JP6956917B2

JP6956917B2 - 配線異常検出装置

Info

Publication number: JP6956917B2
Application number: JP2021508406A
Authority: JP
Inventors: 佑紀岡南; 幸司澁谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: WO2020194429A1; JPWO2020194429A1

Description

本発明は、配線の断線又は短絡の位置を検出する配線異常検出装置に関する。

車載ネットワークＣＡＮ（Controller Area Network）に代表されるような通信ネットワークでは、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの複数の電子機器が同一線路上に接続されたバス配線が用いられている。このようなバス配線において、規定以上の電気的若しくは物理的な負荷がかかったり、又は、経年劣化を起こしたりすると、配線の一部が断線又は短絡するなどの配線異常を起こし、通信エラーが生じるという問題がある。

特許文献１には、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）方式を用いて測定対象回路の終端器のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置について開示されている。当該インピーダンス測定装置は、ＴＤＲ方式により、測定対象回路において伝搬する信号の伝搬遅延時間よりもパルス幅が長いパルス信号を測定対象回路に印加し、当該パルス信号の反射信号をパルス信号の出力端で観測する。当該インピーダンス測定装置は、観測した反射信号に基づいて、測定対象回路におけるインピーダンスの変化をインピーダンスの変化が生じている位置とともに検出する。測定対象回路の終端器でインピーダンスが変化することと同様に、配線における断線が生じた位置においてもインピーダンスの変化が生じるため、当該方式は、測定対象回路の断線位置を検出するためにも用いられることがある。なお、本明細書において、上述の「測定対象回路において伝搬する信号の伝搬遅延時間よりもパルス幅が長いパルス信号」を「ステップ信号」と呼称する。また、「伝搬遅延時間」とは、信号が配線を通過するのに要する時間を意味する。

特開２００６−０７１４６２号公報

例えば、バス配線に接続されたＥＣＵには、外来のノイズを除去するために信号の入力端子とグランドに接続する端子との間にコンデンサが実装されている場合がある。このようなコンデンサの容量値は、メーカによって異なるが、もし、コンデンサの容量値が０．０１μＦ〜０．１μＦのオーダーの大きさである場合、上述のＴＤＲ方式を用いて反射波の波形からバス配線の断線位置又は短絡位置を検出しようとしても、コンデンサの充電時間が長いため、断線位置又は短絡位置の検出精度が低下してしまうという問題がある。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、バス配線に接続されている電子機器のノイズ除去用のコンデンサによって、バス配線における配線異常の位置の検出精度が低下することを抑制することができる技術を提供することを目的とする。

この発明に係る配線異常検出装置は、コンデンサが実装された電子機器に分岐配線を介して接続した伝送路に、第１のステップ信号を出力する第１のステップ信号出力部と、伝送路からの、第１のステップ信号の反射波の波形を観測することにより第１の観測データを取得する反射波観測部と、反射波観測部が取得した第１の観測データに基づいて、伝送路の断線又は短絡の位置を算出する位置算出部と、伝送路に、第２のステップ信号を出力する第２のステップ信号出力部とを備え、第１のステップ信号出力部が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間は、分岐配線の伝搬遅延時間以下であり、第２のステップ信号出力部が出力する第２のステップ信号の立ち上がり時間は、分岐配線の伝搬遅延時間の２倍以上であり、反射波観測部は、伝送路からの、第２のステップ信号の反射波の波形をさらに観測することにより第２の観測データを取得し、位置算出部は、第１の観測データと、第２の観測データとに基づいて、伝送路の断線又は短絡の位置を算出するものである。

バス配線に接続されている電子機器のノイズ除去用のコンデンサによって、バス配線における配線異常の位置の検出精度が低下することを抑制することができる。

実施の形態１に係る配線異常検出装置を含む配線異常検出システムの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る配線異常検出装置による配線異常検出方法を示すフローチャートである。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、配線異常検出装置による配線異常検出方法の具体例を説明するためのグラフである。実施の形態２に係る配線異常検出装置２０を含む配線異常検出システム１０１の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る配線異常検出装置が備えているステップ信号出力部の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る配線異常検出装置による配線異常検出方法を示すフローチャートである。図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、それぞれ、配線異常検出装置２０による配線異常検出方法の具体例を説明するためのグラフである。図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、ＴＤＲ方式の測定装置が観測した反射波の波形を示すグラフである。

以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
上述したような、コンデンサが実装されているＥＣＵの例として、以下のＵＲＬに記載されているＣＡＮトランシーバを評価する評価用ボードが挙げられる。
（ＵＲＬ：https://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/user-guides/UG-234_jp.pdf）
上記のようなＥＣＵが接続されたバス配線における断線又は短絡を、例えば、ＴＤＲ方式を用いて、立ち上がり時間３．０ｎｓのステップ信号を当該バス配線に印加することにより検出することを想定する（ステップ信号の出力電圧は２Ｖ）。ＥＣＵに実装されているコンデンサの容量値が１００ｐＦである場合、ステップ信号の反射波の波形に基づいて、断線位置を特定することができる。しかし、ＥＣＵに実装されているコンデンサの容量値が０．１μＦである場合、断線の検出位置の精度が低下する場合がある。これの理由を、図８を参照して以下で説明する。

