JP2010028355A - 車載ネットワークの通信管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑制しつつ、車載ネットワークの安定した通信を実現させることのできる車載ネットワークの通信管理装置を提供すること。
【解決手段】車両に設けられた複数のＥＣＵ(2,4,6,8,10,12,14)がＣＡＮ(20,22)により接続されて形成されている車載ネットワーク(1)において、ＣＡＮに送信されている定期フレームの送信周期を検出するとともに(S1)、送信周期の標準偏差を算出し(S2)、第１優先順位のＥＣＵからの定期フレームの送信周期が該標準偏差における所定値３σ以上であった場合には(S3)、データ通信量を減少させるデータ通信マネジメントを行う（S5）。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載された制御ユニットが通信線により接続されて形成された車載ネットワークの通信管理装置に関する。

車両には複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が搭載されており、これらのＥＣＵには、ＣＡＮ（Controller Area Network）方式の車載ＬＡＮ等の通信線が接続され、各ＥＣＵ間で相互にデータ通信可能に車載ネットワークが形成されている。
当該ＥＣＵとしては、例えばエンジンの制御を行うエンジンＥＣＵ、ブレーキ操作に応じた制御及びアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）等の制動力制御を行う制動系ＥＣＵ、各車輪への駆動力配分を制御する駆動系ＥＣＵ、空調、ドア、ウインド、ワイパー、ライト等のボデー系機器を制御するボデー系ＥＣＵ等が搭載されている。

そして、当該車載ネットワークでは、通信の安定化を図るため、各通信線における通信状態を監視し、故障診断等が行われている。
例えば、ＣＡＮ通信バスのエラーステータスから故障診断を行う構成がある（特許文献１参照）。
特開２００４−３４８２７４号公報

近年、車両に搭載されるＥＣＵの数は増加しており、このように車載ネットワークに接続されるノード数が増加すると、データ通信量が増加しＣＡＮの通信負荷が高くなる。このように通信負荷が高くなることで、データ送信の衝突する確率が高くなり、優先順位の高いデータが繰り返し送信され、優先順位の低いデータは送信周期が長くなるという問題がある。このために、正しく送信されないデータ等が生じ、車両挙動に影響を及ぼすおそれがある。

このように、通信量の増加による通信不具合は、上記特許文献１に開示された技術のような故障診断では解決できない。
そこで、通信量の増加に対しては、例えば通信線の通信速度を上げることが考えられるが、通信速度を上げれば、当該通信線から発生するノイズも高くなり、ノイズ対策としてシールド線を追加する等、コストが大幅に増加するおそれがあり好ましくない。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コストアップを抑制しつつ、車載ネットワークの安定した通信を実現させることのできる車載ネットワークの通信管理装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の車載ネットワークの通信管理装置では、車両に設けられた複数の制御ユニットが通信線を介して接続されて形成された車載ネットワークの通信管理装置であって、前記通信線と接続され、該通信線に送信されているデータの送信周期を検出するとともに、該送信周期の標準偏差を算出し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上であった場合には、該通信線を通るデータ通信量を減少させるよう通信管理する通信制御手段を備えることを特徴としている。

また、請求項２の車載ネットワークの通信管理装置では、請求項１において、前記通信制御手段は、前記各制御ユニットに優先順位を設定し、所定の優先順位以上の制御ユニットから送信されたデータの送信周期が前記標準偏差における所定値以上であった場合に、前記通信線を通るデータ通信量を減少させるよう通信管理することを特徴としている。
また、請求項３の車載ネットワークの通信管理装置では、請求項１または２において、前記通信制御手段は、前記通信線を通るデータ通信量を減少させる通信管理として、各制御ユニットから定期的に送信されるデータの送信周期を、エラーが生じない範囲で、長くするよう制御することを特徴としている。

また、請求項４の車載ネットワークの通信管理装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記通信制御手段は、前記各制御ユニットに優先順位を設定し、前記通信線を通るデータ通信量を減少させる通信管理として、特定の優先順位以下の制御ユニットからのデータの送信を停止させることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の車載ネットワークの通信管理装置によれば、通信線に送信されているデータの送信周期を検出するとともに、送信周期の標準偏差を算出し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上であった場合には、当該通信線のデータ通信量を減少させるよう通信管理する通信制御手段を車載ネットワークに設ける。

