JP2016091198A - センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセンサＩＣにより生成されるデジタル信号にそれぞれ同様の異常が発生することをより軽減すること。
【解決手段】第２のセンサＩＣ７０に設けられた遅延部７６により、検出信号Ｓ２が遅延される。このため、第１のセンサＩＣ６０および第２のセンサＩＣ７０により生成される検出信号Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ異なるタイミングで外部へ出力される。そのため、外乱によって、検出信号Ｓ１のデジタル通信が阻害されても、もう一方の検出信号Ｓ２のデジタル通信は阻害されない。これにより、検出信号Ｓ１，Ｓ２の両方のデジタル通信が同様に阻害されることを軽減する。さらに、検出信号Ｓ１，Ｓ２の両方が同様にデータを書き換えられることを抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、センサシステムに関する。

たとえば、特許文献１では、２つのトルク検出部を有しているセンサＩＣが２つ設けられ、それぞれのセンサＩＣでトルクを検出する。この構成では、それぞれのセンサＩＣで検出されたトルクを異常判定することにより、正常に検出されたトルクと正常に検出されなかったトルクとを判定できる。そのため、たとえ一方のセンサＩＣで正常なトルクを検出できなかったとしても、もう一方のセンサＩＣで正常なトルクを検出することができる。そのため、より確実にトルクを検出することができる。

特開２０１３−２５３８０６号

特許文献１のように冗長化の観点から複数のセンサを設けることにより、確かに検出の信頼性が高められる。しかし、たとえば２つのセンサによって生成される２つのデジタル信号は、同じタイミングで外部へ出力される。そのため、２つのデジタル信号が同時に電磁ノイズなどの外乱の影響を受けるおそれがある。特に、デジタル通信では、たとえばデジタル信号の一部が欠けると、全く異なるデジタル信号となるおそれがある。その場合、冗長化していても、２つのデジタル信号が同様に全く異なるデジタル信号となり、比較しても一致するために異常なしと判断されるおそれがある。

そのため、外乱によって冗長化した複数のデジタル通信が阻害されても、全てのデジタル通信が同様に阻害されないような工夫が要求されている。

上記目的を達成しうるセンサシステムは、同一の検出対象について同一の状態量を検出して、その検出結果に応じてそれぞれデジタル信号を生成する複数のセンサＩＣと、前記複数のセンサＩＣから前記デジタル信号を受け取る演算部と、を有している。前記複数のセンサＩＣは、それぞれ異なるタイミングで前記デジタル信号を前記演算部へ出力している。

この構成によれば、センサＩＣはそれぞれ異なるタイミングでデジタル信号を出力するため、外乱によって一のデジタル信号が影響を受けても、他のデジタル信号は影響を受けることを軽減できる。

前記複数のセンサＩＣは、それぞれ前記デジタル信号を生成する検出部および前記デジタル信号を前記演算部へ出力する通信部を有している。複数の前記通信部の前記デジタル信号を前記演算部へ出力するタイミングに時間差を設けることにより、前記デジタル信号を前記演算部へ出力するタイミングを異ならせることが好ましい。

この構成によれば、複数の通信部のデジタル信号を出力するタイミングに時間差があるので、センサＩＣの内部の構成によって、出力するタイミングをずらすことができる。
複数の前記通信部は、外部からの指令がそれぞれ入力されることにより、前記デジタル信号を前記演算部へ出力するのを開始してもよい。

この構成によれば、複数の通信部は同時に外部からの指令が入力され、演算部へデジタル信号を出力することを開始する。そのため、外部の装置にそれぞれの通信部の通信タイミングを調整する構成を設けなくてよい。

前記通信部は、前記デジタル信号を各通信部間でそれぞれ異なる通信フレームとなるように変換してもよい。
この構成によれば、前記デジタル信号をそれぞれ異なる通信フレームで通信することにより、たとえ同時に通信しても同時に外乱による影響を受けることを低減できる。

前記同一の検出対象は、操舵トルクの印加を通じて捩れるトーションバーであってもよい。前記複数のセンサＩＣはそれぞれ前記同一の状態量として前記トーションバーの捩れ量を検出してもよい。

この構成によれば、センサＩＣは操舵トルクを検出するために設けられ、複数のセンサＩＣはそれぞれトーションバーの捩れ量を検出することができる。
同一の検出対象について同一の状態量を検出して、その検出結果に応じてそれぞれデジタル信号を生成する複数のセンサＩＣと、前記複数のセンサＩＣから前記デジタル信号を受け取る演算部と、を備えている。前記複数のセンサＩＣは、それぞれ前記デジタル信号を生成する検出部および前記デジタル信号を前記演算部へ出力する通信部を有している。複数の前記通信部は、前記デジタル信号をそれぞれ異なる通信フレームとなるように生成している。

この構成によれば、センサＩＣはそれぞれ異なる通信フレームでデジタル信号を出力するため、外乱によって一のデジタル信号が影響を受けても、他のデジタル信号は影響を受けることを軽減できる。

本発明に係るセンサシステムによれば、複数のセンサＩＣにより生成されるデジタル信号にそれぞれ同様の異常が発生することをより軽減することができる。

第１実施形態におけるステアリング装置の構成を示すブロック図。 （ａ），（ｂ）は、第１実施形態におけるトルクセンサの分解斜視構造を示す斜視図。 第１実施形態におけるトルクセンサの電気的な構成を示すブロック図。 （ａ），（ｂ）は、第１実施形態におけるトルクセンサに搭載される各ホール素子の出力値と磁気の強さとの関係を示す図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１実施形態における各センサＩＣにより生成されるデジタル信号の出力タイミングを異ならせたときの信号パターンの一例を示す波形図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、第２実施形態におけるデジタル信号の通信フレームの構成の一例を示す図。 他の実施の形態におけるトルクセンサの一例を示すブロック図。

