JP7201559B2

JP7201559B2 - 車載通信中継装置

Info

Publication number: JP7201559B2
Application number: JP2019168244A
Authority: JP
Inventors: 里志古橋; 智範横田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: JP2021048439A

Description

本発明は、車載ネットワークにおける通信を中継する車載通信中継装置に関する。

従来、車両に搭載された複数のＥＣＵが通信線を介して互いにデータを送受信するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このような複数のＥＣＵを有する車両において、例えばメータパネル等の表示部に、複数のＥＣＵからのデータ信号に基づいた表示がなされる。

特開２００２－３１４６３２号公報

しかしながら、複数のＥＣＵからのデータ信号に基づいた表示を行う場合、表示部に接続された単一の通信線に多数のデータフレームが集中することで単位時間当たりのデータ量であるトラフィックが過剰となり、通信障害などが生じるおそれがある。

本発明の一態様である車載通信中継装置は、車両に搭載された複数の第１装置と、車両の運転席前方に設けられた表示部を制御する単一の第２装置と、の間に介装され、複数の第１装置のそれぞれから第２装置に送信されるデータフレームを中継する。複数の第１装置のそれぞれから送信されるデータフレームは、複数の第１装置のそれぞれで取得されたデータが含まれる第１データ領域と、データの送信元、送信先、受信すべき装置、およびデータの種類を特定する識別データが含まれる第２データ領域と、データフレームの送信回数を示すデータが含まれる第３データ領域と、を含む。車載通信中継装置は、複数の第１装置から送信された複数のデータフレームを受信する受信部と、受信部により受信された複数のデータフレームに基づいて、それぞれのデータフレームの送信先が第２装置であるか否かを判定する送信先判定部と、送信先判定部により送信先が第２装置であると判定されたデータフレームのそれぞれから、第１データ領域に含まれるデータと、第２データ領域に含まれる識別データと、第３データ領域に含まれるデータフレームの送信回数を示すデータと、を抽出して単一の新たなデータフレームである統合データフレームを生成するフレーム統合部と、フレーム統合部により生成された統合データフレームを第２装置に送信する送信部と、を備える。フレーム統合部により生成された統合データフレームは、送信先判定部により送信先が第２装置であると判定されたデータフレームのそれぞれから抽出されたデータと識別データとデータフレームの送信回数を示すデータとが含まれる新たな第１データ領域と、統合データフレームの送信元、送信先、受信すべき装置、およびデータの種類を特定する新たな識別データが含まれる新たな第２データ領域と、統合データフレームの送信回数を示すデータが含まれる新たな第３データ領域と、を含む。

本発明によれば、単一の通信線におけるトラフィックを低減することができる。

本発明の実施形態に係る車載通信中継装置が適用される車載ネットワークの構成の一例を概略的に示す図。図１のＥＣＵから送信されるデータ信号のデータフレームについて説明するための図。本発明の実施形態に係る車載通信中継装置の要部構成を概略的に示すブロック図。図３のフレーム統合部により生成される統合データフレームの一例を概略的に示す模式図。図３のフレーム統合部により生成される統合データフレームの別の例を概略的に示す模式図。本発明の実施形態に係る車載通信中継装置により実行される処理の一例を示すフローチャート。図１の通信線におけるデータフレームについて説明するための図。図１の通信線における統合データフレームについて説明するための図。

以下、図１～図７Ｂを参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車載通信中継装置が適用される車載ネットワーク１００の構成の一例を概略的に示す図である。図１に示すように、車両１には複数（図１の例では、４個）のＥＣＵ（電子制御ユニット）２が搭載される。複数のＥＣＵ２には、エンジン制御用ＥＣＵ２ａ１、変速機制御用ＥＣＵ２ａ２、操舵制御用ＥＣＵ２ｂ１などの車両１の動作に直接的な影響を与えるＥＣＵ、エアコンやナビゲーションなどの車両１の動作に直接的な影響を与えない機器の制御用ＥＣＵ２ｃ１等、機能の異なるＥＣＵが含まれる。

