JP6361589B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、センサの検出信号を制御装置に伝送する通信システムに関する。

従来、センサの検出信号を制御装置に伝送する通信システムにおいて、センサと制御装置とが時間情報を共有するようにした技術が知られている。例えば特許文献１に開示された技術では、制御装置は、要求信号としてトリガ信号を生成しセンサに送信する。センサは、要求信号に対する応答信号としてセンサ信号を制御装置に送信する。

米国特許公開ＵＳ２０１３／０３４３４７２Ａ１明細書

制御装置内のマイコンが、センサから所定の送信周期でデジタル通信されるセンサ信号を受信し、所定の演算周期でセンサ値の時間微分値を演算する通信システムを想定する。この通信システムでセンサとマイコンとが異なるタイマで動作している場合、センサ及びマイコンがそれぞれ一定の送信周期、及び一定の演算周期で動作していても、センサの送信周期とマイコンの演算周期との周期ずれが生じると、微分値を正しく演算することができなくなるという問題がある。

この周期ずれの問題に対し、特許文献１の技術を用い、マイコンからセンサへ同期トリガ信号を送信し、センサが同期トリガ信号を受信した後、センサ信号を送信するというシステムが考えられる。しかし、そのシステムでも、同期トリガ信号の伝達遅延等により、微分演算が正しく行われない場合がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、送信周期と演算周期との周期ずれや同期トリガ信号の伝達遅延等にかかわらず、マイコンがセンサ値の微分値を正しく演算する通信システムを提供することにある。

本発明の通信システムは、一つ以上のセンサ装置とマイコンとを備える。
センサ装置は、ある物理量についてのセンサ値を検出対象から検出する一つ以上のセンサ素子、及び、センサ値の情報を含むセンサ信号を一定の送信周期でデジタル信号として送信する送信回路を有する。
マイコンは送信回路から信号線を経由して送信されたセンサ信号を受信しセンサ値を更新する受信回路、及び、センサ値を時間微分した微分値を、センサ値とは別に付与された時間情報を用いて一定の演算周期で演算する微分演算部を有する。

本発明では、マイコンの微分演算部がセンサ値とは別に付与された時間情報を用いて微分値を演算する。これにより、時間情報の差分に基づいて周期ずれの発生を判別することができる。また、周期ずれが発生したとき、微分演算部が微分演算に用いる値を補正し、微分値を正しく演算することができる。
特に電動パワーステアリング装置に適用される場合、操舵トルクの時間変化率を正しく演算することにより、モータが出力するアシストトルクを適切に制御することができる。よって、運転者は、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

時間情報は、センサ装置の送信回路がセンサ信号を送信する時に付与されてもよいし、マイコンの受信回路がセンサ信号を受信した時に付与されてもよい。時間情報としては、センサ値のデータ更新回数を表す通信カウンタや、通信が行われた時刻を示すタイムスタンプを用いることができる。
また、本発明におけるセンサ信号としては、例えば、米国自動車技術会規格ＳＡＥ−Ｊ２７１６に準拠した信号を用いることができる。

本発明の第１、第２実施形態による通信システムを示すブロック図であり、（ａ）送信時、（ｂ）受信時に時間情報を付与する構成を示す図。 本発明の実施形態による通信システムが適用される電動パワーステアリング装置の概略構成図。 ＳＥＮＴ通信で用いられるセンサ信号の例を示す図。 （ａ）第１実施形態の通信システムで用いる通信カウンタによる時間情報、（ｂ）第２実施形態の通信システムで用いるタイムスタンプによる時間情報とセンサ値との組合せの一般形を表した図。 第１実施形態の通信システムにおいて、「送信周期＞演算周期」である場合のセンサ値の微分値演算を説明するタイムチャート。 第１実施形態の通信システムにおいて、「送信周期＜演算周期」である場合のセンサ値の微分値演算を説明するタイムチャート。 第２実施形態の通信システムにおいて、「送信周期＞演算周期」である場合のセンサ値の微分値演算を説明するタイムチャート。 第２実施形態の通信システムにおいて、「送信周期＜演算周期」である場合のセンサ値の微分値演算を説明するタイムチャート。 本発明の（ａ）第３実施形態、（ｂ）第４実施形態による通信システムを示すブロック図。 第３、第４実施形態で用いられる時間情報とセンサ値との組合せの一般形を表した図。 （ａ）第３実施形態、（ｂ）第４実施形態による時間情報とセンサ値との組合せの具体例を示す図。 異なるタイミングで受信した複数のセンサ値を用いた微分演算を示す図。 従来の通信システムの問題点を説明するタイムチャート。 従来の通信システムの問題点を説明するタイムチャート。

