JP7252097B2 - 車載ネットワークシステム - Google Patents

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関する。

車両には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる電子機器や、電装部品の装置が複数搭載されている。これらの装置は車両の各種機能を分担して実行する。

特許文献１は、ツリー型の接続トポロジを有するネットワークシステムを開示している。すなわち、ネットワークシステムにおいて、上位ノードである１つのＥＣＵが複数の通信線を備え、通信線のそれぞれに下位ノードである複数のＥＣＵが接続されている。

特開２０１４－７８８００号公報

特許文献１のようなネットワークシステムにおいて、上位ノードを車両制御のための機能を集約した高機能な装置とし、複数の下位ノードを上位ノードから制御される簡易化された装置とすることが考えられる。また、上位ノードと下位ノードとの間にゲートウェイの機能を有する中位ノードをさらに設けることが考えられる。しかし、このような構成においては、通信線や中位ノード等に故障が発生すると、上位ノードからの制御ができずその機能が発揮できなくなるおそれがある。このように、ネットワークシステムにおいて上位ノードに機能を集約する場合、堅牢性の向上に検討の余地があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、堅牢性の高い車載ネットワークシステム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、上位装置と、通信機能を有し冗長的に構成された第１通信部および第２通信部を含み、上位装置と複数の通信経路での通信が可能な第１中間装置と、第１中間装置の第１通信部および第２通信部にそれぞれ接続された、第１下位装置とを備える、車載ネットワークシステムである。

本発明の他の局面は、上位装置と、通信機能を有し冗長的に構成された第１通信部および第２通信部を含み、上位装置と複数の通信経路での通信が可能な第２中間装置と、第２中間装置の第１通信部に接続された第２下位装置と、第２中間装置の第２通信部に接続され、第２下位装置と同等の機能を有する第３下位装置とを備える、車載ネットワークシステムである。

本発明のさらに他の局面は、上位装置と、それぞれ通信機能を有する通信部を含み、上位装置と複数の通信経路での通信が可能な第１中間装置および第３中間装置と、第１中間装置の通信部および第３中間装置の通信部に、それぞれ接続された、第１下位装置とを備える、車載ネットワークシステムである。

本発明のさらに他の局面は、上位装置と、それぞれ通信機能を有する通信部を含み、上位装置と複数の通信経路での通信が可能な第２中間装置および第４中間装置と、第２中間装置の通信部に接続された第２下位装置と、第４中間装置の通信部に接続され、第２下位装置と同等の機能を有する第３下位装置とを備える、車載ネットワークシステムである。

本発明によれば、通信系統、通信経路や装置の構成を冗長化するので、堅牢性の高い車載ネットワークシステム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を示す図 本発明の第１実施形態に係るネットワークシステムの故障発生箇所の例を示す図 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故障発生箇所の例を示す図

本発明の各実施形態においては、ネットワークシステムの上位と下位の装置間に複数の通信経路を設ける。あるいは、ネットワークシステムが同等の機能を有する２つの下位装置を備え、これらが相異なる通信経路によって上位装置と通信する。これらによりネットワークシステムに、好適に冗長性を付与することができ、各部の故障に対して堅牢性を向上することができる。

（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の構成と車両１００における配置とを模式的に示す。

本実施形態においては、ネットワークシステム１は、上位ノード、中位ノード、下位ノードを備える。上位ノードは、一例として、各種の車両制御機能のための演算を集約的に実行する比較的高機能なＥＣＵである。下位ノードは、一例として、センサあるいはアクチュエータ、あるいはこれらを個別制御する比較的特化した機能を有するＥＣＵである。中間ノードは、一例として、上位ノードと下位ノードとの間の通信を中継するゲートウェイとして機能するＥＣＵである。

ネットワークシステム１は、上位ノードとして上位装置１０を備える。また、上位装置１０の配下に１つ以上の中位ノードである中間装置を例えばリング型の接続トポロジで接続する。すなわち、図１に示す例においては、第１中間装置２１、第２中間装置２２、第３中間装置２３、第４中間装置２４、第５中間装置２５、第６中間装置２６が、それぞれ、上位装置１０に両端が接続されるリング型の通信経路に設けられ、上位装置１０に対して、他の装置を介して、あるいは、他の装置を介さず直接的に接続される。

