JP7461219B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロコンピュータと電子デバイスとの間で通信する電子制御装置に関する。

電子制御装置において、マイクロコンピュータと電子デバイスとの間で高速通信するために、特開２０１５－１０２９１０号公報（特許文献１）に記載されるように、マイクロセカンドバス（ＭＳＢ）通信を使用する技術が提案されている。ＭＳＢ通信においては、送信レジスタ及び受信レジスタを備えたＭＳＢコントローラ間で、送信フレームであるコマンドフレーム及びデータフレーム、並びに受信フレームであるアップストリームフレームを送受信している。

特開２０１５－１０２９１０号公報

ところで、マイクロコンピュータから電子デバイスにフレームを送信する場合、コマンドフレームについては電子デバイスからの応答があるが、データフレームについては電子デバイスからの応答がない。このため、ＭＳＢコントローラの送信レジスタにおいて、データフレームを送信するレジスタに故障が発生しても、マイクロコンピュータは電子デバイスからの応答がないことから、これを検知することができない。

そこで、本発明は、マイクロコンピュータがデータフレームを送信するレジスタに故障が発生したか否かを診断できる、電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、データフレームを送信するデータレジスタを使用して、マイクロコンピュータが電子デバイスと通信する電子制御装置が提供される。そして、マイクロコンピュータは、電子デバイスの未使用のポートに対して変化するデータフレームを順次送信するとともに、電子デバイスに対して受信したデータフレームを返送するように指示し、送信したデータフレームと返送されたデータフレームとを比較してデータレジスタの故障を診断する。

本発明の第２の態様によれば、データフレームを送信するデータレジスタを使用して、マイクロコンピュータが電子デバイスと通信し、電子デバイスの出力ポートからマイクロコンピュータへのフィードバックラインが形成された電子制御装置が提供される。そして、マイクロコンピュータは、電子デバイスに対して変化するデータフレームを順次送信し、送信したデータフレームとフィードバックラインを介してフィードバックされたデータとを比較してデータレジスタの故障を診断する。

本発明によれば、電子制御装置のマイクロコンピュータが、データフレームを送信するレジスタに故障が発生したか否かを診断することができる。

電子制御装置の一例を示す概略図である。 マイクロコンピュータ、パワーデバイス及びＭＳＢの具体的な一例を示す概略図である。 第１の診断処理の一例を示すフローチャートである。 データレジスタの故障を診断する方法の説明図である。 マイクロコンピュータ、パワーデバイス及びＭＳＢの変形例を示す概略図である。 第２の診断処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、自動車、建設機械、船舶、航空機、産業機械などに搭載される電子制御装置１００の一例を示している。

電子制御装置１００は、マイクロコンピュータ２００と、パワーデバイス３００と、マイクロコンピュータ２００とパワーデバイス３００とを相互通信可能に接続するＭＳＢ４００と、を備えている。ここで、パワーデバイス３００が、電子デバイスの一例として挙げられる。

マイクロコンピュータ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ２１０と、不揮発性メモリ２２０と、揮発性メモリ２３０と、入出力回路２４０と、通信回路２５０と、ＭＳＢコントローラ２６０と、これらを相互通信可能に接続する内部バス２７０と、を内蔵している。

プロセッサ２１０は、アプリケーションプログラムに記述された命令セット（データの転送、演算、加工、制御、管理など）を実行するハードウエアであって、演算装置、命令やデータを格納するレジスタ、周辺回路などから構成されている。不揮発性メモリ２２０は、電源供給を遮断してもデータを保持可能なフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などからなり、本実施形態を実装するアプリケーションプログラム（コンピュータプログラム）、制御データ、学習値などを保持する。揮発性メモリ２３０は、電源供給を遮断するとデータが消失するダイナミックＲＡＭ（Random Access Memory）などからなり、プロセッサ２１０の演算過程においてデータを一時的に保持する記憶領域を提供する。

