JP2017111093A - 制御装置およびその検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置の異常を検出するための温度センサの異常を検出することができる制御装置およびその検査方法を提供する。
【解決手段】マイコン１は、演算部１０と、温度センサ２０と、判定部３０と、温度変化部４０とを備えている。マイコン１の外部には、外部温度センサ５０が設けられている。外部温度センサ５０は、マイコン１の外部の温度Ｔｏｕｔを検出する。演算部１０は、入力される各種の情報に基づいて、各種の演算を実行する。温度センサ２０は、マイコン１の内部の温度Ｔｉｎを検出する。判定部３０は、温度Ｔｉｎに基づいてマイコン１の異常を判定する。温度変化部４０は、メンテナンス時において、マイコン１の内部の温度を変化させる。判定部３０は、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔに基づいて温度センサ２０の異常を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置およびその検査方法に関する。

従来、モータの回転運動をラックシャフトが軸方向に直線運動する力に変換することにより、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が知られている。このようなＥＰＳでは、モータを制御するためにマイコンなどの制御装置が設けられる。モータの制御を確実に行うために、制御装置の異常を検出することが重要である。

たとえば、特許文献１の制御装置（マイクロプロセッサ）では、制御装置の内部に制御装置の異常を検出するための内部検出部として、温度センサが設けられている。制御装置は、温度センサの示す温度が閾値よりも大きい場合に制御装置の異常を検出する。

特開２００９−１２９１３７号公報

ところで、温度センサに異常が発生した場合、温度センサの示す温度が閾値よりも小さいときであっても、制御装置は異常であることも想定される。すなわち、制御装置が異常であっても、正常であると誤判定されてしまうおそれがある。

なお、ＥＰＳのモータを制御する制御装置に限らず、どのような制御装置であっても同様の課題が生じる。
本発明の目的は、制御装置の異常を検出するための内部検出部の異常を検出することができる制御装置およびその検査方法を提供することにある。

上記目的を達成しうる制御装置は、各種の演算を実行する演算部と、内部温度を検出する内部検出部と、外部指令に基づき、前記内部温度を変化させる温度変化部と、前記内部温度と基準となる温度との比較を通じて、前記内部検出部に異常が発生しているか否かを判定する判定部と、を備えている。

この構成によれば、判定部は、内部検出部により検出される温度変化部によって変化する内部温度と、基準となる温度との比較を通じて、内部検出部に異常が発生しているか否かを判定する。

上記の制御装置において、前記温度変化部は、前記演算部の演算負荷を増大させることにより、前記内部温度を上昇させることが好ましい。
この構成によれば、温度変化部が演算部の演算負荷を増大させることにより、演算部の発熱量が増大し、制御装置の内部温度は上昇しやすくなる。

上記の制御装置において、前記判定部は、前記基準となる温度として、外部に設けられた外部検出部から前記内部温度の影響を受ける外部温度を取り込み、前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有する場合、前記内部検出部が正常である旨判定し、前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有しない場合、前記内部検出部に異常が発生した旨判定することが好ましい。

この構成によれば、判定部は、内部温度と外部温度とが正しい相関関係を有するか否かに基づいて、内部検出部の異常を判定できる。
上記の制御装置において、前記判定部は、前記温度変化部による内部の温度の変化に伴い、前記内部検出部が検出することが推定される推定検出温度の時間変化の関係を記憶しており、当該推定検出温度は前記基準となる温度として利用され、前記判定部は、前記内部温度と前記推定検出温度とが正しい相関を有するとき、前記内部検出部が正常である旨判定し、前記内部温度と前記推定検出温度とが正しい相関関係を有しないとき、前記内部検出部に異常が発生している旨判定してもよい。

この構成によれば、判定部は、内部温度と推定検出温度とが正しい相関関係を有するか否かに基づいて、内部検出部の異常を判定できる。
上記の制御装置において、前記判定部は、前記内部温度が前記外部温度よりも大きいとき、前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有するとして、前記内部検出部が正常である旨判定し、前記内部温度が前記外部温度よりも小さいとき、前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有さないとして、前記内部検出部に異常が発生している旨判定することが好ましい。

この構成によれば、判定部は、内部温度が外部温度よりも大きいか否かに基づいて、内部検出部の異常を検出できる。
上記目的を達成しうる検査方法は、各種の演算を実行する演算部に検査用ソフトウェアを書き込む工程と、前記演算部に前記ソフトウェアを実行させることにより、制御装置の内部温度を上昇させる工程と、制御装置の内部に設けられる内部検出部を通じて検出される前記内部温度、および制御装置の外部に設けられる外部検出部を通じて検出される制御装置の外部温度を取得する工程と、前記内部温度および前記外部温度に基づいて、前記内部検出部に異常が発生しているか否かを判定する工程と、を有する。

