JP3460593B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用制御装置、
特に自動車用制御装置に関し、より詳しくは、制御プロ
グラムを階層化してオブジェクト指向設計手法を適用す
ることにより、センサ及びアクチュエータ類や駆動回路
やマイコン等のハードウェア部品を変更した場合でも、
プログラム開発工数を大幅に低減することができ、その
結果、ソフトウェアの再利用性を向上させるようにした
車両用制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９（Ａ），（Ｂ）は従来の自動車用制
御装置の一例ソフトウェアの説明図である。従来、自動
車用制御装置のソフトウェアは、図９（Ａ）に示す如
く、燃料噴射処理等その目的とする処理に着目し、処理
の流れに沿って一連のプログラムを記述していた。詳し
くは、エンジン制御の燃料噴射制御プログラムでは、
「現在のエンジン状態に最適な量で燃料を噴射する」と
いう一連の処理に着目し、例えば、以下のようなプログ
ラム構成となっている。

【０００３】即ち、図９（Ａ）に示すように、ＣＰＵ
（ハードウェア）を制御するＩ／Ｏプログラムが含まれ
たユーザプログラムにおいて、ベースルーチンにてエン
ジン回転数等のパラメータを基に、現在の運転状態に適
した基本噴射量を求め（基本噴射量演算）、この基本噴
射量となるインジェクタ駆動回路への基本通電時間を算
出し、インジェクタ（燃料噴射弁）のハードウェア特性
で決まる無効噴射時間を算出し（無効噴射量演算）、こ
れを基本通電時間に加算してインジェクタ駆動回路への
最終的な通電時間を求める（通電時間演算）。そして、
所定のエンジン回転位置（クランク角位置）毎に実行さ
れる割り込みルーチンにより上記通電時間で噴射を実行
する。この処理を一連のプログラムで記述している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような一連のプロ
グラムを作成する際には、マイコンやセンサやインジェ
クタ等のハードウェア特性を考慮しつつ、基本噴射量の
算出から無効噴射時間を加算し、さらに通電の実行に至
る処理を一連に切れ目なく記述するものであるため、一
部の変更を実行したくとも、その一部の変更だけでは済
まず、他の部分も見直し修正しなければならず、その結
果、他の機種のエンジンを制御するプログラムとの再利
用性が乏しいという問題点があった。

【０００５】即ち、例えば、基本噴射量演算のプログラ
ムを変更する場合でも、このプログラムの切れ目が明確
でない構造であるため、無効噴射量演算や通電時間演算
のプログラムまでも見直し修正しなければならないとい
う問題点があった。また、ＣＰＵを変更した場合でもユ
ーザプログラムの全体を見直さなければならい、という
問題点があった。

【０００６】従って、ハードウェアが変更される度にほ
とんど新たに一連のプログラムを記述する必要があると
共に、プログラム作成者自身が制御内容、演算方法は勿
論のこと、ハードウェアに依存した処理のプログラム内
容を理解する必要もあり、その結果、プログラム開発工
数は膨大なものとなっていた。以下に、ハードウェアと
して、例えば、インジェクタを変更する場合について詳
しく説明する。

【０００７】図１０はインジェクタ噴射量特性図であ
り、インジェクタへの通電時間（具体的にはソレノイド
コイルへの通電時間）に対する動的噴射量の関係を示
す。図において、縦軸は動的噴射量（ｑ）であり、横軸
は通電時間Ｔ（ｍｓ）である。ここで、動的噴射量とは
ある通電時間における噴射量であり、静的噴射量（Ｑ）
とは規定圧力下でニードルバルブを最大リフト位置に保
持したときに単位時間当たり噴射される量である。さら
に、無効噴射時間（Ｔｖａ，Ｔｖｂ）とはインジェクタ
への通電開始から実際にニードルバルブが開弁するまで
の時間的な遅れである。

【０００８】一般に噴射量は、ニードルバルブのストロ
ーク、噴射口の面積、噴射場所の圧力と燃料圧との差分
等に依存するが、これらの諸量が一旦決定されると、ニ
ードルバルブの開弁している時間、即ち、ソレノイドコ
イルへの通電時間に依存することになる。従って、図１
０に示すように、ある通電時間の範囲において直線性を
持っている。その勾配は図示のように静的噴射量Ｑで示
される。

【０００９】ところで、特性ａを持つインジェクタａか
ら特性ｂを持つインジェクタｂに変更した場合、図示の
ように無効噴射時間がＴｖａからＴｖｂに変化する。こ
れは、上記の諸量の内で、各インジェクタのストローク
のバラツキ、噴射口のバラツキ、等の機械的な要因（即
ち、ハードウェア特性）によるものである。従って、イ
ンジェクタａからインジェクタｂに変更した場合に、エ
ンジン制御装置に変更がなくとも（即ち、燃料噴射量の
演算プログラムに変更が無くとも）、インジェクタの変
更に伴う無効噴射時間の変化に対処するために、演算プ
ログラム全体を見直しその内容から必要個所（この場
合、無効噴射時間に関係する個所）を適宜変更するとい
った作業をせざるを得なかった。

