入出力装置
【課題】システムの省線化を図ると共に、制御装置における処理負荷は軽減しつつも、制御システム全体におけるデータの授受の高速化及び効率化を図ることができる入出力装置を提供する。
【解決手段】センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…と、ＥＣＵとの間の入出力を処理するＩＯＵ５は、記憶部５２を備えて、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…から得られるセンサ情報、制御状態情報等を含むデータをデータベース５６として記憶する。そして、ＩＯＵ５は入出力処理部５４の処理により、ＥＣＵ又は他のＩＯＵ５，５，…が必要とするデータをデータベース５６から抽出し、必要とされるタイミングにて出力する。
【解決手段】センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…と、ＥＣＵとの間の入出力を処理するＩＯＵ５は、記憶部５２を備えて、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…から得られるセンサ情報、制御状態情報等を含むデータをデータベース５６として記憶する。そして、ＩＯＵ５は入出力処理部５４の処理により、ＥＣＵ又は他のＩＯＵ５，５，…が必要とするデータをデータベース５６から抽出し、必要とされるタイミングにて出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の機器と、該複数の機器からの情報を使用して機器の制御を行なう制御装置との間で前記複数の機器の制御装置に対する入出力を処理する入出力装置に関する。特に、各機器から入力されるデータをデータベースとして集約して記憶しておくことでデータの出力タイミングなどを適宜調整することなどを可能とし、データの授受の高速化及び効率化、機器の制御を行なう制御装置における処理負荷の軽減を図ることができる入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、多数の機器を制御して、全体として多様な機能を実現させる制御システムが普及している。機器には夫々制御装置が接続され、更に各制御装置に通信手段を設けて相互にデータを交換させ、個々の制御装置が独立した制御を行なうのではなく、他の制御装置などを介して得られるデータに基づいて自身に対応する制御対象の機器を制御するなど、連携して制御を実行する制御システムが各分野で利用されている。
【０００３】
このような制御システムでは、機能の増加に伴ない、制御対象の機器の数も増加すると共に、制御に用いるデータを取得、又は測定するセンサなどの機器の数も増加する。
【０００４】
特に車両の分野では、各種機能に対応するアクチュエータ又はセンサなどの機器が多数車内に配され、各機器を制御する制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）が各々に対応して配されて動作している。車両の制御は機械的制御から電気的制御へ移行しつつあり、更に、制御システムによって実現される機能の特化、実現できる機能の増加及び多様化が進んでいる。これにより、車両に搭載されるアクチュエータ、センサなどの機器が増加している。
【０００５】
このように、制御対象の機器、又は制御に用いるデータを取得するセンサなどの機器の数は増大する。機器の数が増大した場合、各機器に各々制御装置が対応する構成では、制御装置の数も増大して相互の通信における通信負荷が重くなるなどの事態が考えられる。この場合、データの送受信の遅れの発生の問題、又は、ほぼ同時に受信することが期待されるデータの受信タイミングに時間差が生じるなどの問題が起こる。
【０００６】
図１１は、制御システムの典型的構成と、各ＥＣＵから送信されるデータの内容及びデータを必要とするタイミングとを模式的に示す説明図である。図１１に示す制御システムは、ＥＣＵ９１，９２，９３，９４を含む。ＥＣＵ９１，９２，９３，９４はいずれも通信線９５にバス型に接続され、相互に通信することが可能である。
【０００７】
ＥＣＵ９１には、図示しない１又は複数のセンサが接続されており、ＥＣＵ９１はセンサから得られるデータを一定周期で送信するようにしてある。ＥＣＵ９２には、図示しないアクチュエータが接続されており、ＥＣＵ９２がアクチュエータの動作を制御するようにしてある。ＥＣＵ９３は、判定処理などを行なうようにしてある。ＥＣＵ９４にも図示しない１又は複数のセンサが接続されており、ＥＣＵ９４はセンサから得られるデータを一定周期で送信するようにしてある。
【０００８】
例えば、ＥＣＵ９１は、センサにて得られるデータに基づき、ＥＣＵ９２，９３，９４が必要とするデータを組み合わせてフレームＡとして通信線９５へ送信するようにしてある。このときＥＣＵ９２は、ＥＣＵ９１からのデータを５０ｍｓｅｃ（ミリ秒）の周期で必要とし、ＥＣＵ９３はＥＣＵ９１からのデータを２０ｍｓｅｃの周期で必要とし、ＥＣＵ９４はＥＣＵ９１からのデータを６０ｍｓｅｃの周期で必要としているとする。この場合、ＥＣＵ９１は、最も短い周期の２０ｍｓｅｃにてフレームＡを送信する。ＥＣＵ９４も、センサにて得られるデータに基づき、ＥＣＵ９１，９２が必要とするデータを組み合わせてフレームＢとして通信線９５へ送信するようにしてある。ＥＣＵ９４は、ＥＣＵ９１，９２の内のいずれかがフレームＢを必要とする周期２０ｍｓｅｃ及び５０ｍｓｅｃの内、最も短い２０ｍｓｅｃにてフレームＢを送信するようにしてある。
【０００９】
ＥＣＵ９２は、フレームＡ及びフレームＢに含まれるデータと、自身が保有するデータとを用いた演算処理の結果に基づいてアクチュエータの動作を制御するようにしてある。フレームＡのデータとフレームＢのデータとがほぼ同時に得られたデータである場合、演算結果の精度が高まるから、同時に得られたデータであることが望ましい。例えば、フレームＡに含まれるデータとフレームＢに含まれるデータとが、５０ｍｓｅｃ程度異なるタイミングにて夫々センサからの入力に基づき得られたデータである場合、データの内容によっては演算結果の精度が低く制御に不適となる問題がある。
【００１０】
更にこの場合、ＥＣＵ９４は、フレームＡを６０ｍｓｅｃの周期にて受信できればよいにも拘わらず、ＥＣＵ９３が必要とする周期である２０ｍｓｅｃ毎にフレームＡを受信する。つまり、ＥＣＵ９４としては同一の内容のデータを不要に多く受信することになる問題がある。
【００１１】
他の例として、ＥＣＵ９１がセンサにて得られるデータを送信するに際し、ＥＣＵ９２は当該データを高精度のデータで必要とし、ＥＣＵ９３，９４は低精度のデータで十分であるとし、しかもＥＣＵ９２，９３，９４が当該データを必要とする周期は図１１に示すように異なる場合を考える。具体的には、ＥＣＵ９２はアクチュエータの制御のために、ＥＣＵ９１がセンサにて得られるデータを１６ビットの精度で必要とするが、ＥＣＵ９３，９４は同じデータを８ビットの精度で必要とする。この場合、ＥＣＵ９１が当該データを８ビットのデータにする演算後に１６ビットの精度のデータと共にフレームＣとして送信するのか、又は１６ビットの精度のデータのみをフレームＣとして送信し、ＥＣＵ９３，９４が夫々演算して用いるのか、両方の構成が考えられる。どちらの構成が好ましいかは、通信線９５における通信量の節減と、各ＥＣＵ９１，９２，９３，９４における演算負荷とのいずれを、システムにおける優先事項にするかによって定まる。
【００１２】
このような各種問題に対して、制御システム全体で各ＥＣＵが必要とするデータの送受信タイミング、通信量等を最適化するためには、フレームにいずれのデータをどれ程の精度で含めて送信するのか、そしてそのフレームをどのような周期で各ＥＣＵから送信させるのかを設計することが重要である。しかしながら、制御システムに含まれるセンサ、アクチュエータ、及びそれらに対応するＥＣＵの数の多さから、データの種類も膨大になり、設計は非常に複雑であり、設計工程に多大な労力がかかる。
【００１３】
一方、車両におけるＥＣＵを利用した制御システムでは、ワイヤー・ハーネスの肥大化、システムの構成部品点数の増加といった問題から、センサ、アクチュエータなどの機器との間の入出力を集約する構成が提案されている（特許文献１、２など）。また、ＥＣＵの数は上述のように増大しており、且つ１つの通信線に接続されるＥＣＵの数がリンギング防止などの問題から限られるから、通信線の数が増加する。車両の分野では特に、燃費の改善及び環境への影響を考慮して車両全体の軽量が重要な課題となっている。軽量化には通信線、信号線、電源線などの各種電線を含むワイヤハーネスの軽量化が大きく影響するので、各種電線自体の軽量化及び省線化が望まれている。
【００１４】
特許文献１では、入出力装置が各機器から得たデータを多重化して制御装置である車載ＥＣＵへ伝送する構成とすることにより、省線化を図っている。特許文献２では、通信により多重化したデータを送信する構成をシフトレジスタを用いて出力する構成とすることにより、ＥＣＵの部品点数を削減して小型化できる入出力装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−９５６５９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１、２に開示されているように、複数の機器から出力されたデータに対する演算を共通の演算手段で行ない、更に情報を多重化してＥＣＵへ通信により伝送するか、又はシフトレジスタを介して出力する構成により、通信線、信号線の削減を図ることができる。
【００１７】
特許文献１、２に開示されている構成では、センサなどから得られたデータをまとめて出力することができるものの、それらのデータを出力するタイミングをＥＣＵからの要求に応じて適宜調整することは考慮されていない。したがって、例えば入出力装置から各データをＥＣＵへ出力するタイミングは、センサなどから出力されたタイミングであろうと推測される。データの多重化についても、ＥＣＵが必要とするデータを組み合わせることを考慮していることは示唆されていない。このように、ＥＣＵが必要とするデータ、必要とするタイミングに応じたデータの授受の最適化のためには依然として、多大な労力をかけて入出力のタイミング及びフレームの設計を行なう必要がある。
【００１８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、制御システムを構成する複数の機器と各機器の制御装置との間でデータの入出力を処理する入出力装置が、一旦各機器からのデータを記憶しておき、適宜、制御装置からの必要に応じてデータの授受を実行することにより、システムの省線化を図ると共に、制御装置における処理負荷は軽減しつつも、制御システム全体におけるデータの授受の高速化及び効率化を図ることができる入出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第１発明に係る入出力装置は、データを入力又は出力する複数の機器と、いずれかの機器からのデータを使用するか、又は機器へデータを与えることにより機器を制御する１又は複数の制御装置との間に接続され、前記複数の機器の前記１又は複数の制御装置への入出力を処理するようにしてある入出力装置において、入出力されるデータを記憶するための記憶部を備え、該記憶部に前記複数の機器のいずれかから入出力されるデータをデータベース形式にて記憶する手段と、前記データベースに記憶されている１又は複数のデータに基づき、前記制御装置から必要とされるデータを必要とされるタイミングにて出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
第２発明に係る入出力装置は、前記制御装置から必要とされるデータの識別情報と、前記データが前記制御装置から必要とされる出力タイミングとの対応を示す対応テーブルを備え、前記出力手段は、前記対応テーブルの識別情報及び出力タイミングに基づいて、前記データベースからデータを読み出して出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２１】
第３発明に係る入出力装置は、前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータの変化の有無を判断する手段を備え、該手段が有と判断した場合に変化後のデータを出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２２】
第４発明に係る入出力装置は、前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータと所定値との比較に基づき前記データを出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２３】
第５発明に係る入出力装置は、前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータを複数組み合わせて出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２４】
第６発明に係る入出力装置は、前記制御装置からのデータ出力要求を受け付ける手段と、前記データ出力要求に応じて前記データベースからデータを抽出して出力する手段と、前記データ出力要求に基づき前記対応テーブルを更新する手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
第７発明に係る入出力装置は、前記制御装置から必要とされるデータを、前記データベースに記録されている１又は複数のデータを用いた演算により求める演算手段を備え、前記出力手段は、演算により求めたデータを出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２６】
第８発明に係る入出力装置は、前記演算手段により求めたデータを前記データベースに記憶するようにしてあることを特徴とする。
【００２７】
第９発明に係る入出力装置は、前記データベースに記憶されているデータを、前記複数の機器の内のいずれか特定の機器へ該特定の機器の動作を制御すべく出力する手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
第１０発明に係る入出力装置は、接続されている複数の機器夫々に対応して特定の処理を行なうべく構成される複数の処理回路を備え、前記複数の処理回路は夫々、前記データベースにデータを記憶し、又は前記データベースからデータを抽出する手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
第１１発明に係る入出力装置は、前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、対応する機器から出力されたデータに基づき他のデータを求める演算処理を行ない、演算結果に基づき制御データを他の機器に対応する処理回路へ出力する手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
第１２発明に係る入出力装置は、前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、前記データベースに記憶されているデータに基づき、対応する機器の動作の停止又は起動を制御する手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
第１３発明に係る入出力装置は、前記複数の機器が夫々、入力又は出力するデータに基づき、異常を検知する手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
第１発明では、複数の機器及び機器を制御する制御装置との間の入出力を処理する入出力装置にて、各機器又は制御装置からのデータを一旦データベースの形式にて集約して記憶しておく。データベースに集約されて記憶されていることにより、入出力装置は機器から出力されたタイミングで逐次制御装置へデータを出力するなどのように各機器と制御装置との間の入出力を中継するのみならず、適宜、制御装置が必要とするデータを必要とするタイミングとなるように調整してデータを出力することが可能である。これにより、必要なデータのみの授受となるので、無用なデータの授受、授受されるデータ量の節減など効率化、最適化を図ることができる。また、制御装置は複数の機器又は他の装置から夫々任意のタイミングで出力されるデータの入出力のタイミングの調整処理、データの時間精度の判定処理を行なうことなく制御処理のみに専念できる。
【００３３】
第２発明では、対応テーブルに基づき、データベースに集約されて記憶されているデータが適宜出力される。制御装置が必要とするデータと必要とされるタイミングとの明確な対応に基づいて出力されるから効率的なデータの授受を実現することが可能である。
