(57)【要約】【課題】通信信号のレベルの減衰を抑制し、且つノイズの影響を抑制することが可能な電源重畳多重通信システムを提供する。【解決手段】バッテリ１１とＥＣＵ１２ａ，１２ｂを接続する電源線を２本に分割し、送信側の通信装置１４では、一方の電源線Ｌ２ａに信号（正転信号）を重畳し、他方の電源線Ｌ２ｂには通信信号の位相を１８０°ずらした信号（反転信号）を重畳する。そして、受信側の通信装置１４では、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを介して伝送された通信信号の差分信号を取得する。そして、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂより得られる通信信号は、互いに位相が１８０°ずれているので、差分信号は正転信号を増幅した信号となる。その結果、信号レベルの減衰を抑制することができ、且つ２本の電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは近接した位置に設けられるので、ノイズの影響を回避することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と制御ユニットを接続する電源線に複数の通信装置を接続し、該電源線を用いて各通信装置間での通信信号の送受信を行う電源重畳多重通信システムにおいて、
前記電源線を２本に分割し、且つ各電源線の分岐点に前記通信信号のキャリア周波数帯域で高インピーダンスとなる素子を設け、
前記各通信装置は、前記２本の電源線の双方に接続され、更に、
前記各電源線を介して伝送される電力信号と通信信号とを分離する分離手段と、
前記分離手段で分離された各電源線の通信信号の差分を演算し、この差分を受信信号とする差動受信手段と、
前記２本に分割された電源線のうち、一方の電源線に通信信号を重畳し、且つ、他方の電源線に、前記通信信号の位相を１８０°ずらして重畳する差動送信手段と、
前記分離手段で分離された電力信号を受信する電源手段と、
を備えたことを特徴とする電源重畳多重通信システム。
【請求項２】
前記２本の電源線をツイストペア線とすることを特徴とする請求項１に記載の電源重畳多重通信システム。
【請求項３】
前記高インピーダンスとなる素子は、２本に分割された各電源線の端部に設けられるコイルであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電源重畳多重通信システム。
【請求項４】
前記高インピーダンスとなる素子は、２本に分割された各電源線の端部に設けられるコイルとコンデンサの並列接続回路であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電源重畳多重通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御ユニットに接続される電力供給用の電源線に通信装置を接続し、各通信装置間での通信を行う電源重畳多重通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両に搭載される各種のＥＣＵ（Electronic Control Unit）は、電源線を介してバッテリ（直流電源）と接続されている。また、車両内には複数の通信装置が設けられており、各通信装置間で通信を行うための通信線を削減するために、電源線を用いて通信信号の送受信を行う電源重畳多重通信（いわゆるＰＬＣ「Power Line Communications」）が提案され、実用に供されている。
【０００３】
図７は、従来における電源重畳多重通信システムの構成を示す回路図である。同図に示すように、バッテリ１０１のプラス側端子は、ヒューズＦを介して電源線Ｌ１１に接続され、該電源線Ｌ１１は、複数のＥＣＵ１１２（図では２個）、及び複数の通信装置１１４（図では３個）に接続されている。そして、バッテリ１０１より出力される電力は、電源線Ｌ１１を介して各ＥＣＵ１１２、及び各通信装置１１４に供給され、これらの電装品を駆動させることができる。
【０００４】
また、各通信装置１１４は、ＯＦＤＭ等の所定の変調方式でキャリア信号を変調して通信信号をキャリア信号に重畳し、更に、このキャリア信号を電源線Ｌ１１に重畳することにより、他の通信装置１１４へ通信信号を送信することができる。
【０００５】
図８は、従来における通信装置１１４の構成を示すブロック図であり、同図に示すように、通信装置１１４は、ＰＬＣ回路１２１と、インピーダンス素子１２２と、回路電源部１２３と、制御部１２４を備えている。そして、電源線Ｌ１１を介して伝送された通信信号は、インピーダンス素子１２２で交流成分が除去されて電力信号のみが取り出され、回路電源部１２３に供給される。
【０００６】
更に、電源線Ｌ１１を介して伝送された通信信号は、フィルタ部１３３で直流成分、即ち電力信号が除去され、通信信号の送受信に使用されるキャリア信号のみが受信部１３２にて受信される。その後、この受信信号が制御部１２４にて復調される。
【０００７】
他方、他の通信装置１１４へ通信信号を送信する場合には、制御部１２４で生成された通信信号を送信部１３１に供給し、所定の変調方式を用いてこの通信信号でキャリア信号を変調し、更に、このキャリア信号を電源線Ｌ１１に重畳する。こうして、電源線Ｌ１１を使用した各通信装置１１４間での通信信号の送受信が行われることになる。
