JP2020137077A - 通信装置、車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】同時に駆動される複数のアンテナの通信領域の重複する部分に、信号不感帯が生じるのを簡単な構成で抑制する。【解決手段】車載通信装置１０は、携帯機２０に対してＬＦ信号を送信する複数の車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂと、各アンテナ３ａ、３ｂに対応する矩形波状の駆動信号を出力する制御部１と、制御部１から出力された各駆動信号に応じて各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに正弦波電流を供給する複数の車内用送信回路４ａ、４ｂとを備える。車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂは同時に駆動され、これらのアンテナ３ａ、３ｂの通信領域は一部重複する。制御部１は、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号のデューティ比を制御することにより、各車内用送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される正弦波電流の位相と振幅とを調整して、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから異なる位相と異なる振幅でＬＦ信号を送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナから信号を送信する通信装置と、該通信装置を備えた車両制御システムとに関する。

車両に搭載された通信装置（以下、「車載通信装置」という。）と、利用者が携帯する携帯機との間で行われる無線通信に基づいて、車両に搭載された車両制御装置が車載機器の動作を制御する車両制御システムがある。車載通信装置の一部と車両制御装置とは、ＥＣＵ（電子制御装置）から構成されている。また、車載通信装置の一部と車両制御装置の両方の機能を有した単一のＥＣＵもある。携帯機は、たとえばリモコン型の通信端末から構成されている。

車載通信装置は、たとえばポーリング方式で応答要求信号を送信する。携帯機は、応答要求信号を受信すると、応答信号を車載通信装置へ返信する。そして、車載通信装置で応答信号が受信されると、車載通信装置または車両制御装置が、応答信号に含まれるＩＤコードに基づいて携帯機の認証を行い、該認証が成功すると、車両制御装置が車載機器の動作を制御する。具体的には、たとえば車両のドアの施解錠もしくは開閉動作、車両の電源のオン・オフ、エンジンの駆動・停止、照明の点灯、またはセンサ類の起動・停止などを実行する。一般に、車載通信装置から送信される応答要求信号はＬＦ（Low Frequency：長波）信号であり、携帯機から送信される応答信号はＵＨＦ（Ultra High Frequency：高周波）信号である。

制御対象の車載機器によって、携帯機が車両の外部にあるか内部にあるかを判断する必要がある。このため、車載通信装置には、車両の外部にある携帯機に対して信号を送受信する複数の車外用アンテナと、車両の内部にある携帯機に対して信号を送受信する複数の車内用アンテナとが設けられている。

また、携帯機が車内にあることを正確に判断するためには、車内用アンテナを複数設けるだけでなく、車内全域がいずれかの車内用アンテナの通信領域に含まれるように、各車内用アンテナを配置する必要がある。この場合、複数の車内用アンテナの通信領域が一部重複する（たとえば、特許文献１および特許文献２）。

また、車載通信装置では、処理時間短縮のため、複数の車内用アンテナを同時に駆動して応答要求信号を送信することがある。しかしこの場合、複数の車内用アンテナの通信領域の重複部分で、複数の車内用アンテナから放射される向きの異なった磁束が干渉して、磁束のレベルが極めて低くなるＮｕｌｌ点が生じてしまう。このＮｕｌｌ点の近傍に携帯機が存在した場合、携帯機は車載通信装置から送信された応答要求信号を受信することができなくなる。すなわち、Ｎｕｌｌ点の近傍は、信号不感帯となる。

そこで、特許文献１では、車内用アンテナに正弦波電流を供給するハーフブリッジ出力回路と、該ハーフブリッジ出力回路に入力する信号を切り替えるＡＮＤ素子とを、複数の車内用アンテナに１対１で対応するように通信部（送受信回路）に設けている。そして、ＥＣＵから各ＡＮＤ素子に対して、アンテナ選択信号や２進情報信号などの制御信号とともに、位相が異なる矩形波の搬送波を入力することにより、各車内用アンテナから位相の異なる応答要求信号を同時に送信して、Ｎｕｌｌ点を抑制（または解消）している。

また、特許文献２では、複数の車内用アンテナに１対１で対応する送受信部と、制御部と、これらとは別の位相制御部とを設けている。そして、各送受信部で応答要求信号を所定の搬送波で変調する際に、位相制御部で各車内用アンテナに対応する搬送波の位相をずらすことにより、各車内用アンテナから位相の異なる応答要求信号を同時に送信して、Ｎｕｌｌ点を抑制している。

特開２００９−２７８３６０号公報 特開２０１０−２３６３４６号公報

特許文献１のように、各車内用アンテナに対応させて複数のＡＮＤ素子を通信部に設けて、ＥＣＵから通信部に対して、複数の制御信号に加えて、各車内用アンテナに対応した位相の搬送波を出力する場合、構成する電子部品やＥＣＵの出力ポートや配線の数が多くなる。然も、アンテナの数が増えたり、位相が異なる搬送波の数が増えたりするに連れて、ＥＣＵの出力ポートや配線の数が増大するとともに、ＥＣＵに高機能を有するＣＰＵやＩＣなどの高価な素子を設ける必要がある。また、特許文献２のように、送受信部および制御部とは別に、位相制御部を設けた場合は、ＣＰＵやＩＣなどの高価な素子の数が多くなる。このように、構成要素が多くなったり、高価な素子を用いたりすると、コストが嵩んでしまう。

