(57)【要約】【課題】通信装置１０、２０の間の配線数を削減しつつ、通信装置１０から通信装置２０に供給する電力を増加させる。【解決手段】  通信装置１０、２０の間を有線で通信を行う車載用通信システムであって、通信装置１０、２０の間には、通信装置１０、２０の間で通信を行うために一本の配線３０だけが接続されており、通信装置１０は、電力搬送波信号を発生するキャリア生成回路１１を備えており、キャリア生成回路１１から出力される電力搬送波信号が、配線３０を通して通信装置２０に送られるようになっており、通信装置２０は、配線３０を通して供給される電力搬送波信号に基づいて電力を変復調回路２３や制御回路２５に与える整流／蓄電回路２１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通信回路（１２、１５）を備える第１の通信装置（１０）と、第２の通信回路（２３、２５）を備える第２の通信装置（２０）とを備え、前記第１、第２の通信回路の間を有線で通信を行う車載用通信システムであって、
前記第１、第２の通信装置の間には、前記第１、第２の通信回路の間で通信を行うために一本の配線（３０）だけが接続されており、
前記第１の通信装置（１０）は、電力搬送波信号を発生する搬送波発生回路（１１）を備えており、
前記搬送波発生回路から出力される電力搬送波信号が、前記一本の配線を通して前記第２の通信装置（２０）に送られるようになっており、
前記第２の通信装置（２０）は、前記一本の配線を通して供給される電力搬送波信号に基づいて電力を前記第２の通信回路に与える電力供給回路（２１）を備えることを特徴とする車載用通信システム。
【請求項２】
前記電力搬送波信号の周波数は、当該車載用通信システムの共振周波数よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の車載用通信システム。
【請求項３】
前記電力供給回路は、
前記配線とグランドとの間に配置されて電力を蓄える蓄電手段（Ｃ１）と、
前記電力搬送波信号としての正電圧が前記電力供給回路に与えられたときに前記配線側から前記蓄電手段のプラス電極に電流を流す第１のダイオード（Ｄ１）と、
前記電力搬送波信号としての負電圧が前記電力供給回路に与えられたときに前記蓄電手段のマイナス電極から前記配線側に電流を流す第２のダイオード（Ｄ２）と、を備え、
前記第１、第２のダイオードのうちいずれか一方のダイオードを通して前記配線側と前記蓄電手段との間で電流を流すことにより前記蓄電手段が電力を蓄えるようになっている特徴とする請求項１または２に記載の車載用通信システム。
【請求項４】
前記第１の通信装置（１０）は、その第１の通信回路から前記第２の通信装置（２０）に対して送信する通信信号に、前記搬送波発生回路から出力される電力搬送波信号を畳重して前記第２の通信装置（２０）に出力する畳重回路（１３）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つに記載の車載用通信システム。
【請求項５】
前記第２の通信装置は、前記畳重回路（１３）から前記一本の配線を通して出力される信号から、前記通信信号と前記電力搬送波信号とを分離する分離回路（２２）を備えることを特徴とする請求項４に記載の車載用通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進み、車両における電子制御ユニット（ＥＣＵ）やセンサユニットが増加しており、それらを接続する配線も増加している。これを解消するために、電子制御ユニットとセンサユニットとの間の電源線を利用して通信を行うことにより、１本の配線を電源供給と通信で兼用して配線数を削減する技術が開発されている(特許文献１参照)。
【０００３】
また、マスターからスレイブに電力を無線で伝送する電力伝送技術も開発されている(特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４４８５１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３７７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、電子制御ユニットとセンサユニットとの間の１本の電力線を電源供給と通信で兼用するものの、電源線に加えてグランド線が必要であり最低でも２本の配線を必要とした。
