JP6269512B2

JP6269512B2 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP6269512B2
Application number: JP2015002514A
Authority: JP
Inventors: 孝安田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2035-01-08
Also published as: JP2016127569A

Description

本発明は、ネットワークに接続される電子制御装置に関し、特に、車載用ネットワークにおける異常発生箇所を特定する電子制御装置に関する。

近年、車両には多くの電子機器が搭載されており、各電子機器間でのデータ通信のために車載用ネットワークが構成される。このようなネットワークにおける断線箇所を検出するため、各ノード間のバスラインに沿って断線検出線を設け、この断線検出線を介して一方のノードから他方のノードに信号を流し、この信号を監視することでバスラインの断線検出が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−１３５９２９号公報

ネットワークに異常が発生する場合、迅速かつ低負荷で異常発生箇所の特定ができることが望ましい。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ネットワークの異常発生箇所を特定する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電子制御装置は、直列に接続される複数のスイッチと、それぞれが前記複数のスイッチのいずれかに接続される複数のノードとを含むネットワークに接続される電子制御装置であって、前記複数のノードに応答確認データを送信してからその応答確認データに対する応答を受信するまでにかかる基準応答時間を前記複数のノード毎に記録したテーブルを保持する保持部と、前記ノードに通信データを送信してからその通信データに対する受信通知を受信するまでにかかる通信応答時間と、前記テーブルに記録される基準応答時間とを用いて通信異常を検知する検出部と、前記検出部が通信異常を検出した場合に、通信異常を検知したノードの基準応答時間に近い値の基準応答時間を有するノードに対して応答確認データを送信し、その応答確認データに対する応答を確認する試験部と、前記試験部の確認結果からネットワークの異常発生箇所を特定する特定部と、を備える。

この態様によると、各ノードからの通信データの受信通知を用いて通信異常を検知できるため、異常検出のための応答確認データを別途送信する場合と比べてネットワーク負荷を低減できる。また、通信異常を検出したノードの基準応答時間に近いノード、つまり、異常発生箇所の特定に重要と考えられるノードを確認対象とすることで、各ノードを順番に確認していく場合と比べてより迅速に異常発生箇所を特定できる。

本発明によれば、迅速かつ低負荷で異常発生箇所を特定する技術を提供できる。

車載用ネットワークの構成を模式的に示す図である。電子制御装置の機能構成を模試的に示す図である。基準応答時間テーブルを模式的に示す図である。電子制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。

図１は、車載用ネットワーク１０の構成を模式的に示す図である。車載用ネットワーク１０は、直列に接続される複数のスイッチ２１〜２４と、スイッチ２１〜２４のいずれかに接続される複数のノード３１〜３９と、を含む。

スイッチ２１〜２４は、車載用ネットワーク１０においてデータの中継をおこなうスイッチングハブである。スイッチ２１〜２４は、通信用の４つのポート１ａ〜１ｄ、２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｄをそれぞれ有する。なお、各スイッチ２１〜２４が有するポートの数は例示にすぎず、それぞれが任意の数の通信用ポートを有してもよい。

図示されるように、各スイッチ２１〜２４は直列的に接続される。第１スイッチ２１の第４ポート１ｄと第２スイッチ２２の第１ポート２ａが接続され、第２スイッチ２２の第４ポート２ｄと第３スイッチ２３の第１ポート３ａが接続され、第３スイッチ２３の第４ポート３ｄと第４スイッチ２４の第１ポート４ａが接続される。

第１スイッチ２１には、第１ノード３１、第２ノード３２、第３ノード３３が接続される。第２スイッチ２２には、第４ノード３４および第５ノード３５が接続され、第３スイッチ２３には第６ノード３６および第７ノード３７が接続され、第４スイッチ２４には第８ノード３８および第９ノード３９が接続される。

ノード３１〜３９は、車両に搭載される機器の動作を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）や、センサ、アクチュエータ等により実現され、通信用のポート４１〜４９をそれぞれ有する。各ノード３１〜３９は、車載用ネットワーク１０の通信プロトコルとしてイーサネット（Ethernet；登録商標）の規格にしたがって通信する。また、各ノード３１〜３９は、通信データを受信した場合、受信したことを示す受信通知を送信元のノードに送信するように構成される。