以下、本発明の複数の実施形態による通信システムを図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。以下、「本実施形態」というとき、第１〜第４実施形態を包括する。
（第１、第２実施形態）
本発明の第１、第２実施形態の通信システムについて図１〜図８を参照して説明する。本実施形態の通信システムは、車両の電動パワーステアリング装置に適用される。
図２に、電動パワーステアリング装置９０を含むステアリングシステム１００の全体構成を示す。なお、図２に示す電動パワーステアリング装置９０はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。

ステアリングシステム１００は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。
ハンドル９１にはステアリングシャフト９２が接続されている。ステアリングシャフト９２の先端に設けられたピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置９０は、トルクセンサＡｓｓｙ９３、ＥＣＵ（制御装置）７０１、モータ８０、及び減速ギア９４等を含む。
トルクセンサＡｓｓｙ９３は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、ハンドル９１側の入力軸９２１と、ピニオンギア９６側の出力軸９２２との捩じれ角に基づき、操舵トルクを検出する。ＥＣＵ７０１は、トルクセンサＡｓｓｙ９３から取得した操舵トルクに基づいて、モータ８０が出力するアシストトルクについてのトルク指令を演算する。そして、モータ８０が指令通りのトルクを出力するように通電を制御する。モータ８０が発生したアシストトルクは、減速ギア９４を介してステアリングシャフト９２に伝達される。

ＥＣＵ７０１は、例えば、モータ８０に通電される電流やモータ８０が出力するトルクをフィードバック制御することによりモータ８０の通電を制御する。なお、ＥＣＵ７０１における各処理は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよく、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。また、ＥＣＵ７０１とモータ８０とは一体に構成されてもよい。

次に、第１、第２実施形態の通信システムの構成について、図１を参照する。第１実施形態と第２実施形態とは、「時間情報」の具体的手段が異なるのみであり、基本的な構成は同一である。また、第１、第２実施形態のいずれも、「時間情報」の付与に関し、図１（ａ）、（ｂ）の両方の構成を取り得る。
通信システム４０１は、トルクセンサＡｓｓｙ９３内において捩じれ角を検出し、センサ信号を送信するセンサ装置５０１と、このセンサ信号を受信するマイコン７１１とを備える。マイコン７１１は、ＥＣＵ７０１に含まれ、中心的な演算機能を担う。本実施形態の説明では、マイコン７１１以外のＥＣＵ７０１の構成要素について特に言及しない。
センサ装置５０１とＥＣＵ７０１のマイコン７１１とは信号線Ｌｓで接続されている。

センサ装置５０１は、ある物理量についてのセンサ値を検出対象から検出するセンサ素子５１、及び、センサ値の情報を含むセンサ信号を一定の送信周期でデジタル信号として送信する送信回路５４を有する。「センサ値」と「センサ信号」とは、文脈によって適宜使い分ける。ただし、図中の記号「Ｓ」は、センサ値及びセンサ信号の両方に対応する。

なお、現実には、センサ装置５０１には、センサ素子５１や送信回路５４の動作電源や共通の基準電位部が必要であるが、それらの図示や説明を省略する。例えば、センサ装置５０１の動作電源をＥＣＵ７０１に設けた電源供給回路から供給するようにしてもよい。その場合、センサ装置５０１とＥＣＵ７０１とは、信号線Ｌｓに加え、電源供給線及び基準電位線の３本の線で接続される。

例えばセンサ素子５１として磁気検出素子であるホール素子を用いる場合、ホール素子を含むパッケージであるホールＩＣがセンサ装置５０１に相当する。さらに、トルクセンサＡｓｓｙ９３は、センサ装置５０１に加え、トーションバー、多極磁石、磁気ヨーク、集磁リング等を含んで構成される。トルクセンサＡｓｓｙ９３の一般的な構成は周知であるため、図示を省略する。
センサ素子５１がホール素子である場合、センサ素子５１は、トーションバーの捩じれ変位に基づく集磁リングの磁気変位を検出し電圧信号に変換して出力する。この例では、集磁リングが「検出対象」に相当する。また、捩じれ変位又はそれと相関する操舵トルクが「検出対象から検出された情報」に相当する。

図１に示す送信回路５４は、サンプルホールド、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換、メモリ及びタイマの機能を包括する。送信回路５４は、センサ素子５１が出力したアナログ電圧信号を所定周期で保持し、Ａ／Ｄ変換する。そして、一定の送信周期で、デジタル信号であるセンサ信号をマイコン７１１に送信する。
特に本実施形態では、センサ信号として、米国自動車技術会規格ＳＡＥ−Ｊ２７１６に準拠したニブル信号、いわゆるＳＥＮＴ（シングルエッジニブル伝送）方式の信号が用いられる。

ＳＥＮＴ方式は、例えば特開２０１５−４５６７７０号公報に開示されているように、４ビットのニブル信号を用いた双方向通信可能な伝送方式である。ＳＥＮＴ方式のセンサ信号の一例として、メインセンサ及びサブセンサの二つのデータを一つの信号として送信する例を図３に示す。
図３に例示するセンサ信号は、一つのフレームＦｒにて、同期信号、ステータス信号、メインデータ信号、サブデータ信号、ＣＲＣ信号及びエンド信号からなり、この順で一連の信号として出力される。

