JP5071151B2 - 通信システム、その異常推定方法、及び情報読出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信の異常検出技術に関する。

通信システムにおいて、その故障箇所を特定する従来技術として、通信ラインにデータを送受可能に接続する接続手段と、前記通信ラインに送出された通信データを取得する取得手段と、前記通信データを取得してから次の前記通信データを取得するまでの経過時間を計測するタイマ手段と、前記経過時間が予め設定された判定時間を経過した場合に通信途絶と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、本構成によると、他の制御装置から最短の通信周期で通信ラインに送出される通信データが、短時間に設定される判定時間を経過しても取得できないときに、その制御装置が通信途絶と判定されるため、その通信が途絶するような異常のある制御装置を特定して、その制御装置が停止したときの処理を迅速に実行することができる旨が記載されている。
特開２００３−１４３１６４号公報

ところで、２本の通信線の差動電圧によって通信する方式であるＣＡＮ通信では、メッセージに優先順位が設定されている。ＣＡＮ通信で結ばれる各ノードは、それぞれ非同期に通信を開始し、同時に送信を開始した場合には調停が行われ、高優先度のメッセージが送信権を得て送信される。

しかしながら、従来技術のままでは、通信線の本線とノードとを結ぶ２本の支線のうち１本の支線が断線すると、その断線した支線を介して本線に接続されていたノードは、正常に通信電圧を検出できなくなるために、送信権の取得可否を正しく認識することができない。その結果、当該ノードが通信を試みることによって、断線していない方の支線を介して通信線上のメッセージが破壊されるため、その破壊されたメッセージを送信したＥＣＵはそのＥＣＵとしては正常にもかかわらず、故障ＥＣＵとして誤判定されるおそれがある。

そこで、本発明は、故障等の異常箇所を正しく特定することができる、通信システム、その異常推定方法、及び情報読出装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る通信システムは、
互いにＣＡＮ通信ラインを介してＣＡＮ通信を行う複数のノードを備える通信システムにおいて、
前記複数のノードのそれぞれが検出したＣＡＮ通信のエラー検出回数をエラーの種類毎に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたビットエラーのエラー検出回数の累積値とフォームエラーのエラー検出回数の累積値との和が最大のノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを異常と推定する異常推定手段とを備えるものである。

ここで、当該通信システムにおいて、前記ビットエラーと前記フォームエラーのいずれも検出せずに、スタッフエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラーのうち少なくとも一つを検出しているノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを正常と判定する正常判定手段を備えてもよい。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る異常推定方法は、
互いにＣＡＮ通信ラインを介してＣＡＮ通信を行う複数のノードを備える通信システムの異常推定方法であって、
各ノードがＣＡＮ通信のエラーを検出する毎に各ノードのＣＡＮ通信のエラー検出回数をエラーの種類毎に累積し、ビットエラーのエラー検出回数の累積値とフォームエラーのエラー検出回数の累積値との和が最大のノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを異常と推定するものである。

ここで、当該異常推定方法において、前記ビットエラーと前記フォームエラーのいずれも検出せずに、スタッフエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラーのうち少なくとも一つを検出しているノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを正常と判定するとよい。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る情報読出装置は、
互いにＣＡＮ通信ラインを介してＣＡＮ通信を行う複数のノードが検出したエラー情報を読み出し可能な情報読出装置であって、
前記エラー情報に基づいて、前記複数のノードのそれぞれが検出したＣＡＮ通信のエラー検出回数の累積値を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得されたビットエラーのエラー検出回数の累積値とフォームエラーのエラー検出回数の累積値との和が最大のノード又は該ノードに接続される通信ラインを異常と推定する異常推定手段とを備えるものである。

