JP4827535B2

JP4827535B2 - 自動車用電子制御装置

Info

Publication number: JP4827535B2
Application number: JP2006012684A
Authority: JP
Inventors: 基樹巽; 和彦安倍; 充彦久保田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: DE102007003146B4; US7765041B2; DE102007003146A1; US20070192001A1; JP2007191098A

Description

本発明は、複数の制御ユニットを備え、前記複数の制御ユニットの間で相互に通信可能に構成された自動車用電子制御装置に関する。

特許文献１には、制御ユニット間でデータ通信を行わせたときに、受信したデータの通信周期から通信異常の検出を行い、通信異常の発生を検出したときにフェイルセーフ制御を実行するようにした制御装置が開示されている。
特開２００２−３１４６３２号公報

ところで、上記従来の通信異常診断では、それぞれの制御ユニットが自らの受信状態は診断するものの、相手側での受信状態を判断できない。
即ち、通信相手がこちらからのデータを正しく受け取っているか否かの判断がつかないため、相手側からの受信異常を診断したときにはフェイルセーフを実行させることができるものの、相手側での受信異常の発生に対してはフェイルセーフを実行させることができないことになってしまう。

そのため、例えば、相手側からの受信異常を診断したときには、相手側のユニットが制御する機器を強制的にオフするなどの最悪の条件に対応するフェイルセーフ制御を実行せざるを得なかった。
例えば自動車において、エンジンのスロットル開度などを制御する第１制御ユニットと、エンジンバルブのリフト量を制御する第２制御ユニットとが個別に設けられ、スロットル開度とリフト量とからエンジンの吸入空気量を制御する場合、第１制御ユニットが第２制御ユニット側からのデータ受信の異常を診断すると、第２制御ユニットが制御するリフト可変機構のアクチュエータを強制的にオフして安全を確保する必要が生じる。

しかし、リフト可変機構のアクチュエータを強制的にオフしてしまうと、吸入空気量の制御性が大きく低下し、エンジンの運転性が大きく損なわれてしまう可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、通信異常の発生をより的確に判断でき、以って、通信異常状態に対して適切なフェイルセーフ制御を実行させることができる自動車用電子制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明は、ネットワークに接続される複数の制御ユニットを備え、前記複数の制御ユニットの間で相互に通信可能に構成された自動車用電子制御装置であって、前記相互通信を行う制御ユニットそれぞれが、通信相手が出力したデータを受信し、当該受信データに基づき通信状態の異常の有無を診断する受信チェック部と、前記受信チェック部の診断結果を、前記通信相手に送信する送信部と、自身の前記受信チェック部での診断結果と、前記通信相手の前記受信チェック部での診断結果との少なくとも一方が異常であるときに、前記ネットワークに異常が発生していると判断し、フェイルセーフ制御を実行するネットワーク診断部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によると、通信相手からの受信状態を自ら診断すると共に、該診断結果を相手側に送信するので、各制御ユニットは、自らの受信状態の診断結果と、相手側における受信状態の診断結果との双方を持つことになる。

そして、自ら行った診断結果のみならず、他の制御ユニットから送られる診断結果を判断し、少なくとも一方で異常判断されていれば、ネットワークに異常が発生していると判断し、ネットワーク異常に対応するためのフェイルセーフ制御を実行する。
従って、相手側における受信状態の異常時にも、フェイルセーフ制御を実行させることができ、より確実にフェイルセーフを図ることができる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る自動車用電子制御装置が適用される車両用エンジンのシステム構成図である。
図１において、エンジン（ガソリン内燃機関）１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

また、各気筒の吸気ポート１３０には燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、開弁時間に比例する量の燃料（ガソリン）を噴射する。
そして、燃料は、燃焼室１０６内において図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。

前記排気バルブ１０７は、排気側カムシャフト１１０に設けられたカム１１１によって一定のバルブリフト量，バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５は、エンジンバルブの開特性を可変とする可変動弁機構であるＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構１１２によって、そのリフト量及び作動角が可変に調整される。

マイクロコンピュータを内蔵するエンジン制御ユニット１１４（第１制御ユニット）は、予め記憶されたプログラムに従った演算処理によって、燃料噴射弁１３１，点火コイル用のパワートランジスタ，電子制御スロットル１０４を制御する。
また、マイクロコンピュータを内蔵するＶＥＬ制御ユニット１４１（第２制御ユニット）が設けられ、該ＶＥＬ制御ユニット１４１は、ＶＥＬ機構１１２を制御する。

