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» 2010年09月10日 00時00分 UPDATE

車載ネットワーク「LIN」入門(1):知っておきたいLINの基礎知識 その1 (1/3)

自動車のボディ制御に使われる通信プロトコル「LIN」。その基礎から、フレーム構造やネットワークマネジメントといった仕様までを解説する

[倉田正人(ベクター・ジャパン),@IT MONOist]

1.サブネットワークとしてのLIN

LIN策定の背景

 近年、自動車に対する安全性や利便性の向上と環境規制への対応に伴い、電子制御部品が増加しています。この自動車の「電子制御化」は、エンジンなどを制御するパワートレイン制御やステアリングなどを制御するシャシー制御だけではなく、パワーウィンドウやミラー調整、電動シート、ドアロックなどのボディ制御に使われる「サブネットワーク」にも広がっています。

 また一方で、こうしたサブネットワークの電子制御化の流れは、センサ、アクチュエータ、それらを制御するECU(Electronic Control Unit)などの部品、そして、配線(ハーネス)の増加をもたらしています(図1)。当然、電子制御化に伴う配線数の増加は、材料費や開発費、組み立て工数などのコストにはね返りますし、重量や配索スペース、接触不良などの電気的トラブルの増加など、自動車の品質と信頼性に大きな影響を及ぼすこともあり得ます。

サブネットワークの電子制御化による部品・配線の増加 図1 サブネットワークの電子制御化による部品・配線の増加
(※ベクター・ジャパンの資料を基に作成)

 こうした課題の解決策の1つに「多重通信プロトコル」の導入があります。多重通信プロトコルを導入することで、配線数の増加を抑えながらも、センサとアクチュエータの増加に対応することが可能になります。

 自動車における多重通信プロトコルといえば、真っ先に「CAN(Controller Area Network)」をイメージする方が多いのではないでしょうか。CANは、すでに多くの自動車に搭載されている実績があり、採用しやすい手段といえます。


 しかし、センサやアクチュエータなどのサブネットワーク通信に、パワートレイン制御やシャシー制御に求められる通信速度や信頼性は必要ではなく、CANを採用することはコスト面から見ても必ずしも最適な設計とはいえません。

 そこで策定された通信プロトコルが、本稿の主役である「LIN(Local Interconnect Network)」です。パワートレイン制御やシャシー制御ほど通信速度、信頼性を必要としないセンサやアクチュエータなどの制御、すなわちボディ制御に採用され、シンプルかつ安価な車載向けサブネットワークシステムを構築できます(図2)。

シンプルかつ安価な車載向けサブネットワークシステムを構築できるLIN 図2 シンプルかつ安価な車載向けサブネットワークシステムを構築できるLIN
(※ベクター・ジャパンの資料を基に作成)

 本連載ではLINの基礎知識から、フレーム構造、ネットワークマネジメントといったLINの仕様までを詳しく解説していきます。また、新しいプロトコルバージョンであるLIN2.0、2.1で追加された仕様についても併せて紹介します。

 連載第1回では、LINの基礎知識として、LINプロトコルの特徴やハードウェア、通信方式について説明します。


適用分野

 LINの適用分野は、ドアミラー、パワーシート、サンルーフ、ドアロック、エアコン、照明など、特に快適性の機能分野で使用されています。

車載ネットワークの適用分野 図3 車載ネットワークの適用分野(※画像提供:ベクター・ジャパン)
※緑の部分が、LINによるサブネットワークシステムが採用されている個所

 今後も、自動車は快適装備品の増加や品質向上、コスト削減といった要求に対応していく必要があります。また、「HV(Hybrid Vehicle)」「EV(Electric Vehicle)」などの開発では、従来とは異なる制御、通信も増加していくことが考えられます。これらの要求に対応するために、LINが使われるケースはさらに増えると推測されます。

LINコンソーシアムとは?

 LINプロトコルを策定した「LINコンソーシアム」は、センサ/アクチュエータにおける経済的かつ規格化された通信仕様を作成するために、2000年に設立された欧州の標準化団体です。LINコンソーシアムには自動車メーカー、半導体ベンダ、ツールベンダなどが参加しています。

 LINプロトコルは、1999年に最初のバージョンであるLIN1.0が公開されました。ちなみに、2010年7月時点の最新バージョンは2006年に発表されたLIN2.1となります(図4)。

LINプロトコルのバージョン履歴 図4 LINプロトコルのバージョン履歴(※画像提供:ベクター・ジャパン)

 LIN仕様書は、LINコンソーシアムのWebサイトから無料でダウンロードできます。

 LINコンソーシアムでは、LINプロトコルに適合しているかどうかを確認するためのテスト仕様「コンフォーマンステスト仕様」も策定しています。コンフォーマンステスト仕様書は、LINコンソーシアムのメンバーのみが入手でき、自動車メーカーによっては、LINコンフォーマンステストの認証試験の実施を義務付けているところもあります。

関連リンク:
LINコンソーシアム

OSI参照モデルに基づいたLINノード構造

 LINプロトコルをOSI参照モデルと比較すると、図5のようになります。

LINプロトコルとOSI参照モデルの比較 図5 LINプロトコルとOSI参照モデルの比較
(※ベクター・ジャパンの資料を基に作成)

 LINプロトコルでは物理層、データリンク層だけでなくアプリケーションとLINネットワークとのインターフェイス(API)も規定されています。また、バージョン2.0以降ではトランスポートプロトコル(TP)および診断も規定されています。

LINプロトコルの特徴

 LINプロトコルの主な特徴は、以下のとおりです。

  • ライン型バス構造
  • マスター・スレーブ方式(1つのマスターと複数のスレーブ)
  • トークン方式
  • メッセージアドレッシング方式(すべてのノードがLINメッセージを受信可能)
  • スケジュールに基づく通信(タイムトリガー方式)
  • データ転送速度 最大20kbit/sec
  • UARTインターフェイス(多くのマイコンに実装されているシリアル通信装置)
  • 水晶発振子、セラミックレゾネータを必要としない自己同期(スレーブノード)
  • 短いメッセージ(最大8バイト)
  • 簡単な送信データ保護(パリティ、チェックサム)

 以降、上記の特徴について詳しく説明していきます。

マスター・スレーブ方式

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