JP2016131351A - 無線送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信において、帯域利用効率の向上と、通信途絶判定の改善とを両立できる無線送信機を提供する。【解決手段】車両側無線通信機２４は、非接触充電の制御に関する通信データを含む無線パケットを送信する、無線送信機である。車両側無線通信機２４は、通信データを取得する機能と、通信データを含む無線パケットを送信する機能とを備え、第１の通信データＤ１と第２の通信データＤ２，Ｄ３とが同一であり、かつ所定の途絶回避条件が満たされる場合には第２の無線パケットを送信せず、第１の通信データＤ１と第２の通信データＤ４とが同一でないか、または、途絶回避条件が満たされない場合には第２の無線パケットＰ４を送信する。【選択図】図３

Description

本発明は、無線送信機に関する。

近年、プラグインハイブリッド車やＥＶ車が急速に発展しており、車の充電を行う充電スタンドの普及が見込まれる。充電の方法として、スタンドと車両とを充電ケーブルで接続する接触充電方式と、共鳴コイル等を使用して非接触で電力を伝送する非接触充電方式が挙げられる。

充電に際して、充電スタンドと車両との間で、互いの存在を確認することが必要となる。接触充電方式では、車両のインレットにプラグを挿すため、充電スタンドと車両はこのプラグを介してお互いに相手の存在を確認することができる。また、充電に際して、充電制御、車両の認証、課金、車固有の情報（例えばバッテリの情報（ＳＯＣ））等の情報のやりとりのために、充電スタンドと車両との間で通信が必要になる。接触充電方式では、この通信は、充電ケーブルを用いた有線通信により実現することが可能である（例えばＣＰＬＴやＩｎｂａｎｄ通信等）。

一方、非接触充電方式では、充電スタンドと車両とは物理的には接続されていないため、存在確認や情報のやりとりのための通信を無線で行う必要がある。このような無線通信の例は、特許文献１に記載される。無線通信を円滑かつ効率的に行うためには、帯域の利用効率を考慮する必要があり、また、通信が途絶したか否かを判定することが必要である。

特開２０１３−１５７７８２号公報

しかしながら、従来の技術では、高い帯域利用効率と、通信途絶の正確な判定とを両立させることが困難であるという問題があった。

たとえば、帯域の利用効率を重視しすぎると、通信量が減少して通信状況の監視が困難になり、単にデータ送信がなされていない状態と、送信されたデータが喪失してしまう通信途絶状態との判別が不正確となる。一方で、通信途絶の判定を正確にするには頻繁に通信を行う必要があり、通信量が増加して帯域利用効率が低下する。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、無線通信において、帯域利用効率の向上と、通信途絶判定の改善とを両立できる無線送信機を提供することを目的とする。

上述の問題を解決するため、この発明に係る無線送信機は、非接触充電の制御に関する通信データを含む無線パケットを送信する、無線送信機であって、
‐第１の通信データを取得する機能と、
‐第１の通信データを含む第１の無線パケットを送信する機能と、
‐第１の通信データを取得した後に、第２の通信データを取得する機能と、
‐第２の通信データを含む第２の無線パケットを送信する機能と、
を備え、
第１の通信データと第２の通信データとが同一であり、かつ所定の途絶回避条件が満たされる場合には第２の無線パケットを送信せず、
第１の通信データと第２の通信データとが同一でないか、または、途絶回避条件が満たされない場合には第２の無線パケットを送信する。

このような無線送信機によれば、同一の通信データが連続している場合には、途絶回避条件に応じて無線パケットの送信が抑制される。

途絶回避条件は、第１の無線パケットに関連する時刻からの経過時間が所定値以下であることを含んでもよい。
途絶回避条件は、第１の通信データを取得した後に通信データを取得した回数が所定値以下であることを含んでもよい。
所定値を通信状況に応じて変更する機能を備えてもよい。
通信データは定期的に取得されてもよい。
通信データはＣＡＮ通信を介した受信により取得されてもよい。

この発明によれば、連続するデータの内容が同一である場合には、途絶回避条件に応じて無線パケットの送信を抑制するので、帯域利用効率がより高くなる。また、途絶回避条件が満たされなくなると、データの内容が同一であっても無線パケットを送信するので、通信が途絶したと誤って判定されるリスクが低下する。

