JP6390532B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、センサの検出信号を制御装置に伝送する通信システムに関する。

従来、センサの検出信号を制御装置に伝送する通信システムにおいて、センサと制御装置とが時間情報を共有するようにした技術が知られている。例えば特許文献１に開示された技術では、制御装置は、要求信号としてトリガ信号を生成しセンサに送信する。センサは、要求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。

米国特許公開ＵＳ２０１３／０３４３４７２Ａ１明細書

特許文献１には、二つのセンサに対し、一つの信号線から分岐した信号線を経由してトリガ信号を送信する構成が記載されており、二つのセンサからのセンサ信号は同時に送信されると考えられる。この構成では、一つのセンサからセンサ値を取得する場合に比べ、制御装置におけるデータ更新周期を短縮することができない。
そこで、ある物理量について複数のセンサ素子が検出した複数のセンサ値を含むセンサ信号の送信タイミングを送信周期よりも短い所定期間ずらし、制御装置が複数のセンサ値を取得するタイミングをずらすことで、データ更新周期を短縮することができる。

このような通信システムにおいて、さらに、マイコンが受信した複数のセンサ値同士の差分値に基づき、差分値を時間差分で除して微分値を演算する構成を想定する。仮に複数のセンサ素子の出力特性にオフセット誤差や傾きのばらつきが存在すると、微分値を正しく演算することができない場合がある。

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、ある物理量について複数のセンサ素子が検出した複数のセンサ値を異なるタイミングでマイコンが取得する通信システムにおいて、複数のセンサ素子の出力特性のばらつきによらず、マイコンがセンサ値の微分値を正しく演算する通信システムを提供することにある。

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を同一の検出対象から検出する複数のセンサ素子、及び、センサ値の情報を含むセンサ信号を、各センサ素子について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を有する。
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、複数のセンサ値、又はセンサ値に基づくセンサ計算値同士の差分値を演算する差分演算部、及び、差分値を時間差分で除した微分値を演算する微分演算部を有する。

送信回路は、複数のセンサ素子のうち一つのセンサ素子が検出したセンサ値を含むセンサ信号に対し、他の一つのセンサ素子が検出したセンサ値を含むセンサ信号を、送信周期よりも短い所定期間ずらして送信する。受信回路は、所定期間ずらして送信されたセンサ信号から取得したセンサ値を異なるタイミングで更新する。
そして、差分演算部は、複数のセンサ素子の出力特性のオフセット誤差を相殺し又は傾きのばらつきを低減するように差分値を演算することを特徴とする。

本発明では、マイコンが受信した複数のセンサ値を適切に選択して差分演算部が差分値を演算し、その差分値を用いて微分演算部が微分値を演算することで、微分値を正しく演算することができる。
特に電動パワーステアリング装置に適用される場合、操舵トルクの時間変化率を正しく演算することにより、モータ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。

好ましくは、差分演算部は、少なくとも一つのセンサ素子について、同じセンサ素子によって検出されたセンサ値同士の差分値を演算する。これにより、複数のセンサ素子のオフセット誤差を相殺することができる。
また好ましくは、差分演算部は、今回の前記センサ値と前回の前記センサ値との平均値同士の差分値を演算する。これにより、複数のセンサ素子の傾きのばらつきによる差分演算値の変動を低減することができる。

さらに、マイコンは、差分値又は微分値をフィルタ処理するフィルタをさらに有することが好ましい。これにより、例えば一部のセンサ素子が故障し、演算処理を切り替えるとき、パラメータを適切に切り替えることができる。また、制御をスムーズに移行させることができる。
加えて、本発明におけるセンサ信号としては、例えば、米国自動車技術会規格ＳＡＥ−Ｊ２７１６に準拠した信号を用いることができる。

本発明の第１〜第５実施形態による通信システムを示すブロック図であり、（ａ）差分演算部、（ｂ）微分演算部の後にフィルタを設ける構成の図。 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。 ＳＥＮＴ通信で用いられるセンサ信号の例を示す図。 複数のセンサ素子にオフセット誤差が存在する場合の問題点を説明する図。 第１実施形態のセンサ計算値及びセンサ差分演算を示すタイムチャート。 複数のセンサ素子の出力特性の傾きが異なる場合の問題点を説明する図。 第２実施形態のセンサ計算値及びセンサ差分演算を示すタイムチャート。 第３実施形態のセンサ計算値及びセンサ差分演算を示すタイムチャート。 一方のセンサ素子の故障時における第４実施形態のセンサ計算値及びセンサ差分演算を示すタイムチャート。 一方のセンサ素子の故障時における第５実施形態のセンサ計算値及びセンサ差分演算を示すタイムチャート。 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 第６実施形態のセンサ計算値及びセンサ差分演算を示すタイムチャート。 一方のセンサ素子群の一つのセンサ素子のセンサ値が異常と判断された場合の処理（１）を示すフローチャート。 同上の処理（２）を示すフローチャート。 同上の処理（３）を示すフローチャート。 比較例のセンサ計算値及びセンサ差分演算を示すタイムチャート。

