(57)【要約】【課題】  高速でのオン／オフのタイミングに加えて、振幅やスロープなどの出力波形の指示情報を少ない信号線で伝送する方式を提供する。【解決手段】シリアル通信で振幅やスロープなどの出力波形修飾情報をシリアル通信で転送し、オン／オフのタイミング信号を個別情信号で送る。【選択図】  図１
2005141415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力タイミング及び出力波形を決定するメインプロセッサと、
前記出力タイミングにおいて、前記出力波形を出力するＩ／Ｏノードとを有し、
メインプロセッサからＩ／Ｏノードに、
前記出力タイミングの情報（以下「出力タイミング情報」と呼ぶ）は個別信号線で伝送され、
前記出力波形の情報（以下「出力波形修飾情報」と呼ぶ）はシリアル通信路で伝送されることを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のリアルタイム制御装置において、前記出力波形修飾情報が出力の波高値を表すことを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のリアルタイム制御装置において、前記出力波形修飾情報が出力の時間当たりの変化量を表すことを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項４】
請求項１記載のリアルタイム制御装置において、前記出力波形修飾情報が出力の制御パラメータを表すことを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項５】
請求項１記載のリアルタイム制御装置において、前記出力タイミング情報の立ち上がりが出力タイミングを表していることを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項６】
請求項１記載のリアルタイム制御装置において、前記出力タイミング情報の立ち上がり及び立ち下りがそれぞれ出力の立ち上がり及び立ち下りタイミングを表していることを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項７】
請求項１記載のリアルタイム制御装置において、前記Ｉ／Ｏノードを複数有することを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項８】
請求項１記載のリアルタイム制御装置において、前記メインプロセッサにエンジンからクランク角センサ信号が入力し、前記メインプロセッサは前記クランク角センサ信号に同期して前記出力タイミング情報を出力し、前記Ｉ／Ｏノードの出力によりエンジンの吸気弁、排気弁の開閉動作を制御することを特徴とするリアルタイム制御装置。
【請求項９】
請求項８記載のリアルタイム制御装置において、前記吸気弁、前記排気弁が電磁力により開閉されることを特徴とするリアルタイム制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御装置にかかり、特にリアルタイム制御に好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の機能の高度化に伴い、配線基板の配線は複雑なものとなり、配線の本数は増加する傾向にある。一方、利便性の見地からは電子機器の小型化が求められている。これらの相反する要求を満たすために、信号をシリアル化して伝送し、配線数を削減する手段が従来よりとられている。
【０００３】
Data Sheet TLE4230 GP, Infineon Technologies AG, Bereichs Kommunikation (28 August, 2000)等に示されるパワー素子では、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）及び個別信号線いずれにでも出力が制御できるようになっている。この従来技術によれば、リレー等のオン／オフの周期の長い出力はＳＰＩに代表されるようなシリアル通信により制御し、制御のための信号の本数を大幅に削減することができる。また、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）などの短い周期でオン／オフを繰り返す出力は個別信号で制御し、シリアル通信のオーバーヘッドのない高速なオン／オフが可能となる。
【非特許文献１】Data Sheet TLE4230 GP, Infineon Technologies AG, Bereichs Kommunikation (28 August, 2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べた従来技術は、単純なオン／オフを制御するには効果的な技術である。しかし、高速で動作し、かつ複雑な出力を制御するためにはさらに考慮が必要である。例えば、単なるオン／オフだけでなく振幅やスロープなどの出力波形を制御する必要がある場合には従来技術では対応できない。
【０００５】
そこで本発明は、高速でのオン／オフのタイミングに加えて、振幅やスロープなどの出力波形の指示情報を少ない信号線で伝送する方式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】
【０００６】
