JP2013223230A - 車両用通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信フレーム送信時の消費電力を抑制し、通信バス間での相互干渉やラジオノイズの発生を低減可能な車両用通信装置を提供する。
【解決手段】複数の通信ネットワークが接続され、各通信ネットワークからの通信フレームの受信を検知する受信フレーム検知部と、受信を検知した受信フレームの内容に基づいて、送信フレームを生成する送信フレーム生成部と、生成した送信フレームを送信するとともに、複数の送信フレームが生成され、それら送信フレームを異なる通信ネットワークへ送信するとき、これら送信フレームのうちの一方を他方とは異なる位相で送信する送信フレーム位相制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の通信ネットワーク間を接続して通信フレームの受信処理および送信処理を行なう車両用通信装置に関する。

車両内のＥＣＵ（電子制御ユニット）間のシリアル通信では、例えば、マルチマスタの通信プロトコルとして、ＣＡＮ（Controller Area Network：コントローラ・エリア・ネットワーク）プロトコルが用いられている。このようなマルチマスタの通信プロトコルは、通信ノードの増減が簡単にできる等システムの柔軟性が高いため、車両分野に止まらず、ＦＡ（Factory Automation）、船舶、医療機器といった分野の通信プロトコルとしても有望視されている。

また、ＣＡＮに代表されるマルチマスタ方式のネットワークに接続されたデータ処理モジュールにおいて、メッセージバッファに送信要求メッセージが全くない状態からメッセージが送信されるまでの時間を短縮する方法も考案されている。（特許文献１参照）。

特開２００６−１８６５６９号公報

「やさしいＣＡＮ −ＣＡＮの基礎−」，ベクター・ジャパン株式会社のＷＥＢサイト（http://www.vector.com/vj_can_de_gzaru_jp.html），平成２４年４月１３日検索 「知っておきたいＬＩＮの基礎知識 その１ （２/３）」，アイティメディア株式会社のＷＥＢサイト（http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1009/10/news104_2.html），平成２４年４月１３日検索

例えば、車両においては、車内ネットワークに接続するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）が増加し、ネットワークの通信バスの負荷が増大している。そこで、ＣＡＮを複数のネットワークに分割して、これらネットワークを、相互のネットワーク間で必要なデータのみを中継する車両用通信装置（「ゲートウェイ装置」ともいう）に接続し、通信バスの負荷を低減している。

図２に、ＣＡＮの通信フレームの構成例を模式的に示す。ＣＡＮの通信プロトコル等については、非特許文献１に記載されているので、ここでの詳細な説明は割愛する。ＣＡＮでは、ＳＯＦ（Start Of Frame、スタートビットともいう）の後に、送信ノードから制御パラメータ等のデータを送信するデータ・フレーム、他のノードに対してデータの送信を要求するリモート・フレーム、他のノードに対するエラーの通知をするエラー・フレーム、受信ノードが受信処理未了時に出力するオーバーロード・フレームが順次出力される。図２のｂ０〜ｂ７８は、データ・フレームに含まれる識別子フィールドの一部（ビットデータ）を表している。

また、ドミナントは通信フレームの論理値が「０」の状態を示し、電圧レベルはグランドに相当する。リセッシブは通信フレームの論理値が「１」の状態を示し、電圧レベルはバッテリ電圧に相当する。図２の中段部に実際のデータの出力状態を示し、下段部には、中段部のＳＯＦとビットデータｂ０を拡大したものを示している。ＳＯＦ送出時、すなわち、電圧レベルがリセッシブからドミナントに変化したとき（立下り時）、回路構成上、電圧レベルは鋭く下降し、ドミナントの定格値（グランド）よりも低くなってから定格値に戻り、以降は定格値で安定する。同様に、電圧レベルがドミナントからリセッシブに変化したとき（立上り時）も、電圧レベルは鋭く上昇し、ドミナントの定格値（バッテリ電圧）よりも高くなってから定格値に戻り、以降は定格値で安定する（ＬＩＮ波形の詳細についても同様，非特許文献１参照）。

この、電圧レベルが定格値を下回る、あるいは上回る期間（Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１１＝Ｔ１２となることもある）は、電流値も定格より大きくなり（いわゆる、突入電流）、車両用通信装置の電源の負荷も増大する。

