JP4328055B2

JP4328055B2 - 車載用通信システム

Info

Publication number: JP4328055B2
Application number: JP2002065307A
Authority: JP
Inventors: 信吾田中; 学堀内
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: JP2003264415A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車載用通信システムに係り、特に、車両内で無線通信を行うための車載用通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の車載用通信システムとして、例えば、特開２０００−１５１６４３号公報に記載された車両用通信装置がある。図８は通信装置１００１及び１００２から構成される通信システムを構成する車両１００の外観の一例を示す図である。
【０００３】
車両１００には、後述する多くの電子機器が搭載されている。これら電子機器は、運転者が直接操作する操作盤を有する電子機器と、運転者が操作した操作盤の指示によって動作する電子機器とに分かれる。
【０００４】
ここで運転者の操作盤の指示により動作する電子機器は、ダッシュボード１０１に配置する必要がないので、通常トランクルーム１０２（例えば、リアトランクルーム）などに配置しておき、操作盤を有する電子機器のみダッシュボード１０１に配置する。このため、運転席１０３の電子機器とトランクルーム１０２側の電子機器との間で通信装置１００１及び１００２を使って無線通信が行われるようになっている。
【０００５】
図１は通信装置の構成を示すブロック図である。車両１００のダッシュボード１０１側には、例えば、操作盤１ａ付の表示装置３ａ、スピーカＳＰ１１、ＳＰ１２が接続されたヘッドユニット１５ａおよびラジオチューナ１３ａなどの電子機器が設けられている。
【０００６】
そして、これら電子機器は通信装置１００１を構成するマルチプレクサ５ａ／デマルチプレクサ７ａに接続されている。また、通信装置１００１はトランクルーム１０２側に設けた電子機器と通信を行うワイヤレストランシーバ９ａを備えている。
【０００７】
トランクルーム１０２側には、例えば、テレビチューナ１ｂ、ＣＤチャンジャ３ｂ、車両後方／後側撮影用のカメラ１３ｂ、ナビゲーション装置１５ｂ、スピーカＳＰ２１及びＳＰ２２の接続されたパワーアンプ１７ｂ等が設けられている。そしてこれら電子機器は通信装置１００２を構成するマルチプレクサ５ｂ／デマルチプレクサ７ｂに接続されている。また、通信装置１００２はダッシュボード１０１側に設けた電子機器と通信を行うワイヤレストランシーバ９ｂを備えている。
【０００８】
このような構成で、例えば、運転者が操作盤１ａを操作してＣＤチャンジャ３ｂに操作信号を送る場合、操作盤１ａ中のＣＤチャンジャ操作ボタンに触れると、操作信号がマルチプレクサ５ａを通してワイヤレストランシーバ９ａに送られる。ワイヤレストランシーバ９ａは、使用周波数、伝送速度、伝送品質、電波伝播等を考慮して操作信号を変調し、アンテナより通信データ１１ａとしてトランクルーム１０２側の通信装置１００２のワイレストランシーバ９ｂに無線送信する。
【０００９】
ワイヤレストランシーバ９ｂで受信された通信データ１１ｂは復調され操作信号としてマルチプレクサ５ｂを通してＣＤチャンジャ３ｂに送られ演奏用ＣＤを遠隔より交換する。
【００１０】
このように車両のダッシュボード１０１とトランクルーム１０２のそれぞれに電子機器の情報信号および制御信号を無線通信する通信装置１００１及び１００２を備えることで、車両１００内のワイヤーハーネスを低減させて車重を低減させたり、ワイヤーハーネスコストを削減することができる。
