JP2009010851A - 車載ゲートウェイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バスラインに接続されるECUの構成が変更になっても共通して利用できる車載ゲートウェイ装置を提供すること。
【解決手段】
フレームの送信元となる電子制御装置と上記フレームを受信する電子制御装置とを上記フレームの種類毎に予め記録したフレーム送受信テーブルと、上記フレームを受信したバスライン、当該受信したフレームの種類および上記フレーム送受信テーブルに基づいて、当該受信したフレームの送信元となる電子制御装置が、上記バスラインのうち、どのバスラインに接続されているかを判断する接続元判断手段と、上記接続元判断手段の判断結果に基づいて、上記バスラインのうち、どのバスラインからどのバスラインにデータ転送すべきかを上記フレームの種類毎に示すブリッジマップを作成するブリッジマップ作成手段と、を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、互いに異なるバスライン上に接続された車載の電子制御装置が通信できるように、複数のバスラインを中継するゲートウェイ装置に関する。

従来、車両には各種の電子制御装置（Electronic Control Unit：ECU）が搭載されており、これら車載ECUは、共通の多重通信線に接続されてバス型のネットワークを構成し、互いに情報通信を行っている。また、近年では車載ECUの数やECU同士で通信する情報量の増加に伴い、複数のバスラインが互いに情報通信可能となるように、ゲートウェイ装置が介装されている。一般にゲートウェイ装置は、フレームを受信すると、同一のバスライン内で送受信されるフレームなのか、他のバスラインに転送すべきフレームなのかを判断し、他のバスラインに送信されないようにブロックしたり、他のバスラインに転送したりして、中継を行う機能を備えている。

このようなフレームをバスライン間で中継する装置が、特許文献１によって開示されている。特許文献１では、データパケットの内容（例えば、送信ノードID、受信ノードID、オペコード、オペランドなど）に応じて、他のバスに転送したり、データを棄却したりしている。
特開２００２−０１６６１４号公報

ところで、データパケットの内容から他のバスに転送したり棄却したりすることを判断するためには、予めそのデータパケットの内容と、そのデータパケットを転送すべきか棄却すべきかのポリシーを定めておく必要がある。例えば、送信元と送信先が常に同じネットワーク内でしかやりとりされないデータは転送する必要がない。このような、予め定めておくポリシーは、ネットワークに接続される電子制御装置の構成態様によって変化するものである。

例えば、ある一つのネットワークに二つの電子制御装置が接続されており、これらの電子制御装置は互いに通信を行うものの、同一のネットワークに接続されているために、ゲートウェイ装置による中継は必要ない。ところが、これら二つの電子制御装置のうち、一方の電子制御装置のみが異なるネットワークに接続されるように配置変更された場合、ゲートウェイ装置は、これまで必要でなかったデータを中継することが必要になってなる。これとは反対に、電子制御装置の配置変更によって、これまで必要であったデータの中継が必要でなくなることもある。

このような予め定めておくポリシーは、具体的にはブリッジマップと呼ばれるテーブルによって管理されている。ブリッジマップは通常、データの種類毎に中継するネットワークを定めている。

しかし、車両の開発段階においては、このような電子制御装置の接続されるネットワークが変更になることが、例えばレイアウト上の理由等により、起こり得る。そして、その場合にはゲートウェイ装置におけるデータ転送ポリシーが変更になるので、ゲートウェイ装置が記録しているブリッジマップも変更する必要が生じる。このような変更は、ゲートウェイ装置のソフトウェア開発においては余計な工数となる。

また、車種や機種などによっても、電子制御装置、ゲートウェイ、バスラインで構成される車載ネットワークの構成は多彩なバリエーションとなり得るため、ゲートウェイ装置自体の開発工数、管理コストの増大を招来する。

