JP2007008359A - 車両用センサ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、バスに接続された少なくとも一つ以上のセンサのそれぞれから送信されるデータを簡易な構成で取得することができる車両用センサ制御システムの提供を目的とする。
【解決手段】 状態検知を行う少なくとも一つ以上の車載センサ（センサＡ，Ｂ）とそれらの各センサからのデータを受信するセンサ制御部１０とを有する車両用センサ制御システムであって、センサ制御部１０は各センサに接続するバス２０ａ上に各センサのデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、各センサのそれぞれは検知した状態のデジタルデータを前記情報に応じてセンサ制御部１０に送信することを特徴とする車両用センサ制御システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも一つ以上のセンサとバスを介して接続する車両用センサ制御システムに関する。

従来から、車載のアナログセンサにより検出された検出値をアナログ信号でデータバス上に伝送し、そのバスに接続された制御装置の中のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換する自動車制御システムが知られている。（例えば、特許文献１参照）。この自動車制御システムの制御装置は、そのデジタル信号に変換されたアナログセンサの検出値に基づいて所定の自動車制御を実行する。
特開平１１−２７３００号公報

ところで、近年、車両に搭載されるセンサの増加に伴い、配線が増加したり、より多くのセンサ情報を取り込めるように制御ＥＣＵのコネクタピン数が増加したり、センサ情報を取り込む制御ＥＣＵ自体の数が増加したりしている。このような増加傾向に対応するため、ＣＡＮ等の通信プロトコルを使ったバスによって各センサとそのセンサ情報を取り込む制御ＥＣＵを接続することが多かった。

しかしながら、ＣＡＮ等の高度な通信プロトコルを使うと、制御ＥＣＵのみならずセンサ毎に、そのような通信プロトコルに対応する専用通信コントローラや専用通信ドライバＩＣ等を搭載する必要があるため、コスト高やシステムの複雑化の原因の一つとなっていた。

この点、上述の従来技術は、複数のセンサの検出信号をすべて多重通信回路に集めた後に制御ＥＣＵに送信する構成となっているが、複数のセンサが車両内に分散して配置されている場合には、各センサから多重通信回路へ結ばれる配線を集約することによって、配線が複雑化したり配線数が増加したりしてしまう。

そこで、本発明は、バスに接続された少なくとも一つ以上のセンサのそれぞれから送信されるデータを簡易な構成で取得することができる車両用センサ制御システムの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、
状態検知を行う少なくとも一つ以上の車載センサとそれらの各センサからのデータを受信する制御部とを有する車両用センサ制御システムであって、
前記制御部は前記各センサに接続するバス上に前記各センサのデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、前記各センサは検知した状態のデジタルデータを前記情報に応じて前記制御部に送信することを特徴とする車両用センサ制御システムが提供される。

これにより、各センサはデータ送信タイミングを規定する情報に従ってデータを送信するだけでよく、制御部は受信したデータがいずれのセンサの送信データなのかを容易に認識することができるようになる。

また、各センサが自身のデータ送信タイミングを把握するには、各センサのデータ送信タイミングを規定する情報は、周期の異なる少なくとも２つ以上のパルス部を有する同期パルスであることが望ましい。周期が変化したパルス部を起点として、各センサが所定の送信タイミングでデータを送信可能となる。

また、各センサのデータ送信タイミングを規定する情報が伝送するバスを各センサへの電源供給バスと共通化することで、省線化が図れる。この際、前記制御部は、パルス状の電圧を各センサの電源電圧として供給したり、パルス状の電流を各センサの電源電流として供給したりすると好適である。これにより、省線化を行っても、各センサにとって必要な電源供給を確保しつつ、各センサと制御部の同期をとることができるようになる。

また、前記制御部が送信する前記同期パルスの周波数を可変にすると、各センサの出力周期を可変にすることも可能である。

また、前記車載センサは、検知した状態をＡ／Ｄ変換する際の電源電圧を分圧したリファレンス電圧のデジタルデータを前記制御部に送信することが好ましい。これにより、制御部側は、各センサがＡ／Ｄ変換する際の電源電圧も取得することによって、検知した状態のデジタルデータをその取得した電源電圧のデジタルデータに基づいて補正することができるようになる。

また、前記車載センサは、検知した状態のアナログデータの前回値と今回値との差分をＡ／Ｄ変換したデジタルデータを送信することも好適である。これにより、分解能が上がり、センサが送信する送信データの精度を向上させることができる。