また、ワイヤーハーネスの低減により車内配線の配策作業を非常に簡素化できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように車両内において無線により各電子機器間で通信を行うと、無線の性質上、車両に設けられた開口部（例えばウインドウ）から電波が出されてしまう（金属ボディはから車両外に電波が出されることはない）。この場合、発振電波は、車両周辺の機器、とりわけ無線を利用している電子機器に対する有害電波と成り得ることもある。
【００１２】
更に、自車両と隣接する場所に、自車両と同周波数付近の周波数の信号で動作する電子機器が存在する場合、その電子機器は自車両の発した電波の影響で誤動作を起こすこともありえる。
【００１３】
このような問題を解決するために、本出願人は、特願２００１−２０６３７０に示すような車載用通信装置を考えた。この車載用通信装置は、通信装置から出力する電波の周波数を、開口部枠を導波管と見立てた場合に、その導波管の遮断周波数以下に設定したものである。このように電波の周波数を設定することにより、電波が、開口部を通過して車外にでる際に、開口部枠（＝導波管）により電界強度レベルが減衰される。従って、外部の電子機器に影響を与える電界強度レベルで送信電波が車外に出ることはない。
【００１４】
ところで、一般的に、電波を発生するアンテナは、その使用周波数の波長と同程度の大きさの時に最大の放射効率があり、それよりも小さくなるほど放射効率が低下する特性がある。一般的な車両の開口部の大きさを考えた場合、その遮断周波数は７５〜１５０ＭＨｚ程度となる。例えば、アンテナとしてモノポールアンテナを使用する場合は、アンテナ長が０．５〜１ｍとなり、車両に対して大きいアンテナを使用する必要がある。
【００１５】
しかしながら、車両内ダッシュボード１０１や、トランクルーム１０２は限られた空間であるため、電波の周波数と同程度の大きいアンテナを設置することは難しい。このため、周波数に対して小さめのアンテナを使用するしかなく、アンテナの放射効率が低下するという問題があった。
【００１６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、遮断周波数以下の低い周波数で通信を行う場合であっても、アンテナの放射効率が低下させないで通信を行うことができる車載用通信システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、車両内で無線通信を行うための通信手段を備え、前記通信手段から出力される電波の周波数を、前記車両において一番面積の大きい最大ウインドウ枠を導波管と見立てた場合に、該導波管の遮断周波数以下に設定した車載用通信システムであって、前記送信電波を発生するアンテナとして、ループアンテナを用い、前記ループアンテナが、前記車両のドアの開放によって当該ループが形成されなくなるように、前記車体の内周に沿って周回させて配置されていることを特徴とする車載用通信システムに存する。
【００２０】
請求項１記載の発明によれば、導波管と見立てた最大ウインドウ枠の遮断周波数以下の電波を発生するアンテナとして、ループアンテナを用いる。従って、ループアンテナを車体に沿って配置すれば、車体に沿って周回した大きなループを持つループアンテナを、車体に収納することができる。
【００２２】
また、請求項１記載の発明によれば、電波の周波数を、例えば、ドアが閉められている状態での最大ウインドウ枠の遮断周波数以下に設定した場合、ドアが開放されると、そのドア枠が上記最大ウインドウ枠より大きければ、電波がドア枠から車外に、減衰されず出てしまう。以上のことに着目し、ドアの開放により、ループが開状態となるループアンテナを用いることにより、ドア開放時はループが形成されなくなり、電波を放出しにくくなるため、ドア枠から外部の電子機器に影響を与える電界強度レベルで電波が車外に出ることがない。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車載用通信システムであって、前記ループアンテナの電流分布に基づき、前記ドアの開閉状態を検出する開閉検出手段をさらに備えることを特徴とする車載用通信システムに存する。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、開閉検出手段が、ループアンテナの電流分布に基づき、ドアの開閉状態を検出する。従って、ドアの開閉に応じて状態が変化するものを、ループアンテナと別に設ける必要がなく、ドアの開閉を検出することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
