CN107924355A - 电子控制装置及电子控制方法 - Google Patents

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CN107924355A
CN107924355A CN201680049611.2A CN201680049611A CN107924355A CN 107924355 A CN107924355 A CN 107924355A CN 201680049611 A CN201680049611 A CN 201680049611A CN 107924355 A CN107924355 A CN 107924355A
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汤浅康司
新井敏央
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Abstract

电子控制装置包括装入了硬件资源的诊断电路及处理器的微计算机。而且，电子控制装置的处理器在由诊断电路诊断为硬件资源中发生故障时，以其他硬件资源代替由发生故障的硬件资源提供的功能。

Description

电子控制装置及电子控制方法
技术领域
本发明涉及电子控制装置及电子控制方法。
背景技术
在电子控制装置的微计算机中，以对定时器、输入输出电路、A/D转换器等的硬件资源进行诊断为目的，如在日本特开2012-181564号公报(专利文献1)中所记载的，装入BIST(Built In Self Test；内部自测试)。BIST是在LSI(Large Scale Integration；大规模集成)芯片中装入了LSI测试仪的一部分功能的装置，具有产生测试模式的电路、以及将测试结果和期待值进行对照的电路。而且，在BIST中，通过将测试模式输入到硬件资源中，将从硬件资源输出的测试结果和期待值进行对照，诊断在该硬件资源中是否发生故障。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-181564号公报
发明内容
发明要解决的问题
在通过BIST诊断为硬件资源中发生故障的情况下，从功能安全标准ISO26262的观点来看，期望禁止作为不可控要因的硬件资源的使用。但是，如果禁止重要的硬件资源的使用，则无法对控制对象***继续控制。
因此，本发明的目的在于，提供即使硬件资源中发生故障，也可以对控制对象***继续控制的电子控制装置及电子控制方法。
解决问题的方案
电子控制装置包括装入了硬件资源的诊断电路及处理器的微计算机。而且，电子控制装置的处理器在由诊断电路诊断为硬件资源中发生故障时，以其他硬件资源代替由发生故障的硬件资源提供的功能。
在电子控制方法中，内置了硬件资源的诊断电路的微计算机，在由诊断电路诊断为硬件资源中发生故障时，以其他硬件资源代替由发生故障的硬件资源提供的功能。
发明的效果
根据本发明，即使硬件资源中发生故障，也可以对控制对象***继续控制。
附图说明
图1是表示汽车上装载的内燃机的一例子的***图。
图2是表示电子电路基板的一例子的框图。
图3是表示BIST的一例子的框图。
图4是表示定时器的一例子的框图。
图5是表示初始化处理的一例子的流程图。
图6是确定定时器的故障部位的方法的说明图。
图7是定时器的故障部位确定处理的一例子的流程图。
图8是确定输入输出电路的故障部位的方法的说明图。
图9是确定输入输出电路的故障部位的另一方法的说明图。
图10是表示输入输出电路的故障部位确定处理的一例子的流程图。
图11是确定非易失性存储器的故障部位的方法的说明图。
图12是表示非易失性存储器的故障部位确定处理的一例子的流程图。
图13是确定易失性存储器的故障部位的方法的说明图。
图14是表示易失性存储器的故障部位确定处理的一例子的流程图。
图15是定时器功能的说明图。
图16是代替定时器的方法的说明图。
图17是定时器的代替处理的概要的说明图。
图18是代替易失性存储器的方法的说明图。
图19是代替运算装置的方法的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，详述用于实施本发明的实施方式。
图1表示汽车上装载的内燃机的一例子。
在内燃机100的进气通路110中，沿进气流通方向，按顺序布设过滤空气中的灰尘等的空气滤清器120、电子控制节气门油气混合室130、由未图示的气门机构进行开闭的进气阀140。在位于电子控制节气门油气混合室130和进气阀140之间的进气通路110中，安装向进气阀140的伞部喷射燃油的、电子控制式的燃油喷射阀150。