本発明では、振幅やスロープなどの出力波形の指示情報（出力波形修飾情報）をシリアル通信路で転送し、オン／オフのタイミングを個別信号線で送ることにより、上記目的を達成する。出力波形修飾情報は出力の波高値、出力の時間当たりの変化量、出力の制御パラメータなどとすることができ、オン／オフのタイミングは出力タイミング情報の立ち上がりや立ち下りによって表すことができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、メインプロセッサからＩ／Ｏプロセッサに高速でのオン／オフのタイミングに加えて、振幅やスロープなどの出力波形の指示情報を少ない本数の信号線で伝送することができる。したがって、メインプロセッサでは出力の概略の制御を司り、Ｉ／Ｏプロセッサでは出力の詳細な制御を司るという機能分担を図ることができ、結果として制御装置の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の基本的な実施形態を示す図である。メインプロセッサ（メインノードともいう）１００からＩ／Ｏプロセッサ（Ｉ／Ｏデバイス、Ｉ／Ｏノードともいう）２００にシリアル通信路１及び個別信号線２０が接続され、出力波形修飾情報１９はシリアル通信路１を介して伝送し、出力タイミング情報２１は個別信号線２０を介して伝送する。出力制御部２０１は出力タイミング情報２１が到来したタイミングで出力波形修飾情報１９に従った出力３０を出力する。
【０００９】
なお、制御装置などに用いられるシリアル通信としてＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）などが提供されているが、本発明はシリアル通信の種別には依存しない。したがって、本明細書では個々のシリアル通信方式に関しての説明は省略する。
【００１０】
本実施形態によれば、メインプロセッサ１００からＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００に、高速でのオン／オフのタイミングに加えて、振幅やスロープなどの出力波形の指示情報を少ない本数の信号線で伝送することができる。したがって、メインプロセッサ１００では出力の概略の制御を司り、Ｉ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００では出力の詳細な制御を司るという機能分担を図ることができ、結果として制御装置の性能を向上させることができる。
【００１１】
図２は、メインプロセッサ１００に複数のＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００−１〜２００−ｎを接続した実施形態を示す図である。出力波形修飾情報１９−１〜１９−ｎは共通のシリアル通信路１を介して伝送し、出力タイミング情報２１−１〜２１−ｎはそれぞれ個別信号線２０−１〜２０−ｎを介して伝送する。本実施形態によれば、先に述べた図１の実施形態よりも多くの出力を持つ制御システムの性能を向上させることができる。
【００１２】
続いて、図３〜図６を用いて、出力波形修飾情報１９及び出力タイミング情報２１の伝送方法についての実施形態を説明する。
【００１３】
図３は、出力波形修飾情報１９が出力波形の振幅情報（出力波高値）を表し、出力タイミング情報２１の立ち上がりで出力タイミングを表している実施形態を示す図である。本実施形態によれば、出力タイミング情報２１の立ち上がりのタイミングで、出力波形修飾情報１９が表す振幅の出力３０をＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００が出力する。例えば、最初の出力タイミング情報２１の立ち上がり以前に振幅１０Ｖを示す出力波形修飾情報１９が入力され、この出力タイミング情報２１の立ち上がりのタイミングで振幅１０Ｖの出力３０を出す。続いて、出力タイミング情報２１の２番目の立ち上がり以前に振幅５Ｖを示す出力波形修飾情報１９が入力され、この２番目の立ち上がりのタイミングで振幅５Ｖの出力３０を出す。さらに続いて、出力タイミング情報２１の３番目の立ち上がり以前に振幅０Ｖを示す出力波形修飾情報０が入力され、この３番目の立ち上がりのタイミングで振幅０Ｖの出力３０を出す。
【００１４】
図４は、出力波形修飾情報１９が出力波形の振幅情報を表し、出力タイミング情報２１の立ち上がりが出力信号３０の波形が立ち上がるタイミング、出力タイミング情報２１の立ち下がりが出力信号３０の波形が立ち下がるタイミングを表している実施形態を示す図である。本実施形態によれば、出力タイミング情報２１の立ち上がりのタイミングから立ち下がるまでの間、出力波形修飾情報１９が表す振幅の出力３０をＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００が出力する。
【００１５】
例えば、最初の出力タイミング情報２１の立ち上がり以前に振幅１０Ｖを示す出力波形修飾情報１９が入力され、出力タイミング情報２１の立ち上がりから立ち下がりまでの間振幅１０Ｖの出力３０を出す。続いて、出力タイミング情報２１の２番目の立ち上がり以前に振幅５Ｖを示す出力波形修飾情報１９が入力され、出力タイミング情報２１の立ち上がりから立ち下がりまでの間、振幅５Ｖの出力３０を出す。さらに続いて、出力タイミング情報の３番目の立ち上がり以前に振幅１Ｖを示す出力波形修飾情報１９が入力され、出力タイミング情報２１の立ち上がりから立ち下がりまでの間、振幅１Ｖの出力３０を出す。
【００１６】
図５は、出力波形修飾情報１９が出力波形のスロープ（傾き）を表している実施形態を示す図である。本実施形態によれば、出力タイミング情報２１の立ち上がりのタイミングと立ち下がりのタイミングに合わせて出力波形修飾情報１９が表すスロープ（傾き）の出力３０をＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００が出力する。
【００１７】
