JP6690164B2 - 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、センサは、制御装置からの要求信号に対する応答信号として、制御装置にセンサ信号を送信する。センサ信号を受信した制御装置は、取得した値を用いて演算処理を実施する。また、特許文献１には、冗長的に設けられた二つのセンサから共通の信号線を経由して制御装置にセンサ信号が送信される構成が開示されている。

米国特許公開ＵＳ２０１３／０３４３４７２Ａ１明細書

例えば車両の電動パワーステアリング装置では、センサが検出した操舵トルクがセンサ信号として、制御装置のマイコンに送信される。マイコンは、受信したセンサ値を用いて、トルク微分値演算やアシスト量の演算を実施する。このとき、電動パワーステアリング装置の応答性を向上させるため高速周期での演算が求められる。
このように高速周期での演算が必要な装置に適用される通信システムにおいて、センサ信号を受信したマイコンが全ての演算を実施すると、マイコンの処理負荷が増大するという問題がある。しかも、特許文献１に開示されるように、複数のセンサからのセンサ値を用いて演算を実施する場合、演算量が増えるため、マイコンの処理負荷が一層増大する。

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、複数のセンサ素子を有する通信システムにおいて、マイコンによる演算処理負荷を低減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、一つ以上のセンサ装置（５０１、６０１、５０２、６０２、５０３、５０４、５０５）と、マイコン（７１１、７１２、７１３、７１４、７１５）とを備える。
一つ以上のセンサ装置は、複数のセンサ素子（５１、５２、６１、６２）、一つ以上のセンサ内演算処理部（５３、６３、５４、６４、５３１、５３２、５５、５６、５７）、及び、送信回路（５８、６８）を有する。
複数のセンサ素子は、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。
一つ以上のセンサ内演算処理部は、複数のセンサ素子が検出したセンサ値に基づいて所定の演算を実施する。
送信回路は、少なくともセンサ内演算処理部の演算結果である一次演算値の情報を含み、又は、センサ値の情報を更に含むセンサ信号をデジタル信号として送信する。

マイコンは、受信回路（７２）及び演算値利用部（７４）を有する。
受信回路は、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、少なくとも一次演算値を取得し、又は、センサ値を更に取得する。
演算値利用部は、一次演算値をそのまま利用し、又は、一次演算値に基づいて更に演算された二次演算値を利用して所定の処理を行う。

例えば、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づいてアシスト量を演算する通信システムにおいて、演算値利用部としてのモータ駆動制御部は、アシスト量演算値を利用してモータの駆動を制御する。
従来の通信システムでは、マイコンは、センサ装置から受信したセンサ値に基づいて、微分値演算やアシスト量演算等の演算処理を全てマイコン内演算処理部で実施していた。そのため、特に複数のセンサ素子からのセンサ値を高速周期で演算する場合、マイコンによる演算処理負荷が増大するという問題があった。

それに対し本発明では、演算値利用部が利用する演算値を求める一連の演算のうち、少なくとも一部をセンサ装置のセンサ内演算処理部が実施し、その演算結果を一次演算値としてマイコンに送信する。したがって、マイコン内演算処理部が一次演算値に基づく二次演算値を演算する構成では、センサ装置とマイコンとが演算処理を分担することとなる。これにより、特に複数のセンサ素子を有する通信システムにおいて、マイコンによる演算処理負荷を低減することができる。

例えば、センサ内演算処理部で微分値演算まで実施し、微分値を一次演算値としてマイコンに送信してもよい。その場合、マイコン内演算処理部で、センサ値及び微分値に基づいて、二次演算値としてアシスト量を演算し、モータ駆動制御部に出力する。
或いは、センサ内演算処理部でアシスト量演算まで実施してもよい。この場合、マイコン内に演算処理部を設けず、受信回路が取得したアシスト量をそのままモータ駆動制御部が利用する構成も有り得る。

本発明における「複数のセンサ素子」の構成は、一つのセンサ装置内に複数のセンサ素子を有するものであってもよく、或いは、一つ以上のセンサ素子を含むセンサ装置を複数備えるものであってもよい。
また、センサ装置において、センサ内演算処理部は、複数のセンサ素子に対して共通に設けられてもよく、個別に設けられてもよい。
なお、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。

第１実施形態による通信システムを示すブロック図。 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。 図２のトルクセンサＡｓｓｙの分解斜視図。 ＳＥＮＴ通信で用いられるセンサ信号の例を示す図。 第１実施形態のセンサ内演算処理部の制御ブロック図。 ゼロ点補正を説明する図。 第２実施形態による通信システムを示すブロック図。 第２実施形態のセンサ内演算処理部の制御ブロック図。 操舵トルクに対するアシスト量のマップ。 第３実施形態による通信システムを示すブロック図。 第４実施形態による通信システムを示すブロック図。 第５実施形態による通信システムを示すブロック図。 第５実施形態による複数のセンサ内演算処理部の演算処理周期の差を説明するタイムチャート。