电子控制节气门油气混合室130具有：调整进气流量的节流阀132；使节流阀132转动的步进电机等的致动器134；以及检测节流阀132的开度(节气门开度)的电位器等的节气门位置传感器136。而且，电子控制节气门油气混合室130根据来自外部的开度信号，通过致动器134将节流阀132开闭。
另一方面，在内燃机100的排气通路160中，沿排气流通方向，按顺序布设排气阀170、将排气中的CO(一氧化碳)、HC(碳氢化合物)及NOx(氮氧化物)同时还原净化的三元催化转换器180、降低排气声的***190。
此外，在内燃机100的气缸盖102中，以面向燃烧室104，安装响应来自分电器200的点火电流，将燃料和空气的混合气火花点火的火花塞210。再者，分电器200对于在内燃机100的各气缸中布设的火花塞210，以对应于运转状态的定时分配点火电流。
在内燃机100的固定部位，安装有检测内燃机100的转速的转速传感器220、以及检测内燃机100的负载的负载传感器230。这里，作为内燃机100的负载，例如，可以使用进气流量、进气压力、增压压力等与内燃机100的输出扭矩密切相关的状态量。
在车辆的驾驶员操作的油门踏板240中，一并设置检测油门踏板240的踏下量(油门操作量)的油门传感器250。这里，作为油门传感器250，例如，可以使用电位器。
节气门位置传感器136、转速传感器220、负载传感器230及油门踏板传感器250的各输出信号输入到电子控制装置300。
电子控制装置300内置被安装了各种电子零件的电子电路基板320。在电子电路基板320中，如图2所示，安装微计算机340。微计算机340一体地装入：作为处理器的一例子列举的CPU(Central Processing Unit；中央处理单元)342；作为易失性存储器的一例子列举的RAM(Random Access Memory；随机存取存储器)344；作为非易失性存储器的一例子列举的ROM(Read Only Memory；只读存储器)346；将时间计时的定时器348；输入输出电路350；A/D转换器352；以及将这些部件彼此连接的总线354。总之，微计算机340，通过在1个芯片上集成CPU342、RAM344、ROM346、定时器348、输入输出电路350、A/D转换器352及总线354来制造。
而且，电子控制装置300通过执行在ROM346中存储的控制程序，根据节气门开度、转速、负载、油门踏板操作量等，将电子控制节气门油气混合室130，燃油喷射阀150及分电器200分别电子控制。
即，电子控制装置300求与内燃机100的转速及负载对应的燃料喷射量及燃料喷射时期，在曲柄角度为燃料喷射时期时，对燃油喷射阀150输出与燃料喷射量对应的动作信号。此外，电子控制装置300求与内燃机100的转速及负载对应的点火时期，在曲柄角度为点火时期时，对分电器200输出动作信号。而且，电子控制装置300求与油门踏板操作量及其变化量对应的目标节气门开度，根据目标节气门开度和节气门开度的偏差，反馈控制电子控制节气门油气混合室130的致动器134。
此外，在微计算机340中，装入作为诊断其硬件资源、例如CPU342、RAM344、ROM346、定时器348、输入输出电路350及A/D转换器352等的诊断电路的一例子列举的BIST360。如图3所示，BIST360具有：产生输入到被诊断电路(硬件资源)HW的测试模式的发生电路362；以及将被诊断电路HW的输出和期待值进行对照并诊断故障的对照电路364。
BIST360对提供规定的功能的每个组，诊断在硬件资源中是否发生故障。例如，如图4所示，计时时间的定时器348包含具有捕获、比较及PWM(Pulse Width Modulation；脉宽调制)输出的多个定时器A～C。但是，BIST360以计时时间的定时器的一批定时器，诊断在该硬件资源中是否发生故障，无法对单独的定时器A～C诊断有无故障。
在本实施方式中，微计算机340的CPU342构成为，在通过BIST360诊断为在硬件资源中发生故障时，以其他硬件资源代替由发生故障的硬件资源提供的功能。
图5表示以对电子控制装置300打开电源为契机，微计算机340的CPU342根据ROM346中存储的控制程序所执行的、初始化处理的一例子。
在步骤1(图中简记为‘S1’。以下同样。)中，微计算机340的CPU342执行在微计算机340中装入的BIST360。即，微计算机340的CPU342基于BIST360的对照电路364的输出信号，诊断在硬件资源中是否发生故障。这里，如前述，BIST360诊断在提供规定的功能的每个组、具体而言在CPU342、RAM344、ROM346、定时器348、输入输出电路350及A/D转换器352中是否发生故障。
