JP4953861B2 - 車載ゲートウェイ装置及びデータ転送方法 - Google Patents

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Description

本発明は車両に搭載されるゲートウェイ装置に関する。
エンジンなどの制御を行うための制御情報を流すために使用される制御系ネットワークに、外部の装置、例えば、カーナビゲーション装置、からの情報を流す際には、ゲートウェイ装置が使用される。
そして、制御系ネットワークでの通信に悪影響を及ぼさないように、特許文献１に記載の技術では、例えば、エンジン制御系のネットワークである第１のネットワークと、ボディ制御系のネットワークである第２のネットワークと、の間にゲートウェイ装置を配置し、第２のネットワークから第１のネットワークへ情報を通過させる際に、電源状態、エンジン状態、ブレーキ状態、走行状態、搭載機器の故障状態などの車両状態をモニタし、そのモニタ結果に基づいて該情報を通過させるようにしている。
特開２００２−１６６１４号公報
特許文献１に記載の技術では、制御系のネットワークである第１のネットワークの状態が安定状態にない場合には、第２のネットワークより送信された情報を第１のネットワークに通過させずに廃棄してしまうことにより、制御系ネットワークへの悪影響を防止している。
そのため、例えば、情報系のネットワークである第２のネットワークに接続された機器が発信する情報を用いて車両の制御を行うような場合には、第２のネットワークから送信された情報を廃棄することでかえって車両の制御に悪影響を及ぼす可能性がある。
そこで、本発明の目的は、制御系のネットワークに悪影響を及ぼすことなく、制御系のネットワークの外部の装置からの情報を制御系のネットワークに供給するゲートウェイ装置を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明は、制御系のネットワークの状態が安定状態にある場合に他の装置からの情報を転送し、安定状態にない場合には転送を待機することを特徴とする転送方式を採る。
例えば、本発明は、制御系システムのネットワークに当該ネットワークの外部の装置を接続するための接続装置であって、前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータを記憶する記憶部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記制御系システムが安定しているか否かを判定する処理と、前記制御系システムが安定していると判定した際に、前記記憶部に記憶されているデータを前記制御系システムに送信する処理と、を行うこと、を特徴とする接続装置である。
また例えば、本発明は、記憶部及び制御部を備える接続装置において、制御系システムのネットワークに当該ネットワークの外部の装置を接続するための接続制御方法であって、前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータを記憶部に記憶する過程と、前記制御部が、前記制御系システムが安定しているか否かを判定する過程と、前記制御部が、前記制御系システムが安定していると判定した際に、前記記憶部に記憶されているデータを前記制御系システムに送信する過程と、を行うこと、を特徴とする接続制御方法である。
さらに例えば、制御系システムのネットワークに当該ネットワークの外部の装置を接続するための接続装置を備えた車両であって、前記接続装置は、前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータを記憶する記憶部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記制御系システムが安定しているか否かを判定する処理と、前記制御系システムが安定していると判定した際に、前記記憶部に記憶されているデータを前記制御系システムに送信する処理と、を行うこと、を特徴とする車両である。
以上のように、本発明によれば、制御系のネットワークに悪影響を及ぼすことなく、制御系のネットワークの外部の装置からの情報を制御系のネットワークに供給するゲートウェイ装置を提供することができる。
図１は、車載ネットワーク１３０の概略図である。
図示するように、車載ネットワーク１３０は、制御系ネットワーク１１１と、情報系ネットワーク１２１と、車載ゲートウェイ装置１００と、を備える。
なお、本願では、制御系ネットワーク１１１とは、エンジンコントローラが接続されているネットワーク、または車両速度信号が流れるネットワークを指す。一般に、該ネットワーク上を流れる情報の更新周期は１ミリ秒〜４００ミリ秒程度である。
情報系ネットワーク１２１とは、ナビゲーション装置が接続されているネットワーク、または地図データ情報が流れるネットワークを指す。一般に、該ネットワーク上を流れる情報の更新周期は４００ミリ秒以上である。
図示するように、制御系ネットワーク１１１には、例えば、車両の変速機を制御するＡＴ（Automatic Transmission）制御装置１１２、ドアロックなどのボディ系を制御するＢＣＭ（Body Control Module）１１３、エンジンの回転数の制御などを行うＥＣＵ（Engine Control Unit）１１４、等の電子制御装置と車載ゲートウェイ装置１００が接続されており、これらの装置により制御系システム１１０が構築されている。
