JP7140011B2 - ゲートウェイ装置 - 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含まれるゲートウェイ装置に関する。

車両には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる車載機器がバスを介して互いに接続されたネットワークシステムが搭載されている。各車載機器は、互いにバスを介してフレームと呼ばれる単位でメッセージを送受信したり、車両が備えるセンサから情報を取得したりして、センサや車両が備えるアクチュエータの制御を行って、車両の各機能を分担して実行する。ネットワークシステムは、複数のバスを備え、複数のバス間でフレームを中継するゲートウェイと呼ばれる中継装置を備えることもある。すなわち、ゲートウェイは、あるバスから受信したフレームを他のバスに送信して、バス間でフレームを中継する機能を有する。

このようなゲートウェイ装置を含むネットワークシステムに関して、外部機器等による診断処理や、ゲートウェイ装置の中継処理のための各種改良が提案されている。

特許文献１は、ゲートウェイ装置が、モニタ対象のライン（バス）以外からメッセージを受信しモニタ対象のラインに中継する場合、送信完了時にメッセージをバッファに格納し、モニタ対象のラインからメッセージを受信した場合には受信時にメッセージをバッファに格納することにより、モニタ対象のラインにおけるメッセージの通信順序通りにメッセージをバッファに格納して、通信順序を正確にモニタできるようにすることを開示している。

特許文献２は、ゲートウェイ装置が、外部機器からの接続確認要求信号を受信すると各車載機器に返答要求信号を出力し、各車載機器が、返答要求信号を受信するとゲートウェイ装置に返答信号を出力し、ゲートウェイ装置が、返答信号を受信すると、返答信号に基づく信号を外部機器に出力することにより、車両ごとの機器構成やバス構成に差異があっても、これらに依存せずに共用化された手順によって接続診断を容易に行うことを開示している。

特許文献３は、ゲートウェイ装置が、外部機器や車載機器から中継要求フレームを受信すると、フレームに設定されている中継先の車載機器等の論理アドレスに基づき、ルーティングテーブルから中継先の物理アドレス等を特定し、特定した物理アドレスに基づいて中継を行うことを開示している。また、特許文献３は、ゲートウェイ装置が、このように物理アドレスを特定できなかった場合、中継先に対し物理アドレス等の送信を指示するフレームをブロードキャスト送信し、中継先から物理アドレス等を受信すると、ルーティングテーブルにこれを登録するとともに、中継先の車載機器等への中継を行うことを開示している。これにより、外部機器や車載機器が、論理アドレスを把握していれば、車載機器の追加、交換があっても通信が可能になる。

特許文献４は、ゲートウェイ装置が、通信フレームの受信および格納に要する実処理時間に基づいて、送信処理が実行可能である時間を算出し、その時間が中継処理のための時間のうち受信処理に予め割り当てられた時間であっても送信処理に転用できるようにすることを開示している。

特開２０１７－１６３２５２号公報 特開２０１０－２０６６９７号公報 特開２０１４－１５４９２０号公報 特開２００６－３１９７５９号公報

複数の車内通信用バスが接続されたゲートウェイ装置を含むネットワークシステムにおいて、外部機器が車外通信用バスを介してゲートウェイ装置に接続して、ネットワークシステムの診断を行う場合、従来、一般的に、モニタ対象の指定は車内通信用バス単位で行われ、ゲートウェイ装置は指定された車内通信用バスから入力されるフレームを車外通信用バスに出力していた。

仮にモニタ対象の車内通信用バスが２つ以上指定されると、車外通信用バスの通信量が増加し負荷が高くなり、ゲートウェイ装置がフレームを車外通信用バスに好適に出力できなくなる。そのため、外部機器による診断に支障が生ずるおそれがある。このように従来は、２つ以上のバスを流れるフレームを外部機器に同時に提供するのは困難であり、診断の効率には制限があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数のバスを備える車載ネットワークシステムに備えられ、外部機器による診断の効率を向上できるゲートウェイ装置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、外部機器を接続可能な車外通信用バスと、それぞれ１つ以上の車載機器が接続された複数の車内通信用バスとを含む、車載ネットワークシステムに含まれ、車外通信用バスおよび複数の車内通信用バスに接続されたゲートウェイ装置であって、車外通信用バスおよび複数の車内通信用バスとフレームの入出力を行う通信部と、モニタ対象のフレームの識別子を記憶可能な記憶部と、通信部および記憶部を制御する制御部とを備え、制御部は、通信部に複数の車内通信用バスのいずれかからフレームが入力されると、フレームに応じて複数の車内通信用バスの他のいずれかに、フレームを出力するよう通信部を制御し、通信部に、車外通信用バスから、モニタ対象のフレームの識別子を含むフレームが入力されると、識別子をモニタ対象のフレームの識別子として記憶するよう記憶部を制御し、通信部に、車外通信用バスから、モニタモードの開始要求を含むフレームが入力されると、複数の車内通信用バスから入力されるフレームのうち、記憶部が記憶している、モニタ対象のフレームの識別子を有するフレームを、さらに車外通信用バスに出力するよう通信部を制御する、ゲートウェイ装置である。

