(57)【要約】【課題】リンギングの影響が低い通信システムを提供すること。【解決手段】一対の通信線を有する幹線と、終端抵抗を有し、該一対の通信線の間に該終端抵抗を介装し、前記幹線の各端部に接続してある２つの第１通信装置と、前記一対の通信線に各接続してある一対の通信線を含む支線４と、該支線４に接続してある通信部１６を有する第２通信装置１とを備え、前記２つの第１通信装置及び第２通信装置１夫々が通信を行う通信システムは、前記第２通信装置１は、前記支線４に含まれる一対の通信線の間に介装された抵抗１７ａを備え、該抵抗１７ａは、前記支線４の特性インピーダンス以上であり、かつ前記通信部１６の入力インピーダンスよりも低いインピーダンスに相当する抵抗値を有する。【選択図】図２
2015053633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の通信線を有する幹線と、終端抵抗を有し、該一対の通信線の間に該終端抵抗を介装し、前記幹線の各端部に接続してある２つの第１通信装置と、前記一対の通信線に各接続してある一対の通信線を含む支線と、該支線に接続してある通信部を有する第２通信装置とを備え、前記２つの第１通信装置及び第２通信装置夫々が通信を行う通信システムにおいて、
前記第２通信装置は、
前記支線に含まれる一対の通信線の間に介装された抵抗を備え、
該抵抗は、前記支線の特性インピーダンス以上であり、かつ前記通信部の入力インピーダンスよりも低いインピーダンスに相当する抵抗値を有すること
を特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記２つの第１通信装置及び第２通信装置は、１Ｍｂｐｓ以上８Ｍｂｐｓ以下の通信速度で通信を行うようにしてあり、
前記幹線及び支線は、ＣＡＮ（Controller Area Network）バスが有する特性インピーダンスの下限値よりも大きい特性インピーダンスを有するツイストペアケーブルであること
を特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記第２通信装置は、前記支線及び通信部間にローパスフィルタを備えること
を特徴とする請求項１及び２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記ローパスフィルタは、コイルを含んで構成されていること
を特徴とする請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
前記支線を複数備え、
該支線に各接続する第２通信装置を複数備えること
を特徴とする請求項１から４までの何れか一つに記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の通信装置が通信線を介して通信を行う通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両には多数の電子機器（通信装置）が搭載されており、各電子機器が通信線を介して接続し、相互に情報交換を行いながら協調動作することによって、車両の走行に係る制御及び車室内の快適性に係る制御等が実現される。車両に搭載された電子機器が通信を行う場合、通信プロトコルとしてＣＡＮ（Controller Area Network）が広く採用されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
一般的にＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムでは、一対の通信線をより合わされてなるツイストペアケーブルが用いられ、各電子機器が差動信号による通信を行っており、一対の通信線間の電位差が閾値を超えた場合にドミナントが検出され、電位差が閾値を以下である場合にレセシブが検出される。また、一般的にＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムは、バス型のネットワークトポロジーを採用している。バス型のネットワークトポロジーにおいて各電子機器は、他の電子機器と共通して通信に用いる幹線から分岐する支線に接続している。各電子機器は例えば、ドミナントをデータ０に対応付け、レセシブをデータ１に対応付けて、データの送受信を行う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＩＳＯ １１８９８−１：２００３ Road vehicles--Controller area network（ＣＡＮ）--Part1: Data link layer and physical signaling
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムにおいては、電子機器が通信のために信号を他の電子機器に送信するときにリンギングが生ずる。リンギングは、幹線から支線に分岐する分岐部分におけるインピーダンス不整合及び支線に接続する通信装置のインピーダンス不整合等の要因により生ずる。