本発明の制御装置およびその検査方法によれば、制御装置の異常を検出するための温度センサの異常を検出できる。

制御装置の概略構成を示す構成図。 （ａ）は、温度センサに異常が生じていない場合における、温度センサの検出した温度および外部温度センサの検出した温度の時間変化を示すグラフ、（ｂ）は、温度センサに異常が生じた場合における、温度センサの検出した温度および外部温度センサの検出した温度の時間変化を示すグラフ。 マイコンの内部に設けられた温度センサの異常検出方法を示すフローチャート。 温度センサの検出した温度および温度センサが検出することが推定される温度の時間変化を示すグラフ。

本実施形態のマイコンの構成について説明する。このマイコンは、たとえば車両に搭載されるＥＰＳを制御するための制御装置として設けられる。
図１に示すように、マイコン１は、演算部１０と、温度センサ２０と、判定部３０と、温度変化部４０とを備えている。

演算部１０は、入力される各種の情報（たとえば車両であれば、舵角や車速など）に基づいて、各種の演算を実行する。演算部１０は、各種の演算を実行するのに伴って、熱を発生させる。なお、演算部１０は、実行する演算の演算負荷が大きい程、より大きな熱を発生させる。

温度センサ２０は、マイコン１の内部の温度Ｔｉｎを検出する。温度センサ２０は、マイコン１の内部の状態量（温度Ｔｉｎ）を検出する内部検出部である。
判定部３０は、温度センサ２０の検出した温度Ｔｉｎに基づいてマイコン１の異常を判定する。具体的には、温度センサ２０の検出した温度Ｔｉｎが閾値よりも大きい場合、マイコン１に異常が発生していると判定する。マイコン１の温度Ｔｉｎが動作保証温度よりも高い場合には、マイコン１が誤動作するおそれがある。このため、判定部３０は、マイコン１に異常が発生している旨の信号を生成する。そして、マイコン１に異常が発生している旨の信号が生成された場合、判定部３０は、たとえば演算部１０の動作を停止する。そして、判定部３０の生成したマイコン１に異常が発生している旨の信号に基づいて、温度センサ２０に異常が発生している旨を報知器（図示は省略）が報知する。製造ラインなどにおいて、温度センサ２０に異常が発生している旨を認識した作業者によって、温度センサ２０の交換やマイコン１そのものの交換が行われる。

温度変化部４０は、マイコン１の内部の温度を変化させる。具体的には、製造ラインなどの出荷前の段階において、温度変化部４０は外部からの書き込み指令を受けたとき、温度センサ２０を検査するための検査用ソフトウェアを演算部１０に書き込む。なお、検査用ソフトウェアは、予め温度変化部４０に記憶している。検査用ソフトウェアは、演算部１０の演算負荷をより大きくすることにより、意図的にマイコン１の温度を上昇させる観点に基づき設けられる。演算部１０が検査用ソフトウェアを実行することにより、マイコン１の温度は演算部１０の演算負荷に応じて上昇する。なお、演算部１０に書き込まれた検査用ソフトウェアは、たとえば検査の終了後に消去される。

また、マイコン１の外部（たとえば、マイコン１を収容するパッケージの外壁面）には、外部温度センサ５０が設けられている。外部温度センサ５０は、マイコン１の外部の温度Ｔｏｕｔを検出する。外部温度センサ５０は、マイコン１の外部の状態量（温度Ｔｏｕｔ）を検出する外部検出部である。外部温度センサ５０は、マイコン１の内部に設けられる温度センサ２０に比べて、マイコン１の内部の温度変化の影響を受けにくい。具体的には、マイコン１の内部の温度が上昇した場合、温度センサ２０が検出する温度Ｔｉｎも高くなるが、外部温度センサ５０が検出する温度Ｔｏｕｔは、温度センサ２０が検出する温度Ｔｉｎほど高くならない。温度センサ２０よりも外部温度センサ５０の方が熱の発生源（演算部１０）から離れていることや、マイコン１を収容するパッケージの壁面によって熱が伝わり難くなることが、その要因である。

