控制装置.pdf

本发明的控制装置在实施噪声对策的同时，抑制处理器的负荷增加和驱动控制的延迟。引擎控制单元具备：处理器；驱动电路，其包括驱动燃料喷射阀和点火装置等负载的开关元件；通信电路，其从处理器向驱动电路通过串行通信传输控制信号。在此，控制信号包括用于控制驱动电路的命令帧和用于驱动负载的数据帧。另外，引擎控制单元在每预定时间从处理器接收的数据帧的预定比特连续2次相同的情况下，使用于驱动负载的驱动信号“驱动”变化，使开关元件的工作状态变化。

权利要求书1.  一种控制装置，其特征在于，具备：处理器；驱动电路，其包括驱动负载的开关元件；以及通信电路，其从上述处理器向上述驱动电路通过串行通信传输控制信号，在每预定时间从上述处理器接收的控制信号连续第一预定次数相同的情况下，上述驱动电路使上述开关元件的工作状态变化。2.  根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，上述控制信号包括能够根据最初的1比特进行识别的用于控制上述驱动电路的命令帧、用于驱动上述负载的数据帧，上述驱动电路根据上述命令帧和上述数据帧的最初的1比特识别接收到数据帧的情况，在上述数据帧连续第一预定次数相同的情况下，使上述开关元件的工作状态变化。3.  根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，上述驱动电路在判定上述数据帧是否连续第一预定次数相同时，即使在数据帧和数据帧之间接收到命令帧，也继续相同的数据帧的计数。4.  根据权利要求1～3的任意一项所述的控制装置，其特征在于，上述驱动电路对在使能信号是主动的期间接收到的时钟信号的个数进行计数，在计数的时钟信号的个数是预定值的情况下，判定上述控制信号是否连续第一预定次数相同。5.  根据权利要求1～4的任意一项所述的控制装置，其特征在于，在控制引擎的情况下，上述预定时间是在上述引擎的允许最高转速下曲轴旋转单位角度所需要的时间的上述预定次数分之一以下。6.  根据权利要求1～5的任意一项所述的控制装置，其特征在于，在控制引擎的点火装置的情况下，若在上述驱动信号中包含驱动多个上述点火装置的数据，则上述驱动电路通过包含驱动一个上述点火装置的数据的最新的上述驱动信号驱动上述点火装置。7.  根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，上述驱动电路在连续第二预定次数接收到包含有驱动多个上述点火装置的数据的驱动信号的情况下，在从此经过预定时间后，将上述点火装置设为非工作状态。8.  根据权利要求1～5的任意一项所述的控制装置，其特征在于，在控制引擎的点火装置的情况下，上述驱动电路在接收到包含有驱动多个上述点火装置的数据的驱动信号的情况下，参照设定了各气缸的同时点火对引擎的影响的表，判定是否有对上述引擎的影响，在判定为有对上述引擎的影响时，通过包含驱动一个上述点火装置的数据的最新的上述驱动信号驱动上述点火装置。

说明书控制装置
技术领域
本发明涉及一种驱动点火装置、燃料喷射阀等负载的控制装置。
背景技术
在驱动负载的控制装置中，为了提高内部的信号传输效率，提倡使用串行通信从处理器向包含开关元件的驱动电路传输控制信号的方式。在串行通信中，通过一组串行通信线传输许多控制信号，因此具有在并行通信的传输方式中不需要考虑的微小噪声叠加的问题。因此，为了提高通信的可靠性，如在日本特开平6-204989号公报(专利文献1)中记载的那样，提出了连续2次收发同一内容的数据的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-204989号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在驱动负载的控制装置中，如果连续2次收发同一内容的数据，则除了处理器的负荷增加以外，还会在作为驱动对象的负载的驱动控制中产生延迟。如果负载的驱动控制中产生延迟，则例如有可能产生引擎响应的降低等不良状况。
因此，本发明的目的在于：提供一种控制装置，其在实施噪声对策的同时，抑制了处理器的负荷增加和驱动控制的延迟。
用于解决问题的手段