各中間装置には、それぞれ１つ以上の下位ノードである下位装置が接続される。図１には、第１下位装置３１、第２下位装置３２、第３下位装置３３を例示し、他の下位装置は図示を省略する。第１下位装置３１が、第１中間装置２１に接続されている。また、第２下位装置３２が第２中間装置２２に接続されている。また、第３下位装置３３が第２中間装置２２に接続されている。

この例において、上位装置１０は、ゲートウェイである各中間装置を介して、センサを制御する下位装置から車両１００や車両１００の周囲の情報を収集する。この情報は例えば、アクチュエータ等の動作状態、車両１００の速度や加速度等の走行状態、車両１００の周囲の道路や物標等の環境状況、乗員の着座状況、車両１００の各部に対して行われた操作内容等を含むことができる。なお、スタートスイッチのような一部のスイッチやセンサ等は上位装置１０に直接的に接続されていてもよく、上位装置１０は中間装置を介することなく、これらのスイッチやセンサ等から情報を取得してもよい。上位装置１０は、これらの情報に基づいて、演算を行い、制御データを生成する。制御データは、自動運転機能、自動駐車機能や、衝突回避、車線維持、前車追従、速度維持等の運転支援機能や、エンジン、変速機、冷却器、エアコンの動作制御、電池の充放電制御、照度に応じたヘッドランプ点灯、携帯機（電子キー）の認証によるドア開錠許可、ユーザーへの情報提示等のさまざまな車両１００の制御のためのデータである。上位装置１０は、制御データを中間装置に送信して、中間装置に制御データに応じた動作を行わせる。また上位装置１０は、ゲートウェイである中間装置を介して、制御データを、アクチュエータを制御する下位装置に送信して、制御データに応じた動作を行わせる。このようなネットワークシステム１においては、高機能化した上位装置１０に車両１００の各種制御機能を集約することで、代わりに中間装置、下位装置の構成を比較的簡易化して、総合的なコストの低減を図っている。

以上の各装置は、典型的にはプロセッサあるいはマイコンのような制御部およびメモリを含んで構成されるが、下位装置の中には、センサまたはアクチュエータを含んでいるが、制御部またはメモリを含まないものがあってもよい。

上位装置１０は、一例として、車両１００のセンターコンソールやその近傍に配置される。各中間装置は、車両１００の各位置に分散して配置される。下位装置は、その機能に応じて好適な位置に配置され、典型的には最も近い中間装置と他の装置を介さず直接的に接続される。

上位装置１０は、第１通信部１０１および第２通信部１０２を含む。

また、第１中間装置２１、第２中間装置２２、第３中間装置２３、第４中間装置２４、第５中間装置２５、第６中間装置２６は、それぞれ第１通信部２１１、２２１、２３１、２４１、２５１、２６１と第２通信部２１２、２２２、２３２、２４２、２５２、２６２を含む。各中間装置においては、内部の第１通信部と第２通信部との間で相互に適宜通信が中継される。

また、第１下位装置３１は、第１通信部３１１および第２通信部３１２を含む。第１下位装置３１は、一例としてＥＰＳ（電動パワーステアリングシステム）である。第１下位装置３１は、内部で通信機能だけでなく、電源系統やアクチュエータの系統が二重化されており、単体で冗長構成を有する装置である。例えば、第１通信部３１１および第２通信部３１２の一方に故障が発生した場合であっても、他方による通信によって、第１下位装置３１のいずれか１つの系統を制御することができる。

