JP7112527B2 - Dsiプロトコルに基づいて動力車両におけるセンサー構成を動作させる方法 - Google Patents

Dsiプロトコルに基づいて動力車両におけるセンサー構成を動作させる方法 Download PDF

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Description

発明は、DSIプロトコルに基づいて動力車両におけるセンサー構成を操作するための方法であって、センサー構成は、マスターとして中央処理装置を有し、マスターによって制御されるスレーブとして複数のセンサーユニットを有し、中央処理装置及びセンサーユニットはバスラインに接続されており、中央処理装置とセンサーユニットとの間の通信はバスラインを介して行われる、方法に関する。発明はまた、動力車両におけるそのような方法の使用、センサー構成、及びそのようなセンサー構成を有する乗り物に関する。
自動車分野において、DSI3バス及びDSIプロトコルを、車両におけるセンサーとの通信に使用できる。DSIプロトコル分散システムインターフェースは、参照:2011年2月16日付けのDSI3バス規格、改訂1.00、当該DSI3バス規格、改訂1.00の仕様が明示的な組み込みにより本発明の開示の一部を形成するものであり、DSIプロトコル分散システムインターフェースは、センサーネットワークを可能にするプロトコルであり、当該センサーネットワークにおいて、マスターは、シンプルな2線式ケーブル構成に基づいて構築されるバスラインを介し、1つ以上のスレーブと通信する。DSIプロトコルは、マスターを使用して複数のスレーブ、特にセンサー及びアクチュエーター、をポーリング及び/又は制御するために、主に動力車両での使用に基づいている。
DSIプロトコルの仕様は、そのようなセンサー構成を2つの操作クラスうちの一方で操作できることを規定し、これらの2つの操作クラスは第1に「信号機能クラス」であり、第2に「電力機能クラス」である。プロトコルはまた、本質的に3つの異なる方法を規定し、当該3つの異なる方法においてマスターとスレーブとの間のバスが使用されうる:
CRMモード(Command and Response mode)では、マスターとスレーブとの間で双方向通信が行われる。マスターはコマンド(Command)を送信し、スレーブはそれに応答(Response)する。この方法は、例えば、スレーブを構成したり、スレーブから特定の値を選択的に問い合わせたりするように、使用される。
PDCMモード(Periodic Data Collection mode)において、スレーブは指定されたタイムスロット内に比較的大量のデータをマスターに送信し、マスターの送信アクティビティは、同期信号(Broadcast Read Command)によってこのタイムスロットを決定するための参照ポイントをスレーブに提供することに限定される。スレーブは、前もってそれらのそれぞれのタイムスロットに関する情報を既に備えており、それによってそれらはそれらのそれぞれの送信時間間隔を決定することで同期信号に応答し、それに基づいてそれらはそれらのセンサーデータをマスターに送信できる。
電力フェーズにおいて、エネルギー消費量の多いスレーブに十分なエネルギーを供給するために、比較的大量の電気エネルギーが送信される。
上記仕様に基づく上記信号機能クラスは、主に、エネルギー消費量が少なく、スレーブからマスターに送信される必要のあるデータ量が比較的多いスレーブの接続に使用される。信号機能クラスのセンサー構成が作動された後、マスターとスレーブとの間の通信のフェーズがまずCRMモードで行われ、当該CRMモードの間にスレーブは通常、例えばこのスレーブに関する上記PDCMタイムスロットのパラメーターに関連して、構成される。このフェーズが完了すると、センサー構成はPDCMモードに切り替わり、当該PDCMモードにおいて、スレーブは常に、取得されたデータをそれぞれに割り当てられたタイムスロットで中央エンティティに送信することにより、マスターの同期信号に対して応答する。PDCMモードにおけるこのフェーズは、通常、センサー構成の動作が中断されるまで、再び終了しない。電力フェーズは、信号機能クラスに従っては提供されておらず、スレーブの低エネルギー消費のために必要とされてもいない。
