JPWO2017199652A1 - 診断システム及び電子制御装置 - Google Patents

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Abstract

多重化を行うことなくソフトエラーを検出し防止する方式を提供することで，実装コスト増大やそれに伴う動作速度低減を抑制しつつ装置の信頼性を向上する。
外部からの入力に基づいて予測される複数の初期パラメータを生成する初期パラメータ生成部と，制御目的を記述した評価関数を用いて前記初期パラメータに対する最適解を演算する演算器を複数有する演算部と，前記演算部の出力に基づいて該演算部の診断を行う診断部とを備え，前記診断部は，前記各初期パラメータに対する各最適解に対応する評価値のうち，評価値が取り得る値から一定の閾値以上逸脱する評価値を与える最適解候補が発見された場合に，前記演算部のエラーと診断することを特徴とする。

Description

本発明は電子制御装置に関し，制御対象に装着された各種センサから電子制御装置に入力される信号を基に演算を行い結果を出力するにあたり，適切な制御演算結果を出力する手段に関する。
運転支援技術や自動運転技術においては，乗員や周辺環境の安全を守るため，運転状況や周囲の環境状況に応じた適切な制御を行う必要がある。このような制御の一例として，経路計画（Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ）と呼ばれる手法が知られている。経路計画問題は最適化問題に帰着されることが知られており，その解法の一例として，群知能等のメタヒューリティクスを活用する探索的解法が知られている。経路計画問題における探索的解法は，同一の構造を持つ多数の演算を同時並列的に行うという特徴から，一般に高い並列性を有するハードウェアを用いたアクセラレーションとの親和性が高い一方，経路計画問題においては乗員や周辺環境への安全性の観点から，これら経路計画演算を行う電子制御装置には高い信頼性が求められる。
このような高い信頼性の求められる分野においては，従来より同一ロジックを多重化して実装し，その比較もしくは多数決を行うことによりエラー検出もしくはマスクを行う方法が知られている。例えば特許文献１では，同一ロジックの三重化と多数決回路の付加により，三重化を施されたロジックの内の１つにエラーが発生した際にもそのエラーをマスクし正しい出力を継続できるような処理が実装されている。
特開２０１５−２６２７９号公報
前述のように多重化を行う方式では，同一ロジックを複数実装する必要が生じ，機能の実装に要するリソース増大によりコストが増大する。特に，探索的解法のアルゴリズムは，演算精度や速度向上の為，前述のように同一の構造を持つ演算部を多並列に実装することが知られており，この演算部を多重化することは，実装コストの増大に大きな影響を持つと考えられる。
本発明は，多重化を行うことなくソフトエラーを検出し防止する方式を提供することで，実装コスト増大やそれに伴う動作速度低減を抑制しつつ信頼性を向上することを目的とするである。
本発明は，外部からの入力に基づいて予測される複数の初期パラメータを生成する初期パラメータ生成部と，制御目的を記述した評価関数を用いて前記初期パラメータに対する最適解を演算する演算器を複数有する演算部と，前記演算部の出力に基づいて該演算部の診断を行う診断部とを備え，前記診断部は，前記各初期パラメータに対する各最適解に対応する評価値のうち，評価値が取り得る値から一定の閾値以上逸脱する評価値を与える最適解候補が発見された場合に，前記演算部のエラーと診断することを特徴とする。
本発明によれば，多重化を行うことなくエラーを診断・防止する方式を提供することで，装置の実装コスト増大を抑制しつつ信頼性の向上させることができる。
本発明の第一の実施例における電子制御装置１および制御対象である自車６の構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例における電子制御装置１の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例における最適化器３の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例における電子制御装置１を用いた自車６が走行する，走行環境の例である。 本発明の第一の実施例における診断部４の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例における診断部４内における，評価値３２と評価値３２を基に近似曲線生成部４２により生成される近似曲線との関係を示すグラフである。 本発明の第一の実施例における電子制御装置１の動作を示すフローチャート図である。 本発明の第一の実施例における電子制御装置１の，高エラー環境における出力値５１の特徴を示すヒストグラム図である。 本発明の第二の実施例における電子制御装置１の動作を示すフローチャート図である。 本発明の第三の実施例における，電子制御装置１の構成を示すブロック図である。
