JP2010282372A - データ通信方法及び車輪の状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号処理装置やプログラムなどの規模の増大を抑制しつつ、共通の信号線で複数の情報を伝送することができるデータ通信方法を提供する。
【解決手段】矩形波Ｆ１の周期により第１の物理量を伝達すると共に、矩形波Ｆ１の１周期におけるハイレベル及びローレベルの何れか一方の所定位置に重畳される重畳パルスＦ３ａによって第１の物理量とは異なる第２の物理量を伝達し、各周期における重畳パルスＦ３ａのパルス数によって前周期までに伝達された第２の物理量の増減を表して第２の物理量を伝達する。
【選択図】図７

Description

本発明は、共通の信号線で異なる物理量を伝送するデータ通信方法に関する。また、そのようなデータ通信方法を用いて車輪の状態を示す物理量を伝送する車輪の状態検出装置に関する。

ＡＢＳ（anti lock braking system）や車両の安定制御装置等の車載システムでは、その制御を行うために、車輪の回転速度を測定するために回転速度センサを利用している。回転速度センサは、車輪の近傍に配置され、その検出結果は信号線を用いて車載の制御装置へ伝達される。車輪の情報としては、回転速度の他、タイヤの空気圧などもあり、これは空気圧センサなどによって検出される。近年、車両には多くのセンサが搭載され、その数はさらに増加することが予想される。従って、各センサに対して個別に信号線を設けていては信号線の数が膨大となる。そこで、例えば、回転速度センサの信号線に空気圧センサの検出結果などの他の検出結果を重畳させるなど、共通の信号線で複数の情報を伝送する技術が提案されている。

特表２００１−５０５６９１号公報（特許文献１）には、回転速度センサによって供給されるデータと追加データとを共通の１本の信号ラインを経て伝送するための方法が提案されている。これは、パルス状の回転速度センサの信号をトリガとして、パルスとパルスとの間に、シリアルビットデータを重畳させるものである。また、特開２００５−２７４３１０号公報（特許文献２）には、車輪の回転に応じて出力される概ねデューティー５０％のパルス状の信号のハイ期間において、シリアルビットデータを重畳させる方法が提案されている。これは、車輪の回転に応じて出力されるパルスの波高よりも大きく、当該パルスよりも狭幅の重畳パルスにより、シリアルビットデータを表すものである。

特表２００１−５０５６９１号公報（第２ページ、図１等） 特開２００５−２７４３１０号公報（第５５〜６２段落、図１０等）

これらの方法は、回転速度センサの信号線に他の情報を重畳させることができる優れたものである。しかし、回転速度が速い場合には充分に情報を重畳させることができなくなる可能性がある。つまり、パルスとパルスとの間が短くなり、シリアルビットデータの生成が困難となったり、パルスのハイ期間が短くなって、重畳パルスの生成が困難になったりする可能性がある。スタートビットやストップビットやパリティビットを設けることによって、複数の周期に亘ってシリアルデータを伝送することは可能である。しかし、情報の送信側も受信側もそれに見合った制御機能を必要とするので、信号処理装置やプログラムの規模を増大させる可能性がある。

従って、信号処理装置やプログラムなどの規模の増大を抑制しつつ、共通の信号線で複数の情報を伝送することができるデータ通信方法の提供が望まれる。

上記課題を解決するための本発明に係るデータ通信方法は、少なくとも矩形波の周期により第１の物理量を伝達すると共に、当該矩形波の１周期におけるハイレベル及びローレベルの何れか一方の所定位置に重畳される重畳パルスによって前記第１の物理量とは異なる第２の物理量を伝達し、各周期における前記重畳パルスのパルス数によって前周期までに伝達された前記第２の物理量の増減を表して前記第２の物理量を伝達することを特徴とする。

この特徴によれば、矩形波の各周期において第２の物理量の値自体を伝達する必要がなく、前周期との差分を伝達すれば足りる。従って、矩形波の各周期において伝達する情報量が少なくなる。その結果、信号処理装置やプログラムなどの規模の増大が抑制される。第２の物理量を示す重畳パルスは、第１の物理量を示す矩形波に重畳されるから、共通の信号線で複数の情報を伝送することもできる。

ここで、前記重畳パルスが、各周期において２つ以上重畳可能であり、パルス数によってゼロを含む増減数を示すと好適である。

重畳パルスが各周期において１つだけ重畳される場合であっても、例えば、重畳パルスが有りの時に増加、無しの場合に減少を示すこととして、増減を示すことが可能である。しかし、２以上の重畳パルスが各周期において重畳可能に構成されると、例えば、重畳パルスが無しの場合に減少、２つ有りの時に増加、１つ有りの時に増減無しの状態を示すことが可能となる。つまり、第２の物理量に変動がない場合には、不要な振動を抑制して、良好に第２の物理量を伝達することが可能となる。あるいは、重畳パルスが無しの場合に第２の物理量を初期値に戻すリセット状態を示すようにすることもできる。第２の物理量を受け取る制御装置では、このリセット状態を基準とすることにより、より正確に第２の物理量を得ることが可能となる。

また、本発明に係るデータ通信方法は、所定の期間における前記矩形波の周期数と、前記重畳パルスのパルス数とに基づいて、前記第２の物理量の値を示すと好適である。

矩形波の各周期において前周期から増減を示すのみではなく、所定の期間において第２の物理量の値を求めることができるので、第２の物理量を受け取る制御装置は都度、増減を追跡することなく、必要なタイミングで第２の物理量を求めることができる。

ここで、前記第１の物理量が、車輪の回転状態を示す物理量であると好適である。

例えば、車輪の回転状態として回転速度を示す物理量は、矩形波の周期によって示すことができる。また、車輪の近傍には、車輪の温度や、車輪の空気圧を検出するセンサも備えられている。これらのセンサにより検出された物理量を第２の物理量として伝達することで、伝送線の増加を抑制しつつ、複数の情報を伝達することが可能となる。

