JP4313754B2 - 通信制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車内のネットワークで通信を行う通信制御装置に関するものである。

自動車内の制御機器の内部で、制御の入力となるセンサ情報を収集する場合、複数のデータを同時に収集して比較したい場合がある。

自動車に搭載された給電回路においては、例えば電線の導体部分が露出してアースに接触し続ける完全ショートが起きたり、車両走行中の振動等によって導体部分がアースと間欠的かつ周期的に接触するチャタリングが起きたりすることがあり、これらの場合に給電回路の漏電が発生する。

この給電回路上での漏電を検出する方法としては、例えば特許文献１（図９）のように、バッテリ等を含む車載電源１から負荷３に給電を行う際に、その２つの部位の電流Ｉ１，Ｉ２を電流センサ５，７でそれぞれ検出し、これらの電流Ｉ１，Ｉ２同士の差ΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）を比較回路９で比較することで、漏電Ｉｄの有無を検出する方法があった。かかる方法では、その差ΔＩが一定以上の場合に、両電流センサ５，７の間の電流経路Ｌ１で漏電Ｉｄが発生していると判断した後、比較回路９から出力信号を増幅器１１で増幅し、この増幅器１１からの信号に応じて遮断器１３を作動させることで、車載電源１から負荷３への給電を強制遮断するようにしていた。

その他、自動車内で使われる組電池において、この組電池を構成する個々の電池の電流値と、組電池を総合した電流値とを求め、これらの電流値に基づいて自動車の負荷の制御などを行うこともある。

特開２００１−０３７０６８号公報

上記した特許文献１では、２箇所の電流Ｉ１，Ｉ２を一対の電流センサ５，７でそれぞれ検出し、その検出結果を比較回路９で比較しているが、従来においては、各電流センサ５，７での検出結果を電圧値に変換して、その各電圧値を電線１５，１７によりそれぞれ比較回路９に伝達していた。

そうすると、電線１５，１７の本数が増大してしまい、組立工程が煩雑となるばかりか、自動車における電線の軽量化の要請に反する。特に、今後センサ情報を使って高度な制御が要求されてくる自動車の分野では、その電線重量が車両性能に悪影響を与えるものとなる。

また、一対の電線１５，１７の抵抗値が異なると、各電流センサ５，７から出力された電圧値が、電線１５，１７を通じて比較回路９に与えられるまでに電圧降下を起こし、比較回路９で正確に電流Ｉ１，Ｉ２を把握することが困難であった。

このような課題は、例えば組電池の総合的な電流値とこれを構成する個々の電池の電流値の両方を収集する、などの他の適用例にも共通する課題となっている。

かかる課題に鑑み、例えば、通信機能を持った専用ハードウェアを使用することで自動車内部にネットワークを構築することがその解決策として考えられる。これにより、電線の本数を低減し、軽量化及び製造工程の簡素化を図るとともに、信号をデジタル化することで、複数の電線同士の抵抗値の差による悪影響を排除することが可能となる。

ここで、制御用ネットワークの分野における既存の通信方式としては、大きくイベントドリブン方式と定期送信方式に大別される。これらのいずれの方式でも、同期がとれた形でデータ収集を行うには、特定の信号をブロードキャストによって送信し、その信号を受信したときにデータ収集を行いそのデータを別の機会にデータ要求元へ送信すればよい。

しかし、かかる動作（ブロードキャスト）を通信レイヤ上の上位レイヤで実現すれば、上位レイヤを実装しているソフトウェアの動作による時間的なずれが発生しやすくなり、同時のデータ収集とはいえなくなる。例えば、イベントドリブン方式では、データ収集要求の信号を送信してから、すべての応答データを採取完了したことをハードウェアで実現しようとすれば、回路が複雑になる。よって、制御用ネットワークの分野における既存の通信方式として、ソフトウェアを含んだシステムとして実現することになる。

この場合、同時性の問題とともに、データ収集の頻度を上げると、ＣＰＵとして高速なものを使用する必要があり、このＣＰＵの負荷が大きくなるという問題も発生する。

また、自動車内のネットワークにおいては、例えば複数のネットワーク同士がゲートウェイを介して接続されて、このゲートウェイを通じて相互に通信を行うことが行われている。この場合、ゲートウェイにおけるデータの受け渡し時にデータ遅延が発生することが避けられないことから、単一のネットワークを超えた複数のネットワーク上でセンサ情報を同期して収集しようとした場合は、単純にサイクル開始信号タイミングだけでは不十分であり、別途ネットワーク間のサイクル開始信号タイミングの時間差を解決しなくてはならない。

