JP2007243747A - 車載ｌａｎにおける送信タイミング設定方法および電子制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】基本的にイベントトリガーの通信を行う車載ＬＡＮにおいて、複数の電子制御ユニットから通信線路上に定期的に出力されるメッセージが互いに干渉することがないように制御する車載ＬＡＮにおける送信タイミング設定方法および電子制御システムを提供する。
【解決手段】複数の電子制御ユニットが同一の通信線路を用いてメッセージの送受信を行う車載ＬＡＮにおいて、前記電子制御ユニットが周期的な送信メッセージを生成して車載ＬＡＮに送信するときに、前記送信メッセージの送信時点が他の電子制御ユニットからの優先送信メッセージの送信時点と重って送信ができない場合に、該送信メッセージの周期的な生成時点を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に搭載する車載ＬＡＮにおける送信タイミング設定方法および電子制御ユニットに関するものであり、より詳細にはＣＡＮバスなどのバス型の車載ＬＡＮによって接続される電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit)の車載ＬＡＮにおける送信タイミング設定方法および電子制御ユニットに関する。

図４は、基本的な車載ＬＡＮ９０の構成を示す図であり、この車載ＬＡＮ９０は、複数のＥＣＵ９１Ａ〜９１ＤをＣＡＮ（Controller Area Network)などの規格に準拠する通信線路（以下、ＣＡＮバスという）９２によって接続し、負荷９３Ａ〜９３Ｃの制御を行う。また、車載ＬＡＮとして広く用いられているＣＡＮでは個々のＥＣＵ９１Ａ〜９１Ｄは時間的に非同期で動作し、外部からの何らかのイベント入力に応じて動作するイベントトリガーの制御を行う。

加えて、自動車に搭載されるＥＣＵ９１Ａ〜９１Ｄの場合、所定の周期でメッセージＭｐａ〜Ｍｐｃを送信する場合が多く、これらのメッセージＭｐａ〜ＭｐｃをＥＣＵ９１Ｃ，９１Ｄが受信することにより、負荷９３Ａ〜９３Ｃを制御することができる。

図５は、前記車載ＬＡＮ９０における各部の通信の例を示している。図５に示すように、ＥＣＵ９１Ａ〜９１Ｃは内の制御手段は車載ＬＡＮ制御手段にそれぞれ例えば１０ｍｓ毎のメッセージ送信周期でＣＡＮバス９２にメッセージＭｐａ〜Ｍｐｃを送信するための送信要求を出力し、車載ＬＡＮ９０上に各メッセージＭｐａ〜Ｍｐｂを送信する。

ところが、ＣＡＮではＥＣＵ９１Ａ〜９１Ｄは互いに同期していないので、電源投入後の動作開始タイミングのずれ方によっては、互いに干渉せずにＣＡＮ通信線路９２上にメッセージを送信できる場合もあるが、ＥＣＵ９１Ａ〜９１Ｃの動作タイミングによれば、メッセージＭｐａ，Ｍｐｂ…の衝突による干渉が生じることがある。図５の例の場合、メッセージＭｐａ〜Ｍｐｃの送信時点が重なることにより、より優先順位の高いメッセージＭｐａ…と重なったメッセージＭｐｂ，Ｍｐｃ…の送信動作開始が遅れることがあった。これによって、ＥＣＵ９１Ａから送られるメッセージＭｐｂ１，Ｍｐｂ２…、Ｍｐｃ１，Ｍｐｃ２…は毎送信時に衝突による送信待ちが生じ、ＥＣＵ９１Ｂ，９１Ｃはこれによるバッファリングなどの余分な処理を行う必要が生じていた。

そこで、近年では車載ＬＡＮにも通信タイミングを正確に制御することにより、送信メッセージの干渉が起こらないようにするための様々なプロトコルが考えられている。ＦｌｅｘＲａｙは車載ＬＡＮに接続される各ノード間で同期するクロックを用いて通信サイクル内のタイムスロットを割り当てて時分割制御することが規定されている。しかしながら、物理的に離れた位置にある電子制御ユニット間で、通信タイミングの同期をとることは困難であり、また、各ＥＣＵ間で同期を合わせるための特別な電子制御ユニットが必要となることがあった。

そこで、同期化のための手法として、特表２００４−５３６５３８号公報（特許文献１）には、車載ＬＡＮによって接続された各ノードのクロックを同期させるために、受信メッセージの予測受信時点と実際の受信時点との差に基づいて時間ずれを補正することが示されている。ところが、ＦｌｅｘＲａｙのようなタイムトリガープロトコルが規定された車載ＬＡＮでは、接続される各ＥＣＵを予め登録するなどして、管理が煩雑になるので車載ＬＡＮの設計が煩わしくなるという問題があり、電子制御ユニットの増減などが生じた場合には、全体の通信タイミングを調整し直す必要が生じることもあった。

