DE112012001187B4

DE112012001187B4 - Trägheitssensor

Info

Publication number: DE112012001187B4
Application number: DE112012001187.2T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Maeda; Heewon JEONG; Masahide Hayashi; Makoto Yamamoto
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: JP5690176B2; US9086427B2; DE112012001187T5; WO2012124358A1; US20130345901A1; JP2012189508A

Abstract

Trägheitssensor, aufweisend:
ein Beschleunigungserfassungselement (2, 32), welches eine Längsbeschleunigung und eine Querbeschleunigung eines Fahrzeugs erfasst;
ein erstes Filter (6), welches ein Erfassungssignal der Längsbeschleunigung und der Querbeschleunigung auf ein erstes Band begrenzt;
ein zweites Filter (7), welches das Erfassungssignal der Querbeschleunigung auf ein zweites Band begrenzt, wobei das zweite Band eine höhere Grenzfrequenz aufweist als das erste Band;
einen Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44), welcher eine Fahrzeugsteuerungsvariable des Fahrzeugs auf der Grundlage des auf das zweite Band begrenzten Erfassungssignals der Querbeschleunigung und durch einen Querruck berechnet, wobei der Querruck ein Ableitungswert der Querbeschleunigung ist, und
einen Sensorsignal-Ausgabeteil (9), welcher die Erfassungssignale der Längsbeschleunigung und der Querbeschleunigung an eine elektronische Steuereinheit ausgibt, wobei beide Erfassungssignale durch erste Band begrenzt sind, und die durch den Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) berechnete Fahrzeugsteuerungsvariable an die elektronische Steuereinheit ausgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trägheitssensor, welcher eine physikalische Größe erfasst, und zum Beispiel einen zum Steuern der Stabilität eines Fahrzeugs verwendeten Sensor.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass es durch Steuern einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs entsprechend einer Lenkbetätigung des Fahrzeugs möglich ist, eine plötzliche Änderung einer auf ein Fahrzeug oder einen Insassen ausgeübten Trägheitskraft zu unterdrücken oder eine starke, die Lastverschiebung des Fahrzeugs nutzende Seitenführungskraft zu erzielen (siehe zum Beispiel Nicht-Patentliteratur 1).
Ein Grundkonzept dieser Steuerung wird durch Formel (1) ausgedrückt, welche einen Sollwert einer Längsbeschleunigung entsprechend einer Querbeschleunigung und einem Ruck (Ableitungswert der Beschleunigung) darstellt.
[Ausdruck 1] $G_{x c} = - s g n (G_{y} \cdot G'_{y}) \frac{C_{x y}}{1 + T s} | G'_{y} | + G_{x_D C}$
Hier stellt G_xc eine Sollbeschleunigung in einer Fahrtrichtung (Fahrzeug-Längsbeschleunigung) eines Fahrzeugs dar, welche eine Steuerungsvariable des Fahrzeugs darstellt. G_y stellt eine Fahrzeug-Querbeschleunigung dar, G'_y stellt einen Fahrzeug-Querruck (Ableitung der Beschleunigung) dar, sgn stellt eine Funktion dar, welche ein positives oder negatives Vorzeichen des Werts liefert, C_xy stellt einen Verstärkungsfaktor dar, T stellt eine Zeitkonstante dar und G_{x_DC} stellt eine Vorbelastungskonstante dar. Die jeweiligen Konstanten variieren je nach Fahrzeugtyp, wie etwa Masse, Schwerpunkt und Länge eines Fahrzeugs, und variieren auch je nach dem Steuerungseinstellbetrag (der sogenannten Abstimmung).
Wenn in einem Fall, in welchem eine Steuerung in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs gemäß Formel (1) erfolgt, eine aus einer Längsbeschleunigung und einer Querbeschleunigung, welche auf das Fahrzeug ausgeübt werden, resultierende Beschleunigung in einem Schaubild veranschaulicht ist, in welchem die Querachse die Querbeschleunigung G_y darstellt und die Längsachse die Längsbeschleunigung G_x darstellt, bildet der Übergang derselben über die Zeit eine Kurve. Der kurvenförmige Übergang bedeutet, dass eine plötzliche Änderung einer Trägheitskraft gering ist und außerdem keine unbequeme Fahrt und keine unnötige Beschleunigung und Verzögerung vorliegt. Auf diese Weise steuert diese Steuerung die resultierende Beschleunigung in geeigneter Weise, und mithin wird sie als eine „G-Vektor-Steuerung“ bezeichnet.
Jedoch betrifft die G-Vektor-Steuerung vor allem eine Fahrzeugsteuerung in einem normalen Fahrzustand eines Fahrzeugs, das heißt, in einem Zustand, in welchem eine Lenkbetätigung des Fahrzeugs ohne Schleudern wirksam ist, und beherrscht sie fast alle Situationen beim Fahren des Fahrzeugs. Somit kann selbst ein kleiner Zeitverzögerungsbetrag oder Steuerungsvariablen-Fehler, welcher beim Steuern auftritt, einen Fahrer oder einen Insassen einer unnötigen Beschleunigung aussetzen, wodurch eine unbequeme Fahrt verursacht wird.
In dieser Hinsicht offenbart Patentliteratur 1 ein Verfahren, bei welchem ein Ruck aus einem Fahrzeugzustand geschätzt wird, um den Ruck mit einer kürzeren Verzögerung und einem kleinen Fehler zu erfassen.
Andererseits wird eine Steuerung zum Unterdrücken eines abnormalen Zustands, das heißt eines Schleuderns eines Fahrzeugs als Fahrdynamikregelung (VDC) oder Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESC) bezeichnet.
Bei der Fahrdynamikregelung zum Beispiel werden eine Längsbeschleunigung und eine Querbeschleunigung eines Fahrzeugs und eine Winkelgeschwindigkeit bezüglich einer Fahrebene des Fahrzeugs (Giergeschwindigkeit) ständig gemessen, wird ein Fehler zwischen einer aus einer Fahrgeschwindigkeit v und einer Winkelgeschwindigkeit r des Fahrzeugs erhaltenen Querbeschleunigung und der durch einen Sensor erhaltenen Beschleunigung berechnet, um einen Schleuderzustand zu erkennen, und wird eine Verzögerungskraft in einer Richtung, in welcher der Fehler verringert wird, ausgeübt, um dadurch das Fahrzeug zu stabilisieren.
Da die G-Vektor-Steuerung vor allem die Steuerung im normalen Zustand betrifft und die Fahrdynamikregelung vor allem die Steuerung im abnormalen Zustand betrifft, können beide Steuerungen gleichzeitig in das Fahrzeug eingebaut sein. Darüber hinaus offenbart die US 2010 / 0 213 693 A1 eine Vorrichtung zum Steuern einer Insassenrückhaltevorrichtung eines Fahrzeugs. Die US 2009 / 0 112 404 A1 offenbart eine Fahrzeugsteuervorrichtung, die eine Rollwinkelgeschwingkeit als eine Fahrzeugzustandsgröße erfasst und einen Seitenruck unter Verwendung einer Übertragungsfunktion schätzt, die die Rollwinkelgeschwingkeit als Eingabe hat.
