入出力装置及び制御システム
【課題】システムの省線化を図ると共に、制御装置における処理負荷は軽減しつつも、制御システム全体におけるデータの授受の効率化及び高速化を図ることができる入出力装置、及び該入出力装置を含む制御システムを提供する。
【解決手段】センサ１ｂ，１ｆ，１ｊからのデータがＥＣＵ３ｂにて同時に受信されることが望ましい場合、センサ１ｂ，１ｆ，１ｊからデータを夫々入力してＣＡＮバス７へ送信するＩＯＵ５ａ，５ｃ，５ｄは、相互にデータが送信された時点を検知して、当該データが送信された時点と、自身が送信するデータの送信時点の時間差が短縮されるように、送信タイミングを調整する。他のセンサ１ｄからのデータを送信するＩＯＵ５ｂは、センサ１ｂ，１ｆ，１ｊからのデータの送信時点との時間差が延長されるように送信タイミングを調整する。
【解決手段】センサ１ｂ，１ｆ，１ｊからのデータがＥＣＵ３ｂにて同時に受信されることが望ましい場合、センサ１ｂ，１ｆ，１ｊからデータを夫々入力してＣＡＮバス７へ送信するＩＯＵ５ａ，５ｃ，５ｄは、相互にデータが送信された時点を検知して、当該データが送信された時点と、自身が送信するデータの送信時点の時間差が短縮されるように、送信タイミングを調整する。他のセンサ１ｄからのデータを送信するＩＯＵ５ｂは、センサ１ｂ，１ｆ，１ｊからのデータの送信時点との時間差が延長されるように送信タイミングを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の機器と、該複数の機器からの情報を使用して機器の制御を行なう制御装置との間で前記複数の機器の制御装置に対する入出力を中継する入出力装置に関する。特に、各機器から入力されるデータの出力タイミングを特定のデータとほぼ同時となるようにするか、又は異ならせることにより、データを受信して用いる制御装置における処理負荷の軽減、及びシステム内におけるデータの授受の効率化を図ることができる入出力装置、及び該入出力装置を含む制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、多数の機器を制御して、全体として多様な機能を実現させる制御システムが普及している。機器には夫々制御装置が接続され、更に各制御装置に通信手段を設けて相互にデータを交換させ、個々の制御装置が独立した制御を行なうのではなく、他の制御装置などを介して得られるデータに基づいて自身に対応する制御対象の機器を制御するなど、連携して制御を実行する制御システムが各分野で利用されている。
【０００３】
このような制御システムでは、機能の増加に伴い、制御対象の機器の数も増加すると共に、制御に用いるデータを取得、又は測定するセンサなどの機器の数も増加する。
【０００４】
特に車両の分野では、各種機能に対応するアクチュエータ又はセンサなどの機器が多数車内に配され、各機器を制御する制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）が各々に対応して配されて動作している。車両の制御は機械的制御から電気的制御へ移行しつつあり、更に、制御システムによって実現される機能の特化、実現できる機能の増加及び多様化が進んでいる。これにより、車両に搭載されるアクチュエータ、センサなどの機器が増加している。
【０００５】
このように、制御対象の機器、又は制御に用いるデータを取得するセンサなどの機器の数は増大する。機器の数が増大した場合、各機器に各々制御装置が対応する構成では、制御装置の数も増大して相互の通信における通信負荷が重くなるなどの事態が考えられる。この場合、データの送受信の遅れの発生の問題、又は、ほぼ同時に受信されるべき内容のデータであるにも拘らず、少なからず受信に時間差が生じるなどの問題が生じる。
【０００６】
一方、車両におけるＥＣＵを利用した制御システムでは、以下のような問題からセンサ、アクチュエータなどの機器との間の入出力を集約する構成が提案されている（特許文献１、２などを参照）。ＥＣＵの数は上述のように増大しており、且つ１つの通信線に接続されるＥＣＵの数がリンギング防止などの問題から限られるから、通信線の数が増加する。更に各機器の数の増大に応じて信号線の数も増加する。車両の分野では特に、燃費の改善及び環境への影響を考慮して車両全体の軽量が重要な課題となっている。軽量化には通信線、信号線、電源線などの各種電線を含むワイヤハーネスの軽量化が大きく影響するので、各種電線自体の軽量化及び省線化が望まれている。
【０００７】
そこで特許文献１では、入出力装置が各機器から得たデータを多重化して制御装置である車載ＥＣＵへ伝送する構成とすることにより、省線化を図っている。特許文献２には、通信により多重化したデータを送信する構成を、シフトレジスタを用いて出力する構成とすることにより、ＥＣＵの部品点数を削減して小型化できる入出力装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−９５６５９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１、２に開示されているように、複数の機器から出力されたデータに対する演算を共通の演算手段で行ない、更に情報を多重化してＥＣＵへ通信により伝送するか、又はシフトレジスタを介して出力する構成により、通信線、信号線の削減を図ることができる。
【００１０】
特許文献１、２に開示されている構成では、センサなどから得られたデータをまとめて出力することができる。しかしながら、センサ又はアクチュエータからデータが出力されるタイミングは任意である。特許文献１、２に開示されている入出力装置では、任意のタイミングで得られるデータを出力するタイミングを、これらのデータを用いるＥＣＵからの要求に応じて適宜調整することは考慮されていない。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、制御システムを構成する複数の機器と各機器の制御装置との間でデータの入出力を処理する入出力装置が、データを制御装置へ通信手段により送信するに際し、送信するタイミングを、特定のデータとほぼ同時となるようにするか、又は異ならせることによって制御装置における処理負荷の軽減、及びシステム内におけるデータの授受の効率化を図ることができる入出力装置、及び該入出力装置を含む制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明に係る入出力装置は、データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置とに接続され、前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置において、特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から送信される時点を検知する検知手段と、該手段が検知した時点、及び、自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータの送信時点を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係る入出力装置は、予め複数のグループに分けられたデータの識別情報、及び各グループに１つずつ前記特定のデータとして設定されるデータの識別情報を、グループ毎に記憶する手段を備え、前記調整手段は、自身が送信するデータと同一のグループの特定のデータが送信された時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が短縮されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
第３発明に係る入出力装置は、前記調整手段は、自身が送信するデータが特定のデータであり、該特定のデータと異なるグループの特定のデータの送信時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が延長されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１５】
第４発明に係る入出力装置は、各データには属性が対応付けられており、前記グループは、同一属性が対応付けられているデータが同一グループとなるように分けられていることを特徴とする。
【００１６】
第５発明に係る入出力装置は、各グループ内の送信周期が短いデータが前記特定のデータとして設定されていることを特徴とする。
【００１７】
第６発明に係る入出力装置は、各グループは、送信周期が特定のデータの送信周期の倍数であるデータからなるように分けられていることを特徴とする。
【００１８】
第７発明に係る入出力装置は、各データには、優先順位が付与されており、各グループ内の優先順位が高いデータが前記特定のデータとして設定されていることを特徴とする。
【００１９】
第８発明に係る制御システムは、データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置と、前記複数の機器及び前記複数の制御装置に接続されて前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置とを含み、前記複数の制御装置及び前記入出力装置は通信線にバス型に接続され、前記複数の制御装置は前記入出力装置を介して複数の機器を制御するようにしてある制御システムにおいて、前記入出力装置は、特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から前記通信線に送信される時点を検知する検知手段と、該手段が検知した時点、及び、前記通信手段により自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータ送信時点を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
第１発明及び第８発明では、複数の機器及び機器を制御する制御装置との間の入出力を処理する入出力装置にて、通信により機器からのデータを制御装置へ周期的に送信するようにしてあり、当該データが送信されるタイミングは、他の入出力装置又は制御装置から送信される特定のデータが送信される時点を基準に調整される。あるデータは、特定のデータが送信される周期の各時点との時間差が短縮されるようなタイミングで以後送信され、特定のデータとほぼ同時に制御装置、又は他の入出力装置で受信可能となる。また、他のあるデータは特定のデータが送信される周期の各時点との時間差が延長されるようなタイミングで以後送信されるから、特定のデータが送信されるタイミングとは離隔されたタイミングで制御装置又は他の入出力装置で受信される。
【００２１】
第２発明では、第１発明において、複数の機器及び制御装置間で入出力されるデータは、予め複数のグループに分けられており、各グループに１つのデータが特定のデータとして設定され、同一のグループのデータは、当該グループ内の特定のデータの送信時点との時間差が短縮するように送信時点が調整される。これにより、関連性が高い同一のグループのデータはほぼ同時に制御装置、又は他の入出力装置で受信することが可能となる。
【００２２】
第３発明では、第２発明において、特定のデータの送信の際には、他のグループの特定のデータの送信時点との時間差が延長するように調整される。これにより、各グループの特定のデータ間は、相互にデータの送信時点が離隔される。同一のグループのデータの送信時点は当該グループの特定のデータとほぼ同時となるように調整されるから、各グループの特定のデータの送信時点が離隔されることにより、特定のデータ間に限らず異なるグループのデータ間では送信時点は異なる。
【００２３】
第４発明では、データの属性により、同一属性のデータが同一グループとなる。属性とは、例えば、当該データに基づき制御される制御対象の機器の系統などである。これにより、同一属性のデータが、制御装置又は他の入出力装置にてほぼ同時に受信され、異なる属性のデータが受信されるタイミングは離隔される。同一属性のデータは同時に制御に用いられることが推測されるところ、これらを制御装置にてほぼ同時に受信でき、更にそのときに他の属性のデータにより妨げられず効率的である。
【００２４】