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。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の通信システムについて図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の通信システムは、車両の電動パワーステアリング装置に適用される。
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。

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。

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）７０１、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。ＥＣＵ７０１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。

ＥＣＵ７０１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、ＥＣＵ７０１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、ＥＣＵ７０１とモータ８０とは一体に構成されてもよい。

次に、第１〜第５実施形態の通信システムの構成について、図１を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、フィルタ７４を設ける位置のみが異なり、それ以外は共通である。
通信システム４０１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５０１と、このセンサ信号を受信するマイコン７１１とを備える。マイコン７１１は、ＥＣＵ７０１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７１１以外のＥＣＵ７０１の構成要素について特に言及しない。
センサ装置５０１とＥＣＵ７０１のマイコン７１１とは信号線Ｌｓ１、Ｌｓ２で接続されている。ここで、信号線Ｌｓ１、Ｌｓ２は、後述するセンサ信号Ｓ１、Ｓ２に対応して便宜的に分けて記載したものであり、物理的に２本に分離されていなくてもよい。

センサ装置５０１は、ある物理量についてのセンサ値を同一の検出対象から検出する複数のセンサ素子５１、６１、及び、センサ値の情報を含むセンサ信号を各センサ素子について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５４を有する。
第１〜第５実施形態では、「複数のセンサ素子」として、第１センサ素子５１及び第２センサ素子６１の二つのセンサ素子を有する構成を例示する。第１センサ素子５１及び第２センサ素子６１が検出したセンサ値を、それぞれ、「センサ値Ｓ１、Ｓ２」と記す。
以下、本明細書では、「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「Ｓ１、Ｓ２」は、センサ値及びセンサ信号の両方に対応する。

なお、現実には、センサ装置５０１には、センサ素子５１、６１や送信回路５４の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５０１の動作電源をＥＣＵ７０１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５０１とＥＣＵ７０１とは、信号線Ｌｓ１、Ｌｓ２に加え、電源供給線及び基準電位線で接続される。

例えばセンサ素子５１、６１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。

センサ素子５１、６１がホール素子である場合、センサ素子５１、６１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。
第１センサ素子５１及び第２センサ素子６１は、実質的に仕様や性能が同一であり、同一のトルクセンサＡｓｓｙ９３の集磁リングから同一の操舵トルクを検出するように冗長的に設けられている。

図１に示す送信回路５４は、サンプルホールド、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換、メモリ及びタイマの機能を包括する。送信回路５４は、センサ素子５１、６１が出力したアナログ電圧信号を所定周期で保持し、Ａ／Ｄ変換する。そして、各センサ素子について一定の送信周期で、デジタル信号であるセンサ信号をマイコン７１１に送信する。
また、送信回路５４は、第１センサ素子５１が検出したセンサ値を含むセンサ信号Ｓ１に対し、第２センサ素子６１が検出したセンサ値を含むセンサ信号Ｓ２を、送信周期よりも短い所定期間ずらして送信する。特に本実施形態では、センサ信号Ｓ１及びセンサ信号Ｓ２を送信周期の半周期分ずらして、すなわち、送信周期を二等分したタイミングで送信する。

なお、マイコン７１１からセンサ装置５０１に対し、送信回路５４の送信周期とマイコン７１１の演算周期とを同期させる同期信号を送信するようにしてもよい。
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。

ＳＥＮＴ方式は、例えば特開２０１５−４５６７７０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３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。

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）のデータ値が送信可能であることを意味する。

ＥＣＵ７０１のマイコン７１１は、受信回路７２、差分演算部７３、フィルタ７４、微分演算部７５、及びアシスト量演算部７６を含む。
受信回路７２は、送信回路５４から信号線Ｌｓ１、Ｌｓ２を経由して送信されたセンサ信号を受信しセンサ値Ｓ１、Ｓ２を取得する。詳しくは、受信回路７２は、所定期間ずらして送信されたセンサ信号Ｓ１、Ｓ２から取得したセンサ値Ｓ１、Ｓ２を異なるタイミングで更新し、保持する。受信回路７２が更新したセンサ値Ｓ１、Ｓ２を、図５以下、及びその説明箇所では、「Ｓ１受信値、Ｓ２受信値」のように記す。
このように、受信回路７２がセンサ値Ｓ１、Ｓ２を異なるタイミングで交互に取得することにより、マイコン７１１のデータ更新頻度を２倍にし、見かけ上のサンプリング周期を２分の１に短縮することができる。したがって、センサ信号の通信時間が長くかかる場合に、マイコン７１１の演算処理の高速化に有利である。

差分演算部７３は、複数のセンサ値Ｓ、又はセンサ値に基づくセンサ計算値Ｓ同士の差分値ｄＳを演算する。
微分演算部７５は、差分値を時間差分で除した微分値Ｓｄを演算する。
フィルタ７４は、典型的にはローパスフィルタであり、差分値ｄＳ又は微分値Ｓｄをフィルタ処理する。フィルタ７４は、後述する演算処理の切替え構成に応じて、図１（ａ）に示すように、差分演算部７３の後に設けてもよく、或いは、図１（ｂ）に示すように、微分演算部７５の後に設けてもよい。フィルタ７４は、カットオフ周波数ｆ＿ｃｏが変更可能に設定されている。
フィルタ７４、微分演算部７５及びアシスト量演算部７６は、センサ素子５１、６１の故障有無に応じて、センサ値Ｓ１、Ｓ２に基づく演算のパラメータを切り替える。