そして、制御系ネットワーク１１１を介して接続されている各装置は互いに制御データの授受を行うことができる。例えばＡＴ制御装置１１２は、車載ゲートウェイ装置１００から右左折に関する制御データを受信すると、変速機を制御データに応じて切り替える。また同様にＢＣＭ１１３は車載ゲートウェイ装置１００からドアロック解除に関する制御データを受信するとドアロックを解除する。
制御系ネットワーク１１１とは例えばＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、またはＦｌｅｘＲａｙなどの規格に準じたネットワークである。
制御系ネットワーク１１１上を流れる制御系データ２２０は、図２に示すようなデータフォーマットを備える。例えば、制御系データ２２０は、該制御系データ２２０の種類を示すデータ識別子８０１と、該制御系データ２２０の制御内容を示す制御要求８０２と、を含んで構成される。
図１に戻り、情報系ネットワーク１２１には、例えば、情報系端末１２２と、無線通信装置１２３と、が接続されており、これらの装置により情報系システム１２０が構築されている。
情報系端末１２２は、例えばカーナビゲーション装置であり、カーナビゲーション装置は右左折などの経路誘導情報を、車載ゲートウェイ装置１００を介して制御系システム１１０に送信することができる。
また、無線通信装置１２３がサーバ装置１２４に接続する際に、携帯電話網などの無線公衆網を利用することで、カーナビゲーション装置は無線通信装置１２３を介して必要な地図のデータなどをサーバ装置１２４から受け取ることができる。またサーバ装置１２４に車両診断プログラムを搭載しておき、前記プログラムから制御系システム１１０に診断に必要な情報を提供するよう要求することもできる。この場合、サーバ装置１２４からの要求は情報系端末１２２を介す必要はないため、直接車載ゲートウェイ装置１００に送信されてもよい。
情報系ネットワーク１２１は、例えば、ＣＡＮ、ＩＥＥＥ１３９４、ＭＯＳＴ（Media-Oriented Systems Transport）などの規格に準じたネットワークである。また無線通信装置１２３は情報系端末１２２に接続されていてもよい。その場合、情報系ネットワーク１２１はネットワーク網を構成する必要はないため、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などを利用したシリアル接続としてもよい。
情報系ネットワーク１２１上を流れる情報系データ２１０は、図３に示すようなデータフォーマットを備える。
例えば、情報系データ２１０は、データの種類を示すデータ識別子７０１と、情報系データ２１０の制御内容を示す制御要求７０２と、情報系データ２１０が有効である時間を示す有効時間７０３と、車載ゲートウェイ装置１００が情報系データ２１０を制御系システム１１０に送信する回数を指定する送信回数７０４と、を含んで構成される。
上記情報系データ２１０では、データ識別子７０１はデータの種類を識別するものである。後述する制御系システム１１０内の電子制御装置はこのデータ識別子７０１を基に、送信されたデータの内容を判定することがある。
制御要求７０２は、情報系システム１２０が制御系システム１１０に要求する制御内容を示すものであって、例えば「１ｋｍ先を左折」「ドアロック解除」といった具体的な制御要求を表すものである。
有効時間７０３は、車載ゲートウェイ装置１００において保持される時間を示し、例えば、制御要求７０２を発生させる情報系端末１２２上のソフトウェアが指定するデータ更新時間に対応する時間が指定される。つまり、１秒おきに更新される走行路に関する情報などは、有効である時間は次に情報が更新されるまでの１秒間というのが通常である。
例えば、データの有効時間とは、情報系端末１２２上などで動作するソフトウェアにより設定される、該データの更新時間である。例えばカーナビゲーション装置から「１ｋｍ先を左折」等、位置を伴う制御要求が送信された場合、通常はその情報はある程度の時間しか有効であってはならない。位置情報は１秒間隔で更新されるものであれば、該制御要求の有効時間には１０００ミリ秒が設定される、というように、カーナビゲーション装置上のソフトウェアにより設定される。
送信回数７０４は、制御要求７０２を有効時間７０３の時間内に送信する回数であり、制御要求７０２の重要性、制御系ネットワーク１１１のネットワーク負荷率などに基づいて、情報系端末１２２上で動作するソフトウェアにより予め指定されるものである。
図４は、車載ゲートウェイ装置１００の概略図である。
車載ゲートウェイ装置１００は、第１の通信部２５０と、第２の通信部２５１と、記憶部２５２と、制御部２５３と、を有する。
第１の通信部２５０は、制御系ネットワーク１１１との接続を確立し、通信制御を行う機能を実現する部である。
第２の通信部２５１は、情報系ネットワーク１２１との接続を確立し、通信制御を行う機能を実現する部である。
記憶部２５２は、データ管理情報記憶領域３１０と、車両状態管理情報記憶領域３２０と、を備える。
データ管理情報記憶領域３１０には、車載ゲートウェイ装置１００を介して、情報系ネットワーク１２１から制御系ネットワーク１１１に送信するデータと、当該データを管理する情報と、が記憶される。
例えば、データ管理情報記憶領域３１０には、情報系データ２１０のデータ識別子７０１と、制御要求７０２が、情報系ネットワーク１２１から制御系ネットワーク１１１に送信するデータとして記憶される。
また、例えば、データ管理情報記憶領域３１０には、情報系ネットワーク１２１から制御系ネットワーク１１１に送信するデータを管理する情報として、図５に示すようなデータ管理テーブル３１１が記憶される。
図示するように、データ管理テーブル３１１は、優先度フィールド３１２と、タイマ値フィールド３１３と、送信回数フィールド３１４と、識別子フィールド３１５と、データポインタフィールド３１６と、を備え、情報系ネットワーク１２１から送信されてきたデータの一件毎に一レコードを保持する。