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５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６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（すなわち、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との捩じれ変位に基づき、操舵トルクＴｓ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Ｔｓに基づいて、モータ８０が出力するアシストトルクの指令値であるアシスト量を演算する。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。

図３に、トルクセンサＡｓｓｙ９３の概略構成例を示す。図３に例示するトルクセンサＡｓｓｙ９３は、トーションバー１３、多極磁石１５、磁気ヨーク１６、集磁リング２１、２２、及び、センサ装置５０１、５０２等を備える。
トーションバー１３は、一端側がステアリングシャフト９２の入力軸９２１に、他端側が出力軸９２２に、それぞれピン１４で固定され、入力軸９２１と出力軸９２２とを回転軸Ｏの同軸上に連結する。トーションバー１３は、棒状の弾性部材であり、ステアリングシャフト９２に加わる操舵トルクＴｓを捩れ変位に変換する。

多極磁石１５は、円筒状に形成され、入力軸９２１に固定される。多極磁石１５は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。
磁気ヨーク１６は、樹脂等の非磁性材により形成される図示しないヨーク保持部材に保持され、多極磁石１５が発生する磁界内に磁気回路を形成する。
磁気ヨーク１６は、入力軸９２１側に設けられる第１ヨーク１７及び出力軸９２２側に設けられる第２ヨーク１８を有する。第１ヨーク１７及び第２ヨーク１８は、ともに軟磁性体により環状に形成され、多極磁石１５の径方向外側で出力軸９２２に固定される。

軟磁性体で形成された集磁リング２１、２２は、磁気ヨーク１６の径方向外側に配置され、磁気ヨーク１６からの磁束を集める。第１集磁リング２１は入力軸９２１側に設けられ、第２集磁リング２２は出力軸９２２側に設けられる。第１集磁リング２１及び第２集磁リング２２は、インサート成形等によって一体に形成され、集磁モジュール２０を構成してもよい。
第１集磁リング２１は、リング部２１１、及び、リング部２１１から径方向外側に突出した二つの集磁部２１５を含む。同様に第２集磁リング２２は、リング部２２１、及び、リング部２２１から径方向外側に突出した二つの集磁部２２５を含む。

第１集磁リング２１の集磁部２１５と、第２集磁リング２２の集磁部２２５とは、略平行に対向するように設けられる。集磁部２１５、２２５の間には、通信システム４０１を構成する二つのセンサ装置５０１、６０１が配置される。
以上の構成により、センサ装置５０１、６０１は、操舵トルクＴｓと相関する物理量として、トーションバー１３の捩じれ変位を検出する。そして、センサ装置５０１、６０１は、後述する情報を含むセンサ信号ＳｉｇＡ、ＳｉｇＢをＥＣＵ７０１に出力する。

次に、第１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。
通信システム４０１は、冗長的に設けられた二つのセンサ装置（Ａ）５０１及びセンサ装置（Ｂ）６０１と、センサ装置５０１、６０１からのセンサ信号ＳｉｇＡ、ＳｉｇＢ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、６０１とＥＣＵ７０１のマイコン７１１とは、それぞれ信号線ＬｓＡ、ＬｓＢで接続されている。
なお、現実には、センサ装置５０１、６０１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５０１、６０１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、６０１とＥＣＵ７０１とは、信号線ＬｓＡ、ＬｓＢに加え、電源供給線及び基準電位線で接続される。

センサ装置（Ａ）５０１は、複数のセンサ素子５１、５２、一つのセンサ内演算処理部５３、及び、送信回路５８を有する。同様にセンサ装置（Ｂ）６０１は、複数のセンサ素子６１、６２、一つのセンサ内演算処理部６３、及び、送信回路６８を有する。センサ装置（Ａ）５０１にて扱われる各値には「Ａ」を付す。センサ装置（Ｂ）６０１にて扱われる各値には「Ｂ」を付す。センサ装置５０１、６０１は実質的に同一の構成であるため、以下、センサ装置（Ａ）５０１を代表として説明する。センサ装置（Ｂ）６０１については、センサ装置（Ａ）５０１に係る符号の先頭数字を「５」から「６」に置き換え、各値の記号の「Ａ」を「Ｂ」に置き換えて解釈すればよい。

第１実施形態では、「複数のセンサ素子」として、一つのセンサ装置５０１内に、仕様や性能が実質的に同一である第１センサ素子５１及び第２センサ素子５２の二つのセンサ素子を有する。センサ素子５１、５２は、センサ装置５０１内において冗長的に設けられており、ある物理量、すなわち、本実施形態では操舵トルクＴｓについてのセンサ値ＳＡ１、ＳＡ２を同一の検出対象である集磁リング２１、２２から検出する。

例えばセンサ素子５１、５２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。そしてセンサ素子５１、５２は、トーションバー１３の捩じれ変位に基づく集磁リング２１、２２の磁気変位を検出し電圧信号に変換して出力する。