【００３４】
第３発明では、制御装置が必要とするデータが、当該データの内容が変化したデータである場合、入出力装置にてその必要に応じて変化が有った場合に出力される。制御装置は不要に同じデータを受け続ける必要が無い。これにより、データの授受は効率化され、制御装置の処理負荷は軽減される。
【００３５】
第４発明では、制御装置が必要とするデータが、所定の閾値よりも大きい又は小さいかなどの所定の条件を満たしたデータである場合、入出力装置からは、その必要に応じて所定の条件を満たした場合のみ出力される。制御装置は不要にデータを受けずともよい。これにより、データの授受は効率化され、制御装置の処理負荷は軽減される。
【００３６】
第５発明では、制御装置が演算処理、判定処理などのために、機器が出力する複数のデータを必要とする場合、該複数のデータは、入出力装置にて夫々任意のタイミングと任意の精度に調整された上で組み合わせられ、制御装置へまとめて出力される。制御装置は入出力装置から出力されたままのデータを用いて処理を行なえばよい。またこの場合、制御装置は必要な複数のデータを同時に取得することが可能である。
【００３７】
第６発明では、制御装置から明示的にデータの出力要求がされた場合、入出力装置は当該出力要求に応じてデータを出力すると共に、記憶してあるテーブルに要求されたデータ及び要求されるタイミングにより対応テーブルを更新する。したがって、新たに加わった制御装置がある場合であっても、データの授受をより効率化することができる。
【００３８】
第７発明では、制御装置が必要とするデータが、各機器から得られる複数のデータに基づく演算処理により得られるデータである場合、入出力装置にて演算が行なわれて出力される。これにより、全てのデータを授受させることなしに、制御装置で必要とされるデータのみを授受してデータの授受を効率化、最適化することができると共に、制御装置にて演算処理を省略することができ、制御装置の処理負荷を軽減させることが可能である。
【００３９】
第８発明では、第７発明において、制御装置が必要とするデータが演算処理により得られるデータである場合に、入出力装置が演算を肩代わりするのみならず、その結果がデータベースに記憶される。これにより演算結果も必要に応じて利用できる。
【００４０】
第９発明では、入出力装置が、データベースのデータに基づき機器の動作を制御すべくデータを機器へ出力する。制御装置から出力される制御データが、任意のタイミングで出力されるとしても、データベースに一旦記憶されるから、制御装置が出力タイミングを調整せずとも、入出力装置における処理によって適宜、制御対象の機器へ制御データを適したタイミングで出力して制御することが可能である。
【００４１】
また第９発明では、各機器と制御装置との間で入出力されるデータがデータベースに集約されているから、一の機器からのデータと、データベースに記憶されているデータとに基づいて他の機器が制御される場合、前記一の機器からのデータを制御装置へ出力するまでもなく、入出力装置内で、前記一の機器からのデータとデータベースに記憶されているデータとに基づく制御データを生成することも可能である。これにより、制御装置への不要な出力をせずにデータの授受を効率化できると共に、制御装置の処理負荷を軽減することもできる。
【００４２】
第１０発明では、入出力装置に接続されている機器夫々に対応する処理回路が備えられ、各処理回路がデータベースからのデータの抽出、データの記憶処理などを行なう。このように処理回路を並列構成とすることにより、高速化を図ることができる。
【００４３】
第１１発明では、第１０発明における各機器に対応した処理回路の一部又は全部は、いずれかの機器の制御に用いられる制御データを求める演算処理を行なうことが可能に構成されており、当該機器に対応する処理回路へ制御データを出力する。当該演算により得られた制御データはデータベースに記憶され、制御装置が必要とする場合は出力されてもよい。入出力装置内で制御データをも作成して各機器を制御することにより、不要にデータを制御装置へ出力することもなく入出力されるデータ量を節減できると共に、制御装置における演算の結果を待たずに高速に制御を行なうことも可能である。
【００４４】
第１２発明では、第１０又は第１１発明における処理回路は夫々、データベースに記憶されている所定のデータの内容に応じて停止又は起動する。これにより、制御システムの状態が総合的に所定の状態であるときには、接続される各機器に対する処理さえも停止させるなど、状態に応じてより複雑な演算、動作の制御を実行することが可能となるほか、電力消費量も抑えることができる。
【００４５】
第１３発明では、入出力装置は各機器及び制御装置にて入出力されるデータをデータベースに集約して記憶しているから、データベース全体のデータの内容、例えば数値情報又は真偽情報を総合的に考慮して異常を検知することが可能である。入出力装置が各機器からの各データを制御装置へ逐次出力して制御装置にて異常を検知する構成よりも、入出力されるデータ量も節減されて効率的である。また、入出力装置により複数の機器が一元管理されるため、夫々の機器のデータから異常状態をより詳細に識別することもできる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明による場合、アクチュエータ、センサなどの各機器と、センサから出力されるデータに基づいてアクチュエータに制御データを与えて制御する制御装置とを含む制御システムで、各機器と制御装置との間の入出力が入出力装置に集約されることで、通信線、信号線等を削減することができるのでシステムの省線化を図ることができる。
【００４７】
更に、入出力装置にて、制御装置が必要とするタイミングで必要なデータが適宜出力されるので、制御装置はデータを好ましいタイミングで取得して処理を行なうことができ、制御装置がタイミングを見計らって他の制御装置へ送信するなどの処理を行なう必要がなくなる。制御システム全体におけるデータの授受の効率化、最適化が為されて、データ量の節減ができることから、データの授受の高速化も実現できる。
【００４８】
入出力装置は、データベースにより各機器の状態の変化、制御装置からの要求の変化を認識することができるため、その状況に応じて動作を変更でき、各機器の制御方法の変更、制御装置がデータを必要とするタイミングを変更することができる。
【００４９】
また、各機器又は制御装置からデータを集約して記憶している入出力装置が行なうことで効率化される処理は、入出力装置にて行なわれる。これにより、制御装置における処理負荷を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１における車載制御システムの構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図３】対応テーブルの内容例を示す説明図である。
【図４】実施の形態１における入出力処理部による処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１における入出力処理部が対応テーブルを更新する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態３における車載制御システムの構成を示す構成図である。
【図８】実施の形態３におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態３におけるＩＯＵによる異常検知の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態４におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図１１】制御システムの典型的構成と、各ＥＣＵから送信されるデータの内容及びデータを必要とするタイミングとを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、車両に搭載されている多数のアクチュエータ、センサ及びＥＣＵを含む車載制御システムに本発明に係る入出力装置を用いた例を挙げて説明する。
【００５２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における車載制御システムの構成を示す構成図である。車載制御システムは、車両の前部に搭載された温度センサ若しくはカメラ、タイヤの軸に取り付けられる車輪速センサ、又はヨーレートセンサなどの各種センサ１，１，…と、ヘッドライト、スモールランプ、リアランプ、ドアロックなどボディ系の各種アクチュエータ２，２，…と、各種センサ１，１，…から得られるデータに基づいてアクチュエータ２，２，…の動作を制御するＥＣＵ３，３と、異なるネットワーク間のデータの授受を中継するＧＷ（Gate Way）４とを含み、更に、各種センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…と、ＥＣＵ３，３との間の入出力装置（図示及び以下の説明にてＩＯＵ（In-Out Unit：入出力ユニット）という）５，５，…とを含む。
【００５３】
各種センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…は夫々、信号線６，６，…によりＩＯＵ５，５，…に接続されている。センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…間は、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）により通信する構成としてもよい。
【００５４】
ＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、及びＩＯＵ５，５，…は夫々、ＣＡＮ（Controller Area Network）バス７に接続されており、相互に制御用のデータを送受信する。実施の形態１ではＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、及びＩＯＵ５間の通信のプロトコルはＣＡＮとするが、これに限らず、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等でもよい。一部のＩＯＵ５は異なるＩＯＵ５に信号線６により接続されている。
【００５５】
ＩＯＵ５，５，…には夫々、車両内で近傍に配置されているセンサ１，１，…とアクチュエータ２，２，…とが接続されている。図１に示す例では、車両前部の左部分に１つのセンサ１と、３つのアクチュエータ２，２，２とが近くに配されており、これらは１台のＩＯＵ５に接続されている。また、車両前部中央に配されているセンサ１，１も、同一のＩＯＵ５に接続されている。センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…が、ＥＣＵ３，３に各々接続される構成でなく、近傍に配置されるＩＯＵ５，５，…に接続されて、ＩＯＵ５，５，…によりＥＣＵとの間の入出力が集約されることで、信号線６，６，…の長さも比較的短くて済む点、省線化に効果的である。
【００５６】
また、実施の形態１では図１に示すように、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…は、各々に対応するＥＣＵと接続される構成でなく、ＩＯＵ５，５，…によって集約されてＥＣＵ３，３に接続される構成としている。これにより、ＥＣＵ３，３の統合も容易になるほか、統合によるＥＣＵ数の削減と、これによるＣＡＮバス７の数の削減ができる。この点でも省線化に効果的である。
【００５７】
各センサ１，１，…で得られる制御データは、近くに配置されていて同一のＩＯＵ５に接続されるアクチュエータ２の動作の制御に用いられるとは限らない。車載制御システムでは、物理的配置における距離と、機能的配置における距離とは異なるからである。例えば、車両の後部に搭載されているセンサ１にて得られる測定値などのデータが前部で動作するアクチュエータの制御に必要である場合がある。また、その測定値のデータが必要なタイミングは、測定値のデータの利用のされ方によっても異なる。例えば、アクチュエータ２の回転数を決定して制御データを求めるためには、測定値データは３０ｍｓｅｃ毎にＥＣＵ３により必要とされるが、他のアクチュエータ２のオン／オフの切替を決定するためには、１００ｍｓｅｃ毎でよい場合などが考えられる。
【００５８】
そこで、実施の形態１におけるＩＯＵ５，５，…は、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…とＥＣＵ３との間の入出力を物理的に集約するのみならず、ＩＯＵ５，５，…から出力される段階で、出力するデータの内容、データの精度などを適宜、当該データを用いるＥＣＵ３からの必要に応じて調整して出力する。
【００５９】
ＩＯＵ５，５，…にこのような機能を実現させるための構成について説明する。図２は、実施の形態１におけるＩＯＵ５の内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ５はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途集積回路）で構成され、ＣＡＮバス７に接続する通信部５１と、記憶部５２と、センサ１，１，１及びアクチュエータ２，２夫々に対応して特定の処理を行なうべく構成された処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄと、入出力処理部５４と、対応テーブル５５とが備えられている。
【００６０】
通信部５１は、ＣＡＮバス７を介した通信を実現するためのＣＡＮトランシーバ、及びＣＡＮコントローラの機能を有し、ＣＡＮバス７における通信を制御する。通信部５１は、後述するように入出力処理部５４からデータが与えられた場合、当該データをＣＡＮプロトコルの信号（ＣＡＮフレーム）に載せ、ＣＡＮトランシーバにて物理層における信号の送信を実現する。また、通信部５１は、ＣＡＮバス７にて他のＥＣＵ３，３、ＩＯＵ５、及びＧＷ４から送信されたデータ、データの送信要求などのＣＡＮフレームを受信した場合、データを抽出して入出力処理部５４へ通知する。
【００６１】
記憶部５２は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のランダムアクセスメモリを用いる。記憶部５２には、ＩＯＵ５に接続されているセンサ１，１，…から出力されたデータ、アクチュエータ２，２，…の動作状態などを示すデータ、後述する処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄのいずれかによる演算結果のデータなどを含むデータベース（ＤＢ：Data Base）５６が記憶されている。データベース５６には、ＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４又はＩＯＵ５，５，…から送信されて通信部５１にて受信することにより入力された制御用のデータも記憶される。
【００６２】
処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは夫々、センサ１又はアクチュエータ２に接続されている。そして、処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄはいずれもデータベース５６にアクセスが可能であって、データベース５６へのデータの書き込み、又はデータベース５６からのデータの抽出が可能である。
【００６３】
図２に示す例では、処理回路５３ａにはセンサ１及びアクチュエータ２が接続されている。処理回路５３ａは、接続されているセンサ１により得られるセンサ情報に基づき、アクチュエータ２の動作量を演算して直接的にアクチュエータ２の動作を制御するようにしてある。そして処理回路５３ａは、センサ１により得られたセンサ情報のデータ、及びアクチュエータ２の動作状態を示すデータをデータベース５６に書き込む。このとき、センサ１及びアクチュエータ２が夫々、ＩＯＵ５の処理回路５３ａによりハードウェア的に処理されるから、ＥＣＵで制御する必要が無く、ＥＣＵの処理負荷が軽減される。そしてアクチュエータ２の動作状態を示すデータがデータベース５６に記憶される。したがって、他のアクチュエータ２の制御のためにＥＣＵ３，３から当該動作状態を示すデータが必要とされた場合、ＩＯＵ５が出力することにより、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、及び他のＩＯＵ５，５，…でも状況を把握して適宜制御に用いることができる。
【００６４】
