JPH10280488A - 分散型コントローラを備える建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡便な方法で故障診断可能な分散型コントロー
ラを備えた建設機械を提供する。 【解決手段】作業機構の姿勢等を検出する検出手段と、
検出データに基づいて入力データを作成し送信する手段
を備える複数の入力コントローラ２００と、入力データ
を受信し入力データに基づいて制御目標値を演算して演
算データを送信するメインコントローラ１００と、演算
データを受信し演算データに基づいて駆動部を駆動する
出力データを出力する複数の出力コントローラ３００
と、各コントローラ間のデータ伝送路１０と、を有する
分散型コントローラを備えた建設機械において、メイン
コントローラは一定時間、各入出力コントローラからの
データ伝送を監視し、データを伝送してこない入出力コ
ントローラを故障していると判定し、該判定結果を故障
していない各入出力コントローラに伝送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散型コントロー
ラを備える建設機械に係わり、特に、建設機械に分散し
て配置された複数のコントローラ間の送受信データを利
用して、故障しているコントローラを検出し、適切に対
処することが可能な故障診断機能を有する分散型コント
ローラを備える建設機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、建設機械は電子制御化が進み、電
子制御を行うための各種演算を行うコントローラの演算
量が増加してきており、また、制御を行うための入出力
の増加はワイヤ・ハーネスの増加を招いている。さら
に、演算量が増え、高機能のマイクロコンピュータを使
用しなければならないため、コストも増加している。

【０００３】これらの問題の解決するために、入力を行
うためのコントローラ、制御演算を行うためのコントロ
ーラ、アクチュエータに出力を行うためのコントローラ
等、機能毎にコントローラを分散して配置し、それらの
コントローラ間をネットワークで結んで制御する分散型
コントローラが利用されている。

【０００４】コントローラの分散化は、ワイヤ・ハーネ
スの削減、また各機能毎にコントローラを追加したり削
除したりすることができるため、機能変更が容易となり
コスト低減につながり、また、一部コントローラの故障
時も他の健全なコントローラを機能させることにより、
システム全体のダウンを回避することができる利点があ
る。

【０００５】しかし、一方、分散型コントローラは、ネ
ットワークに接続されている各コントローラの故障診断
が複雑あるいは困難になるという問題がある。

【０００６】従来、分散型コントローラは、コントロー
ラに異常が起きているか、接続が切り離されているか、
あるいは暴走しているか等の故障診断を行う場合、定期
的にコントローラに生存信号を送り、それに対する確認
信号を元にコントローラの接続状況を把握する方法を採
られている。

【０００７】ここで、ドイツのボッシュ社が開発したコ
ントローラ間のデータ通信規約であるＣＡＮ（Controll
er Area Network）プロトコルを採用した場合のコント
ローラの故障診断について、図７〜図９を用いて説明す
る。

【０００８】図７は、分散配置された各コントローラ間
に伝送されるデータの１データフレームの構成を示す図
であり、図において、１データフレーム６００は、デー
タフレームの開始を表すスタート・オブ・フレーム６０
１、アイデンティファイアを示すアビトレーションフィ
ールド６０２、データ・フィールドのバイト数を表すコ
ントロールフィールド６０３、コントロールフィールド
で設定した個数のデータ群を表すデータフィールド６０
４、送信データの誤りをチェックするための１５ビット
の情報を表すＣＲＣフィールド６０５、正常受信確認の
ためのフィールドを表すＡｃｋフィールド６０６、送信
／受信の終了を示すエンド・オブ・フレーム６０７、の
７つのフィールドから構成されている。

【０００９】通常、このデータフレーム６００の中で、
コントローラの故障診断にはＡｃｋフィールド６０６が
利用され、Ａｃｋフィールド６０６はさらにＡｃｋスロ
ット６０６１とＡｃｋデリミタ６０６２から構成されて
いる。

【００１０】図８および図９は、それぞれＡｃｋフィー
ルドを利用して分散型コントローラの正常時および故障
時の故障診断を説明する図である。

【００１１】これらの図において、（ａ）は送信側コン
トローラにおけるデータフレーム６００内のＡｃｋフィ
ールド６０６の状態、（ｂ）〜（ｄ）は複数の受信側コ
ントローラにおけるデータフレーム６００内のＡｃｋフ
ィールド６０６の状態、（ｃ）は各コントローラ間のデ
ータ伝送路上でのＡｃｋフィールド６０６の状態を示
す。

【００１２】分散配置された各コントローラが正常に機
能している時は、図８（ａ）に示す送信側コントローラ
から送信されたＡｃｋフィールドに対して、図８（ｂ）
〜（（ｄ）に示す各受信側コントローラはＡｃｋフィー
ルドのＡｃｋスロットを「１」にして、返信信号「１」
を送出する。この時、データ伝送路上では、図８（ｅ）
に示すように各受信側コントローラの返信信号の論理積
により「１」となる。その結果、送信側コントローラは
このデータ伝送路上の「１」を確認して各受信側コント
ローラが正常に機能していると判断する。

