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技術 通信システム

出願人 株式会社デンソー
発明者 坂井利光滝雅也中村功一倉光修司小澤崇晴林勝彦
出願日 2015年7月29日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2015-149376
公開日 2017年2月9日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-033069
状態 特許登録済
技術分野 測定値信号、等のための伝送方式 パワーステアリング機構
主要キーワード タイマ補正 時間経緯 演算補正 非同期通信システム サブセンサ 同期トリガ マイコン側 タイマ周期
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

同期トリガ信号を用いない非同期通信方式において、送信周期演算周期との周期ずれによらず、マイコン制御演算を適正に実行可能な通信ステムを提供する。

解決手段

通信システム401のセンサ装置501は、センサ値を検出するセンサ素子51、サンプルホールド部53、センサ値の情報を含むセンサ信号を一定の送信周期Yでデジタル信号として送信する送信回路54、及び、送信タイマ56を有する。マイコン711は、送信回路54から送信されたセンサ信号を受信しセンサ値を取得する受信回路72、センサ値に基づいて所定の演算周期Zで制御演算を行う演算処理部74、演算タイマ76、及び、タイマ補正演算部75を有する。タイマ補正演算部75は、センサ値とは別に付与された時間情報としての時差タイムスタンプTS(x)を用い、送信周期Yと演算周期Zとの周期ずれによる制御演算への影響を解消するように、演算周期Zを補正する。

概要

背景

従来、制御装置内のマイコンが、センサ装置から所定の送信周期デジタル通信されるセンサ信号を受信し、所定の演算周期制御演算する通信ステムにおいて、送信周期と演算周期との周期ずれを防止することが課題となっている。
この課題に対し、特許文献1に開示された技術では、制御装置は、要求信号として同期トリガ信号を生成しセンサ装置に送信する。センサ装置は、同期トリガ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。

概要

同期トリガ信号を用いない非同期通信方式において、送信周期と演算周期との周期ずれによらず、マイコンが制御演算を適正に実行可能な通信システムを提供する。通信システム401のセンサ装置501は、センサ値を検出するセンサ素子51、サンプルホールド部53、センサ値の情報を含むセンサ信号を一定の送信周期Yでデジタル信号として送信する送信回路54、及び、送信タイマ56を有する。マイコン711は、送信回路54から送信されたセンサ信号を受信しセンサ値を取得する受信回路72、センサ値に基づいて所定の演算周期Zで制御演算を行う演算処理部74、演算タイマ76、及び、タイマ補正演算部75を有する。タイマ補正演算部75は、センサ値とは別に付与された時間情報としての時差タイムスタンプTS(x)を用い、送信周期Yと演算周期Zとの周期ずれによる制御演算への影響を解消するように、演算周期Zを補正する。

目的

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、同期トリガ信号を用いない非同期通信方式において、送信周期と演算周期との周期ずれによらず、マイコンが制御演算を適正に実行可能な通信システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ある物理量についてのセンサ値検出対象から検出する一つ以上のセンサ素子(51)、前記センサ値をサンプリングするサンプルホールド部(53)、サンプリングされた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デジタル信号として送信する送信回路(54)、及び、前記送信周期を規定する送信タイマ(56)を有するセンサ装置(50)と、前記送信回路から信号線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取得する受信回路(72)、前記センサ値に基づいて所定の演算周期制御演算を行う演算処理部(74)、前記送信タイマとは独立に前記演算周期を規定する演算タイマ(76)、及び、前記センサ値とは別に付与された時間情報を用い、前記送信周期と前記演算周期との周期ずれによる制御演算への影響を解消するように前記演算周期又は前記センサ値を補正する補正演算部(75、73)を有するマイコン(71)と、を備えることを特徴とする通信ステム

請求項2

前記補正演算部は、前記受信回路での前記センサ値の取得以前に付与された前記時間情報としての時差タイムスタンプの過去値と今回値との差分、又は過去値同士の差分に基づいて、前記演算周期を一周期あたりの前記差分に一致させるように、システム作動中に一回以上の頻度で補正するタイマ補正演算部(75)であることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。

