JP4258460B2 - ネットワークシステム及びネットワークシステムの故障診断方法 - Google Patents

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本発明は、ネットワークシステム及びネットワークシステムの故障診断方法に係り、特に、ネットワークを介して接続された複数のノード同士が協調して制御を行う協調制御ノード群を構成するネットワークシステム及びそのネットワークシステムの故障診断方法に関する。
従来より、ネットワークに接続された複数のノード間におけるデータの送受信により、あるノードが他のノードから送信されるデータに基づいて特定の制御を実行するという協調制御が行われるネットワークシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。このシステムにおいては、制御系ノードの通信系統に異常が発生した場合、その制御系ノードが制御量を所定のフェールセーフ制御量に向けて徐々に変更することとしている。
特開平4−304099号公報
ところで、上記のネットワークシステムでは、自ノードが自身で受信不能や送信不能を判断して自己の故障発生を認識すると共に、他ノードからの報知により自ノードの故障発生を認識する。しかし、複数のノード同士が協調制御を行っているため、自ノード以外のノードから自ノードに送られたデータが異常であることもあり、自ノードがその送信データの異常に起因して自己に故障が発生していないにもかかわらず故障が生じていると誤判定する可能性がある。
そこで、上記したネットワークシステムにおける故障部位を特定するために、協調制御を行う複数のノードを一つずつ動作停止又は動作固定させると共に、残りのノードの動作を継続させることにより、システムの状態を観測することが考えられる。この際、動作停止又は動作固定される停止ノードに対してはその旨の指令が行われると共に、残りのノードに対しては停止ノードが動作停止又は動作固定される旨の通知が行われることとなる。しかし、各ノードはネットワークを介して接続されているため、上記した動作停止等を実行させるための指令と停止ノードの動作停止等の旨の通知とが別々に発行されて送信されるものとすると、両送信の時間差に起因して複数のノード間における協調制御が不安定になり、或いは、誤った故障判定が行われる事態が生じ得る。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、協調制御ノード群での動作停止又は動作固定を行う停止ノードへの指令と、停止ノードの動作停止又は動作固定が行われる旨を認識する非停止ノードへの通知との時間差をなくすことが可能なネットワークシステム及びネットワークシステムの故障診断方法を提供することを目的とする。
上記の目的は、ネットワークを介して接続された複数のノード同士が協調して制御を行う協調制御ノード群を構成するネットワークシステムであって、前記協調制御ノード群の故障を診断する際、該協調制御ノード群内の所定のノードに対して供給すべき動作停止又は動作固定を実行させるための指令と、該協調制御ノード群内の他のノードに対して供給すべき前記所定のノードの動作停止又は動作固定が行われる旨の通知と、を兼用して発行する故障診断用データ発行手段を備え、前記所定のノードは、前記指令を受信した場合、予め定められた協調制御の停止又は固定を行い、前記他のノードは、前記通知を受信した場合、前記所定のノードからの協調が得られないことを認識しつつ動作継続を行うと共に、前記故障診断用データ発行手段による発行が行われた後、前記他のノードの動作結果に基づいて前記協調制御ノード群内のシステム状態を観測する状態観測手段を備えるネットワークシステムにより達成される。
また、上記の目的は、ネットワークを介して接続された複数のノード同士が協調して制御を行う協調制御ノード群を構成するネットワークシステムの故障を診断する方法であって、前記協調制御ノード群内の所定のノードに対して供給すべき動作停止又は動作固定を実行させるための指令と、該協調制御ノード群内の他のノードに対して供給すべき前記所定のノードの動作停止又は動作固定が行われる旨の通知と、を兼用して発行させる故障診断用データ発行ステップと、前記指令を受信した前記所定のノードに、予め定められた協調制御の停止又は固定を行わせる指定ノード制御停止・固定ステップと、前記通知を受信した前記他のノードに、前記所定のノードからの協調が得られないことを認識させつつ動作継続を行わせる非停止ノード動作継続ステップと、前記故障診断用データ発行ステップにおける発行が行われた後、前記他のノードの動作結果に基づいて前記協調制御ノード群内のシステム状態を観測する状態観測ステップと、を備えるネットワークシステムの故障診断方法により達成される。
