CN113268017B - 移动体的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供以简单的构成实现对搭载于移动体的多个硬件单元进行控制的控制系统。控制器(10)通过运算装置(11a)进行决定移动体的动作的运算，按照运算结果，生成规定各促动器(21)的动作的数字信号。所生成的数字信号信号通过总线控制IC(12)被输出至数字信号传送路径(2)。附带设置于促动器(21)的IC(23)从数字信号传送路径(2)取得规定该促动器(21)的动作的数字信号，基于该数字信号所规定的动作生成针对该促动器(21)的控制信号。

Description

移动体的控制系统

技术领域

在此公开的技术涉及对搭载于车辆等移动体的多个设备进行控制的控制系统。

背景技术

近年来，车辆所具备的促动器几乎全部被电子控制。因此，在车辆上搭载有多个用于控制各促动器的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)。

在专利文献1中公开了用于控制搭载于车辆的各种车载设备的控制系统的构成。在该控制系统中，根据各车载设备的作用(功能)划分了多个域(能量域/车身域/运动域)，在各域中，分层为用于控制车载设备的设备控制部、以及将设备控制部统一的域控制部。而且，该控制系统具备用于使由各域控制部进行的控制协作、协调的综合控制部。这些设备控制部、域控制部以及综合控制部实际上通过作为程序、数据库安装于ECU而具体实现。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－61278号公报

发明内容

发明要解决的课题

在针对车辆的每个器件分别设置ECU的构成中，专用的ECU的数量庞大，每一台车辆的ECU的数量在很多车型中多达数百。因此，连接各ECU彼此以及各ECU与传感器类的布线、连接器的数量也增大。其结果，车辆的通信系统的构成变得复杂，并且成本增大。

另外，如专利文献1那样，在使控制部分层的构成中，从综合控制部到各车载设备的通信路径中存在多个ECU。这将导致成本、消耗电力的增大。理想的是，在从运算装置到各车载设备的通信路径中，ECU不进行中继而传递信号。由此，能够大幅削减成本，此外，还能够削减消耗电力。

然而，例如在为车辆的情况下，对内燃机等中的促动器要求细微的控制。因此，仅将各ECU的功能汇集在一个运算装置中，促动器与运算装置之间的通信控制变得复杂，并且通信量变得庞大，因此导致控制的响应性的恶化。

在此公开的技术的目的在于，以简单的构成实现对搭载于移动体的多个硬件单元进行控制的控制系统。

用来解决课题的手段

为了解决所述课题，在此公开的技术中，作为在搭载有多个硬件单元的移动体中对各硬件单元进行控制的控制系统，构成为，具备：数字信号传送路径，不具有中继ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)，而进行数字信号的传送；控制器，至少包括运算装置和信号总线控制IC(Integrated Circuit，集成电路)，该运算装置对所述移动体的动作进行运算，该信号总线控制IC相对于所述数字信号传送路径进行数字信号的输入输出；以及多个IC，分别附带设置于控制各硬件单元的促动器，并分别连接于所述数字信号传送路径，所述控制器，通过所述运算装置进行决定移动体的动作的运算，按照运算结果，生成规定各促动器的动作的数字信号，通过所述信号总线控制IC，将所生成的数字信号输出至所述数字信号传送路径，所述多个IC分别从所述数字信号传送路径取得规定该促动器的动作的数字信号，基于所取得的数字信号所规定的动作，生成针对该促动器的控制信号。

根据该构成，控制器通过运算装置进行决定移动体的动作的运算，按照运算结果，生成规定各促动器的动作的数字信号。所生成的数字信号信号通过总线控制IC被输出至数字信号传送路径。附带设置于促动器的IC从数字信号传送路径取得规定该促动器的动作的数字信号，基于该数字信号所规定的动作生成针对该促动器的控制信号。即，控制器为了控制多个硬件单元，仅向数字信号传送路径输出规定各促动器的动作的数字信号即可，不需要对各促动器进行全时间通信来进行控制。各促动器的实时控制通过附带设置于该促动器的IC来进行。因而，根据本控制系统，能够通过单一的控制器响应性良好地控制各促动器。