【０００６】
上記特許文献２では、マスターからスレイブに電力を無線で伝送することができるものの、マスターの電力の出力レベルが小さい場合には、マスターとスレイブ間とを両者が接触するほど近づけなければならない。あるいはマスターとスレイブとの間の距離が大きい場合はマスターからスレイブへ非常に微弱な電力しか送信できないという欠点があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、第１、第２の通信装置の間を有線で通信を行う車載用通信システムにおいて、第１、第２の通信装置の間の配線数を削減しつつ、第１の通信装置から第２の通信装置に供給する電力を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１の通信回路（１２、１５）を備える第１の通信装置（１０）と、第２の通信回路（２３、２５）を備える第２の通信装置（２０）とを備え、前記第１、第２の通信回路の間を有線で通信を行う車載用通信システムであって、
前記第１、第２の通信装置の間には、前記第１、第２の通信回路の間で通信を行うために一本の配線（３０）だけが接続されており、
前記第１の通信装置（１０）は、電力搬送波信号を発生する搬送波発生回路（１１）を備えており、
前記搬送波発生回路から出力される電力搬送波信号が、前記一本の配線を通して前記第２の通信装置（２０）に送られるようになっており、
前記第２の通信装置（２０）は、前記一本の配線を通して供給される電力搬送波信号に基づいて電力を前記第２の通信回路（２３）に与える電力供給回路（２１）を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、第１の通信装置から一本の配線を通して第２の通信装置に電力搬送波信号を伝送することにより、第１の通信装置から一本の配線を通して第２の通信装置に電力を伝送することになる。したがって、特許文献２に比べて、第１の通信装置から第２の通信装置に供給する電力を増加させることができる。
【００１０】
これに加えて、第１、第２の通信装置の間には、一本の配線だけが接続されている。このため、特許文献１に比べて、第１、第２の通信装置の間の配線数を減らすことができる。
【００１１】
以上により、第１、第２の通信装置の間の配線数を削減しつつ、第１の通信装置から第２の通信装置に供給する電力を増加させることができる。
【００１２】
さらに、請求項２に記載の発明では、前記電力搬送波信号の周波数は、当該車載用通信システムの共振周波数よりも高いことを特徴とする。
【００１３】
これにより、電力搬送波信号の伝送効率を向上させることができるので、第１の通信装置から第２の通信装置に対して電力を効率的に伝送することができる（図６参照）。
【００１４】
具体的には、請求項３に記載の発明では、前記電力供給回路は、
前記配線とグランドとの間に配置されて電力を蓄える蓄電手段（Ｃ１）と、
前記電力搬送波信号としての正電圧が前記電力供給回路に与えられたときに前記配線側から前記蓄電手段のプラス電極に電流を流す第１のダイオード（Ｄ１）と、
前記電力搬送波信号としての負電圧が前記電力供給回路に与えられたときに前記蓄電手段のマイナス電極から前記配線側に電流を流す第２のダイオード（Ｄ２）と、を備え、
前記第１、第２のダイオードのうちいずれか一方のダイオードを通して前記配線側と前記蓄電手段との間で電流を流すことにより前記蓄電手段が電力を蓄えるようになっている特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、前記第１の通信装置（１０）は、その第１の通信回路から前記第２の通信装置（２０）に対して送信する通信信号に、前記搬送波発生回路から出力される電力搬送波信号を畳重して前記第２の通信装置（２０）に出力する畳重回路（１３）を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、前記第２の通信装置は、前記畳重回路（１３）から前記一本の配線を通して出力される信号から、前記通信信号と前記電力搬送波信号とを分離する分離回路（２２）を備えることを特徴とする。
