JP2011146954A

JP2011146954A - 通信回路、中継接続回路および通信ネットワーク

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Publication number: JP2011146954A
Application number: JP2010006488A
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Inventors: Setsuro Mori; 節朗森
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Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-28
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Abstract

【課題】極めて簡潔な構成であり信頼性が高く、自動制御に用いることができる接点信号を送受信できる通信回路、中継接続回路および通信ネットワークを提供する。
【解決手段】入出力部３ａ，３ｂに入力された接点信号を信号線２に送信する送信部４と、この信号線２を介して信号を受信する受信部５と、この受信部５によって受信した接点信号を入出力部３ｂ，３ａに出力すると共に接点信号を出力している状態の入出力部３ｂ，３ａからは他の接点信号を入力させないインターロックをかける入出力回路６と、前記送信部４、受信部５および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換える時分割通信制御部７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信回路、中継接続回路および通信ネットワークに関するものであり、より詳細には、信号線を用いた双方向通信によって、自動制御に用いられる接点信号を伝送することにより、擬似的にワイヤー接続した状態を作り出す通信回路、中継接続回路および通信ネットワークを提供するものである。

自動車、電車、飛行機、船、宇宙船などの移動手段や、ロボット、製造装置、管理装置などの自動制御を行なう機器において制御対象となる機器と制御回路との間を電線（ワイヤー）を用いて接続することにより、制御回路によって機器の状態を監視し、この機器の動作を制御することが行われている。この電線は制御回路と機器との間で制御および監視する状態の数だけ必要としており、それだけ構造が複雑になり製造コストを引き上げるものとなる。

そこで、シリアル通信などにより少ない電線を信号線として用いてデータ通信を行い、各種制御を行なう方法が発明され実用化に至っている。とりわけ、近年では特許文献１（特開２００８−５２９０号公報）に示す中継接続ユニットおよび電子制御ユニットのように、車載制御や機械制御などの制御システムにおいては、ＣＡＮ(Controller Area Network）、ＦｌｅｘＲａｙ（ダイムラー・アーゲー社の登録商標）などの通信規格に準拠したメッセージの送受信を行なう車載ＬＡＮ通信手段などの通信制御ＩＣを用いて信号の多重化を行うことにより、少ない信号線によって多数の機器を制御することが行なわれている。

特開２００８−５２９０号公報

しかしながら、従来の通信制御ＩＣでは信号の多重化を図るための複雑なプロトコルに従った通信を行うための信号処理を必要としているので、それだけ構成が複雑になるだけでなく、信号の遅れが発生するという問題がある。このため通信制御ＩＣではイベントトリガによる通信を採用し、イベントが少ないときにおける応答速度を速めているが、イベントが多くなればなるほど通信線にコリジョンによる遅延が発生するという問題がある。それゆえに、より重要なメッセージを優先的に通信させるためには、特許文献１の発明のように、より複雑な通信プロトコルを取り決めてこのプロトコルに合わせた通信を行なう必要が生じ、通信制御ＩＣがさらに複雑になることは避けられなかった。

また、自動制御においては、制御対象の機器をオンオフする接点信号や、機器の状態を示すオンオフの接点信号を送受信するだけで十分である場合が多いが、複雑な通信制御ＩＣを信号線の両側に設ける必要があるだけでなく、通信制御ＩＣを動作させて機器を制御するためのＣＰＵが必要になるという問題もある。なお、自動車などの温度変化や振動が激しく、電気的、磁気的なノイズが大きく加わる悪条件の環境においては、ＣＰＵの誤動作が発生しやすく、信頼性の低下を招くという問題もある。

本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであり、その目的は、極めて簡潔な構成であり信頼性が高く、自動制御に用いることができる接点信号を送受信できる通信回路、中継接続回路および通信ネットワークを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、第１発明は、入出力部に入力された接点信号を信号線に送信する送信部と、この信号線を介して信号を受信する受信部と、この受信部によって受信した接点信号を前記入出力部に出力すると共に接点信号を出力している状態の入出力部からは他の接点信号を入力させないインターロックをかける入出力回路と、前記送信部、受信部および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換える時分割通信制御部とを備えることを特徴とする通信回路を提供する（請求項１）。

信号線の一端側の入出力部に入力された接点信号を送信部が信号線に送信する。信号線の他端側では通信線を介して送られた接点信号を他端側の受信部が受信し、受信した接点信号を入出力回路が入出力部に出力する。時分割通信制御部は、送信部、受信部および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換えるものであるから、時分割されたタイミングで双方向の通信を行うことができる。また、入出力回路は接点信号を出力している状態の入出力部からは他の接点信号を入力させないインターロックをかけるものであるから、接点信号を出力している入出力部からは接点信号を入力できないので、接点信号が信号線内で衝突することを阻止できる。

とりわけ、時分割通信制御部による通信方向の時分割制御と入出力回路によるインターロックの組み合わせによって、たとえ信号線の両端から同時に異なる接点信号が入力されることがあったとしても、何れか一端側から入力された接点信号だけを選択して信号線の他端側に送信することができ、通信線内における接点信号の衝突を確実に防止することができる。

信号線は銅や銀などの導電率の高い金属のワイヤーからなることが好ましく、このワイヤーの外側に磁気シールド層を備える同軸ケーブルであることによりノイズの影響を受けにくくなるので好ましい。また、信号線として３本以上の信号ラインを設けて、同じ接点信号を送信し、受信側で受信した信号の多数決をとることにより外乱による接点信号の誤りを無くすことも可能である。なお、前記信号線として電源重畳（Power Line Communication）や無線を含む論理信号ライン線を形成してもよいことはいうまでもない。

前記信号線の端部に、前記送信部、受信部、入出力回路および入出力部の一例としての入出力端子を内蔵させたコネクタを形成することにより形成されたワイヤーハーネスは、従来の制御回路と機器の間に接続される電線と差し替えて使用可能であり、ＣＰＵを含まない自動制御システムであっても容易に組み込んで信頼性を高めることが可能となる。