さらに、前記第２の物理量が、前記車輪の回転軸方向に沿った方向から前記車輪に印加される横力を示す物理量であると好適である。

近年、横すべり防止装置などの安定制御装置において利用するために、車両に対する横力の検出も求められているので、第２の物理量として横力を伝達すると伝送線の増加を抑制しつつ、複数の情報を伝達することができて好適である。尚、１つの実施形態として、車輪に対して固定された被検出体に対して所定の間隔を有して検出素子を対向配置させ、被検出体の回転に応じて検出素子から出力される交流の検出信号の周期を第１の物理量として伝達することができる。また、車輪に横力が加わった場合には、当該所定の間隔が変動することにより変動する交流の検出信号の振幅を第２の物理量として伝達することができる。つまり、同一の検出素子から得られる２つの物理量を、共通の信号線により伝達することができる。

上記課題を解決するための本発明に係る車輪の状態検出装置の特徴構成は、
車輪の回転に応じて出力される交流の検出信号に基づいて、第１の物理量を伝達する信号として、当該検出信号の周期に応じた周期を有する矩形波の回転検出信号を生成する回転検出信号生成部と、
前記回転検出信号の各周期において重畳可能であり、各周期において重畳されるパルス数によって、前周期までに伝達された値に対する増減を表して、前記第１の物理量とは異なる第２の物理量を伝達する付加信号を生成する付加信号生成部と、
前記回転検出信号の１周期におけるハイレベル及びローレベルの何れか一方の所定位置に、前記付加信号を重畳する出力部と、
を備える点にある。

車輪の回転状態として回転速度を示す物理量は、矩形波の周期によって示すことができ、多く実用化されている。また、近年、横すべり防止装置などの安定制御装置において利用するために、車両に対する横力の検出も求められている。この横力は、車両に搭載したヨーレイトセンサの他、車輪に内蔵されたＭＥＭＳセンサなどによっても検出することが可能である。車輪の回転速度を検出するセンサは、車輪の近傍に設けられるため、車輪に内蔵されたＭＥＭＳセンサなどによって検出される横力を第２の物理量として伝達することで、伝送線の増加を抑制しつつ、複数の情報を伝達することが可能な車輪の回転状態検出装置を提供することができる。

回転体と被検出体と回転状態検出素子との関係を模式的に示す側面図 図１の被検出体のIIの方向からの矢視図 車輪の状態検出装置の構成例を模式的に示すブロック図 検出信号をデジタルカウント値へ変換する方法の一例を示す説明図 周期信号を生成する方法の一例を示す説明図 横力により検出信号の振幅（波高）が変化する例を示す波形図 横力を示す情報が増減する一例を模式的に示す波形図 重畳パルスの種類を示す説明図 矩形波の周期数と重畳パルスの数とにより横力の値を示す一例を示す図 出力信号生成方法の一例を示すフローチャート 矩形波の周期数と重畳パルスの数とにより横力の値を示す他の例を示す図 周期信号を生成する方法の他の例を示す説明図 横力を示す情報が増減する他の例を模式的に示す波形図

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施形態を車両の車輪の回転状態を検出して、回転情報をＡＢＳや横滑り防止装置（ESC : electronic stability control）などの制御を行うＥＣＵ（electronic control units）に出力する車輪の状態検出装置を例として説明する。図１及び図２に示すように、回転体としての車両の車輪９の回転状態を検出するための被検出体として、マグネットロータ８が車輪９に対して固定されて設けられる。マグネットロータ８は、車輪９に直接に固定されていても良いし、図１に示すように、車輪９を固定するシャフト７（回転軸）に固定されていても良い。車輪９の回転（マグネットロータ８の回転）を検出するための検出素子であるセンサ１０は、ハブベアリング等、車輪９と共に回転しない車両側に取り付けられる。センサ１０は、マグネットロータ８に対して所定の間隔Ａを有して対向配置される。センサ１０は、ホール素子やホール素子を備えたホールＩＣなどの磁気検出センサである。

センサ１０は、車輪９及びマグネットロータ８の回転に応じて交流の検出信号Ｓを出力する。マグネットロータ８には、図２に示すように所定ピッチでＮ極及びＳ極が交互に設けられており、ＮＳ両極がセンサ１０を通過することによって交流の検出信号Ｓが出力される。マグネットロータ８がセンサ１０を通過する速度によって検出信号Ｓの交流周波数が変化する。これによって、マグネットロータ８と一体回転する車輪９の回転速度（所定時間当たりの回転数）を知ることができる。センサ１０による磁気検出の原理については、公知であるので、詳細な説明は省略する。

ところで、車両の走行に伴って、車輪９には図１におけるシャフト７に沿った方向の力が印加される。ここでは、このシャフト７（回転軸）に沿った方向から印加される力を以下「横力」と称する。この横力により、車輪９は図１に矢印Ｂで示すように、回転ブレを生じる。この回転ブレによって、対向配置されるセンサ１０とマグネットロータ８との間の所定の間隔Ａに変化が生じる。その結果、センサ１０の磁界の強さ、又は磁束の大きさが変化するので、センサ１０が出力する交流成分の検出信号Ｓの振幅（波高値）が変化する。検出信号Ｓは、このような波高値の変化の他、温度変化による直流成分の増減なども有するので、車輪の状態検出装置は、正確に交流周波数を検出するべく、以下のような信号処理を行う。

本実施形態において、車輪の状態検出装置は、図３に示すように、受取部１と、波高検出部２と、周期信号生成部（回転検出信号生成部）３と、出力部４とを備えて構成される。受取部１は、上述したように、回転体の回転に応じて出力される交流の検出信号Ｓを受け取る機能部である。回転センサなどのセンサから出力される検出信号Ｓは高インピーダンスの信号であることが多い。受取部１は、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いバッファ１１などを備えて構成される。波高検出部２は、検出信号Ｓの波高を検出する機能部である。周期信号生成部３は、検出信号Ｓの波高に応じて設定されるしきい値（Ｔｈ）に基づいて検出信号Ｓの周期に応じた周期を有する周期信号（回転検出信号）Ｆ１を生成する機能部である。横力検出信号生成部（付加信号生成部）５は、回転体に印加される横力を示す横力検出信号（付加信号）Ｆ３を、検出信号Ｓの波高値に応じて生成する機能部である。出力部４は、周期信号Ｆ１及び横力検出信号Ｆ３を合成して１つの出力信号Ｆとして出力する機能部である。周期信号生成部３、横力検出信号生成部５、出力部４の詳細については後述する。

