JP2017033053A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の電子制御ユニットで構成される電子制御装置において、何れかの電子制御ユニットで故障が検知されたときに、フェールセーフ処理の実行時期の厳密な同時性、あるいは必要とされる実行順序を確保することが可能な電子制御装置を提供する。
【解決手段】 ＥＣＵ１１〜１４に設けられたＣＰＵ３１〜３４は、故障検知信号出力端子としてのポートＰ２及び故障検知信号入力端子としてのポートＰ１を備えており、ＣＰＵ３１〜３４の何れかが故障を検知したときにポートＰ２の出力信号によってトランジスタＱ１をオンすることによって、故障通知通信線２０の電圧を低レベル（アース電圧）として、故障が検知されたことを他のＥＣＵに直ちに通知する。各ＥＣＵに設けられた入力回路５１〜５４は、入力端子の電圧がアース電圧に変化するタイミングを遅延時間ＴＤ１〜ＴＤ４だけ遅延させてポートＰ１に伝達するタイミング調整機能を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の電子制御ユニットで構成される電子制御装置に関し、特に複数の電子制御ユニットがそれぞれ故障検知機能を有する電子制御装置に関する。

特許文献１には、複数のポンプと、該複数のポンプのそれぞれに対応する複数の制御装置とを備える気泡浴槽が示されている。複数の制御装置は、１つの共通信号線で接続されており、共通信号線は各制御装置においてプルアップ抵抗で電源と接続されるとともに、入力手段を介して制御部に接続され、さらにトランジスタなどのスイッチ素子で構成される出力手段が制御部に接続されている（図１）。１つの制御部がエラーを検出すると、共通信号線の電圧が出力手段によって低レベルとされ、複数の制御装置の制御部へ低レベルの電圧が入力されて、作動している複数のポンプを同時に停止させる。

特開２００３−３３４１２号公報

上記従来の気泡浴槽では、エラー検出時に複数のポンプを同時に停止させるフェールセーフ処理が行われるが、複数のポンプの停止タイミングは厳密な同時性は不要であってほぼ同時に停止させれることが要求される。しかし、複数の電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）を使用して内燃機関を制御するような電子制御装置では、複数のＥＣＵにおけるフェールセーフ処理の実行時期についてより厳密な同時性、あるいは実行順序が要求される場合がある。

例えば燃料噴射弁による燃料噴射制御と、点火プラグによる点火制御とを２つのＥＣＵによって分担して実行する制御装置では、何らかの故障が検知されて内燃機関を停止させる必要がある場合には、噴射された燃料が点火されずに排出されることを防止するため、燃料噴射制御と点火制御が同時に停止されること、あるいは燃料噴射制御の停止が先に行われることが必要となる。特許文献１に示された技術では、この点について改善の余地があった。

本発明は上述した点に着目してなされたものであり、複数の電子制御ユニットで構成される電子制御装置において、何れかの電子制御ユニットで故障が検知されたときに、フェールセーフ処理の実行時期の厳密な同時性を確保すること、あるいは必要とされる順序で実行することが可能な電子制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数の電子制御ユニット（１１〜１４）で構成され、制御対象（１）を制御する電子制御装置において、前記複数の電子制御ユニットは、単一の故障通知通信線（２０）を介して接続され、各電子制御ユニットは、故障検知信号出力端子（Ｐ２）及び故障検知信号入力端子（Ｐ１）を備える演算処理ユニット（３１〜３４）と、前記故障通知通信線（２０）と前記故障検知信号入力端子（Ｐ１）との間に接続された入力回路（５１〜５４）と、前記故障検知信号出力端子（Ｐ２）の出力信号によってオンオフ制御可能なスイッチ素子（Ｑ１）とを備え、前記故障通知通信線（２０）は、プルアップ抵抗（Ｒ１）を介して電源線（ＶＣＣ）に接続され、前記スイッチ素子（Ｑ１）はアースと前記故障通知通信線（２０）との間に配置されており、前記複数の電子制御ユニットの何れか一つの演算処理ユニット（３１〜３４）が故障を検知したときは、前記故障検知信号出力端子（Ｐ２）からの出力信号によって前記スイッチ素子（Ｑ１）をオンすることにより、前記故障通知通信線（２０）を介して他の演算処理ユニットに故障検知を通知し、前記入力回路（５１〜５４）は、前記故障通知通信線（２０）から入力される電圧がアース電圧に変化するタイミングを予め設定される遅延時間（ＴＤ１〜ＴＤ４）だけ遅延させて前記故障検知信号入力端子（Ｐ１）に伝達するタイミング調整機能を有することを特徴とする。

