JP4492618B2 - 車両用制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、複数の車両用制御装置間で通信を行う車両用制御システムに関する。
従来、複数のプロセッサ間で情報の送受信を行うマルチプロセッサシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。このマルチプロセッサシステムは、リアルタイムOS(オペレーティングシステム)をそれぞれ搭載するプロセッサ間で、イベント情報の送受信を行うものである。
特開2000−293499号公報
ところで、近年、マルチメディア機能(情報系)と車両制御機能(制御系)を連携することによって、車両の高付加価値化や高機能化が進められている。例えば、マルチメディア機能を搭載するナビゲーションシステムの地図情報を利用して前方のカーブを検知し、車両制御機能を搭載する車両制御システムがその検知情報に基づいて自動で減速したりドライバーの操舵操作に対して自動で操舵支援したりするといった開発が進められている。
ここで、車両制御機能等を担う制御系電子制御装置には、長期に安定動作可能といった信頼性や高いリアルタイム性が要求される一方で、マルチメディア機能等を担う情報系電子制御装置には、高度なマルチメディア処理や柔軟な機能構成の構築・更新等が要求される。したがって、制御系電子制御装置と情報系電子制御装置には共通の一種類のOSが使用されるのではなく、制御系電子制御装置には車両制御に適した高いリアルタイム性を有するOSが使用され、情報系電子制御装置にはマルチメディア処理に適したOSが使用される。
しかしながら、マルチメディア処理などを行うシステム(OSを含む)は、多機能で技術進歩による更新も早いため、ソフトウェアの信頼性は低くなりやすい。そのため、何らかのソフトウェア障害が発生した場合、情報系電子制御装置の障害が正常な制御系電子制御装置に及ぶことによって、車両システム全体としての継続運用が困難となることも考えられ得る。
この点、上述の従来技術は、リアルタイムOSをそれぞれ搭載するプロセッサ間での情報の送受に関する技術であるものの、車両制御に適したOSを使用する制御系電子制御装置とマルチメディア処理に適したOSを使用する情報系電子制御装置が連携する場合に生ずる上述の懸念を解決することはできない。
そこで、本発明は、制御系電子制御装置に要求されるリアルタイム性や高信頼性と情報系電子制御装置に要求される柔軟性や拡張性とを両立させたプラットフォームを有する、車両用制御システムの提供を目的とする。
上記目的を解決するため、第1の発明は、リアルタイムOSが配置される第1のプロセッサを備える第1の車両用制御装置と、リアルタイムOSが配置される第2のプロセッサ及びマルチメディアOSが配置される第3のプロセッサを備える第2の車両用制御装置と、を有する車両用制御システムであって、
前記第1のプロセッサのリアルタイムOS上の通信処理と前記第2のプロセッサのリアルタイムOS上の通信処理とによって前記第1の車両用制御装置と前記第2の車両用制御装置との間の通信を行うとともに、
前記第2のプロセッサのリアルタイムOS上で処理される通信手段と前記第3のプロセッサのマルチメディアOS上で処理される通信手段とによって前記第2のプロセッサと前記第3のプロセッサとの間の通信を行うことにより、前記第2の車両用制御装置の障害が前記第1の車両用制御装置に及ばないようにする、ことを特徴としている。これにより、第1の車両用制御装置に対してリアルタイム性や高信頼性が要求され、第2の車両用制御装置に対して柔軟性や拡張性が要求されたとしても、それらの要求を両立させたプラットフォームを構築することができる。
第2の発明は、第1の発明に係る車両用制御システムであって、
マルチメディアOSが配置される第4のプロセッサを備える第3の車両用制御装置を有し、前記第3のプロセッサと前記第4のプロセッサとによって前記第2の車両用制御装置と前記第3の車両用制御装置との間の通信を行うことを特徴としている。
第3の発明は、第1又は第2の発明に係る車両用制御システムであって、
