JP2009096338A - 制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の制御装置間のアース電位差による誤作動を防止することができる、制御システムの提供を目的とする。
【解決手段】センサ１０と、センサ１０からの入力電圧を検出する電圧検出回路１１と、電圧検出回路１１の検出電圧を用いた制御処理を行う異常判定回路１２と、電圧検出回路１１の検出電圧を通信データとして送信する通信回路１３とを有する制御装置１と、制御装置１と同様の構成の制御装置２とを備え、センサ１０，２０は検出対象が同一の冗長なセンサとする、制御システムであって、制御装置１の異常判定回路１２は、センサ１０からの入力電圧を電圧検出回路１１によって検出された第１の検出電圧と、通信回路２３から送信された通信データに含まれる第２の検出電圧と、センサ２０からの入力電圧を電圧検出回路１１によって検出された第３の検出電圧とを、前記制御処理に用いることを特徴とする、制御システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出対象が同一の複数の冗長なセンサの検出電圧を用いた制御処理を実行する、制御システムに関する。

従来技術として、第１の制御ユニットと、第２の制御ユニットと、車両の運転変量を検出する少なくとも１つの測定装置とを有し、前記測定装置が少なくとも２つの互いに冗長なセンサを有する車両の駆動出力を制御する装置であって、第１の制御ユニットに測定装置の一方のセンサの出力信号が供給され、第２の制御ユニットに測定装置の他方のセンサの出力信号が供給されることを特徴とする、車両の駆動出力を制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、第１の制御ユニットにおいて、一方のセンサの測定値が読み込まれ、第１の制御ユニットと第２の制御ユニットとの間のバス線を介して第２の制御ユニットが検出した他方のセンサの測定値が読み込まれ、一方のセンサと他方のセンサ間の妥当性の比較が行なわれ所定の許容誤差範囲にあるかが調べられるものである。そして、一方のセンサと他方のセンサの測定値間で非妥当性が検出された場合には、故障フラグがセットされる。
特開平５−２０２７９３号公報

ところで、冗長に設けられた複数のセンサの検出値を用いて所定の制御を実行する複数の制御装置を備えるシステムにおいて、互いに異なる制御装置のアース電位の間に電位差が発生しても、正常なセンサを異常と誤判断するなど、システムが誤作動しないようにする必要がある。

この点、上述の特許文献１には、一方のセンサの出力信号が他方の制御ユニットに供給されると記載されているものの、第１の制御ユニットのアース電位と第２の制御ユニットのアース電位との間の電位差が発生すると、「第１の制御ユニットが読み込んだ一方のセンサの測定値」と「第１の制御ユニットがバス線を介して読み込んだ第２の制御ユニットが検出した他方のセンサの測定値」の基準電位が異なるため、それらの測定値を比較する場合、センサは正常であるにもかかわらず、故障フラグが誤ってセットされるおそれがある。

そこで、本発明は、複数の制御装置間のアース電位差による誤作動を防止することができる、制御システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る制御システムは、
センサと、
前記センサからの入力電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の検出電圧を用いた制御処理を行う制御部と、
前記電圧検出部の検出電圧を通信データとして送信する送信部とを有する制御装置を複数備え、
前記複数のセンサは検出対象が同一の冗長なセンサとする、制御システムであって、
一の制御装置の制御部は、その一の制御装置のセンサからの入力電圧を前記一の制御装置の電圧検出部によって検出された第１の検出電圧と、他の制御装置の送信部から送信された通信データに含まれる第２の検出電圧と、前記他の制御装置のセンサからの入力電圧を前記一の制御装置の電圧検出部によって検出された第３の検出電圧とを、前記制御処理に用いることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る制御システムであって、
前記一の制御装置の制御部は、前記第２の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果を前記制御処理に用いることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に係る制御システムであって、
前記一の制御装置の制御部は、前記第１の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果と、前記第２の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果とに基づいて、前記センサの異常を判定することを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明に係る制御システムであって、
前記一の制御装置の制御部は、前記第１の検出電圧と前記第２の検出電圧との比較結果と、前記第２の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果とに基づいて、前記センサの異常を判定することを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明に係る制御システムであって、
前記一の制御装置の制御部は、前記第１の検出電圧と前記第２の検出電圧との比較結果と、前記第１の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果とに基づいて、前記センサの異常を判定することを特徴とする。

