JP2020142646A - 通信故障検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】2つの信号検出回路を用いた簡易な構成により故障の種類を特定する。【解決手段】通信故障検出装置は、ノード間でCANプロトコルに従った通信を実行する2線式CAN通信装置の通信故障を検出するものであり、2本の通信線上の信号を検出する2つの信号検出回路が各ノードにそれぞれ設けられる。各ノードは、CAN通信のプロトコルエラーの発生に基づいて実行条件が成立したときに、予め定められた所定パターンの信号を2本の通信線上に出力する故障判定用通信を実行し、故障判定用通信時において2つの信号検出回路によりそれぞれ検出される信号の組み合わせに基づいて故障の種類を特定する故障判定を実行する。【選択図】図7

Description

本発明は、ノード間でCAN(Controller Area Network)プロトコルに従った通信を実行する2線式CAN通信装置の通信故障を検出する通信故障検出装置に関する。
従来、複数のノードにそれぞれ分岐接続される2線式CAN通信線にコネクタ接続され、各CAN通信線のHライン(Highライン)およびLライン(Lowライン)の異常診断を行なう異常診断装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この異常診断装置では、各CAN通信線のHライン同士を接続すると共に各CAN通信線のLライン同士を接続するジョイント回路と、各CAN通信線の各ラインをジョイント回路から個別に切り離す分離手段(リレー)と、を備える。また、異常診断装置では、各CAN通信線のHラインおよびLラインに接続される検査用Hラインおよび検査用Lラインと、検査用Hラインおよび検査用Lラインに接続された検査用抵抗と、検査用Hラインおよび検査用Lラインに接続された電位測定器と、を備える。異常診断装置は、診断対象となるCAN通信線のHラインおよびLラインをジョイント回路から切り離して検査用Hラインおよび検査用Lラインに接続し、検査用Hラインおよび検査用Lラインのそれぞれの電位を電位測定器で測定することで、測定した電位に基づいて異常診断を行なう。これにより、異常診断装置は、分岐接続されている複数のCAN通信線を個別に異常診断することができるとしている。
特開2010−111925号公報
しかしながら、上述した異常診断装置では、CAN通信線をジョイント回路から切り離して検査用回路に接続するため、通常の回路状態で故障診断を行なうことができない。また、上述した異常診断装置では、CAN通信線をジョイント回路から切り離すための分離手段(リレー)が必要であり、回路が複雑化してしまう。
本発明の通信故障検出装置は、2つの信号検出回路を用いた簡易な構成により故障の種類を特定することができる通信故障検出装置を提供することを主目的とする。
本発明の通信故障検出装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の通信故障検出装置は、
ノード間でCANプロトコルに従った通信を実行する2線式CAN通信装置の通信故障を検出する通信故障検出装置であって、
各ノードにそれぞれ設けられ、2本の通信線上の信号を検出する2つの信号検出回路を備え、
前記各ノードは、CAN通信のプロトコルエラーの発生に基づいて実行条件が成立したときに、予め定められた所定パターンの信号を前記2本の通信線上に出力する故障判定用通信を実行し、前記故障判定用通信時において前記2つの信号検出回路によりそれぞれ検出される信号の組み合わせに基づいて故障の種類を特定する故障判定を実行する、
ことを要旨とする。
この本発明の通信故障検出装置は、ノード間でCANプロトコルに従った通信を実行する2線式CAN通信装置の通信故障を検出するものであり、2本の通信線上の信号を検出する2つの信号検出回路が各ノードにそれぞれ設けられる。各ノードは、CAN通信のプロトコルエラーの発生に基づいて実行条件が成立したときに、予め定められた所定パターンの信号を2本の通信線上に出力する故障判定用通信を実行し、故障判定用通信時において2つの信号検出回路によりそれぞれ検出される信号の組み合わせに基づいて故障の種類を特定する故障判定を実行する。これにより、2つの信号検出回路を用いた簡易な構成によりCAN通信装置の故障の種類を特定することができる。ここで、「所定パターン」には、一方のノードがドミナントを出力すると共に他方のノードがレセッシブを出力するパターンaや、全てのノードがレセッシブを出力するパターンb、一方のノードがレセッシブを出力すると共に他方のノードがドミナントを出力するパターンcが含まれる。CAN通信では2本の通信線(バス)はドミナントがレセッシブよりも優先されるから、2本の通信線の状態は、CAN通信装置が正常であれば、パターンa,cでは、ドミナント状態となり、パターンbでは、レセッシブ状態となる。本願の発明者らは、CAN通信装置に故障が発生すると、2本の通信線の状態は、上記パターンに応じた状態とは異なる状態となり、且つ、その状態は、故障の種類に応じて異なることを見出した。これにより、故障判定用通信時においてそれぞれ検出される信号の組み合わせに基づいて故障の種類を特定することができる。
こうした本発明の通信故障検出装置において、前記実行条件は、前記各ノードが第1所定時間に亘って正常に通信ができなかったときに成立する条件であり、前記各ノードは、第2所定時間に亘って前記故障判定用通信を継続して実行し、前記第2所定時間は、前記第1所定時間よりも長いものとしてもよい。こうすれば、各ノードにおいて故障判定用通信の開始タイミングにズレが生じても、そのズレを第2所定時間によって吸収することができる。これにより、各ノードは、所定パターンにおいて通信線上の信号を適正に検出することができ、通信故障の誤判定を抑制することができる。
