JP7124681B2

JP7124681B2 - 中継装置

Info

Publication number: JP7124681B2
Application number: JP2018231702A
Authority: JP
Inventors: 克宜河合
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2022-08-24
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: JP2020096251A

Description

本発明は、車両等に搭載されるネットワークシステムに用いられる中継装置に関する。

車両には、複数のバスを含むネットワークシステムが搭載されている。各バスにはそれぞれ１つ以上のＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる車載機器が接続されている。各ＥＣＵは、互いにバスを介してフレーム単位でメッセージを送受信したり、車両が備えるセンサから情報を取得したりして、センサや車両が備えるアクチュエータの制御を行って、車両の各機能を分担して実行する。各バスはゲートウェイと呼ばれる中継装置に接続される。中継装置は、あるバスから受信したフレームを他のバスに送信することにより、バス間でフレームを中継する機能を有する。

中継装置は一般に、フレームをいずれのバスへ中継するかを定めたルーティング情報に基づいて、フレームの中継を行う。ルーティング情報は、いずれのバスにいずれのＥＣＵが接続されており、各フレームを、いずれのＥＣＵが送信し、いずれのＥＣＵが受信する必要があるか等、設計仕様や実装状態に基づいて設定される。

特許文献１は、ＥＣＵ間で所定の通信を行い、各ＥＣＵは通信が途絶していることを検出すると中継装置に途絶情報を通知し、中継装置は、途絶情報に基づいてルーティング情報を設定することで、ルーティング情報を手動で設定する工数を削減することを開示している。

特開２０１４－９０２４９号公報

特許文献１の方法では、すべてのＥＣＵが所定の通信を行って通信途絶の検出を行う必要があり所要時間や処理負荷が大きい。

また、一般に、中継装置は、プロトコルが異なるバス間でフレームの転送を行う場合、フレーム単位でその形式をプロトコルに応じて変換する。例えば、転送元のバスのプロトコルが、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）であり、転送先のバスのプロトコルがＣＡＮ（Controller Area Network：登録商標）である場合、約１５００バイトのデータ長のＥｔｈｅｒｎｅｔの１フレームを、約８バイトのデータ長の複数のＣＡＮのフレームに分割して転送する。このようにフレーム単位での転送処理を行うと、転送先のバスに接続されているＥＣＵが、Ｅｔｈｅｒｎｅｔの１フレームに含まれるデータに含まれるごく一部の情報のみを必要とする場合であっても、多数のフレームを転送先のバスに送信することになり、必要のない通信負荷を発生させてしまう。このように、中継装置には、ネットワークの通信量効率化のための改善の余地があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両に搭載されるネットワークシステムの通信量を抑制できる中継装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、車両に搭載される、第１ＥＣＵが接続された第１バスと、第２ＥＣＵが接続された第２バスとに接続された中継装置であって、第１ＥＣＵと通信を行う第１通信部と、第２ＥＣＵと通信を行う第２通信部と、第１通信部が第１ＥＣＵから特定の情報の中継要求を受信すると、第２通信部が第２ＥＣＵから受信するフレームに基づいて、フレームとは異なる新規フレームを生成し、生成した新規フレームを第１ＥＣＵに送信するよう第１通信部を制御する制御部とを備え、制御部は、第２ＥＣＵから受信するフレーム内に含まれる１つ以上の情報のうち、新規フレームに含める情報を、中継要求が特定する情報の単位で決定する、中継装置である。

以上のように、本発明によれば、車両に搭載されるネットワークシステムの通信量を抑制できる中継装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るネットワークシステムの構成図本発明の第１実施形態に係る処理を示すシーケンス図本発明の第１実施形態に係るフレーム構造の例を示す図本発明の第１実施形態に係るフレーム構造の例を示す図本発明の第１実施形態に係るフレーム構造の例を示す図本発明の第２実施形態に係るネットワークシステムの構成図本発明の第２実施形態に係る処理を示すシーケンス図本発明の第２実施形態に係るフレーム構造の例を示す図本発明の第２実施形態に係るフレーム構造の例を示す図本発明の第２実施形態に係るフレーム構造の例を示す図

