JP6378119B2 - Control controller, steer-by-wire system and machine - Google Patents
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Description
本発明は、操舵装置とステアリングが機械的に連結していないステアバイワイヤシステムなどにおいて、制御系に冗長性を持たせるのに好適な制御コントローラに関する。 The present invention relates to a control controller suitable for providing redundancy to a control system in a steer-by-wire system or the like in which a steering device and a steering are not mechanically coupled.
自動車、走行する土工機械、自動走行するロボット或いは無人飛行機などの制御系システムにおいては、電気・電子制御化が進み機能安全対応が必須となっている。特に、故障して操舵不能になった場合の危険性が高いステアリングにおいても、ステアリングバイワイヤ(以下、ステアバイワイヤ)と呼ばれる電気・電子制御化が検討されている。その中で、特開2013−012345号公報(特許文献1)には、制御装置を多重化することで制御の冗長性が得られるようにしたステアバイワイヤ式操舵装置が記載されている。このステアバイワイヤ式操舵装置は、メインモータを切り離しサブモータの回転を伝えて転舵可能なフェールセーフモードとする切替機構と、反力アクチュエータ及びサブモータを制御する第1の制御装置と、メインモータを駆動する第2の制御装置とを有している。さらに、第1の制御装置は、異常時切替指令部を有し、相互故障診断部で第2の制御装置が故障であると診断したときに、切替機構をフェールセーフモードとする(要約参照)。 In control systems such as automobiles, traveling earth-moving machines, automatic traveling robots, and unmanned airplanes, electrical / electronic control has progressed and functional safety support has become essential. In particular, even in a steering where there is a high risk of being unable to steer due to a failure, electric / electronic control called steering-by-wire (hereinafter referred to as “steer-by-wire”) is being studied. Among them, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-012345 (Patent Document 1) describes a steer-by-wire type steering device in which control redundancy is obtained by multiplexing control devices. This steer-by-wire steering device drives the main motor by switching the fail-safe mode that can turn the main motor by disconnecting the main motor and transmitting the rotation of the sub motor, the first control device that controls the reaction force actuator and the sub motor, and the main motor. And a second control device. Furthermore, the first control device has an abnormal-time switching command unit, and when the mutual failure diagnosis unit diagnoses that the second control device is in failure, the switching mechanism is set to fail-safe mode (see summary).
特許文献1では、切替機構が切替できないという故障をした後に、第1の制御装置が故障すると、第2の制御装置に切替えることができない。すなわち、特許文献1では、切替機構及び第1の制御装置が故障した場合に動作を継続することができない危険側故障になるという場合が想定されていない。そのため、特許文献1のステアバイワイヤ式操舵装置では、切替機構に接続される制御装置の故障に対して冗長化されているという効果に留まる。
In
制御系システムの機能安全対応を図るには、切替機構内部の切替スイッチを冗長構成とする必要がある。さらに、切替機構の制御を容易とするために、制御系システム内の制御装置を冗長化するのではなく、制御装置内で冗長化することが好ましい。 In order to meet the functional safety of the control system, the changeover switch in the changeover mechanism needs to have a redundant configuration. Furthermore, in order to facilitate the control of the switching mechanism, it is preferable to make the control device in the control system redundant rather than redundant in the control system.
本発明の目的は、切替機構の内部で切替できないという故障によって、制御系システムが危険側故障になることを低減し、安全側故障割合を向上させることにある。 An object of the present invention is to reduce the risk that a control system becomes a dangerous failure due to a failure that cannot be switched inside the switching mechanism, and to improve the safety-side failure rate.
上記課題を解決するために、本発明の制御コントローラは、アクチュエータを制御する制御信号を生成するメインチャネル及びバックアップチャネルと、前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルの故障を検出するチャネル故障検出部と、前記メインチャネルが出力する第1制御信号と前記バックアップチャネルが出力する第2制御信号とを切替えてアクチュエータへの出力インタフェースに出力する切替機構と、を備えた制御コントローラにおいて、
前記切替機構は、前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルと前記出力インタフェースとの接続状態を切替えるメインスイッチ及び1つ以上のバックアップスイッチと、前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチの接続状態を切替える切替制御部と、前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチの故障を検出するスイッチ故障検出部と、を有し、
前記バックアップスイッチは、前記第1制御信号が伝達される第1信号線に第3信号線を接続すると共に前記第2制御信号が伝達される第2信号線に第4信号線を接続する接続状態と、前記第1制御信号が伝達される第1信号線に前記第4信号線を接続すると共に前記第2制御信号が伝達される第2信号線に前記第3信号線を接続する接続状態と、を切替えるように構成され、
前記メインスイッチは、前記第3信号線を前記出力インタフェースに接続する接続状態と、前記第4信号線を前記出力インタフェースに接続する接続状態と、を切替えるように構成され、
前記切替機構は、前記切替制御部が前記チャネル故障検出部及び前記スイッチ故障検出部からの故障通知を受け取って前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチの接続状態の切替を行うことにより、前記出力インタフェースに前記第1制御信号又は前記第2制御信号のいずれか一方を出力する。
In order to solve the above problems, a controller of the present invention includes a main channel and a backup channel that generate a control signal for controlling an actuator, a channel failure detection unit that detects a failure of the main channel and the backup channel, a switching mechanism that outputs switch and a second control signal by the first control signal and the backup channel main channel is output to the output interface to the actuator, the controller having a,
The switching mechanism includes a main switch and one or more backup switches that switch a connection state between the main channel and the backup channel and the output interface, a switching control unit that switches a connection state between the main switch and the backup switch, have a, a switch failure detecting section detecting a failure of the main switch and the backup switch,
The backup switch has a connection state in which a third signal line is connected to a first signal line to which the first control signal is transmitted and a fourth signal line is connected to a second signal line to which the second control signal is transmitted. And a connection state in which the fourth signal line is connected to the first signal line to which the first control signal is transmitted and the third signal line is connected to the second signal line to which the second control signal is transmitted. Is configured to switch between,
The main switch is configured to switch between a connection state in which the third signal line is connected to the output interface and a connection state in which the fourth signal line is connected to the output interface;
In the switching mechanism, the switching control unit receives a failure notification from the channel failure detection unit and the switch failure detection unit, and switches the connection state of the main switch and the backup switch, so that the output interface Either the first control signal or the second control signal is output .
