JP2022072996A

JP2022072996A - グランドショート故障検出装置およびノード装置

Info

Publication number: JP2022072996A
Application number: JP2020182733A
Authority: JP
Inventors: 哲中西; Satoru Nakanishi; 敦上鉢; Atsushi Uebachi; 康宏野原; Yasuhiro Nohara; 広平 ▲高▼間; Kohei Takama
Original assignee: Isuzu Motors Ltd; Transtron Inc
Current assignee: Isuzu Motors Ltd; Transtron Inc
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-17
Also published as: US20240013648A1; CN116508293A; DE112021004416T5; WO2022092263A1

Abstract

【課題】グランドショート故障の判定精度を上げることが可能なグランドショート故障検出装置およびノード装置を提供する。【解決手段】２本の信号線を有し、２本の信号線それぞれの電位を変動させ、レセシブレベルおよびドミナントレベルのそれぞれを信号として、複数のノード装置間でデータの送受信を相互に行う通信ネットワークにおけるグランドショート故障検出装置において、２本の信号線のそれぞれに流れる電流の電流値を測定する電流測定部と、測定されたそれぞれの電流値の差分が所定値を超えるか否かを判定し、差分が所定値を超える場合、２本の信号線のうち、ドミナントレベルでは相対的に低い電位になる低電位側信号線のグランドショート故障が発生していることを示す判定結果を出力する判定部と、予め定められた信号の送信が完了した場合、差分が所定値を超えるか否かの判定がされるように、判定部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、グランドショート故障検出装置およびノード装置に関する。

従来、通信ネットワークとして、２本の信号線の電圧の作動によってＣＡＮ（Controller Area Network）の信号が送信されるＣＡＮ通信システムが知られている。

例えば、特許文献１には、２本の信号線を有する通信ラインと、２本の信号線間に接続され、通信機能を有するノード装置と、２本の信号線のそれぞれの電位を測定する電位測定手段と、電位測定手段で測定された電位に基づいて、通信ラインにおいてグランドショート故障が発生しているか否かを判定するショート故障判定手段とを備えたショート故障検出装置が開示されている。

特開２００６－１９１４０４号公報

ところで、ＣＡＮ通信システムにおいては、複数のノード装置から同時にデータの送信が試みられる場合がある。この場合には、データに含まれる識別情報（ＩＤ：identification information）に基づいて複数のノード装置の優先順位が決定され、優先順位に基づいて所定のノード装置からデータの送信がされる通信調停が行われる。

しかしながら、通信調停中においては、複数のノード装置から２本の信号線に電流が伝送され、通信調停後においては、優先順位に基づいて、所定のノード装置から２本の信号線に電圧が伝送される。調停中は、２本の信号線の電流の差分が安定しない場合がある。これにより、２本の信号線（ＣＡＮバス）の異常（ここではショート故障判定）の判断に誤りが生じる場合があるため、グランドショート故障の判定精度が低下するおそれがある。

また、例えば、ＣＡＮ通信システムが車両に搭載される場合においては、信号線のインダクタンス成分の差（例えば、ハーネスの長さの差）や複数のグランド間の電位差により、２本の信号線の電位が安定しない場合がある。これにより、グランドショート故障の判定精度が低下するおそれがある。

本開示の目的は、グランドショート故障の判定精度を上げることが可能なグランドショート故障検出装置およびノード装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示におけるグランドショート故障検出装置は、
２本の信号線を有し、前記２本の信号線それぞれの電位を変動させ、前記２本の信号線間の電位差をレセシブレベルとドミナントレベルとに切り替え、前記レセシブレベルおよび前記ドミナントレベルのそれぞれを信号として、複数のノード装置間でデータの送受信を相互に行う通信ネットワークにおけるグランドショート故障検出装置において、
前記２本の信号線のそれぞれに流れる電流の電流値を測定する電流測定部と、
測定されたそれぞれの前記電流値の差分が所定値を超えるか否かを判定し、前記差分が所定値を超える場合、前記２本の信号線のうち、前記ドミナントレベルでは相対的に低い電位になる低電位側信号線のグランドショート故障が発生していることを示す判定結果を出力する判定部と、
予め定められた信号の送信が完了した場合、前記差分が所定値を超えるか否かの判定がされるように、前記判定部を制御する制御部と、
を備える。

