JP5125532B2 - データ送信装置、電子制御ユニット及びデータ伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、データ送信装置、電子制御ユニット及びデータ伝送装置に関し、特に、アナログ信号を所定のサンプリング周期で数値化した数値化データを伝送するデータ送信装置、電子制御ユニット及びデータ伝送装置に関する。

従来から、各現場側に設けられた複数の信号入力装置によってアナログ信号を収集し、通信回線を介して中央側に設けられた中央監視装置に伝送する際に使用されるアナログ値伝送方式において、今回のアナログ信号の値と、前回のアナログ信号の値との差分を計算し、これをコード化し、変化があった桁の値のみを伝送し、中央監視装置側で前回のアナログ信号の値と、今回の差分の値とに基づき今回のアナログ信号の値を再現することにより、データ伝送量の増大を防止した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−５１３８２号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、制御上必要なデータであるか否かに関わらず、総ての変化についてデータ伝送を行っていたので、必ずしもデータ伝送量の増大を確実に防止することはできないという問題があった。例えば室内温度を計測していて、２５．３℃→２５．４℃→２５．３℃というように、０．１℃幅で上下に振動して温度が変化した場合、最初と最後の温度変化として見れば変化は無く、また途中の変化幅も０．１℃と微小であるので、これに対応した温度制御は中央監視装置側で特に行われないが、計測値で見れば毎回変化して差分は生じているので、総ての差分データを現場側から中央監視装置側に転送することになり、実際の装置制御上は必要の無い無駄な計測値変化でもデータ伝送が行われ、やはりデータ伝送量が増加してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、高精度な制御性を保ちつつ、アナログ信号を数値化した数値化データのデータ伝送量を削減することができるデータ送信装置、データ受信装置及びデータ伝送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係るデータ送信装置は、アナログセンサで検出したアナログ信号を、所定のサンプリング周期で数値化した数値化データを送信するデータ送信装置であって、
前回のサンプリング時に取得した前回数値化データを記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された前記前回数値化データに基づいて、今回のサンプリング時の数値化データ予測値を算出する予測値算出手段と、
今回のサンプリング時に取得した今回数値化データと、前記予測値算出手段により算出された前記数値化データ予測値とを比較し、その差分が所定値を超えたときに、前記今回数値化データを送信すると判定し、前記差分が前記所定値以内のときには、前記今回数値化データを送信しないと判定する送信判定手段と、を有することを特徴とする。

これにより、アナログ信号の数値化データの前回値と今回値の差分が少なく、制御に影響しないときには、データ送信を省くことができ、データ送信量を減少させることができる。また、データ送信量の減少により、更に多くの制御用のアナログセンサを設けることができ、より高性能な制御を実現することができる。

第２の発明は、第１の発明に係るデータ送信装置において、
前記記憶手段は、前々回のサンプリング時に取得した数値化データと、前記前回数値化データとの差分をデータ変化量として記憶し、
前記予測値算出手段は、前記前回数値化データに前記データ変化量を加算して前記数値化データ予測値を算出することを特徴とする。

これにより、最新の過去の数値化データを活用して、今回サンプリング時の数値化データを簡素かつ適切に予測することができ、容易かつ迅速に送信判定を行うことができる。

第３の発明に係るデータ送信装置は、アナログセンサで検出したアナログ信号を、所定のサンプリング周期で数値化した数値化データを送信するデータ送信装置であって、
前回のサンプリング時に取得した前回数値化データを記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された前記前回数値化データに基づいて、今回のサンプリング時の数値化データ予測値を算出する予測値算出手段と、
今回のサンプリング時に取得した今回数値化データと、前記予測値算出手段により算出された前記数値化データ予測値とを比較し、その差分が所定値を超えたときに、前記今回数値化データを送信すると判定する送信判定手段と、を有し、
前記記憶手段は、他のアナログセンサで検出するアナログ信号が急激な値変動をすると予測される所定の変動開始条件を予め記憶し、
前記送信判定手段は、前記今回数値化データが前記所定の変動開始条件を満たすと判定したときには、前記差分が前記所定値以内のときであっても、前記今回数値化データを送信すると判定することを特徴とする。

これにより、自分のアナログセンサで検出したアナログ信号が安定した変化をしているときでも、他のアクチュエータが始動し、始動後は当該他のアナログセンサのアナログ信号のデータ送信が優先されることが予測される場合には、自分の数値化データを送信し、最新のデータに更新することができる。

第４の発明に係る電子制御ユニットは、第１〜３のいずれか一つの発明に係るデータ送信装置から送信された数値化データを受信し、前記データ送信装置のサンプリング周期と同じ周期で取得するセンサ値に応じた制御を行う電子制御ユニットであって、
前回のサンプリング時の前回センサ値を記憶する記憶手段と、
該記憶手段により記憶された前記前回センサ値に基づいて、今回のサンプリング時の予測センサ値を算出する予測値算出手段と、
前記データ送信装置から、前記数値化データを受信したときには、受信した数値化データの値をセンサ値とし、前記数値化データを受信しなかったときには、前記予測値算出手段により算出された前記予測センサ値をセンサ値とするセンサ値決定手段と、を有することを特徴とする。

これにより、データ送信装置から実際のデータが送信されてきたときはそのデータを用いて制御を行い、データが送信されなかったときには、データ送信装置と同様のセンサ値予測演算を行い、これを用いて制御を行うことにより、データを受信しなかったときでも適切な制御を行うことが可能となる。

