JP6522550B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に搭載される電子制御装置に関する。

自動車に搭載される電子制御装置は、特開２０１６−２３６０３号公報（特許文献１）に記載されるように、定期的に発生する定期処理、及び、非定期的に発生する割込処理を実行する。

特開２０１６−２３６０３号公報

しかしながら、電子制御装置において、例えば、加減速などの過渡期で割込処理が急増すると、定期処理に加えて割込処理が実行されるため、定期処理が所定の時間内に終了しなくなり、いわゆる処理抜けが発生するおそれがある。そして、処理抜けが発生すると、例えば、電子制御装置の制御対象機器が予期せぬ動作をしたり、プログラムが無限ループに陥って停止してしまう。このため、外部装置で電子制御装置の演算負荷を監視することが考えられるが、例えば、電子制御装置の演算負荷が高まると通信の同期をとることが困難となり、外部装置が演算負荷を監視することができなくなってしまう。

そこで、本発明は、通信に依存せず、演算負荷を外部から監視可能な電子制御装置を提供することを目的とする。

このため、マイクロコンピュータを内蔵した電子制御装置は、マイクロコンピュータの演算負荷を測定する手段と、演算負荷をアナログ電圧値に変換する手段と、アナログ電圧値に応じた電圧を出力するアナログ入出力ポートと、電圧が所定のしきい値より高くなったときに、マイクロコンピュータで実行する複数の処理の中から、処理の優先度に応じて選択された処理の実行をスキップさせる手段と、を有する。

本発明によれば、通信に依存せず、演算負荷を外部から監視することができる。

電子制御システムの一例を示すシステム図である。 マイクロコンピュータの具体的構造の一例を示すブロック図である。 マイクロコンピュータが実行する処理及びそこで発生する問題点の説明図である。 演算負荷出力処理の一例を示すフローチャートである。 演算負荷及び出力電圧の一例を示す図である。 演算負荷監視処理の一例を示すフローチャートである。 選択実行処理の一例を示すフローチャートである。 定期処理の優先度を設定した優先度テーブルの一例を示す図である。 割込処理の優先度を設定した優先度テーブルの一例を示す図である。 自動車の運転状態変化に応じてしきい値を変更する方法の説明図である。 電子制御装置の第１変形例を示すシステム図である。 電子制御装置の第２変形例を示すシステム図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、自動車に搭載された電子制御システムの一例を示す。

電子制御システム１００は、燃料噴射装置，自動変速機，電動ブレーキ装置などの制御対象機器を制御する主系の電子制御装置（メインＥＣＵ）２００と、メインＥＣＵ２００とは異なる制御対象機器を制御しながら、メインＥＣＵ２００の演算負荷を監視する従系の電子制御装置（サブＥＣＵ）３００と、を有する。メインＥＣＵ２００は、被監視対象となるマイクロコンピュータ（マイコン）２５０を内蔵し、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００のマイコン２５０を監視する主体となるマイコン３５０を内蔵する。

メインＥＣＵ２００のマイコン２５０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５０Ａ、不揮発性メモリの一例として挙げることができるＲＯＭ（Read Only Memory）２５０Ｂ、揮発性メモリの一例として挙げることができるＲＡＭ（Random Access Memory）２５０Ｃ、ウォッチドッグタイマ２５０Ｄ、アナログ信号を入出力するアナログ入出力ポート２５０Ｅ、デジタル信号を入出力するデジタル入出力ポート２５０Ｆ及び他の電子制御装置などと通信するための通信回路２５０Ｇが１つのパッケージに封入された電子デバイスである。ここで、ＲＯＭ２５０Ｂとしては、電気的にデータを消去及び書込み可能な、フラッシュＲＯＭを使用することができる。なお、サブＥＣＵ３００のマイコン３５０も、メインＥＣＵ２００のマイコン２５０と同様な構成をなしている。