優先度フィールド３１２には、各レコードで管理されるデータを送信する優先度を特定する情報が格納される。優先度は、後述するように、送信回数をタイマ値で除算した値が小さなものから順に優先度が高くなる。なお、送信回数をタイマ値で除算した値が同じものについては、例えば、データ管理テーブル３１１へのエントリ順に優先度が高くなる。
タイマ値フィールド３１３には、レコード毎に保持するデータの期限を特定する情報が格納される。なお、タイマ値フィールド３１３の初期値は、情報系データ２１０に含まれている有効時間７０３であり、当該有効時間７０３からテータ管理テーブル３１１の更新周期毎に当該周期の期間を減算したものが格納される。
送信回数フィールド３１４には、各々のレコードで管理されているデータを制御系ネットワーク１１１に送信する回数を特定する情報が格納される。なお、送信回数フィールド３１４の初期値は、情報系データ２１０の送信回数７０４であり、当該送信回数７０４から該レコードが制御系ネットワーク１１１に対して送信される毎に回数を「１」ずつディクリメントする。
識別子フィールド３１５には、各々のレコードで管理されているデータを識別するための識別情報（ＩＤ）が格納される。なお、識別子フィールド３１５の初期値は、情報系データ２１０に含まれているデータ識別子７０１である。
データポインタフィールド３１６には、各々のレコードで管理されているデータの格納位置（アドレス）を特定する情報が格納される。
図５の例では、最も優先度が高いデータとして、有効時間１００ミリ秒、送信回数１回、＃１０で識別される制御要求がＨ‘ＦＦＦＦ４０００のアドレスに格納されている情報を保持するレコードが記載されている。これは１００ミリ秒以内に＃１０で識別される制御要求を最低１回は送信する必要があるレコードであるということを示している。
図４に戻り、車両状態管理情報記憶領域３２０には、制御系ネットワーク１１１の通信状況を管理する情報が記憶される。
例えば、車両状態管理情報記憶領域３２０には、図６に示すような車両管理テーブル３２１が記憶される。
図示するように、車両管理テーブル３２１は、項目フィールド３２２と、状態フィールド３２３と、を備える。
項目フィールド３２２は、各々のレコードで管理する制御系ネットワーク１１１の通信状況を特定する情報が格納される。ここで、本実施形態においては、ネットワーク負荷率及び電圧のレコードが格納されているがこのような態様に限定されるわけではない。
状態フィールド３２３には、ネットワーク負荷率又は電圧値が各々のレコードに格納される。
ここで、制御系ネットワーク１１１に接続された複数の装置は、通常、一定間隔で制御データを送信しているため、制御系ネットワーク１１１は、通常状態において、特定の時間間隔でほぼ一定数の制御データを通信しているものと考えられる。これに対して、特定の時間間隔におけるデータ数が通常状態よりも多い場合には、車両の制御に多くの制御データが必要であり、このような状態の時に、情報系システム１２０からのデータを制御系ネットワーク１１１に送信すると、車両の制御に悪影響を及ぼす可能性が高い。
そこで、本実施形態においては、通常状態において特定の時間間隔における制御系ネットワーク１１１に流れるデータ数を予め定めておき、このようなデータ数と、実際に制御系ネットワークに流れているデータ数と、の割合をネットワーク負荷率として算出し、車両管理テーブル３２３に格納するようにしている。
また、電子制御装置に印加される電圧値又は車両のバッテリ装置からの出力電圧値も、車両状態を表すものと考えられる。一般に、制御系ネットワーク１１１に接続されている装置に印加される電圧が不安定になると、制御系ネットワーク１１１にノイズ信号がのりやすくなる。つまり、電圧が不安定である場合に、車載ゲートウェイ装置１００が情報系ネットワーク１２１から送信されたデータを制御系ネットワーク１１１に送信すると、制御系ネットワーク１１１に大量のエラーフレームが発生する要因となりうる。そこで、本実施形態では、制御系ネットワークに接続されている装置に印加される電圧または車両のバッテリ装置からの出力電圧を取得し、結果を車両状態管理テーブル３２０に格納するようにしている。
図６では、例えばネットワーク負荷率が５４％であり、例えば電子制御装置の電圧が１１．８Ｖであるという状態を示している。
制御部２５３は、情報系データ受信部２０１と、データ管理部２０２と、車両状態管理部２０３と、送信判定部２０４と、を備える。
情報系データ受信部２０１は、情報系ネットワーク１２１からの情報系データを第２の通信部２５１を介して受信して、データ管理部２０２に受け渡す。
データ管理部２０２は、情報系受信部２０１から受け渡された制御系ネットワーク１１１に対する制御情報を含む情報系データ２１０をもとに、データ管理テーブル３１１にレコードとして登録する。さらに、データ管理部２０２は、周期的に、登録したレコードの送信回数３１４や有効時間３１５に従って破棄・更新を行う。
車両状態管理部２０３は、制御系ネットワーク１１１に流れている制御系データ２２０を第１の通信部２５０を介して受信すると、受信した制御系データ２２０から車両状態を示す情報を算出し、車両状態管理テーブル３２１に情報を書き込む。
送信判定部２０４は、周期的に、車両状態管理テーブル３２１を読み込み、各項目が所定の閾値の範囲内にあることを確認し、当該範囲内にあれば、制御系ネットワーク１１１に対してデータ管理テーブル３１１に登録されたレコードの送信が可能であると判定する。いずれかの項目が所定の閾値の範囲内に無ければ、その周期は送信を見送る。