本発明によれば、複数の制御装置間のアース電位差による誤作動を防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明に係る制御システムの実施形態である異常判定システム１００の概略構成図である。異常判定システム１００は、第１の電子制御装置１（以下、「ＥＣＵ１」という）と、第２の電子制御装置２（以下、「ＥＣＵ２」という）と、同一の検出対象を冗長的に検出できるように設けられた複数のセンサ（センサ１０，２０）を備え、各センサの検出値を各ＥＣＵで相互に利用することによって、センサの異常を判定する（ダイアグ判定）。センサの異常判定には、センサ自体の異常判定に限らず、センサとＥＣＵとの間を結ぶハーネスの断線等の異常判定が含まれてよい。

例えば、Ｖ１２気筒エンジンシステムにおいて、ＥＣＵ１を左バンク用エンジンＥＣＵとし、ＥＣＵ２を右バンク用エンジンＥＣＵとし、センサ１０，２０をアクセルセンサとした場合、ＥＣＵ１，２はそれぞれアクセルセンサに関する異常判定を行う。これにより、アクセルセンサに異常が発生しても、フェール処理等のエンジン制御の誤作動を防ぐ所定の制御処理の実行が可能となる。

ＥＣＵ１とＥＣＵ２は、互いに異なる場所にアースされている。ＥＣＵ１は、センサ１０からの入力電圧を検出する電圧検出回路１１と、センサの異常を判定する異常判定回路１２と、他のＥＣＵ（ＥＣＵ２）と通信可能にする通信回路１３とを備え、グランドＥ１を基準電位として動作する。すなわち、電圧検出回路１１、異常判定回路１２及び通信回路１３は、グランドＥ１基準で動作する。同様に、ＥＣＵ２は、センサ２０からの入力電圧を検出する電圧検出回路２１と、センサの異常を判定する異常判定回路２２と、他のＥＣＵ（ＥＣＵ１）と通信可能にする通信回路２３とを備え、グランドＥ２を基準電位として動作する。すなわち、電圧検出回路２１、異常判定回路２２及び通信回路２３は、グランドＥ２基準で動作する。

センサ１０とセンサ２０は、同一の検出対象を検出するものであって、位置、圧力、回転数、温度、電圧、電流、時間等の同一の物理量を検出するものである。同一の検出対象を複数のセンサで冗長的に検出することによって、一のセンサに異常が生じても、それ以外の他のセンサを使って制御を継続することができる。また、このような２重系のセンサの検出値の整合性を所定の判断基準に基づき判断することによって、どのセンサ系統に異常が発生しているのかを特定することができる。例えば、ドライバーのアクセル操作量を２つのアクセルセンサで冗長的に検出する場合、一方のアクセルセンサによって検出されたアクセル操作量に対応する電圧値と他方のアクセルセンサによって検出されたアクセル操作量に対応する電圧値との差が所定値（例えば、０．４Ｖ以上）を超える場合、２つのアクセルセンサのいずれかに異常があると判定することができる。また、センサ１０とセンサ２０のセンサ特性を互いに同一にすることによって、両センサの検出値の比較が容易になる。

電圧検出回路１１は、センサ１０からＥＣＵ１への入力電圧をグランドＥ１基準で検出する一方で、センサ２０からＥＣＵ２への入力電圧をグランドＥ１基準で検出する。同様に、電圧検出回路２１は、センサ２０からＥＣＵ２への入力電圧をグランドＥ２基準で検出する一方で、センサ１０からＥＣＵ１への入力電圧をグランドＥ２基準で検出する。

