JP6673245B2

JP6673245B2 - 車両通信装置

Info

Publication number: JP6673245B2
Application number: JP2017019597A
Authority: JP
Inventors: 直矢土谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: JP2018129582A

Description

本開示は、車両内で無線通信を行う技術に関する。

近年、車両の軽量化及び車室スペースの確保のために、車載機器間を無線で接続して、車載機器間を繋ぐワイヤを削減したいという要望がある。しかしながら、無線通信では、そのキャリア周波数帯に他の電波（以下、妨害波）が到来すると、電波干渉が発生して無線通信が妨げられることがある。そして、妨害波の有無といった電波環境は、車両の移動に伴い常に変動する。

特許文献１に記載の無線通信装置は、複数の周波数チャネルを時分割で使用して無線通信を行うものであり、複数の周波数チャネルそれぞれのデータ誤り率を検出し、データ誤り率が閾値を超える周波数チャネルを干渉チャンネルと判別して使用を中止している。

特開２００２−１９８８６７号公報

ところで、無線通信にてデータが誤る要因として、妨害波による電波干渉の発生以外に、第３者による改ざんがある。しかしながら、上記無線通信装置は、改ざんによるデータの誤りと電波干渉によるデータの誤りとを判別していないため、改ざんによるデータの誤りも電波干渉によるデータの誤りとして検出されてしまう。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電波干渉が発生しているか、第３者による改ざんが発生しているかを判別して、信頼度の高い車両無線通信を実現可能な車両通信装置を提供する。

本開示は、車両通信装置であって、複数の通信部（３７ａ〜３７ｃ）と、判定部（３８）と、切替部（３２）と、を備える。複数の通信部は、車両内で互いに異なる通信プロトコルに従って無線通信を行う。判定部は、複数の通信部のうち通信を行う対象として選択されている通信部を選択対象とし、選択対象により受信された通信フレームのビット誤り率の変化及び通信フレームのフレーム誤り率の変化から、選択対象による無線通信に対して電波干渉を生じる妨害波の自車両への到来の有無を判定する。切替部は、判定部により妨害波が到来していると判定された場合に、選択対象を他の通信部に切り替える。

本開示によれば、ビット誤り率の変化及びフレーム誤り率の変化から、選択されている車両の無線通信と電波干渉を生じる妨害波が到来しているか否か判定される。一般に、第３者による改ざんは、フレームの誤り率を上昇させないようになされる。よって、第３者による改ざんを受けると、ビット誤り率は上昇するがフレーム誤り率は上昇しない。一方、妨害波が到来すると、電波干渉が生じてビット誤り率及びフレーム誤り率がどちらも上昇する。よって、ビット誤り率の変化及びフレーム誤り率の変化から、妨害波を受けているか第３者による改ざんを受けているか判別することができる。

そして、妨害波が到来していると判定された場合には、選択されている通信部から、異なる通信プロトコルに従う通信部へ切り換えられる。すなわち、妨害波による影響を受けない無線通信を行う通信部へ切り換えられる。したがって、電波干渉が発生しているか、第３者による改ざんが発生しているかを判別して、信頼度の高い無線通信を実現することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

通信装置の構成を示すブロック図である。通信フレームの構成を説明する図である。車両無線通信を行う処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
［１．構成］
本実施形態に係る通信装置が適用される車両通信システムは、車載機器間を無線接続した無線通信システムである。車載機器は、ＥＣＵやセンサ、スイッチなどであり、それぞれが通信装置となる。車両通信システムでは、ＥＣＵとＥＣＵ、ＥＣＵとセンサ、ＥＣＵとスイッチが、無線通信で接続される。以下では、ＥＣＵ２０とＥＣＵ６０との間を無線通信で接続し、相互にデータをやり取りしている場合について説明する。

まず、ＥＣＵ２０の構成について、図１を参照して説明する。ＥＣＵ６０は、ＥＣＵ２０と同じ構成であるため、説明を省略する。
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びバス等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＣＰＵが、半導体メモリ等の非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより、車両無線通信の送受信を制御する。

ＥＣＵ２０は、アプリ３１と、切替部３２と、通信部３７ａ〜３７ｃと、通信チェック部３８と、を備える。
アプリ３１は、ＥＣＵ２０上で実行されるアプリケーションである。ＥＣＵ２０のＣＰＵによるアプリ３１の実行に伴い、ＥＣＵ２０からＥＣＵ６０へ送信されるデータが生成される。