本発明の課題は、同時に駆動される複数のアンテナの通信領域が重複する部分に、信号不感帯が生じるのを簡単な構成で抑制することである。

本発明による通信装置は、受信機に対して所定の信号を送信する複数のアンテナと、各アンテナを駆動するための矩形波状の駆動信号を出力する制御部と、制御部から出力された駆動信号に応じて各アンテナに正弦波電流を供給する複数の送信回路とを備える。複数のアンテナは同時に駆動され、複数のアンテナによる通信領域は一部重複する。制御部は、各アンテナに対応する駆動信号のデューティ比を制御することにより、各送信回路から各アンテナに供給される正弦波電流の位相と振幅とを調整して、各アンテナから異なる位相と異なる振幅で所定の信号を送信する。

また、本発明による車両制御システムは、上記通信装置と、上記受信機を構成しかつ上記通信装置との間で信号を送受信する携帯機と、車両に搭載された車載機器の動作を制御する車両制御装置とから構成されている。上記通信装置は、車両に搭載され、携帯機から送信された信号を受信する受信回路をさらに備え、上記複数のアンテナにより携帯機に対して応答要求信号を送信し、携帯機が応答要求信号の受信に応じて返信する応答信号を受信回路により受信する。車両制御装置は、上記通信装置が受信した応答信号に基づいて、車載機器の動作を制御する。

上記によると、通信装置の複数のアンテナから位相と振幅を異ならせた信号を同時に送信するので、複数のアンテナの通信領域の重複部分で、各アンテナから送信された信号の強度を確実に異ならせることができる。このため、当該通信領域の重複部分に、通信装置から送信された信号を受信機が受信できない信号不感帯（Ｎｕｌｌ点）が生じるのを確実に抑制することが可能となる。然も、通信装置の制御部が各アンテナに対応する駆動信号のデューティ比を個別に制御して、該駆動信号を各送信回路に出力する。このため、各送信回路から各アンテナに供給される正弦波電流と、各アンテナから同時に送信される信号の、位相と振幅を個別に微調整し、該調整の自由度を高めることができる。そして、各アンテナの通信領域の設定の自由度も高めて、信号不感帯が生じるのを一層確実に抑制することができる。また、制御部は駆動信号のデューティ比を制御すればよく、制御部から出力される駆動信号のポート数はアンテナの数と同数で済むので、制御部として、高機能で多数の出力ポートを有する高価な素子を用いる必要はない。また、駆動信号を送信回路に入力するための配線や、正弦波電流を送信回路からアンテナに供給するための配線の数を、アンテナの数に応じて少なく抑えることができる。このため、通信装置の構成を簡単にすることが可能となる。

本発明では、上記通信装置において、制御部は、各アンテナに対応する駆動信号のデューティ比をパルス幅変調により制御してもよい。

また、本発明では、上記通信装置において、各送信回路から各アンテナにかけて直列共振回路が形成され、制御部は、駆動信号の周波数を直列共振回路の共振周波数と同一に設定してもよい。あるいは、制御部は、駆動信号の周波数を直列共振回路の共振周波数の半分に設定してもよい。

さらに、本発明では、上記車両制御システムにおいて、車両の内部に、複数のアンテナから送信される各信号の通信領域が一部重複した重複部分が形成されていてもよい。

本発明によれば、同時に駆動される複数のアンテナの通信領域が重複する部分に、信号不感帯が生じるのを簡単な構成で抑制することができる。

本発明の実施形態による車両制御システムの構成図である。 図１の車載通信装置の車内用ＬＦアンテナの通信領域を示した図である。 図１の車載通信装置の車内用送信回路から車内用ＬＦアンテナにかけて構成される直列共振回路を示した図である。 図１の車内用ＬＦアンテナの特性を示した図である。 図１の車内用ＬＦアンテナの駆動信号を示した図である。 図１の車内用ＬＦアンテナの駆動信号と正弦波電流の関係を示した図である。 図１の車内用ＬＦアンテナの正弦波電流の位相と振幅の変化を示した図である。 図１の車内用ＬＦアンテナの信号送信状態を示した図である。 従来の信号送信方法を、図１の車内用ＬＦアンテナに適用した状態を示した図である。 従来の信号送信方法を、図１の車内用ＬＦアンテナに適用した状態を示した図である。 他の信号送信方法を、図１の車内用ＬＦアンテナに適用した状態を示した図である。 本発明の他の実施形態における車内用ＬＦアンテナの正弦波電流の位相と振幅の変化を示した図である。 本発明の他の実施形態における直列共振回路を示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、実施形態の車両制御システム１００について説明する。

図１は、車両制御システム１００の構成図である。図２は、車両制御システム１００を搭載した車両５０内の通信領域を示した図である。図２では、車両５０を上方から見た状態を示している。車両５０は自動四輪車から成る。

