JP4742169B2 - 車載用通信システム - Google Patents

Description

本発明は、車載用通信システムに関し、詳しくは、メッセージを群分けし、同じ群に属するメッセージの送信タイミングが近づくと共に、異なる群に属するメッセージの送信タイミングが離れるように、各ＥＣＵがメッセージの送信タイミングを調整するものである。

従来、車両においては、共通のバスに複数の端末が接続されたネットワークにおいて、多重通信用バスを介して車載機器を制御する電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）を互いに接続してネットワークを構築し、ＥＣＵ間でメッセージを送受信する車載用通信システムが採用されている。
該車載用通信システムの通信プロトコルにはＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が多く用いられている。ＣＡＮプロトコルは、バスが開放状態の場合はどのＥＣＵもメッセージを送信することが可能な非同期通信である。

前記複数のＥＣＵから同時に送信がある場合には、アービトレーション（調停）を行い優先度の高いＥＣＵの送信を有効としているため、優先度の低いＥＣＵでは、メッセージを送信するまでに時間がかかる場合がある。
このため、ＥＣＵ間のメッセージ通信の設計を行う際には、アービトレーション負けによる最悪遅延時間を想定し、バス負荷率を低く規定せざるを得ないという問題がある。

一方、車載用の通信システムにおいては、メッセージをいくつかの群に分け、群毎に送信タイミングをできるだけ近くすることが望まれている。
群分けは、互いに関連するメッセージを同じ群とする。例えば、ステアリングに関するメッセージ同士などを同じ群とし、あるＥＣＵは、同じ群に属する他のＥＣＵが送信したメッセージを受信して、応答のメッセージを返す。このとき、群毎に送信タイミングをできるだけ近くし、異なる群は送信タイミングをできるだけ離すことで、メッセージの応答の遅延が少なくなり、ステアリングなどの電装機器の制御を迅速に行うことができる。

そこで、本出願人は、特開２００７−６０４００号公報（特許文献１）において、メッセージの送信タイミングの制御システムを提案している。該制御システムは、バスに接続された複数のＥＣＵがそれぞれ時間計測手段を備えており、各ＥＣＵは、他のＥＣＵのメッセージの送信タイミングを計測し、該時間計測手段が示す値に従って自身のメッセージの送信開始タイミングを調整している。該調整により、メッセージの送信タイミングを他のＥＣＵが送信したメッセージの送信完了タイミング以降となるようにしており、各ＥＣＵからの送信メッセージの衝突を防いでいる。

特許文献１の方法は、全てのＥＣＵがある一つのＥＣＵを基準にして自身が送信するメッセージの送信タイミングを決める場合には有効である。しかし、車載用通信システムは大型化、複雑化、多品種化しており、このように時間原器ともいえる基準ＥＣＵを設けると、基準ＥＣＵが故障等を起こした場合の影響が大きくなるため、基準ＥＣＵに頼って送信タイミングを決めるのは問題がある。また、車種によって基準ＥＣＵが異なる場合を考えると、品種数の増大を招きやすく、どのようなＥＣＵを搭載するかといった自由度も損ないかねない。

もちろん、基準ＥＣＵのない場合でも特許文献１の方法は車載用通信システムに適用可能である。しかし、この場合、各ＥＣＵが送信したメッセージの送信タイミングが互いに近づかずに、振動状態に陥ってしまう可能性がある。これを図１３の例で示す。
例えば、各ＥＣＵができるだけ同時刻に送信することが望ましい場合において、三つのＥＣＵＡ、Ｂ、Ｃを考える。通信システム全体の平均周期(サイクル)は凡そ９ｍｓ（ｍｓｅｃ）であり、図１３（Ａ）に示す送信周期のうち、１つ目の周期の送信時間は初期条件とし、２つ目以降の周期では、ＥＣＵＡは１つ目の周期のＥＣＵＢの送信タイミングで、ＥＣＵＢは１つ目の周期のＥＣＵＣの送信タイミングで、ＥＣＵＣは１つ目の周期のＥＣＵＡのタイミングで送信するようにセットされているとする。このとき、図１３（Ａ）内の数字は送信順序を示しており、各ＥＣＵの送信タイミングは振動したままで互いに近づかず収束しないばかりか、スキップによるメッセージ送信の欠落さえ起こる。

また、各ＥＣＵは、自分が最後に送信した後に目標にしているＥＣＵの最初の送信時＋９ｍｓ後に送信するようセットとしたとしても、図１３（Ｂ）に示す送信順序となり、図１３（Ａ）と同様に各ＥＣＵが送信するメッセージの送信タイミングは振動したままで収束せず、メッセージ送信の欠落が起こる。同様に、他のＥＣＵの送信タイミングの平均値を用いても不具合が起きてしまう。
即ち、基準ＥＣＵのない場合に特許文献１の方法を適用すると、各ＥＣＵが送信するメッセージの送信タイミングが互いに近づかず、収束しない場合があり、改善の余地がある。

また、特許文献１には、メッセージが二つ以上の群に分類できる時に、該群に属するメッセージの送信タイミングを離す方法については開示されていない。特許文献１には、一定の時間差をつけて出力する方法が記載されているが、この方法では、通信システム全体の平均周期が判らないと二つの群の送信タイミングを離すことはできない。加えて、自動車の通信システムは動作状態によって通信システム全体の平均周期が変化してしまうため、特許文献１の方法では二つの群の送信タイミングを離すことが困難であり、改善の余地がある。

