JP6615576B2 - 車両用通信システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用通信システムに関するものである。

従来、自動車のボディ−ドア間の通信は、ボディ−ドア間に配置された蛇腹状のコルゲートチューブ（外装材）内に挿入された電線を介して行っていた。しかしながら、コルゲートチューブ内に電線を通したり、コルゲートチューブをボディ及びドアに取り付ける必要があり、作業性が悪かった。

そこで、ボディ及びドア各々に光送受信器をそれぞれ設けて、光送受信器間で制御信号の送受信をおこなう信号回路構造が提案されている（特許文献１）。この信号回路構造は、ボディ側光送受信器の前方にハーフミラーを設置し、ボディ側及びドア側の送受信器間で、ドアの全閉時にはハーフミラーを通過した光を授受し、ドアの全開時にはハーフミラーを反射した光を授受している。このようにハーフミラーを設けることにより、ドアの全閉時及び全開時の双方で通信を行うことができる。

しかしながら、特許文献１の信号回路構造では、ハーフミラーを用いているため、部品点数が多くなる、という問題があった。しかも、ドアの開閉角に合わせてハーフミラーの角度を決めて設置する必要がある。また、ドアの開閉角が大きい場合、ドアが半開き状態だと通信できない可能性があった。

特開平９−１１７０５８号公報

そこで、本発明は、部品点数の削減を図りつつドアの全開位置から全閉位置まで通信を行うことができる車両用通信システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、自動車のボディに取り付けられたボディ側発光部と、前記ボディに対して回転自在に設けられたドアに取り付けられたドア側受光部と、を備え、前記ボディ側発光部−前記ドア側受光部間で通信を行う車両用通信システムにおいて、θ１＝前記ドアの全閉位置にあるドア側受光部及び前記ボディ側発光部を結ぶ第１の直線と、前記ドアの全開位置にあるドア側受光部及び前記ボディ側発光部を結ぶ第２の直線と、のなす角度としたとき、前記ボディ側発光部の最大発光角度が、（θ１／２）以上になるように設けられ、前記ボディ側発光部の光軸が、前記ドアの全開位置と、前記ドアの全閉位置と、の中央位置にあるドア側受光部に向かうように配置されたことを特徴とする車両用通信システムに存する。なお、発光部は、光軸上の光が一番強く、光軸との角度が大きくなるに従って光が弱くなる。最大発光角とは、受光部が受光できる発光部の発光角度のうち最大値である。

請求項２記載の発明は、前記ボディ側発光部は、ボディ側発光素子と、光学部材と、から構成され、前記光学部材が前記ボディ側発光素子から照射される光を屈折して、前記ボディ側発光部の最大発光角が前記（θ１／２）に近づくようにしていることを特徴とする請求項１に記載の車両用通信システムに存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、ボディ側発光部の最大発光角が、（θ１／２）以上に設けられているので、ハーフミラーを使う必要がない。よって、部品点数の削減を図りつつドアの全開位置から全閉位置までボディ側からドア側に向かって通信を行うことができる。

また、ボディ側発光部の光軸が、ドアの全開位置と、ドアの全閉位置と、の中央位置にあるドア側受光部に向かうように配置されている。これにより、効率よく通信を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、ボディ側発光部は、ボディ側発光素子と、光学部材と、から構成され、光学部材がボディ側発光素子から照射される光を屈折して、ボディ側発光部の最大発光角がθ１／２に近づくようにしている。これにより、簡単に、ドアの回転角度に応じた最大発光角にすることができ、効率よく通信を行うことができる。

本発明の車両用通信システムの一実施形態を示す図である。 図１に示すボディ側無線モジュール及びドア側無線モジュールの概略側面図である。 図１に示すボディ側無線モジュール及びドア側無線モジュールの概略上面図である。 図１に示すボディ側無線モジュール及びドア側無線モジュールの断面図である。 図２に示すボディ側発光部の最大発光角度θｍａｘ、ボディ側発光素子の最大発光角度θｍａｘ´、レンズの角度、Ｃの関係を説明するための説明図である。 他の実施形態における図１に示すボディ側無線モジュール及びドア側無線モジュールの概略上面図である。