Druckschriftenverzeichnis
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009 - 107 447 A
Patentliteratur 2: US 2010 / 0 213 693 A1
Patentliteratur 3: US 2009 / 0 112 404 A1

Nicht-Patentliteratur
Nicht-Patentliteratur 1: YAMAKADO, Makoto [u.a.]: Improvement in vehicle agility and stability by G-Vectoring control. In: Vehicle System Dynamics: International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility. 2010, Bd. 48, Supplement 1, S. 231-254. ISSN 1744-5159 (e); 0042-3114 (p). DOI: 10.1080/00423111003706748
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der G-Vektor-Steuerung hat eine Konfiguration, bei welcher eine Steuerungsvariablen-Berechnung und ein Sensor wie bei dem in Patentliteratur 1 offenbarten Verfahren als getrennte Module bereitgestellt sind, die folgenden Probleme. Das heißt, da der Sensor gewöhnlich ein Tiefpassfilter enthält, welches ein Signal außerhalb eines gewünschten Bands abschwächt, kommt es auch bei einem Signal innerhalb des gewünschten Bands zu einer Phasenverzögerung. Ferner kommt es in einem Fall, in welchem die Übertragung von Sensordaten über ein Medium erfolgt, an welches mehrere Endeinrichtungen wie ein Controller-Area-Network- (CAN-) Bus angeschlossen sind, gewöhnlich zu einer Datenübertragungsverzögerung infolge eines Übertragungseingriffs, und somit wird die Übertragung von Sensordaten verzögert. Diese Verzögerung, bis die Steuerungsvariablen-Berechnung begonnen wird, bedeutet eine Verzögerung der Erzeugung einer Steuerungsvariablen, was zur Folge hat, dass ein Fahrer oder ein Insasse einer unnatürlichen Beschleunigung ausgesetzt werden, wodurch eine unbequeme Fahrt verursacht wird.
Ferner ist es bei der G-Vektor-Steuerung gemäß der obengenannten Formel (1) erforderlich, die berechnete Längsbeschleunigung in geeigneter Weise in eine Drosselklappenöffnung oder eine Bremskraft umzuwandeln. Da der Umwandlungsbetrag je nach Situation wie einem Fahrzeugtyp, der Anzahl der Fahrgäste, dem Widerstand der Straßenbelags und einem Neigungszustand variiert, ist es jedoch schwierig, eine angemessene Bremskraft bereitzustellen.
Die Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe derselben ist, einen Trägheitssensor mit kurzer Verzögerung und hoher Genauigkeit bereitzustellen.
Problemlösung
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, werden zum Beispiel in den Ansprüchen offenbarte Konfigurationen angewendet. Die Erfindung umfasst mehrere Lösungen der obigen Probleme, jedoch enthält ein Trägheitssensor als ein Beispiel derselben: ein Beschleunigungserfassungselement, welches eine Beschleunigung mindestens einer Achse eines Fahrzeugs erfasst; ein erstes Filter, welches ein Erfassungssignal der Beschleunigung auf ein erstes Band begrenzt; ein zweites Filter, welches das Erfassungssignal der Beschleunigung auf ein zweites Band begrenzt; einen Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil, welcher eine Fahrzeugsteuerungsvariable auf der Grundlage des auf das zweite Band begrenzten Erfassungssignals der Beschleunigung berechnet; und einen Sensorsignal-Ausgabeteil, welcher das auf das erste Band begrenzte Erfassungssignal der Beschleunigung und die Fahrzeugsteuerungsvariable ausgibt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß dem Trägheitssensor der Erfindung wird ein Trägheitssensor mit kurzer Verzögerung und hoher Genauigkeit bereitgestellt. Weitere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen sind aus der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen ersichtlich.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockschaubild, welches eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
[2] 2 ist ein Blockschaubild, welches ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration eines Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteils veranschaulicht.
[3] 3 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel einer während einer Kurvenfahrt auf ein Fahrzeug ausgeübten resultierenden Beschleunigung veranschaulicht.
[4] 4 ist eine Zeichnung, welche eine Struktur eines Datenübertragungsblocks gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
[5] 5 ist ein Blockschaubild, welches eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
[6] 6 ist ein Blockschaubild, welches eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
[7] 7 ist ein Blockschaubild, welches ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration eines Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteils veranschaulicht.
[8] 8 ist eine Zeichnung, welche eine Konfiguration eines Datenübertragungsblocks gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
[9] 9 ist ein Blockschaubild, welches eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
[10] 10 ist ein Blockschaubild, welches eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die Ausführungsformen der Erfindung betreffen einen Trägheitssensor zum Realisieren einer Bremsen- oder Drosselklappensteuerung, welche wie oben erwähnt als die G-Vektor-Steuerung bezeichnet wird, um eine plötzliche Änderung einer Trägheitskraft eines Fahrzeugs, welches sich in einem normalen Zustand befindet, in welchem das Fahrzeug nicht schleudert, zu unterdrücken. Darüber hinaus ist eine Bremsensteuerung, welche als die Fahrdynamikregelung bezeichnet wird, zum Steuern eines abnormalen Zustands, in welchem es zum Schleudern eines Fahrzeugs kommt, bekannt. In den folgenden Beispielen werden die Ausführungsformen anhand eines Fahrzeugs beschrieben, in welchem die G-Vektor-Steuerung und die Fahrdynamikregelung gleichzeitig bereitgestellt sind.
[Erste Ausführungsform]
1 ist ein Blockschaubild, welches eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt, enthält ein Trägheitssensor 1 ein Sensormodul, welches ein Beschleunigungserfassungselement 2, einen Verstärker 3, einen Analog/Digital- (A/D-) Wandler 4, eine Signalverarbeitungseinheit 5, ein erstes Tiefpassfilter (erstes Filter) 6, ein zweites Tiefpassfilter (zweites Filter) 7, einen Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 und einen Datenübertragungsblock-Erzeugungsteil 9 enthält.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Beschleunigungserfassungselement 2, welches eine Beschleunigung von außerhalb erfasst, zum Beispiel ein elektrostatisch-kapazitives, sogenanntes Mikrosystemtechnik- (MEMS-) Element, welches eine durch Ausüben der Beschleunigung erzeugte Massenverschiebung als eine Kapazitätsänderung erfasst und die Kapazitätsänderung durch eine Kapazität/Spannungs- (C/V-) Wandlung in ein Spannungssignal umwandelt.
Zum Beispiel in einem Fall, in welchem eine erste Achse so liegt, dass sie sich in einer Längsrichtung eines Fahrzeugs erstreckt, eine zweite Achse so liegt, dass sie sich in einer Querrichtung des Fahrzeugs erstreckt, und eine dritte Achse so liegt, dass sie sich in einer senkrechten Richtung des Fahrzeugs erstreckt, erfasst das Beschleunigungserfassungselement 2 eine Längsbeschleunigung, welche eine Axialbeschleunigung der ersten Achse ist, eine Querbeschleunigung, welche eine Axialbeschleunigung der zweiten Achse ist, und eine senkrechte Beschleunigung, welche eine Axialbeschleunigung der dritten Achse ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Beschleunigungserfassungselement 2 entsprechend jeder Achse einzeln bereitgestellt, und somit sind insgesamt drei Beschleunigungserfassungselemente bereitgestellt. Jedoch kann ein einziges Element, welches alle Axialbeschleunigungen von der ersten Achse bis zur dritten Achse erfasst, verwendet werden. Ferner muss eine Erfassungsleistung nicht in allen Achsenrichtungen bereitgestellt sein.
Der Verstärker 3 wandelt ein aus dem Beschleunigungserfassungselement 2 ausgegebenes elektrisches Signal in einen angemessenen Wert um. In einem Fall, in welchem von der G-Vektor-Steuerung und der Fahrdynamikregelung, welche gleichzeitig bereitgestellt sind, benötigte Beschleunigungsbereiche voneinander verschieden sind, kann der Bereich des Verstärkers 3 hier so konfiguriert sein, dass er je nach Anwendung geändert werden kann. Eine solche Konfiguration hat die folgenden Vorteile.
