JP6533301B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit)では、エンジンのクランク回転角やカム角を検出するためのセンサ信号を受け取り、演算処理装置でクランク回転角やカム角を計算し、得られた計算結果を元に、各シリンダーに対する燃料噴射のタイミングや点火のタイミングを制御する技術が広く使われている。これらのセンサ信号は一入力ずつだけとは限らず、例えば複数のカム角センサ信号の情報を利用して制御するＥＣＵも存在する。

また、クランク回転角やカム角の検出に関して、ＭＰＵ（磁気ピックアップ）方式の回転センサとＭＲＥ（磁気抵抗素子）方式の回転センサの双方について共用可能な信号処理回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１９５３６０号公報

ところで、クランク回転角センサやカム角センサからの入力信号を用いて演算処理装置に演算を行わせるとともに、それら入力信号自体を、遅延を抑えて外部に取り出したいという要求がある。

そこで、本発明は、演算処理装置に入力されるセンサからの信号を、遅延を抑えて外部に出力することができる車両制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数のセンサからそれぞれ出力されるセンサ信号が個別に入力される、前記センサと同数の入力端子と、前記入力端子に入力された前記センサ信号にそれぞれ割り当てられる複数対の入力ポート及び出力ポートを有する演算処理装置と、出力端子と、を備え、前記演算処理装置は、前記入力ポートから入力される前記センサ信号を用いて演算処理を行うとともに前記センサ信号を前記出力ポートから出力し、前記出力ポートは、同じ種類の前記センサにそれぞれ対応して信号線で１つの接続点に接続された複数の第１の出力ポートを含み、前記出力端子は、前記接続点に電気的に接続される第１の出力端子を含む。

本発明によれば、演算処理装置に入力されるセンサからの信号を、遅延を抑えて外部に出力することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態の、演算処理装置の入力ポート及び出力ポートに同じセンサに対する信号を割り当てたＥＣＵのブロック図である。 本発明の第２の実施形態の、複数のカム角センサ信号の中から選択されたカム角センサ信号を出力できるように構成したＥＣＵのブロック図である。

以下、図１〜図２を用いて、本発明の第１〜第２の実施形態による車両制御装置（車載制御装置）としてのＥＣＵ１００の構成及び動作を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

（第１の実施形態）
最初に、第1の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、ＥＣＵにおけるカム角センサとクランク回転角センサの信号処理を行う部分を抜き出したブロック図である。ＥＣＵ１００には、カム角センサからの入力信号とクランク回転角センサからの入力信号が、それぞれカム角センサ入力信号Ａ端子１１０とクランク回転角センサ入力信号端子１２０から入力されている。

図１では省略されているが、カム角センサ入力信号Ａ端子１１０に入力されたＣＡＭ＿Ａ＿ＩＮ信号は、プルアップ回路や抵抗コンデンサによるローパスフィルタなどを経由し、演算処理装置２００（例えば、マイコン）の演算処理装置入力端子１（２１０）に入力される。同様に、クランク回転角センサ入力信号端子１２０に入力されたＣＲＡＮＫ＿ＩＮ信号は、演算処理装置２００の演算処理装置入力端子３（２２０）に入力される。演算処理装置２００内のソフトウェア処理部３００では、カム角センサ入力信号とクランク回転角センサ入力信号を元に、エンジンの気筒毎の燃料噴射や点火などのタイミングを制御する。

一方、カム角センサとクランク回転角センサの信号を、ＥＣＵ１００に接続される図示しない別のユニットないし回路に対して、好適な信号形式で出力して欲しいという要求がある。ここでは、前記好適な信号形式とは、ドライバＩＣ４００で出力されるローサイドドライバ出力形式である。

ドライバＩＣ４００は、ドライバＩＣ出力制御端子１（４１０）にハイレベルの信号が入力されると、ドライバＩＣ内部のローサイドスイッチがＯＮとなり、ドライバＩＣ出力端子１（４３５）の出力はローレベルとなるよう制御される。一方、ドライバＩＣ出力制御端子１（４１０）にローレベルの信号が入力されると、ドライバＩＣ内部のローサイドスイッチがＯＦＦとなり、ドライバＩＣ出力端子１（４３５）の出力は別のユニットあるいは回路側のプルアップによりハイレベルとなるよう制御される。