以下、センサシステムを車両のパワーステアリング装置のトルクセンサに適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１０は運転者のステアリングホイール２１の操作に基づいて転舵輪２９を転舵させる操舵機構２０、運転者のステアリング操作を補助する操舵補助機構３０および操舵補助機構３０を制御するＥＣＵ（電子制御装置）４０を備えている。

操舵機構２０は、ステアリングホイール２１およびステアリングホイール２１と一体回転するステアリングシャフト２２を備えている。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１に連結されたコラムシャフト２３、コラムシャフト２３の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２４およびインターミディエイトシャフト２４の下端部に連結されたピニオンシャフト２５から構成される。ピニオンシャフト２５の下端部は、ピニオンシャフト２５に交わる方向へ延びるラックシャフト２６に連結されている。したがって、ステアリングシャフト２２の回転運動は、ステアリングシャフト２２の先端に設けられたピニオンギヤと、ラックシャフト２６に刻まれたラックとからなるラックアンドピニオン機構２７を介してラックシャフト２６の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト２６の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２８を介して左右の転舵輪２９にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪２９の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

操舵補助機構３０は、操舵補助力の発生源であるモータ３１を備えている。モータ３１の回転軸３１ａは、減速機構３２を介してコラムシャフト２３に連結されている。減速機構３２はモータ３１の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト２３に伝達する。すなわち、ステアリングシャフト２２にモータ３１の回転力（トルク）が操舵補助力として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

ＥＣＵ４０は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果に基づいてモータ３１を制御する。各種のセンサとしては、たとえばトルクセンサ４１、回転角センサ４２、および車速センサ４３がある。トルクセンサ４１はコラムシャフト２３に設けられ、回転角センサ４２はモータ３１に設けられている。トルクセンサ４１は、運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト２２に付与される操舵トルクτを検出する。回転角センサ４２は、回転軸３１ａの回転角θを検出する。車速センサ４３は、車両の走行速度Ｖを検出する。ＥＣＵ４０は各センサの出力に基づいて、目標の操舵補助力を設定し、操舵補助力が目標操舵補助力となるようにモータ３１に供給される電流をフィードバック制御する。なお、ＥＣＵ４０とトルクセンサ４１とはセンサシステムを構成する。

次に、トルクセンサ４１の構造について説明する。
図２（ａ）に示すように、コラムシャフト２３は、ステアリングホイール２１側のインプットシャフト２３ａとインターミディエイトシャフト２４側のロアシャフト２３ｂとをトーションバー２３ｃを介して同一の軸ｍ上で連結した構造からなる。ステアリングホイール２１の操作に伴って、インプットシャフト２３ａに操舵トルクτが付与されると、この操舵トルクτがインプットシャフト２３ａからトーションバー２３ｃを介してロアシャフト２３ｂに伝達される際にトーションバー２３ｃに捩れ変形が生じる。これにより、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間に操舵トルクτに応じた相対的な回転変位が生じる。

トルクセンサ４１は、インプットシャフト２３ａの下端部の外周と嵌合される保持部材５０と、ロアシャフト２３ｂに固定され、保持部材５０の外周面と所定の隙間を隔てて囲むように対向する円環状の２つのヨーク５１，５２とを有している。保持部材５０の外周面には、Ｎ極およびＳ極の各磁極が周方向に交互に配置される多極磁石５０ａが設けられている。

第１のヨーク５１は図中の上側に、第２のヨーク５２は図中の下側に位置する。第１のヨーク５１の内周面には、軸ｍに沿って下方に延びる複数の爪部５１ａが形成されている。第２のヨーク５２の内周面には、軸ｍに沿って上方に延びる複数の爪部５２ａが形成されている。２つのヨーク５１，５２は、それぞれの爪部５１ａ，５２ａを交互に噛み合わせる形で、軸ｍに沿う方向において対向して配置される。

トルクセンサ４１は、第１のヨーク５１の周面と所定の隙間を隔ててその周囲を囲むように配置される円環状の第１の集磁リング５３、および第２のヨーク５２の周面と所定の間隔を隔ててその周囲を囲むように配置される円環状の第２の集磁リング５４を備えている。なお、集磁リング５３，５４は磁性材料からなる。

図２（ｂ）に拡大して示すように、第１の集磁リング５３および第２の集磁リング５４は、それぞれ軸ｍに沿う方向において互いに対向している。第１の集磁リング５３の下部には２つの集磁部５３ａ，５３ｂが設けられている。これら集磁部５３ａ，５３ｂは第１の集磁リング５３の円周方向において間隔をおいて、かつ第１の集磁リング５３の半径方向における外側へ向けて突出して設けられている。第２の集磁リング５４にも第１の集磁リング５３と同様の２つの集磁部５４ａ，５４ｂが設けられている。２つの集磁部５３ａ，５４ａは軸ｍに沿う方向において互いに対向している。同様に、２つの集磁部５３ｂ，５４ｂも軸ｍに沿う方向において互いに対向している。集磁部５３ａ，５４ａの間には第１のセンサＩＣ６０が、集磁部５３ｂ，５４ｂの間には第２のセンサＩＣ７０が配置されている。第１のセンサＩＣ６０および第２のセンサＩＣ７０は、それぞれ自身に付与される磁気の強度に応じた電気信号を生成する。

このトルクセンサ４１では、インプットシャフト２３ａに操舵トルクτが入力されることにより、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間に相対的な回転変位が生じる。このような相対的な回転変位が生じると、保持部材５０とヨーク５１，５２との位置関係が変化するため、各ヨーク５１，５２に集磁される磁気の強さが変化する。そのため、第１のセンサＩＣ６０、第２のセンサＩＣ７０へ作用する磁気の強度も変化する。第１のセンサＩＣ６０、第２のセンサＩＣ７０は、インプットシャフト２３ａ，ロアシャフト２３ｂとの相対的な回転変位に応じた電気信号、すなわちトーションバー２３ｃの捩れ角に応じた電気信号を生成する。

