JP7251390B2 - 電子制御装置 - Google Patents

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    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Description

本発明は、電子制御装置に関する。
従来から、電子制御装置の異常を判定するために、2つの電子制御装置間で異常の有無を監視する技術が知られている。例えば特許文献1には、アイドリングストップ制御を行うスタータ制御装置において、電子制御装置を監視する手段が記載されている。このスタータ制御装置は、監視用制御装置と、アイドリングストップ制御を行い、かつ、監視用制御装置の監視対象となる被監視制御装置とを備えている。監視用制御装置は、被監視制御装置から所定時間毎に送られてくるメッセージの有無を監視する。そのメッセージは、エンジン停止指示又はエンジン駆動指示の2通りである。監視用制御装置は、どちらのメッセージを受信した場合でも、被監視制御装置が正常であると判定する。しかし、監視用制御装置は、どちらのメッセージも所定時間内に受信しない場合、被監視制御装置に異常が発生していると判定する。
特許第4306624号公報
ところが、この従来技術では、被監視制御装置のメッセージを生成する機能に異常が発生したときに、その異常を判定できない可能性がある。例えば、被監視制御装置によって生成されたメッセージが、異常によりエンジン駆動指示側に固着したとする。具体的には、被監視制御装置は、監視用制御装置にエンジン駆動指示しか送ることができない状況に陥ったとする。この場合、監視用制御装置は、エンジン駆動指示を受信するため、被監視制御装置に異常が発生しているにもかかわらず、異常が発生していると判定することはない。
このように、被監視制御装置によって生成されたメッセージを使用して異常診断を行う場合、監視用制御装置はメッセージの受信の有無でしか異常を判定することができない。そのため、メッセージを生成する機能が異常でも、そのメッセージの出力が行われていれば、被監視制御装置は正常とみなされてしまう問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、信頼性の高い異常診断ができる電子制御装置を提供することである。
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
本発明は、検出対象物の経時的に変化し得る物理量の信号を出力する物理量検出部を備えるシステムに適用される電子制御装置において、前記物理量検出部の出力信号が入力されるメイン制御部及びサブ制御部を備え、前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、演算部を有し、前記各演算部が個別に実施する演算処理は、入力された前記物理量検出部の信号が同一であれば、互いに同一の演算結果を出力するものであり、前記メイン制御部及び前記サブ制御部の少なくとも一方は、前記各演算部の演算結果が入力される演算結果比較部を有し、前記演算結果比較部は、入力された前記各演算部の演算結果が一致しないと判定した場合、前記メイン制御部及び前記サブ制御部のいずれかに異常が発生していると判定することを特徴とする。
上記発明によれば、経時的に変化し得る物理量の信号を入力信号として用いるため、各演算部が実施する演算結果の値も経時的に変化し得る。したがって、メイン制御部及びサブ制御部の両方で常に正しく演算処理が行われていなければ、演算結果比較部において演算結果を一致させることはできない。よって、メイン制御部及びサブ制御部のいずれかにおける演算部に異常が発生して、正しい演算処理を行うことができなくなった場合には、演算結果に不一致が生じる。そのため、例えば演算部の異常により演算結果がある値に固着してしまった場合でも、その異常を判定することができる。つまり、演算部に異常がある場合でもその異常を判定することができるので、信頼性の高い異常診断を行うことができる。
第1の実施形態に係るシステム構成図。 メイン制御部が実施する処理手順を示す流れ図。 サブ制御部が実施する処理手順を示す流れ図。 第2の実施形態に係るシステム構成図。 メイン制御部が実施する処理手順を示す流れ図。 サブ制御部が実施する処理手順を示す流れ図。 第3の実施形態に係るシステム構成図。 第4の実施形態に係るメイン制御部が実施する処理手順を示す流れ図。 サブ制御部が実施する処理手順を示す流れ図。
<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる電子制御装置を、車載主機としてモータジェネレータ(MG)を備える車両に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に本実施形態にかかるシステム構成図を示す。
システムは、組電池20、第1コンタクタ21a、第2コンタクタ21b、電圧検出部22、電子制御装置30、給電対象機器としてのインバータ60、及びMG61を備えている。なお、本実施形態において、組電池20が検出対象物に相当し、電圧検出部22が物理量検出部に相当する。
組電池20は、複数の単位電池Bi(i=1~n)の直列接続体として構成されている。ここで、nは2以上の整数である。単位電池Biは、1つの単電池、又は複数の単電池の直列接続体で構成されている。これらn個の単電池は、例えばリチウムイオン2次電池とすればよい。