第５発明では、各グループ内の送信周期が短いデータが特定のデータとして設定される。これにより、同一グループ内での特定のデータの送信時点に送信タイミングを合わせる処理が簡易となり効率的となる。
【００２５】
第６発明では、各グループのデータは送信周期が相互に倍数の関係にある。したがって、同一グループ内での特定のデータの送信時点に送信タイミングを合わせる処理が簡易となる。特定のデータとの送信タイミングとのずれが一定であり、一旦タイミングを合わせた後は、安定にほぼ同一タイミングに送信されるようになるので、処理が効率的となる。
【００２６】
第７発明では、各グループ内の優先順位が高いデータが前記特定のデータとして設定される。優先順位が高いデータ同士が特定のデータ同士として送信タイミングが相互に離隔されるので、優先順位が高いデータが衝突することがなく、データの授受が効率的となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による場合、アクチュエータ、センサなどの各機器と、センサから出力されるデータに基づいてアクチュエータに制御データを与えて制御する制御装置とを含む制御システムで、各機器と制御装置との間の入出力が入出力装置に集約されるので、通信線、信号線等を削減することができ、システムの省線化を図ることができる。
【００２８】
更に、複数の入出力装置にて、グループに分けられたデータがグループ毎に制御装置で受信されるように相互にデータ送信タイミングを調整する。したがって、制御装置は制御に共に用いる関連性が高いデータをほぼ同時に取得して処理を行なうことができてデータの授受が効率的である。つまり、データの同時性が向上し、制御装置における制御の精度も向上する。また、異なるグループのデータ同士は送受信タイミングがずらされるから、制御装置と入出力装置とが接続される通信線での通信効率も向上し、高速化が図られる。
【００２９】
本発明における制御装置では、任意のタイミングで夫々出力される同一グループのデータを、全て受信できるまで当該データを用いた制御を待機するなどの処理が必要ないから、制御装置における処理負荷を軽減させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態における車載制御システムの構成を示す構成図である。
【図２】本実施の形態の車載制御システムのＣＡＮバスへの各装置の接続を簡略化して示すブロック図である。
【図３】本実施の形態におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態における各データのＩＤ、用途、送信周期などの内容例を示す説明図である。
【図５】本実施の形態におけるＩＯＵの記憶部に記憶されるグループ分けの情報の内容例を示す説明図である。
【図６】本実施の形態におけるＩＯＵによる送信タイミングの調整処理の概要を示す説明図である。
【図７】本実施の形態におけるＩＯＵによる送信タイミングの調整処理の結果の具体例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、車両に搭載されている多数のアクチュエータ、センサ及びＥＣＵを含む車載制御システムに本発明に係る入出力装置を用いた例を挙げて説明する。
【００３２】
図１は、本実施の形態における車載制御システムの構成を示す構成図である。車載制御システムは、車両の前部に搭載された温度センサ若しくはカメラ、タイヤの軸に取り付けられる車輪速センサ、又はヨーレートセンサなどの各種センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊと、ブレーキ、ヘッドライト、ドアロックなどの各種アクチュエータ２ａ，２ｂ，…と、各種センサ１ａ，１ｂ，…から得られるデータに基づいてアクチュエータ２ａ，２ｂ，…の動作を制御するＥＣＵ３ａ，３ｂと、異なるネットワーク間のデータの授受を中継するＧＷ（Gate Way）４とを含み、更に、各種センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…と、ＥＣＵ３ａ，３ｂとの間の入出力を処理するＩＯＵ（In-Out Unit：入出力ユニット）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとを含む。
【００３３】
各種センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…は夫々、信号線６，６，…によりＩＯＵ５ａ，５ｂ，…に接続されている。センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…はＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに夫々、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）により通信が可能な構成としてもよい。
【００３４】
ＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及びＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは夫々、ＣＡＮ（Controller Area Network）バス７に接続されており、相互に制御用のデータを送受信する。本実施の形態ではＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及びＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ間の通信のプロトコルはＣＡＮとするが、これに限らず他のイベントドリブン型の通信プロトコルでもよい。
【００３５】
ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…には夫々、車両内で近傍に配置されているセンサ１ａ，１ｂ，…とアクチュエータ２ａ，２ｂ，…とが接続されている。いずれのセンサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…を同一のＩＯＵ５ａ（又はＩＯＵ５ｂ，５ｃ，５ｄ）に接続するかは、物理的距離に基づいて設計されている。図１に示す例では、車両前部の左部分の３つのセンサ１ａ，１ｂ，１ｃと、１つのアクチュエータ２ａとが近くに配されているので１台のＩＯＵ５ａに接続されている。また、車両前部中央に配されているセンサ１ｃ，１ｄも、同一のＩＯＵ５ｂに接続されている。車両前部の右部分の３つのセンサ１ｅ，１ｆ，１ｇと、１つのアクチュエータ２ｂとが同一のＩＯＵ５ｃに接続され、車両後部の２つのセンサ１ｉ，１ｊと、２つのアクチュエータ２ｃ，２ｄとが同一のＩＯＵ５ｄに接続されている。センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…が、ＥＣＵ３ａ，３ｂに各々接続される構成でなく、近傍に配置されるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…に接続されて、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…によりＥＣＵとの間の入出力が集約されることで、信号線６，６，…の長さも比較的短くて済む点、省線化に効果的である。特に、車両前部の左部分及び右部分などは、センサ１ａ，１ｂ，…などの機器の数が多く、省線化の効果が顕著に現れる。
【００３６】
しかしながら、ＩＯＵ５ａに接続されているセンサ１ａ，１ｂ，１ｃで検知された測定値などの情報を含むデータが、同一のＩＯＵ５ａに接続されるアクチュエータ２ａの動作の制御に用いられるとは限らない。上述したように、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ及びアクチュエータ２ａは、物理的配置に基づいてＩＯＵ５ａに接続されているために、機能的には離れている可能性があるからである。例えば、ＩＯＵ５ｃに接続された車両前部に設置されているアクチュエータ２ｂの動作をＥＣＵ３ｂの処理により制御するため、車両前部に設置されているセンサ１ｂ及びセンサ１ｈから得られるデータのみならず、車両の後部に搭載されているセンサ１ｊにて得られる測定値などのデータをも用いる場合がある。この場合、センサ１ｂ，１ｈ，１ｊからのデータは、ＥＣＵ３ｂにて同時に受信できることが望ましい。
【００３７】
図２は、本実施の形態の車載制御システムのＣＡＮバス７への各装置の接続を簡略化して示すブロック図である。センサ１ａ，１ｂ，…からのセンサが検知した測定値などの情報、及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…からの制御状態を示す情報は、各々から周期的に出力されるようにしてある。そして、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃも、各センサ１ａ，１ｂ，…からデータ、又はアクチュエータ２ａ，２ｂ，…からのデータを周期的にＣＡＮバス７へ送信する。ＧＷ４も、他のＣＡＮバス７からを介して図示しない他のセンサから出力された測定値などのデータを周期的にＣＡＮバス７へ送信するようにしてある。これにより、各アクチュエータ２ａ，２ｂ，…を制御するＥＣＵ３ａ，３ｂでは、常時的に最新の内容のデータを取得することができる。
【００３８】
このように、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからデータが周期的に送信されるに際し、上述の例のように、センサ１ｂ，１ｈ，１ｊからのデータは、ＥＣＵ３ｂにて同時に受信できることが望ましい。また、他のセンサ１ａ，１ｃ，…からのデータについても同様に、例えば各センサ１ａ，１ｃ，…からのデータの用途がボディ系の制御なのか、制御系の制御なのかなどにより同時に受信されるべきデータがある。
【００３９】
本実施の形態では、センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…が、ボディ系（Ｂ）と制御系（Ｃ）との２系統に区別されるとする。説明を簡易とするために２系統のみに注目する。そして、ＥＣＵ３ａがボディ系のアクチュエータ２ａ，２ｂの動作を制御し、ＥＣＵ３ｂが制御系のアクチュエータ２ｃ，２ｄの動作を制御する。このとき、センサ１ａ，１ｄ，１ｆはボディ系、センサ１ｂ，１ｃ，１ｅ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊは制御系であるとする。この場合、ボディ系のセンサ１ａ，１ｄ，…からのデータはＥＣＵ３ａで用いられ、制御系のセンサ１ｂ，１ｃ，…からのデータはＥＣＵ３ｂで用いられる。
【００４０】
このように、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄには物理的配置関係に基づいて各センサ１ａ，１ｂ，…が接続されているから、異なる系統のセンサ１ａ，１ｂ，…が接続される。例えば、同時にデータが受信できることが望ましいデータ元のセンサ１ｂ，１ｈ，１ｊは、異なるＩＯＵ５ａ，５ｃ，５ｄに夫々接続されているので、まとめて１つのＣＡＮフレームにて送信することはできない。
【００４１】
そこで、実施の形態１におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…とＥＣＵ３ａ，３ｂとの間の入出力を物理的に集約して省線化を実現するのみならず、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…からデータが出力されるタイミングを、制御に同時に用いられるような関連性が高いデータがほぼ同時に、近接して送信されるように調整して出力する。
【００４２】
ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…にてこのような機能を実現させるための構成について説明する。図３は、実施の形態１におけるＩＯＵ５ａの内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ５ｂの内部構成は、ＩＯＵ５ａの内部構成と同様であるから説明を省略する。
【００４３】