以下、マイコンの各演算タイミングにおける各演算値を、例えば「ｘ」を引数として、センサ値Ｓ（ｘ）、差分値ｄＳ（ｘ）、微分値Ｓｄ（ｘ）のように表す。また、前回のセンサ値をＳ（ｘ−１）、次回のセンサ値をＳ（ｘ＋１）のように表す。さらに、差分値ｄＳ（ｘ）をフィルタ処理した値をｄＳｆ（ｘ）、微分値Ｓｄ（ｘ）をフィルタ処理した値をＳｄｆ（ｘ）と表す。

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Ｓ１、Ｓ２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。微分値Ｓｄは、操舵トルクの時間変化率に相当する。運転者が急にハンドル９１を操作する時、微分値Ｓｄの絶対値は大きくなり、運転者がゆっくりハンドル９１を操作する時、微分値Ｓｄの絶対値は小さくなる。

ＥＣＵ７０１のマイコン７１１は、このような運転者の操舵特性に応じて、モータ８０が出力するアシストトルクを制御する。そのため、アシスト量演算部７６は、微分演算部７５により演算された微分値Ｓｄ（ｘ）に基づき、アシスト量Ａｓｔ（ｘ）を演算する。
そして、マイコン７１１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の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。

次に、上述の構成の通信システム４０１におけるセンサ計算値Ｓ及びセンサ差分ｄＳの演算について説明する。最初に、比較例として図１６を参照する。図１６の書式は、以下の各実施形態のタイムチャートに援用する。
図１６のタイムチャートには、上から順に、Ｓ１受信値、Ｓ２受信値、センサ計算値Ｓ及びセンサ差分ｄＳを示す。「センサ差分ｄＳ」は上述の「差分値ｄＳ」と同義である。
ＥＣＵ７０１の受信タイミング順に、Ｓ１受信値としてＳ１（ｋ）、Ｓ１（ｋ＋１）、Ｓ１（ｋ＋２）が受信される。また、Ｓ１受信値に対し送信周期の半周期分ずれたタイミングに、Ｓ２受信値として、Ｓ２（ｌ）、Ｓ２（ｌ＋１）、Ｓ２（ｌ＋２）が受信される。なお、Ｓ２受信値の引数記号「ｌ」は「Ｌ」の小文字であり、数字の「１」ではない。

センサ計算値Ｓは、送信周期の半分の周期で演算される。比較例では、Ｓ（ｎ）＝Ｓ１（ｋ）、Ｓ（ｎ＋１）＝Ｓ２（ｌ）、Ｓ（ｎ＋２）＝Ｓ１（ｋ＋１）・・・というように、Ｓ１受信値及びＳ２受信値を交互に、そのままセンサ計算値Ｓとする。
センサ差分ｄＳは、今回のセンサ計算値Ｓ（ｎ）から前回のセンサ計算値Ｓ（ｎ−１）を差し引いて算出される。このように、図１６に示す比較例では、単純に、今回のセンサ値と前回のセンサ値との差分をセンサ差分ｄＳとする。

仮に、複数のセンサ素子５１、６１が検出したセンサ値Ｓ１、Ｓ２が常に真値を正確に反映したものであれば、この比較例の演算方法でも問題は無いと考えられる。
ところが現実には、複数のセンサ素子５１、６１の出力特性には、オフセット誤差や傾きのばらつき等が存在する。そのため、比較例の演算方法では、センサ差分ｄＳが適切に演算されず、その結果、微分値Ｓｄを正しく演算することができない場合がある。

まず、オフセット誤差が存在する場合の問題点について、図４を参照する。図４（ａ）に示すように、真値とセンサ検出値との関係において、例えばセンサ値Ｓ２に負のオフセット誤差が存在すると仮定する。
この場合、単純に最新のセンサ値Ｓ（ｘ）と前回のセンサ値Ｓ（ｘ−１）との差分によりセンサ差分ｄＳを演算すると、図４（ｂ）に示すように、真値が変化していない状態でも、常に非ゼロの値が演算される。すなわち、センサ値Ｓ１からセンサ値Ｓ２を引く演算では正の差分値（｜Ｓ１−Ｓ２｜）が演算され、センサ値Ｓ２からセンサ値Ｓ１を引く演算では負の差分値（−｜Ｓ１−Ｓ２｜）が演算される。今回の演算タイミングで演算された差分値は、次回の演算タイミングまで保持される。

したがって、比較例の差分演算方法では、複数のセンサ素子５１、６１にオフセット誤差が存在する場合、微分値Ｓｄが正しく演算されず、制御性に影響を与えるという問題が生じる。電動パワーステアリング装置９０に適用される場合、アシストトルクが脈動し、運転者の操舵フィーリングが悪化するおそれがある。

