JP2010501835A - 車両長手方向の瞬時速度を求めるための方法と装置 - Google Patents

Abstract

車両の少なくとも２つの車輪からそれぞれ車輪回転数（ＲＤ）が求められる。各車輪回転数（ＲＤ）に関して、移動するばらつき度（ＶＡＲ）がそれぞれ求められる。それぞれの車輪回転数（ＲＤ）の目下の信頼度がばらつき度（ＶＡＲ）に依存して求められる。車両長手方向の瞬時速度が、目下信頼度が高いものとして識別された車輪回転数（ＲＤ）に依存して求められるか、目下全ての車輪回転数（ＲＤ）が信頼度の低いものとして識別されている場合には、事前に信頼度が高いものとして識別された車輪回転数（ＲＤ）に依存する外挿として求められる。

Description

本発明は、車両長手方向の瞬時速度を求めるための方法および相応の装置に関する。

自動車においては走行ダイナミクスアルゴリズムがますます使用されてきている。センサ信号に依存して自動車の瞬時の運転状態が求められる。アクチュエータを駆動制御するための調整量、例えば自動車のブレーキを駆動制御するための調整量が必要に応じて形成され、自動車の不所望な運転状態が抑制される。自動車の瞬時の運転状態に関する重要なパラメータは車両長手方向の瞬時速度である。

本発明の課題は、信頼度の高い、車両長手方向の瞬時速度を求めるための方法および相応の装置を提供することである。

この課題は独立請求項に記載されている特徴によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明は、車両長手方向の瞬時速度を求めるための方法および相応の装置によっても特長付けられる。車両の少なくとも２つの車輪からそれぞれ車輪回転数が求められる。各車両回転数に関して、移動するばらつき度がそれぞれ求められる。それぞれの車輪回転数の目下の信頼度がばらつき度に依存して求められる。車両長手方向の瞬時速度は信頼度が高いものとして識別された瞬時車輪回転数に依存して求められるか、全ての車輪回転数は信頼度が低いものとして識別されている場合には、車両長手方向の瞬時速度は事前に信頼度が高いものとして識別された車輪回転数に依存して外挿として求められる。

有利には、これによって車両長手方向の瞬時速度を車輪回転数に依存して確実に求めることができる。車両長手方向の速度を求めるために車輪回転数以外のセンサの別の情報は必要とされない。それぞれの車輪回転数の時間的な経過のばらつきを表すばらつき度を評価することによって、それぞれの車輪回転数の信頼度が求められる。さらには、車両長手方向の瞬時速度を車両の駆動系コンセプトに依存せずに求めることができる。つまり、車両が前輪駆動であるか後輪駆動であるか四輪駆動であるかには依存しない。したがって少なくとも２つの車輪回転数のうちのどの車輪回転数が基本的に車両長手方向の速度を確実に求めるために適しているかを想定する必要はない。車両の全ての車輪の車輪回転数を駆動系コンセプトに依存せずに考慮することができる。これによって本発明による方法および装置を駆動系コンセプトが異なる種々の車両タイプに使用することができる。

有利な実施形態においては、ばらつき度が分散または標準偏差によって形成されている。これは非常に簡単である。

別の有利な実施形態においては、各車輪回転数に関してそれぞれ車輪加速度がそれぞれの車輪回転数に依存して求められる。それぞれの車輪回転数の目下の信頼度がそれぞれの車輪加速度に依存して求められる。このことは、信頼度、したがって車両長手方向の瞬時速度を殊に確実且つ精確に求めることができるという利点を有する。この関係において有利には、ばらつき度が所定のばらつき閾値を下回り、それぞれの車輪加速度が所定の下側車輪加速度閾値を上回り、且つ所定の上側車輪加速度閾値を下回る場合に、それぞれの車輪回転数は目下信頼度が高いものとして識別される。つまり車両長手方向の速度を殊に簡単且つ確実に求めることができる。

別の有利な実施形態においては、各車輪回転数に関してそれぞれ車輪加速度が求められる。全ての車輪加速度が０である場合には車両の停止状態が識別される。車両長手方向の瞬時速度を求めるために、車両が識別された停止状態から運転状態に切り替わると所定の期間にわたり、目下信頼度が高いものとして識別された車輪回転数から最小の値を有する車輪回転数が選択される。有利には、これによって車両の加速時に場合によっては高まっているスリップが車両長手方向の瞬時速度を求める際に不利に作用することはない。したがって求められた車両長手方向の瞬時速度は非常に精確で信頼度が高いものである。