【００１３】次に、分散配置されたのコントローラのい
ずれかが正常に機能していない時は、図９（ａ）に示す
送信側コントローラから送信されたＡｃｋフィールドに
対して、図９（ｂ）〜（ｃ）に示す受信側コントローラ
は正常に機能しているのでＡｃｋフィールドのＡｃｋス
ロットを「１」にして、返信信号「１」を送出するが、
図９（ｄ）に示す送信側コントローラが正常に機能して
いない時は、ＡｃｋフィールドのＡｃｋスロットを
「０」にして、返信信号「０」を送出する。この時、デ
ータ伝送路上では、図９（ｅ）に示すように、各受信側
コントローラの返信信号の論理積により「０」となる。
その結果、送信側コントローラはこのデータ伝送路上の
「０」を確認して各受信側コントローラのいずれかが正
常に機能していないと判断することができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の故障診
断では、送信側コントローラから複数の受信側コントロ
ーラに同時にデータを送信する場合（以降、１：Ｎ送信
と記す）、受信側コントローラのいずれかが正常に機能
していないことは解るが、受信側コントローラのいずれ
が正常であり、いずれが異常であるかを確認することが
できない。そのため、上記のような故障診断法では正常
に動作しているコントローラに対するデータの通信を停
止しなければならないという不都合が生じる。また、従
来、分散型コントローラの他の故障診断法によれば、本
来制御に必要なデータの他に、各々のコントローラが正
常に動作していることを示す信号を伝送しなければなら
なず、通信量が増大する。またこれをカバーするために
通信速度を上げると、外部からのノイズに弱くなり、通
信を行うためのＩＣが高価になる。また、メモリ容量が
少ないシングルチップマイコンでは、メモリの容量が少
ないため、メモリ使用量が増大し、本来伝送すべきデー
タの他に生存信号を送信することは、メモリ使用量の増
大を招くとともに、送信するためのプログラム作成に負
担がかかる等の問題がある。

【００１５】本発明は、上記の種々の問題点に鑑みて、
分散型コントローラにおいて、故障診断のための特別な
信号の送受信をすることなく、ネットワークに接続され
ている各コントローラ間のデータの送受信における接続
状態を検出することにより、故障診断が可能な分散型コ
ントローラを備えた建設機械を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次のような手段を採用した。

【００１７】作業機構と、該作業機構の各部を駆動する
駆動部と、該駆動部を操作する操作部と、該操作部の操
作位置および前記作業機構各部の姿勢を検出する検出手
段と、該検出手段によって検出された検出データに基づ
いて所定の入力データを作成し、該入力データを送信す
ると共に他のデータを送受信する複数の入力コントロー
ラと、前記入力データを受信し、該入力データに基づい
て制御目標値を演算し、演算された演算データを送信す
ると共に他のデータを送受信するメインコントローラ
と、前記演算データを受信すると共に他のデータを送受
信し、該演算データに基づいて前記駆動部を駆動するた
めの所定の出力データを作成して出力する複数の出力コ
ントローラと、前記各コントローラ間のデータ伝送を行
う伝送路と、を備える分散型コントローラを備えた建設
機械において、前記メインコントローラは、前記各入出
力コントローラの故障診断を行う故障診断手段を備え、
該故障診断手段は、一定時間、前記各入出力コントロー
ラから伝送されるデータを監視し、データを伝送してこ
ない入出力コントローラを故障している入出力コントロ
ーラと判定し、該判定結果を故障していない各入出力コ
ントローラに伝送することを特徴とする。

【００１８】また、前記故障診断手段は、前記メインコ
ントローラから前記各入出力コントローラに同時にデー
タを伝送し、前記入出力コントローラのいずれかが故障
していることを検知した時は、一定時間、前記各入出力
コントローラからのデータの伝送を監視し、データ伝送
してこない入出力コントローラを故障している入出力コ
ントローラと判定することを特徴とする。

【００１９】また、前記各入出力コントローラは、故障
診断手段を備え、該故障診断手段は、前記メインコント
ローラから伝送される前記判定結果に基づいて各入出力
コントローラの演算処理を実行することを特徴とする。

【００２０】また、作業機構と、該作業機構の各部を駆
動する駆動部と、該駆動部を操作する操作部と、該操作
部の操作位置および前記作業機構各部の姿勢を検出する
検出手段と、該検出手段によって検出された検出データ
に基づいて所定の入力データを作成し、該入力データを
送信すると共に他のデータを送受信する複数の入力コン
トローラと、前記入力データを受信し、該入力データに
基づいて制御目標値を演算し、演算された演算データを
送信すると共に他のデータを送受信するメインコントロ
ーラと、前記演算データを受信すると共に他のデータを
送受信し、該演算データに基づいて前記駆動部を駆動す
るための所定の出力データを作成して出力する複数の出
力コントローラと、前記各コントローラ間のデータ伝送
を行う伝送路と、を備える分散型コントローラを備えた
建設機械において、前記メインコントローラは故障診断
を行う故障診断手段を備え、該故障診断手段は、当該コ
ントローラ以外の他のコントローラから伝送されるデー
タの受信周期を管理する受信周期管理テーブルを備え、
前記受信周期を越えて一定時間以上データを伝送してこ
ない他のコントローラを故障しているコントローラと判
定することを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の第１の実施形
態を図１〜図６を用いて説明する。

