JP2006067465A - アナログデジタル信号変換装置とアナログデジタル信号変換装置を備えたネットワーク回線及びデータ収集装置 - Google Patents

アナログデジタル信号変換装置とアナログデジタル信号変換装置を備えたネットワーク回線及びデータ収集装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 アナログデジタル信号変換装置を提供する。
【解決手段】 複数の制御装置が共有するネットワーク回線に接続するアナログデジタル信号変換装置であって、移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備え、前記制御装置と異なる識別番号を有し、前記予め定められたフォーマットのデータ列に前記識別番号と前記1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとに当該データ列を前記ネットワーク回線に送出する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、アナログデジタル信号変換装置とアナログデジタル信号変換装置を備えたネットワーク回線及びデータ収集装置に関するものである。
従来、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル信号変換装置がある。
しかしながら、従来のアナログデジタル信号変換装置では、アナログ信号を1ビットのデジタル信号へ変換するしきい値を予めデータ計測前に設定しておく必要があり、またビットレートや符号処理等の設定も予め実施しておく必要があるため、データ処理を開始するまでの事前の準備が煩雑となるという課題があった。
本発明は、データ処理時の煩雑さを低減するアナログデジタル信号変換装置及びこの変換装置を備えたデータ収集装置またはネットワーク回線を提供することを目的とする。
第1の発明は、固有の識別番号を有し、予め定められたフォーマットに則り、移動体の制御に用いられるパラメータと前記識別番号を含むデータ列を送出する複数の制御装置が共有するネットワーク回線に接続するアナログデジタル信号変換装置であって、移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備え、前記制御装置と異なる識別番号を有し、前記予め定められたフォーマットのデータ列に前記識別番号と前記1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとに当該データ列を前記ネットワーク回線に送出する。
第2の発明は、固有の識別番号を有し、予め定められたフォーマットに則り、移動体の制御に用いられるパラメータと前記識別番号を含むデータ列を送出する複数の制御装置が共有するネットワーク回線において、前記制御装置と異なる識別番号を有し、前記予め定められたフォーマットのデータ列に前記識別番号と1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとに当該データ列を前記ネットワーク回線に送出するアナログデジタル信号変換装置を備え、前記アナログデジタル信号変換装置は、移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備える。
第3の発明は、固有の識別番号を有し、予め定められたフォーマットに則り、移動体の制御に用いられるパラメータと前記識別番号を含むデータ列を共通のネットワーク回線に送出する複数の制御装置の送出したデータ列を収集・記憶するデータ収集装置において、前記制御装置と異なる識別番号を有し、前記予め定められたフォーマットのデータ列に前記識別番号と1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとに当該データ列を前記ネットワーク回線に送出するアナログデジタル信号変換装置を備え、前記アナログデジタル信号変換装置は、移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備え、前記アナログデジタル信号変換装置の送出したデータ列を前記制御装置のデータ列と同時に収集・記憶する。
第4の発明は、第1の発明において、前記しきい値が、上下限値の中間値である。
第5の発明は、第1または4の発明において、前記信号変換手段が、前記1ビットデジタル信号に基づきCANプロトコルに則したCAN信号を設定でき、前記1ビットデジタル信号の信号を所定のCAN信号のビット位置に設定し、他のビット位置には、前記制御装置の運転状態に対応した1ビットデジタル信号を設定する。
第6の発明は、第5の発明において、前記信号変換装置が前記制御装置の1ビットデジタル信号を任意に設定する。
第7の発明は、第1の発明において、前記しきい値設定手段が前記しきい値設定時に所定のヒステリシスを設ける。
第8の発明は、第1の発明において、前記アナログデジタル信号変換装置の認識番号が任意に設定される。