初めに、波高検出部２及び周期信号生成部３の機能について詳述する。本実施形態において、車輪の状態検出装置は、マイクロコンピュータなどを中核とする電子回路によって構成される。各機能部は、ハードウェア及びハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現される。以下、本実施形態では、検出信号Ｓをデジタル変換して、デジタル信号処理する場合を例として説明する。図４は、検出信号Ｓをデジタルカウント値Ｄへ変換する方法の一例をし、図５は、周期信号Ｆ１を生成する方法の一例を示す。図３に示すように、本実施形態において、波高検出部２は、Ａ／Ｄ変換部２１と、反転しきい値設定部２２と、コンパレータ２３と、カウンタ２４と、レジスタ２５とを有して構成される。そして、検出された波高値に基づいて、周期信号生成部３が周期信号Ｆ１を生成する。

上述したように、受取部１において検出信号Ｓはインピーダンス変換されており、この際、同時に信号の増幅処理等を施されることも可能である。従って、厳密には受取部１が受け取る検出信号Ｓではなく、受取部１から出力される信号がデジタル変換されることになるが、情報処理上の信号処理においては、受取部１の前後において同様の信号であると考えることができる。従って、以下、受取部１から出力される信号についても、検出信号Ｓと称して説明する。

Ａ／Ｄ変換部２１は、検出信号Ｓを所定の条件に従ってデジタル変換する機能部であり、Ａ／Ｄコンバータを有して構成される。Ａ／Ｄコンバータには、フラッシュ型、逐次比較型、積分型など種々の種類のものがあり、変換速度や変換精度などに応じて、適宜最適なものが選択される。また、Ａ／Ｄコンバータの出力形態も、アナログの入力に対して絶対的な値をデジタル値として出力するものや、アナログの入力が所定量の変化をするごとにトリガ信号を出力するものなど、種々の形態のものがあり、適宜選択される。本実施形態においては、絶対的な値をデジタル値として出力するものではなく、所定量の変化（所定のステップ）ごとに、トリガ信号を出力するタイプのＡ／Ｄコンバータが用いられる場合を例として説明する。

本実施形態において、このタイプのＡ／Ｄコンバータを用いるのは以下の対策のためである。つまり、回転センサの検出信号Ｓの振幅中心が揺れた場合、即ち、直流分のオフセットに変動が生じた場合であっても、検出信号Ｓの振幅（波高）に応じて適切な信号処理を可能とするためである。直流分のオフセットは、カップリングコンデンサや直流バイアスなどを利用した別の信号処理回路によって解消させることも可能である。当業者であれば、以下に示す本実施形態の説明を理解して、絶対的な値をデジタル値として出力するタイプのＡ／Ｄコンバータを用いて本発明のセンサ信号処理装置を構成することが可能であろう。従って、本実施形態は本発明を限定するものではない。

Ａ／Ｄ変換部２１は、検出信号Ｓが所定量だけ変化するごとに、具体的には、振動する波形のピークＰの側に向かって所定量だけ変化するごとに、トリガ信号を出力する。振動する波形の波高値のことを「ピーク・トゥ・ピーク（peak to peak）」と称するように、本実施形態において「波形のピークＰ」とは、波形の山側及び谷側の双方を指すものとする。図４に示すように、所定の反転しきい値ＲよりもピークＰの側において、トリガ信号が出力され、このトリガ信号がカウンタ２４において計数されて、デジタルカウント値Ｄとなる。図４において、正弦波状の検出信号Ｓに沿って、階段状に変化し、５、６、７・・・２４、２５と値が付記されたものがデジタルカウント値Ｄである。反転しきい値Ｒについては後述する。

検出信号ＳがピークＰに達すると、ピークＰに向かって検出信号Ｓが所定量だけ変化することがなくなる。従って、デジタルカウント値Ｄは、検出信号ＳのピークＰの近傍において一定値が継続する状態となる。図４に示す例においては、デジタルカウント値Ｄが２５において継続しており、デジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pとなっている。カウンタ２４がアップ・ダウン・カウンタであり、検出信号ＳがピークＰの方向及びその反対方向に所定量だけ変化した場合に、それぞれ異なるトリガ信号がＡ／Ｄ変換部２１から出力される構成であれば、検出信号Ｓの波形に応じたデジタルカウント値Ｄを得ることが可能である。しかし、この場合には、ノイズなどにより検出信号ＳがピークＰ以外の位置で増減した場合にも追従してしまう可能性が生じる。そこで、本実施形態においては、カウンタ２４はアップ・カウンタとして構成される。そして、検出信号Ｓが逆方向へ変化する（ピークＰとは反対方向への変化する）際には、デジタルカウント値Ｄの複数カウント分に相当する所定の変化幅ｈを超えた場合に、ピークＰを超えて反転したと判定されるように構成される。つまり、ヒステリシスが設定される。

具体的には、本実施形態においては、反転しきい値設定部２２において、検出信号ＳがピークＰを超えて反転したか否かを判定するための反転しきい値Ｒが設定される。ここでは、反転しきい値Ｒは、デジタルカウント値Ｄの５カウント分に当たる変化幅ｈを有して設定される。Ａ／Ｄ変換部２１は、最新のトリガ信号の出力時の検出信号Ｓのアナログ値（又は、Ａ／Ｄ変換しきい値であるアナログ値）を反転しきい値設定部２２に伝達する。反転しきい値設定部２２は、受け取った当該アナログ値に所定の変化幅ｈ（ヒステリシス値）を加味して、反転しきい値Ｒを設定する。検出信号Ｓが上昇している時（ピークＰが山側の時）には、当該アナログ値から上記ヒステリシス値ｈが減算されて、反転しきい値Ｒが設定される。検出信号Ｓが下降している時（ピークＰが谷側の時）には、当該アナログ値に上記ヒステリシス値ｈが加算されて、反転しきい値Ｒが設定される。

