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車両用センサ制御システム - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 車両用センサ制御システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−8359(P2007−8359A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−193350(P2005−193350)
出願日 平成17年7月1日(2005.7.1)
代理人 【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
発明者 横地 勝
要約 課題
本発明は、バスに接続された少なくとも一つ以上のセンサのそれぞれから送信されるデータを簡易な構成で取得することができる車両用センサ制御システムの提供を目的とする。

解決手段
状態検知を行う少なくとも一つ以上の車載センサ(センサA,B)とそれらの各センサからのデータを受信するセンサ制御部10とを有する車両用センサ制御システムであって、センサ制御部10は各センサに接続するバス20a上に各センサのデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、各センサのそれぞれは検知した状態のデジタルデータを前記情報に応じてセンサ制御部10に送信することを特徴とする車両用センサ制御システム。
特許請求の範囲
【請求項1】
状態検知を行う少なくとも一つ以上の車載センサとそれらの各センサからのデータを受信する制御部とを有する車両用センサ制御システムであって、
前記制御部は前記各センサに接続するバス上に前記各センサのデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、前記各センサは検知した状態のデジタルデータを前記情報に応じて前記制御部に送信することを特徴とする車両用センサ制御システム。
【請求項2】
前記情報は、周期の異なる少なくとも2つ以上のパルス部を有する同期パルスである請求項1記載の車両用センサ制御システム。
【請求項3】
前記情報が伝送するバスを前記各センサへの電源供給バスと共通化した、請求項1または2記載の車両用センサ制御システム。
【請求項4】
前記制御部は、パルス状の電圧を前記各センサの電源電圧として供給する、請求項3記載の車両用センサ制御システム。
【請求項5】
前記制御部は、パルス状の電流を前記各センサの電源電流として供給する、請求項3記載の車両用センサ制御システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記同期パルスの周波数を可変にする、請求項2記載の車両用センサ制御システム。
【請求項7】
前記車載センサは、検知した状態をA/D変換する際の電源電圧を分圧したリファレンス電圧のデジタルデータを前記制御部に送信する、請求項1から6のいずれかに記載の車両用センサ制御システム。
【請求項8】
前記車載センサは、検知した状態のアナログデータの前回値と今回値との差分をA/D変換したデジタルデータを送信する、請求項1から7のいずれかに記載の車両用センサ制御システム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも一つ以上のセンサとバスを介して接続する車両用センサ制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、車載のアナログセンサにより検出された検出値をアナログ信号でデータバス上に伝送し、そのバスに接続された制御装置の中のA/D変換器によってデジタル信号に変換する自動車制御システムが知られている。(例えば、特許文献1参照)。この自動車制御システムの制御装置は、そのデジタル信号に変換されたアナログセンサの検出値に基づいて所定の自動車制御を実行する。
【特許文献1】特開平11−27300号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで、近年、車両に搭載されるセンサの増加に伴い、配線が増加したり、より多くのセンサ情報を取り込めるように制御ECUのコネクタピン数が増加したり、センサ情報を取り込む制御ECU自体の数が増加したりしている。このような増加傾向に対応するため、CAN等の通信プロトコルを使ったバスによって各センサとそのセンサ情報を取り込む制御ECUを接続することが多かった。
【0004】
しかしながら、CAN等の高度な通信プロトコルを使うと、制御ECUのみならずセンサ毎に、そのような通信プロトコルに対応する専用通信コントローラや専用通信ドライバIC等を搭載する必要があるため、コスト高やシステムの複雑化の原因の一つとなっていた。
【0005】
この点、上述の従来技術は、複数のセンサの検出信号をすべて多重通信回路に集めた後に制御ECUに送信する構成となっているが、複数のセンサが車両内に分散して配置されている場合には、各センサから多重通信回路へ結ばれる配線を集約することによって、配線が複雑化したり配線数が増加したりしてしまう。
【0006】
