JP5383590B2 - 異常検出方法および車両制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両制御装置に関する。
一般的に、図9に示すように、車両1、2には車両用制御装置3、4が搭載されており、車両用制御装置3,4はブレーキ5の制御を行っている。車両用制御装置3、4は、ブレーキ5へブレーキ指令を出し、そのブレーキ指令を受け取ったブレーキは車両1、2に取り付けられている車輪6、7へブレーキ指令を実行する。このような車両用制御装置3、4には、複数のCPUを用いて構成されるシステムが内蔵されている。システム内では、CPU相互間で情報の受け渡しを行い、その情報のやり取りによってブレーキが制御されている。
特開平5−81222号公報 特開平5−216855号公報
しかしながら、システムに内蔵される複数のCPUのいずれかが正常に動作しなくなった場合でも、正常に動作しているCPUは、異常となったCPUからの情報を正常な情報であるかのように受け取り、使用する場合がある。上記のような状況になった場合、鉄道ではブレーキが制御不能になる恐れがあり、安全な走行が維持できない可能性もある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、システムに内蔵される複数のCPUを監視し、システムの正常動作を維持し、制御性能を向上させることができる車両制御装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明による異常検出方法は、第1のプロセッサと第2のプロセッサとを備えたシステムにおける、プロセッサの異常検出方法であって、前記第1のプロセッサは、前記第2のプロセッサへ送信した第1のデータと、前記第2のプロセッサから受信した第2のデータと、を比較し、この比較の結果が一致を示す場合に前記第2のプロセッサが正常であると判定し、前記第2のプロセッサは、前記第1のプロセッサから受信した第1のデータと、前記第1のプロセッサから前回受信した前回の第1のデータと、を比較し、この比較の結果が不一致を示す場合に前記第1のプロセッサが正常であると判定する。さらに、前記第1のプロセッサから送信される第1のデータと前記第2のプロセッサから送信される第2のデータは、あらかじめ定められた順序で変化する値としている。
システムに内蔵される複数のCPUのいずれかにおいて異常が発生した場合にその異常を検知することで、制御装置の安定動作を維持することが可能となる。
第1の実施形態のシステムブロック図。 第1の実施形態の第1CPUのフローチャート。 第1の実施形態の第2CPUのフローチャート。 第1の実施形態の比較演算回数と異常検出値の関係図。 第2の実施形態のシステムブロック図。 第3の実施形態のシステムブロック図。 第4の実施形態のシステムブロック図。 第5の実施形態のシステムブロック図。 一般的な車両用制御装置とブレーキの関係図。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図1を参照して、以下に本実施形態の構成を説明する。第1システム100は第1CPU101と第2CPU107、第1共通エリア113、第2共通エリア114で構成される。第1CPU101は、第1チェックデータ書込み部102、第1チェックデータ読込み部103、第1比較回路部104、第1積算部105、第2CPU異常検出部106を有している。また、第2CPU107は、第2チェックデータ読込み部108、第2比較回路部109、第2積算部110、第1CPU異常検出部111、第2チェックデータ書込み部112を有している。
第1CPU101において、第1チェックデータ書込み部102は、第1比較回路部104と第1積算部105と接続され、第1チェックデータ読込み部103、第1比較回路部104と接続され、第1比較回路部104は、第1チェックデータ書込み部102と第1積算部105と接続され、第1積算部は、第2CPU異常検出部106と接続されている。
第2CPU107において、第2チェックデータ読込み部108は、第2比較回路部109と接続され、第2比較回路部109は、第2積算部110と第2チェックデータ書込み部112と接続され、第2積算部110は、第1CPU異常検出部111と第2チェックデータ書込み部112と接続され、第2チェックデータ書込み部112は、第2比較回路部109と第2積算部110と接続される。