図８Ａは、ＥＣＵに実装されているコンデンサの容量値が１００ｐＦである場合にＴＤＲ方式の測定装置が観測した反射波の波形を示すグラフである。図８Ｂは、ＥＣＵに実装されているコンデンサの容量値が０．１μＦである場合にＴＤＲ方式の測定装置が観測した反射波の波形を示すグラフである。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、縦軸は、ＴＤＲ方式の測定装置が観測した反射波の電圧［Ｖ］を示し、横軸は時間［ｎｓ］であり、実線が測定対象のバス配線に断線が存在する場合のグラフを示し、点線が測定対象のバス配線に断線が存在しない場合のグラフを示している。図８Ａ及び図８Ｂにおける各グラフにおいて、横軸の時間は、ＴＤＲ方式の測定装置からの距離と対応しており、波形の乱れを検出することにより、バス配線における断線位置又は短絡位置を検出することができる。

例えば、図８Ａの実線のグラフにおける点Ａでは、電圧が急上昇しており、パルス信号が点Ａに対応するバス配線の位置において反射されたことを示しており、当該点Ａに対応するバス配線の位置が断線位置であると想定される。このように、ＥＣＵに実装されているコンデンサの容量値が１００ｐＦである場合、反射波の波形に基づいて、バス配線の断線位置又は短絡位置を特定することができる。なお、これは、時間１００ｎｓにおいて１００ｐＦのコンデンサがパルス信号を充電することにより電圧が一時的に降下しているが、すぐ反射波が生じるため、点Ａにおける電圧に影響を与えないためである。一方、ＥＣＵに実装されているコンデンサの容量値が０．１μＦである場合、図８Ｂの点Ｂでは、実線のグラフ及び点線のグラフともに、電圧が急降下している。これは、０．１μＦのコンデンサがパルス信号を充電することによって、当該コンデンサからの反射波が測定装置に戻ってくる時間が遅延してしまうためである。そのため、図８Ｂにおいて、点Ｂ以降の電圧が点Ｂ以前の電圧よりも低くなってしまい、図８Ａの実線が示すような、反射波の波形の乱れを検出できない。実施の形態１では、以上のような問題を解決することを目的とする。

図１は、実施の形態１に係る配線異常検出装置１を含む配線異常検出システム１００の構成を示すブロック図である。図１が示すように、配線異常検出システム１００は、配線異常検出装置１、伝送路２、ＥＣＵ３、ＥＣＵ４、ＥＣＵ５、及びＥＣＵ６を含む。伝送路２は、主線路と分岐配線とから構成され、主線路が、分岐配線を介してＥＣＵ３、ＥＣＵ４、ＥＣＵ５及びＥＣＵ６を接続している。伝送路２におけるＥＣＵ５とＥＣＵ６とを接続する配線には、断線箇所Ｘが存在している。ＥＣＵ５は、伝送路２における分岐配線長Ｌの分岐配線Ｙに接続しており、図示しないノイズ除去用のコンデンサを実装している。

配線異常検出装置１は、伝送路２の終端側に接続されているＥＣＵ３近傍の伝送路２に接続されており、ＴＤＲ方式を用いて伝送路２の断線箇所Ｘの位置を検出する。配線異常検出装置１による信号の伝送方式の例として、１本の信号線とグランドを用いたシングルエンド伝送、又は２本の信号線を用いた差動伝送が挙げられる。
配線異常検出装置１のより詳細な構成として、配線異常検出装置１は、第１のステップ信号出力部１１、反射波観測部１２、記憶部１３、及び制御部１４を備えている。制御部１４は、クロック生成部１４１、及び位置算出部１４２を備えている。

第１のステップ信号出力部１１は、伝送路２に、第１のステップ信号を出力する。第１のステップ信号出力部１１の詳細については後述する。
反射波観測部１２は、伝送路２からの、第１のステップ信号の反射波の波形を観測することにより、第１の観測データを取得する。反射波観測部１２の例として、アナログ−デジタル変換回路等が挙げられる。第１の観測データの例として、観測された第１のステップ信号の反射波の電圧と当該電圧が観測された時刻とが対応付けられたデータ等が挙げられる。
記憶部１３は、反射波観測部１２が取得した第１の観測データを記憶する。

制御部１４のクロック生成部１４１は、第１のステップ信号出力部１１が第１のステップ信号を出力するタイミングと、反射波観測部１２が反射波の波形を観測するタイミングとを同期させるクロック信号を生成する。上述の第１のステップ信号出力部１１は、当該クロック信号に基づいて、第１のステップ信号を出力し、上述の反射波観測部１２は、当該クロック信号に基づいて、伝送路２からの、第１のステップ信号の反射波の波形を観測する。
制御部１４の位置算出部１４２は、反射波観測部１２が観測した反射波の波形に基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する。より詳細には、位置算出部１４２は、記憶部１３が記憶している参照データと、反射波観測部１２が観測した反射波の波形とに基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する。