上記の電力機能クラスは、主に、比較的高いエネルギー消費量を有し且つマスターからスレーブに送られる必要のある比較的低いデータ量を有するスレーブの接続ために使用される。電力機能クラスのセンサー構成の動作中、一方ではCRMモードにおいてマスターとスレーブとの間の通信のフェーズが、他方の電力フェーズと交互に行われる。電力フェーズの期間は、通常、非常に支配的である。CRMモードと比較してより高い電圧でこれらのフェーズのスレーブに比較的大量のエネルギーを供給することは、特に、アクチュエーターを操作できることを意味し、これは通常、CRMフェーズでマスターからスレーブに以前に送信された制御コマンドに基づいて実行される。PDCMモードは、少ないデータ量のため、上記のアクチュエーターでも必要ないため、電力機能クラスに従っては用いられない。
PDCMモードにおいて、データ送信は、マスターによって指定された固定スキーマに従う。これは一般に、固定タイムスロット、つまりマスターによって送信された同期信号に関連する指定された期間、が割り当てられる各スレーブを伴い、それにおいてデータはそれぞれのスレーブからマスターに送信可能である。
動力車両における超音波技術に基づく今日の駐車支援システムは、従来の駐車プロセスを超える機能に、ますます統合されている。自動ブレーキプロセスなど、これらのセンサーの機能横断的な使用に加えて、ASIL分類に関する信頼性と安全性の分類(ASIL=“Automotive Safety Integrity Level”)が、ますます重要な役割を果たす。この点に関し、動力車両の電気及び電子システムの自動車部門で国際的に有効な規格を表す規格ISO 26262:2011“Road vehicles - functional safety”も参照される。ASIL分類は、前述の規格で定義されたリスク分類システムであり、当該前述の規格において、3つのパラメーターを使用して、あるシチュエーション又は環境に関してASILレベルを決定でき、様々なクラスは前記ASILレベルから導出されることができ、とりわけ以下の許容可能な故障確率に言及する:
ASIL A:推奨される故障確率は10-6/時間未満
ASIL B:推奨される故障確率は10-7/時間未満
ASIL C:必要な故障確率は10-7/時間未満
ASIL D:必要な故障確率は10-8/時間未満
ASILレベルA、B、C、及びDは、それぞれのシステムのための対応の要件がある。ドライバーからの対応する要求にもかかわらず動力車両が加速しない場合、例えば、ASIL Bのみが適用され、ASIL Dは完全に自律的な運転のシステムに適用される。
そのような機能、特に人工ニューラルネットワーク(ANN)に基づく機能も、中央処理装置を含む制御装置(ECU-“Electronic Control Unit”)(マスター)にセンサー(スレーブ)から大量のデータが送信される必要がある。例えば、センサーから中央処理装置にデータを送信するときに達成できるペイロードデータレートが、ANNの確実な操作に必要とされるデータの全てを中央処理装置に十分に迅速に送信するのには不十分である場合、ANNを使用するそのようなセンサー構成の正規の動作はもはや保証されない。特に、ANNはまた、原則として、利用可能なデータ量がより少ない使用のために依然として準備していてもよい。ただし、そのとき、ANNの出力データの信頼性が低下することが予期されるべきであり、その結果、指定されたASILレベルを維持できなくなる可能性がある。
WO2016/054345A1は、例えば、石油、ガス又は発電の産業で使用されるような構造の状態又は完全性を監視するための超音波システムを説明している。そのシステムは、複数の超音波センサーと、少なくとも1つのデジタルセンサーインターフェースとを備える。
DE10 2013 226 376A1は、超音波センサー及び制御ユニットを備えたセンサーシステムを操作する方法であって、データが超音波センサーから制御装置に電流変調ベースで送信され、データが制御装置から超音波センサーに電圧変調ベースで送信される、方法を記述する。適切なPSI5データバスインターフェースの変更後、このソリューションは、ちょうどそのようなデータバス及びLINデータバスがデータ送信のために相互に組み合わせられて、両方のバスシステムの利点を利用することができることを可能にする。