処理回路５３ｂには、センサ１が接続されている。処理回路５３ｂは、接続されているセンサ１により得られる測定値などのセンサ情報を抽象化してデータベース５６に書き込む。例えば、センサ１が車輪速センサである場合、具体的には時間当たりの回転数が物理量として得られるのに対し、処理回路５３ｂは回転数の値を３段階、即ち低速、中速、高速に区別し、夫々に対応する状態を示すデータにしてデータベース５６に書き込む。したがって、データベース５６で車輪速は、具体的な回転数ではなく低速、中速、又は高速などの抽象化された情報にて記憶される。
【００６５】
処理回路５３ｃには、更に別のセンサ１が接続されている。処理回路５３ｃは、接続されているセンサ１により得られる測定値などのセンサ情報と、他のセンサ１からのセンサ情報、例えばＣＡＮバス７を介して他のＩＯＵ５から送信されてデータベース５６に記憶されているセンサ情報とに対する所定の演算処理を行ない、処理回路５４ｄへ演算結果を通知する。
【００６６】
処理回路５３ｄには、アクチュエータ２が接続されている。処理回路５３ｄは、処理回路５３ｃからの演算結果と、データベース５６から抽出した所定のデータとに基づいてアクチュエータ２の動作量を決定して動作を制御するようにしてある。更に処理回路５３ｄは、アクチュエータ２の動作状態を示すデータをデータベース５６に書き込む。
【００６７】
処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは、データベース５６の所定のデータの内容に応じて、自身の停止又は起動を制御するように構成されている。例えば、外部からイグニッションスイッチの状態を示すデータが送信された場合、後述するように入出力処理部５４は通信部５１によりこれを受信してデータベース５６に書き込む。例えば処理回路５３ａは、イグニッションスイッチの状態がアクセサリーオン、イグニッションオン、スタートである場合に起動するように構成され、処理回路５３ｂは、イグニッションオンである場合のみに起動するように構成されている。
【００６８】
入出力処理部５４も特定の処理をすべく構成された回路で実現され、対応テーブル５５、及びデータベース５６にアクセスが可能である。入出力処理部５４は、対応テーブル５５に記憶されているデータの識別情報と、前記データの出力タイミングとの対応に基づき、データベース５６からデータを抽出して通信部５１を介してＥＣＵ３，３、及びＧＷ４へデータを送信する。
【００６９】
このように、データベース５６に記憶されているデータは、ＩＯＵ５において一元管理の下に直接的に各センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…から得られているから、各データが更新される時間差を小さくすることができる。したがって、入出力処理部５４が、データベース５６から複数のデータを抽出して送信する場合、データの同時性も向上する。
【００７０】
なお、対応テーブル５５は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いる。対応テーブル５５には、入出力処理部５４が参照することができるように、データの識別情報と、各データの出力タイミングとの対応が予め記憶されている。対応テーブル５５の内容は、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…における処理に必要とされるデータと、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…で必要とするタイミングとの対応であり、車載制御システムの設計に応じて予め記憶されるものである。
【００７１】
図３は、対応テーブル５５の内容例を示す説明図である。図３に示すように、対応テーブル５５には、データを識別するデータＩＤと、データの出力タイミングとの対応が含まれている。
【００７２】
例えば、データＩＤ「１」のデータは、５０ｍｓｅｃ毎に一定周期でデータベース５６から抽出されてＩＯＵ５から出力されるべきであることが示されている。
【００７３】
データＩＤ「２」のデータは、ＴＲＵＥ（１）からＦＡＬＳＥ（０）かの真偽情報であるが、ＦＡＬＳＥ（０）からＴＲＵＥ（１）へ、ＴＲＵＥ（１）からＦＡＬＳＥ（０）へ変化した時点か、又は１００ｍｓｅｃ毎の一定周期で、データＩＤ「５」のデータと組み合わせてＩＯＵ５から出力されるべきであることが示されている。
【００７４】
データＩＤ「３」のデータは、例えば８ビットの数値情報であるが、その数値が所定の閾値Ｐ1 以上へと変化した時点の最初の１回のみ出力されるべきであることが示されている。その後数値が閾値Ｐ1 以上である期間は出力せずともよい。再度閾値Ｐ1 未満に変化した場合は、再度閾値Ｐ1 以上へ変化するまでは出力されず、再度変化した場合に最初の１回目のみ出力される。
【００７５】
データＩＤ「４」のデータは、数値情報であるデータＩＤ「１０」のデータの値が所定の閾値Ｐ2 未満へ変化した時点と、データＩＤ「１０」のデータの値が所定の閾値Ｐ2 未満である期間のみ１００ｍｓｅｃ毎の一定周期でＩＯＵ５から出力されるべきであることが示されている。
【００７６】
入出力処理部５４の処理手順をフローチャートを参照して説明する。図４は、実施の形態１における入出力処理部５４による処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００７７】
入出力処理部５４は、出力タイミングには一定周期毎に出力すべきものなどがあるために、内蔵するタイマにより時間を計測する（ステップＳ１１）。入出力処理部５４は、対応テーブル５５を参照し（ステップＳ１２）、データベース５６も参照し（ステップＳ１３）、計測中の時間経過、又はデータベース５６におけるデータの変化の有無など、対応テーブル５５の出力タイミングの条件に適合したデータがデータベース５６に有るか否かを判断する（ステップＳ１４）。
【００７８】
入出力処理部５４は、出力タイミングの条件に適合したデータがデータベース５６に無いと判断した場合（Ｓ１４：ＮＯ）、処理をステップＳ１１へ戻して時間の計測を継続し、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理を実行する。入出力処理部５４は、出力タイミングの条件に適合したデータがデータベース５６に有ると判断した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、データベース５６から該当するデータを抽出し（ステップＳ１５）、複数のデータが必要とされているときはデータを適宜組み合わせて出力し（ステップＳ１６）、処理を終了する。
【００７９】
このように、ＩＯＵ５，５，…が、対応テーブル５５に記憶されている出力タイミングに従って、データベース５６のデータを出力するから、不要なデータが不要なタイミングでＥＣＵ３，３へ送信されることがない。例えば、図３に示したデータＩＤ「３」のデータは毎回出力されることは必要とされていない。これを用いるＥＣＵ３，３では、値が閾値Ｐ1 以上となった最初のタイミングにしか必要でないのに、値が閾値Ｐ1 以上である期間は常に送信されるなどの構成では、必要でないデータがＣＡＮバス７に送信されることになり、データの授受は非効率的である。このとき、不要なデータの送受信にＣＡＮバス７が使用され、データの授受に遅延が発生する一因となり得る。しかしながら、ＩＯＵ５，５，…が、ＥＣＵ３，３が必要とするデータのみ出力することにより、データの授受は効率化される。
【００８０】
なお、ＩＯＵ５，５，…は、ＥＣＵ３，３からのデータ送信要求に応じて対応テーブル５５の内容を更新してもよい。図５は、実施の形態１における入出力処理部５４が対応テーブル５５を更新する処理手順の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ３，３，…は、ＣＡＮのリモートフレームを送信するなどにより、必要なデータの送信を当該データを出力できる他のＣＡＮ通信ノードへ要求することができる。以下の処理は、ＩＯＵ５の通信部５１により当該リモートフレームが受信されたことを契機に実行される。
【００８１】
入出力処理部５４は、通信部５１によりＣＡＮバス７を介して送信されたデータの送信要求が受信された場合、これを受け付ける（ステップＳ２１）。入出力処理部５４は、対応テーブル５５を参照し、ステップＳ２１にて受け付けたデータの送信要求に相当する対応が有るか否かを判断する（ステップＳ２２）。
【００８２】
入出力処理部５４は、ステップＳ２２にて無いと判断した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、データの送信要求に係るデータの識別情報（データＩＤ）と、当該データの出力タイミングとの対応を対応テーブル５５に追加する（ステップＳ２３）。これにより、対応テーブル５５はＥＣＵ３，３からの最新の要求に対応して更新される。
【００８３】
入出力処理部５４は、データの送信要求に応じてデータベース５６から必要なデータを抽出し（ステップＳ２４）、複数のデータが必要とされているときはそれらのデータを適宜組み合わせて出力し（ステップＳ２５）、処理を終了する。
【００８４】
ステップＳ２２にて有ると判断された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、入出力処理部５４は、対応テーブル５５はそのままで、必要なデータをデータベース５６から抽出して（Ｓ２４）、必要な場合にはデータを組み合わせ、データを出力し（Ｓ２５）、処理を終了する。
【００８５】
なお、ＥＣＵ３，３からのデータの送信要求に応じて対応テーブル５５に対応を追加して更新するのみならず、異なる出力タイミングとすべき場合には、対応テーブル５５の一部を消去して更新するなどの処理を行なってもよい。
【００８６】
このように、予め対応テーブル５５に記憶させていたデータの識別情報と出力タイミングとの対応のみならず、ＥＣＵ３，３からの新たな要求に対しても対応を対応テーブル５５に追加することにより、その後ＥＣＵ３，３への出力が効率化される。例えば、車載制御システムが配設された後、新たにＥＣＵ３がプラグインされた場合に、対応テーブル５５をＩＯＵ５自身で書き換えることができ、システムの変更に柔軟に対応することが可能である。
【００８７】
実施の形態１では、車載制御システムはＩＯＵ５，５，…を４つ含む構成とし、各ＩＯＵ５，５，…は夫々記憶部５２にデータベース５６を記憶する構成とした。記憶部５２のデータベース５６の内容を定期的に相互に同期させる処理を行なってもよい。この場合、ＣＡＮバス７は定期的に、データベース５６の内容を同期する処理に占有され、各ＩＯＵ５，５，…は、データベース５６に記憶しているデータを他のＩＯＵ５，５，…へ送信し、データベース５６の内容が共有化される。これにより、ＩＯＵ５，５，…から夫々アクチュエータ２，２，…にデータを与える場合、異なるＩＯＵ５，５，…から出力されるデータの内容は同一である。この場合、同期が完了するまではデータは出力されないので即時性では劣るものの、データの同時性が向上する。
【００８８】
実施の形態１においてＩＯＵ５は、ＡＳＩＣで構成されるとした。しかしながら、ＩＯＵ５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により構成されてもよい。
【００８９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、ＩＯＵ５，５，…は、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…にて必要なデータが、データベース５６に記憶されているデータから演算によって得られるデータである場合、ＩＯＵ５，５，…にて演算処理を行なってから出力する。
【００９０】
図６は、実施の形態２におけるＩＯＵ５の内部構成を示すブロック図である。実施の形態２に示すように、ＩＯＵ５の構成は、演算部５７が追加されていること以外は、実施の形態１における構成と同様である。車載制御システムの全体構成も、実施の形態１と同様であるため、共通する構成については実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９１】
演算部５７は、記憶部５２のデータベース５６にアクセスすることが可能であり、データベース５６に記憶されている特定のデータに対して特定の演算処理を行なうべく構成されている。演算処理の結果得られた数値情報、又は真偽情報などのデータは、入出力処理部５４により直接的に通信部５１から、当該データを必要とするＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又はＩＯＵ５，５，…へ送信する。これにより、データを必要とするＥＣＵ３，３、ＧＷ４又はＩＯＵ５，５，…にて演算せずともよいから、処理負荷を軽減することができる。
【００９２】
演算部５７は、演算処理の結果得られたデータをデータベース５６に記憶してもよい。これにより、入出力処理部５４はデータベース５６から抽出することによって演算結果のデータをＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…へ送信することが可能である。演算処理の結果のデータをデータベース５６に記憶することにより、ＩＯＵ５内における処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄも、演算処理の結果を用いてアクチュエータ２，２の動作を制御することが可能である。
【００９３】
なお、演算部５７による演算内容は、対応テーブル５５に含まれてもよい。例えばデータＩＤ「４」のデータについては、データＩＤ「１０」のデータ値がＰ2 未満であるか否かによって出力するかのみならず、データＩＤ「１０」のデータ値をデータＩＤ「４」のデータ値に乗算させた結果を出力するとしてもよい（図３参照）。また、夫々演算式が含まれていてもよい。この場合、対応テーブル５５の更新により、演算部５７による処理内容を変更することができる。
【００９４】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２では、ＩＯＵ５，５，…は、ＣＡＮ通信が可能な通信部５１を備えてＣＡＮバス７に直接的に接続される構成とした。しかしながら、ＩＯＵ５は通信部５１を備えずともよく、信号線６によりＥＣＵ３，３に接続されて、ＣＡＮバス７における通信はＥＣＵ３，３にて実現される構成としてもよい。
【００９５】
図７は、実施の形態３における車載制御システムの構成を示す構成図である。実施の形態３における車載制御システムのセンサ１，１，…、及びアクチュエータ２，２，…の配置は実施の形態１と同様である。また、ＥＣＵ３，３，…及びＧＷ４がＣＡＮバス７に接続されていることも実施の形態１と同様である。ＥＣＵ３，３，…及びＧＷ４の機能も実施の形態１と同様である。共通する構成は実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９６】
図７に示すように、実施の形態３では、センサ１，１，…、及びアクチュエータ２，２，…はＩＯＵ８，８，…に接続されている。ＩＯＵ８，８，…の配置は実施の形態１のＩＯＵ５，５，…と同様であるが、ＩＯＵ８，８，…はＣＡＮバス７での通信を行なう機能を持たず、ＥＣＵ３，３，…を介してＣＡＮバス７に接続されている点が異なる。ＩＯＵ８，８，…は、ＥＣＵ３，３，…に信号線６により接続されている。一のＩＯＵ８は、他のＩＯＵ８と信号線６を介して接続されている。
【００９７】
これに応じて、ＥＣＵ３は、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）を用いて構成されている場合にはマイコンのＩ／Ｏなど、入出力部、またはシリアル通信部などによりＩＯＵ８と信号を入出力することができるようにしてある。そしてＥＣＵ３は、ＩＯＵ８から出力されるデータの信号を受け付けた場合、自身が備えるＣＡＮコントローラ及びトランシーバの機能によりＣＡＮフレームにデータを載せてＣＡＮバス７へ送信する。
【００９８】
以下、実施の形態３におけるＩＯＵ８，８，…の内部構成及び処理について説明する。図８は、実施の形態３におけるＩＯＵ８の内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ８は、実施の形態１におけるＩＯＵ５同様にＡＳＩＣにより構成され、ＥＣＵ３との信号の入出力をするためのＩ／Ｏ８１と、記憶部８２と、処理回路８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄと、入出力処理部８４と、対応テーブル８５とを備える。記憶部８２には、データベース８６が記憶されている。更に、実施の形態３におけるＩＯＵ８は上述の構成部に加えて、データベース８６のデータ群の内容に基づいて異常を検知する異常検知部８８を備えている。
