JP6417984B2 - 車載通信システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に形成される通信システムにおいて、特に、通信可否状態を監視するための機能に関する。

近年の自動車は、センサやカメラなどの多数の情報収集機器（以下、「ノードユニット」とよぶ）を搭載して情報収集力を強化することにより、安全性・快適性・経済性を高めている。これにともない、ノードユニットを管理するＥＣＵ（Electric Control Unit）などの制御ユニット（プロセッサ）も車両に多数搭載されるようになってきている。ノードユニットは通信線を介して制御ユニットと接続され、制御ユニットはＣＡＮ（Control Area Network）とよばれる一種のＬＡＮ（Local Area Network）によって相互接続される。多数のノードユニットから、エンジン、ドア、ミラー、エアコンの制御状態や前方障害物までの距離などさまざまな情報が収集され、これらの情報は、自動車制御に使用され、一部は、インストルメントパネルによりドライバーにも通知される。

１つの制御ユニットが複数のノードユニットを管理することも多い。この場合には、制御ユニットは、通常、スイッチングハブやルーターなどの中継ユニットを介してノードユニットと接続される。ノードユニットからの情報を伝える通信線の通信可否状態を監視することも重要である。

イーサネット（登録商標）などでは、pingコマンドを送信することにより、通信可否状態を確認することもできる。しかし、車載ＬＡＮのように多くの情報をリアルタイムに処理する必要がある環境においては、pingコマンドの実行コストは無視しがたい。たとえば、通信不可状態の早期発見のためにpingコマンドを頻発しすぎると、車載ＬＡＮの通信効率を低下させてしまう。

特許文献１では、車載ＬＡＮにおいて通信を中継するゲートウェイにデータを蓄積しておき、データを正常に受信できないという事態が生じたときにはこの蓄積していた過去データを使って臨時対応することにより、通信不能にともなう悪影響を抑制している。

特開２００７−８１４８４号公報

しかし、特許文献１では、データの受信間隔が長くなったときに通信不能と判断しているため、車載通信ネットワークにおける中継ユニットとノードユニットとの間における通信不可状態を早期発見するのが難しい。また、pingコマンドを用いると、上述のように通信負荷が大きくなりやすい。

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、車載通信ネットワークにおける通信不可状態を早期かつ低負荷にて検出することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車載通信システムは、車両の制御ユニットと、制御ユニットの管理対象となる複数のレーザーセンサと、制御ユニットおよび複数のレーザーセンサを通信線を介してそれぞれ接続する中継ユニットと、を備える。中継ユニットは、レーザーセンサとの通信可否を検出する検出器を有し、検出器がいずれかのレーザーセンサとの通信不可を検出したときには、複数のレーザーセンサのうちの他のレーザーセンサに通知する。他のレーザーセンサは、通知を受け取るとレーザー照射方向を変更する。

この態様によると、中継ユニットとノードユニットをつなぐ通信線に異常が発生して通信不可状態となったときには、制御ユニットではなく中継ユニットの検出器にてこれを検出しやすくなる。なお、検出器では、物理層において異常を検出するため、通信帯域にかかる負荷を抑制しやすく、しかも、実行コストが低いため早期に検出しやすい。

本発明によれば、車載通信ネットワークにおいて、中継ユニットとノードユニットとの間の通信不可状態を早期かつ低負荷にて検出しやすくなる。

車載通信システムのハードウェア構成図である。 車載通信システムの搭載例を示す図である。

図１は、車載通信システム１００のハードウェア構成図である。
ＥＣＵ１０２（制御ユニット）は、ノードＡとは直接的に接続され、ノードＢ，Ｃ，Ｄとはスイッチングハブ１０４（中継ユニット）を介して間接的に接続される。ノードＡ〜Ｄはセンサやカメラなどである。

ＥＣＵ１０２においては、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルにおける物理層１１４の上位に制御部１０６が形成され、制御部１０６の上位にてアプリケーション１０８が実行される。制御部１０６は各ＥＣＵに共通した制御を行うソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせとして形成される。アプリケーション１０８はＥＣＵ１０２に特有の処理を行うために導入されるソフトウェアである。たとえば、エアコン制御用のＥＣＵにはエアコン制御のためのアプリケーションが導入され、エンジン制御用のＥＣＵにはエンジン制御のためのアプリケーションが導入される。

スイッチングハブ１０４は、物理層１１６の上位に制御部１１０が形成される。本実施形態においては、スイッチングハブ１０４の制御部１１０は、ソフトウェアと電子回路の組み合わせとして形成される。制御部１１０が電子回路のみで形成され、ソフトウェア処理を一切行わない、高速かつシンプルな装置としてスイッチングハブ１０４が形成されてもよい。スイッチングハブ１０４（中継ユニット）が、ＯＳＩ参照モデルにおいてどれだけ上位のレイヤーまで担当するかは任意である。