在步骤2中，微计算机340的CPU342基于BIST360的执行结果，判定在微计算机340的哪个硬件资源中是否发生故障。而且，如果微计算机340的CPU342判定为全部的硬件资源为正常(“是”)，则将处理进至步骤5。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为在其中一个硬件资源中发生故障(“否”)，则将处理进至步骤3。
在步骤3中，对于发生了故障的全部硬件资源，微计算机340的CPU342分别执行基于软件的诊断功能，确定硬件资源的故障部位(例如，定时器348中的定时器C等)。再者，有关诊断功能的细节，将后述。
在步骤4中，例如，微计算机340的CPU342通过参照ROM346中存储的控制结构信息，判定硬件资源的故障部位是否未使用。而且，如果微计算机340的CPU342判定为故障部位未使用(“是”)，则将处理进至步骤5。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为故障部位被使用(“否”)，则将处理进至步骤6。
在步骤5中，微计算机340的CPU342执行在微计算机340的硬件资源中未发生故障的、通常时的初始化处理。这里，作为通常时的初始化处理，例如，可以列举将控制变量复位、从ROM346读入各种学习值等。
在步骤6中，微计算机340的CPU342执行在微计算机340的硬件资源中发生故障的、故障时的初始化处理。这里，作为故障时的初始化处理，如后述其细节那样，可以列举以其他硬件资源代替由发生故障的硬件资源提供的功能的、代替处理的准备等。
根据这样的电子控制装置300，以打开电源为契机，微计算机340的CPU342执行BIST360，判定在硬件资源中是否发生故障。而且，如果微计算机340的CPU342判定为在硬件资源中未发生故障，则执行通常时的初始化处理。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为在硬件资源中发生故障，则通过基于软件的诊断功能确定故障部位。如果故障部位未使用，则由于对控制对象***没有影响，所以微计算机340的CPU342执行通常时的初始化处理。此外，如果故障部位被使用，则为了减轻对控制对象***的影响，微计算机340的CPU342执行故障时的初始化处理。
总之，微计算机340的CPU342在确定了硬件资源的故障部位时，仅对由该故障部位提供的功能，执行故障时的初始化处理。此外，在硬件资源的故障部位未使用时，微计算机340的CPU342禁止代替由该故障部位提供的功能。
接着，说明诊断功能及代替处理的细节。
[诊断功能]
(1)定时器的故障部位确定
BIST360可以诊断在提供定时器功能的定时器348中是否发生故障，但无法确定在多个定时器的哪个中发生故障。因此，如图6所示，使用输出脉冲的时间间隔不同的3个以上(图中，3个)的定时器A、定时器C及定时器E，微计算机340的CPU342在整个规定时间内分别计数从定时器A、定时器C及定时器E输出的脉冲。而且，微计算机340的CPU342通过从定时器A、定时器C及定时器E的各计数值求时间，将它们相互比较，可以确定在哪个定时器中发生故障。
图7表示确定定时器的故障部位的处理的一例子。
在步骤11中，微计算机340的CPU342对在整个规定时间内从定时器A、定时器C及定时器E输出的脉冲分别计数，通过将该计数值和对各脉冲分配的时间间隔相乘，获取定时器A、定时器C及定时器E的计时结果。
在步骤12中，微计算机340的CPU342将定时器A的计时结果和定时器C的计时结果进行比较，判定其偏差是否在规定值以内。这里，规定值是用于判定2个定时器的哪一个是否发生故障的阈值，例如，可以根据定时器的精度、计算误差等而适当设定。而且，如果计时结果的偏差大于规定值，则微计算机340的CPU342判定为定时器A及定时器C的一方故障(不行(NG))，将处理进至步骤13。另一方面，如果计时结果的偏差在规定值以内，则微计算机340的CPU342判定为定时器A及定时器C正常(行(OK))，将处理进至步骤16。
在步骤13中，微计算机340的CPU342将定时器A的计时结果和定时器E的计时结果进行比较，判定其偏差是否在规定值以内。而且，如果微计算机340的CPU342判定为计时结果的偏差大于规定值(不行(NG))，则将处理进至步骤14。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为计时结果的偏差为规定值以下(行(OK))，则将处理进至步骤15。
