JP6536537B2

JP6536537B2 - 車載ネットワークシステム

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Publication number: JP6536537B2
Application number: JP2016216624A
Authority: JP
Inventors: 博哉安藤; 秀石塚; 太一松村; 将志雨皿; 上田　豊; 豊上田; 義史大森; 俊雄川村; 友美河村; 嶋田　敏雄; 敏雄嶋田; 佳郎平田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: US10668876B2; CN108023833B; US20180126930A1; JP2018070121A; DE102017123121A1; CN108023833A

Description

本発明は、車載ネットワークシステムに関する。

従来より、ユーザ端末とサーバの間における通信の開始時に、ユーザ端末とサーバの間の通信路に設けられる複数の通信装置が、各通信路について割当て可能な通信帯域幅を示す情報を、各通信路を含むサブネットワークに対応する管理装置に送信し、管理装置は、通信装置から受信した割当て可能な通信帯域幅を示す情報を統合管理装置に送信し、統合管理装置は、割当て可能な通信帯域幅を示す情報が表す帯域幅のうち最小値の通信帯域幅を割当て通信帯域幅として設定し、割当て通信帯域幅を管理装置経由で各通信装置に送信し、各通信装置が、割当て通信帯域幅に従って共通同一の通信帯域幅により通信を行う、通信帯域幅管理システムがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２１８９２５号公報

ところで、従来の通信帯域幅管理システムは、通信装置が共通同一の通信帯域幅で通信を行うため、データ量が多いときにデータが通信装置に滞留し、送信先の通信装置、ユーザ端末、又はサーバへのデータの転送が遅れるおそれがある。

従来の通信帯域幅管理システムは、車両に搭載されるものではなく、データの転送遅れに対する対策は特に行われていないが、車両に搭載する場合には、データの転送遅れは車両の制御遅れに繋がるおそれがあり、対策が必要である。

そこで、転送データの滞留の抑制と、データの転送遅れの抑制とを両立した車載ネットワークシステムを提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の車載ネットワークシステムは、
複数のＥＣＵと、前記複数のＥＣＵにそれぞれ接続される複数の回線と、前記複数の回線を介して前記複数のＥＣＵに接続され、前記複数の回線の間でデータを中継する中継装置と、を含み、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）プロトコルを用いて通信を行う車載ネットワークシステムであって、
前記中継装置は、
前記ＥＣＵの間で中継されるデータを保持するバッファと、
前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記バッファに保持しているデータのうち、車両の走行に関するデータを優先的に中継する中継部と、
を有する。
好ましくは、前記中継部は、前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記車両の走行に関するデータが、前記複数のＥＣＵのうちの送信先のＥＣＵに第１所定時間以内に到達するように、優先的に中継する。

このように、制御部から中継装置を介して他の制御部に転送されるデータのうち、優先度が所定の優先度以上のデータの滞留を抑制することができるとともに、優先度の高いデータが所定時間以内に転送先（送信先）の制御部に到達するように、中継を行う。

従って、転送データの滞留の抑制と、データの転送遅れの抑制とを両立した車載ネットワークシステムを提供することができる。

本発明の他の実施の形態の車載ネットワークシステムでは、
前記中継部は、前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記第１所定時間よりも短い第１時間にわたって、前記車両の走行に関するデータを前記送信先の制御部に優先的に中継する。

このように、第１所定時間よりも短い第１時間にわたって優先度が所定の優先度以上のデータを優先的に中継するので、優先度の高いデータが所定時間以内に転送先（送信先）の制御部に到達するようにすることができる。

従って、転送データの滞留を抑制しつつ、優先度の高いデータが転送先に確実に届くようにできる車載ネットワークシステムを提供することができる。

本発明の他の実施の形態の車載ネットワークシステムでは、
前記中継部は、前記第１時間の経過時に前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記第１時間を、前記第１所定時間よりも短く前記第１時間よりも長い第２時間まで延長する。

このように、第１時間内に優先度の高いデータを転送しきれない場合は、第１所定時間よりも短い第２時間まで第１時間を延長するので、転送し切れていない優先度の高いデータを所定時間以内に転送先（送信先）の制御部に到達するようにすることができる。

本発明の他の実施の形態の車載ネットワークシステムでは、
前記中継部は、前記第２時間の経過時に前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記第２時間を、前記第１所定時間よりも短く前記第２時間よりも長い第３時間まで延長する。

このように、第２時間内に優先度の高いデータを転送しきれない場合は、第１所定時間よりも短い第３時間まで第２時間をさらに延長するので、転送し切れていない優先度の高いデータを所定時間以内に転送先（送信先）の制御部に到達するようにすることができる。

本発明の他の実施の形態の車載ネットワークシステムでは、
前記中継装置は、前記中継装置に滞留する前記データの数が所定数以上であるかどうか、又は、前記中継装置に前記データが滞留する時間が第２所定時間以上であるかで、前記データの滞留が発生しているかどうかを判定する滞留判定部を有し、
前記中継部は、前記中継装置に滞留する前記データの数が前記所定数以上になると、又は、前記データが滞留する時間が第２所定時間以上になると、前記車両の走行に関するデータを優先的に中継する。

このように、中継装置に滞留するデータの数、又は、滞留する時間でデータの滞留の有無を確実に判定できる。

従って、滞留の有無を確実に判定でき、判定結果に基づいて転送データの滞留をより効果的に抑制しつつ、優先度の高いデータが転送先により確実に届くようにできる車載ネットワークシステムを提供することができる。