また、前記入出力部に入力される接点信号は電磁リレーや半導体によるスイッチングによるオン／オフの信号であることが好ましく、例えば、入出力部がプルアップされているとすると、オン状態（信号入力があるアクティブ状態）の接点信号はＬｏｗレベル、オフ状態（信号入力がない解放状態）ではＨｉレベルである。逆に入力部がプルダウンされている場合には、オン状態の接点信号はＨｉレベル、オフ状態ではＬｏｗレベルである。加えて、前記入力部が開放状態で中間電位に設定されているとすると、接点入力信号はオン状態でＨｉ／Ｌｏｗレベルの接点入力を行うことができ、オフ状態は入出力部がハイ・インピーダンスとなる３つの状態を有するもの（３ステート）である。

また、入出力部はワイヤーハーネスの端子であることが好ましいプログラマブルロジックデバイスの内部に形成されたものであってもよい。つまり、本発明の通信回路はハードウェア記述言語で記載された、いわゆるＩＰコアと呼ばれる機能ブロックであってもよい。

第２発明は、複数の入出力部に入力された複数の接点信号をシリアル信号に変換して信号線に送信する送信部と、この信号線を介して受信するシリアル信号をパラレル変換しこれを受信した複数の接点信号とする受信部と、この受信部によって受信した複数の接点信号を前記複数の入出力部に出力すると共に接点信号を出力している状態の入出力部からは他の接点信号を入力させないインターロックをかける入出力回路と、前記送信部、受信部および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換える時分割通信制御部とを備えることを特徴とする通信回路を提供する（請求項２）。

信号線の一端側の複数の入出力部にそれぞれ入力された複数の接点信号を送信部がシリアル信号に変換して信号線に送信する。信号線の他端側では通信線を介して受信したシリアル信号を他端側の受信部がパラレル変換して複数の接点信号を生成し、入出力回路がこれらの複数の接点信号をそれぞれ入出力部に出力する。つまり、少ない数の信号線を用いて複数の接点信号を送信できるので、信号線を減らすことが可能であり、それだけ構成が簡略になり、製造コストを引き下げることができる。

時分割通信制御部は、送信部、受信部および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換えるものであるから、双方向の通信を行うことができる。また、入出力回路は接点信号を出力している状態の入出力部からは他の接点信号を入力させないインターロックをかけるものであるから、接点信号を出力している入出力部からは接点信号を入力できないので、各入出力部毎に通信方向を自動調整し、接点信号が信号線内で衝突することを阻止できる。

とりわけ、時分割通信制御部による通信方向の時分割制御と入出力回路によるインターロックの組み合わせによれば、たとえ信号線の両端から同時に異なる接点信号が入力されることがあったとしても、何れか一端側から入力された接点信号だけを選択して信号線の他端側に送信することができ、通信線内における接点信号の衝突を確実に防止することができる。

前記信号線の端部に、前記送信部、受信部、入出力回路および入出力部の一例としての入出力端子を複数内蔵させたコネクタを形成することにより形成されたワイヤーハーネスは、従来の制御回路と機器の間に束ねて接続される複数の電線（バス）と差し替えて使用可能であり、ＣＰＵの有無に関係なく自動制御システムに容易に組み込んで構成の簡略化と信頼性の向上をはかることが可能となる。

また、前記入出力部に入力される接点信号は電磁リレーや半導体によるスイッチングによるオン／オフの信号であることが好ましく、例えば、入出力部がプルアップされているとすると、オン状態（信号入力があるアクティブ状態）の接点信号はＬｏｗレベル、オフ状態（信号入力がない解放状態）ではＨｉレベルである。逆に入力部がプルダウンされている場合には、オン状態の接点信号はＨｉレベル、オフ状態ではＬｏｗレベルである。加えて、前記入力部が開放状態で中間電位に設定されているとすると、接点入力信号はオン状態でＨｉ／Ｌｏｗレベルの接点入力を行うことができ、オフ状態は入出力部がハイ・インピーダンス（フローティングレベル）となる３つの状態を有するもの（３ステート）である。

また、入出力部はプログラマブルロジックデバイスの内部に形成されたものであってもよい。つまり、本発明の通信回路はハードウェア記述言語で記載された、いわゆるＩＰコアと呼ばれる機能ブロックであってもよい。

前記時分割通信制御部はトークンパッシング方式の通信を行なうトークン制御部を備える場合（請求項３）には、トークン制御部がトークンによって時間的な同期を確実に取りながら接点信号を通信させるので、イベントトリガによる通信を行う場合のようにコリジョンが発生したり、メッセージの量に合わせて応答が遅くなることがない。加えて、同期式の通信を行なうことにより信号線の両端部から異なる信号が同時に入力された場合に、トークンによる信号線の使用権が得られた順番で何れかの入出力部が選択されて接点情報を入力してオン信号を送信させることができ、信号線内において決して信号の衝突が発生することがない。

トークン制御部は信号線内にトークン発呼する親局がいない場合には自発的にトークン発呼するものであることにより、通信ケーブル切断時にも通信ケーブルの縮退動作をさせることができる。

前記信号線は分岐接続された配線分岐部を備え、前記分岐接続された各信号線の末端から受信する接点信号を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶させた各信号線の末端における接点信号の論理和を受信した接点信号とする論理和演算部とを備える場合（請求項４）には、配線分岐部によって分岐された各端部に設けた入出力部のうち一つの末端に入力された接点信号が、他端に設けた入出力部に出力される。つまり、信号線が仮想的にバスライン（以下、仮想バスラインという）を形成して、離れた２点間においていわばリモートバスを形成する。

なお、この通信回路は、受信部によって受信された受信信号を一旦記憶する記憶部と、この記憶部が記憶した受信信号のオン信号の論理和を演算する論理和演算部と、この論理和演算部によって求められた論理和を用いてオン信号が出力されている入出力部からは接点信号の入力を阻止するスイッチ回路とを有するので、入出力回路は、同じ仮想バスラインに属するほかの入出力部の何れかにオン信号が入力されている状態では、入出力部からの接点信号を入力させないインターロックを確実にとることができ、異なる信号の衝突による損傷事故の発生を未然に防ぐことができる。なお、この記憶部と論理和演算部を用いたインターロックとトークンを監視させ、自局の次のノードから再び自局のノードが発呼されるまでの間に何もオン信号が入力されなかった場合に自局からの接点信号を送信可能とし、それ以外の接点信号の入力を阻止することも可能である。

