JP2014182536A

JP2014182536A - 車車間光通信装置

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Publication number: JP2014182536A
Application number: JP2013055851A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Hirata; 圭一平田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29

Abstract

【課題】無駄な電力消費を抑えつつ、最適な照射特性を得ることによって通信品質の向上を図ることができる車車間光通信装置を提供すること。
【解決手段】車両に搭載された光通信送受信器１の発光部７に設けられた発光素子８から出射される光を他の車両に搭載された光通信送受信器１によって受光することによって先行車と後続車との間で光通信を行う車車間光通信装置において、少なくとも車間距離情報と外乱光情報と雨滴検出情報とに基づいて前記発光部の発光素子の駆動を制御する制御部１１を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信によって先行車と後続車との間で種々の情報を送受するための車車間光通信装置に関するものである。

従来、光通信によって他の車両に搭載された同種の光通信装置との間で種々の情報を送受する車車間光通信装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この車車間光通信装置は、光通信に用いられる通信光を送出する発光器と、該発光器から送出された通信光を受光する受信器とを備えるものであって、例えば、発光器を点滅させることによって前後を走行する先行車と後続車に対して所定のメッセージを送出し、そのメッセージを先行車と後続車が受信器によって受信することができるようにしたものである。

ところで、車車間光通信技術は、２００５年に開催された愛知万博において次世代交通システムＩＭＴＳ（Intelligent Multimode Transit System）として採用された（非特許文献１，２参照）。

車車間光通信装置は、路上を走行する車両に搭載されるために屋外での使用が前提となる。このため、車車間光通信装置による光通信が太陽光等の外乱光の影響を受け易く、通信品質が悪化する可能性がある。このような外乱光の影響を緩和する手法として、光学フィルタを用いたり、通信データに周波数変調を掛ける方法が用いられているが、太陽光等の強力な外乱光の影響を完全に無くすことは不可能である。

そこで、特許文献３には、車両の進行方向、勾配、標高等の車両位置情報及び現在の時刻データや車両の現在地点における座標データ等に基づいて算出された太陽の軌道位置並びに太陽光による照度に基づいて、太陽光が光通信に影響を与える状態であるか否かを判定し、太陽光の影響があると判定されると、光通信に使用される通信光の受信感度を下げるとともに、通信光の受光部での発光出力を上げるようにした光通信装置が提案されている。

特許文献４，５には、通信装置周囲の外乱光の強度を測定し、通信データを外乱光の強度に応じた発光強度の光通信信号に変換するよう発光素子を制御するようにした光通信装置が提案されている。

特開平１１−０５３６８９号公報特許第４０３２２５３号公報特開２００７−３０４６９６号公報特開２００１−０７７７５９号公報特開２００２−３００１１３号公報 TOYOTA Technical Review Vol.51 No.2 Railway Research Review 2008年２月号「自動運転バスＩＭＴＳの開発現状について」（財）鉄道技術研究所刊

しかしながら、特許文献３において提案された光通信装置において、車両の位置情報はＧＰＳ装置と地図ＤＢ（データベース）を用いて取得されるが、その位置情報は精度に欠けるという問題がある。即ち、例えばトンネルや山間部等のように必要な個数のＧＰＳ衛星が見通せない場所では車両の位置情報を取得することは不可能である。また、太陽位置情報によって外乱光の除去動作を行うと、曇天時や日陰の走行等のように太陽光等の外乱光が存在しない状態では逆にＳ／Ｎ比が悪化してしまうという問題がある。そして、システム全体の構成として光通信装置以外の部分を構成する位置情報取得装置や方位取得装置、太陽位置演算装置等が必要になるため、装置が大型化及びコストアップする。また、特許文献３では、太陽光の外乱光の対策しか述べられておらず、霧、雨、雪などの低視程時の通信品質低下の際の対策については述べられていない。