第５の発明に係るデータ伝送装置は、第１〜３のいずれか一つの発明に係るデータ送信装置と、
第４の発明に係る電子制御ユニットと、
前記データ送信装置と前記電子制御ユニットとを接続する伝送路と、を有することを特徴とする。

これにより、制御性の質は適切に保ちつつ、データ伝送量を削減することができ、高性能化・高精度化した電子制御システムに十分対応することが可能となり、センサ・アクチュエータ等の増加にも対応することができる。

本発明によれば、高精度な制御性を保ちつつ、アナログ信号を数値化した数値化データのデータ伝送量を削減することができる。

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、本発明を適用した実施例に係るデータ送信装置３０、データ受信装置６０及びデータ伝送装置１００の概略構成を示した機能ブロック図である。本実施例に係るデータ送信装置３０、データ受信装置６０及びデータ伝送装置１００は、アナログセンサにより検出されたアナログ信号に基づいてアクチュエータの制御を行う種々の電子制御システムに適用することができるが、例えば、車両に搭載される車載電子制御システムに適用されてもよい。以後、本実施例に係るデータ送信装置３０、データ受信装置６０及びデータ伝送装置１００が、車載電子制御システムに適用された例を用いて説明する。

図１において、本実施例に係るデータ伝送装置１００は、大きく分けて、データ伝送側のデータ送信装置３０を含むインテリジェントセンサ４０と、データ受信側の電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electric Control Unit）６０とから構成される。また、データ送信側のデータ送信装置３０と、データ受信側の電子制御ユニット６０は、伝送路５０により接続されている。

電子制御ユニット６０は、通常は複数設けられ、電子制御ユニット６０ａ、６０ｂ同士は、伝送路５５により接続されている。電子制御ユニット６０ａ、６０ｂ同士を接続する伝送路５５の途中には、必要に応じてセンタ＆ゲートウェイ電子制御ユニット６５が備えられていてもよい。また、送信側のデータ送信装置３０を含むインテリジェントセンサ４０も、各電子制御ユニット６０ａ、６０ｂに対して、複数設けられてよい。図１においては、電子制御ユニット６０ａには、データ送信装置３０ａを含むインテリジェントセンサ４０ａ及びデータ送信装置３０ｂを含むインテリジェントセンサ４０ｂが接続され、もう一方の電子制御ユニット６０ｂには、データ送信装置３０ｃを含むインテリジェントセンサ４０ｃ及びデータ送信装置３０ｄを含むインテリジェントセンサ４０ｄが接続されている。

このように、データ伝送装置１００は、複数の電子制御ユニット６０ａ、６０ｂ同士が伝送路５５で接続されてネットワークを形成し、更に各電子制御ユニット６０ａ、６０ｂに複数のデータ送信装置３０ａ、３０ｂ及びデータ送信装置３０ｃ、３０ｄが各々接続された構成となっている。

次に、個々の構成要素について詳説する。まず、データ送信側であるインテリジェントセンサ４０の構成要素について説明する。

インテリジェントセンサ４０は、アナログセンサ１０と、数値化手段２０と、データ送信装置３０とから構成される。種々の物理量を検出するセンサは、通常は、アナログセンサ１０のみから構成されることが多いが、本実施例に係るインテリジェントセンサ４０は、アナログセンサ１０の他、アナログ信号を数値化してデジタル信号に変換する数値化手段２０と、数値化した数値化データを受信側に送信するデータ送信装置３０とを更に備えている点で、従来のセンサとは大きく異なっている。

アナログセンサ１０は、種々の物理量を、アナログ信号として検出するための手段である。例えば、オートエアコン制御用のアナログセンサ１０であれば、室内温度を検出する室内温度センサの他、エンジン水温センサ、外気温度センサ、エバポレータ温度センサ、排気ガス検知センサ、湿度センサ、モータ位置（角度）検出センサ、吹き出し温度センサ等のアナログセンサが用意される。また、例えばエアバック制御用のアナログセンサ１０であれば、衝突を検出する加速度センサや、乗員を検出する乗員検知センサが適用される。

このように、アナログセンサ１０は、種々の用途に応じた物理量を検出するため、所望の物理量を検出し易い位置に設けられ、対象とする物理量を、時間の経過につれて連続して変化するアナログ信号として検出する。なお、アナログ信号は、例えば電圧又は電流等の電気信号として検出されてよい。

なお、図１においては、複数のインテリジェントセンサ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに各々対応して、複数のアナログセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが設けられている。これらの数は、検出する物理量の数に応じて、更に多く設けることができ、また用途に応じて適切な態様のアナログセンサ１０ａ〜１０ｄを設けることができる。

数値化手段２０は、アナログセンサ１０で検出したアナログ信号を数値化して数値化データを取得するための手段である。数値化手段２０は、連続したアナログ信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングしてアナログ信号の値を読み取り、次いで読み取った値を量子化して整数値で表現し、デジタルの数値化データに変換する。数値化手段２０は、所定の周期でサンプリングを行うため、例えばタイマ２１のような時間計測手段を備えてよく、またアナログ信号値を数値化データに変換するため、Ａ／Ｄ変換器２２を備えていてよい。Ａ／Ｄ変換器２２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路やソフトウェア等の種々の手段により実現されてよい。

