JP2004241992A

JP2004241992A - 車両用電源重畳多重通信装置

Info

Publication number: JP2004241992A
Application number: JP2003028318A
Authority: JP
Inventors: Akira Yanagida; 曜柳田; Yoshimitsu Maejima; 芳充前島; Naoyuki Shiraishi; 直之白石; Kozo Sugimoto; 晃三杉本
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】通信を成立させる送信出力を確保して、低ノイズ化を達成することを課題とする。
【解決手段】ＡＳＫ変調された通信信号を電源線の直流電力に重畳して通信する車両用電源重畳多重通信装置において、ＡＳＫ変調されて送信される矩形波の通信信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりを鈍らせて、送信される通信信号の立ち上がり波形及び／又は立ち下がり波形に所定の傾斜をつける第２波形整形部１０を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両で使用する各種信号を電源線に重畳して通信する車両用電源重畳多重通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の高性能化が進み、１台の車両に多数の電子制御ユニット（ＥＣＵ、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）が車載されている。このＥＣＵは、エンジンやトランスミッションの制御の他、パワーウィンドー、ランプ、ドアミラー等を制御するものである。それぞれのＥＣＵは関連して機能するため、それぞれのＥＣＵは、ＥＣＵ間に設けられた専用の信号線や、各ＥＣＵに共通なバスを介して接続され、信号線やバスの通信線を介して信号の入出力が行われている。
【０００３】
最近では、１台に搭載されるＥＣＵの数が増えたり、制御の複雑化による信号数の増加等により、ＥＣＵ間を接続する通信線の本数も増加傾向にあり、通信線を含むワイヤハーネスの大型化や価格の上昇を招いていた。
【０００４】
これを解消するために、ＥＣＵ間を入出力する信号を、ＥＣＵに電源を供給する電源線に重畳させて、ＥＣＵ間の通信を行うようにした技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この技術により通信線の本数を削減して、上記不具合を解消している。
【０００５】
また、車両に電源を供給する電源線に通信信号を重畳する車両用電源重畳多重通信において、搬送波が例えば数１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ帯の低周波数である場合には、電源に接続された電子機器に実装されたバイパスコンデンサにより通信信号が著しく減衰してしまう。このため、数ＭＨｚ（例えば２．５ＭＨｚ程度）の高周波で通信信号をＡＳＫ（振幅シフトキーイング）変調することで、バイパスコンデンサによる通信信号の減衰が抑制され、電源重畳多重通信を安定して行うことが可能となる。また、ＡＳＫ変調は、他の変調方式に比べて、簡易な構成で安価に実現することができる。
【０００６】
図９に示すように、複数のＥＣＵそれぞれに含まれる、マスターの車両用電源重畳多重通信装置（以下、ＰＬＣと記す）９０と、スレーブ１〜３のＰＬＣ（それぞれの負荷に対応したＰＬＣ）９１〜９３との間では、ＬＩＮ準拠のプロトコルに基づいて一定のサイクルでマスター側のＰＬＣ９０とスレーブ側のＰＬＣ９１〜９３との間でポーリング動作を行うことにより、マスター側のＰＬＣ９０とスレーブ側のＰＬＣ９１〜９３間で双方向通信が行われる。
【０００７】
図１０は従来のＰＬＣ１０７を含むＥＣＵ１００の概略構成を示す図である。図１０において、電圧変動を抑制するバイパスコンデンサ１０３が接続された電源線１０１からノイズ除去用のインピーダンス素子１０２を介して供給される車両用の電源電圧、例えば１２Ｖの電源電圧はレギュレータで構成された電源回路部１０４で、車両内部の電子機器の動作電源電圧、例えば５Ｖに変換され、車両内部の電子機器に供給される。リレー等のスイッチング素子で構成された負荷制御部１０５は、負荷制御信号に基づいてスイッチング制御され、電源線１０１を介して与えられる負荷駆動電流を制御している。例えばパワーウィンドーやドアミラー等の駆動モータ、ランプ等の負荷１０６は、電源線１０１から負荷制御部１０５を介して与えられる駆動電流により駆動される。電源線１０１には、電源線１０１に信号を重畳してＥＣＵ間の通信を行うＰＬＣ１０７が接続されている。
