WO2022249969A1 - センサ装置 - Google Patents

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WO2022249969A1
WO2022249969A1 PCT/JP2022/020812 JP2022020812W WO2022249969A1 WO 2022249969 A1 WO2022249969 A1 WO 2022249969A1 JP 2022020812 W JP2022020812 W JP 2022020812W WO 2022249969 A1 WO2022249969 A1 WO 2022249969A1
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normal
response
detection data
torque
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友佑 乙川
雅也 滝
尚志 亀谷
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株式会社デンソー
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G01L25/003—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency for measuring torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C25/00—Arrangements for preventing or correcting errors; Monitoring arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to sensor devices.
  • a sensor device that communicates between a sensor and a controller is known.
  • a sensor is configured to transmit a response signal in response to a request signal from a receiving circuit.
  • An object of the present disclosure is to provide a sensor device capable of appropriately calculating detected data.
  • the sensor device of the present disclosure includes multiple sensor units, a control unit, and multiple communication paths.
  • the sensor unit has a sensor element that detects a change in physical quantity, and a sensor-side communication circuit that transmits a signal including one response signal according to the detected value of the sensor element in response to one request signal.
  • the arithmetic processing unit has a control unit side communication circuit that transmits a request signal and receives a response signal, and an arithmetic processing unit that computes detection data according to the response signal.
  • the communication paths individually connect the sensor units to the control unit.
  • the arithmetic processing unit calculates detection data using the response signals obtained in parallel from the plurality of sensor units. Thereby, detection data can be calculated appropriately.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a steering system according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing the sensor device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a time chart for explaining calculation of torque data according to the first embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the output signal of the sensor element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining torque data according to the first embodiment
  • FIG. 6 is a time chart for explaining calculation of post-correction torque data according to the first embodiment
  • FIG. 7 is a time chart showing a case where an abnormality occurs in one sensor element according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a steering system according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing the sensor device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a time chart for explaining calculation of torque data according to the first embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the output signal of the sensor element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is an explanatory
  • FIG. 8 is a time chart for explaining torque data when an abnormality occurs in one sensor unit according to the first embodiment;
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining torque calculation processing according to the first embodiment;
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing frame data of a response signal according to the first embodiment;
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing check data for a response signal according to the first embodiment;
  • FIG. 12 is a time chart for explaining calculation of torque data when one system is abnormal according to the second embodiment.
  • FIG. 13A is a diagram showing torque data before correction according to the second embodiment;
  • FIG. 13B is a diagram showing torque data after correction according to the second embodiment;
  • FIG. 14 is a time chart for explaining calculation of torque data when one system is abnormal according to the third embodiment.
  • FIG. 13A is a diagram showing torque data before correction according to the second embodiment
  • FIG. 13B is a diagram showing torque data after correction according to the second embodiment
  • FIG. 14 is a time chart for explaining calculation of torque data when one system
  • FIG. 15 is a time chart for explaining calculation of torque data when one system is abnormal according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a time chart for explaining calculation of torque data according to the fifth embodiment;
  • FIG. 17 is a block diagram showing the sensor device according to the sixth embodiment,
  • FIG. 18 is a block diagram showing a sensor device according to a reference example;
  • FIG. 19 is a time chart for explaining calculation of torque data according to the reference example.
  • FIGS. 1 to 11 A first embodiment is shown in FIGS. 1 to 11.
  • the sensor device 1 includes a torque sensor 20 and an ECU 10, and is applied to an electric power steering device 8 as a steering device for assisting steering operation of a vehicle.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of a steering system 90 including an electric power steering device 8.
  • the steering system 90 includes a steering wheel 91 that is a steering member, a steering shaft 92, a pinion gear 96, a rack shaft 97, wheels 98, an electric power steering device 8, and the like.
  • a steering wheel 91 is connected to a steering shaft 92 .
  • the steering shaft 92 is provided with a torque sensor 20 that detects steering torque.
  • Torque sensor 20 is connected to ECU 10 via harness 106 and connector 105 .
  • Harness 106 includes communication paths 31 and 32 (see FIG. 2).
  • a pinion gear 96 is provided at the tip of the steering shaft 92 .
  • the pinion gear 96 meshes with the rack shaft 97 .
  • a pair of wheels 98 are connected to both ends of the rack shaft 97 via tie rods or the like.
  • the electric power steering device 8 includes an ECU 10, a torque sensor 20, a motor 80, and a reduction gear 89 as a power transmission section that decelerates the rotation of the motor 80 and transmits it to the rack shaft 97, and the like.
  • the electric power steering device 8 of the present embodiment is a so-called "rack assist type", but it may be a so-called “column assist type” that transmits the rotation of the motor 80 to the steering shaft 92, or the like.
  • the motor 80 is, for example, a three-phase brushless motor that outputs part or all of the torque required for steering.
  • the motor 80 is driven by being supplied with power from a battery (not shown), and rotates the reduction gear 89 in forward and reverse directions.
  • the ECU 10 is a so-called "machine-electric integrated type" that is integrally provided on one side of the motor 80 in the axial direction, but the motor 80 and the control unit 15 may be provided separately.
  • the control unit 15 is arranged substantially coaxially with the motor shaft on the side opposite to the output shaft of the motor 80 .
  • the ECU 10 has a control unit 15 (see FIG. 2) mainly composed of a microcomputer or the like, and has a CPU, ROM, RAM, and I/O (none of which are shown) therein, and a bus line connecting these components. It has Each process in the control unit 15 may be software processing by executing a program stored in advance in a substantial memory device such as a ROM (that is, a readable non-temporary tangible storage medium) by the CPU, It may be hardware processing by a dedicated electronic circuit.
  • a control unit 15 mainly composed of a microcomputer or the like, and has a CPU, ROM, RAM, and I/O (none of which are shown) therein, and a bus line connecting these components. It has Each process in the control unit 15 may be software processing by executing a program stored in advance in a substantial memory device such as a ROM (that is, a readable non-temporary tangible storage medium) by the CPU, It may be hardware processing by a dedicated electronic circuit.
  • the control unit 15 has communication circuits 16 and 17, an arithmetic processing unit 18, and the like.
  • the first communication circuit 16 is connected to the first sensor section 21 via the first communication path 31 .
  • the first communication circuit 16 transmits a request signal to the first sensor section 21 and receives a response signal corresponding to the request signal from the first sensor section 21 .
  • the second communication circuit 17 is connected to the second sensor section 22 via the second communication path 32 .
  • the second communication circuit 17 transmits a request signal to the second sensor section 22 and receives a response signal corresponding to the request signal from the second sensor section 22 .
  • the suffix "1" indicates signals transmitted and received between the first communication circuit 16 and the first sensor unit 21, and the suffix "1" indicates signals transmitted and received between the second communication circuit 17 and the second sensor unit 22. 2” attached.
  • the arithmetic processing unit 18 calculates torque data related to the torque applied to the steering shaft 92 based on the response signals received from the sensor units 21 and 22 .
  • the torque sensor 20 has a first sensor section 21 and a second sensor section 22 .
  • the configuration related to the first sensor section 21 will be referred to as the first system
  • the configuration related to the second sensor section 22 will be referred to as the second system.
  • the first sensor section 21 has two sensor elements 211 and 212 and a communication circuit 215 .
  • the second sensor section 22 has two sensor elements 221 and 222 and a communication circuit 225 .
  • the sensor element 211 of the first sensor section 21 will be referred to as "1A”
  • the sensor element 212 as "1B”
  • the sensor element 221 of the second sensor section 22 as "2A”
  • the sensor element 222 as "2B".
  • the sensor elements 211 , 212 , 221 and 222 detect steering torque, which is torque applied to the steering shaft 92 .
  • it is a Hall element that detects a change in the magnetic field of a sensor magnet that is displaced according to the torsional displacement amount of a torsion bar (not shown) provided on the steering shaft 92 .
