JP7189853B2

JP7189853B2 - 車両制御システム

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Publication number: JP7189853B2
Application number: JP2019166867A
Authority: JP
Inventors: 透高柳; 友典田中; 章馬場
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2022-12-14
Anticipated expiration: 2039-09-13
Also published as: JP2021044757A

Description

本発明は、アナログ電圧信号を出力する出力端子を備える車両用制御装置を含む車両制御システムに関する。

特許文献１には、送受信間を１線のみで結線してデータを１ビットずつ順次送信するシリアル通信方式であって、送受信間の同期をとるための同期トリガ信号を送信し、この同期トリガ信号と次の同期トリガ信号との間に所定数ｎのビットデータを送信するシリアル通信方式が開示されている。

特開２００３－２７３９４２号公報

ところで、アナログ電圧出力を行うセンサ制御ＩＣなどの車両用制御装置が、故障状態などの特定状態で、係る特定状態に関する情報を、アナログ電圧出力用の信号線を介して外部装置に送信できれば、システム構成が複雑化することを抑止しつつ、車両用制御装置の特定状態を外部で把握できてシステムの機能性が向上する。
しかし、センサ制御ＩＣなどの車両用制御装置と外部装置との間で通信の同期をとるために同期信号（同期トリガ信号）を別途送信する必要があると、情報の送受信の処理が複雑化し、また、車両用制御装置が出力する信号波形を波形測定器の画面上に表示させた場合、作業者が目視による信号識別を容易に行えないという問題があった。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定状態においてアナログ電圧出力用の信号線を介して情報送信を行うときに、簡易な構成で情報の送受信を行え、かつ、画面上での信号波形の識別を容易に行える、車両制御システムを提供することにある。

そのため、本発明に係る車両制御システムは、その一態様として、アナログ電圧信号を出力する出力端子を備える車両用制御装置であって、前記車両用制御装置の特定状態において、前記特定状態に関する情報を所定のパルス周期におけるパルス幅に変換し、前記所定のパルス周期及び前記パルス幅のパルス信号を、前記アナログ電圧信号に代えて前記出力端子から出力する、前記車両用制御装置と、前記出力端子と信号線で結ばれる第２車両用制御装置と、を含む、車両制御システムであって、前記パルス信号は、前記所定のパルス周期毎に立ち下がる信号又は前記所定のパルス周期毎に立ち下がる信号であって、同期トリガ信号を兼ねており、前記第２車両用制御装置は、前記出力端子からの出力の単位時間当たりの変化量と閾値とを比較して、前記アナログ電圧信号の読み取り処理と前記パルス信号の読み取り処理とを切り替え、前記パルス信号の読み取り処理において、前記パルス信号が前記所定のパルス周期毎に立ち下がる信号であるときは前記パルス信号の立ち上がりを同期トリガ信号とし、前記パルス信号が前記所定のパルス周期毎に立ち上がる信号であるときは前記パルス信号の立ち上がりを同期トリガ信号として、信号の読み出しを行う。

上記発明によると、簡易な構成で情報の送受信を行え、かつ、画面上での信号波形の識別を容易に行える。

車両制御システムの一態様を示す概略図である。パルス信号ＰＳの構成の一態様を示すタイムチャートである。アナログ電圧信号ＡＶＳとパルス信号ＰＳとの出力切り替えの処理を示すフローチャートである。アナログ電圧信号ＡＶＳ用の読み取り処理とパルス信号ＰＳ用の読み取り処理との切り替えを示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、車両１００に搭載される車両制御システム２００を示す。
車両制御システム２００は、車両１００の動力源としてのエンジンなどの車載機械１０を制御する電子制御ユニット２０と、本発明に係る車両用制御装置の一態様であるセンサ制御ＩＣ３０とを含む。
センサ制御ＩＣ３０は、車載機械１０の作動状態を示す圧力、温度などの物理量を検出し、電子制御ユニット２０は、センサ制御ＩＣ３０が検出した物理量に基づき演算処理して、車載機械１０の制御信号（操作量）を出力する。

