JP2009017154A - 車載ゲートウェイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームに含まれる情報の種類およびその変化の有無に応じて適切な送信周期を決定し、重要な情報の迅速な伝達を妨げることなく、ネットワーク負荷の一層の低減を図るゲートウェイ装置を提供する。
【解決手段】
受信したデータフレームのデータ領域に含まれる複数のデータの更新状況に応じて、当該データフレームの送信周期の初期値を補正する。更新状況とは、具体的には、前回受信したデータ領域のそれぞれの値と、これに対応する今回受信したデータ領域のそれぞれの値との変化の有無および当該データのプライオリティによって判断する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、互いに異なるネットワーク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、複数のネットワーク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。このような車載ECU用の通信プロトコルとして、CAN（Controller Area Network）が知られている。また、近年では車載ECUの数やECU同士で通信する情報の種類や量の増加に伴い、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。

ゲートウェイ装置は、受信フレームをバッファ領域に一時保存し、所定の送信周期で転送先のバスラインに送信するが、一般に、送信周期を短くすればするほど、送信先には遅れの少ない情報を伝達させることができるが、その反面、送信先のネットワーク負荷は増大してしまう。特許文献１では、送信先ネットワークの負荷に応じてフレーム毎の送信周期を変化させることで、バス負荷の抑制と迅速な情報伝達とを両立させる技術が開示されている。
特開２００６−２８７５７１号公報

ところでフレームのデータ領域には、通常、複数の種類のデータが記録される。例えば、エンジンECUからCANバスに送信されるデータフレームのデータ領域には、エンジン回転数、エンジン冷却水温、アクセルペダル開度、燃料噴射量、アイドル・ストップ・スタート・システム（ISS）の動作状況等、エンジンECUが各種センサから取得したエンジン制御に関連する各種の情報が含まれている。これらの情報には、例えばエンジン回転数のように通常は常に変化を伴う情報もあれば、ISSの動作状況のように所定時間にわたって変化しない情報、または、何らかの条件が成立したときのみ値が変わる（フラグが立つ）情報、例えば、異常や故障等を知らせるダイアグ情報等がある。特に、近年開発される車両ではダイアグ情報の種類が増加傾向にある。そして、ダイアグ情報といっても、直ちに車両として何らかのアクションを起こすべき重大なものから、それほど重大ではない（車両の安全な走行には支障のない）情報まで、その重要度もまちまちである。

このような雑多な情報、すなわち、変化が周期的なものや非周期的なのもの、あるいは、その変化が重要なものやそれほど重要でないもの、といった複数の情報を一つのフレームが包含し得るので、フレーム単位で一律に送信周期を決めてしまうと、いたずらに送信周期を短くしてネットワークの負荷を上昇させたり、重要な情報の変化を迅速に伝達し損ねたりするといった、不具合があった。

本願発明はかかる観点によりなされたものであり、フレームに含まれる情報の種類およびその変化の有無に応じて適切な送信周期を決定し、重要な情報の迅速な伝達を妨げることなく、ネットワーク負荷の一層の低減を図ることを目的の一つとする。

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では、一方のネットワークと他方のネットワークとの間に介装され、データフレームを送受信する車載ゲートウェイ装置であって、受信したデータフレームの種類を識別するフレーム識別手段と、前記受信したデータフレームのデータ領域に含まれる複数のデータの更新状態に基づいて、前記受信したデータフレームの送信周期を設定する送信周期設定手段と、前記送信周期設定手段が設定した送信周期に基づいて前記一方のネットワークから受信したデータフレームを前記他方のネットワークに送信する送信機能を有するものとした。

より具体的には、前記送信周期設定手段は、データフレームの種類と当該データフレームのデータ領域に含まれる複数のデータ夫々のプライオリティを予め設定してあるプライオリティテーブルを備えると共に、前記プライオリティテーブルに基づいて前記更新のあったデータのプライオリティを夫々確認し、該確認されたプライオリティに基づいて、前記受信したデータフレームの送信周期を設定するものとして実現することができる。

