JP7372784B2

JP7372784B2 - 中央演算装置

Info

Publication number: JP7372784B2
Application number: JP2019158526A
Authority: JP
Inventors: 哲弘山下; 真人石橋; 高弘平野
Original assignee: Mazda Motor Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2023-11-01
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: CN114521179A; US20220289213A1; EP4019339A1; WO2021039643A1; EP4019339A4; CN114521179B; JP2021037781A

Description

ここに開示された技術は、車載ネットワークシステムが備える中央演算装置に関する。

特許文献１では、セントラルゲートウェイを備えた車載ネットワークの構成が開示されている。セントラルゲートウェイには、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）がイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、登録商標）経由で接続されている。

特開２０１９－２９９９２号公報

昨今では、国家的に自動運転システムの開発が推進されている。自動運転システムでは一般に、カメラ等により車外環境情報が取得され、中央演算装置が、取得された車外環境情報に基づいて車両が走行すべき経路を算出する。この算出結果に基づいて、車両に搭載された各種のアクチュエータが制御される。また、中央演算装置には、車両に搭載された各種のセンサからセンサ信号が入力される。制御信号やセンサ信号の伝送は、車載ネットワークシステムを介して行われる。

将来的には、中央演算装置について、幅広いスケーラビリティに対応可能な構成が求められる。すなわち、自動運転に対して求められるレベルは、車種やグレードに応じて様々である。例えば、ある高級グレードでは非常に精度が高い自動運転が求められる、中級クラスの車種では中程度のレベルの自動運転で十分、また、ある車種では、運転支援がメインであって自動運転の機能は低レベルでよい、といった具合である。このような場合、車載ネットワークシステムが備える中央演算装置には、車種やグレードに対して容易に幅広く対応可能な構成が求められる。

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこは、車載ネットワークシステムが備える中央演算装置について、車種やグレードに対して容易に幅広く対応可能な構成を提供するものである。

前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、車載ネットワークシステムが備える中央演算装置は、少なくとも運転支援を含む主要機能を実現する主要機能部と、自動運転のための演算を行う自動運転用演算部と、自動運転のバックアップ機能を実現するバックアップ部とを備え、前記主要機能部と前記自動運転用演算部とは、異なる機能ブロックに分かれて構成されており、前記バックアップ部は、前記主要機能部および前記自動運転用演算部とは別の機能ブロックとして、構成されており、前記中央演算装置は、さらに、車両に搭載されたゾーンＥＣＵ（Electronic Control Unit）に対してイーサネット信号を送受信するものであり、前記主要機能部および前記自動運転用演算部と接続された第１イーサネットスイッチと、前記ゾーンＥＣＵに対してイーサネット信号を送受信するものであり、前記主要機能部および前記バックアップ部と接続された第２イーサネットスイッチとを備える。

この構成によると、車載ネットワークシステムが備える中央演算装置は、少なくとも運転支援を含む主要機能を実現する主要機能部と、自動運転のための演算を行う自動運転用演算部とを備える。そして、主要機能部と自動運転用演算部とは、異なる機能ブロックに分かれて構成されているので、別々に、車種やグレードに応じて、機能ブロックに搭載するＩＣ（Integrated Circuit）チップを選択することができる。これにより、中央演算装置は、幅広いスケーラビリティに容易に対応することができる。また、バックアップ部に関しても、主要機能部および自動運転用演算部とは独立して、車種やグレードに応じて、搭載するＩＣチップを選択できるので、中央演算装置は、幅広いスケーラビリティに容易に対応することが可能になる。さらに、車載ネットワークシステムにおいて、最上流の中央演算装置の内部から、制御の２重系が確保されるため、車両の機能安全をより確実に担保することができる。

ここに開示された技術によると、車載ネットワークシステムが備える中央演算装置は、車種やグレードに対して容易に幅広く対応可能になる。

車載ネットワークシステムの構成例を示す図である。中央演算装置の構成例を示す図である。中央演算装置の実現形態を表すイメージ図である。

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、車両に搭載されるセンサやアクチュエータ等の走行制御を司る装置類のことを、車載デバイス、または、単にデバイスという。

図１は車載ネットワークシステムの構成例を示す図である。図１の車載ネットワークシステムは、車両１（図１では２点鎖線で示す）に搭載されており、中央演算装置（セントラルＥＣＵ（Electronic Control Unit）ともいう、図１ではＣｅｎｔｒａｌと表記している）１０、基幹バスＥＣＵ２１，２２（図１ではＺｏｎｅと表記している）、および、ローカルバスＥＣＵ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７（図１ではＺｏｎｅ（ｓ）と表記している）を備える。基幹バスＥＣＵ２１，２２およびローカルバスＥＣＵ３１～３７は、ゾーンＥＣＵの一例である。ゾーンＥＣＵとは、車両１の各所に設けられ、車載デバイスとの間で信号の入出力を行うＥＣＵのことをいう。