まず、本実施の形態に係る車載用通信システムについて説明を行う前に、車両の金属ウインドウ枠を、図３にその断面図を示す方形導波管（以下、単に導波管）とし、車両で一番面積の大きい例えばフロントウインドウ枠の開口面を導波管の開口面とした上で、導波管の伝搬周波数と開口面の大きさの関係について説明する。
【００３４】
導波管において、その境界条件を求める電磁波の波動方程式を解くことにより固有値が求められ、この固有値より導波管の遮断周波数、遮断波長が決まる。そして、導波管において、固有値で求められた遮断周波数に比べて高い周波数の電波は導波管内で減衰せずに伝播するが、低い周波数の電波は減衰して伝播しないという性質がある。図３に示す導波管の開口面に応じて横の長さをＬ、縦の長さをＭとした場合、この導波管の遮断周波数ｆ_lmは以下の関係式で表せる。
【００３５】
【数１】

【００３６】
ここで図４に示すような導波管の場合、遮断周波数のモードは、ＴＥ₁₀モードと呼ばれるものであり、遮断周波数ｆ₁₀が求められる。ＴＥ₁₀モードの、遮断周波数ｆ₁₀は、ｆ₁₀＝ｃ／２Ｌとなる。
【００３７】
上記で説明した導波管の性質により、導波管では遮断周波数ｆ₁₀＝ｃ／２Ｌより低い周波数の電波（導波管進行方向に電磁界がない電波）は導波管内を伝播しないことがわかる。
【００３８】
ここで、導波管の開口面面積が大きくなるに従って、遮断周波数が小さくなることに着目し、車両において一番面積の大きい最大開口部枠である例えばフロントウインドウ枠を導波管と見立て、電波の周波数を、最大開口部枠の開口面面積で決まる遮断周波数より低い周波数に設定する。このようにすれば、その電波は、導波管と見立てられる全ての開口部枠の遮断周波数より低い周波数となる。
【００３９】
即ち、フロントウインドウ枠を導波管に見立て、車両のフロントウインドウ枠における長軸を半波長とする周波数（遮断周波数）以下の電波を利用して車内通信を行うと、サイドウインドウなどの開口部枠を通過して車外に出る電波は、開口部枠を通過する際に減衰され、車外の電子機器に影響を与える電界強度レベルで車外に出ることはないと考えられる。また、その逆に、周波数が遮断周波数以下の外部からの電波も、開口部枠を通過する際に減衰されると考えられる。
【００４０】
以上の考えをもとに本実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態に係る車載用通信システムの構成図である。なお、同図において、すでに上述した従来で説明したので、その詳細な説明を省略する。図２はワイヤレストランシーバ９ａにおける信号送信部の概略構成図である。この信号送信部は、車両の開口部枠を導波管と見立てた場合に、この導波管の遮断周波数以下の搬送波周波数を設定する搬送波周波数設定部２３、設定された周波数の搬送波を発生する搬送波発生部２１、マルチプレクサ５ａより入力された操作信号で搬送波発生部２１から発生した搬送波を変調する変調部２５、被変調波を電力増幅して送信アンテナ２９（アンテナ）にのせる増幅部２７を備える。
【００４１】
以上の構成から、先ず、フロントウィンドウにおける枠体の横の長さＬ、縦の長さＭより導波管としての車両の遮断周波数が求められたならば、車内で操作信号を伝播する電波の搬送波周波数を遮断周波数以下に決め、搬送波周波数を搬送波周波数設定部２３で設定する。
【００４２】
次に、搬送波発生部２１は設定された遮断周波数以下の周波数の搬送波信号を発生して変調部２５に送る。変調部２５においては、例えば２値化されたＣＤチャンジャ３ｂの操作信号で搬送波信号を変調し被変調波として増幅部２７に出力する。ここで被変調波は電力増幅されて送信アンテナ２９に送られる。
【００４３】
