JP2005255037A - 車両用電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ネットワーク接続された電子制御装置のマイコンの演算機能が正常に動作しているか否かを確実に監視できる安価な車両用電子制御装置を提供する。
【解決手段】 指令値の演算を行なう少なくとも1個の指令装置と、アクチュエータの駆動を行なう少なくとも1個の駆動装置とが通信可能に接続され、駆動装置は指令装置から受信した指令値に基づいてアクチュエータの駆動指令を行なう車両用電子制御装置であって、駆動装置は指令装置に対し所定の演算命令を送信し、指令装置は駆動装置に対し演算命令に応じた演算結果を返送し、駆動装置は返送された演算結果に基づいて指令装置の異常を検出することを特徴とする車両用電子制御装置として提供可能である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車両用電子制御装置に関するもので、特に車両用電子制御装置に含まれるマイコン監視装置に関するものである。

マイクロコンピュータ制御装置は、制御信号を出力して所定の負荷を制御するマイクロコンピュータ（以下略称：マイコン）と、このマイコンの異常動作状態を検出し、リセット信号を出力してマイコンをリセットするウオッチドッグ回路と、このウオッチドッグ回路のリセット信号に応じて、フェイル信号を出力するフェイルセーフ回路と、このフェイルセーフ回路のフェイルセーフ信号に応じて、マイコンの制御信号をフェイルセーフ側に切り換える信号切換回路とを備え、マイコンのプログラム命令が実行される際のマシンサイクルに同期した信号等を発生させ、該信号が所定の時間発生しない場合はマイコンの動作異常と判定する方式（以下略称：ランパルス方式）が知られている（特許文献１参照）。

特公昭５８−５５５３５号公報

ランパルス方式によるマイコンの監視は、マイコンの暴走検出の効果がある程度期待できるが、マイコンは暴走していないがマイコン内部の演算機能が異常となる場合においてはマイコンの動作異常を検出できず、誤った演算値でそのまま制御を実行してしまい、制御対象機器の誤動作を引き起こすこともある。この問題を解決するために、複数のマイコンを用いて演算結果を相互比較する方式もあるがコストが高くなり製品の競争力が低下してしまう。

また、ネットワーク接続された複数の電子制御装置で構成され、電子制御装置が協調して制御を行なう場合、特許文献１の例のようにランパルス方式でマイコンを監視する方法では、ランパルスは常時出力する必要があるため、通信トラフィックが増大して通信データの衝突あるいは遅延が生ずるため通信線を共用することができず、ランパルス専用の通信線を設ける必要があり、これもコストアップ要因となる。

上記問題を背景として、本発明の課題は、ネットワーク接続された電子制御装置のマイコンの演算機能が正常に動作しているか否かを確実に監視できる安価な車両用電子制御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および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するための車両用電子制御装置を提供するものである。即ち、請求項１によれば、指令値の演算を行なう少なくとも1個の指令装置と、アクチュエータの駆動を行なう少なくとも1個の駆動装置とが通信可能に接続され、駆動装置は指令装置から受信した指令値に基づいてアクチュエータの駆動指令を行なう車両用電子制御装置であって、駆動装置は指令装置に対し所定の演算命令を送信し、指令装置は駆動装置に対し演算命令に応じた演算結果を返送し、駆動装置は返送された演算結果に基づいて指令装置の異常を検出することを特徴とする車両用電子制御装置として構成される。

上記構成によって、ネットワーク接続された電子制御装置の演算機能が正常に動作しているか否かを確実に監視することができる。また、指令装置および駆動装置というように装置の役割を分けることで、駆動装置が自らへの指令値を送ってくる指令装置を監視するという合理的な構成をとることができる。さらに、ランパルス方式のように別個にランパルス用の通信線を設ける必要もなく、製造コストは上昇しない。

請求項２によれば、本発明の車両用電子制御装置において、駆動装置による指令装置の異常検出は、所定の周期で実施する構成とすることができる。

本発明の異常検出の処理は、システムのフェールセーフ処置に許容される時間内に完了する必要があるが、一方で指令装置あるいは駆動装置の通常の制御処理に影響を及ぼさないように実施する必要がある。通常は割り込み処理を用いるが、本異常検出処理に要する時間が長くなると、割り込み時間が長くなり通常の制御処理が遅延する等の影響を及ぼすため、このような場合には通常の制御処理に影響のないように、一回あたりの割り込み許容時間に収まるよう処理を分割して本異常検出処理の周期を設定してもよい。また、複数の指令装置に対して本異常検出処理を行なう場合には、時分割方式を用い本異常検出処理を行なう構成をとる。本構成によって、本異常検出処理の指令装置あるいは駆動装置の制御処理全体に対する占有率を増大させず、通常の制御処理に影響を及ぼすことなく本異常検出処理を行なうことが可能となる。

