JP5719040B1 - 建設機械用コントローラ - Google Patents

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Abstract

建設機械用組込ＯＳ１２で動作するメイン基板１０と、メイン基板１０にＵＳＢインターフェースのコネクタＣ１２，Ｃ２１を介して接続され、汎用ＰＣＯＳ２２で動作するＰＣ基板２０と、を備え、ＰＣ基板の動作状態を監視する監視部１３を有し、メイン基板１０は、監視部１３がＰＣ基板２０の動作状態が異常であると判断した場合、ＰＣ基板２０を再起動あるいは停止させるようにしている。これにより、建設機械用組込ＯＳ１２と汎用ＰＣＯＳ２２とを用いたコントローラ１において汎用ＰＣＯＳ２２側で発生した異常処理の対応を行うことができる。

Description

この発明は、建設機械用組込ＯＳ（オペレーティングシステム）とＰＣ用ＯＳ（オペレーティングシステム）とを用いたコントローラにおいてＰＣ用ＯＳ側で発生した異常処理の対応を行うことができる建設機械用コントローラに関する。
近年、鉱山機械を含む建設機械の電子化、情報化が進んでいる。建設機械に搭載されたエンジンを状況に応じたエンジン出力で駆動できるように、コントローラを使った電子制御が行われている。また、建設機械の稼働状態を各種センサによって検知し、検知した情報から稼働状態を示す情報を生成し、さらにこの情報の無線通信処理を実行するためのコントローラが用いられている。このような電子制御、情報処理、無線通信処理の高度化、高機能多機能化に伴い、高性能なコントローラが建設機械に搭載されることが求められている。このコントローラの高性能化は、コントローラの演算処理性能を決める数値演算プロセッサなどの電子部品の高性能化によって達成することができる。
特開２０１０−５３６０６号公報
ところで、建設機械に搭載されるコントローラには、従来の建設機械になかった機能が求められている。例えば、ダンプトラックなどで、複数カメラを用いて周辺の障害物の存在を監視する機能が求められることがある。そのような周辺監視システムをダンプトラックに設ける場合、コントローラは、本来の建設機械の制御処理の他に、複数カメラが取得した画像に対する画像処理を行う必要がある。しかし、この画像処理は処理負荷が大きく、高性能な数値演算プロセッサを用いたコントローラであっても、本来の建設機械の制御処理のリアルタイム性を確保できない場合が生じる。
一方、建設機械のコントローラは、建設機械特有の建設機械用組込ＯＳ（オペレーティングシステム）を有する。この建設機械用組込ＯＳは、例えばダンプトラックに備えられたベッセルの起伏の制御等に必要な機能をもつＯＳであり、ＯＳ自体も建設機械の開発者が構築するものである。そして、この建設機械用組込ＯＳは、処理時間が一定の範囲内にあることを保証する高いリアルタイム性や、少ないメモリで動作するコンパクト性を実現するとともに、長年の蓄積によって高い信頼性と安定性とを有する。このような特殊な建設機械用組込ＯＳが用いられるコントローラに周辺監視システムなどの機能追加が求められた場合に、機能追加に対する技術的な対応が困難な場合が多く、多大な開発時間がかかってしまうという問題があった。
ここで、汎用のＰＣ用ＯＳは、不要な機能を含めた豊富な機能をもつＯＳである。そして、ＯＳ自体は、既存のＯＳを用いている。このため、画像処理などのアプリケーションに対する開発は、人的資源を含めて技術的な対応が容易である。したがって、リアルタイム性が求められ処理負荷が小さい機能に対しては建設機械用組込ＯＳを用い、リアルタイム性が求められず処理負荷が大きい機能、例えば画像処理機能や大量のデータ解析処理機能といった機能に対してはＰＣ用ＯＳを用いるという機能分担を行うことによって、上述した機能追加を容易に行うことができる。
しかしながら、ＰＣ用ＯＳは、建設機械用組込ＯＳに比べて機能が多いＯＳであるため、アプリケーション実行時にフリーズ等のシステム異常が発生しやすい。このシステム異常やＰＣ用ＯＳ側の電源異常などの異常状態をそのままにしておくことは好ましくない。
なお、特許文献１には、特殊仕様の作業機械の開発効率をも向上する制御システムを有する作業機械が記載されている。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、建設機械用組込ＯＳとＰＣ用ＯＳとを用いたコントローラにおいてＰＣ用ＯＳ側で発生した異常処理の対応を行うことができる建設機械用コントローラを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる建設機械用コントローラは、建設機械用組込オペレーティングシステムで動作する第１基板と、前記第１基板に汎用インターフェースを介して接続され、汎用ＰＣオペレーティングシステムで動作する第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第２基板の動作状態を監視する監視部を有し、前記第１基板は、前記監視部が前記第２基板の動作状態が異常であると判断した場合、前記第２基板を再起動あるいは停止させることを特徴とする。
また、この発明にかかる建設機械用コントローラは、上記の発明において、前記第１基板は、前記第２基板に電源供給する電源スイッチを備え、前記第１基板は、前記再起動時に前記電源スイッチをオフにした後、前記電源スイッチを再投入することを特徴とする。
また、この発明にかかる建設機械用コントローラは、上記の発明において、前記第１基板は、前記再起動中あるいは前記再起動失敗時に、表示装置にその状態を示す所定の表示を行うための信号を出力することを特徴とする。
また、この発明にかかる建設機械用コントローラは、上記の発明において、前記第１基板は、前記再起動が試みられたにもかかわらず再起動失敗が発生した場合、前記再起動を再度実行し、前記再起動が予め定めた回数行われても前記再起動失敗が発生した際、前記第２基板を停止させることを特徴とする。