判定部３０は、温度センサ２０により検出される温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔに基づいて、温度センサ２０の異常を検出する。温度センサ２０に異常が発生している場合、判定部３０が温度センサ２０により検出される温度Ｔｉｎに基づいてマイコン１の異常を検出したときであっても、その検出結果が正しいかどうかが不確かなためである。

判定部３０は、外部温度センサ５０に異常が発生していないことを前提として、通常時に想定される温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの時間変化の関係などに基づき、温度センサ２０の異常を検出する。言い換えると、判定部３０は、温度Ｔｉｎと基準となる温度Ｔｏｕｔとの比較を通じて、温度センサ２０の異常を検出する。

図２（ａ）は、通常時における温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの時間変化を示すグラフである。なお、時間Ｔｉの原点は、演算部１０が検査用ソフトウェアを実行開始する時点を示している。演算部１０が検査用ソフトウェアを実行開始した以降、時間Ｔｉの経過とともに、マイコン１の温度は上昇する。このため、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔも、それぞれ時間の経過とともに増加する。温度Ｔｉｎの時間変化の傾きは、温度Ｔｏｕｔの時間変化の傾きよりも、通常大きい。また、温度Ｔｅの原点は、演算部１０が検査用ソフトウェアを実行開始する時点の温度を示している。すなわち、温度Ｔｅの原点は、マイコン１の配置される空間の温度（たとえば室温ｒｔ）である。

図２（ａ）に示すように、判定部３０は、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも高いとき、温度センサ２０が正常である旨判定する。温度センサ２０の方が、外部温度センサ５０よりも熱の発生源である演算部１０に近いため、マイコン１の温度の上昇に追従しやすいことが考えられるためである。

図２（ｂ）に実線で示すように、判定部３０は、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも低い場合、温度センサ２０に異常が発生している旨判定する。温度センサ２０の方が外部温度センサ５０よりも熱の発生源である演算部１０に近いにも関わらず、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも低いのは、温度センサ２０に異常が発生したためと考えられるためである。温度センサ２０の異常としては、断線故障などが想定される。

また、図２（ｂ）に破線で示されるように、判定部３０は、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも高い場合であっても、温度Ｔｉｎが時間変化によらずに一定であるとき、温度センサ２０に異常が発生している旨判定する。演算部１０によってマイコン１の温度が上昇しているにも関わらず、温度センサ２０の検出する温度Ｔｉｎがほとんど変化しないのは、温度センサ２０に異常が発生したためと考えられるからである。

つぎに、判定部３０により実行される温度センサ２０の異常検出処理の手順を説明する。この処理は、マイコン１の製造過程において行われる。なお、外部温度センサ５０は正常とする。

図３のフローチャートに示すように、マイコン１（温度変化部４０）は、外部からの指令に基づき、自身の演算部１０に検査用ソフトウェアを書き込む（ステップＳ１）。
つぎに、マイコン１（演算部１０）は、検査用ソフトウェアを実行する（ステップＳ２）。これにより、演算部１０の演算負荷が増大し、マイコン１の温度が上昇する。

マイコン１は、検査用ソフトウェアの実行を継続した状態を維持しつつ、一定時間が経過するまで待機する（ステップＳ３）。時間が経過するほどマイコン１の温度が上昇するため、温度Ｔｉｎと温度Ｔｏｕｔとの温度の大小関係をより確実に判定できるからである。

マイコン１（判定部３０）は、自身の内部に設けられた温度センサ２０により検出される内部の温度Ｔｉｎおよび外部に設けられた外部温度センサ５０により検出される外部の温度Ｔｏｕｔを取得する（ステップＳ４）。

マイコン１（判定部３０）は、取得される温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔが正しい相関を有するか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、判定部３０は、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも大きいか否かに基づいて、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔが正しい相関を有するか否かを判定する。

マイコン１（判定部３０）は、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの相関が正しい場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、自身の内部に設けられる温度センサ２０に異常が発生していない旨を判定し（ステップＳ６）、処理を終了する。たとえば、判定部３０は、図２（ａ）に示すように、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔより大きい場合、正しい相関を有していると推定する。また、判定部３０は、温度Ｔｉｎの時間変化の傾きが温度Ｔｏｕｔの時間変化の傾きよりも大きく、温度Ｔｉｎが時間に対して線形的に高くなっている場合、正しい相関を有していると推定してもよい。