特開２００７−６０４００号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、各ＥＣＵがメッセージを送信する際に、同じ群に属するメッセージはできるだけ近い送信タイミングとするように、送信タイミングを調整することを課題としている。
また、異なる群に属するメッセージとはできるだけ離れた送信タイミングと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、共通のバスに複数の端末が接続された通信ネットワークにおいて、前記バスを介して複数の電子制御ユニットを接続し、これら電子制御ユニット間でメッセージを所定の通信間隔で送信し、該送信されたメッセージを受信する車載用の通信システムであって、
前記バスを介して前記各電子制御ユニットで送受信するメッセージは、メッセージ情報の種類に応じて、第１群、第２群〜第Ｎ群と複数の群に分けられており、
前記各電子制御ユニットは、送信するメッセージの前記群毎の送信タイミングを演算する送信タイミング演算部を備え、
前記送信タイミング演算部は、前記他の電子制御ユニットから受信する同一群に属するメッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する同一群に属するメッセージの送信タイミングを、他の群に属するメッセージの送信タイミングより近づけることを特徴とする車載用通信システムを提供している。

本車載用通信システムでは、通信プロトコルがＣＡＮであるＣＡＮ通信線が好適に用いられるが、他の通信プロトコルの通信線を用いることもできる。
各電子制御ユニット（ＥＣＵ）により送受信されるメッセージは複数の群に分けられており、各ＥＣＵは、ほぼ同じ送信間隔で周期的にメッセージを送信している。
各ＥＣＵの送信タイミング演算部は、他のＥＣＵからのメッセージを受信し、該受信したメッセージが、自ＥＣＵが送信するメッセージと同じ群に属するか異なる群に属するかを判断する。
送信タイミング演算部は、他のＥＣＵからのメッセージが同じ群に属する場合には、自ＥＣＵが次に送信するメッセージの送信間隔を変更して送信タイミングを調整し、該送信するメッセージのタイミングを他のＥＣＵからのメッセージの送信タイミングに近づける。なお、送信タイミング演算部は送信メッセージの送信間隔を大幅に変更することはせず、送信間隔をほぼ同じに保ちながらも、少しずつ送信間隔を変更して送信タイミングを調整する。
メッセージの送信毎にメッセージの送信間隔の調整を繰り返すことで、自ＥＣＵが送信するメッセージの送信タイミングは、他の群に属するメッセージの送信タイミングよりも、同じ群に属する他のＥＣＵからのメッセージの送信タイミングに近づいていく。

このように、送信タイミング演算部がメッセージの送信毎にメッセージの送信周期の調整を繰り返すことで、通信システム全体から見て、ＣＡＮ通信線には同じ群に属するメッセージを周期的にまとめて送信することができる。
また、群毎に送信タイミングを近くすることで、同じ群に属するメッセージの応答の遅延を少なくすることができ、電装機器の制御を迅速に行うことができる。

前記送信タイミング演算部は、前記他の電子制御ユニットから受信する前記第１群に属するメッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する第１群に属するメッセージの送信タイミングを、他の第２群〜第Ｎ群に属するメッセージの送信タイミングより近づける一方、
前記送信タイミング演算部は、第１群の送信タイミングを、第１群と相違する第２〜第Ｎ群のメッセージの送信タイミングと離れたタイミングに調整していることが好ましい。

このように、送信タイミング演算部が、自ＥＣＵが送信するメッセージの送信タイミングを、異なる群に属するメッセージとできるだけ離すことで、異なる群に属するメッセージとの送信の衝突を回避することができ、通信システムのバス負荷率を向上させることができる。また、独立して動作する電装機器に関するメッセージは異なる群とすることで、一方の制御機器のシステムに故障があった場合に、異なる群に属するメッセージは互いに離れた送信タイミングでメッセージを送信することで、通信上の影響を防ぐことができる。

前記群毎に親メッセージと子メッセージを設定し、
前記送信タイミング演算部は、第１群に属する子メッセージを自電子制御ユニットから送信する場合には、前記他の電子制御ユニットから受信する第１群に属する親メッセージの送信タイミングに、前記子メッセージの送信タイミングが近づくように調整し、
第１群に属する親メッセージを自電子制御ユニットから送信する場合には、前記他の電子制御ユニットから受信する第１群と相違する第２〜第Ｎ群に属する親メッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する親メッセージの送信タイミングが離れるように調整していることが好ましい。

送信タイミング演算部は、自ＥＣＵが子メッセージを送信する場合、他のＥＣＵからのメッセージを受信すると、該メッセージが同じ群に属する親メッセージか否かを判断する。受信したメッセージが同じ群の親メッセージであれば、該親メッセージに送信タイミングが近づくように自ＥＣＵが送信する子メッセージの送信タイミングを調整する。
子メッセージを送信する全てのＥＣＵが上記の動作を行うことで、同じ群に属する子メッセージは全て親メッセージに送信タイミングが近づき、ＣＡＮ通信線には同じ群に属するメッセージを周期的にまとまって送信させることができる。

一方、自ＥＣＵが親メッセージを送信する場合、受信したメッセージが自ＥＣＵのメッセージと異なる群の親メッセージであれば、該親メッセージに送信タイミングが離れるように送信タイミングを調整する。
異なる群に属する親メッセージを送信するＥＣＵが互いに上記の動作を行うことで、異なる群の親メッセージの送信タイミングを離すことができる。
上述したように子メッセージは同じ群の親メッセージに送信タイミングが近づくため、同じ群のメッセージの送信タイミングは近づいていくと共に、異なる群同士のメッセージは送信タイミングが離れていく。

