JP4573300B2 - 診断装置および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両や作業機械等の診断装置および通信装置に関し、特に、車両や作業機械等の運転を制御する電子制御装置に接続され、この電子制御装置を介して車両や作業機械等の運転状況を診断する診断装置および前記電子制御装置に接続されて診断のための状態データを通信する通信装置に関する。

近年、車両や作業機械等では、マイクロコンピュータを含んだ電子制御装置で運転制御を行うことが多くなってきている。したがって、これらの車両や作業機械等の故障診断においても、マイクロコンピュータの動作状態やマイクロコンピュータに記憶された履歴データ等を読み込み、このデータ等に基づいて車両や作業機械等の診断をすることができる診断装置が必要不可欠となっている。

この種の診断装置は、作業現場等での診断作業のしやすさを考慮して比較的小型のポータブルタイプとすることが望まれている。しかし、例えば、車両に関しては、同一車種であっても、車両の年式やオプション機能の有無等の違いに応じて診断プログラムが異なることも多くなり、診断装置が大型化するおそれがある。そこで、診断装置の大型化を避ける見地から、メモリカートリッジのみの変更をするようにして、診断装置本体を共用できる診断装置も提案されている（特公平８−２７２２０号公報参照）。
特公平８−２７２２０号公報

電子制御装置に使用される通信プロトコルに関しても、制御される機械等に応じて対応する必要がある。そこで、繁雑になりがちな個別の対応を避けるため、例えば、作業機械の分野では、エンジン発電機、船外機、除雪機等、カテゴリの違いにかかわらず共通の汎用通信プロトコルを採用している。

しかし、電子制御技術の発展や変遷に伴い、電子制御装置に使用される通信プロトコルも変化してきている。したがって、一般にライフサイクルが長い車両や作業機械等に採用される共通の汎用プロトコルも長期間のうちに変化しており、診断装置の共通化も困難となってきている。

診断装置内に複数の通信プロトコル回路を設け、これらを切り替えて使用することが考えられる。例えば、電子制御装置との接続用コネクタのピン数を多くして、複数の通信プロトコル回路毎に接続するピンを変えるようにすることも考えられる。しかし、接続用コネクタは通信プロトコルの種類の数の増加に伴って大型化するという問題が想定される。

本発明の目的は、採用されている通信プロトコルが異なる電子制御装置で制御される車両や作業機械等の診断の操作を簡易化でき、併せて小型化も図ることができる診断装置および関連の通信装置を提供することにある。

本発明は、互いに異なるプロトコルで通信する複数の通信回路と、コネクタを介して診断対象の電子制御装置から入力される診断対象の状態データを通信する通信信号の電圧値に基づいて該通信信号用の通信プロトコルの種類を判別する判別手段と、前記通信回路のうち、前記判別手段で判別された通信プロトコルの種類を使用する通信回路を選択する選択回路とを備え、前記選択回路で選択された通信回路を介して前記状態データを読み込み可能に構成した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記判別手段で判別に使用する通信信号の電圧値が、通信開始前の初期電圧値である点に第２の特徴がある。

さらに、本発明は、前記判別手段が、前記コネクタから入力される通信信号の電圧値を前記通信プロトコルの種類に応じて設定した基準電圧値と比較して通信プロトコルの種類を判別するように構成された点に第３の特徴がある。

第１の特徴を有する本発明によれば、接続されたコネクタを介して診断対象の電子制御装置から状態データを通信するための通信信号が判別手段に入力される。そして、判別手段は診断対象である作業機械等で使用する通信プロトコルの種類を判別し、選択回路はこの通信プロトコルに適合する通信回路を自動的に選択する。したがって、複数の通信プロトコルが混在する複数の作業機械等の診断作業を、コネクタを接続するだけで簡単に開始することができる。その結果、例えば、コネクタを大型化するなどして複数種類の通信プロトコルに対応することが必要なくなり、診断装置との接続部を小型化することができる。