【００１０】そこで、上述のような問題を解決するもの
として、例えば、特開平７−２７７１０５号公報に示す
ものがある。これは、図９（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ
（ハードウェア）に対する入出力処理を行うＩ／Ｏプロ
グラムと、制御演算するユーザプログラム（演算プログ
ラム）とを分離して独立に設けることにより、ハードウ
ェアの変更時には演算プログラムは変更せずに、Ｉ／Ｏ
プログラムのみを変更することで制御用ソフトウェアの
開発工数を低減するものである。

【００１１】しかしながら、この従来技術では、変更し
ない演算プログラム部分の開発工数は削減できるが、例
えば、駆動回路の一部を変更しただけでも（例えば、モ
ータ駆動回路のみ変更した場合）、Ｉ／Ｏプログラムに
はセンサ類、アクチュエータ類、駆動回路、等のプログ
ラムが一連に記述されているために、例え駆動回路の一
部の変更であってもＩ／Ｏプログラム全体を見直す必要
があり、やはり開発工数は膨大なものとなる問題点があ
った。

【００１２】ところで、実際の自動車用制御装置では、
マイコンをはじめとしてアクチュエータを駆動するため
の駆動ＩＣ、入力回路の１つであるＡ／Ｄ変換器等、複
数のハードウェア（電子部品）が存在する。そして、各
ハードウェアのライフサイクルはその性能やコストによ
ってそれぞれ異なるため、結果的には新たな自動車用制
御装置を開発する度にそれを構成するハードウェアの一
部も変更されている。従って、上述した従来技術を用い
たとしても、自動車用制御装置が変更される度に大幅な
プログラム修正を要することになる。

【００１３】また、上述の従来技術では、自動車用制御
装置のＣＰＵ（ハードウェア）変更のみ配慮したもので
あり、インジェクタ等のアクチュエータ類や水温センサ
等のセンサ類を変更した場合には、やはり演算プログラ
ムを変更せざるを得ないという問題点もある。本発明
は、自動車用の制御システム全体を考慮し、例えば、セ
ンサ類やアクチュエータ類や駆動回路の一部等、システ
ムを構成するハードウェアに変更が生じた場合でも、こ
れの変更に対するプログラムの変更個所を極力低減させ
ることによりプログラム開発工数を削減し、ソフトウェ
アの再利用性を向上させることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１，２，３，６，
１０等の発明によれば、 １）第２の階層にセンサ類等ハードウェアの特性や作動
をモデル化して記述したオブジェクト指向設計されたプ
ログラムを有することにより、センサ類、アクチュエー
タ類のみの変更があった場合でも第２の階層のプログラ
ム変更を著しく低減することができる。また、電気信号
と物理量とを変換するといった観点で共通化しているた
めオブジェクト指向設計手法におけるモデル化も容易と
なる。

【００１５】２）さらに、第２の階層を、センサ類又は
アクチュエータ類に適用する上位階層、入力回路又は駆
動回路に適用する中位階層、及びマイコンに適用する下
位階層の３つに階層化したことにより、自動車用制御シ
ステム全体を構成する部品のライフサイクルにあったプ
ログラム構造を可能とし、第２の階層のプログラム変更
を著しく低減できる。

【００１６】３）上述のようにプログラム変更による開
発工数を著しく低減できるので、ソフトウェアの再利用
性が顕著に改善される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態であるエ
ンジン制御装置について、図面に沿って説明する。図１
はエンジン制御ユニットとその周辺のハードウェア構成
を示す要部ブロック図である。図１において、エンジン
制御ユニット（ＥＣＵ）１は、入力回路部２と、マイク
ロコンピュータ（マイコン）３と、出力回路部４で構成
される。

【００１８】入力回路部２は、エンジン水温を検出する
水温センサ２１、エンジン回転数を検出するクランク角
センサ２２、等の各種センサからの検出信号を受けるた
めの、Ａ／Ｄ変換器２３、波形整形回路２４、等で構成
される。また、マイコン３は入力回路部２からの検出信
号に基づきエンジンに対する最適制御量を演算し、その
演算結果に基づき出力回路部４を駆動するための駆動信
号を出力する。また、マイコン３は、この演算を行うプ
ログラム及び参照データを格納したＲＯＭ３１と、演算
結果を一時的に格納するＲＡＭ３２とを有する。

【００１９】出力回路部４は、インジェクタ４１やアイ
ドルスピード・コントロールバルブ（ＩＳＣ）弁４２等
のアクチュエータ類を駆動するためのインジェクタ駆動
回路４３、ＩＳＣ弁駆動回路４４等から構成される。本
実施形態の特徴であるエンジン制御プログラムは、「オ
ブジェクト指向設計」と称する手法を用いてプログラミ
ングされ、ＲＯＭ３１に格納されている。ここで、オブ
ジェクト指向設計について以下に説明する。