図１に示すように、車両制御システム１００には、車載通信装置１０、携帯機２０、車両制御装置３０、および車載機器４０が備わっている。車載通信装置１０、車両制御装置３０、および車載機器４０は、車両５０に搭載されている。携帯機２０は、車両５０の利用者により携帯される。車両制御システム１００では、車載通信装置１０と携帯機２０との間で行われる無線通信に基づいて、車両制御装置３０が車載機器４０の動作を制御する。

車載通信装置１０には、制御部１、昇圧電源回路２、車内用ＬＦ（Low Frequency）アンテナ３ａ、３ｂ、車内用送信回路４ａ、４ｂ、車外用ＬＦアンテナ５、車外用送信回路６、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）アンテナ７、受信回路８、およびインタフェイス９が備わっている。車載通信装置１０のアンテナ３ａ、３ｂ、５、７以外の部分は、ＥＣＵ（電子制御装置）に設けられている。車載通信装置１０は、本発明の「通信装置」の一例である。

制御部１は、ＣＰＵとメモリなどから構成されている。制御部１には、送信回路４ａ、４ｂ、６と受信回路８とを制御して、各アンテナ３ａ、３ｂ、５、７により携帯機２０との間で信号を送受信するためのプログラムとデータが記憶されている。

車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂは、図２に示すように、車両５０の内部に複数設けられている。詳しくは、一方の車内用ＬＦアンテナ３ａは、車両５０内の前部に設置され、他方の車内用ＬＦアンテナ３ｂは、車両５０内の後部に設置されている。車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂは、本発明の「アンテナ」の一例である。

図１に示す車内用送信回路４ａ、４ｂは、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂをそれぞれ駆動するために、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂと１対１で対応するように複数設けられている。各車内用送信回路４ａ、４ｂには、Ｐ型ＦＥＴ（上側のＦＥＴ）とＮ型ＦＥＴ（下側のＦＥＴ）と抵抗Ｒｘが含まれている。

各車内用送信回路４ａ、４ｂにおいて、Ｐ型ＦＥＴのソースは、昇圧電源回路２に接続されている。Ｐ型ＦＥＴのドレインとＮ型ＦＥＴのドレインとは、互いに接続されているとともに、抵抗Ｒｘの一端に接続されている。抵抗Ｒｘの他端は、対応する車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに接続されている。Ｎ型ＦＥＴのソースは接地されている。Ｐ型ＦＥＴのゲートとＮ型ＦＥＴのゲートとは、互いに接続されている。一方の車内用送信回路４ａのＰ型ＦＥＴとＮ型ＦＥＴの各ゲートは、制御部１の出力ポートＰａに接続されている。他方の車内用送信回路４ｂのＰ型ＦＥＴとＮ型ＦＥＴの各ゲートは、制御部１の出力ポートＰｂに接続されている。

制御部１は、各車内用送信回路４ａ、４ｂのＰ型ＦＥＴとＮ型ＦＥＴのオン・オフを交互に切り替えることにより、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂを駆動して、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからＬＦ信号（ＬＦ帯域の信号）を送信する。

詳しくは、制御部１が、各出力ポートＰａ、Ｐｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂを駆動するための矩形波状の駆動信号を出力する。このとき、制御部１は、各駆動信号のデューティ比をＰＷＭ（パルス幅変調）で制御する。制御部１から出力される各駆動信号に応じて、各車内用送信回路４ａ、４ｂのＰ型ＦＥＴとＮ型ＦＥＴのオン・オフが切り替わる。すると、各車内用送信回路４ａ、４ｂのＰ型ＦＥＴのドレインから抵抗Ｒｘを介して、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに正弦波状の電流が供給される。抵抗Ｒｘは、その正弦波電流を調整する。そして、各車内用送信回路４ａ、４ｂから供給される正弦波電流に応じて、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂで充放電が繰り返されて、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから車両５０内にＬＦ信号が送信される。各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されたＬＦ信号は、車両５０内に存在する携帯機２０で受信される。

図２に示すように、一方の車内用ＬＦアンテナ３ａによる通信領域（ＬＦ信号の送信範囲）Ｅａ（幅広のハッチング部分）は、車両５０内の前部から中央部にわたっている。また、他方の車内用ＬＦアンテナ３ｂによる通信領域Ｅｂ（幅狭のハッチング部分）は、車両５０内の後部から中央部にわたっている。車内用ＬＦアンテナ３ａによる通信領域Ｅａと車内用ＬＦアンテナ３ｂによる通信領域Ｅｂとは、車両５０内の中央部で一部重複している（クロスハッチングで示された重複部分Ｅｃ）。車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂは、本発明の「アンテナ」の一例であり、車内用送信回路４ａ、４ｂは、本発明の「送信回路」の一例である。

図１に示す車外用ＬＦアンテナ５は、車両５０の左右外側面または後面などに複数設けられている（詳細図示省略）。車外用送信回路６は、車外用ＬＦアンテナ５を駆動するために、車外用ＬＦアンテナ５に対応するように複数設けられていて、その回路構成と動作は、車内用送信回路４ａ、４ｂと同様である（詳細図示省略）。制御部１は、車外用送信回路６により車外用ＬＦアンテナ５を駆動して、車外用ＬＦアンテナ５から車両５０の外部にＬＦ信号を送信する。車外用ＬＦアンテナ５から送信されたＬＦ信号は、車両５０の外部の車外用ＬＦアンテナ５の通信領域（図示省略）に存在する携帯機２０で受信される。