この構成によれば、複数の電子制御ユニットに設けられた演算処理ユニットは、それぞれ故障検知信号出力端子及び故障検知信号入力端子を備えており、一つの演算処理ユニットが故障を検知したときに故障検知信号出力端子からの出力信号によってスイッチ素子をオンし、故障通知信号線の電圧を低レベル（アース電圧）として、故障が検知されたことを他の電子制御ユニットに直ちに通知することができる。さらに各電子制御ユニットに設けられた入力回路は、入力端子の電圧がアース電圧に変化するタイミングを予め設定される遅延時間遅延させて故障検知信号入力端子に伝達するタイミング調整機能を有するので、複数の電子制御ユニットに故障検知信号（故障通知信号線の電圧のアース電圧への変化）が伝達される時間に差が有る場合や、演算処理ユニットに故障検知信号が入力された時点からフェールセーフ処理を開始するまでの割り込み応答時間に差が有る場合に、複数の電子制御ユニットの入力回路における遅延時間をそれぞれ適切に設定することによって、フェールセーフ処理の実際の開始時期を厳密に一致させる、すなわち厳密な同時性を確保すること、あるいは必要とされる順序でフェールセーフ処理を実行することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子制御装置において、前記故障通知通信線（２０）は、通常の制御信号を伝達するための通信線としても使用可能であり、前記故障検知信号入力端子（Ｐ１）は、通常のデータ信号の入力端子としても使用可能に構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、故障通知信号線を介して例えば電子制御ユニットのプログラムの更新処理などを、電子制御装置の非作動時に行うこと、あるいはマスタ制御ユニットと、複数のスレーブ制御ユニットとを備える電子制御装置において、マスタ制御ユニットとスレーブ制御ユニットとの間で通信を行うためのＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）を構成する信号線の一つとして使用することなどが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電子制御装置において、前記制御対象は、点火プラグ及び燃料噴射弁を備える内燃機関であり、前記複数の制御ユニットは、前記点火プラグによる点火を制御する制御ユニットと、前記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する制御ユニットとを含むことを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の点火プラグによる点火を制御する制御ユニット、及び燃料噴射弁による燃料噴射を制御する制御ユニットにおけるフェールセーフ処理の厳密な同時性の確保、あるいは燃料噴射制御を先に停止させることが可能となり、故障が検知されたときに、燃料が噴射されたにもかかわらず点火が行われないような不具合を確実に回避できる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図である。 複数の電子制御ユニット（１１〜１４）における故障通知通信線（２０）の接続回路構成を説明するための図である。 複数の電子制御ユニット（１１〜１４）に設けられる入力回路（５１〜５４）の動作を説明するためのタイムチャートである。 故障通知通信線（２０）に外部装置（１００）を接続する使用例を説明するための図である。 ＳＰＩを用いた制御装置の構成を示すブロック図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁作動位相可変機構９を備えている。吸気弁作動位相可変機構９は、エンジン１の吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更することにより、吸気弁の作動位相を変更するための機構である。

エンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が設けられ、スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ８が接続されている。エンジン１は、各気筒の吸気弁の少し上流側に気筒毎に設けられ、吸気通路２の吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁６と、各気筒に設けられた点火プラグ７と備えている。

エンジン１の作動を制御する制御装置は、点火プラグ７による点火の制御を行う点火制御電子制御ユニット（以下「ＩＧ−ＥＣＵ」という）１１と、燃料噴射弁６による燃料噴射の制御を行う燃料噴射制御電子制御ユニット「以下「ＦＩ−ＥＣＵ」という）１２と、アクチュエータ８を駆動してスロットル弁３の開度を変更し、吸入空気量制御（スロットル弁開度制御）を行うスロットル弁制御電子制御ユニット（以下「ＴＨ−ＥＣＵ」という）１３と、吸気弁作動位相可変機構９による吸気弁作動位相制御を行う吸気弁作動位相制御電子制御ユニット（以下「ＶＴ−ＥＣＵ」という）１４とによって構成される。各ＥＣＵ１１〜１４は、バス１０を介して相互に接続されており、故障検知情報以外の必要な情報はバス１０を介して相互に伝送可能に構成されている。