以下，本発明の実施形態に係る電子制御装置及び診断システムについて図面を用いて説明する。
図１は本実施例における電子制御装置１および制御対象である自車６から成る，制御系の構造を示したブロック図である。図１に示した電子制御装置１は，図示しない上位の電子制御装置から与えられる入力値９１や誤差閾値４４，自車６に搭載されたセンサ９から得られる，自車６の周辺情報及び自車情報を含むフィードバック値９２を入力として，自車６の走行に必要となる加速度情報を制御出力５１として決定し，自車６のアクチュエータ制御装置７を介して各種アクチュエータ８を駆動することで自車６を制御する。自車６に搭載されるセンサ９としては，外界認識センサとしてのカメラ，レーザレーダ等が，また内部情報センサとしての自車の情報を取得する車速センサ等が考えられる。また，電子制御装置１は，必要に応じて外部環境，例えば周辺における他の移動体の挙動等を予測する図示しない外部環境モデルを持つことができるとする。
図２は電子制御装置１の内部の機能を示す機能ブロック図である。電子制御装置１は，電子制御装置の入力である入力値９１およびセンサ９からのフィードバック値９２を基に，最適化問題を探索的解法を用いて解くための初期パラメータを生成する初期パラメータ生成部２，初期パラメータ生成部２にて生成された初期推定解を基に最適化演算を行う最適化器３，最適化器３からの出力を診断する診断部４，および診断部４における診断結果４１を基に初期パラメータ生成部１にて生成される初期パラメータの内から最適な出力を選択する出力選択部５から構成される。
図３は，電子制御装置１内の最適器３の構成を示すブロック図である。最適化器３は，群知能等のアルゴリズムにおいて用いられる多数の個体３１から構成される。
以下，電子制御装置１が行う制御について説明する。図４は，ある時刻Ｔ０において自車６が他の様々な移動体（他車１０，歩行者１１）が存在する信号内において右折を行おうとしているような，運転状況の一シーンを示している。自車６は，他車１０，歩行者１１の位置および速度を自車６に搭載されたセンサ９により検知し，図示しない外部環境モデルを用いて得られる他車１０，歩行者１１の将来挙動予測を用い，事前に定められる目標関数や制約条件に適合する自車６の将来に亘る経路を計画する。本実施例では，外部環境モデルは他車１０および歩行者１１をセンサ９を用いて観測することにより得られる状態量を基に進路および速度を推定するモデルとするが，外部環境モデルの利用方法はこの限りではない。
初期パラメータ生成部２は，時刻Ｔ０におけるセンサ９の観測値として，自車６，他車１０および歩行者１１の位置および速度を基に，自車６の時刻Ｔ０より一定期間将来の時刻である時刻Ｔ１迄に取るべき挙動である加速度指令値およびステアリング角を複数定め，初期推定解２１として最適解３へ出力する。
最適化器３内の個体３１はそれぞれ，他車１０および歩行者１１の挙動予測および初期パラメータ生成部２より与えられる初期推定解２１を基に，目標関数の計算および各個体３１間での交配により更新される自車６に対する一定期間将来に亘る操作量予測値を更新する。この過程を定められた回数繰り返すことで最適解の探索を行い，各個体３１より評価値３２を診断部４へ，電子制御装置１の出力５１の候補値である出力候補値３３を出力選択部５へ，それぞれ出力する。
図５は，診断部４内の構成を示すブロック図である。診断部４は，最適化器３より出力される評価値３２を基に，評価値３２の近似曲線を作成する近似曲線生成部４２および評価値３２の近似曲線４１からの距離を判定する距離判定部４３から構成される。
図６は，近似曲線生成部４２により生成される近似曲線を示すグラフである。近似曲線生成部４２は，最適化器３内の各個体３１より出力される評価値３２に対して例えば多項式近似を行う。近似曲線生成部４２は，この近似多項式４５を距離判定部４３へ出力する。距離判定部４３は，評価値３２が近似多項式４５から一定の閾値内に含まれるかを判定することにより，閾値４４以上に近似多項式４５から乖離する評価値３２をエラーと判定する診断結果４１を出力する。
出力選択部５は，最適化器３から出力される出力候補値３３のうち，診断部４より出力される診断結果４１に基づき最適化器におけるエラーを含むものを除外し，残りの出力候補値の中から最適な評価値を出力する個体３１に対応する出力候補値３３を，電子制御装置１の出力値５１として出力する。
