JP2006261730A - オプションノードが接続されたネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】車載ネットワークにおいて、オプションノードが接続される場合でも、各ノードの制御プログラムを変更することなく、受信するフレームデータの受信異常を判定する。
【解決手段】複数のノードが接続されて構成されるネットワークシステムにおいて、オプションノードの接続の有無を判別し、オプションノードが接続されている場合は、オプションノードからのメッセージの識別情報を追加設定することで、各ノードにおいて受信対象となるノードが変化した場合であっても、信頼性の高い受信異常の判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載ＬＡＮのようなネットワークシステムに関し、特に、ネットワークシステムを構成する複数のノードに、接続が任意のオプションノードが含まれる場合において、各ノードが受信するメッセージの受信異常を判定するネットワークシステムに関する。

近年、自動車へのＬＡＮ(Local Area Network)の導入が急速に進んでいる。車載ＬＡＮは、用途ごとの特徴や特性に応じて伝送速度の異なる複数のＬＡＮ（サブネットワーク）と、これらの間をつなぐ基幹のＬＡＮ（メインネットワーク）とから構成される。メインネットワークの通信プロトコルは、現在ＣＡＮ(Controller Area Network)が主流となっ
てきている。ＣＡＮプロトコルは、ＣＳＭＡ／ＣＡ(carrier sense multiple access with collision avoidance)方式で最大１Ｍｂｐｓの通信速度を有するシリアル通信プロトコルである。

車載ＬＡＮには、複数のＥＣＵ（電子制御ユニット）すなわちノードがバスを介して接続されており、ノードは、点火タイミングや燃料噴射などのエンジン制御系のノード、安全制御（ＡＢＳシステム、エアバッグ装置など）系のノードや、車体（ボディ）制御（エアコン、ウインドウ、コックピットなど）系のノードなど、車両のあらゆる電気系統部分に関連して搭載され、例えば、普通乗用車一台あたり数十個のノードが搭載される。

各ノード（制御装置）は、制御プログラムを搭載したコンピュータユニットであり、制御プログラムを実行するＣＰＵ、ネットワークと通信する通信手段、必要なデータを記憶する記憶手段などを備えて構成される。

ＣＡＮプロトコルによるネットワークシステムの場合、バスにつながる各送受信ユニット（ノード）は、２本のワイヤの電位差によりそのバスのレベルを判断する。バスのレベルには、ドミナントレベルとレセシブレベルがあり、必ずどちらか一方のレベルをとるようになっている。各ノードは、このバスのレベルを変化させることによって、他のノードにメッセージを送信することができる。

このように、各ノードは、他のノードとフレームデータ（メッセージ）を送受信し、必要な制御を実行している。この際、各ノード内のプログラムには、ネットワークに接続されている他のノードに関する情報が設定され、他のノードからのフレームデータを受信することで、他のノードが正常であるかどうかを判断している。より具体的には、各ノードは、他の複数のノードそれぞれから受信すべきフレームデータの識別情報を記憶し、その識別情報を有するフレームデータを所定時間経過しても受信しない場合は、フレームデータの受信異常と判定する。
「ＣＡＮ入門書」www.renesas.com 「ＣＡＮとは？」www.toyo.co.jp/car/CAN/CAN_General.htm

ところで、車両にオプション機能（例えば、クルーズコントロールなど）が取り付けられる場合、そのオプション機能に対応するノード（以下、オプションノードと称す）が追加して接続される。オプション機能は、すべての車両に搭載される機能ではないので、車載ＬＡＮにおいて、オプションノードが接続されるとは必ずしも限らない。また、接続されるオプションノードの種類も搭載されるオプション機能によって異なり、さらに、接続されるオプションノードの数も異なる。

従って、追加されるオプション機能によって、車載ＬＡＮに接続されるノードが異なるために、受信異常の判定を実施する対象のノードも異なってくる。そうすると、各ノード内のプログラムに設定されるノードに関する情報（接続しているノードの識別情報、又は、接続しているノードが送信するフレームデータの識別情報など）について、オプションが異なるごとにプログラムを用意する必要があり、プログラム開発に長時間を必要とするとともに、コスト上昇を招く。

