JP7201555B2

JP7201555B2 - 車載ネットワークシステム

Info

Publication number: JP7201555B2
Application number: JP2019157921A
Authority: JP
Inventors: 高弘平野; 哲弘山下; 芳正黒川
Original assignee: Mazda Motor Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: EP3790233A1; US20210068199A1; EP3790233B1; US11444803B2; CN112448997A; JP2021036642A

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）と呼ばれる電子機器や、電装部品等の装置が複数搭載されている。これらの装置は車両の各種機能を分担して実行する。

特許文献１は、ツリー型の接続トポロジを有するネットワークシステムを開示している。すなわち、ネットワークシステムにおいて、上位ノードである１つのＥＣＵが複数の通信線を備え、通信線のそれぞれに下位ノードである複数のＥＣＵが接続されている。

特開２０１４－７８８００号公報

特許文献１のようなネットワークシステムにおいて、上位ノードを車両制御のための機能を集約した高機能な装置とし、複数の下位ノードを上位ノードから制御される簡易化された装置とすることが考えられる。また、上位ノードと下位ノードとの間にゲートウェイの機能を有する中位ノードをさらに設けることが考えられる。しかし、このような構成においては、通信線や中位ノード等に故障が発生すると、上位ノードからの制御ができずその機能が発揮できなくなるおそれがある。このように、ネットワークシステムにおいて上位ノードに機能を集約する場合、堅牢性の向上に検討の余地があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、堅牢性の高い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、上位装置と、上位装置と直接または１つ以上の装置を介して第１通信系統による通信が可能に接続された第１中間装置と、上位装置と直接または１つ以上の装置を介して第２通信系統による通信が可能に接続された第２中間装置と、第１中間装置と第１通信系統による通信が可能に接続され、かつ、第２中間装置と第２通信系統による通信が可能に接続された、第１下位装置とを備える、車載ネットワークシステムである。

本発明の他の局面は、上位装置と、上位装置と直接または１つ以上の装置を介して第１通信系統による通信が可能に接続された第３中間装置と、上位装置と直接または１つ以上の装置を介して第２通信系統による通信が可能に接続された第４中間装置と、第３中間装置と第１通信系統による通信が可能に接続された第２下位装置と、第４中間装置と第２通信系統による通信が可能に接続され、第２下位装置と同等の機能を有する第３下位装置とを備える、車載ネットワークシステムである。

本発明によれば、通信系統や装置の構成を冗長化するので、堅牢性の高い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を示す図本発明の一実施形態に係るネットワークシステムの故障発生箇所の例を示す図

本発明の一実施形態においては、上位装置と下位装置との間で２つの通信系統によって通信が可能である。あるいは、同等の機能を有する２つの下位装置が相異なる通信系統によって上位装置と通信することが可能である。これらによりネットワークシステムに、好適に冗長性を付与することができ、各部の故障に対して堅牢性を向上することができる。

（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の構成と車両１００における配置とを模式的に示す。

本実施形態においては、ネットワークシステム１は、上位ノード、中位ノード、下位ノードを備える。上位ノードは、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。下位ノードは、一例として、センサあるいはアクチュエータ、あるいはこれらを個別制御する比較的特化した機能を有するＥＣＵである。中間ノードは、一例として、上位ノードと下位ノード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。

ネットワークシステム１は、上位ノードとして上位装置１０を備える。また、上位装置１０の配下に１つ以上の中位ノードである中間装置をスター型あるいはスター＆デイジー型の接続トポロジで接続する。すなわち、図１に示す例においては、第１中間装置２１、第２中間装置２２、第５中間装置２５、第６中間装置２６が、それぞれ他の装置を介さず直接的に上位装置１０と接続される（スター型）。また、スター型で接続された第５中間装置２５、第６中間装置２６を介して、第３中間装置２３、第４中間装置２４が、それぞれ上位装置１０と間接的に接続される（デイジー型）。

各中間装置には、それぞれ１つ以上の下位ノードである下位装置が接続可能である。図１には、第１下位装置３１、第２下位装置３２、第３下位装置３３を例示し、他の下位装置は図示を省略する。第１下位装置３１が、第１中間装置２１および第２中間装置２２に接続されている。また、第２下位装置３２が第３中間装置２３に接続されている。また、第３下位装置３３が第４中間装置２４に接続されている。

