CN100383530C - 转向角速度运算装置和转向角速度运算方法 - Google Patents

转向角速度运算装置和转向角速度运算方法 Download PDF

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Abstract

一种具有转向角检测部、计时部及转向角速度运算部的转向角速度运算装置，转向角检测部检测转向角的变化，计时部对转向角发生了变化的时刻起至转向角下一次发生变化的时刻所需时间进行计时，转向角速度运算部，在检测部检测到转向角的变化后，将转向角发生的变化量用与变化量相对应的所需时间相除以运算转向角速度，并进行输出，同时，转向角速度运算部，在转向角速度减速时，在比所需时间长的第1延长输出时间的期间内输出转向角速度。通过该构成，在转向角速度减速时能高精度地输出转向角速度。

Description

转向角速度运算装置和转向角速度运算方法
技术领域
本发明涉及汽车或船舶等的车体控制系统等中使用的转向角速度运算装置和转向角速度运算方法。
背景技术
以往，已知汽车或船舶等的车体控制系统等中使用的转向角速度运算方法是通过在规定时间内变化的转向角的变化量求出转向角速度的方法(移动平均)。也已知有一种转向角速度运算手段，其将转向角的变化量除以转向角在变化后的某一时刻起至转向角发生下一次变化所需时间求得的转向角速度仅在该时间内加以保持。
这些现有的转向角速度的运算方法例如揭示于日本特开2000-85609号公报等。
发明内容
本发明的转向角速度运算装置，具有转向角检测部、计时部及转向角速度运算部，转向角检测部检测转向角的变化，计时部对转向角发生了变化的时刻起至转向角下一次发生变化的时刻所需时间进行计时，转向角速度运算部，在检测部检测到转向角的变化后，将转向角发生的变化量用与变化量相对应的所需时间相除以运算转向角速度，并进行输出，同时，转向角速度运算部，在转向角速度减速时，在比所需时间长的第1延长输出时间的期间内输出转向角速度。通过该构成，在转向角速度减速时能高精度地输出转向角速度。
附图说明
图1是表示本发明的实施形态的转向角速度运算装置的构成图。
图2是表示图1所示的转向角速度运算装置中使用的转向角速度运算方法的流程图。
图3是表示图1所示的转向角速度运算装置在减速时的转向角速度的变化的特性图。
图4是表示图1所示的转向角速度运算装置在转向角速度停止状态下的转向角速度的特性图。
图5是表示图1所示的转向角速度运算装置在转向角速度停止状态下的一例转向角速度的特性图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施形态的转向角速度运算装置的构成图。
图1中，方向盘1由汽车(未图示)的驾驶员等操作。方向盘1通过转向轴2与操纵机构3和设置于转向角速度运算装置(以下称为装置)10的第1旋转体(以下称为旋转体)11连接。操纵机构3与汽车的车轮4连接，通过将方向盘1的旋转传递至车轮4，从而操纵车轮4。另外，旋转体11在外周具有第1齿(以下称为齿)12。齿12与设置在第2旋转体(以下称为旋转体)13的外周的第2齿(以下称为齿)14咬合。磁铁15装入旋转体13的中央部，与旋转体13一起旋转。由此，磁铁15以齿12与齿14的齿数比确定的速度旋转。
在磁铁15的下面设有与磁铁15相对配置的电磁式转向角检测部(以下称为检测部)16。检测部16例如可使用各向异性磁阻元件(AMR元件)等的电磁式转向角传感器。检测部16检测转向角的变化引起的旋转体14的旋转，并输出台阶状的转向角信号(以下称为信号)18。而且，微机等运算部17输入信号18，运算旋转角度，输出转向角速度信号(以下称为信号)19。进行计时的定时器20将所计时的时间传送至运算部17。每次计时时间复位至0时，定时器20从0开始计时。
以下对具有以上构成的装置10的动作进行说明。
图1中，当旋转体11因方向盘1的操作而旋转，则旋转体13借助齿12与齿14的咬合而旋转。将齿12的齿数设为C，齿14的齿数设为D，则旋转体13相对于旋转体11的旋转速度比为C∶D。用转速表示的话，旋转体11旋转1周期间旋转体13旋转C/D周。因此，通过适当地选择齿数C和齿数D，旋转体13比旋转体11高速旋转。由此，可提高检测部16的检测分辨率。
