(57)【要約】      （修正有）【課題】車載電子制御装置の素子の劣化による故障を事前に予測し、車両の安全性を高める車載電子制御装置、および車載電子制御装置の素子の劣化診断方法を提供する。【解決手段】車載制御ソフトウェアを実装したマイコンと、制御対象装置を駆動させる電気信号発生させる周辺回路とで構成され、前記車載制御ソフトウェアが、前記車載電子制御装置の素子の劣化を診断する素子状態チェックプログラム２０４と、前記素子の劣化を診断するための基準データと、を備えるように、車載電子制御装置２００を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載制御ソフトウェアを実装したマイコンと、
制御対象装置を駆動させる電気信号発生させる周辺回路とで構成された、車載電子制御装置であって、
前記車載制御ソフトウェアが、
前記車載電子制御装置の素子の劣化を診断する素子状態チェックプログラムと、
前記素子の劣化を診断するための基準データと、を備える、
車載電子制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載電子制御装置であって、
前記基準データは上限側劣化許容値と下限側劣化許容値とからなる劣化許容範囲を有し、
前記素子状態チェックプログラムが、チェック対象の素子に対して、制御動作を実行させた結果と、前記基準データとを比較して、前記劣化許容範囲に基づいて、前記素子の劣化状態を診断する、車載電子制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車載電子制御装置であって、
前記素子の劣化が前記劣化許容範囲を越えた場合には、運転者に対して、故障の危険性を通知する、車載電子制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の車載電子制御装置であって、
前記素子の劣化の診断は、あらかじめ定められた間隔で実行される、車載電子制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の車載電子制御装置であって、
前記基準データは、車載電子制御装置のモデルを用いた故障注入シミュレーションによって作成された、車載電子制御装置。
【請求項６】
車載電子制御装置の素子の劣化診断方法であって、
前記素子の特性チェックテスト用データを読み込むステップと、
前記特性チェックテスト用データに基づき信号を出力するステップと、
前記信号に基づき制御対象装置を制御している間の、前記素子における電流値又は電圧値を検出するステップと、
前記素子における電流又は電圧と、基準データとを比較するステップと、を備える、車載電子制御装置の素子の劣化診断方法。
【請求項７】
請求項６に記載の車載電子制御装置の素子の劣化診断方法であって、
前記基準データは上限側劣化許容値と下限側劣化許容値とからなる劣化許容範囲を有し、
前記素子における電流値又は電圧値が、前記劣化許容範囲の外にある場合、警告信号を発生させるステップを備える、車載電子制御装置の素子の劣化診断方法。
【請求項８】
請求項７に記載の車載電子制御装置の素子の劣化診断方法であって、
前記基準データとして、車載電子制御装置のモデルを用いた故障注入シミュレーションにより作成されたデータを用いる、車載電子制御装置の素子の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の電子制御装置の電子回路における故障発生を予測する支援技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の操作や運動に関わる制御技術の電子化は、年々、増加する傾向にある。
【０００３】
一台の自動車に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれるマイクロコンピュータ回路の数は、数十個になり、これらＥＣＵに実装されるソフトウェア（以下、制御ソフトと呼ぶ）全体のサイズは、百万行（主としてＣ言語によるソースコード）にも及ぶようになっている。
【０００４】
このように制御ソフトウェアの開発規模は増加するものの、その開発期間を短縮することが要求されているため、制御ソフトの品質向上が、自動車メーカやサプライヤの大きな課題となっている。
【０００５】
特に、安全性に関わる設計は、ＩＳＯ２６２６２の規格に対応することが必須とされている。
【０００６】
