JP2017202738A - 電子制御装置及び電子制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】統合型の電子制御装置において簡易な回路構成によりフェールセーフを確実に実現し得る電子制御装置及び電子制御方法を提案する。【解決手段】単一のマイクロコンピュータ(11)によりエンジンシステム(20)及びトランスミッションシステム(30)の両方の動作を制御する統合型の電子制御装置(10)において、マイクロコンピュータ(11)の動作を監視する単一の監視部(12)を備え、監視部(12)は、マイクロコンピュータ(11)の異常動作を検知すると、エンジンシステム(20)及びトランスミッションシステム(30)の両方の動作をフェールセーフに制御することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、電子制御装置及び電子制御方法に関し、特にエンジン及びトランスミッションの両方の動作を1つのマイクロコンピュータによって制御する統合型の電子制御装置及びこの統合型の電子制御装置をフェールセーフに制御する電子制御方法に適用して好適なものである。
従来、エンジンの動作を制御するECU(Engine Control Unit)と、トランスミッションの動作を制御するTCU(Transmission Control Unit)とは、それぞれ別々の筐体により車両に搭載される。これらECU及びTCUはそれぞれフェールセーフに設計されており、仮にECU又はTCUに障害が発生した場合、車両は常に安全側に制御されることになる。
例えばECU又はTCUに障害が発生した場合、実際のアクセル開度にかかわらず、エンジンに関してはシリンダ内への燃料噴射が停止され、またトランスミッションに関してはギア段が3速にシフトされたまま固定される。このように障害発生時に路肩への移動や短距離の移動のみを可能とする動作モードをリンプホームモードと呼ぶ。
特許文献1には、ECUの動作を統括的に制御する動作制御ユニットがスロットルの誤動作を検知した場合、スロットルの動作を制御するドライバ回路に制御停止信号を出力し、給電制御回路に給電停止信号を出力するECUが開示されている。
また特許文献1に記載のECUは、動作制御ユニット自体の動作を監視する監視ユニットを備え、この監視ユニットが動作制御ユニットの誤動作を検知した場合には、監視ユニットが動作制御ユニットに代わって制御停止信号及び給電停止信号をそれぞれドライバ回路及び給電制御回路に出力することが開示されている。
この特許文献1に記載のECUによれば、監視ユニットを備えることで動作制御ユニット自体の誤動作を検知することができ、誤動作を検知した場合には監視ユニットが動作制御ユニットに代わって制御停止信号及び給電停止信号を出力するようにしたので、より確実にフェールセーフを実現することができるとしている。
特開2015−48804号公報
ところで近年、TCUの機能を実現するための電子部品をECUに集約し、ECUとTCUとを統合した電子制御装置の開発が進められている。この統合型の電子制御装置では、単一の動作制御ユニット(以下、マイクロコンピュータと呼ぶ)がエンジン及びトランスミッションの両方の動作を制御することでECU及びTCUの両方の機能を実現する。
ここで、この統合型の電子制御装置をフェールセーフに設計しようとする場合、エンジンに関しては上記従来技術の構成を組み込むことによりフェールセーフを実現することができる。しかしトランスミッションに関しては上記従来技術では何ら考慮されていないため、このままでは電子制御装置全体としてフェールセーフを実現することはできない。
またトランスミッションに関してフェールセーフを実現する一般的構成については既に公知の技術も存在するが、これを単にこの統合型の電子制御装置に組み込むと、エンジン及びトランスミッションの両方のフェールセーフのための構成が混在することになり、回路構成が複雑化するという問題が生じる。
そこで本発明の課題は、統合型の電子制御装置において簡易な回路構成によりフェールセーフを確実に実現し得る電子制御装置及び電子制御方法を提案することにある。
