JP6040952B2 - 通信システム、電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリを電源とする通信システムに関する。

車載ＬＡＮ等、バッテリを電源とする通信システムでは、システムの消費電力をできるだけ抑制するために、通信システムを構成する各ノードを、動作不要時には、通常の動作モードであるウェイクアップモードから、再起動に必要な機能以外を停止した動作モードであるスリープモードに遷移することが行われている。

スリープモードに遷移させる手法の一つとして以下のものがある。即ち、自ノードがスリープモードへの遷移が不可であれば、その旨（遷移不可）を、通信線を介して定期的に他ノードに通知し、スリープモードへの遷移が可能になると、遷移可能であることを表す通知に切り替えるか、或いは、遷移不可を表す通知を単に停止する。そして、これらの通知により、全てのノードがスリープモードへの遷移可能であることが確認されると、各ノードは、自ノードの動作モードをスリープモードに切り替えることにより、全てのノードがほぼ一斉にスリープモードに遷移する。

この手法では、故障や利用者による不適切な使用等によって、スリープモードへの遷移不可を表す通知を出し続けているノードが一つでも存在すると、全てのノードがスリープモードに遷移することができず、バッテリ上がりを発生させる原因となる。

これに対処するために、バッテリ電圧を監視し、バッテリ電圧の低下が検出された場合に、その旨を報知したりノードを強制的にスリープモードに遷移させたりすることによってバッテリ上がりを防止する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−２０５７０号公報

しかし、上述の従来技術は、バッテリ上がりを防止するだけで、実際にバッテリ上がりが発生してしまった場合に、その原因を特定することが困難であるという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、バッテリを電源とする通信システムにおいてバッテリ上がりの原因の特定を容易にする技術を提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、バッテリを電源として動作する。また、機能を制限しない動作モードである通常モードおよび機能を制限して低消費電力状態にする動作モードであるスリープモードを有する複数の電子制御装置がノードとして機能する。

各ノードは、スリープ可否通知手段と、状態遷移手段とを備える。スリープ可否通知手段は、自ノードのスリープモードへの遷移の可否を通知する可否フレームを、当該通信システムの通信線に送出する。状態遷移手段は、可否フレームにより、通信線に接続された全てのノードがスリープモードに遷移可能であることを確認した場合に、自ノードをスリープモードに遷移させる。

また、ノードの少なくとも一つは、更に、電圧判定手段と、監視手段とを備える。電圧判定手段は、バッテリの電圧が予め設定された下限電圧より低下した状態である電圧低下状態にあるか否かを判定する。監視手段は、電圧低下状態にある時に、スリープモードへの遷移が不可であることを表す可否フレームを受信すると、その可否フレームの送信元ノードを特定する送信元情報を不揮発性メモリに記憶する。

このような構成によれば、バッテリの電圧が下限電圧より低下しているにも関わらず、スリープモードへの遷移が不可であることを表す可否フレームを継続して送信しているノードを特定する送信元情報が不揮発性メモリに記憶されるため、実際にバッテリ上がりが発生した時には、不揮発性メモリに記憶された送信元情報を読み出すことによって、バッテリ上がりが発生した時に動作していたノード、即ち、バッテリ上がりの原因となった可能性のあるノードを特定することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

また、本発明は、前述した通信システムの他、前述のスリープ可否通知手段，状態遷移手段，電圧判定手段，監視手段を備え、前述した通信システムのノードとして機能する電子制御装置、当該電子制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム等、種々の形態で実現することができる。

車載通信システムの構成を示すブロック図である。 監視装置となる電子制御装置（ＥＣＵ）の構成を示すブロック図である。 ＥＣＵが実行する状態遷移処理のフローチャートである。 監視装置となるＥＣＵが実行する監視処理のフローチャートである。 監視装置となるＥＣＵが実行する情報提供処理のフローチャートである。 車載通信システムの動作を例示するタイミング図である。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
＜全体構成＞
車載通信システム１は、図１に示すように、複数の電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit ）２と、無線通信装置（ＤＣＭ：Data Communication Module ）３と、バッテリ４と、イグニションスイッチ（ＩＧスイッチ）５と、コネクタ６とを備えている。以下では、複数のＥＣＵ２を区別する必要がある時は、ＥＣＵ２ａ〜２ｃと表記するものとする。

