JP4140732B2 - 車両用通信装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子キーシステムなどの携帯機の位置特定機能を有する車両用通信装置に関し、特に携帯機を所持しているのみで車両ドアのロックおよびアンロックを簡便に作動させるためのパッシブエントリに適用した場合に好適な技術に関するものである。

従来から、自動車の車載機器を遠隔制御する通信装置として、携帯機を所持した利用者が車両に接近したときに車両ドアが自動的に解錠され、利用者が車両から離れると車両ドアが自動的に施錠される機能を有する車両用通信装置が提案されている。

しかし、このような従来装置においては、携帯機が車両内にある場合に携帯機の閉じ込めを防止するために、自動でドアが施錠されないように対策されているので、携帯機を車両内に置き忘れたまま利用者が車両を離れると、ドアが施錠されないまま放置されることになり、防犯上問題となる。
そこで、利用者が車両から離れるときに、携帯機を車両内に置き忘れた場合には、その状態を利用者に報知することが必要となる。つまり、携帯機が車両内にあるのか車両外にあるのかを判定する機能が要求されている。

携帯機が車両内にあるか否かを判定するための技術（以下、「車内外判定技術」という）として、たとえば周波数１２０ＫＨｚ〜１３５ＫＨｚ程度のＬＦ帯電波を使用した車両用通信装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

ＬＦ帯電波を使用した車内外判定技術によれば、車両の各所にＬＦ帯電波を放射するアンテナ（以下、「ＬＦ帯アンテナ」という）が設置され、ＬＦ帯アンテナに対し、電源および所定の周波数を供給するため有線を介して、車載器が結合されている。
また、ＬＦ帯アンテナからの放射電波の所定磁界強度内に携帯機が存在するときに、携帯機が反応するように設計されており、指定したＬＦ帯アンテナに対する携帯機からの応答により、携帯機の存在を車載器が判定するようになっている。

一方、電波を利用して対象を検出する技術として、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。
ＲＦＩＤに関する技術としては、無線タグ、ＩＣタグ、ＲＦタグ、ＩＤタグなど、様々の名称で呼ばれているものがある。
ＲＦＩＤシステムは、典型的にはＲＦタグおよびリーダライタにより構成され、両者が通信可能範囲内に存在する場合に、リーダライタからＲＦタグに電波を放射すると、ＲＦタグから固有のタグＩＤが発信され、リーダライタは、タグＩＤを受信することにより、ＲＦタグの存在情報とタグＩＤによる位置情報とを得るように構成されている。

また、上記特許文献１の車内外判定技術では、車載器とＬＦ帯アンテナとを有線で接続したが、非特許文献１の技術を適用して、ＬＦ帯アンテナに代えてＲＦタグを用い、ＲＦタグと車載器との間を無線で通信することにより、ＲＦタグの固有ＩＤを用いて車内外を判定する装置が考えられる。

この種の車内外判定装置によれば、車両の適所に設置されたＲＦタグは、車載器のアンテナから受信した電波の電力を用いて、自身が保有する固有のタグＩＤをＩＤ到達可能エリアに発信し、ＩＤ到達可能エリア内に存在する携帯機は、受信したタグＩＤを車載器に送信し、これにより、車載器は、携帯機から受信したＲＦタグのＩＤ到達可能エリア内に存在することを判定することができる。

また、この場合、ＲＦタグは、車載器アンテナからの電力放射エリアを考慮して、車両の複数箇所に配置され、車載器は、電力放射エリア内の各ＲＦタグに対して、それぞれの固有ＩＤを発信するために十分な電力を供給するようになっている。
すなわち、車載器は、アンテナを介して電力放射エリアに電波を放射し、電力放射エリア内のＲＦタグは、電波の受信電力を用いて、それぞれの固有ＩＤを近傍のＩＤ到達可能エリアに発信し、ＩＤ到達可能エリア内の携帯機は、ＲＦタグからの固有ＩＤを受信して車載器に送信する。以下、車載器は、携帯機がどの固有ＩＤを受信したかにより、携帯機がどのＲＦタグの近傍に存在するかを判定し、携帯機が車両の内側に存在するのかまたは外側に存在するのかを判定することになる。

