JP7207231B2

JP7207231B2 - 通信装置及びプロトコルの切替方法

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Publication number: JP7207231B2
Application number: JP2019151514A
Authority: JP
Inventors: 裕史山川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: JP2021034828A; DE102020121542A1; US20210058495A1

Description

本発明は、通信装置及びプロトコルの切替方法に関する。

特許文献１には、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）プロトコルによる通信において、調停負けにより待機状態の続くデータフレームを通信路に送信した際のトラフィックの増加を抑制できる通信制御用コントローラが開示されている。当該通信制御用コントローラは、調停負けによる待機時間が所定の時間よりも経過した場合に、ＣＡＮプロトコルから、より高速な通信を可能とするＣＡＮ－ＦＤ（ＣＡＮＷｉｔｈＦｌｅｘｉｂｌｅＤａｔａＲａｔｅ）プロトコルに切り替えて送信処理を行う。

特開２０１７－１８８７９４号公報

ＣＡＮプロトコルによる通信に比べて１ビットあたりの通信時間が短くなるＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる通信においては、波形の立ち上がり、立ち下がり、リンギング等、通信波形に対する収束時間を考慮した余裕幅がＣＡＮプロトコルよりも短くなる。そのため、ＣＡＮプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに切り替えることにより、誤サンプリングが起きやすく、通信異常が発生しやすくなり、通信品質が低下する。

そこで、本発明は、通信速度が高速のプロトコルによる通信を主としつつ、同プロトコルで通信エラーが生じた場合に通信速度が低速のプロトコルに切り替えることにより、通信の高速性とロバスト性を両立させた通信装置及びプロトコルの切り替え方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の通信装置は、通信フレームを通信路に接続された他の通信装置に向けて送信する送信部と、前記送信部による前記通信フレームの送信がエラーか否かを判定する判定部と、第１のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが所定限度以上であると判定された場合に、送信部における通信方式を前記第１のプロトコルから前記第１のプロトコルよりも通信速度が低速な第２のプロトコルに切り替える切替部と、を備え、前記送信部は、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づいて制御され、前記第１のプロトコルであるＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームに含まれる通信データを分割し、前記第２のプロトコルであるＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てるように変換する変換部をさらに備え、前記変換部は、前記通信データに含まれるデータが許容する遅延時間毎に前記通信データを分割し、分割した前記通信データを、許容する遅延時間の短い順にＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てる。

請求項１に記載の通信装置は、通信路を介して他の通信装置と接続されている。当該通信装置は、送信部が通信フレームを他の通信装置に向けて送信し、判定部が通信フレームの送信がエラーか否かを判定する。そして、当該通信装置では、第１のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが所定限度以上であると判定された場合に、切替部が通信方式を第１のプロトコルから第２のプロトコルに切り替える。ここで、第２のプロトコルは、第１のプロトコルよりも通信速度が低速である。そのため、当該通信装置によれば、第１のプロトコルによる通信を主としつつ、同プロトコルで通信エラーが生じた場合に第２のプロトコルに切り替えることにより、通信の高速性とロバスト性を両立させることができる。
また、請求項１に記載の通信装置では、通信方式がＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替えられる際に、変換部がＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームに含まれる通信データを分割し、許容する遅延時間の短い順にＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てる。機器の制御等に対して優先度の高い通信データ程、通信において許容する遅延時間が短く設定されている場合がある。そのため、当該通信装置によれば、通信速度が低下した状態であっても優先度の高い通信データを送信する際の遅延を抑制することができる。

請求項２に記載の通信装置は、請求項１に記載の通信装置において、前記送信部は、通信方式を前記第１のプロトコルから前記第２のプロトコルに切り替える場合に、前記他の通信装置に向けて前記第２のプロトコルへの切り替えを要求する通知を行い、前記切替部は、前記通知を行った前記他の通信装置から前記第２のプロトコルに切り替える旨の応答を受け付けることなく所定時間が経過した場合に、通信方式を前記第１のプロトコルから前記第２のプロトコルに切り替える。

請求項２に記載の通信装置は、通信方式を前記第１のプロトコルから前記第２のプロトコルに切り替える場合に、他の通信装置に向けて前記第２のプロトコルへの切り替えを要求する通知を行う。そして、通知を行った他の通信装置から第２のプロトコルに切り替える旨の応答を受け付けることなく所定時間が経過した場合に、切替部は通信方式を第１のプロトコルから第２のプロトコルに切り替える。当該通信装置によれば、プロトコルを切り替える際、他の通信装置との通信に問題がある場合であっても、切り替えを行うことができる。

請求項３に記載の通信装置は、請求項１又は２に記載の通信装置において、前記切替部は、第２のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが前記所定限度を下回ると判定された場合に、前記送信部における通信方式を前記第２のプロトコルから前記第１のプロトコルに切り替える。

請求項３に記載の通信装置は、エラーの発生度合いが前記所定限度を下回ると判定された場合に、切替部は通信方式を第２のプロトコルから第１のプロトコルに切り替える。当該通信装置によれば、他の通信装置との間の通信状況が改善された場合には、第２のプロトコルの通信よりも通信速度が高速な第１のプロトコルに通信方式を切り替えることで、通信の遅延を抑制することができる。

