JP2014171131A - 共用優先ｉｄを用いた通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
車載用ECUと外部ノードそれぞれの通信に割り当てるバス資源を適正に保ちながら、車載ネットワークのバス負荷による通信遅延を抑制する。
【解決手段】
優先度の高いIDを優先IDとして、一つの車両ネットワークについて一つ用意し、複数の車載ECU間通信データについて、この優先IDを共用する。車載ECUは通常は優先度の低いIDをECU間通信データごとに設定した通常通信を行っており、外部ノードとの通常通信により、外部ノードから切り替え要求を受信した場合に優先IDを付与した通信データを使用する通信状態へ遷移する。そして、車載ECUと外部ノードとの通信に優先IDを付与した通信データを使用する。
【選択図】図5

Description

本発明は、車載用ネットワークにおける通信にかかわり、特に定常的にネットワークに接続されている複数の車載ノードと、非定常的にネットワークに接続される外部ノードとの通信に関する。

車載用ネットワークにおける通信方式としては、CAN通信やLIN通信が一般的であり、通信データにIDという識別情報を付加して、通信データを特定する。また、通信データごとに、データを送信する電子コントロールユニット(以下、ECUと称す)とデータを受信するECU、およびIDを設計時に静的に決定する。複数のECUが同時に送信を行う場合は、各ECUでIDによる優先順位に応じてネットワークバス上に通信データを送信可能か判断し、最も優先度の高いIDの通信データを送信するECUが送信を行い、その他のユニットは優先度の高いIDの通信完了まで待機する。このため、優先度の高い通信が多い場合、優先度の低いIDの通信が行われる機会は減少する。すなわち、優先度の高いIDほど、ネットワークバス資源を消費する。特に、優先度が高い通信データが過度に送受信されている状況では、優先度が低い通信データの送信遅延、データ送信されない状態になる可能性がある。

このような課題に着目し、特許文献１、特許文献２に示されているように、通常時には優先度の低いIDの送信データが、緊急時に優先度の高いIDを用いるようにする技術が知られている。

特開2011-19114号公報 特開2006-319381号公報

しかしながら、車載用のネットワークは、エンジンを制御するECUやセンサを制御するECUなど常に車載されているECUと、メンテナンスや開発時などの必要時のみ接続される、車両状態モニタツールなどの外部ノードで構成される。通常の状態では車載ECUのみが通信しており、メンテナンス時は外部ノードとの通信を行う分の通信量増加により、車載ネットワークのバス負荷が増加する。

外部ノードが正常に通信を行うためには、ゲートウェイにおける遅延、バス負荷について、外部ノードの接続状態を前提に車載用ネットワークを設計する必要がある。

ここで、外部ノードのバス資源割り当てを少なくするために、外部ノードの優先権を下げると、外部ノードと通信データの遅延あるいは間引きが起こりうる。これにより、重要なデータが受信ECUとの間で通信できない場合がある。たとえば、リプロ時にデータの間引きが発生すると、ECUソフトウェアの更新に失敗しECUが破損する可能性がある。

一方、外部ノードとの通信にバス資源を過剰に割り当てると、車載ECU間の通信に割り当てるネットワーク資源が減少することを意味し、車載用ECUのバス利用率が抑制される問題がある。

一時的に優先度の高いIDを用いた通信を行う公知の技術を用いる場合、
特許文献１の技術を用いて、複数のECU間通信を対象とすると、ECU間通信の数だけ優先度の高いIDを割り付ける必要があり、バス資源が多く必要となる。

また、特許文献２の技術を用いる場合、通信データ内に（識別データ）を付与する必要があり、通信データ量の増大分だけバス資源が多く必要となる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、車載用ECUと外部ノードそれぞれの通信に割り当てるバス資源を適正に保ちながら、車載ネットワークのバス負荷による通信遅延を抑制することにある。

優先度の高いIDを優先IDとして、一つの車両ネットワークについて一つ用意し、複数の車載ECU間通信データについて、この優先IDを共用する。車載ECUは通常は優先度の低いIDをECU間通信データごとに設定した通常通信を行っており、外部ノードとの通常通信により、外部ノードから切り替え要求を受信した場合に優先IDを付与した通信データを使用する通信状態へ遷移する。そして、車載ECUと外部ノードとの通信に優先IDを付与した通信データを使用する。

