にプルアップされた単線のバスを介して主制御部とアクチュエータユニットとの間で双方向のシリアルデータ通信を行なうことで、主制御部側からアクチュエータユニット側へ動作指令を供給してアクチュエータユニットを動作させ、アクチュエータユニット側から主制御部側へ各種の情報を供給する構成の車載機器制御システムであって、主制御部は、バッテリ電源の電圧を監視するバッテリ電源電圧監視手段と、バッテリ電源の電圧が予め設定した電圧範囲内にある場合に通信データの送出を許可する通信許可手段とを備えることを特徴とする。
なお、主制御部とアクチュエータユニットとの間のシリアルデータ通信は、LIN(Local Interconnect Netwok)方式を用いてなされることを特徴とする。
また、主制御部は車両用空気調和装置の全体動作を制御するものであり、アクチュエータユニットは車両用空気調和装置本体に設けられた各種ドアを回動させるものであることを特徴とする。
本発明に係る車載ネットワークのマスター装置は、プルアップ抵抗を介してバッテリ電源にプルアップされた単線のバスを介してスレーブ装置とシリアルデータ通信を行なう車載ネットワークのマスター装置であって、このマスター装置は、バッテリ電源の電圧を監視するバッテリ電源電圧監視手段と、バッテリ電源の電圧が予め設定した電圧範囲内にある場合に通信データの送出を許可する通信許可手段とを備えることを特徴とする。
なお、マスター装置とスレーブ装置との間のシリアルデータ通信は、LIN(Local Interconnect Netwok)方式を用いてなされることを特徴とする。
本発明に係る車載機器制御システムおよび車載ネットワークでは、バッテリ電源の電圧が予め設定した電圧範囲内にある場合にデータ通信がなされ、バッテリ電源の電圧が予め設定した電圧範囲を外れている場合にはデータ通信がなされない。したがって、バッテリ電源の電圧が予め想定した範囲(例えば9〜18ボルトまたは7.3〜18ボルト)を外れて変動(下降または上昇)したことに伴う通信エラーの発生やスレーブ側の動作異常の発生を未然に防止することができる。
以下、発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。
図1は本発明に係る車載機器制御システムを適用した自動車用空気調和装置(カーエアコン)の全体構成を模式的に示す図である。自動車用空気調和装置は、空気調和装置本体1と、各ドアアクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rと、主制御部100と、操作・表示パネル200とからなる。
空気調和装置本体1は、外気または内気を選択的に取り入れるインテークユニット2と、取り入れ空気を冷却するクーリングユニット3と、取り入れ空気を調和して温調した後にこの調和空気を車室内に吹き出すヒータユニット4とからなる。
インテークユニット2には外気取入口5と内気取入口6とが開設されており、これら取入口5,6の接続部にはユニット内に取り入れる外気と内気の割合を調節するインテークドア7が回動自在に設けられている。このインテークドア7は、インテークドアアクチュエータユニットF/Rによって回動される。
インテークユニット2は、ファンモータ9によって回転されるファン(ブロアファン)10を備えている。ファン10の回転によってインテークドア7の位置に応じて外気取入口5または内気取入口6からそれぞれ外気または内気が選択的に吸入され、また、ファンモータ9への印加電圧を可変してファン10の回転速度を変えることによって車室内に吹き出される風量が調節される。ファンモータ9の回転は主制御部100内のエアコン制御部110によって制御される。インテークドア7が図中のA位置にあるときは外気導入(FRE)となり、図中のB位置にあるときは内気循環(REC)となる。
クーリングユニット3には冷凍サイクルを構成するエバポレータ11が内設されている。図示しないコンプレッサを動作させることによってエバポレータ11に冷媒が供給され、この冷媒との熱交換により取り入れ空気が冷却される。
ヒータユニット4にはエンジン冷却水が循環されるヒータコア12が内設されており、このヒータコア12の上流側にはヒータコア12を通過する空気の量とヒータコア12を迂回する空気の量との比率を調節するためのミックスドア13が回動自在に設けられている。このミックスドア13は、ミックスドアアクチュエータユニットMIXによって回動される。ミックスドア13の開度を変えることによって、ヒータコア12を通過してエンジン冷却水との熱交換により加熱された温風とヒータコア12を迂回した非加熱の冷風との混合割合が可変され、車室内に吹き出される空気の温度が調節される。
温度が調節された空気はデフ吹出口15、ベント吹出口16、フット吹出口17のいずれかの吹出口から車室内に供給される。これらの吹出口15〜17にはそれぞれデフドア18、ベントドア19、フットドア20が回動自在に設けられている。デフドア18、ベントドア19、フットドア20(これらをまとめてモードドアという)はモードドアアクチュエータユニットMODEによって回動される。吹出モードは各吹出口15〜17の開閉状態を組み合わせることにより任意に設定される。なお、図1では図示の都合上、モードドアアクチュエータユニットMODEを1つだけ示し、他の2つについては図示を省略している。
各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rは、電動モータ式アクチュエータ30Aと、アクチュエータレバー30Lの回動に連動して抵抗値が変化されるポテンショメータ31と、専用IC(カスタムIC)で構成されるモータ制御回路50とをケース(筺体)内に組み付けてなる。
電動モータ式アクチュエータ30Aは、電動モータ30と、電動モータ30の出力軸に装着されたウオーム30cと、ウオーム30cに噛合された減速ギア列機構30eと、ウオーム30cおよび減速ギア列機構30eを介して回動されるアクチュエータレバー30Lとを備えている。