ここで、第１センサ素子５１及び第２センサ素子５２は、同一の出力特性を有し、同じ値を出力するものであってもよい。或いは、第２センサ素子５２の出力特性が第１センサ素子５１の出力特性を基準値に対して反転した関係にある「クロス特性」を有るものであってもよい。クロス特性では、センサ値ＳＡ１、ＳＡ２の合計が一定値ｋとなる。
また、クロス特性におけるセンサ値の平均値ＳＡａｖｒは、式（１）の通り、ＳＡ１と（ｋ−ＳＡ２）との平均として算出される。
ＳＡａｖｒ＝｛ＳＡ１＋（ｋ−ＳＡ２）｝／２ ・・・（１）
以下の明細書中で「ＳＡ１とＳＡ２との平均」というとき、例えばクロス特性における「ＳＡ１と（ｋ−ＳＡ２）との平均」を含む意味で解釈する。

センサ内演算処理部５３は、複数のセンサ素子５１、５２が検出したセンサ値ＳＡ１、ＳＡ２に基づいて所定の演算を実施する。センサ内演算処理部５３の演算結果を「一次演算値」という。図１の例では、微分値ＳｄＡが一次演算値に相当する。センサ内演算処理部５３の詳しい構成は後述する。

送信回路５８は、センサ素子５１、５２から直接センサ値ＳＡ１、ＳＡ２を取得すると共に、センサ内演算処理部５３から一次演算値である微分値ＳｄＡを取得する。
なお、図１では、センサ素子５１、５２による初期の検出信号がアナログ信号の場合におけるＡ／Ｄ（すなわち、アナログ／デジタル）変換部の明示を省略している。そこで、センサ素子５１、５２の信号出力部、又は、センサ内演算処理部５３及び送信回路５８の信号入力部にＡ／Ｄ変換部が含まれると解釈する。

そして、センサ装置（Ａ）５０１の送信回路５８は、センサ値ＳＡ１、ＳＡ２、及び、一次演算値である微分値ＳｄＡの情報を含むセンサ信号ＳｉｇＡをデジタル信号としてマイコン７１１の受信回路７２に送信する。また、センサ装置（Ｂ）６０１の送信回路６８は、センサ値ＳＢ１、ＳＢ２、及び、一次演算値である微分値ＳｄＢの情報を含むセンサ信号ＳｉｇＢをデジタル信号としてマイコン７１１の受信回路７２に送信する。

本実施形態では、センサ信号ＳｉｇＡ、ＳｉｇＢの送信タイミングに関しては、どのように決定してもよい。例えば、マイコン７１１からセンサ装置５０１、６０１への同期信号をトリガとして送信してもよいし、同期信号を用いない非同期送信としてもよい。
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（すなわち、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２０１５−４６７７０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、第１データｄａｔａ１及び第２データｄａｔａ２の二つのデータを一つの信号として送信する例を図４に示す。
図４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、第１データ信号、第２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、第１データ信号、第２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。
なお、図１のセンサ信号ＳｉｇＡは、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳｄＡの三つのデータを含むため、そのままでは図４のＳＥＮＴ信号に適合しないようにも思われる。ただし、例えば、センサ値ＳＡ１とＳＡ２とをまとめて第１データｄａｔａ１とし、微分値ＳｄＡを第２データｄａｔａ２とする等の処理をしてもよい。

ＥＣＵ７０１のマイコン７１１は、受信回路７２、マイコン内演算処理部７３１、及びモータ駆動制御部７４を含む。
受信回路７２は、センサ装置（Ａ）５０１の送信回路５８から信号線ＬｓＡを経由して送信されたセンサ信号ＳｉｇＡ、及び、センサ装置（Ｂ）６０１の送信回路６８から信号線ＬｓＢを経由して送信されたセンサ信号ＳｉｇＢを受信する。そして、受信回路７２は、受信したセンサ値ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２、及び、一次演算値である微分値ＳｄＡ、ＳｄＢをマイコン内演算処理部７３１に伝達する。

マイコン内演算処理部７３１は、センサ値ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２、及び、微分値ＳｄＡ、ＳｄＢ等に基づいて、少なくともモータ８０のアシスト量Ｔａを演算する。マイコン内演算処理部７３１の演算結果を「二次演算値」という。
ここで、マイコン内演算処理部７３１がアシスト量Ｔａを演算する方法として、マップを参照する方法や数式により算出する方法がある。マップについては、第２実施形態におけるアシスト量演算部５３９の説明において、図９に示す。

また、マイコン内演算処理部７３１は、センサ装置（Ａ）５０１からの情報に基づくアシスト量ＴａＡと、センサ装置（Ｂ）６０１からの情報に基づくアシスト量ＴａＢとをそれぞれ算出してから、最終的な二次演算値としてアシスト量Ｔａを求めてもよい。このとき、マイコン内演算処理部７３１は、アシスト量ＴａＡ、ＴａＢの単純平均を算出してもよいし、加重平均を算出してもよい。或いは、いずれか一方のアシスト量ＴａＡ、ＴａＢを選択してもよい。
加えて、マイコン内演算処理部７３１は、二つのセンサ装置５０１、６０１、又は、各二つのセンサ素子５１、５２、６１、６２のデータ偏差等に基づき、いずれかのセンサ装置、又は、いずれかのセンサ素子の異常を検出する処理を実施してもよい。

