JP2008271040A - 通信装置、通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】冗長線を用いずにフェイルセーフを実現する通信装置、通信システムを提供すること。
【解決手段】２本のバスに接続された通信装置１０Ａ〜１０Ｃにおいて、該通信装置が送信しうる通信データを２つに区分した通信データ区分情報を記憶した通信データ区分情報記憶部１４Ａ〜１４Ｃと、バスの異常を検出する異常検出手段１１と、異常検出手段により一方のバスの異常が検出された場合、正常なバスに送信される通信データであって、かつ、通信データ区分情報により一方に区分された通信データの送信を制限する、通信データ制限手段１３と、異常検出手段により一方のバスの異常が検出された場合、異常が検出されたバスに送信される通信データであって、かつ、通信データ区分情報により他方に区分された通信データの送信を正常な前記バスに切り替える、バス切り替え手段１２と
を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の通信装置が２本のバスを介して通信する通信システム等に関し、特に、１本のバスに異常が生じた場合にフェイルセーフを実行する通信システム、通信装置に関する。

車両に搭載されたコンピュータがセンサの検出信号や運転者の操作情報に基づきアクチュエータなど各種の車載装置を制御する電子制御システムが実現されている。複数搭載されたコンピュータ（以下、ＥＣＵ（電子制御ユニット）という）は車載ＬＡＮを介し相互に接続され、ＥＣＵ間で互いにセンサの検出信号や情報（以下、単に通信データという）を交換し合う多重通信ネットワークを構成する。ここで、複数のＥＣＵは１本のバスに接続されているので、バスの一部に断線等が生じると通信データの送受信や通信データを利用した協調制御も困難になってしまう。

そこで、通常は１本だけのバスを複数配線した冗長型の電子制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、複数のＥＣＵ間を２本のバスにより接続し、一方のバスが断線等した場合は他方のバスを選択して通信を継続するデータ通信方法が記載されている。

また、バスの内部が低速線と高速線の２本の通信線で構成されていることを利用して、低速線と高速線のいずれかが断線等した場合には、正常な通信線により退避走行のために必要な低速通信を行う通信システムが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭６４−１２６３３号公報 特開２００３−３０４２６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたデータ通信方法では、冗長性のために不要なバスを設けなければならず、コスト及び車両重量が増大するという問題がある。

また、特許文献２記載の通信システムでは、低速線と高速線のいずれかのみが断線等した場合は低速で通信できるが、低速線と高速線の双方が断線等した場合には通信データの送信や協調制御システムが困難になる。また、低速線により通信する場合、通信データの送信回数又はデータ量を低減して通信するが、単に送信回数又はデータ量を低減すると退避行動に必要な通信データの送信が困難になるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑み、冗長線を用いずにフェイルセーフを実現する通信装置、通信システムを提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、２本のバスに接続された通信装置において、該通信装置が送信しうる通信データを２つに区分した通信データ区分情報を記憶した通信データ区分情報記憶部と、バスの異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段により一方のバスの異常が検出された場合、正常なバスに送信される通信データであって、かつ、通信データ区分情報により一方に区分された通信データの送信を制限する、通信データ制限手段と、異常検出手段により一方のバスの異常が検出された場合、異常が検出されたバスに送信される通信データであって、かつ、通信データ区分情報により他方に区分された通信データの送信を正常な前記バスに切り替える、バス切り替え手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、予め通信データを区分しておき、２本のうちいずれかのバスが故障した場合は所定の区分の通信データのみを正常なバスに送信することで、所望の通信データの通信を確保することができ、また、他方の通信データは送信しないためデータ量が低減し冗長線を配設する必要がない。

また、本発明の一形態において、通信データ区分情報は、通信データを、退避走行に必要な基本メッセージとそれ以外の応用メッセージに区分する、ことを特徴とする。

本発明によれば、２本のうちいずれかのバスが故障した場合は、退避走行に必要な通信データのみを通信することができる。

冗長線を用いずにフェイルセーフを実現する通信装置、通信システムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、通信システム１００の構成図の一例を示す。電子制御ユニットであるＥＣＵ１０Ａ、ＥＣＵ１０Ｂ及びＥＣＵ１０Ｃ（区別する必要がない場合単にＥＣＵという）は、２本のＣＡＮバス２０Ａ、ＣＡＮ２０Ｂ（区別する必要がない場合単にＣＡＮバス２０という）の両方に接続されている。各ＥＣＵはそれぞれの機能に応じて通信データをＣＡＮバス２０Ａ及びＣＡＮ２０Ｂの少なくとも一方に送信する。

本実施形態では、各ＥＣＵ毎に、各ＥＣＵが送信しうる全ての通信データを基本メッセージと応用メッセージに区分しておく。以下では、通信データを基本メッセージ又は応用メッセージという場合がある。

