JP5200897B2 - 車両用通信システム - Google Patents

Description

本発明は、センサの出力を送信する車両用通信システムに関する。

従来から車両のステアリングの回転角を検出する舵角センサの出力は、所与の処理ユニットに用いられている。所与の処理ユニットには、たとえば、自動車の横滑りやスピンを防止するためのアクティブスタビリティ、減衰力を最適に制御するためのアダプティブ・バリアブル・サスペンション、ヘッドランプコントロールシステム、車両後方の映像を写すバックガイドモニター、クリアランスソナー、および電動パワーステアリングなどがあり、これらの多様な処理ユニットが、舵角センサの出力をもとに車両の運転を支援する制御を行う。このように舵角センサは様々な運転支援制御において重要な役割を果たしており、舵角センサの分解能の向上が積極的に図られている。たとえば特許文献１には、従来のステアリングの回転角度検出装置より高分解能の角度を検出する回転角度検出装置が開示されている。検出されたステアリングの角度は、データ化して所与の処理ユニットに送信される。
特開２００５−３６２５号公報

ところで、高分解能の角度をデータ化すると、従来の分解能の角度のデータよりビット数が増加する。すなわち、分解能を向上させた舵角センサを車両に用いるためには、増加したビット数のデータを送信および受信可能な車両用通信システムに変更する必要がある。ＣＡＮ（Controller Area Network）等を介して舵角センサに接続される処理ユニットの全てを、舵角センサの分解能の向上に応じて変更するには開発に時間とコストがかかる。

そこで、本発明は、分解能を向上させた舵角センサのデータの送受信を車両に利用可能にしつつ、開発にかかる時間とコストを抑制する車両用通信システム、および車両用送信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用通信システムは、ステアリングの回転角を検出する舵角センサの基礎データを上位データと下位データに分割して送信する送信ユニットと、基礎データを処理する第１処理ユニットと、上位データを処理する第２処理ユニットと、送信ユニットから送信された上位データおよび下位データを受信して、上位データと下位データとを統合することで元の基礎データを再現して、第１処理ユニットへ伝達する第１受信ユニットと、第１受信ユニットのデータ統合機能を有さない第２受信ユニットであって、送信ユニットから送信された上位データを受信して第２処理ユニットへ伝達する第２受信ユニットと、を備える。車両用通信システムの送信ユニットは、上位データの桁数を第２受信ユニットで受信可能なデータの桁数に揃えるように基礎データを上位データと下位データに分割するデータ分割部を有する。データ分割部は、基礎データを受信可能なデータの桁数に揃えた第１データと残りの第２データとに分け、第１データに対して第２データを切り上げまたは切り捨てて上位データを算出する。この下位データは、前記基礎データから前記上位データを減算して算出可能なデータであって、上位データを補完して基礎データに統合するための符号付きデータである。この態様によると、舵角センサのデータの送受信においてデータを分割することで、それぞれビット数を抑えた上位データと下位データを送受信することができる。また、データ統合手段を有さない第２受信ユニットが、上位データを受信することができる。また、下位データは、上位データに対して正負の符号をもって補完することができる。

本発明によれば、車両用通信システム、および車両用送信システムにおいて、分解能を向上させた舵角センサのデータの送受信を車両に利用可能にしつつ、開発にかかる時間とコストを抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る上位データ１２と下位データ１４の一例を示す。なお、本図に示す上位データ１２と下位データ１４は、ステアリングの回転角を検出する舵角センサの舵角データであり、ビットで表されている。また、本図に示す上位データ１２と下位データ１４は、データフレームのデータフィールドに書き込まれる。上位データ１２と下位データ１４を統合すれば、基礎データが算出される。すなわち、基礎データは、上位データ１２と下位データ１４から構成され、本図において、設定桁０．１°を分解能のスケールとしている。なお、設定桁は整数以外の任意の数値に定められてよい。

上位データ１２は、設定桁１．５°のスケールで表される舵角データである。上位データ１２は、１２ビットで構成される。上位データ１２は、整数４を示しており、舵角値に換算すれば、６．０°を示す。下位データ１４は、１．５°より小さく、設定桁０．１°で表される舵角データを示す。下位データ１４は、４ビットで構成される。下位データ１４の第４ビット目のデータは、正負の符号を示し、整数０が正の符号を示し、整数１が負の符号を示す。下位データ１４は、負の符号が付いた整数４を示しており、舵角値に換算すれば、−０．４°を示す。