ここで、前記エンジン制御ユニット１１４とＶＥＬ制御ユニット１４１とは、相互に通信可能に構成され、エンジン制御ユニット１１４で演算される目標リフト量が前記ＶＥＬ制御ユニット１４１に送信される一方、前記ＶＥＬ制御ユニット１４１からエンジン制御ユニット１１４に対して、実際のバルブリフト量の相当するＶＥＬ機構１１２の制御量の検出結果が送信される。

前記エンジン制御ユニット１１４には、エンジン１０１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１１５、車両の運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量（開度）を検出するアクセルペダルセンサ１１６、クランクシャフト１２０に支持されるシグナルプレートに設けられる被検出部（凹部又は凸部）を検出することで、クランクシャフト１２０の基準回転位置毎のクランク角信号を出力するクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、エンジン１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気バルブ駆動軸３に支持されるシグナルプレートに設けられる被検出部（凹部又は凸部）を検出することで、吸気バルブ駆動軸３の基準回転位置毎にカム信号を出力するカムセンサ１３２、スロットルバルブ１０３ｂの下流でかつ吸気バルブ１０５の上流側での吸気マニホールド圧（吸気圧）を検出する吸気圧センサ１３４からの検出信号が入力される。

図２は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を示す斜視図である。
実施形態のエンジン１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５が設けられており、これら吸気バルブ１０５の上方に、前記クランクシャフト１２０によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気バルブ駆動軸３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。

前記吸気バルブ駆動軸３と揺動カム４との間に、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更するためのＶＥＬ機構１１２が設けられている。
また、前記吸気バルブ駆動軸３の一端部には、クランクシャフト１２０に対する前記吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更するＶＴＣ機構１１３が配設されている。

前記ＶＥＬ機構１１２は、図２及び図３に示すように、吸気バルブ駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気バルブ駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、モータ１７によりギヤ列１８を介して回転駆動されるが、制御軸１３と一体的に設けられるストッパ１３ａが固定側に当接することで、予め設定された最小リフト位置に相当する角度位置でそれ以上にリフト量減少側への回動しないようになっている。
上記の構成により、クランクシャフト１２０に連動して吸気バルブ駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。

また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。

前記ＶＥＬ制御ユニット１４１には、前記制御軸１３の回転角を検出する角度センサ１３３からの検出信号が入力され、前記ＶＥＬ制御ユニット１４１は、エンジン制御ユニット１１４側から送信される目標のリフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸１３を回動させるべく、前記角度センサ１３３の検出結果に基づいて前記モータ１７の通電量をフィードバック制御する。

尚、前記モータ１７の電源リレーは、前記エンジン制御ユニット１１４及びＶＥＬ制御ユニット１４１それぞれが独立してオン・オフ制御できるようになっている。
ところで、前述のように、前記エンジン制御ユニット１１４と前記ＶＥＬ制御ユニット１４１との間に設けられる通信ラインを介して、目標リフト量のデータ及び制御軸１３の実回転角のデータが送受信されるため、通信異常が発生すると、所期の制御を実行できなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、図４に示すような構成によって、通信異常の診断及びフェイルセーフ制御を行うようになっている。
図４に示すように、前記エンジン制御ユニット１１４（ＥＣＭ）及び前記ＶＥＬ制御ユニット１４１（ＶＥＬ−ＥＣＵ）には、それぞれデータ送信部１１４ａ，１４１ａ及び通信異常判定部１１４ｂ，１４１ｂが設けられている。

前記データ送信部１１４ａ，１４１ａは、受信チェック用のデータを相手側に送信するデータ送信部２０１、自身の通信異常判定部１１４ｂ，１４１ｂでの判定結果を相手側に送信する判定結果送信部２０２、ＶＥＬデータ（目標リフト量データ又は実リフト量データ）を送信するＶＥＬデータ送信部２０３を含んで構成される。
ここで、前記エンジン制御ユニット１１４側のＶＥＬデータ送信部２０３からは、目標リフト量のデータがＶＥＬ制御ユニット１４１に向けて送信され、ＶＥＬ制御ユニット１４１側のＶＥＬデータ送信部２０３からは、制御軸１３の実回転角（実リフト量）のデータがエンジン制御ユニット１１４に向けて送信される。

