DE112012006760T5

DE112012006760T5 - Neigungsdetektor und Bordvorrichtung

Info

Publication number: DE112012006760T5
Application number: DE112012006760.6T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2015-08-20
Also published as: US20150088455A1; JP5931198B2; WO2014020647A1; JPWO2014020647A1; US10001361B2

Abstract

Eine Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3 berechnet die Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs durch Beschaffen der Geschwindigkeit V, die ein im Fahrzeug eingebauter Raddrehzahlsensor 12 erfasst. Eine Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 berechnet die Neigung einer Straßenoberfläche (einen Straßenoberflächengradienten θ1) aus der Realbeschleunigung Gw und den Beschleunigungen Gx und Gz in den Rückwärts- und Vorwärts- und Aufwärts- und Abwärtsrichtungen, die ein im Fahrzeug eingebauter Beschleunigungssensor 11 erfasst. Eine Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 berechnet die Neigung des Fahrzeugs in Bezug auf die Straßenoberfläche (den Nickwinkel θ2) aus der Realbeschleunigung Gw und den Beschleunigungen Gx und Gz.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Neigungsdetektor, der eine Neigung einer Straßenoberfläche (einen Straßenoberflächengradienten) und/oder die Neigung eines Fahrzeugs in Bezug auf die Straßenoberfläche (Nickwinkel) erfasst, und eine Bordvorrichtung, die den Neigungsdetektor einsetzt.
STAND DER TECHNIK
Ein Nickwinkel wird bei einem automatischen Höheneinstellungssystem verwendet, das die optische Achse von Scheinwerfern eines Fahrzeugs oder dergleichen einstellt. Konventionell gibt es ein Verfahren zum Berechnen des Nickwinkels durch Beschaffen der Höhen der vorderen und hinteren Räder durch Messen des Winkels der Querlenker (siehe z. B. Patentdokument 1), oder ein Verfahren zum Berechnen des Nickwinkels durch Empfangen von Funkwellen, die von der Straßenoberfläche reflektiert wurden, an einer Vielzahl von Stellen eines Fahrzeugs und Verwenden von Phasendifferenzen zwischen den empfangenen Radiowellen (siehe z. B. Patentdokument 2).
Der Straßenoberflächengradient wird von einem Fahrzeugnavigationssystem und dergleichen zum Korrigieren eines Fehlers im Fahrzeugdrehwinkel verwendet, den ein Kreisel beim Fahren auf einem Hügel erkennt. Herkömmlicherweise wird der Straßenoberflächengradient aus der im Fahrzeug auftretenden Beschleunigung, die mit einem Einzelachsen-Beschleunigungssensor erfasst wurde, einer Beschleunigung in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die aus der Raddrehzahl erhalten wurde, und vorgeschriebenen Fahrzeugspezifikationen (das Fahrzeuggewicht, eine Federkonstante der Federung und dergleichen) (siehe z. B. Patentdokument 3) berechnet.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: offengelegtes japanisches Patent Nr. 11-192886 .
Patentdokument 2: offengelegtes japanisches Patent Nr. 2005-189101 .
Patentdokument 3: offengelegte des japanisches Patent Nr. 2003-97945 .

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Für die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Erfassungsverfahren des Nickwinkels ist es erforderlich, Detektoren, wie z. B. die Radpositionssensoren und Funkwellen-Sendeempfänger, an einer Vielzahl von Positionen des Fahrzeugs zu montieren. Demzufolge bestehen Probleme darin, dass die Einbauanordnung der Detektoren entsprechend der Form des Fahrzeugs und dergleichen eingeschränkt ist, und dass die Kosten der Komponenten aufgrund des Einbaus an der Vielzahl von Positionen ansteigen. Da der Nickwinkel unter Verwendung der Differenz zwischen den erfassten Werten der Detektoren und unter Verwendung der Einbaupositionsinformationen der Detektoren berechnet wird, ist es erforderlich, die Einbaupositionen der Detektoren für jedes Fahrzeug festzulegen, was ein Problem darstellt, da es schwierig ist, die Komponenten für jedes Fahrzeug gemeinsam zu verwenden.
Da beim Erfassungsverfahren des Straßenoberflächengradienten des oben genannten Patentdokuments 3 dieses einen Nickwinkel als Konstante basierend auf den Fahrzeugspezifikationen verwendet, um die Neigung des Fahrzeugs in die Neigung des Fahrzeugs bezüglich der Straßenoberfläche (des Nickwinkels) und die Neigung der Straßenoberfläche (den Straßenoberflächengradienten) zu unterteilen, muss dieses darüber hinaus die Fahrzeugspezifikationen festlegen, was ein Problem darstellt, da die gemeinsame Verwendung der Komponenten für jedes Fahrzeug schwierig ist. Aufgrund von Verschleißteilen und Austauschteilen eines Reifens oder dergleichen, können sich die Fahrzeugspezifikationen darüber hinaus von den Anfangs-Fahrzeugspezifikationen verändern, was ein Problem darstellt, dass ein Fehler in den Berechnungen des Straßenoberflächengradienten verursacht wird.
Wenn eine Differenz in einer Nutzlast einer Fracht in einem Lastkraftwagen oder eine Differenz in der Anzahl von Passagieren in einem Personenwagen auftritt, kann sich der Nickwinkel außerdem selbst auf einer ebenen Straße verändern, was ein Problem darstellt, da es unmöglich ist, diese Faktoren zu berücksichtigen.
Die vorliegende Erfindung wurde realisiert, um die oben genannten Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Neigungsdetektor, der die Verwendung der mit den im Fahrzeug eingebauten Sensoren erfassten Werte ermöglicht und die gemeinsame Nutzung bei Fahrzeugen erlaubt, und eine Bordvorrichtung unter Verwendung des Neigungsdetektor bereitzustellen,
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Ein Neigungsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die einen Straßenoberflächengradienten und/oder einen Nickwinkel aus einer Beschleunigung in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und einer Beschleunigung in Aufwärts- und Abwärtsrichtung eines Fahrzeugs aus einer Realbeschleunigung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs berechnet, wobei der Straßenoberflächengradient eine Neigung in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung einer Straßenoberfläche ist, auf der das Fahrzeug platziert ist, und der Nickwinkel eine Neigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs bezüglich der Straßenoberfläche ist.