ＥＣＵ２ａ〜２ｃおよびＤＣＭ３は、バス状の通信バス７を介して相互に接続され、所定のプロトコル（ここではＣＡＮプロトコル）に従った通信を実行するノードとして機能する。また、ＥＣＵ２ａ〜２ｃおよびＤＣＭ３は、バッテリ４から電源線９を介して給電を受けて動作するように構成されている。

ＥＣＵ２ａ〜ＥＣＵ２ｃは、それぞれ予め割り当てられた機能を実現するものであり、そのうちの一つ（ここではＥＣＵ２ａ）は、車載通信システム１の動作状況を監視する監視装置としての機能を有する。このＥＣＵ２ａには、ＩＧスイッチ５のオンオフ状態が入力されると共に、通信バス７を介してコネクタ６にも接続されている。なお、コネクタ６には、車載通信システム１から各種情情報を取得して車両の故障等を診断する診断装置１０等の外部装置が着脱される。

ＤＣＭ３は、公衆無線通信網を利用した無線通信を実行する周知のものである。
バッテリ４は、車両に搭載されている周知のものであり、所定電圧にて給電を行う。
ＩＧスイッチ５は、エンジンの始動停止、エンジン停止状態での電装品への給電の有無を切り替える周知のものである。但し、ここでは、ＩＧスイッチ５のオン状態はエンジン動作中、ＩＧスイッチ５のオフ状態はエンジン停止中を表すものとする。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ２ａは、図２に示すように、二つのＣＡＮコントローラ２１，２２、電源回路２３、電圧監視装置２４、記憶装置２５、マイクロコンピュータ（マイコン）２６を備えている。 ＣＡＮコントローラ２１，２２は、ＣＡＮプロトコルに従った通信を実行する周知のものである。ＣＡＮコントローラ２１には、コネクタ６に至る通信線が接続され、コネクタ６に接続された外部装置との通信に使用される。ＣＡＮコントローラ２２には、通信バス７が接続され、他のＥＣＵ２やＤＣＭ３との通信に使用される。

電源回路２３は、バッテリ４からの供給電圧（通常１２Ｖ）をＥＣＵ２ａの各部で必要とされる給電電圧（５Ｖや３．３Ｖなど）に変換して、ＥＣＵ２ａの各部に給電する。
電圧監視装置２４は、バッテリ４からの給電電圧を監視し、電源回路が正常に動作する通常の電圧範囲の下限値（例えば８Ｖ）に所定のマージン（例えば２Ｖ）を加えた値を閾値電圧Ｖthとして、給電電圧が閾値電圧Ｖthより大きいか否かを表す電圧検出信号をマイコン２６に出力する。

記憶装置２５は、電源回路２３からの給電が途絶えても記憶内容を保持する不揮発性メモリからなる。
マイコン２６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、電圧監視装置２４からの電圧検出信号、ＩＧスイッチ５のオンオフ状態を表す信号や、ＣＡＮコントローラ２１，２２を用いた通信により得られる情報に基づいて、自装置（自ノード）に割り当てられた機能を実現するための処理の他、自ノードの動作モードをスリープモードに遷移させる状態遷移処理、通信バス８に接続されている各ＥＣＵ２の動作状況を監視する監視処理、記憶装置２５に記憶された内容を外部装置に提供する情報読出処理を少なくとも実行する。

なお、ＥＣＵ２２ｂ，２２ｃおよびＤＣＭ３は、ＣＡＮコントローラ２１，電圧監視装置２４，記憶装置２５，ＩＧスイッチ５のオンオフ状態を入力するポートが省略されている点、マイコン２６のＣＰＵが実行する処理のうち、監視処理および情報読出処理が省略されている以外は、ＥＣＵ２２ａと同様に構成されている。実際には、ＥＣＵ２やＤＣＭ３には、これらの構成以外に自装置割り当てられた機能の実現に必要な構成（例えばＤＣＭでは無線通信を実現するための構成等）を備えている場合があるが、本発明の主要部とは関係が薄いため、図示および説明を省略する。

