JP2022128840A

JP2022128840A - 車載通信ネットワークシステム

Info

Publication number: JP2022128840A
Application number: JP2021027287A
Authority: JP
Inventors: 智貴山中; Tomoki Yamanaka; 勝彦竹内; Katsuhiko Takeuchi
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-09-05

Abstract

【課題】通信ネットワークに異常が発生した際に、各ＥＣＵの時刻のずれ及び通信ネットワークの帯域圧迫抑制を図りながら時刻同期が可能な車載通信ネットワークシステムを提供する。【解決手段】車載通信ネットワークシステム１は、通信ネットワークＮと、車両１００の走行状態を監視する走行状態監視装置３０と、を備える。通信ネットワークＮは、クロックをそれぞれ有する複数のＥＣＵ１１～１６と、複数の通信線２１～２６と、を備える。複数の通信線２１～２６は、異常発生により通信ネットワークＮが第１及び第２の通信ネットワークに分割された場合に、第１及び第２の通信ネットワークを接続可能な冗長経路を含み、通信ネットワークＮの異常発生後に走行状態監視装置３０が車両１００の停止を検出した場合に、マスタクロックを選択し、マスタクロックの時刻に他のクロックの時刻を同期する。【選択図】図１

Description

本発明は、車載通信ネットワークシステムに関するものである。

ノード同士の時刻同期を行う通信ネットワークとして、光伝送路に障害が発生した場合に、クロックパスの切り替えを行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－８５９７号公報

上記の通信ネットワークを車載通信ネットワークとして適用した場合、車両走行中に光伝送路等に異常が発生した際、クロックパス切り替えに伴うマスタクロックの選定及びスレーブクロックとの同期に時間を要し、各クロックの時刻がずれてしまうおそれがある、という問題がある。また、車両走行中に時刻同期を行うと、通信ネットワークの帯域を圧迫してしまうおそれがある、という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、車載通信ネットワークに異常が発生した際に、各クロックの時刻のずれ及び通信ネットワークの帯域の圧迫の抑制を図りながら、冗長経路を介した通信ネットワークにおいて時刻同期をすることが可能な車載通信ネットワークシステムを提供することである。

［１］本発明に係る車載通信ネットワークシステムは、車両に搭載された通信ネットワークと、前記車両の走行状態を監視すると共に、前記通信ネットワークに接続された走行状態監視装置と、を備え、前記通信ネットワークは、クロックをそれぞれ有する複数のＥＣＵと、前記ＥＣＵ同士を接続する複数の通信線と、を備え、複数の前記通信線は、異常発生により前記通信ネットワークが第１及び第２の通信ネットワークに分割された場合に、前記第１及び第２の通信ネットワークを接続可能な冗長経路を含んでおり、前記通信ネットワークの異常発生後に前記走行状態監視装置が前記車両の停止を検出した場合に、前記通信ネットワークは、複数の前記ＥＣＵが有する前記クロックからマスタクロックを選択し、前記マスタクロックの時刻に他の前記クロックの時刻を同期する車載通信ネットワークシステムである。
［２］上記発明において、前記通信ネットワークの異常発生後に前記車両が走行中であることを前記走行状態監視装置が検出している場合に、前記第１の通信ネットワークは、前記第１の通信ネットワークに含まれる複数の第１のＥＣＵが有する第１のクロックの中から第１のマスタクロックを選択し、前記第１のマスタクロックの時刻に他の前記第１のクロックの時刻を同期すると共に、前記第２の通信ネットワークは、前記第２の通信ネットワークに含まれる複数の第２のＥＣＵが有する第２のクロックの中から第２のマスタクロックを選択し、前記第２のマスタクロックの時刻に他の前記第２のクロックの時刻を同期し、前記冗長経路により前記第１及び第２の通信ネットワークが接続された後に前記走行状態監視装置が前記車両の停止を検出した場合に、前記通信ネットワークは、複数の前記ＥＣＵが有する前記クロックから前記マスタクロックを選択し、前記マスタクロックの時刻に他の前記クロックの時刻を同期してもよい。

本発明によれば、通信ネットワークの異常発生後に走行状態監視装置が車両の停止を検出した場合に、複数のクロックの中からマスタクロックを選択し、マスタクロックの時刻に他のクロックの時刻を同期する。

すなわち、本発明では、車両走行中に通信ネットワークに異常が発生した場合でも、車両が停止するまでは、通信ネットワーク全体についてマスタクロックの選択と他のクロックの時刻同期を行わない。このため、本発明では、車両走行中に通信ネットワーク全体についてマスタクロックの選択及びクロックの時刻同期を行うことにより生じる各クロックの時刻のずれ及び通信ネットワークの帯域の圧迫の抑制を図ることができる。

