JP6895356B2 - Electronic control device for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、レイテントフォールト(潜在故障)を診断できる車輌用電子制御装置に関する。 The present invention relates to an electronic control device for a vehicle capable of diagnosing a latency fault (potential failure).
特許文献1には、車輌の制御対象機器を制御するための演算を行う演算処理部(CPU:Central Processing Unit)と、この制御対象機器を駆動する駆動処理部とを備え、演算処理部と駆動処理部とがSPI(Serial Peripheral Interface)通信でデータの授受を行う車輌用電子制御装置が記載されている。駆動処理部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)で構成され、当該駆動処理部における処理をウォッチドッグタイマで監視して自己診断を行っている。
ところで、近年、自動車産業におけるISO26262(機能安全)対応において、レイテントフォールトによって車輌が危険状態へ陥る事を回避するために、安全機構が正しく動作することを診断しておくことが要求されている。例えば、上記特許文献1の車輌用電子制御装置では、SPIラインの故障や自己診断機能自体に異常が発生すると正常な診断ができなくなるため、より安全性を向上するにはレイテントフォールトの診断が必要になる。
By the way, in recent years, in ISO 26262 (functional safety) compliance in the automobile industry, it is required to diagnose that the safety mechanism operates correctly in order to prevent the vehicle from falling into a dangerous state due to a latency fault. .. For example, in the electronic control device for vehicles of
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レイテントフォールトを診断できる車輌用電子制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electronic control device for a vehicle capable of diagnosing a latency fault.
本発明の車輌用電子制御装置は、自己診断機能を有し、制御対象を駆動する駆動装置と、前記制御対象に対する制御信号を生成し、SPI通信により前記駆動装置に供給する処理装置とを備え、前記処理装置からSPI通信の内容にエラー情報を設定し、前記自己診断機能による診断結果を用いて、前記処理装置によりレイテントフォールトを診断する車輌用電子制御装置であって、前記処理装置より送信されるマスターSPIからの通信にショートフレームデータ、ロングフレームデータ、及びCRCエラーデータを付けて順次駆動装置に送信し、前記処理装置は、前記駆動装置の自己診断回路による診断結果を用いてショートフレーム発生の有無、ロングフレーム発生の有無、及びCRCエラー発生の有無をそれぞれ判定し、ショートフレーム発生、ロングフレーム発生、及びCRCエラー発生の何れか1つが所定回数を超えた場合にフェールセーフモードに移行し、超えない場合には終了する、ことを特徴とする。 The electronic control device for a vehicle of the present invention includes a drive device that has a self-diagnosis function and drives a control target, and a processing device that generates a control signal for the control target and supplies the control signal to the drive device by SPI communication. An electronic control device for a vehicle that sets error information in the content of SPI communication from the processing device and diagnoses a latency fault by the processing device using the diagnosis result by the self-diagnosis function. Short frame data, long frame data, and CRC error data are attached to the transmitted communication from the master SPI and sequentially transmitted to the drive device, and the processing device shorts using the diagnosis result by the self-diagnosis circuit of the drive device. It is determined whether or not a frame has occurred, whether or not a long frame has occurred, and whether or not a CRC error has occurred, and when any one of the short frame occurrence, the long frame occurrence, and the CRC error occurrence exceeds a predetermined number of times, the mode shifts to the fail-safe mode. However, if it does not exceed, it ends.