ＩＯＵ５ａはマイクロコンピュータを用いて構成され、制御部５０ａと、記憶部５１ａと、通信部５２ａと、接続部５３ａと、計時部５４ａとを備える。ＩＯＵ５ａ，５ｂはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途集積回路）で構成されてもよい。
【００４４】
制御部５０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを用いて図示しない車両のバッテリー、オルタネータ等の電力供給装置から電力の供給を受けて各構成部の動作を制御するようにしてある。
【００４５】
記憶部５１ａは、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いる。記憶部５１ａには、制御部５０ａに、後述するデータの送信タイミングの調整処理を実現させるコンピュータプログラム、又は制御部５０ａが処理の際に参照する各種情報が記憶されている。なお、記憶部５１ａには、接続されているセンサ１ａ，１ｂ，１ｃから出力されたデータ、制御対象であるアクチュエータ２ａ，２ｂの動作状態などを示すデータ、ＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５ｂ，５ｃ，５ｄからのアクチュエータ２ａ，２ｂの制御用のデータが記憶されてもよい。これらのセンサ１ａ，１ｂ，１ｃ、ＥＣＵ３ａ，３ｂ、又はＧＷ４などからのデータは、記憶部５１ａとは異なるＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のランダムアクセスメモリを用いた記憶部に別途記憶する構成としてもよい。
【００４６】
通信部５２ａは、ＣＡＮバス７を介した通信を実現するためのＣＡＮトランシーバ、及びＣＡＮコントローラの機能を有する。詳細には、ＣＡＮバス７における通信を制御する。通信部５２ａは、後述するように制御部５０ａからデータが与えられた場合、当該データをＣＡＮプロトコルの信号（ＣＡＮフレーム）に載せ、ＣＡＮトランシーバにて物理層における信号の送信を実現する。また、通信部５２ａは、ＣＡＮバス７にてＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及び他のＩＯＵ５ｂ，５ｃ，５ｄから送信されたデータ、データの送信要求などのＣＡＮフレームを受信した場合、データ又は送信要求を抽出して制御部５０ａへ通知する。これにより、制御部５０ａは、各データがＣＡＮバス７へ送信される時点を認識することが可能である。
【００４７】
接続部５３ａはＩＯＵ５ａのインタフェースであり、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ及びアクチュエータ２ａが信号線６，６，…を介して接続されている。接続部５３ａは、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ及びアクチュエータ２ａが信号線６，６，…からの信号を制御部５０ａへ通知し、制御部５０ａから指示されたデータの信号をセンサ１ａ，１ｂ，１ｃ又はアクチュエータ２ａのいずれかへ出力する。Ｄ／Ａ変換、Ａ／Ｄ変換機能を有してもよい。
【００４８】
計時部５４ａは、所定の周波数にてパルス信号を出力するクロック回路を用い、パルスを計数することにより時間の経過を測定する。制御部５０ａは、計時部５４ａから任意のタイミングで時間情報を取得することが可能である。
【００４９】
このように構成されるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…が、センサ１ａ，１ｂ，１ｃから出力されるデータをＣＡＮバス７へ送信する際に、送信タイミングを調整する処理について以下に説明する。
【００５０】
まず、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…が送信するデータは、接続されるセンサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…によって設計段階で設定されている。各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は基本的に夫々、自身が送信するデータの識別情報（ＩＤ）、送信周期を記憶部５１ａ，…に記憶しておき、送信周期を計時部５４ａ，…により計時して、送信周期に従って送信する。
【００５１】
図４は、本実施の形態における各データのＩＤ、用途、送信周期などの内容例を示す説明図である。ＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及びＩＯＵ５ａ，５ｂ，…間で送受信されるデータには、ＣＡＮプロトコルに準じて「ＣＡＮ ＩＤ」が割り当てられている。なお、本実施の形態１における通信では、複数のデータがまとめられて送信される。例えば、ＩＯＵ５ａには、制御系のセンサ１ｂ，１ｃが接続されている。ＩＯＵ５ａは、制御系のセンサ１ｂ，１ｃからのデータをまとめて１のＣＡＮフレームにて送信する。この場合、データの組み合わせに応じて「ＣＡＮ ＩＤ」が割り当てられる。データを受信するＥＣＵ３ａ，３ｂなどでＣＡＮフレームに含まれるデータが何のデータであるかを認識することができるからである。以下、夫々の「ＣＡＮ ＩＤ」は同一のＣＡＮフレームに含まれるデータの組み合わせで割り当てられているとする。
【００５２】
図４には、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから送信されるデータ（フレーム）の識別情報（ＣＡＮ ＩＤ）、各フレームの優先順位、データの属性としてデータの用途である系統、及び各データの送信周期（ｍｓｅｃ）が優先順位にて示されている。
【００５３】
図４の例では、「００１」、「０１０」などの「ＣＡＮ ＩＤ」が割り当てられている。図４の例では、「ＣＡＮ ＩＤ」は１１ビットで表わされ、例えば「００１」は「（０）０００ ００００ ０００１」を、「０１０」は「（０）０００ ０００１ ００００」を１６進数で表している。ＣＡＮプロトコルでは、「ＣＡＮ ＩＤ」を数値として解釈した場合に数値が小さいほど優先順位が高い。つまり、図４の説明図では「ＣＡＮ ＩＤ」が「００１」のフレームが最も優先順位が上である。図４には、優先順位を数字で表わしている。
【００５４】
また、図４に示すように、各フレームは属性としてボディ系（Ｂ）か制御系（Ｃ）かの系統に分けられており、各組み合わせに含まれるデータが用いられる用途を示す。更に、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各フレームを予め規定された送信周期で送信する。図４に示すように、各フレームには予め規定された送信周期が付与されている。
【００５５】
各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、自身が送信するデータの「ＣＡＮ ＩＤ」、送信周期の情報を記憶部５１ａ，…に記憶しておく。例えば、ＩＯＵ５ａは、センサ１ａからのボディ系のデータ及びセンサ１ｂ，１ｃからの制御系のデータを含むフレームを送信するが、夫々の「ＣＡＮ ＩＤ」は「０２０」及び「００１」である。本実施の形態では、ＩＯＵ５ｂは「ＣＡＮ ＩＤ」が「０５０」及び「２００」であるフレームを送信し、ＩＯＵ５ｃは「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」及び「１００」であるフレームを送信し、ＩＯＵ５ｄは「１５０」であるフレームを送信する。
【００５６】
このようにＩＯＵ５ａ，５ｂ，…から送信されるフレームは、上述のように同一の系統などの関連性が高いデータがほぼ同時にそれらのデータを用いるＥＣＵ３ａ，３ｂに夫々受信されるように送信タイミングが調整されることが望ましい。
【００５７】
本実施の形態では、送信タイミングの調整のために、各フレームは含まれるデータの用途（系統）、送信周期又は優先順位によりグループ分けされる。そして、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、フレームのグループ分けの情報を記憶部５１ａ，…に記憶しておき、各フレームがいずれのグループに属するかを制御部５０ａ，…が認識できるようにしてある。更に、各フレームのデータには、送信タイミングの調整の基準となる特定のフレームが１つ、マスタとして設定されており、いずれのフレームがマスタであるかを示す情報が記憶部５１ａ，…に記憶される。これにより、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…の制御部５０ａ，…は、いずれのフレームが同一のグループで、各グループのいずれのフレームがマスタであるかを記憶部５１ａ，…を参照して認識し、処理を行なう。
【００５８】
図５は、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａの記憶部５１ａに記憶されるグループ分けの情報の内容例を示す説明図である。なお図５に示す例は、図４に示した各フレームを分類した例である。
【００５９】
図５に示す例では、各フレームはグループ（１）〜（４）に分類されており、グループ（１）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」、「１５０」及び「０５０」であるフレーム、グループ（２）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「００１」であるフレームが１つ、グループ（３）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」及び「０２０」であるフレーム、グループ（４）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「２００」であるフレームが属している。図５中に示されるマスタの数字は、マスタとしての優先順位を示す。優先順位が最も高いフレームがＩＯＵ５ａ，５ｂ，…の故障などにより送信されない状況となった場合には、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は自身が送信するフレームが属するグループ内で次にマスタとしての優先順位が高いフレームをマスタとして認識して処理を行なう。
【００６０】
図５に示す各グループ（１）〜（４）への分類は以下のように行なう。まず系統にて分類する。図４の内容例を参照すれば、ボディ系（Ｂ）のグループとして「ＣＡＮ ＩＤ」が夫々「０２０」及び「１００」であるフレームが分類され、制御系（Ｃ）のグループとして「ＣＡＮ ＩＤ」が夫々「００１」、「０１０」、「０５０」及び「１５０」であるフレームが分類される。なお、ボディ系及び制御系のいずれにも送信されるデータを含むフレームである「ＣＡＮ ＩＤ」が「２００」であるフレームは、別のグループに分類される。
【００６１】
次に、各系統のグループに分類されたフレームについて、夫々のグループ内で最も送信周期が短いフレームを仮マスタとして定義する。ボディ系のグループでは、送信周期が「４０（ｍｓｅｃ）」である「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」であるフレームが仮マスタとして定義される。制御系のグループでは送信周期が「２０（ｍｓｅｃ）」である「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」（又は「１５０」）であるフレームが仮マスタとして定義される。その他のグループでは所属しているフレームは１つなので「ＣＡＮ ＩＤ」が「２００」であるフレームが仮マスタとして定義される。
【００６２】
次に、各グループに分類されたフレームについて、仮マスタに定義されたフレームの送信周期のＮ倍（Ｎ＝１，２，…；１以上の整数）の関係にないフレームを別のグループに分類する。上述のボディ系のグループでは、「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」であるフレームの送信周期は、仮マスタの送信周期は「４０（ｍｓｅｃ）」の５倍である「２００（ｍｓｅｃ）」であるからそのまま同一グループとされる。制御系のグループでは、仮マスタの送信周期は「２０（ｍｓｅｃ）」であるが、「ＣＡＮ ＩＤ」が「００１」であるフレームの送信周期は「５０（ｍｓｅｃ）」であってＮ倍でないので、別のグループに分類され、それ自身が仮マスタとして定義される。