図２は、アナログセンサ１０で検出されたアナログ信号を、所定のサンプリング周期Ｔでサンプリングする一例を示した図である。図２において、横軸は時間ｔ、縦軸はセンサ値であるアナログ信号の大きさｙを示している。図２に示すように、所定のサンプリング周期Ｔでアナログ信号のセンサ値を読み取り、これを量子化すれば、アナログ信号の大きさに対応した数値化データを得ることができる。数値化手段２０では、かかる数値化データ取得のための処理を行う。

図１に戻る。アナログセンサ１０と数値化手段２０の間は、伝送路５０で接続される。伝送路５０ａは、バス結線が適用されてよく、バスの形式も、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Internet Network）、ＦｌｅｘＲａｙ等、用途に応じて適宜適切な種類が適用されてよい。なお、数値化手段２０とデータ送信装置３０との間及びデータ送信装置３０と電子制御ユニット６０との間も、伝送路５０で接続されてよい。これらの伝送路も、上述の種々のバス結線が適用されてよい。これらのバス結合により、多重通信を実現することができる。

また、数値化手段２０及びこれに含まれるタイマ２１とＡ／Ｄ変換器２２は、アナログセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに対応して各々数値化手段２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、タイマ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ及びＡ／Ｄ変換器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが各々複数設けられてよく、各々同士が対応する伝送路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄにより接続されてよい。

データ送信装置３０は、数値化手段２０で数値化された数値化データが、受信側の電子制御ユニット６０に送信するか否かの判定を行い、送信すると判定したときはそのまま数値化手段２０から伝送された数値化データを受信側の電子制御ユニット６０に送信し、送信しないと判定したときには、数値化データを送信しない処理を行う手段である。

データ送信装置３０は、記憶手段３１と、予測値算出手段３２と、送信判定手段３３とを備える。

記憶手段３１は、前回のサンプリング周期の際に取得した数値化データを記憶する手段である。データ送信装置３０は、前回のサンプリング時に取得した前回数値化データを用いて、今回のサンプリング時の数値化データを予測する演算処理を行うため、記憶手段３１は、かかる演算処理に必要なデータを一時記憶する。従って、記憶手段３１は、前回のサンプリング時に取得した前回数値化データの他、必要に応じて、演算処理に必要なデータを総て記憶してよい。例えば、更に前の前々回のサンプリング時の数値化データや、変動量を見るため、前々回のサンプリング時の数値化データと前回のサンプリング時の前回数値化データとの差分を、データ変化量として記憶しておいてもよい。

記憶手段３１は、種々のデータの一時記憶が可能な通常のＲＡＭ等のメモリが適用されてよいが、必要に応じて、所定の特定条件を記憶するために、ＲＯＭも併用されてもよい。記憶手段３１は、その種類や態様は問わず、データ送信装置３０が送信判定を行うために必要な種々のデータを記憶することができれば、種々の態様を適用してよい。

予測値算出手段３２は、前回のサンプリング時の数値化データ等の、記憶手段３１に記憶された過去のサンプリング時の数値化データ等に基づいて、今回のサンプリング時の数値化データを推定、予測する手段である。予測値算出手段３２による今回のサンプリング時の数値化データの予測は、種々のデータ推定方法に基づいて実行されてよい。例えば、一つの例としては、前々回のサンプリング時の数値化データと前回のサンプリング時の数値化データの差分を最新のデータ変化量として記憶しておき、これを前回のサンプリング時の数値化データに符号を含めて加えれば、次回のサンプリング時の数値化データ、つまり今回のサンプリング時の数値化データを予測することができる。例えば、このようにして数値化データ予測値を算出することができる。

予測値算出手段３２は、このような数値化データ予測値を算出する演算処理を実行する手段であるので、演算処理機能を有する電子回路、ＣＰＵ（Center Processing Unit、中央処理装置）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で実現されてよい。

送信判定手段３３は、予測値算出手段３２で算出された数値化データ予測値と、実際にアナログセンサ１０で検出されて数値化手段２０で数値化され、伝送路５０を介してデータ送信装置３０に伝送された今回のサンプリング時の数値化データとを比較し、受信側への送信を行うか否かの判定を行う手段である。

具体的には、送信判定手段３３は、実際の計測値である今回のサンプリング時の数値化データと、予測値算出手段３２で算出された数値化データ予測値との差分が所定値を超えたときには、今回のサンプリング時の数値化データを送信するとの判定を行う。逆に、実際の数値化データと、数値化データ予測値との差分が所定値以内のときには、今回のサンプリング時の数値化データを送信しないとの判定を行う。かかる送信判定を行うことにより、今回のサンプリング値が予測の範囲内にあったときには、数値化データの送信を行わずに送信データ量を削減し、逆に今回のサンプリング値が予測の範囲を超えたときには、数値化データを送り、高精度の制御を実現させることができる。

つまり、アナログセンサ１０により監視している物理量が、過去の変化から見て予測可能な範囲内の値を示していれば、かかる変化は受信側でも容易に予測可能なので、実際に測定したデータに基づかなくても、適切な制御を継続することができる。一方、アナログセンサ１０で監視している物理量が、予測の範囲を超えたときには、順調な変化ではなく不規則又は突発的な変化をしている蓋然性が高いので、これは実測データを受信側で確実に取り込み、これに応じた制御を適切に実行する必要がある。