そこで、本発明の課題は、自動車内の分散した位置の情報を収集する車載ネットワークシステムにおいて、情報の収集時刻の時間差を可及的に低減し得る通信制御装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、自動車内に設置されて、ブロードキャストが可能で、且つ定期的に送信権が与えられる通信方式で実現されたネットワーク上で、定期的に送信される特定信号を受信した時から既定時間経過後の時点における所定の情報を保持し、前記ネットワーク上で送信権を得た時点でその情報を送信するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の通信制御装置であって、前記所定の情報が、センサからの情報である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の通信制御装置であって、特定信号の中に時間指定情報を入れることにより、前記所定の情報を収集するタイミングである既定時間情報を変更することが可能とされたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信制御装置であって、特定信号の中に送信毎に巡回的に増加するＩＤ情報を含ませ、情報送信側において、受信した前記ＩＤ情報と前記所定の情報とを同時に送信し、情報収集側において、送られてくる前記所定の情報を格納するホストメモリアドレスを前記ＩＤ情報によって変更するものである。

請求項１に記載の発明の通信制御装置は、定期的に送信される特定信号を受信した時から既定時間経過後の時点における所定の情報を保持するので、その後に、ネットワーク上で送信権を得た時点でその情報を送信する際に時間差が生じても、分散された通信制御装置からの情報収集について高精度な同時性を確保することができる。

請求項２に記載の発明の通信制御装置は、センサからの情報を同期させることができるので、例えば自動車内の電流経路での漏電を複数の電流センサを用いて検出したり、組電池の各電池の状態を比較して判断したりする場合に、高精度な同時性を確保することができ、様々な検出判断や制御を正確に実行することができる。

請求項３に記載の発明の通信制御装置は、特定信号の中に時間指定情報を入れることにより、所定の情報を収集するタイミングである既定時間情報を変更することが可能とされているので、異なった部位に設置された複数のセンサの計測時刻を高精度に同期化できる。

請求項４に記載の発明の通信制御装置は、特定信号の中に送信毎に巡回的に増加するＩＤ情報を含ませ、情報送信側において、受信したＩＤ情報と所定の情報とを同時に送信し、情報収集側において、送られてくる所定の情報を格納するホストメモリアドレスをＩＤ情報によって変更するので、複数の通信制御装置からの情報を確実に得ることができる。

｛第１の実施の形態｝
＜車載ネットワークシステムの説明＞
図１は、本発明の一の実施の形態に係る通信制御装置２０を使用して構築された車載ネットワークシステムの概要を示すブロック図である。尚、図１においては、後述の通信ドライバ２５が図示省略されている。

この車載ネットワークシステムは、ネットワーク２１に複数の通信制御装置２０が接続され、自動車内の分散した位置で複数のセンサ２３により計測を行って、その計測結果の情報をマイクロコンピュータチップ等のコンピュータ装置であるホスト２４で収集するようになっており、各センサ２３とホスト２４との間のネットワーク２１において、通信制御装置２０により通信を行うようになっている。この通信制御装置２０は、ブロードキャストが可能で、且つ定期的に送信権が与えられる通信方式で実現されたネットワーク２１上でノードとして機能する。

＜センサ側の通信制御装置の説明＞
図２は、各センサ２３に接続された状態の通信制御装置２０を示すブロック図である。各センサ２３に接続された通信制御装置２０は、所定の同期通信方式等の通信を行う１個のＩＣチップとして構成された半導体集積回路であり、通信プロトコルの物理層及びデータリンク層のみでデータの同期をとるものであり、特に、ホスト２４側の通信制御装置２０から定期的に送信される特定信号（データではない特殊なパターンの信号）を受信した時点から既定時間が経過した時点の後に、センサ２３からの情報をアナログ／デジタル変換して保持し、ネットワーク２１上で送信権を得た時点でその情報を送信するように構成されている。

具体的に、各センサ２３に接続された通信制御装置２０は、ネットワーク２１から、通信ドライバ２５を経由して受信データ２７を受信するとともに、その通信ドライバ２５を介してネットワーク２１に送信データ２９を送信するように接続されている。

そして、この通信制御装置２０は、通信ドライバ２５に接続された通信プロトコル制御部３１と、センサ２３からの情報の収集タイミングについて計時を行う収集タイミングタイマー３３と、上述の特定信号内のカウンタ情報としての受信時間差データ３４を保存する時間差データ保存レジスタ３５と、同じく上述の特定信号内のＩＤ情報となる収集回識別カウンタ情報３６を保持するための収集回識別情報保持レジスタ３７ａ，３７ｂと、収集タイミングタイマー３３での計時結果（以下「タイマーカウント値」と称す）３８と時間差データ保存レジスタ３５内に保存された受信時間差データ（以下「保存時間差データ」と称す）３９とを比較する比較器４１と、この比較器４１での比較結果に基づいて出力される収集タイミング信号４３が与えられたタイミングでセンサ２３からの情報を収集するＡ／Ｄコンバータ４５と、Ａ／Ｄコンバータ４５で収集されたセンサ２３の情報（以下「更新センサデータ」と称す）４７を保存するセンサデータ保存レジスタ４９とを備える。