センサ制御ＩＣ３０は、圧力や温度などの物理量に応じた出力を発生するセンサ部３１と、ＭＰＵ（Microprocessor Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるマイクロコンピュータ３２と、センサ出力（圧力や温度の検出信号）としてのアナログ電圧信号ＡＶＳを出力する出力端子３３を備える。
センサ制御ＩＣ３０のマイクロコンピュータ３２は、センサ部３１の作動を制御し、また、出力端子３３から出力するアナログ電圧信号ＡＶＳの電圧レベルを設定する。

また、センサ制御ＩＣ３０のマイクロコンピュータ３２は、自己診断機能をソフトウェアとして備え、また、動作モードとして通常動作モードと試験モードとを備える。
なお、センサ部３１が検出する物理量は、上記の圧力、温度に限定されず、流体流量、角度、距離などであっても良い。

また、センサ制御ＩＣ３０は、複数のセンサ部３１を備えることができる。
また、マイクロコンピュータ３２及び出力端子３３を備えるセンサ制御ＩＣ３０と、センサ部３１とを別体に構成することができる。

一方、本発明に係る第２車両用制御装置の一態様である電子制御ユニット２０は、センサ制御ＩＣ３０の出力端子３３と１本の信号線４０で結線される入力端子２１と、ＭＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータ２２と、車載機械１０の制御信号を出力するための出力端子２３とを備える。
電子制御ユニット２０のマイクロコンピュータ２２は、センサ制御ＩＣ３０のマイクロコンピュータ３２が出力するアナログ電圧信号ＡＶＳを、入力端子２１を介して取得し、アナログ電圧信号ＡＶＳの電圧レベルが表す物理量に基づき車載機械１０の制御信号を演算し、演算した制御信号を出力端子２３から車載機械１０に向けて出力する。

センサ制御ＩＣ３０は、通常動作状態とは異なる故障状態や試験モードなどの特定状態において、アナログ電圧信号ＡＶＳ（換言すれば、アナログのセンサ出力信号）を出力するための出力端子３３及び信号線４０を用いて、故障状態や試験モードなどに関する符号化された情報を電子制御ユニット２０に向けて送信する通信信号出力を行う。
上記の通信信号出力において、センサ制御ＩＣ３０は、故障状態や試験モードなどの特定状態に関する符号化された情報を所定のパルス周期ＰＣにおけるパルス幅ＰＷに変換し、所定のパルス周期ＰＣ及びパルス幅ＰＷのパルス信号ＰＳを、アナログ電圧信号ＡＶＳに代えて出力端子２３から通信信号として出力する。

ここで、所定のパルス周期ＰＣ及びパルス幅ＰＷのパルス信号ＰＳの立ち上がり又は立ち下がりは一定周期の同期トリガ信号となり、受信側である電子制御ユニット２０は、パルス信号ＰＳの読み出しタイミングをパルス信号ＰＳの立ち上がり又は立ち下がりに基づき判断する。
つまり、所定のパルス周期ＰＣ及びパルス幅ＰＷのパルス信号ＰＳは、同期トリガ信号を兼ねる信号であり、センサ制御ＩＣ３０は、信号線４０とは別に設けた信号線を介して同期トリガ信号を電子制御ユニット２０に向けて別途送信する必要はなく、特定状態に関する情報を、アナログ電圧信号ＡＶＳの送信経路をそのまま用いて電子制御ユニット２０に向けて送信することができる。

図２は、パルス信号ＰＳの構成の一態様を示す。
図２のパルス信号ＰＳは、パルス幅ＰＷで相互が区別される、ヘッダー、ビットデータ（0 or 1）、フッター、データ区切りで構成され、立ち下がりを同期トリガ信号とする。
ここで、ヘッダー、ビットデータ、フッター、データ区切りそれぞれのパルス幅ＰＷは、パルス周期ＰＣに占めるハイ期間、ロー期間の割合で表すと、例えば以下の通りに設定される。