以下で、第１のステップ信号出力部１１のより詳細な構成について説明する。第１のステップ信号出力部１１が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間は、伝送路２の分岐配線Ｙの伝搬遅延時間以下である。当該伝搬遅延時間は、伝送路２の分岐配線長Ｌと、伝送路２の分岐配線Ｙの単位長さ当たりの伝搬遅延時間との積により求められる。なお、第１のステップ信号の立ち上がり時間とは、第１のステップ信号の電圧が０の値である時刻から振幅の値になる時刻までの時間である。

伝送路２の分岐配線長Ｌは、例えば、伝送路２、ＥＣＵ３、ＥＣＵ４、ＥＣＵ５、及びＥＣＵ６を含む通信ネットワークが車載ネットワークＣＡＮである場合、物理層の規格を参照するか、又は、カーメーカーから直接情報を得ることが考えられる。一方、伝送路２の単位長さ当たりの伝搬遅延時間τ_ｄは、伝送路２の比誘電率ε_ｒがわかれば、以下の式（１）を用いて算出することができる。

上記の式（１）において、Ｃ_０は、真空中の光速（＝３．０×１０^８［ｍ／ｓ］）を示す。伝送路２の誘電率は、ケーブルメーカが開示する情報から入手することが考えられる。伝送路２の通信ネットワークがＣＡＮである場合、規格で伝搬遅延時間が５．０ｎｓ／ｍと定められているため、その情報を用いてもよい。

第１のステップ信号出力部１１が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間の一例として、第１のステップ信号が出力される伝送路２がＣＡＮケーブルである場合の例を以下で説明する。例えば、当該ＣＡＮケーブルの比誘電率ε_ｒが１．８であり、当該ＣＡＮケーブルの分岐配線長の長さが５ｃｍである場合、上記の式（１）より、当該ＣＡＮケーブルの単位長さ当たりの伝搬遅延時間τ_ｄは、約４.４７ｎｓ／ｍと算出される。次に、当該ＣＡＮケーブルの単位長さ当たりの伝搬遅延時間τ_ｄと当該ＣＡＮケーブルの分岐配線長の長さとの積により、当該ＣＡＮケーブルの分岐配線の伝搬遅延時間は、約２２３ｐｓと算出される。よって、第１のステップ信号出力部１１が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間は、約２２３ｐｓ以下である。

以上のような、立ち上がり時間のステップ信号を出力する構成の例として、以下のＵＲＬに記載されているＦＰＧＡ（field-programmable gate array）が挙げられる。
（ＵＲＬ：https://japan.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/j_ds181_Artix_7_Data_Sheet.pdf）
上記のＵＲＬに記載されているXilinx社のArtix（登録商標）-7のＦＰＧＡは、５０ｐｓの立ち上がり時間を有するステップ信号を出力することができるため、このような信号源を用いてもよい。その場合、上述の第１のステップ信号出力部１１の機能と、上述の制御部１４のクロック生成部１４１の機能及び位置算出部１４２の機能とを兼ね備えた構成として、ＦＰＧＡを採用してもよい。

次に、実施の形態１に係る配線異常検出装置１の動作について図面を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係る配線異常検出装置１による配線異常検出方法を示すフローチャートである。なお、配線異常検出装置１は、通信ネットワークが停止中である場合に当該配線異常検出方法を実行する。
図２が示すように、第１のステップ信号出力部１１は、伝送路２に、第１のステップ信号を出力する（ステップＳＴ１）。上述のように、当該第１のステップ信号の立ち上がり時間は、伝送路２の分岐配線Ｙの伝搬遅延時間以下である。

次に、反射波観測部１２は、伝送路２からの、第１のステップ信号の反射波の波形を観測することにより、第１の観測データを取得する（ステップＳＴ２）。反射波観測部１２は、取得した第１の観測データを記憶部１３に記憶する。なお、上記のステップＳＴ１及びステップＳＴ２では、制御部１４のクロック生成部１４１が生成したクロック信号によって、第１のステップ信号出力部１１が第１のステップ信号を出力するタイミングと、反射波観測部１２が反射波の波形を観測するタイミングとが同期している。つまり、第１のステップ信号出力部１１が第１のステップ信号の出力を開始するのと同時に、反射波観測部１２が反射波の波形の観測を開始する。

次に、位置算出部１４２は、記憶部１３に参照データが記憶されているか否かを判定する（ステップＳＴ３）。参照データの例として、伝送路２に断線又は短絡が生じていないときに反射波観測部１２が取得した観測データ等が挙げられる。位置算出部１４２は、反射波観測部１２が記憶部１３に参照データが記憶されていると判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、後述するステップＳＴ４の処理に進む。位置算出部１４２は、記憶部１３に参照データが記憶されていないと判定した場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、取得した第１の観測データを参照データの候補として記憶部１３に記憶する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ５の次に、配線異常検出装置１は、上述のステップＳＴ１の処理に戻る。