【００６３】
このようにして分類を行ない、仮マスタとして定義されたフレームをマスタとして設定する。上述の分類過程でいずれのグループにも属さないフレームが存在する場合、当該フレームは新たなグループとして分類され、それ自身が仮マスタとなる。
【００６４】
なお、制御系のグループでは、最も送信周期が短いフレームが複数ある。このような場合、フレームの優先順位がより高いフレームを最終的に親フレームとする。この場合、「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」であるフレームがマスタとして定義される。これにより、図５に示したようなグループへの分類が実現される。
【００６５】
ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、このように分類されたフレームのグループ分けの情報を記憶部５１ａ，…に記憶しておき、同一グループに属するフレームは、マスタのフレームの送信タイミングに近づけるように、マスタのフレーム同士は相互に送信タイミングが離れるように、即ち時間差が延長されるように送信タイミングの調整を行ない合う。
【００６６】
図６は、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…による送信タイミングの調整処理の概要を示す説明図である。図６の上部には、マスタのフレームと、当該フレームと同一グループに属する他のフレームとの送信タイミングの関係を示す図を示す。図６の下部には、マスタのフレームと同一グループに属する他のフレーム夫々について、フレームの送信時点とマスタのフレームの送信時点との時間差に応じた、マスタの送信タイミングへ近づける力（Ｆ）の大きさを示すグラフを示す。
【００６７】
本実施の形態における各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…による送信タイミングの調整は、図６に示すようにマスタのフレームの送信タイミングとの関係で調整する。ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、自身が送信するフレームと同一グループに属するマスタのフレームの送信時点に対する自身が送信するフレームの送信時点からの時間差（＝マスタの送信時点−自身の送信するフレームの送信時点）により以下の式（１）で求められる力Ｆ分を、次の送信タイミングに足して送信する。なお、式（１）中、ｒは時間差、Ｇ及びｇは所定の定数である。
【００６８】
【数１】
【００６９】
これにより、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、自身が送信するフレームの送信時点が、マスタのフレームの送信時点よりも前である場合（図６上部の左側矢印）、力Ｆは正の値となるから、次の送信タイミングでは力Ｆ分だけプラスされ、遅らされる。逆に、自身が送信するフレームの送信時点が、マスタのフレームの送信時点よりも後である場合（図６上部の右側矢印）、力Ｆは負の値となるから、次の送信タイミングでは力Ｆ分だけマイナスされ、早められる。実施の形態１では、マスタのフレームの送信時点との時間差が極めて大きい場合には、それほど力Ｆは強く働かないが、所定の時間差である場合に最も強くタイミングが近づけられる。
【００７０】
このように、マスタのフレームと同一グループに属する他のフレームを送信するＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、マスタのフレームの送信時点との時間差から求められる力Ｆの大きさに応じた時間分だけ、次の送信タイミングを早めるか、又は遅らせることによって、マスタのフレームの送信タイミングとの時間差を短縮する。
【００７１】
例えば、ＩＯＵ５ｃから、グループ（１）のマスタである「０１０」のフレームが送信された場合、「０５０」のフレームを送信するＩＯＵ５ｂ、及び「１５０」のフレームを送信するＩＯＵ５ｄの制御部は、マスタのフレームの送信時点を通信部からの通知により認識する。そして夫々の制御部は、自身が夫々フレーム送信しようとしている（送信済みである場合は送信した）時点との時間差を算出し、時間差に応じて、次の送信タイミングを早めるか、又は遅らせることで、時間差を短縮する。
【００７２】
図７は、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…による送信タイミングの調整処理の結果の具体例を模式的に示す説明図である。図７（ａ）は調整処理前、図７（ｂ）は調整処理後の各フレームの送信時点の時間分布を示している。図７（ａ）及び（ｂ）では、横軸に時間軸をとり、各フレームの送信時点を矢印にて示している。なお、時間軸の上側にマスタのフレームの送信時点、下側にマスタ以外のフレームの送信時点を示している。
【００７３】
図７（ａ）に示す例では、「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」であるフレーム（ハッチングの矢印）は、「２０（ｍｓｅｃ）」で周期的に複数回送信されている。「１５０」及び「０５０」のフレームは、「０１０」のフレームと同一グループに属するにも拘わらず、これらのフレームの送信タイミングは、他のグループに属する「２００」のフレーム、「０２０」のフレーム、又は「００１」のフレームとの送信タイミングと近接している。同様に、「０２０」のフレームは「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」であるフレームと同一グループであるにも拘わらず、その送信タイミングは離隔しており、他のグループのフレームのと近接している。
【００７４】
これに対し、図７（ｂ）では、マスタのフレームである「０１０」、「００１」、「１００」及び「２００」のメッセージ間は、相互に送信タイミングが離れるように送信タイミングの調整が行なわれる。これにより、送信時点の時間差が略均一となっている。
【００７５】
また、「ＣＡＮ ＩＤ」が夫々「１５０」及び「０５０」であるフレームの送信タイミングは、ＩＯＵ５ｂ，５ｄの制御部の処理によって同一グループ（２）のマスタである「０１０」のフレームの送信タイミングに近づけられており、同一グループのフレームが近接して受信されるように調整されている。また、「ＣＡＮ ＩＤ」が「０２０」であるフレームは、マスタのメッセージ「１００」の送信タイミングに近づけられている。
【００７６】
このようにして、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…の処理により、ＥＣＵ３ａ，３ｂ、及びＧＷ４へ送信すべきデータを含むフレームの送信タイミングが、各ＥＣＵ３ａ，３ｂで必要なデータがまとめて受信されるように調整される。例えば、同一のグループに属して関連性が高い「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」、「１５０」及び「０５０」である制御系のデータを含むフレームは、図７（ｂ）に示すようにＣＡＮバス７にほぼ同時に送信される。したがって、当該データを用いてアクチュエータ２の制御データを生成するＥＣＵ３ｂは、これらを含むフレームをほぼ同時に受信することができる。このようにデータの同時性が高まってＥＣＵ３ａ，３ｂにおける処理負荷も軽減され、車載制御システム全体におけるデータの授受が効率化される。
【００７７】
図７（ｂ）に示したように、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…から送信されるフレームは、グループ毎にまとめて送信され、異なるグループのデータ同士は、送受信タイミングがずらされ、ほぼ均等な間隔で送信されるように安定化される。ＣＡＮバス７では、１つのノードのみ送信が可能であるから送信タイミングが集中した場合に輻輳が起こり、優先順位が低いフレームの送信が滞るなどの問題が発生する。図７（ｂ）に示したように、各フレームが効率よく送信されるからＣＡＮバス７における通信効率も向上する。通信効率の向上により、フレームが滞ることがないので、ＧＷ４経由の他のフレームについても遅延が発生することもなく、車載制御システム全体におけるフレーム即ちデータの授受の高速化も図られるなど、優れた効果を奏する。
【００７８】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて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全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ センサ（機器）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ アクチュエータ（機器）
３ａ，３ｂ ＥＣＵ（制御装置）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ ＩＯＵ（入出力装置）
５０ａ 制御部（調整手段）
５１ａ 記憶部
５２ａ 通信部（通信手段）
５３ａ 計時部（検知手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の機器と、該複数の機器からの情報を使用して機器の制御を行なう制御装置との間で前記複数の機器の制御装置に対する入出力を中継する入出力装置に関する。特に、各機器から入力されるデータの出力タイミングを特定のデータとほぼ同時となるようにするか、又は異ならせることにより、データを受信して用いる制御装置における処理負荷の軽減、及びシステム内におけるデータの授受の効率化を図ることができる入出力装置、及び該入出力装置を含む制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、多数の機器を制御して、全体として多様な機能を実現させる制御システムが普及している。機器には夫々制御装置が接続され、更に各制御装置に通信手段を設けて相互にデータを交換させ、個々の制御装置が独立した制御を行なうのではなく、他の制御装置などを介して得られるデータに基づいて自身に対応する制御対象の機器を制御するなど、連携して制御を実行する制御システムが各分野で利用されている。
【０００３】
このような制御システムでは、機能の増加に伴い、制御対象の機器の数も増加すると共に、制御に用いるデータを取得、又は測定するセンサなどの機器の数も増加する。
【０００４】
特に車両の分野では、各種機能に対応するアクチュエータ又はセンサなどの機器が多数車内に配され、各機器を制御する制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）が各々に対応して配されて動作している。車両の制御は機械的制御から電気的制御へ移行しつつあり、更に、制御システムによって実現される機能の特化、実現できる機能の増加及び多様化が進んでいる。これにより、車両に搭載されるアクチュエータ、センサなどの機器が増加している。
【０００５】
このように、制御対象の機器、又は制御に用いるデータを取得するセンサなどの機器の数は増大する。機器の数が増大した場合、各機器に各々制御装置が対応する構成では、制御装置の数も増大して相互の通信における通信負荷が重くなるなどの事態が考えられる。この場合、データの送受信の遅れの発生の問題、又は、ほぼ同時に受信されるべき内容のデータであるにも拘らず、少なからず受信に時間差が生じるなどの問題が生じる。
【０００６】
一方、車両におけるＥＣＵを利用した制御システムでは、以下のような問題からセンサ、アクチュエータなどの機器との間の入出力を集約する構成が提案されている（特許文献１、２などを参照）。ＥＣＵの数は上述のように増大しており、且つ１つの通信線に接続されるＥＣＵの数がリンギング防止などの問題から限られるから、通信線の数が増加する。更に各機器の数の増大に応じて信号線の数も増加する。車両の分野では特に、燃費の改善及び環境への影響を考慮して車両全体の軽量が重要な課題となっている。軽量化には通信線、信号線、電源線などの各種電線を含むワイヤハーネスの軽量化が大きく影響するので、各種電線自体の軽量化及び省線化が望まれている。