「演算値利用部」としてのモータ駆動制御部７４は、二次演算値であるアシスト量Ｔａを利用し、「所定の処理」として、モータ駆動制御に係る処理を行う。具体的には、モータ駆動制御部７４は、アシスト量Ｔａをトルク指令値とする電流フィードバック演算により、ＰＷＭ信号等のモータ駆動信号ＭＤを演算する。
モータ駆動制御部７４で演算されたモータ駆動信号ＭＤは、図中「ＩＮＶ」と記されるインバータ７８に入力される。これにより、インバータ７８のスイッチング動作が操作され、モータ８０の巻線に通電される電力が制御される。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、図５を参照し、センサ内演算処理部５３、６３の詳細構成について、センサ装置（Ａ）５０１のセンサ内演算処理部５３を代表として説明する。センサ装置（Ｂ）６０１のセンサ内演算処理部６３の構成は同様である。
センサ内演算処理部５３は、遅延素子５３５、差分値演算部５３６、フィルタ５３７、微分値演算部５３８等を含む。また、ゼロ点補正部５３４を更に含んでもよい。

図５で、センサ内演算処理部５３の入力として示されるセンサ値Ｓ（ｘ）は、ＳＡ１、ＳＡ２のそれぞれを示す場合もある。その場合、ＳＡ１、ＳＡ２に基づいて個別に演算された値を平均又は選択等した値が、最終的な一次演算値ＳｄＡとしてセンサ内演算処理部５３から出力される構成を取り得る。或いは、センサ値Ｓ（ｘ）として、予め算出されたＳＡ１及びＳＡ２の平均値ＳＡａｖｒ等が入力される構成としてもよい。
また、本実施形態では、センサ内演算処理部５３は、周期的にセンサ値Ｓ（ｘ）を取得し、取得したセンサ値Ｓ（ｘ）に基づいて一次演算値の演算を周期的に実施する。図５で引数ｘが付されたセンサ値Ｓ（ｘ）等は、ｘ回目の周期演算での値を意味する。ｘ回目の値を今回値とすると、（ｘ−１）回目の値は前回値に相当する。

差分値演算部５３６は、遅延素子５３５で保持されたセンサ値の前回値Ｓ（ｘ−１）と、今回値Ｓ（ｘ）との差分値ｄＳ（ｘ）を演算する。なお、前回値は「過去値」に含まれる。ここで、差分値演算部５３６は、前回値と今回値との差分値に代えて、前々回以前の過去値と今回値との差分値、又は、過去値同士の差分値を演算するようにしてもよい。

微分値演算部５３８は、例えば式（２）等により、差分値を時間差分Δｔで除した微分値Ｓｄ（ｘ）を演算する。
Ｓｄ（ｘ）＝（Ｓ（ｘ−１）−Ｓ（ｘ））／Δｔ ・・・（２）
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Ｓ（ｘ）は操舵トルクＴｓ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。概念的には微分値Ｓｄ（ｘ）は（ｄＴｓ／ｄｔ）と表すことができ、運転者によるハンドル操作の緩急に関する情報となる。

フィルタ５３７は、典型的にはローパスフィルタである。図５の形態では、フィルタ５３７は、差分値ｄＳ（ｘ）をフィルタ処理し、ｄＳｆ（ｘ）を出力する。或いは、フィルタ５３７を微分値演算部５３８の後に設けてもよく、その場合、フィルタ５３７は、微分値Ｓｄ（ｘ）をフィルタ処理する。
このように、図５に示すセンサ内演算処理部５３は、センサ値の前回値Ｓ（ｘ−１）と今回値Ｓ（ｘ）とに基づく差分値演算、フィルタ演算、微分値演算を実施し、一次演算値である微分値Ｓｄ（ｘ）を出力する。
図１に示す形態では、センサ内演算処理部５３は、センサ装置（Ａ）５０１内で統括した一つの微分値ＳｄＡを出力する。その他の形態では、センサ内演算処理部５３は、センサ値ＳＡ１、ＳＡ２に基づく微分値をそれぞれ出力してもよい。

また、破線で示すように、センサ内演算処理部５３の入力部に更にゼロ点補正部５３４を設けてもよい。図６に示すように、ゼロ点補正部５３４は、検出される物理量、すなわち、本実施形態では操舵トルクＴｓがゼロのとき、センサ値Ｓ（ｘ）がゼロとなるようにセンサ値Ｓ（ｘ）を補正する。これにより、センサ素子５１、５２のオフセット誤差等による影響を排除することができる。

第１実施形態の通信システム４０１の効果について説明する。この説明で、一つのセンサ装置に関する内容には、主としてセンサ装置（Ａ）５０１の構成要素の符号を記載し、センサ装置（Ｂ）６０１の構成要素の符号は括弧内に記載する。
（１）従来の通信システムでは、マイコンは、センサ装置から受信したセンサ値に基づいて、微分値演算やアシスト量演算等の演算処理を全てマイコン内演算処理部で実施していた。そのため、特に複数のセンサ素子からのセンサ値を高速周期で演算する場合、マイコンによる演算処理負荷が増大するという問題があった。

