JP7724054B2 - 通信システムおよび電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムおよび電子制御装置に関する。

自動車などの車両では、多数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を接続した通信システムが搭載されている。車載ネットワークで広く用いられている通信プロトコルとして、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が知られている。

ＥＣＵの増加、自動運転の導入などにより、車載ネットワークの通信情報量が増大している。そのため、従来の規格を拡張したり、より高速なイーサネット（登録商標）を車載ネットワークに用いたりしている。

特開２０１７－１１８４０７号公報

特許文献１は、車載ネットワークに高速なイーサネットを接続し、イーサネットから受信した高速側フレームからデータブロックを取得して、データブロックを車載ネットワークの低速通信線に伝送する。特許文献１は、高速なイーサネットを接続しているが、車載ネットワーク全体を高速化するものではない。

イーサネット通信では、仮想ローカルエリアネットワーク（ＶＬＡＮ）を用い、ネットワークをドメインごとに仮想的に分けることで、トラヒックを分離し、ネットワーク全体に流れるトラヒック量を削減して、高速化を図っている。一般的には、スイッチのポートに基づいてＶＬＡＮを設定し、同じＶＬＡＮのポートのみにイーサネットフレームが転送される。

同一ＶＬＡＮ内では、レイヤ２（データリンク層）でイーサネットフレームが転送可能であるが、ＶＬＡＮ間で通信するためには、上層のレイヤ３（ネットワーク層）でのデータ転送が必要である。より上層でのデータ転送は処理負荷およびデータ遅延が増大するため、中継装置にはより高性能なＣＰＵが必要となる。

一般的なイーサネット通信システムを車載用の通信システムに適用した場合、ＥＣＵの属する物理的なドメイン、例えば、インフォテインメント系、クラスタ系、高度道路交通システム（ＩＴＳ）系などに基づいてＶＬＡＮを設定することが考えられる。しかしながら、車載ネットワークではドメイン間の通信も多く、ＶＬＡＮ間のトラヒック量が多い場合はデータ転送に遅延が生じるおそれがあり、多数のＥＣＵを接続するセントラルゲートウェイなどのＥＣＵに高性能なＣＰＵを搭載する必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、より高速な車載ネットワークを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る通信システムは、車載用の通信システムであって、互いに通信可能に接続された複数の電子制御装置を備える。本通信システムでは、機能ごとに、データの経路を決定するための識別子を割り当てる。電子制御装置のそれぞれは、自身の有する複数の機能ごとに割り当てられた識別子を記憶し、送信するデータに応じた識別子を付与してデータを送信する。

本発明によれば、より高速な車載ネットワークを提供することができる。

図１は、本実施形態の通信システムの概要を説明するための全体構成図である。 図２は、電子制御ユニットの構成の一例を示す機能ブロック図である。 図３は、電子制御ユニットの保持する機能とＶＩＤとを対応付けたテーブルの一例を示す図である。 図４は、ゲートウェイの構成の一例を示す機能ブロック図である。 図５は、ゲートウェイの保持するポート番号とＶＩＤとを対応付けたテーブルの一例を示す図である。 図６は、電子制御ユニットがデータを送信する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図７は、ゲートウェイがデータを転送する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図８は、電子制御ユニットの配策を変更した一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１を参照し、本実施形態の通信システムについて説明する。図１に示す通信システムは、車載用の通信システムであって、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１Ａ～１Ｆおよびゲートウェイ（ＧＷ）２を備える。ＥＣＵ１Ａ～１ＦおよびＧＷ２は通信線で接続される。ＥＣＵ１Ａ，１Ｂはシャシードメイン、ＥＣＵ１Ｃはエンジンドメイン、ＥＣＵ１Ｄ，１Ｅ，１ＦはＩＴＳドメインに属する車載用ＥＣＵである。ＥＣＵ１Ａ～１Ｆのそれぞれは、各ドメインのシステムを電子制御する機能を有する。ＧＷ２は、通信線を接続するための接続ポートを複数備えて、ＥＣＵ１Ａ～１Ｆ間で送受信されるデータを中継する機能を有する。ＧＷ２もＥＣＵの一種である。ＥＣＵ１Ｄのように、ＥＣＵが複数の接続ポートを備えて、データを中継してもよい。なお、図１は、通信システムを説明するための一例であり、ＥＣＵを６台、ＧＷを１台のみ図示しているがこれに限るものではない。