本発明の他の実施の形態の車載ネットワークシステムでは、
前記中継部は、前記車両の走行に関するデータを優先的に中継し終えると、前記車両の走行に関するデータよりも優先度が低いデータを中継する。

このように、優先度が高いデータを優先的に中継し終えると、優先度が低いデータを中継するので、優先度が低いデータも転送先に確実に送ることができる。

従って、優先度の低いデータも転送先に届けることができる車載ネットワークシステムを提供することができる。

本発明の他の実施の形態の車載ネットワークシステムでは、
前記第１所定時間は、車両の制御で要求される時間である。

このため、優先度の高いデータを車両の制御に間に合うように、転送することができる。

従って、車両の制御を考慮して、転送データの滞留の抑制と、データの転送遅れの抑制とを両立した車載ネットワークシステムを提供することができる。

転送データの滞留の抑制と、データの転送遅れの抑制とを両立した車載ネットワークシステムを提供することができる。

実施の形態の車載ネットワークシステム１００を示す図である。ゲートウェイＥＣＵ１１０の機能ブロックを示す図である。データの優先度を表すテーブル形式のデータを示す図である。車載ネットワークシステム１００が利用するフレームを示す図である。データ転送に必要な時間を説明する図である。ゲートウェイＥＣＵ１１０が実行する処理を示す図である。

以下、本発明の車載ネットワークシステムを適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の車載ネットワークシステム１００を示す図である。車載ネットワークシステム１００は、車両に搭載される。

車載ネットワークシステム１００は、ゲートウェイＥＣＵ(Electronic Control Unit)１１０、ＥＣＵ１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、及び回線１３１、１３２、１３３、１３４、１３５を含む。また、ＥＣＵ１２１、１２２には、それぞれ、配線１４１Ａ、１４２Ａを介してセンサ１４１、１４２が接続されており、ＥＣＵ１２３には、配線１４３Ａを介してスイッチ１４３が接続されている。

車載ネットワークシステム１００は、一例として、通信プロトコルとしてEthernetプロトコルを用いている。回線１３１〜１３５は、物理的なバスを示すものではなく、EthernetプロトコルによるＶＬＡＮ(Virtual Local Area Network)１３０を構築する仮想的な回線である。また、配線１４１Ａ、１４２Ａ、１４３Ａは、物理的なケーブルである。

ＶＬＡＮ１３０は、回線１３１〜１３５によって構築され、ゲートウェイＥＣＵ１１０とＥＣＵ１２１〜１２５が接続される。ここで、一例として、回線１３１〜１３５は、Ethernet規格に対応した回線である。回線１３１〜１３５は、複数の回線の一例である。なお、ここでは、一例として、回線１３１〜１３５がＶＬＡＮ１３０に含まれる形態について説明するが、回線１３１〜１３５は、複数のＶＬＡＮにグループ分けされていてもよい。

ゲートウェイＥＣＵ１１０は、一例として、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、クロック生成部、入出力インターフェース、通信インターフェース、送受信部、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。

ゲートウェイＥＣＵ１１０は、一例として、５つのポートを有し、５つのポートに回線１３１〜１３５を介してＥＣＵ１２１〜１２５がそれぞれ接続されている。ゲートウェイＥＣＵ１１０は、いずれかのポートに入力されるデータを他のいずれかのポートに中継するネットワークの中継装置である。ゲートウェイＥＣＵ１１０は、中継装置の一例である。ゲートウェイＥＣＵ１１０が有するポートは、物理的なポートではなく、仮想的なポートである。なお、仮想的なポートの数は、複数であれば、幾つであってもよい。

ゲートウェイＥＣＵ１１０は、一例として、Ｌ７スイッチによるデータ転送処理を行う。なお、このようなゲートウェイＥＣＵ１１０をハブＥＣＵとして捉えることもできる。ここで、Ｌ７スイッチとは、ＯＳＩ(Open Systems Interconnection)参照モデルのレイヤ7（アプリケーション層）に相当するアプリケーションレベルのプロトコル（利用規約）情報を調べてデータの転送処理を行うスイッチのことである。Ｌ７スイッチは、ソフトウェア的にスイッチングを行う。

ＥＣＵ１２１〜１２５は、車両の各種制御を行う複数の制御部の一例である。ＥＣＵ１２１〜１２５は、それぞれ、一例として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、クロック生成部、入出力インターフェース、通信インターフェース、送受信部、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。

ＥＣＵ１２１〜１２５の各々は、例えば、エンジンＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ、ステアリングＥＣＵ、トランスミッションＥＣＵ、ボディＥＣＵ、メータＥＣＵ、エアコンＥＣＵ、ＰＣＳ(Pre-Crash Safety)−ＥＣＵ、又は、ＬＫＡ(Lane Keeping Assist)−ＥＣＵ等の各種ＥＣＵのうちのいずれかである。

なお、図１には、一例として、センサ１４１、１４２が接続されており、ＥＣＵ１２３には、スイッチ１４３が接続されている。センサ１４１、１４２は、例えば、車速センサ、シフトポジションセンサ、ステアリングの舵角センサ等の車両に搭載される種々のセンサである。また、スイッチは、例えば、イグニッションスイッチのようにＥＣＵに接続される種々のスイッチである。ＥＣＵ１２４又は１２５にもこのようなセンサ又はスイッチが接続されていてもよい。