アクチュエータレバー30Lの回動を図示しないリンク機構を介して例えばインテークドア7へ伝達することで、インテークドア7を回動させる。ポテンショメータ31からドアの回動位置(ドア実開度)に対応した電圧が出力される。
各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rは、3端子のコネクタを備える。各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rと主制御部100との間は、バッテリ電源線(VB)とグランド線(GND)とデータ線(BUS)との3芯のケーブルで接続される。
操作・表示パネル200は、各種の操作スイッチおよび各種の表示器を備える。操作・表示パネル200と主制御部100との間は3芯のケーブルで接続される。主制御部100側から操作・表示パネル200へ電源を供給するとともに、主制御部100と操作・表示パネル200との間でシリアルデータ通信を行なう構成としている。操作・表示パネル200は、操作スイッチ等が操作がなされるとその操作入力情報を主制御部100側へ供給する。操作・表示パネル200は、主制御部100側から供給される表示指令に基づいて各種表示器に動作状態等を表示させる。
主制御部100は、マイクロコンピュータシステムを用いて構成されたエアコン制御部110と、LIN入出力回路120と、図示しない車載のバッテリの電源電圧が予め設定した電圧範囲内にあるか否かを監視するバッテリ電源電圧監視手段130とを備える。エアコン制御部110は、バッテリ電源の電圧が予め設定した電圧範囲内にある場合に通信データの送出を許可する通信許可手段111を備える。
エアコン制御部110は、操作・表示パネル200からの操作入力および各種センサ(水温センサ、冷媒温度センサ、内気温センサ、外気温センサ、日射センサ、吸込温度センサ等)300からの入力に基づいて空気調和装置の動作を制御するとともに、操作・表示パネル200に設けられている各種の表示器に動作状態等を表示させる。
図2は通信システムの構成を示す図である。図2に示すように、主制御部100側から各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rに対してバッテリ電源(VB)を供給する。主制御部100と各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rとの間では、データ線(BUS)を介して双方向のシリアルデータ通信が調歩同期方式によってなされる。通信プロトコルは、LIN(Local Interconnect Network)に準拠している。
データ線(BUS)は、主制御部100側のLIN入出力回路(LINトランシーバ)120内のプルアップ抵抗(例えば1キロオーム)Rおよび逆流防止用ダイオードDを介してバッテリ電源(VB)にプルアップされている。エアコン制御部110の送信データ出力端子TXOから出力される送信データ信号に基づいてエミッタ接地されたNPN型トランジスタQをスイッチングさせることで、データの送信を行なう。データの受信は、バスレベル判定回路RCVによってデータ線(BUS)の電圧を所定の電圧しきい値に基づいて2値判定することでなされる。バスレベル判定回路RCVは、データ線(BUS)の電圧レベルとバッテリ電源(VB)の電圧を各抵抗RA,RBで分圧した電圧とを比較する電圧比較器COMPを備える。バスレベル判定回路RCVは、データ線(BUS)の電圧レベルがバッテリ電源電圧(VBAT)の60%以上であればビット1(レセシブ)と判定し、データ線(BUS)の電圧レベルがバッテリ電源電圧(VBAT)の40%以下であればビット0(ドミナント)と判定する。
このシリアルデータ通信は、主制御部100がマスター側となり、各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rがスレーブ側となってなされる。各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rには、それぞれ異なる識別(ID)コード(アドレス)が割り当てられている。スレーブ側である各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/R内には、LIN入出力回路がそれぞれ設けられている。スレーブ側のプルアップ抵抗値は数10キロオーム(例えば20〜47キロオーム)としている。
エアコン制御部110は、各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rに対してドア開度目標値データ等の指令データを送信することで各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rの動作を制御する。また、エアコン制御部110は、各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rに対して動作状態等に関する情報の送信を要求し、それらを受信することで各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rの動作状態を監視したり診断したりする。
ここで、マスター側である主制御部100は、バッテリ電源電圧(VBAT)が所定の電圧範囲(例えば9〜18ボルトまたは7.3〜18ボルト)にあるか否かを監視するバッテリ電源電圧監視手段130と、バッテリ電源電圧VBATが所定の電圧範囲にある場合にはデータ通信の実行を許可し、バッテリ電源電圧VBATが所定の電圧範囲から外れている場合にはデータ通信を行なわないよう制御する通信許可手段111を備えている。これにより、バッテリ電源電圧VBATが例えば18ボルトを越える過電圧状態やバッテリ電源電圧VBATが例えば7.3ボルト以下の電圧低下状態においては、通信データの送出がなされないので、受信エラー等が発生することはない。