また、第２下位装置３２は、通信部３２１を含む。

また、第３下位装置３３は、通信部３３２を含む。

第２下位装置３２および第３下位装置３３は、互いに同等の機能を有する。これらは、例えば、それぞれ、車両１００の衝突回避等の安全性向上機能に用いられる、Ｒａｄｅｒ（Radio detection and Ranging）方式およびＬｉｄａｒ（Laser Imaging Detection and Ranging）方式のセンサである。このように、第２下位装置３２および第３下位装置３３は、車両１００の周囲の物体の検出と測距とを行うという、同等の機能を有する。ここで同等の機能とは、完全同一の機能だけでなく、類似的、代替的な機能も含む。これらは、第１下位装置３１とは異なり、いずれも単体では冗長構成を有しないが、同等の機能を有する２つの装置として、安全性向上機能としては冗長構成となっている。例えば、上位装置１０は、各中間装置を介して、第１通信系統および第２通信系統に故障が発生していない場合は、第２下位装置３２との第１通信系統による通信および第３下位装置３３との第２通信系統による通信の両方を行って第２下位装置３２、第３下位装置３３の両方の機能を相補的に利用し、一方に故障が発生すれば、他方との通信のみを行って、他方の機能を利用することで、安全性向上機能を継続して実行することができる。なお、第２下位装置３２および第３下位装置３３は、同一の２つの装置であってもよい。

上位装置１０および各中間装置は、通信線１１によってリング型に接続される。上述した各通信部は、通信規格がＣＡＮ（登録商標）規格の場合は、例えば通信ＩＣであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）規格の場合、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔスイッチである。

上位装置１０および各中間装置は、それぞれ冗長的に２つずつ通信部を有し、各装置の通信部は、隣接する２つの装置のうち一方の装置の通信部と接続される。図１に示す例では、上位装置１０の第１通信部１０１と第３中間装置２３の第２通信部２３２とが接続される。第３中間装置２３の第１通信部２３１と第１中間装置２１の第２通信部２１２とが接続される。第１中間装置２１の第１通信部２１１と第５中間装置２５の第２通信部２５２とが接続される。第５中間装置２５の第１通信部２５１と第２中間装置２２の第２通信部２２２とが接続される。第２中間装置２２の第１通信部２２１と第４中間装置２４の第２通信部２４２とが接続される。第４中間装置２４の第１通信部２４１と第６中間装置２６の第２通信部２６２とが接続される。第６中間装置２６の第１通信部２６１と上位装置１０の第２通信部１０２とが接続される。このような接続態様により、いずれの通信部が故障しても、上位装置１０は、故障した通信部を備える中間装置を含むいずれの中間装置とも、それぞれ時計回りおよび反時計回りのいずれかの通信経路によって、通信を行うことができる。図示する例では、上位装置１０の第１通信部１０１および第２通信部１０２は、それぞれのルーティング情報に基づいて、それぞれ反時計回りの通信経路での通信および時計回りの通信経路での通信を行う。

第１下位装置３１の第１通信部３１１と第１中間装置２１の第１通信部２１１とは通信線１２で接続され、第１下位装置３１の第２通信部３１２と第１中間装置２１の第２通信部２１２とは通信線１３で接続される。また、第２下位装置３２の通信部３２１と第２中間装置２２の第１通信部２２１とは通信線１４で接続され、第３下位装置３３の通信部３３２と第２中間装置２２の第２通信部２２２とは通信線１５で接続される。

＜処理＞
以下に、本実施形態に係る、ネットワークシステム１の故障発生時の処理の各例を説明する。図２に各例における故障発生箇所を示す。

例１：本例は、第１中間装置２１の第１通信部２１１が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第１通信部２１１による第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第２通信部２１２による通信を行い、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例２：本例は、第１中間装置２１と第５中間装置２５との間で、通信線１１が断線等により故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は、第６中間装置２６、第４中間装置２４、第２中間装置２２、第５中間装置２５、第１中間装置２１を介した第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第３中間装置２３、第１中間装置２１を介して第１下位装置３１と通信することによって、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例３：本例は、第１下位装置３１の第１通信部３１１が故障した場合の例である、この場合、上位装置１０は第１通信部３１１による第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第２通信部３１２による通信を行い、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例４：本例は、第２下位装置３２が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第２下位装置３２に機能を発揮させることができなくなる。上位装置１０は、第２下位装置３２と同等の機能を有する第３下位装置３３と通信しその機能を用いることで制御を継続することができる。

