JP2016039457A - 近距離無線システム - Google Patents

Abstract

【課題】近距離無線の通信成立性を確保することができる近距離無線システムを提供する。
【解決手段】ノイズ監視部１５は、車両１の通信アンテナ１１でノイズ受信に準じた電圧変化を検出すると、近距離無線の通信環境下にノイズが発生していると判断する。ノイズ消去部１６は、ノイズが検出されたとき、車両１の通信アンテナ１１から、ノイズに対して逆位相の波形をとる逆位相エネルギーを出力し、通信環境下に発生しているノイズを打ち消す。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信マスタと通信端末とが近距離無線により通信を実行する近距離無線システムに関する。

従来、車両には、電子キーの正当性を無線通信によって認証する電子キーシステムの一種としてイモビライザーシステムが搭載されている（特許文献１等参照）。イモビライザーシステムは、電子キーに設けられたトランスポンダを介して、電子キーに電源電力を課すことなく、車両と電子キーとの間で近距離無線により２者間の認証を実行するものである。

特開２００４−４２８９８号公報

しかし、例えば近距離無線の通信環境下にノイズが発生していると、近距離無線を確立させることができず、電子キーのＩＤ照合を実行できない問題があった。こうなると、ユーザが乗車して走行を開始するとき、エンジンを始動させることができず、この点で不便さを感じる問題があった。

本発明の目的は、近距離無線の通信成立性を確保することができる近距離無線システムを提供することにある。

前記問題点を解決する近距離無線システムは、通信マスタと通信端末とが近距離無線を通じて双方向通信を実行する構成において、近距離無線の通信環境下に発生するノイズを監視するノイズ監視部と、ノイズが発生しているとき、当該ノイズと逆位相のエネルギーを生成して前記近距離無線の通信環境下に送信することにより、ノイズを消去するノイズ消去部とを備えた。

本構成によれば、近距離無線の通信環境下にノイズが発生するときには、ノイズと逆位相のエネルギーを生成して出力することにより、通信環境下に発生しているノイズを打ち消す。これにより、近距離無線の通信がノイズに影響を受け難くなる。よって、近距離無線の通信成立性を確保することが可能となる。

前記近距離無線システムにおいて、前記ノイズ消去部は、定常的に発生しているノイズに対して、逆位相のエネルギーを出力したり停止したりすることにより、電波の通信パターンを形成することが好ましい。この構成によれば、通信環境下にノイズが定常的に発生しているときには、逆位相エネルギーの出力／停止を特定のタイミングで切り替えることにより、相手側に送信した通信パターンを形成する。よって、定常ノイズを利用して、相手側に送信したい電波を形成することが可能となる。

前記近距離無線システムにおいて、前記ノイズ監視部は、前記通信マスタに設けられ、当該通信マスタのアンテナで受信する電波を基にノイズを監視し、前記ノイズ消去部は、前記通信マスタに設けられ、前記ノイズと逆位相のエネルギーに準じた電波を前記アンテナから出力することにより、通信環境下のノイズを消去することが好ましい。この構成によれば、ノイズの発生を通信マスタ側で監視し、通信マスタから逆位相エネルギーを出力して通信環境下のノイズを打ち消す。よって、通信マスタが通信端末に電波を送信するときの通信成立性を確保することが可能となる。

本発明によれば、近距離無線の通信成立性を確保することができる。

一実施形態の近距離無線システムの構成図。 近距離無線システムの双方向通信の概要図。 ＡＳＫ通信の通信概要図。 近距離無線通信時にノイズが発生する状況を示す波形図。 ノイズ打ち消しの概要を示す波形図。 定常ノイズから電波の通信パターンを形成する具体例を示す波形図。

