JP4480373B2

JP4480373B2 - 車両用電源重畳多重通信装置

Info

Publication number: JP4480373B2
Application number: JP2003310502A
Authority: JP
Inventors: 曜柳田; 晃三杉本
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: JP2004120740A

Description

この発明は、車両で使用する各種信号を電源線に重畳して通信する車両用電源重畳多重通信装置に関する。

近年、自動車の高性能化が進み、１台の車両に多数の電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit ）が車載されている。このＥＣＵは、エンジンやトランスミッションの制御の他、パワーウィンドー、ランプ、ドアミラー等を制御するものである。それぞれのＥＣＵは関連して機能するため、それぞれのＥＣＵは、ＥＣＵ間に設けられた専用の信号線や、各ＥＣＵに共通なバスを介して接続され、信号線やバスの通信線を介して信号の入出力が行われている。

最近では、１台に搭載されるＥＣＵの数が増えたり、制御の複雑化による信号数の増加等により、ＥＣＵ間を接続する通信線の本数も増加傾向にあり、通信線を含むワイヤハーネスの大型化や価格の上昇を招いていた。

これを解消するために、ＥＣＵ間を入出力する信号を、ＥＣＵに電源を供給する電源線に重畳させて、ＥＣＵ間の通信を行うようにした技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

この技術により通信線の本数を削減して、上記不具合を解消している。

図１０は従来のＥＣＵ１００の概略構成を示す図である。図１０において、電圧変動を抑制するバイパスコンデンサ１０１が接続されたＥＣＵ電源線１０２を介して供給される車両用の電源電圧、例えば１２Ｖの電源電圧はレギレータで構成された電源回路部１０３で、車両内部の電子機器の動作電源電圧、例えば５Ｖに変換され、ＣＰＵ等で構成された演算部１０４に供給される。演算部１０４は、電源回路部１０３から供給される電源電圧で動作し、負荷制御信号を負荷制御部１０５に与える。リレー等のスイッチング素子で構成された負荷制御部１０５は、演算部１０４から与えられた負荷制御信号に基づいてスイッチング制御され、負荷電源線１０６を介して与えられる負荷駆動電流を制御している。例えばパワーウィンドーやドアミラー等の駆動モータ、ランプ等の負荷１０７は、負荷電源線１０６から負荷制御部１０５を介して与えられる駆動電流により駆動される。ＥＣＵ電源線１０２ならびに負荷電源線１０６には、ＥＣＵ電源線１０２、負荷電源線１０６に信号を重畳してＥＣＵ間の通信を行う車両用電源重畳多重通信装置（以下、ＰＬＣと記す）１０８が接続されている。
特開平７−５０６１９号公報

ＰＬＣ１０８を含む従来のＥＣＵにおいては、負荷１０７が動作している時には、負荷制御部１０５を介して負荷１０７と負荷電源線１０６が直結されることになる。このため、負荷１０７が動作中に発生するノイズ、例えばドアミラー用のモータ等から発生するブラシノイズが、負荷電源線１０６を介してＰＬＣ１０８に直接入力されてしまう。このため、入力したノイズがＥＣＵ間を送受信するデジタル信号に影響を及ぼし、通信エラーが生じやすくなり、通信エラー率（ビットエラーレート）が高くなるといった不具合を招いていた。