図１は、本実施形態における車載通信ネットワークシステムを示すブロック図である。図２は、本実施形態における車載通信ネットワークシステムによる制御を示すフローチャートである。図３は、図２のフローチャートにおけるステップＳ３～Ｓ４を示すブロック図である。図４は、図２のフローチャートにおけるステップＳ５を示すブロック図である。図５は、図２のフローチャートにおけるステップＳ７を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態における車載通信ネットワークシステムを示すブロック図である。

本実施形態における車載通信ネットワークシステム１は、通信ネットワークＮと、当該通信ネットワークＮに接続された走行状態監視装置３０と、を備えている。本実施形態における通信ネットワークＮが本発明における「通信ネットワーク」の一例に相当し、本実施形態における走行状態監視装置３０が本発明における「走行状態監視装置」の一例に相当する。

通信ネットワークＮは、自動車等の車両１００内に構築された車内ＬＡＮ（Local Area Network）を構成しており、複数のＥＣＵ１１～１６と、ＥＣＵ１１～１６同士を接続する複数の通信線２１～２６と、を備えている。本実施形態におけるＥＣＵ１１～１６が本発明における「ＥＣＵ」の一例に相当し、本実施形態における通信線２１～２６が本発明における「通信線」の一例に相当する。

本実施形態における通信ネットワークＮは、６つのＥＣＵ１１～１６を有しているが、当該通信ネットワークＮが有するＥＣＵの個数は、複数であれば特にこれに限定されない。また、本実施形態における通信ネットワークＮは、リング型のネットワークトポロジを有しているが、特にこれに限定されず、バス型、スター型等のネットワークトポロジを有していてもよい。また、通信ネットワークにおける冗長経路の数や設置位置も、後述するものに限定されない。すなわち、通信ネットワークの構成は、本実施形態で説明するものに特に限定されず、任意に設計することができる。

本実施形態におけるＥＣＵ１１～１６は、車両１００に搭載された機器を制御する自動車用の電子制御装置である。こうしたＥＣＵの具体例としては、特に限定されないが、例えば、エンジン制御ＥＣＵ、エアコン制御ＥＣＵ、トランスミッション制御ＥＣＵ、カメラＥＣＵ、ゲートウェイＥＣＵ、エアコン制御ＥＣＵ、エアバック制御ＥＣＵ等を例示することができる。各ＥＣＵは、各種センサ（温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、ＧＰＳユニット等）からの情報に基づいて、制御対象である機器が有する各種アクチュエータ（モータ、ソレノイド、点火コイル、ランプ等）を制御することが可能となっている。

ＥＣＵ１１～１６は、マイコン（不図示）を備えている。このマイコンは、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，クロック、通信インターフェース、及び、入出力インターフェース等を備えた演算処理装置である。マイコンは入力インターフェースを介して車両１００内に設けられたセンサに接続されており、当該センサから情報を取得することが可能となっている。また、このマイコンは、出力インターフェースを介して制御対象である機器のアクチュエータに接続されており、当該アクチュエータの駆動を制御することが可能となっている。また、このマイコンは、通信インターフェースを介して通信線に接続され、他のＥＣＵと通信することが可能となっている。

ＥＣＵ１１～１６は、それぞれイーサネット（Ethernet）（登録商標）プロトコルに準拠しており、それぞれのＥＣＵ１１～１６に接続された通信線２１～２２，２４～２６を介してイーサネットプロトコルに従う通信を行うことが可能となっている。

ＥＣＵ１１～１６は、マイコンが備えるクロックで時刻を計時している。このクロックは、ハードウェアクロックで構成されており、計時した時刻情報を他のＥＣＵのマイコンが備えるクロックと通信線を介して送受信することが可能となっている。なお、クロックの構成は特にこれに限定されず、例えば、クロックがシステムクロックで構成されており、マイコンのＲＡＭに包含されていてもよい。

ＥＣＵ１１～１６は、時刻同期プロトコルであるＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ－２０１１規格に準拠しており、時刻情報を送受信することでＥＣＵ１１～１６の備えるクロック１１１～１６１の時刻を同期している。これにより、複数のＥＣＵを共通の時刻に基づいて協調制御することが可能となっている。本実施形態において、このように互いに時刻同期されたクロックを有するＥＣＵから構成されたネットワークを「同期ネットワーク」と称する。