ＵＨＦアンテナ７は、車両５０に１つまたは複数設けられている（詳細図示省略）。受信回路８は、ＵＨＦアンテナ７により受信したＵＨＦ信号（ＵＨＦ帯域の信号）を信号処理する回路から構成されている。制御部１は、車両５０の内外にある携帯機２０から送信されたＵＨＦ信号を、ＵＨＦアンテナ７を介して受信回路８により受信する。ＵＨＦアンテナ７の通信領域（ＵＨＦ信号の受信領域）は、ＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５の通信領域より広くなっている（図示省略）。

インタフェイス９は、車両制御装置３０と通信するための回路から構成されている。制御部１は、インタフェイス９により車両制御装置３０と相互に通信して、情報を送受信する。

車両制御装置３０は、ＥＣＵから構成されており、車載機器４０の動作を制御する。車載機器４０には、車両５０のドアの施開錠装置、該ドアの開閉装置、電源装置や走行駆動源の始動停止装置、照明類、または電装品などが含まれる。

携帯機２０は、リモコン型の通信端末であるＦＯＢから構成されている。携帯機２０には、制御部２１、ＬＦアンテナ２３、受信回路２４、ＵＨＦアンテナ２５、および送信回路２６などが備わっている。携帯機２０は、本発明の「受信機」の一例である。

制御部２１は、ＣＰＵとメモリなどから構成されている。制御部２１には、受信回路２４と送信回路２６とを制御して、各アンテナ２３、２５により車載通信装置１０との間で信号を送受信するためのプログラムとデータが記憶されている。

受信回路２４は、ＬＦアンテナ２３により受信したＬＦ信号を信号処理する回路から構成されている。送信回路２６は、ＵＨＦアンテナ２５を駆動して、ＵＨＦ信号を送信するための回路から構成されている。制御部２１は、車載通信装置１０から送信されたＬＦ信号を、ＬＦアンテナ２３を介して受信回路２４により受信する。また、制御部２１は、送信回路２６とＵＨＦアンテナ２５により、ＵＨＦ信号を車載通信装置１０へ送信する。

車載通信装置１０のＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５から送信するＬＦ信号として、携帯機２０に対して応答を要求する応答要求信号がある。応答要求信号には、たとえば送信元のＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５を識別するための情報が含まれている。制御部１は、ポーリング方式などで各ＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５により応答要求信号を所定の周期で間欠的に送信する。ＵＨＦアンテナ７により受信するＵＨＦ信号として、携帯機２０が送信する応答信号がある。

携帯機２０は、車載通信装置１０のいずれかのＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５から送信された応答要求信号をＬＦアンテナ２３と受信回路２４により受信すると、その都度送信回路２６とＵＨＦアンテナ２５により応答信号を返信する。応答信号には、携帯機２０のＩＤコードを示す情報が含まれている。また、応答信号には、受信した応答要求信号の送信元のＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５の識別情報が含まれている。

車載通信装置１０では、いずれかのＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５から送信した応答要求信号に対する応答信号を、ＵＨＦアンテナ７を介して受信回路８により受信すると、制御部１が、当該応答信号に含まれる携帯機２０のＩＤコードを検出する。そして、制御部１は、その検出したＩＤコードと、予め登録されていたＩＤコードとを照合して、携帯機２０の認証を行う。このとき、制御部１は、両方のＩＤコードが一致すると、携帯機２０の認証が成功したと判断し、両方のＩＤコードが一致しなければ、携帯機２０の認証が成功しなかったと判断する。

また、制御部１は、各ＬＦアンテナ３ａ、３ｂ、５の駆動状態と、受信した応答信号に含まれる情報とに基づいて、携帯機２０が車両５０の外部（車室外）にあるか内部（車室内）にあるかの判定（内外判定）を行う。そして、制御部１は、携帯機２０の認証と内外判定の結果をインタフェイス９により、車両制御装置３０に送信する。

車両制御装置３０は、車載通信装置１０から受信した携帯機２０の認証と内外判定の結果に基づいて、車載機器４０の動作を制御する。具体的には、たとえば、携帯機２０の認証が成功し、かつ携帯機２０が車両５０の外部にあった場合、車両制御装置３０は、車両５０のドアの施開錠や開閉動作などを実行する。また、携帯機２０の認証が成功し、かつ携帯機２０が車両５０の内部にあった場合、車両制御装置３０は、車両５０の電源や走行駆動源（エンジンなど）の始動などを実行する。

次に、車載通信装置１０の車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂについて説明する。

図３は、車載通信装置１０の各車内用送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂにかけて形成される等価回路を示した図である。各車内用送信回路４ａ、４ｂ側には、前述した電流調整用の抵抗Ｒｘがある。各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂ側には、巻線抵抗Ｒｙ、共振用キャパシタＣ、および共振用インダクタＬがある。これらは直列に接続されている。つまり、各車内用送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂにかけて、直列共振回路が形成されている。

図４は、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの特性を示した図である。図３に示した直列共振回路の共振周波数ｆ_０は、次式で示すように、共振用キャパシタＣと共振用インダクタＬの値によって定まる。