つまり、通信線に送信されているデータにおける送信周期の標準偏差に基づきデータ通信量を監視し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上となるような、通信量過多状態であるときには、データ通信量を減少させるよう通信管理する。
したがって、車両に多数の制御ユニットを搭載した場合でも、通信線の通信速度を上げることなく、適切に車載ネットワークの通信量の増加を抑えることができる。

これによりコストアップを抑制しつつ、車載ネットワークにおいて安定した通信を実現させることができる。
請求項２の車載ネットワークの通信管理装置によれば、各制御ユニットに優先順位を設定し、所定の優先順位以上の制御ユニットから送信されたデータの送信周期が標準偏差における所定値以上であった場合に、通信線のデータ通信量を減少させる通信管理を行う。

つまり、比較的優先順位の高い制御ユニットからの送信データが標準偏差における所定値以上となった場合に、データ通信量を減少させる通信管理を行う。
これにより、優先順位の高いデータの送信が滞ることを確実に防止することができ、より安定した通信を実現させることができる。
請求項３の車載ネットワークの通信管理装置によれば、通信線のデータ通信量を減少させる通信管理として、各制御ユニットから定期的に送信されるデータ（定期データ）の送信周期をエラーが生じない範囲で長くする。

このように、各制御ユニットから送信される定期データの送信周期をエラーが生じない範囲で長くすることで、優先順位が低い定期データがいつまでも送信されないという状態を防止し、各制御ユニットからのデータが均等に送信されるようにすることができる。
また、定期データのみの送信周期を長くすることから、イベント的や緊急的なデータは確実に送信されることとなり、車両の走行安定性を確保することができる。

請求項４の車載ネットワークの通信管理装置によれば、各制御ユニットに優先順位を設定し、通信線のデータ通信量を減少させる通信管理として、特定の優先順位以下の制御ユニットからのデータの送信を停止させる。
つまり、比較的重要ではない特定の優先順位未満の制御ユニットからのデータ送信を停止させて、通信量を減少させる。

これにより、比較的優先順位の高いデータを確実に送信できるようにすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の車載ネットワークの概略構成図が示されている。
図１に示す車載ネットワーク１には、車両の各種装置に対応した各種電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられている。

例えば、当該ＥＣＵとしては、エンジンの制御を行うエンジンＥＣＵ２、ブレーキ操作に応じた制御及びアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）等の制動力制御を行う制動系ＥＣＵ４、各車輪への駆動力配分を制御する駆動系ＥＣＵ６、空調、ドア、ウインド、ワイパー、ライト等のボデー系機器を制御するボデー系ＥＣＵ８等が搭載されている。また、この他にもＥＣＵａ１０、ＥＣＵｂ１２、ＥＣＵｃ１４が設けられている。

そして、エンジンＥＣＵ２、制動系ＥＣＵ４、駆動系ＥＣＵ６、ボデー系ＥＣＵ８は第１のＣＡＮ（Controller Area Network）２０（通信線）が接続されており、ＥＣＵａ１０、ＥＣＵｂ１２、ＥＣＵｃ１４は第２のＣＡＮ２２（通信線）が接続されている。
各ＥＣＵは、各ＣＡＮ２０、２２を介してデータフレームを送信可能である。当該データフレームとしては、例えば、所定の間隔で送信される定期フレーム（定期データ）、所定の条件を満たした場合に送信されるイベントフレーム、ＥＣＵが異常を認識した場合に送信されるエラーフレーム等がある。

また、当該第１のＣＡＮ２０及び第２のＣＡＮ２２は、ゲートウェイＥＣＵ３０（通信制御手段）を介して接続されている。
当該ゲートウェイＥＣＵ３０は、第１のＣＡＮ２０及び第２のＣＡＮ２２との間のデータフレームを相互に通信できるよう通信状態を制御するものである。
例えば、当該ゲートウェイＥＣＵ３０は、各ＣＡＮ２０、２２に送信されている定期フレームの送信周期を検出するとともに、当該送信周期の標準偏差σを算出する機能を有している。そして、当該ゲートウェイＥＣＵ３０は各ＥＣＵから送信される定期フレームを制限する等の通信管理を行う機能を有している。

