JP2017079403A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送による波形劣化の影響を抑制してデータを復元する技術を提供する。【解決手段】二値化回路３３は、通信バス４から取り込んだ信号を、閾値調整回路３４が出力する受信閾値Ｖthと比較することで二値化した結果を受信データＲＤとして出力する。速度切替部２３は、速度切替通知を受信すると、その通知の内容に応じて、通信バス４を介した通信の通信速度を、通常速度または通常速度より速い速度に設定されたリプロ速度の２段階で切り替える。トランシーバ調整部２４は、速度切替通知の内容に応じて、波形調整信号ＣＳおよび閾値調整信号ＣＴを出力することで、トランシーバ３０から通信バス４に送出される送信信号の波形や、閾値調整回路３４に出力させる受信閾値Ｖthを調整する。【選択図】図２

Description

本発明は、通信バスを介してデータ通信を行う通信装置に関する。

従来、通信バスを介してデータ通信を行う場合、通信バス上の信号レベルが変化するエッジタイミングでラジオノイズが発生することが知られている。これに対して、特許文献１には、通信バスに送信する送信データを、通信速度が低いほどエッジ変化率が小さくなるように波形整形することで、ラジオノイズを低減する技術が記載されている。

特開２００５−３９５４３号公報

しかしながら、通信バスに接続される通信装置が多いほど、通信バスの浮遊容量が大きくなる。このような場合、従来技術のようにエッジの変化率を調整しても、所望の変化率を実現することができず、波形劣化が大きくなる。その結果、受信側の通信装置では、通信バス上の信号から送信データを復元することが困難になる場合があるという問題があった。また、このような波形劣化による影響は、通信速度が高速になるほど顕著になるという問題もあった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、伝送による波形劣化の影響を抑制してデータを復元する技術を提供することを目的としている。

本発明の通信装置（２）は、速度切替部（２３）と、レベル判定部（３３，３４）と、閾値変更部（２４）と、を備える。
速度切替部は、予め設定された切替条件を充足する場合に通信バス（４）を介した通信の通信速度を切り替える。レベル判定部（３３，３４）は、通信バスを介して受信する受信信号の信号レベルがハイレベルであるかロウレベルであるかを予め設定された受信閾値を用いて判定する。閾値変更部（２４）は、通信バスを介した通信の状況が、予め設定された変更条件を充足する場合に、受信閾値を変更する。

このような構成によれば、速度切替部により通信速度が切り替えられることによって、通信バスを介した通信の状況が変化すると、その通信の状況が変更条件を充足する場合に受信閾値が変更される。

なお、通信バスを介した通信の状況とは、通信速度等、通信バス上の信号を波形劣化させる要因となる設定であってもよいし、受信エラーの検出頻度等、波形劣化に連動して変化する計測可能な状態であってもよい。

これにより、通信の状況に適した受信閾値が設定されるため、波形劣化が生じているときでも、通信バスの信号から送信データを復元することができ、その結果、通信の信頼性を向上させることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

車載通信システムの構成を示すブロック図である。 ＥＣＵの構成を示すブロック図である。 トランシーバ調整部が実行する処理のフローチャートである。 外部端子に接続されたツールがＥＣＵをリプログラミングする際の手順を示すシーケンス図である。 通常通信時における通信バス上の電圧波形を例示する説明図である。 高速通信時における通信バス上の電圧波形を例示する説明図であり、通信バスの浮遊容量が小さい場合を示す。 高速通信時における通信バス上の電圧波形を例示する説明図であり、通信バスの浮遊容量が大きい場合を示す。 通信バス上の電圧波形を例示する説明図であり、図７と比較して、通信速度を更に速くした場合を示す。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
［１．構成］
本発明が適用された車載通信システム１は、図１に示すように、車両に搭載された複数の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）２が、バス状の伝送路である通信バス４を介して相互に接続されている。また、通信バス４には、外部装置であるツール６を接続するための外部端子５が設けられている。ツール６としては、例えば、ＥＣＵ２のプログラムを書き換える、いわゆるリプログラミングを実行する装置等が接続される。

［１−１．伝送路］
通信バス４は、ハイレベルとロウレベルからなる２値符号で符号化された信号を伝送する。そして、異なるＥＣＵ２からハイレベルの信号とロウレベルの信号とが同時に出力されると、通信バス４上の信号レベルはロウレベルとなるように構成されており、この機能を利用してバス調停を実現する。つまり、通信バス４では、ハイレベルがいわゆるレセッシブレベルであり、ロウレベルがいわゆるドミナントレベルである。