ＥＣＵ１１～１６の時刻同期の具体的な方法として、本実施形態では、ＢＭＣＡ（Best Master Clock Algorithm）を用いている。図１に示すように、ＢＭＣＡによってＥＣＵ１１～１６の中から同期時刻の基となるマスタクロックとしてＥＣＵ１１のクロック１１１が選択される。その他のＥＣＵ１２～１６のクロック１２１～１６１は、いわゆるスレーブクロックとしてマスタクロック１１１から送信される時刻情報を基にマスタクロック１１１の時刻に同期される。

マスタクロック１１１の時刻情報は、ＥＣＵ１１が送信するイーサネットフレームのデータ部に格納され、他のＥＣＵへと送信される。なお、マスタクロックはクロック１１１に限られず、クロック１１１～１６１の時刻情報の品質に基づいて選択される。例えば、高いリアルタイム性の要求されるＥＣＵのクロックがマスタクロックに選択される。

通信線２１～２６は、イーサネット規格に準拠した通信線である。本実施形態では、通信線２１～２６は、１Ｇｂｐｓの通信速度に準拠したＣＡＴ５ｅ以上のカテゴリに準拠している。なお、通信線２１～２６のカテゴリはこれに限定されず、１００Ｍｂｐｓの通信速度に準拠したカテゴリＣＡＴ５に準拠する通信線を用いてもよい。

通信線２１～２６のうち、通信線２３は、ＥＣＵ１３とＥＣＵ１４とを接続可能な状態で配置されており、通常時（通信ネットワークＮに異常がしていない状態）にはＥＣＵ１３とＥＣＵ１４を電気的に接続していない。この通信線２３は、通信ネットワークＮの冗長経路として機能し、他の通信線に故障が発生した際、通信線２３を介してＥＣＵ１３とＥＣＵ１４とを通信可能に接続することができる。本実施形態における通信線２３が本発明における「冗長経路」の一例に相当する。

本実施形態における通信ネットワークＮは、当該通信ネットワークＮに異常が発生しているか否かを常に監視している。通信ネットワークＮに接続不良や断線等の異常が発生すると、異常発生個所の近傍に位置するＥＣＵが当該異常を検知し、通信線を介して各ＥＣＵ１１～１６に当該異常が発生した旨が通知される。そして、通信ネットワークＮ内で通信が不可能となった場合、通信線２３を介して通信ネットワークＮを復旧するようロジックが組まれている。このロジックは、各ＥＣＵ１１～１６の備えるマイコンのＲＯＭに記憶されている。

走行状態監視装置３０は、車両１００の走行状態を監視するためのコンピュータユニットである。走行状態監視装置３０は、接続線２７を介してＥＣＵ１１に接続されていると共に、接続線２８を介してＥＣＵ１６に接続されている。一例を挙げれば、走行状態監視装置３０は、車両１００のタイヤの回転数等に基づき車両の走行状態を判断し、タイヤの回転数が０であった場合、ＥＣＵ１１及びＥＣＵ１６に車両停止信号を送信することが可能となっている。なお、走行状態監視装置３０の接続先は特にＥＣＵ１１，１６に限定されない。一例を挙げれば、ＥＣＵ１１～１６のうち、マスタクロックとなりうるクロックを有するＥＣＵに接続されていればよい。或いは、走行状態監視装置３０は、ＥＣＵ１１～１６のすべてに接続されていてもよい。

車両１００の走行中に通信ネットワークＮに異常が発生した場合における各ＥＣＵの時刻同期の方法について、図１～図５を参照しながら説明する。図２は本実施形態における車載通信ネットワークシステム１による制御を示すフローチャートであり、図３は図２のフローチャートにおけるステップＳ３～Ｓ４を示すブロック図であり、図４は図２のフローチャートにおけるステップＳ５を示すブロック図であり、図５は図２のフローチャートにおけるステップＳ７を示すブロック図である。

図２のステップＳ１において、車載通信ネットワークシステム１は、図１に示すように、通信ネットワークＮが有する全てのＥＣＵ１１～１６の時刻同期を行うことで、同期ネットワーク（全体同期ネットワーク）Ｎ’を形成する。この同期ネットワークＮ’には、全てのＥＣＵ１１～１６が含まれている。なお、このステップＳ１の時刻同期は、車両１００が走行を開始する前に実行される。

次に、図２のステップＳ２では、通信ネットワークＮ内の異常を検知する。図３に示すように、通信線の故障等の異常が発生した場合は、ステップＳ３に進む。異常が発生した場合、異常発生個所近傍のＥＣＵに当該異常が検知され、通信線を介して他のすべてのＥＣＵに異常が発生した旨が通知される。