控制装置具备：处理器；驱动电路，其包括驱动负载的开关元件；通信电路，其从处理器向驱动电路通过串行通信传输控制信号。另外，在每预定时间从处理器接收的控制信号连续第一预定次数相同的情况下，驱动电路使开关元件的工作状态变化。
发明效果
能够在实施噪声对策的同时，抑制处理器的负荷增加和负载驱动控制的延迟。
附图说明
图1是引擎控制单元的第一实施方式的结构图。
图2是表示数据处理电路的一个例子的电路图。
图3表示控制信号的细节，图3(A)是命令帧的说明图，图3(B)是数据帧的说明图。
图4是说明数据处理电路的动作的定时图。
图5是说明数据处理电路的动作的定时图。
图6是说明数据处理电路的动作的定时图。
图7是说明负载的控制状态的定时图。
图8是说明在数据帧和数据帧之间传输命令帧的情况下的负载的控制状态的定时图。
图9是说明串行通信的通信周期的定时图。
图10是引擎控制单元的第二实施方式的结构图。
图11是控制点火装置的表的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明用于实施本发明的实施方式。
此外，附图是简化的，因此不能以该附图的记载为根据狭隘地解释本发明的技术范围。另外，向相同的要素附加相同的符号，省略重复的说明。
[第一实施方式]
图1作为驱动负载的控制装置的一个例子，表示驱动4气缸汽油引擎的燃料喷射阀和点火装置的引擎控制单元(以下称为“ECU”)100。此外，ECU100并不限于4气缸汽油引擎，例如也可以驱动其他气缸数的汽油引擎、任意气缸的柴油引擎等负载(以下相同)。
ECU100构成为包括：CPU110(处理器)，其生成驱动作为负载的一个例子的燃料喷射阀200和点火装置300的定时；驱动电路120，其驱动燃料喷射阀200和点火装置300。
CPU110依照存储在闪速存储器等非易失性存储器中的控制程序，例如与车辆的驾驶状态对应地计算出驱动燃料喷射阀200和点火装置300的定时，按照该定时向驱动电路120输出控制信号。因此，在CPU110中内置有在与驱动电路120之间通过串行通信收发各种信号的通信电路112。
驱动电路120构成为包括：通信电路122，其在与CPU110之间通过串行通信收发各种信号；喷射阀驱动器124，其向燃料喷射阀200输出驱动信号；点火器预驱动器126，其向点火装置300输出驱动信号；控制电路128，其控制喷射阀驱动器124和点火器预驱动器126。喷射阀驱动器124和点火器预驱动器126包括驱动负载的开关元件。另外，在驱动电路120中具备诊断燃料喷射阀200和点火装置300有无异常的诊断电路130，其诊断信号被输入到控制电路128。
另外，CPU110的通信电路112和驱动电路120的通信电路122通过传输时钟信号“时钟(Clock)”、使能信号“使能(Enable)”、数据输入信号“数据SI(Data SI)”以及数据输出信号“数据SO(Data SO)”的4条信号线连接。在此，作为控制信号的一个例子列举时钟信号“时钟”、使能信号“使能”以及数据输入信号“数据SI”。作为数据输出信号“数据SO”，列举诊断电路130的诊断信号等。
另外，在驱动电路120的通信电路122中组装有：数据处理电路132，其对从CPU110发送来的控制信号进行处理，经由控制电路128向喷射阀驱动器124和点火器预驱动器126输出驱动信号。此外，数据处理电路132并不限于通信电路122，也可以组装在控制电路128中，或作为单独的电路存在。
燃料喷射阀200是电磁式喷射阀，其线圈与来自喷射阀驱动器124的驱动信号对应地工作，被向闭阀方向施加了作用力的针型阀提升来喷射燃料。点火装置300包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、线圈以及点火器(火花塞)而构成，IGBT与来自点火器预驱动器126的驱动信号对应地工作，通过线圈的作用使点火器产生火花。
此外，用符号VB和310表示的分别是电源电压线、以及用于保护点火装置300的熔丝。
数据处理电路132如图2所示，适当地配置、连接与(AND)电路、非 (NOT)电路、SR触发器、D触发器、延迟电路以及时钟计数器等而构成，具备数据判定部132A、帧信号生成部132B、移位寄存器132C、数据寄存器132D、数据寄存器132E以及驱动信号输出部132F。