Zum Beispiel ist es durch Verwenden einer Konfiguration, bei welcher die Verstärkung erhöht wird, um in einem normalen Zustand einen schmalen Bereich für die G-Vektor-Steuerung einzugeben, und verringert wird, um in einem abnormalen Zustand einen breiten Bereich für die Fahrdynamikregelung einzugeben, möglich, eine kleine Beschleunigungsänderung in der G-Vektor-Steuerung genau zu erfassen, eine große Beschleunigungsänderung in der Fahrdynamikregelung in geeigneter Weise zu erfassen und unter Verwendung eines einzigen Sensors mehreren verschiedenen Anforderungen zu genügen.
Ferner kann eine Konfiguration, bei welcher der Wert durch zeitliche Aufteilung ständig verändert wird, verwendet werden. Zum Beispiel in einem Fall, in welchem 100 Prozesse pro Sekunde durchgeführt werden, eine Verstärkung so eingestellt ist, dass für 50 Prozesse ein schmaler Bereich eingegeben wird, und eine Verstärkung so umgeschaltet wird, dass für die anderen 50 Prozesse ein breiter Bereich eingegeben wird, ist es somit möglich, sowohl den breiten Bereich als auch den schmalen Bereich zu erfassen, ohne den Zustand des Fahrzeugs zu ermitteln.
Außerdem kann eine Konfiguration, bei welcher zwei oder mehr Verstärker 3, welche verschiedene Verstärkungen aufweisen, parallel bereitgestellt sind, verwendet werden. Zum Beispiel ist es durch Verwenden einer Konfiguration, bei welcher ein Signal aus dem Beschleunigungserfassungselement 2 zweigeteilt wird und anschließende Schaltungen für die G-Vektor-Steuerung und die Fahrdynamikregelung parallel bereitgestellt sind, möglich, für jede Steuerung eine optimale Erfassung durchzuführen.
Als nächstes wird der Wert des aus dem Verstärker 3 ausgegebenen Spannungssignals durch den A/D-Wandler 4 in einen digitalen Wert umgewandelt. Somit ist es möglich, die Signalverarbeitungseinheit 5 auf der nächsten Stufe zu digitalisieren und eine Signalverarbeitung zu niedrigen Kosten und mit hoher Genauigkeit zu realisieren. Hier kann der A/D-Wandler 4 eine beliebige Konfiguration aufweisen und kann er eine beliebige Architektur aufweisen, zum Beispiel kann er ein sogenannter Flash-Wandler, Pipeline-Wandler, Wandler mit schrittweiser Annäherung oder Delta-Sigma-Wandler sein. Ferner ist die einen A/D-Wandler verwendende digitale Signalverarbeitung nicht unbedingt bereitgestellt und kann eine Konfiguration, bei welcher die anschließenden Prozesse in analogen Schaltungen durchgeführt werden, verwendet werden.
Dann wird das durch den A/D-Wandler 4 gelaufene digitale Signal an die Signalverarbeitungseinheit 5 gesendet und als ein Sensorausgangswert zu einer geeigneten Form verarbeitet. In einem Fall, in welchem das durch den A/D-Wandler 4 gelaufene Signal einer bestimmten Art von Modulation unterzogen wird, wird hier zunächst eine Demodulation vorgenommen. Zum Beispiel in einem Fall, in welchem Trägersignale moduliert werden, führt der Signalverarbeitungsteil 5 eine synchrone Erfassung der Trägersignale durch und demoduliert er die Signale zu einem Basisbandsignal. Dann wird eine Ausgangssignalformung wie Temperaturgangkompensation, Nullpunktkorrektur oder Empfindlichkeitskorrektur durchgeführt. Die obengenannte Signalverarbeitung kann durch eine spezielle hochintegrierte Schaltung durchgeführt werden oder kann durch einen DSP und dem DSP entsprechende überschreibbare Software durchgeführt werden.
Das in 1 als ein Tiefpassfilter 1 gezeigte erste Tiefpassfilter 6 führt einen Filterprozess zum Begrenzen des in der Signalverarbeitungseinheit 5 verarbeiteten Signals auf ein Band für die Fahrdynamikregelung (erstes Band) durch, um eine nutzlose Rauschkomponente zu entfernen. Ferner bildet das in 1 als ein Tiefpassfilter 2 gezeigte zweite Tiefpassfilter 7 ein Filter mit einem von dem durch das Tiefpassfilter 6 vorgegebenen Band für die Fahrdynamikregelung verschiedenen Frequenzgang, das heißt, mit einer anderen Durchlasskennlinie, und führt es einen Filterprozess zum Begrenzen des in der Signalverarbeitungseinheit 5 verarbeiteten Signals auf ein Band für die G-Vektor-Steuerung (zweites Band) durch.
Dies bedeutet, dass es möglich ist, das Signal aus dem Beschleunigungserfassungselement 2 ungeachtet eines durch das Tiefpassfilter 6 definierten Ausgangsfrequenzgangs eines Sensors in einem freien Band zu verwenden. Zum Beispiel in einem Fall, in welchem nur das niedrige Band zur Steuerung verwendet wird, kann das zweite Tiefpassfilter 7 eine niedrigere Durchlasskennlinie als das erste Tiefpassfilter 6 aufweisen oder kann es umgekehrt eine höhere Durchlasskennlinie als das erste Tiefpassfilter 6 aufweisen, um die Ansprechempfindlichkeit sicherzustellen.
Ferner kann eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher das zweite Tiefpassfilter 7 eine unendlich hohe Durchlasskennlinie, das heißt, eine Konfiguration ohne Tiefpassverhalten aufweist, um dadurch ein Auftreten der Phasenverzögerung des Beschleunigungssignals zu unterdrücken, bis die Steuerungsvariablen-Berechnung durch den Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 erfolgt. Der Grund ist, dass auch eine Konfiguration, bei welcher das Basisbandsignal auf der später noch zu beschreibenden nächsten Stufe direkt an den Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 gesendet wird, verwendet werden kann, die Entfernung des Rauschens zum Beispiel auf einer separaten Stufe erfolgen oder durch die Ansprechempfindlichkeit eines Stellglieds indirekt realisiert werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Band des zweiten Tiefpassfilters 7 auf ein breiteres Band als das Band des ersten Tiefpassfilters 6 eingestellt.
2 ist ein Blockschaubild, welches ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration eines Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteils veranschaulicht.
Der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 führt eine Berechnung der im Stand der Technik gezeigten Formel (1) zum Beispiel unter Verwendung einer Konfiguration einer in 2(a) gezeigten Schaltung 10 durch, das heißt, berechnet die Steuerungsvariable der Längsbeschleunigung entsprechend der Querbeschleunigung und dem Querruck (Ableitungswert der Querbeschleunigung).
3 ist eine Bildansicht eines Schaubilds, welches ein Beispiel einer während einer Kurvenfahrt auf ein Fahrzeug ausgeübten resultierenden Beschleunigung veranschaulicht. 3(a) zeigt eine allgemeine resultierende Beschleunigung des Fahrers, wenn keine G-Vektor-Steuerung angewendet wird, und 3(b) zeigt eine resultierende Beschleunigung in einem Fall, in welchem die G-Vektor-Steuerung angewendet wird. In dem Schaubild stellt die Querachse die Querbeschleunigung G_y dar und stellt die Längsachse die Längsbeschleunigung G_x dar. Ein kurvenförmiger Übergang der resultierenden Beschleunigung über die Zeit in einem Fall, in welchem die in 3(b) gezeigte G-Vektor-Steuerung angewendet wird, bedeutet, dass eine plötzliche Änderung einer Trägheitskraft gering ist und außerdem keine unbequeme Fahrt und keine unnötige Beschleunigung und Verzögerung vorliegt.
