JP6198175B2

JP6198175B2 - 通信回路

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Publication number: JP6198175B2
Application number: JP2014030892A
Authority: JP
Inventors: 暢寺▲崎▼
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: JP2015155259A

Description

本発明は、通信回路、特に車両に搭載された電子制御装置に含まれる通信回路に関する。

車両における電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unitともいう）の多重通信プロトコルとして、エンジンなどを制御するパワートレイン制御系やステアリングなどを制御するシャシー制御系ではＣＡＮ（Controller Area Network）が用いられる。また、パワーウィンドウやミラー調整、電動シート、ドアロックなどのセンサやアクチュエータなどを制御する、パワートレイン制御系やシャシー制御系ほど通信速度、信頼性を必要としないボデー制御系では、シンプルかつ安価なＬＩＮ（Local Interconnect Network）が用いられる。

上述の多重通信では、通信バスに特定の信号が送出されることで、ＥＣＵは、通信を停止して消費電力を低減するスリープモードから、通信を実行可能な通常モードに遷移（ウエイクアップ）するように構成されている（特許文献１、２参照）。

通信バス上の信号レベルとしてドミナント（優性）とレセッシブ（劣性）とが規定されている。そして、バス上に信号が発生していないバスアイドル状態では、バス上の信号レベルはレセッシブとなり、複数の通信装置からドミナントとレセッシブとが同時に送信された場合、バス上の信号レベルはドミナントとなる。なお、一般的に、ドミナントの論理値を「０：Ｌレベル」、レセッシブの論理値を「１：Ｈレベル」として考える。

例えば、マスタＥＣＵとスレーブＥＣＵとを含むＬＩＮにおいて、スレーブＥＣＵ側がＬＩＮ通信バスをウエイクアップさせたい場合、ウエイクアップフレームと呼ばれる一定時間のドミナント信号を送信する。このドミナント信号をマスタＥＣＵのＬＩＮ通信ドライバ（以降、「ＬＩＮドライバ」と略記）が受信して、ＣＰＵの外部割込みや電源回路のイネーブル信号を制御し、ウエイクアップ動作を開始する仕組みとなっている。

特開２０１２−０４９８８５号公報特表２００９−５３２９４９号公報

図５に、従来技術による、ＬＩＮドライバ（すなわち、通信回路）を用いたＥＣＵを示す。ＬＩＮは、１つのマスタ装置（ＥＣＵ１）と１以上のスレーブ装置（ＥＣＵ１００、２００）が、同一の通信線５０に接続されるデータ通信システムである。マスタ装置およびスレーブ装置の構成は、ほぼ同一である。そこで、マスタ装置であるＥＣＵ１を例に挙げて説明する。

ＥＣＵ１は、周知のＣＰＵ２、ＬＩＮドライバ３、および、バッテリ（図示せず）から電源（１２Ｖ）の供給を受けてＣＰＵ２などに電源（５Ｖ）を供給する電源部４を含む。ＬＩＮドライバ３は、バッテリから直接電源の供給を受ける。ＬＩＮドライバ３として、例えば、ＮＸＰＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ社の、ＴＪＡ１０２１がある。

ＣＰＵ２の内部あるいはＥＣＵ１内に設けられた記憶部２１には、ＬＩＮ通信を行うための制御プログラム群であるＬＩＮモジュールが格納される。ＣＰＵ２は、ＬＩＮモジュールを実行することで、ＬＩＮドライバ３に対し、スレーブＥＣＵを識別するためのＩＤ、あるいはデータの送信指示（ＴＸ）、ＬＩＮドライバ３が受信したデータの取得（ＲＸ）、スリープモードに移行するか否かを判定するスリープ制御（ＮＳＬＰ：ＮｏｎＳｌｅｅｐ）、スレーブ装置からウエイクアップ信号を受信したときに通常モードに移行するか否かを判定するウエイクアップ制御等を行う。