本発明において、ネットワークを介して接続された複数のノード同士が協調して制御を行う協調制御ノード群の故障診断時には、協調制御ノード群内の所定のノードに対して供給すべき動作停止又は動作固定を実行させるための指令と、協調制御ノード群内の他のノードに対して供給すべき所定のノードの動作停止又は動作固定が行われる旨の通知と、が兼用して発行される。この場合には、協調制御ノード群内の停止ノードへの指令がなされればほぼ同時に非停止ノードへの通知がなされるので、両者間の時間差が解消されることとなる。
この場合、上記したネットワークシステムにおいて、前記状態観測手段による観測結果に基づいて、該協調制御ノード群内で故障を起こした故障ノードを特定する故障ノード特定手段を備えることとしてもよい
また、上記したネットワークシステムにおいて、前記故障診断用データ発行手段は、前記協調制御ノード群の故障を診断する際、前記協調制御ノード群内のすべてのノードのうち前記指令を受信させる前記所定のノードを順番に切り替えることとしてもよい
更に、上記したネットワークシステムにおいて、前記他のノードは、前記所定のノードからの協調が得られないことを認識した後、必要なバックアップ制御を実行し或いは異常判定処理を中止することとすればよい。
尚、上記したネットワークシステムにおいて、前記故障診断用データ発行手段は、前記協調制御ノード群に前記ネットワークを介して接続された外部診断ツール又は前記協調制御ノード群外のノードに設けられることとすればよい。
請求項1乃至6記載の発明によれば、協調制御ノード群の故障診断時において、協調制御ノード群内の停止ノードへの指令と非停止ノードへの通知との時間差を解消することができる。このため、協調制御の制御安定性と協調制御ノード群の故障診断の正確性とを向上させることができる。
図1は、本発明の一実施例であるネットワークシステム10の構成図を示す。本実施例のネットワークシステム10は、複数のノード12を備えている。これら複数のノード12は、多重通信線14を介して互いに接続されている。このため、各ノード12は、他のノード12との間で多重通信線14を介して各種のデータを送受信することが可能である。多重通信線12は、シングル線又はツイストペア線からなる共有バスであり、各ノード12から送信されるデータを時分割多重で伝送することを可能としている。
本実施例のネットワークシステム10は、自動車の各種制御装置に設けられる電子制御ユニットであるECUやインテリジェントなセンサをノード12として多重通信線14で接続したものである。ノード12は、例えば、ステアリング舵角に応じた信号を出力する舵角センサ、車両の重心軸周りに生ずるヨーレートに応じた信号を出力するヨーレートセンサ、スロットル開度やアクセル開度,エンジン水温等に基づいてエンジン制御を行うエンジンECU、車輪速やヨーレート,ステアリング舵角等に基づいて車両の旋回挙動を安定化させるVSC(Vehicle Stability Control)−ECU、シフト操作位置等に基づいて車両のシフトポジションを制御するトランスミッションECU、ブレーキ踏力やステアリング舵角等に基づいて車両の制動力を制御するブレーキECU、ステアリング舵角等に基づいて操舵アシスト力を制御するパワーステアリングECU、エアコン操作スイッチや車内温等に基づいて車内のエアコンディションを制御するオートエアコンECU等である。
多重通信線14を介して接続する全ノード12のうち特定のノード12間においては、予め定められた所定のデータが共有されている。例えば、VSC−ECUとブレーキECUとエンジンECUとの間では、ブレーキECUで検出される車輪速の情報が共有されている。また、エンジンECUとオートエアコンECUとの間では、エンジンECUで検出されるエンジン水温の情報が共有されている。すなわち、特定のノード12は、他の特定のノード12との間で互いに必要な共有データを送受信する。
以下、ノード12が他のノード12から送られてくるデータに基づいて制御を実行することを協調制御と称す。また、多重通信線14を介して接続する全ノード12のうちデータを共有する一群のノード12を総称して協調制御ノード群と称す。更に、以下では、協調制御ノード群を3つのノードA、ノードB、及びノードCから構成されるものとするが、2つ或いは4つ以上のノードから構成されるものとしてもよい。