この共振周波数ｆ_０で正弦波電流を直列共振回路に供給したときに、直列共振回路の直列抵抗値Ｒｚは最小となり、その値は電流調整用抵抗Ｒｘと巻線抵抗Ｒｙの合成値となる（Ｒｚ＝Ｒｘ＋Ｒｙ）。このため、図４に示すように、共振周波数ｆ_０で正弦波電流を供給したときに、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに流れる電流値は最大となる。そして、正弦波電流の周波数が共振周波数ｆ_０より小さくなったり大きくなったりするに連れて、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに流れる電流値は小さくなる。このように、上記直列共振回路は、共振周波数ｆ_０を中心としたフィルタのような特性を有する。

図５は、制御部１から出力される車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号の波形を示した図である。この駆動信号は、所定の周期Ｔ、パルス幅ｄ、および振幅Ａを有する矩形波である。この矩形波のデューティ比Ｄは、Ｄ＝ｄ／Ｔで定義される。また、当該駆動信号Ｖ（ｔ）は、基本周波数ｆ（角周波数ω）を基本波成分とするフーリエ級数に展開でき、次式で表される。

上記駆動信号Ｖ（ｔ）の周波数ｆ_ｉｎを、前述した直列共振回路の共振周波数ｆ_０と同一にして（ｆ_ｉｎ＝ｆ_０）、当該駆動信号を各車内ＬＦ送信回路４ａ、４ｂに入力する。すると、図４で示した特性により、基本波成分の周波数が共振周波数ｆ_０と一致した正弦波電流が、最も効率良く各車内ＬＦ送信回路４ａ、４ｂから各車内ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される。そして、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの出力、すなわち車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されるＬＦ信号の強度（振幅）を最大にすることができる。各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号の周波数の設定は、制御部１が行う。

図６は、上述した駆動信号と正弦波電流の関係を示した図である。図７は、駆動信号の周波数ｆ_ｉｎを共振周波数ｆ_０に設定した場合の、正弦波電流の位相と振幅の変化を示した図である。

図６に示すように、駆動信号のデューティ比Ｄが変化することで、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される正弦波電流の位相φおよび振幅Ａは変化する。

詳しくは、図７（ａ）に示すように、駆動信号のデューティ比と正弦波電流の位相は比例関係にある。駆動信号のデューティ比が大きくなるに連れて、正弦波電流の位相は大きくなる。そして、デューティ比が１のときに、正弦波電流の位相は最大値φｇとなる。

また、図７（ｂ）に示すように、駆動信号のデューティ比の変化に伴って、正弦波電流の振幅は二次関数的に変化する。駆動信号のデューティ比が５０％程度で、正弦波電流の振幅は最大値Ａｇとなり、該デューティ比を５０％程度から小さくしたり大きくしたりするに連れて、正弦波電流の振幅は小さくなる。

車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されるＬＦ信号の位相と振幅は、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される正弦波電流の位相と振幅に応じて、正弦波電流と同様に変化する。制御部１は、組み込まれたソフトウェアプログラムにより、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号のデューティ比を制御して、正弦波電流の位相と振幅を調整し、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されるＬＦ信号の位相と振幅も調整する。

図８は、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの信号送信状態を示した図である。図９および図１０は、従来の信号送信方法を車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに適用した場合の信号送信状態を示した図である。図１１は、他の信号送信方法を車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに適用した場合の信号送信状態を示した図である。

従来は、制御部１が、各車内送信回路４ａ、４ｂに出力する駆動信号のデューティ比を同一（たとえば５０％）にしていた。これにより、各車内送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される正弦波電流の位相および振幅が同一になる。そして、図９に示すように、車内用ＬＦアンテナ３ａから送信されるＬＦ信号（応答要求信号）の位相φａおよび振幅Ａａと、車内用ＬＦアンテナ３ｂから送信されるＬＦ信号（応答要求信号）の位相φｂおよび振幅Ａｂとが同一になる（φａ＝φｂ、Ａａ＝Ａｂ）。

また、携帯機２０の検出時間短縮などのため、制御部１は、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂを同時に駆動して、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからＬＦ信号を同時に送信する。すると、図９（ａ）に示すように、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの中間点Ｐを基準として点対称に、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから磁束（矢印）が放射される。Ｐ点は、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの通信領域Ｅａ、Ｅｂの重複部分Ｅｃにおける、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからの距離が等しい位置である。

上記Ｐ点で観測される各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号は、図９（ｂ）に示す波形図のように、位相および振幅（磁界強度）が同一の正弦波状の信号になる。そして、Ｐ点では、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから放射される磁束の向きが異なるので、該磁束同士が干渉する。このため、図９（ｂ）に示すように、Ｐ点での車内用ＬＦアンテナ３ａからのＬＦ信号の波形（Ａａ・ｃｏｓ（ωｔ＋φａ））と、車内用ＬＦアンテナ３ｂからのＬＦ信号の波形（Ａｂ・ｃｏｓ（ωｔ＋φｂ））との合成波形は、

