JP2006207473A - 排気ガス診断システムおよび車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車の排気ガス診断システムにおいて、車外に配線する耐環境性が必要な排気ガスセンサに接続する通信線、電源線を削減する。
【解決手段】 エンジン制御ユニット（電子制御ユニット）4010、排気ガスのセンシングを行うセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)、通信とともに従来エンジン制御ユニットの実行する処理の一部を肩代わりする無線通信中継装置3000とで構成することにより、従来必要であった、センサと電子制御ユニット間での通信線と及びセンサへの電源線の削除を可能とし、電子制御ユニットの負荷を低減することできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のセンシングデータを用いて構築されるシステム（観測システム、制御システム等）に関する。特に、自動車の排気ガス診断システム、車両制御システムに関する。

近年の自動車は電子制御化が進み、自動車に搭載されるマイコンは数十個を超え、それに接続されるセンサの数も増大していている。自動車のボディー系、情報系、走行制御系、操縦制御系、パワートレイン系等にそれぞれマイコンが搭載され、きめ細かな制御と使い勝手の向上を実現している。これらのマイコン間の通信や、マイコンとセンサ間の通信は有線で行われており、これらのワイヤハーネス（配線、コネクタ）の重さは、数十kgを超えている。また、自動車内に配線するスペースに制限があり、新たな機能を追加するための配線スペースが無くなってきている。

加えて、自動車のメカレス化、いわゆるX-by-wire技術が進展しており、従来の機械系や油圧系による制御機構に換わり、モータと電子制御の組み合わせで自動車を制御するようになってきている。X-by-wireを実現するためには、信頼性の向上が不可欠で、電子制御に関しては、二重系、三重系のシステム構成により、信頼性を確保することが考えられている。このようなX-by-wireの流れも自動車のワイヤハーネスを増やす方向になっていて、益々ワイヤハーネスの質量が増えている。

よって、自動車の軽量化、その軽量化による燃費の向上を実現するためには、ワイヤハーネスの削減またはワイヤハーネスの物量の抑制を行う必要がある。ワイヤハーネスを削減する方法として、データ通信経路を無線化する方法が考えられる。その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１はタイヤの空気圧モニタに関する。タイヤは回転しているので、タイヤのバルブ等に搭載したタイヤの空気圧センサと、自動車本体に搭載された空気圧センサの状態を監視するタイヤの空気圧モニタ制御ユニット間を有線でそのまま接続することはできない。特許文献１ではタイヤのホイール上に無線通信のための無線通信中継装置を設け、タイヤの空気圧センサと無線通信中継装置間を無線化してデータ伝送している。この無線化により、回転系との通信を実現している。

特開2003−002019号公報

本発明の目的は、ワイヤハーネスの本数の削減またはワイヤハーネスの本数の抑制を行ない、自動車の軽量化、その軽量化による燃費の向上を実現することにある。そのためには、各制御系の無線化を実現する必要がある。
無線化応用の一つとして、エンジン制御系への応用が考えられる。自動車のエンジン制御では、年々排気ガス規制が厳しくなっており、排気ガスの有毒成分を除去する排気装置が必要である。排気装置には、触媒コンバータと排気ガスセンサが設置されており、触媒コンバータにより、CO、NOx、HC等の排気ガス成分を除去し、排気ガスセンサで排気ガスの成分をモニタしている。この排気装置は、通常車体の外（車体の下部）に配置されていて、排気ガスセンサ用の通信信号線、電源線が車体の外部に出ており、厳しい耐環境性（温度、振動、衝撃）が要求されており、重量が重く、コストの高い線材やコネクタが必要になるという問題があった。
また、排気ガスの削減、燃費の向上を実現するために、エンジン制御ユニットには、よりきめ細かな制御が求められている。このため、エンジン制御ユニット の動作周波数が高くなると共に、エンジン制御ユニットのプログラムサイズが増大するという問題が発生している。これにより、エンジン制御ユニットの消費電力とコストが増大するという問題があった。

従来の排気ガス診断装置の基本構成を図５を用いて説明する。排気ガス診断装置は、エンジン制御ユニット4011と、排気ガスセンサ(411,412)、触媒コンバータ6010とで構成されている。ここで、エンジン制御ユニット4011は車内に配置され、排気ガスセンサ(411,412)は排気管6000と共に車外に配置されている。このため、従来の排気ガス診断装置は、排気ガスセンサ(411,412)とエンジン制御ユニット4011とを接続する通信信号線(7011,7012)及び排気ガスセンサに電源を供給する電源線(7021,7022)は車外で配線されるため、耐環境性の良い線材およびコネクタを使用する必要があった。このため、これらの線材およびコネクタは重く、また高コストになっていた。