特開２００３−２２１９５４号公報 「ＲＦＩＤハンドブック第２版、非接触ＩＣカードの原理と応用（ＩＳＢＮ４−５２６−０５２９１−４）」（Ｋｌａｕｓ Ｆｉｎｋｅｎｚｅｌｌｅｒ 著、ソフト工学研究所 訳、日刊工業）

従来の車両用通信装置では、ＲＦＩＤを用いた車内外判定装置の場合、車載器から複数のＲＦタグに電波電力を供給するために、たとえば半値幅の広い指向性を有するアンテナを用いて、電力放射エリア内のすべてのＲＦタグに電波を放射することを考慮しているので、車載器から各ＲＦタグに向けて電波を放射する際に、ＲＦタグの存在しない空間に対しても無駄に電波を放射することになり、ＲＦタグのみに対して効率的に電力を伝送することができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、半値幅の狭い（鋭い指向性を有する）アンテナを用いて、車載器からＲＦタグに電波を放射する際に、ＲＦタグの存在する空間に対してのみ有効に電波を放射することにより、ＲＦタグにおいて電力を効率的に使用することのできる車両用通信装置を得ることを目的とする。

この発明による車両用通信装置は、車両の複数箇所に設置されて固有のタグＩＤを発信する複数のＲＦタグと、車両に設置された車載器と、車載器に接続されたアンテナと、複数のＲＦタグの少なくとも１つが発信するタグＩＤを受信した場合に、受信したタグＩＤを送信するように構成された携帯機とを備え、複数のＲＦタグに電波を放射するために、複数のＲＦタグの位置に対応したすべての方向に対して指向性を有し、複数のＲＦタグの各々は、アンテナから放射された電波の受信に応答して、電力を発生して自身が保有しているタグＩＤを発信し、車載器は、アンテナを介して複数のＲＦタグに向けて選択的に電波を放射するとともに、携帯機からの受信状態および携帯機から受信したタグＩＤに基づいて携帯機の位置を判定するものである。

この発明によれば、車載器からアンテナを介して、各ＲＦタグの設置方向に向けて選択的に電波を放射することにより、ＲＦタグへの電力伝送を効率的に行い、省電力化を実現することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用通信装置を平面的に示す構成図である。
図１において、車両１の周辺部の適切な複数箇所には、複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆが設置されている。
ＲＦタグ２ａ〜２ｆは、図示した例（６個）に限らず、必要に応じて任意数だけ設置され得る。

車両１内には、アンテナ３を有する車載器４が設置されている。
車載器４に接続されたアンテナ３は、各ＲＦタグ２ａ〜２ｆの存在領域のみに電波を放射するために、鋭い指向性を有し、たとえば車両１内のほぼ中央部に配置されている。
携帯機５は、通常は車両１の利用者（運転者）に所持されており、タグＩＤを受信する受信回路と、受信したタグＩＤを車載器４に送信する送信回路とを有している。
これにより、携帯機５は、複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆの少なくとも１つが発信するタグＩＤを受信した場合に、受信したタグＩＤを送信するように構成されている。

図１の構成において、車載器４は、アンテナ３を介して、複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆに向けて選択的に電波を放射して電力を供給する。
複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆの各々は、アンテナ３から放射された電波の受信に応答して、電力を発生して自身が保有しているタグＩＤを発信する。
携帯機５は、複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆの少なくとも１つが発信するタグＩＤを受信した場合に、受信したタグＩＤを車載器４に送信する。

また、車載器４は、携帯機５からの受信状態および携帯機５から受信したタグＩＤに基づいて携帯機５の位置（車両１の内外）を判定する。
すなわち、携帯機５がＲＦタグ２ａ〜２ｆのうちのどのＲＦタグの固有ＩＤを受信したかで、携帯機５がどのＲＦタグの近くに存在するかが分かるので、車載器は携帯機５から受信したタグＩＤにより携帯機の位置を判定できる。

この場合、アンテナ３は、複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆに同時に電波を放射するために、複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆの位置に対応したすべての方向に対して、半値幅の狭い鋭い指向性を有している。
また、使用されるＲＦタグ２ａ〜２ｆの周波数特性は、９００［ＭＨｚ］付近、または、２．４５［ＧＨｚ］付近のものが適しているが、必ずしもこれらの周波数に限定されるものではなく、高周波帯域であればよい。
さらに、アンテナ３および車載器４は、ＲＦタグ２ａ〜２ｆの周波数特性に応じて設計される。