【００１７】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における本発明の車載用通信システムの構成を示す図である。
【図２】図１の整流／蓄電回路の具体的な回路構成を示す図である。
【図３】図１の車載用通信システム全体の等価回路を示す。
【図４】図１の２つの通信装置の配置を示す図である。
【図５】図１の通信装置の外形を示す図である。
【図６】第１実施形態における実験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態における本発明の車載用通信システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２０】
（第１実施形態）
図１に本発明の車載用通信システム１の第１実施形態の構成を示す。
【００２１】
図１に示すように、車載用通信システム１は、通信装置１０、２０から構成されている。通信装置１０、２０は、マスター／スレイブシステムを構成するものである。
【００２２】
通信装置１０は、マスター／スレイブシステムのうちマスターを構成するものである。具体的には、通信装置１０は、キャリア生成回路１１、変復調回路１２、畳重回路１３、整合回路１４、および制御回路１５から構成されている。キャリア生成回路１１は、所定の周波数を有する電力搬送波信号を発生する。本実施形態の電力搬送波信号は、後述するように、通信装置１０が通信装置２０に電力を供給するために用いられる。
【００２３】
変復調回路１２は、制御回路１５から送信信号を搬送波（キャリア波）により変調して被変調信号を下り通信信号として畳重回路１３に出力するとともに、畳重回路１３から受ける受信信号としての上り通信信号を復調して被復調信号を制御回路１５に出力する。
【００２４】
畳重回路１３は、整合回路１４と変復調回路１２との間で上り通信信号および下り通信信号を通過させる第１のフィルタ回路と、キャリア生成回路１１と整合回路１４との間で電力搬送波信号を通過させる第２のフィルタ回路とから構成される。このことにより、畳重回路１３は、下り通信信号と電力搬送波信号とを畳重して整合回路１４に出力することになる。
【００２５】
制御回路１５は、キャリア生成回路１１および変復調回路１２を制御して、通信装置２０との間の通信処理を実施する。本実施形態の制御回路１５は、変復調回路１２とともに第１の通信回路を構成する。
【００２６】
整合回路１４は、その入出力端子（Ｐｏｒｔ１）が一本の配線３０だけを介して通信装置２０の整合回路２４の入出力端子（Ｐｏｒｔ２）に接続されている。整合回路１４は、畳重回路１３側のインピーダンスと通信装置２０側のインピーダンスとを整合させる。
【００２７】
また、通信装置２０は、マスター／スレイブシステムのうちスレイブを構成するものである。通信装置２０は、整流／蓄電回路２１、分離回路２２、変復調回路２３、整合回路２４、および制御回路２５から構成されている。
【００２８】
分離回路２２は、整合回路２４と変復調回路２３との間で上り通信信号および下り通信信号を通過させる第１のフィルタ回路と、整合回路２４と整流／蓄電回路２１との間で電力搬送波信号を通過させる第２のフィルタ回路とから構成される。このことにより、分離回路２２は、整合回路２４の出力信号から下り通信信号と電力搬送波信号とを分離することになる。
【００２９】
変復調回路２３は、整合回路２４から分離回路２２を介して入力される下り通信信号を復調して制御回路２５に出力するとともに、送信信号を搬送波により変調して被変調信号を上り通信信号として分離回路２２を介して整合回路２４に出力する。制御回路２５は、変復調回路２３を制御して通信装置１０との間で通信する。
【００３０】