そして、送信判定部２０４は、送信が可能であると判断した場合には、データ管理テーブル３１１に登録されたレコードのうち最も優先度が高いレコードを取り出し、当該レコードの識別子フィールド３１５と、データポインタフィールド３１６で示されるメモリアドレスにあるデータとを取得し、図２に示したフォーマットに従って整形し、制御系データ２２０を組み立て、第１の通信インタフェース１０１を介して制御系ネットワーク１１１に送信する。送信後には、送信したレコードについて、データ管理テーブル３１１に登録された送信回数フィールド３１４を減算して更新する。
なお、データ管理部２０２と、車両状態管理部２０３と、送信判定部２０４とは、それぞれ独立した周期で処理を反復的に実施する。
車載ゲートウェイ装置１００は、図７に示すように、演算装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）２２と、プログラムやデータを格納するＲＯＭ(Read Only Memory)２３と、それらをつなぐバス３２と、制御系ネットワーク１１１を介して情報の送受信を行うことのできるインタフェースである第１の通信インタフェース１０１と、情報系ネットワーク１２１を介して情報の送受信を行うことのできるインタフェースである第２の通信インタフェース１０３と、を有するいわゆるコンピュータで構成可能である。
上述の情報系データ受信部２０１と、データ管理部２０２と、車両状態管理部２０３と、送信判定部２０４と、はその演算処理をＣＰＵ２１がＲＡＭ２２に展開された命令コードを実行することで実現される。なお、ＲＡＭ２２に展開される命令コードは、ＲＯＭ２３に記憶されたものでもよく、また、第２の通信インタフェース１０３を介して情報系ネットワーク１２１に接続された装置から取得されたものでもよい。
ＲＡＭ２２は、命令コードの展開を行う領域だけでなく、データ管理テーブル３１１と、車両状態管理テーブル３２１と、を記録する領域を有する。
ＲＯＭ２３は、車両に使用される通常のＲＯＭ装置であり、ゲートウェイ装置のソフトウェアや、ソフトウェアが必要とするデータの初期値、その他書き換えの必要がないデータなどを予め記録している。
第１の通信部２５０は、第１の通信インタフェース１０１により実現可能であり、第２の通信部２５１は、第２の通信インタフェース１０３により実現可能である。
これらのハードウェア装置と各機能部の動作により、車載ゲートウェイ装置１００は情報系システム１２０からデータを受信し、制御系システム１１０の状態が安定状態であれば前記データを制御系システム１１０に送信して再送信を待ち、安定状態でなければ送信を待機するという機能が実現できる。
次に、第１の実施形態における車載ゲートウェイ装置１００の動作について、図８〜図１１を用いて説明する。
続いて、図８に、上述の情報系データ受信部２０１の詳細な処理フローを示す。
まず、情報系データ受信部２０１は第２の通信インタフェース１０３から制御系ネットワーク１１１に対する制御情報を含む情報系データ２１０を受信する（ＳＴＥＰ３０１）。
次に、情報系データ受信部２０１は、受信した制御系ネットワーク１１１に対する制御情報を含む情報系データ２１０をデータ管理テーブル３１１に登録する。具体的には、情報系データ受信部２０１は、受信した制御系ネットワーク１１１に対する制御情報を含む情報系データ２１０の制御要求７０２をＲＡＭ２２上のバッファ領域（図示せず）に格納し、格納したバッファ領域のアドレスを示すデータポインタを、ＲＡＭ２２上のデータ管理テーブル３１１のデータポインタフィールド３１６に格納する。さらに、情報系データ受信部２０１は、制御系ネットワーク１１１に対する制御情報を含む情報系データ２１０に含まれるデータ識別子７０１をデータ管理テーブル３１１の識別子フィールド３１５に格納し、有効時間７０３をタイマ値フィールド３１３に格納し、及び送信回数７０４を送信回数フィールド３１４に格納することで登録を行う（ＳＴＥＰ３０２）。
次に、図９に、情報系データ受信部２０１により登録されたデータ管理テーブル３１０のレコードの管理を行うデータ管理部２０２の処理フローを示す。
まず、データ管理部２０２は自処理を開始するか否かを、所定のタイマ装置からのタイマ情報により判定する（ＳＴＥＰ４０１）。ここで、データ管理部２０２が処理を開始する周期は、例えば１ミリ秒周期などの高速周期であることが望ましい。データ管理部２０２は、前回の処理時から周期が経過していない場合には、データ管理部２０２の処理を終了する。
ＳＴＥＰ４０１にて判定した結果、周期が経過していた場合には、データ管理部２０２は、データ管理テーブル３１１に登録されている全てのレコードに対して、タイマ値フィールド３１３を周期の時間だけ減算してレコードを更新する（ＳＴＥＰ４０２）。
つぎに、データ管理部２０２は、削除するレコードを抽出する。具体的には、データ管理部２０２は、データ管理テーブル３１１に登録されている全てのレコードに対して、タイマ値フィールド３１３または送信回数フィールド３１４が０以下となるレコードが存在するか否かを判定する（ＳＴＥＰ４０３）。
データ管理部２０２は、ＳＴＥＰ４０３の判定の結果、該当するレコードが存在すればデータ管理テーブル３１０から該レコードを削除する（ＳＴＥＰ４０４）。
次に、データ管理テーブル３１１に登録されている全てのレコードを優先度順に並べ替える。具体的には、データ管理テーブル３１１に登録されている全てのレコードに対して、タイマ値フィールド３１３から送信回数フィールド３１４を除算した結果が小さい順に優先度の高いレコードであると判定して、優先度の高い順にデータ管理テーブル３１１のレコードの並べ替えを行い、優先度フィールド３１２に優先度の優先順位を記録する（ＳＴＥＰ４０５）。なお、ＳＴＥＰ４０５において、タイマ値フィールド３１３から送信回数フィールド３１４を除算した結果、値が同じとなるレコードが存在する場合には、データ管理部２０２は、データ管理テーブル３１１に登録された時系列の順序に従い、順序を決定する。
