JP7059899B2 - ネットワークシステム - Google Patents

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おり、これらがバスに接続されてネットワークシステムを構成している。各ＥＣＵは、プロセッサを備え、車両が備える各種センサから、車両の各部の状態や速度等の走行状態、車両の周囲の道路や物標の状況、あるいは、車両に対して行われた操作等を表す情報を取得したり、他のＥＣＵからこのような情報を取得したりする。

各ＥＣＵは、取得した情報に基づいて処理を行い、処理結果に基づいて、それぞれブレーキやパワートレイン等の各種アクチュエータを制御したり、他のＥＣＵへのデータ送信をしたりする。各ＥＣＵは車両に要求される運転支援機能等の各機能を分担しており、それぞれ個別の役割を有する。

このような運転支援機能等を実現するＥＣＵの他にも、各センサに設けられ、そのセンサを個別に動作させたり、そのセンサの出力を加工、補正等したりするセンサＥＣＵや、アクチュエータに設けられ、他のＥＣＵから制御データを受信し、これに基づいてそのアクチュエータを個別に動作させるアクチュエータＥＣＵがある。

車両の機能の高度化により、ＥＣＵの数が増えつつある。とくに運転支援機能の向上のため、衝突回避、車線維持、前車追従、速度維持、駐車支援等の処理を行うＥＣＵが新たに提供されている。ＥＣＵの数が増えると、多くのＥＣＵを接続するためバスの配線長が長くなり、バスの特性やＥＣＵとの接続点で生じる反射等により、バスを伝搬する信号の波形歪が大きくなる。

そこで、特許文献１が開示するネットワークシステムは、それぞれ複数のノード（ＥＣＵ）を含む２つのネットワークを、ゲートウェイを介して接続することで、バスを分割して１つのバスの配線長を抑制することを開示している。特許文献１が開示するネットワークシステムでは、各ネットワークのバスを２つずつ設け、各ノードは２つのバスに接続するようにして１つのバスの配線長をさらに短くしている。

特開２００６－１８０１０９号公報

個別の機能を有するＥＣＵを多数備えると、それぞれのＥＣＵが備えるプロセッサの数が増え、コストが大きい。また、特許文献１のようなゲートウェイにおいては、一般に、例えばデータに含まれる識別子に基づいて一方のネットワークから他方のネットワークへ転送すべきデータを選択して転送するという高度な処理をプロセッサによって行うのでコストが大きいとともに、処理に要する時間が比較的大きい。とくにゲートウェイ起動時の初期遅延が大きい。そのため、データの伝送に欠けや遅延が生じる。また、各ＥＣＵに複数のバスを接続するとバスとの接続およびデータの送受信を管理するコントローラも複数必要となり、コストが大きい。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車載ネットワークシステムを低コストで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、車両に搭載されるネットワークシステムであって、複数のセンサと、複数のセンサに接続され、複数のセンサがセンシングデータを送信するのに用いられる第１バスと、複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータに接続され、複数のアクチュエータが制御データを受信するのに用いられる第２バスと、センシングデータに基づいて演算を行い、複数のアクチュエータを用いた車両制御を集約的に実行するためのデータとして制御データを生成する中央ＥＣＵと、中央ＥＣＵに接続され、中央ＥＣＵが、センシングデータを受信し、かつ、制御データを送信するのに用いる第３バスと、第１バス、第２バス、および、第３バスに接続され、第１バスを流れるデータを、波形を整形しながら第３バスへ通過させ、第３バスを流れるデータを、波形を整形しながら第２バスへ中継通過させ、第３バスから第１バスへのデータの流れおよび第２バスから第１バスへのデータの流れを遮断するリピータとを備える、ネットワークシステムである。

以上のように、本発明によれば、車載ネットワークシステムを低コストで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機能ブロック図 本発明の一実施形態に係る第１回路および第２回路の動作を示す図 本発明の一実施形態に係る第１回路および第２回路が行う波形の整形の例を示す図 本発明の一実施形態に係るリピータがセレクタを備える構成例を示す図 ＣＡＮ規格におけるフレーム構成の概要を示す図 本発明の一実施形態に係るデータ衝突の回避、調停の例を示す図 本発明の一実施形態に係るデータ衝突の回避、調停の例を示す図 本発明の一実施形態に係るデータ衝突の回避、調停の例を示す図 本発明の一実施形態に係るリピータが遅延回路を備える構成例を示す図 本発明の一実施形態に係るリピータが遅延回路を備える構成例を示す図

本発明に係るネットワークシステムは、センサが接続されたバスと、アクチュエータが接続されたバスと、中央ＥＣＵが接続されたバスとが、リピータを介して接続される。中央ＥＣＵは、センサからのセンシングデータに基づいてアクチュエータに制御データを送信し、一括的に車両制御の機能を実行する。中央ＥＣＵは、従来の複数のＥＣＵの機能を集約したものである。従来のネットワークシステムに比べて、中央ＥＣＵを設けることでＥＣＵの数を減らしたり、ゲートウェイの代わりにリピータを設けたりすることで、ＥＣＵやゲートウェイが備えるプロセッサのような高コストな部品の数を低減してコストを抑制することができる。

（実施形態）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜基本構成＞
図１に、本実施形態に係るネットワークシステム１の機能ブロック図を示す。ネットワークシステム１は、車両に搭載され、センサ１０（第１センサ～第Ｎセンサ）、アクチュエータ２０（第１アクチュエータ～第Ｍアクチュエータ）、中央ＥＣＵ３０、第１バス１１、第２バス２１、第３バス３１、リピータ４０を備える。

