JP2006211361A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通信障害と通信制御回路の異常を監視でき、障害の発生した通信制御回路だけを選択的に初期化する。
【解決手段】 通信制御回路１８は、正常に動作しているとき、１フレームの送受信が完了するごとに通信確認信号Ｓｐを出力し、エッジ検出回路２０はそのエッジに合わせてタイマリセット信号Ｓｔを出力する。タイマ回路２１は、しきい値Ｔth1に達する前にタイマリセット信号Ｓｔによりゼロクリアされるのでリセット信号Ｓｒを出力しない。通信制御回路１８が暴走すると、通信確認信号Ｓｐの出力が停止する。エッジ検出回路２０はタイマリセット信号Ｓｔを出力せず、タイマ回路２１は、最後にタイマリセット信号Ｓｔが与えられた時からしきい値Ｔth1に相当する時間が経過した時点でリセット信号Ｓｒを出力する。これにより、通信制御回路１８は正常動作状態に復帰する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信線を介してデータの送信または受信を行う通信装置に関する。

この種の通信装置は、通信制御（通信障害の検出を含む）を行う通信制御回路と、通信制御回路の暴走を監視する暴走監視回路（ウォッチドッグ回路）とを備えている。この従来構成に対し、特許文献１には、多重通信システムの通信線に接続された多重通信装置において、通信線上の信号パルスが所定時間以上変化しない場合または通信線上の信号パルスが送信状態でホールドした場合に異常状態を検出してＣＰＵを初期化するＣＰＵ暴走防止装置が開示されている。
特開平１１−８５５６７号公報

通信線には複数の通信装置が接続されている。例えば通信装置ａ、ｂ、ｃ、…が共通の通信線を介して互いにデータ通信を行うシステムにおいては、通信線にこれらの各通信装置ａ、ｂ、ｃ、…が行う全てのデータ通信の信号パルスが現れる。このため、通信装置ａに設けられた上記ＣＰＵ暴走防止装置は、自ら送受信するデータ通信において信号パルスが停止した場合のみならず、他の通信装置ｂとｃとの間のデータ通信において信号パルスが停止した場合でも、自らのＣＰＵ（通信制御回路）を初期化してしまう。すなわち、上記ＣＰＵ暴走防止装置を用いたシステムでは、部分的な通信障害がシステム全体に波及する事態が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、通信障害と通信制御回路の異常を監視でき且つ障害の発生した通信制御回路だけを選択的に初期化できる通信装置を提供することにある。

請求項１に記載した手段によれば、通信装置を構成する通信制御回路は、通信線を介して他の通信装置との間で継続的にデータの送信または受信を行い、所定単位（例えば１フレーム、１バイト等）のデータを正常に送信するごとにまたは所定単位のデータを正常に受信するごとに通信確認信号を出力する。これにより、本通信装置がデータを送受信する場合に生じる通信障害の監視を行うことができる。

上記所定単位のデータを正常に送受信しているときの通信確認信号の出力時間間隔よりも長い時間を第１判定時間として設定すれば、通信確認信号が第１判定時間以上の間出力されないのは、通信障害が単発的に発生した場合および通信制御回路が暴走等の異常な状態に陥った場合である。後者の場合には、通信制御回路を初期化しない限り通信確認信号が出力されることはない。そこで、監視回路は、通信制御回路から通信確認信号が第１判定時間以上の間出力されない場合に、通信制御回路に対しリセット信号を出力する。

本手段によれば、通信が継続的に行われる通信システムにおいて、通信障害の監視により得られる通信確認信号を利用して通信制御回路の異常動作を監視することが可能となる。これにより、通信制御回路の異常監視回路（例えばウォッチドッグ回路）を別途独立して設ける必要がなく、回路規模を小さくできる。また、上記通信確認信号は、通信装置が自ら送受信する通信について出力される信号であるため、障害の発生した通信制御回路だけを対象として初期化することができる。すなわち、通信線に繋がる他の通信装置に通信障害が生じても、当該通信に関与していない通信装置の通信制御回路が初期化されることはなく、通信障害が通信システム全体に波及することを防止することができる。

請求項２に記載した手段によれば、通信確認信号はＨレベルとＬレベルの間のレベル変化を伴う信号であって、監視回路は、タイマなどの計測回路を用いて、通信確認信号のＨレベル保持時間とＬレベル保持時間とをそれぞれ計測する。これらの時間の何れか一方が通信確認信号の出力時間間隔となる。従って、この計測した何れかの時間が第１判定時間以上となった場合にリセット信号を出力すれば、上述したように通信障害と通信制御回路の異常とをまとめて監視できる。