本発明の実施の形態１に係る無線送信機を含む構成の例を示す図である。 非接触充電およびその開始前に実行される処理の概要を示す図である。 図１の車両側無線通信機からスタンド側無線通信機へと送信されるデータの構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る無線送信機を含む構成の例を示す。充電スタンド１０が設置され、充電スタンド１０から給電を受けるために車両２０がその近辺に停車している。

充電スタンド１０は、給電装置１１と、給電ケーブル１２と、給電コイル１３と、スタンド側無線通信機１４と、アンテナ１５とを備える。給電装置１１は、図示しない電源装置から電力を受電し、これを外部の電気機器（たとえば車両２０）に給電を行うために送電する。給電ケーブル１２は、給電装置１１から送電される電力を給電コイル１３に伝達する。給電コイル１３は非接触給電器であり、外部の受電器（たとえば後述の充電コイル２３）と電磁的結合を形成して電磁誘導または共鳴により非接触給電を行う。

スタンド側無線通信機１４は、本実施形態では無線送信機および無線受信機を含む。すなわち、スタンド側無線通信機１４は、無線送信機として、給電装置１１から通信データを取得し、無線パケットの形態でアンテナ１５を介して外部の無線受信機（たとえば後述の車両側無線通信機２４）に送信する。また、スタンド側無線通信機１４は、無線受信機として、外部の無線送信機（たとえば車両側無線通信機２４）からアンテナ１５を介して無線パケットを受信し、通信データを再生して給電装置１１に提供する。

車両２０は、バッテリ２１と、充電装置２２と、充電コイル２３と、車両側無線通信機２４と、アンテナ２５とを備える。バッテリ２１は電力を貯蓄する。充電コイル２３は非接触受電器であり、外部の給電器（たとえば給電コイル１３）と電磁的結合を形成して電磁誘導または共鳴により非接触受電を行う。充電装置２２は、充電コイル２３から電力を受電し、バッテリ２１に送電する。

車両側無線通信機２４は、本実施形態では無線送信機および無線受信機を含む。すなわち、車両側無線通信機２４は、無線送信機として、充電装置２２から通信データを取得し、無線パケットの形態でアンテナ２５を介して外部の無線受信機（たとえばスタンド側無線通信機１４）に送信する。また、車両側無線通信機２４は、無線受信機として、外部の無線送信機（たとえばスタンド側無線通信機１４）からアンテナ２５を介して無線パケットを受信し、通信データを再生して充電装置２２に提供する。

充電装置２２と車両側無線通信機２４との間の通信は、たとえばＣＡＮ（Car Area Network）を用いて実現可能である。この場合には、車両側無線通信機２４は、ＣＡＮから受信した通信データをアンテナ２５を介して送信し、また、アンテナ２５から受信したデータをＣＡＮに対して送信する。

このように、スタンド側無線通信機１４と車両側無線通信機２４とは、互いに通信データを含む無線パケットを送受信する。この通信データは、給電コイル１３および充電コイル２３を介した非接触充電の制御に係るものを含む。

図２に、非接触充電およびその開始前に実行される処理の概要を示す。非接触充電の制御は、たとえば次の順序で進行する。
まず、スタンド側無線通信機１４から車両側無線通信機２４に、充電スタンド１０の存在を通知するためのビーコンが送信される（ステップＳ１）。この送信は、たとえば定期的にブロードキャスト方式で行われる。車両側無線通信機２４は、このビーコンを検知すると、スタンド側無線通信機１４に通信の接続要求を送信する（ステップＳ２）。

この接続要求に基づき、スタンド側無線通信機１４と車両側無線通信機２４との間で通信が確立する（ステップＳ３）。通信が確立した後、給電装置１１の制御に基づき、給電装置１１から、給電コイル１３および充電コイル２３を介して、充電装置２２に弱電力の出力が行われる（ステップＳ４）。弱電力の出力の結果（たとえば給電コイル１３および充電コイル２３における電圧の変動状況）に基づき、給電装置１１は、充電スタンド１０と車両２０とのペアリングが成立するか否かを判定する（ステップＳ５）。ペアリングが成立すると判定されると、給電装置１１の制御に基づき、給電コイル１３から充電コイル２３に非接触充電のための送電が開始される（ステップＳ６）。