本実施例に係るデータ送信装置３０は、このような思想に基づき、制御にさほど重要でないアナログ信号の数値化データは送信を止め、制御に重要な数値化データは送信することにより、データ送信量の削減と、高精度な制御の維持という相反する２つの要求を同時に満たす構成となっている。

このような構成により、特に、例えばパワートレイン制御においては、温度データや空気量、湿度データというような、比較的安定した物理量を計測するアナログセンサ１０からのデータ送信量の低減を図ることができる。

なお、送信判定を行う所定値は、用途に応じて適宜適切に設定されてよく、アナログセンサ１０の検出対象に応じた所定の固定値に設定されてもよいし、例えば、数値化データ予測値の算出の際に用いたデータ変化量等を利用し、前々回のサンプリング時の数値化データと前回のサンプリング時の数値化データの差分に、所定％乗じたような変動値に設定してもよい。

送信判定手段３０も、判定のための演算処理を行うので、演算処理を行う電子回路、ＣＰＵ又はＡＳＩＣ等の手段により実現されてよい。

このように、記憶手段３１、予測値算出手段３２及び送信判定手段３３のいずれも、データの記憶、処理等を行うデータ処理手段であるので、データ送信装置３０は、全体としても演算処理を行う電子回路、ＣＰＵ又はＡＳＩＣ等により一体的に構成されてよい。また、図示していないが、データ送信手段３０は、データ送信のために必要な通信回路等の通信手段を備えていてよい。

また、データ送信装置３０も、複数のアナログセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ及び数値化手段２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに各々対応して、複数のデータ送信装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが備えられている。そして、各々のデータ送信装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが、夫々対応する記憶手段３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、予測値算出手段３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、送信判定手段３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとを各々備えた構成となっている。そして、各数値化手段２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとの接続は、やはり対応する伝送路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄによりなされている。

なお、右側の電子制御ユニット（ＥＣＵ２）６０ｂに接続されているデータ送信装置３０ｃと数値化手段２０ｃ及びこれを接続する伝送路５０ｃは、一体的にＣＰＵ３５ｃ内に構成されている。同様に、データ送信装置３０ｄと数値化手段２０ｄ及びこれを接続する伝送路５０ｄも、ＣＰＵ３５ｄ内に一定的に構成されている。このように、データ送信装置３０ｃ、３０ｄ及び数値化手段２０ｃ、２０ｄは、ＣＰＵ３５ｃ、３５ｄ内に内蔵されていてもよい。機能的には、データ送信装置３０及び数値化手段２０は、ＣＰＵ内蔵型であっても、外付け型であっても同じであるので、用途に応じて所望のハード構成としてよい。

また、インテリジェントセンサ４０は、アナログセンサ１０、数値化手段２０及びデータ送信装置３０を一体的に備えたものとして構成されてもよいし、各構成要素が別個独立して構成されてもよい。かかる構成も、用途に応じて種々の態様としてよい。

なお、データ送信装置３０で行う演算処理の内容は、更に詳細に後述する。

次に、受信側の電子制御ユニット６０について説明する。電子制御ユニット６０は、取得したセンサ値に基づいて、必要な制御を行うための手段である。例えば、上述のエアコン制御用の電子制御ユニットの場合、室内温度という制御対象があれば、設定された室内温度を制御目標として、これを設定値にすべくエアコンの制御を行う。具体的には、室内温度センサ、外気温度センサ、吹き出し温度センサ、湿度センサ等を用いて、総合的な制御を行う。従って、電子制御ユニット６０は、制御対象のセンサ値に基づいて、制御対象が所定の目標値になるように制御する演算処理手段が搭載されている。センサ値は、データ送信装置３０から数値化データが送信されてきた場合には、それをセンサ値として用いればよいが、上述のように、本実施例に係るデータ送信装置３０においては、今回のサンプリング時の数値化データが数値化データ予測値から所定値以内の値であった場合には、数値化データが送信されてこない。かかる場合に、制御のもととなるセンサ値を作り出す必要があり、本実施例に係る電子制御ユニット６０は、そのような機能を有する手段を備えている。

具体的には、本実施例に係る電子制御ユニット６０は、基本的な制御手段の他、記憶手段６１と、予測値算出手段６２と、センサ値決定手段６３とを備える。

記憶手段６１は、前回のサンプリング時の周期に対応するセンサ値を記憶する手段である。受信側である電子制御ユニット６０は、自分自身はサンプリングを行わないが、送信側のサンプリング周期と同じ周期でデータ更新が行われる。上述のように、データ送信装置３０から数値化データが送信され、それを受信した場合には、受信した数値化データが更新データとなるが、数値化データが送信されてこなかったときには、今回のサンプリング時に対応するセンサ値を作り出す必要がある。かかる今回のサンプリング時の周期に対応するセンサ値は、前回のサンプリング時に対応するセンサ値に基づいて作り出すので、前回のサンプリング時のセンサ値を、記憶手段３１により記憶しておくようにする。なお、前回のサンプリング時のセンサ値は、実測データの場合もあり得るし、作り出されたデータの場合もあり得る。