別の有利な実施形態においては、車両長手方向の瞬時速度が、目下信頼度が高いものとして識別されており、且つ必要に応じて選択された車輪回転数の平均値に依存して求められる。これは非常に簡単である。

別の有利な実施形態においては、各車輪回転数に関してそれぞれ車輪加速度が求められる。全ての車輪加速度が０である場合には車両の停止状態が識別される。最小車輪回転数は車両の運転状態が車両の停止状態に切り替わった際に、事前に信頼度が高いものとして識別されており、且つ必要に応じて選択された車輪回転数に依存して求められる。車両長手方向の瞬時速度には最小車輪回転数によって設定された車両長手方向の速度によって下限が設けられる。有利には、これによって最小車輪回転数を簡単且つ確実に自動的に求めることができる。このことは、車両の車輪回転数センサが構造に起因して任意の低い車輪回転数を検出することができない場合、とりわけいずれの車輪回転数も０である場合には殊に有利である。最小車輪回転数が自動的に求められることによってこの最小車輪回転数を設定する必要はない。

別の有利な実施形態においては、車両長手方向の瞬時速度がフィルタリングによって平滑化されて供給される。有利には、求められた車両長手方向の速度は平滑化によって、車両の実際の車両長手方向の速度により良好に対応している。車輪回転数の目下の信頼度は変化するので、車両長手方向の速度は必要に応じて車輪回転数の種々の組み合わせに基づき求められる。このことは跳躍的な変化に繋がる可能性があるが、これは平滑化によって簡単に低減することができる。

以下では概略的な図面に基づき本発明の実施例を説明する。

車輪回転数センサを備えた車両を示す。 ブロック図を示す。

同一の構造または同一の機能を有する要素には全ての図面において同一の参照記号が付されている。

車両１は各車輪に車輪回転数センサ２を有する。車輪回転数センサ２は評価装置３と接続されている。それぞれの車輪回転数センサ２の測定信号に依存して、各車輪に関して車輪回転数ＲＤが時間的に変化する信号として求められる。それぞれの車輪回転数ＲＤは、それぞれの車輪回転数センサ２において求められて評価装置３に供給されるか、評価装置３に供給されたそれぞれの車輪回転数センサ２の測定信号から評価装置３において求められる。評価装置３は車両長手方向の瞬時速度を求めるための装置と称することもできる。

例えば、各車輪はそれぞれ１つのセンサ歯車を有し、このセンサ歯車がそれぞれの車輪と一緒に回転する。車輪回転数センサ２は例えば、センサ歯車の回転を検出し、歯車の上昇縁および下降縁に依存する測定信号を形成するよう構成されている。所定の算出期間内にそれらの縁をカウントすることによって車両１のそれぞれの車輪の車輪回転数ＲＤを求めることができる。しかしながら上記とは異なる構成の車輪回転数センサ２も考えられる。車輪回転数ＲＤを車輪速度として表すこともできる。

それぞれの車輪回転数ＲＤをそのように求める場合、非常に低い車輪回転数ＲＤを求めることはできない。車輪回転数ＲＤが非常に低い場合には、２つの縁が検出されるまでの期間は所定の算出期間よりも長い。これによって任意の低い車輪回転数ＲＤを検出することはできない。殊に、０の車輪回転数ＲＤを求めることはできない。

図２は、車輪回転数ＲＤに依存して車両長手方向の瞬時速度を求めるための方法のブロック図を示す。本方法は例えば、評価装置３によって実行可能なプログラムとして評価装置３において実施される。このブロック図において、車輪回転数ＲＤは車両１の個々の車輪の車輪回転数ＲＤを要素として含むベクトルと解される。ブロック図において車輪回転数ＲＤのこのベクトルは入力量を形成する。

車輪回転数ＲＤはブロックＢ１に供給される。ブロックＢ１においては車輪加速度ＲＢが車輪回転数ＲＤに依存して求められる。このために例えば微分商がそれぞれの車輪回転数ＲＤの時間的に連続する車輪回転数値から形成される。有利には、それぞれの車輪に関して求められた車輪加速度ＲＢが、車両１の全ての車輪のそれぞれの車輪加速度ＲＢによって形成されている要素を有する１つのベクトルを形成する。