まず、本発明の車両用通信システム１について説明する前に、車両の構造について説明する。

車両は、一般的に、図１に示すように、金属製のボディ２と、ボディ２の左右後側に設けられた開口を覆うドア３と、を備えている。ボディ２の例えばエンジンルームにはバッテリ（図示せず）が配置され、このバッテリから車両のドア３などの各部に配された電子機器４に電源を供給している。また、ボディ２にはドア３に配された電子機器４を制御するＥＣＵが配置されている。

上記ドア３には、ウインドウガラスの昇降や、サイドミラーの開閉を行うための各種モータや液晶パネルなどの電子機器４が配置されている。ドア３は、ボディ２の開口枠に取り付けられるヒンジ部３Ａを有しており、ヒンジ部３Ａを回転軸Ｚとして回転自在にボディ２に取り付けられている。本発明の車両用通信システム１は、上述したボディ２と、ドア３と、の間での相互通信を行うものである。

次に、本発明の車両用通信システム１について図１を参照にして説明する。車両用通信システム１は、電源線Ｌｐと、通信線Ｌｃと、ボディ２に取り付けられたボディ側無線モジュール１１と、ドア３に取り付けられたドア側無線モジュール１２と、を備えている。

電源線Ｌｐは、上記バッテリに接続され、バッテリからの電源を供給する。電源線Ｌｐは、ボディ２側で複数に分岐され、その１つがボディ側無線モジュール１１に接続される。ボディ側無線モジュール１１は、電源線Ｌｐからの電源供給を受けて動作する。

また、電源線Ｌｐは、ボディ２側で分岐された他の１つがボディ２とドア３の間を通ってドア３に配索される。これは背景技術で説明したように、一端がボディ２、他端がドア３に取り付けられたコルゲートチューブ内に電源線Ｌｐを挿入して、ボディ２とドア３間に電源線Ｌｐを配索させることが考えられる。

ドア３側に配索された電源線Ｌｐは、さらに複数に分岐され、その１つがドア側無線モジュール１２に接続される。ドア側無線モジュール１２は、電源線Ｌｐからの電源供給を受けて動作する。また、電源線Ｌｐは、ドア３側で分岐された残りがドア３に設けられた複数の電子機器４に接続される。複数の電子機器４は、電源線Ｌｐからの電源供給を受けて動作する。

上述したように電源線Ｌｐについて、ボディ２とドア３間を配索させる構成にすることにより、ドア３の全閉位置から全開位置の何れの位置においてもドア３側に電源を供給することができる。

通信線Ｌｃは、上記ＥＣＵに接続され、ＥＣＵからの制御信号（電気信号）を伝送すると共に、電子機器４からの制御信号を伝送する。通信線Ｌｃは、ボディ側無線モジュール１１に接続される。通信線Ｌｃは、上述したドア３にも配索され、ドア側無線モジュール１２と、ドア３内の電子機器４と、の間に接続する。

ボディ側無線モジュール１１は、通信線Ｌｃからの制御信号を光信号に変換して、ドア側無線モジュール１２に送信すると共に、ドア側無線モジュール１２から受光した光信号を制御信号に変換して、ボディ２に配索された通信線Ｌｃを介してＥＣＵに送信する。これに対して、ドア側無線モジュール１２は、電子機器４からの制御信号を光信号に変換してボディ側無線モジュール１１に送信すると共に、ボディ側無線モジュール１１から受光した光信号を制御信号に変換して、ドア３に配索された通信線Ｌｃを介して電子機器４に送信する。このように、ボディ２−ドア３間は、光により通信を行うため、通信線Ｌｃは、ボディ２−ドア３間には配索されていない。

本実施形態では、ドア側無線モジュール１２からは１本の通信線Ｌｃが引き出され、複数に分岐して、各電子機器４に接続しているが、これに限ったものではない。ドア側無線モジュール１２から複数の通信線Ｌｃを引き出し、複数の通信線Ｌｃを複数の電子機器４に接続するようにしてもよい。

ボディ側無線モジュール１１は、図４に示すように、ボディ側発光部１１ａと、ボディ側受光部１１ｂと、ボディ側制御素子１１ｃと、ボディ側基板１１ｄと、ボディ側カバー１１ｅと、を備えている。