なお、記憶手段６１は、センサ値のデータが一時保存可能なメモリが用いられてよく、例えば一般的に用いられているＲＡＭ等であってもよい。

予測値算出手段６２は、記憶手段６１に記憶された前回センサ値に基づいて、今回のサンプリング周期に対応するセンサ値を予測して算出する手段である。今回のサンプリング時のセンサ値を予測する予測方法は、種々の演算手法が適用されてよいが、データ送信装置３０との統一性を保つため、データ送信装置３０の予測値算出手段３２で実行されている予測手法と同じ予測手法が適用されることが好ましい。例えば、データ送信装置３０において説明したように、前々回のサンプリング時に対応するセンサ値と、前回のサンプリング時に対応するセンサ値との差分を算出して、これをセンサ値変化量として記憶手段６１に記憶しておき、前回のサンプリング時に対応するセンサ値に、これを符号も含めて加算するようにすれば、今回のサンプリング時に対応するセンサ値を予測することができる。

このように、予測値算出手段６２は、前回のサンプリング時に対応するセンサ値と、必要な所定のセンサ値等に基づくデータを用いて、今回のサンプリング時に対応するセンサ値を算出する機能を有する。

なお、予測値算出手段６２は、ＣＰＵ等の演算処理手段により構成されてよい。

センサ値決定手段６３は、データ送信装置３０から受信する数値化データを監視し、今回のサンプリング時の数値化データを受信したときは、これをセンサ値に決定し、所定のサンプリング周期で数値化データを受信しなかったときには、予測値算出手段６２で算出された予測センサ値をセンサ値として決定する手段である。従って、センサ値決定手段６３は、必要に応じて、サンプリング周期を計測するタイマ６４等の時間計測手段を備えていてもよい。

かかるセンサ値決定手段６３により、テータ送信装置３０から数値化データの受信をしなかった場合でも、データ送信装置３０側のサンプリング周期に対応して、適切なセンサ値を埋めてゆくことにより、電子制御ユニット６０で実行される制御は、適切な制御内容が維持されるとともに、通信データ量が削減される。そして、数値化データを受信した場合には、実際にアナログセンサ１０で検出したアナログ信号に基づく数値化データに基づき、高精度の制御が実行される。

このように、本実施例に係る電子制御ユニット６０は、データ送信装置３０と協働し、伝送データ量の低減を図るとともに、高精度の制御を実現できる構成となっている。

なお、記憶手段６１、予測値算出手段６２、センサ値決定手段６３及びこれに含まれるタイマ６４は、電子制御ユニット６０内のＣＰＵに一体的に組み込まれて構成される。

電子制御ユニット６０には、各種のアクチュエータ７０が接続され、センサ値に基づいて、所定の制御が実行される。アクチュエータ７０は、例えば電子制御ユニット６０がエアコン制御用の電子制御ユニット６０であれば、ブロアファンを回転させるブロアモータ、エマミックスドア、内外気切替手段及び吹き出し口切替手段等が適用されてよく、エア・バッグ制御用の電子制御ユニット６０であれば、エア・バッグ点火装置であってよい。

また、電子制御ユニット６０も、所定の制御目的や対象に応じて複数設けられてよく、図１においても、２つの電子制御ユニット６０ａ、６０ｂが設けられている。そして、各々の電子制御ユニット６０ａ、６０ｂは、複数のアクチュエータ７０ａ、７０ｂ及びアクチュエータ７０ｃ、７０ｄを各々備えている。そして、複数の電子制御ユニット６０ａ、６０ｂ同士は、伝送路５５により接続され、電子制御ユニット６０ａ、６０ｂ間でネットワークを構成している。車両の種々の制御は、複数の電子制御ユニット６０ａ、６０ｂが協働して制御を行う場合も多いので、このような車載ネットワークを有するデータ伝送装置１００を、全体で構成するようにしてもよい。なお、伝送路５５は、上述のようなバスが適用され、用途に応じてＣＡＮ、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙ等の適切なバスが用いられてよい。

なお、複数の電子制御ユニット６０ａ、６０ｂ同士でプロトコルが異なる場合や、電子制御ユニット同士を関連して統括的な制御を行いたい場合には、必要に応じて、センタ＆ゲートウェイ電子制御ユニット６５を設けるようにしてもよい。

このような構成のデータ送信装置３０、電子制御ユニット６０及びデータ伝送装置１００により、データ伝送量を低減しつつ、高精度な制御を可能とする電子制御システムとすることができる。

次に、図２乃至図４を用いて、データ送信装置３０で実行される、数値化データが入力されてから、送信判定を行うまでの演算処理内容の一例について説明する。

図２は、アナログセンサ１０で検出されたアナログ信号が、数値化手段２０でサンプリングされ、数値化される状態を示した図である。図２において、横軸は時間ｔ、縦軸はアナログ信号値を示している。

図２において、周期Ｔの時間間隔で、数値化手段２０により、サンプリングが実行される。このようなアナログ信号の波形が、数値化手段２０で数値化され、データ送信装置３０に伝送された場合について考える。

図３は、図２の一部を拡大して詳細に示した図である。図３を用いて、図２のアナログ信号波形のうち、図３の横軸に示した時刻ｔ０〜ｔ３３の範囲についてのデータ送信装置３０での演算処理の一例について説明する。

図３において、前回のサンプリング時の数値化データから、今回のサンプリング時の数値化データまでの変化量が、△ｙで示されている。なお、実際の数値化データは、サンプリング周期の間で、より正確な手法で値を定めるが、ここでは、説明の容易のため、波線のサンプリング周期とアナログ信号の交点が数値化データを示しているものとして説明する。

