JP6200779B2 - 通信制御装置 - Google Patents

Description

本発明は通信制御装置に関し、特に識別子により通信先を指定する車載通信において、受信したデータを別の車載制御装置に対して送信するゲートウェイ通信制御装置に関する。

車載用ネットワークにおける通信方式としては、CAN通信やLIN通信などの車載用ネットワークが一般的である。 このような、CAN通信やLIN通信などの車載用ネットワークでは、送受信を行うノードは一般的に電子コントロールユニット(ECU)であり、各ノードはバスにより電気的に接続されている。通信データに識別子を付加してメッセージを構成し、前記識別子に応じて通信の優先順位と受信ノードを決定する。識別子および、送信ノードと受信ノードは、車載用ネットワークの設計時に決定し、情報を各ECUに実装するのが一般的である。

送信ECUは送信メッセージを電気信号に変換してバス上に送信する。各ECUはバス上の電気信号を監視して、通信中のIDを取得し、受信すべきメッセージを特定する。通信速度はバスごとあるいはメッセージごとに規定されていて、送受信ECUは規定の通信速度でデータを転送することで送受信が行われる。また、通信の信頼性は、データ末尾に付加されたチェックサムやパリティ、CRCなどのデータ部から計算された照合用データを用いて、受信ECUが受信データの信頼性を確認することで確保する。メッセージを受信したECUは、全データから照合用データを算出し、同一であることを検証してデータが通信により変化していないことを判別する。

ここで、車両上に複数の車載ネットワークが存在する場合、車両中には複数のバスが存在し、お互いに電気的に独立している。ネットワークを跨いで、電気的に接続されていないECU間の通信を可能とするために、両方のネットワークに接続されたゲートウェイECUを用いる。ゲートウェイECUは、一方の車載ネットワークから受信したデータを他方の車載ネットワークへ送信する。

プロトコルが異なるゲートウェイに関する従来技術として、特許文献１が公開されている。この公報の技術を用いることで、優先順位に基づいて、必要なノードにデータをゲートウェイすることで、ゲートウェイ通信を可能としている。

特開2009-71688号公報

前述のように、受信データの信頼性はメッセージの受信が完了した時点で決まる。このため、ゲートウェイ通信におけるゲートウェイECUは、ネットワークAからのメッセージを受信完了してデータの信頼性が確認されてからネットワークBに対して送信を行うことで、データ通信の信頼性を確保する。この処理は、一般的にはハードウェアにより処理される。

一方、ゲートウェイECUに受信完了までにはメッセージの通信時間を必要とする。ECU間のメッセージの通信所要時間と比較すると、ゲートウェイECUが介在するゲートウェイ通信の場合、データ送信元のECUによりデータ送信が開始されてから受信ECUのデータ受信完了までの通信所要時間は長くなる。

この遅延時間は、ゲートウェイECUにてゲートウェイを行う一方のバスと他方のバスの伝送速度が異なり、特にゲートウェイ元の伝送速度がゲートウェイ先の伝送速度と比較して遅い場合により顕著となる。メッセージごとに伝送速度が異なる通信ネットワークについても同様である。
従来技術によれば、送信先のノードを最適に選択することが可能であるが、受信完了までの遅延時間は解消されない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ゲートウェイ元の伝送速度とゲートウェイ先の伝送速度とが異なるメッセージをゲートウェイするゲートウェイECUにおいて高速に通信を行うために、ゲートウェイECUの受信に関する転送遅延を低減することを目的とする。

メッセージの受信を完了する前にゲートウェイ先のバスに対して送信を行うゲートウェイECUを用いる。前記ゲートウェイECUは、メッセージの受信完了時または受信途中にメッセージの中に含まれる信頼性が確認できるデータや信号により、通信信頼性を判断した時点で、通信結果が正常な場合はゲートウェイ送信を継続し、通信結果が異常な場合は送信中断するか、またはフレームの異常を通知するデータをゲートウェイ送信データに付加する。