ここで、ネットワーク２１を通じてホスト２４側の通信制御装置２０から与えられる特定信号は、具体的にはサイクル開始信号（図４中の符号Ｓｇ１）と、その直後に順次続く受信時間差データ（カウント値）３４と収集回識別カウンタ情報（カウント値）３６とを含む。

通信プロトコル制御部３１は、後述する定期通信機能と、通信ドライバ２５を介してネットワーク２１から与えられた信号内に特定信号内のサイクル開始信号（図４中の符号Ｓｇ１）を検知したときにサイクル開始タイミング信号５１を生成してこれを収集タイミングタイマー３３に出力する機能と、ネットワーク２１から与えられた信号内でサイクル開始信号Ｓｇ１に後続する受信時間差データ３４を時間差データ保存レジスタ３５に出力する機能と、ネットワーク２１から与えられた信号内で受信時間差データ３４に後続する収集回識別カウンタ情報３６を第１の収集回識別情報保持レジスタ３７ａに出力する機能と、当該通信制御装置２０が送信権が得られた時点でセンサデータ保存レジスタ４９に保持された更新センサデータ４７を収集回識別情報保持レジスタ３７ｂ内のデータ（収集回識別カウンタ情報３６）の内容とともに送信データ２９としてネットワーク２１に送信する機能と、送信データ２９の送信完了時点で後述の比較器４１からの収集タイミング信号４３に基づいてセンサデータ保存レジスタ４９をリセットする機能とを有する。

ただし、通信プロトコル制御部３１の定期通信機能は、センサ２３側の通信制御装置２０においては機能せず、ホスト２４側の通信制御装置２０においてのみ機能する。

収集タイミングタイマー３３は、通信プロトコル制御部３１からサイクル開始タイミング信号５１を受信したタイミングで計時を開始するタイマーカウンターである。この収集タイミングタイマー３３は、後述の比較器４１からの収集タイミング信号４３が与えられたタイミングでリセットされてその計時（カウント）を停止する。

時間差データ保存レジスタ３５は、通信プロトコル制御部３１から与えられた受信時間差データ３４を、通信プロトコル制御部３１によってリセットされるか、または通信プロトコル制御部３１から新たに受信時間差データ３４が与えられるまで保持する。

第１の収集回識別情報保持レジスタ３７ａは、通信プロトコル制御部３１から与えられた収集回識別カウンタ情報（ＩＤ情報）３６を保持すると共に、Ａ／Ｄコンバータ４５の更新センサデータ４７がセンサデータ保存レジスタ４９に保持され、収集タイミングタイマー３３がリセットされてその計時（カウント）が停止した時点で、後述の比較器４１からの収集タイミング信号４３に基づいて、保持している収集回識別カウンタ情報３６を第２の収集回識別情報保持レジスタ３７ｂに伝送した後、リセットされる。

第２の収集回識別情報保持レジスタ３７ｂは、第１の収集回識別情報保持レジスタ３７ａから収集回識別カウンタ情報３６が与えられた時点でこれを保持すると共に、通信プロトコル制御部３１から要求があったときに、保持している収集回識別カウンタ情報３６を通信プロトコル制御部３１に伝送する。

比較器４１は、時間差データ保存レジスタ３５に保存された保存時間差データ３９と収集タイミングタイマー３３のタイマーカウント値３８とを比較し、タイマーカウント値３８が保存時間差データ３９の値と一致するか、または超えた時点で、収集タイミング信号４３を発生させ、これをＡ／Ｄコンバータ４５に出力する。また、比較器４１からの収集タイミング信号４３は、通信プロトコル制御部３１、収集タイミングタイマー３３、及び第１の収集回識別情報保持レジスタ３７ａにも入力される。

Ａ／Ｄコンバータ４５は、比較器４１から収集タイミング信号４３が与えられた時点で、センサ２３から与えられるアナログ信号をデジタル信号に変換して、これを更新センサデータ４７としてセンサデータ保存レジスタ４９に格納する。

センサデータ保存レジスタ４９は、Ａ／Ｄコンバータ４５から与えられた更新センサデータ４７を、通信プロトコル制御部３１によってリセットされるか、またはＡ／Ｄコンバータ４５から新たに更新センサデータ４７が与えられるまで保持する。

＜ホスト側の通信制御装置の説明＞
図３は、図１に示した車載ネットワークシステムにおけるホスト２４に接続された通信制御装置２０を示すブロック図である。図３に示した通信制御装置２０の内部構成は、図２に示したセンサ２３側の通信制御装置２０と全く同一の構成となっており、図２の通信制御装置２０と同様にＩＣチップとして構成された半導体集積回路が適用される。