続いて、上記課題を解決する第１実施形態のセンサ計算値Ｓ及びセンサ差分ｄＳの演算について、図５を参照して説明する。
第１実施形態は、センサ差分ｄＳの演算において、同じセンサ素子によって検出されたセンサ値同士の差分値を演算する。図５の例では、二つのセンサ素子５１、６１で検出されたＳ１受信値、Ｓ２受信値が交互にセンサ計算値Ｓとして演算される。そこで、今回のセンサ計算値Ｓ（ｘ）と２回前のセンサ計算値Ｓ（ｘ−２）との差分を、式（１．１）により演算することで、各センサ素子のオフセット誤差が相殺される。したがって、誤差成分を除去した差分値を演算することができる。
ｄＳ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）−Ｓ（ｘ−２） ・・・（１．１）

また、最新の二回のセンサ値の組合せを用いる方法に限らず、例えば、ｉを整数とすると、今回のセンサ計算値Ｓ（ｘ）と、任意の偶数回前のセンサ計算値Ｓ（ｘ−２ｉ）とのセンサ差分ｄＳを演算するようにしてもよい。
一般に、Ｒ個のセンサ素子からのセンサ値が順にセンサ計算値Ｓとして演算される場合、式（１．２）によりセンサ差分ｄＳを演算することができる。
ｄＳ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）−Ｓ（ｘ−ｉ×Ｒ） ・・・（１．２）

以上のように、第１実施形態は、操舵トルクについて複数のセンサ素子５１、６１が検出した複数のセンサ値を異なるタイミングでマイコン７１１が取得する通信システム４０１において、マイコン７１１の差分演算部７３は、センサ素子５１、６１のオフセット誤差を相殺するように、適切なセンサ計算値Ｓを選択して差分値ｄＳを演算する。これにより、差分演算値の誤差成分が除去される。微分演算部７５は、その差分値ｄＳを用いて微分値Ｓｄを正しく演算することができる。
特に電動パワーステアリング装置９０に適用される場合、操舵トルクの時間変化率を正しく演算することにより、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。

以下の第２〜第５実施形態は、図１の通信システム４０１の構成を共有し、マイコン７１１が実行するセンサ計算値及びセンサ差分演算の方法が異なる。
（第２実施形態）
次に、複数のセンサ素子の出力特性の傾きが異なる場合の問題点について、図６を参照する。図６（ａ）に示すように、センサ値Ｓ１及びセンサ値Ｓ２は、真値に対するセンサ検出値の傾きが異なっていると仮定する。この場合、マイコンがセンサ値Ｓ１、Ｓ２を交互に受信し、差分値を演算すると、図６（ｂ）に示すように、演算タイミング毎に差分演算値が変動することとなる。電動パワーステアリング装置９０に適用される場合、やはりアシストトルクが脈動し、運転者の操舵フィーリングが悪化するおそれがある。

続いて、上記課題を解決する第２実施形態のセンサ計算値Ｓ及びセンサ差分ｄＳの演算について、図７を参照して説明する。
第２実施形態は、センサ計算値Ｓとして、Ｓ１受信値とＳ２受信値との平均値、すなわち、「今回のセンサ値と前回のセンサ値との平均値」を算出する。そして、センサ差分ｄＳの演算において、この平均値同士の差分値を演算することを特徴とする。

図７の例では、式（２．１）、（２．２）のように、センサ計算値Ｓを演算する。
Ｓ（ｎ−１）＝［Ｓ１（ｋ−１）＋Ｓ２（ｌ−１）］／２ ・・・（２．１）
Ｓ（ｎ）＝［Ｓ１（ｋ）＋Ｓ２（ｌ−１）］／２ ・・・（２．２）
また、式（２．３）のように、センサ計算値Ｓの差分からセンサ差分ｄＳを演算する。

ここで、各タイミングのセンサ計算値Ｓ１、Ｓ２を、以下のように連続するセンサ計算値Ｓの形式で表す。
Ｓ１（ｋ−１） →Ｓ（ｘ−２）
Ｓ２（ｌ−１） →Ｓ（ｘ−１）
Ｓ１（ｋ） →Ｓ（ｘ）
また、ｄＳ（ｎ）をｄＳ（ｘ）と置き換えると、式（２．３）は式（２．４）のように書き換えられる。

また、センサ差分ｄＳの更新周期がセンサ計算値Ｓの演算周期より長くてもよい場合、ｊを２以上の任意の整数とすると、式（２．５）のようにしてもよい。
ｄＳ（ｎ）＝Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ−ｊ） ・・・（２．５）
例えば、ｊ＝２のとき、式（２．６）のように表される。

