JP2009253736A - ネットワークシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各ノードは、受信タイムアウトエラーカウント部120によりノード間で送受信されるデータフレームの受信ができなかった回数を相手先ノードごとにカウントしておき、いずれかのノードがリセットされて復帰した後、起動信号発信部117により初回データフレームで起動信号を送信し、これを受信した他ノードでは、受信タイムアウトエラーカウント部120の起動信号の送信先ノードのカウント結果を監視結果返信部119により返信し、これを受けて、起動信号を送信したノードは、自己診断部118により、自己診断するようにした。
【選択図】図1
Description
多重通信システムは、共通の多重通信線にデータフレームの送受信を行うノードとして制御用のECUを接続してネットワークを形成したもので、ノード間で多重通信線を介してデータ通信を行う。制御の種類が多岐にわたる自動車の場合には、データ通信を効率よく行うために、通信速度の属性の異なる複数のノード群に分けて複数のネットワークを形成し、異なるネットワーク間の通信はデータ中継装置を介して行われる。
また、各ECUは、通常、ウォッチドッグタイマでリセット可能に構成され、CPUの暴走時にはリセットしてCPUの暴走による作動異常を回避するウォッチドッグタイマ方式のみによるCPU監視が主流である。近年では安全性能がより高度化し、ECUに大規模集積回路(LSI)などを搭載するなどによりCPU動作を監視し、CPUの演算不良などに対してもリセットが可能な構成としている制御装置もある。
さらに、ダイアグノシス機能の高度化に伴い、故障判定を確定したときのエンジン回転速度や車速などの運転状態を記憶するフリーズフレームデータや、ECU演算エラーが生じたときのECU演算ステータスデータなどを、バックアップメモリや不揮発化メモリへ記憶することで、後の故障要因の解析をしやすくする手段が、近年では一般的な制御として採用されてきている。
また、特許文献1記載の先行技術では、異常発生対象ECUのリセット回数をカウントし、他ノードと比較して過度なカウント値になった場合のみノード異常と判定しており、判定対象ノードのリセット頻度と他ノードのリセット頻度を相対比較して、判定対象ノード異常を判定する構成で、判定対象ノードの異常を精度よく判定できない。さらには、判定対象ノードの電源遮断時に判定対象ノード自体にリセットが発生したことを認識できないため、異常を精度よく判定できない。
また、一過性症状のため、故障判定の確定には至らない場合が殆どであり、フリーズフレームデータや演算ステータスの記憶などが困難であり、故障箇所の特定が容易ではない場合が多いという問題がある。
各ノードは、リセットされて復帰した後、初めてのデータフレームで起動信号を送信する起動信号発信部、ノード間で送受信されるデータフレームの受信ができなかった回数を相手先ノードごとにカウントする受信エラーカウント部、いずれかのノードから起動信号を受信したとき、受信エラーカウント部の起動信号の送信先ノードのカウント結果を起動信号の送信先ノードに返信する監視結果返信部、及び起動信号発信部により送信した起動信号に対して他ノードから返信された受信エラーカウント部のカウント結果に基づいて自己診断する自己診断部を備え、
自己診断部は、複数の他ノードから返信された受信エラーカウント部のカウント結果が所定値以上であるとき、自ノードの異常と判定するものである。
各ノードは、リセットされて復帰した後、初めてのデータフレームで起動信号を送信する起動信号発信部、ノード間で送受信されるデータフレームの受信ができなかった回数を相手先ノードごとにカウントする受信エラーカウント部、いずれかのノードから起動信号を受信したとき、受信エラーカウント部の起動信号の送信先ノードのカウント結果を起動信号の送信先ノードに返信する監視結果返信部、及び起動信号発信部により送信した起動信号に対して他ノードから返信された受信エラーカウント部のカウント結果に基づいて自己診断する自己診断部を備え、
自己診断部は、複数の他ノードから返信された受信エラーカウント部のカウント結果が所定値以上であるとき、自ノードの異常と判定するので、ノードの動作不良の要因を、ノード間の相互監視作業により特定することができ、故障部位の解析をしやすくすることができる。
以下、図により、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による車両ネットワークシステムを示すシステム構成図である。
図1において、車両ネットワークのCANバス100には、複数のECU(ノード)102、103a、103b、103c、103d(制御装置)が接続され、ECU102〜103d間で所定の通信プロトコルにてデータを送受信するようになっている。