操作信号は通信データ１１ａとして送信アンテナ２９より、通信装置１００２の受信アンテナに車内空間を通じて電波伝播されるのである。しかし、伝播される電波の周波数、即ち、搬送波周波数は車両のフロントウインドウ枠を導波管とした場合にその導波管の遮断周波数以下に設定してある。このため、フロントウインドウや、このフロントウインドウより小さいサイドウインドウなどの開口部枠を通過して車外に出る電波は、開口部枠を通過する際に減衰され、車外の電子機器に影響を与える電界強度レベルで車外に出ることはない。
【００４４】
車外において遮断周波数以下の電波が発生し、開口部枠を通じて車内に侵入しても、電波は導波管と見立てた開口部枠により減衰され、外来電波により車内の電子機器が誤動作することが阻止される。
【００４５】
ところで、従来の問題点で説明したように、以上述べたように遮断周波数以下に電波の周波数を設定すると、車両に対して大きな送信アンテナ２９が必要となっている。そこで、本発明では、送信アンテナ２９として、ループアンテナを用いることにした。
図５は、送信アンテナ２９として、ループアンテナ２９ａを用いた場合ときの配置を示す図である。同図（ａ）は、車体の内周に沿って水平にループを形成したものであり、（ｂ）は、車体ドア部の周縁に沿って垂直にループを形成したものである。
【００４６】
このように、送信アンテナ２９としてループアンテナ２９ａを用いることにより、ループアンテナ２９ａを車体に沿って配置すれば、車体に沿って周回した大きなループを持つループアンテナ２９ａを、車体内に収納することができる。このため、大きなアンテナを用いて電波を発生することができ、遮断周波数以下の低い周波数で通信を行う場合であっても、アンテナの放射効率が低下することがない。
【００４７】
ところで、上述した実施形態では、電波の周波数を、ドアが閉められた状態での最大開口部枠であるフロントウインドウ枠を導波管と見立て、その導波管の遮断周波数以下に設定している。しかしながら、フロントウインドウ枠よりドア枠が大きい車両の場合、ドアが開放されると、電波の周波数が、そのドア枠を導波管と見立てた場合の遮断周波数より大きくなる恐れがある。このため、ドアが開放されると、電波が、そのドア枠から減衰されることなく車外に出てしまう。
【００４８】
このような事態を防ぐために本発明では、ドアの開放により、ループアンテナ２９ａのループが開状態となるようにしている。これにより、ドア開放時はループが形成されなくなり、電波を放出しにくくなるため、ドア枠から外部の電子機器に影響を与える電界強度レベルで電波が車外に出るということがなくなる。
【００４９】
また、上述したようにドアの開放により、ループアンテナ２９ａのループが開状態となるようにすると、ループアンテナ２９ａの電流分布がドアの開閉に応じて変化する。このことに着目して、ループアンテナ２９ａの電流分布に基づき、ドアの開閉状態を検出する開閉検出装置（開閉検出手段）を設ければ、ドアの開閉に応じて状態が変化するものを、ループアンテナ２９ａと別に設ける必要がなくなる。なお、上記開閉検出装置は、例えば半ドア警報を行うために設けられているものである。
【００５０】
参考例１
なお、上述した第１実施形態では、送信アンテナ２９として、ループアンテナ２９ａを用いていた。しかし、送信アンテナ２９として、ＴＥＭセル（ＴＥＭセル状アンテナ）を用いる参考例を示す。図６は、送信アンテナ２９として、ＴＥＭセル２９ｂを用いた場合の配置を示す図である。
【００５１】
同図に示すように、ＴＥＭセル２９ｂは、車体のルーフ及び床部に設けられた平板２９ｂ１と、車両のフロント及びリアに沿ってそれぞれ設けられ、平板２９ｂ１に給電する給電板２９ｂ２とから構成されている。つまり、車体内部がセル内部となるように、車体内部に沿ってＴＥＭセル２９ｂが配置されている。このため、車体の内部空間と同等の大きさのセルを持つ大きなＴＥＭセル２９ｂを、車体内に収納することができ、大きなアンテナを用いて電波を発生することができるので、遮断周波数以下の低い周波数で通信を行う場合であっても、アンテナの放射効率が低下することがない。
【００５２】