ＩＳＯ２６２６２で定義された安全度水準（Automotive Safety Integrity Level：ＡＳＩＬ）で、ＡＳＩＬ−ＣもしくはＤで定義される製品に対しては、製品出荷時において、故障注入の検証が強く推奨されている。
【０００７】
これは、ＥＣＵ製品が、市場にリリースされる際に、ユースケースの中で想定される故障モードに対して、安全性を侵害しないことを検証したエビデンスとして、提供することを目的としている。
【０００８】
このように、車載制御装置に対する安全性設計に対する要求は、高いものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−５３０１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＥＣＵに実装されたソフトウェアには、診断機能が組み込まれており、自動車の起動時に、センサや通信などの機能が正常に動作しているかどうかを、自己診断するようになっている。
【００１１】
多くの車載制御ソフトは、自動車のイグニッションが起動した時点で、マイコンを初期化するためのプログラムを実行する。
【００１２】
診断プログラムを、この一連の初期化動作の中で、実行される。
【００１３】
診断プログラムは、センサやＣＡＮ（Controller Area Network）などの通信装置に対して、テスト信号を送信し、装置から返される信号が正常時のデータであるか否かをチェックすることで、ＥＣＵのハードウェア装置の異常を検知する。
【００１４】
このように、診断プログラムにより、センサ故障、通信装置の断線などのような、その時点でのハードウェアの異常を検出することが可能であるが、抵抗やコンデンサなどの素子において経時劣化による素子特性の変化に起因する故障を、検知することは、困難である。
【００１５】
特に、最近のＥＣＵは、機能の複雑化に伴って、回路の実装密度が高くなっており、故障の発生箇所の特定が難しくなっている。
【００１６】
このような状況で、ＥＣＵの安全性を、１０年以上にわたって、高いレベルに維持するためには、これらの故障を、その時点で検出するのではなく、予測により未然に防ぐことが重要となる。
【００１７】
そこで本発明は、車載電子制御装置の素子の劣化による故障を事前に予測し、車両の安全性を高める車載電子制御装置、および車載電子制御装置の素子の劣化診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【００１９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、車載制御ソフトウェアを実装したマイコンと、制御対象装置を駆動させる電気信号発生させる周辺回路とで構成された、車載電子制御装置であって、前記車載制御ソフトウェアが、前記車載電子制御装置の素子の劣化を診断する素子状態チェックプログラムと、前記素子の劣化を診断するための基準データと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、ＥＣＵの故障予防の範囲を拡大できるため、車載制御ソフトウェアおよびＥＣＵの信頼性を高めることができる。
【００２１】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に関わる素子状態をチェックするプログラムのフローチャート。
【図２】本発明の実施例に関わるＥＣＵに実装されたソフトの構成を示す図。
【図３】本発明の実施例に関わる劣化判定基準を示す図。
【図４】劣化判定基準を導出するための故障注入シミュレーションの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に関わる実施形態を、具体的に説明する。
【実施例】
【００２４】
図１は、本発明の実施例に関わる、ＥＣＵの回路上の素子の状態をチェックするためのプログラム（以後、素子状態チェックプログラム２０４と呼ぶ）のフローチャートである。例として、モータを制御するＥＣＵの回路における、相電流検出回路に用いられるシャント抵抗素子の状態をチェックする場合を説明する。
【００２５】
図２は、本発明の実施例に関わるＥＣＵ２００に実装されたソフトの構成を示す図である。基盤ソフトウェア２０５上に、初期化プログラム２０１、モータ電流制御プログラム２０２、ＣＡＮ通信制御プログラム２０３、素子状態チェックプログラム２０４などが構成されている。また、基盤ソフトウェア２０５はマイコンハードウェア２０６へのアクセスを提供する。
【００２６】