本発明によれば、切替機構内部の故障を検知し、メインスイッチが故障した場合は、バックアップスイッチによってメインチャネル又はバックアップチャネルへの接続を切替えるので、切替機構内部が故障をしても制御系システムは動作を継続することができる。このため、危険側故障になることを低減し、安全側故障割合を向上させることができる。 According to the present invention, a failure in the switching mechanism is detected, and when the main switch fails, the connection to the main channel or the backup channel is switched by the backup switch. Can continue to operate. For this reason, it can reduce that it becomes a dangerous side failure, and can improve the safe side failure rate.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面を用いて、本発明に係る実施例を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明を車体システム100のステアバイワイヤシステム104に適用した場合の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to the steer-by-
ステアバイワイヤシステム104は、移動体システム100の移動体ボディ100Aの移動方向を変えるために用いられる装置である。移動体システム100は、乗用車などの車両や産業機械を含む。産業機械は、ダンプトラックや油圧ショベル等に代表される土工機械及び建設機械を含む。産業機械は、陸上を走行する車両に限らず、飛行機や船舶であってもよい。以下、陸上を走行する移動体システム(車体システム)100を対象として、説明する。
The steer-by-
車体システム100はステアリングハンドル101、機械装置102、足部103及びステアバイワイヤシステム104を備える。ステアリングハンドル101、機械装置102、足部103及びステアバイワイヤシステム104は、移動体ボディ(車体)100A上に設けられている。機械装置102及びステアバイワイヤシステム104は操舵装置を構成する。
The
ステアリングハンドル101は、例えば、ステアリングホイール、ステアリングレバー、ステアリングバー又はジョイスティックなどのステアリング操作器具であって、センサに対して傾きや速度、加速度などを伝達する。ステアリングハンドル101は必ずしも人間が操作する必要はなく、遠隔で操作されたり、人工知能搭載のコントローラから直接操作されても良い。
The
機械装置102は、機械装置に対して動力を伝達するステアリングに関わる装置であって、例えば、ギアやシャフトなどである。
The
足部103は例えば、タイヤである。足部103は、タイヤの他に、クローラであってもよい。産業用機械が水上や空を走行する場合は、尾翼のようなものでもよい。すなわち、足部103は、走行路面、空気或いは水の抵抗を受けて車体ボディを含む移動体ボディ100Aの移動方向を変える装置である。車体システム100においては、足部103は、走行するための走行部を兼ねる。
The
ステアバイワイヤシステム104は、センサ111、アクチュエータ112、表示器113及び制御コントローラ114から構成される。
The steer-by-
センサ111は、ステアリングハンドル101から操舵角情報などを取得するものであって、操舵角情報などを制御コントローラ114にアナログ信号やPWM(Pulse Width Modulation)信号、CAN通信などで伝達する。
The
アクチュエータ112は、制御コントローラ114からPWM信号などの電気信号やCAN通信などで伝達されたストリーム情報によって動作するものであって、例えば、電磁弁やモータである。
The
表示器113は、制御コントローラ114からの指示によって、運転手やオペレータなどの人や人工知能などへ情報を伝達する手段である。例えば、LEDや液晶などの表示パネルや、警報音などを発生する装置でもよい。
The
制御コントローラ114は、センサ111からのアナログ信号またはPWM信号またはCAN通信などで情報を取得する入力インタフェースをもつ。また、図示はしないが、入力インタフェースには、例えば、エンジンコントローラなどからのエンジン回転数情報など走行に関わる情報が入力されてもよい。
The
制御コントローラ114は、出力インタフェースとして、アクチュエータ112を制御する出力インタフェースを有し、例えば、PWM信号などの電気信号やCAN通信を出力して、アクチュエータ112を制御する。また、制御コントローラ114は、表示器113への出力インタフェースを持つ。
The
図2は、ステアバイワイヤシステム104内の制御コントローラ114の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating one embodiment of the
制御コントローラ114は、メインチャネル201、バックアップチャネル202、チャネル故障検出部203及び切替機構204を備える。図2では、バックアップチャネル202は1つしか記載していないが、複数備えていてもよい。
The
メインチャネル201及びバックアップチャネル202は、制御コントローラ114の外部のセンサ111から、アナログ信号やPWM信号、或いはCAN通信で伝達される情報などを信号線S1,S2を通じて取得する入力インタフェースと、各々のチャネルの内部に備えられたアプリケーション部324(図3参照)で同一の計算処理(演算)をして、その計算処理結果をPWM出力やCAN通信などで信号線S4,S5に出力する出力インタフェースとを有する。メインチャネル201及びバックアップチャネル202は、アクチュエータ112を制御する制御信号を生成する。メインチャネル201及びバックアップチャネル202から出力されたPWM出力やCAN通信などの制御信号は、信号線S4,S5を通じて切替機構204のバックアップスイッチ214に入力される。
The
ここで、同一の計算処理とは、同一の要求仕様に基づくプログラムであって、まったく同じコードではなくてもよい。例えば、異なるプログラマーによってコーディングされたプログラムであっても良い。 Here, the same calculation process is a program based on the same required specification and may not be exactly the same code. For example, it may be a program coded by a different programmer.
また、アプリケーションプログアムの一部が同一処理であればよく、すべてを同一処理にする必要は無い。 Further, it is sufficient that a part of the application program is the same process, and it is not necessary to make all the same process.
チャネル故障検出部203は、メインチャネル201及びバックアップチャネル202の故障を検知する手段である。例えば、メインチャネル201及びバックアップチャネル202の各々に、故障を自己診断する機能を設ける。メインチャネル201及びバックアップチャネル202の各々が故障を自己診断した場合は、信号線S6,S7を通じて故障通知をチャネル故障検出部203に通知する。
The channel
信号線S6,S7を通じて行う故障通知は、例えばハートビートのような周期的なパルスを用いて行うと良い。正常時は、各チャネル201,202からチャネル故障検出部203に信号線S6,S7を通じて周期的なパルスを通知する。各チャネル201,202は、故障を自己診断した場合に、周期的なパルスの送信を止める。チャネル故障検出部203は、周期的なパルスの送信が停止されたことを検知すると、パルスの送信が停止したメインチャネル201又はバックアップチャネル202のいずれか、或いはその両方を故障と判定する。周期的なパルスにより各チャネル201,202が正常であることが通知されるため、故障を通知する信号がHighレベル又はLowレベルのいずれになった場合でも、チャネル故障検出部203は各チャネル201,202の故障を検知することができる。
The failure notification performed through the signal lines S6 and S7 is preferably performed using a periodic pulse such as a heartbeat. When normal, periodic pulses are notified from the
チャネル故障検出部203は、故障の自己診断機能を有していてもよい。本実施例では、メインチャネル201及びバックアップチャネル202と同様に、チャネル故障検出部203にも故障の自己診断機能を設ける。
The channel
故障の自己診断機能を実現するために、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203をロックステップマイコンで構成すると良い。ロックステップマイコンについては、後述する。
In order to realize a failure self-diagnosis function, the
チャネル故障検出部203は、信号線S12を通じて、メインチャネル201及びバックアップチャネル202うち故障を検知したチャネルを切替制御部212に通知する。チャネル故障検出部203が故障した場合、切替制御部212への故障通知が実行不可能になる場合も考えられる。そこで、チャネル故障検出部203から切替制御部212へ信号線S20,S21を接続し、メインチャネル201及びバックアップチャネル202から信号線S6,S7を通じて送られてくる周期的なパルスを切替制御部212へ送信するようにしてもよい。信号線S20はメインチャネル201からの周期的なパルス信号を切替制御部212に送信する。信号線S21はバックアップチャネル202からの周期的なパルス信号を切替制御部212に送信する。切替制御部21は周期的なパルスに基づいてメインチャネル201及びバックアップチャネル202の故障を検知することができる。
The channel
図2では、周期的なパルス信号(ハートビート信号)を送信する信号線S6,S7,S20,S21を破線で示している。切替制御部212に故障を通知する信号線S12と信号線S20,S21とは、いずれか一方が設けられていれば良い。チャネル故障検出部203の故障に配慮した場合、信号線S12と信号線S20,S21とを併設することが望ましい。単に、メインチャネル201及びバックアップチャネル202の故障を切替制御部212に通知するだけであれば、メインチャネル201及びバックアップチャネル202からの信号線S6,S7を直接切替制御部212に接続してもよい。
In FIG. 2, signal lines S6, S7, S20, and S21 for transmitting periodic pulse signals (heartbeat signals) are indicated by broken lines. Any one of the signal line S12 and the signal lines S20 and S21 for notifying the switching