なお、ＨＶ(Hybrid Vehicle)車、ＥＶ(Electric Vehicle)、及び燃料電池車（ＦＣＶ:Fuel Cell Vehicle）の場合には、エンジンＥＣＵの代わりに、それぞれ、エンジン又は駆動用モータの出力を制御するＨＶ−ＥＣＵ、及び、駆動用モータの出力を制御するＥＶ−ＥＣＵを用いればよい。ＥＣＵ１２１〜１２５に該当するＥＣＵの種類は、車両の動力源（エンジン、ＨＶ、ＥＶ、ＦＣＶ等）によって異なる。

回線１３１〜１３５は、上述のように、EthernetプロトコルによるＶＬＡＮ１３０を構築する仮想的な回線である。なお、ゲートウェイＥＣＵ１１０、及び、ＥＣＵ１２１〜１２５の間は、図示しない物理的なバスによって接続されており、物理的なバスの中でＶＬＡＮ１３０が実現されている。

図２は、ゲートウェイＥＣＵ１１０の機能ブロックを示す図である。

ゲートウェイＥＣＵ１１０は、主制御部１１１、滞留判定部１１２、中継部１１３、及びバッファ１１４を有する。

主制御部１１１は、ゲートウェイＥＣＵ１１０の処理を統括する制御部である。主制御部１１１は、滞留判定部１１２及び中継部１１３が行う処理以外のゲートウェイＥＣＵ１１０の処理を行う。主制御部１１１が実行する処理については、図６のフローチャートを用いて後述する。また、主制御部１１１は、後述する優先中継処理において優先度が比較的高いデータを優先的にバッファ１１４から送信する際に、送信処理を行う時間をカウントするためのカウンタを有する。

滞留判定部１１２は、ゲートウェイＥＣＵ１１０でデータの滞留が発生しているかどうかを判定する。滞留判定部１１２は、バッファ１１４に格納されるデータの数が５個以上であるかどうかでデータの滞留が発生しているかどうかを判定する。ここでは、一例として、ゲートウェイＥＣＵ１１０にデータが滞留するとは、バッファ１１４に転送待ちのデータが５個以上存在することをいう。滞留判定部１１２は、例えば、バッファ１１４に格納されるデータのＩＤ(Identifier)の数をカウントすることによって、データの数を検出する。

中継部１１３は、回線１３１〜１３５の間でデータを中継する中継部である。中継部１１３は、滞留判定部１１２によってデータの滞留が発生していると判定されると、優先度が所定の優先度以上のデータが、ＥＣＵ１２１〜１２５のうちの送信先のＥＣＵ（１２１〜１２５のうちのいずれか）に所定時間以内に到達するように、優先的に中継する。このように、優先度が所定の優先度以上のデータを優先的に中継する処理を優先中継処理と称す。なお、所定時間は、第１所定時間の一例であり、車両の各種制御に影響が生じないように設定される時間である。

ここでは、一例として、データの優先度は、３段階（高、中、低）に設定されていることとする。また、所定の優先度は、「中」の優先度である。すなわち、優先中継処理では、「高」の優先度と「中」の優先度のデータが優先的に中継される。

中継部１１３は、優先度に応じた優先中継処理を行う際には、まず、バッファ１１４に滞留しているデータのうち、高優先度のデータを中継し、次に、中優先度のデータを中継する。そして、高優先度及び中優先度のデータがバッファ１１４になくなると、中継部１１３は、低優先度のデータを中継する。中継部１１３は、優先中継処理を行う場合には、フラグの値を'１'に設定し、優先中継処理を行わない場合には、フラグの値を'０'に設定する。

バッファ１１４は、ゲートウェイＥＣＵ１１０のＲＡＭであり、ＥＣＵ１２１〜１２５の間で中継されるデータを回線１３１〜１３５から受信し、送信先のＥＣＵ（１２１〜１２５のうちの送信元以外のいずれか１つ又は複数）に接続される回線（１３１〜１３５のうちのいずれか１つ又は複数）に出力するまでの間に、一時的に保持するメモリ又はデータ保持部である。

図３は、データの優先度を表すテーブル形式のデータを示す図である。図３に示すテーブル形式のデータは、一例として、ゲートウェイＥＣＵ１１０のＲＯＭ等の内部メモリに格納されている。

図３に示すテーブル形式のデータは、回線１３１〜１３５によって転送され、ＥＣＵ１２１〜１２５で利用される車両の制御に関するデータの種類と、優先度との関係を示す。車両の制御に関するデータは、例えば、センサ１４１、１４２によって検出されるデータや、スイッチ１４３に入力されるデータ等であり、ＥＣＵ１２１〜１２３によって取得され、ゲートウェイＥＣＵ１１０に転送される。

例えば、エンジン回転数、スロットル開度、操舵角、マスタシリンダ圧力等のように、車両の走る、曲がる、止まるという車両の走行に関連するデータの優先度は、３段階（高、中、低）のうち、最も高い「高」に設定される。

また、例えば、ドライブレコーダのデータやエアコンの設定温度を表すデータ等は、車両の走行に直接的に関連するデータではないため、優先度は、真ん中のレベルである「中」に設定される。