第２の特徴によれば、電圧値が安定している通信初期値を利用するので、通信プロトコルの判別を簡単に行える。

また、第３の特徴によれば、入力される通信信号を電圧値の大小で判別するので、判別回路をきわめて簡単に構成することができる。

以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は本実施形態に係る診断機を含む診断システムの構成を示すブロック図である。図１において、電子制御装置１は、図示しない作業機械、例えば、エンジン発電機、船外機、除雪機等に搭載もしくは接続される。電子制御装置１は内部にＣＰＵ２を備え、作業機械の運転を制御する機能ととともに、運転状況の履歴データを記憶する機能を有する。診断機３は、作業機械が運転されている現場での診断が容易に行えるような携帯型のものであって、診断状況等をモニタできる小型液晶画面とテンキー等の操作ボタンとを有するものが望ましい。操作ボタン等には、後述の通信プロトコル判別プログラムを開始させる「通信プロトコル確認ボタン」を含む。

診断機３は、１対のコネクタ４Ａ，４Ｂとケーブル４Ｃとによって電子制御装置１と接続されており、電子制御装置１と通信する。そして、その通信結果に基づいて作業機械の診断を行う。コネクタ４Ａ，４Ｂのピン数は４本であり、例えば、第１ピンには電源を、第２ピンには送信データＴＸＤを、第３ピンには受信データＲＸＤを、第４ピンには接地をそれぞれ割り当てる。

診断機３は、制御回路５とＣＰＵ６とを備える。制御回路５は、第１プロトコル回路７、第２プロトコル回路８、および第３プロトコル回路９、並びにセレクタ回路１０および電源回路１１を含んでいる。例えば、第１プロトコル回路７は、シリアル・バス（以下、「シリアル」と呼ぶ）用のプロトコルを使用する通信回路、第２プロトコル回路８はＫ−Ｌｉｎｅ用のプロトコルを使用する通信回路、第３プロトコル回路９はＣＡＮ（Controller Area Network）用のプロトコルを使用する通信回路である。セレクタ回路１０は、ゲート回路（ＡＮＤ）１２，１３，１４と、マルチプレクサ１５と、入力変換回路１６とを有する。入力変換回路１６は送信データＲＸＤの電圧レベルをＣＰＵ６に適合する電圧レベルにまで下げるための回路であり、その出力はＡ／Ｄ入力ポート１７に接続される。電源回路１１は、ＤＣ電源（電池）１８とＤＣ電源１８の出力電圧を昇圧してＣＰＵ６のＶｃｃ端子１９に接続する昇圧回路２０とからなる。

第１プロトコル回路７、第２プロトコル回路８、および第３プロトコル回路９の出力はゲート回路１２，１３，１４の、それぞれ入力端子の一方に接続される。ゲート回路１２，１３の、それぞれ他方の入力端子は、ＣＰＵ６の出力ポート２１に接続される。ゲート回路１４の他方の入力端子は、否定回路２２を介して出力ポート２１と接続される。出力ポート２１はセレクト信号入力としてマルチプレクサ１５にも接続される。

ゲート回路１２，１３の出力はマルチプレクサ１５の入力に接続され、マルチプレクサ１５の出力はＣＰＵ６のＵＡＲＴインタフェース２３に接続される。ゲート回路１４の出力は、ＣＰＵ６のＣＡＮインタフェース２４に接続される。ＣＰＵ６は、もう一つのＵＡＲＴインタフェース２５と、ＬＥＤ用の出力ポート２６を備える。出力ポート２６は表示に使用されるＬＥＤ２７に接続される。

診断機３はＵＡＲＴインタフェース２５に接続されるレベル変換器２８と外部接続用のコネクタ２９とを有する。レベル変換器２８はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０や携帯情報端末（ＰＤＡ）３１と診断機３との信号が適合するように入出力信号をレベル変換する。ＰＣ３０やＰＤＡ３１は、診断機３で診断できないような高度もしくは別の診断を行うように構成するのが望ましい。この診断のためにＣＰＵ６とＰＣ３０またはＰＤＡ３１とは相互にデータ通信を行うことができる。