請求項3

前記タイマ補正演算部は、前記演算周期を周期毎に補正することを特徴とする請求項2に記載の通信システム。

請求項4

前記時差タイムスタンプは、前記サンプルホールド部での前記センサ値のサンプリング時に付与されたものであることを特徴とする請求項2または3に記載の通信システム。

請求項5

前記時差タイムスタンプは、前記送信回路での前記センサ値の送信時に付与されたものであることを特徴とする請求項2または3に記載の通信システム。

請求項6

前記時差タイムスタンプは、前記受信回路での前記センサ値の受信時に付与されたものであることを特徴とする請求項2または3に記載の通信システム。

請求項7

前記補正演算部は、前記受信回路での前記センサ値の取得以前に付与された基準時タイムスタンプ、及び、前記演算処理部での前記センサ値の使用時に付与された使用時タイムスタンプを前記時間情報として取得し、前記基準時タイムスタンプと前記使用時タイムスタンプとの差分、及び、前記センサ値の時間変化率に基づいて前記センサ値を補正し、前記演算処理部に出力するデータ補正演算部(73)であることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。

請求項8

前記基準時タイムスタンプは、前記サンプルホールド部での前記センサ値のサンプリング時に付与されたものであることを特徴とする請求項7に記載の通信システム。

請求項9

前記基準時タイムスタンプは、前記送信回路での前記センサ値の送信時に付与されたものであることを特徴とする請求項7に記載の通信システム。

請求項10

前記基準時タイムスタンプは、前記受信回路での前記センサ値の受信時に付与されたものであることを特徴とする請求項7に記載の通信システム。

請求項11

前記センサ信号は、米国自動車技術規格AE−J2716に準拠した信号であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の通信システム。

請求項12

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1〜11のいずれか一項に記載の通信システム。

技術分野

0001

本発明は、センサ検出信号制御装置伝送する通信ステムに関する。

背景技術

0002

従来、制御装置内のマイコンが、センサ装置から所定の送信周期デジタル通信されるセンサ信号を受信し、所定の演算周期制御演算する通信システムにおいて、送信周期と演算周期との周期ずれを防止することが課題となっている。
この課題に対し、特許文献1に開示された技術では、制御装置は、要求信号として同期トリガ信号を生成しセンサ装置に送信する。センサ装置は、同期トリガ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。

先行技術

0003

米国特許公開US2013/0343472A1明細書

発明が解決しようとする課題

0004

本明細書では、特許文献1の通信方式を「同期通信方式」という。同期通信方式では、マイコン側に同期トリガ信号を生成及び送信する構成が必要となり、センサ装置側に同期トリガ信号を受信する構成が必要となるため、通信システムの構成が複雑となる。また、同期トリガ信号が正常に送信されず、伝達遅延や信号の欠落が発生した場合の対応についても考慮する必要がある。

0005

同期通信方式に対し、マイコンからセンサ装置に同期トリガ信号を送信しない通信方式を、本明細書では「非同期通信方式」という。非同期通信方式では、同期トリガ信号を生成し送受信する構成が不要であるため、通信システムの構成を簡素にすることができる。また、同期トリガ信号の伝達遅延や欠落によって生じる不具合の発生を回避することができる。
一方、非同期通信のシステムにおいて、センサ装置の送信タイマとマイコンの演算タイマとのクロックずれが生じると、マイコンが制御演算を適切に実行することができなくなるという問題がある。

0006

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、同期トリガ信号を用いない非同期通信方式において、送信周期と演算周期との周期ずれによらず、マイコンが制御演算を適正に実行可能な通信システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の通信システムは、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検出対象から検出する一つ以上のセンサ素子、センサ値をサンプリングするサンプルホールド部、サンプリングされた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、及び、送信周期を規定する送信タイマを有する。

0008

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取得する受信回路、センサ値に基づいて所定の演算周期で制御演算を行う演算処理部、演算周期を規定する演算タイマ、及び、補正演算部を有する。補正演算部は、「センサ値とは別に付与された時間情報」を用い、送信周期と演算周期との周期ずれによる制御演算への影響を解消するように、演算周期又はセンサ値を補正する。