ステップＳＴ４において、位置算出部１４２は、ステップＳＴ２で反射波観測部１２が取得した第１の観測データの電圧から、記憶部１３が記憶している参照データの電圧を引いた差分を時刻毎に算出する。
次に、位置算出部１４２は、ステップＳＴ４で算出した差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ６）。当該閾値は、伝送路２において断線が生じた場合に観測される差分以下の値であり得る。又は、当該閾値は、伝送路２において短絡が生じた場合に観測される差分以上の値であり得る。当該閾値は、位置算出部１４２は、ステップＳＴ４で算出した差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻が存在すると判定した場合（ステップＳＴ６のＹＥＳ）、後述するステップＳＴ７の処理に進む。位置算出部１４２は、ステップＳＴ４で算出した差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻が存在しないと判定した場合（ステップＳＴ６のＮＯ）、伝送路２に断線又は短絡が存在しないと判断する（ステップＳＴ８）。

ステップＳＴ７において、位置算出部１４２は、伝送路２に断線又は短絡箇所が存在すると判断し、差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻に基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する。位置算出部１４２が差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻に基づいて伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する方法の例として、以下の式（２）に示す算出方法が挙げられる。

上記の式（２）において、Ｔは、第１のステップ信号出力部１１が第１のステップ信号を出力した時刻から反射波観測部１２が反射波の波形を観測した時刻までの時間を示し、Ｘは、配線異常検出装置１からの距離を示す。ε_ｒは、伝送路２の比誘電率を示し、Ｃ_０は、真空中の光速（＝３．０×１０８［ｍ／ｓ］）を示す。上記の（２）において、差分が閾値を超えた時刻をＴに入力することにより、伝送路２の断線又は短絡の位置Ｘを算出することができる。なお、位置算出部１４２は、ステップＳＴ７において、差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻に基づいて、伝送路２の断線の位置を算出してもよい。又は、位置算出部１４２は、ステップＳＴ７において、差分データのうちで差分が０から負の値になった時刻に基づいて、伝送路２の短絡の位置を算出してもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、配線異常検出装置１による配線異常検出方法の具体例を説明するためのグラフである。当該具体例では、ＥＣＵ５が実装しているノイズ除去用のコンデンサの容量が０．１μＦであり、第１のステップ信号出力部１１が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間を２２０ｐｓとして実行された回路シミュレーションの結果を示す。当該回路シミュレーションでは、伝送路２の断線位置は、終端側のＥＣＵ３から１５．０ｍの位置である。

図３Ａは、上述のステップＳＴ２において反射波観測部１２が取得した第１の観測データの波形と、上述のステップＳＴ４で位置算出部１４２が用いた参照データの波形とを示すグラフである。図３Ａにおいて、縦軸は、反射波の電圧［Ｖ］を示し、横軸は、当該電圧［Ｖ］が観測された時間［ｎｓ］である。図３Ａにおける実線のグラフは、第１の観測データを示し、点線のグラフは、参照データを示している。図３Ａのグラフにおける点Ｃでは、実線のグラフ及び点線のグラフともに、電圧が急降下している。これは、ＥＣＵ５に実装されたノイズ除去用のコンデンサが第１のステップ信号を充電することにより、当該コンデンサからの反射波が反射波観測部１２に戻ってくる時間が遅延していることを示している。図３Ａの実線のグラフにおける点Ｄでは、波形が乱れており、伝送路２において断線箇所Ｘが存在することを示している。

図３Ｂは、ステップＳＴ４で位置算出部１４２が算出した、第１の観測データの電圧から参照データの電圧を引いた差分を示すグラフである。図３Ｂにおいて、縦軸は、差分電圧［Ｖ］を示し、横軸は、当該差分電圧［Ｖ］が観測された時間［ｎｓ］である。図３Ｂのグラフにおける点Ｅでは、差分電圧の波形が乱れており、伝送路２において断線箇所Ｘが存在することを示している。図３Ｂが示すように、当該波形の乱れは、時刻１４５ｎｓで鋭いピークを示している。位置算出部１４２は、上述のステップＳＴ７において、上述の式（２）に当該時刻を入力し（ε_ｒは上述の値とは異なる値を用いた）、配線異常検出装置１から１４．９ｍの位置を、伝送路２の断線の位置として算出する。当該回路シミュレーションにおける伝送路２の断線位置は、終端側のＥＣＵ３から１５．０ｍの位置であるため、配線異常検出装置１の位置とＥＣＵ３の位置とが略同じであるとすると、位置算出部１４２が算出した断線位置は、０．１ｍの誤差の範囲内であることがわかる。

以上のように、実施の形態１に係る配線異常検出装置１は、コンデンサが実装された電子機器のＥＣＵ５に分岐配線Ｙを介して接続した伝送路２に、第１のステップ信号を出力する第１のステップ信号出力部１１と、伝送路２からの、第１のステップ信号の反射波の波形を観測することにより第１の観測データを取得する反射波観測部１２と、を備え、第１のステップ信号出力部１１が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間は、分岐配線Ｙの伝搬遅延時間以下である。
上記の構成によれば、バス配線に接続されている電子機器のノイズ除去用のコンデンサによって、バス配線における配線異常の位置の検出精度が低下することを抑制することができる。実施の形態１に係る配線異常検出装置１がこのような効果を奏する理由を以下で詳細に説明する。

