JP4437468B2 - 車両用電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンやトランスミッションなどのパワートレインユニットの制御を行う車両用電子制御装置に関する。

車両の電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、車両の制御機構との間で信号のやり取りを行って車両の電子制御を行うものであり、パワートレインＥＣＵあるいはブレーキ制御ＥＣＵというように、一つのＥＣＵにて目的とする制御を実施するものである。

車両にはこのような電子制御装置が多数、例えば、上記のようなパワートレインＥＣＵ、ブレーキ制御ＥＣＵの他にも、所定の条件成立時にエンジン自動停止再始動制御を行うエコランＥＣＵ、ランプやドアなどの制御を行うボディＥＣＵ、エアバッグＥＣＵ、セキュリティＥＣＵ等が搭載されており、これらの各ＥＣＵは、担当する制御対象について、単体で独自に制御しているが、他のＥＣＵとの情報授受が必要な場合もある。

このため、車両に搭載する複数のＥＣＵを関連付けして各種制御を行うために、その複数のＥＣＵを共通のバスラインに接続するとともに、代表的標準ネットワークプロトコルであるコントローラエリアネットワーク（Controller Area Network、以下ＣＡＮという）プロトコルを使用して相互通信制御を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２６９０４８号公報

一方、上記のパワートレインＥＣＵは、エンジン及びオートマチックトランスミッションの制御を行うものであり、吸入吸気量や空燃費等のセンサ信号をもとに燃料噴射量・点火時期・変速タイミング等の制御指令値の演算を行い、この結果に基づいてインジェクタや点火コイル等のアクチュエータを制御する。

図７は、従来のパワートレインＥＣＵの構成を示す図であり、車両のエンジンの駆動状態を制御するＥＮＧ制御ソフトウェア６１と車両のトランスミッションを制御するＥＣＴ制御ソフトウェア６２とが物理量を送受信するインターフェース（Ｉ／Ｆ）６３を介してソフトウェアプラットフォーム（ＰＦ）６４に配置されている。
このような車両制御システムでは、ＥＮＧ制御ソフトウェア６１とＥＣＴ制御ソフトウェア６２との間で送受するデータ量が大きいため、これらのソフトウェアを同一のプラットフォームに配置することにより、他のＥＣＵが接続されたＣＡＮにおける通信負荷を低減するようにしている。

そして、ＥＮＧ制御ソフトウェア６１は図に示すように、そのプログラムの一部として、エアコン（Ａ／Ｃ）のオン、オフに関係するプログラムや、イモビライザからの情報に関連するプログラム等の車両装備に関するプログラムを含んでおり、ＥＣＴ制御ソフトウェア６２にはナビ協調に関するプログラム、例えば、ナビゲーション装置からの情報によって変速を行うプログラムが含まれている。また、ＥＮＧ制御ソフトウェア６１とＥＣＴ制御ソフトウェア６２の両者には、互いに協調してトルクデマンドの演算を行うプログラムも含まれている。

上記の車両装備に関するプログラムの一例について説明すると、例えば、図８に示すように、車両装備としてエアコン（Ａ／Ｃ）６５が装備されている場合、ＥＮＧ制御ソフトウェア６１には、Ａ／Ｃ６５からの作動状態フラグとしてのオン、オフ信号が入力され、この信号に基づいてＥＮＧ制御ソフトウェア６１がエアコンの負荷を考慮したトルクを演算するようになっている。このように、各種車両装備に関連する様々なプログラムが、ＥＮＧ制御ソフトウェア６１とＥＣＴ制御ソフトウェア６２に含まれている。

従来のパワートレインＥＣＵは上記のように構成され、ＥＮＧ制御ソフトウェアとＥＣＴ制御ソフトウェアとが物理量を送受信するインターフェース（Ｉ／Ｆ）を介してソフトウェアプラットフォームに配置されており、ソフトウェアプラットフォームと各ソフトウェアのアプリケーションとのインターフェースは、噴射量、温度、圧力等の物理量で規定されソフト的には疎であるので、ソフトウェアプラットフォームとＥＮＧ制御ソフトウェアあるいはＥＣＴ制御ソフトウェアとの抜き差し、すなわち、追加・変更は容易であるが、車両装備に依存する車両制御アプリケーションとパワートレインユニットの制御アプリケーションとは、密な繋がりがあるので、抜き差しが困難である。
したがって、後から車両装備が追加、削除されると、エンジン制御プログラムのプログラム内容を変更する必要があるが、エンジン制御プログラムはエンジンに固有のプログラムであるので、代替プログラムが存在せず、プログラムを修正しなければならない。