好ましくは、前記送信周期設定手段は、データフレームの種類に応じて送信周期の初期値を定め、前記更新のあったデータのプライオリティ夫々のうち、最も高いプライオリティに応じて、前記初期値が短くなるように補正することで、前記受信したデータフレームの送信周期を設定する。

また、前記受信したデータフレームのデータ領域に含まれる複数のデータのうち、更新のあったデータについて、当該更新が、所定範囲内の変化に留まる場合には更新がなかったものとみなし、所定範囲内の変化に留まらない場合には更新があったものとみなすようにしてもよい。

本発明によれば、データフレームのデータ領域に含まれる複数のデータの更新状態に基づいて送信周期が設定されるので、例えば、重要な情報に変化が生じた場合には迅速に受信データフレームを送信し、それほど重要ではない情報しか変化していない場合には適切なタイミングでデータフレームを送信するように送信周期を設定することで、重要な情報の迅速な伝達とネットワーク負荷の低減とを両立させることができる。

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、周知の通信プロトコルであるCAN（Controller Area Protocol）によって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に接続されている各ECUは、それぞれフレーム単位でデータを送受信している。フレームには、転送するデータを記録するデータ領域をはじめ、エラーチェックのための領域や、フレームの種類を示すID（以下、フレームIDと称す）を記録する領域など、複数の領域を備えており、フレームの種類によって、データ領域のどの位置（ビット列）にどの情報が記録されているかが予め決められている。例えば、フレームIDがｎ番のデータ領域の１バイト目には、アクセルペダル開度のデータが記録され、２バイト目には燃料噴射量のデータが記録される、といった具合である。分解能との関係で、２バイト以上の領域を使って一種類の情報を伝える場合もあるし、反対に、一つのバイト領域に複数種類の情報を伝える場合もある。いずれにしても、フレームIDが定まれば、データ領域のどこに何が記録されているかが決まる。

ゲートウェイ装置３０は、バスライン１０またはバスライン２０の一方からフレームを受信すると、この受信したフレームのフレームIDを確認し、フレームIDに応じて予め定められている転送ポリシーにしたがって、そのままブロックしたり、バスライン１０またはバスライン２０の他方に送信したりする。本実施形態に係るゲートウェイ装置３０は、フレームID、受信するバスライン、送信するバスラインとを予め定めたブリッジマップを備えており、このブリッジマップにしたがって、フレームの転送を行う。

次に、ゲートウェイ装置３０による転送機能の概要について、図２を用いて説明する。ゲートウェイ装置３０はデータフレームを受信すると、当該データフレームを受信バッファ301に一時保存する。受信バッファ301はデータフレームをその種類毎（フレームID毎）に保存する場所が決まっており、フレームIDの異なるフレームが上書きされないようになっている。

ゲートウェイ装置３０は、データフレームを受信すると、当該データフレームのフレームIDに基づいて、当該データフレームを一時保存すべき受信バッファの位置を確認する。そして、既に当該受信バッファに保存されているデータフレーム、すなわち、当該データフレームと同じフレームIDを持つデータフレームであって前回受信したものと、今回受信したデータフレームとを比較する。より具体的には、前回受信したデータフレームのデータ領域と、今回受信したデータフレームのデータ領域とを比較して、更新状態を確認する。この比較は、このデータフレームのデータ領域に保存されている情報の一つ一つについて、個別に行う。前述した通り、データ領域には複数の情報が含まれており、そのバイト位置によってどの情報が記録されるのかが予め定められているが、その情報一つ一つについて、変更の有無を確認する。例えば、データ領域の１バイト目には、アクセルペダル開度のデータが記録され、２バイト目には燃料噴射量のデータが記録されている場合には、アクセルペダル開度が前回受信したデータフレームと今回受信したデータフレームとで変化があるかないかを確認し、次に、２バイト目の燃料噴射量についても同様に確認する。こうして、全ての情報について、更新の有無を確認する（更新状態確認手段302）。