【０００７】
そこで特許文献１では、入出力装置が各機器から得たデータを多重化して制御装置である車載ＥＣＵへ伝送する構成とすることにより、省線化を図っている。特許文献２には、通信により多重化したデータを送信する構成を、シフトレジスタを用いて出力する構成とすることにより、ＥＣＵの部品点数を削減して小型化できる入出力装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−９５６５９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１、２に開示されているように、複数の機器から出力されたデータに対する演算を共通の演算手段で行ない、更に情報を多重化してＥＣＵへ通信により伝送するか、又はシフトレジスタを介して出力する構成により、通信線、信号線の削減を図ることができる。
【００１０】
特許文献１、２に開示されている構成では、センサなどから得られたデータをまとめて出力することができる。しかしながら、センサ又はアクチュエータからデータが出力されるタイミングは任意である。特許文献１、２に開示されている入出力装置では、任意のタイミングで得られるデータを出力するタイミングを、これらのデータを用いるＥＣＵからの要求に応じて適宜調整することは考慮されていない。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、制御システムを構成する複数の機器と各機器の制御装置との間でデータの入出力を処理する入出力装置が、データを制御装置へ通信手段により送信するに際し、送信するタイミングを、特定のデータとほぼ同時となるようにするか、又は異ならせることによって制御装置における処理負荷の軽減、及びシステム内におけるデータの授受の効率化を図ることができる入出力装置、及び該入出力装置を含む制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明に係る入出力装置は、データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置とに接続され、前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置において、特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から送信される時点を検知する検知手段と、該手段が検知した時点、及び、自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータの送信時点を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係る入出力装置は、予め複数のグループに分けられたデータの識別情報、及び各グループに１つずつ前記特定のデータとして設定されるデータの識別情報を、グループ毎に記憶する手段を備え、前記調整手段は、自身が送信するデータと同一のグループの特定のデータが送信された時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が短縮されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
第３発明に係る入出力装置は、前記調整手段は、自身が送信するデータが特定のデータであり、該特定のデータと異なるグループの特定のデータの送信時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が延長されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１５】
第４発明に係る入出力装置は、各データには属性が対応付けられており、前記グループは、同一属性が対応付けられているデータが同一グループとなるように分けられていることを特徴とする。
【００１６】
第５発明に係る入出力装置は、各グループ内の送信周期が短いデータが前記特定のデータとして設定されていることを特徴とする。
【００１７】
第６発明に係る入出力装置は、各グループは、送信周期が特定のデータの送信周期の倍数であるデータからなるように分けられていることを特徴とする。
【００１８】
第７発明に係る入出力装置は、各データには、優先順位が付与されており、各グループ内の優先順位が高いデータが前記特定のデータとして設定されていることを特徴とする。
【００１９】
第８発明に係る制御システムは、データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置と、前記複数の機器及び前記複数の制御装置に接続されて前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置とを含み、前記複数の制御装置及び前記入出力装置は通信線にバス型に接続され、前記複数の制御装置は前記入出力装置を介して複数の機器を制御するようにしてある制御システムにおいて、前記入出力装置は、特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から前記通信線に送信される時点を検知する検知手段と、該手段が検知した時点、及び、前記通信手段により自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータ送信時点を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
第１発明及び第８発明では、複数の機器及び機器を制御する制御装置との間の入出力を処理する入出力装置にて、通信により機器からのデータを制御装置へ周期的に送信するようにしてあり、当該データが送信されるタイミングは、他の入出力装置又は制御装置から送信される特定のデータが送信される時点を基準に調整される。あるデータは、特定のデータが送信される周期の各時点との時間差が短縮されるようなタイミングで以後送信され、特定のデータとほぼ同時に制御装置、又は他の入出力装置で受信可能となる。また、他のあるデータは特定のデータが送信される周期の各時点との時間差が延長されるようなタイミングで以後送信されるから、特定のデータが送信されるタイミングとは離隔されたタイミングで制御装置又は他の入出力装置で受信される。
【００２１】
第２発明では、第１発明において、複数の機器及び制御装置間で入出力されるデータは、予め複数のグループに分けられており、各グループに１つのデータが特定のデータとして設定され、同一のグループのデータは、当該グループ内の特定のデータの送信時点との時間差が短縮するように送信時点が調整される。これにより、関連性が高い同一のグループのデータはほぼ同時に制御装置、又は他の入出力装置で受信することが可能となる。
【００２２】
第３発明では、第２発明において、特定のデータの送信の際には、他のグループの特定のデータの送信時点との時間差が延長するように調整される。これにより、各グループの特定のデータ間は、相互にデータの送信時点が離隔される。同一のグループのデータの送信時点は当該グループの特定のデータとほぼ同時となるように調整されるから、各グループの特定のデータの送信時点が離隔されることにより、特定のデータ間に限らず異なるグループのデータ間では送信時点は異なる。
【００２３】
第４発明では、データの属性により、同一属性のデータが同一グループとなる。属性とは、例えば、当該データに基づき制御される制御対象の機器の系統などである。これにより、同一属性のデータが、制御装置又は他の入出力装置にてほぼ同時に受信され、異なる属性のデータが受信されるタイミングは離隔される。同一属性のデータは同時に制御に用いられることが推測されるところ、これらを制御装置にてほぼ同時に受信でき、更にそのときに他の属性のデータにより妨げられず効率的である。
【００２４】
第５発明では、各グループ内の送信周期が短いデータが特定のデータとして設定される。これにより、同一グループ内での特定のデータの送信時点に送信タイミングを合わせる処理が簡易となり効率的となる。
【００２５】
第６発明では、各グループのデータは送信周期が相互に倍数の関係にある。したがって、同一グループ内での特定のデータの送信時点に送信タイミングを合わせる処理が簡易となる。特定のデータとの送信タイミングとのずれが一定であり、一旦タイミングを合わせた後は、安定にほぼ同一タイミングに送信されるようになるので、処理が効率的となる。
【００２６】
第７発明では、各グループ内の優先順位が高いデータが前記特定のデータとして設定される。優先順位が高いデータ同士が特定のデータ同士として送信タイミングが相互に離隔されるので、優先順位が高いデータが衝突することがなく、データの授受が効率的となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による場合、アクチュエータ、センサなどの各機器と、センサから出力されるデータに基づいてアクチュエータに制御データを与えて制御する制御装置とを含む制御システムで、各機器と制御装置との間の入出力が入出力装置に集約されるので、通信線、信号線等を削減することができ、システムの省線化を図ることができる。
【００２８】
更に、複数の入出力装置にて、グループに分けられたデータがグループ毎に制御装置で受信されるように相互にデータ送信タイミングを調整する。したがって、制御装置は制御に共に用いる関連性が高いデータをほぼ同時に取得して処理を行なうことができてデータの授受が効率的である。つまり、データの同時性が向上し、制御装置における制御の精度も向上する。また、異なるグループのデータ同士は送受信タイミングがずらされるから、制御装置と入出力装置とが接続される通信線での通信効率も向上し、高速化が図られる。
【００２９】
本発明における制御装置では、任意のタイミングで夫々出力される同一グループのデータを、全て受信できるまで当該データを用いた制御を待機するなどの処理が必要ないから、制御装置における処理負荷を軽減させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態における車載制御システムの構成を示す構成図である。
【図２】本実施の形態の車載制御システムのＣＡＮバスへの各装置の接続を簡略化して示すブロック図である。
【図３】本実施の形態におけるＩＯＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態における各データのＩＤ、用途、送信周期などの内容例を示す説明図である。
【図５】本実施の形態におけるＩＯＵの記憶部に記憶されるグループ分けの情報の内容例を示す説明図である。
【図６】本実施の形態におけるＩＯＵによる送信タイミングの調整処理の概要を示す説明図である。
【図７】本実施の形態におけるＩＯＵによる送信タイミングの調整処理の結果の具体例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、車両に搭載されている多数のアクチュエータ、センサ及びＥＣＵを含む車載制御システムに本発明に係る入出力装置を用いた例を挙げて説明する。
【００３２】
図１は、本実施の形態における車載制御システムの構成を示す構成図である。車載制御システムは、車両の前部に搭載された温度センサ若しくはカメラ、タイヤの軸に取り付けられる車輪速センサ、又はヨーレートセンサなどの各種センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊと、ブレーキ、ヘッドライト、ドアロックなどの各種アクチュエータ２ａ，２ｂ，…と、各種センサ１ａ，１ｂ，…から得られるデータに基づいてアクチュエータ２ａ，２ｂ，…の動作を制御するＥＣＵ３ａ，３ｂと、異なるネットワーク間のデータの授受を中継するＧＷ（Gate Way）４とを含み、更に、各種センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…と、ＥＣＵ３ａ，３ｂとの間の入出力を処理するＩＯＵ（In-Out Unit：入出力ユニット）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとを含む。