図６に図５の排気ガス診断装置の排気ガス診断プログラムの排気診断シーケンスを示す。排気ガス診断プログラムは、エンジン制御ユニット4011内のメモリ（主に、不揮発メモリ）に実装され、エンジン制御ユニット4011内のマイコンで実行される。このプログラムは、エンジン制御プログラムのサブルーチンの一つであり、定期的な時間間隔で実行されるものである。排気診断シーケンスは次の通りである。
S110：エンジンの燃料噴射量と空気量を制御する。
S111:排気ガスのセンシングまでの待ち時間をマイコン内のタイマに設定する。
S112:所定の時間が経過したことを示すタイマからの割り込みを待ち、割り込みを受け付けたら、S113を実行する。
S113：排気ガスセンサ(411,412)から排気ガスのセンシング情報を読み出す。
S114:読み出した排気ガスセンサのデータを信号処理する。例えば、データにノイズが多い場合には、スムージング等の平均化処理によりノイズを除去するような処理を含む。
S115：信号処理した排気ガスセンサのデータをチェックし、基準値を超えているかどうかをチェックする。
S116:排気ガスセンサのデータが異常であれば、S117を実行する。正常であれば、エンジン制御プログラムに戻る。
S117: 排気ガスセンサのデータが異常を車両統合制御ユニット5010に送信する。エンジン制御プログラムに戻る。

このように、図６の排気ガス診断プログラムは、全ての処理をエンジン制御ユニット4011で実行しているために、エンジン制御用マイコンには高い動作周波数が、またエンジン制御用マイコンにオンチップされるフラッシュメモリやRAMには大きなメモリ容量が要求されることとなり、その要求を満たすためエンジン制御用マイコンは高コストで、消費電力も大きくなるという問題があった。

本出願にて提示した解決手段の主なものは以下のようになる。
本出願にて開示した車両制御システムでは、車両装置を制御する車両制御装置と、車両状態をモニタするセンサを有する無線端末装置と、無線端末装置のセンサでセンシングされた車両状態を無線により受信する無線通信中継装置とを備え、無線通信中継装置は、そのメモリに車両状態を判定するプログラムを実装し、無線通信中継装置は、車両制御装置からの起動信号を受けて、プログラムを実行し、車両状態の判定結果を出力する。

あるいは、本出願にて開示した車両制御システムでは、車両装置を制御する車両制御装置と、車両部品の状態をモニタするセンサを有する無線端末装置と、無線端末装置のセンサでセンシングされた車両部品の状態を無線により受信する第１無線通信中継装置と、第１無線通信中継装置と接続される車両統合制御装置とを備え、第１無線通信中継装置は、そのメモリに車両部品の状態を判定するプログラムを実装し、第１無線通信中継装置は、車両部品の状態をモニタするプログラムを実行し、車両部品の所定の変化を検知した場合には、車両部品の状態の判定結果を車両統合制御装置に出力し、車両統合制御装置は受信された車両部品の所定の変化に応じた第１制御情報を車両制御装置に伝達する。

あるいは、車両外部から発信される外部情報を受信する第２無線通信中継装置を備え、第１無線通信中継装置は、第２無線通信中継装置で受信された外部情報を伝達され、第１無線通信中継装置は、そのメモリにさらに外部情報の内容を判定するプログラムを実装し、第１無線通信中継装置は、外部情報の内容をモニタするプログラムを実行し、外部情報の内容の変化を検知した場合には、外部情報を車両統合制御装置に出力し、車両統合制御装置は受信された外部情報に応じた第２制御情報を車両制御装置に伝達する。

本発明により、無線を適用したシステムの高機能化を低コストに実施することが可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１に第１の実施例を示す。排気ガス診断装置は、エンジン制御ユニット4010と、排気ガスをセンシングするセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)、触媒コンバータ6010、無線通信中継装置3000で構成されている。第１の無線端末装置2000のセンサは、触媒コンバータ6010に流入する排気ガスの計測を、第２の無線端末装置2001のセンサは、触媒コンバータ6010に流入する排気ガスの計測を行う。エンジン制御ユニット4010は車内に配置され、センサ機能付き無線端末装置(2000,2001)、触媒コンバータ6010、無線通信中継装置3000は、排気管6000と共に、車外に配置されている。また、エンジン制御ユニット4010と、無線通信中継装置3000とは通信信号線7010により車内で配線される。一方、無線通信中継装置3000とセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)との間は無線化することにより、車外に用いられる信号通信線用の耐環境性の良い線材およびコネクタが不要になる。