特表２００４−５３６５３８号公報

本発明は前述の問題を考慮に入れてなされたものであり、その目的は、基本的にイベントトリガーの制御を行う車載ＬＡＮにおいて、複数の電子制御ユニットから通信線路上に定期的に出力されるメッセージが互いに干渉することがないように制御する車載ＬＡＮにおける送信タイミング設定方法および電子制御システムを提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、
複数の電子制御ユニットが同一の通信線路を用いてメッセージの送受信を行う車載ＬＡＮにおいて、
前記電子制御ユニットが周期的な送信メッセージを生成して車載ＬＡＮに送信するときに、前記送信メッセージの送信時点が他の電子制御ユニットからの優先送信メッセージの送信時点と重って送信ができない場合に、該送信メッセージの周期的な生成時点を変更することを特徴とする車載ＬＡＮにおける送信タイミング設定方法を提供している。

前記方法によれば、各電子制御ユニットが車載ＬＡＮに送信する周期的な送信メッセージを生成するときに、前記送信メッセージの送信時点が他の電子制御ユニットからの優先送信メッセージの送信時点と重って送信ができない場合に、該送信メッセージの周期的な生成時点を変更するので、以後の周期的な送信メッセージを送信するときには衝突が生じることがないように、送信時点を自律的に調整することができる。つまり、イベントトリガーの通信を行うマルチキャストの車載ＬＡＮにおいて複数の電子制御ユニットからの周期的な送信メッセージの送信時点が偶然に重なることがあったとしても、２回目以降の送信メッセージの送信時点が重ならないように調整できるので、以後は電子制御ユニットにおいて送信待ちを行う必要がないようにすることができる。

前記所定時間が少なくとも前記メッセージの送信に必要な時間以上であることが好ましい。すなわち、所定時間として少なくとも前記メッセージの送信に必要な時間を確保することにより、次の送信メッセージを送信するタイミングが重ならないように容易に調整することができる。なお、メッセージの送信に必要な時間はメッセージの長さを伝送速度で除算することよって求めることができ、車両用の電子制御ユニットから出力されるメッセージの長さは固定長である場合が多いので、所定時間を定めることができる。

さらに、本発明は、
共通の通信線路に接続して他の電子制御ユニットとのメッセージの送受信を行うと共に、前記メッセージの送信時点が前記他の電子ユニットの送信時点と重なって送信できない送信不可状態を検知する車載ＬＡＮ通信手段と、
周期的な送信メッセージを生成すると共に、前記送信不可状態が検知されると次の送信メッセージを生成する生成時点を通常の周期的な送信メッセージの生成時点と異ならせるように変更するメッセージ生成手段とを備えていることを特徴とする電子制御ユニットを提供している。

前記構成によれば、送信メッセージ生成手段が周期的に生成する送信メッセージを車載ＬＡＮ通信手段が車載ＬＡＮに送信する。このとき、他の電子制御ユニットと送信メッセージの送信時点が重なって衝突が生じると、優先順位の高い送信メッセージを送った側の電子制御ユニットはそのまま送信を続け、優先順位の低い送信メッセージを送った側の電子制御ユニットではその車載ＬＡＮ通信手段が送信不可状態を検知して送信メッセージの送信を一旦中止し、車載ＬＡＮのバスが開放されるのを待った後に、再び前記送信メッセージを送信する。前記送信メッセージ生成手段は前記送信不可状態が検知されると次の送信メッセージを生成する生成時点を通常の周期的な送信メッセージの生成時点と異ならせるように変更するので、前記送信メッセージが送信できなかった場合に以後の送信メッセージを生成するタイミングを所定時間遅らせる。

所定時間遅らされた次の周期の送信メッセージに続くさらに次の周期の送信メッセージが他の電子制御ユニットからの送信メッセージと衝突する確率は小さいので、次回以降の周期的な送信メッセージが他の電子制御ユニットからの周期的な送信メッセージと毎回衝突するという事態を避けることができる。

前記周期的な送信メッセージの生成時点の変更は、少なくとも前記メッセージの送信に必要な時間以上の一定時間間隔あるいはランダムな時間間隔をあけて設定していることが好ましい。すなわち、送信メッセージの生成時点の変更を少なくともメッセージの送信に必要な一定時間だけあけて設定することにより、次の送信メッセージを送信するタイミングが重ならないように容易に調整することができる。なお、メッセージの送信に必要な時間はメッセージの長さを伝送速度で除算することよって求めることができ、車両用の電子制御ユニットから出力されるメッセージの長さは固定長である場合が多いので、所定時間を定めることができる。