Die Schaltung 10 in 2(a) ist durch eine digitale Schaltung oder DSP-Software konfiguriert. Hier ist die Formel (1) nicht unbedingt auf eine bestimmte Art beschränkt und ist sie somit nicht unbedingt auf die Konfiguration der Schaltung 10 beschränkt, sollte sie aber eine Formel sein, welche eine Längsbeschleunigungs-Steuerung in Verbindung mit dem Trägheitsbetrag in Querrichtung angibt. Ferner kann zusätzlich zu dem aus dem Signal des in den Trägheitssensor 1 eingebauten Beschleunigungserfassungselements 2 hergeleiteten Beschleunigungssignal eine separate Signaleingabe verwendet werden. Zum Beispiel kann der Querruck auf der Grundlage des Lenkwinkels eines Lenkrads berechnet werden und ist es somit möglich, einen Fehler durch Eingeben eines Lenkwinkelsignals zusätzlich zum Beschleunigungssignal zu korrigieren und die Genauigkeit eines Sensorwerts zu erhöhen, wodurch die Zuverlässigkeit gesteigert wird.
Ferner werden im Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 enthaltene Konstanten bewahrt, da die Konstanten vor der Auslieferung in einen programmierbaren Festwertspeicher (PROM) oder einen Flash-Festwertspeicher (ROM) geschrieben werden. Hier können die Konstanten in einem Direktzugriffsspeicher (RAM) bewahrt werden, um dynamisch geändert zu werden, wie später beschrieben.
Ferner ist es, wenn eine Konfiguration, bei welcher das Beschleunigungserfassungselement 2 und der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 im Trägheitssensor 1 verschlossen sind, das heißt, eine Konfiguration, bei welcher das Beschleunigungserfassungselement 2 und der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 integral als ein Modul gebildet sind und ein Signalaustausch im Modul erfolgt, verwendet wird, möglich, zu bestätigen, ob die Steuerung ohne Hinzufügung separater Hardware unter Verwendung einer Rückführungskonfiguration in geeigneter Weise erfolgt, um dadurch die Konstanten dynamisch anzupassen.
Zum Beispiel kann unter Verwendung einer Konfiguration einer in 2(b) gezeigten Schaltung 11 eine Beschleunigung Ac, welche als ein Sollwert vorgegeben wird, bezüglich einer in einer Fahrzeugrichtung ausgeübten Istbeschleunigung Aa berechnet werden, kann überprüft werden, ob eine Beschleunigung Aa', nachdem eine Steuerverzögerung und eine Fahrzeugdynamik-Verzögerung verstrichen sind, gleich einer Differenz (Aa-Ac) zwischen der Istbeschleunigung Aa und der Sollbeschleunigung Ac ist, und kann dann eine Anpassung zum dynamischen Ändern einer Verstärkung oder einer Vorbelastung der Fahrzeugsteuerungsvariablen erfolgen, um die Differenz zu korrigieren.
Wenn der Fahrzeugtyp geändert wird, die Anzahl der Fahrgäste in einem Fahrzeug sich ändert oder der Zustand des Straßenbelags und des Fahrzeugs sich ändert (zum Beispiel wenn das Fahrzeug sich auf geneigtem Gelände befindet oder wenn es sich auf einer nassen Fahrbahn befindet), ändert sich im allgemeinen das Gewicht oder Gleichgewicht des Fahrzeugs und ändert sich somit der Betrag einer angemessenen Betätigung einer Bremse oder Drosselklappenöffnung bezüglich eines gewünschten Beschleunigungsänderungsbetrags.
Demgemäß ist es durch Verwenden einer Konfiguration der Schaltung 11, welche zum Beispiel mit der Funktion einer dynamischen Verstärkungsanpassung ausgestattet ist, möglich, den Trägheitssensor 1 ungeachtet des Fahrzeugtyps ohne jede spezifische Voreinstellung in ein beliebiges Fahrzeug einzubauen und sogar in einer Situation, in welcher die Anzahl der Fahrgäste sich drastisch von eins auf acht ändert, eine angemessene Längsbeschleunigung (Fahrzeugsteuerungsvariable) bereitzustellen, ohne eine Einstellung vorzunehmen, was die Einstellkosten wirkungsvoll senkt.
Da die Beschleunigungserfassung, die Beschleunigungsverarbeitung, die Fahrzeugsteuerungs-Berechnung und ihre Rückführungsanpassung alle in der geschlossenen Konfiguration des Trägheitssensors 1 durchgeführt werden, wird der Verzögerungsbetrag auf diese Weise wirkungsvoll verringert und werden auch die Kosten der Systemkonfiguration wirkungsvoll gesenkt.
Ferner kann eine Konfiguration realisiert werden, bei welcher das Beschleunigungserfassungselement 2 und der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 im Trägheitssensor 1 verschlossen sind und einzeln verwendet werden, ein aktueller geneigter Zustand des Fahrzeugs aus der Vorbelastungskomponente des Beschleunigungssensors ohne Hinzufügung separater Hardware bestätigt wird und der Betrag einer Bremsenbetätigung oder eine Verstärkung der Drosselklappenöffnung im voraus angepasst wird.
Zum Beispiel wenn ein Gefälle einen Winkel θ bezüglich der waagerechten Ebene bildet, kommt es in Verbindung mit der auf das Fahrzeug ausgeübten Erdbeschleunigung g (=9,8 m/s²) zu einer Vorbelastung von g·sin(θ) im Längsbeschleunigungserfassungselement 2 und sinkt die auf das senkrechte Beschleunigungserfassungselement 2 ausgeübte Erdbeschleunigung auf g·cos(θ). Das heißt, durch Analysieren der Signalkomponente des Beschleunigungserfassungselements 2 in mindestens einer Achsenrichtung ist es möglich, die Ermittlung einer Neigung vorzunehmen.
In Anwendung dieses Prinzips ist es durch einfaches Vornehmen einer Anpassung in einem Einstellteil 12a einer in 2(c) gezeigten Schaltung 12 im voraus dergestalt, dass auf einem Gefälle der Bremsenbetätigungsbetrag erhöht wird und der Drosselklappenöffnungs-Betätigungsbetrag verringert wird und umgekehrt auf einer Steigung der Bremsenbetätigungsbetrag verringert wird und der Drosselklappenöffnungs-Betätigungsbetrag erhöht wird, möglich, eine durch Anwendung einer zusätzlichen Fahrzeugsteuerung, welche zur Korrektur eines Fehlers einer Fahrzeugsteuerung nach Auftreten der Fahrzeugsteuerung erfolgt, erzeugte Trägheitsbetragsänderung zu verringern und eine unbequeme Fahrt zu vermeiden.
Da die Beschleunigungserfassung, die Beschleunigungsverarbeitung, die Fahrzeugzustandsschätzung und der Anpassungsbetrag je nach Fahrzeugsituation allesamt in der geschlossenen Konfiguration des Trägheitssensors 1 durchgeführt werden, ist es auf diese Weise möglich, eine geeignete Fahrzeugsteuerungsvariable auch in einer solchen Situation bereitzustellen, in welcher die Fahrzeugsteuerungsvariable wie auf geneigtem Gelände schwankt, um dadurch wirkungsvoll eine angenehme Fahrt zu realisieren.