前記第3のプロセッサによって車外の通信装置にアクセスすることを特徴としている。これにより、第2の車両用制御装置が車外の通信装置にアクセスすることが可能となる。
第4の発明は、第2又は第3の発明に係る車両用制御システムであって、
前記第4のプロセッサによって車外の通信装置にアクセスすることを特徴としている。これにより、第3の車両用制御装置が車外の通信装置にアクセスすることが可能となる。
第5の発明は、第2乃至第4の発明のいずれかに係る車両用制御システムであって、
マルチメディアOSが配置される第5のプロセッサを備える第3の車両用制御装置を有し、前記第4のプロセッサの通信手段と前記第5のプロセッサの通信手段とによって前記第4のプロセッサと前記第5のプロセッサとの間の通信を行い、前記第5のプロセッサによって車外の通信装置にアクセスすることを特徴としている。
第6の発明は、第1の発明に係る車両用制御システムであって、
前記第2のプロセッサと前記第3のプロセッサは、マルチコアプロセッサ内のプロセッサコアであることを特徴としている。
第7の発明は、第5の発明に係る車両用制御システムであって、
前記第4のプロセッサと前記第5のプロセッサは、マルチコアプロセッサ内のプロセッサコアであることを特徴としている。
本発明によれば、制御系電子制御装置に要求されるリアルタイム性や高信頼性と情報系電子制御装置に要求される柔軟性や拡張性とを両立させたプラットフォームを構築することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
図1は、本発明に係る車両用制御システムの第1の実施形態である。第1の実施形態の車両用制御システムは、制御系電子制御装置である制御系ECU100と情報系電子制御装置である情報系ECU200とを有している。制御系ECU100と情報系ECU200は、共に、車両に搭載され、互いに通信を行う。
制御系ECUとは、車両制御機能を有し、例えば動く/曲がる/止まるなどといった車両の動作を制御するECUである。制御系ECUの具体例として、エンジンを制御するエンジンECU、操舵動作を制御するステアリングECU、制動動作を制御するブレーキECUなどが挙げられる。制御系ECU100は、図1(a)に示されるように、プロセッサコアが一つのシングルコアプロセッサ10(以下、「コア10」という)を有しており、コア10にはリアルタイムオペレーティングシステム(以下、「RT−OS」という)11aが配置される。すなわち、コア10によってRT−OS11aは処理される。
RT−OSは、処理をリアルタイムに実行することを重視するため、バッチ処理やTSS(Time Sharing System)などの機能が優れたOSである。車両制御を行う制御系ECU100に用いられる制御プログラムでは制御応答性や安全性の確保などの観点から所定の処理をリアルタイムに実行する必要があるため、要求されるリアルタイム性を実現できるRT−OSが制御系ECU100には使用される。RT−OSの具体例として、OSEK、ITRONなどが挙げられる。
一方、情報系ECUとは、マルチメディア機能を有し、例えば車両の基本動作以外の付加機能を制御するECUである。情報系ECUの具体例として、カーナビゲーション用コンピュータ、DVDやビデオ用コンピュータ、インターネットアクセス用コンピュータ、他車や路側インフラや管理センター等の車外通信設備と通信するための通信用コンピュータなどが挙げられる。情報系ECU200は、図1(a)に示されるように、プロセッサコアを複数有するマルチコアプロセッサ20を有している。マルチコアプロセッサは、2つ以上のプロセッサコアを1個のパッケージに集積したマイクロプロセッサである。マルチコアプロセッサ内のプロセッサコアは、互いに独立して動作する。マルチコアプロセッサ20には、プロセッサコア20a,20b,20c,20dの4つのプロセッサコアが内蔵される。コア20aにはRT−OS21aが配置され、コア20b,20c,20dのそれぞれにはマルチメディアオペレーティングシステム(以下、「MM−OS」という)21b,21c,21dが配置される。すなわち、コア20aによってRT−OS21aは処理され、コア20bによってMM−OS21bは処理され、コア20cによってMM−OS21cは処理され、コア20dによってMM−OS21dは処理される。
