JP4673749B2 - 車両用通信制御ユニットおよび車両用通信制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用通信制御ユニットおよび該通信制御ユニットを備えた車両用通信制御システムに関し、詳しくは、自動車に搭載するバス型車載ＬＡＮにおいて、該車載ＬＡＮ網に接続される複数の電子制御ユニットからの周期的メッセージが衝突しないように制御するものである。

車載ＬＡＮ網による通信がＣＡＮ規格に準拠する場合（以下、ＣＡＮバスという）、早くアクセスしたＥＣＵ（電子制御ユニット）が優先的な送信権を得ることができ、複数のＥＣＵが同時にＣＡＮバスにアクセスした場合、即ち、ＣＡＮバス上でメッセージの衝突が発生した場合には、各ＥＣＵのメッセージに含まれるアービトレーションフィールドのＩＤの優先度に基づいて調停を行い、優先的に送信を行うＥＣＵが決定される。
前記のように衝突が発生した場合には、ＣＡＮバスの通信帯域が圧迫され、通信品質の低下につながる、また、ＩＤの優先度に基づいて調停を行うと、優先度の低いＥＣＵは送信の機会が得られにくいという問題がある。

優先度の低いＥＣＵにも均等な送信機会を与える通信制御装置として、特開２００１−１１９４１６号公報（特許文献１）において、送信失敗の回数をカウントする機能を有し、送信失敗が所定回数に達した後は、送信動作を停止し、送信メッセージの優先度専用部の優先度を高めることで、複数のＥＣＵにおいて送信機会の均等化を図る装置が提供されている。
この種の装置では送信機会の均等化は図れるが、衝突を回避するものではなく、前述のように衝突が発生した場合、ＣＡＮバスの通信帯域が圧迫され通信品質の低下につながるという問題は残る。

また、近年、車載ＬＡＮにも送信タイミングを正確に制御することにより、送信メッセージの衝突を回避するためのプロトコルが考えられている。
ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）では車載ＬＡＮに接続される各ＥＣＵ間で同期するクロックを用いて、通信サイクル内の通信を時分割制御することが規定されている。
さらに、特表２００４−５３６５３８号公報（特許文献２）においては、ＬＡＮによって接続された各ＥＣＵのクロックを同期させるために、受信メッセージの予測受信時点と実際の受信時点との差に基づいて時間ずれを補正し各ＥＣＵ間での時間同期をより厳密に行う方法が示されている。

前記ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）による時分割制御で時間管理を行い、メッセージの衝突を回避することも考えられるが、接続される各ＥＣＵを予め登録する必要があるなど、管理が煩雑になり車載ＬＡＮの設計が煩わしくなるという問題があった。
また、前記特許文献２に開示されているものはＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）などのタイムトリガープロトコル（ＴＴＰ）が規定された車載ＬＡＮにおいて用いられ、基本的にイベントトリガー制御を行うＣＡＮなどの車載ＬＡＮには用いることができず、汎用性がない等の問題がある。

特開２００１−１１９４１６号公報 特表２００４−５３６５３８号公報

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、バス型車載ＬＡＮ内の複数のＥＣＵが周期的メッセージを送信する場合において、各ＥＣＵに最適な送信タイミングを設定し、ＬＡＮ内において各ＥＣＵから送信される周期的メッセージの衝突を回避する車両用通信制御ユニットおよび該ユニットを備えた車両用通信制御システムを提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、複数のＥＣＵ同士を車載ＬＡＮ網を介して相互に送受信可能に接続しているバス型車載ＬＡＮに接続され、
前記複数のＥＣＵのうちの１つのＥＣＵに送信タイミング集計・設定・管理部を付設して通信制御ユニットとし、
該通信制御ユニットとするＥＣＵは前記他の複数の各ＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信時間を受信し、前記送信タイミング集計・設定・管理部で前記受信結果を集計して各ＥＣＵから送信されるメッセージが他のＥＣＵから送信されるメッセージの送信開始時点から送信終了時点までの時間と重ならないように送信タイミングを調整し、該設定した送信タイミングを前記他の各ＥＣＵに送信して各ＥＣＵから設定した送信タイミングでメッセージを送信させる構成とし、かつ、
前記送信タイミング集計・設定・管理部による送信タイミングの調整は起動時の初期設定で行うと共に、初期設定後における前記ＥＣＵの増減に応じて送信タイミングの再調整と再設定を行っている車両用通信制御ユニットを提供している。