次に、第１のセンサＩＣ６０，第２のセンサＩＣ７０の構造について詳述する。
図３に示すように、第１のセンサＩＣ６０は、第１検出部６１と、第２検出部６２と、不揮発性のメモリ６３と、発振器６４と、第１通信部６５とを有している。

第１検出部６１は、磁気検出素子としての第１ホール素子６１ａと、温度センサ６１ｂと、第１Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）６１ｃとを有している。第１ホール素子６１ａは、自身に付与される磁気の強度に応じたホール電圧を生成する。温度センサ６１ｂは、第１ホール素子６１ａおよび多極磁石５０ａの温度を検出する。第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃとしては、たとえばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）が用いられる。第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃは第１ホール素子６１ａにより生成されるアナログ信号であるホール電圧をデジタル信号に変換する。第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃは、発振器６４により生成されるクロック信号に基づいてデジタル信号を生成する。

第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃは、デジタル信号を生成する際、アナログ信号に対する補正処理を行う。たとえば第１ホール素子６１ａおよび多極磁石５０ａは、それぞれ温度依存性を有する。このため、第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃは、温度に基づきアナログ信号（ホール電圧）を補正することが好ましい。第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃは、温度センサ６１ｂおよびメモリ６３から信号処理に必要な情報を読み込む。メモリ６３には、温度補正値などの補正に必要な各種情報が予め記憶されている。第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃは、メモリ６３から読み込んだ情報に基づいて第１ホール素子６１ａにより生成されるアナログ信号を補正して、当該補正されたアナログ信号をデジタル信号である検出信号Ｓ１へ変換する。検出信号Ｓ１は、トーションバー２３ｃの捩れ角に比例して変化する信号である。

第２検出部６２は第１検出部６１と同様の構成を有している。すなわち、第２検出部６２は、第２ホール素子６２ａと、温度センサ６２ｂと、および第２Ａ／Ｄ変換部６２ｃを有している。ただし、第２ホール素子６２ａは第１検出部６１の第１ホール素子６１ａと異なる電圧信号を生成する。図４（ａ）に示すように、第１ホール素子６１ａは、自身に作用する磁気の強さに対して正の相関関係を有するアナログ信号を生成する。これに対し、第２ホール素子６２ａは、第１ホール素子６１ａと逆の相関関係、つまり作用する磁気の強さに対して負の相関関係を有するアナログ信号を生成する。そして、図４（ｂ）に示すように、第１ホール素子６１ａのアナログ信号と、第２ホール素子６２ａのアナログ信号との和の値は、作用する磁気の強さによらず許容される誤差の範囲内で一定の値となる。

第１通信部６５は、第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃおよび第２Ａ／Ｄ変換部６２ｃによりそれぞれ生成されるデジタル信号を所定の通信フレームを持った検出信号Ｓ１に変換する。また第１通信部６５は、ＥＣＵ４０との間で双方向通信を行う。さらに、第１通信部６５は、ＥＣＵ４０からの要求があるまで検出信号Ｓ１を記憶（保持）する、いわゆるレジスタとしての機能を有する。

第２のセンサＩＣ７０は第１のセンサＩＣ６０と基本的には同一の構成を有している。すなわち、第２のセンサＩＣ７０は、第１検出部６１と同一の第３検出部７１、第２検出部６２と同一の第４検出部７２、メモリ７３、発振器７４、および第２通信部７５に加えて、遅延部７６を有している。

図４（ａ）のグラフに示すように、第３ホール素子７１ａは第１ホール素子６１ａと、第４ホール素子７２ａは第２ホール素子６２ａと同様の電気的特性（出力特性）を有している。そのため、図４（ｂ）のグラフに示されるように、第３ホール素子７１ａと第４ホール素子７２ａとのアナログ信号の和の値は、作用する磁気の強さによらずに許容される誤差の範囲内で一定の値となる。

遅延部７６としては遅延回路や抵抗器が用いられる。遅延部７６は第２通信部７５により生成される検出信号Ｓ２の出力タイミングを所定の遅延時間ｄｔだけ遅延させる。当該遅延時間ｄｔの分だけ、第２通信部７５における検出信号Ｓ２の出力タイミングは、第１通信部６５における検出信号Ｓ１の出力タイミングと異なる。

ＥＣＵ４０は、２つのセンサＩＣ６０，７０から出力される検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいてトーションバー２３ｃの捩れ角を求める。そして、ＥＣＵ４０は、演算された捩れ角にトーションバー２３ｃのばね定数を乗算することにより、操舵トルクτを演算する。また、ＥＣＵ４０は検出信号Ｓ１，Ｓ２および操舵トルクτの異常判定を行い、それぞれ正常と判定されるとき、当該操舵トルクτを用いてモータ３１を制御する。

以上、説明した本実施形態のセンサシステムの作用について説明する。
ステアリング操作に伴って、ステアリングホイール２１が回転すると、インプットシャフト２３ａに操舵トルクτが作用する。操舵トルクτがトーションバー２３ｃを介してインプットシャフト２３ａからロアシャフト２３ｂに伝達される際に、トーションバー２３ｃには捩れ変形が生じる。インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間に相対的な回転変位が生じると、保持部材５０とヨーク５１，５２との位置関係が変化し、第１のセンサＩＣ６０、第２のセンサＩＣ７０へ作用する磁気の強さも変化する。各ホール素子は作用する磁気の強さに対応して出力するホール電圧が変化する。そのため、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間の相対的な回転変位により、各ホール素子の出力するホール電圧は変化する。