電子制御装置１に蓄積された履歴データ等は、第１、第２、および第３プロトコル回路７，８，９のうち、電子制御装置１で採用している通信プロトコルに対応するものを経由してＣＰＵ６に取り込まれる。そして、電子制御装置１に蓄積された履歴データ等に基づく作業機械等の診断が使用して行われる。

出力ポート２１から出力される２ビットのデータを使ってマルチプレクサ１５の入力選択とゲート回路１２，１３，１４のオン・オフ制御とを行う。つまり、２ビットのうち１ビットはマルチプレクサ１５の制御に使用し、他の１ビットはゲート回路１２，１３，１４のオン・オフ制御に使用される。

図２は、出力ポート２１の状態によるゲート回路１２，１３，１４の動作を示す図である。図２において、出力ポート２１の第１ビットにはゲート信号が割り当てられ、第２ビットにはマルチプレクサ１５のセレクト信号が割り当てられている。ゲート信号が「０」のとき、ゲート回路１２，１３はオフであり、ゲート回路１４はオンである。そして、ゲート信号が「１」のときゲート回路１２，１３はオンであり、ゲート回路１４はオフである。ゲート回路１４はＣＡＮインタフェース２４に直接接続されているので、ゲート回路１４がオンのときには、第３プロトコル回路９の出力はＣＡＮインタフェース２４を介してＣＰＵ６に読み込まれる。

一方、ゲート回路１２，１３の出力はマルチプレクサ１５の動作によっていずれか一つが有効となり、ＵＡＲＴインタフェース２３を介してＣＰＵ６に読み込まれる。出力ポート２１の第２ビットに割り当てられたセレクト信号が「０」のときは、ゲート回路１２の出力が有効となり、ゲート回路１３の出力は無効となる。また、このセレクト信号が「１」のときは、ゲート回路１２の出力は無効となり、ゲート回路１３の出力が有効となる。つまり、ゲート信号が「１」であって、セレクト信号が「０」のときは第１プロトコル回路７の出力がＵＡＲＴインタフェース２３に接続され、ゲート信号が「１」であって、セレクト信号が「１」のときは第２プロトコル回路８の出力がＵＡＲＴインタフェース２３に接続される。

出力ポート２１の状態は、プロトコル回路７，８，９のうち電子制御装置１で採用されている通信プロトコルに対応する一つの出力を有効にするように決定される。通信プロトコルの種類は、入力変換回路１６を介してＣＰＵ６のＡ／Ｄ入力ポート１７に入力される電子制御装置１からの信号レベルつまり送信データＴＸＤの電位に基づいて判断される。

図３は、通信プロトコルの種類毎の信号レベルを示す図である。図３（ａ）に示すように、シリアルでは信号レベルはゼロボルトと５ボルトとに変化し、Ｋ−Ｌｉｎｅでは信号レベルはゼロボルトと１２ボルトとに変化する。また、ＣＡＮの信号レベルは２．５ボルトを中心に±１ボルトで変化する。

いずれの通信プロトコルでも、図３（ｂ）に示すように、初期状態つまり通信開始前の信号レベルは固定されており、シリアルではゼロボルト、Ｋ−Ｌｉｎｅでは１２ボルト、ＣＡＮでは２．５ボルトである。

したがって、この初期状態の信号レベルの違いによって通信プロトコルの種類を判別することができる。但し、ＣＰＵ６での処理が可能なように信号レベルを変換させる必要がある。入力変換回路１６は、Ｋ−Ｌｉｎｅの信号レベルの高位である１２ボルトがＣＰＵ６の電願電圧である５ボルト以下になるようにレベル変換する機能を有する。この変換により、Ａ／Ｄ入力ポート１７に入力される各通信プロトコルの初期状態での信号レベルは、図３（ｃ）に示すように、シリアルが０ボルト、Ｋ−Ｌｉｎｅが４．２ボルト、ＣＡＮが１．３ボルトとなる。