第３発明は、前記通信回路が接続された少なくとも１本の信号線に接続され、この信号線に合わせて少なくとも１セットの前記通信回路と同構成の送信部、受信部および時分割通信制御部を備えると共に、前記受信部によって受信された接点信号をそれぞれ出力する複数の内部接点出力部と、前記送信部を介して信号線に送信する接点信号をそれぞれ入力する複数の内部接点入力部と、これらの内部接点出力部から内部接点入力部の間を任意に接続する格子状結線回路とを備えることを特徴とする中継接続回路を提供する（請求項５）。

前記構成の中継接続回路の内部接点入力部に入力された接点信号は、送信部を介して送信されて離れた他端側にある入出力部に出力することができる。加えて、内部接点出力部と内部接点入力部の間に格子状結線回路を介在させているので、任意の２点間を結線でき、必要な信号だけを中継させることができる。なお、格子状結線回路は結線状態を容易に変えることを可能とする。

前記格子状結線回路直接的に接続されて信号の中継を行なう中継入出力部を備える場合（請求項６）、この中継入出力部を介することにより例えば保守点検用のモニター装置を接続させることができる。

第４発明は、前記中継接続回路を介して複数の信号線を網目状に連結して形成された通信ネットワークであり、前記格子状結線回路はプログラマブルロジックデバイスからなり、前記内部接点出力部は結線情報を書き込むための書込ポートを備え、前記受信部は通信不良を発生した信号および／または正しく受信できなかった回数の記録を集計して信号線の信頼度を求める信頼度監視回路を備えるものであり、かつ、前記信頼性監視回路および書込ポートと通信可能な位置に信頼度の低い通信線をバイパスさせるように各格子状結線回路による結線状態を調整する結線調整部を有することを特徴とする通信ネットワークを提供する（請求項７）。

上述の構成において、複数の通信線を網目状に連結して通信ネットワークが形成されることにより、この通信ネットワーク上の一つの入出力部に入力された接点信号を複数の通信線を介して伝達でき、格子状結線回路によって結線された別の通信ケーブルに設けた入出力部に出力できる。また、格子状結線回路は例えばＦＰＧＡなどのプログラマブルロジックデバイスからなるので、結線調整部によって動的に結線状態を調整することができる。加えて、多数決受信回路が信頼度監視回路を備えるので、種々のノイズや劣化に伴って通信ケーブルの信頼性が低いと判断される場合に、この通信ケーブルを通さないように前記格子状結線回路の結線状態を変更することが可能となる。つまり、信頼性が向上する。

なお、各信号線に接続された各時分割制御部は積極的にトークン発呼することにより、信号線切断時における縮退通信を行なうものであることがより好ましい。このように更に信頼性の高い通信を行なう通信ネットワークは、自動車、飛行機、船、ロケットなどの移動手段、および、ロボットやなどの装置に組み込まれる電子制御装置において、高信頼性を必要とする部分の配線を行なうのに適している。

また、前記通信ケーブルがワイヤーハーネスである場合には、連結装置はワイヤーハーネスの中継器となる。加えて、一つの連結装置に３本以上の通信ケーブルを接続できるように中継入出力部を設けた場合には、連結装置は通信ケーブルの分岐接続装置となる。

前述したように、第１〜２発明の通信回路は、少ない信号線を用いた時分割通信によってオン／オフの接点信号を双方向に送受信できるので、離れた２点に配置された通信回路の入出力部間を、仮想的にバスラインによって接続したような、いわば仮想バスラインを形成でき、従来のように比較的高価で誤動作発生や処理の遅れの原因となるＣＰＵを用いることなく、電子制御装置と制御対象の機器との間をシンプルに接続することができる。また、信号線における信号の衝突を確実に防ぐことができるので安全であり、かつ、コリジョン発生による遅延がないので、自動制御を確実に行うことができる。

第３発明の中継接続装置は、通信回路によって形成されるワイヤーハーネスなどの通信ケーブルを連結して中継させるように連結したり、３本以上の通信ケーブルを分岐させて連結できる。

第４発明の通信ネットワークは、ワイヤーハーネスを容易に網目状に接続することも可能であるから、２経路以上の通信経路を確保して信頼性を向上できる。また、複雑な接続をする場合でもソフトウェアによって接続状態を設定できるので、配線がシンプルになり、それだけ見栄えがよく信頼性も高い。加えて、制御対象の機器増加や交換などメンテナンス時にも通信の対象となる機器の変化に柔軟に対応できる。

本発明の第１実施形態に係る通信回路の構成を示す図である。図１に示す通信回路を用いた通信ケーブルの一例を示す図である。前記通信回路による通信方法を説明する図である。第２実施形態に係る通信回路および中継接続回路の構成を示す図である。前記通信回路および中継接続回路を用いた通信ケーブルの例を示す図である。前記通信ケーブルの細部の具体的な構成を示す図である。第３実施形態に係る中継接続回路の構成を示す図である。前記中継接続回路を用いた通信ネットワークの一例を示す図である。前記中継接続回路の変形例を示す図である。前記中継接続回路を用いた通信ネットワークの一例を示す図である。

図１，２は本発明の第１実施形態に係る通信回路１の構成を説明する図である。
図１，２に示すように、第１実施形態の通信回路１は、信号線２によって接続されることにより離れた地点に配置された通信回路１間に仮想的なバスラインを形成するものである。この通信回路１は、入出力部３ａ，（３ｂ）に入力された信号を信号線２に送信する送信部４と、前記信号線２を介して信号を受信する受信部５と、この受信部５によって受信した接点信号を入出力部３ｂ，（３ａ）に出力すると共に接点信号を出力している状態の入出力部３ｂ，（３ａ）からはほかの接点信号を入力させないインターロックをかける入出力回路６と、前記送信部４、受信部５および入出力回路６による通信の方向を時分割されたタイミングで切り替える時分割通信制御部７とを備える。

