(57)【要約】【課題】部品コストが上昇することなく、通信システムに不正な電子機器が接続されていることを検知でき、外部からの影響により通信不能状態に陥り難い通信装置を提供する。【解決手段】一対の通信線４に接続してある複数の通信装置（ＥＣＵ）を備え、複数の通信装置（ＥＣＵ）それぞれが通信を行う通信システムに使用される通信装置（ＥＣＵ）。通信線４上の通信信号波形の立上り又は立下り時間を、通信が成立する限度近傍まで短縮させる短縮回路１９と、通信が成立するか否かを判定する為のテスト信号を、通信線４に所定の時期に発信する発信部１６ａと、発信部１６ａがテスト信号を発信し、且つ短縮回路１９がオンであるときに、通信が成立するか否かを判定する判定部１６ｂとを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の通信線を有する幹線と、該一対の通信線に接続してある複数の通信装置とを備え、該複数の通信装置それぞれが通信を行う通信システムに使用される通信装置において、
前記通信線上の通信信号波形の立上り又は立下り時間を、通信が成立する限度近傍まで短縮させる短縮回路と、
通信が成立するか否かを判定する為のテスト信号を、前記通信線に所定の時期に発信する発信部と、
該発信部がテスト信号を発信し、且つ前記短縮回路がオンであるときに、通信が成立するか否かを判定する判定部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記発信部は、前記幹線における非通信時にテスト信号を発信するように構成してある請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記判定部が、通信が成立しないと判定したときは、通信不能を表示する表示部を更に備え、前記短縮回路は、前記立上り又は立下り時間を段階的に変更するように構成してある請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記通信システムの組込みが完了した後に、前記発信部がテスト信号を発信し、前記短縮回路が前記立上り又は立下り時間を段階的に変更する都度、前記判定部が通信が成立するか否かを判定することにより、前記限度近傍の立上り又は立下り時間を定めるように構成してある請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載された通信装置を少なくとも１つ備えることを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の通信線を有する幹線と、一対の通信線に接続してある複数の通信装置とを備え、複数の通信装置それぞれが通信を行う通信システムに使用される通信装置、及びこの通信装置を備える通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両では、搭載された多数の電子機器が通信線を介して接続され、相互に通信し協調動作することにより、車両の走行制御及び車室内の環境制御等が実現されている。搭載された電子機器では、通信プロトコルとしてＣＡＮ（Controller Area Network）が広く採用されている。
【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、一対の通信線がより合わされたツイストペアケーブルが用いられる。各電子機器は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、電位差が閾値以下である場合にレセシブが検出される。
【０００４】
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おり、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に対応させ、レセシブをデータ１に対応させて、データの送受信を行う。
【０００５】
ＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムでは、電子機器が他の電子機器に送信するときに、リンギングが発生する。リンギングは、幹線からの分岐部分におけるインピーダンス不整合、及び通信装置のインピーダンス不整合等により、信号が多重反射することにより発生する。
また、リンギングは、通信線のインピーダンスが小さく、通信信号波形の立上り又は立下り時間が短過ぎる（波形の立上り又は立下りが急峻）場合にも、アンダーシュートに伴う振動として発生し、振動波形がドミナント／レセシブの閾値を超えると、影響が大きくなる。
通信システムは、リンギングの影響が大きくなると、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。
【０００６】
また、近年、無線機器の小型軽量化等が進んだことにより、車両の所有者に無断で車載通信システムに不正な電子機器が接続されて、立ち寄り場所等、車両の所有者のプライバシーが侵害されたり、走行操作が妨害されることがあり、特許文献１には、このような問題を解決する為のローカルエリアネットワークが開示されている。
【０００７】
特許文献１に開示されたローカルエリアネットワークは、複数の電子制御ユニットがそれぞれ接続され、ネットワーク構成上の静電容量を、ローカルエリアネットワーク上での通信が成立する閾値近傍に増加させる静電容量増加手段が設けられている。静電容量増加手段は、例えば、ローカルエリアネットワークに対して電子制御ユニットと並列に接続されるダミー電子制御ユニットであって、インダクタとコンデンサとで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１３３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されたようなローカルエリアネットワークでは、ダミー電子制御ユニットが別途必要となって、部品コストが上昇するという問題がある他、経常的にリンギングの許容限界で使用している為、外部からの影響により、通信不能状態に陥り易いという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、ダミーユニットが不要なので部品コストが上昇することなく、通信システムに不正な電子機器が接続されていることを検知でき、外部からの影響により通信不能状態に陥り難い通信装置を