JP2011188011A - Ｃａｎシステム用の制御ユニット及びこの制御ユニットへのデータ書き込み方法並びにこの制御ユニットを備えた作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＡＮシステムの維持管理の手間とコストを抑制する。
【手段】ＣＡＮシステムにおいて、交換用のＥＣＵとして複数の通信速度で使用可能な汎用ＥＣＵ２１を使用する。汎用ＥＣＵ２１は電源のＯＮ・ＯＦＦ機能と通信速度設定機能とを有しており、ＣＡＮバス１８に接続してからＣＡＮバス１１８上の信号を検知できない場合は、電源をＯＦＦにして異なる通信速度でＣＡＮバス１８からの信号受信が試行される。ＣＡＮバス１８の信号を検知するとその通信速度が固定されるため、ノートパソコン２０からのデータの書き込みが行える。交換用ＥＣＵとして１種類の汎用ＥＣＵで足りるため、交換用ＥＣＵの管理・保管の手間を軽減できる。
【選択図】図４

Description

本願発明は、ＣＡＮシステムの一部を構成する制御ユニット及びこの制御ユニットへのデータ書き込み方法並びにこの制御ユニットを備えた作業車両に関するものである。

ＣＡＮシステム（Controller Area Network System) は複数の制御ユニット（コントローラ）をＣＡＮバス（バスライン）で接続したシステムであり、様々の業界で様々の装置類・機器類に広く使用されている。その例として本出願人は、農作業機のような作業車両に適用したＣＡＮシステムを特許文献１，２で開示している。

農作業機に搭載するＣＡＮシステムも様々の態様があり、エンジンの制御、走行の制御、刈り取りや耕耘のような作業の制御など制御態様は多岐に亙っている。また、エンジンの制御を例にとって見ても、電子ガバナを使用した電子燃料噴射装置の制御や排気ガス浄化装置の制御など、様々な制御が成されている。エンジンの制御を司るユニットはＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれており、他の制御ユニットと同様に着脱式になっている。

特開２００１−０７８５３４号公報 特開２００２−１０１１０９号公報

さて、ＣＡＮバスは固有の通信速度で運用される。通信速度は１秒当たりに送受信され得るビット数で表されており、農作業機では、例えば２５０ｋｂｐｓ、５００ｋｂｐｓ、１Ｍｂｐｓといった通信速度が使用されることが多い。いうまでもないが、通信速度が早くなると制御速度が早くなるため軽快に制御でき、かつ、単位時間当たりに送受信できるデータ量が増えるため複雑な制御にも対応できる。

農作業機等においてＣＡＮシステムに異なる通信速度が使用されているのは、技術進歩やコストと多分に関連している。すなわち、通信速度が高くなるとコストが嵩むため従来は２５０ｋｂｐｓの部品類を使用していたが、その後のメモリー類のコストダウンによって５００ｋｂｐｓに置き換わるようになったというように、製造時期によって通信速度が変わっている場合があり、また、単純なシステムの場合は通信速度が低くても十分に対応できるというように、システムの複雑さやグレードによって通信速度を変えている場合もある。いずれにしても、ＣＡＮシステムを組み立てる段階（作業機の出荷段階）では、ＣＡＮシステムには固有の通信速度で必要なデータが書き込まれた専用品（量産品）が使用されている。

さて、制御ユニットは故障したり破損したりすることがあり、そこで交換せねばならない場合があるが、当然ながら、新たに取付けられる制御ユニットの通信速度はＣＡＮシステムの通信速度に合致していなければならない。この点については、例えば２５０ｋｂｐｓのＣＡＮシステムについては２５０ｋｂｐｓの専用品を交換し、５００ｋｂｐｓのＣＡＮシステムについては５００ｋｂｐｓの専用品を交換するというように、個々のＣＡＮシステムに固有の制御ユニット（すなわち専用品）を用意しておいてこれを交換する方法が考えられる。