請求項３によれば、本発明の車両用電子制御装置において、駆動装置による指令装置の異常検出は、アクチュエータへの駆動指令を行なう前に実施する構成をとることができる。指令装置からの指令値に基づいてアクチュエータへの駆動指令を行なった後に該指令装置の異常が検出された場合、既に異常な指令値によってアクチュエータへが駆動してしまい、アクチュエータおよびその周辺回路機器の故障等が発生することも有り得る。本発明の構成では、指令値を受信する前、あるいは指令値を受信してからアクチュエータへの駆動指令を行なう間に本異常検出処理を行なうので、異常な指令値によってアクチュエータを駆動することもなく、アクチュエータおよびその周辺回路機器の故障等が発生することもない。

請求項４によれば、本発明の車両用電子制御装置において、駆動装置が複数の指令装置を対象として演算命令を送信する場合、対象となる指令装置への送信順序および指令装置に対する演算命令の送信回数を駆動装置の状態に応じて設定する構成をとることができる。本構成によって、例えば、指令装置からの指令値の送信周期に応じて演算命令の送信周期を変更したり、車両用電子制御装置全体の制御状況によって演算命令を送信する対象となる指令装置を選択することが可能となる。よって、適切なタイミングで精度よく指令装置の異常検出を行なうことができる。

請求項５によれば、本発明の車両用電子制御装置において、駆動装置として、運転者のステアリング動作に基づいて、モータを通電駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両における電動パワーステアリング装置を用いる構成をとることができる。

車両では、例えば走行系の指令装置および駆動装置をネットワーク接続し、車両の走行状態に応じて指令装置が電動パワーステアリング装置などの各駆動装置に車両の走行制御を分担して行なわせる協調制御方式が採られることがある。本発明の構成によって、電動パワーステアリング装置が指令装置の故障を検出することで、異常な指令値に基づくステアリング機構の駆動を行なうことを防止できるため、車両の挙動が異常になることを未然に防止することができる。

ネットワーク接続された電子制御装置のマイコンの演算機能が正常に動作しているか否かを確実に監視できる安価な車両用電子制御装置を提供するという目的を、駆動用電子制御装置が指令用制御装置の演算機能を監視する方法によって実現した。

以下、本発明の実施の形態である車両用電子制御装置について、図面を用いて説明する。
図１は、車両用電子制御装置の全体構成図である。本発明の指令装置であるレーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，自動駐車指令ユニット３３と本発明の駆動装置である電動パワーステアリング装置の制御ユニット（以下、ＥＰＳ−ＥＣＵと略称する，ＥＰＳ：Electronic Power Steering，ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１３，伝達比可変操舵装置の制御ユニット（以下、ＶＧＲＳ−ＥＣＵと略称する，ＶＧＲＳ：Variable Gear Ratio Steering）２２とが通信バス４１を介して相互に通信可能に接続されている。

レーンキープ指令ユニット３１は接続されている前方監視カメラ１１（図３参照）の撮影した画像情報および車両の走行状態に基づいて、走行中の車線を維持するために必要な演算を行ない、その演算結果を指令値としてＥＰＳ−ＥＣＵ１３あるいはＶＧＲＳ−ＥＣＵ２２に送信する。また、前方車両自動追尾指令ユニット３２は接続されている前方監視レーダ１２（図３参照）によって検出された前方車両との車間距離情報および車両の走行状態に基づいて、該車間距離を維持するために必要な演算を行ない、その演算結果を指令値として送信する。さらに、自動駐車指令ユニット３３は図示しない後方監視カメラの撮影した画像情報に基づいて、所定の駐車位置に車両を動かすために必要な演算を行ない、その演算結果を指令値として送信する。なお、車両の走行状態は、車両の速度，ＥＰＳ−ＥＣＵ１３あるいはＶＧＲＳ−ＥＣＵ２２から送られる操舵ハンドル１１０の操舵状態などのパラメータがあるが、用いるパラメータに制約を設けるものではない。

ＥＰＳ−ＥＣＵ１３あるいはＶＧＲＳ−ＥＣＵ２２は、レーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３から送信されてきた指令値に基づいて操舵に関する制御を行なう。また、これら指令ユニットに現在の制御の状態を送る。