電源線に関しては電源線を車外に配置してもよいが、ハーネス低減の観点から、図１に示すように無線通信中継装置3000や無線端末装置(2000,2001)に電源を持たせることが有効である。一般の電池等の他、例えば、電源として振動発電回路を用いることができる。これにより、これらの装置への電源線を削除することが可能になる。さらに、振動発電回路は振動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置であり、電池と比較して、電池交換の必要がないという利点がある。

電源としては、排気管が高温になることを利用し、排気管6000の熱を電気に変換する熱発電装置を電源に使用することも可能である。このような熱発電装置からの電源でセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)を動作させる。
なお、以上、本発明の排気ガス診断装置を中心に説明したが、図１中の構成を説明すると、1000は自動車、4000はエンジン、5000はディスプレイである。例えば、無線通信中継装置3000は車体下部（例えばフレーム）に固定されている。エンジン制御ユニット4010は、触媒コンバータ6010を通過する前後の排気ガスを計測し、異常を検知した場合には車両統合制御ユニット5010に通知する。車両統合制御ユニット5010は例えば、排気ガスの異常を、ディスプレイ5000を通じてドライバーに通知する。

図２に電源内蔵タイプのセンサ機能付き無線端末装置2000の構成を示す。センサ機能付き無線端末装置2000は、アンテナ600、無線通信回路100、制御回路300、排気ガスセンサ410、発電回路PW500から構成されている。なお、無線周波数としては、300MHz帯、400MHz帯、2.4GHz帯等、ベースバンド周波数帯域としては、数十MHz帯を想定する。

無線通信回路は、RF回路110、ベースバンド回路120、データバッファ130、シリアル通信回路140から構成されている。RF回路110は無線周波数帯域の通信データとベースバンド周波数帯域の信号との変換をおこなう回路である。送信の場合には、ベースバンド周波数帯域の信号を無線周波数帯域の信号に変調するとともに、送信出力、送信周波数の制御を行う。受信の場合には、無線周波数帯域の信号を受信し、受信信号からフィルタにより特定の周波数を選択し、選択した信号を信号処理のできる信号レベルに増幅して、ベースバンド回路120に転送する。

ベースバンド回路BB120は、ベースバンド帯域の通信データとシリアルのディジタルデータとの変換を行う回路である。送信の場合には、シリアル通信回路140から送られてきたシリアルデータを複素信号（I,Q）のベースバンド信号に変調する。この場合に、シリアル通信回路140とベースバンド回路120との間の同期を取るために、データバッファ130が配置されている。このデータバッファ130により、ベースバンド回路120とシリアル通信回路140とは非同期で動作可能にある。シリアルデータの転送速度としては、数百ｂｐｓから数十MHz程度である。受信の場合には、RF回路110から出力されるベースバンド帯域の信号を復調し、シリアルデータの同期信号であるクロック信号を再生し、そのタイミングに基づいて、シリアルデータを復調する。

制御回路300は、センサ機能付き無線端末装置2000全体を制御する回路であり、マイコン310、メモリ320、シリアル通信回路330、I/Oポート340、A/D変換回路350から構成されている。これらの回路はバス接続されている。

マイコン310は、制御用の8ビットまたは16ビットのCPUであり、クロック同期で動作し、メモリ320に格納されているプログラムを動作させる。メモリ320は、不揮発性メモリとRAMから構成される。制御プログラム、初期データ、重要なデータは、電源が遮断してもデータを保持できる不揮発性メモリに格納され、RAMはワーキングエリアとして演算用、信号処理用、センサデータの保持用に利用される。

シリアル通信回路330は、RF回路110内のシリアル通信回路140との通信を行う。送信の場合には、マイコン310が、センサデータ、信号処理されたデータ、エラー情報等をシリアル通信回路330によりシリアルデータに変換して、RF回路110へ転送する。受信の場合には、RF回路110から出力されるシリアルデータを、シリアル通信回路330によって、シリアルデータからパラレルデータ（8ビット、16ビット、32ビット）に変換して、その変換したデータをマイコン310で処理する。

I/Oポート340は、発電回路500、排気ガスセンサ410を制御する。また、発電回路500、排気ガスセンサ410からの出力信号で、ディジタル出力の信号（割り込み、ステータス信号等）を取り込む。

A/D変換回路350は、排気ガスセンサ410からのアナログ出力を取り込みディジタルデータに変換する。ディジタルデータへの変換精度は、8ビットから16ビット程度である。

発電回路500は、振動発電回路510とレギュレータ520から構成されている。振動発電回路510における振動発電の方式は、例えば、錘を付けたバネを用いて、バネの動きに応じてコンデンサの容量を変化させることにより、その容量の変化を電気エネルギーとして取り出す方法がある。またピエゾ素子を振動させ、ピエゾ素子が変形したことにより発生する起電力を用いる方法もある。ここで発生した起電力をレギュレータ520により安定した電圧に変換し、センサ機能付き無線端末装置2000に給電する。

