特許 7404781 車載通信装置及び車両用通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】車載通信装置及び車両用通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 69/00 20220101AFI20231219BHJP

【ＦＩ】

H04L69/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019199093

(22)【出願日】2019-10-31

(65)【公開番号】P2021072569

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】咸 元俊

(72)【発明者】

【氏名】萩原 剛志

(72)【発明者】

【氏名】真下 誠

(72)【発明者】

【氏名】小林 伸行

(72)【発明者】

【氏名】川内 偉博

(72)【発明者】

【氏名】泉 達也

(72)【発明者】

【氏名】岩田 章人

(72)【発明者】

【氏名】山本 祐輔

【審査官】中川 幸洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１０６５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３２１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２７３８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２２６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９７１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００４２１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ６９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イーサネット（登録商標）に係る所定通信プロトコルにて信号を送受信する車載通信装置であって、
イーサネットフレーム間のインターフレームギャップに挿入される割込データを含む送信データを生成する制御回路と、
該制御回路にて生成された前記送信データを信号に変換して送信する通信回路を有するＰＨＹ部と
を備え、
前記割込データは、
前記送信データに含まれる前記イーサネットフレームの中継を管理するための情報を含み、該情報は、該イーサネットフレームを、中継装置を介して他の車載通信装置へ中継する際、他のイーサネットフレームよりも先に中継すべきか否かを判断するための優先度を含む
車載通信装置。

【請求項2】

前記割込データは９６ビット以下のデータである
請求項１に記載の車載通信装置。

【請求項3】

前記割込データは、
割込開始を示すデータと、誤り検出用のデータとを含む
請求項１又は請求項２に記載の車載通信装置。

【請求項4】

前記所定通信プロトコルは１００Ｂａｓｅ－Ｔ１である
請求項１又は請求項２に記載の車載通信装置。

【請求項5】

前記割込データは前記ＰＨＹ部の状態を示す情報を含む
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車載通信装置。

【請求項6】

前記イーサネットフレームは、第１アプリケーションプログラムにて生成されたデータと、第２アプリケーションプログラムにて生成されたデータとを含み、
前記割込データは動作中の第１アプリケーションプログラムの死活を示す状態及び第２アプリケーションプログラムの死活を示す情報を含む
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車載通信装置。

【請求項7】

前記送信データに含まれる前記イーサネットフレームの中継を管理するための情報を含む
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車載通信装置。

【請求項8】

イーサネット（登録商標）に係る所定通信プロトコルにて信号を送受信する車載通信装置を用いた車両用通信方法であって、
イーサネットフレーム間のインターフレームギャップに挿入される割込データを含む送信データを生成し、前記割込データは、前記送信データに含まれる前記イーサネットフレームの中継を管理するための情報を含み、該情報は、該イーサネットフレームを、中継装置を介して他の車載通信装置へ中継する際、他のイーサネットフレームよりも先に中継すべきか否かを判断するための優先度を含み、
生成された前記送信データを信号に変換して送信する
車両用通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車載通信装置及び車両用通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車載イーサネット（イーサネットは登録商標）が注目されている。イーサネット通信を行う車載通信装置は、ポートを介して信号を送受信するＰＨＹ部を備える。１００ＢａｓｅＴ１(IEEE802.3bw)に準拠したＰＨＹ部は、従来のイーサネットと同様、イーサネットフレーム間に９６ビットのインターフレームギャップ（ＩＦＧ：Inter Frame Gap）を設けて信号の送受信を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１９６０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

インターフレームギャップでは情報の送受信は行われず、１００Ｍｂｐｓの帯域を十分に活用できないという問題があった。

【0005】

本開示の目的は、インターフレームギャップ領域を用いて情報を送受信することにより、所定の通信帯域を確保しつつインターフレームギャップを活用した通信を可能にする車載通信装置及び車両用通信方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本態様に係る車載通信装置は、イーサネット（登録商標）に係る所定通信プロトコルにて信号を送受信する車載通信装置であって、イーサネットフレーム間のインターフレームギャップに挿入される割込データを含む送信データを生成する制御回路と、該制御回路にて生成された前記送信データを信号に変換して送信する通信回路を有するＰＨＹ部とを備える。