となり、振幅がほぼ０の消滅状態となる。

つまり、図９（ａ）のＰ点は、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからの磁束のレベルが極めて低くなるＮｕｌｌ点となる。そして、このＮｕｌｌ点Ｐの近傍は、携帯機２０が車載通信装置１０から送信されたＬＦ信号（応答要求信号）を受信することができない信号不感帯となる。

なお、上記Ｎｕｌｌ点は、同時に駆動された複数の車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからの合成磁束のレベルが完全に０になる位置に限定されるものではなく、合成磁束が携帯機２０の受信感度の限界以下に低下する位置を意味している。

一方、特許文献１および特許文献２のように、同時に駆動される各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号の位相だけを異ならせた場合は、図１０に示すように、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の振幅Ａａ、Ａｂは同一になる（Ａａ＝Ａｂ）が、位相φａ、φｂは異なる（φａ≠φｂ、φａ＜φｂ）。そして、図１０（ａ）に示すように、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから放射される磁束は、Ｐ点を基準として点対称になる。然るに、Ｐ点で観測される各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号が、図１０（ｂ）に示す波形図のように、同一振幅で位相の異なる正弦波状になる。このため、Ｐ点での車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の合成波形は、

となって０にならず、一定の振幅を有する正弦波状になる。つまり、Ｐ点はＮｕｌｌ点にならない。

また、図１１に示すように、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の位相φａ、φｂを同一にし（φａ＝φｂ）、振幅Ａａ、Ａｂを異ならせた場合（Ａａ≠Ａｂ、Ａａ＞Ａｂ）は、図１１（ａ）に示すように、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから同一距離のＰ点では、一方の車内用ＬＦアンテナ３ａからの磁束の強度が、他方の車内用ＬＦアンテナ３ｂからの磁束の強度より大きくなる。このため、図１１（ｂ）に示す波形図のように、Ｐ点では、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の合成波形が０にならず、一定の振幅を有する正弦波状の信号になる。つまり、Ｐ点はＮｕｌｌ点にならない。

然るに、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の振幅Ａａ、Ａｂは、伝送距離に応じて減衰するので、重複部分Ｅｃには、図１１（ａ）に示すように、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の減衰後の振幅が同一になるＱ点が生じる。なお、車両５０内のような狭い領域では、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の伝送距離に応じて、該ＬＦ信号の位相φａ、φｂの回転が生じることはない。

上記Ｑ点では、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の減衰後の振幅をそれぞれＢａ、Ｂｂとしたとき、図１１（ｃ）に示すように、車内用ＬＦアンテナ３ａからのＬＦ信号の波形（Ｂａ・ｃｏｓ（ωｔ＋φａ））と、車内用ＬＦアンテナ３ｂからのＬＦ信号の波形（Ｂｂ・ｃｏｓ（ωｔ＋φｂ））との合成波形は、

となり、振幅がほぼ０の消滅状態となる。つまり、Ｑ点はＮｕｌｌ点になり、Ｑ点近傍が信号不感帯になる。

上記に対して、本発明の車載通信装置１０では、制御部１が、各車内送信回路４ａ、４ｂに出力する駆動信号のデューティ比を異なるように制御して（たとえば、車内用ＬＦアンテナ３ａの駆動信号のデューティ比を５０％、車内用ＬＦアンテナ３ｂの駆動信号のデューティ比を７５％）、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂを同時に駆動する。すると、各車内送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される正弦波電流の位相および振幅が異なる。その結果、図８に示すように、車内用ＬＦアンテナ３ａから送信されるＬＦ信号の位相φａおよび振幅Ａａと、車内用ＬＦアンテナ３ｂから送信されるＬＦ信号の位相φｂおよび振幅Ａｂとが異なる（φａ≠φｂ、φａ＜φｂ、Ａａ≠Ａｂ、Ａａ＞Ａｂ）。

このため、図８（ａ）に示すように、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから同一距離に位置するＰ点では、一方の車内用ＬＦアンテナ３ａからの磁束の強度が、他方の車内用ＬＦアンテナ３ｂからの磁束の強度より大きくなる。そして、Ｐ点では、図８（ｂ）に示す波形図のように、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の合成波形が０にならず、一定の振幅を有する正弦波状の信号になる。つまり、Ｐ点はＮｕｌｌ点にならない。

また、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の減衰後の振幅Ｂａ、Ｂｂが同一（Ｂａ＝Ｂｂ）になるＱ点（図８（ａ））では、図８（ｃ）に示すように、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の合成波形は、

となって０にならず、一定の振幅を有する正弦波状の信号になる。つまり、Ｑ点もＮｕｌｌ点にならない。よって、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの通信領域Ｅａ、Ｅｂの重複部分Ｅｃに、Ｎｕｌｌ点や信号不感帯が生じなくなる。

以上の実施形態によると、車載通信装置１０の複数の車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから、位相と振幅を異ならせたＬＦ信号を同時に送信するので、複数の各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの通信領域Ｅａ、Ｅｂの重複部分Ｅｃで、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の強度を確実に異ならせることができる。このため、当該通信領域Ｅａ、Ｅｂの重複部分Ｅｃに、車載通信装置１０からのＬＦ信号を携帯機２０が受信できない信号不感帯（Ｎｕｌｌ点）が生じるのを確実に抑制することが可能となる。