反転しきい値Ｒは、反転判定部として機能するコンパレータ２３に入力される。コンパレータ２３は、検出信号Ｓと反転しきい値Ｒとを比較して、検出信号ＳがピークＰを超えて反転したか否かを判定する。コンパレータ２３からの判定出力を受け取ったカウンタ２４は、デジタルカウント値Ｄのピーク値ＤPをレジスタ２５に転送して記憶させると共に、自身（カウンタ２４）のデジタルカウント値Ｄをプリセットする。図２に示す例では、カウンタ２４は、レジスタ２５にデジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pとして「２５」を記憶させ、自身（カウンタ２４）のデジタルカウント値Ｄを「５」にプリセットする。プリセットされる値「５」は、上記ヒステリシス値ｈに対応するデジタルカウント値Ｄのステップ数である。

コンパレータ２３からの判定出力を受けたＡ／Ｄ変換部２１は、それ以降は、当該判定出力を受け取る前とは逆方向へ検出信号Ｓが所定量変化した場合に、トリガ信号を出力する。このトリガ信号により、カウンタ２４はデジタルカウント値Ｄをインクリメントする。また、コンパレータ２３からの判定出力を受けた反転しきい値設定部２２は、反転しきい値Ｒを設定する際の演算方法を切り替える。即ち、反転しきい値設定部２２は、Ａ／Ｄ変換部２１から受け取る上記アナログ値に対してヒステリシス値ｈを「減算」するか、「加算」するかの切り替えを行う。

周期信号生成部３は、レジスタ２５から最新のデジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pを取得してしきい値Ｔｈを設定する。本実施形態において、このしきい値Ｔｈは、周期信号判定用のしきい値である。しきい値Ｔｈは、ピーク値Ｄ_Pに対して所定の係数ｋを乗じることによって設定される。尚、しきい値Ｔｈがレジスタ２５において設定されて、周期信号生成部３がしきい値Ｔｈをレジスタ２５から取得する構成であってもよい。いずれにせよ、周期信号生成部３は、しきい値Ｔｈとカウンタ２４から取得するデジタルカウント値Ｄとに基づいて、周期信号Ｆ１の出力タイミングを決定する。本実施形態においては、この出力タイミングごとに、周期信号Ｆ１を反転させる。つまり、回転体が等速で回転していれば、デューティー５０％となるような矩形波として、周期信号Ｆ１が生成される。但し、周期信号生成部３は、必ずしも周期信号Ｆ１の波形を生成する必要はなく、パルス波形の変化点など、出力タイミングを決定すれば足りる。波形生成に関しては、出力部４において実施してもよい。

以下、具体的な数値を用いて説明する。ここでは、理解を容易にするために波形を生成する場合を例として説明する。図５における検出信号Ｓの左側の谷のピーク値Ｄ_Pは「２３」である。例えば、係数ｋが０．８の場合、しきい値Ｔｈは「１８」となる。ここでは、説明を容易にするために端数は切り捨てとする。カウンタ２４から受け取るデジタルカウント値Ｄが「１８」となると、周期信号生成部３は周期信号Ｆ１を生成する。周期信号Ｆ１は、基準値Ｃから正方向へ信号レベルＰＬの波高へと変化する。また、図５における検出信号Ｓの山のピーク値Ｄ_Pは「２５」である。この場合、しきい値Ｔｈは「２０」となる。カウンタ２４から受け取るデジタルカウント値Ｄが「２０」となると、周期信号生成部３は、周期信号Ｆ１を変化させる。周期信号Ｆ１は、信号レベルＰＬから基準値Ｃへと変化する。つまり、周期信号Ｆ１は、デジタルカウント値Ｄがしきい値に達する度に反転する。周期信号Ｆ１は、検出信号Ｓの１周期において１つずつ生成される。このように、周期信号生成部２は、検出信号Ｓの波高（ピーク値Ｄ_P）に応じて設定されるしきい値Ｔｈに基づいて検出信号Ｓの周期に応じた（周期に比例する）周期を有する周期信号Ｆ１を生成する。

ここで、車輪９に横力Ｙが印加された場合を考える。図６は、車輪９に横力Ｙが印加され、車輪９に回転ブレが生じてセンサ１０から出力される検出信号Ｓの振幅（波高値）が変化する例を示している。周期検出信号Ｆ１は、上述したような信号処理により、車輪９が定速で回転していれば、振幅（波高値）の変化に拘わらず一定の間隔で出力される。ここで、波高値ＰＰ（ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰ）の変化に着目すると、図１に基づいて上述したように、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰは、車輪９に横力Ｙが印加された場合に変化する。従って、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰによって横力Ｙの大きさを知ることができる。本例では、トップからボトムまでの波高値をピーク・トゥ・ピークの値ＰＰとしている。図３に示すように、本発明の車輪の状態検出装置は、横力検出信号生成部５と、出力部４とを有している。横力検出信号生成部５は、波高検出部２により検出されたピーク・トゥ・ピークの値ＰＰに基づいて内部信号としての横力検出信号Ｆ３を生成する。後述するように、横力検出信号Ｆ３の示す情報は、出力部４において周期信号Ｆ１に重畳されて出力される。

図６には、内部信号としての横力検出信号Ｆ３の波形例を例示した。横力Ｙの大きさ、つまり、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰの大きさをパルス波形の波高で示している。本例の横力検出信号Ｆ３は、基準電圧（あるいは基準電流）ｒｅｆからの波高値によって、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰを示している。また、図中の基準Ｚは、横力Ｙがゼロの時を示している。図１に示した構造から明らかなように、横力Ｙの掛かる方向によって、マグネットロータ８とセンサ１０との所定の間隔Ａの長さが変化する。従って、横力Ｙがゼロのポイントを規定することによって横力Ｙの掛かる方向も検出することが可能である。パルス波形の波高値の切り換えは、図６に示すように周期信号Ｆ１の変化タイミングに同期させると好適である。