図１を再び参照する。素子状態チェックプログラム２０４が呼び出されると、あらかじめ定義された特性チェック用テストデータが、ＲＯＭから読み込まれる（ステップＳ１０１）。本実施例では、モータの電流制御における相電流検出用のシャント抵抗素子の状態をチェックするため、特性チェック用テストデータとして、モータを駆動するためのデータを用いる。
【００２７】
素子状態チェックプログラム２０４は、特性チェック用テストデータに基づいた信号をＥＣＵ２００の回路に出力させる（ステップＳ１０２）。本実施例では、マイコンハードウェア２０６の内部のＰＷＭコントローラに対して、特性チェック用テストデータに基づいた信号を出力させる。
【００２８】
マイコンからデータをＥＣＵ回路に出力し（ステップＳ１０３）、ＥＣＵ回路から制御対象装置に指令値を出力する（ステップＳ１０４）。本実施例では、ＰＷＭコントローラから出力されたパルス信号は、マイコン端子を通じて、モータ用ドライバに伝達される。モータ用ドライバ内のインバータ回路では、モータを駆動するための電流を発生させるために、ＰＷＭのパルス幅に応じた電流を生成し、モータの固定子に出力される。その結果、モータに流れた電流の大きさに応じた回転速度で、回転する。
【００２９】
素子状態チェックプログラム２０４は、ＥＣＵ回路上の特定の素子における電流もしくは電圧を検出し（ステップＳ１０５）、マイコン側に電流値もしくは電圧値を読み込む（ステップＳ１０６）。
【００３０】
モータの制御においては、モータに流れる電流（本実施例の場合、３相の相電流）を制御するため、シャント抵抗により検出して、マイコン側にフィードバックする。このシャント抵抗の状態が劣化して、正確な電流値がフィードバックされないと、モータ制御が正常に動作しなくなるため、抵抗の状態を正確に把握しておく必要がある。そこで、素子状態チェックプログラム２０４は、シャント抵抗に流れる電流、もしくは、抵抗の両端における電圧を検出して、マイコン内部にデータとして取り込む。
【００３１】
次に、素子状態チェックプログラム２０４は、あらかじめ用意した素子の状態を判断するための参照値（基準データとしての電流値または電圧値）と、読み込んだ値とを比較する。本実施例では、読込み値と参照値との差分を計算し（ステップＳ１０７）、差分が閾値を上回っているかどうかを判定する（Ｓ１０８）。
【００３２】
読み込んだデータが、参照データとの差分が許容範囲内に収まっていれば、素子の劣化は、問題ないものと判定する。
【００３３】
もし、許容範囲を超えた場合には、素子の劣化状態が顕著になっているものと判断して、警告信号を発生させる（ステップＳ１０９）。本実施例では、運転者に対して、素子の劣化による故障の可能性が高い状態であることを通知する。
【００３４】
判定処理が終了すると、素子状態チェックプログラム２０４は、全ての信号をＥＥＰＲＯＭなどの記憶素子に書き込み（ステップＳ１１０）、プログラムの実行を終了する。本実施例では、マイコン側に読み込んだ値を履歴としてＥＥＰＲＯＭに書き込んで、プログラムの実行を終了する。
【００３５】
この素子状態チェックプログラム２０４は、１か月単位などの定期的な間隔で実行されるように設定されている。
【００３６】
上述した実施例において、素子の状態を判定するための参照データは、あらかじめ準備されているデータである。
【００３７】
参照データの具体例として、図３に示すようなデータがある。基準値３０１に対して、上限側劣化許容値３０２と下限側劣化許容値３０３が設定されており、上限側劣化許容値３０２と下限側劣化許容値３０３との間が劣化許容範囲となる。基準値３０１、上限側劣化許容値３０２、下限側劣化許容値３０３のいずれも、時間経過とともに変化する（図３では時間経過とともに低くなる例を示している）。これは、経時劣化の進行が、時間とともに進むことを考慮したものである。ＥＣＵの使用開始から、時間が経過するにしたがって、劣化が顕著になるため、判断基準となる参照値を変化させることにより、劣化に伴う故障の予測を、より正確なものにできる。
【００３８】
このような参照データを導出する手法として、一般的には、過去に集積した実験データに基づいて作成することも可能である。しかし、実験データの収集には、時間と労力がかかってしまうというデメリットがある。
【００３９】
そこで、本実施例では、図４に示すように、対象となるＥＣＵのシステム全体をモデル化して、シミュレーション技術によって、故障時の特性を予測する技術を採用している。このシミュレーション技術としては、特開２０１４−２０３３１４号公報に記載のものがある。
【００４０】