送電が開始されてから終了するまでの間（図２ではステップＳ６の実行中）は、充電装置２２が充電の状況（たとえばバッテリ２１のＳＯＣ）を継続的に監視し、監視の結果を通信データとして継続的に車両側無線通信機２４に伝達する。車両側無線通信機２４は、この通信データに基づいて無線パケットを構築し、アンテナ２５を介して無線送信する。スタンド側無線通信機１４は、アンテナ１５を介してこの無線パケットを受信し、通信データを再生して給電装置１１に伝達する。給電装置１１は、この通信データに基づいて継続的に非接触充電の制御を行う。

給電装置１１は、給電装置１１と充電装置２２との間の通信（またはスタンド側無線通信機１４と車両側無線通信機２４との間の通信）が途絶したか否かを判定する機能を備える。この判定は、たとえば最後に通信データを取得した時刻からの経過時間が所定値以下であるか否かに基づいて行われる。最後に通信データを取得してから、次の通信データを取得するまでの時間がこの所定値を超えると、給電装置１１は通信が途絶したと判定する。

この判定は、プロトコルスタックにおいて任意の層で実施可能であるが、本実施形態ではアプリケーション層で行われるものとする。たとえば、給電装置１１と充電装置２２との間の通信がＷｉ−ＦｉおよびＵＤＰに基づいて行われる場合には、この途絶の判定は、Ｗｉ−Ｆｉ通信（物理層）やＵＤＰ通信（トランスポート層）が正常に継続しているか否かに関わらず行われる。

すなわち、たとえば仮に無線パケットが喪失し、Ｗｉ−Ｆｉ通信機器がタイムアウト等を検出した場合であっても、これに応じてＷｉ−Ｆｉ通信機器が再送を行い、結果として給電装置１１が正常に通信データを取得できた場合には、給電装置１１は通信が途絶していないと判定する場合がある。

通信が途絶した場合の処理は、公知技術にしたがって実施される。たとえば、給電装置１１は、給電コイル１３からの送電を停止する。

図３に、充電の継続的な監視に関連して、車両側無線通信機２４からスタンド側無線通信機１４へと送信されるデータの構成を示す。充電装置２２は、通信データＤ１〜Ｄ７を生成して車両側無線通信機２４に出力する。この出力は、たとえば上述のようにＣＡＮを介した送信により行われる。また、この出力または送信は、たとえば定期的に行われ、その間隔は図示のようにＩである。Ｉは、たとえば１０ｍｓ〜１００ｍｓの範囲の値である。

また、図３では、途絶判定に係る時間をＣで示す。実施の形態１では、給電装置１１は、最後に通信データを取得してから、次の通信データを取得するまでの時間がＣ以下であれば、通信が途絶していないと判定し、最後に通信データを取得してから時間Ｃが経過しても次の通信データが取得されないと、通信が途絶したと判定する。ＣはＩより大きい値であり、たとえばＩの２０倍に設定される（図示の都合上、図３ではこの比率は正確ではない）。

車両側無線通信機２４は、充電装置２２によって生成される通信データＤ１〜Ｄ７を入力として取得する。図３では、通信データＤ１〜Ｄ７はこの順に取得される。たとえば、通信データＤ２は通信データＤ１の次に取得される通信データであり、通信データＤ４は通信データＤ３の次に取得される通信データである。なお上述のように、通信データＤ１〜Ｄ７は定期的に取得される。また、上述のように、通信データＤ１〜Ｄ７は、ＣＡＮ通信を介した受信により取得される。各通信データのデータ長はたとえば８バイトである（図示の都合上、図３ではこのデータ長は正確ではない）。

本実施形態では、図３に示すように、通信データＤ１〜Ｄ４は互いに同一であり、通信データＤ５およびＤ６は互いに同一であるとする。また、通信データＤ１と、通信データＤ５と、通信データＤ７とは、互いに同一でないとする。