一方、ゲートウェイ装置３０は、プライオリティテーブル303を備えており、このテーブルを参照することで、前記更新状態確認手段302によって確認された更新データのプライオリティを確認する。そして、当該確認された更新データのプライオリティに基づいて、受信フレームの送信周期を設定する（送信周期設定手段304）。と共に、送信バッファに保存する。送信バッファに保存されたフレームは、設定された送信周期にしたがって、転送先のバスラインに送信される。なお、図２においては、バスライン１０からバスライン２０への送信について記載しているが、反対にバスライン２０から受信してバスライン１０に送信する場合も同様であるので、重複説明は省略する。

図３のフローチャートを用いて、このデータフレームの送信周期の設定について詳細に説明する。まず、ゲートウェイ装置３０は転送すべきデータフレームを受信すると、データ領域の更新確認を行う（ステップS1）。データ領域の更新確認は、同じ種類のデータフレーム、すなわち、同一のフレームIDを持つデータフレームについて、今回受信したものと前回受信したものとを比較し、データ領域のどの部分が変更されているかを確認するものである。本実施形態におけるデータフレームは、データ領域が８バイトで構成されており、基本的には１バイト単位につき１種類のデータが記録されているので、データフレームは８種類まで、データを持つことができる。勿論、１バイトをビット単位で区切って、複数の種類のデータを記録したり、２バイトに跨って１種類のデータを保存する場合もあるが、ここでは説明を簡単にするために、１バイトに１種類のデータを持ち、一つのデータフレームに８種類のデータが記録されているものとする。ステップS1では、ｎ番目のデータ（ｎは１〜８）について、前回受信したデータフレームと今回受信したデータフレームとを比較して、同一なのか、同一でないのかを判断し、同一の場合には、ｎ番目のデータは更新されていないと判断し、同一でない場合には、ｎ番目のデータは更新されていると判断する。

なお、当該受信フレームのデータ領域のうち、ｎ番目のデータが前回受信したデータフレームと今回受信したデータフレームとで同一か同一でないかで、当該ｎ番目のデータが更新されたか否かを判断するようにしたが、当該ｎ番目のデータが多段階（例えば、２５６段階）のパラメータを示すものである場合には、予め定めた範囲内の変化であれば、例え同一でなくとも、更新なしと判断するようにしても良い。例えば、アクセルペダル開度が１バイトのデータ領域を用いて０〜１００％で表現されたとすると、約0.4％の分解能となる。ここで、例えば０．４％の２０倍の８％以内であれば、更新なしと判断するようにしてもよい。このようにすることで、比較的大きな変化があったときのみプライオリティが上がるようにして、いたずらに送信周期を早めることを防止し、結果的にネットワーク負荷を低減することができる。このような設定は、転送先のECUに対してはそれ程、迅速にデータの変化を伝える必要がない場合に特に有効である。なお、これは送信周期を定めるための更新有無の確認において変化がなかったものとみなすだけであり、実際にデータフレームとして伝達される情報そのものが丸められるわけではない点で、通常のフィルターとは異なる。

ステップS1で更新されていないと判断された場合には、ステップS4に進み、当該ｎ番目のデータを示す変数に更新されていないことを示す値を代入する。一方、ステップS1で更新されていると判断された場合には、ステップS2に進み、プライオリティテーブルを参照して、当該ｎ番目のデータのプライオリティを調べる。プライオリティテーブルは予めゲートウェイ装置３０が記録しているテーブルであり、図４に示すように、フレームIDとデータ領域での場所に応じて、High（高）、Mid（中）、Low（低）の３段階で予め定められている。プライオリティテーブルを参照することで、当該ｎ番目のデータのプライオリティを確認すると、ｎ番目のデータを示す変数に当該プライオリティ、すなわち、High（高）、Mid（中）、Low（低）のいずれかを代入する。

