JP5312178B2 - 車載通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、3以上の通信ノード及びこれらの通信ノードの間を接続する通信線路を備える車載通信装置に関する。
自動車においては、複数の電子制御装置(ECU)を車載通信ネットワークを経由して互いに接続し、複数の電子制御装置の間で情報の受け渡しを行いながら様々な制御を行っている。このような車載通信ネットワークとしては、従来よりCAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)が一般的に用いられている。しかし、CANやLINのような車載通信ネットワークでは、通信速度が遅く、リアルタイムの制御にも適していないので、例えば車両上の従来の油圧制御系の代わりとなる電子制御系を構成する場合の車載通信ネットワークとしては利用できない。そこで、高速な伝送速度を持つ次世代の車載通信ネットワークが注目されている。
例えばCANの車載通信ネットワークでは最大の伝送速度は1Mbps程度であるが、次世代の車載通信ネットワークにおいては、10Mbps程度の伝送速度が得られる。しかし、このように高速の信号を伝送する車載通信ネットワークにおいては、複数の通信ノードの間を接続する通信線路に様々な制約が生じる。
具体的には、複数の通信ノード(通信機能を有する各電子機器の通信インタフェースなど)の間を接続する通信線路上でインピーダンスの不整合を起因として高周波信号の反射が生じ、進行波と位相のずれた反射波とが線路上で合成されるため伝送する信号の波形にリンギングなどの歪みが生じる。特に、線路長が長い場合にはリンギングの影響が増大して通信が困難になるため、線路長に大きな制約が生じることになる。
例えば特許文献1に開示された従来技術においては、自動車において通信エラーを低減するための技術を提案している。具体的には、通信線路における信号の反射波を減衰させてリンギングを抑制するために、通信線路の各ラインに直列に抵抗器を挿入することを開示している。
特開2006−67543号公報
自動車においては、一般的に車体上の様々な箇所に多数の電子機器が分散して配置されているので、これらの電子機器をなるべく短い距離で共通の通信線路と接続し、各電子機器の間で通信を可能にする必要がある。従って、例えば図5に示すように、車載通信ネットワークを構成する1組の線路を途中で分岐して、多数の通信ノードを共通の線路に接続できるように通信用の線路を構成するのが一般的である。
図5に示した構成例においては、6個の通信ノードを有線の共通のネットワークに接続する場合を想定している。この例では、ノード1とノード6を幹線(太い線で示す線。本明細書では、「幹線」とは、通信線路の特性インピーダンスに合わせた終端抵抗を実装したノード間の通信線路を指す。また、この終端抵抗を以下、「幹線終端抵抗」と称することとする。)10の両端に接続してあり、この幹線の途中に2つの分岐点P1、P2が設けてある。分岐点P1には支線(細い線で示す線。本明細書では、「支線」とは、幹線に設けられた分岐点から分岐した通信線路を指す。支線に接続されたノードには通信線路の特性インピーダンスよりも遥かに大きな抵抗を実装する。また、この支線に接続されたノードに実装する抵抗を以下、「支線終端抵抗」と称することとする。)12、13の一端が接続してあり、支線12、13の他端にはそれぞれノード2及びノード3が接続してある。また、分岐点P2には支線14、15の一端が接続してあり、支線14、15の他端にはそれぞれノード4及びノード5が接続してある。このような構成においては、各支線12〜15の長さを幹線10の長さに比べて十分に短く制限することにより、リンギングの影響の増大を小さくでき各ノードの間で通信が可能になる。