排気ガスセンサ410は、排気ガスに含まれる有害物質をセンシングするセンサである。CO、NOx、HCなどの排出ガスをモニタする。

図３に電源内蔵タイプの無線通信中継装置3000の構成を示す。無線通信中継装置3000は、アンテナ600、無線通信回路100、有線通信回路200、制御回路300、発電回路500から構成されている。アンテナ600、無線通信回路100、制御回路300、発電回路500は、センサ機能付き無線端末装置2000の対応する構成とほぼ同じである。無線通信中継装置3000は、有線通信回路200の機能を有している。

有線通信回路200は、他の車載制御ユニットと間のデータ通信に使われる通信バスインタフェース回路である。車載通信には用途に応じていくつかのバス規格がある。ウインドウ、ドアロック、ミラー等ボディ系の制御に使われる代表的なバス規格としてはLIN（Local Interconnect Network）がある。データ転送速度は〜１２５ｋｂｐｓ程度である。リアルタイム制御系には、CAN（Controller Area Network）というバス規格が用いられる。データ転送速度は、〜１Mbps程度である。また、X-by-wire（油圧レス、メカレス）に使われるバス規格としては、FlexRayというバス規格がある。データ転送速度は、〜１0Mbps程度である。有線通信回路200は、これらのバス規格の少なくとも一つの規格の機能を有するバスインタフェース回路であり、制御回路300に制御されて動作する。

図４に図１に示した排気ガス診断装置の排気系診断シーケンス図を示す。排気ガス診断プログラムは、（１）エンジン制御ユニット4010内のメモリ（主に、不揮発メモリ）に実装され、エンジン制御ユニット4010内のマイコンで実行される部分、（２）無線通信中継装置3000内のメモリ320内に実装され、無線通信中継装置3000内のマイコン310 で実行される部分、（３）センサ機能付き無線端末装置(2000,2001)内のメモリ320に実装され、センサ機能付き無線端末装置内のマイコン310 で実行される部分に分散される。これらのプログラムが連携して、排気診断シーケンスを実行する。排気診断シーケンスプログラムは、エンジン制御プログラムのサブルーチンの一つであり、定期的な時間間隔で実行されるものである。制御フローは次の通りである。
S100：エンジン制御ユニット4010が排気診断シーケンスプログラムを実行する起動信号を、通信信号線7010を用いて無線通信中継装置3000に送信する。なお、図示はしないが、エンジン制御ユニット4010は排気診断のためのエンジン制御を実行する。
S200: 無線通信中継装置3000は、エンジン制御ユニット4010からの起動信号を受け、センサ情報取得要求をセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)に送信する。この取得要求は、無線通信（無線通信の電波EM7030）で行う。
S300: センサ機能付き無線端末装置2000は、無線通信中継装置3000からの要求を受け、排気ガスの状態をセンサ機能付き無線端末装置2000内の排気ガスセンサ410で取得する。
S301 ：センサ機能付き無線端末装置2000は、取得したセンサデータに対して、ノイズ除去や、データ圧縮等の信号処理を行う。
S302 ：センサ機能付き無線端末装置2000は、信号処理したセンサデータを無線通信中継装置3000に送信する。
S400: センサ機能付き無線端末装置2001は、無線通信中継装置3000からの要求を受け、排気ガスの状態をセンサ機能付き無線端末装置2001内の排気ガスセンサ410で取得する。
S401 ：センサ機能付き無線端末装置2001は、取得したセンサデータに対して、ノイズ除去や、データ圧縮等の信号処理を行う。
S402 ：センサ機能付き無線端末装置2001は、信号処理したセンサデータを無線通信中継装置3000に送信する。
S201：無線通信中継装置3000は、センサ機能付き無線端末装置(2000,2001)から送られてきたセンサデータを解析する。
S202 :排気ガスの状態に異常があるかどうかチェックする。
S203:異常がある場合には、異常を車両統合制御ユニット5010に送信し、車両統合制御ユニット5010は、異常をドライバーに知らせるために、フロントパネル等の表示装置5000に異常を表示する。

以上に説明したように、図４の排気ガス診断シーケンスでは、全ての処理をエンジン制御ユニット4010で実行することがなく、エンジン制御ユニット4010は排気ガス診断シーケンスの起動をするだけでよい。これにより、エンジン制御ユニット4010のキーデバイスであるエンジン制御用マイコンの動作周波数の向上を抑制し、加えてマイコンにオンチップされるフラッシュメモリやRAMの容量の増加を抑制する。この結果、エンジン制御用マイコンのコストおよび消費電力を抑えることが可能となる。
また、無線通信中継装置と、センサ機能付無線端末装置とのインタフェースを無線化することにより、センサ機能付無線端末装置の設置、取り外しが容易にできる。これにより、自動車の保守や品種展開が容易になるという効果もある。