ただし、この通信制御装置２０にはセンサ２３が接続されず、ホスト２４のホスト側メモリ６１と書き込みアドレス生成装置６３とに接続される。

そして、このホスト２４側の通信制御装置２０の通信プロトコル制御部３１は、後述の図４に示した信号をネットワーク２１に対して送信データ２９ａとしてブロードキャストで定期的に送信する機能（定期通信機能）と、ネットワーク２１及び通信ドライバ２５を通じてセンサ２３側の通信制御装置２０から送信データ２９として送信されてきたデータを受信データ２７ａとして受信し、この受信データ２７ａを更新センサデータ４７と収集回識別カウンタ情報３６とに分解する機能と、この更新センサデータ４７及び収集回識別カウンタ情報３６をホスト２４のホスト側メモリ６１へ書き込む機能とを有する。

ここで、ホスト側メモリ６１においては、予め書き込みアドレス生成装置６３で設定された値と、収集回識別カウンタ情報３６の値と、送信元の通信制御装置２０のノードアドレスの値とに基づいて決められる番地に、更新センサデータ４７及び収集回識別カウンタ情報３６が書き込まれるようになっている。

そして、収集回識別カウンタ情報３６の値は、サイクル毎に巡回的に増加（インクリメント）して、時間差情報とともに送信される値である。したがって、異なるノード（通信制御装置２０）の一連の同時収集データを、そのサイクル毎に区別することができるようになっている。

尚、定期通信機能に関して、図４に示した信号については後述する。

＜計測結果収集動作＞
上記構成の通信制御装置の動作のうち、まず、各センサ２３側の通信制御装置２０において、各センサ２３での計測結果の情報を収集する動作について説明する。図４は、ホスト２４側の通信制御装置２０からネットワーク２１に送信される定期通信の信号を示す図であり、横軸は時間を示しており、また信号の縦軸上のハイレベルな状態は、有効なデータが流れている状態を意味している。

まず、ホスト２４側の通信制御装置２０（図３）の通信プロトコル制御部３１は、図４に示したような信号を、送信データ２９ａとして、ネットワーク２１に対して定期的にブロードキャストで送信する（定期通信機能）。

ここで、図４に示した特定信号内においては、サイクル開始信号Ｓｇ１の次に、収集タイミング時間差を示す受信時間差データ３４と収集回識別カウンタ情報３６を含む情報Ｓｇ２が後続する。かかる情報Ｓｇ２に続いて、ネットワーク２１上の各ノード（各通信制御装置２０）に割り当てるタイミングを示す信号Ｓｇ３〜Ｓｇ１１が続く。即ち、ネットワーク２１上の各センサ２３側の各通信制御装置２０は、符号Ｓｇ３〜Ｓｇ１１のように決まったタイミングがそれぞれ割り当てられる。

図４に示した信号がネットワーク２１上にブロードキャストで流れると、各センサ２３側の通信制御装置２０（図２）は、通信ドライバ２５を通じて、まず図４に示したサイクル開始信号Ｓｇ１を受信データ２７として受信し、これが通信プロトコル制御部３１に入力される。

図２に示した各センサ２３側の通信制御装置２０の通信プロトコル制御部３１では、図４中の符号ｔ１の時点で、入力された受信データ２７がサイクル開始信号Ｓｇ１であることを検知し、これを契機としてサイクル開始タイミング信号５１を生成して、このサイクル開始タイミング信号５１を収集タイミングタイマー３３に出力する。この時点で、収集タイミングタイマー３３は計時を開始する。

次に、各センサ２３側の通信制御装置２０（図２）は、通信ドライバ２５を通じて、図４に示した情報Ｓｇ２（受信時間差データ３４及び収集回識別カウンタ情報３６）を受信データ２７として受信し、これが通信プロトコル制御部３１に入力される。

各センサ２３側の通信制御装置２０（図２）の通信プロトコル制御部３１では、図４中の符号ｔ２の時点で、その情報Ｓｇ２内の受信時間差データ３４を、時間差データ保存レジスタ３５に出力するとともに、その情報Ｓｇ２内の収集回識別カウンタ情報３６を第１の収集回識別情報保持レジスタ３７ａに出力する。

そして、このタイミングｔ２（図４）でセットされた時間差データ保存レジスタ３５内の受信時間差データ３４と、収集タイミングタイマー３３でのタイマーカウント値（計時結果）３８とを、比較器４１により比較する。そして、時間差分の時間Ｔｄ（図４）が消費されると、比較器４１は、タイマーカウント値３８が受信時間差データ３４に一致するか、または超えた時点（図４中の符号ｔ３）で、比較器４１は、収集タイミング信号４３を生成しこれをＡ／Ｄコンバータ４５に出力する。

この時点（図４中の符号ｔ３）で、Ａ／Ｄコンバータ４５は、センサ２３から与えられるアナログ信号をデジタル信号に変換し、これを更新センサデータ４７としてセンサデータ保存レジスタ４９に格納する。そうすると、更新センサデータ４７がセンサデータ保存レジスタ４９によって保持される。