Eine Bordvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die basierend auf dem Straßenoberflächengradienten und dem Nickwinkel arbeitet, die der oben genannten Neigungsdetektor berechnet.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß berechnet dieser den Straßenoberflächengradienten und den Nickwinkel aus der Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und der Beschleunigung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs und aus der Realbeschleunigung in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Demzufolge kann dieser die mit den im Fahrzeug eingebauten Sensoren erfassten Werte verwenden. Folglich ist es nicht erforderlich, dass irgendwelche dezidierten Detektoren im Fahrzeug eingebaut werden müssen. Da dieser keine Fahrzeugspezifikationen erfordert, kann der Neigungsdetektor ferner von Fahrzeugen gemeinsam verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Neigungsdetektors eines Ausführungsbeispiels 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 zeigt eine Ansicht, die einen Einbauzustand von diversen Sensoren in einem Fahrzeug veranschaulicht, die der Neigungsdetektor des Ausführungsbeispiels 1 verwendet;
3 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem eine Straßenoberfläche eben ist und das Fahrzeug keine Neigung bezüglich der Straßenoberfläche aufweist;
4 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem die Straßenoberfläche geneigt ist und das Fahrzeug eine Neigung bezüglich der Straßenoberfläche aufweist;
5 zeigt einen Neigungsdetektor 1, welcher einen Zustand veranschaulicht, bei dem die Straßenoberfläche geneigt ist und das Fahrzeug ebenfalls in Bezug auf die Straßenoberfläche geneigt ist;
6(a) zeigt eine grafische Darstellung, die eine grafische Darstellung ist, die einen linearen Näherungsausdruck αx von tan^–1(x) veranschaulicht, und 6(b) ist eine grafische Darstellung, die einen linearen Näherungsausdruck βx von sin^–1(x) veranschaulicht;
7 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Neigungsdetektors eines Ausführungsbeispiels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 zeigt eine Darstellung, die einen Einbauzustand von diversen Sensoren in einem Fahrzeug veranschaulicht, die der Neigungsdetektor des Ausführungsbeispiels 2 verwendet;
9 zeigt eine Darstellung, die eine Ausrichtung von zwei Achsen eines Beschleunigungssensors bezüglich der XYZ-Achsen eines Fahrzeugs veranschaulicht;
10 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Variation des Neigungsdetektors des Ausführungsbeispiels 1 oder 2 veranschaulicht;
11 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Neigungsdetektors eines Ausführungsbeispiels 3 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12 zeigt ein Ablaufdiagramm, dass die Funktionsweise des Neigungsdetektors des Ausführungsbeispiels 3 veranschaulicht;
13 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Neigungsdetektors eines Ausführungsbeispiels 4 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
14 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise des Neigungsdetektors des Ausführungsbeispiels 4 veranschaulicht.
BESTE ART ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die beste Art zur Ausführung der Erfindung wird nun mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen zur detaillierteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
Der in 1 dargestellte Neigungsdetektor 1 ist in einem Fahrzeug zum Erfassen der Neigung einer Straßenoberfläche (eines Straßenoberflächengradienten) in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des auf der Straße platzierten Fahrzeugs, und der Neigung des Fahrzeugs in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung (des Nickwinkels) in Bezug auf die Straßenoberfläche montiert.
Das Fahrzeug weist einen Zweiachsen-Beschleunigungssensor 11 und einen Raddrehzahlsensor 12 auf, die im Fahrzeug montiert sind, um durch ein Airbag-System und ein ABS (Antiblockier-Bremssystem) verwendet zu werden. Darüber hinaus weist das Fahrzeug ein Navigationssystem 13 und eine darin montierte Einstellvorrichtung 4 einer optischen Achse (das sogenannte automatische Höheneinstellungssystem) auf. Der Neigungsdetektor 1 führt eine Kommunikation mit diesen Sensoren und den Bordvorrichtungen über ein Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk, wie z. B. ein CAN (Controller Area Network) oder ein LIN (Local Inter-connect Network), aus.
2 zeigt eine Ansicht, die einen Einbauzustand von diversen Sensoren im Fahrzeug veranschaulicht, die der Neigungsdetektor 1 verwendet. In 2 wird angenommen, dass die Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 eine X-Achse ist, die Rechts- und Linksrichtung eine Y-Achse ist und die Aufwärts- und Abwärtsrichtung eine Z-Achse ist. Die drei Achsen stehen senkrecht zueinander
Der Zweiachsen-Beschleunigungssensor 11 ist in einem Bereich oberhalb der Federung (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 eingebaut. Der Beschleunigungssensor 11 ist so angeordnet, dass die beiden Achsen parallel zu einer XY-Ebene verlaufen, sodass eine erste Achse in Richtung parallel zur X-Achse gerichtet ist, um die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 zu erfassen, und eine zweite Achse in Richtung parallel zur Z-Achse gerichtet ist, um die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 zu erfassen. Die erfassten Beschleunigungen Gx und Gz werden vom Beschleunigungssensor 11 zum Neigungsdetektor 1 über das Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk abgegeben.
Im Übrigen sind der Neigungsdetektor 1 und der Beschleunigungssensor 11 im Beispiel von 2 an der gleichen Stelle eingebaut, um die Zeit der Montage und der Verdrahtung zu reduzieren.
Der Raddrehzahlsensor 12 ist an einem Vorderrad oder Hinterrad unterhalb der Federung des Fahrzeugs 10 eingebaut. Der Raddrehzahlsensor 12 erfasst die Drehzahl des Rads und berechnet die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs 10 in der Fahrtrichtung. Die berechnete Geschwindigkeit V wird über das Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk vom Radrehzahlsensor 12 zum Neigungsdetektor 1 übertragen.
Der Neigungsdetektor 1, der eine ECU (elektrische Steuerungseinheit) mit einem Mikrocomputer (von nun an Mikro bezeichnet) und dergleichen aufweist, umfasst eine Kommunikationsschnittstelle (von nun an „I/F” bezeichnet) 2, die mit dem Beschleunigungssensor 11 und dem Raddrehzahlsensor 12 über das Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk kommuniziert; ein Kommunikations-I/F 7, das mit dem Navigationssystem 13 und einer Einstellvorrichtung 14 der optischen Achse über das Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk kommuniziert; eine Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3; und eine Neigungs-Berechnungseinheit 4 auf. Die Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3 bezieht eine Zeitableitung der Geschwindigkeit V, die durch den Raddrehzahlsensor 12 übermittelt wurde, und berechnet die Beschleunigung des Fahrzeugs 10 in der Fahrtrichtung, d. h. die Realbeschleunigung Gw.
Die Neigungs-Berechnungseinheit 4 weist eine Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5, welche die Neigung (den Straßenoberflächengradienten θ1) in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung einer Straßenoberfläche berechnet, auf der das Fahrzeug 10 platziert ist, und eine Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 auf, welche die Neigung (den Nickwinkel θ2) in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 in Bezug auf die Straßenoberfläche berechnet. Die Neigungs-Berechnungseinheit 4 berechnet den Straßenoberflächengradienten θ1 und den Nickwinkel θ2 aus den Beschleunigungen Gx und Gz, die vom Beschleunigungssensor 11 übertragen wurden, und die Realbeschleunigung Gw berechnet die Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3 und gibt diese als Neigungsinformationen aus.
Der Straßenoberflächengradient θ1 wird über das Kommunikations-I/F 7 an das Navigationssystem 13 übertragen und wird für eine Fahrzeug-Positionskorrektur und dergleichen verwendet. Der Nickwinkel θ2 wird über das Kommunikations-I/F 7 an die Einstellvorrichtung 14 der optischen Achse übertragen und wird zur Steuerung der Beibehaltung der optischen Achse der Scheinwerfer in einem festen Winkel in Bezug auf die Straßenoberfläche verwendet.