ＥＣＵ１Ａ～１ＦおよびＧＷ２は、ＶＬＡＮタグが付与されたイーサネットフレームを送受信して通信を行う。ＶＬＡＮタグはＶＬＡＮ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ（ＶＩＤ）およびＰｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ（ＰＣＰ）を含み、イーサネットフレームのヘッダに付与される。ＶＩＤはＶＬＡＮを指定する識別子である。ＰＣＰは優先度を指定するフィールドである。ＶＬＡＮタグは他の情報も含むがここでの説明は省略する。

本実施形態の通信システムでは、ドメインに基づいてネットワークの論理グループを形成するのではなく、機能に基づいて論理グループを形成し、ＥＣＵのそれぞれをＥＣＵのそれぞれが有する機能に応じて１つ以上の論理グループに属させた。論理グループはＶＬＡＮともいう。複数の機能を持つＥＣＵには機能ごとに複数のＩＰアドレスを付与し、ＩＰアドレスごとに対応するＶＩＤを割り当てた。例えば、図１の例では、診断系の機能にＶＩＤ＝１００を割り当て、制御系の機能にＶＩＤ＝４００を割り当て、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）系の機能にＶＩＤ＝８００を割り当て、制御系特殊アプリにＶＩＤ＝９３０を割り当てて、ＶＩＤで機能ごとに論理グループを形成した。ＥＣＵ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１ＤおよびＧＷ２は、診断系のグループに属する。ＥＣＵ１Ｄ，１Ｅ，１Ｆは、制御系のグループに属する。ＥＣＵ１Ａ，１Ｃは、ＨＭＩ系のグループに属する。ＥＣＵ１Ｄ，１Ｆは、制御系特殊アプリのグループに属する。ＥＣＵ１Ａ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｆは、複数の論理グループに属している。

本実施形態の通信システムにおいて、データの種類ごとにＶＩＤを割り当てて、データの種類ごとにＶＬＡＮを形成してもよいし、データを用いるアプリケーションごとにＶＩＤを割り当てて、アプリケーションごとにＶＬＡＮを形成してもよい。ＶＬＡＮの形成に際して、機能ごとにＶＬＡＮを形成したうえで、さらにデータの種類およびアプリケーションでＶＬＡＮを形成してもよい。機能は、画像、センサ、診断などと比較的大きな粒度で分類したものである。データの種類およびアプリケーションは、例えば画像に関する機能のうち、カメラで撮影した画像、ナビゲーションシステムで用いる画像などとより小さい粒度で分類したものである。より小さい粒度でＶＬＡＮを形成することで、ブロードキャストの範囲が狭くなり、通信システム全体に流れるトラヒック量を削減できる。

ＧＷ２は、複数の接続ポートを有する転送部２１を備えて複数のＥＣＵを接続する。ＧＷ２は、イーサネットフレームに付与されたＶＬＡＮタグに基づいてデータの経路を決定し、イーサネットフレームをレイヤ２において転送する。図１のＥＣＵ１ＡとＥＣＵ１Ｃ間のように異なるドメイン間で送受信されるデータであっても、ＥＣＵ１ＡとＥＣＵ１Ｃは同じ論理グループ（ＶＩＤ＝１００またはＶＩＤ＝８００）に属するので、ＧＷ２はＶＬＡＮタグに従ってＥＣＵ１ＡとＥＣＵ１Ｃ間のデータをレイヤ２において転送する。なお、複数の接続ポートを有する転送部２１を備えるＥＣＵ１Ｄも、ＧＷ２と同様に、ＶＬＡＮタグに従ってＥＣＵ間で送受信されるデータをレイヤ２において転送する。