  • the sensor device 1 is applied to an electric power steering device 8.
  • the electric power steering device 8 is responsible for the "turning" function of the vehicle, and is required to be a highly safe system that realizes non-stop assist.
  • a plurality of sensor elements 211, 212, 221, and 222 are provided in the torque sensor 20 for redundancy in order to realize a highly safe system.
  • a sensor device 700 shown in the reference example includes a control section 715 and a torque sensor 720 .
  • Control unit 715 has communication circuit 16 and arithmetic processing unit 18 .
  • Torque sensor 720 has sensor elements 211 and 212 and communication circuit 215 .
  • the sensor device 700 has one communication path 731 and transmits information of one sensor element in response to one request signal. As shown in FIG. 19, when the information of the sensor elements 211 and 212 are alternately transmitted and the torque data is calculated from the information of the two sensor elements 211 and 212, the torque calculation is delayed compared to the calculation period of the communication circuit 16. . If the real-time property is deteriorated due to the calculation delay, there is a possibility that the steering feeling is affected.
  • control unit 15 and the torque sensor 20 are connected by communication paths 31 and 32 . Therefore, since data can be obtained simultaneously from the first sensor section 21 and the second sensor section 22, torque calculation using a plurality of response signals can be performed while ensuring real-time performance.
  • the data of the sensor element 1A is transmitted from the first sensor section 21 to the control section 15 in response to the request signal transmitted from the first communication path 31 at time x10. Further, the data of the sensor element 2A is transmitted from the second sensor section 22 to the control section 15 in response to the request signal transmitted from the second communication path 32 at the time x10.
  • the calculation processing unit 18 performs torque calculation based on the received data of the sensor elements 1A and 2A.
  • the data of the sensor element 1B is transmitted from the first sensor section 21 to the control section 15 .
  • the data of the sensor element 2B is transmitted from the second sensor section 22 to the control section 15 in response to the request signal transmitted from the second communication path 32 at the time x11.
  • the calculation processing unit 18 performs torque calculation based on the received data of the sensor elements 1B and 2B.
  • torque data A is the torque calculation result based on the sensor elements 1A and 2A
  • torque data B is the torque calculation result based on the sensor elements 1B and 2B.
  • the abnormality of the sensor units 21 and 22 is a state in which the control unit 15 cannot acquire normal detection values, and includes not only the abnormality of the sensor units 21 and 22 themselves but also the abnormality of the communication paths 31 and 32. .
  • FIG. 4 the horizontal axis is the steering torque, and the vertical axis is the detected voltages of the sensor elements 211, 212, 221, and 222.
  • FIG. 1A and 2B decrease as the torque increases.
  • the detected voltages of the sensor elements 1B and 2A increase as the torque increases. Blocks indicating response signals in FIG.
  • the signals of the sensor elements 1A and 2A having the same characteristics but opposite outputs are obtained at the same timing, and the signals of the sensor elements 1B and 2B are obtained at the same timing. This makes it easier to detect abnormalities such as sticking abnormalities as compared to the case where signals acquired at the same timing have the same increase/decrease characteristics.
  • the horizontal axis is the steering torque and the vertical axis is the torque data calculation value.
  • the output error is corrected by averaging the current value and the previous value of the torque data.
  • the torque data obtained by averaging the current value and the previous value is appropriately used as corrected torque data.
  • Various calculations may be performed using the torque data shown in FIG. 3 without performing the correction shown in FIG. In FIG.
  • the horizontal axis is the common time axis, and from the top, the request signal of the first system, the response signal of the first system, the request signal of the second system, the response signal of the second system, the torque data, and the corrected Torque data is shown.
  • the same applies to time charts according to other embodiments. 3 is the same except that the post-correction torque data is omitted.
  • FIG. 7 shows a case where an abnormality occurs in one sensor element.
  • FIG. 7 shows an example in which an abnormality occurs in the response signal of the sensor element 1B indicated by the satin finish. Since the post-correction torque data calculated from the occurrence of an abnormality to the time xe at which the abnormality is detected is averaged with the normal torque data A, the effect of the abnormality is reduced compared to when torque correction is not performed. can be mitigated.
  • the data of the sensor elements 2A and 2B alternately transmitted from the second sensor unit 22 are used to calculate the average value of the current value and the previous value. is used to calculate the torque data.
  • the torque calculation cycle is maintained, so torque calculation using the detection values of a plurality of sensor elements can be continued without reducing real-time performance. be able to.
  • the response signal related to the first sensor section 21 in which an abnormality has occurred is indicated by a satin finish.
  • step S101 such as step S101 will be omitted and will be simply referred to as "S”.
  • the current value is given a subscript (n)
  • the previous value is given a subscript (n-1)
  • the value two times before is given a subscript (n-2).
  • the flow chart as an example, it is assumed that the data of the sensor elements 1A and 2A are acquired this time, and the data of the sensor elements 1B and 2B are acquired last time. If the sensor elements 1B and 2B are to be acquired this time, the terms 1A and 1B and 2A and 2B can be read appropriately.
  • control unit 15 transmits a request signal to the sensor units 21 and 22.
  • control unit 15 receives from the sensor units 21 and 22 response signals transmitted in response to the request signal.
  • the arithmetic processing unit 18 determines whether the acquired response signals of both systems are normal.
  • the detected voltages of the sensor elements 1A and 2A obtained at the same timing have the same characteristics but opposite outputs.
  • 2 A are added together to determine the abnormality determination value X (see formula (1)).
  • the detected voltage detected by the first sensor section 21 is V1
  • the detected voltage detected by the second sensor section 22 is V2.
  • the arithmetic processing unit 18 determines whether or not both systems are normal. If the abnormality determination value X is within a predetermined range including the normal value Xt, the abnormality determination value X and the normal value Xt are considered to match, and it is determined that both systems are normal. If both systems are determined to be normal (S103: YES), that is, if the abnormality determination value X and the normal value Xt match, the process proceeds to S104. If it is determined that at least one system has an abnormality (S103: NO), that is, if the abnormality determination value X and the normal value Xt do not match, the process proceeds to S106.
  • data discontinuity may be detected by including frame data in the response signal.
  • at least one of the request signal and the response signal may have check data such as CRC or parity check to detect data abnormality. If it is determined that at least one of the systems has an abnormality based on the frame data and the check data, a negative determination is made.
  • the arithmetic processing unit 18 calculates the current torque data value T(n) based on the detected values of the sensor elements 1A and 2A (see formula (2)).
  • the calculation processing unit 18 uses the current torque data value T(n) and the previous torque data value T(n ⁇ 1) (see equation (3)) to calculate corrected torque data Tc(n) (equation (4)).
  • T1 is the torque conversion value of the detection voltage V1
  • T2 is the torque conversion value of the detection voltage V2.
  • a coefficient is multiplied according to the specified outputs of the sensor elements 1A, 1B, 2A, and 2B.
  • an abnormality determination value Y1 for the first system and an abnormality determination value Y2 for the second system are calculated. Based on the determination values Y1 and Y2, it is determined whether or not the normal system can be identified (see formulas (5) and (6)).
  • Y1 ⁇ (T1(n)+T1(n ⁇ 2))/2 ⁇ -T1(n-1)
  • Y2 ⁇ (T2(n)+T2(n ⁇ 2))/2 ⁇ -T2(n-1) (6)
  • the abnormality determination values Y1 and Y2 are compared with the determination threshold TH1, and a system in which the abnormality determination values Y1 and Y2 are smaller than the determination threshold TH1 is specified as a normal system. If it is determined that the normal system can be identified (S106: YES), the process proceeds to S107. Hereinafter, the system identified as being normal is referred to as a specific system. If it is determined that the normal system cannot be specified (S106: NO), the process proceeds to S109. Note that this step may be omitted after the normal system is identified.