ここで、当該情報読出装置において、前記エラー情報は、前記ＣＡＮ通信ラインを介して読み出されるとよい。また、読み出された前記エラー情報に基づいて、前記ビットエラーと前記フォームエラーのいずれも検出せずに、スタッフエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラーのうち少なくとも一つを検出しているノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを正常と判定する正常判定手段を備えてもよい。また、前記異常推定手段による推定結果を出力する出力手段を備えてもよい。

本発明によれば、故障等の異常箇所を正しく特定することができる。

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、本発明の一実施形態である車両用通信システム１００の構成図である。車両用通信システム１００は、ＣＡＮ通信方式の通信システムであって、通信ラインを介して互いに通信可能に接続される例えば４つの電子制御装置１０，２０，３０，４０をノードとして有している。通信ラインが２線式の差動バスで構成されることによって、ＥＣＵ間の通信のノイズ耐性を向上させることができる。通信ラインは、２個の終端抵抗１５，２５に接続される本線７と、本線７に接続される支線３，４，５とから構成される。本線７は、ＣＡＮ−Ｈラインに相当する本線７ＨとＣＡＮ−Ｌラインに相当する本線７Ｌとから構成される。終端抵抗１５（例えば、１２０Ω）はＥＣＵ１０に内蔵され、終端抵抗２５（終端抵抗１５と同じ１２０Ω）はＥＣＵ２０に内蔵される。終端抵抗は、ＥＣＵに内蔵せずに、本線７Ｈと本線７Ｌとの間に挿入される場合もある。支線３（３Ｈ，３Ｌの２本から構成）は本線７とＥＣＵ３０とを接続し、支線４（４Ｈ，４Ｌの２本から構成）は本線７とＥＣＵ４０とを接続し、支線５（５Ｈ，５Ｌの２本から構成）は本線７と故障診断ツール５０とをコネクタ６０を介して接続する。

各ＥＣＵ及び故障診断ツール５０は、信号送受信手段として、通信ラインを介して互いにシリアル通信するための通信インターフェイス回路を備える。各ＥＣＵ間の通信がＣＡＮ通信であれば、ＣＡＮドライバなどの送受信可能な通信インターフェイス回路が通信ラインに接続して各ＥＣＵ及び故障診断ツール５０に備えられる。各ＥＣＵ及び故障診断ツール５０は、通信ラインを介して、通信データを送受し、相手から受信した通信データに基づいて、自身が制御すべき制御処理（例えば、エンジン制御処理、ブレーキ制御処理、充電制御処理、故障診断制御処理など）を実行する。

図２は、終端抵抗１５を内蔵するＥＣＵ１０のハードウェア構成図である。終端抵抗２５を内蔵するＥＣＵ２０についても、図２と同様のハードウェア構成を有しており、ＥＣＵ３０，４０，故障診断ツール５０についても、終端抵抗が存在しない点を除いて、図２と同様のハードウェア構成を有しているため、代表にＥＣＵ１０について説明する。

ＥＣＵ１０は、制御プログラムや制御データを記憶するメモリと制御プログラムなどを処理するＣＰＵ（中央演算処理装置）とを有するマイクロコンピュータ（マイコン）１２を備える制御手段である。

ＥＣＵ１０の通信インターフェイス回路は、ＣＡＮコントローラを備えるマイコン１２と通信ライン間のインターフェイス用ＩＣであるＣＡＮトランシーバ（ドライバ）１２を備える。

図３は、ＣＡＮトランシーバのブロック図である。ＣＡＮトランシーバは、マイコンと通信線間のインターフェイス用ＩＣである。端子ＣＡＮＨはＨｉレベル用のバス出力端子であり、端子ＣＡＮＬはＬｏレベル用のバス出力端子である。また、端子Ｔｘｄはマイコンの通信出力端子に接続される送信データ入力端子であり、端子Ｒｘｄはマイコンの通信入力端子に接続される受信データ出力端子である。Ｖｃｃは電源端子、ＧＮＤは接地端子である。トランスミッタは、端子Ｔｘｄからの入力に基づきＨｉサイドスイッチとＬｏサイドスイッチをスイッチングすることによって差動信号の伝送データを端子ＣＡＮＨと端子ＣＡＮＬを介して出力する。レシーバは、端子ＣＡＮＨと端子ＣＡＮＬからの差動信号の伝送データを受信して端子Ｒｘｄに出力する。