DE10 2012 103 907A1は、送信ユニットに接続された動力車両制御装置の受信ユニットを操作するための方法を記述する。受信ユニットは、受信信号に識別子を追加し、当該識別子は、送信ユニットのための仮想アドレスを含む。これは、PSI5バージョン1規格に準拠したセンサーユニットを、PSIバージョン2規格の信号を処理する動力車両制御装置に接続するために使用可能である。
最後に、EP2 263 102B1は、複数のセンサーを有する超音波ベースの運転支援システムについて記述する。センサーにはそれぞれ個別の識別コードが割り当てられており、当該個別の識別コードはインターフェースを介して制御装置で読み取られることができる。そのインターフェースは、Peripheral Sensor Interface(PSI)に適合するように設計された2線式バスインターフェースである。
発明の目的は、動力車両におけるセンサー構成を操作するためのそのような方法を提供することであり、当該動力車両では、所定のASILレベルを確保するのと同時に、マスターとスレーブとの間の通信が高いペイロードデータレートで規則的に可能である。
この目的は、独立特許請求項の主題によって達成される。発明の好ましい発展は、下位請求項に記載されている。
したがって発明によれば、動力車両におけるセンサー構成をDSIプロトコルに基づいて操作するための方法であって、
- センサー構成は、マスターとして中央処理装置を有し、マスターによって制御されるスレーブとして複数のセンサーユニットを有し、
- 中央処理装置及びセンサーユニットはバスラインに接続され、
- 中央処理装置とセンサーユニットとの間の通信は、バスラインを介して行われ、
以下の方法ステップによって特徴付けられる
- 中央処理装置から第1センサーに第1メッセージを送信し、その後
- 第1センサーからの応答メッセージを受信することを中央処理装置が待機することなく、中央処理装置から第2センサーに第2メッセージを送信する、
方法が提供される。
本ケースにおいてDSIプロトコルに基づく方法が含まれると言われる場合、これは、その方法がDSIプロトコルを使用することを意味するが、その方法がDSI3規格に完全に適合する必要があるわけではない。むしろ、その方法は規格を超えたり、規格を拡張したりしうる。本ケースでは、DSI3規格のための構成可能モードが提供され、それは様々なセンサーに非常に効果的に、つまり短時間で、メッセージを送信するために用いられることができる。このモードは、後で従来のモードに戻すために、ある状況に関して選択可能である。
発明の好ましい発展によれば、第1メッセージの送信が完了した直後に第2メッセージの送信が開始されることになるような提供がある。したがって、第1メッセージが送信された後に応答メッセージがあったとしても、そのような応答メッセージの受信は待たれない。むしろ、第2メッセージは、第1メッセージが送信された直後に、そのような応答メッセージの受信とは独立して送信される。さらに、第1センサーは、第1メッセージを受信した際に応答メッセージを送信しないものと好ましくは考えられる。これにより、上記のCRMモードとは対照的に、センサーにより受信されたメッセージに関する応答メッセージを省くことによって又は少なくともそのような応答メッセージが受信されることを待たないことによって時間を節約できるモードが、提供される。
第2メッセージの送信に続く以下の方法ステップが提供されることが好ましくはある:
- 事前にメッセージが直接送信されたセンサーからの応答メッセージを受信することを中央処理装置が待つことなく、中央処理装置から別のセンサーに更なるメッセージを送信する。このケースにおいても、事前に直接的に送信されたメッセージの送信が完了した直後に更なるメッセージの送信が開始される実施形態には、利点がある。さらに、事前にメッセージが直接送信されたセンサーは、それが受信したメッセージに関する応答メッセージを送信しないものと好ましくは考えられる。
