JP2015065546A - 車両制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、車載通信ネットワークに送信される不正メッセージを小さな処理負荷で検知することができる車両制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、車載通信ネットワークによって他の制御装置と接続される車両制御装置において、前記車載通信ネットワークへのメッセージの送信及び前記車載通信ネットワークに送信されるメッセージの受信を行う送受信手段と、前記送信されるメッセージに対して、該メッセージに含まれる識別子が自身の識別子と一致するか否かに基づいて正当性の判断を含むメッセージ処理を行う正当性判断手段と、他の制御装置から送信されるメッセージに対しては前記メッセージ処理を行う一方、自身が送信したメッセージに対しては前記メッセージ処理を行わないように制御されるメッセージ処理内容切換手段と、前記送受信手段と正当性判断手段とメッセージ処理内容切換手段とを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図3
Description
本発明は、車両制御装置に関する。
自動車の車載通信ネットワークに接続された複数の制御装置において、正規の端末が持つ識別コード(以下、IDとする)を有する通信メッセージを模して、同じIDを持つ通信メッセージを配信する後付の制御装置が接続された場合、正規の端末が配信する通信信号に成り代った第三の通信端末が配信する通信信号によって車載通信ネットワーク上の他の複数の制御装置が、その制御動作に影響を受ける場合がある。特許文献1では、自動車内に、IP(Internet Protocol)通信を用いた車載通信ネットワークにおける不正メッセージを対処する制御装置を開示している。特許文献1に開示された車載通信ネットワークは、正規の制御装置(特許文献1中の第2機器4)と同じ、IPアドレスもつ別の制御装置(特許文献中の第3機器6)が正規の制御装置に成り代わって不正な通信を送信した場合、正規の通信端末が前述の不正な通信を検知し、車載通信ネットワーク上の他の制御装置に警告する為のメッセージを送信している。
自動車の安全走行制御、例えば、電波や可視光や赤外線を用いた車間距離センサから得た前方車と自社の車間距離情報に基づいて実行される車両速度制御、ブレーキ制御等は、高速な制御応答が要求される。ここで車両改造等を目的とした第三者が、車載通信ネットワークに、車間距離情報を含む通信メッセージ(以下、通常メッセージとする)を配信する制御装置(以下、ECU1)を車載通信ネットワークから切り離さずに、それとは異なる別の制御装置(第3制御装置とする)を車載通信ネットワークに接続して、前述の車間距離情報を含む通通信メッセージと同じIDをもつメッセージ(以下、不正メッセージとする)を車載通信ネットワーク上に配信した場合、通常メッセージを受信する他の制御装置(以下、ECU2)の制御の動作に影響がでる可能性がある。例えば第2制御装置がエンジン出力調整を調整して車両の加減速を制御するエンジン機器制御装置の場合、走行状況に合わない加減速が発生し、また最悪、エンジン制御装置のフェール等が発生する可能性がある。この様に、特に車両運動特性等、高速な制御応答が必要な制御の場合は、可能限り、迅速なフェールセーフが必要となる。
しかしながら、特許文献1に開示のものは、IP通信により車載通信ネットワークが構成されており、車載通信ネットワークに送信されたメッセージを全て受信して記憶部に格納した後に、自身が送信したメッセージと受信したメッセージのヘッダ同士を比較するものである。従って、処理負荷が大きく、高速な制御応答には適していないという問題がある。
