JP2014022829A - 車両間通信方式 - Google Patents

Abstract

【課題】車列中にシステム未搭載車両が存在した場合には、局所的通信による情報の伝達が当該システム未搭載車両を飛び越して与えられるようにした車両間通信方式を提供すること。
【解決手段】超音波送信用素子６の駆動電圧をアナログスイッチ２により切り換え、送信レンジが３段階に変えるようにした送信部Ｔと、他の車両や信号機から送信される超音波送信パルスを受信する超音波送信用素子６を備えた受信部Ｒを、車両搭載システムとして車両に搭載し、超音波の局所的通信による情報の伝達がシステム未搭載車両を飛び越して得られるようにしたもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両間における通信方式に係り、特に、道路上に前後に並んで位置した車両間での通信に好適な車両間通信方式に関するものである。

近年、車両、特に自動車においては多種多様な電子機器の搭載が一般化し、周囲の環境をセンシングすることにより障害物を検出し、安全性の確保に必要な的確な警告や制御が自動的に与えられるようにするなど、従来技術では考えられなかった性能が容易に可能になっている。

また、これと並行し、自動車の利便性や更なる安全性の向上のための取組みの一つとして車両間通信や路車間通信を可能にし、これにより従来、単独の車両では到底得ることができない他車両で得た情報の獲得が可能になり、この結果、複数の車両で共通の情報が共有できるようになり、周囲環境の認識能力の飛躍的な増大に伴う更なる安全性と利便性の向上が期待されるようになっている。

ところで、このような場合に適用される通信手段としては、電波などを利用して比較的長距離の伝送を前提とした通信方式(大局的通信と定義する)と、可視光や赤外光などを利用して比較的近距離の伝送を前提とした通信方式(局所的通信と定義する)とに大別できる。

ここで、例えば道路が渋滞し、停止した車両が集中し、車列が形成されてしまったとすると、このような状況のもとでは、多数の車両が同時に通信を試みてしまうことから、このとき大局的通信が適用されていたとすれば通信帯域が逼迫してしまう虞がある。
そこで、これに対しては、伝送距離を隣接した車両間に限定できる局所的通信を適用してやれば、車列中だけで情報が伝播でき、スムーズに情報の共有が行えることになる。

このとき、ある従来技術では、例えば可視光通信を用い、交差点に停車している車列中の車両が、その交差点にある信号機から、当該信号機の信号が赤から青に変化するまでの時間を取得できるようにしておき、これにより、車列中の個々の車両が発車するまでの時間が推定できるようにした技術について提案している(例えは、非特許文献１参照。)。

そして、この従来技術においては、上記した赤信号から青信号に変化するまでの時間については次の通りに処理している。
この場合、信号機から送信された時間の情報は、車列の先行にある車両で受信される。
そこで、先頭車両は、受領した情報の時間については加工することなく、そのまま後続車両に伝送する。
一方、このとき車両の車列中での位置(台数)の情報の伝送は、次のようにして行う。

まず、車列中の先頭車両は、位置情報として１(１台)を伝送する。そして、このことから始まり、その位置情報を受信した車両は、それに１を加算して、それを自車両の位置(台数)として認識するとともに、それを後続車両にそのまま伝送する。
そして、これを繰り返すことにより、この従来技術では、車列中の車両が台数を数え上げ、それぞれの位置(台数：先頭からの台数)を正しく認識することができ、この結果、信号の変化周期と車列中での自車両の位置が判るので、個々の車両が発車するまでの時間が推定できることになる。

そして、このように個々の車両が発車するまでの時間の推定精度が高くなることにより、従来の“ブレーキ制御システム”(例えは、特許文献１参照。)に適用することにより、更に信頼性と利便性に富んだブレーキ制御システムが容易に提供できることになる。

十文字健之、新井義和、今井信太郎、猪股俊光、曽我正和、千葉和幸、河野准之、"制動力保持機構を持つブレーキシステムにおける可視光通信を用いた保持制御"情報処理学会第72会全国大会，2ZA-1，2010

特開２００９−６７１２９号公報

上記従来技術は、可視光よる局所的通信により情報を順次、伝播するようになっているので、車列中の全ての車両が所望の性能の送受信装置を搭載していることが前提になるが、しかし、この前提は、システムの普及が進んでいない段階では満たされることはなく、この場合、送受信装置を搭載していない車両(以下、システム未搭載車両と定義)により情報の伝達が途切れてしまう。
従って、従来技術は、システムに期待されている利便性が充分に享受できないという問題があった。

