JP6458673B2 - 通信システム - Google Patents
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Description
この課題に対し、特許文献1に開示された技術では、制御装置は、要求信号として同期トリガ信号を生成しセンサ装置に送信する。センサ装置は、同期トリガ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。
一方、非同期通信のシステムにおいて、センサ装置の送信タイマとマイコンの演算タイマとのクロックずれが生じると、マイコンが制御演算を適切に実行することができなくなるという問題がある。
センサ装置は、ある物理量についてのセンサ値を検出対象から検出する一つ以上のセンサ素子、センサ値をサンプリングするサンプルホールド部、サンプリングされたセンサ値の情報を含むセンサ信号を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、及び、送信周期を規定する送信タイマを有する。
タイマ補正演算部は、受信回路でのセンサ値の取得以前に付与された時間情報としての「時差タイムスタンプ」の過去値と今回値との差分、又は過去値同士の差分に基づいて、演算周期を一周期あたりの差分に一致させるように、システム作動中に一回以上の頻度で補正する。例えば、タイマ補正演算部は、システム起動後の初期調整として一回のみ演算周期を補正してもよく、演算周期の所定回数に一回、或いは、周期毎に補正してもよい。
これにより、送信周期と演算周期との周期ずれが直接的に解消される。よって、マイコンが制御演算を適切に実行可能となり、制御性を向上させることができる。
データ補正演算部は、受信回路でのセンサ値の取得以前に付与された「基準時タイムスタンプ」、及び、演算処理部でのセンサ値の使用時に付与された「使用時タイムスタンプ」を時間情報として取得する。そして、「基準時タイムスタンプと使用時タイムスタンプとの差分」、及び、「センサ値の時間変化率」に基づいてセンサ値を補正し、演算処理部に出力する。
これにより、演算処理部は、実際の使用時点におけるセンサ値の推定データを用いて制御演算を行うことができる。よって、送信周期と演算周期との周期ずれによらず、マイコンが制御演算を適正に実行可能となり、制御性を向上させることができる。
(a)サンプルホールド部でのセンサ値のサンプリング時
(b)送信回路でのセンサ値の送信時
(c)受信回路でのセンサ値の受信時
また、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。
最初に、本実施形態の通信システムの概略構成、及び、通信システムが適用される車両の電動パワーステアリング装置について、図1、図2を参照する。
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。
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。
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。ECU70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。
通信システム40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50と、このセンサ信号を受信するマイコン71とを備える。マイコン71は、ECU70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71以外のECU70の構成要素について特に言及しない。
なお、現実には、センサ装置50には、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50の動作電源をECU70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50とECU70とは、信号線Lsに加え、電源供給線及び基準電位線の3本の線で接続される。
まず、第1、第2、第3実施形態の通信システムについて、図3〜図8を参照する。
図3、図4、図5に、第1、第2、第3実施形態の通信システム401、402、403の構成をそれぞれ示す。各通信システム401、402、403が備えるセンサ装置、ECU、マイコンの符号を箇条書きで示すと次のようである。ECUに含まれるマイコンは、括弧内に記す。
通信システム401:センサ装置501及びECU701(マイコン711)
通信システム402:センサ装置502及びECU701(マイコン711)
通信システム403:センサ装置503及びECU703(マイコン713)
また、通信システム401、402のECU701(マイコン711)は共通である。マイコン711、713は、後述の第4〜第6実施形態と共通の基本構成として、受信回路72、演算処理部74及び演算タイマ76を有する。
センサ装置501において、一つ以上のセンサ素子51は、ある物理量についてのセンサ値を検出対象から検出する。例えばセンサ素子51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。