例５：本例は、第３下位装置３３と第２中間装置２２との間で通信線１５が断線等により故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第３下位装置３３に機能を発揮させることができなくなる。上位装置１０は、第３下位装置３３と同等の機能を有する第２下位装置３２と通信しその機能を用いることで制御を継続することができる。

例６：本例は、上位装置１０の第１通信部１０１が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第１通信部１０１による反時計回りの通信経路での各中間装置との通信ができなくなる。上位装置１０は第２通信部１０２による時計回りの通信経路での各中間装置との通信ができるので、各中間装置の配下の各下位装置の制御を継続することができる。

＜効果＞
本実施形態においては、上位装置と下位装置との間に、２つの通信経路が設けられる。あるいは、同等の機能を有する２つの下位装置が相異なる通信経路によって上位装置と通信する。これらによりネットワークシステム１に好適に冗長性を付与することができ、各部の故障に対して堅牢性を向上することができる。

なお、図１に示すように、複数の中間装置を車両１００の各位置に分散して配置することにより、車両のいずれの位置に下位装置を配置しても、近くの中間装置に接続しやすくできるので好ましい。また、本実施形態では、通信経路を２つ設けたが、他の経路を追加して冗長性をさらに高めてもよい。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１実施形態と同様の事項については適宜説明を省略する。

＜構成＞
図３に、本実施形態に係るネットワークシステム２の構成と車両１００における配置とを模式的に示す。

本実施形態においては、各中間装置は、第１実施形態と異なり、通信部を１つずつ備える。すなわち、第１中間装置２１、第２中間装置２２、第３中間装置２３、第４中間装置２４、第５中間装置２５、第６中間装置２６は、それぞれ１つずつ、通信部２１３、２２３、２３３、２４３、２５３、２６３を備える。これらは、通信線１１によりリング状に接続される。本実施形態においては、いずれの通信部が故障しても、上位装置１０は、故障した通信部を備える中間装置以外のいずれの中間装置とも、それぞれ時計回りおよび反時計回りのいずれかの通信経路によって、通信を行うことができる。

第１下位装置３１は、第１実施形態と異なり、第１中間装置２１だけでなく第３中間装置２３にも接続される。すなわち第１下位装置３１の第２通信部３１２は、第３中間装置２３の通信部２３３と、通信線１３で接続される。また、第３下位装置３３の通信部３３２は、第１実施形態と異なり、第４中間装置２４の通信部２４３に通信線１５で接続される。本実施形態においては、第１実施形態と異なり、中間装置が備える通信部が故障するとその中間装置を介した通信ができなくなるので、代わりに、下位装置を２つの中間装置に接続したり、同等機能の２つの下位装置を異なる中間装置に接続したりすることで冗長性を確保する。なお、第１下位装置３１の第２通信部３１２から通信線１３で接続される接続先は、第１通信部３１１から通信線１２で接続される第１中間装置２１の通信部２１３以外であれば、第３中間装置２３の通信部２３３でなくてもよく、他の中間装置の通信部でもよい。

＜処理＞
以下に、本実施形態に係る、ネットワークシステム１の故障発生時の処理の各例を説明する。図４に各例における故障発生箇所を示す。

例７：本例は、第１中間装置２１の通信部２１３が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第１中間装置２１を介した第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第３中間装置２３を介して、第１下位装置３１と通信を行い、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例８：本例は、第１中間装置２１と第５中間装置２５との間で、通信線１１が断線等により故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は、第６中間装置２６、第４中間装置２４、第２中間装置２２、第５中間装置２５、第１中間装置２１を介した第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第３中間装置２３、第１中間装置２１を介して第１下位装置３１と通信することによって、第１下位装置３１の制御を継続することができる。また、上位装置１０は、第３中間装置２３、通信線１３を介して第１下位装置３１と通信することによっても、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例９：本例は、第１下位装置３１の第１通信部３１１が故障した場合の例である、この場合、第１下位装置３１は、第１通信部３１１を用いた上位装置１０との通信ができなくなる。第１下位装置３１は、第２通信部３１２を用いた上位装置１０との通信を行う。これにより、上位装置１０は、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例１０：本例は、第２下位装置３２が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第２下位装置３２に機能を発揮させることができなくなる。上位装置１０は、第２下位装置３２と同等の機能を有する第３下位装置３３と通信しその機能を用いることで制御を継続することができる。