このため、各通信バスで通信フレームの送信タイミング（すなわち、ＳＯＦあるいはビットデータの送信タイミング）を同じにすると、車両用通信装置の電源は、（突入電流により発生する電力）×（通信バスの本数）を供給可能としなければならず、電源の大型化ひいては装置のコスト上昇につながる。さらに、突入電流により、通信バス間での相互干渉やラジオノイズの発生が懸念される。

上記問題点を背景として、本発明の課題は、通信フレーム送信時の消費電力を抑制し、通信バス間での相互干渉やラジオノイズの発生を低減可能な車両用通信装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するための車両用通信装置は、車両内の複数の通信ネットワークが接続され、各通信ネットワークからの通信フレームの受信を検知する受信フレーム検知部と、受信を検知した受信フレームの内容に基づいて、送信フレームを生成する送信フレーム生成部と、生成した送信フレームを送信するとともに、複数の送信フレームが生成され、それらを異なる通信ネットワークへ送信するとき、これら送信フレームのうちの一方を他方とは異なる位相で送信する送信フレーム位相制御部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によって、突入電流の発生タイミングを全通信バスで同じにならないようにすることができ、通信フレーム送信時の消費電力を抑制するとともに、通信バス間での相互干渉やラジオノイズの発生を低減可能となる。

車両用通信装置の構成例を示す図。 通信フレームの構成例を示す図。 位相制御処理を説明するフロー図。 位相制御処理の別例を説明する図。 図３および図４の位相制御における、各通信フレームの送信タイミングを示す図。 位相制御処理の別例を説明する図。

以下、本発明の車両用通信装置について、図面を用いて説明する。図１のように、車両用通信装置１には、２以上の車内通信ネットワーク（４０、５０）、車外通信ネットワーク６０が接続されている。

車内通信ネットワーク４０、５０は、通信方式として例えばＣＡＮを用いる。他に、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport，登録商標）を用いてもよい。なお、ＬＩＮの通信プロトコル等については、非特許文献２に記載されており、ＣＡＮと同様の課題を有している。

また、車内通信ネットワーク４０の通信バス４５に接続されるＥＣＵ（４１、４２）として、例えば、ＡＢＳ（Anti-lock Brake System） ＥＣＵ、車両の旋回挙動を安定化させるためのＶＳＣ（Vehicle Stability Control） ＥＣＵ、エンジン制御を行うエンジンＥＣＵのような走行制御系ＥＣＵが挙げられる。

また、車内通信ネットワーク５０の通信バス５５に接続されるＥＣＵ（５１、５２）として、例えば、エアコンＥＣＵ、シートの位置あるいは高さを調整するためのシートＥＣＵ、窓の開閉制御を行うパワーウインドウＥＣＵ用、電動ミラーの格納／展開等を行う電動ミラーＥＣＵ、ドアロック装置の解錠／施錠を行うドアロックＥＣＵの、車両のボディー系のシステムが挙げられる。

上述の他に、通信方式として例えばＭＯＳＴを用い、オーディオ装置あるいはナビゲーション装置のような情報系機器が接続された車内通信ネットワークを接続してもよい。このように、車両の機能毎に車内通信ネットワークが構成されている。

車外通信ネットワーク６０は、例えば、インターネット等の通信回線を含み、情報サーバ６１が接続されている。車両から車外通信ネットワーク６０を介して、この情報サーバ６１にアクセスし、交通情報、気象情報、地域情報、動画あるいは音楽ファイル等の各種データの送受信を行うことができる。

車両用通信装置１は、通信制御部１０、通信制御部１０に接続され、例えば、ＣＡＮ→ＬＩＮ、ＬＩＮ→ＣＡＮのように、通信プロトコルを変換するプロトコル変換部２０（複数の通信プロトコルを扱う場合，本発明の送信フレーム生成部に相当）を備えている。通信制御部１０は、受信フレーム検知部１１、送信フレーム位相制御部１２を備えている。

通信制御部１０、プロトコル変換部２０は、ＣＰＵ、各種メモリ等を含んで、１つあるいは複数のＩＣあるいはＡＳＩＣ等としてハードウエア的に構成されていてもよいし、その一部および全部がソフトウエア的にメモリ上に構築されていてもよい。