かかる課題を解決すべく、本願発明に係る車載ゲートウェイ装置は、複数の電子制御装置が互いに通信可能に接続された一方のバスラインと、前記車載電子制御装置とは別の電子制御装置が互いに通信可能に接続された他方のバスラインと、を中継するものであって、フレームの送信元となる電子制御装置と上記フレームを受信する電子制御装置とを上記フレームの種類毎に予め記録したフレーム送受信テーブルと、上記フレームを受信したバスライン、当該受信したフレームの種類および上記フレーム送受信テーブルに基づいて、当該受信したフレームの送信元となる電子制御装置が、上記バスラインのうち、どのバスラインに接続されているかを判断する接続元判断手段と、上記接続元判断手段の判断結果に基づいて、上記バスラインのうち、どのバスラインからどのバスラインにデータ転送すべきかを上記フレームの種類毎に示すブリッジマップを作成するブリッジマップ作成手段と、有するものとした。

好ましくは、電源投入される度に行われる初期化処理の終了後に、ブリッジマップ作成手段の作動を開始させ、上記フレーム送受信テーブルに予め記録されている電子制御装置のうち最も起動時間の長い電子制御装置の起動時間と、当該最も起動時間の長い電子制御装置の最大フレーム送信周期と、の和より、上記初期化処理にかかる時間を減じた期間が終了すると、上記ブリッジマップ作成手段を終了させるものとすることができる。

さらに好ましくは、上記接続元判断手段は、受信したフレームが上記フレーム送受信マップに記録されているいずれのフレームにも該当しないと判断したときには、エラーを出力するようにすることができる。

本発明によれば、フレームの種類毎に当該フレームの送信元となる電子制御装置と当該フレームを受信する電子制御装置とを記録したフレーム送受信マップを備え、フレームを受信したときに当該フレームの種類と当該フレームを受信したバスラインとに基づいて上記フレーム送受信マップより当該フレームの送信元となる電子制御装置がどのバスラインに接続されているかを判断し、当該判断に基づいてフレームの種類毎にどのバスラインからどのバスラインにデータ転送すべきかを示すブリッジマップを作成するので、開発途中段階で電子制御装置の接続されるバスラインが変更になっても、ゲートウェイ装置のプログラムを変更する作業を省くことができる。また、各バスラインに接続される電子制御装置が異なっていても、共通のゲートウェイ装置として適用することができる。

図１に本発明の一実施形態に係る車載ゲートウェイ装置が接続される車内ネットワーク構成図の一例を示す。車両には複数の電子制御装置（ECU）が搭載されており、ECU1とECU2がバスライン１０に接続され、ECU3とECU4がバスライン２０に接続されている。バスライン１０、バスライン２０は共にバス型のネットワークトポロジを構成し、CAN（Controller Area Protocol）と呼ばれる周知のプロトコルにて各ECU同士がネットワーク内で通信できるように車内LANを構成している。また、バスライン１０とバスライン２０とは、車載ゲートウェイ装置３０を介して互いに通信可能となっている。

これらバスライン１０およびバスライン２０に接続されているECUは、それぞれフレーム単位でデータを送受信している。各ECUは、電源投入されると、各々の処理を実行するが、その多くは自己の制御対象の状態や制御装置自体の状態等の情報を周期的にバスラインに送信している。また、ECUの種類によっては、何らかのイベント発生時のみフレームを送信し、通常時にはフレームを送信しないで受信のみ行うものや、どのような状態にあっても受信のみ行うものもある。しかし、これらのようなECUについても、当該ECUへの電源投入時には、実質的な情報を持たないダミーによるフレーム（ダミーフレーム）を送信するようにしている。このダミーフレームについては後述する。