基礎データは、上位データ１２と下位データ１４を加算して、舵角値が５．６°となる。下位データ１４は、設定桁１．５°のスケールで表される上位データ１２に対して設定桁０．１°分の舵角値を補完して、基礎データを算出するためのデータである。

一般に、舵角センサは、ステアリングホイールの回転角を時計回り方向と反時計回り方向に数回転する舵角を検出するため、舵角センサのデータは、数回転分の舵角に相当するビット数のデータに設定される。たとえば、設定桁１．５°を分解能のスケールとすれば、時計回り方向と反時計回り方向に約８．５回転する舵角を検出するデータを送信するために１２ビットの基礎データが必要となる。一方、設定桁０．１°を分解能のスケールとすれば、１６ビットの基礎データが必要となる。

ここで、従来の車両用通信システムにおいて、設定桁１．５°を分解能のスケールとし、１２ビットの舵角データを送信する車両用通信システムを用いていたとする。このとき、舵角センサの分解能を向上させて、設定桁０．１°を分解能のスケールとし、１６ビットの舵角データを送受信するためには、送信ユニットのみならず受信ユニットも１６ビットの舵角データを送受信可能にシステムを変更する必要がある。しかしながら、従来より高い分解能の舵角値を必要とするシステムは、受信側のシステムの一部である可能性がある。そこで、本実施形態において、１６ビットのデータを有する基礎データを１２ビットの上位データ１２と４ビットの下位データ１４に分割して、従来通り１２ビットで上位データ１２を送信しつつ、４ビットで下位データ１４を別のデータフレームで送信する。これにより、従来の設定桁１．５°の分解能の舵角データで十分であるシステムは、システムを変更することなく上位データ１２を受信することができる。一方、従来より高い設定桁０．１°の分解能の舵角データを必要とするシステムは、上位データ１２と下位データ１４を受信し、上位データ１２と下位データ１４を統合することで、設定桁０．１°の分解能の基礎データを取得できる。つまり、高分解能の舵角データを必要とする一部のシステムを変更するだけで、舵角センサの分解能を向上させた車両用通信システムを利用可能にでき、システムの開発にかかる時間とコストを抑制することができる。

図２は、本実施形態に係る車両用通信システム１０の機能構成を示す。車両用通信システム１０は、車両のステアリングの回転角を検出する舵角センサ２０と、舵角センサ２０の舵角データを送信する送信ユニット３０と、送信ユニット３０から送信された舵角データを受信して所与の処理ユニットへ伝達する受信ユニット５０とを備える。また、車両用送信ユニットは、送信ユニット３０を備える。

なお、舵角データが伝達される所与の処理ユニットは、複数であってよく、それぞれが受信ユニットを備える構成であってよい。ここで、バージョンアップされた高分解能のスケールの舵角データを必要とする処理ユニットには、自動車の横滑りやスピンを防止するためのアクティブスタビリティや、減衰力を最適に制御するためのアダプティブ・バリアブル・サスペンションを処理する処理ユニットがあり、これらの処理ユニットが用いる舵角データの分解能を向上させることは、車両の安定性を高めるために有意義である。一方、バージョンアップ前の分解能のスケールで用いてよい処理ユニットには、ヘッドランプコントロールシステム、車両後方の映像を写すバックガイドモニター、クリアランスソナー、電動パワーステアリングなどの処理ユニットがある。これらの舵角データを用いる処理ユニットが有する受信ユニットが、本車両用送信システムが有する受信システムとして想定される複数の受信システムであってよい。なお、実施形態において、バージョンアップとは、舵角センサ２０の分解能が向上されたことを示す。

送信ユニット３０および受信ユニット５０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース、メモリ等を備えている。送信ユニット３０および受信ユニット５０は、所定の制御周期でそれぞれの処理を繰り返し実行する。

舵角センサ２０は、車両のステアリングの回転角を検出する角度検出手段として機能し、アナログ値の検出信号を送信ユニット３０に出力する。舵角センサ２０の検出信号は、ステアリングホイールの中立位置を基準点として、時計回り方向の回転角を正の電圧値として、反時計回り方向の回転角を負の電圧値としてよい。なお、舵角センサ２０については、周知の技術を用いてよく、詳細な記載は省略する。舵角センサ２０は、バージョンアップによって、既存の車両用通信システムで用いられた舵角センサより高い分解能を検出可能にされたものであってよい。