メインチャネル201及びバックアップチャネル202の故障を検知する手段は、以下のような手段であってもよい。例えば、メインチャネル201及びバックアップチャネル202と同様に、チャネル故障検出部203は、センサ111から、例えばアナログ信号やPWM信号、或いはCAN通信で伝達される情報などを、信号線S3を通じて取得し、内部に備えられたアプリケーション部324(図3参照)でメインチャネル201及びバックアップチャネル202と同一の計算処理(演算)をして、計算処理結果をPWM出力やCAN通信などで信号線S8に出力する。さらに、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203から出力されたPWM出力やCAN通信などを信号線S9,S10,S11通じてチャネル故障検出部203にフィードバックする。
Means for detecting a failure in the
メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203の各々が正常であれば、信号線S9,S10,S11を通じてチャネル故障検出部203にフィードバックされる各出力の値は同値になる。チャネル故障検出部203は、PWM出力やCAN通信などをリアルタイムで比較して、多数決による比較を行う。チャネル故障検出部203は、他の2つと異なる値を出力するメインチャネル201、バックアップチャネル202又はチャネル故障検出部203のいずれかを故障であると判定する。すなわち、チャネル故障検出部203は、多数決アーキテクチャ(例えば、2 out of 3)を用いて、各チャネル201,202,203の故障を検出する。チャネル故障検出部203は、故障と判定したチャネル201,202又は203を、信号線S12を通じて切替制御部212に通知する。
If each of the
チャネル故障検出部203が故障した場合でも、メインチャネル201及びバックアップチャネル202で制御信号を生成することは可能である。従って、制御コントローラ114の動作は継続することができる。そこで、多数決アーキテクチャによりチャネル故障検出部203の故障が確認された場合は、フェールセーフモードに移行すると共に、フェールセーフモードへの移行を示すフラグを立てる。そして、表示器113に警告を出し、至急の修理を要求する。
Even when the channel
切替機構204は、メインチャネル201が出力する制御信号とバックアップチャネル202が出力する制御信号とを切替えて、出力インタフェース215に出力するための機構である。出力インタフェース215に出力された制御信号は、アクチュエータ112へ送られる。
The
メインチャネル201及びバックアップチャネル202からチャネル故障検出部203への故障通知は、信号線S6,S7又は信号線S9,S10のいずれか一方で行うことができる。従って、信号線S6,S7と信号線S9,S10とを両方備えている必要はない。しかし、信号線S6,S7と信号線S9,S10とを両方備えることにより、信頼性を高めるようにしてもよい。
The failure notification from the
図3Aは、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 3A is a block diagram illustrating an embodiment of the
メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203は、MCU301、発振回路302、電源部303、監視部304及び外部メモリ305を備える。
The
MCU301は、Micro Control Unitであり、いわゆるマイコンである。例えば、CPU311、PWM312、SPI313、I/O314、Timer315、Network316、RAM317、ADC318、ROM319を有する。
The
また、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203は、外部インタフェースとして、ADCインタフェース331と、Networkインタフェース332、監視部出力インタフェース333、PWM出力インタフェース334を持つ。
The
なお、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203は必ずしもMCU301を使用して実現する必要はなく、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programable Gate Array)などで実現しても良い。
Note that the
CPU311は、例えば、計算能力を持つ中央演算子であって、ROM319からプログラムをロードして、RAM317に展開し、数値計算や情報処理、機器制御などを行う。CPU311のコアは1つである必要はなく、複数(例えば2つ)のCPUコアで構成されロックステップと呼ばれる機能を有するもの(ロックステップマイコン)であってもよい。
The
図3Bは、MCU(マイコン)301内に、2つのCPU(CPU_A,CPU_B)311A,311Bを設けたロックステップマイコンの一実施例を示すブロック図である。ロックステップマイコンは、複数のCPUコアを有していればよいが、本実施例では、2つのCPUコアを有する場合について説明する。ロックステップは、第1のCPUコア(CPU_A)311Aと第2のCPUコア(CPU_B)311Bとに同じ処理(演算)を実行させ、2つのCPUコア311A,311Bの処理結果を比較器326で比較してCPUコアの故障(異常)を検出する機能である。すなわち、ロックステップマイコンはCPUコア311A,311Bの異常を検出する異常検出機能を有する。この機能により、故障の自己診断を行うことができる。
FIG. 3B is a block diagram showing an embodiment of a lockstep microcomputer in which two CPUs (CPU_A, CPU_B) 311A and 311B are provided in an MCU (microcomputer) 301. The lockstep microcomputer only needs to have a plurality of CPU cores, but in the present embodiment, a case where two CPU cores are provided will be described. In the lock step, the first CPU core (CPU_A) 311A and the second CPU core (CPU_B) 311B execute the same processing (calculation), and the processing results of the two
ロックステップマイコンは、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203の全てに構成されてもよい。或いは、少なくともメインチャネル201及びバックアップチャネル202に設けることにより、メインチャネル201及びバックアップチャネル202の故障検出に利用してもよい。メインチャネル201又はバックアップチャネル202のいずれか一方にロックステップマイコンを設け、ロックステップマイコンを設けた方の故障検出に利用してもよい。ロックステップマイコンを設けない方の故障検出は、他の手段で行うようにすればよい。メインチャネル201及びバックアップチャネル202の両方において、故障検出をロックステップマイコン以外の手段で行ってもよい。
The lockstep microcomputer may be configured in all of the
PWM312は、例えば、Pulse Width Modulation(パルス幅変調)信号を出力する手段である。PWM信号はアクチュエータ112を制御する信号である。
The
SPI(Serial Peripheral Interface)313は、例えば、同期式シリアル通信の手段である。外部メモリ305と通信できるのであれば、同期式シリアル通信に限らず、非同期シリアル通信でも、パラレル通信でも構わない。
An SPI (Serial Peripheral Interface) 313 is, for example, means for synchronous serial communication. As long as communication with the
I/O314は、例えば、汎用的な入出力であって、故障を通知したりする。
The I /
Timer315は、例えば、発振回路302からクロックを受け取って動作するタイマーであって、カウントやインプットキャプチャ、PWMの波形生成などを行う。
The
Network316は、例えば、CAN(Controller Area Network)やEthernet(登録商標)であって相互接続された機器間のデータ転送を行う。
The
RAM317は、例えば、揮発性メモリであって、図示はしないが、EDC(エラー検出訂正)などのメモリ故障対策を持っても良い。
The
ADC318は、例えば、アナログ信号を10bit、12bit、16bitなどのデジタル信号に変換して、ROM319のプログラムに渡すものである。
The
ROM319は、例えば、不揮発性メモリであって、プログラムを格納するメモリである。CRC(Cyclic Redundancy Checking)などのメモリ故障対策を持ってもよい。
The
ROM319に格納されるプログラムは、ディスパッチ部321、入力部322、出力部323、アプリケーション部324、診断部325などがある。
Programs stored in the
ディスパッチ部321は、例えば、プロセスまたはタスクと呼ばれるプログラム単位にCPU311の計算能力を割り当てるプログラムを管理するプログラムである。
The
入力部322は、例えば、SPI313、I/O314、Network316、ADC318などのインタフェースから情報を取得するプログラムである。
The
出力部323は、PWM312、SPI313、I/O314、Network316、などのインタフェースへ情報を渡すプログラムである。
The
アプリケーション部324は、例えば、制御コントローラ114の動作を司るプログラムである。メインチャネル201のアプリケーションプログラムであったり、バックアップチャネル202のアプリケーションプログラムであったり、チャネル故障検出部203のアプリケーションプログラムが格納される。
The
診断部325は、例えば、チャネル内のRAM317、ROM319、I/O314、外部メモリ305、ADC(アナログ入力)318及びPWM出力312などの故障を、マーチ、ギャルパットなどと呼ばれるメモリ診断機能やダブルRAM、防衛的プログラミングなどで検出するプログラムである。すなわち、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203は、MCU301内部のROM319、RAM317、アナログ入力(ADC318)、出力(PWM出力312)の故障を検知するハードウェアの故障診断機能を有する。診断には、例えば、起動時診断と、ランタイム診断の2種類がある。
For example, the
発振回路302は、例えば、水晶振動子、水晶発振器などのTCXOやOCXO、セシウム発振器、ルビジウム発振器或いはMEMS発振器などの発振回路である。発振回路302は必ずしも1系統である必要はない。水晶振動子、水晶発振器などのTCXOやOCXO、セシウム発振器、ルビジウム発振器或いはMEMS発振器などを適宜組み合わせて2系統以上の発振回路を構成してもよい。これにより、発振回路302の信頼性或いは冗長性が向上する。
The
また、GPS(Global Positioning System)などの衛星測位システムから精度の高い時刻を取得してTimer315の補正を行ったり、基準信号として使用しても良い。
Further, a highly accurate time may be acquired from a satellite positioning system such as GPS (Global Positioning System) to correct