ＩＧ−ＥＣＵ１１，ＦＩ−ＥＣＵ１２，ＴＨ−ＥＣＵ１３，及びＶＴ−ＥＣＵ１４は、故障検知機能を有しており、ＥＣＵ１１〜１４は故障検知情報を相互に通知するための故障通知通信線２０を介して相互に接続されている。例えば以下に説明するように各ＥＣＵに接続されるセンサからの入力信号が無くなる故障（接続線の断線または地絡）が、ＥＣＵの何れかにおいて検知されると、その故障検知情報が故障通知通信線２０を介して他のＥＣＵに通知される。

図示は省略しているが、エンジン１の運転状態を検出するための各種センサ（例えばスロットル弁３の開度ＴＨを検出するセンサ、吸入空気量ＧＡＩＲを検出するセンサ、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出するセンサ、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ、カム軸の回転角度を検出するセンサなど）が、エンジン１の適所に配置されるとともに、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの操作量ＡＰを検出するセンサや大気圧ＰＡを検出するセンサなどが当該車両の適所に配置されており、それらのセンサの検出信号は、上記ＥＣＵ１１〜１４の一部または全部のＥＣＵに供給される。

図２は、ＥＣＵ１１〜１４における故障通知通信線２０の接続回路構成を説明するための図である。ＥＣＵ１１，１２，１３，１４は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）３１，３２，３３，３４と、入力回路５１，５２，５３，５４と、スイッチ素子としてのトランジスタＱ１と、プルアップ抵抗Ｒ１とを備えている。

各ＥＣＵの接続回路構成は基本的に同一であり、ＩＧ−ＥＣＵ１１では、故障通知通信線２０が入力回路５１の入力端子５１ａに接続され、入力回路５１の出力端子５１ｂはＣＰＵ３１のポートＰ１に接続され、プルアップ抵抗Ｒ１は、故障通知通信線２０と電源線ＶＣＣとの間に接続され、トランジスタＱ１のドレイン及びソースは、それぞれ故障通知通信線２０及びアースに接続され、トランジスタＱ１のゲートはＣＰＵ３１のポートＰ２に接続されている。ＦＩ−ＥＣＵ１２，ＴＨ−ＥＣＵ１３，及びＶＴ−ＥＣＵ１４も図２から明らかなように同様に構成されている。なお、入力回路５２，５３，５４はそれぞれ入力端子５２ａ，５３ａ，５４ａと、出力端子５２ｂ，５３ｂ，５４ｂとを備えている。

ＣＰＵ３１〜３４のポートＰ２の出力電圧は通常は低レベルであり、トランジスタＱ１はオフされている。ＣＰＵ３１〜３４は、故障を検知すると、ポートＰ２の出力電圧を高レベルに変化させ、これによってトランジスタＱ１がオンする。したがって、入力回路５１〜５４の入力端子電圧、すなわち故障通知通信線２０の電圧は通常は高レベルであり、故障が検知されると低レベルに変化する。したがって、例えばＩＧ−ＥＣＵ１１のＣＰＵ３１が故障を検知すると、その故障検知情報が故障通知通知線２０を介して直ちに他のＦＩ−ＥＣＵ１２，ＴＨ−ＥＣＵ１３，及びＶＴ−ＥＣＵ１４に伝達される。

入力回路５１〜５４は、それぞれ予め設定される遅延時間ＴＤ１，ＴＤ２，ＴＤ３，ＴＤ４だけ入力端子電圧の変化を遅延させて、かつ入力端子電圧の変化を反転させて（高レベルから低レベルへの変化を低レベルから高レベルの変化として）、出力端子に出力する。遅延時間ＴＤ１〜ＴＤ４は、故障通知通信線２０及び周辺回路（ＣＰＵ，入力回路）のハードウエアが確定した段階で実験的に最適値に設定される。

図３は、入力回路５１〜５４の動作を説明するためのタイムチャートであり、時刻ｔ０にＣＰＵ３１が故障を検知した例が示されている。
この例では、時刻ｔ０から時間Ｔ０経過後の時刻ｔ１にＣＰＵ３１のポートＰ２の電圧が高レベルに変化し、故障通知通信線２０の電圧が低レベルに変化する。入力回路５１の遅延時間ＴＤ１は、この例では「０」に設定されており、時刻ｔ１においてＣＰＵ３１のポートＰ１の入力電圧が高レベルに変化する。ＣＰＵ３１では、ポートＰ１の入力電圧の変化に対応して対応処理（フェールセーフ処理）を開始するのに時間Ｔ１を要するので、時刻ｔ１から時間Ｔ１経過後の時刻ｔ３に対応処理（点火制御の停止）が実行される。