バッテリ電源電圧監視手段130は、2組の電圧比較回路を用いてバッテリ電源電圧が許容上限電圧を越えていること、および、バッテリ電源電圧が許容下限電圧以下であることをそれぞれ検出する構成としてもよいし、バッテリ電圧を抵抗分圧して得た電圧をA/D変換器を介してバッテリ電源電圧データへ変換し、そのバッテリ電源電圧データに基づいて所定の電圧範囲にあるか否かを判断するようにしてもよい。
図3はLIN通信規格の1フレームのデータ構造を示す図、図4および図5はLIN通信規格の1フレーム内の各フィールドのデータ構造を示す図である。図3に示すように、LIN通信規格の1フレームは、シンクブレークフィールド(Synch Break)、シンクフィールド(Synch)、IDフィールド(ID)、データ1フィールド(DATA1)、データ2フィールド(DATA2)、チェックサムフィールド(Checksum)とからなる。
図4(a)に示すように、シンクブレークフィールドは、少なくとも13ビット期間の間Lレベルが継続した後に、少なくとも1ビット期間の間Hレベルとなるよう構成されている。このシンクブレークフィールドは、フレーム同期をとるためのものである。
図4(b)に示すように、シンクフィールドは、スタートビットと、ビット同期信号として16進表記で「55」H(Hは16進表記を示す記号である)のデータと、少なくとも1ビット期間のストップビットとからなる。このシンクフィールドは、ビット同期をとるために使用される。スレーブ側ではシンクフィールドの時間を計測し、その計測結果を8で割ることで1ビットタイムを算出し、伝送ボーレートを調整する。
図4(c)に示すように、IDフィールドは、スタートビットと、通信相手を選択指定するための4ビットの識別(ID)コード(ID0〜ID3)と、スレーブ側の送受信モードを設定するための2ビットの受信要求/送信要求(ID4,ID5)と、2ビットのパリティチェックデータ(P0,P1)と、少なくとも1ビット期間のストップビットとからなる。
このIDフィールドによって、各ドアアクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rの中のいずれか1つが指定されるとともに、DATA1フィールド以降の動作モードが指定される。具体的には、スレーブ側であるアクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rが、データ1フィールドおよびデータ2フィールドで、マスター側である主制御部100から各種の指令を受け取る受信動作モードとなるか、アクチュエータユニットMIX,MODE,F/R側の動作状態等を主制御部100側へ送信する送信動作モードとなるかが指定される。
図5(d)に示すように、データ1フィールドは、スタートビットと、8ビットのデータ(D0〜D7)と少なくとも1ビット期間のストップビットとからなる。IDフィールドで受信要求を指定した場合、主制御部100はデータ1フィールドを用いてアクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rに対してドア開度指定データ(目標値データ)を供給する。アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rは、IDフィールドで送信要求が指定された場合には、データ1フィールドで現在のドア開度のデータ(現在位置データ)を送信する。
図5(e)に示すように、データ2フィールドは、スタートビットと、8ビットのデータ(d0〜d7)と少なくとも1ビット期間のストップビットとからなる。IDフィールドで受信要求を指定した場合、主制御部100は、アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rに対して、データ2フィールドを用いて、通信エラーフラグクリア要求、診断フラグクリア要求、モータ起動時・停止時の運転条件設定要求(ソフトスタート・ソフトストップ制御要求およびソフトスタート時間設定要求)、モータ緊急停止要求、モータ強制動作要求等の各種の指令を供給する。
アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rは、IDフィールドで送信要求が指定された場合にはデータ2フィールドで、過電流検知フラグ、モータ停止中フラグ、モータ正転フラグ、モータ逆転フラグ、受信IDパリティエラーフラグ、過温度検知フラグ、受信サムチェックエラーフラグ、過電圧検知フラグ等の運転状態や異常検知に関する情報を供給する。
図5(f)に示すように、チェックサムフィールドは、スタートビットと、8ビットのデータ(C0〜C7)と少なくとも1ビット期間のストップビットとからなる。本実施の形態では、このチェックサムデータとして、データ1フィールドとデータ2フィールドのデータを加算し、さらに、加算結果のキャリーを加算した結果の8ビットの反転データを送信する。
図6は受信動作モードにおけるデータ1フィールドの内容の一例を示す図である。図6に示すように、ドア開度指定データ(DK0〜DK7)は8ビットのデータで供給される。
図7は受信動作モードにおけるデータ2フィールドの内容の一例を示す図である。データ2フィールドの最下位ビットd0によって通信エラーフラグクリア要求が供給される。最下位ビットd0の論理が「1」の場合は、通信エラーフラグクリアをクリアすることが要求される。最下位ビットd0の論理が「0」の場合は、通信エラーフラグの状態は変更されない。データ2フィールドの2番目のビットd1によって診断フラグクリア要求が供給される。2番目のビットd1の論理が「1」の場合は、診断フラグをクリアすることが要求される。2番目のビットd1の論理が「0」の場合は、診断フラグの状態は変更されない。