【０００６】
通信システムは、リンギングの影響が大きくなると、一の通信装置から送信されたドミナントの信号を受信した通信装置がレセシブの信号と判定する等が原因となって通信に障害が生じ、障害が大きい場合には通信不能に陥る虞がある。
【０００７】
また、近年、ＣＡＮの通信プロトコルよりも速い通信速度で電子機器間の通信を行うことができる、ＣＡＮ−ＦＤ（CAN with Flexible Data Rate）等の車載ネットワークにおける通信プロトコルが研究されている。このような通信プロトコルに従った通信では、ドミナント又はレセシブの信号を送信するために要する時間が短いため、リンギングによる影響が低くなる前に信号の送受信が順次行われ、通信に影響を及ぼすために、リンギングをより低く抑える必要がある。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、リンギングの影響が低い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】
【０００９】
本発明に係る通信システムは、一対の通信線を有する幹線と、終端抵抗を有し、該一対の通信線の間に該終端抵抗を介装し、前記幹線の各端部に接続してある２つの第１通信装置と、前記一対の通信線に各接続してある一対の通信線を含む支線と、該支線に接続してある通信部を有する第２通信装置とを備え、前記２つの第１通信装置及び第２通信装置夫々が通信を行う通信システムにおいて、前記第２通信装置は、前記支線に含まれる一対の通信線の間に介装された抵抗を備え、該抵抗は、前記支線の特性インピーダンス以上であり、かつ前記通信部の入力インピーダンスよりも低いインピーダンスに相当する抵抗値を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、第２通信装置は、支線に含まれる一対の通信線の間に介装された抵抗を備える。当該抵抗は、支線の特性インピーダンスの値以上であり、かつ通信部の入力インピーダンスの相対以下のインピーダンスに相当する抵抗値を有する。従って、第２通信装置は、支線の特性インピーダンスと通信部の入力インピーダンスとの差を抵抗によって小さくすることができるため、信号の反射を抑制し、リンギングの影響を低くすることができる。
【００１１】
本発明に係る通信システムは、前記２つの第１通信装置及び第２通信装置は、１Ｍｂｐｓ以上８Ｍｂｐｓ以下の通信速度で通信を行うようにしてあり、前記幹線及び支線は、ＣＡＮ（Controller Area Network）バスが有する特性インピーダンスの下限値よりも大きい特性インピーダンスを有するツイストペアケーブルであることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、２つの第１通信装置及び第２通信装置は、１Ｍｂｐｓ以上８Ｍｂｐｓ以下の通信速度で通信を行う。幹線及び支線は、ＣＡＮバスの特性インピーダンスの下限値よりも大きい値の特性インピーダンスを有するツイストペアケーブルである。
【００１３】
本発明に係る通信システムは、前記第２通信装置は、前記支線及び通信部間にローパスフィルタを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明にあっては、第２通信装置は、支線及び通信部間にローパスフィルタを備える。従って、第２通信装置は、ローパスフィルタによって高周波のリンギング成分を除去することができるため、リンギングの影響を更に低くし、通信の安定性を高めることができる。
【００１５】
本発明に係る通信システムは、前記ローパスフィルタは、コイルを含んで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、ローパスフィルタはコイルを含んで構成される。従って、コイルを支線及び通信部間に直列に介装することによって、接地を行うことなく、ローパスフィルタを構成することができる。
【００１７】
本発明に係る通信システムは、前記支線を複数備え、該支線に各接続する第２通信装置を複数備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明にあっては、支線を複数備える。また、該支線に各接続する第２通信装置を複数備える。従って、リンギングを抑制した通信を複数の第２通信装置間においても通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、リンギングの影響が低い通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態における通信システムの全体の構成を示す模式図である。