ここで、メインＥＣＵ２００において、マイコン２５０が実行する処理、及び、そこで発生する問題点について説明する。
メインＥＣＵ２００のマイコン２５０は、制御対象機器を制御するためのジョブとして、定期的に発生する定期処理と非定期的に発生する割込処理を夫々実行する。定期処理は、例えば、２ｍｓ周期，１０ｍｓ周期など、所定時間ごとに実行する処理である。割込処理は、例えば、自動車の運転状態が変化する過渡期になったとき、変化する運転状態に対応するために発生する処理である。

メインＥＣＵ２００のマイコン２５０が実行する処理として、定期処理Ａ〜Ｄと割込処理ａ〜ｅを想定する。割込処理ａ〜ｅが発生しない場合、マイコン２５０は、図３に示すように、定期処理の実行間隔である定期処理時間内に、定期処理Ａ〜Ｄを実行する。このとき、定期処理時間に対する定期処理Ａ〜Ｄの実行に要する時間の割合は、例えば、約５９％となり、マイコン２５０の演算負荷は約５９％となる。また、割込処理ａ〜ｃが発生すると、マイコン２５０は、定期処理時間内に、定期処理Ａ〜Ｄに加えて割込処理ａ〜ｃを実行する。この場合、定期処理時間に対する定期処理Ａ〜Ｄ及び割込処理ａ〜ｃの実行に要する時間の割合は、例えば、約８７％となり、マイコン２５０の演算負荷は約８７％となる。

さらに、自動車の運転状態変化に応じて割込処理ａ〜ｅが発生すると、マイコン２５０は、定期処理時間内に、定期処理Ａ〜Ｄに加えて割込処理ａ〜ｅを実行する。このとき、例えば、定期処理Ａ，割込処理ａ，定期処理Ｂ，割込処理ｂ，定期処理Ｃ，割込処理ｃ〜ｅ，定期処理Ｄの順番で処理が実行されると、定期処理時間内に定期処理Ｄが終了せず、いわゆる処理あふれが発生してしまう。処理あふれが発生した場合、その処理が重要なものであると、制御対象機器が予期せぬ動作をしたり、プログラムが無限ループに陥って停止してしまうおそれがある。なお、割込処理ｅが発生しない場合には、定期処理時間内にすべての処理が実行される。

このため、背景技術でも説明したように、外部装置でメインＥＣＵ２００のマイコン２５０の演算負荷を監視することが考えられるが、例えば、マイコン２５０の演算負荷が高まると通信の同期をとることが困難となり、外部装置が演算負荷を監視することができなくなってしまう。そこで、以下説明するように、マイコン２５０の演算負荷をアナログ電圧値に変換し、アナログ電圧値に応じた電圧をアナログ入出力ポート２５０Ｅから外部に出力することで、通信に依存せず、演算負荷を外部から監視できるようにする。

図４は、メインＥＣＵ２００が起動したことを契機として、そのマイコン２５０が所定時間ｔ１ごとに繰り返し実行する、演算負荷出力処理の一例を示す。なお、マイコン２５０は、例えば、ＣＰＵ２５０ＡがＲＯＭ２５０Ｂに予め格納された制御プログラムを実行することで、演算負荷出力処理を実行する（以下同様）。また、以下の説明においては、説明を簡略化することを目的として、メインＥＣＵ２００のマイコン２５０をメインＥＣＵ２００と略記する（以下同様）。

ステップ１（図４では、「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、メインＥＣＵ２００が、定期処理時間内に実行した処理（定期処理及び割込処理）の実行時間を計測し、定期処理時間に対する全処理時間である演算負荷（ＣＰＵ使用率）を計測する。なお、演算負荷としては、ＣＰＵ使用率に限らず、例えば、計測した処理時間そのもの、リソース使用率など、公知の指標を採用することができる。

ステップ２では、メインＥＣＵ２００が、演算負荷０％〜１００％が所定の電圧範囲、例えば、０Ｖ〜５Ｖに分布するように、演算負荷をアナログ電圧値に変換する。なお、演算負荷を分布させる電圧範囲は、例えば、ＣＰＵ２５０Ａの演算精度、アナログ入出力ポート２５０Ｅの出力特性などを考慮して決定することができる。