切替部３２は、アプリ３１の実行結果を出力する出力端子と、通信部３７ａ〜３７ｃのうちの通信を行う対象として選択されている通信部（以下、選択対象）とを接続する。そして、切替部３２は、アプリ３１の実行に伴い生成されたデータを、入力信号として選択対象へ入力する。

通信部３７ａ〜３７ｃは、互いに異なる通信プロトコルに従って無線通信を行う通信部である。詳しくは、通信部３７ａは、通信ドライバ３３ａ、送信アンテナ３４ａ、受信アンテナ３５ａ及び復元器３６ａを備え、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）の規格に準拠して、２．４ＧＨｚ帯を用いた無線通信を行う。通信ドライバ３３ａは、２．４ＧＨｚ帯のキャリア周波数帯を入力信号で変調して出力信号を生成し、送信アンテナ３４ａは、通信ドライバ３３ａにて生成された出力信号をＥＣＵ６０へ送信する。そして、受信アンテナ３５ａは、ＥＣＵ６０の送信アンテナ３４ａから送信された、２．４ＧＨｚ帯のＷｉ−Ｆｉの規格に準拠した送信信号を受信する。復元器３６ａは、受信アンテナ３５ａにて受信された受信信号を復調してデータを復元する。

同様に、通信部３７ｂは、通信ドライバ３３ｂ、送信アンテナ３４ｂ、受信アンテナ３５ｂ及び復元器３６ｂを備え、Ｗｉ−Ｆｉの規格に準拠して、５ＧＨｚ帯を用いた無線通信を行う。また、通信部３７ｃは、通信ドライバ３３ｃ、送信アンテナ３４ｃ、受信アンテナ３５ｃ及び復元器３６ｃを備え、Bluetooth（登録商標）の規格に準拠して、２．４ＧＨｚ帯を用いた無線通信を行う。

復元器３６ａ〜３６ｃのいずれかにより復元されたデータは、ＥＣＵ２０のＣＰＵにより、アプリ３１の実行に用いられる。なお、送信と受信で同じアンテナを用いてもよく、送信アンテナ３４ａと受信アンテナ３５ａ、送信アンテナ３４ｂと受信アンテナ３５ｂ、送信アンテナ３４ｃと受信アンテナ３５ｃは、それぞれ、同じアンテナを供用してもよい。

通信チェック部３８は、通信部３７ａ〜３７ｃのいずれかで受信されたフレームに基づいて通信状態をチェックする。具体的には、通信チェック部３８は、受信された通信フレームのビット誤り率（以下、ＢＥＲ）及びフレーム誤り率（以下、ＦＥＲ）を算出する。そして、通信チェック部３８は、算出したＢＥＲの変化及びＦＥＲの変化から、自車両への妨害波の到来があるか否か判定する。妨害波は、選択対象による無線通信に対して電波干渉を生じる電磁波である。

本実施形態において、車両無線通信では、２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚのＩＳＭバンドのキャリア周波数帯を用いている。２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯は、Ｗｉ-Ｆｉスポットでも使われている。よって、自車両が２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯のＷｉ-Ｆｉスポットに近づくと、妨害波が到来して電波干渉が発生し得る。また、２．４ＧＨｚ帯は電子レンジでも使われている。コンビニエンスストアなどの店舗などで使われる業務用の電子レンジは出力が大きく、電磁波が建物から外部へ漏れる。よって、自車両が店舗に近づくと、妨害波が到来して、電波干渉が発生し得る。そして、電波干渉が発生すると、通信フレームのＢＥＲ及びＦＥＲが上昇し、車両内無線通信の信頼度が低下する。

そこで、通信チェック部３８は、自車両への妨害波の到来があると判定した場合には、選択対象の切替指示を、ＥＣＵ６０へ送信するとともに、アプリ３１の実行結果を出力する出力端子を介して切替部３２へ出す。これにより、ＥＣＵ２０及びＥＣＵ６０の両方において、切替部３２が切り替えられ、選択対象が妨害波の影響を受けない他の通信部へ切り替えられる。なお、ＥＣＵ６０の通信チェック部３８の方が早く妨害波の到来を判定した場合には、ＥＣＵ６０からＥＣＵ２０へ選択対象の切替指示が送信されて、ＥＣＵ２０及びＥＣＵ６０の切替部３２が切り替えられる。本実施形態では、通信チェック部３８が判定部に相当する。