ヘッダー…「１００％High＋５０％Low，５０％High」
1（High）…「２５％Low，７５％High」
0（Low）…「７５％Low，２５％High」
フッター…「５０％Low，５０％High」
データ区切り…「５０％Low，５０％High」
ここで、パルス信号ＰＳは、２５％Low，７５％Highと７５％Low，２５％Highとの２つの異なるパルス幅ＰＷで１ビットを表し、パルス周期ＰＣ毎に１ビットデータを送信でき、例えば、８ビットのデータを送信することで２５６通りの数を表現できる。

そこで、センサ制御ＩＣ３０は、例えば、自己診断で故障状態を診断すると、係る故障発生を表す情報や故障個所、故障パターンを示す情報などの故障状態に関する情報を８ビットで表現できる数値に符号化し、パルス周期ＰＣ毎のパルス幅ＰＷの割り当てによって前記数値を表すパルス信号ＰＳを生成し、出力端子３３を介して電子制御ユニット２０に出力する。
また、センサ制御ＩＣ３０は、試験モードに設定されたときに、試験パターンに関する情報などを８ビットで表現できる数値に符号化し、パルス周期ＰＣ毎のパルス幅ＰＷの割り当てによって前記数値を表すパルス信号ＰＳを生成し、出力端子３３を介して電子制御ユニット２０に出力する。

一方、電子制御ユニット２０は、パルス信号ＰＳの立ち上がりを同期トリガ信号としてパルス幅ＰＷを判別することで、８ビットで表現される数値を認識し、センサ制御ＩＣ３０から送信された故障状態に関する情報や、試験パターンなどの試験モードに関する情報などを取得する。
なお、ヘッダー、ビットデータ、フッター、データ区切りそれぞれのパルス幅ＰＷの設定は任意であり、また、パルス信号ＰＳの立ち上がりを同期トルガ信号にできることは明らかである。

また、試験モードにおいては、センサ制御ＩＣ３０が出力端子３３とオシロスコープなどの波形測定器の入力端子とを接続し、センサ制御ＩＣ３０が出力するパルス信号ＰＳを波形測定器の画面上に表示させることができる。
この場合、波形測定器の画面上に表示されるパルス信号ＰＳは、一定のパルス周期ＰＣで、かつ、パルス周期ＰＣ毎のパルス幅ＰＷ（１００％High、７５％High、５０％High、２５％High）の組み合わせで、ヘッダーやフッターとともにビットデータを表す。
したがって、作業者は、波形測定器の画面上の波形を目視することで、センサ制御ＩＣ３０が出力する情報（故障状態に関する情報や試験モードに関する情報）を容易に読み取ることができる。

図３は、センサ制御ＩＣ３０による、アナログ電圧信号ＡＶＳ（センサ出力信号）とパルス信号ＰＳとの出力切り替えの処理を示すフローチャートである。
センサ制御ＩＣ３０は、まず、ステップＳ５０１で、通常状態であるか否かを判断し、通常状態であれば、ステップＳ５０２に進む。
センサ制御ＩＣ３０は、ステップＳ５０２で、アナログ電圧信号ＡＶＳ（センサ出力信号）を出力端子３３から出力する。

一方、センサ制御ＩＣ３０は、ステップＳ５０１において通常状態ではないと判断すると、ステップＳ５０３に進む。
センサ制御ＩＣ３０は、ステップＳ５０３で、自己診断で故障発生を診断した故障状態や、試験モードに設定されている状態などの特定状態であるか否かを判断する。