また、前記通信異常判定部１１４ｂ，１４１ｂは、相手側のデータ送信部２０１から出力されるデータを受信し、受信データの通信周期から通信状態を診断し、診断結果を前記判定結果送信部２０２及び後述するネットワーク診断部２０６に出力する受信チェック部２０５と、相手側の判定結果送信部２０２から送信される診断結果と自身の受信チェック部２０５の診断結果とをそれぞれに読み込んで、ネットワーク（通信環境）の異常を診断するネットワーク診断部２０６とを含んで構成される。

前記ネットワーク診断部２０６では、相手側の判定結果送信部２０２から送信される診断結果が異常である場合、及び／又は、自身の受信チェック部２０５の診断結果が異常である場合に、ネットワーク（通信環境）に異常が発生していると判断する。
前記エンジン制御ユニット１１４及び前記ＶＥＬ制御ユニット１４１では、前記ネットワーク診断部２０６でネットワーク（通信環境）に異常が発生していると判断されたときに、それぞれフェイルセーフ制御を行う。

前記ＶＥＬ制御ユニット１４１側でのフェイルセーフ制御としては、前記ＶＥＬ機構１１２を、フェイルセーフ用として予め記憶された目標リフト量（中間リフト量）に基づいて制御する。
一方、エンジン制御ユニット１１４側では、前記ＶＥＬ機構１１２が前記フェイルセーフ用のリフト量に制御されているものと仮定し、前記フェイルセーフ用の目標リフト量の下で目標の吸入空気量が得られるように、スロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。

これにより、ネットワーク（通信環境）に異常が発生しても、要求に見合った吸入空気量に制御させることができ、運転性が大きく低下することを回避できる。
これに対し、自身での受信状態の診断結果のみからフェイルセーフ制御を行わせる場合、例えば、ＶＥＬ制御ユニット１４１側が受信異常を判定してフェイルセーフ制御に移行したとしても、エンジン制御ユニット１１４もフェイルセーフ制御に移行するとは限らない。

このため、安全を確保するためには、ＶＥＬ制御ユニット１４１側のフェイルセーフ制御として、前記ＶＥＬ機構１１２のモータ１７への通電を遮断して最小リフトに制御する必要が生じる。
一方、上記実施形態によると、前記エンジン制御ユニット１１４と前記ＶＥＬ制御ユニット１４１との少なくとも一方で受信状態の異常が検出されると、その情報が相手側に送信される結果、略同時に、フェイルセーフ制御に移行させることができるので、前述のように、前記ＶＥＬ機構１１２をフェイルセーフ用の目標リフト量に基づいて制御させる一方で、フェイルセーフ用の目標リフト量に制御されているとの前提でスロットルバルブの開度を制御させることができる。

図５のフローチャートは、前述した前記エンジン制御ユニット１１４及び前記ＶＥＬ制御ユニット１４１でそれぞれ行われるネットワーク（通信環境）異常の判定及びフェイルセーフ制御の流れを示す。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１では、相手側から送信されるデータを受信することで、受信状態の判断を行う。ここでは、受信データの通信周期から通信状態を診断するが、通信周期の異常が所定時間継続したときに、最終的に受信異常を判定することが好ましい。

そして、次のステップＳ１０２では、前記ステップＳ１０１における受信状態の診断結果が正常であったか異常であったかを判別する。
ステップＳ１０２で、受信状態は正常であると判別されたときには、ステップＳ１０３へ進み、相手側から送信された相手側での受信状態の診断結果が、正常であるか異常であるかを判別する。

そして、相手側での受信状態の診断結果も正常であれば、ステップＳ１０４へ進んで、ネットワーク（通信環境）は正常であると判断する。
一方、ステップＳ１０２で自身の受信結果が異常であると判断されたとき、及び、ステップＳ１０３で、相手側での受信状態の診断結果が異常であると判断されたときには、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、ネットワーク（通信環境）に異常が発生していると判断する。
ネットワーク（通信環境）の異常を判定すると、次のステップＳ１０６では、予め設定されたフェイルセーフ制御を実行する。
ここで、前記フェイルセーフ制御においては、相手側も略同時にフェイルセーフ制御に移行することを前提として、制御内容が定められる。