このように、信号処理の機能部を僅かに追加するだけで、回転速度に加えて横力Ｙも検出することが可能な車輪の状態検出装置を提供することが可能となる。今日では車両の挙動を掴んでフィードバック制御を実施するために、種々のセンサが車両に搭載され、その数は増加の一途をたどっている。本発明によれば、特に、センサ素子等を追加することなく、信号処理の工夫によって複数の事象を検出することができるので、実質的な部品点数の増加もなく、コスト上昇も抑えられて非常に好適である。また、横滑り防止装置にとって重要な検出情報となる車両走行時の横力Ｙの検出は、事象の発生に対して迅速に行われることが好ましく、車体側に搭載されたヨーレートセンサ等を用いるよりも、車輪９において検出されることが好ましい。本発明によれば、車輪９において横力Ｙが検出されるので、車輪の状態検出装置の検出結果は、横滑り防止装置にとって非常に有用なものとなる。

但し、既に車両に回転速度検出装置が搭載されていた場合に、横力Ｙの検出結果を得るために信号線を追加する必要が生じると部品点数が増加して好ましくない。そこで、周期信号Ｆ１に横力検出信号Ｆ３の示す情報を合成して１つの出力信号Ｆとして、この出力信号Ｆを１つの信号線を介して出力する。これによって、信号線を追加することなく、横力Ｙを検出する機能を容易に追加することが可能となる。以下、出力部４において、横力検出信号Ｆ３の示す情報を周期信号Ｆ１に重畳させて、複数の物理量を伝送するプロトコルについて説明する。

図７に示すように、本実施形態のデータ通信方法（通信プロトコル）では、周期信号Ｆ１の各周期において横力Ｙを示す値そのものが重畳されるのではなく、前の周期との差分の値が出力される。具体的には、ラーニングモードと通常モードとが設けられて、ラーニングモードにおいて例えばゼロである初期値と横力Ｙとの差分値が縮められ、通常モードにおいて横力Ｙの変化量が差分値として出力される。ラーニングモードと通常モードとを区別するフラグなどは不要である。出力信号Ｆを受け取るＥＣＵは、例えば横力Ｙの値が単調増加している期間はラーニングモードと判定し、増加から減少、減少から増加などの動きを伴ったり、増減がなかったりするようになった場合に通常モードに達したと判定することが可能である。

図８に示すように、本例において、出力信号Ｆは、周期信号Ｆ１に横力Ｙの差分値を表す重畳パルスＦ３ａが合成された信号となる。本例において、重畳パルスＦ３ａは横力Ｙの差分値に応じて以下の４種類設定され、それに応じて出力信号ＦもＦａ〜Ｆｄの４種類の波形を取る。尚、ここでは、周期信号Ｆ１がハイレベルのときに、重畳パルスＦ３ａがさらに高いレベルの信号として重畳される波形例を示しているが、波形例はこれに限定されるものではない。周期信号Ｆ１がローレベルのときに、重畳パルスＦ３ａがさらに低いレベルの信号として重畳されてもよい。

出力信号Ｆａは、重畳パルスＦ３ａが重畳されないケースであり、周期信号Ｆ１（出力信号Ｆ）におけるこの周期は、横力Ｙを示す情報のリセット状態を示す。出力信号Ｆｂは、重畳パルスＦ３ａが１パルス重畳されるケースである。この周期は、前周期に対して、横力Ｙを１単位減ずることを示す。ここで１単位とは、所定の分解能を示すものである。出力信号Ｆｃは、重畳パルスＦ３ａが２パルス重畳されるケースである。図８に示すように、例えば、重畳パルスＦ３ａのパルス幅が５０μｓの場合、５０μｓの間隔をおいて２つのパルスが重畳される。この周期は、前周期に対して、横力Ｙの増減がないことを示す。出力信号Ｆｄは、重畳パルスＦ３ａが３パルス重畳されるケースである。出力信号Ｆｃと同様に、５０μｓの間隔をおいて３つのパルスが重畳される。この周期は、前周期に対して、横力Ｙを１単位増やすことを示す。

例えば、図９において、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ５では重畳パルスＦ３ａのパルス数が３であり、横力Ｙの値Ｆ３ｂは１つ増加する。時刻ｔ３では重畳パルスＦ３ａのパルス数が１であり、横力Ｙの値Ｆ３ｂは１つ減算される。時刻ｔ４及びｔ６においては重畳パルスＦ３ａのパルス数が２であり、横力Ｙの値Ｆ３ｂが維持される。

横力Ｙは、所定の期間における周期信号Ｆ１のパルス数（周期数）と、重畳パルスＦ３ａのパルス数とを用いて、下記の式(1) に従って、計算することによって、その値を求めることができる。ここで、ａｊは、図９において基準ａと交差したパルス数、即ち周期信号Ｆ１のパルス数であり、ｂｊは、図９において基準ｂと交差したパルス数、即ち横力Ｙを示す重畳パルスＦ３ａのパルス数である。出力信号Ｆを受け取ったＥＣＵは、各周期において横力Ｙを増減させて、その値を更新してもよいし、所定の期間の満了時にまとめて演算して横力Ｙの値を求めてもよい。

横力Ｙ ＝ Σｂｊ − ２・Σａｊ ・・・(1)

図９において、基準ａと交差したパルス数、即ち周期信号Ｆ１のパルス数をａｊとし、基準ｂと交差したパルス数、即ち横力Ｙを示す重畳パルスＦ３ａのパルス数をｂｊとする。式(1)に示すように、所定の期間において、重畳パルスＦ３ａの総数から、周期信号Ｆ１のパルスの総数の２倍を減じた値が、横力Ｙの値となる。式(1)に従えば、図９における各時刻ｔ０〜ｔ６において、データ値Ｆ３ｂの値は、以下の通りとなる。