また、負荷１０７となる例えばパワーウィンドー用のモータには、モータで発生するノイズを抑制するコンデンサ１０９が実装されている場合がある。このような負荷１０７に対して、負荷１０７が動作時には、負荷電源線１０６に重畳された信号は負荷制御部１０５を介して負荷１０７側にも流れることになる。このため、上記コンデンサ１０９により信号レベルが減衰し、通信が不安定になるといった不具合を招いていた。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両用電源に信号を重畳して送受信する通信の安定化、ならびに通信品質の向上を達成した車両用電源重畳多重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に、請求項１に記載の発明は、車両内に直流電力を供給する電源線に接続され、前記電源線の直流電力に重畳された通信信号を受けて、直流成分に重畳された通信信号を分離して取り出し、生成した通信信号を前記電源線の直流電力に重畳して送信し、車両の各機能を制御する電子制御ユニットに含まれ、前記電子制御ユニット間で通信信号を送受信する車両用電源重畳多重通信装置において、前記電源線から直流電力の供給を受ける負荷と前記車両用電源重畳多重通信装置との間に設けられたインピーダンス素子を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車両内に直流電力を供給する電源線に接続され、前記電源線の直流電力に重畳された通信信号を受けて、直流成分に重畳された通信信号を分離して取り出し、生成した通信信号を前記電源線の直流電力に重畳して送信し、車両の各機能を制御する電子制御ユニットに含まれて前記電子制御ユニット間で通信信号を送受信する車両用電源重畳多重通信装置において、前記電源線から直流電力の供給を受ける負荷と前記車両用電源重畳多重通信装置との間に設けられたインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子と前記負荷との間に設けられ、前記電子制御ユニットから負荷制御信号を受けて前記負荷に与える負荷駆動電流をスイッチング制御する制御装置とを有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、前記インピーダンス素子は、前記負荷と前記車両用電源重畳多重通信装置との間に接続されたコイルで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、負荷駆動時に負荷で発生するノイズの電源線への流入を抑制することができる。また、負荷駆動時に電源線を介して通信信号が負荷に流入することが抑制され、通信信号の減衰を低減することができる。これにより、電源重畳多重通信を安定して行うことが可能となり、通信品質を向上させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記負荷と前記車両用電源重畳多重通信装置との間に接続されたコイルと、前記コイルに接続されたコンデンサで構成されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、負荷駆動時に負荷で発生するノイズの電源線への流入を抑制することができる。また、負荷駆動時に電源線を介して通信信号が負荷に流入することが抑制され、通信信号の減衰を低減することができる。これにより、電源重畳多重通信を安定して行うことが可能となり、通信品質を向上させることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３のいずれか１項に記載の発明は、前記通信信号は、ＡＳＫ（振幅シフトキーイング）変調されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、バイパスコンデンサによる通信信号の減衰が抑制され、電源重畳多重通信を安定して行うことが可能となる。また、ＡＳＫ変調は、他の変調方式に比べて、簡易な構成で安価に実現することができる。

以上説明したように、請求項１，２又は３に記載の発明によれば、負荷駆動時に負荷で発生するノイズの電源線への流入を抑制することができる。また、負荷駆動時に電源線を介して通信信号が負荷に流入することが抑制され、通信信号の減衰を低減することができる。これにより、電源重畳多重通信を安定して行うことが可能となり、通信品質を向上させることができる。

以下、図面を用いてこの発明の実施形態を説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る車両用電源重畳多重通信装置（ＰＬＣ）を含むＥＣＵの構成を示す図である。図１において、ＥＣＵに含まれるＰＬＣ１は、バンドパスフィルタ２、コンパレータ部３、検波部４、演算部５、搬送波発信部６、変調部７、出力部８ならびにインピーダンス素子９を備えて構成されている。

なお、ＥＣＵに含まれるバイパスコンデンサ１０１、電源回路部１０３ならびに負荷制御部１０４と、負荷１０７ならびに負荷１０７に接続されたノイズ抑制用のコンデンサ１０９は、図１０に示すものと同様の機能を有するものであり、その説明は省略する。

図１において、バンドパスフィルタ２は、電源線１０に重畳されてＥＣＵ間で通信される信号を入力し、入力した信号から低周波および高周波のノイズ成分を除去する。ノイズ成分が除去された信号はコンパレータ部３に与えられる。なお、ＥＣＵ間で通信されるデジタル信号は、後述するように、高周波の周波数にＡＳＫ変調されて電源線１０を伝送される。

コンパレータ部３は、バンドパスフィルタ２から与えられた信号を入力し、変調された信号を所定の基準レベルと比較することにより、入力した信号を増幅する。増幅された信号は、検波部４に与えられる。

検波部４は、コンパレータ部３から与えられた信号を入力し、コンパレータ部３により増幅された信号を検波して、電源線１０に重畳された信号を受信データとして取り出す。取り出された受信データは、演算部５に与えられる。

演算部５は、例えばＣＰＵ等のコンピュータにより構成され、受信データに基づいて様々な処理を行う。演算部５は、受信データに基づいて行う様々な処理の一つとして、負荷制御部１０５を制御する負荷制御信号を生成する。生成された負荷制御信号は負荷制御部１０５に与えられ、この負荷制御信号に基づいて負荷制御部１０５が前述したと同様に制御される。また、演算部５は、他のＥＣＵに送信する送信データを生成する。生成された送信データは、変調部７に与えられる。