また、本発明の通信故障検出装置において、CAN通信のプロトコルエラーの発生を監視するエラー監視部を備え、前記エラー監視部は、前記プロトコルエラーの発生に基づいて前記実行条件が成立したときに、前記故障判定の実行指示を前記各ノードに送信し、前記各ノードは、前記エラー監視部から前記故障判定の実行指示を受信すると、前記故障判定用通信を開始するものとしてもよい。こうすれば、各ノードにおいて故障判定用通信の開始タイミングを容易に合わせることができる。これにより、各ノードは、所定パターンにおいて通信線上の信号を適正に検出することができ、通信故障の誤判定を抑制することができる。
さらに、本発明の通信故障検出装置において、前記2つの信号検出回路は、前記2本の通信線に作用する電圧を検出する2つの電圧検出回路であり、前記各ノードは、前記故障判定用通信時において前記2つの電圧検出回路によりそれぞれ検出される電圧の組み合わせに基づいて前記故障判定を実行するものとしてもよい。こうすれば、2つの電圧検出回路を用いて2本の通信線の状態を直接検出することができるため、通信故障の判定をより適正に行なうことができる。
また、本発明の通信故障検出装置において、前記2つの信号検出回路は、前記2本の通信線上に出力される電流を検出する2つの電流検出回路であり、前記各ノードは、前記故障判定用通信時において前記2つの電流検出回路によりそれぞれ検出される電流の組み合わせに基づいて前記故障判定を実行するものとしてもよい。こうすれば、特に、2本の通信線のうち一方の断線検出をより適正に行なうことができる。例えば、2本の通信線のうち一方の通信線が断線した場合には、自ノードのドミナント状態に対して当該一方の通信線への電流が流れないことを自ノード側の電流検出回路で検出することで、相手ノードの状態(ドミナント状態,レセッシブ状態)に拘わらず、一方の断線を判定することが可能となる。
また、本発明の通信故障検出装置において、前記各ノードは、前記2本の通信線の状態の組み合わせに基づいて前記故障判定を実行する制御装置と、前記制御装置とは別に設けられ前記2つの信号検出回路からの出力信号をそれぞれ入力して前記2本の通信線の状態を判定する状態判定部と、を備え、前記状態判定部は、前記2本の通信線の状態をあらわす状態信号を前記制御装置へ送信するものとしてもよい。こうすれば、2つの信号検出回路の出力信号を直接に制御装置に出力するものに比して、ノイズの混入を抑制することができ、制御装置の誤作動を抑制することができる。
第1実施例の通信故障検出装置50を含む制御システム1の構成の概略を示す構成図である。 CANトランシーバ30の構成の概略を示す構成図である。 送信ノードおよび受信ノードにより実行される送信ノード側処理および受信ノード側処理の一例を示すフローチャートである。 通信中に異常が発生して故障モード判定が開始されるまでのタイムチャートである。 送信ノードおよび受信ノードによりそれぞれ実行される故障モード判定処理の一例を示すフローチャートである。 パターンa〜cの一例を示す説明図である。 故障判定マトリクスの一例を示す説明図である。 第2実施例の通信故障検出装置150を含む制御システム101の構成の概略を示す構成図である。 第2実施例の送信ノード側処理,受信ノード側処理およびバス監視処理の一例を示すフローチャートである。 第3実施例の通信故障検出装置250を含む制御システム201の構成の概略を示す構成図である。 第3実施例の故障判定マトリクスを示す説明図である。 第4実施例の通信故障検出装置350を含む制御システム301の構成の概略を示す構成図である。 通信バス11に作用する電圧と通信バス11の状態をあらわす状態信号との関係を示す説明図である。 第4実施例の故障判定マトリクスを示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、第1実施例の通信故障検出装置50を含む制御システム1の構成の概略を示す構成図であり、図2は、CANトランシーバ30の構成の概略を示す構成図である。第1実施例の制御システム1は、車両に搭載され、CAN通信装置10によって互いに通信可能に接続された複数の電子制御ユニット(ノード)を備える。図1では、複数の電子制御ユニットとして、第1電子制御ユニット(以下、第1ECUという)40Aと、第2電子制御ユニット(以下、第2ECUという)40Bとを示した。
第1および第2ECU40A,40Bは、それぞれ、マイクロコントロールユニット(以下、MCUという)42を備える。各MCU42は、車両の制御装置として機能するものであり、CAN通信装置10を用いて互いにデータのやり取りを行なう。
CAN通信装置10は、通信バス11の2本の通信線であるCANHライン11HとCANLライン11Lとの間に生じる電圧差の有無によってデータを送受信する2線式差動電圧方式のCAN通信装置として構成される。このCAN通信装置10は、ECUごとにCANコントローラ20とCANトランシーバ30とが設けられ、各CANトランシーバ30は、通信バス11を介して互いに接続されている。通信バス11のCANHライン11HおよびCANLライン11Lの両端部には、終端抵抗RT1,RT2(例えば60Ω)が直列に接続される。
各CANコントローラ20は、本実施例では、MCU42に搭載されており、CANプロトコルに従って通信バス11に対してデータの授受を行なう。
各CANトランシーバ30は、送信用端子TXD,受信用端子RXDを介してCANコントローラ20と接続されると共にCANH端子,CANL端子を介して通信バス11(CANHライン11H,CANLライン11L)と接続され、CANコントローラ20と通信バス11との間で通信の中継を行なう。この各CANトランシーバ30は、図2に示すように、送信回路32と、ドライバ回路34と、受信回路36と、を備える。