例えば、最初の出力タイミング情報２１の立ち上がり以前に傾き１０Ｖ／μｓを示す出力波形修飾情報１９が入力され、出力タイミング情報２１の立ち上がり、立ち下がりに合わせて傾き１０Ｖ／μｓの出力３０を出す。続いて出力タイミング情報２１の２番目の立ち上がり以前に傾き５Ｖ／μｓを示す出力波形修飾情報１９が入力され、出力タイミング情報２１の立ち上がり、立ち下がりに合わせて、傾き５Ｖ／μｓの出力３０を出す。さらに続いて出力タイミング情報の３番目の立ち上がり以前に傾き２Ｖ／μｓを示す出力波形修飾情報１９が入力され、出力タイミング情報２１の立ち上がり、立ち下がりに合わせて、傾き２Ｖ／μｓの出力３０を出す。
【００１８】
図６は、出力波形修飾情報１９が出力波形の制御パラメータを表している実施形態を示す図である。本実施形態ではＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００がフィードバック制御により出力３０を制御し、そのフィードバック制御のパラメータを出力波形修飾情報１９が表している。つまり、図１乃至２の実施形態においてＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００は出力３０の値をフィードバックするためのフィードバック入力５０−１〜５０−ｎを例えば図９に示すように有し、フィードバック入力と設定値とを比較することあるいは両者の差により出力３０の値を修正する。なお、該設定値は図３の実施形態にあるように出力波形修飾情報１９が表す出力波形の振幅情報としてもよい。
【００１９】
図示の例の場合、最初の出力に比べて２番目の出力では、より応答の遅い制御パラメータが出力波形修飾情報１９により設定されている。３番目の出力では非常に応答の早い制御パラメータが設定されており、出力３０にオーバーシュートが見られる。
【００２０】
また同様に、Ｉ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００がフィードフォワード制御により出力３０を制御している場合も、出力波形修飾情報１９により制御パラメータを設定できることは言うまでもない。
【００２１】
出力波形修飾情報１９のフォーマットは種々考えられるが、例えば振幅情報（出力波高値）、スロープ（傾き）、制御パラメータなどの情報をシリアルデータの所定のフィールドの２進数またはアスキーコードで表すことが考えられる。
【００２２】
以上、出力波形修飾情報１９が様々な情報を表す実施形態を示したが、出力波形修飾情報１９が複数の情報を示すことも可能である。この場合にはシリアルデータに複数の情報に対応するフィールドを設けて、それぞれのフィールドで情報を２進数またはアスキーコードで表すことが考えられる。
【００２３】
図７は、メインプロセッサ１００の実施形態を示す図である。メインプロセッサ１００はマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）１０１、メモリ１０２、シリアル通信インタフェース１０３、タイマ１０４から構成される。マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）１０１は、必要な情報をメモリ１０２に記憶しながら出力タイミング及び出力波形を決定し、決定した出力波形に基づく情報（出力波形修飾情報１９）を送るためにシリアル通信インタフェース１０３での通信を起動する。さらに決定された出力タイミングに基づき、タイマ１０４を設定する。
【００２４】
シリアル通信インタフェース１０３は通信起動に基づき、出力波形修飾情報１９をシリアル通信路１経路でＩ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）２００に伝送する。タイマ１０４では、タイマ設定に基づき所定の時刻に出力タイミング情報２１を出力する。
【００２５】
また、図８に示すように、処理をパイプライン化することにより制御装置の性能を向上させることができる。ＭＰＵ１０１では出力制御のための処理をする。その処理により出力のタイミング及びその波形（出力波形修飾情報１９）を求める。ＭＰＵ１０１は、処理の結果に基づきシリアル通信インタフェース１０３に通信起動をかける。通信起動を多くの場合、シリアル通信インタフェース１０３の制御レジスタに所定の情報を書き込むとともにメッセージバッファに送信すべきメッセージとして出力波形修飾情報１９を書き込むことにより実現する。シリアル通信インタフェース１０３は通信起動を受けて、メッセージバッファに書き込まれた出力波形修飾情報１９をＩ／Ｏプロセッサ２００−ｉに送信する。
【００２６】
またさらにＭＰＵ１０１は、処理結果に基づきタイマ１０４を設定する。設定の方法はタイマ１０４のレジスタに信号を出力すべきタイミングでのカウンタの値を書き込むことにより実現する。タイマ１０４はカウンタの値がレジスタに書き込まれた設定値になったときに出力、即ちタイミング情報２１をＩ／Ｏプロセッサ２００−ｉに伝送する。
【００２７】
図９は、吸気弁、排気弁を電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎとしたエンジン制御の実施形態を示す図である。従来、カムにより開閉させていた吸気弁、排気弁を電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎとし、吸気弁、排気弁の開閉のタイミング、開弁量を可変にすることによりエンジン制御の自由度を高めて、燃費、排気の改善を図ることができる。電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎの制御で特に課題となるのは、弁及び弁駆動部の弁座金やストッパへの衝突速度を低減して静音化を図ることである。そのためにＩ／Ｏプロセッサ２００−１〜２００−ｎでは高速の制御が必要となるため、エンジンを構成する各気筒の複数の電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎを複数のＩ／Ｏプロセッサ２００−１〜２００−ｎで分担して制御する必要がある。