入出力回路２４０は、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、Ｄ／Ｄコンバータなどからなり、アナログ信号及びデジタル信号の入出力機能を提供する。通信回路２５０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）トランシーバなどからなり、ネットワークに接続する機能を提供する。ＭＳＢコントローラ２６０は、ＭＳＢ４００を使用してマイクロコンピュータ２００とパワーデバイス３００との間で高速シリアル通信するデバイスであって、図２に示すように、コマンドフレームを送信するコマンドレジスタ２６０Ａと、データフレームを送信するデータレジスタ２６０Ｂと、アップストリームフレームを受信するアップストリームレジスタ２６０Ｃと、を備えている。コマンドフレームには、パワーデバイス３００の制御情報が格納され、データフレームには、パワーデバイス３００の出力値が格納され、アップストリームフレームには、パワーデバイス３００からのコマンドフレームの応答値が格納される。内部バス２７０は、各デバイス間でデータを交換するための経路であって、アドレスを転送するアドレスバス、データを転送するデータバス、アドレスバスやデータバスで実際に入出力を行うタイミングや制御情報を遣り取りするコントロールバスを含んでいる。

パワーデバイス３００は、マイクロコンピュータ２００から受信したコマンドフレーム及びデータフレームに応じて、インジェクタ５００Ａ、イグニッション５００Ｂなどの外部機器５００を駆動制御するデバイスであって、図２に示すように、ＭＳＢコントローラ３１０と、複数の駆動回路３２０と、を内蔵している。ＭＳＢコントローラ３１０は、マイクロコンピュータ２００に送信するデータ（コマンドフレームの応答値など）を格納する送信レジスタ３１０Ａと、マイクロコンピュータ２００から受信したデータ（コマンドフレーム、データフレームなど）を格納する受信レジスタ３１０Ｂと、を備えている。駆動回路３２０は、マイクロコンピュータ２００から受信したコマンドフレーム及びデータフレームに応じて、インジェクタ５００Ａ、イグニッション５００Ｂなどの外部機器５００に駆動信号を出力するデバイスであって、例えば、整流ダイオード、パワートランジスタ、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ、トライアックなどから構成されている。

ＭＳＢ４００は、図２に示すように、同期をとるクロック信号ＣＬＫを送信するライン、送信データＴｘを送信するライン、受信データＲｘを受信するライン、及びデータ送信許可信号ＣＳ（Clear to Send）を送信するラインを含んで構成されている。

このような電子制御装置１００を前提として、マイクロコンピュータ２００は、以下のような診断処理によって、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂに故障が発生しているか否かを診断する。

図３は、電子制御装置１００が起動された後、初期化処理中、シャットダウン処理中を含む所定のタイミングで、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が実行する第１の診断処理の一例を示している。ここで、マイクロコンピュータ２００の不揮発性メモリ２２０には、データフレームの所定ビットを「０」及び「１」に交互に設定する変数Ｂｉｔが予め記憶されており、電子制御装置１００の製造時に初期値として「０」が設定されている（以下同様）。なお、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、不揮発性メモリ２２０に予め格納されたアプリケーションプログラムに従って第１の診断処理を実行する。

ステップ１（図１では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、不揮発性メモリ２２０の変数Ｂｉｔを参照し、所定ビットを変数Ｂｉｔが示す値（指示値）にしたデータフレームを作成する。具体的な一例を挙げて説明すると、データフレームが２バイト（１６ビット）、所定ビットが第４ビットである場合、データフレームとして「０００１００００００００００００（０ｘ１０００）」又は「００００００００００００００００（０ｘ００００）」が作成される。なお、この場合、第４ビット以外のビットは、「０」に限らず、任意の値「０」又は「１」であってもよい。

ステップ２では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、作成したデータフレームをＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂに格納することで、データフレームをパワーデバイス３００へと送信する。データフレームを受信したパワーデバイス３００のＭＳＢコントローラ３１０は、このデータフレームを受信レジスタ３１０Ｂに格納する。ここで、制御対象機器が予期せぬ動作をしないようにすべく、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、パワーデバイス３００の未使用ポート（図２に示す一例では第１５ポート）を対象としてデータフレームを送信する。