0009

本発明の第一の態様の補正演算部は、「タイマ補正演算部」である。
タイマ補正演算部は、受信回路でのセンサ値の取得以前に付与された時間情報としての「時差タイムスタンプ」の過去値と今回値との差分、又は過去値同士の差分に基づいて、演算周期を一周期あたりの差分に一致させるように、システム作動中に一回以上の頻度で補正する。例えば、タイマ補正演算部は、システム起動後初期調整として一回のみ演算周期を補正してもよく、演算周期の所定回数に一回、或いは、周期毎に補正してもよい。
これにより、送信周期と演算周期との周期ずれが直接的に解消される。よって、マイコンが制御演算を適切に実行可能となり、制御性を向上させることができる。

0010

本発明の第二の態様の補正演算部は、「データ補正演算部」である。
データ補正演算部は、受信回路でのセンサ値の取得以前に付与された「基準時タイムスタンプ」、及び、演算処理部でのセンサ値の使用時に付与された「使用時タイムスタンプ」を時間情報として取得する。そして、「基準時タイムスタンプと使用時タイムスタンプとの差分」、及び、「センサ値の時間変化率」に基づいてセンサ値を補正し、演算処理部に出力する。
これにより、演算処理部は、実際の使用時点におけるセンサ値の推定データを用いて制御演算を行うことができる。よって、送信周期と演算周期との周期ずれによらず、マイコンが制御演算を適正に実行可能となり、制御性を向上させることができる。

0011

上記第一の態様における「時差タイムスタンプ」、又は、第二の態様における「基準時タイムスタンプ」として、以下のいずれかのタイミングで付与されたものが用いられる。
(a)サンプルホールド部でのセンサ値のサンプリング時
(b)送信回路でのセンサ値の送信時
(c)受信回路でのセンサ値の受信時
また、本発明におけるセンサ信号としては、例えば、米国自動車技術規格AE−J2716に準拠した信号を用いることができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施形態による通信システムの概略構成を示すブロック図。
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。
本発明の第1実施形態による通信システムを示すブロック図。
本発明の第2実施形態による通信システムを示すブロック図。
本発明の第3実施形態による通信システムを示すブロック図。
SENT通信で用いられるセンサ信号の例を示す図。
本発明の第1〜第3実施形態のタイマ演算補正部のブロック図。
本発明の第1〜第3実施形態により、時差タイムスタンプを用いて演算周期を補正する作用を示すタイムチャート
本発明の第4実施形態による通信システムを示すブロック図。
本発明の第5実施形態による通信システムを示すブロック図。
本発明の第6実施形態による通信システムを示すブロック図。
本発明の第4〜第6実施形態により、基準時タイムスタンプと使用時タイムスタンプとの差分を用いてセンサ値(データ)を補正する作用を示すタイムチャート。
送信周期と演算周期との周期ずれの課題を説明するタイムチャート。

実施例

0013

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6実施形態を包括する。
最初に、本実施形態の通信システムの概略構成、及び、通信システムが適用される車両の電動パワーステアリング装置について、図1図2を参照する。
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。

0014

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。

0015

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)70、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。ECU70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。

0016

ECU70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、ECU70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、ECU70とモータ80とは一体に構成されてもよい。

0017

図1に記載した「通信システム40、センサ装置50、ECU70及びマイコン71」の各2桁の符号は、後述の各実施形態を包括するものである。図1では、包括的符号を付した各構成要素による通信システム40の概略的な機能のみを説明する。
通信システム40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50と、このセンサ信号を受信するマイコン71とを備える。マイコン71は、ECU70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71以外のECU70の構成要素について特に言及しない。

0018

センサ装置50とECU70のマイコン71とは信号線Lsで接続されている。
なお、現実には、センサ装置50には、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50の動作電源をECU70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50とECU70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。

0019

以下、各実施形態の通信システム40の構成について、大きく、第1〜第3実施形態を含む第一グループと、第4〜第6実施形態を含む第二グループとに分けて順に説明する。各グループは、「課題を解決するための手段」の欄に記載された「本発明の第一の態様」及び「本発明の第二の態様」に相当する。各グループの3つの実施形態は、課題解決のための基本的な技術的思想が共通しており、具体的な解決手段の一部の構成が異なるのみであるため、一括して説明する。なお、各実施形態の通信システムの符号として、「40」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。