かかる課題を解決するために、本発明においては、単一のマイクロコンピュータ(11)によりエンジンシステム(20)及びトランスミッションシステム(30)の両方の動作を制御する統合型の電子制御装置(10)において、マイクロコンピュータ(11)の動作を監視する単一の監視部(12)を備え、監視部(12)は、マイクロコンピュータ(11)の異常動作を検知すると、エンジンシステム(20)及びトランスミッションシステム(30)の両方の動作をフェールセーフに制御することを特徴とする。
本発明によれば、統合型の電子制御装置において簡易な回路構成によりフェールセーフを確実に実現することができる。
本実施の形態における統合型の電子制御装置の全体構成図である。 統合型の電子制御装置のうちのTCUの機能に関する内部構成図である。 統合型の電子制御装置のうちのTCUの機能に関する他の内部構成図である。 ロジック回路の概念構成図である。 ロジック回路の実際の設置数に応じた概念構成図である。 監視処理のフローチャートである。
(1)全体構成
図1は、本実施の形態における統合型の電子制御装置10の全体構成を示す。電子制御装置10は、エンジンシステム20の動作を制御するECU(Engine Control Unit)の機能と、トランスミッションシステム30の動作を制御するTCU(Transmission Control Unit)の機能とを1つの基板上又は筐体内に集約して統合した電子制御装置である。
具体的に電子制御装置10は、ECU及びTCUの両方の機能に関する電子部品として、単一のマイクロコンピュータ11及び単一の監視部12を備える。マイクロコンピュータ11は、図示しないCPU(Central Processing Unit)及びメモリ等を備える電子部品であり、電子制御装置10の動作を統括的に制御する。
すなわちこのマイクロコンピュータ11が電子制御装置10の動作を統括的に制御することにより、エンジンシステム20及びトランスミッションシステム30の両方の動作(ここでは一例としてスロットル21及び電磁弁31の動作)を制御する。
監視部12は、同様に図示しないCPU及びメモリ等を備える電子部品であり、マイクロコンピュータ11の挙動を監視する。
挙動の監視手法としては、一般的な手法を採用すればよい。例えば監視部12は、動作状態が正常であるか否かを判断するための監視信号をマイクロコンピュータ11に定期的に出力し、マイクロコンピュータ11からの応答信号を所定期間内に入力した場合には正常動作しているものと判断し、応答信号を所定期間内に入力しない場合には異常動作しているものと判断する。
また他の監視手法として、監視部12はマイクロコンピュータ11から出力される制御信号を常時監視し、この制御信号が途切れたり所定範囲外の値で出力されたりした場合にマイクロコンピュータ11が異常動作しているものと判断してもよい。
電子制御装置10は、その他、ECUの機能に関する電子部品として、給電制御回路13及びスロットル制御回路14等を備える。またTCUの機能に関する電子部品として、電磁弁制御回路15、OR回路16及び電流遮断回路17等を備える。
給電制御回路13は、図示しないOR回路及びFET(Field Effect Transistor)を備えて構成される。給電制御回路13は、マイクロコンピュータ11又は監視部12からの信号に応じて、スロットル制御回路14に対する電源の給電又は遮断を実行する。
例えば給電制御回路13は、マイクロコンピュータ11又は監視部12のうちの何れかから給電停止信号を入力すると、スロットル制御回路14に対する電源の供給を遮断する。この場合、スロットル制御回路14の制御動作が停止し、エンジンシステム20内のスロットル21の開動作が停止することになる。
スロットル制御回路14は、トランジスタ等を備えて構成される。スロットル制御回路14は、マイクロコンピュータ11又は監視部12からの信号に応じて、エンジンシステム20内のスロットル21の開閉動作を制御する。
例えばスロットル制御回路14は、マイクロコンピュータ11又は監視部12のうちの何れかから制御停止信号を入力すると、スロットル21の開閉動作の制御を停止する。この場合、スロットル21の開動作が停止することになる。