本発明によれば、複数のバスを備える車載ネットワークシステムに備えられ、外部機器による診断の効率を向上できるゲートウェイ装置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処理を示すシーケンス図 本発明の一実施形態に係るモニタ用フレームＩＤテーブルの例を示す図 本発明の一実施形態に係るモニタ対象のフレームの流れの例を示す図 本発明の一実施形態に係るモニタ対象でないフレームの流れの例を示す図

（実施形態）
本発明に係るゲートウェイ装置においては、モニタ対象をフレームのＩＤ単位で設定できる。そのため複数のバスのいずれを流れるフレームであっても、モニタ対象であれば、外部機器に送信することができる。また、モニタ対象として設定するフレームのＩＤの数を必要なものに限定すれば、車外通信用バスの負荷を抑制することができる。これらにより、外部機器に好適にモニタ対象のフレームを送信でき、外部機器による診断の内容や効率の制限を減らすことができる。以下に本発明の一実施形態を説明する。

＜構成＞
図１に、本実施形態に係るネットワークシステム１の構成の一部を示す。ネットワークシステム１は、一例として車両に搭載される。ネットワークシステム１は、複数の車内通信用バス１０、２０、３０と、車外通信用バス６０と、これらに接続されたゲートウェイ装置５０と、車内通信用バス１０、２０、３０のいずれかにそれぞれ接続された車載機器１１、１２、２１、２２、３１、３２と、車外通信用バス６０に接続されたコネクタ６１を含む。外部機器１００は、車外から、コネクタ６１を介して、車外通信用バス６０に接続することができる。

車載機器１１、１２、２１、２２、３１、３２は、それぞれが接続されている車内通信用バス１０、２０、３０のいずれかを介して、フレームと呼ばれる単位でメッセージを互いに送受信したり、車両が備えるセンサから情報を取得したりして、センサや車両が備えるアクチュエータの制御を行って、車両の各機能を分担して実行することができる。通信の規格は限定されないが、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）規格を用いることができる。フレームにはデータ本体だけでなく、データの種別やフレームの送信元、送信先の車載機器１１、１２、２１、２２、３１、３２を特定する情報を含むＩＤ（識別子）が含まれる。車載機器１１、１２、２１、２２、３１、３２は、車内通信用バス１０、２０、３０のうち自機器が接続されているバスを流れるフレームに含まれるＩＤを参照し自機器あてであることが特定できれば、そのフレームを自機器あてのメッセージとして受信する。

ゲートウェイ装置５０は、車内通信用バス１０、２０、３０および車外通信用バス６０間でフレームを中継する。ゲートウェイ装置５０は、通信部５１と、記憶部５２と、これらを制御する制御部５３とを含む。通信部５１は、制御部５３による制御に従って、車内通信用バス１０、２０、３０および車外通信用バス６０からフレームの入力を受けたり、これらのバスへフレームを出力したりすることができる。通信部５１は、とくに、制御部５３による制御に従って、これらのバスのいずれかから入力されたフレームを他のバスに中継する機能を有する。制御部５３は、このような中継機能のため、例えば通信部５１に入力されたフレームのＩＤ等に基づいて、そのフレームの中継の要否や、中継要の場合の出力先のバスを、ルーティング情報を参照して特定することができる。記憶部５２は、このようなルーティング情報等を記憶しており、制御部５３がこの情報を参照したり、更新したりすることができる。また、記憶部５２は、後述するようにモニタ対象のフレームとして、車外通信用バス６０に出力するフレームのＩＤを記憶することができる。

制御部５３は、車内通信用バス１０、２０、３０および車外通信用バス６０から通信部５１に入力されたフレームに含まれるデータ本体に基づいて、新たなフレームの生成等の各種の処理を行ったり、生成したフレームをこれらのバスのいずれかに出力するよう通信部５１を制御したりすることが可能である。これにより、制御部５３は、後述するような外部機器１００とのフレームの送受信やフレームの内容に基づく処理を実行することができる。