また、ノードが、追加されたオプションノードに対応していないプログラムで動作する場合、認識できないデータフレームを受信し、ダイアグノーシス（自己診断機能）により、誤って異常を検出するという不都合が生じる。

そこで、本発明の目的は、車載ネットワークにおいて、オプションノードが接続される場合に、各ノードに対して、接続されるオプションごとのプログラム設定を行うことなく、受信するフレームデータの受信異常を判定することができるネットワークシステムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のネットワークシステムの構成は、ネットワークに接続する複数のノードそれぞれが他のノードに対してメッセージを送信するネットワークシステムにおいて、各ノードが、他のノードから受信すべきメッセージの識別情報を記憶する記憶手段と、前記ネットワークにオプションノードの接続の有無を検出する検出手段と、前記検出手段によりオプションノードの接続を検出した場合、当該オプションノードから送信されるべきメッセージの識別情報を前記記憶手段に追加記憶させる設定手段と、前記記憶手段に記憶されるメッセージの識別情報に基づいて、メッセージの受信異常を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

上記ネットワークシステムにおいて、好ましくは、前記判定手段が、前記記憶手段に記憶されるメッセージ以外のメッセージを受信すると、メッセージの受信異常と判定することを特徴とする。

または、上記ネットワークシステムにおいて、好ましくは、前記判定手段が、前記記憶手段に記憶されるメッセージを所定時間受信しないと、メッセージの受信異常と判定することを特徴とする。

さらに、上記ネットワークシステムにおいて、前記判定手段は、受信異常と判定すると、当該受信異常の判定回数を記憶して、正常モードから第一の異常モードに遷移し、前記受信異常の判定回数が所定回数に達すると、前記第一の異常モードから第二の異常モードに遷移することを特徴とする。

好ましくは、前記判定手段は、前記第一の異常モードに遷移した状態で一定時間受信異常と判定しない場合、正常モードに復帰することを特徴とする。

また、例えば、前記ネットワークシステムは、車両に搭載される車載ネットワークシステムであって、前記判定手段は、イグニッションオフにおいて、前記第一の異常モード又は前記第二の異常モードのいずれかの遷移状態、及び前記第一の異常モードに遷移している場合における前記判定回数を含む異常状態を記憶するための不揮発性メモリを有し、
前記判定手段は、次回のイグニッションオン時に、前記不揮発性メモリに記憶されている前記異常状態から、前記受信異常判定を再開することを特徴とする。

また、例えば、前記ネットワークシステムは、車両に搭載される車載ネットワークシス
テムであって、前記判定手段は、イグニッションオフにおいて、前記第一の異常モード又は前記第二の異常モードのいずれかの遷移状態、及び前記第一の異常モードに遷移している場合における前記判定回数を含む異常状態を記憶するための不揮発性メモリを有し、前記判定手段は、次回のイグニッションオン時に、前記不揮発性メモリに記憶されている前記遷移状態が前記第二の異常モードの場合、前記第一の異常モードの状態から前記受信異常の判定を再開し、前記遷移状態が前記第一の異常モードの場合、前記判定回数を所定数減算した状態から、前記受信異常の判定を再開することを特徴とする。

本発明によれば、複数のノードが接続されて構成されるネットワークシステムにオプションノードが接続され、各ノードにおいて受信対象となるノードが変化した場合であっても、オプションノードの接続の有無を判別し、受信すべきメッセージの追加設定を行うので、受信異常の誤判定をなくすことができる。

また、接続するオプションノードの種類、数に応じて、各ノードの制御プログラムを作り変える必要がなくなるので、制御プログラムの開発時間、開発コストの大幅な縮減につながる。