ＥＣＵ１０２の物理層１１４は、２つのポートＰ１，Ｐ２を有する。ポートＰ１，Ｐ２は、通信線とのインタフェースであるとともに、通信線の通信不可状態を検出する検出器でもある。ＥＣＵ１０２のポートＰ１は、通信線１１２ａを介してノードＡと接続される。通信線１１２ａが断線等の異常により通信不可能となると、ポートＰ１（検出器）はこれを検出する。より具体的には、ポートＰ１は定期的に通信確認のための電子信号を送出することで、通信線１１２ａの通信可否状態を監視する。ポートＰ１による通信可否監視はハードウェア（物理層１１４）のレベルで実行されるため、処理にともなうオーバーヘッドが小さく、また、通信線１１２ａに送出される電気信号もパケット信号のように複雑なものでないため、高速かつ低コストにて通信可否監視が可能である。

ＥＣＵ１０２のポートＰ２は、通信線１１２ｂを介してスイッチングハブ１０４と接続される。ポートＰ２も、通信線１１２ｂの通信可否状態を同様に監視できる。しかし、ＥＣＵ１０２のポートＰ２は、スイッチングハブ１０４から先にある通信線の通信可否状態までは監視できない。たとえば、スイッチングハブ１０４とノードＣをつなぐ通信線１１２ｃの通信可否状態はポートＰ２から監視できない。

本実施形態における車載通信システム１００は、スイッチングハブ１０４とノードをつなぐ通信線の通信可否状態をスイッチングハブ１０４で監視できるように、スイッチングハブ１０４のポートＰ３〜Ｐ６にもＥＣＵ１０２のポートＰ１，Ｐ２と同様の検出機能を搭載したところに重要な特徴がある。

スイッチングハブ１０４の物理層１１６は、４つのポートＰ３〜Ｐ６を有する。ポートＰ３は、通信線１１２ｂを介してＥＣＵ１０２のポートＰ２と接続される。ポートＰ４〜Ｐ６は、それぞれ、ノードＢ〜Ｄと接続される。ここで、ポートＰ５とノードＣを接続する通信線１１２ｃが通信不可状態となったときには、ポートＰ５は検出器でもあるため、上述と同様の方法によりこれを検出することができる。ポートＰ５は、通信不可を検出すると、割込信号を制御部１１０に発生させ、制御部１１０は他のノードＢ，ＤにもノードＣとの通信不可を通知する。このような処理により、スイッチングハブ１０４の管理下にあるいずれかのノードが通信不可状態となったときには、すみやかに他のノードとその状況をＥＣＵ１０２を介さずに共有できる。

更に、制御部１１０は、ノードＣのＩＤとともに通信不可発生をＥＣＵ１０２に通知する。これにより、ＥＣＵ１０２もノードＣについての通信不可発生を認識する。ＥＣＵ１０２のポートＰ２は割込信号を発生させ、ＥＣＵ１０２の制御部１０６およびアプリケーション１０８は通信不可発生時のための所定のエラー処理を実行する。ここでいうエラー処理の内容は任意であるが、一例としてドライバーへの報知が想定される。

上述のように、ＥＣＵ１０２のポートＰ１，Ｐ２からは通信線１１２ｃの通信不可を直接的には検知できない。スイッチングハブ１０４のポートＰ３〜Ｐ６に上述のような検出機能を搭載しない場合は、通常、ＥＣＵ１０２がpingコマンドを定期的にノードＣに送信することで通信線１１２ｃの通信可否状態を判断することになる。いいかえれば、スイッチングハブ１０４が通信可否検出機能を備えない場合、ＥＣＵ１０２がすべてのノードの通信可否監視に責任を持つことになり、そのためにはソフトウェアレベルのコマンドであるpingコマンドを使ってスイッチングハブ１０４よりも遠くにあるノードＢ〜Ｄを監視しなくてはならない。このような方法の場合、ＥＣＵ１０２の処理負荷が大きくなりやすい。また、pingコマンドはパケット送信であるため、ポートがハードウェアレベルで電気信号を送る場合に比べて通信帯域を多く使用し、この結果、全体としての通信効率を低下させやすい。また、pingコマンドはソフトウェア処理であるため、ポートの検出に比べると処理にともなうオーバーヘッドが大きく、処理遅延量が大きい。

一方、本実施形態のように、スイッチングハブ１０４の物理層１１６にも、ＥＣＵ１０２と同様の通信可否検出機能を持たせれば、ノードＢ〜Ｄの通信可否監視をスイッチングハブ１０４に任せることができる。通信不可はめったに起こらないため、通信不可状態が発生したときだけ、スイッチングハブ１０４からＥＣＵ１０２に割込信号等で報告させる方式により、ＥＣＵ１０２の処理負荷を抑制しつつも適切に対応できる。また、pingのようなパケットを使う必要がないため、全体としての通信効率を維持しやすい。