检测部16配置在与磁铁15相对的位置上。由此，当旋转体13旋转，贯通检测部16的磁场的方向发生变化，检测部16以此检测转向角的变化。检测部16将检测到的转向角的变化作为台阶状的信号18输出。即，转向角的变化与信号18的变化对应。定时器20对信号18发生变化的时刻起至下一次信号18发生变化所需时间进行计时。信号18和所需时间输入运算部17进行运算，从运算部17输出信号19。
下面对转向角速度的运算方法进行说明。
图2是表示图1所示的转向角速度运算装置10中使用的转向角速度运算方法的流程图。
在图2中，当操作了汽车的点火钥匙(未图示)，装置10进行初期动作(步骤S1)。在初期动作中，定时器20的计时时间(以下称为时间)Tn和参照时间Tn-1被复位至0。而且，转向角速度检测值(以下称为速度)Vn、参照速度Vn-1和延长次数Y被复位至0。时间Tn被复位至0后，定时器20开始计时。
接着，装置10对信号18是否变化进行判断(步骤S2)。如信号18发生了变化，则进行转向角的变化量Xn除以时间Tn，速度Vn＝TRUNC(Xn/Tn)的运算(步骤S3)。这里，TRUNC函数定义为舍去小数点以下的数的函数。即，速度Vn始终是整数。另外，此时的时间Tn是与转向角的变化量Xn对应的所需时间。运算结果即速度Vn成为从运算部17输出的信号19。
接着，时间Tn代入之前的信号18变化的所需时间即参照时间Tn-1。同时，速度Vn代入之前的转向角速度即参照速度Vn-1(步骤S4)。然后，时间Tn复位为0，定时器20重新开始计时。随后返回步骤S2。定时器20对至转向角下一次发生变化所需时间Tn+1进行计时，通过转向角下一次发生变化时的转向角的变化量Xn+1除以下一次的所需时间Tn+1的运算，就可运算得到下一次的转向角速度Vn+1＝TRUNC(Xn+1/Tn+1)。这样，依次重复从步骤2开始的动作。
另一方面，在步骤S2中，如没有检测到信号18发生变化，则判断Tn是否超过了延长输出时间(以下称为时间)Te＝Tn-1×A+Tc×Y(步骤S6)。这里，时间Te是时间系数A乘以参照时间Tn-1得到的第1延长输出时间(以下称为时间)Te1＝Tn-1×A与将延长次数Y乘以一定延长时间Tc得到的第2延长输出时间(以下称为时间)Te2＝Tc×Y合计的时间。
如时间Tn超过了时间Te，则对时间Tn超过时间Te的延长次数Y进行计数(步骤S7)。接着，将参照速度Vn-1乘上速度系数B的Y次方并舍去小数点以下的数后得到的减法转向角速度Vn-1×BY带入速度Vn，作为信号19输出(步骤S8)。这里，速度Vn始终是整数。即，每当延长次数Y增加，转向角速度的减法率以指数的形式减少。然后，进入步骤S2，再次重复步骤S2以后的内容。
另外，在步骤S6中，如时间Tn没有超过时间Te，则再次返回步骤2，重复步骤2开始的动作。将速度Vn的值作为信号19输出。
即，即使超过了参照时间Tn-1，如没有检测到转向角的变化，则对输出速度Vn的时间延长延长输出时间Te的期间。延长输出时间Te首先仅延长第1延长输出时间Te1的期间。仍没有检测到转向角的变化时，依次延长将延长次数Y乘以一定延长时间Tc得到的第2延长输出时间Te2。另外，每当延长延长输出时间Te速度Vn就减少。由此，没有检测出转向角变化的情况下，即使无法检测转向角的变化是完全停止，还是转向角的变化以极低速进行，速度Vn的输出逐渐下降。最终速度Vn的输出圆滑地到达转向角速度停止状态。
图3是表示图1所示的转向角速度运算装置在转向速度减速时的转向角信号18和转向角速度信号19的情况的特性图。
图3中，转向角21表示转向角速度减速时的转向角信号18的情况，所需时间T逐渐增加(Tn-2＜Tn-1＜Tn＜Tn+1)。转向角速度(以下称为速度)22表示将时间系数A作为5/4＝1.25、将至运算下一次的转向角速度的时间延长到时间Te1＝Tn-1×A，从而运算转向角速度时的信号19的情况。另外，转向角速度(以下称为速度)23表示不延长至运算下一次的转向角速度的时间、经过了参照时间Tn-1后、运算转向角速度时的信号19的情况。
图3中，速度22在经过了参照时间Tn-1以后仍没有检测到转向角的变化。但是，因为参照时间Tn-1延长到了时间Te1＝Tn-1×A，因而根据该延长时间内检测到的转向角的变化，运算输出连续的速度22。由此，转向角速度Vn看上去不为0，故不会成为停止状态。因此，输出连续的速度22，输出跟踪实际的转向角速度变化的速度22。
