JP2009516183A - 自動車の加速度センサの長期オフセットドリフトを求める方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両重心における車両縦速度Ｖ_xを求めるステップと、
前記車両縦速度Ｖ_xとヨーレートω_zとから、基準縦速度と基準横速度への走行度特性の寄与成分

を計算するステップと、車両重心について計算した前記基準加速度における走行動特性

の変換により、平面内で、前記センサの位置における前記基準加速度への走行動特性の寄与成分

と向きθでの前記基準加速度への走行動特性の寄与成分

を計算するステップと、
状態に依存した平均化プロセスによって、センサの測定値と該測定値における走行動特性成分とからセンサの長期オフセットドリフトを求めるステップを有することを特徴とする自動車の加速度センサの長期オフセットドリフトを求める方法に関する。

Description

本発明は自動車の加速度センサの長期オフセットドリフトを求める方法に関する。

この種の慣性センサの典型的なオフセットドリフトは異なる時間尺度で作用する２つの寄与成分に分けられる。センサ又はセンサの周囲の温度変化により生じるドリフトは数分から数時間までに及ぶ。さらに、実質的に経年劣化に起因するセンサオフセットの長期的ドリフトが加わり、数日の期間から数週間、数ヶ月までにわたって見られる。

従来の発明は、通常、オフセットの温度依存成分に注目し、この温度依存成分を特性曲線により温度の関数として求めようとしている。これに関しては、DE 32 12 611 A1から、センサ信号の温度補償をする方法が公知である。この方法によれば、非通電状態におけるオフセットが第１の温度係数を有し、傾きが第２の温度係数を有し、さらにこれらの温度係数の比がほぼ一定であるような特性曲線をもつ複数のセンサにおいて、様々な温度におけるこれら特性曲線の交点が求められる。この点の座標、センサ信号、センサ温度、及び前記温度係数の一方から、測定値が有利にはマイクロコンピュータを用いて求められる。

従来技術からは、出力電圧のオフセットを可変の比較電圧との比較により求めるハードウェア技術的アプローチも公知である。これに関しては、DE 33 34 603 A1から、加速度ピックアップ用の増幅器が公知である。この特許文献では、加速度ピックアップ、とりわけ、圧電式加速度ピックアップ用の増幅器が提案されており、オフセット補償のために、増幅器の出力信号をコンパレータにおいて一定の又は可変の時間間隔で比較電圧と比較する。このコンパレータの出力信号に依存して、電流源の出力電流は前記時間間隔で増加または減少させられ、補償のために増幅器の入力側に供給される。このようにして、安価な加速度ピックアップの場合でも、オフセットドリフトを時間と温度とに関して補償することが可能となる。

従来の解決手段の欠点は、温度依存性も電圧変化もオフセットドリフトと直接的な関係をもつ量ではないため、加速度センサのオフセットドリフトを正確に決定する理想的な変数ではないということにある。

本発明の課題は、これらを前提とした上で、長期オフセットドリフトの正確な算出及び補償を可能にする加速度センサのオフセットドリフトを求める方法を提供することである。

この課題は請求項１に記載された特徴を備えた方法により解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象であり、単独で又は相互に組み合わせて使用しうるものである。

本発明による方法はまず車両縦速度Ｖ_xを求めることを特徴としている。次いで、基準縦加速度と基準横加速度への走行動特性の寄与成分

が車両縦速度Ｖ_xとヨーレートω_zから計算される。そして、これらの値から、補償すべき加速度センサの位置における基準加速度への走行動特性の寄与成分

が、車両重心について計算した基準加速度における走行動特性

の変換により求められる。ここで、θは平面内でのセンサの向きを表している。最後に、センサのオフセットドリフトがセンサの測定値

と基準加速度への走行動特性の寄与成分

とから求められる。ただし、ここで、基準加速度への走行動特性の寄与成分は測定値への走行動特性の寄与成分に等しい、すなわち、

であり、測定したセンサ信号への重力の寄与成分は所定の状態の下では長期的にゼロに平均化されるものと仮定されている。

本発明による方法は種々のセンサ信号の状態に依存する統計的評価を基礎としている。補償すべき慣性センサが車両平面内に任意の向きθで取り付けられている場合、ヨーレートω_z、操舵角δ及びホイール速度Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄から基準値が計算される。ここで、向きθは車両縦軸と加速度センサの測定方向の間の角度である。さらなる基準の計算にとって重要な基本量は重心における車両縦速度である。これは、ホイール速度、操舵角δ、ブレーキランプ信号ＢＬＳ、及び走行方向から計算することができる。
Ｖ_x＝Ｖ_x（Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，δ，ＢＬＳ，走行方向）
ホイール回転数が速度の絶対値だけでなく、その符号も示す場合には、現在の走行方向についての追加情報はもはや不要である。最も簡単な近似では、基準縦加速度への走行動特性の寄与成分は車両重心では次のように表される。

ここで、ｌ_Rは車両重心からリヤアクスルまでの距離である。最も簡単な近似では、基準横加速度への走行動特性の寄与成分は車両重心では次の通りである。

他の方法を用いて基準を求めることも可能である。しかし、その際、それらの方法ができるだけ簡潔であり、入力量が後続の平均値法の品質を下げ兼ねない系統誤差を含まないことに留意しなければならない。

平面内にある補償すべき加速度センサの基準値における走行動特性を得るには、２つの変換が必要である。まず、車両重心で計算した基準加速度における走行動特性

をセンサの位置に変換しなければならない。

ここで、ｒ_xとｒ_yはセンサ位置から車両重心までの縦方向ないし横方向の距離である。なお、ここでは、ヨーレート、ロールレート及びピッチレートの微分を含む量は無視されている。さらにセンサの測定方向θに射影するために、以下の関係を利用してもよい。