Was im Übrigen die Verarbeitung des Navigationssystems 13 basierend auf dem Straßenoberflächengradient θ1 betrifft, und was die Verarbeitung der Einstellvorrichtung 14 der optischen Achse basierend auf dem Nickwinkel θ2 betrifft, wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen, da diese allgemein bekannte Techniken sind.
Als nächstes wird das Berechnungsprinzip der Neigungs-Berechnungseinheit 4 beschrieben.
3 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem die Straßenoberfläche eben ist und das Fahrzeug keine Neigung in Bezug auf die Straßenoberfläche aufweist. In diesem Fall ist die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 gleichgroß wie die Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 (Ausdruck 1). Ferner ist die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 gleichgroß wie die Erdbeschleunigung –g (Ausdruck 2). Gx = Gw (1) Gz = –g (2)
4 zeigt eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem die Straßenoberfläche wie bei einem Hügel geneigt ist, aber das Fahrzeug keine Neigung in Bezug auf die Straßenoberfläche aufweist. In diesem Fall wird die Beschleunigung Gz in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 durch Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 (Ausdruck 3) erfasst. Darüber hinaus ist die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 gleichgroß wie die Erdbeschleunigung –gcosθ1 (Ausdruck 4). Gx = Gw – gsinθ1 (3) Gz = –gcosθ1 (4)
5 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem die Straßenoberfläche wie bei einem Hügel geneigt ist und das Fahrzeug 10 in Bezug auf die Straßenoberfläche ebenfalls geneigt ist. Das Fahrzeug 10 weist einen Versatz seiner Federung zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern aufgrund einer Last auf seiner Pritsche auf und ist folglich in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung geneigt. In diesem Fall unterscheidet sich die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 von der Richtung der Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 um den Nickwinkel θ2 des Fahrzeugs (Ausdruck 5). Was die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 betrifft, ist die Sinus-Komponente der Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 außerdem überlagert (Ausdruck 6). Gx = Gwcosθ2 – gsin(θ1 + θ2) (5) Gz = –Gwsinθ2 – gcos(θ1 + θ2) (6)
Da die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 der Neigungs-Berechnungseinheit 4 die Beschleunigungen Gx, Gz und Gw empfängt, kann sie den Straßenoberflächengradienten θ1 und den Nickwinkel θ2 des Fahrzeugs 10 aus den vorstehenden Ausdrücken (5) und (6) berechnen.
Ein konkretes Ableitungsverfahren des Nickwinkels θ2 verläuft wie folgt.
Als erstes wird durch Umschreiben des nachfolgenden Ausdrucks (7), der von den vorstehenden Gleichungen (5) und (6) abgeleitet wurde, der nachfolgende Ausdruck (8) erhalten. Danach wird der nachfolgende Ausdruck (8) um den Nickwinkel θ2 verändert, um den nachfolgenden Ausdruck (9) zu erhalten. (Gx – Gwcosθ2)² + (Gz + Gwsinθ2)² = g² (7) (Gx² + Gz² + Gw² – g²)/2Gw = Gxcosθ2 – Gzsinθ2 (8) θ2 = tan^–1(Gx/Gz) + sin^–1{(Gx² + Gz² + Gw² – g²)/2Gw/sqrt(Gx² + Gz²)} (9)
Wobei sqrt(x) eine Funktion zum Erhalten einer Quadratwurzel von x ist.
Die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 kann einen präzisen Nickwinkel θ2 durch Berechnen von θ2 gemäß dem vorstehenden Ausdrucks (9) berechnen.
Da der Ausdruck (9) jedoch komplizierte Umkehrfunktionen, wie zum Beispiel tan^–1 und sin^–1 enthält, ist es erforderlich, einen Hochleistungs-Mikro zu verwenden.
Hierin wird ein weiteres Berechnungsverfahren beschrieben. Im Folgenden nähert dieses die komplizierten Funktionen an, um die Rechenverarbeitung zu reduzieren.
Unter Verwendung der Tatsache, dass ein Bereich des Neigungswinkels θ2 in der Nähe von Null Grad (θ2 << 1) liegt, wird der vorstehende Ausdruck (9) auf den nachfolgenden Näherungsausdruck (10) oder (11) durch Substitution von sinθ2 ≈ θ2 und cosθ2 ≈ 1 reduziert. Die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 kann den Nickwinkel θ2 durch Berechnen des folgenden Ausdrucks (10) oder des Ausdrucks (11) berechnen. θ2 = –{(Gx – Gw)² + Gz² – g²}/2GwGz (10) θ2 = [–{g² – (Gx – Gw)²} – Gz]/Gw (11)
Alternativ werden tan^–1 und sin^–1 des vorstehenden Ausdrucks (9) einer linearen Näherung unterzogen und die nachfolgenden Koeffizienten α und β werden derart erhalten, um den Näherungsfehler im Voraus zu reduzieren. 6(a) zeigt eine grafische Darstellung, die einen linearen Näherungsausdruck αx von tan^–1(x) veranschaulicht. 6(b) zeigt eine grafische Darstellung, die einen linearen Näherungsausdruck βx von sin^–1(x) veranschaulicht. Wie in den grafischen Darstellungen gezeigt, ist die lineare Näherung in der Nähe des Nullpunkts möglich. Demzufolge ist eine Näherung, wie zum Beispiel der nachfolgende Ausdruck (12), unter Verwendung der Koeffizienten α und β möglich. θ2 = α(Gx/Gz) + β{(Gx² + Gz² + Gw² – g²)/2Gw/sqrt(Gx² + Gz²)} (12)
Das Einsetzen der Koeffizienten α und β, die vorab in der Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 erhalten wurden, ermöglicht in diesem Fall der Nickwinkel-Berechnungseinheit 6, den Nickwinkel θ unter Verwendung der Koeffizienten α und β gemäß dem vorstehenden Ausdruck (12) zu berechnen.
Wie oben beschrieben, macht es die Verwendung von einem der Näherungsausdrücke (10)–(12) überflüssig, eine komplizierte Funktion, wie z. B. tan^–1 und sin^–1, zu berechnen und daher ist ein kostengünstiger Mikro für diese Berechnung ausreichend.
Nachfolgend wird eine Ableitung des Straßenoberflächengradienten θ1 beschrieben.
Als erstes wird der nachfolgende Ausdruck (13) durch Quadrieren beider Seiten der vorstehenden Ausdrücke (5) und (6), gefolgt von einem Addieren und Umordnen erhalten. Danach führt eine Reduzierung des nachfolgenden Ausdrucks (13) gemäß der Additionsformel zum nachfolgenden Ausdruck (14). Ein Umordnen von diesem in Bezug auf den Straßenoberflächengradienten θ1 ergibt den nachfolgenden Ausdruck (15). Gx² + Gz² = Gw² + g² – 2Gwg{cosθ2sin(θ1 + θ2) – sinθ2cos(θ1 + θ2)) (13) Gx² + Gz² = Gw² + g² – 2Gwgsinθ1 (14) θ1 = sin^–1{(–Gx² – Gz² + Gw² + g²)/2Gwg} (15)
Die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 kann den präzisen Straßenoberflächengradienten θ1 durch Berechnen von θ1 gemäß dem vorstehenden Ausdruck (15) berechnen.