そこで、本発明は、車載通信ネットワークに送信される不正メッセージを小さな処理負荷で検知することができる車両制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、車載通信ネットワークによって他の制御装置と接続される車両制御装置において、前記車載通信ネットワークへのメッセージの送信及び前記車載通信ネットワークに送信されるメッセージの受信を行う送受信手段と、前記送信されるメッセージに対して、該メッセージに含まれる識別子が自身の識別子と一致するか否かに基づいて正当性の判断を含むメッセージ処理を行う正当性判断手段と、他の制御装置から送信されるメッセージに対しては前記メッセージ処理を行う一方、自身が送信したメッセージに対しては前記メッセージ処理を行わないように制御されるメッセージ処理内容切換手段と、前記送受信手段と正当性判断手段とメッセージ処理内容切換手段とを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、車載通信ネットワークに送信される不正メッセージを小さな処理負荷で検知することができる。
図1に本発明を説明するための好適な実施形態を示す。
自車両100は、車間距離センサ1によって得られる、前方車両101と自車両100との車間距離に基づき、エンジン機器制御装置4、ブレーキ制御装置5、サスペンション制御装置9を制御して、前方車両101に安全に追従する為の車間距離制御を行う。実際の車間距離によって決定される最適な車間距離を保つべく、エンジン機器制御装置4はエンジン7の出力を調整する為に、インジェクタ10と電動スロットル11を制御し、またブレーキ制御装置5はブレーキ駆動装置8を制御する。また自車両100の加減速により発生する車両上下方向の挙動を抑制するためにサスペンション制御装置9はサスペンション13の減衰率を制御する。車間距離センサ1、エンジン機器制御装置4、ブレーキ制御装置5、及びサスペンション制御装置9は車載通信ネットワーク6に接続し、上記の車間距離制御情報等を含む通信メッセージ(通常メッセージ)の送受信を行う。また第三者が車間距離センサ1の車間距離メッセージを模擬した通信メッセージ(不正メッセージ)を送信する後付制御装置2が車載通信ネットワーク6に接続される。この後付制御装置2は、通常状態では接続されないが、第三者が、車間距離センサ1に変わって、他の制御装置の動作を操作することを目的として接続するケースを想定している。
次に、図2を用いて、車載通信ネットワーク6に接続する各制御装置の内部の構成を説明する。
車載通信ネットワーク6に車間距離センサ1(以下、ECU1とする)、エンジン機器制御装置4(以下、ECU2とする)が接続する。他にサスペンション制御装置9、ブレーキ制御装置5、及び後付制御装置2も車載通信ネットワーク6に接続するが、これらは図2では省略する。ECU1、は、CPU211を内蔵する。CPU211は、車載通信ネットワーク6に対して、通信メッセージの送受信を行う送受信部(通信制御部)214と、送受信メッセージを格納するメモリ215と、送信されるメッセージに対して、該メッセージに含まれる識別子が自身の識別子と一致するか否かに基づいて正当性の判断を含むメッセージ処理を行う正当性判断手段(図示しない)と、他の制御装置(例えばECU2)から送信されるメッセージに対してはメッセージ処理を行う一方、自身が送信したメッセージに対してはメッセージ処理を行わないように制御されるメッセージ処理内容切換手段(図示しない)と、CPU211の動作(即ち、送受信部214、正当性判断手段、メッセージ処理内容切換手段)を制御するCPU制御部213を内蔵する。
送受信部214には、通信メッセージのID毎に、受信メッセージを蓄える受信レジスタ216と、送信メッセージをセットする送信レジスタ218を持つ。メモリ内には、受信メッセージを格納する受信メッセージバッファ217と送信メッセージをセットする送信メッセージバッファ219をもつ。CPU制御部213は、これらの受信レジスタ216から受信メッセージバッファ217への受信メッセージデータの転送、また送信メッセージバッファ219から送信レジスタ218への送信メッセージデータの転送を行う。またCPU211は、制御部内部のタイマ割り込みで起動する定時処理の起動タイミングを決めるタイマ212を内蔵する。予め決められた制御周期に基づきタイマ212はCPU制御部213に対してタイマ割り込みを発生させる。
また送受信部214は、予め決められたIDを持つメッセージを受信した場合のみCPU制御部213に対して受信割り込みを発生させる。またECU1は、前方車両101と自車両100との距離を電波により計測するための電波送受信回路220をもつ。なお、ECU1は、ミリ波やレーダ等の電波を用いて距離計測を行う制御装置以外にも、単眼カメラやステレオカメラ等の撮像画像を用いて距離計測を行う制御装置であってもよい。
