JP2020150296A - 車両の無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信コストを減少させつつ省エネ性能を改善する車両の無線通信装置を提供する。【解決手段】無線通信装置５は、記憶部２、算出部３、通信部４を備える。記憶部２は、複数の通信方式の通信時における消費電力及び通信コストを記憶する。算出部３は、無線通信装置５に電力を供給するバッテリー１６の充電率を算出する。通信部４は、プロトコルの異なる複数の通信方式に対応し、算出部３で算出された充電率と記憶部２が記憶する消費電力及び通信コストとに基づき、通信方式の一つを選択して外部と通信する。【選択図】図３

Description

本発明は、プロトコルの異なる複数の通信方式に対応した車両の無線通信装置に関する。

従来、車両に搭載されたカメラで周辺の様子を撮影し、その映像を盗難防止や防犯のために活用する技術が知られている。例えば、駐車中に車室内のカメラで車室内外の映像を録画し、映像データを警備会社やユーザーの電子端末（スマートフォンやタブレット端末など）に送信する技術が提案されている。映像データは、車載の無線通信装置からモバイル通信網（移動体通信網）を介してインターネット上のサーバーや電子端末に伝達される。

このような通信で用いられる通信方式としては、3GPP（Third Generation Partnership Project）にて標準化されたLTE（Long Term Evolution，登録商標）やLTE-Advancedなどが知られている（特許文献１，２参照）。近年では、これらの通信方式との互換性を維持しつつさらに高速な通信速度を実現する第五世代移動通信システム（5G，Fifth Generation）の準備が進められている。

国際公開第2017/046979号 特開2018-186580号公報

ところで、モバイル通信網を利用した通信に関して、日本国内の電気通信事業者がユーザーに負担させている通信コストは、諸外国と比較して割高であるといわれている。このような実情を踏まえ、高速道路のパーキングエリアや商業施設においては、モバイル通信網を介さずにインターネット環境を提供する無料通信サービス（例えば、フリー公衆無線通信サービス）を自動車の乗員向けに展開しているところもある。

一方、このような無料通信サービスを利用した場合には、モバイル通信網と同等の通信品質が得られないことがあり、通信時間や消費電力量が増加するおそれがある。また、車両の無線通信装置で消費される電力量は、車載バッテリーの充電率にも影響を与える。したがって、走行用モーターを搭載するハイブリッド車両や電気自動車においては、無線通信装置の省エネ性能が航続可能距離や走行性能を左右する要因の一つとなりうる。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、車両に搭載される無線通信装置の通信コストを減少させつつ省エネ性能を改善することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

ここで開示する車両の無線通信装置は、プロトコルの異なる複数の通信方式に対応した車両の無線通信装置であって、記憶部，算出部，通信部を備える。前記記憶部は、前記複数の通信方式の通信時における消費電力及び通信コストを記憶する。前記算出部は、前記無線通信装置に電力を供給するバッテリーの充電率を算出する。前記通信部は、前記算出部で算出された前記充電率と前記記憶部が記憶する前記消費電力及び通信コストとに基づき、前記通信方式の一つを選択して外部と通信する。

バッテリーの充電率と通信方式の消費電力及び通信コストとに基づいて通信方式を選択することで、消費電力の大きい通信方式と消費電力の小さい通信方式とを、電力や費用の余力に応じて使い分けることができる。これにより、無線通信装置の通信コストを減少させつつ消費電力を小さくすることができ、省エネ性能を向上させることができる。

車両の無線通信に係る装置構成を説明するための模式図である。 通信方式の特性を説明するための概念図である。 無線通信装置のブロック構成図である。 無線通信装置に記録されるテーブル例である。 通信方式の可否を判定する手順を例示するフローチャートである。 スループットを実測する手順を例示するフローチャートである。 通信方式を選択する手順を例示するフローチャートである。 通信方式を選択する手順を例示するフローチャートである。

