JP4595984B2 - 車両通信システム - Google Patents

Description

本発明は、路側機と車載機間及び車載機同士間の通信を行うための車両通信システムに関する。

従来、道路の近傍に設置された路側機と車両間の通信（路車間通信）や車両間同士の通信（車車間通信）のような移動体間及び対移動体系通信においては、通信に使用する電波として、直線偏波である垂直偏波や水平偏波が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−５３６４０号公報

ところが、そのような直線偏波による移動体間及び対移動体系通信においては、建造物や道路からの反射あるいは影の生ずる可能性が高く、電波強度の短区間変動が大きいという問題がある。

また、電波を路車間、車車間で共用すると通信の衝突や混信が増え、優先度の高い情報を含む路車間通信を良好に受けられないおそれがある。したがって、路車間通信を優先させることが考えられ、その手段としてはチャネル分割、周波数分割、特殊プロトコルの併用などがある。ところが、いずれも装置の複雑化をまねいたり情報伝送量の制約が加わったりするという問題がある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、建物や地理的条件によらず路車間通信及び車車間通信を良好に行うことができる車両通信システムを提供することを目的とする。

かかる問題を解決するためになされた請求項１に記載の車両通信システム（１：この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。））は、道路近傍に設置された路側機（３）の通信手段（１３０，１４０）と車両（５０，５２）に搭載された車載機（５）の通信手段（３０，４２）との間で通信を行うとともに、車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間で通信を行う車両通信システム（１）であって、電波強度検出手段（１０）及び通信制御手段（２０）を備えている。

路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）へは直線偏波により通信を行い、車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間及び車載機（５）の通信手段（４２）から路側機（３）の通信手段（１４０）へは、路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）への偏波とは異なる偏波による直線偏波により通信を行い、電波強度検出手段（１０）は、路側機（３）の通信手段（１３０）からの受信電波の強度を検出する。

通信制御手段（２０）は、電波強度検出手段（１０）で検出した路側機（３）の通信手段（１３０）からの電波強度が所定の値以上であるか否かを判定し、電波強度が所定の値以上である場合、車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間の通信に優先して車載機（５）の通信手段（３０，４２）と路側機（３）の通信手段（１３０，１４０）間の通信を行うように制御する。

ここで、「道路近傍」とは、道路側部、交差点、料金所などで道路に近い部分以外にも交差点、料金所などでは道路面の上空など無線通信可能な範囲を意味している。
このような車両通信システム（１）では、道路近傍に設置された路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）へと、車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間及び車載機（５）の通信手段（４２）から路側機（３）の通信手段（１４０）へとでは、異なる偏波面の直線偏波で通信が行われるので、良好な通信状態を保つことができ、路車間通信と車車間通信が共用する車両通信システムを提供できる。以下説明する。

車両（５０，５２）に搭載された車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間では、車両（５０，５２）はお互いに走行し，さらに走行により車両と建造物などの相対関係が一定ではない。つまり道路周囲の状況に大きく影響を受けるので常に電波環境の変動が大きい。

一方、路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）への通信は、車両（５０，５２）に搭載された車載機（５）は移動するが，路側機（３）は常に同じ位置に設置されているため路側機（３）と建造物などの相対関係が一定となるので車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間の通信に比べ電波環境の変動が小さい。

したがって、路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）へと、車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間とで異なる偏波面を用いることにより、電波環境の違いなど各々の状況の違いに応じた通信ができるので、良好な通信状態での通信を行うことができる。

また、路側機（３）の通信手段（１３０）からの電波強度が所定の値以上である場合、車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間の通信に優先して車載機（５）の通信手段（３０，４２）と路側機（３）の通信手段（１３０，１４０）間の通信が行われる。

つまり、車両（５０，５２）が路側機（３）に近づいた場合には、路側機（３）の通信手段（１３０）からの電波強度が強くなる。したがって、電波強度が所定の値以上になった場合に車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間の通信に優先して車載機（５）の通信手段（３０）と路側機（３）の通信手段（１３０，１４０）間の通信を行えば、路側機（３）からの情報を確実に取得することができる。