本発明の目的は、車列中の全ての車両が所望の性能の送受信装置を搭載していない場合でも適用が可能で、システムに期待されている利便性が享受できるようにした車両間通信方式を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明は、超音波を通信媒体とし、停車している車列中の車両間で局所的通信を行うことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、第２の発明は、第１の発明において、前記局所的通信の送信レンジを段階的に変化させながら反復的に送信を実行することを特徴とする。

同じく上記目的を達成するため、第３の発明は、第１の発明において、前記局所的通信の送信レンジを段階的に変化させながら反復的に送信を実行することにより、前記車列中にシステム未搭載車両が存在した場合にも、後続のシステム搭載車両に対する情報の伝播が得られるようにしたことを特徴とする。

また、同じく上記目的を達成するため、第４の発明は、第１の発明において、前記局所的通信により、前記車列中の車両間で、先行する車両から後続するｎ台目まで届く強度の送信パルスを送信していることを表わす情報ｎと、前記先行する車両の前記車列中での位置(台数)を表わす情報ｍが受信されたとき、これら情報ｎと情報ｍの和(ｎ＋ｍ)により、このとき情報ｎと情報ｍを受信した車両の前記車列中での位置(台数)を推定することを特徴とする。

そして、同じく上記目的を達成するため、第５の発明は、第４の発明において、前記推定された前記車両の前記車列中での位置(台数)が複数の異なったものとして推定された場合、推定された前記車両の前記車列中での位置(台数)の中で最小値を示した位置(台数)を選択することを特徴とする。

本発明によれば、車列中にシステム未搭載車両が存在した場合でも局所的通信による情報の伝達が得られるので、システムの普及が進んでいない段階でもシステムに期待されている利便性が充分に享受でき、この結果、周囲環境の認識能力の飛躍的な増大に伴う更なる安全性の向上と利便性の向上が大きく期待できる。

本発明による車両間通信方式における送受信装置の一実施の形態を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における送信パルスの説明図である。

以下、本発明による車両間通信方式について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明の車両間通信方式において、車両に搭載されて使用されるシステム(車両搭載システム)として超音波送信用素子の駆動電圧を切り換え、送信レンジが、例えば３段階に変えるようにした送信部Ｔと受信部Ｒを備えた場合の一実施形態で、このとき送信部Ｔと受信部Ｒには表示部Ｍが共通に設けられている。

まず、図１の右側にある送信部Ｔにおいて、１は電源回路、２はアナログスイッチ、３は発振器、４は変調回路、５はＰＩＣ、それに６は超音波送信素子である。
ここで、まず、電源回路１は、超音波送信素子６を駆動するパルスとして、１ｍ、６ｍ、１１ｍの各送信レンジを得るのに必要な３種類の電圧を電源電圧として供給する働きをするもので、このときの電源電圧の選択はアナログスイッチ２により行われる。
次に、発振器３は、超音波送信素子６を駆動するパルスの基準となる周波数の信号を基準信号として発生する働きをし、発生した基準信号は変調回路４に供給される。

変調回路４は、アナログスイッチ２により選択された電源電圧を振幅とし、基準信号と同じ周波数のパルス信号を発生し、それを超音波送信素子６に供給して駆動パルスとし、これにより超音波送信素子６から所望の振幅の超音波の送信パルスが発射され、他の車両の車両搭載機器の受信部の超音波センサで受信されることになる。なお、ＰＩＣ５については後述する。
このときの超音波送信素子６としては、例えばチタン酸バリウム系のセラミック素子が用いられ、これにより上記した基準信号と同じ周波数の超音波パルスを効率良く送信することができるようになっている。

ここでＰＩＣとは、所望のプログラムを格納することにより、必要とする各種の制御と信号処理の実行が可能なワンチップマイクロコンピュータの一種で、このときＰＩＣ５は、送信部Ｔにおいて、アナログスイッチ２を制御し、変調回路４に所望の変調信号を供給することにより、後述する送信パルスが得られるようにし、受信部ＲのＰＩＣ１２は、これも後述するが、受信部Ｒで必要とするデコードなどの処理を実行する。