数据判定部132A对从CPU110接收到的使能信号“使能”为主动的期间的时钟信号“时钟”进行计数，判定在此期间接收到的数据输入信号“数据SI”是否有效。另外，数据判定部132A除了判定数据输入信号“数据SI”是否有效以外，还生成规定取入数据输入信号“数据SI”的定时的数据锁存信号“锁存(Latch)”。帧信号生成部132B根据时钟信号“时钟”和使能信号“使能”，生成规定根据数据输入信号“数据SI”生成数据帧的定时的数据帧信号“帧(Frame)”。移位寄存器132C在接收到来自帧信号生成部132B的数据帧信号“帧”时，按顺序地取入数据输入信号“数据SI”，生成预定比特的数据帧。数据寄存器132D在接收到来自数据判定部132A的数据锁存信号“锁存”时，从移位寄存器132C读入数据帧并保持。数据寄存器132E在接收到来自数据判定部132A的数据锁存信号“锁存”时，从数据寄存器132D读入数据帧并保持。因此，数据寄存器132E保持在时间上比保持在数据寄存器132D中的数据帧更早的数据帧。驱动信号输出部132F对分别保持在数据寄存器132D和132E中的数据帧进行比较，在它们相同时向控制电路128输出驱动信号。
此外，针对数据帧的各比特，由数据寄存器132D和123E以及驱动信号输出132F形成判定在时间上连续的2个数据寄存器是否相同的双联对照部。
在此，说明在CPU110和驱动电路120之间收发的控制信号。
如图3所示，控制信号中有命令帧和数据帧这2种。作为命令帧，例如可以列举从CPU110向驱动电路120发送的控制命令、从驱动电路120向CPU110发送的诊断电路130的诊断结果等。作为数据帧，例如可以列举从CPU110向驱动电路120发送的用于控制喷射阀驱动器124和点火器预驱动器126的数据等。命令帧如图3(A)所示，具有表示是命令帧的1比特的命令选择比特“1”、5比特的命令比特C0～C4、11比特的数据比特D0～D10。数据帧如图3(B)所示，具有表示是数据帧的1比特的数据选择比特“0”、16比特的数据比特D0～D15。因此，命令帧和数据帧成为能够根据使能信号“使能”成为主动 (Active Level：主动电平)后的第一个比特的极性进行区别的格式。另外，数据帧的数据比特D0～D15被分配给驱动作为驱动对象的负载的各驱动器，形成各驱动器的控制信号。
图4表示说明数据处理电路132的动作的定时图。
输入到数据处理电路132的时钟信号“时钟”通过非(NOT)电路被反转而成为反转时钟信号“时钟*(Clock*)”。另外，输入到数据处理电路132的使能信号“使能(Enable)”通过非电路被反转而成为反转使能信号“使能*(Enable*)”。帧信号生成部132B的D触发器在反转时钟信号“时钟*”的上升沿对反转使能信号“使能*”进行锁存，生成锁存数据选择比特的极性的数据选择比特锁存信号“选择(Select)”。另外，帧信号生成部132B的其他D触发器在被输入了数据选择比特锁存信号“选择”时，如果数据输入信号“数据SI”是“低(0)(Low(0))”，则输出数据使能信号“数据使能(Data Enable)”。另外，帧信号生成部132B的与(AND)电路向移位寄存器132C输出数据输入信号“数据SI”和数据使能信号“数据使能”的逻辑积即数据帧信号“帧”。移位寄存器132C在数据帧信号“帧”被输出的期间，与使反转使能信号“使能*”和时钟信号“时钟”的逻辑积反转所得的反转时钟信号“时钟*(Clock*)”对应地，通过D触发器的功能对来自帧信号生成部132B的数据帧信号“帧”进行保持/展开。
另一方面，通过数据判定部132A的时钟计数器对在使能信号“使能”成为主动(低(Low))的期间输入的时钟信号“时钟”进行计数。然后，在计数的时钟信号“时钟”正常，即在图3所示的数据帧中计数了16次时钟信号“时钟”的情况下，时钟计数器输出数据数正常信号“正常(OK)”。然后，数据判定部132A的其他与电路输出使能信号“使能”和数据数正常信号“正常(OK)”的逻辑积信号“与(And)”。另外，将该逻辑积信号“与”和通过延迟电路使数据数正常信号“正常”延迟所得的延迟数据数正常信号“正常’(OK’)”输入到D触发器，D触发器输出表示数据帧正常、并且使能信号“使能”是“高(HIGH)”的数据锁存信号“锁存”。因此，在每次正常接收一个数据帧时输出数据锁存信号“锁存”。