通信バス４では、伝送符号として、ビットの境界で信号レベルがハイレベルからロウレベルに変化すると共に、ビットの途中で信号レベルがロウレベルからハイレベルに変化するパルス幅変調（ＰＷＭ）符号が用いられ、二値（論理０／論理１）の信号をデューティ比の異なる二つの符号で表現する。以下では、ロウレベルの比率（継続時間）がより長い方を論理０符号、より短い方を論理１符号と称する。

そして、具体的には、論理０符号では、１ビットの２／３の期間がロウレベル、１／３の期間がハイレベルとなり、また、論理１符号では、１ビットの１／３の期間がロウレベル、２／３の期間がハイレベルに設定されている。従って、伝送路上で論理０符号と論理１符号とが衝突すると、論理０符号が調停勝ちすることになる。つまり、各ＥＣＵ２が出力する信号の波形を重ね合わせたものが、通信バス４上での伝送符号の波形となる。

［１−２．ＥＣＵ］
ＥＣＵ２は、通信装置に相当するものであり、図２に示すように、コントローラ２０とトランシーバ３０とを備える。

トランシーバ３０は、波形調整回路３１、波形整形回路３２、二値化回路３３、閾値調整回路３４を備える。なお、二値化回路３３および閾値調整回路３４がレベル判定部に相当する。波形整形回路３２は、波形調整回路３１からの指示に従い、送信データＳＤの波形、特に、立ち上がりエッジおよび立下りエッジの傾きを調整して、通信バス４に送信する。二値化回路３３は、通信バス４から取り込んだ信号を、閾値調整回路３４が出力する受信閾値Ｖthと比較することで二値化した結果を受信データＲＤとして出力する。波形調整回路３１は、コントローラ２０からの波形調整信号ＣＳに従って波形整形回路３２への給電電流を調整することで、送信データＳＤの波形におけるエッジの傾き、即ち、立ち上がり時間および立ち下がり時間を調整する。閾値調整回路３４は、コントローラ２０からの閾値調整信号ＣＴに従って、二値化回路３３に供給する受信閾値Ｖthを切り替える。ここでは、エッジの傾きは２段階、受信閾値Ｖthは２段階以上の調整が可能となるように構成されている。以下では、２段階のエッジの傾きのうち、傾きが緩やかな方を第１のエッジ傾き、傾きが急な方を第２のエッジ傾きという。また、受信閾値Ｖthは、値の大きいものから順番に、第１の受信閾値Ｖ１、第２の受信閾値Ｖ２、…という。

コントローラ２０は、送受信部２１、エラー検出部２２、速度切替部２３、トランシーバ調整部２４、閾値通知部２５を備える。コントローラ２０は、論理回路の組み合わせによりハードウェアによって実現される。但しこれに限るものではなく、コントローラ２０が実現する機能の一部を、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ）と、を有する周知のマイクロコンピュータを用いて構成し、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現されるようにしてもよい。このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、コントローラ２０の一部を構成するマイクロコンピュータの数は一つでも複数でもよい。

送受信部２１は、予め設定された通信プロトコルに従った通信を実行する。具体的には、図示しない上位の信号処理部から供給されるデータを用いて、他のＥＣＵ２に送信する通信フレームを生成し、これを上述の伝送符号に符号化したものを、送信データＳＤとしてトランシーバ３０に供給する。また、トランシーバ３０から受信データＲＤの供給を受け、この受信データを復号することで通信フレームを復元し、その通信フレームからデータを抽出して、上位の信号処理部に供給する。送受信部２１は、通信用コントローラとして周知の機能を実現する。

エラー検出部２２は、受信した受信データＲＤから復元された通信フレーム中のビット誤りを検出する。具体的には、データに含まれるパリティビットをチェックすることが考えられるがこれに限るものではなく、採用する通信プロトコルに応じたエラー検出を行えばよい。

速度切替部２３は、予め設定された切替条件に応じて、通信バス４を介した通信の通信速度を切り替える。ここでは、外部端子５に接続されたツール６からの速度切替通知の受信を切替条件として、通常速度または通常速度より速い速度に設定されたリプロ速度の２段階で切り替える。なお、通常速度は、ＥＣＵ２同士の通信等に使用され、リプロ速度は、リプログラミングを実行するツール６が、リプログラミングデータを転送する際に使用されるものとする。