図１の車載ネットワークシステムは、車両１に設置されたカメラ２、レーダ３、および、ディスプレイ４が接続されている。また、図示は省略しているが、各種の車載デバイスが、図１の車載ネットワークシステムに接続されている。なお、図１では、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、登録商標）による基幹バスを太実線で示しており、ＣＡＮ（Controller Area Network）によるローカルバスを破線で示している。また、カメラ２と中央演算装置１０とを接続するＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）による信号線を中太実線で示しており、ディスプレイ４と基幹バスＥＣＵ２１，２２とを接続するイーサネットによるローカルバスを細実線で示している。

中央演算装置１０と基幹バスＥＣＵ２１，２２とは、イーサネットによる基幹バスを経由して接続されている。中央演算装置１０とローカルバスＥＣＵ３１，３２とは、ＣＡＮによるローカルバスを経由して接続されている。基幹バスＥＣＵ２１とローカルバスＥＣＵ３３，３４，３５とは、ＣＡＮによるローカルバスを経由して接続されている。基幹バスＥＣＵ２２とローカルバスＥＣＵ３６，３７とは、ＣＡＮによるローカルバスを経由して接続されている。

中央演算装置１０は、車両１の自動運転やアシスト運転を可能にするために、車両１に搭載されたセンサ類の出力等を受けて、車両１が走行すべき経路を算出し、この経路を追従するための車両１の運動を決定する。中央演算装置１０は、例えば、１つまたは複数のＩＣチップで構成されたプロセッサを含み、ＡＩ（Artificial Intelligence）機能を有している場合もある。中央演算装置１０に情報を出力するセンサ類は、例えば、車外環境を撮影するカメラ、車外の物標等を検知するレーダ、車両の位置を検出するＧＰＳ（Global Positioning System）センサ、車速、加速度、ヨーレート等の車両の挙動を検出する車両状態センサ、車内カメラ等の車両の乗員の状態を取得する乗員状態センサ等を含む。また、中央演算装置１０には、自車両の周囲に位置する他車両からの通信情報や、ナビゲーションシステムからの交通情報が入力されてもよい。

図１の車載ネットワークでは、車両１に設置されたカメラ２は、ＬＶＤＳによる信号線によって中央演算装置１０と接続されている。ここでは、コストと安全性を優先して、カメラ２と中央演算装置１０との通信は専用通信プロトコルを用いている。

基幹バスＥＣＵ２１，２２は、前部座席の前方において、助手席側と運転席側とにそれぞれ設けられている。上述したとおり、基幹バスＥＣＵ２１は、ローカルバスＥＣＵ３３，３４，３５とローカルバスを経由して接続されており、基幹バスＥＣＵ２２は、ローカルバスＥＣＵ３６，３７とローカルバスを経由して接続されている。また、基幹バスＥＣＵ２１，２２は、ディスプレイ４に、イーサネットによるローカルバスを経由して映像信号を出力する。また、基幹バスＥＣＵ２１、２２は、車両後部に設置されたレーダ３の出力を、ローカルバスを経由して受信する。

ローカルバスＥＣＵ３１，３２は、車両前方のエンジンルームにおいて、右側と左側とにそれぞれ設けられている。ローカルバスＥＣＵ３１，３２は、ＥＰＡＳ（Electric Power Assist Steering）ユニット４１、ＤＳＣ（Dynamic Stability Control）ユニット４２、および、ＰＣＭ（Powertrain Control Module）ユニット４３と、ローカルバスを経由して接続されている。また、ローカルバスＥＣＵ３１，３２は、車両前部に設置されたレーダ３の出力を、ローカルバスを経由して受信する。ローカルバスＥＣＵ３１，３２は、中央演算装置１０との間でＣＡＮ信号を送受信する。中央演算装置１０からローカルバスＥＣＵ３１，３２に送信されるＣＡＮ信号は、エンジン等の制御信号を含む。ローカルバスＥＣＵ３１，３２は、中央演算装置１０から送信されたＣＡＮ信号に含まれた制御信号を、そのまま出力したり、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）信号にプロトコル変換して出力したり、アナログ制御信号に信号変換して出力したりする。

＜中央演算装置の構成＞
図２は中央演算装置１０の構成例である。図２の構成では、中央演算装置１０は、主要機能部１１、自動運転用演算部１２、および、バックアップ部１３の３つの機能ブロックを備えている。主要機能部１１と自動運転用演算部１２とは、異なる機能ブロックに分かれて構成されている。バックアップ部１３は、主要機能部１１および自動運転用演算部１２とは別の機能ブロックとして構成されており、主要機能部１１および自動運転用演算部１２と、給電系統が分かれている。また、中央演算装置１０は、主要機能部１１、自動運転用演算部１２およびバックアップ部１３がそれぞれ利用する共用ストレージ１４を備える。なお、主要機能部１１、自動運転用演算部１２およびバックアップ部１３は、それぞれ、単一のＩＣ（Integrated Circuit）チップによって構成されていてもよいし、複数のＩＣチップによって構成されていてもよい。

主要機能部１１は、少なくとも運転支援を含む主要機能を実現する機能ブロックである。主要機能部１１は、ＡＤＡＳ（Advanced Driver-Assistance Systems）やコネクティドのための制御を実行する。また、主要機能部１は、ＡＤＡＳやコネクティド以外にも、例えば、セキュリティゲートウェイ、電源マネジメント、車両電装制御、パワートレイン／シャシー統合制御等を実行する。