【０００８】
ここで、上記した従来の電源重畳多重通信システムにおいて、電源線には各種の電装品が接続されているので、該電装品との接続点において通信信号が減衰するという欠点があり、特に、電源瞬断対策やノイズ低減のために電源線にコンデンサが接続されている場合には、通信信号の減衰がより顕著になるという問題が生じる。
【０００９】
また、車両に搭載されるＥＣＵ１１２や各種負荷への電力伝送は、電源線とボディＧＮＤを利用している場合がある。即ち、グランド接続用の電線を使用せずに、金属のボディ（車体）にグランド端子を接続することにより、車両のボディ自体をグランド線として使用し、電線量を削減している。このため、電源線とボディＧＮＤとの間の距離が大きくなり、他線からの誘導ノイズ、放射ノイズの影響を受けてしまい、通信エラーが発生し易いという問題が生じる。
【００１０】
また、電源線は車両に搭載される電装品への電力供給が主目的であるため、電源線の固有インピーダンスと、リレーボックス、ジャンクションボックス、ヒューズ等の固有インピーダンスとが整合されていないことが多い。このため、各電装品の接続点にて、通信信号の反射が起こり、元々の通信信号と反射信号とが合成されてしまい、高精度な通信ができないという問題が生じる。更に、電源線に接続された各種電装品にて発生するノイズが通信信号に重畳されるため、通信エラーが発生し易いという問題がある。
【００１１】
このような問題を解決するため、例えば特開２００４−６４４０５号公報（特許文献１）に記載されているように、複数の電源線に通信信号を重畳し、各電源線に重畳されている通信信号のうち、最も通信感度の高い通信信号を選択して受信する選択型ダイバーシチ受信方式、或いは各電源線に重畳した通信信号を合成して受信信号とする合成型ダイバーシチ受信方式を用いて、信号減衰やノイズの影響を回避する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−６４４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、複数の電源線に重畳した通信信号の中から、常に良い状態の通信信号を選択することにより、受信信号の改善効果を得ようとするものであり、１本の電源線を用いて通信を行った場合の、通信が成立しない確率をαとした場合に、この確率がα／Ｎ（Ｎは電源線の数）となるだけであるので、電源線の条件が悪い場合には、安定した通信を行うことができないという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、より安定した通信信号の送受信が可能な電源重畳多重通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、直流電源と制御ユニットを接続する電源線に複数の通信装置を接続し、該電源線を用いて各通信装置間での通信信号の送受信を行う電源重畳多重通信システムにおいて、前記電源線を２本に分割し、且つ各電源線の分岐点に前記通信信号のキャリア周波数帯域で高インピーダンスとなる素子を設け、前記各通信装置は、前記２本の電源線の双方に接続され、更に、前記各電源線を介して伝送される電力信号と通信信号とを分離する分離手段と、前記分離手段で分離された各電源線の通信信号の差分を演算し、この差分を受信信号とする差動受信手段と、前記２本に分割された電源線のうち、一方の電源線に通信信号を重畳し、且つ、他方の電源線に、前記通信信号の位相を１８０°ずらして重畳する差動送信手段と、前記分離手段で分離された電力信号を受信する電源手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記２本の電源線をツイストペア線とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記高インピーダンスとなる素子は、２本に分割された各電源線の端部に設けられるコイルであることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記高インピーダンスとなる素子は、２本に分割された各電源線の端部に設けられるコイルとコンデンサの並列接続回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、電源線を２本に分岐し、送信側の通信装置では、一方の分岐線に通信信号を重畳し、他方の分岐線に位相を１８０°ずらした通信信号を重畳する。そして、受信側の通信装置では、各電源線に重畳された通信信号の差分を求める。従って、各電源線間に生じるインダクタンス成分を低減することができ、信号の減衰を抑制することができる。また、他線からの誘導ノイズ、放射ノイズの影響を低減できる。その結果、信頼性の高い高精度な通信信号の送受信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電源重畳多重通信システムの構成を示すブロック図である。