本発明によれば、駆動装置と処理装置間のSPI通信に意図的に異常を生じさせた際の動作を確認することで、自己診断機能のレイテントフォールトの有無を判定できる。また、SPI通信機能を含んだ状態で診断ができるので、駆動装置の自己診断結果の信頼性を向上できる。従って、安全機構が正しく動作することを診断でき、車輌が危険な状態に陥るのを回避できる。 According to the present invention, it is possible to determine the presence or absence of a latency fault of the self-diagnosis function by confirming the operation when an abnormality is intentionally caused in the SPI communication between the driving device and the processing device. Further, since the diagnosis can be performed in a state including the SPI communication function, the reliability of the self-diagnosis result of the drive device can be improved. Therefore, it is possible to diagnose that the safety mechanism operates correctly, and it is possible to prevent the vehicle from falling into a dangerous state.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る車輌用電子制御装置を示しており、制御対象としてトランスミッション40の変速制御に用いられる油圧制御装置50のソレノイドバルブを駆動するTCU(Transmission Control Unit)10を例に取っている。トランスミッション40には、エンジン20からトルクコンバータ30やクラッチなどを介して動力が伝達される。トランスミッション40は、トルクコンバータ30から伝えられた回転動力を変速して出力軸に出力する変速機構40aと、油圧駆動部品に作動油を供給するオイルポンプ40bと、このオイルポンプ40bから供給される油圧を用いて変速機構40aを制御する油圧制御装置50とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an electronic control device for a vehicle according to an embodiment of the present invention, in which a TCU (Transmission Control Unit) 10 for driving a solenoid valve of a
また、トランスミッション40内には入力回転数センサ、出力回転数センサ及び油温センサなどのセンサ40cが設けられている。これらセンサ40cの検出信号DSがTCU10に入力され、TCU10によりトランスミッション40の動作状態が検出される。そして、伝達された動力は、トランスミッション40によりトルクや回転数、回転方向が変えられ、変速機構40aの出力軸から図示しない駆動伝達経路を経由して駆動輪に伝えられる。
Further, a
エンジン20は、ECU(Electronic Control Unit)60によって制御され、運転者の操作状況、各種センサにより検出したエンジン20の状態及び周囲環境などに応じて、例えば点火タイミング、燃料噴射量、スロットルバルブの開閉、及びバルブタイミングなどが制御されるようになっている。ECU60とTCU10との間では、エンジン20の制御とトランスミッション40の制御とを互いに関連づけて最適化するために、CAN(Controller Area Network)通信が行われる。
The
TCU10は、処理装置1と駆動装置2を備えている。処理装置1は、マイクロコンピュータ(マイコン)などから成り、例えばパルス幅変調されたパルス信号P1,P2,…,Pnを、油圧制御装置50の各ソレノイドバルブを駆動する制御信号として生成し、駆動装置2に出力する。この処理装置1は、SPI通信を行うためのSPI通信部3と潜在故障診断処理機能(ここでは潜在故障診断部7と表現する)を有する。SPI通信部3から出力されるクロック信号CLK、送信信号Tx及びチップセレクト信号CSはそれぞれ駆動装置2に入力され、この駆動装置2から出力される信号は受信信号RxとしてSPI通信部3に入力される。
The TCU 10 includes a
駆動装置2は、ASICで構成されており、制御対象である油圧制御装置50のソレノイドバルブを駆動するドライバ5(例えばハイサイドドライバとローサイドドライバ)を備え、処理装置1から供給されたパルス信号P1,P2,…,Pnに基づいてソレノイドバルブのコイル(ソレノイド)に選択的に電流を流して駆動する。また、この駆動装置2は、自己診断回路6を備えており、ショートフレームエラー、ロングフレームエラー、及びCRC(Cyclic Redundancy Check)エラーが発生したか検知することで、自身が正常に動作しているか否かを自己診断可能に構成されている。
The
