JP2016099144A

JP2016099144A - 故障シミュレーションシステム

Info

Publication number: JP2016099144A
Application number: JP2014234116A
Authority: JP
Inventors: 章彦兵頭; Akihiko Hyodo; 勝　康夫; Yasuo Katsu; 康夫勝; 将吾中尾; Shogo Nakao; 深野　善信; Yoshinobu Fukano; 善信深野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-05-30
Anticipated expiration: 2034-11-19
Also published as: WO2016080092A1; US20170316134A1; JP6462329B2; US10467363B2; EP3222985A4; EP3222985B1; EP3222985A1

Abstract

【課題】設定した条件に基づく素子故障の発生と車両挙動への影響評価を容易に実施できるシミュレーションシステムを提供する。【解決手段】時刻設定または外部指令で故障する素子故障モデルを含むＥＣＵモデルと、センサ、アクチュエータ、車両、ドライバーのモデルのすべてまたは一部からなるシミュレーション部を有し、設定した走行シナリオにもとづく運転操作によって、素子故障時の車両挙動を評価できる故障シミュレーションシステムであって、前もって、非故障シミュレーションによりコース各地点の通過時刻や車両挙動や運転操作等を求めて、その情報に基づいて前記素子故障モデルの故障時刻の設定または故障指令によって素子故障を注入する。【選択図】図１

Description

本発明は車載電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を構成する電子部品に開放・短絡・ドリフト等の電気的故障を注入し、制御対象である車両プラントへの故障影響を評価するシミュレーションシステムに関する。

自動車業界では、電気／電子部品とそこに搭載されるマイコンのソフトウェア開発において機能安全規格ＩＳＯ２６２６２の適用と規格準拠が必須となりつつあり、自動車メーカおよびサプライヤにおいては、要件を満たすための開発環境の整備が進められている。例えばＩＳＯ２６２６２Ｐａｒｔ４８．４．２（ハードウェアとソフトウェア統合とテスト）では、プリント基板に実装される全素子の全故障を対象に、原則実機またはシミュレーションでの検証が要件となっている。実機による故障注入テストでは、ＥＣＵが１回で破損するモードや電気的ダメージの蓄積で再現性がなくなるモード等への対応が容易ではなく、また１０００項目を超えるような実験となるため工数・期間・コストに与える影響は少なくない。このような状況の中で、シミュレーションをベースとしたバーチャルＥＣＵによる故障注入テスト方法が検討されるようになってきている。

電子部品の開放および短絡故障を対象として、シミュレーションによる故障解析の方法（ＭｅｔｈｏｄｆｏｒＦａｕｌｔＡｎａｌｙｓｉｓＵｓｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）が特許文献１に開示されている。特許文献１のシミュレーション手法では、直列または並列に可変抵抗器を接続することで故障したＥＣＵ回路のモデルを作成する。そして、故障ごとに回路トポロジーを変更し、故障したＥＣＵ回路のシミュレーションを実行する。

米国特許出願公開第２００６／００４１４１７号明細書

ここで、先に述べた機能安全規格では、コンセプトフェーズにおいてハザード分析とリスクアセスメント（以下、Ｈ＆Ｒ）が要件となっている。ハザード分析では、例えばボトムアップの手法で構成部品の故障モードをまず考えて、各故障モードが全体に対してどのような影響を及ぼすかを調べ、ハザードを見つけ出す方法などがある。そして、抽出された各ハザードについて、運転条件や走行状況を想定した代表的シチュエーションにおいて、ハザードのもたらす被害度、暴露（発生）確率、制御可能性を評価し、リスクの大きさを判断することになる。

特許文献１に記載の故障シミュレーション方法では、Ｈ＆Ｒで要求されるようなシチュエーションに基づいた故障の発生や車両挙動への影響評価が容易には実施できない。

エレクトリックコントロールユニット（ＥＣＵ）プロセスのシミュレーションと車両プロセスのシミュレーションを含む複数のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果である走行情報を作成するシミュレーション部と、シミュレーション部から受け取った走行情報に障害を発生させる障害の種別を設定する解析部と、障害種別が設定された前記走行情報に基づいて障害を発生させたときのシミュレーションを前記シミュレーション部で実行させる制御部と、シミュレーション部の実行結果を出力する出力部とを備えるシミュレーションシステムにより実現される。