【図２】ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】終端ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＣＵが受信した信号レベルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１は、本実施の形態における通信システムの全体の構成を示す模式図である。通信システムは、車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１ａ、１ｂ、及び１ｃと、同じく車両に搭載される終端ＥＣＵ２ａ及び２ｂとを含んで構成される。終端ＥＣＵ２ａは、通信線を含む幹線３の一端部と接続する。終端ＥＣＵ２ｂは幹線３の他端部と接続する。また、ＥＣＵ１ａは、幹線３の中途の分岐点Ａから分岐した支線４ａと接続する。ＥＣＵ１ｂ及びＥＣＵ１ｃについても同様に、ＥＣＵ１ｂは分岐点Ｂから分岐する支線４ｂと接続し、ＥＣＵ１ｃは分岐点Ｃから分岐する支線４ｃと接続する。分岐点Ｂは、幹線３の中途で、かつ分岐点Ａよりも終端ＥＣＵ２ｂ側にある。分岐点Ｃは、幹線３の中途で、かつ分岐点Ｂよりも終端ＥＣＵ２ｂ側にある。支線４ａ、４ｂ、及び４ｃは、通信線を含んで構成される。
【００２３】
なお、ＥＣＵ１ａ、１ｂ、及び１ｃは同様の構成であるため、以下では総称してＥＣＵ１とも称する。終端ＥＣＵ２ａ及び２ｂについても同様の構成であるため、以下では総称して終端ＥＣＵ２とも称する。支線４ａ、４ｂ、及び４ｃについても同様の構成であるため、以下では総称して支線４とも称する。また、ＥＣＵ１は、本発明の第２通信装置に相当し、終端ＥＣＵ２は、本発明の第１通信装置に相当する。
【００２４】
このように構成された通信システムにおいては、ＥＣＵ１及び終端ＥＣＵ２夫々の間で幹線３を共通の通信線として通信が行われる。例えば、ＥＣＵ１ｂにて支線４ｂへ信号が出力された場合、この信号は支線４ｂから幹線３、支線４ａを経てＥＣＵ１ａへ至り、ＥＣＵ１ａが支線４ａと接続する接続部等にて反射された反射波が生じる。反射波は、支線４ａ、幹線３、及び支線４ｂを経てＥＣＵ１ｂに至る（図１中の破線の矢印参照）。ＥＣＵ１ｂに至った反射波は、再度ＥＣＵ１ｂが支線４ａと接続する接続部等にて反射される。このように信号の反射が繰り返されることによって通信システムにおいてリンギングが生じる。また、図１において図示は省略するが、ＥＣＵ１ｃにおいても同様の反射波が生ずる。更に、終端ＥＣＵ２においても、幹線及び支線の特性インピーダンスの値によっては同様の反射波が生ずる虞がある。なお、ＥＣＵ１は本発明の通信装置に相当する。
【００２５】
図２は、ＥＣＵ１の構成を示すブロック図である。ＥＣＵ１は、制御部１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、入力部１４、出力部１５、ドライバ１６、及び接続回路１７等を備えて構成されている。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の演算処理装置を用いて構成されるものであり、ＲＯＭ１２に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより種々の制御処理を行うことができる。
【００２６】
ＲＯＭ１２は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ素子で構成されるものであり、制御部１１にて実行される制御プログラム及び制御部１１が行う処理に必要な情報等が予め記憶されている。ＲＡＭ１３は、例えばＳＲＡＭ（Static RAM）又はＤＲＡＭ（Dynamic RAM）等のメモ
リ素子で構成されるものであり、制御部１１の処理に伴って生成された情報及び他のＥＣＵ１との間で送受信する情報等の種々の情報が記憶される。
【００２７】
入力部１４は、例えば車両の車速センサ若しくは温度センサ等のセンサ、又は、車両の内外に配置された操作用の種々のスイッチ等の入力装置からの信号が入力され、入力信号のサンプリング又はＡ／Ｄ変換等の処理を行って得られた情報を制御部１１へ与える。出力部１５は、例えばモータ又はランプ等の負荷が接続され、制御部１１からの指示に応じてこれらの負荷を駆動する駆動信号を出力する。なお、ＥＣＵ１は必ずしも入力部１４及び出力部１５の両方を備える必要はなく、いずれか一方のみを備える構成であってよい。
【００２８】
