JP3775194B2

JP3775194B2 - 車両用電子制御システムの故障検出装置

Info

Publication number: JP3775194B2
Application number: JP2000287656A
Authority: JP
Inventors: 健一後藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP2002099321A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電子制御システムの故障検出装置に関し、特に車両用電子制御システムのマイコンを監視する監視回路を備える場合に、マイコンにより監視回路の監視機能を診断することのできる故障検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の車両用電子制御システムにおいては、マイコン内で求められる目標指令値に応じてアクチュエータが動作するシステムが殆どである。これらのアクチュエータの中には電制スロットル弁のようにマイコン内で求められる目標指令値が誤った値となったときに車両として設計者の意図しない挙動を示したりするアクチュエータもある。また、車両の失陥に至るアクチュエータもある。
【０００３】
従来、これらのシステムの動作を保証するために、システムのマイコンに対し、外部の監視回路を設けることが提案されている（特開平５−１４７４７７号公報参照）。
実用化されている方法としては、例えば、目標指令値を演算するマイコン（主マイコン）の演算機能（目標指令値を誤らせるような要因）を外部の監視回路（監視機能に特化した副マイコンやＩＣ）により監視し、マイコンの目標指令値に誤りがないかを確認する方法が知られている。
【０００４】
また、外部の監視回路によるマイコンの監視方式としては、例えば、監視回路がマイコンに対し例題を出題し、マイコンが回答してきた答えが正しいか否かをチェックする例題演算方式や、マイコンが監視回路に対し所定周期のパルス信号を発振し、監視回路がこのパルス信号が正常か否かをチェックするＷＤＴ（ウォッチドッグタイマー）方式が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この外部の監視回路が故障し、例えばマイコンからの診断用信号である例題に対する回答やパルス信号が異常であっても、異常であることをチェックできないような場合、この監視回路はマイコンの監視ができない状態であり、その状態を放置すると、上記のように車両として好ましくない挙動を示したり、最悪車両の失陥に至ったりするという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑み、マイコンに対する監視回路を備える場合に、マイコンにより監視回路の監視機能を的確に診断することのできる車両用電子制御システムの故障検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、車両用電子制御システムのマイコンから送信される診断用信号をチェックするチェック手段を有して、マイコンの異常時に故障検出信号を出力する監視回路を備える車両用電子制御システムの故障検出装置において、監視回路に、前記チェック手段として、マイコンに対し例題を出題し、マイコンから送信される回答が正しいか否かをチェックする第１のチェック手段と、マイコンから送信される所定周期のパルス信号をチェックする第２のチェック手段とを設ける一方、マイコンに、監視回路に対し故意に誤った回答を送信して、監視回路が故障検出信号を出力するか否かを判定する第１の監視機能診断手段と、監視回路に対し故意にパルス信号の送信を停止して、監視回路が故障検出信号を出力するか否かを判定する第２の監視機能診断手段とを設けて、監視回路の異常を検出し得るようにしたことを特徴とする。