本発明によれば、ゲートウェイ通信時の、ゲートウェイECUがメッセージを受信開始してからメッセージを送信完了するまでの時間を短縮することができ、ゲートウェイ通信の所要時間が短縮される。

また本発明によれば、信頼性の確認を待たずに送信開始するため、ゲートウェイ通信の送信開始が早期に開始し、送信元制御装置から送信先のバスに転送するまでの通信時間が短縮され、ゲートウェイ通信にかかる時間が短縮される。

また本発明によれば、送信元制御装置からゲートウェイECUの受信時の通信信頼性は、送信先バス上に接続されている制御装置にて判別可能であり、データ通信の信頼性を維持して、ゲートウェイ通信を高速化することが可能である。

また本発明によれば、メッセージの送信先バス上に接続されている制御装置においてデータ通信の信頼性を判断することが可能であり、通信信頼性が向上する。

また本発明によれば、一つのメッセージを複数のメッセージに分割して送信する場合においても、メッセージの送信先制御装置においてデータ通信の信頼性を判断することが可能であり、ゲートウェイ通信の途中で異常なデータの送信を停止した場合にも、通信信頼性の判別結果を受信しないことで、送信先制御装置にて判別可能であり、データ通信の信頼性を維持して、ゲートウェイ通信を高速化することが可能である。

また本発明によれば、一つのメッセージを複数のメッセージに分割して送信する場合においても、メッセージの送信先制御装置においてデータ通信の信頼性を判断することが可能であり、通信信頼性が向上する。さらに、ゲートウェイECUで通信が異常と判断された時点でメッセージの送信を停止した場合にも、送信先制御装置にて通信信頼性の判別が可能である。これにより、通信データ異常時には通信データ異常時には異常と判定された送信メッセージを送信しないことも可能であり、ネットワークの他のノードの通信を優先することができる。

また本発明によれば、一つのメッセージを複数のメッセージに分割して送信する場合において、ゲートウェイECUでデータ通信の分割する単位でのデータの信頼性を判断することが可能であり、ゲートウェイ通信の途中でデータの異常を通知することが送信を可能である。

これにより、メッセージの送信先バス上に接続されている制御装置においてデータ通信の信頼性を判断することが可能であり、通信信頼性が向上する。

また本発明によれば、一つのメッセージを複数のメッセージに分割して送信する場合において、ゲートウェイECUでデータ通信の分割する単位でのデータの信頼性を判断することが可能であり、ゲートウェイ通信の途中で異常なデータの送信を停止可能である。

これにより、通信データ異常時には異常と判定された送信メッセージを送信しないことも可能であり、ネットワークの他のノードの通信を優先することができる。

車載用ネットワークの構成 各ネットワークにおける通信ID割付 ゲートウェイECUの構成 メッセージカウンタを付加したフレームの構成 実施例2に関するゲートウェイECUの構成 実施例2に関するフレームの構成 実施例3に関するゲートウェイECUの構成 実施例3に関する送信元フレームの構成 実施例4に関するCAN通信プロトコルのデータ構成

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図1に本発明の一つの実施例を適用する車両構成を示す。車両はネットワーク100aとネットワーク100bの二つのネットワークを有する。ネットワーク100aとネットワーク100bはそれぞれ電気的に独立したバス110aおよびバス110bでネットワークのノードを接続している。

ネットワークプロトコルとしては、車載ECU120a、車載ECU120bおよびゲートウェイECU130aは、CAN通信のデータ領域のみを伝播周波数を高速にして、大容量データを従来とほぼ同じ所要時間で通信することが可能な拡張されたCAN通信プロトコルに対応している。

一方、車載ECU120c、車載ECU120dおよびゲートウェイECU130aは、従来のCAN通信に対応している。すなわち、ゲートウェイECU130aは、拡張されたCAN通信プロトコルと従来のCAN通信の間のデータ通信を変換して転送するゲートウェイ通信が可能である。