同期信号の長さは例えば５６［ｔｉｃｋ］であり、１［ｔｉｃｋ］は例えば１．５［μｓ］に設定される。
ステータス信号、メインデータ信号、サブデータ信号、ＣＲＣ信号の大きさは、順に、例えば１ニブル（４ビット）、３ニブル（１２ビット）、３ニブル（１２ビット）、１ニブル（４ビット）である。
データ信号の大きさが３ニブルであるということは、最大で「０００」〜「ＦＦＦ」の２¹²通り（４０９６通り）のデータ値が送信可能であることを意味する。

ここで、送信回路５４からのセンサ信号の送信周期は、基本的にマイコン７１１の微分演算部７５の演算周期と一致するように設定される。ただし、センサ装置５０１とマイコン７１１とはそれぞれ異なるタイマで動作するため、周期ずれが生じる可能性がある。
本実施形態では、微分演算部７５の演算周期に同期した同期信号Ｓｙｎｃがマイコン７１１からセンサ装置５０１に送信される。送信回路５４は、同期信号Ｓｙｎｃに応じたタイミングでセンサ信号を送信する。なお、同期信号Ｓｙｎｃは、毎周期送信されるのでなく、複数周期に１回送信されるようにしてもよい。
また、他の実施形態では、同期信号を用いない非同期通信としてもよい。

ＥＣＵ７０１のマイコン７１１は、受信回路７２、微分演算部７５、アシスト量演算部７６及び同期信号生成部７７を含む。
受信回路７２は、送信回路５４から信号線Ｌｓを経由して送信されたセンサ信号を受信しセンサ値Ｓを更新する。また、受信回路７２は、更新したセンサ値Ｓを保持する。

微分演算部７５は、センサ値Ｓを時間微分した微分値Ｓｄを、センサ値とは別に付与された時間情報を用いて一定の演算周期で演算する。
以下、今回取得する時間情報Ｘに対応する「ｘ」を引数として、時間の関数であるセンサ値及び微分値を、センサ値Ｓ（ｘ）、微分値Ｓｄ（ｘ）のように表す。また、前回のセンサ値をＳ（ｘ−１）、次回のセンサ値をＳ（ｘ＋１）のように表す。

時間情報Ｘは、図１（ａ）又は図１（ｂ）のいずれに示す構成で付与されてもよい。
図１（ａ）に示す構成では、センサ装置５０１の送信回路５４は、センサ信号をマイコン７１１に送信する時、センサ値Ｓとは別に時間情報Ｘを付与し、センサ値Ｓと共に送信する。
図１（ｂ）に示す構成では、マイコン７１１の受信回路７２は、センサ信号を受信した時、センサ値Ｓを更新すると共に、センサ値Ｓを更新したタイミングを時間情報Ｘとして付与する。この構成では、図１（ａ）の構成に比べ、センサ装置５０１からマイコン７１１へのデータ通信量を低減することができる。

電動パワーステアリング装置９０に適用される本実施形態において、センサ値Ｓは操舵トルクであり、ハンドル９１の回転方向に応じて正負が定義される。微分値Ｓｄは、操舵トルクの時間変化率に相当する。運転者が急にハンドル９１を操作する時、微分値Ｓｄの絶対値は大きくなり、運転者がゆっくりハンドル９１を操作する時、微分値Ｓｄの絶対値は小さくなる。

ＥＣＵ７０１のマイコン７１１は、このような運転者の操舵特性に応じて、モータ８０が出力するアシストトルクを制御する。そのため、アシスト量演算部７６は、微分演算部７５により演算された微分値Ｓｄ（ｘ）に基づき、アシスト量Ａｓｔ（ｘ）を演算する。
そして、マイコン７１１は、アシスト量（トルク指令）に基づいて、周知の電流フィードバック制御等によりインバータのスイッチング動作を操作し、モータ８０の巻線に通電される電力を制御する。その結果、モータ８０は、所望のアシストトルクを出力する。

マイコン７１１の同期信号生成部７７は、微分演算部７５の演算周期に同期した同期信号Ｓｙｎｃを生成し、センサ装置５０１に出力する。同期信号Ｓｙｎｃは、センサ信号Ｓが通信される信号線Ｌｓを用いて双方向通信されてもよいし、別の専用線を経由して送信されてもよい。また、同期信号を用いない非同期通信の実施形態では同期信号生成部７７は設けられない。

ここで、マイコンがセンサ値の微分演算を行う従来の通信システムにおいて想定される問題点について、図１３、図１４を参照して説明する。従来の通信システムでは、本発明の実施形態のように「センサ値とは別に時間情報を付与する」という思想が存在しない。
図１３、図１４にて、注目すべきセンサ値を四角で囲む。また、正しく演算されない微分値を梨地（ハーフトーン）で表す。