第1から第3の発明によれば、アナログデジタル信号変換装置は、移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備えたので、予め上下限値、しきい値、ビットレートや符号処理等を記憶しておく必要がないため、データ処理の煩雑さを低減することができる。
第4の発明では、しきい値を上下限値の中間値としたので、設定が容易となる。
第5の発明では、信号変換手段が、1ビットデジタル信号に基づきCANプロトコルに則したCAN信号を設定でき、1ビットデジタル信号の信号を所定のCAN信号のビット位置に設定し、他のビット位置には、制御装置の運転状態に対応した1ビットデジタル信号を設定するため、CAN信号に移動体の運転状態を検出する入力手段と制御装置の運転状態に対応した1ビットデジタル信号を設定することができる。
第6の発明では、信号変換装置が制御装置の1ビットデジタル信号を任意に設定するため、実際に制御装置が設定されていなくても擬似的に制御装置に対応した1ビットデジタル信号を設定することができ、台上試験等に有用である。
第7の発明では、しきい値設定手段が前記しきい値設定時に所定のヒステリシスを設けるため、信号の変化が緩やかな場合にチャタリングが発生することを防止することができる。
第8の発明では、アナログデジタル信号変換装置の認識番号が任意に設定されるため、予め認識番号を記憶しておく必要がなく、待機状態での設定の煩雑さを低減することができる。
図1は、本発明のデータ収集装置を備えたネットワーク回線の一例を示す図である。このネットワーク回線1は、例えば、移動体内にCAN(Controller Area Network)プロトコルで構築されたネットワーク回線である。
このネットワーク回線1の母線(以下、CANバスという)2には、例えば、エンジンの運転制御を司るECU3、自動変速機の制御を司るATCU4、及び制動装置のABSの制御を司るABSユニット5が接続され、これらから送出されるデータ列としてのCAN信号は、CANバスを通じてデータ収集装置7の第1チャンネルに送出される。一方、ネットワーク回線1が設置された移動体の運転状態を検出するセンサ等6が設置され、これらセンサ等6が出力するアナログ信号は、アナログ信号をCAN信号に変換するデータ変換装置8によってCAN信号に変換され、データ収集装置7の第2チャンネルから収集される。なお、変換したCAN信号をCANバス上に送出するようにしてもよい。
データ収集装置7は、送出されたデータ列に含まれる認識信号(ID)を識別して、所定のCAN信号を収集し、付属した外部記憶手段(例えば、コンパクトフラッシュ(登録商標、以下CF))に記憶する。データ収集後、データ解析時には外部記憶手段のみを取り出し、外部記憶手段を別置した解析装置に接続してデータ解析を行なう。データの解析は、データがCANプロトコルに統一されて記憶されており、解析の手間を省き、効率を向上することができる。
なお、各構成要素には所定のIDが割り振られ、またデータ変換装置8はIDを任意に設定可能とされており、データ収集装置8はこれらIDに基づいてCANバス上のデータ列を識別して必要なデータを収集する。
本発明のアナログ信号をデジタル信号であるCAN信号に変換するデータ変換装置(アナログデジタル信号変換装置)8について説明する。このデータ変換装置8は、図2に示すように、アナログ信号に基づき基準出力値を設定する基準値設定部(設定手段)8aと、アナログ信号を入力し、アナログ入力値に対するデジタル出力値を演算、記憶して、CANプロトコルに則してデジタル出力値をCANデータに変換するデータ変換部8bと、出力するCANデータのIDを設定するID設定部8cとから構成される。
基準値設定部8aでは、例えば、測定前にセンサ等6のキャリブレーションを行い、測定を実施するセンサ出力値の0(ゼロ)点を基準値として設定するとともに、さらに一点の出力値を基準値と設定し、2点を基準値とする。ここで一点の出力値は、目的のセンサが出力しやすい出力値、例えばGセンサであれば1Gに対応する出力値(電圧)とすればよい。
データ変換部8bでは、設定された基準値の2点間をリニアな関係とみなし、この関係を用いて、例えばセンサ等6のGセンサから入力された電圧(アナログ信号)を1ビットのデジタル信号に変換し、さらにこの1ビットのデジタル信号に基づいてCANデータを設定して出力する。データ変換部8bでは、アナログ信号のサンプリング速度をデータ収集装置7がCANデータをサンプリングする速度より速く設定し、例えばCANデータのサンプリング速度が100Hzに対してアナログ信号のサンプリング速度を1kHzとして、アナログ信号の急速な変化に対応する。
ID設定部8cでは、変換されたCANデータを識別するためのIDを設定する。データ変換装置8のIDは他の制御装置が使用していないIDに任意に設定できるため、予め認識番号を記憶しておく必要がなく、待機状態での設定の煩雑さを低減することができる。設定したIDとCANデータとをデータ列としてデータ収集装置7に送出する。