本発明によれば、バスに接続された少なくとも一つ以上のセンサのそれぞれから送信されるデータを簡易な構成で取得することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す例図である。車載のセンサＡと車載のセンサＢは、車両に関しての状態検知を行い、３本のバス２０ａ，２０ｂ，２０ｃを介してセンサ制御部１０に接続されている。センサ制御部１０は、センサＡやセンサＢが送信したデータを受信する。センサ制御部１０は、各センサから受信したデータを一時的にメモリし、それらのデータに基づいて所定の制御を実施する。例えば、センサ制御部１０は、周期的にもしくは他の制御装置からの要求に応じて、他の制御装置と接続するバス２０ｄ上に各センサから受信したデータに基づき演算された制御信号を送信する。なお、説明の便宜上、本実施例におけるセンサの数は２つであるが、それ以上の数があってもよい。

バス２０ａにはセンサＡ，Ｂがデータを送信するタイミングを規定する情報が伝送し、バス２０ｂにはセンサＡ，Ｂが検知した状態のデジタルデータが伝送する。バス２０ｃはセンサ制御部１０のＧＮＤ（グランド）とセンサＡ，ＢのＧＮＤを共通にするラインである。センサ制御部１０は、センサＡ，Ｂに接続するバス２０ａ上に上記のデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、センサＡ，Ｂのそれぞれは検知した状態のデジタルデータをそのデータ送信タイミングを規定する情報に応じてセンサ制御部１０に送信する。

センサ制御部１０が送信する上記のデータ送信タイミングの規定情報には、同期パルス（同期クロック）がある。例えば、各センサは、同期パルス上のセンサ毎に既定のエッジでデジタルデータをセンサ制御部１０に送信する。なお、センサ制御部１０が送信する上記のデータ送信タイミングの規定情報は、ＩＤ情報でもよい。各センサは、自身に付与されたＩＤ情報と同一のＩＤ情報を受信した時にデジタルデータをセンサ制御部１０に送信する。

図５は、各センサ内の概略構成図である。各センサは、概ね、センサエレメント３６とインテリジェント化汎用ＩＣ３０（以下、「ＩＣ３０」という）と電源回路３７とを有している。

電源回路３７は、外部から供給される電源電圧をレギュレートする。電源回路３７によってレギュレートされた電圧が、電源電圧として、センサ内のＩＣ３０等に供給される。センサエレメント３６は、物理量を検知する部位である。例えば、温度に応じて電気抵抗が変化する半導体素子や、圧力変化を検知する歪みゲージや、回転体の回転数を測定するマグネットコイルが挙げられる。センサエレメント３６によって検知されたアナログ値は、ＩＣ３０に入力され、Ａ／Ｄ変換部３４によってデジタル値に変換される。変換されたデジタル値はレジスタ３５にセットされる。カウンタ処理部３３は、センサ制御部１０がバス２０ａを介して送信したデータ送信タイミングの規定情報をモニターする。例えば、同期クロックのカウントがカウンタ処理部３３により行われる。出力回路３２は、カウンタ処理部３３によるカウント結果に基づいて既定の送信タイミングでレジスタ３５内の値をバス２０ｂに送信する。

図２は、バス２０ａを伝送する同期クロックとバス２０ｂを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第１の例図である。センサ制御部１０はデータ送信タイミングを規定する同期クロックを図２（ａ）のようにバス２０ａ上に送信している。図２（ａ）の同期クロックは、パルス２とパルス３の間に欠け歯（欠損部）を有している。センサ制御部１０は、所定の周期で欠け歯が出現する同期クロックをバス２０ａ上に送信する。

センサＡは欠け歯の後の１番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されるとともに、センサＢは欠け歯の後の６番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されている。各センサとセンサ制御部１０間でこのような取り決めを予め行うことにより、センサ制御部１０は受信したデータがいずれのセンサの送信データなのかを認識することができるようになる。

また、図２のほかにも、図３のように同期をとることができる。図３は、バス２０ａを伝送する同期クロックとバス２０ｂを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第２の例図である。センサ制御部１０はデータ送信タイミングを規定する同期クロックを図３（ａ）のようにバス２０ａ上に送信している。図３（ａ）の同期クロックは、周期の異なる２つのパルス部を有している。図３（ａ）の例では、他のパルス部より周期の長いパルス部（パルス３，４，５から構成される部分）を有している。センサ制御部１０は、所定の周期で、他のパルス部と周期の異なるパルス部が出現する同期クロックをバス２０ａ上に送信する。各センサ内のカウンタ処理部３３は周期の変化も含めて同期クロックをモニターしている。