外部機器１００は、車外通信用バス６０を介して、ゲートウェイ装置５０から、車内通信用バス１０、２０、３０を流れるフレームを、後述するように適宜受信して、ネットワークシステム１の通信機能や、車載機器１１、１２、２１、２２、３１、３２の動作状態を取得したフレームに基づいて診断する機能を有する。

なお、ネットワークシステム１の構成は図示するものに限定されず、車内通信用バスおよび車載機器の数、接続トポロジーは限定されない。

＜処理＞
以下に、本実施形態に係る、外部機器１００が車外通信用バス６０に接続された際の処理を説明する。図２に本処理の一例を示すシーケンス図を示す。外部機器１００は、例えば車両がパワーオン状態であり、ネットワークシステム１が動作中に、コネクタ６１を介して車外通信用バス６０に接続される。

（ステップＳ１００）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、通信部５１を制御してゲートウェイ装置５０の機種情報を含むフレームを車外通信用バス６０に出力することにより外部機器１００に送信する。機種情報とは、ゲートウェイ装置５０の機種やバージョン等を表す情報である。このフレームは、例えばゲートウェイ装置５０から定期的に送信されるフレームである。

（ステップＳ１０１）：外部機器１００は、受信したフレームに含まれる機種情報に基づいて、ゲートウェイ装置５０が、外部機器１００からの指定に応じて任意のＩＤのフレームを、モニタ対象のフレームとして車外通信用バス６０に出力する機能を有する機種であるか否かを、特定する。ゲートウェイ装置５０がこの機能を有しない場合は、ゲートウェイ装置５０は予め定められた初期設定のＩＤのフレームのみ、外部機器１００に送信することができる。本実施形態に係るゲートウェイ装置５０は、このような機能を有するものであってもよいし、有しないものであってもよい。なお、ステップＳ１００、Ｓ１０１の代わりに、外部機器１００が、ゲートウェイ装置５０に、機種情報を要求するフレームを送信し、ゲートウェイ装置５０がこれに応答して、外部機器１００に機種情報を含むフレームを送信するようにしてもよい。

（ステップＳ１０２）：外部機器１００とゲートウェイ装置５０との間でフレームの送受信を行って、制御部５３は外部機器１００を認証する処理を行う。認証処理は、例えばチャレンジ＆レスポンス方式による一連の認証用フレームの送受信に基づいて実行することができる。認証に失敗した場合は、処理を終了する。この認証によって、不正な外部機器によってフレームが不当に取得、解析され悪用されるおそれを抑制できる。

（ステップＳ１０３）：ステップＳ１０１で、ゲートウェイ装置５０に対してフレームのＩＤの指定が可能であり、指定されたＩＤのフレームを外部機器１００に送信する機能を有すると、外部機器１００が特定した場合、ステップＳ１０３～Ｓ１０７の処理が実行される。本ステップにおいて、外部機器１００は、モニタ対象のフレームのＩＤを表す情報を含むフレームである識別子指定フレームをゲートウェイ装置５０に送信して、モニタ対象のフレームのＩＤを指定する。モニタ対象のフレームのＩＤは、例えば、外部機器１００の使用時にユーザが外部機器１００のユーザーインターフェイスを用いて設定してもよいし、予め外部機器１００に設定しておいてもよい。なお、モニタ対象のフレームのＩＤが、予め定められたゲートウェイ装置５０の初期設定のＩＤと同一である場合は、ステップＳ１０３～Ｓ１０７の処理は省略される。

（ステップＳ１０４）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、指定されたＩＤが受け付け可能であるかを判定する。制御部５３は、例えば、指定されたＩＤが規定範囲内の値である場合や、指定されたＩＤの数が許容範囲以下の場合は、指定されたＩＤを受け付け可と判定し、ステップＳ１０５およびＳ１０６を実行する。また、制御部５３は、指定されたＩＤが規定外の値である場合や、指定されたＩＤの数が許容範囲より大きい場合は、指定されたＩＤを受け付け不可と判定し、ステップＳ１０７が実行される。