また、当該ゲートウェイＥＣＵ３０は、各ＥＣＵごとに数段階の優先順位を設定しており、例えば第１のＣＡＮ２０に接続されているＥＣＵの中では、ＡＢＳ等の緊急操作制御を含む制動系ＥＣＵ４を最も高い第１優先順位、エンジンＥＣＵ２や駆動系ＥＣＵ６を次に優先順位の高い第２優先順位、走行に影響の少ないボデー系ＥＣＵ８を最も低い第３優先順位に設定している。また、第２のＣＡＮ２２に接続されているＥＣＵの中では、ＥＣＵａ１０を第１優先順位、ＥＵＣｂ１２を第２優先順位、ＥＣＵｃ１４を第３優先順位に設定している。

以下このように構成された本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の作用について説明する。
図２には、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置において実行される通信管理制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。

図２に示すように、ゲートウェイＥＣＵ３０は、ステップＳ１として、各ＣＡＮ２０、２２に送信されている定期フレームの送信周期を検出する。
続くステップＳ２では、定期フレームの送信周期の標準偏差σを算出する。
ステップＳ３では、ステップＳ１で検出した定期フレームの送信周期のうち第１優先順位のＥＣＵ、即ち制動系ＥＣＵ４から送信された定期フレームの送信周期が、上記ステップＳ２で算出した標準偏差σにおける所定値３σ以上であるか否かを判別する。

当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、即ち車載ネットワーク１のデータ通信量が比較的少なく安定しているような場合は、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、通常の通信を実行して、当該ルーチンをリターンする。
一方、上記ステップＳ３の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車載ネットワーク１のデータ通信量が多く、送信周期にばらつきが生じているような場合には、ステップＳ５に進む。なお、このようにデータ通信量が多くなる場合としては、例えば、各ＥＣＵから同時に多数のイベントフレームが送信されたり、ノイズ等の外乱により多数のエラーフレームが送信されたりする場合がある。このように、ＣＡＮ２０、２２の通信量が増加することで、データ送信の衝突等が生じ、データフレームの送信周期にばらつきが生じる。

そして、ステップＳ５において、ゲートウェイＥＣＵ３０は、データ通信マネジメント（通信管理）を実行する。
詳しくは、当該データ通信マネジメントでは、まず第３優先順位（特定の優先順位以下）のＥＣＵ、即ちボデー系ＥＣＵ８、ＥＣＵｃ１４からの定期フレームの送信を停止させる。

また、他のＥＣＵ、即ち第１、第２優先順位（所定の優先順位以上）に該当する、エンジンＥＣＵ２、制動系ＥＣＵ４、駆動系ＥＣＵ６、ＥＣＵａ１０、ＥＣＵｂ１２、からの定期フレームの送信周期をエラーが生じない範囲で長くする。例えば３回連続で送信に失敗した場合にエラーになるような定期フレームであれば、１回または２回の送信を間引きして、エラーが生じない範囲で送信周期を長くする。

そして、当該データ通信マネジメントを実行した後、当該ルーチンをリターンし、上記ステップＳ３の判別結果が偽（Ｎｏ）になるまで、データ通信マネジメントを継続する。
以上にように、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置では、ゲートウェイＥＣＵ３０により、ＣＡＮ２０、２２に送信されている定期フレームの送信周期の標準偏差σからデータ通信量を監視し、第１優先順位のＥＣＵからの定期フレームの送信周期が所定値３σ以上となるような、通信量過多状態であるときには、データ通信量を減少させるデータ通信マネジメントを行う。

このように、第１優先順位のＥＣＵからの定期フレームの送信周期が所定値３σ以上となったときに、データ通信マネジメントを実行することで、優先順位の高いデータの送信が滞ることを確実に防止することができる。
また、データ通信マネジメントでは、比較的重要ではない第３優先順位のＥＣＵからの定期フレームの送信を停止させることで比較的優先順位の高い定期フレームの送信を確保することができる。

