JP6390520B2 - 車載通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、車載通信システムに関する。
車両に搭載された複数の制御装置が通信する車載通信システムとして、制御装置間の通信を中継するネットワークスイッチを用いるものがある。また例えば、特許文献1には、イーサネット(登録商標)のネットワークスイッチであるイーサネットスイッチとして、伝送路に故障が発生したときに伝送ポートの切り替えを行うものが記載されている。
特開2004−96460号公報
特許文献1の技術では、ネットワークスイッチ自体が故障した場合に、そのネットワークスイッチの故障によって正常な通信ができなくなる制御装置に対して、何も通知することができない。
そこで、本発明は、車載通信システムにおいて、ネットワークスイッチに異常が生じた場合に、通信相手との正常な通信が不能となる制御装置に対して、正常な通信が不能なことを確実に通知することができるようにすること、を目的としている。
第1発明の車載通信システムは、車両に搭載された複数の制御装置が通信する車載通信システムである。この車載通信システムにおいて、複数の制御装置のうちの1つは、マスタ制御装置である。また、複数の制御装置のうち、マスタ制御装置以外の少なくとも1つは、他の制御装置間の通信を中継するネットワークスイッチを備える中継機能付き制御装置である。更に、マスタ制御装置以外の制御装置の各々と、マスタ制御装置は、ネットワークスイッチを介して行われる通信のための通信線とは別の通信線を介して通信可能に接続されている。
そして、中継機能付き制御装置は、異常判定手段と、スイッチ異常通知手段と、を備える。異常判定手段は、当該制御装置におけるネットワークスイッチが正常か異常か否かを判定する。スイッチ異常通知手段は、異常判定手段によりネットワークスイッチが異常であると判定された場合に、その異常と判定されたネットワークスイッチを示すスイッチ異常情報を、マスタ制御装置へ、前記別の通信線を介して送信する。
マスタ制御装置は、記憶手段と、通信異常通知手段とを備える。
記憶手段には、情報テーブルが記憶されている。そして、その情報テーブルには、当該車載通信システムに存在するネットワークスイッチの各々について、そのネットワークスイッチが異常になった場合に通信相手との正常な通信が不能となることを通知する対象の制御装置を示す装置識別情報が記録されている。
通信異常通知手段は、前記スイッチ異常情報を受信すると、記憶手段内の情報テーブルから、スイッチ異常情報が示すネットワークスイッチが異常になった場合に通信相手との正常な通信が不能となることを通知する対象の制御装置を特定する。更に、通信異常通知手段は、その特定した制御装置へ、通信相手との正常な通信が不能なことを通知するための通信異常情報を、前記別の通信線を介して送信する。
よって、この車載通信システムによれば、当該車載通信システムに存在する何れかのネットワークスイッチに異常が生じた場合に、通信相手との正常な通信が不能となる制御装置に対して、通信相手との正常な通信が不能なことを確実に通知することができる。
そして、マスタ制御装置以外の制御装置は、マスタ制御装置からの通信異常情報を受信した場合には、通常の動作モードからフェールセーフ用の動作モードに移行することができる。よって、車載通信システムで実現される制御の信頼性を向上させることができる。
また例えば、制御装置の数の変更や、制御装置の通信相手の変更など、車載通信システムの仕様変更に対しては、前記情報テーブルを変更することで対応することができる。つまり、車載通信システムの仕様変更への対応が容易である。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
実施形態の車載通信システムの構成を表す構成図である。 ECU情報テーブルの説明図である。 車載通信システムにおける各装置の動作内容を示すラダーチャートである。 通信フレームの説明図である。
以下に、本発明が適用された実施形態の車載通信システムについて説明する。
[本実施形態の構成]
図1に示す車載通信システム1は、車両に搭載された複数の制御装置としてのECUが通信する通信システムである。ECUは、「Electronic Control Unit:電子制御装置」の略である。車載通信システム1を構成するECUとして、この例では11個のECU10〜20があるが、ECUの数は11個以外でも良い。
ECU10は、車載通信システム1における異なるネットワーク間での中継を行うゲートウェイ機能を有したECUである。以下では、ECU10のことを、ゲートウェイECU10ともいう。ゲートウェイECU10は、当該ECU10の動作を司るマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)の構成要素として、CPU3、ROM4、RAM5等を備えている。ゲートウェイECU10は、マスタ制御装置に相当する。