【0007】

本態様に係る車両用通信方法は、イーサネット（登録商標）に係る所定通信プロトコルにて信号を送受信する車載通信装置を用いた車両用通信方法であって、イーサネットフレーム間のインターフレームギャップに挿入される割込データを含む送信データを生成し、生成された前記送信データを信号に変換して送信する。

【0008】

なお、本願は、このような特徴的な処理部を備える車載通信装置として実現することができるだけでなく、上記の通り、かかる特徴的な処理をステップとする車両用通信方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、車載通信装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、車載通信装置を含むその他のシステムとして実現したりすることができる。

【発明の効果】

【0009】

上記によれば、インターフレームギャップ領域を用いて情報を送受信することにより、所定の通信帯域を確保しつつインターフレームギャップを活用した通信を可能にする車載通信装置及び車両用通信方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は車載通信システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】図２はイーサネットフレーム及び割込情報を示す模式図である。

【図3】図３はイーサネットフレーム及び割込情報の送信方法を示すフローチャートである。

【図4】図４はアプリケーションプログラムに係るデータの送信方法を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

【0012】

（１）本態様に係る車載通信装置は、イーサネット（登録商標）に係る所定通信プロトコルにて信号を送受信する車載通信装置であって、イーサネットフレーム間のインターフレームギャップに挿入される割込データを含む送信データを生成する制御回路と、該制御回路にて生成された前記送信データを信号に変換して送信する通信回路を有するＰＨＹ部とを備える。

【0013】

本態様によれば、車載通信装置のＰＨＹ部はイーサネットに係る所定通信プロトコルにて信号を送受信する。ＰＨＹ部によって送受信されるイーサネットフレーム間にはインターフレームギャップが設けられている。ＰＨＹ部は当該インターフレームギャップに割込データを挿入して信号を送信することができる。
従って、インターフレームギャップ領域を用いて情報を送受信することにより、所定の通信帯域を確保しつつインターフレームギャップを活用した通信が可能になる。

【0014】

（２）前記割込データは９６ビット以下のデータである構成が好ましい。

【0015】

本態様によれば、ＰＨＹ部は、インターフレームギャップとして確保される最小の９６ビットの領域に、９６ビット以下の割込データを挿入して信号を送信することができる。
なお、イーサネットフレームのサイズが最大であるとき、インターフレームギャップ領域は９６ビットになるが、イーサネットフレームのサイズが最大で無い場合、より大きなインターフレームギャップが確保される。また、割込データの挿入により、数回、インターフレームギャップが消失したとしても、リンクダウンすること無いため、割込データの挿入によって通信が停止させるおそれは無視できる。

【0016】

（３）前記割込データは、割込開始を示すデータと、誤り検出用のデータとを含む構成が好ましい。

【0017】

本態様によれば、割込データは、割込開始を示すデータと、割込データの本体のデータと、誤り検出用のデータとを含む。送信先の車載通信装置は、割込開始を示すデータによって、割込データを認識することができ、誤り検出用のデータを用いて、割込データの本体のデータの誤りを検知ないし訂正することができる。

【0018】

（４）前記所定通信プロトコルは１００Ｂａｓｅ－Ｔ１である構成が好ましい。

【0019】

本態様によれば、車載通信装置は１００Ｂａｓｅ－Ｔ１に準拠した通信において、１００Ｍｂｐｓの通信帯域を確保しつつインターフレームギャップを活用した通信が可能である。

【0020】

（５）前記割込データは前記ＰＨＹ部の状態を示す情報を含む構成が好ましい。

【0021】

本態様によれば、車載通信装置は、ＰＨＹ部の状態を示す情報を割込データとして送信することができる。

【0022】

（６）前記割込データは動作中のアプリケーションプログラムの状態を示す情報を含む構成が好ましい。

【0023】

本態様によれば、車載通信装置は、動作中のアプリケーションプログラムの状態を示す情報を割込データとして送信することができる。

【0024】

（７）前記送信データに含まれる前記イーサネットフレームの中継を管理するための情報を含む構成が好ましい。

【0025】

本態様によれば、車載通信装置は、イーサネットフレームの中継を管理するための情報を割込データとして送信することができる。例えば、車載通信装置は、当該イーサネットフレームを他の車載通信装置へ中継する際の優先度、つまり他のイーサネットフレームよりも先に中継すべきか否かを判断するための情報を、割込データとして送信することができる。