請求項３に記載した手段によれば、通信確認信号はパルス状の信号であって、監視回路は、タイマなどの計測回路を用いて、通信確認信号のアップエッジ間隔またはダウンエッジ間隔を計測する。この時間が通信確認信号の出力時間間隔となる。従って、この計測した何れかの時間が第１判定時間以上となった場合にリセット信号を出力すれば、上述したように通信障害と通信制御回路の異常とをまとめて監視できる。

請求項４に記載した手段によれば、監視回路は、通信確認信号のエッジ間隔が第２判定時間以下である場合にもリセット信号を出力する。この第２判定時間は、例えば上記所定単位のデータを正常に送受信しているときの通信確認信号の最小出力時間間隔よりも短く設定されている。つまり、通信確認信号が第２判定時間以下で出力されるのは、通信制御回路が異常な状態にある場合である。これにより、通信制御回路の異常動作をより確実に監視でき、異常時に初期状態に復帰させることができる。

請求項５に記載した手段によれば、第１判定時間は、受信した制御データに基づいて動作するアクチュエータの動作応答時間に応じた値に設定されている。これは、アクチュエータを制御するには動作応答時間に応じた間隔で継続的にデータを送受信する必要があるという制御基準に合致するものである。これにより、通信制御回路が正常動作している時に誤って初期化することを防止でき、通信制御回路が異常動作に陥った時の初期化までの遅延時間を短縮することができる。第２判定時間もアクチュエータの動作応答時間に応じた値に設定してもよい。

請求項６に記載した手段によれば、第１判定時間は、通信線に繋がる通信装置の数が増えるほど長く設定される。これは、通信装置の数が増えると、各通信装置についてデータの送受信の間隔が長くなることによる。本手段によれば、通信制御回路が正常動作している時に誤って初期化することを防止でき、通信回路が異常動作に陥った時の初期化までの遅延時間を短縮することができる。

請求項７に記載した手段によれば、いわゆるＰＷＭ通信方式において、第１判定時間がＰＷＭ信号の周期のほぼ２倍の値に設定されるので、周期の変動により誤って初期化することを防止でき、通信回路が異常動作に陥った時の初期化までの遅延時間を極力短縮することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明をオルタネータ（車両用発電機）とＥＣＵ(Electronic Control Unit)との通信に適用した第１の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図２は、バッテリ充電システムの電気的構成図である。オルタネータ１（本発明でいうアクチュエータに相当）、エンジンＥＣＵ２、他のＥＣＵ３、各種センサ４は共通の通信線５に接続されており、これにより車両用通信ネットワーク例えばＬＩＮ（Local Interconnect Network）が構成されている。ＬＩＮは、最大１６の接続ノードを持つシングルワイヤ方式の通信ネットワークで、シングルマスタのマスター・スレーブ方式を採用している。

オルタネータ１は、固定子（図示せず）に巻回された三相の固定子巻線６、三相交流電圧を全波整流する整流回路７、回転子（図示せず）に具備された励磁巻線８およびレギュレータＩＣ９を備えて構成されている。図面上、励磁電流検出回路は省略されている。整流回路７は、三相ブリッジ接続されたツェナーダイオードにより構成されており、発電電圧は発電出力端子Ｂとグランド端子Ｅを介してバッテリ１０に供給されている。バッテリ１０には、必要に応じて負荷１１が接続されている。

レギュレータＩＣ９は、エンジンＥＣＵ２から送られてくる信号に基づいて励磁巻線８に対する通電をＰＷＭ制御し、発電電圧を制御するようになっている。また、固定子巻線６の何れか１相の電圧に基づいて発電状態を検出し、それをエンジンＥＣＵ２等に送信する機能も備えている。レギュレータＩＣ９の端子Ｂ、Ｅ、Ｆ、Ｐ、Ｃは、それぞれ電源端子、グランド端子、励磁電流出力端子、相電圧入力端子、通信端子である。

より具体的には、レギュレータＩＣ９はカスタムＩＣであって、端子ＢとＥとの間に直列接続されたトランジスタ１２と還流ダイオード１３、トランジスタ１２を制御する電圧制御部１４、上記発電状態を検出する発電状態検出部１５、通信ユニット１６（通信装置に相当）およびトランシーバ１７を備えて構成されている。このうち電圧制御部１４は、通信ユニット１６から与えられる指令電圧とオルタネータ１の出力電圧（発電電圧）とが一致するようにトランジスタ１２をＰＷＭ制御するようになっている。また、発電状態検出部１５は、端子Ｐに現れる相電圧のピーク値を検出し、それを発電状態として通信ユニット１６に出力するようになっている。