しかし、この方法では、ａ）予め複数種類の制御ユニットを用意して保管しておかねばならないため保管・管理に手間がかかる、ｂ）故障率を見越して専用品を余分に製造しておかねばならないが、使用されずに廃棄する専用品が出てきてトータルコストが嵩むことがある、ｃ）予想以上に交換数が多くて在庫が底を尽き、顧客に迷惑をかけることがある、ｄ）交換に際しては対象となるＣＡＮシステムの通信速度と新たな制御ユニットとの通信速度を一々確認せねばならず、これに手間がかかる、ｅ）人手によって交換するものであるため間違いを完全に無くすことは難しく、顧客に迷惑をかけることがある、といった問題があった。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

制御ユニットが故障することは避けられないが、一般に、故障率は僅かである。本願発明者たちはこの点に着目し、交換品として汎用品を使用できれば前記問題を解消できると着想し、研究を重ねて本願発明を完成させるに至った。

本願発明は様々に展開できる。その例を各請求項で明示している。このうち請求項１の発明はＣＡＮバスに接続して使用される制御ユニットに係るもので、この制御ユニットは、複数の通信速度で使用可能であると共に使用する通信速度の切り換え機能を有しており、前記ＣＡＮバスに接続後に自身の通信速度が前記ＣＡＮバスの通信速度と合致するとその合致した通信速度が固定されるように設定されている。

請求項２の発明は請求項１の発明を好適に具体化したもので、この発明に係る請求項は、通信速度を切り換えてＣＡＮバス上の何らかのデータを試行検知することが可能であり、ＣＡＮバス上を流れる何らかのデータを検知（或いは捕捉）した場合はそのときの通信速度が固定されるように設定されている。

請求項３の発明は請求項２を更に具体化したものであり、この発明に係る制御ユニットは、電源ＯＦＦのたびに所定順序で使用通信速度が切り換わるように設定しており、前記ＣＡＮバスへの接続後に電源ＯＮされてから所定時間が経過してもＣＡＮバス上のデータを検知できない場合は、自動的に電源をＯＦＦ・ＯＮして異なる通信速度でデータ検知が試行されるように設定している。

本願発明は、ＣＡＮシステム用の交換用制御ユニットをＣＡＮバスに接続してこれにデータを書き込む方法も含んでいる。この発明は、請求項４に記載したように、前記制御ユニットは複数の通信速度で使用可能であると共に使用する通信速度の切り換え機能を有しており、前記制御ユニットをＣＡＮバスに接続してから、自身の通信速度が前記ＣＡＮバスの通信速度と合致するとその合致した通信速度を固定し、次いで、外部装置又は内部装置から前記制御ユニットに制御データが書き込まれる。

本願発明は作業車両も含んでおり、この構成は請求項６で特定されている。すなわち請求項６においては、前記制御ユニットはエンジンコントロールユニットであり、請求項１〜３のうちのいずれかに記載したエンジンコントロールユニットを組み込んだＣＡＮシステムが作業車両に搭載されている。

さて、ＣＡＮシステムでは専用品として量産されたものが使用されることが一般的である。複数の通信速度で使用可能でしかも様々なデータを書き込みできる汎用制御ユニットも存在している。そして、本願発明では、制御ユニットに通信速度切り換え機能を保たせることにより、汎用の制御ユニットを異なる通信速度で使用されるＣＡＮシステムに共通して使用することができる。

従って、個々の通信速度に合わせて専用品を用意しておく必要はないのであり、その結果、保管・管理の手間を省くことができると共に、使用されずに廃棄される専用品が出る不具合を防止してコストの抑制に貢献でき、更に、在庫がなくて顧客に迷惑をかけるといった不具合もない。更に、交換される制御ユニット自身がＣＡＮシステムで使用される通信速度を自動的に設定する機能を持っているため、交換に要する手間を抑制できると共に制御データの書き込みも迅速に行える。

さて、ＣＡＮシステムが稼働している状態ではＣＡＮバスには様々なデータが流れているのが普通であるが、制御ユニットの通信速度がＣＡＮシステムの通信速度に合致していない場合はデータの存在自体を検知できない。これを逆に見ると、制御ユニットの通信速度がＣＡＮシステムの通信速度に合致している場合は、ＣＡＮバス上を流れているデータを検知することができることに他ならない。請求項２の発明はこの現象を応用して制御ユニットの通信速度をＣＡＮシステムの通信速度に自動設定できるようにしたものであり、通信速度測定回路のような特別の回路が必要ないためコストダウンに貢献できる。