【００２０】即ち、オブジェクト指向設計とは、従来の
ソフトウェアがその目的とする処理（例えば、燃料噴射
という処理）に着目したものに対し、そのモノを基本単
位にモデル化し、そのモノの振る舞い（作動）で処理を
記述するものである。この基本単位をオブジェクトと称
し、プログラムはこのオブジェクトを最小構成単位とし
て記述する。プログラム全体としてはオブジェクト間を
要求や応答といったやり取り（「メッセージ」と称す
る）により結合することで、一連の処理が実行される。
オブジェクトは、データ（属性とも呼ばれる）とデータ
を処理する手続き（「メソッド」と称する）とを一体化
した形で記述され、オブジェクトは他のオブジェクトか
らの要求（メッセージ）を受信することによりメソッド
が実行される。なお、オブジェクトへの仕事の依頼はメ
ソッドを介してのみ行うことができ、オブジェクト内の
データへの直接のアクセスは禁止される。

【００２１】図２は本発明による車両用制御装置の基本
概念の説明図である。具体的には図３及び図４において
説明するが、本発明では、エンジン制御プログラムがア
プリケーションレイヤとプラットフォームレイヤの２階
層で構成され、かつプラットフォームレイヤは、センサ
類やアクチュエータ類（図１の２１，２２，４１，４
２）をモデル化しそのモノの特性や振る舞い（作動）を
記述した各種のオブジェクトで構成される「センサ・ア
クチュエータレイヤ」（図３の２１０に対応）と、入力
回路部や出力回路部（図１の２，４）の特性や作動をモ
デル化して記述した各種のオブジェクトで構成される
「デバイスドライバレイヤ」（図３の２２０に対応）
と、マイコンの特性や作動をモデル化して記述したオブ
ジェクトで構成される「バーチャルＭＰＵレイヤ」（図
３の２３０に対応）で構成される。

【００２２】従って、例えば、マイコン１を変更する場
合には、本発明ではバーチャルＭＰＵレイヤのプログラ
ムのみを変更すれば済み、他のセンサ・アクチュエータ
レイヤやデバイスドライバレイヤのプログラムを変更す
る必要はなく、他のプログラムへ影響を及ぼさないよう
になっている。即ち、マイコンの振る舞いの特徴をバー
チャルＭＰＵレイヤに持たせるので、マイコンを変更し
た場合でもバーチャルＭＰＵレイヤのみを変更し、駆動
回路の振る舞いを記述したデバイスドライバレイヤや、
センサ及びアクチュエータ類の振る舞いを記述したセン
サ・アクチュエータレイヤのプログラムを修正する必要
はない。

【００２３】なお、図中、ＷＳは波形整形回路、ＯＢは
出力バッファ、ＩＢは入力バッファ、ＮＥＳはエンジン
回転数センサ、ＩＮＪはインジェクタ、ＳＷはスイッ
チ、ＷＴＳは水温センサ、である。また、ＯＳは「オペ
レーティング・システム」であり、各プログラムの実行
周期を決める「スケジューリング」等を行う基本プログ
ラムであるが、本発明の思想とは直接関係するものでは
ない。

【００２４】図３は図２に示すエンジン制御プログラム
の構造を具体的に記載した説明図である。また、図４は
インジェクタを例としてオブジェクトにより示した振る
舞いの説明図である。図３に示すように、エンジン制御
プログラムは、第１の階層としてのアプリケーション・
レイヤ（ＡＰレイヤ）１００と第２の階層としてのプラ
ットフォーム・レイヤ（ＰＦレイヤ）２００とで構成さ
れている。

【００２５】ＡＰレイヤ１００にはハードウェアに依存
しない純粋な制御の世界（制御量の算出ロジック等）を
表現する制御量算出ロジックとしてのプログラムが記述
されている。そして、このＡＰレイヤには、現在の運転
状態に最適な燃料噴射量ｑを演算するＥＮＧオブジェク
ト（ＥＮＧ）１０１、変速機に制御要求を出すＥＣＴオ
ブジェクト（ＥＣＴ）１０２等が、制御単位毎に分類化
された状態で組み込まれている。

【００２６】また、ＰＦレイヤ２００には、各種センサ
類、アクチュエータ類等のシステムハードウェア部品、
ＥＣＵ、マイコンのハードウェアの世界を表現するプロ
グラムが記述される。そして、本出願人らは、エンジン
制御システム全体を考慮し、エンジン制御装置の特質に
マッチした、即ち、システムを構成するハードウェアの
あらゆる変更に対してＡＰレイヤに存在するプログラム
を変更することなく使用できるように、ＰＦレイヤ２０
０を以下に述べる観点に着目して上位、中位、下位の３
つのレイヤに階層化されている。

【００２７】即ち、上位レイヤを図２のセンサ・アクチ
ュエータレイヤに対応するセンサ・アクチュエータレイ
ヤ（ＳＡレイヤ）２１０、中位レイヤをデバイス・ドラ
イバレイヤ（ＤＤレイヤ）２２０、下位レイヤをバーチ
ャルＭＰＵレイヤ（ＶＭレイヤ）２３０、と定義する。
ＳＡレイヤ２１０は、エンジン制御に必要な各種センサ
類及びアクチュエータ類の入出力機能をＡＰレイヤ１０
０の各オブジェクトに提供するものである。ここには、
図１に示す水温センサ２１、インジェクタ４１、クラン
ク角センサ、等のエンジンＥＣＵ１の外部に存在する部
品（パワートレイン部品）に対して、部品単位毎にその
部品の持つ特性や振る舞いをモデル化したオブジェクト
（Ｏｂｊで示す）が複数存在する。