図２に示すように、本実施形態の通信回路１は信号線２によって接続された状態で離れた位置に配置でき、配線分岐部２ａにおいて分岐する通信線２によって接続された各通信回路１の前記入出力部３ａ，３ｂ，３ｃ…間をいわばバスラインによって接続したような仮想バスラインを形成し、この仮想バスラインによって制御対象となる機器８（本例では自動車のパワーウィンドウの開閉を行なうモータ）と、手元操作スイッチ９ａ、遠隔操作スイッチ９ｂやＥＣＵなどの電子制御装置９ｃを接続可能とする。つまり、通信回路１はたとえば自動車の配線に用いられる通信ケーブル（ワイヤーハーネス）の各ハーネスコネクタ内に形成されるものである。制御対象の機器８、操作スイッチ９ａ，９ｂ、電子制御装置９ｃにはそれぞれワイヤーハーネスに接続可能なコネクタを備えてこれらを容易に着脱できるように構成している。なお、８ａはモータ８を駆動するモータドライバである。

前記信号線２は何れもメッシュ状の導体からなる磁気シールド（図示を省略）を備える同軸ケーブルであり、これらの磁気シールドは送信部４および受信部５のグランドに接続されることにより、電気および磁気のノイズを受けにくくすることができる。しかしながら、本発明の信号線２は同軸ケーブルであることに限定されるものではない。なお、本発明の通信回路１は３本以上の信号線を用いて通信の信頼を向上させるものであってもよい。この場合、前記送信部４には同じ信号を信号線２の数に合わせて分岐する回路を備え、受信部５には複数の信号線２を介して受信する信号を比較して最も一致数の多い信号を真とする多数決選択回路を備える。

前記入出力部３ａ，３ｂ…はコネクタの接続端子を形成するものであり、プラグまたはレセプタクルからなり、本実施形態では説明を簡単にするために一つのコネクタに対して１本の入出力部３ａを設けている。

前記送信部４は時分割制御部７が定める同期タイミングにおいて自局のノード番号に加えて選択的に信号線２に信号を送信するものであり、信号線２に信号を送信する部分に配置され、信号の電流増幅を行って信号の増強を行うバッファを備える。また、本実施形態では入出力部３ａ，３ｂに入力される接点信号がオン状態でＨｉレベルまたはＬｏｗレベル、オフ状態でハイインピーダンスの接点信号であるから、これにあわせて送信部４のバッファも３ステートバッファである。なお、３ステートバッファ４のハイインピーダンス時の電圧レベルはＨｉレベルとＬｏｗレベルの中間の電圧レベル（以下、Ｍｉｄレベルという）となるように構成している。

また、本実施形態ではオン状態において接点信号はＨｉレベルまたはＬｏｗレベルを取りうる例を示し、接点情報を表す電圧レベルがＨｉレベル、Ｌｏｗレベル、Ｍｉｄレベルとなるように３ステートバッファを採用した例を示しているが、これに代えて、接点情報として、オン状態／オフ状態を表す第１ビット情報と、オン状態である場合の電圧レベルを表す第２ビット情報を分けて伝送する場合にはバッファ４として３ステートバッファを用いる必要はない。さらに、オン状態においてＬｏｗレベル（またはＨｉレベル）、オフ状態においてＨｉレベル（またはＬｏｗレベル）となる接点信号を扱う場合には、バッファ４は３ステートバッファを用いる必要はない。

前記受信部５は時分割制御部７が定める同期タイミングで各ノードが送信する信号のうち自局が受信するノード番号の信号が信号線２に送信されるときに、前記信号線２を介して信号を受信する回路である。

前記入出力回路６は受信部５によって受信する接点信号をトークン１サイクル以上記憶する記憶部６ａと、この記憶部６ａに記憶させたオン状態の接点信号の論理和により信号線２の使用状態を求める論理和演算部６ｂと、この論理和演算部６ｂによって同じ仮想バスライン上に、オン状態の接点信号が送信されていないとき（どのノードもオン状態の節点信号を出力していないとき）のみ入出力部３ａ、（３ｂ）…を送信部４に接続可能とするスイッチ素子６ｃとを備え、これによってインターロック機能を備える。なお、前記記憶部６ａは同じ仮想バスラインに属する各ノードから受信したオン状態の接点信号をそれぞれ記憶し、それぞれ記憶された接点信号の論理和を論理和演算部６ｂによって求めるようにすることが考えられる。しかしながら、記憶部６ａと論理和演算部６ｂを一つにまとめて、受信部５が受信するオン状態の接点信号を同期タイミングに合わせて順次論理和演算しながら記憶部６ａに記憶させるようにして、論理和演算部６ｂによって論理和演算を行った結果を記憶部６ａに記憶させてもよい。

前記時分割制御部７は、トークンパッシング方式による同期型の通信を行なわせるものであって、トークン信号を積極的に発呼させるアービトレーション機能を備えたトークン発呼制御部７ａと、自局のノード番号を記録するＳＳ（Sending Slot）記憶部７ｂと、受信する局のノード番号を記録するＲＳ（Resiving Slot)記憶部７ｃと、トークン信号によってＳＳ記憶部７ｂに記録させた自局ノードが割当てられた同期タイミングに合わせて送信部４に信号を出力させる信号送信制御部７ｄと、ＲＳ記憶部７ｃに記憶させた他局ノードからの信号を受信部５に受信させる信号受信制御部７ｅとを備える。従って、通信回路１間において図１の矢印Ｘに示すように双方向の通信を行うことができる。

次に、図３を用いて前記通信回路１を用いた通信ケーブルの動作を説明する。仮にモータ８と手元操作スイッチ９ａ、遠隔操作スイッチ９ｂ、電子制御装置９ｃが接続された各ノード（入出力部３ａ，３ｂ，３ｃ）のＳＳ記憶部７ｂに、それぞれ、アドレス”１”、”２”、”３”が設定されているとする。このとき、ＲＳ記憶部７ｃには他ノードのアドレス”２，３”、”１，３”、”１，２”が設定される。