Ferner kann eine Konfiguration verwendet werden, in welcher das Beschleunigungserfassungselement 2 und der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 8 im Trägheitssensor 1 verschlossen sind und einzeln verwendet werden, der durch Steuerung erzeugte Änderungsbetrag im Beschleunigungserfassungselement ohne Hinzufügung separater Hardware ständig erfasst wird und die Steuerungsvariable in einem Fall, in welchem sich eine plötzliche Änderung ereignet, durch welche der Änderungsbetrag einen vordefinierten Schwellenwert übersteigt, innerhalb eines vordefinierten Bereichs unterdrückt wird.
Zum Beispiel hat eine in 2(d) gezeigte Schaltung 13 eine Konfiguration, bei welcher ein Beschleunigungsänderungsbetrag durch einen Beschleunigungsänderungsbetrags-Messteil 13a gemessen wird und eine Fahrzeugsteuerungsvariable G_xc durch einen Begrenzer 13b auf der Grundlage des Beschleunigungsänderungsbetrags begrenzt wird. In diesem Fall kann ein Benutzer eine gewünschte maximale Steuerungsvariable einstellen oder kann die maximale Steuerungsvariable vor der Auslieferung eines Fahrzeugs je nach Fahrzeugtyp so eingestellt werden, dass keine Steuerung, welche einen Fahrer oder einen Insassen Gefahr oder Furcht empfinden lässt, durchgeführt wird. Somit ist es möglich, den Maximalwert einer geeigneten Steuerungsvariablen zu niedrigen Kosten bereitzustellen.
Ferner können die in der Schaltung 11 gezeigte Rückführungskonfiguration, die in der Schaltung 12 gezeigte Neigungserfassungskonfiguration und die in der Schaltung 13 gezeigte mit dem Begrenzer ausgestattete Konfiguration gleichzeitig bereitgestellt sein. Ferner ist es möglich, eine Schaltung bereitzustellen, in welcher alle jeweiligen Konfigurationen der Schaltungen 11 bis 13 kombiniert sind, oder eine Schaltung bereitzustellen, in welcher zwei Konfigurationen der jeweiligen Konfigurationen selektiv kombiniert sind. Durch Bereitstellen der Schaltung, in welcher mindestens zwei oder mehr der jeweiligen Konfigurationen der Schaltungen 11 bis 13 kombiniert sind, ist es auf diese Weise möglich, die den kombinierten Konfigurationen entsprechenden Wirkungen unter Verwendung einer einzigen Schaltung zu realisieren, ohne das Ausmaß der Schaltungen zu vergrößern.
Auch in einem Fall, in welchem nur eine einzige Schaltung der Schaltungen 11 bis 13 ohne Kombination der Schaltungen 11 bis 13 einzeln verwendet wird, ist es möglich, eine Fahrzeugsteuerungsvariable zu erzielen, welche für die G-Vektor-Steuerung wirksam ist, und zusätzlich die durch die einzigartigen Konfigurationen der jeweiligen Schaltungen wie eine Rückführungskonfiguration bewirkten Wirkungen zu realisieren. Somit ist es möglich, gegenüber der Konfiguration der Schaltung 10 viel mehr Wirkungen zu realisieren, was nützlich ist.
4 ist eine Zeichnung, welche ein Beispiel einer Struktur eines Datenübertragungsblocks gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Der Datenübertragungsblock-Erzeugungsteil 9 hat eine Konfiguration (Sensorsignal-Ausgabeteil), welche einen Datenübertragungsblock mit einer Beschleunigung und einer Fahrzeugsteuerungsvariablen erzeugt und das Ergebnis als ein Sensorsignal ausgibt. Somit werden zum Beispiel eine Längsbeschleunigung 1 und eine Querbeschleunigung 2, welche auf ein Band für die Fahrdynamikregelung (erstes Band) begrenzt werden, welches durch das erste Tiefpassfilter 6 gefiltert wird, und eine Fahrzeugsteuerungsvariable unter Verwendung desselben Blocks gesendet.
In 4 ist ein Block als ein Beispiel so belegt, dass er alle zwei Bytes andere Informationen enthält. Der Datenübertragungsblock-Erzeugungsteil 9 gibt eine Beschleunigung mindestens einer Achse und eine Fahrzeugsteuerungsvariable aus. Hier wird nicht unbedingt derselbe Block verwendet, aber eine Unterteilung des Blocks ist im Hinblick auf eine Verkürzung der Verzögerungszeit nicht angebracht. Da der Block einem System entspricht, welches eine Bremsensteuerung durchführt und somit im Hinblick auf die Sicherheit von Bedeutung ist, kann ferner eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher ein Cyclic-Redundancy-Check- (CRC-) Code zum Erkennen eines Bitfehlers und ein Eigendiagnose-Ergebnisanzeigebit, welches eine Funktionsstörung eines Sensors selbst erfasst und das Ergebnis meldet, im selben Block enthalten sind.
5 ist ein Blockschaubild, welches eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems, das den in 1 gezeigten Trägheitssensor verwendet, veranschaulicht.
Ein Fahrzeugsteuerungssystem 20 enthält einen Trägheitssensor 1, einen Winkelgeschwindigkeitssensor 21, ein Steuergerät (ECU) 23 und eine Bremseneinheit 24. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 21 hat die gleiche Konfiguration wie die Konfiguration der Bezugszeichen 2 bis 6 des in 1 gezeigten Trägheitssensors 1 und enthält ein Sensormodul (nicht gezeigt), welches ein Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement 38, einen Verstärker, einen A/D-Wandler, eine Signalverarbeitungseinheit und ein Tiefpassfilter enthält.
Der Trägheitssensor 1 und der Winkelgeschwindigkeitssensor 21 sind jeweils über eine Datenübertragungsleitung 22 mit dem Steuergerät 23 verbunden. Die Datenübertragungsleitung 22 ist ein Datenübertragungsmittel zum Realisieren einer Datenübertragung zwischen dem Trägheitssensor 1 und dem Winkelgeschwindigkeitssensor 21 und dem Steuergerät 23 und verwendet zum Beispiel ein als Serial-Peripheral-Interface- (SPI-) Datenübertragung bezeichnetes digitales Datenübertragungsverfahren. Um eine Datenübertragungsverzögerung infolge von Konflikten oder dergleichen zwischen Datenübertragungsblocks zu verhindern, wird hier vorzugsweise ein Verfahren verwendet, welches nicht mit statistischem Multiplexen oder Zeitmultiplexen arbeitet.
Das Steuergerät 23 empfängt eine Beschleunigung, eine Winkelgeschwindigkeit und eine Fahrzeugsteuerungsvariable vom Trägheitssensor 1 und vom Winkelgeschwindigkeitssensor 21 und führt die Fahrdynamikregelung und die G-Vektor-Steuerung eines Fahrzeugs entsprechend dem Ergebnis augenblicklich durch und betätigt die Bremseneinheit 24 oder die Öffnung einer Drosselklappe (nicht gezeigt). Bei der Fahrdynamikregelung erfolgt die Steuerung im allgemeinen unter gleichzeitiger Verwendung eines Lenkwinkels eines Lenkrads und einer Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation, und somit werden diese Daten in das Steuergerät 23 eingegeben, welches hierin nicht gezeigt ist.