発明の好ましい発展によれば、この方法は、更なるセンサーに関して継続される。その方法は、好ましくは、事前にメッセージが直接送信されたセンサーからの応答メッセージを受信することを中央処理装置が待つことなく、中央処理装置から別のセンサーに更なるメッセージを送信する方法ステップが、更に別のセンサーのために少なくとも1回繰り返されるように、設計される。
中央処理装置からセンサーに送信されるメッセージは、原則として、様々なペイロードデータを含むことができる。ただし、中央処理装置からセンサーに送信されるメッセージが、個々のセンサーに関する構成コマンドを含むことが好ましい。
発明の好ましい発展によれば、最終的に、第1メッセージの送信に先行する以下の方法ステップの提供がある:
- 中央処理装置から受信されたメッセージに関する応答メッセージをセンサーが送信することを禁止するメッセージを、中央処理装置からセンサーに送信する。これは、CRMモードとは異なり、センサーからの応答メッセージを必要としないことによって時間を節約せずにむしろそれらを禁止するモードに、システム全体を切り替える。
発明によれば、動力車両において上記のような方法の使用に関して提供がある。
さらに、発明はまた、プロセッサ上で実行されると上記の方法を実施するそれに保存された命令を有する不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体に関する。
発明はまた、上記のような方法によって動作するように設定されたセンサー構成に関する。センサー構成は、好ましくは、センサーユニットとして超音波信号を送信及び/又は受信するための超音波センサーユニットを有する。
したがって、発明の範囲内で、例えばマスターからすべてのスレーブへの構成メッセージによって、受信されたメッセージに関して応答が送信されないようなすべてのスレーブに関する動作を、マスターが規定する。その結果、マスター及びスレーブの両方が、スレーブからの応答メッセージ(“Response”)が必要とされるCRMモードがあるか、スレーブからの応答メッセージがないモードがあるかを認識する。応答メッセージのないモードは、マスターからスレーブへの複数のメッセージの迅速な順次の手配を可能にする。
これは、スレーブが迅速に構成されることを可能にし、それによりシステム全体が迅速な使用に関して準備することを可能にする。さらに、応答メッセージが生成される必要がないため、1つの利点は減じられた電力消費である。最後に、マスターとして特定用途向け集積回路(ASIC)の場合、マスターがスレーブからの応答メッセージのためにいかなる追加のメモリも必要としないことも有利であり、そのことはそれを安価で簡単に作ることができることを意味する。これは超音波センサーで特に有利であり、なぜならばこれらのセンサーは、測定中であっても時々、他のものと比較して多くの構成データを必要とし、空気中の音の伝播時間のために、比較的遅い測定サイクルを有するためである。
発明は、好ましい例示的な実施形態を使用する図面を参照して、以下でより詳細に説明される。記載された特徴は、個別に及び組み合わせの両方で、発明の一態様を表すことができる。
図面において:
図1は、デイジーチェーン(daisy-chain)構成において、中央処理装置をマスターとして有し、3つのセンサーユニットをスレーブとして有する発明の好ましい例示的な実施形態によるセンサー構成を有する車両を概略的に示す。 図2a及び図2bは、発明の例示的な実施形態による、通信モードとのCRMモードの比較を概略的に示し、当該例示的な実施形態において中央処理装置は、センサーが応答メッセージを送信することなく、センサーと通信する。
図1は、発明の好ましい例示的な実施形態によるセンサー構成を有する車両1を概略的に示す。センサー構成2は、中央処理装置3と3つのセンサーユニットS1、S2及びS3を有する。マスター3とセンサーユニットS1、S2、S3は、2線式ラインの形態であるバスライン4によって、相互に接続されている。さらに、3つのセンサーユニットS1、S2、S3及び中央処理装置3は、互いに対して直列に接続されており、すなわちデイジーチェーン構成として知られているものと考えられる。
