JP2002500760A - 車輪速度センサの偏差の補償方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、信号を形成する要素がセンサホイール上に配置され、信号を形成する要素の所定の数に所定の角度を割り当てることにより、車輪速度の決定が行われ、ホイールがこの角度だけ回転する時間を評価することにより、車輪速度が決定され、信号を形成する要素の偏差およびまたは要素の位置決めの偏差を補償するために、各々の要素について、車輪速度の決定に用いられる補正係数が記憶され、この補正係数が走行運転中更新される、車輪速度センサの不正確さを補償するための方法に関する。センサによって測定された補正されていない車輪回転速度を、計算モデルに基づいて決められた車輪回転速度の基準値と比較し、この比較に依存して補正係数の更新を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 車輪速度センサの偏差の補償方法 本発明は、請求項１の上位概念に記載した車輪速度センサの偏差を補償するた めの方法に関する。この方法の場合、信号を形成する要素がセンサホイール上に 配置され、信号を形成する要素の所定の数に所定の角度を割り当てることにより 、車輪速度の決定が行われ、ホイールがこの角度だけ回転する時間を評価するこ とにより、車輪速度が決定され、信号を形成する要素の偏差およびまたは要素の 位置決めの偏差を補償するために、各々の要素について、車輪速度の決定に用い られる補正係数が記憶され、この補正係数が走行運転中更新される。 このような方法はドイツ連邦共和国特許出願公開第４４０９８４６号公報によ って既に知られている。車両の個々の車輪の車輪回転速度の偏差から、異なる車 輪直径および場合によっては個々の車輪の圧力漏れを推測するために、車輪回転 速度の正確な値が必要である。その際、補正係数は、縦方向と横方向において車 両加速度がほぼ認識できないような所定の走行条件下で、車輪の全回転から車輪 速度を測定することによって決定される。続いて、信号形成要素のこの個々の部 分インターバルの補正係数は、この個々の信号形成要素に基づいて補正係数を考 慮して決定される車輪回転速度が、車輪の全回転に際に生じる車輪回転速度に一 致するように調整される。 これに対して、本発明の課題は、補正係数の更新を改善することである。 この課題は本発明に従い、請求項１記載の特徴、すなわちセンサによって測定 された補正されていない車輪回転速度を、計算モデルに基づいて決められた車輪 回転速度の基準値と比較し、この比較に依存して補正係数の更新を行うことによ って解決される。 この場合、公知の方法と比べて、走行運転中、公知の方法よりもはるかに速い 補正係数の更新が行われるという利点があることが判った。公知の方法の場合に は所定の走行条件のときにのみ更新が可能であるが、本発明による方法では、走 行条件が認識されているかどうかに関係なく、現在の走行運転中に更新を行うこ とが可能である。補正係数は一方では、極ホイールの製作誤差と、それによって 生じる、個々の信号発生要素の間隔の偏差に依存する。この要素は最適な場合に は等間隔であるべきである。これは不均一な歯幅または歯溝幅を意味し、アクテ ィブセンサの場合には、製作誤差に基づくセンサの極ホイールの磁石の不均一な 間隔を意味する。補正係数は更に、走行運転中発生する信号発生要素の変形によ って影響される。この変形は、信号発生要素の間の空間内に金属屑片が集まるこ とによっても生じる。同様に、信号形成要素の腐食によっても補正係数が影響さ れる。この場合、腐食およびまたは汚れや機械的損傷によって、極ホイールの歯 幅と歯溝幅またはパルス周期が不均一になる。この最後の因子は、車輪回転速度 のゆっくりしたまたは急激な偏差を生じる。この偏差は、走行運転中できるだけ 迅速に再び正しい車輪速度値を供するために、補正係数の更新によってできるだ け早く考慮すべきである。