外部ノードと通信相手の車載ECUが複数の車載ネットワークにまたがって存在する場合、車載ネットワーク間に配置されたゲートウェイECUが、外部ノードとゲートウェイECUとの通信状態に応じて、優先IDを付与した通信データの、他方のネットワークへの送信を切り替える。

特定のノードから、複数の車載ECUに対し、高い優先度のIDを用いた通信を可能としつつ、一つの優先IDを用いることで通信資源を節約する。

本発明によれば、複数のECU間通信に高い優先度のIDを設定する際に、IDの消費量が抑制される。

また発明によれば、車載ネットワーク上での優先度が高いIDを用いた優先的な通信により、ECU間で確実に通信可能である。

また本発明によれば、複数のECU間通信で共通のIDを使用しても、通信対象の特定のECUが確実に通信を行うことが可能である。

また発明によれば、優先度が高いIDを用いて、確実にソフトウェアの更新を行うことが可能であり、また、優先度が高いため遅延が少なく、ソフトウェア更新に所要の時間が短縮可能である。

また発明によれば、複数の車載ネットワークに跨ったECU間において、優先度が高いIDを複数のECU間通信で使用して通信可能である。また、ネットワーク間のデータ転送を行うゲートウェイECUが各ネットワーク上で使用されるIDの情報を必要としないため、車載ネットワークの変更時においても、ゲートウェイECUのソフトウェアの変更が不要である。

車載用ネットワークの構成を表す図である。 車載用ネットワークにおける通信ID割付を表す図である。 車載ノードに実装されたソフトウェアの状態を表す図である。 外部ノードに実装されたソフトウェアの状態を表す図である。 外部ノードと車載ノードとの通信の時間変化を表す図である。 車載用ネットワークの構成を表す図である。 車載用ネットワークにおけるゲートウェイに関わる通信ID割付を表す図である。 ゲートウェイノードの状態とゲートウェイ機能を表す図である。

以下、本発明実施の一態様について図面を用いて説明を行う。

図１に本発明の一つの実施例を適用する車両構成を示す。車両100に備えられたネットワーク110において、走行時や停車時など常時、ネットワークに車載ECU（車載ノード）が接続されている。これに対し、メンテナンス時のみ、車両100に付属のコネクタ30を介して、外部ノード120が接続される。

ネットワーク110における通信においては、通信を識別する識別子であるIDごとに送信元のノードと送信先のノードが既知である。各ノードはIDを認識して通信内容を受信するか判断する。ネットワーク110における通信の優先度はIDにより決定する。車両用として一般的なCAN通信においては、IDは数値であり小さいほど優先度が高い。ネットワークの設計時に図２に示すようにID、送信元ノードおよび送信先ノードを決定し、これを各ノードのソフトウェアに実装する。より具体的には、この通信ＩＤ割付情報は、各車載ノード各々によって、ＲＯＭまたはＲＡＭのような図示しない記録媒体に保持されている。通信ＩＤ割付情報は、出荷時に予め記録媒体に設定されていてもよいし、車両の始動時など、定期的たタイミングで割付情報を更新するようにしてもよい。各車載ノードは、記録媒体から通信ＩＤ割付情報を読み出し、ネットワーク110でやり取りされる通信データの送信元および送信先を認識する。外部ノード120は、車載ノードの診断、情報収集あるいはソフトウェア更新を目的として、あらかじめ割り当てられたIDを使用して、各車載ノードと個別に通信を行う。外部ノード120と車載ノードが行う通信におけるIDは、車載ノード間で使用されるIDと異なる。

外部ノードとの通信に対しては、図２に示すID600、ID601、ID610、ID611のように、各通信データごとに優先度の低い送受信IDを一つずつ、個別のIDとして割り当てる。

本発明では、外部ノードと車載ノードの優先的な通信のため、優先度の高いIDを送受信で一つずつ共通のIDとして割り当て、図２に示すID010、ID011のように、外部ノード120と各車載ノード間の通信に対して共通で使用する。

本実施例において、車載ノード間の通信ID100、ID200、ID250および車載ノードと外部ノード120間の通信ID600、ID601、ID610、ID611は送信元と送信先が1対1であり、IDにより送信先ノードが受信可否を決定する。一方、ID010については、送信先ノードが車載ノード101および車載ノード102であるため、どちらのノードに対する通信であるかを車載ノード101および車載ノード102が把握する必要がある。そこで、車載ノード101および車載ノード102の外部ノードとの通信状態により、受信可否を決定する。この車載ノード101および車載ノード102の外部ノードとの通信状態を図３に示す。