送信回路32は、第1電源回路V1(例えば5V電源回路),トランジスタT1(例えばpチャンネルMOSFET),ダイオードD1,抵抗R1(例えば2.5kΩ),抵抗R2(例えば2.5kΩ),ダイオードD2,トランジスタT2(例えばnチャンネルMOSFET),グランドGNDがこの順に直列に接続されたものである。ダイオードD1と抵抗R1との接続点には、CANH端子が接続され、抵抗R2とダイオードD2との接続点には、CANL端子が接続される。また、抵抗R1と抵抗R2との接続点には、第2電源回路V2(例えば2.5V電源回路)が接続される。
送信回路32では、トランジスタT1,T2が共にオフされているときには、CANH端子およびCANL端子の電位は共に第2電源回路V2の電位となり、これにより、通信バス11へリセッシブを出力する。本実施例では、第2電源回路V2は2.5V電源回路として構成されているから、リセッシブ状態では、CANH端子およびCANL端子の電位は共に略2.5Vとなる。一方、トランジスタT1,T2が共にオンされているときには、ダイオードD1,抵抗R1,抵抗R2,ダイオードD2に通電されるため、CANH端子とCANL端子との間には電位差が生じ、これにより、通信バス11へドミナントを出力する。本実施例では、第1電源回路V1は5V電源回路として構成され、ダイオードD1,D2の順方向電圧は略1.5V程度に設定される。このため、ドミナント状態では、CANH端子の電位は略3.5Vとなり、CANL端子の電位は略1.5Vとなる。
ドライバ回路34は、CANコントローラ20から送信用端子TXDを介して入力される送信信号に基づいてトランジスタT1とトランジスタT2とをオンオフ制御する。
受信回路36は、受信用端子RXDと接続されると共にCANH端子およびCANL端子とに接続される。この受信回路36は、通信バス11のCANHライン11H,CANLライン11LからCANH端子,CANL端子を介して電圧信号を入力し、入力した電圧信号を受信信号として受信用端子RXDを介してCANコントローラ20へ出力する。
また、第1実施例の制御システム1は、CAN通信装置10にプロトコルエラーが発生したときに、エラーの発生原因を特定するための通信故障検出装置50を備える。第1実施例では、通信故障検出装置50は、CANトランシーバ30のCANH端子,CANL端子に作用する電圧を計測する電圧モニタ回路52H,52Lと、電圧モニタ回路52H,52Lにより計測された電圧を入力して故障モード(故障の種類)を判定するMCU42と、が該当する。電圧モニタ回路52H,52Lは、それぞれ、フィルタ54H,54Lと、A/Dコンバータ56とにより構成される。フィルタ54H,54Lは、ノイズを除去するためのものであり、抵抗RH,RLとコンデンサCH,CLとを含むRCフィルタとして構成される。抵抗RH,RLは、CAN通信に影響を与えないように比較的高い抵抗値のものが用いられる。A/Dコンバータ56は、RCフィルタ54Hを介して入力される信号(電圧信号)とRCフィルタ54Lを介して入力される信号(電圧信号)とをA/D変換してMCU42に出力する。
次に、こうして構成された第1実施例の制御システム1の動作について説明する。特に、通信故障検出装置50の動作について説明する。図3は、送信ノード(図1では第1ECU40Aおよび第2ECU40Bのうち一方のMCU42),受信ノード(図1では第1ECU40Aおよび第2ECU40Bのうち他方のMCU42)により実行される送信ノード側処理,受信ノード側処理の一例を示すフローチャートである。以下、送信ノード側処理と受信ノード側処理とを図4のタイムチャートを参照しつつ説明する。
送信ノードは、通信バス11にCANプロトコルに従ったデータ(データフレーム)を送信すると共に(ステップS100)、送信したデータのエラーチェックを行なう(ステップS110)。送信ノード側のエラーチェックは、例えばビットモニタリングやアクナレッジチェックなどを挙げることができる。一方、受信ノードは、通信バス11上のデータを受信し(ステップS200)、受信したデータのエラーチェックを行なう(ステップS210)。受信ノード側のエラーチェックは、例えば、CRC(Cyclic Redundancy Check)チェックやフォームチェック、スタッフチェックなどを挙げることができる。送信ノードおよび受信ノードは、エラーチェックの結果、エラーが発生していないと判定すると(ステップS120,S220)、送受信完了割り込みを発生させて(ステップS130,S230)、本処理を終了する。一方、エラーチェックの結果、エラーが発生していると判定すると、送受信完了割り込みを発生させることなく、次のステップS140,S240に進む。ここで、送受信完了割り込みは、通信異常カウンタを初期値にリセットするためのものである。通信異常カウンタは、送受信に要する時間を計測するために所定時間ごとに値をカウントアップまたはカウントダウンするものであり、送受信完了割り込みが発生する度に初期値にリセットされる(時刻t1,t2,t3参照)。そして、通信異常カウンタが異常判定閾値を超えているか否かを判定する(ステップS140,S240)。ここで、異常判定閾値は、プロトコルエラーの発生を確定させるための閾値であり、本実施例では、通信バス11の負荷を考慮した送受信の最大周期よりも長い時間(例えば300msec)に定められている。異常通信カウンタが異常判定閾値に到達していないと判定すると、ステップS100,S200に戻ってデータを再送する。一方、異常通信カウンタが異常判定閾値を到達していると判定すると(時刻t4参照)、CAN通信装置10に故障が発生していると判断して、その故障箇所を特定するための故障モード判定処理を実行する(ステップS150,S250)。そして、故障モード判定処理の判定結果を図示しない記憶装置(不揮発性メモリ等)に記憶して(ステップS160,S260)、本処理を終了する。