各ＥＣＵ２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路を有するコンピュータを含んで構成され、予めメモリに記憶されたプログラムに従い、各種センサ（不図示）や他のＥＣＵ２からの信号等に基づいて各種制御を実行する。各ＥＣＵ２は、機能毎に、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）通信線等のシリアル通信線３を介して互いに通信可能に接続され、車載ネットワーク１００を構成する。図１の例では、パワートレイン系のＥＣＵ２ａ１，２ａ２が通信線３ａに接続され、シャシ系のＥＣＵ２ｂ１が通信線３ｂに接続され、その他のＥＣＵ２ｃ１が通信線３ｃに接続される。

ＥＣＵ２ａ１，２ａ２，２ｂ１が接続された通信線３ａ，３ｂは、バス機能統合ユニット（以下、ＩＣＭ（Integrated Control Module））４に接続される。ＩＣＭ４は、車両１の動作に直接的な影響を与えるＥＣＵ２ａ１，２ａ２，２ｂ１を統合的に制御するとともに、通信線３間で送受信されるデータ信号を中継（転送）し、本発明の実施形態に係る車載通信中継装置として機能する。

その他のＥＣＵ２ｃ１およびＩＣＭ４は、それぞれ通信線３ｃ，３ｄを介してゲートウェイ５に接続され、ゲートウェイ５を介して車速等の表示を行うメータユニット６に接続される。ゲートウェイ５も、通信線３間で送受信されるデータ信号を中継（転送）し、本発明の実施形態に係る車載通信中継装置として機能する。

メータユニット６は、車両１の運転席前方に設けられたインストルメントパネルに組み込まれるパネル表示部と、パネル表示部の表示を制御する制御部とを有する。メータユニット６のパネル表示部には、例えば、現在の車速、シフトポジション、ＶＳＡ（Vehicle Stability Assist）の作動状態、各種警告表示等の各種情報が表示される。メータユニット６の制御部は、通信線３を介して複数のＥＣＵ２のそれぞれから各種情報を受信し、受信した情報に基づいてパネル表示部の表示を制御する。

図２は、各ＥＣＵ２から送信されるデータ信号のデータフレームについて説明するための図であり、一例としてＥＣＵ２ａ１から送信されるデータフレームＦ１を示す。図２に示すように、ＥＣＵ２ａ１における演算処理により取得されたデータ、例えば、ある演算周期におけるエンジン回転数の演算結果を含むデータ信号は、１つのデータフレームＦ１として通信線３ａに入力される。

データフレームＦ１には、データフレームの開始を示すＳＯＦ（Start Of Frame）、送信元やデータの種類等の識別情報を示すＩＤ、通常のデータフレームと実体的なデータを含まないリモートフレームとを識別するためのＲＴＲ（Remote Transmission Request）、データフィールドの長さを示すコントロールフィールド、実体的なデータであるデータフィールド、データフレームの送信回数（生成回数）を示すアライブカウンタ（ＡＣ）、アライブカウンタまでの送信値の演算結果を示すＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）フィールド、ＣＲＣフィールドまでのデータの受信確認結果を示すＡＣＫフィールド、データフレームの終了を示すＥＯＦ（End Of Frame）等が含まれる。

アライブカウンタは、送信側のＥＣＵ２ａ１から受信側のメータユニット６にデータフレームＦ１が送信される度にインクリメントされる。これにより、受信側のメータユニット６がデータフレームの連続性を検証し、送信側のＥＣＵ２ａ１の健全性を確認することができる。例えば、所定回数以上、連続してアライブカウンタが正常にインクリメントされない場合は、送信側のＥＣＵ２ａ１が異常であると判定される。

各フィールドは、例えば、ＳＯＦが１ビット、ＩＤが１１ビット、ＲＴＲが１ビット、コントロールフィールドが６ビット、データフィールドが０～６４ビット、アライブカウンタが２ビット、ＣＲＣフィールドが１６ビット、ＡＣＫフィールドが２ビット、ＥＯＦが７ビットのパルス信号により構成される。ＥＣＵ２ａ２，２ｂ１，２ｃ１から送信されるデータフレームＦ２～Ｆ４も、ＥＣＵ２ａ１から送信されるデータフレームＦ１と同様に構成される。