これは、車輪回転速度がいろいろな走行安全性システ ムのための測定量であるときに重要である。信号を形成する要素は、パッシブセ ンサの構成部品でもよいし、アクティブセンサの構成部品でもよい。 従って、本発明による方法によって生じる補正係数の迅速な更新が有利に作用 する。 補正係数に対する、測定値の短時間の変動だけの影響を最小限に抑えるために 、今まで決定された補正係数と現在の値とから、平均をとることによって新しい 補正係数を得ることにより、補正係数の更新を行うことができる。これは例えば 、好ましくは忘却係数を有する再帰的な最小２乗法によって行うことができる。 この忘却係数によって、“古い”値は或る時間後もはや考慮されない。 請求項２記載の方法の場合には、補正係数の第１のセットが、車輪速度センサ を車両に組み込む前に検出され、制御ユニットに記憶される。 それによって、最初の走行開始と同時に、１セットの補正係数が供され、この 補正係数は適切に更新可能である。 請求項３記載の方法の場合には、記憶された補正係数列を、その都度決定され た補正係数列と比較することにより、車輪の絶対位置が決定される。 請求項３記載の方法の場合には、この位置は、信号発生要素が認識されたとき にその都度新たに決定可能である。技術水準により、例えば１個の極ホイールの １つの歯を省略し、この個所を通過したときに２つの信号の間隔が、残りの信号 の間隔の２倍の長さになるという事実に基づいて絶対位置を認識することが知ら れている。これに対して、本発明による方法の場合には、印しが不要である。 請求項５記載の方法の場合には、補正係数が順々に記憶される。この場合、車 輪回転速度信号の決定時に、各々の要素について補正係数がテーブルから読み出 され、テーブルの終端に達した後で、次の補正係数がテーブルの始端で読み出さ れ、補正係数に対する要素の割り当てが所定の絶対位置に基づいて行われる。 すなわち、決定された連続する補正係数に基づいて、絶対位置を決定し、続い て補正係数を連続してテーブルから読み出すことができると有利である。その際 、その間に絶対位置を調節することができる。これは例えば周期的に行うことも できるし、また読み出された補正係数が現在の補正係数に対して、所定の値より も大きな偏差を有することが確認されたときに行うことができる。 請求項６では、センサホイールの現在の位置を決定するために、記憶された補 正係数に対する決定された補正係数の相互相関が決定され、センサホイールの絶 対位置が、相互相関の最大値に対応する値τによって決定される。 これは、極ホイールの絶対位置を決定可能である比較的に簡単な数学的な方法 である。 良好な理解のために、若干の図からなる図面が設けられている。図は次の説明 を理解しやすくする。 図１は標準化された５つのガウス関数を示す図、 図２はメンバシップ関数によって平均を求めた直線を示す図、 図３は４８個の歯／パルスを有する極ホイールのための補正された車輪速度の 最小２乗推定および演算を実施するためのデータの区分けを示す図、 図４はデータの相互関係を示す原理図である。 先ず最初に、技術水準による車輪速度（車輪回転数）の測定について説明する 。技術水準によれば、車輪速度の測定は、互いに相対的に動く物体（ほとんどの 場合車輪と車輪支持体）の運動の差の測定に基づいている。所定の角度（車輪速 度センサではパルスホイール（極ホイール）の歯によって決まる）を走査するた めに必要な時間が測定される。 すなわち、車輪速度ω_radは所定の角度ψのために必要な時間ｔから次のよう に計算することができる。 ω_rad＝φ／ｔ ゲート時間測定によって車輪速度を正確に検出するための前提は、極ホイール （極ロータ）の正確な角度ピッチである。歯幅／歯溝幅またはパルス周期の不規 則は車輪速度値に直接影響を与える。従って、極ホイールの製作誤差が信号精度 にとって重要である。