JP2021011228A

JP2021011228A - 車載ネットワークシステム

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Publication number: JP2021011228A
Application number: JP2019127626A
Authority: JP
Inventors: 高弘平野; Takahiro Hirano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: US11208061B2; EP3764590A1; JP7238650B2; CN112208467B; CN112208467A; US20210009054A1; US11639144B2; US20220055556A1

Abstract

【課題】待機電力を抑制した車載ネットワークシステムを提供する。【解決手段】車載ネットワークシステムは、電源と、上位ＥＣＵと、上位ＥＣＵと通信を行う中間ＥＣＵと、中間ＥＣＵと通信を行う複数の下位ＥＣＵとを備え、中間ＥＣＵは、電源から電力が供給されており、上位ＥＣＵから受信するメッセージに応じて、下位ＥＣＵに電源からの電力を供給することで、上位ＥＣＵからメッセージを受信するまで下位ＥＣＵを電源断状態に維持し、下位ＥＣＵは、電源からの電力が供給されると、電源断状態から、指示を待機する待機状態に遷移する。【選択図】図１

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）と呼ばれる車載機器が複数搭載されている。ＥＣＵの動作制御の一態様を、図３を参照して説明する。図３の（ａ）に示す例では、電源９００からＥＣＵ９０２への電力は、３つの電力線９０５、９０６、９０７によって、それぞれ＋Ｂ電源、ＡＣＣ電源、ＩＧ電源として供給される。電力線９０５は、電源９００とＥＣＵ９０２とを直接的に接続し、電力線９０５による電力供給は常時行われる。電力線９０６、９０７は、電源９００とＥＣＵ９０２とをそれぞれＡＣＣリレー９０３、ＩＧリレー９０４を介して接続する。電源管理ＥＣＵ９０１は、ユーザーによる、キーやプッシュスイッチを用いたＡＣＣ（アクセサリ）オンやＩＧ（イグニッション）オンの操作を検知し、検知した操作に応じて、制御線９０８、９０９を介してＡＣＣリレー９０３、ＩＧリレー９０４を制御する。例えば、電源管理ＥＣＵ９０１は、ＡＣＣオン操作を検知すると、ＡＣＣリレー９０３を閉状態にして、電力線９０６による電力供給を行う。また、電源管理ＥＣＵ９０１は、ＩＧオン操作を検知すると、ＩＧリレー９０４を閉状態にして、電力線９０７による電力供給を行う。

ＥＣＵ９０２は、３つの電力線９０５、９０６、９０７による＋Ｂ電源、ＡＣＣ電源、ＩＧ電源の電力供給の有無のパターンに応じて、動作を実行する。例えば。ＥＣＵ９０２は、ＡＣＣ電源が供給されていれば、ＡＣＣオン時の動作として定められた所定の動作内容を実行し、ＩＧ電源が供給されていればＩＧオン時の動作として定められた所定の動作内容を実行する。なお、通信線９１０が電源管理ＥＣＵ９０１とＥＣＵ９０２とを接続しており、電源管理ＥＣＵ９０１とＥＣＵ９０２とは互いに通信することができる。なお、＋Ｂ電源、ＡＣＣ電源、ＩＧ電源のいずれか１つまたは２つはＥＣＵ９０２の仕様に応じて省略されることもある。

ＥＣＵの動作制御の他の態様として、ＥＣＵにＮＭ（ネットワークマネジメント）機能と呼ばれる機能を付与し、図３の（ａ）の態様より省線化を図った態様が提案されている。ＮＭ機能とは、通信バスに接続された各ＥＣＵの状態を、動作が抑制された待機状態および動作が実行可能な起動状態の間で切り替える制御をバス単位で可能にする機能を含む（特許文献１参照）。図３の（ｂ）に示す例では、ＥＣＵ９１２に、ＮＭ機能を司るＮＭ部９１３が設けられ、電源９００からＥＣＵ９０２への電力は、＋Ｂ電源として電力線９０５のみによって供給される。電源管理ＥＣＵ９０１は、ユーザーによる、キーやプッシュスイッチを用いたＡＣＣ（アクセサリ）オンやＩＧ（イグニッション）オンの操作を検知し、検知した操作に応じて、通信線９１０を介してＥＣＵ９１２に指示を行う。