各ノードのトークン発呼制御部７ａはトークン発呼がない状態で所定時間が経過すると、積極的に発呼するが、例えばＳＳ記憶部７ｂに記憶させた情報に合わせてトークンを発呼するタイミングをずらすことにより、最も優先順位の高いＳＳ番号”１”のノード（入出力部３ａ）のトークン発呼制御部７ａがバスマスタとして選択されトークンＴ１〜Ｔ３を発呼して全体の同期タイミングを定める。本実施形態の場合、通信回路１０内に３つのノードが存在するので、トークン発呼制御部７ａはその数に合わせたトークンＴ１〜Ｔ３を所定時間Ｔ毎に発信させる。

各ノードはトークンＴ１〜Ｔ３に続く、自局に与えられた同期タイミングで自局ノード番号”＃１”〜”＃３”と入出力部３ａに入力された信号を信号線２に送信する。なお、入出力部に信号の入力がない場合には、Ｍｉｄレベル（オフ状態）が送信される。図３に示す波形Ｓ１〜Ｓ３は前記入出力部３ａ〜３ｃの送信部４が信号線２に送信する信号を表わしており、実線を用いて一つの例を説明し、仮想線を用いて信号の変動範囲を示す。また、ＳＷａは手元操作スイッチ９ａからの入力信号または入出力部３ａからモータドライバ８ａに出力される信号、ＳＷｂは遠隔操作スイッチ９ｂからの入力信号または入出力部３ｂから出力される信号を示す。

なお、手元操作スイッチ９ａによる信号は通信回路１を介することなく直接的にモータドライバ８ａに入力され、入力された電圧レベルがＨｉレベルであればモータ８は正方向に回転し、Ｌｏｗレベルであればモータ８は逆方向に回転する。すなわち、手元操作スイッチ９ａによってモータ８を正逆回転させて例えば自動車の窓の開閉を行うことができる。

図３における最初のトークンＴ１が発呼されるときに手元操作スイッチ９ａが操作されてＨｉレベルが入力されているとすると、手元操作スイッチ９ａに接続された通信回路１の送信部４は自局ノード番号”＃１”を送信した後に、入力信号に合わせてＨｉレベルを信号線２に送信し、遠隔操作スイッチ９ｂ側の通信回路１において受信部５はこの信号を受信して入出力部３ｂに出力する。

同時にノード番号”２”と”３”の入出力回路６に設けた記憶部６ａには、ノード番号”１”からＨｉレベル（オン状態）の信号を受信したことが記憶され、入出力部３ｂ，３ｃに受信したＨｉレベルの電圧信号が出力されると共に、論理和演算部６ｂが記憶部６ａに何れかのノードからのオン信号が入力されていることを検出することにより、入出力部３ｂ，３ｃからの信号入力を阻止するインターロックをかけるようにスイッチ回路６ｃを切り換える。

すなわち、前記スイッチ回路６ｃを切り換えた状態ではノード番号”２”と”３”の入出力部３ｂ，３ｃにはノード番号”１”の入出力部３ａに入力された接点入力信号がそのまま出力され、擬似的に各入出力部３ａ〜３ｃをバスラインで直接接続したような状態となる。この接点入力信号の通信は図１に双方向矢印Ｘによって示すように、双方向に行うことができるものであるが、前記入出力回路６によってインターロックをかけることにより、通信回路１の両端において互いに相反する入力が行なわれたとしても決して信号の衝突が起こらないようにしている。これは通信回路１が同期通信を行なうものであるゆえに得られる効果である。

すなわち、前記インターロックの解除は次の同期サイクルにおいてノード番号”１”の入出力部３ａへの接点入力信号がオフ状態となるまで行なわれないゆえに、信号の衝突によって通信線２（通信ケーブル）が損傷するといった問題が決して起こらないように保護することができる。

図３に示す例ではノード番号”１”のノードに２回目の同期タイミングが訪れる頃までに、手元操作スイッチ９ａがオフ状態となっているので、ノート番号”１”の送信部４からの送信信号がオフ状態のＭｉｄレベル（フローティング状態）となり、前記記憶部６ａがクリアされると前記インターロックが解除されてすべての入出力部３ａ〜３ｃからの接点信号を入力できる状態になる。

上述の実施形態では３ステートバッファを用いる場合を示しており、信号線２に送信する信号には、オン状態の２つの電圧（ＨｉレベルとＬｏｗレベル）およびオフ状態の中間電圧（フローティング状態であり、本明細書ではＭｉｄレベル）が生じ得る例を示しているが、本発明はこの点に限定されるものではない。すなわち、信号線２ａ〜２ｃには、２ビットの２値の値−２つのオン状態（ＨｉレベルかＬｏｗレベル）を識別する信号と、オン状態かオフ状態かを識別する信号−を分けて送信するようにしてもよい。また、信号送信に用いるバッファも、共通バスとしての特性に近づけるために、オープンコレクタタイプのものを用いたり、種々の変形が考えられることはいまでもない。さらに、物理的な信号線２の代わりに電源重畳や無線通信を仮想的な信号線として用いてもよい。

図４，５は第２実施形態の通信回路１０および中継接続回路２０の構成を説明する図である。これらの図において、図１〜３に示す第１実施形態と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略することにより、重複説明をさける。以下、各通信回路１０を区別するときは符号１０ａ〜１０ｃを用いて通信回路１０ａ〜１０ｃという。

図４，５に示すように、本実施形態の通信回路１０ａ〜１０ｃは信号線２の末端に接続されて、通信ケーブルを形成するものであり、複数の入出力部１１に入力された複数の接点信号をシリアル信号に変換して信号線２に送信する送信部４と、この信号線２を介して受信するシリアル信号をパラレル変換しこれを受信した複数の接点信号とする受信部５と、この受信部５によって受信した複数の接点信号を複数の入出力部１１に出力すると共に接点信号を出力している状態の入出力部１１からは他の接点信号を入力させないインターロックをかける入出力回路６と、前記送信部、受信部および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換える時分割通信制御部７とを備える。