組電池20はインバータ60と接続されている。組電池20の高電圧側端子とインバータ60との間には、第1コンタクタ21aが備えられている。また、組電池20の低電圧側端子とインバータ60との間には、第2コンタクタ21bが備えられている。第1コンタクタ21a及び第2コンタクタ21bがオンの場合、組電池20は、インバータ60を介してMG61と電力の授受を行う。MG61は、組電池20から供給される電力で車両の走行動力源となったり、減速時に運動エネルギを電力エネルギへ変換して組電池20を充電したりする。このように、組電池20は充放電を繰り返すため、各単位電池Biの電圧は経時的に変化する。
各単位電池Biの電圧は電圧検出部22に取り込まれる。電圧検出部22は、取り込まれた各単位電池Biの電圧をアナログデータからディジタルデータへ変換する。ディジタルデータに変換された各単位電池Biの電圧は、電子制御装置30へ出力される。
電子制御装置30は、メイン制御部40a及びサブ制御部40bを備えている。本実施形態において、メイン制御部40a及びサブ制御部40bは、制御周期を互いに同一としつつ、制御周期を同期させている。メイン制御部40a及びサブ制御部40bは、電圧検出部22から出力された各単位電池Biの電圧を取得する。
メイン制御部40aは、メイン最大値算出部41a、メイン演算結果比較部42a及び異常通知部43aを備えている。また、サブ制御部40bは、サブ最大値算出部41b、サブ演算結果比較部42b及びリセット指示部43bを備えている。
メイン最大値算出部41a及びサブ最大値算出部41bは、取得した各単位電池Biの電圧に基づき、個別に演算処理を実施する。その演算処理は、各単位電池Biの電圧のうち最大値となる電圧を算出するものである。そのため、メイン最大値算出部41a及びサブ最大値算出部41bが実施する演算処理は、入力される各単位電池Biの電圧が同一であれば、互いに同一の演算結果となる。そして、メイン最大値算出部41a及びサブ最大値算出部41bそれぞれの演算結果は、メイン演算結果比較部42a及びサブ演算結果比較部42bに出力される。
メイン演算結果比較部42a及びサブ演算結果比較部42bは、メイン最大値算出部41a及びサブ最大値算出部41bから取得した演算結果を比較する。メイン演算結果比較部42a及びサブ演算結果比較部42bは、メイン最大値算出部41a及びサブ最大値算出部41bから取得した演算結果が一致しないと判定した場合、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生していると判定する。
メイン演算結果比較部42aにより異常が発生していると判定された場合、その判定結果は、異常通知部43aに入力される。メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生していると判定された場合、異常通知部43aは、上位ECU62にその異常を通知する。
サブ演算結果比較部42bにより異常が発生していると判定された場合、その判定結果は、リセット指示部43bに入力される。メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生していると判定された場合、リセット指示部43bは、メイン制御部40aに対して、メイン制御部40aに入力された単位電池Biの電圧検出情報のリセットを指示する。リセット後において、電圧検出情報はメイン制御部40aから上位ECU62に通知されなくなる。上位ECU62は、異常通知部43aからの通知に加え、メイン制御部40aから電圧検出情報が所定期間通知されないと判定した場合にも、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生したと判定する。
図2にメイン制御部40aが行う処理手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。ステップS10では、取得した各単位電池Biの電圧のうち最大値Vmを算出する。そして、算出した各単位電池Biの電圧のうち最大値Vmをサブ制御部40bへ送信する。
ステップS11では、サブ制御部40bで算出された各単位電池Biの電圧のうち最大値Vsを取得する。ステップS12では、メイン制御部40aが算出した最大値Vmと、サブ制御部40bで算出された最大値Vsとを比較する。比較した結果が不一致であれば、ステップS13に進み、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生していると判定する。そして、ステップS14において、上位ECU62に異常を通知する。
図3にサブ制御部40bが行う処理手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。ステップS20では、取得した各単位電池Biの電圧のうち最大値Vsを算出する。そして、算出した各単位電池Biの電圧のうち最大値Vsをメイン制御部40aへ送信する。
ステップS21では、メイン制御部40aで算出された各単位電池Biの電圧のうち最大値Vmを取得する。ステップS22では、メイン制御部40aで算出された最大値Vmと、サブ制御部40bが算出した最大値Vsとを比較する。比較した結果が不一致であれば、ステップS23に進み、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生していると判定する。そして、ステップS24において、メイン制御部40aの電圧検出情報のリセットを指示する。
以下、本実施形態にかかる効果について説明する。