Da die aus dem Trägheitssensor 1 ausgegebene Fahrzeugsteuerungsvariable keinen Verzögerungseintrittsfaktor aufweist, ist es wie oben beschrieben möglich, eine Verzögerung bis zur Erzeugung einer Bremskraft oder einer Beschleunigungskraft infolge Steuerung zu unterdrücken und eine einer dynamischen Zustandsänderung entsprechende geeignete Steuerungsvariable ohne Verzögerung auszugeben. Somit wird eine auf einen Fahrer oder einen Insassen ausgeübte unnatürliche Trägheitskraft unterdrückt und wird eine Fahrzeugsteuerung zur Aufrechterhaltung einer angenehmen Fahrt ungeachtet der Bedingungen realisiert. Da auch in einem Fall, in welchem die G-Vektor-Steuerung und die Fahrdynamikregelung gleichzeitig bereitgestellt sind, keine Hinzufügung separater Hardware erforderlich ist, ist es ferner nicht erforderlich, für ein mit der Fahrdynamikregelung ausgestattetes Fahrzeug zusätzliche Hardware bereitzustellen, was hinsichtlich der Kosten vorteilhaft ist.
[Zweite Ausführungsform]
6 ist ein Blockschaubild, welches eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 6 gezeigt, enthält ein Trägheitssensor 31 ein Sensormodul, welches ein Beschleunigungserfassungselement 32, einen Verstärker 33, einen A/D-Wandler 34, eine Signalverarbeitungseinheit 35, ein erstes Tiefpassfilter (erstes Filter) 36, ein zweites Tiefpassfilter (zweites Filter) 37, ein Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement 38, einen Verstärker 39, einen A/D-Wandler 40, eine Signalverarbeitungseinheit 41, ein drittes Tiefpassfilter (drittes Filter) 42, ein viertes Tiefpassfilter (viertes Filter) 43, einen Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 44 und einen Datenübertragungsblock-Erzeugungsteil 45 enthält.
In der vorliegenden Ausführungsform sind das Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement 38 mindestens einer Achse und damit zusammenhängende Schaltungen zusätzlich zur ersten Ausführungsform im Trägheitssensor 31 bereitgestellt, um das Sensormodul zu bilden. Da die Konfigurationen der Bezugszeichen 32 bis 37 die gleichen wie die Konfigurationen der Bezugszeichen 2 bis 7 in der ersten Ausführungsform sind, wird hier auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
Der Aufbau des Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselements 38 und des Beschleunigungserfassungselements 32 kann auf einem einzigen Chip vereinigt.sein oder kann auf mehrere Chips verteilt sein. Jedoch hat der Aufbau der anschließenden Schaltungen eher eine Ein-Chip-Konfiguration, welche alles bis zum Datenübertragungsblock-Erzeugungsteil 45 enthält, als eine Mehr-Chip-Konfiguration, um dadurch eine Datenübertragungsverzögerung zu verringern.
Das Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement 38 ist ein elektrostatisch-kapazitives Erfassungselement, welches eine durch die durch Beaufschlagung mit einer Winkelgeschwindigkeit erzeugte Coriolis-Kraft bewirkte Massenverschiebung als eine Kapazitätsänderung erfasst und die Kapazitätsänderung durch C/V-Wandlung in ein Spannungssignal umwandelt.
Das Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement 38 erfasst eine Winkelgeschwindigkeit in einer Wankrichtung, das heißt, eine Winkelgeschwindigkeit um die erste Achse, eine Winkelgeschwindigkeit in einer Nickrichtung, das heißt, eine Winkelgeschwindigkeit um die zweite Achse, und eine Winkelgeschwindigkeit in einer Gierrichtung, das heißt, eine Winkelgeschwindigkeit um die dritte Achse. In der vorliegenden Ausführungsform sind insgesamt drei Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselemente 38 jeweils bezüglich der jeweiligen Achsen bereitgestellt, aber es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher ein einziges Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement 38 die Winkelgeschwindigkeiten um alle Achsen von der ersten Achse bis zur dritten Achse erfasst.
Da die Konfigurationen des Verstärkers 39, des A/D-Wandlers 40 und der Signalverarbeitungseinheit 41 die gleichen wie die Konfigurationen des Verstärkers 3, des A/D-Wandlers 4 und der Signalverarbeitungseinheit 5 in der ersten Ausführungsform sind, wird hierin auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
Das in 6 als ein Tiefpassfilter 3 gezeigte dritte Tiefpassfilter 42 (dritte Filter) führt einen Filterprozess zum Begrenzen des in der Signalverarbeitungseinheit 41 verarbeiteten Winkelgeschwindigkeits-Erfassungssignals auf ein Band für die Fahrdynamikregelung (drittes Band) und das Entfernen einer nutzlosen Rauschkomponente durch. Hier kann ein Frequenzgang der gleiche sein wie derjenige des als das Tiefpassfilter 1 gezeigten ersten Tiefpassfilters 36 oder von diesem verschieden sein.
Das als ein Tiefpassfilter 4 gezeigte vierte Tiefpassfilter 43 (vierte Filter) bildet ein Filter mit einem Frequenzgang, welcher von dem durch das dritte Tiefpassfilter 42 vorgegebenen Band für die Fahrdynamikregelung verschieden ist, das heißt, mit einer anderen Durchlasskennlinie, und führt einen Filterprozess zum Begrenzen des in der Signalverarbeitungseinheit 41 verarbeiteten Winkelgeschwindigkeits-Erfassungssignals auf ein Band für die G-Vektor-Steuerung (viertes Band) durch. Dies bedeutet, dass es möglich ist, das Signal aus dem Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement 38 ungeachtet eines durch das Tiefpassfilter 42 definierten Ausgangsfrequenzgangs eines Sensors in einem freien Band zu verwenden.
Zum Beispiel in einem Fall, in welchem nur das niedrige Band zur Steuerung verwendet wird, kann das vierte Tiefpassfilter 43 eine niedrigere Durchlasskennlinie als das dritte Tiefpassfilter 42 aufweisen oder kann es umgekehrt eine höhere Durchlasskennlinie als das dritte Tiefpassfilter 42 aufweisen, um das Ansprechverhalten sicherzustellen.
Ferner kann eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher das vierte Tiefpassfilter 43 eine unendlich hohe Durchlasskennlinie, das heißt, eine Konfiguration ohne Tiefpassverhalten aufweist. Bei dieser Konfiguration kommt es nicht zur Phasenverzögerung des Winkelgeschwindigkeitssignals, bis die Steuerungsvariablen-Berechnung erfolgt. Daher wird zum Beispiel auch eine Konfiguration, bei welcher das Basisbandsignal auf der nächsten Stufe direkt an den Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 44 gesendet wird, verwendet, kann die Entfernung des Rauschens auf einer separaten Stufe erfolgen oder durch die Ansprechempfindlichkeit eines Stellglieds indirekt realisiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Band des vierten Tiefpassfilters 43 auf ein breiteres Band als das Band des dritten Tiefpassfilters 42 eingestellt.
7 ist ein Blockschaubild, welches ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration des Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteils veranschaulicht.
Der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil 44 führt eine Berechnung der Formel (1) wie oben beschrieben zum Beispiel unter Verwendung einer Konfiguration einer in 7 gezeigten Schaltung 50 durch, das heißt, berechnet die Steuerungsvariable der Längsbeschleunigung entsprechend der Querbeschleunigung und dem Querruck des Fahrzeugs. Hier ist, wie in Patentliteratur 1 gezeigt, eine Schaltungskonfiguration bereitgestellt, bei welcher der Querruck unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeit der ersten Achse, das heißt, der Winkelgeschwindigkeit um die erste Achse des Fahrzeugs, das heißt, unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeit in der Wankrichtung des Fahrzeugs, aus den Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselementen 38 geschätzt wird. Der Querruck kann mittels einer durch die folgende Formel (2) ausgedrückten Übertragungsfunktion geschätzt werden.