ECU11〜17は、イーサネットのネットワークを構成するECUである。そして、ECU11〜17のうち、ECU11〜13の各々は、イーサネットのネットワークスイッチであるイーサネットスイッチ(以下単に、スイッチという)21〜23と、当該ECU11〜13の動作を司るマイコン31〜33とを備える。ECU11〜13は、中継機能付き制御装置に相当する。尚、図示を省略しているが、マイコン31〜33は、CPU、ROM及びRAM等を備えている。また、ECU14〜17の各々も、そのECUの動作を司るマイコンを備えている。
ECU11〜13のスイッチ21〜23は、他のECUが送信したフレームを、ポートP1〜P3の何れかから受信すると、その受信したフレームに含まれるMACアドレスを用いて、宛先を特定する。そして、スイッチ21〜23は、その受信したフレームを、ポートP1〜P3のうち、宛先のECUへの伝送経路になっている通信線が接続されたポートから送信する。また、スイッチ21〜23は、受信したフレームが自ECU宛のフレームであれば、受信したフレームを自ECUのマイコン31〜33に出力する。尚、自ECUとは、スイッチ21〜23が設けられているECUのことである。また、スイッチ21〜23は、自ECUのマイコン31〜33から入力される送信対象のフレームについても、他のECUから受信したフレームと同様に、宛先への送信を行う。このように、スイッチ21〜23は、他のECU間の通信を中継すると共に、自ECUのマイコンと他のECUとの間の通信も中継する。
ECU11のスイッチ21のポートP1は、通信線41を介してゲートウェイECU10に接続されている。そして、ECU11のスイッチ21のポートP2と、ECU12のスイッチ22のポートP1とが、通信線42を介して接続されている。また、ECU11のスイッチ21のポートP3と、ECU13のスイッチ23のポートP1とが、通信線43を介して接続されている。そして、ECU12のスイッチ22のポートP2,P3は、通信線44,45を介して、末端のECU14,15にそれぞれ接続されており、ECU13のスイッチ23のポートP2,P3は、通信線46,47を介して、末端のECU16,17にそれぞれ接続されている。
ECU11〜17は、通信線41〜47によって上記のように接続されることにより、イーサネットのネットワークを構成している。
一方、ECU18〜20は、イーサネットネットワークの通信線41〜47とは別の通信線51を介して接続されている。そして、通信線51は、ゲートウェイECU10に接続されている。この例において、通信線51とECU18〜20とにより構成されているネットワークの通信方式(通信プロトコル)は、例えばCAN(Controller Area Network:登録商標)であるが、LIN(Local Interconnect Network)等の他の通信方式でも良い。また、ECU18〜20の各々も、そのECUの動作を司るマイコンを備えている。
更に、ゲートウェイECU10と、イーサネットネットワークの各ECU11〜17とは、通信線41〜47とは別の通信線52を介して通信可能に接続されている。通信線52を用いた通信の方式も、例えばCANであるが、LIN等の他の通信方式でも良い。
この車載通信システム1において、ECU11〜17は、イーサネット規格を用いた通信を行う。そして、ECU11〜13に備えられたスイッチ21〜23はイーサネットフレームの中継装置として機能する。また、ECU18〜20は、CAN規格を用いた通信を行う。
そして、ECU11〜17とECU18〜20との間の通信は、ゲートウェイECU10によって中継される。
つまり、ゲートウェイECU10は、ECU11〜17の何れかから送信されたイーサネットフレームのうち、ECU18〜20の何れかを宛先とするイーサネットフレームを通信線41から受信すると、そのイーサネットフレームをCANフレームに変換して、通信線51に送信する。尚、イーサネットフレームは、イーサネットにおける通信フレームであり、CANフレームは、CANにおける通信フレームである。また、ゲートウェイECU10は、ECU18〜20の何れかから送信されたCANフレームのうち、ECU11〜17の何れかを宛先とするCANフレームを通信線51から受信した場合には、そのCANフレームをイーサネットフレームに変換して、通信線41に送信する。
また、ゲートウェイECU10は、他のECU11〜20との通信する場合もある。そして、ゲートウェイECU10は、イーサネットネットワークに異常が生じた場合には、通信線52を介してECU11〜17と通信するようになっている。
一方、ゲートウェイECU10のROM4には、CPU3によって実行されるプログラムの他に、ECU情報テーブル6が記憶されている。