また、ＥＣＵ１０は、メモリ１３を備える。メモリ１３は、揮発性メモリでもよいが、電源遮断後も記憶内容を保持させておきたい場合には不揮発性メモリであることが望ましい。また、ハードディスクでもよい。また、ＥＣＵ１０に与えられている機能に応じて、センサによって得られた情報が入力される入力回路や、マイコン１２による演算結果を制御信号として出力する出力回路を備えてもよい。

ＥＣＵ２０，３０，４０についても、ＥＣＵ１０と同様に、マイコン、メモリ、トランシーバ、（必要に応じて）終端抵抗が、備えられる。

一方、故障診断ツール５０も、図１に示されるように、ＣＡＮトランシーバ５１とマイコン５２とを備える。故障診断ツール５０は、車両に配備されたコネクタ６０を介して、ＣＡＮ通信ラインの支線５に接続可能である。また、故障診断ツール５０は、その操作者にマイコン５２の処理結果（例えば、故障診断結果）を視認可能に情報提供する手段として、ディスプレイ５８を備える。

故障診断ツール５０は、本線と支線から構成される通信ラインを介して各ＥＣＵの所持情報を取得することによって、又は当該通信ラインから取り外されたＥＣＵの所持情報を取得することによって、異常の発生箇所を推定し、その操作者にディスプレイ５２を介してその推定結果を提供するものである。故障診断ツール５０は、ＣＡＮ通信ラインの本線７とＥＣＵとを結ぶ２本の支線のうち片方の支線が断線している場合、当該ＥＣＵを本線７に接続する支線の断線又は当該ＥＣＵ内部の故障と、推定する。例えば、本線７ＨとＥＣＵ３０とを接続点ａで接続する支線３Ｈと本線７ＬとＥＣＵ３０とを接続点ｂで接続する支線３Ｌのいずれか一方が断線していれば、支線３の断線又はＥＣＵ３０の故障と推定する。同様に、本線７ＨとＥＣＵ４０とを接続点ｅで接続する支線４Ｈと本線７ＬとＥＣＵ４０とを接続点ｆで接続する支線４Ｌのいずれか一方が断線していれば、支線４の断線又はＥＣＵ４０の故障と推定する。これについて、以下説明する。なお、本線７の構成線７Ｈ，７Ｌのうち１本でも断線すると、通信ラインを介しての通信ができなくなるが、７Ｈと７Ｌとの間の抵抗値を測定することによって、２つの終端抵抗１５，２５のうち片側のみの抵抗値しか測定されないため、本線７の断線を容易に推定できる。また、一つのＥＣＵに接続される２本の支線の両方が断線しても、当該断線という異常はあるものの、当該ＥＣＵを除く通信ラインを介しての通信は継続的に実行可能である。

ＣＡＮプロトコルに従って、本線と支線から構成される通信ラインに接続される各ＥＣＵで通信エラーが検出される。ＣＡＮプロトコルでは、５種類のエラー（ビットエラー、フォームエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラー、スタッフエラーが定義されている。簡単に説明すれば、ビットエラーは、自身が送出したレベルとバスのレベルが異なるときに検出される。フォームエラーは、固定フォーマットのビットフィールドが違反しているときに検出される。ＡＣＫエラー（アクノリッジエラー）は、ＡＣＫが送られてこなかったときに検出される。ＣＲＣエラーは、受信したメッセージに付加されたＣＲＣシーケンスと受信データから計算したＣＲＣが異なるときに検出される。スタッフエラーは、ビットスタッフィングルールに違反しているときに検出される。