【００９９】
記憶部８２、処理回路８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ、入出力処理部８４、対応テーブル８５、及びデータベース８６は、実施の形態１におけるＩＯＵ５の記憶部５２、処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，８５ｄ、入出力処理部５４、対応テーブル５５、データベース５６の構成及び機能が同じであるので、詳細な説明を省略する。
【０１００】
Ｉ／Ｏ８１は、ＥＣＵ３とのインタフェースである。Ｉ／Ｏ８１は、ＥＣＵ３へのデータ、又は要求などを示す信号の送信を実現する。入出力処理部８４は、対応テーブル８５に基づき、データベース８６からデータを抽出してＩ／Ｏ８１によりＥＣＵ３へ送信する。ＥＣＵ３が他のＥＣＵ３から受信したＣＡＮフレームから抽出したデータ、又はデータの送信要求をＩＯＵ８へ出力した場合、ＩＯＵ８はＩ／Ｏ８１によりこれを入力し、データである場合はデータベース８６に記憶し、データの送信要求であった場合は、当該送信要求に応じたデータの送信処理を行なう。
【０１０１】
このようにＩＯＵ８は、通信手段を必ずしも持たずともよい。ＥＣＵ３では、ＩＯＵ８から出力されたデータに、対応するＣＡＮのＩＤを付加してＣＡＮフレームに載せてＣＡＮバス７へ送信する。これにより、ＥＣＵ３にてフレームの出力タイミングの調整処理を行なわずともよい点で、処理負荷が軽減される。このとき、ＩＯＵ８ではＡＳＩＣにより処理を行なう構成であるからＩＯＵ８における処理は高速である。
【０１０２】
異常検知部８８は、異常検知処理をすべく構成された回路である。異常検知部８８は、データベース８６にアクセスが可能であり、入出力処理部８４とも接続されている。異常検知部８８は、データベース８６の内容を総合的に判断して、車両内外の状況に対する異常、車両内に配置されている各装置の異常、及び、センサ１，１，…、又はアクチュエータ２，２，…の動作状態の異常を検知する。例えば、データベース８６に記憶されているデータの内のいずれかが、外気温度を示す数値情報である場合、数値情報が８０℃に対応するときは、ＩＯＵ８の異常検知部８８が異常を検知する。この場合、車両内に搭載される温度センサが異常である可能性がある。この場合、ＥＣＵ３へ外気温度のデータを出力してＥＣＵ３で判断させるまでもない。
【０１０３】
異常検知部８８は内蔵するメモリに、異常検知対象の特定のデータに対する異常検知条件、例えば閾値を記憶しておく。異常検知部８８は、一定時間が経過する都度、データベース８６の内容を参照し、特定のデータの数値情報と閾値との大小の比較に基づいて異常を検知する。また、複数の特定のデータの内容に基づいて異常状態をより細かく設定してもよい。例えば異常検知部８８は、複数の特得のデータの内の一のデータが真偽情報であって、他のデータが数値情報である場合、前記一のデータがＦＡＬＳＥであって、数値情報が所定の閾値以上であるときは異常が予見されるなどと異常を検知してもよい。このような判断で、アクチュエータ２，２，…のいずれかの動作状態の異常を検知できる。更に、上述の例における外気温度を示す数値情報について時間を経た変化率が所定の閾値以上であるか否かにより、異常を検知することも可能である。
【０１０４】
異常検知部８８は、上述のように種々の方法にて異常を検知、又は異常が予見されると検知した場合、入出力処理部８４に通知する。入出力処理部８４は、異常検知部８８から通知を受けた場合、エラー発生を示すエラー通知をＩ／Ｏ８１によりＥＣＵ３へ出力する。これにより、ＥＣＵ３からエラー通知が他のＥＣＵ３，３，…へ送信され、車載制御システム全体で異常を検知することが可能である。なお、異常検知部８８は、異常であること及び異常コードなどを示す診断データをデータベース８６に記憶し、入出力処理部８４によりＥＣＵ３へ出力することを可能としてもよい。
【０１０５】
図９は、実施の形態３におけるＩＯＵ８による異常検知の処理手順の一例を示すフローチャートである。異常検知部８８は、一定時間が経過する都度に、以下に示す処理を行なう。
【０１０６】
異常検知部８８は、データベース８６から異常検知対象のデータを抽出し（ステップＳ３１）、抽出したデータの数値情報又は真偽情報が、内蔵するメモリに記憶してある異常検知条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ３２）。異常検知部８８は、異常検知条件を満たさないと判断した場合（Ｓ３２：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。異常検知部８８は、異常検知条件を満たすと判断した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、異常を入出力処理部８４へ通知し（ステップＳ３３）、処理を終了する。
【０１０７】
このように、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…などの機器が集約されて直接的に接続されているＩＯＵ８にて、データベース８６に各機器から得られるセンサ情報、制御状態を示す情報などのデータが記憶されるから、各データを総合的に監視して異常を検知することができる。ＥＣＵ３，３，…は、ＩＯＵ８，８，…により出力され、他のＥＣＵ３，３，…からも送信されるデータに基づいて異常を検知することはできる。特にＧＷ４は、複数のＣＡＮバス７に接続され、前記複数のＣＡＮバス７，７に接続されている全ＥＣＵ３，３，…からのデータを取得できるから、データを集約して記憶しておくことにより、より総合的に判断することができる。しかしながら、同一のＩＯＵ８に接続されているセンサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…についての異常検知については、ＥＣＵ３，３，…、又はＧＷ４が各機器からデータを集めて異常か否かを判断するよりも、ＩＯＵ８にて異常を検知する方が即時性も向上し、ＥＣＵ３，３，…又はＧＷ４の処理負荷も軽減される。
【０１０８】
実施の形態２におけるＩＯＵ８の異常検知部８８は、内蔵するメモリに異常検知条件を記憶しておき、異常検知の監視対象である特定のデータと異常検知条件とを比較して異常であるか否かを判断する構成とした。しかしながら、本発明における異常検知はこれに限らず、例えば対応テーブル８５に異常検知条件を付加して記憶しておく構成としてもよい。この場合、対応テーブル８５は書き換え可能であるから、異常検知条件を柔軟に変更できる。このとき異常検知部８８は、対応テーブル８５を参照することが可能に構成され、データベース８６と対応テーブル８５の異常検知条件とを比較して異常を検知する。
【０１０９】
なお、実施の形態２においてＩＯＵ８，８，…と、センサ１，１，…、及びアクチュエータ２，２，…との間、及びＩＯＵ８，８，…との間は信号線６のみならず、ＬＩＮなどのネットワークでもよい。
【０１１０】
（実施の形態４）
実施の形態１乃至３では、ＩＯＵ５又はＩＯＵ８はＡＳＩＣにより構成されてハードウェア的に各処理を行なう構成とした。ハードウェア的な構成により、複数の機器、即ちセンサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…からの入出力を各処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ（８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ）にて並行的に処理でき、ＩＯＵ５（ＩＯＵ８）における処理を高速化できた。しかしながら本発明はこれに限らず、ＩＯＵは、マイコンを用いて制御プログラムに基づいて動作する構成としてもよい。
【０１１１】
実施の形態４では、ＩＯＵをマイコンを用いて実現する。ＩＯＵの内部構成以外の車載制御システムの構成は、実施の形態１における構成と同様であるため、説明を省略する。以下、マイコンでＩＯＵを実現する場合の例について説明する。
【０１１２】
図１０は、実施の形態４におけるＩＯＵ５０の内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ５０は、ＣＰＵ５０１、ＲＡＭ５０２、メモリ５０３、Ｉ／Ｏ５０４、ネットワークコントローラ５０５を含むマイクロコンピュータ（マイコン）５００と、通信用のトランシーバ５０６とを備える。
【０１１３】
ＲＡＭ５０２は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭなどを用い、データベース５０６が記憶されている。メモリ５０３は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory ）などの不揮発性メモリを用いる。メモリ５０３には、コンピュータをＩＯＵとして動作させるための制御プログラム５０Ｐと、対応テーブル５０７が記憶されている。
【０１１４】
マイコン５００のＣＰＵ５０１は、メモリ５０３に記憶されている制御プログラム５０Ｐに基づく処理を実行する。これにより、ＣＰＵ５０１は、実施の形態１乃至３における入出力処理回路５４（８４）としての機能を実現する。また、ＣＰＵ５０１は、制御プログラム５０Ｐに基づき、実施の形態１乃至３における処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ（８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ）の機能を夫々、第１処理部５０８ａ，５０８ｂ，５０８ｃ，５０８ｄとして実現する。
【０１１５】
Ｉ／Ｏ５０４はマイコンのインタフェースであり、各センサ１，１，…、アクチュエータ２，２，…が夫々信号線により接続される。センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…はＩ／Ｏアドレスにて区別される。ＣＰＵ５０１の第１処理部５０８ａ，５０８ｂ，５０８ｃ，５０８ｄとしての機能により、夫々対応するセンサ１，１，…又は空く中テータ２，２，…から値が入力されたレジスタを参照してデータベース５０６に記憶する。
【０１１６】
ネットワークコントローラ５０５は、マイコンのＣＡＮ通信を実現し、与えられた信号からＣＡＮフレームを作成してトランシーバ５０６へ与えてＣＡＮバス７を介した通信を実現する。ネットワークコントローラ５０５及びトランシーバ５０６にて、実施の形態１のＩＯＵ５の通信部５１に対応する。ＣＰＵ５０１は、メモリ５０３の対応テーブル５０７の出力タイミングに基づいてデータベース５０６から抽出したデータをネットワークコントローラ５０５及びトランシーバ５０６によりＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５０，５０，…へ送信する。また、ＣＰＵ５０１は、ネットワークコントローラ５０５及びトランシーバ５０６によりＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５０，５０，…から受信したデータをデータベース５０６に記憶する。
【０１１７】
その他、ＣＰＵ５０１の入出力処理部としての機能は、実施の形態１と同様であるから詳細な説明は省略する。勿論、ＣＰＵ５０１は、実施の形態３における異常検知部８８としての機能を発揮してもよい。このように、ＩＯＵ５０は、マイコンを用いた構成でも実現することが可能である。
【０１１８】
実施の形態４では、ＩＯＵ５０を全体としてマイコン制御とする構成とした。しかしながら、入出力処理部、及び通信部の機能は実施の形態４のようにマイコン制御とし、第１〜第４処理部（５０８ａ〜５０８ｄ）の処理は、実施の形態３のように処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄにより実現する構成としてもよい。
【０１１９】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２０】
１ センサ（機器）
２ アクチュエータ（機器）
３ ＥＣＵ（制御装置）
５ ＩＯＵ（入出力装置）
５２ 記憶部
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ 処理回路
５４ 入出力処理部（出力手段）
５５ 対応テーブル
５６ データベース
５０ ＩＯＵ（入出力装置）
５０１ ＣＰＵ（出力手段）
５０２ ＲＡＭ（記憶部）
５０６ データベース
５０７ 対応テーブル
８ ＩＯＵ
８２ 記憶部
８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ 処理回路
８６ データベース
８８ 異常検知部（異常検知手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の機器と、該複数の機器からの情報を使用して機器の制御を行なう制御装置との間で前記複数の機器の制御装置に対する入出力を処理する入出力装置に関する。特に、各機器から入力されるデータをデータベースとして集約して記憶しておくことでデータの出力タイミングなどを適宜調整することなどを可能とし、データの授受の高速化及び効率化、機器の制御を行なう制御装置における処理負荷の軽減を図ることができる入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、多数の機器を制御して、全体として多様な機能を実現させる制御システムが普及している。機器には夫々制御装置が接続され、更に各制御装置に通信手段を設けて相互にデータを交換させ、個々の制御装置が独立した制御を行なうのではなく、他の制御装置などを介して得られるデータに基づいて自身に対応する制御対象の機器を制御するなど、連携して制御を実行する制御システムが各分野で利用されている。
【０００３】
このような制御システムでは、機能の増加に伴ない、制御対象の機器の数も増加すると共に、制御に用いるデータを取得、又は測定するセンサなどの機器の数も増加する。
【０００４】
特に車両の分野では、各種機能に対応するアクチュエータ又はセンサなどの機器が多数車内に配され、各機器を制御する制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）が各々に対応して配されて動作している。車両の制御は機械的制御から電気的制御へ移行しつつあり、更に、制御システムによって実現される機能の特化、実現できる機能の増加及び多様化が進んでいる。これにより、車両に搭載されるアクチュエータ、センサなどの機器が増加している。
【０００５】
このように、制御対象の機器、又は制御に用いるデータを取得するセンサなどの機器の数は増大する。機器の数が増大した場合、各機器に各々制御装置が対応する構成では、制御装置の数も増大して相互の通信における通信負荷が重くなるなどの事態が考えられる。この場合、データの送受信の遅れの発生の問題、又は、ほぼ同時に受信することが期待されるデータの受信タイミングに時間差が生じるなどの問題が起こる。
【０００６】
図１１は、制御システムの典型的構成と、各ＥＣＵから送信されるデータの内容及びデータを必要とするタイミングとを模式的に示す説明図である。図１１に示す制御システムは、ＥＣＵ９１，９２，９３，９４を含む。ＥＣＵ９１，９２，９３，９４はいずれも通信線９５にバス型に接続され、相互に通信することが可能である。
【０００７】
ＥＣＵ９１には、図示しない１又は複数のセンサが接続されており、ＥＣＵ９１はセンサから得られるデータを一定周期で送信するようにしてある。ＥＣＵ９２には、図示しないアクチュエータが接続されており、ＥＣＵ９２がアクチュエータの動作を制御するようにしてある。ＥＣＵ９３は、判定処理などを行なうようにしてある。ＥＣＵ９４にも図示しない１又は複数のセンサが接続されており、ＥＣＵ９４はセンサから得られるデータを一定周期で送信するようにしてある。
【０００８】
例えば、ＥＣＵ９１は、センサにて得られるデータに基づき、ＥＣＵ９２，９３，９４が必要とするデータを組み合わせてフレームＡとして通信線９５へ送信するようにしてある。このときＥＣＵ９２は、ＥＣＵ９１からのデータを５０ｍｓｅｃ（ミリ秒）の周期で必要とし、ＥＣＵ９３はＥＣＵ９１からのデータを２０ｍｓｅｃの周期で必要とし、ＥＣＵ９４はＥＣＵ９１からのデータを６０ｍｓｅｃの周期で必要としているとする。この場合、ＥＣＵ９１は、最も短い周期の２０ｍｓｅｃにてフレームＡを送信する。ＥＣＵ９４も、センサにて得られるデータに基づき、ＥＣＵ９１，９２が必要とするデータを組み合わせてフレームＢとして通信線９５へ送信するようにしてある。ＥＣＵ９４は、ＥＣＵ９１，９２の内のいずれかがフレームＢを必要とする周期２０ｍｓｅｃ及び５０ｍｓｅｃの内、最も短い２０ｍｓｅｃにてフレームＢを送信するようにしてある。