MM−OSは、MPEGのCodec等の圧縮/伸張処理、GUI(Graphical User Interface)等のユーザインターフェース処理、セキュリティ管理を含むインターネット接続処理などのマルチメディア処理がRT−OSに比べ優れたOSである。要求されるマルチメディア処理を実現できるMM−OSが情報系ECU200には使用される。MM−OSの具体例として、Linux(登録商標)、QNX(登録商標)などが挙げられる。
図1(a)に示されるような構成の制御系ECU100と情報系ECU200との間の通信は、通信回線50を介して、RT−OS11aが配置されるコア10とRT−OS21aが配置されるコア20aによって行われる。
制御系ECU100と通信を行うために、情報系ECU200のコア20aは、RT−OS21a上でECU間通信プログラムを処理する。同様に、情報系ECU100と通信を行うために、制御系ECU100のコア10は、RT−OS11a上でECU間通信用プログラムを処理する。このようなECU間通信用プログラムとして、図1(b)に示されるように、CANプロトコルスタックと車両ゲートウェイ(G/W)機能がある(制御系ECU100については図示省略)。
CANプロトコルスタックは、制御系ECU100と情報系ECU200とがCAN等の制御系通信プロトコルにより接続されるため、ECU間通信に必要なCANプロトコルを選ぶプログラムである。
車両G/W機能は、制御系ECU100と情報系ECU200との間の連携をとるために所定の連携処理をするプログラムである。所定の連携処理として、例えば、制御系ECU100と情報系ECU200間のリアルタイム性が要求される通信処理及びデータ加工処理や、制御系ECU100と情報系ECU200間の機能呼び出し/データ受渡しについてのアクセスコントロールを行うセキュリティ管理処理がある。例えば、情報系ECU200の車両G/W機能23aがデータ加工処理を行うと、制御系ECU100からのリクエスト信号が解釈され、情報系ECU200内のMM−OS側に対して具体的なリクエスト内容が送られ、そのリクエスト内容に基づきMM−OSが処理した結果が制御系ECU100に返される。
また、図1(b)に示されるような構成の情報系ECU200内のコア間の通信は、通信回線51を介して、RT−OS21aが配置されるコア20aのコア間通信手段とMM−OS21bが配置されるコア20bのコア間通信手段とMM−OS21cが配置されるコア20cのコア間通信手段とMM−OS21dが配置されるコア20dのコア間通信手段とによって行われる。
これらのコア間通信手段として、各コアによってそれぞれのOS上で処理されるコア間通信用プログラムがある。各コアにより処理されるコア間通信プログラムによって、情報系ECU200内のコア間の通信が行われる。このようなコア間通信用プログラムとして、図1(b)に示されるように、コア間通信機能がある。
コア間通信機能は、RT−OS配置のコアとMM−OS配置のコアとの間のデータ転送やMM−OS配置のコア同士間のデータ転送の処理をするプログラムである(例えば、共有メモリ通信など)。また、RT−OS上で動作するコア間通信機能が、各MM−OSと通信確認を定期的に行うことによって、各MM−OSやそのMM−OSを搭載するコアが正常に動作しているか否かを監視することができる(監視機能)。さらに、コア間での後述のアプリ機能の並列処理を支援する機能を含む。
また、情報系ECU200は、MM−OS配置の各コアによって処理されるマルチメディア処理系のアプリケーションプログラムを有する。このようなアプリケーションプログラムとして、図1(b)に示されるように、アプリ機能がある。
アプリ機能は、MPEGのCodec等の圧縮/伸張処理やGUI等のユーザインターフェース処理などのマルチメディア処理をするプログラムである。