図１は、通信ユニット１６の機能的ブロック構成を示している。通信ユニット１６は、通信制御回路１８と監視回路１９とから構成されている。通信制御回路１８は、トランシーバ１７との間で送受信データを授受するとともに、所定単位例えば１フレームのデータを正常に送受信するごとにワンショットパルスからなる通信確認信号Ｓｐを出力するようになっている。また、リセット信号Ｓｒが入力されると動作状態を初期化するようになっている。

監視回路１９は、エッジ検出回路２０とタイマ回路２１（計測回路に相当）とから構成されている。エッジ検出回路２０は、通信確認信号Ｓｐを入力し、そのエッジ（アップエッジとダウンエッジの両方）を検出すると、タイマ回路２１にパルス状のタイマリセット信号Ｓｔを出力するようになっている。タイマ回路２１は、常時タイマ動作を行っており、タイマリセット信号Ｓｔが入力されるとタイマ値をゼロにリセットし、タイマ値がしきい値Ｔth1（第１判定値に相当）以上になるとリセット信号Ｓｒを出力するようになっている。

次に、本実施形態の作用について図３も参照しながら説明する。
通信ユニット１６内の通信制御回路１８にリセット信号Ｓｒが与えられると、電圧制御部１４は、予めレギュレータＩＣ９内に設定されている制御パラメータを用いて発電電圧を制御する（デフォルト動作モード）。その後、エンジンＥＣＵ２等から制御パラメータや指令電圧のデータが送信されてくると、そのデータに基づいて制御パラメータや指令電圧を設定し発電電圧を制御する（通信動作モード）。

図３は、エンジンＥＣＵ２からオルタネータ１にデータを送信する場合の信号波形を示している。エンジンＥＣＵ２とオルタネータ１は定期的に通信を行っており、図３（ａ）は、通信制御回路１８が正常に動作し、正常に通信が行われている場合を示している。これに対し、図３（ｂ）と（ｃ）は、通信制御回路１８が暴走等の異常状態となり、それにより通信制御回路１８がデータを送受信できなくなった場合を示している。

オルタネータ１の場合、その発電電圧を十分な精度で制御するためには、励磁電流の変化率（すなわち励磁巻線８の時定数）、励磁電流を制御する際のＰＷＭデューティの変化率を考慮して、エンジンＥＣＵ２からオルタネータ１へのデータ送信間隔が設定されている。すなわち、上記時定数よりも極端に短い間隔でデータを送信してもオルタネータ１が追従できず、上記時定数よりも極端に長い間隔でデータを送信すると発電精度が低下する。従って、本実施形態におけるデータ送信間隔（フレーム間隔）は、オルタネータ１の動作応答時間（時定数：例えば２００ｍｓｅｃ）程度に設定されている。また、上記制御パラメータや指令電圧のデータの送信に合わせて、オルタネータ１からエンジンＥＣＵ２に発電状態が送信される。

図３（ａ）に示す正常動作の場合には、通信制御回路１８は１フレームの送受信が完了するごとにワンショットパルスからなる通信確認信号Ｓｐを出力し、エッジ検出回路２０は、そのエッジに合わせてタイマリセット信号Ｓｔを出力する。タイマ回路２１のしきい値Ｔth1は、正常通信時におけるデータのフレーム送受信間隔よりも長い時間に設定されており、具体的には上記オルタネータ１の動作応答時間の２倍以上の値例えば１ｓｅｃに設定されている。従って、エンジンＥＣＵ２とオルタネータ１との通信が正常に行われている場合には、タイマ値はしきい値Ｔth1に達する前にタイマリセット信号Ｓｔによりゼロにクリアされ、タイマ回路２１からリセット信号Ｓｒは出力されない。

これに対し、図３（ｂ）、（ｃ）に示す異常動作の場合には、通信制御回路１８は送受信動作できなくなり、通信確認信号Ｓｐの出力が停止する。このため、エッジ検出回路２０もタイマリセット信号Ｓｔを出力せず、タイマ回路２１は、最後にタイマリセット信号Ｓｔが与えられた時から上記しきい値Ｔth1に相当する時間が経過した時点でリセット信号Ｓｒを出力する。このリセット信号Ｓｒにより、通信制御回路１８は正常動作状態に復帰し、電圧制御部１４はデフォルト動作モードになる。