以上が、データ管理部２０２の詳細な処理フローである。
次に、図１０に、データ管理部２０２と並行して実施する車両状態管理部２０３の処理フローを示す。
車両状態管理部２０３は、制御系ネットワーク１１１の状態を計測し、計測した情報を用いて制御系システム１１０の安定度を測るための情報を算出し、記録する。
具体的には、まず、車両状態管理部２０３は制御系ネットワーク１１１から第１の通信インタフェース１０１を介して制御系データ２２０を受信する（ＳＴＥＰ５０１）。
車両状態管理部２０３は、ＳＴＥＰ５０１にて受信した制御系データ２２０から、車両状態管理テーブル３２１の項目フィールド３２２に合致する情報を取得し、該項目のデータを取得した結果をもとに、車両状態管理テーブル３２１の状態フィールド３２３に登録する（ＳＴＥＰ５０２）。
ここで、車両状態とは、例えば制御系ネットワーク１１１のネットワーク平均負荷率や、電子制御装置に印加される電圧値などの項目によって示される制御システムの状態を指す。一般に、制御系システム１１０では、制御系ネットワーク１１１に接続された複数の電子制御装置は一定間隔で制御データを送信しているため、ネットワーク平均負荷率は定常的に変化する。逆に、ネットワーク平均負荷率の変化が定常的でなくなった場合、電子制御装置内で制御周期に遅延が発生したと考えられる。このようなタイミングで車載ゲートウェイ装置１００が制御系データ２２０を制御系ネットワーク１１１に送信すると、電子制御装置の制御周期に更に遅延を発生させる要因となりうることが考えられる。そこで、車両状態管理部２０３は、ネットワーク負荷率が定常的な範囲に収まるか否かを判定するために必要となるネットワーク負荷率を収集し、車両状態管理テーブル３２０に登録する。
例えば、ＳＴＥＰ５０２においてネットワーク負荷率を取得する場合には、車両状態管理部２０３は、ＲＯＭ２３に記録された所定の時間内において車両状態管理部２０３が受信した制御データの数を計測し、あらかじめ定められてＲＯＭ２３に記録された所定の制御データの受信想定数で除算し、ネットワーク平均負荷率を算出することとしてもよい。
このネットワーク平均負荷率では、例えば、５台の電子制御装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ（図示せず）が制御系ネットワーク１１１に接続された制御系システムを考える。装置Ａは５０ミリ秒周期で制御データを制御系ネットワーク１１１に送信し、装置Ｂは１００ミリ秒周期で制御データを制御系ネットワーク１１１に送信し、装置Ｃは１５０ミリ秒周期で制御データを制御系ネットワーク１１１に送信し、装置Ｄは２００ミリ秒周期で制御データを制御系ネットワーク１１１に送信し、装置Ｅは３００ミリ秒周期で制御データを制御系ネットワーク１１１に送信する。この時、所定の３００ミリ秒の間で車載ゲートウェイ装置１００が制御系ネットワーク１１１から受信するデータ数は１３個である。ＲＯＭ２３には、予め受信想定数１３が登録されており、車両状態管理部２０３は、所定の３００ミリ秒の間に１３個のデータを受信した場合には、ネットワーク負荷率を１００％であると算出する。一方、電子制御装置Ａに不具合が発生した場合など、電子制御装置Ａから一定時間制御データが送信されない場合には、所定の３００ミリ秒の間に車載ゲートウェイ装置１００が受信するデータ数は７個となり、所定の１３個と一致しない。この場合には、車両状態管理部２０３は、受信したデータ数である７を所定の受信想定数である１３で除算し、ネットワーク負荷率を５４％であると算出する。
また、電子制御装置に印加される電圧値、または車両のバッテリ装置からの出力電圧値も、車両状態を表す。一般に、電子制御装置に印加される電圧が不安定になると、制御系ネットワーク１１１にノイズ信号がのりやすくなる。つまり、電圧が不安定である場合に、車載ゲートウェイ装置１００が制御系データ２２０を制御系ネットワーク１１１に送信すると、制御系ネットワーク１１１に大量のエラーフレームが発生する要因となりうる。そこで、車両状態管理部２０３は、電子制御装置に印加される電圧または車両のバッテリ装置からの出力電圧を取得し、結果を車両状態管理テーブル３２１に登録する。ＳＴＥＰ５０２においては、電圧の取得は、例えば低電圧に対応している電子制御装置から送信された電圧情報に基づいて行う。
以上が、車両状態管理部２０３の処理フローである。
図１１に、送信判定部２０４の処理フローを示す。
送信判定部２０４は、データ管理テーブル３１０に記録されたレコードを定期的に優先度順に制御系ネットワーク１１１に送信する処理を行う。
具体的には、まず、送信判定部２０４は自処理を開始するか否かを、所定のタイマ装置からのタイマ情報により判定する（ＳＴＥＰ６０１）。
ここで、送信判定部２０４が処理を開始する周期は制御系ネットワーク１１１に接続された電子制御装置の周期のうちの最短の周期と同じ値が望ましいが、これと異なる値であってもよい。これは車載ゲートウェイ装置１００から過剰な量の制御系データ２２０が送信されることにより制御系ネットワーク１１１の負荷率が増大することを回避すると共に、制御系ネットワーク１１１に接続された電子制御装置に対する余計な負荷を回避するためである。例えば、各電子制御装置のうち送信周期が１０ミリ秒である装置が最短周期を持つ装置である場合、１０ミリ秒を送信判定部２０４の処理を開始する周期として設定しておく。