例１１：本例は、第３下位装置３３と第４中間装置２４との間で通信線１５が断線等により故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第３下位装置３３に機能を発揮させることができなくなる。上位装置１０は、第３下位装置３３と同等の機能を有する第２下位装置３２と通信しその機能を用いることで制御を継続することができる。

例１２：本例は、上位装置１０の第１通信部１０１が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第１通信部１０１による反時計回りの通信経路での各中間装置との通信ができなくなる。上位装置１０は第２通信部１０２による時計回りの通信経路での各中間装置との通信ができるので、各中間装置の配下の各下位装置の制御を継続することができる。

＜効果＞
本実施形態においては、第１実施形態と同様、上位装置と下位装置との間に２つの通信経路が設けられる。あるいは、同等の機能を有する２つの下位装置が相異なる通信経路によって上位装置と通信することが可能である。これらによりネットワークシステム２に好適に冗長性を付与することができ、各部の故障に対して堅牢性を向上することができる。とくに本実施形態においては、中間装置の通信部は１つずつ設ければよいため２つずつ設ける第１実施形態に比べてコストを抑制することができる。

なお、図３に示すように、第１実施形態同様、複数の中間装置を車両１００の各位置に分散して配置することにより、車両のいずれの位置に下位装置を配置しても、近くの中間装置に接続しやすくできるので好ましい。また、通信経路をリング型とすることにより通信経路を２つ設けたが、さらに他の経路を追加して、各中間装置からみて上位装置１０との各通信系統における通信経路を３つ以上設けてもよい。

本発明は、上述の各実施形態に限定されず、適宜変形してもよく、例えば、各実施形態の特徴を部分的に実施したり、組み合わせて実施したりすることができる。

本発明は、ネットワークシステムだけでなくネットワークシステムに含まれる装置のような車載装置、プロセッサとメモリを備えた車載装置が実行する制御方法、制御プログラム、制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体、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、２ ネットワークシステム
１０ 上位装置
１１、１２、１３、１４、１５ 通信線
２１ 第１中間装置
２２ 第２中間装置
２３ 第３中間装置
２４ 第４中間装置
２５ 第５中間装置
２６ 第６中間装置
３１ 第１下位装置
３２ 第２下位装置
３３ 第３下位装置
１００ 車両
１０１、２１１、２２１、２３１、２４１、２５１、２６１、３１１ 第１通信部
１０２、２１２、２２２、２３２、２４２、２５２、２６２、３１２ 第２通信部
２１３、２２３、２３３、２４３、２５３、２６３、３２１、３３２ 通信部

Claims (1)

1. 上位装置と、
   通信機能を有し冗長的に構成された第１通信部および第２通信部を含み、前記第１通信部を含む第１通信経路と前記第２通信部を含む第２通信経路とによって前記上位装置と通信が可能な中間装置と、
   前記中間装置の前記第１通信部に接続された第１下位装置と、
   前記中間装置の前記第２通信部に接続され、前記第１下位装置と同等の機能を有する第２下位装置とを備え、
   前記上位装置は、
   前記第１通信経路および前記第２通信経路に故障が発生していない場合は、前記第１通信経路の通信および前記第２通信経路の通信を行って、前記第１下位装置の機能と前記第２下位装置の機能とを相補的に利用し、
   前記第１通信経路および前記第２通信経路のいずれか一方の通信経路に故障が発生している場合は、故障が発生していない他方の通信経路の通信を行って、前記第１下位装置または前記第２下位装置の機能のみを利用する、車載ネットワークシステム。

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