連続するセンサ計算値Ｓの形式を用いると、式（２．６）は式（２．７）のように書き換えられる。

このように、第２実施形態では、連続して受信されたＳ１受信値とＳ２受信値との平均値を演算した上で、平均値同士の差分を演算する。つまり、差分演算部７３は、複数のセンサ素子５１、６１の傾きのばらつきによる変動を低減するように、適切なセンサ計算値Ｓを選択して差分値ｄＳを演算する。これにより、差分演算値の変動が低減し、微分演算部７５は、その差分値ｄＳを用いて微分値Ｓｄを正しく演算することができる。よって、電動パワーステアリング装置９０において、第１実施形態と同様の効果が得られる。
なお、平均値は、二値の平均に限らず四値以上の平均値としてもよく、移動平均処理をしてもよい。また、任意のカットオフ周波数ｆ＿ｃｏを有するフィルタ７４によるフィルタ処理を実施してもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態のセンサ計算値Ｓ及びセンサ差分ｄＳの演算について、図８を参照して説明する。第３実施形態は、センサ計算値Ｓの演算については第１実施形態と同様であり、センサ差分ｄＳの演算において、特定のセンサ素子からのセンサ受信値のみを使用する点が異なる。
図８の例では、第１センサ素子５１からのＳ１受信値に基づくセンサ計算値Ｓ（ｎ）＝Ｓ１（ｋ）、Ｓ（ｎ＋２）＝Ｓ１（ｋ＋１）、Ｓ（ｎ＋４）＝Ｓ１（ｋ＋２）等を用いて、式（３．１）のようにセンサ差分ｄＳを演算する。
ｄＳ（ｍ）＝Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ−２） ・・・（３．１）
一方、Ｓ２受信値に基づくセンサ計算値Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋３）、Ｓ（ｎ＋５）等は演算に用いられない。

この例では、センサ差分ｄＳの演算周期は、センサ計算値Ｓの演算周期の２倍となる。
一般にＲ個のセンサ素子のうち一つのセンサ素子からのセンサ受信値のみを用いてセンサ差分ｄＳを演算する場合、センサ差分ｄＳの演算周期は、センサ計算値Ｓの演算周期のＲ逓倍となる。差分演算式は、式（３．２）のように表される。
ｄＳ（ｍ）＝Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ−Ｒ） ・・・（３．２）

（第４実施形態）
第４実施形態について図９を参照して説明する。第４実施形態は、第１実施形態により差分ｄＳを演算中に、一方のセンサ素子の故障等により、一方のセンサ値が使用不可となった場合の処理を実行する。
図９の例では、第２センサ素子６１が故障し、Ｓ２受信値が使用不可となった場合を想定する。このとき、センサ計算値Ｓ（ｎ＋３）、Ｓ（ｎ＋５）が得られないため、センサ差分ｄＳ（ｎ＋３）、ｄＳ（ｎ＋５）を演算することができなくなる。
そこで、マイコン７１１は、正常な第１センサ素子５１からのＳ１受信値のみを使用する演算に切り替える。

切替え後の演算例Ｉは、故障前にＳ２受信値を使用して演算したセンサ差分ｄＳ（ｎ＋１）等について、式（４．１）により、前回値と同じ値を用いる。
ｄＳ（ｎ＋１）＝ｄＳ（ｎ） ・・・（４．１）
切替え後の演算例ＩＩは、第３実施形態のように１回おきのセンサ計算値Ｓを使用し、式（４．２）により、２倍の演算周期でセンサ差分ｄＳを演算する。
ｄＳ（ｍ）＝Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ−２）（ただし、ｎは偶数） ・・・（４．２）
演算例ＩＩでは、微分演算部７５のサンプリング周期が２倍となるため、微分演算の時間差分（換算係数）も切り替える。また、好ましくは、フィルタ７４のカットオフ周波数ｆ＿ｃｏを含むパラメータが適切に切り替えられる。

このように、マイコン７１１は、複数のセンサ素子５１、６１のうち一部のセンサ素子が故障したとき、正常なセンサ素子のセンサ値を使用してセンサ差分ｄＳを演算するように演算を切り替える。これにより、検出対象の物理量である操舵トルクを使用する制御、すなわち、モータ８０にアシストトルクを出力させる制御を継続することができる。
また、マイコン７１１がフィルタ７４を有することにより、演算処理の切替え時に、パラメータを適切に切り替えることができる。また、制御をスムーズに移行させることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態について図１０を参照して説明する。第５実施形態は、特定のセンサ受信値のみを使用して差分演算を行う第３実施形態によりセンサ差分ｄＳを演算中、一方のセンサ素子の故障等により、一方のセンサ値が使用不可となった場合の処理を実行する。
図１０（ａ）の例では、第１センサ素子５１からのＳ１受信値のみを用いて差分演算を行っているとき、第２センサ素子６１が故障した場合を想定する。この場合、元々、Ｓ２受信値は差分演算に使用していないため、演算処理を変更する必要はない。

図１０（ｂ）の例では、第１センサ素子５１からのＳ１受信値のみを用いて差分演算を行っているとき、第１センサ素子５１が故障し、Ｓ１受信値が使用不可となった場合を想定する。このとき、センサ計算値Ｓ（ｎ＋２）、Ｓ（ｎ＋４）が得られないため、センサ差分ｄＳ（ｍ＋１）、ｄＳ（ｍ＋２）を演算することができなくなる。
そこで、マイコン７１１は、Ｓ１受信値のみを使用する演算から、Ｓ２受信値のみを使用する演算に切り替える。切替え後の演算では、例えば式（５）のようにセンサ差分ｄＳを演算する。
ｄＳ（ｙ）＝Ｓ（ｎ＋１）−Ｓ（ｎ−１） ・・・（５）