そして、２本のＣＡＮバス２０のいずれかが断線、又は、ＥＣＵ内部の不具合等により２本のＣＡＮバス２０のいずれが通信困難になった場合（以下、単に異常という）、各ＥＣＵは正常なＣＡＮバス２０に基本メッセージのみを送信する。これにより、ＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂのいずれかに異常が検出されても基本メッセージによる通信は確保され、また、応用メッセージは送信しないためデータ量が低減するので冗長線を配設する必要がない。

ＥＣＵ１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃは、それぞれ制御する車載装置及び機能が異なるが、いずれもプログラムを実行するＣＰＵ、プログラム実行の作業領域となりまた一時的にデータを記憶するメモリ（ＲＡＭ）、ブートプログラムやＢＩＯＳを記憶するＲＯＭ、及び、プログラムやファイルを記憶するメモリ及びＣＡＮバス２０Ａ、２０Ｂを介してデータを入出力する２つの入出力部、が内部バスにより接続されたコンピュータである。

各ＥＣＵは、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現される、ＣＡＮバス２０の異常を検出する異常検出手段１１、基本メッセージの通信データを送信するＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂを正常なＣＡＮバス２０Ｂ又は２０Ａに切り替えるバス切り替え手段１２、基本メッセージか応用メッセージかに応じて正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに送信する通信データを制限する通信データ制限手段１３、を有する。また、メモリには後述する通信データ区分テーブルが記憶され、通信データ区分情報記憶部１４Ａ〜１４Ｃを構成している。

ＣＡＮバス２０Ａ，２０Ｂは、ＥＣＵ１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃを電気的に接続し、所定のプロトコル（例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）プロトコルやＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコル等）に基づき車内ＬＡＮを構成する。通信プロトコルはどのプロトコルでもよいが本実施形態ではＣＡＮプロトコルを対象に説明する。

例えばＣＡＮプロトコルは、１Ｍｂｐｓまでの高速通信，マルチマスター方式によるバスアクセス制御，送信異常時のバスオフ機能などを有する通信プロトコルで、次のようなデータフォーマット「ＳＯＦ；調停フィールド；制御フィールド；データフィールド；ＣＲＣフィールド；ＡＣＫフィールド；ＥＯＦ」を１フレームにして通信データをＣＡＮバス２０に送信する。

ＳＯＦはフレームの開始を表すビットを格納する領域、調停フィールドはフレームを識別するためのＩＤ番号を格納する領域、制御フィールドはデータ長などを格納する領域、データフィールドはデータを格納する領域（０〜８バイト）、ＣＲＣフィールドはエラーチェック用の符号を格納する領域、ＡＣＫフィールドはデータ受信したＥＣＵが受信したことを伝える領域、ＥＯＦはフレームの終了を表すビット列を格納する領域、である。ＣＡＮバス２０に送信される通信データはユニークなＩＤ番号により識別され、各ＥＣＵ１０Ａ〜１０ＣはこのＩＤ番号を参照して受信するかどうかを判断する。

各ＥＣＵが送信する通信データのＩＤ番号、及び、各通信データをＣＡＮバス２０Ａ、２０Ｂのいずれに送信するかは予め定められている。例えば、ＥＣＵ１０Ａは、通信データａ１をＣＡＮバス２０Ａと２０Ｂに、通信データａ２をＣＡＮバス２０Ｂに送信し、ＥＣＵ１０Ｂは、通信データｂ１をＣＡＮバス２０Ａに、通信データｂ２をＣＡＮバス２０Ｂに送信し、ＥＣＵ１０Ｃは、通信データｃ１をＣＡＮバス２０Ａに、通信データｃ２をＣＡＮバス２０Ｂに送信する。

基本メッセージと応用メッセージについて説明する。本実施形態では全ての通信データを基本メッセージと応用メッセージに区分しておく。基本メッセージとは、例えば修理工場までの走行に最低限必要な通信データである。したがって基本メッセージには、例えば、退避走行を保証するための通信データ、フェイルセーフ時に必要とされる通信データ等が区分される。

エンジンＥＣＵであればエンジン回転数を送信する通信データは基本メッセージに区分され、ブレーキＥＣＵであれば車速を送信する通信データは基本メッセージに区分され、トランスミッションＥＣＵであればシフトポジションを送信する通信データは基本メッセージに区分される。

応用メッセージは基本メッセージに区分されない通信データである。例えば、エンジンＥＣＵであれば空燃比を送信する通信データは応用メッセージに区分され、ブレーキＥＣＵであればＡＢＳ作動状態を送信する通信データは応用メッセージに区分される。

ＣＡＮバス２０Ａと２０Ｂの通信速度はほぼ等しいので、基本メッセージの数と応用メッセージの数は同程度に区分すればよいが、「基本メッセージの数＜応用メッセージの数」であればいずれかのＣＡＮバス２０に異常が生じても基本メッセージを通信するための通信容量は確保される。