ＮＭ部９１３は、待機状態においては、電源管理ＥＣＵ９１１からの上述の指示を待機しており、指示を受信すると、ＥＣＵ９１２を起動状態に遷移させる。この指示は、ＮＭ機能の仕様に準拠した形式のメッセージであるが、メッセージには、例えば、ＡＣＣオンやＩＧオン等の情報を含めることができる。ＥＣＵ９１２は、起動状態に遷移後、指示に含まれるこれらの情報に基づいて、さらにＡＣＣオン時やＩＧオン時の所定の動作内容を実行する。また、ＮＭ部９１３は、起動状態においては、ＥＣＵ９１２の動作状況や電源管理ＥＣＵ９１１との通信等に基づいて、ＥＣＵ９１２が待機状態に遷移してもよいと判定すると、ＥＣＵ９１２を待機状態に遷移させることができる。

図３の（ｂ）に示す例では、図３の（ａ）に示す例に比べて、電力線やリレー等を省略でき、低コスト化を図ることができる。

特開２０１６−１３４８５５号公報

ＮＭ機能を有するＥＣＵは、動作する必要がない待機状態においても、待機電力が消費されるので、ＥＣＵを多数備えるネットワークシステムにおいては、待機電力が大きくなってしまう。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、待機電力を抑制した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、電源と、上位ＥＣＵと、上位ＥＣＵと通信を行う中間ＥＣＵと、中間ＥＣＵと通信を行う複数の下位ＥＣＵとを備える、車載ネットワークシステムであって、中間ＥＣＵは、電源から電力が供給されており、上位ＥＣＵから受信するメッセージに応じて、下位ＥＣＵに電源からの電力を供給することで、上位ＥＣＵからメッセージを受信するまで下位ＥＣＵを電源断状態に維持し、下位ＥＣＵは、電源からの電力が供給されると、電源断状態から、指示を待機する待機状態に遷移する、車載ネットワークシステムである。

本発明によれば、ＥＣＵを待機電力が消費される待機状態とする代わりに電源断状態とするので、待機電力を抑制した車載ネットワークシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るネットワークシステムの構成図本発明の一実施形態に係るネットワークシステムにおける起動処理を示すフローチャート従来例に係るＥＣＵの電源制御を示す図

本発明に係るネットワークシステムは、ＮＭ機能を採用して電源線等の省線化を図りつつ、現在起動の必要がないＥＣＵについては、待機電力が消費されるＮＭ機能の待機状態ではなく、電力消費のない電源断状態とし、起動の必要が発生すると電力を供給し、待機状態を経て起動状態とする。これによりネットワークシステムの待機電力を抑制することができる。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態について、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の構成図を示す。

ネットワークシステム１は、ツリー型の接続トポロジを有している。図１には、一例として、１つの上位ノードの配下に中位ノードが２つあり、各中位ノードの配下に下位ノードが３つずつある場合を示す。図１では、上位ＥＣＵ１１が上位ノードである。第１中間ＥＣＵ２１、第２中間ＥＣＵ２２が中位ノードである。第１下位ＥＣＵ３１が、第１中間ＥＣＵ２１配下の下位ノードであり、第２下位ＥＣＵ３２が第２中間ＥＣＵ２２配下の下位ノードである。ネットワークシステム１は、車両に搭載され、これらのＥＣＵと、これらのＥＣＵに電力を供給する電源１０とを含む。以下の説明では、中位ノードが、第１中間ＥＣＵ２１、第２中間ＥＣＵ２２の２つあるものとする。しかし、中位ノードの数および各中位ノード配下の下位ノードの数は限定されない。

上位ＥＣＵ１１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。第１下位ＥＣＵ３１、第２下位ＥＣＵ３２のような下位ＥＣＵは、一例として、それぞれ車両の各部位に設けられ、各センサあるいは各アクチュエータを個別制御する比較的特化した機能を有するＥＣＵである。第１中間ＥＣＵ２１および第２中間ＥＣＵのような中間ＥＣＵは、上位ＥＣＵ１１と下位ＥＣＵ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。第１中間ＥＣＵ２１は、上位ＥＣＵ１１と第１下位ＥＣＵ３１との間の通信を中継する。第２中間ＥＣＵ２２は、上位ＥＣＵ１１と第２下位ＥＣＵ３２との間の通信を中継する。これらのＥＣＵ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。