車載用ネットワーク１０に接続されるノード３１〜３９のうち、少なくとも一つのノードは、車載用ネットワーク１０の通信異常を検知し、異常発生箇所を特定する異常検知機能を有する。ここでいう「通信異常」とは、スイッチやノードが故障したり、スイッチとノードの間やスイッチ間の接続が断線したりすることにより、正常な通信ができなくなる状況が発生することをいう。本実施例では、第１スイッチ２１に接続される第２ノード３２が異常検知機能を有する場合について説明する。以下、異常検知機能を有するノードを電子制御装置３０ともいう。

図２は、電子制御装置３０の機能構成を模試的に示す図である。電子制御装置３０は、制御部５０と、通信部５１と、試験部５２と、保持部５３と、検出部５４と、特定部５５と、を備える。

電子制御装置３０は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現され、それらの連携によって実現される。したがって、電子制御装置３０が実現する各機能はハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。

制御部５０は、電子制御装置３０の制御対象となる機器の動作を制御する。通信部５１は、他のノードへ送信するための通信データを生成して送出し、他のノードから送出された通信データを受信する。これにより制御部５０による制御に必要な情報の通信を行う。また、通信部５１は、他のノードからの通信データを受信した場合には、受信したことを示す受信通知を生成し、送信元のノードに向けて送出する。

試験部５２は、通信異常の有無を検知するために応答確認データを生成して送出し、送出した応答確認データに対する応答を確認する。試験部５２は、応答確認データを送信してから所定時間内に送信先からの受信通知を受信できるか否かによって、送信先の応答を確認する。ここでいう「応答確認データ」は、送信先に受信通知を送信するように指示する通信データであってもよいし、実質的にデータ内容を含まない通信データであってもよい。

保持部５３は、通信異常の発生を検知するための指標となる「基準応答時間」を保持する。ここで「基準応答時間」とは、ネットワークが正常な状態において、応答確認データを送信してからその応答確認データに対する受信通知を受信するまでに必要となる時間をいう。基準応答時間は、例えば、試験部５２が応答確認データを送信してからそれに対する受信通知を受信するまでの時間を計測することにより定めることができる。

図３は、基準応答時間テーブルを模式的に示す図である。本図では、図１の第２ノード３２とその他のノードとの通信における基準応答時間を示しており、ノード毎に基準応答時間がそれぞれ設定される。第２ノード３２と同じ第１スイッチ２１に接続される第１ノード３１および第３ノード３３には、基準応答時間として１ミリ秒が設定される。一方、第１スイッチ２１の隣の第２スイッチ２２に接続される第４ノード３４および第５ノード３５には、基準応答時間として１０ミリ秒および１５ミリ秒がそれぞれ設定される。また、第３スイッチ２３に接続される第６ノード３６および第７ノード３７には、５０ミリ秒および６０ミリ秒がそれぞれ設定され、第４スイッチ２４に接続される第８ノード３８および第９ノード３９には、１００ミリ秒および１２０ミリ秒がそれぞれ設定される。ノードによって基準応答時間が異なるのは、第２ノード３２との間に存在するネットワークの構成機器が異なるためである。一般に、車載用ネットワーク１０において電子制御装置３０からの通信距離が大きくなるにつれて基準応答時間が大きくなり、電子制御装置３０との間に接続されるスイッチ数が増えるにつれて基準応答時間が大きくなる。

保持部５３に保持される基準応答時間テーブルは、車載用ネットワーク１０に接続される各ノード３１〜３９の電源がオンになり、通信が可能な状態となった後に応答確認をして基準応答時間を計測することによりデータが記録される。保持部５３は、車両の出荷前に計測された基準応答時間を保持してもよいし、車両のイグニッションがオンとなった直後に基準応答時間を計測し、その値により過去に記録されたデータを更新してもよい。また保持部５３は、出荷前に計測された値と、イグニッションオン時に計測された値の双方を保持してもよい。