次に、図２を参照し、ＥＣＵ１の構成について説明する。ＥＣＵ１Ａ～１Ｆを区別しない場合はＥＣＵ１と称する。

図２に示すＥＣＵ１は、通信部１１、制御部１２、および記憶部１３を備える。

通信部１１は、通信線を接続するための接続ポートを備え、送信するデータに応じたＶＬＡＮタグを付与してデータを送信し、他のＥＣＵ１またはＧＷ２からデータを受信する。なお、通信部１１は複数の接続ポートを備えて、複数のＥＣＵ１およびＧＷ２と接続してもよい。通信部１１は、ＥＣＵ１に付与されたＩＰアドレスをＩＰヘッダの送信元ＩＰアドレスに設定し、そのＩＰアドレスに割り当てられたＶＩＤを含むＶＬＡＮタグをイーサネットヘッダに付与する。通信部１１は、ＶＡＬタグのＰＣＰに優先度を設定してもよい。ＥＣＵ１に複数のＩＰアドレスが付与されている場合、通信部１１は、データに応じたＩＰアドレスをＩＰヘッダに設定し、そのＩＰアドレスに割り当てられたＶＩＤを含むＶＬＡＮタグをイーサネットヘッダに付与する。例えば、図１のＥＣＵ１Ａは診断系のグループとＨＭＩ系のグループに属する。ＥＣＵ１Ａが診断系の機能に関するデータを送信する際には、通信部１１は、診断系のグループのＶＩＤ＝１００が割り当てられたＩＰアドレスをＩＰヘッダの送信元ＩＰアドレスに設定するとともに、診断系のグループのＶＩＤ＝１００を含むＶＬＡＮタグをイーサネットヘッダに付与する。ＥＣＵ１ＡがＨＭＩ系の機能に関するデータを送信する際には、通信部１１は、ＨＭＩ系のグループのＶＩＤ＝８００が割り当てられたＩＰアドレスをＩＰヘッダの送信元ＩＰアドレスに設定するとともに、ＨＭＩ系のグループのＶＩＤ＝８００を含むＶＬＡＮタグをイーサネットヘッダに付与する。

制御部１２は、ＥＣＵ１の属するドメインのシステムを電子制御する。制御部１２は、システムを電子制御する際に、他のＥＣＵ１との間でデータを送受信する。

記憶部１３は、ＥＣＵ１の有する機能ごとに割り当てられたＶＩＤを記憶する。図３に、ＥＣＵ１Ａの記憶部１３が保持するテーブルの一例を示す。ＥＣＵ１Ａは、診断系の機能とＨＭＩ系の機能を有し、診断系のグループにはＶＩＤ＝１００が割り当てられ、ＨＭＩ系のグループにはＶＩＤ＝８００が割り当てられている。テーブルに、機能に対応するＩＰアドレスを含めてもよい。通信部１１は、記憶部１３を参照して、診断系の機能に関するデータにはＶＩＤ＝１００を付与し、ＨＭＩ系の機能に関するデータにはＶＩＤ＝８００を付与する。

次に、図４を参照し、ＧＷ２の構成について説明する。

図４に示すＧＷ２は、転送部２１、制御部２２、および記憶部２３を備える。

転送部２１は、複数の接続ポートを備えて複数のＥＣＵ１と接続し、イーサネットフレームに付与されたＶＬＡＮタグに基づき、イーサネットフレームをレイヤ２において転送する。

制御部２２は、ＧＷ２自身を制御する。ＧＷ２が診断系の機能を備える場合、制御部２２は診断を実行し、診断結果を含むデータを送信する。

記憶部２３は、接続ポートにＶＩＤを対応付けたテーブルを保持する。図５に、ＧＷ２の記憶部２３が保持するテーブルの一例を示す。ＧＷ２は、１番から５番までの接続ポートを備えるものとする。図５のテーブルでは、接続ポートのそれぞれに接続先のＥＣＵ１に割り当てられたＶＩＤを対応付けている。図１の例では、ＥＣＵ１ＡとＥＣＵ１ＣにはＶＩＤ＝１００，８００が割り当てられ、ＥＣＵ１ＢにはＶＩＤ＝１００が割り当てられ、ＥＣＵ１ＤにはＶＩＤ＝１００，４００，９３０が割り当てられている。１番の接続ポートはＥＣＵ１Ａ、２番の接続ポートはＥＣＵ１Ｂ、３番の接続ポートはＥＣＵ１Ｃ、４番の接続ポートはＥＣＵ１Ｄに接続されている。５番の接続ポートはＧＷ２自身の制御部２２に接続されている。制御部２２は診断系の機能を有する。したがって、図５のテーブルでは、１番の接続ポートにＶＩＤ＝１００，８００を対応付け、２番の接続ポートにＶＩＤ＝１００を対応付け、３番の接続ポートにＶＩＤ＝１００，８００を対応付け、４番の接続ポートにＶＩＤ＝１００，４００，９３０を対応付け、５番の接続ポートにＶＩＤ＝１００を対応付けている。

転送部２１は、記憶部２３の保持するテーブルを参照し、受信したデータに付与されたＶＩＤを対応付けた接続ポートからデータを送出する。例えば、１番の接続ポートからＶＩＤ＝１００のデータを受信した場合、転送部２１は、２番から５番の接続ポートからデータを送出する。