潜在故障診断部7は、自己診断回路6のレイテントフォールトを診断するもので、SDOフレーム(マスターSPIへ)のエラー情報を元にフェールセーフに移行するか否か判断する処理を実行する。この潜在故障診断部7からSPI通信部3に、通信内容にエラーとなる情報を送信するように指示する。そして、SPI通信にエラー情報を設定した場合の、自己診断回路6の診断結果に基づいて、処理装置1の潜在故障診断部7で自己診断機能のレイテントフォールトの有無を判定する。このレイテントフォールトの有無は、例えばエラー情報のデータ形式に応じて判定する。このように、駆動装置2と処理装置1間のSPI通信に意図的に異常を生じさせた際の自己診断回路6の動作を確認することで、レイテントフォールトの有無を処理装置1で判定できる。この際、SPI通信部3を介してエラー情報を送受信するので、通信機能(SPI通信部3と通信線)が正常に動作しているか否かも診断できる。
The latent failure diagnosis unit 7 diagnoses the latency fault of the self-
図2は、図1のSPI通信部3におけるSPIフレームの構成例であり、マスターSPIからのSDIフレームと、マスターSPIへのSDOフレームを示している。SDIフレームは、2バイトのレジスタFR0とFR1で構成され、3ビットのCRCデータ、13ビットのデータビット、7ビットのデータ、1ビットのリザーブビット(=0)、7ビットのアドレス及び1ビットのライト/リードビットWr/Rdnを有する。また、SDOフレームは、2バイトのレジスタFR0とFR1で構成され、3ビットのCRCデータ、13ビットのデータビット、7ビットのデータ、6ビットのチャネル例外、1ビットのCRCエラー、1ビットのロングフレームエラー及び1ビットのショートフレームエラーを有する。
FIG. 2 is a configuration example of the SPI frame in the
図3は、エラー設定の際のSDIフレームの送信データと、SDOフレームの受信データを示す模式図である。処理装置1の潜在故障診断部7からSPI通信部3に、通信内容にエラーとなる情報を送信するように指示する。例えばSPI通信部3から、ショートフレームとなるようにクロック信号CLKを「CLK<32」に設定したデータSFa、ロングフレームとなるようにクロック信号CLKを「CLK>32」に設定したデータLFa、CRCの計算方法を変更してCRCエラーになるように設定したデータCRCaを送信する。そして、駆動装置2の自己診断回路6にエラーを検出させ、その診断結果をSDOフレームで処理装置1に返す。この診断結果は、ショートフレームエラー検出の有無を表すデータSFb、ロングフレームエラー検出の有無を表すデータLFb、CRCエラー検出の有無を表すデータCRCbである。その診断結果を元に潜在故障診断部7で潜在故障診断処理を実施し、フェールセーフモードに移行する必要があるかを判断する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing transmission data of SDI frames and reception data of SDO frames at the time of error setting. The latent
上記手順で正常と判定できなかった場合は、SPI通信部3、通信線あるいは自己診断回路6に問題があると判断し、制御対象である油圧制御装置50のソレノイドバルブに対する制御を抑制する、あるいは車輌を緩やかに停止させるなどのフェールセーフモードに移行する。
上述したSPI通信部3から駆動装置2へのエラー情報の注入は、所定周期で実施する。このようなエラーとなるデータの送信とエラー回答の受信を複数回繰り返し、エラーが所定回数以上検出されなかった場合に異常と判定する。
If it cannot be determined to be normal by the above procedure, it is determined that there is a problem with the
The injection of the error information from the
これにより、処理装置1側で駆動装置2の自己診断回路6が正常に動作しているか否かをリアルタイムで確認でき、レイテントフォールトを防ぐことができる。また、処理装置1で判断しているため、SPI通信部3と駆動装置2にも問題がないことを確認できる。
なお、図3では、実制御のマスターSPIからの通信の終端にエラーを発生させるデータを付加して連続的に送信する例を示したが、エラーを発生させるデータは1サイクル中のどのタイミングで送信しても良く、ショートフレームエラー、ロングフレームエラー及びCRCエラーを発生させるデータを分離して送信しても良いのは勿論である。
As a result, it is possible to confirm in real time whether or not the self-
Note that FIG. 3 shows an example in which data that causes an error is added to the end of communication from the master SPI of actual control and continuously transmitted, but the data that causes an error is sent at any timing in one cycle. Of course, the data may be transmitted, and the data that causes the short frame error, the long frame error, and the CRC error may be transmitted separately.
