JP7399313B2 - 車両制御システム - Google Patents
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Description
車両の周辺環境を検出するセンサ、
車両を操作するアクチュエータ、
アクチュエータを駆動する駆動ユニット、
センサの信号に基づいて車両の制御目標値を算出し、制御目標値に基づいて駆動ユニットを駆動する、二つのリアルタイム制御用の演算装置と二つの非リアルタイム制御用の演算装置とを有する制御装置、を備えた車両制御システムであって、
いずれかの一つまたは二つの演算装置が故障した場合は、他の演算装置が故障した演算装置の機能を引き継ぐよう構成され、
リアルタイム制御用の演算装置の一方が故障し他方が健全な場合は、一方のリアルタイム制御用の演算装置の機能を他方のリアルタイム制御用の演算装置が引き継ぎ、
リアルタイム制御用の演算装置の双方が故障した場合は、非リアルタイム制御用の演算装置がリアルタイム制御用の演算装置の機能を引き継ぐものである。
<車両制御システムの構成>
図2に、実施の形態1に係る制御部100、200、300のハードウェア構成図を示す。制御部100、200、300の各機能は、制御部100、200、300が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御部100、200、300は、図2に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)などの演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93、及び通信部などの外部装置とデータのやり取りを行うインターフェース94などを備えている。
図1の制御部100の演算装置101、201は例えばSoC(System on a Chip)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphic Processer Unit)の何れか1つまたは複数を組み合わせて構成された、非リアルタイムの制御を目的とするOS(Operating System)を実装する半導体集積回路を指し、ここではマイクロコンピュータと称する。
演算装置101、201、205、305は故障検知機能(自己診断機能)を備えており、故障した際は基幹通信網2を介して故障していない他の演算装置に故障状況を報知する。故障検知は自己診断以外に正常確認用の信号を他の演算装置に送信し、正常に動作しているか相互監視して故障検知をしてもよい。
リアルタイム制御用の演算装置205、305の両方が故障した場合に、非リアルタイム制御用の演算装置101、201がリアルタイム制御用の演算装置205と305の機能を引き継ぐ。このとき、非リアルタイム制御用の演算装置101、201は、予め定めた予測期間後の車両制御状態を予測し、予測した車両制御状態に基づいた駆動予定信号を信号補正部103、203に伝達する。信号補正部103、203は、演算装置101、201が出力した駆動予定信号から、補間した駆動信号を求め、周期のばらつき、駆動予定信号間の情報の補間を行うための回路またはソフトウェアで構成されている。例えばFPGA、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)など、高速で演算処理可能な半導体集積回路を用いる。または、信号補正部103、203は、演算装置101、201の機能の1つとして、プログラムとして組み込まれていても良い。
<リアルタイム制御の処理>
図3、4は、実施の形態1に係るリアルタイム制御用の演算装置(マイクロコントローラ)205の演算のフローチャートである(以下、コントローラと称する)。図4は図3の続きの処理を示す。図3、4の処理は、例えば1ms毎に実行される。リアルタイム制御用の処理なので、必ず1ms以内に制御を終了する。
メモリに書込む。コントローラが二つとも故障した時の準備である。ステップS329で処理を終了する。
図7は実施の形態1に係る演算装置101の非リアルタイム制御用の演算のフローチャートである。演算装置101では、制御時間を決めず分担している処理を常に実行する構成となっている。
を実行している。ステップS411の後、ステップS402へ戻る。
図9は、実施の形態1に係る演算装置101の非リアルタイム制御用の演算の優先処理のフローチャートである。コントローラ2個故障に際し、車両のセキュリティに係る機能を優先的に実行し、信号補正部を利用して制御周期を疑似的に高くし、リアルタイム制御に近づけている。
