JP6241366B2

JP6241366B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6241366B2
Application number: JP2014105404A
Authority: JP
Inventors: 正幸津田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: JP2015220730A

Description

本発明は、車両に搭載される通信ノードに関する。

車両において、エンジンを制御したり、エンジンの状態を検知して他の装置に通知するエンジン制御装置、ブレーキを制御するブレーキ制御装置、エアサスペンションを制御したり、エアサスペンションの状態を検知して他の装置に通知するエアサス制御装置、リモートスイッチによる開錠操作やドア開放等の利用者の動作を検知して他の装置に通知するボデー制御装置等が知られている。これらの制御装置は、車内LAN(Local Area Network)を介して通信を行う。この車内LANのシリアル通信プロトコルとして、CAN(Controller Area Network)や、LIN(Local Interconnect Network）が知られている。

LIN通信プロトコルを用いたシリアル通信に関して、マイコン、ドライバをマスタとし、このドライバの端子のバスと対称にスレーブのドライバ、及びマイコンが接続され、マスタのマイコンとスレーブのマイコンとの間で、双方向のシリアル通信が行われることが知られている。ドライバの端子には、複数のスレーブのドライバの端子がマルチ接続され、マスタのマイコンは、これらのドライバにそれぞれ接続されたスレーブの各マイコンと通信を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１３９３１９号公報

LIN通信プロトコルは、マスタ／スレーブ型のシリアル通信方式であり、LIN通信プロトコルによって通信を行う通信装置は、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）、及びトランシーバを有する。マイコンは通信用のポートを複数有し、マイコンとトランシーバとの間の通信はこれらのポートを使用して行われる。しかし、マイコンによってはポートの数が少なく、LIN通信を行う際にトランシーバとの間で信号の送受信を行うポートが制約を受ける場合がある。

また、マイコンとトランシーバとの間に、マイコンにソフトウェアを書き込む際に使用するテストパッドが設けられる。工場では、このテストパッドからマイコンのポートを介して、マイコンにシリアル通信でソフトウェアが書き込まれる。しかし、市場に出た後は、このテストパッドを利用したシリアル通信は行われない。

また、トランシーバにおいて、マイコンへのハイインピーダンス出力が前提であるため、ドライブ能力が低くなる。

本発明の目的は、マイコンの共用ポートで、シリアル通信を行うとともに、LIN通信を行う際にトランシーバとの間で通信を行うことである。

開示の一実施例の制御装置は、
外部とLIN通信プロトコルによるシリアル通信を行うトランシーバと、
該トランシーバを通して通信動作を制御するマイコンと、
前記トランシーバと、前記マイコンとの間に設けられ、前記トランシーバと前記マイコンとの間の通信に使用される前記マイコンのポートに、前記マイコンへ書き込むデータを入力するためのパッドと、
前記マイコンへ書き込むデータが入力される前記マイコンのポートと、前記トランシーバとの間に設けられる抵抗と
を有し、
前記抵抗は、前記トランシーバのジャンクション温度が所定の上限温度に到達しないように、前記マイコンへデータを書き込むために要する時間に応じて規定される電流と、前記マイコンにデータを書き込むときに使用される環境の温度とに基づいて設定される抵抗定数を有する。

開示の実施例によれば、マイコンの共用ポートで、シリアル通信を行うとともに、LIN通信を行う際にトランシーバとの間で通信を行うことができる。

通信ノードの一実施例を示す図である。通信ノードのトランシーバ、及び抵抗の一実施例を示す図である。抵抗の抵抗定数を求める際に使用する特性図の一例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。以下で説明する実施例は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施例に限られない。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

＜通信ノード＞
図１は、制御装置としての通信ノード１００の一実施例を示す。

通信ノード１００は、例えば車両等の移動体に搭載される。通信ノード１００の一実施例は、車両に搭載され、LIN等の車載ネットワークが適用される。通信ノード１００は、情報系LAN、パワートレイン系LAN、ボディ系LAN等に適用できる。通信ノード１００は、電子制御ユニット(ECU: Electronic Control Unit)等の制御装置によって実現される。また、通信ノード１００に、センサ、アクチュエータ等が実装されてもよい。複数の通信ノード１００によって、車載通信システムが構成される。通信システムにLINが適用される場合、通信バス１０は、シングルワイヤからなる。

通信ノード１００は、マイコン１０２と、テストパッド１０４と、トランシーバ１０６とを備える。

マイコン１０２には、通信回路（図示なし）と、CPU(Central Processing Unit)（図示なし）と、メモリ（図示なし）が実装され、通信ノード１００がマスタノードとして機能する場合には、トークンの送信と、スケジューリングの管理を行う。また、マイコン１０２は、通信ノード１００がマスタノードとして機能する場合、及びスレーブノードとして機能する場合に関わらず、データの送受信を行う。マイコン１０２は、トランシーバ１０６との間で、信号を送受信するためのポート（共用ポート）を有する。そのポート（共用ポート）は、テストパッド１０４において、データを入力するために使用される。マイコン１０２は、そのポート（共用ポート）をLIN通信を行う際にトランシーバ１０６との間で通信する場合と、シリアル通信を行う場合で、使い分ける。