また、第1共通エリア113は、第1チェックデータ書込み部102と第2チェックデータ読込み部108と接続される。また、第2共通エリア114は、第1チェックデータ読込み部103と第2チェックデータ書込み部112と接続される。
(作用)
次に、図2及び図3を参照して、以下に本実施形態の作用を説明する。図2に示すように、第1CPU101では第1の異常検出手段を実行する。第1CPU101は、第1共通エリア113に第1チェックデータ値を書き込む(S1001)。ここで述べたチェックデータ値とは第1CPU101と第2CPU107で同値で発生する制御サンプリング信号である。例えば、1から100までの数値が順番に第1チェックデータ書込み部102及び第2チェックデータ書込み部112で第1チェックデータ値と第2チェックデータ値として発生する。次に、第2共通エリア114へ入力された第2チェックデータ値が、第1チェックデータ読込み部103に出力される(S1002)。このとき、S1001とS1002の実行順序は本実施形態に限定されず、S1002からS1001の順番で実効することや同時に実行することも可能である。次に、第1共通エリア113に書き込んだ第1チェックデータ値と第2共通エリア114から読み込んだ第2チェックデータ値が第1比較回路部104に入力される。第1比較回路部104では、第1チェックデータ値=第2チェックデータ値(第1比較回路演算式)が成立するかどうか判定する(S1003)。第1比較回路演算式が成立する場合、第1比較回路104は、第1チェックデータ書込み部102に“正常”信号を出力する(S1004)。“正常”信号を受け取った第1チェックデータ書込み部102は、再度、第1の異常検出手段を実行する。
また、第1比較演算式が成立しない場合、第1比較回路部104から第1積算部105へ第1比較演算式を行った結果を出力する。第1積算部105では行った比較演算回数を積算する(S1005)。第1積算部105では、“第2CPU異常”と判定するため、所定の比較演算を行った回数の積算値(=第1異常検出値)が設定されている。図4の(ア)のように、第1異常検出値まで第1比較演算式が成立しない場合(第1異常検出値≦比較演算回数)は、第2CPU107に異常があるとして“第2CPU異常”の結果を検出する。また、図4の(イ)のように、第1積算部105において、第1異常検出値に到達する前に第1比較演算式が成立した場合(第1異常検出値>比較演算回数)は、積算した比較演算回数の値をゼロに戻し(S1008)、第1積算部105より第1チェックデータ書込み部102へ“正常”信号を出力する。“正常”信号が入力された第1チェックデータ書込み部102は、第1の異常検出手段を再度実行する。
第2CPUでは、図3に示すような第2の異常検出手段が実行される。図3に示すように、第2チェックデータ読込み部108は、第1共通エリア113から第1チェックデータ値を読み込む(S1011)。第2チェックデータ読込み部108は、読込んだ第1チェックデータ値を第2比較回路109へ出力する。第2比較回路109では、その時に読み込んだ第1チェックデータ値(“今回第1チェックデータ値”とする)と、その前に読込んだ第1チェックデータ値(“前回第1チェックデータ値”とする)を使用して、第2比較演算式(今回第1チェックデータ値≠前回第1チェックデータ値)が成立するかどうかを判定する(S1012)。第2比較演算式が成立する場合、第2比較回路109は、第2チェックデータ書込み部112に“正常”信号を出力する。“正常”信号が入力された第2チェックデータ書込み部112は、新たなチェックデータ値を第2共通エリア114に出力し、再度、第2の異常検出手段が実行されることになる。
また、第2比較演算式が成立しない場合、第2積算部110では、第2比較演算を行った回数を積算する(S1014)。第2比較回路109から第2積算部110へ第2比較演算式を行った結果を出力する。第2積算部110では、“第1CPU異常”と判定するための所定の比較演算回数を積算した値(第2異常検出値)が設定されている。第2積算部110は、第2異常検出値に到達するまでに、第2比較演算式が成立するかどうかを判定する(S1015)。第2異常検出値まで第2比較演算式が成立しない場合(第2異常検出値≦比較演算回数値)は、“第1CPU異常”の結果を検出する。また、第2異常検出値までに第2比較演算が成立する場合(第2異常検出値>比較演算回数値)は、積算した比較演算回数値をゼロに戻し(S1016)、第2積算部110から第2チェックデータ書込み部112へ“正常”信号が出力され、第2の異常検出手段を再度実行することになる。