この例において、上位装置１０は、ゲートウェイである各中間装置を介して、センサを制御する下位装置から車両１００や車両１００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１００の速度や加速度等の走行状態、車両１００の周囲の道路や物標等の環境状況、乗員の着座状況、車両１００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。なお、スタートスイッチのような一部のスイッチやセンサ等は上位装置１０に直接的に接続されていてもよく、上位装置１０は中間装置を介することなく、これらのスイッチやセンサ等から情報を取得してもよい。上位装置１０は、これらの情報に基づいて、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１００の制御のためのデータである。上位装置１０は、制御データを中間装置に送信して、中間装置に制御データに応じた動作を行わせる。また上位装置１０は、ゲートウェイである中間装置を介して、制御データを、アクチュエータを制御する下位装置に送信して、制御データに応じた動作を行わせる。このようなネットワークシステム１においては、高機能化した上位装置１０に車両１００の各種制御機能を集約することで、代わりに中間装置、下位装置の構成を比較的簡易化して、総合的なコストの低減を図っている。

以上の各装置は、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が、下位装置の中には、センサまたはアクチュエータを含んでいるが、制御部またはメモリを含まないものがあってもよい。

上位装置１０は、一例として、車両１００のセンターコンソールやその近傍に配置される。各中間装置は、車両１００の各位置に分散して配置される。下位装置は、その機能に応じて好適な位置に配置され、典型的には最も近くの中間装置と他の装置を介さず直接的に接続される。

上位装置１０は、第１通信系統および第２通信系統の２系統の通信機能を有しており、第１通信系統の通信を行う第１系統通信部１０１および第２通信系統の通信を行う第２系統通信部１０２を含む。

また、第１中間装置２１、第３中間装置２３、第５中間装置２５が、それぞれ第１通信系統の通信を行う第１系統通信部２１１、２３１、２５１を含む。また、第２中間装置２２、第４中間装置２４、第６中間装置２６が、それぞれ第２通信系統の通信を行う第２系統通信部２２２、２４２、２６２を含む。

また、第１下位装置３１は、第１通信系統の通信を行う第１系統通信部３１１および第２通信系統の通信を行う第２系統通信部３１２を含む。第１下位装置３１は、一例としてＥＰＳ（電動パワーステアリングシステム）である。第１下位装置３１は、内部で通信系統、電源系統、アクチュエータの系統が二重化されており、単体で冗長構成を有する装置である。例えば、上位装置１０は、第１下位装置３１と、第１通信系統による通信を行うことにより、第１下位装置３１の一方の系統を制御し、第２通信系統による通信を行うことにより、第１下位装置３１の他方の系統を制御することができる。そのため、第１通信系統および第２通信系統のいずれか１つに故障が発生した場合であっても、上位装置１０は、第１下位３１の二重化された系統のいずれか１つを制御することができる。

また、第２下位装置３２は、第１通信系統の通信を行う第１系統通信部３２１を含む。

また、第３下位装置３３は、第２通信系統の通信を行う第２系統通信部３３２を含む。

第２下位装置３２および第３下位装置３３は、互いに同等の機能を有する。これらは、例えば、それぞれ、車両１００の衝突回避等の安全性向上機能に用いられる、Ｒａｄｅｒ（Radio detection and Ranging）方式およびＬｉｄａｒ（Laser Imaging Detection and Ranging）方式のセンサである。このように、第２下位装置３２および第３下位装置３３は、車両１００の周囲の物体の検出と測距とを行うという、同等の機能を有する。ここで同等の機能とは、完全同一の機能だけでなく、類似的、代替的な機能も含む。これらは、第１下位装置３１とは異なり、いずれも単体では冗長構成を有しないが、同等の機能を有する２つの装置として、安全性向上機能としては冗長構成となっている。例えば、上位装置１０は、各中間装置を介して、第１通信系統および第２通信系統に故障が発生していない場合は、第２下位装置３２との第１通信系統による通信および第３下位装置３３との第２通信系統による通信の両方を行って第２下位装置３２、第３下位装置３３の両方の機能を相補的に利用し、一方に故障が発生すれば、他方との通信のみを行って、他方の機能を利用することで、安全性向上機能を継続して実行することができる。なお、第２下位装置３２および第３下位装置３３は、同一の２つの装置であってもよい。

第１通信系統の通信および第２通信系統の通信はそれぞれ通信線１１および通信線１２を介して行われる。図１には通信線１１を実線で示し、通信線１２を通信線１１より太い実線で示す。なお、上述した各第１系統通信部および各第２系統通信部は、通信規格がＣＡＮ（登録商標）規格の場合は、例えば通信ＩＣであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）規格の場合、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔスイッチである。

