JPH09505891A - ヨーイング速度センサの信号を評価する回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車両（４）における走行安定性調整に用いられるヨーイング速度調整器（１０）の信号が評価される。温度センサ（７）により、センサ信号の温度依存性が補償される。しかし、ヨーイング速度センサ（１）の特性曲線パラメータが温度に依存しているというだけではなく、それらの温度依存性は各センサに固有のものでもあって、つまり温度依存性はセンサごとにばらついている。このような依存性は、調整サイクルに同期した平面にある第１の評価手段と適応平面にある第２の評価手段により補償される。第１の評価手段により、ヨーイング速度センサ（１）と温度センサ（７）の信号から目下のヨーイング速度が算出される。第２の評価手段により、温度に依存して個々のヨーイング速度センサ（１）の固有の特性曲線パラメータが求められる。

Description

【発明の詳細な説明】 ヨーイング速度センサの信号を評価する回路装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載の回路装置に関する。この種の回路装置 はたとえばヨーイング調整において用いることができ、この調整により、たとえ ば運転者が誤った操縦を行ったときや横風を補償調整するために、車両の走行安 定性が高められる。ヨーイング運動は車両の垂直軸を中心とした車両の旋回、つ まり路面に対し垂直に車両の重心を通過する軸を中心とする車両の旋回である。 ヨーイング調整のための車両操作量は、車両の一方の側におけるブレーキをも っぱら操作するか種々異なる強さで操作することにより生じる車両の非対称的な 制動とすることもできるし、あるいは後輪操舵を伴う車両であれば後車軸におけ る操舵角の調節とすることもできる。 車両の運動を調整するための公知の装置の場合、車両における不安定化力の作 用が目下の”ヨーイングレベル”の測定により判定され、所望のヨーイング速度 が求められて目下のヨーイングレベルと比較され、その比較結果にしたがって、 車両が安定に保持されるようブレーキが操作される（ドイツ連邦共和国特許出願 公開第３９１９３４７号公報参照）。 ヨーイング速度（ヨーイングレートとも称する）はヨーイングないし旋回速度 センサ（ヨーイングレートセンサとも称する）により測定され、電気信号に変換 される。使用されるセンサの品質によって、走行安定性調整の精度が決定的に定 まってしまう。車両に用いることのできる経済的に大量生産されたヨーイング速 度センサは、たとえば振動するセラミック構造へのコリオリカの作用を測定する 方式（Fox，C.H.J.：Vibrating Cylinder Gyro - Theory of Operation and Err or Analysis．University of Stuttqart Gyro Symposium，１９８８年９月）を ベースとしているか、あるいは音叉に類似したコンポーネント（JEE，１９９０ 年９月、９９頁〜１０４頁）をベースとしている。 殊に低コストのセンサにおける主要な技術的問題点は、特性曲線パラメータ（ 勾配およびゼロ点縦座標）が温度に強く依存していることであり、さらにこのよ うな温度依存性自体が大量生産で製造されたセンサであるとセンサごとにばらつ いていることである。実践において知られているのは、温度センサを設けて温度 に対するセンサ信号の依存性を計算によって補正することである。 本発明の課題は、センサ信号への温度の影響に加えて、個々のセンサごとに固 有の特性曲線パラメータの温度依存性を補償することにある。 本発明によればこの課題は、請求項１に記載の回路装置により解決される。 従属請求項には本発明の好適な実施形態が示されている。 次に、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 第１図は、車両用のヨーイング速度調整回路を示す図である。 第２図は、この調整回路で用いられる旋回速度センサの特性曲線図である。 第３ａ図および第３ｂ図は、センサ固有のつまりセンサごとにばらついている 相対的勾配変化およびオフセット値をセンサ温度を横軸として示した経過特性曲 線図の実例である。 