また、ドア側無線モジュール１２は、図４に示すように、ドア側発光部１２ａと、ドア側受光部１２ｂと、ドア側制御素子１２ｃと、ドア側基板１２ｄと、ドア側カバー１２ｅと、を備えている。

ボディ側発光部１１ａは、ＥＣＵから出力された制御信号を光信号に変換し、ドア側発光部１２ａは、電子機器４から出力された制御信号を光信号に変換する。ボディ側発光部１１ａは、ボディ側発光素子１１ａ１と、光学部材としてのレンズ１１ａ２と、から構成され、ドア側発光部１２ａは、ドア側発光素子１２ａ１と、光学部材としてのレンズ１２ａ２と、から構成されている。上記発光素子１１ａ１、１２ａ１は、例えば波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍのＬＥＤやＶＣＳＥＬから構成されている。

レンズ１１ａ２、１２ａ２は、発光素子１１ａ１、１２ａ１に各々対応して設けられている。レンズ１１ａ２、１２ａ２は、発光素子１１ａ１、１２ａ１からの光を屈折して、集束又は発散させる。

ボディ側受光部１１ｂは、ボディ側受光素子１１ｂ１と、レンズ１１ｂ２と、から構成され、ドア側受光部１２ｂは、ドア側受光素子１２ｂ１と、レンズ１２ｂ２と、から構成されている。上記受光素子１１ｂ１、１２ｂ１は、例えばフォトダイオードから構成されている。

レンズ１１ｂ２、１２ｂ２は、受光素子１１ｂ１、１２ｂ１に各々対応して設けられている。レンズ１１ｂ２、１２ｂ２は、外部からの光を屈折して、集束又は発散させる。

制御素子１１ｃ、１２ｃは、例えばマイコンから構成される。ボディ側制御素子１１ｃは、ボディ側発光素子１１ａ１、ボディ側受光素子１１ｂ１を制御し、ドア側制御素子１２ｃは、ドア側発光素子１２ａ１、ドア側受光素子１２ｂ１を制御する。基板１１ｄは、上記各素子１１ａ１、１１ｂ１、１１ｃを搭載し、基板１２ｄは、各素子１２ａ１、１２ｂ１、１２ｃが搭載されている。本実施形態では、発光素子１１ａ１、１２ａ１と受光素子１１ｂ１、１２ｂ１との間に制御素子１１ｃ、１２ｃが配置されている。

カバー１１ｅ、１２ｅは、長期間の車載環境で透過率８０％以上（波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ）が確保できるエポキシ（ＥＰ）系、シリコーン（ＳＩ）系の樹脂から構成されている。

また、カバー１１ｅ、１２ｅは、基板１１ｄ、１２ｄの正面を覆う。上記レンズ１１ａ２、１１ｂ２、１２ａ２、１２ｂ２は、このカバー１１ｅ、１２ｅから突出し、カバー１１ｅ、１２ｅと一体に設けられている。

本実施形態では、ボディ側無線モジュール１１は、図２に示すように、ドア３の回転軸Ｚ上にボディ側発光部１１ａ及びボディ側受光部１１ｂが並べて配置されるように設けられている。即ち、図２に示すように、回転軸Ｚ上の一方側（下側）にボディ側発光部１１ａが配置され、回転軸上の他方側（上側）にボディ側受光部１１ｂが配置される。

ドア側無線モジュール１２は、ドア３の回転軸Ｚに向けてドア側発光部１２ａ及びドア側受光部１２ｂが配置されるように設けられている。即ち、図２に示すように、回転軸の他方側（上側）にドア側発光部１２ａが配置され、回転軸の一方側（下側）にドア側受光部１２ｂが配置される。

また、本実施形態では、ボディ側発光部１１ａは、図３中実線で示すドア３の全閉位置と、図３中一点鎖線で示すドア３の全開位置と、の中央位置（図中点線で示す）にあるドア側受光部１２ｂと相対するように配置されている。詳しく説明すると、ボディ側発光部１１ａの光軸ＬＬが、中央位置にあるドア側受光部１２ｂの受光面と直交するように配置されている。

また、全閉位置にあるドア側受光部１２ｂ及びボディ側発光部１１ａを結ぶ第１の直線Ｌ１と、全開位置にあるドア側受光部１２ｂ及びボディ側発光部１１ａを結ぶ第２の直線Ｌ２と、のなす角をθ１としたとき、ボディ側発光部１１ａの最大発光角θｍａｘが（θ１／２）以上で、かつ、略等しくなるように設けられている。

