JP5222002B2 - 車載用の中継接続ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車載用の中継接続ユニットに関し、詳しくは、ＣＡＮを通信プロトコルとする車載ＬＡＮにおいて、バス（伝送線路）を介して接続した電子制御ユニットから異常なメッセージを受信した場合に、該異常なメッセージを検出して送信を停止するものである。

自動車の機能増加に伴い、自動車に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）の数も増加する傾向にある。この種のＥＣＵは、多数のバスに接続されて所定の通信プロトコル、例えば、車載用として標準とされるＣＡＮ（Controller
Area Network）プロトコルに準拠した車載ＬＡＮ（Local Area Network）と接続され、ＥＣＵ間のメッセージの送受信を中継接続している。

車載ＬＡＮに接続されるＥＣＵの数が増加すると、バスを介して送受信されるメッセージ量（データのトラフィック量）も増加し、車載ＬＡＮの通信負荷率が高くなる。また、ＥＣＵから周期的に出力すべきデータを含むメッセージが他のメッセージと衝突する確率が高まり、メッセージの送信間隔に乱れを生じ、そのため、メッセージ伝送の遅延時間が大きくなり易い。そこで、車載ＬＡＮでは、機能ごとに幾つかの領域（セグメント）に区分するとともに各セグメントを、前記中継接続ユニット（ゲートウェイ）を介して接続し、各セグメント内のデータ伝送量（トラフィック量）を抑制することが図られている。（特許文献１を参照）

従来、車載ＬＡＮ用の中継接続ユニットとして、特許文献２において、図４に示すように、各バス３からポート４の受信部を介して入力されるメッセージを、各バスに接続される共用バッファ部６に一時記憶している。
前記共用バッファ部を設けることで、特定のバスが一時的に高負荷状態となったとしても、中継する全てのメッセージを共用バッファ部で一時的に保持し、送信管理手段によりメッセージの送信先のバスが送信可能状態となったことが確認された時点で、該バスと接続したポートの送信部から前記共用バッファ部に一時的に記憶したメッセージを該当するバスに送信している。
この構成の中継接続ユニットにおいては、特定のバスが高負荷状態となっても、送信すべきメッセージの送信されない事態が生じることなく中継することができる利点がある。

しかしながら、バスに接続されたＥＣＵに異常が発生すると、該異常ＥＣＵからバスを介して中継接続ユニットの共用バッファ部に短周期でメッセージが送り続けられることになる。その結果、共有バッファ部が異常なメッセージで占拠され、他の正常なＥＣＵからのメッセージの中継が大幅に遅延する問題がある。

特開２００７−３１８１９９号公報 特開２００７−１３５１０７号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、バスに接続されたＥＣＵに異常が発生し、該ＥＣＵから異常なメッセージが中継接続ユニットに送信され続けても、該異常なメッセージにより、他の正常なＥＣＵからのメッセージの中継が遅れないようにすることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、電子制御ユニットを接続したバス間に介設され、異なるバスに属する前記電子制御ユニット間で送受信するメッセージを中継する中継接続ユニットであって、
前記各バスにそれぞれ接続されると共に送信部と受信部とを有する複数のインターフェースと、
前記複数の各インターフェースの受信部に接続し、受信するメッセージの識別子（ＩＤ）と受信時間を計数するカウンターと、
前記カウンターと接続され、前記インターフェースの受信部からの受信順にメッセージを受信し、受信したメッセージのＩＤに基づいて接続した中継テーブルで送信先バスを特定する中継処理部と、
前記各インターフェースの前記送信部に接続し、前記中継処理部で送信先バスとして特定されたメッセージを一時記憶する送信用バッファ部と、
前記複数のカウンターと接続する異常判定処理部とを備え、
前記異常判定処理部は、前記各カウンターで計数された同一ＩＤのメッセージの設定時間内における受信回数が設定回数以上であると異常と判断する判定部と、該判定部で異常と判定された前記ＩＤのメッセージを前記送信用バッファ部から消去する消去指示部とを備え、
前記各インターフェースに設けた送信用バッファ部に記憶されているメッセージのうちから前記異常と判定された前記ＩＤのメッセージを消去して、該送信用バッファ部に記憶されている送信順位が後順位の正常なメッセージの送信順位を繰り上げることを特徴とする車載用中継接続ユニットを提供している。