ＬＩＮドライバ３は、論理回路として構成され、全体の動作を司るコントローラ３１、ＣＰＵ２との間で信号の遣り取りを行う信号入出力部３２を含む。ＬＩＮ端子（送受信兼用）が、通信線５０に接続されている。コントローラ３１は、ＣＰＵ２からのＩＤあるいはデータの送信指示（ＴＸデータ）が入力されたとき、通信線５０を介して、これをスレーブＥＣＵに送信する。また、スレーブＥＣＵからＩＤあるいはデータを受信したとき、これをＲＸデータとしてＣＰＵ２に出力する。さらに、ＣＰＵ２からのＮＳＬＰに基づいて、ＩＮＨ出力の状態切替を行う。

ＥＣＵ１は、通常の動作モードである通常モードでは、ＬＩＮドライバ３のＩＮＨ出力がオフ状態（Ｌレベル出力）で、電源部４からＣＰＵ２へ電源を供給する。ＣＰＵ２のＮＳＬＰ出力がオン状態（Ｈレベル出力）からオフ状態（Ｌレベル出力）に変化すると、ＬＩＮドライバ３はＩＮＨ出力をオン状態（Ｈレベル出力）とし、電源部４からＣＰＵ２への電源の供給を停止する。これにより、ＥＣＵ１は、停止状態、あるいは消費電力の少ないスリープモードに遷移する。ＬＩＮドライバ３は、バッテリから直接電源を供給されるので、ＥＣＵ１がスリープモード中でも通常モードと同様の動作を行う。

ＬＩＮドライバ３では、ＬＩＮ端子で一定時間のドミナント信号を検出すると、これをウエイクアップフレームと判断してＩＮＨ出力をオフ状態とし、電源部４からＣＰＵ２への電源の供給を許可する。これにより、ＣＰＵ２は、スリープモードから通常モードに遷移する。

そして、スレーブＥＣＵ（１００、２００）にＩＤあるいはデータ（例えば、「ＩＤ」のみのときは、ＩＤに対応するスレーブＥＣＵに対する状態問合せのリクエスト信号）を送信する。スレーブＥＣＵの応答信号に基づき、ドミナント信号が、スレーブＥＣＵからのウエイクアップ要求か否かを判定する。例えば、ウエイクアップ状態であることを反映した応答信号を送信したスレーブＥＣＵがあるとき、該ドミナント信号がウエイクアップ要求であると判定する。その後、通常の処理を実行する。

一方、ウエイクアップ状態であることを反映した応答信号を送信したスレーブＥＣＵがなく、該ドミナント信号がウエイクアップ要求でないと判定したとき、ＣＰＵ２は、ＮＳＬＰ出力をオン状態（Ｈレベル出力）からオフ状態に変化させる。この後、コントローラ３１は、ＮＳＬＰ出力の変化（例えば、立下りエッジ）を検出すると、ＩＮＨ出力をオン状態（Ｈレベル出力）とし、電源部４からＣＰＵ２への電源の供給を停止する。これにより、スリープモードに戻る。

よって、ドミナント信号と類似した外来ノイズを、ドミナント信号と誤判断してウエイクアップ動作を開始すると、無駄にＣＰＵが動作するので、マスタＥＣＵの消費電力が増大する。また、マスタＥＣＵからのリクエスト信号によってスレーブＥＣＵが無駄な通信を行うので、ＬＩＮ全体の消費電力も増大する。さらに、システム構成上、ＬＩＮに接続されている他のネットワークもウエイクアップさせることがある。この結果、車両システム全体の消費電流が増大し、バッテリ電力を想定よりも早く消費させてしまう原因になりかねない。