データ2フィールドの3番目および4番目のビットd2,d3によって、モータのソフトスタート・ソフトストップ制御要求およびソフトスタート制御時間指定要求が供給される。ビットd2,d3の論理が「0」の場合は、ソフトスタート・ソフトストップ制御はなされない。ビットd2の論理が「1」の場合は、ソフトスタート・ソフトストップ制御が要求され、ビットd3の論理が「1」の場合は、ソフトスタート制御時間は500msに設定され、ビットd3の論理が「0」の場合は、ソフトスタート制御時間は250msに設定される。
データ2フィールドの5番目のビットd4によって、PWM制御を行なう際のデューティ指定要求が供給される。ビットd4の論理が「1」の場合は、デューティの最大値が70%に設定され、ビットd4の論理が「0」の場合は、デューティの最大値が100%に設定される。
データ2フィールドの6番目のビットd5は未使用である。データ2フィールドの7番目のビットd6によってモータ緊急停止要求が供給される。ビットd6の論理が「1」の場合は、モータを緊急停止することが要求される。ビットd6の論理が「0」の場合は、通常の動作がなされる。データ2フィールドの最上位ビットd7によってモータ強制動作要求が供給される。ビットd7の論理が「1」の場合は、モータを強制動作させることが要求される。ビットd7の論理が「0」の場合は、通常の動作がなされる。
図8は送信動作モードにおけるデータ1フィールドの内容の一例を示す図である。図8に示すように、8ビットのドア実開度に係るデータJK0〜JK7が上位装置である主制御部100側へ供給される。
図9は送信動作モードにおけるデータ2フィールドの内容の一例を示す図である。データ2フィールドの最下位ビットd0で過電流検知フラグが主制御部100側へ供給される。データ2フィールドの2番目のビットd1でモータ停止中フラグ、3番目のビットd2でCW(モータ正転)フラグ、4番目のビットd3でCCW(モータ逆転)フラグが主制御部100側へ供給される。5番目のビットd4で受信IDパリティエラーフラグ、6番目のビットd5で過温度検知フラグ、7番目のビットd6で受信サムチェックエラーフラグ、最上位ビットd7で過電圧検知フラグが主制御部100側へ供給される。
図10はアクチュエータユニットのブロック構成を示す図である。各アクチュエータユニットMIX,MODE,F/Rは、モータ制御IC500とその周辺回路部品R1,C1とからなるモータ制御回路50と、このモータ制御回路50で駆動される電動モータ30と、この電動モータ30を備えた電動モータ式アクチュエータ30Aのアクチュエータレバー30Lによって回動されるドアの現在位置(実開度)に対応した電圧を発生させるためのポテンショメータ31とからなる。
モータ制御回路50を構成するモータ制御IC500は、LIN方式に対応した直流モータ制御用の専用IC(カスタムIC)であり、例えば同一半導体チップ上にバイポーラ素子とC−MOS素子とD−MOS素子を形成することのできるBiCDMOSプロセスを用いて製造されている。
このモータ制御IC500は、バッテリ電源Vaccから電力の供給を受けて例えば5ボルトの安定化電源Vrefを生成する定電圧電源回路51と、この定電圧電源回路51を保護する内蔵電源保護回路52と、LIN信号(シリアル通信信号)の入出力を行なうLIN入出力回路53と、識別コード(IDコード)を設定するためのID入力回路54と、通信処理やモータの運転制御等の各種処理・制御を行なうロジック回路部55と、モータ30に電力を供給するHブリッジ回路部56と、バッテリ電源Vaccの過電圧を検出する過電圧検出回路57と、モータ電流の過電流およびHブリッジ回路部56を構成する各電力用スイッチング素子(MOS−FET)の許容範囲を越える温度上昇(過温度)を検出する過電流・過温度検出回路58と、ポテンショメータ31の出力電圧(ドア開度に対応した電圧)をデジタルデータへ変換するA/D変換部59とを備える。
なお、バッテリ電源Vaacは主制御部100側から電源線を介して供給される電源であって、このバッテリ電源Vaacは車載のバッテリからイグニッションスイッチやアクセサリスイッチ等を介して供給される電源である。VDDはHブリッジ回路部56用のバッテリ電源Vaacの電源端子、Vccは電流制限抵抗R1によって電流制限されたバッテリ電源Vaacの電源端子、C1は電源安定化用コンデンサ、GNDはグランド電源端子である。V12Vは電流制限されたバッテリ電源であり、この電源V12VはLIN入出力回路53に供給される。
VID0〜VID3は識別コード(IDコード)を設定するための入力端子である。本実施の形態では、識別コード(IDコード)は4ビット構成としており、最大で16通りの識別コード(言い換えればアドレス)を設定できる。これらのID入力端子VID0〜VID3をグランドに接続することでLレベル(論理0)を設定でき、オープン状態でHレベル(論理1)を設定できる。Vbusはシリアル通信信号(具体的にはLIN通信信号)の入出力端子、すなわちデータ線(BUS)の接続端子である。M+およびM−はHブリッジ回路部56の出力端子であり、モータ30との接続端子である。VRは安定化電源Vrefの出力端子であり、ポテンショメータ31の一端側が接続される。Vpbrはポテンショメータ31の出力電圧(ドア開度に対応した電圧)の入力端子である。
図11はモータ制御回路を構成するモータ制御IC内のロジック回路部の一具体例を示す図である。LIN通信処理部61は、LIN入出力回路53から供給される受信信号RXを解読し、IDフィールドのパリティチェック結果が正常であり、受信したIDコードが自己のIDコードと一致しており、かつ、IDフィールド内のID4,ID5の2ビットによって受信要求が指定されている場合、データ1フィールド、データ2フィールド、チェックサムフィールドの各8ビットのデータをそれぞれLIN通信処理部61内の仮レジスタ等に一時保存する。
次に、LIN通信処理部61は、一時保存した各データに対してサムチェックを行なう。サムチェックに誤りがない場合、LIN通信処理部61は、データ1フィールドの8ビットのドア開度指定データ(目標値データ)DK0〜DK7を新指示データラッチ回路62に供給するとともに、通信成立トリガ信号61aを出力して、ドア開度指定度データ(目標値データ)を新指示データラッチ回路62にラッチさせる。この際、新指示データラッチ回路62に格納されていた先のドア開度指定データ(目標値データ)は、旧指示データラッチ回路63にシフトされる。