転送部２１は、送信元のＭＡＣアドレスを学習してＭＡＣアドレステーブルを更新し、ＭＡＣアドレステーブルに基づいてデータを送出する接続ポートを決定してもよい。例えば、転送部２１は、ある接続ポートからデータ（イーサネットフレーム）を受信すると、受信したイーサネットフレームのヘッダの送信元のＭＡＣアドレスをその接続ポートに対応付けてＭＡＣアドレステーブルを更新する。転送部２１は、データを受信すると、ＭＡＣアドレステーブルを参照して、受信したデータの送信先のＭＡＣアドレスが対応付けられた接続ポートを特定し、その接続ポートからデータを送出する。図５のテーブルの接続ポートにＶＩＤとＭＡＣアドレスを対応付けてもよい。なお、ＭＡＣアドレステーブルに登録されたＭＡＣアドレスは、そのＭＡＣアドレスを送信元とするイーサネットフレームを所定時間受信しないと、ＭＡＣアドレステーブルから削除される。ＭＡＣアドレステーブルに送信先のＭＡＣアドレスが登録されていない場合、転送部２１は、ＶＩＤに基づいてデータを送出する接続ポートを決定する。

ＥＣＵ１およびＧＷ２が備える各部は、演算処理装置、記憶装置等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムはＥＣＵ１およびＧＷ２が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

次に、図６のフローチャートを参照し、ＥＣＵ１がデータを送信する処理について説明する。

ステップＳ１１にて、ＥＣＵ１は、データの送信先のＥＣＰ１のＩＰアドレスをＩＰヘッダの送信先ＩＰアドレスに設定するとともに、データに応じたＩＰアドレスをＩＰヘッダの送信元ＩＰアドレスに設定する。

ステップＳ１２にて、ＥＣＵ１は、データに応じたＶＬＡＮタグを付与する。例えば、図１の例では、同じＥＣＵ１ＡとＥＣＵ１Ｃ間の通信であっても、データが診断系の機能に関する場合はＶＩＤ＝１００のＶＬＡＮタグを付与し、データがＨＭＩ系の機能に関する場合はＶＩＤ＝８００のＶＬＡＮタグを付与する。ＥＣＵ１は、ＶＬＡＮタグのＰＣＰに優先度を設定してもよい。

ステップＳ１３にて、ＥＣＵ１は、ＶＬＡＮタグを付与したデータを接続ポートから送出する。

ＥＣＵ１から送出されたデータは、ＧＷ２によって転送される。

次に、図７のフローチャートを参照し、ＧＷ２がデータを転送する処理について説明する。

ステップＳ２１にて、ＧＷ２は、ＥＣＵ１からデータを受信する。

ステップＳ２２にて、ＧＷ２は、受信したデータのＶＬＡＮタグに基づいてデータを送出する。ＧＷ２は、送信先のＭＡＣアドレスに基づいてデータを送出してもよい。いずれの場合もデータはレイヤ２で転送される。

次に、図８を参照し、ＥＣＵの配策変更について説明する。

図８では、図１のＥＣＵ１ＢとＥＣＵ１ＣがＧＷ２に接続する接続ポートを入れ替えた。具体的には、ＧＷ２の２番の接続ポートにＥＣＵ１Ｂを接続し、３番の接続ポートにＥＣＵ１Ｃを接続した状態から、２番の接続ポートにＥＣＵ１Ｃを接続し、３番の接続ポートにＥＣＵ１Ｂを接続した状態へ変更した。

本実施形態の通信システムは、接続ポートなど物理的な接続に基づいてＶＩＤを設定せずに、機能に基づいてＶＩＤを設定しているので、ＥＣＵ１の接続ポートを変更しても、ＥＣＵ１の設定変更する必要はなく、ＧＷ２のみを設定変更すればよい。図８の例では、ＧＷ２の保持するテーブルの２番と３番の接続ポートとＶＩＤとの対応付けを変更する。２番の接続ポートにＶＩＤ＝１００，８００を対応付け、３番の接続ポートにＶＩＤ＝１００を対応付ける。基本的にレイヤ２でデータが転送されるので、ＥＣＵ１ＢおよびＥＣＵ１Ｃの設定を変更する必要がない。

以上説明したように、本実施形態の通信システムによれば、以下の効果が得られる。

ＥＣＵ１Ａ～１Ｆの有する機能ごとに、データの経路を決定するためのＶＩＤを割り当てて、機能ごとにＶＬＡＮを形成する。ＥＣＵ１Ａ～１Ｆのそれぞれは、自身の有する複数の機能ごとに割り当てられたＶＩＤを記憶する記憶部１３と、送信するデータに応じたＶＩＤを付与してデータを送信する通信部１１を備える。これにより、ＥＣＵ１Ａ～１Ｆ間では、ＥＣＵ１Ａ～１Ｆの属するドメインにかかわらず、機能ごとに分割されたＶＬＡＮ内でデータが送受信されるので、データの転送性能を向上できる。その結果、大量のデータ処理を要する自動運転性能の向上に様々なメリットがもたらされる。