このようにすれば、各センサ２３側の通信制御装置２０における更新センサデータ４７の収集時刻は、ブロードキャストにより最初に特定信号のサイクル開始信号Ｓｇ１を一斉に受けてから時間差分の時間Ｔｄが経過した時刻に等しいため、すべてのノード、即ち、すべてのセンサ２３側の通信制御装置２０において一致したものとなる。即ち、図１のように複数のセンサ２３から得られた更新センサデータ４７は、殆ど同時に収集されたデータであることが保証され、収集について時間的誤差が存在するとしても、ＩＣチップの各通信制御装置２０のクロック周期程度である。したがって、ネットワーク２１上を流れるデータの周期に比べて、１６分の１から６４分の１程度の誤差にしか過ぎないものとなる。

この時点で、通信プロトコル制御部３１は、収集タイミングタイマー３３をリセットしてその計時動作を停止させる。また、第１の収集回識別情報保持レジスタ３７ａは、内部に格納された収集回識別カウンタ情報３６を第２の収集回識別情報保持レジスタ３７ｂへ転送し、また第１の収集回識別情報保持レジスタ３７ａ自信をリセットする。

＜計測結果送信動作＞
次に、各センサ２３側の通信制御装置２０において収集された計測結果の情報をホスト２４側の通信制御装置２０に送信する動作について説明する。

図４中の符号Ｓｇ７〜Ｓｇ１１は、ネットワーク２１上の各センサ２３側の通信制御装置２０に送信権を定期的に与えるためにホスト２４側の通信制御装置２０から送信される信号である。

図５は、この信号Ｓｇ７〜Ｓｇ１１を含めてネットワーク２１上に流れる信号の状態を説明するための図であり、例えば、図５（Ａ）は第１のセンサ２３側の通信制御装置２０で処理される信号、図５（Ｂ）は第２のセンサ２３側の通信制御装置２０で処理される信号、図５（Ｃ）は第３のセンサ２３側の通信制御装置２０で処理される信号、図５（Ｄ）は図５（Ａ）〜（Ｃ）の各信号が重畳されたネットワーク２１上の信号をホスト２４側の通信制御装置２０で受信データ２７ａとして受信する状態をそれぞれ示している。

この図４及び図５では、例えば、信号Ｓｇ７及び信号Ｓｇ１０が一の通信制御装置２０に送信権を与える信号、信号Ｓｇ８及び信号Ｓｇ１１が他の通信制御装置２０に送信権を与える信号、信号Ｓｇ９がさらに他の通信制御装置２０に送信権を与える信号である。

例えば、センサ２３側の一の通信制御装置２０では、信号Ｓｇ７を受信すると、自らが送信権を得られたとして、図２に示した通信プロトコル制御部３１が、センサデータ保存レジスタ４９内の更新センサデータ４７を、第２の収集回識別情報保持レジスタ３７ｂ内の収集回識別カウンタ情報３６とともに、図５（Ａ）の如く、送信データ２９として通信ドライバ２５を通じてネットワーク２１に送信する。

センサ２３側の一の通信制御装置２０では、信号Ｓｇ７に応答した送信データ２９の送信完了時点ｔ４（図５（Ａ））で、センサデータ保存レジスタ４９内に保持した更新センサデータ４７をリセットする。

同様にして、センサ２３側の他の通信制御装置２０では、図５（Ｂ）に示した信号Ｓｇ８に応答した送信データ２９の送信完了時点ｔ５で、センサデータ保存レジスタ４９内に保持した更新センサデータ４７をリセットする。図５（Ｃ）に示したさらに他の通信制御装置２０の送信データ２９についても同様である。

このようにして得られた各センサ２３側の通信制御装置２０からの送信データ２９は、図５（Ｄ）の如く、受信データ２７ａとして時間的な差を持って、ホスト２４側の通信制御装置２０（図３）で定期的に順次受信される。

このとき、ホスト２４側の通信制御装置２０の通信プロトコル制御部３１は、受信データ２７ａを更新センサデータ４７と収集回識別カウンタ情報３６とに分解する。そして、この更新センサデータ４７及び収集回識別カウンタ情報３６をホスト２４のホスト側メモリ６１へ書き込む。この際、ホスト側メモリ６１においては、予め書き込みアドレス生成装置６３で設定された値と、収集回識別カウンタ情報３６の値と、送信元の通信制御装置２０のノードアドレスの値とに基づいて決められる番地に、更新センサデータ４７及び収集回識別カウンタ情報３６が書き込まれる。

ところで、上述の＜計測結果収集動作＞で説明した通り、複数のセンサ２３から得られた更新センサデータ４７は、殆ど同時に収集されたデータであることが保証され、収集について時間的誤差が存在するとしても、ＩＣチップである各通信制御装置２０のクロック周期程度である。したがって、ネットワーク２１上を流れるデータの周期に比べて、１６分の１〜６４分の１程度の誤差にしか過ぎないものとなっている。