【００３３】
各種センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…は夫々、信号線６，６，…によりＩＯＵ５ａ，５ｂ，…に接続されている。センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…はＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに夫々、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）により通信が可能な構成としてもよい。
【００３４】
ＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及びＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは夫々、ＣＡＮ（Controller Area Network）バス７に接続されており、相互に制御用のデータを送受信する。本実施の形態ではＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及びＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ間の通信のプロトコルはＣＡＮとするが、これに限らず他のイベントドリブン型の通信プロトコルでもよい。
【００３５】
ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…には夫々、車両内で近傍に配置されているセンサ１ａ，１ｂ，…とアクチュエータ２ａ，２ｂ，…とが接続されている。いずれのセンサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…を同一のＩＯＵ５ａ（又はＩＯＵ５ｂ，５ｃ，５ｄ）に接続するかは、物理的距離に基づいて設計されている。図１に示す例では、車両前部の左部分の３つのセンサ１ａ，１ｂ，１ｃと、１つのアクチュエータ２ａとが近くに配されているので１台のＩＯＵ５ａに接続されている。また、車両前部中央に配されているセンサ１ｃ，１ｄも、同一のＩＯＵ５ｂに接続されている。車両前部の右部分の３つのセンサ１ｅ，１ｆ，１ｇと、１つのアクチュエータ２ｂとが同一のＩＯＵ５ｃに接続され、車両後部の２つのセンサ１ｉ，１ｊと、２つのアクチュエータ２ｃ，２ｄとが同一のＩＯＵ５ｄに接続されている。センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…が、ＥＣＵ３ａ，３ｂに各々接続される構成でなく、近傍に配置されるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…に接続されて、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…によりＥＣＵとの間の入出力が集約されることで、信号線６，６，…の長さも比較的短くて済む点、省線化に効果的である。特に、車両前部の左部分及び右部分などは、センサ１ａ，１ｂ，…などの機器の数が多く、省線化の効果が顕著に現れる。
【００３６】
しかしながら、ＩＯＵ５ａに接続されているセンサ１ａ，１ｂ，１ｃで検知された測定値などの情報を含むデータが、同一のＩＯＵ５ａに接続されるアクチュエータ２ａの動作の制御に用いられるとは限らない。上述したように、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ及びアクチュエータ２ａは、物理的配置に基づいてＩＯＵ５ａに接続されているために、機能的には離れている可能性があるからである。例えば、ＩＯＵ５ｃに接続された車両前部に設置されているアクチュエータ２ｂの動作をＥＣＵ３ｂの処理により制御するため、車両前部に設置されているセンサ１ｂ及びセンサ１ｈから得られるデータのみならず、車両の後部に搭載されているセンサ１ｊにて得られる測定値などのデータをも用いる場合がある。この場合、センサ１ｂ，１ｈ，１ｊからのデータは、ＥＣＵ３ｂにて同時に受信できることが望ましい。
【００３７】
図２は、本実施の形態の車載制御システムのＣＡＮバス７への各装置の接続を簡略化して示すブロック図である。センサ１ａ，１ｂ，…からのセンサが検知した測定値などの情報、及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…からの制御状態を示す情報は、各々から周期的に出力されるようにしてある。そして、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃも、各センサ１ａ，１ｂ，…からデータ、又はアクチュエータ２ａ，２ｂ，…からのデータを周期的にＣＡＮバス７へ送信する。ＧＷ４も、他のＣＡＮバス７からを介して図示しない他のセンサから出力された測定値などのデータを周期的にＣＡＮバス７へ送信するようにしてある。これにより、各アクチュエータ２ａ，２ｂ，…を制御するＥＣＵ３ａ，３ｂでは、常時的に最新の内容のデータを取得することができる。
【００３８】
このように、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからデータが周期的に送信されるに際し、上述の例のように、センサ１ｂ，１ｈ，１ｊからのデータは、ＥＣＵ３ｂにて同時に受信できることが望ましい。また、他のセンサ１ａ，１ｃ，…からのデータについても同様に、例えば各センサ１ａ，１ｃ，…からのデータの用途がボディ系の制御なのか、制御系の制御なのかなどにより同時に受信されるべきデータがある。
【００３９】
本実施の形態では、センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…が、ボディ系（Ｂ）と制御系（Ｃ）との２系統に区別されるとする。説明を簡易とするために２系統のみに注目する。そして、ＥＣＵ３ａがボディ系のアクチュエータ２ａ，２ｂの動作を制御し、ＥＣＵ３ｂが制御系のアクチュエータ２ｃ，２ｄの動作を制御する。このとき、センサ１ａ，１ｄ，１ｆはボディ系、センサ１ｂ，１ｃ，１ｅ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊは制御系であるとする。この場合、ボディ系のセンサ１ａ，１ｄ，…からのデータはＥＣＵ３ａで用いられ、制御系のセンサ１ｂ，１ｃ，…からのデータはＥＣＵ３ｂで用いられる。
【００４０】
このように、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄには物理的配置関係に基づいて各センサ１ａ，１ｂ，…が接続されているから、異なる系統のセンサ１ａ，１ｂ，…が接続される。例えば、同時にデータが受信できることが望ましいデータ元のセンサ１ｂ，１ｈ，１ｊは、異なるＩＯＵ５ａ，５ｃ，５ｄに夫々接続されているので、まとめて１つのＣＡＮフレームにて送信することはできない。
【００４１】
そこで、実施の形態１におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、センサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…とＥＣＵ３ａ，３ｂとの間の入出力を物理的に集約して省線化を実現するのみならず、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…からデータが出力されるタイミングを、制御に同時に用いられるような関連性が高いデータがほぼ同時に、近接して送信されるように調整して出力する。
【００４２】
ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…にてこのような機能を実現させるための構成について説明する。図３は、実施の形態１におけるＩＯＵ５ａの内部構成を示すブロック図である。ＩＯＵ５ｂの内部構成は、ＩＯＵ５ａの内部構成と同様であるから説明を省略する。
【００４３】
ＩＯＵ５ａはマイクロコンピュータを用いて構成され、制御部５０ａと、記憶部５１ａと、通信部５２ａと、接続部５３ａと、計時部５４ａとを備える。ＩＯＵ５ａ，５ｂはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途集積回路）で構成されてもよい。
【００４４】
制御部５０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを用いて図示しない車両のバッテリー、オルタネータ等の電力供給装置から電力の供給を受けて各構成部の動作を制御するようにしてある。
【００４５】
記憶部５１ａは、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いる。記憶部５１ａには、制御部５０ａに、後述するデータの送信タイミングの調整処理を実現させるコンピュータプログラム、又は制御部５０ａが処理の際に参照する各種情報が記憶されている。なお、記憶部５１ａには、接続されているセンサ１ａ，１ｂ，１ｃから出力されたデータ、制御対象であるアクチュエータ２ａ，２ｂの動作状態などを示すデータ、ＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、又は他のＩＯＵ５ｂ，５ｃ，５ｄからのアクチュエータ２ａ，２ｂの制御用のデータが記憶されてもよい。これらのセンサ１ａ，１ｂ，１ｃ、ＥＣＵ３ａ，３ｂ、又はＧＷ４などからのデータは、記憶部５１ａとは異なるＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のランダムアクセスメモリを用いた記憶部に別途記憶する構成としてもよい。
【００４６】
通信部５２ａは、ＣＡＮバス７を介した通信を実現するためのＣＡＮトランシーバ、及びＣＡＮコントローラの機能を有する。詳細には、ＣＡＮバス７における通信を制御する。通信部５２ａは、後述するように制御部５０ａからデータが与えられた場合、当該データをＣＡＮプロトコルの信号（ＣＡＮフレーム）に載せ、ＣＡＮトランシーバにて物理層における信号の送信を実現する。また、通信部５２ａは、ＣＡＮバス７にてＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及び他のＩＯＵ５ｂ，５ｃ，５ｄから送信されたデータ、データの送信要求などのＣＡＮフレームを受信した場合、データ又は送信要求を抽出して制御部５０ａへ通知する。これにより、制御部５０ａは、各データがＣＡＮバス７へ送信される時点を認識することが可能である。
【００４７】
接続部５３ａはＩＯＵ５ａのインタフェースであり、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ及びアクチュエータ２ａが信号線６，６，…を介して接続されている。接続部５３ａは、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ及びアクチュエータ２ａが信号線６，６，…からの信号を制御部５０ａへ通知し、制御部５０ａから指示されたデータの信号をセンサ１ａ，１ｂ，１ｃ又はアクチュエータ２ａのいずれかへ出力する。Ｄ／Ａ変換、Ａ／Ｄ変換機能を有してもよい。
【００４８】
計時部５４ａは、所定の周波数にてパルス信号を出力するクロック回路を用い、パルスを計数することにより時間の経過を測定する。制御部５０ａは、計時部５４ａから任意のタイミングで時間情報を取得することが可能である。
【００４９】
このように構成されるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…が、センサ１ａ，１ｂ，１ｃから出力されるデータをＣＡＮバス７へ送信する際に、送信タイミングを調整する処理について以下に説明する。
【００５０】
まず、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…が送信するデータは、接続されるセンサ１ａ，１ｂ，…及びアクチュエータ２ａ，２ｂ，…によって設計段階で設定されている。各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は基本的に夫々、自身が送信するデータの識別情報（ＩＤ）、送信周期を記憶部５１ａ，…に記憶しておき、送信周期を計時部５４ａ，…により計時して、送信周期に従って送信する。
