JP4650248B2 - 車両用ネットワークシステム及びネットワークノード - Google Patents

Description

本発明は、車両の各部に配置される複数のセンサの少なくとも一部と接続され、センサが検出した情報を伝送するための車両用ネットワークシステム、及びそのシステムに使用されるネットワークノードに関する。

センサフュージョンは、複数種類のセンサにより得られた情報を統合することで、特定の検出対象についての検出精度を向上させる技術であり、その一例が特許文献１，２等に開示されている。この技術を車両に適用することを想定すると、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して得られる絶対位置測距情報、レーザレーダより得られる相対位置測距情報、カメラにより撮像された画像より認識される物標情報などを統合・補完することで、より正確な絶対位置又は相対位置情報を得ることも可能となる。

そして、実際にセンサフュージョンを適用する場合には、各センサを例えば車内ＬＡＮのような通信ネットワークを介して接続し、各センサより得られる情報の同期を取るために、時刻情報を用いることが特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、上記時刻情報をＧＰＳ信号より取得することが開示されている。
特開２００３−１６８１９７号公報 特開２００２−９９９０６号公報

しかしながら、特許文献２に開示されているようにＧＰＳ信号より取得した時刻情報（タイムスタンプ）を利用する場合、送受信間の通信距離や、送信（タイムソース）側ノード内の処理時間などにより伝送遅延が生じてしまう。従って、送信された時刻情報を受信する側では、実際の受信時刻よりも遅れた時刻を受信せざるを得ず、正確な時刻を把握することができないという問題がある。
例えば、正確な位置情報を得るためにセンサフュージョンを利用する際に１００ｍｓの遅延時間が発生すると、車両が時速１００ｋｍ／ｈで走行している場合には、約３ｍの誤差が生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のセンサを通信ネットワークを介して接続して時刻情報を利用する場合に、その時刻情報に含まれる遅延誤差を極力排除できる車両用ネットワークシステム、及びそのシステムに使用されるネットワークノードを提供することにある。

請求項１記載の車両用ネットワークシステムによれば、通信ネットワークの途中に配置され、各センサより送信される情報を中継するノードは、複数のセンサの何れかによって送信された時刻情報Ｔ（ｎ）を受信すると、当該時刻情報Ｔ（ｎ）と自身が備える基準時刻情報取得手段より取得した基準時刻Ｔｓ（ｎ）との差から遅延時間Δｔを求める。そして、時刻情報Ｔ（ｎ）を受信した際に、通信ネットワーク上の通信状況に応じて補正した遅延時間Δｔｃを得ると、時刻情報Ｔの送信先に、
Ｔ（ｎ＋１）＝Ｔ（ｎ）＋Δｔｃ
を送信する。

即ち、（Ｔ（ｎ）−Ｔｓ（ｎ））によって得られる遅延時間Δｔは、通信ネットワーク上における送受信間距離（この場合、送信先−ノード間の距離）に基づく伝送遅延ｔd1と、時刻情報Ｔ（ｎ）を受信した時点における通信状況に基づく伝送遅延ｔd2とを含んでいる。そして、前者の伝送遅延ｔd1は固定的な時間であるのに対して、後者の伝送遅延ｔd2は、送信元の処理負荷やネットワーク上の通信負荷などにより変動する。
そこで、伝送遅延ｔd2を推定して遅延時間Δｔより減算すれば、補正した遅延時間Δｔｃは伝送遅延ｔd1だけを含む送受信間距離に応じた一定値となる。従って、送信元が送信した時刻情報Ｔ（ｎ）に補正した遅延時間Δｔｃを加えた時刻情報Ｔ（ｎ＋１）を送信すれば、送信先に対してより正確な時刻情報を提供することが可能となり、その時刻情報を利用して行う同期処理などの精度を向上させることができる。