図３を用いて電動パワーステアリング装置および伝達比可変操舵装置の構成について説明する。電動パワーステアリング装置では、操舵ハンドル１１０が操舵軸（ステアリングシャフト）１１２ａに接続されて、操舵軸１１２ａの下端は運転者の操舵ハンドル１１０の動きを検出するトルクセンサ１１１に接続されており、ピニオンシャフト（ステアリングシャフト）１１２ｂの上端がトルクセンサ１１１に接続されている。また、ピニオンシャフト１１２ｂの下端には、ピニオン１１２ｃが設けられ、ピニオン１１２ｃがラックバー１１８に噛合されている。更に、ラックバー１１８の両端には、ナックルアーム１２２，１２２を介して操舵輪１２４，１２４が接続されている。また、ラックバー１１８には、ＥＰＳアクチュエータ１１５がピニオン１１５ａを介して取り付けられている。なお、ＥＰＳアクチュエータ１１５は、ラックバー１１８に同軸的に取り付ける方法を採ってもよい。

トルクセンサ１１１およびＥＰＳアクチュエータ１１５は、ＥＰＳ−ＥＣＵ１３に接続されている。ＥＰＳ−ＥＣＵ１３には、図示しないＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力インターフェースであるＩ／Ｏおよびこれらの構成を接続するバスライン等を含むマイコン１３ａが備えられているが、すでに公知のものであるので、その詳しい説明については割愛する。

ＥＰＳ−ＥＣＵ１３においてＥＰＳ制御プログラムを実行することにより、各指令ユニットから送られてくる指令値およびトルクセンサ１１１で検出されたトルクに対応したＥＰＳアクチュエータ１１５で発生させる駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生させるための電圧をＥＰＳアクチュエータ１１５に印加する。詳しくは、トルクセンサ１１１がステアリングシャフトにかかる操舵トルクを検出し、検出された操舵トルクに応じてＥＰＳアクチュエータ１１５に供給する電流値を決定し、決定された電流値によりＥＰＳアクチュエータ１１５を駆動して、ステアリングシャフトにかかるトルクを補助する。

伝達比可変操舵装置では、操舵ハンドル１１０が操舵軸１１２ａに接続されて、この操舵軸１１２ａには運転者の操舵ハンドル１１０の動きを検出する操舵角センサ２１１が接続されており、さらにＶＧＲＳアクチュエータ２１２が接続されている。

操舵角センサ２１１およびＶＧＲＳアクチュエータ２１２は、ＶＧＲＳ−ＥＣＵ２２に接続されている。ＶＧＲＳ−ＥＣＵ２２には、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏおよびこれらの構成を接続するバスライン等を含むマイコンが備えられているが、すでに公知のものであるので、その詳しい説明については割愛する。

ＶＧＲＳ−ＥＣＵ２２においてＶＧＲＳ制御プログラムを実行することにより、各指令ユニットから送られてくる指令値および操舵角センサ２１１で検出された操舵角に対応したＶＧＲＳアクチュエータ２１２で発生させる舵角比を算出し、算出した舵角比を発生させるための電圧をＶＧＲＳアクチュエータ２１２に印加する。なお、転舵角検知センサが車両の転舵輪の転舵角を検知し、ＶＧＲＳアクチュエータ２１２が分割された操舵ハンドル（ステアリング）１１０側の操舵軸（ステアリングシャフト）１１２ａと転舵輪側のステアリングシャフトとの間の回転角を電動モータにより相対的に変化させる。

以下、本発明の電子制御装置における監視方法を、駆動装置として電動パワーステアリング装置を例に挙げて説明する。伝達比可変操舵装置の場合でも同様であるため説明を割愛する。また、駆動装置としてアンチロックブレーキ装置，横滑り防止装置，アクティブ後輪操舵装置（４ＷＳ）を用いてもよい。同様に、指令装置にレーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３以外の装置を用いてもよい。

図２において、ＥＰＳ−ＥＣＵ１３に含まれるマイコン１３ａから、レーンキープ指令ユニット３１に含まれるマイコン３１ａ，前方車両自動追尾指令ユニット３２に含まれるマイコン３２ｂ，および自動駐車指令ユニット３３に含まれるマイコン３３ｃが正しい演算を行なっているかどうかをチェックするための演算命令が送られる。マイコン３１ａ，マイコン３２ｂ，およびマイコン３３ｃでは送られてきた演算命令に基づく演算を行ない、その結果をＥＰＳ−ＥＣＵ１３へは該演算命令に対する演算結果が返送される。そして、マイコン１３ａが予め図示しないＲＯＭ等に記憶している演算結果と、該返送された演算結果とを比較してマイコン３１ａ，マイコン３２ｂ，およびマイコン３３ｃの異常を検出する。