センサＡは異周期パルス部の３パルス後の１番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されるとともに、センサＢは異周波パルス部の３パルス後の６番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されている。各センサとセンサ制御部１０間でこのような取り決めを予め行うことにより、センサ制御部１０は受信したデータがいずれのセンサの送信データなのかを認識することができるようになる。

ところで、各センサのデータの出力の順番を可変に設定することができれば、一度設定した出力順番を再設定できる等の拡張性が高くなる。そこで、各センサには、ＩＤ設定部３１を備えることが望ましい。ＩＤ設定によって欠け歯から何番目にデジタルデータを送信するかが決められる。ＩＤ設定部３１は、センサ外部からの入力設定に応じて出力順番を決定する。

例えば、ＩＤ設定部３１は、調整抵抗による抵抗値の調整によって定まる入力電圧に応じて出力順番を決定する。すなわち、調整抵抗によって分圧された入力電圧がＩＤ設定部３１に入力され、その入力電圧と出力順番との既定の対応関係に基づいて出力順番が決定される。例えば、ＩＤ設定部３１への入力電圧が１Ｖと設定されたセンサは欠け歯から１番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信すると対応付けられ、ＩＤ設定部３１への入力電圧が４Ｖと設定されたセンサは欠け歯から６番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信すると対応付けられる。なお、その入力電圧値を例えば８ｂｉｔ分解能でＡ／Ｄ変換することによって、２５６通りの出力順番を変更することもできる。また、ＩＣ３０のいくつかの汎用ポートをプルアップやプルダウンすることにより入力されるＬｏ／Ｈｉ電圧の組み合わせによって、出力順番の決定を行うことも可能である。

また、各センサのデータの出力の順番を可変にするだけでなく、各センサの出力周期を可変にすることができれば制御上望ましい場合がある。例えば、制御上、センサＡのデータは速い周期で取り込む必要がある一方で、センサＢのデータは遅い周期で取り込んでもよい場合がある。図６は、各センサのデータの出力周期を可変にする態様を示す図の一例である。

センサＡは欠け歯の後の１番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されるとともに、センサＢは欠け歯の後の６番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されている。そして、センサ制御部１０は、欠け歯が任意のタイミングで出現する同期パルスをバス２０ａ上に送信する。これにより、センサ制御部１０が、任意のタイミングで欠け歯を生成すれば、必然的に、欠け歯の後の１番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されたセンサＡのデータが出力されることになる。つまり、出力周期を速くしたい等の優先順位の高いセンサは、欠け歯の後のできるだけ近いパルスのエッジでデジタルデータを送信するように設定すればよい。

あるいは、センサ制御部１０が送信する同期パルスの周波数を可変にすることによって、各センサの出力周期を可変にすることも可能である。例えば、センサＡは欠け歯の後の１番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されていれば、同期パルスの周波数を速くすることによって、センサＡの出力周期を速くすることができる。同期パルスの周波数を速くすることは、車両用センサ制御システムの立ち上げ時に実施される各センサのイニシャルチェックの時間短縮にも貢献する。

センサ制御部１０が同期パルスの周波数を可変することによって、センサ内のセンサエレメント３６のダイナミックレンジを可変するようにしてもよい。すなわち、同期パルスの周波数とセンサエレメント３６のダイナミックレンジとの既定の対応関係に基づいてダイナミックレンジが決定される。例えば、センサ制御部１０が精度のよいデータを要求する場合には、その要求を表す所定の周波数の同期パルスをバス２０ａに送信し、それを受けたセンサ側は、Ａ／Ｄ初段の増幅率を変えたり、倍精度データをセンサ制御部１０に送信したりする。

ところで、車両用センサ制御システムのフェールセーフとして、センサ制御部１０は、定期的に各センサの機能を停止させてチェックする制御を実行する。いま、センサＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、欠け歯の後の１，４，７番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されていると仮定する。デジタルデータの送信がセンサＡのみとなるように、センサ制御部１０は、欠け歯の後の２番目のパルスまでの同期パルスを送信する。センサ制御部１０は、受信したセンサＡのデータのチェックが正常であるならば、次に、デジタルデータの送信がセンサＢまでとなるように、欠け歯の後の５番目のパルスまでの同期パルスを送信する（このとき、センサＡ，Ｂがデータを送信することになる）。センサ制御部１０は、受信したセンサＢのデータのチェックが正常であるならば、次に、デジタルデータの送信がセンサＣまでとなるように、欠け歯の後の８番目のパルスまでの同期パルスを送信する（このとき、センサＡ，Ｂ，Ｃがデータを送信することになる）。このような繰り返しを行うことによって、バスに接続される全てのセンサのチェックを行うことが可能となるとともに、バスに接続される他のセンサの影響を排除して一センサのチェックをすることができるようになる。