除此之外，由于数字信号传送路径不包含中继ECU，因此在从控制器到促动器的通信路径中，ECU不进行中继而传递信号。因此，能够大幅削减成本，此外，还能够削减消耗电力。

而且，对于控制器输出的数字信号所表示的信息，通过进行标准化或者规则化，能够使附带设置于促动器的IC具有通用性。即，附带设置于促动器的IC只要具备将取得的数字信号所规定的促动器的动作转换为对该促动器赋予的控制信号的功能、即所谓的翻译信号的功能即可。由此，能够实现附带设置于促动器的IC的成本降低，能够提高控制系统的性价比。

另外，也可以构成为，所述促动器包括具有螺线管的第一促动器，所述控制器将第一数字信号输出至所述数字信号传送路径，该第一数字信号确定赋予给所述第一促动器的螺线管的电信号，所述多个IC中的附带设置于所述第一促动器的第一IC从所述数字信号传送路径取得所述第一数字信号，生成所述第一数字信号所确定的电信号，并赋予给所述第一促动器的螺线管。

由此，控制器对具有螺线管的第一促动器的控制，仅将确定赋予给该螺线管的电信号的第一数字信号输出至数字信号传送路径即可。第一促动器的实时控制通过附带设置于该第一促动器的第一IC来进行。因而，根据本控制系统，能够响应性良好地控制具有螺线管的促动器。

另外，也可以构成为，所述促动器包含具有马达的第二促动器，所述控制器将第二数字信号输出至所述数字信号传送路径，该第二数字信号确定所述第二促动器的目标状态，所述多个IC中的附带设置于所述第二促动器的第二IC从所述数字信号传送路径取得所述第二数字信号，生成以使所述第二促动器成为所述第二数字信号所确定的目标状态的方式驱动所述马达的电信号，并赋予给所述第二促动器的马达。

由此，控制器对具有马达的第二促动器的控制，仅将确定该第二促动器的目标状态的第二数字信号输出至数字信号传送路径即可。第二促动器的实时控制通过附带设置于该第二促动器的第二IC来进行。因而，根据本控制系统，能够响应性良好地控制具有马达的促动器。

发明效果

如以上说明那样，根据在此公开的技术，能够以简单的构成实现对搭载于移动体的多个硬件单元进行控制的控制系统。

附图说明

图1是实施方式的移动体的控制系统的构成例。

图2是将实施方式的控制系统应用于车辆的情况下的构成例。

图3是喷油器喷射控制的例子。

图4是怠速速度控制的例子。

图5是节气门控制的例子。

图6是电动车窗控制的例子。

图7是以往的硬件单元的控制装置的结构示意图。

附图标记说明

1 硬件单元

2 信号总线(数字信号传送路径)

10 控制器

11 运算装置

12 信号总线控制IC

21 促动器

23、23A、23B、23C、23D IC

110 IC、

211、212 螺线管

213、214 马达

A 促动器

CL 通信线

具体实施方式

以下，参照附图对例示的实施方式进行详细说明。

图1是表示实施方式的移动体的控制系统的构成例的示意图。在移动体中搭载有多个硬件单元1，本控制系统对各硬件单元1进行控制。在作为移动体的一个例子为汽车的情况下，硬件单元1例如为发动机、变速器、制动器等。

在图1的控制系统中，设有进行数字信号的传送的信号总线2。信号总线2的协议例如为CAN(Controller Area Network，控制器域网)、以太网(注册商标)等。控制器10包括对移动体的动作进行运算的运算装置11、在信号总线2之间进行数字信号的输入输出的信号总线控制IC12、以及进行电源总线5的控制的电源总线控制IC13。运算装置11例如具有多个运算核心11a，构成为能够执行超高速运算。

在各硬件单元1中设有对该硬件单元1进行控制的促动器21、以及对该硬件单元1的状态进行感测的传感器22。促动器21例如是设于发动机的喷油器、火花塞、设于各车轮的制动装置、辅助转向操作的动力转向装置、设于各车门的电动车窗装置等。传感器22例如是检测曲柄轴的旋转位置的曲柄位置传感器、检测节气门阀的打开程度的节气门位置传感器等。