それに対し第１実施形態では、「演算値利用部」としてのモータ駆動制御部７４が利用するアシスト量Ｔａを求める一連の演算のうち、一部をセンサ装置５０１、６０１のセンサ内演算処理部５３、５４が実施し、その演算結果である微分値ＳｄＡ、ＳｄＢを一次演算値としてマイコン７１１に送信する。すなわち、センサ装置５０１、６０１とマイコン７１１とが演算処理を分担する。これにより、複数のセンサ素子５１、５２を有する通信システム４０１において、マイコン７１１による演算処理負荷を低減することができる。

（２）第１実施形態では、センサ内演算処理部５３（６３）は、複数のセンサ素子５１、５２（６１、６２）に対して共通に設けられている。これにより、各センサ素子について同一の演算処理を実施する場合、構成を単純にし、センサ装置５０１（６０１）全体での演算処理量を低減することができる。
（３）第１実施形態では、二つのセンサ装置５０１、６０１が冗長的に設けられているため、一方のセンサ装置が故障した場合でも他方のセンサ装置によるセンサ値に基づいて、モータ８０の駆動を継続することができる。よって、システムの信頼性が向上する。

（４）センサ内演算処理部５３（６３）は、センサ値を周期的に取得し、センサ値の前回値Ｓ（ｘ−１）と今回値Ｓ（ｘ）との差分値に基づく微分値演算やフィルタ演算を周期的に実施する。これにより、データを受信したマイコン７１１は、モータ８０の駆動制御等の所定の処理ルーチンを継続的に実施することができる。
また、センサ内演算処理部５３（６３）は、ゼロ点補正により、センサ素子５１、５２（６１、６２）のオフセット誤差を補正し、適切な演算を実施することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の通信システムについて、図７〜図９を参照する。第２実施形態は、第１実施形態と同じく二つのセンサ装置を備えるものであり、第１実施形態に対し、センサ内演算処理部における演算の内容が異なる。
図７に示すように、第２実施形態の通信システム４０２は、二つのセンサ装置（Ａ）５０２、センサ装置（Ｂ）６０２と、ＥＣＵ７０２に含まれるマイコン７１２とを備える。
センサ装置（Ａ）５０２は、二つのセンサ素子５１、５２に対して、共通に一つのセンサ内演算処理部５４を有している。同様にセンサ装置（Ｂ）６０２は、二つのセンサ素子６１、６２に対して、共通に一つのセンサ内演算処理部６４を有している。

代表として、センサ装置（Ａ）５０２のセンサ内演算処理部５４の構成を図８に示す。センサ内演算処理部５４は、図５に示す第１実施形態のセンサ内演算処理部５３に対し、更にアシスト量演算部５３９を含む。アシスト量演算部５３９は、センサ値Ｓ（ｘ）及び微分値Ｓｄ（ｘ）等に基づいて、アシスト量Ｔａを一次演算値として演算する。
例えばアシスト量演算部５３９は、アシストマップを内部に記憶し、このアシストマップを参照してアシスト量Ｔａを演算してもよい。アシストマップの一例を図９に示す。

図９に例示するアシストマップは、操舵トルクＴｓに対するアシスト量Ｔａの特性が、ゼロ点を中心として正負で点対称となるように規定されている。アシスト量Ｔａの特性は、操舵トルクＴｓの絶対値が限界値Ｔｓ＿ｌｉｍ未満の領域ではＳ字曲線を呈している。また、操舵トルクＴｓの絶対値が限界値Ｔｓ＿ｌｉｍ以上の領域では、アシスト量Ｔａは一定のガード値±Ｔａ＿ｇｒｄを取る。Ｓ字曲線やガード値±Ｔａ＿ｇｒｄは、トルク微分値（ｄＴｓ／ｄｔ）（Ｓｄ（ｘ））に応じて変わる。
或いは、アシスト量演算部５３９は、数式により、アシスト量Ｔａを算出してもよい。また、操舵トルクＴｓ及びトルク微分値（ｄＴｓ／ｄｔ）に加え、車速等のパラメータに基づいてアシスト量Ｔａを演算してもよい。

図７に戻り、各センサ装置（Ａ）５０２、センサ装置（Ｂ）６０２のセンサ内演算処理部５４、６４は、上述のように演算したアシスト量ＴａＡ、ＴａＢを送信回路５８、６８に出力する。ここで、センサ値ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２の情報は、アシスト量ＴａＡ、ＴａＢを算出する以外の目的では用いられないという場合を想定する。この場合、送信回路５８、６８は、一次演算値であるアシスト量ＴａＡ、ＴａＢの情報のみを含むセンサ信号ＳｉｇＡ、ＳｉｇＢをマイコン７１２の受信回路７２に送信する。