【００２２】図１は、建設機械に搭載される故障診断機
能を備える分散型コントローラの全体構成図である。

【００２３】図において、１０は分散された各コントロ
ーラ間のデータを伝送するための伝送路である。

【００２４】１００は入力用コントローラ（スレーブコ
ントローラ）から入力された入力データに基づいて、建
設機械の図示されていない作業機構各部を作動するため
の制御目標値を演算して演算データを出力したり、故障
診断機能、送受信管理機能を備えるメインコントローラ
（マスターコントローラ）、１１０は演算処理を行うメ
インコントローラ処理部、１１０１は受信した入力デー
タに基づいて制御目標値を演算して演算データを出力す
る制御処理手段、１１０２は故障診断処理を行う故障診
断手段、１１０３は演算データ等のデータを所定の通信
規約に従って作成された送受信用管理テーブルに従って
送受信処理する送受信管理手段、１２０は、伝送路１０
を介して入出力コントローラとの間で、入力データ、演
算データ等のデータを送受信するための通信手段であ
る。

【００２５】２００は、図示されていない建設機械のア
ーム等の作業機構各部に設けられた各種センサからの検
出データや操作レバー等の操作部の操作状態を検出した
検出データを入力処理する入力用コントローラ（スレー
ブコントローラ）、２１０は各種センサや操作部からの
検出データを入力する入出力装置（Ｉ／Ｏ）、２２０は
入力処理機能、故障診断機能、送受信管理機能を有する
入力用コントローラ処理部、２２０１は検出データを所
定の入力データに演算処理するための制御処理手段、２
２０２は故障診断処理を行う故障診断手段、２２０３は
演算処理の結果得られた入力データを所定の通信規約に
従って作成された送受信用管理テーブルに従って送受信
処理を行う送受信管理手段、２３０は伝送路１０を介し
て入力データ等のデータを送受信するための通信手段、
２４０は図示されていない建設機械のブーム、アーム等
の作業機構各部に設置され作業機構各部の回転角度を検
出するための角度センサ、２５０は図示されていない建
設機械の操作レバー等の操作部の操作状態を検出する操
作状態検出部である。

【００２６】３００はメインコントローラ（マスターコ
ントローラ）２００から伝送された演算データを入力し
て油圧ポンプや電磁比例弁等のアクチュエータに出力デ
ータを出力する出力コントローラ（スレーブコントロー
ラ）、３１０は伝送路１０を介して演算データ等のデー
タを送受信するための通信手段、３２０は出力処理機
能、故障診断機能、送受信管理機能を有する出力コント
ローラ処理部、３２０１は演算データを所定の通信規約
に従って作成された送受信用管理テーブルに従って送受
信処理を行う送受信管理手段、３２０２は演算データを
油圧ポンプや電磁比例弁等の駆動機構を駆動するための
所定の出力データに演算処理する制御処理手段、３３０
は出力データを駆動機構に出力するための入出力装置
（Ｉ／Ｏ）、３４０，３５０はそれぞれ建設機械の駆動
機構としての油圧ポンプおよび電磁比例弁である。

【００２７】なお、各コントローラ１００，２００，３
００に設けられている送受信管理手段１１０３，２２０
３，３２０１は各コントローラ共通の所定の通信規約に
従う送受信用管理テーブルを備え、各コントローラは該
送受信管理テーブルに従って送受信処理を行う。

【００２８】また、本実施形態では、通信規約として、
ドイツのボツシュ社が開発した、コントローラ間のデー
タ通信規約であるＣＡＮ（Controller Area Network)プ
ロトコルを利用する。

【００２９】本実施形態における分散型コントローラ
は、図示するごとく、メインコントローラ（マスターコ
ントローラ）１００、入力用コントローラ（スレーブコ
ントローラ）２００、出力コントローラ（スレーブコン
トローラ）３００から構成され、入力用コントローラ
（スレーブコントローラ）２００の角度センサ２４０お
よび操作部検出部２５０から検出された検出データは所
定の入力データに処理され、所定の通信規約に従ってメ
インコントローラ（マスターコントローラ）１００に伝
送される。メインコントローラ（マスターコントロー
ラ）１００は受信した入力データに基づいて制御目標値
を演算し、その演算データを所定の通信規約に従って出
力コントローラ（スレーブコントローラ）３００に伝送
する。出力コントローラ（スレーブコントローラ）３０
０は受信した演算データを所定の出力データに処理し
て、油圧ポンプ３４０や電磁比例弁３５０を駆動するた
めに出力する。

【００３０】次に、本実施形態に係わる分散型コントロ
ーラにおける故障診断について図２〜図５に基づいて説
明する。

【００３１】なお、図１では１つの入力コントローラお
よび１つの出力コントローラについて説明したが、以降
の説明においては、分散型コントローラは複数の入力コ
ントローラおよび出力コントローラ（２００，３００，
・・・Ｎ）を備えているものとし、また、メインコント
ローラをマスタコントローラ、入力コントローラおよび
出力コントローラをスレーブコントローラとして説明す
る。