上述したように、伝送路２のようなバス配線において、分岐配線Ｙに接続されたＥＣＵ５内にノイズ除去用のコンデンサが実装されている場合、第１のステップ信号出力部１１が出力したステップ信号が当該コンデンサに到達したとき、コンデンサの充電が始まる。コンデンサの容量値が大きいと充電に時間がかかるため、ＥＣＵ５に接続された分岐配線Ｙよりも先の伝送路２の主線路に断線が生じていても、ステップ信号の出力端である配線異常検出装置１まで反射信号が返ってくるのに時間がかかる。そのため、観測される反射信号の電圧が低くなってしまい、断線による波形の乱れを検出できない。これをより詳細に説明すると、通常、主線路と分岐配線との分岐点においてステップ信号の電圧が上限値に到達する前に、分岐配線に流れたステップ信号は、上述のコンデンサまで到達してしまう。これにより、当該分岐点において、上述のコンデンサの影響によって電圧が降下してしまい、ステップ信号の電力は、分岐点より後の主線路に分配されなくなってしまう。よって、分岐点より後の主線路の断線箇所において反射波が生じないため、断線を検出できない。しかしながら、実施の形態１に係る配線異常検出装置１の構成のように、ステップ信号の立ち上がり時間が、分岐配線Ｙの伝搬遅延時間以下である場合、分岐配線Ｙの長さが、分岐配線Ｙにおいてステップ信号が立ち上がり時間の間に通過する長さよりも長いため、分岐点においてステップ信号の電圧が上限値に到達する時点では、分岐配線Ｙに流れたステップ信号は上述のコンデンサまで到達していないことになる。これにより、分岐点において電圧が上限値に達したステップ信号の電力は、上述のコンデンサによる影響を受けずに、分岐点より後の主線路と分岐配線Ｙとの間で、各インピーダンスに応じて分配される。そして、当該主線路に流れた電力が断線箇所Ｘで反射することにより、反射波の波形の乱れが生じ、断線位置の検出が可能となる。よって、実施の形態１に係る配線異常検出装置１の上述の構成を採用することにより、バス配線に接続されている電子機器のノイズ除去用のコンデンサによってバス配線における配線異常の位置の検出精度が低下することを抑制することができる。

また、実施の形態１に係る配線異常検出装置１は、第１のステップ信号出力部１１が第１のステップ信号を出力するタイミングと、反射波観測部１２が反射波の波形を観測するタイミングとを同期させるクロック信号を生成するクロック生成部をさらに備えている。
上記の構成によれば、第１のステップ信号を出力するタイミングと、当該第１のステップ信号の反射波の波形を観測するタイミングとを同期させることができるため、第１のステップ信号を出力した時刻から、当該第１のステップ信号の反射波の波形を観測した時刻までの時間を正確に計測することができる。これにより、当該時間に基づいてバス配線における配線異常の位置を検出することにより、バス配線における配線異常の位置の検出精度を向上させることができる。

また、実施の形態１に係る配線異常検出装置１は、反射波観測部１２が取得した第１の観測データに基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する位置算出部をさらに備えている。
上記の構成によれば、取得した第１の観測データに基づいて、バス配線における断線又は短絡の位置を検出できる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、ステップＳＴ４において、位置算出部１４２は、第１の観測データから参照データを引いた差分を時刻毎に算出し、ステップＳＴ６で、差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻が存在するか否かを判定することにより、断線又は短絡の有無を判定する構成を説明した。しかし、実施の形態１では、参照データが存在しない場合、位置算出部１４２は、断線又は短絡の有無を判定することができない。実施の形態２では、このような問題を解決することを目的とする。
以下で、実施の形態２について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、実施の形態２に係る配線異常検出装置２０を含む配線異常検出システム１０１の構成を示すブロック図である。図４が示すように、実施の形態２に係る配線異常検出装置２０は、実施の形態１に係る配線異常検出装置１と比較して、制御部１５がスイッチ制御部１５３をさらに備えている点と、第１のステップ信号出力部１１の代わりにステップ信号出力部１６を備えている点とが異なっている。

図５は、配線異常検出装置２０が備えているステップ信号出力部１６の構成を示すブロック図である。図５が示すように、ステップ信号出力部１６は、スイッチ１１１、第１のステップ信号出力部１１２、第２のステップ信号出力部１１３、及び出力抵抗１１４を備えている。なお、本実施形態では、配線異常検出装置２０が第１のステップ信号出力部１１２及び第２のステップ信号出力部１１３の２つの信号源を備えている構成について説明するが、配線異常検出装置２０は、３つ以上の信号源を備えていてもよい。

第１のステップ信号出力部１１２は、実施の形態１における第１のステップ信号出力部１１と同様に、伝送路２に、第１のステップ信号を出力する。第１のステップ信号出力部１１２が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間は、伝送路２の分岐配線Ｙの伝搬遅延時間以下である。
実施の形態２における反射波観測部１２は、伝送路２からの、第１のステップ信号の反射波の波形を観測することにより第１の観測データを取得し、当該第１の観測データを記憶部１３に記憶する。