同図に示す電源重畳多重通信システムは、車両に搭載されるバッテリ１１とＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２ａ，１２ｂとを接続する電源線を使用して、各通信装置１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）間で通信信号の送受信を行う場合を例に挙げている。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る電源重畳多重通信システムは、バッテリ（直流電源）１１と、車両内の適所に設けられて車両内の各電装品（パワーウインド、パワーシート等）を制御する複数（図では２個）のＥＣＵ（制御ユニット）１２ａ，１２ｂと、複数（図では３個）の通信装置１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を備えている。バッテリ１１とＥＣＵ１２ａ，１２ｂとの間にはヒューズＦ、及び電源線分岐部１３が設けられ、バッテリ１１とヒューズＦとの間、及びヒューズＦと電源線分岐部１３との間は、１本の電源線Ｌ１により接続されている。また、電源線分岐部１３にて電源線Ｌ１が２本の電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに分岐され、このうち一方の電源線Ｌ２ａがＥＣＵ１２ａに接続され、他方の電源線Ｌ２ｂがＥＣＵ１２ｂに接続されている。また、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂには、各種通信信号の送受信を行う複数の通信装置１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）が接続されている。
【００２１】
２本に分岐された各電源線Ｌ２ａとＬ２ｂの断面積の合計は、電源線Ｌ１の断面積とほぼ等しくなるように設計されている。従って、電源線Ｌ１の単位長さ当たりの重量は、電源線Ｌ２ａとＬ２ｂの単位長さ当たりの重量の合計と等しくなり、使用する銅の量は等しい。また、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、図２に示すように、両者が螺旋状に絡み合うツイストペア線とされている。
【００２２】
図３は、各通信装置１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の構成を示すブロック図である。同図に示すように通信装置１４は、２本の電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに通信信号を重畳して他の通信装置１４に送信すると共に、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを介して他の通信装置１４より送信された通信信号を受信するＰＬＣ（Power Line Communications）回路２１と、２本の電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに重畳している交流信号成分（キャリア信号）を取り除いて電力成分のみを取り出すインピーダンス素子２２（分離手段）と、インピーダンス素子２２を介して得られる電力を、該通信装置１４の電源として供給する回路電源部２３と、制御部２４を備えている。
【００２３】
制御部２４は、他の通信装置へ送信するための通信信号を生成し、生成した通信信号をＰＬＣ回路２１に出力する。また、ＰＬＣ回路２１で受信された通信信号を取得する。
【００２４】
ＰＬＣ回路２１は、差動送信部３１と、差動受信部３２と、電源線Ｌ２ａに接続されたフィルタ部３３（分離手段）と、電源線Ｌ２ｂに接続されたフィルタ部３４（分離手段）を備えている。
【００２５】
差動送信部３１は、ＯＦＤＭ等の変調方式を用いて、制御部２４より供給される通信信号でキャリア信号を変調し（以下、これを「正転信号」という）、この正転信号をフィルタ部３３を介して電源線Ｌ２ａに重畳する。更に、正転信号の位相を１８０°ずらした通信信号でキャリア信号を変調し（以下、これを「反転信号」という）、この反転信号をフィルタ部３４を介して電源線Ｌ２ｂに重畳する。従って、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂには、互いに位相が１８０°異なる通信信号で変調されたキャリア信号が重畳されることになる。
【００２６】
差動受信部３２は、電源線Ｌ２ａを介して送信され、更にフィルタ部３３にて直流成分が除去された信号（即ち、通信に用いられるキャリア信号）を受信し、受信したキャリア信号を復調して送信元となる通信装置１４より送信された通信信号を取得する。更に、電源線Ｌ２ｂを介して送信され、更にフィルタ部３４にて直流成分が除去された信号を受信し、受信したキャリア信号を復調して送信元となる通信装置より送信された通信信号を取得する。そして、各電源線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを介して取得した通信信号の差分を求めて制御部２４に出力する。
【００２７】
図４（ａ）〜（ｄ）は、電源線分岐部１３の具体的な構成を示す回路図である。電源線分岐部１３は、コイル、コンデンサ、抵抗からなる各種のインピーダンス素子を用いて構成され、交流成分を遮断する機能を備える。即ち、通信信号のキャリア周波数帯域で高いインピーダンスとなる特性を有する。