請求項４に記載の通信装置は、請求項１～３の何れか１項に記載の通信装置において、エラーが発生したと判定された場合に当該エラーの回数を加算し、送信が成功したと判定された場合に当該回数を減算する、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づくエラーカウンタをさらに備え、前記エラーカウンタにおけるカウント値を前記エラーの発生度合いとした場合、前記送信部における送信状態がアクティブ状態からパッシブ状態に切り替わるカウント値よりも低い値に前記所定限度となるカウント値を設定する。

請求項４に記載の通信装置は、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づくエラーカウンタを、プロトコルの切り替えの契機に利用するものである。ここで、エラーカウンタは、予め定められたカウント値を超えると送信状態がアクティブ状態からパッシブ状態に遷移し、送信が待機される。そのため、当該通信装置では、プロトコルの切り替えの契機となる所定限度のカウント値を、送信状態がアクティブ状態からパッシブ状態に切り替わるカウント値よりも低い値に設定している。当該通信装置によれば、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルにおける通信エラーの発生により送信が待機となる前に通信方式を低速のＣＡＮプロトコルに切り替えることで、通信フレームの遅延を抑制することができる。

請求項５に記載のプロトコルの切替方法は、通信フレームを通信装置から通信路に接続された他の通信装置に向けて送信する送信ステップと、前記送信ステップにおける前記通信フレームの送信がエラーか否かを判定する判定ステップと、第１のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが所定限度以上であると判定された場合に、通信方式を前記第１のプロトコルから前記第１のプロトコルよりも通信速度が低速な第２のプロトコルに切り替える切替ステップと、を含み、前記送信ステップは、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づいて制御され、前記第１のプロトコルであるＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームに含まれる通信データを分割し、前記第２のプロトコルであるＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てるように変換する変換ステップをさらに含み、前記変換ステップでは、前記通信データに含まれるデータが許容する遅延時間毎に前記通信データを分割し、分割した前記通信データを、許容する遅延時間の短い順にＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てる。

請求項５に記載のプロトコルの切替方法は、通信路を介して接続される通信装置と他の通信装置とに適用される。当該プロトコルの切替方法では通信フレームを通信装置から他の通信装置に向けて送信する送信ステップが実行されると、判定ステップにおいて送信がエラーか否かの判定が行われる。そして、切替ステップにおいて、第１のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが所定限度以上であると判定された場合に、通信方式を第１のプロトコルから第２のプロトコルに切り替えられる。上述のとおり、第２のプロトコルは、第１のプロトコルよりも通信速度が低速である。そのため、当該プロトコルの切替方法によれば、第１のプロトコルによる通信を主としつつ、同プロトコルで通信エラーが生じた場合に第２のプロトコルに切り替えることにより、通信の高速性とロバスト性を両立させることができる。

本発明によれば、通信速度が高速のプロトコルによる通信を主としつつ、同プロトコルで通信エラーが生じた場合に通信速度が低速のプロトコルに切り替えることにより、通信の高速性とロバスト性を両立させることができる。

実施形態に係る通信システムの概略構成を示す図である。ＣＡＮプロトコルにおける標準フォーマットのデータフレームの構造例である。ＣＡＮ－ＦＤプロトコルにおける標準フォーマットのデータフレームの構造例である。実施形態のＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。実施形態のＥＣＵの機能構成の例を示すブロック図である。実施形態において、送信側のＥＣＵにおいて実行される送信側切替処理の流れを示すフローチャートである。実施形態において、送信側のＥＣＵにおいて実行される送信側切替処理の流れを示すフローチャート（図６の続き）である。実施形態において、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームの例を示す図である。実施形態において、ＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームの例を示す図である。実施形態において、受信側のＥＣＵにおいて実行される受信側切替処理の流れを示すフローチャートである。実施形態において、受信側のＥＣＵにおいて実行される受信側切替処理の流れを示すフローチャート（図１０の続き）である。

（通信システム）
図１は、実施形態に係る通信システム１２の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態に係る通信システム１２は、ノードとなる複数のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０と、複数のＥＣＵ１０同士を接続する通信路であるバス１４と、を含んで構成されている。本実施形態の通信システム１２は、例えば、車両に設けられた各ＥＣＵ１０を接続するネットワークとして形成されている。

図１には、ＥＣＵ１０Ａ及びＥＣＵ１０Ｂの２つＥＣＵ１０が図示されている。ＥＣＵ１０Ａは通信装置の一例であり、ＥＣＵ１０Ｂは他の通信装置の一例である。以下の説明において、ＥＣＵ１０Ａは通信フレームを送信する送信側のノードとし、ＥＣＵ１０Ｂは通信フレームを受信する受信側のノードとして説明する。なお、バス１４には、ＥＣＵ１０Ａ及びＥＣＵ１０Ｂに限らず、さらに多くのＥＣＵ１０が接続されていてもよい。また、本実施形態の通信システム１２は、バス型のバス構造を採用しているが、これに限らず、スター型、リング型、ライン型（ディジーチェーン接続）のバス構造を採用してもよい。

本実施形態の通信システム１２では、ＥＣＵ１０同士の通信を行うための通信方式にＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）プロトコルと、ＣＡＮプロトコルよりも通信速度が高速であるＣＡＮ－ＦＤ（ＣＡＮＷｉｔｈＦｌｅｘｉｂｌｅＤａｔａＲａｔｅ）プロトコルとを採用している。ここで、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルは第１のプロトコルの一例であり、ＣＡＮプロトコルは第２のプロトコルの一例である。