受信フレーム検知部１１は、各通信ネットワークからの通信フレーム（「受信フレーム」ともいう）を検知し、検知した通信フレームを受信する。受信フレーム検知部１１は、各通信ネットワークに対応する受信ポート（Ｒｘ（１），…，Ｒｘ（Ｎ））、通信インターフェース回路（図示せず）、受信フレームを格納するための受信バッファ１１ａを含んでいる。なお、車内通信ネットワーク４０からの受信フレームを受信する受信ポートは、Ｒｘ（１）（通信バス４５に接続）、車内通信ネットワーク５０からの受信フレームを受信する受信ポートは、Ｒｘ（２）（通信バス５５に接続）、に割り当てられている。

送信フレーム位相制御部１２は、必要があれば、プロトコル変換部２０で受信フレームのプロコル変換を実行させ、その後、通信フレームの受信状態に応じて、車内ネットワークに送信する通信フレーム（「送信フレーム」ともいう）の位相制御を行う。位相制御の詳細については後述する。送信フレーム位相制御部１２は、各通信ネットワークに対応する送信ポート（Ｔｘ（１），…，Ｔｘ（Ｎ））、通信インターフェース回路（図示せず）、位相制御を行うための演算回路（図示せず）、送信フレームを格納するための送信バッファ１２ａを含んでいる。なお、送信フレーム位相制御部１２は、本発明の送信フレーム生成部を兼ねている。

なお、車内通信ネットワークの通信プロトコルは、少なくとも、送信フレーム位相制御部１２からの送信側が同じであればよい。

また、車内通信ネットワーク４０への送信フレームを送信する送信ポートは、Ｔｘ（１）（通信バス４５に接続）、車内通信ネットワーク５０への送信フレームを送信する送信ポートは、Ｔｘ（２）（通信バス５５に接続）、に割り当てられている。

図３を用いて、送信フレーム位相制御部１２において実行される、位相制御処理について説明する。これは、複数の通信バスに対して送信可能かつ未送信の通信フレームがあるときの位相制御である。つまり、未送信の送信フレームが複数あり、そのそれぞれを異なる通信ネットワークへ送信するとき、送信フレーム位相制御部は、それぞれの送信フレームの基となった受信フレームに含まれる転送優先度情報を参照し、転送優先度のより高い送信フレームを先に送信し、残余の送信フレームを、先に送信した送信フレームと異なる位相で送信するものである。本構成により、送信フレームの送信順序を適切に設定でき、他の送信フレームとの相互干渉ややラジオノイズの発生を低減可能となる。

なお、優先度情報は、以下のうちの少なくとも１つを用いる。
・受信フレームに含まれている識別子。識別子の内容が転送優先度に対応付けられている。
・受信フレームを受信してから所定時間以内に転送を完了しなければならないことを示すデータ転送期限情報。データ転送期限の早いものほど、転送優先度が高い。
・受信フレームに含まれている転送先。転送先が転送優先度に対応付けられている。
・受信フレームに含まれているデータ（センサデータ、ＥＣＵの状態情報など）。異常を示すデータほど、転送優先度が高い。

まず、現在、車内通信ネットワーク４０、５０のいずれかの通信バスに送信する送信フレームがあるか否か（すなわち、送信バッファ１２ａにデータがあるか否か）を調べる。

送信フレームがあるとき（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知したか否かを調べる。受信フレーム検知部１１に含まれる受信バッファ１１ａの内容を確認してもよい。

受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知したとき（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、受信バッファ１１ａからデータを読み出し、必要に応じてプロトコル変換を行い、送信フレーム（以降、第２送信フレームと称する）を作成し、送信バッファ１２ａに記憶する。続いて、既にある送信フレーム（以降、第１送信フレームと称する）と第２送信フレームとの転送優先度を判定する（Ｓ１３）。そして、転送優先度のより高い送信フレームを先に送信する（Ｓ１４）。

次に、現在送信中の送信フレームに対して、所定タイミング遅らせて、他の通信バスへの送信フレームを送信する（Ｓ１５）。例えば、第２送信フレームの転送優先度が第１送信フレームよりも高いとき、第２送信フレームを先に送信する。そして、第２送信フレームに対して、所定タイミング（あるいは、所定位相）遅らせて、第１送信フレームを送信する。

一方、受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知しないとき（Ｓ１２：Ｎｏ）、既に作成されている送信フレームを送信する（Ｓ１６）。

図４を用いて、位相制御処理の別例について説明する。これは、送信フレームを送信中に、別の通信バスに対して送信する通信フレームを受信したときの位相制御である。つまり、送信フレーム生成部が送信フレームを生成したとき、送信フレーム位相制御部が、生成された送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信フレームを送信中であるときに、送信フレーム位相制御部は、生成された送信フレームを、既に送信中の送信フレームとは異なる位相で送信するものである。本構成により、既に送信中の送信フレームとの相互干渉ややラジオノイズの発生を低減可能となる。