通信回路１３は、電圧検出回路１１によって検出されたセンサ１０からの入力電圧の電圧情報が含まれる通信データをＥＣＵ２に送信する一方で、電圧検出回路２１によって検出されたセンサ２０からの入力電圧の電圧情報が含まれる通信データをＥＣＵ２から受信する。同様に、通信回路２３は、電圧検出回路２１によって検出されたセンサ２０からの入力電圧の電圧情報が含まれる通信データをＥＣＵ１に送信する一方で、電圧検出回路１１によって検出されたセンサ１０からの入力電圧の電圧情報が含まれる通信データをＥＣＵ１から受信する。

異常判定回路１２は、例えば、「電圧検出回路１１によって検出されたセンサ１０からの入力電圧」と「電圧検出回路１１によって検出されたセンサ２０からの入力電圧」とを比較するとともに、「電圧検出回路１１によって検出されたセンサ１０からの入力電圧」と「通信回路１３によって受信されたＥＣＵ２からの通信データに入力電圧情報として含まれたセンサ２０からの入力電圧」とを比較することによって、センサ１０とセンサ２０に関する異常の判定処理を実行する。同様に、異常判定回路２２は、例えば、「電圧検出回路２１によって検出されたセンサ２０からの入力電圧」と「電圧検出回路２１によって検出されたセンサ１０からの入力電圧」とを比較するとともに、「電圧検出回路２１によって検出されたセンサ２０からの入力電圧」と「通信回路２３によって受信されたＥＣＵ１からの通信データに入力電圧情報として含まれたセンサ１０からの入力電圧」とを比較することによって、センサ１０とセンサ２０に関する異常の判定処理を実行する。

図２は、異常判定システム１００の第１の詳細回路構成例である。ＥＣＵ１は、演算や制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、データの記憶を行うメモリ、外部との入出力を行うＩ／Ｏ部などを備えるマイコン１２ａと、ＥＣＵ２と通信するための通信インターフェイスである通信用ＩＣ１３ａとを備える。また、ＥＣＵ１には、電圧検出手段として、ボルテージフォロア１１ａ及びマイコン１２ａに内蔵のＡ／Ｄコンバータに接続されるＡＤポート１１ｂ，１１ｃが備えられている。同様に、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ部などを備えるマイコン２２ａと、ＥＣＵ１と通信するための通信インターフェイスである通信用ＩＣ２３ａとを備える。また、ＥＣＵ２には、電圧検出手段として、ボルテージフォロア２１ａ及びマイコン２２ａに内蔵のＡ／Ｄコンバータに接続されるＡＤポート２１ｂ，２１ｃが備えられている。なお、通信用ＩＣ１３ａ，２３ａは、例えば、ＣＡＮトランシーバ（ＣＡＮドライバ）である。

センサ１０の電源端子はＥＣＵ１の内部電源ＶＣＣ１と同電位のアナログ電源端子１６ａに接続され、センサ１０のグランド端子はＥＣＵ１のグランドＥ１と同電位のアナロググランド端子１６ｃに接続され、センサ１０のセンサ出力端子はＥＣＵ１のアナログ入力端子１６ｂに接続される。センサ１０は、センサ１０の検出対象を検出するためのホールＩＣ１０ａを備え、ホールＩＣ１０ａの出力信号がアナログ入力端子１６ｂに入力される。なお、センサ１０のセンサ出力端子とＥＣＵ１のアナログ入力端子１６ｂとの間で断線が生じても、アナログ入力端子１６ｂとグランドＥ１との間に抵抗素子１５を設けることによって、ボルテージフォロア１１ａへの入力電圧レベルを確定させることができる。

ボルテージフォロア１１ａは、センサ１０からの入力電圧ｖ１をそのまま出力する。ボルテージフォロア１１ａの出力電圧ｖ１は、マイコン１２ａのＡＤポート１１ｂに入力されるとともに、ＥＣＵ１の端子１６ｄとＥＣＵ２の端子２６ｄとを結ぶハーネス７を介してＥＣＵ２のマイコン２２ａのＡＤポート２１ｃに入力される。マイコン１２ａのＡ／Ｄコンバータは、ＡＤポート１１ｂに入力された電圧ｖ１をグランドＥ１基準で検出する。一方、マイコン２２ａのＡ／Ｄコンバータは、ＡＤポート２１ｃに入力された電圧を電圧ｖ１２としてグランドＥ２基準で検出する。