なお、ボディ側発光部１１ａは、光軸ＬＬ上の光が一番強く、光軸ＬＬとの角度が大きくなるに従って光が弱くなる。最大発光角θｍａｘとは、ドア側受光部１２ｂが受光できるボディ側発光部１１ａの発光角度のうち最大値である。本実施形態では、ボディ側発光部１１ａは回転軸Ｚ上に設けられているので、θ１はドア３の回転角度と等しい例えば略９０°になるように設けられている。

また、ボディ側受光部１１ｂは、図３中点線で示す中央位置にあるドア側発光部１２ａと相対するように配置されている。詳しく説明すると、中央位置にあるドア側発光部１２ａの光軸ＬＬが、ボディ側受光部１１ｂの受光面と直交するように配置されている。

また、本実施形態では、ボディ側受光部１１ｂが回転軸Ｚ上に設けられているため、全閉位置から全開位置のどの位置でもドア側発光部１２ａの光軸ＬＬ上の光がボディ側受光部１１ｂに入射される。このため、ドア側発光部１２ａは、少なくとも光軸ＬＬ上の光がボディ側受光部１１ｂに受光できるものであればよい。

次に、図５を参照してボディ側無線モジュール１１のレンズ１１ａ２について説明する。上記ボディ側発光素子１１ａ１としては、その最大発光角θｍａｘ´が（θ１／２）以上でなくともよいし、等しくなくてもよい。レンズ１１ａ２を用いて、ボディ側発光素子１１ａ１からの光を発散又は集束するように屈折させて、最大発光角θｍａｘを（θ１／２）以上、かつ、略等しくすればよい。

図５に示すように、ボディ側発光素子１１ａ１自体の最大発光角をθｍａｘ´、レンズ１１ａ２を有するボディ側発光部１１ａの最大発光角をθｍａｘ、レンズ面と光軸ＬＬと直角をなす面Ｍ２とのなす角度をＣ、レンズの屈折率αとする。最大発光角θｍａｘ´及びθｍａｘと角度Ｃとの関係は下記の式（１）で表される。
Ｃ＝ｔａｎ^-1（（α×ｓｉｎθｍａｘ´−ｓｉｎθｍａｘ）／（α×ｃｏｓθｍａｘ´−ｓｉｎθｍａｘ）） …（１）
なお、Ｃが正の時は凸面、負のときは凹面を示す。

本実施形態では、θｍａｘ＝略４５度（＝θ１／２）になるようにレンズ１１ａ２の角度Ｃが設計されている。ただし、ボディ側発光素子１１ａ１は、１００度±５度の高温になると発光パワーが落ちるため最大発光角θｍａｘが小さくなる。このため、高温時の最大発光角θｍａｘ´を基準にレンズ面を設計する必要がある。

具体的に説明すると、θｍａｘ＝略４５度、１００度±５度の高温時のθｍａｘ´＝略３０度、レンズ１１ａ２の屈折率α＝１．５４６、とすると、角度Ｃは略７度の凸面になるようにレンズ１１ａ２が設計されている。

また、θｍａｘ＝略４５度、１００度±５度の高温時のθｍａｘ´＝略１０度、レンズ１１ａ２の屈折率α＝１．５４６、とすると、角度Ｃは略２８度の凹面になるようにレンズ１１ａ２が設計されている。

上述した実施形態によれば、ボディ側発光部１１ａの最大発光角θｍａｘが、（θ１／２）以上に設けられているので、ボディ側発光部１１ａ、ドア側受光部１２ｂ間にハーフミラーや光ファイバなどの伝送媒体を設ける必要がない。ただし、透明ガラスなどのボディ側発光部１１ａからの光を透過するものが介在してもよい。よって、部品点数の削減を図りつつドア３の全開位置から全閉位置までボディ側からドア側に向かって通信を行うことができる。

また、上述した実施形態によれば、ボディ側発光部１１ａの光軸ＬＬが、ドア３の全開位置と、ドア３の全閉位置と、の中央位置にあるドア側受光部１２ｂに向かうように配置されている。これにより、効率よく通信を行うことができる。