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は、また、ダミーユニットが不要なので部品コストが上昇することなく、不正な電子機器が接続されていることを検知でき、外部からの影響により通信不能状態に陥り難い通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る通信装置は、一対の通信線を有する幹線と、該一対の通信線に接続してある複数の通信装置とを備え、該複数の通信装置それぞれが通信を行う通信システムに使用される通信装置において、前記通信線上の通信信号波形の立上り又は立下り時間を、通信が成立する限度近傍まで短縮させる短縮回路と、通信が成立するか否かを判定する為のテスト信号を、前記通信線に所定の時期に発信する発信部と、該発信部がテスト信号を発信し、且つ前記短縮回路がオンであるときに、通信が成立するか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この通信装置は、一対の通信線を有する幹線と、この一対の通信線に接続してある複数の通信装置とを備え、複数の通信装置それぞれが通信を行う通信システムに使用される。短縮回路が、通信線上の通信信号波形の立上り又は立下り時間を、通信が成立する限度近傍まで短縮させ、発信部が、通信が成立するか否かを判定する為のテスト信号を、通信線に所定の時期に発信する。判定部が、発信部がテスト信号を発信し、且つ短縮回路がオンであるときに、通信が成立するか否かを判定する。
【００１４】
本発明に係る通信装置は、前記発信部は、前記幹線における非通信時にテスト信号を発信するように構成してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る通信装置は、前記判定部が、通信が成立しないと判定したときは、通信不能を表示する表示部を更に備え、前記短縮回路は、前記立上り又は立下り時間を段階的に変更するように構成してあることを特徴とする。
【００１６】
この通信装置では、判定部が、通信が成立しないと判定したときは、表示部が通信不能を表示し、短縮回路は、通信信号波形の立上り又は立下り時間を段階的に変更する。
【００１７】
本発明に係る通信装置は、前記通信システムの組込みが完了した後に、前記発信部がテスト信号を発信し、前記短縮回路が前記立上り又は立下り時間を段階的に変更する都度、前記判定部が通信が成立するか否かを判定することにより、前記限度近傍の立上り又は立下り時間を定めるように構成してあることを特徴とする。
【００１８】
この通信装置では、通信システムの組込みが完了した後に、発信部がテスト信号を発信する。この状態で、短縮回路が通信信号波形の立上り又は立下り時間を段階的に変更する都度、判定部が通信が成立するか否かを判定し、これにより、通信が成立する限度近傍の通信信号波形の立上り又は立下り時間を定めることができる。
若しくは、初期の条件で限度近傍を探索した上で、量産時にはその近傍になるような回路を固定して使用してもよい。
【００１９】
本発明に係る通信システム、本発明に係る通信装置を少なくとも１つ備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る通信装置によれば、ダミーユニットが不要なので部品コストが上昇することなく、通信システムに不正な電子機器が接続されていることを検知でき、外部からの影響により通信不能状態に陥り難い通信装置を実現することができる。
【００２１】
本発明に係る通信システムによれば、ダミーユニットが不要なので部品コストが上昇することなく、不正な電子機器が接続されていることを検知でき、外部からの影響により通信不能状態に陥り難い通信システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る通信装置及び通信システムの実施の形態の概略構成を示す回路図である。
【図２】ＥＣＵ及び終端ＥＣＵの構成例を集約して示す回路図である。
【図３】リンギングの波形の例を示す波形図である。
【図４】短縮回路を設定する手順の例を示すフローチャートである。
【図５】ＥＣＵの動作の例を示すフローチャートである。
【図６】ＥＣＵ及び終端ＥＣＵの構成例を集約して示す他の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、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。
【００２４】
図１は、本発明に係る通信装置及び通信システムの実施の形態の概略構成を示す回路図である。
この通信システムは、車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１ａ，１ｂ，１ｃと、同じく車両に搭載される終端ＥＣＵ２ａ，２ｂとを備えている。終端ＥＣＵ２ａは、一対の通信線を有する幹線３の一端部と接続され、終端ＥＣＵ２ｂは幹線３の他端部と接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ１ａは、幹線３の中途の分岐点Ａから分岐した支線４ａに接続され、ＥＣＵ１ｂは、幹線３の中途の分岐点Ｂから分岐する支線４ｂに接続され、ＥＣＵ１ｃは、幹線３の中途の分岐点Ｃから分岐する支線４ｃに接続されている。分岐点Ｂは、分岐点Ａよりも終端ＥＣＵ２ｂ側にあり、分岐点Ｃは、分岐点Ｂよりも終端ＥＣＵ２ｂ側にある。支線４ａ，４ｂ，４ｃは、一対の通信線を有して構成されている。
ここで、幹線３及び支線４ａ，４ｂ，４ｃは、ＣＡＮ（Controller Area Network）バスが有する特性インピーダンスを有するツイストペアケーブルとする。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ１ａ，１ｂ，１ｃ及び終端ＥＣＵ２ａ，２ｂ（通信装置）の構成例を集約して示す回路図である。
このＥＣＵ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、駆動回路１６ｃ、接続回路１７及び短縮回路１９等を備えて構成されており、接続回路１７及び短縮回路１９を除く各部は相互にバス接続されている。
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。
【００２７】
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の処理に伴って作成された情報、及び他のＥＣＵとの間で送受信する情報等が記憶される。