システム100は上記の第1の異常検出手段と第2の異常検出手段を合わせたシステム異常検出手段を有している。
第1共通エリア113及び、第2共通エリア114は、例えばデュアルポートRAMなど複数方向からの書込み、読込み可能なものであれば本実施形態への適応が可能である。また、第1CPU101と第2CPU107間のやりとりを可能とする通信回線等を本実施形態の適用することが可能である。
(効果)
このような構成の本実施形態の車両用制御装置は、第1CPUと第2CPUを用いて構成するシステムにおいて、第1CPUと第2CPUのいずれかが正常に動作しなくなった場合に、第1CPUと第2CPU間の相互監視において第1CPUまたは第2CPUに異常が発生したかを検出することが可能となる。そのため、異常を検出するための部品等を設けることがないため、異常を発見するための部品が破損することにより安全性が損なわれることがなく、部品点数を削減することが可能である。また、複数CPUを外部回路にて監視するようなシステムにおいては、外部回路やその接続部品に異常が発生した場合にCPUの監視が不可能となり、CPUの異常検知ができない状態に陥る危険性も考えられるが、CPU同士の相互監視であればどちらかのCPUまたはその接続部品に異常が発生した場合に異常検知が可能であり、CPUの異常検知ができない状態に陥る危険性は低い。以上のことから、制御装置の安定動作を維持し、車両の安全な走行を確保することが可能となる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図5は、第2の実施形態の制御ブロック図である。尚、図1乃至4と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第1の実施形態とは第1CPU101と第2CPU107の内部構成が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
(構成)
図5を参照して、本実施形態の構成を説明する。図5は、システム200、第1CPU201、第2CPU202、第1共通エリア207、第2共通エリア208、第3共通リア209.第4共通エリア210で構成される。第1CPU201は、第1処理タスク203と第3処理タスク204を有している。第2CPUは、第2処理タスク205と第4処理タスク206を有している。第1処理タスク203、第3処理タスク204は、第1の実施形態の第1CPU101が内蔵している第1チェックデータ書込み部102、第1チェックデータ読込み部103、第1比較回路部104、第1積算部105、第2CPU異常検出部106を有している。第3処理タスク205、第4処理タスク205は第1の実施形態の第2CPU107が内蔵している第2チェックデータ書込み部112、第2チェックデータ読込み部108、第2比較回路部109、第2積算部110、第1CPU異常検出部111を有している。
第1処理タスク203と第2処理タスク205は、第1共通エリア207と第2共通エリア208で接続されており、第2処理タスク204と第4処理タスク206は第3共通エリア209と第4共通エリア210で接続されている。
(作用)
第1CPU201の第1処理タスク203では、制御サンプリングの抽出時間を、例えば2msecとし、異常検知手段を実行する。また、第3処理タスク204の制御サンプリングの抽出時間は、例えば10msecとし、異常検知手段を実行する。
第2CPU202の第2処理タスク205は、第1CPUの第1処理タスク203に対応した異常検知手段を実行する。第2CPUの第4処理タスク206は、第1CPUの第3処理タスクに対応した異常検知手段を実行する。
処理タスクの数は、本実施形態に限定されず、複数の処理タスクをCPU内に設けて実行することも可能である。
(効果)