サンプルホールド部(図中「S/H」と記す)53は、センサ素子51が出力したアナログ電圧信号のセンサ値を所定周期でサンプリングし、A/D(アナログ/デジタル)変換する。
本明細書中、「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「S」は、センサ値及びセンサ信号の両方に対応する。
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。
図6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。
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。
演算処理部74は、取得されたセンサ値S(x)に基づく制御演算を、演算タイマ76によって規定された所定の演算周期Zで実行し、演算値F(x)を出力する。
センサ装置501及びECU701を通じ、引数xが付されたセンサ値S(x)、演算値F(x)等は、x回目にサンプリングされたセンサ値、又は、x回目の制御演算で得られた演算値等を意味する。なお、サンプリング前の検出信号であるセンサ値Sには(x)を付さない。
そして、マイコン71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。
図13の例では、センサ装置及びマイコンのタイマ周期をいずれも500μsに設定していたにもかかわらず、センサ装置のサンプリング及び送信周期Yが1μsずれ、499μsになった場合を想定する。すると、マイコン側の500μsの演算周期Zに対して、センサ装置側ではセンサ値のサンプリングデータが499μsで更新されて送信されることとなり、制御性が低下する。しかし、マイコンは、周期ずれが生じていることを認識することができない。
また、第2実施形態の通信システム402、及び第3実施形態の通信システム403では、それぞれ、サンプリングの時刻に代えて、送信及び受信の時刻をマイコン711、713が認識可能とする。
第1〜第3実施形態では、送信タイマ56と演算タイマ76とのクロックずれによる制御演算への影響を解消するための「補正演算部」として、マイコン711、713内に、「タイマ演算補正部75」が設けられる。タイマ演算補正部75は、「センサ値とは別に付与された時間情報」としての「時差タイムスタンプTS(x)」の過去値と今回値との差分、又は、過去値同士の差分に基づいて、演算タイマ76が規定する演算周期Zをシステム作動中に一回以上の頻度で補正する。
なお、タイムスタンプとして付される時刻は、センサ装置501等、又はマイコン711等の動作中のある時点を起点とする相対的な経過時間、或いは、所定の年月日を起点とする相対的な経過時間、或いは、年月日を表す時刻のいずれを用いる構成としてもよい。
以下、時差タイムスタンプの「前回値TS(x−1)と今回値TS(x)との差分ΔTS(x)」に基づいて、タイマ演算補正部75が演算周期Zを補正する構成を代表例として説明する。
第1、第2実施形態の通信システム401、402では、センサ装置501に設けられた時差タイムスタンプ(図中「TS」と記す、以下同様)用タイマ57によって、時差タイムスタンプTS(x)が付与される。時差タイムスタンプ用タイマ57は、送信タイマ56と同じタイマで構成されてもよく、送信タイマ56とは別に設けられてもよい。
第3実施形態の通信システム403では、マイコン713内に設けられた時差タイムスタンプ用タイマ77によって、受信回路72でのセンサ値S(x)の受信時に時差タイムスタンプTS(x)が付与される。
ΔTS(x)=TS(x)−TS(x−1) ・・・(1.1)
算出された差分ΔTS(x)は、演算タイマ76に出力され、次回の演算周期Zに反映される。つまり、演算周期Zは、一周期あたりの差分ΔTS(x)に一致するように補正される。次回の演算周期ZをZ(x)と表すと、式(1.2)のようになる。
Z(x)=ΔTS(x) ・・・(1.2)
図8に示すように、マイコン711、713の受信回路72がセンサ値S(x)(x=1、2、3)を受信したとき、時差タイムスタンプTS(x)が付与される。
ΔTS(2)=TS(2)−TS(1)
また、2回目の制御演算の演算周期Z(2)は、式(1.2)より、次のようになる。
Z(2)=ΔTS(2)
つまり、図中の破線矢印に示すように、時差タイムスタンプの差分ΔTS(2)が次回の演算周期Z(2)に反映される。ただし、「次回」の定義によっては、時差タイムスタンプの差分ΔTS(2)を直後の演算周期Z(2)制御演算に反映させるのでなく、もう1回次の演算周期Z(3)、又はそれ以後の演算周期Zに反映させるようにしてもよい。
このタイマ補正は、図8に示すように周期毎に実施される例に限らず、少なくともシステム作動中に一回以上実施されればよい。想定される送信タイマ56及び演算タイマ76のクロックずれが微小である場合、例えばシステム起動後の初期調整として一回のみ補正してもよいし、演算周期の所定回数に一回、補正してもよい。
(1)特許文献1に開示された同期通信方式では、マイコンから送信された同期トリガ信号をセンサ装置が受信し、その同期トリガ信号の受信タイミングで、センサ装置がマイコンにセンサ信号を送信する。同期通信方式では、マイコン側に同期トリガ信号を生成、送信する構成が必要となり、センサ装置側に同期トリガ信号を受信する構成が必要となるため、通信システムの構成が複雑となる。また、同期トリガ信号が正常に送信されず、伝達遅延や信号の欠落が発生した場合の対応についても考慮する必要がある。