（ステップＳ１０５）：ステップＳ１０４で、受け付け可と判定した場合、ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、記憶部５２に記憶されているモニタ用フレームＩＤテーブルの内容を変更して、指定されたＩＤを記憶部５２に記憶させる。図３にモニタ用フレームＩＤテーブルの例を示す。モニタ用フレームＩＤテーブルとは、車内通信用バス１０、２０、３０を流れるフレームのうち、ゲートウェイ装置５０が、車外通信用バス６０に出力するフレームのＩＤのリストである。すなわち、モニタ用フレームＩＤテーブルにリストされているＩＤのフレームが、外部機器１００によるモニタ対象となる。図３の左に初期設定（標準）のモニタ用フレームＩＤテーブルの例を示し、図３の右に変更後のモニタ用フレームＩＤテーブルの例を示す。図３の左に示すように、初期設定においては、一例として、ＩＤが「００１」、「００５」、「００６」のフレームがモニタ対象となっている。ステップＳ１０３において、外部機器１００が、例えばＩＤとして「００２」、「００３」、「００５」を指定する識別子指定フレームを送信し、ステップＳ１０４において、制御部５３がこれらのＩＤを受け付け可と判定した場合、本ステップにおいて、制御部５３は、記憶部５２を制御して、図３の右側に示すように、これらのＩＤがリストされるようにモニタ用フレームＩＤテーブルを変更する。なお、ＩＤの形式や記憶部５２がフレームのＩＤを記憶する形式は上述したものに限定されず、また、記憶可能なＩＤの数（許容範囲）も限定されない。

（ステップＳ１０６）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、外部機器１００から指定されたＩＤを受け付け、モニタ用フレームＩＤテーブルにリストしたことを示す受付可応答を表すフレームを、通信部５１を制御して車外通信用バス６０に出力することにより外部機器１００に送信する。

（ステップＳ１０７）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、外部機器１００から指定されたＩＤを受け付けず、モニタ用フレームＩＤテーブルにリストしなかったことを示す受付不可応答を表すフレームを、通信部５１を制御して車外通信用バス６０に出力することにより外部機器１００に送信する。

（ステップＳ１０８）：外部機器１００は、モニタ対象のフレームをモニタするモードの開始を要求するモニタモード開始要求を表すフレームを、ゲートウェイ装置５０に送信する。

（ステップＳ１０９）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、車内通信用バス１０、２０、３０から通信部５１に入力されるフレームのＩＤと、記憶部５２が記憶しているモニタ用フレームＩＤテーブルとを参照し、車内通信用バス１０、２０、３０から通信部５１に入力されるフレームのうち、モニタ用フレームＩＤテーブルに含まれるＩＤを有するものを、通信部５１を制御して車外通信用バス６０に出力することにより車外通信用バス６０に出力する。なお、制御部５３は、ゲートウェイ装置５０としての通常の中継機能として、車内通信用バス１０、２０、３０のいずれかから通信部５１に入力されるフレームを、フレームに含まれるＩＤ等と、記憶部５２が記憶している上述のルーティング情報等に基づいて、他のいずれかのバスから出力するように通信部５１を制御する。

図４にモニタ用フレームＩＤテーブルに含まれるＩＤを有するフレームの流れの例を矢印で示す。図４では、一例として、モニタ用フレームＩＤテーブルに含まれるＩＤ「００５」のフレームが、車載機器１１から車載機器３１あてに出力されるものとする。このフレームは車内通信用バス１０からゲートウェイ装置５０の通信部５１に入力される。制御部５３は、記憶部５２が記憶しているルーティング情報を参照して、このフレームの中継先のバスが車内通信用バス３０であることを特定し、このフレームを車内通信用バス２０に出力するよう、通信部５１を制御する。車内通信用バス３０に出力されたフレームは、車載機器３１によって受信される。

また、制御部５３は記憶部５２が記憶しているモニタ用ＩＤテーブルを参照して、このフレームがモニタ対象であることを特定し、このフレームを車外通信用バス６０に出力するよう、通信部５１を制御する。車外通信用バス６０に出力されたフレームは、外部機器１００によって受信される。

図５にモニタ用フレームＩＤテーブルに含まれないＩＤを有するフレームの流れの例を矢印で示す。図５では、一例として、モニタ用フレームＩＤテーブルに含まれないＩＤ「００４」のフレームが、車載機器１２から車載機器３２あてに出力されるものとする。このフレームは車内通信用バス１０からゲートウェイ装置５０の通信部５１に入力される。制御部５３は、記憶部５２が記憶しているルーティング情報を参照して、このフレームの中継先のバスが車内通信用バス２０であることを特定し、このフレームを車内通信用バス３０に出力するよう、通信部５１を制御する。車内通信用バス３０に出力されたフレームは、車載機器３２によって受信される。

また、制御部５３は記憶部５２が記憶しているモニタ用ＩＤテーブルを参照して、このフレームがモニタ対象でないことを特定し、このフレームを車外通信用バス６０に出力する制御は行わない。

本ステップの処理は、次のステップＳ１１０またはＳ１１１が実行されるまで、車内通信用バス１０、２０、３０から通信部５１にフレームが入力されるごと繰り返し実行される。また、この間、外部機器１００は、モニタ対象のフレームを受信しながら、これに基づいて各種診断を行うことができる。