各ノード12は、コントローラを内蔵するマイクロコンピュータ(マイコン)と、このマイコンに接続する通信モジュールと、を有している。マイコンは、CAN(Controller Area Network)等の所定の通信プロトコルに従ってコントローラを制御して、自ノードやセンサからの出力データを多重通信線14を介して他のノードへ送信すべくデジタル化し、また、他のノードから多重通信線14を介して受信した入力データをデコードして自身での制御を実行する。また、通信モジュールは、コントローラにより制御され、自ノード以外の他ノードにデータを送信すると共に、他ノードから自ノードに送信されてきたデータを受信する。ノードA〜Cはそれぞれ、自ノードに接続するセンサやスイッチの状態並びに他ノードから送信されたデータに基づいて自ノードにおける制御を行う。
各ノード12の送信するデータは、予め所定の構成を有する信号フレームにより構成されている。この信号フレームは、少なくとも当該送信データの宛先(受信すべきノードの識別コード)を示すフィールドを含み、例えば、フレームの始まりを示すスタートオブフレーム(SOF)と、複数のノード12からの送信データが衝突した際における当該データの送信についての優先順位を示すプライオリティコードと、当該送信データの長さを示すデータ長コードと、当該送信データの宛先を示すフィールドと、送信データの種類(例えば、自ノードにおけるデータを送信するものや他ノードにデータの送信を要求するもの、他ノードにエラーを知らせるもの等がある。)を示すフィールドと、送信データ自体の内容(例えば、車輪速の情報等)を示すフィールドと、伝送エラーをチェックするためのCRCフィールドと、正常に受信が完了したことを確認するためのフィールドと、フレームの終わりを示すエンドオブフレーム(EOF)と、から構成されている。
尚、各ノード12には、予め他のノード12と区別・識別するための固有の識別コードが付されている。また、協調制御を実行する複数のノード12から構成されるノード群にも、各ノード12の識別コードとは異なる同形式の識別コードが付されている。各ノード12は、自ノードの識別コードを宛先として含む信号フレームを他ノード12からの送信データとして受信すると共に、自ノードを含む協調制御ノード群の識別コードを宛先として含む信号フレームを他ノード12からの送信データとして受信することができる。
本実施例のネットワークシステム10は、各ノード12が多重通信線14を介して他のノード12へ送信すべきデータを時分割多重で送信することが可能なシステムである。すなわち、各ノード12は、多重通信線14に他のデータが流れていない状態ではデータ送信を開始する一方、他の1以上のノードから同時にデータ送信が開始されたときは送信優先順位に従ってデータ送信を行い、他のノードからのデータ送信が行われているときは一定時間待機した後にデータ送信を行う。
ところで、本実施例のネットワークシステム10では、ノード12が他のノード12から送られてくるデータに基づいて制御を実行する協調制御が行われるが、その協調制御ノード群内の少なくとも一つのノードA〜Cが故障すると、その制御系全体が異常状態或いは不調に陥る。例えば、ノードAが舵角センサであり、ノードBがVSC−ECUであり、また、ノードCがパワーステアリングECUである状況においては、舵角センサが故障すると(例えばセンサ信号固着異常)、協調制御であるVSC−ECUによる旋回挙動制御およびパワーステアリングECUによる操舵アシスト制御が正常に行われないこととなる。また、ノードA〜Cが自己の故障診断を行うノードである場合には、自ノードが実際には故障を起こしていないにもかかわらず他ノードの故障に起因して自ノードが故障を起こしていると誤って判定することもある。
そこで、上記の故障が生じた際にその故障したノード(以下、故障ノードと称す)12が何れのノードA〜Cであるのかを特定する手法として、協調制御ノード群内のノードA〜Cを一つずつ動作停止又は動作固定させる(何らかのアクチュエータを動作させる協調制御を実行するノードにおいては、その協調制御を停止又は固定させる)と共に、その動作停止等が行われるノード(以下、停止ノードと称す)A〜C以外のノード(以下、非停止ノードと称す)A〜Cに一のノードが動作停止又は動作固定されることを知らせてその状態で自己の動作を実行させることが考えられる。