ところで、路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）への偏波と車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間と車載機（５）の通信手段（４２）から路側機（３）の通信手段（１４０）への偏波とを異なったものとする場合、請求項２に記載のように、路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）への直線偏波による通信は、垂直偏波により行われ、車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間と車載機（５）の通信手段（４２）から路側機（３）の通信手段（１４０）への直線偏波による通信は、水平偏波により行われるようにするとよい。

前述のように、車両（５０，５２）に搭載された車載機（５）の通信手段（４０，４２）相互間では、車両（５０，５２）が道路上を走行しているため、道路周囲の状況に大きく影響を受けるので電波環境の変動が大きい。したがって、道路周囲からの電波の反射が少ない水平偏波を用いると周囲からのノイズが少なくなるので通信状態を良好に保つことができる。

一方、路側機（３）の通信手段（１３０）から車載機（５）の通信手段（３０）への通信は、建物や街灯などの道路設備によって通信状態を悪化させる障害物が多いが、路側機（３）のアンテナ（１３４，１４２）の設置位置によって，偏波が垂直偏波であっても建造物からの電波の反射を少なくすることができ、良好な通信状態に保つことができる。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の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採りうる。

図１は、車両通信システム１の概略の構成を示すブロック図である。車両通信システム１は、図１に示すように、路側機３と車載機５とから構成される。
（路側機３の構成）
路側機３は、道路近傍である高速道路の料金所においてＥＴＣゲート６０（図２参照）の上部などに設置され、車載機５との間で通信を行うものであり、送信機１３０、受信機Ａ１３２、垂直偏波用アンテナ１３４、スイッチ１３６、通信制御部１２０、受信機Ｂ１４０及び水平偏波用アンテナ１４２を備えている。

送信機１３０は、車載機５の受信機Ａ３０に情報を送信するための送信機であり、図示しないＤ／Ａ変換器、変調器及び電力増幅器などから成り、送りたい情報をアナログ変調やディジタル変調の電波に変換して送信する。

受信機Ａ１３２は、図示しない低雑音増幅器、復調器及びA／D変換器などから成り、アナログ変調やディジタル変調の電波を受信し、送られた情報を取得する。
垂直偏波用アンテナ１３４は、送信機１３０及び受信機Ａ１３２のための送受信用アンテナであり、垂直偏波の電波を送受信する。本実施形態では、垂直偏波用アンテナ１３４は、平面アンテナ又はダイポールアンテナである。

スイッチ１３６は、垂直偏波用アンテナ１３４の送信機１３０による送信状態と受信機Ａ１３２による受信状態とを切り替えるための高周波スイッチである。なお、送受信状態を切り換える高周波スイッチの代わりにサーキュレータを用いてもよい。

受信機Ｂ１４０は、車両５０，５２に搭載された送信機４２から情報を受信するための受信機であり、図示しない低雑音増幅器、復調器及びＡ／Ｄ変換器などから成り、アナログ変調やディジタル変調の電波を受信し、送られた情報を取得する。

水平偏波用アンテナ１４２は、受信機Ｂ１４０のための受信用アンテナであり、水平偏波の電波を受信する。本実施形態では、水平偏波用アンテナ１４２は、平面アンテナ又はダイポールアンテナである。

通信制御部１２０は、送信機１３０、受信機Ａ１３２、スイッチ１３６及び受信機Ｂ１４０を制御し、車載機５との通信を行うためのものであり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏから構成されている。

（車載機５の構成）
車載機５は、車両５０，５２（図２参照）に搭載され、路側機３及び他車両（車両５０の場合は車両５２）に搭載された車載機５との間で通信を行うものであり、受信機Ａ３０、垂直偏波用アンテナ３４、受信機Ｂ４０、送信機４２、水平偏波用アンテナ４４、電波強度検出器１０及び通信制御部２０を備えている。

受信機Ａ３０は、路側機３の送信機１３０から送信される情報を受信するための受信機であり、図示しない低雑音増幅器、復調器及びＡ／Ｄ変換器などから成り、アナログ変調やディジタル変調の電波を受信し、送られた情報を取得する。

送信機４２は、路側機３の受信機Ｂ１４０に情報を送信するための送信機であり、図示しないＤ／Ａ変換器、変調器及び電力増幅器などから成り、送りたい情報をアナログ変調やディジタル変調の電波に変換して送信する。

