JP2010028356A - 車載ネットワークの通信管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑制しつつ、車載ネットワークの安定した通信を実現させることのできる車載ネットワークの通信管理装置を提供すること。
【解決手段】車両に設けられた複数のＥＣＵ(2,4,6,8,10,12,14)がＣＡＮ(20)により接続されて形成されている車載ネットワーク(1)において、エンジンＥＣＵ(2)により、ＣＡＮに送信されている定期フレームの送信周期を検出するとともに(S1)、送信周期の標準偏差を算出し(S2)、第１優先順位のＥＣＵからの定期フレームの送信周期が該標準偏差における所定値３σ以上であった場合には(S3)、第１、２優先順位のＥＣＵへエマージェンシ信号を送信しリンプホームモードに移行させる（S6,7）。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載された制御ユニットが通信線により接続されて形成された車載ネットワークの通信管理装置に関する。

車両には複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が搭載されており、これらのＥＣＵには、ＣＡＮ（Controller Area Network）方式の車載ＬＡＮ等の通信線が接続され、各ＥＣＵ間で相互にデータ通信可能に車載ネットワークが形成されている。
当該ＥＣＵとしては、例えばエンジンの制御を行うエンジンＥＣＵ、ブレーキ操作に応じた制御及びアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）等の制動力制御を行う制動系ＥＣＵ、各車輪への駆動力配分を制御する駆動系ＥＣＵ、空調、ドア、ウインド、ワイパー、ライト等のボデー系機器を制御するボデー系ＥＣＵ等が搭載されている。

そして、当該車載ネットワークでは、通信の安定化を図るため、各通信線における通信状態を監視し、故障診断等が行われている。
例えば、ＣＡＮ通信バスのエラーステータスから故障診断を行う構成がある（特許文献１参照）。
特開２００４−３４８２７４号公報

近年、車両に搭載されるＥＣＵの数は増加しており、このように車載ネットワークに接続されるノード数が増加すると、データ通信量が増加しＣＡＮの通信負荷が高くなる。このように通信負荷が高くなることで、データ送信の衝突する確率が高くなり、優先順位の高いデータが繰り返し送信され、優先順位の低いデータは送信周期が長くなるという問題がある。このために、正しく送信されないデータ等が生じ、車両挙動に影響を及ぼすおそれがある。

このように、通信量の増加による通信不具合は、上記特許文献１に開示された技術のような故障診断では解決できない。
そこで、通信量の増加に対しては、例えば通信線の通信速度を上げることが考えられるが、通信速度を上げれば、当該通信線から発生するノイズも高くなり、ノイズ対策としてシールド線を追加する等、コストが大幅に増加するおそれがあり好ましくない。

また、車載ネットワークに、通信線の通信状態を制御可能なゲートウェイＥＣＵ等を設けることで通信管理を行う構成も考えられるが、ゲートウェイＥＣＵを設けるのにコストが増加するため好ましくない。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コストアップを抑制しつつ、車載ネットワークの安定した通信を実現させることのできる車載ネットワークの通信管理装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の車載ネットワークの通信管理装置では、車両に設けられた複数の制御ユニットが通信線を介して接続されて形成された車載ネットワークの通信管理装置であって、前記複数の制御ユニットのうちの所定の制御ユニットであり、前記通信線に送信されているデータの送信周期を検出するとともに、該送信周期の標準偏差を算出し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上であった場合には、第１の所定信号を送信する第１の制御ユニットと、前記複数の制御ユニットのうち前記第１の制御ユニット以外の制御ユニットであり、前記第１の所定信号を受信すると、データ通信量を減少させる第１の制御モードに移行する第２の制御ユニットと、を備えることを特徴としている。

請求項２の車載ネットワークの通信管理装置によれば、請求項１において、前記第２の制御ユニットは複数あり、前記第１の制御ユニットは、前記第２の制御ユニットに優先順位を設定し、所定の優先順位以上の前記第２の制御ユニットから送信されたデータの送信周期が前記標準偏差における所定値以上であった場合に、前記第１の所定信号を送信することを特徴としている。