［１．装置］
ここで開示する無線通信装置５は、図１に示す車両１０（自車両）に搭載される。無線通信装置５は、マイクロプロセッサー（中央処理装置），メモリ（メインメモリ），記憶装置（ストレージ），インタフェース装置などを内蔵した車載の電子制御装置（コンピューター）であり、車両１０の内外における通信を司るものである。無線通信装置５は、プロトコルの異なる複数の通信方式に対応しており、複数の通信手法を状況に応じて使い分けながら外部と通信することができる。車両１０のルーフ近傍には、無線通信用のアンテナ７が取り付けられる。また、無線通信装置５は、車載ネットワーク（CAN，Controller Area Network）を介して他の車載制御装置（バッテリーECU６，エンジンECU，モーターECU，車体ECUなど）と通信可能に設けられる。

車両１０には、車室内外（車室の内部または外部）を撮影する撮影装置として、前方カメラ１１，後方カメラ１２，右カメラ１３，左カメラ１４，室内カメラ１５が搭載される。これらの車載カメラ１１〜１５は、車載のバッテリー１６に蓄えられた電力で作動する省電力型のカメラであり、車両１０の主電源（メインスイッチ，イグニッションキースイッチなど）が投入されているときだけでなく、主電源が遮断されているとき（例えば駐車中）にも撮影が可能である。バッテリー１６は、無線通信装置５の駆動源として機能する。

前方カメラ１１は車両１０の前方を撮影するカメラであり、車両１０の前端部やルーフの前端部，フロントガラス近傍などに取り付けられる。一方、後方カメラ１２は車両１０の後方を撮影するカメラであり、車両１０の後端部やルーフの後端部，リヤガラス近傍などに取り付けられる。また、右カメラ１３は車両１０の右側方を撮影し、左カメラ１４は車両１０の左側方を撮影する。右カメラ１３，左カメラ１４は、側面ドアやピラーやサイドミラーなどに取り付けられる。室内カメラ１５は車室内を撮影するカメラであり、インストルメントパネルやバックミラー近傍などに取り付けられる。

上記の車載カメラ１１〜１４で撮影された映像は、車両１０を外部から眺めたときの様子を示す俯瞰画像を生成するためにも用いられる。また、車両１０の走行中には周囲の車両の走行状態を確認するためにも用いられ、車両１０の駐車中には周囲の不審者を検知するためにも用いられることになる。車載カメラ１１〜１５で撮影された映像の情報は無線通信装置５に伝達される。

無線通信装置５は、車両１０のユーザーが所持するスマートフォン１８（電子端末）や他車両１９と直接通信が可能であるとともに、インターネット２０に接続されたサーバー２５にも接続可能である。図１に示すように、無線通信装置５の通信対象には、電気通信事業者の基地局２１，無線LAN（Local Area Network）ルーター２２，無線PAN（Personal Area Network）ルーター２３，無線LPWAN（Low Power Wide Area Network）ルーター２４などが含まれる。これらの基地局２１及びルーター２２〜２４は、インターネット２０に常時接続されている。

基地局２１はモバイル通信方式（例えば、LTEや5Gなど）に対応した通信装置である。無線LANルーター２２は、国際規格IEEE 802.11に準拠したローカルエリアネットワーク（LAN）通信方式〔例えば、Wi-Fi（登録商標）〕に対応した通信装置である。無線PANルーター２３は、国際規格IEEE 802.15に準拠したパーソナルエリアネットワーク（PAN）通信方式〔例えば、Bluetooth（登録商標） Low-Energy，ZigBee（登録商標）など〕に対応した通信装置である。無線LPWANルーター２４は、より省電力かつ低速な広域ネットワーク通信方式〔例えば、LoRaWAN（Long Range Wide Area Network），SigFox（登録商標）などのLPWANやWi-Fi HaLowなど〕に対応した通信装置である。

図２は、上記の通信方式の特性を簡便に示す概念図である。一般に、最大通信速度はモバイル通信方式が他の通信方式（LAN通信方式，PAN通信方式，LPWAN通信方式）よりも速く、LPWAN通信方式が最も遅い。また、通信エリアの広さについては、モバイル通信方式やLPWAN通信方式が比較的広く（最大通信距離が長く）、LAN通信方式やPAN通信方式が比較的狭い（最大通信距離が短い）。

