JP2018515778A - 慣性センサの動作方法、当該慣性センサを備えた車両の動作方法及び当該車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両、特に自動車の慣性センサ（２）を動作させる方法に関する。この方法では、車両の動作中、慣性センサの少なくとも１つの測定量の測定データが検出され、慣性センサの較正のために誤差値が検査される。本発明によれば、車両の動作中、基準センサにより、慣性センサの測定量に相関するが異なる測定量の測定データが検出されて、慣性センサの測定データと比較され、基準センサの測定データに対する慣性センサの測定データの偏差に基づいて、誤差値が検出される。

Description

本発明は、車両、特に自動車の慣性センサの動作方法であって、車両の動作中、慣性センサの測定量の測定データを検出し、較正のために誤差値を検査する方法に関する。

また、本発明は、少なくとも１つの慣性センサを備えた車両、特に自動車の動作方法であって、慣性センサの少なくとも１つの測定量の測定データに基づいて、車両のエアバッグ又は制動システムなどの安全機能部又は安全装置の機能を起動する方法に関する。

さらに、本発明は、少なくとも１つの慣性センサと、特に慣性センサの少なくとも１つの測定量の測定データに基づいて起動可能な装置、特にエアバッグ又は制動システム、特にＥＳＰなどの安全装置とを備えた車両、特に自動車に関する。

従来技術
公報：独国特許出願公開第１０１６２６８９号明細書（ＤＥ１０１６２６８９Ａ１）から既に、慣性センサ装置を冗長的に設けることによって、慣性センサ装置の測定データの妥当性検査を行うことが公知である。これにより、測定誤差を識別して補償することができる。この場合、慣性センサの較正のために、慣性センサを基準座標系において長時間にわたって測定することにより、慣性センサの較正の際に考慮可能な測定値誤差又はオフセット値を特定することが公知である。慣性センサの組み付け姿勢が１００％の適正性で保証されることはほぼあり得ないので、こうした慣性センサの較正は必須であるが、相応にコストもかかる。なぜなら、測定データを長時間にわたって監視しなければならないことが多く、所定の条件でしか有意な測定を行うことができないからである。

独国特許出願公開第１０１６２６８９号明細書

発明の開示
本発明の請求項１の特徴を有する方法は、慣性センサの較正を従来よりも低コストにかつ正確に行えるという利点を有する。このために、本発明に係る方法は、車両の動作中、基準センサにより、慣性センサの測定量に相関するが異なる測定量の測定データが検出されて、慣性センサの測定データと比較され、基準センサの測定データに対する慣性センサの測定データの偏差に基づいて、誤差値が検出されるように構成されている。即ち、慣性センサの測定データとの比較のために、冗長系の測定データを使用するのではなく、慣性センサの測定量とは異なる測定量を検出する基準センサの測定データを使用するのである。この点に関して、基準センサは、加速度及び／又はヨーレートを慣性測定によって検出する慣性センサでなく、測定量として特に相対運動を検出するセンサである。この場合、相対運動として慣性センサの測定量と相関する相対運動が選択され、これにより、基準センサで特定された測定量から、慣性センサの測定データの妥当性検査を行い得る比較量を計算又は算定することができる。

ここで、本発明の好ましい実施形態によれば、基準センサとして、車両の車輪の回転数を検出する回転数センサが設けられる。回転数センサは、車両、特に自動車に、通常既存であるので、これは付加コストの発生を意味しない。自動車の動作中の回転数センサの測定データを並行して評価するのみでよい。この場合、もちろん、有意な比較を可能にするために、慣性データの測定データと基準センサの測定データとが同じ時間で検出されることが重要である。

好ましくは、検出された回転数から、車両の加速度が特定され又は計算される。次いで、当該加速度を、慣性センサの検出した加速度（測定量）と比較することができる。計算された加速度が慣性センサの特定した加速度から偏差している場合、例えば、検出された測定データのほか、特に基準センサの測定データに対する慣性センサの測定データのオフセット値の形態の、基準センサの測定データも考慮することにより、慣性センサが相応に較正される。

また好ましくは、上述した構成に代えて、加速度を車両の操舵角に基づいて計算し、基準センサとして操舵角センサを設け又は使用するように構成してもよい。これにより、加速度の大きさだけでなく、車両の加速度の方向も、車両の車輪の回転数に基づいて計算され、これにより、慣性センサの検出した加速度と計算された加速度との最適な比較が行われる。