ステップS150,S250の処理は、図5に例示する故障モード判定処理によって実行される。故障モード判定処理では、送信ノードおよび受信ノードは、まず、所定時間T(例えば500msec)が経過するまでの間、パターンaに従った通信バス11上への信号(ドミナントまたはレセッシブ)の出力と、電圧モニタ回路52H,52Lによる通信バス11上の電圧の計測とを繰り返す(ステップS300〜S320)。所定時間Tが経過すると、次の所定時間Tが経過するまでの間、パターンbに従った通信バス11上への信号(ドミナントまたはレセッシブ)の出力と、電圧モニタ回路52H,52Lによる通信バス11上の電圧の計測とを繰り返す(ステップS330〜S350)。所定時間Tが経過すると、次の所定時間Tが経過するまでの間、パターンcに従った通信バス11上への信号(ドミナントまたはレセッシブ)の出力と、電圧モニタ回路52H,52Lによる通信バス11上の電圧の計測とを繰り返す(ステップS360〜S380)。図6は、パターンa〜cの一例を示す説明図である。図示するように、パターンaは、第1ECU40Aがドミナントの出力を500msec継続し、第2ECU40Bがレセッシブの出力を500msec継続するパターンである。CAN通信ではドミナントがレセッシブよりも優先されるから、パターンaでは、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子の電圧は略3.5Vとなり、CANL端子の電圧は略1.5Vとなる。パターンbは、第1ECU40Aおよび第2ECU40Bが共にレセッシブの出力を500msec継続するパターンである。このパターンbでは、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子およびCANL端子の電圧は共に略2.5Vとなる。パターンcは、第1ECU40Aがレセッシブの出力を500msec継続し、第2ECU40Bがドミナントの出力を500msec継続するパターンである。このパターンcでは、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子の電圧は略3.5Vとなり、CANL端子の電圧は略1.5Vとなる。ここで、故障モード判定処理において、各パターンで所定時間Tが経過するまでの間、各パターンに従った信号の出力と通信バス11上の電圧の計測とを繰り返すのは、各ノード(各MCU42)の故障モード判定処理の開始タイミングが多少ずれた場合であっても、そのずれを所定時間Tによって吸収するためである。通信バス11上の電圧の計測は、各ノードにおいて故障モード判定処理の開始タイミングがずれたことに起因して各パターンa〜cにおいて所定時間Tの間に計測される電圧が変化した場合には、最も長く計測された電圧を本来計測すべき電圧とするものとした。これにより、各ノードは、パターンa〜cごとの通信バス11上の電圧を適正に計測することができる。
こうして各パターンa〜cに従った信号を通信バス11上に出力すると共に各パターンa〜cにおいて通信バス上11(CANH端子,CANL端子)に作用する電圧を計測すると、故障判定マトリクスを用いて故障モード(故障箇所)を判定して(ステップS390)、本処理を終了する。図7は、故障判定マトリクスの一例を示す説明図である。図示するように、故障判定マトリクスは、各パターンa〜cにおいてそれぞれ電圧モニタ回路52H,52Lにより計測された電圧の組み合わせと、故障モード(故障の種類)とを対応付けたものである。故障モードには、伝送路の故障と、ノードの故障とが含まれる。伝送路の故障には、CANH断線故障,CANL断線故障,CANH−5V電源短絡故障,CANH−GND短絡故障,CANL−5V電源短絡故障,CANL−GND短絡故障,CANH−CANL短絡故障が含まれる。ノードの故障には、ドミナント固着故障,自ECUレセッシブ固着故障,相手ECUレセッシブ固着故障が含まれる。
CANH断線故障は、CANHライン11Hが断線して相手ECUから自ECUへドミナント(CANHライン11H側)が送信されない状態であり、パターンcにおいてCANH端子の電圧として略1.5V(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特性される。
CANL断線故障は、CANLライン11Lが断線して相手ECUから自ECUへドミナント(CANHライン11L側)が送信されない状態であり、パターンcにおいてCANL端子の電圧として略3.5V(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANH−5V電源短絡故障は、CANHライン11Hが第1電源回路V1と短絡してCANHライン11Hの電圧が常時5Vとなる状態であり、パターンa〜cの全てでCANH端子の電圧として略5.0V(異常値)が測定されると共にパターンbにおいてCANL端子の電圧として略5.0V(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANH−GND短絡故障は、CANHライン11HがグランドGNDと短絡してCANHライン11Hの電圧が常時0Vとなる状態であり、パターンa〜cの全てでCANH端子の電圧として略0V(異常値)が測定されると共にパターンbにおいてCANL端子の電圧として略0V(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANL−5V電源短絡故障は、CANLライン11Lが第1電源回路V1と短絡してCANLライン11Lの電圧が常時5Vとなる状態であり、パターンbにおいてCANH端子の電圧として略5.0V(異常値)が測定されると共にパターンa〜cの全てでCANL端子の電圧として略5.0V(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANL−GND短絡故障は、CANLライン11LがグランドGNDと短絡してCANLライン11Lの電圧が常時0Vとなる状態であり、パターンbにおいてCANH端子の電圧として略0V(異常値)が測定されると共にパターンa〜cの全てでCANL端子の電圧として略0V(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANH−CANL短絡故障は、CANHライン11HとCANLライン11Lとが短絡してCANHライン11HとCANLライン11Lとが常時同電位となる状態であり、パターンa,cにおいてCANH端子およびCANL端子の電圧として共に略2.5V(異常値)が測定(レセッシブの状態が測定)され、その他で正常値が測定されることで特定される。