接着，说明接收到多个数据帧的情况下的动作。
在图5中，根据在每次正常接收数据帧时输出的数据锁存信号“锁存”，通过数据寄存器132D的D触发器，对在移位寄存器132C中保持的数据帧的预定比特的数据信号“数据(Data)”进行锁存。另外，根据数据锁存信号“锁存”，通过数据寄存器132E的D触发器，对通过数据寄存器132D的D触发器锁存的数据信号“数据”进行锁存。因此，在数据寄存器132D和132E中保持在连续的时间分别接收到的数据帧。
然后，在数据寄存器132D和132E中保持的数据信号“数据”从D触发器的Q端子作为数据信号“数据1(Data1)”和“数据2(Data2)”通过与电路进行逻辑积运算，同时输入到驱动信号输出部132F的SR触发器的S端子。另外，在数据寄存器132D和132E中保持的数据信号“数据”从D触发器的反转Q端子作为反转数据信号“数据1*(Data1*)”和“数据2*(Data2*)”通过与电路进行逻辑积运算，同时输入到驱动信号输出部132F的SR触发器的R端子。因此，SR触发器在数据锁存信号“锁存”的上升沿连续2次为“高”的情况下，输出驱动器驱动置位信号“置位(Set)”，另外在连续2次为“低”的情况下，输出驱动器驱动复位信号“复位(Reset)”。
这样，通过根据在每次正常接收数据帧时输出的数据锁存信号“锁存”，2个阶段地锁存并比较数据帧的预定比特，如果预定比特连续2次成为“高”，则驱动信号“驱动(Drive)”成为“高”，而驱动负载。另外，如果预定比特连续2次成为“低”，则驱动信号“驱动(Drive)”成为“低”，停止负载的驱动。
另一方面，如图6所示，如果在数据信号“数据”在定时T001暂时上升而成为“高”后，在定时T002又成为“低”，在定时T003再次成为“高”，则在定时T004输出驱动器驱动置位信号“置位”。另外，在数据信号“数据”的下降时也同样，如果数据信号“数据”在定时T010暂时成为“低”，但然后又在定时T011成为“高”，在定时T012再次成为“低”，则在定时T013输出驱动器驱动复位信号“复位”。
这样，根据在每次正常接收数据帧时输出的数据锁存信号“锁存”，2个阶段地锁存并比较数据帧的预定比特，由此在预定比特连续2次不成为“高”的情况下，驱动信号“驱动”不成为“高”，保持此前的状态。同样，在预定 比特连续2次不成为“低”的情况下，驱动信号“驱动”不成为“低”，保持此前的状态。
总之，如图7所示，针对数据帧的预定比特，在连续2次为“高”的情况下，驱动信号“驱动”从“低(关)(LOW(OFF))”切换到“高(开)(HIGH(ON))”，从ECU100向燃料喷射阀200或点火装置300输出的驱动信号如图那样变化。另一方面，对于数据帧的预定比特，在连续2次为“低”的情况下，驱动信号“驱动”从“高”切换到“低”，从ECU100向燃料喷射阀200或点火装置300输出的驱动信号如图那样变化。
因此，即使例如由于浪涌、来自外部的电波等在从CPU110向驱动电路120传输的控制信号中叠加了噪声，只要数据帧的预定比特不连续2次成为“高”或“低”，从ECU100向负载输出的驱动信号就不变化，因此能够在实施噪声对策的同时，抑制CPU110的负荷增加和驱动控制的延迟。在此，从CPU110向驱动电路120传输的控制信号规定与时钟信号“时钟”同步的控制状态，因此与现有技术那样连续2次收发同一数据帧的技术相比，驱动控制的延迟是可以忽视的程度。
此外，在第一实施方式中，2阶段地锁存数据帧，但也可以3阶段以上地锁存数据帧，在数据帧的预定比特连续预定次数成为“高”或“低”时，使从ECU100向负载输出的驱动信号变化(以下相同)。
另外，在以上说明的ECU100中，还具有以下这样的效果。
即，在串行通信中使用由命令帧和数据帧构成的2种帧，因此如图8所示，有时在数据帧和数据帧之间传输命令帧。但是，在图2所示的数据处理电路132中，只在帧是数据帧时执行预定的处理，因此在数据帧和数据帧之间传输的命令帧对于数据帧的预定比特连续为“高”或“低”的次数的计数没有影响。因此，能够只根据数据帧的预定比特控制负载的驱动。