実施の形態２における位置算出部１４２は、反射波観測部１２が第１のステップ信号を観測することにより取得した第１の観測データのうちで電圧が閾値を超えた時刻が存在するか否かを判定する。位置算出部１４２は、第１の観測データのうちで電圧が閾値を超えた時刻が存在すると判定した場合、伝送路２に断線又は短絡が存在すると判断する。なお、当該閾値は、伝送路２において断線が生じた場合に観測される電圧以下の値である。又は、当該閾値は、伝送路２において短絡が生じた場合に観測される電圧以上の値である。

制御部１５のスイッチ制御部１５３は、位置算出部１４２が第１の観測データのうちで電圧が閾値を超えた時刻が存在しないと判断した場合、ステップ信号出力部１６のスイッチ１１１を制御することにより、ステップ信号を出力する信号源を、第１のステップ信号出力部１１２から第２のステップ信号出力部１１３に切り替える。

第２のステップ信号出力部１１３は、伝送路２に第２のステップ信号を出力する。第２のステップ信号出力部１１３が出力する第２のステップ信号の立ち上がり時間は、伝送路２の分岐配線Ｙの伝搬遅延時間の２倍以上である。当該伝搬遅延時間は、伝送路２の分岐配線長Ｌと、伝送路２の単位長さ当たりの伝搬遅延時間との積により求められる。例えば、実施の形態１における第１のステップ信号の立ち上がり時間の一例のように、第１のステップ信号の立ち上がり時間が約２２３ｐｓ以下である場合、第２のステップ信号の立ち上がり時間は、第１のステップ信号の立ち上がり時間の２倍以上であればよいので、４４６ｐｓ以上であり得る。

反射波観測部１２は、伝送路２からの、第２のステップ信号の反射波の波形を観測することにより第２の観測データを取得し、当該第２の観測データを記憶部１３に記憶する。
位置算出部１４２は、記憶部１３に記憶された第１のステップ信号の反射波の波形と第２のステップ信号の反射波の波形とに基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する。より詳細には、記憶部１３に記憶された第１の観測データの電圧から第２の観測データの電圧を引いた差分を時刻毎に算出する。また、位置算出部１４２は、算出した差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻が存在するか否かを判定することにより、伝送路２に断線箇所が存在するか否かを判断する。そして、位置算出部１４２は、差分が０から正の値になった時刻に基づいて、伝送路２の断線の位置を算出する。又は、位置算出部１４２は、算出した差分データのうちで差分が０から負の値になった時刻が存在するか否かを判定することにより、伝送路２に短絡箇所が存在するか否かを判断する。そして、位置算出部１４２は、差分が０から負の値になった時刻に基づいて、伝送路２の短絡の位置を算出する。

次に、実施の形態２に係る配線異常検出装置２０の動作について図面を参照して説明する。配線異常検出装置２０は、他の通信ネットワークが停止中である場合に当該配線異常検出方法を実行する。なお、実施の形態２に係る配線異常検出方法の説明において、実施の形態１で説明した配線異常検出方法の工程と同様の工程については、その詳細な説明を適宜省略する。
図６は、実施の形態２に係る配線異常検出装置２０による配線異常検出方法を示すフローチャートである。図６が示すように、第１のステップ信号出力部１１２は、伝送路２に、第１のステップ信号を出力する（ステップＳＴ１０）。なお、上述のように、当該第１のステップ信号の立ち上がり時間は、伝送路２の分岐配線Ｙの伝搬遅延時間以下である。

次に、反射波観測部１２は、伝送路２からの、第１のステップ信号の反射波の波形を観測する（ステップＳＴ１１）。なお、上記のステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１では、制御部１５のクロック生成部１４１が生成したクロック信号によって、第１のステップ信号出力部１１２が第１のステップ信号を出力するタイミングと、反射波観測部１２が反射波の波形を観測するタイミングとが同期している。
次に、反射波観測部１２は、ステップＳＴ１１の観測により得た第１の観測データを記憶部１３に記憶する（ステップＳＴ１２）。また、反射波観測部１２は、ステップＳＴ２の観測により取得した第１の観測データを記憶部１３に記憶する。

次に、位置算出部１４２は、反射波観測部１２がステップＳＴ１１で第１のステップ信号を観測することにより取得した第１の観測データのうちで電圧が閾値を超えた時刻が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。位置算出部１４２は、第１の観測データのうちで電圧が閾値を超えた時刻が存在すると判定した場合（ステップＳＴ１３のＹＥＳ）、伝送路２に断線又は短絡箇所が存在すると判断し、第１の観測データのうちで電圧が閾値を超えた時刻に基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する（ステップＳＴ１４）。位置算出部１４２がステップＳＴ１３において第１の観測データのうちで電圧が閾値を超えた時刻が存在しないと判定した場合（ステップＳＴ１３のＮＯ）、配線異常検出装置２０は、ステップＳＴ１５に処理を進める。

ステップＳＴ１５において、制御部１５のスイッチ制御部１５３は、スイッチ１１１を制御することにより、ステップ信号を出力する信号源を、第１のステップ信号出力部１１２から第２のステップ信号出力部１１３に切り替え、第２のステップ信号出力部１１３は、伝送路２に第２のステップ信号を出力する（ステップＳＴ１５）。なお、上述の通り、第２のステップ信号出力部１１３が出力する第２のステップ信号の立ち上がり時間は、伝送路２の分岐配線Ｙの伝搬遅延時間の２倍以上である。