具体的には、送信タイミング演算部は、自ＥＣＵが送信するメッセージの直近の送信間隔Ｔｏに対して、次の送信間隔ＴｎｅｘｔをＴｎｅｘｔ＝Ｔｏ＋Ｆと定める。即ち、力Ｆによって送信間隔を調整する。力Ｆは、ＥＣＵが送信するメッセージと対象メッセージとの送信タイミングの時間差ｒの関数で表される。
なお、対象メッセージとは、同じ群内での子メッセージの送信タイミングの調整であれば親メッセージ、異なる群で親メッセージ同士の送信タイミングの調整であれば他の群の親メッセージである。

送信タイミング演算部は、対象メッセージを受信したタイミングと、自ＥＣＵが送信するメッセージの送信タイミングとの時間差を、送信するメッセージと対象メッセージとの送信タイミングの時間差ｒとする。
このとき、送信タイミング演算部が送信するメッセージより対象メッセージが送信タイミングが時間的に遅い場合の時間差ｒを正とすると、時間差ｒが正のとき力Ｆを正、時間差ｒが負のとき力Ｆを負となるよう設定することで、送信タイミング演算部が送信するメッセージの送信タイミングが対象メッセージの送信タイミングに近づいていく。このように、対象メッセージに近づいていく状態を、「引力が働く」と表現する。

また、時間差ｒが正のとき力Ｆを負、時間差ｒが負のとき力Ｆを正となるよう設定することで、送信タイミング演算部が送信するメッセージの送信タイミングが対象メッセージから離れていく。このように、対象メッセージから離れていく状態を、「斥力が働く」と表現する。

従って、送信タイミング演算部が送信するメッセージが子メッセージの場合には、同じ群に属する親メッセージに対して引力が働くように設定し、送信タイミング演算部が送信するメッセージが親メッセージの場合には、異なる群に属する親メッセージに対して斥力が働くように設定する。

前記群には前記親メッセージと子メッセージを設定せず、
前記送信タイミング演算部は、前記他の電子制御ユニットから受信する第１群に属する全てのメッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する第１群に属するメッセージの送信タイミングが近づくように調整し、
前記他の電子制御ユニットから受信する第１群と相違する第２〜第Ｎ群に属する全てのメッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する第１群に属するメッセージの送信タイミングが離れるように調整しているものであってもよい。

具体的には、送信タイミング演算部は、他のＥＣＵからのメッセージを受信すると、該メッセージが同じ群に属するか否かを判断し、受信したメッセージと送信タイミング演算部が送信するメッセージの送信タイミングの時間差を計測する。
他のＥＣＵが送信するメッセージを全て受信した後、同じ群に属するメッセージとの時間差の平均を求めて平均時間差とし、該平均時間差から引力Ｆを求める。また、異なる群に属するメッセージとの時間差の平均を求めて平均時間差とし、該平均時間差から斥力Ｆを求める。送信タイミング演算部は、引力と斥力の和から次の送信間隔を算出する。

このように、親メッセージまたは子メッセージを定義しない場合であっても、同じ群に属するメッセージはできるだけ近い送信タイミングでメッセージを送信すると共に、異なる群においては、できるだけ離れた送信タイミングでメッセージを送信するように、各ＥＣＵがメッセージの送信タイミングを調整することができる。

メッセージの群分けは、メッセージの種類によって行い、少なくとも、安全制御に関わるメッセージ群、ボディ制御に関わるメッセージ群、ステアリング系に関わるメッセージ群、パワートレイン系に関わるメッセージ群のいずれか１つを含むことが好ましい。

前述したように、本発明の車載用通信システムによれば、送信タイミング演算部が、自ＥＣＵの送信するメッセージの送信タイミングを調整し、同じ群に属するメッセージはできるだけ近い送信タイミングとすることで、該メッセージを用いて電装機器の制御を迅速に行うことができる。
また、異なる群に属するメッセージは送信タイミングを離すことで、メッセージの送信の衝突を回避すると共に、バス負荷率を上げることができる。

本発明である車載用通信システムの第１実施形態を示す構成図である。 車載用通信システムで送受信されるメッセージと周期を示した図である。 子メッセージを送信している送信タイミング演算部の動作原理の説明図であり、（Ａ）は親メッセージが子メッセージよりも後に送信されている場合、（Ｂ）は前に送信されている場合である。 親メッセージを送信している送信タイミング演算部の動作原理の説明図であり、（Ａ）は親メッセージが異なる群に属する親メッセージよりも後に送信されている場合、（Ｂ）は親メッセージが異なる群に属する親メッセージより前に送信されている場合である。 時間差と力の関係を示した説明図であり、Ｇ＝１、ｇ＝２とした場合である。 時間差と力の関係を示した説明図であり、Ｇ＝２、ｇ＝２とした場合である。 送信タイミング演算部の動作を示すフローチャートである。 実施例１の計算結果である。 実施例２の計算結果である。 実施例３の計算結果である。 実施例４の計算結果である。 第２実施形態の原理説明図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１０ 車載用通信システム
２０Ａ１〜２０Ａ４、２０Ｂ１〜２０Ｂ４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｔｎｅｘｔ 送信間隔
Ｔｏ 直近の送信間隔
Ｆ 力
ｒ 時間差

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図１１に本発明の第１実施形態を示す。
本発明の車載用通信システム１０は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０をバス１１に接続し、ＥＣＵ２０間でメッセージを送受信するものである。本実施形態では、図１に示すように、バスに８つのＥＣＵ２０Ａ１〜ＥＣＵ２０Ａ４、ＥＣＵ２０Ｂ１〜ＥＣＵ２０Ｂ４を接続しており、通信プロトコルはＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いている。
各ＥＣＵ２０は、センサ（図示せず）等から得られるデータを、メッセージとして周期的にバスに送信し、該メッセージに基づいて電装機器等の負荷（図示せず）を制御している。