【０００８】
ＰＬＣ１０７は、ＥＣＵ１００が通信信号を受信する場合には、電源線１０１に重畳されて変調された通信信号がバンドパスフィルタ１０８ならびに電圧変動追従部１０９を介してコンパレータ部１１０に与えられ、通信信号は電圧変動追従部１０９で生成された比較基準レベルと比較されて増幅される。増幅された通信信号は、検波部１１１で検波されて受信データが得られる。得られた受信データは、第１波形整形部１１２に与えられて波形整形されることで短パルス性のノイズが取り除かれる。ノイズが取り除かれた受信データは演算部１１３に与えられ、各種処理が施され、処理の一つとして負荷制御信号が生成され負荷制御部１０５に与えられる。
【０００９】
一方、ＰＬＣ１０７が通信信号を送信する場合には、演算部１１３で生成された送信データが変調部１１５に与えられ、変調部１１５に与えられた送信データは搬送波発振部１１４で発振された搬送波とともに数ＭＨｚ帯の高周波信号にＡＳＫ変調される。ＡＳＫ変調された送信データは、出力部１１６を介して電源線１０１に与えられ、電源線１０１の直流電力に重畳されて送信される。
【００１０】
このようなＰＬＣにおいて、通信データは、図１１（同図（ｂ）は同図（ａ）の一部拡大図）に示すように矩形波の信号となり、したがってこの矩形波の信号を変調した変調信号も矩形波となる。変調信号が矩形波となることで、通信データの周波数特性は、図１２に示すように、搬送波の数ＭＨｚ帯の周波数、例えば２．５ＭＨｚ程度の周波数を中心として、低帯域側では１．７ＭＨｚを含み、高帯域側では２．８ＭＨｚを含む広帯域な信号帯域となってします。ここで、ＡＭのラジオ放送の信号帯域は、５１０ｋＨｚ〜１７１０ｋＨｚに設定され、２．８ＭＨｚ以上の帯域は短波放送の信号帯域に設定されている。したがって、搬送波の周波数から離れた低帯域側は、ＡＭラジオ放送の帯域と重なるため、搬送波の周波数から離れた低帯域側は、ＡＭラジオ放送の帯域に対してノイズとなり、ＡＭラジオ放送に影響を与えることになる。また、搬送波の周波数から離れた高帯域側は、短波放送の帯域と重なるため、搬送波の周波数から離れた高帯域側は、短波放送の帯域に対してノイズとなり、短波放送に影響を与えることになる。
【００１１】
このため、通常はこの広がった信号帯域を有する通信信号が、他機器（ラジオ等の電波を使った通信機器）に影響を及ぼさないように、搬送波の周波数を設定している。さらに、他機器への影響を与えない程度の送信出力で、通信を行っている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−１７４２８２号公報（図８）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の車両用電源重畳多重通信システムにおいて、図９に示すように、マスター９０とスレーブ９１〜９３を含むＥＣＵに対して、他のＥＣＵ（Ｊ／Ｂ）９４が近接して配置されていると、他のＥＣＵ９４に含まれるバイパスコンデンサのインダクタンス成分や、他のＥＣＵ９４と接続器（Ｊ／Ｃ）９５との配線距離に依存する伝送路特性によっては、通信信号の減衰が大きくなることがある。例えば図１３に示すように、車両内においてＥＣＵ（Ｊ／Ｂ）９４とＪ／Ｃ９５との距離が５０ｃｍ程度になると、上記伝送路特性によりスレーブ側の受信電圧は、限界値（−３０ｄＢＶ）を下回ってしまう。
【００１４】
また、車両用電源重畳多重通信システムにおいて、接続されるＰＬＣの数が増えると、通信路となる電源線における通信信号の減衰が大きくなり、通信信号を受信するＰＬＣでの受信信号レベルが低下することになる。例えば、図１４に示すように、１つのマスターに対してスレーブの個数が増加するにしたがって、スレーブの受信レベルは低下する。モジュール数（システムに接続されるマスターとスレーブの個数）が７個、例えば１つのマスターに対して６個のスレーブが接続されると、それぞれのスレーブの受信レベルは、予め設定された規定値（図１４に示す例では−３０ｄＢＶ）を下回ることになる。
【００１５】
このように、伝送路特性やモジュールの個数により、通信信号の減衰が大きくなるといった不具合が生じる場合があった。このような場合には、通信を成立させるために、送信出力を上げる必要があった。
【００１６】