在促动器21与传感器22中附加有通用IC23。通用IC23与信号总线2连接。即，在控制器10与各通用IC23之间的通信路径中，不经由中继ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)地传送数字信号。

控制器10通过运算装置11进行决定移动体的动作的运算，按照运算结果，生成规定各促动器21的动作的数字信号。该数字信号例如表示规定促动器21的动作的物理量数据。具体而言，例如是表示促动器21应进行的工作的能量、成为促动器21应调整的目标的温度、压力、或者发动机的转速、阀的开度等。另外，该数字信号例如确定赋予给促动器所具有的器件的电信号。具体而言，例如是电信号的信号波形、表示电信号的产生定时的时间、电信号的频率或电压等。

附带设置于促动器21的通用IC23从信号总线2取得规定该硬件单元1的动作的数字信号。然后，基于所取得的数字信号所规定的动作，生成针对该促动器21的控制信号。通用IC23在直到取得新的数字信号为止的期间，对该促动器21持续赋予所生成的控制信号。

附带设置于传感器22的通用IC23基于从该传感器22取得的数据信号，生成表示该硬件单元1的状态的数字信号，并输出至信号总线2。该数字信号例如表示物理量数据，该物理量数据表示硬件单元1的状态。具体而言，为温度、压力、转速等。

控制器10从信号总线2取得表示各硬件单元1的状态的数字信号。运算装置11基于所取得的数字信号所表示的各硬件单元1的状态，进行决定移动体的下一次动作的运算。然后，按照该运算结果，生成规定各促动器21的动作的数字信号。控制器10生成数字信号的周期与通用IC23对促动器21赋予控制信号的周期相比，格外地长。

图2是本实施方式的控制系统被应用于车辆的情况下的构成例。在图2中，在车辆AM中设有多个促动器A。各促动器A分别与IC110连接。各IC110经由通信线CL而与控制器10连接。通信线CL是实现图1的信号总线2的手段的一个例子，例如具有1Gbps以上的通信速度。

图2所示的车辆AM是除了通过驾驶员的操作行驶的手动驾驶之外，还能够进行辅助驾驶员的操作而行驶的辅助驾驶以及无驾驶员的操作而行驶的自动行驶的汽车。该车辆AM在驱动控制、制动控制以及操舵控制中，采用了进行电控制的线控方式。即，在车辆AM中，通过传感器感测油门踏板的操作、制动踏板的操作以及方向盘的操作。然后，通过基于传感器的输出在控制器10生成的控制信号，控制承担各控制的促动器A。

另外，在图2中，控制器10配置于车辆AM的后部，但控制器10的配置并不限定于此。

图7是表示以往的硬件单元的控制装置的构成的示意图。在图7的构成中，针对一个硬件单元500设有一个ECU510，ECU510与硬件单元500的各促动器以及各传感器通过多条信号线而连接。若在移动体搭载多个图7所示那样的构成，则存在多个重复部件，系统构成变得复杂。具体而言，存在多个构成ECU510的框体、电子基板、散热装置，存在多个ECU510所具备的输入输出电路、电源电路，存在多个连接硬件单元500与ECU510的连接器、信号线。

为了简化控制系统的构成，考虑只要采用通过单一的控制器对搭载于移动体的多个硬件单元进行控制的构成即可。由此，能够消除构成控制器的框体、电子基板、散热装置、输入输出电路、电源电路等的重复。然而，仅将各ECU的功能汇集在单一的控制器中，控制器与各促动器以及各传感器之间的通信控制变得极其复杂，并且通信量变得庞大。另外，例如，对于车辆中的内燃机等需要高速控制的硬件单元，要求对促动器进行极其极细微的控制。在该情况下，若从控制器发送促动器的控制信号，则会导致响应性的恶化。

因此，在本公开中，控制器进行决定移动体的动作的运算，按照该运算结果，生成规定各促动器的动作的数字信号。该数字信号例如表示用于控制的物理量数据，是比实际赋予给促动器的控制信号的抽象度高的信号。然后，利用高速的数字信号传送路径，在移动体内传送数字信号。然后，附带设置于促动器的IC经由数字信号传送路径取得由控制器生成的数字信号，基于该数字信号所规定的动作，生成针对该促动器的控制信号。

