JP6806636B2 - 電子制御装置 - Google Patents
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Description
近年の自動車の高機能化は著しく、それに伴って車両に搭載されるアクチュエータやセンサの数が増加している。それに伴い、上位ECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)としての例えばエンジン制御ECUと、アクチュエータ(例えば燃料噴射用のインジェクタ)やセンサとの間を接続するワイヤハーネスの重量およびコストも増大している。これに対し、燃費改善等のための軽量化要求から、ワイヤハーネスを省配線化したいという要求が強まっている。以下、アクチュエータやセンサをアクチュエータ等と略して記述する。
上述の「バス配線」は、共通の配線に対して複数の電子制御装置を接続する接続形態である。本接続形態では、上位ECUが送信した信号は全ての下位ECUで受信されるという特徴がある。各下位ECUを区別するには、個別に割り当てられたIDを指定することでこれを行う。バス配線方式は、従来の直結方式と比べて配線の本数および構造が単純となるため、ワイヤハーネスの重量およびコストを軽減できるメリットがある。
これを回避するには、同一のバス配線の中でのIDが重複しないように手段を講じる必要がある。これは、生産するすべての下位ECUに重複しない固有のID(以下、固有IDと記す)を割り付けることで実現できる。ただしこの固有IDは、その取り得る最大値を生産し得る下位ECUの数よりも多く確保する必要があるため、その桁数(固有IDを二進数で表す場合、bit数)を大きくする必要がある。一方で、このIDは通信のたびに宛先として送信する必要があるため、桁数が多いとそのぶん通信効率の低下につながってしまう。
次に、自動車用制御装置(以下、車載ECUと記す)における起動時間への要求について述べる。車載ECUでは、キーON(例えば、スタートスイッチON又はイグニッションスイッチON)時、すなわちユーザーが車両を起動する操作をしてからエンジン等が実際に起動するまでをある定められた時間以内に完了させる必要がある。このためには、上位ECUと下位ECUとの通信の立ち上げ時間も短くする必要がある。
一方で、車載ECUでは信頼性に対する要求も高い。具体的には、車両の休止期間中にネットワーク内に接続された下位ECUが故障していたり、配線が断線していた場合、そのまま起動しようとすると正しくエンジン等を動作させることができず、場合によってはエンジン等のシステム全体を故障させてしまうおそれがある。これを防ぐためには、全ての下位ECUが正しく接続されているかを診断する機能が必要となる。
このような診断方法として、特許文献1に示されているような例が知られている。本特許文献では、上位の監視制御端末が下位の監視対象装置の識別情報を記憶し、対応する監視対象装置を呼び出すことで監視対象装置の接続等が正常であるかを監視する手法が提示されている。この手法を応用することで全ての下位ECUが正しく接続されているかを診断することができ、システム全体の信頼性を向上させることができる。
以下、本発明に係る実施形態による電子制御装置等の接続構成と動作について、図1、図2、および図3を用いて説明する。本実施形態による電子制御装置は図中で上位ECU1として記載しており、全体のシステムとしては上位ECU1の他にバス配線2、複数の下位ECU31〜33、複数のアクチュエータ等41〜43、および制御対象51〜53から構成される。
次に、固有ID304について説明する。固有ID304は、下位ECUの製造時に一意に割りつけられたIDであり、すべての下位ECUにおいて重複しないよう一元的に管理された番号が割り当てられている。この固有ID304を宛先として通信を行うことで、ECUネットワーク全体(上位ECU、バス配線、および複数の下位ECU)の組立段階で下位ECUがどのような組み合わせでネットワークに組込まれたとしてもIDの重複を回避することができる。また、副次的な用途として、型式情報や製造情報と紐づけて管理しておくことで、出荷後を含めた製品管理(トレーサビリティ)に役立てることができる。
前述の固有IDを用いることで通信を行うことができるが、桁数が多いために通信に時間がかかり、通信効率を高くすることができないという課題がある。本実施例ではECUネットワーク全体に接続された下位ECUの数は3つであるが、実際の応用でも通信容量等の問題から10個程度が上限となることが多い。この場合、ネットワーク内の識別という目的のために必要なID桁数は4bitと短い。このように、固有ID304をそれより短いID(以下、ローカルID306と記す)に置き換えることで通信時間を短縮し、通信効率を向上させることができる。
以下、本実施形態での上位ECU1の、通信立ち上げにおける動作について説明する。本実施形態での通信立ち上げは、図2に示すように第一および第二の2つのモードに分けて実施する。
ここで、下位ECU31〜33は同一のバス配線2につながっているため、下位ECU31〜33が単純に固有IDの要求に応答するとその通信が衝突してしまい、通信が成立しない。これを回避するには、各下位ECUにおいて自らの固有IDをもとに乱数処理を行い、返信有無を決定する手法が有効である。この乱数値を固有IDの要求ごとに更新することで、上位ECU1が固有IDの要求を多数回繰り返すうちに1つの下位ECUだけが返信するタイミングが訪れ、衝突を回避して固有を収集できる。
こうして収集した各固有ID304に対し、対応するローカルID306を決定する。割り振りの方法は全くのランダムでも良いが、各下位ECU31〜33が担当するアクチュエータ等41〜43の機能(例えば、何番目の気筒に設置されているか)に応じてローカルID306を割り振ることが望ましい。
図4に示すように、上位ECU1の演算回路11は、バス配線2に電流I0を印加する指令を複数の下位ECU31〜33のそれぞれに送信する。ここで、電流検出抵抗器141、142、アンプ131、132、演算回路11は、電流センサCSを構成する。電流センサCSは、複数の下位ECU31〜33のそれぞれがバス配線2に電流I0を印加することによりポート111に流れる電流Is1及びポート112に流れる電流Is2をそれぞれ測定する。