【００２８】
図４（ａ）は、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの端部にコイルを設け、該コイルのインダクタンスにより、交流成分を遮断する。従って、電源線Ｌ２ａに重畳されたキャリア信号は、電源線Ｌ１及びＬ２ｂに伝達されることは無く、電源線Ｌ２ｂに重畳されたキャリア信号は、電源線Ｌ１及びＬ２ａに伝達されることは無い。このため、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに重畳されるキャリア信号が干渉し合うことを防止できる。
【００２９】
図４（ｂ）は、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの端部にコイルを設け、更に、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの接続点とグランドとの間にコンデンサを設け、コイルとコンデンサのインピーダンスにより、交流成分を遮断する。
【００３０】
図４（ｃ）は、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの端部にコイルとコンデンサの並列回路を設け、この並列回路のインピーダンスにより、交流成分を遮断する。
【００３１】
図４（ｄ）は、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの端部にコイルとコンデンサの並列回路を設け、更に、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの接続点とグランドとの間にコンデンサを設け、これらのインピーダンスにより、交流成分を遮断する。
【００３２】
そして、図４（ａ）〜（ｄ）に示した如くの回路で電源線分岐部１３を構成することにより、キャリア信号の干渉を防止する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る電源重畳多重通信システムの動作について説明する。図１に示すバッテリ１１より出力される電圧は、ヒューズＦ、電源線分岐部１３を介して電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに伝達され、その後各ＥＣＵ１２ａ，１２ｂに供給される。従って、ＥＣＵ１２ａ，１２ｂに制御用の電力を供給することができる。
【００３４】
また、一例として通信装置１４ａから、通信装置１４ｂに通信信号を送信する場合には、通信装置１４ａの制御部２４（図３参照）で生成した通信信号がＰＬＣ回路２１に供給される。ＰＬＣ回路２１の差動送信部３１では、例えばＯＦＤＭ等の変調方式を用い、供給された通信信号でキャリア信号を変調する。このキャリア信号（正転信号）はフィルタ部３３を介して電源線Ｌ２ａに重畳される。更に、供給された通信信号の位相を１８０°ずらした信号を生成し、この信号でキャリア信号を変調する。このキャリア信号（反転信号）はフィルタ部３４を介して電源線Ｌ２ｂに重畳される。
【００３５】
その結果、図５（ａ）に示す如くの正転信号が電源線Ｌ２ａに重畳され、同図（ｂ）に示す如くの反転信号が電源線Ｌ２ｂに重畳されることになる。
【００３６】
そして、受信側となる通信装置１４ｂでは、電源線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを介して伝達される信号がフィルタ部３３，３４に供給され、且つ、インピーダンス素子２２に供給される。インピーダンス素子２２では、伝達された信号から交流成分が除去されるので、直流成分、即ち、電力成分のみが取り出され、回路電源部２３に供給される。そして、該回路電源部２３に供給された電力により、通信装置１４ｂ全体が駆動することになる。
【００３７】
他方、フィルタ部３３，３４では、各電源線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを介して伝達される信号から直流成分が取り除かれ、交流成分のみが取り出されて差動受信部３２に供給される。従って、差動受信部３２には電源線Ｌ２ａを介して伝達されたキャリア信号、及び電源線Ｌ２ｂを介して伝達されたキャリア信号が受信されることになる。
【００３８】
そして、前述したように、電源線Ｌ２ａには通信装置１４ａより送信された正転信号が重畳され、電源線Ｌ２ｂには反転信号が重畳されているので、図５（ｃ）に示すように、同図（ａ）に示す信号が若干減衰した正転信号、および同図（ｄ）に示すように、同図（ｂ）に示す信号が若干減衰した反転信号が受信されることになる。
【００３９】
そして、差動受信部３２では、正転信号と反転信号の差分を求めるので、図５（ｅ）に示す如くの差分信号を得ることができ、該差分信号は、図５（ａ）に示す正転信号とほぼ一致することになり、送信信号を忠実に再現することができる。
【００４０】