次に、反射波観測部１２は、伝送路２からの、第２のステップ信号の反射波の波形を観測する（ステップＳＴ１６）。なお、上記のステップＳＴ１５及びステップＳＴ１６では、制御部１５のクロック生成部１４１が生成したクロック信号によって、第２のステップ信号出力部１１３が第２のステップ信号を出力するタイミングと、反射波観測部１２が反射波の波形を観測するタイミングとが同期している。

次に、反射波観測部１２は、ステップＳＴ１６の観測により取得した第２の観測データを記憶部１３に記憶する（ステップＳＴ１７）。
次に、位置算出部１４２は、記憶部１３に記憶された第１の観測データの電圧から第２の観測データの電圧を引いた差分を時刻毎に算出する（ステップＳＴ１８）。

次に、位置算出部１４２は、算出した差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ１９）。位置算出部１４２は、差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻が存在すると判定した場合（ステップＳＴ１９のＹＥＳ）、後述するステップＳＴ２０の処理に進む。位置算出部１４２は、差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻が存在しないと判定した場合（ステップＳＴ１９のＮＯ）、伝送路２に断線又は短絡箇所が存在しないと判断する（ステップＳＴ２１）。

ステップＳＴ２０において、位置算出部１４２は、伝送路２に断線又は短絡箇所が存在すると判断し、差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻に基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する。なお、位置算出部１４２は、ステップＳＴ２０において、差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻に基づいて、伝送路２の断線の位置を算出してもよい。又は、位置算出部１４２は、ステップＳＴ２０において、差分データのうちで差分が０から負の値になった時刻に基づいて、伝送路２の短絡の位置を算出してもよい。位置算出部１４２が伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する方法として、上述の式（２）に示す算出方法を用い得る。

上記のステップＳＴ１９及びステップＳＴ２０の具体例として、例えば、位置算出部１４２は、ステップＳＴ１９において、差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻が存在するか否かを、差分データに含まれる隣り合った２点を比較することにより判定する。より詳細には、位置算出部１４２は、差分データのうちで隣り合った２点の各時刻及び差分電圧を（ｔ_１，ｖ_１）（ｔ_２，ｖ_２）とすると、ｖ_１＞０且つｖ_２＞０．１であれば「１」を返し、ｖ_１及びｖ_２がそれ以外の値である場合、「０」を返すとする。位置算出部１４２は、この作業を差分データの全てに対し実行し、「１」を返した時刻を、差分データのうちで差分が閾値を超えた時刻と判定する。次に、位置算出部１４２は、ステップＳＴ２０において、当該時刻に基づいて、伝送路２の断線の位置を算出する。

図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、それぞれ、配線異常検出装置２０による配線異常検出方法の具体例を説明するためのグラフである。当該具体例では、ＥＣＵ５が実装しているノイズ除去用のコンデンサの容量が０．１μＦであり、第１のステップ信号出力部１１２が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間を２２０ｐｓとし、第２のステップ信号出力部１１３が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間を３０００ｐｓとして実行された回路シミュレーションの結果を示す。当該回路シミュレーションでは、実施の形態１の図３Ａ及び図３Ｂが示す具体例と同様に、伝送路２の断線位置は、終端側のＥＣＵ３から１５．０ｍの位置である。

図７Ａは、上述のステップＳＴ１１において反射波観測部１２が取得した第１の観測データの波形と、上述のステップＳＴ１６において反射波観測部１２が取得した第２の観測データの波形とを示すグラフである。図７Ａにおいて、縦軸は、反射波の電圧［Ｖ］を示し、横軸は、当該電圧［Ｖ］が観測された時間［ｎｓ］である。図７Ａにおける実線のグラフは、第１の観測データを示し、点線のグラフは、第２の観測データを示している。図７Ａのグラフにおける点Ｆでは、実線のグラフ及び点線のグラフともに、電圧が急降下している。これは、ＥＣＵ５に実装されたノイズ除去用のコンデンサが第１のステップ信号を充電することにより、当該コンデンサからの反射波が反射波観測部１２に戻ってくる時間が遅延していることを示している。図７Ａの実線のグラフにおける点Ｇでは、波形が乱れており、伝送路２において断線箇所Ｘが存在することを示している。

図７Ｂは、位置算出部１４２がステップＳＴ１８において算出した、第１の観測データの電圧から第２の観測データの電圧を引いた差分を示すグラフである。図７Ｂにおいて、縦軸は、差分電圧［Ｖ］を示し、横軸は、当該差分電圧［Ｖ］が観測された時間［ｎｓ］である。図７Ｂのグラフにおける点Ｈでは、差分電圧の波形が乱れており、伝送路２において断線箇所Ｘが存在することを示している。図７Ｂが示すように、当該波形の乱れは、時刻１４５ｎｓで鋭いピークを示している。