第４図は、第１図による調整回路における第１の評価手段のフローチャートで ある。 第５図は、第１図による調整回路における第２の適応形評価手段のフローチャ ートである。 ヨーイング速度調整回路（第１図）は実質的に以下の構成部材を有している。 すなわち、ヨーイング速度センサ１、電子制御装置２、アクチュエータ３および 車両４を有しており、この車両のヨーイング速度がセンサ１により測定される。 アクチュエータ３は信号線路６を介して電子制御装置２の操作信号を受信し、そ れに応じてヨーイングモーメントつまり車両４の垂直 軸を中心としたトルクが形成される。これは先に述べたように、車両の左側と右 側においてそれぞれ異なる強さで制動をかけることで、または車両４の後車軸の 操舵により行うことができる。ヨーイング速度センサ１、アクチュエータ３およ び車両４は一般に知られたものであるので、図中にはブロックとしてのみ示され ている。ヨーイング速度センサには温度センサ７が設けられており、この温度セ ンサはセンサの温度を制御装置２の信号処理回路８へ伝送する。 制御装置２はさらに計算回路９とヨーイング速度調整器１０を有している。信 号処理回路８によりヨーイング速度センサ１の出力信号が後述のようにして処理 される。その出力信号は測定されたヨーイング速度実際値Ψ_ISt,Mである。 この実際値は比較器１２の反転入力側を介してヨーイング速度調整器１０の入 力側へフィードバックされる。比較器１２のプラス入力側へは、計算回路９の出 力信号であるヨーイング速度目標値Ψ_Sollが供給される。計算回路では、たとえ ば車両参照モデルに基づいて以下の信号が処理される。すなわち、前車軸操舵角 δ_V,Mまたは操舵輪角度δ_H.Mおよび車両基準速度Ｖ_Mつまり実際に車両が走行し ている速度が処理される。 車両４のシャーシは、アクチュエータ３により付加的に加えられるヨーイング モーメントを変えられたヨ ーイング速度実際値（ないしヨーイングレート）Ψ_istに転換し、これはヨーイ ング速度センサ１により測定され、相応の電気信号Ｕ_Ψに変換される。有利には 電圧とされるこの電気信号は電子制御装置２において処理され、測定されたヨー イング速度Ψ_ISt,Mとして、つまりヨーイング速度実際値を表す制御装置内部の 信号として、比較器１２においてヨーイング速度目標値Ψ^* _Sollと比較される。 これら両方の値の差ΔΨは調整偏差としてヨーイング速度調整器１０の入力側へ 供給される。そしてこの調整器の出力信号（たとえば電流）によりアクチュエー タ３が制御される。 第２図には、上述の調整回路において用いられる市販の旋回速度センサの特性 曲線が示されている。公称特性曲線１４は勾配ａ^-1とオフセット値−ｂ・ａ^-1を 有している。第２の特性曲線１５はこの公称特性曲線１４とは異なる勾配を有し ており、特性曲線１６は公称特性曲線１４とは異なる勾配と異なるオフセット値 を有している（第３図）。センサの電気的な出力信号Ｕ_Ψは実質的に線形に、セ ンサに作用するヨーイング速度とともに変化する。したがってこの種のセンサの 特性曲線は次式で記述できる： Ｕ_Ψ＝ａ^-1*Ψ_Ist−ｂ＊ａ^-1 （Ｉ） ここでａ^-1は特性曲線の勾配であり、−ｂ・ａ^-1はそのゼロ点の縦座標でありつ まりヨーイング速度がゼロであるときのセンサの出力値（オフセット値とも称 する）である。しかしこれらの値は一定ではない。殊に低コストの車両用ヨーイ ング速度センサにおける重要な技術的問題点は一方では、値ａ^-1と−ｂ・ａ^-1が 温度によって著しく影響を受けることである。このことは殊にいわゆるＶＳＧセ ンサ（ＶＳＧ＝Vibrating structure Gyros）についてあてはまる。他方、温度 に対する量ａとｂの経過特性自体が、大量生産により製造されたセンサの場合、 センサごとに著しくばらついている。 第３ａ図には特性曲線の相対的勾配変化ｄに関してセンサに依存するばらつき の実例が、第３ｂ図には特性曲線のオフセット値−ｂ・ａ^-1のばらつきの実例が 、それぞれセンサ温度を横軸として記されており、しかもこれらは異なる３つの ヨーイング速度２０，２１，２２に関して示されている。