各ＥＣＵ２、ＩＣＭ４およびメータユニット６は、自身が接続される通信線３に入力されたデータフレームから、各データフレームのＩＤに基づいて、予め設定された自身が受信すべきＩＤを含むデータフレームのみを受信する。これにより、例えば、変速機制御用ＥＣＵ２ａ２がエンジン制御用ＥＣＵ２ａ１から送信されたエンジン回転数を受信して次の演算周期における処理に用いることで、複数のＥＣＵ２による協調制御が実現される。

さらに、ＩＣＭ４およびゲートウェイ５は、各データフレームのＩＤに基づいて、そのデータフレームを受信すべきＥＣＵ２またはメータユニット６（すなわち送信先）が接続された通信線３にデータフレームを転送する。これにより、各ＥＣＵ２に接続された通信線３ａ～３ｃからメータユニット６が接続された通信線３ｅにデータフレームが転送され、複数のＥＣＵ２からメータユニット６に送信されるデータ信号が中継される。

このような車載ネットワーク１００では、様々な情報を表示する単一のメータユニット６に対し、多数のＥＣＵ２のそれぞれからデータ信号が送信されるため、メータユニット６が接続された単一の通信線３ｅに多数のデータ信号が集中する。このため、通信線３ｅにおける単位時間当たりのデータ量であるトラフィックが過剰となり、通信障害などが生じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、複数のＥＣＵ２のそれぞれから単一のメータユニット６に送信される複数のデータフレームを単一のデータフレーム（統合データフレーム）に統合して転送することで、単一の通信線３ｅにおけるトラフィックを低減できるよう、以下のように車載通信中継装置を構成する。

図３は、本実施形態に係る車載通信中継装置の要部構成を概略的に示すブロック図である。図３に示すように、車載通信中継装置として機能するＩＣＭ４およびゲートウェイ５は、複数のＥＣＵ２ａ１～２ｃ１と、単一のメータユニット６との間に介装される。ＩＣＭ４およびゲートウェイ５はそれぞれ、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有するコンピュータを含んで構成される。ＩＣＭ４およびゲートウェイ５はそれぞれ、機能的構成として、データフレームを受信する受信部４１，５１と、データフレームの送信先を判定する送信先判定部４２，５２と、データフレームを統合して統合データフレームを生成するフレーム統合部４３，５３と、データフレームを送信する送信部４４，５４と、を有する。

送信先判定部４２，５２は、通信線３を介して受信部４１，５１により受信されたデータフレームのＩＤに基づいて、当該データフレームの送信先がメータユニット６であるか否かを判定する。送信先判定部４２，５２により送信先がメータユニット６以外であると判定されたデータフレームは、そのまま送信部４４，５４により送信先に転送される。一方、送信先がメータユニット６であると判定されたデータフレームは、所定時間、あるいは所定データ量に達するまで転送されずにメモリに蓄積され、フレーム統合部４３，５３により処理された後、統合データフレームとして送信部４４，５４によりメータユニット６に送信される。

フレーム統合部４３，５３は、送信先判定部４２，５２により送信先がメータユニット６であると判定されたデータフレームからＩＤ、データフィールドおよびアライブカウンタを抽出し、抽出されたデータを新たなデータフィールドとする統合データフレームを生成する。図４、図５はそれぞれ、ＩＣＭ４、ゲートウェイ５のフレーム統合部４３，５３により生成される統合データフレームの一例を概略的に示す模式図である。

図４に示すように、ＩＣＭ４のフレーム統合部４３は、ＥＣＵ２ａ１，２ａ２，２ｂ１からメータユニット６に送信されるデータフレームＦ１～Ｆ３のそれぞれのＩＤ、データフィールドおよびアライブカウンタを含む新たなデータフィールドを生成する。さらに、ＩＣＭ４からメータユニット６に送信されるデータフレームであることを示すＩＤ（統合ＩＤ）と、統合データフレームの送信回数（生成回数）を示すアライブカウンタ（統合アライブカウンタ）とを付与して、新たなデータフレームである統合データフレームＦ５を生成する。