然も、車載通信装置１０の制御部１が各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに対応する駆動信号のデューティ比を個別に制御して、該駆動信号を各車内送信回路４ａ、４ｂに出力する。このため、各車内送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される正弦波電流と、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから同時に送信されるＬＦ信号の、位相と振幅を個別に微調整し、該調整の自由度を高めることができる。そして、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの通信領域Ｅａ、Ｅｂの設定の自由度も高めて、信号不感帯が生じるのを一層確実に抑制することができる。

また、制御部１は各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号のデューティ比を制御すればよく、制御部１から出力される駆動信号のポート数は車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの数と同数で済むので、制御部１として、高機能で多数の出力ポートを有する高価な素子を用いる必要はない。また、駆動信号を制御部１から車内送信回路４ａ、４ｂに入力するための配線や、正弦波電流を車内送信回路４ａ、４ｂから車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給するための配線の数を、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの数に応じて少なく抑えることができる。このため、車載通信装置１０の構成を簡単にすることが可能となる。

また、以上の実施形態では、制御部１が、組み込まれたソフトウェアプログラムにより、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号のデューティ比を、一般的なパルス幅変調により制御する。このため、駆動信号の生成が容易になり、制御部１の出力ポート数や、制御部１から車内用送信回路４ａ、４ｂまでの配線数や、制御部１内の構成要素数を少なく抑えて、制御部１やその周辺回路の構成を簡単にすることができる。

また、以上の実施形態では、各車内用送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂにかけて直列共振回路が形成され、各車内用送信回路４ａ、４ｂに入力する駆動信号の周波数を、各直列共振回路の共振周波数と同一に設定している。このため、共振周波数と同一の周波数の正弦波電流が各車内用送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに効率良く供給されて、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの出力を最大にすることができる。

さらに、以上の実施形態では、車両５０の内部に、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されるＬＦ信号の通信領域Ｅａ、Ｅｂが一部重複した、重複部分Ｅｃを形成している。このため、携帯機２０が車載通信装置１０からのＬＦ信号を正常に受信することができない信号不感帯が、車両５０の内部に生じるのを回避することができる。そして、車両５０の内部において、車載通信装置１０と携帯機２０との通信性能を高めて、車載通信装置１０と携帯機２０との通信状態に基づいて、携帯機２０が車両５０の内部にあることを確実に検出することが可能となる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号の周波数ｆ_ｉｎを、車内用送信回路４ａ、４ｂから各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂにかけて形成された直列共振回路（図３）の共振周波数ｆ_０と同一に設定（ｆ_ｉｎ＝ｆ_０）した例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。たとえば、駆動信号の周波数ｆ_ｉｎを、上記共振周波数ｆ_０の半分の周波数ｆ_０／２に設定（ｆ_ｉｎ＝ｆ_０／２）してもよい。

その場合、図１２（ａ）に示すように、駆動信号のデューティ比と、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに供給される正弦波電流の位相は比例関係にあり、当該デューティ比が大きくなるに連れて正弦波電流の位相は大きくなる。そして、デューティ比が１のときに、正弦波電流の位相は最大値φｇ’となる。この最大値φｇ’は、図７（ａ）に示した正弦波電流の位相の最大値φｇより大きくなる（φｇ＜φｇ’）。

また、図１２（ｂ）に示すように、駆動信号のデューティ比の変化に伴って、正弦波電流の振幅は正弦波状に変化する。そして、駆動信号のデューティ比が２５％程度で、正弦波電流の振幅は極値Ａｇ’となり、駆動信号のデューティ比が７５％程度で、正弦波電流の振幅は極値−Ａｇ’となる。このＡｇ’および−Ａｇ’の絶対値｜Ａｇ’｜は、図７（ｂ）に示した正弦波電流の振幅の最大値Ａｇより小さくなる（Ａｇ＞｜Ａｇ’｜）。

上記のように、駆動信号の周波数ｆ_ｉｎを共振周波数ｆ_０に設定した場合（図７）と比べて、駆動信号の周波数ｆ_ｉｎを共振周波数の半分ｆ_０／２に設定した場合（図１２）は、駆動信号のデューティ比の制御による正弦波電流の位相および振幅の調整幅を広くすることができる。このため、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されるＬＦ信号の位相および振幅の調整幅も広くなり、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの通信領域Ｅａ、Ｅｂの設定の自由度を一層高めることができる。そして、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂからのＬＦ信号の振幅および位相を異ならせて、通信領域Ｅａ、Ｅｂの重複部分Ｅｃに信号不感帯が生じるのを一層効果的に抑制することが可能となる。

他の例として、駆動信号の周波数ｆ_ｉｎを、ｆ_０やｆ_０／２以外の周波数に設定してもよい。また、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの通信領域Ｅａ、Ｅｂの設定の自由度を一層高めるために、複数の車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号の周波数を異ならせてもよい。

また、以上の実施形態では、駆動信号のデューティ比をＰＷＭで制御した例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。たとえばＰＦＭ（パルス周波数変調）などのような、他の方式で駆動信号のデューティ比を制御してもよい。