相対的勾配変化ｄは次 式により得られる： ｄ＝１／（ａ・ｃ）−１ （II） ここで量ｃはセンサの本来の一定の公称増幅度であり、Ｖ／（度／秒）の単位で 表される。 ヨーイング速度センサの特性量ａおよびｂにおいてばらつきを生じさせる温度 依存性により、第１図の調整回路により生じる走行特性がそのままばらつくこと になる。その際、たとえばセンサのオフセットエラーによれば、横風が見かけ上 存在しているように感じとられることになる。 従来のヨーイング速度センサにおいて実践から知られているのは、センサ温度 を捕捉し、特性曲線勾配ａ^-1と特性曲線オフセット−ｂ・ａ^-1の依存性を公称特 性曲線によりモデリングすることである。たしかにこの場合、通常のセンサに対 し曲線特性の温度補償は可能であるが、その際、ａ^-1と−ｂ・ａ^-1の経過特性に おけるセンサに依存するばらつきを捕捉することはできない。 上述の問題点は、ここで述べた評価回路におけるセンサ特性曲線勾配ａ^-1とセ ンサオフセット−ｂ・ａ^-1におけるセンサに依存する温度分散性が、センサ信号 たとえば非駆動軸の各車輪の回転数差の付加的な評価により、個々のヨーイング 速度センサについて制御装置において適応調整されることにより、つまり一種の 連続的な”学習プロセス”において改善されることにより解決される。この目的 で、ヨーイング速度センサの信号の処理ないし評価は、２つの領域ないし仮想的 な”平面”に分けられる。 いわゆる調整サイクル領域において、信号処理回路８における第１の評価手段 （第４図に示されたプログラム部分のフローチャートに対応）により、次式に従 ってヨーイング速度に関する制御装置の内部的な測定値が算出される： Ψ_Ist,M＝ａ_M ^*Ｕ^*Ψ＋ｂ_M （III） この場合、 Ｕ^* _Ψ ：温度に依存するセンサ信号のためのろ波された値、 ａ_M ：反転されたセンサ信号特性曲線の補間された温度に依存する勾配、 ｂ_M ：反転されたセンサ信号特性曲線の補間された温度に依存するゼロ点の 値、 である。 ここではアルゴリズムとして実現されているこの第１の評価手段の役割は、ヨ ーイング速度に関する電気信号とセンサ素子の温度に関する電気信号Ｕθから目 下の車両ヨーイング速度Ψ_ISt,Mをできるだけ精確に算出することである。この 目的で、ヨーイング速度センサ１のろ波された信号が特性曲線勾配に対し適合さ れた温度に依存する値ａ_Mと乗算され、その後、特性曲線オフセットに対し適合 された温度に依存する値ｂ_Mだけ補足される。ここで好適であるのは、ヨーイン グ速度センサの信号を一般に知られている方式に従ってろ波することであり、そ の目的は、測定信号の確率的変動ならびにその結果として生じる調整回路への妨 害作用を補償することである。 値ａ_Mとｂ_Mは制御装置２の書き込み／読み出しメモリ１８から取り出され、こ のメモリは線路１９を介して信号処理回路８と接続されている。メモリ１４には 、これらの値が温度の関数として格納されている。メモリ１５も書き込み可能で なければならない。そ れというのは、後で述べるような適応形評価手段により、ａ_Mとｂ_Mのためのテー ブル値を制御装置２の”学習成果”の進展につれて繰り返しワークメモリに書き 込む必要があるからである。メモリ１８は、制御装置２への電圧給電が遮断され ても書き込まれたテーブル値が保持されたままであるように構成されており、つ まりこのメモリはバッテリバックアップ形ＲＡＭまたはＥ²ＰＲＯＭ メモリと して構成されている。 第１の評価は調整回路５の１つのサイクル内で行われ、これは前述のアルゴリ ズムが第４図に示されているフローチャートに従って処理されることにより行わ れる： スタート後、ステップＳ１においてヨーイング速度センサ１の信号電圧Ｕ_Ψと 温度センサ７の信号電圧Ｕ_θが測定される。 ステップＳ２においてこれら両方の信号電圧がろ波され、これによりろ波され た値Ｕ^* _ΨとＵ^* _θが得られる。 ステップＳ３において対応する値ａ_Mが、メモリ１８のテーブルに格納されて いる値ａ_M（Ｕ^* _θ）により補間される。 ステップＳ４において対応する値ｂ_Mが、メモリに格納されている値ｂ_M（Ｕ^* _θ ）のテーブルにより補間される。 ステップＳ５において、式（III）によるヨーイング 速度実際値の測定値が既述の補正も含めて算出される。