ドミナント固着故障は、自ECUまたは相手ECUがドミナント出力で常時固着した状態であり、パターンbにおいてCANH端子の電圧として略3.5V(異常値)が測定されると共にCANL端子の電圧として略1.5V(異常値)が測定(ドミナントの状態が測定)され、その他で正常値が測定されることで特定される。
自ECUレセッシブ固着故障は、自ECUのドミナントが送信されない状態であり、パターンaにおいてCANH端子およびCANL端子の電圧として共に略2.5V(異常値)が測定(レセッシブの状態が測定)され、その他で正常値が測定されることで特定される。
相手ECUレセッシブ固着故障は、相手ECUのドミナントが送信されない状態であり、パターンcにおいてCANH端子およびCANL端子の電圧として共に略2.5V(異常値)が測定(レセッシブの状態が測定)され、その他で正常値が測定されることで特定される。
このように、各パターンa〜cにおいてそれぞれ電圧モニタ回路52H,52LによりCANH端子およびCANL端子の電圧を測定することで、測定した電圧の組み合わせに基づいて故障モードを判定することができる。
以上説明した第1実施例の通信故障検出装置50では、通信バス11のCANHライン11H,CANLライン11Lの電圧を計測する電圧モニタ回路52H,52Lが各ノード(第1ECU40A,第2ECU40B)にそれぞれ設けられる。各ノードは、通信異常カウンタが異常判定閾値に到達したときに、予め定められたパターンa〜cの信号を出力する(故障判定用通信)。そして、各パターンa〜cにおいて電圧モニタ回路52H,52Lによりそれぞれ検出される電圧の組み合わせに基づいて故障モードを判定する(故障判定)。これにより、電圧モニタ回路52H,52Lを用いた簡易な構成によりCAN通信装置10の故障の種類(断線故障や短絡故障,固着故障)を特定することができる。
また、第1実施例の通信故障検出装置50では、各パターンa〜cにおいて、異常判定閾値(第1所定時間)よりも長い所定時間T(第2所定時間)に亘って故障判定用通信と通信バス11上の電圧の計測とを継続する。これにより、各ノードの故障判定用通信の開始タイミングにずれが生じても、そのずれを所定時間Tによって吸収することができ、各パターンa〜cにおいて通信バス11上の電圧を適正に計測することができる。
[第2実施例]
第1実施例の通信故障検出装置50では、各ノードは、正常に送受信が完了する度に通信異常カウンタを初期値にリセットしつつ、通信異常カウンタが異常判定閾値に到達したときに、故障モード判定処理を開始するものとした。これに対して、第2実施例の通信故障検出装置150は、通信バス11の状態を監視するバス監視部158を備え、バス監視部158が各ノードに対して必要に応じて故障モード判定処理の開始を指示するものである。図8は、第2実施例の通信故障検出装置150を含む制御システム101の構成の概略を示す構成図である。図示するように、第2実施例の通信故障検出装置150は、バス監視部158を備える点を除いて、第1実施例の通信故障検出装置50と同様に構成される。バス監視部158は、通信バス11の状態(電圧)をモニタしてプロトコルエラーの有無を検出すると共に、各ノード(第1ECU40A,第2ECU40B)のMCU42へ信号を出力可能に接続されている。なお、バス監視部158は、図8の例では、第1ECU40Aに搭載されるものとしたが、第2ECU40Bに搭載されてもよいし、第1ECU40Aおよび第2ECU40Bの外に配置されてもよい。
図9は、送信ノード,受信ノード,バス監視部158により実行される第2実施例の送信ノード側処理,受信ノード側処理およびバス監視処理の一例を示すフローチャートである。送信ノードは、通信バス11へのデータ(データフレーム)の送信と(ステップS100)、送信したデータのエラー(プロトコルエラー)チェックを行なう(ステップS110)。受信ノードは、通信バス11上のデータの受信と(ステップS200)、受信したデータのエラーチェックを行なう(ステップS210)。バス監視部158は、通信バス11の状態を監視し、データのエラーチェックを行なう(ステップS10)。送信ノード,受信ノードおよびバス監視部158は、エラーチェックの結果、エラーが発生していないと判定すると、本処理を終了する。バス監視部158は、エラーが発生していると判定すると、エラーの発生が所定回数継続しているか否かを判定する(ステップS30)。ここで、所定回数は、通信故障の確定に要する回数として予め定められた回数である。バス監視部158は、エラーの発生が所定回数継続していないと判定すると、ステップS10に戻り、エラーの発生が所定回数継続していると判定すると、送信ノードおよび受信ノードに対して故障モード判定処理の開始を指示して(ステップS40)、本処理を終了する。送信ノードおよび受信ノードは、ステップS120,S220においてエラーが発生していると判定すると、バス監視部158から故障モード判定処理の開始が指示されているか否かを判定する(ステップS160,S260)。送信ノードおよび受信ノードは、故障モード判定処理の開始が指示されていなければ、ステップS100,S200に戻り、データを再送する。