JP4671435B2 - 自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法及び装置に関する。

自動車のステアリングホイールの角度位置は、例えば安定電子装置ＥＳＰのような、自動車に搭載された様々な装置に適用するために必要である。安定電子装置ＥＳＰについては、ステアリングホイールの回転回数に関する数を考慮に入れて（回転の向きによって正にも負にもなりえる）、できるだけ短い遅延時間で、ステアリングホイールの角度位置を決定する必要がある。

自動車のステアリングホイールのリアルタイム角度位置を推定または計算するための沢山の解決方法が考えられている。

幾つかの解決方法においては、ステアリングホイールのリアルタイム角度位置を供給することが可能な、複回転（ｍｕｌｔｉ−ｔｕｒｎｓ）センサを提案されている。フランス国特許出願Ｎ^ｏ２８００３４７においては、ステアリングホイールの回転回数の指標を付けることを可能にする、角度センサの中に含める装置が提案されている。

この解決方法は、高価で、しばしば騒々しくなる。

その他の解決方法においては、車輪の速度センサに基づく、単回転（ｍｏｎｏ−ｔｕｒｎ）センサによって与えられるステアリングホイールの角度位置の初期化が提案されている。

米国特許ＵＳ ４８０３６２９においては、車両の速度が閾値を超えるときにステアリングホイールの角度位置は初期化され、そのときステアリングホイールの角度位置は−１８０°と＋１８０°の間に必然的に含まれると考えられる。

この解決方法は、閾値の速度以下の車両についてのステアリングホイールの角度位置に関する情報を使用することを可能にせず、また、ＥＳＰは、閾値以上の高速の車両の速度においても、半回転以上であり得るステアリングホイールの角度位置の正確な値を知る必要性を有する状況が存在し得るので、情報は信頼性が高くない。

米国特許ＵＳ ６０８２１７１においては、車輪の速度から、車輪が直線上に位置する瞬間を検出し、そのときステアリングホイールの角度位置をゼロに初期化することが提案されている。

この解決方法は、ステアリングホイールが中心位置を通過しない限りは、ステアリングホイールの角度位置を知ることを可能にせず、ステアリングホイールの中心位置の通過は、例えば方向変換しながら出発する場合のような幾つかの状況においては非常に遅れる。

欧州特許ＥＰ ０４６０５８２においては、前輪の速度からステアリングホイールの角度位置が推定される。

この解決方法は、前輪はしばしばステアリングホイールの角度位置の推定が可能でない状況にあり、また前輪に基づく計算は、測定誤差に敏感であることは明らかであるという、主要な問題を有する。さらに、推定の数式は、ステアリングホイールの中心位置の近くのみでしか有効でなく、このことは、例えば方向変換しながら出発するときに、推定を不可能または信頼できなくする。

フランス国特許出願Ｎ^ｏ２８１１０７７においては、操舵輪に関するデータからステアリングホイールの角度位置が−１８０°と＋１８０°の間に含まれることを検出し、そのときステアリングホイールの角度位置を初期化する。

この解決方法は、ステアリングホイールの半回転以上の方向変換を伴う発進時のステアリングホイールの角度位置の初期化を、不確定な時間の間、ステアリングホイールが検出可能な位置に戻らない限りは不可能にする。さらに、前輪に基づくステアリングホイールの角度位置の計算は、明らかに測定誤差により敏感である。

従って、これらの解決方法は、あらゆる状況において、信頼度が高くて急速な、ステアリングホイールの角度位置の推定を可能にしない。

フランス国特許出願Ｎｏ２８００３４７ 米国特許ＵＳ ４８０３６２９ 米国特許ＵＳ ６０８２１７１ 欧州特許ＥＰ ０４６０５８２ フランス国特許出願Ｎｏ２８１１０７７

本発明は、自動車のステアリングホイールの角度位置を、高信頼度で急速に推定することを目的とする。

本発明の方法は、電子計算機と、自動車の後輪の回転速度を供給するための手段が装備された自動車のステアリングホイールの角度位置の推定の実行を可能にする。この方法は、上記自動車の後輪の回転速度から、ステアリングホイールの角度位置を推定することを可能にする。

また、式：

ここに：
α_{ｖｏｌａｎｔ}：ステアリングホイールの推定角度位置（ｒａｄ）
ｄｅｍ ：ステアリングホイールと前輪との間の減速比
Ｌ ：自動車のホイールベース（ｍ）
Ｅ ：自動車のトレッド（ｍ）
ω_２ｅｘｔ ：カーブの外側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ）
ω_２ｉｎｔ ：カーブの内側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ）
から、上記ステアリングホイールの角度位置を計算する。