図2に示すように、ECU情報テーブル6は、車載通信システム1に存在するスイッチ21〜23の各々について、そのスイッチが異常になった場合に通信相手との正常な通信が不能となることを通知する対象のECUを示すECU情報が記録されたテーブルである。ECU情報は、ECUの識別情報であり、装置識別情報に相当する。
尚、図2において、ECU情報は、ECUに付与された番号であり、この例では、図1で各ECUに付した符号と同じ値の番号である。また、図2における「スイッチNo」は、スイッチの識別情報に相当するスイッチ番号であり、そのスイッチ番号も、図1で各スイッチに付した符号と同じ値の番号である。また、ECU11〜13は、当該ECUが備えるスイッチ21〜23の異常を、他のECUから通知されなくても認識することができる。このため、ECU情報テーブル6において、ECU11〜13の番号は、そのECUが備えるスイッチのスイッチ番号に対しては、異常の通知対象のECU情報として記録されていないが、記録されていても良い。
例えば、本実施形態において、スイッチ21が故障した場合には、ECU11〜17とECU18〜19との間の通信ができなくなる。このため、ECU情報テーブル6において、スイッチ21のスイッチ番号(=21)に対しては、ECU情報として、「12〜17,18〜20」が記録されている。また例えば、スイッチ21が故障した場合には、ECU12,14,15と他のECU11,13,16〜20との間の通信ができなくなるが、正常時において、それらECUの全ての組み合わせで通信が実施されるわけではない。このため、ECU情報テーブル6において、スイッチ22のスイッチ番号(=22)に対しては、ECU情報として、例えば「11,14,15,19,20」が記録されている。つまり、ECU情報テーブル6におけるECU情報としては、設計上予定された通信相手との通信ができなくなるECUの番号が記録されている。
[本実施形態の処理]
次に、車載通信システム1における各ECU10〜20の動作内容について、図3を用い説明する。尚、図3における説明では、スイッチ21〜23を備えるECU11〜13の動作として、例えばECU13の動作を説明するが、他のECU11,12の動作も、ECU13と同様である。
図3に示すように、ECU13において、スイッチ23は、他のECU間の通信と、他のECUと自ECUのマイコン33との間の通信とを中継するための送受信処理(S110)を行うと共に、当該スイッチ23が正常か異常か否かを判定するための異常判定処理(S120)も行う。異常判定処理は、自己診断処理ということになる。
スイッチ23は、異常判定処理として、例えば、送信バッファに滞留したフレームが一定時間経過しても送信されないことを検知すると、送信不能異常と判定する処理や、フレームを受信しない状態が一定時間以上継続したことを検知すると、受信不能異常と判定する処理等を行う。また、スイッチ23は、これらの判定をポートP1〜P3毎に行う。
そして、スイッチ23は、異常判定処理の判定結果を、正常/異常判定結果として、自ECUのマイコン33へ通知する(S130)。
尚、スイッチ23は、正常/異常判定結果を、マイコン33へ定期的に出力するようになっていても良いし、また、異常と判定した場合にだけマイコン33へ出力するようになっていても良い。また、スイッチ23からマイコン33へは、正常/異常判定結果として、MIB(Management Information Base)情報が出力されるようになっていても良い。
ECU13において、マイコン33は、スイッチ23からの正常/異常判定結果が、スイッチ23の異常を示す内容であった場合、即ち、スイッチ23が当該スイッチを異常と判定した場合には、スイッチ23が異常であることをゲートウェイECU10に通知する(S210)。
具体的には、マイコン33は、図4に示すCANフレームとして、スイッチ23の異常をゲートウェイECU10へ通知するためのスイッチ異常通知フレームを作成する。
そのスイッチ異常通知フレームは、ゲートウェイECU10を宛先として示すCANIDを有すると共に、例えばデータ領域の所定位置に、スイッチの異常を通知するフレームであることを示すフレーム種別情報と、異常なスイッチ23の識別情報とが格納されたCANフレームである。この場合のスイッチ異常通知フレームにおいて、スイッチ23の識別情報としては、スイッチ23のスイッチ番号である「23」が格納されることとなる。そして、マイコン33は、その生成したスイッチ異常通知フレームを、通信線52へ送信する。つまり、マイコン33は、スイッチ異常通知フレームを、ゲートウェイECU10へ通信線52を介して送信する。そのスイッチ異常通知フレームは、スイッチ異常情報に相当する。
一方、ゲートウェイECU10は、ECU13からのスイッチ異常通知フレームを受信する(S310)。