なお、LIN通信処理部61は、IDフィールドのパリティチェック結果にエラーが生じた場合には、LIN通信処理部61内の送信データレジスタ領域内の受信IDパリティフラグ格納位置に受信IDパリティエラーフラグをセットする。また、LIN通信処理部61は、サムチェックの結果にエラーが生じた場合には、LIN通信処理部61内の送信データレジスタ領域内の受信サムチェックエラーフラグ格納位置に受信サムチェックエラーフラグをセットする。
次に、LIN通信処理部61は、データ2フィールドの内容を解読して必要な処理を行なう。図7に示したように、データ2フィールドの最下位ビットd0によって通信エラーフラグクリア要求が供給される。LIN通信処理部61は、最下位ビットd0の論理が「1」である場合には、受信IDパリティエラーフラグおよび受信サムチェックエラーフラグをそれぞれクリアし、最下位ビットd0の論理が「0」である場合には各フラグの状態を変更しない。
データ2フィールドの2番目のビットd1によってダイアグフラグクリア要求が供給される。LIN通信処理部61は、2番目のビットd1の論理が「1」である場合には過電流検知フラグ、過温度検知フラグ、過電圧検知フラグを全てクリアし、2番目のビットd1の論理が「1」である場合には各フラグの状態を変更しない。
また、LIN通信処理部61は、データ2フィールドのビットd2およびビットd3によって指定されるモータのソフトスタート・ソフトストップ制御要求Softおよびソフトスタート制御時間TsoftをHブリッジ駆動処理部(PWM制御部)67へ供給する。ここで、ソフトスタート制御とは、モータの起動時にPWM制御のデューティ比を徐々に増加させることでモータをソフトスタートさせることをいう。また、ソフトスタート時間は、ソフトスタートを行なう際にデューティ比を0または最小デューティ値から100パーセントへ変化させるまでの時間のことである。ソフトストップ制御とは、ドア指示開度データ(目標値データ)とフィルタ処理後のドア実開度データ(現在値データ)との偏差が予め設定した値以下となった場合に、PWM制御のデューティ比を徐々に減少させていってモータをソフトストップさせることである。ソフトストップ制御では、ドア開度指定データ(目標値データ)とフィルタ処理後のドア実開度データ(現在値データ)との偏差に基づいてデューティ比を設定するようにしている。
LIN通信処理部61は、データ2フィールドのビットd4によって指定されるデューティ指定要求DutyをHブリッジ駆動処理部(PWM制御部)67へ供給する。ビットd4の論理が「1」の場合は、デューティの最大値が70%に制限される。
データ2フィールドの7番目のビットd6によってモータ緊急停止要求が供給される。7番目のビットd6の論理が「1」の場合、モータへの給電が強制的に遮断される。7番目のビットd6の論理が「0」の場合、モータへの給電が強制遮断されている状態が解除され、モータへの給電が可能な状態(通常の動作状態)となる。LIN通信処理部61は、モータ緊急停止要求Kspを動作許可/禁止信号処理部66へ供給する。モータを緊急停止させた後に、モータを再度回転させる場合は、次のモータ強制動作要求を用いる。なお、モータを緊急停止させた後に再度回転させる場合には、以前とは異なる指示開度データを与えるようにしてもよい。
データ2フィールドの最上位のビットd7によって、モータ強制動作要求が供給される。最上位ビットの論理が「1」の場合、モータへの給電が強制的に開始される。最上位ビットの論理が「0」の場合、通常の動作状態となる。LIN通信処理部61は、モータ強制動作要求Kstを動作許可/禁止信号処理部66へ供給する。
第1の比較回路64は、新たなドア開度指定データ(目標値データ)と旧ドア開度指定データとを比較し、その比較結果(不一致出力)を動作許可トリガ信号生成部65に供給する。動作許可トリガ信号生成部65は、新旧の指示開度データが異なっている場合には、動作許可トリガ信号を生成して、動作許可/禁止信号処理部66に供給する。動作許可/禁止信号処理部66は、動作許可トリガ信号が供給されると、Hブリッジ駆動処理部67に動作許可信号を供給する。
ドア開度を検出するポテンショメータ31の出力は、図10に示したA/D変換部59によって予め設定したA/D変換周期毎に8ビットのドア実開度データ(現在値データ)AD0〜AD7に変換されている。図11に示すフィルタ処理部68は、時系列上で連続する所定個数のドア実開度データ(現在値データ)AD0〜AD7の平均値を求める等の処理を行なった結果をフィルタ処理後のドア実開度データ(現在値データ)として出力する。
CW、CCW、HOLD指示信号生成部69は、ドア開度指定データ(目標値データ)とフィルタ処理後のドア実開度データ(現在値データ)とを比較し、両者の偏差に基づいてモータ30の回転方向を決定する。そして、CW、CCW、HOLD指示信号生成部69は、モータ30を正転方向(CW:時計方向)に駆動させてドアを開方向に駆動させるのか、モータ30を逆転方向(CCW:反時計方向)に駆動させてドアを閉方向に駆動させるのかを指示する回転方向指示信号(CW,CCW)を生成して出力する。また、CW、CCW、HOLD指示信号生成部69はドア開度指定データ(目標値データ)とフィルタ処理後のドア実開度データ(現在値データ)とが略一致した場合には、現在位置の保持を指示するHOLD信号を生成・出力して、モータ30の駆動を停止させることで、ハンチング現象の発生を防止している。
Hブリッジ駆動処理部67は、回転方向指示信号(CW,CCW)に基づいてHブリッジ回路部56の各アームを構成する各電力用スイッチング素子(例えばMOS−FET)の駆動信号Out1〜Out4を生成して出力する。これにより、図10に示したHブリッジ回路部56からモータ30に電力が供給され、モータ30の駆動がなされる。