メッセージ処理内容切換手段は、上述のように自身が送信したメッセージに対してはメッセージ処理を行わないように制御されるものである。これを実現する方法としては種々の方法が考えられる。
メッセージ処理を行わないように制御する方法の1つは、自身が送信したメッセージに対しては該メッセージの受信動作を行わないようにメッセージ処理内容切換手段を制御する方法である。メッセージ処理としての受信動作を行わないようにする方法としては、受信レジスタ216が受信するメッセージの設定において自身の送信メッセージを受信しない設定とする方法が考えられる。この他にも、受信動作を行わないように制御する方法としては、自身がメッセージを送信する命令を出してから実際にメッセージが車載通信ネットワーク6に送信されるまでにタイムラグがあるため、送信完了フラグがセットされるまでの間はメッセージを受信しないように設定することもできる。さらに、受信動作を行わないように制御する方法として、自身が送信を完了すると何らかの割り込み処理を発生させることで受信しないようにする方法も考えられる。
メッセージ処理を行わないように制御する他の方法は、メッセージ処理に含まれる動作(車載通信ネットワーク6からのメッセージを一時的に受信レジスタ216に蓄える動作と、受信レジスタ216に蓄えられたメッセージを受信メッセージバッファ217に転送する動作)のうち、受信メッセージバッファ217への転送動作を行わないようにメッセージ処理内容切換手段を制御する方法である。これにより、自身が送信したメッセージを受信メッセージバッファ217へ転送しないようにすることができる。
正当性判断手段は、送受信部214、254で受信するメッセージに含まれる識別子を判断し、識別子が自己の識別子と一致する場合には受信したメッセージを不正なメッセージと判定する。そして、正当性判断手段が受信したメッセージを不正なメッセージと判定した場合には、送受信部214、254が警告に関するメッセージ(以下、アラームメッセージと称する)を送信する。
なお、エンジン機器制御装置4(以下、ECU2とする)は、ECU2は、インジェクタ10、電動スロットル11を駆動するためのエンジン機器駆動回路270と、CPU251と、送受信部254と、メモリ255と、正当性判断手段(図示しない)と、メッセージ処理内容切換手段(図示しない)と、CPU制御部253と、受信レジスタ256と、送信レジスタ258と、受信メッセージバッファ257と、送信メッセージバッファ259と、タイマ252とを有する。ECU1と共通する各構成要素はECU1について上述した説明と同様であるため、説明を割愛する。ところで、ECU1が送信したアラームメッセージを他の装置であるECU2が受信すると、ECU2はフェールセーフ処理を行う。
次に、車載通信ネットワーク6の通信状態とECU1、及びECU2の処理の動作状態を、図3のタイミングチャートに示す。本実施例の車載通信ネットワーク6は、CAN(Controller Area Network)通信のプロトコルに基づいている。
車載通信ネットワーク6にはID:101(通常メッセージ)310、ID:101(不正メッセージ)311、ID:001(アラームメッセージ)312、ID:101(通常メッセージ)313、ID:101(通常メッセージ)314が存在する。ID:001(アラームメッセージ)312は、ID:101(不正メッセージ)311が送信された直後に、ECU1がECU2に対して、送信するものである。本発明の特徴の一つは、ID:001(アラームメッセージ)312は、CAN通信プロトコルで決められたIDの数値の中で、最優先で送受信されるべきID:001(アラームメッセージ)312が割り当てられることにある。少なくとも車載通信ネットワーク6に流れるメッセージの中で、アラームメッセージ312は最優先に送受信できるように、そのIDの数値が設定される(CAN通信の調停機能(アビトレーション機能)を用いる)。このIDの数値の割り当てにより、互いに異なる制御装置によって、ID:001(アラームメッセージ)312と、それよりも大きいIDの数値、例えばID:101(通常メッセージ)が、車載通信ネットワークに同時に送信されようとした場合、ID:101を送信しようとした制御装置はID:001の存在を検知して、ID:101の送信を停止するため、ID:001が優先して送受信されることになる。本発明の特徴の一つは、このアラームメッセージの送受信の優先順位を上げる為に、そのIDの数値を割り付けることである。