以下、近距離無線システムの一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、車両１は、電子キー２と近距離無線（通信距離：数ｃｍ〜数十ｃｍ）によって認証の通信を実行する近距離無線システム３を備える。近距離無線システム３は、電子キー２が電源レスで作動して車両１と双方向通信が可能である。近距離無線システム３は、電子キー２の電池切れや通信環境下のノイズ発生等を原因にキー操作フリーシステム（図示略）で無線によるＩＤ照合（スマート照合）が実行できないときの代替システムとして利用される。近距離無線としては、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）やＮＦＣ（Near Field Communication）などがある。なお、以降は、近距離無線システム３のＩＤ照合を「イモビライザー照合」と記し、その通信を「イモビライザー通信」と記す。

電子キー２は、電子キー２においてイモビライザー照合を実行するデバイスとしてトランスポンダ４を備える。トランスポンダ４は、電子キー２に設けられたＣＰＵに一体に組み込まれてもよいし、ＣＰＵとは別体の独立したＩＣチップで構成されてもよい。トランスポンダ４のメモリ（図示略）には、電子キー２のイモビライザー照合の固有ＩＤとしてトランスポンダＩＤが書き込み保存されている。トランスポンダ４には、近距離無線の電波を送受信する通信アンテナ５が設けられている。

車両１は、電子キー２の正当性を認証する照合ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６と、エンジン８を制御するエンジンＥＣＵ７とを備える。これらは、車内の通信線９を通じて接続されている。通信線９には、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）がある。照合ＥＣＵ６のメモリ１０には、車両１に登録された電子キー２の固有ＩＤとしてトランスポンダＩＤが書き込み保存されている。トランスポンダＩＤは、メモリ１０に複数登録することが可能である。

車両１には、近距離無線の電波を送受信する通信アンテナ１１が設けられている。通信アンテナ１１は、照合ＥＣＵ６に接続されて、照合ＥＣＵ６により動作が管理される。通信アンテナ１１は、例えばコイル状アンテナからなり、例えば数ｃｍ〜十数ｃｍを通信エリアとして電波の送受が可能である。

車両１は、車両電源を切り替えるときに操作するエンジンスイッチ１２を備える。エンジンスイッチ１２は、プッシュ式モーメンタリスイッチからなる。照合ＥＣＵ６は、エンジンスイッチ１２から入力した操作信号を基に、車両１の電源状態を切り替える。車両電源は、例えばＩＧオフ、ＡＣＣオン、ＩＧオン、エンジンスタートのいずれかに切り替えられる。車両１の通信アンテナ１１は、例えばエンジンスイッチ１２に一体組み込みされるとよく、アンテナ線がエンジンスイッチ１２のノブの周囲を囲むように環状に設けられとよい。

近距離無線システム３は、通信マスタ１３及び通信端末１４が近距離無線を実行するとき、その近距離無線の通信環境下に発生するノイズを打ち消して、近距離無線通信の通信成立性を確保するノイズ打ち消し機能を備える。具体的にいうと、近距離無線システム３は、近距離無線通信の通信環境下に発生するノイズを監視するノイズ監視部１５と、そのノイズを逆位相のエネルギーによって打ち消すノイズ消去部１６とを備える。ノイズ監視部１５及びノイズ消去部１６は、車両１の照合ＥＣＵ６に設けられる。ノイズ監視部１５は、近距離無線が開始されたとき、通信環境下にノイズがあるか否かの監視を実行する。ノイズ消去部１６は、ノイズと逆位相のエネルギーを生成して、これを近距離無線の通信環境下に送信することにより、ノイズを消去する。

次に、図２〜図６を用いて、近距離無線システム３の動作を説明する。
［ノイズがない通常時の通信］
図２に示すように、照合ＥＣＵ６は、例えば車両１のブレーキペダル（図示略）が踏み込まれることを検出すると、イモビライザー通信を開始し、車両１（通信アンテナ１１）から電子キー２（トランスポンダ４）へ通信を実行する。イモビライザー照合にあたっては、電子キー２を車両１の通信アンテナ１１にかざす操作をとる。かざし操作は、電子キー２を所持したユーザが、電子キー２を車両１の通信アンテナ１１に重ねるように近づける操作態様をいう。