このような構成の本実施形態の車両用制御装置は、1つのCPU内に複数の異常検出手段を実行することが可能である。そのため、CPUの異常検出の精度を向上させるとともに、例えばメインCPUの1つの処理タスクに異常が発生して、それをサブCPUが検知したらサブCPUからメインCPUに指令を出して、異常が発生したメインCPUの処理タスクで行なっていた処理をメインCPUの正常な処理タスクに移すことで制御動作の継続が可能となることから、制御装置の安定動作を確保することが可能となる。そのため、車両の安全な走行が可能となる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図6は、第3の実施形態のブロック図である。尚、図1乃至5と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。本実施形態は、システム内に複数のCPUを内臓した場合の制御方法について説明する。
(構成)
図6は、システム300、第1CPU301、第2CPU302、第3CPU303、第1共通エリア304、第2共通エリア305、第3共通エリア306、第4共通エリア307、第5共通エリア308、第6共通エリア309で構成されている。第1CPU301、第2CPU302、第3CPU303の内部構成として、第1の実施形態及び第2の実施形態のCPUを適用させることが可能である。
第1CPU301は、第1共通エリア304と第2共通エリア305、第5共通エリア308、第6共通エリア309と接続されている。第2CPU302は、第1共通エリア304と第2共通エリア305、第3共通エリア306、第4共通エリア307と接続されている。第3CPU303は、第3共通エリア306と、第4共通エリア307、第5共通エリア308、第6共通エリア309と接続されている。
(効果)
このような構成の車両用制御装置は、複数のCPUから構成されるシステムにおいて、CPU間の相互監視機能を実行することが可能である。また、複数CPUを1つの共通エリアで集中して監視するようなシステムにおいては、共通エリアに異常が発生するとどのCPUに異常が発生したか認識できなかったり、異常を誤認識する危険性もある。さらに、CPUに異常が発生したのか、共通エリアに異常が発生したのかが区別できないという問題もある。このような状況に陥った場合、不具合の原因を特定するための調査に膨大な時間を要することになりがちである。複数CPUにおいても、このCPU同士の相互監視を行なうことでどのCPUとの間に異常が発生しているのかが個別に判断でき、例えばCPU1−CPU2間、CPU2−CPU3間、CPU3−CPU1間の3つの相互監視が動作していた場合、CPU1−CPU2間でCPU1の異常が検知されても、CPU3−CPU1間の相互監視で異常が検知されていなければ、CPU1は正常でCPU1−CPU2間の共通エリアに異常が発生していると判断できる。CPU3−CPU1間でもCPU1の異常が検知されていればCPU1に異常が発生していると判断できる。そのため、不具合の原因特定に要する時間が短縮でき、問題の早期解決に貢献することができる。従って、複数CPUを設けての高速処理や大容量の処理能力を必要とするシステムにおいても、制御装置の安定動作を確保し、車両の安全な走行が可能となる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図7は、第4の実施形態に基づく制御方法の説明図である。尚、図1乃至6と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、異常検出手段により検出された“異常”結果の使用方法について説明する。
(構成)
図7に示すように、電力変換装置400内にはシステム401及び切替回路402が内蔵されており、車両404と切替器403を介して接続されている。
(作用)
システム401で検出された“異常”信号は切替回路402に出力される。“異常”が入力された切替回路402は、切替器403に開放指令を出力する。開放指令により切替器403が開放されると、電力変換装置400と車両404は電気的接続が遮断される。
このように電力変換装置400と車両404の電気的接続が切れた状態において、システム401では以下のような動作を行うことが可能である。
“異常”検出を再起動信号に接続し、異常CPUの再起動を行うことで、異常CPUを可能な限り再動作するようにする。“異常”検出をシステム401全体のリセット信号と接続し、システム401のリセットを行うことで、可能な限りシステム401を動作できるようにする。“異常”検出結果を正常CPU内の不揮発メモリと接続し、不揮発メモリに異常発生時間やチェックデータ値等、異常CPU内の情報を保存することで、異常事象の発生原因の調査を行うことが可能となる。“異常”検出を表示信号と接続し、表示機器によって異常を表示することで、異常事態の発生を認識することが可能となる。また、上記の動作は組み合わせて実行することも可能である。また、複数の処理タスクに対応した複数の切替器043を設け、各々の処理タスクからの“異常”信号によって切替器403を開放することでCPU内の異常になった処理タスクのみを電気的に遮断する。そのため、異常でないCPUの正常動作を維持することが可能となる。