由此，控制器与附带设置于促动器的IC之间的通信控制变得简易，能够显著削减通信量。因而，能够通过单一的控制器响应性良好地控制各促动器。另外，数字信号传送路径不具有中继ECU，因此在从控制器到促动器的通信路径中，ECU不进行中继而传递信号。因此，能够大幅削减成本，也能够削减消耗电力。

另外，关于控制器输出的数字信号所表示的信息，通过预先进行标准化或者规则化，能够使附带设置于促动器的IC具有通用性。即，附带设置于促动器的IC只要具备将取得的数字信号所规定的促动器的动作转换为赋予给该促动器的控制信号的功能、即所谓的翻译信号的功能即可。由此，能够实现附带设置于促动器的IC的成本降低，能够提高控制系统的性价比。

以下，对本实施方式中的促动器的控制方式的具体例，进行说明。

(例1)喷油器喷射控制

图3示出喷油器喷射控制的例子。喷油器21A设于向发动机1A供给燃料的燃料装置。喷油器21A构成为，将由泵压送来的燃料从阀喷射，阀的开闭程度由螺线管211控制。

在发动机燃烧室中设有曲柄角传感器22A。曲柄角传感器22A在气缸的活塞达到了上止点时，输出触发信号Tr。

在喷油器21A中附加有通用IC23A。通用IC23A作为对喷油器21A内的螺线管211施加电压的螺线管电压控制部而发挥功能。通用IC23A在从曲柄角传感器22A接收到触发信号Tr之后，将图3的虚线框内所示那样的信号波形的控制信号赋予给螺线管211。另外，图3的信号波形为了提高螺线管211的初始响应性，通过脉冲使信号上升，之后使其成为一定电压而保持螺线管211的状态。

控制器10生成用于喷油器喷射控制的数字信号。该数字信号规定喷油器21A的动作，在本例中，是确定赋予给螺线管211的控制信号的信号波形的信号。这里，具体而言，用于喷油器喷射控制的数字信号包含分布(目标波形)、以及定时t1、t2、…、tn。控制器10将所生成的数字信号输出至信号总线2。

通用IC23A经由信号总线2接收从控制器10输出的用于喷油器喷射控制的数字信号。然后，按照该数字信号所表示的分布以及定时t1、t2、…、tn，生成控制信号，每当从曲柄角传感器22A接收到触发信号Tr时，将所生成的控制信号赋予给螺线管211。

上述的喷油器喷射控制是按照所指示的目标波形(分布)控制对螺线管那样的电器件施加的电压或者电流，从而使促动器执行期望的动作的控制(在本说明书中，称作分布控制)的一个例子。本例也能够应用于喷油器喷射控制以外的分布控制。

例如，也能够应用于发动机的点火控制。即，在点火系统中，通用IC向点火开关线圈赋予点火信号。控制器10将用于发动机的点火控制的数字信号输出至信号总线2。该数字信号包含确定点火信号的分布以及定时。通用IC接收用于发动机的点火控制的数字信号，生成点火信号，并赋予给点火开关线圈。

(例2)怠速速度控制

图4示出怠速速度控制的例子。怠速速度控制阀21B调整在节气门阀的旁通通路中流动的空气量，控制怠速转速。怠速控制阀21B的阀的开闭由螺线管212控制。

在发动机燃烧室中设有曲柄角传感器22A。曲柄角传感器22A在曲柄角成为了规定的角度时，输出触发信号Tr。另外，怠速控制系统改变空气流量的定时优选与曲柄角同步。这是因为，容易优化空气与燃料的最佳匹配，不易引起不发火等。

在怠速控制阀21B中附加有通用IC23B。通用IC23B作为对怠速控制阀21B内的螺线管212施加电压的螺线管电压控制部而发挥功能。通用IC23B在从曲柄角22A接收到触发信号Tr之后，将图4的虚线框内所示那样的信号波形的控制信号赋予给螺线管212。另外，图4的信号波形成为在占空比波形(一定周期的脉冲信号)中叠加了高频振动波形的波形。高频振动是指，以提高螺线管212的响应性为目的，赋予频率比控制信号快的微振动。