【０００９】
ＥＣＵ９２は、フレームＡ及びフレームＢに含まれるデータと、自身が保有するデータとを用いた演算処理の結果に基づいてアクチュエータの動作を制御するようにしてある。フレームＡのデータとフレームＢのデータとがほぼ同時に得られたデータである場合、演算結果の精度が高まるから、同時に得られたデータであることが望ましい。例えば、フレームＡに含まれるデータとフレームＢに含まれるデータとが、５０ｍｓｅｃ程度異なるタイミングにて夫々センサからの入力に基づき得られたデータである場合、データの内容によっては演算結果の精度が低く制御に不適となる問題がある。
【００１０】
更にこの場合、ＥＣＵ９４は、フレームＡを６０ｍｓｅｃの周期にて受信できればよいにも拘わらず、ＥＣＵ９３が必要とする周期である２０ｍｓｅｃ毎にフレームＡを受信する。つまり、ＥＣＵ９４としては同一の内容のデータを不要に多く受信することになる問題がある。
【００１１】
他の例として、ＥＣＵ９１がセンサにて得られるデータを送信するに際し、ＥＣＵ９２は当該データを高精度のデータで必要とし、ＥＣＵ９３，９４は低精度のデータで十分であるとし、しかもＥＣＵ９２，９３，９４が当該データを必要とする周期は図１１に示すように異なる場合を考える。具体的には、ＥＣＵ９２はアクチュエータの制御のために、ＥＣＵ９１がセンサにて得られるデータを１６ビットの精度で必要とするが、ＥＣＵ９３，９４は同じデータを８ビットの精度で必要とする。この場合、ＥＣＵ９１が当該データを８ビットのデータにする演算後に１６ビットの精度のデータと共にフレームＣとして送信するのか、又は１６ビットの精度のデータのみをフレームＣとして送信し、ＥＣＵ９３，９４が夫々演算して用いるのか、両方の構成が考えられる。どちらの構成が好ましいかは、通信線９５における通信量の節減と、各ＥＣＵ９１，９２，９３，９４における演算負荷とのいずれを、システムにおける優先事項にするかによって定まる。
【００１２】
このような各種問題に対して、制御システム全体で各ＥＣＵが必要とするデータの送受信タイミング、通信量等を最適化するためには、フレームにいずれのデータをどれ程の精度で含めて送信するのか、そしてそのフレームをどのような周期で各ＥＣＵから送信させるのかを設計することが重要である。しかしながら、制御システムに含まれるセンサ、アクチュエータ、及びそれらに対応するＥＣＵの数の多さから、データの種類も膨大になり、設計は非常に複雑であり、設計工程に多大な労力がかかる。
【００１３】
一方、車両におけるＥＣＵを利用した制御システムでは、ワイヤー・ハーネスの肥大化、システムの構成部品点数の増加といった問題から、センサ、アクチュエータなどの機器との間の入出力を集約する構成が提案されている（特許文献１、２など）。また、ＥＣＵの数は上述のように増大しており、且つ１つの通信線に接続されるＥＣＵの数がリンギング防止などの問題から限られるから、通信線の数が増加する。車両の分野では特に、燃費の改善及び環境への影響を考慮して車両全体の軽量が重要な課題となっている。軽量化には通信線、信号線、電源線などの各種電線を含むワイヤハーネスの軽量化が大きく影響するので、各種電線自体の軽量化及び省線化が望まれている。
【００１４】
特許文献１では、入出力装置が各機器から得たデータを多重化して制御装置である車載ＥＣＵへ伝送する構成とすることにより、省線化を図っている。特許文献２では、通信により多重化したデータを送信する構成をシフトレジスタを用いて出力する構成とすることにより、ＥＣＵの部品点数を削減して小型化できる入出力装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−９５６５９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１、２に開示されているように、複数の機器から出力されたデータに対する演算を共通の演算手段で行ない、更に情報を多重化してＥＣＵへ通信により伝送するか、又はシフトレジスタを介して出力する構成により、通信線、信号線の削減を図ることができる。
【００１７】
特許文献１、２に開示されている構成では、センサなどから得られたデータをまとめて出力することができるものの、それらのデータを出力するタイミングをＥＣＵからの要求に応じて適宜調整することは考慮されていない。したがって、例えば入出力装置から各データをＥＣＵへ出力するタイミングは、センサなどから出力されたタイミングであろうと推測される。データの多重化についても、ＥＣＵが必要とするデータを組み合わせることを考慮していることは示唆されていない。このように、ＥＣＵが必要とするデータ、必要とするタイミングに応じたデータの授受の最適化のためには依然として、多大な労力をかけて入出力のタイミング及びフレームの設計を行なう必要がある。
【００１８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、制御システムを構成する複数の機器と各機器の制御装置との間でデータの入出力を処理する入出力装置が、一旦各機器からのデータを記憶しておき、適宜、制御装置からの必要に応じてデータの授受を実行することにより、システムの省線化を図ると共に、制御装置における処理負荷は軽減しつつも、制御システム全体におけるデータの授受の高速化及び効率化を図ることができる入出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第１発明に係る入出力装置は、データを入力又は出力する複数の機器と、いずれかの機器からのデータを使用するか、又は機器へデータを与えることにより機器を制御する１又は複数の制御装置との間に接続され、前記複数の機器の前記１又は複数の制御装置への入出力を処理するようにしてある入出力装置において、入出力されるデータを記憶するための記憶部を備え、該記憶部に前記複数の機器のいずれかから入出力されるデータをデータベース形式にて記憶する手段と、前記データベースに記憶されている１又は複数のデータに基づき、前記制御装置から必要とされるデータを必要とされるタイミングにて出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
第２発明に係る入出力装置は、前記制御装置から必要とされるデータの識別情報と、前記データが前記制御装置から必要とされる出力タイミングとの対応を示す対応テーブルを備え、前記出力手段は、前記対応テーブルの識別情報及び出力タイミングに基づいて、前記データベースからデータを読み出して出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２１】
第３発明に係る入出力装置は、前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータの変化の有無を判断する手段を備え、該手段が有と判断した場合に変化後のデータを出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２２】
第４発明に係る入出力装置は、前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータと所定値との比較に基づき前記データを出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２３】
第５発明に係る入出力装置は、前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータを複数組み合わせて出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２４】
第６発明に係る入出力装置は、前記制御装置からのデータ出力要求を受け付ける手段と、前記データ出力要求に応じて前記データベースからデータを抽出して出力する手段と、前記データ出力要求に基づき前記対応テーブルを更新する手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
第７発明に係る入出力装置は、前記制御装置から必要とされるデータを、前記データベースに記録されている１又は複数のデータを用いた演算により求める演算手段を備え、前記出力手段は、演算により求めたデータを出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２６】
第８発明に係る入出力装置は、前記演算手段により求めたデータを前記データベースに記憶するようにしてあることを特徴とする。
【００２７】
第９発明に係る入出力装置は、前記データベースに記憶されているデータを、前記複数の機器の内のいずれか特定の機器へ該特定の機器の動作を制御すべく出力する手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
第１０発明に係る入出力装置は、接続されている複数の機器夫々に対応して特定の処理を行なうべく構成される複数の処理回路を備え、前記複数の処理回路は夫々、前記データベースにデータを記憶し、又は前記データベースからデータを抽出する手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
第１１発明に係る入出力装置は、前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、対応する機器から出力されたデータに基づき他のデータを求める演算処理を行ない、演算結果に基づき制御データを他の機器に対応する処理回路へ出力する手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
第１２発明に係る入出力装置は、前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、前記データベースに記憶されているデータに基づき、対応する機器の動作の停止又は起動を制御する手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
第１３発明に係る入出力装置は、前記複数の機器が夫々、入力又は出力するデータに基づき、異常を検知する手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
第１発明では、複数の機器及び機器を制御する制御装置との間の入出力を処理する入出力装置にて、各機器又は制御装置からのデータを一旦データベースの形式にて集約して記憶しておく。データベースに集約されて記憶されていることにより、入出力装置は機器から出力されたタイミングで逐次制御装置へデータを出力するなどのように各機器と制御装置との間の入出力を中継するのみならず、適宜、制御装置が必要とするデータを必要とするタイミングとなるように調整してデータを出力することが可能である。これにより、必要なデータのみの授受となるので、無用なデータの授受、授受されるデータ量の節減など効率化、最適化を図ることができる。また、制御装置は複数の機器又は他の装置から夫々任意のタイミングで出力されるデータの入出力のタイミングの調整処理、データの時間精度の判定処理を行なうことなく制御処理のみに専念できる。
【００３３】
第２発明では、対応テーブルに基づき、データベースに集約されて記憶されているデータが適宜出力される。制御装置が必要とするデータと必要とされるタイミングとの明確な対応に基づいて出力されるから効率的なデータの授受を実現することが可能である。
【００３４】
第３発明では、制御装置が必要とするデータが、当該データの内容が変化したデータである場合、入出力装置にてその必要に応じて変化が有った場合に出力される。制御装置は不要に同じデータを受け続ける必要が無い。これにより、データの授受は効率化され、制御装置の処理負荷は軽減される。
【００３５】
第４発明では、制御装置が必要とするデータが、所定の閾値よりも大きい又は小さいかなどの所定の条件を満たしたデータである場合、入出力装置からは、その必要に応じて所定の条件を満たした場合のみ出力される。制御装置は不要にデータを受けずともよい。これにより、データの授受は効率化され、制御装置の処理負荷は軽減される。
【００３６】
第５発明では、制御装置が演算処理、判定処理などのために、機器が出力する複数のデータを必要とする場合、該複数のデータは、入出力装置にて夫々任意のタイミングと任意の精度に調整された上で組み合わせられ、制御装置へまとめて出力される。制御装置は入出力装置から出力されたままのデータを用いて処理を行なえばよい。またこの場合、制御装置は必要な複数のデータを同時に取得することが可能である。
【００３７】
第６発明では、制御装置から明示的にデータの出力要求がされた場合、入出力装置は当該出力要求に応じてデータを出力すると共に、記憶してあるテーブルに要求されたデータ及び要求されるタイミングにより対応テーブルを更新する。したがって、新たに加わった制御装置がある場合であっても、データの授受をより効率化することができる。
【００３８】
第７発明では、制御装置が必要とするデータが、各機器から得られる複数のデータに基づく演算処理により得られるデータである場合、入出力装置にて演算が行なわれて出力される。これにより、全てのデータを授受させることなしに、制御装置で必要とされるデータのみを授受してデータの授受を効率化、最適化することができると共に、制御装置にて演算処理を省略することができ、制御装置の処理負荷を軽減させることが可能である。
【００３９】
第８発明では、第７発明において、制御装置が必要とするデータが演算処理により得られるデータである場合に、入出力装置が演算を肩代わりするのみならず、その結果がデータベースに記憶される。これにより演算結果も必要に応じて利用できる。
【００４０】
第９発明では、入出力装置が、データベースのデータに基づき機器の動作を制御すべくデータを機器へ出力する。制御装置から出力される制御データが、任意のタイミングで出力されるとしても、データベースに一旦記憶されるから、制御装置が出力タイミングを調整せずとも、入出力装置における処理によって適宜、制御対象の機器へ制御データを適したタイミングで出力して制御することが可能である。
【００４１】
また第９発明では、各機器と制御装置との間で入出力されるデータがデータベースに集約されているから、一の機器からのデータと、データベースに記憶されているデータとに基づいて他の機器が制御される場合、前記一の機器からのデータを制御装置へ出力するまでもなく、入出力装置内で、前記一の機器からのデータとデータベースに記憶されているデータとに基づく制御データを生成することも可能である。これにより、制御装置への不要な出力をせずにデータの授受を効率化できると共に、制御装置の処理負荷を軽減することもできる。
【００４２】
第１０発明では、入出力装置に接続されている機器夫々に対応する処理回路が備えられ、各処理回路がデータベースからのデータの抽出、データの記憶処理などを行なう。このように処理回路を並列構成とすることにより、高速化を図ることができる。
【００４３】
第１１発明では、第１０発明における各機器に対応した処理回路の一部又は全部は、いずれかの機器の制御に用いられる制御データを求める演算処理を行なうことが可能に構成されており、当該機器に対応する処理回路へ制御データを出力する。当該演算により得られた制御データはデータベースに記憶され、制御装置が必要とする場合は出力されてもよい。入出力装置内で制御データをも作成して各機器を制御することにより、不要にデータを制御装置へ出力することもなく入出力されるデータ量を節減できると共に、制御装置における演算の結果を待たずに高速に制御を行なうことも可能である。
【００４４】
第１２発明では、第１０又は第１１発明における処理回路は夫々、データベースに記憶されている所定のデータの内容に応じて停止又は起動する。これにより、制御システムの状態が総合的に所定の状態であるときには、接続される各機器に対する処理さえも停止させるなど、状態に応じてより複雑な演算、動作の制御を実行することが可能となるほか、電力消費量も抑えることができる。
【００４５】
第１３発明では、入出力装置は各機器及び制御装置にて入出力されるデータをデータベースに集約して記憶しているから、データベース全体のデータの内容、例えば数値情報又は真偽情報を総合的に考慮して異常を検知することが可能である。入出力装置が各機器からの各データを制御装置へ逐次出力して制御装置にて異常を検知する構成よりも、入出力されるデータ量も節減されて効率的である。また、入出力装置により複数の機器が一元管理されるため、夫々の機器のデータから異常状態をより詳細に識別することもできる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明による場合、アクチュエータ、センサなどの各機器と、センサから出力されるデータに基づいてアクチュエータに制御データを与えて制御する制御装置とを含む制御システムで、各機器と制御装置との間の入出力が入出力装置に集約されることで、通信線、信号線等を削減することができるのでシステムの省線化を図ることができる。