また、受信異常判定の判定回数が所定回数に達するまで、異常状態から正常状態への復帰する機会を設けることにより、受信異常の判定の信頼性を向上させることができる。

受信異常の履歴を不揮発性メモリに記憶させ、イグニッションオフ時においても、その履歴情報を保持し、次回のイグニッションオン時の受信異常判定処理でその履歴情報を利用することで、受信異常の判定時間を短縮することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施の形態における車載ネットワークシステムの概略構成例を示す図である。図１において、ネットワークシステムのバス１には、複数のノード（制御装置）２が接続され、さらに、少なくとも一つのオプションノード３（３Ａ、３Ｂ）が接続されている。ノード２は、エンジン、ステアリング、トランスミッション、さらには安全装備（エアバッグなど）の制御など車両の走行に必須の制御に関わるノードであり、以下、オプションノード３と区別する場合は、必須ノード２と称す。オプションノード３は、搭載が任意なノードであって、例えば、クルーズコントロールなどすべての車両に搭載が必要でない制御に関わるノードである。

各ノード（必須ノード２及びオプションノード３の両方を含む）は、それぞれの制御プログラム１０とそれを実行するＣＰＵ１１を有するコンピュータ装置であり、制御プログラムに従い、以下に説明するオプションノード判別処理、受信異常判定処理を実行する。制御プログラム１０は、所定の記憶装置に格納され、後述するように、フレームデータの追加設定が可能である。また、各ノードは、さらに、後述するように、不揮発性メモリ１２を内蔵する。なお、図１では、一つの必須ノード２にのみ、制御プログラム１０、ＣＰＵ１１、不揮発性メモリ１２が示されているが、すべての必須ノード２及びオプションノード３がこれらを備える。

オプションノード３が車載ネットワークシステムに接続される場合、オプションノード３の種類、数などが車両ごとに異なる。従って、まず、車載ネットワークシステムに接続されているオプションノードを判別する必要がある。

図２は、本発明の実施の形態におけるオプションノードの判別処理のフローチャートを示す図である。車載ネットワークシステムのバス１には、各ノードから送信されるフレームデータ（メッセージ）が流れている。通常運用モードにおいては、各ノードは、バスに流れているフレームデータ（制御情報）のヘッダ（ＩＤ）を参照し、自己に必要なフレームデータを取り込み、必要な制御を行う。フレームデータのＩＤ（識別情報）を参照することで、送信元ノードを特定することができる。各ノードの記憶装置に記憶される制御プログラムには、あらかじめ必須ノード２が送信するフレームデータのＩＤが設定されており、受信するフレームデータのＩＤを参照することにより、送信元のノードを識別する。

各ノードは、この通常運用モードとは別に、オプションノード判別モードを有し、好ましくは、イグニッションオン時から所定時間（例えば数秒から数十秒）にオプションノード判別モードでオプションノードの接続の有無を検出する。オプションノード検出は、必須ノード２に限らず、オプションノード３自身も行う。自己とは別のオプションノードが接続されている場合があるからである。例えば、図１において、オプションノード３Ａ、３Ｂが接続されると、必須ノード２は、オプションノード判定により、オプションノード３Ａ、３Ｂの接続を認識し、オプションノード３Ａは、オプションノード３Ｂの接続を認識し、オプションノード３Ｂは、オプションノード３Ａの接続を認識する。

まず、各ノードは、所定時間の間、バス１に流れているフレームデータをすべて受信する（Ｓ１０）。そして、受信したすべてのフレームデータのＩＤを解析し、オプションノードの有無及び有る場合はその種類を判別する（Ｓ１１）。各ノードの制御プログラムには、初期状態において、自己が受信すべき必須ノード２からのフレームデータの種類（ＩＤ）が設定されている。ステップＳ１１のオプションノード判別では、あらかじめ設定されているフレームデータのＩＤ以外のＩＤを有するフレームデータを受信した場合、オプションノードが接続されていると判断する。また、車載ネットワークシステムのプロトコル（例えば、ＣＡＮ）に従う各ノードの制御プログラムは、そのＩＤからオプションノードの種類を判別する。各ノードの制御プログラムは、新たに認識したＩＤを、内部メモリに追加記憶させ、受信すべきフレームデータの追加設定を行う（Ｓ１２）。一旦追加設定されると、そのオプションノードは既接続のノードとなり、次回のオプションノード判別において、新規なオプションノードとして検出されない。