控制器10生成用于怠速速度控制的数字信号。该数字信号规定怠速控制阀21B的动作，在本例中，是确定赋予给螺线管212的控制信号的信号波形的信号。这里，具体而言，用于怠速速度控制的数字信号表示用于指示占空比波形的基本频率f1、基本电压v1及占空比D1、以及用于指示高频振动波形的频率f2及电压v2。控制器10将所生成的数字信号输出至信号总线2。

通用IC23B经由信号总线2接收用于怠速速度控制的数字信号。然后，按照该数字信号所表示的占空比波形的基本频率f1、基本电压v1及占空比D1、以及高频振动波形的频率f2及电压v2，生成控制信号，并赋予给螺线管212。通用IC23B每当从曲柄角传感器22A接收到触发信号Tr时，按照用于怠速速度控制的数字信号，更新控制信号的占空比波形。

上述的怠速速度控制是按照所指示的占空比波形，控制对螺线管那样的电器件施加的电压或者电流，从而使促动器执行期望的动作的控制(在本说明书中，称作占空比控制)的一个例子。该占空比控制也能够应用于怠速速度控制以外。例如，能够应用于基于空气压、液压的阀控制。

(例3)节气门控制

图5示出节气门控制的例子。节气门系统是调整向发动机1A进气的量的机构。节气门阀21C通过马达213调整节气门阀开度。

在发动机燃烧室中设有曲柄角传感器22A。曲柄角传感器22A在曲柄角成为了规定角度时，输出触发信号Tr。在节气门阀213中设有感测节气门的现状位置的节气门位置传感器22B。

在节气门阀21C中附加有通用IC23C。通用IC23C作为驱动节气门阀21C内的马达213并控制马达位置的控制部而发挥功能。通用IC23C按照所指示的目标开度，驱动节气门阀21C的马达213。

控制器10生成用于节气门控制的数字信号。该数字信号规定节气门阀21C的动作，这里是表示节气门阀21C的目标开度的信号。控制器10将所生成的数字信号输出至信号总线2。

通用IC23C经由信号总线2接收用于节气门控制的数字信号。然后，参照从节气门位置传感器22B发送的信号对马达213进行驱动，以使节气门阀21C的开度成为该数字信号所示的目标开度。通用IC23C当从曲柄角传感器22A接收到触发信号Tr时，接收新的数字信号，更新节气门阀21C的目标开度。

上述的节气门控制是按照所指示的位置目标，控制赋予给马达的驱动信号，从而使促动器执行期望的动作的马达位置控制的一个例子。该马达位置控制也能够应用于节气门控制以外。

(例4)电动车窗控制

图6示出电动车窗控制的例子。设于车门1B的电动车窗21D通过马达214进行窗的开闭动作。

在电动车窗21D中设有锁定感测传感器22C。锁定感测传感器22C从马达214接收能量变化的反馈，基于此来感测手等被电动车窗21D夹住的情况，在感测到时，输出马达锁定信号。

在电动车窗21D中附加有通用IC23D。通用IC23D在被指示了电动车窗21D的动作时，按照所指示的目标转矩，驱动电动车窗21D的马达214。通用IC23D在电动车窗21D的动作中接收到马达锁定信号时，与所指示的目标转矩无关地降低马达214的转矩。

控制器10生成用于电动车窗控制的数字信号。该数字信号规定电动车窗21D的动作，这里是表示窗开闭动作指示以及电动车窗动作时的目标转矩的信号。控制器10将所生成的数字信号输出至信号总线2。

通用IC23D经由信号总线2接收用于电动车窗控制的数字信号。然后，在有窗开闭动作指示时，按照所指示的目标转矩，驱动电动车窗21D的马达214。但是，当在马达214的驱动中从锁定感测传感器22C接收到马达锁定信号时，通用IC23D降低马达214的转矩。