図２は、車載通信システム１００の搭載例を示す図である。
車両１１８は紙面上方向を進行方向とし、内部には車載通信システム１００が形成される。車両１１８の前面には１つのカメラ１２４と４つのレーザーセンサ１２６ａ〜１２６ｄが搭載されている。カメラ１２４はカメラ視野範囲１３２における外部環境を撮像する。レーザーセンサ１２６ａ〜１２６ｄはレーザー検出範囲１３０における障害物の位置と距離を計測する。

カメラ１２４とＥＣＵ１０２は通信線を介して直接的に接続される。レーザーセンサ１２６ａ〜１２６ｄはスイッチングハブ１０４に集線され、スイッチングハブ１０４を介してＥＣＵ１０２と接続される。車両１１８は、こういった前方測定に関わるＥＣＵ１０２のほか、エンジン監視用のＥＣＵ，エアコン監視用のＥＣＵなど多数のＥＣＵを搭載している。これらのＥＣＵはＣＡＮバス１２２に接続されている。ＣＡＮバス１２２には、直接的または間接的に表示ユニット１２０（インストルメントパネル）が接続される。表示ユニット１２０により、ドライバーに各種情報が伝えられる。

高速道路におけるいわゆるオートクルーズや、実用化が近いともいわれる自動運転制御においては、カメラ１２４やレーザーセンサ１２６ａ〜１２６ｄから得られる情報は重要なデータである。したがって、たとえば、レーザーセンサ１２６ａとスイッチングハブ１０４をつなぐ通信線が通信不可状態となると、直ちにこれを検出し、ドライバーに通知する必要がある。レーザーセンサ１２６ａから適切に情報が得られなくなったときには、ドライバーは、オートクルーズなどの自動・半自動運転に頼らずに自ら運転する必要がある。

高速道路で時速１００キロメートルで走行している場合、車両１１８は１秒あたり約３０メートル走行し、急ブレーキをかけたとしても６０メートル程度は移動するといわれる。高速道路での車間距離は５０〜１００メートル程度が一般的であるから、前方の車の急ブレーキに対応するには１秒以内の判断が必要である。したがって、通信不可状態が発生してからこれをドライバーに通知するまでに１秒以上かかってしまうと、ドライバーは適切な対応ができなくなってしまう。

本実施形態における通信可否監視方法によれば、高速かつ低負荷にて通信不可状態を検出できる。レーザーセンサ１２６ａが通信不可となったときには、ＥＣＵ１０２を介さなくても、スイッチングハブ１０４が他のレーザーセンサ１２６ｃ〜１２６ｄにこれを通知する。レーザーセンサ１２６ａ〜１２６ｄは、いずれかのレーザーセンサ１２６に通信不可となったときには動作モードを変更してもよい。たとえば、レーザーセンサ１２６ａが通信不可となると、レーザーセンサ１２６ｂ〜１２６ｄがそれぞれのレーザー照射方向を変更することで、生き残った３つのレーザーセンサ１２６ｂ〜１２６ｄでレーザー検出範囲１３０をまんべんなくカバーしてもよい。

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。

本実施形態においては、スイッチングハブにより複数のノードユニットを集線するとしたが、中継ユニットは、スイッチングハブに限らず、ブリッジやゲートウェイなど、１以上のノードユニットと制御ユニットとの接続を中継できる装置であればよい。

１００ 車載通信システム、 １０２ ＥＣＵ、 １０４ スイッチングハブ、 １０６ 制御部、 １０８ アプリケーション、 １１０ 制御部、 １１２ 通信線、 １１４，１１６ 物理層、 １１８ 車両、 １２０ 表示ユニット、 １２２ ＣＡＮバス、 １２４ カメラ、 １２６ レーザーセンサ、 １３０ レーザー検出範囲、 １３２ カメラ視野範囲。

Claims (1)

1. 車両の制御ユニットと、
   前記制御ユニットの管理対象となる複数のレーザーセンサと、
   前記制御ユニットおよび前記複数のレーザーセンサを通信線を介してそれぞれ接続する中継ユニットと、を備え、
   前記中継ユニットは、前記レーザーセンサとの通信可否を検出する検出器を有し、前記検出器がいずれかのレーザーセンサとの通信不可を検出したときには、前記複数のレーザーセンサのうちの他のレーザーセンサに通知し、
   前記他のレーザーセンサは、前記通知を受け取るとレーザー照射方向を変更することを特徴とする車載通信システム。

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