ドライバ１６は、他のＥＣＵ１との間でＣＡＮプロトコルに従った情報の送受信を行うものであり、接続回路１７を介して支線４と接続している。ドライバ１６は、制御部１１から与えられた送信情報をＣＡＮプロトコルに応じた送信用のデータ（フレーム）に変換して送信部１６ａへ与える。ドライバ１６の送信部１６ａは、与えられた送信データの各ビットの値（０（ドミナント）又は１（レセシブ））に応じて、支線４へ信号を出力する。ＣＡＮプロトコルにおいては、幹線３及び支線４は、一対の通信線が撚り合わされてなるツイストペアケーブルが用いられる。送信部１６ａは接続回路１７を介して接続する支線４に差動信号を出力する。送信部１６ａは、ドミナントの信号を送信するときは、支線４に含まれる一対の通信線間の電位差が２Ｖとなる差動信号を出力し、レセシブの信号を送信するときは、当該電位差が０Ｖとなる差動信号を出力する。なお、ドライバ１６は、本発明の通信部に相当する。
【００２９】
またドライバ１６は、支線４の信号レベルを検知することによって、支線４上に送信された信号がドミナント又はレセシブのいずれに対応する信号であるかを判定し、各ビットがドミナント又はレセシブで表されるデータの受信を行う受信部１６ｂを有している。支線４の信号レベルとは、支線４に含まれる一対の通信線間の電位差のことを指す。ドライバ１６は、受信部１６ｂにて受信したデータを制御部１１へ与える。またドライバ１６は、送信部１６ａにて自らが送信したデータを受信部１６ｂにて受信し、送信データと受信データとが一致しない場合（送信データのレセシブが受信データにてドミナントに変化していた場合）、他のＥＣＵ１又は終端ＥＣＵ２によってデータ送信されていることを検知し、アービトレーションの処理を行う。なおＥＣＵ１が行うアービトレーションの処理は、従来のＣＡＮプロトコルによるものと同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００３０】
接続回路１７は、支線４に介装され、支線４からドライバ１６に入力される信号による反射波を抑制するように構成されている。接続回路１７は、支線４に含まれる一対の通信線の間に介装されている抵抗１７ａを備える。抵抗１７ａは、支線４の特性インピーダンス以上であり、かつドライバ１６への入力インピーダンスの値よりも低い抵抗値を有する。一般にＥＣＵ１に相当する通信装置のドライバ１６の入力インピーダンスの値は、支線４に相当する通信線の特性インピーダンスの値に比べて極めて高い値である。また、反射波の信号レベルは、インピーダンス不整合の度合いが大きい、即ち信号が伝送する２つの媒体のインピーダンスの差が大きいときに高くなる。そのため、抵抗１７ａが上述のような抵抗値を有することにより、インピーダンスの差が小さくなるので、信号の反射を抑制することができる。
【００３１】
また接続回路１７は、抵抗１７ａよりも幹線３側の支線４に含まれる通信線の一方に介装されるコイル１７ｂと、コイル１７ｂに並列に接続する抵抗１７ｃを備える。本実施の形態における通信システムは、コイル１７ｂ及び抵抗１７ｃがローパスフィルタのとして機能することにより、高周波のリンギング成分を除去することができるため、リンギングを抑制し、通信の安定性を高めることができる。
【００３２】
図３は、終端ＥＣＵ２の構成を示すブロック図である。終端ＥＣＵ２は、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、入力部２４、出力部２５、ドライバ２６、及び接続回路２７等を備えて構成される。ここで、制御部２１、ＲＯＭ２２、及びＲＡＭ２３は、図２中の制御部１１、ＲＯＭ１２、及びＲＡＭ１３に夫々同様に作用するため、説明を省略する。また、入力部２４、出力部２５、及びドライバ２６は、図２中の入力部１４、出力部１５、及びドライバ１６に夫々同様に作用するため説明を省略する。なお、終端ＥＣＵ２のドライバ２６は、接続回路２７を介して幹線３と接続する。
【００３３】
接続回路２７では、支線４における一対の通信線の間に２つの抵抗２７ａからなる直列回路が介装されている。また、接続回路２７は、コンデンサ２７ｂを備える。コンデンサ２７ｂについては、一端は２つの抵抗２７ａの間に接続し、他端は接地している。このように構成された接続回路２７は、ＣＡＮプロトコルにおける所謂スプリットターミネーションであり、ドライバ２６への入力インピーダンスと、幹線３の特性インピーダンスとを整合する。なお、接続回路２７は、終端抵抗であればよく、スプリットターミネーション以外で構成されていてもよい。
【００３４】
このように構成された通信システムでは、ＥＣＵ１の接続回路１７によって、支線４の特性インピーダンスと、ドライバ１６への入力インピーダンスとを整合するため、リンギングを抑制することができる。
【００３５】