電源部303は、図示はしていないが、例えば、外部電源から24Vの直流入力電源を取得して、5Vまたは3.3Vなどに変換するDCDCコンバータである。LDO(Low Drop Out)やレギュレータなどで実現しても良い。
Although not shown, the
電源部は必ずしも1系統である必要はない。上述した電源の他、図示はしていないが、エンジンに設けられた補機で発電された電力を変換した電源、鉛蓄電池、リチウムイオン電池或いは燃料電池を適宜組み合わせて2系統以上の電源を設けてもよい。例えば、メイン電源はリチウムイオン電池で構成し、バックアップ電源は鉛蓄電池というように、電源に多様性を持たせても良い。これにより、電源部303の信頼性或いは冗長性が向上する。
The power supply unit is not necessarily one system. In addition to the power sources described above, although not shown, two or more power sources are provided by appropriately combining a power source converted from power generated by an auxiliary machine provided in the engine, a lead storage battery, a lithium ion battery, or a fuel cell. May be. For example, the main power source may be composed of a lithium ion battery, and the backup power source may be a lead storage battery, so that the power source may have diversity. Thereby, the reliability or redundancy of the
監視部304は、例えば、低電圧、過電圧、過電流などの電源の異常を監視したり、MCU301の故障をタイムウィンドウなどで監視する手段である。監視部304は、故障を検出した場合、監視部出力インタフェース333を介して、チャネル故障検出部203に故障を通知する。この故障通知は、監視部出力インタフェース333を介して、信号線S6,S7(図2参照)に出力される。監視部304は、監視を行うために、ウォッチドックタイマを持っていても良い。故障を検出して、安全であると判断される場合はMCU301に対してリセットをかけても良い。
The
外部メモリ305は、例えば、読み書きできるEEPROMなどの不揮発性のメモリや揮発性メモリDRAM、SDRAMである。MCU内部のROMやRAMが足りない場合は外部メモリを使用してよい。外部メモリ305には、センサ111の校正パラメータや初期値が格納される。
The
各チャネル201,202及びチャネル故障検出部203は、自己診断で内部の故障を検知して、MCU301に対して故障を通知する機能を有していても良い。
Each of the
ADCインタフェース331は、例えば、センサ111からの情報を取得し、MCU301のADC318へアナログ信号を渡すインタフェースである。
The
Networkインタフェース332は、例えば、CANやEthernet(登録商標)のインタフェースであって、センサ111からの情報を取得したり、アクチュエータ112を制御する信号を出力する。
The
図示はしないが、エンジンコントローラなどからのエンジン回転数情報など走行に関わる情報がMCU301に入力されてもよい。またMCU301は、故障通知を出力しても良い。
Although not shown, information related to running such as engine speed information from an engine controller or the like may be input to the
なお、Networkインタフェース332は、入出力できるのであれば、例えばRS−232C、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)、オープンコレクタ(Open Collector)、TTL(Transistor−Transistor Logic)、パラレルI/F、USB(Universal Serial Bus)等でもよい。
If the
監視部出力インタフェース333は、例えば、チャネル内の故障検出を外部に通知する手段である。メインチャネル201及びバックアップチャネル202の場合は、監視部出力インタフェース333を介して出力される故障通知は、信号線S6,S7(図2参照)に出力され、チャネル故障検出部203に対して通知される。
The monitoring
PWM出力インタフェース334は、Pulse Width Modulation(パルス幅変調)でアクチュエータ112を制御する信号を出力するインタフェースである。メインチャネル201及びバックアップチャネル202のPWM出力インタフェース334から出力される信号は、信号線S4,S5を通じて切替機構204のバックアップスイッチ214に伝達される。また、メインチャネル201及びバックアップチャネル202のPWM出力インタフェース334から出力される信号は、信号線S9,S10を通じて、チャネル故障検出部203に伝達され、チャネル故障検出部203における各チャネル201,202の故障診断に使用されても良い。
The
次に、図2を参照して、切替機構204について説明する。
Next, the
切替機構204は、メインチャネル201が故障した場合は、制御コントローラ114からアクチュエータ112に信号を出力する出力インタフェース215とメインチャネル201の出力インタフェース334(図3参照)との接続を切断する。さらに、切替機構204は、バックアップチャネル202の出力インタフェース334を制御コントローラ114の出力インタフェース215に接続する。このように、切替機構204は、制御コントローラ114の出力インタフェース215に対するメインチャネル201の出力インタフェース334とバックアップチャネル202の出力インタフェース334との接続を切替えるものである。
When the
切替機構204は、スイッチ故障検出部211、切替制御部212、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214を備える。
The
メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214は信号線S13,S14により直列に接続されている。図2では、メインスイッチ213に対してバックアップスイッチ214を1つ接続しているが、複数のバックアップスイッチ214を接続してもよい。ただし、メインスイッチ213に対して複数のバックアップスイッチ214を接続する場合も、複数のバックアップスイッチ214はメインスイッチ213に対して直列に接続される。
The
スイッチ故障検出部211は切替機構204の内部のメインスイッチ213及びバックアップスイッチ214の故障を検知する手段である。このために、バックアップスイッチ214の出力(例えば、PWM信号)が信号線S15,S16により、スイッチ故障検出部211に入力される。また、メインスイッチ213の出力(例えば、PWM信号)が信号線S17により、スイッチ故障検出部211に入力される。スイッチ故障検出部211は、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214から出力される信号を監視し、故障と判断した場合は、信号線S18を通じて切替制御部212に対して故障を通知する。故障検出には、起動時診断とランタイム診断がある。
The switch
切替制御部212は、チャネル故障検出部203及びスイッチ故障検出部211からの故障通知を受け取って、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214の接続状態の切替を行う。このために、切替制御部212からメインスイッチ213に信号線S19が配線されており、切替制御部212からバックアップスイッチ214に信号線S20が配線されている。メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214は、信号線S19,S20を通じて切替制御部212から制御信号を受け、スイッチの切替えを行う。
The switching
切替制御部212は、2つ以上のロジック部でICやASICで実現しても良い。また、切替制御部212の電源が1系統であるとその電源喪失でメインスイッチ213及びバックアップスイッチ214の両方が故障してしまう可能性があるので、切替制御部212は2系統以上にしておくと良い。切替制御部212において電源を2系統以上設けるために、エンジンに設けられた補機で発電される電力を利用する電源、鉛蓄電池、リチウムイオン電池又は燃料電池を利用することができる。例えば、メイン電源はリチウムイオン電池で構成し、バックアップ電源は鉛蓄電池というように、電源に多様性を持たせても良い。
The switching
図4Aは、メインスイッチ213の一実施例を示す回路図である。
FIG. 4A is a circuit diagram showing an embodiment of the
メインスイッチ213は、3路スイッチまたはSPDT(Single Pole、 Double Throw)スイッチで構成される。
The
メインスイッチ213は、3路スイッチまたはSPDTと同様の接点構成を持つc接点リレーで構成してもよい。c接点リレーはa接点とb接点を同時に両方持った構造である。c接点リレー内部のa接点部は通常は開いていて電気が流れず、電気信号により接点がつながり電気が流れる。一方、c接点リレー内部のb接点部は通常は閉じていて電気が流れ、電気信号により接点が離れ電気が流れなくなる。
The
メインスイッチ213は、切替制御部212からの制御信号によってスイッチの状態を変化させる。スイッチのメカニズムは機械であっても、半導体であってもよい。半導体の場合はFETやダイオードであってもよい。また、MEMSであってもよい。或いは、メインスイッチ213を機械や半導体の様々な特性を組み合わせたハイブリットスイッチで構成してもよい。
The
ただし、メインスイッチ213は、PWM信号やCAN通信などを出力するので、スイッチを通過してもパルス波が大きく変形しないスイッチがよい。
However, since the
また、一般に機械スイッチは半導体スイッチに比べて故障率が高い。そのため、スイッチを通過してもパルス波が大きく変化しない透過性の良い半導体スイッチであることが好ましい場合がある。また、半導体スイッチは一般に振動に強いので、振動の影響が大きいと考えられる自動車や土工機械、建設機械などでの分野で特に好ましい場合がある。 In general, mechanical switches have a higher failure rate than semiconductor switches. Therefore, it may be preferable that the semiconductor switch has good transparency so that the pulse wave does not change greatly even when passing through the switch. In addition, since a semiconductor switch is generally resistant to vibration, it may be particularly preferable in the field of automobiles, earthworking machines, construction machines, etc., which are considered to be greatly affected by vibration.