ステップ３では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、パワーデバイス３００のＭＳＢコントローラ３１０に対して受信レジスタ３１０Ｂに格納されているデータ、即ち、受信したデータフレームの返送を指示するコマンドフレームを作成してコマンドレジスタ２６０Ａに格納することで、コマンドフレームをパワーデバイス３００へと送信する。コマンドフレームを受信したパワーデバイス３００のＭＳＢコントローラ３１０は、受信レジスタ３１０Ｂに格納されている受信データ、即ち、データフレームと同一のデータを作成して送信レジスタ３１０Ａに格納することで、受信したデータフレームをアップストリームフレームとしてマイクロコンピュータ２００に返送する。

ステップ４では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、例えば、ＭＳＢコントローラ２６０のアップストリームレジスタ２６０Ｃを参照することで、パワーデバイス３００からアップストリームフレーム、即ち、データフレームを受信したか否かを判定する。そして、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームを受信したと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ５へと進める。一方、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームを受信していないと判定すれば（Ｎｏ）、ステップ４の処理を繰り返す。要するに、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、パワーデバイス３００がデータフレームを返送するまで待機する。なお、マイクロコンピュータ２００のＭＳＢコントローラ２６０は、パワーデバイス３００からデータフレームを受信すると、これをアップストリームレジスタ２６０Ｃに格納する。

ステップ５では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、ＭＳＢコントローラ２６０のアップストリームレジスタ２６０Ｃを参照し、そこに格納されているデータフレームの所定ビットが変数Ｂｉｔの指示値であるか否かを判定する。要するに、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、パワーデバイス３００に送信したデータフレームとパワーデバイス３００から返送されたデータフレームとを比較し、両者が一致しているか否かを判定する。そして、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームの所定ビットが変数Ｂｉｔの指示値であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ６へと進める。一方、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームの所定ビットが変数Ｂｉｔの指示値でないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ８へと進める。

ステップ６では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、変数Ｂｉｔの指示値を反転させる。即ち、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、変数Ｂｉｔの指示値が「０」であれば「１」に反転させ、変数Ｂｉｔの指示値が「１」であれば「０」に反転させる。

ステップ７では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、反転させた変数Ｂｉｔの指示値を不揮発性メモリ２２０に記憶させる。その後、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、第１の診断処理を終了させる。

ステップ８では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、データフレームの所定ビットが変数Ｂｉｔの指示値ではない、要するに、パワーデバイス３００に送信したデータフレームとパワーデバイス３００から返送されたデータフレームとが異なるので、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂが故障していると判定する。そして、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、所定箇所に取り付けられている警告灯を点灯させる。従って、電子制御装置１００が自動車、建設機械、船舶、航空機などに搭載されている場合、その運転者などは、電子制御装置１００に故障が発生したことを認識できる。

ステップ９では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、制御対象機器を適切に制御できない可能性があるため、その機能を限定したフェイルセーフ処理に移行する。従って、制御対象機器が自動車に搭載されているエンジン、自動変速機などの車載機器であれば、フェイルセーフ処理の一例であるリンプホーム処理を実行することで、修理工場まで自走することができる。その後、マイクロコンピュータのプロセッサ２１０は、処理をステップ６へと進める。なお、フェイルセーフ処理は、例えば、イグニッションスイッチがＯＮになってからＯＦＦになるまでの１ドライビングサイクルに亘って実行するようにしてもよい。

かかる第１の診断処理によれば、マイクロコンピュータ２００において、パワーデバイス３００に対して変化するデータフレームを順次送信するとともに、パワーデバイス３００に対して受信したデータフレームの返送を指示するコマンドフレームが送信される。そして、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、送信したデータフレームと返送されたデータフレームとを比較し、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂが故障しているか否かを診断することができる。

具体的な一例を挙げる図４を参照して、第１の診断処理を説明する。
第４ビットが「０」及び「１」に交互に変化するデータフレーム（送信データ）は、第１回目の診断において「００００００００００００００００（０ｘ００００）」になっている。ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂが正常である場合、パワーデバイス３００のＭＳＢコントローラ３１０は、正しいデータフレームを受信できたため、アップストリームフレーム（応答データ）として「００００００００００００００００（０ｘ００００）」を返送する。送信したデータフレーム及び受信したアップストリームファイルの第４ビットが「０」で一致しているので、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂは正常であると診断することができる。