このように本実施形態によれば、通信制御回路１８は、１フレームのデータを正常に送受信するごとに通信確認信号Ｓｐを出力するので、通信障害を監視できる。オルタネータ１の通信ユニット１６はＥＣＵ２、３、センサ４等と定期的に通信を行っており、監視回路１９は、通信確認信号Ｓｐがタイマしきい値Ｔth1に相当する時間以上の間出力されない場合に、通信制御回路１８に対しリセット信号Ｓｒを出力する。これにより、通信制御回路１８の異常監視回路例えばウォッチドッグ回路を別途設けることなく、通信制御回路１８の異常動作を監視できる。

通信確認信号Ｓｐは、オルタネータ１の通信ユニット１６が自らデータを送受信するときに出力される信号なので、例えばＥＣＵ２とＥＣＵ３との間のデータ通信に障害が発生しても、オルタネータ１の通信ユニット１６がリセットされることはない。すなわち、通信線５に繋がる機器に通信障害が生じても、その障害が通信システム全体に波及することを防止できる。

オルタネータ１の発電電圧を制御する本実施形態では、エンジンＥＣＵ２からオルタネータ１へのデータ送信間隔は、オルタネータ１の動作応答時間にほぼ等しく設定されている。このため、タイマ回路２１のしきい値Ｔth1を、オルタネータ１の動作応答時間の２倍以上の値（ここでは５倍）に設定した。このような設定基準を採用することにより、通信制御回路１８が正常動作している時に誤って初期化することを防止できる。また、通信制御回路１８が異常動作状態となった時から初期化されるまでの遅延時間に上限を設けることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を上記バッテリ充電システム（図２参照）に適用した第２の実施形態について説明する。
図４は、通信ユニット２２の機能的ブロック構成であり、図１と同一部分には同一符号を付して示している。通信ユニット２２は、通信制御回路１８と監視回路２３とから構成されており、その監視回路２３は、２つのタイマ回路２４、２５（計測回路に相当）とＯＲゲート２６とから構成されている。タイマ回路２４は、通信確認信号ＳｐがＬレベルからＨレベルになるとゼロから計時動作を開始し、通信確認信号ＳｐがＨレベルにある期間において計時動作を行う。そして、そのタイマ値がしきい値Ｔth1（第１判定値に相当）以上になると、出力信号Ｓr1を一時的にＬレベルからＨレベルに変化させる。タイマ回路２５も、Ｌレベルにおいて計時動作を行う点を除いてタイマ回路２４と同様の構成を備えており、タイマ値がしきい値Ｔth1以上になると、出力信号Ｓr2を一時的にＬレベルからＨレベルに変化させる。

図５は、図３と同様にエンジンＥＣＵ２からオルタネータ１（図１参照）にデータを送信する場合の信号波形を示している。通信制御回路１８が正常に動作している図５（ａ）に示す場合には、１フレームごとにワンショットパルスからなる通信確認信号Ｓｐが出力されるので、タイマ回路２４、２５は高々１フレームに相当する時間までしか計時動作しない。従って、これらタイマ回路２４、２５から信号Ｓr1、Ｓr2が出力されることはなく、監視回路２３からリセット信号Ｓｒは出力されない。

これに対し、通信制御回路１８が暴走等の異常動作状態にある図５（ｂ）、（ｃ）に示す場合には、通信確認信号ＳｐはそれぞれＨレベル、Ｌレベルの状態を保持したまま変化を停止する。タイマ回路２４、２５は、それぞれ最後にＬレベル、Ｈレベルであった時点から上記しきい値Ｔth1に相当する時間が経過した時点で信号Ｓr1、Ｓr2をＨレベルとし、監視回路２３からＨレベルのリセット信号Ｓｒが出力される。このリセット信号Ｓｒにより、通信制御回路１８は正常動作状態に復帰する。本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
各実施形態では、エンジンＥＣＵ２からオルタネータ１にデータを送信する場合について説明したが、オルタネータ１からエンジンＥＣＵ２等にデータを送信する場合についても同様の動作となる。
通信ユニット１６、２２は、データの送信のみを行う構成またはデータの受信のみを行う構成であってもよい。