特に電動パワーステアリング装置90に適用される通信システムでは、演算処理部74は、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。
しかしこの公報には、センサ装置とマイコンとのタイマのクロックずれに関し、また、そのクロックずれによる制御演算への影響を解消することについて、何ら記載も示唆もされていない。そもそも、第1〜第3実施形態とは技術課題が異なるものである。
この公報の従来技術に対し、第1〜第3実施形態では、センサ信号を伝送する通信システムにおいて、タイムスタンプをより有効に利用することができる。
次に、第4、第5、第6実施形態の通信システムについて、図9〜図12を参照する。
図9、図10、図11に、第4、第5、第6実施形態の通信システム404、405、406の構成をそれぞれ示す。各通信システム404、405、406が備えるセンサ装置、ECU、マイコンの符号を箇条書きで示すと次のようである。ECUに含まれるマイコンは、括弧内に記す。
通信システム404:センサ装置504及びECU704(マイコン714)
通信システム405:センサ装置505及びECU704(マイコン714)
通信システム406:センサ装置503及びECU706(マイコン716)
また、通信システム404、405のECU704(マイコン714)は共通である。マイコン714、716は、上記第1〜第3実施形態と共通の基本構成として、受信回路72、演算処理部74及び演算タイマ76を有する。
第4、第5実施形態の通信システム404、405では、センサ装置504に設けられた基準時タイムスタンプ用タイマ58によって、基準時タイムスタンプTSoが付与される。基準時タイムスタンプ用タイマ58は、送信タイマ56と同じタイマで構成されてもよく、送信タイマ56とは別に設けられてもよい。
マイコン716側に基準時タイムスタンプ用タイマ78を設ける第6実施形態では、センサ装置503にタイムスタンプ用タイマの回路を不要とすることができる。
データ補正演算部73は、基準時タイムスタンプTSoと使用時タイムスタンプTSuとの差分に基づいてセンサ値S(x)のデータを補正し、補正後のセンサ値S*(x)を演算処理部74に出力する。演算処理部74は、補正後のセンサ値S*(x)を用いて制御演算を行い、演算値F(x)を出力する。
図12(a)に示すように、基準時タイムスタンプTSoは、受信回路72がセンサ値S(x)を受信した時刻を表し、使用時タイムスタンプTSuは、演算処理部74でセンサ値S(x)が実際に制御演算に使用される時刻を表す。そして、基準時タイムスタンプTSoと使用時タイムスタンプTSuとの差分は、受信時から使用時までの時間のずれである「遅延時間DL」を表す。つまり、遅延時間DLは、式(2.1)で定義される。
DL=TSu−Tso ・・・(2.1)
S*(x)=S(x)+m×(TSu−Tso)=S(x)+m×DL
・・・(2.2)
例えば、電動パワーステアリング装置90に適用されるシステムにおいて操舵トルクの変化率が常に一定であると仮定し、変化率mを固定の定数として記憶してもよい。また、道路状況や、車速、スロットル開度等の運転状況に応じた複数パターンの変化率mのマップを記憶し、外部から入力される情報に応じて、変化率mを随時切り替えるようにしてもよい。或いは、演算処理部74がトルクの時間微分値を演算するシステムでは、直近の時間微分値に基づいて、都度、変化率mを算出するようにしてもよい。
S*(x)=S(x)+m×(DL+α+β) ・・・(2.3)
ただし、サンプリング時間αについては、通信時間βや遅延時間DLに比べて十分に短く影響がほとんど無いと考えられる場合には無視してもよい。
S*(x)=S(x)+m×(DL+α) ・・・(2.4)
ただし、サンプリング時間αについては、遅延時間DLに比べて十分に短く影響がほとんど無いと考えられる場合には無視してもよい。
上記の第6、第5実施形態に対し、サンプリング時に基準時タイムスタンプTSoを付与する第4実施形態では、式(2.2)を用いて、補正後のセンサ値S*(x)を算出することができる。
特に効果(2)における解決手段に関し、第4〜第6実施形態では、データ補正演算部73が、基準時タイムスタンプTSoと使用時タイムスタンプTSuとの差分である遅延時間DLに基づいてセンサ値S(x)のデータを補正する。これにより、演算処理部74は、実際の使用時点におけるセンサ値S*(x)の推定データを用いて制御演算を行うことができる。よって、送信周期Yと演算周期Zとの周期ずれによらず、マイコン714、716が制御演算を適正に実行可能となり、制御性を向上させることができる。
(ア)センサ装置は、複数のセンサ素子を有してもよい。その場合、複数のセンサ値にそれぞれタイムスタンプが付与されてもよく、センサ素子毎に補正演算を行ってもよい。或いは、複数のうちいずれか特定のセンサ素子のセンサ値にタイムスタンプを付与して補正演算を行った結果を、他のセンサ素子のセンサ値に援用するようにしてもよい。
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。