上記問題点を背景として、本発明は、不要なウエイクアップ動作を防止し、バッテリ電力の消費を抑えることができる通信回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための通信回路は、
通信線を介して通信を行う電子制御装置に含まれ、前記通信線との間でデータを送受信する通信回路であって、
前記電子制御装置は、動作モードとして、通常の動作状態である通常モードと、前記通常モードよりも消費電力の少ない動作状態であるスリープモードとを有しており、
前記電子制御装置は、前記通常モードで動作しているときに、前記通信回路による通信を制御するとともに、前記スリープモードでは動作が停止する制御部を備え、
前記通信回路は、
前記スリープモードで動作中のときに、前記通信線に接続された外部装置から第１データを受信したとき、前記制御部を起動させずに、前記外部装置に対して予め定められた送信データを出力するデータ出力部と、
前記送信データに応答して前記外部装置から送信される第２データを格納する今回データ格納部と、
今回の第２データを受信する前に、前記外部装置から送信された第２データを格納する前回データ格納部と、
前記制御部を起動させずに、前記今回データ格納部の内容と前記前回データ格納部の内容とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づき、前記電子制御装置の動作モードを、前記スリープモードから前記通常モードへ遷移させるための起動信号を出力する起動信号出力部と、
を備える。

上記構成によって、ノイズによる不必要なウエイクアップ動作を抑制でき、かつ、ノイズ以外の確実なデータのみをＥＣＵ（電子制御装置）間で送受信できる。

ＥＣＵ１個あたりの、ＣＰＵのウエイクアップ時の消費電流は、１００ｍＡ程度で、本発明の構成により、外来ノイズによる不要なウエイクアップ動作を抑制することで、バッテリ負荷を低減できるまた、車両には、３０個程度のＬＩＮ接続のＥＣＵが搭載されており、バッテリ消費電力の削減の効果は小さくないと考えられる。

バッテリ上がりの場合は、エンジン始動ができないことに加えて、車両に搭載された各システム（特に、セキュリティに関するシステム）が稼働しなくなる事態も引き起こす虞もある。つまり、意図的な電磁波（すなわち、ノイズ）照射によりＥＣＵをウエイクアップさせ、バッテリを消耗させて、車両の使用を妨害される可能性もある。本発明の構成では、上述のように、不必要なバッテリ電力の消費が抑制されるため、これらの事態は生じにくくなる。

本発明の通信回路を用いた電子制御装置の構成を示す図。マスタ／スレーブ判定動作の流れを示す図。マスタ装置として動作するときのウエイクアップ動作の流れを示す図。スレーブ装置として動作するときのウエイクアップ動作の流れを示す図。従来技術の通信回路を用いた電子制御装置の構成を示す図。

図１に、本発明の通信回路を用いたＥＣＵ１（本発明の電子制御装置）の構成を示す。なお、本発明の構成のうち、上述の図５と同様の構成のものについては、同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。図５と大きく異なる点は、ＣＰＵ２で実行していたウエイクアップ判定、およびウエイクアップ判定時のデータの送信をＬＩＮドライバ３で実行することである。このため、記憶部２１に記憶されるＬＩＮモジュールには、ウエイクアップ判定の処理は含まれない。

ＬＩＮドライバ３（本発明の通信回路）は、コントローラ３１（本発明の判別部、データ出力部、起動信号出力部）、信号入出力部３２（本発明のデータ取得部）に加え、例えば、不揮発性記憶媒体で構成される送信データ格納部３３、今回データ格納部３４、前回データ格納部３５、および、デジタル・コンパレータとも呼ばれる比較演算器３６をさらに含む。

送信データ格納部３３（本発明のデータ出力部）は、スリープモード時の通信に必要なＩＤ（スレーブＥＣＵを識別するためのもの）あるいはデータ、ＥＣＵ１がマスタ装置／スレーブ装置のいずれであるかの情報、前回送受信したＩＤあるいはデータを格納する。

今回データ格納部３４は、今回の通信で受信したデータを格納する。前回データ格納部３５は、前回の通信で受信したデータを格納する。すなわち、新たにデータを受信したとき、今回データ格納部３４に格納されているデータを前回データ格納部３５に格納し、新たな受信データを今回データ格納部３４に格納する。