  • the arithmetic processing unit 18 calculates abnormality determination values Yp and Yq for the system identified as normal in S107 (see formulas (7) and (8)), and calculates the abnormality determination values Yp and Yq. Based on this, abnormal monitoring is performed in one system.
  • the abnormality determination value Yp is the difference between the average value of the current value and the value two times before, and the previous value.
  • the abnormality determination value Yq is the difference between the average value of the previous value and the value three times before, and the value two times before.
  • one of the abnormality determination values Yp and Yq is the average value of the two values of the sensor element 2A and the value of the sensor element 2B. and the other is calculated based on the average value of the two values of the sensor element 2B and the sensor element 2A.
  • both of the abnormality determination values Yp and Yq are smaller than the determination threshold TH2, it is determined that the specific system is normal.
  • the determination threshold TH2 may be equal to or different from the determination threshold TH1.
  • the calculation of the abnormality determination value Yq may be omitted and the determination may be made using only the abnormality determination value Yp.
  • the arithmetic processing unit 18 calculates torque data Te(n) based on the detected value of the normal system (see formula (9)). In S109, the arithmetic processing unit 18 sets the current value T(n) of the torque data as the set value at the time of occurrence of the abnormality.
  • the sensor device 1 of this embodiment includes a plurality of sensor units 21 and 22, a control unit 15, and a plurality of communication paths 31 and 32.
  • the sensor units 21 and 22 include sensor elements 211, 212, 221 and 222 for detecting changes in physical quantities, and one sensor element corresponding to the detection value of the sensor elements 211, 212, 221 and 222 for one request signal. It has communication circuits 215 and 225 for transmitting response signals.
  • the control unit 15 has communication circuits 16 and 17 that transmit a request signal requesting transmission of a response signal and receive the response signal, and an arithmetic processing unit 18 that computes torque data according to the response signal.
  • a plurality of communication paths 31 and 32 individually connect the sensor units 21 and 22 to the control unit 15 .
  • the computation processing unit 18 computes torque data using response signals obtained in parallel from the plurality of sensor units 21 and 22 at the same time.
  • response signals acquired at the same time means response signals transmitted in response to request signals transmitted at approximately the same timing, and deviations in timing due to individual variations are allowed. shall be Accordingly, torque data can be appropriately calculated based on the response signals simultaneously acquired from the plurality of sensor units 21 and 22 .
  • the sensor units 21 and 22 each have k (k is an integer equal to or greater than 2) sensor elements.
  • the sensor units 21 and 22 transmit, as response signals, signals corresponding to the detection values of the first to k-th sensor elements in a predetermined order.
  • the arithmetic processing unit 18 calculates torque data based on the response signals obtained this time from the plurality of sensor units 21 and 22, and uses the detection data from (k ⁇ 1) times before to the current time to obtain corrected detection data. Calculate.
  • the communication paths 31 and 32 are provided for each of the sensor units 21 and 22, and response signals from the plurality of sensor units 21 and 22 are combined to generate torque data.
  • the arithmetic processing unit 18 calculates torque data using response signals from the (k ⁇ 1) times before to the current time transmitted from the normal sensor units 22. .
  • torque data can be calculated based on the detection values of the plurality of sensor elements 221 and 222 of the normal sensor units 22 .
  • the calculation cycle can be maintained at the same level as in normal operation, real-time performance can be ensured.
  • response signals corresponding to the respective sensor elements 221 and 222 are alternately transmitted from one sensor unit 22 that is normal.
  • the arithmetic processing unit 18 uses the most recent four response signals transmitted from one normal sensor unit 22 to monitor the abnormality of the sensor unit 22 . As a result, even if some sensor units 21 become abnormal, it is possible to continue abnormality monitoring of the normal sensor units 22 .
  • FIGS. 12, 13A and 13B A second embodiment is shown in FIGS. 12, 13A and 13B.
  • the second to fourth embodiments differ from the above-described embodiments in the processing performed when a part of the torque sensor 20 becomes abnormal, so this point will be mainly described.
  • the case where an abnormality occurs in the first system and the second system is normal is taken as an example.
  • a fifth embodiment, which will be described later, may be used.
  • the abnormal point cannot be identified in the first system, which is the abnormal system.
  • the first system which is the abnormal system.
  • the second sensor section 22 which are normal, when calculating the torque data at the timing when the response signal relating to the sensor element 2B is acquired, for example, Compared to the case where the torque data is updated in the same cycle as the calculation cycle of the communication circuits 16 and 17 as in the first embodiment, the update cycle of the torque data becomes longer.
  • the horizontal axis is time and the vertical axis is torque data.
  • Black circles indicate the torque update timing during normal operation and single system control, and white circles indicate torque update timing that is updated only during normal operation and is not updated during single system control. indicated by .
  • the input signal during single-system control indicated by the dashed line may be delayed with respect to the input signal during normal operation indicated by the solid line. Therefore, in the present embodiment, phase lead compensation is added during single-system control, as indicated by a dashed line in FIG. 13B. This makes it possible to reduce the influence of computational delay.
  • the arithmetic processing unit 18 uses response signals corresponding to the plurality of sensor elements 221 and 222 acquired from the normal sensor units 22. Calculate torque data. If the calculation cycle of the torque data when an abnormality occurs is longer than when it is normal, the calculation processing unit 18 performs phase advance compensation as correction processing for correcting calculation delay.
  • the correction processing for correcting the calculation delay may be calculation processing other than the phase advance compensation.
  • FIG. 1 A third embodiment is shown in FIG.
  • sensor element 1B is identified as abnormal and sensor element 1A is normal.
  • the first sensor unit 21 transmits a response signal according to the detection value of the normal sensor element 1A.
  • the second sensor unit 22 transmits a response signal according to the detection value of the sensor element 2A, which is transmitted simultaneously with the sensor element 1A during normal operation. That is, in the second sensor unit 22, even if the sensor element 2B is normal, instead of alternately transmitting signals corresponding to the sensor elements 2A and 2B, a signal corresponding to the sensor element 2A is transmitted. change the signal transmission pattern to The arithmetic processing unit 18 continues torque calculation using the sensor elements 1A and 2A.
  • an abnormality occurs in some of the sensor units 21, and in the sensor unit 21 in which the abnormality has occurred, an abnormal system normal element (a sensor element in this embodiment) that is a sensor element capable of transmitting a normal detection value If 1A) can be identified, the arithmetic processing unit 18 calculates torque data using response signals corresponding to the detected values of normal elements in the abnormal system and response signals from the normal sensor unit 22 .
  • the arithmetic processing unit 18 calculates torque data using response signals corresponding to the detected values of normal elements in the abnormal system and response signals from the normal sensor unit 22 .
  • the normal sensor unit 22 has a signal transmission pattern such that, before an abnormality occurs, transmission of a response signal corresponding to the detection value of the sensor element 2A that is transmitted simultaneously with the sensor element 1A that is the normal element of the abnormal system is continued. to change This can prevent variations in torque data due to variations in the sensor elements 2A and 2B. Moreover, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • FIG. 1A A fourth embodiment is shown in FIG.
  • the first sensor unit 21 transmits the output signal of the sensor element 1A, which is the normal element of the abnormal system
  • the second sensor unit 22 alternately outputs the signals of the sensor elements 2A and 2B as in the normal state.
  • this configuration it is possible to continue the calculation using different values of the sensor section, so that an abnormality such as voltage fixation can be detected, and the torque update period can be made equal to that in the normal state.
  • the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • FIG. 10 A fifth embodiment is shown in FIG.
  • the arithmetic processing unit 18 calculates the in-sensor torque data Tm1(n) of the first system using the current value and the previous value of the first sensor unit 21 (see equation (10)). Further, the computation processing unit 18 computes the intra-sensor torque data Tm2(n) of the second system using the current value and the previous value of the second sensor unit 22 (see equation (11)). Then, torque data T(n) is calculated using the in-sensor torque data Tm1(n) and Tm2(n) (see equation (12)).