メイン制御部40a及びサブ制御部40bの異常診断に用いるための入力信号として、経時的に変化し得る各単位電池Biの電圧が用いられる。このため、各単位電池Biの電圧のうち最大値を求める演算処理の結果も経時的に変化し得る。したがって、演算結果を一致させるためには、メイン制御部40a及びサブ制御部40bの両方で常に正しく演算処理が行われなければならない。よって、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生して、正しい演算処理を行うことができなくなった場合には、演算結果に不一致が生じる。そのため、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかの異常により、例えば演算結果がある値に固着してしまった場合でも、その異常を判定することができる。これにより、信頼性の高い異常診断を行うことができる。
メイン制御部40a及びサブ制御部40bで実施する演算処理は、各単位電池Biの電圧のうち最大値を求める処理とした。電圧の最大値を把握することは組電池20の過充電を防ぐために必要な演算処理である。そのため、本実施例によれば、組電池20の過充電を回避しつつ、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生したことを判定することができる。
メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生した場合に、メイン制御部40aは上位ECU62に異常を通知することとした。また、サブ制御部40bはメイン制御部40aの電圧検出情報をリセットすることとした。これにより、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生した場合であっても、上位ECU62に異常を通知することができる。
ここで、本実施形態では、リセット指示機能は、サブ制御部40bのみが備えている。メイン制御部40aは、サブ制御部40bをリセットするリセット指示機能を備えていない。それは、メイン制御部40aに異常が発生した場合に、メイン制御部40aがサブ制御部40bをリセットしてしまうと、メイン制御部40aをリセットする手段がなくなってしまうからである。メイン制御部40aに異常が発生した場合は、サブ制御部40bがメイン制御部40aの電圧検出情報をリセットし、上位ECU62に電圧検出情報が通知されなくなる。そして、電圧検出情報が通知されなくなることをもって、上位ECU62は、異常を判定することができる。
なお、第1の実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・メイン制御部40a及びサブ制御部40bが実施する演算処理の内容を変更する。各制御部40a,40bが実施する演算処理は、各単位電池Biのうち最大値を算出することに限らない。例えば、各単位電池Biの電圧のうち、高い方から特定番目の電圧を算出したり、最小値を算出したりする演算処理としてもよい。各単位電池Biの電圧のうち最小値を算出する構成の場合、その最小値を把握することは、組電池20の過放電を防ぐために必要な演算処理である。そのため、各単位電池Biの電圧のうち最小値を求める処理を異常診断に用いることで、組電池20の過放電を回避しつつ、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生したことを判定できる。
・メイン制御部40a及びサブ制御部40bが異常診断を行う期間を限定するように変更してもよい。具体的には、メイン制御部40aにおける図2の処理及びサブ制御部40bにおける図3の処理は、組電池20が充放電している場合に実施してもよい。組電池20の充放電中は、充放電がなされていない期間に比べて各単位電池Biの電圧が大きく変動する。そのため、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生している場合、演算結果の不一致が生じやすい。よって、組電池20の充放電がなされていない期間に異常診断を行う場合に比べて、信頼性の高い異常診断を行うことができる。
・メイン制御部40aにおける図2の処理及びサブ制御部40bにおける図3の処理は、システムが起動する前に実施してもよい。ここで、システムが起動する前とは、具体的には、車両の始動を許可するイグニッションスイッチをオンする前である。これにより、システムの異常を走行開始前に判定することができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生した後の処理を変更する。
図4に、本実施形態に係るシステム構成図を示す。なお、図4において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
メイン制御部40aは、メインコンタクタ遮断部44aを備えている。また、サブ制御部40bは、サブコンタクタ遮断部44bを備えている。メインコンタクタ遮断部44aは、メイン操作信号maにより、第1コンタクタ21aをオン又はオフにする。サブコンタクタ遮断部44bは、サブ操作信号mbにより、第1コンタクタ21aをオン又はオフにする。
メインコンタクタ遮断部44aは、メイン演算結果比較部42aから比較結果を取得する。メインコンタクタ遮断部44aは、比較結果が不一致であると判定した場合、オフ指令のメイン操作信号maを第1コンタクタ21aへ送信する。これにより、第1コンタクタ21aは、オフに切り替えられる。
同様に、サブコンタクタ遮断部44bは、サブ演算結果比較部42bから比較結果を取得する。サブコンタクタ遮断部44bは、比較結果が不一致であると判定した場合、オフ指令のサブ操作信号mbを第1コンタクタ21aへ送信する。これにより、第1コンタクタ21aは、オフに切り替えられる。
図5にメイン制御部40aが実施する処理手順を示す。なお、図5において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS12において不一致であると判定した場合、ステップS13を経由してステップS15に進む。ステップS15では、オフ指令のメイン操作信号maを第1コンタクタ21aへ送信する。