0020

(第1、第2、第3実施形態)
まず、第1、第2、第3実施形態の通信システムについて、図3図8を参照する。
図3図4図5に、第1、第2、第3実施形態の通信システム401、402、403の構成をそれぞれ示す。各通信システム401、402、403が備えるセンサ装置、ECU、マイコンの符号を箇条書きで示すと次のようである。ECUに含まれるマイコンは、括弧内に記す。
通信システム401:センサ装置501及びECU701(マイコン711)
通信システム402:センサ装置502及びECU701(マイコン711)
通信システム403:センサ装置503及びECU703(マイコン713)

0021

各センサ装置501、502、503は、共通の基本構成として、センサ素子51、サンプルホールド部53、送信回路54及び送信タイマ56を有する。
また、通信システム401、402のECU701(マイコン711)は共通である。マイコン711、713は、後述の第4〜第6実施形態と共通の基本構成として、受信回路72、演算処理部74及び演算タイマ76を有する。

0022

まず、これらの基本構成について、代表として第1実施形態の符号を用いて説明する。
センサ装置501において、一つ以上のセンサ素子51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。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。

0023

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。
サンプルホールド部(図中「S/H」と記す)53は、センサ素子51が出力したアナログ電圧信号のセンサ値を所定周期でサンプリングし、A/D(アナログデジタル)変換する。

0024

送信回路54は、サンプルホールド部53にてサンプリングされたセンサ値Sの情報を含むセンサ信号を、送信タイマ56によって規定された一定の送信周期Yでデジタル信号として送信する。なお、図中の破線矢印はタイミングの指令を意味する。図示の例では、送信タイマ56は、サンプルホールド部53に対するサンプリングタイミングの指令を兼ね、サンプリング周期と送信周期Yとは等しく設定される。
明細書中、「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。

0025

ここで、本実施形態の送信タイマ56は、マイコン711の演算周期Zを規定する演算タイマ76とは独立して送信周期Yを規定する。つまり、特許文献1(米国特許公開US2013/0343472A1明細書)に開示された同期通信方式とは異なり、マイコンから送信された同期トリガ信号をセンサ装置が受信するものではない。このように、同期トリガ信号を用いない通信方式を、本明細では「非同期通信方式」という。仮に送信周期Yと演算周期Zとが結果的に同期した状態になったにせよ、その手段として、マイコンからセンサ装置への同期トリガ信号を用いない限り、非同期通信方式であると解釈する。
また、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。

0026

SENT方式は、例えば特開2015−46770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6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。

0027

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)のデータ値送信可能であることを意味する。

0028

ECU701のマイコン711において、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を取得する。
演算処理部74は、取得されたセンサ値S(x)に基づく制御演算を、演算タイマ76によって規定された所定の演算周期Zで実行し、演算値F(x)を出力する。
センサ装置501及びECU701を通じ、引数xが付されたセンサ値S(x)、演算値F(x)等は、x回目にサンプリングされたセンサ値、又は、x回目の制御演算で得られた演算値等を意味する。なお、サンプリング前の検出信号であるセンサ値Sには(x)を付さない。

0029

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。演算処理部74は、例えばセンサ値Sを時間微分することにより、運転者によるハンドル操作緩急に関する情報を得る。演算処理部74は、このような運転者の操舵特性に応じた演算値F(x)として、モータ80が出力するアシスト量を演算する。
そして、マイコン71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。

0030

上述の基本構成を有する非同期通信方式の通信システム401において、送信タイマ56が規定する送信周期Yと演算タイマ76が規定する演算周期Zとは、基本的に同等に設定される。ただし、送信タイマ56と演算タイマ76とのクロック仕様が同一であっても、発振子公差等の影響によるクロック誤差が長期にわたって累積すると、周期ずれが生じる可能性がある。

0031

周期ずれの課題について、センサ値S(x)(x=1、2、3・・・N)の通信及び制御演算の時間経緯を示した図13を参照する。図中、例えば「制御<1>」は、1回目の制御演算を意味する。
図13の例では、センサ装置及びマイコンのタイマ周期をいずれも500μsに設定していたにもかかわらず、センサ装置のサンプリング及び送信周期Yが1μsずれ、499μsになった場合を想定する。すると、マイコン側の500μsの演算周期Zに対して、センサ装置側ではセンサ値のサンプリングデータが499μsで更新されて送信されることとなり、制御性が低下する。しかし、マイコンは、周期ずれが生じていることを認識することができない。