また、本開示におけるノード装置は、上記のグランドショート故障検出装置を備える。

本開示によれば、２本の信号線（ＣＡＮバス）の異常状態、ここではグランドショート故障の判定精度を上げることができる。

本開示の実施の形態に係るＣＡＮバスネットワークの一例を示す図である。制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態では、車載通信ネットワークについて、ＣＡＮバスネットワークを一例にして説明する。図１は、本開示の実施の形態に係るＣＡＮバスネットワークの一例を示す図である。

図１に示すように、ＣＡＮバスネットワークは、２本の信号線を有する。ＣＡＮバスネットワークは、２本の信号線それぞれの電位を変動させ、２本の信号線間の電位差をレセシブレベルとドミナントレベルとに切り替え、レセシブレベルおよびドミナントレベルのそれぞれを信号として、複数のノード装置間でデータの送受信を相互に行う通信ネットワークである。

図１に示すように、２本の信号線には複数のノード装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃが接続されている。また、２本の信号線には、ブレーキ警告灯のようなメーター５や、故障コード記録装置６が接続されている。信号線の断線やショート故障、センサの機能異常などの不具合が生じた場合、それらの情報は、故障コード（ＤＴＣ：Diagnostic Trouble Code）として故障コード記録装置６に記録される。また、２本の通信線の両端には終端抵抗７が接続されている。

２本の信号線（ＣＡＮバスともいう）は、高電位側信号線ＣＡＮ＿Ｈおよび低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌにより構成されている。高電位側信号線ＣＡＮ＿Ｈは、レセシブレベルでは相対的に低い電位（例えば、基準電位近傍の電位）になり、ドミナントレベルでは相対的に高い電位（例えば、基準電位近傍の電位より高い電位）になる信号線である。低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌは、レセシブレベルでは相対的に高い電位（例えば、基準電位近傍の電位）になり、ドミナントレベルでは相対的に低い電位（例えば、基準電位近傍の電位より低い電位）になる信号線である。

本実施の形態において、複数のノード装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの中のノード装置１は、低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌのグランドショートを検出するグランドショート故障検出装置１００の機能を有する。したがって、ノード装置１を説明することで、グランドショート故障検出装置１００の説明に代える。なお、グランドショート故障検出装置１００は、ノード装置１とは別個に独立して設けられてもよい。また、他のノード装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃがグランドショート故障検出装置１００の機能を有してもよい。

ノード装置１は、ＣＡＮトランシーバ２と、制御装置３とを有する。

ＣＡＮトランシーバ２は、制御装置３とＣＡＮバスの物理配線の間との間のインターフェースを提供する。ＣＡＮトランシーバ２は、物理配線を通して信号を伝送するため、データから差動信号への変換とその逆の変換、差動電圧の調整、動作電圧の確保、配線の保護などを行う。

ＣＡＮトランシーバ２は、電流測定部４を有している。電流測定部４は、高電位側信号線ＣＡＮ＿Ｈを流れる電流の電流値を周期的に測定する。また、電流測定部４は、低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌを流れる電流の電流値を周期的に測定する。また、電流測定部４は、測定した電流値のそれぞれを制御装置３に出力する。

制御装置３は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータと入出力装置とを備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置３は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを順次読み出して実行することで、取得部３１、算出部３２、判定部３３、および、制御部３４など種々の機能を実現する。制御装置３は、例えば、ＣＡＮバス（２本の信号線）を介して通信相手のノード装置（例えば、ノード装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃのいずれかをいう）と送受信するデータの処理を実施する。