上位ＥＣＵ１１と第１中間ＥＣＵ２１とは通信線１１１によって接続される。第１中間ＥＣＵ２１と第１下位ＥＣＵ３１とは通信線（バス）２１１によって接続される。また、上位ＥＣＵ１１と第２中間ＥＣＵ２２とは通信線１１２によって接続される。第２中間ＥＣＵ２２と第２下位ＥＣＵ３２とは通信線（バス）２１２によって接続される。上位ＥＣＵ１１と第１中間ＥＣＵ２１、第２中間ＥＣＵ２２との通信は、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）規格に準拠して行うがこれに限定されない。第１中間ＥＣＵ２１と第１下位ＥＣＵ３１との通信および第２中間ＥＣＵ２２と第２下位ＥＣＵ３２との通信は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network、登録商標）規格に準拠して行うがこれに限定されない。

電源１０と第１中間ＥＣＵ２１および第２中間ＥＣＵとは電力線１０１によって接続される。第１中間ＥＣＵ２１と第１下位ＥＣＵ３１とは電力線２０１によって接続される。また、第２中間ＥＣＵ２２と第２下位ＥＣＵ３２とは電力線２０２によって接続される。第１中間ＥＣＵ２１および第２中間ＥＣＵは、それぞれリレー２８を有する。第１中間ＥＣＵ２１のリレー２８によって、電力線１０１と電力線２０１とが接続されていない状態と、接続された状態とを切り替えることができる。第２中間ＥＣＵ２２のリレー２８によって、電力線１０１と電力線２０２とが接続されていない状態と、接続された状態とを切り替えることができる。また、図示しないが電源１０と上位ＥＣＵ１１とが電力線１０１によって接続されてもよいし、これらの電力線とは別に設けられた電力線によって接続されてもよい。

第１中間ＥＣＵ２１および第２中間ＥＣＵは、それぞれＮＭ部２９を有する。第１下位ＥＣＵ３１および第２下位ＥＣＵ３２は、それぞれＮＭ部３９を有する。ＮＭ部２９、３９は、上述したＮＭ（ネットワークマネジメント）機能を司り、各ＥＣＵの状態を、動作が抑制された待機状態および各種動作を実行可能な起動状態の間で切り替える制御を行う。

上位ＥＣＵ１１は、例えば、センサを制御する第１下位ＥＣＵ３１、第２下位ＥＣＵ３２等から車両や車両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、車両の速度や加速度等の走行状態、車両の周囲の道路や物標等の環境状況、乗員の着座状況、車両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。上位ＥＣＵ１１は、この情報に基づいて、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の制御のためのデータである。上位ＥＣＵ１１は制御データを、アクチュエータを制御する第１下位ＥＣＵ３１、第２下位ＥＣＵ３２に適宜送信して、各アクチュエータに制御データに応じた動作を行わせる。ネットワークシステム１においては、車両の各種制御機能を上位ＥＣＵ１１に集約することで、代わりに複数の第１下位ＥＣＵ３１、第２下位ＥＣＵ３２の構成を比較的簡易化して、コストの低減を図っている。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る、ネットワークシステム１の起動処理を説明する。図２は、起動処理を説明するフローチャートである。図２を参照して、一例として下位ノードのうち、第１中間ＥＣＵ２１配下の３つの第１下位ＥＣＵ３１を、１つの起動対象のグループとして起動させる場合の処理を説明する。本処理の開始時点では、第１中間ＥＣＵ２１が初期状態として待機状態となっている。また、第１中間ＥＣＵ２１のリレー２８が開状態であり、電力線１０１と電力線２０１とが接続されておらず、第１下位ＥＣＵ３１は、電源断状態となっている。

（ステップＳ１０１）：上位ＥＣＵ１１は、第１下位ＥＣＵ３１を起動させる必要があると判定すると、通信線１１１を介して第１中間ＥＣＵ２１あてにメッセージを送信する。

上位ＥＣＵ１１は、例えば、既に起動状態にある他のＥＣＵから受信した情報等に基づいて、第１下位ＥＣＵ３１を起動させる必要があるか否か、また起動させる場合はどのような動作を行わせるかを判定することができる。このような判定の具体的な方法は第１下位ＥＣＵ３１の動作仕様や車両全体の動作要件等に応じて定められる。例えば、上位ＥＣＵ１１は、ユーザーがプッシュスイッチを押下して車両の電源をオフ状態からＩＧオン状態への遷移を指示する操作を行ったことを表す情報を、プッシュスイッチを制御するＥＣＵから受信することによって、第１下位ＥＣＵ３１にＩＧオン時の動作を行わせる必要があると判定することができる。メッセージには、配下のノードを起動状態に遷移させる指示と、ＩＧオン等、第１下位ＥＣＵ３１の動作内容を特定するために用いられる情報とが含まれる。なお、第１下位ＥＣＵ３１の動作内容は、ＡＣＣオン、ＩＧオンのような従来の電源状態だけでなく、車両やＥＣＵの高機能化に応じて多様に定義することができる。