本発明によれば、ユーザの設定条件に基づいた故障発生と車両挙動への影響評価を容易に実施することができる。

実施例における故障シミュレーションシステムの構成図の例である。実施例における走行シナリオを入力するための画面の例である。実施例における故障条件を入力するための画面の例である。実施例における故障注入に用いる素子のシンボル図とＶＨＤＬ‐ＡＭＳ言語を用いたモデル記述の例である。実施例における開放および短絡を模擬する故障素子の作成例である。実施例における故障シミュレーション方法のフローチャートの例である。実施例における走行結果の出力をスクリーン画面に表示した例である。実施例における故障シミュレーション方法のフローチャートの例である。実施例における走行シナリオテーブルの例である。実施例における走行情報テーブルの例である。実施例における故障注入素子モデルのデータ定義テーブルの例である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明を実施するための故障シミュレーションシステムの構成図の例である。シミュレーション条件の入力やシミュレーション結果のスクリーン出力を行う入出力部１１６と、前記入出力部１１６から入力される走行シナリオ１１４および故障条件１１５を格納する外部記憶装置１１３と、シミュレーションのすべての実行プロセスを含むシミュレーション部１０１およびシミュレーション結果の解析をおこなう解析部１１１が格納される主記憶部１００と、シミュレーションに必要な演算を実行するＣＰＵ１１２とから少なくとも構成されるものである。

ここで、前記シミュレーション部１０１は、前記走行シナリオ１１４に基づいた運転操作をハンドル１０２を介して実行するドライバプロセス１０７と、前記ハンドル１０２に加えられた操舵トルクを電気的信号で検出するトルクセンサプロセス１０３と、前記操舵トルクに基づいて、アシストトルク量を計算し、モータプロセス１０４への要求トルク量を計算するプログラムを実行する図示されないマイコンプロセスと、前記マイコンプロセスの出力信号からモータプロセス１０４を駆動するドライバー回路、モータプロセス１０４の駆動電流を検出するモニタ回路、電力を供給する電源回路などを含む、アナログ素子とデジタル素子が混載された図示されないミックスドシグナル回路プロセスなどを含むＥＣＵプロセス１０８と、モータプロセス１０４のトルク出力をラック推力へ変換するステアリング・ギアプロセスのすべてもしくは一部のプロセスを有する電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）のシミュレーションを実行することができ、前記ＥＰＳプロセスの出力から車両挙動を計算する車両プロセス１０９によって、走行シナリオに基づいた走行状態や走行結果を求めることができるものである。
この一連の処理の流れは、シミュレーション制御部１０６によって制御される。また、前記解析部１１１では、ユーザの入力した故障条件１１５に基づいて、前記シミュレーション部の出力する走行状態から、故障を発生させるタイミングを決定して、前記ＥＣＵプロセス１０８にたいして故障指令が送られる。この故障シミュレーション全体の処理の流れは制御部１１０によって制御される。

図２は、本実施例における走行シナリオを入力するための画面の例である。

ユーザは走行コースや路面摩擦係数、目標とする走行速度のプロファイルやドライバーモデルの種別またはドライバーの操舵パターン指定など、シミュレーションに必要な情報を入力する（２０１）。また、車両の種別（２０２）やコース形状（２００）の選択や表示が含まれていてもよい。このように、ユーザは所望の走行シナリオを入力画面から設定することができる。

次に、図３は、本実施例における故障条件を入力するための画面の例である。

ユーザの選択した走行コースの形状３００に対して、コース中心線の所望の位置に故障マーカー３０１を配置する処理（ボタン３０２を押す）ことで座標を指定し、故障発生場所を指定する方法がある。

ただし、ほかにも故障発生の条件の設定方法は考えられる。例えば、前記走行コース上に２点の座標を指定してラインを引き、そのライン上の通過を故障条件とする方法や、例えば、走行距離を入力しておきその距離に至る時刻を故障条件とする方法がある。

また、設定した時刻に正常状態に復帰できる素子故障モデルを用いる場合には、設定したコースの一定のセグメント上の通過時間を故障期間とする方法や、故障注入時刻からの経過時間で故障終了時刻を設定する方法を用いることで過渡的な故障を模擬することもできる。さらに、自車や自車のドライバ―操作のほかに、他車や他のオブジェクトとの関係に基づいた相対位置や相対速度など条件設定をおこなってもよい。