次に、図１の左側にある受信部Ｒにおいて、７は超音波センサ、８は増幅器、９は二乗器、１０は包絡線検波回路、１１はコンパレータ、それに１２はＰＩＣである。
そして、まず、超音波センサ７は、送信部Ｔの超音波送信素子６と同じく、例えばチタン酸バリウム系のセラミック素子が用いられ、これにより上記した基準信号と同じ周波数の超音波パルスが効率良く受信でき、受信された超音波パルスによる信号は、受信信号として増幅器８に供給され、ここで、所望の強度レベルの受信信号として二乗器９に入力され、ここで絶対値がとられた後、包絡線検波回路１０に供給される。

包絡線検波回路１０では、二乗器９により絶対値がとられた信号を入力し、その包絡線を抽出し、それをコンパレータ１１によりパルスに変換し、受信パルスが得られる。
このときＰＩＣ１２は、受信パルスのデコーダとして動作し、コンパレータ１１から受信パルスが入力されると、これをデコードし、図示してない信号機から送信された時間の情報と、このときの車両の車列中での位置(台数)を知るのに必要な情報とを取得し、信号の変化周期と車列中での自車両の位置から自車両が発車するまでの時間を推定する処理を実行する。

このとき送信部ＴのＰＩＣ５と受信部ＲのＰＩＣ１２で処理された情報は、必要に応じて表示部Ｍに表示され、任意にモニタできるようになっている。
従って、この表示部Ｍを見ることにより、上記した信号の変化周期と車列中での自車両の位置、それに、これらから推定した自車両が発車するまでの時間が随時、与えられ、必要に応じてモニタできることになる。

次に、この実施形態の動作について説明する。
ここで、まず、図１の実施形態の場合、それを車両、例えば自動車に搭載する場合、図の右側に示されている送信部Ｔの超音波送信素子６は、その超音波の発射方向(指向性)が車両の進行方向に対して後方に向けて合わせた状態で設置され、左側に示されている受信部Ｒの超音波センサ７においては、車両の前方から到達し入射される超音波に向けて指向性が合わせた状態で設置されることが前提になる。

また、この実施形態においては、当該車両が走行する道路にある信号機についても、次のことが前提になっている。
すなわち、この場合、当該車両が走行する道路にある信号機は、これも、この実施形態に対応したシステムとして構成され、超音波による局地的通信に対応して、信号機が赤の停止信号のとき、上記した時間の情報、つまり信号機が赤信号から青信号に変化するまでの時間を、この場合、超音波の局地的通信により送信するように構成されている。

次に、この実施形態における送信パルスについて説明すると、まず、この送信パルスは、基本的に、ヘッダ部とデータ部、それにストップパルスにより構成される。
そして、図２に示すように、まず、ヘッダ部は、単位パルス幅をｗとし、５ｗ幅のＯＮ部分と、１ｗ幅のＯＦＦ部分からなる。そして、このヘッダ部を検出することにより情報の取得に必要な同期が確立される。
ここで、この送信パルスは、この実施形態の場合、間欠的に反復して送信されるようになっているので、図示のように、３ｗ幅のストップパルスが設けられ、これにより送信パルスの終わりが認識できるようにしてある。

そして、これらヘッダ部とストップパルスの間がデータ部で、これは必要な台数(車両の台数)を表わすため、１ビットを２ｗ幅のＯＮとｗ幅のＯＦＦによる場合と、同、１ビットをｗ幅のＯＮと２ｗ幅のＯＦＦによる場合とに分け、前者の１ビットをｗ幅のＯＮと２ｗ幅のＯＦＦによる場合をデータ“１”とし、後者の１ビットをｗ幅のＯＮと２ｗ幅のＯＦＦによる場合をデータ“０”とした上で、これらを必要なビット数だけ各々３ｗ幅のパルスとして、ヘッダ部とストップパルスの間に配列し、必要な台数を表わす情報とするのである。

このときシステム内の信号機も図２の送信パルスを超音波の局所通信により送信するように設定してあるが、このとき信号機では、送信パルスとして、当該信号機が赤信号から青信号に変化するまでの時間を送信パルスのデータ部に挿入して送信するものとして設定してある。
そこで、このデータ部に時間情報が挿入されている送信パルスが受信された場合、その車両の受信部ＲにあるＰＩＣ１２は、台数０の位置情報が受信されたものと認識し、これに位置情報１を加算して、それを自車両の位置(台数)として認識する。つまり、この場合、位置情報が１であることから、自車両が車列中の先頭位置にあると認識できることになる。
ここで、ＰＩＣ１２が何も受信していないと判断した場合は、自車両が車列中の先頭位置にあると認識し、位置情報を１にして後続車両に送信する。