ステップ３では、メインＥＣＵ２００が、アナログ電圧値に応じた電圧を、アナログ入出力ポート２５０Ｅから外部に出力する。なお、メインＥＣＵ２００は、アナログ入出力ポート２５０Ｅから出力する電圧を任意の時点で参照可能とするため、この状態を持続するようにしてもよい。

かかる演算負荷出力処理によれば、メインＥＣＵ２００は、所定時間ｔ１ごとに、定期処理時間内に実行した処理の実行時間を計測し、これをアナログ電圧値に変化した後、アナログ電圧値に応じた電圧をアナログ入出力ポート２５０Ｅから出力する。このため、図５に示すように、メインＥＣＵ２００の起動直後から、演算負荷に相当する電圧が外部に出力され、メインＥＣＵ２００とサブＥＣＵ３００との間の通信が確立されていない状態でも、サブＥＣＵ３００はメインＥＣＵ２００の演算負荷を監視することができる。また、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００とサブＥＣＵ３００との通信に依存せず、その演算負荷を監視することができる。

図５に示す一例は、アナログ入出力ポート２５０Ｅは０Ｖ〜５Ｖの範囲で電圧を出力するものを前提として、定期処理時間内に実行した処理の実行時間［μｓ］を演算負荷とすると共に、演算負荷１０００［μｓ］を２００［ｍＶ］として出力したものである。この例を参照すると、メインＥＣＵ２００の起動直後は、例えば、各種の初期化処理によって演算負荷が比較的高く、演算負荷が約１１０００［μｓ］であり、これに相当する電圧が約２２００［ｍＶ］となっていることが理解されよう。そして、メインＥＣＵ２００の初期化処理が完了すると、演算負荷が低下して約７０００［μｓ］となり、これに相当する電圧が約１４００［ｍＶ］となった後、定常状態に移行し、演算負荷が約６０００［μｓ］、これに相当する電圧が約１２００［ｍＶ］で安定することが理解されよう。

なお、メインＥＣＵ２００の演算負荷は、オシロスコープなどの汎用機器で視認できるため、例えば、メインＥＣＵ２００の実証実験などにおいて、その演算負荷が過度に高くなっているか否かを確認することができる。

図６は、サブＥＣＵ３００が起動したことを契機として、そのマイコン３５０が所定時間ｔ２ごとに繰り返し実行する、演算負荷監視処理の一例を示す。ここで、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００の電圧出力と同期して演算負荷を監視すべく、メインＥＣＵ２００の演算負荷出力処理と同一の所定時間ｔ１で演算負荷監視処理を繰り返し実行することが望ましい。

ステップ１１では、サブＥＣＵ３００が、メインＥＣＵ２００の演算負荷を監視すべく、そのアナログ入出力ポート２５０Ｅから電圧を読み込む。
ステップ１２では、サブＥＣＵ３００が、電圧が所定のしきい値より高いか否かを判定する。ここで、所定のしきい値は、メインＥＣＵ２００の演算負荷が高まって、割込処理の発生によって処理抜けが発生する可能性があるか否かを判定するためのしきい値であって、例えば、制御対象機器の制御内容，メインＥＣＵ２００の処理能力などを考慮して適宜設定することができる。そして、サブＥＣＵ３００は、電圧が所定のしきい値より高いと判定すれば処理をステップ１３へと進める一方（Ｙｅｓ）、電圧が所定のしきい値以下であると判定すれば処理をステップ１５へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１３では、サブＥＣＵ３００が、例えば、内蔵した計時機能を利用して、電圧が所定のしきい値より高くなった状態が所定時間継続したか否かを判定する。ここで、所定時間は、一時的に演算負荷が高まったことを排除するためのしきい値であって、例えば、制御対象機器の制御内容，メインＥＣＵ２００の処理能力などを考慮して適宜設定することができる。そして、サブＥＣＵ３００は、上記状態が所定時間継続したと判定すれば処理をステップ１４へと進める一方（Ｙｅｓ）、上記状態が所定時間継続していないと判定すれば処理をステップ１５へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１４では、サブＥＣＵ３００が、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常であると判定し、その判定結果をメインＥＣＵ２００に送信する。なお、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常であると判定したとき、例えば、インストルメントパネルの警告灯などを点灯させ、運転者などに異常が発生したことを報知するようにしてもよい。