各ノードは、オプションノードの接続の有無を判別するオプションノード判別を行ってから、通常運用モードに移行し、その中で、各ノードは、フレームデータの受信異常判定処理を実施する（Ｓ１３）。

図３は、本発明の第一の実施の形態におけるノードの受信異常判定処理を示すフローチャートである。通常運用モードにおいて、各ノードは、バスに流れているフレームデータを受信する。その中から、フレームデータのＩＤを参照して、自己に必要なフレームデータを抽出する。その過程において、受信するフレームデータのＩＤと、自ノードの制御プログラムに設定されているフレームデータのＩＤ（図２の処理で追加されたオプションノードからのフレームデータを含む）と比較し、設定されているフレームデータ以外のフレームデータを受信するかどうか判定する（第一の異常判定処理）（Ｓ２０）。設定されているフレームデータ以外のフレームデータを受信すると受信異常と判定する。なお、上記図２のオプションノード判別処理により、新規に追加設定されたオプションノードからのフレームデータについては、すでに各ノードの制御プログラムに設定されているので、これを不明ＩＤとして受信異常判定することはない。

さらに、各ノードは、一定時間、他のノードそれぞれから受信すべきフレームデータを受信するかどうか判定する（第二の異常判定処理）（Ｓ２１）。バスに接続しているノー
ドそれぞれは、定期的にフレームデータをバスに流しているので、各ノードは、他のノードからのフレームデータを定期的に受信することとなる。あるノードがなんらかの異常により、フレームデータを送信しない状態になると、他のノードは、そのノードからのフレームデータを受信しなくなる。各ノードは、他のノードがフレームデータを送信する最大間隔時間以上に設定された所定時間、他のノードのいずれかからのフレームデータを受信しない場合、受信異常と判定する。

すなわち、各ノードは、受信すべきフレームデータ以外のフレームデータを受信した場合（Ｓ２０）、または、受信すべきフレームデータを受信しない場合（Ｓ２１）、受信異常を検出する。どちらか一方のみの異常判定処理を実施してもよい。

各ノードにおいて、受信異常と判定すると、受信異常を検出したノードは、異常モード１に遷移し（Ｓ２２）、異常モード１の判定回数を記憶する（Ｓ２３）。各ノードに内蔵された不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）１２に、異常モード１の判定回数が書き込まれる。判定回数に加えて、各異常モード１の検出において、例えば、異常モード１と判定した日時、その内容（例えば、所定ノードから所定時間フレームデータを受信しなかったこと、送信元不明のフレームデータを受信した旨など）などの履歴情報が書き込まれてもよい。異常モード１は、いわば仮の異常判定であり、以下に述べるように、異常モード１を複数回、継続的に検出することで、正式に異常発生と判断する。誤判断をなくし、異常判定の信頼性を向上させるためである。

異常モード１の判定回数が書き込まれると、不揮発性メモリに異常モード１の判定回数が所定回数ｎ（例えば、５回）に達しているかどうか判定する（Ｓ２４）。すなわち、受信異常が複数回、継続的に発生しているかどうかが確認される。異常モード１の判定回数が所定回数ｎに達している場合は、異常モード２に遷移し（Ｓ２５）、異常モード２の履歴を不揮発性メモリに書き込み（Ｓ２６）、本異常と認定する。

ステップＳ２４において、異常モード１の判定回数が所定回数ｎに達していない場合は、正常回数のカウントをリセットする（Ｓ２７）。正常回数は、ステップＳ２０及びＳ２１における受信異常判定処理において、一定時間以上異常が検出されず、正常と判定された場合においてカウントされる回数である。