また、例えば、パワーウィンドウ開閉、電子ロックの解錠／施錠、ドア開閉等を表すデータ等は、車両の走行に直接的に関連するデータではなく、ドライブレコーダのデータやエアコンの設定温度を表すデータ等に比べて重要度が低いと考えられるので、優先度は、最も低い「低」に設定される。

実施の形態の車載ネットワークシステム１００は、図３に示すような車両の制御に関するデータの種類と、優先度との関係を示すテーブル形式のデータを内部メモリに格納しており、必要に応じて主制御部１１１が読み出す。

図４は、車載ネットワークシステム１００が利用するフレームを示す図である。ここでは、一例として、Ethernetのフレームを概略的に示す。図３では、説明の便宜上、データの優先度を高、中、低で表したが、フレーム内では、一例として、４ビットの値で表される。

優先度を表す値は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、フレームのヘッダよりも後でデータの前に書き込まれる。図４（Ａ）に示すように、最も高い優先度「高」（以下、高優先度）を表す値は'１１１１'であり、図４（Ｂ）に示すように、真ん中の優先度「中」（以下、中優先度）を表す値は'００１１'であり、図４（Ｃ）に示すように、最も低い優先度「低」（以下、低優先度）を表す値は'００００'である。なお、ここでは、４ビットで表す形態について説明するが、２ビット以上であれば、３段階の優先度を表すことができる。

図５は、データ転送に必要な時間を説明する図である。ここでは、一例として、ＥＣＵ１２１、ゲートウェイＥＣＵ１１０、及びＥＣＵ１２５の間におけるデータ転送について説明する。なお、ＥＣＵ１２１〜１２５の間でゲートウェイＥＣＵ１１０を介してデータを転送する場合は、すべて同様である。

ＥＣＵ１２１から送信されたデータがゲートウェイＥＣＵ１１０を経由し、ＥＣＵ１２５で受信されるまでにかかる時間は、次の（１）〜（４）の時間（期間）の合計時間である。この合計時間を以下では転送時間と称す。
（１）ＥＣＵ１２１が送信してからゲートウェイＥＣＵ１１０が受信するまでの時間。
（２）滞留がない状態において、ゲートウェイＥＣＵ１１０が受信したデータを送信するまでに要する時間（中継時間）。
（３）データの滞留が発生することで増加する中継時間。
（４）ゲートウェイＥＣＵ１１０が送信してからＥＣＵ１２５が受信するまでの時間。

時間（１）、（４）は、車載ネットワークシステム１００の通信速度やデータの長さ（データ量）に依存する。例えば、１００ＭｂｐｓのEthernetで１５００ｂｙｔｅのデータを送信する場合における時間（１）、（４）が、それぞれ、１ｍｓ（ミリ秒）であるとする。

この場合に、１ｂｉｔ長は１０ｎｓ（ナノ秒）であり、１つのデータの長さは、１０ｎｓ×１５００×８＝１２０μｓ（マイクロ秒）になる。物理層（Ｌ１）、ＭＡＣ層（Ｌ２）でのヘッダ領域の読み込み等に要する時間と、データ同士の衝突が生じた場合に再送するために要する時間等を考慮すると、１つのデータについての時間（１）、（４）は、１ｍｓである。

また、時間（２）は、ゲートウェイＥＣＵ１１０の性能に依存するが、１０ｍｓ（ミリ秒）であるとする。ゲートウェイＥＣＵ１１０は、バッファ１１４でデータの滞留が発生しているかどうかを判定する際に、バッファ１１４に５個以上のデータが存在するかどうかを判定する。すなわち、バッファ１１４に存在するデータが４個までであれば、データの滞留は生じていないと判定し、優先中継処理を行わずに、バッファ１１４に存在するデータを順番に（古い順に）、優先度に関係なく送信先のＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）に送信する。このように、バッファ１１４にある４つのデータを順番に送信（中継）する処理に要する時間として、ある程度の余裕時間を考慮して、時間（２）の中継時間を１０ｍｓとする。

また、時間（３）は、滞留が発生していなければゼロ秒であるが、滞留が発生すると滞留の度合に応じて増大する。すなわち、時間（３）は、ネットワーク（回線１３１〜１３５）の状態（通信量）により大きく変動する。また、ゲートウェイＥＣＵ１１０の中継部１１３は、滞留が発生すると、優先度の高いデータを優先的に送信するため、時間（３）は、バッファ１１４に存在するデータの数と優先度によって変動する。

ここで、一例として、次の条件の下で滞留が発生しているときの中継時間（時間（２）＋（３）の合計値）を求める。条件は、データの優先度は３種類であり、高優先度データ、中優先度データ、低優先度データの割合が略１：１：１である。また、ネットワークの通信量設計上、バッファ１１４に滞留するデータの数は、最大で５０であるとする。

時間（３）が最も長くなるのは、バッファ１１４に滞留しているデータを１つのＥＣＵ（例えばＥＣＵ１２５）に送信する場合である。換言すれば、バッファ１１４に滞留している５０個のデータの宛先がすべて１つのＥＣＵ（例えばＥＣＵ１２５）である場合に、時間（３）は、最も長くなる。１つのデータをゲートウェイＥＣＵ１１０の内部でバッファ１１４から回線（１３１〜１３５）に送出するのに１ｍｓを要するとすると、最後尾（５０個目）のデータが送信されるまでに、時間（３）は、５０ｍｓかかる。