＜処理＞
以下に、本実施形態に係る、ネットワークシステム１の故障発生時の処理の各例を説明する。図２に各例における故障発生箇所を示す。

例１：本例は、第１中間装置２１の第１系統通信部２１１が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第１通信系統による第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第２中間装置２２を介して、第２通信系統による通信ができるので、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例２：本例は、第１中間装置２１と上位装置１０との間で、通信線１１が断線等により故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第１通信系統による第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第２中間装置２２を介して、第２通信系統による通信ができるので、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例３：本例は、第１下位装置３１の第１系統通信部３１１が故障した場合の例である、この場合、上位装置１０は第１通信系統による第１下位装置３１との通信ができなくなる。上位装置１０は、第２中間装置２２を介して、第２通信系統による第１下位装置３１との通信ができるので、第１下位装置３１の制御を継続することができる。

例４：本例は、第２下位装置３２が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第２下位装置３２に機能を発揮させることができなくなる。上位装置１０は、第２下位装置３２と同等の機能を有する第３下位装置３３と通信しその機能を用いることで制御を継続することができる。

例５：本例は、第３下位装置３３と第４中間装置２４との間で通信線１２が断線等により故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第３下位装置３３に機能を発揮させることができなくなる。上位装置１０は、第３下位装置３３と同等の機能を有する第２下位装置３２と通信しその機能を用いることで制御を継続することができる。

例６：本例は、上位装置１０の第１系統通信部１０１が故障した場合の例である。この場合、上位装置１０は第１通信系統による第１下位装置３１および第２下位装置３２との通信ができなくなる。上位装置１０は第２通信系統によって第１下位装置３１との通信ができるので、第１下位装置３１の制御を継続することができる。また、上位装置１０は第２通信系統によって第２下位装置３２と同等の機能を有する第３下位装置３３との通信ができるので、第３下位装置３３と通信しその機能を用いることで制御を継続することができる。

＜効果＞
本実施形態においては、上位装置と下位装置との間で２つの通信系統によって通信が可能である。あるいは、同等の機能を有する２つの下位装置が相異なる通信系統によって上位装置と通信することが可能である。これらによりネットワークシステム１に好適に冗長性を付与することができ、各部の故障に対して堅牢性を向上することができる。また、とくに、本実施形態においては、中間装置は、内部で通信系統等を冗長化しなくてもよくコストを抑制することができる。なお、上述の実施形態では、通信系統を２つ設けたが、他の通信経路を追加して冗長性をさらに高めてもよい。

なお、図１に示すように、例えば上位装置１０を中心に、車両１００を右前、左前、右後、左後の４つの区画に区分したとき、第１通信系統による通信を行う中間装置が、右前およびその対角側である左後の各区画に少なくとも１つずつ配置され、第２通信系統による通信を行う中間装置が、左前およびその対角側である右後の各区画に少なくとも１つずつ配置されることが好ましい。第１通信系統および第２通信系統は、この逆でもよい。このようにすれば、相異なる通信系統による通信を行う中間装置の組が、車両１００の前後方向に隣接する２区画および左右方向に隣接する２区画において存在することになる。これにより、車両１００において、下位装置の配置位置として、上位装置１０の前後左右において、第１通信系統による通信を行う中間装置および第２通信系統による通信を行う中間装置の両方に接続しやすく冗長性を付与しやすい位置を多く確保することができ好ましい。

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含まれる装置のような車載装置、プロセッサとメモリを備えた車載装置が実行する制御方法、制御プログラム、制御プログラム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上位装置
１１、１２通信線
２１第１中間装置
２２第２中間装置
２３第３中間装置
２４第４中間装置
２５第５中間装置
２６第６中間装置
３１第１下位装置
３２第２下位装置
３３第３下位装置
１００車両
１０１、２１１、２３１、２５１、３１１、３２１第１系統通信部
１０２、２２２、２４２、２６２、３１２、３３２第２系統通信部

Claims

上位装置と、
車両を右前区画、左前区画、右後区画、左後区画に区分したときの前記右前区画に配置され、前記上位装置と直接または１つ以上の装置を介して第１通信系統のみによる通信が可能に接続された第１中間装置と、
前記左前区画に配置され、前記上位装置と直接または１つ以上の装置を介して第２通信系統のみによる通信が可能に接続された第２中間装置と、
前記左後区画に配置され、前記上位装置と直接または１つ以上の装置を介して前記第１通信系統のみによる通信が可能に接続された第３中間装置と、
前記右後区画に配置され、前記上位装置と直接または１つ以上の装置を介して前記第２通信系統のみによる通信が可能に接続された第４中間装置と、
前記第１中間装置と前記第１通信系統のみによる通信が可能に直接接続され、かつ、前記第２中間装置と前記第２通信系統のみによる通信が可能に直接接続された、第１下位装置と、
前記第３中間装置と前記第１通信系統のみによる通信が可能に直接接続された第２下位装置と、
前記第４中間装置と前記第２通信系統のみによる通信が可能に直接接続され、前記第２下位装置と同等の機能を有する第３下位装置と、
を備える、車載ネットワークシステム。