【００２８】例えば、インジェクタを例にとると、その
振る舞い（メソッド）は「噴射する」であり、図４
（Ａ），（Ｂ）を比べれば明らかなように、インジェク
タａをインジェクタｂに変更してもその振る舞い（噴射
する）は同じである。即ち、インジェクタを変更すると
は、各々の無効噴射時間、最小通電時間、最大通電時間
等のインジェクタ特性を変更することである。

【００２９】本発明ではこの点に着目し、そのモノの特
性を考慮してモデル化すると共に、現実のモノに対応さ
せたプログラム単位にしたことにより、インジェクタ
（ハードウェア部品）を変更しても、インジェクタのオ
ブジェクト（後述の「インジェクタＯｂｊ」）のみ変更
すればよく、それ以外のプログラムを変更する必要はな
い。即ち、インジェクタ（ハードウェア部品）自体の特
性はこのインジェクタＯｂｊの中に「情報隠蔽」（以
下、単に「隠蔽」という。１つのオブジェクトの状態と
振る舞いが他のオブジェクトから見えず隠されている状
態）されたことになり、このオブジェクト以外でインジ
ェクタ特性を意識する必要はない。

【００３０】ところで、図３に示す本実施形態では、Ｓ
Ａレイヤ２１０には、水温センサオブジェクト（水温セ
ンサＯｂｊ）２１１、インジェクタオブジェクト（イン
ジェクタＯｂｊ）２１２、クランク角センサオブジェク
ト（クランク角センサＯｂｊ）２１３を示す。また、Ｄ
Ｄレイヤ２２０には、図１に示すエンジンＥＣＵ１内に
ある入力回路部２、出力回路部４の振る舞いをモデル化
したオブジェクトが存在する。本例では、インジェクタ
駆動回路４３をモデル化したインジェクタ・ドライバオ
ブジェクト（ＩＮＪ駆動Ｏｂｊ）２２１と、ＩＳＣ弁駆
動回路４４に対するＩＳＣドライバ・オブジェクト（Ｉ
ＳＣ駆動Ｏｂｊ）２２２とを示す。ＩＮＪ駆動Ｏｂｊ２
２１により、インジェクタ駆動回路４３の電子回路特性
やインジェクタ４１とマイコン３とのＩ／Ｏマッピング
（インジェクタとマイコンとの接続）等の情報が隠蔽さ
れる。

【００３１】さらに、ＶＭレイヤ２３０は、マイコン３
のＩ／Ｏデバイスに対応し、マイコンの構造（アーキテ
クチャ）や特性が隠蔽される。ここでは、インジェクタ
４１を駆動するためのパルス信号を出力するパルス発生
器をモデル化したパルス発生器オブジェクト（パルス発
生Ｏｂｊ）２３１を図示する。なお、パルス発生Ｏｂｊ
２３１以外に、ポート、パルス入力器等のオブジェクト
が存在する。

【００３２】このように、本発明の実施形態では、実際
のエンジン制御システム全体を考慮し、システムを構成
するハードウェア部品をモデル化する場合、ＰＦレイヤ
２００を上位、中位、下位の３つのレイヤに階層化した
ことにより、インジェクタ、インジェクタ駆動回路等の
ライフサイクルの異なるハードウェア部品を「局所化」
することができ、エンジン制御システムの変更に対して
アプリケーション・プログラムは勿論のこと、ハードウ
ェアの特性を隠蔽するプラットフォーム・プログラムの
変更も最小限にすることができる。

【００３３】次に、前述の各オブジェクトにて実行され
る処理（手続き）を、図５〜図８に示すような噴射制御
処理を例として以下に説明する。図５は一般的な噴射制
御に関するタイムチャートを示す。尚、実際のエンジン
制御においては、噴射開始時期の設定等で複雑な演算及
び処理を行っているが、本発明の特徴とは関連性の薄い
部分は説明を簡略化するために省略する。

【００３４】図５において、クランク角センサにより吸
気ＴＤＣ（上死点）より９０°ＣＡ（クランク角）前の
タイミング（ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）を検出すると、噴射
開始タイミングと最適な噴射量を演算し、これを基に噴
射開始時刻Ｚｓと噴射終了時刻Ｚｅをタイマーにセット
する。これにより、この時刻になるとマイコン３（パル
ス発生器）から図５の波形（Ｘ）のような駆動信号が出
力されインジェクタ駆動回路４３がオンする。インジェ
クタ駆動回路４３が作動することでインジェクタ４１の
ソレノイドコイルに電流が流れ、インジェクタ４１内の
ニードルバルブが開弁し燃料が噴射される。