【００３２】はじめに、本実施形態の分散型コントロー
ラは、以下の条件を備えているものとする。

【００３３】条件１：各スレーブコントローラは、アク
チュエータの状態等マスターコントローラが演算を行う
ための情報を少なくとも１つは、一定時間毎に送信す
る。

【００３４】条件２：マスターコントローラは、各スレ
ーブコントローラの接続状態を、一定時間間隔で全スレ
ーブコントローラに送信する。

【００３５】条件３：各コントローラの切り離しは、電
源をＯＦＦにした時のみとする。

【００３６】図２〜図４はマスターコントローラと各ス
レーブコントローラ間で１：１のデータの送受信を行っ
ている時の故障診断に係わり、図２はマスターコントロ
ーラ１００の故障診断手段１１０２による故障診断の処
理手順を示すフローチャート、図３は、本実施形態の故
障診断手段１１０２が備える故障診断管理テーブル、図
４はスレーブコントローラ２００、３００・・・Ｎにお
ける故障コントローラの対処処理を含む処理手順を示す
フローチャートである。

【００３７】はじめに、マスターコントローラ１００に
おける故障診断処理を図２に示すフローチャートを用い
て説明する。電源が投入されると、マスターコントロー
ラ１００は、ステップ１０１において各スレーブコント
ローラ２００，３００・・・Ｎから伝送されてくるデー
タを待つ。ステップ１０２で、データを受信した場合は
そのデータの送信元となるスレーブコントローラが接続
中であると判定し、ステップ１０３において、図３に示
す故障診断管理テーブルに、例えば、スレーブコントロ
ーラ２００を「非接続」から「接続中」とに書き換え
る。また、データが受信さてないスレーブコントローラ
に対しては非接続と判定し、例えば、図示されていない
スレーブコントローラ４００を「非接続」とする。ステ
ップ１０５において、接続中のスレーブコントローラか
ら継続してデータが受信されるか否かを判定し、ステッ
プ１０６において、一度データが送られてきた後、デー
タが送られてこなくなった場合は、そのスレーブコント
ローラは暴走している可能性が高いので、故障診断管理
テーブルに、例えば、図示されていないスレーブコント
ローラ５００が「エラー中」と書き換える。このように
して、ステップ１０７に示すよう、マスターコントロー
ラ１００は故障診断管理テーブルを作成する。ステップ
１０８において、マスターコントローラ１００は、各ス
レーブコントローラ２００，３００・・・Ｎに故障診断
管理テーブルの情報を利用させるために故障診断情報を
送信し、さらにステップ１０９において、「エラー中」
のスレーブコントローラ５００に対するデータの伝送を
停止する。

【００３８】次に、スレーブコントローラ２００，３０
０・・・Ｎにおける、故障コントローラに対する対処処
理を含む処理手順を図４に示すフローチャートを用いて
説明する。

【００３９】電源投入後、ステップ２０１において、各
スレーブコントローラ２００，３００・・・Ｎはマスタ
ーコントローラ１００に一定時間毎にデータの送信を開
始する。ステップ２０２において、送信エラーが発生し
た場合は、マスターコントローラ１００が動作していな
いか暴走していると判断して、ステップ２１１において
バックアップ状態に切り替える。ステップ２０３におい
て、マスターコントローラ１００の故障か、スレーブコ
ントローラ２００，３００・・・Ｎ自身の故障で正常に
データの受信ができない時は、ステップ２１１において
バックアップ状態に切り替える。受信エラーを発生して
いない時は、ステップ２０４においてマスターコントロ
ーラ１００から故障診断テーブル情報を一定時間毎に受
信する。

【００４０】さらに、ステップ２０５において、一定時
間間隔でマスターコントローラ１００にデータを送信す
る。ステップ２０６において送信エラーが発生すると前
記と同様にバックアップ状態に切り替える。ステップ２
０７において受信エラーが発生した場合は、ステップ２
０８において受信動作を停止してしてバックアップ状態
に切り替える。ステップ２０９において、受信エラーを
発生していないにもかかわらずマスターコントローラ１
００からのデータを受信できない時は、バックアップ状
態に切り替える。ステップ２１０において、受信可能な
時は、一定時間間隔でマスターコントローラ１００から
データを受信する。ステップ２１２において、各スレー
ブコントローラ２００，３００・・・Ｎの役割に応じ
て、例えば、マスターコントローラ１００から入手した
データに基づいてアクチュエータへ出力する等の処理を
行う。各ステップで説明したように、受信エラーや送信
エラーが発生した場合はステップ２１１においてバック
アップ状態に切り替えられ、ステップ２１２においてア
クチュエータ等に何等かのバックアップ値が出力され、
建設機械を安全な作業状態に移行させる。

【００４１】次に、マスターコントローラ１００と各ス
レーブコントローラ２００，３００・・・Ｎ間で１：Ｎ
のデータ送信を行っている時の故障診断処理を図５に示
すフローチャートを用いて説明する。

【００４２】図において、図５（ａ）は故障診断モード
におけるマスターコントローラ１００の処理手順を示す
フローチャート、図５（ｂ）は受信エラーを起こしてい
るスレーブコントローラの処理手順を示すフローチャー
ト、図５（ｃ）は正常な受信状態にあるスレーブコント
ローラの処理手順を示すフローチャートである。

【００４３】ステップ３０１において、従来の図８にお
いて説明したように、スレーブコントローラのいずれか
が受信エラーを起こしていると、マスターコントローラ
１００ではＡｃｋ異常を検出する。ただし、この時、ど
のスレーブコントローラが受信エラーを起こしているか
は特定できない。次に、ステップ３０２において、その
時のマスターコントローラ１００からスレーブコントロ
ーラ２００〜Ｎへのデータ伝送が１：Ｎのデータ伝送で
あるか否かを判定し、１：Ｎのデータ伝送の場合はステ
ップ３０３において故障診断モードに入る。１：Ｎのデ
ータ伝送を行っていない時は、ステップ３０４において
他の処理に戻る。