インターネット２０への接続に際し、モバイル通信方式は携帯電話通信網の基地局２１を介した接続であるのに対し、他の通信方式（LAN通信方式，PAN通信方式，LPWAN通信方式）は基地局２１を介さない接続である。したがって、モバイル通信方式は他の通信方式と比較して、通信コストがやや高い。なお、インターネット２０以外への接続（例えば、車両１０と他車両１９との車車間通信や車両１０とスマートフォン１８との直接接続）においては、モバイル通信方式以外の通信方式（LAN通信方式，PAN通信方式，LPWAN通信方式）が使用される。

［２．制御］
無線通信装置５は、車両１０が駐車しているときに車載カメラ１１〜１５を作動させて車室内外の映像を取得し、映像の中から不審者を検知したときに警報を発する監視制御を実施する。不審者の検知は、例えば映像中の人物の動きや車両１０に対する干渉動作（例えば接触動作やのぞきこみ動作），出現頻度，出現位置，服装，表情，眼球の動きなどに基づくパターンマッチングを通じて実施される。

上記の監視制御は、車両１０の駐車中に車外から画像要求を受信したときに実施される。例えば、車両１０の俯瞰画像を表示させるためのアプリケーションがインストールされたスマートフォン１８をユーザーが操作すると、スマートフォン１８から車両１０へと画像要求が送信される。あるいは、同様のアプリケーションがインストールされた電子端末や他車両１９を用いて、同様の操作が可能とされる。画像要求を受信した車両１０は、車載カメラ１１〜１５を作動させて不審者の検知を開始するとともに、その映像を画像要求の送信元に対して送信する。

図３に示すように、無線通信装置５には、監視部１，記憶部２，算出部３，通信部４が設けられる。通信部４には、プロトコルの異なる複数の通信方式に対応すべく、モバイル通信部３１，LAN通信部３２，PAN通信部３３，LPWAN通信部３４，V2V通信部３５，CAN通信部３６が設けられる。これらの要素は、無線通信装置５の機能を便宜的に分類して示したものであり、個々の要素を独立したプログラムとして記述してもよいし、これらの機能を兼ね備えた複合プログラムとして記述してもよい。

監視部１は、車載カメラ１１〜１５に車両１０の周辺画像を撮影させるとともに、周辺画像に映った不審者を検知（スキャン）して警報を発するものである。ここでは、車両１０の車載カメラ１１〜１４で撮影された周辺画像だけでなく、室内カメラ１５で得られた画像も不審者のスキャン対象とされる。不審者の検知は、例えば映像中の人物の動きや車両１０に対する干渉動作（例えば接触動作やのぞきこみ動作），出現頻度，出現位置，服装，表情，眼球の動きなどに基づくパターンマッチングを通じて実施される。

記憶部２は、無線通信装置５が対応している各々の通信方式について、少なくとも通信時の消費電力及び通信コストを記憶するものである。例えば図４に示すように、記憶部２は複数の通信方式のそれぞれについて、通信の可否判定結果，スループットの実測値，消費電力，単位データ量あたりの通信コストを記憶している。通信の可否判定結果及びスループットの実測値の情報は可変であり、所定の周期で繰り返し判定，実測されてリアルタイムに更新される。一方、消費電力及び通信コストの情報は、あらかじめ設定された固定値である。

一般に、高いスループットが得られやすい通信方式はモバイル通信やLAN通信である。逆に、PLWAN通信のスループットは他の通信方式と比較して低いことが多い。しかし、実際のスループットは、車両１０から基地局２１やルーター２２〜２４までの距離や混雑具合などに応じて変動する。そこで本実施形態では、スループットを定期的に実測することでその時点の通信品質を把握している。一方、消費電力や通信コストは通信状況によって変化しにくいため、固定値として取り扱う。ただし、消費電力や通信コストを固定値として取り扱う代わりに、変数として取り扱うことも可能である。例えば、消費電力の実測値や実測値の平均値などで図４中の値を更新してもよい。