マイコン７１２の受信回路７２は、受信したアシスト量ＴａＡ、ＴａＢをマイコン内演算処理部７３２に伝達する。マイコン内演算処理部７３２は、二つの一次演算値であるアシスト量ＴａＡ、ＴａＢに基づいて、二次演算値として一つのアシスト量Ｔａを演算し、モータ駆動制御部７４に伝達する。このとき、マイコン内演算処理部７３２は、アシスト量ＴａＡ、ＴａＢの単純平均を算出してもよいし、加重平均を算出してもよい。或いは、いずれか一方のアシスト量ＴａＡ、ＴａＢを選択してもよい。

第２実施形態では、センサ内演算処理部５４、６４が一次演算値としてアシスト量ＴａＡ、ＴａＢまで演算するため、第１実施形態に比べ、マイコン７１２の処理負荷を更に低減することができる。
また、センサ値ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２の情報がアシスト量ＴａＡ、ＴａＢの算出のみに用いられる場合、センサ信号ＳｉｇＡ、ＳｉｇＢは、データとしてアシスト量ＴａＡ、ＴａＢの情報のみを含めばよいため、通信データ量を低減することができる。

（第３実施形態）
次に、センサ装置を一つ備える第３〜第５実施形態の通信システムについて説明する。
まず、第３実施形態の通信システムについて、図１０を参照する。通信システム４０３は、一つのセンサ装置５０３と、ＥＣＵ７０３に含まれるマイコン７１３とを備える。
センサ装置５０３は、二つのセンサ素子５１、５２に対し、それぞれ個別のセンサ内演算処理部５３１、５３２を有している。センサ内演算処理部５３１、５３２は、第１実施形態と同様に、一次演算値として微分値Ｓｄを演算する。第１センサ内演算処理部５３１は、センサ値Ｓ１に基づいて、微分値Ｓｄ１を演算する。第２センサ内演算処理部５３２は、センサ値Ｓ２に基づいて、微分値Ｓｄ２を演算する。

送信回路５８は、センサ値Ｓ１、Ｓ２及び微分値Ｓｄ１、Ｓｄ２の情報を含むセンサ信号Ｓｉｇをマイコン７１３の受信回路７２に送信する。
マイコン７１３の受信回路７２は、受信したセンサ値Ｓ１、Ｓ２及び微分値Ｓｄ１、Ｓｄ２をマイコン内演算処理部７３３に伝達する。マイコン内演算処理部７３３は、センサ値Ｓ１、Ｓ２及び微分値Ｓｄ１、Ｓｄ２に基づいて、二次演算値としてアシスト量Ｔａを演算し、モータ駆動制御部７４に伝達する。

なお、マイコン内演算処理部７３３の演算において、第１センサ素子５１によるセンサ値Ｓ１及び微分値Ｓｄ１と、第２センサ素子５２によるセンサ値Ｓ２及び微分値Ｓｄ２とのそれぞれの単純平均を算出してもよいし、加重平均を算出してもよい。或いは、いずれか一方のセンサ素子５１、５２による値を選択してもよい。

第３実施形態では、センサ内演算処理部５３１、５３２が一次演算値として微分値Ｓｄ１、Ｓｄ２を演算することにより、マイコン７１３の処理負荷を低減することができる。
また、複数のセンサ素子５１、５２に対してセンサ内演算処理部５３１、５３２が個別に設けられているため、センサ素子毎に異なる演算処理を実施することが可能となる。

（第４実施形態）
続いて第４実施形態の通信システムについて、図１１を参照する。通信システム４０４は、一つのセンサ装置５０４と、ＥＣＵ７０４に含まれるマイコン７１４とを備える。
センサ装置５０４は、二つのセンサ素子５１、５２に対して共通に、一つのセンサ内演算処理部５４を有している。このセンサ内演算処理部５４は、第２実施形態と同様に、センサ値Ｓ１、Ｓ２に基づいて、一次演算値としてアシスト量Ｔａまで演算する。

送信回路５８は、少なくとも実線で示すように、一次演算値であるアシスト量Ｔａを取得し、アシスト量Ｔａの情報を含むセンサ信号Ｓｉｇをマイコン７１４に送信する。
マイコン７１４の受信回路７２は、受信したアシスト量Ｔａをマイコン内演算処理部７３４に伝達する。ここで、アシスト量Ｔａのみを伝達するのであれば、マイコン内演算処理部７３４を設けて二次演算値を演算するのでなく、受信回路７２からモータ駆動制御部７４に直接アシスト量Ｔａを伝達してもよい。この場合、モータ駆動制御部７４は、二次演算値ではなく、一次演算値であるアシスト量Ｔａをそのまま利用することができる。

或いは破線で示すように、送信回路５８は、一次演算値であるアシスト量Ｔａ以外に更にセンサ値Ｓ１、Ｓ２を取得し、アシスト量Ｔａ及びセンサ値Ｓ１、Ｓ２の情報を含むセンサ信号Ｓｉｇをマイコン７１４に送信してもよい。この場合、マイコン内演算処理部７３４は、センサ値Ｓ１、Ｓ２に基づく他の演算を併行して実施してもよい。