そして、センサ制御ＩＣ３０は、故障状態や試験モードなどの特定状態であるとき、ステップＳ５０３からステップＳ５０４に進み、特定状態に関する情報を表すパルス信号ＰＳをアナログ電圧信号ＡＶＳに代えて出力端子３３から出力する。
上記の特定状態に関する情報とは、故障状態では故障状態に関する情報であり、試験モードでは試験モードに関する情報である。

ここで、センサ制御ＩＣ３０は、アナログ電圧信号ＡＶＳの出力範囲が例えば０Ｖから５Ｖの範囲であって、正常状態でアナログ電圧信号ＡＶＳの０Ｖ又は５Ｖへの張り付きが発生しない場合、パルス信号ＰＳのローレベルからハイレベルまでの電圧範囲を、アナログ電圧信号ＡＶＳの出力範囲に内包される、例えば、１Ｖから４Ｖまでの範囲（ローレベル＝１Ｖ、ハイレベル＝４Ｖ）とする。
これにより、特定状態でセンサ制御ＩＣ３０の出力端子３３からパルス信号ＰＳが出力されるときに、出力端子３３の出力が０Ｖや５Ｖに張り付くことで監視プログラムによって異常電圧と診断されることを抑止できる。

また、センサ制御ＩＣ３０の出力端子３３から出力される信号を受ける電子制御ユニット２０は、出力端子３３からの出力信号の単位時間当たりの電圧変化量に基づき、センサ制御ＩＣ３０の出力がアナログ電圧信号ＡＶＳであるのかパルス信号ＰＳであるのかを判別して処理を切り替えることができる。
つまり、電子制御ユニット２０は、出力端子３３からの出力信号の単位時間当たりの電圧変化量が閾値以上である場合、センサ制御ＩＣ３０の出力がパルス信号ＰＳであるとして、例えば立ち下がりを同期トリガ信号として信号の読み出しを行う。

一方、電子制御ユニット２０は、出力端子３３からの出力信号の単位時間当たりの電圧変化量が前記閾値を下回る場合、センサ制御ＩＣ３０の出力がアナログ電圧信号ＡＶＳとして処理する。
アナログ電圧信号ＡＶＳが圧力や温度の検出信号である場合、アナログ電圧信号ＡＶＳの単位時間当たり変化量はパルス信号ＰＳと比較して十分に小さいため、電子制御ユニット２０は、単位時間当たりの変化量と閾値とを比較することで、入力信号がアナログ電圧信号ＡＶＳとパルス信号ＰＳとのいずれであるかを判断して処理を切り替えることができる。

図４は、電子制御ユニット２０における読み取り処理の切り替えを示すフローチャートである。
電子制御ユニット２０は、ステップＳ６０１で、センサ制御ＩＣ３０から受け取った電圧信号の単位時間当たりの電圧変化量ΔＶを演算する。

次いで、電子制御ユニット２０は、ステップＳ６０２で、電圧変化量ΔＶの絶対値と閾値ＴＨＶとを比較し、電圧変化量ΔＶの絶対値が閾値ＴＨＶ以上であれば、センサ制御ＩＣ３０から受け取った電圧信号はパルス信号ＰＳであると判断して、ステップＳ６０３でパルス信号ＰＳ用の読み取り処理を実施する。
つまり、電子制御ユニット２０は、ステップＳ６０３において、例えば、パルス信号ＰＳの立ち下がりを同期トリガ信号として信号の読み出しを行う。

一方、電子制御ユニット２０は、電圧変化量ΔＶの絶対値が閾値ＴＨＶを下回っている場合、センサ制御ＩＣ３０から受け取った電圧信号は、圧力や温度の検出値を示すアナログ電圧信号ＡＶＳであると判断して、ステップＳ６０４でアナログ電圧信号ＡＶＳ用の読み取り処理を実施する。
つまり、電子制御ユニット２０は、ステップＳ６０４において、例えば、アナログ電圧信号ＡＶＳのＡ／Ｄ変換値から圧力や温度の検出値を求め、求めた検出値に基づき車載機械１０の制御信号を演算して出力する。