特許文献４において提案された光通信装置によれば、周囲の外乱光の強度を測定する光センサを別途備える必要があり、装置の大型化とコストアップを招き、特許文献５において提案された光通信装置においては、背景光強度検知手段を設け、該背景光強度検知手段から得られた情報を当該光通信装置へとフィードバックする必要があるため、通信路が増えて装置が大型化及び複雑化する他、コストアップを招くという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、無駄な電力消費を抑えつつ、屋外の悪環境下においても最適な照射特性を得ることによって通信品質の向上を図ることができる車車間光通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、車両に搭載された光通信送受信器の発光部に設けられた発光素子から出射される光を他の車両に搭載された光通信送受信器によって受光することによって先行車と後続車との間で光通信を行う車車間光通信装置において、少なくとも車間距離情報と外乱光情報と雨滴検出情報とに基づいて前記発光部の発光素子の駆動を制御する制御部を設け、前記制御部は、前記車間距離情報に基づき車間距離が長い場合は短い場合よりも前記発光素子の発光量を多くし、前記外***情報に基づき外乱光が大きい場合は小さい場合よりも前記発光素子の発光量を多くし、前記雨滴検出情報に基づき雨滴を検出した場合は前記発光素子の発光量を多くすることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記発光部を複数に分割し、前記制御部は分割された各発光部の駆動をそれぞれ独立に制御することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、各発光素子の駆動を少なくとも車間距離情報と外乱光情報と雨滴検出情報とに基づいて制御することによって、無駄な電力消費を抑えつつ、最適な照射特性を得て通信品質の向上を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、分割された各発光部の駆動をそれぞれ独立に制御するようにしたため、車間距離情報と外乱光情報と雨滴検出情報とに応じた最適な照射特性を容易に得ることができ、無駄な電力消費を抑えつつ、通信品質の向上を図ることができる。

本発明に係る車車間光通信装置を搭載した車両を示す側面図である。本発明に係る車車間光通信装置のシステム構成図である。本発明に係る車車間光通信装置の光通信送受信機の搭載位置の一例を示す説明図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る車車間光通信装置を搭載した車両を示す側面図、図２は本発明に係る車車間光通信装置のシステム構成図である。

本発明に係る車車間光通信装置は、光通信によって先行車と後続車との間で種々の情報を送受するためのものであって、図１に示すように隊列走行している複数の車両２０の各前部と各後部にそれぞれ設置された光通信送受信器１を備えている。又、各車両２０には、光以外の通信情報を得る無線通信器、ミリ波レーダ、レーザーレーダ、ステレオカメラ等の車間距離測定器４、太陽の照度や位置を測定する外乱光測定器５、車両２０のフロントガラス等に付着する雨滴を検出する雨滴検出器６が搭載されている。

ところで、本発明に係る車車間光通信装置においては、図２に示すように、発光部７は第１発光部７（１）、第２発光部７（２）…第ｎ（ｎは整数）発光部７（ｎ）に分割されており、分割された第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）のそれぞれは複数の発光ダイオード等の発光素子８によって構成されている。

そして、分割された第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）は、発光素子駆動部１０によってそれぞれ独立に駆動されて光を出射し、該発光素子駆動部１０は、制御部１１からの制御信号を受けて第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）に電流ｉ１，ｉ２…ｉｎをそれぞれ供給して第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）をそれぞれ独立に駆動する。

ところで、制御部１１には、各車両２０に設置された図１に示す車間距離測定器４によって測定された車間距離情報、車車間無線通信や車車間光通信によって得られた車車間通信情報、外乱光測定器５によって測定された外乱光情報、雨滴検出器６によって検出された雨滴検出情報及び各種車両情報に基づいて最適な照射パターンを計算し、それに応じた制御信号を発光素子駆動部１０に対して出力する。すると、発光素子駆動部１０は、制御部１１から送信される制御信号に応じた駆動電流ｉ１，ｉ２…ｉｎを第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８にそれぞれ供給し、これらの各第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８は駆動電流ｉ１，ｉ２…ｉｎの大きさに応じた光量の光をそれぞれ出射する。なお、各種車両情報には、ヨーレート、車速、加速度、磁気センサや方位センサによって検出された情報、ＧＰＳや地図から得られた情報、ステアリング、スロットル、ブレーキ等の各種操作情報が含まれる。

制御部１１は、車間距離情報、車車間通信情報、外乱光情報、雨滴検出情報及び各種車両情報の全て又は一部を用いて各第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８の発光箇所や駆動電流ｉ１，ｉ２…ｉｎを制御し、これによって最適な照射特性が得られる。