次に、上述したSPI通信部3と自己診断回路6のレイテントフォールトの診断について、図4により詳しく説明する。図4は、処理装置1で実行される潜在故障診断処理(潜在故障診断部7の動作)を示すフローチャートである。まず、処理装置1より送信されるマスターSPIからの通信にショートフレームデータSFaを付けて駆動装置2に送信する(ステップS1)。次に、処理装置1は、駆動装置2の自己診断回路6による診断結果(データSFb)を用いてショートフレーム発生の有無を判定する(ステップS2)。ショートフレーム発生有りと判定されると、正常に動作しているので変数Aを0に設定し(ステップS3)、ショートフレーム発生無しと判定されると、異常動作であるので変数Aをプラス1(A=A+1)する(ステップS4)。
Next, the diagnosis of the latency fault of the
SPI通信が正常な場合のクロック信号CLK、送信信号Tx、受信信号Rx及びチップセレクト信号CSは、それぞれ図5のタイミングチャートのようになる。本例では1フレームのクロック信号CLKは32ビットであり、クロック同期式のシリアル通信を行う。チップセレクト信号CSが有意レベル(ロウレベル)になると、クロック信号CLKで設定された1フレーム期間に送信信号Txと受信信号Rxの授受が行われる。 The clock signal CLK, the transmission signal Tx, the reception signal Rx, and the chip select signal CS when the SPI communication is normal are as shown in the timing chart of FIG. 5, respectively. In this example, the clock signal CLK of one frame is 32 bits, and clock synchronous serial communication is performed. When the chip select signal CS reaches a significant level (low level), the transmission signal Tx and the reception signal Rx are exchanged during one frame period set by the clock signal CLK.
これに対し、ショートフレームエラーが発生すると、図6に示すように1フレームのクロック信号CLKは32ビットより少なくなる。そして、チップセレクト信号CSが有意レベルになると、クロック信号CLKで設定された32ビットより短い1フレーム期間に送信信号Txと受信信号Rxの授受が行われる。 On the other hand, when a short frame error occurs, the clock signal CLK of one frame becomes less than 32 bits as shown in FIG. Then, when the chip select signal CS reaches a significant level, the transmission signal Tx and the reception signal Rx are exchanged in one frame period shorter than the 32 bits set by the clock signal CLK.
次のステップS5では、処理装置1より送信されるマスターSPIからの通信にロングフレームデータLFaを付けて駆動装置2に送信する。処理装置1は、駆動装置2の自己診断回路6による診断結果(データLFb)を用いてロングフレーム発生の有無を判定する(ステップS6)。ロングフレーム発生有りと判定されると、正常に動作しているので変数Bを0に設定し(ステップS7)、ロングフレーム発生無しと判定されると、異常動作であるので変数Bをプラス1(B=B+1)する(ステップS8)。
In the next step S5, the long frame data LFA is added to the communication from the master SPI transmitted from the
ロングフレームエラーが発生すると、図7に示すように1フレームのクロック信号CLKは32ビットより多くなる。そして、チップセレクト信号CSが有意レベルになると、クロック信号CLKで設定された32ビットより長い1フレーム期間に送信信号Txと受信信号Rxの授受が行われる。 When a long frame error occurs, the clock signal CLK of one frame becomes more than 32 bits as shown in FIG. Then, when the chip select signal CS reaches a significant level, the transmission signal Tx and the reception signal Rx are exchanged in one frame period longer than the 32 bits set by the clock signal CLK.