車両側無線通信機２４は、通信データを取得することに応じて、その通信データを含む無線パケットを生成する機能を備える（ただし、後述するように、この機能はすべての通信データについて実行されるとは限らない）。無線パケットはオーバーヘッドを含んでもよい。さらに、車両側無線通信機２４は、生成した無線パケットを出力する機能を備える。この出力は、たとえばアンテナ２５を介した無線送信により行われる。各無線パケットのデータ長は、たとえばオーバーヘッドを含んで３００バイト程度である。

「通信データ」の意味は、当業者が適宜定義可能であるが、たとえば充電装置２２またはその構成要素（たとえば充電動作を制御するアプリケーションプログラムを実行するＥＣＵ）が生成するアプリケーションデータであってもよい。または、車両側無線通信機２４におけるペイロードデータであってもよい。

「オーバーヘッド」の意味は、当業者が適宜定義可能であるが、たとえば無線パケットに含まれるデータのうち通信データ以外のものをいう。たとえば、オーバーヘッドは、様々なプロトコルのヘッダ、誤り訂正符号、その他車両側無線通信機２４が生成する任意の付加情報を含む。また、オーバーヘッドは、通信データＤ１〜Ｄ７を互いに識別するための情報（データ番号、時刻、等）を含んでもよい。

図３において、通信データＤ１〜Ｄ７と、無線パケットＰ１〜Ｐ７との間の矢印は、通信データと無線パケットとの間の対応関係を示す。たとえば、無線パケットＰ１は、通信データＤ１を含み、無線パケットＰ４は、通信データＤ４を含む。

図３の例では、車両側無線通信機２４は、通信データＤ１（第１の通信データ）を取得することに応じて、通信データＤ１を含む無線パケットＰ１（第１の無線パケット）を生成するとともに、この無線パケットＰ１を送信する。

スタンド側無線通信機１４は、送信された無線パケットＰ１を受信し、この無線パケットＰ１に含まれる通信データＤ１を抽出して給電装置１１に出力する。給電装置１１は通信データＤ１を取得し、これに基づいて非接触充電の制御を行う。

次に、車両側無線通信機２４は、通信データＤ２（第２の通信データ）を取得する。これに応じ、車両側無線通信機２４は、通信データＤ１と通信データＤ２とが同一であり、かつ所定の途絶回避条件が満たされるか否かを判定する。

通信データＤ１と通信データＤ２とが同一であるか否か（言い換えると、通信データの内容が更新されているか否か）の判定は、たとえば各通信データに含まれる全ビットが一致するか否かを比較することにより行われる。このようにすると、通信データに、他の通信データと同一であるか否かを示すフラグや識別子を含める必要がなく、通信プロトコルの実装がより容易になる。これは、とくに各通信データが短い場合（たとえば８バイト）に有効である。

途絶回避条件とは、実際には通信が途絶していないにも関わらず、誤って途絶したと判定されることを回避するために指定する条件を意味する。この途絶回避条件は、実施の形態１では、最後に送信された無線パケット（たとえば無線パケットＰ１）に関連する時刻からの経過時間が、所定の最低送信間隔以下であることである。「無線パケットに関連する時刻」とは、たとえば無線パケットが送信された時刻である。図３では最低送信間隔の値をＴで示す。Ｔの値は、たとえばＩより大きくＣより小さい値（好ましくはＣ−Ｉより小さい値）に設定され、図３の例では２Ｉ＜Ｔ＜３Ｉ＜Ｃである。

図３の例では、通信データＤ１と通信データＤ２とが同一であり、また、通信データＤ２が取得された時点では、通信データＤ１が送信された時点からの経過時間はＴ以下であるので、途絶回避条件は満たされている。この場合には、車両側無線通信機２４は、通信データＤ２を含む無線パケットを生成しない（または、生成するが送信しない。以下同様である）。

このように、通信データＤ２を含む無線パケットの送信を省略することにより、通信量が低減し、帯域の利用効率が向上する。

次に、車両側無線通信機２４は、通信データＤ３（第２の通信データ）を取得する。これに応じ、車両側無線通信機２４は、通信データＤ１と通信データＤ３とが同一であり、かつ所定の途絶回避条件が満たされるか否かを判定する。通信データＤ３についても、通信データＤ２と同様に途絶回避条件が満たされるので、通信データＤ３を含む無線パケットを生成しない。