【００３５】ここで、実際に燃料が噴射される期間は、
通電時間Ｔｉに対して、図５の区間（Ｙ）で示す部分で
あり、この図から明らかなように、最適な量で噴射する
ためには、インジェクタ４１の駆動遅れ時間Ｔｖ（即
ち、インジェクタのソレノイドコイルへの通電開始から
実際にニードルバルブが開弁するまでの時間的な遅れ、
インジェクタ毎のハードウェア特性によるバラツキあ
り）や、駆動回路の作動開始遅れ時間Ｔｓｄ（即ち、マ
イコンからの駆動信号を受けてから駆動回路がオンする
までの時間的な遅れ、回路素子によるバラツキあり、な
お、Ｔｅｄは駆動信号がオフしてから駆動回路がオフす
るまでの遅れ時間）を考慮して噴射開始時刻Ｚｓ等を設
定する必要がある。そして、上述したように、この遅れ
時間ＴｖやＴｓｄはインジェクタ４１やインジェクタ駆
動回路４３のハードウェア特性に依存して変化する。

【００３６】そこで、本実施形態では、このようなハー
ドウェア特性を隠蔽し、ハードウェアの変更に対してご
く僅かなプログラム変更で対応できるようハードウェア
毎（オブジェクト毎）にモデル化している。図６はイン
ジェクタオブジェクト等の各モデルを示す図であり、Ｕ
ＭＬ(Unified Modeling Language, オブジェクト指向分
析及び設計のためのモデリング言語として従来から使わ
れていた数種類の記述法を統合したもの）によって記述
したクラス図である。そしてこのようなクラス図によっ
て、各オブジェクトにおける静的な情報を表現すること
ができる。

【００３７】図６に示すように、インジェクタＯｂｊ、
ＩＮＪ駆動Ｏｂｊ、パルス発生Ｏｂｊ（図３の各オブジ
ェクト，２１２，２２１，２３１に対応）で示す如く、
各オブジェクト毎にブロック化され、各ブロックの上段
には各オブジェクトの名称（２１２，２２１，２３
１）、中段にはデータ（属性）（２１２ａ，２２１ａ，
２３１ａ）、下段にはメソッド（２１２ｂ，２２１ｂ，
２３１ｂ）が記載されている。そして、各ブロック間の
関連はブロック間を結ぶ直線Ｌ１，Ｌ２によって示され
ている。

【００３８】例えば、インジェクタＯｂｊ２１２のデー
タは２１２ａに示すように、「静的噴射量」、「最小通
電時間」、「最大通電時間」及び「無効噴射時間」であ
る。また、メソッドは２１２ｂに示すように、「噴射要
求」及び「噴射中止要求」である。図７は図６にてモデ
ル化したプログラムが実行される処理の流れを示すメッ
セージ・シーケンスチャート（ＭＳＣ）であり、各オブ
ジェクトにて実際に実行される処理（メソッド）が示さ
れ、矢印は他のオブジェクトへのメッセージ発行を示
す。また、図８（Ａ），（Ｂ）は噴射アプリケーション
からの「噴射要求」のメッセージ発行のフローチャート
である。

【００３９】図７に示す「１．噴射要求」は、図３に示
すＥＮＧオブジェクト１０１の中にある噴射アプリケー
ションから、インジェクタＯｂｊ２１２に対して噴射要
求のメッセージ（１）として発行される。図７の説明前
に、この処理を図８（Ａ），（Ｂ）に示すフローチャー
トで説明する。図８において、（Ａ）はベースルーチン
を示し、このルーチンは８ｍｓ毎に実行される。ベース
ルーチンではエンジン状態を検出する各種センサからの
情報（検出値）を読み込み（Ｓ１）、燃料の動的噴射量
ｑを算出する（Ｓ２）。噴射特性はバッテリ電圧に応じ
て変化するため現在のバッテリ電圧を基に通電開始時間
Ｔｓも算出する（Ｓ３）。そして、これらのステップが
終了すると、燃料以外の他の制御、例えば点火時期の制
御、に移行してベースルーチンを再度開始する（Ｓ
４）。

【００４０】一方、図８（Ｂ）は割り込みルーチンを示
し、３０°ＣＡ毎に実行される。図５に示すように、割
り込みルーチンでは現在の割り込みタイミングが吸気Ｔ
ＤＣより９０°ＣＡ前のタイミング（ＢＴＤＣ９０°Ｃ
Ａ）か否か判断し（Ｓ１１）、このタイミングならば
（ＹＥＳ）、インジェクタＯｂｊ２１２に対してこの噴
射要求のメッセージ（１）を発行する（Ｓ１２）。

【００４１】次に、図７に戻り、インジェクタＯｂｊ２
１２が噴射アプリケーションからの噴射要求メッセージ
（１）を受信すると、メッセージと共に送られる動的噴
射量ｑに基づき、インジェクタ４１の特性のみを考慮し
て動的噴射量ｑを達成するための通電時間Ｔｉを、下記
式を基に求める。 Ｔｉ＝（ｑ／Ｑ）×６０＋Ｔｖ 即ち、無効噴射時間Ｔｖを加算することで、ニードルバ
ルブが開弁するまでの遅れ時間を考慮したものとなる。
尚、ここでの通電時間Ｔｉは図５の駆動回路出力のオン
時間で示され、Ｑは静的噴射量である（図１０参照）。