另一方面，速度23不使用时间系数A。于是，参照时间Tn-1之间不会检测到转向角的变化。其结果是，如图3所示，在转向角速度减速时，速度23产生0值的部分。即速度23局部显示转向角速度停止状态(0度/秒)，产生不连续的输出。
因为转向角速度为停止状态，因而无法检测出转向角的变化是否完全停止，还是转向角的变化以极低速进行中。其结果，无法高精度地得到实际的转向角速度。
如上所述，利用时间系数A，看上去延长了计时时间，因而在转向角速度减速时，不会发生转向角速度停止状态(0deg/s)，可输出连续的速度22。而且，可输出跟踪实际的转向角速度的正确的速度22。
另一方面，图4是表示转向角速度停止，转向角信号18变化后没有发生下一个信号18的变化时的转向角速度的输出例的特性图。
转向角速度(以下称为速度)25表示转向角变化停止后的转向角速度信号19。第1转向角速度值(以下称为速度)26是转向角变化停止时的速度25。另外，第2转向角速度值(以下称为速度)27是转向角变化停止后，经过了时间Te1以后的速度25。第3转向角速度值(以下称为速度)28是转向角变化停止后，经过了时间Te＝Te1+Te2＝Tn-1×A+Tc×Y(其中，Y＝1)以后的速度25。时间29是一定延长时间Tc，保持各个时刻的转向角速度25并输出。
图4中，转向角变化停止了，因而原本就检测不到信号18的变化。为此，速度25只要输出转向角速度停止状态即0deg/s即可。但是，无法判断转向角的变化是完全停止了，还是转向角的变化以极低速进行。为此，对信号18的最后变化时刻至转向角速度停止(0度/秒)的速度25进行说明。
在最后检测到转向角变化时运算得到的速度26，在运算了速度Vn后，在时间延长至Te1＝Tn-1×A的时间内输出。例如，设A＝5/4，延长25％的时间，输出速度26。但是，此后因为没有检测到转向角的变化，因而就这样运算转向角速度的话，转向角速度为0。即，这是因为转向角的变化量为0的缘故。但是，无法判断该时刻转向角的变化是完全停止了，还是转向角的变化以极低速进行。为此，检测到最后的转向角变化后，进一步经过时间Te1后，还没有检测到转向角的变化时，将速度系数B乘以之前的速度26进行运算，输出舍去了小数点以下的数的减速角速度即速度27。例如，使用速度系数B＝3/4＝0.75，则转向角速度减速25％。
接着，速度27的输出时间经过了时间29后仍没有检测到转向角的变化时，进一步将速度系数B乘以速度27，输出舍去了小数点以下的数的减速角速度即速度28。这样，没有检测到转向角的变化时，延长输出时间Te以一定延长时间Tc依次延长。每个一定延长时间Tc的期间速度25被减速，随时间接近转向角速度停止状态(0度/秒)。
另外，利用速度系数B，使速度25逐渐减速的过程中，如再次检测到转向角的变化，因速度25迅速上升，因而输出与实际的转向角的变化吻合的速度25。
图5是利用时间系数A和速度系数B，表示至转向角速度停止状态为止的一例转向角速度的特性图。
在图5中，转向角速度32表示最后的转向角速度为10(deg/s)时的旋转角速度信号19的变化特征。另外，转向角速度33表示最后的转向角速度为5(deg/s)时的信号19的特征。
另外，根据最后的转向角速度可选择地设定时间系数A和速度系数B。对速度32、33使用时间系数A＝5/4、速度系数B＝3/4、一定延长时间Tc＝24ms。另外，转向角最后变化时的所需时间，在速度32时为50ms，在速度33时为101ms。
根据上述条件，速度32在经过183ms后成为转向角速度停止状态，速度33在经过198ms后成为转向角速度停止状态，以大致相同的时间成为转向角速度停止状态。
时间系数A和速度系数B和一定延长时间Tc并不局限于上述的数值。也可使用与实际的转向角速度的变化相对应的随时最佳系数。这些系数，只要针对省略了说明的汽车和船舶等车体控制系统等的特性适当选择即可。
另外，对转向角速度检测值Vn舍去小数点以下的数以使其为整数。但是，并不局限于整数值，例如，如信号处理能力有宽余的话，也可取为0.1或0.01的刻度等。对将速度Vn以台阶状输出的分辨率只要根据检测部16、运算部17或车体控制系统等的特性适当地加以选择即可。