そして、ゲートウェイECU10は、受信したスイッチ異常通知フレームに含まれているスイッチ番号(=23)を抽出し、ECU情報テーブル6において、その抽出したスイッチ番号に対して記録されているECU情報を読み出す(S320)。図2に示すように、ECU情報テーブル6において、スイッチ番号(=23)に対しては、ECU情報として、「11,16,17,20」が記録されている。このため、ゲートウェイECU10は、ECU情報として、「11,16,17,20」を読み出すこととなる。その読み出されるECU情報が示すECU11,16,17,20の各々は、スイッチ23が異常になった場合に、通信相手との正常な通信が不能となることを通知すべきECU(以下、異常通知対象ECUという)である。つまり、ゲートウェイECU10は、S320では、受信したスイッチ異常通知フレームに含まれているスイッチ番号のスイッチが異常になった場合の異常通知対象ECUを、ECU情報テーブル6から特定している。
そして、ゲートウェイECU10は、特定した異常通知対象ECUへ、通信相手との正常な通信が不能なことを通知するための通信異常通知フレームを、通信線51,52の両方又は一方を介して送信する(S330)。その通信異常通知フレームは、通信異常情報に相当する。
本実施形態において、通信異常通知フレームは、異常通知対象ECUを宛先として示すCANIDを有したCANフレームである。そして、通信異常通知フレームにおいて、例えばデータ領域の所定位置には、通信異常通知フレームであることを示すフレーム種別情報と、異常と判定されたスイッチのスイッチ番号とが格納される。
図3の例では、ゲートウェイECU10からECU11,16,17の各々へ、スイッチ番号として「23」を含む通信異常通知フレームが、通信線52を介して送信される。同様に、ゲートウェイECU10からECU20へ、スイッチ番号として「23」を含む通信異常通知フレームが、通信線51を介して送信される。
ゲートウェイECU10以外のECU11〜20は、ゲートウェイECU10からの通信異常通知フレームを受信することで、通信相手との正常な通信が不能なことを即座に知ることができる。そして、ECU11〜20は、通信異常通知フレームを受信した場合には、通常の動作モードからフェールセーフ用の動作モードであるフェールセーフモードに移行するようになっている。
このため、図3の例では、ECU11,16,17,20の各々が、ゲートウェイECU10からの通信異常通知フレームを受信して(S410)、通常の動作モードからフェールセーフモードに移行することとなる(S420)。
ECU11,16,17,20の各々は、フェールセーフモードでは、通信異常通知フレームに含まれていたスイッチ番号のスイッチが異常になった場合に通信不能となる通信相手を、例えば、当該ECUのメモリに予め記憶されているテーブルから特定する。そして、ECU11,16,17,20の各々は、通信不能になると特定した通信相手から取得する情報については、正常値が得られなくなるため、例えば、予め定められたデフォルト値を用いて、当該ECUに割り当てられた制御のための処理を行う。
[本実施形態による効果]
上記の車載通信システム1によれば、スイッチ21〜23の何れかに異常が生じた場合に、イーサネットの通信線41〜47とは別の通信線51,52を利用して、通信相手との正常な通信が不能となるECUに対し、通信相手との正常な通信が不能なことを確実に且つ速やかに通知することができる。
そして、ゲートウェイECU10以外のECU11〜20は、ゲートウェイECU10からの通信異常通知フレームを受信した場合には、通常の動作モードからフェールセーフモードに移行することができる。よって、車載通信システム1で実現される制御の信頼性を向上させることができる。
また、ECUの数の変更や、ECUの通信相手の変更など、車載通信システム1の仕様変更に対しては、ゲートウェイECU10において記憶されるECU情報テーブル6を変更することで対応することができる。つまり、車載通信システム1の仕様変更への対応が容易である。
また、ゲートウェイECU10から送信される通信異常通知フレームには、異常と判定されたスイッチの識別情報(スイッチ番号)が含まれる。このため、通信異常通知フレームを受信したECUは、異常になったスイッチを知ることができ、延いては、異常になったスイッチに応じて、最適なフェールセーフ処置を実施することができるようになる。異常になったスイッチが異なれば、正常な通信が不能となる通信相手も変わり、最適なフェールセーフ処置の内容も変わると考えられる。このため、異常になったスイッチに応じて、実施するフェールセーフ処置の内容を変えることができることは、制御の信頼性を向上させる面において有利である。
また、スイッチ21〜23の異常判定処理は、マイコン31〜33が実施しても良いが、上記実施形態では、スイッチ21〜23自体が実施する。換言すれば、スイッチ21〜23に関する異常判定手段は、そのスイッチ21〜23自体に備えられている。このため、マイコン31〜33の処理負荷を低減することができる。