また、接続可能な電子機器の数を更に増やすために、図6に示すようにノード7、ノード8を共通の幹線10に接続する場合、幹線10上に分岐点P3を追加し、分岐点P3に支線17、18を介してノード7、ノード8を接続することになる。但し、各支線12〜18は長さが短いので、互いに分散した位置に存在する複数の電子機器を各ノードの位置に接続するためには、分岐点P1、P2、P3の相互の距離をある程度長くする必要がある。ところが、分岐点P1、P2の距離及び分岐点P2、P3の距離を長くすると、幹線10の長さも長くせざるを得ない。幹線10の長さが長くなると、信号の反射によって生じるリンギング等の影響が大きくなり、通信エラーが生じやすくなる。
複数のノード間の距離を大きくする場合には、線路の途中に中継器を挿入することが一般的に行われている。この中継器は、信号の波形を整形する機能を有し、リンギングの影響を抑制するのに役立つ。例えば図6に示す構成例において、分岐点P1、P2、P3のいずれか1カ所又は複数箇所に中継器を挿入することが考えられる。例えば、分岐点P2の位置で幹線10を2つに分断し、この位置に図7に示すように4つの接続用のポート(入力及び/又は出力)を有する中継器19を接続すれば、ノード1から中継器19までの幹線の長さや、中継器19からノード4までの幹線の長さを長くすることができる。また、中継器の残りの2つのポートに支線14、15を接続するので、支線14、15の長さの制約が緩和される。
しかしながら、4つのポートを有する中継器自体が比較的大型になるので、この中継器を含む車載通信装置のネットワークは、規模や形状が大きくなるのは避けられない。従って、このようなネットワークの幹線や支線を含むワイヤハーネスの構成や配線の取り回し(配索:wiring)については自由度が低いのが実情である。例えば、図6に示すような構成例において、ノード4に相当する電子機器だけが幹線10から大きく離れた位置に存在する場合であっても、これを共通の幹線10のネットワークと接続するためには分岐点P2の位置に4ポートを有する中継器19を挿入しなければならなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ネットワークの幹線や支線を含むワイヤハーネスの構成や配線の取り回しに関する自由度が高く、装置全体のコストの上昇を抑制可能な車載通信装置を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明に係る車載通信装置は、下記(1)〜()を特徴としている。
(1) それぞれが送信及び受信の少なくとも一方の機能を有する3以上の通信ノード及びこれらの通信ノードの間を接続する通信線路を備える車載通信装置であって、
前記通信経路の一部を構成し、一端に第1の通信ノードが接続され、他端に第2の通信ノードが接続される少なくとも1組の幹線と、
前記第1の通信ノードの位置に接続された第1の幹線終端抵抗と、
前記第2の通信ノードの位置に接続された第2の幹線終端抵抗と、
前記通信経路の一部を構成し、線路の長さが前記幹線よりも短く規制され、前記幹線の線路の中間部に一端が接続された少なくとも1組の支線と、
前記支線を介して前記幹線に接続する第1のポートと、他の支線を介して、または、介さずに、他の幹線に接続する第2のポートとを有し、前記第1のポートから入力された信号の波形を整形して前記第2のポートから矩形波を出力する少なくとも1つの信号中継部と、
有し、
前記信号中継部は、前記支線を介して前記幹線に接続する前記第1のポートの側に、前記第1の幹線終端抵抗及び第2の幹線終端抵抗よりも十分にインピーダンスが大きい支線終端抵抗を有し、前記第2のポートが他の支線を介して前記他の幹線に接続する場合、前記第2のポートの側に、前記第1の幹線終端抵抗及び第2の幹線終端抵抗よりも十分にインピーダンスが大きい支線終端抵抗を有し、前記第2のポートが他の支線を介さずに前記他の幹線に接続する場合、前記第2のポートの側に、前記第1の幹線終端抵抗及び第2の幹線終端抵抗と同様のインピーダンスの幹線終端抵抗を有すること。
(2) 上記(1)に記載の車載通信装置において、
支線間を接続する前記信号中継部が、中継コネクタに内蔵されている
こと。