図１３のタイムチャートには、上から順に、センサ装置によるセンサ信号の送信期間、マイコンによるセンサ信号の受信期間、微分演算タイミング、及び、微分値を示す。
センサ装置の送信周期Ｙとマイコンの演算周期Ｚとはそれぞれ一定であり、基本的に同一の長さに設定される。しかし、センサ装置とマイコンとが異なるタイマで動作している場合、タイマのばらつき等により、送信周期Ｙと演算周期Ｚとにずれが生じる可能性がある。ここでは、「送信周期Ｙ＞演算周期Ｚ」になる場合を想定する。

図１３の左側では、周期ずれの影響は生じておらず、各受信値Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋１）・・・は、微分演算タイミングに一対一に対応している。微分値は、今回の受信値と前回の受信値との差分を演算周期Ｚで除することにより演算される。
しかし、周期を繰り返すうちにずれが徐々に大きくなる。そして、図１３右側の※部に示すように、本来、マイコンが受信値Ｓ（ｘ）を受信するはずのタイミングが微分演算タイミングに間に合わず、前回の受信値Ｓ（ｘ−１）を再び用いて微分演算が行われる。
すると、式（１）の計算結果が０となり、微分値が正しく演算されなくなる。
｛Ｓ（ｘ−１）−Ｓ（ｘ−１）｝／Ｚ ≒０ ・・・（１）

また、特許文献１（米国特許公開ＵＳ２０１３／０３４３４７２Ａ１明細書）に開示されたように、マイコンからセンサ装置へ同期トリガ信号を送信する構成を図１４に示す。
図１４の左側では、マイコンからセンサ装置に同期トリガ信号ｔｒｇが毎回遅延なく伝達される。同期トリガ信号ｔｒｇを受信したセンサ装置は、送信処理を実行し、マイコンに一定の送信周期でセンサ信号Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋１）、Ｓ（ｋ＋２）・・・を送信する。微分値は、今回の受信値と前回の受信値との差分を演算周期Ｚで除することにより演算される。

ところが図１４右側の※部では、Ｓ（ｘ）の微分演算タイミングに同期して出力された同期トリガ信号ｔｒｇが、本来、二点鎖線のタイミングで送信されるべきところ、実線のように伝達遅延する。それにより、センサ装置からのＳ（ｘ＋１）の送信処理が遅れ、マイコンがＳ（ｘ＋１）を受信するタイミングが次の微分演算タイミングに間に合わなくなる。そして、前回の受信値Ｓ（ｘ）が再び受信される。すると、微分演算の式（２．１）において、本来、Ｓ（ｘ＋１）が用いられるはずの第１項がＳ（ｘ）で代替される。この計算結果は０となり、微分値が正しく演算されなくなる。
｛Ｓ（ｘ）−Ｓ（ｘ）｝／Ｚ ≒０ ・・・（２．１）

さらに、その次の同期トリガ信号が遅延なく伝達されると、Ｓ（ｘ＋２）は正常に受信される。このとき、微分演算の式（２．２）において、本来、「微分演算用前回値」としてＳ（ｘ＋１）が用いられるはずの第２項がＳ（ｘ）で代替される。したがって、微分値が正しく演算されなくなる。
｛Ｓ（ｘ＋２）−Ｓ（ｘ）｝／Ｚ ・・・（２．２）

このような従来の通信システムの問題点に対し、本実施形態の通信システム４０１は、センサ装置５０１の送信周期Ｙとマイコン７１１の演算周期Ｚとの周期ずれや同期トリガ信号ｔｒｇの伝達遅延等にかかわらず、マイコン７１１がセンサ値の微分値を正しく演算することを目的とする。そこで微分演算部７５は、センサ値とは別に付与された時間情報に基づいて微分演算に用いる値を補正し、微分値を演算する。

図４に、時間情報とセンサ値との組合せの一般形を示す。
図４（ａ）に示すように、第１実施形態では、時間情報として、センサ値のデータ更新回数を表す通信カウンタを用いる。図中、通信カウンタによる時間情報を（Ｎ−１）、Ｎ、（Ｎ＋１）のように記す。
図４（ｂ）に示すように、第２実施形態では、時間情報として、通信が行われた時刻を示すタイムスタンプを用いる。図中、タイムスタンプによる時間情報をｔ（Ｎ−１）、ｔ（Ｎ）、ｔ（Ｎ＋１）のように記す。

時間情報として通信カウンタが付与される第１実施形態の微分演算について、図５、図６を参照する。
図５に示すように、「送信周期＞演算周期」となる周期ずれが発生すると、カウンタ値（Ｘ−１）が付与されたセンサ値Ｓ（ｘ−１）が前回と今回の２回続けて微分演算に用いられる。微分演算部７５は、式（３．１）、（３．３）により、センサ値の差分を差分周期Ｔｄで除して各演算タイミングの微分値Ｓｄ（ｘ−１）、Ｓｄ（ｘ＋１）を演算する。差分周期Ｔｄは、センサ装置５０１側でカウンタを付与する場合、送信周期Ｙの狙い値を用い、マイコン７１１側でカウンタを付与する場合、演算周期Ｚの狙い値を用いる。