ステップ１５では、サブＥＣＵ３００が、メインＥＣＵ２００の演算負荷は正常であると判定し、その判定結果をメインＥＣＵ２００に送信する。

かかる演算負荷監視処理によれば、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００が出力する電圧が所定のしきい値より高いか否かを介して、メインＥＣＵ２００の演算負荷が過度に上昇したか否かを判定する。そして、サブＥＣＵ３００は、電圧が所定のしきい値より高い状態が所定時間継続したら、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常であると判定する。一方、サブＥＣＵ３００は、電圧が所定のしきい値より高い状態が所定時間継続していなければ、メインＥＣＵ２００の演算負荷が正常であると判定する。その後、サブＥＣＵ３００は、判定結果をメインＥＣＵ２００へ送信する。このとき、メインＥＣＵ２００は、起動直後又は演算負荷が高いときにも電圧を出力しているため、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００が起動している限り、その演算負荷を監視することができる。

なお、サブＥＣＵ３００は、電圧が所定のしきい値より高くなったとき、その状態が所定時間継続したか否かを判定せずに、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常であると判定することもできる。但し、上記状態が所定時間継続したか否かを判定することで、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常であると判定する判定精度を向上させることができる。また、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００から出力された電圧の変化状態を介して、そのＡ／Ｄ変換器が正常であるか否かを診断することもできる。

ところで、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常になったとき、これを放置しておくと、例えば、プログラムが無限ループに陥って、自動車の運転状態に応じて制御対象機器を制御できなくなってしまう。このため、サブＥＣＵ３００は、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常になったと判定したとき、メインＥＣＵ２００をリセットすることもできる。このようにすれば、メインＥＣＵ２００の処理状態を監視しているウォッチドッグタイマ２５０Ｄが不要となり、そのマイコン２５０の製造コストを低減することができる。

しかし、メインＥＣＵ２００において、演算負荷が過度に高くなったとき、自動車の運転状態に応じた処理を特定し、各処理の優先度に応じて実行する処理を取捨選択するようにすれば、メインＥＣＵ２００をリセットせずに、制御対象機器を制御し続けることができる。以下、この方法について説明する。

図７は、メインＥＣＵ２００が、定期処理又は割込処理が発生したことを契機として実行する、選択実行処理の一例を示す。ここで、選択実行処理を実行する前提として、メインＥＣＵ２００は、サブＥＣＵ３００から送信された判定結果を任意の時点で参照可能とするため、例えば、その判定結果をＲＡＭ２５０Ｃに格納する。なお、以下に説明する選択実行処理は、メインＥＣＵ２００が制御対象機器を制御するための定期処理及び割込処理と比較して演算負荷が軽いため、これを実行しても影響が少ない。

ステップ２１では、メインＥＣＵ２００が、例えば、ＲＡＭ２５０Ｃに格納された判定結果を参照し、演算負荷が所定のしきい値より高い異常が発生しているか否かを判定する。そして、メインＥＣＵ２００は、異常が発生していると判定すれば処理をステップ２２へと進める一方（Ｙｅｓ）、異常が発生していないと判定すれば、発生した処理を実行すべく、処理をステップ２７へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２２では、メインＥＣＵ２００が、自動車の所定箇所に取り付けられたセンサ出力などを読み込み、例えば、エンジン稼働状態で停止中か、アイドリングストップ状態で停車中か、所定車速以下の低速走行中か、所定車速よりも速い高速走行中かなど、自動車の運転状態を判定する。なお、自動車の運転状態としては、上記の４種類に限らず、３種類以下又は５種類以上とすることもできる。