また、上記のように、ＥＮＧ制御ソフトウェアとＥＣＴ制御ソフトウェアには、車両装備に依存した機能と、パワートレインユニットの機能が混在し、新たにＥＮＧ制御ソフトウェアやＥＣＴ制御ソフトウェアを開発する場合には、車両装備×ユニット数でソフトウェアのバリエーションが増加するので、バリエーション毎に最適化しなければならず、開発工数が増大するとともに、ＥＣＵの品番が増加するという問題が生じる。

さらに、車両装備の変更が広範囲に影響し、あらゆる組み合わせの評価に限界があるので、品質が低下するとともに、車両装備依存部とユニット依存部の仕様決定時期が異なる場合が多く、仕様確定部分も変更による影響が出てくるという問題も生じている。

一方、最近は、車両装備として、盗難防止装置としてのイモビライザ、車両停止時に自動的にアイドリングストップを行い、排出ガスの削減を行うエコラン（ＥＣＯ）、電動パワーステアリングとバックガイドモニタにより自動で車両を駐車する自動駐車システム（ＩＰＡ、Intelligent Parking Assist）、ミリ波レーダなどのレーダとクルーズの組合わせにより、前方車両に追随する機能等を備える適応型クルーズコントロール（ＡＣＣ、Adaptive Cruise Control）、ナビゲーション装置の地図情報に基づいて自動減速等を行うナビ協調（ＡＩ）、エアコン（Ａ／Ｃ）等、多数の車両装備が車両に搭載されるようになってきている。
このように、車両装備が増加してくると、車両装備との通信が増え、パワートレインＥＣＵのＣＰＵの処理負荷が増大するので、ＣＰＵの負荷が過大になり、車両の制御に影響するという問題も生じている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、車両の装備品の変更に対してユニット制御装置の変更が不要で装備品の抜き差し、すなわち、追加・変更を容易にするとともに、ＣＰＵの負荷を軽減することができる車両用電子制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る車両用電子制御装置（１）は、車両装備に依存した機能の制御を行う車両制御手段と、車両に設けられたユニットの機能を制御するユニット制御手段とを、独立したハードウェア及びソフトプラットフォームに配置した車両用電子制御装置において、
前記車両制御手段が車両装備から要求または消費される駆動力パワー及びトルクの少なくとも１つを算出する手段と、各要求または消費量を調停する手段とを有し、前記調停した結果を前記ユニット制御手段への指令値として算出することを特徴とする。

また、本発明に係る車両用電子制御装置（２）は、車両用電子制御装置（１）において、
前記車両制御手段に前記車両装備が装備されているかを判断する判断手段を有し、
前記判断手段が前記車両装備が装備されていると判断するときは、前記車両制御手段は前記車両装備からの要求制御値を前記調停手段に通知し、前記車両装備が装備されていないと判断するときは、前記車両制御手段は要求制御値として前記調停手段に所定値を通知することを特徴とする。

さらに、本発明に係る車両用電子制御装置（３）は車両用電子制御装置（１）において、
前記車両制御手段及び前記ユニット制御手段との間で送受信する情報を物理量としたことを特徴とする。

また、本発明に係る車両用電子制御装置（４）は、車両用電子制御装置（１）において、
前記車両制御手段のマイコンが二つのコアを備え、一方のコアが通信処理専用のコアであることを特徴とする。

さらに、本発明に係る車両用電子制御装置（５）は、車両用電子制御装置（１）において、
前記車両制御手段の入力回路部が、ソフトウェアによって回路特性や論理回路を設定または変更できる書換え可能ハードウェアを備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用電子制御装置（１）、（２）によれば、車両装備に依存した機能の制御を行う車両制御手段と、エンジンやトランスミッション等の車両に設けられたユニットの機能を制御するユニット制御手段とが独立し、同一のパワートレインユニットであれば、車両（装備品）の変更に対してユニット制御手段の変更が不要であり、各制御手段の機能の独立性を高めることができるので、装備品の抜き差し、すなわち、追加・変更を容易に行うことができる。

また、本発明に係る車両用電子制御装置（３）によれば、車両制御手段及びユニット制御手段の各制御機能のインターフェースをトルクやパワー等の物理量とし、ソフトウェアのロジックに依存させない構成としたので、ソフト的依存関係を疎にすることができ、車両制御アプリケーションの仕様変更、抜き差しがあった際の開発の効率化とソフト品質の向上を図ることが可能となる。