これでこのサブルーチン が終了する。 信号処理回路８の第２の評価手段はいわゆる適応平面で動作するものであり、 これは調整サイクルと同期して進行させる必要はない。そしてこの役割は、特性 曲線勾配ａとセンサオフセットｂにおける個々のセンサに固有の実際の経過特性 を、ヨーイング速度センサ１の温度の関数として求め、求められた値を制御装置 ２におけるメモリ１８の既述のテーブルに格納することである。したがってこの 第２の評価手段により適応化（識別とも称する）が実行され、次にこれについて 第５図のフローチャートを参照しながら説明する。 サンプリング時点ｋで特性曲線パラメータａ，ｂの適応化が開始される。実際 の値ａおよびｂを求めるための前提条件は、車両の実際のヨーイング速度につい て少なくとも一時的に有効な基準尺度量が存在していることである。このような 実際のヨーイング速度ないしヨーイングレートを基準ヨーイング速度Ψ_refと称 する。基準ヨーイング速度に関して少なくとも一時的に妥当な情報は、車両の非 駆動軸における車輪回転数により得られる。これらの車輪回転数は通常（たとえ ばＡＢＳないしＡＳＲコントロールのために）、制御装置２においてすでに存在 しているものである。以下では、この非駆動軸における左車輪ないし右車輪の車 輪速度をそれぞれｖ_lおよびｖ_rと称する。 ステップＳ１１において車輪速度ｖ_lとｖ_rが測定される。この場合、種々異な るタイヤ円周の影響を補償するために、一般に公知の手法に従っていわゆる車輪 補償調整が実施される。 ステップＳ１２において、車輪回転数値ｖ_lとｖ_rとから基準ヨーイング速度Ψ_ref が算出される。これはたとえば次の単純な式に従って行われる： Ψ_ref＝（ｖ_l−ｖ_r）／（Ｉ_spurw） （IV） ここでＩ_spurwは、非駆動軸における各車輪の両方の路面接触中心点間の距離を 表す。 この式は制限された有効範囲しかもっていないので、ステップ１２において付 加的に妥当性値Ｇ（Ψ_ref）がいっしょに計算される。この値は算出される基準 ヨーイング速度の妥当性に対する連続的な基準尺度を成すものであって、たとえ ば以下のようにして表される： Ｇ（Ψ_ref）＝０：Ψ_refが完全に無効、 Ｇ（Ψ_ref）＝１はΨ_refが完全に有効、 をそれぞれ表す。 Ｇ（Ψ_ref）は車両の走行状態に依存する。したがって式（IV）に従って算出 されたΨ_refの値は、 −車両が加速または減速しているとき、 −制御されているヨーイングプロセス（たとえば後車軸の操舵または非対称的制 動）が目下アクティブであるとき、あるいは、 −車両が著しく非平坦な路面を走行しているとき、エラーを有することになる。 したがってＧ（Ψ_ref）を算出する際には、走行状態に依存するパラメータを 処理する必要がある。このためには、たとえばファジィロジックで動作する方式 が適しており、この場合、以下のルールベースにより行われる。 ルール１： デフォルト：Ｇ（Ψ_ref）＝有効 ルール２： If(加速≠小)or(減速≠小) then Ｇ（Ψ_ref）＝無効 ルール３： If(後輪操舵角≠小)or((非対称制動)アクティブ) then Ｇ（Ψ_ref）＝無効 ルール４： If(ろ波されたｖ_lのばらつき＝大)or (ろ波されたｖ_rのばらつき＝大) then Ｇ（Ψ_ref）＝無効 この場合、”デフォルト”とは、他のルールすべてが有効でないときにこの後件 部が効力を生じることを意味する。 確率的にばらついている車輪回転数信号に関するろ波された値は、たとえば車 輪回転速度の時間導関数の ができる。 ステップ１３において所定の境界値ε（Ψ_ref）を用いることで、目下算出さ れた値Ψ_refならびに目下測定されてろ波された値Ｕ^* _Ψをａおよびｂの別の識別 に実際に利用できるか否かについて判定される。この場合、Ｇ（Ψ_ref）＞ε（ Ψ_ref）であれば、ステップ１４において値Ψ_refとＵ^* _ΨがΨ_ref と名称が変えられて、ステップＳ１５における識別のために入力信号として供給 される。これらの入力信号からパラメータａとｂが識別され、ステップＳ１３と 同じようにして対応する妥当性値Ｇ（ａ）およびＧ（ｂ）が算出される。