（第６実施形態）
第６実施形態の通信システム、並びに、その通信システムにおけるセンサ計算値Ｓ及びセンサ差分ｄＳの演算について、図１１、図１２を参照して説明する。
図１１に示すように、通信システム４０２は、センサ装置５０２と、マイコン７１２を含むＥＣＵ７０２とを備える。センサ装置５０２は、同一の検出対象から同一の物理量を検出する実質的に同仕様の複数のセンサ素子５１、５２、６１、６２を有する。ここで、共通の信号線を経由してセンサ信号がマイコン７１２に送信される複数のセンサ素子のグループを「センサ素子群」と定義する。

センサ装置５０２は、センサ素子５１、５２を含む第１センサ素子群５３、及び、センサ素子６１、６２を含む第２センサ素子群６３を有する。図中、第１センサ素子群５３のセンサ素子５１、５２を「センサ素子１ａ、１ｂ」、第２センサ素子群６３のセンサ素子６１、６２を「センサ素子２ａ、２ｂ」と記す。また、それぞれのセンサ素子が検出したセンサ値をＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂと記す。

センサ値Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを含むセンサ信号は信号線Ｌｓ１を経由し、センサ値Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを含むセンサ信号は信号線Ｌｓ２を経由して、マイコン７１２に送信される。センサ値Ｓ１ａとＳ１ｂ、及び、センサ値Ｓ２ａとＳ２ｂは、例えば図３に示すＳＥＮＴ信号のメインデータとサブデータとして送信されてもよい。
なお、現実の製品では、センサ装置５０２を一つのパッケージとしてもよいし、第１センサ素子群５３を含むパッケージと第２センサ素子群６３を含むパッケージとを電気的に接続してもよい。また、図１の説明と同様に、信号線Ｌｓ１、Ｌｓ２は、物理的に２本に分離されていなくてもよい。

マイコン７１２の構成について、フィルタ７４、微分演算部７５及びアシスト量演算部７６は、図１（ａ）、（ｂ）と同様であるため図示を省略する。
図１２に示すように、第１センサ素子群５３のセンサ信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂと第２センサ素子群６３のセンサ信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂとは、送信周期の半周期分ずらしてセンサ装置５０２の送信回路５４から送信される。そして、マイコン７１２の受信回路７２は、センサ値Ｓ１ａ、Ｓ１ｂとセンサ値Ｓ２ａ、Ｓ２ｂとを異なるタイミングで更新する。また、受信回路７２は、センサ値Ｓ１ａ、Ｓ２ａに基づきセンサ計算値Ｓａを演算し、センサ値Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂに基づきセンサ計算値Ｓｂを演算する。

この通信システム４０２において、例えば第１センサ素子群５３のセンサ素子（１ａ）５１とセンサ素子（１ｂ）５２とが同一の電源で駆動される場合、電源オフセットの影響は、どちらのセンサ素子５１、５２のセンサ値Ｓ１ａ、Ｓ１ｂにも及ぶ。そのため、センサ値Ｓ１ａ（ｋ）、Ｓ１ｂ（ｋ）・・・から得られる偶数番目のセンサ計算値Ｓａ（ｎ）、Ｓｂ（ｎ）・・・には、同等の電源オフセットが重畳される。

そこで、差分演算において、式（６．１）、（６．２）のように偶数番目のセンサ計算値同士の差分ｄＳを演算することにより、電源オフセットの影響を低減することができる。
ｄＳａ（ｎ）＝ Ｓａ（ｎ）−Ｓａ（ｎ−２） ・・・（６．１）
ｄＳｂ（ｎ）＝ Ｓｂ（ｎ）−Ｓｂ（ｎ−２） ・・・（６．２）
或いは、式（６．３）により、センサ計算値Ｓａ、Ｓｂの平均値同士の差分を演算してもよい。

続いて、第６実施形態の通信システム４０２において、いずれか一方のセンサ素子群の少なくとも一つのセンサ素子が故障し、故障したセンサ素子が検出したセンサ値が異常となった場合の処理について、図１３〜図１５のフローチャートを参照して説明する。
フローチャート、及び明細書の対応部分で、「第１センサ素子群」を「第１群」、「第２センサ素子群」を「第２群」と省略して記す。また、この部分の説明では、各センサ素子及びセンサ素子群の符号の記載を省略する。

センサ値の異常は、絶対的に明らかに異常な値が出力された場合や、多数決判断等により検出される。これらの異常検出は周知の方法を採用可能であるため、説明を省略する。
また、説明の便宜上、「第１群のセンサ素子１ａ、１ｂ、及び、第２群のセンサ素子２ａは正常」であることを前提とし、この前提の成立を共通のＳＴＥＰ０１とする。