請求項２記載の車両用ネットワークシステムによれば、ノードは、複数のセンサの何れかにより送信されたセンサ情報を受信すると、そのセンサ情報の内容に応じて遅延時間Δｔを補正する。例えば、時刻情報Ｔ（ｎ）とセンサ情報とが同一の送信元より送信された場合は、その送信元のセンサがセンサ情報を送信するために要した処理負荷に応じて、伝送遅延時間は異なる。また、時刻情報Ｔ（ｎ）とセンサ情報とが異なる送信元より送信された場合であっても、伝送されるセンサ情報の内容（例えば、データサイズなど）に応じてネットワーク上の通信負荷が変動するため、伝送遅延時間が異なる。従って、センサ情報の内容に応じて遅延時間Δｔを補正すれば、遅延時間Δｔｃを適切に求めることができる。

請求項３記載の車両用ネットワークシステムによれば、ノードは、電波信号を利用して時刻情報を取得する複数の基準時刻情報取得手段の何れか１つを選択して使用する。即ち、電波信号を利用して時刻情報を取得する構成の場合、車両の位置によっては上記電波信号を受信できなくなることが想定される。従って、基準時刻情報取得手段を複数用意しておき、電波信号の受信状況に応じてそれらの何れか１つを選択すれば、基準時刻を継続的に取得することができる。

請求項４記載の車両用ネットワークシステムによれば、ノードは、複数の基準時刻情報取得手段の夫々より得られる基準時刻間の誤差を予め取得し、基準時刻の取得対象を切り替える前後の選択対象間における時刻誤差を反映させて基準時刻を調整する。即ち、複数の基準時刻情報取得手段を切り替えて使用する場合、夫々より取得される基準時刻の間に誤差があるとすれば、取得対象を切り替えた場合にその誤差がそのまま反映されてしまう。従って、切替え前後の選択対象間に生じる時刻誤差を反映させて基準時刻を調整すれば、最初に選択した基準時刻を継続的に使用することができる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図３は、車両用ネットワークシステムの構成を示す図である。車両１の各部には、例えば、外気温度センサ２、レーダ（センサ）３、エンジン回転数センサ４、車速センサ５、スロットルセンサ６、などが配置されており、これらのセンサ等３〜６は、夫々センサＥＣＵ（Electronic Control Unit）を介して車載ネットワークである車内ＬＡＮ（通信ネットワーク）８に接続されている。また、車内ＬＡＮ８の途中部位には、そのネットワーク上で伝送されるデータの中継を行うノード（ネットワークノード）９が配置されている。

そして、車内ＬＡＮ８におけるノード９の近傍には、ボディＥＣＵ１０が接続されており、上記センサ等３〜６より送信されるセンサ情報はノード９を介してボディＥＣＵ１０に送信される。即ち、ノード９とボディＥＣＵ１０とは、両者間の伝送遅延時間が無視できる程度の距離で接続されている。ボディＥＣＵ１０は、それらのセンサ情報を統合して特許文献１，２等と同様にセンサフュージョンを行うことで、例えば自車両から前方に位置する車両までの相対距離を高精度で得るようになっている。

図１は、ノード９の構成を、本発明の要旨に係る部分について示す機能ブロック図である。ノード９は、例えばマイクロコンピュータで構成されており、その基本的機能は、何れかのセンサにより車内ＬＡＮ８上に送信されたデータをデータ受信部１１において受信すると、そのデータを送信先に向けてデータ送信部１２より送信するものである。そして、本実施例におけるノード９は時刻補正オブザーバとしての機能も備えるため、データ受信部１１とデータ送信部１２との間に遅れ時間Δｔ補正ロジック部（以下、単に補正ロジック部と称す）１３が挿入されている。

また、ノード９は、ＧＰＳ受信機（基準時刻情報取得手段）１４と電波時計（基準時刻情報取得手段）１５とを内蔵している。ＧＰＳ受信機１４は、例えば図示しないカーナビゲーション装置が車両の現在位置を検出するために配置されているものを共用している。また、電波時計１５は、原子時計によって計時されている日本標準時の時刻情報を送信所より送信される電波信号として受信し、内部のマイクロコンピュータが上記時刻情報に基づいて時刻表示を行うものである。
そして、ノード９は、ＧＰＳ受信機１４が受信したＧＰＳ信号に含まれている時刻情報と、電波時計１５より得られる時刻情報との何れか一方を時刻ソース切替え部１６を介して選択し、タイムスタンプ付与部１７に出力する。タイムスタンプ付与部１７は、時刻ソース切替え部１６より与えられる時刻情報を、基準時刻情報Ｔｓ（ｎ）として補正ロジック部１３に出力する。