検出部５４は、通信部５１の通信状況を監視して通信異常の発生を検知する。検出部５４は、通信部５１が通信データを送信してからその通信データに対する受信通知を受信するまでにかかる通信応答時間を算出する。検出部５４は、算出した通信応答時間と、保持部５３に保持される基準応答時間とを用いて通信異常を検知する。例えば、基準応答時間よりも算出した通信応答時間が長い場合や、基準応答時間が経過するまでに受信通知を受信できないために通信応答時間が算出できない場合に、検出部５４は通信異常の発生を検知する。一方、算出した通信応答時間が基準応答時間よりも短い場合、つまり、基準応答時間が経過するまでに受信通知を受信した場合には、通信異常の発生を検知しない。

特定部５５は、検出部５４が通信異常を検知した場合に、試験部５２による応答確認の結果に基づいてネットワークの異常発生箇所を特定する。特定部５５は、通信異常を検知する契機となった「通信異常ノード」に隣接する「確認対象ノード」を選定する。そして、選定した「確認対象ノード」に対して試験部５２による応答確認をさせ、隣接するノードに通信異常が発生していないかを確認する。このとき、隣接する二つのノードに対して応答確認をすることで、発生した通信異常の影響範囲を特定する。

特定部５５は、保持部５３に保持されるテーブルを参照して、基準応答時間の近いノードを隣接する「確認対象ノード」として選択する。例えば、通信異常ノードが第６ノード３６である場合、第６ノード３６の基準応答時間である「５０ミリ秒」に近い時間値を有する第５ノード３５（１５ミリ秒）および第７ノード３７（６０ミリ秒）を確認対象ノードとして選択する。

特定部５５は、選択した二つの確認対象ノードに対して試験部５２による応答確認をさせる。このとき、二つの確認対象ノードからの応答が確認できた場合、通信異常を検知した通信異常ノードを異常発生箇所として特定する。例えば、第５ノード３５および第７ノード３７の双方からの応答が確認ができた場合、通信異常ノードである第６ノード３６を異常発生箇所として特定する。なお、第６ノード３６が異常発生箇所として特定されるときは、その原因として第６ノード３６が故障している場合や、第３スイッチ２３と第６ノード３６の間の配線が断線している場合が考えられる。

また、二つの確認対象ノードのうち一方のノードのみ応答が確認できた場合、通信異常ノードが接続されたスイッチを異常発生箇所として特定する。例えば、第５ノード３５からの応答が確認できたものの、第７ノード３７からの応答が確認できない場合、通信異常ノードである第６ノード３６および第７ノード３７が接続される第３スイッチ２３を異常発生箇所として特定する。このとき、その原因として第３スイッチ２３が故障している場合や、第２スイッチ２２と第３スイッチ２３の間の配線が断線している場合が考えられる。

なお、二つの確認対象ノードの双方から応答が確認できない場合、通信異常ノードよりも基準応答時間のさらに小さいノードに対して応答確認をする。第５ノード３５からの応答が確認できない場合、第５ノード３５を通信異常ノードとし、第５ノード３５（１５ミリ秒）も基準応答時間の小さい第４ノード３４（１０ミリ秒）に対して応答確認をする。第４ノード３４からの応答が確認できない場合、第４ノード３４を通信異常ノードとしてさらに基準時間の小さい第３ノード３３（１ミリ秒）に対して応答確認をする。第３ノード３３に対して応答確認ができれば、第３ノード３３が接続される第１スイッチ２１の次に接続される第２スイッチ２２を異常発生箇所として特定する。

特定部５５は、このようにして特定した異常発生箇所を制御部５０に通知する。制御部５０は、特定された異常発生箇所に応じた制御を実行する。

つづいて、電子制御装置３０の動作について説明する。

図４は、電子制御装置３０の動作の流れを示すフローチャートである。各ノードに応答確認をして基準応答時間を計測し、その値を基準応答時間テーブルに記録する（Ｓ１０）。各ノードとデータ通信を開始して受信通知を受信し、通信応答時間を算出する（Ｓ１２）。基準応答時間と比較して通信応答時間が基準範囲内である場合（Ｓ１４のＹ）、Ｓ１２を実行する。通信応答時間が基準範囲内でない場合（Ｓ１４のＮ）、通信異常を検知し（Ｓ１６）、通信異常ノードと基準応答時間の近い二つのノードを選択して応答確認をする（Ｓ１８）。