時刻ｔ０：０（リセット）
時刻ｔ１：１ ＝ ３ − ２×１
時刻ｔ２：２ ＝ ６ − ２×２
時刻ｔ３：１ ＝ ７ − ２×３
時刻ｔ４：１ ＝ ９ − ２×４
時刻ｔ５：２ ＝１２ − ２×５
時刻ｔ６：２ ＝１４ − ２×６

尚、上記式(1)は、以下の式(2)のように解釈することもできる。

ここで、式(2)の右辺の第１項は、矩形波の前周期までの値を示している。例えば、図９における時刻ｔ１〜ｔ６を式(2)のｎの可変域と考える。式(2)の右辺の第１項は、時刻ｔ５において確定されているデータ値Ｆ３ｂの値（＝７）である。式(2)の右辺の第２項は、時刻ｔ５から時刻ｔ６へ時間が経過したときの差分（＝２）を示している。つまり、本通信プロトコルによれば、出力信号Ｆを受け取ったＥＣＵが、各周期において横力Ｙを増減させて値を更新することも可能であり、所定の期間の満了時にまとめて演算して横力Ｙの値を求めることも可能であることが一層よく理解できる。

矩形波の各周期において、前周期までのデータ値に差分を加える（マイナスの値を含む）という簡単な演算でデータ値を更新可能であるので、出力信号Ｆを受け取るＥＣＵの演算負荷が軽減され、演算時間も短縮される。また、データを一時記憶するためのＲＡＭなどの一時記憶手段の容量も抑制することが可能である。

以下、図１０のフローチャートも参照して、共通の信号線で異なる物理量を伝送する通信プロトコルの具体例について説明する。主として、上述した周期信号生成部３、横力検出信号生成部５、出力部４による機能に相当する。但し、ここでは機能部を特定せず、これらの機能部が実現されるマイクロコンピュータのプログラムの実行例として説明する。上述したように、周期信号Ｆ１は、しきい値Ｔｈとカウンタ２４から取得するデジタルカウント値Ｄとに基づいて決定された出力タイミングごとに反転する。周期信号Ｆ１は、ステップ＃１０においてローレベル（Ｌｏｗ）に反転する。ここで、付加データ値Ｘとして、横力Ｙなどの第２の物理量が取得される（ステップ＃２０）。

次に、付加データＸの通信が必要であるか否かが判定される（ステップ＃３０）。通信が不要な場合には、通信フラグＪが０に設定され、差分係数ｄが０にリセットされる（ステップ＃３１）。通信を必要とする場合には、通信フラグＪが１に設定される（ステップ＃３２）。通信を必要とする場合には、差分係数ｄはリセットされることなく、現在の値が維持される。

次に、付加データ値Ｘの内部データＭが演算される（ステップ＃４０）。内部データＭは、差分係数ｄと分解能との積を、初期値に加算して求められる。通信フラグＪが０に設定される場合には、差分係数ｄが０にリセットされるので、内部データＭは初期値となる。通信フラグＪが１に設定される場合には、差分係数ｄに応じた値が演算される。

次に、ステップ＃５０〜＃５７において、重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑが設定される。ステップ＃５０において通信フラグＪの設定状態が判定され、通信フラグＪが０の場合には、リセット状態であることを伝達するために、重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑが０と設定される（ステップ＃５１）。通信フラグＪが１の場合には、取得された付加データ値Ｘと内部データＭとが比較され、重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑが設定される（ステップ＃５２〜＃５７）。付加データ値Ｘが内部データＭよりも小さい場合には（ステップ＃５２）、付加データ値Ｘの減少を伝達するために、重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑが１と設定される（ステップ＃５３）。付加データ値Ｘが内部データＭと同じ場合には（ステップ＃５４）、付加データ値Ｘの維持を伝達するために、重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑが２と設定される（ステップ＃５５）。付加データ値Ｘが内部データＭよりも大きい場合には（ステップ＃５６）、付加データ値Ｘの増加を伝達するために、重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑが３と設定される（ステップ＃５７）。

重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑが設定されると、パルス数Ｑに応じて、差分係数ｄが演算されて更新される（ステップ＃６０）。本実施形態では、重畳パルスＦ３ａのパルス数Ｑを最大３つとしており、上述したようにマイナス１〜プラス１までの差分を示すので、パルス数Ｑから２を減じた値が、周期信号Ｆ１の当該周期における差分となる。差分係数ｄは、通信プラグＪが１となった後の差分の累積を示す値である。

上述したように、周期信号Ｆ１は、しきい値Ｔｈとカウンタ２４から取得するデジタルカウント値Ｄとに基づいて決定された出力タイミングごとに反転する。周期信号Ｆ１は、ステップ＃７０においてハイレベル（Ｈｉｇｈ）に反転する。ここで、以下に示すように、必要に応じて重畳パルスＦ３ａが生成され、周期信号Ｆ１に重畳されて出力信号Ｆとして出力される（ステップ＃８０〜＃８２）。初めに、パルス数Ｑが０であるか否かが判定され（ステップ＃８０）、０の場合には重畳パルスＦ３ａは生成されず、周期信号Ｆ１が出力信号Ｆとして出力される。つまり、図８に示すＦａのような波形の出力信号Ｆが出力される。パルス数Ｑが０ではない場合には、重畳パルスＦ３ａが１パルス生成される（ステップ＃８１）。例えば、図８に示すように、５０μｓの間継続する重畳パルスＦａ３が生成され、周期信号Ｆ１に重畳される。

重畳パルスＦ３ａが１パルス生成されると、パルス数Ｑの値が１つ減じられる（ステップ＃８２）。そして、再度パルス数Ｑが０であるか否かが判定される（ステップ＃８０）。ここで、パルス数Ｑが０であれば、当該周期において、これ以降は周期信号Ｆ１が出力信号Ｆとして出力される。つまり、図８に示すＦｂのような波形の出力信号Ｆが出力される。パルス数Ｑが１又は２であれば、重畳パルスＦ３ａがさらに１パルス生成される（ステップ＃８１）。前回のステップ＃８１の完了後、ステップ＃８２、ステップ＃８０を経て、再度ステップ＃８１の実行が開始されるまでの期間は、本例においては５０μｓであり、タイマなどによって管理されると好適である。これにより、図８に示すように、５０μｓの間継続し、５０μｓの間をおいて再度５０μｓ継続する重畳パルスＦ３ａが生成され、周期信号Ｆ１に重畳されることになる。