前記のように、本発明では、複数のＥＣＵ同士を車載ＬＡＮ網を介して相互に送受信可能に接続しているバス型車載ＬＡＮに、該ＬＡＮに接続されている全てのＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信タイミングの調整を行う通信制御ユニットを設けている。このようにＬＡＮ網に通信制御ユニットを設けていることで、各ＥＣＵからの周期的メッセージを受信して、周期的メッセージが衝突しないように送信タイミングを調整することが簡単に行うことができる。
具体的には、車両用通信制御ユニットが備える送信タイミング集計・設定・管理部において、各ＥＣＵの周期的メッセージの送信時間を集計し、各ＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信開始時点が、他のＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信終了時点以降となるように、各ＥＣＵが送信する周期的メッセージの送信開始時点を調整することにより送信タイミングを設定・管理している。
さらに、設定した送信タイミングを各ＥＣＵに送信して、各ＥＣＵにおいて送信タイミングを設定させることで、送信される周期的メッセージの衝突を回避できる。

尚、前記周期的メッセージとは、車両の各部センサにおける測定値や車両の状態を示すデータなどを、他のＥＣＵに利用させるために、各ＥＣＵが周期的に送信するメッセージを指し、一つのＥＣＵが複数のセンサ等に接続されている場合に、一つのＥＣＵが複数の周期的メッセージを送信する場合も含まれる。
また、送信時間には、前記周期的メッセージを各ＥＣＵが送信する場合に、周期的メッセージの送信開始時点から次回の送信開始時点までを示す送信間隔と、送信されるメッセージのビット長により必要となる周期的メッセージの送信開始時点から送信終了時点までの時間が含まれている。

車載ＬＡＮにおいて、各ＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信間隔は同間隔あるいは定数倍であることが多く、前記のように送信開始時点を調整する構成とすることにより、各ＥＣＵから送信される周期的メッセージの衝突を回避できる構成となる。

前記のように、車両用通信制御ユニットは、ＬＡＮ網に既に接続されているＥＣＵの一つに送信タイミング集計・設定・管理部を設けている。
送信タイミング集計・設定・管理部を前記バス型車載ＬＡＮ内の一つのＥＣＵに設ける構成とすれば、別ユニットを必要とせず、低コストとなる利点がある。

前記のように、車両用通信制御ユニットは、前記ＥＣＵの送信タイミングの調整を起動時の初期設定で行っているが、初期設定後においてＥＣＵの増減があると、それに応じて送信タイミングを再設定できる構成としている。
前記のように初期設定後に前記バス型車載ＬＡＮにＥＣＵが追加された場合には、追加されたＥＣＵの送信時間を集計し、各ＥＣＵの送信タイミングを再設定することにより、バス型車載ＬＡＮに接続される各ＥＣＵから送信される周期的メッセージが衝突しないように制御することができる。
一方、初期設定後に前記バス型車載ＬＡＮからＥＣＵが削除された場合にも、送信タイミングを再設定することにより、車載ＬＡＮ内の通信帯域を効率よく利用することができる。

さらに、本発明では、前記車両用通信制御ユニットを、複数のＥＣＵ同士を車載ＬＡＮ網を介して相互に送受信可能に接続しているバス型車載ＬＡＮに接続し、
前記各ＥＣＵは、時間同期手段と、周期的メッセージの送信タイミングを管理する送信タイミング管理手段を備え、該送信タイミング管理手段は前記車両用通信制御ユニットから受信する調整された送信タイミングに基づいて送信タイミングを管理している車両用通信制御システムを提供している。