ドライバＩＣ４００は、これと同じ機能を持つドライバＩＣ出力制御端子２（４２０）とドライバＩＣ出力端子２（４４０）の組み合わせを持っている。カム角センサの信号については、演算処理装置出力端子１（２３０）から出力し、ドライバＩＣ出力制御端子１（４１０）に入力する。同様に、クランク回転角センサの信号については、演算処理装置出力端子３（２４０）から出力し、ドライバＩＣ出力制御端子２（４２０）に入力する。

このように、カム角センサとクランク回転角センサの２つの用途に割り当てることで、カム角センサとクランク回転角センサの信号を、ＥＣＵ１００に接続される図示しない別のユニットないし回路に対して、それぞれカム角出力信号端子（１３０）およびクランク回転角出力信号端子（１４０）から好適な信号形式で出力して欲しいという要求を満たすことができる。ここでは、ドライバＩＣがローサイドスイッチを内蔵する例で説明したが、スイッチの種類にはよらないのはもちろん、ドライバＩＣではなく単体のＦＥＴやバッファ回路など、出力段の回路形式にもよらず適用可能である。

ところで、カム角センサとクランク回転角センサの信号を、ＥＣＵ１００に接続される図示しない別のユニットないし回路に対して出力するという要求に関しては、好適な信号形式というだけでなく、時間的な制約もある。カム角センサやクランク回転角センサの信号はエンジン制御をする上で非常に重要なタイミングを担っているためであり、遅延時間に対する要求や、カム角センサとクランク回転角センサの信号のタイミングのずれに対する要求が発生する。

そこで、本実施形態においては、カム角センサ信号の演算処理装置２００への端子の割り当てに関して、演算処理装置入力端子１（２１０）および演算処理装置出力端子１（２３０）には、同じセンサに対する演算処理装置内部の信号としてＥＴＰＵ１信号を割り当てし、前記演算処理装置２００は、演算処理装置入力端子１（２１０）から入力される信号を用いてソフトウェア処理部３００で演算処理を行うとともに演算処理装置入力端子１（２１０）から入力される信号を演算処理装置出力端子１（２３０）から出力するように構成する。

換言すれば、ＥＣＵ（１００：車両制御装置）は、１つのセンサから出力される信号を示すセンサ信号に割り当てられる一対の演算処理装置入力端子１（２１０：入力ポート）及び演算処理装置出力端子１（２３０：出力ポート）を有する演算処理装置（２００）を備える。演算処理装置（２００）は、演算処理装置入力端子１（２１０）から入力されるセンサ信号を用いて演算処理を行うとともにセンサ信号を演算処理装置出力端子１（２３０）から出力する。

このような構成にすることにより、ソフトウェア処理部３００の影響を受けず、遅延時間を抑えて演算処理装置２００に入力されたカム角センサ信号を出力することが可能となる。クランク回転角センサの演算処理装置２００への端子割り当てについても、同様にＥＴＰＵ３信号を割り当てすることにより、遅延時間を抑えて演算処理装置２００に入力されたクランク回転角センサ信号を出力することが可能となる。

すなわち、演算処理装置（２００）に入力されるセンサからの信号を、遅延を抑えて外部に出力することができる。詳細には、センサからの入力信号を演算処理装置（２００）で利用して演算する一方、遅延を抑えて演算処理装置（２００）から出力することが可能となる。

さらに、カム角センサとクランク回転角センサの信号について同じ構成とすることにより、カム角出力信号端子１３０とクランク回転角出力信号端子１４０からの出力信号のタイミングのずれに対する要求も満足可能である。

一方、カム角センサとクランク回転角センサの信号を、ＥＣＵ１００に接続される図示しない別のユニットないし回路に対して出力するという要求に関して、演算処理装置２００を通さずに実現しようとした場合、カム角センサ入力信号Ａ端子１１０の信号を演算処理装置入力端子１（２１０）とドライバＩＣ出力制御端子１（４１０）の両方に入力し、クランク回転角センサ入力信号端子１２０の信号を演算処理装置入力端子３（２２０）とドライバＩＣ出力制御端子２（４２０）の両方に入力する方法が考えられる。