また、前記第１及び第２の監視機能診断手段は、予め決められたタイミング毎に、交互に動作することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、マイコンが監視回路の異常を検出したときに、エンジンの出力を制限するフェイルセーフ手段を設けたことを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記監視機能診断手段の動作タイミングは、運転者によるエンジン停止操作直後であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明では、運転者によるエンジン停止操作直後の前記監視機能診断手段の動作により、マイコンが監視回路の異常を検出して、エンジンの出力を制限したときに、次回走行時までその異常検出状態を記憶保持して、次回走行時にもエンジンの出力を制限することを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、マイコンが監視回路に対し故意に誤った診断用信号を送信し、監視回路がその異常を検出できるかどうかを逆に監視することで、監視回路の失陥を検出でき、車両として好ましくない挙動を示したりする前に、ユーザーやディーラーなどにその異常を知らせたり、フェイルセーフ制御に移行させることができる。
【００１３】
また、例題演算方式とＷＤＴ方式とを併用する場合に、マイコンが監視回路に対し故意に誤った回答を送信し、監視回路がその異常を検出できるかどうかを逆に監視し、また、マイコンが監視回路に対し故意にパルス信号の送信を停止し、監視回路がその異常を検出できるかどうかを逆に監視することで、例題演算方式とＷＤＴ方式との両方で監視回路の失陥を確実に検出することができる。
【００１４】
また、監視回路に対し故意に誤った回答を送信し、監視回路がその異常を検出できるかどうかを逆に監視するモードと、マイコンが監視回路に対し故意にパルス信号の送信を停止し、監視回路がその異常を検出できるかどうかを逆に監視するモードとを、予め決められたタイミング毎に、交互に行うことで、監視回路の診断として、例題演算方式とＷＤＴ方式とを併用している場合、両方の監視機能の診断が可能となる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、マイコンが監視回路の異常を検出したときに、エンジンの出力を制限するフェイルセーフモードに移行させることで、監視回路の異常により車両の失陥に至ったりすることを確実に防止できる。
請求項３に係る発明によれば、マイコンが監視回路に対して故意に誤った回答などをするタイミングを、運転者によるエンジン停止操作直後として、エンジン停止操作直後にこの診断を行うことにより、エンジン出力を制限するというフェイルセーフ動作に運転性の悪化や違和感なく移行できる。また、確実に一走行に一回この診断を実施することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、エンジン停止操作直後に診断を行った結果、監視回路の異常を検出したならば、次回走行時までその診断結果を記憶しておき、次回走行時にエンジン出力を制限することで、本診断の診断結果により監視回路の異常を検出したときに、急に車両を退避走行としなくても済み（エンジン起動時からの退避走行となるため）、退避走行へ移行することによる運転者への違和感を与えなくて済む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す車両用電子制御システムのマイコン（主マイコン）１及びその監視回路２の概略構成図である。
マイコン１は、電制スロットル制御部を有し、図示しない各種センサにより検出されるエンジンの運転条件（アクセル開度、エンジン回転数等）に基づいて、電制スロットル弁３を駆動制御する。
【００１８】
監視回路２は、マイコン１の演算機能を監視・診断するためのもので、マイコン１から送信される診断用信号（例題に対する回答、回答データ送信用のパルス信号）をチェックすることにより、マイコン１の異常時に故障検出信号を出力し、電制スロットル弁３の駆動制御を強制的に停止することができる。
このため、監視回路２は、例題出題部、回答チェック部、パルスチェック部、故障判定部、電制スロットル制御部を有する。ここで、例題出題部、回答チェック部、故障判定部により、第１のチェック手段が構成され、パルスチェック部、故障判定部により、第２のチェック手段が構成される。