なお、本発明のデータ変換装置8は、前述のようにアナログ信号をデジタル(CAN)信号に変換できるとともに、逆にCAN信号をアナログ信号に変換する機能も備えることができる。
また、データ変換装置8は、データ収集装置7と信号ケーブルを介して接続してもよいが、データ変換装置8の出力側のコネクタが、データ収集装置7のコネクタ28aに接続するように構成されてもよい。
また、データ収集装置7にCANバスからの信号とアナログ信号を変換したCAN信号とを収集させたが、それぞれを別個のデータ収集装置に収集するようにしてもよい。この場合にはバスの送信負荷を低減するとともに、データ収集の容量を増加することができる。別個のデータ収集装置に収集されたデータは、合成して用いることで解析することができる。
次に図3を用いて、データ変換装置8で実施されるアナログデータをCANデータに変換する手法を説明する。
まず、アナログ信号を入力し(入力手段)、入力値から所定の二つの基準値を設定し(設定手段)、この基準値に基づきしきい値を設定する(しきい値設定手段)。図3では時刻t1とt2でセットした2つの基準値の中間値をしきい値として、設定を容易にしている。次に入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して(A/D変換手段)記憶し(記憶手段)、設定されたしきい値と比較する。信号(図では電圧値)がしきい値より大きければ、1ビットデジタル信号のオン(=1)に設定し、小さければオフ(=0)に設定する(信号変換手段)。なお、しきい値は所定のヒステリシスが設定されており、アナログ信号の変化が緩やかな場合にしきい値判定でのチャタリングを防止することができる。ヒステリシスの範囲は、例えばしきい値の±5%程度である。
1ビットデジタル信号に変換した後、CAN信号としての1バイトデジタル信号を作成する。このとき1ビットデジタル信号の出力は1バイトデジタル信号の任意の位置、例えば実施例ではビット3に割り振る。
他のビット0、1、2および4から7には、擬似信号を設定する。ここで擬似信号は、実際の制御装置に接続することなしに、例えばECUからのエンジン回転速度の制御信号のビット位置に擬似信号の1を立てることにより、あたかもECUに接続しているかのように制御上取り扱うことが可能で、自動変速機単体での台上実験評価時にエンジン回転速度の影響を加味した評価を行うことができる。このように、実際には接続されていない制御装置等が接続しているかのように制御上取り扱うことができるため、実験、特に台上評価実験等に極めて有用である。またはマスクデータとしての擬似信号を所定のビット位置に設定(例えば1を設定)することにより、信号0が設定される場合では評価実験時に不適当な制御となることを避けることができる。
したがって本発明では、移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する変換手段と、変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備えたアナログデジタル信号変換装置が、制御装置と異なる識別番号を有し、予め定められたフォーマットのデータ列に識別番号と1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとにデータ列をネットワーク回線に送出するため、予め上下限値、しきい値、ビットレートや符号処理等を記憶しておく必要がないため、データ処理の煩雑さを低減することができる。
図4と図5は、データ収集装置7の形状の一例を示す概略図である。
本体21は、例えばアルミ薄板材で形成された円筒状で軽く持ち易く、図8に示すように一端21aはゴム材で形成されたリング状のカバー23により覆われる。カバー23により、一端21aの角部が他部品を傷つけることを防止するとともに、車内に置かれて高温となった制御装置でもカバー23を持って容易に取り扱うことができる。
一方、他端21b側内周に雌ネジ21cが形成されており、本体21の他端21bには、この雌ネジ21cに噛合する雄ネジ24aが下蓋24に形成され、下蓋24外周段付端部が他端21bの角部を隠すように設置される。下蓋24は、制御部22に収装された外部記録手段25を下方より押圧するように固定される。
円筒状の形成した本体21の外径は、通常の350ml缶の外径とほぼ同じく、車両の客室内に備え付けられた、いわゆるカップホルダーに収まる外径である。カップホルダーに収まるように制御装置を構成したことで、制御装置の置き場に困ることがなく、また制御装置の転倒を防止することができる。これにより制御装置が、車両内で移動して周辺部品や内装材を傷つけることがない。
制御装置の制御機能を司る制御部22は、長短2つの基板、メインボード22aとサブボード22bから構成され、2つの基板22a、22bは、この基板間に設置されたコネクタボード2cを介して接続する。メインボード22aとサブボード22bは、下端側の位置高さを略同一に、かつ本体21の軸方向(上方向)に積層に設置される。メインボード22aとサブボード22bとの間に、外部記録手段25、たとえばCFカード25が下方より挿入されるCFカードスロット26が設置される。