図２のステップＳ３において、図３に示すように、例えば通信線２６に故障が発生した場合、通信ネットワークＮは、ＥＣＵ１１～１３を含む第１の通信ネットワークＮ１とＥＣＵ１４～１６を含む第２の通信ネットワークＮ２とに分割される。すなわち、第１の通信ネットワークＮ１に含まれるＥＣＵ１１～１３と、第２の通信ネットワークＮ２に含まれるＥＣＵ１４～１６とは、互いに通信不可能な状態となる。なお、本実施形態では、通信ネットワークＮの異常の一例として、通信線２６が故障した場合を例示しているが、通信ネットワークＮの異常は、特にこれに限定されず、例えば、他の通信線２１～２５に生じた異常であってもよいし、或いは、ＥＣＵ１１～１６に生じた異常であってもよい。

なお、第１の通信ネットワークＮ１は、通信ネットワークＮの一部を構成する部分ネットワークであり、第２の通信ネットワークＮ２は、通信ネットワークＮの他の一部を構成する部分ネットワークである。

本実施形態における第１の通信ネットワークＮ１が本発明における「第１の通信ネットワーク」の一例に相当し、本実施形態におけるＥＣＵ１１～１３が本発明における「第１のＥＣＵ」の一例に相当し、本実施形態における第２の通信ネットワークＮ２が本発明における「第２の通信ネットワーク」の一例に相当し、本実施形態におけるＥＣＵ１４～１６が本発明における「第２のＥＣＵ」の一例に相当する。

図２のステップＳ４において、第１の通信ネットワークＮ１は、図３に示すように、ＢＭＣＡを用いてＥＣＵ１１～１３が有するクロック１１１～１３１の中からクロック１１１を第１のマスタクロックとして選択する。第１の通信ネットワークＮ１は、マスタクロック１１１の時刻にクロック１２１，１３１の時刻を同期し、ＥＣＵ１１～１３を含む第１の同期ネットワーク（第１の部分同期ネットワーク）Ｎ１’を形成する。なお、第１のマスタクロックはクロック１１１に限定されず、クロック１１１～１３１の時刻情報の品質を基に、クロック１２１又はクロック１３１を第１のマスタクロックとして選択してもよい。

また、ステップＳ４において、第２の通信ネットワークＮ２は、ＢＭＣＡを用いてＥＣＵ１４～１６が有するクロック１４１～１６１の中からクロック１６１を第２のマスタクロックとして選択する。第２の通信ネットワークＮ２は、第２のマスタクロック１６１の時刻にクロック１４１，１５１の時刻を同期し、ＥＣＵ１４～１６を含む第２の同期ネットワーク（第２の部分同期ネットワーク）Ｎ２’を形成する。なお、第２のマスタクロックはクロック１６１に限定されず、クロック１４１～１６１の時刻情報の品質を基に、クロック１４１又はクロック１５１を第２のマスタクロックとして選択してもよい。

本実施形態における第１のマスタクロック１１１が本発明における「第１のマスタクロック」の一例に相当し、本実施形態における第２のマスタクロック１６１が本発明における「第２のマスタクロック」の一例に相当する。

次いで、ステップＳ５において、図４に示すように、ＥＣＵ１３及びＥＣＵ１４は、それぞれのＥＣＵが備えるマイコンにあらかじめ規定されているロジックに従い、冗長経路である通信線２３を介して互いを接続する。これにより、第１の通信ネットワークＮ１と第２の通信ネットワークＮ２が統合され、ＥＣＵ１１～１６を含む通信ネットワークＮが復旧する。これにより、ＥＣＵ１１～１６は、通信線２１～２５を介して互いに通信可能な状態となる。

なお、ステップＳ５において、第１の同期ネットワークＮ１’と第２の同期ネットワークＮ２’はそれぞれ独立した状態であり、それぞれの同期ネットワークＮ１’，Ｎ２’内で各クロックの時刻同期を継続している。

ステップＳ６では、走行状態監視装置３０により車両の走行状態を判断する。走行状態監視装置３０が車両１００の停止を検知し、車両停止信号をＥＣＵ１１及びＥＣＵ１６に送信した場合、第１の通信ネットワークＮ１及び第２の通信ネットワークＮ２は車両１００が停止していると判断し、ステップＳ７に進む。走行状態監視装置３０が車両１００は走行中であると判断した場合は、このステップＳ６を繰り返す。