また、この発明にかかる建設機械用コントローラは、上記の発明において、前記第１基板及び前記第２基板は、同一筐体内に収容されることを特徴とする。
また、この発明にかかる建設機械用コントローラは、建設機械用組込オペレーティングシステムで動作する第１基板と、前記第１基板に汎用インターフェースを介して接続され、汎用ＰＣオペレーティングシステムで動作する第２基板と、を備え、前記第１基板及び前記第２基板は、同一筐体内に収容され、前記第１基板は、前記第２基板の動作状態を監視する監視部を有し、前記第１基板は、前記監視部が前記第２基板の動作状態が異常であると判断した場合、前記第２基板を再起動あるいは停止させ、前記第１基板は、前記第２基板に電源供給する電源スイッチを備え、前記第１基板は、前記再起動時に前記電源スイッチをオフにした後、前記電源スイッチを再投入することを特徴とする。
この発明によれば、建設機械用組込オペレーティングシステムで動作する第１基板と、前記第１基板に汎用インターフェースを介して接続され、汎用ＰＣオペレーティングシステムで動作する第２基板と、を備え、前記第２基板の動作状態を監視する監視部を有し、前記第１基板は、前記監視部が前記第２基板の動作状態が異常であると判断した場合、前記第２基板を再起動あるいは停止させるようにしているので、建設機械用組込ＯＳと汎用ＰＣ−ＯＳとを用いたコントローラにおいて汎用ＰＣ−ＯＳ側で発生した異常処理の対応を行うことができる。
図１は、建設機械の一つであるダンプトラックに搭載される制御系を示すブロック図である。 図２は、ダンプトラックの車両前側部分を示す側面図である。 図３は、コントローラの平面図である。 図４は、コントローラの分解側面図である。 図５は、コントローラの立上げ時処理手順を示すフローチャートである。 図６は、コントローラの異常監視処理手順を示すフローチャートである。 図７は、コントローラの変形例の接続構成を示すブロック図である。 図８は、コントローラの変形例の接続構成を示すブロック図である。 図９は、コントローラの変形例の接続構成を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。この実施の形態では、建設機械の一つであるダンプトラックに搭載される建設機械用コントローラについて説明する。
［制御系の全体構成］
図１は、建設機械の一つであるダンプトラックに搭載される制御系を示すブロック図である。図１に示すように、建設機械用コントローラであるコントローラ１は、車内ネットワークの一つであるＣＡＮに接続される。なお、図１に示すワイヤーハーネスＮは、ＣＡＮおよび通信線、信号線、電源線を含んだ概念として示している。したがって、本実施の形態におけるワイヤーハーネスＮには、通信コントローラ２、車体コントローラ３、モニタコントローラ４、レーダ群５、センサ群６、電源７、キースイッチＳＷが接続される。
通信コントローラ２は、送受信機２ａを介してアンテナ２ｂに接続され、外部の通信装置と情報の授受を行う。この情報の中には、例えば、ダンプトラックの位置情報や稼動情報といった後述する建設機械情報を含んだ情報などが含まれる。位置情報は、後述するＧＰＳ（Global Positioning System）モジュール１６により検知されたダンプトラックの位置を示す情報である。
車体コントローラ３は、図示しない燃料噴射装置がエンジンへ噴射する燃料を調整し、エンジンの出力を制御する。モニタコントローラ４には、モニタ４ａが接続される。モニタコントローラ４は、センサ群６から送信された情報やモニタ４ａを介して入力された情報といった各種情報の入出力制御を行い、モニタ４ａに各種情報を表示する。モニタ４ａは液晶パネル等で構成され、モニタ４ａには、例えば、走行速度、燃料の残量、機器の異常などを示す警告情報などを表示することができる。
レーダ群５は、ダンプトラックの周囲に存在する障害物とダンプトラックとの相対的な位置（相対位置）を検出する。例えば、レーダは、８つ設けられ、ダンプトラックの外周部分に取り付けられる。また、レーダは、例えば方位８０度（左右４０度）、検出距離が最大１５ｍ以上のＵＷＢ（Ultra Wide Band）レーダ（超広域帯レーダ）が用いられる。
センサ群６は、各種センサであり、例えば、エンジン回転数、ラジエータの水温、エンジンオイルの油温などを検出するセンサである。
電源７は、例えば、直流２４Ｖの蓄電池である。キースイッチＳＷは、図示しないキーの操作によってキーオン状態となって、電源７からコントローラ１などの電子機器や図示しない前照灯などへの電力供給を許容する。さらに、キーがエンジン始動の位置まで操作されれば、図示しないセルモータが起動しエンジンが始動する。
なお、コントローラ１には、カメラ群８、周辺監視モニタ９、及びＧＰＳアンテナ１７が接続される。カメラ群８は、レーダ群５と同様に、ダンプトラックの外周部分に取り付けられる。例えば、カメラは、８つ設けられ、左右方向において１２０度（左右６０度ずつ）、高さ方向において９６度の視野範囲を有する。カメラとしてＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラを用いることができる。
周辺監視モニタ９は、レーダ群５による障害物の検出結果と、カメラ群８の撮像画像をもとにコントローラ１が処理した俯瞰画像とを表示するとともに、レーダ群５によって障害物を検出した場合、音を発生したり注意を促すことを表現したマークなどを周辺監視モニタ９に表示して警報出力する。
［コントローラの詳細構成］