双方のノードで応答が確認できた場合（Ｓ２０のＹ）、異常検知の契機となる通信異常ノードを異常発生箇所に特定し（Ｓ２２）、その特定箇所を通知する（Ｓ２４）。双方のノードで応答が確認できず（Ｓ２０のＮ）、一方のノードのみで応答が確認できた場合（Ｓ２６のＹ）、通信異常ノードが接続されたスイッチを異常発生箇所に特定し（Ｓ２８）、特定箇所を通知する（Ｓ２４）。双方のノードのいずれにおいても応答が確認できない場合（Ｓ２６のＮ）、通信異常ノードよりも基準応答時間の小さいノードに応答確認し（Ｓ３０）、応答が確認できなければ（Ｓ３２のＮ）、さらに基準応答時間の小さいノードに応答確認をする（Ｓ３０）。応答が確認できれば（Ｓ３２のＹ）、応答が確認できたノードが接続されるスイッチより一つの先のスイッチを異常発生箇所に特定し（Ｓ３４）、特定箇所を通知する（Ｓ２４）。

本実施の形態によれば、各ノードからの通信データの受信通知を用いて通信異常を検知できるため、異常検出のための応答確認データを別途送信する場合と比べてネットワーク負荷を低減できる。また、通信異常を検出したノードの基準応答時間に近いノード、つまり、異常発生箇所の特定に重要と考えられるノードを確認対象とすることで、各ノードを順番に確認していく場合と比べてより迅速に異常発生箇所を特定できる。

上述の電子制御装置３０は、例えば、車載カメラやセンサが接続されるネットワークにおける通信異常の検知および異常発生箇所の特定に用いることができる。例えば、電子制御装置３０の制御部５０は、車載カメラおよびセンサからの情報を取得して、走行中の自車と前方の車両との距離を計測し、自車が前方車両に接触する可能性を判定する。制御部５０は、前方車両との接触の可能性が高まると、ブレーキを制御するＥＣＵに指令を出して自動的にブレーキをかけて自車を減速させる。

このような電子制御装置３０が設けられる場合に、車載カメラやセンサとの通信に異常が発生してしまうと、前方車両との距離を適切に計測し、必要に応じて自動ブレーキをかける制御ができなくなるおそれが生じる。本実施例に係る電子制御装置３０によれば、車載カメラやセンサとの通信に異常が発生した場合、異常発生箇所を特定して通知することができるため、自動ブレーキが働かないおそれがあることを運転者に通知できる。また、迅速に通信異常を特定して運転者へ通知することができるため、運転者は自動ブレーキが作動しない状況であることを適時に知ることができる。これにより、運転者は適切なブレーキ動作をすることができるようになり、車載用ネットワーク１０に異常が発生した場合であっても適切に自車を制御することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０車載用ネットワーク、２０スイッチ、３０電子制御装置、５２試験部、５３保持部、５４検出部、５５特定部。

Claims

直列に接続される複数のスイッチと、それぞれが前記複数のスイッチのいずれかに接続される複数のノードとを含むネットワークに接続される電子制御装置であって、
前記複数のノードに応答確認データを送信してからその応答確認データに対する応答を受信するまでにかかる基準応答時間を前記複数のノード毎に記録したテーブルを保持する保持部と、
前記ノードに通信データを送信してからその通信データに対する受信通知を受信するまでにかかる通信応答時間と、前記テーブルに記録される基準応答時間とを用いて通信異常を検知する検出部と、
前記検出部が通信異常を検出した場合に、通信異常を検知したノードの基準応答時間に近い値の基準応答時間を有するノードに対して応答確認データを送信し、その応答確認データに対する応答を確認する試験部と、
前記試験部の確認結果からネットワークの異常発生箇所を特定する特定部と、を備える電子制御装置。