ステップ２３では、メインＥＣＵ２００が、ステップ２２で判定した運転状態で発生する可能性がある定期処理及び割込処理の各処理について、処理の重要度を示す優先度を特定する。即ち、メインＥＣＵ２００のＲＯＭ２５０Ｂには、図８に示すような定期処理の優先度テーブル、図９に示すような割込処理の優先度テーブルが格納されている。定期処理及び割込処理の優先度テーブルには、夫々、定期処理Ａ〜Ｄの各処理について、自動車の運転状態に応じた優先度高，中及び低が設定されている。ここで、優先度「高」は必ず実行しなければならない処理、優先度「中」は所定回数ごとに１回実行すればよい処理、優先度「低」は処理をスキップしても影響が少ない処理を示す（以下同様）。定期処理の優先度テーブルを参照すると、例えば、アイドリングストップ状態での停車中における定期処理Ｂの優先度は、必ず実行しなければならない「高」であることが特定できる。そして、メインＥＣＵ２００は、選択実行処理を実行する契機となった定期処理又は割込処理に応じた、ＲＯＭ２５０Ｂに格納された優先度テーブルを参照し、自動車の運転状態及び処理に応じた優先度を特定する。

ステップ２４では、メインＥＣＵ２００が、ステップ２３で特定した優先度が「低」、即ち、実行対象である処理はその実行をスキップしても影響が少ないか否かを判定する。そして、メインＥＣＵ２００は、優先度が「低」であると判定すれば（Ｙｅｓ）、その処理の実行をスキップして処理を終了させる。一方、メインＥＣＵ２００は、優先度が「低」でない、即ち、優先度が「中」又は「高」であると判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ２５へと進める。

ステップ２５では、メインＥＣＵ２００が、ステップ２３で特定した優先度が「中」、即ち、所定回数ごとに１回実行すればよい処理であるか否かを判定する。そして、メインＥＣＵ２００は、優先度が「中」であると判定すれば処理をステップ２６へと進める一方（Ｙｅｓ）、優先度が「中」でない、即ち、優先度が「高」であると判定すれば処理をステップ２７へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２６では、メインＥＣＵ２００が、処理の優先度が「中」であるため、例えば、前回処理を実行してから所定回数経過したか否かを介して、その処理の実行をスキップ可能であるか否かを判定する。そして、メインＥＣＵ２００は、スキップ可能であると判定すれば処理を終了させる一方（Ｙｅｓ）、スキップ可能でないと判定すれば処理をステップ２７へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２７では、メインＥＣＵ２００が、選択実行処理を実行する契機となった処理を実行する。

かかる選択実行処理によれば、メインＥＣＵ２００は、定期処理又は割込処理が発生したときに、演算負荷が正常であれば、その処理を無条件で実行する一方、演算負荷が異常であれば、その処理の優先度に応じて処理の実行をスキップする。このとき、処理の優先度は、自動車の運転状態に応じて特定されるため、実際の運転状態に適合した優先度を特定することができる。そして、優先度の低い処理の実行がスキップされるため、定期処理時間内に重要な処理を実行することができ、例えば、メインＥＣＵ２００をリセットしなくとも、制御対象機器の制御を続行することができる。なお、処理の優先度は、高，中及び低の３段階に限らず、少なくとも、高及び低の２段階であればよい。

以上の実施形態では、メインＥＣＵ２００の演算負荷が異常であるか否かを判定するための所定のしきい値は、固定値であったが、次のように、自動車の運転状態変化に応じて動的に変更することもできる。