送信ユニット３０は、検出値取得部３２と、基礎データ算出部３４と、設定桁保持部３６と、データ分割部３８と、フレーム生成部４０と、フレーム送信部４２とを備える。

検出値取得部３２は、舵角センサ２０から出力された検出信号を所定のサンプリング周期で取得する。基礎データ算出部３４は、検出値取得部３２から舵角センサ２０の検出信号を受け取り、基礎データを算出する。具体的には、基礎データ算出部３４は、設定桁保持部３６が保持する第１設定桁を取得し、第１設定桁に応じた基礎データを算出する。第１設定桁は、本車両用通信システム１０にあらかじめ設定された分解能のスケールである。

データ分割部３８は、基礎データを数値として表したとき所定の桁で分割することにより、上位データと下位データへ分割する。すなわち、データ分割部３８は、基礎データを、第１設定桁より大きい第２設定桁にもとづいて上位データと下位データに分割する。これにより、舵角センサのデータの送受信においてデータを分割することで、それぞれビット数を抑えた上位データと下位データを送受信することができる。第２設定桁は、データ統合部５６を有さない機能限定的な受信ユニットが送信ユニット３０から舵角センサ２０のデータを受信する場合、機能限定的な受信ユニット５０として受信可能なデータの桁数をもとに定められる。すなわち、第２設定桁は、バージョンアップ前の舵角センサのデータ通信に用いられていたデータのビット数をもとに定められてよく、本車両用送信システムが有する受信システムとして想定される複数の受信システムが受信可能なデータの桁数をもとに定めてよい。また、第２設定桁は、バージョンアップ前の舵角センサの分解能のスケールをもとに定められてよい。これにより、データ統合部５６を有さない機能限定的な受信ユニットも、上位データを受信することができ、上位データを処理ユニットに用いることができる。

データ分割部３８は、設定桁保持部３６が保持する第２設定桁を取得し、基礎データ算出部３４から基礎データを取得する。データ分割部３８は、基礎データに所定の分割処理を実行し、上位データと下位データを算出する。なお、上位データは、従来用いていたバージョンアップ前の分解能のスケールで表されるデータであってよく、従来の機能限定的な受信ユニットが受信可能な舵角データの桁数に揃えられてよい。下位データは、第２設定桁より小さい第１設定桁の高分解能のスケール分を上位データに対して補完するためのデータであってよい。

また、下位データは、符号付きデータであってよい。すなわち、下位データは、正負の符号をもって上位データに関連づけられている。ここで、図１の例を用いると、たとえば、下位データが正のみの値であるとすれば、基礎データ値１．４°は、上位データ値０．０°と下位データ値１．４°で表され、基礎データ値と上位データ値のずれが大きくなる。一方、下位データが符号付きのデータであれば、基礎データ値１．４°は、上位データ値１．５°と下位データ値−０．１°で表すことができる。つまり、下位データは、上位データに対して正負の符号をもって補完することで、基礎データと上位データとのずれの大きさを抑制することができる。なお、舵角センサのデータを数値で表したものをデータ値という。

所定の分割処理について説明する。まず、データ分割部３８は、第１設定桁で表される基礎データ値を第２設定桁で除算し、第２設定桁に関する商を算出する。この第２設定桁に関する商は小数点以下の数値を含み、データ分割部３８は、第２設定桁に関する商の小数点以下の数値に対して四捨五入を施して上位データを算出する。データ分割部３８は、上位データに第２設定桁を乗算し、上位データ値を算出する。次に、データ分割部３８は、基礎データ値から上位データ値を減算することで、符号付きの下位データ値を算出する。データ分割部３８は、下位データ値を第１設定桁で除算して、下位データを算出する。たとえば、図１の例で用いた第１設定桁０．１°および第２設定桁１．５°であれば、下位データは、−７から＋７までの整数で表され、符号を含めて４ビットのデータ量を有する。なお、基礎データ値は、上位データ値と下位データ値を加算して算出できる。これにより、上位データと下位データから簡便な計算で基礎データに統合することができる。