＜状態遷移処理＞
マイコン２６のＣＰＵが実行する処理のうち、状態遷移処理の内容を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。

状態遷移処理は、全てのノード（ＥＣＵ２，ＤＣＭ３）にて、動作モードがウェイクアップモードの時に実行される。
本処理では、マイコン２６のＣＰＵは、まず、Ｓ１１０にて、自ノードがスリープモードに遷移可能であるか否かを判断する。具体的には、自ノードに割り当てられた機能を実現する処理を実行する必要がない状況であればスリープモードに遷移可能であると判断する。

スリープモードに遷移不可であれば（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１３０にてスリープモードへの遷移の可否を通知する可否フレームとして禁止フレームを、ＣＡＮコントローラ２２を介して送信し、続くＳ１３５では、可否フレームの送信周期に相当する一定時間待機して、Ｓ１１０に戻る。

一方、スリープモードに遷移可能であれば（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０にてスリープモードへの遷移の可否を通知する可否フレームとして許可フレームを、ＣＡＮコントローラ２２を介して送信し、続くＳ１４０では、可否フレームの送信周期に相当する一定時間待機して、Ｓ１５０に進む。

なお、可否フレーム（許可フレーム／禁止フレーム）に付与されるＣＡＮ−ＩＤは、送信元のノード（ＥＣＵ２）毎に異なり、ＣＡＮ−ＩＤによって、送信元ノードを特定することができるように設定されている。

Ｓ１５０では、待機している間に受信した可否フレームが、自身が送信した可否フレームも含めて全て許可フレームであるか否かを判断する。
受信した可否フレームの中に一つでも禁止フレームがあれば（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１１０に戻って、Ｓ１１０〜Ｓ１４０の処理を繰り返し、受信した可否フレームが全て許可フレームであれば（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、Ｓ１５０にて、自ノードの動作モードをスリープモードに遷移させて本処理を終了する。

＜監視処理＞
次に監視処理の内容を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
監視処理は、監視装置としての機能を有するＥＣＵ２ａにて、マイコン２６が起動すると実行される。

本処理では、マイコン２６のＣＰＵは、まず、Ｓ２１０にて、ＩＧスイッチ５がオフ状態であるか否かを判断する。ＩＧスイッチ５がオフ状態でなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、本ステップを繰り返すことで待機し、ＩＧスイッチ５がオフ状態であれば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２２０に進む。

Ｓ２２０では、電圧監視装置２４での検出結果に基づき、バッテリ電圧が閾値電圧Ｖth以下に低下している電圧低下状態にあるか否かを判断する。電圧低下状態でなければ（Ｓ２２０：ＮＯ）、Ｓ２１０に戻り、電圧低下状態であれば（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０にてタイマをスタートさせる。

続くＳ２４０では、バッテリ電圧が電圧低下状態から通常状態に復帰しているか否かを判断する。バッテリ電圧が通常状態に復帰していれば（Ｓ２４０：ＹＥＳ）Ｓ２１０に戻り、電圧低下状態のままであれば（Ｓ２４０：ＮＯ）Ｓ２５０に進む。

Ｓ２５０では、先のＳ２３０でスタートさせたタイマの計時値に基づき、所定の規定時間が経過しているか否かを判断する。なお、規定時間は、スタータの作動時に一時的にバッテリ電圧が低下する期間より十分に長い時間に設定される。そして、規定時間が経過していなければ（Ｓ２５０：ＮＯ）Ｓ２４０に戻り、規定時間が経過していれば（Ｓ２５０：ＹＥＳ）Ｓ２５０に進む。

Ｓ２６０では、ＣＡＮコントローラ２２を介して通信バス８に送出される可否フレームを監視し、可否フレームを受信した場合には、Ｓ２７０にて、禁止フレームであるか否かを判断する。受信した可否フレームが禁止フレームではなく許可フレームであれば（Ｓ２７０：ＮＯ）Ｓ２６０に戻り、禁止フレームであれば（Ｓ２７０：ＹＥＳ）、Ｓ２８０にて、受信した禁止フレームのＣＡＮ−ＩＤを、禁止フレームの送信元となったノードを特定する送信元情報として記憶装置２５に記憶して、本処理を終了する。