以上説明したような本発明における電子制御装置１の動作について，図７に示すフローチャート図を用いて説明する。電子制御装置１は，センサのサンプリング周期毎に下記の動作を行う。まず，自車６，他車１０，歩行者１１の状態を示すセンサ観測値９２と，図示しない上位のコントローラより与えられる電子制御装置の制御目標を示す入力値９１を基に，初期パラメータ生成部にて最適化器３に与える初期推定解２１を生成する（Ｃ１）。最適化器３では，個体３１による目標関数の計算（Ｃ２）および各個体３１間での交配により個体３１が持つパラメータの更新（Ｃ３）が行われる。目標関数の計算（Ｃ２）およびパラメータ更新（Ｃ３）は，電子制御装置１の設計時に定められる既定回数行われ，既定回の実行後，評価値３２が診断部４へ，出力候補値３３が出力選択部５に出力される（Ｃ４）。診断部４では，最適化器３の各個体３１から出力される評価値３２について，
近似曲線生成部４２にて多項式近似を行い，距離判定部４３にて，近似曲線生成部４２にて作成される多項式と最適化器３内の各個体３１から出力される評価値３２との距離が，閾値４４以下であるかを判定することで，最適化器３内の各個体３１に発生したエラー有無を診断する（Ｃ５）。この診断によりエラーを含む評価値３２が存在した場合には，出力選択部５へ診断結果４１を出力することでエラーを含む個体３１より出力された出力候補値３３を除外する（Ｃ６）。出力選択部５は，Ｃ６にて除外されるエラーを含んだ出力候補値以外の中から，評価値３２を基に制御目的に対して最適な出力を，電子制御装置１の出力として選択し出力する（Ｃ７）。
図８は，このような動作を行う電子制御装置１をエラー頻度が高い環境にて動作させた際，例えば中性子線の照射等を行ってソフトエラー発生率を高めた際の，電子制御装置１の挙動を示す図である。電子制御装置１への入力値９１およびセンサ９からのフィードバック値９２を一定値に固定した状態で電子制御装置１を動作させると，エラーの発生しない状態では，電子制御装置１の出力は一意に定まる。このような電子制御装置１を，エラー頻度の高い環境で用いる際には，例えばソフトエラー等により最適化器３内の個体３１が保持する状態値が変化し，評価値３２が変動する。図６に示すように，エラー発生時には評価値３２の変動により，本来最適解として出力されるべき出力値５１以外の値も電子制御装置１の出力として選択される場合があり，ヒストグラムを取ると最適解Ｘｏｐｔを最大値とする図８のようなグラフが得られる。このグラフの特徴としては，閾値４４を用いた判定を行っているため，閾値４４によりエラーと判定され出力が除外される点が存在することから，図８のように頻度曲線に不連続点が発生するという特徴を有する。
以上のとおり，本実施形態に係る電子制御装置によれば，最適化問題を探索的解法を用いて解く際に，同一の演算を異なる初期値を基に行うというソルバの特徴を用いたエラー診断機構を設けることにより，多重化を行うことなくソフトエラーを検出し防止する方式を提供することで，実装コスト増大やそれに伴う動作速度低減を抑制しつつ信頼性を向上させることができる。
次に，本発明の第２の実施例に係る電子制御装置について，図面を用いて説明する。
本実施例においては前述の実施例１と同様の，図１のようなハードウェア構成と図４のような問題設定に対し，図１０に示すフローチャートに従って制御を行う場合について説明する。
図１０は，前述のように本実施例における電子制御装置１の動作を示す。実施例１と同様，外部からの入力値９１および９２を基に，初期パラメータ生成部にて最適化器３に与える初期パラメータ２１を生成する（Ｃ８）。最適化器３では，個体３１による目標関数の計算（Ｃ９）および各個体３１間での交配により個体３１が持つパラメータの更新（Ｃ１２）を行うが，この際，各個体が持つ評価値に対して診断部４を用いて診断を行う（Ｃ１０）。診断方法は，実施例１と同様である。この診断によりエラーを含む評価値３２が存在した場合には，出力選択部５へ診断結果４１を出力することでエラーを含む個体３１より出力された出力候補値３３を除外する（Ｃ１１）。除外された個体３１については，以降の演算を破棄しても，初期パラメータ生成部２より，新規に初期パラメータ２１を再生成し演算を再開してもよい。また，Ｃ１１においてエラーを判定するための閾値４４については，一定の値を用いても，例えば最適化演算の反復回数の増大に伴って減少する値を用いてもよい。これは，最適化演算の開始時においては評価値３２のばらつきが大きく，反復回数の増大に伴って各個体３１の持つ状態および評価値３２が最適解周辺へと収束するという特徴があるためである。このようにエラーを持つ個体３１を除外した後，各個体３１間での交配によるパラメータ更新（Ｃ１２）を行う。これを既定回数繰り返した後（Ｃ１３），最適解の出力を行う（Ｃ１４）。