したがって、各センサ２３側の通信制御装置２０からの送信データ２９が、図５（Ｄ）のような時間的な差を持って、受信データ２７ａとしてホスト２４側の通信制御装置２０（図３）で定期的に順次受信されても、それぞれの受信データ２７ａの同時性は、既に確保された内容となっている。即ち、自動車内の分散した位置で各センサ２３により計測を行ってその情報を収集する車載ネットワークシステムにおいて、計測時刻の時間差を殆ど排除することができる。

この場合、収集回識別カウンタ情報３６は、定期的な信号Ｓｇ７〜Ｓｇ１１のサイクル毎に巡回的に増加（インクリメント）して、受信時間差データ３４とともに送信される値である。したがって、異なるノード（センサ２３側の通信制御装置２０）の一連の同時収集データを、そのサイクル毎に区別することが可能となる。

＜複数のネットワークに通信制御装置が分散される場合＞
尚、図１〜図３に図示した例では、単一のネットワーク２１に複数の通信制御装置２０が接続された状態を示しているが、２つのネットワーク２１がゲートウェイ（図示省略）を介して接続されている場合であって、異なるネットワーク２１に亘って通信制御装置２０が分散されて接続されている場合がある。

例えば、情報を利用するホスト２４側の通信制御装置２０と情報の収集を行うセンサ２３側の通信制御装置２０が別のネットワーク２１に接続される場合には、その複数のネットワーク２１同士を接続するノード（ゲートウェイノード）は、上位ネットワークのサイクル開始信号Ｓｇ１を受けて開始する差分タイマーを持ち、下位ネットワークのサイクル開始信号Ｓｇ１との差を計測する機能を持つことによって、時間差を解決する。

図６はネットワーク２１を越えて同時データを収集する場合のタイミングチャートであり、図６（Ａ）はデータ収集側ノード（センサ２３側の通信制御装置２０）が所属する上位ネットワーク２１ａの動作タイミング、図６（Ｂ）は下位ネットワーク２１ｂの動作タイミングをそれぞれ示している。図６中の符号Ｓｇ１ａは上位ネットワーク２１ａに流れるサイクル開始信号、符号Ｓｇ１ｂは下位ネットワーク２１ｂに流れるサイクル開始信号、符号Ｓｇ２ａは上位ネットワーク２１ａに流れる受信時間差データ、符号Ｓｇ２ｂは下位ネットワーク２１ｂに流れる受信時間差データを示している。そして、上位ネットワーク２１ａ（図６（Ａ））と下位ネットワーク２１ｂ（図６（Ｂ））との間には、ゲートウェイ（図示省略）の処理動作による遅延時間Ｔｅが発生している。

このように、図６のように、ゲートウェイによって遅延時間Ｔｅが発生している場合は、上位ネットワーク２１ａの受信時間差データＳｇ２ａの値から、遅延時間Ｔｅを差し引いた値を、下位ネットワーク２１ｂの受信時間差データＳｇ２ｂとして当該下位ネットワーク２１ｂに送信する。

そうすると、下位ネットワーク２１ｂの情報収集ノード（センサ２３側の通信制御装置２０）からの送信データ２９ｘは、所定の期間Ｔｆだけゲートウェイノードに一旦保持され、また上位ネットワーク２１ａの情報収集ノード（センサ２３側の通信制御装置２０）は、その上位ネットワーク２１ａで送信権を得たときに情報２９ｙを上位ネットワーク２１ａに送信する。

この際、ホスト２４側の通信制御装置２０は、受信データ２７ａとして受信された更新センサデータ４７と収集回識別カウンタ情報３６とに分解し、これらをホスト側メモリ６１に書き込む。

この場合、収集回識別カウンタ情報３６は、定期的な信号Ｓｇ７〜Ｓｇ１１のサイクル毎に巡回的に増加（インクリメント）して、受信時間差データ３４とともに送信される値である。したがって、異なるノード（センサ２３側の通信制御装置２０）の一連の同時収集データを、そのサイクル毎に区別することが可能となる。

以上のように、この実施の形態では、ＩＣチップというハードウェアで、ソフトウェアプログラムを用いずに、通信プロトコルの物理層及びデータリンク層のみでデータの同期をとるようにすることで、分散された通信制御装置２０からの情報収集を高精度に同期させて実行することができる。

特に、通信プロトコルのアプリケーション層（ソフトウェア）で制御を行うイベントドリブン方式の場合、データを解析してから次の動作に移行することになるため、動作が複雑になってしまい、時間的なバラツキが大きくなって、信号伝送の同時性を確保することが困難になるのに対して、この実施の形態では、ＩＣチップというハードウェアのみで通信制御を行い、物理層とデータリンク層とで同期をとるので、情報収集の同時性を容易に確保できる。