センサ１０は、それぞれ、各アクチュエータ２０やその他の車両の各部の状態、車両の速度、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適宜検出することができる。

センサ１０は、車両が備える検知機器、入力機器である。センサ１０は、例えば、エンジン、電池、冷却水、車内、車外等の温度をそれぞれ測定する温度センサや電池の電圧、電流をそれぞれ測定する電圧センサおよび電流センサや車輪、エンジンあるいはモータの回転数をそれぞれ測定する回転数センサである。あるいは、センサ１０は、ドアハンドルに設けられユーザーによるタッチ操作を検出するタッチセンサ、車両の加速度や傾斜を検出する加速度センサ、車両外の照度を測定する照度センサ、ブレーキペダル踏量センサ、アクセル開度センサ、操舵角センサである。あるいは、センサ１０は、車内の乗員や車外の道路や物標をそれぞれ検知するカメラ、赤外線センサ、超音波センサ、車外の物標の位置や方位を検出するレーダーである。あるいはセンサ１０は、ユーザー操作を受け付けるボタン、スイッチ、車両内外の携帯機等からの電波を受信するアンテナ等である。このように、車両が備える検知機器、入力機器であれば、いずれもセンサ１０でありうる。センサ１０の個数Ｎは特に限定されない。

センサ１０は、第１バス１１に接続される。センサ１０は、それぞれが検出した内容に基づいて、その内容を表すデータであるセンシングデータを生成し、第１バス１１に送信することができる。

アクチュエータ２０は、車両が備える各種の動作機構である。アクチュエータ２０は、例えばブレーキ、エンジン、変速機等を含むパワートレイン、パワーステアリングのような車両の制駆動動力や操舵力の出力機構や、ドアのオートロック機構、ワイパー、各種ライト、方向指示器、エアコン、冷却器等や、電源からの電力供給経路等を制御するコンバータやリレー、ユーザーに情報を提示するディスプレイ、メーターあるいは警告灯のような、車両や車両が備える機器に何らかの物理的な変化を発生させたり、なんらかの効果をもたらしたりする機器であれば、いずれもアクチュエータ２０でありうる。アクチュエータ２０の個数Ｍは特に限定されない。

アクチュエータ２０は、第２バス２１に接続される。アクチュエータ２０は、自機に対する制御内容を表すデータである制御データを第２バス２１から受信し、受信した制御データに基づいて動作することができる。

中央ＥＣＵ３０は、プロセッサを含む演算装置であって、センシングデータに基づいて演算を行い、制御データを生成する。演算内容は、例えば従来のＥＣＵが個別に行っていた、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を含むことができる。

このように、中央ＥＣＵ３０は、従来の運転支援機能等を実現する複数のＥＣＵの機能を集約したものである。中央ＥＣＵ３０はセンシングデータを集約し、これに基づいて、複数のアクチュエータ２０を統合的に制御する。従来は、例えば、超音波センサのセンシングデータを取得して障害物を検知すると衝突回避するためにパワーステアリングアクチュエータやブレーキアクチュエータ等を制御する衝突回避ＥＣＵと、カメラからのセンシングデータ（撮影画像）を取得して、車線内の走行を維持するためにパワーステアリングアクチュエータ等を制御する車線維持ＥＣＵとが独立的に設けられていた。また、これらのＥＣＵによる操舵指示等の制御内容が両立しない場合、いずれの制御内容を優先させるかを、さらに他のＥＣＵが判定していた。中央ＥＣＵ３０は、例えば超音波センサおよびカメラからのセンシングデータを取得し、衝突回避および車線維持の両方の機能を実現することができる。また、中央ＥＣＵ３０は、操舵のための制御内容を各機能の重要性や優先度等に基づいて、制御内容を調停、統合する高度な処理も行うことができる。これにより、中央ＥＣＵ３０は、複数の機能のための制御内容を好適に集約した制御をパワーステアリング等の各アクチュエータ２０に対して行うことができる。

また、中央ＥＣＵ３０は、このような運転支援機能以外の、他のＥＣＵの機能を適宜集約してもよい。例えば中央ＥＣＵ３０は、上述した従来のセンサＥＣＵやアクチュエータＥＣＵの機能の一部または全部を適宜集約してもよい。

なお、上述したプロセッサとは、例えばクロック信号に基づいて動作し、データの取得、計算、比較、転送等の処理を含む高度で大量の処理を所定の命令セットに従って実行することが可能な大規模集積回路を有する装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイクロコントローラー等と呼ばれる装置を含む。中央ＥＣＵ３０を設けることで、ＥＣＵの数を抑制することができ、ＥＣＵが備えるプロセッサ等の高コストな部品の数を低減することができる。

中央ＥＣＵ３０は、典型的には、アプリケーションプログラムを実行することで動作する。アプリケーションプログラムは、従来の複数のＥＣＵにおいて用いられていたものを、それぞれ並列的に実行することができる。しかし、中央ＥＣＵ３０への機能の集約に対応して、アプリケーションプログラムにおける処理の効率化や最適化を行ってもよい。例えば、衝突のおそれがある場合は、衝突回避の演算を最優先し、前車追従や車線維持のための演算は打ち切るといった処理も可能である。