図２はこの発明の実施の形態１に用いられるアンテナ３の指向性（電波ビームのパターン形状）を模式的に示す説明図である。
図２において、アンテナ３は、鋭い指向性を有する電力供給用の電波として、ビーム幅（半値幅）の狭い複数のビーム６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・を放射する。ここでは、便宜的に、３つのビーム６ａ、６ｂ、６ｃのみを示しているが、ＲＦタグ２ａ〜２ｆの数に応じた数のビームが放射される。

各ビーム６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・は、同時に一斉放射される電波からなる。
アンテナ３は、独立したビーム６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・を個別に放射する複数のアンテナにより構成されてもよい。
また、アンテナ３は、メインビーム以外にサイドローブを利用した構成とし、たとえばアンテナ３から遠い距離に位置するＲＦタグに対してはメインビームを放射し、アンテナ３から近い距離に位置するＲＦタグに対しては、サイドローブを放射するように構成されてもよい。

図３は図１内に各ビーム６ａ〜６ｆを記載した状態を模式的に示す構成図であり、アンテナ３の指向性と各ＲＦタグ２ａ〜２ｆの配置との関係を示している。
図３において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
車載器４からアンテナ３を介して放射される各ビーム６ａ〜６ｆの方向は、各ＲＦタグ２ａ〜２ｆの存在位置の方向と一致している。

次に、図３を参照しながら、この発明の実施の形態１による動作について説明する。
まず、アンテナ３は、車載器４により駆動制御されて、すべてのＲＦタグ２ａ〜２ｆの設置方向に対応した複数のビーム６ａ〜６ｆからなる電波を一斉に放射する。
このとき、複数のビーム６ａ〜６ｆがサイドローブを利用して放射される場合には、メインビーム（ビーム６ｂまたは６ｅ）は、アンテナ３からの距離が比較的大きいＲＦタグ２ｂまたはＲＦタグ２ｅに向けられる。
また、サイドローブは、アンテナ３の近傍に位置するＲＦタグ２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｆに向けられる。

このように、すべてのＲＦタグ２ａ〜２ｆに対して、半値幅の狭い鋭い指向性を有するビーム６ａ〜６ｆを、電波として一斉に放射することにより、車載器４からＲＦタグ２ａ〜２ｆに向けて効率的に電力を伝送することができる。
車載器４のアンテナ３から電波を受信したＲＦタグ２ａ〜２ｆは、近傍領域（電力放射エリアよりも狭い範囲）のＩＤ到達可能エリアに、各ＲＦタグ２ａ〜２ｆが保有するそれぞれのタグＩＤを発信する。

このとき、たとえば図示したように、携帯機５が車両１の室内に存在して、少なくとも１つのタグＩＤを受信すれば、携帯機５は、受信したタグＩＤを車載器４に送信する。
最後に、車載器４は、携帯機５が送信したタグＩＤを受信し、携帯機５がどのタグＩＤを受信したかに基づいて、携帯機５がどのＲＦタグの近傍に存在するかを判定することができる。

また、ＲＦタグ２ａ〜２ｆは車両１の室内のみに設置され、ＲＦタグ２ａ〜２ｆのＩＤ到達可能エリアは車両１の内側のみに設定されており、車両１の外側に位置する携帯機５は、タグＩＤを受信することができない。
したがって、アンテナ３から電波を放射しても、携帯機５からタグＩＤが受信されない場合には、携帯機５が車両１の外側に位置していることを判定することができる。
以上の機能を有するアンテナ３としては、たとえば、ロトマンレンズアンテナや、複数の素子で構成されるセクタアンテナなどが適用可能であるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、車両１の適所に配置され、受信電波に応答して発生した電力を利用して自身が保有しているタグＩＤを発信する複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆと、車両１に設置され、アンテナ３からＲＦタグ２ａ〜２ｆの方向に向けて選択的に電力供給用の電波を放射する車載器４と、ＲＦタグ２ａ〜２ｆの少なくとも１つが発信するタグＩＤを受信した場合に、受信したタグＩＤを送信する携帯機５とを備え、鋭い指向性を有するアンテナ３を用いてＲＦタグ２ａ〜２ｆの存在する空間のみに対して電波を放射するように構成したので、アンテナ３からの送信電力をＲＦタグ２ａ〜２ｆにおいて効率的に使用することができる。
すなわち、ＲＦタグ２ａ〜２ｆを動作させるための車載器４のアンテナ３として、半値幅の狭い鋭い指向性を有するアンテナを使用することにより、効率的に電力を使用して省電力化を実現することができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、車載器４のアンテナ３からＲＦタグ２ａ〜２ｆに対して同時にビーム６ａ〜６ｆを放射したが、ＲＦタグ２ａ〜２ｆの各方向に順次にビーム６ａ〜６ｆを放射してもよい。
図４および図５はこの発明の実施の形態２に係る車両用通信装置を説明するための図であり、ビーム６ａ〜６ｆを順次に放射する場合の説明図および構成図を示している。