個別ID受信状態300の状態にある車載ノードは共通IDであるID010を受信しない。一方、共通ID受信状態301の状態にある車載ノードはID010を受信する。いずれの状態においても、個別IDは受信する。

また、個別ID受信状態300の状態にある車載ノードは、外部ノード120に対して共通ID011を用いてデータ送信を行わない。一方、共通ID受信状態301の状態にある車載ノードは、共通ID011を用いてデータ送信を行う。

個別ID受信状態300の状態にある場合、車載ノード101と外部ノード120との通信は個別ID600および個別ID610を使用し、車載ノード102と外部ノード120との通信は個別ID601および個別ID611を使用する。共通ID共通ID受信状態301においても、個別IDによる通信を行ってもよいが、共通IDと個別IDの使用は排他的に行い、同時に同じ通信内容を送信しない。

個別ID受信状態300の状態にある車載ノードは、トリガ305の条件が成立すると、共通ID受信状態301へ遷移する。トリガ305としては、外部ノード120との通信確立あるいは、外部ノード120からの個別IDによる通信を介したID切り替え要求である。すなわち、車載ノード101の場合、ID600を受信し、ID610の送信が完了した時点で通信確立としてトリガ305の条件成立とする。あるいは、ID600の通信データ中に、ID切り替え要求が含まれている場合に、トリガ305の条件成立とする。

一方、共通ID受信状態301の状態にある車載ノードは、トリガ306の条件が成立すると、個別ID受信状態300へ遷移する。トリガ306としては、外部ノード120からのID切り替え要求、共通ID受信状態301状態での規定時間経過後、あるいは規定の処理完了後である。このうち、規定の処理完了後としては、共通ID受信状態301状態で車載ノード101の故障診断を行う場合、故障診断処理完了をもってトリガ306成立とする。あるいは、共通ID受信状態301状態でソフトウェア更新処理や故障履歴読み出し処理の完了をもって、トリガ306の成立とする。

車載ノード102についても同様の状態遷移を車載ノード101とは独立して車載ノード102内部に保有する。

本実施例のトリガ305を用いることで、外部ノード120がID010およびID011を使用する車載ノードを選択的に決定することが可能である。

外部ノードでID010の送信およびID011の受信を使用した送信先を選択するための、外部ノードの状態を図４に示す。待機400の状態において、外部ノードは車載ノードとの通信を行わない。待機400の状態から、ユーザ操作によりトリガ440が発生した場合、車載ノード101通信410状態に遷移し、車載ノード101に対してデータを送受信する。車載ノード101通信410状態においては、通常通信411状態もしくは優先通信412状態のどちらかの状態である。通常通信411の状態においては、ID600およびID610を使用して車載ノード101と通信を行う。通常通信411の状態では、自己診断やソフトウェア更新のための認証や通信確立などを行う。そして、重要データの送受信や、連続データの送受信が必要な場合、車載ノード101に対してID切り替え要求をID600にて送信しID610にて車載ノード101の返答を確認した後に、優先通信412の状態へ遷移し、ソフトウェア更新のためのソフトウェアデータや自己診断結果データなどを、ID010およびID011を使用して車載ノード101と通信を行う。外部ノードの状態遷移がID切り替え要求の返信を待つのは、通信後に確実に通信可能とするためであり、所要時間を短縮するために、車載ノード101による返信を行わずに経過時間で遷移しても良い。

優先通信412を使用して規定のデータ送受信が終了した後、外部ノード120は通常通信411状態へ遷移する。あるいは規定時間の経過、もしくは車載ノード101からの作業完了通知により遷移する。

車載ノード101との通信が終了した後に、待機400の状態へ戻る。

車載ノード102との通信についても同様に行う。これにより、優先通信を行う通信相手の車載ノードを、車載ノード101か車載ノード102から一意に選択することが可能である。

上記の構成で、外部ノード120がネットワーク110を介して、車載ノード101のソフトウェア更新を行い、その後、車載ノード102のソフトウェア更新を行う場合のシーケンスを図5に示す。