車両ネットワークは、例えば、エンジンやトランスミッションを制御するパワートレイン系のネットワークとボディ制御系のネットワークなど、通信速度の属性が異なる複数のネットワークにより構成される場合が一般的であるが、本発明においては、それぞれのネットワークで同じECUの動作監視手段が適用できるため、図1の説明は、パワートレイン制御用CANバスシステムを例にして説明する。図1のものは自動車のパワートレイン制御用のCANバスシステムであり、このCANバスには、エンジン制御用エンジンECU、トランスミッション制御用ECUやABS(anti−lock braking system)制御用ECUなどが接続される。
なお、これらECU102〜103dは、サービス工場等における修理や点検の際に、ECUと通信可能な診断テスタが接続されるものであり、故障情報や車両各部の作動情報が読み出せ、修理や点検に供することができる。
電源回路部112は、CPU116のウォッチドッグタイマ信号を監視し、異常が発生したときにはCPU116のリセットが可能なCPU動作監視部114と、供給される電源電圧をCPU116に監視させる電源電圧監視回路115を備えている。
CPU116は、自己診断や他ECUの動作を監視するため、リセット復帰後のCANバス100に初回データフレームに起動信号を送信し、返信要求を行う起動信号発信部117と、返信データに基づいて異常の発生有無を自己診断する自己診断部118と、自己診断対象ECUからの起動信号を受信したときに監視結果を返信する監視結果返信部119と、データフレームの受信ができなかった回数を相手先ノードごとにカウントする受信タイムアウトエラーカウント部120(受信エラーカウント部)と、電源電圧の瞬時的な変動があったか否かを監視する電源電圧監視部121と、自己診断で異常と診断した場合に、ダイアグノシスコードを記憶する故障記憶部122とを具備している。
図2において、100、101a〜101c、102、103a〜103d、110〜122、200は図1におけるものと同一のものである。ECU103aのコネクタ部で電源供給ラインの端子部104は、電源供給の遮断箇所である。
図3において、パワーオンリセット、一過性要因リセット、低電圧リセットの場合のECU103aとECU102の送信データフレームと、ECU103aの自己故障診断を示している。
図4において、100、101a〜101c、102、103a〜103d、110〜122、200は図1におけるものと同一のものである。電源供給ライン101bに電源供給の遮断箇所105が発生している。
図5において、パワーオンリセット、低電圧リセットの場合のECU103b、103cとECU102の送信データフレームと、ECU103a、103bの自己故障診断を示している。
図8は、この発明の実施の形態1による車両ネットワークシステムにおけるECUの電源電圧監視部の動作を示すフローチャートである。
図9は、この発明の実施の形態1による車両ネットワークシステムにおけるECUの自己診断動作を示すフローチャートである。
まず、一般的な、ECUが通常動作しているときの動作について、図1を参照しながら説明する。
運転者がイグニッションスイッチをオンにすると、電源ライン101a〜101cからECU102〜103dに電源が供給され、各ECUでは、電源回路部112によりECU110内各部に電源供給されると、CPUのリセット信号を立ち上げることで、CPU116が起動する。CPU116が起動すると、所定の通信プロトコルにてCANコントローラ113からCANバス100を介して、必要な通信情報をECU102〜103d間で送信または受信を行う。
例えば、ECU103aが何らかの一過性要因で、瞬時的にリセットした場合、ECU103aからのCANバス100への送信情報が一時的に遮断され、これはECU103aがリセットから復帰し、CPU116が再起動してCANバス100にデータフレーム送信を再開するまで遮断される。すると、同CANバス100に接続されているECU102、103b、103c、103dは、ECU103aからのデータフレームが受信できず受信エラー回数をカウントする。
一般的な受信タイムアウトエラー判定は、これが所定時間継続もしくは所定回数に達すると、受信タイムアウトエラーと確定するが、瞬時的な受信エラーの場合は、所定時間継続や所定回数に達することはない。しかし、ECU103aを除く、ECU102、103b、103c、103dでは、該データフレームの受信エラー回数を同じようにカウントしており、そのカウント値は相対的にはかけ離れることなくほぼ同等値となる。
つまり、ECU103aがリセットから復帰し、他ノードに返信要求である起動信号を送信し、この起動信号を受信したECU102、103b、103c、103dが該データフレームの受信エラーカウント数をECU103aに返信することで、ECU103aの自己診断において、複数のECUからの受信エラーカウント数を相対比較して同等のカウント数が得られると、自装置が動作異常であったことを認知することができる。