また、マイコン１２ａのＡ／Ｄコンバータは、ＡＤポート１１ｂの入力電圧ｖ１をデジタル値ｃｏｍ１に変換する。デジタル値ｃｏｍ１は、通信用ＩＣ１３ａと通信線５を介して、ＣＡＮ等の所定の通信方式でＥＣＵ２に送信される。ＥＣＵ２のマイコン２２ａは、通信用ＩＣ２３ａを介して、デジタル値ｃｏｍ１を含むＥＣＵ１からの通信データを取得する。

同様に、センサ２０の電源端子はＥＣＵ２の内部電源ＶＣＣ２と同電位のアナログ電源端子２６ａに接続され、センサ２０のグランド端子はＥＣＵ２のグランドＥ２と同電位のアナロググランド端子２６ｃに接続され、センサ２０のセンサ出力端子はＥＣＵ２のアナログ入力端子２６ｂに接続される。センサ２０は、センサ１０と同一の検出対象を検出するためのホールＩＣ２０ａを備え、ホールＩＣ２０ａの出力信号がアナログ入力端子２６ｂに入力される。なお、ＥＣＵ１の場合と同様に、センサ２０のセンサ出力端子とＥＣＵ２のアナログ入力端子２６ｂとの間で断線が生じても、アナログ入力端子２６ｂとグランドＥ２との間に抵抗素子２５を設けることによって、ボルテージフォロア２１ａへの入力電圧レベルを確定させることができる。

ボルテージフォロア２１ａは、センサ２０からの入力電圧ｖ２をそのまま出力する。ボルテージフォロア２１ａの出力電圧ｖ２は、マイコン２２ａのＡＤポート２１ｂに入力されるとともに、ＥＣＵ１の端子１６ｅとＥＣＵ２の端子２６ｅとを結ぶハーネス６を介してＥＣＵ１のマイコン１２ａのＡＤポート１１ｃに入力される。マイコン２２ａのＡ／Ｄコンバータは、ＡＤポート２１ｂに入力された電圧ｖ２をグランドＥ２基準で検出する。一方、マイコン１２ａのＡ／Ｄコンバータは、ＡＤポート１１ｃに入力された電圧を電圧ｖ２１としてグランドＥ１基準で検出する。

同様に、マイコン２２ａのＡＤコンバータは、ＡＤポート２１ｂの入力電圧ｖ２をデジタル値ｃｏｍ２に変換する。デジタル値ｃｏｍ２は、通信用ＩＣ２３ａと通信線５を介して、ＣＡＮ等の所定の通信方式でＥＣＵ１に送信される。ＥＣＵ１のマイコン１２ａは、通信用ＩＣ１３ａを介して、デジタル値ｃｏｍ２を含むＥＣＵ２からの通信データを取得する。

したがって、マイコン１２ａは、センサ１０に関する検出電圧ｖ１とセンサ２０に関する検出電圧ｃｏｍ２とセンサ２０に関する検出電圧ｖ２１の少なくとも一つを用いる所定の制御処理（例えば、左バンク用エンジン制御処理）を実行することができる。同様に、マイコン２２ａは、例えば、センサ２０に関する検出電圧ｖ２とセンサ１０に関する検出電圧ｃｏｍ１とセンサ１０に関する検出電圧ｖ１２の少なくとも一つを用いる所定の制御処理（例えば、右バンク用エンジン制御処理）を実行することができる。これにより、正常時には略同一となる最大３つの検出電圧を制御処理に冗長的に用いることができるので、各センサの検出値の信頼性が増し、システム１００の誤作動を防止することができる。