本実施形態では、電力搬送波信号の周波数と、上り通信信号や下り通信信号の周波数とは、異なる値の周波数が用いられている。上り通信信号や下り通信信号の周波数とは、変復調回路１２、２３で用いられる搬送波の周波数のことである。
【００３１】
本実施形態の制御回路２５および変復調回路２３は、第２の通信回路を構成する。整流／蓄電回路２１は、分離回路２２から出力される電力搬送波信号から直流電圧を発生させる回路である。
【００３２】
図２において、整流／蓄電回路２１の具体的な回路構成を示す。整流／蓄電回路２１は、図２に示すように、コンデンサＣ０、Ｃ１、およびダイオードＤ０、Ｄ１から構成されている。コンデンサＣ０は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間で、ダイオードＤ１と直列接続されている。コンデンサＣ０は端子Ｔ１、Ｔ２のうち入力端子Ｔ１側に配置されて、分離回路２２から入力端子Ｔ１を通して入力される信号のうち直流成分をカットする。
【００３３】
ダイオードＤ０は、コンデンサＣ０とダイオードＤ１との間の共通接続端子と出力端子Ｔ３との間に接続されている。ダイオードＤ０は、ダイオードＤ１とともに、整流回路を構成する。コンデンサＣ１は、蓄電手段を構成するものであって、出力端子Ｔ２、Ｔ３の間に配置されている。コンデンサＣ１のプラス電極は、出力端子Ｔ２に接続されている。コンデンサＣ１のマイナス電極は、出力端子Ｔ３に接続されている。出力端子Ｔ３は、通信装置２０内のグランドに接続されている。
【００３４】
ここで、入力端子Ｔ１とグランドとの間において電力搬送波信号としての負電圧が通信装置１０側から与えられるときには、コンデンサＣ１のマイナス電極から電流が、ダイオードＤ０、コンデンサＣ０、および入力端子Ｔ１を通して分離回路２２側（すなわち、配線３０側）に流れることになる。
【００３５】
一方、入力端子Ｔ１とグランドとの間において電力搬送波信号として正電圧が通信装置１０側から与えられるときには、分離回路２２側（すなわち、配線３０側）から入力端子Ｔ１、コンデンサＣ０、ダイオードＤ１、およびコンデンサＣ１のプラス電極に電流が流れる。
【００３６】
このようにダイオードＤ０、Ｄ１のうち一方のダイオードを介して分離回路２２側とコンデンサＣ１との間で電流が流れることにより、コンデンサＣ１に電力（すなわち、エネルギ）が蓄えられる。このため、コンデンサＣ１の両電極間に直流電圧（直流出力）が発生する。この直流電圧は、電源電圧として、分離回路２２、変復調回路２３、整合回路２４、および制御回路２５に付与される。
【００３７】
次に、本実施形態の車載用通信システム１の作動の説明に先立って、一本の配線３０を通して通信装置１０、２０の間で電力搬送波信号や通信信号を送受信するメカニズムについて説明する。
【００３８】
図３に、通信装置１０から通信装置２０に電力搬送波信号を送信する際の車載用通信システム１全体の等価回路を示す。図３中の符号Ｚ０は、通信装置１０のインピーダンスである。符号ＺＬは通信装置２０のインピーダンスである。
【００３９】
本実施形態の通信装置１０のグランドは、当該自動車の金属製車体Ｚに接続されている。金属製車体は車室内で大地（アース）の役割を果たす。通信装置２０のグランドと金属製車体Ｚとの間は、開放されている。このため、本実施形態の通信装置２０のグランドと金属製車体との間には、浮遊容量Ｃが生じる。浮遊容量Ｃは、通信装置２０のグランドと金属製車体との間に生じる容量である。浮遊容量Ｃと金属製車体Ｚとは、通信装置１０のグランドと通信装置２０のグランドとの間において電流を流す仮想配線としての仮想リターンパス４０を構成している。このため、通信装置１０、２０の間において配線３０を通して電力搬送波信号や通信信号を送受信する際に、配線３０とともに仮想リターンパス４０が閉回路することになる。
【００４０】
次に、本実施形態の車載用通信システム１の作動について説明する。
【００４１】