メインスイッチ213は、故障時及び切替時を除くと、2つの状態を持つ。この2つの状態は、例えば、図4Aに示す(a1)の状態と(a2)の状態である。すなわち、メインスイッチ213は、スイッチの切替操作により、接続状態が第1の接続状態213a1と第2の接続状態213a2との間で切替わるスイッチである。第1の接続状態213a1は接点0と接点1とを接続した状態である。第2の接続状態213a2は接点0と接点2とを接続した状態である。状態213a1では、メインスイッチ213の端子T1とT0とが接続され、端子T1に入力された信号が端子T0に出力される。状態213a2では、メインスイッチ213の端子T2とT0とが接続され、端子T2に入力された信号が端子T0に出力される。
The
図4Bは、メインスイッチ213をSPSTスイッチで構成した一実施例を示す回路図である。
FIG. 4B is a circuit diagram showing an embodiment in which the
半導体スイッチなどで物理的に(a1)や(a2)の構成を実現することが難しい場合は、図4Bに示すように、SPST(Single Pole、Single Throw)スイッチを2個使って、メインスイッチ213における第1の接続状態213a1及び第2の接続状態213a2を(b1)の第1の接続状態213b1や(b2)の第2の接続状態213b2のように実現しても良い。
When it is difficult to physically realize the configuration (a1) or (a2) with a semiconductor switch or the like, as shown in FIG. 4B, two SPST (Single Pole, Single Throw) switches are used and the
第1の接続状態213b1は、接点1と接点2とが閉じた状態にあり、接点3と接点4とが開いた状態にある。第1の接続状態213b1では、メインスイッチ213の端子T1とT0とが接続され、端子T1に入力された信号が端子T0に出力される。第2の接続状態213b2は、接点1と接点2とが開いた状態にあり、接点3と接点4とが閉じた状態にある。第2の接続状態213b2では、メインスイッチ213の端子T2とT0とが接続され、端子T2に入力された信号が端子T0に出力される。
In the first connection state 213b1, the
図5Aは、バックアップスイッチ214の一実施例を示す回路図である。
FIG. 5A is a circuit diagram showing one embodiment of the
バックアップスイッチ214は、4路スイッチで構成される。バックアップスイッチ214は、4路スイッチと同様の接点構成を持つリレーで構成してもよい。バックアップスイッチ214は、切替制御部212からの制御信号によってスイッチの状態を変化させる。
The
メインスイッチ213と同様にスイッチのメカニズムは機械であっても、半導体であってもよい。半導体の場合にはFETやダイオードであってもよいし、MEMSであってもよい。バックアップスイッチ214を、機械や半導体の様々な特性を組み合わせたハイブリットスイッチで構成してもよい。ただし、PWM信号やCAN通信などを出力するので、スイッチを通過してもパルス波が大きく変形しないスイッチがよい。
Similar to the
バックアップスイッチは故障時および切替時を除くと2つの状態を持つ。この2つの状態は、例えば、図5Aに示す(a1)の状態と(a2)の状態である。すなわち、バックアップスイッチ214は、スイッチの切替操作により、接続状態が第1の接続状態214a1と第2の接続状態214a2との間で切替わるスイッチである。第1の接続状態214a1は、接点5と接点6とが接続され、接点7と接点8とが接続された状態である。第2の接続状態214a2は、接点5と接点8とが接続され、接点7と接点6とが接続された状態である。
The backup switch has two states except at the time of failure and switching. These two states are, for example, the state (a1) and the state (a2) shown in FIG. 5A. That is, the
第1の接続状態214a1では、メインスイッチ214の端子T3とT4とが接続され、端子T3に入力された信号が端子T4に出力される。また、第1の接続状態214a1では、端子T5とT6とが接続され、端子T5に入力された信号が端子T6に出力される。第2の接続状態214a2では、メインスイッチ214の端子T3とT6とが接続され、端子T3に入力された信号が端子T6に出力される。また、第2の接続状態214a2では、端子T5とT4とが接続され、端子T5に入力された信号が端子T4に出力される。
In the first connection state 214a1, the terminals T3 and T4 of the
図5Bは、バックアップスイッチ214をDPDTスイッチで構成した一実施例を示す回路図である。
FIG. 5B is a circuit diagram showing an embodiment in which the
半導体スイッチなどで物理的に(a1)や(a2)の構成を実現することが難しい場合は、図5Bに示すように、DPDT(Double Pole、Double Throw)スイッチを使って、バックアップスイッチ214における第1の接続状態214a1及び第2の接続状態214a2を(b1)の第1の接続状態214b1や(b2)の第2の接続状態214b2のように実現しても良い。 If it is difficult to physically realize the configuration (a1) or (a2) using a semiconductor switch or the like, a DPDT (Double Pole, Double Throw) switch is used as shown in FIG. The first connection state 214a1 and the second connection state 214a2 may be realized as the first connection state 214b1 in (b1) and the second connection state 214b2 in (b2).