  • Torque data T(n) is calculated using current values of in-sensor torque data Tm1 and Tm2 associated with the plurality of sensor units 21 and 22 .
  • the in-sensor torque data Tm1 and Tm2 may be values calculated by the sensor units 21 and 22 and transmitted to the control unit 15 . Even with this configuration, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • the first sensor section 21 transmits the detection value of the sensor element 1A as a response signal in response to the request signal.
  • the second sensor unit 22 transmits the detection value of the sensor element 2A as a response signal in response to the request signal. Transmission of response signals and calculation of torque data are as shown in FIG.
  • a seventh embodiment is shown in FIG.
  • the first sensor section 23 has one sensor element 211 and the second sensor section 24 has one sensor element 221 .
  • the first sensor unit 23 transmits the detection value of the sensor element 1A as a response signal in response to the request signal.
  • the second sensor unit 24 transmits the detection value of the sensor element 2A as a response signal in response to the request signal. Transmission of response signals and calculation of torque data are as shown in FIG. This makes it possible to simplify the configuration. Moreover, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • the communication circuits 215 and 225 are “sensor-side communication circuits”
  • the communication circuits 16 and 17 are “control unit-side communication circuits”
  • the torque data is “detection data”
  • the torque data in the sensor is “detection data in the sensor”.
  • each sensor unit there are two sensor units, each having one or two sensor elements. In other embodiments, there may be three or more sensor units. Also, each sensor unit may have three or more sensor elements.
  • the sensor section is applied to a torque sensor that detects steering torque. In other embodiments, the sensor section may detect torque other than steering torque, or may detect physical quantities other than torque. In the above embodiments, the sensor device is applied to an electric power steering device. In other embodiments, the sensor device may be applied to devices other than the electric power steering device.
  • the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by the computer program.
  • the controls and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits.
  • the control units and techniques described in this disclosure can be implemented by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may also be implemented by one or more dedicated computers configured.
  • the computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible recording medium.

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Abstract

センサ装置（１）は、複数のセンサ部（２１、２２、２３、２４）と、制御部（１５）と、複数の通信経路（３１、３２）と、を備える。センサ部（２１、２２、２３、２４）は、物理量の変化を検出するセンサ素子（２１１、２１２、２２１、２２２）、および、１回の要求信号に対し、センサ素子（２１１、２１２、２２１、２２２）の検出値に応じた１つの応答信号を含む信号を送信するセンサ側通信回路（２１５、２２５）を有する。制御部（１５）は、要求信号を送信し、応答信号を受信する制御部側通信回路（１６、１７）、および、応答信号に応じた検出データを演算する演算処理部（１８）を有する。複数の通信経路（３１、３２）は、センサ部（２１、２２、２３、２４）を個別に制御部（１５）と接続する。演算処理部（１８）は、複数のセンサ部（２１、２２、２３、２４）から並列に取得された応答信号を用い、検出データを演算する。

Description

センサ装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２１年５月２４日に出願された特許出願番号２０２１－０８６８８８号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、センサ装置に関する。
　従来、センサとコントローラとの間で通信を行うセンサ装置が知られている。例えば特許文献１では、センサは、受信回路からの要求信号に応答して、応答信号を送信するように構成されている。
米国特許出願公開第２０１３／０３４３４７２号明細書
　特許文献１のように、送信経路が１つしかない、かつ、１回の要求信号に対する応答信号につき単一のセンサ素子の情報を送信するシステムでは、複数のセンサ素子からの情報を送信して演算に用いる場合、信号受信周期に比べ、複数素子からの情報を用いた演算周期が遅れる。本開示の目的は、検出データを適切に演算可能なセンサ装置を提供することにある。
　本開示のセンサ装置は、複数のセンサ部と、制御部と、複数の通信経路と、を備える。センサ部は、物理量の変化を検出するセンサ素子、および、１回の要求信号に対し、センサ素子の検出値に応じた１つの応答信号を含む信号を送信するセンサ側通信回路を有する。