[Ausdruck 2] $G'_{y} (s) = A (s) p (s) = \frac{T_{1} s + 1}{T_{2} s + 1} \cdot \frac{K_{x} - m_{s} g h}{m_{s} g h} p (s)$
Hier stellt A(s) eine Übertragungsfunktion dar, welche eine Winkelgeschwindigkeit in der Wankrichtung in einen Querruck umwandelt, stellen T1 und T2 geeignete Zeitkonstanten dar, stellt Kx eine Wanksteifigkeit dar, stellt ms eine gefederte Masse dar, stellt g die Erdbeschleunigung dar, stellt h die Höhe vom Wankzentrum zum Schwerpunkt dar und stellt p(s) eine Winkelgeschwindigkeit in der Wankrichtung dar.
Bei einer solchen Konfiguration ist es möglich, einen Querruck zu erzielen, welcher keine Verzögerung infolge eines Filters oder einer Datenübertragung enthält, und gleichzeitig eine Zunahme des Rauschens infolge der Beschleunigungsableitung zu unterdrücken, und ist es ferner möglich, eine Verzögerungsunterdrückungswirkung bis zum Eintritt der Steuerung infolge der Verzögerung zu realisieren. Da man die Querbeschleunigung durch Integrieren des Querrucks erhält, ist es möglich, die Integrität mit dem Signal aus dem Beschleunigungserfassungselement 32 zu ermitteln oder die G-Vektor-Steuerung ohne Verwendung des Signals des Beschleunigungserfassungselements 32 zu realisieren.
Ferner ist es in einem Fall, in welchem die Fahrdynamikregelung gleichzeitig mit der G-Vektor-Steuerung verwendet wird, da die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit auch für die Fahrdynamikregelung notwendige Sensordaten sind, möglich, beide Steuerungen unter Verwendung eines einzigen Sensors zu realisieren, und ist es somit nicht erforderlich, jeweils eigene Sensoren für die G-Vektor-Steuerung und die Fahrdynamikregelung bereitzustellen, wodurch die Kosten des Aufbaus gesenkt werden.
8 ist eine Zeichnung, welche ein Beispiel einer Struktur eines Datenübertragungsblocks gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Ein Datenübertragungsblock-Erzeugungsteil 45 hat eine Konfiguration, bei welcher ein Datenübertragungsblock mit einer Beschleunigung, einer Winkelgeschwindigkeit und einer Fahrzeugsteuerungsvariable erzeugt wird und als ein Sensorsignal ausgegeben wird (Sensorsignal-Ausgabeteil). Somit werden zum Beispiel eine Längsbeschleunigung 1 und eine Querbeschleunigung 2, welche auf ein Band für die Fahrdynamikregelung (erstes Band) begrenzt werden, welche durch das erste Tiefpassfilter 36 gefiltert werden, eine Winkelgeschwindigkeit 1 in der Wankrichtung und eine Winkelgeschwindigkeit 2 in der Nickrichtung, welche auf ein Band für die Fahrdynamikregelung (drittes Band) begrenzt werden, welche durch das dritte Tiefpassfilter 42 gefiltert werden, und eine Fahrzeugsteuerungsvariable G_xc in demselben Block gesendet.
In 8 ist ein Block als ein Beispiel so belegt, dass er alle zwei Bytes andere Informationen enthält. Der Datenübertragungsblock-Erzeugungsteil 45 gibt eine Winkelgeschwindigkeit mindestens einer Achse, eine Beschleunigung einer oder mehrerer Achsen und eine Fahrzeugsteuerungsvariable aus. Hier wird nicht unbedingt derselbe Block verwendet, aber eine Unterteilung des Blocks ist im Hinblick auf eine Verkürzung der Verzögerungszeit nicht angebracht. Da der Block einem System entspricht, welches eine Bremsensteuerung durchführt und somit im Hinblick auf die Sicherheit von Bedeutung ist, kann ferner eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher ein Cyclic-Redundancy-Check- (CRC-) Code zum Erkennen eines Bitfehlers und ein Eigendiagnose-Ergebnisanzeigebit, welches eine Funktionsstörung eines Sensors selbst erfasst und das Ergebnis meldet, im selben Block enthalten sind, um die Datenübertragungsgenauigkeit zu erhöhen. Ferner ist es auch mit dem Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement möglich, verschiedenartige, in der ersten Ausführungsform gezeigte Rückführungskorrekturen, Zustandsschätzungskorrekturen und Begrenzerkorrekturen ähnlich durchzuführen.
9 ist ein Blockschaubild, welches eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems, das den in 6 gezeigten Trägheitssensor verwendet, veranschaulicht.
Das Fahrzeugsteuerungssystem 60 enthält einen Trägheitssensor 31, ein Steuergerät 62 und eine Bremseneinheit 63. Der Trägheitssensor 31 ist über eine Datenübertragungsleitung 61 mit dem Steuergerät 62 verbunden. Die Datenübertragungsleitung 61 ist ein Datenübertragungsmittel zum Realisieren einer Datenübertragung zwischen dem Trägheitssensor 31 und dem Steuergerät 62 und verwendet zum Beispiel ein als SPI-Datenübertragung bezeichnetes digitales Datenübertragungsverfahren.
Das Steuergerät 62 empfängt eine Beschleunigung, eine Winkelgeschwindigkeit und eine Fahrzeugsteuerungsvariable vom Trägheitssensor 31 und gibt einem Fahrzeug augenblicklich die Fahrdynamikregelung und die G-Vektor-Steuerung entsprechend dem Ergebnis vor und steuert somit den Betrag einer Bremsbetätigung der Bremseneinheit 63 oder die Öffnung einer Drosselklappe (nicht gezeigt). Bei der Fahrdynamikregelung erfolgt die Steuerung im allgemeinen unter gleichzeitiger Verwendung eines Lenkwinkels eines Lenkrads und einer Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation, und somit werden die Daten in das Steuergerät 62 eingegeben, welches hierin nicht gezeigt ist.
Da die aus dem Trägheitssensor 31 ausgegebene Fahrzeugsteuerungsvariable keinen Verzögerungseintrittsfaktor aufweist, ist es wie oben beschrieben möglich, eine Verzögerung bis zur Erzeugung einer Bremskraft oder einer Beschleunigungskraft infolge Steuerung zu unterdrücken und eine einer dynamischen Zustandsänderung entsprechende geeignete Steuerungsvariable ohne Verzögerung auszugeben. Somit wird eine auf einen Fahrer oder einen Insassen ausgeübte unnatürliche Trägheitskraft unterdrückt und wird eine Fahrzeugsteuerung zur Aufrechterhaltung einer angenehmen Fahrt ungeachtet der Bedingungen realisiert. Da auch in einem Fall, in welchem die G-Vektor-Steuerung und die Fahrdynamikregelung gleichzeitig bereitgestellt sind, keine Hinzufügung separater Hardware erforderlich ist, ist es ferner nicht erforderlich, für ein mit der Fahrdynamikregelung ausgestattetes Fahrzeug zusätzliche Hardware bereitzustellen, was hinsichtlich der Kosten vorteilhaft ist.
[Dritte Ausführungsform]
10 ist ein Blockschaubild, welches eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration verwendet, welche einem Fahrer die Tatsache meldet, dass gerade die G-Vektor-Steuerung ausgeführt wird. Ein Fahrzeugsteuerungssystem 70 enthält einen Trägheitssensor 31, ein Fahrzeugsteuerungs-Steuergerät 72, eine Bremseneinheit 73, einen Datenübertragungs-Bus 74, ein Unterhaltungssystem-Steuergerät 75 und einen Bildschirm 76.