以上が本実施例における電子制御装置１の動作のうち，前述の実施例１との差異である。本実施例によれば，実施例１にて説明した電子制御装置１の動作のうち，最適化演算の反復中に発生したエラーを含む個体３１について早期に検出，除外を行うことで，最適解の探索に寄与するエラーを含まない個体数を維持することができ，最適化演算の収束性を保つことが可能となる。
次に，本発明の第３の実施例に係る診断装置について，図面を用いて説明する。
本実施例では，図１０に示すように診断部４は電子制御装置１と異なる装置上である診断装置１１として実装される。診断装置１１は電子制御装置１に対して，直接接続もしくはネットワーク１２を介して接続される。診断装置１１は電子制御装置１０１より最適化器３より出力される評価値３２を診断部４を用いて検証しエラーの有無と，エラーが発生している個体番号を出力選択部５へ通知する。なお，このような診断部４は実施例１および２に記載のシステムを用いても，サーバ上に実装し機械学習等の手段による異常検知を行っても，また図示しない制御状態を可視化するシステムを通じて人間が異常を監視するシステムとしてもよいとする。
以上が本実施例における電子制御装置１０１および診断装置１１の動作のうち，前述の実施例１および実施例２との差異である。本実施例によれば，実施例１および実施例２にて説明した電子制御装置１の動作を，電子制御装置外の診断装置１１を用いて監視・診断を行うことができる。これにより，例えば電子制御装置１に対して潤沢な計算資源を持つ計算機による精度の高い異常検知や，重要なシステムに対する人手での監視が可能となり，システムの信頼性を向上できる。
以上説明した各実施形態や各種の変形例はあくまで一例であり，本発明の特徴が損なわれない限り，本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
１…電子制御装置，２…初期パラメータ生成部，３…最適化器，３１…最適化を行う個体群，３２…解候補値，４…診断部，４１…診断結果，４２…近似曲線生成部，４３…距離判定部，４４…誤差閾値，４５…近似多項式，５…出力選択部，５１…電子制御装置の出力値，６…自車，７…自車搭載の各種アクチュエータを制御する電子制御装置，８…自車搭載の各種アクチュエータ，９…自車搭載のセンサ，９１…電子制御装置１への図示しない上位の電子制御装置からの入力値９２…電子制御装置１へのセンサ９からの入力値１０…自動車，１１…歩行者

Claims (7)

  1. 外部からの入力に基づいて予測される複数の初期パラメータを生成する初期パラメータ生成部と，制御目的を記述した評価関数を用いて前記初期パラメータに対する最適解を演算する演算器を複数有する演算部と，前記演算部の出力に基づいて該演算部の診断を行う診断部とを備え，前記診断部は，前記各初期パラメータに対する各最適解に対応する評価値のうち，評価値が取り得る値から一定の閾値以上逸脱する評価値を与える最適解候補が発見された場合に，前記演算部のエラーと診断することを特徴とする診断システム。
  2. 請求項１に記載の診断システムであって，
    前記診断部においてエラーの診断を行う際に，入力される複数の評価値を基に近似曲線を生成し，評価値と近似曲線との距離と閾値との比較によりエラーの有無を診断することを特徴とする診断システム。
  3. 請求項１に記載の診断システムであって，
    前記診断部においてエラーを診断する際に用いられる閾値が，演算の反復回数増加に伴い減少することを特徴とする診断システム。
  4. 請求項１に記載の診断システムが実装されることを特徴とする電子制御装置。
  5. 請求項１に記載の診断システムであって，
    前記初期パラメータ生成部と，制御目的を記述した評価関数を用いて前記初期パラメータに対する最適解を演算する演算器を複数有する演算部とが電子制御装置に備えられ，
    前記診断部が前記電子制御装置に接続される診断装置に備えられることを特徴とする診断システム。
  6. 請求項５に記載の診断システムであって，
    前記診断装置が前記演算部を定期的に診断し異常検知時に前記電子制御装置の動作を停止させることを特徴とする診断システム。
  7. 外部からの入力に基づいて演算結果を出力し制御対象を制御する電子制御装置であって，
    前記電子制御装置に与える入力を一定とした際に，中性子線等が存在するエラー頻度の高い環境下にて出力値の出現頻度に不連続点が存在することを特徴とする診断システム。
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