一方、送信ノードおよび受信ノードは、故障モード判定処理の開始が指示されていれば、故障モード判定処理を開始すると共に(ステップS140,S240)、その判定結果を記憶して(ステップS150,S250)、本処理を終了する。このように、バス監視部158は、通信バス11の状態を監視し、必要に応じて故障モード判定処理の開始を送信ノードおよび受信ノードに指示することにより、送信ノードおよび受信ノードによりそれぞれ実行される故障モード判定処理の開始タイミングを同期させることができる。これにより、各パターンa〜cにおいてそれぞれ電圧モニタ回路52H,52Lにより通信バス11上の電圧を適正に計測することができるため、故障箇所の誤判定を抑制することができる。なお、第2実施例では、バス監視部158によって各ノードで実行される故障モード判定処理の開始タイミングを同期させるから、第2実施例の故障モード判定処理においては、ステップ320,S350,S380の処理を省略してもよいし、所定時間Tを第1実施例に比して短縮するものとしてもよい。
[第3実施例]
第1実施例の通信故障検出装置50では、通信バス11の状態を監視するためにCANトランシーバ30のCANH端子,CANL端子に作用する電圧をモニタする電圧モニタ回路52H,52Lを備えるものとした。これに対して、第3実施例の通信故障検出装置250では、CANトランシーバ30のCANH端子,CANL端子から出力される電流をモニタする電流モニタ回路252H,252Lを備えるものである。図10は、第3実施例の通信故障検出装置250を含む制御システム201の構成の概略を示す構成図である。図示するように、CANH端子から出力される電流を計測する電流モニタ回路252Hと、CANL端子から出力される電流を計測する電流モニタ回路252Lと、を備える。電流モニタ回路252H,252Lによりそれぞれ計測された電流はMCU42に入力される。第3実施例では、故障モード判定処理として、ステップS310,S340,S370において、電圧モニタ回路52H,52Lによる電圧の測定に代えて電流モニタ回路252H,252Lによる電流の測定を行なう。そして、各パターンa〜cにおいてそれぞれ測定された電流の組み合わせに基づいて故障判定マトリクスを用いて故障モードを判定する。
図11は、第3実施例の故障判定マトリクスを示す説明図である。図示するように、第3実施例の故障判定マトリクスは、各パターンa〜cにおいてそれぞれ電流モニタ回路252H,252Lにより計測された電流の組み合わせと、故障モード(故障の種類)とを対応付けたものである。故障モードには、伝送路の故障と、ノードの故障とが含まれ、伝送路の故障には、第1実施例と同様に、CANH断線故障,CANL断線故障,CANH−5V電源短絡故障,CANH−GND短絡故障,CANL−5V電源短絡故障,CANL−GND短絡故障,CANH−CANL短絡故障が含まれる。一方、ノードの故障には、第1実施例と若干異なり、自ECUドミナント固着故障,相手ECUドミナント固着故障,レセッシブ固着故障が含まれる。なお、パターンaでは、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子の出力電流は当該端子からCANHライン11Hへ向かう方向を正として略+16.6mAとなり、CANL端子の出力電流は当該端子からCANLライン11Lへ向かう方向を正として略−16.6mAとなる。また、パターンbでは、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子およびCANL端子の出力電流は共に略0mAとなる。また、パターンcでは、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子の出力電流は略−16.6mAとなり、CANL端子の出力電流は略+16.6mAとなる。
CANH断線故障は、パターンaにおいてCANH端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略−2mA(異常値)が測定され、パターンcにおいてCANH端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略+2mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANL断線故障は、パターンaにおいてCANH端子の出力電流として略+2mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定され、パターンcにおいてCANH端子の出力電流として略−2mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANH−5V電源短絡故障は、パターンaにおいてCANH端子およびCANL端子の出力電流として共に略−30mA(異常値)が測定され、パターンbにおいてCANH端子の出力電流として略−2mA(異常値)が測定され、パターンcにおいてCANH端子の出力電流として略−30mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略+30mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANH−GND短絡故障は、パターンaにおいてCANH端子の出力電流として略+50mA以上(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定され、パターンbにおいてCANL端子の出力電流として略+2mA(異常値)が測定され、パターンcにおいてCANH端子の出力電流として略+2mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANL−5V電源短絡故障は、パターンaにおいてCANH端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略−50mA以下(異常値)が測定され、パターンbにおいてCANL端子の出力電流として略−2mA(異常値)が測定され、パターンcにおいてCANH端子の出力電流として略0mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略−2mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANL−GND短絡故障は、パターンaにおいてCANH端子およびCANL端子の出力電流として共に略+30mA(異常値)が測定され、パターンbにおいてCANL端子の出力電流として略+2mA(異常値)が測定され、パターンcにおいてCANH端子の出力電流として略−30mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略+30mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
CANH−CANL短絡故障は、パターンa,cにおいてCANH端子およびCANL端子の出力電流としていずれも略0mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
自ECUドミナント固着故障は、自ECUのCANH端子とCANL端子とが常時ドミナント出力で固着した状態であり、パターンbにおいてCANH端子の出力電流として略+16.6mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略−16.6mA(異常値)が測定され、パターンcにおいてCANH端子およびCANL端子の出力電流として共に略0mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
相手ECUドミナント固着故障は、相手ECUのCANH端子とCANL端子とが常時ドミナント出力で固着した状態であり、パターンaにおいてCANH端子およびCANL端子の出力電流として共に略0mA(異常値)が測定され、パターンbにおいてCANH端子の出力電流として略+16.6mA(異常値)が測定されると共にCANL端子の出力電流として略−16.6mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
レセッシブ固着故障は、自ECUまたは相手ECUのCANH端子とCANL端子とが常時レセッシブ出力で固着した状態であり、パターンa,cにおいてCANH端子およびCANL端子の出力電流として共に略0mA(異常値)が測定され、その他で正常値が測定されることで特定される。
このように、各パターンa〜cにおいてそれぞれ電流モニタ回路252H,252LによりCANトランシーバ30のCANH端子およびCANL端子の出力電流を測定することで、測定した出力電流の組み合わせに基づいて故障箇所を特定することができる。ここで、発生し易い故障モードである断線故障(CANH断線故障,CANL断線故障)が発生した際、第1実施例では、図7に示すように、パターンcで相手ECUからドミナント出力が届かないことで断線故障を特定するため、自ECUと相手ECUとが同期してパターンcの故障判定用通信を行なう必要がある。これに対して、第3実施例では、自ECUのドミナント状態に対してCANH端子,CANL端子から電流が流れないことを検出することで、断線故障を特定することができる。したがって、相手ECUとの同期を考慮することなく、自ECU単独で断線故障を特定することができる。
[第4実施例]
第1実施例の通信故障検出装置50では、電圧モニタ回路52H,52Lの信号を直接にMCU42に入力するものとした。これに対して、第4実施例の通信故障検出装置350では、電圧モニタ回路352H,352Lの信号を状態判定回路354に入力し、状態判定回路354からの信号をMCU42に入力するものである。図12は、第4実施例の通信故障検出装置350を含む制御システム301の構成の概略を示す構成図である。第4実施例の通信故障検出装置350は、CANH端子の電圧を測定する電圧モニタ回路352Hと、CANL端子の電圧を測定する電圧モニタ回路352Lと、電圧モニタ回路352H,352Lにより計測された電圧を入力すると共に通信バス11の状態を判定しその状態をあらわす状態信号をMCU42に出力する状態判定回路354と、を備える。
図13は、通信バス11に作用する電圧と通信バス11の状態をあらわす状態信号との関係を示す説明図である。上述したように、本実施例では、ドミナント状態では、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子に略3.5Vが作用し、CANL端子に略1.5Vが作用する。また、レセッシブ状態では、CAN通信装置10が正常であれば、CANH端子およびCANL端子に共に略2.5Vが作用する。すなわち、CANH端子には、通常、略3.5Vか略2.5Vが作用し、CANL端子には、通常、略1.5Vか略2.5Vが作用する。したがって、CANH端子の状態は、電圧が略5.0Vの場合には正常値よりも高い異常状態(High異常状態)となり、電圧が略3.5Vの場合には、ドミナント状態となり、電圧が略2.5Vの場合にはレセッシブ状態となり、電圧が略1.5Vや略0Vの場合には正常値よりも低い異常状態(Low異常状態)となる。一方、CANL端子の状態は、電圧が略3.5Vか略5.0Vの場合には正常値よりも高い異常状態(High異常状態)となり、電圧が略2.5Vの場合には、レセッシブ状態となり、電圧が略1.5Vの場合にはドミナント状態となり、電圧が略0Vの場合には正常値よりも低い異常状態(Low異常状態)となる。