また、微分値Ｓｄ（ｘ）の演算時を「今回」とすると、今回の演算時には前回の演算時の時間情報（Ｘ−１）が更新されていない。すなわち、時間情報が更新される前に、今回の演算を行う必要がある。このとき、微分演算部７５は、式（３．２）に示す通り、今回の微分値Ｓｄ（ｘ）として前回微分値Ｓｄ（ｘ−１）を用いる。これにより、微分値Ｓｄを正しく演算することができる。
Ｓｄ（ｘ−１）＝｛Ｓ（ｘ−１）−Ｓ（ｘ−２）｝／Ｔｄ ・・・（３．１）
Ｓｄ（ｘ） ＝Ｓｄ（ｘ−１） ・・・（３．２）
Ｓｄ（ｘ＋１）＝｛Ｓ（ｘ）−Ｓ（ｘ−１）｝／ｄ ・・・（３．３）

図６に示すように、「送信周期＜演算周期」となる周期ずれが発生すると、図中３番目の受信値であるカウンタ値（Ｘ＋１）が付与されたセンサ値Ｓ（ｘ＋１）は、微分演算での使用が飛ばされる。微分演算部７５は、式（４．１）〜（４．３ａ）により、センサ値の差分を差分周期Ｔｄで除して各演算タイミングの微分値Ｓｄ（ｘ−１）、Ｓｄ（ｘ）、Ｓｄ（ｘ＋１）を演算する。

Ｓｄ（ｘ−１）＝｛Ｓ（ｘ−１）−Ｓ（ｘ−２）｝／Ｔｄ ・・・（４．１）
Ｓｄ（ｘ） ＝｛Ｓ（ｘ）−Ｓ（ｘ−１）｝／Ｔｄ ・・・（４．２）
Ｓｄ（ｘ＋１）＝｛Ｓ（ｘ＋２）−Ｓ（ｘ）｝／（２×Ｔｄ）・・・（４．３ａ）
ここで、式（４．３ａ）に代えて、式（４．３ｂ）を用いてもよい。
Ｓｄ（ｘ＋１）＝｛Ｓ（ｘ＋２）−Ｓ（ｘ＋１）｝／Ｔｄ・・・（４．３ｂ）

次に、時間情報としてタイムスタンプが付与される第２実施形態の微分演算について、図７、図８を参照する。このタイムスタンプは、送信回路５４での送信時に付される送信タイムスタンプ、又は、受信回路７２での受信時に付される受信タイムスタンプのいずれでもよい。また、タイムスタンプとして付す時刻は、マイコン７１１又はセンサ装置５０１の動作中のある時点を起点とする相対的な経過時間、あるいは所定の年月日を起点とする相対的な経過時間、あるいは年月日を表す時刻の、いずれを用いる構成としてもよい。
図７に示すように、「送信周期＞演算周期」となる周期ずれが発生すると、タイムスタンプｔ（ｘ−１）が付与されたセンサ値Ｓ（ｘ−１）が前回と今回の２回続けて微分演算に用いられる。微分演算部７５は、式（５．１）〜（５．３）により、センサ値の差分をタイムスタンプの差分で除して各演算タイミングの微分値Ｓｄ（ｘ−１）、Ｓｄ（ｘ）、Ｓｄ（ｘ＋１）を演算する。

この演算方法では、常に最新値と前回値とから演算するため、条件分岐が不要である。
別の演算方法では、式（５．２ａ）に代えて、時間情報として通信カウンタを用いた式（３．２）に準じて、式（５．２ｂ）を用いて微分値Ｓｄ（ｘ）を演算してもよい。
Ｓｄ（ｘ） ＝Ｓｄ（ｘ−１）・・・（５．２ｂ）

図８に示すように、「送信周期＜演算周期」となる周期ずれが発生すると、図中３番目の受信値であるタイムスタンプｔ（ｘ＋１）が付与されたセンサ値Ｓ（ｘ＋１）は、微分演算での使用が飛ばされる。微分演算部７５は、式（６．１）〜（６．３）により、センサ値の差分をタイムスタンプの差分で除して各演算タイミングの微分値Ｓｄ（ｘ−１）、Ｓｄ（ｘ）、Ｓｄ（ｘ＋１）を演算する。

この演算方法では、常に最新値と前回値とから演算するため、条件分岐が不要である。
なお、当然、タイムスタンプを用いた第２実施形態であっても、第１実施形態と同様にタイムスタンプの更新有無に応じた条件分岐を行い、更新がない場合には今回の微分値Ｓｄ（ｘ）として前回微分値Ｓｄ（ｘ−１）を用いる式（３．２）に示す演算方式を取ってもよい。