まず、通信装置１０のキャリア生成回路１１は、制御回路１５により制御されて、電力搬送波信号を出力する。その後、電力搬送波信号は、畳重回路１３、整合回路１４、配線３０、および通信装置２０の整合回路２４、分離回路２２、および整流／蓄電回路２１に到達する。このように、通信装置１０から通信装置２０の整流／蓄電回路２１に対して電力が搬送波（キャリア波）により送信されることになる。これに伴い、整流／蓄電回路２１において、電力搬送波信号に基づいて電力が蓄えられる。この電力が分離回路２２、変復調回路２３、整合回路２４、および制御回路２５などに供給されることになる。
【００４２】
また、通信装置１０の変復調回路１２が制御回路１５により制御されて、送信信号を変調して被変調信号を下りの通信信号として送信すると、下りの通信信号は、畳重回路１３、整合回路１４、配線３０、および通信装置２０の整合回路２４、分離回路２２、および変復調回路２３に送られる。これに伴い、変復調回路２３は、下りの通信信号を復調して被復調信号を制御回路２５に出力する。
【００４３】
一方、通信装置２０の変復調回路２３が制御回路２５により制御されて、送信信号を変調して被変調信号を上りの通信信号として送信すると、この上りの通信信号は、分離回路２２、整合回路２４、配線３０、通信装置１０の整合回路１４、畳重回路１３、および変復調回路１２に到達する。これに伴い、変復調回路１２は、上りの通信信号を復調して制御回路１５に出力する。
【００４４】
以上により、通信装置１０、２０の間において配線３０を通して電力搬送波信号や通信信号が送受信されることになる。
【００４５】
以上説明した本実施形態によれば、通信装置１０、２０の間を有線で通信を行う車載用通信システムであって、通信装置１０、２０の間には、通信装置１０、２０の間で通信を行うために一本の配線３０だけが接続されており、通信装置１０は、電力搬送波信号を発生するキャリア生成回路１１を備えており、キャリア生成回路１１から出力される電力搬送波信号が、配線３０を通して通信装置２０に送られるようになっており、通信装置２０は、配線３０を通して供給される電力搬送波信号に基づいて電力を変復調回路２３や制御回路２５に与える整流／蓄電回路２１を備えることを特徴とする。
【００４６】
したがって、通信装置１０から配線３０を通して通信装置２０に対して、電力搬送波信号を伝送することにより、通信装置１０から配線３０を通して通信装置２０に電力を交流電力としての伝送することになる。通信装置１０、２０の間には、配線３０だけが接続されている。したがって、通信装置１０、２０の間の配線数を削減しつつ、通信装置１０から通信装置２０に供給する電力を増加させることができる。
【００４７】
次に、通信装置１０から通信装置２０に電力搬送波信号を送信する際の伝送特性を調べるための実験結果について説明する。
【００４８】
本実験では、図４に示すように、通信装置１０、２０としてそれぞれ回路基板に電子回路を搭載して構成されるものを用いた。回路基板は、一辺の長さをＬ１とする正方形状のものである（図５参照）。したがって、通信装置１０、２０は、その外形が一辺の長さをＬ１とする正方形の板状に形成されることになる。図５は、通信装置１０（２０）を基板面に対して直交する方向から視た図である。そして、通信装置１０、２０の間の距離Ｌ０を１ｍとしている。
【００４９】
図６（ａ）において、グラフＳＡは、反射係数（ｄｂ）と電力搬送波信号の周波数（ＭＨｚ）との関係を示し、グラフＳＢは、伝達係数（ｄｂ）と電力搬送波信号の周波数（ＭＨｚ）との関係を示している。図６（ｂ）には、図６（ａ）のグラフＳＡ、ＳＢのうち周波数が１００ＭＨｚ以下である範囲を拡大した図である。
【００５０】
反射係数は、通信装置１０から通信装置２０に電力搬送波信号を送信する際の通信装置１０の出力電圧をＶ１とし、通信装置２０により反射される反射電圧をＶ２としたとき、Ｖ２／Ｖ１で示される比である。伝達係数は、通信装置１０から通信装置２０に電力搬送波信号を送信する際に通信装置２０で受信される電圧をＶ３としたときに、Ｖ３／Ｖ１で示される比である。
【００５１】
ここで、図６（ａ）、（ｂ）のグラフＳＢから分かるように、電力搬送波信号の周波数が共振点Ｋよりも大きくなると、伝達係数が約−１５ｄｂ以上になる。このため、電力搬送波信号の周波数としては、共振点Ｋよりも高い周波数を用いることにより、電力伝送効率を高めることができる。
【００５２】