次のステップS9では、処理装置1より送信されるマスターSPIからの通信にCRCエラーデータCRCaを付けて駆動装置2に送信する。処理装置1は、駆動装置2の自己診断回路6による診断結果(データCRCb)を用いてCRCエラー発生の有無を判定する(ステップS10)。CRCエラー発生有りと判定されると、正常に動作しているので変数Cを0に設定し(ステップS11)、CRCエラー発生無しと判定されると、異常動作であるので変数Cをプラス1(C=C+1)する(ステップS12)。
In the next step S9, CRC error data CRCa is attached to the communication from the master SPI transmitted from the
次のステップS13では、変数A,B,Cの何れか1つが所定値mを超えたか否か判定し、超えた場合にはフェールセーフモードに移行し(ステップS14)、超えない場合には終了する。フェールセーフモードへの移行は、駆動装置2が備えている機能に依存するが、例えばソレノイドバルブの駆動による油圧制御装置50の制御を停止する。あるいはソレノイドバルブの駆動により、油圧制御装置50を使ってトランスミッション40で変速する/しないを制御している場合には、車輌は動かしながら変速できないようにする。また、変速制御やモータ駆動などのアクチュエータを制御しても良い。車輌としてのコアな部分を動かす場合には、処理装置1を停止させることもできる。更に、CAN通信を停止するようにしても良い。
これらのうち、少なくともいずれか1つを実施することで、駆動装置2の担う機能に応じたフェールセーフモードへの移行が行われる。フェールセーフモードは、正常に戻ったことを確認でき次第解除する。
In the next step S13, it is determined whether or not any one of the variables A, B, and C exceeds the predetermined value m, and if it exceeds the predetermined value m, the mode shifts to the fail-safe mode (step S14), and if not, the process ends. .. The transition to the fail-safe mode depends on the function provided in the
By implementing at least one of these, the shift to the fail-safe mode according to the function of the
上記のような構成によれば、駆動装置2と処理装置1間のSPI通信に意図的に異常を生じさせた際の動作を確認することで、自己診断機能のレイテントフォールトの有無を判定できる。また、SPI通信機能の診断もでき、SPI通信機能を含んだ状態で診断ができるので、駆動装置2の自己診断結果の信頼性を向上できる。従って、安全機構が正しく動作することを確認でき、レイテントフォールトによって車輌が危険な状態に陥るのを回避できる。
According to the above configuration, it is possible to determine the presence or absence of a latency fault of the self-diagnosis function by confirming the operation when an abnormality is intentionally caused in the SPI communication between the
<変形例1>
なお、上記実施形態では、TCUの変速制御を行う油圧制御装置のソレノイドバルブの駆動を例に取って説明したが、制御対象はソレノイドバルブに限定されるものではなく、例えばインジェクタードライバの制御にも適用可能である。インジェクタードライバを制御する場合、処理装置1で異常を検知したときのフェールセーフモードとしては、運転者に異常を通知するとともに、燃料の噴射量やO2の変化は意図しない加速や減速の危険があるため、車輌を緩やかに停止させる。もちろん、車輌や周囲の状況、異常の状態になど応じて何れか一方を実施しても良い。このフェールセーフモードは、正常に戻ったことを確認でき次第解除する。
<Modification example 1>
In the above embodiment, the driving of the solenoid valve of the hydraulic control device that controls the speed change of the TCU has been described as an example, but the control target is not limited to the solenoid valve, and for example, the control of the injector driver is also performed. Applicable. When controlling injector driver, the fail-safe mode when the abnormality is detected by the
<変形例2>
また、同様にして外付けEEPROMの制御にも適用することができる。この場合、処理装置1で異常を検知したときのフェールセーフモードとしては、次の(a)〜(c)のうち少なくともいずれか1つを実行すると良い。(a)運転者に異常を通知する。(b)EEPROMへの書き込みを禁止する。(c)デフォルト値で制御し、EEPROMに格納されたパラメータに頼らずにアクチュエータを制御するようにする。このフェールセーフモードは、正常に戻ったことを確認でき次第解除する。
<
Similarly, it can be applied to the control of the external EEPROM. In this case, as the fail-safe mode when the
<変形例3>
SPI通信部3からのエラー情報の注入を、クロック信号CLKの変更やチップセレクト信号CSの長さを変更することで行っても良い。
<Modification example 3>
The error information may be injected from the
<変形例4>