第１のセンサＩＣ６０の第１検出部６１では、第１ホール素子６１ａのホール電圧の変化を検出する。第１ホール素子６１ａの出力と、温度センサ６１ｂの温度とを用いて、第１Ａ／Ｄ変換部６１ｃは補正を行い、アナログ信号（ホール電圧）からデジタル信号を生成する。同様に、第２検出部６２、第３検出部７１、および第４検出部７２でも第２〜第４ホール素子６２ａ，７１ａ，７２ａのホール電圧の変化を検出する。第２〜第４Ａ／Ｄ変換部６２ｃ，７１ｃ，７２ｃは、これらホール電圧を補正したうえでデジタル信号に変換する。このように、生成されたデジタル信号は、第１のセンサＩＣ６０では第１通信部６５へ、第２のセンサＩＣ７０では第２通信部７５へ出力される。

第１通信部６５は第１検出部６１および第２検出部６２から取得したデジタル信号から、所定の通信フレームをもった検出信号Ｓ１を生成する。同様に、第２通信部７５は第３検出部７１および第４検出部７２から取得したデジタル信号から、所定の通信フレームをもった検出信号Ｓ２を生成する。第１通信部６５および第２通信部７５は、ＥＣＵ４０からのトリガーＴ１，Ｔ２が入力されるまで、それぞれ検出信号Ｓ１，Ｓ２を記憶する。なお、第１のセンサＩＣ６０で記憶される検出信号Ｓ１は、第２のセンサＩＣ７０で記憶される検出信号Ｓ２とは、それぞれ同一の値となる。同一の値とは、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２が全く同じ値の場合だけでなく、許容される誤差の範囲内で検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２が同一な場合を含む。

ＥＣＵ４０は操舵トルクτの情報が必要な際に、トリガーＴ１，Ｔ２をそれぞれ第１通信部６５および第２通信部７５へと同時に出力する。第１通信部６５および第２通信部７５はトリガーＴ１，Ｔ２を受け取ると、記憶していた検出信号Ｓ１，Ｓ２をＥＣＵ４０へ出力する。ただし、第２のセンサＩＣ７０では、第２通信部７５とＥＣＵ４０との間に遅延部７６が設けられているため、所定の遅延時間ｄｔだけ検出信号Ｓ２がＥＣＵ４０へ供給されるタイミングがずれる。なお、トリガーＴ１，Ｔ２はたとえば５００μｓごとに出力される。

検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２の通信タイミングをそれぞれずらした一例を、図５（ａ）に示す。検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は、時間ｔ１の通信フレームと、時間ｔ２の通信フレームのない部分とが同じ周期ｔで繰り返されてなる。検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２が同時に出力されたとき、通常、２つの検出信号Ｓ１，Ｓ２の通信フレームのタイミングは一致する。しかし、本実施形態では、検出信号Ｓ２は遅延部７６によって遅延時間ｄｔだけ遅延してＥＣＵ４０に供給される。ところで、時間ｔ１は時間ｔ２より短く設定されている。そのため、遅延時間ｄｔを時間ｔ１より長く、かつ周期ｔと遅延時間ｄｔとの差（ｔ−ｄｔ）よりも短く設定することにより、検出信号Ｓ２の通信フレームは検出信号Ｓ１の通信フレームと時間的に重ならないようにすることができる。

ここで、車両におけるトルク検出における外乱の影響について、具体的に説明する。車両においては、様々な要因（外乱）によってデジタル通信が阻害されるおそれがある。外乱としては、たとえば、スパークプラグの点火、モータ系、エアコン、カーナビ、車体の振動、無線、高圧線、および落雷など様々な形態がある。たとえばスパークプラグを点火すると、高電圧が流れることにより、電磁ノイズが発生する。これらの外乱により、デジタル通信には通信の断絶や一部のデータが破損してしまうおそれがある。特に、デジタル通信では、たとえばデジタル信号の一部が欠けると、全く異なるデジタル信号となってしまうおそれがある。このような外乱がある状態で、従来と同様に、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２を同時にＥＣＵ４０に対して出力した場合には、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２の同じ部分が外乱による影響を受ける。外乱により通信が断絶した場合には、たとえばセンサＩＣを２つ設けるなどして冗長化していても、検出信号Ｓ１からも検出信号Ｓ２からも外乱が発生した際に通信されるはずのデジタル信号は通信されない。また、外乱によりデジタル信号の一部が欠けて、全く異なるデジタル信号になった場合には、検出信号Ｓ１も検出信号Ｓ２も同様に異なるデジタル信号となっているおそれがある。このような場合、冗長化して両者を比較して異常を検出する異常検出部を設けていても、検出信号Ｓ１も検出信号Ｓ２も同じのデジタル信号を示しているので異常検出部は当該検出信号Ｓ１，Ｓ２を正常と判断する。そして、ＥＣＵ４０は外乱の影響を受けた正常でない検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いて、操舵トルクτを演算するおそれがある。そして、ＥＣＵ４０は正常でない操舵トルクτにより、ＥＰＳ１０を制御するおそれがある。

本実施形態では、第２のセンサＩＣ７０に遅延部７６が設けられていることにより、検出信号Ｓ２は遅延時間ｄｔａだけ検出信号Ｓ１より遅延する。通信フレームの時間ｔａ１と周期ｔａに応じて遅延時間ｄｔａを設定することで、図５（ａ）に示すように、検出信号Ｓ１と検出信号Ｓ２の通信フレームが重ならないように設定することができる。このように通信フレームが重ならないように設定することにより、たとえば検出信号Ｓ１が外乱により通信が断絶してももう一方の検出信号Ｓ２は外乱による影響を受けないので、通信が阻害されることを軽減することができる。