図４(a)(b)は、本実施例における故障注入に用いる素子のシンボル図４００とＶＨＤＬ‐ＡＭＳ言語を用いたモデル記述４０１の例である。

図に示す故障注入に用いる素子は、外部の制御入力（Ｓ＿ＩＮ）により抵抗値を変数Ｒｏｎと変数Ｒｏｆｆとに切り替えることができるように記述されている。

図５は、本実施例における開放故障および短絡故障を模擬する故障素子モデルの作成例である。

図４で示した素子モデル４０１を通常の回路素子５００に直列に接続することで開放故障素子モデル５０１を作成できる。また並列に接続することで短絡故障素子モデル５０２を作成できる。ただし、このとき、変数Ｒｏｎを０Ω付近の微小値、変数Ｒｏｆｆを数ＭΩと大きな値に設定しておく必要がある。

図６は、本実施例における故障シミュレーション方法のフローチャートの例である。

前記制御部１１０の実行が開始（６００）されると、まずユーザの設定した走行シナリオを読み込み（６０１）、その走行シナリオに対応した故障条件も読み込む（６０２）。そして、シミュレーションが開始され（６０３）、前記制御部１１０は前記シミュレーション制御部１０６へ単位ステップの実行指令を送信する（６０４）。

指令を受信したシミュレーション制御部１０６は、前記シミュレーション部１０１において単位ステップのシミュレーションを実行し、結果を前記制御部１０１へ返信する。制御部１１０は走行結果を受信すると前記解析部１１１によって故障条件と比較して、条件の成立可否を判定する（６０７）。

条件が不成立の場合は次の単位ステップの実行を開始し（６０４）、条件が成立した場合には故障の注入処理に入る。まず、対象の素子に所望の故障を設定する指令をシミュレーション制御部１０６へ送り、シミュレーション制御部１０６は故障情報を設定し（６２０）完了通知を送信する（６２１）。

制御部１１０は完了通知を受信するとシミュレーション制御部へ終了時刻までのシミュレーション実行を指令し（６２２）、走行軌跡や車両挙動データをすべて受信したら（６１４）シミュレーションを終了する（６１５）。そして、結果をスクリーンに出力し（６１６）、一連の処理が終了となる（６１７）。

図７は、本実施例における走行結果の出力をスクリーン画面に表示した例である。

表示したい走行番号を指定して（７０２）ボタン７０３を押すことで各種の結果データ７００と走行軌跡７０１が表示される。走行軌跡は重ねて表示することで差が見えやすくなるため、そのようにしてもよい。たとえば、結果データ７００には、故障種別（ＦＡＵＬＴ）や故障条件の設定内容（ＩＮＪＥＣＴ）、レーン逸脱に至る時間（ＬＤＴＩＭＥ）や故障発生によって増減したヨーレート値（ΔＹＡＷ）などが表示される。そして、危険か否かの判断基準を前もって設定しておくことで、合否を判定（ＪＵＤＧＥ）することもできる。

実施例１では制御部のフローチャートはシミュレーションの実行ステップ毎に故障条件を判定し、条件成立時に次の実行ステップで故障を発生させるようシミュレーション制御部へ指令を出していた。本実施例では外部からの制御入力ではなく、あらかじめ設定した時刻に故障を発生する素子モデル（以下、タイムトリガ型素子故障モデル）を用いることも可能であることを説明する。

この場合、あらかじめ正常時のシミュレーションを終了時刻まで実行し、複数の故障条件に対して、どの時刻に条件が成立するかを解析し、タイムトリガ型素子故障モデルにその時刻を設定し、あらためて故障シミュレーションを実行することができる。

図８は、本実施例における制御部のフローチャートの例を示している。図６を参照し実施例１から変更があるステップのみ、以下に示す。

ステップ８０４：単位ステップ毎の逐次実行制御は行わず、シミュレーション終了時刻までの実行をシミュレーション制御部に指令する。

ステップ８０７：複数の故障条件が設定されているため、すべての条件について成立時刻を算出する。

ステップ８１６：故障注入シミュレーションをすべての故障条件について実行する。

なお、前記実施例１または２において、全てオフラインのシミュレーションをベースとした方法およびシステムであったが、一部またはすべてが実機であってもよい。実機とシミュレーションを組み合わせることにより、より実際の車両に近い故障発生時の車両挙動への影響を評価をすることができる。