【0026】

（８）本態様に係る車両用通信方法は、イーサネット（登録商標）に係る所定通信プロトコルにて信号を送受信する車載通信装置を用いた車両用通信方法であって、イーサネットフレーム間のインターフレームギャップに挿入される割込データを含む送信データを生成し、生成された前記送信データを信号に変換して送信する。

【0027】

本態様によれば、態様１同様、インターフレームギャップ領域を用いて情報を送受信することにより、所定の通信帯域を確保しつつインターフレームギャップを活用した通信が可能になる。

【0028】

なお、本願は、このような特徴的な処理部を備える車載通信装置として実現することができるだけでなく、上記の通り、かかる特徴的な処理をステップとする車両用通信方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、車載通信装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、車載通信装置を含むその他のシステムとして実現したりすることができる。

【0029】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る車載通信システムを、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0030】

以下、本開示をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は車載通信システムの構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る車載通信システムは、車両に搭載される中継装置１と、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）２とを備える。複数のＥＣＵ２は車内通信線によって中継装置１に接続され、車載イーサネットを構成している。なお、車載通信システムは、イーサネット通信と合わせてＣＡＮ通信を行う構成であっても良い。

【0031】

中継装置１は、中継処理部１０と、複数のポート１ａと、各ポート１ａを介して信号を送受信する複数のＰＨＹ部１１とを備える。中継装置１は、１００ＢａｓｅＴ１(IEEE802.3bw)に準拠した通信を行う車載通信装置であり、例えばスレーブとして機能する。

【0032】

ＰＨＹ部１１は通信回路１１ａを備える。中継装置１が備える複数のＰＨＹ部１１の構成は同様であるため、以下では一のＰＨＹ部１１の構成を説明し、他のＰＨＹ部１１の詳細な説明は省略する。

【0033】

通信回路１１ａは、１００Ｂａｓｅ－Ｔ１の通信プロトコルに準拠した通信を行うトランシーバとして機能する送信回路及び受信回路を有する。送信回路は、中継処理部１０から与えられた送信データを３レベルの信号に変換し、ポート１ａへ出力する。当該信号はポート１ａを通じて、当該ポート１ａに接続されたＥＣＵ２へ送信される。また、送信回路は、ＥＣＵ２から送信され、ポート１ａに入力された信号を受信データに変換し、変換された受信データを中継処理部１０に与える。

【0034】

中継処理部１０には複数のＥＣＵ２が接続されており、送信データ及び受信データを中継するイーサネットスイッチ及びＬ２スイッチとしての機能を有する。中継処理部１０は、例えば図示しないマイコン、記憶部、ＰＨＹ部１１が接続される入出力インタフェース、計時部等を備え、送信データの中継処理を実行する。

【0035】

ＥＣＵ２は、制御回路２０と、ポート２ａと、当該ポート２ａを介して信号を送受信するＰＨＹ部２１とを備える。ＥＣＵ２は、１００ＢａｓｅＴ１(IEEE802.3bw)に準拠した通信を行う車載通信装置であり、例えばマスタとして機能する。

【0036】

ＰＨＹ部２１は、通信回路２１ａを備える。通信回路２１ａは、１００Ｂａｓｅ－Ｔ１の通信プロトコルに準拠した通信を行うトランシーバとして機能する送信回路及び受信回路を有する。送信回路は、制御回路２０から与えられた送信データを３レベルの信号に変換し、ポート２ａへ出力する。当該信号はポート２ａに接続された中継装置１を通じて他のＥＣＵ２へ送信される。また、送信回路は、中継装置１を介して他のＥＣＵ２から送信され、ポート２ａに入力された信号を受信データに変換し、変換された受信データを制御回路２０に与える。
制御回路２０は、例えば図示しないマイコン、記憶部、ＰＨＹ部１１が接続される入出力インタフェース、計時部等を備える。制御回路２０は、イーサネットフレームを有する送信データを生成し、生成した送信データをＰＨＹ部２１に与えることによって、送信データを送信する。