【００４２】そして、通電時間Ｔｉが常に最小噴射量時
間Ｔｍｉｎと最大噴射量時間Ｔｍａｘの範囲内となるよ
うにガードし（Ｔｍｉｎ≦Ｔｉ≦Ｔｍａｘ）、ＩＮＪ駆
動Ｏｂｊ２２１に対して通電要求のメッセージ（２）を
発行する。尚、最小噴射量時間Ｔｍｉｎと最大噴射量時
間Ｔｍａｘもニードルバルブのリスト量の相違等、イン
ジェクタ４１の機械的な特性（ハードウェア特性）で変
化する値である。

【００４３】次に、ＩＮＪ駆動Ｏｂｊ２２１が通電要求
のメッセージを受信すると、図８（Ａ）で求めた通電開
始時間Ｔｓから通電開始時刻Ｚｓを求める（時間を時刻
に変換する。図５に示すように、Ｚｓ＝Ｚｎｅ＋Ｔｓで
ある）と共に、インジェクタ駆動回路４３の遅れ時間Ｔ
ｓｄを考慮して通電開始時刻Ｚｓを補正した最終的な通
電開始時刻Ｚｐを求め（図５に示すように、Ｚｐ＝Ｚｓ
−Ｔｓｄである）、パルス発生要求のメッセージ（３）
を発行する。

【００４４】パルス発生Ｏｂｊ２３１は、このパルス発
生要求のメッセージ（３）を受信すると、時刻Ｚｐのタ
イミングでマイコン３からハイレベルの信号（Ｖｐ）を
出力するようにコンペアレジスタ（図示せず）にデータ
をセットする。これにより、時刻Ｚｐでマイコン出力は
ハイレベルとなり、インジェクタからの噴射が開始さ
れ、その後、パルス発生Ｏｂｊ２３１は通電開始通知の
メッセージ（４）をインジェクタ駆動Ｏｂｊ２２１に発
行する。

【００４５】そして、ＩＮＪ駆動Ｏｂｊ２２１が通電開
始通知のメッセージ（４）を受信すると、通電開始時刻
Ｚｐに通電時間Ｔｉを加算して通電終了時刻Ｚｅを求め
ると共に、インジェクタ駆動回路４３の遅れ時間Ｔｓｄ
を考慮して通電開始時刻Ｚｅを補正した最終的な通電開
始時刻Ｚｐを求め（図５参照）、パルス発生要求のメッ
セージ（５）をパルス発生Ｏｂｊ２３１に発行する。

【００４６】パルス発生Ｏｂｊ２３１は、このパルス発
生要求のメッセージ（５）を受信すると、時刻Ｚｐのタ
イミングでマイコン３からローレベルの信号（Ｖｐ）を
出力するようにコンペアレジスタにデータをセットす
る。これにより、時刻Ｚｅでマイコン出力はローレベル
となり、インジェクタからの噴射が終了する。なお、図
６に示す各オブジェクト（Ｏｂｊ）のメソッド中の「噴
射中止要求」、「通電中止要求」及び「パルス中止要
求」については、例えば、噴射要求のメッセージ発行後
に、「燃料カット」を目的として噴射中止要求のメッセ
ージを発行する場合があるが、このメソッドの説明をす
ると記載を複雑にするので詳細説明を省略する。

【００４７】以上説明したように、噴射アプリケーショ
ンで実行される処理（図８）はハードウェアに依存しな
い純粋な制御演算のみが実行され、インジェクタ４１や
駆動回路４３が変更されても、噴射量ｑを求めるといっ
た演算処理や噴射要求のメッセージを発行するといった
処理に変わりはなく、噴射アプリケーションのプログラ
ムの再利用が可能である。即ち、エンジン制御システム
全体を構成するハードウェア部品（インジェクタ等のエ
ンジンＥＣＵ１外部にある部品も含めて）にいかなる変
更があっても噴射アプリケーション等のＡＰレイヤ１０
０に依存するプログラムを変更することはない。

【００４８】さらに、例えば、インジェクタ４１のみ変
更された場合でも、インジェクタＯｂｊに対するメッセ
ージやインジェクタＯｂｊからのメッセージ、上述で言
うなら、噴射アプリケーションが噴射要求を発行する、
或いは、ＩＮＪ駆動Ｏｂｊ２２１が通電要求を受信する
という行為自体が変更されることはない。更には、噴射
アプリケーションが噴射量ｑを求め、インジェクタＯｂ
ｊ２１２に情報を与えるという行為も普遍的である。従
って、このような場合でもインジェクタＯｂｊ２１２の
プログラムのみ変更するだけでよく、ＩＮＪ駆動Ｏｂｊ
２２１等のプログラムを変更することはない。

【００４９】このように、本発明では、上位をＳＡレイ
ヤ２１０、中位をＤＤレイヤ２２０、下位をＶＭレイヤ
２３０の３つに階層化することで、エンジン制御システ
ムの中で変更されるハードウェア部品単位に適用したプ
ログラム構造を実現でき、ライフサイクルや対象エンジ
ンの制御仕様の違いにより比較的頻繁に変更される入力
回路や駆動回路に対してハードウェアに依存するＰＦレ
イヤのプログラム変更個所を限りなく小さなものとする
ことができる。