さらに、上記後輪の回転速度の各測定値の所定の数について平均回転速度を計算して、上記後輪の回転を確認する。上記後輪の各平均回転速度が第１の閾値を超え、上記後輪の平均回転速度の和及び差が第２の閾値と異なったら、直ちにステアリングホイールの角度位置の推定が実行される。

有利には、上記第２の閾値はゼロに等しい。

望ましい１実施の形態においては、上記第１の閾値は、１．３２ｒａｄ／ｓに等しい。

有利には、上記後輪の回転速度センサから発信される、相次ぐ最新の５個のデータについて、上記後輪の平均回転速度を計算する。

望ましい１実施の形態においては、上記後輪の回転速度の比が、その値以下で上記ステアリングホイールの角度位置の推定を行う、上記ステアリングホイールの許容最大角度に相当する、第３の閾値よりも小さいことを確認する。

なお、上記第３の閾値は、式：

ここに：
α_{ｖｏｌａｎｔＭＡＸ}：ステアリングホイールの最大角度位置（ｒａｄ）
ｄｅｍ ：ステアリングホイールと前輪との間の減速比
Ｌ ：自動車のホイールベース（ｍ）
Ｅ ：自動車のトレッド（ｍ）
によって与えられる。

望ましい１実施の形態においては、推定された最新の２つの角度位置から上記ステアリングホイールの回転速度を計算し、上記ステアリングホイールの回転速度を、その値以上では計算された最新の上記ステアリングホイールの角度位置が無効にされる、第４の閾値と比較する。

有利には、上記第４の閾値は、１０００°／ｓに等しい。

望ましい１実施の形態においては、上記ステアリングホイールの角度位置の相次ぐ最新の推定の所定数が、推定される角度位置が有効であると認められることに対する欠陥なしに展開されることを確認する。

有利な１実施の形態においては、単回転センサによって供給されるステアリングホイールの角度位置の値と、後輪の回転速度から推定される上記ステアリングホイールの角度位置に基づいて推定されるステアリングホイールの回転回数に関する数の計算値とを組み合わせて、式：

及び

ここに：
Ｔ ：ステアリングホイールの推定回転回数に関する数
α_{ｖｏｌａｎｔ} ：ステアリングホイールの推定角度位置（ｒａｄ）
α_{ｖｏｌａｎｔ＿ｍｏｄ}：単回転センサによって供給されるステアリングホイールの角度位置（ｒａｄ）
α_ｒｅｅｌ ：ステアリングホイールの実際の角度位置（ｒａｄ）
によって、上記ステアリングホイールの実際の角度位置を得る。

他の１つの実施の形態においては、算定された上記ステアリングホイールの角度位置の値を、単回転センサによって供給される上記ステアリングホイールの角度位置の値と比較し、それらの間の差が、少なくとも所定の時間の間、制限値を超えたら、上記単回転センサによって供給される値は無効であるとみなし、この情報を使用する自動車の装置は、低下動作モードへ移行する。

有利には、上記制限値は１００°である。

なお、上記所定の時間は、５秒に等しい。

本発明の装置は、自動車のステアリングホイールの角度位置を推定することを可能にし、電子計算機と、自動車の後輪の回転速度を供給するための手段を有する。上記電子計算機は、上記自動車の後輪の回転速度を供給するための上記手段から供給される上記自動車の後輪の回転速度から、ステアリングホイールの角度位置を推定するのに適した計算手段を有する。

第１の実施の形態においては、上記装置は、上記ステアリングホイールの角度位置の単回転センサを有する。また上記装置は、上記単回転センサによって供給される上記ステアリングホイールの角度位置の値と上記ステアリングホイールの角度位置の推定から計算されるステアリングホイールの回転回数に関する数とを組み合わせるのに適した計算手段を有する。

他の１つの実施の形態においては、上記装置は、上記ステアリングホイールの角度位置の単回転センサを有する。また上記装置は、上記単回転センサによって供給される上記ステアリングホイールの角度位置と上記後輪の回転速度から推定される上記ステアリングホイールの角度位置とを比較するのに適した計算手段を有する。それらの間の差が、少なくとも所定の時間の間、制限値を超えたら、上記単回転センサによって供給される値は無効であるとみなされ、上記装置は、この角度位置を使用する装置に低下動作モードへの移行を指令する。

本発明のその他の目的、特徴及び利点は、非限定的な例としてのみ与えられ、添付図面を参照して行われる、以下の説明を読むことによって明らかとなるであろう。これらの図において：
−図１は、本発明による自動車のステアリングホイールの角度位置推定装置の概要図である。
−図２は、推定の原理を説明することを可能にする概要図である。