通信エラーを検出したＥＣＵは、エラー種類毎に、エラーの検出回数を累積する。その累積値は各ＥＣＵのメモリに記憶される。故障診断ツール５０を車両側のコネクタ６０に接続し、各ＥＣＵが記憶しているエラー種類とその検出回数の累積値が全て読み出される。各地のディーラー等に配備される故障診断ツール５０を使用することによって、車両とツールを接続するコネクタ６０が予め車両に設定されるため、ＥＣＵで記憶しているエラー検出回数を容易に読み出すことができる。

故障診断ツール５０は、異常推定手段及び正常判定手段として、下記の故障箇所推定ロジックに従って、故障箇所を推定する。

（１） スタッフエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラーのみを検出しているＥＣＵについて
検出内容（１）のＥＣＵは、他のＥＣＵが送信したエラーメッセージを受信してエラー判定をしていると考えられる。そのため、故障診断ツール５０は、検出内容（１）のＥＣＵ，あるいは検出内容（１）のＥＣＵと本線とを接続する支線は正常と判断する。

（２） ビットエラーとフォームエラーの少なくともいずれか一方を検出しているＥＣＵについて
検出内容（２）のＥＣＵについては、その状況として２種類の状況（Ａ）（Ｂ）が想定できる。

（Ａ） 検出内容（２）のＥＣＵのＥＣＵ内故障、あるいは検出内容（２）のＥＣＵと本線とを接続する支線の断線が発生している状況。状況（Ａ）での故障の場合、断線した支線に接続されるＥＣＵからは、送信メッセージは正確に送信できていない。

（Ｂ） 検出内容（２）のＥＣＵは正常であるが、別の故障ＥＣＵにより通信を妨害されてそれらのエラーを検出している状況。

ここで、ビットエラーとフォームエラーの検出回数の累積値の和に着目すると、検出内容（２）のＥＣＵの中から任意に選択される２つのＥＣＵの間で、
状況（Ａ）の故障ＥＣＵの検出回数の累積値の和
≧状況（Ｂ）の正常ＥＣＵの検出回数の累積値の和
という関係を導き出すことができる。

なぜならば、状況（Ｂ）は、正常なＥＣＵの送信中に故障ＥＣＵが送信を妨害してきた場合を想定している。正常なＥＣＵは、故障ＥＣＵが妨害しなければ、正常に送信が完了し、エラー検出を行わない。しかし、故障ＥＣＵが送信を行えば、ビットエラーかフォームエラーが必ず検出される。

ある一つの正常ＥＣＵの送信中に故障ＥＣＵが必ず送信を妨害する場合、ビットエラーとフォームエラーの検出回数の累積値の和について、
状況（Ａ）の故障ＥＣＵの検出回数の累積値の和
＝状況（Ｂ）の正常ＥＣＵの検出回数の累積値の和
という関係になる。しかし、複数の正常ＥＣＵが互いに送信中に故障ＥＣＵが送信する場合、ビットエラーとフォームエラーの検出回数の累積値の和について、
状況（Ａ）の故障ＥＣＵの検出回数の累積値の和
＞状況（Ｂ）の正常ＥＣＵの検出回数の累積値の和
となるからである。

例えば、図１において、ＥＣＵ３０の端子３０Ｈと接続点ａとの間の支線３の構成線３Ｈで断線が生じていたとする。この場合、ＥＣＵ１０，２０，４０のいずれも、ビットエラーとフォームエラーの少なくともいずれか一方を検出することになり、各自のメモリに記憶されるエラー検出回数がそのエラーが検出されるたびにエラー種類ごとに更新される。しかし、ＥＣＵ３０を除くＥＣＵ間の通信（すなわち、ＥＣＵ１０とＥＣＵ２０との間の通信，ＥＣＵ１０とＥＣＵ４０との通信、ＥＣＵ２０とＥＣＵ４０との通信）は、正常に行うことができるので、断線した支線に接続されるＥＣＵ３０のメモリに記憶されているビットエラーとフォームエラーの検出回数の累積値の和は、ＥＣＵ１０，２０，４０のそれぞれのメモリに記憶されているビットエラーとフォームエラーの検出回数の累積値の和と同じ又はそれ以上になるため、当該累積値の和が最も大きいＥＣＵが故障ＥＣＵの可能性が高いと推定できる。同じ累積値のＥＣＵが複数ある場合は、その複数のＥＣＵの中に故障ＥＣＵが存在すると推定できる。