　演算処理部は、要求信号を送信し、応答信号を受信する制御部側通信回路、および、応答信号に応じた検出データを演算する演算処理部を有する。通信経路は、センサ部を個別に制御部と接続する。演算処理部は、複数のセンサ部から並列に取得された応答信号を用い、検出データを演算する。これにより、検出データを適切に演算可能である。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態によるステアリングシステムを示す概略構成図であり、 図２は、第１実施形態によるセンサ装置を示すブロック図であり、 図３は、第１実施形態によるトルクデータの演算を説明するタイムチャートであり、 図４は、第１実施形態によるセンサ素子の出力信号を説明する説明図であり、 図５は、第１実施形態によるトルクデータを説明する説明図であり、 図６は、第１実施形態による補正後トルクデータの演算を説明するタイムチャートであり、 図７は、第１実施形態による１つのセンサ素子に異常が生じた場合を示すタイムチャートであり、 図８は、第１実施形態による１つのセンサ部に異常が生じた場合のトルクデータを説明するタイムチャートであり、 図９は、第１実施形態によるトルク演算処理を説明するフローチャートであり、 図１０は、第１実施形態による応答信号のフレームデータを示す説明図であり、 図１１は、第１実施形態による応答信号のチェック用データを示す説明図であり、 図１２は、第２実施形態による片系統異常時のトルクデータの演算を説明するタイムチャートであり、 図１３Ａは、第２実施形態による補正前のトルクデータを示す図であり、 図１３Ｂは、第２実施形態による補正後のトルクデータを示す図であり、 図１４は、第３実施形態による片系統異常時のトルクデータの演算を説明するタイムチャートであり、 図１５は、第４実施形態による片系統異常時のトルクデータの演算を説明するタイムチャートであり、 図１６は、第５実施形態によるトルクデータの演算を説明するタイムチャートであり、 図１７は、第６実施形態によるセンサ装置を示すブロック図であり、 図１８は、参考例によるセンサ装置を示すブロック図であり、 図１９は、参考例によるトルクデータの演算を説明するタイムチャートである。
　以下、本開示によるセンサ装置を図面に基づいて説明する。以下、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。
　　　（第１実施形態）
　第１実施形態を図１～図１１に示す。図１に示すように、センサ装置１は、トルクセンサ２０と、ＥＣＵ１０と、を備え、車両のステアリング操作を補助するための操舵装置としての電動パワーステアリング装置８に適用される。
　図１は、電動パワーステアリング装置８を備えるステアリングシステム９０の全体構成を示すものである。ステアリングシステム９０は、操舵部材であるステアリングホイール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、および、電動パワーステアリング装置８等を備える。
　ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。ステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するトルクセンサ２０が設けられる。トルクセンサ２０は、ハーネス１０６およびコネクタ１０５を経由して、ＥＣＵ１０と接続されている。ハーネス１０６には、通信経路３１、３２が含まれる（図２参照）。ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。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が連結される。
　運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール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によってラック軸９７の直線運動に変換される。一対の車輪９８は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に操舵される。
　電動パワーステアリング装置８は、ＥＣＵ１０、トルクセンサ２０、モータ８０、および、モータ８０の回転を減速してラック軸９７に伝える動力伝達部としての減速ギア８９等を備える。本実施形態の電動パワーステアリング装置８は、所謂「ラックアシストタイプ」であるが、モータ８０の回転をステアリングシャフト９２に伝える所謂「コラムアシストタイプ」等としてもよい。
　モータ８０は、例えば３相ブラシレスモータであって、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものである。モータ８０は、図示しないバッテリから電力が供給されることで駆動され、減速ギア８９を正逆回転させる。
　ＥＣＵ１０は、モータ８０の軸方向の一方側に一体的に設けられている、いわゆる「機電一体型」であるが、モータ８０と制御部１５とが別途に設けられていてもよい。制御部１５は、モータ８０の出力軸とは反対側において、モータシャフトと略同軸に配置されている。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、制御部１５とモータ８０とを効率的に配置することができる。
　ＥＣＵ１０は、マイコン等を主体として構成される制御部１５（図２参照）を有し、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部１５における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記憶媒体）に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いし、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。
　図２に示すように、制御部１５は、通信回路１６、１７、および、演算処理部１８等を有する。第１通信回路１６は、第１通信経路３１を経由し、第１センサ部２１と接続される。第１通信回路１６は、第１センサ部２１に要求信号を送信し、第１センサ部２１から要求信号に応じた応答信号を受信する。
　第２通信回路１７は、第２通信経路３２を経由し、第２センサ部２２と接続される。第２通信回路１７は、第２センサ部２２に要求信号を送信し、第２センサ部２２から要求信号に応じた応答信号を受信する。以下適宜、第１通信回路１６と第１センサ部２１とで送受信される信号に添え字の「１」、第２通信回路１７と第２センサ部２２とで送受信される信号に添え字の「２」を付す。
　演算処理部１８は、センサ部２１、２２から受信した応答信号に基づき、ステアリングシャフト９２に加わるトルクに係るトルクデータを演算する。
　トルクセンサ２０は、第１センサ部２１および第２センサ部２２を有する。以下適宜、第１センサ部２１に係る構成を第１系統、第２センサ部２２に係る構成を第２系統とする。第１センサ部２１は、２つのセンサ素子２１１、２１２、および、通信回路２１５を有する。第２センサ部２２は、２つのセンサ素子２２１、２２２、および、通信回路２２５を有する。以下適宜、第１センサ部２１のセンサ素子２１１を「１Ａ」、センサ素子２１２を「１Ｂ」、第２センサ部２２のセンサ素子２２１を「２Ａ」、センサ素子２２２を「２Ｂ」とする。
　センサ素子２１１、２１２、２２１、２２２は、ステアリングシャフト９２に加わるトルクである操舵トルクを検出する。詳細には、ステアリングシャフト９２に設けられる図示しないトーションバーの捻れ変位量に応じて変位するセンサマグネットの磁界の変化を検出するホール素子である。
　センサ装置１は、電動パワーステアリング装置８に適用されている。電動パワーステアリング装置８では、車両の「曲がる」機能を担っており、止まらないアシストを実現する安全性の高いシステムが求められる。安全性の高いシステムを実現すべく、トルクセンサ２０において、複数のセンサ素子２１１、２１２、２２１、２２２を設けて冗長化している。
　ここで、参考例によるデータ通信を図１８および図１９に示す。図１８に示すように、参考例に示すセンサ装置７００は、制御部７１５と、トルクセンサ７２０と、を備える。制御部７１５は、通信回路１６および演算処理部１８を有する。トルクセンサ７２０は、センサ素子２１１、２１２、および、通信回路２１５を有する。
　センサ装置７００は、通信経路７３１が１つであって、１回の要求信号に対し、１つのセンサ素子の情報を送信する。図１９に示すように、センサ素子２１１、２１２の情報を交互に送信し、２つのセンサ素子２１１、２１２の情報からトルクデータを演算する場合、通信回路１６の演算周期に比べ、トルク演算が遅れる。演算遅れによりリアルタイム性が低下すると、操舵感に影響する虞がある。
　本実施形態では、制御部１５とトルクセンサ２０とが、通信経路３１、３２で接続されている。そのため、第１センサ部２１および第２センサ部２２から同時にデータを取得することができるため、リアルタイム性を確保しつつ、複数の応答信号を用いたトルク演算を行うことができる。
　具体的には、図３に示すように、時刻ｘ１０において第１通信経路３１から送信された要求信号に対し、第１センサ部２１からセンサ素子１Ａのデータが制御部１５に送信される。また、時刻ｘ１０において第２通信経路３２から送信された要求信号に対し、第２センサ部２２からセンサ素子２Ａのデータが制御部１５に送信される。演算処理部１８では、受信したセンサ素子１Ａ、２Ａのデータに基づき、トルク演算を行う。
　また、時刻ｘ１１において第１通信経路３１から送信された要求信号に対し、第１センサ部２１からセンサ素子１Ｂのデータが制御部１５に送信される。また、時刻ｘ１１において第２通信経路３２から送信された要求信号に対し、第２センサ部２２からセンサ素子２Ｂのデータが制御部１５に送信される。演算処理部１８では、受信したセンサ素子１Ｂ、２Ｂのデータに基づき、トルク演算を行う。以下適宜、センサ素子１Ａ、２Ａに基づくトルク演算結果をトルクデータＡ、センサ素子１Ｂ、２Ｂに基づくトルク演算結果をトルクデータＢとする。