マイコン１（判定部３０）は、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの相関が正しくない場合（ステップＳ５のＮＯ）、自身の内部に設けられる温度センサ２０に異常が発生している旨を判定し（ステップＳ７）、処理を終了する。たとえば、判定部３０は、図２（ｂ）に示すように、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも小さい場合、正しい相関を有していない（不正な相関である）と推定する。また、判定部３０は、温度Ｔｉｎの時間変化の傾きが温度Ｔｏｕｔの時間変化の傾きよりも小さい場合や、温度Ｔｉｎが時間に対して線形的に変化しない（たとえば時間によらずに一定である）場合、正しい相関を有していないと推定してもよい。

本実施形態の効果を説明する。
（１）製造ラインにおいて、演算部１０の演算負荷を増大させて、マイコン１の内部の温度を上昇させる。判定部３０は、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔに基づいて、温度センサ２０の異常を判定できる。

（２）判定部３０は、温度Ｔｉｎと温度Ｔｏｕｔの大小関係を比較するだけで、温度センサ２０の異常を判定できる。このため、判定部３０の行う処理は、比較的簡単である。なお、演算部１０の演算負荷を増大させてから一定時間経過するまで待機することにより、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの大小関係をより確実に判定することができる。このため、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの大小関係の誤判定を抑制できる。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・本実施形態では、判定部３０は、演算部１０における検査用ソフトウェアの実行開始から一定時間経過するまで待機した後に、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの大小関係を判定したが、演算部１０の演算負荷を増大させた後、直ちに温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔの大小関係を判定してもよい。

・本実施形態では、マイコン１の外部に外部温度センサ５０を設けたが、設けなくてもよい。すなわち、判定部３０は、温度センサ２０により検出される温度Ｔｉｎのみによって、温度センサ２０の異常を判定してもよい。たとえば、図４に示すように、演算部１０で生じる熱によって温度センサ２０が検出することが推定される温度Ｔｐの時間変化を、予め実験することによって求めておくことが考えられる。なお、温度センサ２０が検出することが推定される温度Ｔｐの時間変化は、たとえば判定部３０に記憶されている。判定部３０は、温度Ｔｐと温度Ｔｉｎがほとんど等しい（両者の差が閾値よりも小さい）とき、温度センサ２０が正常である旨判定する。また、たとえば、温度Ｔｉｎが温度Ｔａのような時間変化をした（両者の差が閾値よりも大きい）とき、判定部３０は、温度センサ２０に異常が発生している旨判定する。なお、この場合、判定部３０は、温度Ｔｉｎと基準となる温度Ｔｐとの比較を通じて温度センサ２０の異常を検出する。

・本実施形態では、演算負荷のより大きい検査用ソフトウェアを演算部１０に実行させることによって、マイコン１の内部の温度を上昇させたが、これに限らない。たとえば、演算部１０に演算負荷のより小さい処理を多重に演算させ続けることによって、マイコン１の内部の温度を上昇させてもよい。また、温度変化部４０の内部に熱を発生させるための抵抗を設け、メンテナンス時に外部からの指令に基づき、温度変化部４０が抵抗に電流を流すことにより、マイコン１の内部の温度を上昇させてもよい。なお、この場合、温度変化部４０は、検査用ソフトウェアを演算部１０に書き込まなくてよい。

・本実施形態では、外部温度センサ５０を温度センサ２０よりもマイコン１の内部の温度変化の影響を受けにくいように設けたが、これに限らない。たとえば、温度センサ２０と外部温度センサ５０とは、それぞれ演算部１０から同程度の距離に配置することや、マイコン１を収容するパッケージを設けないことにより、温度センサ２０および外部温度センサ５０のマイコン１の内部の温度変化による影響を同程度にしてもよい。この場合、温度Ｔｉｎと温度Ｔｏｕｔとの差が閾値よりも大きい場合に、温度センサ２０に異常が発生している旨検出する。

・本実施形態では、判定部３０は、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも高いか否かによって、温度センサ２０が正常であるか否かを判定したが、これに限らない。たとえば、判定部３０は、温度Ｔｉｎの時間変化の傾きおよび温度Ｔｏｕｔの時間変化の傾きによって、温度センサ２０が正常であるか否かを判定してもよい。たとえば、図３のステップＳ３の待機時間において、判定部３０は、一定時間ごとに温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔを取得する。そして、判定部３０は、温度Ｔｉｎの時間変化の傾きと、温度Ｔｏｕｔの時間変化の傾きに予め定められた係数を掛けたものとが一致するか否かなどに基づいて、温度Ｔｉｎおよび温度Ｔｏｕｔが正しい相関を有するか否かを判定してもよい。この場合、予め定められた係数は、たとえば判定部３０に予め記憶されている。また、判定部３０は、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも大きな傾きを有しているとき、温度センサ２０が正常である旨判定してもよいし、温度Ｔｉｎが温度Ｔｏｕｔよりも小さな傾きを有しているとき、温度センサ２０に異常が発生している旨判定してもよい。温度センサ２０の方が外部温度センサ５０よりも熱の発生源である演算部１０に近いため、マイコン１の内部の温度の上昇の影響を受けやすいと考えられるためである。また、図２（ｂ）に破線で示されるように、判定部３０は、温度Ｔｉｎが時間変化によらずに一定の傾きを有する（本来想定される温度Ｔｉｎの傾きよりも小さい）とき、温度センサ２０に異常が発生している旨判定する。