図４の、ＥＣＵシミュレーション装置は、計算機１で実現され、ＥＣＵにおける故障注入シミュレーションを行う故障注入シミュレーション環境１１とこの故障注入シミュレーション環境１１を操作するためのユーザインタフェースツール１２が用意されている。
【００４１】
設計者２は、ユーザインタフェースツール１２を介して、故障注入シミュレーション環境１１を操作する。ユーザインタフェースツール１２の実体は、計算機１上で実行されるプログラムである。
【００４２】
故障注入シミュレーション環境１１は、大きく分けて、以下の５つの要素を備えている。
【００４３】
マイコンモデルツール４０１は、ＥＣＵに用いられるマイコンの論理的な動作をＣ言語ベースで記述したモデル（マイコンモデル４０１１）を作成し、このモデルをシミュレーションするツールである。マイコンモデルツール４０１は、制御ソフトをオブジェクト形式で動作させることができるため、ＥＣＵ実機の動作を、計算機１上で再現することができる。
【００４４】
回路モデルツール４０２は、マイコンからの制御指令の信号をアクチュエータに伝達するためのドライバ回路や、アクチュエータの信号を検出するセンサ回路などを対象にモデル（回路モデル４０２１）として記述し、計算機１上でシミュレーションするためのツールである。
【００４５】
プラントモデルツール４０３は、アクチュエータや制御対象となる機械、電気、油圧などの部品を対象にモデル（プラントモデル４０３１）として記述し、計算機１上でシミュレーションするためのツールである。
【００４６】
故障注入シミュレーション環境１１は、上述した３種類のモデルツールを連携させて、各モデルツールの出力を他のモデルツールの入力として使用することで、ＥＣＵを含む制御システム全体を計算機１にシミュレーションさせることができる。
【００４７】
故障注入自動化ツール４０４は、故障注入の検証を実施するために、回路モデルツール４０２で使用する回路モデルに対して、故障モードの情報を回路モデルに書き込むためのツールである。ストレージ４０５には、抵抗やコンデンサなどの、回路を構成する各素子に対する故障モードを定義した故障モード定義ファイル１１１、故障注入テストパターン１１２、および故障注入テストデータ１１３がファイル形式で格納されている。また、ストレージ４０５には、上述したマイコンモデル４０１１、回路モデル４０２１、プラントモデル４０３１を格納しておくことが可能であり、異なるＥＣＵ製品に対し用意した各モデルを使用して、共通の故障注入シミュレーション環境１１で、故障注入検証を実行することができる。
【００４８】
図４の故障注入シミュレーション環境１１において、状態のチェック対象となる素子（本実施例の場合、シャント抵抗）に、経時劣化により素子の値が時間とともに変化する要素を追加しておく。
【００４９】
シミュレーションで、経過時間のステップを粗くすることで、素子の経時劣化モデル（劣化判定のための参照データ）を短時間で生成することできる。
【００５０】
上述した実施例は、１個の素子に着目した場合についての実施手順であるが、多機能化したＥＣＵでは、制御の安全性に関わる素子が、複数ある場合には、同様の手順を、それぞれの素子に対して、素子状態チェックプログラム２０４が実行すればよい。
【００５１】
このような、複数の参照データの作成を、故障注入シミュレーション環境で実行する場合、対象の素子ごとに、逐次的に実行すると時間がかかってしまう。
【００５２】
そこで、仮想サーバ環境に用意された、複数の仮想計算機に、上述した故障注入シミュレーション環境を並列で実行する環境を用いることで、時間の短縮が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１…計算機
２…設計者
１１…故障注入シミュレーション環境
１２…ユーザインタフェースツール
１１１…故障モード定義ファイル
１１２…故障注入テストパターン
１１３…故障注入テストデータ
２０１…初期化プログラム
２０２…モータ電流制御プログラム
２０３…通信制御プログラム
２０４…素子状態チェックプログラム
２０５…基盤ソフトウェア
２０６…マイコンハードウェア
３０１…基準値
３０２…上限側劣化許容値
３０３…下限側劣化許容値
４０１…マイコンモデルツール
４０２…回路モデルツール
４０３…プラントモデルツール
４０４…故障注入自動化ツール
４０５…ストレージ
４０１１…マイコンモデル
４０２１…回路モデル
４０３１…プラントモデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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