JP4104394B2 - 電力線通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線を介して通信を行う電力線通信方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力を供給する電力線を伝送路に用いて通信を行う、所謂、電力線通信（ＰＬＣ）が注目され、様々な技術分野に導入されようとしている。
例えば、特開２００１−１４４６５９号公報に開示された制御装置では、車両に搭載された複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が、車両のバッテリに接続された電力線を介して互いに通信し、車両を協同制御するようにされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、車両の電力系統は、車両に搭載された電装品への直流電力の伝送を主目的としているため、電力を伝送する電力線の固有のインピーダンスと、電力線を分岐するジャンクションボックスやリレーボックス、電装品を過電流から保護するヒューズなどの固有のインピーダンスとが、通信用の伝送路のように整合されておらず、これらの接続点にて通信信号の反射を招くことが考えられる。そして、分岐された電力線のうち、ジャンクションボックスやリレーボックス、ヒューズなどが数多く接続された電力線を介して通信を行うと、通信信号が確実に受信側に供給されず、安定した通信を行うことが困難となる可能性がある。
【０００４】
又、通常、バッテリのグランド（ＧＮＤ）に接続されたＧＮＤ側電力線は、車体に接続され、バッテリのＧＮＤと車体とを電気的に接続するように設定される。一方、正極側の電力線（以下、「正極側電力線」という。）は、上述したように分岐され、電装品の設置位置などに応じて様々な経路に配線される。
【０００５】
ここで、正極側電力線は、その経路によって、配線長が長かったり、短かったり、又、車体付近に配線されたり、車体から離れた位置に配線されたりする。その結果、正極側電力線の抵抗や浮遊インダクタンス、正極側電力線と車体（つまり、バッテリのＧＮＤ）との間に生じる浮遊容量の大きさが経路ごとに異なる。
【０００６】
更に、電力線に接続された電装品の電源の入力インピーダンスも、電装品によって様々であるため、上記抵抗や浮遊インダクタンス、浮遊容量の他、接続された電装品の電源の入力インピーダンスによって、バッテリのＧＮＤに対する正極側電力線のインピーダンスが経路ごとに異なる。つまり、分岐された電力線は、経路ごとに様々な周波数特性を有することになるため（図４参照）、通信信号の周波数に対して大きな減衰を生じるような周波数特性を有する電力線を介して通信を行うと、十分な大きさの通信信号を受信できず、安定した通信を確立できない可能性がある。又、車両が走行した際に、通信に用いる正極側電力線が振動すると、その正極側電力線の周波数特性が安定せず、走行中に通信の確立が不安定となる可能性も考えられる。
【０００７】
又、車両内には、インバータや点火コイルなど静電ノイズや電磁ノイズを発生するノイズ源が存在するため、これらノイズ源付近に配線された電力線を介して通信信号を受信すると、ノイズが重畳した通信信号を復調することになり、その結果、通信信号から正確なデータを抽出することができない可能性がある。
【０００８】
以上から、通信信号の伝送に用いる電力線の経路や、その周囲の環境によって、通信信号を良好に受信することが困難な場合が生じることが考えられる。
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、電力線を介して通信を行う電力線通信において、通信の信頼性を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項２記載の電力線通信装置では、ダイバーシチ受信手段が、異なる分岐部にて分岐された複数の電力線を介して同一の通信信号をダイバーシチ受信する。より具体的には、ダイバーシチ受信手段は、外部からの指令データに従って処理を行うＣＰＵの電源に電力を供給する第１の電力線と、ＣＰＵの指令に基づいて動作するアクチュエータの電源に電力を供給する第２の電力線とを介して通信信号をダイバーシチ受信する。
このような電力線通信装置によれば、異なる分岐部にて分岐された複数の電力線のなかから通信信号の受信に用いる電力線を適宜選択したり、又、複数の電力線から受信した通信信号の電力を全て合成することにより、たとえ複数の電力線のなかに、通信に影響を及ぼす程度の通信信号の反射を生じたり、通信信号の周波数に対して大きな減衰を生じたり、ノイズに大きく影響された通信信号を伝送するものが存在しても、高い信頼性で通信信号を受信することができる。即ち、通信の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
ここで、ダイバーシチ受信手段は、例えば、請求項２記載のように、複数の電力線の各々から通信信号を抽出する信号抽出手段と、信号抽出手段が抽出した通信信号の各々の大きさを比較する比較手段と、比較手段の比較結果に基づいて、通信に使用する電力線を選択する選択手段とを備えていても良い。