前記各ＥＣＵに設ける時間同期手段は、時間計測部と時間同期処理部を有し、所定の時点において時間計測部を同期させるメッセージを送信し、各ＥＣＵの時間同期処理部は前記同期させるメッセージの受信に伴って時間計測部を同期させる構成となっている。
前記のように各ＥＣＵが時間同期手段を備えることで、各ＥＣＵの時間計測部がずれることなく同期され、各ＥＣＵに前記送信タイミングが設定された後、各ＥＣＵから送信される周期的メッセージを正確に衝突しないように制御することができる。
尚、前記時間同期手段による各ＥＣＵ間における時間計測部の同期は、時間の経過とともに誤差が生じるおそれがあるため、定期的に時間計測部の同期が行われるように時間同期処理部を設定することが好ましい。

また、前記各ＥＣＵが備える送信タイミング管理手段は、前記車両用通信制御ユニットから受信する調整された送信タイミングに基づいて周期的メッセージの送信タイミングを管理する構成となっている。
前記構成とすることにより、各ＥＣＵは周期的メッセージを送信時間が重なることなく送信することができる。

前記車両用通信制御システムにおいて、前記バス型車載ＬＡＮ内での通信がＣＡＮ規格に準拠する通信であることが好ましい。
車載ＬＡＮ内での通信において事実上、標準となっているＣＡＮ規格に準拠する通信とすることにより、汎用性に優れた構成となる。

前述したように、本発明の車両用通信制御ユニットによれば、バス型車載ＬＡＮ内での通信において各ＥＣＵが送信する周期的メッセージの送信開始時点を調整することにより送信タイミングを設定・管理し、周期的メッセージの送信時間が重ならないように制御することができる。

また、前記車両用通信制御ユニットを備えた車両用通信制御システムによれば、各ＥＣＵは前記車両用通信制御ユニットにより設定された送信タイミングで、周期的メッセージを送信時間が重なることなく送信することができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る車両用通信制御ユニット１０を備えた車両用通信制御システム３０の構成を示す図である。
本実施形態に係る車両用通信制御システム３０は、バス型の車載ＬＡＮ網４０に、複数のＥＣＵ２０（以下、各ＥＣＵ２０を区別するときはＥＣＵ２０Ａ、２０Ｂ…と称す）と、１つの車両用通信制御ユニット１０（以下、通信制御ユニット１０と略称する）を接続している。本実施形態では前記通信制御ユニット１０は、ＬＡＮ網４０に接続されているＥＣＵ２０のうちの１つに、送信タイミング集計・設定・管理部１１を設けることにより、通信制御ユニットとしている。

通信制御ユニット１０は、前記送信タイミング集計・設定・管理部１１を備えていることを除き、他のＥＣＵ２０と同様に、通信処理部２４、時間計測部２１、時間同期処理部２２を備える時間同期手段と、送信タイミング管理手段２３を備えている。なお、ＥＣＵ本来の機能部も当然に具備しているが、説明を省略する。
他の各ＥＣＵ２０には、通信制御用に、通信処理部２４と、時間計測部２１と時間同期処理部２２を備える時間同期手段と、送信タイミング管理手段２３とを備えている。

前記通信制御ユニット１０は、起動時の初期設定の際に、各ＥＣＵ２０から送信された送信時間Ｓａ、Ｓｂ…Ｓｚを通信処理部２４で受信し、送信タイミング集計・設定・管理部１１において集計している。
前記送信時間Ｓａ、Ｓｂ…Ｓｚには、周期的メッセージの送信開始時点から次回の送信開始時点までを示す送信間隔Ｉａ、Ｉｂ…Ｉｚと、送信されるメッセージのビット長により必要とされる周期的メッセージの送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚから送信終了時点ＴＦａ、ＴＦｂ…ＴＦｚの時間が含まれている。
尚、各ＥＣＵ２０および車両用通信制御ユニット１０から送信される周期的メッセージのビット長が同じ長さの場合には、送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚから送信終了時点ＴＦａ、ＴＦｂ…ＴＦｚが特定できるため、送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚと送信間隔Ｉａ、Ｉｂ…Ｉｚを受信することにより、送信タイミングＳＴを調整することも可能である。