前述したようにメインボード22aとサブボード22bは、長さ違いに形成されており、短いサブボード22bの上端部に、データ収集装置7に接続されるケーブルの金具27等を固定するコネクタ28aが設置され、制御部22にCANの信号が入力される。また、外部電源、たとえばシガーソケットから電源を得るための端子28bを設定した。一方、メインボード22aの上端部には、制御装置の作動状態を示すLED29が本実施形態では色違いで3つ設置され、作業者に作動状態を告知する。なお、LED29の識別パターンと制御装置の作動状態との関係を本体21の外周面に示すようにしても良い。また、トリガースイッチ30がメインボード22aの上端部に設置され、作業者の要求時にトリガースイッチ30を押すことで、制御部22のCAN信号の情報の記録が確実に開始される。または、計時装置7の日時データに基づいて記録の開始や終了を制御するようにしてもよい。
メインボード22aとサブボード22bの上端を覆う上部パネル31が本体21内に設置される。上部パネル31は、メインボード22aとサブボード22bとの長さの違いに合わせて、本体21の中心軸に対して垂直に段差を持って半月状に形成される2つの面31a、31bからなる。なお、上部パネル31には前述のコネクタ28a、LED29やトリガースイッチ30が貫通する孔32、33、34が形成される。
メインボード22aとサブボード22bは、上部パネル31と、2つのボードの下端に設置された下部パネル35を介して本体21に固定される。このため、本体部1からの熱が2つのボードに伝達され難く、ボードに取り付けられた電子部品への熱影響を抑制することができる。さらに、上下にパネル11、15を設置することで制御部22内に粉塵が入り込むことを抑制することができる。
このように構成されて、次に作用について説明する。
本発明の制御装置は、車両に構築されたCANからの信号を入力して、CFカード25にデータを記録する。データの記録は、作業者によるトリガースイッチ30のオン操作、または入力したCAN信号が所定の設定信号の場合データの記録を開始する。データの記録は、例えば、計時装置7から出力される所定の日時データの有無で記録の開始、終了が制御されるが、データ記録開始前及び終了後の一定期間のデータを合わせて記録するように、ループメモリ方式により制御される。
また、データ記録に合わせて記録した時期を明確にするために、カウンタ機能を内蔵しており、例えば、起動時からのトータルの時間やエンジンの始動回数等を把握することができる。
制御装置の起動は、イグニッションスイッチのオン操作、トリガースイッチ10のオン操作またはアクセサリスイッチのオン操作(CAN入力信号にイグニッション信号が含まれていない場合)のいずれかにより起動する。したがって、制御装置に電源スイッチを設ける必要がなく、低コスト化および軽量化を図ることができる。
また制御装置の停止は、起動操作と逆に各スイッチをオフすることでなされるが、停止時に記録したデータが保護されることはいうまでもない。
なお、本発明の制御装置は、車両に構築されたCANからの信号を入力して、CFカードに記録する装置として説明したが、これに限られず、車両を制御する装置に適用することもできる。
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
本発明を適用した計時装置は、CANを備えた移動体に有用である。
本発明のデータ収集装置を備えたネットワーク回線の一例である。 データ変換装置の構成を示す図である。 アナログ信号をCAN信号に変換する方法を説明するためのタイミングチャートである。 データ収集装置の本体及び制御部の全体図である。 同じく制御部の鳥瞰図である。 同じくデータ収集装置の上面図である。 同じくデータ収集装置の下面図である。 同じくデータ収集装置の断面図(図6のA−B線に対応する)である。 同じくデータ収集装置の断面図(図6のA−A線に対応する)である。
符号の説明
1 ネットワーク回線
2 CANバス
3 ECU
4 ATCU
5 ABSユニット
6 センサ等
7 データ収集装置
8 データ変換装置
21 本体
21a 凹部
22 制御部
22a メインボード
22b サブボード
22c コネクタボード
23 カバー
24 下蓋
25 CFカード(外部記録媒体)
26 CFカードスロット
31 上部パネル
31a 上面
31b 下面
35 下部パネル

Claims (8)

  1. 固有の識別番号を有し、予め定められたフォーマットに則り、移動体の制御に用いられるパラメータと前記識別番号を含むデータ列を送出する複数の制御装置が共有するネットワーク回線に接続するアナログデジタル信号変換装置であって、
    移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、