ECU1は、ECU1定時処理301として自己診断処理320、323、326と車間距離計測処理321、324、327、と車間距離メッセージを車載通信ネットワーク6に送信する為の送信処理322、325、328をもつ。これらの処理をタイマ割り込みの起動により、34ms周期で繰り返す。またECU1受信処理302として、車載通信ネットワーク6からのID:101(不正メッセージ)311の受信割り込みのタイミングで、受信処理341を実行する。ID:101(通常メッセージ)310は、通信処理322により車載通信ネットワーク6に送信されたものである。またECU1自身が送信した各通信メッセージの送信完了後の処理タイミング340、343、344、345において、受信割り込みが発生しないよう、ECU1内部のCPU制御部213が割り込みレベルの初期設定がされる。これはECU1の受信割り込み以外の他の処理の起動タイミングを早くするための設定である。本発明の特徴の一つは、ECU1自身が送信したメッセージに対して受信割り込みをマスクするように設定することである。
受信処理341は、ECU1がID:101(不正メッセージ)311を受信したタイミングで起動する。ID:101(不正メッセージ)311はECU1自身が送信したメッセージ以外なので、受信割り込みが発生する。モニタ手段は、送受信部214がメッセージを受信する処理に続けて判断を実行する。ECU1はID:101(不正メッセージ)311のIDを確認し、ECU1自身が送信する通常メッセージと同じであれば、ID:101(不正メッセージ)311を“不正なメッセージ”と判定し、受信処理341が起動した直後にアラーム送信処理342を起動する。受信処理341、及びアラーム送信処理342は定時処理にある各処理よりも割り込みの優先順位が高いため、受信処理341、及びアラーム送信処理342の実行中は定時処理にある車間距離計測処理324は一時停止する。本発明の特徴の一つは、不正なメッセージが受信された場合に起動する受信処理341の直後に、アラーム送信処理342が起動することにある。
ECU2は、定時処理303として自己診断処理350、352、354とエンジン出力調整制御処理351、353、355をもつ。これらをタイマ割り込み処理(以下、定時処理とする)により32ms周期で繰り返す。またECU2受信処理304として、車載通信ネットワーク6からのメッセージの受信割り込みのタイミングで、受信処理360、361、362、363、364を実行する。またID:001(アラームメッセージ)312を受信したタイミングで起動する受信処理362では、メッセージの内容が“アラームメッセージ”であることを認識した場合、その直前の受信処理361で受信したID:101(不正メッセージ)311の内容を破棄するためにフェールセーフ処理365を起動する。このフェールセーフ処理365では、ECU2が安定してエンジン出力調整を実行する様にする為に、受信処理360で受信したID:101(通常メッセージ)の内容を、エンジン出力調整制御処理353で採用するようにECU2内部の制御を調整する。本発明の特徴の一つは、ID:001(アラームメッセージ)312を受信したタイミングで起動する受信処理362の直後に、フェールセーフ処理365を起動することである。
図4に、本発明におけるID:001(アラームメッセージ)312に含まれる情報の内容を示す。前述のECU1は、車載通信ネットワーク内に不正メッセージを検知した際、この図4に示す、アラームメッセージを送信する。これはCAN通信の一般的なフォーマット(ISO規格:11898にて定義)を基にしている。識別子(CAN通信ID)401として、車載通信ネットワーク内のメッセージの中で最優先の数値を割り当てる。即ち、アラームメッセージは、送受信部が通常時に送信するメッセージよりも優先順位が高く設定されている。本実施例では、このメッセージIDの数値を001としている。不正メッセージのIDを表現するために必要なデータフィールド長402には2(2Byte(16ビット))を割り当てる。データフィールド403には不正メッセージのIDの数値を表現する為の2Byte(16bit)を割り当てる。