次に、本実施の形態における通信システムの効果を実証するために行ったシミュレーションについて説明する。本シミュレーションの条件として、幹線３は全長を１４ｍとし、支線４は全長を２ｍとした。ここで、幹線３の長さの内訳として、終端ＥＣＵ２ａから分岐点Ａまでの長さ及び終端ＥＣＵ２ｂから分岐点Ｃまでの長さは２．５ｍとし、分岐点Ａから分岐点Ｂまでの長さ及び分岐点Ｂから分岐点Ｃまでの長さは４．５ｍとした。また、ＥＣＵ１のドライバ１６への入力インピーダンス（ＥＣＵ１の内部抵抗）と、終端ＥＣＵ２のドライバ２６への入力インピーダンス（終端ＥＣＵ２の内部抵抗）とは１０ｋΩとした。また、ＥＣＵ１及び終端ＥＣＵ２の内部負荷容量は５０ｐＦとした。更に、ＥＣＵ１においては、接続回路１７における抵抗１７ａの抵抗値を５００Ω、ローパスフィルタとしてコイル１７ｂのインダクタンスを１μＨ、抵抗１７ｃの抵抗値を３０Ωとした。また更に、終端ＥＣＵ２においては、接続回路２７における抵抗２７ａの抵抗値を６０Ωとし、コンデンサのキャパシタンスを４．７μＦとした。なお、ＥＣＵ１及び終端ＥＣＵ２の内部抵抗の値は、ＩＳＯ１１８９８−２の規格に準拠した値であり、スプリットターミネーションとして機能する接続回路２７は、ＩＳＯ１１８９８−５の規格に準拠した構成である。
【００３６】
本シミュレーションにおいては、上述の条件に基づいて、ＥＣＵ１ｂは、送信部１６ａからドミナントの信号、即ち電位差が２Ｖとなる差動信号を一定時間送信し、その後レセシブの信号、即ち電位差が０Ｖとなる差動信号を出力し続ける。また、ＥＣＵ１ｂは、受信部１６ｂにて信号を受信する。ＥＣＵ１ａ、ＥＣＵ１ｃ、及び終端ＥＣＵ２は信号を出力しない。そのため、本シミュレーションにおいて、ＥＣＵ１ｂが受信部１６ｂにて受信する信号は、送信部１６ａから送信された信号の反射波のみである。従って、本シミュレーションにおいてＥＣＵ１ｂが受信部１６ｂにて受信した信号の信号レベルを評価することによって、本実施の形態の通信システムにおけるリンギングの影響を評価することができる。なお、本シミュレーションにおいては、ＣＡＮプロトコルに従って、ドライバ１６は受信した信号の信号レベルが０．９Ｖ以上のときドミナントの信号であると判断し、それ以下の信号レベルのときレセシブの信号であると判断する。
【００３７】
図４は、ＥＣＵ１ｂが受信した信号レベルのシミュレーション結果を示すグラフである。図４に示すグラフにおいては、横軸が時間（単位はｎｓｅｃ）を示し、縦軸が信号レベル（単位はＶ）を示す。図４中の太線は、幹線３及び支線４の特性インピーダンスが１２０Ωであるときの信号レベルの推移を示し、細線は、当該特性インピーダンスが１４０Ωであるときの信号レベルの推移を示す。また、図４中の一点鎖線は、幹線３及び支線４の特性インピーダンスが２８０Ωであるときの信号レベルの波形を示す。
【００３８】
図４において、ＥＣＵ１ｂの送信部１６ａはｔ１秒まではドミナントの信号を出力し続け、ｔ１秒以降はレセシブの信号を出力し続ける。ＥＣＵ１ｂの受信部１６ｂは、ｔ１秒までは、ドミナントの信号の信号レベルの波形が示されている。ｔ１秒以降は、受信部１６ｂによって、送信部１６ａが送信したドミナントの信号の反射波による信号レベルが示されている。幹線３及び支線４の特性インピーダンスが１２０Ω、１４０Ω、及び２８０Ωのときの何れの波形も、ｔ１秒以降に信号レベルが０．９Ｖを超えていない。つまり、送信部１６ａの送信データと受信部１６ｂの受信データとの不一致が生じていない。従って、ＥＣＵ１ｂが誤ってレセシブをドミナントと認識することがないため、本実施の形態における通信システムはリンギングの影響を受けることなく通信を行うことができる。なお、図４中においては示さなかったが、上述の条件において、幹線３及び支線４の特性インピーダンスが２００Ω、２２０Ω、２４０Ω、及び２６０Ωであるときについてもシミュレーションを行った。その結果、送信部１６ａの送信データと受信部１６ｂの受信データとの不一致は、何れの特性インピーダンスにおいても生じなかった。そのため、上述の条件において、幹線３及び支線４の特性インピーダンスが１２０Ω〜２８０Ωのときは、通信システムの通信はリンギングの影響が低い。
【００３９】
以上の構成の通信システムは、ＥＣＵ１の接続回路１７の抵抗１７ａによって、支線４の特性インピーダンスとドライバ１６の入力インピーダンスとの差を小さくすることができ、コイル１７ｂと抵抗１７ｃがローパスフィルタとして機能することができるため、リンギングの影響が低い通信を行うことができる。そのため、通信システムは、ＣＡＮプロトコルに基づく通信よりも速度の速い通信、例えば、１Ｍｂｐｓ以上８Ｍｂｐｓ以下の通信を行うときであっても、リンギングの影響が低い通信を行うことができる。
【００４０】
また、実施の形態において、接続回路１７はＥＣＵ１と一体にしてあることを説明したが、ＥＣＵ１と別に設けられていてもよい。
【００４１】
更に、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１ａ，１ｂ，１ｃ  ＥＣＵ（第２通信装置）
２  終端ＥＣＵ（第１通信装置）
３  幹線
４ａ，４ｂ，４ｃ  支線
１６  ドライバ（通信部）
１７  接続回路
１７ａ，１７ｃ  抵抗
１７ｂ  コイル
【図１】
2015053633.tif 000003
【図２】
2015053633.tif 000004
【図３】
2015053633.tif 000005
【図４】
2015053633.tif 000006