（通信方式）
次に、本実施形態の通信システム１２に適用される通信方式であるＣＡＮプロトコルとＣＡＮ－ＦＤプロトコルとについて説明する。本実施形態の通信フレームは各プロトコルに規定されるデータフレームにより構成されている。

図２は、ＣＡＮプロトコルにおける標準フォーマットのデータフレームの構造例であり、図３は、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルにおける標準フォーマットのデータフレームの構造例である。双方のプロトコルにおいて、データフレームは、ＳＯＦ（ＳｔａｒｔＯｆＦｒａｍｅ）、アービトレーション領域、コントロール領域、データ領域、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）領域、ＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）領域、及びＥＯＦ（ＥｎｄＯｆＦｒａｍｅ）を含んで構成されている。

ＳＯＦは、データフレームの開始を示す機能を有する１ビットのフレームである。

アービトレーション領域は、データの内容を識別するために用いられる１１ビットのＩＤを含むフレームの領域である。

コントロール領域は、データの長さを決めるために用いられる４ビットのＤＬＣ（ＤａｔａＬｅｎｇｔｈＣｏｄｅ）を含むフレームの領域である。

データ領域は、送信されるデータ部分であって、本実施形態の通信データの格納領域である。ＣＡＮプロトコルにおけるデータ長は、０～８バイトの範囲で設定可能である（図２参照）。また、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルにおけるデータ長は、０～８、１２、１６、２０、２４、３２、４８、６４バイトの範囲で設定可能である（図３参照）。

ＣＲＣ領域は、ＩＤ、コントロール領域、データ領域等の送信値より演算した演算結果であるＣＲＣシーケンスを含むフレームの領域である。

ＡＣＫ領域は、受信確認に用いられる１ビットのＡＣＫスロットを含むフレームの領域である

ＥＯＦは、データフレームの終了を示す機能を有する１ビットのフレームである。

図３に示されるように、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルのデータフレームにおいては、データ領域を含むデータフェーズにおいて、ＣＡＮプロトコルのデータフレームよりも転送速度の高速化を図ることができる。なお、データフェーズの前後に設けられたアービトレーションフェーズにおいては、ＣＡＮプロトコルと同様の通信速度となる。

（ＥＣＵ）
図４に示されるように、本実施形態のＥＣＵ１０は、マイクロコントローラ２０と、ＣＡＮトランシーバ３０と、を含んで構成されている。マイクロコントローラ２０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２２、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２４、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２６、及びＣＡＮコントローラ２８を含んで構成されている。

ＣＰＵ２２は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ２２は、ＲＯＭ２４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ２６を作業領域としてプログラムを実行する。本実施形態では、ＲＯＭ２４に実行プログラムが記憶されている。

ＲＯＭ２４は、各種プログラム及び各種データを記憶している。ＲＡＭ２６は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。

ＣＡＮコントローラ２８は、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに係る機能、例えば、通信調停やエラーチェック等の機能を実現する。

ＣＡＮトランシーバ３０は、マイクロコントローラ２０、及びバス１４と接続され、マイクロコントローラ２０から入力される通信フレームをバス１４に送信し、バス１４によって転送される通信フレームをマイクロコントローラ２０に入力する機能を有している。

図５は、ＥＣＵ１０の機能構成の例を示すブロック図である。図５に示されるように、ＥＣＵ１０は、情報処理部１０２、フレーム通信部１０４、通信異常判定部１０６、エラーカウンタ１０８、待機時間判定部１１０、プロトコル切替部１１２、及び変更フレーム作成部１１４を有している。各機能構成は、ＣＰＵ２２がＲＯＭ２４に記憶された実行プログラムを読み出し、これを実行することによって実現される。

情報処理部１０２は、他のＥＣＵ１０や各部のセンサから取得した情報を処理する機能を有している。例えば、ＥＣＵ１０が車両のエンジンを制御するエンジンＥＣＵである場合、情報処理部１０２は、エンジン各部のセンサから情報を取得すると共に、スロットル等のアクチュエータを駆動するための信号を出力する。

送信部としてのフレーム通信部１０４は、他のＥＣＵ１０との間で情報フレームの通信を行う機能を有している。情報フレームには、情報処理部１０２が取得する又は出力する情報に係る通信データが含まれている。本実施形態のフレーム通信部１０４は、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルの通信方式に基づいて制御される。そのため、情報フレームはＣＡＮプロトコル又はＣＡＮ－ＦＤプロトコルに準拠したフォーマットとされている。

判定部としての通信異常判定部１０６は、情報フレームの通信にエラーが生じているか否かを判定する機能を有している。ここで、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルでは、ビットエラー、フォームエラー、ＡＣＫエラー、ＣＲＣエラー、スタッフエラーの５種類のエラーが定義されている。ビットエラーは、送信側のＥＣＵ１０において送信したレベルとバス１４のレベルが異なるときに検出される。フォームエラーは、レベルが固定されたビットに誤りがあるときに検出される。ＡＣＫエラーは、受信側のＥＣＵ１０からＡＣＫが送られてこなかったときに検出される。ＣＲＣエラーは、受信側のＥＣＵ１０において受信した通信フレームに含まれるＣＲＣシーケンスと通信フレームのデータから計算したＣＲＣが異なるときに検出される。スタッフエラーは、ビットスタッフィングルールに違反しているときに検出される。なお、エラーの仕組みの詳細については、特開２０１９－０８７８９０に開示のとおりである。