第1の接続状態214b1は、接点11と接点10及び接点14と接点13が閉じた状態にあり、接点11と接点9及び接点14と接点12が開いた状態にある。第1の接続状態214b1では、バックアップスイッチ214の端子T3とT4とが接続され、端子T3に入力された信号が端子T4に出力される。また、第1の接続状態214b1では、バックアップスイッチ214の端子T5とT6とが接続され、端子T5に入力された信号が端子T6に出力される。
第2の接続状態214b2は、接点11と接点9及び接点14と接点12が閉じた状態にあり、接点11と接点10及び接点14と接点13が開いた状態にある。第2の接続状態214b2では、バックアップスイッチ214の端子T3とT6とが接続され、端子T3に入力された信号が端子T6に出力される。また、第2の接続状態214b2では、バックアップスイッチ214の端子T5とT4とが接続され、端子T5に入力された信号が端子T4に出力される。
In the first connection state 214b1, the
In the second connection state 214b2, the
本実施例ではバックアップスイッチ214を1つとしているが、バックアップスイッチ214が複数個直列に並んでいてもよい。
In this embodiment, one
図6は、メインスイッチ213とバックアップスイッチ214との接続の一実施例を示す図であり、両スイッチ213,214を直列接続した回路図である。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the connection between the
本実施例では、メインスイッチ213にSPDTスイッチを使用し、バックアップスイッチ214にDPDTスイッチを使用し、SPDTスイッチとDPDTスイッチとを直列に接続している。SPDTスイッチとDPDTスイッチとを直列に接続している構造と同等の構造であるならば、メインスイッチ213と、バックアップスイッチ214は、1つの半導体で実現していてもよい。また、1つのASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programable Gate Array)などで実現しても良い。
In this embodiment, an SPDT switch is used for the
図6(a)は、メインチャネル201及びバックアップチャネル202からのPWM信号をバックアップスイッチ214が受け取ってメインスイッチ213に渡し、メインスイッチ213からメインチャネル201のPWM信号を出力している状態を示している。バックアップチャネル202からのPWM信号はメインスイッチ213の後段には出力されない。このために、バックアップスイッチ214は、図5Bに示す接続状態214b1の状態にある。また、メインスイッチ213は、図4Aに示す接続状態213a1の状態にある。
FIG. 6A shows a state in which the
図6(b)は、メインチャネル201及びバックアップチャネル202からのPWM信号をバックアップスイッチ214が受け取ってメインスイッチ213に渡し、メインスイッチ213からバックアップチャネル202のPWM信号を出力している状態を示している。メインチャネル201からのPWM信号はメインスイッチ213の後段には出力されない。このために、バックアップスイッチ214は、図5Bに示す接続状態214b1の状態にある。また、メインスイッチ213は、図4Aに示す接続状態213a2の状態にある。
FIG. 6B shows a state in which the
図6(c)は、メインチャネル201及びバックアップチャネル202からのPWM信号をバックアップスイッチ214が受け取ってメインスイッチ213に渡し、メインスイッチ213からバックアップチャネル202のPWM信号を出力している状態を示している。メインチャネル201からのPWM信号はメインスイッチ213の後段には出力されない。このために、バックアップスイッチ214は、図5Bに示す接続状態214b2の状態にある。また、メインスイッチ213は、図4Aに示す接続状態213a1の状態にある。なお、図6(c)の状態で、メインスイッチ213を接続状態213a2の状態に切替えることにより、メインチャネル201のPWM信号をメインスイッチ213から出力することができる。
FIG. 6C shows a state in which the
このように、本実施例では、メインチャネル201の出力インタフェース及びバックアップチャネル202の出力インタフェースの2系統から、バックアップスイッチ214へ入力が行われる。バックアップスイッチ214では2系統S13,S14の出力が行われる。メインスイッチ213ではバックアップスイッチ214の2系統の出力のうち1系統が選択されて出力される。
As described above, in this embodiment, the input to the
次に、本実施例の動作及び処理の一例について説明する。図7は、制御コントローラ114におけるメインチャネル201及びバックアップチャネル202のフローチャートである。
Next, an example of the operation and processing of this embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart of the
図7のフローチャートに基づく、メインチャネル201、バックアップチャネル202及びチャネル故障検出部203の動作は、以下の通りである。
The operations of the
ステップ701:制御コントローラ114がPowerONで起動してスタートする。
Step 701: The
ステップ702:起動時診断処理を行う。この起動時診断処理では、監視部304が、例えば、低電圧、過電圧、過電流などの電源の異常状態を監視したり、MCU301の故障をタイムウィンドウなどで監視する。監視部304は、故障を検出した場合、監視部出力インタフェース333を介して、チャネル故障検出部203に故障を通知する。監視部304は、ウォッチドックタイマを備えて、故障を検出するようにしてもよい。
Step 702: Start-up diagnostic processing is performed. In this startup diagnosis process, the
また、診断部325が、例えば、チャネル内のRAM317、ROM319、I/O314及び外部メモリ305などの故障を、マーチ、ギャルパットなどと呼ばれるメモリ診断機能やダブルRAM、或いは防衛的プログラミングなどで検出する。
Further, the
ステップ703:メインチャネル201、バックアップチャネル202又はチャネル故障検出部203の故障の有無を判定する。ステップ703で故障が検出された場合は、ステップ711へ進む。ステップ703で故障が検出されない場合は、ステップ704へ進む。
Step 703: It is determined whether or not there is a failure in the
ステップ704:初期化処理を行う。この初期化処理では、メインチャネル201及びバックアップチャネル202は、例えば、外部メモリ305から校正パラメータなどを取得して、通常状態に遷移し、故障無し情報をチャネル故障検出部203に通知する。また、チャネル故障検出部203は、通常状態に遷移し、故障無し情報を切替制御部212に通知する。
Step 704: Perform initialization processing. In this initialization process, for example, the
ステップ705:ディスパッチ部321に基づいて、例えば、アプリケーションタスクにCPU311の計算能力を割り当てる。
Step 705: Based on the
ステップ706:入力部322に基づいて、センサ111などの入力インタフェースから情報を取得する。
Step 706: Information is acquired from an input interface such as the
ステップ707:アプリケーション部324に基づいて処理を行う。例えば、センサ111の電圧情報を、不揮発性メモリから取得する。
Step 707: Processing is performed based on the
ステップ708:診断部325に基づいて処理を行う。例えば、チャネル内のRAM317、ROM319、I/O314及び外部メモリ305などの故障を、マーチ、ギャルパットなどと呼ばれるメモリ診断機能やダブルRAM、或いは防衛的プログラミングなどで検出する。
Step 708: Processing is performed based on the
ステップ709:チャネル故障を検出した場合は、ステップ712に進む。 Step 709: If a channel failure is detected, go to Step 712.
ステップ710:出力部323に基づいて処理を行う。
Step 710: Processing is performed based on the
ステップ711:ステップ703でチャネル故障が検出された場合に、フェールセーフモード又はPower OFFにする。
Step 711: When a channel failure is detected in
ステップ712:ステップ709でチャネル故障が検出された場合に、フェールセーフモードにする。
Step 712: When a channel failure is detected in
次に、切替機構204の動作について説明する。図8は、制御コントローラ114の切替制御部212のフローチャートである。
Next, the operation of the
ステップ801:制御コントローラ114がPowerONで起動してスイッチ故障検出部211による診断をスタートする。
Step 801: The
ステップ802:起動時診断では、例えば、メインチャネル201およびバックアップチャネル202よりテスト信号としてパルス波を出力し、メインスイッチ213の出力信号をスイッチ故障検出部211に取り込み、メインスイッチ213の故障診断を行う。
Step 802: In the startup diagnosis, for example, a pulse wave is output as a test signal from the
ステップ803:メインスイッチ213に故障がなければ、ステップ806に進む。メインスイッチ213が例えば、切替できない故障であった場合はステップ804に進む。メインスイッチが例えば、導通しない故障であった場合はステップ805に進む。
Step 803: If there is no failure in the
ステップ804:フェールセーフモード処理を行なう。フェールセーフ(0)のフラグを立てて、表示器113に対して警告通知を行う。
Step 804: Perform fail-safe mode processing. A fail-safe (0) flag is set and a warning notification is sent to the
ステップ805:危険モード処理を行う。例えば、ステアバイワイヤシステムは起動せずに、表示器113に対して警告通知を行い、ENDとする。
Step 805: Danger mode processing is performed. For example, the steer-by-wire system is not activated, and a warning notification is sent to the
ステップ806:バックアップスイッチ214に故障がなければ、ステップ809に進む。バックアップスイッチ214が、例えば切替できない故障であった場合は、ステップ807に進む。バックアップスイッチ214が、例えば切替できない故障で、かつ、フェールセーフ(0)のフラグが経っている場合は、ステップ808に進む。
Step 806: If there is no failure in the
ステップ807:フェールセーフモード処理を行なう。メインチャネル201の故障を検知した場合は、フェールセーフ(1)のフラグを立てて、表示器113に対して警告通知を行う。
Step 807: Fail-safe mode processing is performed. When a failure of the
ステップ808:危険モード処理を行う。例えば、ステアバイワイヤシステムは起動せずに、表示器113に対して警告通知を行い、ENDとする。
Step 808: Danger mode processing is performed. For example, the steer-by-wire system is not activated, and a warning notification is sent to the
ステップ809:メインチャネル201及びバックアップチャネル202の両方の故障検知を検知した場合は、ステップ810に進む。
Step 809: If failure detection of both the
ステップ810:チャネル故障検出部203から表示器113に対して警告通知を行って、メインチャネル201及びバックアップチャネル202は、例えば、Power OFFにする。
Step 810: A warning notification is sent from the channel
ステップ811:ラインタイム時診断処理を行う。 Step 811: A line time diagnosis process is performed.