送信判定部２０４は、前回の処理時から周期が経過していない場合には、送信判定部２０４の処理を終了する。
次に、ＳＴＥＰ６０１にて判定した結果、前回の処理時から周期が経過していた場合には、送信判定部２０４はデータ管理テーブル３１０にレコードが登録されているか否かを確認する。レコードが登録されていない場合には、送信判定部２０４は、そのまま処理を終了する（ＳＴＥＰ６０２）。
レコードが登録されている場合には、送信判定部２０４はデータ管理テーブル３１１の中で最も優先度の高いデータをＲＡＭ２２上の変数領域に読み出す。（ＳＴＥＰ６０３）。
次に、送信判定部２０４は、車両状態管理テーブル３２１に登録されている状態フィールド３２３と、ＲＯＭ２３上またはＲＡＭ２２上に保存されている所定の閾値とを基に、制御系システム１１０が安定している状態にあるか否かを判定し、安定している状態にあれば前記ＳＴＥＰ６０３で取り出したレコードを制御系ネットワーク１１１に送信できる状態にあると判定する（ＳＴＥＰ６０４）。
ここで、上述した、制御系システム１１０が安定している状態であるか否かは、制御系ネットワーク１１１のネットワーク負荷率、及び電子制御装置に印加される電圧が、予め登録された所定の範囲内に収まるか否かにより判定する。即ち、全ての項目について、所定の範囲内に収まれば、制御系システムが安定している状態にあると判定する。
次に、ＳＴＥＰ６０４の実施の結果、制御系システム１１０が安定している状態にあれば、送信判定部２０４は、ＳＴＥＰ６０３にて取り出したレコードから、識別子３１５をデータ識別子８０１として、データポインタ３１６により示されるアドレス上のデータを制御要求８０２として、制御系データ２２０を構成し、第１の通信インタフェース１０１を介して制御系ネットワーク１１１に送信する（ＳＴＥＰ６０５）。
次に、送信判定部２０４は、データ管理テーブル３１１に登録されている該レコードの送信回数を１減算して更新し、処理を終了する（ＳＴＥＰ６０６）。
以上が送信判定部２０４の処理フローである。
以上が、接続装置であるゲートウェイ装置の第１の実施形態である。
上記の第１の実施形態によれば、車載ゲートウェイ装置１００は制御系ネットワーク１１１上に流れる制御系データ２２０から制御系システム１１０の状態を判定し、制御系システム１１０の状態が安定状態にある場合にのみ情報系システム１２０からの制御系データ２２０を制御系ネットワーク１１１に送信することができる。このため、車載ゲートウェイ装置１００は制御系システム１１０に悪影響を及ぼすことなく各電子制御装置に制御系データ２２０を送信することができる。また制御系システム１１０が安定状態でないために送信できなかった場合であっても、車両ゲートウェイ装置１００は該データが有効である間はデータを破棄することなく保持し、次回の送信周期において再度データ送信を試みることができるようになる。
そのため、情報系システム１２０から制御系システム１１０に対して送信した情報系データ２１０を安全に中継することができるようになり、制御系システム１１０が不安定になることを誘発する可能性を小さくすることができる。
また、第１の実施形態では、送信判定部２０４は、ＳＴＥＰ６０４において、送信の可否を、車両状態管理テーブル３２１の値が予め登録された所定の範囲内に収まるか否かによって判定しているが、これに限るものではない。
例えば、車両状態管理テーブル３２１の値が予め登録された所定の範囲内に収まらない場合であっても、特定の条件を満たす場合には例外的に制御系データ２２０を送信するようにしてもよい。
特定の条件とは、例えば、制御系ネットワーク１１１に接続された全ての電子制御装置が同時に制御データを送信した直後を指す。一般に、そのような場合には、ネットワークの負荷が最小になるためである。
第１の実施形態の例で挙げた例を再度例にとり、図１２を用いてその原理を説明する。
図１２は、制御系ネットワーク１１１を流れる送信元装置（Ａ〜Ｅ）毎のデータフレームの数を、５０ミリ秒単位で計数するシミュレーションを行ったグラフである。このグラフのＸ軸は時間（ミリ秒）を、Ｙ軸はデータフレームの数（個）を示している。
ここで、上述の電子制御装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各送信周期の最小公倍数は６００ミリ秒である。つまり、６００ミリ秒に一度、全ての電子制御装置がデータを送信するタイミングがあることになる。この直後には、ネットワークの負荷が最小となることが予測できる。例えば、図１３に示すように、シミュレーション値としては、周期内の５５０ミリ秒〜６００ミリ秒の間等、車載ゲートウェイ装置１００が５個のデータを制御系ネットワーク１１１から受信できた場合（電子制御装置Ａ〜Ｅそれぞれが１データフレームずつ送信した場合）には、最小から２番目の周期をもつ装置Ｂがデータを次に送信するまで、すなわち６０１ミリ秒〜６５０ミリ秒の間は制御系ネットワーク１１１の負荷が最小となることが保証される。
以上の原理により、ＳＴＥＰ６０４において、特定の条件、すなわち制御系ネットワーク１１１に接続された全ての電子制御装置が同時に制御データを送信した直後の周期には送信を可とする構成としてもよい。
また、第１の実施形態では、送信判定部２０４は、ＳＴＥＰ６０３で、優先度フィールド３１２の最も高い１レコードを送信対象として読み出しているが、これに限るものではない。
例えば、優先度フィールド３１２の順に、複数のレコードを読み出し、複数の制御系データ２２０を送信するようにしてもよい。