したがって、本発明に係る車両用制御システムの第1の実施形態によると、制御系ECU100のRT−OS11a及び情報系ECU200のRT−OS21a、並びにCANプロトコルスタック、車両G/W機能及びコア間通信機能によって、制御系ECU100と情報系ECU200がセキュアでリアルタイム性が調停された連携が可能となる。また、コア間通信機能により監視も行うことによって、制御系ECU100と情報系ECU200のシステム全体としての信頼性を高めることができる。
すなわち、制御系ECU100と情報系ECU200との間の通信が、制御系ECU100側のRT−OSと情報系ECU200側のMM−OSが直接接続することなく、情報系ECU200側のRT−OSを介して行われるので、制御系ECU100に要求されるリアルタイム性や高信頼性と情報系ECU200に要求される柔軟性や拡張性とを両立させたプラットフォームを構築することができる。
図2は、本発明に係る車両用制御システムの第2の実施形態である。第2の実施形態の車両用制御システムも第1の実施形態と同様に、制御系ECU100と情報系ECU200とを有している。第2の実施形態の機能・構成について、第1の実施形態と同様の機能・構成の部分には同一の符号を付して、説明を省略又は簡略する。第2の実施形態においても、制御系ECU100と情報系ECU200は、共に、車両に搭載され、互いに通信を行う。
第2の実施形態における情報系ECU200は、インターネット等の車外の通信ネットワーク52に接続することによって車外の通信装置にアクセスする。車外の通信装置の具体例を挙げるならば、パソコン、携帯端末、車車間通信における他車搭載の通信装置、路車間通信における路側通信インフラ、所定の情報管理センターなどがある。図2(a)に示されるように、車外の通信装置へのアクセスは、MM−OS21dが配置されるコア20dによって行われる。
車外の通信装置へアクセスするために、情報系ECU200のコア20dは、MM−OS21d上で車外接続用通信プログラムを処理する。車外接続用通信プログラムとして、図2(b)に示されるように、車外G/W機能とTCP/IPプロトコルスタックがある。
車外G/W機能は、車外の通信装置へアクセスするために必要なセキュリティ管理を行うプログラムである。また、追加機能がプラグインとしてダウンロードされる場合は、改ざんやウィルスのチェックなどが行われた後に、そのコアでのみインストールと実行を行う(コアのサンドボックス化)。すなわち、車外の通信装置からのファイルやプログラムは、車外G/W機能を動作させるMM−OS上でダウンロードされ、そのMM−OS搭載のコアで閉じている。
TCP/IPプロトコルスタックは、インターネット等の車外の通信ネットワーク52を介して車外の通信装置へのアクセスに必要なTCP/IPプロトコルを選ぶプログラムである。
したがって、本発明に係る車両用制御システムの第2の実施形態によると、第1の実施形態の効果に加え、車外G/W機能26dを有するコア20dでのみダウンロードしたアプリケーションプログラム等を実行するので、車外から得られたダウンロードアプリケーションプログラム等をセキュアに実行することができる。
図3は、本発明に係る車両用制御システムの第3の実施形態である。第3の実施形態の車両用制御システムは、制御系ECU100、情報系ECU200及び情報系ECU300を有している。第3の実施形態の機能・構成について、第1及び第2の実施形態と同様の機能・構成の部分には、同一の符号を付して、説明を省略又は簡略する。第3の実施形態において、制御系ECU100、情報系ECU200及び情報系ECU300は、共に車両に搭載される。制御系ECU100と情報系ECU200が互いに通信を行い、情報系ECU200と情報系ECU300が互いに通信を行う。
図3(a)に示されるような構成の情報系ECU200と情報系ECU300との間の通信は、車内の通信回線53を介して、MM−OS21dが配置されるコア20dとMM−OS31cが配置されるコア30cによって行われる。