・本実施形態では、マイコン１の内部の温度を検出する手段として、温度センサ２０および外部温度センサ５０が用いられたが、これに限らない。すなわち、マイコン１の内部の温度変化に伴って変化する他の状態量を検出する内部検出部および外部検出部を用いてもよい。たとえば、マイコン１の内部に設けられた抵抗は、通常温度変化によってその抵抗値が変化するため、メンテナンス時に抵抗に電流を流して抵抗値を検出することにより、その抵抗値からマイコン１の内部の温度を演算するようにしてもよい。すなわち、内部検出部および外部検出部は、マイコン１の内部の温度を直接的に検出してもよいし、間接的に検出してもよい。

・本実施形態では、製造ラインにおいて、図３に示される処理が実行されたが、これに限らない。たとえば、マイコン１の修理時やディーラーでの点検時において、図３に示される処理が実行されてもよい。すなわち、マイコン１のメンテナンス時において、図３に示される処理が実行されればよい。また、マイコン１の通常使用時であっても、温度変化部４０によるマイコン１の内部の温度の上昇が問題とならないのであれば、どのような状況で図３に示される処理が実行されてもよい。

１…マイコン、１０…演算部、２０…温度センサ（内部検出部）、３０…判定部、４０…温度変化部、５０…外部温度センサ（外部検出部）、Ｔｉ…時間、Ｔｅ…温度、Ｔａ…温度、Ｔｐ…温度（推定検出温度）、Ｔｉｎ…温度（内部温度）、Ｔｏｕｔ…温度（外部温度）。

Claims (6)

1. 各種の演算を実行する演算部と、
   内部温度を検出する内部検出部と、
   外部指令に基づき、前記内部温度を変化させる温度変化部と、
   前記内部温度と基準となる温度との比較を通じて、前記内部検出部に異常が発生しているか否かを判定する判定部と、を備える制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記温度変化部は、前記演算部の演算負荷を増大させることにより、前記内部温度を上昇させる制御装置。
3. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   前記判定部は、前記基準となる温度として、外部に設けられた外部検出部から前記内部温度の影響を受ける外部温度を取り込み、
   前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有する場合、前記内部検出部が正常である旨判定し、
   前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有しない場合、前記内部検出部に異常が発生した旨判定する制御装置。
4. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   前記判定部は、前記温度変化部による前記内部温度の変化に伴い、前記内部検出部が検出することが推定される推定検出温度の時間変化の関係を記憶しており、当該推定検出温度は前記基準となる温度として利用され、
   前記判定部は、前記内部温度と前記推定検出温度とが正しい相関を有するとき、前記内部検出部が正常である旨判定し、
   前記内部温度と前記推定検出温度とが正しい相関を有しないとき、前記内部検出部に異常が発生している旨判定する制御装置。
5. 請求項３に記載の制御装置において、
   前記判定部は、前記内部温度が前記外部温度よりも大きいとき、前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有するとして、前記内部検出部が正常である旨判定し、
   前記内部温度が前記外部温度よりも小さいとき、前記外部温度と、前記内部温度とが正しい相関を有さないとして、前記内部検出部に異常が発生している旨判定する制御装置。
6. 各種の演算を実行する演算部に検査用ソフトウェアを書き込む工程と、
   前記演算部に前記検査用ソフトウェアを実行させることにより、制御装置の内部温度を上昇させる工程と、
   制御装置の内部に設けられる内部検出部を通じて検出される前記内部温度、および制御装置の外部に設けられる外部検出部を通じて検出される制御装置の外部温度を取得する工程と、
   前記内部温度および前記外部温度に基づいて、前記内部検出部に異常が発生しているか否かを判定する工程と、を有する制御装置の検査方法。

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