ただし、複数のレコードをまとめて送信する場合には、その送信最大レコード数を決めておかないと、多量のレコードをまとめて送信したことによって、制御系ネットワーク１１１のネットワーク流量が多くなりすぎ、制御系システム１１０が不安定になってしまう虞がある。
これを解決する構成を備えた第２の実施形態を、図１３、１４を用いて以下に説明する。
第２の実施形態では、第1の実施形態と基本的な構成は同様であるが、車載ゲートウェイ装置１００の機能部である車両状態管理部２０３と、送信判定部２０４の処理内容が異なる。また、ＲＡＭ２２上の車両状態管理テーブル３２０に、図１３に示すように、新たなレコードとして、項目フィールド３２２が「データ送信量」であるレコード３３０が存在する点も異なっている。
以下に、第２の実施形態における車両状態管理部２０３と、送信判定部２０４と、の動作について、図１３、１４を用いて説明する。
車両状態管理部２０３は、そのＳＴＥＰ５０２において、ネットワーク負荷率と電圧のほかに、制御系ネットワーク１１１を流れるデータ数を計数する。計数した結果を、図１３に示すレコード３３０の状態３２３欄に記録する。
図１４に示すように、送信判定部２０４は、ＳＴＥＰ６０２の結果がＹＥＳであった場合には、記憶部２５２に記憶した所定の閾値（図示せず）から、当該計数したデータ数であるレコード３３０の状態フィールド３２３欄の値を差し引いた差が０より大きいか否かを判定する（ＳＴＥＰ７０３１）。
ＳＴＥＰ７０３１の結果、差が０より大きい場合には、その差を送信するレコード数として決定し、そのレコード数ぶんのレコードをデータ管理テーブル３１０から優先度順に記憶部２５２上の変数領域に読み出す。差が０またはマイナスである場合には、送信判定処理を終える。（ＳＴＥＰ７０３２）
送信判定部２０４は、ＳＴＥＰ７０５１にて、当該差の数ぶんの変数領域からそれぞれ制御系データ２２０を構成し、第１の通信インタフェース１０１を介して制御系ネットワーク１１１に２個の制御系データ２２０を送信する。
例えば、所定の期間（３００ミリ秒間）に、制御系ネットワーク１１１上に、のべ１３個のデータフレームが流れる制御系ネットワーク１１１において、上記所定の閾値をＲＯＭ２３上に１５と設定し記憶しておく。そして、車載ゲートウェイ装置１００が起動し、車両状態管理部２０３が制御系ネットワーク１１１の所定の期間（３００ミリ秒間）のデータフレーム数を計数した結果、累積で１３個のデータフレームが流れた場合には、車両状態管理部２０３は車両状態管理テーブル３２０のレコード３３０の状態欄に、「１３」を記憶させる。送信判定部２０４は、そのＳＴＥＰ７０３１において、所定の閾値１５との差である（＋）２個を送信可能なレコード数として算出し、続くＳＴＥＰ７０３１で変数領域に２個のレコードを読み出す。
送信判定部２０４は、ＳＴＥＰ６０４にて制御系ネットワーク１１１に送信できる状態にあると判定したら、ＳＴＥＰ７０５１にて当該２個のレコードからそれぞれ制御系データ２２０を構成し、第１の通信インタフェース１０１を介して制御系ネットワーク１１１に２個の制御系データ２２０を送信する。
以上の第２の実施形態により、車載ゲートウェイ装置１００から制御系ネットワーク１１１へ複数送信することが可能となり、第１の実施形態に比較して送信パフォーマンスが向上するとともに、制御系システム１１０が不安定になってしまうことを防ぐことができる。
なお、上記の第１の実施形態と、その変形例と、第２の実施形態と、により示した車載ゲートウェイ装置は、装置として取引対象とするだけでなく、加えて、車載ゲートウェイ装置を備えた車両として取引対象とすることも可能である。
以上が、本発明の実施形態である。
車載ゲートウェイ装置を介して情報系システムと制御系システムが接続されたシステムの全体構成図である。 第１の実施形態における制御系データのメッセージフォーマットを示す図である。 第１の実施形態における情報系データのメッセージフォーマットを示す図である。 第１の実施形態における車載ゲートウェイ装置のハードウェア構成を示す図である。 第１の実施形態におけるデータ管理テーブルの構成を示す図である。 第１の実施形態における車両状態管理テーブルの構成を示す図である 第１の実施形態におけるゲートウェイ装置のハードウェア構成図である。 第１の実施形態における情報系データ受信処理の処理フロー図である。 第１の実施形態におけるデータ管理処理の処理フロー図である。 第１の実施形態における車両状態管理処理の処理フロー図である。 第１の実施形態における送信判定処理の処理フロー図である。 制御系ネットワークを流れるデータフレーム量をシミュレートした図である。 第２の実施形態における車両状態管理テーブルの構成を示す図である。 第２の実施形態における送信判定処理の処理フロー図である。
符号の説明
２１：ＣＰＵ、２２：ＲＡＭ、２３：ＲＯＭ、３２：バス、１００：車載ゲートウェイ装置、１０１：第１の通信インタフェース、１０３：第２の通信インタフェース、１１０：制御系システム、１１１：制御系ネットワーク、１１２：ＡＴ制御装置、１１３：ＢＣＭ、１１４：ＥＣＭ、１２０：情報系システム、１２１：情報系ネットワーク、１２２：情報系端末、１２３：無線通信装置、１２４：サーバ装置、２０１：情報系データ受信部、２０２：データ管理部、２０３：車両状態管理部、２０４：送信判定部、２１０：情報系データ、２２０：制御系データ、２５０：第１の通信部、２５１：第２の通信部、２５２：記憶部、２５３：制御部、３１１：データ管理テーブル、３２１：車両状態管理テーブル

Claims (10)

  1. 制御系システムのネットワークに当該ネットワークの外部の装置を接続するための接続装置であって、
    前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータを記憶する記憶部と、制御部と、を備え、
