JP5933050B2 - 建設機械用コントローラ - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
15,25,35 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)
- 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、第1の内部電源回路、前記第2基板に電源供給する電源スイッチ、および監視部を有し、
前記第2基板は、第2の内部電源回路を有し、
前記監視部は、前記第2基板が起動する前に前記第1の内部電源回路の電源電圧を監視するとともに、前記第1基板が正常に起動した後、前記第2基板の電源監視およびシステム監視による動作状態の監視を行い、
前記第1基板は、前記第1基板の電源電圧が異常であれば、前記第1基板を再度起動させ、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。 - 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に記載の建設機械用コントローラ。
- 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または2に記載の建設機械用コントローラ。
- 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1〜3のいずれか一つに記載の建設機械用コントローラ。
- 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1〜4のいずれか一つに記載の建設機械用コントローラ。
- 前記第1基板は、前記第2基板の電源電圧による電源監視あるいは前記第2基板のハートビートパルスによるシステム監視を実行し、
前記第1基板は、前記監視部が前記第2基板の電源監視あるいは前記システム監視の少なくとも一方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。 - 前記第1の内部電源回路及び前記第2の内部電源回路が接続される、電源からの電源線を有し、
前記第1の内部電源回路は、前記第1基板内で利用される内部電源を生成し、
前記第2の内部電源回路は、前記第2基板内で利用される内部電源を生成する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。 - 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、第1の内部電源回路、前記第2基板に電源供給する電源スイッチ、および監視部を有し、
前記第2基板は、第2の内部電源回路を有し、
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、
前記監視部は、前記第2基板が起動する前に前記第1の内部電源回路の電源電圧を監視するとともに、前記第1基板が正常に起動した後、前記第2基板の電源監視およびシステム監視による動作状態の監視を行い、
前記第1基板は、前記第1基板の電源電圧が異常であれば、前記第1基板を再度起動させ、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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