なお、前記送信メッセージの生成時点の変更は、送信できなかった送信メッセージを実際に送信できた時点から次の送信メッセージを生成時点までの時間間隔が前記周期と同じになるように、次の送信メッセージの生成時点を計ることができる。これによって、送信メッセージの衝突を避けることができる必要最小限の所定時間だけ各送信メッセージを生成するタイミングを遅らせることができる。また、前記衝突が生じたとき以後の各送信メッセージを生成する全てのタイミングを所定時間遅らせる方法として、送信メッセージの衝突が生じたときに次回の送信メッセージを生成するまでの時間だけを通常の周期よりも所定時間だけ長くするようにしてもよい。この場合、電子制御ユニットによる送信時点の自動調整処理が簡単になる。

あるいは前記送信メッセージの生成時点の変更をランダムな時間間隔をあけて設定することにより、調整後の送信メッセージの送信時点が他の電子制御ユニットからの送信メッセージの送信時点と重ならないようにすることができる。

前述したように、本発明によれば、基本的にイベントトリガーの制御を行う車載ＬＡＮのシステムであっても、各電子制御ユニットが自律的に送信時点の調整を行って、各電子制御ユニットからの送信メッセージができるだけ重ならないようにすることができ、バスを効率よく用いて周期的な送信メッセージの送受信を行うことができる。また、送信時点の調節を行うために、各電子制御ユニットは互いに同期する必要がないので、同期をとるための特別なノードが不要である。

したがって、電子制御ユニットを車載ＬＡＮに接続するときに、この車載ＬＡＮに対する各他の電子制御ユニットの接続状況の確認や調節といった煩雑な作業を行う必要がない。また、各電子制御ユニットが自律的に送信時点の調整を行うことにより、バスの通信負荷率を上げても干渉が起こりにくくなるので、メッセージの干渉に伴う通信不能状態が発生しにくくすることができる。

本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施形態を示す。
図１に示す車載ＬＡＮ１は、本実施形態に係る複数の電子制御ユニット２（例えばＥＣＵであり、以下、各ＥＣＵ２を区別するときはＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃという）と、これらのＥＣＵ２間を送受信可能に接続する車載ＬＡＮの通信線路（以下、バスという）３とを有し、センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃから得られる測定値を周期的に送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃとしてバス３上に送信し、これらの送信メッセージＭａ，Ｍｂ…に基づいて図外の電装機器を制御できるようにするものである。なお、以下の説明において各メッセージＭａ，Ｍｂ…の区別が不要である時は単にメッセージＭという。

前記ＥＣＵ２は、例えばユニット全体を制御したり負荷制御を行う制御手段１０と、この制御手段１０に接続されて例えばＣＡＮの通信プロトコルに準拠する制御を行なうＣＡＮコントローラおよびバス３に対するメッセージの送受信を行うＣＡＮドライバからなる車載ＬＡＮ通信手段（以下、ＣＡＮ通信手段という）１１と、制御手段１０が送信メッセージを生成するタイミングを計るように時間を測定する時間計測手段（タイマ）１３と、監視または制御の対象（センサ４Ａ，４Ｂ…や図外の電装機器など）とのインターフェイス１４とを備えている。

前記バス３は、例えば基本的にイベントトリガの制御を行う車載ＬＡＮの一例としてＣＡＮの規格に準拠するバスである。しかしながら、本発明は前記通信線路がＣＡＮバスであることに限定されるものではなく、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙなどの車載ＬＡＮであってもよい。

前記センサ４Ａ，４Ｂ…は時々刻々と変化する自動車の各部の物理量を測定するものである。センサ４Ａ，４Ｂ…は連続的に物理量を測定するものであっても、インターフェース１４を介して制御手段１０から与えられる命令に従って測定値を出力するものであってもよい。

前記制御手段１０は例えばマイクロコンピュータなどの演算処理装置によって所定の制御プログラムＰを実行することによって実現される。また、前記制御プログラムＰには少なくとも、前記センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃから得られる測定値を用いて、前記タイマ１３によって測定した所定の周期で周期的に送信メッセージＭａ，Ｍｂ…を生成してこの送信メッセージＭａ，Ｍｂ…を送信するための送信要求Ｒａ，Ｒｂ…を出力するための送信メッセージ生成プログラムＰａが送信メッセージ生成手段として含まれている。なお、本実施形態では送信メッセージ生成手段を演算処理装置が実行可能な送信メッセージ生成プログラムＰａ（ソフトウェア）によって実現することによりハードウェア構成を効率よく簡略化しているが、この送信メッセージ生成手段を全てハードウェアによって形成してもよいことはいうまでもない。