コントローラ１は、第１基板であるメイン基板１０と、第２基板であるＰＣ基板２０と、第３基板である拡張機能処理基板３０とを有する。図１に示す太線が、メイン基板１０、ＰＣ基板２０、拡張機能処理基板３０の外形を示している。メイン基板１０は、メイン制御部１１を有する。メイン制御部１１は、建設機械用組込ＯＳ１２と、監視部１３と、記憶部１４とを有する。建設機械用組込ＯＳ１２は、建設機械特有のものであり、建設機械がダンプトラックであるならば、ダンプトラック４１に備えられたベッセル４５（図２参照）の起伏の制御等に必要な機能をもつ組込ＯＳである。コントローラ１を油圧ショベルに適用するならば、建設機械用組込ＯＳ１２は、作業機の動作制御等に必要な機能をもつ組込ＯＳである。また、このＯＳ自体も開発者が構築するものである。そして、この建設機械用組込ＯＳ１２は、処理時間が一定の範囲内にあることを保証する高いリアルタイム性を実現するとともに、少ないメモリで動作するコンパクト性を実現している。
一方、ＰＣ（パーソナルコンピュータ（Personal Computer））基板２０は、ＰＣ制御部２１を有する。ＰＣ制御部２１は、汎用ＰＣ−ＯＳ２２、監視部２３、記憶部２４、周辺監視部２６を有する。汎用ＰＣ−ＯＳは、建設機械にとって不要な機能を含めた豊富な機能をもつ汎用ＯＳである。その不要な機能とは、例えば電子メールの送受信に関連する機能がある。ＯＳ自体は、既存のＯＳを用いる。具体的なＯＳは、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）である。このため、このＯＳを活用できる開発者は多く、人的資源が豊富である。また、利用できる既存のアプリケーションも豊富である。また、ＰＣ制御部２１は、リアルタイム性が求められず、処理負荷の大きな機能追加がある場合に、アプリケーションを追加するのみで実現できる。周辺監視部２６は、画像処理アプリケーションの一つである。なお、ＰＣ制御部２１で実行するために追加されるアプリケーションは、処理負荷が小さな機能であってもよい。
汎用ＰＣ−ＯＳ２２は、上述のように豊富な機能を実行可能で汎用性を持たせたソフトウェア設計となっているため、備えている全ての機能を起動させる必要があり、起動に時間がかかる。メイン基板１０の建設機械用組込ＯＳ１２は、上述のように必要な機能に限定したソフトウェア設計となっているため、起動時においては、短時間に起動が完了する。つまり、メイン基板１０に比べてＰＣ基板２０は遅れて起動することになる。
拡張機能処理基板３０は、画像処理部３１を有する。拡張機能処理基板３０は、周辺監視部２６による処理から分岐した画像処理を行うものであり、周辺監視部２６で行われる画像処理の補助を担う専用基板である。画像処理部３１は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）及びメモリ（例えばＶＲＡＭ：Video Random Access Memory）等によって実現される。すなわち、拡張機能処理基板３０は、カメラ群８が撮像する撮像画像の座標変換や重畳処理などを行った画像データをＰＣ基板２０側に送信する。
［コントローラの接続構成］
ここで、メイン基板１０は、ワイヤーハーネスＮを接続するコネクタＣ１１、ＰＣ基板２０を接続するＵＳＢインターフェースのコネクタＣ１２、拡張機能処理基板３０を接続するコネクタＣ１３、ＧＰＳアンテナ１７とＧＰＳモジュール１６とを接続するコネクタＣ１４を有する。メイン基板１０とＰＣ基板２０との間は、汎用のＵＳＢインターフェースで接続されているため、新規のＰＣ基板への交換が容易になる。また、メイン基板１０は、ＵＳＢインターフェースを有するため、外部の汎用ＰＣ等との接続が容易になり、メイン基板１０の開発が容易となる。
また、ＰＣ基板２０は、メイン基板１０を接続するＵＳＢインターフェースのコネクタＣ２１、外部と接続するＵＳＢインターフェースのコネクタＣ２２、外部のＬＡＮケーブルを接続するコネクタＣ２３、周辺監視モニタ９との間のモニタケーブルを接続するコネクタＣ２４を有する。さらに、ＰＣ基板２０は、拡張機能処理基板３０を接続するために、各種情報を高速転送可能なＰＣＩ（Peripheral Components Interconnect）エクスプレス規格のコネクタＣ２５を有する。このＰＣ基板２０には、ＵＳＢ対応の機器やＬＡＮケーブルの接続が可能なため、外部からＰＣ基板２０へのアクセスが容易になって、デバッグ処理や開発が容易になるとともに、ＰＣ基板２０内の記憶部２４に記憶された多量のデータのダウンロードが容易になる。また、ＰＣ基板２０は、ＵＳＢ対応の機器やＬＡＮケーブルの接続が可能であるため汎用的であり、記憶部２４に記憶された多量のデータをダウンロードするための専用ツールを必要としない。
なお、コネクタＣ２２には、無線ＬＡＮアダプタ１８が接続される。この無線ＬＡＮアダプタ１８を介して、ＰＣ基板２０内の記憶部２４に記憶された多量のデータを外部にダウンロードすることもできる。
また、拡張機能処理基板３０は、メイン基板１０を接続するコネクタＣ３１、ＰＣ基板２０を接続するＰＣＩエクスプレス規格のコネクタＣ３３、カメラ群８との間を接続するコネクタＣ３２を有する。ＰＣ基板２０と拡張機能処理基板３０とは、ＰＣＩエクスプレス規格のフラットケーブルを用いて接続が可能となり、各種情報を高速転送処理することが可能となる。このため、拡張機能処理基板３０は、周辺監視部２６のアクセラレータとして十分機能する。
［コントローラの電源接続構成］
メイン基板１０には、コネクタＣ１１を介して電源７から直流２４Ｖの電源線が入力される。この電源線は、電源スイッチＳＷ１を介して内部電源回路１５に接続される。電源スイッチＳＷ１は、メイン基板１０に搭載されている。なお、電源スイッチＳＷ１は、ＭＯＳ（metal-oxide-semiconductor）トランジスタを用いることができる。他の電源スイッチＳＷ２やＳＷ３も同様にＭＯＳトランジスタを用いることができる。つまり、電源スイッチとしてディスクリート部品を用いることができる。内部電源回路１５は、例えば、直流５Ｖ、直流３．３Ｖ、直流１．２Ｖといった異なる電圧に電圧変換してそれぞれの内部電源を生成する。これらの内部電源は、メイン基板１０内のメイン制御部１１などで利用されるものである。この内部電源回路１５による電源供給状態は、監視部１３によって監視される。