図３に示すように、車両１から電子キー２への通信は、例えばＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）の通信方式を使用するとよい。照合ＥＣＵ６は、イモビライザー通信の開始にあたり、電子キー２のトランスポンダ４の電源となり得る駆動電波Ｓｖをまずは送信し、トランスポンダ４の電源をチャージする。また、照合ＥＣＵ６は、ＡＳＫ通信に準じた「０」及び「１」の２値によりトランスポンダＩＤを作成して、これを電子キー２に送信する。

電子キー２は、駆動電波Ｓｖをチャージして得た電力を電源に作動し、車両１（通信アンテナ１１）からＡＳＫ通信によって受信したトランスポンダＩＤを照合する。電子キー２は、車両１から受信したトランスポンダＩＤと、電子キー２に登録されたトランスポンダＩＤとが一致するか否かを確認する。このとき、両ＩＤが一致すれば、ＩＤ照合が成立すると処理され、両ＩＤが不一致であれば、ＩＤ照合が不成立であると処理される。

図２に戻り、電子キー２は、電子キー２で実施したＩＤ照合に対する応答として、電子キー２（トランスポンダ４）から車両１（通信アンテナ１１）へ通信を実行する。電子キー２から車両１への通信は、例えばＦＳＫ（Frequency Shift Keying）の通信方式を使用するとよい。電子キー２は、ＡＳＫ通信のＩＤ照合が成立するとき、その応答として、自身に登録されたトランスポンダＩＤをＦＳＫ通信により車両１に送信するとよい。また、電子キー２は、ＡＳＫ通信のＩＤ照合が不成立のとき、その応答として、ＩＤ照合不成立通知をＦＳＫ通信により車両１に送信するとよい。

照合ＥＣＵ６は、電子キー２からＦＳＫ通信によりトランスポンダＩＤを受信すると、そのトランスポンダＩＤを照合する。照合ＥＣＵ６は、電子キー２のトランスポンダＩＤと、照合ＥＣＵ６に登録されたトランスポンダＩＤとが一致すれば、ＩＤ照合を成立とみなす。照合ＥＣＵ６は、トランスポンダＩＤの照合が成立することを確認できると、エンジンスイッチ１２の操作による電源遷移（エンジン始動）を許可する。一方、照合ＥＣＵ６は、電子キー２からＩＤ照合不成立通知を受信すると、イモビライザー通信を強制終了する。

［ノイズ発生時の通信］
図４に示すように、車両１（通信アンテナ１１）からの電波Ｓｋを電子キー２が受信することができてイモビライザー通信が一旦確立したにもかかわらず、その通信途中において、あるタイミングでノイズ（ノイズ電波Ｓｒ）が発生して通信が不成立（通信ＮＧ）になる場合がある。ノイズは、例えば端末や車両等を無線により充電する非接触充電器（図示略）から送信される電波などが想定される。端末を無線により充電する非接触充電器としては、例えば車内に持ち込まれた高機能携帯電話等に充電電波を送信して、これを充電するものがある。また、車両を無線により充電する非接触充電器としては、例えばガレージや駐車場等に駐停車された車両に対し、充電電波を送信して車両バッテリを非接触により充電する。これら非接触充電器は、充電電波の周波数が近距離無線の電波の周波数と近いことから、充電電波がイモビライザー通信のノイズになってしまう可能性も否めない。

ノイズ監視部１５は、通信アンテナ１１を利用し、ノイズにより誘起される電圧を検出すると、ノイズ（ノイズ電波Ｓｒ）が発生したと判断する。具体的にいうと、ノイズ監視部１５は、車両１の通信アンテナ１１で電波を受信したとき、解読できない受信データであったり、規定時間内に受信データを取り込めなかったり、受信電波のビットレートが違っていたりすることなどを確認すると、イモビライザー通信の通信環境下にノイズ有りと判断する。ノイズ監視部１５は、ノイズの発生を認識すると、その旨をノイズ消去部１６に通知する。なお、通信ＮＧは、車両１→電子キー２の通信又は電子キー２→車両１の通信のいずれで判断されるのかは問わない。