ダミーフレームを含め、全てのフレームには、当該フレームの種類を識別できるID番号（以下、フレームIDと称す）が付されている。このフレームIDによって、ゲートウェイ装置３０は当該フレームの送信元となるECUおよび受信先となるECUを判断する。具体的には、ゲートウェイ装置３０は、予めこのフレームIDと当該フレームID毎に予め定められている当該フレームIDの送信元ECUおよび受信先ECUの情報とをテーブルとして記録しており、このテーブルによって当該フレームの送信元ECUおよび受信先ECUを判断する。以下、このテーブルをフレーム送受信テーブルと称す。なお、ダミーフレームについては、送信先ECUは定められておらず、受信元ECUが分かるようになっていれば良い。これは、ダミーフレームが、イベント発生時にしかフレームを送信しないECUや受信専用のECUなど（以下、これらのECUをまとめて受信専用ECUと称す）のバスラインへの接続をゲートウェイ装置３０に把握させることを目的に送信されるものであるからである。

フレーム送受信テーブルには、図２に示すとおり、フレームIDが定まると、一つの送信元ECUと、一つ以上の受信先ECUとを特定できるようになっている。このテーブルでは、例えば、フレームIDがID1のフレームは、ECU1が送信元ECUとなり、ECU2が受信先ECUとなることを示している。また、フレームIDがID2のフレームはECU2が送信元ECUとなり、ECU3およびECU4が受信先ECUとなることを示している。

ゲートウェイ装置３０は、後述するブリッジマップの自動作成によって得られたブリッジマップに基づいて、フレームをバスライン間で橋渡しする。図４に例示されるブリッジマップに基づいて説明すると、当該ブリッジマップによって、フレームID毎にどのバスラインから受信して、どのバスラインに送信するのかを得ることができる。例えば、図４のブリッジマップによれば、ID2のフレームは、バスライン１０から受信して、バスライン２０に送信するものであることが分かる。なお、フレームの種類によっては、バスライン間の橋渡しが不要なものもありうる。このような橋渡しの不要なフレームはこのブリッジマップには記録されない。例えば、フレームIDがID1のフレームは、前述したとおり、ECU1が送信元ECUとなり、ECU2が受信先ECUとなるが、ECU1もECU2もバスライン１０に接続されているので、ゲートウェイ装置３０によって橋渡しをしなくても通信可能である。このようなフレームIDは、ブリッジマップには記録しないで、限りあるメモリ容量の節約を図っている。

次に、図５のフローチャートを用いて、ブリッジマップの自動作成機能について説明する。ゲートウェイ装置３０は、電源投入されると、まず自らの初期化処理を行う（ステップS100）。この初期化処理は、電子制御装置が起動時に通常行われる周知の処理であり、ここでは説明を省く。

この初期化処理を終えると、ゲートウェイ装置３０は、ゲートウェイ装置３０と接続されている各バスラインと、当該バスラインに接続されているECUとの関係を取得する（ステップS200）。具体的には、各バスラインからフレームを受信し、その度に、受信したフレームに付されているフレームIDに基づいて、そのフレームの送信元ECUを認識する。すなわち、受信したフレームのフレームIDと、図２に示したフレーム送受信テーブルとを照らし合わせて、そのフレームの送信元となるECUを特定し、さらに、そのフレームを受信したバスラインを特定する。なお、この受信するフレームの中には、各ECUが周期的に送信するフレームの他に、前述したダミーフレームも含まれている。ダミーフレームは、ステップS200の処理においてゲートウェイ装置３０がバスラインに接続されているECUを把握することができるように、起動後すぐにフレームを送信しないECUから所定時間だけ送信されるフレームであり、CANのプロトコルに準じたフレームとなっている。

このようにしてゲートウェイ装置３０はステップS200において、バスラインと送信元ECUとをそれぞれ特定し、関連付けることで、どのバスラインにどのECUが接続されているかを判断する（接続元判断手段）。このような処理を、フレームを受信する度に行って、次々と送信元ECUとバスラインとの関係を把握していく。このとき、一度受信したフレームと同じ種類のフレームを受信したときには、この処理をスキップするようにしても良い。また、ゲートウェイ装置３０から、各バスラインに接続されている全ECUに対して、ダミーフレームを送信するように指令するフレームを送信するようにしても良い。このようにすることで、受信専用ECUから確実にダミーフレームを送信させて、ネットワークに接続されているECUを一層確実に車載ゲートウェイ装置３０が把握できる。