各ＥＣＵ２０は、それぞれ１または複数の種類のメッセージをバスに送信しており、各メッセージは複数のグループ（群）に分けられている。また、グループ毎に親メッセージを１つ定めており、同じグループの他のメッセージを子メッセージとしている。

本実施形態では、説明を簡単にするために、８つのＥＣＵ２０Ａ１〜ＥＣＵ２０Ａ４、ＥＣＵ２０Ｂ１〜ＥＣＵ２０Ｂ４はそれぞれ１種類のメッセージＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４のみを送信しており、８つのＥＣＵ２０が送信する８つのメッセージはグループＡとグループＢの２つに分けられているものとする。
また、ＥＣＵ２０Ａ１が送信しているメッセージＡ１をグループＡの親メッセージとし、ＥＣＵ２０Ａ２〜ＥＣＵ２０Ａ４が送信しているメッセージＡ２〜Ａ４をグループＡの子メッセージとしている。また、ＥＣＵ２０Ｂ１が送信しているメッセージＢ１をグループＢの親メッセージとし、ＥＣＵ２０Ｂ２〜ＥＣＵ２０Ｂ４が送信しているメッセージＢ２〜Ｂ４をグループＢの子メッセージとしている。

グループ分けは、できるたけ送信タイミングを近くしたいメッセージを同じグループにしている。
また、独立して動作する電装機器を制御するメッセージは異なるグループとしている。例えば、グループＡはエアコンに関するメッセージであり、グループＢは車内照明に関するメッセージとすると、車内照明システムまたはエアコンシステムに故障あるいは不具合があった場合、異なるグループに属するメッセージを離れた送信タイミングでメッセージを送信することで、互いに通信上で影響しあうことを防ぐ。
グループＡをセンサ系のメッセージとし、グループＢはアクチュエータのメッセージとすると、アクチュエータが動作してセンサがチェックするというシステムの場合には、センサ系のメッセージとアクチュエータのメッセージの送信タイミングを離すほうが通信システムの効率がよくなることが多い。

各ＥＣＵは適当な送信間隔で周期的にメッセージの送信を行っている。特に条件がなければ、送信間隔は一定していない。送信間隔は、自己の動作状態により変化する場合もあり、また、共通クロックが無い場合には各ＥＣＵの内部クロックのバラツキによって変化する場合もある。例えば、センサに接続されるＥＣＵの平均の送信間隔が１０ｍｓ（ｍｓｅｃ）であっても、センサからの信号の状態によって、送信間隔は９〜１１ｍｓ程度に毎回ばらつくものとする。

同じグループに属するメッセージは、各ＥＣＵ２０によりほぼ同じ送信間隔あるいはその整数倍の送信間隔で送信されている。
図２に示すように、通信システム１０において、メッセージＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４の送信が繰り返される周期を通信システム１０全体の平均周期Ｔｃとする。

ＥＣＵ２０は、送信タイミング演算部２１と、送受信部２２とを備えている。
送信タイミング演算部２１は、詳細は後述するが、自ＥＣＵ２０が送信するメッセージの送信タイミング、即ちメッセージを送信してから次のメッセージを送信するまでの間隔Ｔｎｅｘｔを演算して調整し、該送信タイミングでメッセージの送信を行っている。
また、自ＥＣＵ２０及び他のＥＣＵ２０が送信するメッセージがいずれのグループに属するか、親メッセージか子メッセージかを予め記憶している。送信タイミング演算部２１は、例えばＣＰＵと、該ＣＰＵによって実行されるプログラムなどにより構成している。
送受信部２２は、バスを介して他のＥＣＵ２０とメッセージの送受信を行っている。
図１にはＥＣＵ２０Ａ１のみ送信タイミング演算部２１と送受信部２２を示しているが、ＥＣＵ２０Ａ２〜ＥＣＵ２０Ａ４、ＥＣＵ２０Ｂ１〜ＥＣＵ２０Ｂ４は全て同様の構成としている。

次に、本発明の原理について説明する。
本発明は、図２に示すように、同じグループに属するメッセージはできるだけ近い送信タイミングでメッセージを送信すると共に、異なるグループにおいては、できるだけ離れた送信タイミングでメッセージを送信するように、各ＥＣＵ２０がメッセージの送信タイミングの調整をしている。

まず、子メッセージＡ２を送信しているＥＣＵ２０Ａ２の送信タイミング調整の原理について説明する。
親メッセージをメッセージＡ１とすると、子メッセージＡ２は同じグループＡに属する親メッセージＡ１に送信タイミングが近づくように送信タイミング演算部２１は子メッセージＡ２の送信間隔を調整する。
送信タイミング演算部２１は、子メッセージＡ２の送信間隔を常に監視しており、図３に示すように、子メッセージＡ２の直近の送信間隔をＴｏとすると、次の送信間隔Ｔｎｅｘｔを、Ｔｎｅｘｔ＝Ｔｏ＋Ｆと設定する。即ち、Ｔｎｅｘｔを「力」と呼ばれる量Ｆだけ微調整する。

このとき、図３（Ａ）に示すように、親メッセージＡ１が子メッセージＡ２よりも後に送信されている場合、力Ｆ＞０とすることで、送信間隔ＴｎｅｘｔはＴｏより長くなるので、子メッセージＡ２の送信タイミングは親メッセージＡ１の送信タイミングに近づく。即ち、親メッセージＡ１と子メッセージＡ２との時間差ｒは短くなる。