50(501、502、503、504、505)・・・センサ装置、
51・・・センサ素子、
53・・・サンプルホールド部、
54・・・送信回路、 56・・・送信タイマ、
70(701、703、704、706)・・・ECU、
71(711、713、714、716)・・・マイコン、
72・・・受信回路、 73・・・データ補正演算部(補正演算部)、
74・・・演算処理部、 75・・・タイマ補正演算部(補正演算部)、
76・・・演算タイマ。
Claims (12)
- ある物理量についてのセンサ値を検出対象から検出する一つ以上のセンサ素子(51)、前記センサ値をサンプリングするサンプルホールド部(53)、サンプリングされた前記センサ値の情報を含むセンサ信号を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)、及び、前記送信周期を規定する送信タイマ(56)を有するセンサ装置(50)と、
前記送信回路から信号線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)、前記センサ値に基づいて所定の演算周期で制御演算を行う演算処理部(74)、前記送信タイマとは独立に前記演算周期を規定する演算タイマ(76)、及び、前記センサ値とは別に付与された時間情報を用い、前記送信周期と前記演算周期との周期ずれによる制御演算への影響を解消するように前記演算周期を補正する補正演算部(75)を有するマイコン(71)と、
を備え、
前記補正演算部は、
前記受信回路での前記センサ値の受信時を含む前記センサ値の取得以前に付与された前記時間情報としての時差タイムスタンプの過去値と今回値との差分、又は過去値同士の差分に基づいて、前記演算周期を一周期あたりの前記差分に一致させるように、システム作動中に一回以上の頻度で補正するタイマ補正演算部(75)であることを特徴とする通信システム。 - 前記タイマ補正演算部は、前記演算周期を周期毎に補正することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
- 前記時差タイムスタンプは、前記サンプルホールド部での前記センサ値のサンプリング時に付与されたものであ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。
- 前記時差タイムスタンプは、前記送信回路での前記センサ値の送信時に付与されたものであ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。
- 前記時差タイムスタンプは、前記受信回路での前記センサ値の受信時に付与されたものであ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。
- ある物理量についてのセンサ値を検出対象から検出する一つ以上のセンサ素子(51)、前記センサ値をサンプリングするサンプルホールド部(53)、サンプリングされた前記センサ値の情報を含むセンサ信号を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)、及び、前記送信周期を規定する送信タイマ(56)を有するセンサ装置(50)と、
前記送信回路から信号線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)、前記センサ値に基づいて所定の演算周期で制御演算を行う演算処理部(74)、前記送信タイマとは独立に前記演算周期を規定する演算タイマ(76)、及び、前記センサ値とは別に付与された時間情報を用い、前記送信周期と前記演算周期との周期ずれによる制御演算への影響を解消するように前記センサ値を補正する補正演算部(73)を有するマイコン(71)と、
を備えることを特徴とする通信システム。 - 前記補正演算部は、
前記受信回路での前記センサ値の受信時を含む前記センサ値の取得以前に付与された基準時タイムスタンプ、及び、前記演算処理部での前記センサ値の使用時に付与された使用時タイムスタンプを前記時間情報として取得し、前記基準時タイムスタンプと前記使用時タイムスタンプとの差分、及び、前記センサ値の時間変化率に基づいて前記センサ値を補正し、前記演算処理部に出力するデータ補正演算部(73)であることを特徴とする請求項6に記載の通信システム。 - 前記基準時タイムスタンプは、前記サンプルホールド部での前記センサ値のサンプリング時に付与されたものであることを特徴とする請求項7に記載の通信システム。
- 前記基準時タイムスタンプは、前記送信回路での前記センサ値の送信時に付与されたものであることを特徴とする請求項7に記載の通信システム。
- 前記基準時タイムスタンプは、前記受信回路での前記センサ値の受信時に付与されたものであることを特徴とする請求項7に記載の通信システム。
- 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1〜10のいずれか一項に記載の通信システム。
- 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1〜11のいずれか一項に記載の通信システム。
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