外部ノード120がネットワーク110に接続された時点で、外部ノード120は通信を行わない待機状態400である。このとき、車載ノード101は個別ID受信状態5600、車載ノード102は個別ID受信状態5700である。この状態で外部ノード120が通常通信411状態へ遷移し、車載ノード101に対し個別ID送信5010を行う。個別ID送信5010は、図2のID600を使用した通信であり、通信データは、車載ノード101との通信確立、ソフトウェア更新条件の確認データである。個別ID返信5100は、図2のID610を使用した通信であり、車載ノード101の状態や個別ID送信5010に対する返答データである。個別ID送信5010および個別ID返信5100を複数回繰り返し、条件が成立した後に、個別ID5010にて車載ノード101へID切り替え要求を送信する。これを受信した車載ノード101は共通ID受信状態5601へ遷移し、共通IDによる通信が可能となったことを個別ID返信5100で返信する。

車載ノード101が共通ID受信状態5601へ遷移したので、外部ノード120が優先通信412状態へ遷移し、優先ID送信5011および優先ID返信5101にてデータ送受信を行う。優先ID送信5011は、図2のID010を使用した通信であり、優先ID返信5101は、図2のID011を使用した通信である。優先ID送信5011は、ソフトウェアの更新データの送信であり、連続で送信することで、所要時間を短縮する。一方、優先ID返信5101は更新データに対する応答であり、規定の時間ごとあるいは規定データ量ごとに返信する。

そして、ソフトウェアのデータ送信が完了した時点で外部ノード120が通常通信411へ遷移し、車載ノード101が個別ID受信状態5600遷移する。もしくは、車載ノード101はECUリセットにより初期状態へ移行し、個別ID受信状態5600遷移する。この遷移により、優先IDを使用した外部ノード120と車載ノード101の通信が終了する。

次に、車載ノード102のソフトウェア更新を行うため、外部ノード120の状態は通常通信421へ遷移し、車載ノード102に対し個別ID送信5020を行う。このとき、車載ノード102は個別ID受信状態5700であり、個別ID返信5200を返信する。

個別ID送信5020は、図2のID601を使用した通信であり、通信データは、車載ノード102との通信確立、ソフトウェア更新条件の確認データである。個別ID返信5200は、図2のID611を使用した通信であり、車載ノード102の状態や個別ID送信5020に対する返答を示すデータである。個別ID送信5020および個別ID返信5200を複数回繰り返し、条件が成立した後に車載ノード102へID切り替え要求を送信し、車載ノード102は共通ID受信状態5701へ遷移したことを個別ID返信5200で返信する。

車載ノード102が共通ID受信状態5701へ遷移したので、外部ノード120が優先通信422状態へ遷移し、優先ID送信5012および優先ID返信5102にてデータ送受信を行う。優先ID送信5012は、図2のID010を使用した通信であり、優先ID返信5102は、図2のID011を使用した通信である。優先ID送信5012は、ソフトウェアの更新データの送信であり、連続で送信する。一方、優先ID返信5102は更新データに対する応答であり、規定の時間ごとあるいは規定データ量ごとに返信する。

そして、ソフトウェアのデータ送信が完了した時点で外部ノード120が通常通信421へ遷移し、車載ノード102が個別ID受信状態5700遷移する。この遷移により、優先IDを使用した外部ノード120と車載ノード102の通信が終了する。

以上の通信方式により、１組の優先IDで複数の車載ノードと排他的に通信を行うことが可能である。

図6に本発明の第2の実施例を適用する車両構成を示す。実施例1の車両構成のネットワーク110に車載ノード605が追加され、この車載ノード605はネットワーク110と独立したネットワーク611とも接続されていて、ネットワーク110の通信データをネットワーク611へ伝送するゲートウェイの役割を果たす。

車載ノード603はネットワーク611に接続されていて、外部ノード120との通信は、車載ノード605を介して行う。

図７にネットワーク110およびネットワーク611を介して外部ノード120と車載ノード603とが通信を行う際の通信IDの割付を示す。ネットワーク110における優先IDは車載ノード101および車載ノード102と共用である。一方、ネットワーク611においても優先IDを設ける。本実施例ではID020とID021であるが、ネットワーク611はネットワーク110と独立であるため、ネットワーク110と同一のID、すなわちID010、ID011でも構わない。また、ネットワーク611に複数の車載ノードが接続されている場合、優先ID020およびID021はネットワーク611のすべての車載ノードで使用する。

ゲートウェイである車載ノード605のゲートウェイ機能を図8に示す。車載ノード605の状態が図3の個別ID受信状態の場合、ネットワーク110の優先ID010による通信は車載ノード605以外の、車載ノード101、車載ノード102あるいは車載ノード603宛の通信である。このため、車載ノード605はネットワーク611に優先ID010の通信データをID020として送信し、車載ノード603が受信可能とする。