しかし、送信出力を上げると、図１２に示す周波数特性において、周波数スペクトラム全体の信号レベルが上昇することになる。このため、図１２に示すように広帯域の周波数特性を有することで、搬送波の周波数から離れた信号帯域、例えば１．７ＭＨｚのＡＭラジオ放送の帯域や、２．８ＭＨｚの短波放送の帯域に対してノイズとなり、他機器に影響を与えてしまうといった不具合を招いていた。
【００１７】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、通信を成立させる送信出力を確保して、低ノイズ化を達成し得る車両用電源重畳多重通信装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、課題を解決する第１の手段は、車両内に直流電力を供給する電源線に接続され、ＡＳＫ変調されて前記電源線の直流電力に重畳された通信信号を受けて、ＡＳＫ変調されて直流成分に重畳された通信信号を分離して取り出し、生成した通信信号をＡＳＫ変調して前記電源線の直流電力に重畳して送信し、車両の各機能を制御する電子制御ユニットに含まれて前記電子制御ユニット間で通信信号を送受信する車両用電源重畳多重通信装置において、ＡＳＫ変調されて送信される矩形波の通信信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりを鈍らせて、送信される通信信号の立ち上がり波形及び／又は立ち下がり波形に所定の傾斜をつける波形整形部を有することを特徴とする。
【００１９】
第２の手段は、第１の手段において、前記波形整形部で傾斜がつけられて送信される通信信号の送信レベルを調整する出力調整部を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いてこの発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図１はこの発明の一実施形態に係る車両用電源重畳多重通信装置の構成を示す図である。
【００２２】
図１において、この実施形態の車両用電源重畳多重通信装置（ＰＬＣ）１は、図１０に示すＰＬＣ１０７と同様に、インピーダンス素子１０２、バンドパスフィルタ１０８、電圧変動追従部１０９、コンパレータ部１１０、検波部１１１、第１波形整形部１１２、演算部１１３、搬送波発信部１１４、変調部１１５、出力部１１６を備え、さらにこの実施形態の特徴となる第２波形整形部１０ならびに出力調整部１１を備えて構成されている。
【００２３】
第２波形整形部１０は、演算部１１３から与えられた送信データを受けて、図２（同図（ｂ）は同図（ａ）の一部拡大図）に示すように、矩形波となる送信データの立ち上がり時間、ならびに立ち下がり時間を緩やかにし、立ち上がり波形、立ち下がり波形に傾斜をつける。
【００２４】
次に、立ち上がり波形、ならびに立ち下がり波形につける傾斜の度合いについて説明する。
【００２５】
送信データは、ＰＬＣで受信された後、図３に示すように、信号波形に傾斜がつけられていない場合には、送信データをサンプリング間隔ｆ／２（ｆ＝通信周波数）でサンプリングすることで、（１，０）のディジタル信号を得ている。すなわち、サンプリング間隔をｆ／２として、送信データのデータ幅のほぼ中心で送信データの（１，０）を判断している。
【００２６】
これに対して、送信データの立ち上がり波形の傾斜と立ち下がり波形の傾斜のの合計が２０％程度となる傾斜を送信データにつけた場合は、図４に示すように、送信データをサンプリング間隔ｆ／２でサンプリングした時に、送信データの振幅が小さい場合、ならびに振幅が大きな場合、ともに送信データの（１、０）を判断するサンプリング位置が、送信データのデータ幅の中心から多少ずれることになる。これは、送信データに傾斜をつけることにより、送信データの受信可能限界レベルを超える部分のデータ幅、すなわち受信データとして認識されるデータ幅が、図３に示す傾斜をつけない場合に比べて狭くなるためである。このことは、傾斜を大きくするにつれて顕著となる。
【００２７】
例えば、送信データの立ち上がり波形の傾斜と立ち下がり波形の傾斜の合計が５０％程度となる傾斜を送信データにつけた場合は、図５に示すように、送信データをサンプリング間隔ｆ／２でサンプリングした時に、送信データの振幅が小さい場合、ならびに振幅が大きな場合、ともに送信データの（１、０）を判断するサンプリング位置が、送信データのデータ幅の中心からかなりずれることになる。このため、送信データの立ち上がり波形、ならびに立ち下がり波形につける傾斜は、あまり大きくすると、サンプリング位置が送信データから外れて、送信データの（１、０）の判断を誤るおそれがある。
【００２８】