　時刻ｘ１２では時刻ｘ１０と同様の処理を行い、時刻ｘ１３では時刻ｘ１１と同様の処理を行う、といった具合に、センサ素子１Ａ、２Ａのデータ受信およびこれを用いたトルクデータＡの演算と、センサ素子１Ｂ、２Ｂのデータ受信およびこれを用いたトルクデータＢの演算と、を交互に繰り返す。
　これにより、通信回路の演算周期とトルクデータの演算周期とが同じになるので、リアルタイム性を低下させることなく、複数のセンサ素子のデータを用いたトルク演算を行うことができる。また、複数のデータの比較により、例えば電圧固着等の異常を検出することができる。なお、センサ部２１、２２の異常とは、制御部１５が正常な検出値を取得できない状態であって、センサ部２１、２２そのものの異常に限らず、通信経路３１、３２等の異常も含む。
　センサ素子１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂの出力信号を図４に基づいて説明する。図４は、横軸をステアリングトルク、縦軸をセンサ素子２１１、２１２、２２１、２２２の検出電圧とする。検出可能範囲において、実線で示すように、センサ素子１Ａ、２Ｂの検出電圧は、トルクが大きくなるほど小さくなる。また、検出可能範囲において、破線で示すように、センサ素子１Ｂ、２Ａの検出電圧は、トルクが大きくなるほど大きくなる。図３等における応答信号を示すブロックについても同様の線種で記載している。
　本実施形態では、特性が同じであって、出力が逆であるセンサ素子１Ａ、２Ａの信号を同タイミングに取得し、センサ素子１Ｂ、２Ｂの信号を同タイミングで取得する。これにより、同じタイミングで取得する信号の増減特性が同じ場合と比較し、固着異常等の異常検出が容易になる。
　図５は、横軸をステアリングトルク、縦軸をトルクデータ演算値とする。図５に示すように、トルクデータＡ、Ｂを交互に用いる場合、出力特性のばらつき等により、出力誤差が生じる虞がある。そこで本実施形態では、図６に示すように、トルクデータの今回値と前回値とを平均することで、出力誤差を補正する。以下適宜、今回値と前回値とを平均したトルクデータを、補正後トルクデータとする。なお、図６のような補正を行わず、図３のトルクデータを用いて各種演算を行うようにしてもよい。図６では、共通時間軸を横軸とし、上段から、第１系統の要求信号、第１系統の応答信号、第２系統の要求信号、第２系統の応答信号、トルクデータ、および、補正後トルクデータを示している。他の実施形態に係るタイムチャートも同様とする。また、図３は補正後トルクデータが省略されている点を除き、同様である。
　図７は、１つのセンサ素子に異常が生じた場合を示している。図７では、梨地で示したセンサ素子１Ｂの応答信号に異常が生じた例である。異常発生から異常が検出される時刻ｘｅまでの間において演算される補正後トルクデータは、正常であるトルクデータＡと平均化されるため、トルク補正を行わない場合と比較し、異常の影響を緩和することができる。
　図８に示すように、第１センサ部２１に異常が生じた場合、第２センサ部２２から交互に送信されるセンサ素子２Ａ、２Ｂのデータを用い、今回値と前回値との平均値を用いてトルクデータを演算する。これにより、一方のセンサ部に異常が生じた場合であっても、トルク演算周期が維持されるので、リアルタイム性を低下させることなく、複数のセンサ素子の検出値を用いたトルク演算を継続することができる。図８等では、異常が生じた第１センサ部２１に係る応答信号を梨地で示した。
　本実施形態のトルク演算処理を図９のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、制御部１５において、所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１等の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。また、今回値に添え字の（ｎ）、前回値に添え字の（ｎ－１）、２回前の値に添え字の（ｎ－２）を付す。フローチャートの説明では、一例として、今回取得されるのがセンサ素子１Ａ、２Ａのデータであり、前回取得されたのがセンサ素子１Ｂ、２Ｂのデータであるものとして説明する。なお、今回取得されるのがセンサ素子１Ｂ、２Ｂの場合は、適宜１Ａと１Ｂ、２Ａと２Ｂとを読み替えればよい。
　Ｓ１０１では、制御部１５は、センサ部２１、２２に要求信号を送信する。Ｓ１０２では、制御部１５は、要求信号に応じて送信された応答信号をセンサ部２１、２２から受信する。
　Ｓ１０３では、演算処理部１８は、取得された両系統の応答信号が正常か否か判断する。本実施形態では、同じタイミングで取得されるセンサ素子１Ａ、２Ａの検出電圧は、同じ特性で出力が逆となっており、いずれも正常である場合の和は所定値となるため、センサ素子１Ａ、２Ａの検出電圧を加算した値を異常判定値Ｘとする（式（１）参照）。式中では、第１センサ部２１から検出した検出電圧をＶ１、第２センサ部２２から検出した検出電圧をＶ２とする。
　　Ｘ＝Ｖ１（ｎ）＋Ｖ２（ｎ）　　・・・（１）
　演算処理部１８は、異常判定値Ｘに基づき、両系統が正常か否か判断する。異常判定値Ｘが正常値Ｘｔを含む所定範囲内である場合、異常判定値Ｘと正常値Ｘｔとが一致するとみなし、両系統が正常であると判定する。両系統が正常であると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、すなわち異常判定値Ｘと正常値Ｘｔとが一致する場合、Ｓ１０４へ移行する。少なくとも一方の系統に異常が生じて得ると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、すなわち異常判定値Ｘと正常値Ｘｔとが一致しない場合、Ｓ１０６へ移行する。
　また、Ｓ１０３では、図１０に示すように、応答信号にフレームデータを持たせることで、データの途絶を検出してもよい。さらにまた、図１１に示すように、要求信号および応答信号の少なくとも一方にＣＲＣやパリティチェック等のチェック用データを持たせることで、データ異常を検出するようにしてもよい。フレームデータやチェック用データに基づき、少なくとも一方の系統に異常が生じていると判定された場合は否定判断する。
　Ｓ１０４では、演算処理部１８は、センサ素子１Ａ、２Ａの検出値に基づき、トルクデータの今回値Ｔ（ｎ）を演算する（式（２）参照）。Ｓ１０５では、演算処理部１８は、トルクデータの今回値Ｔ（ｎ）および前回値Ｔ（ｎ－１）（式（３）参照）を用い、補正後トルクデータＴｃ（ｎ）を演算する（式（４）参照）。式中等、Ｔ１は検出電圧Ｖ１のトルク換算値であり、Ｔ２は検出電圧Ｖ２のトルク換算値である。なお、トルク換算では、センサ素子１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂの出力特定に応じた係数を乗じる。
　　Ｔ（ｎ）＝（Ｔ１（ｎ）＋Ｔ２（ｎ））／２　　・・・（２）
　　Ｔ（ｎ－１）＝（Ｔ１（ｎ－１）＋Ｔ２（ｎ－１））／２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（３）
　　Ｔｃ（ｎ）＝（Ｔ（ｎ）＋Ｔ（ｎ－１））／２　　・・・（４）
　少なくとも一方の系統に異常が生じていると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）に移行するＳ１０６では、第１系統に係る異常判定値Ｙ１および第２系統に係る異常判定値Ｙ２を演算し、異常判定値Ｙ１、Ｙ２に基づき、正常系統を特定可能か否か判断する（式（５）、（６）参照）。
　　Ｙ１＝｛（Ｔ１（ｎ）＋Ｔ１（ｎ－２））／２｝
　　　　　　　　　　　　　　　　　　－Ｔ１（ｎ－１）　　・・・（５）
　　Ｙ２＝｛（Ｔ２（ｎ）＋Ｔ２（ｎ－２））／２｝
　　　　　　　　　　　　　　　　　　－Ｔ２（ｎ－１）　　・・・（６）
　トルク変化割合が一定であるとみなした場合、正常であれば、今回の要求信号および２回前の要求信号に応じたセンサ素子１Ａの検出値に基づくトルク換算値の平均値と、前回の要求信号に応じたセンサ素子１Ｂの検出値に基づくトルク換算値とが理論上一致する。そこで、異常判定値Ｙ１、Ｙ２と判定閾値ＴＨ１とを比較し、異常判定値Ｙ１、Ｙ２が判定閾値ＴＨ１より小さい値となる系統を正常系統と特定する。正常系統が特定可能であると判断された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、Ｓ１０７へ移行する。以下、正常であると特定された系統を特定系統とする。正常系統が特定できないと判断された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、Ｓ１０９へ移行する。なお、正常系統特定後は、このステップを省略してもよい。
　Ｓ１０７では、演算処理部１８は、Ｓ１０７にて正常であると特定された系統について、異常判定値Ｙｐ、Ｙｑを演算し（式（７）、（８）参照）、異常判定値Ｙｐ、Ｙｑに基づき、片系統での異常監視を行う。異常判定値Ｙｐは、今回値と２回前の値の平均値と、前回値との差分である。異常判定値Ｙｑは、前回値と３回前の値の平均値と、２回前の値との差分である。式（７）、（８）では、正常系統のトルク換算値をＴ＃とする。第１系統が正常であれば、＃＝１とし、第２系統が正常であれば、＃＝２とする。