自動車の運転状態が変化するときは、定常状態で発生する定期処理に加え、運転状態変化に対応すべく、種々の割込処理が発生する。即ち、自動車の運転状態が過渡期になったとき、自動車の運転状態が切り替わるとき、メインＥＣＵ２００の演算負荷が変化する状態に移行するとき、発生する処理の数が増減するので、その増減を見越して所定のしきい値を変更する。ここで、自動車の運転状態が過渡期になる一例として、例えば、走行中にブレーキを作動させて減速させたとき、走行中にアクセルペダルを踏み込んで加速させたときなどを挙げることができる。また、自動車の運転状態が切り替わる一例として、例えば、停車時にアイドリングストップに移行するとき、アイドリングストップから復帰するときなどを挙げることができる。さらに、メインＥＣＵ２００の演算負荷が変化する状態に移行する一例として、例えば、電源投入時にメモリ診断を行うとき、アイドリングストップに移行するときなどを挙げることができる。なお、上記運転状態変化に応じて所定のしきい値を変更する大きさは、例えば、各状態変化により発生する割込処理の演算負荷などを考慮して適宜設定することができる。

このようにすれば、図１０に示すように、自動車の運転状態が変化する、過渡期，運転状態の切り替わり，演算負荷が変化する状態となったとき、所定のしきい値が変更されるので、運転状態変化に応じた異常判定を行うことができる。なお、図１０に示す例では、所定のしきい値は、定期処理時間に対する処理時間の割合［％］となっている。

電子制御システム１００を構成するメインＥＣＵ２００が、図１１に示すように、１つのパッケージに２つのマイクロコンピュータＡ及びＢが封入されたデュアルコアプロセッサを内蔵する場合、例えば、一方のマイクロコンピュータＢが他方のマイクロコンピュータＡの演算負荷を監視することができる。また、電子制御システム１００を構成するメインＥＣＵ２００が、図１２に示すように、１つのマイクロコンピュータＣのみを内蔵する場合、マイクロコンピュータＣから出力される電圧を自己で読み込み、その電圧に基づいて演算負荷を自己診断することができる。

ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
（１）電子制御装置は、マイクロコンピュータの演算負荷を測定する手段と、前記演算負荷をアナログ電圧値に変換する手段と、前記アナログ電圧値に応じた電圧を外部に出力する手段と、を有する。

（２）前記電子制御装置は、前記電圧を入力する手段を更に有する。
（３）前記電子制御装置は、前記電圧が所定のしきい値より高くなったときに、前記マイクロコンピュータの演算負荷が異常であると判定する手段を更に有する。

（４）前記電子制御装置は、前記マイクロコンピュータの演算負荷が異常であると判定されたときに、前記マイクロコンピュータで実行する処理を取捨選択する手段を更に有する。
（５）前記電子制御装置は、自動車の運転状態に応じて、前記所定のしきい値を動的に設定する手段を更に有する。

（６）前記電子制御装置は、前記電圧が所定のしきい値より高くなったことに加え、その状態が所定時間継続したときに、前記マイクロコンピュータの演算負荷が異常であると判定する。

（７）前記電子制御装置は、前記マイクロコンピュータの演算負荷が異常であると判定したとき、前記処理の優先度に応じて、前記マイクロコンピュータで実行する処理を取捨選択する。

（８）前記処理の優先度は、自動車の運転状態ごとに設定されている。
（９）前記演算負荷は、定期処理時間内に実行する処理の実行時間又は割合である。
（１０）前記処理は、定期処理及び割込処理である。

２００ メインＥＣＵ
２５０ マイコン（マイクロコンピュータ）
２５０Ｅ アナログ入出力ポート

Claims (5)

1. マイクロコンピュータを内蔵した電子制御装置であって、
   前記マイクロコンピュータの演算負荷を測定する手段と、
   前記演算負荷をアナログ電圧値に変換する手段と、
   前記アナログ電圧値に応じた電圧を出力するアナログ入出力ポートと、
   前記電圧が所定のしきい値より高くなったときに、前記マイクロコンピュータで実行する複数の処理の中から、当該処理の優先度に応じて選択された処理の実行をスキップさせる手段と、
   を有することを特徴とする電子制御装置。
2. 自動車の運転状態に応じて、前記所定のしきい値を動的に設定する手段を更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記処理の優先度は、自動車の運転状態ごとに設定されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記演算負荷は、定期処理時間内に実行する処理の実行時間又は割合である、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電子制御装置。
5. 前記処理は、定期処理及び割込処理である、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電子制御装置。