ここで、Hブリッジ駆動処理部67は、ソフトスタート・ソフトストップ制御要求Softおよびソフトスタート制御時間Tsoftに基いてソフトスタート・ソフト処理が設定されている場合、電動モータ30の起動時にはPWM制御によって電動モータ30に供給する電力を徐々に増加させるソフトスタート制御を行なって、モータ起動時の騒音を軽減させる。また、電動モータ30を停止させる際にも、PWM制御によってモータ30に供給する電力を徐々に低減させるソフトストップ制御を行なって、モータ停止時の騒音を軽減させる。
第2の比較回路70は、ドア開度指定データ(目標値データ)とフィルタ処理後のドア実開度データ(現在値データ)と比較し、その比較結果(一致出力)を動作禁止信号生成部71に供給する。動作禁止信号生成部71は、現在のドア開度が目標値に一致している場合には、動作禁止信号を生成して出力する。この動作禁止信号は、動作許可/禁止信号処理部66に供給される。動作許可/禁止信号処理部66は、動作禁止指令をHブリッジ駆動処理部67に供給して、電動モータ30の駆動を禁止させる。
過電流・過温度・過電圧処理部72は、過電圧検出回路57からの過電圧検出信号Ec、過電流・過温度検出回路58からの過電流検出信号Ecおよび過温度検出信号Etのいずれかが供給されると、それらの異常に対応したフラグをセットするとともに、異常発生を示す情報を動作許可/禁止信号処理部66に供給する。動作許可/禁止信号処理部66は、異常発生を示す情報が供給されると、動作禁止指令をHブリッジ駆動処理部67に供給して、モータ30の駆動を禁止させる。
LIN通信処理部61は、IDフィールドのパリティチェック結果が正常であり、受信したIDコードが自己のIDコードと一致しており、かつ、IDフィールド内のID4,ID5の2ビットによって送信要求が指定されている場合には、図8に示すように、フィルタ処理後の8ビットのドア実開度データ(現在値データ)をデータ1フィールドで送信するデータとしてセットし、また、データ2フィールドで送信するデータとして図9に示したものをセットする。
具体的には、データ2フィールドの最下位ビットd0に過電流検知フラグ、2番目のビットd1にモータ停止中フラグ、3番目のビットd2にモータ回転方向が正転方向(CW)であることを示すCWフラグ、4番目のビットd3にモータ回転方向が逆転方向(CCW)であることを示すCCWフラグ、5番目のビットd4に受信IDパリティエラーフラグ、6番目のビットd5に過温度検知フラグ、7番目のビットd6に受信サムチェックエラーフラグ、最上位ビットd8に過電圧検知フラグをそれぞれセットする。
そして、データ1フィールドで送信するデータとデータ2フィールドで送信するデータとの加算結果にその加算によって生じたキャリーデータを加算した結果の反転データを求め、これをチェックサムフィールドで送信するチェックサムデータとする。
そして、LIN通信処理部61は、IDフィールドが終了した時点後に速やかに(例えば2ビット期間までの間に)、データ1フィールド、データ2フィールド、チェックサムフィールドのデータを順次送信する。これにより、ドア実開度データ(現在位置データ)、モータの回転方向やモータ停止中であるかのモータ運転状態の情報、および、過電流、過電圧、過温度の異常検出情報、ならびに、データ受信時のエラー発生情報が主制御部100へ供給される。
したがって、主制御部100は、モータ制御回路50の動作を詳細に診断することが可能となる。また、主制御部100は、モータ制御回路50の過負荷を予測し、モータ制御装置の動作を停止させる指令を発したりすることで、モータ制御装回路50や電動式モータアクチュエータ30Aの破損を防止することも可能となる。
図12はPWM制御によって電動モータへ供給する電力を16段階に切り替える例を示す図である。本実施の形態では、デューティ比(Duty)を1/16〜16/16までの16段階とし、括弧内に示した16進表記のデューティ比指定データ(すなわち、4ビットのデューティ比指定データ)によって各デューティ比(Duty)を指定するようにしている。また、PWM制御の1変調周期Tを前半・後半の2区間(T/2)に区分けし、電動モータ30へ通電する区間を前半・後半で交互に増加させていくようにしている。これにより、デューティ比(Duty)2/16以上では、電動モータ30への通電周期がT/2となる。したがって、モータ出力のトルク変動(脈動)を軽減できる。
図13はモータ起動時のソフトスタート用PWMデータマップの一例を示す図である。図11に示したHブリッジ駆動処理部(PWM制御部)67は、ソフトスタート用PWMデータマップ671を備えている。このソフトスタート用PWMデータマップ671には、図13に示すように、立ち上がりカウンタのカウント値とデューティ比指定データとの対応を示すマップが予め登録されいる。なお、立ち上がりカウンタはHブリッジ駆動処理部(PWM制御部)67内に設けられているが、その図示は省略している。
このソフトスタート用PWMデータマップ671には、デューティ比が100パーセントの場合のデューティ比指定データが格納されている。ここで、デューティ比の最大値が約70パーセント(Duty11/16、16進表記でA)に設定されている場合には、ソフトスタート用PWMデータマップ671に基づいてデューティ比を増加させていき、デューティ比が約70パーセント(Duty11/16、16進表記でA)に達した以降は、デューティ比の最大値(制限値)である約70パーセント(Duty11/16、16進表記でA)を保持するようにしている。これにより、1種類のソフトスタート用PWMデータマップ671で各種のデューティ比に対してソフトスタート制御を行なうことができる。なお、図13において、立ち上がりカウンタのカウント値の括弧内は16進表記での表現である。また、出力データ(デューティ比指定データ)は16進表記である。