【００５１】
図４は、本実施の形態における各データのＩＤ、用途、送信周期などの内容例を示す説明図である。ＥＣＵ３ａ，３ｂ、ＧＷ４、及びＩＯＵ５ａ，５ｂ，…間で送受信されるデータには、ＣＡＮプロトコルに準じて「ＣＡＮ ＩＤ」が割り当てられている。なお、本実施の形態１における通信では、複数のデータがまとめられて送信される。例えば、ＩＯＵ５ａには、制御系のセンサ１ｂ，１ｃが接続されている。ＩＯＵ５ａは、制御系のセンサ１ｂ，１ｃからのデータをまとめて１のＣＡＮフレームにて送信する。この場合、データの組み合わせに応じて「ＣＡＮ ＩＤ」が割り当てられる。データを受信するＥＣＵ３ａ，３ｂなどでＣＡＮフレームに含まれるデータが何のデータであるかを認識することができるからである。以下、夫々の「ＣＡＮ ＩＤ」は同一のＣＡＮフレームに含まれるデータの組み合わせで割り当てられているとする。
【００５２】
図４には、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから送信されるデータ（フレーム）の識別情報（ＣＡＮ ＩＤ）、各フレームの優先順位、データの属性としてデータの用途である系統、及び各データの送信周期（ｍｓｅｃ）が優先順位にて示されている。
【００５３】
図４の例では、「００１」、「０１０」などの「ＣＡＮ ＩＤ」が割り当てられている。図４の例では、「ＣＡＮ ＩＤ」は１１ビットで表わされ、例えば「００１」は「（０）０００ ００００ ０００１」を、「０１０」は「（０）０００ ０００１ ００００」を１６進数で表している。ＣＡＮプロトコルでは、「ＣＡＮ ＩＤ」を数値として解釈した場合に数値が小さいほど優先順位が高い。つまり、図４の説明図では「ＣＡＮ ＩＤ」が「００１」のフレームが最も優先順位が上である。図４には、優先順位を数字で表わしている。
【００５４】
また、図４に示すように、各フレームは属性としてボディ系（Ｂ）か制御系（Ｃ）かの系統に分けられており、各組み合わせに含まれるデータが用いられる用途を示す。更に、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各フレームを予め規定された送信周期で送信する。図４に示すように、各フレームには予め規定された送信周期が付与されている。
【００５５】
各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、自身が送信するデータの「ＣＡＮ ＩＤ」、送信周期の情報を記憶部５１ａ，…に記憶しておく。例えば、ＩＯＵ５ａは、センサ１ａからのボディ系のデータ及びセンサ１ｂ，１ｃからの制御系のデータを含むフレームを送信するが、夫々の「ＣＡＮ ＩＤ」は「０２０」及び「００１」である。本実施の形態では、ＩＯＵ５ｂは「ＣＡＮ ＩＤ」が「０５０」及び「２００」であるフレームを送信し、ＩＯＵ５ｃは「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」及び「１００」であるフレームを送信し、ＩＯＵ５ｄは「１５０」であるフレームを送信する。
【００５６】
このようにＩＯＵ５ａ，５ｂ，…から送信されるフレームは、上述のように同一の系統などの関連性が高いデータがほぼ同時にそれらのデータを用いるＥＣＵ３ａ，３ｂに夫々受信されるように送信タイミングが調整されることが望ましい。
【００５７】
本実施の形態では、送信タイミングの調整のために、各フレームは含まれるデータの用途（系統）、送信周期又は優先順位によりグループ分けされる。そして、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、フレームのグループ分けの情報を記憶部５１ａ，…に記憶しておき、各フレームがいずれのグループに属するかを制御部５０ａ，…が認識できるようにしてある。更に、各フレームのデータには、送信タイミングの調整の基準となる特定のフレームが１つ、マスタとして設定されており、いずれのフレームがマスタであるかを示す情報が記憶部５１ａ，…に記憶される。これにより、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…の制御部５０ａ，…は、いずれのフレームが同一のグループで、各グループのいずれのフレームがマスタであるかを記憶部５１ａ，…を参照して認識し、処理を行なう。
【００５８】
図５は、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａの記憶部５１ａに記憶されるグループ分けの情報の内容例を示す説明図である。なお図５に示す例は、図４に示した各フレームを分類した例である。
【００５９】
図５に示す例では、各フレームはグループ（１）〜（４）に分類されており、グループ（１）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」、「１５０」及び「０５０」であるフレーム、グループ（２）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「００１」であるフレームが１つ、グループ（３）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」及び「０２０」であるフレーム、グループ（４）には「ＣＡＮ ＩＤ」が「２００」であるフレームが属している。図５中に示されるマスタの数字は、マスタとしての優先順位を示す。優先順位が最も高いフレームがＩＯＵ５ａ，５ｂ，…の故障などにより送信されない状況となった場合には、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は自身が送信するフレームが属するグループ内で次にマスタとしての優先順位が高いフレームをマスタとして認識して処理を行なう。
【００６０】
図５に示す各グループ（１）〜（４）への分類は以下のように行なう。まず系統にて分類する。図４の内容例を参照すれば、ボディ系（Ｂ）のグループとして「ＣＡＮ ＩＤ」が夫々「０２０」及び「１００」であるフレームが分類され、制御系（Ｃ）のグループとして「ＣＡＮ ＩＤ」が夫々「００１」、「０１０」、「０５０」及び「１５０」であるフレームが分類される。なお、ボディ系及び制御系のいずれにも送信されるデータを含むフレームである「ＣＡＮ ＩＤ」が「２００」であるフレームは、別のグループに分類される。
【００６１】
次に、各系統のグループに分類されたフレームについて、夫々のグループ内で最も送信周期が短いフレームを仮マスタとして定義する。ボディ系のグループでは、送信周期が「４０（ｍｓｅｃ）」である「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」であるフレームが仮マスタとして定義される。制御系のグループでは送信周期が「２０（ｍｓｅｃ）」である「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」（又は「１５０」）であるフレームが仮マスタとして定義される。その他のグループでは所属しているフレームは１つなので「ＣＡＮ ＩＤ」が「２００」であるフレームが仮マスタとして定義される。
【００６２】
次に、各グループに分類されたフレームについて、仮マスタに定義されたフレームの送信周期のＮ倍（Ｎ＝１，２，…；１以上の整数）の関係にないフレームを別のグループに分類する。上述のボディ系のグループでは、「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」であるフレームの送信周期は、仮マスタの送信周期は「４０（ｍｓｅｃ）」の５倍である「２００（ｍｓｅｃ）」であるからそのまま同一グループとされる。制御系のグループでは、仮マスタの送信周期は「２０（ｍｓｅｃ）」であるが、「ＣＡＮ ＩＤ」が「００１」であるフレームの送信周期は「５０（ｍｓｅｃ）」であってＮ倍でないので、別のグループに分類され、それ自身が仮マスタとして定義される。
【００６３】
このようにして分類を行ない、仮マスタとして定義されたフレームをマスタとして設定する。上述の分類過程でいずれのグループにも属さないフレームが存在する場合、当該フレームは新たなグループとして分類され、それ自身が仮マスタとなる。
【００６４】
なお、制御系のグループでは、最も送信周期が短いフレームが複数ある。このような場合、フレームの優先順位がより高いフレームを最終的に親フレームとする。この場合、「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」であるフレームがマスタとして定義される。これにより、図５に示したようなグループへの分類が実現される。
【００６５】
ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、このように分類されたフレームのグループ分けの情報を記憶部５１ａ，…に記憶しておき、同一グループに属するフレームは、マスタのフレームの送信タイミングに近づけるように、マスタのフレーム同士は相互に送信タイミングが離れるように、即ち時間差が延長されるように送信タイミングの調整を行ない合う。
【００６６】
図６は、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…による送信タイミングの調整処理の概要を示す説明図である。図６の上部には、マスタのフレームと、当該フレームと同一グループに属する他のフレームとの送信タイミングの関係を示す図を示す。図６の下部には、マスタのフレームと同一グループに属する他のフレーム夫々について、フレームの送信時点とマスタのフレームの送信時点との時間差に応じた、マスタの送信タイミングへ近づける力（Ｆ）の大きさを示すグラフを示す。
【００６７】
本実施の形態における各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…による送信タイミングの調整は、図６に示すようにマスタのフレームの送信タイミングとの関係で調整する。ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、自身が送信するフレームと同一グループに属するマスタのフレームの送信時点に対する自身が送信するフレームの送信時点からの時間差（＝マスタの送信時点−自身の送信するフレームの送信時点）により以下の式（１）で求められる力Ｆ分を、次の送信タイミングに足して送信する。なお、式（１）中、ｒは時間差、Ｇ及びｇは所定の定数である。
【００６８】
【数１】
【００６９】
これにより、ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、自身が送信するフレームの送信時点が、マスタのフレームの送信時点よりも前である場合（図６上部の左側矢印）、力Ｆは正の値となるから、次の送信タイミングでは力Ｆ分だけプラスされ、遅らされる。逆に、自身が送信するフレームの送信時点が、マスタのフレームの送信時点よりも後である場合（図６上部の右側矢印）、力Ｆは負の値となるから、次の送信タイミングでは力Ｆ分だけマイナスされ、早められる。実施の形態１では、マスタのフレームの送信時点との時間差が極めて大きい場合には、それほど力Ｆは強く働かないが、所定の時間差である場合に最も強くタイミングが近づけられる。
【００７０】
このように、マスタのフレームと同一グループに属する他のフレームを送信するＩＯＵ５ａ，５ｂ，…は、マスタのフレームの送信時点との時間差から求められる力Ｆの大きさに応じた時間分だけ、次の送信タイミングを早めるか、又は遅らせることによって、マスタのフレームの送信タイミングとの時間差を短縮する。
【００７１】
例えば、ＩＯＵ５ｃから、グループ（１）のマスタである「０１０」のフレームが送信された場合、「０５０」のフレームを送信するＩＯＵ５ｂ、及び「１５０」のフレームを送信するＩＯＵ５ｄの制御部は、マスタのフレームの送信時点を通信部からの通知により認識する。そして夫々の制御部は、自身が夫々フレーム送信しようとしている（送信済みである場合は送信した）時点との時間差を算出し、時間差に応じて、次の送信タイミングを早めるか、又は遅らせることで、時間差を短縮する。
【００７２】