このようにしてマイクロコンピュータ11が正常動作している場合にエンジンシステム20に障害が発生した場合には、マイクロコンピュータ11が給電制御回路13及びスロットル制御回路14の動作を安全側に制御することができる。
またマイクロコンピュータ11が異常動作している場合には、監視部12が給電制御回路13及びスロットル制御回路14の動作を安全側に制御することができる。よってエンジンシステム20に関してフェールセーフを確実に実現することができる。
一方TCUの機能に関する電子部品として、電磁弁制御回路15は、トランジスタ等を備えて構成される。電磁弁制御回路15は、マイクロコンピュータ11からの信号に応じて、トランスミッションシステム30内の電磁弁31の開閉動作を制御する。
例えば電磁弁制御回路15は、マイクロコンピュータ11からの制御信号を入力すると、電磁弁31のソレノイド部に電源を供給し、弁部を開放動作するように制御する。また電磁弁制御回路15は、マイクロコンピュータ11からの制御停止信号を入力すると、電磁弁31の開閉動作の制御を停止する。この場合、電磁弁31が閉鎖することになる。
OR回路16は、マイクロコンピュータ11又は監視部12のうちの何れかから遮断信号を入力すると、これまで出力していたON信号に代えて、OFF信号を電流遮断回路17に出力する。
電流遮断回路17は、FET等を備えて構成される。電流遮断回路17は、OR回路16からのOFF信号を入力すると、電磁弁31に対する通電を遮断する。この場合、トランスミッションシステム30内の全ての電磁弁31が閉鎖(或いは開放)されることになる。トランスミッションシステム30のギアは、全ての電磁弁31が閉鎖された場合に定まる何れか一のギア段に固定されることになる。
なおここでのトランスミッションシステム30は、全ての電磁弁31が閉鎖された場合にいわゆるリンプホームモードに移行して、ギア段が3速の位置に機械的に固定されるように設計されているものとするが、固定されるギア段は必ずしも3速に限らず、他のギア段であってもよい。
このようにしてマイクロコンピュータ11が正常動作している場合にトランスミッションシステム30に障害が発生した場合には、マイクロコンピュータ11が電磁弁制御回路15、OR回路16及び電流遮断回路17の動作を安全側に制御することができる。
またマイクロコンピュータ11が異常動作している場合には、監視部12がOR回路16及び電流遮断回路17の動作を安全側に制御することができる。よってトランスミッションシステム30に関してフェールセーフを確実に実現することができる。
(2)内部構成
図2は、電子制御装置10のTCUの機能に関する内部構成を示す。電子制御装置10は、TCUの機能に関して上記の通り、マイクロコンピュータ11、監視部12、電磁弁制御回路15、OR回路16及び電流遮断回路17を備えて構成される。
マイクロコンピュータ11は、トランスミッションシステム30が正常に動作している通常時においては、ここでは図示しない現在の車速、加速度及びギア段等の各種情報を入力し、これら各種情報に基づいて、電磁弁31を制御するための制御信号S1を生成する。そしてこの制御信号S1を電磁弁制御回路15に出力する。
電磁弁制御回路15は、マイクロコンピュータ11からの制御信号S1を開放信号H又は閉鎖信号Lに変換し、これら開放信号H又は閉鎖信号Lを電磁弁31に出力する。電磁弁31は、電磁弁制御回路15からの開放信号H又は閉鎖信号Lに基づいて、実際に開閉動作することになる。
なお電磁弁31は、実際には複数の電磁弁から構成されており、例えばトランスミッションシステム30内のギア段が1速〜4速まである場合には電磁弁31は5つの電磁弁から構成される。そして複数の電磁弁の開放又は閉鎖の組み合わせによって、トランスミッションシステム30内でシフトされるギア段が定まる。
一方でマイクロコンピュータ11は、ここでは図示しないセンサにより電磁弁31の実際の開閉動作を監視している。マイクロコンピュータ11は、このセンサを介して、例えば開放信号Hに次いで閉鎖信号Lが入力されたにもかかわらず実際には開放動作したままである等の電磁弁31の誤動作を検知すると、電磁弁31に何らかの障害が発生したものと判断する。