本実施形態では、インターネット通信のための通信方式として、四種類（モバイル通信，LAN通信，PAN通信，LPWAN通信）の通信方式が想定されている。また、直接通信の通信方式としては、三種類（LAN通信，PAN通信，LPWAN通信）の通信方式が想定されている。これらの中からその状況に適したいずれか一つの通信方式が選択されて、無線通信が実現される。なお、通信コストはインターネット通信の通信方式にのみ付加されるものとし、直接通信時の通信コストはないものとみなされる。

算出部３は、無線通信装置５に電力を供給するバッテリー１６の充電率SOC（State Of Charge）を算出するものである。充電率SOCとは、バッテリー１６の満充電容量[Ah]に対するその時点の充電量[Ah]の百分率であり、バッテリー１６の充放電特性に基づいて推定される。例えば、バッテリー１６の開放電圧と蓄電量との関係を用いて、その時点のバッテリー電圧に基づいて算出することができる。あるいは、バッテリー１６の入出力電流を積算して電気量の変化を追跡することで算出することができる。なお、バッテリーECU６が算出した充電率SOCを車載ネットワーク経由で取得するような制御構成にしてもよい。すなわち、バッテリーECU６を算出部３として機能させてもよい。

通信部４は、算出部３で算出された充電率SOCと記憶部２が記憶する消費電力及び通信コストに基づき、通信方式の一つを選択して外部と通信するものである。充電率SOCが所定値以上（例えば、30％以上）であるとき、通信部４は、その時点で使用可能な通信方式のうち最も通信コストの低い通信方式を選択する。一方、充電率SOCが所定値未満（例えば、30％未満）であるとき、通信部４は、その時点で使用可能な通信方式のうち最も消費電力の小さい通信方式を選択する。ただし、通信の緊急度が高い場合には、通信速度の速い通信方式を選択するような制御にしてもよい。

モバイル通信部３１は、モバイル通信のプロトコルに従ってインターネット通信を実施する機能を持つ。また、LAN通信部３２は、国際規格IEEE 802.11に準拠したプロトコルに従ってインターネット通信を実施する機能を持つ。同様に、PAN通信部３３は、国際規格IEEE 802.15に準拠したプロトコルに従ってインターネット通信を実施する機能を持ち、LPWAN通信部３４は、広域ネットワーク通信方式のプロトコルに従ってインターネット通信を実施する機能を持つ。一方、V2V通信部３５は、直接接続を司るものである。直接通信では、LAN通信方式，PAN通信方式，LPWAN通信方式などのプロトコルが使用される。また、CAN通信部３６は、車載ネットワーク内のプロトコルに従って通信を実施する機能を持つ。

［３．フローチャート］
図５は、無線通信装置５がモバイル通信の可否を判定する手順を例示するフローチャートである。ステップＡ１では、基地局２１から発信される電波の強度が所定値以上であるか否かが判定される。また、ステップＡ２では、インターネット接続が確立されているか否かが判定される。この条件は、例えばインターネット２０上のサーバー２５との通信が可能であるか否かを確認することで判定可能である。

上記の二条件がともに成立する場合には「モバイル通信が可能（OK）」と判断される（ステップＡ３）。一方、少なくともいずれかの条件が不成立の場合には「モバイル通信が不可（NG）」と判定される（ステップＡ４）。これらの判定結果は記憶部２のテーブルに記憶される（ステップＡ５）。これと同様の判定がLAN通信，PAN通信，LPWAN通信についても実施される。なお、直接通信の可否判定においては、インターネット接続を確認する必要はない。

図６は、無線通信装置５がモバイル通信のスループットを実測する手順を例示するフローチャートである。ステップＢ１では、所定量のデータが基地局２１経由でインターネット２０上のサーバー２５に送信される。その後、送信完了までの時間が計測され（ステップＢ２）、単位時間あたりのデータ送信量が算出される（ステップＢ３）。スループットの算出結果は、記憶部２のテーブルに記憶される（ステップＢ４）。これと同様の判定がLAN通信，PAN通信，LPWAN通信についても実施される。なお、直接通信の可否判定においては、サーバー２５ではなくその通信対象へのデータ転送速度を実測すればよい。