送信データにつけられる傾斜は、立ち上がり波形、ならびに立ち下がり波形のそれぞれの波形に対して独立して設定される。また、送信データの立ち上がり波形につけられる傾斜の値と、送信データの立ち下がり波形につけられる傾斜の値の合計で、受信可能限界レベル以上の送信データ幅が決まる。したがって、上述したような誤認識を招かないようにするためには、送信データの立ち上がり波形につけられる傾斜の値と、送信データの立ち下がり波形につけられる傾斜の値の合計が、上述したように５０％程度以上とならないように設定する必要がある。
【００２９】
ここで、傾斜値（％）は、通信速度をＲとし、送信データが０Ｖから所定の送信レベルに達するまでの時間をＴとすると、傾斜値＝Ｔ／（１／Ｒ）×１００として算出している。例えば通信速度Ｒが９．６ｋｂｐｓ（９．６ｋＨｚ）で、Ｔが２０（μｓ）である場合には、傾斜値は、（２０／１０４．２）×１００として算出され、傾斜値はほぼ２０％程度として求められる。
【００３０】
このように、送信データの立ち上がり、立ち下がり波形に傾斜をつけて、送信データの信号波形を矩形波からサイン波の波形に近づけることで、ＡＭ変調の一種であるＡＳＫ変調された送信データの側波帯の部分の出力レベルを減衰し易くしている。
【００３１】
図６に送信データの傾斜値（％）と周波数特性との関係を示す。なお、図６において、傾斜値（％）は、送信データの立ち上がり、立ち下がりに同一値の傾斜をつけた場合の立ち上がり又は立ち下がりの傾斜値を示している。図６において、送信データの傾斜値が、２％程度（立ち上がり、立ち下がりの傾斜値の合計値では４％程度）では、図１２に示す従来の傾斜をつけない場合に比べて、さほど出力レベルが低下していないことが分かる。しかし、送信データの傾斜値が、１５％あるいは２０％程度（立ち上がり、立ち下がりの傾斜値の合計値では３０％、４０％程度）では、従来の傾斜をつけない場合に比べて、搬送波の中心周波数以外での周波数帯域での出力レベルが低下していることが分かる。これにより、搬送波の中心周波数以外での周波数帯域での出力レベルが低下することで、中心周波数以外での出力レベルの低下に伴う影響を低下させることができる。
【００３２】
特に、ＡＭラジオ放送の周波数帯域に含まれる１．７ＭＨｚ付近、ならびに短波放送の周波数帯域に含まれる２．８ＭＨｚ付近では、従来の傾斜をつけない場合に比べて１０ｄＢ〜２０ｄＢ程度出力レベルが低下していることが分かる。したがって、送信データの立ち上がり波形、立ち下がり波形に適切な傾斜をつけることで、１．７ＭＨｚならびに２．８ＭＨｚ付近での送信データの出力レベルを低下させ、ＡＭラジオ放送ならびに短波放送への影響を低下させることができる。
【００３３】
図１に戻って、出力調整部１１は、第２波形整形部１０で傾斜をつけられ、搬送波発信部１１４から出力された搬送波に基づいて変調部１１５で変調され、出力部１１６から出力された送信データの送信出力を、通信を成立させるのに必要な送信出力となるように増幅調整する。送信出力が増幅調整された送信データは、バンドパスフィルタ１０８を介して電源線１０１に重畳され通信される。
【００３４】
図７は図１に示す第２波形整形部１０、変調部１１５、出力部１１６、ならびに出力調整部１１の構成を示す図である。
【００３５】
図７において、第２波形整形部１０は、矩形波の送信データを受けるトランジスタ１０００と、トランジスタ１０００のコレクタ端子と高位電源（ＤＣＶ）との間に接続された抵抗１００１と、トランジスタ１０００のエミッタ端子と接地電源との間に接続された抵抗１００２と、トランジスタ１０００と抵抗１００１との接続点（第２波形整形部１０の出力端）と接地電源との間に接続されたコンデンサ１００３を備えて構成されている。
【００３６】
変調部１１５は、出力部１１６の構成を含み、入力抵抗１１５０を介して搬送波発信部１１４から与えられる搬送波を受けるトランジスタ１１５１、ならびに入力抵抗１１５２を介して搬送波発信部１１４から与えられる搬送波を受けるトランジスタ１１５３と、第２波形整形部１０から与えられる波形整形された送信データを受けるトランジスタ１１５４を備えて構成されている。
【００３７】
出力調整部１１は、抵抗１１００により構成され、送信出力が調整され変調部１１５のトランジスタ１１５１とトランジスタ１１５３の接続点とバンドパスフィルタ１０８との間に接続されている。出力調整部１１は、抵抗１１００の抵抗値により、送信データの送信出力を調整する。
【００３８】