0032

このような課題に対し、第1実施形態の通信システム401では、センサ装置501側のサンプリング周期のずれをマイコン711が認識することができるようにし、マイコン711側でずれを修正することにより課題の解決を図る。具体的には、センサ値Sとは別に付与されたタイムスタンプの情報をマイコン711が取得することにより、実際にセンサ値Sのサンプリングが行われた時刻を認識可能とする。
また、第2実施形態の通信システム402、及び第3実施形態の通信システム403では、それぞれ、サンプリングの時刻に代えて、送信及び受信の時刻をマイコン711、713が認識可能とする。

0033

続いて、第1〜第3実施形態における特徴構成について、詳しく説明する。
第1〜第3実施形態では、送信タイマ56と演算タイマ76とのクロックずれによる制御演算への影響を解消するための「補正演算部」として、マイコン711、713内に、「タイマ演算補正部75」が設けられる。タイマ演算補正部75は、「センサ値とは別に付与された時間情報」としての「時差タイムスタンプTS(x)」の過去値と今回値との差分、又は、過去値同士の差分に基づいて、演算タイマ76が規定する演算周期Zをシステム作動中に一回以上の頻度で補正する。

0034

以下、タイムスタンプTS(x)とは、付与された時刻を表示する標識である。本明細書では、記号TS(x)を、標識としての意味と、表示された時刻としての意味との二重の意味で用いる。
なお、タイムスタンプとして付される時刻は、センサ装置501等、又はマイコン711等の動作中のある時点を起点とする相対的な経過時間、或いは、所定の年月日を起点とする相対的な経過時間、或いは、年月日を表す時刻のいずれを用いる構成としてもよい。

0035

また、x回目の時差タイムスタンプTS(x)の「過去値と今回値との差分、又は、過去値同士の差分」には、前回値と今回値、前々回値と今回値、前々回値と前回値等の差分が含まれる。つまり、時差タイムスタンプTS(x)は、現在までの少なくとも2回の時点における異なるタイミングで付与されたものである。
以下、時差タイムスタンプの「前回値TS(x−1)と今回値TS(x)との差分ΔTS(x)」に基づいて、タイマ演算補正部75が演算周期Zを補正する構成を代表例として説明する。

0036

時差タイムスタンプTS(x)は、受信回路72でのセンサ値S(x)の取得以前に付与される。時差タイムスタンプTS(x)の付与主体、及び付与タイミングに応じて、各実施形態が区別される。
第1、第2実施形態の通信システム401、402では、センサ装置501に設けられた時差タイムスタンプ(図中「TS」と記す、以下同様)用タイマ57によって、時差タイムスタンプTS(x)が付与される。時差タイムスタンプ用タイマ57は、送信タイマ56と同じタイマで構成されてもよく、送信タイマ56とは別に設けられてもよい。

0037

通信システム401では、サンプルホールド部53でのセンサ値S(x)のサンプリング時に時差タイムスタンプTS(x)が付与され、通信システム402では、送信回路54でのセンサ値S(x)の送信時に時差タイムスタンプTS(x)が付与される。付与された時差タイムスタンプTS(x)は、センサ値S(x)と共に信号線Lsを経由して、マイコン711に送信され、受信回路72に取得される。
第3実施形態の通信システム403では、マイコン713内に設けられた時差タイムスタンプ用タイマ77によって、受信回路72でのセンサ値S(x)の受信時に時差タイムスタンプTS(x)が付与される。

0038

タイマ補正演算部75は、受信回路72が取得した時差タイムスタンプTS(x)を取得する。図7に示すように、タイマ補正演算部75は、前回取得した時差タイムスタンプTS(x)を遅延素子751により前回値TS(x−1)として保持する。そして、減算器752は、式(1.1)により、時差タイムスタンプの今回値TS(x)から前回値TS(x−1)を差し引いて差分ΔTS(x)を算出する。
ΔTS(x)=TS(x)−TS(x−1) ・・・(1.1)
算出された差分ΔTS(x)は、演算タイマ76に出力され、次回の演算周期Zに反映される。つまり、演算周期Zは、一周期あたりの差分ΔTS(x)に一致するように補正される。次回の演算周期ZをZ(x)と表すと、式(1.2)のようになる。
Z(x)=ΔTS(x) ・・・(1.2)