【００５０】また、ＳＡレイヤ２１０には、インジェク
タのように電気信号を物理量に変換するモノ、ＤＤレイ
ヤ２２０にはマイコンからのデジタル信号を電気信号に
変換するモノ、そしてＶＭレイヤにはデジタル信号を発
生するモノに、といったように各レイヤの情報の質を揃
えたことにより、標準的なインタフェースを提供するこ
とできる。即ち、オブジェクト指向設計を適用した場
合、オブジェクト間を結ぶメッセージを噴射制御、点火
制御に限らず標準化し易くなり、テンプレート等を適用
したプログラミングが容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジン制御ユニットとその周辺のハードウェ
ア構成を示す要部ブロック図である。

【図２】本発明による自動車用制御装置の基本概念の説
明図である。

【図３】図２に示す本発明のエンジン制御プログラムの
構造を具体的に記載した説明図である。

【図４】インジェクタを例としてオブジェクトによる振
る舞いの説明図である。

【図５】一般的な噴射制御に関するタイムチャートであ
る。

【図６】インジェクタオブジェクト等の各モデルを示す
クラス図である。

【図７】図６にてモデル化したプログラムが実行される
処理の流れを示すメッセージ・シーケンスチャート（Ｍ
ＳＣ）である。

【図８】（Ａ），（Ｂ）は噴射アプリケーションからの
「噴射要求」のメッセージ発行のフローチャートであ
る。

【図９】（Ａ），（Ｂ）は従来の自動車用制御装置の一
例ソフトウェアの説明図である。

【図１０】一般的なインジェクタ噴射量特性図である。

【符号の説明】

１…エンジンＥＣＵ ２…入力回路部 ３…マイクロコンピュータ ４…出力回路部 ２１，２２…センサ類 ２３…Ａ／Ｄ変換器 ２４…波形整形回路 ３１…ＲＯＭ ３２…ＲＡＭ ４１，４２…アクチュエータ類 １００…アプリケーション（ＡＰ）レイヤ １０１…ＥＮＧオブジェクト １０２…ＥＣＴオブジェクト ２００…プラットフォーム（ＰＦ）レイヤ ２１０…センサ・アクチュエータレイヤ ２１１…水温センサオブジェクト ２１２…インジェクタオブジェクト ２１３…クランク角センサオブジェクト ２２０…デバイスドライブレイヤ ２２１…インジェクタドライバオブジェクト ２２２…ＩＳＣドライバオブジェクト ２３０…バーチャルＭＰＵレイヤ ２３１…パルス発生器オブジェクト

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−277105（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−200821（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−85228（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−200819（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−274498（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−250726（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−187011（ＪＰ，Ａ) 特開2000−71819（ＪＰ，Ａ) 岩橋正美，特集 オブジェクト指向で 制御システムを実現する手法，Ｉｎｔｅ ｒｆａｃｅ 1998年７月号，日本，ＣＱ 出版社，1998年 ６月 ４日，第24巻第 ７号 通巻253号，第93−148頁 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 45/00 B60R 16/02 G06F 9/44 G06F 12/00 G05B