送信側のノードであるＥＣＵ１０Ａにおいて、通信異常判定部１０６は、情報フレームの送信に失敗した場合に送信エラーが生じていると判定する。具体的に、ＥＣＵ１０Ａの通信異常判定部１０６は、ビットエラー、フォームエラー、及びＡＣＫエラーを検知した場合に送信エラーが生じていると判定する。

また、受信側のノードであるＥＣＵ１０Ｂにおいて、通信異常判定部１０６は、情報フレームの受信に失敗した場合に受信エラーが生じていると判定する。具体的に、ＥＣＵ１０Ｂの通信異常判定部１０６は、ＣＲＣエラー、フォームエラー、及びスタッフエラーを検知した場合に受信エラーが生じていると判定する。通信異常判定部１０６により受信エラーが生じていると判定された場合、ＥＣＵ１０ＢからＥＣＵ１０Ａに向けてエラーフレームが送信される。そして、ＥＣＵ１０Ａの通信異常判定部１０６は、ＥＣＵ１０Ｂからエラーフレームを受信した場合に、ＥＣＵ１０Ａにおいて送信エラーが生じていると判定する。

エラーカウンタ１０８は、通信異常判定部１０６により判定されたエラーの回数をカウントする機能を有している。このエラーカウンタ１０８は、送信エラーカウンタと受信エラーカウンタとを有している。送信エラーカウンタは、送信エラーが発生したと判定された場合に当該送信エラーの回数を加算し、送信が成功したと判定された場合に当該回数を減算する。また、受信エラーカウンタは、受信エラーが発生したと判定された場合に当該受信エラーの回数を加算し、受信が成功したと判定された場合に当該回数を減算する。

本実施形態のエラーカウンタ１０８は、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づいたカウンタであり、０～２５５のカウント値を有している。送信側のＥＣＵ１０Ａでは、カウント値が０～１２７の場合、ＥＣＵ１０Ａは「アクティブ状態」となり送信を行うことができるが１２８～２５５の場合、ＥＣＵ１０Ａは「パッシブ状態」となり送信が待機となる。パッシブ状態では、データフレーム同士の間が８ビット長くなる。これにより、バス１４では、通信フレームの通信遅延時間が悪化してしまう。なお、カウント値が２５５に達すると、ＥＣＵ１０Ａは「バスオフ状態」となりバス１４から切り離される。

待機時間判定部１１０は、ＥＣＵ１０Ｂに対してプロトコルの切り替えを要求するプロトコル切替要求を送信した際の待機時間を測定する機能を有している。プロトコル切替要求を送信したＥＣＵ１０Ｂから、プロトコルの切り替えを許可する通知であるプロトコル切替許可を受信することなく、待機時間が所定時間を経過した場合、後述するプロトコル切替部１１２はプロトコルを切り替える。

切替部としてのプロトコル切替部１１２は、フレーム通信部１０４において適用されるプロトコルを切り替える機能を有している。ＥＣＵ１０Ａにおいて、プロトコル切替部１１２は、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルにおける送信エラーの発生度合いが所定限度以上であると判定された場合に、通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替えることができる。また、プロトコル切替部１１２は、ＣＡＮプロトコルにおける送信エラーの発生度合いが前記所定限度を下回ると判定された場合に、通信方式をＣＡＮプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに切り替えることができる。プロトコル切替部１１２は、ＥＣＵ１０Ｂからプロトコル切替許可を受け付けた場合、又は所定時間が経過した場合にプロトコルを切り替える。

一方、ＥＣＵ１０Ｂにおいて、プロトコル切替部１１２は、ＥＣＵ１０Ａからプロトコル切替要求を受け付けた場合、又は所定時間が経過した場合にプロトコルを切り替える。

ここで、「エラーの発生度合い」とは、エラーカウンタ１０８のカウント値により定義される。この場合、プロトコルの切り替え契機となる「所定限度」は、送信状態がアクティブ状態からパッシブ状態に遷移するカウント値（１２８）よりも低い値に設定される。例えば、アクティブ状態であっても警告リミットが作動するカウント値９７よりも低い値に設定される。

変換部としての変更フレーム作成部１１４は、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームに含まれる通信データを分割し、ＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てる機能を有している。本実施形態ではＣＡＮ－ＦＤプロトコルの通信フレームにおける通信データのデータ長が３２バイトに設定されている。そのため、通信データをＣＡＮプロトコルで送信する場合、データ長が最大８バイトの通信データを含む通信フレームを４フレーム作成する必要がある。また、本実施形態の変更フレーム作成部１１４は、分割したＣＡＮ－ＦＤプロトコルの通信データを、許容する遅延時間の短い順にＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てる。

（作用）
次に本実施形態においてＥＣＵ１０ＡからＥＣＵ１０Ｂに向けて通信フレームを送信する場合において、送信側のＥＣＵ１０Ａで実行される送信側切替処理の流れについて図６及び図７のフローチャートを用いて説明する。

本実施形態の通信システム１２では、バス１４における通信の高速化を図るべく、原則としてＣＡＮプロトコルに優先してＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる通信が行われている。