Der Trägheitssensor 31 ist über eine Datenübertragungsleitung 71 mit dem Fahrzeugsteuerungs-Steuergerät 72 verbunden. Die Datenübertragungsleitung 71 ist ein Datenübertragungsmittel zum Realisieren einer Datenübertragung zwischen dem Trägheitssensor 31 und dem Fahrzeugsteuerungs-Steuergerät 72 und verwendet zum Beispiel SPI-Datenübertragung. Das Fahrzeugsteuerungs-Steuergerät 72 steuert den Betrag einer Bremsbetätigung der Bremseneinheit 73 oder die Drosselklappenöffnung einer Drosselklappe (nicht gezeigt). Der Datenübertragungs-Bus 74 ist ein Datenübertragungs-Bus, an welchen mehrere Endeinrichtungen angeschlossen sein können, wie ein Controller-Area-Network- (CAN-) Bus.
Das Fahrzeugsteuerungs-Steuergerät 72 meldet dem Unterhaltungssystem-Steuergerät 75 eine Beschleunigung und eine Fahrzeugsteuerungsvariable. Der Bildschirm 76 ist zum Beispiel an einer Stelle angebracht, wo er für einen Fahrer in einem Fahrzeug sichtbar ist, und zeigt die auf das Fahrzeug ausgeübte Beschleunigung in der waagerechten Ebene an. Ein Schaubild, welches zum Beispiel eine Querbeschleunigung auf der Querachse darstellt und eine Längsbeschleunigung auf der Längsachse darstellt wie in 3 gezeigt, wird am Bildschirm 76 angezeigt, und gleichzeitig wird auch die Fahrzeugsteuerungsvariable angezeigt.
Somit kann der Fahrer die Wirkung der G-Vektor-Steuerung visuell bestätigen. Ferner kann man sein Fahrkönnen verbessern, indem man sich bemüht, so zu fahren, dass die Steuerungsvariable der G-Vektor-Steuerung kleiner wird. Somit ist es, sogar wenn die G-Vektor-Steuerung nicht richtig funktioniert, möglich, ohne Unterbrechung weiterzufahren, ohne dass die Unannehmlichkeiten so zunehmen, dass sich das Fahrzeug beim Fahren nicht auf eine gewünschte Weise lenken lässt.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedenartige Veränderungen können innerhalb eines Bereichs vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1,31: TRÄGHEITSSENSOR
2,32: BESCHLEUNIGUNGSERFASSUNGSELEMENT
6, 36: ERSTES TIEFPASSFILTER (ERSTES FILTER)
7, 37: ZWEITES TIEFPASSFILTER (ZWEITES FILTER)
8,44: FAHRZEUGSTEUERUNGSVARIABLEN-BERECHNUNGSTEIL
9, 45: DATENÜBERTRAGUNGSBLOCK-ERZEUGUNGSTEIL (SENSORSIGNALAUSGABETEIL)
38: WINKELGESCHWINDIGKEITS-ERFASSUNGSELEMENT
42: DRITTES TIEFPASSFILTER (DRITTES FILTER)
43: VIERTES TIEFPASSFILTER (VIERTES FILTER)

Claims

Trägheitssensor, aufweisend: ein Beschleunigungserfassungselement (2, 32), welches eine Längsbeschleunigung und eine Querbeschleunigung eines Fahrzeugs erfasst; ein erstes Filter (6), welches ein Erfassungssignal der Längsbeschleunigung und der Querbeschleunigung auf ein erstes Band begrenzt; ein zweites Filter (7), welches das Erfassungssignal der Querbeschleunigung auf ein zweites Band begrenzt, wobei das zweite Band eine höhere Grenzfrequenz aufweist als das erste Band; einen Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44), welcher eine Fahrzeugsteuerungsvariable des Fahrzeugs auf der Grundlage des auf das zweite Band begrenzten Erfassungssignals der Querbeschleunigung und durch einen Querruck berechnet, wobei der Querruck ein Ableitungswert der Querbeschleunigung ist, und einen Sensorsignal-Ausgabeteil (9), welcher die Erfassungssignale der Längsbeschleunigung und der Querbeschleunigung an eine elektronische Steuereinheit ausgibt, wobei beide Erfassungssignale durch erste Band begrenzt sind, und die durch den Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) berechnete Fahrzeugsteuerungsvariable an die elektronische Steuereinheit ausgibt.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) eine Verstärkung oder eine Vorbelastung der Fahrzeugsteuerungsvariablen auf der Grundlage einer Differenz zu der als die Fahrzeugsteuerungsvariable berechneten Längsbeschleunigung des Fahrzeugs dynamisch ändert.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) eine Verstärkung oder eine Vorbelastung der Fahrzeugsteuerungsvariablen gemäß einer Signalkomponente, welche an das Beschleunigungserfassungselement (2, 32) angelegt ist, dynamisch ändert.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, außerdem aufweisend: ein Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement (38), welches mindestens eine Winkelgeschwindigkeit erfasst; ein drittes Filter (42), welches ein Erfassungssignal der Winkelgeschwindigkeit auf ein drittes Band begrenzt; und ein viertes Filter (43), welches ein Erfassungssignal der Winkelgeschwindigkeit auf ein viertes Band begrenzt, wobei der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) die Fahrzeugsteuerungsvariable auf der Grundlage des auf das zweite Band begrenzten Erfassungssignals der Querbeschleunigung und des auf das vierte Band begrenzten Erfassungssignals der Winkelgeschwindigkeit berechnet, und wobei der Sensorsignal-Ausgabeteil (45) das auf das dritte Band begrenzte Erfassungssignal der Winkelgeschwindigkeit und die Fahrzeugsteuerungsvariable ausgibt.
Trägheitssensor nach Anspruch 4, wobei das vierte Band eine höhere Grenzfrequenz als das dritte Band aufweist.
Trägheitssensor nach Anspruch 4, wobei das Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement (38) eine Winkelgeschwindigkeit in einer Wankrichtung des Fahrzeugs erfasst, und wobei der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) die Fahrzeugsteuerungsvariable unter Verwendung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und der Winkelgeschwindigkeit in der Wankrichtung des Fahrzeugs berechnet.
Trägheitssensor nach Anspruch 2, wobei der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) eine Verstärkung oder eine Vorbelastung der Fahrzeugsteuerungsvariablen auf der Grundlage der durch das Beschleunigungserfassungselement (2, 32) erfassten Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und der als die Fahrzeugsteuerungsvariable berechneten Längsbeschleunigung des Fahrzeugs dynamisch ändert.
Trägheitssensor nach Anspruch 6, wobei der Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) eine Verstärkung oder eine Vorbelastung der Fahrzeugsteuerungsvariablen gemäß einer Signalkomponente, welche an das Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement (38) angelegt ist, dynamisch ändert.
Trägheitssensor nach Anspruch 4, wobei der Sensorsignal-Ausgabeteil (45) das auf das erste Band begrenzte Erfassungssignal der Längsbeschleunigung, das auf das dritte Band begrenzte Erfassungssignal der Winkelgeschwindigkeit und die durch den Fahrzeugsteuerungsvariablen-Berechnungsteil (8, 44) berechnete Fahrzeugsteuerungsvariable unter Verwendung desselben Datenübertragungsblocks ausgibt.
Sensorsystem, aufweisend: einen Anzeigeteil, welcher ein Schaubild anzeigt, in welchem eine Beschleunigung in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung oder eine Querbeschleunigung eines Fahrzeugs als zwei Achsen in einer Ebene dargestellt sind, wobei die Längsbeschleunigung und die Querbeschleunigung, welche aus dem Trägheitssensor nach Anspruch 1 ausgegeben werden, am Anzeigeteil angezeigt werden.