更に、腐食と汚れは歯幅や歯溝幅またはパルス周期を変更 し得る。従って、実際に要求される測定精度を達成するために、今日の装置の場 合には、車輪の回転速度に応じて、複数の歯幅／歯溝幅またはパルス周期の平均 値が求められる。それによって、速度情報が時間的に遅れる。これは、速度信号 に基づくコントロールを悪化させることになる。 従来の車輪速度センサの場合には、センサから出るアナログ出力信号Ｕ_sensは ほとんどが先ず最初に低域フィルタにかけられ（Ｕ_sens.filt）、トリガーユニ ットによって方形信号Ｕ_sens.TTLに変換される。ＴＴＬ方形信号はゲート回路に よってコントロール装置の制御機器で車輪回転速度に変換される。しかし、この 信号は冒頭に述べた極ホイールの不規則性を悪化させる。 車輪速度ω_radは適当な補正係数によって補正可能であり（ω_rad.korr）、次 のユニットに委ねられる。 補正ファクタの迅速な決定が重要である。なぜなら、それによって、車両の停 止後あるいは“センサ機能速度”を下回った後で、提案された相関法により絶対 位置が非常に短い時間で決定可能であるからである。 極ホイールすなわちセンサホイールの不規則性によって生じる上記の信号精度 低下に基づいて、走行運転中もこの補正係数を迅速に更新することが重要である 。それによって、損傷、汚れおよび腐食による影響を充分に迅速に考慮すること ができる。 そのために、本発明により、その都度測定された車輪回転速度は、計算モデル に基づいて検出された車輪回転速度の値と比較される。この場合、補正係数の更 新は、計算モデルに基づいて検出された車輪回転速度値に対する車輪回転速度測 定値の偏差に依存して行われる。 更新の方法は例えば忘却ファクタを有する再帰的パラメータ推定法である。基 準速度は例えばファジィアプローチまたは非因果関係的なフィルタリングによっ て決定することができる。 更に、例えば、極ホイールの基準パルスなしに、その都度の極ホイール位置を 相関分析によって決定すると有利である。 個々の測定点について車輪速度計算する場合、その都度の目標長さに対する歯 幅／歯溝幅またはパルス周期の偏差は、システム的なエラーを生じることになる 。連続する個々の歯幅／歯溝幅またはパルス周期の特有のエラーは、外乱がない 場合、各々の回転について等しい。すなわち、各々のパルス周期の速度情報の相 対的なエラーについて、次式が生じる。 Ｅ＝（ω_rad.mess−ω_rad.ist）／ω_rad.ist ファジィモデルでは、連続する歯幅／歯溝幅あたりの各々１つの回転速度測定 によって与えられる測定された回転速度変化により、補償カーブが描かれる。計 算作業をできるだけ少なくすべきであるので、局所線形推定法と組み合わせられ たファジィモデルが使用される。この場合の原理は次の通りである。各々の歯に 、標準化された（正規の）ガウス関数が割り当てられる。このガウス関数はメン バシップ関数として解釈することができる。このガウス関数の合計は、１に標準 を合わせられる。すなわち、車輪１回転あたりの歯の数がｎ_iであるときに、ｉ 番目の歯についてのメンバシッブ関数Φ_i（J）は次式 Φ_i（J）＝ｚ_i／Σｚ_k となる。この場合、加算は（１−ｎ_i／２）から（１＋ｎ_i／２）までのすべての ｋについて行われる。量ｚ_kは次のように決定される。 ｚ_k＝ｅｘｐ（−（ｊ−ｋ）²／（２σ²）） 図１は、標準化された５つのガウス関数を示し、図２はメンバシップ関数によ って平均を求めた勾配を示している。 歯間隔またはパルス周期が可変ではないので、この歯間隔またはパルス周期は あらじめ計算可能である。補償カーブを決定するために、各々のメンバシップ関 数のために、測定データによって回帰直線（回帰カーブ）が描かれる。この回帰 直線は局所的な回転速度推定を示し、その傾斜は回転加速度を近似的に示す。各 々の回帰直線の有効範囲は、関連するガウス関数によって決定される。