図６のステップＳ１００において、ＥＣＵ１０ＡはＥＣＵ１０Ｂに向けてＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームを送信する。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０ＡはＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信におけるエラーの判定を実行する。ＥＣＵ１０Ａが送信した通信フレームに対するエラーを検知した場合に送信エラーが発生していると判定する。また、ＥＣＵ１０Ｂが、受信した通信フレームに対する送信エラーを検知し、ＥＣＵ１０Ａに対してエラーフレームを送信した場合に、ＥＣＵ１０Ａは送信エラーが発生していると判定する。ＥＣＵ１０Ａは、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる送信において、送信エラーの判定があった場合、エラーカウンタ１０８のカウント値を加算し、送信エラーの判定がなかった場合、カウント値を減算する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１０Ａはエラーカウンタ１０８における送信エラーのカウント値が所定限度として設定された所定値以上であるか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ａはカウント値が所定値以上であると判定した場合、ステップＳ１０３に進む。一方、ＥＣＵ１０Ａはカウント値が所定値以上ではない、つまり所定値未満と判定した場合、ステップＳ１００に戻る。すなわち、ＥＣＵ１０Ａは送信エラーのカウント値が所定値に達するまで通信フレームの再送信を行う。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１０Ａは同一バス１４に接続された受信側のＥＣＵ１０Ｂにプロトコル切替要求を送信する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１０Ａは受信側のＥＣＵ１０Ｂからプロトコル切替許可を受信したか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ａはプロトコル切替許可を受信したと判定した場合、ステップＳ１０６に進む。一方、ＥＣＵ１０Ａはプロトコル切替許可を受信していないと判定した場合、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１０ＡはＥＣＵ１０Ｂにプロトコル切替要求を送信してから所定時間以上経過したか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ａは所定時間以上経過したと判定した場合、ステップＳ１０６に進む。一方、ＥＣＵ１０Ａは所定時間以上経過していないと判定した場合、つまり所定時間未満である判定した場合、ステップＳ１００に戻る。すなわち、ＥＣＵ１０Ａは所定時間を経過するまで通信フレームの再送信を行う。

ここで、本ステップにおける時間の計時は上述の待機時間判定部１１０により行われる。この場合、プロトコルの切り替えの契機とされる所定時間は、エラーカウンタ１０８のカウント値がパッシブ状態に遷移しない程度の時間に設定する。所定時間を大きくすることで、送信エラーとなる送信を繰り返せば、カウント値が増加してパッシブ状態に遷移するからである。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１０Ａは通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替える。後述のように、ＥＣＵ１０Ｂでは、プロトコル切替許可の送信に伴い、通信方式がＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替えられる。これにより、ＥＣＵ１０Ａは、ＥＣＵ１０ＢとＣＡＮプロトコルによる通信が可能となる。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１０Ａは通信フレームに含まれる通信データを分割し、許容遅延時間が厳しい順にＣＡＮプロトコルの通信フレームに割り当てる。例えば、図８に示されるように、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルの通信フレームにおいて、データ長が３２バイトの通信データが含まれる場合を想定する。この場合、３２バイトの通信データは、データ長が最大８バイトであるＣＡＮプロトコルの通信フレームに含めることができないため、少なとも４つの通信フレームに分割する必要がある。

そこで本ステップにおいては、図９に示されるように、ＥＣＵ１０Ａは通信データを８バイト毎に分割すると共に、分割した各通信データに対して許容される遅延時間が厳しい程、番号の若いＣＡＮＩＤを付与する。

例えば、許容遅延時間が最も短い１０ｍｓ以下である「ＡＡＡ，ＢＢＢ」の通信データに対してはＩＤ１１１を付与し、許容遅延時間が１００ｍｓ以下である「ＣＣＣ，ＤＤＤ，ＥＥＥ，ＦＦＦ」の通信データに対してはＩＤ２２２を付与する。また、許容遅延時間が１，０００ｍｓ以下である「ＧＧＧ，ＨＨＨ」の通信データに対してはＩＤ４４４を付与し、許容遅延時間が最も長い１０，０００ｍｓ以下である「ＩＩＩ，ＪＪＪ，ＫＫＫ」の通信データに対してはＩＤ５５５を付与する。なお、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルの通信フレームとＩＤが重複しないように、ＩＤ３３３は欠番としている。

図７のステップＳ１０８において、ＥＣＵ１０ＡはＥＣＵ１０Ｂに向けてＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームを送信する。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ１０ＡはＣＡＮプロトコルに基づく通信におけるエラーの判定を実行する。判定方法については、ステップＳ１０１と同様である。ＥＣＵ１０Ａは、ＣＡＮプロトコルによる送信において、送信エラーの判定があった場合、エラーカウンタ１０８のカウント値を加算し、送信エラーの判定がなかった場合、カウント値を減算する。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１０Ａはエラーカウンタ１０８における送信エラーのカウント値が所定限度として設定された所定値以上であるか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ａはカウント値が所定値以上であると判定した場合、ステップＳ１０８に戻る。一方、ＥＣＵ１０Ａはカウント値が所定値以上ではない、つまり所定値未満と判定した場合、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ１０Ａは同一バス１４に接続された受信側のＥＣＵ１０Ｂにプロトコル切替要求を送信する。