そしてマイクロコンピュータ11は、障害発生時において制御停止信号S11を生成し、これを電磁弁制御回路15に出力する。電磁弁制御回路15は、マイクロコンピュータ11からの制御停止信号S11を入力すると、電磁弁31に開放信号H又は閉鎖信号Lの出力を停止することで電磁弁31の制御動作を停止する。
またマイクロコンピュータ11は、障害発生時において遮断信号F1を生成し、これをOR回路16に出力する。OR回路16は、通常時にはON信号A1を生成してこれを電流遮断回路17に出力しているが、障害発生時においてマイクロコンピュータ11からの遮断信号F1を入力すると、OFF信号B1を生成して電流遮断回路17に出力する。
電流遮断回路17は、OR回路16からのOFF信号B1を入力すると、回路内のFETを停止する。これにより電磁弁制御回路15を介して電磁弁31に流れる電流が経路を失い遮断される。
一方監視部12は、監視信号M1を生成し、これをマイクロコンピュータ11に適宜出力する。そして監視部12は、マイクロコンピュータ11からの応答信号M11の有無に基づいて、マイクロコンピュータ11が正常動作しているか或いは異常動作しているかを判断する。
監視部12は、マイクロコンピュータ11が正常動作している場合には引き続きマイクロコンピュータ11の監視を継続する。これに対しマイクロコンピュータ11が異常動作している場合には遮断信号F2を生成し、これをOR回路16に出力する。OR回路16は、監視部12からの遮断信号F2を入力すると、遮断信号F1を入力した場合と同様にOFF信号B1を生成して電流遮断回路17に出力する。
電流遮断回路17は、OR回路16からのOFF信号B1に応じて回路内のFETを停止する。これによりマイクロコンピュータ11による遮断制御と同様、監視部12による遮断制御により電磁弁31に流れる電流が経路を失い遮断される。
図3は、電子制御装置10のTCUの機能に関する他の内部構成を示す。マイクロコンピュータ11と、電磁弁制御回路15との間にロジック回路18が直列に接続されて構成される点で、図2の電子制御装置10と異なる。以下異なる点について説明する。
監視部12は、監視信号M1及び応答信号M11の有無に基づいて、監視結果信号R1を生成し、これをロジック回路18に出力する。監視結果信号R1には、マイクロコンピュータ11が正常動作しているか或いは異常動作しているかを示す情報が含まれる。
ロジック回路18は、マイクロコンピュータ11からの制御信号S1又は制御停止信号S11と、監視部12からの監視結果信号R1とに基づいて、制御信号S1又は制御停止信号S11の何れかを電磁弁制御回路15に出力する。
図4は、ロジック回路18の概念構成を示す。ロジック回路18は、監視部12からの監視結果信号R1がマイクロコンピュータ11の正常動作を示すものである場合、マイクロコンピュータ11からの制御信号S1又は制御停止信号S11の何れかを採用し、これを出力する。
またロジック回路18は、監視部12からの監視結果信号R1がマイクロコンピュータ11の異常動作を示すものである場合、制御停止信号S11を出力する。すなわちマイクロコンピュータ11からの制御信号S1又は制御停止信号S11が採用されるのは監視結果信号R1がマイクロコンピュータ11の正常動作を示すものである場合に限られる。
このように構成されるロジック回路18を設置することにより、マイクロコンピュータ11が障害発生時に電磁弁制御回路15の制御動作を停止させることに加えて、マイクロコンピュータ11自体に障害が発生した場合にも、監視部12が電磁弁制御回路15の制御動作を停止させることができる。よってより確実にフェールセーフを実現することができる。
図5は、ロジック回路18の実際の設置数に応じた概念構成を示す。またこれに伴い電磁弁制御回路15及びトランスミッションシステム30の実際の設置数に応じた内部構成を示す。
ロジック回路18は、実際には制御対象である電磁弁31の数と同じ数だけ設置される。また同様に電磁弁制御回路15も実際には電磁弁31の数と同じ数だけ設置される。ここでは電磁弁31が5つ設置されているため、ロジック回路18も181A〜185Aの5つが設置され、電磁弁制御回路15も151〜155の5つが設置される。