ノードA〜Cのうちの一ノードが動作停止又は動作固定され、かつ、残りのノードA〜Cが一のノードの動作停止等(すなわち、一のノードからの協調が得られないこと)を認識した状態で動作継続され、そして、かかる処理が停止ノードを順番にノードAからノードCまで切り替えて行われるものとすれば、強制的に動作停止等が行われる停止ノード以外の非停止ノードの制御状態からシステムの状態を観測することができ、これにより、故障ノードを特定することが可能となる。
本実施例のネットワークシステム10において、ノード12には、協調制御を行う協調制御ノード群に多重通信線14を介して接続する外部診断ツール又は協調制御ノード群外の所定ノード(以下、適宜、外部ツール/ノード20とする。)が設けられている。外部診断ツールは、主に協調制御ノード群の故障を診断すべき際に多重通信線14に接続されて、その状態でノードA〜Cとデータの送受信を行い、協調制御ノード群の故障診断を行う装置である。また、協調制御ノード群外の所定ノードは、常に多重通信線14に接続されており、ノードA〜Cとデータの送受信を行うことが可能なノードであって、ノードA〜Cからなる協調制御ノード群を統括するものであればよい。
外部ツール/ノード20は、協調制御ノード群内の故障ノードを特定する際、まず、協調制御ノード群内のノードA〜Cのうちの一のノードに対して多重通信線14を介して動作停止又は動作固定を実行させるための指令を行うと共に、協調制御ノード群内の他のすべてのノードA〜Cに対して多重通信線14を介して一のノードA〜Cの動作停止又は動作固定が行われる旨の通知を行い、そして、その状態での他ノードA〜Cのそれぞれの動作結果(協調制御の制御結果を含む)から協調制御ノード群内のシステム状態を観測する。
例えば、まず、停止ノードをノードAとし、非停止ノードをノードB及びCとしたときは、ノードAに対して多重通信線14を介して動作停止等のための指令(以下、制御停止指令と称す)を供給し、かつ、ノードB,Cに対して多重通信線14を介してノードAが動作停止等される旨の通知(以下、停止通知と称す)を供給する。そして、ノードAが動作停止等されかつノードB,CがノードAの動作停止等(すなわち、ノードAからの協調が得られないこと)を認識した状態でのノードB,Cのそれぞれの動作結果を観測する。次に、停止ノードをノードBに切り替え、非停止ノードをノードC及びAに切り替えて、ノードBに対して多重通信線14を介して動作停止等のための制御停止指令を供給し、かつ、ノードC,Aに対して多重通信線14を介してノードBが動作停止等される旨の停止通知を供給して、ノードBが動作停止等されかつノードC,AがノードBの動作停止等(すなわち、ノードBからの協調が得られないこと)を認識した状態でのノードC,Aのそれぞれの動作結果を観測する。最後に、停止ノードをノードCに切り替え、非停止ノードをノードA,Bに切り替えて、同様の処理を行う。
かかる一連の処理によれば、強制的に動作停止又は動作固定される停止ノード以外の非停止ノードの動作結果から、停止ノードが動作停止等されかつ非停止ノードが停止ノードの動作停止等(すなわち、停止ノードからの協調が得られないこと)を認識した状態での協調制御ノード群の状態を観測することができるので、これにより、協調制御ノード群内で故障を起こした故障ノードを特定することが可能となる。
図2は、本実施例のネットワークシステム10において外部ツール/ノード20から協調制御ノード群内の各ノードA〜Cに対して行われる上記した制御停止指令及び停止通知の手順を説明するための図を示す。尚、図2(A)には本実施例のネットワークシステム10と対比されるシステムにおいて実行される制御停止指令及び停止通知の手順を、また、図2(B)には本実施例のネットワークシステム10において実行される制御停止指令及び停止通知の手順を、それぞれ示す。
しかしながら、協調制御ノード群の故障診断を行うべく、協調制御ノード群内の一のノードA〜Cに対して供給すべき制御停止指令と、協調制御ノード群内の他のすべてのノードA〜Cに対して供給すべき一のノードA〜Cが動作停止等される旨の停止通知とが、外部ツール/ノード20から図2(A)に示す如く(1)〜(3)の順に別々に発行されて多重通信線14へ向けて送信されるものとすると、以下に示す不都合が生ずる。
すなわち、本実施例の各ノード12は一の多重通信線14を介して互いに接続されており、各ノード12から送信されるデータは時分割多重で多重通信線14を流れるため、制御停止指令と停止通知との時間差が生じ、その結果として、制御停止指令が停止ノードに受信された後かつ停止通知が非停止ノードに受信される前において、その非停止ノードへの停止通知の非受信に起因して、その非停止ノードにおける動作や協調制御が不安定化して、協調制御ノード群の故障診断が誤る可能性があり、また、その非停止ノードにおける自己の故障診断が誤るおそれがある。