【００２８】
エンジンのクランク角センサからはクランク角センサ信号１０５が入力される。クランク角センサは、クランク軸に取りつけられた検出歯の回転を近接させた磁気コイルやホールセンサ等で検出するもので、クランクが一定角度回転する毎にパルスがクランク角センサ信号１０５として出力される。角度分解能を確保するために、エンジン構成部品の中で最も径の大きいフライホイルに検出歯が刻まれることが多い。なお、クランク角センサは特定の位置（角度）の歯を欠けさせるなど特定パターンのエンコードを施して絶対位置（角度）を示すことが多い。したがって、クランク角センサ信号１０５もこのクランク角センサの歯のエンコードパターンに従った波形となる。
【００２９】
クランク角センサ信号１０５は、メインプロセッサ１００のタイマ１０４に入力される。タイマ１０４では先ず角度分解能を高めるためにデジタルＰＬＬという手法でクランク角センサ信号１０５の１パルスの間隔をＮ等分して、Ｎ個のパルス、即ちＮ倍パルスを生成する。続いてタイマ１０４では、Ｎ倍パルスを時刻基準にしてレジスタに書き込まれた値にしたがって電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎの開閉タイミングを生成し、出力タイミング情報２１−１〜２１−ｎとして、個別信号線２０−１〜２０−ｎを介してＩ／Ｏプロセッサ２００−１〜２００−ｎに伝送する。なお、電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎの開閉タイミングはソフトウェアにより演算され、タイマ１０４のレジスタに書き込まれる。
【００３０】
Ｉ／Ｏプロセッサ２００−１〜２００−ｎではメインプロセッサ１００から出力された出力タイミング情報２１−１〜２１−ｎに従って、電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎを制御するための出力３０−１〜３０−ｎを出力する。電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎは図示しない駆動回路によって制御され、出力３０−１〜３０−ｎは前記駆動回路への信号で、駆動回路が電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎに流す電流の指示値や、ＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦパターン等を示す信号とすることが考えられる。また、図示しない位置センサにより電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎの開弁量は計測され、Ｉ／Ｏプロセッサ２００−１〜２００−ｎにフィードバック入力５０−１〜５０−ｎとして入力される。
【００３１】
また、メインプロセッサからＩ／Ｏプロセッサ２００−１〜２００−ｎには出力波形修飾情報１９−１〜１９−ｎがシリアル通信路１経由で伝送される。出力波形修飾情報１９−１〜１９−ｎとしては、目標とする開弁量、制御パラメータ、制御方式（モード）を示す情報などが含まれている。Ｉ／Ｏプロセッサ２００−１〜２００−ｎでは、前記位置センサからの入力により電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎをフィードバックまたはフィードフォワードにより制御する。
【００３２】
以上述べた本実施形態により省配線とリアルタイム性とを両立でき、複数のＩ／Ｏプロセッサに演算負荷を分散させて高速リアルタイムで複数の電磁駆動弁４０−１〜４０−ｎを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の基本的な実施形態を示す図。
【図２】複数のＩ／Ｏプロセッサを有する実施形態を示す図。
【図３】出力波形修飾情報が出力波形の振幅を表す実施形態を示す図。
【図４】出力波形修飾情報が出力波形の振幅を表す実施形態を示す図。
【図５】出力波形修飾情報が出力波形のスロープ（傾き）を表す実施形態を示す図。
【図６】出力波形修飾情報が出力波形の制御パラメータを表す実施形態を示す図。
【図７】メインプロセッサ１００の実施形態を示す図。
【図８】メインプロセッサ１００の動作の実施形態を示す図。
【図９】電磁駆動弁制御の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１００…メインプロセッサ、１０１…マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）、１０２…メモリ、１０３…シリアル通信インタフェース、１０４…タイマ、２００，２００−１〜２００−ｎ…Ｉ／Ｏプロセッサ（またはＩ／Ｏデバイス）、１…シリアル通信路、１９，１９−１〜１９−ｎ…出力波形修飾情報、２０，２０−１〜２０−ｎ…個別信号線、２１，２１−１〜２１−ｎ…出力タイミング情報、３０，３０−１〜３０−ｎ…出力
【図１】
2005141415.tif 000003
【図２】
2005141415.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005141415.tif 000007
【図６】
2005141415.tif 000008
【図７】
2005141415.tif 000009
【図８】
2005141415.tif 000010
【図９】
2005141415.tif 000011