上記(1)の車載通信装置によれば、前記信号中継部が前記支線を介して前記幹線と接続されるので、最低2つのポートがあれば前記信号中継部として利用できる。従って、前記信号中継部を小型化でき、線路の途中に前記信号中継部を簡単に挿入できるので、配線の構成や取り回しに関する自由度が高くなる。前記信号中継部のポート数が少ないので、配線数の削減や装置コストの低減も可能になる。
また、信号中継部の第1のポート及び第2のポートが支線を介して幹線に接続する場合は、複数の幹線の間を互いに接続できるので、接続可能な通信ノードの数を増やしたり線路の長さを伸ばすのが容易になる。
上記()の車載通信装置によれば、前記第1の支線と第2の支線とを接続するための中継コネクタの中に前記信号中継部が内蔵されているので、前記信号中継部のために特別なケース(筐体)を用意する必要がなくコストの低減が可能になる。また、ワイヤハーネスの一部分として前記信号中継部を組み込むことができるので、前記信号中継部を車体上に設置するために特別な作業を行う必要が無くなる。
本発明によれば、ネットワークの幹線や支線を含むワイヤハーネスの構成や配線の取り回しに関する自由度が高く、装置全体のコストの上昇を抑制可能である。すなわち、前記信号中継部を小型化でき、線路の途中に前記信号中継部を簡単に挿入できるので、配線の構成や取り回しに関する自由度が高くなる。前記信号中継部のポート数が少ないので、配線数の削減や装置コストの低減も可能になる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
実施の形態における車載通信装置の構成例を示す電気回路図である。 図1に示した車載通信装置の変形例を示す電気回路図である。 中継器の具体的な構成例を示すブロック図である。 中継器の入出力の波形の違いの具体例を表す波形図である。 一般的な車載通信装置の構成例を示すブロック図である。 図5に示した車載通信装置の変形例を示すブロック図である。 図6に示した車載通信装置の変形例を示すブロック図である。 中継器を内蔵した中間コネクタの外観を示す斜視図である。
本発明の車載通信装置に関する具体的な実施の形態について以下に説明する。
本実施の形態における車載通信装置の主要部に関する構成例が図1に示されている。図1に示した車載通信装置20は、共通の有線ネットワークを経由して車両上の複数の電子機器を通信可能な状態で接続するものである。すなわち、図1に示す8つの通信ノード21、22、23、24、25、26、27、28のそれぞれの箇所に任意の電子機器を接続することができる。
但し、図1に示す構成例においては、送信機能だけを有する電子機器を通信ノード21の入力端21aに接続し、受信機能だけを有する電子機器を他の通信ノード22〜28の各々の出力端に接続する場合を想定している。従って、通信ノード21は出力ドライバを内蔵しており、通信ノード22〜28は入力バッファを内蔵している。また、この車載通信装置20は高速通信を実現できる構成を想定している。従って、10Mbps程度の伝送速度の信号を共通の有線ネットワークを経由して車両上で伝送することになる。
図1に示すように、この車載通信装置20には太い実線で示されている2組の幹線31、41が備わっている。各幹線31、41は、それぞれツイストペア線のような2本の電線で構成されている。各幹線31、41の長さは例えば2m程度に決定される。幹線31の一端には通信ノード21の出力端21b、21cが接続されており、幹線31の他端には通信ノード24の入力端24a、24bが接続されている。
通信ノード21の出力端21b、21cには幹線終端抵抗51が接続されており、通信ノード24の入力端24a、24bには幹線終端抵抗52が接続されている。各幹線終端抵抗51、52のインピーダンスZ0は、この例では約100Ωに定めてある。すなわち、幹線31の一端が幹線終端抵抗51によって終端され、幹線31の他端が幹線終端抵抗52によって終端されている。