［２．通信フレーム］
図２は、ＥＣＵ２０とＥＣＵ６０との間で送受信する通信フレームの構成を示す。ハッチングのない部分は通常のデータを示し、ハッチング部分はＢＥＲを測定するための測定用データである。図２に示すように、通信フレームは、通常のデータの間に、測定用データが挿入されて構成されている。測定用データは、ＥＣＵ２０とＥＣＵ６０の送受信間で、予め値が取り決められている。つまり、通信フレームの予め決められたビット目には、予め決められた値が入っている。よって、通信チェック部３８は、測定用データが予め決められている値から変化した割合を、通信フレームのＢＥＲとして算出する。

また、通信フレームには、巡回冗長検査値（以下、ＣＲＣ値）が設定されており、通信チェック部３８は、ＣＲＣ値を用いてＦＥＲを算出する。例えば、通信チェック部３８は、受信した通信フレームのＣＲＣ値を算出し、通信フレームに設定されたＣＲＣ値と一致する場合はＦＥＲを０％とし、一致しない場合はＦＥＲを１００％とする。

［３．処理］
次に、車両無線通信を行う処理手順について、図３のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ＥＣＵ２０が通信フレームを受信した際に実行する。

まず、ステップ１０では、通信状態をチェックする。すなわち、受信した通信フレームのＢＥＲ及びＦＥＲを算出する。
続いて、ステップＳ２０では、ステップＳ１０で算出したＢＥＲがこれまでのＢＥＲと比べて急激に上昇したか否か、あるいは予め設定されているＢＥＲ閾値よりも上昇したか否か判定する。ＢＥＲが上昇している場合は、ステップＳ３０へ進み、ＢＥＲが上昇していない場合は、ステップＳ６０へ進む。

ステップＳ３０では、ステップＳ１０で算出したＦＥＲがこれまでのＦＥＲと比べて急激に上昇したか否か、あるいは予め設定されているＦＥＲ閾値よりも上昇したか否か判定する。一般に、妨害波の到来により電波干渉が発生している場合は、ＢＥＲとＦＥＲの両方が上昇する。これに対して、第３者が通信フレームを改ざんしている場合は、ＣＲＣ値を変化させないように改ざんするので、ＢＥＲは上昇するがＦＥＲは上昇しない。

よって、ＢＥＲ及びＦＥＲが上昇している場合は、妨害波が到来していると判定して、ステップＳ４０へ進み、選択対象を切り換える。例えば、現在の選択対象が２．４ＧＨｚ帯の通信部３７ａである場合には、異なる周波数帯である５ＧＨｚ帯を用いる通信部３７ｂへ切り替える。具体的には、通信部３７ａを用いた無線通信により、通信部３７ａから通信部３７ｂへ切り替えることをＥＣＵ６０へ通知した後、切替部３２の接続を通信部３７ｂ側へ切り替える。

さらに、ＥＣＵ２０は、ＥＣＵ６０以外の車載機器に対しても、通信部の切り替えを通知するようにしてもよい。これにより、ＥＣＵ２０以外の車載機器も、通信部を切り替えることができる。あるいは、ＥＣＵ２０は、ＥＣＵ６０のみに通信部の切り替えを通知し、他の車載機器はそれぞれ、通信状態をチェックして、通信部を切り替えるようにしてもよい。ステップＳ４０において通信部を切り替えた後、ステップＳ６０へ進む。

一方、ＢＥＲが上昇し且つＦＥＲが上昇していない場合は、第３者による改ざんが発生していると判定して、ステップＳ５０へ進み、セキュリティ対策をする。例えば、現在の選択対象が２．４ＧＨｚ帯のＷｉ−Ｆｉの規格に準拠した通信部３７ａである場合には、２．４ＧＨｚ帯に妨害波が到来していないので、２．４ＧＨｚ帯の異なる通信規格であるBluetoothの規格に準拠した通信部３７ｃへ切り替えるとよい。あるいは、異なる周波数帯域を用いる通信部３７ｂへ切り替えてもよい。具体的には、ステップＳ４０の処理と同様に、通信部の切り替えをＥＣＵ６０へ通知した後、切替部３２の接続を切り替える。その後、ステップＳ６０へ進む。