（ステップＳ１０２）：第１中間ＥＣＵ２１は、メッセージを受信する。ＮＭ部２９は、メッセージ内の起動状態に遷移する指示に応じて、第１中間ＥＣＵ２１を待機状態から起動状態に遷移させる。

（ステップＳ１０３）：第１中間ＥＣＵ２１は、リレー２８を閉状態として、電力線１０１と電力線２０１とを接続し、電源１０から第１中間ＥＣＵ２１を介した第１下位ＥＣＵ３１への電力供給を開始する。

（ステップＳ１０４）：第１下位ＥＣＵ３１に電力が供給されると、ＮＭ部３９が、第１下位ＥＣＵ３１を、初期状態として待機状態に遷移させる。

（ステップＳ１０５）：第１中間ＥＣＵ２１は、上位ＥＣＵ１１から受信したメッセージを、通信規格の差異に応じて適宜形式変換して、待機状態の第１下位ＥＣＵ３１に中継する。なお、第１中間ＥＣＵ２１は、第１下位ＥＣＵ３１が待機状態に遷移したことを、例えば第１下位ＥＣＵ３１との通信等によって適宜検知することができる。

（ステップＳ１０６）：第１下位ＥＣＵ３１は、メッセージを受信する。ＮＭ部３９は、メッセージ内の起動状態に遷移する指示に応じて、第１下位ＥＣＵ３１を待機状態から起動状態に遷移させる。また、第１下位ＥＣＵ３１は、メッセージに含まれる、ＩＧオン等の動作内容を特定する情報に基づいて、動作内容を特定して実行する。

（ステップＳ１０７）：車両の各種機能の制御のための通信が開始される。第１中間ＥＣＵ２１は、上位ＥＣＵ１１と、第１下位ＥＣＵ３１との間の通信を中継する。また、第１下位ＥＣＵ３１どうしも、互いに通信を行う。以上により、第１下位ＥＣＵ３１の起動処理が終了する。なお、この後、上位ＥＣＵ１１が、例えばユーザーによってイグニッションオフ等の操作が行われたことを検知したこと等により、第１下位ＥＣＵ３１を動作させる必要がなくなったと判定すると、ＮＭ機能に準拠して、第１下位ＥＣＵ３１を待機状態に遷移させ、第１中間ＥＣＵ２１にリレー２８を開状態にして電源供給を停止させた後、第１中間ＥＣＵ２１を待機状態に遷移させる。

なお、上述の説明では、第１中間ＥＣＵ２１および第１下位ＥＣＵ３１を起動状態に遷移させる指示と、ＩＧオン等、第１下位ＥＣＵ３１の動作内容を特定するために用いられる情報とは、同一のメッセージに含まれるものとしたが、同様の起動処理が実行できれば限定されない。例えばこれらの指示および情報は、上位ＥＣＵ１１から分割して送信される２つのメッセージに個別に含まれるものとしてもよい。

（変形例）
上述のネットワークシステム１においては、上位ＥＣＵ１１と第１中間ＥＣＵ２１とは通信線１１１によって接続され、上位ＥＣＵ１１と第２中間ＥＣＵ２２とは他の通信線１１２によって接続される。すなわち上位ノードと各中位ノードとが、１対多でバス接続されるのではなく、１対１の各専用線で接続される。これは、上位ノードが、各中位ノードによって中継される配下の多くの下位ノードとの通信を支障なく行うためには、上位ノードと中位ノードとの間に専用線を設けたほうが、バス接続するより十分な帯域を保証した設計がしやすく好ましいためである。しかし、変形例として、上位ノードと各中位ノードとが、１対多でバス接続される態様であってもよい。この場合は、上述の処理の一部を変更する。以下に変更点を説明する。

上位ＥＣＵ１１と第１中間ＥＣＵ２１および第２中間ＥＣＵ２２とがバス接続される態様では、上位ＥＣＵ１１から送信され第１中間ＥＣＵ２１に受信されるメッセージには、第１中間ＥＣＵ２１配下の第１下位ＥＣＵ３１を起動させるためのメッセージと、第２中間ＥＣＵ２２配下の第２下位ＥＣＵ３２を起動させるためのメッセージとがある。ステップＳ１０２において、第１中間ＥＣＵ２１は、いずれのメッセージを受信した場合であっても、ＮＭ機能の規格上、待機状態から起動状態に遷移する。