前記のように、本発明の中継接続ユニットは、特許文献２のように共有バッファ部を設けるのではなく、各バスに接続したインターフェースの送信部毎にバッファ部を分けて設けている。バスからメッセージを受信すると、ルーテイングテーブルからなる中継テーブルを用いて対応するバッファ部に振り分けて一時記憶させているため、異常なメッセージは送信先として特定されたバッファ部にのみ一時的に保持される。よって、他の送信先のバッファ部が異常メッセージで占有されることはなく、正常なメッセージの送信に遅延を発生させない。
かつ、異常メッセージを保持するバッファ部に対して前記カウンターで異常メッセージの受信回数を計数し、所定時間内に異常メッセージが設定回数に達すると前記集中異常判定処理部から前記バッファ部に対して異常メッセージを消去する指示を出すため、異常メッセージが保持されたバッファ部も異常メッセージに占有されることがなく、該バッファ部に接続した送信部から送信する正常メッセージの送信が大幅に遅滞することを防止できる。
さらに、バス毎に送信用バッファ部を設けてメッセージを一時的に記憶しているため、送信先のバスが高負荷であっても、メッセージを取りこぼすことなく、確実に送信することができる。

かつ、各バスから受信するメッセージは、まず、その異常の有無を検出することなく、ルーテイングテーブルを参照して中継先のバスと接続された送信用バッファ部に一時記憶させているため、メッセージの中継処理を遅滞なく行うことができ、特に、正常なＥＣＵからのメッセージの中継処理を迅速に行うことができる。
メッセージの異常の検出は集中的に前記異常判定処理部で一括して行い、異常と判断したメッセージの消去を、既に該メッセージを記憶している送信用バッファ部に指示しているため、該異常なメッセージを記憶している送信バッファ部も異常なメッセージで占有されることはなく、迅速に正常化することができる。

前記異常判定処理部では、例えば、２秒〜５秒内に５回以上、同一ＩＤのメッセージが計数された場合に異常であると判定する設定としている。

即ち、ＥＣＵに異常が生じた場合には、該ＥＣＵは極めて短周期でメッセージを送り続ける自体が発生するため、前記のように所定時間内に所定回数異常のメッセージを受信すると、異常メッセージであると判定できる。
また、異常メッセージの判定を前記のように短時間で行うため、異常メッセージを一時記憶する送信用バッファ部において、異常メッセージの消去を迅速に行うことができ、異常メッセージで送信用バッファ部が占有される事態の発生を防止できる。

上述したように、本発明の中継接続ユニットでは、各バスと接続したインターフェース毎に送信用バッファ部を分けて設けているため、異常なＥＣＵから異常メッセージを受信しても、該異常メッセージの送信用バッファ部に異常メッセージが保留されるだけで、他のバスとインターフェースを介して接続される送信用バッファ部に異常メッセージが保留されることはなく、通常状態を保持することができる。よって、特許文献２のように共有バッファ部を各バスヘの送信するメッセージを保留しないため、異常なＥＣＵからのメッセージでバッファ部が占有され、他の正常なＥＣＵからのメッセージの中継が著しく遅延するのを防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、ＥＣＵ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）をそれぞれ接続した複数のバス３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を中継接続ユニット１０に接続した車載ＬＡＮの基本的構成を示し、車載ＬＡＮはＣＡＮプロトコルに準拠した通信方式を採用している。図２に中継接続ユニットの基本的構成を示す。

図２に示すように、中継接続ユニット１０は前記各バス３に接続された各ＥＣＵ２のインターフェース２ａとバス３を介して接続された複数のインターフェース１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を備えている。即ち、接続されたバス３の本数と対応する個数のインターフェース１１を備えている。
前記各インターフェース１１は送信部Ｔと受信部Ｒとを有し、受信部Ｒはカウンター１３と接続するとともに中継処理部２４と接続している。該中継処理部２４はメッセージの中継先を示したルーテイングテーブル２６を記憶したＲＯＭと接続し、各受信部Ｒから受信したメッセージの送信先バスを特定している。
前記各送信部Ｔは送信用バッファ部１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）と接続し、これら送信用バッファ部１５はスイッチング手段１７（１７Ａ，１７Ｂ、１７Ｃ）を介して前記中継処理部２４と接続している。

前記各インターフェース１１の受信部Ｒと接続した各カウンター１３は集中異常判定処理部２０の判定部２１と接続している。該判定部２１は消去指示部２２と接続し、該消去指示部２２は各インターフェース部１１の送信部Ｔと接続した前記各送信用バッファ部１５と接続している。