また他のＥＣＵ１２〜１４の入力回路５２〜５４の遅延時間ＴＤ２〜ＴＤ４は、すべて時間Ｔ２に設定されており、時刻ｔ１から時間Ｔ２経過後の時刻ｔ２において、ＣＰＵ３２〜３４のポートＰ１の入力電圧が高レベルに変化する。ＣＰＵ３２〜３４では、ポートＰ１の入力電圧の変化に対応して対応処理（フェールセーフ処理）を開始するの要する時間はすべてＴ３あり、時刻ｔ２から時間Ｔ３経過後の時刻ｔ３に対応処理（燃料噴射制御、スロットル弁開度制御、吸気弁作動位相制御の停止）が実行される。
図３に示す例では、ＣＰＵ３１における対応処理の開始がもっとも遅れるため、入力回路５１の遅延時間ＴＤ１が「０」に設定され、ＥＣＵ１２〜１４の入力回路５２〜５４の遅延時間ＴＤ２〜ＴＤ４は時間Ｔ２に設定される。これによって、全てのＣＰＵにおける対応処理の開始時刻が時刻ｔ３となる。

以上のように本実施形態によれば、ＥＣＵ１１〜１４に設けられたＣＰＵ３１〜３４は、故障検知信号出力端子としてのポートＰ２及び故障検知信号入力端子としてのポートＰ１を備えており、ＣＰＵ３１〜３４の何れかが故障を検知したときにポートＰ２の出力信号によってトランジスタＱ１をオンし、故障通知通信線２０の電圧を低レベル（アース電圧）として、故障が検知されたことを他のＥＣＵに直ちに通知することができ、通常の制御情報伝達用のバス１０を介して故障検知通知を行う場合より迅速に通知することができる。さらに各ＥＣＵに設けられた入力回路５１〜５４は、入力端子の電圧、すなわち故障通知通信線２０の電圧がアース電圧に変化するタイミングを遅延時間ＴＤ１〜ＴＤ４だけ遅延させてポートＰ１に伝達するタイミング調整機能を有するので、他のＥＣＵに故障検知信号（故障通知信号線２０の電圧のアース電圧への変化）が伝達される時間に差が有る場合や、ＣＰＵに故障検知信号が入力された時点からフェールセーフ処理を開始するまでの割り込み応答時間に差が有る場合に、入力回路５１〜５４における遅延時間ＴＤ１〜ＴＤ４をそれぞれ適切に設定することによって、フェールセーフ処理の実際の開始時期を厳密に一致させる、すなわち厳密な同時性を確保すること、あるいは必要とされる順序でフェールセーフ処理を実行することが可能となる。例えば故障検知時のフェールセーフ処理として、燃料噴射の停止と点火プラグによる点火の停止とを行う際には、厳密な同時性を確保すること、あるいは燃料噴射の停止を点火の停止より先に実行することによって、噴射された燃料が点火されずに排出される不具合を確実に回避できる。

なお、ＣＰＵ３１〜３４のポートＰ１は、エンジン１の非作動中は故障通知信号線２０によって伝達されるデータ信号の受信が可能であり、例えば図４に示すように、ＣＰＵ３１〜３４で実行されるプログラムの更新を行うための外部装置１００を故障通知信号線２０を介して接続し、適時、プログラムの更新を行うようにすることが望ましい。そのようなプログラムの更新を行う際には、更新の対象となるＣＰＵを特定するアドレスコードを含むデータ信号を外部装置１００から故障通知信号線２０に送出し、アドレスコードに対応するＣＰＵがデータ信号を受信することにより当該ＣＰＵのプログラムの更新が行われる。

また上述したＩＧ−ＥＣＵ１１，ＦＩ−ＥＣＵ１２，ＴＨ−ＥＣＵ１３，及びＶＴ−ＥＣＵ１４を含み、さらに図示しない変速制御用のＥＣＵなどを備え、ＥＣＵ１１〜１４等を総括的に制御する総括制御ＥＣＵ２００をマスタＥＣＵとし、ＥＣＵ１１〜１４等をスレーブＥＣＵとして、公知のＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）によって相互に接続することによって車両制御装置を構成し、ＳＰＩを構成する信号線の一つとして上述した故障通知信号線２０を用いるようにしてもよい。

図５は、総括制御ＥＣＵ２００をマスタＥＣＵとして、ＥＣＵ１１〜１５をスレーブＥＣＵとしてＳＰＩによって相互に接続された車両制御装置の構成を示す。ＥＣＵ１５は、変速制御用ＥＣＵである。