図７に本発明の第２の実施例を示す。本実施例では、無線通信中継装置3001を車両内に実装する。そのため、無線通信中継装置3001とセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)との無線通信経路を確保するために、車両の下部に、無線通信を可能にする電波通過装置8000を設けた構成とした。
通常、車両の下部は鉄板等の金属部材で保護されており、電波を通さない。そこで、プラスチックや樹脂などの電波を通過させる材質で構成される電波通過装置8000を車両の下部に設置した。設置する場所は、無線通信中継装置3001と、センサ機能付き無線端末装置(2000,2001)間で無線通信の品質が一番良いところが好ましい。

無線通信中継装置3001は車両内部に配置されるが、車両内部はバンパーで振動が抑えられており、振動発電の発電効率が落ちる可能性がある。そのため、無線通信中継装置3001の電源は、電池または電源配線により給電することが好ましい。図8に無線通信中継装置3001の構成例を示す。無線通信中継装置3001は、電源線7023に接続され、この電源線7023から給電を受けるものとする。

以上により、無線通信中継装置3001の実装される場所が車内になり、厳しい環境に耐えられる実装をしなくて済むという効果がある。
なお、電波通過装置8000の例として、電波透過材料で設けられた窓の例を示したが、受信器とブースターにより構成することも可能である。すなわち、車内の信号を受信してそれを増幅して車外に出力し、車外の信号を受信してそれを増幅して車内に出力することも可能であろう。

図９に本発明の第３の実施例を示す。本実施例は、エンジン制御ユニット4012と無線通信中継装置3002が無線で接続され、無線を適用したデータ通信により、排気診断シーケンスを起動できる。これを実現するために、エンジン制御ユニット4012と通信可能な第１の無線通信中継装置3001とセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)と通信可能な第２の無線通信中継装置3002との2台用意し、第１の無線通信中継装置3001を有線でエンジン制御ユニット4012と接続し、第２の無線通信中継装置3002を電波通過装置8000の上部に配置する構成とした。
この構成により、第１の無線通信中継装置3001と、エンジン制御ユニット4012間の配線（通信信号線、電源線）を最短にできる。また、第２の無線通信中継装置3002は、通信信号線を削減でき、電源線7024は第２の無線通信中継装置3002から最も近い電源または電源線と接続すれば良く、車載内の通信信号線、電源線の配線引き回しの設計および実装が容易になるという効果がある。

図１０に本実施例の無線通信中継装置3002の構成を示す。本実施例では、信号配線が不要になるので、無線通信中継装置3002は、無線通信回路100、制御回路300 、電源回路501 で構成することが可能となる。

図１１に本発明の第４の実施例を示す。本実施例はセンサ機能付き無線端末装置(2000,2001)と無線通信する無線通信中継装置3003の電源線を無くするために、無線通信中継装置3003の電源を振動発電または、電池で動作するようにした。
発電回路500としては、振動発電、または、電池を用いるのが好ましい。車内では振動が少ない可能性があるので、振動発電での電力供給では電力量をカバーできない場合には、振動発電と電池のハイブリッド構成を取り、振動発電が供給できる電力の不足分を電池でカバーする構成とする。この構成により、無線通信中継装置3003の配線が不要となり、無線通信中継装置3003を配置する際の自由度が増え、排気ガス診断システムの設計および実装が容易になるという効果がある。

図１２に本実施例の無線通信中継装置3003の構成図を示す。本実施例では、通信信号配線、電源線配線が不要になるので、無線通信中継装置3003は、無線通信回路100、制御回路300 、発電回路500 で構成することが可能となる。

実施例１〜４では、車両制御装置としてエンジン制御ユニットをそれにより制御される対象である車両装置をエンジンの例を示したが、センサ機能付き無線端末装置、無線通信中継装置を適用可能なのはこれに限られない。車内および車外（フレーム）に実装させるドアのロック、パワーウインドの制御、シートの位置検出、ダッシュボードのスイッチ、ミラーの制御、ライトの制御等に適用することもできる。本発明の第５の実施例を図１３に示す。

まず、パワーウインドのスイッチの状態をモニタする例を説明する。ここでは、センサ機能付き無線端末装置2002-1は、パワーウインドのスイッチ5030をモニタし、スイッチのオン/オフ情報を無線通信で無線通信中継装置3001-2に送信する。無線通信中継装置3001-2は、パワーウインドのオン/オフ情報を車両統合制御ユニット5011に送信する。車両統合制御ユニット5011は、その情報を表示装置5000に表示する。