トランシーバ１０６は、通信バス１０に接続され、通信ドライバによる制御によって、通信回路からのメッセージ等のデータを通信バス１０に送信するとともに、通信バス１０からメッセージ等のデータを受信し、通信回路に入力する。トランシーバ１０６は、入力電圧、信号の振幅、及び通信ノード１００の省電力のためのスリープ、ウェイクアップの制御を行う。

ダイオード１０６６は、負サージ電圧等に対する保護用に設けられ、ダイオード１０６６、及び抵抗１０６４によりバッテリ電圧VBの供給経路が構成される。ダイオード１０６６のアノードにバッテリ電圧VB(+B)が印加され、ダイオード１０６６のカソードが抵抗１０６４と接続され、抵抗１０６４は、通信バス１０と接続される。

また、ダイオード（ツェナーダイオード）１０７０、及び１０７２も負サージ電圧等に対する保護用に設けられる。ダイオード１０７２のアノードは設置され、カソードはダイオード１０７０のカソードと接続される。さらに、ダイオード１０７０のアノードは通信バス１０と接続される。

また、コンデンサ１０６２は、直流電源の電圧が変動するのを避けるために設けられる。コンデンサ１０６２の一方は通信バス１０と接続され、他方は設置される。

インダクタ１０６８は、高周波数成分を除去するために設けられる。インダクタ１０６８は、抵抗１０６４とダイオード１０７０のアノードと接続される。

テストパッド１０４は、マイコン１０２とトランシーバ１０６との間に設けられ、マイコン１０２とトランシーバ１０６とを接続する信号線と接続される。テストパッド１０４には、複数のパッド(TP)が形成される。工場では、テストパッド１０４からマイコン１０２のポートを介して、マイコン１０２にシリアル通信でソフトウェア等のデータが書き込まれる。図１に示される例では、テストパッド１０４とマイコン１０２との間は、信号線１０４２、１０４４、１０４６、及び１０４８を介して接続されている。各信号線にはパッドが設けられ、パッドからシリアル信号をマイコン１０２に送信することにより、マイコン１０２のメモリにソフトウェア等のデータが書き込まれる。

複数の信号線のうち、信号線１０４６は、マイコン１０２の共用ポート、及び抵抗１１２と接続され、抵抗１１２はFET１０８のソースとFET１１０のドレインとの接続点と接続される。ここで、抵抗１１２には、トランシーバ１０６が破壊されないレベルで最大の電流を流すことができるように、抵抗定数が設定される。つまり、FET１０８、及び１１０には、通常の使用領域を超え、且つ破壊されないレベルの電流が流される。具体的には、抵抗１１２の抵抗定数は、1kΩ程度であるのが好ましい。抵抗１１２の抵抗定数をトランシーバ１０６が破壊されないレベルで最大の電流を流すことができる程度とすることにより、端子(CN3)から入力される信号によらず、テストパッド１０４からマイコン１０２の共用ポートへ書き込むデータを入力できる。

図２は、トランシーバ１０６を構成するFET１０８、及びFET１１０と、トランシーバ１０６と接続される抵抗１１２を示す。マイコン１０２へソフトウェアを書き込むときに発生する熱によって、トランシーバ１０６を構成する素子が破壊されないように、トランシーバ１０６から出力される電流の値を減少させる。さらに、マイコン１０２へのシリアル通信がLIN通信へ与える影響が小さくなるように、トランシーバ１０６とマイコン１０２との間の抵抗１１２の抵抗定数は小さくする。

図２の（１）に示すように、FET１０８のゲートに電圧(ハイ(Hi)出力)が印加されることにより、FET１０８のドレインからソースを経由して、抵抗１１２へ電流が流れる。この電流の値は、ロー(Lo)を確定できる電流の値よりも大幅に大きいものである。また、図２の（２）に示すように、FET１１０のゲートに電圧(ロー(Lo)出力)が印加されることにより、抵抗１１２から、FET１１０のドレインからソースを経由して電流が流れる。この電流の値は、ハイ(Hi)を確定できる電流の値よりも大幅に大きいものである。

トランシーバ１０６から出力される電流では論理確定する必要はないため、トランシーバ１０６が破壊されないレベルまでの電流が流れるように抵抗定数が設定される。具体的には、工場で、マイコン１０２にソフトウェアを書き込む際に流れる電流によってはトランシーバ１０６を構成する素子の温度がジャンクション温度を超えない程度に、抵抗定数が設定される。つまり、論理確定のための出力電流値とは別に通信を継続している間、トランシーバ１０６がジャンクション温度に到達しないための電力規定と環境温度を設定し、その規定に合致した抵抗定数を設定する。この抵抗定数は号口等の設計、試作段階で設定される。