本発明の請求項５の特徴を有する車両の動作方法は、慣性センサを本発明に係る方法によって較正することを特徴とする。これにより、上述した利点が得られる。他の特徴及び利点は、上述した説明及び特許請求の範囲から得られる。

本発明の請求項６の特徴を有する車両は、慣性センサの測定量に相関するが異なる測定量を検出する基準センサと、制御装置とを備えることを特徴とする。ここで、制御装置は、基準センサの測定データに対する慣性センサの測定データの偏差に基づいて慣性センサを較正する。これにより、上述した利点が得られる。

本発明の有利な実施形態によれば、慣性センサは、車両に固定して組み付けられるように構成される。即ち、慣性センサは、車両の固定の構成要素であり、例えば車両の安全装置の慣性センサである。

これに代えて、好ましくは、慣性センサが、車両内に配置されたモバイルコンピュータ、特にタブレットコンピュータ又はモバイルフォンの構成要素であるように構成してもよい。無線又はケーブル接続の通信コネクションを介して、モバイルコンピュータは、基準センサのデータを検出するために車両に信号技術的に接続可能であり、これにより、モバイルコンピュータの慣性センサによって、車両のモバイルコンピュータの組み付け姿勢を特定することができる。このために、当該モバイルコンピュータには、有利には、本発明に係る方法を実施するための、対応するプログラムが設けられる。

以下に、本発明を実施形態に即して詳細に説明する。

慣性センサを備えた自動車を示す概略図である。 計算モデルを示す概略図である。

図１には、基準座標系（ＣＯＧ）を有しかつ慣性センサ２を備えた自動車１が概略図で示されている。慣性センサ２は３つの空間方向ｘ，ｙ，ｚで加速度を検出し、これに関して、慣性センサ座標系Ｌを有する。当該慣性センサ座標系Ｌは、慣性センサ２の組み付け姿勢に依存して自動車座標系ＣＯＧに対して平行に位置合わせされた基準座標系Ｒから偏差している。また、自動車１の少なくとも１つの車輪に、基準センサ３を形成する少なくとも１つの回転数センサが対応して設けられている。好ましくは、全部で２つの回転数センサが設けられる。慣性センサ２は、例えば、直接に又は制御装置を介して、安全装置４、例えばエアバッグ装置に接続されており、これにより、慣性センサで検出された測定データに基づき、必要に応じて、安全装置４を起動することができる。

慣性センサ２は、少なくとも３つの測定量、即ち、３つの空間方向ｘ，ｙ，ｚでの加速度を検出する。安全装置４の起動を確実に保証するには、慣性センサ２を較正してその座標系Ｌを基準座標系Ｒに対応させることができるように、慣性センサ２の実際の組み付け姿勢を考慮しなければならない。このために、以下の方法を提案する。

基本的には、当該方法は、慣性センサ２の測定量の測定データ、即ち、種々の空間方向ｘ，ｙ，ｚで測定された加速度と基準座標系Ｒの相関データとの比較に基づくものと想定される。このために、ここでは、回転数センサの測定量の測定データが検出される。検出された回転数は、この場合、慣性センサ２によって検出されたｘ方向の加速度に直接には対応しないが、自動車１のｘ方向の長手方向加速度に相関する。よって、回転数、即ち、基準センサ３の測定量の測定データから加速度値を計算することができ、これを慣性センサ２の加速度値又は測定量と比較して、測定データ相互の偏差を特定することができ、これにより慣性センサ２の較正時に補償又は調整を行うことができる。さしあたり、慣性センサ２のｚ軸が車両高さ軸に一致することを基礎とする。但し、当該方法の３次元空間への拡張も同様に可能である。慣性センサ２の組み付け角度を計算するために、慣性センサの既存の加速度値（ｘ方向及びｙ方向での測定量の測定データ）と基準センサ３の相関データとが特定される。ここで、提起される問題は、図２に示されているモデルへ抽象化することができる。ここでは、以下のパラメータが該当する。
ａ^Ｌ _ｘは、慣性センサ２によって検出されたｘ方向の加速度；
ａ^Ｌ _ｙは、慣性センサ２によって検出されたｙ方向の加速度；
ａ^ＲＬは、慣性センサ２の検出値の、基準座標に対する偏差；
ａ^Ｒ _ｘは、基準座標系におけるｘ方向の加速度；
ａ^Ｒ _ｙは、基準座標系におけるｙ方向の加速度；
ＩＶＭは、逆元の車両モデル；