また、通信制御ユニット１０の送信タイミング集計・設定・管理部１１では、各ＥＣＵ２０から送信される周期的メッセージの送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚが、他のＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚから送信終了時点ＴＦａ、ＴＦｂ…ＴＦｚまでの時間と重ならないように送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚをずらすことにより調整し、送信タイミングＳＴを設定・管理している。
さらに、設定された送信タイミングＳＴを通信処理部２４から各ＥＣＵ２０に送信して、各ＥＣＵ２０から設定した送信タイミングＳＴで周期的メッセージを送信させる構成としている。
前記送信タイミングＳＴには、周期的にメッセージを送信する各ＥＣＵ２０の送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚをずらす時間Ｏａ、Ｏｂ…Ｏｚが示さる。本実施形態では通信制御ユニット１０はＥＣＵ２０の１つに設けているため、当該通信制御ユニット１０からの送信開始時間も含まれる。

一方、各ＥＣＵ２０は送信タイミング管理手段２３は、通信制御ユニット１０で設定された送信タイミングＳＴを受信し、該送信タイミングＳＴに基づいて周期的メッセージの送信開始時点ＴＳａ、ＴＳｂ…ＴＳｚを管理している。
さらに、各ＥＣＵ２０および通信制御ユニット１０が備える前記時間同期手段は、時間計測部２１と時間同期処理部２２を有し、所定の時点において時間計測部２１を同期させるメッセージＣａ、Ｃｂ…Ｃｓを送信し、各ＥＣＵ２０および車両用通信制御ユニット１０の時間同期処理部２２は前記同期させるメッセージＣａ、Ｃｂ…Ｃｓの受信に伴って時間計測部２１を同期させている。
尚、前記時間同期処理部２２による各ＥＣＵ間における時間計測部２１の同期は、時間の経過とともに誤差が生じるおそれがあるため、定期的に時間計測部２１の同期が行われるように時間同期処理部２２を設定することが好ましい。

図２は前記車両用通信制御ユニット１０により設定された送信タイミングＳＴで周期的メッセージが送信される場合の例を示す。
Ｘ方向は時間の経過を示す。ＥＣＵ２０Ａの周期的メッセージの送信間隔Ｉａは２０ｍｓ間隔に設定されており送信開始時点ＴＳａは０ｍｓ時点となり、０ｍｓ時点において最初の周期的メッセージＭａ１が送信される設定となっている。ＥＣＵ２０Ｂの送信タイミングＳＴが設定される前の周期的メッセージの送信間隔Ｉｂは４０ｍｓ間隔に設定されており送信開始時点ＴＳｂは０ｍｓ時点となり、０ｍｓ時点において最初の周期的メッセージＭｂ１が送信される設定となっている。

前記のような送信時間では、０ｍｓ時点および４０ｍｓ毎の時点において周期的メッセージＭａ１…とＭｂ１…が衝突することとなるので、車両用通信制御ユニット１０が前記送信時間Ｓａ、Ｓｂ…Ｓｚを集計した際に、送信タイミング設定・管理部１１においてＥＣＵ２０Ａ、ＥＣＵ２０Ｂ…から送信される周期的メッセージが衝突しないように送信タイミングＳＴを調整し各ＥＣＵ２０が送信タイミング管理手段２３により送信タイミングＳＴを管理している。
即ち、ＥＣＵ２０Ｂの周期的メッセージの送信開始時点ＴＳｂがＥＣＵ２０Ａの送信終了時点ＴＦａと重ならないように送信開始時点ＴＳｂをずらす時間Ｏｂを１０ｍｓとし最初の周期的メッセージＭｂ１の送信を１０ｍｓの時点において行うように設定することによりＥＣＵ２０Ａの周期的メッセージＭａ１…とＥＣＵ２０Ｂの周期的メッセージＭｂ１…が衝突せずに周期的に送信を行うことができることとなる。
尚、図２で示す車両用通信制御ユニット１０の周期的メッセージＭｚ１…に関しても前記ＥＣＵ２０Ｂと同様に送信タイミングが設定されるため、説明は省略する。