また、上述した実施形態によれば、ボディ側発光部１１ａは、ボディ側発光素子１１ａ１と、レンズ１１ａ２と、から構成され、レンズ１１ａ２によってボディ側発光素子１１ａ１からの光を屈折して、ボディ側発光部１１ａの最大発光角θｍａｘが（θ１／２）と等しくなるように調整されている。これにより、簡単に、ドア３の回転角度に合わせた最大発光角θｍａｘにすることができ、効率よく通信を行うことができる。

なお、上述した実施形態によれば、ボディ側発光素子１１ａ１自体の最大発光角度θｍａｘ´が４５°以下のものを用いていたが、これに限ったものではない。ボディ側発光素子１１ａ１としては、最大発光角θｍａｘ´が４５°（＝θ１／２）以上のものがあるが、４５°以上の光は無駄になる。それらの光を有効に使うために、レンズ１１ａ２にてボディ側発光素子１１ａ１からの光を集光する方向に屈折して最大発光角θｍａｘが略４５°になるように集光するようにしてもよい。

即ち、上記レンズ１１ａ２としては、ボディ側発光素子１１ａ１からの照射される光を屈折することにより、ボディ側発光部１１ａの最大発光角θｍａｘが、レンズ１１ａ２がないときに比べてθ１／２に近づくように設けられていればよい。

また、上述した実施形態によれば、ボディ側発光部１１ａの最大発光角度θｍａｘをドア３の回転角度と等しい略４５度になるようにしていたが、これに限ったものではない。最大発光角度θｍａｘとしては、４５度以上あればよい。

また、上述した実施形態によれば、ボディ側発光素子１１ａ１が、回転軸Ｚ上に配置されていた。これにより、ボディ側発光部１１ａの最大発光角度θｍａｘをドア３の回転角度以上に設ければよかったが、これに限ったものではない。ボディ側発光部１１ａとしては、図６に示すように、回転軸Ｚからズレた位置に配置されることもある。この場合は、第１の直線Ｌ１と第２の直線Ｌ２とのなす角度θ１は、ドア３の回転角度θ２よりも小さくなる。

また、上述した実施形態によれば、レンズ１１ａ２、１１ｂ２、１２ａ２、１２ｂ２は、カバー１１ｅ、１２ｅと一体に設けていたが、これに限ったものではなく、カバー１１ｅ、１２ｅと別体に設けてもよい。

また、上述した実施形態によれば、ボディ２とドア３との間に電源線Ｌｐを配索していたが、これに限ったものではない。例えば、ヒンジ部３Ａにコイルを用いた非接触給電構造を設けて、非接触により常時ボディ２からドア３側に給電が行えるようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、光学部材としてレンズ１１ａ２を設けていたが、これに限ったものではない。光学部材としては、角度Ｃを有するプリズムであってもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 車両用通信システム
２ ボディ
３ ドア
１１ａ ボディ側発光部
１１ａ１ ボディ側発光素子
１１ａ２ レンズ（光学部材）
１２ｂ ドア側受光部
Ｌ１ 第１の直線
Ｌ２ 第２の直線
ＬＬ 光軸
θｍａｘ ボディ側発光部の最大発光角度

Claims (2)

1. 自動車のボディに取り付けられたボディ側発光部と、前記ボディに対して回転自在に設けられたドアに取り付けられたドア側受光部と、を備え、前記ボディ側発光部−前記ドア側受光部間で通信を行う車両用通信システムにおいて、
   θ１＝前記ドアの全閉位置にあるドア側受光部及び前記ボディ側発光部を結ぶ第１の直線と、前記ドアの全開位置にあるドア側受光部及び前記ボディ側発光部を結ぶ第２の直線と、のなす角度としたとき、
   前記ボディ側発光部の最大発光角度が、（θ１／２）以上になるように設けられ、
   前記ボディ側発光部の光軸が、前記ドアの全開位置と、前記ドアの全閉位置と、の中央位置にあるドア側受光部に向かうように配置された
   ことを特徴とする車両用通信システム。
2. 前記ボディ側発光部は、ボディ側発光素子と、光学部材と、から構成され、前記光学部材が前記ボディ側発光素子から照射される光を屈折して、前記ボディ側発光部の最大発光角が前記（θ１／２）に近づくようにしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用通信システム。

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