このようにして、受信フレームのデータ領域ｎ（ｎ＝１〜８）を示す変数への、更新がないことを示す値、または、更新がある場合におけるプライオリティ（High、Mid、Low）の代入が繰り返し行われ、全ての受信フレームのデータ領域ｎへの代入が完了するまで継続される（ステップS5）。全てのデータ領域ｎに対して代入が終わると、次に、当該データフレームｎのうち、最も高かったプライオリティに応じて、当該データフレームの送信周期を決定する（ステップS6）。データフレームにはそれぞれ送信周期の初期値が定められており、全く更新されていない場合には、当該初期値が最終的な送信周期として決定される。一方、最も高かったプライオリティがLow（低）だった場合には、当該初期値の送信周期を所定分だけ短くなるように補正する。最も高かったプライオリティがMid（中）だった場合には、さらに送信周期を短く補正し、High（高）だった場合には、さらに送信周期を短くして最も送信周期が短くなるように補正する。或いは、最も高かったプライオリティがHigh（高）だった場合には、所定の送信周期を待たずに直ちに送信するようにしても良い。

送信周期が決定されると、当該受信フレームを送信バッファに一時保存しておき、当該決定された送信周期にしたがって、転送先のバスラインに送信される。送信バッファへの一時保存は、当該送信周期の決定よりも前に行っても良いし、同時でも後でも良い。

結局、送信周期はフレームの種類によって予め初期値が定められているが、当該フレームのデータ領域における更新された情報のプライオリティの高低によって、送信周期が短く補正される。すなわち、プライオリティの高いデータが更新されているデータフレームを受信すると、通常よりも短い周期でネットワークの転送が行われることになる。これにより、通常は変化のないデータを含むデータフレームは、初期値となる送信周期を長めに設定することで、バスラインの通信負荷を低減し、いざデータが更新されたときには迅速に転送されるので効果的に通信遅れを抑制することができる。

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い。例えば、上述の例ではゲートウェイ装置は２つのバスラインを中継するようにしたが、バスラインの数を３つ以上に増やしても良い。また、上述の例では、プライオリティを３段階にステップ状に定義したが、２段階でも、１段階でも、４段階以上でも本願発明を実施することができる。また、上述の例では更新のあったデータのプライオリティに基づいて送信周期を短くするようにしたが、反対に更新のなかったデータに基づいて、送信周期を長くするようにしても良い。その他、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。

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の機能を表わすブロック図である。 本発明に係る車載ゲートウェイ装置による送信周期決定を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る車載ゲートウェイ装置が備えるプライオリティテーブルの一例である。

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 (4)

1. 一方のネットワークと他方のネットワークとの間に介装され、データフレームを送受信する車載ゲートウェイ装置であって、
   受信したデータフレームの種類を識別するフレーム識別手段と、
   前記受信したデータフレームのデータ領域に含まれる複数のデータの更新状態に基づいて、前記受信したデータフレームの送信周期を設定する送信周期設定手段と、
   前記送信周期設定手段が設定した送信周期に基づいて前記一方のネットワークから受信したデータフレームを前記他方のネットワークに送信する送信機能
   を有する車載ゲートウェイ装置。
2. 前記送信周期設定手段は、データフレームの種類と当該データフレームのデータ領域に含まれる複数のデータ夫々のプライオリティを予め設定してあるプライオリティテーブルを備えると共に、前記プライオリティテーブルに基づいて前記更新のあったデータのプライオリティを夫々確認し、該確認されたプライオリティに基づいて、前記受信したデータフレームの送信周期を設定する
   請求項１に記載の車載ゲートウェイ装置。
3. 前記送信周期設定手段は、データフレームの種類に応じて送信周期の初期値を定め、前記更新のあったデータのプライオリティ夫々のうち、最も高いプライオリティに応じて、前記初期値が短くなるように補正することで、前記受信したデータフレームの送信周期を設定する
   請求項２に記載の車載ゲートウェイ装置。
4. 前記受信したデータフレームのデータ領域に含まれる複数のデータのうち、更新のあったデータについて、当該更新が、所定範囲内の変化に留まる場合には更新がなかったものとみなし、所定範囲内の変化に留まらない場合には更新があったものとみなす
   請求項１に記載の車載ゲートウェイ装置。