したがって、故障診断ツール５０は、各ＥＣＵ内のメモリに記憶されるエラー検出回数の累積値を取得することによって、通信ラインに接続されるＥＣＵの中でビットエラーとフォームエラーの検出回数の累積値の和が最大値を記憶しているメモリを有しているＥＣＵが故障している可能性が一番高い又は当該最大値を記憶しているメモリを有しているＥＣＵに接続された支線が断線している可能性が一番高いと推定できる。そして、ビットエラーとフォームエラーの検出回数の累積値の和が小さいＥＣＵほど、当該ＥＣＵが故障している可能性が低い又は当該ＥＣＵに接続された支線が断線している可能性が低いと推定できる。

このように、修理工場のサービスマン等のユーザは、故障診断ツール５０の故障推定情報に従うことで、故障箇所の可能性が高い部分の通信ラインやＥＣＵの故障確認を容易に行うことができる。その結果、修理も容易に行うことができる。

図４は、各ＥＣＵのマイコンがそれぞれ実施する記憶フローである。各ＥＣＵは、通信エラーを検出すると（ステップ１０）、エラー検出回数の累積値をエラーの種類毎に記憶する（ステップ１２）。図５は、各ＥＣＵのマイコンが実行する累積値出力フローである。各ＥＣＵは、エラー検出回数の累積値の出力要求を故障診断ツール５０等から受けた場合（ステップ２０）、ＣＡＮトランシーバ等の通信インターフェイス回路を介して、自身のメモリに記憶された累積値を出力する（ステップ２２）。

図６は、故障診断ツール５０のマイコン５２が実行する故障推定フローである。故障診断ツール５０は、その操作者の操作に従ってエラー検出回数の累積値の出力要求をすることによって（ステップ３０）、各ＥＣＵの当該累積値を取得する（ステップ３２）。全ＥＣＵの中で累積値が最大のＥＣＵを故障ＥＣＵと推定する、又は当該最大のＥＣＵに接続される支線が断線と推定する（ステップ３４）。その推定結果をディスプレイ５２に出力表示する（ステップ２２）。

したがって、上述の実施例によれば、通信ラインの支線が片側断線したときに、その断線箇所が特定でき、異常箇所の推定精度を向上させることができる。

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、通信ラインに接続されるノードとして、ＥＣＵを例示したが、インテリジェントセンサなどＣＡＮ通信を行うことが可能なものであればよい。また、ノードの数は、４つに限らず、３つ又は５つ以上でも同様に考えることができる。

各ＥＣＵが検出したエラーのエラー検出回数の累積値をエラー種類ごとに自身のメモリに記憶する例を示したが、自身のメモリに記憶しなくても、どのＥＣＵが検出したエラーに関する情報であるのかが特定可能な状態（例えば、ＥＣＵを特定するためのＩＤなどの識別情報の付与）で自身以外の他のメモリ（例えば、終端抵抗を内蔵するＥＣＵ内のメモリ）に記憶されてもよい。

また、本線７及び支線３，４，５からなるＣＡＮ通信ラインを介して、故障診断ツール５０に各ＥＣＵの記憶情報を伝送する例を示した、ＩＳ０−ＫラインやＬＩＮなどの他の通信回線を介して、故障診断ツール５０に各ＥＣＵの記憶情報を伝送しもよい。

