JPWO2011055425A1

JPWO2011055425A1 - 車両用ゲートウェイ装置

Info

Publication number: JPWO2011055425A1
Application number: JP2011539214A
Authority: JP
Inventors: 雅明市原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: US8817706B2; WO2011055425A1; DE112009005387T5; CN102598594A; US20120127928A1; JP5316646B2; DE112009005387B4

Abstract

本発明に係る車両用ゲートウェイ装置は、車両に搭載され、車外ネットワークと、車内情報系ネットワークと、車内制御系ネットワークの３者に接続され、３者間でのデータ通信を制御するものである。そして、車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信の車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信に対する優先度を車両の走行状況に応じて変更する機能を有している。

Description

本発明は、車両に搭載され、車内の情報系、制御系ネットワークと、車外ネットワークの３者を接続し、相互のデータ通信を制御する車両用ゲートウェイ装置に関する。

最近の自動車は、エンジン、制動システムのみならず、各種のシステムが電子的に制御されており、これらのシステム間でのデータ通信を行うため、車内にネットワークが形成されている。さらに、車内だけの閉じたシステムから、車両周辺の交通情報などの車外情報を取得するため、路車間通信、車々間通信等により他車両や車外のデータセンタとデータ通信を行うことも広く行われているところである。特許文献１は、車両の情報系ネットワークと、制御系ネットワークとの間にゲートウェイ装置を配置し、情報系および制御系のそれぞれの状態を定期的に監視して情報系と制御系との連携に際して不整合が発生した場合に、相互のアクセスを遮断したり、変換したりするアクセス制御を実施することにより、車両制御の安定性や安全性を損ねることなく情報系と制御系の連携を可能とすると、記載されている。

特開２００８−１９３５７２号公報

車外ネットワークとの間の通信は、車内の情報系、制御系ネットワーク間での通信に比べてデータ転送量が多い傾向にある。一方、車内の情報系、制御系ネットワーク間での通信は、データ転送量は少ないが、車外ネットワークとの通信に比較してリアルタイム性が重視される。特許文献１記載のゲートウェイ装置においては、このようなネットワーク３者間での通信制御については記載も示唆もない。そこで、本発明は、車内の情報系、制御系ネットワークと車外ネットワークとの間の通信を制御する車両用ゲートウェイ装置において、各ネットワーク間で行われるデータ通信に応じた適切な通信制御を行うことを可能とした車両用ゲートウェイ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る車両用ゲートウェイ装置は、車両に搭載され、車外ネットワークと、車内情報系ネットワークと、車内制御系ネットワークに接続され、３者間でのデータ通信を制御する車両用ゲートウェイ装置において、車両の走行状況に応じて車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信と、車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信の優先度を変更することを特徴とする。

車両走行中は、車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信を車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信より優先するとよい。一方、車両停車時は、車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信を車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信より優先してもよい。自車両の交差点または予想停止位置までの距離または予想到達時間が短いほど車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信の優先度を高くするとよい。

本発明によれば、車内情報系ネットワークと車両制御系ネットワークとのデータ通信の車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信に対する優先度を、車両の走行状況に応じて変更することで、それぞれのデータ通信の適正に応じた適切な通信制御を行うことができる。

例えば、走行中は、車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信を優先することで、リアルタイム性を確保する。また、停車中は、走行制御のためにリアルタイム性を確保する必要性が低くなるので、車外ネットワークとの通信の優先度を挙げることで、大容量データ通信を効率的に行う。交差点に時間または距離的に接近するほど走行制御のリアルタイム性を確保する必要性が増すので、その優先度を上げるとよい。

本発明に係るゲートウェイ装置を搭載した車両のネットワーク構成を示すブロック図である。図１のゲートウェイ装置におけるネットワーク間で通信されるデータ例を示す模式図である。図１の装置におけるネットワーク制御処理フローの一例を示すフローチャートである。図１の装置におけるネットワーク制御処理フローの別の一例を示すフローチャートである。図１の装置におけるネットワーク制御処理フローにおける優先制御の一例を示すフローチャートである。図５の優先制御におけるパケット送信と通常時のパケット送信とを比較して示すチャートである。図１の装置におけるネットワーク制御処理フローにおける優先制御の別の一例を示すフローチャートである。図７の優先制御における優先順位の設定例を示す表である。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１に本発明に係るゲートウェイ装置を搭載した車両のネットワーク構成を示す。本実施形態においては、エンジン、制動装置、電源システム等の車両制御を行う各ＥＣＵ（Electric Control Unit）群により構成される車内制御系ネットワークと、運転者に対して運転に役立つ情報やマルチメディア情報を提供する情報処理系のＥＣＵ群により構成される車内情報系ネットワークと、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）に代表されるＩＴＳ(Intelligent Transport Systems)による路車間通信システム、車々間通信システム、車両とセンターを接続する電話回線やデータ通信回線を基調とした車外ネットワークの３者を接続する車載ゲートウェイ装置１により構成される。