そこで、本実施例のネットワークシステム10においては、協調制御ノード群の故障診断を行う際、図2(B)に示す如く、協調制御ノード群内の一のノードA〜Cに対して供給すべき制御停止指令と、協調制御ノード群内の他のすべてのノードA〜Cに対して供給すべき一のノードA〜Cが動作停止等を行った旨の停止通知と、を兼用させることで外部ツール/ノード20から同時に発行することとしている。
具体的には、外部ツール/ノード20は、協調制御ノード群の故障診断を行う際、まず、協調制御ノード群内のすべてのノードA〜Cが受信可能かつ読み取り可能な制御停止指令と停止通知とを兼用させた送信データ(例えば図2(B)に示す如く、ノードAの動作停止等を実行させるための制御停止指令とノードAの動作停止等が行われる旨の停止通知とを兼用させた送信データ)を生成し、その送信データの宛先を協調制御ノード群内のすべてのノードA〜Cを示す識別コード(すなわち、その協調制御ノード群を示す識別コード)に設定する。そして、その信号フレームからなる送信データを発行して多重通信線14へ向けて送信する。
この場合には、協調制御ノード群内の一のノードA〜C(図2(B)に示す状態おいてはノードA)への制御停止指令と他のすべてのノードA〜C(図2(B)に示す状態においてはノードB,C)への停止通知とが同時になされ、各ノードA〜Cがそれぞれ、外部ツール/ノード20から多重通信線14を介して送信される送信データをほぼ同時に受信することができる。すなわち、制御停止指令が停止ノードに受信されればほぼ同時に停止通知が非停止ノードに受信される。
従って、本実施例のネットワークシステム10によれば、協調制御ノード群の故障診断時において、協調制御ノード群内の停止ノードへの制御停止指令と非停止ノードへの停止通知との時間差をなくすことが可能である。このため、停止ノードによる制御停止指令の受信後における非停止ノードによる停止通知の非受信に起因した協調制御や動作の不安定化が生ずることはなく、非停止ノードにおける協調制御や動作の安定性を向上させることが可能となっており、その結果として、協調制御ノード群内における故障ノードを絞り込むことができ、その故障診断の正確性を向上させることが可能となっている。また、非停止ノードにおける自己の故障診断を適正に行うことが可能となっている。
尚、上記の実施例においては、多重通信線14が特許請求の範囲に記載した「ネットワーク」に相当している。
ところで、上記の実施例においては、外部ツール/ノード20から多重通信線14へ向けて送信する制御停止指令と停止通知とを兼用させた送信データを、協調制御ノード群内のすべてのノードA〜Cに受信させ読み取らせるべく、その送信データの宛先に協調制御ノード群内のすべてのノードA〜Cを示す識別コードを用いることとしているが、送信データの宛先には動作停止又は動作固定を行うべき一のノードA〜Cの識別コードを用いる一方で、協調制御ノード群内の他のノードA〜Cに、送信データの宛先が自ノードや自ノードの属する協調制御ノード群でなくてもその協調制御ノード群内のノードのものであればその送信データを受信させ読み取らせるようにしてもよい。また、送信データの宛先には協調制御ノード群内のすべてのノードA〜Cの識別コードを並列して列記すると共に、その協調制御ノード群内のすべてのノードA〜Cにその送信データを受信させ読み取らせることとしてもよい。
また、上記の実施例においては、協調制御ノード群内の動作停止等が行われる停止ノード以外の非停止ノードは、停止ノードの動作停止等が行われる旨の停止通知を受信した場合、協調制御においてその停止ノードからの協調が得られないことを認識しつつ、その停止ノードが動作停止又は動作固定する状態で自己の制御(バックアップ制御)や動作を実行するが、更に、通常は行っている自ノード又は他ノードの異常判定処理を中止することとしてもよい。かかる構成によれば、停止ノードによる制御停止指令の受信後における非停止ノードによる停止通知の非受信に起因した、自ノードや他ノードに異常が生じているとの誤った判定が行われるのを防止することが可能となる。
また、上記の実施例においては、協調制御ノード群の故障診断を行ううえで、一のノードA〜Cを動作停止等させ、かつ、他のすべてのノードA〜Cに対して一のノードA〜Cの動作停止等が行われる旨を通知することとしているが、上記の実施例を含めて多数のノードが協調制御ノード群を構成する場合には、2つ以上のノードを動作停止等させ、かつ、他のすべてのノードに2つ以上のノードの動作停止等が行われる旨を通知することとしてもよい。