情報系ECU300と通信を行うために、情報系ECU200のコア20dは、MM−OS21d上でプロセッサ間通信プログラムを処理する。同様に、情報系ECU200と通信を行うために、情報系ECU300のコア30cは、MM−OS31c上でプロセッサ間通信用プログラムを処理する。このようなプロセッサ間通信用プログラムとして、図3(b)に示されるように、プロセッサ間通信機能とTCP/IPプロトコルスタックがある。
プロセッサ間通信機能は、MM−OS搭載のコア間(プロセッサ間)での通信を抽象化し、アプリ機能が分散配置された複数のプロセッサ間での協調分散処理を行うプログラムである。
第3の実施形態におけるTCP/IPプロトコルスタック27d,37cは、イーサネット(登録商標)による車内LAN53を介して、情報系ECU200のマルチコアプロセッサ20と情報系ECU300のマルチコアプロセッサ30との間の通信に必要なTCP/IPプロトコルを選ぶプログラムである。
したがって、本発明に係る車両用制御システムの第3の実施形態によると、第1の実施形態の効果に加え、コア間通信機能により複数コアでの並列実行をしつつ、プロセッサ間通信機能により複数の情報系ECU200,300による分散実行をするので、アプリ機能は最大のパフォーマンスを引き出すことができる。
図4は、本発明に係る車両用制御システムの第4の実施形態である。第4の実施形態の車両用制御システムは、制御系ECU100、情報系ECU200及び情報系ECU300を有している。第4の実施形態は、第2の実施形態と第3の実施形態を組み合わせた形態であるため、説明は簡略する。
図4(a)に示されるような構成の情報系ECU200と情報系ECU300との間の通信は、車内の通信回線53を介して、MM−OS21dが配置されるコア20dとMM−OS31cが配置されるコア30cによって行われる。そして、車外の通信装置へのアクセスは、情報系ECU300において、MM−OS31dが配置されるコア30dによって行われる。
したがって、本発明に係る車両用制御システムの第4の実施形態によると、第1乃至第3の実機形態の効果を有することができる。
以上、上述の各実施例によると、RT−OS上では、制御系ECUと情報系ECUとの連携に必要な、リアルタイム性、通信プロトコルの変換、セキュリティ管理、MM−OS(MM−OS搭載コア)の監視をする。その一方で、MM−OS上では、マルチメディア処理、ユーザインターフェース処理、セキュリティ管理を含めた外部インターネット接続処理を行う。したがって、長期間安定的に利用可能な高信頼性で、柔軟性や拡張性のあるプラットフォームの形成が可能となる。
すなわち、情報系ECUのMM−OSやアプリケーションプログラムの更新や異常が、情報系ECUのコアに配置されたRT−OSを介することにより、制御系ECUに影響を与えないようにすることができ、制御系ECUと情報系ECUがセキュアにリアルタイム性が調停された連携が可能になる。そして、インターネット等の車外通信網と接続可能な車外通信接続手段(例えば、車外G/W機能、TCP/IPプロトコルスタックなど)を備えることによって、車外通信網との接続が可能となる。車外通信を介して得た情報が車両制御に悪影響を与えるような情報であっても、制御系ECUに悪影響を及ぼさないようにすることができ、セキュアにダウンロードしたアプリケーションを実行することができる。
また、マルチコア化していくプロセッサに柔軟に対応して、長期間安定的に利用可能なプラットフォームアーキテクチャを容易に構成することができるようになる。つまり、情報系ECU200は情報系ECU300との接続を可能にする車内通信手段(プロセッサ間通信機能やTCP/IPプロトコルスタックなど)を備えることによって、複数の情報系ECUでアプリケーションの並列処理や分散処理を行うことができるので、アプリケーションの処理能力を向上させることができる。また、車内通信を介して得た情報が車両制御に悪影響を与えるような情報であっても、制御系ECUに悪影響を及ぼさないようにすることができる。