また、本実施形態においては、送信開始時点ＴＳｂをずらす時間Ｏｂの長さの一例として１０ｍｓとしているが、この長さを周期的メッセージの送信に必要な時間以上のできるだけ短い時間、即ち、ＥＣＵ２０Ａから送信される周期的メッセージＭａ１の送信終了時点ＴＦａと重ならないような必要最低限の時間とすることにより、最適な送信タイミングを設定することが可能となる。
さらに、本実施形態では各ＥＣＵ２０および車両用通信制御ユニット１０の各周期的メッセージのビット長により必要となる送信開始時点から送信終了時点までの時間を略同時間として図示しているが、周期的メッセージのビット長が異なる場合は、各周期的メッセージの送信終了時点に合わせて周期的メッセージの送信開始時点を他のＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信終了時点以降となるように送信開始時点をずらす時間Ｏａ、Ｏｂ…Ｏｚを設定すれば、車載ＬＡＮ内の通信帯域を効率よく利用することができる。

前記バス型車載ＬＡＮ内での通信はＣＡＮ規格に準拠する通信としている。
車載ＬＡＮ内での通信において事実上、標準となっているＣＡＮ規格に準拠する通信とすることにより、汎用性に優れた構成となる。

図３は本発明の第１実施形態の参考第１変形例に係る車両用通信制御システム３１の構成を示す。
第１実施形態との相違点は、各ＥＣＵ２０の製造時点において送信タイミングを設定する構成となっている。
本実施形態に係る通信制御システム３１は、他のＥＣＵとは別に専用の通信制御ユニット１０’を設け、複数のＥＣＵ２０と共に仮設車載ＬＡＮ網４１に接続している。

本実施形態においては、通信制御ユニット１０’は、例えば、工場内に設けられた前記仮設車載ＬＡＮ網４１に接続されており、各ＥＣＵ２０が工場から出荷される前に前記仮設車載ＬＡＮ網４１に接続され、前記第１実施形態と同様に、各ＥＣＵ２０の時間計測部２１を同期させ、通信制御ユニット１０’の送信タイミング集計・設定・管理部１１において各ＥＣＵ２０の送信時間Ｓａ、Ｓｂ…を集計し、送信タイミングＳＴを設定・管理し、各ＥＣＵ２０の送信タイミング管理手段２３において送信タイミングＳＴを設定する構成としている。
前記構成とすることにより、例えば、車載ＬＡＮをパッケージとして提供する場合に予め各ＥＣＵ２０に最適な送信タイミングＳＴを設定しておくことができる。
尚、各ＥＣＵ２０は受信した送信タイミングＳＴを記憶するための不揮発性メモリを備えている。

また、前記通信制御ユニットを第１実施形態と同様に、専用ユニットではなく複数のＥＣＵ２０の内の一つが送信タイミング集計・設定・管理部を備える車両用通信制御ユニット１０として、例えば前記工場内に設けられた仮設車載ＬＡＮ網４１に各ＥＣＵ２０とともに接続し、前記と同様に、送信タイミングＳＴを設定する構成とすれば、各ＥＣＵ２０とともに車両用通信制御ユニット１０も含むパッケージとして車載ＬＡＮを提供することができる。
あるいは同一構成の車載ＬＡＮにおいて各ＥＣＵ２０および車両用通信制御ユニット１０を個々に提供することも可能となる。

図４は本発明の第１実施形態の第２変形例に係る車両用通信制御システム３２の構成を示す。
本実施形態では、図１に示す車両用通信制御システム３０においてＥＣＵ２０Ｘがバス型車載ＬＡＮの構築後に追加される構成となっている。