そこで、本発明は、バスに接続された少なくとも一つ以上のセンサのそれぞれから送信されるデータを簡易な構成で取得することができる車両用センサ制御システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、
状態検知を行う少なくとも一つ以上の車載センサとそれらの各センサからのデータを受信する制御部とを有する車両用センサ制御システムであって、
前記制御部は前記各センサに接続するバス上に前記各センサのデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、前記各センサは検知した状態のデジタルデータを前記情報に応じて前記制御部に送信することを特徴とする車両用センサ制御システムが提供される。
【0008】
これにより、各センサはデータ送信タイミングを規定する情報に従ってデータを送信するだけでよく、制御部は受信したデータがいずれのセンサの送信データなのかを容易に認識することができるようになる。
【0009】
また、各センサが自身のデータ送信タイミングを把握するには、各センサのデータ送信タイミングを規定する情報は、周期の異なる少なくとも2つ以上のパルス部を有する同期パルスであることが望ましい。周期が変化したパルス部を起点として、各センサが所定の送信タイミングでデータを送信可能となる。
【0010】
また、各センサのデータ送信タイミングを規定する情報が伝送するバスを各センサへの電源供給バスと共通化することで、省線化が図れる。この際、前記制御部は、パルス状の電圧を各センサの電源電圧として供給したり、パルス状の電流を各センサの電源電流として供給したりすると好適である。これにより、省線化を行っても、各センサにとって必要な電源供給を確保しつつ、各センサと制御部の同期をとることができるようになる。
【0011】
また、前記制御部が送信する前記同期パルスの周波数を可変にすると、各センサの出力周期を可変にすることも可能である。
【0012】
また、前記車載センサは、検知した状態をA/D変換する際の電源電圧を分圧したリファレンス電圧のデジタルデータを前記制御部に送信することが好ましい。これにより、制御部側は、各センサがA/D変換する際の電源電圧も取得することによって、検知した状態のデジタルデータをその取得した電源電圧のデジタルデータに基づいて補正することができるようになる。
【0013】
また、前記車載センサは、検知した状態のアナログデータの前回値と今回値との差分をA/D変換したデジタルデータを送信することも好適である。これにより、分解能が上がり、センサが送信する送信データの精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、バスに接続された少なくとも一つ以上のセンサのそれぞれから送信されるデータを簡易な構成で取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図1は、本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す例図である。車載のセンサAと車載のセンサBは、車両に関しての状態検知を行い、3本のバス20a,20b,20cを介してセンサ制御部10に接続されている。センサ制御部10は、センサAやセンサBが送信したデータを受信する。センサ制御部10は、各センサから受信したデータを一時的にメモリし、それらのデータに基づいて所定の制御を実施する。例えば、センサ制御部10は、周期的にもしくは他の制御装置からの要求に応じて、他の制御装置と接続するバス20d上に各センサから受信したデータに基づき演算された制御信号を送信する。なお、説明の便宜上、本実施例におけるセンサの数は2つであるが、それ以上の数があってもよい。
【0016】
バス20aにはセンサA,Bがデータを送信するタイミングを規定する情報が伝送し、バス20bにはセンサA,Bが検知した状態のデジタルデータが伝送する。バス20cはセンサ制御部10のGND(グランド)とセンサA,BのGNDを共通にするラインである。センサ制御部10は、センサA,Bに接続するバス20a上に上記のデータ送信タイミングを規定する情報を送信し、センサA,Bのそれぞれは検知した状態のデジタルデータをそのデータ送信タイミングを規定する情報に応じてセンサ制御部10に送信する。
【0017】
センサ制御部10が送信する上記のデータ送信タイミングの規定情報には、同期パルス(同期クロック)がある。例えば、各センサは、同期パルス上のセンサ毎に既定のエッジでデジタルデータをセンサ制御部10に送信する。なお、センサ制御部10が送信する上記のデータ送信タイミングの規定情報は、ID情報でもよい。各センサは、自身に付与されたID情報と同一のID情報を受信した時にデジタルデータをセンサ制御部10に送信する。
【0018】
図5は、各センサ内の概略構成図である。各センサは、概ね、センサエレメント36とインテリジェント化汎用IC30(以下、「IC30」という)と電源回路37とを有している。
【0019】