次に、第二の動作モードでの動作を説明する。第二の動作モードは図2に示すように車両の起動を指示するキーON操作により開始される。本動作モードではまず、上位ECU1は下位ECU31〜33へ、下位ECU構成情報14の固有ID欄およびローカルID欄に基づいて個別にローカルIDを割り当てる通信を行う。また、当該通信に対して下位ECU31〜33は肯定応答(以下、ACKと記す)を返信する。上位ECU1は各通信毎に、このACKの返信があったかどうかを下位ECU構成情報14のACK欄へ登録する(図3右)。
こうして下位ECU31〜33へローカルIDが割り当てられた後は、上位ECU1と下位ECU31〜33との間の通信はローカルIDを用いて行うことができる。前述のようにローカルIDは固有IDと比べて桁数が短いために通信時間を短縮でき、通信効率を向上させることができる。
また、下位ECU構成情報14のACK欄により、下位ECU31〜33の接続構成の異常、すなわち、下位ECU31〜33の故障やバス配線2との間の断線(図1中の符号6)等の状態を診断することができる。本実施例では、下位ECU構成情報14において、下位ECU33のACK欄が「NG」であることから、下位ECU33との接続に異常が発生していることを判断できる。
以上、第二の動作モードにおける動作により、図5Aに示すように、ローカルIDの割り当ておよび下位ECU接続構成の診断を行うことができる。ここで、上位ECUにおける処理を単純化するためには、図5Bに示すように、ローカルIDの割り当てと下位ECU接続構成の診断を別々の通信で行うこともできる。しかしこの方法をとった場合、各下位ECUとの通信を2回ずつ行う必要があり、時間がかかってしまう。一般に、車載ECUではキーONからシステムの立ち上がり完了までを短い時間で行うことが求められる。これを実現するには下位ECUとの通信時間をできるだけ短くする必要があり、本実施例で述べたように、ローカルIDの割り当てと下位ECU接続構成の診断を同じ通信にて行うことが有効である。
少なくとも2つの動作モードを有し、第一の動作モードにおいて下位制御装置の固有IDを収集してこれを記憶する電子制御装置において、第二の動作モードでは記憶している前記固有IDを備えた下位制御装置に対して固有IDより短いローカルIDを割り付けることを特徴とする電子制御装置。
2:バス配線
31〜33:下位ECU
41〜43:アクチュエータ等
51〜53:制御対象
6:断線箇所
11:演算回路
12:通信回路
13:不揮発性メモリ
14:下位ECU構成情報
301:演算回路
302:通信回路
303:不揮発性メモリ
304:固有ID
305:揮発性メモリ
306:ローカルID
Claims (6)
- バスに接続され、固有の識別子を示す固有IDを有する少なくとも1つの下位制御装置と通信する通信回路と、メモリと、前記下位制御装置から前記固有IDを収集し、収集した前記固有IDを前記メモリに記憶する第1の動作モード及び前記固有IDより短い識別子を示すローカルIDを前記下位制御装置に割り付ける第2の動作モードを有する演算回路と、を備える電子制御装置であって、
前記演算回路は、前記バス、前記下位制御装置及び前記電子制御装置を含むネットワークの組立後の段階で実施される前記第1の動作モードにおいて、前記通信回路を介してすべての前記下位制御装置に同報通信にて前記固有IDを要求し、
前記下位制御装置は、前記第1の動作モードにおいて、前記固有IDから生成され、かつ前記固有IDの要求ごとに更新される乱数が所定の閾値以上の場合に、自身の前記固有IDを前記電子制御装置に通知し、
前記演算回路は、車両のキーONのたびに実施される前記第2の動作モードにおいて、前記固有IDを含むヘッダと、それぞれの前記下位制御装置が制御するアクチュエータの機能に応じた前記ローカルIDを含むデータを有するフレームを送信し、前記ローカルIDを前記下位制御装置に割り付ける
ことを特徴とする電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置であって、
前記演算回路は、
前記第2の動作モードにおいて、前記通信回路を介して前記下位制御装置に前記ローカルIDを送信し、前記通信回路を介して前記下位制御装置から前記ローカルIDを受信したことを示す肯定応答を受信した場合、前記下位制御装置と前記通信回路との間の通信が正常であると診断し、前記肯定応答を受信しない場合、前記下位制御装置と前記通信回路との間の通信が異常であると診断する
ことを特徴とする電子制御装置。 - 請求項2に記載の電子制御装置であって、
前記下位制御装置は複数あり、それぞれの前記下位制御装置はアクチュエータを制御し、
前記演算回路は、
それぞれの前記下位制御装置と前記通信回路との間の通信がすべて正常であると診断した場合、前記下位制御装置と前記通信回路と間で前記アクチュエータの制御に用いられるデータの送受信を開始する
ことを特徴とする電子制御装置。 - 請求項2に記載の電子制御装置であって、
前記演算回路は、
前記第2の動作モードにおいて、前記ローカルIDの割り付けと前記診断とを1対の要求と応答からなる通信で行う
ことを特徴とする電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置であって、
前記演算回路は、
前記下位制御装置の前記バスにおける接続順序を同定し、
同定した前記接続順序に応じてそれぞれの前記下位制御装置の前記ローカルIDを決定する
ことを特徴とする電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置と複数の下位制御装置を含むシステムであって、
前記電子制御装置の前記演算回路は、
それぞれの前記下位制御装置は、
前記バスに接続される通信回路と、
固有IDを記憶するメモリと、
前記固有IDの取得要求に応答して、前記固有IDに基づいて算出されるタイミングに前記通信回路を介して前記固有IDを前記電子制御装置に送信する演算回路と、を備える
ことを特徴とするシステム。
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