图9表示控制燃料喷射阀200和点火装置300的驱动的定时图的一个例子。
在燃料喷射阀200和点火装置300的驱动控制中，例如通过旋转角度传感器按照1度所划分出的分辨率检测引擎的曲轴的旋转角度(曲轴角度)。然后，如图示那样，燃料喷射阀200的喷射信号和点火装置300的点火信号与曲轴角 度的变化对应地变化。即，在引擎旋转2圈的期间，点火信号和喷射信号与所确定的分辨率同步地以预定角度变化。并且，用周期T表示该情况下的每一个分辨率的周期。
在第一实施方式中，在数据帧的预定比特连续2次地成为“高”或“低”的情况下，使从ECU100向负载输出的驱动信号变化。因此，如图9所示，在按照1度的分辨率进行点火装置300的驱动控制的情况下，为了没有延迟，而按照周期T/2以下传输数据帧。
总之，在数据帧的预定比特连续N次成为“高”或“低”时使驱动信号变化的情况下，数据帧的传输周期成为燃料喷射阀200和点火装置300的控制分辨率、即在引擎最高转速下曲轴角度变化1度所需要的周期T的1/N以下。
[第二实施方式]
第二实施方式的ECU100除了第一实施方式的ECU100的结构以外，如图10所示，构成为在数据处理电路132和控制电路128之间隔着组合判定电路134和表136。
组合判定电路134针对点火装置300对引擎的点火控制，判定例如即使由于噪声叠加等而指示了多个气缸的同时点火是否也不产生问题。另外，表134如图11所示，设定了多个气缸的同时点火对引擎的影响的有无。
设想以下的情况，即在ECU100对3气缸的引擎进行点火控制的情况下，由于噪声叠加等而数据帧的数据比特被改写，进行了2个气缸的同时点火。这时，如图11所示，如果在对#1气缸进行点火的情况下，也同时对#2气缸进行点火，则有可能发生回火等，对引擎产生影响，但即使同时对#3气缸进行点火也对引擎没有影响。另外，在对#2气缸进行点火的情况下，即使同时对#1气缸进行点火也对引擎没有影响，但如果同时对#3气缸进行点火，则有可能发生回火等，对引擎产生影响。进而，如果在对#3气缸进行点火的情况下，同时对#1气缸进行点火，则有可能发生回火等，对引擎产生影响，但即使同时对#2气缸进行点火，对引擎也没有影响。除此以外，在4气缸、6气缸以及8气缸的引擎的点火控制中，也设想图11所示那样的对引擎的影响。
如果这样在从CPU110向驱动电路120传输的控制信号中叠加了噪声等，则数据帧的数据比特被改写，进行2个气缸的同时点火，有可能引起回火、过 早点火等，对引擎产生影响。但是，在第二实施方式中，预先将有可能对引擎产生影响的同时点火的组合存储在表136中，组合判定电路134对从数据处理电路132输出的数据帧进行验证，由此避免同时点火对引擎的影响。这时，组合判定电路134在判定为有因同时点火对引擎的影响的情况下，通过判定为对引擎没有影响的最新的数据帧输出对点火装置300的驱动信号。由此，能够事前避免对引擎的影响，能够成为可靠性高的ECU100。
在此，组合判定电路134在连续预定次数接收到驱动多个点火装置300的数据帧的情况下，也可以判定为CPU110、通信电路112和122的至少一个发生了故障，并根据该判定在经过预定时间后将点火装置300设为非工作状态。由此，在ECU100发生了故障的状态下能够避免执行对引擎产生影响的点火控制，能够保护引擎。在该情况下，为了能够将车辆搬运到服务工厂，作为预定时间可以设为跛行模式(limp-home)控制所需要的时间。
此外，在进行不可能2个气缸同时点火的通常的引擎的点火控制时，在数据帧的数据比特包含2个气缸以上的点火控制数据的情况下，判定为该数据帧异常，通过数据比特正常的最新的数据帧输出对点火装置300的驱动信号。由此，能够通过更简单的电路结构事前判定数据帧的异常，能够设为可靠性高的ECU100。
另外，作为驱动负载的控制装置，并不限于引擎控制单元，例如还有变速箱控制单元、制动控制单元等。
符号说明
100：ECU；110：CPU(处理器)；120：驱动电路；122：通信电路；124：喷射阀驱动器；126：点火器预驱动器；128：控制电路；132：数据处理电路；134：组合判定电路；136：表；200：燃料喷射阀；300：点火装置。