図１３に示す処理（１）、図１４に示す処理（２）、図１５に示す処理（３）に共通に、ＳＴＥＰ０２では、第２群のセンサ素子２ｂが異常であるか判断する。センサ素子２ｂが正常と判断された場合（ＳＴＥＰ０２：ＮＯ）、ＳＴＥＰ０８に移行し、第１群、第２群とも、全てのセンサ素子のセンサ値を使用する。
一方、センサ素子２ｂが異常と判断された場合（ＳＴＥＰ０２：ＹＥＳ）、各パターンの処理を実行する。この例において、異常なセンサ素子２ｂを含むセンサ素子群である第２群は、特許請求の範囲に記載の「要処理センサ素子群」に相当する。つまり、マイコン７１２は、第２群を要処理センサ素子群と認定する。また、第１群は、「要処理センサ素子群以外のセンサ素子群」に相当する。

図１３に示す処理（１）では、センサ素子２ｂが異常と判断されたとき、第１群について、全てのセンサ素子１ａ、１ｂのセンサ値を使用する（ＳＴＥＰ０３）。また、第２群について、正常なセンサ素子２ａのセンサ値を「第２群のセンサ値」として採用する（ＳＴＥＰ０４）。
これにより、異常なセンサ素子２ｂのセンサ値を使用せず、且つ、使用可能なセンサ値を最大限に使用して、差分演算及び微分演算を適正に実行することができる。

図１４に示す処理（２）では、センサ素子２ｂが異常と判断されたとき、第１群のセンサ素子１ａ、１ｂのセンサ値のみを使用して演算を行う（ＳＴＥＰ０５）。第２群の全てのセンサ素子２ａ、２ｂのセンサ値は、以後、使用を中止する（ＳＴＥＰ０６）。
これにより、異常なセンサ素子２ｂのセンサ値を使用せず、また、単純な演算の切替えで、差分演算及び微分演算を適正に実行することができる。

図１５に示す処理（３）では、センサ素子２ｂが異常と判断されたとき、第１群のセンサ素子１ａ、１ｂのセンサ値のみを使用して演算を行う（ＳＴＥＰ０５）。そして、第２群の正常なセンサ素子２ａのセンサ値を、以後、第１群からのセンサ信号の異常判定に使用する（ＳＴＥＰ０７）。
これにより、処理（２）と同様の効果を得つつ、さらに、差分演算に用いられない正常なセンサ値を有効に活用することができる。

以上のように第６実施形態のセンサ装置５０２は、複数のセンサ素子を含むセンサ素子群を複数有することにより、二重の冗長設計が実現されている。したがって、いずれかのセンサ素子が故障した場合、多様な異常処理を実施することが可能である。例えば上記の処理（１）〜（３）を組み合わせたり、状況によって使い分けたりしてもよい。よって、アシスト量演算の信頼性をより向上させることができる。

（その他の実施形態）
（ア）第１〜第５実施形態に対し、センサ装置は三つ以上のセンサ素子を有し、各センサ素子に対応するセンサ信号を、送信周期の間で互いにタイミングを所定期間ずらして送信してもよい。また、第６実施形態に対し、センサ装置は三つ以上のセンサ素子群を有し、各センサ素子群に対応するセンサ信号を、送信周期の間で互いにタイミングを所定期間ずらして送信してもよい。それに応じて、受信回路７２は、各センサ素子又は各センサ素子群に対応するセンサ信号を、タイミングをずらして取得可能である。

このとき、送信周期の間に所定期間ずらして送信されるセンサ信号の数が三つならば送信周期を三等分したタイミング、センサ信号の数が四つならば送信周期を四等分したタイミングで、複数のセンサ信号が送信されることが好ましい。これにより、サンプリング間隔や微分演算における微分時間を基本的に一定とし、演算を単純にすることができる。

（イ）例えば第１〜第５実施形態では、第１センサ素子５１のセンサ信号Ｓ１と第２センサ素子６１のセンサ信号Ｓ２とは、送信周期の半周期分ずらして、すなわち二等分したタイミングで送信される。また、上記のように、送信周期の間に所定期間ずらして送信されるセンサ信号の数が三つ以上の場合にも、送信間隔を等間隔とすることが好ましい。
しかし、例えばサンプリング間隔や微分演算における微分時間等を都度切り替える制御をすれば、送信間隔を不等間隔とすることも可能である。

（ウ）第１〜第５実施形態のセンサ計算値演算及び差分演算を説明する図（図５、図７〜図１０）では、単純のため、センサ計算値Ｓ（ｎ）にセンサ受信値をそのまま格納している。しかし、何らかのセンサ補正演算や物理量への換算を行ってから格納してもよく、その場合も、演算の流れは同様である。
また、上記図の方法では、Ｓ１受信値とＳ２受信値とを同一のセンサ計算値として演算している。この方法の他、Ｓ１受信値を物理量に換算した値Ｓ１^*とＳ２受信値を物理量に換算した値Ｓ２^*とを別々に保持し、センサ差分ｄＳを演算する時、使用する値を適宜Ｓ１^*、Ｓ２^*から選択して使用する方法を取ってもよい。

（エ）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。

（オ）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。
（カ）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。