以上のように第１、第２実施形態の通信システム４０１は、マイコン７１１の微分演算部７５が、センサ値とは別に付与された時間情報を用いて微分値を演算する。これにより、時間情報の差分に基づいて周期ずれの発生を判別することができる。また、周期ずれが発生したとき、微分演算部７５が微分演算に用いる値を補正し、微分値を正しく演算することができる。
特に電動パワーステアリング装置９０に適用される場合、操舵トルクの時間変化率を正しく演算することにより、モータ８０が出力するアシストトルクを適切に制御することができる。よって、運転者は、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

（第３、第４実施形態）
第３、第４実施形態の通信システムについて、図９〜図１２を参照して説明する。
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、センサ装置５０２、６０２は、同一の検出対象から同一の物理量を検出する実質的に同仕様の複数のセンサ素子５１、５２、６１、６２を有する。具体的には、複数のセンサ素子５１、５２、６１、６２は、同一のトルクセンサＡｓｓｙ９３の集磁リングから同一の操舵トルクを検出するように冗長的に設けられている。

図９（ａ）、（ｂ）のマイコン７１１、７１２の構成について、微分演算部７５が用いる時間情報Ｘは、センサ装置５０１側、又はマイコン７１１側のいずれで付与されてもよい（図１（ａ）、（ｂ）参照）。なお、アシスト量演算部７６は、図１と同様であるため図示を省略する。また、受信回路７２から微分演算部７５へ出力されるセンサ値は、各センサ素子に対応するＳ１（ｘ）〜Ｓ４（ｘ）、又はそれらの平均値等の組合せパターンを包括して、「Ｓ＊（ｘ）」と記す。
さらに、第３、第４実施形態においても、図１（ａ）、（ｂ）に示す形態と同様に、同期信号Ｓｙｎｃを用いた同期通信を実施してもよい。

図９（ａ）に示す第３実施形態の通信システム４０３は、一つのセンサ装置５０２と、マイコン７１１を含むＥＣＵ７０１とを備える。センサ装置５０２は二つのセンサ素子５１、５２と送信回路５４とを有する。第１センサ素子５１及び第２センサ素子５２が検出したセンサ値を、第１センサ値Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２と記す。また、各センサ値Ｓ１、Ｓ２の情報を含むセンサ信号についても、同じ記号を用いて第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２と記す。第１センサ値Ｓ１と第２センサ値Ｓ２とが同一のタイミングで検出された場合、同一の時間情報が付与される。
第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２は、同一の信号線Ｌｓを経由してマイコン７１１の受信回路７２に送信される。

図９（ｂ）に示す第４実施形態の通信システム４０４は、実質的に同一の構成である複数のセンサ装置５０２、６０２と、共通のマイコン７１２を含む共通のＥＣＵ７０２とを備える。
センサ装置（Ａ）５０２は、第１センサ素子５１、第２センサ素子５２、及び送信回路５４を有する。センサ装置６０２（Ｂ）は、第３センサ素子６１、第４センサ素子６２、及び送信回路６４を有する。第３実施形態と同様に、第３、第４センサ素子６１、６２が検出したセンサ値、及び、そのセンサ値を含むセンサ信号を、記号Ｓ３、Ｓ４で表す。
送信回路５４、６４は、図示しない通信線で相互に情報を通信するようにしてもよい。

センサ装置５０２、６０２は、それぞれ信号線ＬｓＡ、ＬｓＢで共通のマイコン７１２に接続されている。第１、第２センサ信号Ｓ１、Ｓ２は、信号線ＬｓＡを経由して、マイコン７１２の受信回路７２５に送信され、第３、第４センサ信号Ｓ３、Ｓ４は、信号線ＬｓＢを経由して、マイコン７１２の受信回路７２６に送信される。受信回路７２５、７２６は、第１、第２センサ信号Ｓ１、Ｓ２及び第３、第４センサ信号Ｓ３、Ｓ４を、同一のタイミングで受信してもよく、異なるタイミングで受信してもよい。

図１０に、複数（例えば二つ）のセンサ素子を有する構成での時間情報とセンサ値との組合せの一般形を示す。ここでは、時間情報として、第１実施形態に準ずる通信カウンタの例を示すが、第２実施形態に準ずるタイムスタンプを用いる場合も同様である。
図１０に示すように、時間情報Ｎは、センサ値毎に別々に付与するのでなく、同時に検出された第１センサ値Ｓ１（Ｎ）及び第２センサ値Ｓ２（Ｎ）に共通に付与してもよい。

この思想に基づき、第３、第４実施形態の通信システム４０３、４０４での時間情報とセンサ値との組合せの具体例を図１１に示す。
図１１（ａ）に示す第３実施形態の通信システム４０３に対応する例では、同時に検出された第１センサ値Ｓ１（ｋ）及び第２センサ値Ｓ２（ｋ）に、共通の時間情報ｋが付与されている。