この認識結果、つまり台数０の位置情報は、受信部ＲのＰＩＣ１２から、時間情報と共に送信部ＴのＰＩＣ５に与えられる。
そこで、このＰＩＣ５は、入力された位置情報１と時間情報を変調回路４に供給し、これにより超音波送信素子６から位置情報１と時間情報を持った送信パルスが送信され、後続車両に受信されるようにする。
そして、これを繰り返すことにより、上記した従来技術と同様、車列中の車両が次々と台数を数え上げ、それぞれの位置(台数：先頭からの台数)が、車列中の各車両に正しく認識されることになる。

ところで、このとき車列中の車両の中に上記したシステム未搭載車両が存在したとすると、当該システム未搭載車両が遮蔽体となって、その後にシステムを搭載した車両(以下、システム搭載車両と定義)があったとしても、送信パルスが受信できなくなってしまう。
このことは、可視光による局所的通信を用いた従来技術の場合、特に大きな問題となり、この場合、送信パルスの伝送は不可能に近くなる。

しかし、このことは、上記したように、システムの普及が進んでいない段階では、ほとんど不可避であり、従って、システムの普及を促進するためにも、情報伝播の連続性の向上は大きな命題であるが、ここで本願の実施形態によれば、超音波による局所的通信を前提として、送信部Ｔに電源回路１とアナログスイッチ２が備えられ、これらがＰＩＣ５の制御により変調回路４に作用するものとして構成され、この結果、上記の命題に大きく応えることができるものであり、以下、この点について詳しく説明する。

まず、上記実施形態では、超音波を通信媒体として局所的通信を行うようにしている。これは、超音波が、その回折と反射の性質から、障害物を飛び越えて伝播するので、システム未搭載車両に対しても高い耐遮蔽特性を持つものと期待されるからである。
このときシステム未搭載車両の台数を考慮し、この実施形態では、超音波の送信パルスによる送信レンジを切り換え可能に構成し、送信レンジ(range)を切り換えながら送信パルスの送信動作を反復し、送信パルス１セットにつき３回、パルスの送信動作を繰り返すようにしている。

このため、電源回路１は、上記したように、超音波送信素子６を駆動するパルスとして、１ｍ、６ｍ、１１ｍの各送信レンジを得るのに必要な３種類の電圧を電源電圧として供給するが、このときの電源電圧の選択はアナログスイッチ２により行われる。
そこで、ＰＩＣ５はアナログスイッチ２を制御し、これにより超音波送信素子６から送信レンジ１ｍ、６ｍ、１１ｍの３種類の振幅のパルスを順番に発生させ、送信パルス１セットにつき３回、順次、送信レンジＲが切り換えられるようにする。
このときの送信レンジＲは、一般的な車両の長さの平均値と停車時の車間距離の平均値から算出される後続ｎ(ｎ＝１，２，……，)台目の車両までの距離に所望のオフセット値を加算した距離値とする。

そして、この送信レンジＲに対応して、上記送信パルスの振幅を決める。
例えば、一般的な車両の長さの平均値を４ｍ、停車時の車間距離の平均値を１ｍとした場合、後続１(ｎ＝１)台目までの距離は１ｍ、後続２(ｎ＝２)台目までの距離は６ｍ、そして後続３(ｎ＝３)台目までの距離は１１ｍとなる。
ここで、上記のオフセット値とは、後続のシステム搭載車両が先行のシステム搭載車両からの送信パルスの受信が可能な送信レンジ内に充分に入るようにするために導入した定数で、適宜調整して決定されるものである。

そこで、この実施形態の場合、車列中のあるシステム搭載車両から送信された送信パルスは、強度を増しては順次、３回送信されるので、後続するシステム搭載車両との間にシステム未搭載車両がかなりの台数あったとしても、超音波による送信パルスは容易にシステム未搭載車両を飛び越して伝播するようになり、しかも、この送信が、順次、パルス強度を増しては３回、実行されるので、いずれは後続するシステム搭載車両により送信パルスが受信されることになり、従って、この実施形態によれば、常に時間情報と台数情報の伝達が確実に得られることになる。