ここで、比較のために、バッファ１１４にデータの滞留が発生していない場合と、バッファ１１４にデータの滞留が発生していて中継部１１３が優先度に応じた優先中継処理を行わない場合と、バッファ１１４にデータの滞留が発生していて中継部１１３が優先中継処理を行う場合との３つの場合について説明する。

バッファ１１４にデータの滞留が発生していない場合は、転送時間（時間（１）〜（４）の合計時間）は１２ｍｓとなる。なお、時間（３）はゼロ秒である。

バッファ１１４にデータの滞留が発生していて中継部１１３が優先中継処理を行わない場合には、バッファ１１４に滞留している５０個のデータの宛先がすべて１つのＥＣＵ（例えばＥＣＵ１２５）である場合に、時間（３）は、最も長くなって５０ｍｓになるため、転送時間は６２ｍｓとなる。

バッファ１１４にデータの滞留が発生していて中継部１１３が優先中継処理を行う場合は、高優先度、中優先度、低優先度の順で滞留データが送信されることになる。

高優先度のデータが５０個のうちの１７個であるとすると、転送時間は、時間（３）の１７ｍｓに、時間（１）、（２）、（４）の合計時間である１２ｍｓを加えて２９ｍｓになる。

また、バッファ１１４に滞留している中優先度のデータが５０個のうちの１７個であるとすると、時間（３）は、高優先度の１７個のデータについての時間（３）の後の中優先度の１７個のデータについての時間であるため、１７個目の中優先度のデータについて、３４ｍｓとなる。このため、転送時間は、時間（３）の３４ｍｓに、時間（１）、（２）、（４）の合計時間である１２ｍｓを加えて４６ｍｓになる。

また、バッファ１１４に滞留している低優先度データが５０個のうちの１６個であるとすると、時間（３）は、高優先度及び中優先度の３４個のデータについての時間（３）の後の低優先度の１６個のデータについての時間であるため、５０個目の低優先度のデータについて、５０ｍｓとなる。このため、転送時間は、時間（３）の５０ｍｓに、時間（１）、（２）、（４）の合計時間である１２ｍｓを加えて６２ｍｓとなる。

なお、優先中継処理で高優先度又は中優先度のデータを優先的にバッファ１１４から送信している際に、ゲートウェイＥＣＵ１１０がデータを受信し、バッファ１１４に高優先度又は中優先度のデータが多く格納されるようになると、中優先度や低優先度のデータの転送時間は、さらに延びることになる。

車載ネットワークシステム１００でのデータの転送時間は、上述のような時間になるため、中継部１１３が優先中継処理を行って、高優先度又は中優先度のデータが、送信先のＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）に所定時間以内に到達するように、優先的に中継する際の所定時間は、一例として、３５ｍｓとする。

３５ｍｓという所定時間は、バッファ１１４に５０個のデータが滞留していて、高優先度のデータが１７個ある場合に、１７個の高優先度のデータをすべて転送するのに２９ｍｓ掛かることと、中優先度のデータが５０個のうちの１７個ある場合に、中優先度のデータをすべて転送するのに４６ｍｓ掛かることとに鑑みて、設定したものである。バッファ１１４に、高優先度のデータが１７個あるとともに、中優先度のデータが１７個あることは、相当に厳しい状況であると考えて、所定時間を３５ｍｓに設定している。なお、この所定時間は、ゲートウェイＥＣＵ１１０の性能に依存するため、約３０ｍｓ〜約４０ｍｓ程度の時間に設定すればよい。

図６は、ゲートウェイＥＣＵ１１０が実行する処理を示す図である。ゲートウェイＥＣＵ１１０は、所定の制御周期毎に、図６に示す処理を実行する。

主制御部１１１は、処理をスタートする（スタート）。主制御部１１１は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオンにされたときに、処理をスタートする。

中継部１１３は、ＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）からデータを受信する（ステップＳ１）。ステップＳ１でデータを受信した場合は、中継部１１３は、受信したデータをバッファ１１４に順番に格納する。ステップＳ１でデータを受信しない場合は、中継部１１３は、ステップＳ１では処理を行わない。

滞留判定部１１２は、バッファ１１４にデータが５個以上あるかどうかを判定する（ステップＳ２）。バッファ１１４にデータが５個以上あると、滞留が発生していることになる。

滞留判定部１１２によってバッファ１１４にデータが５個以上ある（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定されると、主制御部１１１は、カウンタを初期化し、時間Ｔｉのカウントを開始する（ステップＳ３）。ステップＳ３でカウントを開始するカウンタは、高優先度又は中優先度のデータを優先的に送信する時間（以下、優先時間）をカウントするカウンタであり、主制御部１１１が有している。

優先時間は、優先時間内に高優先度又は中優先度のデータを送信しきれずに、バッファ１１４に高優先度又は中優先度のデータが滞留する場合には、２回まで延長される。優先時間は、まず、Ｔｐ１に設定され、一度延長されるとＴｐ２に設定される。そして、さらにもう１回（都合２回）延長されると、Ｔｐ３に設定される。Ｔｐ１、Ｔｐ２、Ｔｐ３は、それぞれ、第１時間、第２時間、第３時間の一例である。

ここで、主制御部１１１がカウントする時間Ｔｉの値ｉは、１、２、３のいずれかの値を取る。一例として、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の長さは互いに等しく、すべて１ｍｓである。また、値ｉの初期値は１である。