また、コネクタＣ１１を介した直流２４Ｖの電源線は、電源スイッチＳＷ２、コネクタＣ１２，Ｃ２１を介してＰＣ基板２０側にそのまま接続される。電源スイッチＳＷ２は、メイン基板１０に搭載されている。そして、ＰＣ基板２０に入力された電源線は、内部電源回路２５に接続される。内部電源回路２５は、例えば直流５Ｖなどに電圧変換して内部電源を生成する。この内部電源は、ＰＣ基板２０内のＰＣ制御部２１などで利用されるものである。なお、内部電源回路２５の電源供給状態は、監視部２３によって監視される。
さらに、コネクタＣ１１を介した直流２４Ｖの電源線は、電源スイッチＳＷ３、コネクタＣ１３，Ｃ３１を介して拡張機能処理基板３０に接続される。電源スイッチＳＷ３は、メイン基板１０に搭載されている。そして、拡張機能処理基板３０に入力された電源線は、内部電源回路３５に接続される。内部電源回路３５は、例えば直流５Ｖなどに電圧変換して内部電源を生成する。この内部電源は、拡張機能処理基板３０内の画像処理部３１などで利用されるものである。なお、内部電源回路３５の電源供給状態は、監視部３３によって監視される。
メイン基板１０、ＰＣ基板２０、拡張機能処理基板３０の各々の電源回路間は、電圧変換する前の２４Ｖ電源で接続されており、メイン基板１０、ＰＣ基板２０、拡張機能処理基板３０のそれぞれに、電源７から供給された電源電圧を所望の電圧に変換する内部電源回路１５，２５，３５を備えているため、新たなＰＣ基板２０や拡張機能処理基板３０に変更する場合に、新たな電源インターフェースや電圧変換回路を設ける必要がない。例えば、メイン基板１０にのみ内部電源回路を設け、ＰＣ基板２０や拡張機能処理基板３０の電源回路の機能をそのメイン基板１０の内部電源回路に集約させたとする。この場合、ＰＣ基板２０の更新に伴いＰＣ基板２０を入れ替える場合、ＰＣ基板２０の使用電圧の変更が生じたならば、メイン基板１０の内部電源回路を、その使用電圧に対応した内部電源回路に変更しなければならなくなり、新たな基板開発や動作確認などが必要となる。よって、本実施の形態のように各基板毎にそれぞれ内部電源回路１５，２５，３５を備えれば、将来の仕様変更に容易に対応できる。
［周辺監視処理］
このダンプトラックでは、ダンプトラックの外周部分に配置されたレーダ群５が検出した障害物に関する情報は、ワイヤーハーネスＮからメイン基板１０に送信され、図示しないメイン基板１０内の信号線を介してコネクタＣ１２，２１を経由してＰＣ基板２０周辺監視部２６に送られる。ここで障害物に関する情報とは、ダンプトラックと障害物との距離を示す情報や障害物の位置を示す情報であり、ダンプトラックと障害物との相対位置に関する情報である。一方、ダンプトラックの外周部分に配置されたカメラ群８が撮像した撮像画像は、拡張機能処理基板３０に送られる。画像処理部３１は、ダンプトラックの全周囲を監視することができる俯瞰画像を生成する。例えば、この俯瞰画像は、まず、各撮像画像を、ダンプトラック上方に位置する所定の仮想視点から見た画像に変換する。具体的には、所定の仮想視点から地面に対応する所定の仮想投影面に投影する画像変換を行う。そして、各投影画像を撮像領域に対応して合成することによって、ダンプトラック周囲の俯瞰画像を生成する。その後、画像処理部３１は、この俯瞰画像をコネクタＣ３３、Ｃ２５を経由して周辺監視部２６に順次送出する。周辺監視部２６は、画像処理部３１に対してレーダ群５による障害物の検知結果（例えば障害物の位置を示すマーク）を重畳した俯瞰画像を生成するよう指令を出し、その生成された画像データを周辺監視モニタ９に表示出力する。また、周辺監視部２６は、レーダ群５による検知結果から、障害物があると判断した場合、周辺監視モニタ９から音を発生させたり、注意を促すことを表現したマークを俯瞰画像に表示するなどして警報を出力する。また、周辺監視部２６は、レーダ群５による障害物の検知結果から、障害物があると判断された位置を示す情報を含んだ俯瞰画像を周辺監視モニタ９に表示させ、障害物の存在とその位置をダンプトラックのオペレータが視認できるようにしている。
この実施の形態では、上記のような周辺監視処理という処理負荷の大きな機能を追加する場合であるが、汎用ＰＣ−ＯＳ２２を有するＰＣ基板２０及びＦＰＧＡによる高速画像処理が可能な拡張機能処理基板３０を用いることによって、メイン基板１０が実行する処理、すなわちリアルタイム性が要求される処理に影響を与えない。リアルタイム性が要求される処理とは、例えばダンプトラックを稼働させるためにキースイッチＳＷをキーオンした直後に発生するような異常をセンサ群６が捉え、その異常を警報としてオペレータに報知する処理であったり、ダンプトラックが稼働中においてセンサ群６が捉えたエンジンの異常等を警報として速やかにオペレータに報知する処理などである。つまり、メイン基板１０に処理負荷の大きな処理を負担させることなく、メイン基板１０は、処理負荷の小さな処理に対しリアルタイム性を確保して実行する。メイン基板１０とＰＣ基板２０あるいは拡張機能処理基板３０に対して、処理負荷の大きさに応じた役割を分担している。
［コントローラの配置位置］
図２は、ダンプトラックの車両前側部分を示す側面図である。ダンプトラック４１の車両前側には、前輪４２の上方に対応した位置にオペレータが乗り込むキャブ４３が設けられている。キャブ４３内には、点線で示したオペレータシート４４のほか、ダンプトラック４１の走行操作や砕石等を積載するためのベッセル４５の起伏操作を行うための図示しない装置類及び機器類が設置されている。さらに、点線で示すように、キャブ４３内部の前部上方に位置して周辺監視モニタ９が設置されている。周辺監視モニタ９は、オペレータの視認性を確保できれば、キャブ４３内部の他の場所に設置してもよい。また、キャブ４３内部の後部下方に位置して金属製の取付盤４７が設けられ、この取付盤４７にはコントローラ１が取り付けられている。
周辺監視モニタ９とコントローラ１とは、モニタケーブル９Ａで接続されている。コントローラ１には、画像信号ケーブル８Ａの一端が接続されている。画像信号ケーブル８Ａの他端は、カメラ群８に接続されている。なお、モニタケーブル９Ａと画像信号ケーブル８Ａは、ハーネス４８として一体に構成されている。