ステップＳ６０では、通信が終了しているか否か判定する。すなわち、ＥＣＵ６０から送信された送信信号の受信を終了しているか否か判定する。受信が終了している場合には、そのまま本処理を終了する。受信が終了していない場合には、ステップＳ１０へ戻り、処理を繰り返す。

［４．効果］
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ＢＥＲの変化及びＦＥＲの変化から、妨害波を受けているか第３者による改ざんを受けているか判別することができる。そして、妨害波が到来していると判定された場合には、選択されている通信部から、妨害波による影響を受けない異なる周波数帯の無線通信を行う通信部へ切り換えられる。したがって、電波干渉が発生しているか、第３者による改ざんが発生しているかを判別して、信頼度の高い無線通信を実現することができる。

（２）送受信間で予め値が取り決められている測定用データが通信フレームに挿入されているため、測定用データの誤り率からビット誤り率を算出することができる。
（３）ＣＲＣ値を用いてＦＥＲを算出することにより、電波干渉が発生している場合には上昇し、改ざんが発生している場合には上昇しないＦＥＲを算出することができる。

（４）ＢＥＲは、電波干渉が発生している場合も改ざんが発生している場合も上昇する。一方、ＦＥＲは、電波干渉が発生している場合には上昇するが、改ざんが発生している場合には上昇しない。よって、ＢＥＲの変化とＦＥＲの変化の組み合わせから、電波干渉が発生しているか、改ざんが発生しているかを判別することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（ａ）上記実施形態では、ＥＣＵ２０は、２．４ＧＨｚ帯のＷｉ−Ｆｉ通信を行う通信部３７ａ、５ＧＨｚ帯のＷｉ−Ｆｉ通信を行う通信部３７ｂ、及び２．４ＧＨｚ帯のBluetooth通信を行う通信部３７ｃを備えていたが、これに限定されるものではない。例えば、異なる周波数帯の通信部を３つ以上備えていてもよい。また、通信部の周波数帯は、９００ＭＨｚ帯など、２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯以外の周波数帯でもよい。さらに、Ｗｉ−ＦｉやBluetooth以外の通信規格に準拠した通信部を備えていてもよい。

（ｂ）第３者の改ざんが発生していると判定された場合に行うセキュリティ対策は、上記実施形態の対策に限らない。第３者の改ざんを妨げる対策であればどのような対策でもよい。

（ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（ｄ）上述した車両通信装置の他、当該車両通信装置を構成要素とするシステム、当該車両通信装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、車両通信方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２０…ＥＣＵ、３２…切替部、３７ａ〜３７ｃ…通信部、３８…通信チェック部。

Claims

車両内で互いに異なる通信プロトコルに従って無線通信を行うように構成された複数の通信部（３７ａ〜３７ｃ）と、
前記複数の通信部のうち通信を行う対象として選択されている前記通信部を選択対象とし、前記選択対象により受信された通信フレームのビット誤り率の変化及び前記通信フレームのフレーム誤り率の変化から、前記選択対象による無線通信に対して電波干渉を生じる妨害波の自車両への到来の有無を判定するように構成された判定部（３８）と、
前記判定部により前記妨害波が到来していると判定された場合に、前記選択対象を他の前記通信部に切り替えるように構成された切替部（３２）と、を備える車両通信装置。
前記通信フレームには、送受信間で予め値が取り決められている測定用データが挿入されており、
前記判定部は、前記測定用データの誤り率から前記ビット誤り率を算出するように構成されている、請求項１に記載の車両通信装置。
前記判定部は、巡回冗長検査値を用いて前記フレーム誤り率を算出するように構成されている、請求項１又は２に記載の車両通信装置。
前記判定部は、
前記ビット誤り率が上昇し且つ前記フレーム誤り率が上昇した場合には、前記妨害波が到来していると判定し、
前記ビット誤り率が上昇し且つ前記フレーム誤り率が上昇していない場合には、改ざんが発生していると判定する、ように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両通信装置。