本発明に係る中継装置３０は、ＥＣＵからの中継要求に応じて、フレームに含まれる情報の種別単位で、中継の対象を決定して中継する。これにより、フレームに含まれる情報のうち、要求されていない情報については中継を抑制する。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜構成＞
図１に、本実施形態に係るネットワークシステム１の構成の一部を示す。ネットワークシステム１は、一例として車両に搭載される。ネットワークシステム１は、中継装置３０と、第１バス１０および第２バス２０と、第１バス１０に接続された第１ＥＣＵ１１と、第２バス２０に接続された第２ＥＣＵ２１とを備える。中継装置３０は、第１通信部３１、第２通信部３３、制御部３２を含み、第１通信部３１が第１バス１０に接続され、第２通信部３３が第２バス２０に接続される。制御部３２は、第１通信部３１、第２通信部３３を制御して中継装置３０の後述する機能を実現する。なお、第１バス１０、第２バス２０には、さらに他のＥＣＵが接続されてもよい。

第１バス１０に接続された第１ＥＣＵ１１および中継装置３０の第１通信部３１は、第１バス１０を介して、第１プロトコルに準拠したフレームの送受信を行う。第２バス２０に接続された第２ＥＣＵ２１および中継装置３０の第２通信部３３は、第２バス２０を介して、第２プロトコルに準拠したフレームの送受信を行う。第１プロトコルおよび第２プロトコルは限定されないが、例えばＣＡＮ規格、ＣＡＮ－ＦＤ（CAN with Flexible Data rate）規格、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格等から選択することができる。

＜処理＞
以下に、本実施形態に係る処理を説明する。本処理は、例えば、ネットワークシステム１が新たに構成されたり、ネットワークシステム１にＥＣＵが新たに接続されたり、ＥＣＵが接続されるバスが変更されたりして、いずれかのＥＣＵの処理に必要なデータが、中継装置３０によって中継されず、そのＥＣＵが受信できる状態になっていない場合に実行される。図２には、一例として、第１ＥＣＵ１１が、必要とするデータを受信できる状態になっていない場合の処理シーケンスを示す。一例として、車両の「速度」を表す情報を含むデータは、第２ＥＣＵ２１が生成して第２バス２０に送信するが、中継装置３０がこのデータを第１バス１０に中継していないため、第１ＥＣＵ１１は「速度」を表す情報が必要であるにもかかわらずこのデータを受信できないものとする。

（ステップＳ１０１）：第１ＥＣＵ１１は、自装置の機能を実行するために必要な「速度」を表す情報を含むデータを、第１バス１０から受信できないことを検知する。図３に、第２ＥＣＵ２１が第２バス２０に送信するデータのフレーム構造の例を示す。図３に示す例では、データのフレームは、フレームの種別を表す識別子であるＩＤ（例：１００）とデータとを含む。データには複数の情報が含まれ、その１つとして「速度」の情報がある。第１ＥＣＵ１１は、このデータを受信できない場合、「速度」を表す情報を中継するよう中継装置３０に要求する。具体的には、「速度」の情報を要求する中継要求のフレームを生成して第１バス１０に送信する。なお、「速度」を表す情報のような、ネットワークシステム１の各バスで送受信されるフレームに含まれる各情報には、それぞれ予め管理番号が対応付けられ、中継装置３０と第１ＥＣＵ１１、第２ＥＣＵ２１等の各ＥＣＵとが共通に記憶している。中継装置３０や各ＥＣＵは、この管理番号を特定することにより、情報の種別を特定することができる。あるいは、中継装置３０や各ＥＣＵは、情報の種別を特定するのに、管理番号の代わりに、情報が含まれるフレームのＩＤとフレーム中の位置（ビットポジション）を用いてもよい。このように、中継装置３０および各ＥＣＵが、各情報の種別を一意に特定できる仕組みがあれば、その方法は限定されない。中継要求のフレームには、例えば、「速度」を特定する管理番号と、予め第１ＥＣＵ１１と中継装置３０との間で定められた、第１ＥＣＵ１１からの中継要求を表すＩＤとが付与される。中継装置３０は、このＩＤによって、中継要求が自装置あてに送信されたものであることを検知できる。

（ステップＳ１０２）：中継装置３０の第１通信部３１は、中継要求を受信する。制御部３２は、中継要求のフレームに含まれるＩＤと管理番号とによって、第１ＥＣＵ１１が「速度」を表す情報を要求していることを特定する。