垂直偏波用アンテナ３４は、受信機Ａ３０のための受信用アンテナであり、垂直偏波の電波を受信する。本実施形態では、垂直偏波用アンテナ３４は、平面アンテナ又はダイポールアンテナである。

受信機Ｂ４０は、車両に搭載された送信機４２から情報を受信するための受信機であり、図示しない低雑音増幅器、復調器及びＡ／Ｄ変換器などから成り、アナログ変調やディジタル変調の電波を受信し、送られた情報を取得する。

水平偏波用アンテナ４４は、受信機Ｂ４０及び送信機４２のための送受信用アンテナであり、水平偏波の電波を送受信する。本実施形態では、水平偏波用アンテナ４４は、平面アンテナ又はダイポールアンテナである。

スイッチ４６は、水平偏波用アンテナ４４の送信機４２による送信状態と受信機Ｂ４０による受信状態とを切り替えるための高周波スイッチである。なお、送受信状態を切り換えるスイッチの代わりにサーキュレータを用いてもよい。

電波強度検出器１０は、受信機Ａ３０で受信した路側機３の送信機１３０からの受信電波の強度を検出するための電波強度計である。
通信制御部２０は、受信機Ａ３０、電波強度検出器１０、受信機Ｂ４０、スイッチ４６及び送信機４２を制御し、路側機３及び他車両（車両５０の場合は車両５２）に搭載された車載機５との通信を行うためのものであり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏから構成されている。

通信制御部２０では、以下の（ア）、（イ）に示す通信制御処理が行われる。
（ア）電波強度検出器１０で検出した路側機３の送信機１３０からの電波強度が所定の値以上であるか否かを判定する。

（イ）電波強度が所定の値以上である場合、他車両に搭載された車載機５相互間の通信に優先して車載機５と路側機３間の通信を行うように、受信機Ａ３０、電波強度検出器１０、受信機Ｂ４０、スイッチ４６及び送信機４２を制御する。

（車両通信システム１の作動）
次に図２に基づき車両通信システム１の作動を説明する。図２は、ＥＴＣゲート６０に設置された路側機３及び車両５０，５２がＥＴＣゲート６０を通過する様子を示す図である。

（車車間通信）
車車間通信の場合、図２（ａ）に示すように、車両５０及び車両５２が路側機３から所定の距離以上ある場合、車両５０と車両５２との間で、各々の車両５０，５２に搭載された車載機５同士で通信が行われる。

例えば、車両５０，５２の自動走行が行われる場合には、先行車両５０に搭載された送信機４２（図１参照）から、先行車両５０の車両走行状況、例えば、速度、位置、ブレーキ操作状況などの情報が後続の車両５２に搭載された受信機Ｂ４０（図１参照）によって受信される。

その結果、後続の車両５２は、先行車両５０の位置、速度、ブレーキ操作状況に基づいて、先行車両５０と一定の距離を保って走行することができる。
ここで、「所定の距離」とは、路側機３からの電波の受信強度（電波強度検出器１０で検出される電波強度）が所定の値以上となる距離であり、車両５０，５２の周囲状況によって変化する場合がある。

（路車間通信）
路車間通信の場合は、図２（ｂ）に示すように、車両５０が路側機３から所定の距離よりも小さい場合、つまり、車両５０に搭載されている車載機５の電波強度検出器１０で検出される路側機３からの電波強度が所定の値以上ある場合に路側機３と車載機５との間の通信が行われる。

例えば、車両５０が高速道路の料金所におけるＥＴＣの路側機３に接近した場合には、車両５０において、車両５０と車両５２間の通信動作が停止され、路側機３との通信が行われる。つまり、路側機３からは、車両５０を識別するための情報を要求する車両識別情報要求信号が車載機５へ送信される。

車載機５では、車両識別情報要求信号を受信機Ａ３０（図１参照）で受信し、通信制御部２０（図１参照）において、車両識別情報要求信号に対応した車両識別情報をＲＯＭから取得し、送信機４２によって路側機３へ送信する。