【００２８】
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、ランプ又は表示器１８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。
【００２９】
ドライバ１６は、他のＥＣＵ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を通じて支線４と（終端ＥＣＵ２ａ，２ｂの場合は、直接、幹線３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。
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。
【００３０】
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が有す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。
【００３１】
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何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が有す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。
【００３２】
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ＥＣＵ１ａ，１ｂ，１ｃ又は終端ＥＣＵ２ａ，２ｂによりデータが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。尚、ＥＣＵ１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ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様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３３】
接続回路１７は、支線４（又は幹線３）に介装され、支線４（幹線３）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おり、終端ＥＣＵ２ａ，２ｂの場合は終端回路となっている。
ドライバ１６には、通信線上の信号波形の立上り又は立下り時間を、通信が成立する限度近傍まで短縮させる短縮回路１９が接続されている。尚、ここでは、ドライバ１６には、波形の立下り立ち上がりを制御する為の端子を有するドライバ、例えば、NXP製PC82C250、TI製ｓｎ65ｈｄｖ230、AD製ADM3051等の何れかを使用し、その端子と短縮回路１９とを接続している。
【００３４】
短縮回路１９は、ドライバ１６のＲｓ端子及び接地端子間を並列接続する為の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、抵抗Ｒ１をＲｓ端子及び接地端子間に接続するスイッチＳ１と、抵抗Ｒ２を抵抗Ｒ１に並列接続するスイッチＳ２と、抵抗Ｒ３を抵抗Ｒ１、Ｒ２に並列接続するスイッチＳ３とを備えている。スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれ駆動回路１６ｃによりオン／オフ制御される。
尚、短縮回路１９は、ＥＣＵ１ａ，１ｂ，１ｃ及び終端ＥＣＵ２ａ，２ｂの何れか１つ以上が備えていれば良い。
【００３５】
通信線上の信号波形の立上り又は立下り時間は、通信線間のインピーダンスの大小に従って長短となり、短くなると、アンダーシュートに伴う振動によるリンギングが大きくなる。
ここで、図１に示すように、不正な無線機器（又は電子機器）５が幹線３に接続された場合、通信線間のインピーダンスは小さくなる。
【００３６】
そこで、短縮回路１９により、通信線上の信号波形の立上り又は下り時間を、通信が成立する限度近傍まで短縮させておけば、不正な無線機器５が幹線３に接続されると、リンギングが大きくなって通信不能となり、不正な無線機器５が接続されたと推定することができる。
つまり、これ以上、電子機器が通信線に接続されると、リンギングの波形が０／１信号の閾値に達して通信不能となるように、信号波形の立上り又は下り時間を短縮させておく。
【００３７】
例えば、スイッチＳ１をオンにすると、抵抗Ｒ１がドライバ１６のＲｓ端子に接続され、その状態では、図３Ａの波形図に示すように、リンギングの波形は小さい。
スイッチＳ２を更にオンにすると、抵抗Ｒ１，Ｒ２がドライバ１６のＲｓ端子に並列接続され、図３Ｂの波形図に示すように、リンギングの波形は、図３Ａに比べると急峻になり、信号の閾値近傍まで大きくなる。
【００３８】
スイッチＳ３を更にオンにすると、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がドライバ１６のＲｓ端子に並列接続され、図３Ｃの波形図に示すように、リンギングの波形は、図３Ｂより急峻となり、信号の閾値に達して、通信不能状態になる。
この場合、スイッチＳ３をオフに戻すと、抵抗Ｒ１，Ｒ２がドライバ１６に並列接続され、図３Ｂの波形図に示すように、リンギングの波形は、信号の閾値より少し小さい状態に戻る。
【００３９】
従って、スイッチＳ１，Ｓ２をオンにしたときに、通信が成立すれば、不正な無線機器５が接続されていないと推定することができ、通信が成立しなければ、不正な無線機器５が接続されたと推定することができる。
よって、通信時には、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３をオフにしておき、所定の時期、例えば、車両のエンジンが始動したとき等に、スイッチＳ１，Ｓ２をオンにし、送信部１６ａからテスト信号を出力して、受信部１６ｂがそのテスト信号を通信が成立する程度に受信可能か否かを判定するようにすれば良い。
【００４０】
以下に、このような構成のＥＣＵの短縮回路１９を設定する手順を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