車輪加速度ＲＢは第２のブロックＢ２に供給される。第２のブロックＢ２においては停止状態識別が実施される。例えば、車両１の全ての車輪に関する車輪加速度ＲＢが０である場合には車両１の停止状態ＳＳが識別される。そうでない場合には車両１が運転状態にあることが想定される。

ブロックＢ３においては、最小車輪回転数ＲＤＭＩＮが車輪回転数ＲＤおよび停止状態ＳＳに依存して求められる。車両１の運転状態から車両１の停止状態ＳＳに切り替わると、最小車輪回転数ＲＤＭＩＮが例えば、停止状態ＳＳに切り替わる直前に求められた車輪回転数ＲＤに依存して求められる。ブロックＢ３によって最小車輪回転数ＲＤＭＩＮを自動的に求めることができるので、この最小車輪回転数ＲＤＭＩＮを設定する必要はない。

例えば、上述したように車輪回転数ＲＤがそれぞれのセンサ歯車の縁の検出を評価することによって求められ、それによって任意の低い回転数ＲＤを求めることができない場合には、例えば０の車両長手方向の速度は車輪回転数センサ２の測定信号によって物理的にサポートされていない。求められた最小車輪回転数ＲＤＭＩＮを、本方法によって求められた車両長手方向の速度に関する下限を設定するため、またそれによって、求められた車両長手方向の速度と求められた車輪回転数ＲＤとが物理的に一致することを保証するために使用することができる。

車輪加速度ＲＢは第４のブロックＢ４にも供給される。ブロックＢ４においては、それぞれの車輪加速度ＲＢに対応する車両加速度が物理的に有効な所定の値領域外にある場合に、それぞれの車輪加速度ＲＢに属する車輪回転数ＲＤは信頼度が低いものとして識別される。例えば、それぞれの所属の車輪加速度ＲＢが所定の下側車輪加速度閾値ＵＳＷ以下である場合、または所定の上側車輪加速度閾値ＯＳＷ以上である場合、それぞれの車輪回転数ＲＤは信頼度が低いものとして識別される。例えば、所定の下側車輪加速度閾値ＵＳＷは−１．５ｇの車両加速度に対応し、所定の上側車輪加速度閾値ＯＳＷは＋２ｇの車両加速度に対応する。ここでｇは約９．８１ｍ／ｓ²の重力加速度を表す。しかしながらこれとは異なる所定の下側車輪加速度閾値ＵＳＷおよび所定の上側車輪加速度閾値ＯＳＷを設定することもできる。

ブロックＢ４からは車輪加速度マーカＲＢＭが出力され、この車輪加速度マーカＲＢＭは車輪加速度ＲＢに関するそれぞれの車輪回転数ＲＤの信頼度を表す。例えば車輪加速度マーカＲＢＭは、ブロックＢ４において信頼度が高いものとして識別された各車輪回転数ＲＤに関しては要素として１を有し、またブロックＢ４において信頼度が低いものとして識別された車輪回転数ＲＤに関しては要素として０を有するベクトルである。しかしながらこれとは異なる車輪加速度マーカＲＢＭを形成することもできる。

車輪回転数ＲＤはさらにブロックＢ５においてその信頼度について検査される。このために各車輪回転数ＲＤに関して時間的に移動するばらつき度ＶＡＲが求められる。ばらつき度ＶＡＲは例えば分散または標準偏差によって形成されている。有利には、それぞれの車輪回転数ＲＤの値が最小車輪回転数ＲＤＭＩＮよりも大きい場合にのみばらつき度ＶＡＲが求められる。車輪回転数ＲＤが所定の下側車輪回転数閾値を下回る場合には、有利には最小車輪回転数ＲＤのみが信頼度が高いものとして識別される。