もし対象の故障が、ＥＣＵに搭載されているマイコンのソフトウェアの実行に与える影響があらかじめシミュレーション等で評価ずみであれば、ＥＣＵに故障発生のトリガとなる入力信号を接続し、その信号変化に基づいて、ソフトウェアの動作を故障発生時の動作に切り替えることによってＥＣＵの故障発生を模擬できる。
この場合、例えば図に示すようにＧＰＳ等の位置情報や車載センサによる運転操作や車両挙動の検出値に基づいて、故障トリガ信号を出力するハードウェアまたはソフトウェアを組み込んでおくことによって、実機やリアルタイムシミュレーション環境においても本発明を実施することができる。

100…主記憶部、101…シミュレーション部、102…ハンドル、103…センサプロセス、104…モータプロセス、105…ステアリングプロセス、106…シミュレーション制御部、107…ドライバプロセス、108…ＥＣＵプロセス、109…車両プロセス、110…制御部、111…解析部、112…ＣＰＵ、113…外部記憶装置、114…走行シナリオＤＢ、115…故障条件ＤＢ、116…入出力部

Claims

エレクトリックコントロールユニット（ＥＣＵ）プロセスのシミュレーションと車両プロセスのシミュレーションを含む複数のシミュレーションを実行し、走行情報を作成するシミュレーション部と、
前記シミュレーション部から受け取った走行情報に発生させる障害の種別を設定する解析部と、
障害の発生が設定された前記走行情報に基づいて障害を発生させたときのシミュレーションを前記シミュレーション部で実行させる制御部と、
前記シミュレーション部の実行結果を出力する出力部とを備えることを特徴とするシミュレーションシステム。
前記走行情報は前記シミュレーション部が出力する車両軌道を含む情報であることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーションシステム。
前記障害はＥＣＵを構成する電子部品の切り替え可能な抵抗値を含む素子故障であることを特徴とする請求項２に記載のシミュレーションシステム。
前記解析部はシミュレーション対象の車両の走行情報へ前記車両の障害を発生させる位置情報を設定することを特徴とする請求項３に記載のシミュレーションシステム。
前記シミュレーション部は、ドライバプロセスから操舵トルクを入力し、前記操舵トルクを電気的信号で検出するトルクセンサプロセスと、
前記操舵トルクに基づきアシストトルク量を決定し、モータへの要求トルク量を計算するプログラムを実行するマイコンプロセスと、
マイコンプロセスの出力信号からモータを駆動するドライバー回路、モータの駆動電流を検出するモニタ回路、電力を供給する電源回路を含む、アナログ素子とデジタル素子が混載されたミックスドシグナル回路プロセスと、
モータのトルク出力をラック推力へ変換するステアリング・ギアプロセスの少なくとも一つのプロセスを有する電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）プロセスと、
前記走行情報に基づいて前記ＥＰＳプロセスの出力から車両挙動を求める車両運動プロセスからなることを特徴とする請求項４に記載のシミュレーションシステム。
前記素子故障は、正常状態の素子に直列および並列に制御入力によって抵抗値を変化できる抵抗素子とスイッチを接続し、故障時刻に前記スイッチをオンまたはオフにすることで、開放または短絡を模擬することを特徴とする請求項５に記載のシミュレーションシステム。
車両の代表点の軌跡が、コース平面上の２点を結ぶ線分で規定される故障注入ラインと交差する時刻を素子故障の注入時刻とし、シミュレーションを実行することを特徴とする請求項６に記載のシミュレーションシステム。
車両の走行距離が、設定値と一致する時刻を素子故障の注入時刻としシミュレーションを実行することを特徴とする請求項６に記載のシミュレーションシステム。
設定された正常復帰時刻に、前記制御入力を再び反転させることで、故障状態から復帰する素子故障を有することを特徴とする請求項６に記載のシミュレーションシステム。
走行情報に含まれるコースの特定領域を走行している時刻の範囲を求め、求めた時刻の範囲に基づき、前記素子故障の注入時刻と正常復帰時刻を決定し、シミュレーションを実行することを特徴とする請求項９に記載のシミュレーションシステム。
正常復帰時刻を故障注入時刻から一定時間の経過後と設定し、シミュレーションを実行することを特徴とする請求項９に記載のシミュレーションシステム。