中央ＥＣＵ３０は、第３バス３１に接続される。中央ＥＣＵ３０は、センシングデータを第３バス３１から受信し、制御データを第３バス３１に送信する。なお、第３バス３１には中央ＥＣＵ３０以外にも、必要に応じて１つ以上の補助ＥＣＵを接続してもよい。

補助ＥＣＵは、プロセッサを含む演算装置であって、センシングデータや制御データを取得して記憶するログ取得機能のような、中央ＥＣＵ３０に対して補助的な機能を有する。補助ＥＣＵは、中央ＥＣＵ３０の機能を拡張したり、中央ＥＣＵ３０にない新機能を実現したりするために追加的に提供されるものであってもよく、そのための制御データの送信を行ってもよい。

中央ＥＣＵ３０および補助ＥＣＵは、互いにＥＣＵ間データを用いた通信をしてもよい。すなわち、中央ＥＣＵ３０および補助ＥＣＵは、第３バス３１にＥＣＵ間データを送信したり、第３バス３１からＥＣＵ間データを受信したりしてもよい。例えば、中央ＥＣＵ３０は、ＥＣＵ間データによって、ログ取得機能を有する補助ＥＣＵのログ取得処理の開始および終了を指示してもよい。

また、アクチュエータ２０の少なくとも一部は、互いアクチュエータ間データを用いた通信をしてもよい。すなわちアクチュエータ２０は、第２バス２１にアクチュエータ間データを送信したり、あるいは、第２バス２１からアクチュエータ間データを受信したりしてもよい。この場合、アクチュエータ２０は、基本的には制御データに基づいて動作するが、アクチュエータ間データによって他のアクチュエータ２０の動作状態等を取得して、これに基づいて動作することもできる。なお、アクチュエータ２０は、アクチュエータ間データの生成に必要であれば、センサ１０からセンシングデータ相当のデータを、センサ１０と直接的に接続された信号線等を経由して取得してもよい。

例えば、パワートレイン、ブレーキ、パワーステアリングの各アクチュエータが、アクチュエータ間データによって互いの動作状態を直接的にごく低遅延で取得し、中央ＥＣＵ３０からの制御データだけでなくアクチュエータ間データに基づいて動作するようにすれば、制御データのみに基づいて動作するよりも、制御データが表わす制御内容を好適に補間、補正し、互いの状態変化に対する応答性や協調性を向上して、車両の横滑り等を防止し、車両の走行の安定性や乗り心地の改善を図ることができる。

リピータ４０は、第１バス１１、第２バス２１、第３バス３１に接続される。リピータ４０は、第１回路４１および第２回路４２を含む。第１回路４１は、第１バス１１を入力元とし、第３バス３１を出力先とする。第２回路４２は、第３バス３１を入力元とし、第２バス２１を出力先とする。

なお、センサ１０、アクチュエータ２０、中央ＥＣＵ３０、補助ＥＣＵを、以降、適宜ノードと総称する。

図２は、リピータ４０に含まれる第１回路４１および第２回路４２の動作を説明する図である。第１回路４１および第２回路４２の動作は同じであり、同一の構成で実現可能である。第１回路４１および第２回路４２は、いずれにおいても、入力信号が表わす信号値が０の場合、出力信号が表わす信号値も０となり、また、入力信号が表わす信号値が１の場合、出力信号が表わす信号値も１となる。また、第１回路４１および第２回路４２は、入力信号の波形を整形して出力する。

図３に、第１回路４１および第２回路４２が行う波形の整形の例を示す。入力信号は、一般にバスを流れる間に、バスの特性、接続されるノードによる反射等により、波形の振動であるリンギング、波形の崩れであるなまり、波形の減衰等の波形歪が発生し、データ誤りによる通信品質が劣化するおそれがある。第１回路４１および第２回路４２は、入力信号の信号値と同じ信号値を表す、リンギングやなまりがない、規定の信号波形の振幅、形状を有する波形を生成して出力信号として出力することで、通信品質の劣化を抑制する。

リピータ４０は、第１回路４１によって、第１バス１１から入力されるセンシングデータを、波形を整形して第３バス３１へ出力することによって、センサ１０から中央ＥＣＵ３０（補助ＥＣＵ）へ、センシングデータを通過させる。また、リピータ４０は、第２回路４２によって、第３バス３１から入力される制御データを、波形を整形して第２バス２１へ出力することによって、中央ＥＣＵ３０（補助ＥＣＵ）からアクチュエータ２０へ、制御データを通過させる。

リピータ４０は、第３バス３１から第１バス１１へのデータの流れ、および、第２バス２１から第３バス３１へのデータの流れを遮断する。また、通過させるデータについては上述のように波形を整形する。これにより、リピータ４０は各バスの配線長を短くし、バスの特性や信号反射等による波形歪を抑制する意味で、ネットワークシステム１のバスを３つに分割する。このようなリピータ４０の実装方法は限定されないが、データを、その波形を整形しながら単純に一方通行で通過させるものであるから、プロセッサを含まない比較的簡易な構成の論理回路によって実装される。比較的簡易な構成の論理回路とは、例えば、デジタル信号を表す電圧のパターンに応じて論理演算を行う論理素子で主に構成された電子回路であり、クロック信号や命令セットなどが与えられなくても、動作可能である。プロセッサを含むゲートウェイの起動に要する時間は一般に数ｍｓ以上であるのに対し、簡易な論理回路で構成されたリピータ４０の起動に要する時間は数百ｎｓから数μｓ程度である。また、命令セットに従って大量の演算を行ってデータの転送処理を行うゲートウェイより、簡易な論理回路で構成されたリピータ４０のほうが、伝送遅延も小さい。そのため、ゲートウェイの代わりにこのようなリピータ４０を用いることで、データ伝送の欠けをなくし遅延も大幅に抑制することができる。