このような時間Ｔｉと、優先時間Ｔｐ１、Ｔｐ２、Ｔｐ３とは、Ｔｐ１＝Ｔ１、Ｔｐ２＝Ｔ１＋Ｔ２、Ｔｐ３＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３の関係にある。すなわち、優先時間Ｔｐ１は１ｍｓであり、Ｔｐ２は２ｍｓであり、Ｔｐ３は３ｍｓである。

優先時間Ｔｐ１の間にバッファ１１４の高優先度又は中優先度のデータを送信しきれない場合には、優先時間Ｔｐ２に延長され、さらにもう１回（都合２回）延長されると、Ｔｐ３に設定される。このような優先時間Ｔｐ１からＴｐ２又はＴｐ３への延長は、Ｔｐ１にＴ２又はＴ２及びＴ３を付け加えることによって行われる。

主制御部１１１は、優先度Ｘを１に設定する（ステップＳ４）。優先度Ｘ＝１は、上述したフレームの高優先度を表す値'１１１１'と関連付けられている。

中継部１１３は、バッファ１１４に優先度Ｘの未送信のデータがあるかどうかを判定する（ステップＳ５）。高優先度の未送信のデータがあれば、優先的に送信するためである。

中継部１１３は、バッファ１１４に優先度Ｘの未送信のデータがある（Ｓ５：ＹＥＳ）と判定すると、バッファ１１４に格納されている未送信のデータのうち、優先度Ｘのデータの１つを送信する（ステップＳ６）。

主制御部１１１は、カウンタがカウントする時間が時間Ｔｉ（ｍｓ）以上であるかどうかを判定する（ステップＳ７）。上述したように、時間Ｔ１は１ｍｓであり、時間Ｔ２は２ｍｓであり、時間Ｔ３は３ｍｓである。ステップＳ７では、値ｉによって決まる時間Ｔｉと、主制御部１１１のカウンタがカウントする時間とが比較される。

主制御部１１１は、カウンタがカウントする時間が時間Ｔｉ（ｍｓ）以上ではない（Ｓ７：ＮＯ）と判定すると、カウントアップする（ステップＳ８）。主制御部１１１は、カウントアップすることにより、カウントを開始してからの経過時間をカウンタでカウントする。

主制御部１１１は、ステップＳ８の処理を終えると、フローをステップＳ５にリターンする。この結果、バッファ１１４に優先度Ｘの未送信のデータがあれば、ステップＳ６で優先度Ｘのデータが送信される。

主制御部１１１は、カウンタがカウントする時間が時間Ｔｉ（ｍｓ）以上である（Ｓ７：ＹＥＳ）と判定すると、時間Ｔｉの値ｉをインクリメントする（ステップＳ９）。時間Ｔｉを延長するためである。主制御部１１１は、ステップＳ９の処理を終えると、フローをステップＳ１にリターンする。

また、ステップＳ５において、中継部１１３によってバッファ１１４に優先度Ｘの未送信のデータがない（Ｓ５：ＮＯ）と判定されると、主制御部１１１は、優先度Ｘをインクリメントする（ステップＳ１０）。すなわち、優先度Ｘ＝Ｘ＋１になり、インクリメントされる前の優先度Ｘが１である場合は、優先度Ｘが２になる。優先度Ｘ＝２は、上述したフレームの中優先度を表す値'００１１'と関連付けられている。

主制御部１１１は、優先度Ｘが優先度Ｙよりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ１１）。優先度Ｙは、最も低い優先度を表す。ここでは、最も低い優先度ＹはＹ＝３であり、上述したフレームの低優先度を表す値'００００'に対応する。

主制御部１１１によって優先度Ｘが優先度Ｙよりも大きい（Ｓ１１：ＹＥＳ）と判定されると、滞留判定部１１２は、バッファ１１４にデータが５個以上あるかどうかを判定する（ステップＳ１１Ａ）。ステップＳ１１Ａは、ステップＳ２と同様の判定処理である。

滞留判定部１１２によってバッファ１１４にデータが５個以上ある（Ｓ１１Ａ：ＹＥＳ）と判定されると、主制御部１１１は、カウンタを初期化し、時間Ｔｉのカウントを開始する（ステップＳ１１Ｂ）。ステップＳ１１Ｂは、ステップＳ３と同様のステップである。主制御部１１１は、ステップＳ１１Ｂの処理を終えると、フローをステップＳ５にリターンする。この場合の優先度Ｘは、中優先度に対応するため、ステップＳ５にリターンしてステップＳ５以下の処理を続行するためである。

また、主制御部１１１は、優先度Ｘが優先度Ｙよりも大きくない（Ｓ１１：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ１５に進行する。ステップＳ１１で優先度Ｘが優先度Ｙよりも大きくないと判定される場合は、優先度Ｘが優先度Ｙと等しく、低優先度の場合である。すなわち、バッファ１１４に格納されるデータが低優先度のデータのみである場合である。このような場合には、優先中継処理を停止すべく、主制御部１１１は、フローをステップＳ１５に進行させる。

主制御部１１１は、優先中継処理を停止する（ステップＳ１５）。バッファ１１４に格納されるデータが低優先度のデータのみであるからである。

主制御部１１１は、一連の処理を終了するかどうかを判定する（ステップＳ１６）。主制御部１１１は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオフにされたときに、処理を終了すると判定する。