［コントローラの収容ケース］
図３は、コントローラ１の平面図であり、メイン基板１０、ＰＣ基板２０、拡張機能処理基板３０などが、コントローラ１の筐体となるケース（上部ケース５１、下部カバー５２）に収容された状態を示している。また、図４は、コントローラ１の分解側面図であり、図３に示したＸの方向からみた状態を示している。つまり、図４は、コントローラ１の筐体を構成するケース（上部ケース５１、下部カバー５２）の内部に、メイン基板１０等が収容された状態を示す。図３及び図４に示すように、コントローラ１を構成しているメイン基板１０、ＰＣ基板２０等は、上部ケース５１と下部カバー５２とによって形成される内部空間内に一体収容される。すなわち、メイン基板１０とＰＣ基板２０とは同一筐体内に収容されている。本実施の形態の場合は、拡張機能処理基板３０も同一筐体内に収容されている。
上部ケース５１と下部カバー５２とは、熱伝導率の良いアルミニウムで形成されている。また、上部ケース５１と下部カバー５２とには、それぞれ放熱フィンが設けられている。
コントローラ１は、メイン基板１０の上部にＰＣ基板２０が設けられ、メイン基板の下部に拡張機能処理基板３０が設けられる。メイン基板１０のコネクタＣ１２とＰＣ基板のコネクタＣ２１は、直接コネクタ接続される。メイン基板１０の２つのコネクタＣ１１、ＰＣ基板２０の２つのコネクタＣ２３、コネクタＣ２２、コネクタＣ１４、コネクタＣ２４、拡張機能処理基板３０のコネクタＣ３２は、直接、上部ケース５１表面に露出する。なお、コネクタＣ３２は、ケーブルを介して拡張機能処理基板３０に接続される。また、ＰＣ基板２０のコネクタＣ２５と拡張機能処理基板３０のコネクタＣ３３は、上述のようにフラットケーブルを介して接続される。メイン基板１０のコネクタＣ１３と拡張機能処理基板３０のコネクタＣ３１は、ケーブルで接続される。なお、ＰＣ基板２０、メイン基板１０、及び拡張機能処理基板３０の間には、図示しないスペーサが配置されて固定される。
［コントローラの立上げ時処理］
次に、図５を参照して、コントローラ１の立上げ時処理手順について説明する。まず、メイン基板１０は、オペレータによりキースイッチＳＷが操作されキーオンがされたか否かを判断する（ステップＳ１０１）。キーオンされると電気信号が信号線を介してキースイッチＳＷからメイン基板１０に送信され、その電気信号を受けたメイン基板１０は、キーオンがされたことを認識する。キーオンされた場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）には、メイン基板１０はスイッチＳＷ１をオンにして、メイン基板１０に電源７から電源が供給されメイン基板１０は起動する（ステップＳ１０２）。なお、メイン基板１０、ＰＣ基板２０には、それぞれ図示しないバックアップ電源が接続されている。
その後、メイン基板１０の起動が完了したか否かを判断する（ステップＳ１０３）。メイン基板１０の起動が完了したか否かは、メイン基板１０のスイッチＳＷ２とＳＷ３が順次オンしたかどうかで判断される。メイン基板１０は、スイッチＳＷ１をオンにした後、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３を順次オンさせる。これらのスイッチがオンされなければ、メイン基板１０の起動は完了していないとの判断（ステップＳ１０３、Ｎｏ）となり、これらのスイッチが順次オンされたことをもって、メイン基板１０の起動が完了したという判断（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）となる。メイン基板１０の起動が完了したと判断された（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）後、上記のようにメイン基板１０はスイッチＳＷ２をオンにしてＰＣ基板２０に電源を投入しＰＣ基板２０を起動させながら、ワイヤーハーネスＮ等を介して入力される各種情報を取得し、この取得した情報を記憶部１４に一時記憶させる（ステップＳ１０４）。この情報とは、建設機械情報であり、図１に示すように、センサ群６やＧＰＳモジュール１６といった状態取得部によって得られる情報であり、コントローラ１にワイヤーハーネスＮを介して接続されたセンサ群６などが検知し送信する情報や通信コントローラ２から送信される位置情報などである。なお、車体コントローラ３等が状態取得部として機能し、車体コントローラ３等が検出した故障情報をワイヤーハーネスＮを介してコントローラ１へ送信し、その故障情報を建設機械情報として記憶部１４に記憶させるようにしてもよい。
建設機械情報は、メイン基板１０の記憶部１４に記憶され、例えば１００ｍｓｅｃ毎の時間間隔で建設機械情報のデータ群に対してタイムスタンプを付与する。メイン基板１０は、タイムスタンプを付与するＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ ｉｎ Ｆｉｒｓｔ ｏｕｔ）機能を備えている。タイムスタンプは、メイン基板１０の図示しない時計ＩＣにより取得可能な時刻である。したがって、ＰＣ基板２０が起動完了するまでの間（例えば数十秒間）に複数のデータ群が生成されることになる。上記のように複数のデータ群の各々にタイムスタンプが付与され記憶部１４に記憶される。複数のデータ群は、ＰＣ基板２０の起動が完了した後、コネクタＣ１２，２１を介して、ＰＣ基板２０の記憶部２４に転送される。なお、ＦＩＦＯ機能は、先に保存されたデータ群から順に記憶部１４から取り出されるものであるが、ＰＣ基板２０が起動完了されるまではデータ群は取り出されない。記憶部２４に記憶されたタイムスタンプ付きのデータ群、すなわち建設機械情報は、コネクタＣ２２を介して外部にダウンロードすることができる。建設機械情報には、タイムスタンプが含まれているため、例えば、どのようなエラーがいつ発生したのかといったことがわかり、不具合原因の特定などが可能となる。