Hブリッジ駆動処理部67は、モータを起動させる場合には、図7に示したように、データ2フィールドのビットd3で指定されたソフトスタート制御時間に基づいて決定される周期毎に立ち上がりカウンタ(図示しない)のカウント値を+1(インクリメント)し、そのカウント値に対応したデューティ値をソフトスタート用PWMデータマップ671から読み出し、読み出したデューティ値に基づいてPWM変調された駆動信号Out1〜Out4を生成してHブリッジ回路部56に供給し、Hブリッジ回路部56内の各アームを構成する電力用スイッチング素子(例えばMOS−FET)を介して電動モータ30へ電力を供給させる。
Hブリッジ駆動処理部67は、ソフトスタート制御を終了した時点で、ドア開度指定値(目標値)(8ビットデータ)とドア実開度(現在値)(8ビット)との差が16以上(目標値−現在値≧16)である場合は、主制御部100側から指定されたデューティ比で電動モータ30への電力供給を行なう。すなわち、図7に示したビットd4によってデューティの最大値が100%にが設定されているときは、電動モータ30への電力供給を連続して行なう。デューティ約70%が設定されているときは、デューティ約70%でPWM駆動する。これにより、電動モータ30へ供給される電力は定格電力(連続通電時の電力)の約70%に制限される。したがって、電動モータの回転数は定格回転数よりも低くなって、騒音の周波数も低くなり、さらに騒音レベルも低下する。
Hブリッジ駆動処理部67は、ドア開度目標値(8ビットデータ)とドア実開度(現在値)(8ビット)との差が15以下(目標値−現在値≦15)になると、ソフトストップ処理を行なう。なお、ソフトストップ処理は、モータのソフトスタート・ソフトストップ制御を行なうように設定されている場合にのみ実行される。
なお、Hブリッジ駆動処理部67は、ソフトスタート・ソフトストップ制御を行なわないように設定されている場合には、ドア開度目標値(8ビットデータ)とドア実開度(現在値)(8ビット)との差がゼロになるように通常のサーボ制御を実行する。
図14はソフトストップ用PWMデータマップの一例を示す図である。図11に示したHブリッジ駆動処理部(PWM制御部)67は、ソフトストップ用PWMデータマップ672を備えている。このソフトストップ用PWMデータマップ672には、目標値と現在値との差の絶対値(|目標値−現在値|)に対応してデューティ比設定データが予め登録されている。このソフトストップ用PWMデータマップ(PWMデータ格納部)672には、デューティ比が100パーセントの場合のデューティ比指定データのみが格納されている。
このため、デューティ比の最大値が約70パーセントに設定されている場合には、デューティ比が100パーセントの場合のデューティ比指定データ(すなわち、ソフトストップ用PWMデータマップ672から読み出したデューティ比指定データ)が、デューティ比約70パーセントよりも大きい値である場合にはデューティ比約70パーセントを用いるようにしている。なお、図14において、目標値と現在値との差の絶対値(|目標値−現在値|)の欄で括弧内は16進表記での表現である。また、出力データ(デューティ比指定データ)は16進表記である。
Hブリッジ駆動処理部67は、ソフトストップ用PWMデータマップ672から目標値と現在値との差の絶対値(|目標値−現在値|)に対応してデューティ比設定データを読み出して、読み出したデューティ値に基づいてPWM変調された駆動信号Out1〜Out4を生成してHブリッジ回路部56に供給し、Hブリッジ回路部56内の各アームを構成する電力用スイッチング素子(例えばMOS−FET)を介して電動モータ30へ電力を供給させる。目標値と現在値との差が小さくなるほど、電動モータ30に供給する電力をより小さくしていくので、目標値またはその近傍に精度良く停止させることができる。また、モータ停止時の騒音を低減することができる。
図15はソフトスタート・ソフトストップ制御を行なった場合のモータ起動時からモータ停止時までのデューティ比の変化特性を示すグラフである。ここで、デューティ比と電動モータに供給される電力とは比例関係にあるので、図15のグラフは電動モータに供給される電力の変化特性を示していることになる。なお、図15(a)はモータ起動時からモータ停止時までのデューティ値の変化特性を示しており、図15(b)はモータ起動時のソフトスタート制御中にドア開度目標値とドア実開度(現在値)との差の絶対値が所定値以下となったことによって、ソフトスタート制御の途中からソフトストップ制御に移行した場合のデューティ比の変化特性を示している。
図15(a)に示すように、ドア開度目標値が設定されると、図13に示したソフトスタート制御時のデューティ比(ソフトスタート用PWMデータマップ671)に基づいてモータ起動(ソフトスタート制御)がなされる。ドア開度目標値(8ビットデータ)とドア実開度(現在値)(8ビット)との差が16以上(目標値−現在値≧16)である間は、設定されたデューティ比で電動モータ30への電力供給が継続される。デューティ比100%(Duty16/16)が設定されている場合は、図15(a)で実線で示すように、デューティ比100%で電動モータ30へ電力が供給される(すなわち、モータへの電力供給が制限されない)。デューティ比約70%(Duty11/16)が設定されている場合には、図15(a)で点線で示すように、デューティ約70%を上限として電動モータ30への電力供給が制限される。
そして、ドア開度目標値(8ビットデータ)とドア実開度(現在値)(8ビット)との差の絶対値が15以下(|目標値−現在値|≦15)になった時点から、図14に示したソフトストップ制御時のデューティ比(ソフトストップ用PWMデータマップ672)に基づいてモータのソフトストップ制御がなされ、モータが停止される。
なお、図15(b)に示すように、ソフトスタート制御中にドア開度目標値(8ビットデータ)とドア実開度(現在値)(8ビット)との差の絶対値が15以下(|目標値−現在値|≦15)になった場合は、その時点からソフトストップ制御に移行して、ソフトストップ制御によってモータを停止させる。