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

例えば、本発明に係る車両用制御装置は、センサ制御ＩＣ３０に限定されず、通常状態でアナログ電圧信号ＡＶＳを出力する車両用制御装置であればよい。
また、第２車両用制御装置は、車載機械１０を直接的に制御する装置に限定されず、例えば、制御目標、制御指令を他の車両用制御装置に出力する装置であってもよい。

また、車両用制御装置の特定状態は故障状態や試験モードに限定されない。
例えば、通常はアナログ電圧信号ＡＶＳを出力し、ときおり所定の情報を表すパルス信号ＰＳを出力する車両用制御装置において、所定期間毎などのパルス信号ＰＳの出力タイミングを特定状態とすることができる。
換言すれば、車両用制御装置が、アナログ電圧信号ＡＶＳに比べてパルス信号ＰＳを出力する頻度が少ないことが、特定状態でパルス信号ＰＳを出力することに相当する。

２０…電子制御ユニット（第２車両用制御装置）、３０…センサ制御ＩＣ（車両用制御装置）、３１…センサ部、３２…マイクロコンピュータ、３３…出力端子、４０…信号線、１００…車両、２００…車両制御システム

Claims

アナログ電圧信号を出力する出力端子を備える車両用制御装置であって、
前記車両用制御装置の特定状態において、前記特定状態に関する情報を所定のパルス周期におけるパルス幅に変換し、前記所定のパルス周期及び前記パルス幅のパルス信号を、前記アナログ電圧信号に代えて前記出力端子から出力する、
前記車両用制御装置と、
前記出力端子と信号線で結ばれる第２車両用制御装置と、
を含む、車両制御システムであって、
前記パルス信号は、前記所定のパルス周期毎に立ち下がる信号又は前記所定のパルス周期毎に立ち下がる信号であって、同期トリガ信号を兼ねており、
前記第２車両用制御装置は、
前記出力端子からの出力の単位時間当たりの変化量と閾値とを比較して、前記アナログ電圧信号の読み取り処理と前記パルス信号の読み取り処理とを切り替え、
前記パルス信号の読み取り処理において、前記パルス信号が前記所定のパルス周期毎に立ち下がる信号であるときは前記パルス信号の立ち上がりを同期トリガ信号とし、前記パルス信号が前記所定のパルス周期毎に立ち上がる信号であるときは前記パルス信号の立ち上がりを同期トリガ信号として、信号の読み出しを行う、
車両制御システム。
請求項１に記載の車両制御システムであって、
前記パルス信号は、ヘッダー、ビットデータ、フッターを含んで構成され、
前記ビットデータは、２つの異なるパルス幅で１ビットを表す、
車両制御システム。
請求項１に記載の車両制御システムであって、
前記出力端子の電圧が、前記アナログ電圧信号の電圧範囲の限界値に張り付いたときに異常電圧と診断し、
前記車両用制御装置は、
前記パルス信号の電圧範囲を、前記アナログ電圧信号の電圧範囲に内包される範囲とする、
車両制御システム。
請求項１に記載の車両制御システムであって、
前記アナログ電圧信号は、車載機械の作動状態を示す物理量を検出するセンサの出力信号である、
車両制御システム。
請求項１に記載の車両制御システムであって、
前記車両用制御装置は、
自己診断によって故障状態を検出したときに、前記故障状態に関する情報を前記パルス幅に変換し、前記所定のパルス周期及び前記パルス幅のパルス信号を、前記アナログ電圧信号に代えて前記出力端子から出力する、
車両制御システム。
請求項１に記載の車両制御システムであって、
前記車両用制御装置は、
前記特定状態が試験モードであるときに、前記試験モードに関する情報を前記パルス幅に変換し、前記所定のパルス周期及び前記パルス幅のパルス信号を、前記アナログ電圧信号に代えて前記出力端子から出力する、
車両制御システム。