ＧＷ２は、接続ポートを複数備え、接続ポートのそれぞれに１つ以上のＶＩＤを対応させたテーブルを保持し、データに付与されたＶＩＤに応じた接続ポートからデータを送出する。これにより、通信システムにおいて、ＶＩＤが付与されたデータを効率よく転送できる。

１，１Ａ～１Ｆ…電子制御ユニット
１１…通信部
１２…制御部
１３…記憶部
２…ゲートウェイ
２１…転送部
２２…制御部
２３…記憶部

Claims (8)

1. 車載用の通信システムであって、互いに通信可能に接続された複数の電子制御装置を備え、
   機能ごとにデータの経路を決定するための識別子が割り当てられており、
   前記識別子は、前記機能に加えて送信するデータの種類および前記データを用いるアプリケーションごとに割り当てられ、
   前記電子制御装置のそれぞれは、
   当該電子制御装置の有する複数の機能ごとに割り当てられた前記識別子を記憶する記憶部と、
   送信するデータに応じた識別子を付与して前記データを送信する通信部と、
   を備える通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   複数の前記電子制御装置のうち、前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートを複数備える、中継機能を有した前記電子制御装置は、前記接続ポートのそれぞれに１つ以上の前記識別子を対応させたテーブルを保持し、データに付与された前記識別子に応じた前記接続ポートから前記データを送出する
   通信システム。
3. 車載用の通信システムを構成する電子制御装置であって、
   機能ごとにデータの経路を決定するための識別子が割り当てられており、
   前記識別子は、前記機能に加えて送信するデータの種類および前記データを用いるアプリケーションごとに割り当てられ、
   当該電子制御装置の有する複数の機能ごとに割り当てられた前記識別子を記憶する記憶部と、
   送信するデータに応じた識別子を付与して前記データを送信する通信部を有する
   電子制御装置。
4. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートを複数備え、
   前記接続ポートのそれぞれに１つ以上の前記識別子を対応させたテーブルを保持し、
   前記通信部は、データに付与された前記識別子に応じた前記接続ポートから前記データを送出する
   電子制御装置。
5. 請求項１に記載の通信システムであって、
   複数の前記電子制御装置のうち、前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートを複数備える、中継機能を有した前記電子制御装置は、過去に受信した過去データの送信元の前記電子制御装置のＭＡＣアドレスを、前記過去データを受信した前記接続ポートに対応付けた、ＭＡＣアドレステーブルを参照して、新規に受信した新規データの送信先の前記ＭＡＣアドレスが対応付けられた前記接続ポートを特定し、特定した前記接続ポートから前記新規データを送出する
   通信システム。
6. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   複数の前記電子制御装置のうち、前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートを複数備える、中継機能を有した前記電子制御装置は、過去に受信した過去データの送信元の前記電子制御装置のＭＡＣアドレスを、前記過去データを受信した前記接続ポートに対応付けた、ＭＡＣアドレステーブルを参照して、新規に受信した新規データの送信先の前記ＭＡＣアドレスが対応付けられた前記接続ポートを特定し、特定した前記接続ポートから前記新規データを送出する
   電子制御装置。
7. 請求項１又は５に記載の通信システムであって、
   過去に受信した過去データの送信元の前記電子制御装置のＭＡＣアドレスを、前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートであって前記過去データを受信した前記接続ポートに対応付けた、ＭＡＣアドレステーブルを、現在から所定時間過去までの間に受信した前記過去データについて対応付けした内容に更新し、新規に受信した新規データの送信先の前記ＭＡＣアドレスが対応付けられた前記接続ポートを、前記ＭＡＣアドレステーブルを参照して特定し、特定した前記接続ポートから前記新規データを送出する
   通信システム。
8. 請求項３又は６に記載の電子制御装置であって、
   過去に受信した過去データの送信元の前記電子制御装置のＭＡＣアドレスを、前記電子制御装置間を通信線で接続するための接続ポートであって前記過去データを受信した前記接続ポートに対応付けた、ＭＡＣアドレステーブルを、現在から所定時間過去までの間に受信した前記過去データについて対応付けした内容に更新し、新規に受信した新規データの送信先の前記ＭＡＣアドレスが対応付けられた前記接続ポートを、前記ＭＡＣアドレステーブルを参照して特定し、特定した前記接続ポートから前記新規データを送出する
   電子制御装置。