次に、モータを制御する例を説明する。車両統合制御ユニット5011は、センサ機能付き無線端末装置2002-1からのパワーウインドのスイッチのオン/オフ情報に対応して、無線通信中継装置3001-2を用いて、センサ機能付き無線端末装置2002-2にその情報を転送する。センサ機能付き無線端末装置2002-2は、パワーウインドのオン/オフ情報をモータ制御ユニット5020へ転送する。モータ制御ユニット5020は、その情報に応じて、パワーウインドのモータ5021を制御する。

この場合の動作シーケンスとしては、図４に示した排気ガス診断シーケンスと異なり、車両制御装置（ここではモータ制御ユニット）から起動信号が出力されるというのではなく、無線通信中継装置3001が定期的に無線端末装置2002-1のセンサ情報を取得するか、無線端末装置2002-1から不定期に無線通信中継装置3001に挙げられるセンサ情報に基づき、所定のプログラムを実行し、その結果を車両統合制御ユニット5011に通知する。車両統合制御ユニット5011は複数の無線端末装置(2002-1,2002-2)から挙げられ蓄積された情報に総合して、必要な動作をモータ制御ユニットに与えることになる。これにより、車両統合制御ユニット5011の制御用マイコンの動作周波数の向上を抑制し、加えてマイコンにオンチップされるフラッシュメモリやRAMの容量の増加を抑制する。この結果、車両統合制御用マイコンのコストおよび消費電力を抑えることが可能となる。
なお、上記実施例では、パワーウインドのオン/オフ情報を、無線通信中継装置を経由してデータ転送したが、センサ機能付き無線端末装置同士で無線通信可能な状態であれば、センサ機能付き無線端末装置間でデータ通信をさせることも可能である。

図１４にセンサ機能付き無線端末装置2002の構成を示す。この例では、スイッチや、モータ制御ユニットの間のデータ通信（COM7015）をI/Oポート340を使用して行っている。大量のデータ通信が必要な場合には、センサ機能付き無線端末装置2002の替わりに、無線通信中継装置3001を用いて、データ通信に、有線通信回路200を用いても良い。

さらに、車内の温度をモニタして、車内の温度を最適に保ちたい場合には、センサ機能付き無線端末装置2002のA/D変換回路350に温度センサを接続することによって、温度のモニタが可能になり、その温度情報を無線通信で転送することが可能となる。この他に、湿度、加速度、歪などもセンサ機能付き無線端末装置2002でセンシング可能である。

ドアミラーのように、車載のフレーム外にセンサ機能付き無線端末装置を配置した場合には、振動が大きいので、振動発電を有効に使える。

また、西日が当たる場所などの温度を測定する場合には、センサ機能付き無線端末装置の電源に太陽電池を利用することも可能であろう。電池や充電可能な２次電池などの発電装置とのハイブリッド構成にすることも可能である。どの発電装置を使用するかは、使用条件、実装条件で選択することが望ましい。これによれば、車載のセンサ、スイッチ、モータ等の実装位置の自由度が広がり、また、装置ごとの設置や撤去が容易になるという効果がある。

なお、実施例５の構成において、実施例１〜４に示した無線端末装置、無線中継装置の構成、端末装置、中継装置、車両制御装置間での通信方法等については、実施例６の各種車両制御に応用可能である。これは、排気ガス診断システムも広く車両制御システムの一部であることから理解されるであろう。特に観測システムであるか、制御システムであるかについても、観測した結果を用いて何らかの制御をするかどうかの違いに過ぎず、本発明の適用範囲を狭めるものではない。また、車内に配置された装置同士であれば、無線でなく有線にて接続してもよい。後述する実施例６、７についても同様である。

本発明の第６の実施例を図１５に示す。本実施例では、自動車の部品の管理にセンサ機能付き無線端末装置を用いるものである。自動車の部品（5040,5041）とセンサ機能付き無線端末装置（2002-3,2002-4）をペアで使用し、自動車部品の管理（ID情報）を無線通信で、車両統合制御ユニット5011に転送する。車両統合制御ユニット5011が車載の情報系ネットワークと接続することにより、部品の情報を情報系ネットワークを経由して、車両情報管理センタで管理可能となる。また、センサ機能付き無線端末装置2002に温度センサを取り付けることにより、その部品が使用される温度履歴を取ることが可能となる。もちろん、温度に限られず、温度、湿度、加速度、歪などの履歴を取ることが考えられる。
本実施例によれば、部品の使用環境の履歴やIDの管理が可能になり、より高機能な車載情報システムを構築できるという効果がある。また、単純に外部の車両情報管理センタに通知するのみならず、これらの情報を用いて実施例５に示した車両制御に用いることができるのはもちろんである。