在步骤14中，微计算机340的CPU342确定为在定时器A中发生故障。
在步骤15中，微计算机340的CPU342确定为在定时器C中发生故障。
在步骤16中，微计算机340的CPU342将定时器A的计时结果和定时器E的计时结果进行比较，判定其偏差是否在规定值以内。而且，如果微计算机340的CPU342判定为计时结果的偏差大于规定值(不行(NG))，则将处理进至步骤17。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为计时结果的偏差为规定值以下(行(OK))，则将处理进至步骤18。
在步骤17中，微计算机340的CPU342确定为在定时器E中发生故障。
在步骤18中，微计算机340的CPU342确定为在定时器A、C及E中未发生故障。即，例如，微计算机340的CPU342判断为因噪声叠加等，BIST360产生了误诊断。
(2)输入输出电路的故障部位确定
微计算机340包括将信号输入输出的多个端子。但是，BIST360可以对提供输入输出功能的输入输出电路350中是否发生故障进行诊断，但无法确定在多个端子之中、哪个端子上分配的输入输出功能中发生故障。因此，如图8所示，微计算机340的CPU342通过将在输入输出电路350中内置的、导通/关断指令寄存器350A的指令值和监视其输出的电平监视寄存器350B的输出值进行比较，可以确定发生故障的端子。
再者，如图9所示，微计算机340的CPU342也可以使用利用了电子电路基板320的输入端子监视输出的电平监视寄存器350B。此外，输入输出功能的故障部位确定，也可以不是微计算机340的全部端子，而是仅对控制对象***产生重大的影响的端子。
图10表示确定输入输出电路的故障部位的处理的一例子。
在步骤21中，微计算机340的CPU342将导通/关断指令寄存器350A的指令值和电平监视寄存器350B的输出值进行比较，判定是否为按照指令的输出。而且，如果微计算机340的CPU342判定为不是按照指令的输出(不行(NG))，则将处理进至步骤22。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为是指令那样的输出(行(OK))，则将处理进至步骤23。
在步骤22中，微计算机340的CPU342确定为在诊断对象的端子中发生故障。
在步骤23中，微计算机340的CPU342判定为在诊断对象的端子中未发生故障。
(3)非易失性存储器的故障部位确定
如图11所示，在微计算机340的ROM346中，确保存储了对控制对象***进行控制的任务的程序、例如存储任务1的任务存储区域1和存储任务2的任务存储区域2。此外，在ROM346中，与任务存储区域1及2中存储的任务1及任务2分别相关联，确保存储了其总和值(基准值)的总和值存储区域1及2，在该区域中存储了任务1及任务2的总和值。而且，微计算机340的CPU342计算在任务存储区域1及任务存储区域2中存储的任务1及任务2的总和值，通过将它与在总和值存储区域1及总和值存储区域2中存储的总和值进行比较，可以确定在ROM346的存储区域之中、不能正常地存储数据的故障部位。再者，例如，取代总和值，也可以使用奇偶校验值等确定ROM346的故障部位。
图12表示确定非易失性存储器的故障部位的处理的一例子。
在步骤31中，微计算机340的CPU342计算在作为诊断对象的任务存储区域中存储的数据的总和值。
在步骤32中，微计算机340的CPU342将任务存储区域的总和值(计算值)与总和值存储区域的总和值(基准值)进行比较，判定两者是否一致。然后，如果微计算机340的CPU342判定为计算值和基准值不一致(不行(NG))，则将处理进至步骤33。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为计算值和基准值一致(行(OK))，则将处理进至步骤34。
在步骤33中，微计算机340的CPU342确定为在诊断对象的任务存储区域中发生故障。
在步骤34中，微计算机340的CPU342确定为在诊断对象的任务存储区域中未发生故障。
(4)易失性存储器的故障部位确定