ゲートウェイ５のフレーム統合部５３も、ＩＣＭ４のフレーム統合部４３と同様に統合データフレームＦ６を生成する。すなわち、図５に示すように、ＥＣＵ２ｃ１およびＩＣＭ４からメータユニット６に送信されるデータフレームＦ４，Ｆ５のそれぞれのＩＤ、データフィールドおよびアライブカウンタを含む新たなデータフィールドを生成する。また、ゲートウェイ５の統合ＩＤと統合アライブカウンタとを付与して、新たなデータフレームである統合データフレームＦ６を生成する。

送信部４４，５４は、フレーム統合部４３，５３により生成された統合データフレームＦ５，Ｆ６を送信先に送信（転送）する。すなわち、ＩＣＭ４の送信部４４は、フレーム統合部４３により生成された統合データフレームＦ５を通信線３ｄに入力する。また、ゲートウェイ５の送信部５４は、フレーム統合部５３により生成された統合データフレームＦ６を通信線３ｅに入力する。

これにより、ＥＣＵ２ａ１，２ａ２から通信線３ａに入力されたデータフレームＦ１，Ｆ２およびＥＣＵ２ｂ１から通信線３ｂに入力されたデータフレームＦ３は、ＩＣＭ４で統合され、統合データフレームＦ５として通信線３ｄに入力される。また、ＥＣＵ２ｃ１から通信線３ｃに入力されたデータフレームＦ４およびＩＣＭ４から通信線３ｄに入力されたデータフレームＦ５は、ゲートウェイ５で統合され、統合データフレームＦ６として通信線３ｅに入力される。すなわち、複数のＥＣＵ２ａ１～２ｃ１のそれぞれからメータユニット６に送信される複数のデータフレームＦ１～Ｆ４が、単一の統合データフレームＦ６に統合されて単一の通信線３ｅに入力される。

図６は、予めメモリに記憶されたプログラムに従い本発明の実施形態に係る車載通信中継装置として機能するＩＣＭ４およびゲートウェイ５により実行される処理の一例を示すフローチャートであり、特に複数のデータフレームを統合する処理の一例を示す。このフローチャートに示す処理は、データフレームが受信されると開始され、所定時間毎に繰り返される。

先ずステップＳ１で、受信したデータフレームを読み込み、次いでステップＳ２で、受信したデータフレームの送信先がメータユニット６であるか否かを判定する。ステップＳ２で肯定されるとステップＳ３に進み、受信したデータフレームのＩＤ、データフィールドおよびアライブカウンタのデータを抽出してメモリに蓄積する。一方、ステップＳ２で否定されると処理を終了する。

次いでステップＳ４で、前回、統合データフレームを送信してからの経過時間が所定時間以下であるか否かを判定する。統合データフレームを生成する前の処理では、受信したデータフレームのデータをメモリに蓄積してからの経過時間が所定時間以下であるか否かを判定する。ステップＳ４で肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ６に進む。

ステップＳ５では、メモリに蓄積されたデータ量が所定値以上であるか否かを判定する。ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、否定されると処理を終了する。ステップＳ６では、メモリに蓄積されたデータに基づいて統合データフレームを生成する。次いでステップＳ７で、ステップＳ６で生成された統合データフレームをメータユニット６に送信する。

これにより、複数のＥＣＵ２のそれぞれからメータユニット６に送信される複数のデータフレームが単一の統合データフレームに統合して転送されるため、メータユニット６に接続された単一の通信線３ｅにおけるデータフレームの数を削減することによりトラフィックを低減することができる（ステップＳ１～Ｓ７）。