図３において、時刻ｔ２を今回のサンプリング時としたときの、データ送信装置３０で行われる演算処理内量を説明する。時刻ｔ２を今回のサンプリング時とすると、前々回のサンプリング時は時刻ｔ０であり、前回のサンプリング時は時刻ｔ１のときである。まず、前々回のサンプリング時の時刻ｔ０における数値化データと、前回のサンプリング時の時刻ｔ１におけるサンプリング時の数値化データの差分である数値化データ変化量は、△ｙ１で表される。この値は、記憶手段３１に記憶される。そして、時刻ｔ１の数値化データに、△ｙ１を加えると、時刻ｔ２のサンプリング時における数値化データ予測値ｐｙ２が算出される。この算出は、予測値算出手段３２で実行される。次いで、この数値化データ予測値と、実際の時刻ｔ２における数値化データａｙ２を比較して差分ｄｙ２を算出し、これが所定値を超えていれば、実測の数値化データａｙ２を送信すると判定する。一方、差分ｄｙ２が所定値以内のときには、数値化データａｙ２を送信しないと判定する。この判定は、送信判定手段３３で実行される。この判定結果に従い、データ送信装置３０は、数値化データの送信を行うか、又は送信を行わない処理を実行する。

次に、減少している領域を例に採り、時刻ｔ８を今回のサンプリング時とすると、前々回のサンプリング時と前回時のサンプリング時である時刻ｔ６〜ｔ７においては、数値化データ変化量は、−△ｙ７である。これは、記憶手段３１に記憶される。そして、−△ｙ７を、時刻ｔ７における前回のサンプリング時の数値化データａｙ７に加算すれば、今回のサンプリング時の時刻ｔ８における数値化データ予測値ｐｙ８が算出される。これは、予測値算出手段３２により実行される。次に、数値化データ予測値ｐｙ８と、時刻ｔ８における実測値の数値化データａｙ８を比較して差分をとると、差分ｄｙ８が算出される。これが所定値を超えていれば、実測の数値化データａｙ８は送信すると判定され、所定値以内であれば、送信しないと判定される。この判定は、送信判定手段３３により実行される。そして、判定結果に従い、データ送信装置３０から、実測の数値化データが送信されるか、又は送信されないことになる。

例えば、このような演算処理内容で、データ送信装置３０の送信の実行、非実行が決定されてもよい。なお、図３において、このようなロジックで送信判定を行い、○印の付された時刻の数値化データが送信されるものを示し、×印の付された時刻の数値化データは、送信されないものを示している。図３において、時刻ｔ４〜ｔ８のように、急峻で不規則な変化を示す数値化データは、これに対応する制御が必要とされるので、数値化データが送信されている。また、時刻ｔ１５〜ｔ１８のように、数値化データが減少から増加に転じる範囲については、その変化に対応した制御が必要になるので、やはり数値化データが送信される。一方、時刻ｔ９〜ｔ１４及びｔ２５〜ｔ２９に示すように、略一定の割合で線形的に数値化データが減少又は増加し、容易に次のサンプリング時刻の数値化データが予測できる範囲については、数値化データが送信されず、通信データの削減が図られている。

このように、数値化データの変化が予測容易な領域についてはデータ送信を行わず、変化が予測範囲を超える領域についてはデータ送信を行うことにより、全体のデータ通信量を低減させるとともに、サンプリング周期を下げることなく、制御性は高精度に維持することができる。なお、データ送信装置３０で行う今回サンプリング時の数値化データ予測値の算出及び送信判定のアルゴリズムは、適宜用途に応じて、適切なものを適用してよく、種々の態様のアルゴリズムを適用することができる。

図４は、図３で説明した演算処理内容により、データ送信が削減された状態の数値化データを、もとのアナログ信号とともに示した図である。図４において、数値化データが線形的に変化し、その変化が予測できる時刻ｔ９〜ｔ１４、ｔ２５〜ｔ２９及びｔ４０〜ｔ４５の範囲は、数値化データの送信が行われず、通信データ量が削減されていることが分かる。

しかしながら、かかる変化が予測できる範囲においても、アナログ信号を検出しているアナログセンサ１０自身の項目に関する信号変化は急激ではなく、データ送信を行う必要がないが、自分自身の検出値から、他のアナログセンサ１０の検出値に急激な変化が予測できる場合がある。つまり、あるアナログセンサ１０の検出値をモニタしており、その検出値に基づいて、あるアクチュエータが始動し、次にそのアクチュエータを監視するアナログセンサ１０の検出値が、制御に重要な役割を果たすような場合がある。

例えば、スロットル開度を検出するアナログセンサ１０は、スロットルが開かないことには意味をなさないが、スロットルが開いた場合には、スロットル開度を検出し、これに基づいて制御を行うことが重要になる。そして、スロットルが開くトリガは、アクセル開度が基準となっており、アクセル開度を検出するアナログセンサ１０は、別個に設けられている。このような場合には、アクセル開度を検出するアナログセンサ１０は、その変化が予測でき、これに関してはデータ送信を行う必要が無いと判定される状況であっても、スロットルが開いたら、スロットル開度を検出するアナログセンサ１０のデータに基づく制御が優先され、以後のアクセル開度のセンサ値が更新されにくいことが予想される。