この場合、ＥＣＵ４０は、通信が断絶された検出信号Ｓ１の通信フレームは用いずに、対応する正常に通信できた検出信号Ｓ２の通信フレームを用いて操舵トルクτを演算する。また、正常に通信できたとしても、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２の情報は外乱により書き換えられているおそれがある。そのため、ＥＣＵ４０は、自身に既定されている判定基準に基づき、算出される操舵トルクτが異常でないかどうかを判定する。判定基準としては、たとえば、明らかに人間が操舵できる操舵トルクτの量でないことやパリティなどの誤り検出機能による誤り検出が挙げられる。そして、ＥＣＵ４０は、当該操舵トルクτが異常なものではないとき、一時的に当該操舵トルクτを用いてモータ３１を制御する。通信断絶が改善されると、ＥＣＵ４０は、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２が一致するかどうかを判定する。一致するならばＥＣＵ４０は検出信号Ｓ１，Ｓ２により操舵トルクτを演算し、操舵トルクτを用いてモータ３１を制御する。なお、正常に通信でき、操舵トルクτも正常値としてありうる値だが、検出信号Ｓ１と検出信号Ｓ２が一致しないときには、たとえばホール素子の故障や劣化と判断する。

また、第１および第２のセンサＩＣ６０，７０は、つぎのような検出信号Ｓ１，Ｓ２を生成するようにしてもよい。
図５（ｂ）に示すように、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は、時間ｔｂ１の通信フレームと、時間ｔｂ２の通信フレームのない部分とが同じ周期ｔｂで繰り返されてなる。検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２では、通信フレームの存在する部分はＨｉレベル、通信フレームの存在しない部分はＬｏレベルとして生成され、ＨｉとＬｏの切り替わりが周期ｔｂで連続している。時間ｔｂ１は時間ｔｂ２よりも長いため、検出信号Ｓ２の遅延時間ｄｔｂを調整しても、検出信号Ｓ１の通信フレームの存在しない部分に検出信号Ｓ２の通信フレームの存在する部分がすべて重ならないようにすることはできない。そのため、検出信号Ｓ１の通信フレームは部分的に検出信号Ｓ２と重なる。

検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２の通信フレームが重なっているタイミングで外乱による影響があった場合、確かに両方の通信フレームに影響がある。しかし、外乱による影響があっても、ＬｏからＨｉに切り替わるときと、ＨｉからＬｏに切り替わる瞬間は判定することができる。検出信号Ｓ１の通信フレームがＨｉからＬｏに切り替わるときにたとえば通信断絶が発生したとしても、検出信号Ｓ２の通信フレームがＨｉからＬｏに切り替わる瞬間は異なるタイミングで出力されている。そのため、ＨｉとＬｏを判定することで、正常な検出信号Ｓ１，Ｓ２を検出することができるため、通信の阻害を軽減することができる。そして、検出信号Ｓ１，Ｓ２により、ＥＣＵ４０は操舵トルクτを演算する。

さらに、第１および第２のセンサＩＣ６０，７０は、つぎのような検出信号Ｓ１，Ｓ２を生成するようにしてもよい。
図５（ｃ）に示すように、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は、それぞれ複数のＬｏ／Ｈｉの切り替わりが組み合わさった通信フレームを有する。検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２では、時間ｔｃ１の通信フレームと、時間ｔｃ２の通信フレームの存在しない部分とが同じ周期ｔｃで繰り返されている。時間ｔｃ１は時間ｔｃ２よりも長いため、検出信号Ｓ２の遅延時間ｄｔｃを調整しても、検出信号Ｓ１の通信フレームの存在しない部分に検出信号Ｓ２の通信フレームの存在する部分がすべて重ならないようにすることはできない。

検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２の通信フレームが重なっているタイミングで外乱による影響があった場合、確かに両方の通信フレームに影響がある。従来であれば、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は外乱によって同様に正常でないデジタル信号に変化し、両者を比較すると一致するために実際には正常でないにもかかわらず正常と判断されるおそれがあった。しかし、たとえば外乱によって検出信号Ｓ１の通信フレームの一部が失われたとしても、異なるタイミングでデジタル通信される検出信号Ｓ２は通信フレームで失われる部分は異なりうる。そのため、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は、同一のデジタル信号へ変化することが抑制され、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２を比較しても両者は同一のデジタル信号とは判断されない。よって両者が正常でないデジタル信号であるにも関わらず、正常と判断されることを抑制することができる。

以上説明したセンサシステムによれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１のセンサＩＣ６０の検出信号Ｓ１と第２のセンサＩＣ７０の検出信号Ｓ２とのデジタル通信するタイミングを異ならせることにより、外乱により一方の検出信号に影響がある場合にも、もう一方の検出信号を正常にデジタル通信することができる。完全に検出信号の通信フレーム同士が重ならないようにできる場合には、外乱の影響を受けていない通信フレームからＥＣＵ４０は操舵トルクτを演算できる。さらに、検出信号Ｓ１，Ｓ２の両方が同様にデータを書き換えられることを抑制できる。

（２）通信フレーム同士が重なっている場合にも、通信フレームがＨｉとＬｏが周期的に切り替わる検出信号の場合には、ＨｉとＬｏとの切り替わりを検出することにより、一方の検出信号が外乱により影響を受けても、もう一方の検出信号のＨｉとＬｏの切り替わりを検出することで、正常な検出信号Ｓ１，Ｓ２を検出することができる。そのため、ＥＣＵ４０は正常な操舵トルクτを演算できる。

（３）検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は複数のＬｏ／Ｈｉの切り替わりが組み合わさったような通信フレームのデジタル通信するタイミングを部分的にずらす構成であっても外乱の影響を軽減することができる。すなわち、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は異なる時間に通信しているため、同一のデジタル信号へ変化することが抑制される。そのため、検出信号Ｓ１および検出信号Ｓ２は正常なデジタル信号でないにも関わらず、比較すれば同一であるために正常と判断されることを抑制することができる。そのため、より確実にＥＣＵ４０は正常な操舵トルクτを演算できる。