今後の車載情報システムでは、道路などの環境から情報を収集してより快適な運転を実現することが可能になる。例えば、交差点の信号や横断歩道、マンホール等に情報発信装置を埋め込むことが考えられる。本実施例では、これらの道路上の情報を収集する例を図１６に示す。無線通信中継装置3003の下部に無線通信を可能とする電波通過装置8000が配置され、無線通信中継装置3003が道路上の情報発信装置8001からの情報を受信することを可能にする。なお、このような外部情報が車両の上部から伝搬されてくる場合には、電波通過装置8000なしに受信可能な位置に無線通信中継装置3003を配置することも可能であろう。

本実施例によれば、車両内の無線システムと車外からの無線システムを共通化することが可能になり、通信システムのコストを抑制することが可能になる。車載の下部に設置された無線通信中継装置が道路に配置された無線通信端末（実施例７）や車載内の部品に取り付けられたRFID（実施例６）のリーダとして使用することにより、低コストで、自動車の高機能化、保守管理の高度化を実現できるという効果がある。
なお、上記各実施例について種々の変形例が可能であることはいうまでもない。例えば、図２の構成において、１つのセンサ機能付き無線端末装置に対して複数のセンサを接続することも可能である。このとき、触媒コンバータの前後に設けた２つのセンサを１つのセンサ機能付き無線端末装置に接続するように構成すれば、１つのセンサ機能付き無線端末装置により排気ガス診断システムを構成することが可能である。

また、センサは無線端末装置に内蔵してもよいが、無線端末装置にポートを設け、外付けのセンサをポートを通じて接続するように構成しても良い。このように構成することで、システムの構築を柔軟に行うことができる。

また、これらの実施例は単独で実現してもよく、また組み合わせて実施しても良い。例えば、第５の実施例と第７の実施例を組み合わせ、車両状態と外部情報とにより高度なX-by-wireが実現することが可能になるであろう。

本発明の無線化技術を自動車内の他の制御系に適用することで、ワイヤーハーネスを削減することにより、（ａ）自動車の軽量化と、軽量化による燃費の向上、（ｂ）経年劣化によるコネクタの接触不良や断線などによる故障の回避、（ｃ）配線のスペースが無かったために実現できなかった新機能追加や、自由なデザイン（配置）、（ｄ）回転系（タイヤ等）との通信、（ｅ）人手配線による製造コストの削減、（ｆ）ワイヤハーネスの修理コストの削減等の効果も見込まれる。

自動車内のワイヤハーネスを無線化する車載向けセンサネット技術のみならず、ロボット、産業機器などのワイヤハーネスの無線化が必要な分野に応用可能である。

第１の実施例の構成図である。 第１の実施例のセンサ機能付き無線端末装置の構成図である。 第１の実施例の無線通信中継装置の構成図である。 第１の実施例の排気系診断シーケンス図である。 従来の排気ガス診断装置の構成図である。 従来の排気系診断シーケンス図である。 第２の実施例の構成図である。 第２の実施例の無線通信中継装置の構成図である。 第３の実施例の構成図である。 第３の実施例の無線通信中継装置の構成図である。 第４の実施例の構成図である。 第４の実施例のセンサ機能付き無線端末装置の構成図である。 第５の実施例の無線通信の構成図である。 第５の実施例のセンサ機能付き無線端末装置の構成図である。 第６の実施例の無線通信の構成図である。 第７の実施例の無線通信の構成図である。

符号の説明

1000・・・自動車、2000、2001、2002・・・センサ機能付き無線端末装置、3000、 3001、3002・・・無線通信中継装置、4000・・・エンジン、4010、4011、4012・・・エンジン制御ユニット、5000・・・ディスプレイ、5010、5011・・・車両統合制御ユニット、6000・・・排気管、6010・・・触媒コンバータ、7010、7011、7012、7013、7014、7015・・・通信信号線、7020、 7021、7022、7023、7024、7025・・・電源線、7030・・・無線通信路、8000・・・電波通過装置、100・・・無線通信回路、200・・・有線通信回路、300・・・制御回路、500・・・発電回路、501・・・電源回路、110・・・RF回路、120・・・ベースバンド回路、130・・・データバッファ、140、210、330・・・シリアル通信回路、310・・・マイコン、320・・・メモリ、340・・・I/Oポート、350・・・A/D変換回路、410、411、412・・・排気ガスセンサ、510・・・振動発電回路、520・・・レギュレータ、5021・・・モータ、5020・・・モータ制御ユニット、5030・・・スイッチ、5040、5041・・・部品、8001・・・情報発信装置。

Claims (19)