比較演算器３６（本発明の比較部）は、今回データ格納部３４と前回データ格納部３５との内容を比較して、その結果（一致／不一致）を出力する。

図２を用いて、コントローラ３１における、マスタ／スレーブ判定の流れを説明する。まず、ＣＰＵ２からＴＸデータが入力されたとき（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、ＴＸデータの内容（データ長、データ構成等）を解析する（Ｓ１２）。そして、解析結果に基づいて、ＬＩＮドライバ３が含まれるＥＣＵ１が、マスタ装置かスレーブ装置かを判定する（Ｓ１３）。最後に、判定結果に基づいて、スリープモード時に送信するデータの構成（データ長あるいはデータ内容）を決定する（Ｓ１４）。

図２の構成が、「外部装置へ送信するためのデータを取得するデータ取得部を備え、データ取得部が取得したデータの内容に基づいて、電子制御装置が、マスタ装置あるいはスレーブ装置のいずれとして動作するかを設定する設定部を備える」ものである。本構成によって、本発明の通信回路を、マスタ装置あるいはスレーブ装置のいずれにも用いることができ、回路の共通化を図ることができる。

図３を用いて、ＥＣＵ１がマスタ装置であるときの、コントローラ３１における、ウエイクアップ動作の流れを説明する。ＥＣＵ１はスリープモードであることが前提で、ウエイクアップフレーム（本発明の第１データ）の待ち状態である。ＥＣＵ１がマスタ装置であるとき、ＥＣＵ１００、２００は、スレーブ装置（外部装置）である。

まず、ウエイクアップフレームを検出したとき（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、スレーブ装置に対しＩＤ（状態の送信要求、本発明の送信データ）を送信する。自身のＩＤを受信したスレーブ装置（ＬＩＮドライバ）は、スレーブ装置の状態（ウエイクアップしているか否か、本発明の第２データ）を、ＥＣＵ1に送信する。

ＥＣＵ１は、スレーブ装置からのデータ（スレーブ装置の状態）を受信すると（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、今回データ格納部３４に格納されているデータを前回データ格納部３５に格納し、受信データを今回データ格納部３４に格納する（Ｓ３４）。これらのデータは、ＩＤ（すなわち、スレーブ装置）に関連付けて格納する。続いて、ＩＤ毎に、比較演算器３６において、今回データ格納部３４と前回データ格納部３５との内容を比較する（Ｓ３５）。

受信したデータには、スレーブ装置の状態すなわち動作モード（通常モード／スリープモード）を反映したデータが含まれている。データの比較では、動作モードに変化があったか（すなわち、スリープモードから通常モードに遷移したか）否かを調べる。

ＥＣＵ１は、全てのスレーブ装置がスリープモードに遷移しないと、自身もスリープモードに遷移できない。つまり、前回データ格納部３５には、スレーブ装置がスリープモードに遷移したことを反映した情報、あるいは、ＥＣＵ１に対してスリープモードに遷移することを許可することを反映した情報が含まれる。

上述の構成が、「前回データ格納部には、電子制御装置がスリープモードに遷移する直前に、外部装置から受信したデータが格納される」ものである。本構成によって、今回データ格納部に外部装置がスリープ状態に遷移した旨のデータが格納されれば、外部装置の状態変化を検知できる。

比較の結果、両者が一致してデータ内容に変化がないとき、すなわち、全てのスレーブ装置がスリープモードを維持しているとき（Ｓ３６：Ｎｏ）、判定動作を終了する。つまり、スリープモードを維持する。一方、データ内容に変化があったとき、すなわち、いずれかのスレーブ装置がウエイクアップして通常モードに遷移したと判定したとき（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、比較演算器３６の出力をオン状態（Ｈレベル出力）とする（Ｓ３７）。これにより、ＩＮＨ出力がオン状態（Ｈレベル出力）からオフ状態（Ｌレベル出力）となり、本発明の起動信号を出力する。

上述の構成が、「起動信号は、電子制御装置へ電源を供給する電源部に対し、電源の供給／遮断の指令を行う」ものである。本構成によって、電源の供給／遮断という比較的簡易な構成で、動作モードの切り替えを行うことができる。