（４）温度センサ６１ｂ，６２ｂ，７１ｂ，７２ｂは第１〜４検出部６１，６２，７１，７２にそれぞれ設けられ、それぞれ第１〜第４ホール素子６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａおよび保持部材５０の磁石の温度を測定する。そして、第１〜４Ａ／Ｄ変換部６１ｃ，６２ｃ，７１ｃ，７２ｃは各温度センサ６１ｂ，６２ｂ，７１ｂ，７２ｂから得られる温度により、それぞれのアナログ信号（ホール電圧）をより正確にデジタル信号へと補正して変換することができる。そのため、より正確な操舵トルクτを演算することができる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。
図３を参照して、第１実施形態と第２実施形態の違いを説明する。本実施形態では、第２のセンサＩＣ７０には遅延部７６は設けられておらず、第２通信部７５の検出信号Ｓ２は直接ＥＣＵ４０へ出力される。そのため、第１通信部６５と第２通信部７５とは、ＥＣＵ４０からのトリガーＴ１，Ｔ２が入力された際に、同時に検出信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。

また、第１実施形態と異なり、第２検出部６２と第３検出部７１は入れ替えられている。そのため、第１のセンサＩＣ６０は、作用する磁気の強さと電圧信号の関係において正の相関関係を示すホール素子６１ａ，７１ａが備えられている。また、第２のセンサＩＣは負の相関関係を示すホール素子６２ａ，７２ａが備えられている。

第１通信部６５および第２通信部７５は各Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号から、所定の通信フレームをもった検出信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。当該通信フレームの一例は、図６（ａ）に示すとおりである。同図に示されるように、第１検出部６１から出力されるデジタル信号（ホール電圧を表す）はビットａ（０）〜ａ（１２）で表される。また、第２検出部６２から出力されるデジタル信号はビットｂ（０）〜ｂ（１２）で表される。これらのビットａ（０）〜ａ（１２）とビットｂ（０）〜ｂ（１２）で表されるデジタル信号の和は、図４（ｂ）に示すように、作用する磁気の強さによらずに一定値となる。同様に、第３検出部７１のデジタル信号はビットｃ（０）〜ｃ（１２）と、第４検出部７２のデジタル信号はビットｄ（０）〜ｄ（１２）と表される。ビットｃ（０）〜ｃ（１２）とビットｄ（０）〜ｄ（１２）で表されるデジタル信号の和も、作用する磁気の強さによらずに一定値となる。なお、デジタル信号の和とは、ホール電圧の和のことである。

第１通信部６５は、各ビットａ（０）〜ａ（１２），ｃ（０）〜ｃ（１２）を並べ替えることにより、図６（ａ）に表される通信フレームを有する検出信号Ｓ１を生成する。第２通信部７５は、各ビットｂ（０）〜ｂ（１２），ｄ（０）〜ｄ（１２）を並べ替えることにより、図６（ｂ）に表される通信フレームを有する検出信号Ｓ２を生成する。ビットａ（０）〜ａ（１２）はビットｂ（０）〜ｂ（１２）の同じ番号のビットと異なる位置に配置されている。ビットｃ（０）〜ｃ（１２）とビットｄ（０）〜ｄ（１２）も同様に、同じ番号のビットは異なる位置に配置されている。たとえば、ビットａ（１）と同時に通信されるのは、ビットｂ（１２）である。

また、第１通信部６５および第２通信部７５ならびにＥＣＵ４０の間では、検出信号Ｓ１，Ｓ２の誤りを検出するために、たとえば巡回冗長検査（ＣＲＣ）が行われる。ＣＲＣは、通信中のエラーを検出するために用いられる方法である。すなわち、送信側である通信部６５，７５と受信側であるＥＣＵ４０との通信中にエラーが発生した場合には、通信部６５，７５のＣＲＣ値とＥＣＵ４０側のＣＲＣ値とが一致しない。

つぎに、本実施形態の作用を説明する。なお、第１実施形態と同じ作用については省略する。
本実施形態では、第２のセンサＩＣ７０に遅延部７６が設けられていないため、検出信号Ｓ１，Ｓ２は同時に出力される。外乱が発生した場合には、検出信号Ｓ１も検出信号Ｓ２も通信フレームの同一の列にあるビットが影響を受ける。これにより、同一の列にあるビット情報が失われたり、異なるビット情報となったりする。

そこで本実施形態では、第１検出部６１と第２検出部６２とによってそれぞれ生成されるデジタル信号の対応するそれぞれのビットが同時に外乱の影響を受けないように、検出信号Ｓ１，検出信号Ｓ２の通信フレームにおけるビットの並び方が設定されている。また、第１検出部６１のデジタル信号と対応する第３検出部７１のデジタル信号の対応するそれぞれのビットが同時に外乱の影響を受けないように、並び方が設定されている。たとえば、ビットａ（１）を出力するタイミングで外乱が発生し、ビットａ（１）のビット情報が書き換えられたとする。その場合、ビットａ（１），ビットｃ（１２），ビットｂ（１２），ビットｄ（１）が外乱の影響を受ける。しかし、ビットａ（１）とビットｂ（１２）とが書き換えられたとしても、ビットａ（０）〜ａ（１２）で表現されるデジタル信号と、ビットｂ（０）〜ｂ（１２）で表現されるデジタル信号との和の値は、正常であれば、作用する磁気の強さによらずに一定値である。同様に、ビットｃ（０）〜ｃ（１２）で表されるデジタル信号と、ビットｄ（０）〜ｄ（１２）で表されるデジタル信号との和の値は、正常であれば、作用する磁気の強さによらずに一定値である。この一定値を基準として設定される許容範囲に、ビットａ（０）〜ａ（１２）で表現されるデジタル信号と、ビットｂ（０）〜ｂ（１２）で表現されるデジタル信号との和がなければ、検出信号Ｓ１が異常であると判断できる。このような場合、ＥＣＵ４０は検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づき算出される操舵トルクτを使用したモータ３１の制御を制限または停止する。