このようにして、本実施形態に係る電源重畳多重通信システムでは、電源線Ｌ１を２本の電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに分岐し、送信側の通信装置１４ａでは各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに正転信号、及び該正転信号とは位相が１８０°ずれた反転信号を重畳する。そして、受信側の通信装置１４ｂでは、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに重畳された正転信号、及び反転信号を受信し、これらの差分信号を復調して通信信号を取得することができる。
【００４１】
従って、各通信装置１４間において信号の減衰を著しく抑制でき、また、ノイズの影響を著しく低減することができるので、極めて高精度な通信信号の送受信を行うことができる。また、２本の電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは互いに近接しており、且つ、図２に示したようにツイストペア線とされているので、各電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ間に生じるインダクタンス成分が極めて小さい値となり、通信信号の減衰を抑制することができ、高い信号レベルを得ることができる。
【００４２】
図６は、通信周波数帯域（例えば、２０［ＭＨｚ］程度の周波数）での、信号レベルの変化を示しており、信号Ｓ１は従来における通信方式を採用した場合、信号Ｓ２は本実施形態に係る通信方式を採用した場合の特性図である。そして、図６の信号Ｓ１，Ｓ２から理解されるように、通信周波数帯域では、本実施形態に係る通信方式を採用している方が信号レベルが高くなっていることが理解される。
【００４３】
また、図１，図４に示したように、１本の電源線Ｌ１を２本の電源線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに分岐する電源線分岐部１３にインピーダンス素子を設けているので、電源線Ｌ２ａに重畳された通信信号と、電源線Ｌ２ｂに重畳された通信信号が干渉することはなく、高精度な通信信号の送受信が可能となる。
【００４４】
更に、電源重畳多重通信の信頼性を向上させることができるので、通信適用部位を増やすことができ、車両軽量化を図ることができる。その結果、燃費の向上が可能となり、省エネルギー、省資源化に寄与することができる。
【００４５】
以上、本発明の電源重畳多重通信システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００４６】
例えば、上述した実施形態では、ＥＣＵと通信装置を別の構成としたが、ＥＣＵ自身が通信装置を備える構成とすることもできる。
【００４７】
また、上記した実施形態では車両に搭載されるバッテリ１１とＥＣＵ１２ａ，１２ｂを接続する電源線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに通信信号を重畳する例について説明したが、本発明は車両に限定されるものではなく、電車、船舶等の直流電源と制御ユニット間に設けられる電源線に通信信号を重畳する場合にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
信号レベルの減衰を抑制し、且つノイズの影響を受けにくい高精度な通信信号の送受信を行う上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源重畳多重通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係り、２本の電源線がツイストペア線とされている様子を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電源重畳多重通信システムに用いられる通信装置の構成を示すブロックである。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る電源重畳多重通信システムに用いられる電源線分岐部の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電源重畳多重通信システムの、送信信号と受信信号、及び差分信号を示す特性図である。
【図６】本発明を適用した場合と従来の場合の、通信周波数帯域における信号レベルの変化を示す特性図である。
【図７】従来における電源重畳多重通信システムの構成を示すブロック図である。
【図８】従来における電源重畳多重通信システムに設けられる通信装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１  バッテリ
１２ａ，１２ｂ  ＥＣＵ
１３  電源線分岐部
Ｌ１  電源線
Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ電源線
１４ａ〜１４ｃ  通信装置
２１  ＰＬＣ回路
２２  インピーダンス素子
２３  回路電源部
２４  制御部
３１  差動送信部
３２  差動受信部
３３  フィルタ部
３４  フィルタ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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