主制御部１１１は、処理を終了する（Ｓ１６：ＹＥＳ）と判定すると、一連の処理を終了する（エンド）。主制御部１１１は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオフにされたときに、処理を終了する。なお、主制御部１１１は、処理を終了しない（Ｓ１６：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ１にリターンする。

また、ステップＳ１１Ａにおいて、滞留判定部１１２によってバッファ１１４にデータが５個以上ない（Ｓ１１Ａ：ＮＯ）と判定されると、主制御部１１１は、フローをステップＳ１にリターンする。この場合の優先度Ｘは、中優先度に対応するため、ステップＳ１にリターンしてステップＳ２以下の処理を続行するためである。

また、ステップＳ２において、滞留判定部１１２によってバッファ１１４にデータが５個以上ない（Ｓ２：ＮＯ）と判定されると、中継部１１３は、バッファ１１４に格納されているデータを送信する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の処理により、バッファ１１４に格納されているデータが、格納された順番で（古い順に）、優先度に関係なく送信先のＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）に送信される。

主制御部１１１は、時間Ｔｉの値ｉを１に設定する（ステップＳ１３）。後にバッファ１１４に５個以上のデータが滞留して、ステップＳ２からステップＳ３にフローが進行した場合に、ステップＳ３で時間Ｔ１の値が設定されるようにするためである。また、ステップＳ３〜Ｓ９が実行されて時間Ｔｉの値ｉが２又は３になった後に、ステップＳ２からステップＳ１２にフローが進行した場合に、ステップＳ１３で時間Ｔｉの値ｉを１にリセットするためである。

主制御部１１１は、優先中継処理を実行中であるかどうかを判定する（ステップＳ１４）。フローがステップＳ２からＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４に進行する場合は、優先中継処理を行う必要がない場合であり、そのような場合に優先中継処理のフラグが実行中であることを示す'１'になっていれば、フラグを'０'にリセットするためである。

主制御部１１１は、優先中継処理を実行中である（Ｓ１４：ＹＥＳ）と判定すると、優先中継処理を停止する（ステップＳ１５）。優先中継処理を行う必要がないからである。主制御部１１１は、ステップＳ１５の処理を終えると、フローをステップＳ１６に進行させる。

また、主制御部１１１は、優先中継処理を実行中ではない（Ｓ１４：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ１にリターンする。優先中継処理の実行中ではなく、フラグをリセットする必要もないため、ステップＳ１から再び各ステップの処理を続けるためである。

以上のように、ゲートウェイＥＣＵ１１０は、図６に示すフローを実行し、バッファ１１４にデータが滞留すると、優先中継処理を実行する。

以上、実施の形態の車載ネットワークシステム１００によれば、バッファ１１４にデータが滞留しているときに、所定時間内に送信先のＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）に到達するように、優先度の高いデータを優先的に中継する。そして、この所定時間は、車両の各種制御に影響が生じないように設定される時間である。

このため、ＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）からゲートウェイＥＣＵ１１０を介して他のＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）に転送されるデータのうち、優先度が高いデータの滞留を抑制することができる。また、優先度の高いデータが車両の各種制御に影響が生じないように設定される所定時間以内に転送先（送信先）のＥＣＵ（１２１〜１２５のいずれか）に到達するように、中継を行う。

従って、転送データの滞留の抑制と、データの転送遅れの抑制とを両立した車載ネットワークシステム１００を提供することができる。

また、転送データの滞留を抑制するには、ＶＬＡＮ１３０（回線１３１〜１３５）の帯域幅を大きくすることが考えられるが、ＶＬＡＮ１３０の帯域幅を増大させるにはコストが掛かる。また、ＶＬＡＮ１３０の帯域幅を増大させるとデータの滞留を抑制できるが、データの滞留が生じていない場合には、必要以上に大きな帯域幅を有することになり、効率的ではない。

これに対して、車載ネットワークシステム１００は、ＶＬＡＮ１３０の帯域幅を特に増大させることなく、データの滞留が生じた場合に、優先度の高いデータを効率的に中継するため、システムの効率化と、コストアップの抑制とを図ることができる。

なお、以上では、Ｌ７スイッチによるデータ転送処理を行うゲートウェイＥＣＵ１１０を中継装置として用いる形態について説明した。しかしながら、ゲートウェイＥＣＵ１１０の代わりに、ソフトウェア的にスイッチングを行うＬ３スイッチを中継装置として用いてデータ転送処理を行ってもよい。

Ｌ３スイッチとは、ＯＳＩ参照モデルにおけるレイヤ３（ネットワーク層）においてパケットの送信先アドレスを振り分ける仕組みを持ったスイッチのことであり、ソフトウェア的にスイッチングを行う。Ｌ３スイッチでは、転送プロトコルにＩＰ(Internet Protocol)を用いる。

また、以上では、ゲートウェイＥＣＵ１１０が滞留判定部１１２を有する形態について説明したが、滞留判定部１１２は、ゲートウェイＥＣＵ１１０の外部に設けられていてもよい。この場合には、ゲートウェイＥＣＵ１１０の外部に設けられる滞留判定部１１２が、バッファ１１４に格納されるデータのＩＤの数をカウントすることによって、データの数を検出し、データの滞留が発生しているかどうかを判定すればよい。