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ１０Ａは受信側のＥＣＵ１０Ｂからプロトコル切替許可を受信したか否かの判定を行う。内容はステップＳ１０４と同じである。ＥＣＵ１０Ａはプロトコル切替許可を受信したと判定した場合、ステップＳ１１４に進む。一方、ＥＣＵ１０Ａはプロトコル切替許可を受信していないと判定した場合、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３において、ＥＣＵ１０ＡはＥＣＵ１０Ｂにプロトコル切替要求を送信してから所定時間以上経過したか否かの判定を行う。内容はステップＳ１０５と同じである。ＥＣＵ１０Ａは所定時間以上経過したと判定した場合、ステップＳ１１４に進む。一方、ＥＣＵ１０Ａは所定時間以上経過していないと判定した場合、つまり所定時間未満である判定した場合、ステップＳ１０８に戻る。すなわち、ＥＣＵ１０Ａは所定時間を経過するまで通信フレームの再送信を行う。

ステップＳ１１４において、ＥＣＵ１０Ａは通信方式をＣＡＮプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに切り替える。ＥＣＵ１０Ｂでは、プロトコル切替許可の送信に伴い、通信方式がＣＡＮプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに切り替えられる。これにより、ＥＣＵ１０Ａは、ＥＣＵ１０ＢとＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる通信が可能となる。

以上の処理を経て送信側切替処理は終了する。

続けて受信側のＥＣＵ１０Ｂで実行される受信側切替処理の流れについて図１０及び図１１のフローチャートを用いて説明する。

図１０のステップＳ２００において、ＥＣＵ１０ＢはＥＣＵ１０ＡからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームを受信する。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ１０ＢはＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信におけるエラーの判定を実行する。ＥＣＵ１０Ｂが受信した通信フレームに対するエラーを検知した場合に送信エラーが発生していると判定する。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ１０Ｂは送信エラーがあるか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂは送信エラーがあると判定した場合、ステップＳ２０３に進む。一方、ＥＣＵ１０Ｂは送信エラーがないと判定した場合、受信側切替処理を終了する。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ１０Ｂは同一バス１４に接続された送信側のＥＣＵ１０Ａに送信エラーを通知する。具体的には、エラーフレームを送信する。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ１０Ｂはエラーカウンタ１０８における受信エラーのカウント値が所定限度として設定された所定値以上であるか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂはカウント値が所定値以上であると判定した場合、ステップＳ２０５に進む。一方、ＥＣＵ１０Ｂはカウント値が所定値以上ではない、つまり所定値未満と判定した場合、ステップＳ２００に戻る。すなわち、ＥＣＵ１０Ｂは受信エラーのカウント値が所定値に達するまで通信フレームの再受信を行う。

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ１０Ｂは送信側のＥＣＵ１０Ａからプロトコル切替要求を受信したか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂはプロトコル切替要求を受信したと判定した場合、ステップＳ２０７に進む。一方、ＥＣＵ１０Ｂはプロトコル切替要求を受信していないと判定した場合、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ１０ＢはＥＣＵ１０Ａに送信エラーを通知してから所定時間以上経過したか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂは所定時間以上経過したと判定した場合、ステップＳ２０７に進む。一方、ＥＣＵ１０Ｂは所定時間以上経過していないと判定した場合、つまり所定時間未満である判定した場合、ステップＳ２００に戻る。すなわち、ＥＣＵ１０Ｂは所定時間を経過するまで通信フレームの再受信を行う。

ステップＳ２０７において、ＥＣＵ１０Ｂは同一バス１４に接続された送信側のＥＣＵ１０Ａにプロトコル切替許可を送信する。

ステップＳ２０８において、ＥＣＵ１０Ｂは通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替える。前述のように、ＥＣＵ１０Ａでは、プロトコル切替許可の受信に伴い、通信方式がＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替えられる。これにより、ＥＣＵ１０Ｂは、ＥＣＵ１０ＡとＣＡＮプロトコルによる通信が可能となる。

なお、通信にエラーが生じていることで、ＥＣＵ１０Ｂは、ＥＣＵ１０Ａからプロトコル切替要求を受信できず、ＥＣＵ１０Ａに対しプロトコル切替許可を送信できない可能性がある。この場合、ＥＣＵ１０Ｂでは、所定時間、送信エラーが続いた場合（ステップＳ２０６参照）に通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替えるように設定することにより、ＥＣＵ１０ＡとのＣＡＮプロトコルによる通信が可能となる。

図１１のステップＳ２０９において、ＥＣＵ１０ＢはＥＣＵ１０ＡからＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームを受信する。

ステップＳ２１０において、ＥＣＵ１０ＢはＣＡＮプロトコルに基づく通信におけるエラーの判定を実行する。

ステップＳ２１１において、ＥＣＵ１０Ｂは送信エラーがあるか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂは送信エラーがあると判定した場合、ステップＳ２１２に進む。一方、ＥＣＵ１０Ｂは送信エラーがないと判定した場合、ステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２１２において、ＥＣＵ１０Ｂは同一バス１４に接続された送信側のＥＣＵ１０Ａに送信エラーを通知する。具体的には、エラーフレームを送信する。そして、ステップＳ２０９に戻る。