フレーム生成部４０は、上位データと下位データをデータ分割部３８から取得する。フレーム生成部４０は、上位データを含む第１データフレームと、下位データを含む第２データフレームを生成する。第１データフレームは、従来通りのビット数のデータ量を送信するため、バージョンアップ前の通信データと同じように生成すればよい。具体的には、第１データフレームは、ヘッダにＩＤ（識別情報）が格納され、データフィールドに上位データデータが格納される。

次に、第２データフレームは、従来から用いている既定のデータフレームの一つであってよく、そのデータフレームの空いているデータフィールドに下位データが格納される。送信ユニット３０から受信ユニット５０に送信するデータフレームは、第１データフレーム以外に従来から複数あり、その複数のデータフレームのいずれかのデータフィールドには、空きスペースが存在する。その空きスペースを、下位データの送信に利用する。なお、送信ユニット３０および受信ユニット５０は、第２データフレームのＩＤ、および下位データが格納されるデータフィールドの位置情報を互いに有してよい。

フレーム送信部４２は、フレーム生成部４０から取得した第１データフレームと第２データフレームをＣＡＮ経路を介して受信ユニット５０およびデータ統合部５６を有さない機能限定的な受信ユニットに所定の制御周期で同時に送信する。

受信ユニット５０は、フレーム受信部５２と、データ抽出部５４と、データ統合部５６を備える。フレーム受信部５２は、ＣＡＮ経路に送信された第１データフレームおよび第２データフレームを受信する。データ抽出部５４は、第１データフレームから上位データを抽出し、第２データフレームから下位データを抽出する。具体的には、データ抽出部５４は、あらかじめ設定された第１データフレームおよび第２データフレームのＩＤと、上位データおよび下位データが格納されるデータフィールドのあらかじめ設定された位置情報にもとづいて、上位データと下位データを取得する。データ抽出部５４は、上位データと下位データをデータ統合部５６に渡す。

データ統合部５６は、受信した上位データと下位データとを統合し、元の基礎データを再現する。具体的には、データ統合部５６は、上位データに第２設定桁を乗算した上位データ値と、下位データに第１設定桁を乗算して下位データ値を算出する。データ統合部５６は、算出した上位データ値と下位データ値を加算して基礎データ値を再現する。これにより、データ抽出部５４およびデータ統合部５６を有する受信ユニット５０は、分解能が向上された舵角センサ２０の基礎データを利用することができる。一方、他のデータ抽出部５４およびデータ統合部５６を有さない機能限定的な受信ユニットは、既存のシステムをそのまま用いて、上位データを取得することができる。すなわち、全ての処理ユニットが少なくとも、舵角センサ２０の上位データを用いることができる。

図３は、本実施形態に係る送信ユニット３０の処理のフローチャートである。本図に示す処理は、所定の制御周期で繰り返される。検出値取得部３２は、舵角センサ２０から出力される検出信号をサンプリングする（Ｓ１０）。基礎データ算出部３４は、設定桁保持部３６から舵角センサ２０の分解能のスケールである第１設定桁を取得する（Ｓ１２）。基礎データ算出部３４は、舵角センサ２０の出力のサンプリング値から第１設定桁に応じた基礎データを算出する（Ｓ１４）。

データ分割部３８は、第２設定桁で基礎データを上位データと下位データへ分割する分割処理を実行する。まず、データ分割部３８は、設定桁保持部３６から第２設定桁を取得する（Ｓ１６）。データ分割部３８は、第２設定桁にもとづいて、基礎データから第２設定桁より小さい剰余を算出する（Ｓ１８）。具体的には、データ分割部３８は、基礎データ値を第２設定桁で除算し、剰余を算出する（Ｓ１８）。

データ分割部３８は、その剰余が第２設定桁の２分の１より小さいかどうかを判定する（Ｓ２０）。剰余が第２設定桁の２分の１より小さいと判定された場合（Ｓ２０のＹ）、データ分割部３８は、基礎データから剰余分を切り捨てて、上位データを算出する（Ｓ２２）。具体的には、データ分割部３８は、基礎データ値を第２設定桁で除算した第２設定桁に関する商の小数点以下を切り捨てた整数を、上位データとして算出する。なお、第２設定桁に関する商は、剰余分まで除算した小数点以下を含む数値をいう。一方、剰余が第２設定桁の２分の１より小さくないと判定された場合（Ｓ２０のＮ）、データ分割部３８は、基礎データから剰余分を切り上げて、上位データを算出する（Ｓ２４）。すなわち、データ分割部３８は、基礎データ値を第２設定桁で除算した第２設定桁に関する商の小数点以下を切り上げた整数を、上位データとして算出する。上位データに第２設定桁を乗算すれば、上位データ値が算出される。