なお、親メッセージＡ１が子メッセージＡ２よりも後とは、親メッセージＡ１が子メッセージＡ２よりも送信タイミングが時間的に遅いことをいい、親メッセージＡ１が子メッセージＡ２よりも先とは、親メッセージＡ１が子メッセージＡ２よりも送信タイミングが時間的に早いことをいう。
１つ前の親メッセージＡ１と子メッセージＡ２を比べると、図３（Ａ）では親メッセージＡ１が子メッセージＡ２よりも先となるが、１つ前の親メッセージＡ１と子メッセージＡ２の時間差と、一つ後の親メッセージＡ１と子メッセージＡ２の時間差とを比較して、短いほうを送信タイミング演算部２１が用いる時間差ｒとして採用する。図３（Ｂ）、図４の場合も同様である。

図３（Ｂ）に示すように、親メッセージＡ１が子メッセージＡ２より前に送信されている場合、Ｆ＜０とすることで、送信間隔ＴｎｅｘｔはＴｏより短くなるので、子メッセージＡ２の送信タイミングは親メッセージＡ１の送信タイミングに近づく。即ち、親メッセージＡ１と子メッセージＡ２との時間差ｒは短くなる。
このように、あるメッセージに他のメッセージが近づいていく状態を、「引力が働く」と表現する。即ち、同一グループ内では親メッセージに対して引力が働いている。

同様に、他の子メッセージＡ３、Ａ４についても、各ＥＣＵ２０Ａ３、ＥＣＵ２０Ａ４は子メッセージの送信間隔を調整する。
このように、子メッセージの次の送信間隔を調整して送信タイミングを決定することで、同じグループの子メッセージは親メッセージに送信タイミングが近づいていき、図２に示すように同じグループのメッセージは送信タイミングが近くなっていく。

次に、親メッセージＡ１を送信しているＥＣＵ２０Ａ１の送信タイミング調整の原理について説明する。
ＥＣＵ２０Ａ１は、他のグループの親メッセージＢ１と送信タイミングが離れるように送信タイミング演算部２１は親メッセージＡ１の送信間隔を調整する。親メッセージＡ１の直近の送信間隔をＴｏとする。
図４（Ａ）に示すように、親メッセージＡ１よりも親メッセージＢ１のほうが後に送信されている場合、Ｆ＜０とすることで、送信間隔ＴｎｅｘｔはＴｏより短くなるので、親メッセージＡ１の送信タイミングは親メッセージＢ１の送信タイミングから離れる。即ち、親メッセージＡ１と親メッセージＢ１との時間差ｒは長くなる。

図４（Ｂ）に示すように、親メッセージＡ１よりも親メッセージＢ１のほうが先に送信されている場合、Ｆ＞０とすることで、送信間隔ＴｎｅｘｔはＴｏより長くなるので、親メッセージＡ１の送信タイミングは親メッセージＢ１の送信タイミングから離れる。即ち、親メッセージＡ１と親メッセージＢ１との時間差ｒは長くなる。
このように、あるメッセージに他のメッセージが離れていく状態を、「斥力が働く」と表現する。即ち、異なるグループの親メッセージＡ１、Ｂ１には斥力が働いている。

同様に、親メッセージＢ１についても、ＥＣＵ２０Ｂ１は送信間隔を調整する。
このように、異なるグループ間の親メッセージの送信間隔を調整して送信タイミングを決定することで、親メッセージ同士は送信タイミングが離れていく。

従って、同じグループの子メッセージは親メッセージに送信タイミングが近づいていき、かつ、異なるグループの親メッセージは送信タイミングが離れていくので、図２に示すように、同一グループ内のメッセージは互いに送信タイミングが近づき、異なるグループ間のメッセージは送信タイミングが遠のくこととなる。
なお、実際には親メッセージＡ１は前と後ろの両方に親メッセージＢ１があるが、親メッセージＡ１と親メッセージＢ１との時間差ｒは近い方を選ぶ。例えば図４では親メッセージＡ１と親メッセージＢ１とがそれほど離れていない場合を述べているが、大きく離れた場合には時間差ｒは近い方を選ぶ。このために親メッセージＡ１と親メッセージＢ１は徐々に離れて行き、最終的にはほぼｒ≒Ｔｏ／２のところで安定する。子メッセージについても同様である。

上記内容を一般的に記載すると以下のようになる。
各メッセージは、直近の送信間隔Ｔｏに対して、次の送信間隔ＴｎｅｘｔをＴｎｅｘｔ＝Ｔｏ＋Ｆと定める。即ち、力Ｆによって送信間隔を微調整する。

ＥＣＵ２０が送信するメッセージと、対象メッセージ（同一グループ内での子メッセージの送信タイミングの調整であれば親メッセージ、異なるグループで親メッセージ同士の送信タイミングの調整であれば他のグループの親メッセージ）との時間差ｒについて、対象メッセージが調整されるメッセージより時間的に後に送信されている場合の時間差を正方向の時間差と定義する。
このとき、時間差ｒが正のときに力Ｆが正、時間差ｒが負のときに力Ｆが負ならば、力Ｆは引力となり、時間差ｒが正のときに力Ｆが負、時間差ｒが負のときに力Ｆが正ならば、Ｆは斥力となる。

力は時間差ｒの関数としてＦ（ｒ）として表される。力Ｆ（ｒ）は次のように選択される。
時間差ｒが０のとき、即ち、送信されるメッセージと対象メッセージが同じである場合には力Ｆ（０）＝０となり、力Ｆによる調整はなされない。
力Ｆが引力の場合、ｒ＝０の近傍では、ｒ＞０ならばＦ＞０、ｒ＜０ならばＦ＜０である。力Ｆが斥力の場合は、ｒ＞０ならばＦ＜０、ｒ＜０ならばＦ＞０である。時間差ｒの絶対値｜ｒ｜が十分に大きいときには、力Ｆの絶対値｜Ｆ｜は時間差ｒの絶対値｜ｒ｜に対して減衰する。
時間差ｒが±∞（正方向又は負方向に無限大）であるときには、力Ｆ（±∞）＝０となる。