さらに、本発明に係る車両用電子制御装置（４）によれば、車両制御手段のマイコンの一方のコアを通信処理専用のコアとしたので、通信の負荷に影響を受けることなく、車両の制御を行うことが可能となる。
また、本発明に係る車両用電子制御装置（５）によれば、車両制御手段の入力回路部が、ソフトウェアによって回路特性や論理回路を設定または変更できる書換え可能ハードウェアを備えており、装備品の変更があった場合には、ソフトウェアの書換えによってハードウェアの変更が行えるので、ハードウェアの設計変更が不要となり、開発期間の短縮、品質向上を図ることができる。

以下、本発明の車両用電子制御装置の実施例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の車両用電子制御装置としてのパワートレインＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。図に示すように、このパワートレインＥＣＵは、車両装備に依存した機能の制御を行うソフトウェアを備えたソフトウェアプラットフォーム（ＰＦ）１１と、ハードウェア１２よりなる車両制御部１と、ＥＮＧ制御ソフトウェア２１とＥＣＴ制御ソフトウェア２２を備えたソフトウェアプラットフォーム（ＰＦ）２３及びハードウェア２４よりなる、エンジンやトランスミッション等のユニットを制御するユニット制御部２とから構成されている。

ソフトウェアＰＦ１１上には、調停・協調制御部３０のソフトウェアが実装・配置されるとともに、アプリケーションとして、電源管理、ゲートウェイ（Ｇ／Ｗ）、ダイアグの機能が標準装備され、ＡＣＣ、ＥＣＯ、ＩＰＡ等の車両装備に関連するプログラムが必要に応じて追加される。また、ユニット制御部２のＥＮＧ制御ソフトウェア２１、ＥＣＴ制御ソフトウェア２２は、車両制御部１からインターフェース（Ｉ／Ｆ）３を介して入力される物理量、例えば、目標トルクや目標エンジン回転等、によりエンジンやトランスミッション等のユニットの制御を行う。

図２は、図１の車両制御部１の構成を機能で表した機能ブロック図であり、図に示すように、車両制御部１は、調停・協調制御部３０として、協調制御部３１、共通／調停部３２、駆動力調停部３３、パワー調停部３４、トルク調停部３５の各部を備え、シフトスイッチ（ＳＷ）、イグニッション（ＩＧ）スイッチ、スタータ（ＳＴ）ＳＷ、ストップランプ（ＳＴＰ）及びアクセル（ＶＰＡ）などからの信号が入力される。
共通／調停部３２、駆動力調停部３３、パワー調停部３４、トルク調停部３５は、車両装備ソフトウェアが取り除かれた場合には、当該装備の物理量を０または規定値として調停を行い、車両装備ソフトウェアが付け加えられた場合には、当該ソフトウェアの出力する物理値と他のソフトウェアの出力する物理値とに基づいて調停を行う。

次に、図２の車両制御部の作用を、図３〜図５のフローチャートも使用して説明する。
協調制御部３１は、アクセル信号（ＶＰＡ）と速度（ＳＰＤ）に基づいて目標駆動力Ｆｔを算出した後、目標パワーＰｔをＰｔ＝Ｆｔ×ＳＰＤ（車速）により求め、この目標パワーＰｔに基づいて、燃費のよい目標トルクＴetと目標エンジン回転Ｎetを決定し、ユニット制御部２に指令する。

一方、共通／調停部３２は、イグニッション・オン時には、常時、図３のフローチャートに示すプログラムを実行しており、このプログラムを開始すると、まず、イモビライザが装備されているか否かを判定し（ステップ１０１）、イモビライザが装備されていると判定した場合、イモビライザからのエンジンの運転許可／禁止情報を協調制御部３１に通知し（ステップ１０２）、イモビライザが装備されていないと判定した場合には、情報の通知を停止する（ステップ１０３）。

次に、共通／調停部３２は、エコラン（ＥＣＯ）が装備されているか否かを判定し（ステップ１０４）、ＥＣＯが装備されていると判定した場合、ＥＣＯからのエンジン始動／停止情報を協調制御部３１に通知し（ステップ１０５）、ＥＣＯが装備されていないと判定した場合には、情報の通知を停止する（ステップ１０６）。