図11は、実施の形態1に係る通信部104の駆動信号出力のフローチャートである。図11の処理は、通信部によって例えば1msごとに実行される。ステップS601から処理を開始し、ステップS602でコントローラ2個故障かどうか判定する。コントローラ2個故障の場合にのみ、当該処理を実施するので、コントローラ2個故障でない(判定がNO)の場合はステップS609で終了する。
図13は、実施の形態2に係る車両制御システムの構成図である。実施の形態1に係る図1と比較して、制御通信網6、7が二重となっている部分が異なる。駆動ユニット31は、二重の通信網でリアルタイム制御用の演算装置および非リアルタイム制御用の演算装置と接続され、一方の通信網は全ての前記演算装置が正常な場合に使用され、他方の通信網は前記演算装置のいずれかが故障している場合に用いられる。これによって、演算装置の正常時と異常時との動作を明確に切り分けられるので、信頼性が向上する。
Claims (9)
- 車両の周辺環境を検出するセンサ、
前記車両を操作するアクチュエータ、
前記アクチュエータを駆動する駆動ユニット、
前記センサの信号に基づいて前記車両の制御目標値を算出し、前記制御目標値に基づいて前記駆動ユニットを駆動する、二つのリアルタイム制御用の演算装置と二つの非リアルタイム制御用の演算装置とを有する制御装置、を備えた車両制御システムであって、
いずれかの一つまたは二つの前記演算装置が故障した場合は、他の演算装置が故障した演算装置の機能を引き継ぐよう構成され、
前記リアルタイム制御用の演算装置の一方が故障し他方が健全な場合は、前記一方のリアルタイム制御用の演算装置の機能を前記他方のリアルタイム制御用の演算装置が引き継ぎ、
前記リアルタイム制御用の演算装置の双方が故障した場合は、前記非リアルタイム制御用の演算装置が前記リアルタイム制御用の演算装置の機能を引き継ぐ車両制御システム。 - 前記非リアルタイム制御用の演算装置が、前記リアルタイム制御用の演算装置の機能を引き継ぐ場合は、前記非リアルタイム制御用の演算装置の通常の演算周期よりも短い演算周期によって引き継いだ機能の処理を実行する請求項1に記載の車両制御システム。
- 前記非リアルタイム制御用の演算装置は、現在時点から予め定められた移行期間後までの間の前記駆動ユニットに与える駆動信号を生成してメモリに格納し、
前記リアルタイム制御用の演算装置が故障した場合に前記非リアルタイム制御用の演算装置が前記リアルタイム制御用の演算装置の機能を引き継ぐ場合は、前記移行期間の間、前記メモリに格納された駆動信号が予め定められた周期で前記駆動ユニットに供給される請求項1または2に記載の車両制御システム。 - 前記リアルタイム制御用の演算装置または前記非リアルタイム制御用の演算装置は、現在時点から予め定められた移行期間後までの間の前記駆動ユニットに与える駆動信号を生成してメモリに格納し、
前記リアルタイム制御用の演算装置が故障した場合に前記非リアルタイム制御用の演算装置が前記リアルタイム制御用の演算装置の機能を引き継ぐ場合は、前記移行期間の間、前記メモリに格納された駆動信号が予め定められた周期で前記駆動ユニットに供給され、
前記リアルタイム制御用の演算装置が故障した場合に前記非リアルタイム制御用の演算装置が前記リアルタイム制御用の演算装置の機能を引き継ぐ場合は、前記非リアルタイム制御用の演算装置は、予め定められた予測期間後の車両制御状態を予測し、前記予測した前記車両制御状態に基づいた駆動予定信号を信号補正部に伝達し、
前記移行期間後は、前記信号補正部は現在出力している駆動信号と前記予測期間後の駆動予定信号に基づいて、補間した駆動信号を予め定められた周期で前記駆動ユニットに出力する請求項1から3のいずれか一項に記載の車両制御システム。 - 前記信号補正部は、アクチュエータごとの出力特性に応じて、補間した駆動信号を生成する請求項4に記載の車両制御システム。
- 前記信号補正部は、前記非リアルタイム制御用の演算装置から受信した前記予測期間後の駆動予定信号の履歴の移動平均値またはスプライン曲線に基づいて、補間した駆動信号を生成する請求項4または5に記載の車両制御システム。
- 前記リアルタイム制御用の演算装置および前記非リアルタイム制御用の演算装置は、故障検知機能を備え、故障を検知した場合は他の演算装置に故障したことを通知する請求項1から6のいずれか一項に記載の車両制御システム。
- 前記駆動ユニットは、二重の通信網で前記リアルタイム制御用の演算装置および前記非リアルタイム制御用の演算装置と接続され、
一方の通信網は全ての前記演算装置が正常な場合に使用され、
他方の通信網は前記演算装置のいずれかが故障している場合に用いられる請求項1から7のいずれか一項に記載の車両制御システム。 - 前記センサは、前記車両の周辺環境を検知するカメラと、前記車両の位置を検出するロケータを含む請求項1から8のいずれか一項に記載の車両制御システム。
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