そして、第１、第２優先順位のＥＣＵからの定期フレームは送信周期を長くすることで、第１優先順位の定期フレームだけが送信され、第２優先順位の定期フレームがいつまでも送信されないという状態を防止し、比較的優先順位の高い範囲での各定期フレームはそれぞれ均等に送信されるようにすることができる。また、定期フレームのみの送信周期を長くすることから、イベントフレームやエラーフレームは確実に送信されることとなり、車両の走行安定性を確保することができる。

これらのことから、車両に多数のＥＣＵを搭載した場合でも、通信線の通信速度を上げることなく、適切に車載ネットワーク１の通信量の増加を抑えることができる。
これにより、本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置では、コストアップを抑制しつつ、車載ネットワーク１において安定した通信を実現させることができる。
以上で本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態における車載ネットワーク１の構成に限られるものでない。上記実施形態におけるＥＣＵは例示的なものであり、ＥＣＵの数や種類はこれに限られるものではない。また、上記実施形態の車載ネットワーク１は第１のＣＡＮ２０、第２のＣＡＮ２２の２つの通信経路により構成されているが、さらに多数の通信経路を有する車載ネットワークにも適用可能である。

また、上記実施形態では優先順位を３段階に設定しているが、優先順位は何段階に設定しても構わない。また、上記実施形態ではＥＣＵ毎に優先順位を設定しているが、各データフレーム毎に優先順位を設定しても構わない。
また、図２のステップＳ３では、データ通信マネジメントを実行するための条件として標準偏差σの所定値３σを用いているが、当該所定値はこの値に限られるものではない。

また、上記実施形態では、データ通信マネジメントとして、第３優先順位のＥＣＵの定期フレームの送信を停止するとともに、その他のＥＣＵの定期フレームの送信周期を長くすることとしているが、データ通信マネジメントはＣＡＮのデータ通信量を減少させるものであればよく、例えば、上記制御のいずれか一方のみを実行したり、他の制御を追加しても構わない。

本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置の車載ネットワークの概略構成図である。 本発明に係る車載ネットワークの通信管理装置において実行される通信管理制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車載ネットワーク
２ エンジンＥＣＵ（制御ユニット）
４ 制動系ＥＣＵ（制御ユニット）
６ 駆動系ＥＣＵ（制御ユニット）
８ ボデー系ＥＣＵ（制御ユニット）
２０ 第１のＣＡＮ（通信線）
２２ 第２のＣＡＮ（通信線）
３０ ゲートウェイＥＣＵ（通信制御手段）

Claims (4)

1. 車両に設けられた複数の制御ユニットが通信線を介して接続されて形成された車載ネットワークの通信管理装置であって、
   前記通信線と接続され、該通信線に送信されているデータの送信周期を検出するとともに、該送信周期の標準偏差を算出し、所定のデータの送信周期が該標準偏差における所定値以上であった場合には、該通信線を通るデータ通信量を減少させるよう通信管理する通信制御手段を備えることを特徴とする車載ネットワークの通信管理装置。
2. 前記通信制御手段は、前記各制御ユニットに優先順位を設定し、所定の優先順位以上の制御ユニットから送信されたデータの送信周期が前記標準偏差における所定値以上であった場合に、前記通信線を通るデータ通信量を減少させるよう通信管理することを特徴とする請求項１記載の車載ネットワークの通信管理装置。
3. 前記通信制御手段は、前記通信線を通るデータ通信量を減少させる通信管理として、各制御ユニットから定期的に送信されるデータの送信周期を、エラーが生じない範囲で、長くするよう制御することを特徴とする請求項１または２記載の車載ネットワークの通信管理装置。
4. 前記通信制御手段は、前記各制御ユニットに優先順位を設定し、前記通信線を通るデータ通信量を減少させる通信管理として、特定の優先順位以下の制御ユニットからのデータの送信を停止させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車載ネットワークの通信管理装置。

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