所属のばらつき度ＶＡＲが所定のばらつき閾値ＶＳＷ以上である場合にはそれぞれの車輪回転数ＲＤは信頼度が高いものとして識別され、所属のばらつき度ＶＡＲが所定のばらつき閾値ＶＳＷ以下である場合にはそれぞれの車輪回転数ＲＤは信頼度が低いものとして識別される。車輪加速度マーカＲＢＭに応じてブロックＢ５からは車輪回転数マーカＲＤＭが出力され、この車輪回転数マーカＲＤＭはばらつき度ＶＡＲに関するそれぞれの車輪回転数ＲＤの信頼度を表す。

車輪加速度マーカＲＢＭおよび車輪回転数マーカＲＤＭは例えば乗算によって相互に結合され、ブロックＢ６に供給される。ブロックＢ６においては、車両１が停止状態ＳＳから運転状態に切り替わっているか否かが検査される。この切り替えが行われている場合、車両１は加速することが仮定される。しかしながら加速時に車両１の駆動輪においては高まったスリップが頻繁に発生する。例えば場合によっては、スリップによってそれらの車輪におけるそれぞれの車輪回転数ＲＤが車両１の車両長手方向の実際の速度に関して許容される回転数よりも高くなる。

この理由から、車両１が停止状態ＳＳから運転状態に切り替わった後の所定の期間、例えば数秒間にわたり、信頼度が高いものとして識別された車輪回転数ＲＤのうち、その時点において最小である車輪回転数ＲＤのみが選択される。車輪加速度マーカＲＢＭおよび車輪回転数マーカＲＤＭに応じて、この車輪回転数ＲＤがブロックＢ６から出力される車輪マーカＲＭに表される。例えば、選択された車輪回転数ＲＤに属するベクトルの要素のみが１を有し、ベクトルの他の全ての要素は０を有する。有利には、所定の期間の経過後に車輪マーカＲＭは車輪加速度マーカＲＢＭと車輪回転数マーカＲＤＭとが結合されたものに対応する。

車輪マーカＲＭはブロックＢ３にも供給される。有利には最小車輪回転数ＲＤＭＩＮが、事前に信頼度が高いものとして識別され、また必要に応じて選択された車輪回転数ＲＤから、例えばこれらの車輪回転数ＲＤの平均値を形成することによって求められる。これによって最小車輪回転数ＲＤＭＩＮを殊に確実且つ精確に求めることができる。

ブロックＢ７においては、信頼度が高いものとして識別された車輪回転数ＲＤに依存して、または必要に応じて選択された車輪回転数ＲＤに依存して、平均車輪回転数ＭＲＤが車輪マーカＲＭに応じて求められる。平均車輪回転数ＭＲＤは例えば算術的な手段により、車輪マーカＲＭによって信頼度が高いものとしてマークされた、または選択されマークされた車輪回転数ＲＤから求められる。さらには使用される車輪回転数ＲＤの数ＮＵＭが車輪マーカＲＭに依存して求められる。使用される車輪回転数ＲＤの数ＮＵＭは例えば車輪マーカＲＭの全ての要素の和として求められる。使用される車輪回転数ＲＤの数ＮＵＭが０である場合、すなわちその時点において平均車輪回転数ＭＲＤを求めることができない場合、有利には直前に求められた平均車輪回転数ＭＲＤがブロックＢ７からさらに出力される。

平均車輪回転数ＭＲＤおよび使用される車輪回転数ＲＤの数ＮＵＭはブロックＢ８に供給される。ブロックＢ８においては第１の速度ＶＸ１が求められ、このブロックＢ８から出力される。使用される車輪回転数ＲＤの数ＮＵＭが１以上である場合には、第１の速度ＶＸ１が求められた平均車輪回転数ＭＲＤに依存して、例えば所定の車輪の円周と乗算することによって求められる。

しかしながら使用される車輪回転数ＲＤの数ＮＵＭが０である場合には、第１の速度ＶＸ１が外挿として事前に信頼度が高いものとして識別された車輪回転数ＲＤおよび時間Ｔに依存して求められる。有利には第１の速度ＶＸ１のさらなる経過が級数展開によって近似される。有利には、級数展開の際に平均車輪回転数ＭＲＤから事前に求められた第１の速度ＶＸ１、この第１の速度ＶＸ１から事前に求められた車両加速度およびこの車両加速度の時間的な導関数が例えば別の微分商の形成によって考慮される。しかしながら、級数展開の代わりに線形の外挿も同様に実施することができる。