    前記記憶部には、前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータと、当該データの有効期間を特定する情報と、当該データの優先度を特定する情報と、が記憶されており、
    前記制御部は、
    予め定められた周期で前記制御系システムが安定しているか否かを判定する処理と、
    当該判定を行う毎に前記有効期間から前記周期の期間を減算する処理と、
    前記有効期間が短くなったデータの前記優先度を高める処理と、
    前記有効期間が所定以下となったデータを前記記憶部から削除する処理と、
    前記制御系システムが安定していると判定した時に、前記記憶部に記憶されているデータを前記優先度の高いものから順に前記制御系システムに送信する処理と、
    を行うこと、を特徴とする接続装置。
  2. 請求項１に記載の接続装置であって、
    前記制御部は、
    前記ネットワークのネットワーク負荷率が所定の範囲内にある場合には、前記制御系システムが安定していると判定すること、
    を特徴とする接続装置。
  3. 請求項１に記載の接続装置であって、
    前記制御部は、
    前記制御系システムに供給される電圧値が、所定の範囲内にある場合には、前記制御系システムが安定していると判定すること、
    を特徴とする接続装置。
  4. 請求項１に記載の接続装置であって、
    前記制御部は、
    一の周期における前記ネットワークを流れるデータ量が所定のしきい値を超えた場合には、当該一の周期の次の周期において前記制御系システムが安定しているものと判断すること、
    を特徴とする接続装置。
  5. 請求項１に記載の接続装置であって、
    前記記憶部には、さらに、前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータに対応付けて、当該データを送信する送信回数が記憶されており、
    前記制御部は、前記制御系システムに送信する毎に、送信したデータの前記送信回数を減算していくこと、
    を特徴とする接続装置。
  6. 請求項５に記載の接続装置であって、
    前記制御部は、前記送信回数が０になった場合には、前記送信回数が０になったデータを前記記憶部から削除すること、
    を特徴とする接続装置。
  7. 請求項１に記載の制御装置であって、
    前記優先度は、前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータの有効期間を送信回数で除算した数値が小さいものから順に優先度が高くなるようにされていること、
    を特徴とする接続装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の接続装置であって、
    前記制御部は、
    前記あらかじめ定められた周期のうち、あらかじめ定められた前記制御系システムのネットワークを流れるデータ量が所定以上となるピークタイミングが含まれる周期の直後の周期において、前記制御系システムが安定していると判定する、
    ことを特徴とする接続装置。
  9. 記憶部及び制御部を備える接続装置において、制御系システムのネットワークに当該ネットワークの外部の装置を接続するための接続制御方法であって、
    前記接続装置は、
    前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータと、当該データの有効期間を特定する情報と、当該データの優先度を特定する情報と、を記憶部に記憶する過程と、
    前記制御部が、予め定められた周期で前記制御系システムが安定しているか否かを判定する過程と、
    前記制御部が、当該判定を行う毎に前記有効期間から前記周期の期間を減算する過程と、
    前記制御部が、前記有効期間が短くなったデータの前記優先度を高める過程と、
    前記制御部が、前記有効期間が所定以下となったデータを前記記憶部から削除する過程と、
    前記制御部が、前記制御系システムが安定していると判定した時に、前記記憶部に記憶されているデータを前記優先度の高いものから順に前記制御系システムに送信する過程と、
    を行うこと、を特徴とする接続制御方法。
  10. 制御系システムのネットワークに当該ネットワークの外部の装置を接続するための接続装置を備えた車両であって、
    前記接続装置は、
    前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータを記憶する記憶部と、制御部と、を備え、
    前記記憶部には、前記外部の装置から前記制御系システムに送信されたデータと、当該データの有効期間を特定する情報と、当該データの優先度を特定する情報と、が記憶されており、
    前記制御部は、
    予め定められた周期で前記制御系システムが安定しているか否かを判定する処理と、
    当該判定を行う毎に前記有効期間から前記周期の期間を減算する処理と、
    前記有効期間が短くなったデータの前記優先度を高める処理と、
    前記有効期間が所定以下となったデータを前記記憶部から削除する処理と、
    前記制御系システムが安定していると判定した時に、前記記憶部に記憶されているデータを前記優先度の高いものから順に前記制御系システムに送信する処理と、
    を行うこと、を特徴とする車両。
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