この後、ＣＰＵ２がウエイクアップし、ＥＣＵ１は、スリープモードから通常モードに遷移する。以降は、ＣＰＵ２からの指示（ＴＸデータ）に基づいて、ＩＤあるいはデータをスレーブ装置に送信する（Ｓ３８）。

図３の構成が、「電子制御装置がマスタ装置のときは、第１データは、電子制御装置に対して、スリープモードから通常モードへの遷移を要求するものであり、送信データは、外部装置の状態の送信を要求するものであり、第２データは、外部装置の状態を反映したものであり、今回データ格納部と前回データ格納部は、外部装置の状態を、外部装置を識別する識別情報と関連付けて格納し、比較部は、外部装置ごとに、それぞれのデータ格納部に格納された外部装置の状態を比較する」ものである。本構成によって、マスタ装置がウエイクアップ要求を受信したとき、これがスレーブ装置からのものであるかノイズであるかを判別できるので、不必要なウエイクアップ動作を抑制できる。

図４を用いて、ＥＣＵ１がスレーブ装置であるときの、コントローラ３１における、ウエイクアップ動作の流れを説明する。ＥＣＵ１はスリープモードであることが前提である。ＥＣＵ１がスレーブ装置であるとき、ＥＣＵ１００、２００のいずれか一方が、マスタ装置（外部装置）である。

図３のように、マスタ装置がウエイクアップフレームを検出すると、スレーブ装置に対しＩＤ（状態の送信要求、本発明の第１データ）を送信する。ＥＣＵ１は、ＩＤを受信すると（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、現在のＥＣＵ１の動作モードを反映したデータ（本発明の送信データ）を、マスタ装置に送信する（Ｓ５２）。ＥＣＵ１がスリープモードか通常モードは、コントローラ３１へのＮＳＬＰの入力状態によって判別できる。

この後、マスタ装置からＩＤあるいはデータ（本発明の第２データ）を受信しないとき（Ｓ５３：Ｎｏ）、マスタ装置が検出したウエイクアップフレームはノイズであって、いずれのスレーブ装置もウエイクアップしていないので、判定動作を終了する。

一方、マスタ装置からＩＤあるいはデータを受信したとき（Ｓ５３：Ｙｅｓ）、今回データ格納部３４に格納されているデータを前回データ格納部３５に格納し、受信データを今回データ格納部３４に格納する（Ｓ５４）。続いて、比較演算器３６において、今回データ格納部３４と前回データ格納部３５との内容を比較する（Ｓ５５）。

比較の結果、両者が一致してデータ内容に変化がないとき、すなわち、マスタ装置からのウエイクアップ要求がないとき（Ｓ５６：Ｎｏ）、判定動作を終了する。つまり、スリープモードを維持する。一方、データ内容に変化があったとき、すなわち、マスタ装置からのウエイクアップ要求があったとき（Ｓ５６：Ｙｅｓ）、比較演算器３６の出力をオン状態（Ｈレベル出力）とする（Ｓ５７）。これにより、ＩＮＨ出力がオン状態（Ｈレベル出力）からオフ状態（Ｌレベル出力）となり、本発明の起動信号を出力する。

この後、ＣＰＵ２がウエイクアップし、ＥＣＵ１は、スリープモードから通常モードに遷移する。以降は、ＣＰＵ２からの指示（ＴＸデータ）に基づいて、ＩＤあるいはデータをマスタ装置に送信する。

図４の構成が、「電子制御装置がスレーブ装置のときは、第１データは、電子制御装置の状態の送信を要求するものであり、送信データは、電子制御装置の状態を反映したものであり、第２データは、外部装置からの予め定められたデータであり、比較部は、それぞれのデータ格納部に格納された、予め定められたデータの内容を比較する」ものである。本構成によって、スレーブ装置が第１データを受信したとき、これがマスタ装置からのものであるかノイズであるかを判別できるので、不必要なウエイクアップ動作を抑制できる。