中央処理装置3は、上記のDSI3仕様で定義されたマスターであり、当該中央処理装置3は、バスライン4を介して3つのセンサーユニットS1、S2、S3に接続され、当該3つのセンサーユニットS1、S2、S3は、DSI3仕様で定義されたスレーブとして機能し、それによって、全体として、DSI3仕様で定義されているバスが存在する。さらに、センサーユニットS1、S2、S3は、超音波信号を送信及び/又は受信するための超音波センサーユニットであり、駐車支援システムの超音波センサーユニットを表す。
本ケースでは、中央処理装置3とセンサーユニットS1、S2、S3との間の通信が、図1から分かるように、中央処理装置3がコマンドF1、F2、F3をセンサーユニットS1、S2、S3に送信するモードで、行われる。
本ケースで説明されている発明の好ましい例示的な実施形態によるモードは、前述のCRMモードとは著しく異なり、当該本ケースでは、メッセージが中央処理装置3からセンサーユニットS1、S2、S3に送信される。これに関しては、図2a及びbが参照される。
図2aは、従来のCRMモードによるセンサーユニットS1、S2、S3と中央処理装置3との間の通信を示す。この描写は、中央処理装置3がCRMメッセージCRM1、CRM2、及びCRM3をセンサーユニットS1、S2、S3に送信する方法に関する時間的順序を示しており、各ケースにおいて、CRMメッセージCRM1、CRM2、CRM3の間において休止を伴う。これらの休止において、応答R1、R2、R3は、それぞれのセンサーユニットS1、S2、S3によって中央処理装置に返される。これらの応答R1、R2、R3は、例えば、中央処理装置3からセンサーS1、S2、S3に送信されたコマンドが理解されたことの確認でありうる。ただし、応答R1、R2、R3は、センサーS1、S2、S3によってキャプチャされたデータに関する情報も提供できる。全体として、CRMメッセージCRM1、CRM2、CRM3及び応答R1、R2、R3を送信するための通信は、時間tCRMがかかる。
図2bは、本ケースで説明されている発明の好ましい実施形態によるモードを示す。ここでは、メッセージCM1、CM2、CM3のみが中央処理装置3によって送信され、当該メッセージCM1、CM2、CM3はセンサーS1、S2、S3によって応答されないことがわかる。したがって、中央処理装置3によって記録される必要がある応答メッセージはない。したがって、メッセージCM1、CM2、CM3を次々にすぐに送信できる。これには合計で時間tCMがかかり、それは、図2aに示すCRMモードにおけるよりもΔt少ない時間が、中央処理装置3からセンサーS1、S2、S3にメッセージCM1、CM2、CM3を送信するのに必要とされることを意味する。
したがって、本ケースにおいて説明されている発明の好ましい例示的な実施形態の基本的な態様は、センサーS1、S2、S3に送信されるメッセージCM1、CM2、CM3が、実際には、単一のセンサーS1、S2、S3のためにのみ意図されていることでもある。これは、中央処理装置3からのメッセージCM1がセンサーS1を対象とし、中央処理装置3からのメッセージCM2がセンサーS2を対象とし、中央処理装置3からのメッセージCM3がセンサーS3を対象とすることを意味する。これはまた、ここで説明されるモード及び中央処理装置3によって送信されるメッセージを、“Global Command”と呼ばれるコマンドが中央処理装置3からすべてのセンサーS1、S2、S3に送信されることができ同時にセンサーS1、S2、S3が応答しないDSI3規格で規定される状況から、区別する。したがって、この“Global Command”コマンドは、センサーS1、S2、S3が個別にアドレス指定されることを許容しない。これは、“Global Command”コマンドが常にアドレス「0」に対して(つまり「すべてに対して」)リンクされているという事実によっても示される。
したがって、全体として、本ケースで説明されている発明の好ましい例示的な実施形態のモードは、センサーS1、S2、S3の高速で個別の構成を可能にし、それはまた、センサー構成2全体を迅速に使用する準備ができることを可能にする。センサーS1、S2、S3によって応答メッセージを生成する必要がないため、電力消費も削減され、それは、これらのセンサーS1、S2、S3が迅速に対処されることを保証するようにセンサーS1、S2、S3からの応答が省略可能である場合に、全体として効率的なオプションが提供されることを意味する。