【００４４】一方、ステップ４０１に示すように、受信
エラーを起こしたスレーブコントローラは、ステップ４
０２においてマスターコントローラ１００からの１：Ｎ
のデータの受信を停止すると共に、ステップ４０３にお
いて、マスターコントローラ１００へのデータ送信も停
止する。

【００４５】また、ステップ５０１に示すように、正常
に受信しているスレーブコントローラは、ステップ５０
２においてマスターコントローラ１００から１：Ｎのデ
ータを受信する。さらにステップ５０３においてマスタ
ーコントローラ１００にデータを伝送する。

【００４６】マスターコントローラ１００では、ステッ
プ３０５において故障診断モードに入ってから送信状況
を監視するために一定時間、時間計測し、ステップ３０
６において、一定時間経過後、各スレーブコントローラ
２００，３００・・・Ｎからのデータの送信の有無を判
断し、その結果を故障診断管理テーブルに記入する。な
お、ここで受信エラーを起こしているスレーブコントロ
ーラとの判断は、図２のフローチャートにおいて説明し
た時と同様に、「接続中」にあったスレーブコントロー
ラが、「マスターコントローラからの１：Ｎのデータを
受信できなかったスレーブコントローラ」として判断す
る。次に、ステップ３０７において、受信エラーを起こ
しているスレーブコントローラの管理情報を受信エラー
を起こしていないスレーブコントローラ２００，３００
・・・Ｎに送信する。また、ステップ３０８において、
マスターコントローラ１００が、受信エラーを起こして
いるスレーブコントローラと１：１のデータ送信を行っ
ている場合は、そのデータ送信も停止する。

【００４７】また、ステップ５０４では正常に受信して
いるスレーブコントローラ２００，３００・・・Ｎは前
記の管理情報をマスターコントローラ１００から受信
し、ステップ５０５において、受信エラーを起こしてい
るスレーブコントローラへのデータ伝送を停止すると共
に、受信エラーを起こしているスレーブコントローラか
ら伝送されるべきデータに代えてバックアップ値の使用
を指示する。

【００４８】上記のごとく、本実施形態に係わる分散型
コントローラにおける故障診断法は、「データを一定時
間毎に必ず送る」および「データを一定時間毎に必ず受
ける」という条件を前提とするが、油圧ショベル等の建
設機械における分散型コントローラにおいては、この前
提条件が不都合を起こすことはない。

【００４９】次に、図１に分散型コントローラの一例を
示したが、油圧ショベルに分散型コントローラを適用し
た具体的形態を図６に示す。

【００５０】制御演算コントローラ７００は、図１にお
けるマスターコントローラ１００に相当するものであ
る。それ以外に図示される８つの各コントローラは、図
１におけるスレーブコントローラ２００，３００・・・
Ｎに相当する。

【００５１】ここで、制御演算コントローラ７００は、
フロントレバー７１１を備えるフロントレバー入力コン
トローラ７１０、走行および制御レバー７２１，７２２
を備える走行・システムコントローラ７２０、フロント
操作レバー７３１を備えるフロント制御入力コントロー
ラ７３０、およびフロントセンサ７４１を備えるフロン
トセンサ入力コントローラ７４０からのデータを入力
し、制御演算を行う。なお、この入力されるデータは一
定時間間隔で新しいデータに更新されればよいデータで
ある。

【００５２】演算結果は、制御弁７５２に出力しブーム
用アクチュエータ７５１を駆動するブームコントローラ
７５０、制御弁７６２に出力しアーム・ブーム用アクチ
ュエータ７６１を駆動するアームコントローラ７６０、
ポンプ７７１を駆動するポンプコントローラ７７０、お
よびエンジン７８１を駆動するエンジンコントローラ７
８０の各アクチュエータに送信される。なお、このデー
タも、各スレーブコントローラにとっては、一定時間間
隔でマスターコントローラから送られてくればよいデー
タである。

【００５３】また、この分散型コントローラでは、例え
ば、レバー入力コントローラ７１０から伝送されるデー
タを制御演算コントローラ７００が正常に受信していな
いにもかかわらず、演算した制御目標値をブームコント
ローラ７５０に送信した場合、ブームがオペレータの操
作に反してしまうことが考えられるが、このような場
合、各データを入出力するコントローラの状態を制御演
算コントローラ７００が管理し、その情報を各入出力コ
ントローラに公開することにより、制御演算の目標値が
正しいものか判断でき、誤った値をアクチュエータへ出
力することが避けられる。

【００５４】以上のごとく、本実施形態によれば、一部
の故障したコントローラのために、分散型コントローラ
全体のシステムがダウンしてしまうことを避けることが
できる。

【００５５】また、本実施形態によれば、故障診断のた
めに特別なデータ群の通信を必要としないので、通信量
の増加がなく、またメモリ使用量の増加も防げる。この
ことから、安価なマイクロコンピュータ、通信用ＩＣの
使用が可能となり、コスト低減に寄与する。