しかも、定期通信方式で特定信号を受信するという単純なトリガでハードウェアが動作を開始するので、動作の同時性を確実に確保できる。具体的には、通信上の±１ビット未満の同期精度で、各センサ２３からの情報を収集できる。したがって、計測応用範囲が広くなる。

例えば、ネットワーク２１上の通信信号１ビットの時間が０．５マイクロ秒であるとすると、変動最小時間が１マイクロ秒以上の測定対象なら適用可能と考えられる。

尚、時間差データ保存レジスタ３５の受信時間差データ３４をまったく使わないシステムとしてサイクル開始信号Ｓｇ１の受信時点でセンサ２３の計測結果の情報を取り込むシステムとしても良いが、その場合は、複数のネットワーク２１がゲートウェイ（図示省略）を超えて接続されている場合に、各ネットワーク２１に接続されるセンサ２３の計測結果の収集タイミングを同期させることが困難になる。

この点、この実施の形態では、受信時間差データ３４を用いることで、異なった部位に設置された複数のセンサ２３の計測時刻を高精度に同期化できる利点がある。

この実施の形態に係る通信制御装置２０の具体的な実施例（実施例１）を説明する。図７は、この実施例１に係る通信制御装置２０が使用された自動車内の漏電防止回路を示すブロック図である。尚、図７においては通信ドライバ２５が図示省略されている。

この漏電防止回路は、バッテリ等の電源７１から負荷７３に給電を行う際に、その２つの部位の電流Ｉ１，Ｉ２を電流センサ２３ａ，２３ｂでそれぞれ検出し、これらの電流Ｉ１，Ｉ２同士の差ΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）をホスト２４内の比較回路７５で比較することで、電源７１と負荷７３との間の電流経路Ｌ１における漏電Ｉｄの有無を検出するものであって、特に、各電流センサ２３ａ，２３ｂで検出された電流Ｉ１，Ｉ２の情報を、デジタル信号でホスト２４内の比較回路７５に伝達することで、各電流センサ２３ａ，２３ｂとホスト２４内の比較回路７５との間の両電流経路に抵抗値の差異が生じていても、これに影響されないようにしたものである。

この場合、各電流センサ２３ａ，２３ｂが、図１及び図２におけるセンサ２３に相当する。また、ホスト２４は制御回路７７を備えており、比較回路７５での比較結果に基づいて、漏電であると判断した場合に、制御回路７７が、通信制御装置２０を通じてネットワーク２１に制御信号を送信し、この制御信号を所定の駆動制御回路７９が受信して遮断器８１を開成することで、電源７１と負荷７３との間の電流経路Ｌ１への給電を遮断し、これにより漏電を防止するようになっている。

尚、自動車の所定の電流経路Ｌ１で漏電が継続している場合は、例えばヒューズが切断されるなどの所定の保護回路が機能するのが通常であるが、例えば振動により漏電が断続的に生じる場合は、そのヒューズの切断が行われないことがある。そうすると、アーク放電が発生するおそれがある。

このような場合でも、この実施の形態によれば、極めて短いサイクルで高精度に同時性を保ちながら各電流センサ２３ａ，２３ｂで計測結果を得、これに基づいて同時性を保った形で漏電を検出できるので、一瞬の漏電をも確実に且つ高速に検出することが可能である。このように、継続した漏電だけでなく、断続的な漏電をも確実に検出できることから、この実施例１のように漏電が発生している電流経路Ｌ１を電源７１から遮断すれば、アーク放電を確実に防止できる利点がある。実際にアーク放電が起きるような断続的な漏電は、その断続周期が数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ程度であるのに対して、この実施の形態で各電流センサ２３ａ，２３ｂの情報から漏電を検出する周期は数μｓｅｃ〜数十μｓｅｃ程度である。そして、一対の電流センサ２３ａ，２３ｂを用いた各計測結果は高精度に同期がとられる。したがって、断続的な漏電をも確実に検出して給電を遮断することで、アーク放電を確実に防止することができる。

さらに、この実施例１において、漏電だけでなく、例えば負荷７３の付近の電流経路Ｌ１における継続的または断続的な断線をも検出できることは勿論である。この場合、例えば、電源７１の付近における電流Ｉ１が一定の電流値以上であるのに対して、負荷７３の付近における電流Ｉ２がゼロ値である場合は、電流経路Ｌ１における断線が発生していることを容易に判断できる。

この実施の形態に係る通信制御装置２０の他の具体的な実施例（実施例２）を説明する。図８はこの実施例１に係る通信制御装置２０が使用された自動車内の３つの電池（バッテリ）８３が直列に接続されて構成される組電池８５の電池状態検出回路を示すブロック図である。