【００１３】
このように構成されたダイバーシチ受信手段では、まず、信号抽出手段が、複数の電力線の各々から通信信号を抽出し、比較手段が、信号抽出手段により抽出された通信信号の各々の大きさを比較する。そして、選択手段が、比較手段の比較結果に基づいて、通信に使用する電力線を選択する。
【００１４】
尚、この場合、選択手段は、比較手段の比較結果によって最も大きな通信信号を伝送していると判定された電力線を選択するように設定されていることが最も望ましい。
又、比較手段は、例えば、請求項３記載のように、通信信号の電圧レベルを比較したり、又、通信信号の電力レベルを比較することで通信信号の大きさを比較できる。
【００１５】
又、電力線は、例えば、請求項４記載のように、移動体内に配線されていても良い。つまり、車両などの移動体では、移動体の運動と共に内部の電力線が振動するなどして電力線の周波数特性が変化したり、又、ノイズを発生する機器が搭載されていることが多いため、上記発明は、移動体内に電力線通信システムを構築する際に好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、図１は、本発明に係るＥＣＵを備えた車両の電力線通信システムの構成図である。
【００１７】
図１に示すように、電力線通信システム１は、車両に搭載された各電装品に電力を供給するバッテリ２と、バッテリ２の正極側端子（＋１２Ｖ）と車両の各部に搭載された電装品とを電気的に接続する正極側電力線３と、バッテリ２のＧＮＤ側端子と車体４とを電気的に接続するＧＮＤ側電力線５と、ジャンクションボックスやリレーボックスなどからなり、正極側電力線３を分岐する分岐部６，７，８と、分岐部６，７の間及び分岐部７，８の間に介挿されたヒューズ９，１０と、車両を制御するＥＣＵ１１，１２とを備えている。
【００１８】
尚、分岐部６，８にて分岐された正極側電力線３の枝線３１，３３には、ＥＣＵ１１が接続され、枝線３１，３２を介してバッテリ２と電気的に接続されている。又、分岐部７にて分岐された正極側電力線３の枝線３２には、ＥＣＵ１２が接続され、枝線３２を介してバッテリ２と電気的に接続されている。但し、ＥＣＵ１１，１２の電源のＧＮＤは、ＧＮＤ側電力線５によって、車体４に接続されている。
【００１９】
ここで、ＥＣＵ１１，１２は、正極側電力線３を介して通信するようにされている。但し、ここでは、ＥＣＵ１２は、指令データを重畳させた通信信号を送信するようにされている。
そして、ＥＣＵ１１は、本発明に係る装置であり、指令データに従って処理を行うＣＰＵと、このＣＰＵの指令に基づいて動作するアクチュエータとを備え、枝線３１，３２の両方を経由して伝送されてくるＥＣＵ１２の指令データに基づいて車両を制御するようにされている。尚、ＥＣＵ１１のＣＰＵの電源には枝線３１、アクチュエータの電源には枝線３３がそれぞれ接続されている。
【００２０】
以下、図２，３を用いて、ＥＣＵ１１について詳述する。
まず、図２は、ＥＣＵ１１の内部構成を示すブロック図である。
図２に示すように、ＥＣＵ１１は、ＣＰＵの電源に電力を供給する電力系統（以下、「ＣＰＵ電力系統」という。）１１１とアクチュエータの電源に電力を供給する電力系統（以下、「アクチュエータ電力系統」という。）１１２とに接続され、これらから通信信号を抽出する信号受信部１１３と、信号受信部１１３にて抽出された通信信号を復調して、指令データをＣＰＵに転送する復調部１１４とを備えている。
【００２１】
尚、信号受信部１１３は、通過周波数がＥＣＵ１２の通信信号の周波数に設定され、ＣＰＵ電力系統１１１とアクチュエータ電力系統１１２とからそれぞれ通信信号を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１５，１１６と、ＢＰＦ１１５，１１６にて抽出された通信信号の電圧レベルを互いに比較し、ＣＰＵ電力系統１１１から抽出した通信信号である第１抽出信号の電圧レベルが、アクチュエータ電力系統１１２から抽出した通信信号である第２抽出信号の電圧レベルよりも大きいか否かを判定し、その判定結果を示す判定信号を出力する比較部１１７と、第１抽出信号の電圧レベルの方が、第２抽出信号の電圧レベルよりも大きいことを判定信号が示している場合には、ＢＰＦ１１５を復調部１１４に接続し、第２抽出信号の電圧レベルの方が、第１抽出信号の電圧レベルよりも大きいことを示している場合には、ＢＰＦ１１６を復調部１１４に接続するセレクタ１１８とを備えている。
【００２２】
このように構成されたＥＣＵ１１では、ＣＰＵ電力系統１１１及びアクチュエータ電力系統１１２の両方から通信信号を抽出し、電圧レベルの大きい方のみを復調して、指令データをＣＰＵへ供給する。つまり、ＥＣＵ１１では、枝線３１，３３のうちの一方を通信に使用する電力線に選択して通信信号の受信を行う、所謂、選択型のダイバーシチ受信を行っている。
【００２３】
尚、比較部１１７は、図３のように構成され、第１，２抽出信号の電圧レベルの比較を行っている。