ステップＳ７では、図５に示すように、通信ネットワークＮは、第１及び第２の同期ネットワークＮ１’，Ｎ２’からＥＣＵ１１～１６を含む同期ネットワークＮ’に同期ネットワークを切り替える。すなわち、通信ネットワークＮは、ＢＭＣＡを用いてクロック１１１～１６１の中からクロック１１１をマスタクロックとして選択する。また、通信ネットワークＮは、クロック１２１～１６１の時刻をマスタクロック１１１の時刻に同期する。なお、マスタクロックはクロック１１１に限定されず、クロック１１１～１６１の時刻情報の品質を基にクロック１２１～１６１のいずれかをマスタクロックとして選択してもよい。

本実施形態における車載通信ネットワークシステム１は、通信ネットワークＮに異常が発生した後に、走行状態監視装置３０が車両１００の停止を検出した場合に、通信線２３によって復旧した通信ネットワークＮにおいてマスタクロックを選択し、当該マスタクロックの時刻に他のクロックの時刻を同期する。

すなわち、本実施形態における車載通信ネットワークシステム１では、通信ネットワークＮに異常が発生しても、車両１００が停止するまでは通信ネットワークＮ全体についてマスタクロックの選択と時刻同期を行わない。よって、本実施形態における車載通信ネットワークシステム１では、車両１００の走行中に通信ネットワークＮ全体についてマスタクロックの選択及び時刻同期を行うことによって生じるクロック同士の時刻のずれを抑制することができる。

加えて、本実施形態における車載通信ネットワークシステム１では、上記の通り、車両１００が停止するまでは通信ネットワークＮ全体についてマスタクロックの選択と時刻同期を行わないため、車両１００の走行中にクロックの時刻同期を行うことに伴う通信ネットワークＮの帯域の圧迫を抑制することができる。

また、本実施形態における車載通信ネットワークシステム１は、通信ネットワークＮに異常が発生した後であって、車両１００が走行中であることを走行状態監視装置３０が検出している場合に、第１の通信ネットワークＮ１の中で第１のマスタクロック１１１を選択してクロック１１１～１１３の時刻同期を行うと共に、第２の通信ネットワークＮ２の中で第２のマスタクロック１６１を選択してクロック１４１～１６１の時刻同期を行う。

従って、本実施形態における車載通信ネットワークシステム１では、車両１００の走行中で通信ネットワークＮが復旧する前であっても、第１及び第２の通信ネットワークＮ１，Ｎ２のそれぞれにおいて、クロックの時刻同期を行うことができる。よって、走行中における各クロックの時刻のずれを抑制することができる。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…車載通信ネットワークシステム
１１～１６…ＥＣＵ
２１～２６…通信線
２７，２８…接続線
３０…走行状態監視装置
１００…車両
Ｎ…通信ネットワーク
Ｎ１，Ｎ２…第１及び第２の通信ネットワーク
Ｎ’…同期ネットワーク
Ｎ１’，Ｎ２’…第１及び第２の同期ネットワーク

Claims

車両に搭載された通信ネットワークと、
前記車両の走行状態を監視すると共に、前記通信ネットワークに接続された走行状態監視装置と、を備え、
前記通信ネットワークは、
クロックをそれぞれ有する複数のＥＣＵと、
前記ＥＣＵ同士を接続する複数の通信線と、を備え、
複数の前記通信線は、異常発生により前記通信ネットワークが第１及び第２の通信ネットワークに分割された場合に、前記第１及び第２の通信ネットワークを接続可能な冗長経路を含んでおり、
前記通信ネットワークの異常発生後に前記走行状態監視装置が前記車両の停止を検出した場合に、前記通信ネットワークは、複数の前記ＥＣＵが有する前記クロックからマスタクロックを選択し、前記マスタクロックの時刻に他の前記クロックの時刻を同期する車載通信ネットワークシステム。
請求項１に記載の車載通信ネットワークシステムであって、
前記通信ネットワークの異常発生後に前記車両が走行中であることを前記走行状態監視装置が検出している場合に、
前記第１の通信ネットワークは、前記第１の通信ネットワークに含まれる複数の第１のＥＣＵが有する第１のクロックの中から第１のマスタクロックを選択し、前記第１のマスタクロックの時刻に他の前記第１のクロックの時刻を同期すると共に、
前記第２の通信ネットワークは、前記第２の通信ネットワークに含まれる複数の第２のＥＣＵが有する第２のクロックの中から第２のマスタクロックを選択し、前記第２のマスタクロックの時刻に他の前記第２のクロックの時刻を同期し、
前記冗長経路により前記第１及び第２の通信ネットワークが接続された後に前記走行状態監視装置が前記車両の停止を検出した場合に、前記通信ネットワークは、複数の前記ＥＣＵが有する前記クロックから前記マスタクロックを選択し、前記マスタクロックの時刻に他の前記クロックの時刻を同期する車載通信ネットワークシステム。