このうち、車内制御系ネットワークのデータ伝送は、ＣＡＮ（Controller Area Network）プロトコルに従っている。ＣＡＮメッセージは、メッセージごとに固有のＩＤ（識別子）を有しており、ＣＡＮネットワーク上では、このＩＤを使うことで一意にメッセージが同じかそうでないかを判別することができる。

一方、車内情報系ネットワークと、車外ネットワークは、いずれもＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）にしたがっており、データの送信元、受信先との間で仮想的なコネクションを確立し、データ通信を行うものである。

車内制御系ネットワークと、車内情報系ネットワーク、車外ネットワークとは伝送プロトコルが異なるため、これを変換する必要がある。車内情報系ネットワークと、車外ネットワークとは、プロトコルは共通するが、ネットワークを超えた接続となるため、変換が必要な場合がある。これらの変換がゲートウェイ装置１により行われる。

車内制御系ネットワーク３５には、車両への不法侵入等を検知して車外ネットワークを通じて通知を行うリモートセキュリティＥＣＵ３１、灯火系等を制御するボディＥＣＵ３２、車両の電機系統を制御する電源ＥＣＵ３３、シフト状態を制御するシフトＥＣＵ３４等が接続されており、ゲートウェイ装置１のＣＡＮインタフェース（Ｉ／Ｆ）１１に接続されている。車内情報系ネットワークには、ナビゲーション機能を含むマルチメディアＥＣＵ２０等が含まれ、ゲートウェイ装置１のＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェース１４に接続されている。車外ネットワークは、アンテナ１７を介してゲートウェイ装置１の通信モジュールインタフェース１０に接続されている。

ゲートウェイ装置１は、さらに、ＣＰＵ１５、メモリ１３、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）１２、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機インタフェース１６を備えており、ＧＰＳ受信機ＩＦ１６にはＧＰＳ衛星からの信号を受信するアンテナ２１が接続されている。

図２は、このゲートウェイ装置１を介して接続されるネットワーク間で通信されるデータ群の一例を示す模式図である。情報系ＥＣＵ群（車内情報系ネットワーク）から車両ＥＣＵ群（車内制御系ネットワーク）へゲートウェイＧＷ−Ａを通じて通信されるデータとしては、例えば、マルチメディアＥＣＵ２０から通知する現在地のカーブ情報（データＤ₂）があり、シフトＥＣＵ３４は、受信データを基にして、「最適なシフト状態へと変更する」処理Ｐ₂を実行する。

車両ＥＣＵ群（車内制御系ネットワーク）から車外ネットワークへゲートウェイＧＷ−Ｂを通じて通信されるデータとしては、例えば、セキュリティＥＣＵ３１から車外の情報センター宛へ通知されるアラーム情報（データＤ₁）があり、車外ネットワークの情報センターでは、「アラーム情報の受信」処理Ｐ₁を実行する。

車外ネットワークから情報系ＥＣＵ群（車内情報系ネットワーク）へゲートウェイＧＷ−Ｃを通じて通信されるデータとしては、例えば、センターからマルチメディアＥＣＵ２０へ通知するブラウザ用のデータを含むマルチメディア情報（データＤ₃）があり、情報系ＥＣＵ群では、受信データをディスプレイ上に表示する処理Ｐ₃を実行する。

このゲートウェイ装置１の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。この処理フローは、車両の電源がオンにされて、ゲートウェイ装置１が所定の起動時の実行プログラムを終了して通常動作に移行した後、車両の電源がオフにされて、ゲートウェイ装置１がシャットダウンされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行されるものである。

最初に車速センサ３６から車速Ｖ情報を読み込む（ステップＳ１）。次に、このＶの絶対値をしきい値Ｖｔｈと比較する（ステップＳ２）。このＶｔｈは、０、若しくは、車両がほぼ停止状態にあるか否かを判定できるほど十分に低い数字に設定される。車速Ｖが絶対値でＶがＶｔｈ以下の場合には、車両が停止状態にあると判定してステップＳ３へと移行し、車外ネットワークから情報系ＥＣＵ群で構成される車内情報系ネットワークへと情報を伝達する経路であるＧＷ−ＣをＧＷ−Ａより優先設定する。一方、ステップＳ２で絶対値でＶがＶｔｈを超えている場合には、車両が走行状態にあると判定してステップＳ４へと移行し、情報系ＥＣＵ群で構成される車内情報系ネットワークから車両ＥＣＵ群で構成される車内制御系ネットワークへと情報を伝達する経路であるＧＷ−ＡをＧＷ−Ｃより優先設定する。