そして、この結果、この実施形態によれば、たとえシステムの普及が進んでいない段階において車列中の全ての車両が所望の性能の送受信装置を搭載していない場合でも適用が可能で、車列中のシステム搭載車両は、上記したように、信号の変化周期と車列中での自車両の位置、それに、これらから推定した自車両が発車するまでの時間が確実に取得でき、必要に応じて随時、モニタできることになり、システムに期待されている利便性を充分に享受することができる。

ところで、上記実施形態においては、車列中にシステム搭載車両が複数台、存在していた場合、ある後続のシステム搭載車両においては、複数の先行システム搭載車両から送信されている送信パルスが同時に受信されてしまうことがある。
この場合、後続のシステム搭載車両では、自車両の位置(台数)情報が複数の異なった情報として得られてしまうことになる。
しかしながら、この場合、得られた複数の位置情報の中で、台数が最小の情報が正しい情報であることから、この台数が最小の情報を取り込むことにより、常に正しい位置情報を得ることができる。

また、この実施形態においては、上記の場合と同じく、車列中にシステム搭載車両が複数台、存在していた場合、複数の先行システム搭載車両から送信された信号が干渉してしまう虞がある。
そこで、これに対処するため、まず、この干渉の発生は不可避であるとの前提に立ち、その上で上記の送信レンジを切り換えながら反復する１セット分の送信を更に反復的に繰り返すという方法がある。
また、この場合、干渉が連続する可能性があるので、この場合、送信パルスの反復送信の時間間隔をランダムに設定する方法がある。但し、この方法の場合、反復送信を間欠的に行う必要があることに留意しなければならない。

一方、このように干渉が発生した場合、受信した信号(情報)は正しい意味を成さない。
そこで、干渉が発生したときに受信され信号は利用せずに破棄しなければならないので、この場合、干渉の発生を検出する機能の付与が必要になる。
ここで、一般に、干渉が発生する際には、それら干渉を起こしている信号同士の位相がずれている可能性が高い。

このとき、図２に示した上記実施形態の送信パルスの場合、位相がずれた複数の信号が重なったとすると、ある信号のデータ部に他の信号のヘッダ部が出現してしまうので、これを利用する方法がある。すなわち、データ部のＯＮ部分を調べ、そこに５ｗ以上の幅のＯＮ部分が存在したら干渉ありとして検出するのである。
そこで、本発明の実施に際しては、上記の何れかの方法の適用が望ましいが、しかし、これは、本発明の必要要件という訳ではない。

本発明は、自動車のブレーキ制御システムに利用することができるほか、車列を形成している場合のあらゆる待ち行列における情報伝播にも利用することができる。

Ｔ 送信部
Ｒ 受信部
Ｍ 表示部
１ 電源回路
２ アナログスイッチ
３ 発振器
４ 変調回路
５ ＰＩＣ(Peripheral Interface Controller：送信部のＰＩＣ)
６ 超音波送信素子(超音波パルス送信用)
７ 超音波センサ(超音波パルス受信用)
８ 増幅器
９ 二乗器
１０ 包絡線検波回路
１１ コンパレータ
１２ ＰＩＣ(Peripheral Interface Controller：受信部のＰＩＣ)

Claims (5)

1. 超音波を通信媒体とし、停車している車列中の車両間で局所的通信を行うことを特徴とする車両間通信方式。
2. 請求項１に記載の車両間通信方式において、
   前記局所的通信の送信レンジを段階的に変化させながら反復的に送信を実行することを特徴とする車両間通信方式。
3. 請求項１に記載の車両間通信方式において、
   前記局所的通信の送信レンジを段階的に変化させながら反復的に送信を実行することにより、前記車列中にシステム未搭載車両が存在した場合にも、後続のシステム搭載車両に対する情報の伝播が得られるようにしたことを特徴とする車両間通信方式。
4. 請求項１に記載の車両間通信方式において、
   前記局所的通信により、前記車列中の車両間で、先行する車両から後続するｎ台目まで届く強度の送信パルスを送信していることを表わす情報ｎと、前記先行する車両の前記車列中での位置(台数)を表わす情報ｍが受信されたとき、これら情報ｎと情報ｍの和(ｎ＋ｍ)により、このとき情報ｎと情報ｍを受信した車両の前記車列中での位置(台数)を推定することを特徴とする車両間通信方式。
5. 請求項４に記載の車両間通信方式において、
   前記推定された前記車両の前記車列中での位置(台数)が複数の異なったものとして推定された場合、推定された前記車両の前記車列中での位置(台数)の中で最小値を示した位置(台数)を選択することを特徴とする車両間通信方式。

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