(効果)
本実施形態においては、検出された“異常”信号に使用して、異常CPUの回復や、遮断、外部装置への表示をすることが可能となる。そのため、制御装置の安定動作を維持し、車両のより安全な走行を確保することが可能となる。

(第5の実施形態)
第5の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図8は、第5の実施形態に基づく制御方法の説明図である。尚、図1乃至7と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、異常検出手段により検出された“異常”結果の使用方法について説明する。
(構成)
図8に示すように、車体404には、電力変換装置400、ブレーキ制御部405が搭載され、車体404の下部にはモータ等が付設される車輪部406が取り付けられている。電力変換装置400は、システム401及び切替回路402が内蔵されており、ブレーキ制御部405と切替接点403を介して接続されている。
システム401は、車輪部406、切替回路402、ブレーキ制御部405と接続されている。切替回路402は、システム401、切替接点403と接続さている。ブレーキ制御部405は、システム401、切替回路402、車輪部406と接続されている。
(作用)
システム401では、第1の実施形態から第3の実施形態のいずれかの異常検出手段によって、“正常”または“異常”を検出する。検出された結果が“正常”(α´)の場合、“正常”(α´)をシステム41から切替回路402に入力する。“正常”(α´)が入力された切替回路402は、切替接点403を投入し、“正常”(α´)の情報をブレーキ制御405に出力する。
ブレーキ制御部405には、切替回路402の“正常”(α´)の入力とともに、運転室からの運転操作の情報(α)が入力される。ブレーキ制御405では、“正常”(α´)の入力を認知している間は運転操作の情報(α)をシステム401に入力する。運転操作の情報(α)が入力されたシステム401は、その運転操作の情報(α)に従って、車輪部406へブレーキ制御を行う。
また、検出された結果が“異常”(β´)の場合、“異常”(β´)をシステム401から切替回路402に入力する。“異常”(β´)が入力された切替回路402は、切替接点403に開放指令を出力する。切替接点403が開放され、“正常”(α´)が入力されなくなったブレーキ制御部405は、システム401への運転操作の情報(α)の入力を停止し、空気ブレーキ、油圧ブレーキ等のブレーキ機器により直接ブレーキ制御を行う。
(効果)
本実施形態においては、検出された“正常”、“異常”信号に使用して、電気的なブレーキ制御とブレーキ機器による直接ブレーキ制御に切り替えを行うことが可能となる。そのため、CPU異常のために電気ブレーキ制御を行えなくなった場合にも、必要なブレーキ力をブレーキ機器により補填をすることが可能となる。必要なブレーキ力を確保することで、車両のより安全な走行を確保することが可能となる。
1 車両
2 車両
3 車両制御装置
4 車両制御装置
5 ブレーキ
6 車輪
7 車輪
100 システム
101 第1CPU
102 第1チェックデータ書込み部
103 第1チェックデータ読込み部
104 第1比較回路部
105 第1積算部
106 第2CPU異常検出部
107 第2CPU
108 第2チェックデータ読込み部
109 第2比較回路部
110 第2積算部
111 第1CPU異常検出部
112 第2チェックデータ書込み部
200 システム
201 第1CPU
202 第2CPU
203 第1処理タスク
204 第3処理タスク
205 第2処理タスク
206 第4処理タスク
207 第1共通エリア
208 第2共通エリア
209 第3共通エリア
210 第4共通エリア
300 システム
301 第1CPU
302 第2CPU
303 第3CPU
304 第1共通エリア