正常と判定されると（ステップＳ２０又はＳ２１において受信異常が検出されないと）、正常回数がカウントアップされる（Ｓ２８）。すでに、異常モード１に遷移している場合においては（Ｓ２９）、正常回数が一定回数ｍに達しているかどうかが判断され（Ｓ３０）、一定回数ｍを超えている場合は、不揮発性メモリ１２に書き込まれた異常モード１の判定回数、履歴情報を消去する（Ｓ３１）。異常モード１に遷移した後に、一定回数以上正常状態が検出されているので、受信異常状態は治癒したか、受信異常判定が誤判断であったと考えられ、異常モード１から正常モードに復帰する。異常モード１の判定回数もゼロにリセットされる。

このように、各ノードにおけるフレームデータの受信異常を、複数回かつ継続的に検出する場合に限って、本異常と判定し、異常に対応する所定の処理を行う。

なお、異常モード１への遷移、異常モード２への遷移、異常モード１の判定回数などは、上述のように、不揮発性メモリに書き込まれるので、車両の走行が終了し、電源オフ（イグニッションオフ）状態であっても、消去されず、記憶されたままの状態である。従って、次回以降のイグニッションオンになった状態においても、前回までの受信異常判定処理で不揮発性メモリに記憶された異常モード１への遷移、判定回数、異常モード２への遷移、正常回数を利用することができる。次回のイグニッションオン時における前回までの
記憶情報の利用について、以下の第二の実施の形態例で説明する。

図４は、本発明の第二の実施の形態例におけるノードの受信異常判定処理を示すフローチャートである。第二の実施の形態では、イグニッションオン時に、不揮発性メモリに書き込まれた前回までの受信異常情報を利用して、受信異常判定処理を実行する。

具体的には、イグニッションオンすると、各ノードは、不揮発性メモリに書き込まれた情報を読み込む（Ｓ４０）。そして、異常モード１又は異常モード２への遷移履歴が書き込まれているかどうか判断し（Ｓ４１）、異常モード２の遷移履歴が書き込まれている場合（Ｓ４２）、異常モード２の遷移履歴を消去し、異常モード１の判定回数を−１し、異常モード１に戻す（Ｓ４３）。すなわち、異常モード２へは、異常モード１をｎ回判定すると遷移するので、異常モード１の判定回数を−１することにより、異常モード１の判定回数は、ｎ−１に書き換えられる。

その後、図３のフローチャートのステップＳ２０、Ｓ２１以降の処理に移り、正常回数が一定数に達する前に、もう一回受信異常を検出すると、異常モード２に遷移し、本異常と認定される。

一方、不揮発性メモリに、異常モード２の履歴は書き込まれておらず、異常モード１に遷移した状態で、判定回数が書き込まれている場合（Ｓ４２のＮｏ）、その判定回数の数によらず、異常モード１の判定回数を「１」とする（Ｓ４４）。例えば、異常モード２に遷移する所定回数ｎが「５」の場合、判定回数が「１」乃至「４」のいずれの場合も、判定回数を「１」とする。異常モード１の状態を維持しつつ、再度、受信異常の検出状態を判定するためである。

その後、図３のフローチャートのステップＳ２０、Ｓ２１以降の処理に移り、異常モード１における受信異常の判定回数が所定回数ｎに達すると、異常モード２に遷移し、本異常と認定される。

このように、次回のイグニッションオン時に、不揮発性メモリに記憶された前回までの異常状態情報を利用して、受信異常判定処理を再開することで、受信異常判定時間の短縮が図られ、早期に異常を検出することができるようになる。なお、次回のイグニッションオン時に、前回までの記憶情報をそのまま利用する（例えば、記憶されている異常モード１の判定回数からカウントアップを開始する）ことも可能であるが、イグニッションオン毎に、異常検出の信頼性の観点から、イグニッションオン毎に受信異常判定をしなおすが好ましい。その際、本第二の実施の形態例のように、イグニッションオン毎に、初期状態から受信異常判定をやり直すのではなく、異常モードに一旦遷移している場合は、その一段階前の状態から受信異常判定を再開することで、効率的且つ信頼性の高い受信異常判定処理を行うことができる。