上記の車両用センサ制御システムのフェールセーフという意味では、デジタルデータが伝送するバスを１本ではなく、図７に示されるように、バス２０ｅと２０ｆの２本にしてもよい。このように配線の冗長化をすれば、断線やショートにより１本が送受信不能になっても、残りの１本で送受信を続けることが可能になる。なお、ＧＮＤラインは、上述の例と同様にセンサ制御部１０と接続してもよいし、各センサの搭載付近のアース可能な位置に接続してもよい。

また、図８に示されるように、ミラーデータを送信するようにしてもよい。つまり、データバス２０ｅにはデジタルデータを、データバス２０ｆにはそのミラーデータを送信することによって、コモンモードノイズ等の影響を防ぎ、通信の信頼性を高めることができる。

ところで、同期クロックが伝送するバス２０ａを各センサへの電源供給バスと共通化することによって、省線化を図ることが可能である。図４は、電源供給バスと同期クロックの伝送バス２０ａを共通化したバス上のパルス波形の一例である。図４（ａ）は、センサ制御部１０によって送信された電源電圧をパルス状に制御した同期パルスである。つまり、パルス状の電圧が各センサの電源電圧として供給される。図４（ａ）の場合、センサ制御部１０内に電圧制御回路（例えば、スイッチング電源回路やシリーズ電源回路）を設け、電圧制御回路がバス２０ａに図４（ａ）のような５Ｖ−１２Ｖのパルス波形を同期クロックとして出力する。一方、図４（ｂ）は、センサ制御部１０によって送信された電源電流をパルス状に制御した同期パルスである。つまり、パルス状の電流が各センサの電源電流として供給される。図４（ｂ）の場合、センサ制御部１０内に定電流制御回路を設け、定電流制御回路がバス２０ａに図４（ｂ）のような５ｍＡ−１０ｍＡのパルス波形を同期クロックとして出力する。なお、これらの電源電圧による同期クロックも電源電流による同期クロックも、上述と同様に、欠け歯もしくは異周期のパルス部を有する。

他方、センサ側のカウンタ処理部３３は、電源電圧による同期クロックもしくは電源電流による同期クロックのカウントを、上記の省線化しない場合の同期クロックと同様に行う。そして、出力回路３２は、カウンタ処理部３３によるカウント結果に基づいて既定の送信タイミングでレジスタ３５内の値をバス２０ｂに送信する。

これにより、上記の省線化を行っても、センサにとって必要な電源供給を確保しつつ、各センサとセンサ制御部１０の同期をとることができるようになる。なお、電源電圧の変動によってセンサ内のＡ／Ｄ変換部３４での変換値が変動しないように、電源回路３７はバス２０ａから供給される電源電圧をレギュレートして、Ａ／Ｄ変換部３４を有するＩＣ３０に供給する必要がある。また、各センサに供給されるパルス状の電源電圧の実効値は、各センサの正常作動に必要な最低作動電圧を下回らないようにすることが必要である。

ところで、電圧レシオ性のないセンサでは、Ａ／Ｄ変換部３４に供給される電源電圧の変動によってそのＡ／Ｄ変換値も変化するため、電源回路３７によりレギュレートされた電源電圧の精度が悪いとその変換精度も悪くなってしまう。そのため、各センサは、自身が検知した状態をＡ／Ｄ変換する際の電源電圧をモニターするために、電源電圧を抵抗等により分圧して得られるリファレンス電圧をモニターする。そして、そのリファレンス電圧をＡ／Ｄ変換部３４により変換されたデジタルデータをセンサ制御部１０に送信するようにする。これにより、センサ制御部１０は、各センサが検知した状態のデジタルデータのみを受信しただけではそのデジタルデータのＡ／Ｄ変換精度を認識することはできないが、各センサがＡ／Ｄ変換する際の電源電圧も取得することによって、検知した状態のデジタルデータの補正をその取得した電源電圧のデジタルデータに基づいてすることができるようになる。