各ＥＣＵはこのようにして通信データを基本メッセージと応用メッセージに区分して監理している。図２（ａ）〜（ｃ）は、通信データを基本メッセージと応用メッセージに区分した通信データ区分テーブルの一例を示す。各通信データ区分テーブルは、通信データ区分情報記憶部１４Ａ〜１４Ｃにそれぞれ記憶されている。

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、ＥＣＵ１０Ａは通信データａ１を基本メッセージに、通信データａ２を応用メッセージに区分し、ＥＣＵ１０Bは通信データｂ２を基本メッセージに、通信データｂ１を応用メッセージに区分し、ＥＣＵ１０Cは通信データｃ１、ｃ２を応用メッセージに区分している。

図１に戻り、各ＥＣＵの異常検出手段１１はＣＡＮバス２０Ａ、２０Ｂを監視し、例えば、ＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂの双方に流れるはずの通信データが一方のバスにのみ送信された場合に通信データが流れないＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに異常が生じたことを検出する。また、例えば、ＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂの一方に所定時間なんら通信データが流れない状態が継続した場合にＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに異常が生じたことを検出する。

バス切り替え手段１２は、ＣＡＮバス２０Ａに異常が検出された場合はＣＡＮバス２０Ａを送信先にする基本メッセージの送信先をＣＡＮバス２０Ｂに切り替え、ＣＡＮバス２０Ｂに異常が検出された場合はＣＡＮバス２０Ｂを送信先にする基本メッセージの送信先をＣＡＮバス２０Ａに切り替える。

また、通信データ制限手段１３は、ＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂのいずれかに異常が検出された場合、正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂへの応用メッセージの送信を制限する。より具体的には、基本メッセージの送信は許可するが、応用メッセージの送信を禁止する。したがって、正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂには、基本メッセージのみが送信されることになる。

正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂにおいて応用メッセージの流通が制限されるので、正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに全ての基本メッセージを送信しても通信容量を超過することがない。

以上の構成に基づき、ＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂのいずれかに異常が検出された場合に各ＥＣＵが実行するフェイルセーフ処理について図３のフローチャート図に基づき説明する。図３のフローチャート図は、例えばイグニッションオン後に各ＥＣＵが実行する。

イグニッションオンにより各ＥＣＵはＣＡＮ通信を実行する（Ｓ１０）。各ＥＣＵは必要に応じてマスターとなり通信データをＣＡＮバス２０に送信し、また、他のＥＣＵがマスターとなった場合は通信データのＩＤ番号に応じてそれを受信する。

そして、当該ＥＣＵの異常検出手段１１がＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂのいずれかに異常を検出すると（Ｓ２０のＹｅｓ）、「ＣＡＮバス故障情報」を正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに送信する（Ｓ４０）。これにより、１つのＥＣＵが異常を検出すると他のＥＣＵも異常のあるＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂを特定できる。

したがって、当該ＥＣＵの異常検出手段１１が異常を検出しない場合であっても（Ｓ２０のＮｏ）、他のＥＣＵから「ＣＡＮバス故障情報」を受信した場合（Ｓ３０のＹｅｓ）、当該ＥＣＵは異常が検出されたＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂを特定できる。なお、いずれのＥＣＵも異常を検出しない場合、ステップＳ１０から処理を繰り返す。

いずれかのＥＣＵの異常検出手段１１が異常を検出している場合、通信データ制限手段１３は、正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに送信している応用メッセージの通信データについて送信を停止する（Ｓ５０）。

ついで、バス切り替え手段１２は、異常が検出されたＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに送信する基本メッセージの送信先を正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに切り替える（Ｓ６０）。

そして、イグニッションがオンの間は（Ｓ７０のＮｏ）、基本メッセージのみを正常なＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂに送信する状態を維持する（Ｓ５０，Ｓ６０）。イグニションがオフになると（Ｓ７０のＹｅｓ）、異常が検出されたＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂが修理された可能性があるためステップＳ１０から再度実行する。

図４は、図３の処理により応用メッセージの送信が制限された通信システム１００の一例を示す。図４（ａ）は、ＣＡＮバス２０Ａに異常が検出された場合にＣＡＮバス２０Ｂに送信される通信データを説明する説明図を示す。

いずれかのＥＣＵの異常検出手段１１がＣＡＮバス２０Ａに異常を検出すると、他のＥＣＵもＣＡＮバス２０Ａに異常が検出された事実を共有する。そして、ＥＣＵ１０Ａの通信データ制限手段１３は、通信データ区分情報記憶部１４Ａを参照してＣＡＮバス２０Ｂに送信される応用メッセージの通信データａ２の送信を禁止する。また、ＥＣＵ１０Ｃの通信データ制限手段１３は、通信データ区分情報記憶部１４Ｃを参照してＣＡＮバス２０Ｂに送信される応用メッセージの通信データｃ２の送信を禁止する。