図７は、無線通信装置５が通信方式を選択する手順を例示するフローチャートである。無線通信装置５が車外から画像要求を受信すると（ステップＣ１）、算出部３がバッテリー１６の充電率SOCを算出する。また、画像要求の送信元と直接通信できるか否かが判定され（ステップＣ３）、直接通信できない場合には図８に示すフローに進む。直接通信できる場合、送信すべきデータ量が算出部３で算出される（ステップＣ４）。また、その時点で使用可能な通信方式（直接通信の通信方式）のそれぞれについて、予想送信時間と予想消費電力量とが算出される（ステップＣ５）。

予想送信時間は、送信すべきデータ量をスループットで除算することで算出可能である。また、予想消費電力量は、消費電力に予想送信時間を乗算することで算出可能である。続いて、データ送信の緊急度が高いか否かが判定される（ステップＣ６）。ここでいう緊急度とは、画像要求の送信元が任意に設定可能なパラメーターである。例えば、送信元が短時間で通信を完了させることを希望する場合に、高い緊急度を設定することができる。これを受けて無線通信装置５は、その時点で利用可能な通信方式のうち、予想送信時間が最も短い通信方式を選択し（ステップＣ８）、選択された通信方式を用いてデータを送信する（ステップＣ１０）。

ステップＣ６で緊急度が低いと判定された場合、充電率SOCに応じて通信方式が選択される。すなわち、充電率SOCが所定値未満であるか否かが判定され（ステップＣ７）、この条件が成立する場合には、その時点で利用可能な通信方式のうち最も予想消費電力の小さい通信方式が選択される（ステップＣ９）。一方、ステップＣ７の条件が不成立の場合にはステップＣ８に進み、予想送信時間が最も短い通信方式が選択される。このように、通信にかかる消費電力を抑えることで、充電率SOCのさらなる低下やバッテリー１６のあがりが抑制される。

図８は、図７のステップＣ３から直接通信できない場合（すなわち、インターネット通信が実施される場合）の制御手順を例示するフローチャートである。ステップＤ１では、送信すべきデータ量が算出部３で算出される。また、その時点で使用可能な通信方式（インターネット通信の通信方式）のそれぞれについて、予想送信時間と予想消費電力量とが算出される（ステップＤ２）。続いて、データ送信の緊急度が高いか否かが判定される（ステップＤ３）。

ここで高い緊急度が設定されている場合、無線通信装置５は、その時点で利用可能な通信方式のうち、予想送信時間が最も短い通信方式を選択し（ステップＤ５）、選択された通信方式を用いてデータを送信する（ステップＤ８）。一方、ステップＤ３で緊急度が低いと判定された場合、充電率SOCに応じて通信方式が選択される。すなわち、充電率SOCが所定値未満であるか否かが判定される（ステップＤ４）。

この条件が成立する場合には、その時点で利用可能な通信方式のうち最も予想消費電力の小さい通信方式が選択される（ステップＤ６）。このように、通信にかかる消費電力を抑えることで、充電率SOCのさらなる低下やバッテリー１６のあがりが抑制される。一方、ステップＤ４の条件が不成立の場合には、その時点で利用可能な通信方式のうち最も通信コストが低い通信方式が選択される（ステップＤ７）。このように、充電率SOCに余裕がある場合には、通信にかかるコストが抑制される。

［４．効果］
（１）上記の通り、バッテリー１６の充電率SOCと通信方式の消費電力及び通信コストとに基づいて通信方式を選択することで、消費電力の大きい通信方式と消費電力の小さい通信方式とを、電力や費用の余力に応じて使い分けることができる。これにより、無線通信装置５の通信コストを減少させつつ消費電力を小さくすることができ、省エネ性能を向上させることができる。