ＥＣＵは、車両への組込みが完了して、通信システム（ネットワーク）が構成され通信システムに接続されると（Ｓ１）、送信部（発信部）１６ａからのテスト信号発信を開始する（Ｓ３）。次いで、駆動回路１６ｃにスイッチＳ１をオン（接続）にさせ（Ｓ５）、受信部（判定部）１６ｂに、テスト信号を通信が成立する程度に受信可能か（通信が成立するか）否かを判定させる（Ｓ７）。
【００４１】
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立すると判定したときは（Ｓ７）、駆動回路１６ｃにスイッチＳ２をオン（接続）にさせ（Ｓ９）、受信部１６ｂに通信が成立するか否かを判定させる（Ｓ１１）。
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立すると判定したときは（Ｓ１１）、駆動回路１６ｃにスイッチＳ３をオン（接続）にさせ（Ｓ１３）、受信部１６ｂに通信が成立するか否かを判定させる（Ｓ１５）。
【００４２】
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立すると判定したときは（Ｓ１５）、そのときのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の接続状態を、ＲＡＭ１３又はＲＯＭ１２に記憶させる（Ｓ１７）。次いで、駆動回路１６ｃにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の接続状態を解除させ（Ｓ１９）、送信部１６ａからのテスト信号発信を停止して終了する（Ｓ２１）。
【００４３】
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立しないと判定したときは（Ｓ７）、駆動回路１６ｃにスイッチＳ１をオフ（接続解除）にさせ（Ｓ２３）、そのときのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の接続状態を、ＲＡＭ１３又はＲＯＭ１２に記憶させる（Ｓ１７）。
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立しないと判定したときは（Ｓ１１）、駆動回路１６ｃにスイッチＳ２をオフ（接続解除）にさせ（Ｓ２５）、そのときのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の接続状態を、ＲＡＭ１３又はＲＯＭ１２に記憶させる（Ｓ１７）。
【００４４】
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立しないと判定したときは（Ｓ１５）、駆動回路１６ｃにスイッチＳ３をオフ（接続解除）にさせ（Ｓ２７）、そのときのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の接続状態を、ＲＡＭ１３又はＲＯＭ１２に記憶させる（Ｓ１７）。
【００４５】
以下に、このようなＥＣＵの動作を、それを示す図５のフローチャートを参照しながら説明する。
ＥＣＵは、通信システム内で通信が行われておらず、且つ車両のエンジンが始動される等、通信システムに不正な電子機器が接続されているか否かの判定を開始する為の条件が成立すると（Ｓ３１）、ＲＡＭ１３又はＲＯＭ１２に記憶させているスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の接続状態を読出す（Ｓ３３）。
【００４６】
ＥＣＵは、次に、読出した接続状態に従って、駆動回路１６ｃにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３をオン（接続）にさせ（Ｓ３５）、送信部１６ａからのテスト信号発信を開始させる（Ｓ３７）。次いで、受信部１６ｂに、テスト信号を通信が成立する程度に受信可能か（通信が成立するか）否かを判定させる（Ｓ３９）。
【００４７】
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立すると判定したときは（Ｓ３９）、駆動回路１６ｃにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の接続状態を解除させ（Ｓ４１）、送信部１６ａからのテスト信号発信を停止させて（Ｓ４３）、判定を終了する。
ＥＣＵは、受信部１６ｂが、通信が成立しないと判定したときは（Ｓ３９）、表示器（表示部）１８に通信不能であることを表示させ（Ｓ４５）、判定を終了する。
【００４８】
尚、上述したようなＥＣＵの短縮回路１９を設定する手順（図４）により、通信線上の信号波形の立上り又は下り時間を、通信が成立する限度近傍まで短縮させる短縮回路１９の接続状態が設定されれば、量産時には、短縮回路１９を図６に示すように単純化し、部品コストを低減することができる。
この単純化した短縮回路１９ａは、ドライバ１６のＲｓ端子及び接地端子間を接続する抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ４に並列接続する為の抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ５を抵抗Ｒ４に並列接続するスイッチＳ４とを備えている。スイッチＳ４は、駆動回路１６ｄによりオン／オフ制御される。尚、設定された接続状態によっては、抵抗Ｒ４が不要の場合もある。
【００４９】
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】
【００５０】
１ａ，１ｂ，１ｃ  ＥＣＵ（通信装置）
２ａ，２ｂ  終端ＥＣＵ（通信装置）
３  幹線
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  支線
５  不正な無線機器（電子機器）
１６  ドライバ
１６ａ  送信部（発信部）
１６ｂ  受信部（判定部）
１６ｃ，１６ｄ  駆動回路
１７  接続回路
１８  表示器（表示部）
１９，１９ａ  短縮回路
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５  抵抗
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  スイッチ
【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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