各ネットワークのボーレートは、ネットワーク100aは8Mbps、ネットワーク100bは1Mbpsであり、ネットワーク100aからネットワーク100bにデータ転送する場合、データを受信してから送信すると受信時間の8倍の転送時間となる。

通信方式としては、背景技術にも記載があるようにデータにIDという識別子や通信の信頼性確保のためにデータ末尾にCRC値を付加してメッセージを構成し、前記IDの数値に応じて優先順位を決定する。各メッセージの優先順位であるID、送信するECUと受信するECUは、車載用ネットワークの設計時に決定し、各ECUに実装されている。各ECUはバス上の電気信号を監視して、通信中のIDを取得し、受信すべきメッセージを特定する。

車載ECU120aおよび車載ECU120bはバス110aと電気的に接続されており、バス110bとは電気的には接続されていない。一方、車載ECU120cおよび車載ECU120dはバス110bと電気的に接続されており、バス110aとは電気的には接続されていない。車載ECU120a、車載ECU120b、車載ECU120c、車載ECU120dは、各メッセージのあらかじめ決められたIDをROMあるいはRAMに設定することで、データを送信及び受信可能とする。図2にネットワーク100a、ネットワーク100bにおける通信ID割付について示す。例えばID200は、車載ECU120aが、64byteのデータを送信し、そのデータをゲートウェイECU130aが受信する。

ゲートウェイECU130aは、バス110aおよびバス110bの両方と電気的に接続されている。このため、ゲートウェイECU130aは、たとえばバス110aのデータを受信し、バス110bに送信することで、車載ECU120aから車載ECU120cへのデータ通信を可能とする。これが、ゲートウェイECU130aが行う、車載ネットワーク100aと車載ネットワーク100bの間のゲートウェイ通信である。

ゲートウェイ通信を行うためのゲートウェイECU130aの構成を図3に示す。図3においては、車載ネットワーク100aから車載ネットワーク100bへのゲートウェイ通信について示すが、ゲートウェイECU130aに車載ネットワーク100bから車載ネットワーク100aへの構成を追加することで、双方向のゲートウェイ通信が可能である。

ゲートウェイECU130aは、各メッセージの車載ネットワーク100aのIDと車載ネットワーク100bのIDとの関係をROMあるいはRAM上のID変換テーブル409aとして保有している。下記動作例は、64byteのデータを持つID200をゲートウェイした場合について説明する。

バス110aを介して車載ネットワーク100a上のECUから受信したメッセージは、受信器400aにより受信バッファ401aに格納される。ID200のように8byte以上のデータを持つメッセージの場合、8byteごとにデータを受信バッファ401aに格納する。すなわち、データ末尾に付加されるCRCを受信する前から、受信したデータは処理される。

ID変換処理402aは、受信バッファ401aからID情報を読み出し、ID変換テーブル409aを用いてネットワーク100b上のID210 に変換する。バッファリング処理403aでは、受信バッファ401aからデータを取り出し、格納バッファ410aにコピーする。

符号値付加処理404aでは、格納したデータに対して図4に示すようにメッセージ412aにあるデータ001aから064aまで60bitsごとに4bitsのメッセージカウンタを付加し、64bits(8byte)のデータに変換する。ゲートウェイECU130aは、60bitsごとに4bitsのメッセージカウンタを付加したデータを1フレームとし、1フレームごとに順次、ID変換テーブル409aにて処理された送信IDを付加して、送信待ちテーブル登録処理405aにて送信キュー411aに登録される。メッセージ412aは、64byteのデータを有しているので、メッセージカウンタを付加してフレーム1001aから1009aの9フレームのデータで構成される。