図４は、入力変換回路１６の一例を示す図である。入力変換回路１６は、分圧用抵抗Ｒ１，Ｒ２と定電圧ダイオードＤ１とを有する。電子制御装置１からの送信データＴＸＤが抵抗Ｒ１に接続されると、その送信データＴＸＤの電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧されて、Ａ／Ｄ入力ポート１７に入力される。分圧された電圧は定電圧ダイオードＤ１を介して上限を５ボルト未満に抑制される。

図５は、入力変換回路１６の入出力の関係を示す図である。この図のように、入力電圧の増大と共に出力電圧（Ａ／Ｄ入力ポートの電圧）も増大する。そして、入力電圧の分圧が定電圧ダイオードＤ１の降伏電圧を超えると、定電圧ダイオードＤ１は急激に電流を流すようになる。このような入力変換回路１６の作用により、出力電圧はこの降伏電圧以上にならず、図３（ｃ）に示すように制限される。

図６は、通信プロトコル判別処理のフローチャートである。オペレータはこの処理に先立ち、コネクタ４Ａ，４Ｂが両端に付属されたケーブル４Ｃを介して作業機械側の電子制御装置１に診断機３を接続する。

ステップＳ１では、通信プロトコル確認の操作が行われたかどうかを判別する。具体的には、「通信プロトコル確認ボタン」が押されたか否かによって判別される。ステップＳ１が肯定ならば、ステップＳ２では、Ａ／Ｄ入力ポートの電圧を読み込む。ステップＳ３では、ステップＳ２で読み込んだ電圧の値をＡ／Ｄ変換してＡ／Ｄ変換値を求める。ステップＳ４では、Ａ／Ｄ変換値が第１電圧値（例えば１．０ボルト）未満か否かを判断する。ステップＳ４が肯定であれば、通信プロトコルはシリアルであると判断してステップＳ５に進み、ゲート信号が「１」、セレクト信号が「０」になるように出力ポート２１を設定する。これによって第１プロトコル回路７がＣＰＵ６のＵＡＲＴインタフェース２３と接続される。

ステップＳ４が否定であれば、通信プロトコルはＫ−ＬｉｎｅもしくはＣＡＮであると判断できるが、それらのいずれであるかを判断するため、ステップＳ６で、Ａ／Ｄ変換値が第２電圧値（例えば、４．０ボルト）未満か否かを判断する。ステップＳ６が肯定ならば、通信プロトコルはＣＡＮであると判断し、ステップＳ７に進み、ゲート信号が「０」になるように出力ポート２１を設定する。なお、通信プロトコルがＣＡＮの場合は、通信データはマルチプレクサ１５を通らないので、セレクト信号は「０」、「１」のいずれでもよい。ここでは、セレクト信号を「０」に設定するものとする。これによって第３プロトコル回路９がＣＰＵ６のＣＡＮインタフェース２４に接続される。

ステップＳ６が否定ならば、通信プロトコルはＫ−Ｌｉｎｅであると判断してステップＳ８に進み、ゲート信号が「１」、セレクト信号が「１」になるように出力ポート２１を設定する。これによって第２プロトコル回路８がＣＰＵ６のＵＡＲＴインタフェース２３と接続される。

ＣＰＵ６の診断機能は、ＵＡＲＴインタフェース２３から取り込んだデータにより、電子制御装置１で制御される作業機械の診断を実施する。

上述のように、本実施形態によれば、送受信データ用のピンと電源および接地用のピンだけを有する小型のコネクタで、複数の通信プロトコルに対応したデータ通信を実行して診断を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、Ｋ−Ｌｉｎｅの通信信号の初期値が１２ボルトであるので、シリアルの通信信号の初期値であるゼロボルトとの区別が容易である。しかし、シリアル以外の通信プロトコルの通信信号の初期値の電圧値がゼロボルトもしくはゼロボルトに近い場合は、シリアルとの区別が容易でない。そのような場合を考慮して、予め電子制御装置１のＣＰＵ２の動作によって、シリアルの初期値を電源電圧側に設定できるようにしておくのが望ましい。例えば、診断機３の診断対象である複数の作業機械等に使用されている複数の通信プロトコルがシリアルを含んでおり、しかもこれらの通信プロトコルのうち、通信信号の初期値がシリアルの初期値と同じか近接しているものがある場合、その通信プロトコルの初期値から遠い電位となる側に、シリアルの初期値を予め設定する。