しかしながら、演算処理装置２００とドライバＩＣ４００の入力端子仕様の違いにより、ハイ・ローの閾値が合わず信号がうまく取り込めない問題が発生し、ドライバＩＣ４００の入力の前段にバッファやレベル変換回路を入れる必要が生じ、コストアップや必要な基板実装面積の拡大につながる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、カム角センサを２つ備えたＥＣＵにおけるカム角センサとクランク回転角センサの信号処理を行う部分を抜き出したブロック図である。

第2の実施形態においては、図示しないカム角センサＡからの信号はカム角センサ入力信号Ａ端子１１０から、カム角センサＢからの信号はカム角センサ入力信号Ｂ端子１１１から、それぞれＥＣＵ１００に入力される。

第１の実施形態と同様に、カム角センサ入力信号Ａ端子１１０の信号は演算処理装置入力端子１（２１０）に、カム角センサ入力信号Ｂ端子１１１の信号は演算処理装置入力端子２（２１１）に、それぞれ入力される。なお、クランク回転角センサの信号については、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

第２の実施形態において、演算処理装置内のソフトウェア処理部３００はカム角センサＡ、カム角センサＢおよびクランク回転角センサからのセンサ信号を元に、エンジンの気筒毎の燃料噴射や点火などのタイミングを制御する。

一方、カム角センサＡまたはカム角センサＢのいずれか片方の信号とクランク回転角センサの信号を、ＥＣＵ１００に接続される図示しない別のユニットないし回路に対して、好適な信号形式で出力して欲しいという要求がある。この要求に応えるため、ＥＣＵ１００の内部で、カム角センサＡまたはカム角センサＢのいずれか片方の信号を選択して出力するためのスイッチ機能を実装する必要がある。

さらに、第１の実施形態で説明したように、カム角センサとクランク回転角センサの信号を、ＥＣＵ１００に接続される図示しない別のユニットないし回路に対して出力するという要求に関しては、好適な信号形式というだけでなく、時間的な制約もある。カム角センサやクランク回転角センサの信号はエンジン制御をする上で非常に重要なタイミングを担っているためであり、遅延時間に対する要求や、カム角センサとクランク回転角センサの信号のタイミングのずれに対する要求が発生する。

そこで、本実施形態においては、カム角センサＡからの信号の演算処理装置２００への端子の割り当てに関して、演算処理装置入力端子１（２１０）および演算処理装置出力端子１（２３０）には、同じセンサに対する演算処理装置内部の信号としてＥＴＰＵ１信号を割り当てし、前記演算処理装置２００は、演算処理装置入力端子１（２１０）から入力される信号を用いてソフトウェア処理部３００で演算処理を行うとともに演算処理装置入力端子１（２１０）から入力される信号を演算処理装置出力端子１（２３０）から出力するように構成する。また、カム角センサＢからの信号の演算処理装置２００への端子の割り当てに関して、演算処理装置入力端子２（２１１）および演算処理装置出力端子２（２３１）には、同じセンサに対する演算処理装置内部の信号としてＥＴＰＵ２信号を割り当てし、前記演算処理装置２００は、演算処理装置入力端子２（２１１）から入力される信号を用いてソフトウェア処理部３００で演算処理を行うとともに演算処理装置入力端子２（２１１）から入力される信号を演算処理装置出力端子２（２３１）から出力するように構成する。

換言すれば、カム角センサ（センサ）は複数あり、演算処理装置（２００）は、それぞれのカム角センサから出力されるセンサ信号に割り当てられる演算処理装置入力端子１、２（２１０、２１１：入力ポート）及び演算処理装置出力端子１、２（２３０、２３１：出力ポート）の対を有する。それぞれの演算処理装置出力端子１、２（２３０、２３１）は、信号線で１つの接続点Ｐに接続される。