図７Ａ，７Ｂは、図１の通信線３ｅにおけるデータフレームについて説明するための図であり、図７Ａは、データフレームＦ１～Ｆ４を示し、図７Ｂは、統合データフレームＦ６を示す。図７Ａに示すように、隣接するデータフレームＦ１～Ｆ４の間には、データフレーム間を分離するインターフレームスペースが設けられ、各インターフレームスペースには、少なくとも、３ビットのインターミッションが含まれる。図７Ｂに示すように単一の統合データフレームＦ６とすることで、データフレーム間のインターフレームスペースに対応する少なくとも９ビット分、複数のＥＣＵ２からメータユニット６に送信されるデータ信号が通信線３ｅを占有する時間を削減することができる。

例えば、統合データフレーム全体の長さは、統合される１データフレーム当たり、ＳＯＦ，ＲＴＲ、コントロールフィールド、ＣＲＣフィールド、ＡＣＫフィールド、ＥＯＦ（図２）のパルス信号に対応する３３ビット短くなる。また、新たに生成される統合データフレームのＳＯＦ、統合ＩＤ、ＲＴＲ、コントロールフィールド、統合アライブカウンタ、ＣＲＣフィールド、ＡＣＫフィールド、ＥＯＦのパルス信号に対応する４６ビット長くなる。従って、統合データフレームＦ５（図４）の全体の長さは、３つのデータフレームＦ１～Ｆ３の合計の長さより５３ビット短く、統合データフレームＦ６（図５）の全体の長さは、データフレームＦ４と統合データフレームＦ５の合計の長さより２０ビット短くなる。すなわち、図７Ａ，７Ｂに示すように、統合データフレームＦ６の全体の長さは、データフレームＦ１～Ｆ４の合計の長さより７３ビット短くなるため、統合データフレームＦ６の全体の長さを抑えることができる。

本発明の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ＩＣＭ４およびゲートウェイ５は、車両１に搭載された複数のＥＣＵ２と単一のメータユニット６との間に介装され、複数のＥＣＵ２のそれぞれからメータユニット６に送信されるデータフレームを中継する。複数のＥＣＵ２のそれぞれから送信されるデータフレームは、複数のＥＣＵ２のそれぞれで取得されたデータが含まれるデータフィールドと、データの送信元および送信先を特定する識別データが含まれるＩＤフィールドとを含む（図２）。

ＩＣＭ４およびゲートウェイ５はそれぞれ、複数のＥＣＵ２から送信された複数のデータフレームを受信する受信部４１，５１と、受信部４１，５１により受信された複数のデータフレームに基づいて、それぞれのデータフレームの送信先がメータユニット６であるか否かを判定する送信先判定部４２，５２と、送信先判定部４２，５２により送信先がメータユニット６であると判定されたデータフレームのそれぞれから、データフィールドに含まれるデータとＩＤフィールドに含まれる識別データとを抽出して単一の新たなデータフレームである統合データフレームを生成するフレーム統合部４３，５３と、フレーム統合部４３，５３により生成された統合データフレームをメータユニット６に送信する送信部４４，５４と、を備える（図３）。

すなわち、複数のＥＣＵ２のそれぞれから単一のメータユニット６に送信される複数のデータフレームＦ１～Ｆ４を、通信線３間を接続するＩＣＭ４およびゲートウェイ５により単一の統合データフレームＦ６に統合して転送する。これにより、単一のメータユニット６に接続された単一の通信線３ｅにおけるトラフィックを低減することができる。

（２）フレーム統合部４３，５３により生成される統合データフレームは、送信先判定部４２，５２により送信先がメータユニット６であると判定されたデータフレームのそれぞれから抽出されたデータと識別データとが含まれる新たなデータフィールドと、統合データフレームを特定する新たな識別データが含まれる新たなＩＤフィールドと、を含む。これにより、受信側のメータユニット６が、統合データフレームＦ６に含まれる複数の実体的なデータの送信元やデータの種類等を把握することができる。

（３）複数のＥＣＵ２のそれぞれから送信されるデータフレームは、データフレームの送信回数を示すデータが含まれるアライブカウンタをさらに含む。フレーム統合部４３，５３により生成される統合データフレームは、統合データフレームの送信回数を示すデータが含まれる新たなアライブカウンタをさらに含む。これにより、受信側のメータユニット６が、統合データフレームおよび統合された元の各データフレームの送信元の健全性を確認することができる。