また、このようにＴＥＭセル２９ｂを配置した場合、給電板２９ｂ２が、フロントウインドウやリアウインドウからの視界を遮ってしまう問題がある。このような問題を解決するために本発明では、ウインドウからの視界を遮る給電板２９ｂ２を導体ワイヤによって格子状（例えばメッシュ状や柵状）に形成している。電波の周波数がｆの場合、格子の間隔ｄｇは、ｃ／１５ｆ程度よりも密であればよい。例えば、ｆ＝１００ＭＨｚとすると、ｄｇ＝０．２ｍであり、この間隔は周波数が低くなればなるほど広くなる。
【００５３】
参考例２
また、送信アンテナ２９として、平行平板コンデンサ（平板状アンテナ）を用いる参考例を示す。図７は、送信アンテナ２９として、平行平板コンデンサ２９ｃを用いた場合の配置を示す図である。同図に示すように、車両１００には、その車体のルーフ部及び床部に平行平板コンデンサ２９ｃを構成する一対の平板２９ｃ１の各々が配置されている。このため、車体のルーフ部及び床部分と同等の大きさの大きな平板状アンテナを、車体内に収容することができ、大きなアンテナを用いて電波を発生することができるので、遮断周波数以下の低い周波数で通信を行う場合であっても、アンテナの放射効率が低下することがない。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、車体に沿って周回した大きなループを持つループアンテナを、車体内に収納することができるので、大きなアンテナを用いて電波を発生することができ、遮断周波数以下の低い周波数で通信を行う場合であっても、アンテナの放射効率が低下することがない。
【００５６】
また、請求項１記載の発明によれば、ドアの開放により、ループが開状態となるループアンテナを用いることにより、ドア開放時はループが形成されなくなり、電波を放出しにくくなるため、ドア枠から外部の電子機器に影響を与える電界強度レベルで電波が車外に出ることがないので、より一層、自車両の周辺にある電子機器への電波の影響を軽減できる。
【００５７】
請求項２記載の発明によれば、ドアの開閉に応じて状態が変化するものを、ループアンテナと別に設ける必要がなく、ドアの開閉を検出することができるので、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車載用通信システムの構成図である。
【図２】図１の車載通信システムを構成するワイヤレストランシーバ９ａにおける信号送信部の概略図である。
【図３】車両の開口部枠を方形導波管として見立てた場合の導波管の開口面を示す図である。
【図４】導波管のＴＥ₁₀モードの遮断周波数を説明する図である。
【図５】図１の車載用通信システムを構成する送信アンテナ２９として、ループアンテナ２９ａを用いたときの配置図である。
【図６】図１の車載用通信システムを構成する送信アンテナ２９として、ＴＥＭセル２９ｂを用いたときの配置図である。
【図７】図１の車載用通信システムを構成する送信アンテナ２９として、平行平板コンデンサ２９ｃを用いたときの配置図である。
【図８】車載通信システムを搭載した車両の外観の一例を示す図である。
【符号の説明】
１００車両
１００１通信装置（通信手段）
１００２通信装置（通信手段）
２９送信アンテナ（アンテナ）
２９ａループアンテナ
２９ｂＴＥＭセル（ＴＥＭセル状アンテナ）
２９ｃ平行平板コンデンサ（平板状アンテナ）

Claims

車両内で無線通信を行うための通信手段を備え、前記通信手段から出力される電波の周波数を、前記車両において一番面積の大きい最大ウインドウ枠を導波管と見立てた場合に、該導波管の遮断周波数以下に設定した車載用通信システムであって、
前記送信電波を発生するアンテナとして、ループアンテナを用い、
前記ループアンテナが、前記車両のドアの開放によって当該ループが形成されなくなるように、前記車体の内周に沿って周回させて配置されていることを特徴とする車載用通信システム。
請求項１記載の車載用通信システムであって、
前記ループアンテナの電流分布に基づき、前記ドアの開閉状態を検出する開閉検出手段をさらに備えることを特徴とする車載用通信システム。