次に、車両側無線通信機２４は、通信データＤ４（第２の通信データ）を取得する。これに応じ、車両側無線通信機２４は、通信データＤ１と通信データＤ４とが同一であり、かつ所定の途絶回避条件が満たされるか否かを判定する。図３の例では、通信データＤ１と通信データＤ４とは同一であるが、通信データＤ１が送信された時点からの経過時間はＴを超えているので、途絶回避条件は満たされない。この場合には、車両側無線通信機２４は、通信データＤ４を含む無線パケットＰ４（第２の無線パケット）を生成し、これを送信する。

ここで、上述のようにＴ＜Ｃであるので、給電装置１１は、通信が途絶したと判定する前に、通信データＤ４を取得する可能性が高い。このように、通信が途絶したと誤って判定されるリスクが低下する。

次に、車両側無線通信機２４は、通信データＤ５（第２の通信データ）を取得する。これに応じ、車両側無線通信機２４は、最後に送信された無線パケット（第１の通信データ。この時点では通信データＤ４）と通信データＤ５とが同一であり、かつ所定の途絶回避条件が満たされるか否かを判定する。

図３の例では、通信データＤ４が送信された時点からの経過時間はＴ以下なので途絶回避条件は満たされているが、通信データＤ４と通信データＤ５とは同一ではない。この場合には、車両側無線通信機２４は、通信データＤ５を含む無線パケットＰ５（第２の無線パケット）を生成し、これを送信する。

以下同様に処理が進む。通信データＤ６およびＤ７はいずれも経過時間Ｔ以下で取得されており、通信データＤ６は通信データＤ５と同一なので無線パケットが生成されないが、通信データＤ７は通信データＤ５と同一ではないので無線パケットＰ７が生成され送信される。

以上説明するように、実施の形態１によれば、所定時間Ｔが経過するまでは同一データの送信を省略するので、帯域の利用効率が向上する。一方で、所定時間Ｔが経過すると同一データであっても送信を実行するので、通信が途絶したと誤って判定されるリスクが減少する。

とくに、本実施形態では、通信データは定期的に取得されるので、同一の通信データが継続して取得されている場合の無線パケット送信間隔を比較的精密に設計することが可能である。たとえば、実施の形態１のように２Ｉ＜Ｔ＜３Ｉとしておけば、経過時間が３Ｉに達した時点で次の無線パケットが送信されることになり、途絶判定をより確実に回避できる。ただし、通信データが定期的に取得されない構成においても、本発明を適用すればある程度の効果を得ることは可能である。

上述の実施の形態１において、以下のような変形を施すことができる。
途絶回避条件は、様々に変更可能である。たとえば、実施の形態１において、途絶回避条件は無線パケットに関連する時刻を基準としており、具体的には最後に無線パケットが送信された時刻が基準であるが、変形例として、最後に無線パケットが生成された時刻を基準としてもよい。また、当該無線パケットに含まれる通信データに関する時刻を基準としてもよく、たとえば最後に送信された無線パケットに含まれていた通信データを取得した時刻を基準としてもよいし、通信データの取得または無線パケットの送信に伴う他の事象の発生時刻を基準としてもよい。

また、途絶回避条件は、これ以外の条件を含んでもよい。たとえば、最後に無線パケットが送信された時点からの経過時間がＴ以下であっても、他の何らかの追加条件が満たされない場合には、途絶回避条件が満たされていないと判定するよう構成してもよい。

途絶回避条件は、実施の形態１では経過時間に関するものであるが、変形例として、経過時間に代えて、またはこれに加えて、通信データの取得回数に関するものを含んでもよい。たとえば、途絶回避条件は、第１の通信データを取得した後に、さらなる通信データを取得した回数が所定値以下であることを含んでもよい。

実施の形態１では途絶回避条件は固定されているが、動的に定義されるものとしてもよい。たとえば、車両側無線通信機２４は、途絶回避条件を動的に変更する機能を備えてもよく、とくに、通信条件に応じて変更する機能を備えてもよい。このようにすると、通信回線の品質が悪い場合に、無線パケットの送受信失敗によって誘発される通信途絶を抑制することができる。