重畳パルスＦ３ａがさらに１パルス生成されると、同様にパルス数Ｑの値がさらに１つ減じられる（ステップ＃８２）。そして、再度パルス数Ｑが０であるか否かが判定される（ステップ＃８０）。ここで、パルス数Ｑが０であれば、当該周期において、これ以降は周期信号Ｆ１が出力信号Ｆとして出力される。つまり、図８に示すＦｃのような波形の出力信号Ｆが出力される。ここで、パルス数Ｑがまだ０でなければ、上述したように、重畳パルスＦ３ａがさらに１パルス生成される（ステップ＃８１）。次に、重畳パルスＦ３ａの生成により、同様にパルス数Ｑの値がさらに１つ減じられる（ステップ＃８２）。そして、再度パルス数Ｑが０であるか否かが判定され（ステップ＃８０）、０であれば、当該周期において、これ以降は周期信号Ｆ１が出力信号Ｆとして出力される。つまり、図８に示すＦｄのような波形の出力信号Ｆが出力される。

本例では、重畳パルスＦ３ａが最大３パルスである場合を例として説明したが、周期信号Ｆ１の周期Ｔの最小値に応じて重畳可能な任意の数を設定可能である。また、本例では、重畳パルスＦ３ａのパルス幅、及びパルス間隔を共に５０μｓとした場合を例として説明したが、これも周期信号Ｆ１の周期Ｔの最小値に応じて適宜、設定可能である。以下、周期信号Ｆ１の１周期における重畳パルスＦ３ａの最大パルス数が、１、２、５、Ｎ（３以上の任意の奇数）の場合の内部データＭの算出式を示す。これは、上述した式(1)に相当するものであり、参考のため、最大パルス数が３の場合の式も再掲しておく。尚、最大パルス数が、１の場合には、リセット状態を示すことはできない。

最大パルス数１ ： Ｍ ＝ ２・Σｂｊ − Σａｊ
最大パルス数２ ： Ｍ ＝ ２・Σｂｊ − ３・Σａｊ
最大パルス数３ ： Ｍ ＝ Σｂｊ − ２・Σａｊ
最大パルス数５ ： Ｍ ＝ Σｂｊ − ３・Σａｊ
最大パルス数Ｎ ： Ｍ ＝ Σｂｊ − ｛（Ｎ＋１）／２｝・Σａｊ

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同様の点については適宜説明を省略すると共に、図面において第１実施形態に対応する点については同一の符号を用いて示す。上記第１実施形態においては、矩形波の１周期におけるハイレベルの所定位置に当該矩形波の波高よりも高い波高を有する狭幅の重畳パルスを重畳される例を用いて説明した。しかし、重畳パルスの形態は、これに限らず、図１１に示すような形態を採ることも可能である。尚、図１１は、第１実施形態の図８に対応する。

図１１に示すように、第２実施形態においても、出力信号Ｆは、周期信号Ｆ１に重畳パルスＦ３ａが合成された信号となる。重畳パルスＦ３ａは差分値に応じて以下の４種類設定され、それに応じて出力信号ＦもＦａ〜Ｆｄの４種類の波形を取る。第２実施形態においては、周期信号Ｆ１がローレベルのときに、重畳パルスＦ３ａが周期信号Ｆ１と間隔を空けることなく、周期信号Ｆ１の波高と同一のレベルの信号として重畳される。つまり、結果として、周期信号Ｆ１のパルス幅Ｗが重畳パルスＦ３ａの重畳により延長される。延長された後の周期信号Ｆ１の見かけ上のパルス幅をＷ１とする。

出力信号Ｆａは、重畳パルスＦ３ａが重畳されないケースであり、周期信号Ｆ１（出力信号Ｆ）においてこの波形が出力される周期は、横力Ｙを示す情報のリセット状態を示す。出力信号Ｆｂは、重畳パルスＦ３ａが１パルス重畳されるケースである。本例において、重畳パルスＦ３ａの１パルスのパルス幅は、周期信号Ｆ１のパルス幅と同一である。図１１に示すように、周期信号Ｆ１のパルス幅Ｗが５０μｓの場合、重畳パルスＦ３ａのパルス幅Ｗも５０μｓであり、周期信号Ｆ１の見かけ上のパルス幅Ｗ１は２Ｗ（＝１００μｓ）となる。第１実施形態と同様に周期信号Ｆ１のこの周期は、前周期に対して横力Ｙを１単位減ずることを示す。

出力信号Ｆｃは、重畳パルスＦ３ａが２パルス重畳されるケースである。図１１に示すように、５０μｓの重畳パルスＦ３ａが周期信号Ｆ１のパルスに対して間隔をおかずに２つ重畳されるので、周期信号Ｆ１の見かけ上のパルス幅Ｗ１は３Ｗ（＝１５０μｓ）となる。第１実施形態と同様に、この周期は、前周期に対して、横力Ｙの増減がないことを示す。出力信号Ｆｄは、重畳パルスＦ３ａが３パルス重畳されるケースである。周期信号Ｆ１の見かけ上のパルス幅Ｗ１は４Ｗ（＝２００μｓ）となる。第１実施形態と同様に、この周期は、前周期に対して、横力Ｙを１単位増やすことを示す。

第２実施形態のような構成を採用する際には、周期信号Ｆ１は、図１２に示すような形態で生成される。図１２は、図５に対応する図であり、第１実施形態と重複する点については説明を省略する。検出信号Ｓの左側の谷のピーク値Ｄ_Pは「２３」である。係数ｋを０．８とすると、小数点以下を切り捨てたしきい値Ｔｈは「１８」となる。カウンタ２４から受け取るデジタルカウント値Ｄが「１８」となると、周期信号生成部３は周期信号Ｆ１を生成する。周期信号Ｆ１は、基準値Ｃから正方向へ信号レベルＰＬの波高、幅Ｗのパルス幅を有するパルスとして生成される。パルス幅Ｗは、検出信号Ｓの周期Ｔに比べて充分に狭幅である。ここでは、上述したように、パルス幅Ｗは５０μｓである。以降、谷のピーク値Ｄ_Pにより設定されるしきい値Ｔｈに基づいて、検出信号Ｓが谷側から山側へ変化している際に、周期信号Ｆ１のパルスが生成される。