このような場合には、アクセル開度を検出するアナログセンサ１０の数値化データが、図４の時刻ｔ２５〜ｔ２９の範囲にあり、線形的に増加をしていて、数値化データを送信しないと判定されるような場合であっても、アクセル開度が、スロットルが開く数値に近付いてきたら、アクセル開度の数値化データを送信するように判定を行う。このような判定を行うことにより、受信側の電子制御ユニット６０のセンサ値の更新をしておいた方がよいデータ項目については、最新の数値化データを送信することができ、制御をより高性能化することができる。

なお、かかる送信判定は、データ送信装置３０の記憶手段３１に、そのような他のアナログセンサ１０が急激に変動するよう予測される所定の変動開始条件を予め記憶しておき、数値化データがこの値に該当又は所定範囲内に入ったときには、送信判定手段３３が、前回のサンプリング時と今回のサンプリング時との差分が所定値以内であっても、数値化データの送信を行うとの判定を行うように構成すればよい。

また、記憶手段３１に予め記憶しておく所定の変動開始条件は、具体的な数値化データの値や範囲であってもよいし、値によって変化する何らかの条件式であってもよい。

このように、他のアナログセンサ１０の検出値の変動も考慮してデータ送信を行うことにより、全体として高性能な制御を行うことが可能なデータ送信装置３０及びデータ伝送装置１００とすることができる。

次に、図５を用いて、データ送信側のデータ送信装置３０を含むインテリジェントセンサ４０で行われる処理フローについて説明する。図５は、データ送信装置３０を含むインテリジェントセンサ４０の処理フロー図である。

ステップ１００では、アナログセンサ１０により、監視対象とする物理量のアナログ信号が検出される。検出されたアナログ信号は、伝送路５０を介して数値化手段２０に伝送される。

ステップ１１０では、数値化手段２０により、アナログセンサ１０で検出されたアナログ信号が所定の周期でサンプリングされ、量子化されて数値化される。これにより、数値化データ、つまりいわゆるデジタルデータが取得される。なお、サンプリング周期は、タイマ２１で計測されてよく、量子化は、Ａ／Ｄ変換器２２により行われてよい。数値化データは、伝送路５０を介して、データ送信装置３０に伝送される。

ステップ１２０では、データ送信装置３０の送信判定手段３３により、数値化手段２０から伝送されてきた今回サンプリング時の数値化データと、予測値算出手段３２で算出された数値化データ予測値との差分が算出される。なお、予測値算出手段３２は、図１乃至図４において説明したように、記憶手段３１に記憶された前回のサンプリング時の数値化データ等に基づいて、今回のサンプリング時の数値化データの予測演算を行う。

ステップ１３０では、データ送信装置３０の送信判定手段３３により、ステップ１２０で算出した差分が、所定値を超えているか否かが判定される。これにより、送信判定を行うか否かが判定される。差分が所定値を超えていた場合には、ステップ１５０に進み、差分が所定値以下であった場合には、ステップ１４０に進む。

ステップ１４０では、送信判定手段３３により更に、数値化データが所定の変動開始条件を満たすか否かが判定される。ステップ１３０において、数値化データを送信する必要が無いと判定された場合であっても、他のアナログセンサ１０のアナログ信号が急激に変動し始める可能性がある場合には、最新の数値化データを送信しておいた方がよいので、かかる必要性があるか否かが、ステップ１４０で判定される。

ステップ１４０において、今回のサンプリング時の数値化データが、他のアナログセンサ１０のアナログ信号の変動開始条件に該当しないと判定されたときには、数値化データの送信は行われず、ステップ１００に戻り、処理フローを最初から繰り返す。一方、変動開始条件に該当すると判定された場合には、ステップ１５０に進む。

ステップ１５０では、データ送信装置３０が備える送信回路等の送信手段を用いて、数値化データの送信が伝送路５０を介してなされ、その処理を終了する。

かかる処理フローにより、制御に必要な数値化データは送信し、不要又は無くても影響は殆ど無いと考えられる数値化データについては送信を見合わせ、通信データ量を低減することができる。

なお、ステップ１４０は、必要に応じて設ければよく、不要のときには省略してもよい。この場合には、ステップ１３０で差分が所定値以内だったときには、ステップ１００に戻り、数値化データの送信を行わず、処理フローを最初から繰り返すことになる。

次に、図６を用いて、受信側の電子制御ユニット６０の処理フローについて説明する。図６は、電子制御ユニット６０の処理フロー図である。

ステップ２００では、予測値算出手段６２により、今回サンプリング時の予測センサ値が算出される。予測センサ値の算出は、記憶手段６１に記憶された前回サンプリング時のセンサ値等に基づいて算出される。

ステップ２１０では、センサ値決定手段６３により、所定のサンプリング周期に対応して、今回サンプリング時の数値化データを受信したか否かが判定される。サンプリング周期の測定は、タイマ６４等の時間計測手段により行われてよい。数値化データを受信したときには、ステップ２２０に進み、数値化データを受信しなかったときには、ステップ２３０に進む。