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハードウェアとして車両の運転状態を検
   出するセンサ類と、前記車両の各部を動作させるアクチ
   ュエータ類と、前記センサ類からの検出信号を受ける入
   力回路部と、制御プログラムを搭載し該入力回路部から
   の信号を受け車両の状態に基づき最適な制御量を演算し
   前記アクチュエータ類を駆動する制御信号を発生するマ
   イクロコンピュータと、前記制御信号を受け前記アクチ
   ュエータ類を駆動するための駆動信号を出力する駆動回
   路部とを備えた車両用制御装置において、 前記制御プログラムは、前記ハードウェアに依存しない
   制御量算出ロジックを記述した第１の階層と、前記ハー
   ドウェアに依存する制御量算出ロジックを記述した第２
   の階層とを有し、 かつ、前記第２の階層には、前記ハードウェアの内の、
   少なくとも前記センサ類、アクチュエータ類等の個々の
   物理的な構成を、個々の論理的な構成に変換しモデル化
   してそのモノの特性や振る舞いを記述した上位の階層を
   含むことを特徴とする車両用制御装置。
2. 【請求項２】 ハードウェアとして車両の運転状態を検
   出するセンサ類と、前記車両の各部を動作させるアクチ
   ュエータ類と、前記センサ類からの検出信号を受ける入
   力回路部と、制御プログラムを搭載し該入力回路部から
   の信号を受け車両の状態に基づき最適な制御量を演算し
   前記アクチュエータ類を駆動する制御信号を発生するマ
   イクロコンピュータと、前記制御信号を受け前記アクチ
   ュエータ類を駆動するための駆動信号を出力する駆動回
   路部とを備えた車両用制御装置において、 前記制御プログラムは、前記ハードウェアに依存しない
   制御量算出ロジックを記述した第１の階層と、前記ハー
   ドウェアに依存する制御量算出ロジックを記述した第２
   の階層とを有し、 前記第２の階層は、さらに前記センサ類、前記アクチュ
   エータ類等の特性や作動をモデル化して記述した上位の
   階層と、前記入力回路部、前記駆動回路等の特性や作動
   をモデル化して記述した中位の階層と、前記マイクロコ
   ンピュータの特性や作動をモデル化して記述した下位の
   階層とに階層化されることを特徴とする車両用制御装
   置。
3. 【請求項３】 ハードウェアとして車両の運転状態を検
   出するセンサ類と、前記車両の各部を動作させるアクチ
   ュエータ類と、前記センサ類からの検出信号を受ける入
   力回路部と、制御プログラムを搭載し該入力回路部から
   の信号を受け車両の状態に基づき最適な制御量を演算し
   前記アクチュエータ類を駆動する制御信号を発生するマ
   イクロコンピュータと、前記制御信号を受け前記アクチ
   ュエータ類を駆動するための駆動信号を出力する駆動回
   路部とを備えた車両用制御装置において、 前記制御プログラムは、前記ハードウェアに依存しない
   制御量算出ロジックを記述した第１の階層と、前記ハー
   ドウェアに依存する制御量算出ロジックを記述した第２
   の階層とを有し、 かつ前記第２の階層は、前記第１の階層に存在するアプ
   リケーションソフトに対して制御情報を提供する前記セ
   ンサ類、前記アクチュエータ類等の特性や作動をモデル
   化して記述したプログラムが存在する上位の階層と、前
   記制御情報を前記マイクロコンピュータへのデジタル情
   報に変換する中位の階層と、デジタル情報を出力する下
   位の階層とに階層化されていることを特徴とする車両用
   制御装置。
4. 【請求項４】 前記各階層に存在するプログラムはオブ
   ジェクト指向設計されたプログラムである請求項１〜３
   のいずれかに記載の車両用制御装置。
5. 【請求項５】 制御プログラムを搭載し車両の各状態を
   制御するマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピ
   ュータに検出データを入力しかつ制御データを出力する
   周辺回路群と、前記周辺回路群に検出信号を入力しかつ
   前記制御データにより動作し前記車両の各部を制御する
   外部部品群とを備えた車両用制御装置において、 前記制御プログラムは、 前記外部部品群の個々が持つ特性及び作動をモデル化し
   記述したオブジェクト指向設計されたプログラムを有す
   るセンサ・アクチュエータレイヤと、 前記周辺回路群の個々が持つ特性及び作動をモデル化し
   記述したオブジェクト指向設計されたプログラムを有す
   るデバイスドライバレイヤと、 前記マイクロコンピュータの特性及び作動をモデル化し
   記述したオブジェクト指向設計されたプログラムを有す
   るバーチャルＭＰＵレイヤと、 を具備することを特徴とする車両用制御装置。
6. 【請求項６】 前記外部部品群には、各種センサ類及び
   各種アクチュエータ類を含む請求項５に記載の車両用制
   御装置。
7. 【請求項７】 前記周辺回路群には、少なくとも、Ａ／
   Ｄ変換回路、波形整形回路、インジェクタ駆動回路を含
   む請求項５に記載の車両用制御装置。
8. 【請求項８】 前記制御プログラムには、ハードウェア
   に依存しないアプリケーションレイヤをさらに含み、前
   記アプリケーションレイヤは、前記センサ・アクチュエ
   ータレイヤから各種制御情報を受けるようになっている
   請求項５に記載の車両用制御装置。
9. 【請求項９】 ハードウェアとして車両の運転状態を検
   出するセンサ類と、前記車両の各部を動作させるアクチ
   ュエータ類と、前記センサ類からの検出信号を受ける入
   力回路部と、制御プログラムを搭載し該入力回路部から
   の信号を受け車両の状態に基づき最適な制御量を演算し
   前記アクチュエータ類を駆動する制御信号を発生するマ
   イクロコンピュータと、前記制御信号を受け前記アクチ
   ュエータ類を駆動するための駆動信号を出力する駆動回
   路部とを備えた車両用制御装置において、 前記制御プログラムは、前記ハードウェアに依存しない
   制御量算出ロジックを記述した第１の階層と、前記ハー
   ドウェアに依存する制御量算出ロジックを記述した第２
   の階層とを有し、 かつ、前記第２の階層には、前記ハードウェアの内の、
   前記センサ類、前記アクチュエータ類等のハードウェア
   に対応するプログラムが各ハードウェア毎に複数備えら
   れており、前記プログラムはハードウェアのオブジェク
   トの状態と振る舞いが他のハードウェアのオブジェクト
   から見えずに隠された状態となるようハードウェア的な
   特性を隠蔽したオブジェクト指向設計されたプログラム
   となっていることを特徴とする車両用制御装置。
10. 【請求項１０】 前記ハードウェア的な特性とは、少な
    くともインジェクタの無効噴射時間、最小通電時間及び
    最大通電時間のいずれかを含むことを特徴とする請求項
    ９に記載の車両用制御装置。
11. 【請求項１１】 前記第２の階層を、上位、中位、下位
    の３層に階層化したことによりライフサイクルの異なる
    ハードウェア部品を局所化したことを特徴とする請求項
    ２又は３に記載の車両用制御装置。