駆動装置であるＥＰＳ−ＥＣＵ１３（マイコン１３ａ）から送られる演算命令は、通信バス４１のデータ伝送量を著しく増大させないため、演算命令番号および該演算命令番号に対応する演算パラメータおよび正しい演算結果が図示しないＲＯＭあるいはＲＡＭ等の記憶媒体に記憶されている。一方、指令装置（レーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３）には、該演算命令番号に対応する演算命令が図示しないＲＯＭあるいはＲＡＭ等の記憶媒体に記憶されている。

そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ１３からは演算命令番号および演算パラメータが各指令ユニットへ送られる。各指令ユニットは該演算命令番号および演算パラメータに基づく演算を行ない、その演算結果をＥＰＳ−ＥＣＵ１３へ返送する。ＥＰＳ−ＥＣＵ１３は返送されてきた演算結果と演算命令番号に対応する正しい演算結果とを比較することで各指令ユニットの異常を検出する。

図５にＥＰＳ−ＥＣＵ１３が行なう、レーンキープ指令ユニット３１（マイコン３１ａ），前方車両自動追尾指令ユニット３２（マイコン３２ｂ），および自動駐車指令ユニット３３（マイコン３３ｃ）との通信のタイミングチャートを示す。ステップ１ではマイコン３１ａへ演算命令を送信する。ステップ２ではマイコン３１ａからの演算結果を受信してマイコン３１ａの異常判定を行なうとともにマイコン３２ｂへ演算命令を送信する。ステップ３ではマイコン３２ｂからの演算結果を受信してマイコン３２ｂの異常判定を行なうとともにマイコン３３ｃへ演算命令を送信する。次のステップ（図示せず）ではマイコン３３ｃからの演算結果を受信してマイコン３３ｃの異常判定を行なうとともにマイコン３１ａへ演算命令を送信する。

上記の通信をＴ２（ｍｓ）間隔で繰り返し行ない、最後のステップＮではマイコン３３ｃからの演算結果を受信してマイコン３３ｃの異常判定を行なうのみで、マイコン３１ａへは演算命令を送信しない。これらステップ１からステップＮまでの処理を１サイクルとし、１サイクルの周期をＴ１（ｍｓ）としている。上記構成のように、時分割形式（Ｔ２間隔）で複数の指令ユニットの演算命令を送信しているため、一度に全ての指令ユニットへ演算命令を送信する方式に比べ、１回あたりの処理時間が短くなり、ＥＰＳ−ＥＣＵ１３通常処理への影響を最小限に抑えることができる。

図５の例では、ＥＰＳ−ＥＣＵ１３（マイコン１３ａ）からの演算命令の送信順は、レーンキープ指令ユニット３１（マイコン３１ａ），前方車両自動追尾指令ユニット３２（マイコン３２ｂ），自動駐車指令ユニット３３（マイコン３３ｃ）の順に繰り返しそれぞれ同じ回数行なっているが、車両の速度，ステアリング操舵角度などの車両の状態（即ち、制御上の優先度）に応じて演算命令の送信順を変更したり、周期Ｔ１あたりの送信回数を可変とする方法をとってもよい。例えば、奇数ステップではマイコン３１ａに演算命令を送り、偶数ステップではマイコン３２ｂおよびマイコン３３ｃに対して交互に演算命令を送るという方法が挙げられる。

また、周期Ｔ１は、レーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３からの異常な指令値によってＥＰＳアクチュエータ１１５が駆動されないように値が設定される。これは、例えば、マイコン１３ａがレーンキープ指令ユニット３１からの指令値を受信して該指令値に基づいてアクチュエータ１１５を駆動する前に、レーンキープ指令ユニット３１のマイコン３１ａの異常判定処理を必ず行なうようにするためである。

よって、周期Ｔ１は、各指令ユニットから指令値が送られてくる周期と同じ周期あるいは短い周期とすればよい。また、アクチュエータ１１５を駆動した後に各指令ユニットに演算指令を送り、各指令ユニットが次の指令値と該演算指令に対する演算結果とを同時に返送する方法を採ってもよい。

図６は、図５のタイミングチャートに基づいて行なわれる異常判定処理のフロー図である。まず、ＥＰＳ−ＥＣＵ１３の起動時に各部の初期設定を行なうための初期化処理を行なう（Ｓ１）。次に、通信バスに初期化信号を送信し、該初期化信号に応答するユニット（本実施例では、レーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３）を認識する（Ｓ２）。