図5に、ECU1(車間距離センサ1)の制御フローチャートを示す。定時処理501は、CPU内蔵のタイマにより、34ms毎に起動する。また自己診断処理502、車間距離計測処理503、車間距離メッセージ送信処理504が、この割り込みのタイミングにて実行される。
図5に、ECU1(車間距離センサ1)の制御フローチャートを示す。定時処理501は、CPU内蔵のタイマにより、34ms毎に起動する。また自己診断処理502、車間距離計測処理503、車間距離メッセージ送信処理504が、この割り込みのタイミングにて実行される。
受信処理505は、車載通信ネットワーク6からECU1自身が送信したメッセージ以外のメッセージを受信した際の受信割り込みのタイミングで起動する。判断処理506にて、受信したメッセージのIDが車間距離メッセージと同一のIDかどうか判断する。車間距離メッセージと同一のIDの場合、さらに判断処理507にて、受信メッセージのデータフィールドの情報が、前回、ECU1自らが送信した車間距離メッセージと同一かどうか判断する。同一でない場合は、受信メッセージが不正メッセージであると判断し、アラームメッセージ送信処理508を実行する。
図6に、ECU2(エンジン機器制御装置4)の制御フローチャートを示す。定時処理601は、CPU内蔵のタイマにより、32ms毎に起動する。また自己診断処理602、エンジン出力制御処理603が、この割り込みのタイミングにて実行される。
受信処理604は、車載通信ネットワーク6からメッセージを受信した際に起動する。判断処理605にて、受信したメッセージのIDがアラームメッセージのIDかどうか判断する。アラームメッセージのIDの場合、フェールセーフ処理607にて、前回受信した車間距離メッセージのデータを破棄(例えば前回受信した通常メッセージのデータを採用)する。判断処理606にて、受信メッセージのIDが車間距離メッセージかどうかを判断する。車間距離メッセージの場合、エンジン機器制御処理603に適用するために、処理608にて車間距離データを取り込む。
本実施形態によれば、車載通信ネットワークに送信される不正メッセージを小さな処理負荷で検知することができる。
そして、車載通信ネットワークに接続する車両制御装置が、それ自身が送信した通信メッセージと同じIDをもつ不正メッセージを検知し、車両制御装置は自身が、車載通信ネットワークに送信したメッセージを受信しない様に、その内部の制御装置の割り込み処理を設定し、かつ内部の処理の起動の優先順位を変更して、他の制御処理よりも先にアラームメッセージを送信することができる。
またアラームメッセージのIDは車載通信ネットワーク内の他のメッセージのIDよりも優先度が高い数値を割り当てられることにより、他のメッセージよりも優先して送受信される。これにより、特に、高速な応答が要求される車両運動特性に係わるフェールセーフの信頼性が向上する。また、不正メッセージにより影響を受ける他の制御装置の急速な性能低下を回避(ロバスト性を向上)することができる。 なお、本実施例では、ECU1(車間距離センサ1)とECU2(エンジン機器制御装置4)の2つ制御装置に限定して、不正メッセージが存在した場合の、夫々の動作を説明したが、車載通信ネットワーク6に接続し、メッセージを送信する制御装置であれば、それ自身が個々にアラームメッセージを送信することが可能である。例えば、ブレーキ制御装置5から、運転者のブレーキペダルの踏力(自車両の減速度と相関性がある)の情報を、通信メッセージとして、車載通信ネットワーク6を経由して、サスペンション制御装置9に伝達して、自車両100の減速度に合わせてサスペンション13の減衰力を制御する、といった情報のやり取りにおいても、ブレーキペダル踏力情報含むメッセージを模擬した不正メッセージが存在した場合、ブレーキ制御装置5が、その不正メッセージを破棄するためにアラームメッセージを送信する、といった処理も可能である。
アラームメッセージを複数種類設定する場合は、車載通信ネットワーク内に存在する他のメッセージよりも優先順位の高くなるように、個別にIDが割り当てられる。また複数の制御装置において、共通のアラームメッセージのIDを用いてもかまわない。