上述的电动车窗控制是按照所指示的转矩目标，控制赋予给马达的驱动信号，从而使促动器执行期望的动作的马达转矩控制的一个例子。该马达转矩控制除了电动车窗控制以外，例如还能够应用于电动安全带的控制等。

(其他例)

除了上述的例子以外，例如风扇控制、加热器控制、增压器控制等也能够同样地实现。例如，在增压器控制中，控制器10只要输出表示增压器的接通/断开、以及增压器接通时的空气旁通阀的开度的数字信号即可。

如以上那样，根据本实施方式，通过单一的控制器10控制搭载于移动体的多个硬件单元1。而且，控制器10为了控制多个硬件单元1，仅向信号总线2输出规定各促动器21的动作的数字信号即可，各促动器21的实时控制通过附带设置于该促动器21的IC23来进行。因而，根据本控制系统，能够通过单一的控制器10响应性良好地控制各促动器21。除此之外，信号总线2不包含中继ECU，因此在从控制器10到促动器23的通信路径中，ECU不进行中继而传递信号。因此，能够大幅削减成本，此外，还能够削减消耗电力。

另外，在本公开中，数字信号传送路径也可以是信号总线2、通信线CL以外的路径，例如也可以通过光纤电缆、无线通信等来实现。

另外，本公开中的移动体并不限定于车辆，例如即使是船舶、飞机、或者机器人等也能够应用本公开的控制系统。

上述实施方式只不过是示例，不能限定性地解释本公开的范围。本公开的范围由权利要求书定义，属于权利要求书的等效范围的变形、变更也都在本公开的范围内。

工业上的可利用性

在此公开的技术作为以简单的构成实现对搭载于移动体的多个硬件单元进行控制的控制系统是有用的。

Claims (3)

1.一种移动体的控制系统，该控制系统在搭载有多个硬件单元的所述移动体中对各硬件单元进行控制，其特征在于，所述控制系统具备：

数字信号传送路径，不具有中继电子控制单元即中继ECU，所述数字信号传送路径进行数字信号的传送；

控制器，至少包括运算装置和信号总线控制集成电路即信号总线控制IC，该运算装置对所述移动体的动作进行运算，该信号总线控制IC相对于所述数字信号传送路径进行数字信号的输入输出；以及

多个IC，分别附带设置于控制各硬件单元的促动器，并分别连接于所述数字信号传送路径，

所述控制器通过所述运算装置进行决定移动体的动作的运算，按照运算结果，生成规定各促动器的动作的数字信号，通过所述信号总线控制IC将所生成的数字信号输出至所述数字信号传送路径，

所述多个IC分别从所述数字信号传送路径取得规定该促动器的动作的数字信号，基于所取得的数字信号所规定的动作，生成针对该促动器的控制信号，

所述运算装置所生成的所述数字信号表示用于所述促动器的控制的物理量数据，是与所述IC实际赋予给所述促动器的所述控制信号相比抽象度更高的信号，

所述多个IC构成为仅具有生成规定所述促动器的动作的信号的功能和将取得的所述数字信号所规定的促动器的动作转换为赋予给该促动器的控制信号的功能中的后者的功能。

2.如权利要求1所述的移动体的控制系统，其特征在于，

所述促动器包括具有螺线管的第一促动器，

所述控制器将第一数字信号输出至所述数字信号传送路径，该第一数字信号确定赋予给所述第一促动器的螺线管的电信号，

所述多个IC中的附带设置于所述第一促动器的第一IC从所述数字信号传送路径取得所述第一数字信号，生成所述第一数字信号所确定的电信号，并赋予给所述第一促动器的螺线管。

3.如权利要求1所述的移动体的控制系统，其特征在于，

所述促动器包含具有马达的第二促动器，

所述控制器将第二数字信号输出至所述数字信号传送路径，该第二数字信号确定所述第二促动器的目标状态，

所述多个IC中的附带设置于所述第二促动器的第二IC从所述数字信号传送路径取得所述第二数字信号，生成以使所述第二促动器成为所述第二数字信号所确定的目标状态的方式驱动所述马达的电信号，并赋予给所述第二促动器的马达。