即ち、比較部１１７は、ＢＰＦ１１５，１１６にて抽出された第１，２抽出信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１２０，１２１と、マイクロプロセッサからなる演算部１２２とを備えている。そして、演算部１２２は、Ａ／Ｄ変換器１２０，１２１から２値化された第１，２抽出信号をそれぞれ取り込んで、それぞれの微小時間における電圧の実効値を算出し、第１抽出信号の電圧の実効値が、第２抽出信号の電圧の実効値よりも大きいか否かを判定して、その判定結果を上記判定信号として出力している。
【００２４】
以上のように構成された電力線通信システム１では、ＥＣＵ１２から送信された通信信号は、枝線３２及び枝線３１を経てＥＣＵ１１に到達する第１経路、及びＥＣＵ１２から枝線３２及び枝線３３を経てＥＣＵ１１に到達する第２経路を介して、ＥＣＵ１１に伝送される。そして、ＥＣＵ１１は、第１経路及び第２経路を介して伝送されてきた通信信号の電圧の実効値を比較し、実効値の大きな方のみを復調して、指令データを当該ＥＣＵ１１のＣＰＵに転送する。
【００２５】
即ち、電力通信システム１によれば、第１経路及び第２経路のどちらか一方に、通信に影響を及ぼす程度の通信信号の反射が生じていたり、通信信号の周波数に対して大きな減衰を生じていたり、車両に搭載されたインバータなどにより通信信号にノイズが重畳していても、高い信頼性で通信を行うことができる。
【００２６】
尚、本実施形態では、信号受信部１１３が、本発明のダイバーシチ受信手段に相当する。そして、その構成要素であるＢＰＦ１１５，１１６が、本発明の信号抽出手段に、比較部１１７が、本発明の比較手段に、セレクタ１１８が、本発明の選択手段に相当する。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、演算部１１８は、微小時間における通信信号の電圧の実効値を算出し、比較していたが、微小時間における通信信号の電圧の平均値や、微小時間内における通信信号の電圧のピーク値などを算出し、これらを比較するように構成されていても良い。
【００２８】
又、上記実施形態では、ＥＣＵ１１は、２つの経路から通信信号を抽出していたが、３つ以上の経路から通信信号を抽出し、電圧レベルが最も大きな通信信号を受信信号として選択するように設定されていても良い。
又、上記実施形態では、ＥＣＵ１１は、選択型のダイバーシチ受信を行うように構成されていたが、枝線３１，３３から抽出した両方の通信信号の電力を合成する、所謂、合成型のダイバーシチ受信を行い、合成した通信信号を復調するように構成されていても良い。
【００２９】
又、上記実施形態では、本発明を車両に搭載された電力線通信システムに適用したが、航空機や船舶などの他の移動体に搭載された電力線通信システムに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＥＣＵを備えた車両の電力線通信システムの構成図である。
【図２】ＥＣＵ１１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】比較部１１７の内部構成を示すブロック図である。
【図４】周波数特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…電力通信システム、 ２…バッテリ、 ３…正極側電力線、 ４…車体、５…ＧＮＤ側電力線、 ６，７，８…分岐部、 ９，１０…ヒューズ、 １１，１２…ＥＣＵ、 １１１…ＣＰＵ電力系統、 １１２…アクチュエータ電力系統、 １１３…信号受信部、 １１４…復調部、 １１５，１１６…ＢＰＦ、 １１７…比較部、 １１８…セレクタ、 １２０，１２１…Ａ／Ｄ変換器、 １２２…演算部。

Claims (4)

1. 電力を供給する電力線を伝送路に用いて通信を行う電力線通信装置であって、
   異なる分岐部にて分岐された複数の電力線を介して同一の通信信号をダイバーシチ受信するダイバーシチ受信手段を備え、
   前記ダイバーシチ受信手段は、外部からの指令データに従って処理を行うＣＰＵの電源に電力を供給する第１の電力線と、前記ＣＰＵの指令に基づいて動作するアクチュエータの電源に電力を供給する第２の電力線とを介して前記通信信号をダイバーシチ受信することを特徴とする電力線通信装置。
2. 前記ダイバーシチ受信手段は、
   前記複数の電力線の各々から前記通信信号を抽出する信号抽出手段と、
   該信号抽出手段が抽出した前記通信信号の各々の大きさを比較する比較手段と、
   該比較手段の比較結果に基づいて、通信に使用する電力線を選択する選択手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の電力線通信装置。
3. 前記比較手段は、前記通信信号の電圧レベルを比較することを特徴とする請求項２記載の電力線通信装置。
4. 前記電力線は、移動体内に配線されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の電力線通信装置。

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