また、上記の実施例においては、多重通信線14を介して複数のノード12が接続される一つのネットワークシステムに搭載される協調制御ノード群を、ノードA〜Cからなるもの一つだけとしたが、一つのネットワークシステムに互いに異なる2つ以上の協調制御ノード群を構成するものとしてもよい。
更に、上記の実施例においては、ネットワークシステム10を、自動車の有する各種の電子制御ユニットを多重通信線14を介して接続させたものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、自動車以外に搭載されて、電子制御装置を多重通信線を介して接続させたものであってもよい。
本発明の一実施例であるネットワークシステムの構成図である。 本実施例のネットワークシステムにおいて外部ツール/ノードから協調制御ノード群内の各ノードに対して行われる指令及び通知の手順を説明するための図である。
符号の説明
10 ネットワークシステム
12 ノード
14 多重通信線
20 外部ツール/ノード

Claims (6)

  1. ネットワークを介して接続された複数のノード同士が協調して制御を行う協調制御ノード群を構成するネットワークシステムであって、
    前記協調制御ノード群の故障を診断する際、該協調制御ノード群内の所定のノードに対して供給すべき動作停止又は動作固定を実行させるための指令と、該協調制御ノード群内の他のノードに対して供給すべき前記所定のノードの動作停止又は動作固定が行われる旨の通知と、を兼用して発行する故障診断用データ発行手段を備え、
    前記所定のノードは、前記指令を受信した場合、予め定められた協調制御の停止又は固定を行い、
    前記他のノードは、前記通知を受信した場合、前記所定のノードからの協調が得られないことを認識しつつ動作継続を行うと共に、
    前記故障診断用データ発行手段による発行が行われた後、前記他のノードの動作結果に基づいて前記協調制御ノード群内のシステム状態を観測する状態観測手段を備えることを特徴とするネットワークシステム。
  2. 前記状態観測手段による観測結果に基づいて、該協調制御ノード群内で故障を起こした故障ノードを特定する故障ノード特定手段を備えることを特徴とする請求項1記載のネットワークシステム。
  3. 前記故障診断用データ発行手段は、前記協調制御ノード群の故障を診断する際、前記協調制御ノード群内のすべてのノードのうち前記指令を受信させる前記所定のノードを順番に切り替えることを特徴とする請求項1記載のネットワークシステム。
  4. 前記他のノードは、前記所定のノードからの協調が得られないことを認識した後、必要なバックアップ制御を実行し或いは異常判定処理を中止することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載のネットワークシステム。
  5. 前記故障診断用データ発行手段は、前記協調制御ノード群に前記ネットワークを介して接続された外部診断ツール又は前記協調制御ノード群外のノードに設けられることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項記載のネットワークシステム。
  6. ネットワークを介して接続された複数のノード同士が協調して制御を行う協調制御ノード群を構成するネットワークシステムの故障を診断する方法であって、
    前記協調制御ノード群内の所定のノードに対して供給すべき動作停止又は動作固定を実行させるための指令と、該協調制御ノード群内の他のノードに対して供給すべき前記所定のノードの動作停止又は動作固定が行われる旨の通知と、を兼用して発行させる故障診断用データ発行ステップと、
    前記指令を受信した前記所定のノードに、予め定められた協調制御の停止又は固定を行わせる指定ノード制御停止・固定ステップと、
    前記通知を受信した前記他のノードに、前記所定のノードからの協調が得られないことを認識させつつ動作継続を行わせる非停止ノード動作継続ステップと、
    前記故障診断用データ発行ステップにおける発行が行われた後、前記他のノードの動作結果に基づいて前記協調制御ノード群内のシステム状態を観測する状態観測ステップと、
    を備えることを特徴とするネットワークシステムの故障診断方法。
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