各ロジック回路181A〜185Aは、図4において説明した通り、監視部12からの監視結果信号R1がマイクロコンピュータ11の異常動作を示すものである場合にはマイクロコンピュータ11から仮に制御信号S1を入力した場合であっても常に制御停止信号S11を出力する。
各電磁弁制御回路151〜155は、制御停止信号S11を入力すると、各電磁弁311〜315に対する制御動作を停止する。なおここでは第5の電磁弁制御回路155だけは、制御停止信号S11を入力した場合に開放信号Hに変換し、これを電磁弁315に出力するようにしている。
この場合、例えばトランスミッションシステム30のギア段を3速ではなく2速に固定した状態を形成することができる。電磁弁311〜315のうちの何れの制御を停止(閉鎖)するとギア段が何速に固定されるのかは設計上、予め定められている。よってこのように任意の電磁弁315だけは制御を停止せずに開放させたまま固定することで、任意のギア段に固定したリンプホームモードに移行することができる。
(3)フローチャート
図6は、本実施の形態における監視処理のフローチャートを示す。この監視処理は、電子制御装置10の電源がONにされたタイミングで実行される。またその後はリンプホームモードに移行するまで、或いは、電子制御装置10の電源がOFFにされるまで、適宜実行される。
まず監視部12は、監視信号M1をマイクロコンピュータ11に出力することによりマイクロコンピュータ11の挙動を監視する(SP1)。そして監視部12は、応答信号M11の有無に基づいて、マイクロコンピュータ11が正常動作しているか否かを判断する(SP2)。
監視部12は、ステップSP2の判断で否定結果を得ると(SP2:N)、マイクロコンピュータ11は異常動作しているものと判断し、遮断信号F2を生成する。そしてこの遮断信号F2により電磁弁31を流れる電流を遮断する(SP3)。なおこのとき監視部12は、図3に示すように監視結果信号R1をロジック回路18に出力するとしてもよい。
また監視部12は、エンジンシステム20に関してもフェールセーフを実現するために給電制御回路13の給電制御を停止するとともにスロットル制御回路14のスロットル21の制御動作も停止する。この結果、電子制御装置10はリンプホームモードに移行して(SP4)、本処理を終了する。
これに対し監視部12は、ステップSP2の判断で肯定結果を得ると(SP2:Y)、マイクロコンピュータ11は正常動作しているものと判断する。
次いでマイクロコンピュータ11は、センサにより電磁弁31の実際の挙動を監視しており(SP5)、このセンサからの実際の電磁弁31の挙動と、制御信号S1により示される電磁弁31の挙動とに基づいて、電磁弁31が正常動作しているか否かを判断する(SP6)。
マイクロコンピュータ11は、ステップSP6の判断で肯定結果を得ると(SP6:Y)、電磁弁31は正常動作しているものと判断する。そしてこの場合、監視処理はステップSP1に移行する。
これに対しマイクロコンピュータ11は、ステップSP6の判断で否定結果を得ると(SP6:N)、電磁弁31は異常動作しているものと判断し、遮断信号F1を生成する。そしてこの遮断信号F1により電磁弁31を流れる電流を遮断する(SP7)。
またマイクロコンピュータ11は、エンジンシステム20に関してもフェールセーフを実現するために給電制御回路13の給電制御を停止するとともにスロットル制御回路14のスロットル21の制御動作も停止する。この結果、電子制御装置10はリンプホームモードに移行して(SP4)、本処理を終了する。
(4)本実施の形態による効果
以上のように本実施の形態によれば、単一のマイクロコンピュータ11がエンジンシステム20及びトランスミッションシステム30の動作をフェールセーフに制御することに加えて、単一の監視部12がマイクロコンピュータ11の異常動作を検知した場合にはこの監視部12もエンジンシステム20及びトランスミッションシステム30の動作をフェールセーフに制御するようにしたので、統合型の電子制御装置10において、監視部12を1つ追加しただけの簡易な回路構成によりエンジンシステム20及びトランスミッションシステム30の両方の動作を確実にフェールセーフに制御することができる。