ステップＳ２１３において、ＥＣＵ１０Ｂはエラーカウンタ１０８における受信エラーのカウント値が所定限度として設定された所定値以上であるか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂはカウント値が所定値以上であると判定した場合、ステップＳ２０９に戻る。すなわち、ＥＣＵ１０Ｂは受信エラーのカウント値が所定値未満になるまで通信フレームの再受信を行う。一方、ＥＣＵ１０Ｂはカウント値が所定値以上ではない、つまり所定値未満と判定した場合、ステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１４において、ＥＣＵ１０Ｂは送信側のＥＣＵ１０Ａからプロトコル切替要求を受信したか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂはプロトコル切替要求を受信したと判定した場合、ステップＳ２１６に進む。一方、ＥＣＵ１０Ｂはプロトコル切替要求を受信していないと判定した場合、ステップＳ２１５に進む。

ステップＳ２１５において、ＥＣＵ１０ＢはＥＣＵ１０Ａに送信エラーを通知してから所定時間以上経過したか否かの判定を行う。ＥＣＵ１０Ｂは所定時間以上経過したと判定した場合、ステップＳ２１６に進む。一方、ＥＣＵ１０Ｂは所定時間以上経過していないと判定した場合、つまり所定時間未満である判定した場合、ステップＳ２０９に戻る。すなわち、ＥＣＵ１０Ｂは所定時間を経過するまで通信フレームの再受信を行う。

ステップＳ２１６において、ＥＣＵ１０Ｂは同一バス１４に接続された送信側のＥＣＵ１０Ａにプロトコル切替許可を送信する。

ステップＳ２１７において、ＥＣＵ１０Ｂは通信方式をＣＡＮプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに切り替える。ＥＣＵ１０Ａでは、プロトコル切替許可の受信に伴い、通信方式がＣＡＮプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに切り替えられる。これにより、ＥＣＵ１０Ｂは、ＥＣＵ１０ＡとＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる通信が可能となる。

以上の処理を経て受信側切替処理は終了する。

（まとめ）
本実施形態の通信システム１２では、通信路であるバス１４を介してＥＣＵ１０ＡとＥＣＵ１０Ｂとが接続されている。ここで、通信システム１２では、バス１４における通信の高速化を図るべく、原則としてＣＡＮプロトコルに優先してＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる通信が行われる。

送信側のノードであるＥＣＵ１０Ａは、送信した通信フレームのエラーを判定し、エラーがあればエラーカウンタ１０８のカウント値を加算し、エラーがなければエラーカウンタ１０８のカウント値を減算するように構成されている。一方、受信側のノードであるＥＣＵ１０Ｂは、受信した通信フレームのエラーを判定し、エラーがあればＥＣＵ１０Ａに通知する。ＥＣＵ１０Ａはエラーの通知を受けることで、エラーカウンタ１０８のカウント値を加算する。

そして、ＥＣＵ１０Ａでは、エラーカウンタ１０８のカウント値が所定値以上であると判定された場合に、プロトコル切替部１１２が通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルより低速のＣＡＮプロトコルに切り替える。ＥＣＵ１０Ａは、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルにおいて送信エラーとされた通信フレームを、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルよりも通信が安定したＣＡＮプロトコルにより送信することができる。本実施形態によれば、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる高速な通信を主としつつ、送信エラーが一定程度蓄積された場合に低速のＣＡＮプロトコルに切り替えることで、通信の高速性とロバスト性を両立させることができる。

一方、本実施形態のＥＣＵ１０Ａでは、エラーカウンタ１０８のカウント値が所定値未満であると判定された場合に、プロトコル切替部１１２が通信方式をＣＡＮプロトコルからＣＡＮ－ＦＤプロトコルに切り替える。すなわち、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０ＡとＥＣＵ１０Ｂとの間の通信状況が改善された場合には、高速なＣＡＮ－ＦＤプロトコルに通信方式を切り替えることで、ＣＡＮプロトコルによる通信を続けることによる通信の遅延を抑制することができる。

なお、プロトコルの切り替えの契機とすべくエラーカウンタ１０８に対して設けられた所定値の値は、送信状態がアクティブ状態からパッシブ状態に遷移するカウント値１２８よりも低い値（例えば、９６以下）に設定するとよい。送信状態がパッシブ状態となると通信フレームの送信が待機され遅延が発生するため、所定値を送信状態が遷移するカウント値の近傍に設定すると、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替わる前に送信が待機になるおそれが生ずる。これに対し、本実施形態によれば、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信に対するエラーの発生により送信が待機となる前に通信方式を低速のＣＡＮプロトコルに切り替えることで、通信フレームの遅延を抑制することができる。

また、本実施形態のＥＣＵ１０Ａは、通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替える場合に、ＥＣＵ１０Ｂに向けてプロトコル切替要求を送信する。一方、ＥＣＵ１０Ｂは、通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替える場合に、ＥＣＵ１０Ａに向けてプロトコル切替許可を送信する。そして、ＥＣＵ１０Ａでは、ＥＣＵ１０Ｂからプロトコル切替許可を受信することなく所定時間が経過した場合に、プロトコル切替部１１２が通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替える。また、ＥＣＵ１０Ｂでは、ＥＣＵ１０Ａからプロトコル切替要求を受信することなく所定時間が経過した場合に、プロトコル切替部１１２が通信方式をＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替える。

このように、本実施形態のＥＣＵ１０によれば、送信側及び受信側においてプロトコルを切り替える際、通信の相手先となるＥＣＵ１０との通信に障害がある場合であっても、時間により切り替えを行うことができる。なお、プロトコルを切り替える契機となる所定時間については、エラーカウンタ１０８のカウント値がパッシブ状態に遷移しない程度の時間に設定することが望ましい。