例えば、ECU103aのコネクタ部111で電源供給ラインの端子部104で瞬時的に電源が遮断された場合も同様である。ECU103aの電源が遮断されると、ECU103aのCPU116は動作停止し、リセットされるため、CANバス100への送信情報が遮断される。これはECU103aへの電源供給が復帰して、CPU116が再起動してCANバス110にデータフレーム送信を再開するまで遮断される。すると、同CANバス100に接続されているECU102、103b、103c、103dは、ECU103aからのデータフレームが受信できず、受信エラー回数をカウントする。
ECU103aを除く、ECU102、103b、103c、103dでは、該データフレームの受信エラー回数を同じようにカウントしており、ECU103aの電源供給が瞬時的に遮断された場合においても、そのカウント値は相対的にはかけ離れることなく、ほぼ同等値となる。この場合、ECU103aを除くECU102、103b、103c、103dの電源供給は遮断されていないので、電源電圧の監視においても異常を示さない。
この場合にも、上述と同じ手段の自己診断により、ECU103aは動作異常であったことを認知することができる。
例えば、ECU103aで何らかの一過性要因による瞬時的リセットが発生した場合、ECU103aを監視する他ノードとなるECU102、ECU103b、103c、103dは、ECU103aからの送信データフレームが受信できないため、データ未受信カウンタをカウントし、ECU103aからの前述した起動信号を受信すると、データ未受信カウント結果と、自己の所定期間内の電源電圧の監視結果をECU103aに返信し、ECU103aは、他ノードからの返信結果を基に自己故障診断を実施する。これは、ECU103aの電源が瞬時的に遮断された場合の低電圧リセットが発生した場合においても同じ動作である。
例えば、車載バッテリ200の電源供給ラインの1つである101bの遮断箇所105の部分で瞬時的電源が遮断された場合、ECU103b、103cの電源が遮断される。ECU103b、103cの電源が遮断されると、上述と同じようにECU102、103a、103dは、それぞれ、ECU103b、103cの該データフレームの受信エラー回数を同じようにカウントする。この時、ECU102、103a、103dの電源供給は遮断されていないので、電源電圧の監視においても異常は示さない。
つまり、ECU102、103a、103dは、ECU103b、103cの該データフレームの受信エラーカウント数と自己の電源電圧に異常がなかったことを返信することで、ECU103b、103cは、動作異常でその要因が電源電圧の遮断によるものと認知することができる。
一方で、ECU103b、ECU103cと異なる電源供給ラインに接続されているECU102、ECU103a、ECU103dの電源の異常はなく通常動作しており、ECU103b、ECU103cからの送信データフレームが受信できないため、データ未受信カウンタをカウントし、ECU103b、ECU103dから前述した起動信号を受信すると、データ未受信カウント結果と、自己の所定期間内の電源電圧の監視結果を返信し、ECU103b、ECU103cは、他ノードからの返信結果を基に自己故障診断を実施する。
図6は、各ECU102〜103dに共通に設定された作動手順を示すもので、何らかの要因でリセットされ、次いでリセット解除されたときの流れである。
まず、ROM/RAMを初期化するとともに、I/Oを初期化する(ステップ101)。
次に、リセット解除後、初回の送信であることを示すデータフレーム(以下、起動フレームという)を送信する(ステップ102)。その後、通常の通信に移行する(ステップ103)。
図7は、各ECU102〜103dに共通に設定された作動手順を示すもので、自己診断対象ECUからの起動フレームを受信したときの流れであり、主に、受信タイムアウトエラーカウント部の流れを示したものである。
まず、CPU起動後に所定時間タイマ(図7では例として1secとした)をセットし、タイマのダウンカウントを開始する(ステップ111)。その後、通常の送受信に移行する(ステップ112)。この所定時間タイマは、後述する受信タイムアウトエラーカウンタ値が一定期間内にどれだけカウントしたかを算出するものである。
所定の通信プロトコルにおけるデータフレームの送受信において、所定のID(ノードID)もしくはデータが正常に受信できたか否かを判断し(ステップ113)、正常に受信できたときは、受信タイムアウトエラーカウンタ値を送信バッファに格納する(ステップ115)。受信できなかったときは、該IDの受信タイムアウトエラーカウンタを1回カウントし(ステップ114)、この場合においてもカウンタ値を送信バッファに格納する(ステップ115)。