なお、ネットワークシステム１は、車両が備えるすべてのセンサ、アクチュエータが接続されることを要求するものではなく、中央ＥＣＵ３０の機能に応じて必要なものが接続されていればよい。また、中央ＥＣＵ３０の機能は、従来の複数のＥＣＵの全ての機能を含むものでなくてもよく、ＥＣＵの数を抑制できれば、従来の複数のＥＣＵの一部の機能を含むものでもよい。

また、ネットワークシステム１は車両が、他のネットワークシステムを備えることを排除するものではなく、車両は他のネットワークシステムを備えてもよいし、ネットワークシステム１は、他のネットワークシステムとゲートウェイ等によって接続されてもよい。

＜通信量＞
上述のリピータ４０においては、第１バス１１を流れるセンシングデータが第３バス３１を経由して第２バス２１にも流れることになる。すなわち、第２バス２１に必要性がないセンシングデータが流れる。しかし、ネットワークシステム１の特性として、第２バス２１に流れる必要性のある制御データあるいはアクチュエータ間データの量が少なく、第２バス２１の空き時間が多い（バス負荷が低い）場合は、センシングデータが第２バス２１を流れても、とくに問題ない。

ネットワークシステム１の特性として、第２バス２１に流れる必要性のある制御データあるいはアクチュエータ間データの量が多く、第２バス２１の空き時間が少ない（バス負荷が高い）場合は、第２バス２１に必要性がないセンシングデータが流れることを抑制することが好ましい。その場合、以下のようにセレクタ回路４３を設けるとよい。

図４に、図１に示したリピータ４０にセレクタ回路４３を設けた構成の一例を示す。セレクタ回路４３には、第３バス３１と第１バス１１とに流れている各データが入力され、第３バス３１を流れるデータが、第１バス１１からリピータ４０を通過したデータである場合は、第３バス３１から第２バス２１への通過を抑止する。図４には、第１バス１１からリピータ４０を通過したデータの流れを矢印で示す。図４に示すように、第１バス１１からリピータ４０を通過したデータは第３バス３１には流れるが、第２バス２１には流れない。

これにより、第２バス２１のバス負荷を小さくし、より多くの制御データあるいはアクチュエータ間データが流れるようにすることができる。セレクタ回路４３は、第３バス３１上の信号が第１バス１１上の信号と同じであるか否かに基づいて、信号の遮断と通過とを切り替えるという単純な処理を行うものであるから、プロセッサを含まない比較的簡易な構成の論理回路によって実現することができる。なお、第１回路４１の伝送遅延はわずかであるが、セレクタ回路４３は、第３バス３１を流れるデータと第１バス１１を流れるデータとの比較にあたり必要であれば、第１回路４１の伝送遅延を考慮した設計を行えばよい。

以上のように、第２バス２１のバス負荷を抑制する場合は、リピータ４０にセレクタ回路４３をさらに設ければよい。第２バス２１のバス負荷が十分低く、さらに負荷を抑制する必要性が低い場合は、セレクタ回路４３を設けず、第２バス２１にセンシングデータが流れることを許容することで、リピータ４０の構成を簡易化できる。

＜ネットワーク機能＞
本実施形態では、リピータ４０がデータの流れを一部遮断するため、通信方式によっては影響が発生しうるが、必要に応じて適宜、好適に対応することができる。以降では、とくに、ネットワークシステム１が、ＣＡＮ（Controller Area Network）規格に準拠した通信を行う場合について、対応の例を説明する。

第１バス１１、第２バス２１、第３バス３１は、一例として、ＣＡＮ規格に対応した２線式のツイストペアケーブルである。本実施形態のセンシングデータや制御データ等の各データは、フレームと呼ばれる単位で各バスを流れる。図５に、このようなフレームの構成例の概略を示す。フレームには、始まりを表すＳＯＦと終わりを表すＥＯＦとの間に、ＩＤ、データ本体、ＡＣＫスロット等のフィールドが含まれる。バス上でフレームは、各ビットがドミナント（０）またはリセッシブ（１）の２つの差動電圧状態によって特定される矩形波形状のデジタル信号によって表現される。

［ＡＣＫ送信］
ＡＣＫスロットは１ビット長のフィールドである。データを送信する送信ノードがフレーム中のＡＣＫスロットをリセッシブ信号にして送信し、データを受信する受信ノードが、フレーム中のＡＣＫスロットより前に送信された部分までを正しく受信した場合、ＡＣＫスロットに重なるタイミングでドミナント信号を送信する（ＡＣＫを返す）。

同時に相異なるノードから、リセッシブ信号とドミナント信号とが送信された場合、バス上はドミナント信号となる。そのため送信ノードは、ＡＣＫスロットがドミナントであれば、自身が送信したデータが受信ノードによって受信されていることを確認することができる。このようなＡＣＫ送信を行う場合、フレームのＡＣＫスロットに受信ノードがタイミングを正確に合わせてＡＣＫを返せるようにするために、信号の波形歪や伝送遅延の許容範囲が制限される。