自動運転用演算部１２は、自動運転のための演算を行う機能ブロックである。自動運転用演算部１２は、例えば、車両に設置されたカメラやレーダの出力を受けて、車外環境を推定し、車両の走行経路を決定する。自動運転用演算部１２は、例えば、深層学習によって生成された車外環境モデルを利用して、道路や障害物を含む車外環境を推定する車外環境推定部を含む。自動運転用演算部１２は、また、車室内に設置されたカメラによって撮像された画像から、ドライバの健康状態や感情、あるいは、身体挙動を推定するドライバ状態推定部を含む場合もある。なお、自動運転用演算部１２の機能は、当該車両の車種やグレード等に対して要求される自動運転のレベルに応じて、異なるものとなる。

バックアップ部１３は、自動運転のバックアップ機能を実現する機能ブロックである。バックアップ部１３は例えば、従来から自動車に採用されている方法に従って、車外に存在する物体を認識し、車両が安全に通過できる安全領域を設定し、その安全領域を通過するような経路を車両が通過すべき走行経路として設定する、ように構成されている。このようないわゆるルールベースの判断や処理を行うバックアップ部１３を設けることによって、例えばＡＳＩＬ（Automotive Safety Integrity Level）－Ｄ相当の機能安全レベルを実現することができる。

ここで、図２の構成は、自動運転のために必要となる新たな機能と、例えば画像処理のような自動運転のために性能を高める必要がある機能とが、自動運転用演算部１２に集約されている。一方で、運転支援等の自動運転以外の機能は、主要機能部１１に集約されている。すなわち、図２の構成は、自動運転以外の機能を実現する主要機能部１１に、自動運転用演算部１２をアドオンした形態になっている。これにより、中央演算装置１０は、車種やグレードに対して幅広く対応することが容易になる。

図３は中央演算装置の実現形態を示すイメージ図である。図３に示すように、中央演算装置は、共通パッケージ１００に、主要機能を実現するＩＣチップと、自動運転用演算を実現するＩＣチップとをそれぞれ搭載することによって実現される。図３では、主要機能を実現するＩＣチップは１個、自動運転用演算を実現するＩＣチップは２個としている。共通パッケージ１００に搭載されるＩＣチップは、主要機能および自動運転用についてそれぞれ、車両の車種やグレードに応じて選択される。図３では、最も高い機能を有するＩＣチップを「Ｌ」、中程度の機能を有するＩＣチップを「Ｍ」、最も低い機能を有するＩＣチップを「Ｓ」と表現している。

このように本実施形態によると、主要機能部１１と自動運転用演算部１２とで別々に、車種やグレードに応じて、搭載するＩＣチップを選択することができるので、中央演算装置１０は、幅広いスケーラビリティに容易に対応することが可能になる。

また、バックアップ部１３に関しても、主要機能部１１および自動運転用演算部１２とは別の機能ブロックとして構成されているため、主要機能部１１および自動運転用演算部１２とは独立して、車種やグレードに応じて、搭載するＩＣチップを選択することができる。これにより、中央演算装置１０は、幅広いスケーラビリティに対応することが可能になる。

また、図２の構成では、基幹バスＥＣＵに対してイーサネット信号を送受信するイーサネットスイッチが、２個設けられている。すなわち、第１イーサネットスイッチ１５ａは、主要機能部１１および自動運転用演算部１２に接続されており、第２イーサネットスイッチ１５ｂは、主要機能部１１およびバックアップ部１３に接続されている。これにより、車載ネットワークシステムにおいて、最上流の中央演算装置１０の内部から、制御の２重系が確保されるため、車両の機能安全をより確実に担保することができる。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、車載ネットワークシステムが備える中央演算装置について、車種やグレードに対して幅広く対応させるのに有用である。

１車両
１０中央演算装置
１１主要機能部
１２自動運転用演算部
１３バックアップ部
１５ａ第１イーサネットスイッチ
１５ｂ第２イーサネットスイッチ
２１，２２基幹バスＥＣＵ（ゾーンＥＣＵ）
３１～３７ローカルバスＥＣＵ（ゾーンＥＣＵ）

Claims

車載ネットワークシステムが備える中央演算装置であって、
少なくとも運転支援を含む主要機能を実現する主要機能部と、
自動運転のための演算を行う自動運転用演算部と、
自動運転のバックアップ機能を実現するバックアップ部とを備え、
前記主要機能部と前記自動運転用演算部とは、異なる機能ブロックに分かれて構成されており、
前記バックアップ部は、前記主要機能部および前記自動運転用演算部とは別の機能ブロックとして、構成されており、
前記中央演算装置は、さらに、
車両に搭載されたゾーンＥＣＵ（Electronic Control Unit）に対してイーサネット信号を送受信するものであり、前記主要機能部および前記自動運転用演算部と接続された第１イーサネットスイッチと、
前記ゾーンＥＣＵに対してイーサネット信号を送受信するものであり、前記主要機能部および前記バックアップ部と接続された第２イーサネットスイッチとを備える
ことを特徴とする中央演算装置。