（ステップＳ１０３）：中継装置３０の制御部３２は、新規フレーム情報を生成して、第１バス１０に送信する。新規フレーム情報とは、新規フレームに関する情報を含むフレームである。新規フレームについては後にも説明するが、中継要求に応じて生成されるフレームであり、「速度」を表す情報を含んでいる。図４に、新規フレーム情報のフレーム構造の例を示す。図４に示す例では、新規フレーム情報のフレームは、そのフレーム自体のＩＤ（例：６９９）と、新規フレームに関するデータとが含まれる。新規フレームに関するデータには、新規フレームの宛先（第１ＥＣＵ１１）と、ＩＤと、データ全体のフィールド長、送信周期、フィールド内の「速度」を表す情報の位置を特定するためのビットポジション等が含まれる。なお、新規フレーム情報のフレームのＩＤ（例：６９９）および新規フレームのＩＤ（例：１５０）は、予め第１ＥＣＵ１１と中継装置３０との間で定められた、第１ＥＣＵ１１が新規に中継装置３０から受信可能なフレームのＩＤから選択される。このような新規に受信可能なＩＤは、例えば第１ＥＣＵ１１が、中継装置３０に予め通知しておくことで定めることができる。

（ステップＳ１０４）：第１ＥＣＵ１１は、新規フレーム情報を受信する。第１ＥＣＵ１１は、新規フレーム情報に含まれる新規フレームに関するデータ中のＩＤや宛先に基づいて、新規フレームが第１バス１０に送信された場合、自装置あてであることを検知できるようになる。

（ステップＳ１０５）：第２ＥＣＵ２１は、図３に示すデータを第２バス２０に送信する。データには例えば第２ＥＣＵ２１が備える車速センサが検知した最新の車両の「速度」を表す情報が含まれる。

（ステップＳ１０６）：中継装置３０の第２通信部３３は、第２ＥＣＵ２１が送信したデータを受信する。本ステップとステップＳ１０３とは順序が逆であってもよい。本ステップにおいて、中継装置３０は、ステップＳ１０２より後において最初にこのデータを受信する。第２ＥＣＵ２１は、一例としてこのデータを周期的に送信しており、ステップＳ１０２以前に、第２ＥＣＵ２１がデータを送信することもあり得るが、中継装置３０は、これに対してとくに処理を行わない。

（ステップＳ１０７）：中継装置３０の制御部３２は、第２ＥＣＵ２１から受信したデータから、第１ＥＣＵ１１から要求されている「速度」の情報が含まれることを特定し、「速度」の情報を抽出する。制御部３２は、抽出した「速度」の情報を含む新規フレームを生成する。図５に新規フレームのデータ構造の例を示す。新規フレームは上述した新規フレーム情報に則って生成されるので、例えば新規フレームのＩＤ（例：１５０）は、図４に示した新規フレーム情報が表わすＩＤである。

（ステップＳ１０８）：中継装置３０の第１通信部３１は、新規フレームを第１バス１０に送信する。

（ステップＳ１０９）：第１ＥＣＵ１１は、新規フレームを受信する。第１ＥＣＵ１１は、新規フレームに含まれる「速度」の情報を、ステップＳ１０４で受信した新規フレーム情報に基づいて抽出し、「速度」に基づく自装置の処理を実行する。

ステップＳ１０５～Ｓ１０９の処理が繰り返され、第１ＥＣＵ１１は、継続的に「速度」の情報を取得することができる。なお、上述した各フレームのデータ構造は一例であり、同様の処理が可能であれば、プロトコルに応じたものを適宜用いることができる。例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ規格に準拠したフレームにおいては、上述したＩＤに相当するフレームの識別子のフィールドが規定されていないが、データのフィールドに、識別子のフィールドを設けておけばよい。なお、中継装置３０が、「速度」の情報を含むデータをいずれのＥＣＵからも受信しない場合、すなわち上述のステップＳ１０５の処理が実行されない場合は、制御部３２は、「速度」の情報を含むデータがないことを第１ＥＣＵ１１に通知する。この場合、第１ＥＣＵ１１は、今後は「速度」の情報を含むデータの中継要求を送信しないようにし、また、「速度」の情報を用いない代替処理を実行する等の所定の対応を行う。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態は、第１実施形態において、複数の中継要求に対して中継装置３０が、１つの新規フレームを生成するようにしたものである。第１実施形態と同様の事項については説明を省略または簡素化する。

＜構成＞
図６に、本実施形態に係るネットワークシステム１の構成の一部を示す。本実施形態においては、第１実施形態に係るネットワークシステム１において、第１バス１０には第１ＥＣＵ１１の他にも第３ＥＣＵ１２が接続され、第２バス２０には第２ＥＣＵ２１の他にも第４ＥＣＵ２２が接続されたものである。