为了确定微计算机340的RAM344的故障部位，准备指示RAM344的地址的指针。然后，如图13所示，微计算机340的CPU342在指针指示的地址中写入测试数据(过程1)，从该地址读出测试数据(过程2)。此外，微计算机340的CPU342将在RAM344中写入的测试数据和从RAM344读出的测试数据进行比较，通过两者是否一致，判定在RAM344中是否发生故障(过程3)。之后，微计算机340的CPU342将指针更新(过程4)。这样，微计算机340的CPU342通过从RAM344的开头地址至最后地址反复执行上述处理，可以确定在哪个地址中发生故障。
图14表示确定易失性存储器的故障部位确定的处理的一例子。
在步骤41中，微计算机340的CPU342对指针设定RAM344的开头地址。
在步骤42中，微计算机340的CPU342在指针指示的地址中写入测试数据。
在步骤43中，微计算机340的CPU342从指针指示的地址读出测试数据。
在步骤44中，微计算机340的CPU342将写入RAM344中的测试数据(写入值)和从RAM344读出的测试数据(读出值)进行比较，判定两者是否一致。然后，如果微计算机340的CPU342判定为写入值和读出值一致(行(OK))，则将处理进至步骤46。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为写入值和读出值不一致(不行(NG))，则将处理进至步骤45。
在步骤45中，微计算机340的CPU342判定为在指针指示的地址中、例如发生元件粘合等的故障。之后，微计算机340的CPU342将处理进至步骤46。
在步骤46中，微计算机340的CPU342判定指针是否指示RAM344的最后地址，总之，判定是否诊断了RAM344的全部区域。然后，如果微计算机340的CPU342判定为指针指示RAM344的最后地址(“是”)，则结束处理。另一方面，如果微计算机340的CPU342判定为指针没有指示RAM344的最后地址(“否”)，则将处理进至步骤47。
在步骤47中，微计算机340的CPU342更新指针，总之，使指针指示与测试数据对应的RAM344的下一个地址。之后，微计算机340的CPU342将处理返回到步骤42。
再者，对于其他硬件资源，即，CPU342及A/D转换器352，例如，通过将输入了规定的数据的情况下的输出数据与其期待值比较，可以诊断是否发生故障。此外，微计算机340的硬件资源，不限于CPU342、RAM344、ROM346、定时器348、输入输出电路350及A/D转换器352，也可以包含提供其他功能的要素。
[代替处理]
(1)定时器
在内燃机100的点火控制中，图15所示，定时器348利用比较匹配，在为规定的定时之时输出导通(ON)信号。为了代替该定时器功能，如图16所示，微计算机340的CPU342在与内燃机100的运转状态对应的定时，在输入输出电路350的导通/关断(ON/OFF)指令寄存器350A中写入“0”或“1”。若输入输出电路350的导通/关断指令寄存器350A中被写入“1”，则该输出信号导通，可以发挥与定时器348大致同等的功能。再者，在输入输出电路350的导通/关断指令寄存器350A中写入了“0”或“1”的情况下，直至该输出变化为止需要一些时间，但作为定时器功能的代替处理，可以抑制到无故障的程度。
这样的话，如图17所示，例如，若在定时器348的定时器C中发生故障，则停止定时器C的功能，从输入输出电路350输出作为代替信号的输出信号C’。因此，例如，避免定时器348的全部定时器功能停止、无法执行内燃机100的点火控制的情况。此时，在点火控制上产生略微的延迟，但至少可以确保能够确保跛行模式(limp home)控制程度的控制性。再者，微计算机340的规定的端子被多功能化而提供可选择的多个功能的情况下，也可以将该端子的功能切换为期望的功能。
(2)易失性存储器
图18所示，微计算机340的RAM344被逻辑地分割为区域A、B、...、及保留区域。而且，例如，若在区域B中发生故障，则微计算机340的CPU342将区域B设为不可使用，同时为了将保留区域作为区域B的代替区域B’来使用，例如将访问区域B的地址偏移。
这样的话，若在RAM344的一部分中发生故障，则禁止该部分区域的使用，使用保留区域取代该部分区域。因此，不使用发生了故障的区域，所以可以确保功能安全，并执行与正常时大致同等的控制。
(3)运算装置(CPU)
如图19所示，考虑微计算机340的CPU342是包括CPU1及2的多核处理器的情况。CPU1及2具有：进行逻辑运算、加法及减法的算术逻辑运算装置ALU(Arithmetic LogicUnit)；以及专门进行浮点运算的浮点运算装置FPU(Floating Point Unit)。在CPU1中，若在执行任务1-B的FPU中发生故障，则将由CPU1的FPU执行的任务1-B移交给CPU2的FPU执行。