また、以上では、主制御部１１１がカウントする時間Ｔｉ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）の長さが互いに等しく、すべて１ｍｓであり、優先時間Ｔｐ１は１ｍｓであり、Ｔｐ２は２ｍｓであり、Ｔｐ３は３ｍｓである形態について説明した。しかしながら、主制御部１１１がカウントする時間Ｔｉ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）の長さが互いに異なるようにしてもよい。例えば、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３をそれぞれ２ｍｓ、１．５ｍｓ、１ｍｓにすれば、優先時間Ｔｐ１は２ｍｓであり、Ｔｐ２は３．５ｍｓであり、Ｔｐ３は４．５ｍｓである。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（２ｍｓ、１．５ｍｓ、１ｍｓ）の設定は、ステップＳ３及びＳ９で行えばよい。

また、以上では、滞留判定部１１２がバッファ１１４に格納されるデータのＩＤの数をカウントすることによって、データの数を検出し、バッファ１１４に格納されているデータが５個以上あるときに、データの滞留が生じていると判定する形態について説明した。しかしながら、バッファ１１４に格納されているデータの数をカウントする代わりに、バッファ１１４の空き容量を検出することによって、データの滞留が生じているかどうかを判定するようにしてもよい。

また、以上では、バッファ１１４に格納されているデータが５個以上あるときに、データの滞留が生じていると判定する形態について説明したが、バッファ１１４に格納されているデータが２個以上ある場合に、データの滞留が生じていると判定してもよい。このように、データの滞留が生じていると判定する場合のデータ数は、車載ネットワークシステム１００の性能等に応じて設定すればよく、２個以上であれば幾つであってもよい。

また、バッファ１１４に格納されているデータの数をカウントする代わりに、バッファ１１４にデータが格納されている時間を検出し、所定時間以上格納されている場合に、データの滞留が生じていると判定するようにしてもよい。バッファ１１４にデータが格納されている時間は、例えば、各データをＩＤで特定して、バッファ１１４に格納される時刻と、バッファ１１４から送信される時刻との差を計測することで把握すればよい。なお、この場合の所定時間は、第２所定時間の一例であり、例えば、１０ｍｓに設定すればよい。

また、図３に示すようなデータの優先度が、車両の運行状態によって変動するようにしてもよい。例えば、エンジン始動直後で車室温が高いときは、エアコンの駆動振動の優先度を高に設定し、車室温が所定温度以下になれば、エアコンの駆動振動の優先度を中に変更するようにしてもよい。このような場合には、ゲートウェイＥＣＵ１１０が、図３のテーブル形式のデータでエアコンの駆動振動の優先度を変更登録すればよい。

また、以上では、車載ネットワークシステム１００が１つのゲートウェイＥＣＵ１１０を含む形態について説明したが、車載ネットワークシステム１００は、複数のゲートウェイＥＣＵ１１０を含んでもよく、それぞれのゲートウェイＥＣＵ１１０で優先中継処理を実行してもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態の車載ネットワークシステムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００車載ネットワークシステム
１１０ゲートウェイＥＣＵ
１１１主制御部
１１２滞留判定部
１１３中継部
１１４バッファ
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５ＥＣＵ
１３１、１３２、１３３、１３４、１３５回線
１４１Ａ、１４２Ａ、１４３Ａ配線
１４１、１４２センサ
１４３スイッチ

Claims

複数のＥＣＵと、前記複数のＥＣＵにそれぞれ接続される複数の回線と、前記複数の回線を介して前記複数のＥＣＵに接続され、前記複数の回線の間でデータを中継する中継装置と、を含み、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）プロトコルを用いて通信を行う車載ネットワークシステムであって、
前記中継装置は、
前記ＥＣＵの間で中継されるデータを保持するバッファと、
前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記バッファに保持しているデータのうち、車両の走行に関するデータを優先的に中継する中継部と、
を有する、車載ネットワークシステム。
前記中継部は、前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記車両の走行に関するデータが、前記複数のＥＣＵのうちの送信先のＥＣＵに第１所定時間以内に到達するように、優先的に中継する、請求項１に記載の車載ネットワークシステム。
前記中継部は、前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記第１所定時間よりも短い第１時間にわたって、前記車両の走行に関するデータを前記送信先の制御部に優先的に中継する、請求項２に記載の車載ネットワークシステム。
前記中継部は、前記第１時間の経過時に前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記第１時間を、前記第１所定時間よりも短く前記第１時間よりも長い第２時間まで延長する、請求項３に記載の車載ネットワークシステム。
前記中継部は、前記第２時間の経過時に前記バッファでデータの滞留が発生している場合、前記第２時間を、前記第１所定時間よりも短く前記第２時間よりも長い第３時間まで延長する、請求項４に記載の車載ネットワークシステム。
前記中継装置は、前記中継装置に滞留する前記データの数が所定数以上であるかどうか、又は、前記中継装置に前記データが滞留する時間が第２所定時間以上であるかで、前記データの滞留が発生しているかどうかを判定する滞留判定部を有し、
前記中継部は、前記中継装置に滞留する前記データの数が前記所定数以上になると、又は、前記データが滞留する時間が第２所定時間以上になると、前記車両の走行に関するデータを優先的に中継する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車載ネットワークシステム。
前記中継部は、前記車両の走行に関するデータを優先的に中継し終えると、前記車両の走行に関するデータよりも優先度が低いデータを中継する、請求項１乃至６のいずれか一項記載の車載ネットワークシステム。
前記第１所定時間は、前記車両の制御で要求される時間である、請求項１乃至７のいずれか一項記載の車載ネットワークシステム。