また、図２に示されたフレーム送受信テーブルに基づいて受信したフレームの送信元ECUを特定しようとしたときに、当該フレーム送受信テーブルを全探索しても一致するフレームIDが見つからなかった場合、すなわち、フレーム送受信テーブルに記録されていない種類のフレームIDを受信したときには、予め想定していない種類のフレームIDをECUが出力したか、あるいは、予め想定していない種類のECUがバスラインに接続されている可能性があるものとして、当該送信元のバスラインを特定して、エラーを出力する。

このステップS200における処理は、所定の時間が経過するまで、継続して行われる（ステップS300）。この所定の時間は、適切な時間、すなわち、全てのECUとバスラインとの接続関係を把握する為に十分な時間、予め実験等によって求めておき、その時間が経過するまで処理を継続するようにすれば良い。あるいは、このゲートウェイ装置３０が接続されるバスラインに接続されるECUが既知であることを前提に、当該ECUのうち最も起動時間の長くかかるECUのフレーム送信周期に、当該ECUの起動時間を加算して、ゲートウェイ装置３０自身の初期化時間を減算することで、求めてもよい。勿論、このようにして求めた値に、所定の余裕時間を加えてもよい。

こうして所定時間の間、ECUとバスラインの関係を求めた結果をテーブルに表わすと、図３のようになる。以下、この図３のテーブルを接続元判断テーブルと称す。この接続元判断テーブルによれば、ECU1とECU2がバスライン１０に接続され、ECU3とECU4とがバスライン２０に接続されていることが把握できる。

次に、ゲートウェイ装置３０は、このようにして求めたバスラインとECUとの接続関係（接続元判断テーブル）に基づいて、ブリッジマップを作成する（ステップS400）。このブリッジマップとは、フレームの種類毎に、すなわち、フレームID毎に、どのバスラインから受信してどのバスラインに送信するのかを示すテーブルであり、ゲートウェイ装置の基本的機能であるブリッジ機能に不可欠となる情報である。このテーブルは、ゲートウェイ装置３０が予め記録している図２のテーブルと、ステップS200で求めた図３のテーブルとに基づいて、作成する。

この手順について説明すると、まず、図２のフレーム送受信テーブルに基づいて特定のフレームIDについて送信元と受信先のECUを特定する。そして、この特定された送信元ECUおよび受信先ECUの接続先のバスラインを、図３の接続元判断テーブルを参照してそれぞれ求める。こうして求められたバスラインがすべて同一のバスラインのみであるときには、そのフレームIDについてはブリッジマップを作成する必要がないと判断する。例えば、フレームID1のフレームは、送信元ECUであるECU1の接続先バスラインも、受信先ECUであるECU2の接続先バスラインも、共にバスライン１０であり、同一である。したがって、フレームID1のフレームについては、ブリッジマップを作成する必要がないと判断できる。

一方、全て同一ではないときには、ブリッジマップを作成する必要がある。例えば、フレームID2のフレームについては、図２のフレーム送受信テーブルに基づいて、送信元ECUがECU2であり、受信先ECUがECU3およびECU4であることがわかる。そして、図３の接続元判断テーブルに基づいて、これらECUの接続先バスラインを特定し、すなわち、送信元ECUであるECU2の接続先バスラインがバスライン１０、受信先ECUであるECU3およびECU4の接続先バスラインは何れもバスライン２０であることを特定し、これにより送信元ECUと受信先ECUとが、異なるバスラインに接続されていることが分かる。したがって、フレームID2のフレームは、ゲートウェイ装置３０から見ると、バスライン１０から受信してバスライン２０に送信すべきフレームであることがわかる。このようにして、ステップS400においては、フレームIDが決まればそのフレームをどのバスラインから受信してどのバスラインに転送すべきかが決まる転送ポリシーを定め、図３に示すようなブリッジマップを作成する。