この電池状態検出回路では、ホスト２４側のマスターノードとなった通信制御装置２０からのサイクル開始信号Ｓｇ１（図４）をトリガとして、各電池８３のそれぞれの電圧を３つのセンサ（電圧センサ）２３で高精度な同時性を持って計測する。即ち、サイクル開始信号Ｓｇ１を受けた各ノード（センサ２３側の通信制御装置２０）は、引き続き受信する受信時間差データ３４（図２）と比較しながら収集タイミングタイマー３３での時間カウンタを増加（インクリメント）させ、このカウント値が受信時間差データ３４の値以上となった時点で、Ａ／Ｄコンバータ４５で収集したセンサ２３の計測結果をセンサデータ保存レジスタ４９に保持する。そして、データ送信タイミング（図４中の符号Ｓｇ７〜Ｓｇ１１）となった時点でその計測結果をネットワーク２１へ送信する。Ａ／Ｄコンバータ４５で計測結果を収集するタイミングは、どのノード（センサ２３側の通信制御装置２０）でも同じであり、通信上の１ビットの時間差以内である。例えば、１Ｍｂｐｓの通信速度とすれば、±マイクロ秒の差であり、例えば自動車内の電流値変動に対しては充分な同時性能を持つといえる。

したがって、高精度に各電池８３の状態を検知することが可能である。

尚、上記実施の形態では、各ノード（センサ２３側の通信制御装置２０）で送信権を得るために、ホスト２４側の通信制御装置２０から送信される信号Ｓｇ７〜Ｓｇ１１を利用していたが、例えば各ノード（センサ２３側の通信制御装置２０）でサイクル開始信号Ｓｇ１を受信した後、それぞれ一定時間を計測してから送信データ２９を送信するようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、同期通信方式の通信を行うＩＣチップとしての通信制御装置２０を一例として示したが、この他、例えば、フレックスレイ方式のＩＣチップを適用しても差し支えない。

本発明の一の実施の形態に係る通信制御装置を使用して構築された車載ネットワークシステムの概要を示すブロック図である。 本発明の一の実施の形態に係るセンサ側の通信制御装置を示す図である。 本発明の一の実施の形態に係るホスト側の通信制御装置を示す図である。 本発明の一の実施の形態に係るホスト側の通信制御装置からの送信データを示すタイミングチャートである。 各センサ側で受信される通信制御装置とホスト側で送受信される信号を示すタイミングチャートである。 複数のネットワークがゲートウェイで接続されている場合の各ネットワークにおける通信の状態を示すタイミングチャートである。 本発明の一の実施の形態に係る通信制御装置が適用された実施例１の漏電防止回路を示すブロック図である。 本発明の一の実施の形態に係る通信制御装置が適用された実施例２の電池状態検出回路を示すブロック図である。 従来の漏電防止回路を示すブロック図である。

符号の説明

２０ 通信制御装置
２１ ネットワーク
２１ａ 上位ネットワーク
２１ｂ 下位ネットワーク
２３，２３ａ，２３ｂ センサ
２４ ホスト
２５ 通信ドライバ
２７，２７ａ 受信データ
２９，２９ａ，２９ｘ 送信データ
２９ｙ 情報
３１ 通信プロトコル制御部
３３ 収集タイミングタイマー
３４ 受信時間差データ
３５ 時間差データ保存レジスタ
３６ 収集回識別カウンタ情報
３７ａ，３７ｂ 収集回識別情報保持レジスタ
３８ タイマーカウント値
３９ 保存時間差データ
４１ 比較器
４３ 収集タイミング信号
４５ コンバータ
４７ 更新センサデータ
４９ センサデータ保存レジスタ
５１ サイクル開始タイミング信号
６１ ホスト側メモリ
６３ アドレス生成装置
７１ 電源
７３ 負荷
７５ 比較回路
７７ 制御回路
７９ 駆動制御回路
８１ 遮断器
８３ 電池
８５ 組電池

Claims (4)

1. 自動車内に設置されて、ブロードキャストが可能で、且つ定期的に送信権が与えられる通信方式で実現されたネットワーク上で、定期的に送信される特定信号を受信した時から既定時間経過後の時点における所定の情報を保持し、前記ネットワーク上で送信権を得た時点でその情報を送信することを特徴とする通信制御装置。
2. 請求項１に記載の通信制御装置であって、
   前記所定の情報が、センサからの情報であることを特徴とする通信制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の通信制御装置であって、
   特定信号の中に時間指定情報を入れることにより、前記所定の情報を収集するタイミングである既定時間情報を変更することが可能とされたことを特徴とする通信制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信制御装置であって、
   特定信号の中に送信毎に巡回的に増加するＩＤ情報を含ませ、情報送信側において、受信した前記ＩＤ情報と前記所定の情報とを同時に送信し、情報収集側において、送られてくる前記所定の情報を格納するホストメモリアドレスを前記ＩＤ情報によって変更することを特徴とする通信制御装置。
   

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