請求項３の車載ネットワークの通信管理装置によれば、請求項１または２において、前記第２の制御ユニットは、前記第１の制御モードでは、定期的に送信するデータの送信周期を、エラーが生じない範囲で、長くすることでデータ通信量を減少させることを特徴としている。
請求項４の車載ネットワークの通信管理装置によれば、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第２の制御ユニットは複数あり、前記第１の制御ユニットは、前記第２の制御ユニットに優先順位を設定し、前記所定のデータの送信周期が前記標準偏差における所定値以上であった場合に、特定の優先順位以下の前記第２の制御ユニットには第２の所定信号を送信し、前記第２の制御ユニットは、前記第２の所定信号を受信すると、データの送信を停止する第２の制御モードに移行することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の車載ネットワークの通信管理装置によれば、複数の制御ユニットを有する車載ネットワークにおいて、所定の制御ユニットである第１の制御ユニットにより、通信線に送信されているデータの送信周期を検出するとともに送信周期の標準偏差を算出し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上であった場合には、他の制御ユニットである第２の制御ユニットへ第１の所定信号を送信し、当該第１の所定信号を受信した第２の制御ユニットはデータ通信量を減少させる第１の制御モードに移行する。

つまり、第１の制御ユニットにより、通信線に送信されているデータの送信周期に基づく標準偏差からデータ通信量を監視し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上となるような通信量過多状態であるときには、第２の制御ユニットへ第１の所定信号を送信することでデータ通信量を減少させるよう通信管理する。
したがって、車両に多数の制御ユニットを搭載した場合でも、ゲートウェイＥＣＵ等を設けたり、通信線の通信速度を上げることなく、適切に車載ネットワークの通信量の増加を抑えることができる。

これによりコストアップを抑制しつつ、車載ネットワークにおいて安定した通信を実現させることができる。
請求項２の車載ネットワークの通信管理装置によれば、第１の制御ユニットは、第２の制御ユニットに優先順位を設定し、所定の優先順位以上の制御ユニットから送信されたデータの送信周期が標準偏差における所定値以上であった場合に、第１の所定信号を送信する。

つまり、第２の制御ユニットのうち比較的優先順位の高い制御ユニットからの送信データが標準偏差における所定値以上となった場合に、データ通信量を減少させる通信管理を行う。
これにより、優先順位の高いデータの送信が滞ることを確実に防止することができ、より安定した通信を実現させることができる。

請求項３の車載ネットワークの通信管理装置によれば、第２の制御ユニットは、第１の制御モードでは、定期的に送信するデータ（定期データ）の送信周期をエラーが生じない範囲で長くする。
このように、第２制御ユニットにおいて、送信する定期データの送信周期をエラーが生じない範囲で長くすることで、優先順位が低い定期データがいつまでも送信されないという状態を防止し、各制御ユニットからのデータが均等に送信されるようにすることができる。

また、定期データのみの送信周期を長くすることで、イベント的や緊急的なデータは確実に送信されることとなり、車両の走行安定性は確保することができる。
請求項４の車載ネットワークの通信管理装置によれば、第１の制御ユニットは、第２の制御ユニットに優先順位を設定し、所定のデータの送信周期が前記標準偏差における所定値以上であった場合には、特定の優先順位以下の第２の制御ユニットへ第２の所定信号を送信し、当該第２の所定信号を受信した第２の制御ユニットはデータの送信を停止させる。

つまり、比較的重要ではない特定の優先順位以下の制御ユニットからのデータ送信を停止させて、通信量を減少させる。
これにより、比較的優先順位の高いデータを確実に送信できるようにすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の車載ネットワークの概略構成図が示されている。
図１に示す車載ネットワーク１には、車両の各種装置に対応した各種電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられている。