＜情報読出処理＞
次に情報読出処理の内容を、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
情報読出処理は、監視装置としての機能を有するＥＣＵ２ａにて、マイコン２６が起動すると実行される。また、コネクタ６に接続された診断装置１０からの読出要求を受信した時にも実行される。

本処理では、マイコン２６のＣＰＵは、まず、Ｓ３１０にて、記憶装置２５に記憶された送信元情報を読み出す。続くＳ３２０では、本処理が読出要求に基づく実行であるか否かを判断する。

読出要求に基づく実行であれば（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、Ｓ３３０にて、先のＳ３１０にて読み出した送信元情報を、ＣＡＮコントローラ２１を介してコネクタ６に接続された診断装置１０に送信し、本処理を終了する。一方、読出要求に基づく実行ではなくマイコン２６の起動に基づく実行であれば（Ｓ３３０：ＮＯ）、Ｓ３４０にて、先のＳ３１０にて読み出した送信元情報を、ＣＡＮコントローラ２２を介してＤＣＭ３に送信して、本処理を終了する。

なお、送信元情報を受信したＤＣＭ３は、受信した送信元情報を、予め設定されている送信先へ無線通信により送信する。
＜動作＞
このように構成された車載通信システム１では、図６に示すように、各ノードは、自ノードのスリープモードへの遷移可否状況を表す可否フレーム（許可フレームまたは禁止フレーム）を、定期的に通信バス８へ送出する。

そして、ＩＧスイッチ５がオフ状態となり、且つ、バッテリ電圧が閾値電圧Ｖthより低下すると、タイマを起動して規定時間だけ待機し、規定時間が経過すると、可否フレームの監視を開始する。スリープモードに遷移不能であることを示す可否フレーム（禁止フレーム）を受信すると、その禁止フレームのＣＡＮ−ＩＤを送信元情報として記憶する。

なお、送信元情報を最初の一つだけ記憶するのは、送信元情報の書込中に、電源回路２３が動作不能になるまでバッテリ電圧が低下することによって、記憶装置２５の記憶内容が破壊されてしまうことを防止するためである。

このようにして記憶された送信元情報は、バッテリ４が取り替えられる等して、各ノードへの給電が再開され、マイコン２６が再起動した時に、ＤＣＭ３を介して所定の送信先に送信される。また、その後、コネクタ６に接続された診断装置１０から読出要求が入力された時にも、これに応答して、送信元情報を診断装置１０に送信する。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、バッテリ電圧が閾値電圧Ｖth以下に低下しているにも関わらず、スリープモードへの遷移が不可であることを表す可否フレーム（禁止フレーム）を継続して送信しているノードを特定する送信元情報が、不揮発性メモリで構成された記憶装置２５に記憶されるため、バッテリ上がりが発生した時には、記憶装置２５から読み出された送信元情報に基づいて、バッテリ上がりが発生した時に作動していたノード、即ち、バッテリ上がりの原因となった可能性のあるノードを特定することができる。

また、本実施形態では、バッテリ電圧が閾値電圧Ｖth以下に低下すると、直ちに可否フレームの監視を開始するのではなく、規定時間待機後に監視を開始している。これにより、クランキングなどの正常動作に基づく一時的なバッテリ電圧の低下が監視の対象から除外され、バッテリ上がりを起こす可能性のある継続的なバッテリ電圧の低下のみを監視の対象とすることができるため、誤判定の発生を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（１）上記実施形態では、送信元情報の提供を、ＤＣＭ３経由およびコネクタ６経由のいずれでも可能であるように構成したが、いずれか一方だけが可能であるように構成してもよい。

（２）上記実施形態では、一つのＥＣＵ２ａが監視装置として機能する場合について説明したが、複数のＥＣＵが監視装置として機能するように構成してもよい。この場合、監視装置として機能するＥＣＵ２には、少なくともＩＧスイッチ５のオンオフ状態を取り込む入力ポートを備える必要がある。