このような構成において、第２波形整形部１０のトランジスタ１０００に入力された矩形波の送信データは、抵抗１００１の抵抗値とコンデンサ１００３の容量値とで決まる時定数にしたがって、立ち上がり波形が緩やかとなり傾斜がつけられる。また、第２波形整形部１０のトランジスタ１０００に入力された矩形波の送信データは、抵抗１００２の抵抗値とコンデンサ１００３の容量値とで決まる時定数にしたがって、立ち下がり波形が緩やかとなり傾斜がつけられる。このようにして、第２波形整形部１０に与えられた送信データの立ち上がり波形、ならびに立ち下がり波形にそれぞれ独立して傾斜がつけられる。
【００３９】
立ち上がり波形、ならびに立ち下がり波形に傾斜がつけられた送信データは、変調部１１５に与えられ、例えば２．５ＭＨｚ程度の搬送波により変調されて出力される。変調部１１５から出力された送信データは、出力調整部１１を構成する抵抗１１００の抵抗値に基づいて送信出力が調整され、送信出力が調整された送信データは、バンドパスフィルタ１０８を介して電源線１０１に重畳されて通信される。
【００４０】
このように、上記実施形態においては、図８に示すように、送信データに傾斜をつけない従来（同図（ａ））に比べて、同様の送信出力レベルの送信データに傾斜をつけることにより（同図（ｂ））、ＡＭラジオ放送の周波数帯域に含まれる１．７ＭＨｚ付近、ならびに短波放送の周波数帯域に含まれる２．８ＭＨｚ付近において、出力レベルを大幅に低下させることができる。これにより、送信データは、通信を成立させる送信レベルを確保して、ＡＭラジオ放送や短波放送の周波数帯域に対して与える影響（ノイズ）を緩和することができる。一方、低下した出力レベルに余裕があり、出力レベルを上げても他機器にノイズとして影響を及ぼさない場合には、図８（ｃ）に示すように、他機器に影響を与えない範囲で、送信出力レベルを上げることも可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ＡＳＫ変調された通信信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりを鈍らせて、送信される通信信号の立ち上がり波形及び／又は立ち下がり波形に所定の傾斜をつけるようにしたので、搬送波の中心周波数から外れた側波帯の出力レベルを低減することができる。これにより、通信を成立させる送信出力を確保して、低ノイズ化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用電源重畳多重通信装置の構成を示す図である。
【図２】立ち上がり波形ならびに立ち下がり波形に傾斜をつけた送信データの信号波形を示す図である。
【図３】送信データの傾斜と送信データのサンプリング位置との関係を示す図である。
【図４】送信データの傾斜と送信データのサンプリング位置との関係を示す図である。
【図５】送信データの傾斜と送信データのサンプリング位置との関係を示す図である。
【図６】送信データの傾斜と送信データの周波数特性との関係を示す図である。
【図７】第２波形整形部ならびに出力調整部の構成を示す図である。
【図８】送信データの傾斜と送信データの周波数特性との関係を示す図である。
【図９】従来の車両用電源重畳多重通信装置システムの構成を示す図である。
【図１０】従来の車両用電源重畳多重通信装置の構成を示す図である。
【図１１】送信信号の信号波形を示す図である。
【図１２】送信データにおける従来の周波数特性を示す図である。
【図１３】ＥＣＵ間の伝送路特性を示す図である。
【図１４】送受信レベルとモジュール数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…車両用電源重畳多重通信装置（ＰＬＣ）
１０…第２波形整形部
１１…出力調整部
１０１…電源線
１０００，１１５１，１１５３，１１５４…トランジスタ
１００１，１００２，１１００…抵抗
１００３…コンデンサ
１１５０，１１５２…入力抵抗

Claims

車両内に直流電力を供給する電源線に接続され、ＡＳＫ変調されて前記電源線の直流電力に重畳された通信信号を受けて、ＡＳＫ変調されて直流成分に重畳された通信信号を分離して取り出し、生成した通信信号をＡＳＫ変調して前記電源線の直流電力に重畳して送信し、車両の各機能を制御する電子制御ユニットに含まれて前記電子制御ユニット間で通信信号を送受信する車両用電源重畳多重通信装置において、
ＡＳＫ変調されて送信される矩形波の送信データの立ち上がり及び／又は立ち下がりを鈍らせて、送信される通信信号の立ち上がり波形及び／又は立ち下がり波形に所定の傾斜をつける波形整形部
を有することを特徴とする車両用電源重畳多重通信装置。
前記波形整形部で傾斜がつけられて送信される通信信号の送信レベルを調整する出力調整部
を有することを特徴とする請求項１記載の車両用電源重畳多重通信装置。