（４）フレーム統合部４３，５３は、所定時間内に受信されたデータフレームを統合して統合データフレームを生成する。例えば各ＥＣＵ２の演算周期よりも短い所定時間に設定することで、データフレームの統合による転送の遅延を防止することができる。

（５）フレーム統合部４３，５３は、受信されたデータフレームのデータ量が所定量に達すると統合データフレームを生成する。例えば、データフィールドの規定長である６４ビットに達すると統合データフレームを生成する。これにより、データの蓄積時間が所定時間に達していなくても適切なタイミングで統合データフレームを生成することができ、統合データフレームを効率的に転送することができる。

上記実施形態は種々の形態に変形することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、図３等においてＩＣＭ４とゲートウェイ５とがデータフレームを統合して転送（中継）するとしたが、データフレームを中継する車載通信中継装置はこのようなものに限らない。車載通信中継装置は、複数の第１装置のそれぞれから第２装置に送信されるデータフレームを中継するものであればどのようなものでもよく、ＩＣＭ４またはゲートウェイ５のみを車載通信中継装置としてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の一つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１車両、２ＥＣＵ（電子制御ユニット）、３通信線、４ＩＣＭ（バス機能統合ユニット）、５ゲートウェイ、６メータユニット、４１，５１受信部、４２，５２送信先判定部、４３，５３フレーム統合部、４４，５４送信部、１００車載ネットワーク

Claims

車両に搭載された複数の第１装置と、前記車両の運転席前方に設けられた表示部を制御する単一の第２装置と、の間に介装され、前記複数の第１装置のそれぞれから前記第２装置に送信されるデータフレームを中継する車載通信中継装置であって、
前記複数の第１装置のそれぞれから送信されるデータフレームは、前記複数の第１装置のそれぞれで取得されたデータが含まれる第１データ領域と、前記データの送信元、送信先、受信すべき装置、およびデータの種類を特定する識別データが含まれる第２データ領域と、前記データフレームの送信回数を示すデータが含まれる第３データ領域と、を含み、
前記複数の第１装置から送信された複数のデータフレームを受信する受信部と、
前記受信部により受信された複数のデータフレームに基づいて、それぞれのデータフレームの送信先が前記第２装置であるか否かを判定する送信先判定部と、
前記送信先判定部により送信先が前記第２装置であると判定されたデータフレームのそれぞれから、前記第１データ領域に含まれるデータと、前記第２データ領域に含まれる識別データと、前記第３データ領域に含まれる前記データフレームの送信回数を示すデータと、を抽出して単一の新たなデータフレームである統合データフレームを生成するフレーム統合部と、
前記フレーム統合部により生成された統合データフレームを前記第２装置に送信する送信部と、を備え、
前記フレーム統合部により生成された統合データフレームは、前記送信先判定部により送信先が前記第２装置であると判定されたデータフレームのそれぞれから抽出された前記データと前記識別データと前記データフレームの送信回数を示すデータとが含まれる新たな第１データ領域と、統合データフレームの送信元、送信先、受信すべき装置、およびデータの種類を特定する新たな識別データが含まれる新たな第２データ領域と、統合データフレームの送信回数を示すデータが含まれる新たな第３データ領域と、を含むことを特徴とする車載通信中継装置。
請求項１に記載の車載通信中継装置において、
前記フレーム統合部は、所定時間内に前記受信部により受信された複数のデータフレームを統合して前記統合データフレームを生成することを特徴とする車載通信中継装置。
請求項２に記載の車載通信中継装置において、
前記フレーム統合部は、前記所定時間内に前記受信部により受信された複数のデータフレームのうち、前記送信先判定部により送信先が前記第２装置であると判定されたデータフレームのそれぞれから抽出された前記データと前記識別データと前記データフレームの送信回数を示すデータとのデータ量が所定量に達すると前記統合データフレームを生成することを特徴とする車載通信中継装置。