また、センサ１０とセンサ２０の検出値は正常時には略同一となるため、例えば、センサ１０又は２０の異常を判定するための異常判定閾値Ｔｈを０，４とした場合、マイコン１２ａはダイアグ判定条件Ａに基づき、マイコン２２ａはダイアグ判定条件Ｂに基づき、センサ１０又は２０についての異常を判定することができる。ダイアグ判定条件が成立した場合に、センサ１０又は２０が異常と判定される。

ダイアグ判定条件Ａ：『｜ｖ１−ｖ２１｜＞０．４ 且つ ｜ｖ１−ｃｏｍ２｜＞０．４』
ダイアグ判定条件Ｂ：『｜ｖ２−ｖ１２｜＞０．４ 且つ ｜ｖ２−ｃｏｍ１｜＞０．４』
すなわち、マイコン１２ａは、センサ１０に関するグランドＥ１基準の検出電圧ｖ１を、センサ２０に関するグランドＥ１基準の検出電圧ｖ２１とセンサ２０に関するグランドＥ２基準の検出電圧ｃｏｍ２のそれぞれと比較することによって、グランドＥ１とＥ２間に異常判定閾値Ｔｈ（例：０．４）以上の電位差が発生しても、正常なセンサ１０又は２０を誤って異常と判定することを防ぐことができる。マイコン２２ａについても、同様である。

また、マイコン１２ａはダイアグ判定条件Ｃ又はＤに基づき、マイコン２２ａはダイアグ判定条件Ｅ又はＦに基づき、センサ１０又は２０についての異常を判定することもできる。

ダイアグ判定条件Ｃ：『｜ｖ１−ｖ２１｜＞０．４ 且つ ｜ｖ２１−ｃｏｍ２｜＜０．４』
ダイアグ判定条件Ｄ：『｜ｖ１−ｃｏｍ２｜＞０．４ 且つ ｜ｖ２１−ｃｏｍ２｜＜０．４』
ダイアグ判定条件Ｅ：『｜ｖ２−ｖ１２｜＞０．４ 且つ ｜ｖ１２−ｃｏｍ１｜＜０．４』
ダイアグ判定条件Ｆ：『｜ｖ２−ｃｏｍ１｜＞０．４ 且つ ｜ｖ１２−ｃｏｍ１｜＜０．４』
すなわち、グランドＥ１とＥ２間に異常判定閾値Ｔｈ（例：０．４）以上の電位差が発生することにより、グランドＥ１基準の検出電圧ｖ１とグランドＥ１基準の検出電圧ｖ２１との絶対値の差が異常判定閾値Ｔｈを超えたとしても、又は、グランドＥ１基準の検出電圧ｖ１とグランドＥ２基準の検出電圧ｃｏｍ２との絶対値の差が異常判定閾値Ｔｈを超えたとしても、マイコン１２ａは、グランドＥ１基準の検出電圧ｖ２１とグランドＥ２基準の検出電圧ｃｏｍ２との絶対値の差が異常判定閾値Ｔｈ以上にならなければ、正常なセンサ１０又は２０を誤って異常と判定することはない。マイコン２２ａについても、同様である。

また、「ｖ２１−ｃｏｍ２」あるいは「ｖ１２−ｃｏｍ１」は、Ｅ１とＥ２の電位差とみなすことができるため、この電位差を用いて、マイコン１２ａ，２２ａは、検出電圧の補正を行うことができる。この補正値を制御処理に適用することによって、より正確な制御の実現が可能となる。

図３は、異常判定システム１００の第２の詳細回路構成例である。第１の詳細回路構成例と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図３のセンサ１０，２０は、検出素子である可変抵抗分１０ｂ，２０ｂを備え、例えばサーミスタタイプのセンサである。可変抵抗分１０ｂは、電源ＶＣＣ１にプルアップされて、アナログ入力端子１６ｂに接続される。センサ１０内の可変抵抗分１０ｂとグランドＥ１へのプルダウン抵抗１５との分圧値ｖ１が、マイコン１２ａのＡＤポート１１ｂに入力されるとともに、ハーネス７とグランドＥ２基準のボルテージフォロア２１ｄとを介してＥＣＵ２のマイコン２２ａのＡＤポート２１ｃに入力される。同様に、可変抵抗分２０ｂは、電源ＶＣＣ２にプルアップされて、アナログ入力端子２６ｂに接続される。センサ２０内の可変抵抗分２０ｂとグランドＥ２へのプルダウン抵抗２５との分圧値ｖ２が、マイコン２２ａのＡＤポート２１ｂに入力されるとともに、ハーネス６とグランドＥ１基準のボルテージフォロア１１ｄとを介してＥＣＵ１のマイコン１２ａのＡＤポート１１ｃに入力される。