８ｂは制御対象のＤＣモータ、８ｃはこのＤＣモータ８ｂに多段階の駆動電圧を印可するＤＡコンバータを内蔵した駆動回路、８ｄはポテンショメータなどの入力センサ、８ｅは入力センサ８ｄのアナログ出力をデジタル変換するＡＤコンバータである。また、本実施形態の通信回路１０ａはＤＣモータ８ｂの駆動回路８ｃに接続されるプログラマブルロジックデバイス内に形成されており、通信回路１０ｂは信号線２に接続されたハーネスコネクタ内に形成され、通信回路１０ｃは前記入力センサ８ｄによって測定される値を用いてＤＣモータ８ｂを駆動する制御を行うＥＣＵ９ｃを構成するプログラマブルロジックデバイスに機能ブロックとして組み込まれたものである。

また、２０は中継接続回路であり、この中継接続回路２０は前記通信回路１０ａ〜１０ｃが接続された信号線２の一端に接続され、前記通信回路１と同構成の送信部４、受信部５および時分割通信制御部７をそれぞれ１セット備えると共に、前記受信部５によって受信された接点信号をそれぞれ出力する複数の内部接点出力部２１と、前記送信部を介して信号線２に送信する接点信号をそれぞれ入力する複数の内部接点入力部２２と、これらの内部接点出力部２１から内部接点入力部２２の間を任意に接続する格子状結線回路２３とを備える。加えて、本実施形態の中継接続回路２０には、格子状結線回路２３に接続されて、別のワイヤーハーネスなどの通信ケーブルと直接的に接続されて信号の中継を行う中継入出力部２４を備える。さらに、前記内部接点出力部２１には格子状結線回路２３の調整を行うための書き込みポート２１ａを備える。

なお、本発明の通信回路１０ａ〜１０ｃおよび中継接続回路２０はいくつかの電子デバイスを組み合わせて形成されるものであっても、単体でＩＣ化されたものであっても、電子制御装置などのＩＣ内に形成された機能ブロックであってもよい。

本実施形態における信号線２は、配線分岐部２ｂによって分岐接続されているので４つの末端を有するものであり、これらの末端にそれぞれ通信回路１０ａ〜１０ｃおよび中継接続回路２０を設けることにより、通信回路１０ａ〜１０ｃの入出力部１１および中継接続回路２０の内部接点出力部２１、内部接点入力部２２間に仮想的に８本単位のフラットケーブルからなる仮想バスラインを形成するワイヤーハーネスを構成する。なお、信号線２の分岐数はＤＣモータ８を制御する制御信号を出力する電子制御装置９ｃや入力センサ８ａの数などによって定められるのであり、本実施形態では説明を簡略化するために信号線２が４つの末端を備える例を示しているが、この分岐数は必要に応じて自在に調整できることはいうまでもない。

本実施形態において、各送信部４は８本の入出力部１１にそれぞれ入力されたパラレルの接点信号をシリアル信号に変換するシリアル変換回路４ａと、バッファ４ｂとを備え、受信部５は各信号線２を介して受信する入出力部１１に出力できるシリアル信号に変換するパラレルの接点信号に変換するパラレル変換回路５ａと、このパラレル変換された接点信号を同じ仮想バスライン上に配置された各ノード毎に記憶する記憶部５ｂと、これらの記憶部５ｂに記憶させたオン状態の接点情報の論理和を演算する論理和演算部５ｃとを備える。つまり、本実施形態では記憶部５ｂと論理和演算部５ｃを受信部５内に設けている。

一方、入出力回路６は前記論理和演算部５ｃからの接点信号を入出力部１１…に出力すると同時に、受信部５から接点信号を入出力部１１に出力しているときにはこの入出力部１１からの信号を送信部４に入力させないインターロックをかけるスイッチ素子である。

また、本実施形態における前記入出力部１１はＩＣ化された通信回路１０ａの入出力ポート１１ａ’〜１１ｈ’である場合、通信回路１０ｂを内蔵したハーネスコネクタのプラグまたはレセプタクルからなる接続端子１１ａ〜１１ｈを形成するものである場合、通信回路１０ｃを構成する機能ブロックの入出力ポート１１ａ’〜１１ｈ’である場合などがある。

前記格子状結線回路２３は例えばブログラマブルロジックデバイスからなり、その内容は前記書き込みポート２１ａからの信号によって動的に変更可能に構成され、かつ、中継接続回路２０内の受信部５には通信不良を発生した信号および／または正しく受信できなかった回数の記録を集計して信号線２の信頼度を求めた通信エラー発生率などを用いて回線の状況を確認する信頼度監視回路２５を備え、この信頼度監視回路２５によって監視される信号線２の状態にあわせて前記結線状態を調整する結線調整部２６を備えることが好ましい。また、前記中継入出力部２４は別のワイヤーハーネスのコネクタを接続可能とするハーネスコネクタのプラグまたはレセプタクルからなる接続端子に接続されている。

上記構成の通信回路１０ａ〜１０ｃによれば、各通信回路１０ａ〜１０ｃ間を一本の信号線２によって接続するだけのシンプルな行為でありながら、８ビット１ワードのパラレル信号をシリアル通信によって任意の方向に送受信できるので、例えば、ＥＣＵ９ｃから出力される８ビット分の接点信号をＤＡコンバータ８ｃが受信することにより、ＤＣモータ８ｂのトルク制御をアナログ的に（本例の場合２５６段階で）行うことができる。

あるいは、ポテンショメータ８ｅによって測定され、ＡＤコンバータ８ｅによって８ビットのパラレルの接点信号に変換された接点情報をＥＣＵ９ｃが受信することにより、さらに精度の高い自動制御を行うことができる。なお、ＥＣＵ９ｃ側に１６ビット幅（２ワード分）の入出力ポート１１’を設けることにより、ＤＣモータ８ｂの制御と、ポテンショメータ８ｅによる位置の監視の両方をＥＣＵ９ｃによって行うことも可能である。加えて、本実施形態では１ワード内のすべてのビットが同じ方向に接点信号を送受信する例を示しているが、本発明の通信回路１０ａ〜１０ｃによれば、この接点情報の送信方向は各ビット毎に臨機応変に切り替えることができる。