第４ビットが「０」又は「１」に交互に変化するデータフレームは、第２回目の診断において「０００１００００００００００００（０ｘ１０００）」に変化する。ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂが正常である場合、パワーデバイス３００のＭＳＢコントローラ３１０は、正しいデータフレームを受信できたため、アップストリームフレームとして「０００１００００００００００００（０ｘ１０００）」を返送する。送信したデータフレーム及び受信したアップストリームファイルの第４ビットが「１」で一致しているので、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂは正常であると診断することができる。

第４ビットが「０」又は「１」に交互に変化するデータフレームは、第３回目の診断において「００００００００００００００００（０ｘ００００）」に変化する。ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂが故障した場合、パワーデバイス３００のＭＳＢコントローラ３１０は、正しいデータフレームを受信できなかったため、アップストリームフレームとして第２回目の診断において受信したデータフレーム「０００１００００００００００００（０ｘ１０００）」を返送する。送信したデータフレーム及び受信したアップストリームファイルの第４ビットが「０」及び「１」で一致していないので、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂは故障していると診断することができる。

従って、マイクロコンピュータ２００において、回路変更を伴わずに、パワーデバイス３００からの応答がないデータフレームの送信を行うデータレジスタ２６０Ｂの故障を診断することができる。また、データフレームの所定ビットが「０」及び「１」に交互に変化するので、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂの固着も診断することができる。

電子制御装置１００においては、図５に示すように、パワーデバイス３００の少なくとも未使用ポート（空きポート）について、そこから出力されるデータ（データフレーム）をマイクロコンピュータ２００にフィードバックする、フィードバックライン６００が形成されていてもよい。従って、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、所定ビットが変化するデータフレームをパワーデバイス３００に送信した結果、その未使用ポートからどのようなデータが出力されたかを認識することができる。なお、電子制御装置１００の他の構成については、先の実施形態と同一であるので、その説明は省略する。必要があれば、先の実施形態の説明を参照されたい。

図６は、図５に示す電子制御装置１００を前提として、電子制御装置１００が起動された後、初期化処理中、シャットダウン処理中を含む所定のタイミングで、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が実行する第２の診断処理の一例を示している。なお、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、不揮発性メモリ２２０に予め格納されたアプリケーションプログラムに従って第２の診断処理を実行する。また、第１の診断処理と共通する処理については、重複説明を排除する目的で説明を簡単にする。必要があれば、第１の診断処理の説明を参照されたい。

ステップ１０では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、不揮発性メモリ２２０の変数Ｂｉｔを参照し、所定ビットを変数Ｂｉｔの指示値にしたデータフレームを作成する。

ステップ１１では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、作成したデータフレームをＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂに格納することで、データフレームをパワーデバイス３００へと送信する。ここで、制御対象機器が予期せぬ動作をしないようにすべく、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、パワーデバイス３００の未使用ポート（図５に示す一例では第１５ポート）を対象としてデータフレームを送信する。

ステップ１２では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、データフレームをパワーデバイス３００に送信した結果、フィードバックライン６００を介して、パワーデバイス３００の未使用ポートから出力されたデータフレームがフィードバックされたか否かを判定する。そして、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームがフィードバックされたと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１３へと進める。一方、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームがフィードバックされていないと判定すれば（Ｎｏ）、ステップ１２の処理を繰り返す。要するに、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、パワーデバイス３００からデータフレームがフィードバックされるまで待機する。

ステップ１３では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、パワーデバイス３００からフィードバックされたデータフレームの所定ビットが変数Ｂｉｔの指示値であるか否かを判定する。要するに、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、パワーデバイス３００に送信したデータフレームとパワーデバイス３００からフィードバックされたデータフレームとを比較し、両者が一致しているか否かを判定する。そして、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームの所定ビットが変数Ｂｉｔの指示値であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１４へと進める。一方、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、データフレームの所定ビットが変数Ｂｉｔの指示値でないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ１６へと進める。