こうしてゲートウェイ装置３０は初期化処理およびブリッジマップの自動作成処理を終えると、データ転送等の通常の稼動を開始する。なお、ステップS200において、不明なフレームID、すなわち図２に示したフレーム送受信テーブルに記録されていないフレームIDを持つフレームを受信したときには、ゲートウェイ装置３０は、当該フレームを受信したバスラインを他のバスラインからネットワークとして独立させて、データ転送をしないようにすることで、他のバスラインに接続されたECUを保護することもできる。

ブリッジマップを作成すると、ゲートウェイ装置３０は、適切にフレームを橋渡しすることができる。そして、開発の途中段階でECUの配置が変更になったとしても、車載ゲートウェイ装置３０によるブリッジマップは、起動時にECUの接続先バスラインを自動的に検知し、この検知結果に応じて自動的に作成されるので、ブリッジマップを開発段階において書きかえる必要がなく、開発工数を削減することができる。また、ECUの接続先バスラインが異なる車種に対しても、共通のゲートウェイ装置を適用することができるので、部品共有化によるコスト削減を図ることができる。

以上で本発明の一実施形態に係る説明を終えるが、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、バスラインの数を３つ以上に増やしても良いし、初期化処理の途中でブリッジマップの自動作成処理を行うようにしてもよい。また、バス型以外のネットワークトポロジに適用しても良いし、電源投入時以外のイベントをトリガーとして、ブリッジマップを自動作成させるようにしても良い。

本発明に係る車載ゲートウェイ装置が接続される車内ネットワーク構成図の一例である。 本発明に係る車載ゲートウェイ装置が備えるフレームと送受信ECUとの関係の一例を示す図である。 本発明に係る車載ゲートウェイ装置が処理途中で取得するECUの接続先バスラインの一例を示す図である。 本発明に係る車載ゲートウェイ装置が自動作成するブリッジマップの一例である。 本発明に係る車載ゲートウェイ装置がブリッジマップの自動作成を行うときのフローチャートである。

符号の説明

１０、２０ バスライン（一方のバスライン、他方のバスライン）
３０ ゲートウェイ装置

Claims (3)

1. 複数の電子制御装置が互いに通信可能に接続された一方のバスラインと、前記車載電子制御装置とは別の電子制御装置が互いに通信可能に接続された他方のバスラインと、を中継する車載ゲートウェイ装置であって、
   フレームの送信元となる電子制御装置と上記フレームを受信する電子制御装置とを上記フレームの種類毎に予め記録したフレーム送受信テーブルと、
   上記フレームを受信したバスライン、当該受信したフレームの種類および上記フレーム送受信テーブルに基づいて、当該受信したフレームの送信元となる電子制御装置が、上記バスラインのうち、どのバスラインに接続されているかを判断する接続元判断手段と、
   上記接続元判断手段の判断結果に基づいて、上記バスラインのうち、どのバスラインからどのバスラインにデータ転送すべきかを上記フレームの種類毎に示すブリッジマップを作成するブリッジマップ作成手段と、
   を有する車載ゲートウェイ装置。
2. 電源投入される度に行われる初期化処理の終了後に、ブリッジマップ作成手段の作動を開始させ、
   上記フレーム送受信テーブルに予め記録されている電子制御装置のうち最も起動時間の長い電子制御装置の起動時間と、当該最も起動時間の長い電子制御装置の最大フレーム送信周期と、の和より、上記初期化処理にかかる時間を減じた期間が終了すると、上記ブリッジマップ作成手段を終了させる
   請求項１に記載の車載ゲートウェイ装置。
3. 上記接続元判断手段は、受信したフレームが上記フレーム送受信マップに記録されているいずれのフレームにも該当しないと判断したときには、エラーを出力する
   請求項１に記載の車載ゲートウェイ装置。