＜処理＞
以下に、本例に係る処理を説明する。図７には、一例として、第１ＥＣＵ１１および第３ＥＣＵ１２が、必要とするデータを受信できる状態になっていない場合の処理シーケンスを示す。一例として、車両の「速度」を表す情報を含むデータは、第２ＥＣＵ２１が生成して第２バス２０に送信し、「エンジン回転数」を表す情報を含むデータは、第４ＥＣＵ２２が生成して第２バス２０に送信する。中継装置３０がこれらのデータを第１バス１０に中継していないため、第１ＥＣＵ１１は「速度」を表す情報が必要であるにもかかわらずこのデータを受信できず、第３ＥＣＵ１２は「エンジン回転数」を表す情報が必要であるにもかかわらずこのデータを受信できないものとする。

（ステップＳ２０１）：第１ＥＣＵ１１は、車両の「速度」を表す情報を含むフレームを要求する中継要求を生成して第１バス１０に送信する。

（ステップＳ２０２）：中継装置３０の第１通信部３１は、第１ＥＣＵ１１からの中継要求を受信する。制御部３２は、受信した中継要求に基づいて、第１ＥＣＵ１１が「速度」を表す情報を要求していることを特定する。

（ステップＳ２０３）：第３ＥＣＵ１２は、「エンジン回転数」を表す情報を含むフレームを要求する中継要求を生成して第１バス１０に送信する。図８に、第４ＥＣＵ２２が第２バス２０に送信するデータのフレーム構造の例を示す。図８に示す例では、データのフレームは、フレームの種別を表す識別子であるＩＤ（例：２００）とデータとを含む。データには複数の情報が含まれ、その１つとして「エンジン回転数」の情報がある。

（ステップＳ２０４）：中継装置３０の第１通信部３１は、第３ＥＣＵ１２からの中継要求を受信する。制御部３２は、受信した中継要求に基づいて、第３ＥＣＵ１２が「エンジン回転数」を表す情報を要求していることを特定する。

（ステップＳ２０５）：中継装置３０の制御部３２は、新規フレーム情報を生成して、第１バス１０に送信する。本実施形態では、新規フレームは、後述するように「速度」を表す情報と「エンジン回転数」とを表す情報を含むフレームである。新規フレーム情報は、新規フレームに関する情報を含む。図９に、新規フレーム情報のフレーム構造の例を示す。図９に示す例では、新規フレーム情報のフレームは、そのフレーム自体のＩＤ（例：７９９）と、新規フレームに関するデータとが含まれる。新規フレームに関するデータには、新規フレームの宛先（第１ＥＣＵ１１、第３ＥＣＵ１２）と、ＩＤと、データ長、送信周期、「速度」を表す情報の位置および「エンジン回転数」を表す情報の位置が含まれる。なお、新規フレーム情報のフレームのＩＤ（例：７９９）および新規フレームのＩＤ（例：１５１）は、予め第１ＥＣＵ１１、第３ＥＣＵ１２、中継装置３０の間で定められた、第１ＥＣＵ１１および第２ＥＣＵ１２が新規に中継装置３０から受信可能なフレームのＩＤから選択される。このような新規に受信可能なＩＤは、例えば第１ＥＣＵ１１および第２ＥＣＵ１２が、中継装置３０に予め通知しておくことで定めることができる。

（ステップＳ２０６）：第１ＥＣＵ１１は、新規フレーム情報を受信する。

（ステップＳ２０７）：第３ＥＣＵ１２は、新規フレーム情報を受信する。

（ステップＳ２０８）：第２ＥＣＵ２１は、図３に示すデータを第２バス２０に送信する。

（ステップＳ２０９）：中継装置３０の第２通信部３３は、第２ＥＣＵ２１が送信したデータを受信する。

（ステップＳ２１０）：第４ＥＣＵ２２は、図８に示すデータを第２バス２０に送信する。

（ステップＳ２１１）：中継装置３０の第２通信部３３は、第４ＥＣＵ２２が送信したデータを受信する。

（ステップＳ２１２）：中継装置３０の制御部３２は、第２ＥＣＵ２１から受信したデータから、第１ＥＣＵ１１から要求されている「速度」の情報が含まれることを特定し、「速度」の情報を抽出する。また、第４ＥＣＵ２２から受信したデータから、第３ＥＣＵ１２から要求されている「エンジン回転数」の情報が含まれることを特定し、「エンジン回転数」の情報を抽出する。制御部３２は、抽出した「速度」の情報および「エンジン回転数」の情報を含む新規フレームを生成する。図１０に新規フレームのデータ構造の例を示す。新規フレームは上述した新規フレーム情報に則って生成されるので、例えば新規フレームのＩＤ（例：１５１）は、図９に示した新規フレーム情報が表わすＩＤである。