また、上述の故障箇所推定ロジックは、通信ラインに接続されるノード自体（ＥＣＵ自自体）に組み込んで、そのＥＣＵが異常推定手段及び／又は正常判定手段として故障箇所を推定してもよい。各ＥＣＵが、その記憶しているエラー検出回数の累積値を、ＣＡＮ通信ライン又は他の通信回線を介して、故障箇所推定を行うＥＣＵに伝達する必要がある。その伝達以降は、上述の故障診断ツール５０での同じ推定ロジックで故障箇所が推定される。故障箇所を推定したＥＣＵは、その推定結果を車載のディスプレイや故障診断ツール５０のディスプレイ５８等の出力手段に出力する。

本発明の一実施形態である車両用通信システム１００の構成図である。 終端抵抗１５を内蔵するＥＣＵ１０のハードウェア構成図である。 ＣＡＮトランシーバのブロック図である。 各ＥＣＵのマイコンがそれぞれ実施する記憶フローである。 各ＥＣＵのマイコンが実行する累積値出力フローである。 故障診断ツール５０のマイコン５２が実行する故障推定フローである。

符号の説明

３，４，５ 支線
７ 本線
１０，２０，３０，４０ ＥＣＵ
１１，２１，３１，４１，５１ ＣＡＮドライバ（ＣＡＮトランシーバ）
１２，５２ マイクロコンピュータ
１３ メモリ
１５，２５ 終端抵抗
５０ 故障診断ツール
５８ ディスプレイ
６０ コネクタ
１００ 車両用通信システム

Claims (8)

1. 互いにＣＡＮ通信ラインを介してＣＡＮ通信を行う複数のノードを備える通信システムにおいて、
   前記複数のノードのそれぞれが検出したＣＡＮ通信のエラー検出回数をエラーの種類毎に記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されたビットエラーのエラー検出回数の累積値とフォームエラーのエラー検出回数の累積値との和が最大のノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを異常と推定する異常推定手段とを備える、通信システム。
2. 前記ビットエラーと前記フォームエラーのいずれも検出せずに、スタッフエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラーのうち少なくとも一つを検出しているノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを正常と判定する正常判定手段を備える、請求項１に記載の通信システム。
3. 互いにＣＡＮ通信ラインを介してＣＡＮ通信を行う複数のノードを備える通信システムの異常推定方法であって、
   各ノードがＣＡＮ通信のエラーを検出する毎に各ノードのＣＡＮ通信のエラー検出回数をエラーの種類毎に累積し、ビットエラーのエラー検出回数の累積値とフォームエラーのエラー検出回数の累積値との和が最大のノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを異常と推定する、異常推定方法。
4. 前記ビットエラーと前記フォームエラーのいずれも検出せずに、スタッフエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラーのうち少なくとも一つを検出しているノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを正常と判定する、請求項３に記載の異常推定方法。
5. 互いにＣＡＮ通信ラインを介してＣＡＮ通信を行う複数のノードが検出したエラー情報を読み出し可能な情報読出装置であって、
   前記エラー情報に基づいて、前記複数のノードのそれぞれが検出したＣＡＮ通信のエラー検出回数の累積値を取得する取得手段と、
   前記取得手段によって取得されたビットエラーのエラー検出回数の累積値とフォームエラーのエラー検出回数の累積値との和が最大のノード又は該ノードに接続される通信ラインを異常と推定する異常推定手段とを備える、情報読出装置。
6. 前記エラー情報は、前記ＣＡＮ通信ラインを介して読み出される、請求項５に記載の情報読出装置。
7. 読み出された前記エラー情報に基づいて、前記ビットエラーと前記フォームエラーのいずれも検出せずに、スタッフエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラーのうち少なくとも一つを検出しているノード又は該ノードに接続されるＣＡＮ通信ラインを正常と判定する正常判定手段を備える、請求項５又は６に記載の情報読出装置。
8. 前記異常推定手段による推定結果を出力する出力手段を備える、請求項５に記載の情報読出装置。

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