また、前記送信メッセージ生成プログラムＰａはタイマ１３が示す値にしたがって、例えば１０ｍｓ間隔の送信周期で各センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃから得られる測定値から送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを生成する。なお、本発明のＥＣＵ２Ａ，２Ｂ…には自らが有するタイマ１３を他のＥＣＵ２Ａ，２Ｂ…同期させる必要がないので、前記制御手段１０はタイマ１３を同期させるための制御を行う必要はない。

前記ＣＡＮ通信手段１１は、ＣＡＮの通信プロトコルに準拠する制御を行ってバス３側から入力した送信メッセージＭ，…を制御手段１０に出力したり制御手段１０から与えられた送信要求Ｒａ，…に従って測定値メッセージＭ，…をバス３側に出力するＣＡＮコントローラと、バス３と物理的に接続されてメッセージの入出力を行うＣＡＮドライバとを備えるものであり、前記送信メッセージＭａ，…をバス３側に送信するときに、他のＥＣＵ２…からの優先送信メッセージと衝突して送信できなかった場合には、送信不可状態であることを検知して送信メッセージＭａ，…の送信を中断すると共に、この送信メッセージＭａ，…を一時的に記憶して、バス３が再び空いたときに送信を再開するバッファリングの機能を有する。

前記タイマ１３は時間を計測するものであり、制御手段１０からの制御信号によって時刻を示す値を設定可能に構成されている。本実施形態に示すタイマ１３は例えば２００μ秒毎に値を１増加するように計数するカウント値ｃを出力するものであり、このカウント値ｃは少なくとも前記送信周期以上は計数できる桁数を有するものである。なお、このタイマ１３によってカウントされる最小時間の２００μ秒は、通信速度が５００ｋｂｐｓのＣＡＮにおいて８バイトのメッセージを送信するのに必要な時間と同じに設定する例を示しているが、２００μ秒以下の短い時間間隔を最小単位として、より詳細な時間制御を行うものであっても、もっと長い時間間隔を最小単位としてもよい。

図２は前記車載ＬＡＮ１において送受信される信号の例を示す図である。図２に示すように、時点ｔ０においてＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃからの送信要求Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃのタイミングが重なった場合を考える。
ここで、各送信メッセージＭａ，Ｍｂ…につけられた優先順位の高い順番にバス３上に送信されるので、送信メッセージＭｂ，Ｍｃを送信するＥＣＵ２Ｂ，２Ｃはより優先順位の高い送信メッセージＭａの送信が完了するまで、ＣＡＮ通信手段１１においてバッファリングされる。そして、それぞれ短い所定時間Δｔが経過した後に、バス３が開放されている状態で送信メッセージＭｂ，Ｍｃが送信される。

図３は前記制御プログラムＰの一例を示す図である。なお、本実施形態では、前記送信メッセージ生成手段が制御プログラムＰを構成する送信メッセージ生成プログラムＰａである場合の動作を説明しやすいように示すものであり、本発明は図３に示す動作を行うものであることに限定されない。

Ｓ１は送信メッセージを生成するためのタイマ１３をリセットするステップであり、Ｓ２はこのタイマが所定の値になって送信メッセージ生成時点となったことを示しているかどうか判断するステップである。ステップＳ２は周期的な送信メッセージＭの周期を計測して送信メッセージＭの生成時点になるまで繰り返される。

Ｓ３は生成時点になったときにセンサ４Ａ，４Ｂ…からの測定値に基づいて送信メッセージＭ…を生成するステップ、Ｓ４はステップＳ４によって生成された送信メッセージＭ…を送信するための送信要求Ｒａ，…をＣＡＮ通信手段１１に出力するステップである。

Ｓ５は送信メッセージＭが衝突することなく送信されたかどうかを判断するステップである。つまり、車載ＬＡＮ通信手段１１において通信不可状態を検知していないかどうかを判断する。ここで、衝突がなかったと判断されると前記ステップＳ１に戻って、上述の処理を繰り返す。

一方、前記ステップＳ５において送信メッセージＭが衝突したと判断された場合、続くステップＳ６以降の処理によって、以後の各送信メッセージＭを生成する全てのタイミングを遅らせる処理を行う。