そして、協調制御部３１はイモビライザからの運転禁止通知時にはユニット制御部２に対して目標トルクを０として指令することにより、エンジンの運転を禁止し、エコラン（ＥＣＯ）から通知されたエンジンの停止／始動情報を基に指令を行う。

また、駆動力調停部３３は、同様に、イグニッション・オン時には、常時、図４のフローチャートに示すプログラムを実行しており、このプログラムを開始すると、まず、自動駐車システム（ＩＰＡ）が装備されているか否かを判定し（ステップ２０１）、ＩＰＡが装備されていると判定した場合、ＩＰＡからの要求駆動力を協調制御部３１に通知し（ステップ２０２）、ＩＰＡが装備されていないと判定した場合には、駆動力０を通知する（ステップ２０３）。

次に、駆動力調停部３３は、適応型クルーズコントロール（ＡＣＣ）が装備されているか否かを判定し（ステップ２０４）、ＡＣＣが装備されていると判定した場合、ＡＣＣからの要求駆動力を協調制御部３１に通知し（ステップ２０５）、ＡＣＣが装備されていないと判定した場合には、駆動力０を通知する（ステップ２０６）。
この後、駆動力調停部３３は、ナビ協調が装備されているか否かを判定し（ステップ２０７）、ナビ協調が装備されていると判定した場合、ナビ協調からの要求駆動力を協調制御部３１に通知し（ステップ２０８）、ナビ協調が装備されていないと判定した場合には、駆動力０を通知する（ステップ２０９）。

以上のように、各装置が装備されている場合には、自動駐車システムにより自動駐車する際の要求駆動力あるいは適応型クルーズコントロールによるクルーズ時の要求駆動力が協調制御部３１に通知されるので、協調制御部３１はこれを目標駆動力Ｆｔに加算する。
また、コーナーの手前でエンジンブレーキをかける制御を行う等のナビ協調を行っている場合には、交差点やカーブの手前での要求駆動力（減速力）が協調制御部３１に通知されるので、協調制御部３１はこれを目標駆動力Ｆｔから減算する。

さらに、パワー調停部３４も同様に、イグニッション・オン時には、常時、図５のフローチャートに示すプログラムを実行しており、このプログラムを開始すると、まず、エアコン（Ａ／Ｃ）が装備されているか否かを判定し（ステップ３０１）、Ａ／Ｃが装備されていると判定した場合、Ａ／Ｃの消費パワーを協調制御部３１に通知し（ステップ３０２）、Ａ／Ｃが装備されていないと判定した場合には、消費パワー０を通知する（ステップ３０３）。

次に、パワー調停部３４は、オルタネータの充電管理を行う電力管理装置が装備されているか否かを判定し（ステップ３０４）、電力管理装置が装備されていると判定した場合、電力管理装置の消費パワーを協調制御部３１に通知し（ステップ３０５）、電力管理装置が装備されていないと判定した場合には、規定値、例えば、１０アンペア（Ａ）を通知する（ステップ３０６）。

このように、エアコンや電力管理装置が装備されている場合、エアコンの動作時やオルタネータ充電制御の動作時にはエンジンのパワーが消費されるので、パワー調停部３４からエアコン、ＡＬＴ充電による消費パワー（出力）が協調制御部３１に通知され、協調制御部３１はこれを目標パワーＰｔに加算する。

さらに、ワイパーやデフォッガなどを作動させるとエンジンに対しては負荷となってトルクが消費されるので、トルク調停部３５はこの消費トルクを協調制御部３１に通知し、協調制御部３１はこの消費トルクを目標トルクＴetに加算する。

以上のように、車両制御部１内での各制御機能のインターフェース及びユニット制御部２に対する指令のインターフェースをトルクやパワー等の物理量とし、ソフトウェアのロジックに依存させない構成としたので、ソフト的依存関係を疎にすることができ、車両制御アプリケーションの仕様変更、抜き差しに対して、開発の効率化とソフト品質の向上を図ることが可能となる。

一方、図６は、図１の車両制御部１、ユニット制御部２のハードウェア構成を示す図であり、車両制御部１はマイコン４０、ＬＡＮトランシーバ５０、書換え可能ハードウェア（Configurable Hardware）５１、電源５２により構成され、ユニット制御部２はＣＰＵ５３、ＥＮＧカスタムＩＣ５４、ＥＮＧ統合ＩＣ５５、ＥＣＴカスタムＩＣ５６により構成されている。そして、マイコン４０は、コア４１、コア４２の二つのコアよりなるＣＰＵと、ＲＯＭ４３、ＲＡＭ４４、ＳＲＡＭ４５、ＤＰＲＡＭ４６、ＲＯＭ４７、ＲＡＭ４８等のメモリ、及びＩ／Ｏ４９により構成されている。