0039

続いて、タイマ補正演算部75によるタイマ補正について、図8を参照する。図8には、受信時に時差タイムスタンプTS(x)が付与される例を代表として記載する。図中、例えば「制御<1>」は、1回目の制御演算を意味する。
図8に示すように、マイコン711、713の受信回路72がセンサ値S(x)(x=1、2、3)を受信したとき、時差タイムスタンプTS(x)が付与される。

0040

例えば2回目の時差タイムスタンプの差分ΔTS(2)は、式(1.1)より、次のようになる。
ΔTS(2)=TS(2)−TS(1)
また、2回目の制御演算の演算周期Z(2)は、式(1.2)より、次のようになる。
Z(2)=ΔTS(2)
つまり、図中の破線矢印に示すように、時差タイムスタンプの差分ΔTS(2)が次回の演算周期Z(2)に反映される。ただし、「次回」の定義によっては、時差タイムスタンプの差分ΔTS(2)を直後の演算周期Z(2)制御演算に反映させるのでなく、もう1回次の演算周期Z(3)、又はそれ以後の演算周期Zに反映させるようにしてもよい。

0041

このように、タイマ補正演算部75は、時差タイムスタンプTS(x)の過去値と今回値との差分、又は過去値同士の差分に基づいて、演算処理部74による制御演算の演算周期Zを補正する。なお、前々回値と今回値との差分のように、二周期以上の期間の差分に基づく場合、一周期あたりの差分に換算した期間に演算周期Zを一致させるようにする。
このタイマ補正は、図8に示すように周期毎に実施される例に限らず、少なくともシステム作動中に一回以上実施されればよい。想定される送信タイマ56及び演算タイマ76のクロックずれが微小である場合、例えばシステム起動後の初期調整として一回のみ補正してもよいし、演算周期の所定回数に一回、補正してもよい。

0042

以上の構成による第1〜第3実施形態の通信システム401、402、403の効果について説明する。
(1)特許文献1に開示された同期通信方式では、マイコンから送信された同期トリガ信号をセンサ装置が受信し、その同期トリガ信号の受信タイミングで、センサ装置がマイコンにセンサ信号を送信する。同期通信方式では、マイコン側に同期トリガ信号を生成、送信する構成が必要となり、センサ装置側に同期トリガ信号を受信する構成が必要となるため、通信システムの構成が複雑となる。また、同期トリガ信号が正常に送信されず、伝達遅延や信号の欠落が発生した場合の対応についても考慮する必要がある。

0043

これに対し、第1〜第3実施形態の通信システム401、402、403は非同期通信方式を採用する。非同期通信方式では、同期トリガ信号を生成し送受信する構成が不要であるため、通信システムの構成を簡素にすることができる。また、同期トリガ信号の伝達遅延や欠落によって生じる不具合の発生を回避することができる。

0044

(2)非同期通信方式における、センサ装置の送信タイマとマイコンの演算タイマとのクロックずれの課題に対し、第1〜第3実施形態では、センサ値S(x)のサンプリング時、送信時、受信時のいずれかに付与された時差タイムスタンプの前回値TS(x−1)と今回値TS(x)との差分ΔTS(x)に基づいて、演算周期Zを差分ΔTS(x)に一致させるように補正する。これにより、送信周期Yと演算周期Zとの周期ずれが直接的に解消される。よって、マイコン711、713が制御演算を適切に実行可能となり、制御性を向上させることができる。
特に電動パワーステアリング装置90に適用される通信システムでは、演算処理部74は、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。

0045

(3)センサの検出信号にタイムスタンプを付与した従来技術として、特開2014−210472号公報には、2つのセンサからのセンサ信号の受信時にタイムスタンプを付与し、2つのセンサ間でのセンサ信号の同期を取る技術が開示されている。
しかしこの公報には、センサ装置とマイコンとのタイマのクロックずれに関し、また、そのクロックずれによる制御演算への影響を解消することについて、何ら記載も示唆もされていない。そもそも、第1〜第3実施形態とは技術課題が異なるものである。
この公報の従来技術に対し、第1〜第3実施形態では、センサ信号を伝送する通信システムにおいて、タイムスタンプをより有効に利用することができる。