また、本実施形態の通信システム１２では、通信方式がＣＡＮ－ＦＤプロトコルからＣＡＮプロトコルに切り替えられる際に、変更フレーム作成部１１４がＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームに含まれる通信データを分割し、許容する遅延時間の短い順にＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てる。機器の制御等に対して優先度の高い通信データ程、通信において許容する遅延時間が短く設定されている場合がある。そのため、本実施形態によれば、通信速度が低下した状態であっても優先度の高い通信データを送信する際の遅延を抑制することができる。

なお、送信対象となる通信データが含まれたＣＡＮプロトコルの通信フレームが既に存在する場合、ＣＡＮプロトコルの当該通信フレームを流用し、許容する遅延時間の短い順に番号の若いＩＤを付与し直してもよい。また、ＩＤを付与し直すことなく既に存在するＣＡＮプロトコルの通信フレームをそのまま送信してもよい。

本実施形態の通信システム１２を車両に適用した場合、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルによる通信において、ＥＣＵ１０Ａが走行中の電磁的な影響により通信が困難となり、送信エラーが継続することで、ＥＣＵ１０Ｂがフェールセーフ状態となる場合がある。例えば、ＥＣＵ１０ＢがＥＣＵ１０Ａから車速信号を受信できない場合、フェールセーフ状態となり車両の走行が可能であるものの、メータの車速が表示されない等の問題が生ずる場合がある。本実施形態によれば、通信を確保することによりフェールセーフが発生する確率の低減を図ることができる。これにより、通信システム１２を適用した製品の商品性の底上げを図ることができる。

また、本実施形態の通信システム１２を車両に適用した場合、ＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信においてエラーが発生した場合でも、ＣＡＮプロトコルによる通信を行うことができる。そのため、故障診断時においてＣＡＮプロトコルによる通信により通信ログを取得し、解析することができる。これにより、自動車整備工場等では、通信ログを取得できずに予測で部品を交換することがない。すなわち、本実施形態によれば、誤って部品を交換する確率を下げることができる。

上記実施形態で説明した処理の流れは、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１０ＥＣＵ
１０ＡＥＣＵ（通信装置）
１０ＢＥＣＵ（他の通信装置）
１２通信システム
１４通信路（バス）
１０４フレーム通信部（送信部）
１０６通信異常判定部（判定部）
１０８エラーカウンタ
１１２プロトコル切替部（切替部）
１１４変更フレーム作成部（変換部）

Claims

通信フレームを通信路に接続された他の通信装置に向けて送信する送信部と、
前記送信部による前記通信フレームの送信がエラーか否かを判定する判定部と、
第１のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが所定限度以上であると判定された場合に、送信部における通信方式を前記第１のプロトコルから前記第１のプロトコルよりも通信速度が低速な第２のプロトコルに切り替える切替部と、
を備え、
前記送信部は、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づいて制御され、
前記第１のプロトコルであるＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームに含まれる通信データを分割し、前記第２のプロトコルであるＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てるように変換する変換部をさらに備え、
前記変換部は、
前記通信データに含まれるデータが許容する遅延時間毎に前記通信データを分割し、
分割した前記通信データを、許容する遅延時間の短い順にＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てる通信装置。
前記送信部は、通信方式を前記第１のプロトコルから前記第２のプロトコルに切り替える場合に、前記他の通信装置に向けて前記第２のプロトコルへの切り替えを要求する通知を行い、
前記切替部は、前記通知を行った前記他の通信装置から前記第２のプロトコルに切り替える旨の応答を受け付けることなく所定時間が経過した場合に、通信方式を前記第１のプロトコルから前記第２のプロトコルに切り替える請求項１に記載の通信装置。
前記切替部は、
第２のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが前記所定限度を下回ると判定された場合に、前記送信部における通信方式を前記第２のプロトコルから前記第１のプロトコルに切り替える請求項１又は２に記載の通信装置。
エラーが発生したと判定された場合に当該エラーの回数を加算し、送信が成功したと判定された場合に当該回数を減算する、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づくエラーカウンタをさらに備え、
前記エラーカウンタにおけるカウント値を前記エラーの発生度合いとした場合、前記送信部における送信状態がアクティブ状態からパッシブ状態に切り替わるカウント値よりも低い値に前記所定限度となるカウント値を設定する請求項１～３の何れか１項に記載の通信装置。
通信フレームを通信装置から通信路に接続された他の通信装置に向けて送信する送信ステップと、
前記送信ステップにおける前記通信フレームの送信がエラーか否かを判定する判定ステップと、
第１のプロトコルによる送信におけるエラーの発生度合いが所定限度以上であると判定された場合に、通信方式を前記第１のプロトコルから前記第１のプロトコルよりも通信速度が低速な第２のプロトコルに切り替える切替ステップと、
を含み、
前記送信ステップは、ＣＡＮプロトコル及びＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づいて制御され、
前記第１のプロトコルであるＣＡＮ－ＦＤプロトコルに基づく通信フレームに含まれる通信データを分割し、前記第２のプロトコルであるＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てるように変換する変換ステップをさらに含み、
前記変換ステップでは、
前記通信データに含まれるデータが許容する遅延時間毎に前記通信データを分割し、
分割した前記通信データを、許容する遅延時間の短い順にＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームに割り当てるプロトコルの切替方法。