マスタＥＣＵ２００は、データ出力端子ＤＭＯ、データ入力端子ＤＭＩ、クロック信号出力端子ＣＯ、及びスレーブ選択信号出力端子ＳＯ１〜ＳＯ５を備えており、データ出力端子ＤＭＯ、データ入力端子ＤＭＩ、クロック信号出力端子ＣＯは、それぞれスレーブＥＣＵ１１〜１５のデータ入力端子ＤＳＩ、データ出力端子ＤＳＯ、及びクロック信号入力端子ＣＩに、ＭＯＳＩ(Master Out Slave In)線、ＭＩＳＯ(Master In Slave Out)線、及びＣＬＫ(Clock)線を介して接続される。またスレーブ選択信号出力端子ＳＯ１〜ＳＯ５は、それぞれＳＳ(Slave Select)１線〜ＳＳ５線を介して、スレーブＥＣＵ１１〜１５のスレーブ選択信号入力端子ＳＩに接続される。マスタＥＣＵ２００は、通信を行うスレーブＥＣＵをＳＳ１〜ＳＳ５線を介して選択し（スレーブ選択信号出力端子ＳＯ１〜ＳＯ５の何れかをアクティブ（低レベル）とし）、ＭＯＳＩ線及び／またはＭＩＳＯ線を介してデータ送信及び／またはデータ受信を行う。

このような制御装置においては、上述した故障通知信号線２０をＭＯＳＩ線として使用し、各ＥＣＵ１１〜１５に上述した入力回路５１，５２等、プルアップ抵抗Ｒ１、及びトランジスタＱ１を備える故障通知通信系を構成することが望ましい。通常はマスタＥＣＵ２００がスレーブ選択信号によって選択したスレーブＥＣＵへのデータ伝達に使用され、故障検知時には、上述したように故障通知信号線２０（ＭＯＳＩ線）を介して故障検知の通知が行われる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上述した実施形態では、４つまたは６つのＥＣＵによって構成される電子制御装置の例を示したが、本発明は制御装置を構成するＥＣＵの数が２以上の場合に適用可能である。また、上述した実施形態における制御対象は内燃機関（及び変速機）であるが、制御対象はこれに限るものではなく、フェールセーフ処理の厳密な同時性あるいは実行順序の確保が必要とされる制御対象を制御する電子制御装置に本発明を適用可能である。

１ 内燃機関
１１ 点火制御電子制御ユニット
１２ 燃料噴射制御電子制御ユニット
１３ スロットル弁制御電子制御ユニット
１４ 吸気弁作動位相制御電子制御ユニット
２０ 故障通知信号線
３１〜３４ ＣＰＵ
５１〜５４ 入力回路
Ｑ１ トランジスタ
Ｒ１ プルアップ抵抗

Claims (3)

1. 複数の電子制御ユニットで構成され、制御対象を制御する電子制御装置において、
   前記複数の電子制御ユニットは、単一の故障通知通信線を介して接続され、
   各電子制御ユニットは、故障検知信号出力端子及び故障検知信号入力端子を備える演算処理ユニットと、前記故障通知通信線と前記故障検知信号入力端子との間に接続された入力回路と、前記故障検知信号出力端子の出力信号によってオンオフ制御可能なスイッチ素子とを備え、
   前記故障通知通信線は、プルアップ抵抗を介して電源線に接続され、前記スイッチ素子はアースと前記故障通知通信線との間に配置されており、
   前記複数の電子制御ユニットの何れか一つの演算処理ユニットが故障を検知したときは、前記故障検知信号出力端子からの出力信号によって前記スイッチ素子をオンすることにより、前記故障通知通信線を介して他の演算処理ユニットに故障検知を通知し、
   前記入力回路は、前記故障通知通信線から入力される電圧がアース電圧に変化するタイミングを予め設定される遅延時間だけ遅延させて前記故障検知信号入力端子に伝達するタイミング調整機能を有することを特徴とする電子制御装置。
2. 前記故障通知通信線は、通常の制御信号を伝達するための通信線としても使用可能であり、前記故障検知信号入力端子は、通常のデータ信号の入力端子としても使用可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記制御対象は、点火プラグ及び燃料噴射弁を備える内燃機関であり、前記複数の制御ユニットは、前記点火プラグによる点火を制御する制御ユニットと、前記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する制御ユニットとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。

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