Da der Ausdruck (15) jedoch eine komplizierte Funktion, wie zum Beispiel sin^–1, enthält, ist für dessen Berechnung die Verwendung eines Hochleistungs-Mikro notwendig
Hierin wird ein weiteres Berechnungsverfahren beschrieben. Was die Berechnung des Nickwinkels θ2 betrifft, wird die Berechnungsverarbeitung durch Annähern der komplizierten Funktion im Ausdruck des Straßenoberflächengradienten θ1 reduziert.
Unter Verwendung der Tatsache, dass sich der Straßenoberflächengradient θ1 in einem Bereich in der Nähe von Null Grad (θ1 << 1) verändert, reduziert sich der vorstehende Ausdruck (15) durch Substituieren von sinθ1 ≈ θ1 auf den nachfolgenden Näherungsausdruck (16). Die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 kann den Straßenoberflächengradienten θ1 gemäß dem nachfolgenden Ausdruck (16) berechnen. θ1 = (–Gx² – Gz² + Gw² + g²)/2Gwg (16)
Alternativ ist die durch den nachfolgenden Ausdruck (17) vorgegebene Annäherung durch eine lineare Annäherung von sin^–1 im vorstehenden Ausdruck (15) durch Erhalten eines solchen Koeffizienten γ vorab möglich, was den angenäherten Fehler reduzieren wird. θ1 = γ(-Gx² – Gz² + Gw² + g²)/2Gwg (17)
In diesem Fall ermöglicht das Einsetzen des vorab erhaltenen Koeffizienten γ in die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 der Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 die Berechnung des Straßenoberflächengradienten θ1 gemäß dem vorstehenden Ausdruck (17) unter Verwendung des Koeffizienten γ.
Die Verwendung des vorstehenden Näherungsausdrucks (16) oder (17) macht das Berechnen der komplizierten Funktion, wie z. B. sin^–1, überflüssig und daher ist ein kostengünstiger Mikro für diese Berechnung ausreichend.
Obwohl ein Beispiel einer Berechnung der Neigung aus 2 bis 5 beschrieben wurde, wenn der Straßenoberflächengradient θ1 und der Nickwinkel θ2 positiv sind, kann die Neigung im Übrigen auf die gleiche Weise berechnet werden, wenn diese negativ sind.
Wie zuvor gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, ist die Konfiguration so ausgeführt, dass die Neigungs-Berechnungseinheit 4 des Neigungsdetektors 1 die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 aufweist, die den Straßenoberflächengradienten θ1 aus der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10, die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung und die Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung berechnet; und die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 aufweist, die den Nickwinkel θ2 aus den Beschleunigungen Gx und Gz und der Realbeschleunigung Gw berechnet. Infolgedessen kann der Straßenoberflächengradient θ1 und der Nickwinkel θ2 unter Verwendung der Werte berechnet werden, die vom Zweiachsen-Beschleunigungssensor 11 und dem Raddrehzahlsensor 12 erfasst wurden, die im Fahrzeug von Beginn an eingebaut sind, was die Verwendung eines teuren Detektors, wie zum Beispiel der Sensoren, welche die Position der Räder erfassen, und einer Vorrichtung überflüssig macht, die Funkwellen sendet und empfängt. Darüber hinaus ist es zudem unnötig, eine Vielzahl von Detektoren an einer Vielzahl von Positionen des Fahrzeugs 10 einzubauen. Da es nicht erforderlich ist, sich wie die konventionellen Vorrichtungen auf die Fahrzeugspezifikationen zu beziehen, kann der Neigungsdetektor in Fahrzeugen gemeinsam verwendet werden. Dementsprechend können die erfassten Werte der im Fahrzeug 10 eingebauten Sensoren verwendet und der Neigungsdetektor 1 angeboten werden, der bei Fahrzeugen gemeinsam genutzt werden kann.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ist der Neigungsdetektor 1 ferner so konfiguriert, dass dieser das Kommunikations-I/F 2, das die Geschwindigkeit V in der Fahrtrichtung vom Raddrehzahlsensor 12 bezieht, der im Fahrzeug eingebaut ist, und das Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3 umfasst, welche die Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung durch Differenzieren der Geschwindigkeit V berechnet, die über das Kommunikations-I/F 2 bezogen wurde. Demzufolge kann dieser die erfassten Werte des Raddrehzahlsensors 12 anwenden, die im ABS und dergleichen verwendet werden, und die Notwendigkeit zum Einbau eines neuen Sensors zum Erfassen der Realbeschleunigung Gw vermeiden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ist der Neigungsdetektor 1 ferner so konfiguriert, dass dieser das Kommunikations-I/F 2 aufweist, das die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs vom Zweiachsen-Beschleunigungssensor 11 bezieht, dessen erste Achse, die im Fahrzeug 10 parallel zur Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 verlaufend montiert ist, und dessen zweite Achse aufweist, die parallel zur Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 verlaufend montiert ist. Demzufolge können die erfassten Werte des Beschleunigungssensors 11 anwenden, die von einem Airbag-System und dergleichen verwendet werden, und kann die Notwendigkeit zum Einbau irgendeines neuen zusätzlichen Sensors zum Erfassen der Beschleunigungen Gx und Gz vermeiden. Darüber hinaus ermöglicht die Begrenzung der Einbaurichtung des Beschleunigungssensors 11 der Neigungs-Berechnungseinheit 4 die Verwendung der erfassten Beschleunigungen, ohne diese umzuwandeln. Demzufolge kann die Verarbeitungsbelastung des Neigungsdetektors 1 weiter reduziert werden, was die Verwendung eines noch kostengünstigeren Mikros ermöglicht.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 sind die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 und die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 der Neigungs-Berechnungseinheit 4 ferner so konfiguriert, dass diese die vorstehenden beiden Ausdrücke (5) und (6) unter Verwendung der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung, der Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung und der Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung berechnen oder annähernd berechnen, wodurch der Straßenoberflächengradient θ1 und der Nickwinkel θ2 berechnet werden. Infolgedessen können der Straßenoberflächengradient θ1 und den Nickwinkel θ2 ohne Bezug auf die Fahrzeugspezifikationen berechnet werden. Die Verwendung der Näherungsausdrücke (10)–(12), (16) und (17), die von den Ausdrücken (5) und (6) abgeleitet sind, ermöglicht ferner eine Reduzierung der Verarbeitungsbelastung des Neigungsdetektors 1 und eine Verwendung eines noch kostengünstigeren Mikros.
Da das Navigationssystem 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ferner so konfiguriert ist, dass die Fahrzeugposition während der Navigation gemäß dem Straßenoberflächengradienten θ1 gesteuert wird, den der Neigungsdetektor 1 berechnet, kann dieses die präzise Fahrzeugposition berechnen.