第４実施形態では、センサ内演算処理部５４が一次演算値としてアシスト量Ｔａまで演算するため、マイコン７１４の処理負荷を特に低減することができる。
また、マイコン７１４がアシスト量Ｔａ以外の演算値を必要としない場合、マイコン内演算処理部７３４が不要となり、マイコン７１４の構成が単純となる。さらに、センサ信号Ｓｉｇの通信データ量を低減することができる。この場合、「演算値利用部」としてのモータ駆動制御部７４が利用する演算値を求める演算の全部をセンサ装置５０４が実施することとなる。

（第５実施形態）
第５実施形態の通信システムについて、図１２、図１３を参照する。図１２に示すように、通信システム４０５は、センサ装置５０５と、ＥＣＵ７０５に含まれるマイコン７１５とを備える。
センサ装置５０５は、二つのセンサ素子５１、５２に対して共通に、複数のセンサ内演算処理部５５、５６、５７が並列に設けられている。複数のセンサ内演算処理部５５、５６、５７は、それぞれ、センサ値Ｓ１、Ｓ２に基づいて、複数種の処理１、処理２、処理３を併行して実施し、一次演算値としてＳα、Ｓβ、Ｓγを演算する。

送信回路５８は、センサ値Ｓ１、Ｓ２及び一次演算値Ｓα、Ｓβ、Ｓγの情報を含むセンサ信号Ｓｉｇをマイコン７１５に送信する。この形態では通信データ量が多くなるため、センサ信号Ｓｉｇの通信周期やマイコン７１５におけるデータ使用周期が比較的長く、通信時間に余裕がある場合に適している。

マイコン７１５の受信回路７２は、受信したセンサ値Ｓ１、Ｓ２及び一次演算値Ｓα、Ｓβ、Ｓγをマイコン内演算処理部７３５に伝達する。マイコン内演算処理部７３５は、センサ値Ｓ１、Ｓ２及び一次演算値Ｓα、Ｓβ、Ｓγに基づいて、二次演算値としてアシスト量Ｔａを演算し、モータ駆動制御部７４に伝達する。

複数のセンサ内演算処理部５５、５６、５７による処理１、処理２、処理３は、いずれも周期的に実施される。ここで、複数のうち少なくとも二つのセンサ内演算処理部において、各演算処理の周期は、演算時間や要求される応答性等の違いに応じて異なっていてもよい。図１３に示す例では、処理２の周期Ｔ２は、処理１の周期Ｔ１の２倍であり、処理３の周期Ｔ３は、処理１の周期Ｔ１の５倍である。例えば、処理１としてセンサ値Ｓ１、Ｓ２の平均値演算、処理２として微分値演算、処理３としてセンサ値Ｓ１、Ｓ２の偏差に基づく異常検出演算を実施する構成が想定される。

第５実施形態では、複数のセンサ内演算処理部５５、５６、５７が複数種の演算処理を併行して実施するため、センサ装置５０１内での演算時間を短縮することができる。
さらに、複数のセンサ内演算処理部５５、５６、５７による各演算処理の周期を、演算時間や要求される応答性等の違いに応じて変更することができる。これにより、通信データ量や通信頻度を効率的に調整し、演算時間及び通信時間を含めたトータルの応答時間を短縮することができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、「複数のセンサ素子」の構成例として、一つのセンサ装置内に二つのセンサ素子を有する構成や、それぞれ二つのセンサ素子を含むセンサ装置を二つ備える構成を示している。その他、一つのセンサ装置内に三つ以上のセンサ素子を有する構成や、一つ以上のセンサ素子を含むセンサ装置を三つ以上備える構成としてもよい。
それら複数のセンサ素子に対し、センサ内演算処理部は、共通に設けられるものと個別に設けられるものとを適宜組み合わせて設定してよい。

（イ）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。
（ウ）センサ内演算処理部は、周期的に取得したセンサ値に基づいて周期的に演算を実施する形態に限らない。例えば、トリガ信号を受信したときのみ、センサ内演算処理部が演算を実施するようにしてもよい。

（エ）通信システムのデジタル通信の方式（すなわち、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）マイコンの演算値利用部は、入力された演算値を指令値とするフィードバック制御演算を行う形態に限らず、入力された演算値をどのように利用して所定の処理を行ってもよい。例えば、入力された演算値を１倍した値、すなわち、演算値そのままの値を外部に出力してもよい。

（カ）本発明の通信システムは、センサ装置及びマイコンを通じ、検出したセンサ値に基づいて、演算値利用部が利用する演算値を演算するものであればよく、電動パワーステアリング装置の他、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、４０３、４０４、４０５・・・通信システム、
５０１、６０１、５０２、６０２、５０３、５０４、５０５・・・センサ装置、
５１、５２、６１、６２・・・センサ素子、
５３、６３、５４、６４、５３１、５３２、５５、５６、５７・・・センサ内演算処理部、
５８、６８・・・送信回路、
７１１、７１２、７１３、７１４、７１５・・・マイコン、
７２・・・受信回路、
７３１、７３２、７３３、（７３４）、７３５・・・マイコン内演算処理部、
７４・・・モータ駆動制御部（演算値利用部）。