例えば、位置算出部１４２は、上述のステップＳＴ１９において、点Ｈの時刻を、差分データのうちで差分が０から正の値になった時刻と判定する。なお、点Ｈの時刻以前の時刻４５ｎｓ及び時刻９５ｎｓにおいても波形が乱れているが、これらの時刻は、差分が０から負の値になった時刻である。図７Ｃは、当該判定結果を示すグラフである。図７Ｃにおいて、縦軸は、「１」又は「０」の値をとり、「１」が、断線が存在することを示し、「０」が、断線が存在しないことを示す。図７Ｃにおいて、横軸は、当該判定結果が得られた観測時間［ｎｓ］である。図７Ｃが示すように、時刻１４５ｎｓにおいて判定結果の値が「１」を示し、断線が存在することを示している。位置算出部１４２は、上述のステップＳＴ２０において、当該時刻１４５ｎｓに基づき、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する。

以上のように、実施の形態２に係る配線異常検出装置２０は、伝送路２に、第２のステップ信号を出力する第２のステップ信号出力部１１３をさらに備え、第２のステップ信号出力部１１３が出力する第２のステップ信号の立ち上がり時間は、分岐配線Ｙの伝搬遅延時間の２倍以上であり、反射波観測部１２は、伝送路２からの、第２のステップ信号の反射波の波形をさらに観測することにより第２の観測データを取得し、位置算出部１４２は、第１の観測データと、第２の観測データとに基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出する。

上記の構成によれば、第１の観測データと、第２の観測データとに基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出するため、上述の参照データを予め準備する必要がない。従って、参照データを予め準備せずに、第１の観測データと第２の観測データを取得した直後に断線の有無を判定することができる。実施の形態１では、参照データを取得した後でなければ断線の有無を判定できなかった。すなわち、参照データを取得する前に断線が生じてしまうと、ＥＣＵの中に容量が０．０１μＦ〜０．１μＦのコンデンサが実装されている場合、当該断線を検出することができない。しかし、実施の形態２に係る配線異常検出装置２０では、ＥＣＵのコンデンサの特性に関係なく、第１の観測データ及び第２の観測データを取得した時点で断線の有無を判定することができる。

また、実施の形態２に係る配線異常検出装置２０は、伝送路２にステップ信号を出力する信号源を、第１のステップ信号出力部から前記第２のステップ信号出力部に切り替えるスイッチ制御部をさらに備えている。
上記の構成によれば、伝送路２にステップ信号を出力する信号源を、第１のステップ信号出力部１１２から第２のステップ信号出力部１１３に切り替え、第２のステップ信号を伝送路２に出力し、当該第２のステップ信号の反射波の波形を観測することにより第２の観測データを取得する。これにより、第１の観測データと、第２の観測データとに基づいて、伝送路２の断線又は短絡の位置を算出することができ、上述の参照データを予め準備する必要がない。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る配線異常検出装置は、バス配線に接続されている電子機器のノイズ除去用のコンデンサによって、バス配線における配線異常の位置の検出精度が低下することを抑制することができるので、配線の断線又は短絡の位置を検出する配線異常検出装置に利用可能である。

１配線異常検出装置、２伝送路、３ＥＣＵ、４ＥＣＵ、５ＥＣＵ、６ＥＣＵ、１１第１のステップ信号出力部、１２反射波観測部、１３記憶部、１４制御部、１５制御部、１６ステップ信号出力部、２０配線異常検出装置、１００配線異常検出システム、１０１配線異常検出システム、１１１スイッチ、１１２第１のステップ信号出力部、１１３第２のステップ信号出力部、１１４出力抵抗、１４１クロック生成部、１４２位置算出部、１５３スイッチ制御部

Claims

コンデンサが実装された電子機器に分岐配線を介して接続した伝送路に、第１のステップ信号を出力する第１のステップ信号出力部と、
前記伝送路からの、前記第１のステップ信号の反射波の波形を観測することにより第１の観測データを取得する反射波観測部と、
前記反射波観測部が取得した第１の観測データに基づいて、前記伝送路の断線又は短絡の位置を算出する位置算出部と、
前記伝送路に、第２のステップ信号を出力する第２のステップ信号出力部とを備え、
前記第１のステップ信号出力部が出力する第１のステップ信号の立ち上がり時間は、前記分岐配線の伝搬遅延時間以下であり、
前記第２のステップ信号出力部が出力する第２のステップ信号の立ち上がり時間は、前記分岐配線の伝搬遅延時間の２倍以上であり、
前記反射波観測部は、前記伝送路からの、前記第２のステップ信号の反射波の波形をさらに観測することにより第２の観測データを取得し、
前記位置算出部は、前記第１の観測データと、前記第２の観測データとに基づいて、前記伝送路の断線又は短絡の位置を算出することを特徴とする、配線異常検出装置。
前記第１のステップ信号出力部が前記第１のステップ信号を出力するタイミングと、前記反射波観測部が前記反射波の波形を観測するタイミングとを同期させるクロック信号を生成するクロック生成部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の配線異常検出装置。
前記伝送路にステップ信号を出力する信号源を、前記第１のステップ信号出力部から前記第２のステップ信号出力部に切り替えるスイッチ制御部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の配線異常検出装置。