【0037】

図２はイーサネットフレーム及び割込情報を示す模式図である。図２に示すように、制御回路２０は、送信すべきデータを通信単位であるイーサネットフレームとしてＰＨＹ部２１から送信する。イーサネットフレームは、プリアンブル、送信先、送信元、タイプ、データ、ＦＣＳ（フレームチェックコード）によって構成される。イーサネットフレームのデータサイズは６４から１５１８バイトである。通信周波数が１００Ｍｂｐｓである場合、一つのイーサネットフレームは５．１５μ秒～１２１μ秒で送信されるデータに相当する。隣り合うイーサネットフレーム間にはインターフレームギャップ（ＩＦＧ）が設けられる。
インターフレームギャップのサイズは最小１２バイトである。最小のインターフレームギャップは０．９６μ秒に相当する。通常、インターフレームギャップにおいては情報の送受信が行われない。

【0038】

本実施形態に係る制御回路２０は、インターフレームギャップに挿入される割込データを含む送信データを生成する。割込データは、割込開始を示すデータと、割込データの本体であるデータｉｎｔ１、データｉｎｔ２、データｉｎｔ３…と、誤り検出用のデータとを含む。割込データのサイズは９６ビット以下である。
そして、制御回路２０は、イーサネットフレームのデータをＰＨＹ部２１に与えた後、インターフレームギャップに挿入されるように割込データをＰＨＹ部２１に与える。ＰＨＹ部２１は、図２に示すように、割込データがインターフレームギャップに挿入された送信データを送信する。インターフレームギャップのサイズが割込データより小さい場合、ＰＨＹ部２１は割込データの送信後、次のイーサネットフレームを送信までの間、通常のインターフレームギャップと同様、所定の信号を送信する。

【0039】

割込データとしは、任意のデータを挿入することができる。
例えば、制御回路２０は、ＰＨＹ部２１の状態を示す情報を割込データとして生成すると良い。
制御回路２０は、動作中のアプリケーションプログラムの状態を示す情報（以下、アプリ状態情報と呼ぶ。）を割込データとして生成すると良い。アプリ状態情報は、例えば、アプリケーションが正常に動作しているか否かを示す情報である。
制御回路２０は、イーサネットフレームの中継を管理するための情報を割込データとして送信すると良い。例えば、制御回路２０は、当該イーサネットフレームを他のＥＣＵへ中継する際の優先度、つまり他のイーサネットフレームよりも先に中継すべきか否かを判断するための情報を、割込データとして生成すると良い。

【0040】

なお、上記したＥＣＵ２の機能は特に限定されるものでは無いが、以下のようなものがある。
認知系のドメインに属するＥＣＵ２は、例えば、車載カメラ、ＬＩＤＡＲ、超音波センサ、ミリ波センサ等のセンサと接続している。当該ＥＣＵ２は、当該センサから出力された出力値を例えばデジタル変換し、中継装置１を介して判断系ドメインのＥＣＵ２へ送信する。
判断系のドメインに属するＥＣＵ２は、例えば、認知系ドメインに属するＥＣＵ２から送信されたデータを受信する。判断系ドメインのＥＣＵ２は、受信したデータに基づき、車両の自動運転機能を発揮するためのデータを生成し、又はデータを加工する処理を行う。
判断系ドメインのＥＣＵ２は、当該生成等したデータを、中継装置１を介して操作系ドメインのＥＣＵ２へ送信する。
操作系のドメインに属するＥＣＵ２は、例えば、モータ、エンジン又はブレーキ等のアクチュエータと接続している。操作系のドメインのＥＣＵ２は、判断系ドメインのＥＣＵ２から送信されたデータを受信し、受信したデータに基づき当該アクチュエータの動作を制御して、車両の走行、停止又は操舵等の操作を行い、自動運転機能を発揮する。

【0041】

図３はイーサネットフレーム及び割込情報の送信方法を示すフローチャートである。ここでは、ＥＣＵの制御回路２０が割込データを送信する例を説明する。ＥＣＵの制御回路２０は、送信すべきデータに基づいてイーサネットフレームデータを生成してＰＨＹ部２１に与えることにより、イーサネットフレームデータを送信する（ステップＳ１１）。