監視すべきセンサから返る測定値は次の式から得られる。

ここで、

は測定値における走行動特性成分であり、

はセンサの規定的オフセットであり、ｇ_Πは重力加速度の測定方向の成分である。

平均すれば地球は丸いので、成分ｇ_Πは長期的には走行時に平均化されるというのが、本発明による方法の基礎をなす原理である。この方法は平均化プロセスの時間尺度を規定するものである。下り坂走行せずに、何日にもわたって一方的に上り坂走行するということはあり得ない。よって、平均化定数は数時間であることが合理的である。したがって、センサオフセットに対する長期的な寄与は次の式によって得られる。

ここで、平均化プロセスは線で示されており、また

であることが利用されている。さらに、

であることも仮定されている。

この平均化プロセスを完璧に実行できるようにするためには、高動特性の走行状態、急勾配ないし横勾配での走行、及び、車両停止状態を識別し、これらの状態を平均化プロセスから排除する状態識別器が使用される。

車両縦速度Ｖ_xは、本発明による方法に従い、ホイール速度Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ₄、操舵角δ、ブレーキランプ信号、ならびに走行方向から計算すると有利である。さらに、ホイール速度を計算するために求められるホイール回転数によって、速度の絶対値と符号を表すことが好ましい。よって、本発明による方法は種々のセンサ信号の状態に応じた統計的評価を基礎とする。

さらに、センサのオフセットドリフトを平均値として求めると有利である。ただし、平均化定数は数時間のものに選ばれる。というのも、この時間尺度であれば、測定された重力加速度は状態に依存したオフセットドリフト計算の際にゼロに平均化されるからである。

さらに、高動特性の走行状態、急勾配ないし横勾配での走行、及び、車両停止状態を識別する状態識別器を使用して、異常な走行状態を平均化プロセスから排除すると有利である。さらに、停止状態も平均化プロセスから排除しなければならない。

以下では、実施例と図面に基づいて、本発明のさらなる利点と実施形態を説明する。
なお、図１は本発明による方法のブロック回路図を概略的に示したものである。

図１には、本発明による方法のブロック回路図が概略的に示されている。この方法のインプットは有利には５つの入力信号により提供される。入力信号は、ブレーキランプ信号１、ホイール速度２、操舵角３、ヨーレート４及び加速度５から得られる。これらの信号からは、車両重心における基準縦加速度６又は基準横加速度７への走行動特性の寄与成分が計算される。この車両重心について計算された基準加速度６，７は変換８によりセンサの位置に置かれる。このセンサ位置への変換８から求められた基準加速度が状態に依存した平均化プロセス９の基礎をなす。

さらに、上で述べた入力信号からは基準速度１０も求められる。この基準速度１０は、状態に応じた平均化プロセス９と基準計算６，７の直接的な基礎として使用されるものである。

入力信号１〜５から得られた測定値はさらに状態識別器１１によっても検出及び分析され、状態識別器１１の評価は基準加速度６，７の計算にも状態に応じた平均化プロセス９にも取り入れられる。加速度センサのオフセット補償された値１２はこの状態に応じた平均化プロセス９から得られる。

本発明によれば、自動車の平面内に任意の向き及び任意の位置で取り付けられた加速度センサのオフセットへの長期的な寄与成分を求めることが可能となる。この長期的なドリフトこそ非常にモデル化が難しいものであり、従来は特性曲線を用いても不十分にしか補償することができなかった。

本発明による方法のブロック回路図を概略的に示す。

Claims (10)

1. 自動車の加速度センサの長期オフセットドリフトを求める方法であって、車両重心における車両縦速度Ｖ_xを求めるステップと、
   前記車両縦速度Ｖ_xとヨーレートω_zとから、基準縦速度と基準横速度への走行度特性の寄与成分
   

   

   

   を計算するステップと、車両重心について計算した前記基準加速度における走行動特性
   

   

   の変換により、平面内で、前記センサの位置における前記基準加速度への走行動特性の寄与成分
   

   

   と向きθでの前記基準加速度への走行動特性の寄与成分
   

   

   を計算するステップと、
   状態に依存した平均化プロセスによって、センサの測定値と該測定値における走行動特性成分とからセンサの長期オフセットドリフトを求めるステップを有することを特徴とする、自動車の加速度センサの長期オフセットドリフトを求める方法。
2. 前記車両縦速度Ｖ_xを、ホイール速度Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ₄、操舵角δ、ブレーキランプ信号及び走行方向から計算する、請求項１記載の方法。
3. ホイール速度を計算するために求められるホイール回転数により速度の絶対値と符号を表す、請求項２記載の方法。
4. 状態に依存して種々のセンサ信号の統計的評価を行う、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記センサのオフセットドリフトを平均値として求める、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 平均化定数として数時間の平均化定数を選ぶ、請求項５記載の方法。
7. オフセットドリフト計算時に測定した重力加速度は、前記の状態に依存した平均化プロセスにおいて、平均すればゼロである、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
8. 状態識別器を使用する、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記状態識別器により、高動特性の走行状態、急勾配ないし横勾配での走行、及び、車両停止状態を検出する、請求項８記載の方法。
10. 高動特性の走行状態、急勾配ないし横勾配での走行、及び、車両停止状態を前記平均化プロセスから排除する、請求項９記載の方法。

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