電源回路37は、外部から供給される電源電圧をレギュレートする。電源回路37によってレギュレートされた電圧が、電源電圧として、センサ内のIC30等に供給される。センサエレメント36は、物理量を検知する部位である。例えば、温度に応じて電気抵抗が変化する半導体素子や、圧力変化を検知する歪みゲージや、回転体の回転数を測定するマグネットコイルが挙げられる。センサエレメント36によって検知されたアナログ値は、IC30に入力され、A/D変換部34によってデジタル値に変換される。変換されたデジタル値はレジスタ35にセットされる。カウンタ処理部33は、センサ制御部10がバス20aを介して送信したデータ送信タイミングの規定情報をモニターする。例えば、同期クロックのカウントがカウンタ処理部33により行われる。出力回路32は、カウンタ処理部33によるカウント結果に基づいて既定の送信タイミングでレジスタ35内の値をバス20bに送信する。
【0020】
図2は、バス20aを伝送する同期クロックとバス20bを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第1の例図である。センサ制御部10はデータ送信タイミングを規定する同期クロックを図2(a)のようにバス20a上に送信している。図2(a)の同期クロックは、パルス2とパルス3の間に欠け歯(欠損部)を有している。センサ制御部10は、所定の周期で欠け歯が出現する同期クロックをバス20a上に送信する。
【0021】
センサAは欠け歯の後の1番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されるとともに、センサBは欠け歯の後の6番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されている。各センサとセンサ制御部10間でこのような取り決めを予め行うことにより、センサ制御部10は受信したデータがいずれのセンサの送信データなのかを認識することができるようになる。
【0022】
また、図2のほかにも、図3のように同期をとることができる。図3は、バス20aを伝送する同期クロックとバス20bを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第2の例図である。センサ制御部10はデータ送信タイミングを規定する同期クロックを図3(a)のようにバス20a上に送信している。図3(a)の同期クロックは、周期の異なる2つのパルス部を有している。図3(a)の例では、他のパルス部より周期の長いパルス部(パルス3,4,5から構成される部分)を有している。センサ制御部10は、所定の周期で、他のパルス部と周期の異なるパルス部が出現する同期クロックをバス20a上に送信する。各センサ内のカウンタ処理部33は周期の変化も含めて同期クロックをモニターしている。
【0023】
センサAは異周期パルス部の3パルス後の1番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されるとともに、センサBは異周波パルス部の3パルス後の6番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されている。各センサとセンサ制御部10間でこのような取り決めを予め行うことにより、センサ制御部10は受信したデータがいずれのセンサの送信データなのかを認識することができるようになる。
【0024】
ところで、各センサのデータの出力の順番を可変に設定することができれば、一度設定した出力順番を再設定できる等の拡張性が高くなる。そこで、各センサには、ID設定部31を備えることが望ましい。ID設定によって欠け歯から何番目にデジタルデータを送信するかが決められる。ID設定部31は、センサ外部からの入力設定に応じて出力順番を決定する。
【0025】
例えば、ID設定部31は、調整抵抗による抵抗値の調整によって定まる入力電圧に応じて出力順番を決定する。すなわち、調整抵抗によって分圧された入力電圧がID設定部31に入力され、その入力電圧と出力順番との既定の対応関係に基づいて出力順番が決定される。例えば、ID設定部31への入力電圧が1Vと設定されたセンサは欠け歯から1番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信すると対応付けられ、ID設定部31への入力電圧が4Vと設定されたセンサは欠け歯から6番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信すると対応付けられる。なお、その入力電圧値を例えば8bit分解能でA/D変換することによって、256通りの出力順番を変更することもできる。また、IC30のいくつかの汎用ポートをプルアップやプルダウンすることにより入力されるLo/Hi電圧の組み合わせによって、出力順番の決定を行うことも可能である。
【0026】
また、各センサのデータの出力の順番を可変にするだけでなく、各センサの出力周期を可変にすることができれば制御上望ましい場合がある。例えば、制御上、センサAのデータは速い周期で取り込む必要がある一方で、センサBのデータは遅い周期で取り込んでもよい場合がある。図6は、各センサのデータの出力周期を可変にする態様を示す図の一例である。
【0027】