トランシーバ調整部２４は、閾値変更部に相当し、トランシーバ３０から通信バス４に送出される送信信号の波形を調整するための波形調整信号ＣＳや、トランシーバ３０にて通信バス４から取り込んだ受信信号を二値化する際に用いる受信閾値Ｖthを調整するための閾値調整信号ＣＴを生成する。このトランシーバ調整部２４での処理の詳細は後述する。

閾値通知部２５は、トランシーバ調整部２４により受信閾値Ｖthが変更されると、その変更された受信閾値Ｖthを、通信バス４を介してツール６や他のＥＣＵ２に通知するための閾値通知を生成し、送受信部２１を介して送信する。

［２．処理］
トランシーバ調整部２４が実行する処理であるトランシーバ調整処理の内容を、図３のフローチャートを用いて説明する。本処理は、ＥＣＵ２に電源が投入されている間、繰り返し実行される。

本処理が起動すると、トランシーバ調整部２４は、まず、Ｓ１１０にて、速度切替指示があったか否かを判断する。速度切替指示は、例えば、通信バス４を介してツール６から速度切替通知を受信した場合に、送受信部２１から出力される。速度切替指示があった場合はＳ１２０に移行し、速度切替指示がなかった場合はＳ１４０に移行する。

Ｓ１２０では、速度切替指示に示された通信速度に応じた波形調整信号ＣＳおよび閾値調整信号ＣＴを出力する。具体的には、通信速度を通常速度とする場合、第１のエッジ傾きを実現するための波形調整信号ＣＳと、受信閾値Ｖthを第１の受信閾値Ｖ１に設定するための閾値調整信号ＣＴとを出力する。また、通信速度をリプロ速度とする場合、第２のエッジ傾きを実現するための波形調整信号ＣＳと、受信閾値Ｖthを第２の受信閾値Ｖ２に設定するための閾値調整信号ＣＴを出力する。

続くＳ１３０では、後述するエラー頻度ＦＥをリセットすると共に、通信速度の変更を通知するための変更通知を生成し送受信部２１を介して送信して、本処理を終了する。
Ｓ１４０では、エラー検出部２２にて、受信エラーが検出されたか否かを判断する。受信エラーが検出されていればＳ１５０に移行し、受信エラーが検出されていなければ本処理を一旦終了する。

Ｓ１５０では、先のＳ１３０にてエラー頻度ＦＥがリセットされた後、受信された全受信フレーム中で、受信エラーが検出された回数の割合であるエラー頻度ＦＥを求めて記録する。

続くＳ１６０では、エラー頻度ＦＥが予め設定された頻度閾値Ｅth以上であるか否かを判断する。ＥＦ≧ＥthであればＳ１７０に移行し、ＥＦ＜Ｅthであれば本処理を一旦終了する。なお、本ステップの処理は、例えば、エラー頻度ＦＥの算出対象となる全受信フレーム数が予め設定された下限値未満である場合は、精度のよい判断をできないものとして、エラー頻度ＦＥの判断を実行することなく本処理を一旦終了するように構成してもよい。

Ｓ１７０では、現在設定されている受信閾値Ｖthは、最低レベルであるか否かを判断する。受信閾値Ｖthが最低レベルでなければＳ１８０に移行し、最低レベルであればＳ１９０に移行する。

Ｓ１８０では、受信閾値Ｖthを１レベル下げるための閾値調整信号ＣＴを出力すると共に、閾値通知部２５に、変更後の受信閾値Ｖthを外部端子５に接続されたツール６や他のＥＣＵ２に通知する閾値通知を送信させるための指示を出力して、Ｓ１３０に進む。

一方、Ｓ１９０では、これ以上受信閾値Ｖthを下げることができないため、エラー処理を実行して本処理を一旦終了する。エラー処理は、例えば、通信の信頼度が低下していることを、車載機器を通じて視覚的または聴覚的に報知してもよいし、通信を中止するようにしてもよい。

［３．動作例］
ここで、外部端子５に接続されたツール６によりＥＣＵ２のリプログラミングを実施する場合の動作例を、図４に示すシーケンス図を用いて説明する。

電源立ち上げ後の初期状態において、コントローラ２０の速度切替部２３は、通信速度を通常速度に設定し、トランシーバ調整部２４は、波形調整信号ＣＳおよび閾値調整信号ＣＴを出力することで、トランシーバ３０が第１のエッジ傾きおよび第１の受信閾値にて動作するように設定する。これにより、ＥＣＵ２間では、通常速度での通常通信が可能となる。