【００５６】次に、本発明の第２の実施形態を図１およ
び図１０〜図１７を用いて説明する。

【００５７】図１は本実施形態に係わる建設機械におけ
る分散型コントローラの全体構成図であり、第１の実施
形態と、故障診断手段の内容が異なる点で相違する。な
お、図１の各構成は既に説明したので説明を省略する。

【００５８】次に、図１に示す送受信管理手段が備える
各種の送受信管理テーブルを図１０〜図１２を用いて説
明する。なお、本実施形態においても、送受信管理テー
ブルはＣＡＮプロトコルに従って作成される。

【００５９】図１０は共通のデータ定義テーブル、図１
１はメッセージ定義テーブル、図１２は送信時間管理テ
ーブルである。

【００６０】図１０において、８００は、ＣＡＮプロト
コルに従って作成され、全コントローラ間で共通に利用
されるデータ定義テーブルの一例であり、データＩＤと
変数との関係を表す。例えば、データＩＤの１はブーム
角度を表す。

【００６１】図１１において、８１０は、同じくＣＡＮ
プロトコルに従って作成され、全コントローラ間で共通
に使用されるメッセージ定義テーブルの一例である。こ
こでメッセージとは複数のデータをパケット化したもの
であり、例えば、メッセージ番号１は図１０に示すデー
タ定義テーブルのデータＩＤが１，２，３，４の１群の
データを表す。また、データの送受信は各メッセージ単
位で送受信が行われ、送信／受信は各メッセージの送受
信別を表し、送信周期は各メッセージの送信の周期間隔
を表す。

【００６２】また、送信周期を変更したい場合は送信周
期の数値を変更するだけでよい。また、送信／受信の属
性は、例えば、入力用コントローラ、メインコントロー
ラで各々反対にすれば、メインコントローラから入力用
コントローラへのメッセージの通信となる。

【００６３】図１２において、８２０は、同じくＣＡＮ
プロトコルに従って作成され、各コントローラにおいて
使用する送信時間管理テーブルの一例を表す。例えばメ
ッセージ番号１は送信周期が１０ｍｓであり、カウンタ
には各コントローラに備えるタイマによって計時されそ
のカウント値が入力される。

【００６４】本実施形態によれば、油圧ショベル等の建
設機械において、センサの数が増えたり、アクチュエー
タの数が増えた場合は、入力用コントローラを追加した
り、出力コントローラを追加することが可能であり、こ
の時、ソフトウエアの変更は通信部分において、データ
処理コードテーブル８００、メッセージ定義テーブル８
１０を変更するだけでよい。

【００６５】次に各コントローラにおける処理手順を図
１３〜図１５に基づいて説明する。

【００６６】図１３は入力用コントローラの処理手順を
示すフローチャートである。

【００６７】図１３（ａ）は図１における制御処理手段
２２０１における入力処理を表し、ステップ６１０にお
いて、図示されていない入力用コントローラ２００内の
タイマによって計時され、タイマ割り込みによって一定
時間毎に、例えば１ｍｓ毎に、センサ２４０や操作部検
出部２５０から出力される検出データが読み込み、ステ
ップ６２０，６３０において各入力処理を行い、ステッ
プ６４０，６５０において各種の入力データを得る。

【００６８】図１３（ｂ）は図１に示す送受信管理手段
２２０３における送信周期管理テーブルの作成処理を示
し、ステップ６６０で初期設定後、ステップ６７０で入
力用コントローラ２００内に送信周期管理テーブルが作
成される。

【００６９】図１３（ｃ）は図１に示す送受信管理手段
２２０３における送受信管理処理を表し、ステップ６８
０において、入力用コントローラ２００内のタイマによ
って計時され、一定時間毎にタイマ割り込みが行われ
る。ステップ６９０において、図１３（ｂ）のステップ
６７０で作成された送信周期管理テーブル８２０のカウ
ンタに計時毎に加算して行く。ステップ７００において
送信周期とカウンタ値とを対比する。両者が等しくなっ
た時は、ステップ７１０において図１１に示すメッセー
ジ定義テーブル８１０に従うメッセージをメインコント
ローラ１００に送信し、等しくない時は、ステップ７２
０において他の処理に戻る。

【００７０】次に、図１４はメインコントローラ１００
の処理手順を示すフローチャートである。

【００７１】図１４（ａ）は図１における制御処理手段
１１０１による目標値の演算処理を表し、ステップ７３
０において、図示されていないメインコントローラ２０
０内のタイマによって計時され、タイマ割り込みによっ
て一定時間毎に既に入手している入力データが読み込
み、ステップ７５０において目標値の演算処理を行い、
ステップ７６０において各種の演算データが得る。一
方、入力データが受信された時は、ステップ７４０にお
いて受信割り込みが行われ、ステップ７５０において新
規に入手した入力データに基づいて目標値の演算処理が
行われる。

【００７２】図１４（ｂ）は図１に示す送受信管理手段
１１０３における送信周期管理テーブルの作成処理を示
し、ステップ７７０で初期設定後、ステップ７８０で送
信周期管理テーブルが作成される。