前記各カウンター１３にはインターフェース１１の受信部Ｒから受信するメッセージの識別子（ＩＤ）が入力され、同一ＩＤを受信時間を計数している。このカウンター１３の計数結果は前記集中異常判定処理部２０の判定部２１で同一ＩＤが予め規定した設定時間内における受信回数が設定回数を超えたかどうかを判定している。例えば、同一ＩＤのメッセージが設定時間の３秒間内に設定回数の５回を超えた場合、即ち、６回目の受信が検出された時、判定部２１は当該ＩＤのメッセージを送信するＥＣＵ２から送信されたメッセージが異常であると判定している。このように、メッセージが異常であると判定すると、該ＩＤのメッセージのは判定信号ＮＧを消去指示部２２に送っている。
前記判定部２１の判定における設定時間および設定回数は、メッセージを送信するＥＣＵ毎およびメッセージの送信周期に応じて適宜に設定している。

判定信号ＮＧを受けた消去指示部２２は、各送信バッファ部１５に該判定信号ＮＧを送り、各送信用バッファ部１５は判定信号ＮＧを受けたＩＤのメッセージが記憶されていると、該ＩＤのメッセージを消去している。

各送信用バッファ部１５では、図３に示されるように、受信順（１００、２００、…５００）に記憶すると共に送信先のアドレス（４００、３００…）を連鎖（チェーン）構造形式で記憶している。よって、記憶されたメッセージのうち、判定信号ＮＧに含まれるＩＤと同一ＩＤを含むメッセージを消去すると、メッセージの送信順位が上がる。
該送信用バッファ１５は記憶されたメッセージを送信順位に基づいて、順次インターフェース１１の送信部Ｔにメッセージを送り、該送信部Ｔよりバス３に送信し、該バスを介して受信先のＥＣＵ２がメッセージを受信している。

なお、カウンター１３で計数したメッセージのＩＤが設定時間内での受信回数が設定回数以下（例えば、５回以下）であったとき、判定部２１はメッセージが正常状態であると判定し、その判定信号ＯＫを前記異常判定ＮＧと共に中継処理部２４に送るようにしてもよい。

前記中継処理部２４は、各インターフェース１１の受信部Ｒから受信順にメッセージを受信し、受信したメッセージのＩＤに基づいて、ルーテイングテーブル２６を参照して送信先バスを特定し、特定した送信先バス３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）に接続された送信用バッファ部１５に、スイッチング手段１７をオンとして送信している。
即ち、受信したメッセージの異常判定の処理を待つことなく、メッセージの送信先の送信用バッファ１５に送信し、中継処理部２４における中継処理を迅速化している。
前記スイッチング手段１７は、例えば、ＡＮＤまたはＯＲ論理素子を用いて形成している。

次ぎに、前記構成からなる中継接続ユニット１０の動作について説明する。
ＥＣＵ２Ａを接続したバス３Ａからのメッセージは、インターフェース１１Ａの受信部Ｒで受信する。
受信したメッセージは中継処理部２４に送られ、該中継処理部２４はルーテイングテーブル２６を参照して、例えば、送信先バス３Ｃと特定し、該送信先のバス３Ｃのインターフェース１１Ｃの送信部Ｒと接続したスイッチング手段１７Ｃを閉じてメッセージを送信用バッファ１５Ｃに送り、該送信用バッファ部５Ｃに一時的に記憶する。

他のバス３Ｂ、３Ｃに接続されたＥＣＵ２Ｂ、２Ｃから送信されるメッセージも同様な手順で、送信先のバスと接続した送信用バッファ部１５に一時的に記憶する。
例えば、バス３Ｂを介してＥＣＵ２Ｂから受信するメッセージをバス３Ｃと接続した送信用バッファ部１５Ｃで一時記憶する。バス３Ｃを介してＥＣＵ２Ｃから受信するメッセージをバス３Ｂと接続した送信用バッファ１５Ｂで一時記憶する。
よって、バス３Ｃと接続した送信用バッファ部５Ｃには、ＥＣＵ２ＡとＥＣＵ２Ｃとからのメッセージが記憶され、受信順に格納される。