データ分割部３８は、基礎データと上位データにもとづいて下位データを算出する（Ｓ２６）。具体的には、データ分割部３８は、基礎データ値から上位データ値を減算して、下位データ値を算出する（Ｓ２６）。データ分割部３８は、下位データ値を第１設定桁で除算して、下位データを算出する。

フレーム生成部４０は、上位データと下位データに応じたそれぞれのデータフレームを生成する（Ｓ２８）。具体的には、フレーム生成部４０は、データ分割部３８から上位データと下位データを取得し、上位データに応じた第１データフレームと、下位データに応じた第２データフレームを生成する。フレーム送信部４２は、上位データと下位データに応じたそれぞれのデータフレームを同時に送信する（Ｓ３０）。これにより、それぞれビット数を抑えた上位データと下位データを送信することができる。なお、受信ユニット５０は、受信した上位データと下位データを統合して、元の基礎データを再現し、処理ユニットに伝達する。

以上より、本実施形態について説明した。本発明によれば、舵角データを分割して送信することで、それぞれビット数を抑えた舵角データとして送信することができる。また、本発明によれば、本受信ユニット５０に加えて、バージョンアップ前の機能限定的な受信ユニットも舵角データを利用可能な通信システムを構築することができ、上位互換性をもつ通信システムを実現する。これにより、開発コストを抑えるだけでなく、舵角センサ２０の分解能を向上した後においても、機能限定的な受信ユニットという資産を生かすことができ、機能限定的な受信ユニットと本受信ユニット５０が混在する通信システムを実現することができる。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。

たとえば、本発明は、車両用通信システム１０で用いていた舵角センサ２０の分解能をさらに向上させた場合においても、さらに下位データを加えることで、実施可能である。すなわち、下位データは複数であってよく、それぞれバージョンアップに応じてバージョンアップ前の舵角センサのスケールに用いていた複数の設定桁によって、基礎データを分割して送信してよい。これにより、本発明はさらなる舵角センサのバージョンアップにおいても用いることができる。

また、本発明は、ＣＡＮ経路に接続されるヨーレートセンサや加速度センサに対して用いてよい。

本実施形態に係る上位データと下位データの一例を示す図である。 本実施形態に係る車両用通信システムの機能構成を示す図である。 本実施形態に係る送信ユニットの処理のフローチャートである。

符号の説明

１０ 車両用通信システム、 １２ 上位データ、 １４ 下位データ、 ２０ 舵角センサ、 ３０ 送信ユニット、 ３２ 検出値取得部、 ３４ 基礎データ算出部、 ３６ 設定桁保持部、 ３８ データ分割部、 ４０ フレーム生成部、 ４２ フレーム送信部、 ５０ 受信ユニット、 ５２ フレーム受信部、 ５４ データ抽出部、 ５６ データ統合部。

Claims (1)

1. ステアリングの回転角を検出する舵角センサの基礎データを上位データと下位データに分割して送信する送信ユニットと、
   前記基礎データを処理する第１処理ユニットと、
   前記上位データを処理する第２処理ユニットと、
   前記送信ユニットから送信された前記上位データおよび前記下位データを受信して、前記上位データと前記下位データとを統合することで元の前記基礎データを再現して、前記第１処理ユニットへ伝達する第１受信ユニットと、
   前記第１受信ユニットのデータ統合機能を有さない第２受信ユニットであって、前記送信ユニットから送信された前記上位データを受信して前記第２処理ユニットへ伝達する前記第２受信ユニットと、を備え、
   前記送信ユニットは、前記上位データの桁数を前記第２受信ユニットで受信可能なデータの桁数に揃えるように前記基礎データを前記上位データと前記下位データに分割するデータ分割部を有し、
   前記データ分割部は、前記基礎データを前記受信可能なデータの桁数に揃えた第１データと残りの第２データとに分け、前記第１データに対して前記第２データを切り上げまたは切り捨てて前記上位データを算出し、
   前記下位データは、前記基礎データから前記上位データを減算して算出可能なデータであって、前記基礎データに統合するための符号付きデータであることを特徴とする車両用通信システム。

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