本発明の実施の形態における車載ネットワークシステムの概略構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるオプションノードの判別処理を示すフローチャートである。 本発明の第一の実施の形態におけるノードの受信異常判定処理を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施の形態例におけるノードの受信異常判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１：バス、２：必須ノード、３：オプションノード、１０：不揮発性メモリ

Claims (8)

1. ネットワークに接続する複数のノードそれぞれが他のノードに対してメッセージを送信するネットワークシステムにおいて、各ノードは、
   他のノードから受信すべきメッセージの識別情報を記憶する記憶手段と、
   前記ネットワークにオプションノードの接続の有無を検出する検出手段と、
   前記検出手段により前記オプションノードの接続を検出した場合、当該オプションノードから送信されるべきメッセージの識別情報を前記記憶手段に追加記憶させる設定手段と、
   前記記憶手段に記憶されるメッセージの識別情報に基づいて、メッセージの受信異常を判定する判定手段とを備えることを特徴とするネットワークシステム。
2. 請求項１において、
   前記判定手段は、前記記憶手段に記憶されるメッセージ以外のメッセージを受信すると、メッセージの受信異常と判定することを特徴とするネットワークシステム。
3. 請求項１において、
   前記判定手段は、前記記憶手段に記憶されるメッセージを所定時間受信しないと、メッセージの受信異常と判定することを特徴とするネットワークシステム。
4. 請求項２又は３において、
   前記判定手段は、受信異常と判定すると、当該受信異常の判定回数を記憶して、正常モードから第一の異常モードに遷移し、
   前記受信異常の判定回数が所定回数に達すると、前記第一の異常モードから第二の異常モードに遷移することを特徴とするネットワークシステム。
5. 請求項４において、
   前記判定手段は、前記第一の異常モードに遷移した状態で一定時間受信異常と判定しない場合、正常モードに復帰することを特徴とするネットワークシステム。
6. 請求項４において、
   前記ネットワークシステムは、車両に搭載される車載ネットワークシステムであって、
   前記判定手段は、イグニッションオフにおいて、前記第一の異常モード又は前記第二の異常モードのいずれかの遷移状態、及び前記第一の異常モードに遷移している場合における前記判定回数を含む異常状態を記憶するための不揮発性メモリを有し、
   前記判定手段は、次回のイグニッションオン時に、前記不揮発性メモリに記憶されている前記異常状態から、前記受信異常判定を再開することを特徴とするネットワークシステム。
7. 請求項４において、
   前記ネットワークシステムは、車両に搭載される車載ネットワークシステムであって、
   前記判定手段は、イグニッションオフにおいて、前記第一の異常モード又は前記第二の異常モードのいずれかの遷移状態、及び前記第一の異常モードに遷移している場合における前記判定回数を含む異常状態を記憶するための不揮発性メモリを有し、
   前記判定手段は、次回のイグニッションオン時に、前記不揮発性メモリに記憶されている前記遷移状態が前記第二の異常モードの場合、前記第一の異常モードの状態から前記受信異常の判定を再開し、前記遷移状態が前記第一の異常モードの場合、前記判定回数を所定数減算した状態から、前記受信異常の判定を再開することを特徴とするネットワークシステム。
8. 複数の制御装置が接続するネットワークシステムにおける各制御装置であって、当該ネットワークシステムに接続する他の制御装置からのメッセージを受信する制御装置において、
   他のノードから受信すべきメッセージの識別情報を記憶する記憶手段と、
   前記ネットワークにオプションノードの接続の有無を検出する検出手段と、
   前記検出手段により前記オプションノードの接続を検出した場合、当該オプションノードから送信されるべきメッセージの識別情報を前記記憶手段に追加記憶させる設定手段と、
   前記記憶手段に記憶されるメッセージの識別情報に基づいて、メッセージの受信異常を判定する判定手段とを備えることを特徴とする制御装置。

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