例えば、当該ＥＣＵとしては、エンジンの制御を行うエンジンＥＣＵ２、ブレーキ操作に応じた制御及びアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）等の制動力制御を行う制動系ＥＣＵ４、各車輪への駆動力配分を制御する駆動系ＥＣＵ６、空調、ドア、ウインド、ワイパー、ライト等のボデー系機器を制御するボデー系ＥＣＵ８等が搭載されている。また、この他にもＥＣＵａ１０、ＥＣＵｂ１２、ＥＣＵｃ１４が設けられている。

そして、これら各ＥＣＵはＣＡＮ（Controller Area Network）２０（通信線）により接続されており、当該ＣＡＮ２０を介して相互にデータフレームを送信可能である。当該データフレームとしては、例えば、所定の間隔で送信される定期フレーム（定期データ）、所定の条件を満たした場合に送信されるイベントフレーム、ＥＣＵが異常を認識した場合に送信されるエラーフレーム等がある。

このように構成された車載ネットワーク１において、エンジンＥＣＵ２（第１の制御ユニット）はエンジンの制御を行うとともに、ＣＡＮの通信状態を監視し、当該通信状態に応じて他のＥＣＵ（第２の制御ユニット）へ所定信号を送ることで通信管理するものである。
例えば、当該エンジンＥＣＵ２は、ＣＡＮ２０に送信されている定期フレームの送信周期を検出するとともに、当該送信周期の標準偏差σを算出する機能を有している。そして、当該エンジンＥＣＵ２は、ＣＡＮにおけるデータ通信量を減少させるために、他のＥＣＵへエマージェンシ信号（第１の所定信号）や制御停止信号（第２の所定信号）等を送信する機能を有している。なお、当該エンジンＥＣＵ２は、通常時にはノーマル信号を送信する。

また、エンジンＥＣＵ２は、各ＥＣＵ毎に数段階の優先順位を設定しており、例えばＡＢＳ等の緊急操作制御を含んでおり車両の走行に重要な制動系ＥＣＵ４を最も高い第１優先順位、駆動系ＥＣＵ６を次に優先順位の高い第２優先順位、走行に影響の少ないボデー系ＥＣＵ８を最も低い第３優先順位に設定している。また、ＥＣＵａ１０を第１優先順位、ＥＵＣｂ１２を第２優先順位、ＥＣＵｃ１４を第３優先順位に設定している。

一方、他のＥＣＵ、即ち制動系ＥＣＵ４、駆動系ＥＣＵ６、ボデー系ＥＣＵ８、ＥＣＵａ１０、ＥＣＵｂ１２、ＥＣＵｃ１４は、通常時は通常モードで制御を行い、エンジンＥＣＵ２からのエマージェンシ信号を受信した場合には、送信する定期フレームを最小限とするリンプホームモード（第１の制御モード）に移行するよう設定されている。また、走行に影響の少ないボデー系ＥＣＵ８、ＥＣＵｃ１４は、エンジンＥＣＵ２からの制御停止信号を受信した場合には、定期フレームの送信を停止する制御停止モード（第２の制御モード）に移行するよう設定されている。

以下このように構成された本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の作用について説明する。
図２には、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置において実行される通信管理制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。

図２に示すように、ステップＳ１として、エンジンＥＣＵ２がＣＡＮ２０に送信されている定期フレームの送信周期を検出する。
続くステップＳ２では、エンジンＥＣＵ２が定期フレームの送信周期の標準偏差σを算出する。
ステップＳ３では、エンジンＥＣＵ２が、ステップＳ１で検出した定期フレームの送信周期のうち第１優先順位（所定の優先順位以上）のＥＣＵ、即ち制動系ＥＣＵ４から送信された定期フレームの送信周期が、上記ステップＳ２で算出した標準偏差σにおける所定値３σ以上であるか否かを判別する。

当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、即ち車載ネットワーク１のデータ通信量が比較的少なく、通信が安定しているような場合は、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、エンジンＥＣＵ２から他のＥＣＵへノーマル信号が送信される。そして、次のステップＳ５では、ノーマル信号を受信した他のＥＣＵは通常モードでの制御を行い、当該ルーチンをリターンする。