【００１９】
監視回路２の例題出題部は、マイコン１に対し、例えば４バイトの出題データとして、ＡＡＡＡＡＡＡＡＨ（1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 ）又は５５５５５５５５Ｈ（0101 0101 0101 0101 0101 0101 0101 0101 ）を送信し、予め定められた方法でマイコン１の演算機能（加算機能、乗算機能、シフト機能など）を駆使して、最終的に出題データの各ビットをビット反転した回答データを作成するように指令する。尚、出題データがＡＡＡＡＡＡＡＡＨの場合は５５５５５５５５Ｈ、出題データが５５５５５５５５Ｈの場合はＡＡＡＡＡＡＡＡＨが正しい回答データとなる。
【００２０】
マイコン１は、監視回路２との送受信部と、例題演算部とを有する。例題演算部は、出題データに基づき、上記の予め定められた方法でマイコン１の演算機能を駆使して、最終的に出題データの各ビットをビット反転した回答データを作成する。作成した回答データは、送受信部内の回答送信部により、マイコン１内部で生成した所定周期、所定パルス幅のパルス信号と共に、これに同期させて、監視回路２側に送信する。
【００２１】
監視回路２の回答チェック部は、マイコン１からの回答データが正しいか否か、出題データがＡＡＡＡＡＡＡＡＨの場合は回答データが５５５５５５５５Ｈ、出題データが５５５５５５５５Ｈの場合は回答データがＡＡＡＡＡＡＡＡＨであるか否かをチェックする。
また、監視回路２のパルスチェック部は、パルス信号の周期及び／又はパルス幅が正常か否かチェックする。
【００２２】
これらのチェックの結果は、故障判定部に送られる。ここで、回答データが間違っているか、パルス信号が異常である場合は、故障判定部から、故障検出信号を出力し、電制スロットル制御部により、電制スロットル弁３の駆動制御を強制的に停止する。
電制スロットル弁３の駆動制御を停止すると、具体的には、電制スロットル弁３のモータに対する電源回路のリレーをＯＦＦにすると、電制スロットル弁３はリターンスプリングの作用で、比較的低開度のフェイルセーフ開度に固定され、エンジン出力が規制されるものの、最低限のリンプホーム運転が可能となる。
【００２３】
以上が監視回路２によるマイコン１の診断内容であり、本発明では更に、マイコン１に監視回路２の監視機能を診断する機能を持たせており、以下、この機能について説明する。
マイコン１は、監視機能診断実行要求部を有する。監視機能実行要求部は、運転者のエンジン停止操作であるキーＯＦＦを検出し、その直後に監視機能診断の実行要求を発する。また、毎回のキーＯＦＦ時に、交互に、第１の監視機能診断（モード１診断）、又は、第２の監視機能診断（モード２診断）を実行すべく、切換要求を発する。すなわち、前回のキーＯＦＦ時に第１の監視機能診断を行った場合、今回のキーＯＦＦ時は第２の監視機能診断を実行するように切換要求を発する。
【００２４】
マイコン１は、第１の監視機能診断部（第１の監視機能診断手段）と、第２の監視機能診断部（第２の監視機能診断手段）とを有する。第１の監視機能診断部は、第１の監視機能診断の実行要求時に、誤回答要求を発する。第２の監視機能診断部は、第２の監視機能診断の実行要求時に、パルス停止要求（回答停止要求）を発する。
【００２５】
マイコン１の送受信部内の回答送信部は、第１の監視機能診断部からの誤回答要求を受けると、監視回路２側に、例題演算部での回答データに代えて、監視回路２側に誤回答（例えば０；ゼロ）を送信し、それ以外のときは、回答データをそのまま送信するようになっている。
また、第２の監視機能診断部からパルス停止要求（回答停止要求）を受けると、監視回路２側へのパルス信号の送信を停止し、このパルス信号によって送信される回答をも停止するようになっている。
【００２６】
このような誤回答又はパルス停止（回答停止）により、監視回路２が正常であれば、監視回路２の故障判定部から故障検出信号が出力されて、キーＯＦＦ直後に電制スロットル弁３の駆動制御が停止されるが、監視回路２に異常がある場合は、それが保証されない。