通信制御回路１８は、１フレームのデータに限らず、複数フレームのデータ、所定バイト数のデータ、所定ビット数のデータなど、所定単位のデータを正常に送受信するごとに通信確認信号Ｓｐを出力するように構成してもよい。
第１の実施形態において、通信確認信号Ｓｐはパルス状の信号であればよい。第２の実施形態において、通信確認信号Ｓｐは、少なくともＨレベルとＬレベルの間のレベル変化を伴う信号であればよい。

第１の実施形態において、エッジ検出回路２０は、通信確認信号Ｓｐのアップエッジ（これに替えてダウンエッジでもよい）を検出してタイマリセット信号Ｓｔを出力し、タイマ回路２１は、タイマ値が所定のしきい値Ｔth1以上となった時およびタイマ値が所定のしきい値Ｔth2（＜Ｔth1）に達する前にタイマリセット信号Ｓｔが入力された時にリセット信号Ｓｒを出力するように構成してもよい。このしきい値Ｔth2も、オルタネータ１の動作応答時間に応じて設定するとよい。

上記しきい値Ｔth1は、通信線５に繋がる通信装置の数が増えるほど長く設定するとよい。通信線５に繋がる通信装置の数が増えると、各通信装置についてデータの送受信の間隔が長くなる傾向があるからである。ただし、通信線５に繋がる通信装置の数にかかわらず各通信装置のデータの送受信間隔が変わらない場合には、上記しきい値Ｔth1を一定値のままとすればよい。

適用可能な通信方式はＬＩＮに限られない。一定周期を有し且つデータに対応したデューティ比を持つＰＷＭ信号を送受信するＰＷＭ通信方式であってもよい。

第１判定時間は、所定単位のデータを正常に送受信しているときの通信確認信号Ｓｐの出力時間間隔（１フレーム長、通信メッセージ長など）よりも長い時間に設定すればよい。上記実施形態では５倍に設定したが、２倍程度に設定してもよい。第１判定時間を大きく設定すると、周期の変動により誤って初期化することを防止でき、第１判定時間を小さく設定すると、通信制御回路１８が異常動作に陥った時の初期化までの遅延時間を短縮することができる。

本発明の第１の実施形態を示す通信ユニットの機能的ブロック構成図 バッテリ充電システムの電気的構成図 （ａ）正常動作時および（ｂ）、（ｃ）異常動作時における通信ユニットの信号波形図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図３相当図

符号の説明

１はオルタネータ（アクチュエータ）、５は通信線、１６、２２は通信ユニット（通信装置）、１８は通信制御回路、１９、２３は監視回路、２１、２４、２５はタイマ回路（計測回路）である。

Claims (7)

1. 通信線を介して継続的にデータの送信または受信を行う通信装置において、
   前記通信線を介して所定単位のデータを正常に送信するごとにまたは前記通信線を介して所定単位のデータを正常に受信するごとに通信確認信号を出力し、リセット信号が入力されると自身の動作状態を初期化する通信制御回路と、
   この通信制御回路から前記通信確認信号が第１判定時間以上の間出力されない場合に前記通信制御回路に対しリセット信号を出力する監視回路とを備えていることを特徴とする通信装置。
2. 前記通信確認信号は、ＨレベルとＬレベルの間のレベル変化を伴う信号であって、
   前記監視回路は、前記通信確認信号が継続してＨレベルを保持している時間と継続してＬレベルを保持している時間とをそれぞれ計測する計測回路を備え、その計測した何れかの時間が前記第１判定時間以上となった場合に前記リセット信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記通信確認信号はパルス状の信号であって、
   前記監視回路は、前記通信確認信号のエッジ間隔を計測する計測回路を備え、その計測した時間が前記第１判定時間以上となった場合に前記リセット信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
4. 前記通信確認信号はワンショットパルス信号であって、
   前記監視回路は、前記計測回路で計測したアップエッジ間隔またはダウンエッジ間隔が前記第１判定時間より短く設定された第２判定時間以下である場合にも前記リセット信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の通信装置。
5. 前記通信制御回路は、アクチュエータの動作を制御する際に用いられるデータを送信または受信し、
   前記判定時間は、前記アクチュエータの動作応答時間に応じた値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の通信装置。
6. 前記第１判定時間は、前記通信線に繋がる通信装置の数が増えるほど長く設定されることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の通信装置。
7. 前記通信制御回路は、一定周期を有し且つデータに対応したデューティ比を持つＰＷＭ信号を送受信するように構成され、
   前記第１判定時間は、前記ＰＷＭ信号の周期のほぼ２倍の値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の通信装置。
   
   

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