また、本実施例ではCAN通信プロトコルを用いて説明したが、メッセージ毎にIDが割り当てられ、かつ、メッセージの送信優先順位が決められた他のシリアル通信のプロトコルでも、本発明に適した車載通信ネットワークを構成することが可能である。
また本実施例では、車両運動制御に影響がでる例を用いて説明したが、この様に、不正メッセージに対して迅速な対処が必要な他の車両制御に対しても、本発明は有効である。
1 車間距離センサ(ECU1)
4 エンジン機器制御装置(ECU2)
6 車載通信ネットワーク
310 通常メッセージ
311 不正メッセージ
312 アラームメッセージ
320 自己診断処理
321 車間距離計測処理
322 送信処理
341 受信処理
342 アラーム送信処理
4 エンジン機器制御装置(ECU2)
6 車載通信ネットワーク
310 通常メッセージ
311 不正メッセージ
312 アラームメッセージ
320 自己診断処理
321 車間距離計測処理
322 送信処理
341 受信処理
342 アラーム送信処理
Claims (9)
- 車載通信ネットワークによって他の制御装置と接続される車両制御装置において、
前記車載通信ネットワークへのメッセージの送信及び前記車載通信ネットワークに送信されるメッセージの受信を行う送受信手段と、
前記送信されるメッセージに対して、該メッセージに含まれる識別子が自身の識別子と一致するか否かに基づいて正当性の判断を含むメッセージ処理を行う正当性判断手段と、
他の制御装置から送信されるメッセージに対しては前記メッセージ処理を行う一方、自身が送信したメッセージに対しては前記メッセージ処理を行わないように制御されるメッセージ処理内容切換手段と、
前記送受信手段と正当性判断手段とメッセージ処理内容切換手段とを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする車両制御装置。 - 前記正当性判断手段が前記メッセージを不正なメッセージと判断した場合には、前記送受信手段が警告に関するメッセージを送信することを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記他の装置は、前記警告に関するメッセージを受信するとフェールセーフ処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記メッセージ処理には、メッセージの受信動作が含まれ、
前記メッセージ処理内容切換手段は、自身が送信したメッセージに対しては該メッセージの受信動作を行わないように制御されることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。 - 前記車載通信ネットワークからのメッセージを一時的に蓄えるレジスタと、該レジスタから転送されたメッセージを格納するバッファとを備え、
前記メッセージ処理には、前記レジスタに蓄えられたメッセージをバッファに転送する動作が含まれ、
前記メッセージ処理内容切換手段は、自身が送信したメッセージに対しては前記メッセージの前記バッファへの転送を行わないように制御されることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。 - 前記車載通信ネットワークの通信プロトコルは、メッセージのアービトレーション機能を有し、
前記警告に関するメッセージは、前記送受信手段が通常時に送信するメッセージよりも優先順位が高く設定されることを特徴とする請求項2記載の車両制御装置。 - 前記警告に関するメッセージの送信は、前記メッセージの正当性の判断に続けて行われることを特徴とする請求項2記載の車両制御装置。
- 前記正当性判断手段は、前記他の制御装置が送信したメッセージを前記送受信手段が受信する処理に続けて判断を実行することを特徴とする請求項7記載の車両制御装置。
- 前記送受信手段によるメッセージの受信処理は、前記制御部が有する割り込み機能を利用して行われることを特徴とする請求項1記載の車両制御装置。
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