Da die Einstellvorrichtung 14 der optischen Achse ferner so konfiguriert ist, dass die optische Achse der Scheinwerfer des Fahrzeugs 10 gemäß dem Nickwinkel θ2 gesteuert wird, den der Neigungsdetektor berechnet, kann dieser diesen auf einen Winkel einstellen, bei dem ein entgegenkommendes Fahrzeug durch die Scheinwerfer nicht geblendet wird.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
7 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Neigungsdetektors 1a des vorliegenden Ausführungsbeispiels 2 veranschaulicht. 8 zeigt eine Ansicht, die einen Einbauzustand von diversen Sensoren in einem Fahrzeug veranschaulicht, die der Neigungsdetektor 1a verwendet. In 7 und 8 sind die gleichen oder ähnlichen Komponenten wie jene von 1–7 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und deren Beschreibung entfällt.
Obwohl das vorstehende Ausführungsbeispiel 1 den Zweiachsen-Beschleunigungssensor 11 einsetzt, der im Fahrzeug 10 zum Erfassen der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und der Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs eingebaut ist, setzt das vorliegende Ausführungsbeispiel 2 einen Zweiachsen-Beschleunigungssensor 11a ein, der Beschleunigungen G1 und G2 von zwei beliebigen Richtungen erfasst. Außerdem weist der Neigungsdetektor 1a einen zusätzlichen Beschleunigungswandler 8 auf, der die Beschleunigungen G1 und G2, die der Beschleunigungssensor 11a erfasst, auf die Beschleunigungen Gx und Gz umwandelt.
Der Beschleunigungswandler 8 weist vorab Montageinformationen auf, welche die Richtungen kennzeichnen, in denen die zwei Achsen des Beschleunigungssensors 11 in Bezug auf das Fahrzeug 10 eingebaut sind. Unter Verwendung der Montageinformationen wandelt der Beschleunigungswandler 8 die Beschleunigungen G1 und G2, die der Beschleunigungssensor 11a erfasst, auf die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 um. Was das Umwandlungsverfahren der Beschleunigung betrifft, wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen, da es sich um eine allgemein bekannte Technik handelt.
Hierin werden die Montagebedingungen des Beschleunigungssensors 11a beschrieben.
9 zeigt eine Ansicht, welche die Richtungen der beiden Achsen des Beschleunigungssensors 11a in Bezug auf die virtuellen XYZ-Achsen des Fahrzeugs 10 veranschaulichen: 9(a) und 9(c) zeigen eine Ansicht einer XZ-Ebene; und 9(b) zeigt eine Ansicht einer XY-Ebene.
Wie in 9(a) und 9(b) dargestellt, können die Richtungen der beiden Achsen zur Erfassung der Beschleunigungen G1 und G2 auf einen Zustand ausgerichtet werden, der um einen beliebigen Winkel in Bezug auf die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse gekippt ist.
Wenn die beiden Achsen der Beschleunigungen G1 und G2 jedoch beide parallel zur XY-Ebene (einer horizontalen Ebene, die durch die Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 und die rechte Richtung und linke Richtung verläuft) ausgerichtet sind, wie dies in 9(c) dargestellt ist, kann der Beschleunigungswandler 8 die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs nicht berechnen. Wenn die beiden Achsen, obwohl in einer Zeichnung nicht dargestellt, beide parallel zur YZ-Ebene (der vertikalen Ebene, die durch die rechte und linke Richtung und die Aufwärts- und Abwärtsrichtung verläuft) ausgerichtet sind, kann der Beschleunigungswandler 8 die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 gleichermaßen nicht berechnen. Demzufolge ist es zumindest für eine Achse erforderlich, eine Neigung gegen die XY-Ebene und YZ-Ebene aufzuweisen.
Die Verarbeitung danach ist die gleiche wie jene des vorstehenden Ausführungsbeispiels 1. Somit berechnet die Neigungs-Berechnungseinheit 4 den Straßenoberflächengradienten θ1 und den Nickwinkel θ2 aus den Beschleunigungen Gx und Gz, welche die Umwandlung durch den Beschleunigungswandler 8 durchlaufen, und aus der Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10, die von der Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3 berechnet wurde, und gibt diese als Neigungsinformationen aus.
Wie zuvor gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 beschrieben, ist der Neigungsdetektor 1a so konfiguriert, dass dieser das Kommunikations-I/F, das die Beschleunigungen G1 und G2 in allen Zweiachsen-Richtungen vom Beschleunigungssensor 11a bezieht, der im Fahrzeug so eingebaut ist, dass zumindest eine dieser Achsen eine Neigung in Bezug auf die horizontale Ebene (XY-Ebene), die durch die Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die rechte und linke Richtung verläuft und in Bezug auf die vertikale Ebene (YZ-Ebene) aufweist, die durch die rechte und linke Richtung und durch die Aufwärts- und Abwärtsrichtung verläuft; und den Beschleunigungswandler 8 aufweist, der unter Verwendung der Montageinformationen des Beschleunigungssensors 11a die über das Kommunikations-I/F 2 bezogenen Beschleunigungen G1 und G2 in die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung umwandelt. Infolgedessen kann dieser die Freiheitsgrade der Ausrichtung der beiden Achsenrichtungen des Beschleunigungssensors 11a gewährleisten. Selbst wenn der im Fahrzeug 10 eingebaute Zweiachsen-Beschleunigungssensor keine Vorrichtung ist, welche die Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs erfasst, ist dieser im Neigungsdetektor 1a dementsprechend anwendbar.
Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele 1 und 2 eine Konfiguration aufweisen, bei der die Neigungsdetektoren 1 und 1a den Beschleunigungssensor 11 und 11a verwenden, der im Fahrzeug 10 von vornherein eingebaut ist, ist im Übrigen auch eine Konfiguration möglich, um die Neigungsdetektoren 1 und 1a mit dedizierten Beschleunigungssensoren 11 und 11a vorzusehen. Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 10 dargestellt. Wie in 10 veranschaulicht, weist der Neigungsdetektor 1b einen dedizierten Beschleunigungssensor 11b auf, der die Beschleunigungen Gx und Gz direkt vom Beschleunigungssensor 11b der Neigungs-Berechnungseinheit 4 zuführt, ohne das Kommunikations-I/F 2 zu durchlaufen.
Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele 1 und 2 eine Konfiguration aufweisen, bei der die Neigungsdetektoren 1 und 1a den Raddrehzahlsensor 12 verwenden, der im Fahrzeug vom ersten eingebaut ist, ist auch eine Konfiguration möglich, welche die Realbeschleunigung Gw unter Verwendung eines Beschleunigungssensors 9 anstelle des Raddrehzahlsensors 12 auf die gleiche Weise wie der in 10 dargestellte Neigungsdetektor 1b erfasst. Da der Beschleunigungssensor 9 jedoch die Beschleunigung in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 erfassen muss, ist dieser unterhalb der Federung eingebaut. Der Neigungsdetektor 1b kann so konfiguriert sein, dass dieser die erfassten Werte des Beschleunigungssensors 9 über das Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk oder dergleichen empfängt.
Die Konfiguration vermeidet die Notwendigkeit der Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3.
Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele 1 und 2 einen Zweiachsen-Beschleunigungssensor als Beschleunigungssensor 11 und 11a verwenden, ist auch eine Konfiguration möglich, die ein Paar von Einzelachsen-Beschleunigungssensoren verwendet. Selbstverständlich kann die Konfiguration die gleichen Vorteile erreichen.
Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele 1 und 2 eine Konfiguration aufweisen, bei der die Neigungs-Berechnungseinheit 4 sowohl die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 als auch die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 aufweist, ist darüber hinaus auch eine Konfiguration möglich, die nur eine von diesen aufweist.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3
11 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Neigungsdetektors 1c des vorliegenden Ausführungsbeispiels 3 veranschaulicht. In 11 sind die gleichen oder ähnliche Komponenten wie jene von 1–10 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und deren Beschreibung wird weggelassen.
Obwohl die Rechnungsverarbeitung des Straßenoberflächengradienten θ1 und des Nickwinkels θ2 in den vorstehenden Ausführungsbeispielen 1 und 2 bei fahrendem Fahrzeug 10 beschrieben wurde, beschreibt das vorliegende Ausführungsbeispiel 3 die Berechnungsverarbeitung bei stehendem Fahrzeug.
Im Neigungsdetektor 1c verwenden die Neigungs-Berechnungseinheit 4 sowie die Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit 3 die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs 10, die vom Raddrehzahlsensor 12 empfangen wurde. Die Neigungs-Berechnungseinheit 4 bestimmt aus der Geschwindigkeit V, die vom Raddrehzahlsensor 12 über das Kommunikations-I/F 2 bezogen wurde, ob das Fahrzeug 10 fährt oder anhält, und führt eine unterschiedliche Berechnungsverarbeitung abhängig davon aus, ob es fährt oder steht.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise des Neigungsdetektors 1c des vorliegenden Ausführungsbeispiels 3 veranschaulicht. In einem Schritt ST1 misst der Raddrehzahlsensor 12 die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs 10, und die Neigungs-Berechnungseinheit 4 bezieht und aktualisiert die Geschwindigkeit V. Im nächsten Schritt ST2 entscheidet die Neigungs-Berechnungseinheit darüber, ob die Geschwindigkeit V in der Nähe von Null liegt, oder nicht, und wenn die Geschwindigkeit V in der Nähe von Null liegt („JA” im Schritt ST2), wird entschieden sie, dass das Fahrzeug steht und rückt zu einem Schritt ST4 vor. Sofern die Geschwindigkeit V in der Nähe von Null liegt („NEIN” im Schritt ST2) wird entschieden, dass das Fahrzeug fährt und rückt zu einem Schritt ST3 vor.
Wenn das Fahrzeug 10 fährt, berechnen die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 und die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 der Neigungs-Berechnungseinheit 4 den Straßenoberflächengradienten θ1 und den Nickwinkel θ2 im Schritt ST3 gemäß den vorstehenden Näherungsausdrücken, wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, unter Verwendung der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und der Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10, und die Realbeschleunigung Gw in Fahrtrichtung.
Während das Fahrzeug 10 steht, unterstellt die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 der Neigungs-Berechnungseinheit 4 im Schritt ST4, dass sich der Straßenoberflächengradient θ1 nicht verändert und behält den Wert θ1 bei, ohne die Berechnung (ohne eine Änderung) auszuführen. Die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 berechnet den Nickwinkel θ2 gemäß dem nachfolgenden Ausdruck (18) oder (19) unter Verwendung der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung, der Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 und den in der Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 beibehaltenen Straßenoberflächengradienten θ1, um die Neigung des Fahrzeugs 10 zu erfassen, das in die Beförderung von Passagieren oder einen Frachttransport involviert ist. Gx = –gsin(θ1 + θ2) (18) Gz = –gcos(θ1 + θ2) (19)
Die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 kann darüber hinaus den Nickwinkel θ2 durch Berechnen des nachfolgenden Ausdrucks (20), der durch Verändern des vorstehenden Ausdrucks (18) erhalten wird, oder des nachfolgenden Ausdrucks (21) berechnen, der durch Verändern des vorstehenden Ausdrucks (19) erhalten wird. In diesem Fall kann der Nickwinkel θ2 durch näherungsweises Berechnen des Ausdrucks (20) oder (21) durch den Erhalt einer linearen Annäherung von sin^–1 oder cos^–1 im Voraus berechnet werden. θ2 = sin^–1(–Gx/g) – θ1 (20) θ2 = cos^–1(–Gz/g) – θ1 (21)
Wie oben gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 beschrieben, ist die Konfiguration so ausgeführt, dass die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 der Neigungs-Berechnungseinheit 4 den Straßenoberflächengradienten θ1 bei stehendem Fahrzeug beibehält, und die Nickwinkel-Berechnungseinheit 5 den Nickwinkel θ2 durch Berechnen oder näherungsweises Berechnen von einem der vorstehenden Ausdrücke (18) und (19) unter Verwendung der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung oder der Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung berechnet. Infolgedessen kann die Berechnung des Nickwinkels θ2 ausgeführt werden, während das Fahrzeug steht. Somit kann die Neigung des Fahrzeugs 10 erfasst werden, das z. B. in die Beförderung eines Passagiers oder einen Frachttransport involviert ist.
Obwohl der in 11 dargestellte Neigungsdetektor 1c in der vorstehenden Beschreibung durch Modifizieren des Neigungsdetektors 1 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels 1 konfiguriert ist, kann dieser im Übrigen auch durch Modifizieren des Neigungsdetektors 1a des in 7 dargestellten Ausführungsbeispiels 2 konfiguriert sein.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4
13 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Neigungsdetektors 1d des vorliegenden Ausführungsbeispiels 4 veranschaulicht. In 13 sind die gleichen oder ähnliche Komponenten wie jene von 1–11 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und deren Beschreibung wird weggelassen.
Generell verstärkt die Neigungs-Berechnungseinheit 4 die Beschleunigungen Gx und Gz, die der Beschleunigungssensor 11 erfasst, durch eine vorgeschriebene Empfindlichkeit (Verstärkung) und verwendet diese für die Berechnung des Straßenoberflächengradienten θ1 und des Nickwinkels θ2. Daher weist das vorliegende Ausführungsbeispiel 4 eine Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 auf, die zum Korrigieren der Sensibilität des Beschleunigungssensors 11 neu hinzugefügt ist, und die Sensitivitätskorrektur des Beschleunigungssensors 11 ausführt, während das Fahrzeug 10 steht.
14 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise des Neigungsdetektors 1d des vorliegenden Ausführungsbeispiels 4 veranschaulicht. In einem Schritt ST11 misst der Beschleunigungssensor 11 die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10, und die Neigungs-Berechnungseinheit 4 beschafft und aktualisiert die Beschleunigungen Gx und Gz. Im nächsten Schritt ST12 entscheidet die Neigungs-Berechnungseinheit 4 darüber, ob die Geschwindigkeit V in der Nähe von Null liegt, oder nicht, und falls diese in der Nähe von Null liegt, wird entschieden, dass das Fahrzeug steht („JA” im Schritt ST12). Falls entschieden wurde, dass das Fahrzeug steht („JA” im Schritt ST12), wird zu einem Schritt SP13 vorgerückt.
Die Entscheidung, dass das Fahrzeug steht, kann durch Kombinieren der Bedingung, dass die Geschwindigkeit V in der Nähe von Null liegt, mit der Bedingung erfolgen, dass der Zündschalter gerade zuvor (innerhalb mehrerer Hundertstelsekunden) eingeschaltet wurde.