図8は、各ECU102〜103dに共通に設定された作動手順を示すもので、自己診断対象ECUからの起動フレームを受信したときの流れであり、主に、電源電圧監視部の流れを示したものである。
まず、CPU起動後に所定時間タイマ(図8も図7の説明同様に、例として1secとした)をセットし、タイマのダウンカウントを開始する(ステップ121)。この所定時間タイマは、後述する電源電圧変動を一定期間内に経験したか否かを見極めるものである。
電源電圧は、CPUに標準装備されるA/D変換器や基準電圧以下となった場合に信号を出力する素子などを利用し、ECUに供給される電圧値を常時監視できるように構成されたものであり(ステップ122)、電源電圧が所定値V以下の電圧になったか否かを判断する(ステップ123)。所定値以下でないときは、電源電圧変動経験なしを示す情報を送信バッファに格納する(ステップ125)。所定値以下となったときは、電源電圧変動経験があったことを示す情報を送信バッファに格納する(ステップ124)。
図9は、各ECU102〜103dに共通に設定された作動手順を示すもので、自己診断対象ECUが監視結果を受信して自己診断するときの流れである。
まず、起動フレーム送信後に各ECUからの監視結果を受信し(ステップ131)、受信した場合は、各ECUからの返信データフレーム中の、受信タイムアウトエラーカウント値≧所定回数であるかどうかを判断する(ステップ132)。ここで所定回数の設定は、タイムアウトの誤カウントがあることも考慮して、設定値は2〜3以上が妥当値である。その後、所定回数以上のカウント値をカウントしたのが所定のノード数以上であるかどうかを判断する(ステップ133)。所定のノード数以上であれば、同一CANバス上の他のECUが、自己の通常送信データフレームを受信できなかったことを認知することができる。
ここで、ステップ132、133でNOの場合は、ステップ131の監視結果受信待ちに戻る。
前記の自己診断の結果、異常と判定した場合は故障情報を記憶して(ステップ136)通常制御に戻る。故障情報としては、ダイアグノシスコード、指定した電源ライン異常コード、フリーズフレームデータなどである。
さらに、電源遮断が対象ECUのみで発生したか、他のECUで発生したものかが判断でき、電源瞬断箇所の発生箇所が特定できるようになり、ダイアグノシスとして記憶することで後のトラブル解析がしやすくなる効果がある。
101a、101b、101c ECUの電源供給ライン
102、103a、103b、103c、103d ECU(ノード)
104 端子部
105 電源供給ラインの遮断箇所
110 ECU
111 コネクタ
112 電源回路部
113 CANコントローラ
114 CPU動作監視部
115 電源電圧監視回路
116 CPU(制御部)
117 起動信号送信部
118 自己診断部
119 監視結果返信部
120 受信タイムアウトエラーカウント部
121 電源電圧監視部
122 故障記憶部
200 車載バッテリ
Claims (3)
- ネットワークに複数のノードが接続され、上記ノード間でデータフレームの送受信を行うネットワークシステムであって、
上記各ノードは、リセットされて復帰した後、初めてのデータフレームで起動信号を送信する起動信号発信部、上記ノード間で送受信される上記データフレームの受信ができなかった回数を相手先ノードごとにカウントする受信エラーカウント部、いずれかのノードから起動信号を受信したとき、上記受信エラーカウント部の上記起動信号の送信先ノードのカウント結果を上記起動信号の送信先ノードに返信する監視結果返信部、及び上記起動信号発信部により送信した起動信号に対して他ノードから返信された上記受信エラーカウント部のカウント結果に基づいて自己診断する自己診断部を備え、
上記自己診断部は、複数の上記他ノードから返信された上記受信エラーカウント部のカウント結果が所定値以上であるとき、自ノードの異常と判定することを特徴とするネットワークシステム。 - 上記各ノードは、電源電圧の瞬時的な変動があったか否かを監視する電源電圧監視部を備え、上記監視結果返信部は、いずれかのノードから起動信号を受信したとき、上記電源電圧監視部の監視結果を上記起動信号の送信先ノードに返信することを特徴とする請求項1記載のネットワークシステム。
- 上記各ノードは、上記自己診断部により異常と診断された場合に、診断情報を記憶する故障記憶部を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のネットワークシステム。
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