補正ロジック部１３は、センサ等３〜６の送信元が出力したタイムスタンプデータＴ（ｎ）、またはリファランスデータ（センサ等による検出データ）ＲＤを、車内ＬＡＮ８の上流側よりデータ受信部１１を介して受信すると、それらに基づき伝送遅延時間Δｔｃを求める。それから、その伝送遅延時間Δｔｃを考慮したタイムスタンプデータＴ（ｎ＋１）を、データ送信部１２及び車内ＬＡＮ８の下流側を介して送信先に送信する。

次に、本実施例の作用について図２も参照して説明する。図２は、ノード９がデータを受信した場合に行う処理を示すフローチャートである。先ず、データ受信部１１がデータを受信すると、補正ロジック部１３は、その受信データがタイムスタンプデータＴ（ｎ）であるか否か、またはセンサ情報たるリファランスデータＲＤであるか否かを判定する（ステップＳ１，Ｓ９）。何れのデータでもなかった場合は（ステップＳ９：「ＮＯ」）そのデータを破棄して（ステップＳ１１）データの受信待ち状態となる。
受信データがリファランスデータＲＤであった場合（ステップＳ９：「ＹＥＳ」）、補正ロジック部１３は、そのリファランスデータＲＤの内容を参照し、内容に応じて通信負荷を推定すると、推定した通信負荷に応じて補正データ値ｔｄを決定する（ステップＳ１０）。そして、データ受信待ち状態となる。

ここで、リファランスデータＲＤの内容に応じた補正データ値ｔｄの決定は、以下のように行なう。例えば、時刻情報Ｔ（ｎ）とリファランスデータＲＤとが同一の送信元より送信された場合は、その送信元のセンサ等がリファランスデータＲＤを送信するために要した処理負荷が重ければ、伝送遅延時間はより大きくなる。そして、その処理負荷の重さは、リファランスデータＲＤの種類に応じて推定する。また、両者が異なる送信元より送信された場合であっても、送信されたリファランスデータＲＤのデータのサイズが大きければ車内ＬＡＮ８の通信負荷は重くなる。例えば、エンジン回転数が高い、スロットルの開度（アクセルの踏込み角）が大きい、車速が速いといった場合である。
従って、上記のようなリファランスデータＲＤと並行して他のデータ（ここでは、タイムスタンプデータＴ（ｎ））が送信中であるとすれば、当該他のデータの送信時間に影響を及ぼして伝送遅延がより大きくなる。そこで、ステップＳ１０では、リファランスデータＲＤの内容、即ち通信負荷の大小に応じて補正データ値ｔｄを決定している。

一方、受信データがタイムスタンプデータＴ（ｎ）であった場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）、時刻ソース切替え部１６は、その時点でＧＰＳ受信機１４がＧＰＳ信号を受信可能か否かを判断し（ステップＳ２）、受信可能であれば（「ＹＥＳ」）そのＧＰＳ信号に含まれている時刻情報を取得して基準時刻Ｔｓ（ｎ）とする（ステップＳ３）。一方、ＧＰＳ信号が受信不能であれば（「ＮＯ」）、電波時計１５より時刻情報を取得して基準時刻Ｔｓ（ｎ）とする（ステップＳ４）。

また、時刻ソース切替え部１６は、そのＧＰＳ信号より取得される基準時刻と、電波時計１５より取得される基準時刻との同期誤差を予め測定しておき、タイムソースをＧＰＳ受信機１４から電波時計１５に切り替えた場合は、その同期誤差に応じて電波時計１５より取得される基準時刻を補正する（ステップＳ５）。斯様に処理することで、タイムソースの切替えによって生じる時刻誤差をキャンセルする。
続くステップＳ６において、補正ロジック部１３は、受信したタイムスタンプデータＴ（ｎ）について、車内ＬＡＮ８上の伝送遅延時間Δｔを（１）式により求める。
Δｔ＝Ｔ（ｎ）−Ｔｓ（ｎ） ・・・（１）
即ち、タイムスタンプ付与部１７より得られる基準時刻Ｔｓ（ｎ）に対して、送信元より取得されて発せられたタイムスタンプデータＴ（ｎ）は、ノード９に到達するまでの伝送遅延時間Δｔを含んでいるからである。