0046

(第4、第5、第6実施形態)
次に、第4、第5、第6実施形態の通信システムについて、図9図12を参照する。
図9図10図11に、第4、第5、第6実施形態の通信システム404、405、406の構成をそれぞれ示す。各通信システム404、405、406が備えるセンサ装置、ECU、マイコンの符号を箇条書きで示すと次のようである。ECUに含まれるマイコンは、括弧内に記す。
通信システム404:センサ装置504及びECU704(マイコン714)
通信システム405:センサ装置505及びECU704(マイコン714)
通信システム406:センサ装置503及びECU706(マイコン716)

0047

各センサ装置504、505、503は、上記第1〜第3実施形態と共通の基本構成として、センサ素子51、サンプルホールド部53、送信回路54及び送信タイマ56を有する。通信システム406のセンサ装置503は、第3実施形態と実質的に同一である。
また、通信システム404、405のECU704(マイコン714)は共通である。マイコン714、716は、上記第1〜第3実施形態と共通の基本構成として、受信回路72、演算処理部74及び演算タイマ76を有する。

0048

第4〜第6実施形態では、送信タイマ56と演算タイマ76とのクロックずれによる制御演算への影響を解消するための「補正演算部」として、マイコン714、716内に、「データ補正演算部73」が設けられる。データ補正演算部73は、「センサ値とは別に付与された時間情報」としての「基準時タイムスタンプTSo」及び「使用時タイムスタンプTSu」の差分に基づいて、センサ値S(x)を補正する。

0049

第4〜第6実施形態に共通の構成として、使用時タイムスタンプTSuは、演算処理部74でのセンサ値S(x)の使用時に、使用時タイムスタンプ用タイマ79によって付与される。使用時タイムスタンプTSuは、付与された時刻を表示する標識であり、データ補正演算部73に取得される。

0050

基準時タイムスタンプTSoは、受信回路72でのセンサ値S(x)の取得以前に付与され、付与された時刻を表示する。基準時タイムスタンプTSoの付与主体、及び付与タイミングに応じて、第4〜第6実施形態が区別される。
第4、第5実施形態の通信システム404、405では、センサ装置504に設けられた基準時タイムスタンプ用タイマ58によって、基準時タイムスタンプTSoが付与される。基準時タイムスタンプ用タイマ58は、送信タイマ56と同じタイマで構成されてもよく、送信タイマ56とは別に設けられてもよい。

0051

通信システム404では、サンプルホールド部53でのセンサ値S(x)のサンプリング時に基準時タイムスタンプTSoが付与され、通信システム405では、送信回路54でのセンサ値S(x)の送信時に基準時タイムスタンプTSoが付与される。付与された基準時タイムスタンプTSoは、センサ値S(x)と共に信号線Lsを経由して、マイコン714に送信される。

0052

第6実施形態の通信システム406では、マイコン716内に設けられた基準時タイムスタンプ用タイマ78によって、受信回路72でのセンサ値S(x)の受信時に基準時タイムスタンプTSoが付与される。
マイコン716側に基準時タイムスタンプ用タイマ78を設ける第6実施形態では、センサ装置503にタイムスタンプ用タイマの回路を不要とすることができる。

0053

こうして、センサ値S(x)のサンプリング時、送信時、又は受信時のいずれかのタイミングで付与された基準時タイムスタンプTSoはデータ補正演算部73に取得される。
データ補正演算部73は、基準時タイムスタンプTSoと使用時タイムスタンプTSuとの差分に基づいてセンサ値S(x)のデータを補正し、補正後のセンサ値S*(x)を演算処理部74に出力する。演算処理部74は、補正後のセンサ値S*(x)を用いて制御演算を行い、演算値F(x)を出力する。

0054

続いて、データ補正演算部73によるデータ補正について、図12を参照する。図12には、受信時に基準時タイムスタンプTSoが付与される例を代表として記載する。
図12(a)に示すように、基準時タイムスタンプTSoは、受信回路72がセンサ値S(x)を受信した時刻を表し、使用時タイムスタンプTSuは、演算処理部74でセンサ値S(x)が実際に制御演算に使用される時刻を表す。そして、基準時タイムスタンプTSoと使用時タイムスタンプTSuとの差分は、受信時から使用時までの時間のずれである「遅延時間DL」を表す。つまり、遅延時間DLは、式(2.1)で定義される。
DL=TSu−Tso ・・・(2.1)