幹線31の中間部の2カ所に分岐点P11、P12と分岐点P21、P22とが設けてある。一方の分岐点P11、P12には、2組の支線32、33の一端が接続されている。支線32の他端は通信ノード22の入力端22a、22bと接続され、支線33の他端は通信ノード23の入力端23a、23bと接続されている。なお各支線は図中に細い実線で表されている。各支線32、33は、それぞれツイストペア線のような2本の電線で構成されている。各支線32、33は、線長が幹線31よりも十分に短くなるように規制されており、例えば30cm以下程度の長さに規制される。通信ノード22の支線終端抵抗61及び通信ノード23の支線終端抵抗62のインピーダンスZ1は、幹線31のインピーダンスに大きな影響を与えないように、幹線終端抵抗のインピーダンスZ0よりも遙かに大きく、例えば10kΩ程度に決定される。
幹線31上のもう一方の分岐点P21、P22には、2組の支線34、35の一端が接続されている。支線34の他端は通信ノード25の入力端と接続され、支線35の他端は中継器30の入力端30aと接続されている。支線34、35についても、支線32、33と同様にツイストペア線のような2本の電線で構成されており、線長が幹線31よりも十分に短くなるように規制されている。通信ノード25の支線終端抵抗63及び中継器30の支線終端抵抗64のインピーダンスZ1は、幹線31のインピーダンスに大きな影響を与えないように、幹線終端抵抗のインピーダンスZ0よりも遙かに大きく、例えば10kΩ程度に決定される。
中継器30は、2組のポート、すなわち入力端30aと出力端30bを有しており、入力端30aに入力された信号を出力端30b側に中継するものである。中継器30は少なくとも入力バッファと出力ドライバとを内蔵しており、入力された信号の波形を整形する機能を搭載している。
2組のポートを搭載した現実的な中継器の構成例が図3に示されている。図3に示すように、一般的な中継器は、ポート毎に通信保護回路やバス駆動回路を内蔵している。また、これらの通信保護回路およびバス駆動回路に制御回路が接続され、その制御回路にレギュレータおよびOSCが接続される。図3に示すように、ポートの数が増えると、通信保護回路やバス駆動回路を増やす必要があり、消費電力が増えるため電源の容量も増やす必要がある。従って、中継器のサイズが大型化し、コストが増大するのは避けられない。中継器のための設置スペースを確保する必要があり、配線の作業にも特別な配慮が必要になる。図1に示した中継器30のようにポート数を最小限の2組に制限することにより、中継器のサイズを小型化することができ、コストの低減が可能になり、特別な設置スペースの確保も不要になる。
中継器30の入力端30aに入力される入力信号と出力端30bから出力される出力信号の波形の具体例が図4に示されている。図4に示すように、入力信号は本来は高レベルと低レベルの2値信号、すなわち矩形波であるが、通信線路における反射波の影響によりリンギングなどの歪み成分も含んでいる。中継器30は入力信号の波形を整形し、リンギングの成分が除去された矩形波の出力信号を出力端30bから出力する。
図1に示すように、中継器30の出力端30bは幹線41の一端に接続されており、幹線41の他端には通信ノード26の入力端が接続されている。中継器30の出力端30bには幹線終端抵抗53が接続されており、通信ノード26の入力端には幹線終端抵抗54が接続されている。各幹線終端抵抗53、54のインピーダンスZ0は、この例では約100Ωに定めてある。すなわち、幹線41の一端が幹線終端抵抗53によって終端され、幹線41の他端が幹線終端抵抗54によって終端されている。
幹線41の中間部の1カ所に分岐点P31、P32が設けてある。分岐点P31、P32には、2組の支線42、43の一端が接続されている。支線42の他端は通信ノード27の入力端と接続され、支線43の他端は通信ノード28の入力端と接続されている。各支線42、43は、それぞれツイストペア線のような2本の電線で構成されている。各支線42、43は、線長が幹線41よりも十分に短くなるように規制されており、例えば30cm以下程度の長さに規制される。通信ノード27の支線終端抵抗65及び通信ノード28の支線終端抵抗66のインピーダンスZ1は、幹線41のインピーダンスに大きな影響を与えないように、幹線終端抵抗のインピーダンスZ0よりも遙かに大きく、例えば10kΩ程度に決定される。