305 第2共通エリア
306 第3共通エリア
307 第4共通エリア
308 第5共通エリア
309 第6共通エリア
400 車両用制御装置
401 システム
402 切替回路
403 切替接点
404 車体
405 ブレーキ制御部
406 車輪部

Claims (6)

  1. 第1のプロセッサと第2のプロセッサとを備えたシステムにおける、プロセッサの異常検出方法であって、
    前記第1のプロセッサは、前記第2のプロセッサへ送信した第1のデータと、前記第2のプロセッサから受信した第2のデータと、を比較し、この比較の結果が一致を示す場合に前記第2のプロセッサが正常であると判定し、
    前記第2のプロセッサは、前記第1のプロセッサから受信した第1のデータと、前記第1のプロセッサから前回受信した前回の第1のデータと、を比較し、この比較の結果が不一致を示す場合に前記第1のプロセッサが正常であると判定し、
    前記第1のプロセッサから送信される第1のデータおよび前記第2のプロセッサから送信される第2のデータは、あらかじめ定められた順序で変化する値であることを特徴とする異常検出方法。
  2. 前記第1のプロセッサは、前記第1のデータと第2のデータとを比較した結果が不一致を示すと、この不一致を示した回数をカウントし、カウントした第1のカウント値が予め定めた第1の値に達した場合に前記第2のプロセッサが異常であると判定し、
    前記第2のプロセッサは、前記第1のデータと前記前回の第1のデータとを比較した結果が一致を示すと、この一致を示した回数をカウントし、カウントした第2のカウント値を予め定めた第2の値に達した場合に前記第1のプロセッサが異常であると判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の異常検出方法。
  3. 前記第1のプロセッサは、前記第1のデータと第2のデータとを比較した結果が一致を示すと前記第1のカウント値をリセットし、前記第2のプロセッサは、前記第1のデータと前記前回の第1のデータとを比較した結果が不一致を示すと前記第2のカウント値をリセットすることを特徴とする請求項2に記載の異常検出方法。
  4. 第1のプロセッサと第2のプロセッサと、これら第1のプロセッサと第2のプロセッサに接続され前記第1のプロセッサから第1のチェックデータが書き込まれる第1のメモリ及び前記第2のプロセッサから第2のチェックデータが書き込まれる第2のメモリとを備え、
    前記第1のプロセッサは、
    前記第1のメモリに書き込んだ第1のチェックデータと前記第2のメモリから読み出した第2のチェックデータとを比較し、この比較の結果が一致を示す場合に前記第2のプロセッサが正常であると判定し、
    前記第2のプロセッサは、
    前記第1のメモリから読み出した第1のチェックデータと、前記第1のメモリから前回読み出した前回の第1のチェックデータとを比較し、この比較の結果が不一致を示す場合に前記第1のプロセッサが正常であると判定し、
    前記第1のプロセッサが第1のメモリに書き込む第1のチェックデータおよび前記第2のプロセッサが第2のメモリに書き込む第2のチェックデータは、あらかじめ定められた順序で変化する値であることを特徴とする車両制御装置。
  5. 前記第1のプロセッサは、前記第1のチェックデータと前記第2のチェックデータとを比較した結果が不一致を示すと、この不一致を示した回数をカウントし、カウントした第1のカウント値が予め定めた第1の値に達した場合に前記第2のプロセッサが異常であると判定し、前記第2のプロセッサは、前記第1のチェックデータと前記前回の第1のチェックデータとを比較した結果が一致を示すと、この一致を示した回数をカウントし、カウントした第2のカウント値が予め定めた第2の値に達した場合に前記第1のプロセッサが異常であると判定することを特徴とする請求項4に記載の車両制御装置。
  6. 前記第1のプロセッサは、前記第1のチェックデータと第2のチェックデータとを比較した結果が一致を示すと前記第1のカウント値をリセットし、前記第2のプロセッサは、前記第1のチェックデータと前記前回の第1のチェックデータとを比較した結果が不一致を示すと前記第2のカウント値をリセットすることを特徴とする請求項5に記載の車両制御装置。
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