また、制御装置３は、ＣＡＮバスの状態を監視するなどの他の処理を実施する。これにより、他のノード装置（例えば、ノード装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃをいう）の優先順位が高いかどうかを判定する。制御装置３は、ＣＡＮバスがアクディブな状態である他のノード装置がデータを送信中である状態や、送信を終了した直後の状態）である場合、通信相手のノード装置と送受信するデータの処理を実施しない。また、制御装置３は、ＣＡＮバスがアイドル状態にあり、自身のノード装置１と他のノード装置とが同時に送信を試みる場合、通信調停を行う。通信調停においては、自身のノード装置１および他のノード装置のそれぞれが送信するデータに含まれる識別情報（ＩＤ）が用いられる。通信調停では、制御装置３は、識別情報に基づいて、自身のノード装置１および他のノード装置における優先順位を決定し、優先順位に基づいて通信相手のノード装置と送受信するデータの処理を実施する。

取得部３１は、２本の信号線（高電位側信号線ＣＡＮ＿Ｈの電流値および低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌ）それぞれの電流値を取得する。

算出部３２は、高電位側信号線ＣＡＮ＿Ｈの電流値と低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌの電流値との間の差分（以下、「電流値の差分」という）を算出する。

判定部３３は、算出された電流値の差分が所定値を超えるか否かについて判定する。判定部３３は、電流値の差分が所定値を超える場合、低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌのグランドショート故障が発生していることを示す判断結果を出力する。具体的には、判定部３３は、電流値の差分が所定値を超えた回数が所定数を超える場合、グランドショート故障が発生していることを示す判断結果を出力する。

ところで、通信調停前においては、複数のノード装置のそれぞれから電圧が同時に２本の信号線に伝送される。通信調停後においては、優先順位に基づいて所定のノード装置から電圧が２本の信号線に伝送される。これにより、通信調停が行われる場合においては、取得部３１に取得される２本の信号線の電位が安定しない場合がある。そのため、電流値の差分が安定しない。その結果、判定部３３の判定に誤りが生じるおそれがある。

そこで、本実施の形態においては、低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌのグランドショート故障が発生しているかの判定において、以下の処理が行われる。なお、ここでは、２本の信号線の電位が安定しない場合として、通信調停が行われる場合を一例に説明するが、２本の信号線の電位が安定しない場合としては、通信調停が行われる場合に限定されない。

制御部３４は、通信調停が行われない場合、電流値の差分が所定値を超えるか否かの判定がされるように判定部３３を制御する。判定部３３は、電流値の差分が所定値を超える場合、低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌのグランドショート故障が発生していることを示す判断結果を出力する。制御部３４は、その判定結果が故障コード記録装置６へ送信されるようにＣＡＮトランシーバ２を制御する。

通信調停が行われる場合、予め定められた信号が送信される。ここで、予め定められた信号とは、通信調停に用いられる自身のノード装置１の識別情報（ＩＤ）を有するデータを送信する場合の信号である。制御部３４は、予め定められた信号の送信が完了したか否かを判定する。なお、予め定められた信号の送信が完了することは、調停に勝って自身のノード装置１でデータ送信された時点での電流の差分を使って判定をすることが出来、判定部３３による判定に誤りが少ない状態である。

制御部３４は、予め定められた信号の送信が完了した場合、電流値の差分が所定値を超えるか否かの判定がされるように判定部３３を制御する。そして、同様にして、判定部３３は、電流値の差分が所定値を超える場合、低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌのグランドショート故障が発生していることを示す判断結果を出力する。制御部３４は、その判定結果が故障コード記録装置６へ送信されるようにＣＡＮトランシーバ２を制御する。

次に、動作の一例について説明する。図２は、制御装置３の処理の一例を示すフローチャートである。本フローは、エンジンスイッチをオンした場合に開始される。制御装置３が、取得部３１、算出部３２、判定部３３、および、制御部３４のそれぞれの機能を有するものとして説明する。また、予め定められた信号の送信は、自身のノード装置１から行われるものとして説明する。