一方、上記ステップＳ３の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車載ネットワーク１のデータ通信量が多く、送信周期にばらつきが生じているような場合には、ステップＳ６に進む。なお、このようにデータ通信量が多くなる場合としては、例えば、各ＥＣＵから同時に多数のイベントフレームが送信されたり、ノイズ等の外乱により多数のエラーフレームが送信されたりする場合がある。このように、ＣＡＮ２０の通信量が増加することで、データ送信の衝突等が生じ、データフレームの送信周期にばらつきが生じる。

ステップＳ６では、エンジンＥＣＵ２は、第１、２優先順位のＥＣＵ、即ち制動系ＥＣＵ４、駆動系ＥＣＵ６、ＥＣＵａ１０、ＥＣＵｂ１２、へエマージェンシ信号を送信する。さらにエンジンＥＣＵ２は、第３優先順位（特定の優先順位以下）のＥＣＵ、即ちボデー系ＥＣＵ８、ＥＣＵｃ１４へ制御停止信号を送信する。
そして、次のステップＳ７では、エマージェンシ信号を受信した第１、２優先順位のＥＣＵはリンプホームモードに移行する。当該リンプホームモードでは、送信するデータフレームを最小限とするよう、例えば定期フレームの送信周期をエラーが生じない範囲で長くする。これは例えば３回連続で送信に失敗した場合にエラーになるような定期フレームであれば、１回または２回の送信を間引きして、エラーが生じない範囲で送信周期を長くする。

また、制御停止信号を受信した第３優先順位のＥＣＵは、制御停止モードに移行し、定期フレームの送信を停止する。
そして、当該ルーチンをリターンし、上記ステップＳ３の判別結果が真（Ｙｅｓ）である間は、他のＥＣＵにリンプホームモード及び制御停止モードは維持され、上記ステップＳ３の判別が偽（Ｎｏ）となるとステップＳ４、Ｓ５に進み通常の通信モードに戻る。

以上のように、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置では、エンジンＥＣＵ２により、ＣＡＮ２０に送信されているデータフレームの送信周期の標準偏差σからデータ通信量を監視し、第１優先順位のＥＣＵからの定期フレームの送信周期が所定値３σ以上となるような、通信量過多状態であるときには、データ通信量を減少させるデータ通信マネジメントを行う。

以上のように、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置では、車載ネットワーク１に設けられているＥＣＵのうちの１つであるエンジンＥＣＵ２により、ＣＡＮ２０に送信されているデータの送信周期に基づく標準偏差σからデータ通信量を監視し、第１優先順位のＥＣＵからの定期フレームの送信周期が所定値３σ以上となったときに、データ通信量を減少させるよう他のＥＣＵへエマージェンシ信号及び制御停止信号を送信する。

このように比較的優先順位の高いＥＣＵからの定期フレームの送信周期が標準偏差σにおける所定値３σ以上となった場合に、データ通信量を減少させる通信管理を行うことで、優先順位の高いデータの送信が滞ることを確実に防止することができる。
また、エマージェンシ信号を受信しリンプホームモードに移行したＥＣＵは、定期データの送信周期をエラーが生じない範囲で長くしてデータ通信量を減少させることで、第１優先順位及び第２優先順位との間で、優先順位の低い第２優先順位の定期データがいつまでも送信されないという状態を防止し、各ＥＣＵからのデータが均等に送信されるようにすることができる。さらに、定期フレームのみの送信周期を長くすることで、イベントフレームやエラーフレームは確実に送信されることとなり、車両の走行安定性は確保することができる。

さらに、エンジンＥＣＵ２は、比較的重要でない第３優先順位のＥＣＵには制御停止信号を送信し、第３優先順位のＥＣＵを制御停止モードに移行させることで、比較的重要な優先順位の高いデータを確実に送信できるようにすることができる。
これらのことから、車両に多数の制御ユニットを搭載した場合でも、ゲートウェイＥＣＵ等を設けたり、通信線の通信速度を上げることなく、適切に車載ネットワーク１の通信量の増加を抑えることができる。