10・・・電子制御装置、11・・・マイクロコンピュータ、12・・・監視部、13・・・給電制御回路、14・・・スロットル制御回路、15・・・電磁弁制御回路、16・・・OR回路、17・・・電流遮断回路、18・・・ロジック回路、20・・・エンジンシステム、21・・・スロットル、30・・・トランスミッションシステム、31・・・電磁弁、S1・・・制御信号、S11・・・制御停止信号、M1・・・監視信号、M11・・・応答信号、F1、F2・・・遮断信号

Claims (7)

  1. 単一のマイクロコンピュータ(11)がエンジンシステム(20)及びトランスミッションシステム(30)の両方の動作を制御する統合型の電子制御装置(10)において、
    前記マイクロコンピュータ(11)の動作を監視する単一の監視部(12)を備え、
    前記監視部(12)は、
    前記マイクロコンピュータ(11)の異常動作を検知すると、前記エンジンシステム(20)及び前記トランスミッションシステム(30)の両方の動作をフェールセーフに制御する
    ことを特徴とする電子制御装置。
  2. 前記監視部(12)は、
    前記マイクロコンピュータ(11)の異常動作を検知すると、前記エンジンシステム(20)に供給される電源を遮断し、前記トランスミッションシステム(30)に供給される電源も遮断することにより、前記エンジンシステム(20)及び前記トランスミッションシステム(30)の両方の動作をフェールセーフに制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
  3. 前記監視部(12)は、
    前記マイクロコンピュータ(11)の異常動作を検知すると、前記エンジンシステム(20)の動作を制御する第1の制御回路(14)の制御動作を停止させることにより、前記エンジンシステム(20)の動作をフェールセーフに制御する
    ことを特徴とする請求項2に記載の電子制御装置。
  4. 前記監視部(12)は、
    前記マイクロコンピュータ(11)の異常動作を検知すると、前記トランスミッションシステム(30)の動作を制御する第2の制御回路(15)の制御動作を停止させることにより、前記トランスミッションシステム(30)の動作をフェールセーフに制御する
    ことを特徴とする請求項3に記載の電子制御装置。
  5. 前記マイクロコンピュータ(11)からの制御信号(S1)と、前記監視部(12)からの監視結果信号(R1)とを入力するロジック回路(18)を備え、
    前記ロジック回路(18)は、
    前記監視結果信号(R1)が前記マイクロコンピュータ(11)の正常動作を示す場合には前記制御信号(S1)に基づいて前記第2の制御回路(15)の動作を制御し、
    前記監視結果信号(R1)が前記マイクロコンピュータ(11)の異常動作を示す場合には前記第2の制御回路(15)の制御動作を停止させることにより、前記トランスミッションシステム(30)の動作をフェールセーフに制御する
    ことを特徴とする請求項4に記載の電子制御装置。
  6. 前記マイクロコンピュータ(11)は、
    前記エンジンシステム(20)及び前記トランスミッションシステム(30)の動作を監視しており、何れかのシステム(20、30)の異常動作を検知すると、前記エンジンシステム(20)及び前記トランスミッションシステム(30)の両方の動作をフェールセーフに制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
  7. 単一のマイクロコンピュータ(11)によりエンジンシステム(20)及びトランスミッションシステム(30)の両方の動作を制御する統合型の電子制御装置(10)の電子制御方法において、
    前記マイクロコンピュータ(11)の動作を監視する単一の監視部(12)が、
    前記マイクロコンピュータ(11)の異常動作を検知する第1のステップと、
    前記エンジンシステム(20)及び前記トランスミッションシステム(30)の両方の動作をフェールセーフに制御する第2のステップと
    を備えることを特徴とする電子制御方法。
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