図１に、本発明による自動車１の全体の構成を示す。自動車１は、電子計算機２と、自動車１の左後輪４の回転速度の左後センサ３と、自動車１の右後輪６の回転速度の右後センサ５を有する。

電子計算機２は、以下に説明するような、ステアリングホイールの角度位置の推定を可能にするハードウエア及びソフトウエア手段を有する。特に、電子計算機２は、図２を用いて説明する推定方法によって、自動車の後輪の各回転速度から、ステアリングホイールの角度位置を推定する手段を有する。

図２は、自動車１の左右の後輪４と６の回転速度から、ステアリングホイールの角度位置を推定する数式を準備するために用いられる種々の変数、すなわち

を示す。添え字についての約束事として：１は前、２は後、ｅｘｔとｉｎｔは、曲率中心Ｃに対する内と外を表すものとする。

次のように仮定する：
−Ｈ１：車輪はすべることなく回転する。

−Ｈ２：タイヤのドリフトは無視する。

次のように書くことができる：

ここに、ｄｅｍは、ステアリングホイールと前輪との間の減速比（車輪の位置の既知の関数）。
さらに：

以上のことから：

さて、

従って：

及び

を用いて：

が得られる。

縮閉線の不均衡率ε：

を導入する。
すると、

が得られる。

さて、｜Ｄ｜＜１、従って、仮定の枠内において、

として、誤差は、ε％以下である。

さて、後輪の回転半径を完全には知らないという事実に起因する縮閉線の不均衡率εに関する不確実性から、後輪の２つの回転半径は等しく、その結果ε＝０とみなす。

従って、次式によってステアリングホイールの角度位置の推定値が得られる。

電子計算機２によって、幾つかの確認が行われる。

まず第１に、自動車１が運動中であることは間違いないので、後輪４と６の回転速度を０に等しい閾値と比較することによって、後輪４と６が回転していることを確認する。後輪４または６の１つがブロックされているときには、ステアリングホイールの角度位置の推定は不可能である。後輪４と６の回転速度のセンサ３、５の不完全性から免れるために、この閾値を１．３２ｒａｄ／ｓへ上げることができる。後輪４と６の速度が、電子計算機２から発生しているときに、後輪４と６の速度は定期的、例えば４０ｍｓごとに更新される。このサンプリングのステップは、１つのサンプリングのステップの間、回転速度の誤った値が維持されるであろうことを意味する。これらの結果を制限するために、後輪４と６の回転速度の複数の値を平均する必要がある。換言すれば、ステアリングホイールの角度位置の推定を実行する前に、後輪４と６の回転速度をフィルタする。例えば、５個の受けられた最新の値についての平均をとり、２つの後輪のうちの１つの平均回転速度の１つが１．３２ｒａｄ／ｓよりも小さいか、後輪の回転速度の平均値の和または差がゼロである限りは、ステアリングホイールの角度位置の推定を実行しない。

次に、後輪の速度の比が最大値よりも小さいことを確認する。実際、実行される推定についての先の２つの仮定の実現は、後輪４と６の回転速度の差は、自動車１の移動と、前輪７及び８の方向転換のみに因ることを意味する。この場合、後輪の回転速度の最大の差は、自動車１と、舵取り機構を構成する部品の幾何学的な特性のみに依存する。従って、もし、後輪の回転速度の比が、ステアリングホイールの最大角度位置（α_{ｖｏｌａｎｔＭＡＸ}）に対応する理論最大値（Ｒａｐｐｏｒｔ_ＭＡＸ）を超えたら、ステアリングホイールの角度位置の更新を停止する。

である。ここに：
ω_２ｅｘｔ：カーブの外側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ．）
ω_２ｉｎｔ：カーブの内側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ．）
さて、

以上のことから：

及び、

次に、ステアリングホイールの角度位置の最新の２つの値から計算されたステアリングホイールの回転速度が、例えば１０００°／ｓとする閾値以下であることを確認する。もし、ステアリングホイールの角度位置の最新の推定値から計算されたステアリングホイールの回転速度がこの閾値を超えたら、ステアリングホイールの最新の角度位置は無効とされる。

最後に、推定条件の安定性、すなわち、ステアリングホイールの角度位置の最新の推定が、欠陥なしに実行されたか否かを確認する。このため、先行する確認の集合が、例えば後輪の回転速度の最新の７個の値について実行されたか否かを確認し、実行されていたときにのみステアリングホイールの角度位置が的確に推定されたとみなす。