搬送波発振部６は、送信データを電源線１０に重畳して送信する際の搬送波を発振する。発振された搬送波は変調部７に与えられる。

変調部７は、演算部５で生成された送信データと搬送波発振部６で発振された搬送波を入力して、送信データをＡＳＫ（振幅シフトキーイング）変調する。変調された送信データは出力部８に与えられる。

電源線１０に通信信号（ベースバンド）を重畳する多重通信において、搬送波が例えば数１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ帯の低周波数である場合には、電源に接続された電子機器に実装されたバイパスコンデンサにより通信信号が著しく減衰してしまう。このため、数ＭＨｚ（例えば２．５ＭＨｚ）の高周波で通信信号をＡＳＫ変調することで、バイパスコンデンサによる通信信号の減衰が抑制され、電源重畳多重通信を安定して行うことが可能となる。また、ＡＳＫ変調は、他の変調方式に比べて、簡易な構成で安価に実現することができる。

出力部８は、変調部７から与えられた送信データを入力し、ＡＳＫ変調された送信データを増幅してバンドパスフィルタ２を介して電源線１０に出力する。

インピーダンス素子９は、ＰＬＣの入力部となるバンドパスフィルタ２と、電源回路部１０３ならびに負荷制御部１０５との間に設けられている。インピーダンス素子９は、例えば図２又は図３に示すように構成されている。

図２に示すインピーダンス素子９は、例えば負荷にノイズ除去用のコンデンサが接続されている場合に使用され、コイル２０とコイル２１から構成されている。コイル２０は、一端がバンドパスフィルタ２と電源線１０との接続点Ｎ１に接続され、他端がバイパスコンデンサ１０１ならびに電源回路部１０３の入力側に接続されている。コイル２１は、一端がコイル２０の他端に接続され、他端は負荷制御部１０５に接続されている。

図３に示すインピーダンス素子９は、図２に示す構成に比べて、負荷制御部１０５に接続されたコイル２１の他端にコンデンサ２２が接続されて構成されている。

図４は、前記インピーダンス素子９の第二の変形例である。前記コイル２０および前記コイル２１のそれぞれと並列に、コンデンサ２４、２６が接続されている。図３や図４に示す例に比べて、同様な効果を保持しながら、実際の素子寸法を小さくすることができる。

このような構成において、ＥＣＵが通信信号を受信する場合には、電源線１０に重畳された通信信号がバンドパスフィルタ２を介してコンパレータ部３に与えられ、ＡＳＫ変調された通信信号はコンパレータ部３により増幅される。増幅された通信信号は検波部４で検波されて受信データが得られる。得られた受信データは、演算部５に与えられ、各種処理が施される。

一方、ＥＣＵが通信信号を送信する場合には、演算部５で生成された送信データが変調部７に与えられ、変調部７に与えられた送信データは搬送波発振部６で発信された搬送波とともに数ＭＨｚ帯の高周波信号にＡＳＫ変調される。ＡＳＫ変調された送信データは、出力部８を介して電源線１０に与えられ、電源線１０に重畳されて送信される。

電源線２０に与えられた電源電圧、例えば１２Ｖの直流電圧は、インピーダンス素子９を介して電源回路部１０３に与えられ、電源回路部１０３により１２Ｖの電源電圧は、車両内部に設けられた例えば電子機器の動作電圧となる例えば５Ｖに変換される。変換された電源電圧は、電子機器の各電源として供給される。また、電源線１０に与えられた電源電圧は、インピーダンス素子９を介して負荷制御部１０５に与えられる。負荷制御部１０５に与えられた電源電圧は、負荷１０７の駆動時には負荷制御部１０５を介して負荷１０７に供給され、供給された電源電圧で負荷１０７が駆動される。

負荷１０７が駆動されている時に、ノイズが負荷１０７から発生する。例えば負荷１０７のモータからブラシノイズが発生すると、このノイズは負荷制御部１０５を介してインピーダンス素子９に与えられる。しかし、ノイズはこのインピーダンス素子９によって減衰され、電源線１０に流入されるノイズを大幅に低減することができる。