図４および図５において、前述（図２、図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
図４はこの発明の実施の形態２に適用されるアンテナ３Ａの指向性（電波ビームのパターン形状）を模式的に示す説明図である。
図４において、車載器４Ａは、アンテナ３Ａを介して、１回に少なくとも１本のビームを放射し、たとえば矢印で示す順序で、半値幅の狭い鋭い指向性のビーム６ａ（破線）、ビーム６ｂ（実線）、ビーム６ｃ（点線）、・・・を放射する。

図４において、ビーム６ｂ（実線）は、現在放射中のビーム方向を示しており、ビーム６ａ（破線）は、一定時間前に放射されたビーム方向を示し、ビーム６ｃ（点線）は、一定時間の経過後に放射されるビーム方向を示している。
この場合、車載器４Ａおよびアンテナ３Ａの少なくとも一方は、ビーム６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・を順次にスキャンする機能を有しており、ビーム６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・の放射方向を、ビーム６ａからビーム６ｂに、続いて、ビーム６ｂからビーム６ｃへと変更するようになっている。

なお、上記のビームスキャン機能は、電子的なＳ／Ｗスキャン機能で実現してもよく、機械的なＨ／Ｗスキャン機能で実現してもよい。
また、図４においては、便宜的に３方向のビーム６ａ、６ｂ、６ｃのみを示しているが、任意数のビームを形成することができる。さらに、複数のビームずつを同時に放射しながらビームスキャンしてもよい。

図５は携帯機５の車内外判定処理時のアンテナ３Ａの機能とＲＦタグ２ａ〜２ｆの配置との関係を模式的に示す構成図である。
図５において、アンテナ３Ａは、最初にＲＦタグ２ａの方向にビーム６ａの電波を放射し、続いて、一定時間の経過後に、ＲＦタグ２ｂの方向に指向されたビーム６ｂの電波を放射する。
以下、同様に、ＲＦタグ２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの方向に、それぞれ、各ビーム６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆを順次放射し、すべてのＲＦタグ２ａ〜２ｆに電波を放射する。

これにより、前述と同様に、車載器４ＡからＲＦタグ２ａ〜２ｆに対して効率的に電力を伝送することができる。
このとき、１つのビームを放射してから次のビームを放射するまでの一定時間は、携帯機５が１つのＲＦタグから固有のタグＩＤを受信してから、受信したタグＩＤを車載器４Ａに返信するまでに要する時間によりも長くなるように、十分な時間に設定される。

次に、図４および図５を参照しながら、この発明の実施の形態２による動作について説明する。
まず、図示したように、携帯機５が車両１の室内に存在した場合、携帯機５は、ＲＦタグ２ａ〜２ｆのいずれかから受信したタグＩＤを車載器４Ａに送信する。
これにより、車載器４は、携帯機５がどのタグＩＤを受信したかに基づいて、携帯機５がどのＲＦタグの近傍に存在するかを判定することができる。

また、前述と同様に、ＲＦタグ２ａ〜２ｆは車両１の室内に設置され、各ＲＦタグ２ａ〜２ｆが発信するタグＩＤは、車両１の外側で受信できないように構成されており、車載器４は、携帯機５からタグＩＤを受信できない場合には、携帯機５が車両１の外側に存在することを判定することができる。

また、図５において、複数のＲＦタグ２ａ〜２ｆは、タグＩＤの発信動作を同時に実行することはなく、順次に実行するので、ＲＦタグ２ａ〜２ｆの相互間の発信電波の干渉を低減することができる。
なお、ここでは、便宜的に、６個のＲＦタグ２ａ〜２ｆを示しているが、ＲＦタグの数は任意に増減可能なことは言うまでもない。
また、ＲＦタグ２ａ〜２ｆに時計方向に電波（ビーム６ａ〜６ｆ）を放射したが、放射順序は任意に設定され得る。