この自動車のステアリングホイールの角度位置の推定方法は、単回転センサと組み合わせて利用することができる。実際、単回転センサは、２Πｒａｄすなわち３６０°を差し引いて有効なステアリングホイールの角度位置を供給する。換言すれば、−１０００°から＋１０００°まで作動するステアリングホイールについて、ステアリングホイールの角度位置が、１０°、３７０°、７３０°、−３５０°、−７１０°であるときに、単回転センサは常に１０°を示す。この単回転センサは、２Πｒａｄ以内に変更して表示されたステアリングホイールの角度位置α_{ｖｏｌａｎｔ＿ｍｏｄ}を供給する。本方法によって供給されるステアリングホイールの角度の推定は、推定値を２Πｒａｄで割ることによって、ステアリングホイールが何回目の回転中であるかを推定することを可能にする。次いで、単回転センサから供給された値とステアリングホイールの推定回転回数とを組み合わせて、実際のステアリングホイールの角度を、次式によって得る。

及び、

ここに、：
Ｔ ：ステアリングホイールの推定回転回数を示す指標
α_{ｖｏｌａｎｔ} ：ステアリングホイールの推定角度位置（ｒａｄ）
α_{ｖｏｌａｎｔ＿ｍｏｄ}：単回転センサから供給される、２Πｒａｄ以内に変更して表示されたステアリングホイールの角度位置（ｒａｄ）
α_ｒｅｅｌ ：ステアリングホイールの実際の角度位置（ｒａｄ）
従って、本方法による推定と単回転センサから得られた結果との組み合わせによって、ステアリングホイールの実際の角度位置を得る。

また、ステアリングホイールの角度位置の本推定方法は、センサから生じるステアリングホイールの角度位置と、本発明による方法によって推定された値との間の比較を実行するために利用することができる。そこで、これらの２つの値を常に比較し、その差が、例えば５秒である所定の時間中に、例えば１００°である所定の閾値を超えたら、センサから供給された情報は無効であるとみなされ、この情報を使用する搭載装置は、低下動作モードへ移行する必要がある。

本発明は、ステアリングホイールの角度位置を測定するために、複回転センサよりも安価な、単回転センサを使用することを可能にする。

また本発明は、ステアリングホイールの位置がどこにあっても、直線進行中であっても方向変換中であっても、ステアリングホイールの角度位置の信頼できる推定を可能にする。

さらに、本発明は、自動車の速度が数ｋｍ／ｈに達すると、直ちにステアリングホイールの角度位置の推定を可能にする。

さらに、本発明は、角度の推定が欠陥状態にある状況を、この推定に対して実行される確認によって、除外することを可能にする。

Claims (17)

1. 電子計算機（２）と、自動車の後輪（４、６）の回転速度を供給するための手段（３、５）が装備された自動車（１）のステアリングホイールの角度位置推定方法において、上記自動車の後輪（４、６）の回転速度から、ステアリングホイールの角度位置を推定し、
   式：
   

   

   ここに：
   α _{ｖｏｌａｎｔ} ：ステアリングホイールの推定角度位置（ｒａｄ）
   ｄｅｍ ：ステアリングホイールと前輪との間の減速比
   Ｌ ：自動車のホイールベース（ｍ）
   Ｅ ：自動車のトレッド（ｍ）
   ω _２ｅｘｔ ：カーブの外側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ）
   ω _２ｉｎｔ ：カーブの内側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ）
   から、上記ステアリングホイールの角度位置を計算し、
   上記後輪（４、６）の回転速度の各測定値の所定の数について平均回転速度を計算して、上記後輪（４、６）の回転を確認し、上記後輪（４、６）の各平均回転速度が第１の閾値を超え、上記後輪（４、６）の平均回転速度の和及び差が第２の閾値と異なったら、直ちにステアリングホイールの角度位置の推定を行うことを特徴とする、自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
2. 上記第２の閾値はゼロに等しいことを特徴とする、請求項１に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
3. 上記第１の閾値は、１．３２ｒａｄ／ｓに等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
4. 上記後輪（４、６）の回転速度センサ（３、５）から発信される、相次ぐ最新の５個のデータについて、上記後輪（４、６）の平均回転速度を計算することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
5. 上記後輪（４、６）の回転速度の比が、その値以下で上記ステアリングホイールの角度位置の推定を行う、上記ステアリングホイールの許容最大角度に相当する、第３の閾値よりも小さいことを確認することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
6. 上記第３の閾値は、式：
   

   