本実施形態では、例えば中央ＥＣＵ３０がセンサ１０からのセンシングデータのＡＣＫスロットにＡＣＫを返しても、リピータ４０により遮断され、センサ１０には届かない。また、例えばアクチュエータ２０が中央ＥＣＵ３０からの制御データのＡＣＫスロットにＡＣＫを返しても、リピータ４０により遮断され、中央ＥＣＵ３０には届かない。そのため、本実施形態では、少なくとも、リピータ４０をまたいで複数のバスを流れるセンシングデータおよび制御データについてはＡＣＫスロットを用いた受信確認の方式は採用しないものとする。

ＡＣＫスロットを用いた受信確認を行わない場合は、ＡＣＫスロットを用いた受信確認を行う場合に比べて、波形歪や伝送遅延の許容範囲を広げることができ、１つのバスにより多くのノードを接続することができるという利点がある。なお、受信ノードがＡＣＫを返しても送信ノードに届かないだけであり他に影響はないので、受信ノードはＡＣＫを返す従来の設計を変更してＡＣＫを返さないように修正する必要はない。

センシングデータについては、中央ＥＣＵ３０がセンサ１０から受信できていることをセンサ１０側で確認ができなくてもとくに問題はない。また、制御データについては、アクチュエータ２０が中央ＥＣＵ３０から受信できていないことによって不具合が発生した場合は、中央ＥＣＵ３０は、例えば次に説明するように、センサ１０経由でそのアクチュエータ２０の状態監視を行うことができるので、不具合を検知できる。

［ネットワークマネジメント］
ＣＡＮ規格のネットワークシステムに適用可能な各種のネットワークマネジメント方式が提案されている。例えば各ノードはＮＭメッセージと呼ばれる所定のデータを定期的にバスに送信することによって互いに自ノードの状態を他のノードに通知する。いずれかのノードが、断線等によってネットワークから離脱した場合、他のノードは、そのノードからのＮＭメッセージが受信できないことにより、そのノードが離脱したことを検出することができる。

本実施形態では、少なくとも中央ＥＣＵ３０が、一括的にセンサ１０およびアクチュエータ２０の状態を取得できることが好ましい。センサ１０、補助ＥＣＵがＮＭメッセージを送信すると、中央ＥＣＵ３０はこれを受信できる。そのため、センサ１０および補助ＥＣＵについては、ＮＭメッセージを用いた従来のネットワークマネジメント方式を採用できる。しかし、アクチュエータ２０がＮＭメッセージを送信する場合は、リピータ４０により遮断され、中央ＥＣＵ３０はこれを受信できない。

そこで、アクチュエータ２０については、ＮＭメッセージを用いた従来のネットワークマネジメント方式は採用しないものとする。本実施形態では、アクチュエータ２０とネットワークとの接続状態やその他の状態を取得してセンシングデータとして送信する機能を有するセンサ１０を設ける。これにより、中央ＥＣＵ３０は、センサ１０経由でそのアクチュエータ２０の状態監視を行うことができる。

また、ＮＭメッセージは、自ノードが低消費電力モードであるスリープモードに移行できるか否かを表すスリープ可否情報を含むことができる。各ノードは、例えば自ノードの動作状況に基づくスリープ可否と、他のノードのＮＭメッセージに含まれるスリープ可否情報とに基づいて、実際にスリープモードに移行するか否かを判定するといった処理を行うことができる。

本実施形態では、上述の状態監視と同様、中央ＥＣＵ３０は、センサ１０、補助ＥＣＵについてはＮＭメッセージを用いて、スリープ可否情報を取得することができる。また、アクチュエータ２０については、必要であれば、上述の状態監視と同様、センサ１０がアクチュエータ２０の状態を取得しこれに基づいてアクチュエータ２０のスリープ可否情報を生成して、センシングデータとして中央ＥＣＵ３０に送信するようにすればよい。

中央ＥＣＵ３０は、例えば、全てのノードがスリープ状態に移行できると判定するとネットワークシステム１全体への電力供給を停止して全ノードをスリープモードに移行させることができる。

［調停］
ＣＡＮ規格においては、例えばＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance）方式を用いて、各ノードは、他のノードがデータをバスに送信していることを検出している間は、データを送信しないようにすることで、データの衝突を基本的に回避している。

しかし、バスにデータが流れていないときに、複数のノードが同時にデータを送信することによりデータが衝突することが起こり得る。これを防ぐため、データの優先度に基づいた調停が行われる。フレームの先頭寄りの位置にはＩＤとよばれる、送信元のノードの識別子を表す複数ビット長のフィールドが提供されている。このＩＤの値によってフレームの優先度を表すことができる。

複数のノードが同時にデータを送信して、ドミナント信号（０）とリセッシブ信号（１）とが同時にバスに送信された場合、バス上では、ドミナント信号（０）となる。データを送信した各ノードは、自ノードが送信するデータのＩＤと、バス上のデータのＩＤとが異なることを検出するとデータの送信を中断する。各ノードは、送信を停止したデータを、その後バスにデータが流れていないときに、再送することができる。このような調停方式においては、ＩＤの値が小さいほど、送信中断が発生しにくく、優先度が高くなる。

本実施形態では、第１バス１１、第２バス２１、第３バス３１のうち、同じバスに接続されているノード間では、上述の方法により、データの衝突の回避、調停が可能である。しかし、他のバスに接続されたノード間では、データの流れが一部制限されるので、上述の方法ではデータの衝突の回避、調停ができないおそれがある。以下、センシングデータと制御データとを例にとり検討する。