図1に示した車載通信装置20の変形例である車載通信装置20Bの構成が図2に示されている。なお、図2において図1と対応する要素は同一の符号で示してある。図2に示す車載通信装置20Bにおいて、中継器30の入力端30aよりも左側の構成については、図1と同一の構成であるので説明は省略する。
図2に示すように、中継器30の出力側には、太い実線で示されている幹線71が備わっている。幹線71はツイストペア線のような2本の電線で構成されている。幹線71の長さは例えば2m程度に決定される。幹線71の一端には通信ノード26の入力端26a、26bが接続されており、幹線71の他端には通信ノード27の入力端27a、27bが接続されている。
通信ノード26の入力端26a、26bには幹線終端抵抗75が接続されており、通信ノード27の入力端27a、27bには幹線終端抵抗76が接続されている。各幹線終端抵抗75、76のインピーダンスZ0は、この例では約100Ωに定めてある。すなわち、幹線71の一端が幹線終端抵抗75によって終端され、幹線71の他端が幹線終端抵抗76によって終端されている。
幹線71の中間部の1カ所に分岐点P41、P42が設けてある。分岐点P41、P42には、2組の支線72、73の一端が接続されている。支線72の他端は中継器30の出力端30bと接続され、支線73の他端は通信ノード28の入力端と接続されている。なお、各支線は図中に細い実線で表されている。各支線72、73は、それぞれツイストペア線のような2本の電線で構成されている。各支線72、73は、線長が幹線71よりも十分に短くなるように規制されており、例えば30cm以下程度の長さに規制される。中継器30の出力端30bには支線終端抵抗77が接続してある。支線終端抵抗77のインピーダンスZ1は、幹線71のインピーダンスに大きな影響を与えないように、幹線終端抵抗のインピーダンスZ0よりも遙かに大きく、例えば10kΩ程度に決定される。通信ノード28の支線終端抵抗78のインピーダンスZ1は、幹線71のインピーダンスに大きな影響を与えないように、幹線終端抵抗のインピーダンスZ0よりも遙かに大きく、例えば10kΩ程度に決定される。
図1に示す車載通信装置20のように構成する場合には、幹線31の両端が終端されているので、インピーダンスの不整合に基づく信号の反射を抑制することが可能であり、互いの距離が大きく(2m程度)離れている通信ノード21と通信ノード24とを幹線31を介して接続することができる。また、幹線31の配線経路の近傍に、支線32、33、34を介して他の通信ノード22、23、25を接続できる。支線32、33、34は長さが短いので反射の影響は生じにくい。但し、支線32、33、34が短いので、接続可能な通信ノード22、23、25の位置は、分岐点(P11、P12、P21、P22)の近傍に限定される。
一方、幹線31の途中の分岐点(P21、P22)に支線35を介して中継器30が接続してあるので、中継器30の出力側に接続される通信ノード26、27、28については、幹線31からの距離を大きくすることができる。また、中継器30の出力端30bと通信ノード26との間は幹線41を経由して接続してあるので、中継器30と通信ノード26との距離は比較的大きく(2m程度に)することができる。また、幹線41の配線経路の近傍に、支線42、43を介して他の通信ノード27、28を接続できる。支線42、43は長さが短いので反射の影響は生じにくい。但し、支線42、43が短いので、接続可能な通信ノード27、28の位置は、分岐点(P31、P32)の近傍に限定される。
また、図2に示す車載通信装置20Bのように構成する場合には、幹線71の両端が終端されているので、インピーダンスの不整合に基づく信号の反射を抑制することが可能であり、互いの距離が大きく(2m程度)離れている通信ノード26と通信ノード27とを幹線71を介して接続することができる。また、幹線71の配線経路の近傍に、支線73を介して通信ノード28を接続できる。支線73は長さが短いので反射の影響は生じにくい。但し、支線73が短いので、接続可能な通信ノード28の位置は、分岐点(P41、P42)の近傍に限定される。