そこで、マイコン１内の第１の監視機能診断部は、誤回答要求時に、監視回路２からの故障検出信号の有無を判定し、信号無しのときに、監視回路２の異常と診断して、電制スロットル制御部により、電制スロットル弁３の駆動制御を停止する（フェイルセーフ手段）。
【００２７】
また、マイコン１内の第２の監視機能診断部は、パルス停止要求（回答停止要求）時に、監視回路２からの故障検出信号の有無を判定し、信号無しのときに、監視回路２の異常と診断して、電制スロットル制御部により、電制スロットル弁３の駆動制御を停止する（フェイルセーフ手段）。
上記の診断動作をフローチャートにより更に説明する。
【００２８】
図２は監視回路２側の処理手順を示すフローチャートであり、所定時間（例えば４０ｍｓ）毎に実行される。
Ｓ１では、例題を出題する。すなわち、マイコン１側に出題データ（ＡＡＡＡＡＡＡＡＨ又は５５５５５５５５Ｈ）を送信する。
Ｓ２では、マイコン１側での処理（図３のＳ１４又はＳ１６又はＳ１７）の後、マイコン１側から、パルス信号と共に回答データを受信する。
【００２９】
Ｓ３，Ｓ４では、同時に、回答チェックと、パルスチェックとを行う。
Ｓ５では、チェック結果に従って、異常の有無を判定し、異常無しの場合はリターンするが、異常有りの場合（回答データが間違っている場合、又はパルス信号が異常である場合）は、Ｓ６，Ｓ７へ進む。
Ｓ６では、マイコン１の異常と診断し、故障検出信号を出力する。そして、Ｓ７では、電制スロットル弁３の駆動制御を強制的に停止することで、エンジン出力を制限する。
【００３０】
図３はマイコン１側の処理手順を示すフローチャートであり、監視回路２側の処理と同期して実行される。
Ｓ１１では、監視回路２側（Ｓ１）からの出題データを受信する。
Ｓ１２では、例題演算を行う。具体的には、出題データを基に、最終的に出題データの各ビットをビット反転するような演算を行うことにより、回答データを作成する。
【００３１】
Ｓ１３では、運転者によるエンジン停止操作、すなわちキーＯＦＦが行われたか否かを判定し、キーＯＦＦ時でない場合は、Ｓ１４へ進んで、監視回路２側に、パルス信号と共に、回答データをそのまま送信する。
キーＯＦＦ時の場合は、これを診断要求として、Ｓ１５へ進み、前回のキーＯＦＦ時にモード１診断（誤回答要求）を行ったか否かを判定する。ＮＯの場合はモード１診断のため、Ｓ１６へ進み、ＹＥＳの場合はモード２診断（パルス停止要求）のため、Ｓ１７へ進む。毎回のエンジンキーＯＦＦ毎に、モード１診断とモード２診断とを交互に行うためである。
【００３２】
Ｓ１６では、モード１診断のため、監視回路２側に、パルス信号と共に、回答データに代えて誤回答を送信して、Ｓ１８へ進む。
Ｓ１７では、モード２診断のため、監視回路２側へのパルス信号の送信を停止し、これにより回答を停止して、Ｓ１８へ進む。
Ｓ１８では、監視回路２側での処理（Ｓ５、更にはＳ６）の後、監視回路２側からの故障検出信号の出力を監視・チェックする。
【００３３】
そして、Ｓ１９で、故障検出信号の出力の有無を判定し、故障検出信号有りの場合は監視回路２は正常であるのでリターンするが、故障検出信号無しの場合は、Ｓ２０へ進む。
Ｓ２０では、監視回路２の監視機能に異常があると診断し、この診断結果（異常検出状態）をバックアップＲＡＭに記憶保持する。そして、Ｓ２１では、監視回路２に代わって、電制スロットル弁３の駆動制御を強制的に停止することで、エンジン出力を制限する。
【００３４】
図４は各診断機能の実行タイミングを概略的に示している。
キースイッチＯＮ後、マイコン電源の投入と同時に、パワーオンリセットがかかって、マイコンによる制御が開始され、電制スロットル弁が駆動状態となる。但し、バックアップＲＡＭ内に監視機能異常等の診断結果が記憶保持されている場合、電制スロットル弁が駆動状態となることはない。また、パワーオンリセットと同時に、監視回路によるマイコンの診断（例題の出題）が開始される。
【００３５】
キースイッチがＯＦＦされると、その後にマイコンがリセットされて電源が遮断されるまでのセルフシャットオフ期間の間に、監視回路によるマイコンの診断と並行して、マイコンによる監視回路の診断（誤回答又はパルス停止）が行われる。このマイコンによる監視回路の診断により、監視機能の異常と診断されると、その時点で、電制スロットル弁の駆動制御が停止される。