其の際、ＥＣＵ２Ａが異常で、該ＥＣＵ２Ａから送信されるメッセージが短時間に連続して送信されると、送信用バッファ部５ＣにはＥＣＵ２Ａからのメッセージが短時間のうちに集中して記憶される。例えば、図３に示す受信順位２００、３００、４００のデータが異常ＥＣＵ２Ａからのメッセージ・データ（５）となり、正常なＥＣＵ２Ｂからのメッセージ・データ（２）の送信順位が後順位となる。

一方、前記ＥＣＵ２Ａから送信してインターフェース１１Ａの受信部Ｔで受信したメッセージは同時にカウンター１３で受信回数と受信周期（時間）が計数される。該カウンター１３の受信結果は、集中異常判定処理部２０の判定部２１に送られる。このＥＣＵ２Ａからのメッセージの送信回数が設定時間内で設定回数を越えると、判定部２１で異常と判定され、消去指示部２２から各送信用バッファ部１７に該メッセージの消去指示が送信される。この消去指示を受信した前記送信用バッファ部１５Ｃは消去指示に基づいて、前記受信順位２００、３００、４００のメッセージ・データ（５）を消去する。よって、後順位の正常なＥＣＵ２Ｂからのメッセージ・データ（２）は送信順位が繰り上がり、送信時間が遅れることはない。

また、前記異常なＥＣＵ２Ａからのメッセージは送信先のバス３Ｃと接続した送信用バッファ部１５Ｃにのみ記憶され、他のバス３Ａ、３Ｃと接続した送信用バッファ部１５Ａ、１５Ｂには記憶されてないため、これらバス３Ａ、３Ｃに送信されるメッセージが異常メッセージにより遅滞することはなく、迅速に送信することができる。

このように、本発明の中継接続ユニットは、バス毎に接続したインターフェースの送信部にそれぞれ送信用バッファ部を設けているため、異常なＥＣＵからのメッセージは送信先バスと接続した送信用バッファ部にのみ記憶され、他のバスに送信する正常なメッセージの送信遅延が生じるのを防止できる。
また、異常メッセージを記憶する送信用バッファ部も、異常メッセージであると判定されると消去され、かつ、この判定は短時間でなされるため、異常メッセージで送信用バッファ部が占有される事態の発生を防止でき、該送信用バッファ部に記憶された正常なメッセージの送信遅れも防止できる。

本発明の中継接続ユニットを用いて形成される車載ＬＡＮの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態の中継接続ユニットのブロック図である。 前記中継接続ユニットの送信用バッファ部におけるメッセージの記憶状態を示す説明図である。 従来の中継接続ユニットを示すブロック図である。

符号の説明

２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ） ＥＣＵ
３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ） バス
１０ 中継接続ユニット
１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ） インターフェース
１３ カウンター
１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ） 送信用バッファ部
１７ スイッチング手段
２０ 集中異常判定処理部
２１ 判定部
２２ 消去指示部
２４ 中継処理部
２６ ルーティングテーブル

Claims (2)

1. 電子制御ユニットを接続したバス間に介設され、異なるバスに属する前記電子制御ユニット間で送受信するメッセージを中継する中継接続ユニットであって、
   前記各バスにそれぞれ接続されると共に送信部と受信部とを有する複数のインターフェースと、
   前記複数の各インターフェースの受信部に接続し、受信するメッセージの識別子（ＩＤ）と受信時間を計数するカウンターと、
   前記カウンターと接続され、前記インターフェースの受信部からの受信順にメッセージを受信し、受信したメッセージのＩＤに基づいて接続した中継テーブルで送信先バスを特定する中継処理部と、
   前記各インターフェースの前記送信部に接続し、前記中継処理部で送信先バスとして特定されたメッセージを一時記憶する送信用バッファ部と、
   前記複数のカウンターと接続する異常判定処理部とを備え、
   前記異常判定処理部は、前記各カウンターで計数された同一ＩＤのメッセージの設定時間内における受信回数が設定回数以上であると異常と判断する判定部と、該判定部で異常と判定された前記ＩＤのメッセージを前記送信用バッファ部から消去する消去指示部とを備え、
   前記各インターフェースに設けた送信用バッファ部に記憶されているメッセージのうちから前記異常と判定された前記ＩＤのメッセージを消去して、該送信用バッファ部に記憶されている送信順位が後順位の正常なメッセージの送信順位を繰り上げることを特徴とする車載用中継接続ユニット。
2. 前記異常判定処理部では、２秒〜５秒内に５回以上、同一ＩＤのメッセージが計数された場合に異常であると判定する設定としている請求項１に記載の車載用中継接続ユニット。

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