このように、走行中は、車内情報系ネットワークから車内制御系ネットワークへの通信を優先することで、リアルタイム性を確保し、走行制御等を安定して行うことを可能とする。一方、停車中は、こうした走行制御のリアルタイム性を確保する必要性が低いため、車外ネットワークから車内情報系ネットワークへの通信を優先することにより、大容量のデータ通信を効率的に行うことが可能となる。

ゲートウェイ装置１の動作の別の例を図４のフローチャートを参照して説明する。この処理の場合には、最初に、車速センサ３６から車速Ｖ情報を読み込むとともに、交差点までの距離情報Ｌを読み込む（ステップＳ１１）。この交差点までの距離情報Ｌは、例えば、ＧＰＳ衛星からの受信信号を基にして算出した自車両の現在位置と、車両に搭載した記憶装置内に格納された地図データベースに登録された交差点位置情報とを照合することで、算出される。あるいは、車外ネットワークを通じて近隣の交差点位置情報を取得してもよい。交差点位置としては、例えば、当該交差点への進入位置に停止線がある場合は、その停止線位置を、停止線のない場合には、交差する道路との接続位置を設定すればよい。

次に、上述のステップＳ２と同様に、車速Ｖの絶対値をしきい値Ｖｔｈと比較する処理を行う（ステップＳ１２）。車速Ｖが絶対値でＶがＶｔｈ以下の場合、すなわち、車両が停止状態にあると判定した場合の処理は、上述のステップＳ３と同様に、車外ネットワークから情報系ＥＣＵ群で構成される車内情報系ネットワークへと情報を伝達する経路であるＧＷ−ＣをＧＷ−Ａより優先設定する（ステップＳ１３）。一方、ステップＳ１２で絶対値でＶがＶｔｈを超えている場合には、車両が走行状態にあると判定してステップＳ１４へと移行し、車両ＥＣＵ群で構成される車内制御系ネットワークから情報系ＥＣＵ群で構成される車内情報系ネットワークへと情報を伝達する経路であるＧＷ−Ｃの優先度をＬに応じて変更する。具体的には、Ｌが短いほどその優先度が高くなるように設定する。

優先度の高い通信ほど優先度の低い通信に比較してリアルタイム性を確保することができる。したがって、車内制御系ネットワークから車内情報系ネットワークへの通信の優先度を交差点に近づくほど高くすることで、そのリアルタイム性を確保する。特に、交差点付近では、進路が交錯する他車両や横断歩行者等を考慮する制御を重視する必要があるため、その優先度を高める。ここでは、交差点までの距離に基づいて優先度を設定する例を説明したが、予想到達時間に基づいて優先度を設定してもよい。交差点ではなく、予想停止位置までの距離、または予想到達時間に基づいて優先度を設定することもできる。予想停止位置は、車外ネットワークから得られた周囲の道路状況（信号機の状態や他車両の走行状態）等を基に判定を行えばよい。

次に、優先制御処理の具体的な内容を説明する。図５は、優先制御処理の一例を示すフローチャートであり、ここでは、各ゲートに設置される入力ポート１〜３（図１のＧＷ₁〜ＧＷ₃に対応）に対応してバッファ１〜３が設けられており、ポート２からのデータパケットの送出を優先する場合を例に説明する。

最初にポートＮからの入力データは取得後、対応するバッファＮに蓄積される（ステップＳ２１）。次に、先にバッファに入力されたパケットから出力していくＦＩＦＯ（First in First Out）方式でパケットを送出していった場合に制限時間内に規定数のパケットをゲートできるか否かを判定する（ステップＳ２２）。この判定は、優先制御される通信のパケットが規定数送出できるかどうかを判定するものである。ゲート可能と判定した場合には、特別な優先制御を行うことなく通常のＦＩＦＯ方式でデータ（パケット）を送出する（ステップＳ２３）。一方、制限時間内に規定数のパケットを送出することは困難であると判定した場合には、ステップＳ２４へと移行し、優先対象であるバッファ２のデータ（パケット）の有無を判定する。バッファ２にデータ（パケット）が存在しない場合には、特別な優先制御を行う必要がないので、ステップＳ２３へと移行して通常のＦＩＦＯ方式でデータ（パケット）を送出する。一方、バッファ２にデータ（パケット）が存在する場合には、ステップＳ２５へと移行してバッファ２から規定数のパケットを送出する。この処理を繰り返すことで、バッファ２から規定時間に規定数のパケットが送出されることを保証する。