Claims (7)

1.一种转向角速度运算装置，其特征在于，包括
检测转向角变化的转向角检测部；
对所述转向角发生了变化的时刻起至变化为下一次转向角的时刻所需时间进行计时的计时部；以及
所述检测部检测到所述转向角的向所述下一次转向角的变化后，将所述转向角发生变化的变化量除以与所述变化量相对应的所述所需时间、以计算转向角速度、并输出所述转向角速度的转向角速度运算部，
所述转向角速度运算部在所述转向角速度减速时，在比所述所需时间长的第1延长输出时间的期间内输出所述转向角速度。
2.如权利要求1所述的转向角速度运算装置，其特征在于，所述第1延长输出时间为将时间系数乘所述所需时间所得到的时间。
3.如权利要求1所述的转向角速度运算装置，其特征在于，所述转向角速度运算部在所述第1延长输出时间的期间内没有检测到所述转向角的下一次变化时，每一定延长时间的期间进行将速度系数乘所述转向角速度的减法转向角速度的运算并将其输出。
4.如权利要求1所述的转向角速度运算装置，其特征在于，所述转向角检测部具有电磁式转向角传感器。
5.如权利要求4所述的转向角速度运算装置，其特征在于，所述转向角检测部包括：旋转体；设置在所述旋转体中央部的磁铁；以及与所述磁铁相对配置的各向异性磁阻元件。
6.一种转向角速度运算方法，其特征在于，包括
检测转向角变化的工序；
对所述转向角发生变化的时刻起至变化为下一次转向角的时刻所需时间进行计时的工序；
将所述转向角的至所述下一次转向角的变化量除以与所述变化量相对应的所述所需时间，以计算转向角速度的工序；以及
在比所述所需时间长的第1延长输出时间的期间内输出所述转向角速度的工序。
7.如权利要求6所述的转向角速度运算方法，其特征在于，还具备
在所述第1延长输出时间的期间内没有检测到所述转向角的下一次变化时，每一定延长时间的期间进行将速度系数乘所述转向角速度的减法转向角速度的运算的工序；以及
输出所述减法转向角速度的工序。
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