は、自動車座標系におけるｘ方向及びｙ方向の加速度；

は、自動車座標系におけるｘ方向及びｙ方向の相関加速度；
ａ_ＷＳＳは、回転数センサによって検出された回転数に基づく加速度計算
の値である。

この場合、破線で囲んだ領域は、次のように記述することができる。

ここで、ｏｆｆｓｅｔｘはｘ方向の偏差であり、ｏｆｆｓｅｔｙはｙ方向の偏差である。さらに、

が成り立つ。

一連の測定値に対し、対応する誤差の項の定義と考察とが得られ、即ち、

である。この形式の系の等式は、
Ｙ＝φ・θ＋ε_{Ｃｏｒｒ−ｘ}
である。

ここで、θは、慣性センサ２の組み付け角度を表す、探索パラメータαを含む。この形式の計算はオフセット法として使用可能であり、これにより、行われた測定に基づいて、組み付け角度を推定できる。進行中の動作の１回の実現に対して、計算は再帰的に行われる。この場合、ここで説明している手法は再帰的な最小２乗法を利用している。
第１のステップ：パラメータの更新（Ｐ（ｔ））
Ｐ（ｔ）＝Ｐ（ｔ−１）−［Ｐ（ｔ−１）φ（ｔ）φ^Ｔ（ｔ）Ｐ（ｔ−１）］／［１＋φ^Ｔ（ｔ）Ｐ（ｔ−１）φ（ｔ）］
第２のステップ：増幅率の計算
Ｋ（ｔ）＝［Ｐ（ｔ−１）φ（ｔ）］／［１＋φ^Ｔ（ｔ）Ｐ（ｔ−１）φ（ｔ）］＝Ｐ（ｔ）φ（ｔ）
第３のステップ：誤差の計算

第４のステップ：新たなパラメータベクトルの推定

このように、組み付け角度は、連続的に新たに推定される。次いで、後続の妥当性検査により、推定された角度が信頼できるものであるか、又は、推定の手法が充分な品質を有さないかに関する情報が与えられる。

当該方法により、特に、自動車内に通常いずれにせよ設けられている回転数センサ３が利用される場合には付加的なハードウェアなしで、又は、パラメータの手動入力なしで、慣性センサ２が、自己学習により、自動車座標系に対する自身の相対的な実際の組み付け姿勢を特定することができる。これにより、慣性センサ２の較正が簡単に可能となる。慣性センサ２は、特には車両に固定して組み付けられた慣性センサであり、例えば車両の安全システムの構成要素、特にＥＳＰ制動システムの構成要素である。これに代えて、ここに図示していない別の実施形態において、慣性センサが、自動車内に持続的に配置されているモバイルコンピュータの慣性センサであってもよい。この場合、上述した方法が実施される際に、自動車内のモバイルコンピュータの組み付け姿勢が簡単に特定される。

Claims (8)

1. 車両、特に自動車の慣性センサ（２）の動作方法であって、
   前記車両の動作中、前記慣性センサの少なくとも１つの測定量の測定データを検出し、前記慣性センサの較正のために誤差値を検査する、
   方法において、
   前記車両の動作中、基準センサにより、前記慣性センサの前記測定量に相関するが異なる測定量の測定データを検出して、前記慣性センサの測定データと比較し、
   前記基準センサの前記測定データに対する前記慣性センサの前記測定データの偏差に基づいて、誤差値を検出する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記基準センサとして、前記車両の車輪の回転数を検出する回転数センサを設ける、
   請求項１に記載の方法。
3. 検出された前記回転数から、前記車両の加速度を特定する又は計算する、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記加速度を前記車両の操舵角に基づいて計算する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも１つの慣性センサを備えた車両、特に自動車の動作方法であって、
   前記慣性センサの少なくとも１つの測定量の測定データに基づいて、前記車両の安全装置、特にエアバッグを起動する、
   方法において、
   前記慣性センサを、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法によって較正する、
   ことを特徴とする方法。
6. 少なくとも１つの慣性センサ（２）と、特に前記慣性センサ（２）によって起動可能な少なくとも１つの安全装置（４）とを備えた車両、特に自動車（１）において、
   前記慣性センサの測定量に相関するが異なる測定量を検出する基準センサ（３）と、請求項５に記載の方法を実施する制御装置（５）とを備える、
   ことを特徴とする車両。
7. 前記慣性センサ（２）は、前記車両に固定して組み付けられている、
   請求項６に記載の車両。
8. 前記慣性センサ（２）は、前記車両内に配置されたモバイルコンピュータの構成要素である、
   請求項に記載の車両。

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