【００４７】
更に、入出力装置にて、制御装置が必要とするタイミングで必要なデータが適宜出力されるので、制御装置はデータを好ましいタイミングで取得して処理を行なうことができ、制御装置がタイミングを見計らって他の制御装置へ送信するなどの処理を行なう必要がなくなる。制御システム全体におけるデータの授受の効率化、最適化が為されて、データ量の節減ができることから、データの授受の高速化も実現できる。
【００４８】
入出力装置は、データベースにより各機器の状態の変化、制御装置からの要求の変化を認識することができるため、その状況に応じて動作を変更でき、各機器の制御方法の変更、制御装置がデータを必要とするタイミングを変更することができる。
【００４９】
また、各機器又は制御装置からデータを集約して記憶している入出力装置が行なうことで効率化される処理は、入出力装置にて行なわれる。これにより、制御装置における処理負荷を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１における車載制御システムの構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図３】対応テーブルの内容例を示す説明図である。
【図４】実施の形態１における入出力処理部による処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１における入出力処理部が対応テーブルを更新する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態３における車載制御システムの構成を示す構成図である。
【図８】実施の形態３におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態３におけるＩＯＵによる異常検知の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態４におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図１１】制御システムの典型的構成と、各ＥＣＵから送信されるデータの内容及びデータを必要とするタイミングとを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、車両に搭載されている多数のアクチュエータ、センサ及びＥＣＵを含む車載制御システムに本発明に係る入出力装置を用いた例を挙げて説明する。
【００５２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における車載制御システムの構成を示す構成図である。車載制御システムは、車両の前部に搭載された温度センサ若しくはカメラ、タイヤの軸に取り付けられる車輪速センサ、又はヨーレートセンサなどの各種センサ１，１，…と、ヘッドライト、スモールランプ、リアランプ、ドアロックなどボディ系の各種アクチュエータ２，２，…と、各種センサ１，１，…から得られるデータに基づいてアクチュエータ２，２，…の動作を制御するＥＣＵ３，３と、異なるネットワーク間のデータの授受を中継するＧＷ（Gate Way）４とを含み、更に、各種センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…と、ＥＣＵ３，３との間の入出力装置（図示及び以下の説明にてＩＯＵ（In-Out Unit：入出力ユニット）という）５，５，…とを含む。
【００５３】
各種センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…は夫々、信号線６，６，…によりＩＯＵ５，５，…に接続されている。センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…間は、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）により通信する構成としてもよい。
【００５４】
ＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、及びＩＯＵ５，５，…は夫々、ＣＡＮ（Controller Area Network）バス７に接続されており、相互に制御用のデータを送受信する。実施の形態１ではＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、及びＩＯＵ５間の通信のプロトコルはＣＡＮとするが、これに限らず、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等でもよい。一部のＩＯＵ５は異なるＩＯＵ５に信号線６により接続されている。
【００５５】
ＩＯＵ５，５，…には夫々、車両内で近傍に配置されているセンサ１，１，…とアクチュエータ２，２，…とが接続されている。図１に示す例では、車両前部の左部分に１つのセンサ１と、３つのアクチュエータ２，２，２とが近くに配されており、これらは１台のＩＯＵ５に接続されている。また、車両前部中央に配されているセンサ１，１も、同一のＩＯＵ５に接続されている。センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…が、ＥＣＵ３，３に各々接続される構成でなく、近傍に配置されるＩＯＵ５，５，…に接続されて、ＩＯＵ５，５，…によりＥＣＵとの間の入出力が集約されることで、信号線６，６，…の長さも比較的短くて済む点、省線化に効果的である。
【００５６】
また、実施の形態１では図１に示すように、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…は、各々に対応するＥＣＵと接続される構成でなく、ＩＯＵ５，５，…によって集約されてＥＣＵ３，３に接続される構成としている。これにより、ＥＣＵ３，３の統合も容易になるほか、統合によるＥＣＵ数の削減と、これによるＣＡＮバス７の数の削減ができる。この点でも省線化に効果的である。
【００５７】
各センサ１，１，…で得られる制御データは、近くに配置されていて同一のＩＯＵ５に接続されるアクチュエータ２の動作の制御に用いられるとは限らない。車載制御システムでは、物理的配置における距離と、機能的配置における距離とは異なるからである。例えば、車両の後部に搭載されているセンサ１にて得られる測定値などのデータが前部で動作するアクチュエータの制御に必要である場合がある。また、その測定値のデータが必要なタイミングは、測定値のデータの利用のされ方によっても異なる。例えば、アクチュエータ２の回転数を決定して制御データを求めるためには、測定値データは３０ｍｓｅｃ毎にＥＣＵ３により必要とされるが、他のアクチュエータ２のオン／オフの切替を決定するためには、１００ｍｓｅｃ毎でよい場合などが考えられる。
【００５８】
そこで、実施の形態１におけるＩＯＵ５，５，…は、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…とＥＣＵ３との間の入出力を物理的に集約するのみならず、ＩＯＵ５，５，…から出力される段階で、出力するデータの内容、データの精度などを適宜、当該データを用いるＥＣＵ３からの必要に応じて調整して出力する。
【００５９】
ＩＯＵ５，５，…にこのような機能を実現させるための構成について説明する。図２は、実施の形態１におけるＩＯＵ５の内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ５はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途集積回路）で構成され、ＣＡＮバス７に接続する通信部５１と、記憶部５２と、センサ１，１，１及びアクチュエータ２，２夫々に対応して特定の処理を行なうべく構成された処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄと、入出力処理部５４と、対応テーブル５５とが備えられている。
【００６０】
通信部５１は、ＣＡＮバス７を介した通信を実現するためのＣＡＮトランシーバ、及びＣＡＮコントローラの機能を有し、ＣＡＮバス７における通信を制御する。通信部５１は、後述するように入出力処理部５４からデータが与えられた場合、当該データをＣＡＮプロトコルの信号（ＣＡＮフレーム）に載せ、ＣＡＮトランシーバにて物理層における信号の送信を実現する。また、通信部５１は、ＣＡＮバス７にて他のＥＣＵ３，３、ＩＯＵ５、及びＧＷ４から送信されたデータ、データの送信要求などのＣＡＮフレームを受信した場合、データを抽出して入出力処理部５４へ通知する。
【００６１】
記憶部５２は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のランダムアクセスメモリを用いる。記憶部５２には、ＩＯＵ５に接続されているセンサ１，１，…から出力されたデータ、アクチュエータ２，２，…の動作状態などを示すデータ、後述する処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄのいずれかによる演算結果のデータなどを含むデータベース（ＤＢ：Data Base）５６が記憶されている。データベース５６には、ＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４又はＩＯＵ５，５，…から送信されて通信部５１にて受信することにより入力された制御用のデータも記憶される。
【００６２】
処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは夫々、センサ１又はアクチュエータ２に接続されている。そして、処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄはいずれもデータベース５６にアクセスが可能であって、データベース５６へのデータの書き込み、又はデータベース５６からのデータの抽出が可能である。
【００６３】
図２に示す例では、処理回路５３ａにはセンサ１及びアクチュエータ２が接続されている。処理回路５３ａは、接続されているセンサ１により得られるセンサ情報に基づき、アクチュエータ２の動作量を演算して直接的にアクチュエータ２の動作を制御するようにしてある。そして処理回路５３ａは、センサ１により得られたセンサ情報のデータ、及びアクチュエータ２の動作状態を示すデータをデータベース５６に書き込む。このとき、センサ１及びアクチュエータ２が夫々、ＩＯＵ５の処理回路５３ａによりハードウェア的に処理されるから、ＥＣＵで制御する必要が無く、ＥＣＵの処理負荷が軽減される。そしてアクチュエータ２の動作状態を示すデータがデータベース５６に記憶される。したがって、他のアクチュエータ２の制御のためにＥＣＵ３，３から当該動作状態を示すデータが必要とされた場合、ＩＯＵ５が出力することにより、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、及び他のＩＯＵ５，５，…でも状況を把握して適宜制御に用いることができる。
【００６４】
処理回路５３ｂには、センサ１が接続されている。処理回路５３ｂは、接続されているセンサ１により得られる測定値などのセンサ情報を抽象化してデータベース５６に書き込む。例えば、センサ１が車輪速センサである場合、具体的には時間当たりの回転数が物理量として得られるのに対し、処理回路５３ｂは回転数の値を３段階、即ち低速、中速、高速に区別し、夫々に対応する状態を示すデータにしてデータベース５６に書き込む。したがって、データベース５６で車輪速は、具体的な回転数ではなく低速、中速、又は高速などの抽象化された情報にて記憶される。
【００６５】
処理回路５３ｃには、更に別のセンサ１が接続されている。処理回路５３ｃは、接続されているセンサ１により得られる測定値などのセンサ情報と、他のセンサ１からのセンサ情報、例えばＣＡＮバス７を介して他のＩＯＵ５から送信されてデータベース５６に記憶されているセンサ情報とに対する所定の演算処理を行ない、処理回路５４ｄへ演算結果を通知する。
【００６６】
処理回路５３ｄには、アクチュエータ２が接続されている。処理回路５３ｄは、処理回路５３ｃからの演算結果と、データベース５６から抽出した所定のデータとに基づいてアクチュエータ２の動作量を決定して動作を制御するようにしてある。更に処理回路５３ｄは、アクチュエータ２の動作状態を示すデータをデータベース５６に書き込む。
【００６７】
処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは、データベース５６の所定のデータの内容に応じて、自身の停止又は起動を制御するように構成されている。例えば、外部からイグニッションスイッチの状態を示すデータが送信された場合、後述するように入出力処理部５４は通信部５１によりこれを受信してデータベース５６に書き込む。例えば処理回路５３ａは、イグニッションスイッチの状態がアクセサリーオン、イグニッションオン、スタートである場合に起動するように構成され、処理回路５３ｂは、イグニッションオンである場合のみに起動するように構成されている。
【００６８】
入出力処理部５４も特定の処理をすべく構成された回路で実現され、対応テーブル５５、及びデータベース５６にアクセスが可能である。入出力処理部５４は、対応テーブル５５に記憶されているデータの識別情報と、前記データの出力タイミングとの対応に基づき、データベース５６からデータを抽出して通信部５１を介してＥＣＵ３，３、及びＧＷ４へデータを送信する。
【００６９】
このように、データベース５６に記憶されているデータは、ＩＯＵ５において一元管理の下に直接的に各センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…から得られているから、各データが更新される時間差を小さくすることができる。したがって、入出力処理部５４が、データベース５６から複数のデータを抽出して送信する場合、データの同時性も向上する。
【００７０】
なお、対応テーブル５５は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いる。対応テーブル５５には、入出力処理部５４が参照することができるように、データの識別情報と、各データの出力タイミングとの対応が予め記憶されている。対応テーブル５５の内容は、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…における処理に必要とされるデータと、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…で必要とするタイミングとの対応であり、車載制御システムの設計に応じて予め記憶されるものである。
【００７１】
図３は、対応テーブル５５の内容例を示す説明図である。図３に示すように、対応テーブル５５には、データを識別するデータＩＤと、データの出力タイミングとの対応が含まれている。
【００７２】
例えば、データＩＤ「１」のデータは、５０ｍｓｅｃ毎に一定周期でデータベース５６から抽出されてＩＯＵ５から出力されるべきであることが示されている。
【００７３】
データＩＤ「２」のデータは、ＴＲＵＥ（１）からＦＡＬＳＥ（０）かの真偽情報であるが、ＦＡＬＳＥ（０）からＴＲＵＥ（１）へ、ＴＲＵＥ（１）からＦＡＬＳＥ（０）へ変化した時点か、又は１００ｍｓｅｃ毎の一定周期で、データＩＤ「５」のデータと組み合わせてＩＯＵ５から出力されるべきであることが示されている。
【００７４】
データＩＤ「３」のデータは、例えば８ビットの数値情報であるが、その数値が所定の閾値Ｐ1 以上へと変化した時点の最初の１回のみ出力されるべきであることが示されている。その後数値が閾値Ｐ1 以上である期間は出力せずともよい。再度閾値Ｐ1 未満に変化した場合は、再度閾値Ｐ1 以上へ変化するまでは出力されず、再度変化した場合に最初の１回目のみ出力される。
【００７５】
データＩＤ「４」のデータは、数値情報であるデータＩＤ「１０」のデータの値が所定の閾値Ｐ2 未満へ変化した時点と、データＩＤ「１０」のデータの値が所定の閾値Ｐ2 未満である期間のみ１００ｍｓｅｃ毎の一定周期でＩＯＵ５から出力されるべきであることが示されている。
【００７６】
入出力処理部５４の処理手順をフローチャートを参照して説明する。図４は、実施の形態１における入出力処理部５４による処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００７７】