設計、試作段階以降では、マイコン１０２へ、テストパッド１０４からの信号、及びトランシーバ１０６から出力される信号を同期させて入力させるようにしてもよい。具体的には、マイコン１０２へ、テストパッド１０４からのHi信号、及びトランシーバ１０６から出力されるHi信号を同期させて入力させる。また、マイコン１０２へ、テストパッド１０４からのLo信号、及びトランシーバ１０６から出力されるLo信号を同期させて入力させる。このように、マイコン１０２へ、テストパッド１０４からの信号、及びトランシーバ１０６から出力される信号を同期させて入力させることにより、抵抗１１２を削減できる。

また、トランシーバ１０６から出力される信号をHi信号とLo信号との間で周期的に繰り返し変更するようにしてもよい。トランシーバ１０６から出力される信号をHi信号又はLo信号に固定する場合、トランシーバ１０６のHi信号を処理するFET側又はLo信号を処理するFET側のいずれか一方が発熱する。トランシーバ１０６から出力される信号をHi信号とLo信号との間で周期的に繰り返し変更することにより、発熱をHi信号を処理するFET側又はLo信号を処理するFET側に分散させることができるため、部分的な発熱を防止できる。部分的な発熱を防止できるため、抵抗１１２の抵抗値を低い値にできる。

図３は、抵抗１１２の抵抗定数を設定する際に使用する通電時間とチップ温度との関係を示す特性図の一例を示す。

抵抗１１２の抵抗定数を設定する際には、マイコン１０２にソフトウェアを書き込む工程の環境の最高温度Ta(max)を確認する。次に、ICチップを使用する際の上限温度Tj(max)を確認する。ICチップの一例は、トランシーバ１０６を構成するFET１０８、及び１１０である。また、上限温度の一例は、ジャンクション温度である。次に、ICチップを使用する際の上限温度Tj(max)からマイコン１０２にソフトウェアを書き込む工程の環境の最高温度Ta(max)を減算することにより、ICチップの許容発熱温度ΔTj-aを算出する。

図３に示されるように、トランシーバ１０６へ電流を流すことにより、通電電流と通電時間によってICチップの温度が上昇する。図３によれば、マイコン１０２へソフトウェアを書き込むために要する時間が4sである場合に、通電電流が5mA以下であればICチップの温度がTj(max)に到達しないため、通電できることが分かる。また、マイコン１０２へソフトウェアを書き込むために要する時間が17sである場合に、通電電流が3mA以下であればICチップの温度がTj(max)に到達しないため、通電できることが分かる。次に、通電電流に基づいて、抵抗１１２の抵抗定数を求める。つまり、最大環境温度、及び通電時間を設定するとともに、その設定した最大環境温度、及び通電時間に基づいて通電電流を求め、規定する。

通信ノードの一実施例によれば、マイコン１０２へソフトウェアを書き込むときの発熱による破壊を防ぐことができるため、LIN通信を行う際にトランシーバとマイコンとの間の通信に使用されるマイコンのLIN通信ポートと、シリアル通信を行う際に使用するシリアル通信ポートとを共用できる。

具体的には、マイコン１０２は、共用ポートで、LIN通信を行う際にトランシーバとの間で通信する機能と、シリアル通信を行う機能とを使い分ける。共用ポートで、2つの機能を使い分けるために、トランシーバ１０６において論理確定するための規定に加えて、マイコン１０２へソフトウェアを書き込むときに発生する熱によってトランシーバ１０６を構成する素子が破壊されないための仕様を設定する。これによりマイコン１０２へテストパッド１０４からシリアル通信でソフトウェアを書き込むことができる。また、トランシーバ１０６とテストパッド１０４との間に設ける抵抗の抵抗定数を可能な限り小さい値とすることにより、マイコン１０２におけるシリアル通信がLIN通信の論理に与える影響を低減できる。

また、トランシーバ１０６から出力される信号をHi信号とLo信号との間で周期的に繰り返し変更する制御を実行することにより、トランシーバ１０６の発熱を低減できる。

以上、本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、各実施例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。説明の便宜上、本発明の実施例に従った装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウェアで、ソフトウェアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が包含される。

１０通信バス
１００通信ノード
１０２マイコン
１０４テストパッド
１０６トランシーバ
１０８ FET
１１０ FET
１１２抵抗

Claims

外部とLIN通信プロトコルによるシリアル通信を行うトランシーバと、
該トランシーバを通して通信動作を制御するマイコンと、
前記トランシーバと、前記マイコンとの間に設けられ、前記トランシーバと前記マイコンとの間の通信に使用される前記マイコンのポートに、前記マイコンへ書き込むデータを入力するためのパッドと、
前記マイコンへ書き込むデータが入力される前記マイコンのポートと、前記トランシーバとの間に設けられる抵抗と
を有し、
前記抵抗は、前記トランシーバのジャンクション温度が所定の上限温度に到達しないように、前記マイコンへデータを書き込むために要する時間に応じて規定される電流と、前記マイコンにデータを書き込むときに使用される環境の温度とに基づいて設定される抵抗定数を有する、制御装置。