このような構成において、通信条件は、たとえば受信感度（ＲＳＳＩ等）または通信レートを基準としてもよい。受信感度は、車両側無線通信機２４が計測してもよいし、他の装置（たとえばスタンド側無線通信機１４）から車両側無線通信機２４に送信または出力されてもよい。この場合には、受信感度が高くなるにつれて途絶回避条件が緩くなるように（たとえば最低送信間隔が長くなるように）制御してもよい。

通信レートは、車両側無線通信機２４が計測してもよいし、他の装置（たとえばスタンド側無線通信機１４）から車両側無線通信機２４に送信または出力されてもよい。また、通信レートを直接的に表す値に限らず、通信レートに応じて異なる値をとるパラメータを、通信レートを間接的に表す値として用いてもよい。たとえば、通信レートに応じて無線パケットのオーバーヘッド長が変動するような通信方式では、オーバーヘッド長に応じて途絶回避条件を動的に変更してもよい。この場合には、通信レートが高くなるにつれて（たとえばオーバーヘッド長が短くなるにつれて）途絶回避条件が緩くなるように（たとえば最低送信間隔が長くなるように）制御してもよい。

本実施形態では、車両側無線通信機２４が無線送信機として機能し、スタンド側無線通信機１４が無線受信機として機能する例を説明したが、通信は逆方向に行われてもよい。すなわち、車両側無線通信機２４が無線受信機として機能し、スタンド側無線通信機１４が無線送信機として機能してもよい。

本実施形態では、スタンド側無線通信機１４および車両側無線通信機２４はいずれも無線送信機および無線受信機を兼ねるが、無線送信機と無線受信機とが別個の構成要素として設けられてもよい。

本実施形態では、図３に示すデータの構成は充電の継続的な監視にのみ用いられるが、他の目的で用いてもよい。たとえば、充電の開始処理または終了処理に用いてもよく、ビーコンの送受信や接続要求の送受信等に用いてもよい。

１４ スタンド側無線通信機（無線送信機）、２４ 車両側無線通信機（無線送信機）、Ｄ１〜Ｄ７ 通信データ（Ｄ１ 第１の通信データ、Ｄ２ 第２の通信データ、Ｄ３ 第２の通信データ、Ｄ４ 第１の通信データまたは第２の通信データ、Ｄ５ 第１の通信データまたは第２の通信データ、Ｄ６ 第２の通信データ、Ｄ７ 第２の通信データ）、Ｐ１，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ７ 無線パケット（Ｐ１ 第１の無線パケット、Ｐ４，Ｐ５ 第１の無線パケットまたは第２の無線パケット、Ｐ７ 第２の無線パケット）。

Claims (6)

1. 非接触充電の制御に関する通信データを含む無線パケットを送信する、無線送信機であって、
   ‐第１の通信データを取得する機能と、
   ‐前記第１の通信データを含む第１の無線パケットを送信する機能と、
   ‐前記第１の通信データを取得した後に、第２の通信データを取得する機能と、
   ‐前記第２の通信データを含む第２の無線パケットを送信する機能と、
   を備え、
   前記第１の通信データと前記第２の通信データとが同一であり、かつ所定の途絶回避条件が満たされる場合には前記第２の無線パケットを送信せず、
   前記第１の通信データと前記第２の通信データとが同一でないか、または、前記途絶回避条件が満たされない場合には前記第２の無線パケットを送信する、無線送信機。
2. 前記途絶回避条件は、前記第１の無線パケットに関連する時刻からの経過時間が所定値以下であることを含む、請求項１に記載の無線送信機。
3. 前記途絶回避条件は、前記第１の通信データを取得した後に通信データを取得した回数が所定値以下であることを含む、請求項１または２に記載の無線送信機。
4. 前記所定値を通信状況に応じて変更する機能を備える、請求項２または３に記載の無線送信機。
5. 前記通信データは定期的に取得される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線送信機。
6. 前記通信データはＣＡＮ通信を介した受信により取得される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の無線送信機。

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