また、以上のスキャン機能を有するアンテナ３Ａとしては、たとえばフェイズドアレーアンテナが適用されるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
また、複数のビーム６ａ〜６ｆをスキャンするアンテナ３Ａとして、たとえば、同時に２本ずつのビームをスキャンする構成を適用してもよい。
次に、アンテナ３Ａとして、同時に２本ずつのビームをスキャンするように構成した場合について説明する。

図５において、まず、車載器４Ａは、アンテナ３Ａを介して、ＲＦタグ２ａ、２ｂに対して同時に２本のビーム６ａ、６ｂを放射する。
続いて、一定時間の経過後に、ＲＦタグ２ｃ、２ｄに対して、同時に２本のビーム６ｃ、６ｄを放射する。
以下、同様に、ＲＦタグ２ｅ、２ｆに対してビーム６ｅ、６ｆを放射し、すべてのＲＦタグ２ａ〜２ｆを発信動作させる。

なお、同時に放射するビーム数を２本よりも多い値（たとえば、３本）に設定してもよく、上述と同様に、すべてのＲＦタグ２ａ〜２ｆに対して順次にビームを放射可能であればよい。
また、車載器４Ａから同時に放射されるビームは、必ずしも隣り合っているビームである必要はなく、各ＲＦタグ２ａ〜２ｆへの電波の放射の順序は、任意に設定され得る。
最後に、携帯機５は、受信したタグＩＤを車載器４Ａに送信し、携帯機４Ａは、どのタグＩＤを受信したかに基づいて、携帯機５がどのＲＦタグの近傍に存在するのかを判定することができる。
以上のスキャン機能を有するアンテナ３Ａとしては、たとえばセクタアンテナ（複数のアンテナ素子で構成される）が適用されるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、前述と同様に、車載器４のアンテナ３Ａとして、半値幅の狭い鋭い指向性を有するアンテナを使用することにより、効率的に電力を使用して省電力化を実現することができる。
また、電子的または機構的なスキャン機能を適用し、電力供給用のビーム６ａ〜６ｆを順次に放射することにより、すべてのＲＦタグ２ａ〜２ｆが同時に動作しないように構成したので、ＲＦタグ２ａ〜２ｆが同時にタグＩＤを発信した場合にＲＦタグ２ａ〜２ｆの相互間で生じる干渉を低減することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用通信装置を平面的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナから放射される電波ビームのパターン形状を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナからＲＦタグへの電波の放射状態を模式的に示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナから放射される電波ビームのパターン形状を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナからＲＦタグへの電波の放射状態を模式的に示す構成図である。

符号の説明

１ 車両、２ａ〜２ｎ ＲＦタグ、３、３Ａ 車載アンテナ、４、４Ａ 車載器、５ 携帯機、６ａ〜６ｎ ビーム（電波）。

Claims (3)

1. 車両の複数箇所に設置されて固有のタグＩＤを発信する複数のＲＦタグと、
   前記車両に設置された車載器と、
   前記車載器に接続されたアンテナと、
   前記複数のＲＦタグの少なくとも１つが発信するタグＩＤを受信した場合に、受信したタグＩＤを送信するように構成された携帯機とを備え、
   前記アンテナは、前記複数のＲＦタグに電波を放射するために、前記複数のＲＦタグの位置に対応したすべての方向に対して指向性を有し、
   前記複数のＲＦタグの各々は、前記アンテナから放射された電波の受信に応答して、電力を発生して自身が保有しているタグＩＤを発信し、
   前記車載器は、前記アンテナを介して前記複数のＲＦタグに向けて選択的に前記電波を放射するとともに、前記携帯機からの受信状態および前記携帯機から受信したタグＩＤに基づいて前記携帯機の位置を判定することを特徴とする車両用通信装置。
2. 前記アンテナは、前記複数のＲＦタグに電波を放射する際に、前記複数のＲＦタグの位置に対応したすべての方向に対して同時にビームを放射することを特徴とする請求項１に記載の車両用通信装置。
3. 前記アンテナは、前記複数のＲＦタグに電波を放射する際に、前記複数のＲＦタグの位置に対応した各々の方向に順次にビームを放射することを特徴とする請求項１に記載の車両用通信装置。

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