　　Ｙｐ＝｛（Ｔ＃（ｎ）＋Ｔ＃（ｎ－２））／２｝
　　　　　　　　　　　　　　　　　　－Ｔ＃（ｎ－１）　　・・・（７）
　　Ｙｑ＝｛（Ｔ＃（ｎ－１）＋Ｔ＃（ｎ－３））／２）｝
　　　　　　　　　　　　　　　　　　－Ｔ＃（ｎ－２）　　・・・（８）
　例えば、第１系統に異常が生じており、第２系統が正常系統として特定されたとすると、異常判定値Ｙｐ、Ｙｑの一方は、センサ素子２Ａの２回分の値の平均値とセンサ素子２Ｂとに基づいて演算され、他方は、センサ素子２Ｂの２回分の値の平均値とセンサ素子２Ａとに基づいて演算される。本実施形態では、異常判定値Ｙｐ、Ｙｑがともに判定閾値ＴＨ２より小さい場合、特定系統が正常であると判定する。判定閾値ＴＨ２は、判定閾値ＴＨ１と等しくてもよいし、異なっていてもよい。なお、異常判定値Ｙｑの演算を省略し、異常判定値Ｙｐのみで判定を行うようにしてもよい。
　特定系統が正常であると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、すなわち異常判定値Ｙｐ、Ｙｑが判定閾値ＴＨ２より小さい場合、Ｓ１０８へ移行する。特定系統が正常ではないと判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、すなわち、異常判定値Ｙｐ、Ｙｑの少なくとも一方が判定閾値ＴＨ２以上である場合、Ｓ１０９へ移行する。
　Ｓ１０８では、演算処理部１８は、正常系統の検出値に基づき、トルクデータＴｅ（ｎ）を演算する（式（９）参照）。Ｓ１０９では、演算処理部１８は、トルクデータの今回値Ｔ（ｎ）を、異常発生時の設定値とする。
　　Ｔｅ（ｎ）＝（Ｔ＃（ｎ）＋Ｔ＃（ｎ－１））／２　　・・・（９）
　以上説明したように、本実施形態のセンサ装置１は、複数のセンサ部２１、２２と、制御部１５と、複数の通信経路３１、３２と、を備える。センサ部２１、２２は、物理量の変化を検出するセンサ素子２１１、２１２、２２１、２２２、および、１回の要求信号に対し、センサ素子２１１、２１２、２２１、２２２の検出値に応じた１つの応答信号を送信する通信回路２１５、２２５を有する。
　制御部１５は、応答信号の送信を要求する要求信号を送信し、応答信号を受信する通信回路１６、１７、および、応答信号に応じたトルクデータを演算する演算処理部１８を有する。複数の通信経路３１、３２は、センサ部２１、２２を個別に制御部１５と接続する。
　演算処理部１８は、複数のセンサ部２１、２２から並列に同時に取得された応答信号を用い、トルクデータを演算する。ここで、「同時に取得された応答信号」とは、概ね同一のタイミングにて送信された要求信号に対して送信される応答信号を意味し、個体ばらつき等に起因する程度のタイミングのずれは許容されるものとする。これにより、複数のセンサ部２１、２２から同時に取得された応答信号に基づき、トルクデータを適切に演算することができる。
　センサ部２１、２２は、それぞれｋ（ｋは２以上の整数）個のセンサ素子を有する。センサ部２１、２２は、応答信号として、１番目からｋ番目のセンサ素子の検出値に応じた信号を所定の順番で送信する。本実施形態では、ｋ＝２であるので、２つのセンサ素子の検出値に応じた応答信号を交互に送信する。換言すると、ｋ回の要求信号にて、全てのセンサ素子の検出値が１回ずつ送信されるように構成されている。
　演算処理部１８は、複数のセンサ部２１、２２から今回取得された応答信号に基づいてトルクデータを演算し、（ｋ－１）回前から今回までの検出データを用いて補正後検出データを演算する。
　これにより、複数のセンサ素子２１１、２１２、２２１、２２２の検出値を用いてトルクデータを演算することで、電圧固着等のセンサ素子の異常を検出することができる。また、１回の要求信号に対して１つの応答信号を送信する構成において、通信経路３１、３２をセンサ部２１、２２ごとに設け、複数のセンサ部２１、２２の応答信号を組み合わせてトルクデータを演算することで、更新周期を短縮可能であり、リアルタイム性を向上することができる。
　さらにまた、複数のセンサ部２１、２２から送信される応答信号を用いてトルクデータを演算することで、特性のばらつきによる誤差を低減することができる。また、一部のセンサ素子に異常が生じた場合、異常が検出されるまでの間のトルクデータにおいて、異常発生の影響を低減することができる。
　一部のセンサ部２１に異常が生じた場合、演算処理部１８は、正常であるセンサ部２２から送信される（ｋ－１）回前から今回までの応答信号を用いてトルクデータを演算する。これにより、一部のセンサ部２１に異常が生じた場合であっても、正常であるセンサ部２２の複数のセンサ素子２２１、２２２の検出値に基づいてトルクデータを演算可能である。また、演算周期を正常時と同等に維持できるため、リアルタイム性を確保することができる。
　ｋ＝２であって、一部のセンサ部２１に異常が生じた場合、正常である１つのセンサ部２２から、それぞれのセンサ素子２２１、２２２に対応する応答信号が交互に送信される。演算処理部１８は、正常である１つのセンサ部２２から送信された直近４回の応答信号を用い、当該センサ部２２の異常を監視する。これにより、一部のセンサ部２１に異常が生じた場合であっても、正常であるセンサ部２２の異常監視を継続可能である。
　　　（第２実施形態）
　第２実施形態を図１２、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す。第２実施形態～第４実施形態では、トルクセンサ２０の一部に異常が生じた場合の処理が上記実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。第２実施形態～第４実施形態では、第１系統にて異常が生じており、第２系統が正常である場合を例とし、正常時のトルク演算は第１実施形態と同様とするが、後述の第５実施形態のようにしてもよい。
　本実施形態では異常系統である第１系統内での異常箇所が特定できないものとする。図１２に示すように、正常である第２センサ部２２のセンサ素子２Ａ、２Ｂの検出値に基づき、センサ素子２Ｂに係る応答信号が取得されたタイミングにてトルクデータを演算する場合、例えば第１実施形態のように通信回路１６、１７の演算周期と同周期でトルクデータを更新する場合と比較し、トルクデータの更新周期が長くなる。
　図１３Ａおよび図１３Ｂでは、横軸を時間、縦軸をトルクデータとし、正常時および片系統制御時のトルク更新タイミングを黒丸、正常時のみ更新され、片系統制御時に更新されないトルク更新タイミングを白丸で示す。
　図１３Ａに示すように、破線で示す片系統制御時の入力信号は、実線で示す正常時の入力信号に対して遅れが生じる場合がある。そこで本実施形態では、図１３Ｂに一点鎖線で示すように、片系統制御時に位相進み補償を追加する。これにより、演算遅れの影響を低減することができる。
　本実施形態では、一部のセンサ部２１に異常が生じた場合、演算処理部１８は、正常であるセンサ部２２からから取得された複数のセンサ素子２２１、２２２に対応する応答信号を用いてトルクデータを演算する。演算処理部１８は、異常発生時のトルクデータの演算周期が正常時より長い場合、演算遅れを補正する補正処理として位相進み補償を行う。演算遅れを補正する補正処理は、位相進み補償以外の演算処理であってもよい。これにより、一部のセンサ部２１に異常が生じた場合の演算遅れの影響を低減することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（第３実施形態）
　第３実施形態を図１４に示す。第３実施形態および第４実施形態では、第１系統にて異常が生じており、異常箇所が特定可能な場合を例に説明する。ここでは、センサ素子１Ｂが異常であると特定されており、センサ素子１Ａは正常であるものとする。
　図１４に示すように、第１センサ部２１は、第１センサ部２１は、正常であるセンサ素子１Ａの検出値に応じた応答信号を送信する。第２センサ部２２は、正常時にセンサ素子１Ａと同時に送信されるセンサ素子２Ａの検出値に応じた応答信号を送信する。すなわち、第２センサ部２２では、センサ素子２Ｂが正常であっても、センサ素子２Ａ、２Ｂに応じた信号を交互に送信することに替えて、センサ素子２Ａに応じた信号が送信されるように信号送信パターンを変更する。演算処理部１８は、センサ素子１Ａ、２Ａを用いてトルク演算を継続する。
　一部のセンサ素子１Ｂに異常が生じた場合であっても、異なるセンサ部２１、２２の値を用いた演算を継続することで、一方のセンサ部に例えば電圧固着等の異常が生じた場合であっても、異常を検出することができる。また、トルク更新周期を正常時と同等とすることができる。さらにまた、同じセンサ素子１Ａ、２Ａを用いてトルク演算を行うことで、センサ素子特性のばらつきに起因するトルクデータのばらつきを防ぐことができる。
　本実施形態では、一部のセンサ部２１に異常が生じ、かつ、異常が生じたセンサ部２１において、正常な検出値を送信可能なセンサ素子である異常系統正常素子（本実施形態ではセンサ素子１Ａ）が特定可能である場合、演算処理部１８は、異常系統正常素子の検出値に応じた応答信号、および、正常であるセンサ部２２からの応答信号を用い、トルクデータを演算する。これにより、一部のセンサ部２１に異常が生じた場合であっても、異常監視を継続しつつ、トルク演算を継続可能である。また、演算周期を正常時と同等に維持できるため、リアルタイム性を確保することができる。