例えば、制御部１１は、車間距離測定器４によって測定される車間距離が長く通信距離が長い場合には、通信距離が短い場合よりも発光素子８の光量が多くなるよう発光部７を制御する。具体的には、第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８の全てを駆動し、或いは各第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８への駆動電流ｉ１，ｉ２…ｉｎを大きくする。そして、車両２０のうち、先行車が左に旋回した場合、後続車の制御部１１は、車間距離情報や車車間通信情報等に基づいて第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）を駆動制御して照射パターンが左側に向くようにする。逆に先行車が右に旋回した場合、後続車の制御部１１は、車間距離情報や車車間通信情報等に基づいて第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）を駆動制御して照射パターンが右側に向くようにする。

他方、制御部１１は、車間距離測定器４によって測定される車間距離が短くて通信距離が短い場合には、通信距離が長い場合よりも発光素子８の光量が少なくなるよう発光部７を制御する。具体的には、第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の何れか１つを駆動し、或いは各第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８への駆動電流ｉ１，ｉ２…ｉｎを小さくする。通信距離が短い場合には、通信相手側の車両の反射によって受光素子の飽和による通信品質の低下への影響が低減される。例えば、トラック等の隊列走行の場合、トラック後部の荷室が金属によって覆われているために光の反射が起き易い。このような場合に発光電力が大きいときには、その反射光によって通信品質の低下が生じ易い。このような場合には、発光電力を絞ることによって通信品質の低下を防ぐことができる。

また、外乱光測定器５によって測定される太陽光等の外乱光が大きい場合には、後続車の制御部１１は、外乱光が小さい場合よりも発光素子８の光量が多くなるよう発光部７を制御する。

雨滴検出器６は、例えば車両２０のフロントガラス内側等に設置され、フロントガラスに付着する雨滴量を検出するためのものである。

近年、オートワイパーと呼ばれフロントガラスに付着した雨滴量を検出することで自動でワイパーを駆動制御するシステムを装備した車両が増えている。こうしたオートワイパーは、雨滴検出器、ＥＣＵ、ワイパースイッチ、ワイパーモーターなどで構成されている。

雨滴検出の原理は、赤外線発光素子とフォトダイオードなどの受光素子で構成された雨滴検出器が、フロントガラス内側に設置され、赤外線発光素子から出射した赤外線がフロントガラスの表面で反射してフォトダイオードに入射する赤外線の光量を検出することで雨滴量の検出が行われる。即ち、フロントガラスに雨滴が付着していると赤外線発光素子から出た赤外線の一部が透過してフォトダイオードに入射する赤外線の光量が減少するため、フォトダイオードに入射する赤外線の光量を検出することで雨滴量を検出するものである。

雨滴の付着は、例えば霧、雨、雪等の環境変化によって生じる。こうした霧、雨、雪による通信品質の劣化の計算結果を示す。通信距離２０ｍは現在国が主導で開発検討している隊列走行での通信距離の値を参考とした。また、霧の視程、降雨量については高速道路で規制される量で算出した。また、降雪については、降雨と同等の量にて算出した。

（霧の影響）
視程と受光パワーの伝送損失の近似式（光無線通信システム推進協議会）より、視程Ｖ：０．０７Ｋｍ、波長λ：８５０ｎｍのとき、伝送損失Ｌ（ｄＢ／Ｋｍ）＝（１７（５５０／λ）ｑ）／Ｖ＝２１８ｄＢ／Ｋｍ（ただし、ｑ＝０．５８５Ｖ１／３）したがって、通信距離２０ｍでは、４．３６ｄＢの損失となる。

（降雨の影響）
降雨（Ｒ：ｍｍ／１０分間）と減衰量（σ：ｄＢ／Ｋｍ）の関係は、σ＝４．９Ｒ^0.63（総務省：光無線通信システム）より、５０ｍｍ／ｈ（高速道路が通行止めとなる降雨量）では、σ＝４．９（５０／６）^0.63＝１８．６３ｄＢ／Ｋｍ。したがって、通信距離２０ｍでは、０．３７ｄＢの損失となる。

（降雪の影響）
降雪（Ｒ：ｍｍ／１０分間）と減衰量（σ：ｄＢ／Ｋｍ）の関係は、σ＝５＋２．９Ｒ（総務省：光無線通信システム）より、５０ｍｍ／ｈの降雪量であれば、σ＝５＋２．９×５０＝１５０ｄＢ／Ｋｍ。したがって、通信距離２０ｍでは、３ｄＢの損失となる。

上記計算値はあくまでも仮定値である。一例であるが、霧の場合視程７０ｍ以下になると高速道路が通行止めとなる。通信距離２０ｍで視程７０ｍの場合、４．３６ｄＢの損失となり、発光部７は２倍以上の発光を行わないと霧のない場合と同等の通信環境ではないことになる。