   ここに：
   α_{ｖｏｌａｎｔＭＡＸ}：ステアリングホイールの最大角度位置（ｒａｄ）
   ｄｅｍ ：ステアリングホイールと前輪との間の減速比
   Ｌ ：自動車のホイールベース（ｍ）
   Ｅ ：自動車のトレッド（ｍ）
   によって与えられることを特徴とする、請求項５に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
7. 最新の、推定された２つの上記ステアリングホイールの角度位置から上記ステアリングホイールの回転速度を計算し、上記ステアリングホイールの回転速度を、その値以上では計算された最新の、２つの上記ステアリングホイールの角度位置が無効にされる、第４の閾値と比較することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
8. 上記第４の閾値は、１０００°／ｓに等しいことを特徴とする、請求項７に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
9. 最新の、相次いで推定された２つの上記ステアリングホイールの角度位置が、推定される角度位置が有効であると認められることに対する欠陥無しに展開されることを確認すること特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
10. 上記ステアリングホイールの角度位置の相次ぐ７個の最新の推定が、欠陥なしに展開されるか否かを確認することを特徴とする、請求項９に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
11. 単回転センサによって供給されるステアリングホイールの角度位置の値と、後輪の回転速度から推定される上記ステアリングホイールの角度位置に基づいて推定されるステアリングホイールの回転回数に関する数の計算値とを組み合わせて、式：
    

    

    及び
    

    

    ここに：
    Ｔ ：ステアリングホイールの推定回転回数に関する数
    α_{ｖｏｌａｎｔ} ：ステアリングホイールの推定角度位置（ｒａｄ）
    α_{ｖｏｌａｎｔ＿ｍｏｄ}：単回転センサによって供給されるステアリングホイールの角度位置（ｒａｄ）
    α_ｒｅｅｌ ：ステアリングホイールの実際の角度位置（ｒａｄ）
    によって、上記ステアリングホイールの実際の角度位置を得ることを特徴とする、請求項９または１０に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
12. 算定された上記ステアリングホイールの角度位置の値を、単回転センサによって供給される上記ステアリングホイールの角度位置の値と比較し、それらの間の差が、少なくとも所定の時間の間、制限値を超えたら、上記単回転センサによって供給される値は無効であるとみなし、この情報を使用する自動車の装置は、低下動作モードへ移行することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１つに記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
13. 上記制限値は１００°であることを特徴とする、請求項１２に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
14. 上記所定の時間は、５秒に等しいことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定方法。
15. 電子計算機（２）と、自動車（１）の後輪（４、６）の回転速度を供給するための手段（３、５）を有する自動車（１）の、ステアリングホイールの角度位置推定装置において、上記電子計算機（２）は、上記自動車（１）の後輪（４、６）の回転速度を供給するための上記手段（３、５）から供給される上記自動車（１）の後輪（４、６）の回転速度から、ステアリングホイールの角度位置を推定するのに適した計算手段を有し、
    式：
    

    

    ここに：
    α _{ｖｏｌａｎｔ} ：ステアリングホイールの推定角度位置（ｒａｄ）
    ｄｅｍ ：ステアリングホイールと前輪との間の減速比
    Ｌ ：自動車のホイールベース（ｍ）
    Ｅ ：自動車のトレッド（ｍ）
    ω _２ｅｘｔ ：カーブの外側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ）
    ω _２ｉｎｔ ：カーブの内側の後輪の回転速度（ｒａｄ／ｓ）
    から、上記ステアリングホイールの角度位置を計算し、
    上記後輪（４、６）の回転速度の各測定値の所定の数について平均回転速度を計算して、上記後輪（４、６）の回転を確認し、上記後輪（４、６）の各平均回転速度が第１の閾値を超え、上記後輪（４、６）の平均回転速度の和及び差が第２の閾値と異なったら、直ちにステアリングホイールの角度位置の推定を行うことを特徴とする、自動車のステアリングホイールの角度位置推定装置。
16. 上記ステアリングホイールの角度位置の単回転センサと、上記単回転センサによって供給される上記ステアリングホイールの角度位置の値と上記ステアリングホイールの角度位置の推定から計算されるステアリングホイールの回転回数に関する数とを組み合わせるのに適した計算手段を有することを特徴とする、請求項１５に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定装置。
17. 上記ステアリングホイールの角度位置の単回転センサと、上記単回転センサによって供給される上記ステアリングホイールの角度位置と上記後輪（４、６）の回転速度から推定される上記ステアリングホイールの角度位置とを比較するのに適した計算手段を有し、それらの間の差が、少なくとも所定の時間の間、制限値を超えたら、上記単回転センサによって供給される値は無効であるとみなされ、上記装置は、この角度位置を使用する装置に低下動作モードへの移行を指令することを特徴とする、請求項１５に記載の自動車のステアリングホイールの角度位置推定装置。

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