その後、外部端子５にリプログラミングを実行するツール６が接続されると、ツール６は、リプログラミングの対象となるターゲットＥＣＵに対して、「リプロ開始・速度切替通知」を送信する。

これを受信したターゲットＥＣＵは、ツール６に対して「正常応答」を返信した後、通信速度を通常速度からリプロ速度に切り替えると共に、トランシーバ３０が、リプロ速度に応じた第２のエッジ傾き、第２の受信閾値Ｖ２にて動作するように設定を切り替える。つまり、図３のＳ１１０にて肯定判断されることによって、Ｓ１２０の処理により、トランシーバ３０の設定が切り替わる。

「正常応答」を受信したツール６は、通信速度を通常速度からリプロ速度に切り替える。これにより、ターゲットＥＣＵとツール６との間では、リプロ速度での高速通信が可能となる。その後、ツール６は、「通信速度変更確認」を送信する。ターゲットＥＣＵは、「通信速度変更確認」を正常に受信できると「正常応答」を返送する。

この「正常応答」を受信したツール６は、ターゲットＥＣＵの通信速度の切替が正常に行われたものとして、高速通信にて、リプログラミングデータの転送を開始する。
ターゲットＥＣＵは、リプログラミングデータを正常に受信した場合には「正常応答」を適宜返送し、受信エラーを検出した場合には、図示しない「異常応答」を返送する。また、このとき、ターゲットＥＣＵでは、図３のＳ１４０が肯定判断されることにより、エラー頻度ＦＥの算出、頻度閾値Ｅthとの比較が行われ、その結果に応じて受信閾値Ｖthの調整が行われる。

ツール６は、リプログラミングデータの転送を終了すると、「リプロ終了・速度切替通知」を送信する。
これを受信したターゲットＥＣＵは、「正常応答」を返信した後、通信速度をリプロ速度から通常速度に切り替えると共に、トランシーバ３０が、通常速度に応じた第１のエッジ傾き、第１の受信閾値Ｖ１にて動作するように設定を切り替える。つまり、図３のＳ１１０にて肯定判断されることによって、Ｓ１２０の処理によりトランシーバ３０の設定が切り替わる。

「リプロ終了・速度切替通知」に対する「正常応答」を受信したツール６は、通信速度をリプロ速度から通信速度に切り替える。これにより、ターゲットＥＣＵとツール６との間では、通常速度での通常通信が可能となる。その後、ツール６は「通信速度変更確認」を送信する。ターゲットＥＣＵは、「通信速度変更確認」を正常に受信すると「正常応答」を返信する。

この「正常応答」を受信したツール６は、リプログラミングに関わる一連の処理を終了する。
［４．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（４ａ）車載通信システム１では、高速なリプロ速度で通信を行うときに使用する受信閾値Ｖthを、通常通信で用いる第１の受信閾値Ｖ１よりレベルの低い第２の受信閾値Ｖ２に切り替えている。このため、伝送時の波形劣化による二値化信号のデューティ比の劣化を抑制することができ、その結果、復号を信頼性、ひいては通信の信頼性を向上させることができる。また、換言すれば、通信の信頼性を維持しつつ通信速度の高速化を実現することができる。

即ち、通常通信で使用される通常速度では、図５に示すように、通信バス４上での電圧波形は、ラジオノイズを抑制するために、傾きが緩い第１のエッジ傾きを有する。リプロデータの転送時に使用されるリプロ速度では、通信バス４上での電圧波形は、傾きが急な第２のエッジ傾きを有する。接続されるＥＣＵ２が少なく通信バス４に付加される浮遊容量が小さい場合には、図６に示すように、所望のエッジ傾きが維持されるが、接続されるＥＣＵ２が多く浮遊容量が大きい場合には、図７に示すように、エッジ傾きが大きくなり波形が劣化する。特に、バス状の通信路では、ドミナントレベルからレセッシブレベルに変化するエッジである立ち上がりエッジの劣化が、レセッシブレベルからドミナントレベルに変化するエッジである立ち下がりエッジの劣化より大きくなる。その結果、送信された元の波形と比較すると、受信側で二値化された波形は、ハイレベルの期間が短くなり、ロウレベルの期間が長くなり、その影響は、通信速度が早いほど大きなものとなる。そして場合によっては、図８に示すように、ハイレベルに到達する前にロウレベルに変化する等して、正確な二値化、ひいては正確な復号が困難となる場合がある。これに対して、図６〜図８に示すように、波形劣化の影響が大きい高速通信時には、受信閾値Ｖthを低下させることで、その影響を抑制することができる。