なお、制御系ECU100により特許請求の範囲に記載した「第1の車両用制御装置」が実現され、情報系ECU200により特許請求の範囲に記載した「第2の車両用制御装置」が実現され、情報系ECU300により特許請求の範囲に記載した「第3の車両用制御装置」が実現され、コア10により特許請求の範囲に記載した「第1のプロセッサ」が実現され、コア20aにより特許請求の範囲に記載した「第2のプロセッサ」が実現され、コア20b,c,dのいずれかにより特許請求の範囲に記載した「第3のプロセッサ」が実現され、コア30cにより特許請求の範囲に記載した「第4のプロセッサ」が実現され、コア30dにより特許請求の範囲に記載した「第5のプロセッサ」が実現される。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上述の実施例のように、情報系ECUのプロセッサがマルチコアプロセッサの構成ではなく、複数のシングルコアプロセッサで構成されてもよい。また、制御系ECUのプロセッサが一つのシングルコアプロセッサの構成ではなく、複数のシングルコアプロセッサやマルチコアプロセッサで構成されてもよい。
本発明に係る車両用制御システムの第1の実施形態である。 本発明に係る車両用制御システムの第2の実施形態である。 本発明に係る車両用制御システムの第3の実施形態である。 本発明に係る車両用制御システムの第4の実施形態である。
符号の説明
10 シングルコアプロセッサ
20,30 マルチコアプロセッサ
20a〜d,30a〜30d プロセッサコア
11a,21a RT−OS(リアルタイムOS)
21b〜d 31a〜d MM−OS(マルチメディアOS)
22 CANプロトコルスタック
23 車両G/W機能
24 コア間通信機能
25 アプリ機能
26 車外G/W機能
27 TCP/IPプロトコルスタック
28 プロセッサ間通信機能
100 制御系ECU
200,300 情報系ECU

Claims (8)

  1. リアルタイムOSが配置される第1のプロセッサを備える第1の車両用制御装置と、
    リアルタイムOSが配置される第2のプロセッサ及びマルチメディアOSが配置される第3のプロセッサを備える第2の車両用制御装置と、を有する車両用制御システムであって、
    前記第1のプロセッサのリアルタイムOS上の通信処理と前記第2のプロセッサのリアルタイムOS上の通信処理とによって前記第1の車両用制御装置と前記第2の車両用制御装置との間の通信を行うとともに、
    前記第2のプロセッサのリアルタイムOS上で処理される通信手段と前記第3のプロセッサのマルチメディアOS上で処理される通信手段とによって前記第2のプロセッサと前記第3のプロセッサとの間の通信を行うことにより、
    前記第2の車両用制御装置の障害が前記第1の車両用制御装置に及ばないようにする、ことを特徴とする、車両用制御システム。
  2. マルチメディアOSが配置される第4のプロセッサを備える第3の車両用制御装置を有し、
    前記第3のプロセッサと前記第4のプロセッサとによって前記第2の車両用制御装置と前記第3の車両用制御装置との間の通信を行う、請求項1に記載の車両用制御システム。
  3. 前記第3のプロセッサによって車外の通信装置にアクセスする、請求項1に記載の車両用制御システム。
  4. 前記第4のプロセッサによって車外の通信装置にアクセスする、請求項2に記載の車両用制御システム。
  5. マルチメディアOSが配置される第5のプロセッサを備える第3の車両用制御装置を有し、
    前記第4のプロセッサの通信手段と前記第5のプロセッサの通信手段とによって前記第4のプロセッサと前記第5のプロセッサとの間の通信を行い、
    前記第5のプロセッサによって車外の通信装置にアクセスする、請求項2に記載の車両用制御システム。
  6. 前記第2のプロセッサと前記第3のプロセッサは、マルチコアプロセッサ内のプロセッサコアである、請求項1に記載の車両用制御システム。
  7. 前記第4のプロセッサと前記第5のプロセッサは、マルチコアプロセッサ内のプロセッサコアである、請求項5に記載の車両用制御システム。
  8. 車外の通信装置からダウンロードされたプログラムは、前記第3のプロセッサのプロセッサコアでのみ実行される、請求項6に記載の車両用制御システム。
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