詳細には、ＥＣＵ（１００：車両制御装置）は、センサとしてのカム角センサ及びクランク回転角センサと同数の入力端子としてのカム角センサ入力信号Ａ端子１１０、カム角センサ入力信号Ｂ端子１１１、クランク回転角センサ入力信号端子１２０を備える。また、ＥＣＵ（１００）は、同じ種類の複数のセンサ（カム角センサ）に対応する１つのカム角出力信号端子（１３０：出力端子）を備える。カム角出力信号端子（１３０）は、接続点Ｐに電気的に接続される。

これにより、複数のセンサ信号を一つの出力端子から出力することが可能となる。

また、ＥＣＵ（１００：車両制御装置）は、接続点Ｐとカム角出力信号端子（１３０：出力端子）の間に配置され、接続点Ｐから入力される信号に基づいて出力信号を生成するドライバＩＣ４００（回路）を備える。

このような構成にすることにより、ソフトウェア処理部３００の影響を受けず、時間遅延を抑えて演算処理装置２００に入力されたカム角センサ信号を出力することが可能となる。ここで、演算処理装置出力端子１（２３０）の手前にある演算処理装置出力信号１出力ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２５０は、ソフトウェア処理部内切替処理３０１により制御される。演算処理装置出力信号１出力ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２５０のＯＮ／ＯＦＦは、演算処理装置出力端子１（２３０）の出力ポートのＯＮ／ＯＦＦを意味する。

ＯＮの時は演算処理装置入力端子１（２１０）からの信号が演算処理装置出力端子１（２３０）から出力され、ＯＦＦのときは演算処理装置出力端子１（２３０）からの出力はハイインピーダンスに制御される。これと同様に、演算処理装置出力信号２出力ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２５１のＯＮ／ＯＦＦは、演算処理装置出力端子２（２３１）の出力ポートのＯＮ／ＯＦＦを意味する。

換言すれば、ＥＣＵ（１００：車両制御装置）は、対となる演算処理装置入力端子１、２（２１０、２１１：入力ポート）と演算処理装置出力端子１、２（２３０、２３１：出力ポート）の間にそれぞれ配置される演算処理装置出力信号１、２出力ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（２５０、２５１：スイッチ）を備える。演算処理装置（２００）は、演算処理装置出力信号１、２出力ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（２５０、２５１）を択一的にオンする（切替処理３０１）。

これにより、ＥＣＵ内部に別途スイッチ回路を設けることなく、複数のセンサ入力信号の中から任意の一つのセンサ出力信号を出力することが可能となる。

すなわち、これらの出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ機能を利用して、カム角センサＡまたはカム角センサＢのいずれか片方の信号を選択して出力することが可能となる。

また、演算処理装置出力端子１（２３０）から出力した信号は抵抗４３０を介してドライバＩＣ出力制御端子１（４１０）に入力され、同様に演算処理装置出力端子２（２３１）から出力した信号は抵抗４３１を介してドライバＩＣ出力制御端子１（４１０）に入力される。

このように抵抗を配置することにより、演算処理装置出力端子１（２３０）から出力した信号と演算処理装置出力端子２（２３１）から出力した信号の極性が逆だったとしても信号の衝突により演算処理装置２００がダメージを受けるのを予防することができる。

もちろん、抵抗４３０と抵抗４３１のうち、片方だけを実装しても同様の効果が得られる。換言すれば、ＥＣＵ（１００：車両制御装置）は、それぞれの演算処理装置出力端子１、２（２３０、２３１：出力ポート）と接続点Ｐの間の少なくとも１つに配置される抵抗（４３０、４３１）を備える。

これにより、演算処理装置（２００）から複数のセンサ出力信号が同時に出力され、それら出力信号の極性が一致しなかった場合でも、信号の衝突により演算処理装置（２００）がダメージを受けるのを回避することができる。

また、抵抗４３０と抵抗４３１の両方を実装せず、ソフトウェア処理部内切替処理３０１において演算処理装置出力端子１（２３０）から出力した信号と演算処理装置出力端子２（２３１）から出力した信号が衝突しないよう制御しても良い。これらの抵抗を配置するかしないかは、カム角センサ信号の出力とクランク回転角センサ信号の出力のずれがどの程度許容されるかで選択するのが望ましい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