　正常であるセンサ部２２は、異常発生前において、異常系統正常素子であるセンサ素子１Ａと同時に送信されるセンサ素子２Ａの検出値に応じた応答信号の送信が継続されるように、信号送信パターンを変更する。これにより、センサ素子２Ａ、２Ｂのばらつきに起因するトルクデータのばらつきを防ぐことができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（第４実施形態）
　第４実施形態を図１５に示す。本実施形態では、第１センサ部２１からは異常系統正常素子であるセンサ素子１Ａの出力信号を送信し、第２センサ部２２からは正常時と同様にセンサ素子２Ａ、２Ｂの信号を交互に送信する。このように構成しても、異なるセンサ部の値を用いて演算を継続可能であるので、電圧固着等の異常を検出可能であるとともに、トルク更新周期を正常時と同等とすることができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（第５実施形態）
　第５実施形態を図１６に示す。本実施形態では、演算処理部１８は、第１センサ部２１の今回値および前回値を用いて第１系統のセンサ内トルクデータＴｍ１（ｎ）を演算する（式（１０）参照）。また、演算処理部１８は、第２センサ部２２の今回値および前回値を用いて第２系統のセンサ内トルクデータＴｍ２（ｎ）を演算する（式（１１）参照）。そして、センサ内トルクデータＴｍ１（ｎ）、Ｔｍ２（ｎ）を用いて、トルクデータＴ（ｎ）を演算する（式（１２）参照）。
　　Ｔｍ１（ｎ）＝（Ｔ１（ｎ）＋Ｔ１（ｎ－１））／２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１０）
　　Ｔｍ２（ｎ）＝（Ｔ２（ｎ）＋Ｔ２（ｎ－１））／２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１１）
　　Ｔ（ｎ）＝（Ｔｍ１（ｎ）＋Ｔｍ２（ｎ））／２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１２）
　本実施形態では、同一のセンサ部から取得された（ｋ－１）回前から今回までの応答信号を用いて演算されたデータをセンサ内トルクデータＴｍ１、Ｔｍ２とすると、演算処理部１８は、複数のセンサ部２１、２２に係るセンサ内トルクデータＴｍ１、Ｔｍ２の今回値を用いてトルクデータＴ（ｎ）を演算する。なお、センサ内トルクデータＴｍ１、Ｔｍ２は、センサ部２１、２２側にて演算した値を制御部１５に送信するようにしてもよい。このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（第６実施形態）
　第６実施形態では、第１センサ部２１は、要求信号に対し、センサ素子１Ａの検出値を応答信号として送信する。第２センサ部２２は、要求信号に対し、センサ素子２Ａの検出値を応答信号として送信する。応答信号の送信およびトルクデータ演算は、図１４に示す如くである。
　なお、任意の頻度Ｆでセンサ素子１Ｂの検出値を応答信号として送信するように切り替えてもいい。センサ素子１Ｂへの切り替えを行わない場合は、頻度Ｆ＝０と捉えればよい。また、異常監視の観点から、第１センサ部２１からセンサ素子１Ｂの出力信号が送信されるタイミングと、第２センサ部２２からセンサ素子２Ｂの出力信号が送信されるタイミングが揃っていることが好ましい。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
　　　（第７実施形態）
　第７実施形態を図１７に示す。図１７に示すように、第１センサ部２３は１つのセンサ素子２１１を有しており、第２センサ部２４は１つのセンサ素子２２１を有している。第１センサ部２３は、要求信号に対し、センサ素子１Ａの検出値を応答信号として送信する。第２センサ部２４は、要求信号に対し、センサ素子２Ａの検出値を応答信号として送信する。応答信号の送信およびトルクデータ演算は、図１４に示す如くである。これにより、構成を簡素化することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
　実施形態では、通信回路２１５、２２５が「センサ側通信回路」、通信回路１６、１７が「制御部側通信回路」、トルクデータが「検出データ」、センサ内トルクデータが「センサ内検出データ」に対応する。
　　　（他の実施形態）
　上記実施形態では、センサ部は２つであって、それぞれ１または２のセンサ素子を有している。他の実施形態では、センサ部は３以上であってもよい。また、それぞれのセンサ部が３以上のセンサ素子を有していてもよい。
　上記実施形態では、センサ部は、操舵トルクを検出するトルクセンサに適用される。他の実施形態では、センサ部は、操舵トルク以外のトルクを検出するものであってもよいし、トルク以外の物理量を検出するものであってもよい。上記実施形態では、センサ装置は電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、センサ装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
　本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、そ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。
　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  1. 　物理量の変化を検出するセンサ素子（２１１、２１２、２２１、２２２）、および、１回の要求信号に対し、前記センサ素子の検出値に応じた１つの応答信号を含む信号を送信するセンサ側通信回路（２１５、２２５）を有する複数のセンサ部（２１、２２、２３、２４）と、
    　前記要求信号を送信し、前記応答信号を受信する制御部側通信回路（１６、１７）、および、前記応答信号に応じた検出データを演算する演算処理部（１８）を有する制御部（１５）と、
    　前記センサ部を個別に前記制御部と接続する複数の通信経路（３１、３２）と、
    　を備え、
    　前記演算処理部は、複数の前記センサ部から並列に取得された前記応答信号を用い、前記検出データを演算するセンサ装置。
  2. 　それぞれの前記センサ部は、ｋ（ｋは２以上の整数）個の前記センサ素子を有し、前記応答信号として、１番目からｋ番目の前記センサ素子の検出値に応じた信号を所定の順番で送信する請求項１に記載のセンサ装置。
  3. 　前記演算処理部は、
    　複数のセンサ部から今回取得された前記応答信号に基づいて前記検出データを演算し、
    　（ｋ－１）回前から今回までの前記検出データを用いて補正後検出データを演算する請求項２に記載のセンサ装置。
  4. 　同一の前記センサ部における（ｋ－１）回前から今回までの前記応答信号を用いて演算されたデータをセンサ内検出データとすると、
    　前記演算処理部は、複数の前記センサ部に係る前記センサ内検出データの今回値を用いて前記検出データを演算する請求項２に記載のセンサ装置。
  5. 　前記演算処理部は、一部の前記センサ部に異常が生じた場合、正常である前記センサ部から送信される（ｋ－１）回前から今回までの前記応答信号を用いて前記検出データを演算する請求項２～４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  6. 　一部の前記センサ部に異常が生じた場合、
    　前記演算処理部は、
    　正常である前記センサ部から取得された複数の前記センサ素子に対応する前記応答信号を用いて前記検出データを演算し、
    　異常発生時の前記検出データの演算周期が正常時より長い場合、前記検出データの演算遅れを補正する補正処理を行う請求項２～４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  7. 　一部の前記センサ部に異常が生じ、かつ、異常が生じた前記センサ部において正常な検出値を送信可能な前記センサ素子である異常系統正常素子が特定可能である場合、
    　前記演算処理部は、前記異常系統正常素子の検出値に応じた前記応答信号、および、正常である前記センサ部からの前記応答信号を用い、前記検出データを演算する請求項２～４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  8. 　正常である前記センサ部は、異常発生前において前記異常系統正常素子と同時に送信される前記センサ素子の検出値に応じた応答信号の送信が継続されるように、信号送信パターンを変更する請求項７に記載のセンサ装置。
  9. 　ｋ＝２であって、一部の前記センサ部に異常が生じた場合、正常である１つの前記センサ部から、それぞれの前記センサ素子に対応する前記応答信号が交互に送信され、
    　前記演算処理部は、正常である１つの前記センサ部から送信された直近４回の前記応答信号を用い、当該センサ部の異常を監視する請求項２～７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
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