例えば図２に示す構成のインピーダンス素子９を使用し、負荷１０７が例えば車両の電動式のドアミラーを駆動するモータの場合に、モータ駆動時に発生するノイズレベルは、図５に示すように、４０Ｖ程度にまで達する。これに対して、接続点Ｎ１のノイズレベルは、図６に示すように、インピーダンス素子９のノイズ低減効果により１０Ｖ程度以下にまで抑制することが可能となる。これにより、安定して通信を行うことが可能となり、通信品質を向上させることができる。

一方、負荷１０７が駆動されている時には、負荷制御部１０５は電源線１０の電源電圧を負荷１０７に供給する状態にある。このため、電源線１０に重畳された通信信号は、負荷制御部１０５を介して負荷１０７に流入する。このため、インピーダンス素子９が設けられていない場合には、通信信号は負荷１０７に設けられたノイズ抑制用のコンデンサ１０９によって減衰されてします。しかし、電源線１０に重畳された通信信号は、インピーダンス素子９によって負荷１０７側への流入が抑制される。これにより、負荷１０７の駆動時に、通信信号の減衰は抑制される。

例えば図３に示す構成のインピーダンス素子９を使用し、負荷１０７が例えばパワーウィンドを駆動するモータの場合に、モータが駆動されていない時の電源線１０に重畳された通信信号は、例えば図７に示すような信号レベルであるとする。このような信号レベルに対して、モータの駆動時に、インピーダンス素子９を設けない場合には、通信信号の信号レベルは、図８に示すように、１／４程度にまで減衰されてしまう。これに対して、インピーダンス素子を設けることにより通信信号の信号レベルは、図９に示すように、ほとんど減衰していない。したがって、インピーダンス素子９を設けることにより、電源線１０に重畳された通信信号の信号レベルの減衰を抑制することが可能となる。これにより、安定して通信を行うことが可能となり、通信品質を向上させることができる。

この発明の一実施形態に係る車両用電源重畳多重通信装置を含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）の構成を示す図である。インピーダンス素子の構成を示す図である。インピーダンス素子の変形例の構成を示す図である。インピーダンス素子の第二の変形例の構成を示す図である。インピーダンス素子を設けない場合のモータノイズの一例を示す図である。インピーダンス素子を設けた場合のモータノイズの一例を示す図である。電源線における通信信号の信号レベルの一例を示す図である。インピーダンス素子を設けない場合の、電源線における通信信号の信号レベルの一例を示す図である。インピーダンス素子を設けた場合の、電源線における通信信号の信号レベルの一例を示す図である。車両用電源重畳多重通信装置を含む、従来の電子制御ユニット（ＥＣＵ）の構成を示す図である。

符号の説明

１，１０８車両用電源重畳多重通信装置
２バンドパスフィルタ
３コンパレータ
４検波部
５，１０４演算部
６搬送波発信部
７変調部
８出力部
９インピーダンス素子
１０電源線
１０１バイパスコンデンサ
１０２ＥＣＵ電源線
１０３電源回路部
１０５負荷制御部
１０６負荷電源線
１０７負荷

Claims

車両内に直流電力を供給する電源線に接続され、前記電源線の直流電力に重畳された通信信号を受けて、直流成分に重畳された通信信号を分離して取り出し、生成した通信信号を前記電源線の直流電力に重畳して送信し、車両の各機能を制御する電子制御ユニットに含まれて前記電子制御ユニット間で通信信号を送受信する車両用電源重畳多重通信装置において、前記電源線から直流電力の供給を受ける負荷と前記車両用電源重畳多重通信装置との間に設けられたインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子と前記負荷との間に設けられ、前記電子制御ユニットから負荷制御信号を受けて前記負荷に与える負荷駆動電流をスイッチング制御する制御装置とを有する
ことを特徴とする車両用電源重畳多重通信装置。
前記インピーダンス素子は、前記負荷と前記車両用電源重畳多重通信装置との間に接続されたコイルで構成された
ことを特徴とする請求項１記載の車両用電源重畳多重通信装置。
前記インピーダンス素子は、前記負荷と前記車両用電源重畳多重通信装置との間に接続されたコイルと、前記コイルに接続されたコンデンサで構成された
ことを特徴とする請求項１記載の車両用電源重畳多重通信装置。
前記通信信号は、ＡＳＫ（振幅シフトキーイング）変調さている
ことを特徴とする請求項１，２又は３のいずれか１項に記載の車両用電源重畳多重通信装置。