【００３６】
以上のように、マイコン１が監視回路２に対し故意に誤った回答を送信し、監視回路２がその異常を検出できるかどうかを逆に監視し、また、マイコン１が監視回路２に対し故意にパルス／回答を停止し、監視回路２がその異常を検出できるかどうかを逆に監視することで、監視回路２の失陥を検出でき、大きな問題が発生する発生する前に、その異常を知らせると共に、フェイルセーフ制御（退避制御）を行うことができる。
【００３７】
また、運転者がエンジンを停止操作した後に、この診断を行うことにより、電制スロットル弁３の駆動制御を停止するという動作を運転者に気付かれずに、運転性の悪化や運転者への違和感がなく実施でき、また、確実に一走行に一回この診断を実施することができる。
更に、エンジン停止後に診断を行った結果、監視回路２の異常を検出したならば、次回走行時までその診断結果を記憶保持しておき、次回走行時に電制スロットル弁３の駆動制御を停止して退避走行とすることで、急に車両を退避走行としなくても済み（エンジン起動時からの退避走行のため）、退避走行へ移行することによる運転者への違和感を与えなくて済み、また、確実に監視回路２の異常を運転者などに伝えることができる。
【００３８】
また、例題演算方式による監視機能を診断するモードと、ＷＤＴ方式による監視機能を診断するモードとを、エンジン停止の度に、交互に行うことで、監視回路の診断として、上記両仕様の診断を採用している場合に、両方の機能診断が可能となる。
尚、本実施形態では、パルス信号は回答データ送信用のものとして、パルス停止は回答停止と同じとしたが、回答データの送信とは別のパルス信号を用いるようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、エンジン出力を制限するフェイルセーフモードとして、電制スロットル弁の駆動制御を停止するようにしたが、燃料カットを行うようにしてよい。また、リンプホーム運転を可能とするため、一部気筒の燃料カットを行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すマイコン及び監視回路の概略構成図
【図２】監視回路側の処理手順を示すフローチャート
【図３】マイコン側の処理手順を示すフローチャート
【図４】各診断機能の実行タイミングを概略的に示す図
【符号の説明】
１マイコン
２監視回路
３電制スロットル弁

Claims

車両用電子制御システムのマイコンから送信される診断用信号をチェックするチェック手段を有して、マイコンの異常時に故障検出信号を出力する監視回路を備える車両用電子制御システムの故障検出装置において、
監視回路に、前記チェック手段として、マイコンに対し例題を出題し、マイコンから送信される回答が正しいか否かをチェックする第１のチェック手段と、マイコンから送信される所定周期のパルス信号をチェックする第２のチェック手段とを設ける一方、
マイコンに、監視回路に対し故意に誤った回答を送信して、監視回路が故障検出信号を出力するか否かを判定する第１の監視機能診断手段と、監視回路に対し故意にパルス信号の送信を停止して、監視回路が故障検出信号を出力するか否かを判定する第２の監視機能診断手段とを設けて、監視回路の異常を検出し得るようにし、
前記第１及び第２の監視機能診断手段は、予め決められたタイミング毎に、交互に動作することを特徴とする車両用電子制御システムの故障検出装置。
マイコンが監視回路の異常を検出したときに、エンジンの出力を制限するフェイルセーフ手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の車両用電子制御システムの故障検出装置。
前記監視機能診断手段の動作タイミングは、運転者によるエンジン停止操作直後であることを特徴とする請求項２記載の車両用電子制御システムの故障検出装置。
運転者によるエンジン停止操作直後の前記監視機能診断手段の動作により、マイコンが監視回路の異常を検出して、エンジンの出力を制限したときに、次回走行時までその異常検出状態を記憶保持して、次回走行時にもエンジンの出力を制限することを特徴とする請求項３記載の車両用電子制御システムの故障検出装置。