ここで、共振点Ｋの周波数（すなわち、共振点周波数）ｆ１は、通信装置１０、２０の大きさ（全周の長さ）と、通信装置１０、２０の間の距離Ｌ０とから定まる。具体的には、通信装置１０を構成する四角形の基板の全周の長さをＬａとし、通信装置２０を構成する四角形の基板の全周の長さをＬｂとすると、共振周波数ｆ１は数式１のようになる。
【００５３】
ｆ１＝３．０ｅ８／（（Ｌ０＋Ｌａ＋Ｌｂ）×２）・・・数式（１）
ここで、車載用通信システム１では、（Ｌ０＋Ｌａ＋Ｌｂ）を１／２波長として共振が生じていることになる。
【００５４】
例えば、通信装置１０、２０をそれぞれ構成する基板として同一形状のものを用いると、Ｌａ＝Ｌｂとなる。そして、基板の一辺をＬ１（図５参照）としたときには、Ｌａ（＝Ｌｂ）が（Ｌ１×４）となる。この場合、Ｌ０を１ｍとし、Ｌ１を０．１ｍとしたときには、共振点Ｋは、３．０ｅ８／（１＋（０．１×４×２）×２）となり、共振点Ｋ＝８３．３ＭＨｚとなる。
【００５５】
なお、電力搬送波信号の周波数が共振点Ｋ以下のときには、受信比が約−１０ｄｂよりも小さくなるのは、通信装置２０のグランドと金属製車体との間の浮遊容量（図３中Ｃ参照）が影響していると考えられる。
【００５６】
本実験において、電力搬送波信号の周波数を３００Ｍｈｚとして、通信装置１０、２０の間で配線３０を通して電力搬送波信号を送信する場合には、半波長ダイポールアンテナを用いて電力搬送波信号を無線伝送する場合に比べて、約１００倍の伝送効率が得られることが分かった。このため、電力搬送波信号の周波数としては、車載用通信システム１の共振周波数ｆ１（共振点Ｋ）よりも高い周波数を用いることが望ましい。
【００５７】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、１つの通信装置１０と１つの通信装置２０とから車載用通信システム１を構成した例を示したが、これに代えて、図７に示すように、１つの通信装置１０と複数の通信装置２０とから車載用通信システム１を構成してもよい。
【００５８】
この場合、複数の通信装置２０のうち、ある１つの通信装置２０と通信装置１０との間で通信を行う場合に、複数の通信装置２０のうちある１つの通信装置２０以外の他の通信装置２０からの反射波により、ある１つの通信装置２０と通信装置１０との間で通信品質が劣化することが考えられる。
【００５９】
これに対して、本実施形態では、通信装置１０と複数の通信装置２０との間の通信方式としてスペクトラム拡散方式やＯＦＤＭ方式を採用することでノイズの混入や反射波によるフェージングに対する耐性を向上することができる。
【００６０】
（他の実施形態）
上述の第１の実施形態では、蓄電手段としてコンデンサＣ１を用いた例を示したが、これに代えて、蓄電手段として二次電池を用いてもよい。
【００６１】
上述の第１、第２の実施形態では、電力搬送波信号の周波数と、上り通信信号や下り通信信号の周波数とは、異なる値の周波数を用いた例を示したが、これに代えて、電力搬送波信号の周波数としては、上り通信信号や下り通信信号の周波数と同一の周波数を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１      車載用通信システム
１０    通信装置（マスター）
１１    キャリア生成回路
１２    変復調回路
１３    畳重回路
１４    整合回路
１５    制御回路
２０    通信装置（スレイブ）
２１    整流／蓄電回路
２２    分離回路
２３    変復調回路
２４    整合回路
２５    制御回路
Ｃ０    コンデンサ
Ｃ１    コンデンサ
Ｄ０    ダイオード
Ｄ１    ダイオード
【図１】
2012205064.tif 000003
【図２】
2012205064.tif 000004
【図３】
2012205064.tif 000005
【図４】
2012205064.tif 000006
【図５】
2012205064.tif 000007
【図６】
2012205064.tif 000008
【図７】
2012205064.tif 000009