図6にサブ制御部40bが実施する処理手順を示す。なお、図6において、先の図3に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS22において不一致であると判定した場合、ステップS23を経由してステップS25に進む。ステップS25では、オフ指令のサブ操作信号mbを第1コンタクタ21aへ送信する。
図5及び図6の処理により、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生した場合に、組電池20の使用を停止することができる。
なお、第1コンタクタ21a及び第2コンタクタ21bのうち少なくとも一方が、システム10に備えられていればよい。さらに、メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれかに異常が発生した場合にオフに切り替えるコンタクタは、第2コンタクタ21bであってもよいし、第1コンタクタ21a及び第2コンタクタ21bの両方であってもよい。また、コンタクタをオフに切り替える要求は、第1の実施形態で説明した上位ECU62への異常通知と組み合わせて実施してもよい。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図7に本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図7おいて、先の図1に示した部材に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。
本実施形態では、電子制御装置30に入力される信号は、組電池20の高電圧側端子と第1コンタクタ21aの間に備えられた電流センサ63の検出値とする。電流センサ63の検出値は、アナログデータとしてメイン制御部40a及びサブ制御部40bに入力される。メイン制御部40aはメインA/D変換部45aを備え、サブ制御部40bはサブA/D変換部45bを備えている。メインA/D変換部45a及びサブA/D変換部45bは、電流センサ63の検出値をディジタルデータに変換する。ディジタルデータに変換された検出値は、メイン制御部40aに備えられるメイン電流値算出部46a、及びサブ制御部40bに備えられるサブ電流値算出部46bに入力される。メイン電流値算出部46a及びサブ電流値算出部46bは、入力されたディジタルデータに基づいて、組電池20に流れる電流値を個別に算出する。そして、メイン電流値算出部46a及びサブ電流値算出部46bで算出された電流値は、メイン演算結果比較部42a及びサブ演算結果比較部42bに出力される。以降の構成については、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
なお、第3の実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
システムは、組電池20の温度を検出する温度センサを備えていてもよい。この場合、異常診断に用いるアナログデータ信号としては、電流センサ63の検出値に限らず、温度センサの検出値であってもよい。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、メイン制御部40a及びサブ制御部40bが、制御周期を互いに同一としつつ、制御周期を同期させていない構成を採用する。この構成は、例えば、各制御部40a,40bにおいて、クロック信号を生成する発振回路が個別に設けられることにより実現される。これに伴い、各制御部40a,40bで実施される処理を一部変更する。
図8にメイン制御部40aが実施する処理手順を示す。なお、図8において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS16では、前回の制御周期で算出した最大値Vm(t-1)と今回の制御周期で算出した最大値Vm(t)とのうち少なくとも一方と、今回の制御周期でサブ制御部40bから取得した最大値Vsとが一致しているか否かを判定する。
ステップS16において、前回の制御周期で算出した最大値Vm(t-1)及び今回の制御周期で算出した最大値Vm(t)の双方と、今回の制御周期でサブ制御部40bから取得した最大値Vsとが一致していないと判定した場合には、ステップS13に進む。
図9にサブ制御部40bが実施する処理手順を示す。なお、図9において、先の図3に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS26では、前回の制御周期で算出した最大値Vs(t-1)と今回の制御周期で算出した最大値Vs(t)とのうち少なくとも一方と、今回の制御周期でメイン制御部40aから取得した最大値Vmとが一致しているか否かを判定する。
ステップS26において、前回の制御周期で算出した最大値Vs(t-1)及び今回の制御周期で算出した最大値Vs(t)の双方と、今回の制御周期でメイン制御部40aから取得した最大値Vmとが一致していないと判定した場合には、ステップS23に進む。
以上説明した本実施形態によれば、各制御部40a,40bの制御周期が同期されていない場合であっても、各制御部40a,40bの異常診断を行うことができる。
<その他の実施形態>
・第4の実施形態において、メイン制御部40a及びサブ制御部40bそれぞれで、制御周期が異なっていてもよい。
・第1~第4の実施形態において、演算結果比較部42a,42bは、メイン制御部40a及びサブ制御部40bの両方に備えられている構成であるが、この構成を変更する。メイン制御部40a及びサブ制御部40bのいずれか一方が、演算結果比較部42a,42bを備えていてもよい。