図14は、第4実施例の故障判定マトリクスを示す説明図である。第4実施例の故障判定マトリクスにおける故障モードの種類は、図7の第1実施例の故障判定マトリクスと同様である。この第4実施例の故障判定マトリクスは、第1実施例の故障判定マトリクスにおけるパターン(パターンa〜c)ごと端子(CANH端子,CANL端子)ごとの電圧が状態信号(ドミナント状態,レセッシブ状態,High異常状態,Low異常状態のいずれか)に置き換えられたものである。このように、各パターンa〜cにおいてそれぞれ電圧モニタ回路352H,352Lにより測定されたCANH端子およびCANL端子の電圧を状態信号に変換してMCU40に出力することで、MCU40が入力した状態信号の組み合わせに基づいて故障モードを判定することができる。これにより、CANH端子,CANL端子の信号を直接にMCU42に入力するものに比して、外部ノイズに対する回路の耐性が向上する結果、MCU42の誤作動や破損を防止することができる。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、第1ECU40A(MUC42),第2ECU40B(MUC42)が「ノード」に相当し、CAN通信装置10が「CAN通信装置」に相当し、CANHライン11HおよびCANLライン11Lが「2本の通信線」に相当し、電圧モニタ回路52H,52L,352H,352Lや電流モニタ回路252H,252Lが「信号検出回路」に相当する。また、バス監視部158が「エラー監視部」に相当する。また、電圧モニタ回路52H,52L,352H,352Lが「電圧検出回路」に相当する。また、電流モニタ回路252H,252Lが「電流検出回路」に相当する。MCU42が「制御装置」に相当し、状態判定回路354が「状態判定部」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、通信故障検出装置の製造産業に利用可能である。
1,101,201,301 制御システム、10 CAN通信装置、11 通信バス、11H CANHライン、11L CANLライン、20 CANコントローラ、30 CANトランシーバ、32 送信回路、34 ドライバ回路、36 受信回路、40A 第1電子制御ユニット(第1ECU)、40B 第2電子制御ユニット(第2ECU)、42 MCU、50,150,250,350 通信故障検出装置、52H,52L,352H,352L 電圧モニタ回路、54H,54L フィルタ、56 A/Dコンバータ、158 バス監視部、252H,252L 電流モニタ回路、354 状態判定回路、CH,CL コンデンサ、RH,RL,R1,R2 抵抗、V1 第1電源回路、V2 第2電源回路、D1,D2 ダイオード、T1,T2 トランジスタ、RT1,RT2 終端抵抗、TXD 送信用端子、RXD 受信用端子、GND グランド。

Claims (6)

  1. ノード間でCANプロトコルに従った通信を実行する2線式CAN通信装置の通信故障を検出する通信故障検出装置であって、
    各ノードにそれぞれ設けられ、2本の通信線上の信号を検出する2つの信号検出回路を備え、
    前記各ノードは、CAN通信のプロトコルエラーの発生に基づいて実行条件が成立したときに、予め定められた所定パターンの信号を前記2本の通信線上に出力する故障判定用通信を実行し、前記故障判定用通信時において前記2つの信号検出回路によりそれぞれ検出される信号の組み合わせに基づいて故障の種類を特定する故障判定を実行する、
    通信故障検出装置。
  2. 請求項1に記載の通信故障検出装置であって、
    前記実行条件は、前記各ノードが第1所定時間に亘って正常に通信ができなかったときに成立する条件であり、
    前記各ノードは、第2所定時間に亘って前記故障判定用通信を継続して実行し、
    前記第2所定時間は、前記第1所定時間よりも長い、
    通信故障検出装置。
  3. 請求項1または2に記載の通信故障検出装置であって、
    CAN通信のプロトコルエラーの発生を監視するエラー監視部を備え、
    前記エラー監視部は、前記プロトコルエラーの発生に基づいて前記実行条件が成立したときに、前記故障判定の実行指示を前記各ノードに送信し、
    前記各ノードは、前記エラー監視部から前記故障判定の実行指示を受信したときに、前記故障判定用通信を開始する、
    通信故障検出装置。
  4. 請求項1ないし3いずれか1項に記載の通信故障検出装置であって、
    前記2つの信号検出回路は、前記2本の通信線に作用する電圧を検出する2つの電圧検出回路であり、
    前記各ノードは、前記故障判定用通信時において前記2つの電圧検出回路によりそれぞれ検出される電圧の組み合わせに基づいて前記故障判定を実行する、
    通信故障検出装置。
  5. 請求項1ないし3いずれか1項に記載の通信故障検出装置であって、
    前記2つの信号検出回路は、前記2本の通信線上に出力される電流を検出する2つの電流検出回路であり、
    前記各ノードは、前記故障判定用通信時において前記2つの電流検出回路によりそれぞれ検出される電流の組み合わせに基づいて前記故障判定を実行する、
    通信故障検出装置。
  6. 請求項1ないし5いずれか1項に記載の通信故障検出装置であって、
    前記各ノードは、前記2本の通信線の状態の組み合わせに基づいて前記故障判定を実行する制御装置と、前記制御装置とは別に設けられ前記2つの信号検出回路からの出力信号をそれぞれ入力して前記2本の通信線の状態を判定する状態判定部と、を備え、
    前記状態判定部は、前記2本の通信線の状態をあらわす状態信号を前記制御装置へ送信する、
    通信故障検出装置。
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