（４ｂ）車載通信システム１では、受信エラーが発生するエラー頻度ＦＥを求め、エラー頻度ＦＥが頻度閾値Ｅth以上である場合に、受信閾値Ｖthのレベルを１段階低下させている。このため、その時々の状況に適した受信閾値Ｖthを設定することができ、通信の信頼性をより向上させることができる。

［５．他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（５ａ）上記実施形態では、通信速度を２段階用意し、それぞれに対応したエッジ傾きおよび受信閾値Ｖthを設定しているが、これに限定されるものではない。例えば、通信速度を３段階以上用意して、切り替えられた通信速度が予め設定された速度閾値以上である場合に、エッジ傾きや受信閾値Ｖthを切り替えるようにしてもよい。

（５ｂ）上記実施形態では、受信閾値Ｖthが最低レベルに達しているにも関わらず、エラー頻度ＦＥが頻度閾値Ｅth以上である場合にエラー処理を実行しているが、これに限るものではない。エラー処理の代わりに、例えば、受信閾値Ｖthの各レベルの間隔より細かいステップで受信閾値Ｖthのレベルを順次上げるように切り替えることで、エラー頻度ＦＥが極小となる受信閾値Ｖthを探査するようにしてもよい。

（５ｃ）上記実施形態では、通信速度に応じて、エッジ傾きおよび受信閾値Ｖthをいずれも切り替えているが、いずれか一方を切り替えるようにしてもよい。
（５ｄ）上記実施形態では、ＥＣＵ２が他のＥＣＵ２からの閾値通知を受信した場合について、特に説明をしていないが、例えば、その閾値通知に従って、自身の受信閾値Ｖthを変更するように構成してもよい。

（５ｅ）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（５ｆ）上述した通信装置としてのＥＣＵの他、当該通信装置を構成要素とするシステム、当該通信装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、トランシーバの調整方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…車載通信システム、２…ＥＣＵ、４…通信バス、５…外部端子、６…ツール、２０…コントローラ、２１…送受信部、２２…エラー検出部、２３…速度切替部、２４…トランシーバ調整部、２５…閾値通知部、３０…トランシーバ、３１…波形調整回路、３２…波形整形回路、３３…二値化回路、３４…閾値調整回路

Claims (7)

1. 通信バス（４）を介してデータ通信を行う通信装置（２）であって、
   予め設定された切替条件を充足する場合に前記通信バスを介した通信の通信速度を切り替える速度切替部（２３）と、
   前記通信バスを介して受信する受信信号の信号レベルがハイレベルであるかロウレベルであるかを予め設定された受信閾値を用いて判定するレベル判定部（３３，３４）と、
   前記通信バスを介した通信の状況が、予め設定された変更条件を充足する場合に、前記受信閾値を変更する閾値変更部（２４）と、
   を備える通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置において、
   前記閾値変更部は、前記速度切替部による前記通信速度の切替を前記変更条件の一つとして用いる
   通信装置。
3. 請求項２に記載の通信装置において、
   前記閾値変更部は、切替後の前記通信速度が速いほど前記受信閾値を低い値に変更する
   通信装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の通信装置において、
   前記通信バスを介した通信の受信エラーの発生状況を検出するエラー検出部（２２）を更に備え、
   前記閾値変更部は、前記エラー検出部にて検出される受信エラーの発生状況の変化を前記変更条件の一つとして用いる
   通信装置。
5. 請求項４に記載の通信装置において、
   前記閾値変更部は、前記受信エラーの発生状況として受信エラーが検出される頻度を表すエラー頻度を用い、該エラー頻度が予め設定された頻度閾値以上である場合に、前記受信閾値を低い値に変更する
   通信装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の通信装置において、
   前記受信閾値を他の通信装置に通知するための閾値通知を送信する閾値通知部（２５）
   を更に備える通信装置。
7. 請求項６に記載の通信装置において、
   前記閾値変更部は、前記通信バスを介した前記閾値通知の受信を前記変更条件の一つとして用いる
   通信装置。

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