（３）上記実施形態では、送信元情報としてＣＡＮ−ＩＤそのものを用いているが、ＣＡＮ−ＩＤの一部を含んだ情報であってもよい。
（４）本発明の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

１…車載通信システム ２…電子制御装置（ＥＣＵ） ３…無線通信装置（ＤＣＭ） ４…バッテリ ５…イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ） ６…コネクタ ７，８…通信バス ９…電源線 １０…診断装置 ２１，２２…ＣＡＮコントローラ ２３…電源回路 ２４…電圧監視装置 ２５…記憶装置 ２６…マイクロコンピュータ（マイコン）

Claims (6)

1. 機能を制限しない動作モードである通常モードおよび機能を制限して低消費電力状態にする動作モードであるスリープモードを有する複数の電子制御装置がノードとして機能し、バッテリ（４）を電源として動作する通信システム（１）であって、
   前記ノード（２，３）は、
   自ノードのスリープモードへの遷移の可否を通知する可否フレームを、当該通信システムの通信線に送出するスリープ可否状態通知手段（２６：Ｓ１１０〜Ｓ１３０）と、
   前記可否フレームにより、前記通信線に接続された全てのノードが前記スリープモードに遷移可能であることを確認した場合に、自ノードを前記スリープモードに遷移させる状態遷移手段（２６：Ｓ１４０〜Ｓ１６０）と、
   を備え、
   前記ノードの少なくとも一つ（２ａ）は、
   前記バッテリの電圧が予め設定された閾値電圧より低下した状態である電圧低下状態にあるか否かを判定する電圧判定手段（２４）と、
   前記電圧低下状態にある時に、前記スリープモードへの遷移が不可であることを表す前記可否フレームを受信すると、該可否フレームの送信元ノードを特定する送信元情報を不揮発性メモリ（２５）に記憶する監視手段（２６：Ｓ２１０〜Ｓ２８０）と、
   自ノードに給電が開始されることによって自ノードが起動した時に、前記監視手段によって前記不揮発性メモリに記憶された送信元情報を、無線通信機能を備えたノードを介して予め設定された送信先である外部装置に提供する情報提供手段（２６：３１０〜３４０）と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 前記監視手段は、前記閾値電圧より低下した状態が予め設定された規定時間以上継続した場合に、前記可否フレームの監視を開始することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記監視手段は、イグニションスイッチのオフまたはエンジンの停止が確認されている場合に前記可否フレームの監視を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信システム。
4. 前記情報提供手段は、前記通信線に着脱可能な診断装置に前記送信元情報を送信することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記通信線を介した通信で使用される通信方式はＣＡＮであり、
   前記不揮発性メモリに記憶する送信元ノードを特定する情報は、ＣＡＮ−ＩＤまたはその一部を含むものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. バッテリ（４）を電源とする通信システム（１）のノードとして機能し、機能を制限しない動作モードである通常モードおよび機能を制限して低消費電力状態にする動作モードであるスリープモードを有する電子制御装置（２ａ）であって、
   前記スリープモードへの遷移の可否を通知する可否フレームを、前記通信システムの通信線に送出するスリープ可否状態通知手段（２６：Ｓ１１０〜Ｓ１３０）と、
   前記可否フレームにより、前記通信線に接続された全てのノードが前記スリープモードに遷移可能であることを確認した場合に、自ノードを前記スリープモードに遷移させる状態遷移手段（２６：Ｓ１４０〜Ｓ１６０）と、
   前記バッテリの電圧が予め設定された下限電圧より低下した状態である電圧低下状態にあるか否かを判定する電圧判定手段（２４）と、
   前記電圧低下状態にある時に、前記スリープモードへの遷移が不可であることを表す前記可否フレームを受信すると、該可否フレームの送信元ノードを特定する送信元情報を不揮発性メモリに記憶する監視手段（２６：Ｓ２１０〜Ｓ２８０）と、
   自ノードに給電が開始されることによって自ノードが起動した時に、前記監視手段によって前記不揮発性メモリに記憶された送信元情報を、無線通信機能を備えたノードを介して予め設定された送信先である外部装置に提供する情報提供手段（２６：３１０〜３４０）と、
   を備えることを特徴とする電子制御装置。

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