这样的话，即使在CPU342的一部分、具体而言、即使在ALU、FPU中发生故障，CPU342也不转移到故障安全处理，而可以确保与以往同等的控制性。
因此，由于即使在电子控制装置300的硬件资源中发生故障，也以其它的硬件资源代替由发生故障的硬件资源提供的功能，所以也可以对控制对象***继续控制。
标号说明
300 电子控制装置
340 微计算机
342 CPU(处理器、硬件资源)
344 RAM(硬件资源)
346 ROM(硬件资源)
348 定时器(硬件资源)
350 输入输出电路(硬件资源)
352 A/D转换器(硬件资源)
360 BIST(诊断电路)

Claims (15)

1.一种电子控制装置，其为包括了装入硬件资源的诊断电路及处理器的微计算机的电子控制装置，其特征在于，
所述处理器构成为，在由所述诊断电路诊断为所述硬件资源中发生故障时，以其他硬件资源代替由发生故障的所述硬件资源提供的功能。
2.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述处理器构成为，在诊断为所述硬件资源中发生故障时，执行基于软件的诊断功能，确定所述硬件资源的故障部位。
3.如权利要求2所述的电子控制装置，其特征在于，
所述处理器构成为，在确定了所述故障部位时，以其他硬件资源仅代替由该故障部位提供的功能。
4.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述处理器构成为，在由所述诊断电路诊断为发生故障的硬件资源未使用时，禁止以其他硬件资源代替由该硬件资源提供的功能。
5.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
在所述硬件资源是至少3个定时器的情况下，所述处理器构成为，比较至少3个定时器的计时结果，确定发生故障的所述定时器。
6.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
在所述硬件资源为多个输入输出电路的情况下，所述处理器构成为，比较所述输入输出电路的指令值和输出值，确定发生故障的所述输入输出电路。
7.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
在所述硬件资源为非易失性存储器的情况下，所述处理器构成为，比较在从所述非易失性存储器中的规定区域内存储的数据求得的计算值和在所述非易失性存储器中的所述规定区域内存储的数据的基准值，确定发生故障的所述规定区域。
8.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
在所述硬件资源为易失性存储器的情况下，所述处理器构成为，比较在所述易失性存储器的规定地址中写入的数据和从所述易失性存储器的所述规定地址读出的数据，确定发生故障的所述易失性存储器的地址。
9.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
在所述硬件资源为定时器的情况下，所述处理器构成为，以从输入输出电路输出的信号代替从所述定时器输出的信号。
10.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
在所述硬件资源为非易失性存储器的情况下，所述处理器构成为，将发生了故障的规定区域的地址偏移到在所述非易失性存储器中被确保的保留区域的地址来代替。
11.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
在所述硬件资源是多核处理器的情况下，所述处理器构成为以另一核代替发生了故障的核。
12.一种电子控制方法，其特征在于，
内置了硬件资源的诊断电路的微计算机
在由所述诊断电路诊断为所述硬件资源中发生故障时，以其他硬件资源代替由发生故障的所述硬件资源提供的功能。
13.如权利要求12所述的电子控制方法，其特征在于，
在诊断为所述硬件资源中发生故障时，所述微计算机执行基于软件的诊断功能，确定所述硬件资源的故障部位。
14.如权利要求13所述的电子控制方法，其特征在于，
在确定了所述故障部位时，所述微计算机以其他硬件资源仅代替由该故障部位提供的功能。
15.如权利要求12所述的电子控制方法，其特征在于，
在由所述诊断电路诊断为发生了故障的硬件资源未使用时，所述微计算机禁止以其他硬件资源代替由该硬件资源提供的功能。
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