メッセージカウンタは、 4bitsのカウンタであり、フレームごとに異なる数値を付加する。図4に示すメッセージカウンタ901a〜909aは、各フレームの8byte目の下位4bitsに配置している。メッセージカウンタに入力する値としては、例えばメッセージカウンタ901aには0、次にメッセージカウンタ902bには、メッセージカウンタ901aに 1を加えた1を設定するように1つ前のフレームに対して1を加えた値をメッセージカウンタに設定し、最後のフレーム1009aのメッセージカウンタ909aには、8を設定する。メッセージカウンタを4bit付加した場合、8byte目に配置されるデータは4bitsとなるため、図3では、データ008a、023a、038a、050aは上位4bits、下位4bitsと別フレームに分けて配置される。

このように各送信メッセージにメッセージカウンタが付加される場合、CRCが異常値と判断されると、まだ送信されていないメッセージのメッセージカウンタを異常値とする、あるいはフレームの転送を中断することで、送信先ECUにデータの異常を認識させることが可能である。メッセージカウンタ901a〜909aには、同値(0〜15)を設定して、同値のメッセージカウンタが付与された規定個数のフレームが受信できたかを判別することで、異常を認識しても良い。

送信処理406aは、FIFO(First In First Out)方式で送信バッファ407aが空き状態であれば、 送信キュー411aに登録された順にデータを格納し送信要求を出す。送信要求を受けると、送信器408aは、送信バッファ407aに設定されているIDで送信する。

このようにデータフレームのCRCを受信する前にデータをゲートウェイ送信することで、転送時間を短くすることが可能である。例えば、各ネットワークのバス負荷が0%の場合、車載ECU120aがID200のメッセージを送信開始してからゲートウェイECU130a経由で車載ECU120cへデータ転送完了するまでの必要な時間は、およそ222μsecである。一方、本発明を用いた場合、最初の8byteのデータを受信した時点から車載ECU120cへデータ転送を行うので、およそ150μsecでの転送が可能となる。

本発明の第2の実施例の車両構成は、実施例1と同様の図1に示す構成である。ネットワーク100a、100bにおける通信ID割付も図2と同様である。ゲートウェイ通信を行うためのゲートウェイECU130aの構成は、図3の構成から符号値付加処理404aを削除し、フレーム生成処理500aを追加した構成を図5に示す。

フレーム生成処理500aは、データの転送開始前にスタートフレーム、データの転送完了後にエンドフレームを追加して送信先ECUに送信する。フレームの構成について図6に示すようにID200のデータ転送では、始めにスタートフレーム1010aを送信する。データ065aには、送信先ECUがスタートフレーム1010aを認識できる任意の値、たとえば0xFFを設定する。スタートフレーム1010aの後は、フレーム1001a〜1008aを順に送信し、フレーム1008aの転送完了後にエンドフレーム1011aを送信する。データ066aには、送信先ECUがエンドフレーム1011aを認識できる任意の値、たとえば0x55を設定する。

このようにスタートフレーム、エンドフレームを追加することで、CRCが異常値の場合は、送信先ECUとあらかじめ決めた異常値をエンドフレームのデータに設定し送信する。たとえば、異常の場合、エンドフレーム1011aを0xAAに設定する。これにより、送信先ECUがデータの異常を検出することが可能である。

本発明の第3の実施例の車両構成は、実施例1と同様の図1に示す構成である。

ゲートウェイ通信を行うためのゲートウェイECU130aの構成は、図3の構成から符号値付加処理404aを削除し、符号値判定処理502aを追加した構成を図7に示す。ネットワーク100a、100bにおける通信ID割付は図2のID200をID201およびID203にゲートウェイECU130aが振り分ける。このため、ID変換テーブル709aにおいて、ID200に対し、ネットワーク100bのIDは、ID201に、ID203を追加し、データごとに該当するIDを選択するように、ID変換処理402aに機能を追加する。

図1の車載ECU120aから送信するID200は、図8に示すように8byteごとにデータを区分けし、8byteの内の7byteはデータ、残りの1byteは、SUM値で構成したメッセージでゲートウェイECU130aに送信される。