SPI通信部3から駆動装置2にショートフレームエラー、ロングフレームエラー及びCRCエラーを注入する例について説明したが、チェックサムやハッシュを用いたエラー情報を注入することもでき、エラーを発生させるデータであればこれらに限られるものではない。
<Modification example 4>
An example of injecting a short frame error, a long frame error, and a CRC error from the
<変形例5>
処理装置1中に潜在故障診断部7を設けてSPI通信部3から駆動装置2にエラー情報を注入する例について説明したが、処理装置1中にメモリを設けて、予めエラー情報を発生するためのプログラムを記憶しておき、ソフトウェアによってSPI通信部3にエラー情報を注入することもできる。
<
An example has been described in which a latent
<変形例6>
更に、処理装置(マイコン)1にSPI通信部3が内蔵されている例について説明したが、処理装置1の外部に設けられていても良いのは勿論である。
<
Further, although an example in which the
1…処理装置(マイクロコンピュータ)、2…駆動装置(ASIC)、3…SPI通信部、5…ドライバ、6…自己診断回路、7…潜在故障診断部、10…TCU、20…エンジン、30…トルクコンバータ、40…トランスミッション、40a…変速機構、40b…オイルポンプ、40c…センサ、50…油圧制御装置(制御対象)、60…ECU、P1,P2,…,Pn…パルス信号(制御信号) 1 ... Processing device (microcomputer), 2 ... Drive device (ASIC), 3 ... SPI communication unit, 5 ... Driver, 6 ... Self-diagnosis circuit, 7 ... Potential failure diagnosis unit, 10 ... TCU, 20 ... Engine, 30 ... Torque converter, 40 ... transmission, 40a ... transmission mechanism, 40b ... oil pump, 40c ... sensor, 50 ... hydraulic control device (control target), 60 ... ECU, P1, P2 ..., Pn ... pulse signal (control signal)
Claims (3)
前記処理装置からSPI通信の内容にエラー情報を設定し、前記自己診断機能による診断結果を用いて、前記処理装置によりレイテントフォールトを診断する車輌用電子制御装置であって、
前記処理装置より送信されるマスターSPIからの通信にショートフレームデータ、ロングフレームデータ、及びCRCエラーデータを付けて順次駆動装置に送信し、
前記処理装置は、前記駆動装置の自己診断回路による診断結果を用いてショートフレーム発生の有無、ロングフレーム発生の有無、及びCRCエラー発生の有無をそれぞれ判定し、
ショートフレーム発生、ロングフレーム発生、及びCRCエラー発生の何れか1つが所定回数を超えた場合にフェールセーフモードに移行し、超えない場合には終了する、ことを特徴とする車輌用電子制御装置。 It is provided with a drive device having a self-diagnosis function and driving a control target, and a processing device that generates a control signal for the control target and supplies the control signal to the drive device by SPI (Serial Peripheral Interface) communication.
An electronic control device for a vehicle that sets error information in the content of SPI communication from the processing device and diagnoses a latency fault by the processing device using the diagnosis result by the self-diagnosis function.
Short frame data, long frame data, and CRC error data are attached to the communication from the master SPI transmitted from the processing device and sequentially transmitted to the drive device.
The processing device determines whether or not a short frame has occurred, whether or not a long frame has occurred, and whether or not a CRC error has occurred, respectively, using the diagnosis result of the self-diagnosis circuit of the driving device.
An electronic control device for a vehicle, characterized in that when any one of a short frame occurrence, a long frame occurrence, and a CRC error occurrence exceeds a predetermined number of times, the mode shifts to a fail-safe mode, and when any one of the occurrences does not exceed a predetermined number of times, the mode is set to the fail-safe mode.
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