ネットワーク110の優先ID011による通信は、外部ノード宛の通信であるので、ネットワーク611のノード宛ではない。このため、優先ID011による通信はゲートウェイしない。

また、ネットワーク611の優先ID021による通信は外部ノード宛の通信であるので、車載ノード603が受信し、通信データをID010としてネットワーク110に送信し、外部ノード120が受信可能とする。

一方、車載ノード605も優先ID010およびID011を用いて外部ノード120と通信を行う。この場合、車載ノード605の状態は共通ID受信状態となっているので、共通ID受信状態においては、優先ID010をネットワーク110からネットワーク611へゲートウェイしない。また、車載ノード605によりID021のデータをゲートウェイしてもよいが、外部ノードとの優先IDによる通信は車載ノード605が行っているので、ネットワーク611の優先ID021による通信は行われないはずであり、車載ノード605は、ネットワーク611の優先ID021のネットワーク110へのゲートウェイも行わなくてよい。

車両…１００、車載ノード…１０１、車載ノード…１０２、外部ノード１２０

Claims (8)

1. 複数の車載制御装置間で、前記複数の車載制御装置中の通信先を表す通信ＩＤを付与して通信データを送受信するネットワークに用いられる車載制御装置において、
   前記車載制御装置は、通信ＩＤと通信先とが対応付けされた通信設定情報を格納する記憶部を備え、
   前記通信設定情報は、一つの通信ＩＤに対して対応付けされた送信元と受信先の少なくとも一方が、二つ以上の車載制御装置となる共通ＩＤに関する設定情報を含むことを特徴とする車載制御装置。
2. 前記ネットワークは通信データ毎に通信優先度が設定されており、
   前記通信設定情報は、前記複数の車載制御装置中の同一通信先に対して、複数の通信ＩＤが設定されており、前記複数の通信ＩＤは、前記共通ＩＤと、受信先と送信元とが一対一となる個別ＩＤと、を含み、
   前記共通ＩＤの通信優先度は前記個別ＩＤの通信優先度よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の車載制御装置。
3. 前記共通ＩＤが付与されたデータを送受信する共通ＩＤ送受信状態と前記共通ＩＤが付与されたデータを送受信しない共通ＩＤ非送受信状態とを切り替える状態遷移手段を備え、
   前記状態遷移手段は、前記複数の車載制御装置のうち共通ＩＤ送受信状態の制御装置が同時刻で一つとなるように状態遷移を行うことを特徴とする請求項２記載の車載制御装置。
4. 前記状態遷移手段は、前記個別ＩＤを用いた通信をトリガーとして前記共通ＩＤ非送受信状態から前記共通ＩＤ送受信状態へと状態遷移を行い、他の車載制御装置からの要求、所定時間の経過、または所定の処理完了をトリガーとして前記共通ＩＤ送受信状態から前記共通ＩＤ非送受信状態へと状態遷移を行うことを特徴とする請求項３記載の車載制御装置。
5. 前記ネットワークへの接続状態と非接続状態とを切り替え可能な外部制御装置によって、前記共通ＩＤを用いた通信により診断処理、リプログラミング処理、情報収集処理の少なくとも一つが行われる対象の制御装置であることを特徴とする請求項２から４いずれか一項に記載の車載制御装置。
6. 前記車載制御装置の中から、前記共通ＩＤが付与されたデータを送受信する共通ＩＤ送受信状態となる車載制御装置を一つづつ選択する選択手段を備えることを特徴とする、請求項２記載の車載制御装置。
7. 前記ネットワークへの接続状態と非接続状態とを切り替え可能な外部制御装置であって、前記複数の車載制御装置中の少なくとも一つの制御装置に対して、前記共通ＩＤを用いた通信により診断処理、リプログラミング処理、情報収集処理の少なくとも一つを行うことを特徴とする請求項６に記載の車載制御装置。
8. 前記ネットワークは複数のネットワークを備え、
   前記車載制御装置は前記複数のネットワーク間での通信データを中継するデータ中継手段と、
   前記共通ＩＤが付与されたデータを中継する共通ＩＤ中継状態と前記共通ＩＤが付与されたデータを中継しない共通ＩＤ非中継状態とを切り替える状態遷移手段と、を備えることを特徴とする請求項２記載の車載制御装置。