また、ECU11〜13において、スイッチ21〜23が異常であることのゲートウェイECU10への通知(上記実施形態では、スイッチ異常通知フレームの送信)は、マイコン31〜33が行う。このため、スイッチ21〜23は、高機能化する必要がなく、例えばレイヤ2レベルのスイッチで良い。
[他の実施形態]
ゲートウェイECU10以外のECU11〜20のうち、スイッチを備えるECUは、1つでも良い。
また、図3におけるS310〜S330の処理を行うECUは、ゲートウェイECU10に限らず、他の機能を担うECUでも良い。
また、通信線51及びECU18〜20が無いシステム構成であっても良い。
また、ECU情報テーブル6に記録されるECU情報(ECUの識別情報)は、ECUの番号に限らず、例えば通信異常通知フレームの宛先を示す通信ID(上記の例ではCANID)であっても良い。
また、スイッチ21〜23は、イーサネット以外の規格に従って中継を行うネットワークスイッチであっても良い。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。例えば、上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。また、上述した車載通信システム1の他、当該車載通信システム1の構成要素となるECU10〜20各々や、そのECUとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、異常通知方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
1…車載通信システム、4…ROM、6…ECU情報テーブル、10…ゲートウェイECU、11〜13…スイッチを備えたECU、14〜20…ECU、21〜23…スイッチ、41〜47,51,52…通信線

Claims (4)

  1. 車両に搭載された複数の制御装置(10〜20)が通信する車載通信システム(1)であって、
    前記複数の制御装置のうちの1つは、マスタ制御装置(10)であり、
    前記複数の制御装置のうち、前記マスタ制御装置以外の少なくとも1つは、他の制御装置間の通信を中継するネットワークスイッチ(21〜23)を備える中継機能付き制御装置(11〜13)であり、
    前記マスタ制御装置以外の前記制御装置(11〜20)の各々と、前記マスタ制御装置は、前記ネットワークスイッチを介して行われる通信のための通信線(41〜47)とは別の通信線(51,52)を介して通信可能に接続されており、
    前記中継機能付き制御装置は、
    当該制御装置における前記ネットワークスイッチが正常か異常か否かを判定する異常判定手段(S120)と、
    前記異常判定手段により前記ネットワークスイッチが異常であると判定された場合に、その異常と判定されたネットワークスイッチを示すスイッチ異常情報を、前記マスタ制御装置へ、前記別の通信線を介して送信するスイッチ異常通知手段(S210)と、を備え、
    前記マスタ制御装置は、
    当該車載通信システムに存在する前記ネットワークスイッチの各々について、そのネットワークスイッチが異常になった場合に通信相手との正常な通信が不能となることを通知する対象の前記制御装置を示す装置識別情報が記録された情報テーブル(6)を記憶する記憶手段(4)と、
    前記スイッチ異常情報を受信すると、前記情報テーブルから、前記スイッチ異常情報が示すネットワークスイッチが異常になった場合に通信相手との正常な通信が不能となることを通知する対象の前記制御装置を特定し、その特定した制御装置へ、通信相手との正常な通信が不能なことを通知するための通信異常情報を、前記別の通信線を介して送信する通信異常通知手段(S310〜S330)と、を備えること、
    を特徴とする車載通信システム。
  2. 請求項1に記載の車載通信システムにおいて、
    前記複数の制御装置のうち、前記マスタ制御装置以外の制御装置は、前記通信異常情報を受信した場合には、通常の動作モードからフェールセーフ用の動作モードに移行すること(S410,S420)、
    を特徴とする車載通信システム。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の車載通信システムにおいて、
    前記通信異常情報には、前記スイッチ異常情報が示すネットワークスイッチの識別情報が含まれること、
    を特徴とする車載通信システム。
  4. 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の車載通信システムにおいて、
    前記異常判定手段は、前記ネットワークスイッチに備えられていること、
    を特徴とする車載通信システム。
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