ＥＣＵ２０Ｘが追加される以前においては、既に第１実施形態において示したように調整された送信タイミングが各ＥＣＵおよび通信制御ユニット１０に設定されている。
ＥＣＵ２０Ｘが追加されることにより、ＥＣＵ２０Ｘの時間計測部２１の同期と各ＥＣＵ２０および通信制御ユニット１０の送信タイミングを再設定する必要が生じる。
本実施形態では、このような場合に第１実施形態と同様に再度、各ＥＣＵ２０および通信制御ユニット１０の時間計測部２１を同期させ、車両用通信制御ユニット１０が各ＥＣＵ２０および通信制御ユニット１０の送信時間Ｓａ、Ｓｂ…Ｓｘ、Ｓｚを集計し、送信タイミングＳＴを集計・調整・設定し、各ＥＣＵ２０および通信制御ユニット１０の送信タイミング管理手段２３において送信タイミングＳＴを再設定する構成としている。

前記構成とすることにより車載ＬＡＮの構成の変化に柔軟に対応可能な車載ＬＡＮを提供することができる。
尚、ＥＣＵの追加の時点に限らず、バス型車載ＬＡＮからＥＣＵが削除された時点においても本実施形態を適用することにより車載ＬＡＮ内の通信帯域を効率よく利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用通信制御システムの構成を示す図である。 本発明に係る送信タイミングを説明する図である。 第１実施形態の参考第１変形例に係る車両用通信制御システムの構成を示す図である。 第１実施形態の第２変形例に係る車両用通信制御システムの構成を示す図である。

符号の説明

１０、１０’ 車両用通信制御ユニット
１１ 送信タイミング集計・設定・管理部
２０ ＥＣＵ
２１ 時間計測部
２２ 時間同期処理部
２３ 送信タイミング管理手段
２４ 通信処理部
３０ 車両用通信制御システム(第１実施形態)
３１ 車両用通信制御システム(第１実施形態第１変形例)
３２ 車両用通信制御システム(第１実施形態第２変形例)
４０ 車載ＬＡＮ網
４１ 仮設車載ＬＡＮ網
Ｃａ… 同期させるメッセージ
Ｓａ… 送信時間
Ｉａ… 周期的メッセージの送信間隔
ＴＳａ… 周期的メッセージの送信開始時点
ＴＦａ… 周期的メッセージの送信終了時点
Ｍａ… 周期的メッセージ
ＳＴ 送信タイミング

Claims (3)

1. 複数のＥＣＵ同士を車載ＬＡＮ網を介して相互に送受信可能に接続しているバス型車載ＬＡＮに接続され、
   前記複数のＥＣＵのうちの１つのＥＣＵに送信タイミング集計・設定・管理部を付設して通信制御ユニットとし、
   該通信制御ユニットとするＥＣＵは前記他の複数の各ＥＣＵから送信される周期的メッセージの送信時間を受信し、前記送信タイミング集計・設定・管理部で前記受信結果を集計して各ＥＣＵから送信されるメッセージが他のＥＣＵから送信されるメッセージの送信開始時点から送信終了時点までの時間と重ならないように送信タイミングを調整し、該設定した送信タイミングを前記他の各ＥＣＵに送信して各ＥＣＵから設定した送信タイミングでメッセージを送信させる構成とし、かつ、
   前記送信タイミング集計・設定・管理部による送信タイミングの調整は起動時の初期設定で行うと共に、初期設定後における前記ＥＣＵの増減に応じて送信タイミングの再調整と再設定を行っている車両用通信制御ユニット。
2. 請求項１に記載の車両用通信制御ユニットとするＥＣＵを、複数のＥＣＵ同士を車載ＬＡＮ網を介して相互に送受信可能に接続しているバス型車載ＬＡＮに接続し、
   前記車両用通信制御ユニットとするＥＣＵを含め前記各ＥＣＵは、時間同期手段と、周期的メッセージの送信タイミングを管理する送信タイミング管理手段を備え、該送信タイミング管理手段は前記車両用通信制御ユニットとするＥＣＵから受信する調整された送信タイミングに基づいて送信タイミングを管理している車両用通信制御システム。
3. 前記バス型車載ＬＡＮ内での通信がＣＡＮ規格に準拠する通信である請求項２に記載の車両用通信制御システム。

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