これにより、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置では、コストアップを抑制しつつ、車載ネットワーク１において安定した通信を実現させることができる。
以上で本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態における車載ネットワーク１の構成に限られるものでない。上記実施形態におけるＥＣＵは例示的なものであり、ＥＣＵの数や種類はこれに限られるものではない。

また、上記実施形態ではエンジンＥＣＵ２が通信管理を行っているが、通信管理を行うＥＣＵはこれに限られるものではなく、車載ネットワーク１に設けられているＥＣＵであれば他のＥＣＵであっても構わない。
また、上記実施形態では優先順位を３段階に設定しているが、優先順位は何段階に設定しても構わない。また、上記実施形態ではＥＣＵ毎に優先順位を設定しているが、各データフレーム毎に優先順位を設定しても構わない。

また、図２のステップＳ３では、エンジンＥＣＵ２がエマージェンシ信号及び制御停止信号を送信するための条件として標準偏差σの所定値３σを用いているが、当該所定値は３σに限られるものではない。
また、上記実施形態では、エンジンＥＣＵ２は図２のステップＳ６において、第１、２優先順位のＥＣＵへエマージェンシ信号を送信するとともに、第３優先順位のＥＣＵへ制御停止信号を送信しているが、エマージェンシ信号及び制御停止信号を送信するＥＣＵはこれに限られるものではなく、例えば、制御停止信号は送信せずに全てのＥＣＵへエマージェンシ信号を送信する設定でもよい。

また、上記実施形態では、エンジンＥＣＵ２は制御モードが特に変わらない構成をなしているが、例えば当該エンジンＥＣＵ２自体にも優先順位を設定し、当該優先順位に対応して、リンプホームモードまたは制御停止モードに移行するものとしても構わない。

本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の車載ネットワークの概略構成図である。 本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置において実行される通信管理制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車載ネットワーク
２ エンジンＥＣＵ（第１の制御ユニット）
４ 制動系ＥＣＵ（第２の制御ユニット）
６ 駆動系ＥＣＵ（第２の制御ユニット）
８ ボデー系ＥＣＵ（第２の制御ユニット）
２０ ＣＡＮ（通信線）

Claims (4)

1. 車両に設けられた複数の制御ユニットが通信線を介して接続されて形成された車載ネットワークの通信管理装置であって、
   前記複数の制御ユニットのうちの所定の制御ユニットであり、前記通信線に送信されているデータの送信周期を検出するとともに、該送信周期の標準偏差を算出し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上であった場合には、第１の所定信号を送信する第１の制御ユニットと、
   前記複数の制御ユニットのうち前記第１の制御ユニット以外の制御ユニットであり、前記第１の所定信号を受信すると、データ通信量を減少させる第１の制御モードに移行する第２の制御ユニットと、
   を備えることを特徴とする車載ネットワークの通信管理装置。
2. 前記第２の制御ユニットは複数あり、
   前記第１の制御ユニットは、前記第２の制御ユニットに優先順位を設定し、所定の優先順位以上の前記第２の制御ユニットから送信されたデータの送信周期が前記標準偏差における所定値以上であった場合に、前記第１の所定信号を送信することを特徴とする請求項１記載の車載ネットワークの通信管理装置。
3. 前記第２の制御ユニットは、前記第１の制御モードでは、定期的に送信するデータの送信周期を、エラーが生じない範囲で、長くすることでデータ通信量を減少させることを特徴とする請求項１または２記載の車載ネットワークの通信管理装置。
4. 前記第２の制御ユニットは複数あり、
   前記第１の制御ユニットは、前記第２の制御ユニットに優先順位を設定し、前記所定のデータの送信周期が前記標準偏差における所定値以上であった場合に、特定の優先順位以下の前記第２の制御ユニットには第２の所定信号を送信し、
   前記第２の制御ユニットは、前記第２の所定信号を受信すると、データの送信を停止する第２の制御モードに移行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車載ネットワークの通信管理装置。

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