ステップ２２０では、センサ値決定手段６３が、受信した数値化データを今回サンプリング時のセンサ値とする決定を行い、ステップ２４０に進む。

一方、ステップ２３０では、予測値算出手段６２で算出された予測センサ値を今回サンプリング時のセンサ値とする決定を行い、ステップ２４０に進む。

ステップ２４０では、ステップ２２０又はステップ２３０で決定されたセンサ値に基づいて、アクチュエータ７０を制御する。また、同時に、決定されたセンサ値を、記憶手段３１に書き込み、次のサンプリング時のセンサ値として記憶する。そして、その処理を終了する。

なお、ステップ２４０の制御においては、伝送路５５で接続されてネットワークが形成された複数の電子制御ユニット６０ａ、６０ｂ同士が協働して、１つの制御を実行するような制御を行ってもよい。

このように、受信側の電子制御ユニット６０も、送信側のデータ送信装置３０から数値化データが送信されなかったときには、自分自身でセンサ値を作り出すことにより、制御性を維持できるとともに、数値化データを受信したときには、受信データ値に基づいて、高精度な制御を実現することができる。

かかるデータ送信装置３０及び電子制御ユニット６０を備えることにより、送信側のアナログ信号のサンプリング周期は落とすことなく、必要な数値化データは送信して高精度な制御性を実現し、かつ、全体のデータ通信量は低減させることにより、更なるアナログセンサ１０の増加や、制御の高性能化に対応できるデータ伝送装置１００とすることができる。

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。特に、本実施例においては、車載電子制御システムにデータ送信装置３０、データ受信装置６０及びデータ電送装置１００を適用した例を挙げて説明したが、本発明は、他の用途の電子制御システムにも好適に適用することができる。

本実施例に係るデータ送信装置３０、データ受信装置６０及びデータ伝送装置１００の概略構成を示した機能ブロック図である。 アナログ信号を所定の周期Ｔでサンプリングした一例を示した図である。 図２の一部を拡大して詳細に示した図である。 データ送信が削減された状態の数値化データを示した図である。 データ送信装置３０を含むインテリジェントセンサ４０の処理フロー図である。 電子制御ユニット６０の処理フロー図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ アナログセンサ
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 数値化手段
２１、２１ａ〜２１ｄ、６４、６４ａ〜６４ｄ タイマ
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ Ａ／Ｄ変換器
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ データ送信装置
３１、３１ａ〜３１ｄ、６１、６１ａ〜６１ｄ 記憶手段
３２、３２ａ〜３２ｄ、６２、６２ａ、６２ｂ 予測値算出手段
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ 送信判定手段
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ インテリジェントセンサ
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５５ 伝送路
６０、６０ａ、６０ｂ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６３、６３ａ、６３ｂ センサ値決定手段
６５ センタ＆ゲートウェイ電子制御ユニット
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ アクチュエータ
１００ データ伝送装置

Claims (5)

1. アナログセンサで検出したアナログ信号を、所定のサンプリング周期で数値化した数値化データを送信するデータ送信装置であって、
   前回のサンプリング時に取得した前回数値化データを記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された前記前回数値化データに基づいて、今回のサンプリング時の数値化データ予測値を算出する予測値算出手段と、
   今回のサンプリング時に取得した今回数値化データと、前記予測値算出手段により算出された前記数値化データ予測値とを比較し、その差分が所定値を超えたときに、前記今回数値化データを送信すると判定し、前記差分が前記所定値以内のときには、前記今回数値化データを送信しないと判定する送信判定手段と、を有することを特徴とするデータ送信装置。
2. 前記記憶手段は、前々回のサンプリング時に取得した数値化データと、前記前回数値化データとの差分をデータ変化量として記憶し、
   前記予測値算出手段は、前記前回数値化データに前記データ変化量を加算して前記数値化データ予測値を算出することを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
3. アナログセンサで検出したアナログ信号を、所定のサンプリング周期で数値化した数値化データを送信するデータ送信装置であって、
   前回のサンプリング時に取得した前回数値化データを記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された前記前回数値化データに基づいて、今回のサンプリング時の数値化データ予測値を算出する予測値算出手段と、
   今回のサンプリング時に取得した今回数値化データと、前記予測値算出手段により算出された前記数値化データ予測値とを比較し、その差分が所定値を超えたときに、前記今回数値化データを送信すると判定する送信判定手段と、を有し、
   前記記憶手段は、他のアナログセンサで検出するアナログ信号が急激な値変動をすると予測される所定の変動開始条件を予め記憶し、
   前記送信判定手段は、前記今回数値化データが前記所定の変動開始条件を満たすと判定したときには、前記差分が前記所定値以下のときであっても、前記今回数値化データを送信すると判定することを特徴とするデータ送信装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のデータ送信装置から送信された数値化データを受信し、前記データ送信装置のサンプリング周期と同じ周期で取得するセンサ値に応じた制御を行う電子制御ユニットであって、
   前回のサンプリング時の前回センサ値を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段により記憶された前記前回センサ値に基づいて、今回のサンプリング時の予測センサ値を算出する予測値算出手段と、
   前記データ送信装置から、前記数値化データを受信したときには、受信した数値化データの値をセンサ値とし、前記数値化データを受信しなかったときには、前記予測値算出手段により算出された前記予測センサ値をセンサ値とするセンサ値決定手段と、を有することを特徴とする電子制御ユニット。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のデータ送信装置と、
   請求項４に記載された電子制御ユニットと、
   前記データ送信装置と前記電子制御ユニットとを接続する伝送路と、を有することを特徴とするデータ伝送装置。

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