先ず、ステップＳ１００において、制御装置３は、高電位信号線ＣＡＮ＿Ｈの吐き出し電流の電流値を取得する。

次に、ステップＳ１１０において、制御装置３は、低電位信号線ＣＡＮ＿Ｌの吸い込み電流の電流値を取得する。

次に、ステップＳ１２０において、制御装置３は、高電位信号線ＣＡＮ＿Ｈの吐き出し電流の電流値と低電位信号線ＣＡＮ＿Ｌの吸い込み電流の電流値との差分を算出する。

次に、ステップＳ１３０において、制御装置３は、算出された差分が所定値を超えるか否かについて判定する。差分が所定値を超える場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１４０に遷移する。差分が所定値を超えない場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、処理はステップＳ１００の前に戻る。

ステップＳ１４０において、制御装置３は、通信調停であるか否かについて判定する。通信調停である場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１００の前に戻る。通信調停でない場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、処理はステップＳ１５０に遷移する。

ステップＳ１５０において、制御装置３は、予め定められた信号が送信されるようにＣＡＮトランシーバ２を制御する。

次に、ステップＳ１６０において、制御装置３は、予め定められた信号の送信が完了したか否かについて判定する。予め定められた信号の送信が完了した場合（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１７０に遷移する。予め定められた信号の送信が完了しない場合（ステップＳ１６０：ＮＯ）、処理はステップＳ１００の前に戻る。

次に、ステップＳ１７０において、制御装置３は、低電位信号線ＣＡＮ＿Ｌのグランドショート故障が発生したと判定する。制御装置３は、判定結果が故障コード記録装置６へ送信されるようにＣＡＮトランシーバ２を制御する。

上記実施の形態におけるグランドショート故障検出装置１００は、２本の信号線を有し、２本の信号線それぞれの電位を変動させ、２本の信号線間の電位差をレセシブレベルとドミナントレベルとに切り替え、レセシブレベルおよびドミナントレベルのそれぞれを信号として、複数のノード装置間でデータの送受信を相互に行う通信ネットワークにおけるグランドショート故障検出装置において、２本の信号線のそれぞれにドミナント出力時に流れる電流の電流値を測定する電流測定部４と、測定されたそれぞれの電流値の差分が所定値を超えるか否かを判定し、差分が所定値を超える場合、２本の信号線のうち、レセシブレベルでは相対的に高い電位になり、ドミナントレベルでは相対的に低い電位になる低電位側信号線ＣＡＮ＿Ｌのグランドショート故障が発生していることを示す判定結果を出力する判定部３３と、予め定められた信号の送信が完了した場合、差分が所定値を超えるか否かの判定がされるように、判定部３３を制御する制御部と３４と、を備える。

上記構成により、予め定められた信号の送信が完了し、２本の信号線の電位が不安定な状態でないことを確認した上で、判定部３３が電流値の差分が所定値を超えているか否かを判定するため、判定の誤りが減少する。これにより、グランドショート故障の判定精度を上げることが可能となる。

また、上記実施の形態におけるグランドショート故障検出装置１００においては、制御部３４は、２本の信号線の電位が安定しない場合に、予め定められた信号が送信される制御を実行する。これにより、２本の信号線の電位が不安定な状態である場合、判定部３３による判定が行われないため、判定の誤りを減少させることが可能となる。

また、上記実施の形態におけるグランドショート故障検出装置１００では、２本の信号線の電位が安定しない場合は、データに含まれるノード装置の識別情報に基づいて複数のノード装置の優先順位を決める通信調停が行われる場合である。これにより、２本の信号線の電位が不安定な状態となる場合がある通信調停では、２本の信号線の電位が不安定な状態でないことを確認した上で、判定部３３による判定が行われるため、判定の誤りを減少させることが可能となる。

また、上記実施の形態におけるグランドショート故障検出装置１００では、通信調停が行われる場合に送信される予め定められた信号は、通信調停に用いられる、自身のノード装置１の識別情報を有するデータを送信する場合の信号である。この場合、自身のノード装置１から予め定められた信号が送信され、その信号の送信が完了した場合、２本の信号線の電位が不安定な状態でないことを自身の信号で確認することができ、グランドショート故障を的確に判定することが可能となるという利点がある。