まず、図６を参照して、センシングデータが制御データより先に送信され、送信期間が重なる場合を検討する。中央ＥＣＵ３０は、センシングデータを受信でき、受信している間は、制御データの送信を行わないようにすることができるので、上述した方法で従来と同様に衝突の回避が可能である。したがって、図６のようにセンシングデータがバスを流れている間に制御データが送信されることは、実際には起こらない。すなわち図６においてハッチングを施した制御データの送信は回避される。

つぎに、図７を参照して、制御データの送信開始とセンシングデータの送信開始とが同時である場合について検討する。制御データはリピータ４０により遮断されセンサ１０には届かないため、同時送信をセンサ１０では検知できない。また、センシングデータはリピータ４０を通過して中央ＥＣＵ３０に届くが、センシングデータの優先度が制御データの優先度より低い場合は、制御データのフレームのＩＤが、第３バス３１上において、センシングデータのフレームのＩＤによって変化することがないため、中央ＥＣＵ３０も、同時送信を検知することができない。そのため中央ＥＣＵ３０は、制御データの送信を継続してしまい、制御データとセンシングデータとが第３バス３１上で衝突することが起こりうる。

その対応として、センシングデータのような第１バス１１に接続された各センサ１０が送信するデータの優先度を、制御データあるいはＥＣＵ間データのような第３バス３１に接続された中央ＥＣＵ３０、補助ＥＣＵが送信するデータの優先度より高くする。

センシングデータの優先度を制御データの優先度より高くすると、制御データのフレームのＩＤが、第３バス３１上において、センシングデータのフレームのＩＤによって変化するので、中央ＥＣＵ３０が、これを検知することによって同時送信を検知して、制御データの送信を中断することにより、衝突を調停することが可能である。したがって、図７において、制御データの送信が中断され、センシングデータが優先的にバスを流れることになる。すなわち、制御データのＩＤより後の部分、図７において制御データのハッチングを施した部分の送信は中断される。

つぎに、図８を参照して、センシングデータが制御データより後に送信され、送信期間が重なる場合を検討する。上述のようにセンサ１０には制御データが届かないので、中央ＥＣＵ３０が制御データを送信している間にセンサ１０がセンシングデータ（図８においてハッチングを施したセンシングデータ）を送信することが起こりうる。

そこで、リピータ４０の第１回路４１に第１遅延回路４５を設ける。図８は、センシングデータが制御データより後に送信され、送信期間が重なる場合における、この対応の効果を表す。図９に、図１に示したリピータ４０に第１遅延回路４５を設けた構成の一例を示す。図８に示すハッチングを施していないセンシングデータのように、第１遅延回路４５によって、第１バス１１からリピータ４０に入力されるセンシングデータは、制御データの送信が完了したのち第３バス３１に出力される。すなわち、リピータ４０は、制御データが第３バス３１から入力されてこれを通過させている間に、センシングデータが第１バス１１から入力された場合、入力されたセンシングデータの通過を、入力された制御データの通過が完了するまで遅延させる。

中央ＥＣＵ３０は、次の制御データを第３バス３１に送信しようとする際、リピータ４０から第３バス３１に出力されたセンシングデータとの衝突を回避、調停して、次の制御データの送信を待機あるいは中断できる。これにより、第３バス３１におけるデータの流れが調停される。

なお、第１遅延回路４５は、センシングデータの入力後、第３バス３１を監視し、データが流れている間は、センシングデータの出力を抑制し、データが流れていないことを検知すると、センシングデータの出力を行うようにしてもよいし、センシングデータの入力後、第３バス３１にデータが流れていることを検知すると、例えばフレーム１つ分の送信所要時間に相当する所定時間だけ待機した後にセンシングデータの出力を行うようにしてもよい。

第１遅延回路４５は、このような単純な条件に基づいて少量のデータを遅延させる簡単な処理を行うものであるから、プロセッサを含まない比較的簡易な構成の論理回路によって実現することができる。以上のようにして、第１バス１１に接続されたノードおよび第３バス３１に接続されたノード間のデータ衝突の回避あるいは調停が可能となる。

また、さらに、アクチュエータ２０が上述したアクチュエータ間データの送受信を行う場合、アクチュエータ間データが、制御データ等の、第３バス３１からリピータ４０を通過して第２バス２１に流れてくるデータと衝突するおそれがある。しかし、上述したセンシングデータと制御データとの場合と同様に衝突を回避、調停できる。以下、制御データとアクチュエータ間データとを例にとり検討する。

まず、制御データがアクチュエータ間データより先に送信され、送信期間が重なる場合を検討する。アクチュエータ２０は、制御データを受信でき、受信している間は、アクチュエータ間データの送信を行わないようにすることができるので、上述した方法で従来と同様に衝突の回避が可能である。したがって、制御データがアクチュエータ間データより先に送信され、送信期間が重なることは、実際には起こらない。

つぎに、アクチュエータ間データの送信開始と制御データの送信開始とが同時である場合について検討する。アクチュエータ間データはリピータ４０により遮断され中央ＥＣＵ３０には届かないため、同時送信を中央ＥＣＵ３０では検知できない。また、制御データはリピータ４０を通過してアクチュエータ２０に届くが、制御データの優先度がアクチュエータ間データの優先度より低い場合は、アクチュエータ間データのフレームのＩＤが、第２バス２１上において、制御データのフレームのＩＤによって変化することがないため、アクチュエータ２０も、同時送信を検知することができない。そのためアクチュエータ２０は、アクチュエータ間データの送信を継続してしまい、アクチュエータ間データと制御データとが第２バス２１上で衝突することが起こりうる。