まず、現在、車内通信ネットワーク４０、５０のいずれかの通信バスに送信フレームを送信中であるか否かを調べる。送信フレームを送信中のとき、（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知したか否かを調べる。受信フレーム検知部１１に含まれる受信バッファ１１ａの内容を確認してもよい。

受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知したとき（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、受信バッファからデータを読み出し、必要に応じてプロトコル変換を行い、送信フレームを作成し送信バッファ１２ａに記憶する。そして、現在送信中の送信フレームに対して、所定タイミング遅らせて、別の通信バスへの送信フレームを送信する（Ｓ３３）。

一方、受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知しないとき（Ｓ３２：Ｎｏ）、現在の送信フレームの送信を続行する（Ｓ３４）。

図５に、図３および図４の位相制御における、各通信フレームの送信タイミングを示す。図５の車内通信ネットワーク４０の送信ポートであるＴｘ（１）、および車内通信ネットワーク５０の送信ポートであるＴｘ（２）の関係が、図３の位相制御処理に相当する。

車内通信ネットワーク４０への送信フレーム（未送信）があるときに、車内通信ネットワーク５０宛の受信フレームを受信したとする。このとき、車内通信ネットワーク４０への送信フレームの転送優先度が、車内通信ネットワーク５０への送信フレームの転送優先度よりも高いと判定され、まず、車内通信ネットワーク４０へ送信フレーム（第１送信フレーム）を送信する。すなわち、Ｔｘ（１）にＳＯＦを出力する。

次に、Ｔｘ（１）にＳＯＦが出力されてから（すなわち、Ｔｘ（１）の状態が、リセッシブからドミナントに変化してから）所定タイミング遅らせて（すなわち、時間Ｔ２経過後）、車内通信ネットワーク５０へ送信フレーム（第２送信フレーム）を送信する。すなわち、Ｔｘ（２）にＳＯＦを出力する。

ＳＯＦ，ビットデータ，ＳＴＰの出力時間はそれぞれＴであるので、これ以降、Ｔｘ（２）からは、Ｔｘ（１）から時間Ｔ２だけ遅れてデータが送出される。

時間Ｔ２は、図２のＴ１１，Ｔ１２の大きいものよりも大きく、Ｔよりも小さい。すなわち、既に送信中の送信フレーム（第１送信フレーム）のビットデータを出力してから、次のビットデータを出力するまでの間（Ｔより小）であり、より望ましくは、既に送信中の送信フレームのビットデータを送信してから、そのビットデータの信号レベルの変動が所定値を下回ったことが推定される時間であればよい。

上述の構成は、送信フレーム位相制御部は、先に送信する送信フレームの先頭を表すビットデータを送信してから、そのビットデータの信号レベルの変動が所定値を下回ったことが推定される時間が経過した後に、既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームの先頭を表すビットデータを送信するものである。これにより、突入電流の発生タイミングをずらすことができ、電力消費量を低減できる。

図５のＴｘ（２）およびＴｘ（３）の関係が、図４の位相制御処理に相当する。例えば、車内通信ネットワーク５０への送信フレームを送信中（ＳＯＦは出力済）に、別の車内通信ネットワーク宛の受信フレームを受信したとする。このとき、例えば、ビットデータｂ１を出力後、時間Ｔ２だけ遅らせて、別の車内通信ネットワーク宛の送信フレームを送信する。すなわち、Ｔｘ（３）にＳＯＦを出力する。

この場合、Ｔｘ（３）からのＳＯＦの出力タイミングは、Ｔｘ（２）からの送信フレームの送信状態により変化するので、ビットデータｂ１の送出タイミングが基準となる他に、Ｔｘ（２）からのＳＯＦ送出タイミング、あるいはＳＴＰ送出タイミングが基準となることもある。

図３の位相制御処理においても、第２送信フレームの送信タイミングは、第１送信フレームのＳＯＦ送出タイミングを基準とする他に、任意のビットデータ（ｂ０〜ｂ８のいずれか）の送出タイミング、あるいはＳＴＰ送出タイミングを基準としてもよい。