なお、上記実施の形態におけるグランドショート故障検出装置１００では、２本の信号線の電位が安定しない場合として、通信調停が行われる場合を一例に挙げて説明したが、本開示はこれに限らない。例えば、信号線のインダクタンス成分の差や複数のグランド間の電位差により、２本の信号線の電位が安定しない場合でもよい。この場合、例えば、２本の信号線のインダクタンス成分を測定し、インダクタンス成分の差を算出し、インダクタンス成分の差が所定値を超える場合を、２本の信号線の電位が安定しない場合であるとしてもよい。また、例えば、複数のグランド間の電位を測定し、複数のグランド間の電位差を算出し、複数のグランド間の電位差が所定値を超える場合、２本の信号線の電位が安定しない場合であるとしてもよい。

また、上記実施の形態では、通信調停が行われる場合に送信される予め定められた信号は、前記通信調停に用いられる、自身のノード装置１の識別情報を有するデータを送信する場合の信号として説明したが、本開示はこれに限らない。予め定められた信号の送信は、通信調停に用いられる複数のノード装置の識別情報よりも高い優先順位を有するデータを送信する場合の信号でもよい。この場合、通信調停に係る複数のノード装置の中で、自身のノード装置１の優先順位が最も高くない場合でも、例えば、自身の識別情報の優先順位が他のノード装置の識別情報の優先順位よりも低い場合であっても、通信調停に打ち勝って、自身のノード装置１から予め定められた信号を送信し、その信号の送信が完了したか否かの判定が、時間のロスがなく行えるため、グランドショート故障が発生したか否かの判定を定期的に行うことが可能となるという利点がある。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、グランドショート故障の判定精度を上げることが要求されるグランドショート故障検出装置を備えたノード装置に好適に利用される。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃノード装置
２ＣＡＮトランシーバ
３制御装置
４電流測定部
５メーター
６故障コード記録装置
７終端抵抗
３１取得部
３２算出部
３３判定部
３４制御部
１００グランドショート故障検出装置

Claims

２本の信号線を有し、前記２本の信号線それぞれの電位を変動させ、前記２本の信号線間の電位差をレセシブレベルとドミナントレベルとに切り替え、前記レセシブレベルおよび前記ドミナントレベルのそれぞれを信号として、複数のノード装置間でデータの送受信を相互に行う通信ネットワークにおけるグランドショート故障検出装置において、
前記２本の信号線のそれぞれに流れる電流の電流値を測定する電流測定部と、
測定されたそれぞれの前記電流値の差分が所定値を超えるか否かを判定し、前記差分が所定値を超える場合、前記２本の信号線のうち、前記ドミナントレベルでは相対的低い電位になる低電位側信号線のグランドショート故障が発生していることを示す判定結果を出力する判定部と、
予め定められた信号の送信が完了した場合、前記差分が所定値を超えるか否かの判定がされるように、前記判定部を制御する制御部と、
を備える、
グランドショート故障検出装置。
前記制御部は、前記２本の信号線の電位が安定しない場合に、前記予め定められた信号が送信される制御を実行する、
請求項１に記載のグランドショート故障検出装置。
前記２本の信号線の電位が安定しない場合は、前記データに含まれるノード装置の識別情報に基づいて前記複数のノード装置の優先順位を決める通信調停が行われる場合である、
請求項２に記載のグランドショート故障検出装置。
前記予め定められた信号は、前記通信調停に用いられる、自身のノード装置の識別情報を有するデータを送信する場合の信号である、
請求項３に記載のグランドショート故障検出装置。
前記予め定められた信号は、前記通信調停に用いられる、複数のノード装置の識別情報のいずれよりも高い優先順位を有するデータを送信する場合の信号である、
請求項３に記載のグランドショート故障検出装置。
前記予め定められた信号は、前記ノード装置の識別情報を示す信号である、
請求項１から５のいずれか一項に記載のグランドショート故障検出装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載のグランドショート故障検出装置を備える、ノード装置。