制御ユニットがＣＡＮバスのデータを認識する方法としては、制御ユニットに通電した状態を保持しつつ通信速度を自動的に切り換えるプログラムを持たせることも可能であるが、これはプログラムが複雑化するおそれがある。これに対して請求項３のように電源のＯＦＦ・ＯＮによって通信速度が切り換わる方式を採用すると、電源のＯＮ・ＯＦＦを通信速度切り換え回路に兼用できるため、プログラムを簡素化して信頼性向上等に貢献できる。

本願発明では汎用品の制御ユニットを使用できることで上記した顕著な効果が発揮されるが、汎用の制御ユニットをＣＡＮシステムで機能させるためには、その汎用制御ユニットにデータを書き込む必要がある。データの書き込みは、外部からの書き込みの場合は例えばノートパソコンを使用して行われる、内部からの書き込みは、例えば、メモリーに保管されているバックアッププログラムをインストールすることで行われる。いずれにしても、制御ユニット自身がデータを書き込みが可能な状態に自動設定されるため、データの書き込みを能率よくしかも確実に行える。

農作業機のような作業車両は田畑や牧草地や路上などを走行するものであるため、制御ユニットの交換も野外で行わねばならず、また、ユーザーは一刻も早い復旧を求めるものである。従って、制御ユニットを交換する場合の交換作業の容易性・迅速性・確実性はユーザーにとってもサービスマンにとっても切実な問題である。この点、本願発明は上記のように制御ユニットの交換を迅速容易でしかも確実に行えるため、請求項５，６のように作業車両に適用する真価が強く発揮されると言える。

作業車両の一例としてトラクタの概略側面図である。 トラクタにおけるＣＡＮシステムのブロック図である。 サービスＥＣＵ（交換用ＥＣＵ）の簡単なブロック図である。 サービスＥＣＵを交換してからデータ書き込みに到る手順の一例を示すフローチャートである。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は農作業機の一例としてのトラクタのＣＡＮシステムに適用している。トラクタは前輪２と後輪３とで走行自在に支持された走行機体１を有しており、走行機体１にはエンジン４が搭載されている。図示していないが、走行機体１に耕耘装置等の各種の作業機が取付けられる。

エンジン４の動力はミッションケース５を有する変速装置６に伝達され、動力の一部は変速装置６からフロントアクスル７，リアアクスル８を介して車輪２，３に伝達され、他の一部はＰＴＯ軸９から作業機に伝えられる。本実施形態のエンジン４はディーゼルエンジンであり、エンジン４には電子燃料噴射装置１２を介して燃料が噴射される。当然のことながら、電子燃料噴射装置１２は燃料タンク１３に接続されている。エンジン４はまた、ＤＰＦやＥＧＲのような電子制御方式の排気ガス浄化装置１４を有している。

トラクタには図２に概略を示すＣＡＮシステム１５が搭載されている。ＣＡＮシステム１５は、ＥＣＵ１６と他の複数の制御ユニット１７を有しており、各制御ユニット１６，１７はＣＡＮバス１８に接続されている。ＥＣＵ１６を除いた他の制御ユニットの例としては、走行制御ユニット、耕耘制御ユニット、ナビゲーション制御ユニット、運転席環境制御ユニットなど様々のものが有り得る。

ＥＣＵ１６によるエンジン４の制御態様は様々であり、本実施形態では電子燃料噴射装置１２と排気ガス浄化装置１４とを制御するようになっているが、動弁機構の制御や始動制御など様々の要素を制御できる。図３のブロック図に示すように、ＣＡＮシステム１５は、中核となるＣＰＵ、各種のメモリー類、多数のセンサ類などを備えているが、図面では省略している。ＣＡＮバス１８は外部アクセスポイント１９を有しており、この外部アクセスポイント１９にノートパソコン２０を接続することができる。

さて、ＥＣＵ１６が故障したり破損したりした場合は新たなＥＣＵと交換されるが、これを便宜的にサービスＥＣＵと称して符号２１で表示する。従って、符号１６で表示しているＥＣＵはトラクタの出荷当初に組み込まれている専用品であり、ＣＡＮシステム１４に持つ固有の通信速度でしか働かない。符号１６で表示したＥＣＵは、以後、便宜的に量産ＥＣＵと称する。