ビットａ（０）〜ａ（１２）はビットｃ（０）〜ｃ（１２）とは同じトーションバーの捩れ角を検出した結果であるため、それらのデータは本来等しい。従来であれば、ビットの順番を並び替えていないため、外乱によりビットが書き換えられるときに、ビットａ（０）〜ａ（１２）とビットｃ（０）〜ｃ（１２）とは、同じ部分が書き換えられるおそれがある。そのため、たとえば複数のセンサＩＣでトーションバー２３ｃの捩り角を検出して冗長化したとしても、それらのセンサＩＣは同様に正常でない値同士で比較して一致するため、ＥＣＵ４０は検出信号Ｓ１，Ｓ２は異常でないと誤判断しうる。

この点、本実施形態では、ビットａ（０）〜ａ（１２）とビットｃ（０）〜ｃ（１２）とは、それぞれ対応するビットが異なるタイミングで出力される。たとえば、ビットａ（１）が出力されるときには、ビットｃ（１２）が出力される。この際に、外乱によって、ビットａ（１）が書き換えられた場合には、ビットｃ（１２）も同様に書き換えられているおそれがある。しかし、書き換えられるおそれがあるのは異なるビット情報同士であるため、ビットａ（０）〜ａ（１２）で表されるデジタル信号とビットｃ（０）〜ｃ（１２）で表されるデジタル信号は、両者で比較すると一致しない。そのため、外乱により一部のビットが異なるビット情報に書き換えられたとしても、両デジタル信号を比較して一致しなければ、検出信号Ｓ１，Ｓ２は異常と判定できる。ビットｂ（０）〜ｂ（１２）で表されるデジタル信号とビットｄ（０）〜ｄ（１２）で表されるデジタル信号についても同様である。

さらに、外乱により通信フレームが書き換えられた場合には、ＣＲＣ用のデータも書き換えられるおそれがある。この場合には、ＥＣＵ４０において計算されるＣＲＣ値と、検出信号Ｓ１，Ｓ２に含まれるＣＲＣ値とが一致しない。そのため、ＥＣＵ４０は検出信号Ｓ１，Ｓ２に異常が発生したことを検出することができる。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）通信フレームを変化させることにより、同時に対応するビットがデジタル通信されないため、外乱によりビット情報が書き換えられたりしても、同時に対応するビット情報は書き換えられることはない。そのため、それぞれ逆の相関関係を示すホール素子のデジタル信号は、両者のデジタル信号（ホール電圧）の和をとると通常は一定であるが、ビット情報が書き換えられたり、失われたりした際には一定値ではなくなる。これにより、異常判定することができる。よって、通信フレームのビット構成を変化させることにより、外乱によりビット情報が書き換えられたとしても、より正確に異常判定することができる。

（２）同じ相関関係を示すホール素子のデジタル信号同士を比較して異常判定する場合には、通信フレームを変化させることにより、より確実に異常を検出することができる。従来であれば外乱により一の通信フレームのビット情報が書き換えられると、同時に冗長した他の通信フレームの同一のビット情報が書き換えられうる。そのため、この状態で異常判定しても、両者は等しく、異常はないと判断されるおそれがあった。しかし、本実施形態では、同一のビット情報は同時には通信されないため、検出信号同士を単純に比較することで異常判定することができる。

（３）通信フレームにＣＲＣの情報が含まれることにより、外乱により通信フレームのビット情報が書き換えられたとしても、ＥＣＵ４０で計算されるＣＲＣと照らし合わせることにより、異常を検出することができる。つまり、検出信号Ｓ１，Ｓ２中のＣＲＣ値とＥＣＵ４０のＣＲＣ値が一致しない場合は、異常と判定することができる。

＜他の実施の形態＞
なお、両実施形態は次のように変更してもよい。なお、以下の他の実施の形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。

・両実施形態では、第１〜４検出部６１，６２，７１，７２にそれぞれ温度センサ６１ｂ，６２ｂ，７１ｂ，７２ｂを設けているが、第１のセンサＩＣ６０と第２のセンサＩＣ７０にそれぞれ１つずつ設けるようにしてもよいし、どの部分にも設けなくてもよい。温度センサを設けない場合には、温度依存性の小さいホール素子および磁石を用いるのが好ましい。

・両実施形態では、ＥＣＵ４０は１つのみ設けたが、各センサＩＣからの出力にそれぞれ別個の処理をするＥＣＵ４０を設けてもよい。
・両実施形態では、ＥＣＵ４０からのトリガーＴ１，Ｔ２によって、第１通信部６５および第２通信部７５は検出信号Ｓ１，Ｓ２をＥＣＵ４０へ出力したが、ＥＣＵ４０からの要求でなくてよい。たとえば、外部の装置からの要求であってもよいし、トルクセンサ４１は一定時間ごとに間欠駆動してＥＣＵ４０に検出結果Ｓ１，Ｓ２を通信してもよい。

・第１実施形態および第２実施形態を組み合わせて実施しても良い。この場合、図５（ａ）のようにそれぞれの通信フレームは異なるタイミングでデジタル通信されるのが好ましい。

・第１実施形態では、第２のセンサＩＣ７０に遅延部７６を設けることによって、通信フレームの出力するタイミングを異ならせたが、それぞれの第１及び第２通信部６５，７５を、それぞれタイミングをずらしたクロック信号によって一定の周期ごとに通信を行うことで検出信号Ｓ１，Ｓ２の出力タイミングを異ならせてもよい。また、第２通信部７５の内部における信号経路に抵抗を設けることによって、検出信号Ｓ１，Ｓ２の出力タイミングを異ならせてもよい。

・第１実施形態では、第２のセンサＩＣ７０に遅延部７６を設けることによって、通信フレームの出力するタイミングを異ならせたが、遅延部７６を設けず、ＥＣＵ４０からのトリガーＴ１，Ｔ２のタイミングを異ならせることにより、検出信号Ｓ１，Ｓ２の出力タイミングを異ならせてもよい。