即ち、前記ＶＥＬ制御ユニット１４１側では、前記ＶＥＬ機構１１２を、フェイルセーフ用として予め記憶された目標リフト量（中間リフト量）に基づいて制御する。
一方、エンジン制御ユニット１１４側では、前記ＶＥＬ機構１１２が前記フェイルセーフ用のリフト量に制御されているものと仮定し、前記前記フェイルセーフ用の目標リフト量の下で目標の吸入空気量が得られるように、スロットルバルブ１０３ｂの開度を制御する。

ところで、ネットワーク（通信環境）の異常には、ノイズの重畳などによる比較的軽微な異常から通信ラインの断線などの重度の異常まであり、係る異常の程度に応じてフェイルセーフ制御を切り換える構成とすることができる。
図６のフローチャートは、前記ＶＥＬ制御ユニット１４１が、ネットワーク（通信環境）異常の程度に応じてフェイルセーフ制御の内容を切り換える実施形態を示す。

図６のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０５では、前記ステップＳ１０１〜１０５と同様な処理が行われる。
ステップＳ２０５で、ネットワーク（通信環境）に異常が発生していると判断すると、ステップＳ２０６へ進み、ネットワーク（通信環境）の異常発生が判断されている継続時間（又はネットワーク（通信環境）の異常発生が連続して判断された回数）が所定値を超えたか否かを判断する。

そして、継続時間（又は回数）が所定値以下であれば、ネットワーク（通信環境）の異常は比較的軽微であるものと判断し、ステップＳ２０７へ進む。
ステップＳ２０７では、前記ＶＥＬ機構１１２を、フェイルセーフ用として予め記憶された目標リフト量（中間リフト量）に基づいて制御する。
一方、継続時間（又は回数）が所定値を越えていれば、ネットワーク（通信環境）の異常は比較的重度であるものと判断し、ステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０８では、前記ＶＥＬ機構１１２のモータ１７を強制的にオフにして、ＶＥＬ機構１１２が初期位置（最小リフト位置）に戻るようにする。
尚、ネットワーク（通信環境）の異常の程度は、上記の異常判定の継続時間や異常判定の回数の他に、通信周期の基準値に対する誤差などから判断することもでき、異常の程度を判断する方法を限定するものではない。

図７のフローチャートは、前記エンジン制御ユニット１１４が、ネットワーク（通信環境）異常の程度に応じてフェイルセーフ制御の内容を切り換える実施形態を示す。
図７のフローチャートにおいて、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、前記ステップＳ１０１〜１０５と同様な処理が行われる。
ステップＳ３０５で、ネットワーク（通信環境）に異常が発生していると判断すると、ステップＳ３０６へ進み、ネットワーク（通信環境）の異常発生が判断されている継続時間（又はネットワーク（通信環境）の異常発生が連続して判断された回数）が所定値を超えたか否かを判断する。

そして、継続時間（又は回数）が所定値以下であれば、ネットワーク（通信環境）の異常は比較的軽微であるものと判断し、ステップＳ３０７へ進む。
ステップＳ３０７では、前記ＶＥＬ機構１１２がフェイルセーフ用の目標リフト量（中間リフト量）に基づいて制御されているものとして、スロットル開度を要求の吸入空気量に応じて制御する。

一方、継続時間（又は回数）が所定値を越えていれば、ネットワーク（通信環境）の異常は比較的重度であるものと判断し、ステップＳ３０８へ進む。
ステップＳ３０８では、前記ＶＥＬ機構１１２のモータ１７を強制的にオフにして、ＶＥＬ機構１１２が初期位置（最小リフト位置）に戻るようにすると共に、ＶＥＬ機構１１２が初期位置（最小リフト位置）に戻っているものと見なして、スロットル開度を要求の吸入空気量に応じて制御する。