つまり、図1又は図2に示すように、幹線に支線を介して中継器30を接続することにより、車両上の様々な箇所に存在する電子機器(通信ノード21〜28)を共通の有線ネットワークに接続することが可能になり、配線の長さの制約の問題を解決できる。特に、中継器30は最低2組のポートを有するだけでよいので、様々な利点が得られる。すなわち、中継器30は非常に小型に構成できるので、例えば図8に示すように線路を接続するための中間コネクタ80の内部に中継器30を搭載することも可能である。従って、中継器30のために特別な設置スペースを用意する必要もなく、幹線、支線、中継器30を含むワイヤハーネスの構成や配置を決定する際に、自由度が非常に高くなる。中継器30のポート数が少ないのでコストの低減も可能になる。
なお、図1及び図2に示した車載通信装置においては、単一の中継器30を用いる場合を想定しているが、複数の中継器30を接続して車載通信装置を構成しても良い。また、例えば図1に示す各通信ノード22、23、25、27、28の代わりに中継器30を接続しても良い。
なお、本発明の実施の形態では、本発明の機能を具体的に説明するために、ノード21を送信ノードとし、ノード22〜28を受信ノードとした。しかし、図1、図2に示した幹線および支線を共通の伝送路とし、さらに、中継器30においても送受信の方向を逆方向にすることで、ノード22〜28のいずれかが送信ノード、その他のノードが受信ノードとなり得る双方向通信に本発明を適用することもできる。この結果、双方向高速通信ネットワークを実現することができる。
20,20B 車載通信装置
21〜28 通信ノード
30 中継器
31 幹線
32〜35 支線
41 幹線
42,43 支線
51〜54 幹線終端抵抗
61〜66 支線終端抵抗
71 幹線
72,73 支線
75,76 幹線終端抵抗
77 支線終端抵抗
78 支線終端抵抗
80 中間コネクタ
P11,P12,P21,P22,P31,P32 分岐点

Claims (2)

  1. それぞれが送信及び受信の少なくとも一方の機能を有する3以上の通信ノード及びこれらの通信ノードの間を接続する通信線路を備える車載通信装置であって、
    前記通信経路の一部を構成し、一端に第1の通信ノードが接続され、他端に第2の通信ノードが接続される少なくとも1組の幹線と、
    前記第1の通信ノードの位置に接続された第1の幹線終端抵抗と、
    前記第2の通信ノードの位置に接続された第2の幹線終端抵抗と、
    前記通信経路の一部を構成し、線路の長さが前記幹線よりも短く規制され、前記幹線の線路の中間部に一端が接続された少なくとも1組の支線と、
    前記支線を介して前記幹線に接続する第1のポートと、他の支線を介して、または、介さずに、他の幹線に接続する第2のポートとを有し、前記第1のポートから入力された信号の波形を整形して前記第2のポートから矩形波を出力する少なくとも1つの信号中継部と、
    有し、
    前記信号中継部は、前記支線を介して前記幹線に接続する前記第1のポートの側に、前記第1の幹線終端抵抗及び第2の幹線終端抵抗よりも十分にインピーダンスが大きい支線終端抵抗を有し、前記第2のポートが他の支線を介して前記他の幹線に接続する場合、前記第2のポートの側に、前記第1の幹線終端抵抗及び第2の幹線終端抵抗よりも十分にインピーダンスが大きい支線終端抵抗を有し、前記第2のポートが他の支線を介さずに前記他の幹線に接続する場合、前記第2のポートの側に、前記第1の幹線終端抵抗及び第2の幹線終端抵抗と同様のインピーダンスの幹線終端抵抗を有することを特徴とする車載通信装置。
  2. 請求項に記載の車載通信装置において、
    支線間を接続する前記信号中継部が、中継コネクタに内蔵されている
    ことを特徴とする車載通信装置。
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