また、内部接点出力部２１から内部接点入力部２２の間を任意に接続する格子状結線回路２３の情報を書き換えることにより、前記各通信回路１０ａ〜１０ｃの入出力部１１，１１’間の接続状態を変更でき、いわば仮想バスラインの接続調整をソフトウェア的に行うことができるので、一度配線したワイヤーハーネスを張り直すことなく、接続状態だけを変更することができる。加えて、信頼度監視回路２５が信号線２の信頼性を常に監視し、結線調整部２６が前記接続状態を自動調整することにより、信頼の高い通信を実現することができる。

また、前記中継入出力部２４を介して種々の外部通信機器を接続可能であるが、例えば保守点検用モニター装置が接続可能とである。

図６はスイッチング素子を用いた入出力回路６の一例を示す図である。図６において、６ｄは前記受信部５に接続されるＦＥＴ等のスイッチング素子、６ｅはこのスイッチング素子６ｄと電源Ｖｃｃとの間に接続されるプルアップ抵抗、６ｆはスイッチング素子６ｄと抵抗６ｅと前記入出力部１１ａに接続されるダイオード、６ｇ，６ｈはダイオード６ｆに直列接続される抵抗、６ｉは両抵抗６ｇ，６ｈの間と電源Ｖｃｃとの間に接続されるダイオード、６ｊは前記抵抗６ｈに接続される論理反転回路である。

これら一連の素子６ｄ〜６ｊによって形成される回路は受信部５によって受信される信号を反転して入出力部１１ａに出力し、受信部５がオン状態（Ｈｉレベル）であるときに入出力部１１ａにＬｏｗレベルを出力し、この入出力部１１ａから信号の入力を行うことができないようにするインターロックをかけるものである。すなわち、受信部２２の出力信号がオフ状態（Ｌｏｗレベル）のときのみ入出力部１１ａの電圧レベルに合わせて論理反転回路６ｊの入力端の電圧が変化し、その反転した信号が送信部２１に入力されるように構成している。この入出力回路６を設けることにより、通信ケーブル２０は入出力部１１ａ〜１１ｈへの入力信号に合わせて双方向の通信を行うことができる。

なお、入出力回路６として、あえて、ダイオードやトランジスタのような単純な動作を行なう素子を簡単に組み合わせただけの回路を構成し、ＣＰＵなどの複雑な制御回路をはいじょすることにより、製造コストを引き下げられるだけでなく、誤動作の発生をより確実にそしすることができる。

これら一連の素子６ｄ〜６ｊは、図示を省略するが受信部２２によって受信される各ビットのオン／オフ接点信号において行なわれてそれぞれの入出力部１１ａ〜１１ｈに接続される。なお、図６には入力信号のインターロックをかける部分の回路構成を詳述するために要部だけを記載したものであるから、通信回路１０ａ〜１０ｃに含まれる種々の詳細な部材の記載は省略していることはいうまでもない。

図７は前記通信回路１０ａ〜１０ｃが接続された少なくとも２本信号線２，２’に接続される中継接続回路３０の構成を説明するものであり、この中継接続回路３０は、これらの信号線２，２’に合わせて少なくとも１セットの前記通信回路１０ａ〜１０ｃと同構成の送信部４，４’、受信部５，５’および時分割通信制御部７，７’を備えると共に、前記受信部５，５’によって受信された接点信号をそれぞれ出力する複数の内部接点出力部３１と、前記送信部を介して信号線に送信する接点信号をそれぞれ入力する複数の内部接点入力部３２と、これらの内部接点出力部から内部接点入力部の間を任意に接続する格子状結線回路３３とを備える。各受信部５，５’には信頼度監視回路３４を備え、この信頼度監視手段３４による監視結果に基づいて書き込みポート３１ａからの書き込みによって格子状結線回路３３の結線状態を調整する結線調整部３５を備える。

前記内部接点出力部３１、内部接点入力部３２、格子状結線回路３３、信頼度監視回路３４、結線調整部３５はいずれも既に詳述した内部接点出力部２１、内部接点入力部２２、格子状結線回路２３、信頼度監視回路２５、結線調整部２６とほぼ同じ構造であるから、その構成の詳細な説明を省略する。なお、本実施形態の中継接続回路３０はその全体をプログラマブルロジックデバイスなどによってＩＣ化することが好ましく、内部接点出力部５１および内部接点入力部３２のビット数は多ければ多いほど中継できる接点信号の数を増やすことができる。

なお、図７に示す例では図面を簡略化する為に前記送信部４，４’、受信部５，５’および時分割通信制御部７，７’は２方向に設けた図を示しているが、これらを設ける数や方向は任意に設定でき、信号線２，２’を３または４以上の方向に設けることにより、信号線２，２’を分岐接続することができる。また、本実施形態のように構成された中継接続回路３０は通信線２、２’に接続されるものであるから、中継接続回路３０に接続する線の数は少なくなり、それだけその構造を簡素化することができる。

図８は前記中継接続回路３０を用いて形成した通信ネットワーク４０の一例を示す図である。図８に示すように、本実施形態の通信ネットワーク４０は、それぞれ前記通信回路１０ａ〜１０ｃの何れかに接続される通信線２およびこの通信線２と同じ構成の通信線２’を中継接続回路３０を介してネット状に接続した例を示している。４１ａ〜４１ｃは接続対象となるＥＣＵであり、本例の場合、各ＥＣＵ４１ａ〜４１ｄは２ルートで接続されているので、仮に一本の通信線２，２’が部分Ｃにおいて完全に切断されて通信不能になることがあったとしても、前記信頼度監視回路３４等が通信線２，２’の切断を検知し、結線調整部３５が結線状態を調整することにより、ワイヤーハーネス２，２’の切断前と同じように通信できる環境に動的に対応することができる。