このように、霧や雨、雪などの状況を雨滴検出器６によって迅速かつ的確に検出し、制御部１１に情報を渡すことにより、霧や雨、雪といった悪天候時にも通信品質の低下を起こすことのないシステムが構築される。

すなわち、制御部１１は、雨滴検出器６によって雨滴が検出された場合、または、雨滴量が所定の値を超えた場合には、発光素子８の光量が多くなるよう発光部７を制御する。具体的には、第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８の全てを駆動し、或いは各第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８への駆動電流ｉ１，ｉ２…ｉｎを大きくする。

一方、晴天時等雨滴が全く検出されない場合、制御部１１は、発光素子８の光量が少なくなるよう発光部７を制御する。具体的には、第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８のうち駆動する発光素子の数を減らす、或いは各第１発光部７（１）〜第ｎ発光部７（ｎ）の発光素子８への駆動電流ｉ１，ｉ２…ｉｎを小さくするなどの制御を行い、消費電力の削減を図る。また、発光電力の削減により、発光素子の寿命が延びる。

図３は、本発明に係る車車間光通信装置の光通信送受信器の搭載位置の一例を示す説明図である。

車車間光通信装置の光通信送受信器１の車両２０への搭載位置は、西日などの外乱光の影響を避けるため、できる限り車両２０の低い位置が望ましい。ただし、バンパー２１の下であると、泥や砂利などの巻き上げが懸念されるため、図３に示すようなグリル２２付近が最適な位置である。

又、本実施の形態では、グリル２２付近で尚且つヘッドランプ２３に隣接する位置に装着している。これにより、例えば車車間光通信装置の光通信送受信器１に着雪や、泥などの付着があった場合に、ヘッドランプウォッシャー２４を利用して、着雪や泥などの汚れを洗浄することが可能になる。ヘッドランプウォッシャーは近年装着率が増えており、欧州ではＨＩＤヘッドランプに装着が義務付けられている。すでに装着されているヘッドランプウォッシャーを利用することでコストアップが抑えられる。

また、ヘッドランプウォッシャーの代替としてヘッドランプワイパーを使うことも可能である。

以上のように、本発明に係る車車間光通信装置においては、光通信送受信器の発光部の各発光素子の駆動を少なくとも車間距離情報と外乱光情報と雨滴検出情報とに基づいて制御することによって、無駄な電力消費を抑えつつ、最適な照射特性を得て通信品質の向上を図ることができる。

そして、分割された各発光部の駆動をそれぞれ独立に制御するようにしたため、車間距離情報と外乱光情報と雨滴検出情報とに応じた最適な照射特性を容易に得ることができ、無駄な電力消費を抑えつつ、通信品質の向上を図ることができる。

なお、本発明を実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定されることなく、要旨の範囲内で種々に変形して実施することができる。

例えば、雨滴検出器は車両のフロントガラス内側に設置されるものとして説明してきたが、車車間光通信装置は赤外光の強弱で通信を行うため、発光部の一部に雨滴検出器を組み込んで雨滴検出の機能を発光部に付加させるようにしてもよい。

１光通信送受信器
３無線通信器
４車間距離測定器
５外乱光測定器
６雨滴検出器
７発光部
７（１）第１発光部
７（２）第２発光部
７（ｎ）第ｎ発光部
８発光素子
１０発光素子駆動部
１１制御部
２０車両

Claims

車両に搭載された光通信送受信器の発光部に設けられた発光素子から出射される光を他の車両に搭載された光通信送受信器によって受光することによって先行車と後続車との間で光通信を行う車車間光通信装置において、少なくとも車間距離情報と外乱光情報と雨滴検出情報とに基づいて前記発光部の発光素子の駆動を制御する制御部を設け、前記制御部は、前記車間距離情報に基づき車間距離が長い場合は短い場合よりも前記発光素子の発光量を多くし、前記外***情報に基づき外乱光が大きい場合は小さい場合よりも前記発光素子の発光量を多くし、前記雨滴検出情報に基づき雨滴を検出した場合は前記発光素子の発光量を多くすることを特徴とする車車間光通信装置。
前記発光部を複数に分割し、前記制御部は分割された各発光部の駆動をそれぞれ独立に制御することを特徴とする請求項１記載の車車間光通信装置。