【００７３】図１４（ｃ）は図１示す送受信管理手段１
１０３における送受信管理処理を表し、ステップ７９０
においてタイマ割り込みが実行される度に、ステップ８
００において、図１４（ｂ）のステップ７８０で作成さ
れた図１２に示す送信周期管理テーブル８２０のカウン
タに計時毎に加算して行く。ステップ８１０において送
信周期とカウンタ値とを対比する。両者が等しくなった
時は、ステップ８２０において図１１に示すメッセージ
定義テーブル８１０に従うメッセージを出力コントロー
ラ３００に送信し、等しくない時は、ステップ８３０に
おいて他の処理に戻る。

【００７４】上記のごとく、メインコントローラ１００
では、入力用コントローラ２００から必ず一定時間毎に
新しい入力データが送信されてくるので古いデータを目
標値演算に使用することはない。またこのことを利用し
て、ある一定時間以上、入力用コントローラから入力デ
ータが送信されて来ない時は、入力用コントローラに何
等かの故障が発生しているとの判断が可能となる。

【００７５】次に、図１５は出力コントローラの処理手
順を示すフローチャートである。

【００７６】図において、ステップ８４０において、図
示されていない出力ンコントローラ３００内のタイマに
よって計時され、一定時間毎のタイマ割り込み実行さ
れ、ステップ８６０，８７０において、図１に示す制御
処理手段３２０３において、既に入手している演算デー
タに基づいて出力処理が行われ、ステップ８８０，８９
０において出力データを得る。一方、演算データが受信
された時は、ステップ８５０において受信割り込みが行
われ、ステップ８６０，８７０において新規に入手した
演算データに基づいて出力処理が行われる。

【００７７】次に本実施形態における故障診断の処理手
順を図１６〜図１７を用いて説明する。

【００７８】図１６は図１における各故障診断手段１１
０２，２２０３，３２０２が備える故障診断用の受信周
期管理テーブル、図１７は各故障診断手段１１０２，２
２０３，３２０２の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【００７９】なお、故障診断手段は全てのコントローラ
に設ける必要はなく、必要とするコントローラに設ける
だけでもよい。

【００８０】はじめに、図１７（ａ）において、各故障
診断手段は、ステップ９１０の初期設定後、ステップ９
２０において図１６に示すような受信周期管理テーブル
を作成する。

【００８１】次に、図１７（ｂ）に示すように、ステッ
プ９３０においてタイマ割り込みが発生すると、ステッ
プ９４０において、タイマ割り込みが発生する度に受信
周期管理テーブルのカウント値をインクリメントする。
ステップ９５０でカウント値が受信周期を大幅に越えて
も、所定のコントローラからデータが送信されてこない
時は、ステップ９６０においてそのコントローラが送信
故障を起こしていると判断する。カウント値が受信周期
を大幅に越えていない時は、ステップ９７０において、
他の処理に戻る。

【００８２】また、図１７（ｃ）に示すように、当該コ
ントローラにおいてデータの受信が行われる度に、ステ
ップ９８０において受信割り込みが発生し、ステップ９
９０において、受信割り込みのカウント値が受信周期を
大幅に越えても、所定のコントローラからデータが送信
されてこない時は、ステップ１０００においてそのコン
トローラは送信異常であると判断する。カウント値が受
信周期を大幅に越えていない時は、ステップ１０１０に
おいて、他の処理に戻る。なお、この場合は、何等かの
原因で送信周期が延びていることも考えられるので、カ
ウント値が受信周期越えていても、即座に故障とは判断
しないで、余裕を見て異常の程度に判断する。 上記の
ごとく、本実施形態によれば、一定時間間隔で受信すべ
きデータの受信間隔の管理を行うだけで、他のコントロ
ーラの故障診断が可能となる。しかも、故障判定の時間
間隔の設定も容易に設定、変更が可能である。

【００８３】また、故障診断のために特別なデータ群の
通信を必要としないので、通信量の増加がなく、またメ
モリ使用量の増加も防げる。このことから、安価なマイ
クロコンピュータ、通信用ＩＣの使用が可能となり、コ
スト低減に寄与する。

【００８４】さらにまた、受信メッセージがある時間受
信できず、あるコントローラに故障が発生した場合、そ
の情報を他のコントローラに対して送信し、分散型コン
トローラのシステム全体で、故障したコントローラの把
握を迅速かつ容易に行うことができ、故障したコントロ
ーラのために、分散型コントローラ全体のシステムがダ
ウンすることを防止できる。

【００８５】なお、上記の実施形態では、時間の計数を
タイマ割り込みを用いて行っているが、プログラムの１
回の実行周期時間を利用して計数してもよい。

【００８６】

【発明の効果】以上のごとく、本発明は、故障診断のた
めに各コントローラ間で特別なデータの送受信を行う必
要がないので、故障診断のために通信量が増大すること
がなく、また、故障判定は、受信間隔を監視するだけで
よいので、故障判定のための複雑なプログラムを必要と
せず、かつ故障判定までの時間の設定変更が容易に行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１および第２の実施形態に係わる、
建設機械に搭載される故障診断機能を備える分散型コン
トローラの全体構成図である。