次に、レーンキープ指令ユニット３１の監視を行なう。まず、図４の駆動装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ１３）のマイコン１３ａの通信部１３ｅを介して演算要求を指令装置（レーンキープ指令ユニット３１）のマイコン３１ａに送る（Ｓ３）。マイコン３１ａの受信部３１ｂで演算要求を受信すると、演算タスク実行部３１ｃにおいて該演算要求に対する演算を行ない、該演算結果を送信部３１ｄを介してマイコン１３ａに返送する。

マイコン１３ａは通信部１３ｅを介して演算結果を受信すると、マイコン１３ａが予め図示しないＲＯＭ等に記憶している演算結果あるいは、マイコン１３ａが該演算命令に基づく演算結果と受信した演算結果とを比較判定部１３ｄにおいて比較する（Ｓ４）。比較の結果、両者が一致する（レーンキープ指令ユニット３１における演算結果が正しい，Ｓ５：ＹＥＳ）場合は、異常処理要求フラグをオフ状態のままとして次のステップＳ７へ進む。一方、両者が一致しない（レーンキープ指令ユニット３１における演算結果が正しくない，Ｓ５：Ｎｏ）場合は、異常処理要求フラグをオン状態とする（Ｓ６）。

上記Ｓ３〜Ｓ４〜Ｓ５，Ｓ６と同様の手順で、前方車両自動追尾指令ユニット３２の監視（Ｓ７），および自動駐車指令ユニット３３の監視（Ｓ８）を行なう。

レーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３のうち、いずれのユニットの演算結果とも正常な場合（Ｓ９：ＮＯ）、通常の制御出力すなわちレーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３の指令値に基づいてＥＰＳアクチュエータ１１５の駆動制御を行なう（Ｓ１０）。一方、いずれかのユニットの演算結果に異常がある場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、異常のあるユニットからの指令値を用いずにＥＰＳアクチュエータ１１５の駆動制御を行なう（Ｓ１１）。

レーンキープ指令ユニット３１，前方車両自動追尾指令ユニット３２，および自動駐車指令ユニット３３のうち、全てのユニットの演算結果とも異常の場合は、ＥＰＳ−ＥＣＵ１３は独立した制御装置としてトルクセンサ１１１で検出される操舵トルクに基づいてＥＰＳアクチュエータ１１５で発生させる駆動トルクを算出しＥＰＳアクチュエータ１１５の駆動制御を行なう。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の車両用電子制御装置の全体構成を示すブロック図。 電動パワーステアリング装置とレーンキープ指令ユニットとのデータの流れを説明するための図。 電動パワーステアリング装置および伝達比可変操舵装置の全体構成を示すブロック図。 電動パワーステアリング装置と各指令ユニットとのデータの流れを説明するための図。 電動パワーステアリング装置と各指令ユニットとの通信の概要を説明するためのタイミングチャート図。 電動パワーステアリング装置における各指令ユニットの監視処理を説明するためのフロー図。

符号の説明

１３ 電動パワーステアリング装置の制御ユニット（ＥＰＳ−ＥＣＵ，駆動装置）
２２ 伝達比可変操舵装置の制御ユニット（ＶＧＲＳ−ＥＣＵ，駆動装置）
３１ レーンキープ指令ユニット（指令装置）
３２ 前方車両自動追尾指令ユニット（指令装置）
３３ 自動駐車指令ユニット（指令装置）
４１ 通信バス

Claims (5)

1. 指令値の演算を行なう少なくとも1個の指令装置と、アクチュエータの駆動を行なう少なくとも1個の駆動装置とが通信可能に接続され、前記駆動装置は前記指令装置から受信した前記指令値に基づいて前記アクチュエータの駆動指令を行なう車両用電子制御装置であって、
   前記駆動装置は前記指令装置に対し所定の演算命令を送信し、
   前記指令装置は前記駆動装置に対し前記演算命令に応じた演算結果を返送し、
   前記駆動装置は返送された前記演算結果に基づいて前記指令装置の異常を検出することを特徴とする車両用電子制御装置。
2. 前記駆動装置による前記指令装置の異常検出は、所定の周期で実施するものである請求項１に記載の車両用電子制御装置。
3. 前記駆動装置による前記指令装置の異常検出は、前記アクチュエータへの駆動指令を行なう前に実施するものである請求項１または２に記載の車両用電子制御装置。
4. 前記駆動装置が複数の前記指令装置を対象として前記演算命令を送信する場合、前記対象となる指令装置への送信順序および前記指令装置に対する前記演算命令の送信回数を前記駆動装置の状態に応じて設定するものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両用電子制御装置。
5. 前記駆動装置として、運転者のステアリング動作に基づいて、モータを通電駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両における電動パワーステアリング装置を用いるものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車両用電子制御装置。
   

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