尚、山のピーク値Ｄ_P、谷のピーク値Ｄ_Pの双方により設定されるしきい値Ｔｈに基づいて、周期信号Ｓが山から谷、谷から山へ変化している双方において、パルスが生成されてもよい。この場合、周期信号Ｆ１のパルス間隔は、検出信号Ｓの半周期（＝Ｔ／２）となる。何れにせよ、周期信号生成部２は、検出信号Ｓの波高（ピーク値Ｄ_P）に応じて設定されるしきい値Ｔｈに基づいて検出信号Ｓの周期に応じた（周期に比例する）周期を有する周期信号Ｆ１を生成する。

図１１を用いて上述したように、第２実施形態では、周期信号Ｆ１がローレベルのときに、周期信号Ｆ１と間隔を開けることなく、周期信号Ｆ１の波高と同一のレベルの重畳パルスＦ３ａが重畳される。従って、図１２に示すように、周期信号Ｆ１の立ち上がりと立ち上がりとの間隔は、重畳パルスＦ３ａが重畳されるパルス数に拘わらず、検出信号Ｓの周期に応じた周期を示すものである。

図１３は、第１実施形態の図７に対応する。第１実施形態と同様に、図１３に示すように、周期信号Ｆ１の各周期において横力Ｙを示す値そのものが重畳されるのではなく、前の周期との差分の値が出力される。ラーニングモードと通常モードとが設けられて、ラーニングモードにおいて例えばゼロである初期値と横力Ｙとの差分値が縮められ、通常モードにおいて横力Ｙの変化量が差分値として出力される。

第１実施形態においては、図９に示すように、基準ａにおけるパルス数ａｊと、基準ｂにおけるパルス数ｂｊとに基づいて横力Ｙの値や差分値を求めた。第２実施形態においても、同様に横力Ｙの値や差分値を求めることが可能である。第２実施形態では、基準ｂにおけるパルス数に代わり、ｂｊとして、周期信号Ｆ１の見かけ上のパルス幅Ｗ１を用いればよい。具体的には、「ｂｊ＝（Ｗ１／Ｗ）−１」とすることにより、重畳パルスＦ３ｂのパルス数を算出することが可能である。

〔その他の実施形態〕
周期信号Ｆ１は、回転状態を示す信号に限定されることなく、周期が物理量（第１の物理量）を示すものであれば他の信号であってもよい。また、周期的な信号（周期は変動してもよい。）であれば、他の信号であってもよい。また、第２の物理量は、横力Ｙに限定されることなく、他の物理量であってもよい。例えば、温度であったり、車輪の空気圧であったりしてもよい。また、本実施形態では、１つの磁気センサ１０によって検出された検出結果に基づいて、第１の物理量及び第２の物理量を取得する場合を例示したが、このような構成に限定されることもない。図３に示したブロック図において、付加信号生成部として機能する横力検出信号生成部５に、他のセンサからの検出結果が入力される構成とすることで、異なるセンサの検出結果を共通の信号線で伝送することが可能である。また、上記例では、ラーニングモードにおいて第２の物理量を示す値が増加する場合を例示したが、当然ながら本発明はこれに限定されない。初期値が高い値であって、ラーニングモードにおいて値が減少する物理量であってもよい。

以上説明したように、本発明によって、共通の信号線で異なる物理量を伝送するデータ通信方法を提供することが可能となる。このデータ通信方法は、車輪の状態を示す物理量と共に他の物理量を伝送する車輪の状態検出装置に適用することが可能である。

Ｆ１：周期信号（矩形波、回転検出信号）
Ｆ３ａ：重畳パルス（付加信号）
３：周期信号生成部（回転検出信号生成部）
４：出力部
５：横力検出信号生成部（付加信号生成部）
９：車輪

Claims (6)

1. 少なくとも矩形波の周期により第１の物理量を伝達すると共に、当該矩形波の１周期におけるハイレベル及びローレベルの何れか一方の所定位置に重畳される重畳パルスによって前記第１の物理量とは異なる第２の物理量を伝達するデータ通信方法であって、
   各周期における前記重畳パルスのパルス数によって前周期までに伝達された前記第２の物理量の増減を表して前記第２の物理量を伝達するデータ通信方法。
2. 前記重畳パルスは、各周期において２つ以上重畳可能であり、パルス数によってゼロを含む増減数を示す請求項１に記載のデータ通信方法。
3. 所定の期間における前記矩形波の周期数と、前記重畳パルスのパルス数とに基づいて、前記第２の物理量の値を示す請求項１又は２に記載のデータ通信方法。
4. 前記第１の物理量は、車輪の回転状態を示す物理量である請求項１〜３の何れか一項に記載のデータ通信方法。
5. 前記第２の物理量は、前記車輪の回転軸方向に沿った方向から前記車輪に印加される横力を示す物理量である請求項１〜４の何れか一項に記載のデータ通信方法。
6. 車輪の回転に応じて出力される交流の検出信号に基づいて、第１の物理量を伝達する信号として、当該検出信号の周期に応じた周期を有する矩形波の回転検出信号を生成する回転検出信号生成部と、
   前記回転検出信号の各周期において重畳可能であり、各周期において重畳されるパルス数によって、前周期までに伝達された値に対する増減を表して、前記第１の物理量とは異なる第２の物理量を伝達する付加信号を生成する付加信号生成部と、
   前記回転検出信号の１周期におけるハイレベル及びローレベルの何れか一方の所定位置に、前記付加信号を重畳する出力部と、
   を備える車輪の状態検出装置。

Images