センサAは欠け歯の後の1番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されるとともに、センサBは欠け歯の後の6番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されている。そして、センサ制御部10は、欠け歯が任意のタイミングで出現する同期パルスをバス20a上に送信する。これにより、センサ制御部10が、任意のタイミングで欠け歯を生成すれば、必然的に、欠け歯の後の1番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されたセンサAのデータが出力されることになる。つまり、出力周期を速くしたい等の優先順位の高いセンサは、欠け歯の後のできるだけ近いパルスのエッジでデジタルデータを送信するように設定すればよい。
【0028】
あるいは、センサ制御部10が送信する同期パルスの周波数を可変にすることによって、各センサの出力周期を可変にすることも可能である。例えば、センサAは欠け歯の後の1番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されていれば、同期パルスの周波数を速くすることによって、センサAの出力周期を速くすることができる。同期パルスの周波数を速くすることは、車両用センサ制御システムの立ち上げ時に実施される各センサのイニシャルチェックの時間短縮にも貢献する。
【0029】
センサ制御部10が同期パルスの周波数を可変することによって、センサ内のセンサエレメント36のダイナミックレンジを可変するようにしてもよい。すなわち、同期パルスの周波数とセンサエレメント36のダイナミックレンジとの既定の対応関係に基づいてダイナミックレンジが決定される。例えば、センサ制御部10が精度のよいデータを要求する場合には、その要求を表す所定の周波数の同期パルスをバス20aに送信し、それを受けたセンサ側は、A/D初段の増幅率を変えたり、倍精度データをセンサ制御部10に送信したりする。
【0030】
ところで、車両用センサ制御システムのフェールセーフとして、センサ制御部10は、定期的に各センサの機能を停止させてチェックする制御を実行する。いま、センサA,B,Cは、それぞれ、欠け歯の後の1,4,7番目のパルスの立ち下がりエッジでデジタルデータを送信するように予め設定されていると仮定する。デジタルデータの送信がセンサAのみとなるように、センサ制御部10は、欠け歯の後の2番目のパルスまでの同期パルスを送信する。センサ制御部10は、受信したセンサAのデータのチェックが正常であるならば、次に、デジタルデータの送信がセンサBまでとなるように、欠け歯の後の5番目のパルスまでの同期パルスを送信する(このとき、センサA,Bがデータを送信することになる)。センサ制御部10は、受信したセンサBのデータのチェックが正常であるならば、次に、デジタルデータの送信がセンサCまでとなるように、欠け歯の後の8番目のパルスまでの同期パルスを送信する(このとき、センサA,B,Cがデータを送信することになる)。このような繰り返しを行うことによって、バスに接続される全てのセンサのチェックを行うことが可能となるとともに、バスに接続される他のセンサの影響を排除して一センサのチェックをすることができるようになる。
【0031】
上記の車両用センサ制御システムのフェールセーフという意味では、デジタルデータが伝送するバスを1本ではなく、図7に示されるように、バス20eと20fの2本にしてもよい。このように配線の冗長化をすれば、断線やショートにより1本が送受信不能になっても、残りの1本で送受信を続けることが可能になる。なお、GNDラインは、上述の例と同様にセンサ制御部10と接続してもよいし、各センサの搭載付近のアース可能な位置に接続してもよい。
【0032】
また、図8に示されるように、ミラーデータを送信するようにしてもよい。つまり、データバス20eにはデジタルデータを、データバス20fにはそのミラーデータを送信することによって、コモンモードノイズ等の影響を防ぎ、通信の信頼性を高めることができる。
【0033】
ところで、同期クロックが伝送するバス20aを各センサへの電源供給バスと共通化することによって、省線化を図ることが可能である。図4は、電源供給バスと同期クロックの伝送バス20aを共通化したバス上のパルス波形の一例である。図4(a)は、センサ制御部10によって送信された電源電圧をパルス状に制御した同期パルスである。つまり、パルス状の電圧が各センサの電源電圧として供給される。図4(a)の場合、センサ制御部10内に電圧制御回路(例えば、スイッチング電源回路やシリーズ電源回路)を設け、電圧制御回路がバス20aに図4(a)のような5V−12Vのパルス波形を同期クロックとして出力する。一方、図4(b)は、センサ制御部10によって送信された電源電流をパルス状に制御した同期パルスである。つまり、パルス状の電流が各センサの電源電流として供給される。図4(b)の場合、センサ制御部10内に定電流制御回路を設け、定電流制御回路がバス20aに図4(b)のような5mA−10mAのパルス波形を同期クロックとして出力する。なお、これらの電源電圧による同期クロックも電源電流による同期クロックも、上述と同様に、欠け歯もしくは異周期のパルス部を有する。
【0034】