（２）図８のステップＤ７に示すように、充電率SOCが所定値以上である場合に通信コストの低い通信方式を選択することで、車両１０の航続可能距離や走行性能に悪影響を与えることなくユーザーの金銭的負担を軽減することができる。
（３）一方、図７のステップＣ９，図８のステップＤ６に示すように、充電率SOCが所定値未満である場合に消費電力の小さい通信方式を選択することで、充電率SOCのさらなる低下やバッテリー１６のあがりが抑制することができ、車両１０の航続可能距離や走行性能を維持しやすくすることができる。

（４）上記の無線通信装置５では、インターネット接続の通信方式として、モバイル通信方式とその他の非モバイル通信方式（LAN通信方式，PAN通信方式，LPWAN通信方式）とが使い分けられている。このように、通信エリアの広いモバイル通信方式で無線通信をどこでも使える利便性を確保しつつ、ルーター２２〜２４が設置された場所では通信コストの低い通信方式でお得に無線通信を実施することができる。

（５）上記の無線通信装置５では、非モバイル通信方式として、LAN通信方式とPAN通信方式とLPWAN通信方式とが使い分けられている。このように、スループットや通信エリアのサイズが異なる複数の通信方式に対応することで、その状況に適した通信方式を選択できるようになり、利便性を高めつつ通信コストや消費電力を削減することができ、省エネ性能を向上させることができる。

（６）なお、図７のステップＣ６，図８のステップＤ３に示すように、通信の緊急度に応じて通信速度の速い通信方式が選択されるような制御を追加することで、情報を迅速に送信することができる。例えば、カメラ１１〜１５で撮影された画像中に不審者が検知された場合や、警備会社，警察などから情報提供の要請があったような場合には、予想送信時間の短い通信方式を選択することで、防犯性や利便性をさらに向上させることができる。

［５．変形例］
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、本実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

１ 監視部
２ 記憶部
３ 算出部
４ 通信部
５ 無線通信装置
６ バッテリーＥＣＵ
７ アンテナ
１０ 車両
１６ バッテリー
１８ スマートフォン
１９ 他車両
２０ インターネット
２１ 基地局
２２ 無線LANルーター
２３ 無線PANルーター
２４ 無線LPWAルーター

Claims (6)

1. プロトコルの異なる複数の通信方式に対応した車両の無線通信装置であって、
   前記複数の通信方式の通信時における消費電力及び通信コストを記憶する記憶部と、
   前記無線通信装置に電力を供給するバッテリーの充電率を算出する算出部と、
   前記算出部で算出された前記充電率と前記記憶部が記憶する前記消費電力及び通信コストとに基づき、前記通信方式の一つを選択して外部と通信する通信部とを備える
   ことを特徴とする、車両の無線通信装置。
2. 前記通信部は、前記充電率が所定値以上である場合に、その時点で利用可能な通信方式のうち最も前記通信コストの低い通信方式を選択する
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両の無線通信装置。
3. 前記通信部は、前記充電率が前記所定値未満である場合に、その時点で利用可能な通信方式のうち最も前記消費電力の小さい通信方式を選択する
   ことを特徴とする、請求項１または２記載の車両の無線通信装置。
4. インターネットへの接続に際し、前記複数の通信方式が、
   携帯電話通信網の基地局を介した接続を確立するモバイル通信方式と、
   前記基地局を介さず無線ルーターを介した接続を確立する非モバイル通信方式とを含む
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の無線通信装置。
5. 前記複数の通信方式が、
   国際規格IEEE 802.11に準拠したローカルエリアネットワーク通信方式と、
   国際規格IEEE 802.15に準拠したパーソナルエリアネットワーク通信方式と、
   前記ローカルエリアネットワーク通信方式及び前記パーソナルエリアネットワーク通信方式よりも省電力かつ低速な広域ネットワーク通信方式とを含む
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の無線通信装置。
6. 前記記憶部が、前記複数の通信方式の通信速度を記憶し、
   前記通信部が、前記消費電力及び通信コストに基づく前記通信方式の選択を実施するのか、あるいは、最も前記通信速度の速い前記通信方式を選択するのかを通信の緊急度に応じて決定する
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両の無線通信装置。