ＰＣ基板２０側では、上述のように電源投入されてＰＣ基板ＯＳ（汎用ＰＣ−ＯＳ２２）が起動する（ステップＳ２０１）。その後、ＰＣ基板ＯＳの起動が完了したか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ＰＣ基板ＯＳの起動が完了した場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、メイン基板１０とＰＣ基板２０との間で、ＵＳＢインターフェースを介した基板間通信を確立する（ステップＳ１０５）。
基板間通信が確立されると、その後、ＰＣ基板２０側では、アプリケーションを起動する（ステップＳ２０３）。ここでは、画像処理アプリケーションである周辺監視部２６を起動する。その後、ＰＣ基板２０側では、アプリケーションの起動が完了したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。アプリケーションの起動が完了した場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）には、メイン基板１０側で一時記憶した建設機械情報等の情報をＰＣ基板２０側に転送する（ステップＳ１０６）。その後は、メイン基板１０及びＰＣ基板２０は、それぞれ固有の処理を行う。なお、初期起動時に限らず、再起動時も上記に述べたステップＳ１０２〜Ｓ１０６と同様な処理を行う。
この実施の形態では、上述のように、先に起動したメイン基板１０側が、ＰＣ基板２０が起動完了するまでの間に取得可能な、建設機械情報といった情報を一時記憶し、ＰＣ基板２０が起動完了した後に一時記憶した情報をＰＣ基板２０側に転送するようにしている。この一時記憶される情報は、上記のようにワイヤーハーネスＮ等を介して取得される情報であって、例えばセンサ群６によって検出される情報などである。この結果、ＰＣ基板２０は、ＰＣ基板２０が起動完了するまでの間の情報を確実に得ることができるため、質の高い車両状態のトレンド解析等を行うことができる。例えば、キーオン直後にのみ発生するような異常状態を洩れなく捉えることができる。
［コントローラの異常監視処理］
次に、コントローラ１の異常監視処理について説明する。まず、監視部１３，２３，３３の処理について説明する。メイン基板１０の監視部１３は、電源監視として内部電源回路１５の電源電圧を監視し、電源異常が発生しているか否かを監視する。また、監視部１３は、システム監視として、メイン制御部１１の図示していないＣＰＵから出力されるハートビートパルス（ウォッチドッグパルスと呼ぶこともある）が正常に出力されているか否かを監視する。ハートビートパルスとは、ＣＰＵから一定周期で出力されるパルス信号であって、その一定周期でパルス信号が出力されていればＣＰＵは正常に動作していることを示す。そして監視部１３は、電源異常が発生し、あるいはハートビートパルスが正常でない場合、電源スイッチＳＷ１を除く，ＳＷ２，ＳＷ３の２つの電源スイッチを一旦オフにし、ＰＣ基板２０と拡張機能処理基板３０への電源の供給を絶ち、その後、電源スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンにして再起動（リセット）処理を行う。
ＰＣ基板２０の監視部２３は、内部電源回路２５の電源電圧を監視し、電源異常が発生しているか否かを監視する。なお、ＰＣ制御部２１は、メイン基板１０側にハートビートパルスを出力しており、監視部１３は、ハートビートパルスが正常に出力されているか否かを監視する。また、拡張機能処理基板３０の監視部３３は、内部電源回路３５の電源電圧を監視し、電源異常が発生しているか否かを監視し、電源異常が発生した場合には、異常を示す信号を監視部１３に出力する。すなわち、監視部３３は、監視部１３に異常の発生を通知する。監視部２３，３３が電源異常と判断して監視部１３に通知し、あるいは監視部１３が、ＰＣ制御部２１からハートビートパルスが正常に出力されていないと判断した場合、監視部１３は、電源スイッチＳＷ２，ＳＷ３を一旦オフにし、その後、電源スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンにして再起動（リセット）処理を行う。なお、本実施の形態では、拡張機能処理基板３０は、ハートビートパルスを出力する機能は持たないが、拡張機能処理基板３０にハートビートパルスを出力する機能を持たせ、拡張機能処理基板３０が正常に動作していることを監視するようにしてもよい。
拡張機能処理基板３０は、ＰＣ基板２０側に送る画像データに数値を埋め込むようにしており、画像更新ごとにその数値をカウントアップして埋め込んでいる。そして、監視部２３は、この送られてくる画像データ内の数値を監視し、数値の更新が停止すると、拡張機能処理基板３０側にシステム異常が発生したものと判断する。そして、監視部２３は、システム異常が発生した場合、ＰＣ制御部２１からメイン基板１０側に送られるハートビートパルスの出力を停止する。これにより、監視部１３は、システム異常が発生したものと判断し、監視部１３は、電源スイッチＳＷ２，ＳＷ３を一旦オフにし、その後、電源スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンにして再起動（リセット）処理を行う。
監視部１３は、電源スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンにする再起動が試みられたにもかかわらず再起動が失敗した場合、この再起動を再度実行し、この再起動が予め定めた回数行われても再起動の失敗が発生した場合、再起動を停止する。なお、監視部１３は、電源異常あるいはシステム異常が発生したと判断したならば、再起動処理を行わずに、ＳＷ２あるいはＳＷ３の少なくとも一方をオフにしてＰＣ基板２０あるいは拡張機能処理基板３０への電源供給を絶ち停止させるようにしてもよい。