車両制御部１の書換え可能ハードウェア５１はソフトウェアによりハードウェア回路特性や論理回路の設定が可能なハードウェアであり、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）もその一つである。
また、車両制御部１のＣＰＵはコア４１、コア４２の二つのコアによって構成され、コア４１は車両制御を行うＣＰＵコアであり、図２の車両制御部１の処理内容（ＥＣＯ、ＡＣＣ、ＩＰＡ、ＡＬＴ充電など）はこのコア４１で演算処理が行われ、コア４２は通信（Ｇ／Ｗ＝ゲートウェイ）処理のみを行う通信処理専用コアである。
さらに、ＤＰＲＡＭ（デュアルポートＲＡＭ、Dual Port RAM）４６は、２つのコア４１、４２からそれぞれアクセスすることが可能なＲＡＭであり、通信データをＤＰＲＡＭ４６に格納することで、コア４１は通信処理を意識せずに、通信バス（線）に流れるデータを参照・更新することが可能となる。

以上のように、車両制御部１のマイコンのＣＰＵを二つのコアで構成し、通信処理を専用コアで行うようにしたので、通信量の増加による処理負荷の増大の影響を車両制御に与えないで処理することが可能となる。
また、車両制御部１が入力回路部として、ソフトウェアによって回路特性や論理回路を設定または変更できる書換え可能ハードウェア５１を備えており、装備品の変更があった場合、この書換え可能ハードウェア５１の書換えで対応することができるので、ハードウェアの設計変更を不要とすることができる。

本発明のパワートレインＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 図１の車両制御部１の構成を機能で表した機能ブロック図である。 共通／調停部３２の作用を示すフローチャートである。 駆動力調停部３３の作用を示すフローチャートである。 パワー調停部３４の作用を示すフローチャートである。 図１の車両制御部１、ユニット制御部２のハードウェア構成を示す図である。 従来のパワートレインＥＣＵの構成を示す図である。 車両装備に関するプログラムの一例を説明するための図である。

符号の説明

１ 車両制御部
２ ユニット制御部
３ Ｉ／Ｆ
１１、２３ ソフトウェアＰＦ
１２、２４ ハードウェア
２１ ＥＮＧ制御ソフトウェア
２２ ＥＣＴ制御ソフトウェア
３０ 調停・協調制御部
３１ 協調制御部
３２ 共通／調停部
３３ 駆動力調停部
３４ パワー調停部
３５ トルク調停部
４０ マイコン
４１、４２ コア
５０ ＬＡＮトランシーバ
５１ 書換え可能ハードウェア
５２ 電源

Claims (5)

1. 車両装備に依存した機能の制御を行う車両制御手段と、車両に設けられたユニットの機能を制御するユニット制御手段とを、独立したハードウェア及びソフトプラットフォームに配置した車両用電子制御装置において、
   前記車両制御手段が車両装備から要求または消費される駆動力パワー及びトルクの少なくとも１つを算出する手段と、各要求または消費量を調停する手段とを有し、前記調停した結果を前記ユニット制御手段への指令値として算出することを特徴とする車両用電子制御装置。
2. 請求項１に記載された車両用電子制御装置において、
   前記車両制御手段に前記車両装備が装備されているかを判断する判断手段を有し、
   前記判断手段が前記車両装備が装備されていると判断するときは、前記車両制御手段は前記車両装備からの要求制御値を前記調停手段に通知し、前記車両装備が装備されていないと判断するときは、前記車両制御手段は要求制御値として前記調停手段に所定値を通知することを特徴とする車両用電子制御装置。
3. 請求項１に記載された車両用電子制御装置において、
   前記車両制御手段と前記ユニット制御手段との間で送受信する情報を物理量としたことを特徴とする車両用電子制御装置。
4. 請求項１に記載された車両用電子制御装置において、
   前記車両制御手段のマイコンが二つのコアを備え、一方のコアが通信処理専用のコアであることを特徴とする車両用電子制御装置。
5. 請求項１に記載された車両用電子制御装置において、
   前記車両制御手段の入力回路部が、ソフトウェアによって回路特性や論理回路を設定または変更できる書換え可能ハードウェアを備えることを特徴とする車両用電子制御装置。

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