（ステップＳ２１３）：中継装置３０の第１通信部３１は、新規フレームを第１バス１０に送信する。

（ステップＳ２１４）：第１ＥＣＵ１１は、新規フレームを受信する。第１ＥＣＵ１１は、新規フレームに含まれる「速度」の情報を、ステップＳ２０６で受信した新規フレーム情報に基づいて抽出し、「速度」に基づく自装置の処理を実行する。

（ステップＳ２１５）：第３ＥＣＵ１２は、新規フレームを受信する。第３ＥＣＵ１２は、新規フレームに含まれる「エンジン回転数」の情報を、ステップＳ２０７で受信した新規フレーム情報に基づいて抽出し、「エンジン回転数」に基づく自装置の処理を実行する。

ステップＳ２０８～Ｓ２１５の処理が繰り返され、第１ＥＣＵ１１は、継続的に「速度」の情報を取得することができ、第３ＥＣＵ１２は継続的に「エンジン回転数」の情報を取得することができる。なお、１つの新規フレームにまとめて含める情報の数や、１つの新規フレームを作成するまでに受け付ける中継要求の数や中継要求を待機する期間は、限定されない。各ＥＣＵの処理内容や、各種のフレームの送信タイミングや各種情報の種別や各種情報が必要とされるタイミング、バスの空き状況等に応じて、適宜設定すればよい。

＜効果＞
以上のように、本発明に係る中継装置３０は、ＥＣＵからの中継要求に応じて、フレーム単位ではなく、フレームに含まれる情報の種別単位で、中継の対象を決定して中継する。これにより、フレームに含まれるデータのうち、要求されていない情報については中継を抑制するので、中継先のバスの通信量を低減することができネットワークの通信量効率化を図ることができる。また、ＥＣＵは自装置に必要なデータが取得できない場合に中継要求を送信すればよいので、そうでない場合には通信途絶の検出等の特段の処理が不要であり、処理負荷を低減できる。

本発明は、中継装置だけでなく、中継装置を含むネットワークシステム、中継装置のコンピュータが実行する中継方法、中継プログラムおよびこれを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的記憶媒体、ネットワークシステムを備えた車両等として捉えることが可能である。また、本発明は、車両に搭載されるネットワークシステム以外のネットワークシステムにも適用できる。

本発明は、車両等に搭載されるネットワークシステムに有用である。

１ネットワークシステム
１０第１バス
１１第１ＥＣＵ
１２第３ＥＣＵ
２０第２バス
２１第２ＥＣＵ
２２第４ＥＣＵ
３０中継装置
３１第１通信部
３２制御部
３３第２通信部

Claims

車両に搭載される、第１ＥＣＵが接続された第１バスと、第２ＥＣＵが接続された第２バスとに接続された中継装置であって、
前記第１ＥＣＵと第１フレームを用いた通信を行う第１通信部と、
前記第２ＥＣＵと第２フレームを用いた通信を行う第２通信部と、
前記第１通信部および前記第２通信部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１通信部が前記第１ＥＣＵから特定のデータの中継要求を受信すると、前記第１フレームとは異なる新規フレームを用いて前記特定のデータを送信する旨の情報を、前記第１ＥＣＵに送信するよう前記第１通信部を制御し、
前記第２通信部が前記第２ＥＣＵから前記第２フレームを受信すると、前記新規フレームを用いて前記特定のデータを送信する旨の前記情報を送信した後、前記第２フレームから前記特定のデータを抽出し、抽出した前記特定のデータを含む前記新規フレームを生成して、生成した前記新規フレームを前記第１ＥＣＵに送信するよう前記第１通信部を制御する、中継装置。
前記制御部は、前記第２通信部が前記第２ＥＣＵから受信した前記第２フレームに前記特定のデータが含まれていない場合、前記特定のデータないことの通知を前記第１ＥＣＵに送信するよう前記第１通信部を制御する、請求項１に記載の中継装置。