（ステップＳ１１０）：外部機器１００は、診断が完了したこと等により、モニタ対象のフレームをこれ以上受信する必要がなくなると、モニタモードを終了する要求であるモニタモード終了要求を表すフレームをゲートウェイ装置５０に送信する。本ステップの代わりに、次のステップＳ１１１、Ｓ１１２が実行されてもよい。

（ステップＳ１１１）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、車両がパワーオン状態からパワーオフ状態に遷移しネットワークシステム１の機能の一部または全部を停止する必要がある場合等、予め定められたモニタモードの終了条件が成立したことを検知する。

（ステップＳ１１２）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、モニタモードを終了することを表すフレームを、通信部５１を制御して車外通信用バス６０に出力することにより外部機器１００に送信する。外部機器１００は、診断処理を終了する。

（ステップＳ１１３）：ゲートウェイ装置５０の制御部５３は、ステップＳ１０５で記憶部５２が記憶しているモニタ用フレームＩＤテーブルの内容を変更した場合は、初期設定に内容を戻す。以上により、処理が終了する。

＜効果＞
本発明に係るゲートウェイ装置５０においては、モニタ対象をフレームのＩＤ単位で設定できるので、複数のバスのいずれを流れるフレームであっても、モニタ対象のフレームのＩＤを有していれば外部機器１００に送信することができる。また、モニタ対象として設定するフレームのＩＤを必要なものに限定して数を抑制できるので、車外通信用バス６０の負荷を抑制することができる。このように、外部機器１００に好適にモニタ対象のフレームを送信できるので、外部機器１００による診断の効率を向上することができる。このような効果の例として、複数のバスを対象とした通信確認や、複数の車載機器を対象とした故障解析の並行実行の実現を挙げることができる。また、外部機器１００によって、フレームのＩＤを可変に指定できるようにすれば、診断の内容に応じて、必要なフレームを選択して取得できるので、さらに、診断の内容を拡大、変更することができる。

なお、外部機器１００自体が診断機能を有しなくてもよい。上述の実施形態において、外部機器１００が、ゲートウェイ装置５０から受信したモニタ対象のフレームを、無線通信によって所定のセンターのサーバに送信するようにして、外部機器１００の代わりにサーバが診断機能を実行するようにしてもよい。この場合、例えば、市場の多数の車両のネットワークシステム１にそれぞれ外部機器１００を取り付けて、一般の公道を走行中にネットワークシステム１を流れるフレームをセンターが多数収集して解析でき、新たな自動車関連サービスの創出に寄与することができる。

本発明は、ゲートウェイ装置だけでなく、ゲートウェイ装置を含むネットワークシステム、診断機器とネットワークシステムとを含む診断システム、診断システムの各部が備えるコンピュータが実行する方法、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。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、２０、３０ 車内通信用バス
１１、１２、２１、２２、３１、３２ 車載機器
５０ ゲートウェイ装置
５１ 通信部
５２ 記憶部
５３ 制御部
６０ 車外通信用バス
６１ コネクタ
１００ 外部機器

Claims (1)

1. 外部機器を接続可能な車外通信用バスと、それぞれ１つ以上の車載機器が接続された複数の車内通信用バスとを含む、車載ネットワークシステムに含まれ、前記車外通信用バスおよび前記複数の車内通信用バスに接続されたゲートウェイ装置であって、
   前記車外通信用バスおよび前記複数の車内通信用バスとフレームの入出力を行う通信部と、
   モニタ対象のフレームの識別子を記憶可能な記憶部と、
   前記通信部および前記記憶部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記通信部に前記複数の車内通信用バスのいずれかからフレームが入力されると、前記フレームに応じて前記複数の車内通信用バスの他のいずれかに、前記フレームを出力するよう前記通信部を制御し、
   前記通信部に、前記車外通信用バスから、前記モニタ対象のフレームの識別子を表す情報を含む識別子指定フレームが入力されると、前記識別子指定フレームが受け付け不可である場合に前記モニタ対象のフレームとなる初期設定の識別子を前記識別子指定フレームに含まれる識別子に変更して前記モニタ対象のフレームの識別子として記憶するよう前記記憶部を制御し、
   前記通信部に、前記車外通信用バスから、モニタモードの開始要求を含むフレームが入力されると、前記複数の車内通信用バスから入力されるフレームのうち、前記記憶部が記憶している、前記モニタ対象のフレームの識別子を有するフレームを、さらに前記車外通信用バスに出力するよう前記通信部を制御し、
   前記モニタモードが終了すると、前記記憶部が記憶している前記モニタ対象のフレームの識別子を前記初期設定の識別子に戻すよう前記記憶部を制御する、ゲートウェイ装置。

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