ステップＳ１０２において、起動状態に遷移した第１中間ＥＣＵ２１は、受信したメッセージに基づいて、配下の第１下位ＥＣＵ３１を起動させる必要があるか否かを判定する。この判定は、上位ＥＣＵ１１がメッセージに、判定に必要な情報を含ませておき、第１中間ＥＣＵ２１がこの情報を参照することによって行うことができる。この情報は、上述したＩＧオン等の情報でもよく、第１下位ＥＣＵ３１をより特定的に指定する情報であってもよい。

第１中間ＥＣＵ２１は、第１下位ＥＣＵ３１を起動させる必要があると判定した場合は、ステップＳ１０３に進む。第１中間ＥＣＵ２１は、第１下位ＥＣＵ３１を起動させる必要がないと判定した場合は、上位ＥＣＵから次のメッセージを受信するのを待機する。以降、受信した次のメッセージに基づいて、第１下位ＥＣＵ３１を起動させる必要があると判定した場合は、ステップＳ１０３に進み、そうでない場合はさらに次のメッセージを待機することを繰り返す。

以上の実施形態、変形例において、第１中間ＥＣＵ２１配下の第１下位ＥＣＵ３１を起動させる場合の処理を例として説明したが、第２中間ＥＣＵ２２配下の第２下位ＥＣＵ３２を起動させる場合も、同様の処理を行えばよい。

（効果）
実施形態および変形例に係るネットワークシステム１は、ＮＭ機能を採用して電源線等の省線化を図りつつ、現在起動の必要がない下位ＥＣＵについては、待機電力が消費されるＮＭ機能の待機状態ではなく、電力消費のない電源断状態とし、起動の必要が発生すると電力を供給し、待機状態を経て起動状態とする。これにより下位ＥＣＵの数が多くても待機電力を抑制する。また、下位ＥＣＵを、複数の中間ＥＣＵの配下にグループ化することにより、グループ単位で起動を指示できるので、起動の必要があるグループの下位ＥＣＵのみ起動させ、他の下位ＥＣＵについては連動的に起動させることなく電源断状態を維持でき、消費電力を抑制できる。

なお、各ＥＣＵはＮＭ機能を有さず、中間ＥＣＵが上位ＥＣＵからの指示に応じて、下位ＥＣＵに電力供給を開始すると、下位ＥＣＵが起動状態となってもよい。この場合でも、上述のようなグループ単位の起動制御による消費電力抑制の効果が得られる。

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の制御方法、プロセッサとメモリを備えたＥＣＵが実行するネットワークシステムの制御プログラムおよびこれ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ネットワークシステム
１０電源
１１上位ＥＣＵ
２１第１中間ＥＣＵ
２２第２中間ＥＣＵ
２８リレー
２９、３９ＮＭ部
３１第１下位ＥＣＵ
３２第２下位ＥＣＵ
１０１、２０１、２０２電力線
１１１、２１１、２１２通信線
９００電源
９０１電源管理ＥＣＵ
９０２、９１２ＥＣＵ
９０３ＡＣＣリレー
９０４ＩＧリレー
９０５、９０６、９０７電力線
９０８、９０９制御線
９１０通信線
９１３ＮＭ部

Claims

電源と、
上位ＥＣＵと、
前記上位ＥＣＵと通信を行う中間ＥＣＵと、
前記中間ＥＣＵと通信を行う複数の下位ＥＣＵとを備える、車載ネットワークシステムであって、
前記中間ＥＣＵは、前記電源から電力が供給されており、前記上位ＥＣＵから受信するメッセージに応じて、前記下位ＥＣＵに前記電源からの電力を供給することで、前記上位ＥＣＵから前記メッセージを受信するまで前記下位ＥＣＵを電源断状態に維持し、
前記下位ＥＣＵは、前記電源からの電力が供給されると、電源断状態から、指示を待機する待機状態に遷移する、車載ネットワークシステム。
前記中間ＥＣＵは、さらに、前記上位ＥＣＵから受信する前記メッセージに応じて、前記待機状態の前記下位ＥＣＵにメッセージを送信し、
前記下位ＥＣＵは、前記中間ＥＣＵから受信する前記メッセージに応じて、前記待機状態から起動状態に遷移する、請求項１に記載の車載ネットワークシステム。
前記下位ＥＣＵは、前記中間ＥＣＵから受信する前記メッセージに応じて、前記起動状態における動作内容を特定する、請求項２に記載の車載ネットワークシステム。