微分演算部７５は、各センサ値Ｓ１（ｋ）、Ｓ２（ｋ）を用いて個別に微分値Ｓｄを演算するだけでなく、例えば、同一のタイミングで受信した第１センサ値Ｓ１（ｋ）及び第２センサ値Ｓ２（ｋ）の平均値Ｓ_avr（ｋ）を用いて微分値Ｓｄを演算してもよい。
複数の平均値を用いることにより、各センサ素子のばらつきを平均化し、演算の信頼性を向上させることができる。なお、以下の各平均値の算出において、単純平均に限らず、センサ素子に応じて重み付けをしてもよい。

図１１（ｂ）に示す第４実施形態の通信システム４０４に対応する例では、同時に検出された第１センサ値Ｓ１（ｋ１）及び第２センサ値Ｓ２（ｋ１）に、共通の時間情報ｋ１が付与されている。また、これとは異なるタイミングで、同時に検出された第３センサ値Ｓ３（ｋ２）及び第４センサ値Ｓ４（ｋ２）に、共通の時間情報ｋ２が付与されている。

例えば微分演算部７５は、以下のようにして微分値Ｓｄを演算してもよい。
まず、それぞれ同一のタイミングで受信した第１センサ値Ｓ１（ｋ１）及び第２センサ値Ｓ２（ｋ１）の平均値Ｓ_avr（ｋ１）、及び、第３センサ値Ｓ３（ｋ２）及び第４センサ値Ｓ４（ｋ２）の平均値Ｓ_avr（ｋ２）を算出する。
次に、異なるタイミングで受信したセンサ値Ｓ１、Ｓ２の平均値Ｓ_avr（ｋ１）と、センサ値Ｓ３、Ｓ４の平均値Ｓ_avr（ｋ２）との平均値Ｓ_avr（ｋ_1-2）を算出する。そして、この平均値Ｓ_avr（ｋ_1-2）を用いて微分値Ｓｄを演算する。

図１１（ｃ）に示す第４実施形態の通信システム４０４に対応する別の例では、同時に検出された四つのセンサ値Ｓ１（ｋ）、Ｓ２（ｋ）、Ｓ３（ｋ）、Ｓ４（ｋ）に、共通の時間情報ｋが付与されている。例えば微分演算部７５は、同一のタイミングで受信した四つのセンサ値Ｓ１（ｋ）、Ｓ２（ｋ）、Ｓ３（ｋ）、Ｓ４（ｋ）の平均値Ｓ_avr（ｋ）を用いて微分値Ｓｄを演算してもよい。

さらに、異なるタイミングで受信した複数のセンサ値を用いた微分演算例について、図１２を参照する。
図１２（ａ）に示すように、一つのセンサ装置５０２内の二つのセンサ素子５１、５２について、微分演算部７５は、異なるタイミングで受信したセンサ値Ｓ１（ｋ１）とセンサ値Ｓ１（ｋ３）との差分に基づいて、第１センサ素子５１の微分値Ｓｄ１を演算する。また、異なるタイミングで受信したセンサ値Ｓ２（ｋ１）とセンサ値Ｓ２（ｋ３）との差分に基づいて、第２センサ素子５２の微分値Ｓｄ２を演算する。

図１２（ｂ）に示すように、二つのセンサ装置５０２、６０２について、微分演算部７５は、異なるタイミングで受信したセンサ値の組Ｓ１（ｋ１）、Ｓ２（ｋ１）とセンサ値の組Ｓ１（ｋ３）、Ｓ２（ｋ３）との差分に基づいて、センサ装置（Ａ）５０２の微分値ＳｄＡを演算する。また、異なるタイミングで受信したセンサ値の組Ｓ３（ｋ２）、Ｓ４（ｋ２）とセンサ値の組Ｓ３（ｋ４）、Ｓ４（ｋ４）との差分に基づいて、センサ装置（Ｂ）６０２の微分値ＳｄＢを演算する。

このように、センサ素子毎、又は、センサ装置毎に微分値Ｓｄを演算すると、いずれかのセンサ素子又はセンサ装置が異常の場合に判別が可能となる場合がある。また、異常と判定されたセンサ素子又はセンサ装置の使用を中止し、正常なセンサ素子又はセンサ装置のセンサ値のみを用いて演算を継続することができる。

以上のように第３、第４実施形態では、同一の検出対象から同一の物理量を検出する複数のセンサ素子を有する通信システムにおいて、微分演算部７５は、複数のセンサ値Ｓ１〜Ｓ４、及び、センサ値Ｓ１〜Ｓ４とは別に付与された時間情報を用いて微分値を演算する。そして、センサ装置５０２、６０２の送信周期とマイコン７１１、７１２の演算周期との周期ずれが発生したとき、微分演算に用いる値を補正し、センサ値Ｓ１〜Ｓ４の微分値を正しく演算することができる。