路側機３では、車両識別情報を受信機Ｂ１４０（図１参照）で受信し、通信制御部１２０（図１参照）において、車両識別情報がＥＴＣゲートをオープンしてよい車両に該当しているか否かなどの判定処理などが行われる。

また、路側機３と車両５０の車載機５との間では、通行料金に関する情報や道路交通情報などが通信される場合もある。
（車両通信システム１の特徴）
以上のような車両通信システム１では、道路近傍に設置された路側機３から車両５０，５２に搭載された車載機５へは、垂直偏波による通信が行われるとともに、車両５０と車両５２に搭載された車載機５相互間と車載機５から路側機３へは水平偏波による通信が行われる。

その際、電波強度検出器１０において、車載機５の受信機Ａ３０で受信した路側機３からの受信電波の強度が検出され、検出された電波強度が所定の値以上である場合、車載機５相互間の通信に優先して車載機５と路側機３の間の通信が行われる。

車両５０，５２に搭載された車載機５相互間では、車両５０，５２が道路上を走行しているため、道路周囲の状況に大きく影響を受けるので電波環境の変動が大きい。したがって、道路周囲からの電波の反射が少ない水平偏波を用いているため周囲からのノイズが少なくなるので通信状態を良好に保つことができる。

一方、路側機３から車載機５への通信の際には、建物や街灯などの道路設備によって通信状態を悪化させる障害物が多いが、路側機のアンテナ（１３４，１４２）の設置位置によって、偏波が垂直偏波であっても建造物からの電波の反射を少なくすることができる。

また、路側機３からの電波強度が所定の値以上である場合、つまり、車両５０，５２が路側機３に近づいた場合には、車載機５相互間の通信が停止され、路側機３と車載機５の間の通信が行われる。したがって、車載機５では、路側機３からの情報を確実に取得することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

（１）上記実施形態では、路側機３をＥＴＣゲート６０の上部に設置したが、道路の交差点の近傍、特に交差点中心上の空間にワイヤなどで設置すると、交差点における衝突防止のための情報を交差点に進入してくる車両に優先的に伝達することができるので、効果的である。

（２）上記実施形態では、電波強度検出器１０を受信機Ａ３０に内蔵していた（図１参照）が、電波強度受信機１０を受信機Ａ３０とは別体の装置として独立して車両５０、５２に搭載してもよい。

車両通信システム１の概略の構成を示すブロック図である。 ＥＴＣゲート６０に設置された路側機３及び車両５０，５２がＥＴＣゲート６０を通過する様子を示す図である。

符号の説明

１…車両通信システム、３…路側機、５…車載機、１０…電波強度検出器、２０…通信制御部、３０，１３２…受信機Ａ、３４，１３４…垂直偏波用アンテナ、４０，１４０…受信機Ｂ、４２…送信機、４４，１４２…水平偏波用アンテナ、４６，１３６…スイッチ、５０，５２…車両、６０…ＥＴＣゲート、１２０…通信制御部、１３０…送信機。

Claims (2)

1. 道路近傍に設置された路側機の通信手段と車両に搭載された車載機の通信手段との間で通信を行うとともに、前記車載機の通信手段相互間で通信を行う車両通信システムであって、
   前記路側機の通信手段から前記車載機の通信手段へは直線偏波により通信を行い、
   前記車載機の通信手段相互間及び前記車載機の通信手段から前記路側機の通信手段へは，前記路側機の通信手段から前記車載機の通信手段への偏波とは異なる偏波による直線偏波により通信を行い、
   前記車載機の通信手段で受信した前記路側機の通信手段からの受信電波の強度を検出する電波強度検出手段と、
   前記電波強度検出手段で検出した前記路側機の通信手段からの電波強度が所定の値以上であるか否かを判定し、前記電波強度が所定の値以上である場合、前記車載機の通信手段相互間の通信に優先して前記車載機の通信手段と前記路側機の通信手段間の通信を行うように制御する通信制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両通信システム。
2. 請求項１に記載の車両通信システムにおいて、
   前記路側機の通信手段から前記車載機の通信手段への直線偏波による通信は、垂直偏波により行われ、
   前記車載機の通信手段相互間及び前記車載機の通信手段から前記路側機の通信手段への直線偏波による通信は、水平偏波により行われることを特徴とする車両通信システム。

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