図16はHブリッジ回路部の構成図である。本実施の形態では、Hブリッジ回路部56は4個のNチャネルMOS型トランジスタ(以下、単にトランジスタと記す)56A〜56Dで構成している。図11に示したHブリッジ駆動処理部(PWM制御部)67の4つのPWM信号出力Out1〜Out4に基づいて、図16に示した各トランジスタ56A〜56Dのゲートをそれぞれ駆動する。
トランジスタ56Aおよびトランジスタ56Dをともに導通状態に制御することで、電動モータ30の巻線の一方の端子M+にバッテリ電源Vaccが供給され、電動モータ30の巻線の一方の端子M−にグランド電源が供給される。これにより、電動モータ30は正転駆動される。トランジスタ56Bおよびトランジスタ56Cをともに導通状態に制御することで、電動モータ30は逆転駆動される。
本実施の形態では、下側アームのトランジスタ56Dを導通状態に制御し、上側アームのトランジスタ56Aの導通期間を制御することで、正転時のPWM制御を行なうようにしている。下側アームのトランジスタ56Cを導通状態に制御し、上側アームのトランジスタ56Bの導通期間を制御することで、逆転時のPWM制御を行なうようにしている。そして、本実施の形態では、下側アームの各トランジスタ56C,56Dを共に導通状態に制御し、電動モータ30の巻線の両端を各トランジスタ56C,56Dを介して短絡することで回生ブレーキをかけるようにしている。
図1および図2に示したように、本実施例の自動車用空気調和装置(カーエアコン)では、マスター装置である主制御部100とスレーブ装置である各ドアアクチュエータユニットとがLINバスであるデータ線(BUS)を介してLINプロトコルに基づくシリアルデータ通信を行なうことで、各ドアの開度制御や各ドアアクチュエータユニットの動作状態の監視がなされる。
主制御部100は、バッテリ電源電圧監視手段130および通信許可手段111によってバッテリ電源電圧が所定の電圧範囲を外れている場合には、通信データを送出しない。したがって、通信エラーの発生を未然に防止できる。
なお、本実施の形態では、本発明に係る車載機器制御システムを自動車用空気調和装置(カーエアコン)に適用した例について説明したが、本発明は例えばパワーウインドー装置等にも適用することができる。
また、本実施の形態では、車載ネットワークの具体例としてカーエアコン制御用のLINバスを例示し、そのマスター装置としてカーエアコンの全体動作を制御する主制御部100を例示したが、本発明はマスター・スレーブ構成の各種車載ネットワーク(例えばパワーウインドー制御用、ドア制御用、シート制御用等)に適用することができる。
また、本実施の形態では、車載ネットワークの具体例としてカーエアコン制御用のLINバスを例示し、そのマスター装置としてカーエアコンの全体動作を制御する主制御部100を例示したが、本発明はマスター・スレーブ構成の各種車載ネットワーク(例えばパワーウインドー制御用、ドア制御用、シート制御用等)に適用することができる。
1 空気調和装置本体
30A 電動モータ式アクチュエータ
50 モータ制御回路
53,120 LIN入出力回路
100 主制御部
110 エアコン制御部
111 通信許可手段
130 バッテリ電源電圧監視手段
BAT バッテリ
BUS データ線(バス)
F/R インテークドアアクチュエータユニット
MIX ミックスドアアクチュエータユニット
MODE モードドアアクチュエータユニット
R プルアップ抵抗
VB バッテリ電源
30A 電動モータ式アクチュエータ
50 モータ制御回路
53,120 LIN入出力回路
100 主制御部
110 エアコン制御部
111 通信許可手段
130 バッテリ電源電圧監視手段
BAT バッテリ
BUS データ線(バス)
F/R インテークドアアクチュエータユニット
MIX ミックスドアアクチュエータユニット
MODE モードドアアクチュエータユニット
R プルアップ抵抗
VB バッテリ電源
Claims (5)
- 主制御部と1以上のアクチュエータユニットとを備え、バッテリ電源にプルアップされた単線のバスを介して前記主制御部と前記アクチュエータユニットとの間で双方向のシリアルデータ通信を行なうことで、前記主制御部側から前記アクチュエータユニット側へ動作指令を供給して前記アクチュエータユニットを動作させ、前記アクチュエータユニット側から前記主制御部側へ各種の情報を供給する構成の車載機器制御システムであって、
前記主制御部は、前記バッテリ電源の電圧を監視するバッテリ電源電圧監視手段と、前記バッテリ電源の電圧が予め設定した電圧範囲内にある場合に通信データの送出を許可する通信許可手段とを備えることを特徴とする車載機器制御システム。 - 前記主制御部と前記アクチュエータユニットとの間の前記シリアルデータ通信は、LIN(Local Interconnect Netwok)方式を用いてなされることを特徴とする請求項1記載の車載機器制御システム。
- 前記主制御部は車両用空気調和装置の全体動作を制御するものであり、前記アクチュエータユニットは車両用空気調和装置本体に設けられた各種ドアを回動させるものであることを特徴とする請求項1記載の車載機器制御システム。
- プルアップ抵抗を介してバッテリ電源にプルアップされた単線のバスを介してスレーブ装置とシリアルデータ通信を行なう車載ネットワークのマスター装置であって、
このマスター装置は、前記バッテリ電源の電圧を監視するバッテリ電源電圧監視手段と、前記バッテリ電源の電圧が予め設定した電圧範囲内にある場合に通信データの送出を許可する通信許可手段とを備えることを特徴とする車載ネットワークのマスター装置。 - 前記マスター装置と前記スレーブ装置との間の前記シリアルデータ通信は、LIN(Local Interconnect Netwok)方式を用いてなされることを特徴とする請求項4記載の車載ネットワークのマスター装置。
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