ゲートウェイECU130aは、図7の符号値判定処理502aで、 受信する8byteのデータごとに付与された1byteのSUM値が異常でないかを判定し、異常と判定したデータを受信した場合は、異常と判定したメッセージを受信中は送信キュー411aには登録せず、データを破棄する。

従来のCAN通信プロトコルでは、ゲートウェイECUが、すべてのデータを受信した後、CRC値を受信するため、 異なるIDで各送信メッセージを転送する場合、CRC値を受信する前に一つ以上の送信メッセージが転送完了していたとしても、データの通信信頼性が確保できていないため、送信元ECUの送信開始からゲートウェイECUを経由して送信先ECUに送信メッセージが受信完了するまでの時間が遅延する。

一方で本発明の場合、送信元ECUが8byteごとにデータを区分けし、8byteの内の7byteはデータ、残りの1byteはSUM値で構成したメッセージを送信することで、ゲートウェイECUが、送信メッセージ単位で、データの異常を検出し通信信頼性を判断することが可能なので、CRC値の受信を待たずに送信が可能であり、送信元ECUの送信開始からゲートウェイECUを経由して送信先ECUに送信メッセージが受信完了するまでの時間を短縮することが可能である。

本発明の第4の実施例の車両構成は、実施例3の構成と同様である。

CANプロトコルのデータ及びCRCの構成に関して図9に示す。

CANフレーム601aは、 データ領域のみを伝播周波数を高速にして、大容量データを従来とほぼ同じ所要時間で送ることが可能であるCANフレーム600aに対して、8byteのデータ071aから078aごとにハードウェアによってSUM値901c〜908cを付加する拡張されたCAN通信プロトコルである。

図1の車載ECU120a、ECU120b、ゲートウェイECU130aは、上記CANフレーム601aのCAN通信プロトコルに対応している。例えばID200のメッセージをゲートウェイECU130aが受信する場合、 8byteのデータとSUM値ごとに図7の処理を実行する。符号値判定処理502aでは、8byteのデータからSUM値を算出し、受信したSUM値と照合して同値でなければデータ異常と判定する。データ異常となったデータは、送信キュー411aには登録されず、データを破棄する。

このようにハードウェアによって8byteごとにSUM値を付加したデータを送信することで、ゲートウェイECUが、送信メッセージ単位で、 データの異常を検出し通信信頼性を判断することが可能なので、 送信元ECUの送信開始からゲートウェイECUを経由して送信先ECUに送信メッセージが受信完了するまでの時間を短縮することが可能である。

本発明の場合、送信元ECUが8byteごとに1byteのSUM値を付加してメッセージを構成することで、ゲートウェイECUが、送信メッセージ単位で、データの異常を検出し通信信頼性を判断することが可能なので、 送信元ECUの送信開始からゲートウェイECUを経由して送信先ECUに送信メッセージが受信完了するまでの時間を短縮することが可能である。

１００ａ・・・車載ネットワーク，１００ｂ・・・車載ネットワーク，１１０ａ・・・バス，１１０ｂ・・・バス，１３０ａ・・・ゲートウェイＥＣＵ，１２０ａ・・・車載ＥＣＵ，１２０ｂ・・・車載ＥＣＵ，１２０ｃ・・・車載ＥＣＵ，１２０ｄ・・・車載ＥＣＵ，

Claims (7)