他方、センサ側のカウンタ処理部33は、電源電圧による同期クロックもしくは電源電流による同期クロックのカウントを、上記の省線化しない場合の同期クロックと同様に行う。そして、出力回路32は、カウンタ処理部33によるカウント結果に基づいて既定の送信タイミングでレジスタ35内の値をバス20bに送信する。
【0035】
これにより、上記の省線化を行っても、センサにとって必要な電源供給を確保しつつ、各センサとセンサ制御部10の同期をとることができるようになる。なお、電源電圧の変動によってセンサ内のA/D変換部34での変換値が変動しないように、電源回路37はバス20aから供給される電源電圧をレギュレートして、A/D変換部34を有するIC30に供給する必要がある。また、各センサに供給されるパルス状の電源電圧の実効値は、各センサの正常作動に必要な最低作動電圧を下回らないようにすることが必要である。
【0036】
ところで、電圧レシオ性のないセンサでは、A/D変換部34に供給される電源電圧の変動によってそのA/D変換値も変化するため、電源回路37によりレギュレートされた電源電圧の精度が悪いとその変換精度も悪くなってしまう。そのため、各センサは、自身が検知した状態をA/D変換する際の電源電圧をモニターするために、電源電圧を抵抗等により分圧して得られるリファレンス電圧をモニターする。そして、そのリファレンス電圧をA/D変換部34により変換されたデジタルデータをセンサ制御部10に送信するようにする。これにより、センサ制御部10は、各センサが検知した状態のデジタルデータのみを受信しただけではそのデジタルデータのA/D変換精度を認識することはできないが、各センサがA/D変換する際の電源電圧も取得することによって、検知した状態のデジタルデータの補正をその取得した電源電圧のデジタルデータに基づいてすることができるようになる。
【0037】
また、センサの出力値は、所定の検知周期で検知した状態のアナログデータをそのままデジタルデータにA/D変換して送信するのではなく、検知した状態のアナログデータの前回値と今回値との差分をA/D変換したデジタルデータを送信するようにしてもよい。これにより、分解能が上がり、センサが送信する送信データの精度を向上させることができる。例えば、前回送信した値が3Vで今回送信する値が3.1Vのアナログデータの場合、差分の0.1VをA/D変換したデジタルデータをセンサは送信する。
【0038】
また、A/D変換したデジタルデータの下位ビットのみを所定の送信周期で送信し、A/D変換したデジタルデータの上位ビットをその所定の送信周期よりも長い送信周期で送信するようにしてもよい。これにより、送信データの量を制限しつつ、精度が必要なデータをセンサ制御部10は取得することができる。
【0039】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0040】
例えば、図9に示されるように、同期クロックが伝送するバスを各センサへの電源供給バスと共通化したバス20aと、センサ制御部10が送信する各センサに付与されたID情報が伝送するバス20gと、センサA,Bが検知した状態のデジタルデータが伝送するバス20bと、センサ制御部10のGNDとセンサA,BのGNDを共通にするバス20cとを有する車両用センサ制御システムが挙げられる。
【0041】
センサ制御部10はID情報をバス20g上に送信し、各センサは常にバス20g上のID情報をモニターする。各センサは自身のID情報と一致したときのみ検知した状態のデジタルデータをセンサ制御部10に向けてバス20b上に送信する。これにより、センサ制御部10は、IDを指定することによって特定のセンサが検知した状態のデジタルデータを必要なときに取得できるようになる。その結果、バスの負荷を低減させることができ、物理的に可能な限りの多数のセンサを接続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す例図である。
【図2】バス20aを伝送する同期クロックとバス20bを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第1の例図である。
【図3】バス20aを伝送する同期クロックとバス20bを伝送するセンサ出力のデジタルデータとの関係を表す第2の例図である。
【図4】電源供給バスと同期クロックの伝送バス20aを共通化したバス上のパルス波形の一例である。
【図5】各センサ内の概略構成図である。
【図6】各センサのデータの出力周期を可変にする態様を示す図の一例である。
【図7】本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す第2の例図である。
【図8】データバス20e,20fを伝送するデジタルデータを示す図である。
【図9】本発明の車両用センサ制御システムの一形態を示す第3の例図である。
【符号の説明】
【0043】
10 センサ制御部
20 データバス
20a,e,f 同期クロックの伝送バス
20b センサが送信したデジタルデータの伝送バス
20c グランドライン
20d 他の制御装置と接続するバス
20g ID情報が伝送するバス
30 インテリジェント化汎用IC




 

 


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