さらに、図３および図４の構成が、「少なくとも一つのマスタ装置および複数のスレーブ装置が同一の通信線に接続されるデータ通信システムにおいて、電子制御装置がマスタ装置のときは、外部装置がスレーブ装置であり電子制御装置がスレーブ装置のときは、外部装置がマスタ装置である」ものである。本構成によって、本発明の通信回路を、マスタ装置あるいはスレーブ装置のいずれにも用いることができ、回路の共通化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

１ＥＣＵ（電子制御装置）
３ＬＩＮドライバ（通信回路）
３１コントローラ（判別部、データ出力部、起動信号出力部）
３２信号入出力部（データ取得部）
３３送信データ格納部（データ出力部）
３４今回データ格納部
３５前回データ格納部
３６比較演算器（比較部）

Claims

通信線を介して通信を行う電子制御装置に含まれ、前記通信線との間でデータを送受信する通信回路であって、
前記電子制御装置は、動作モードとして、通常の動作状態である通常モードと、前記通常モードよりも消費電力の少ない動作状態であるスリープモードとを有しており、
前記電子制御装置は、前記通常モードで動作しているときに、前記通信回路による通信を制御するとともに、前記スリープモードでは動作が停止する制御部を備え、
前記通信回路は、
前記スリープモードで動作中のときに、前記通信線に接続された外部装置から第１データを受信したとき、前記制御部を起動させずに、前記外部装置に対して予め定められた送信データを出力するデータ出力部と、
前記送信データに応答して前記外部装置から送信される第２データを格納する今回データ格納部と、
今回の第２データを受信する前に、前記外部装置から送信された第２データを格納する前回データ格納部と、
前記制御部を起動させずに、前記今回データ格納部の内容と前記前回データ格納部の内容とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づき、前記電子制御装置の動作モードを、前記スリープモードから前記通常モードへ遷移させるための起動信号を出力する起動信号出力部と、
を備えることを特徴とする通信回路。
少なくとも一つのマスタ装置および複数のスレーブ装置が同一の前記通信線に接続されるデータ通信システムにおいて、
前記電子制御装置が前記マスタ装置のときは、前記外部装置が前記スレーブ装置であり、
前記電子制御装置が前記スレーブ装置のときは、前記外部装置が前記マスタ装置である請求項１に記載の通信回路。
前記通信回路は、
前記外部装置へ送信するためのデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部が取得したデータの内容に基づいて、前記電子制御装置が、前記マスタ装置あるいは前記スレーブ装置のいずれとして動作するかを設定する設定部とを備える請求項２に記載の通信回路。
前記電子制御装置が前記マスタ装置のときは、
前記第１データは、前記電子制御装置に対して、前記スリープモードから前記通常モードへの遷移を要求するものであり、
前記送信データは、前記外部装置の状態の送信を要求するものであり、
前記第２データは、前記外部装置の状態を反映したものであり、
前記今回データ格納部と前記前回データ格納部は、前記外部装置の状態を、前記外部装置を識別する識別情報と関連付けて格納し、
前記比較部は、前記外部装置ごとに、それぞれのデータ格納部に格納された前記外部装置の状態を比較する請求項２または請求項３に記載の通信回路。
前記電子制御装置が前記スレーブ装置のときは、
前記第１データは、前記電子制御装置の状態の送信を要求するものであり、
前記送信データは、前記電子制御装置の状態を反映したものであり、
前記第２データは、前記外部装置からの予め定められたデータであり、
前記比較部は、それぞれのデータ格納部に格納された、前記予め定められたデータの内容を比較する請求項２または請求項３に記載の通信回路。
前記前回データ格納部には、前記電子制御装置が前記スリープモードに遷移する直前に、前記外部装置から受信したデータが格納される請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の通信回路。
前記制御部は、前記スリープモードに移行するか否かの判定を行い、その判定を反映したスリープ制御出力を前記通信回路に対して行い、
前記通信回路は、前記スリープ制御出力が、前記スリープモードに移行することを示した出力の場合には、前記制御部へ電源を供給する電源部に対し、電源の遮断の指令を行い、
前記起動信号は、前記電源部に対し、電源の供給の指令を行う信号である請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の通信回路。