メインチャネル201およびバックアップチャネル202が故障していない状態で、且つ、フェールセーフのフラグが立っていない場合、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214を図6(a)の状態にする。
When the
バックアップチャネル202が故障をしているが、メインチャネル201が故障していない状態で、且つ、フェールセーフのフラグが立っていない場合、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214を図6(a)の状態にする。
When the
メインチャネル201が故障しているが、バックアップチャネル202が故障していない状態で、且つ、フェールセーフのフラグが立っていない場合、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214を図6(b)の状態にする。
While the
メインチャネル201が故障をしているが、バックアップチャネル202が故障していない状態で、且つ、フェールセーフ(0)のフラグが立っている場合は、切替制御部212を経由して、バックアップスイッチ214を切替えて、図6(c)の状態にする。
When the
メインチャネル201およびバックアップチャネル202が故障をしていない状態で、且つ、フェールセーフ(0)のフラグが立っている場合は、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214を図6(c)の状態にする。
When the
次に、本実施例の作用または効果について説明する。 Next, the operation or effect of the present embodiment will be described.
切替機構204の内部に故障検出手段がなく冗長化されていない場合は、c接点が1つであるので、c接点部分の故障モードが、例えば、閉じない場合と、開かない場合と仮定すると、c接点部分のどちらの故障モードによっても、メインチャネル又はバックアップチャネルへの接続の切替が成功しないので安全側故障割合は0%であると考えられる。
If there is no failure detection means inside the
本実施例では、切替機構204の内部の故障を検出し、かつスイッチはメインスイッチ213とバックアップスイッチ214とが直列に接続されて、切替機構204の部品点数が増えており、故障率は高まる可能性がある。例えば、図6の例において、メインスイッチ213はc接点が1つ、バックアップスイッチ214はc接点が2つと見なせるので、c接点部分は3つとなりc接点部分の故障率は約3倍となる。
In this embodiment, a failure inside the
しかし、本実施例では、危険側故障率が下がるため安全性は向上する。c接点の故障モードの割合が、例えば、閉じない場合50%と、開かない場合50%と仮定すると、メインスイッチ213のc接点部分の開かない場合50%の故障モードはバックアップスイッチ214の切替えによって、メインチャネル又はバックアップチャネルへの接続を維持することができるので、安全側故障と見なすことができる。
However, in this embodiment, safety is improved because the dangerous failure rate decreases. Assuming that the failure mode ratio of the c contact is, for example, 50% when not closing and 50% when not opening, the failure mode of 50% when the c contact portion of the
図6の例において、バックアップスイッチ214の2つのc接点のうちの1つの故障モードは、閉じない場合と開かない場合のどちらの故障をしても、バックアップスイッチ214のもう1つのc接点とメインスイッチ213のc接点が故障していなければ、メインチャネル又はバックアップチャネルへの接続を維持することができるので安全側故障がほぼ100%と見なすことができる。
In the example of FIG. 6, the failure mode of one of the two c contacts of the
よって、スイッチのc接点部分の故障率は約3倍となってしまっても、安全側故障割合を約83%に向上させることが可能であり、切替機構204の安全側故障割合が向上する。従って、機能安全の観点では高いSIL(安全度水準)の達成が容易になる。
Therefore, even if the failure rate of the c-contact portion of the switch is about three times, the safety-side failure rate can be improved to about 83%, and the safety-side failure rate of the
半導体スイッチで、c接点の故障モードの割合を、閉じない場合50%と、開かない場合50%と仮定できない場合も、一般に、ショートの原因は過電圧による絶縁破壊であり、オープンの原因は過電流による導通の破断である。開かないという故障は絶縁破壊とすれば、メインスイッチ213の絶縁破壊の故障はバックアップスイッチ214を切替えることにより対応できるので、安全側故障割合は従来に比べて向上すると考えられる。
Even if it is not possible to assume that the failure mode ratio of the c contact is 50% when it is not closed and 50% when it is not opened in a semiconductor switch, the cause of short circuit is generally dielectric breakdown due to overvoltage, and the cause of open is overcurrent. It is a break of conduction by. If the failure of not opening is assumed to be dielectric breakdown, the breakdown failure of the
また、本実施例では、バックアップスイッチ214を4路スイッチ又はDPDTスイッチで構成し、その後段に3路スイッチ又はSPDTスイッチで構成されるメインスイッチ213を直列に接続している。このような構成おいては、メインスイッチ213とバックアップスイッチ214との故障により、メインチャネル201の出力とバックアップチャネル202の出力とが同時に制御コントローラ114の出力インタフェース215に接続される状態となる確率を低減することができる。これにより、本実施例では、メインスイッチ213及びバックアップスイッチ214を通じて、アクチュエータ112に正確な制御信号(情報)を伝達することができる。この作用効果は、実施例2についても同様である。
In this embodiment, the
本実施例は、実施例1におけるメインスイッチ213の故障において、切替られない故障の故障率を低減するためのものである。
The present embodiment is for reducing the failure rate of a failure that cannot be switched in the failure of the
本実施例では、図1〜図3、図5A、図5B、図7及び図8で説明した構成及び動作が適用される。変更があるメインスイッチ213について、図9を参照して説明する。
In the present embodiment, the configurations and operations described in FIGS. 1 to 3, 5A, 5B, 7 and 8 are applied. The
図9は、メインスイッチ213の別の実施例を示す回路図である。図9における端子T0〜T2は、図4A及び図4Bに示した端子T0〜T2と同じ構成である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing another embodiment of the
本実施例のメインスイッチ213は、第1のメインスイッチ部213c1と第2のメインスイッチ部213c2とで構成されている。第1のメインスイッチ部213c1及び第2のメインスイッチ部213c2は、それぞれ2つのSPST(Single Pole、Single Throw)スイッチを組合せて構成されている。
The
第1のメインスイッチ部213c1は、接点15と接点16を有する第1のSPSTスイッチ51と、接点17と接点18を有する第2のSPSTスイッチ52とで構成されている。第1のSPSTスイッチ51の接点15と第2のSPSTスイッチ52の接点17とは、共に端子T1に接続されている。第1のSPSTスイッチ51の接点16と第2のSPSTスイッチ52の接点18とは、共に端子T0に接続されている。
The first main switch portion 213c1 includes a
第2のメインスイッチ部213c2は、接点19と接点20を有する第3のSPSTスイッチ53と、接点21と接点22を有する第4のSPSTスイッチ54とで構成されている。第3のSPSTスイッチ53の接点19と第4のSPSTスイッチ54の接点21とは、共に端子T2に接続されている。第3のSPSTスイッチ53の接点20と第4のSPSTスイッチ54の接点22とは、共に端子T0に接続されている。
The second main switch section 213c2 includes a
本実施例のメインスイッチ213は、故障時および切替時を除くと、(c1)と(c2)の2つの状態である。(c1)では、第1のメインスイッチ部213c1の第1のSPSTスイッチ51及び第2のSPSTスイッチ52は共に導通状態213c11である。また、第2のメインスイッチ部213c2の第3のSPSTスイッチ53及び第4のSPSTスイッチ54は共に切断状態213c22である。第1のメインスイッチ部213c1及び第2のメインスイッチ部213c2の内部は2重化され、冗長化されている。
The
(c2)では、第1のメインスイッチ部213c1の第1のSPSTスイッチ51及び第2のSPSTスイッチ52は共に切断状態213c12である。また、第2のメインスイッチ部213c2の第3のSPSTスイッチ53及び第4のSPSTスイッチ54は共に導通状態213c21である。
In (c2), both the
例えば、図9(c2)において、第2のメインスイッチ部213c2の2つのスイッチ53,54のうち1つが閉じないという故障が生じた場合でも、もう一方のスイッチが閉じれば、危険側故障率を低減することができる。
For example, in FIG. 9C2, even if a failure occurs in which one of the two
以上の説明では、ステアバイワイヤシステムについて説明したが、危険側故障率を低減する必要のある情報通信システムも応用することができる。 In the above description, the steer-by-wire system has been described, but an information communication system that needs to reduce the dangerous failure rate can also be applied.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
また、図面における制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 Further, the control lines and information lines in the drawings are those that are considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
100…移動体システム(車体システム)、100A…移動体ボディ(車体ボディ)、101…操舵装置、102…機械装置、足部103、ステアバイワイヤシステム104、111…センサ、112…アクチュエータ、113…表示器、114…制御コントローラ、201…メインチャネル、202…バックアップチャネル、203…チャネル故障検出部、204…切替機構、211…スイッチ故障検出部、212…切替制御部、213…メインスイッチ、214…バックアップスイッチ、301…MCU、302…発振回路、303…電源部、304…監視部、305…外部メモリ、311…CPU、312…PWM、313…SPI、314…I/O、315…Timer、316…Network、317…RAM、318…ADC、319…ROM。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記切替機構は、前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルと前記出力インタフェースとの接続状態を切替えるメインスイッチ及び1つ以上のバックアップスイッチと、前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチの接続状態を切替える切替制御部と、前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチの故障を検出するスイッチ故障検出部と、を有し、
前記バックアップスイッチは、前記第1制御信号が伝達される第1信号線に第3信号線を接続すると共に前記第2制御信号が伝達される第2信号線に第4信号線を接続する接続状態と、前記第1制御信号が伝達される第1信号線に前記第4信号線を接続すると共に前記第2制御信号が伝達される第2信号線に前記第3信号線を接続する接続状態と、を切替えるように構成され、