    この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、
    入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
    変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、
    前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、
    前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備え、
    前記制御装置と異なる識別番号を有し、前記予め定められたフォーマットのデータ列に前記識別番号と前記1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとに当該データ列を前記ネットワーク回線に送出することを特徴とするアナログデジタル信号変換装置。
  2. 固有の識別番号を有し、予め定められたフォーマットに則り、移動体の制御に用いられるパラメータと前記識別番号を含むデータ列を送出する複数の制御装置が共有するネットワーク回線において、
    前記制御装置と異なる識別番号を有し、前記予め定められたフォーマットのデータ列に前記識別番号と1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとに当該データ列を前記ネットワーク回線に送出するアナログデジタル信号変換装置を備え、
    前記アナログデジタル信号変換装置は、
    移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、
    この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、
    入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
    変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、
    前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、
    前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備えたことを特徴とするネットワーク回線。
  3. 固有の識別番号を有し、予め定められたフォーマットに則り、移動体の制御に用いられるパラメータと前記識別番号を含むデータ列を共通のネットワーク回線に送出する複数の制御装置の送出したデータ列を収集・記憶するデータ収集装置において、
    前記制御装置と異なる識別番号を有し、前記予め定められたフォーマットのデータ列に前記識別番号と1ビットデジタル信号を含めて所定期間ごとに当該データ列を前記ネットワーク回線に送出するアナログデジタル信号変換装置を備え、
    前記アナログデジタル信号変換装置は、
    移動体の運転状態を検出したアナログ信号を入力する入力手段と、
    この入力されたアナログ信号で任意の上下限値を設定する設定手段と、
    入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
    変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、
    前記設定された上下限値の間でしきい値を設定するしきい値設定手段と、
    前記設定したしきい値と記憶したデジタル信号を比較して、比較結果に基づいて前記デジタル信号を1ビットデジタル信号に変換する信号変換手段とを備え、
    前記アナログデジタル信号変換装置の送出したデータ列を前記制御装置のデータ列と同時に収集・記憶することを特徴とするデータ収集装置。
  4. 前記しきい値は、上下限値の中間値であることを特徴とする請求項1に記載のアナログデジタル信号変換装置。
  5. 前記信号変換手段は、前記1ビットデジタル信号に基づきCANプロトコルに則したCAN信号を設定でき、前記1ビットデジタル信号の信号を所定のCAN信号のビット位置に設定し、他のビット位置には、前記制御装置の運転状態に対応した1ビットデジタル信号を設定することを特徴とする請求項1または4に記載のアナログデジタル信号変換装置。
  6. 前記信号変換装置は、前記制御装置の1ビットデジタル信号を任意に設定することを特徴とする請求項5に記載のアナログデジタル信号変換装置。
  7. 前記しきい値設定手段は、前記しきい値設定時に所定のヒステリシスを設けることを特徴とする請求項1に記載のアナログデジタル信号変換装置。
  8. 前記アナログデジタル信号変換装置の認識番号は、任意に設定されることを特徴とする請求項1に記載のアナログデジタル信号変換装置。
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