各メッセージの力Ｆは次のように設定する。
子メッセージは、同じグループに属する親メッセージに対しては引力が働くように設定する。
親メッセージは異なるグループの親メッセージに対して斥力が働くように設定する。
なお、本実施形態ではグループが２つの例を示しているが、グループが３つ以上あるときには、自分以外の異なるグループの複数の親メッセージとの間の時間差ｒの平均を求めて時間差ｒとして力Ｆを計算するか、または異なる各グループの複数の親メッセージとの力Ｆを各々計算した後、その和を力Ｆとして用いる。

図５は、時間差ｒと力Ｆとの関係を示した例を示す説明図である。図５は、力Ｆ（ｒ）はＦ（ｒ）＝２・Ｇ・ｒ／（ｒ^２＋ｇ^２）とし、Ｇ＝１、ｇ＝２とした場合である。
このとき、前述したように、時間差ｒが０のときは力Ｆ（０）＝０となり、力Ｆが引力の場合、ｒ＝０の近傍では、ｒ＞0ならばＦ＞０、ｒ＜０ならばＦ＜０となる。時間差ｒの絶対値｜ｒ｜が十分に大きいときには、力Ｆの絶対値｜Ｆ｜は時間差ｒの絶対値｜ｒ｜に比例して減衰する。時間差ｒが±∞であるときには、力Ｆ（±∞）＝0となる。
また、図６は、力Ｆ＝Ｇ・（ｒ／ｇ^２）・ｅｘｐ（−ｒ^２／（２・ｇ^２））とし、Ｇ＝２、ｇ＝２とした場合である。

次に、子メッセージを送信しているＥＣＵ２０Ａ２の送信タイミング調整の動作について、図７のフローチャートを用いて説明する。
なお、ＥＣＵ２０Ａ２の送信タイミング演算部２１は、メッセージＡ２を周期的にバスに送信しており、送信周期Ｔｏを算出している。また、図７は親メッセージＡ１が子メッセージＡ２よりも後に送信されている場合の動作である。
ステップＳ１では、ＥＣＵ２０Ａ２はＥＣＵ２０Ａ１が送信した親メッセージＡ１を受信している。
ステップＳ２では、ＥＣＵ２０Ａ２は送受信部２２を介して子メッセージＡ２を送信している。
ステップＳ３では、ＥＣＵ２０Ａ２はＥＣＵ２０Ａ１が送信した親メッセージＡ１を受信している。なお、送信タイミング演算部２１は、例えば、メッセージに記載されたＩＤ（識別子）により、受信したメッセージが親メッセージか否か、同じグループに属するか否かを判断している。

ステップＳ４では、送信タイミング演算部２１は、子メッセージＡ２を送信したタイミングと親メッセージＡ１を受信したタイミングから時間差ｒを算出している。時間差ｒは、ステップＳ１で観測されたタイミングから求められた時間差と、ステップＳ３で観測されたタイミングから求められた時間差のうち小さい方を採用している。
ステップＳ５では、送信タイミング演算部２１は、時間差ｒを用いて力Ｆを算出している。

ステップＳ６では、送信タイミング演算部２１は、次の送信間隔Ｔｎｅｘｔを算出している。
ステップＳ１に戻り、前回のステップＳ２の子メッセージＡ２の送信タイミングから送信間隔Ｔｎｅｘｔ後に次の子メッセージＡ２を送信している。
子メッセージを送信している他のＥＣＵ２０の動作も図７と同様である。

さらに、親メッセージＡ１を送信しているＥＣＵ２０Ａ１も、図７と同様に、親メッセージＡ１を送信し、ＥＣＵ２０Ｂ１が送信した親メッセージＢ１を受信して時間差ｒを算出する。時間差ｒから次の送信間隔Ｔｎｅｘｔを算出し、次の親メッセージＡ１の送信タイミングを設定している。

次に、各グループおよびメッセージの周期数に対する１周期内の送信タイミングの変化について、実施例を挙げて説明する。

（実施例１）
各メッセージが通信システム全体の１周期に対して、送信タイミングの変化をシミュレーションした。
８つのＥＣＵ２０Ａ１〜ＥＣＵ２０Ａ４、ＥＣＵ２０Ｂ１〜ＥＣＵ２０Ｂ４が送信するメッセージを、メッセージＡ１〜Ａ４のグループＡとメッセージＢ１〜Ｂ４のグループＢに分け、メッセージＡ１、メッセージＢ１を親メッセージ、他を子メッセージとした。子メッセージは、親メッセージに対して引力を働かせ、異なるグループの親メッセージ同士には斥力を働かせたときに、各メッセージの送信間隔をＴｎｅｘｔ＝Ｔｏ＋Ｆを用いて演算した。力Ｆ＝２・Ｇ・ｒ／（ｒ^２＋ｇ^２）とし、引力＝Ｆ、斥力＝−Ｆとし、Ｇ＝０．０２、ｇ＝２とした。
演算した送信間隔から、各メッセージの送信タイミングが平均周期の開始時点から何ｍｓとなるかを求めた。