このガウ ス関数はデータのメンバシップ度を示す。補償カーブ全体はこの回帰直線の重み 付き重ね合わせから生じる。 補正された車輪回転速度は次の式によって演算される。 ω＝Σ（ｍ_k・（ｉ−ｋ）＋ｂ_k）・Φ_i（ｋ） （１） その際、合計は、直線の勾配およびカーブの等価としてのｍ_kとｂ_kによって、 （１−ｎ_i／２）から（１＋ｎ_i／２）までのすべての値ｋについて行われる。図 ２は回帰直線に関するこの重み付き平均を示している。 標準偏差σを適切に選択することにより、平均測定値の数に影響を与えること ができる。回帰直線がそれぞれ局所作用（ローカル作用）だけを有するので、異 なる直線のｍ_kとｂ_kは小さな内挿エラーだけによって互いに無関係に測定データ から推定可能である。従って、回転速度値が新たに測定される度に、２つのパラ メータ（ｍ_k，ｂ_k）の推定が必要となる。ｉ番目の歯についての最適なパラメー タΘは次の重み付き最小２乗推定から生じる。 Θ_i＝（Ψ_i ^TＷ_iΨ_i）^-1Ψ_i ^TＷ_iｙ_i （２） ここで、 Θ_i＝（ｍ_iｂ_i）^Tおよび ｙ_i＝（ω_{rad.mess.i-ni/2.}・・・ (ω_{rad.mess.i+ni/2})^T 各々の歯について２つだけのパラメータを推定すればよいので、Θ_i（式（２ ）による）は非常に迅速に計算可能である。式（２）と（２）によって計算され た車輪回転速度が適時に評価に供されるようにするために、データは図３に示す ように区分けされる。図３は４８個の歯またはパルスを有する極ホイールについ ての、式（２）に従って推定（概算）するためのデータと、式（１）に従って計 算するためのデータの区分けを示している。 半回転前の歯のパラメータが最後の回転のデータのデータから式（２）に従っ て推定される。１回転前の歯の回転速度信号が半回転だけ古いデータから式（１ ）に従って演算される。このような方法は、一方では、パラメータの推定が右側 と左側のデータを必要とし、他方では回転速度の演算が既に右側と左側の推定パ ラメータを前提としているので有利である。すなわち、パルス周期あたり、２つ のパラメータを有するパラメータベクトルが式（２）によって推定され、１つの 歯について、関連する回転速度が演算される。 測定された回転速度によって補償カーブを演算するための他の方法は、信号の 非因果関係的な（因果関係のない）デジタルろ波を含んでいる。上述の方法との 基本的な違いは、ろ波の際に不連続的な測定時点で専ら回転速度値だけが供され 、補償カーブが連続的な信号変化を生じることにある。 フィルタによって取り入れられた移相による系統誤差を避けるために、フィル タが非因果関係的であると有利である。非因果関係的なろ波は例えば、因果関係 のあるフィルタによる、データの順方向ろ波とそれに続く逆方向ろ波によって非 常に容易に行うことができる。従って、この方法の場合にも、歯の両側のデータ を必要とし、この両側のデータについて平均回転速度が演算される。 次の方程式（４）は、その都度一方向における因果関係的なデジタルフィルタ のためのアプローチを示している。 G_F(z)＝(b_o＋B_lz^-1＋・・・＋b_mz^-m)/(1＋a_lz^-1＋・・・a_nz^-n) ・・・(4) パラメータａ_i，ｂ_iを介して、フィルタリングオーダーとフィルタ時定数が制 御可能である。 上記の両アプローチは調整すべきパラメータを有する。ファジィアプローチの 場合にはメンバシップ関数の標準偏差を、そしてフィルタの場合には限界周波数 を設定することができる。これらのパラメータは、両方法の分解能を適応させる ために適している。すなわち、走行速度に依存して分解能を適合させるために適 している。実際には、回転速度の一定の周波数範囲がちょうど検出可能であるこ とが望まれる。回転速度に応じて、異なる数の測定値は、検出可能な最も短い振 動周期に一致する。