1. 車両装置を制御する車両制御装置と、
   車両状態をモニタするセンサを有する無線端末装置と、
   上記無線端末装置のセンサでセンシングされた車両状態を無線により受信する無線通信中継装置とを備え、
   上記無線通信中継装置は、そのメモリに上記車両状態を判定するプログラムを実装し、
   上記無線通信中継装置は、上記車両制御装置からの起動信号を受けて、上記プログラムを実行し、上記車両状態の判定結果を出力することを特徴とする車両制御システム。
2. 請求項１において、
   上記車両制御装置は、上記無線通信中継装置への起動信号を出力するとともに、上記車両状態の判定のために必要な制御を車両装置に対して実行することを特徴とする車両制御システム。
3. 請求項１において、
   複数の車両制御装置が接続された車両統合制御装置を備え、
   上記車両統合制御装置は、上記無線通信中継装置からの車両状態の判定結果を受けて所定の処理を実行することを特徴とする車両制御システム。
4. 請求項３において、
   上記複数の車両制御装置は、複数の車両装置に対応して設けられることを特徴とする車両制御システム。
5. 請求項１において、
   上記車両装置はエンジンであり、上記車両状態は当該車両から放出される排気ガスの状態であることを特徴とする車両制御システム。
6. 請求項１において、
   上記無線端末装置は、電池または発電装置を備え、上記電池または発電装置から供給される電源により動作することを特徴とする車両制御システム。
7. 請求項６において、
   上記発電装置は、振動、光、熱の少なくともいずれか一つから電力を生成することを特徴とする車両制御システム。
8. 請求項１において、
   上記無線通信中継装置は、車両外部に配置されるとともに、上記車両制御装置とは通信配線により接続されることを特徴とする車両制御システム。
9. 請求項８において、
   上記無線通信中継装置は、電池または発電装置を備え、上記電池または発電装置から供給される電源により動作することを特徴とする車両制御システム。
10. 請求項１において、
    上記無線通信中継装置は、車両内部に配置されるとともに、車両に設けられた電波通過装置を通して上記無線端末装置と無線通信を行うことを特徴とする車両制御システム。
11. 請求項１０において、
    上記電波通過装置は、車両に設けられた電波透過性材料で形成された窓であることを特徴とする車両制御システム。
12. 車両装置を制御する車両制御装置と、
    車両部品の状態をモニタするセンサを有する無線端末装置と、
    上記無線端末装置のセンサでセンシングされた車両部品の状態を無線により受信する第１無線通信中継装置と、
    上記第１無線通信中継装置と接続される車両統合制御装置とを備え、
    上記第１無線通信中継装置は、そのメモリに上記車両部品の状態を判定するプログラムを実装し、
    上記第１無線通信中継装置は、上記車両部品の状態をモニタする上記プログラムを実行し、上記車両部品の所定の変化を検知した場合には、上記車両部品の状態の判定結果を上記車両統合制御装置に出力し、
    上記車両統合制御装置は受信された上記車両部品の所定の変化に応じた第１制御情報を上記車両制御装置に伝達することを特徴とする車両制御システム。
13. 請求項１２において、
    上記無線端末装置のセンサは、スイッチの開閉、温度、湿度、加速度、歪の少なくともいずれか一つを検知するよう構成されたことを特徴とする車両制御システム。
14. 請求項１２において、
    車両外部から発信される外部情報を受信する第２無線通信中継装置を備え、
    上記第１無線通信中継装置は、上記第２無線通信中継装置で受信された外部情報を伝達され、
    上記第１無線通信中継装置は、そのメモリにさらに上記外部情報の内容を判定するプログラムを実装し、
    上記第１無線通信中継装置は、上記外部情報の内容をモニタする上記プログラムを実行し、上記外部情報の内容の変化を検知した場合には、上記外部情報を上記車両統合制御装置に出力し、
    上記車両統合制御装置は受信された上記外部情報に応じた第２制御情報を上記車両制御装置に伝達することを特徴とする車両制御システム。
15. 請求項１２において、
    上記無線端末装置は、電池または発電装置を備え、上記電池または発電装置から供給される電源により動作することを特徴とする車両制御システム。
16. 請求項１５において、
    上記発電装置は、振動、光、熱の少なくともいずれか一つから電力を生成することを特徴とする車両制御システム。
17. 請求項１２において、
    上記第１無線通信中継装置は、車両内部に配置されるとともに、車両に設けられた電波通過装置を通して上記無線端末装置と無線通信を行うことを特徴とする車両制御システム。
18. 請求項１７において、
    上記電波通過装置は、車両に設けられた電波透過性材料で形成された窓であることを特徴とする車両制御システム。
19. 請求項１４において、
    上記車両統合制御装置は上記無線端末装置を通じて入手した上記車両部品の状態を当該車両の車載情報システムを経由して車両情報管理センタに通知することを特徴とする車両制御システム。
    

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