図７は、本実施の形態におけるＩＯＵ５ａ，５ｂ，…による送信タイミングの調整処理の結果の具体例を模式的に示す説明図である。図７（ａ）は調整処理前、図７（ｂ）は調整処理後の各フレームの送信時点の時間分布を示している。図７（ａ）及び（ｂ）では、横軸に時間軸をとり、各フレームの送信時点を矢印にて示している。なお、時間軸の上側にマスタのフレームの送信時点、下側にマスタ以外のフレームの送信時点を示している。
【００７３】
図７（ａ）に示す例では、「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」であるフレーム（ハッチングの矢印）は、「２０（ｍｓｅｃ）」で周期的に複数回送信されている。「１５０」及び「０５０」のフレームは、「０１０」のフレームと同一グループに属するにも拘わらず、これらのフレームの送信タイミングは、他のグループに属する「２００」のフレーム、「０２０」のフレーム、又は「００１」のフレームとの送信タイミングと近接している。同様に、「０２０」のフレームは「ＣＡＮ ＩＤ」が「１００」であるフレームと同一グループであるにも拘わらず、その送信タイミングは離隔しており、他のグループのフレームのと近接している。
【００７４】
これに対し、図７（ｂ）では、マスタのフレームである「０１０」、「００１」、「１００」及び「２００」のメッセージ間は、相互に送信タイミングが離れるように送信タイミングの調整が行なわれる。これにより、送信時点の時間差が略均一となっている。
【００７５】
また、「ＣＡＮ ＩＤ」が夫々「１５０」及び「０５０」であるフレームの送信タイミングは、ＩＯＵ５ｂ，５ｄの制御部の処理によって同一グループ（２）のマスタである「０１０」のフレームの送信タイミングに近づけられており、同一グループのフレームが近接して受信されるように調整されている。また、「ＣＡＮ ＩＤ」が「０２０」であるフレームは、マスタのメッセージ「１００」の送信タイミングに近づけられている。
【００７６】
このようにして、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…の処理により、ＥＣＵ３ａ，３ｂ、及びＧＷ４へ送信すべきデータを含むフレームの送信タイミングが、各ＥＣＵ３ａ，３ｂで必要なデータがまとめて受信されるように調整される。例えば、同一のグループに属して関連性が高い「ＣＡＮ ＩＤ」が「０１０」、「１５０」及び「０５０」である制御系のデータを含むフレームは、図７（ｂ）に示すようにＣＡＮバス７にほぼ同時に送信される。したがって、当該データを用いてアクチュエータ２の制御データを生成するＥＣＵ３ｂは、これらを含むフレームをほぼ同時に受信することができる。このようにデータの同時性が高まってＥＣＵ３ａ，３ｂにおける処理負荷も軽減され、車載制御システム全体におけるデータの授受が効率化される。
【００７７】
図７（ｂ）に示したように、各ＩＯＵ５ａ，５ｂ，…から送信されるフレームは、グループ毎にまとめて送信され、異なるグループのデータ同士は、送受信タイミングがずらされ、ほぼ均等な間隔で送信されるように安定化される。ＣＡＮバス７では、１つのノードのみ送信が可能であるから送信タイミングが集中した場合に輻輳が起こり、優先順位が低いフレームの送信が滞るなどの問題が発生する。図７（ｂ）に示したように、各フレームが効率よく送信されるからＣＡＮバス７における通信効率も向上する。通信効率の向上により、フレームが滞ることがないので、ＧＷ４経由の他のフレームについても遅延が発生することもなく、車載制御システム全体におけるフレーム即ちデータの授受の高速化も図られるなど、優れた効果を奏する。
【００７８】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて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全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ センサ（機器）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ アクチュエータ（機器）
３ａ，３ｂ ＥＣＵ（制御装置）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ ＩＯＵ（入出力装置）
５０ａ 制御部（調整手段）
５１ａ 記憶部
５２ａ 通信部（通信手段）
５３ａ 計時部（検知手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置とに接続され、前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置において、
特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から送信される時点を検知する検知手段と、
該手段が検知した時点、及び、自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータの送信時点を調整する調整手段と
を備えることを特徴とする入出力装置。
【請求項２】
予め複数のグループに分けられたデータの識別情報、及び各グループに１つずつ前記特定のデータとして設定されるデータの識別情報を、グループ毎に記憶する手段を備え、
前記調整手段は、自身が送信するデータと同一のグループの特定のデータが送信された時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が短縮されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
【請求項３】
前記調整手段は、自身が送信するデータが特定のデータであり、該特定のデータと異なるグループの特定のデータの送信時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が延長されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあること
を特徴とする請求項２に記載の入出力装置。
【請求項４】
各データには属性が対応付けられており、
前記グループは、同一属性が対応付けられているデータが同一グループとなるように分けられていること
を特徴とする請求項２又は３に記載の入出力装置。
【請求項５】
各グループ内の送信周期が短いデータが前記特定のデータとして設定されていること
を特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項６】
各グループは、送信周期が特定のデータの送信周期の倍数であるデータからなるように分けられていること
を特徴とする請求項２乃至５に記載の入出力装置。
【請求項７】
各データには、優先順位が付与されており、各グループ内の優先順位が高いデータが前記特定のデータとして設定されていること
を特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項８】
データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置と、前記複数の機器及び前記複数の制御装置に接続されて前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置とを含み、前記複数の制御装置及び前記入出力装置は通信線にバス型に接続され、前記複数の制御装置は前記入出力装置を介して複数の機器を制御するようにしてある制御システムにおいて、
前記入出力装置は、
特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から前記通信線に送信される時点を検知する検知手段と、
該手段が検知した時点、及び、前記通信手段により自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータ送信時点を調整する調整手段と
を備えることを特徴とする制御システム。
【請求項１】
データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置とに接続され、前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置において、
特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から送信される時点を検知する検知手段と、
該手段が検知した時点、及び、自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータの送信時点を調整する調整手段と
を備えることを特徴とする入出力装置。
【請求項２】
予め複数のグループに分けられたデータの識別情報、及び各グループに１つずつ前記特定のデータとして設定されるデータの識別情報を、グループ毎に記憶する手段を備え、
前記調整手段は、自身が送信するデータと同一のグループの特定のデータが送信された時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が短縮されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
【請求項３】
前記調整手段は、自身が送信するデータが特定のデータであり、該特定のデータと異なるグループの特定のデータの送信時点を前記検知手段により検知した場合、検知した時点と送信するデータの送信時点との時間差が延長されるように、次のデータ送信時点を調整するようにしてあること
を特徴とする請求項２に記載の入出力装置。
【請求項４】
各データには属性が対応付けられており、
前記グループは、同一属性が対応付けられているデータが同一グループとなるように分けられていること
を特徴とする請求項２又は３に記載の入出力装置。
【請求項５】
各グループ内の送信周期が短いデータが前記特定のデータとして設定されていること
を特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項６】
各グループは、送信周期が特定のデータの送信周期の倍数であるデータからなるように分けられていること
を特徴とする請求項２乃至５に記載の入出力装置。
【請求項７】
各データには、優先順位が付与されており、各グループ内の優先順位が高いデータが前記特定のデータとして設定されていること
を特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の入出力装置。
【請求項８】
データを入力又は出力する複数の機器と、該複数の機器のいずれかが出力するデータを使用するか、又はいずれかの機器を制御する制御装置と、前記複数の機器及び前記複数の制御装置に接続されて前記機器から出力されるデータを前記制御装置へ周期的に送信する手段、及び前記制御装置からの制御データをいずれかの機器へ入力する手段を備える入出力装置とを含み、前記複数の制御装置及び前記入出力装置は通信線にバス型に接続され、前記複数の制御装置は前記入出力装置を介して複数の機器を制御するようにしてある制御システムにおいて、
前記入出力装置は、
特定のデータが制御装置又は他の入出力装置から前記通信線に送信される時点を検知する検知手段と、
該手段が検知した時点、及び、前記通信手段により自身がデータを送信するデータ送信時点の時間差に基づき、時間差が短縮又は延長されるように次のデータ送信時点を調整する調整手段と
を備えることを特徴とする制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２４７７９１（Ｐ２０１０−２４７７９１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０２１３２（Ｐ２００９−１０２１３２）
【出願日】平成２１年４月２０日（２００９．４．２０）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２０日（２００９．４．２０）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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