また、他の例として、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信された応答要求信号に対して、携帯機２０から返信される応答信号（ＵＨＦ信号）を車載通信装置１０のＵＨＦアンテナ７および受信回路８により受信したときに、その信号受信強度（ＲＳＳＩ）を測定する回路を、受信回路８（または制御部１）に設けてもよい。そして、その測定した信号受信強度に基づいて、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号のデューティ比を制御して、各車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されるＬＦ信号の位相および振幅を調整してもよい。

また、以上の実施形態では、図３に示した直列共振回路のうち、電流調整用の抵抗Ｒｘを車内用送信回路４ａ、４ｂ側に設け、巻線抵抗Ｒｙ、共振用キャパシタＣ、および共振用インダクタＬを車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。これ以外に、たとえば図１３に示すように、電流調整用の抵抗Ｒｘと共振用キャパシタＣとを車内用送信回路４ａ、４ｂ側に設け、巻線抵抗Ｒｙと共振用インダクタＬとを車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂに設けてもよい。

また、以上の実施形態では、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂの駆動信号のデューティ比を制御して、車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂから送信されるＬＦ信号の位相および振幅を異ならせた例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。これ以外に、たとえば複数の車外用ＬＦアンテナ５の駆動信号のデューティ比を制御して、各車外用ＬＦアンテナ５から送信されるＬＦ信号の位相および振幅を異ならせてもよい。（車外用ＬＦアンテナ５や車外用送信回路６の特性は、図３〜図１１に示した車内用ＬＦアンテナ３ａ、３ｂや車内用送信回路４ａ、４ｂの特性と同様である。）また、駆動信号のデューティ比を制御するアンテナの数は３つ以上でもよいし、送信回路の数もアンテナの数に応じて適宜設定すればよい。さらに、ＬＦ帯域以外の周波数帯域の無線信号を送信する場合にも、本発明は適用することが可能である。

また、以上の実施形態では、車載通信装置１０と車両制御装置３０とを別々のＥＣＵで構成した例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。たとえば、車載通信装置１０と車両制御装置３０とを、１台のＥＣＵで構成してもよい。

さらに、以上の実施形態では、自動四輪車から成る車両５０に搭載される車載通信装置１０と車両制御システム１００とに、本発明を適用した例を挙げた。然るに、たとえば自動二輪車や大型自動車などの他の車両に搭載される車載通信装置や車両制御システムに対しても、本発明は適用することは可能である。また、車両用以外の通信装置に対しても、本発明は適用することは可能である。

１ 制御部
３ａ、３ｂ 車内用ＬＦアンテナ（アンテナ）
４ａ、４ｂ 車内用送信回路（送信回路）
７ ＵＨＦアンテナ
８ 受信回路
１０ 車載通信装置（通信装置）
２０ 携帯機（受信機）
３０ 車両制御装置
４０ 車載機器
５０ 車両
１００ 車両制御システム
Ｅａ、Ｅｂ 通信領域
Ｅｃ 重複部分

Claims (6)

1. 受信機に対して所定の信号を送信する複数のアンテナと、
   前記各アンテナを駆動するための矩形波状の駆動信号を出力する制御部と、
   前記制御部から出力された駆動信号に応じて前記各アンテナに正弦波電流を供給する複数の送信回路と、を備え、
   前記複数のアンテナは同時に駆動され、当該複数のアンテナによる通信領域が一部重複する通信装置において、
   前記制御部は、前記各アンテナに対応する前記駆動信号のデューティ比を制御することにより、前記各送信回路から前記各アンテナに供給される前記正弦波電流の位相と振幅とを調整して、前記各アンテナから異なる位相と異なる振幅で前記所定の信号を送信する、ことを特徴とする通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置において、
   前記制御部は、前記各アンテナに対応する前記駆動信号のデューティ比をパルス幅変調により制御する、ことを特徴とする通信装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の通信装置において、
   前記各送信回路から前記各アンテナにかけて直列共振回路が形成され、
   前記制御部は、前記駆動信号の周波数を前記直列共振回路の共振周波数と同一に設定する、ことを特徴とする通信装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の通信装置において、
   前記各送信回路から前記各アンテナにかけて直列共振回路が形成され、
   前記制御部は、前記駆動信号の周波数を前記直列共振回路の共振周波数の半分に設定する、ことを特徴とする通信装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の通信装置と、
   前記受信機を構成し、かつ前記通信装置との間で信号を送受信する携帯機と、
   車両に搭載された車載機器の動作を制御する車両制御装置と、から構成された車両制御システムであって、
   前記通信装置は、
   前記車両に搭載され、
   前記携帯機から送信された信号を受信する受信回路をさらに備え、
   前記複数のアンテナにより前記携帯機に対して応答要求信号を送信し、前記携帯機が前記応答要求信号の受信に応じて返信する応答信号を前記受信回路により受信し、
   前記車両制御装置は、前記通信装置が受信した前記応答信号に基づいて、前記車載機器の動作を制御する、ことを特徴とする車両制御システム。
6. 請求項５に記載の車両制御システムにおいて、
   前記車両の内部に、前記複数のアンテナから送信される各信号の通信領域が一部重複した重複部分が形成される、ことを特徴とする車両制御システム。

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