【図２】第１の実施形態に係わるマスターコントローラ
における故障診断の処理手順を示すフロチャートであ
る。

【図３】第１の実施形態に係わる故障診断手段が備える
故障診断管理テーブルである。

【図４】第１の実施形態に係わるスレーブコントローラ
における故障診断の処理手順を示すフロチャートであ
る。

【図５】第１の実施形態に係わり、１：Ｎのデータ伝送
を行う場合の各コントローラおにおける故障診断の処理
手順を示すフロチャートである。

【図６】油圧ショベルに分散型コントローラを適用した
場合の具体的形態を示す図である。

【図７】各コントローラ間に伝送されるデータフレーム
の構成を示す図である。

【図８】正常受信時時の図７に示すデータフレームのＡ
ｃｋフィールドの状態を説明する図である。

【図９】異常時受信時の図７に示すデータフレームのＡ
ｃｋフィールドの状態を説明する図である。

【図１０】第２の実施形態に係わる各コントローラが備
えるデータ定義テーブルである。

【図１１】第２の実施形態に係わる各コントローラが備
えるメッセージ定義テーブルである。

【図１２】第２の実施形態に係わる各コントローラが備
える送信周期管理テーブルである。

【図１３】第２の実施形態に係わる入力コントローラの
処理手順を示すフローチャートである。

【図１４】第２の実施形態に係わるメインコントローラ
の処理手順を示すフローチャートである。

【図１５】第２の実施形態に係わる出力コントローラの
処理手順を示すフローチャートである。

【図１６】第２の実施形態に係わる故障診断用の受信周
期管理テーブルである。

【図１７】第２の実施形態に係わる故障診断手段におけ
る故障診断の処理手順を示すフロチャートである。

【符号の説明】

１０ 伝送路 １００ メインコントローラ（マスターコントローラ） １１０ メインコントローラ処理部 １１０１，２２０１、３２０３ 制御処理手段 １１０２，２２０２、３２０２ 故障診断手段 １１０３、２２０３，３２０１ 送受信管理手段 ２４０ 角度センサ ２５０ 操作部検出部 ２００ 入力コントローラ（スレーブコントローラ） ２２０ 入力コントローラ処理部 ３００ 出力コントローラ（スレーブコントローラ） ３２０ 出力コントローラ処理部 ８００ データ定義テーブル ８１０ メッセージ定義テーブル ８２０ 送信周期管理テーブル ９００ 受信周期管理テーブル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機構と、 該作業機構の各部を駆動する駆動部と、 該駆動部を操作する操作部と、 該操作部の操作位置および前記作業機構各部の姿勢を検
   出する検出手段と、 該検出手段によって検出された検出データに基づいて所
   定の入力データを作成し、該入力データを送信すると共
   に他のデータを送受信する複数の入力コントローラと、 前記入力データを受信し、該入力データに基づいて制御
   目標値を演算し、演算された演算データを送信すると共
   に他のデータを送受信するメインコントローラと、 前記演算データを受信すると共に他のデータを送受信
   し、該演算データに基づいて前記駆動部を駆動するため
   の所定の出力データを作成して出力する複数の出力コン
   トローラと、 前記各コントローラ間のデータ伝送を行う伝送路と、 を備える分散型コントローラを備えた建設機械におい
   て、 前記メインコントローラは、前記各入出力コントローラ
   の故障診断を行う故障診断手段を備え、 該故障診断手段は、一定時間、前記各入出力コントロー
   ラから伝送されるデータを監視し、データを伝送してこ
   ない入出力コントローラを故障している入出力コントロ
   ーラと判定し、該判定結果を故障していない各入出力コ
   ントローラに伝送することを特徴とする分散型コントロ
   ーラを備える建設機械。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 前記故障診断手段は、前記メインコントローラから前記
   各入出力コントローラに同時にデータを伝送し、前記入
   出力コントローラのいずれかが故障していることを検知
   した時は、一定時間、前記各入出力コントローラからの
   データの伝送を監視し、データ伝送してこない入出力コ
   ントローラを故障している入出力コントローラと判定す
   ることを特徴とする分散型コントローラを備える建設機
   械。
3. 【請求項３】 請求項１ないしは請求項２のいずれか１
   つの請求項記載において、 前記各入出力コントローラは、 故障診断手段を備え、該故障診断手段は、前記メインコ
   ントローラから伝送される前記判定結果に基づいて各入
   出力コントローラの演算処理を実行することを特徴とす
   る分散型コントローラを備える建設機械。
4. 【請求項４】作業機構と、 該作業機構の各部を駆動する駆動部と、 該駆動部を操作する操作部と、 該操作部の操作位置および前記作業機構各部の姿勢を検
   出する検出手段と、 該検出手段によって検出された検出データに基づいて所
   定の入力データを作成し、該入力データを送信すると共
   に他のデータを送受信する複数の入力コントローラと、 前記入力データを受信し、該入力データに基づいて制御
   目標値を演算し、演算された演算データを送信すると共
   に他のデータを送受信するメインコントローラと、 前記演算データを受信すると共に他のデータを送受信
   し、該演算データに基づいて前記駆動部を駆動するため
   の所定の出力データを作成して出力する複数の出力コン
   トローラと、 前記各コントローラ間のデータ伝送を行う伝送路と、 を備える分散型コントローラを備えた建設機械におい
   て、 前記メインコントローラは故障診断を行う故障診断手段
   を備え、 該故障診断手段は、 当該コントローラ以外の他のコントローラから伝送され
   るデータの受信周期を管理する受信周期管理テーブルを
   備え、 前記受信周期を越えて一定時間以上データを伝送してこ
   ない他のコントローラを故障しているコントローラと判
   定することを特徴とする分散型コントローラを備える建
   設機械。