図５の構成は、送信フレームは、ビットデータを含み、送信フレーム位相制御部は、既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームを、既に送信中の送信フレームのビットデータの送信タイミングから予め定められた時間だけ遅らせて送信するものである。

より具体的には、送信フレーム位相制御部は、既に送信中の送信フレームのビットデータを送信してから次のビットデータを送信する間に、既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームのビットデータを送信するものである。

さらに具体的には、送信フレーム位相制御部は、既に送信中の送信フレームのビットデータを送信してから、そのビットデータの信号レベルの変動が所定値を下回ったことが推定される時間が経過した後に、既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームのビットデータを送信するものである。これらの構成により、既に送信中の送信フレームとの相互干渉やラジオノイズの発生を低減可能となる。

図６を用いて、位相制御処理の別例について説明する。これは、図３および図４において、第２送信フレームの送信タイミングを第１送信フレームの送信終了後としたものである。まず、現在、車内通信ネットワーク４０、５０のいずれかの通信バスに送信フレームを送信中であるか、あるいは、送信フレームがあるかを調べる。

送信フレームを送信中のとき、あるいは送信フレームがあるとき（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知したか否かを調べる。

受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知したとき（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、受信バッファ１１ａからデータを読み出し、必要に応じてプロトコル変換を行い、送信フレームを作成し送信バッファ１２ａに記憶する。そして、送信フレームの送信が終了した後に、別の通信バス宛の送信フレームを送信する（Ｓ５３）。

一方、受信フレーム検知部１１が、別の通信バス宛の受信フレームを検知しないとき（Ｓ５２：Ｎｏ）、現在の送信フレームの送信を続行する（Ｓ５４）。

図６の構成は、送信フレームは、ビットデータを含み、送信フレーム位相制御部は、既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームを、既に送信中の送信フレームの送信終了後に送信するものである。本構成により、既に送信中の送信フレームとの相互干渉ややラジオノイズの発生を低減可能となる。

車両以外にも、複数の通信ネットワークが接続された車両用通信装置に適用可能である。

１ 車両用通信装置
１０ 通信制御部
１１ 受信フレーム検知部
１２ 送信フレーム位相制御部（送信フレーム生成部）
２０ プロトコル変換部（送信フレーム生成部）
４０，５０ 車内通信ネットワーク
６０ 車外通信ネットワーク

Claims (6)

1. 車両内の複数の通信ネットワークが接続され、
   前記各通信ネットワークからの通信フレームの受信を検知する受信フレーム検知部と、
   前記受信を検知した受信フレームの内容に基づいて、送信フレームを生成する送信フレーム生成部と、
   前記生成した送信フレームを送信するとともに、複数の送信フレームが生成され、それらを異なる通信ネットワークへ送信するとき、これら送信フレームのうちの一方を他方とは異なる位相で送信する送信フレーム位相制御部と、
   を備えることを特徴とする車両用通信装置。
2. 前記送信フレーム生成部が前記送信フレームを生成したとき、前記送信フレーム位相制御部が、前記生成された送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信フレームを送信中であるときに、
   前記送信フレーム位相制御部は、前記生成された送信フレームを、既に送信中の送信フレームとは異なる位相で送信する請求項１に記載の車両用通信装置。
3. 未送信の送信フレームが複数あり、そのそれぞれを異なる通信ネットワークへ送信するとき、
   前記送信フレーム位相制御部は、それぞれの送信フレームの基となった受信フレームに含まれる転送優先度情報を参照し、前記転送優先度のより高い送信フレームを先に送信し、残余の送信フレームを、先に送信した送信フレームと異なる位相で送信する請求項１または請求項２に記載の車両用通信装置。
4. 前記送信フレームは、ビットデータを含み、
   前記送信フレーム位相制御部は、既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームを、既に送信中の送信フレームのビットデータの送信タイミングから予め定められた時間だけ遅らせて送信する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用通信装置。
5. 前記送信フレーム位相制御部は、既に送信中の送信フレームのビットデータを送信してから次のビットデータを送信する間に、前記既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームのビットデータを送信する請求項４に記載の車両用通信装置。
6. 前記送信フレーム位相制御部は、既に送信中の送信フレームのビットデータを送信してから、そのビットデータの信号レベルの変動が所定値を下回ったことが推定される時間が経過した後に、前記既に送信中の送信フレームの送信対象とは異なる通信ネットワークへ送信する送信フレームのビットデータを送信する請求項４または請求項５に記載の車両用通信装置。

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