有利には、平均車輪回転数ＭＲＤから求められていた第１の速度の事前に求められた第１の速度ＶＸ１の経過およびこの第１の速度ＶＸ１の経過から求められた車両加速度の経過がそれぞれフィルタリングによって平滑化される。これによってこれらの経過を微分できることが保証される。さらに有利にはエラーが補正され、殊に、フィルタリングによってそれぞれの平滑化された経過と平滑化されていない経過との間に時間的なずれが生じることによって惹起される可能性がある振幅のずれが補正される。このために例えば外挿の開始時に、第１の速度ＶＸ１の平滑化された経過の最後の値と、第１の速度ＶＸ１の平滑化されていない経過の最後の値とから差分値が求められる。この差分値は振幅のずれを形成し、この振幅のずれは第１の速度ＶＸ１の後に外挿される値に関して例えばこの振幅のずれを減算することによって考慮される。有利には、車両１が運転状態から停止状態ＳＳに切り替わる際に車両加速度の直前に求められた値が記憶される。この値から、目下の走行路における車輪の瞬時摩擦係数を表すパラメータを導出することができる。例えば凍結路においてブレーキを掛けることによって車輪がブロックされ、したがって停止状態ＳＳが識別される場合には、車両加速度の直前に求められた値は凍結路において考えられる最大加速度に対応する。目下の摩擦係数が走行路のさらなる経過においては実質的に変化せず、他方では第１の速度ＶＸ１が外挿によって求められるという仮定のもとでは、この考えられる最大加速度を外挿のために、例えば車両加速度の値領域を相応に制限することによって使用することができる。

第１の速度ＶＸ１はブロックＢ９に供給され、このブロックＢ９において第１の速度ＶＸ１がフィルタリングにより平滑化される。第１の速度ＶＸ１は殊にローパスフィルタによって平滑化される。平滑化によって第１の速度ＶＸ１の経過における跳躍的な変化を低減することができる。そのような跳躍的な変化は例えば車輪マーカＲＭに応じる車輪回転数ＲＤの変化によって生じる可能性がある。これにより平均車輪回転数ＭＲＤを求めるための変更された計算基礎が得られる。ブロックＢ９においてフィルタリングされた第１の速度ＶＸ１は第２の速度ＶＸ２としてブロックＢ９から出力される。さらにフィルタのフィルタ遅延ＦＶがブロックＢ９から出力される。フィルタ遅延ＦＶはフィルタリングによって第１の速度ＶＸ１と第２の速度ＶＸ２との間に生じる位相シフトを表す。

第２の速度ＶＸ２およびフィルタ遅延ＦＶが供給されるブロックＢ１０においてはこの位相シフトが補正される。さらにブロックＢ１０には最小車輪回転数ＲＤＭＩＮが供給される。ブロックＢ１０から出力される、車両長手方向の瞬時速度を表す第３の速度ＶＸ３には、有利には最小車輪回転数ＲＤＭＩＮに応じる車両長手方向の速度によって下限が設けられる。これによって、第３の速度ＶＸ３が車輪回転数ＲＤによって物理的にサポートされている車両長手方向の瞬時速度のみを表すことが保証されている。

それぞれの車輪回転数ＲＤの２つのサンプリング値間の時間を表す定数Ｃを設けることができる。定数Ｃは例えばブロックＢ５、ブロックＢ８およびブロックＢ１０に供給される。定数Ｃは状況に応じてそれぞれの車両において設定可能である。

車両長手方向の瞬時速度を別のやり方で求めることもできる。例えば、実際にはブロックＢ５は車輪回転数ＲＤの信頼度を求めるためにのみ設けられており、ブロックＢ７は車輪回転数ＲＤおよび車輪回転数マーカＲＤＭに依存して平均車輪回転数ＭＲＤおよび使用される車輪回転数ＲＤの数ＮＵＭを求めるためにのみ設けられており、またブロックＢ８は車両長手方向の瞬時速度を表す第１の速度ＶＸ１を求めるためにのみ設けられている。車両長手方向の瞬時速度をさらに確実に求めることができるようにするために、必要に応じて別のブロックを付加的に設けることもできる。最小車輪回転数ＲＤＭＩＮは例えば、車輪回転数センサ２が任意の低い車輪回転数ＲＤを検出することができない場合にのみ必要とされる。この場合にはブロックＢ３の代わりに、最小車輪回転数ＲＤＭＩＮを別の定数として設定することもできる。