４０１、４０２・・・通信システム、
５０１、５０２・・・センサ装置、
５１、５２、６１、６２・・・センサ素子、
５４・・・送信回路、
７１１、７１２・・・マイコン、
７２・・・受信回路、
７３・・・差分演算部、
７５・・・微分演算部。

Claims (15)

1. ある物理量についてのセンサ値を同一の検出対象から検出する複数のセンサ素子（５１、５２、６１、６２）、及び、前記センサ値の情報を含むセンサ信号を、各前記センサ素子について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（５４）を有するセンサ装置（５０１、５０２）と、
   前記送信回路から信号線（Ｌｓ１、Ｌｓ２）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）、複数の前記センサ値、又は前記センサ値に基づくセンサ計算値同士の差分値を演算する差分演算部（７３）、及び、前記差分値を時間差分で除した微分値を演算する微分演算部（７５）を有するマイコン（７１１、７１２）と、
   を備え、
   前記送信回路は、前記複数のセンサ素子のうち一つの前記センサ素子が検出した前記センサ値を含む前記センサ信号に対し、他の一つの前記センサ素子が検出した前記センサ値を含む前記センサ信号を、送信周期よりも短い所定期間ずらして送信し、
   前記受信回路は、所定期間ずらして送信された前記センサ信号から取得した前記センサ値を異なるタイミングで更新し、
   前記差分演算部は、複数の前記センサ素子のオフセット誤差を相殺し、又は傾きのばらつきによる変動を低減するように前記差分値を演算することを特徴とする通信システム。
2. 前記送信回路は、送信周期の間に前記所定期間ずらして送信される前記センサ信号の数で送信周期を等分したタイミングで、前記センサ信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記差分演算部は、少なくとも一つの前記センサ素子について、同じ前記センサ素子によって検出された前記センサ値同士の差分値を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記差分演算部は、複数の前記センサ素子毎に、それぞれ同じ前記センサ素子によって検出された前記センサ値同士の差分値を演算することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記差分演算部は、今回の前記センサ値と前回の前記センサ値との平均値同士の差分値を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
6. 前記マイコンは、前記差分値又は前記微分値をフィルタ処理するフィルタ（７４）をさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の通信システム。
7. 前記マイコンは、
   複数の前記センサ素子のうち一部の前記センサ素子が故障したとき、
   正常な前記センサ素子の前記センサ値を使用して前記差分値を演算するように演算を切り替えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の通信システム。
8. 前記マイコンは、
   複数の前記センサ素子のうち一部の前記センサ素子が故障し、前記差分演算部による差分演算、又は、当該差分演算に用いられる前記センサ計算値の演算を切り替えるとき、
   前記センサ値に基づく演算のパラメータを切り替えることを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 前記マイコンは、前記差分値又は前記微分値をフィルタ処理するフィルタ（７４）をさらに有し、
   前記パラメータは、前記フィルタのカットオフ周波数を含むことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
10. 前記センサ装置（５０２）は、共通の信号線を経由して前記センサ信号が送信される複数の前記センサ素子を含むセンサ素子群（５３、６３）を複数有し、
    前記送信回路は、
    複数の前記センサ素子が検出した複数の前記センサ値を含む前記センサ信号を、
    前記センサ素子群毎に前記所定期間ずらして前記マイコン（７１２）に送信することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の通信システム。
11. いずれか一つ以上の前記センサ素子群の少なくとも一つの前記センサ素子の前記センサ値が異常であると判断されたとき、
    前記マイコンは、当該前記センサ素子群を要処理センサ素子群と認定し、
    前記要処理センサ素子群以外の前記センサ素子群について、全ての前記センサ素子の前記センサ値を使用して演算を行い、
    前記要処理センサ素子群について、異常と判断された前記センサ素子以外の前記センサ素子の前記センサ値を前記要処理センサ素子群の前記センサ値として採用することを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
12. いずれか一つ以上の前記センサ素子群の少なくとも一つの前記センサ素子の前記センサ値が異常であると判断されたとき、
    前記マイコンは、当該前記センサ素子群を要処理センサ素子群と認定し、
    前記要処理センサ素子群以外の前記センサ素子群の前記センサ値のみを使用して演算を行い、
    前記要処理センサ素子群の全ての前記センサ素子の前記センサ値の使用を中止することを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
13. いずれか一つ以上の前記センサ素子群の少なくとも一つの前記センサ素子の前記センサ値が異常であると判断されたとき、
    前記マイコンは、当該前記センサ素子群を要処理センサ素子群と認定し、
    前記要処理センサ素子群以外の前記センサ素子群の前記センサ値のみを使用して演算を行い、
    前記要処理センサ素子群において異常と判断された前記センサ素子以外の前記センサ素子の前記センサ値を、前記要処理センサ素子群以外の前記センサ素子群からの前記センサ信号の異常判定に使用することを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
14. 前記センサ信号は、米国自動車技術会規格ＳＡＥ−Ｊ２７１６に準拠した信号であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の通信システム。
15. 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、運転者の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１〜１４のいずれか一項に記載の通信システム。

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