1. データと信頼性照合用データとを含むメッセージを第一の車載用ネットワークから受信して、第二の車載用ネットワークに送信する通信制御装置において、
   前記通信制御装置は、前記メッセージを前記第一の車載用ネットワークから分割して受信し、前記信頼性照合用データの受信完了を待たずに、前記第二の車載用ネットワークへ分割して既に受信したメッセージの送信を開始し、前記信頼性照合用データによる通信信頼性の判別結果を、前記第二の車載用ネットワークへの送信メッセージの通信信頼性を表すデータに付与することを特徴とする通信制御装置。
2. データと信頼性照合用データとを含むメッセージを第一の車載用ネットワークから受信して、第二の車載用ネットワークに送信する通信制御装置において、
   前記通信制御装置は、前記メッセージを前記第一の車載用ネットワークから分割して受信し、前記信頼性照合用データの受信完了を待たずに、前記第二の車載用ネットワークへ分割して既に受信したメッセージの送信を開始し、
   前記第一の車載用ネットワークから受信したメッセージを前記第二の車載用ネットワークへ分割して送信し、
   分割されたメッセージのうち最後の送信データに、前記第一のネットワークから受信メッセージの通信信頼性の判別結果を付与することを特徴とする通信制御装置。
3. データと信頼性照合用データとを含むメッセージを第一の車載用ネットワークから受信して、第二の車載用ネットワークに送信する通信制御装置において、
   前記通信制御装置は、前記メッセージを前記第一の車載用ネットワークから分割して受信し、前記信頼性照合用データの受信完了を待たずに、前記第二の車載用ネットワークへ分割して既に受信したメッセージの送信を開始し、
   前記第一の車載用ネットワークから受信したメッセージを前記第二の車載用ネットワークへ規定の個数に分割して送信し、
   前記第一の車載用ネットワークからの受信メッセージの信頼性が確認できた場合に、前記第二の車載用ネットワークへ規定の個数に分割されたメッセージを送信完了した後に、終了メッセージを送信することを特徴とする通信制御装置。
4. データと信頼性照合用データとを含むメッセージを第一の車載用ネットワークから受信して、第二の車載用ネットワークに送信する通信制御装置において、
   前記通信制御装置は、前記メッセージを前記第一の車載用ネットワークから分割して受信し、前記信頼性照合用データの受信完了を待たずに、前記第二の車載用ネットワークへ分割して既に受信したメッセージの送信を開始し、
   前記第一の車載用ネットワークから受信したメッセージを前記第二の車載用ネットワークへ規定の個数に分割して送信し、
   前記規定の個数に分割された複数のメッセージのすべてに前記第一の車載用ネットワークからの受信メッセージの同一フレームのデータであることを示す値を付与し、前記受信メッセージの通信信頼性の判別を行った結果、信頼性が確保されないと判断した場合には、前記規定の個数に分割された複数のメッセージの内、まだ送信されていないメッセージを送信しないことを特徴とする通信制御装置。
5. 請求項４に記載の通信制御装置において、
   前記受信メッセージの同一フレームのデータであることを示す値を付与した、前記規定
   の個数に分割された複数のメッセージに対し、
   規定された個数だけ受信できた場合に通信データが正常であると判断し、規定された個
   数受信できない場合に異常と判断する通信制御装置。
6. 第一の車載用ネットワークからメッセージを受信して、第二の車載用ネットワークに複数に分けて送信するゲートウェイ通信方式において、
   前記第一の車載用ネットワークからの受信メッセージの中に、前記第二の車載用ネットワークへ送信する際の分割単位に通信信頼性を判別するデータを含ませ、
   前記第一の車載用ネットワークからメッセージを受信する際に、前記分割単位で受信メッセージの通信信頼性を判別し、信頼性が確保されないと判断した場合には、前記第二の車載用ネットワークへの送信メッセージに異常情報を付与することを特徴とするゲートウェイ通信方式。
7. 第一の車載用ネットワークからメッセージを受信して、第二の車載用ネットワークに複数に分けて送信するゲートウェイ通信方式において、
   前記第一の車載用ネットワークからの受信メッセージの中に、前記第二の車載用ネットワークへ送信する際の分割単位に通信信頼性を判別するデータを含ませ、
   前記第一の車載用ネットワークからメッセージを受信する際に、前記分割単位で受信メッセージの通信信頼性を判別し、信頼性が確保されないと判断した場合には、前記第二の車載用ネットワークへメッセージの送信をしないことを特徴とするゲートウェイ通信方式。