・両実施形態では、センサＩＣを２つ設けたが、３つ以上であってもよい。
・両実施形態では、それぞれのセンサＩＣに検出部は２つ設けられたが、たとえば図７のように検出部は１つであってもよい。また、それぞれのセンサＩＣに３つ以上の検出部が設けられてもよい。

・両実施形態では磁気検出素子としてホール素子を用いたが、たとえばＭＲセンサであってもよい。さらに、本発明は磁気検出素子に限らず、状態量を測定するセンサであればよい。

・両実施形態では、センサ（たとえば第１ホール素子６１ａ）の出力を補正するために温度センサ６１ｂが設けられたが、別の状態量に基づき補正してもよい。たとえば、温度センサの代わりに圧力センサを設けて、ホール電圧の圧力変化から補正してもよい。

・第２実施形態では、検出信号Ｓ１，Ｓ２の誤り検出方法としてＣＲＣを採用したが、他の方法を採用してもよい。たとえばパリティチェックを採用してもよい。
・第２実施形態では、検出信号Ｓ１，Ｓ２の誤り検出をＣＲＣにより行ったが、誤り検出は行わなくてもよい。この場合、通信フレームにＣＲＣ値を設けなくてもよい。

・第１実施形態では、一の検出信号の通信が阻害された場合に、他の検出信号から計算される操舵トルクτが異常でないならその操舵トルクτを採用したが、共に正常であった操舵トルクτの前回値を用いてもよい。

・また、第２実施形態では、図６（ａ），（ｂ）のような通信フレームを採用したが、同じタイミングにそれぞれの検出信号の同列のビットが重ならないようにする別の構成であってもよい。たとえば、図６（ｃ）に示すような構成であってもよい。

・本例では、Ａ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換する際に温度補正を行ったが、マルチプレクサを設けて当該マルチプレクサにて温度補正してからＡ／Ｄ変換してもよい。また、第１および第２Ａ／Ｄ変換部６１ｃ，６２ｃと第１通信部６５との間、ならびに第３および第４Ａ／Ｄ変換部７１ｃ，７２ｃと第２通信部７５との間にそれぞれ合計４つのハードロジック回路を設けてもよい。各ハードロジック回路により各Ａ／Ｄ変換部により生成されるデジタル信号が処理される。

・両実施形態では、トーションバー２３ｃの捻れ角を検出するトルクセンサ４１を例に挙げたが、操舵角センサなどの他のセンサシステムに具体化してもよい。

１０…ＥＰＳ、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイール、２２…ステアリングシャフト、２３…コラムシャフト、２３ａ…インプットシャフト、２３ｂ…ロアシャフト、２３ｃ…トーションバー（検出対象）、２４…インターミディエイトシャフト、２５…ピニオンシャフト、２６…ラックシャフト、２７…ラックアンドピニオン機構、２８…タイロッド、２９…転舵輪、３０…操舵補助機構、３１…モータ、３１ａ…モータ３１の回転軸、３２…減速機構、４０…ＥＣＵ、４１…トルクセンサ、４２…回転角センサ、４３…車速センサ、５０…保持部材、５１，５２…ヨーク、５１ａ，５２ａ…爪部、５３，５４…集磁リング、６０…第１のセンサＩＣ、６１…第１検出部、６２…第２検出部、６１ａ，６２ａ…第１，第２ホール素子、６１ｂ，６２ｂ…温度センサ、６１ｃ，６２ｃ…第１，第２Ａ／Ｄ変換部、６３…メモリ、６４…発振器、６５…第１通信部、７０…第２のセンサＩＣ、７１…第３検出部、７２…第４検出部、７１ａ，７２ａ…第３，第４ホール素子、７１ｂ，７２ｂ…温度センサ、７１ｃ，７２ｃ…第３，第４Ａ／Ｄ変換部、７３…メモリ、７４…発振器、７５…第２通信部、７６…遅延部。

Claims (6)

1. 同一の検出対象について同一の状態量を検出して、その検出結果に応じてそれぞれデジタル信号を生成する複数のセンサＩＣと、
   前記複数のセンサＩＣから前記デジタル信号を受け取る演算部と、を有するセンサシステムにおいて、
   前記複数のセンサＩＣは、それぞれ異なるタイミングで前記デジタル信号を前記演算部へ出力するセンサシステム。
2. 請求項１に記載のセンサシステムにおいて、
   前記複数のセンサＩＣは、それぞれ前記デジタル信号を生成する検出部および前記デジタル信号を前記演算部へ出力する通信部を有し、
   複数の前記通信部の前記デジタル信号を前記演算部へ出力するタイミングに時間差を設けることにより、前記デジタル信号を前記演算部へ出力するタイミングを異ならせるセンサシステム。
3. 請求項２に記載のセンサシステムにおいて、
   複数の前記通信部は、外部からの指令がそれぞれ入力されることにより、前記デジタル信号を前記演算部へ出力するのを開始するセンサシステム。
4. 請求項２または３に記載のセンサシステムにおいて、
   複数の前記通信部は、前記デジタル信号を各通信部間でそれぞれ異なる通信フレームとなるように変換するセンサシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサシステムにおいて、
   前記同一の検出対象は、操舵トルクの印加を通じて捩れるトーションバーであって、
   前記複数のセンサＩＣはそれぞれ前記同一の状態量として前記トーションバーの捩れ量を検出するセンサシステム。
6. 同一の検出対象について同一の状態量を検出して、その検出結果に応じてそれぞれデジタル信号を生成する複数のセンサＩＣと、
   前記複数のセンサＩＣから前記デジタル信号を受け取る演算部と、を備えるセンサシステムであって、
   前記複数のセンサＩＣは、それぞれ前記デジタル信号を生成する検出部および前記デジタル信号を前記演算部へ出力する通信部を有し、
   複数の前記通信部は、前記デジタル信号をそれぞれ異なる通信フレームとなるように生成するセンサシステム。