入出力処理部５４は、出力タイミングには一定周期毎に出力すべきものなどがあるために、内蔵するタイマにより時間を計測する（ステップＳ１１）。入出力処理部５４は、対応テーブル５５を参照し（ステップＳ１２）、データベース５６も参照し（ステップＳ１３）、計測中の時間経過、又はデータベース５６におけるデータの変化の有無など、対応テーブル５５の出力タイミングの条件に適合したデータがデータベース５６に有るか否かを判断する（ステップＳ１４）。
【００７８】
入出力処理部５４は、出力タイミングの条件に適合したデータがデータベース５６に無いと判断した場合（Ｓ１４：ＮＯ）、処理をステップＳ１１へ戻して時間の計測を継続し、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理を実行する。入出力処理部５４は、出力タイミングの条件に適合したデータがデータベース５６に有ると判断した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、データベース５６から該当するデータを抽出し（ステップＳ１５）、複数のデータが必要とされているときはデータを適宜組み合わせて出力し（ステップＳ１６）、処理を終了する。
【００７９】
このように、ＩＯＵ５，５，…が、対応テーブル５５に記憶されている出力タイミングに従って、データベース５６のデータを出力するから、不要なデータが不要なタイミングでＥＣＵ３，３へ送信されることがない。例えば、図３に示したデータＩＤ「３」のデータは毎回出力されることは必要とされていない。これを用いるＥＣＵ３，３では、値が閾値Ｐ1 以上となった最初のタイミングにしか必要でないのに、値が閾値Ｐ1 以上である期間は常に送信されるなどの構成では、必要でないデータがＣＡＮバス７に送信されることになり、データの授受は非効率的である。このとき、不要なデータの送受信にＣＡＮバス７が使用され、データの授受に遅延が発生する一因となり得る。しかしながら、ＩＯＵ５，５，…が、ＥＣＵ３，３が必要とするデータのみ出力することにより、データの授受は効率化される。
【００８０】
なお、ＩＯＵ５，５，…は、ＥＣＵ３，３からのデータ送信要求に応じて対応テーブル５５の内容を更新してもよい。図５は、実施の形態１における入出力処理部５４が対応テーブル５５を更新する処理手順の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ３，３，…は、ＣＡＮのリモートフレームを送信するなどにより、必要なデータの送信を当該データを出力できる他のＣＡＮ通信ノードへ要求することができる。以下の処理は、ＩＯＵ５の通信部５１により当該リモートフレームが受信されたことを契機に実行される。
【００８１】
入出力処理部５４は、通信部５１によりＣＡＮバス７を介して送信されたデータの送信要求が受信された場合、これを受け付ける（ステップＳ２１）。入出力処理部５４は、対応テーブル５５を参照し、ステップＳ２１にて受け付けたデータの送信要求に相当する対応が有るか否かを判断する（ステップＳ２２）。
【００８２】
入出力処理部５４は、ステップＳ２２にて無いと判断した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、データの送信要求に係るデータの識別情報（データＩＤ）と、当該データの出力タイミングとの対応を対応テーブル５５に追加する（ステップＳ２３）。これにより、対応テーブル５５はＥＣＵ３，３からの最新の要求に対応して更新される。
【００８３】
入出力処理部５４は、データの送信要求に応じてデータベース５６から必要なデータを抽出し（ステップＳ２４）、複数のデータが必要とされているときはそれらのデータを適宜組み合わせて出力し（ステップＳ２５）、処理を終了する。
【００８４】
ステップＳ２２にて有ると判断された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、入出力処理部５４は、対応テーブル５５はそのままで、必要なデータをデータベース５６から抽出して（Ｓ２４）、必要な場合にはデータを組み合わせ、データを出力し（Ｓ２５）、処理を終了する。
【００８５】
なお、ＥＣＵ３，３からのデータの送信要求に応じて対応テーブル５５に対応を追加して更新するのみならず、異なる出力タイミングとすべき場合には、対応テーブル５５の一部を消去して更新するなどの処理を行なってもよい。
【００８６】
このように、予め対応テーブル５５に記憶させていたデータの識別情報と出力タイミングとの対応のみならず、ＥＣＵ３，３からの新たな要求に対しても対応を対応テーブル５５に追加することにより、その後ＥＣＵ３，３への出力が効率化される。例えば、車載制御システムが配設された後、新たにＥＣＵ３がプラグインされた場合に、対応テーブル５５をＩＯＵ５自身で書き換えることができ、システムの変更に柔軟に対応することが可能である。
【００８７】
実施の形態１では、車載制御システムはＩＯＵ５，５，…を４つ含む構成とし、各ＩＯＵ５，５，…は夫々記憶部５２にデータベース５６を記憶する構成とした。記憶部５２のデータベース５６の内容を定期的に相互に同期させる処理を行なってもよい。この場合、ＣＡＮバス７は定期的に、データベース５６の内容を同期する処理に占有され、各ＩＯＵ５，５，…は、データベース５６に記憶しているデータを他のＩＯＵ５，５，…へ送信し、データベース５６の内容が共有化される。これにより、ＩＯＵ５，５，…から夫々アクチュエータ２，２，…にデータを与える場合、異なるＩＯＵ５，５，…から出力されるデータの内容は同一である。この場合、同期が完了するまではデータは出力されないので即時性では劣るものの、データの同時性が向上する。
【００８８】
実施の形態１においてＩＯＵ５は、ＡＳＩＣで構成されるとした。しかしながら、ＩＯＵ５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により構成されてもよい。
【００８９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、ＩＯＵ５，５，…は、ＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…にて必要なデータが、データベース５６に記憶されているデータから演算によって得られるデータである場合、ＩＯＵ５，５，…にて演算処理を行なってから出力する。
【００９０】
図６は、実施の形態２におけるＩＯＵ５の内部構成を示すブロック図である。実施の形態２に示すように、ＩＯＵ５の構成は、演算部５７が追加されていること以外は、実施の形態１における構成と同様である。車載制御システムの全体構成も、実施の形態１と同様であるため、共通する構成については実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９１】
演算部５７は、記憶部５２のデータベース５６にアクセスすることが可能であり、データベース５６に記憶されている特定のデータに対して特定の演算処理を行なうべく構成されている。演算処理の結果得られた数値情報、又は真偽情報などのデータは、入出力処理部５４により直接的に通信部５１から、当該データを必要とするＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又はＩＯＵ５，５，…へ送信する。これにより、データを必要とするＥＣＵ３，３、ＧＷ４又はＩＯＵ５，５，…にて演算せずともよいから、処理負荷を軽減することができる。
【００９２】
演算部５７は、演算処理の結果得られたデータをデータベース５６に記憶してもよい。これにより、入出力処理部５４はデータベース５６から抽出することによって演算結果のデータをＥＣＵ３，３、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５，５，…へ送信することが可能である。演算処理の結果のデータをデータベース５６に記憶することにより、ＩＯＵ５内における処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄも、演算処理の結果を用いてアクチュエータ２，２の動作を制御することが可能である。
【００９３】
なお、演算部５７による演算内容は、対応テーブル５５に含まれてもよい。例えばデータＩＤ「４」のデータについては、データＩＤ「１０」のデータ値がＰ2 未満であるか否かによって出力するかのみならず、データＩＤ「１０」のデータ値をデータＩＤ「４」のデータ値に乗算させた結果を出力するとしてもよい（図３参照）。また、夫々演算式が含まれていてもよい。この場合、対応テーブル５５の更新により、演算部５７による処理内容を変更することができる。
【００９４】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２では、ＩＯＵ５，５，…は、ＣＡＮ通信が可能な通信部５１を備えてＣＡＮバス７に直接的に接続される構成とした。しかしながら、ＩＯＵ５は通信部５１を備えずともよく、信号線６によりＥＣＵ３，３に接続されて、ＣＡＮバス７における通信はＥＣＵ３，３にて実現される構成としてもよい。
【００９５】
図７は、実施の形態３における車載制御システムの構成を示す構成図である。実施の形態３における車載制御システムのセンサ１，１，…、及びアクチュエータ２，２，…の配置は実施の形態１と同様である。また、ＥＣＵ３，３，…及びＧＷ４がＣＡＮバス７に接続されていることも実施の形態１と同様である。ＥＣＵ３，３，…及びＧＷ４の機能も実施の形態１と同様である。共通する構成は実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９６】
図７に示すように、実施の形態３では、センサ１，１，…、及びアクチュエータ２，２，…はＩＯＵ８，８，…に接続されている。ＩＯＵ８，８，…の配置は実施の形態１のＩＯＵ５，５，…と同様であるが、ＩＯＵ８，８，…はＣＡＮバス７での通信を行なう機能を持たず、ＥＣＵ３，３，…を介してＣＡＮバス７に接続されている点が異なる。ＩＯＵ８，８，…は、ＥＣＵ３，３，…に信号線６により接続されている。一のＩＯＵ８は、他のＩＯＵ８と信号線６を介して接続されている。
【００９７】
これに応じて、ＥＣＵ３は、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）を用いて構成されている場合にはマイコンのＩ／Ｏなど、入出力部、またはシリアル通信部などによりＩＯＵ８と信号を入出力することができるようにしてある。そしてＥＣＵ３は、ＩＯＵ８から出力されるデータの信号を受け付けた場合、自身が備えるＣＡＮコントローラ及びトランシーバの機能によりＣＡＮフレームにデータを載せてＣＡＮバス７へ送信する。
【００９８】
以下、実施の形態３におけるＩＯＵ８，８，…の内部構成及び処理について説明する。図８は、実施の形態３におけるＩＯＵ８の内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ８は、実施の形態１におけるＩＯＵ５同様にＡＳＩＣにより構成され、ＥＣＵ３との信号の入出力をするためのＩ／Ｏ８１と、記憶部８２と、処理回路８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄと、入出力処理部８４と、対応テーブル８５とを備える。記憶部８２には、データベース８６が記憶されている。更に、実施の形態３におけるＩＯＵ８は上述の構成部に加えて、データベース８６のデータ群の内容に基づいて異常を検知する異常検知部８８を備えている。
【００９９】
記憶部８２、処理回路８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ、入出力処理部８４、対応テーブル８５、及びデータベース８６は、実施の形態１におけるＩＯＵ５の記憶部５２、処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，８５ｄ、入出力処理部５４、対応テーブル５５、データベース５６の構成及び機能が同じであるので、詳細な説明を省略する。
【０１００】
Ｉ／Ｏ８１は、ＥＣＵ３とのインタフェースである。Ｉ／Ｏ８１は、ＥＣＵ３へのデータ、又は要求などを示す信号の送信を実現する。入出力処理部８４は、対応テーブル８５に基づき、データベース８６からデータを抽出してＩ／Ｏ８１によりＥＣＵ３へ送信する。ＥＣＵ３が他のＥＣＵ３から受信したＣＡＮフレームから抽出したデータ、又はデータの送信要求をＩＯＵ８へ出力した場合、ＩＯＵ８はＩ／Ｏ８１によりこれを入力し、データである場合はデータベース８６に記憶し、データの送信要求であった場合は、当該送信要求に応じたデータの送信処理を行なう。
【０１０１】
このようにＩＯＵ８は、通信手段を必ずしも持たずともよい。ＥＣＵ３では、ＩＯＵ８から出力されたデータに、対応するＣＡＮのＩＤを付加してＣＡＮフレームに載せてＣＡＮバス７へ送信する。これにより、ＥＣＵ３にてフレームの出力タイミングの調整処理を行なわずともよい点で、処理負荷が軽減される。このとき、ＩＯＵ８ではＡＳＩＣにより処理を行なう構成であるからＩＯＵ８における処理は高速である。
【０１０２】
異常検知部８８は、異常検知処理をすべく構成された回路である。異常検知部８８は、データベース８６にアクセスが可能であり、入出力処理部８４とも接続されている。異常検知部８８は、データベース８６の内容を総合的に判断して、車両内外の状況に対する異常、車両内に配置されている各装置の異常、及び、センサ１，１，…、又はアクチュエータ２，２，…の動作状態の異常を検知する。例えば、データベース８６に記憶されているデータの内のいずれかが、外気温度を示す数値情報である場合、数値情報が８０℃に対応するときは、ＩＯＵ８の異常検知部８８が異常を検知する。この場合、車両内に搭載される温度センサが異常である可能性がある。この場合、ＥＣＵ３へ外気温度のデータを出力してＥＣＵ３で判断させるまでもない。
【０１０３】
異常検知部８８は内蔵するメモリに、異常検知対象の特定のデータに対する異常検知条件、例えば閾値を記憶しておく。異常検知部８８は、一定時間が経過する都度、データベース８６の内容を参照し、特定のデータの数値情報と閾値との大小の比較に基づいて異常を検知する。また、複数の特定のデータの内容に基づいて異常状態をより細かく設定してもよい。例えば異常検知部８８は、複数の特得のデータの内の一のデータが真偽情報であって、他のデータが数値情報である場合、前記一のデータがＦＡＬＳＥであって、数値情報が所定の閾値以上であるときは異常が予見されるなどと異常を検知してもよい。このような判断で、アクチュエータ２，２，…のいずれかの動作状態の異常を検知できる。更に、上述の例における外気温度を示す数値情報について時間を経た変化率が所定の閾値以上であるか否かにより、異常を検知することも可能である。
【０１０４】
異常検知部８８は、上述のように種々の方法にて異常を検知、又は異常が予見されると検知した場合、入出力処理部８４に通知する。入出力処理部８４は、異常検知部８８から通知を受けた場合、エラー発生を示すエラー通知をＩ／Ｏ８１によりＥＣＵ３へ出力する。これにより、ＥＣＵ３からエラー通知が他のＥＣＵ３，３，…へ送信され、車載制御システム全体で異常を検知することが可能である。なお、異常検知部８８は、異常であること及び異常コードなどを示す診断データをデータベース８６に記憶し、入出力処理部８４によりＥＣＵ３へ出力することを可能としてもよい。
【０１０５】
図９は、実施の形態３におけるＩＯＵ８による異常検知の処理手順の一例を示すフローチャートである。異常検知部８８は、一定時間が経過する都度に、以下に示す処理を行なう。
【０１０６】
異常検知部８８は、データベース８６から異常検知対象のデータを抽出し（ステップＳ３１）、抽出したデータの数値情報又は真偽情報が、内蔵するメモリに記憶してある異常検知条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ３２）。異常検知部８８は、異常検知条件を満たさないと判断した場合（Ｓ３２：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。異常検知部８８は、異常検知条件を満たすと判断した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、異常を入出力処理部８４へ通知し（ステップＳ３３）、処理を終了する。
【０１０７】