ステップ１４では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、変数Ｂｉｔの指示値を反転させる。
ステップ１５では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、変数Ｂｉｔの指示値を不揮発性メモリ２２０に記憶させる。その後、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、第２の診断処理を終了させる。

ステップ１６では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、パワーデバイス３００に送信したデータフレームとパワーデバイス３００からフィードバックされたデータフレームとが異なるので、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂが故障していると判定する。そして、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、所定箇所に取り付けられている警告灯を点灯させる。従って、電子制御装置１００が自動車、建設機械、船舶、航空機などに搭載されている場合、その運転者などは、電子制御装置１００に故障が発生したことを認識できる。

ステップ１７では、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０が、制御対象機器を適切に制御できない可能性があるため、その機能を限定したフェイルセーフ処理に移行する。その後、マイクロコンピュータのプロセッサ２１０は、処理をステップ１４へと進める。なお、フェイルセーフ処理は、例えば、イグニッションスイッチがＯＮになってからＯＦＦになるまでの１ドライビングサイクルに亘って実行するようにしてもよい。

かかる第２の診断処理によれば、電子制御装置１００の回路を少し変更することで、パワーデバイス３００に対してデータフレームの返送を指示するコマンドフレームを送信しなくても、未使用ポートからどのようなデータフレームが出力されたかを認識することができる。従って、上記の点を除き、第１の診断処理と同様な作用及び効果を奏することができる。なお、詳細な作用及び効果は、第１の診断処理と同様であるので、その詳細な説明は省略する。必要があれば、第１の診断処理の説明を参照されたい。

なお、当業者であれば、様々な上記実施形態の技術的思想について、その一部を省略したり、その一部を適宜組み合わせたり、その一部を周知技術に置換したりすることで、新たな実施形態を生み出せることを容易に理解できるであろう。

その一例をいくつか列挙すると、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、ノイズ重畳などによりデータフレームの所定ビットが変化する可能性に鑑み、データフレームの所定ビットが連続して複数回、変数Ｂｉｔの指示値でないときに、データレジスタ２６０Ｂが故障していると診断してもよい。

また、マイクロコンピュータ２００のプロセッサ２１０は、ＭＳＢコントローラ２６０のデータレジスタ２６０Ｂに故障が発生したと診断したとき、その故障を特定可能な故障情報を不揮発性メモリ２２０に記録するようにしてもよい。このようにすれば、電子制御装置１００に診断ツールを接続して故障情報を読み出すことで、サービス工場などにおいて故障発生を認識できる。

１００ 電子制御装置
２００ マイクロコンピュータ
２６０Ｂ データレジスタ
３００ パワーデバイス（電子デバイス）
４００ ＭＳＢ
６００ フィードバックライン

Claims (5)

1. データフレームを送信するデータレジスタを使用して、マイクロコンピュータが電子デバイスと通信する電子制御装置であって、
   前記マイクロコンピュータが、前記電子デバイスの未使用のポートに対して変化するデータフレームを順次送信するとともに、前記電子デバイスに対して受信したデータフレームの返送を指示し、前記送信したデータフレームと前記返送されたデータフレームとを比較して前記データレジスタの故障を診断するように構成された、
   電子制御装置。
2. データフレームを送信するデータレジスタを使用して、マイクロコンピュータが電子デバイスと通信する電子制御装置であって、
   前記電子デバイスの出力ポートから前記マイクロコンピュータへのフィードバックラインが形成され、
   前記マイクロコンピュータが、前記電子デバイスに対して変化するデータフレームを順次送信し、前記送信したデータフレームと前記フィードバックラインを介してフィードバックされたデータとを比較して前記データレジスタの故障を診断するように構成された、
   電子制御装置。
3. 前記電子デバイスは、パワーデバイスであって、
   前記マイクロコンピュータが、前記パワーデバイスの未使用のポートを対象として、前記データフレームを送信するように構成された、
   請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記電子デバイスに対して送信されるデータフレームは、所定のビットが０及び１に交互に変化する、
   請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の電子制御装置。
5. 前記マイクロコンピュータと前記電子デバイスとは、マイクロセカンドバスを使用して通信する、
   請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の電子制御装置。