従って、メンバシップ関数の標準偏差またはフィルタ時定数 と回転速度との間の比例関係が重要である。ファジィアプローチの利点は、連続 的な基準速度と、各々の歯についてのこの基準速度の第１回の微分を演算するこ とができる点にある。 歯または歯溝の各々相対的な誤差Ｅのための上記の方程式によって、相対的な 回転速度誤差Ｅ_jが演算可能である。この回転速度誤差は次の回転で測定される 車輪回転速度値の補正を次式によって可能にする。 ω_rad.korr.i＝ν_j ^m _rad.mess.i，ν_j＝１／(1＋Ｅ_j) (5) この場合、誤差Ｅ_jまたは補正係数のν_jの添字ｊは、１から極ホイール回転ｎ_i あたりの歯数まで変化する。測定された車輪回転速度ω_rad.mess.iまたは補正 された車輪回転速度ω_rad.korr.iについては、添字ｉは走行開始時から、各々の 測定値と共に１だけ増加する。 走行中の基準回転速度が外乱（例えば道路の凸凹、車輪荷重変動に基づく動的 車輪半径の変化等による外乱）に基づいて、実際の車輪速度の近似値を求められ るので、複数の回転にわたって補正係数を平滑化（平均化）することが適切であ る。そのために、補正係数は再帰的な最小２乗法によって演算される。 基準回転速度と測定された回転速度の間の関係は先ず最初に、次の一般的な形 になる。 ｙ_i＝Ψ_i×Θ_j （６） この場合、Θ_j＝ν_j Ψ_i＝ω_rad.mess.i ｙ_i＝ω_rad.ref.i である。 パルス周期あたり１つのパラメータだけを推定すべきであり、かつ測定ベクト ルが測定された車輪回転速度だけを含んでいるので、式（６）はスカラーの方程 式である。従って、再帰的な推定方程式（７）についても、スカラーの関係が生 じる。 Θ_j(k＋1)＝Θ_j(k)＋Ｙ_i(k)(y_i(k＋1)−Ψ_i(k＋1)Θ_j(k)) (7) 走行中に極ホイールに作用する腐食、汚れまたは機械的な損傷に基づく歯−歯 溝誤差の時間可変特性を考慮するために、再帰的な最小２乗法が１よりも小さな 忘却係数λによって開始される。 従って、再帰的な最小２乗法（ＲＬＳ）の補償係数Ｙ_i（k）が演算される。 Ｙ_i(k)＝Ｐ_i(k)Ψ_i(k＋1)／Ψ_i(k＋1)Ｐ_i(k)Ψ_i(k＋1)＋λ） ・・・・(8) 式（８）中のパラメータ推定誤差の共分散の標準化された推定値Ｐ_i（k）は次 の式から生じる。 Ｐ_i(k＋1)＝(1/λ)・(１−Ｙ_i(k)Ψ_i(k＋1))Ｐ_i(k) (9) このようにして演算された、車輪回転速度のための補正係数ν_jは、テーブル （表）に記憶され、各々の新しい推定の後で更新される。 所定の回転速度を下回るときに、パッシンブ型センサは回転速度に関する確か な指示をもはや行わない。普通の道路交通では、テーブルに記憶された補正係数 をもはやセンサの歯／磁石に一義的に割り当てることができないということがし ばしば起こる（例えば車両の停止後）。このような割り当てを迅速に可能する方 法が形成可能であると有利である。 そのために、先ず最初に、割り当ての損失（例えば車両の停止による損失）の 後で最初の車輪回転について新しい補正係数が決められる。この補正係数は記憶 された補正係数と比較して品質が悪い。なぜなら、この補正係数は１回の測定だ けから生じているからである。それにもかかわらず、この補正係数は記憶された 補正係数の特性に非常に近い。記憶された補正係数を新たに測定された補正係数 と相関すると、テーブルと測定が互いにずれている歯の数がｎ_vのときに、相関 関数は最大値を有する。 この歯の数は次の方程式によって演算可能である。 ｎ_v＝max(corr(τ)) (10) この最大値を見つけることによって、テーブルは新しい測定と同期させることが できる。この方法の信頼性は割り当て速度を犠牲にして複数の車輪回転を評価す ることによって任意に高めることができる。 