それから、補正ロジック部１３は、伝送遅延時間ΔｔをステップＳ１０で決定された補正データｔｄを用いて（２）式により補正し、遅延時間Δｔｃを求める（ステップＳ６）。
Δｔｃ＝Δｔ−ｔｄ ・・・（２）
即ち、（１）式により得られる遅延時間Δｔは、車内ＬＡＮ８上における送受信間距離（この場合、送信先−ノード９間の距離）に基づく伝送遅延ｔd1と、時刻情報Ｔ（ｎ）を受信した時点における通信状況に基づく伝送遅延ｔd2とを含んでいる。そして、前者の伝送遅延ｔd1は固定的な時間であるのに対して、後者の伝送遅延ｔd2は、送信元の処理負荷やネットワーク上の通信負荷などにより変動する。
そこで、ステップＳ１０では、伝送遅延ｔd2を補正データｔｄとして推定している。その補正データｔｄを、ステップＳ７において遅延時間Δｔより減算すれば、補正した遅延時間Δｔｃは伝送遅延ｔd1だけを含む送受信間距離に応じた一定値となる。

従って、続くステップＳ８では、送信元より送信されたタイムスタンプデータＴ（ｎ）に、補正した遅延時間Δｔｃを加えて時刻情報Ｔ（ｎ＋１）を生成する。すると、時刻情報Ｔ（ｎ＋１）は、送信元が送信を行った時刻Ｔ（ｎ）に、車内ＬＡＮ８上の物理的通信距離に基づく遅延時間Δｔｃを加えた値となって、より正確な受信時刻を表すこととなる。そして、生成された時刻情報Ｔ（ｎ＋１）は、送信先、即ちボディＥＣＵ１０に送信され、ボディＥＣＵ１０においては、時刻情報Ｔ（ｎ＋１）を利用してセンサフュージョン技術を用いた相対距離検出等が行なわれる。

以上のように本実施例によれば、車内ＬＡＮ８の途中に配置され、各センサ等３〜６より送信される情報を中継するノード９は、それらの何れかにより送信されたタイムスタンプデータＴ（ｎ）を受信すると、当該タイムスタンプデータＴ（ｎ）と自身が備えるＧＰＳ受信機１４又は電波時計１５より取得した基準時刻Ｔｓ（ｎ）との差から遅延時間Δｔを求め、タイムスタンプデータＴ（ｎ）を受信した際に、車内ＬＡＮ８上の通信状況に応じて補正した遅延時間Δｔｃを得ると時刻情報Ｔ（ｎ＋１）（＝Ｔ（ｎ）＋Δｔｃ）を生成して、ボディＥＣＵ１０に送信するようにした。従って、送信先に対してより正確な時刻情報を提供することが可能となり、その時刻情報を利用して行うセンサフュージョン技術のための同期処理の精度を向上させることができる。