図５に示すように、ノイズ消去部１６は、ノイズが検出されたとき、ノイズ監視部１５が測定したノイズの測定結果を基に、このノイズと同レベル及び逆位相のエネルギーを生成し、この逆位相エネルギーＳｒ’を通信アンテナ１１から近距離無線の通信環境下に送信する。これにより、電子キー２が電波受信するとき、逆位相エネルギーＳ’の電波によってノイズ電波Ｓｒが打ち消され、近距離無線に準じた電波Ｓｋ（図４参照）のみを取得することが可能となる。電子キー２は、逆位相エネルギーＳｒ’によりノイズが打ち消されることによって得ることができる電波Ｓｋを基に近距離無線を実行し、通常通信時と同様の流れに沿ってイモビライザー照合を実行する。

電子キー２→車両１の通信は、ＦＳＫ通信に準じた照合通信に限定されず、例えば電子キー２にＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波を送信可能なアンテナが設けられていれば、そのアンテナからＵＨＦ電波を送信する通信に変更してもよい。このアンテナは、車両１からの通信を契機に狭域無線によりＩＤ照合（スマート照合）を行うキー操作フリーシステムや、電子キー２からの通信を契機に狭域無線によりＩＤ照合（ワイヤレス照合）を行うワイヤレスキーシステムの通信において、車両１に電波を送信するときに使用されるアンテナである。この場合、ＡＳＫ通信のときには、トランスポンダ４をチャージする必要なく、単にＩＤ照合のみ実行されればよい。

図６に、ノイズが定常的に発生する場合の通信例を図示する。同図に示されるような定常ノイズが発生するとき、ノイズ消去部１６は、逆位相エネルギーＳｒ’を出力しているときを通信データＤcoの「ＯＮ」とし、出力を停止しているときを通信データＤcoの「ＯＦＦ」として、通信アンテナ１１の送信電波の通信パターンを形成することも可能である。すなわち、ノイズ電波Ｓｒが定常的に発生していると想定して、ノイズ有りと一度判断した後は、ノイズに追従するのではなく、車両１の送信電波の通信パターンを形成するように、逆位相エネルギーＳｒ’を出力したり停止したりする。

このようにすれば、近距離無線の通信下に仮にノイズが定常的に発生していたとしても、逆位相エネルギーＳｒ’を出力したり停止したりすることにより、車両１→電子キー２に送信したい電波（電子キー２に受信させたい電波）の通信パターンを形成して、これを電子キー２に受信させることが可能となる。よって、定常ノイズ発生下においても、近距離無線の通信確立性を確保するのに一層有利となる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）車両１の通信アンテナ１１でノイズ受信に準じた電圧変化を検出すると、近距離無線の通信環境下にノイズが発生していると判断する。このとき、車両１の通信アンテナ１１から、ノイズに対して逆位相の波形をとる逆位相エネルギーＳｒ’を出力し、通信環境下に発生しているノイズを打ち消す。これにより、通信アンテナ１１から送信されるＡＳＫの電波を電子キー２が受信するとき、ノイズに影響を受け難くなる。よって、近距離無線の通信成立性を確保することができる。

（２）定常ノイズが発生するときに、そのノイズに対する逆位相エネルギーＳｒ’を、出力したり停止したりすることにより、電波の通信パターンを形成する。よって、近距離無線の通信環境下に定常ノイズが発生していても、この定常ノイズを利用して、相手側（電子キー２）に送信したい電波を形成することができる。