・システムに、組電池20に接続されたDC‐DCコンバータが備えられていてもよい。この場合、DC‐DCコンバータも給電対象機器に含まれる。
・第1~第4の実施形態において、検出対象物は組電池20としたが、これに限られるものではない。
20…組電池、22…電圧検出部、30…電子制御装置、40a…メイン制御部、40b…サブ制御部、41a…メイン最大値算出部、41b…サブ最大値算出部、42a…メイン演算結果比較部、42b…サブ演算結果比較部。

Claims (6)

  1. 単位電池(B1~Bn)の直列接続体を有する組電池(20)と、
    検出対象物である前記組電池の経時的に変化し得る物理量の信号を出力する物理量検出部(22)と、を備えるシステムに適用される電子制御装置(30)において、
    前記検出対象物の物理量は、前記単位電池の電圧であり、
    前記物理量検出部の出力信号が入力されるメイン制御部(40a)及びサブ制御部(40b)を備え、
    前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、演算部(41a、41b)を有し、
    前記各演算部は、入力された前記物理量検出部の信号が同一であれば、互いに同一の演算結果を出力する演算処理として、入力された複数の前記単位電池の電圧のうち高い方から特定の順位の電圧を求める処理を個別に実施し
    前記メイン制御部及び前記サブ制御部の少なくとも一方は、前記各演算部の演算結果が入力される演算結果比較部(42a、42b)を有し、
    前記演算結果比較部は、入力された前記各演算部の演算結果が一致しないと判定した場合、前記メイン制御部及び前記サブ制御部のいずれかに異常が発生していると判定する電子制御装置。
  2. 前記演算処理は、入力された複数の前記単位電池の電圧のうち最大値を求める処理である請求項に記載の電子制御装置。
  3. 前記組電池が充放電している場合に、前記各演算部による演算処理及び前記演算結果比較部による異常判定処理が行われる請求項又はに記載の電子制御装置。
  4. 前記メイン制御部は、前記メイン制御部及び前記サブ制御部よりも上位の制御装置(62)に対して前記組電池の電圧検出情報を送信する機能と、前記上位の制御装置に対して前記異常が発生していることを通知する機能(43a)と、を有し、
    前記サブ制御部は、前記メイン制御部をリセットするリセット機能(43b)を有し、
    前記上位の制御装置は、前記メイン制御部から電圧検出情報が送信されてこないと判定した場合、前記メイン制御部及び前記サブ制御部のいずれかに異常が発生したと判定し、
    前記演算結果比較部により前記異常が発生していると判定された場合に、前記サブ制御部は、前記リセット機能を実施する請求項乃至のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  5. 前記システムは、前記組電池の高電圧側端子と前記組電池の給電対象機器(60、61)との間、及び前記組電池の低電圧側端子と前記給電対象機器との間のうち、少なくとも一方に設けられるコンタクタ(21a、21b)を備え、
    前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、前記演算結果比較部を有し、
    前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、自身の前記演算結果比較部により前記異常が発生していると判定した場合、前記コンタクタをオフに切り替える請求項乃至のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  6. 単位電池(B1~Bn)の直列接続体を有する組電池(20)と、
    検出対象物である前記組電池の経時的に変化し得る物理量の信号を出力する物理量検出部(22)と、を備えるシステムに適用される電子制御装置(30)において、
    前記検出対象物の物理量は、前記単位電池の電圧、前記組電池に流れる電流又は前記組電池の温度であり、
    前記物理量検出部の出力信号が入力されるメイン制御部(40a)及びサブ制御部(40b)を備え、
    前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、演算部(41a、41b)を有し、
    前記各演算部が個別に実施する演算処理は、入力された前記物理量検出部の信号が同一であれば、互いに同一の演算結果を出力するものであり、
    前記メイン制御部及び前記サブ制御部それぞれの制御周期が同期されておらず、
    前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、前記各演算部の演算結果が入力される演算結果比較部(42a、42b)を有し、
    前記メイン制御部の前記演算結果比較部は、前回の制御周期及び今回の制御周期それぞれにおける前記メイン制御部の前記演算部の演算結果と、今回の制御周期において前記サブ制御部の前記演算部から入力された演算結果とが一致しないと判定した場合、前記メイン制御部及び前記サブ制御部のいずれかに異常が発生していると判定し、
    前記サブ制御部の前記演算結果比較部は、前回の制御周期及び今回の制御周期それぞれにおける前記サブ制御部の前記演算部の演算結果と、今回の制御周期において前記メイン制御部の前記演算部から入力された演算結果とが一致しないと判定した場合、前記メイン制御部及び前記サブ制御部のいずれかに異常が発生していると判定する電子制御装置。
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