その対応として、制御データあるいはＥＣＵ間データのような、第３バス３１に接続された中央ＥＣＵ３０、補助ＥＣＵが送信するデータの優先度を、アクチュエータ間データのような第２バス２１に接続されたアクチュエータ２０が送信するデータの優先度より高くする。

制御データの優先度をアクチュエータ間データの優先度より高くすると、アクチュエータ間データのフレームのＩＤが、第２バス２１上において、制御データのフレームのＩＤによって変化するので、アクチュエータ２０が、これを検知することによって同時送信を検知して、アクチュエータ間データの送信を中断することにより、衝突を調停することが可能である。

つぎに、制御データがアクチュエータ間データより後に送信され、送信期間が重なる場合を検討する。中央ＥＣＵ３０にはアクチュエータ間データが届かないので、アクチュエータ２０がアクチュエータ間データを送信している間に中央ＥＣＵ３０が制御データを送信することが起こりうる。

そこで、リピータ４０の第２回路４２に第２遅延回路４６を設ける。図１０に、図９に示したリピータ４０に第２遅延回路４６を設けた構成の一例を示す。第２遅延回路４６によって、第３バス３１からリピータ４０に入力される制御データは、アクチュエータ間データが第２バス２１を流れるのが完了したのち第２バス２１に出力される。すなわち、リピータ４０は、アクチュエータ間データが第２バス２１を流れている間に、制御データが第３バス３１から入力された場合、入力された制御データの通過を、そのアクチュエータ間データが流れるのが完了するまで遅延させる。

アクチュエータ２０は、次のアクチュエータ間データを第２バスに送信しようとする際、リピータ４０から第２バス２１に出力された制御データとの衝突を回避、調停して、次のアクチュエータ間データの送信を待機あるいは中断できる。これにより、第２バス２１におけるデータの流れが調停される。

なお、第２遅延回路４６は、制御データの入力後、第２バス２１を監視し、データが流れている間は、制御データの出力を抑制し、データが流れていないことを検知すると、制御データの出力を行うようにしてもよいし、制御データの入力後、第２バス２１にデータが流れていることを検知すると、例えばフレーム１つ分の送信所要時間に相当する所定時間だけ待機した後にセンシングデータの出力を行うようにしてもよい。

第２遅延回路４６は、第１遅延回路４５と同様、このような単純な条件に基づいて少量のデータを遅延させる簡単な処理を行うものであるから、プロセッサを含まない比較的簡易な構成の論理回路によって実現することができる。以上のようにして、第３バス３１に接続されたノードおよび第２バス２１に接続されたノード間のデータ衝突の回避あるいは調停が可能となる。

なお、第１遅延回路４５（あるいはさらに第２遅延回路４６）を設け、さらに上述のセレクタ回路４３を設ける場合は、セレクタ回路４３に、第３バス３１を流れるデータと第１バス１１を流れるデータとの比較にあたり必要であれば、第１遅延回路４５によるデータ伝送遅延の影響を考慮した設計をすればよい。

（効果）
本発明に係るネットワークシステム１は、中央ＥＣＵ３０が車両の各種機能のための演算処理を行い、複数の機能を集約して車両制御を行うので、従来のように個別の機能ごとのＥＣＵを多数設ける場合に比べてＥＣＵの数を減らすことができる。これによりプロセッサの数を低減することができる。

また、中央ＥＣＵ３０とセンサ１０との間、また、中央ＥＣＵ３０とアクチュエータ２０との間に、論理回路を用いた比較的簡易な構成のリピータ４０を設けることによって、データを送信元から送信先に波形を整形しながら好適に通過させることでき、ゲートウェイを用いたプロセッサによる転送すべきデータの選択処理を行う必要がないので、これによってもプロセッサの数を低減できる。

また、リピータ４０の起動時間や起動後のデータ通過に要する時間は、ゲートウェイに比べて大幅に短いため、データ伝送の欠けをなくし、ゲートウェイを用いる場合に比べて伝送遅延も大幅に抑制することができる。

また、ＥＣＵの数の低減と、リピータ４０によるバスの分割とによって各バスの配線長および信号反射を十分抑制でき、波形歪も抑制できる。そのため、センサ１０、アクチュエータ２０、中央ＥＣＵ３０（補助ＥＣＵ）は、いずれも、特許文献１のように、さらにバスを分割するために２つ以上のバスと接続する必要がなく、バスのコントローラを複数備えなくてよいためコストを抑制できる。

また、必要に応じて、リピータ４０に簡易なセレクタ回路４３を設けることによって、不要なデータの流れをさらに抑制することができ、バスの負荷を低減できる。

また、本発明に係るネットワークシステム１は、必要に応じて上述したような設計上の対応を適宜行うことによって、ＣＡＮ規格のような従来の通信方式を採用でき、車載ネットワークシステムに好適に適用できる。例えばデータを同時送信した場合の調停についても、優先度の設定およびリピータ４０に設ける簡易な遅延回路により実現できる。

以上のように、本発明によれば、例えば車両に搭載されるネットワークシステムを従来に比べて低コストで提供することができる。

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における通信方法、リピータ、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 センサ
１１ 第１バス
２０ アクチュエータ
２１ 第２バス
３０ 中央ＥＣＵ
３１ 第３バス
４０ リピータ
４１ 第１回路
４２ 第２回路
４３ セレクタ回路
４５ 第１遅延回路
４６ 第２遅延回路