次に、相関推定のために供されるデータの制限の問題をどのようにして、テー ブルの端部（終端）に到達するために有利に解決できるかについて説明する。 相関は次の方程式に従って演算される。 この合計は１からｎ_iまでのすべてのｊについて行われる。 corr(0)の演算のためにｎ_i値が供される。しかし、corr（ｎ_i）の演算のため には１つの値だけしか入手できない。これは、τの大きな値のために相関の不確 実な推定をもたらす。測定の周期性を使用することによって、この問題に的確に 打ち勝つことができる。車輪回転の度に、測定の基本的な特性が繰り返される _emessenのために、（ｊ＋τ）の代わりに添字（ｊ＋τ−ｎ_i）が使用可能である 。すなわち、２つのデータストリングの代わりに２つのデータリングが互いに相 関させられる。この方法によって、各々の値τについてｎ，の測定値が供される 。それによって、信頼できる相関推定、ひいては同期化が可能である。 この状態のグラフが図４に示してある。 すなわち、補正された速度情報を、ちょうど測定された速度値から得ることが できる。この場合、補正値はセンサ信号評価ユニットのメモリ内のテーブルから 取り出される。補正係数はそれぞれ、連続する歯または歯／歯溝あるいは磁石ま たは磁石領域に割り当てられる。 上述のように、基準速度はファジィアプローチによってあるいはフィルタリン グアプローチによって得ることができる。 有利な実施の形態では、所定の周波数の上方で、速度に依存しない角速度信号 の外乱を減衰するために、パラメータ（ファジィアプローチの標準偏差またはフ ィルタのパラメータ）を、車輪回転速度に依存して調節可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ネレス・オリーヴァー ドイツ連邦共和国、Ｄ―61476 クローン ベルク、フリードリヒストラーセ、86 (72)発明者 シュヴァルツ・ラルフ ドイツ連邦共和国、Ｄ―64297 ダルムシ ュタット、ポンメルンストラーセ、25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．信号を形成する要素がセンサホイール上に配置され、信号を形成する要素の 所定の数に所定の角度を割り当てることにより、車輪速度の決定が行われ、ホ イールがこの角度だけ回転する時間を評価することにより、車輪速度が決定さ れ、信号を形成する要素の偏差およびまたは要素の位置決めの偏差を補償する ために、各々の要素について、車輪速度の決定に用いられる補正係数が記憶さ れ、この補正係数が走行運転中更新される、車輪速度センサの不正確さを補償 するための方法において、センサによって測定された補正されていない車輪回 転速度を、計算モデルに基づいて決められた車輪回転速度の基準値と比較し、 この比較に依存して補正係数の更新を行うことを特徴とする方法。 ２．補正係数の第１のセットが、車輪速度センサを車両に組み込む前に検出され 、制御ユニットに記憶されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．記憶された連続する補正係数を、その都度決定された連続する補正係数と比 較することにより、車輪の絶対位置が決定されることを特徴とする請求項１ま たは２記載の方法。 ４．補正係数が順々に記憶され、車輪回転速度信号を決定する際に各々の要素に ついて補正係数がテーブルから読み出され、テーブルの終端に達した後で、次 の補正係数がテーブルの始端で読み出され、補正係数に対する要素の割り当て が所定の絶対位置に基づいて行われることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５．センサホイールの現在の位置を決定するために、記憶された補正係数に対す る決定された補正係数の相互相関が決定され、センサホイールの絶対位置が、 相互相関の最大値に対応する値τによって決定されることを特徴とする請求項 ３または４記載の方法。