図９は前記通信回路１０ａ〜１０ｃを用いた通信ケーブルを連結可能に構成された中継接続回路５０の構成を示す図である。この中継接続回路５０は、少なくとも２本の通信ケーブル間においてその通信回路１０ａ〜１０ｃの入出力部が接続される中継入出力部５１ａ，５１ｂと、各中継入出力部５１ａ，５１ｂから受信する信号をそれぞれ出力する内部信号出力部５２ａ，５２ｂと、各中継入出力部５１ａ，５１ｂから送信する信号をそれぞれ入力する内部信号入力部５３ａ，５３ｂと、内部信号入力部５３ａ，５３ｂに入力されるパラレル信号を中継入出力部５１ａ，５１ｂに出力すると共に、この信号を出力している中継入出力部５１ａ，５１ｂからは信号を入力させないインターロックをかけながら中継入出力部から入力する信号を内部信号出力部に出力させる入出力回路５４ａ，５４ｂと、これらの内部信号出力部５２から内部信号入力部５３の間を任意に接続することにより各入出力部間５１ａ，５１ｂの接続状態を切り換える格子状結線回路５５とを備える。

前記中継入出力部５１ａ，５１ｂは既に詳述した入出力部１１とほぼ同じ構造であり、接続対象となる通信回路１０ａ〜１０ｃの入出力部１１を接続可能に構成されている。本実施形態では図面を簡略化する為に２方向に中継入出力部５１ａ，５１ｂを設けた図を示しているが、この中継入出力部５１ａ，５１ｂを設ける数や方向は任意に設定できることは言うまでもない。

前記内部信号出力部５２ａ，５２ｂおよび内部信号入力部５３ａ，５３ｂは図６に示す内部信号出力部２４、内部信号入力部２５と同じものであるから、その詳細な構成の説明を省略する。また、何れか一方の内部信号出力部５２ａには書込ポート５２ｃを形成している。

前記格子状結線回路５５はプログラマブルロジックデバイスからなり、前記書込ポート５２ｃを介してプログラマブルロジックデバイスに結線情報を書き込むことにより、結線状態を変更可能に構成している。

本実施形態の連結装置はワイヤーハーネスの連結アダプタを構成するものとなり、これによって任意の通信ネットワークを形成することができる。

図１０は前記連結装置５０を用いて形成した通信ネットワーク６０の一例を示す図である。図１０に示すように、本実施形態の通信ネットワーク６０は、それぞれ前記通信回路１０ａ〜１０ｃの何れかを備えるワイヤーハーネスＷＨを中継接続回路５０を介してネット状に接続した例を示している。６１ａ〜６１ｃは接続対象となるＥＣＵであり、本例の場合、各ＥＣＵ６１ａ〜６１ｄは２ルートで接続されているので、仮に一本のワイヤーハーネスＷＨが部分Ｃにおいて完全に切断されて通信不能になることがあったとしても、前記信頼度監視回路２５がワイヤーハーネスＷＨの切断を検知し、結線調整部２６が結線状態を調整することにより、ワイヤーハーネスＷＨの切断前と同じように通信できる環境に動的に対応することができる。

なお、本実施形態では説明を簡略化するためにできるだけ簡素な構成を図示しているが、実際には重要なＥＣＵ間は３ルート以上確保するように通信ネットワーク４０を構築できることはいうまでもない。

１，１０ａ〜１０ｃ通信回路
２，２’ 通信線
２ａ，２ｂ配線分岐部
３，１１，１１’ 入出力部
４送信部
５受信部
６入出力回路
６ａ，５ｂ記憶部
６ｂ，５ｃ論理和演算部
７時分割制御部
２０，３０，５０中継接続回路
２１，３１，５２ａ，５２ｂ内部接点出力部
２２，３２，５３ａ，５３ｂ内部接点入力部
２３，３３，５５格子状結線回路
２４，５１ａ，５１ｂ中継入出力部
２５，３４信頼度監視回路
２６，３５結線調整部
４０，６０通信ネットワーク

Claims

入出力部に入力された接点信号を信号線に送信する送信部と、この信号線を介して信号を受信する受信部と、この受信部によって受信した接点信号を前記入出力部に出力すると共に接点信号を出力している状態の入出力部からは他の接点信号を入力させないインターロックをかける入出力回路と、前記送信部、受信部および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換える時分割通信制御部とを備えることを特徴とする通信回路。
複数の入出力部に入力された複数の接点信号をシリアル信号に変換して信号線に送信する送信部と、この信号線を介して受信するシリアル信号をパラレル変換しこれを受信した複数の接点信号とする受信部と、この受信部によって受信した複数の接点信号を前記複数の入出力部に出力すると共に接点信号を出力している状態の入出力部からは他の接点信号を入力させないインターロックをかける入出力回路と、前記送信部、受信部および入出力回路による通信の方向を時分割されたタイミングで切り換える時分割通信制御部とを備えることを特徴とする通信回路。
前記時分割通信制御部はトークンパッシング方式の通信を行なうトークン制御部を備える請求項１または請求項２に記載の通信回路。
前記信号線は分岐接続された配線分岐部を備え、分岐接続された各信号線の末端から受信する接点信号を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶させた各信号線の末端における接点信号の論理和を受信した接点信号とする論理和演算部とを備える請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の通信回路。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の通信回路が接続された少なくとも１本の信号線に接続され、この信号線に合わせて少なくとも１セットの前記通信回路と同構成の送信部、受信部および時分割通信制御部を備えると共に、前記受信部によって受信された接点信号をそれぞれ出力する複数の内部接点出力部と、前記送信部を介して信号線に送信する接点信号をそれぞれ入力する複数の内部接点入力部と、これらの内部接点出力部から内部接点入力部の間を任意に接続する格子状結線回路とを備えることを特徴とする中継接続回路。
前記格子状結線回路に直接的に接続されて信号の中継を行なう中継入出力部を備える請求項５に記載の中継接続回路。
請求項５または請求項６に記載の中継接続回路を介して複数の信号線を網目状に連結して形成された通信ネットワークであり、
前記格子状結線回路はプログラマブルロジックデバイスからなり、前記内部接点出力部は結線情報を書き込むための書込ポートを備え、前記受信部は通信不良を発生した信号および／または正しく受信できなかった回数の記録を集計して信号線の信頼度を求める信頼度監視回路を備えるものであり、かつ、前記信頼性監視回路および書込ポートと通信可能な位置に信頼度の低い通信線をバイパスさせるように各格子状結線回路による結線状態を調整する結線調整部を有することを特徴とする通信ネットワーク。