1 動力車両
2 センサー構成
3 中央処理装置
4 バスライン
S1 センサーユニット
S2 センサーユニット
S3 センサーユニット

Claims (11)

  1. DSIプロトコルに基づいて動力車両(1)におけるセンサー構成(2)を動作させる方法であって、
    - 前記センサー構成(2)は、マスターとして中央処理装置(3)を有し、前記マスターによって制御されるスレーブとして複数のセンサーユニット(S1、S2、S3)を有し、
    - 前記中央処理装置(3)及び前記センサーユニット(S1、S2、S3)はバスライン(4)に接続され、
    - 前記中央処理装置(3)と前記センサーユニット(S1、S2、S3)との間の通信は、前記バスライン(4)を介して行われ、
    以下の方法ステップ:
    - 前記中央処理装置(3)から第1センサー(S1)に第1メッセージを送信すること、及びその後
    - 前記中央処理装置(3)が前記第1センサー(S1)からの応答メッセージを受信するのを待たずに、前記中央処理装置(3)から第2センサー(S2)に第2メッセージを送信すること、
    によって特徴付けられ
    前記第2メッセージの送信は、前記第1メッセージの送信が完了した直後に、開始され、
    前記第1センサー(S1)は、前記第1メッセージを受信した際に、応答メッセージを送信しない、方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、前記第2メッセージの送信に続く以下の方法ステップ:
    - 事前にメッセージが直接送信された前記センサー(S2)からの応答メッセージを受信することを前記中央処理装置(3)が待つことなく、前記中央処理装置(3)から別のセンサー(S3)に更なるメッセージを送信すること
    によって特徴付けられる方法。
  3. 事前に直接送信された前記メッセージの送信が完了した直後に、前記更なるメッセージの送信が開始されることを特徴とする請求項に記載の方法。
  4. 事前にメッセージが直接送信された前記センサー(S2)は、それが受信した前記メッセージに関する応答メッセージを送信しないことを特徴とする請求項又はに記載の方法。
  5. 事前にメッセージが直接送信された前記センサー(S2)からの応答メッセージを受信することを前記中央処理装置(3)が待つことなく前記中央処理装置(3)から別のセンサー(S3)に更なるメッセージを送信する前記方法ステップは、更に別のセンサーに関して少なくとも1回繰り返される請求項のうちの一項に記載の方法。
  6. 前記中央処理装置(3)から前記センサー(S1、S2、S3)に送信される前記メッセージは、個々のセンサー(S1、S2、S3)に関する構成コマンドを含むことを特徴とする請求項1~のうちの1つに記載の方法。
  7. 請求項1~のうちの一項に記載の方法であって、前記第1メッセージの送信に先行する以下の方法ステップ:
    - 前記センサー(S1、S2、S3)が前記中央処理装置から受信したメッセージに関する応答メッセージを送信することを禁止するメッセージを、前記中央処理装置から前記センサー(S1、S2、S3)に送信すること、
    により特徴付けられる方法。
  8. 動力車両(1)における請求項1~のうちの一項に記載の方法の使用。
  9. プロセッサで実行されると請求項1~のうちの一項に記載の方法を実施するコマンドであってそれに格納されたコマンドを有する不揮発性のコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
  10. 請求項1~のうちの一項に記載の方法によって動作するように構成されるセンサー構成。
  11. センサーユニット(S1、S2、S3)として超音波信号を送信及び/又は受信するための超音波センサーユニットを備える請求項10に記載のセンサー構成。
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