上記のように、ネットワーク（通信環境）の異常の程度を軽微であるか重度であるかに区別し、フェイルセーフ制御を切り換えるようにすれば、より確実に安全を確保しつつ、異常が軽微なときには通常状態に近い制御性を維持させることができる。
尚、上記実施形態では、エンジン制御ユニット１１４と前記ＶＥＬ制御ユニット１４１とが相互に通信可能に構成された自動車用電子制御装置を例としたが、この他、エンジン制御ユニット１１４と、燃料ポンプを制御するユニットや自動変速機を制御するユニットなどとの組み合わせにおいても、同様な通信異常の判定やフェイルセーフ制御を適用することが可能である。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）請求項３記載の自動車用電子制御装置において、
前記ネットワークの異常の程度を、ネットワーク異常の発生が判定されている継続時間、及び／又は、ネットワーク異常の発生が判定された連続回数に基づいて判断することを特徴とする自動車用電子制御装置。

かかる構成によると、ネットワーク異常判定の継続時間や連続回数が少ないときには、ノイズの重畳などの軽微な（一時的な）異常と判断し、ネットワーク異常判定の継続時間や連続回数が大きくなった場合には、通信ラインの断線や通信機器の故障などの重度の異常と判断する。
従って、ネットワーク異常の程度を、簡便かつ的確に判断することができる。

実施形態における車両エンジンのシステム図。実施形態におけるＶＥＬ機構の詳細を示す斜視図。実施形態におけるＶＥＬ機構の詳細を示す側面図。実施形態における制御ユニット間における通信異常診断及びフェイルセーフ制御を示すブロック図。図４に示した通信異常診断及びフェイルセーフ制御の流れを示すフローチャート。異常の程度に応じてフェイルセーフを切り換える実施形態を示すフローチャート。異常の程度に応じてフェイルセーフを切り換える実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

３…吸気バルブ駆動軸、１３…制御軸、１７…モータ、１０１…エンジン、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１４…エンジ制御ユニット、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３３…角度センサ、１４１…ＶＥＬ制御ユニット

Claims

ネットワークに接続される複数の制御ユニットを備え、前記複数の制御ユニットの間で相互に通信可能に構成された自動車用電子制御装置であって、
前記相互通信を行う制御ユニットそれぞれが、
通信相手が出力したデータを受信し、当該受信データに基づき通信状態の異常の有無を診断する受信チェック部と、
前記受信チェック部の診断結果を、前記通信相手に送信する送信部と、
自身の前記受信チェック部での診断結果と、前記通信相手の前記受信チェック部での診断結果との少なくとも一方が異常であるときに、前記ネットワークに異常が発生していると判断し、フェイルセーフ制御を実行するネットワーク診断部と、
を備えることを特徴とする自動車用電子制御装置。
前記複数の制御ユニットとして、自動車に搭載されるエンジンの電子制御スロットルを制御する第１制御ユニットと、前記エンジンの吸気バルブの開特性を可変とする可変動弁機構を制御する第２制御ユニットとを含み、
前記第２制御ユニットの前記ネットワーク診断部が、前記ネットワークに異常が発生していると判断したときに、前記吸気バルブの開特性が予め設定されたフェイルセーフ用の開特性になるように前記可変動弁機構を制御し、
前記第１制御ユニットの前記ネットワーク診断部が、前記ネットワークに異常が発生していると判断したときに、前記吸気バルブの開特性が前記フェイルセーフ用の開特性になっているものと見なして、前記電子制御スロットルを制御することを特徴とする請求項１記載の自動車用電子制御装置。
前記複数の制御ユニットとして、自動車に搭載されるエンジンの電子制御スロットルを制御する第１制御ユニットと、前記エンジンの吸気バルブの開特性を可変とする可変動弁機構を制御する第２制御ユニットとを含み、
前記第２制御ユニットの前記ネットワーク診断部が、前記ネットワークに軽微な異常が発生していると判断したときに、前記吸気バルブの開特性が予め設定されたフェイルセーフ用の開特性になるように前記可変動弁機構を制御し、前記ネットワークに重度の異常が発生していると判断したときに、前記可変動弁機構をオフ状態に制御し、
前記第１制御ユニットの前記ネットワーク診断部が、前記ネットワークに軽微な異常が発生していると判断したときに、前記吸気バルブの開特性が前記フェイルセーフ用の開特性になっているものと見なして、前記電子制御スロットルを制御し、前記ネットワークに重度の異常が発生していると判断したときに、前記可変動弁機構がオフ状態になっているものと見なして、前記電子制御スロットルを制御することを特徴とする請求項１記載の自動車用電子制御装置。