0055

遅延時間DLが長くなるほど、演算処理部74は、実際には過去のデータを現在値として用いて制御演算を行うことになるため、制御演算の精度が低下する。そのため、遅延時間DLはできるだけに0に近いことが好ましい。しかし、非同期通信システムでは、送信周期Yと演算周期Zとの周期ずれにより、遅延時間DLが次第に長くなる可能性がある。

0056

そこで、図12(b)に示すように、センサ値Sのデータが時間に対して線形変化することを前提として、データ補正演算部73は、式(2.2)により、基準時のセンサ値S(x)のデータを実際の使用時におけるセンサ値S*(x)の推定データに補正する。
S*(x)=S(x)+m×(TSu−Tso)=S(x)+m×DL
・・・(2.2)

0057

時間変化率mは、データ補正演算部73に定数として記憶されているか、又は、データ補正演算部73で算出される。
例えば、電動パワーステアリング装置90に適用されるシステムにおいて操舵トルクの変化率が常に一定であると仮定し、変化率mを固定の定数として記憶してもよい。また、道路状況や、車速スロットル開度等の運転状況に応じた複数パターンの変化率mのマップを記憶し、外部から入力される情報に応じて、変化率mを随時切り替えるようにしてもよい。或いは、演算処理部74がトルクの時間微分値を演算するシステムでは、直近の時間微分値に基づいて、都度、変化率mを算出するようにしてもよい。

0058

ところで、図12(a)に示すように、厳密には、サンプリング開始から送信開始までのサンプリング時間α、及び、通信時間βによる時間差が存在する。そのため、受信時に基準時タイムスタンプTSoを付与する第6実施形態では、式(2.2)に対し、さらにサンプリング時間α及び通信時間βを加味した式(2.3)を用いることが好ましい。
S*(x)=S(x)+m×(DL+α+β) ・・・(2.3)
ただし、サンプリング時間αについては、通信時間βや遅延時間DLに比べて十分に短く影響がほとんど無いと考えられる場合には無視してもよい。

0059

同様に、送信時に基準時タイムスタンプTSoを付与する第5実施形態では、式(2.2)に対し、サンプリング時間αを加味した式(2.4)を用いることが好ましい。
S*(x)=S(x)+m×(DL+α) ・・・(2.4)
ただし、サンプリング時間αについては、遅延時間DLに比べて十分に短く影響がほとんど無いと考えられる場合には無視してもよい。
上記の第6、第5実施形態に対し、サンプリング時に基準時タイムスタンプTSoを付与する第4実施形態では、式(2.2)を用いて、補正後のセンサ値S*(x)を算出することができる。

0060

以上の構成による第4〜第6実施形態の通信システム404、405、406は、上記第1〜第3実施形態との効果(1)〜(3)と同様の効果を奏する。
特に効果(2)における解決手段に関し、第4〜第6実施形態では、データ補正演算部73が、基準時タイムスタンプTSoと使用時タイムスタンプTSuとの差分である遅延時間DLに基づいてセンサ値S(x)のデータを補正する。これにより、演算処理部74は、実際の使用時点におけるセンサ値S*(x)の推定データを用いて制御演算を行うことができる。よって、送信周期Yと演算周期Zとの周期ずれによらず、マイコン714、716が制御演算を適正に実行可能となり、制御性を向上させることができる。

0061

(その他の実施形態)
(ア)センサ装置は、複数のセンサ素子を有してもよい。その場合、複数のセンサ値にそれぞれタイムスタンプが付与されてもよく、センサ素子毎に補正演算を行ってもよい。或いは、複数のうちいずれか特定のセンサ素子のセンサ値にタイムスタンプを付与して補正演算を行った結果を、他のセンサ素子のセンサ値に援用するようにしてもよい。

0062

(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。

0063

(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。

0064

(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。

0065

40(401〜406)・・・通信システム、
50(501、502、503、504、505)・・・センサ装置、
51・・・センサ素子、
53・・・サンプルホールド部、
54・・・送信回路、 56・・・送信タイマ、
70(701、703、704、706)・・・ECU、
71(711、713、714、716)・・・マイコン、
72・・・受信回路、 73・・・データ補正演算部(補正演算部)、
74・・・演算処理部、 75・・・タイマ補正演算部(補正演算部)、
76・・・演算タイマ。

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