【0042】

制御回路２０は、必要に応じて９６ビット以下の割込データを生成する（ステップＳ１２）。例えば上記のように制御回路２０は、ＰＨＹ部２１の状態情報、アプリ状態情報、中継管理情報等を含む割込データを生成する。次いで、制御回路２０は、生成した割込データをインターフレームギャップに挿入して送信する（ステップＳ１３）。

【0043】

以下、制御回路２０は、同様の処理を繰り返し実行することによって、送信データを送信する。

【0044】

受信側のＥＣＵ２、例えば、中継装置１は、インターフレームギャップに挿入された割込データを抽出し、抽出した割込データを用いて所定の処理を実行する。中継装置１の中継処理部１０は、割込開始データに基づいて割込データを受信したデータから抽出することができる。

【0045】

図４はアプリケーションプログラムに係るデータの送信方法を示す模式図である。図４に示す例では、ＥＣＵ２の制御回路２０は、第１アプリと、第２アプリとを動作させている。制御回路２０は、第１アプリ及び第２アプリの実行により生成されたデータを、イーサネットフレームの形式でＰＨＹ部２１から中継装置１へ送信する。ハッチングが付された「Ｆ１」、「Ｆ２」、「Ｆ３」のブロックは、第１アプリにて生成されたデータを示している。白抜きの「Ｆ１」、「Ｆ２」、「Ｆ３」のブロックは、第２アプリにて生成されたデータを示している。
また、制御回路２０は、必要に応じて、第１アプリ及び第２アプリの割込情報、例えばアプリケーションの死活を示す情報を割込データとして送信する。ハッチングが付された「ｉｎｔ１」、「ｉｎｔ２」は第１アプリの割込情報を示し、白抜きの「ｉｎｔ１」、「ｉｎｔ２」は第２アプリの割込情報を示している。

【0046】

中継処理部１０は、第１アプリ及び第２アプリが生成したデータをイーサネットフレームにて受信すると共に、第１アプリ及び第２アプリの割込情報を受信することができる。このように、ＥＣＵ２は通信帯域を圧迫すること無く、アプリケーションの死活情報等の割込情報を中継装置１へ送信することができる。中継装置１は、常時ＥＣＵの死活情報を監視することができる。

【0047】

なお、本実施形態では、主にＥＣＵ２が割込データを送信する例を説明したが、言うまでも無く中継装置１が送信データを送信する際に、割込データを送信するように構成しても良い。また、一のＥＣＵから送信された割込データを、他のＥＣＵへ送信する際も、同様にして、インターフレームギャップを用いて割込データを中継すれば良い。

【0048】

このように構成された実施形態によれば、インターフレームギャップ領域を用いて情報を送受信することにより、所定の通信帯域を確保しつつインターフレームギャップを活用した通信が可能になる。

【0049】

中継装置１及びＥＣＵ２は、インターフレームギャップとして確保される最小の９６ビットの領域に、９６ビット以下の割込データを挿入して信号を送信することができる。イーサネットフレームの送信を確保しつつ、割込データを送信することができる。
約２００ｍ秒、インターフレームギャップが送受信されない状態が続いた場合、インクダウンしてしまうが、数回、連続的にインターフレームギャップが消失しても、通信が停止することは無く、影響は無視できる。なお、制御回路２０は、インターフレームギャップの消失を監視し、２００ｍ秒未満の所定時間の間、連続的にインターフレームギャップが消失した場合、割込データの送信を一時停止させるように構成すると良い。

【0050】

中継装置１及びＥＣＵ２は、ＰＨＹ部２１の状態を示す状態情報、アプリ状態情報、中継管理情報等を割込データとして送信することができる。
特に中継管理情報を割込データとして送信する場合、イーサネットフレームの中継ないし送信の優先度を、動的に調整することができる。

【符号の説明】

【0051】

１ 中継装置
１ａ ポート
２ ＥＣＵ
２ａ ポート
１０ 中継処理部
１１ ＰＨＹ部
１１ａ 通信回路
２０ 制御回路
２１ ＰＨＹ部
２１ 通信回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】