また、センサの出力値は、所定の検知周期で検知した状態のアナログデータをそのままデジタルデータにＡ／Ｄ変換して送信するのではなく、検知した状態のアナログデータの前回値と今回値との差分をＡ／Ｄ変換したデジタルデータを送信するようにしてもよい。これにより、分解能が上がり、センサが送信する送信データの精度を向上させることができる。例えば、前回送信した値が３Ｖで今回送信する値が３．１Ｖのアナログデータの場合、差分の０．１ＶをＡ／Ｄ変換したデジタルデータをセンサは送信する。

また、Ａ／Ｄ変換したデジタルデータの下位ビットのみを所定の送信周期で送信し、Ａ／Ｄ変換したデジタルデータの上位ビットをその所定の送信周期よりも長い送信周期で送信するようにしてもよい。これにより、送信データの量を制限しつつ、精度が必要なデータをセンサ制御部１０は取得することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、図９に示されるように、同期クロックが伝送するバスを各センサへの電源供給バスと共通化したバス２０ａと、センサ制御部１０が送信する各センサに付与されたＩＤ情報が伝送するバス２０ｇと、センサＡ，Ｂが検知した状態のデジタルデータが伝送するバス２０ｂと、センサ制御部１０のＧＮＤとセンサＡ，ＢのＧＮＤを共通にするバス２０ｃとを有する車両用センサ制御システムが挙げられる。

センサ制御部１０はＩＤ情報をバス２０ｇ上に送信し、各センサは常にバス２０ｇ上のＩＤ情報をモニターする。各センサは自身のＩＤ情報と一致したときのみ検知した状態のデジタルデータをセンサ制御部１０に向けてバス２０ｂ上に送信する。これにより、センサ制御部１０は、ＩＤを指定することによって特定のセンサが検知した状態のデジタルデータを必要なときに取得できるようになる。その結果、バスの負荷を低減させることができ、物理的に可能な限りの多数のセンサを接続することが可能となる。

本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す例図である。 バス２０ａを伝送する同期クロックとバス２０ｂを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第１の例図である。 バス２０ａを伝送する同期クロックとバス２０ｂを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第２の例図である。 電源供給バスと同期クロックの伝送バス２０ａを共通化したバス上のパルス波形の一例である。 各センサ内の概略構成図である。 各センサのデータの出力周期を可変にする態様を示す図の一例である。 本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す第２の例図である。 データバス２０ｅ，２０ｆを伝送するデジタルデータを示す図である。 本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す第３の例図である。

符号の説明

１０ センサ制御部
２０ データバス
２０ａ，ｅ，ｆ 同期クロックの伝送バス
２０ｂ センサが送信したデジタルデータの伝送バス
２０ｃ グランドライン
２０ｄ 他の制御装置と接続するバス
２０ｇ ＩＤ情報が伝送するバス
３０ インテリジェント化汎用ＩＣ

Claims (8)

1. 状態検知を行う少なくとも一つ以上の車載センサとそれらの各センサからのデータを受信する制御部とを有する車両用センサ制御システムであって、
   前記制御部は前記各センサに接続するバス上に前記各センサのデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、前記各センサは検知した状態のデジタルデータを前記情報に応じて前記制御部に送信することを特徴とする車両用センサ制御システム。
2. 前記情報は、周期の異なる少なくとも２つ以上のパルス部を有する同期パルスである請求項１記載の車両用センサ制御システム。
3. 前記情報が伝送するバスを前記各センサへの電源供給バスと共通化した、請求項１または２記載の車両用センサ制御システム。
4. 前記制御部は、パルス状の電圧を前記各センサの電源電圧として供給する、請求項３記載の車両用センサ制御システム。
5. 前記制御部は、パルス状の電流を前記各センサの電源電流として供給する、請求項３記載の車両用センサ制御システム。
6. 前記制御部は、前記同期パルスの周波数を可変にする、請求項２記載の車両用センサ制御システム。
7. 前記車載センサは、検知した状態をＡ／Ｄ変換する際の電源電圧を分圧したリファレンス電圧のデジタルデータを前記制御部に送信する、請求項１から６のいずれかに記載の車両用センサ制御システム。
8. 前記車載センサは、検知した状態のアナログデータの前回値と今回値との差分をＡ／Ｄ変換したデジタルデータを送信する、請求項１から７のいずれかに記載の車両用センサ制御システム。

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