Claims (9)

1. 車両長手方向の瞬時速度を求める方法において、
   車両（１）の少なくとも２つの車輪からそれぞれ車輪回転数（ＲＤ）を求め、
   各車輪回転数（ＲＤ）に関して、移動するばらつき度（ＶＡＲ）をそれぞれ求め、
   それぞれの車輪回転数（ＲＤ）の目下の信頼度を前記ばらつき度（ＶＡＲ）に依存して求め、
   車両長手方向の瞬時速度を、目下信頼度が高いものとして識別された車輪回転数（ＲＤ）に依存して求める、または目下全ての車輪回転数（ＲＤ）が信頼度の低いものとして識別されている場合には、事前に信頼度が高いものとして識別された車輪回転数（ＲＤ）に依存する外挿として求めることを特徴とする、車両長手方向の瞬時速度を求める方法。
2. 前記ばらつき度（ＶＡＲ）は分散または標準偏差によって形成されている、請求項１記載の方法。
3. 各車輪回転数（ＲＤ）に関してそれぞれ車輪加速度（ＲＢ）をそれぞれの車輪回転数（ＲＤ）に依存して求め、
   それぞれの車輪回転数（ＲＤ）の目下の信頼度をそれぞれの車輪加速度（ＲＢ）に依存して求める、請求項１または２記載の方法。
4. 前記ばらつき度（ＶＡＲ）が所定のばらつき閾値（ＶＳＷ）を下回り、それぞれの車輪加速度が所定の下側車輪加速度閾値（ＵＳＷ）を上回り、且つ所定の上側車輪加速度閾値（ＯＳＷ）を下回る場合に、それぞれの車輪回転数（ＲＤ）を目下信頼度が高いものとして識別する、請求項３記載の方法。
5. 各車輪回転数（ＲＤ）に関してそれぞれ車輪加速度（ＲＢ）を求め、
   全ての車輪加速度（ＲＢ）が０である場合に前記車両（１）の停止状態（ＳＳ）を識別し、
   前記車両（１）が識別された停止状態（ＳＳ）から運転状態に切り替わった際の車両長手方向の瞬時速度を求めるために所定の期間にわたり、目下信頼度が高いものとして識別された車輪回転数（ＲＤ）から最小の値を有する車輪回転数（ＲＤ）を選択する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 車両長手方向の瞬時速度を、目下信頼度が高いものとして識別されており、且つ必要に応じて選択された車輪回転数（ＲＤ）の平均値に依存して求める、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 各車輪回転数（ＲＤ）に関してそれぞれ車輪加速度（ＲＢ）を求め、
   全ての車輪加速度（ＲＢ）が０である場合に前記車両（１）の停止状態（ＳＳ）を識別し、
   前記車両（１）が運転状態から停止状態（ＳＳ）に切り替わった際に、事前に信頼度が高いものとして識別されており、且つ必要に応じて選択された車輪回転数（ＲＤ）に依存して最小車輪回転数（ＲＤＭＩＮ）を求め、
   該最小車輪回転数（ＲＤＭＩＮ）によって設定された車両長手方向の速度によって、車両長手方向の瞬時速度に下限を設ける、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 車両長手方向の瞬時速度をフィルタリングによって平滑化して供給する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 車両長手方向の瞬時速度を求める装置において、
   車両（１）の少なくとも２つの車輪からそれぞれ車輪回転数（ＲＤ）を求め、
   各車輪回転数（ＲＤ）に関して、移動するばらつき度（ＶＡＲ）をそれぞれ求め、
   それぞれの車輪回転数（ＲＤ）の目下の信頼度を前記ばらつき度（ＶＡＲ）に依存して求め、
   車両長手方向の瞬時速度を、目下信頼度が高いものとして識別された車輪回転数（ＲＤ）に依存して求める、または目下全ての車輪回転数（ＲＤ）が信頼度の低いものとして識別されている場合には、事前に信頼度が高いものとして識別された車輪回転数（ＲＤ）に依存する外挿として求めるよう構成されていることを特徴とする、車両長手方向の瞬時速度を求める装置。

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