前記メインスイッチは、前記第3信号線を前記出力インタフェースに接続する接続状態と、前記第4信号線を前記出力インタフェースに接続する接続状態と、を切替えるように構成され、
前記切替機構は、前記切替制御部が前記チャネル故障検出部及び前記スイッチ故障検出部からの故障通知を受け取って前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチの接続状態の切替を行うことにより、前記出力インタフェースに前記第1制御信号又は前記第2制御信号のいずれか一方を出力することを特徴とする制御コントローラ。 A main channel and a backup channel for generating a control signal for controlling the actuator, a channel failure detection unit for detecting a failure in the main channel and the backup channel, a first control signal output from the main channel, and an output from the backup channel a switching mechanism that outputs to the output interface to the actuator by switching the second control signal, the controller having a,
The switching mechanism includes a main switch and one or more backup switches that switch a connection state between the main channel and the backup channel and the output interface, a switching control unit that switches a connection state between the main switch and the backup switch, have a, a switch failure detecting section detecting a failure of the main switch and the backup switch,
The backup switch has a connection state in which a third signal line is connected to a first signal line to which the first control signal is transmitted and a fourth signal line is connected to a second signal line to which the second control signal is transmitted. And a connection state in which the fourth signal line is connected to the first signal line to which the first control signal is transmitted and the third signal line is connected to the second signal line to which the second control signal is transmitted. Is configured to switch between,
The main switch is configured to switch between a connection state in which the third signal line is connected to the output interface and a connection state in which the fourth signal line is connected to the output interface;
In the switching mechanism, the switching control unit receives a failure notification from the channel failure detection unit and the switch failure detection unit, and switches the connection state of the main switch and the backup switch, so that the output interface A control controller that outputs either the first control signal or the second control signal .
前記メインスイッチと前記バックアップスイッチとは直列に接続されていることを特徴とする制御コントローラ。 In controller according to claim 1,
The control controller, wherein the main switch and the backup switch are connected in series.
前記メインスイッチは、3路スイッチ、SPDTスイッチ又は2個のSPSTスイッチで構成され、前記バックアップスイッチは4路スイッチ又は2個のDPDTスイッチで構成されていることを特徴とする制御コントローラ。 The control controller according to claim 2,
The main controller is a 3-way switch, SPDT switch, or two SPST switches, and the backup switch is a 4-way switch or two DPDT switches.
前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチは、1個のASICまたは1個のFPAGによって構成されることを特徴とする制御コントローラ。 The control controller according to claim 3,
The main controller and the backup switch are constituted by one ASIC or one FPAG.
前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチは、機械スイッチ又は半導体スイッチのどちらか一方又は両方によって構成されることを特徴とする制御コントローラ。 The control controller according to claim 3,
The control switch, wherein the main switch and the backup switch are configured by either one or both of a mechanical switch and a semiconductor switch.
前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルは、制御信号としてPWM信号を出力し、
前記スイッチ故障検出部は、前記メインスイッチ及び前記バックアップスイッチから出力されるPWM信号を監視することにより、前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルの故障を検出することを特徴とする制御コントローラ。 The control controller according to claim 2,
The main channel and the backup channel output a PWM signal as a control signal,
The control controller, wherein the switch failure detection unit detects a failure in the main channel and the backup channel by monitoring PWM signals output from the main switch and the backup switch.
前記メインチャネル、前記バックアップチャネル及び前記チャネル故障検出部は、同じ内容を含むPWM信号を演算し、
前記チャネル故障検出部は、前記メインチャネルから出力されるPWM信号と、前記バックアップチャネルから出力されるPWM信号と、自身が演算したPWM信号とを比較することによって、前記メインチャネル、前記バックアップチャネル又は前記チャネル故障検出部の故障を検知することを特徴とする制御コントローラ。 The control controller according to claim 2,
The main channel, the backup channel, and the channel failure detection unit calculate a PWM signal including the same content,
The channel failure detection unit compares the PWM signal output from the main channel, the PWM signal output from the backup channel, and the PWM signal calculated by itself, so that the main channel, the backup channel, or A controller for detecting a failure in the channel failure detection unit.
前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルは、演算部がロックステップマイコンで構成され、前記ロックステップマイコン内部に設けられた複数のCPUコアの演算結果を比較することによってCPUコアの異常を検出する異常検出機能を有すると共に、
前記ロックステップマイコン内部のROM、RAM、アナログ入力、出力の故障を検知するハードウェアの故障診断機能を有し、
前記チャネル故障検出部は、前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルが有する前記異常検出機能又は前記故障診断機能を通じて、前記メインチャネル及び前記バックアップチャネルの異常又は故障を検知することを特徴とする制御コントローラ。 The control controller according to claim 2,
The main channel and the backup channel have an abnormality detection function for detecting an abnormality of the CPU core by comparing operation results of a plurality of CPU cores provided in the lockstep microcomputer, with the operation unit being configured by a lockstep microcomputer. And having
A hardware failure diagnosis function for detecting failures in ROM, RAM, analog input, and output inside the lockstep microcomputer,
The control controller, wherein the channel failure detection unit detects an abnormality or failure of the main channel and the backup channel through the abnormality detection function or the failure diagnosis function of the main channel and the backup channel.
前記制御コントローラとして請求項2に記載の制御コントローラを備えたことを特徴とするステアバイワイヤシステム。 In a steer-by-wire system comprising an actuator that drives a mechanical device coupled to a foot, and a control controller that controls the actuator,
A steer-by-wire system comprising the control controller according to claim 2 as the control controller.
前記ステアバイワイヤシステムとして請求項9に記載のステアバイワイヤシステムを備えたことを特徴とする機械。 A moving body, a foot that changes a moving direction of the moving body, a mechanical device coupled to the foot, an actuator that drives the mechanical device, and a steer-by-wire system that includes a control controller that controls the actuator In the machine with
A machine comprising the steer-by-wire system according to claim 9 as the steer-by-wire system.
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