ここで、周期の数とは、各ＥＣＵ２０がメッセージの送受信を開始してからの周期の数のことであり、周期とは通信システム１０全体の平均周期（通信システム全体の１周期）を指す。平均周期は、例えば図２の周期Ｔｃのように、各ＥＣＵ２０がそれぞれメッセージを送信し、通信システム１０全体としてメッセージの送信が繰り返される周期をいう。実施例１では、１周期を８ｍｓとした。

１周期内における送信タイミングの初期値は、グループＡの親メッセージＡ１は５．０ｍｓの送信タイミングとし、子メッセージＡ２、Ａ３、Ａ４はそれぞれ２．０ｍｓ、７．０ｍｓ、７．５ｍｓとした。また、グループＢの親メッセージＢ１は４．０ｍｓの送信タイミングとし、子メッセージＢ２、Ｂ３、Ｂ４はそれぞれ３．５ｍｓ、５．０ｍｓ、６．０ｍｓとした。
全てのメッセージは、周期Ｔｃ毎に１回、各ＥＣＵにより送信されるものとした。

（実施例２）
外的要因によって送信タイミングが変化する場合を想定し、１周期ごとに全てのメッセージに幅５０μｓｅｃの一様分布による送信揺らぎを発生させた。
他の条件は実施例１と同様である。

（実施例３）
力Ｆの定数をＧ=1、ｇ＝２とした。他の条件は実施例１と同様である。
（実施例４）
力Ｆ＝Ｇ・（ｒ／ｇ^２）・ｅｘｐ（−ｒ^２／（２・ｇ^２））とし、引力＝Ｆ、斥力＝−Ｆとした。Ｇ＝０．０４、ｇ＝２とした。他の条件は実施例１と同様である。

図８は実施例１の計算結果を示し、本発明により、６００周期程度で子メッセージは親メッセージと送信タイミングがほぼ同じとなるとと共に、グループＡ、グループＢの送信タイミングは互いに離れた状態となった。

図９は実施例２の計算結果を示している。各メッセージの送信タイミングは揺らぎながらも振動や発散することなく、安定した状態となった。即ち、子メッセージは親メッセージに送信タイミングが近づくと共に、異なるグループ間では送信タイミングが離れていく。

図１０は実施例３の計算結果であり、安定化までの時間が１０周期程度に早くなった。
図１０では、力を大きくしたため送信タイミングが振動しているが、振動は１ｍｓ程度なので、１ｍｓ程度の振動が許容範囲内ならばＧ＝１、ｇ＝２の値を選んでも良い。
また、実施例１よりもＧを大きくすると振動したため、Ｇをさらに大きくすると、振動が大きくなり、制御不能になる場合がある。このように、力ＦのＧ、ｇの定数によっては振動することもあるので、安定化までの時間の制限など、使用するに当たっての条件に応じた定数を選ぶ必要がある。

図１１は、実施例４の計算結果であり、数百周期程度で子メッセージは親メッセージと送信タイミングがほぼ同じとなると共に、グループごとに一定の送信タイミングで送信するようになる。実施例１とは力を求める式が異なり、実施例４のほうが子メッセージは親メッセージと送信タイミングがほぼ同じとなる周期が短くなっている。
しかし、親メッセージと子メッセージの送信タイミングの時間差ｒがある程度以上大きいと力が働かなくなってしまい、制御できないメッセージが現れる場合がある。実施例４で用いた力の式の場合、図６に示すように時間差にしてｇの値の２〜３倍以上に大きくすると、力がほぼ０になってしまうので、全体の周期（実施例４の場合は８ｍｓ）を予め検知した上で実施例４で用いた式を選択する必要がある。

このように、本発明によれば、各ＥＣＵは自ＥＣＵの送信するメッセージの送信タイミングを調整し、同じ群に属するメッセージはできるだけ近い送信タイミングとし、異なる群に属するメッセージは送信タイミングを離すことができ、メッセージの送受信上で関連のある電装機器の制御を迅速に行うことができると共に、異なるグループに属するメッセージの送信の衝突を回避してバス負荷率を上げることができる。
本発明では、各ＥＣＵがメッセージの送信間隔を順次変化させており、基本周期は初期値としてしか必要ないので、準静的に通信システム１０全体の平均周期が変化していっても異なるグループに属するメッセージの送信タイミングを離すことができる。

なお、本発明は、各メッセージの周期が同じでなく、整数倍の時にも適用することができる。例えば、メッセージＡ１の直近の送信間隔がＴｏ＝１０ｍｓ、メッセージＡ２の直近の送信周期がＴｏ＝２０ｍｓの場合である。

さらに、メッセージのうちあるメッセージＸは別のメッセージＹと同じタイミングではなく、例えばメッセージＹと時間１ｍｓだけずらして送信したい場合にも本方式は適用できる。この場合には、メッセージＸを含めて各メッセージを送信するＥＣＵ２０はメッセージＸを送信タイミングから１ｍｓずらせたＸ＋１ｍｓ＝Ｘ’を仮想的にメッセージＸの送信タイミングとして、この仮想的なタイミングＸ’との間で本発明を適用してメッセージの送信タイミングが近づくよう調整すればよい。
さらにまた、通信システム１０の全てのメッセージを親メッセージとする、即ち、全てのメッセージ間に斥力を働かせて送信タイミングが離れるようにすることで、各メッセージの送信タイミングを１周期内に均等に分布させることができる。
また、従来技術にもある、あるメッセージをトリガにして他のＥＣＵ２０がそのタイミングのデータを送信し合いたいような場合にも本発明を適用できる。また、上記とは異なり、同じＥＣＵが異なる群のメッセージを送信したり、異なるＥＣＵが同じ群のメッセージを送信してもよい。