図６は、通常のパケット通信（ＦＩＦＯ）と本発明に係る優先制御のパケット通信の状態を比較して示している。通常時の通信では、１に示されるように、各パケットは入力された順に、すなわち、Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０、Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、…という順番に送出される。このため、例えば、Ｐ２２〜Ｐ２４のパケットが時間的に先に必要な場合でも、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ３２、Ｐ３３のパケット送信が必要となるので、その分時間を要することになる。これに対して、本発明に係る優先制御を用いると、先にＰ２２〜Ｐ２４の送信を行った後に、Ｐ１２〜Ｐ１４、Ｐ３２〜Ｐ３４のパケットを送信するため、優先的に処理を行うことができる。

図７は、優先制御処理の別の一例を示すフローチャートであり、ここでは、サービスに応じて優先制御を行う場合を説明する。各ゲートに設置される入力ポート１〜３（図１のＧＷ₁〜ＧＷ₃に対応）に対応してバッファ１〜３が設けられている点は図５に示される優先制御処理と同様である。

最初に、ポートＮからの入力データは取得後、対応するバッファＮに蓄積される（ステップＳ３１）。次に、そのパケットの対象サービスのＩＤを取得する（ステップＳ３２）。続いて、ＦＩＦＯ方式でパケットを送出していった場合に制限時間内に規定数のパケットをゲートできるか否かを判定する（ステップＳ３３）。ゲート可能と判定した場合には、特別な優先制御を行うことなく通常のＦＩＦＯ方式でデータ（パケット）を送出する（ステップＳ３４）。一方、制限時間内に規定数のパケットを送出することは困難であると判定した場合には、ステップＳ３５へと移行し、サービスの優先順位に従って送出するパケットを決定し、規定数またはサービス終了単位まで対象パケットを送出する。この処理を繰り返すことで、優先順位の高いサービスに対して所望のパケットが送出されることを保証する。

図８は、走行状態に応じた各サービスの優先順位の設定例を示している。ここで、矢印は主たる情報伝達のルートを示しており、行き先がかっこ内に示されている場合は、表示機能がマルチメディアＥＣＵ２０に存在する場合にのみ行われるデータ転送を表している。ここでは、緊急通報系のサービスは常に最優先に設定され、データ容量の大きなマルチメディア系とのサービスは、常に最も低い優先順位に設定される。走行時（走行前を含む。）は走行支援系のサービスの優先順位を緊急通報系に続いて高く設定する。この走行支援系には、レーン上の走行を支援するレーンキープアシスト(ＬＫＡ：Lane Keep Assist)やシフトＥＣＵ等の自動変速機構（ＡＴ：Automatic Transmission）、駐車支援システムであるＩＰＡ（Intelligent Parking Assist）等の制御が含まれる。停車時にはセキュリティ系のサービスの優先順位が緊急通報系に続いて高く設定される。このセキュリティ系のサービスの優先順位は、走行時は、走行支援系に次ぐものとなる。リモートダイアグ系、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）、ＥＳＰＯ（エコ運転支援情報提供）等のＣＡＮ情報を利用する非走行支援系はこれより低い優先順位に設定され、ドライバサポート系はさらに低い優先順位に設定されている。ここに示した優先順位の設定は一例であって、サービスごとにさらに優先順位を変えてもよい。

１…車載ゲートウェイ装置、１０…通信モジュールインタフェース、１１…ＣＡＮインタフェース、１２…入出力インタフェース、１３…メモリ、１４…ＵＳＢインタフェース、１５…ＣＰＵ、１６…ＧＰＳ受信機インタフェース、１７、２１…アンテナ、２０…マルチメディアＥＣＵ、３１…リモートセキュリティＥＣＵ、３２…ボディＥＣＵ、３３…電源ＥＣＵ、３５…車内制御系ネットワーク、３６…車速センサ。

Claims

車両に搭載され、車外ネットワークと、車内情報系ネットワークと、車内制御系ネットワークに接続され、３者間でのデータ通信を制御する車両用ゲートウェイ装置において、
車両の走行状況に応じて車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信と、車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信の優先度を変更することを特徴とする車両用ゲートウェイ装置。
車両走行中は、車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信を車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信より優先することを特徴とする請求項１記載の車両用ゲートウェイ装置。
車両停車時は、車外ネットワークと車内情報系ネットワークとのデータ通信を車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信より優先することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ゲートウェイ装置。
自車両の交差点または予想停止位置までの距離または予想到達時間が短いほど車内情報系ネットワークと車内制御系ネットワークとのデータ通信の優先度を高くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用ゲートウェイ装置。