すなわち、Ｓ６はメッセージＭの送信が完了したことを確認するステップであり、このステップＳ６によって実際にバス３に送信メッセージＭを送信し終えるまで待機し、送信メッセージＭを送信し終えてから前記ステップＳ１からの繰り返し処理を行う。つまり、このステップＳ６の処理がメッセージ生成タイミング調節を行う。

上述のように、ステップＳ１〜Ｓ３の処理からなる送信メッセージ生成プログラムＰａとステップＳ６に示すメッセージ生成タイミング調節の処理を制御手段１０を構成する演算処理装置において実行することにより、送信メッセージＭの送信タイミングは各電子制御ユニット２Ａ，２Ｂ…において自律的に調整される。

より具体的には、図２に示すように、各送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃは通常は、所定の周期（１０ｍｓ）間隔で生成されてバス３上に送信されるが、送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃに衝突が生じる場合には、送信できなかった送信メッセージＭｂ，Ｍｃの以後の各送信時点をそれぞれ所定時間Δｔ（または２×Δｔ）だけずらすことができる。また、衝突が起きた送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃから数えて３番目の送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃはそれぞれ１つ前の送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを生成した時点から数えて１０ｍｓ毎に生成されるので、以後は３つのＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ間で送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃの衝突が生じることはない。

したがって、各ＥＣＵ２Ａ，２Ｂ…は希に送信メッセージＭａ，Ｍｂ…を生成するタイミングが他のＥＣＵ２Ａ，２Ｂ…と重なることがあっても、その送信時点を直ぐに自律的に調整することができるので、それだけ、メッセージＭａ，Ｍｂ…の送信にかかる信号処理を少なくすることができる。

なお、上述の例では送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃに衝突が生じた場合に、送信できなかった送信メッセージＭｂ，Ｍｃが実際に送信できるまでの最小時間Δｔを待つことにより、送信時点を調節するための所定時間Δｔを定めている。しかしながら、この所定時間Δｔは式（１）に示すように、バス３の転送速度（ｂｐｓ）と１つの送信メッセージＭａ，Ｍｂ，Ｍｃのビット数から求めたメッセージ送信に必要な最小時間によって固定的に求められていてもよい。
所定時間Δｔ＝メッセージＭのビット数／転送速度（ｂｐｓ） … 式（１）

さらに、前記送信メッセージの生成時点の変更を、これまでの周期的な送信メッセージの生成時点の周期からランダムな時間間隔だけ遅らせて（あるいは早めて）設定するようにしてもよい。この場合、毎回送信メッセージの生成時点の調整のための時間間隔が異なるので、他の電子制御ユニットと送信メッセージが衝突する可能性を低くすることができる。

本発明に係る電子制御ユニットを用いた車載ＬＡＮの構成を示す図である。 前記電子制御ユニットを用いて行う送信タイミング設定方法を説明する図である。 前記送信タイミング設定方法の一部を説明する図である。 従来の電子制御ユニットを用いた車載ＬＡＮの構成を示す図である。 従来の電子制御ユニットにおけるメッセージの送信時点を示す図である。

符号の説明

１ 車載ＬＡＮ
２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３ 通信線路
Ｐａ 送信メッセージ生成プログラム（送信メッセージ生成手段）
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ 送信メッセージ
Δｔ 一定時間間隔

Claims (3)

1. 複数の電子制御ユニットが同一の通信線路を用いてメッセージの送受信を行う車載ＬＡＮにおいて、
   前記電子制御ユニットが周期的な送信メッセージを生成して車載ＬＡＮに送信するときに、前記送信メッセージの送信時点が他の電子制御ユニットからの優先送信メッセージの送信時点と重って送信ができない場合に、該送信メッセージの周期的な生成時点を変更することを特徴とする車載ＬＡＮにおける送信タイミング設定方法。
2. 共通の通信線路に接続して他の電子制御ユニットとのメッセージの送受信を行うと共に、前記メッセージの送信時点が前記他の電子ユニットの送信時点と重なって送信できない送信不可状態を検知する車載ＬＡＮ通信手段と、
   周期的な送信メッセージを生成すると共に、前記送信不可状態が検知されると次の送信メッセージを生成する生成時点を通常の周期的な送信メッセージの生成時点と異ならせるように変更するメッセージ生成手段とを備えていることを特徴とする電子制御ユニット。
3. 前記周期的な送信メッセージの生成時点の変更は、少なくとも前記メッセージの送信に必要な時間以上の一定時間間隔あるいはランダムな時間間隔をあけて設定している請求項２に記載の電子制御ユニット。

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