図３に示すように、サービスＥＣＵ２１は、ＣＰＵを中核要素として、電源部、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を備えており、ＣＡＮバス１８を介してセンサ類からデータが入力ポートに入り、また、制御信号は出力ポートからＣＡＮバス１８を介して電子燃料噴射装置１２等に送信される。量産ＥＣＵ１６もサービスＥＣＵ２１も記憶部には制御に係る個別情報や制御マップが記憶されるが、サービスＥＣＵ２１は汎用品であるため、個別情報や制御マップは上書き可能になっており、かつ、新たなソフトが書き込み可能なアプリケーション部を有している。

そして、出荷当初から搭載している量産ＥＣＵ１６が破損した場合は、サービスＥＣＵ２１に交換し、ＣＡＮバス１８に接続した外部装置（例えばノートパソコン２０）から量産ＥＣＵ１６が有していたのと同じデータを書き込む。これによってサービスＥＣＵ２１は汎用品としての性格が消えて量産ＥＣＵ１６と同じ機能を発揮する（すなわち、汎用品としての記憶領域に量産品の記憶が上書きされる。）。

トラクタのＣＡＮシステム１５は、現状では２５０ｋｂｐｓの通信速度で動くものと５００ｋｂｐｓの通信速度で動くものとの２種類が多用されている。他方、サービスＥＣＵ２１は通信速度についても汎用性があり、２５０ｋｂｐｓと５００ｋｂｐｓとの両方に対応できる。但し、パソコン２０からデータを書き込むに当たっては通信速度をＣＡＮシステム１５の通信速度と合致させなければならない。

そこで、サービスＥＣＵ２１に、ＣＡＮバス１８に流れている何らかの信号を検知する信号検知部と、電源をＯＮ・ＯＦＦする電源スイッチ部と、通信速度設定部とを設けている。データの送受信は電気信号のＯＮ・ＯＦＦによって行われ、サービスＥＣＵ２１の受信部のパルス数がデータのパルス数と合致したときだけサービスＥＣＵ２１は送受信可能な状態になり、いわば信号が引っ掛かり得る状態になる。本実施形態ではこの原理を利用しており、ＣＡＮバス１８を流れている何らかのデータ（信号）がサービスＥＣＵ２１で検知されたら、サービスＥＣＵ２１はその通信速度に固定される。

サービスＥＣＵ２１をＣＡＮバス１８に接続してからデータのインストールに到る具体的な流れを図４のフローチャートに示している。本実施形態では、サービスＥＣＵ２１は、ＣＡＮバス１８に接続して最初に電源がＯＮされるとまず２５０ｋｂｐｓの通信速度に設定されている（Ｓ１）。そして、２５０ｋｂｐｓの状態で所定時間（例えば３秒程度）だけ通信開放状態にして、ＣＡＮバス１８を流れるデータ（信号）を受信できるか否かを試行し（Ｓ２）、２５０ｋｂｐｓでＣＡＮバス１８からの信号を受信した場合は通信速度が合致しているものとして通信速度を２５０ｋｂｐｓに固定する（Ｓ３）。

他方、２５０ｋｂｐｓで所定時間を経過してもＣＡＮバス１８上のデータを検知できない場合（Ｓ２＝ＮＯ）は、いったん電源をＯＦＦにする（Ｓ４）と共に通信速度を５００ｋｂｐｓに切り換えて電源をＯＮとし（Ｓ５）、その状態でサービスＥＣＵ２１とＣＡＮバス１８との間の通信を所定時間（例えば３秒程度）だけ開放状態（待機状態）にして信号の入力を待つ（Ｓ６）。そして、５００ｋｂｐｓにおいてＣＡＮバス１８を流れている信号が検知された場合（Ｓ６＝ＹＥＳ）は、通信速度を５００ｋｂｐｓに固定する（Ｓ３）。５００ｋｂｐｓでも信号を検知できない場合（Ｓ６＝ＮＯ）は、２５０ｋｂｐｓでの試行にリターンする。

２５０ｋｂｐｓにしても５００ｋｂｐｓにしても通信速度が固定されたらノートパソコン２０に信号を発信する（Ｓ７）。するとノートパソコン２０の画面には書き込み可能である旨の表示が成されるため、ノートパソコン２０から（一般にはＣＤやＵＳＢチップ等のメモリーから）所定のデータをサービスＥＣＵ２１に書き込む（Ｓ８）。