図１２は本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態では、同じグループ内で親メッセージを定義していない。各ＥＣＵ２０は、メッセージの送信間隔Ｔｎｅｘｔを以下のように演算する。
メッセージＡ１を送信するＥＣＵ２０Ａ１を例にして説明する。ＥＣＵ２０Ａ１の送信タイミング演算部２１は、同じグループの他のメッセージＡ２〜Ａ４を受信して、メッセージＡ１の送信タイミングから他のメッセージＡ２〜Ａ４の受信タイミングまでの時間差ｒａ２、ｒａ３、ｒａ４を測る。さらに、時間差ｒａ２、ｒａ３、ｒａ４の平均を求め平均時間差ｒａとし、この平均時間差ｒａを用いて引力Ｆ１を求める。

次に、送信タイミング演算部２１は、グループＢのメッセージＢ１〜Ｂ４を受信し、メッセージＡ１の送信タイミングからメッセージＢ１〜Ｂ４の受信タイミングまでの時間差ｒｂ１、ｒｂ２、ｒｂ３、ｒｂ４を測る。さらに、時間差ｒｂ１、ｒｂ２、ｒｂ３、ｒｂ４の平均を求め平均時間差ｒｂとし、この平均時間差ｒｂを用いて斥力Ｆ２を求める。
送信タイミング演算部２１は、引力Ｆ１と斥力Ｆ２の和Ｆ１＋Ｆ２を、次の送信間隔Ｔｎｅｘｔの演算に用いる力としている。

前記構成によれば、グループに親メッセージを定義しなくても、同じグループに属するメッセージはできるだけ近い送信タイミングでメッセージを送信すると共に、異なるグループにおいては、できるだけ離れた送信タイミングでメッセージを送信するように、各ＥＣＵ２０がメッセージの送信タイミングの調整をすることができる。
他のＥＣＵ２０についても、同様の動作を行うことでメッセージの送信タイミングの調整をすることができる。

なお、送信タイミング演算部２１は、平均時間差ｒａ、ｒｂを求めずに、メッセージと他のメッセージとの時間差からそれぞれのＥＣＵ間との引力、斥力Ｆを求め、これらの力の総和を次の送信間隔Ｔｎｅｘｔの演算に用いる力として用いてもよい。
例えば、メッセージＡ１の送信間隔は、同じグループＡ内の他のメッセージＡ２〜Ａ４に対しては引力（ＦＡ２、ＦＡ３、ＦＡ４）がかかるように設定し、他のグループＢのメッセージＢ１〜Ｂ４に対しては斥力（ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、ＦＢ４）がかかるように設定し、各々の力を計算した後、全部の力の和（ＦＡ２＋ＦＡ３＋ＦＡ４＋ＦＢ１＋ＦＢ２＋ＦＢ３＋ＦＢ４）をメッセージＡ１にかかる力Ｆとなるように設定する。

なお、メッセージ毎に、第２実施形態の平均時間差から送信間隔Ｔｎｅｘｔを算出する場合と、メッセージと他のメッセージとの時間差からそれぞれ力Ｆを求め、力の総和から送信間隔Ｔｎｅｘｔを算出する場合とが混在していても良い。また、親メッセージを定義したグループと定義しないグループが混在していてもよい。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

Claims (5)

1. 共通のバスに複数の端末が接続された通信ネットワークにおいて、前記バスを介して複数の電子制御ユニットを接続し、これら電子制御ユニット間でメッセージを所定の通信間隔で送信し、該送信されたメッセージを受信する車載用の通信システムであって、
   前記バスを介して前記各電子制御ユニットで送受信するメッセージは、メッセージ情報の種類に応じて、第１群、第２群〜第Ｎ群と複数の群に分けられており、
   前記各電子制御ユニットは、送信するメッセージの前記群毎の送信タイミングを演算する送信タイミング演算部を備え、
   前記送信タイミング演算部は、前記他の電子制御ユニットから受信する同一群に属するメッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する同一群に属するメッセージの送信タイミングを、他の群に属するメッセージの送信タイミングより近づけることを特徴とする車載用通信システム。
2. 前記送信タイミング演算部は、前記他の電子制御ユニットから受信する前記第１群に属するメッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する第１群に属するメッセージの送信タイミングを、他の第２群〜第Ｎ群に属するメッセージの送信タイミングより近づける一方、
   前記第１群の送信タイミングを、第１群と相違する第２〜第Ｎ群のメッセージの送信タイミングと離れたタイミングに調整している請求項１に記載の車載用通信システム。
3. 前記群毎に親メッセージと子メッセージを設定し、
   前記送信タイミング演算部は、第１群に属する子メッセージを自電子制御ユニットから送信する場合には、前記他の電子制御ユニットから受信する第１群に属する親メッセージの送信タイミングに、前記子メッセージの送信タイミングが近づくように調整し、
   第１群に属する親メッセージを自電子制御ユニットから送信する場合には、前記他の電子制御ユニットから受信する第１群と相違する第２〜第Ｎ群に属する親メッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する親メッセージの送信タイミングが離れるように調整している請求項１または請求項２に記載の車載用通信システム。
4. 前記群には前記親メッセージと子メッセージを設定せず、
   前記送信タイミング演算部は、前記他の電子制御ユニットから受信する同一群に属する全てのメッセージの送信タイミングに、自電子制御ユニットから送信する同一群に属するメッセージの送信タイミングを、他の群に属するメッセージの送信タイミングより近づくように調整すると共に、該他の群に属するメッセージの送信タイミングは離れるように調整している請求項１または請求項２に記載の車載用通信システム。
5. 前記共通のバスはＣＡＮ通信線で構成している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車載用通信システム。

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