この処理によりＣＡＮバス２０Ｂには基本メッセージである通信データａ１と通信データｂ２のみしか流通しないことになり、フェイルセーフ時に必要な通信データの送受信を確保し、かつ、１本のＣＡＮバス２０Ｂに流通可能な通信量に低減することができる。

図４（ｂ）は、ＣＡＮバス２０Ｂに異常が検出された場合にＣＡＮバス２０Ａに送信される通信データを説明する説明図を示す。いずれかのＥＣＵの異常検出手段１１がＣＡＮバス２０Ｂに異常を検出すると、他のＥＣＵもＣＡＮバス２０Ｂに異常が検出された事実を共有する。

そして、ＥＣＵ１０Ｂの通信データ制限手段１３は、通信データ区分情報記憶部１４Ｂを参照して応用メッセージである通信データｂ１の送信を禁止する。また、ＥＣＵ１０Ｃの通信データ制限手段１３は、通信データ区分情報記憶部１４Ｃを参照して応用メッセージである通信データｃ１の送信を禁止する。

また、ＥＣＵ１０Ｂのバス切り替え手段１２は、基本メッセージである通信データｂ２の送信先をＣＡＮバス２０Ａに切り替える。

これらの処理によりＣＡＮバス２０Ａには基本メッセージである通信データａ１と通信データｂ２のみしか流通しないことになり、フェイルセーフ時に必要な通信データの送受信を確保し、かつ、１本のＣＡＮバス２０Ｂに流通可能な通信量に低減することができる。

なお、ＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂのいずれかに異常が検出された場合、応用メッセージの全ての通信データの送信を禁止しなくてもよい。例えば、通信データ制限手段１３は応用メッセージのうち優先度が所定以上の通信データは送信したり、「基本メッセージの数＜応用メッセージの数」の場合、その差分の半分程度の数の応用メッセージを制限しないようにする。一部の応用メッセージについては送信を許可することで、１本のＣＡＮバス２０Ａ又は２０Ｂの容量を有効に利用して、通信データを活用した協調制御が可能となる。

以上のように、本実施形態の通信システム１００は、ＥＣＵが複数のＣＡＮバス２０に接続しその一方に異常が生じた場合、必要最低限の通信データを送信するので、冗長線を配設することなくフェイルセーフを実現できる。ＣＡＮバス２０Ａ、２０Ｂに通信速度の差はなく、必要最低限の通信データは予め登録されているので、退避走行に必要な通信を確実に確保できる。

通信システムの構成図の一例である。 通信データ区分テーブルの一例を示す図である。 いずれかのＣＡＮバスに異常が生じた場合に各ＥＣＵが実行するフェイルセーフ処理の手順を示すフローチャート図である。 応用メッセージの送信が制限された通信システムを示す図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｃ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１１ 異常検出手段
１２ バス切り替え手段
１３ 通信データ制限手段
１４Ａ〜１４Ｃ 通信データ区分情報記憶部
２０、２０Ａ、２０Ｂ ＣＡＮバス
１００ 通信システム

Claims (3)

1. ２本のバスに接続された通信装置において、
   該通信装置が送信しうる通信データを２つに区分する通信データ区分情報を記憶した通信データ区分情報記憶部と、
   前記バスの異常を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段により一方の前記バスの異常が検出された場合、正常な前記バスに送信される通信データであって、かつ、前記通信データ区分情報により一方に区分された通信データの送信を制限する、通信データ制限手段と、
   前記異常検出手段により一方の前記バスの異常が検出された場合、異常が検出された前記バスに送信される通信データであって、かつ、前記通信データ区分情報により他方に区分された通信データの送信を正常な前記バスに切り替える、バス切り替え手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 前記通信データ区分情報は、
   通信データを、退避走行に必要な基本メッセージとそれ以外の応用メッセージに区分する、
   ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. ２本のバスに接続された第１通信装置が他の第２通信装置と通信する通信システムにおいて、
   第１通信装置又は第２通信装置は、
   該通信装置が送信しうる通信データを２つに区分した通信データ区分情報を記憶した通信データ区分情報記憶部と、
   前記バスの異常を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段により一方の前記バスの異常が検出された場合、正常な前記バスに送信される通信データであって、かつ、前記通信データ区分情報により一方に区分された通信データの送信を制限する、通信データ制限手段と、
   前記異常検出手段により一方の前記バスの異常が検出された場合、異常が検出された前記バスに送信される通信データであって、かつ、前記通信データ区分情報により他方に区分された通信データの送信を正常な前記バスに切り替える、バス切り替え手段と、
   を有することを特徴とする通信システム。
   
   

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