なお、監視部１３は、電源異常やシステム異常が発生したことによる再起動中あるいは再起動失敗時に、表示装置である周辺監視モニタ９に対して、その異常状態を示す所定の表示を行うための信号を出力するようにしている。そして、周辺監視モニタ９は、この信号をもとに、例えば、画面全体を黒くして俯瞰画像などを表示しないようにしたり、ブザーで警告したり、その異常状態の旨を表示する。また、監視部１３は、電源異常やシステム異常が発生した場合、モニタコントローラ４を介して、モニタ４ａの液晶パネルへエラー表示をさせるなどして異常状態の旨を表示するようにしてもよい。なお、キャブ４３の内部であって、オペレータシート４４の前方の図示しないダッシュボードに、表示装置としての警報ランプを設けて、電源異常やシステム異常が発生した場合、その警報ランプを点灯あるいは点滅させ異常の発生をオペレータに知らせるようにしてもよい。また、この警報ランプを点灯あるいは点滅させることで、コントローラ１が再起動中であることあるいは再起動失敗したことをオペレータに知らせるようにしてもよい。警報ランプは、一つに限らず、複数個設けたり、さらに異なる色の警報ランプを備えるようにして、オペレータにコントローラ１の状態を視認性よく知らせるようにしてもよい。
次に、図６を参照して、コントローラ１の異常監視処理手順について説明する。まず、オペレータが、キースイッチＳＷをキーオンする（ステップＳ３０１）。すると、メイン基板１０の起動処理が行われる（ステップＳ３０２）。その後、監視部１３は、メイン基板１０の電源監視及びシステム監視の結果が正常であるか否かを判断する（ステップＳ３０３）。一方、メイン基板１０に対する、電源監視の結果あるいはシステム監視の結果の少なくともいずれか一方が異常である場合（ステップＳ３０３，Ｎｏ）には、ステップＳ３０２に移行して、メイン基板１０の起動処理を再び行う。
一方、正常である場合（ステップＳ３０３，Ｙｅｓ）には、その後、監視部１３は、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０の起動処理を行う（ステップＳ３０４）。その後、監視部１３は、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０の電源異常の有無（電源監視）及びシステム異常の有無（システム監視）の結果が正常であるか否かを判断する（ステップＳ３０５）。一方、電源監視の結果あるいはシステム監視の結果の少なくともいずれか一方が異常である場合（ステップＳ３０５，Ｎｏ）には、ステップＳ３０４に移行して、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０の再起動処理を行う。なお、監視部２３においてもＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０の電源異常の有無（電源監視）及びシステム異常の有無（システム監視）の結果が正常であるか否かを示す情報を監視部１３に送信する。
一方、ＰＣ基板１０及び拡張機能基板３０に対する、電源監視の結果及びシステム監視の結果のいずれも正常である場合（ステップＳ３０５，Ｙｅｓ）には、監視部１３は、コントローラ１は正常動作していると判定する（ステップＳ３０６）。その後、監視部１３は、メイン基板１０の電源監視及びシステム監視の結果が正常であるか否かを判断する（ステップＳ３０７）とともに、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０の電源監視及びシステム監視の結果が正常であるか否かを判断する（ステップＳ３０８）。メイン基板１０の電源監視の結果あるいはシステム監視の結果の少なくともいずれか一方が異常である場合（ステップＳ３０７，Ｎｏ）には、ステップＳ３０２に移行して、メイン基板１０の起動処理を行う。また、電源監視及びシステム監視の結果のいずれも正常である場合（ステップＳ３０７，Ｙｅｓ）にはステップＳ３０６に移行する。一方、ＰＣ基板２０の電源監視の結果あるいは拡張機能処理基板３０の電源監視の結果、ＰＣ基板２０のシステム監視の結果あるいは拡張機能処理基板３０のシステム監視の結果の少なくともいずれか一つが異常であると監視部１３が判断する場合（ステップＳ３０８，Ｎｏ）には、ステップＳ３０４に移行して、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０の再起動処理を行う。また、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０に対する、電源監視の結果及びシステム監視の結果がいずれも正常である場合（ステップＳ３０８，Ｙｅｓ）にはステップＳ３０６に移行する。
なお、上述した実施の形態では、拡張機能処理基板３０を設けるようにしていたが、これに限らず、拡張機能処理基板３０を削除した構成としてもよい。この場合、ＰＣ基板２０内にカメラ群８の撮像画像が入力され、周辺監視部２６が画像処理部３１と同一の処理を行うことになる。また、レーダ群５を設けず、周辺監視部２６が、カメラ群８が取得した撮像画像のみによって周辺監視処理を行うようにしてもよい。
また、図７に示すように、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０を１つの基板２０Ａとして構成してもよい。さらに、図８に示すように、メイン基板１０に、複数のＰＣ基板２０を接続するようにしてもよい。また、図９に示すように、ＰＣ基板２０に、新たなＰＣ基板２０を接続するようにしてもよい。