このように、センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…などの機器が集約されて直接的に接続されているＩＯＵ８にて、データベース８６に各機器から得られるセンサ情報、制御状態を示す情報などのデータが記憶されるから、各データを総合的に監視して異常を検知することができる。ＥＣＵ３，３，…は、ＩＯＵ８，８，…により出力され、他のＥＣＵ３，３，…からも送信されるデータに基づいて異常を検知することはできる。特にＧＷ４は、複数のＣＡＮバス７に接続され、前記複数のＣＡＮバス７，７に接続されている全ＥＣＵ３，３，…からのデータを取得できるから、データを集約して記憶しておくことにより、より総合的に判断することができる。しかしながら、同一のＩＯＵ８に接続されているセンサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…についての異常検知については、ＥＣＵ３，３，…、又はＧＷ４が各機器からデータを集めて異常か否かを判断するよりも、ＩＯＵ８にて異常を検知する方が即時性も向上し、ＥＣＵ３，３，…又はＧＷ４の処理負荷も軽減される。
【０１０８】
実施の形態２におけるＩＯＵ８の異常検知部８８は、内蔵するメモリに異常検知条件を記憶しておき、異常検知の監視対象である特定のデータと異常検知条件とを比較して異常であるか否かを判断する構成とした。しかしながら、本発明における異常検知はこれに限らず、例えば対応テーブル８５に異常検知条件を付加して記憶しておく構成としてもよい。この場合、対応テーブル８５は書き換え可能であるから、異常検知条件を柔軟に変更できる。このとき異常検知部８８は、対応テーブル８５を参照することが可能に構成され、データベース８６と対応テーブル８５の異常検知条件とを比較して異常を検知する。
【０１０９】
なお、実施の形態２においてＩＯＵ８，８，…と、センサ１，１，…、及びアクチュエータ２，２，…との間、及びＩＯＵ８，８，…との間は信号線６のみならず、ＬＩＮなどのネットワークでもよい。
【０１１０】
（実施の形態４）
実施の形態１乃至３では、ＩＯＵ５又はＩＯＵ８はＡＳＩＣにより構成されてハードウェア的に各処理を行なう構成とした。ハードウェア的な構成により、複数の機器、即ちセンサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…からの入出力を各処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ（８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ）にて並行的に処理でき、ＩＯＵ５（ＩＯＵ８）における処理を高速化できた。しかしながら本発明はこれに限らず、ＩＯＵは、マイコンを用いて制御プログラムに基づいて動作する構成としてもよい。
【０１１１】
実施の形態４では、ＩＯＵをマイコンを用いて実現する。ＩＯＵの内部構成以外の車載制御システムの構成は、実施の形態１における構成と同様であるため、説明を省略する。以下、マイコンでＩＯＵを実現する場合の例について説明する。
【０１１２】
図１０は、実施の形態４におけるＩＯＵ５０の内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ５０は、ＣＰＵ５０１、ＲＡＭ５０２、メモリ５０３、Ｉ／Ｏ５０４、ネットワークコントローラ５０５を含むマイクロコンピュータ（マイコン）５００と、通信用のトランシーバ５０６とを備える。
【０１１３】
ＲＡＭ５０２は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭなどを用い、データベース５０６が記憶されている。メモリ５０３は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory ）などの不揮発性メモリを用いる。メモリ５０３には、コンピュータをＩＯＵとして動作させるための制御プログラム５０Ｐと、対応テーブル５０７が記憶されている。
【０１１４】
マイコン５００のＣＰＵ５０１は、メモリ５０３に記憶されている制御プログラム５０Ｐに基づく処理を実行する。これにより、ＣＰＵ５０１は、実施の形態１乃至３における入出力処理回路５４（８４）としての機能を実現する。また、ＣＰＵ５０１は、制御プログラム５０Ｐに基づき、実施の形態１乃至３における処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ（８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ）の機能を夫々、第１処理部５０８ａ，５０８ｂ，５０８ｃ，５０８ｄとして実現する。
【０１１５】
Ｉ／Ｏ５０４はマイコンのインタフェースであり、各センサ１，１，…、アクチュエータ２，２，…が夫々信号線により接続される。センサ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…はＩ／Ｏアドレスにて区別される。ＣＰＵ５０１の第１処理部５０８ａ，５０８ｂ，５０８ｃ，５０８ｄとしての機能により、夫々対応するセンサ１，１，…又は空く中テータ２，２，…から値が入力されたレジスタを参照してデータベース５０６に記憶する。
【０１１６】
ネットワークコントローラ５０５は、マイコンのＣＡＮ通信を実現し、与えられた信号からＣＡＮフレームを作成してトランシーバ５０６へ与えてＣＡＮバス７を介した通信を実現する。ネットワークコントローラ５０５及びトランシーバ５０６にて、実施の形態１のＩＯＵ５の通信部５１に対応する。ＣＰＵ５０１は、メモリ５０３の対応テーブル５０７の出力タイミングに基づいてデータベース５０６から抽出したデータをネットワークコントローラ５０５及びトランシーバ５０６によりＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５０，５０，…へ送信する。また、ＣＰＵ５０１は、ネットワークコントローラ５０５及びトランシーバ５０６によりＥＣＵ３，３，…、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５０，５０，…から受信したデータをデータベース５０６に記憶する。
【０１１７】
その他、ＣＰＵ５０１の入出力処理部としての機能は、実施の形態１と同様であるから詳細な説明は省略する。勿論、ＣＰＵ５０１は、実施の形態３における異常検知部８８としての機能を発揮してもよい。このように、ＩＯＵ５０は、マイコンを用いた構成でも実現することが可能である。
【０１１８】
実施の形態４では、ＩＯＵ５０を全体としてマイコン制御とする構成とした。しかしながら、入出力処理部、及び通信部の機能は実施の形態４のようにマイコン制御とし、第１〜第４処理部（５０８ａ〜５０８ｄ）の処理は、実施の形態３のように処理回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄにより実現する構成としてもよい。
【０１１９】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２０】
１ センサ（機器）
２ アクチュエータ（機器）
３ ＥＣＵ（制御装置）
５ ＩＯＵ（入出力装置）
５２ 記憶部
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ 処理回路
５４ 入出力処理部（出力手段）
５５ 対応テーブル
５６ データベース
５０ ＩＯＵ（入出力装置）
５０１ ＣＰＵ（出力手段）
５０２ ＲＡＭ（記憶部）
５０６ データベース
５０７ 対応テーブル
８ ＩＯＵ
８２ 記憶部
８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ 処理回路
８６ データベース
８８ 異常検知部（異常検知手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを入力又は出力する複数の機器と、いずれかの機器からのデータを使用するか、又は機器へデータを与えることにより機器を制御する１又は複数の制御装置との間に接続され、前記複数の機器の前記１又は複数の制御装置への入出力を処理するようにしてある入出力装置において、
入出力されるデータを記憶するための記憶部を備え、
該記憶部に前記複数の機器のいずれかから入出力されるデータをデータベース形式にて記憶する手段と、
前記データベースに記憶されている１又は複数のデータに基づき、前記制御装置から必要とされるデータを必要とされるタイミングにて出力する出力手段と
を備えることを特徴とする入出力装置。
【請求項２】
前記制御装置から必要とされるデータの識別情報と、前記データが前記制御装置から必要とされる出力タイミングとの対応を示す対応テーブルを備え、
前記出力手段は、前記対応テーブルの識別情報及び出力タイミングに基づいて、前記データベースからデータを読み出して出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
【請求項３】
前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータの変化の有無を判断する手段を備え、該手段が有と判断した場合に変化後のデータを出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１又は２に記載の入出力装置。
【請求項４】
前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータと所定値との比較に基づき前記データを出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１又は２に記載の入出力装置。
【請求項５】
前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータを複数組み合わせて出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項６】
前記制御装置からのデータ出力要求を受け付ける手段と、
前記データ出力要求に応じて前記データベースからデータを抽出して出力する手段と、
前記データ出力要求に基づき前記対応テーブルを更新する手段と
を備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項７】
前記制御装置から必要とされるデータを、前記データベースに記録されている１又は複数のデータを用いた演算により求める演算手段を備え、
前記出力手段は、演算により求めたデータを出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項８】
前記演算手段により求めたデータを前記データベースに記憶するようにしてあること
を特徴とする請求項７に記載の入出力装置。
【請求項９】
前記データベースに記憶されているデータを、前記複数の機器の内のいずれか特定の機器へ該特定の機器の動作を制御すべく出力する手段を備えること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項１０】
接続されている複数の機器夫々に対応して特定の処理を行なうべく構成される複数の処理回路を備え、
前記複数の処理回路は夫々、前記データベースにデータを記憶し、又は前記データベースからデータを抽出する手段を備えること
を特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項１１】
前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、
対応する機器から出力されたデータに基づき他のデータを求める演算処理を行ない、演算結果に基づき制御データを他の機器に対応する処理回路へ出力する手段を備えること
を特徴とする請求項１０に記載の入出力装置。
【請求項１２】
前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、
前記データベースに記憶されているデータに基づき、対応する機器の動作の停止又は起動を制御する手段を備えること
を特徴とする請求項１０又は１１に記載の入出力装置。
【請求項１３】
前記複数の機器が夫々、入力又は出力するデータに基づき、異常を検知する手段を備えること
を特徴とする請求項１乃至１２に記載の入出力装置。
【請求項１】
データを入力又は出力する複数の機器と、いずれかの機器からのデータを使用するか、又は機器へデータを与えることにより機器を制御する１又は複数の制御装置との間に接続され、前記複数の機器の前記１又は複数の制御装置への入出力を処理するようにしてある入出力装置において、
入出力されるデータを記憶するための記憶部を備え、
該記憶部に前記複数の機器のいずれかから入出力されるデータをデータベース形式にて記憶する手段と、
前記データベースに記憶されている１又は複数のデータに基づき、前記制御装置から必要とされるデータを必要とされるタイミングにて出力する出力手段と
を備えることを特徴とする入出力装置。
【請求項２】
前記制御装置から必要とされるデータの識別情報と、前記データが前記制御装置から必要とされる出力タイミングとの対応を示す対応テーブルを備え、
前記出力手段は、前記対応テーブルの識別情報及び出力タイミングに基づいて、前記データベースからデータを読み出して出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
【請求項３】
前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータの変化の有無を判断する手段を備え、該手段が有と判断した場合に変化後のデータを出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１又は２に記載の入出力装置。
【請求項４】
前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータと所定値との比較に基づき前記データを出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１又は２に記載の入出力装置。
【請求項５】
前記出力手段は、前記制御装置から必要とされるデータを複数組み合わせて出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項６】
前記制御装置からのデータ出力要求を受け付ける手段と、
前記データ出力要求に応じて前記データベースからデータを抽出して出力する手段と、
前記データ出力要求に基づき前記対応テーブルを更新する手段と
を備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項７】
前記制御装置から必要とされるデータを、前記データベースに記録されている１又は複数のデータを用いた演算により求める演算手段を備え、
前記出力手段は、演算により求めたデータを出力するようにしてあること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項８】
前記演算手段により求めたデータを前記データベースに記憶するようにしてあること
を特徴とする請求項７に記載の入出力装置。
【請求項９】
前記データベースに記憶されているデータを、前記複数の機器の内のいずれか特定の機器へ該特定の機器の動作を制御すべく出力する手段を備えること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項１０】
接続されている複数の機器夫々に対応して特定の処理を行なうべく構成される複数の処理回路を備え、
前記複数の処理回路は夫々、前記データベースにデータを記憶し、又は前記データベースからデータを抽出する手段を備えること
を特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項１１】
前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、
対応する機器から出力されたデータに基づき他のデータを求める演算処理を行ない、演算結果に基づき制御データを他の機器に対応する処理回路へ出力する手段を備えること
を特徴とする請求項１０に記載の入出力装置。
【請求項１２】
前記複数の処理回路の内の一部又は全部は、
前記データベースに記憶されているデータに基づき、対応する機器の動作の停止又は起動を制御する手段を備えること
を特徴とする請求項１０又は１１に記載の入出力装置。
【請求項１３】
前記複数の機器が夫々、入力又は出力するデータに基づき、異常を検知する手段を備えること
を特徴とする請求項１乃至１２に記載の入出力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２３１４０７（Ｐ２０１０−２３１４０７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７０７１（Ｐ２００９−７７０７１）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]