（その他の実施形態）
（ア）第３、第４実施形態のセンサ装置５０２に対し、一つのセンサ装置が三つ以上のセンサ素子を有してもよい。また、第４実施形態の通信システム４０４に対し、通信システムは、三つ以上のセンサ装置を備えてもよい。それに伴って、複数のセンサ値の平均値算出等に関する構成も、適宜、追加又は変更してよい。

（イ）通信システムのデジタル通信の方式（プロトコル）は、ＳＥＮＴ方式に限らず、他のプロトコルを採用してもよい。したがって、センサ信号は、４ビットのニブル信号に限らず、８ビットのオクテット信号等を用いてもよい。

（ウ）センサ素子は、上記実施形態で例示したホール素子以外に、他の磁気検出素子、又は、磁気以外の変化を検出する素子を用いてもよい。センサ素子が検出する物理量は、トルクに限らず、回転角、ストローク、荷重、圧力等、どのような物理量でもよい。
（エ）本発明の通信システムは、電動パワーステアリング装置の他、検出したセンサ値に基づいて制御演算を行うどのような装置に適用されてもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

４０１、４０３、４０４・・・通信システム、
５０１、５０２、６０２・・・センサ装置、
５１、５２、６１、６２・・・センサ素子、
５４、６４・・・送信回路、
７１１、７１２・・・マイコン、
７２、７２５、７２６・・・受信回路、
７５・・・微分演算部。

Claims (15)

1. ある物理量についてのセンサ値を検出対象から検出する一つ以上のセンサ素子（５１、５２、６１、６２）、及び、前記センサ値の情報を含むセンサ信号を一定の送信周期でデジタル信号として送信する送信回路（５４、６４）を有する一つ以上のセンサ装置（５０１、５０２、６０２）と、
   前記送信回路から信号線（Ｌｓ）を経由して送信された前記センサ信号を受信し前記センサ値を更新する受信回路（７２、７２５、７２６）、及び、前記センサ値を時間微分した微分値を、前記センサ値とは別に付与された時間情報を用いて一定の演算周期で演算する微分演算部（７５）を有するマイコン（７１１、７１２）と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 前記マイコンは、前記微分演算部の演算周期に同期した同期信号を前記センサ装置に送信し、
   前記センサ装置の前記送信回路は、前記同期信号に応じたタイミングで前記センサ信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記センサ装置の前記送信回路は、前記センサ信号を前記マイコンに送信する時、
   前記センサ値とは別に前記時間情報を付与することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記マイコンの前記受信回路は、前記センサ装置から前記センサ信号を受信した時、
   前記センサ値を更新したタイミングを前記時間情報として付与することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
5. 前記送信回路は、前記センサ信号に前記時間情報として送信タイムスタンプを付与して前記マイコンに送信し、
   前記微分演算部は、前記センサ値の差分を前記送信タイムスタンプの差分で除して前記微分値を演算することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
6. 前記受信回路は、前記センサ信号を受信した時、前記時間情報として受信タイムスタンプを付与し、
   前記微分演算部は、前記センサ値の差分を前記受信タイムスタンプの差分で除して前記微分値を演算することを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
7. 前記微分演算部は、
   前回の前記微分値を演算した時から前記時間情報が更新される前に今回の演算を行う場合、今回の前記微分値として前回の前記微分値を用いることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の通信システム。
8. 一つ以上の前記センサ装置（５０２、６０２）は、同一の検出対象から同一の物理量を検出する複数の前記センサ素子を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の通信システム。
9. 一つ以上の前記センサ装置は、複数の前記センサ素子が検出した複数の前記センサ値の情報を含むセンサ信号を、同一の前記信号線を経由して共通の前記マイコンに送信することを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
10. 前記複数のセンサ素子が同一タイミングで検出した複数の前記センサ値に対し、同一の前記時間情報が付与されることを特徴とする請求項８または９に記載の通信システム。
11. 前記微分演算部は、同一タイミングで受信した複数の前記センサ値の平均値を用いて前記微分値を演算することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の通信システム。
12. 前記微分演算部は、異なるタイミングで受信した複数の前記センサ値の平均値を用いて前記微分値を演算することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の通信システム。
13. 前記微分演算部は、前記センサ素子毎、又は、前記センサ装置毎に、異なるタイミングで受信した複数の前記センサ値の差分に基づいて前記微分値を演算することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の通信システム。
14. 前記センサ信号は、米国自動車技術会規格ＳＡＥ−Ｊ２７１６に準拠した信号であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の通信システム。
15. 車両の電動パワーステアリング装置（９０）に用いられ、前記センサ装置は、運転者の操舵トルクを検出し、前記マイコンは、前記センサ装置が検出した操舵トルクに基づいてモータ（８０）が出力するアシスト量を演算することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の通信システム。

Images