Claims (13)

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）、前記複数のセンサ素子が検出した前記センサ値に基づいて所定の演算を実施する一つ以上のセンサ内演算処理部（５３、６３、５４、６４、５３１、５３２、５５、５６、５７）、及び、少なくとも前記センサ内演算処理部の演算結果である一次演算値の情報を含み、又は、前記センサ値の情報を更に含むセンサ信号をデジタル信号として送信する送信回路（５８、６８）を有する一つ以上のセンサ装置（５０１、６０１、５０２、６０２、５０３、５０４、５０５）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、少なくとも前記一次演算値を取得し、又は、前記センサ値を更に取得する受信回路（７２）、及び、前記一次演算値をそのまま利用し、又は、前記一次演算値に基づいて更に演算された二次演算値を利用して所定の処理を行う演算値利用部（７４）を有するマイコン（７１１、７１２、７１３、７１４、７１５）と、
   を備え、
   前記センサ内演算処理部は、前記センサ値を周期的に取得し、前記センサ値の過去値と今回値との差分値、又は過去値同士の差分値に基づく演算を周期的に実施する通信システム。
2. 前記センサ内演算処理部による演算には、前記差分値を時間差分で除する微分値演算が含まれる請求項１に記載の通信システム。
3. 前記センサ内演算処理部による演算には、前記差分値、又は前記差分値に基づく演算値をフィルタ処理するフィルタ演算が含まれる請求項１または２に記載の通信システム。
4. 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）、前記複数のセンサ素子が検出した前記センサ値に基づいて所定の演算を実施する一つ以上のセンサ内演算処理部（５５、５６、５７）、及び、少なくとも前記センサ内演算処理部の演算結果である一次演算値の情報を含み、又は、前記センサ値の情報を更に含むセンサ信号をデジタル信号として送信する送信回路（５８）を有する一つ以上のセンサ装置（５０５）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、少なくとも前記一次演算値を取得し、又は、前記センサ値を更に取得する受信回路（７２）、及び、前記一次演算値をそのまま利用し、又は、前記一次演算値に基づいて更に演算された二次演算値を利用して所定の処理を行う演算値利用部（７４）を有するマイコン（７１５）と、
   を備え、
   前記センサ装置は、前記センサ値に基づく複数種の演算を併行して実施する複数の前記センサ内演算処理部を有している通信システム。
5. 複数の前記センサ内演算処理部は、周期的に演算を実施するものであり、
   複数のうち少なくとも二つの前記センサ内演算処理部は、演算処理周期が異なっている請求項４に記載の通信システム。
6. 前記マイコンは、前記二次演算値を演算するマイコン内演算処理部（７３１、７３２、７３３、７３５）を更に有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の通信システム。
7. 前記センサ内演算処理部（５３、６３、５４、６４、５５、５６、５７）は、前記複数のセンサ素子に対して共通に設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の通信システム。
8. 互いに仕様が同等である複数の前記センサ装置（５０１、６０１、５０２、６０２）を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の通信システム。
9. 前記センサ内演算処理部は、前記物理量がゼロのとき前記センサ値がゼロとなるように前記センサ値を補正するゼロ点補正を実施する請求項１〜８のいずれか一項に記載の通信システム。
10. 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、
    前記マイコンの前記演算値利用部は、前記センサ装置が検出した操舵トルクに基づいて演算されたアシスト量を利用してモータ（８０）の駆動を制御する請求項１〜９のいずれか一項に記載の通信システム。
11. 前記センサ内演算処理部（５４、６４）は、前記一次演算値としてアシスト量を求める演算を実施する請求項１０に記載の通信システム。
12. 車両の電動パワーステアリング装置（９０）に用いられ、
    運転者の操舵トルク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）、前記複数のセンサ素子が検出した前記センサ値に基づいて所定の演算を実施する一つ以上のセンサ内演算処理部（５４、６４）、及び、少なくとも前記センサ内演算処理部の演算結果である一次演算値の情報を含み、又は、前記センサ値の情報を更に含むセンサ信号をデジタル信号として送信する送信回路（５８、６８）を有する一つ以上のセンサ装置（５０２、６０２、５０４）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、少なくとも前記一次演算値を取得し、又は、前記センサ値を更に取得する受信回路（７２）、及び、前記一次演算値をそのまま利用し、又は、前記一次演算値に基づいて更に演算された二次演算値を利用して所定の処理を行う演算値利用部（７４）を有するマイコン（７１２、７１４）と、
    を備え、
    前記マイコンの前記演算値利用部は、前記センサ装置が検出した操舵トルクに基づいて演算されたアシスト量を利用してモータ（８０）の駆動を制御し、
    前記センサ内演算処理部は、前記一次演算値としてアシスト量を求める演算を実施する通信システム。
13. 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請求項１〜１２のいずれか一項に記載の通信システム。

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