（３）ノイズ監視部１５を車両１に設けることにより、ノイズ監視を車両１側で実行する。また、ノイズ消去部１６を車両１に設けることにより、車両１から逆位相エネルギーＳｒ’を近距離無線の通信環境下に送信することにより、発生するノイズを消去する。よって、車両１が電子キー２に電波を送信するときの通信成立性を確保することができる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・車両１→電子キー２のＡＳＫ通信のときに実行される認証は、トランスポンダＩＤの照合に限定されず、例えば車両ＩＤ（ビークルＩＤ）の照合や、チャレンジレスポンス認証などに変更してもよい。また、これは、電子キー２→車両１のＦＳＫ通信のときも同様である。

・想定するノイズは、定常ノイズに限定されず、断続的に発生するノイズでもよい。この場合は、例えばノイズのレベルに追従して逆位相エネルギーＳｒ’を出力することができれば、定常ノイズと同様に所望の通信パターンを形成することができる。

・ノイズ打ち消し機能を電子キー２側に設けてもよい。また、ノイズ打ち消し機能を車両１及び電子キー２の両方に設けることもできる。
・近距離無線は、ＲＦＩＤやＮＦＣに限らず、通信距離が短い双方向通信であれば、他の規格の通信に変更することができる。

・イモビライザー通信の開始トリガは、ブレーキペダルの踏み込み操作に限らず、例えば車両ドアが閉じられたことなど、他のトリガに変更可能である。
・通信アンテナ１１は、エンジンスイッチ１２に一体に組み込まれることに限らず、他の箇所に配置されてもよい。

・車両１→電子キー２の通信は、ＡＳＫ通信に限らず、他の通信方式に変更可能である。また、電子キー２→車両１の通信は、ＦＳＫ通信に限らず、他の通信方式に変更可能である。

・通信マスタ１３は、車両１の照合ＥＣＵ６に限らず、他の機器や装置に変更可能である。
・通信端末１４は、電子キー２に限らず、他の端末に変更することが可能である。

・近距離無線システム３は、車両１に適用されることに限らず、他の装置、機器、システムにも適用することができる。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。

（イ）前記近距離無線システムにおいて、前記通信マスタから前記通信端末への通信と、前記通信端末から前記通信マスタへの通信とでは、それぞれ異なる通信方式が使用されている。この構成によれば、通信往復路において、例えば一方の通信がノイズに影響を受けることになっても、他方の通信を確立させるのに有利となる。

（ロ）前記近距離無線システムにおいて、前記ノイズ監視部は、通信が一旦成立することを確認するものの通信が途中で成立しなくなることをもって、ノイズ有りと判断する。この構成によれば、一旦成立した通信が途切れるときには、ノイズが発生している可能性が高いので、ノイズの有無をより正しく判定するのに有利となる。

２…通信端末の一例である電子キー、３…近距離無線システム、６…通信マスタの一例である照合ＥＣＵ、１１…通信マスタのアンテナの一例である通信アンテナ、１３…通信マスタ、１４…通信端末、１５…ノイズ監視部、１６…ノイズ消去部、Ｓｒ’…逆位相エネルギー。

Claims (3)

1. 通信マスタと通信端末とが近距離無線を通じて双方向通信を実行する近距離無線システムにおいて、
   近距離無線の通信環境下に発生するノイズを監視するノイズ監視部と、
   ノイズが発生しているとき、当該ノイズと逆位相のエネルギーを生成して前記近距離無線の通信環境下に送信することにより、ノイズを消去するノイズ消去部と
   を備えたことを特徴とする近距離無線システム。
2. 前記ノイズ消去部は、定常的に発生しているノイズに対して、逆位相のエネルギーを出力したり停止したりすることにより、電波の通信パターンを形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の近距離無線システム。
3. 前記ノイズ監視部は、前記通信マスタに設けられ、当該通信マスタのアンテナで受信する電波を基にノイズを監視し、
   前記ノイズ消去部は、前記通信マスタに設けられ、前記ノイズと逆位相のエネルギーに準じた電波を前記アンテナから出力することにより、通信環境下のノイズを消去する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の近距離無線システム。