サービスＥＣＵ２１で設定している通信速度がＣＡＮバス１８の通信速度と合致していても、ＣＡＮバス１８にたまたまデータが流れていないためサービスＥＣＵ２１に信号が受信されないことが有り得る。この場合は、２５０ｋｂｐｓでの信号受信開放状態と５００ｋｂｐｓでの信号受信開放状態を所定時間ごとに繰り返したらよい（ＣＡＮシステム１５を構成する何らかの機能をダミーとして働かせると有益である。）。

特定の通信速度で所定時間を待機して自動的に電源をＯＦＦする具体的な手段としては、サービスＥＣＵ２１にタイマー機能を持たせてもよいし、サービスＥＣＵ２１で発振されるパルス数をカウントして、パルスの積算値が所定数に達したら電源ＯＦＦするように設定してもよい。

敢えて述べるまでもないが、ＣＡＮバス１８への接続に際して最初に設定される通信速度は５００ｋｂｐｓでもよい（出荷されているＣＡＮシステム１５のうち数が多いものの通信速度が最初になるように設定したり、故障率が高いＣＡＮシステム１５の通信速度が先になるように設定することも可能である。）。

また、ＣＡＮバス１８からのデータ（信号）を受信するための待機時間は３秒には限らず、例えば２秒のように３秒よりも少ない時間でもよいし、３〜１０秒のように３秒以上であってもよい。本願発明は作業車両用のＣＡＮシステムに限らず、各種のＣＡＮシステムに適用できる。

本願発明は農作業機等のＣＡＮシステムに適用して有用性を発揮できる。従って産業上利用できる。

１ トラクタの走行車体
４ エンジン
１５ ＣＡＮシステム
１６ 出荷時に組み込まれている量産ＥＣＵ
１７ 他の制御ユニット
１８ ＣＡＮバス
２０ ノートパソコン
２１ 交換用のサービスＥＣＵ（汎用ＥＣＵ）

Claims (6)

1. ＣＡＮバスに接続して使用される制御ユニットであって、
   複数の通信速度で使用可能であると共に使用する通信速度の切り換え機能を有しており、前記ＣＡＮバスに接続後に自身の通信速度が前記ＣＡＮバスの通信速度と合致するとその合致した通信速度が固定されるように設定されている、
   ＣＡＮシステム用の制御ユニット。
2. 通信速度を切り換えてＣＡＮバス上の何らかのデータを試行検知することが可能であり、ＣＡＮバス上を流れる何らかのデータを検知した場合はそのときの通信速度が固定されるように設定されている、
   請求項１に記載したＣＡＮシステム用の制御ユニット。
3. 電源ＯＦＦのたびに所定順序で使用通信速度が切り換わるように設定しており、前記ＣＡＮバスへの接続後に電源ＯＮされてから所定時間が経過してもＣＡＮバス上のデータを検知できない場合は、自動的に電源をＯＦＦ・ＯＮして異なる通信速度でデータ検知が試行されるように設定している、
   請求項２に記載したＣＡＮシステム用の制御ユニット。
4. ＣＡＮシステム用の交換用制御ユニットをＣＡＮバスに接続してこれにデータを書き込む方法であって、
   前記制御ユニットは複数の通信速度で使用可能であると共に使用する通信速度の切り換え機能を有しており、前記制御ユニットをＣＡＮバスに接続してから、自身の通信速度が前記ＣＡＮバスの通信速度と合致するとその合致した通信速度を固定し、次いで、外部装置又は内部装置から前記制御ユニットに制御データを書き込まれる、
   ＣＡＮシステム用の制御ユニットへのデータ書き込み方法。
5. 乗用型農作業機を含む作業車両に搭載されたＣＡＮシステムに使用される、
   請求項１〜３のうちのいずれかに記載したＣＡＮシステム用の制御ユニット。
6. 前記制御ユニットはエンジンコントロールユニットであり、請求項１〜３のうちのいずれかに記載したエンジンコントロールユニットを組み込んだＣＡＮシステムが搭載されている、
   作業車両。

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