したがって、図３の場合でも、図２の場合と同様に、正常時には略同一となる最大３つの検出電圧を制御処理に冗長的に用いることができるので、各センサの検出値の信頼性が増し、システム１００の誤作動を防止することができる。また、同様に、各マイコンは、上記のダイアグ判定条件に基づき、センサ１０又は２０についての異常を判定することによって、グランドＥ１とＥ２間に異常判定閾値Ｔｈ以上の電位差が発生しても、正常なセンサ１０又は２０を誤って異常と判定することを防ぐことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、図２の場合、１０ａ，２０ａをホールＩＣとして説明したが、その両端が電源ＶＣＣ１（ＶＣＣ２）とグランドＥ１（Ｅ２）に接続された可変抵抗素子（検出素子）の分圧値がアナログ入力端子１６ｂ（２６ｂ）に入力される構成でもよい。

また、図３の場合、可変抵抗分１０ｂは、電源ＶＣＣ１にプルアップされていたが、グランドＥ１にプルダウンされる構成でもよい。この場合、センサ１０内の可変抵抗分１０ｂと内部電願ＶＣＣ１へのプルアップ抵抗との分圧値ｖ１が、マイコン１２ａのＡＤポート１１ｂに入力されるとともに、ハーネス７とグランドＥ２基準のボルテージフォロア２１ｄとを介してＥＣＵ２のマイコン２２ａのＡＤポート２１ｃに入力される。可変抵抗分２０ｂ等も同様の構成である。

本発明に係る制御システムの実施形態である異常判定システム１００の概略構成図である。 異常判定システム１００の第１の詳細回路構成例である。 異常判定システム１００の第２の詳細回路構成例である。

符号の説明

１，２ ＥＣＵ
１０，２０ センサ
１１，２１ 電圧検出回路
１２，２２ 異常判定回路
１３，２３ 通信回路
Ｅ１，Ｅ２ グランド

Claims (5)

1. センサと、
   前記センサからの入力電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の検出電圧を用いた制御処理を行う制御部と、
   前記電圧検出部の検出電圧を通信データとして送信する送信部とを有する制御装置を複数備え、
   前記複数のセンサは検出対象が同一の冗長なセンサとする、制御システムであって、
   一の制御装置の制御部は、その一の制御装置のセンサからの入力電圧を前記一の制御装置の電圧検出部によって検出された第１の検出電圧と、他の制御装置の送信部から送信された通信データに含まれる第２の検出電圧と、前記他の制御装置のセンサからの入力電圧を前記一の制御装置の電圧検出部によって検出された第３の検出電圧とを、前記制御処理に用いることを特徴とする、制御システム。
2. 前記一の制御装置の制御部は、前記第２の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果を前記制御処理に用いる、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記一の制御装置の制御部は、前記第１の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果と、前記第２の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果とに基づいて、前記センサの異常を判定する、請求項２に記載の制御システム。
4. 前記一の制御装置の制御部は、前記第１の検出電圧と前記第２の検出電圧との比較結果と、前記第２の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果とに基づいて、前記センサの異常を判定する、請求項２に記載の制御システム。
5. 前記一の制御装置の制御部は、前記第１の検出電圧と前記第２の検出電圧との比較結果と、前記第１の検出電圧と前記第３の検出電圧との比較結果とに基づいて、前記センサの異常を判定する、請求項１に記載の制御システム。

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