Ein konkretes Beispiel wird beschrieben.
Wenn ein Fahrer den Zündschalter einschaltet, wird der Neigungsdetektor 1d mit Energie versorgt und gestartet. Wenn dies unmittelbar geschieht, nachdem der Neigungsdetektor 1d gestartet wurde, und wenn die Geschwindigkeit V in der Nähe von Null liegt, entscheidet die Neigungs-Berechnungseinheit 4, dass das Fahrzeug steht („JA” im Schritt ST12). Andernfalls wird entschieden, dass das Fahrzeug fährt („NEIN” im Schritt ST12).
Dies ermöglicht das Ausführen der Korrekturverarbeitung (Schritte ST13–ST15), die nachfolgend während der Zeitspanne vom Einschalten des Zündschalters durch den Fahrer des Fahrzeugs 10 bis zum Niederdrücken des Gaspedals, d. h. zum Zeitpunkt beschrieben wird, bei dem es sicherer ist, dass das Fahrzeug steht, um eine unnötige Korrekturverarbeitung (Schritte ST13–ST15) in einem Zustand zu verhindern, bei dem sich die Geschwindigkeit in der Nähe von Null ein wenig verändert, und um eine höchst präzise Korrektur auszuführen.
Wenn das Fahrzeug steht, vergleicht die Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 die Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 mit der Erdbeschleunigung g im Schritt ST13. Genauer gesagt, wenn sich der Absolutwert der Vektorkomponenten der Beschleunigungen Gx und Gz von der Erdbeschleunigung g um einen Wert größer als einen vorgegebenen ersten Grenzwert Thr („NEIN” im Schritt ST13) unterscheidet, führt die Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 die Sensitivitätskorrektur-Verarbeitung im Schritt ST14 aus.
Im Schritt ST14 multipliziert die Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 die Sensitivität der Beschleunigungen Gx und Gz mit einem Faktor von sqrt(g²/(Gx² + Gz²)), um die Sensitivitäts-Korrektur des Beschleunigungssensors 11 auszuführen. Die Neigungs-Berechnungseinheit 4 verwendet die Beschleunigungen Gx und Gz, die der Beschleunigungssensor 11 erfasst, und die Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 verstärkt das Maß der Sensitivität der Korrektur zum Berechnen des Straßenoberflächengradienten θ1 und des Nickwinkels θ2.
Wenn die Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 entscheidet, dass der Absolutwert der Vektorkomponenten der Beschleunigungen Gx und Gz sich von der Erdbeschleunigung markant unterscheidet, ist darüber hinaus eine Konfiguration möglich, die berücksichtigt, dass der Beschleunigungssensor 11 einen Fehler aufweist und das Verwenden der Beschleunigungen Gx und Gz, die der Beschleunigungssensor 11 erfasst, verhindert. Genauer gesagt, wenn sich der Absolutwert der Vektorkomponenten der Beschleunigungen Gx und Gz sich von der Erdbeschleunigung g um einen Wert größer als ein vorgeschriebener zweiter Grenzwert Thr1 (Thr1 > Thr) (wenn |Gx² + Gz² – g²| ≤ Thr1 nicht zutrifft) unterscheidet, sendet die Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 Informationen zur Neigungs-Berechnungseinheit 4 und die Neigungs-Berechnungseinheit 4 führt die Verarbeitung im Schritt ST15 aus.
Im Schritt ST15 führen die Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit 5 und die Nickwinkel-Berechnungseinheit 6 der Neigungs-Berechnungseinheit 4 die Berechnungsverarbeitung des Straßenoberflächengradienten θ1 und des Nickwinkels θ2 nicht aus, sondern geben voreingestellte Werte θ1 (Standard) und θ2 (Standard) aus.
Was die eingestellten Werte θ1 (Standard) und θ2 (Standard) betrifft, können diese nach erfolgter Sicherheitsanalyse vorab definiert werden, sodass Einrichtungen, die basierend auf dem Straßenoberflächengradienten θ1 und dem Nickwinkel θ2 (wie zum Beispiel das Navigationssystem 13 und die Einstelleinrichtung 14 der optischen Achse) arbeiten, sicher arbeiten können.
Als konkretes Beispiel ist in der Einstellvorrichtung 14 der optischen Achse, die den Nickwinkel θ2 des Fahrzeugs 10 verwendet, der eingestellte Wert θ2 (Standard) auf einer ausfallsicheren Seite (niedrigerer Seite) festgelegt, um zu verhindern, dass die Scheinwerfer mehr als erforderlich nach oben leuchten und ein entgegenkommendes Fahrzeug blenden, während das Fahrzeug steht.
Wenn die Neigungs-Berechnungseinheit 4 andererseits entscheidet, dass das Fahrzeug fährt („NEIN” im Schritt ST12) oder wenn |Gx² + Gz² – g²| ≤ Thr zutrifft („JA” im Schritt ST13), kehrt der Ablauf zum Schritt ST11 zurück.
Wie oben gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 beschrieben, ist der Neigungsdetektor 1d so konfiguriert, dass dieser die Sensitivität-Korrektureinheit 15 aufweist, welche die Sensitivität des Beschleunigungssensors 11 gemäß den Beschleunigungen Gx und Gz und der Erdbeschleunigung g korrigiert, während das Fahrzeug steht und wenn die Differenz |Gx² + Gz² – g²| der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung von den Vektorkomponenten der Erdbeschleunigung g größer als der vorgeschriebene erste Grenzwert Thr ist. Infolgedessen können Temperaturschwankungen und ein Alterungsabbau des Beschleunigungssensors 11 korrigiert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 ist die die Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 darüber hinaus so konfiguriert, dass Informationen zur Neigungs-Berechnungseinheit 4 gesendet werden, wenn die Differenz |Gx² + Gz² – g²| der Vektorkomponenten der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und der Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung von der Erdbeschleunigung g größer als der zweite Grenzwert Thr1 ist, der größer als der erste Grenzwert Thr ist; und die Neigungs-Berechnungseinheit 4 ist so konfiguriert, dass die voreingestellten Werte θ1 (Standard) und θ2 (Standard) für den Straßenoberflächengradienten θ1 und/oder den Nickwinkel θ2 ersetzt werden, wenn die Informationen von der Sensitivitäts-Korrektureinheit 15 empfangen werden. Wenn die vom Beschleunigungssensor 11 ausgegebenen Beschleunigungen Gx und Gz anormal sind, kann das Ausführungsbeispiel 4 infolgedessen einen Wert ausgeben, der das Navigationssystem 13 und die Einstelleinheit 14 der optischen Achse auf einer ausfallsicheren Seite steuern kann.
Obwohl der in 13 dargestellte Neigungsdetektor 1d durch Modifizieren des Neigungsdetektors 1 des in der vorstehenden Beschreibung in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels 1 konfiguriert ist, kann dieser auch durch Modifizieren des Neigungsdetektors 1a oder 1b des in 7 oder 10 dargestellten Ausführungsbeispiels 2 konfiguriert sein.
Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele 1–4 das Navigationssystem 13 als Beispiel einer Bordvorrichtung, die den Straßenoberflächengradienten θ1 verwendet, und die Einstellvorrichtung 14 der optischen Achse als Beispiel einer Bordvorrichtung zeigen, die den Nickwinkel θ2 verwendet, ist es außerdem selbstverständlich, dass die Neigungsdetektoren 1 und 1a weitere Bordvorrichtungen mit dem Straßenoberflächengradient θ1 und dem Nickwinkel θ2 versorgen können.
Darüber hinaus ist auch eine Konfiguration möglich, die den Neigungsdetektor 1 oder 1a–1d in eine Bordvorrichtung, wie z. B. das Navigationssystem 13 und die Einstellvorrichtung 14 der optischen Achse, integriert.
Im Übrigen sei angemerkt, dass eine freie Kombination der individuellen Ausführungsbeispiele, Variationen irgendwelcher Komponenten der individuellen Ausführungsbeispiele oder die Entfernung irgendwelcher Komponenten der individuellen Ausführungsbeispiele im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung möglich ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben ist ein Neigungsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung so konfiguriert, dass der Straßenoberflächengradient und der Nickwinkel aus der Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und der Beschleunigung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs und aus der Realbeschleunigung in Fahrtrichtung berechnet wird. Deshalb ist dieser zur Verwendung in einer Bordvorrichtung, wie z. B. einem Navigationssystem und einer Einstellvorrichtung einer optischen Achse geeignet, die in einem Fahrzeug montiert sind.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b, 1c, 1d: Neigungsdetektor
2, 7: Kommunikations-I/F
3: Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit
4: Neigungs-Berechnungseinheit
5: Straßenoberflächengradient-Berechnungseinheit
6: Nickwinkel-Berechnungseinheit
8: Beschleunigungswandler
9: Beschleunigungssensor
10: Fahrzeug
11, 11a, 11b: Beschleunigungssensor
12: Raddrehzahlsensor
13: Navigationssystem
14: Einstellvorrichtung einer optischen Achse
15: Sensitivitäts-Korrektureinheit

Claims

Neigungsdetektor, umfassend: eine Neigungs-Berechnungseinheit, die einen Straßenoberflächengradienten und/oder einen Nickwinkel aus einer Beschleunigung in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und einer Beschleunigung in Aufwärts- und Abwärtsrichtung eines Fahrzeugs und aus einer Realbeschleunigung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs berechnet, wobei der Straßenoberflächengradient eine Neigung in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung einer Straßenoberfläche ist, auf der das Fahrzeug platziert ist, und der Nickwinkel eine Neigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf die Straßenoberfläche ist.
Neigungsdetektor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Kommunikationsschnittstelle, der eine Geschwindigkeit in der Fahrtrichtung von einem im Fahrzeug montierten Raddrehzahlsensor zugeführt wird; und eine Realbeschleunigungs-Berechnungseinheit, welche die Realbeschleunigung in der Fahrtrichtung durch Differenzieren der über die Kommunikationsschnittstelle zugeführten Geschwindigkeit berechnet.
Neigungsdetektor nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Kommunikationsschnittstelle, der eine Geschwindigkeit in beliebigen Zweiachsenrichtungen von einem im Fahrzeug montierten Zweiachsen-Beschleunigungssensor zugeführt wird, wobei der Zweiachsen-Beschleunigungssensor in einem Zustand montiert ist, bei dem zumindest eine Achse eine Neigung in Bezug auf eine horizontale Ebene, die durch die Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und die Rechts- und Linksrichtung des Fahrzeugs verläuft, und in Bezug auf eine vertikale Ebene aufweist, die durch die Rechts- und Linksrichtung des Fahrzeugs und die Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs verläuft; und einen Beschleunigungswandler, der Beschleunigungen in beliebigen Zweiachsenrichtungen, die über die Kommunikationsschnittstelle zugeführt wurden, auf eine Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und eine Beschleunigung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung unter Verwendung von Montageinformationen des Zweiachsen-Beschleunigungssensors umwandelt.
Neigungsdetektor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Kommunikationsschnittstelle, die eine Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und eine Beschleunigung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung von einem Zweiachsen-Beschleunigungssensor zuführt, der im Fahrzeug in einem Zustand montiert ist, bei dem eine erste Achse parallel zur Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs verläuft, und eine zweite Achse parallel zur Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs verläuft.
Neigungssensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Zweiachsen-Beschleunigungssensor, der im Fahrzeug in einem Zustand montiert ist, bei dem eine erste Achse parallel zur Rückwärts- und Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs verläuft, und eine zweite Achse parallel zur Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Fahrzeugs verläuft, und der eine Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und eine Beschleunigung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung erfasst.
Neigungssensor nach Anspruch 1, wobei die Neigungs-Berechnungseinheit, welche die nachfolgenden zwei Ausdrücke unter Verwendung einer Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung, einer Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung und der Realbeschleunigung Gw in der Fahrtrichtung berechnet oder annähernd berechnet, und den Straßenoberflächengradienten θ1 und/oder den Nickwinkel θ2 berechnet, Gx = Gwcosθ2 – gsin(θ1 + θ2) Gz = –Gwsinθ2 – gcos(θ1 + θ2) wobei g die Erdbeschleunigung ist.
Neigungsdetektor nach Anspruch 1, wobei die Neigungs-Berechnungseinheit den Straßenoberflächengradienten θ1 beibehält, während das Fahrzeug anhält, und die nachfolgenden zwei Ausdrücke unter Verwendung der Beschleunigung Gx in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung oder der Beschleunigung Gz in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung berechnet oder annähernd berechnet, um den Nickwinkel θ2 zu berechnen, Gx = –gsin(θ1 + θ2) oder Gz = –gcos(θ1 + θ2) wobei g die Erdbeschleunigung ist.
Neigungsdetektor nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Sensitivitäts-Korrektureinheit, die, während das Fahrzeug anhält und wenn eine Differenz zwischen der Erdbeschleunigung und Komponenten eines Vektors der Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und eines Vektors der Beschleunigung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung größer als ein vorgeschriebener erster Grenzwert ist, eine Sensibilität des zwei Achsen-Beschleunigungssensors gemäß den individuellen Beschleunigungen und der Erdbeschleunigung korrigiert.
Neigungsdetektor nach Anspruch 8, wobei die Sensibilitäts-Korrektureinheit Informationen zur Neigungs-Berechnungseinheit sendet, wenn die Differenz zwischen der Erdbeschleunigung und den Komponenten des Vektors der Beschleunigung in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und des Vektors der Beschleunigung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung größer als ein vorgeschriebener zweiter Grenzwert ist, der größer als der erste Grenzwert ist; und die Neigungs-Berechnungseinheit einen vorgegebenen Wert für den Straßenoberflächengradienten und/oder den Nickwinkel ersetzt, wenn die Informationen von der Sensibilität-Korrektureinheit empfangen werden.
Bordvorrichtung, die basierend auf dem Straßenoberflächengradienten und/oder dem Nickwinkel arbeitet, den der Neigungsdetektor gemäß Anspruch 1 berechnet.