そして、ノード９は、何れかのセンサ等３〜６により送信されたリファランスデータＲＤを受信すると、そのリファランスデータＲＤの内容に応じて遅延時間Δｔを補正するので、遅延時間Δｔｃを適切に求めることができる。また、ノード９は、ＧＰＳ受信機１４と、電波時計１５との何れかより取得される基準時刻Ｔｓ（ｎ）を選択して使用するので、車両１の位置によって何れか一方の電波信号が受信できなくなった場合でも、基準時刻Ｔｓ（ｎ）を継続的に取得することができる。
更に、ノード９は、ＧＰＳ信号より取得される基準時刻と、電波時計１５より取得される基準時刻との同期誤差を予め測定しておき、タイムソースをＧＰＳ受信機１４から電波時計１５に切り替えた場合は、その同期誤差に応じて電波時計１５より取得される基準時刻を補正するので、タイムソースの切替えによって生じる時刻誤差をキャンセルして、最初に選択した基準時刻を継続的に使用することができる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
車両に配置される各センサ等は、個別の車両の使用に応じて必要となるものを選択すれば良く、また、図３に示した以外のセンサ等を使用しても良いことは言うまでもない。
最初に基準時刻を取得する対象を、電波時計１５としても良い。
ＧＰＳ受信機１４は、必ずしもカーナビゲーション装置に利用されるものを共用する必要はなく、本発明の車両用ネットワークシステムのみに使用しても良い。
基準時刻情報取得手段は、３つ以上用意してタイムソースを選択しても良いし、１つだけであっても良い。また、複数のタイムソースを切り替えて使用する場合、それらの間の同期誤差に基づく時刻補正を行なう処理は、必要に応じて行えば良い。
また、基準時刻情報取得手段は、ＧＰＳ受信機１４や電波時計１５のように、外部より送信される電波信号に基づいて計時動作を行なうものに限らない。
センサフュージョンを行う主体は、ボディＥＣＵ１０に限ることなく、何れかのセンサに付随するセンサＥＣＵが行うようにしても良い。

本発明の一実施例であり、ノードの構成を本発明の要旨に係る部分について示す機能ブロック図 ノードがデータを受信した場合に行う処理を示すフローチャート 車両用ネットワークシステムの構成を示す図

符号の説明

図面中、１は車両、２は外気温度センサ、３はレーダ（センサ）、４はエンジン回転数センサ、５は車速センサ、６はスロットルセンサ、８は車内ＬＡＮ（通信ネットワーク）、９はノード（ネットワークノード）、１０はボディＥＣＵ、１３は遅れ時間Δｔ補正ロジック部、１４はＧＰＳ受信機（基準時刻情報取得手段）、１５は電波時計（基準時刻情報取得手段）を示す。

Claims (5)

1. 車両の各部に配置され、当該車両が走行する際に必要となる情報を検出するための複数のセンサと、これらセンサの少なくとも一部と接続され、センサが検出した情報を伝送するための通信ネットワークと、この通信ネットワークの途中に配置され、何れかのセンサによって送信されたデータを受信して送信先に送信するノードとを備えてなる車両用ネットワークシステムにおいて、
   前記複数のセンサの何れか１つ以上は、自身が検出した時刻情報を前記通信ネットワーク上に出力可能に構成され、
   前記ノードは、基準時刻情報取得手段を備え、
   前記複数のセンサの何れかによって送信された時刻情報Ｔ（ｎ）を受信すると、当該時刻情報Ｔ（ｎ）と、前記基準時刻情報取得手段によって取得された基準時刻Ｔｓ（ｎ）との差によって遅延時間Δｔを求め、
   前記時刻情報Ｔ（ｎ）を受信した際に、前記通信ネットワーク上の通信状況に応じて前記遅延時間Δｔを補正してΔｔｃとすると（但し、ｎは時刻情報Ｔの時系列を示す自然数）、
   前記時刻情報Ｔの送信先に、時刻情報Ｔ（ｎ＋１）として、
   Ｔ（ｎ＋１）＝Ｔ（ｎ）＋Δｔｃ
   を送信することを特徴とする車両用ネットワークシステム。
2. 前記ノードは、前記複数のセンサの何れかによって送信されたセンサ情報を受信すると、そのセンサ情報の内容に応じて前記遅延時間Δｔを補正することを特徴とする請求項１記載の車両用ネットワークシステム。
3. 前記ノードは、外部より送信されている電波信号を利用して基準時刻情報を取得するように構成される基準時刻情報取得手段を複数備え、
   前記複数の基準時刻情報取得手段の何れか１つを選択して使用することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用ネットワークシステム。
4. 前記ノードは、前記複数の基準時刻情報取得手段の夫々によって得られる基準時刻間の誤差を予め取得し、基準時刻を取得する対象を切り替える際には、その切替え前後の選択対象間における時刻誤差を反映させて基準時刻を調整することを特徴とする請求項３記載の車両用ネットワークシステム。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の車両用ネットワークシステムに使用されることを特徴とするネットワークノード。
   
   

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