Claims (9)

1. 車両に搭載されるネットワークシステムであって、
   複数のセンサと、
   前記複数のセンサに接続され、前記複数のセンサがセンシングデータを送信するのに用いられる第１バスと、
   複数のアクチュエータと、
   前記複数のアクチュエータに接続され、前記複数のアクチュエータが制御データを受信するのに用いられる第２バスと、
   前記センシングデータに基づいて演算を行い、前記複数のアクチュエータを用いた車両制御を集約的に実行するためのデータとして前記制御データを生成する中央ＥＣＵと、
   前記中央ＥＣＵに接続され、前記中央ＥＣＵが、前記センシングデータを受信し、かつ、前記制御データを送信するのに用いる第３バスと、
   前記第１バス、前記第２バス、および、前記第３バスに接続され、前記第１バスを流れるデータを、波形を整形しながら前記第３バスへ通過させ、前記第３バスを流れるデータを、波形を整形しながら前記第２バスへ通過させ、前記第３バスから前記第１バスへのデータの流れおよび前記第２バスから前記第１バスへのデータの流れを遮断するリピータとを備え、
   前記ネットワークシステムにおいて複数のデータが同時に送信された場合の調停はデータの送信単位であるフレームごとに付与された優先順位に基づいて行われ、
   前記センシングデータのフレームには、前記制御データのフレームより高い優先順位が付与され、
   前記リピータは、前記制御データのフレームが前記第３バスから入力されて通過させている間に、前記センシングデータのフレームが前記第１バスから入力された場合、入力された前記センシングデータのフレームの通過を、入力された前記制御データのフレームの通過が完了するまで遅延させる、ネットワークシステム。
2. 前記複数のアクチュエータのそれぞれは、前記複数のセンサのいずれかによって監視され、監視結果は前記センシングデータとして送信される、請求項１に記載のネットワークシステム。
3. 前記複数のアクチュエータの少なくとも一部は、前記第２バスを用いて、アクチュエータ間データのフレームの送信または受信を行い、
   前記制御データのフレームには、前記アクチュエータ間データのフレームより高い優先度が付与され、
   前記リピータは、前記アクチュエータ間データのフレームが前記第２バスを流れている間に、前記制御データのフレームが前記第３バスから入力された場合、入力された前記制御データのフレームの通過を、前記流れているアクチュエータ間データのフレームが前記第２バスを流れるのが完了するまで遅延させる、請求項１または２に記載のネットワークシステム。
4. 前記リピータは、前記第３バスを流れるデータであっても、前記第１バスから前記リピータを通過したデータである場合は、前記第３バスから前記第２バスへの通過を行わない、請求項１ないし３のいずれかに記載のネットワークシステム。
5. 前記リピータは、前記第１バスから入力されたデータが前記第２バスへ通過することを抑制するセレクタをさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載のネットワークシステム。
6. 前記リピータは、
   前記第１バスと前記第３バスとに接続され、前記第１バスを流れるデータを、波形を整形しながら前記第３バスへ通過させるように構成される第１回路と、
   前記第２バスと前記第３バスとに接続され、前記第３バスを流れるデータを、波形を整形しながら前記第２バスへ通過させるように構成される第２回路と、をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載のネットワークシステム。
7. 前記第１回路は、前記第１回路に入力されるデータの通過を遅延させる第１遅延回路を備える、請求項６に記載のネットワークシステム。
8. 前記第２回路は、前記第２回路に入力されるデータの通過を遅延させる第２遅延回路を備える、請求項６または７に記載のネットワークシステム。
9. 車両に搭載されるネットワークシステムのコンピューターが実行する方法であって、
   前記ネットワークシステムは、
   複数のセンサと、
   前記複数のセンサに接続され、前記複数のセンサがセンシングデータを送信するのに用いられる第１バスと、
   複数のアクチュエータと、
   前記複数のアクチュエータに接続され、前記複数のアクチュエータが制御データを受信するのに用いられる第２バスと、
   前記センシングデータに基づいて演算を行い、前記複数のアクチュエータを用いた車両制御を集約的に実行するためのデータとして前記制御データを生成する中央ＥＣＵと、
   前記中央ＥＣＵに接続され、前記中央ＥＣＵが、前記センシングデータを受信し、かつ、前記制御データを送信するのに用いる第３バスと、
   前記第１バス、前記第２バス、および、前記第３バスに接続され、前記第１バスを流れるデータを、波形を整形しながら前記第３バスへ通過させ、前記第３バスを流れるデータを、波形を整形しながら前記第２バスへ通過させ、前記第３バスから前記第１バスへのデータの流れおよび前記第２バスから前記第１バスへのデータの流れを遮断するリピータと、を備えており、
   前記ネットワークシステムにおいて複数のデータが同時に送信された場合の調停を、データの送信単位であるフレームごとに付与された優先順位に基づいて行うステップと、
   前記センシングデータのフレームに、前記制御データのフレームより高い優先順位を付与するステップと、
   前記リピータにおいて、前記制御データのフレームが前記第３バスから入力されて通過させている間に、前記センシングデータのフレームが前記第１バスから入力された場合、入力された前記センシングデータのフレームの通過を、入力された前記制御データのフレームの通過が完了するまで遅延させるステップと、を含む処理を、前記コンピューターに実行させる、方法。

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