さらに、上述した実施の形態では、ＰＣ基板２０及び拡張機能処理基板３０が主として、画像処理を行うようにしていたが、これに限らず、たとえば、図示しないエンジンを冷却するための冷却水の水温などのデータを温度センサで取得しトレンドとして所定の記憶部に蓄積し、ＰＣ基板２０がこのトレンド解析を行い、エンジンの負荷状態を求めエンジンが故障に至るか否かを推測する等、他のアプリケーションに関する処理などを行うようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、建設機械の一例としてダンプトラックを挙げたが、これに限らず、油圧ショベルやホイールローダなどの他の建設機械であってもよい。例えば情報化施工を可能とする油圧ショベルなどの掘削機械に上述した実施の形態のコントローラ１を用いることができる。この場合、メイン基板１０が取得する２つのＧＰＳアンテナ１７の受信情報や油圧ショベルに備えた傾斜センサやジャイロセンサなどで検出した姿勢情報をＰＣ基板２０側に送って、油圧ショベルの位置および向き（車両位置情報）を演算する。一方、油圧ショベルの作業機に取り付けられたバケットの刃先の３次元位置情報を求めるために、作業機の伸縮位置情報（作業機に取り付けられた油圧シリンダのストローク量）をストロークセンサなどで構成されるセンサ群６から取得してＰＣ基板２０側に送る。そして、上記の車両位置情報、作業機の伸縮位置情報、それらの情報を用いて演算されたバケットの刃先の三次元位置情報をもとに、作業機の刃先を自動制御するようにしてもよい。このような情報化施工を可能とする油圧ショベルに、上述した実施の形態で示したコントローラ１を適用することで、リアルタイム性が求められる処理と並行して処理負荷が大きい処理も確実に実行することができる。また、油圧ショベルに処理負荷が大きな機能を新たに追加することも容易である。
１ コントローラ
２ 通信コントローラ
２ｂ アンテナ
２ａ 送受信機
３ 車体コントローラ
４ モニタコントローラ
４ａ モニタ
５ レーダ群
６ センサ群
７ 電源
８ カメラ群
８Ａ 画像信号ケーブル
９Ａ モニタケーブル
９ 周辺監視モニタ
１０ メイン基板
１１ メイン制御部
１２ 建設機械用組込ＯＳ
１３，２３，３３ 監視部
１４，２４ 記憶部
１５２５，３５ 内部電源回路
１６ ＧＰＳモジュール
１７ ＧＰＳアンテナ
１８ 無線ＬＡＮアダプタ
２０ ＰＣ基板
２１ ＰＣ制御部
２２ 汎用ＰＣＯＳ
２６ 周辺監視部
３０ 拡張機能処理基板
３１ 画像処理部
４１ ダンプトラック
４２ 前輪
４３ キャブ
４４ オペレータシート
４５ ベッセル
４７ 取付盤
４８ ハーネス
５１ 上部ケース
５２ 下部カバー
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１４，Ｃ２１〜Ｃ２５，Ｃ１３，Ｃ３１〜Ｃ３３ コネクタ
Ｎ ワイヤーハーネス
ＳＷ キースイッチ
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ 電源スイッチ

Claims (8)

  1. 短時間で起動が完了し、建設機械用組込オペレーティングシステム上で建設機械特有の制御処理を行う第１基板と、
    前記第１基板に汎用インターフェースを介して接続され、前記第１基板に比べて遅れて起動するものであって、汎用ＰＣオペレーティングシステムで動作し、前記第１基板が行う建設機械特有の制御とは異なる制御処理を行う第２基板と、
    を備え、
    前記第１基板は、前記第２基板の動作状態を監視する監視部を有し、
    前記第１基板は、前記監視部が前記第２基板の動作状態が異常であると判断した場合、前記第２基板を再起動あるいは停止させることを特徴とする建設機械用コントローラ。
  2. 前記第１基板は、前記第２基板に電源供給する電源スイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の建設機械用コントローラ。
  3. 前記第１基板は、前記再起動時に前記電源スイッチをオフにした後、前記電源スイッチを再投入することを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械用コントローラ。
  4. 前記第１基板は、前記再起動中あるいは前記再起動失敗時に、表示装置にその状態を示す所定の表示を行うための信号を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の建設機械用コントローラ。
  5. 前記第１基板は、前記再起動が試みられたにもかかわらず再起動失敗が発生した場合、前記再起動を再度実行し、前記再起動が予め定めた回数行われても前記再起動失敗が発生した際、前記第２基板を停止させることを特徴とする請求項１〜４に記載の建設機械用コントローラ。
  6. 前記第１基板及び前記第２基板は、同一筐体内に収容されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の建設機械用コントローラ。
  7. 前記第１基板または前記第２基板に接続されて所定の処理を行う拡張機能処理基板を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の建設機械用コントローラ。
  8. 短時間で起動が完了し、建設機械用組込オペレーティングシステム上で建設機械特有の制御処理を行う第１基板と、
    前記第１基板に汎用インターフェースを介して接続され、前記第１基板に比べて遅れて起動するものであって、汎用ＰＣオペレーティングシステムで動作し、前記第１基板が行う建設機械特有の制御とは異なる制御処理を行う第２基板と、
    を備え、
    前記第１基板及び前記第２基板は、同一筐体内に収容され、
    前記第１基板は、前記第２基板の動作状態を監視する監視部を有し、
    前記第１基板は、前記監視部が前記第２基板の動作状態が異常であると判断した場合、前記第２基板を再起動あるいは停止させ、
    前記第１基板は、前記第２基板に電源供給する電源スイッチを備え、
    前記第１基板は、前記再起動時に前記電源スイッチをオフにした後、前記電源スイッチを再投入することを特徴とする建設機械用コントローラ。
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