上記実施形態において、演算処理装置２００は、一例として、ＣＰＵ等のプロセッサ、メモリ等の記憶装置、入出力装置等から構成される。

また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。

（１）演算処理装置の入力ポート及び出力ポートには、同じセンサに対する信号が割り当てられ、前記演算処理装置は、前記入力ポートから入力される信号を用いて演算処理を行うとともに前記信号を前記出力ポートから出力するように構成される車両制御装置。

（２）前記演算処理装置には、複数のセンサが接続されて、各センサに対する信号が入力ポート及び出力ポートの対に対してそれぞれ割り当てられ、前記演算処理装置には、前記各センサの信号が割り当てられた出力ポートに一端側がそれぞれ接続され、他端側で結線される信号線が接続される、（１）に記載の車両制御装置。

（３）前記各信号線には、前記各出力ポートと前記結線箇所との間に抵抗が配置される、（２）に記載の車両制御装置。

（４）前記演算処理装置には、同じセンサからの信号が割り当てられた前記入力ポート及び出力ポート間を開閉するスイッチが前記入力ポート及び出力ポートの対ごとに備えられ、前記スイッチの開閉状態を交互に切り替えることにより、前記複数のセンサからの信号を前記信号線の前記他端側で一つの信号として取り出す、（２）に記載の車両制御装置。

１００…ＥＣＵ
１１０…カム角センサ入力信号Ａ端子
１１１…カム角センサ入力信号Ｂ端子
１２０…クランク回転角センサ入力信号端子
１３０…カム角出力信号端子
１４０…クランク回転角出力信号端子
２００…演算処理装置
２１０…演算処理装置入力端子１
２１１…演算処理装置入力端子２
２２０…演算処理装置入力端子３
２３０…演算処理装置出力端子１
２３１…演算処理装置出力端子２
２４０…演算処理装置出力端子３
２５０…演算処理装置出力信号１出力ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
２５１…演算処理装置出力信号２出力ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
３００…演算処理装置内のソフトウェア処理部
３０１…ソフトウェア処理部内切替処理
４００…ドライバＩＣ
４１０…ドライバＩＣ出力制御端子１
４２０…ドライバＩＣ出力制御端子２
４３０、４３１…抵抗
４３５…ドライバＩＣ出力端子１
４４０…ドライバＩＣ出力端子２

Claims (5)

1. 複数のセンサからそれぞれ出力されるセンサ信号が個別に入力される、前記センサと同数の入力端子と、
   前記入力端子に入力された前記センサ信号にそれぞれ割り当てられる複数対の入力ポート及び出力ポートを有する演算処理装置と、
   出力端子と、を備え、
   前記演算処理装置は、前記入力ポートから入力される前記センサ信号を用いて演算処理を行うとともに前記センサ信号を前記出力ポートから出力し、
   前記出力ポートは、同じ種類の前記センサにそれぞれ対応して信号線で１つの接続点に接続された複数の第１の出力ポートを含み、
   前記出力端子は、前記接続点に電気的に接続される第１の出力端子を含む
   ことを特徴とする車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記出力ポートは、前記第１の出力ポートとは異なる種類の前記センサに対応する第２の出力ポートを含み、
   前記出力端子は、前記第２の出力ポートに電気的に接続される第２の出力端子を含む
   ことを特徴とする車両制御装置。
3. 請求項１または２に記載の車両制御装置であって、
   それぞれの前記出力ポートと前記接続点の間の少なくとも１つに配置される抵抗を備える
   ことを特徴とする車両制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両制御装置であって、
   対となる前記入力ポートと前記出力ポートの間にそれぞれ配置されるスイッチを備え、
   前記演算処理装置は、
   前記スイッチを択一的にオンする
   ことを特徴とする車両制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車両制御装置であって、
   前記接続点と前記出力端子の間に配置され、前記接続点から入力される信号に基づいて出力信号を生成する回路を備える
   ことを特徴とする車両制御装置。

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