そうして、このように設定されたシリアルの初期値の電圧値を判別できるように、前記第１電圧値や第２電圧値（図６参照）を設定する。こうすれば、シリアルと他のプロトコルとを容易に区別することができる。

本実施形態では、送信データＴＸＤの電位に基づいて通信プロトコルの種類を判別したが、送信データＴＸＤに限らず、送信データＴＸＤおよび受信データＲＸＤのうち少なくとも一方の電位に基づいて判別を行ってもよい。

また、本発明の診断機は作業機械の診断に限らず、一般産業機械や車両等の診断に使用されるものにも同様に適用できるし、診断機は携帯型に限らず、据え置き型であってもよい。

さらに、診断機３を、通信プロトコルを判別および選択する第１部分と診断機能を有する第２部分とに分け、第２部分は第１部分に接続されるＰＣやＰＤＡ等、汎用情報処理装置の機能として実現するようにすることができる。こうすると、診断機能を有する第２部分を汎用化できるし、第１部分を、図１の制御回路５とＣＰＵ６のうち診断機能を除いた部分とだけにして、画面や操作スイッチ等を有しない極めて小型化のもとすることができる。

本発明の一実施形態に係る診断機を含む診断システムの構成を示すブロック図である。 出力ポートの状態によるゲート回路の動作を示す図である。 各種通信プロトコルの信号レベルを示す図である。 入力変換回路の一例を示す回路図である。 入力変換回路の入力／出力信号の関係を示す図である。 通信プロトコル判別のフローチャートである。

符号の説明

１…電子制御装置、 ３…診断機、 ４Ａ，４Ｂ…コネクタ、 ５…制御回路、 ６…ＣＰＵ、 ７…第１プロトコル回路、 ８…第２プロトコル回路、 ９…第３プロトコル回路、 １０…セレクタ回路、 １５…マルチプレクサ、 １６…入力変換回路、 ２９…コネクタ

Claims (2)

1. 診断対象に接続された電子制御装置からコネクタを介して診断対象の状態データを読み込み、この状態データに基づいて診断対象の動作を診断する診断装置において、
   互いに異なるプロトコルで通信する複数の通信回路と、
   前記コネクタから入力される状態データを通信する通信信号の電圧値を前記通信プロトコルの種類に応じて設定した基準電圧値と比較して通信プロトコルの種類を判別する判別手段と、
   前記通信回路のうち、前記判別手段で判別された通信プロトコルの種類を使用する通信回路を選択する選択回路とを備え、
   前記コネクタを介して状態データを読み込む際に、前記選択回路で選択された通信回路を介して該状態データを読み込み可能に構成し、
   前記判別手段で判別に使用する通信信号の電圧値が、通信開始前の初期電圧値であることを特徴とする診断装置。
2. 診断装置と診断対象に接続された電子制御装置との間にコネクタを介して接続される通信装置において、
   互いに異なるプロトコルで通信する複数の通信回路と、
   前記コネクタから入力される診断対象の状態データを通信する通信信号の電圧値を前記通信プロトコルの種類に応じて設定した基準電圧値と比較して通信プロトコルの種類を判別する判別手段と、
   前記通信回路のうち、前記判別手段で判別された通信プロトコルの種類を使用する通信回路を選択する選択回路とを備え、
   前記選択回路で選択された通信回路を介して前記状態データを前記診断装置へ転送可能に構成し、
   前記判別手段で判別に使用する通信信号の電圧値が、通信開始前の初期電圧値であることを特徴とする通信装置。

Images