この算 出は以下のようにして実施される： ここでｋは目下のサンプリング時点の番号であり、ｎは、 −ａのための式の分母において数値的に好適に評価することのできる差が生じる こと、および、 −ヨーイング速度センサの固有ダイナミックプロセス自体が終了するようにして 、 自動的に整合されるものである。 妥当性値Ｇ（ａ）およびＧ（ｂ）は好適には次のフ ァジィルールベースにより求められる。 ルール１： デフオルト：Ｇ（ａ）＝無効 ：Ｇ（ｂ）＝無効 ルール２： If(｜Ｕ^* _θ（ｋ＋ｎ）−Ｕ^* _θ（ｋ）｜＝小) and (｜分母の差｜＝大) then Ｇ（ａ）＝有効、Ｇ（ｂ）＝有効 これに続くステップＳ１６，Ｓ１７，Ｓ１８は、以下のときにのみ補間基準値 ａ_M（Ｕ^* _θ），ｂ_M（Ｕ^* _θ）を新たに識別された値ａ，ｂと置き換える（ステッ プＳ１９）ために用いられる。すなわち、 −目下のセンサ温度θが実際に補間基準値θ_iの近くに位置するとき（ステップ Ｓ１５）、および、 −識別された値ａ，ｂに対する妥当性値Ｇ（ａ），Ｇ（ｂ）が所定の境界値ε（ ａ），ε（ｂ）よりも大きいとき、および、 −補間基準点θ_iにおいて新たに識別された値ａ，ｂがこれまでに格納されたテ ーブル補間基準値ａ_M（Ｕ^* _θ）ないしｂ_M（Ｕ^* _θ）と著しく異なるとき（ステッ プＳ１８）、 である。 したがって最後に挙げたステップＳ１８は殊に重要である。それというのは、 イグニッションがオフにされたとき、つまりは制御装置に対する給電電圧が遮断 されたとき、新たに識別された補間基準値をメモリたとえばＥ²ＰＲＯＮにおい て保護しなければならないからである。この種のメモリのメモリセルは、最大で １０，０００〜１００，０００回しか書き込めない。 要約すれば、第５図による評価において以下のプロセスが実行される：ステッ プＳ１１〜Ｓ１４において、基準ヨーイング速度およびセンサ信号Ｕ_Ψの対応の 実際値が目下の温度θにおいて求められる。ステップ１３では、有効な基準ヨー イング速度において値が引き継がれたことが確認される。ステップ１７では、値 ａおよびｂに対し有効な識別が存在するか否かが判定される。ステップＳ１８で は、識別されたパラメータａ，ｂの偏差がこれまで格納されていたテーブル値に 関連して所定の閾値よりも大きいか否かが判定される。所定の閾値よりも大きけ れば、ａおよびｂは新たなテーブル値として引き継がれる。これで第２の評価手 段に属するプログラムは終了する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１１月２４日 【補正内容】 請求の範囲 １．センサ信号の温度依存性を補償するため温度センサ（７）を備えており、た とえば走行安定性調整のため、車両（４）における調整回路（５）内でヨーイン グ速度センサの信号を評価する回路装置において、 第１の評価手段が設けられており、該第１の評価手段により、ヨーイング速 度センサ（１）と温度センサ（７）の電気信号から目下のヨーイング速度が算出 され、 第２の評価手段が設けられており、該第２の評価手段により、温度に依存し てヨーイング速度センサ（１）のセンサ固有の特性曲線パラメータ（ａ，ｂ）が 適応的に求められ、 測定された車輪回転数値ｖ_lおよびｖ_rから式 Ψ_ref＝（ｖ_l−ｖ_r）／Ｉ_spurw に従って算出された基準ヨーイング速度（Ψ_ref）が考慮され、ここでＩ_spurw は、非駆動車軸における各車輪の両方の各車輪の両方の路面接触中心点間の間隔 を表すことを特徴とする、 ヨーイング速度センサの信号を評価する回路装置。 ２．前記第１の評価手段により、１つの調整サイクル内でヨーイング速度に対す る測定値が式 Ψ_ist.M＝ａ_M ^*Ｕ^* _Ψ＋ｂ_M に従って算出され、ここで、Ｕ^* _Ψは、温度に依存するセンサ信号のろ波され た値であり、ａ_Mは、反転されたセンサ信号特性曲線の補間された温度に依存す る勾配であり、ｂ_Mは、反転されたセンサ信号特性曲線の補間された温度に依存 するゼロ点値である、請求項１記載の回路装置。 ３．前記基準ヨーイング速度（Ψ_ref）に対する妥当性値Ｇ（Ψ_ref）がファジィ ルールベースにより算出される、請求項２記載の回路装置。 ４．前記ヨーイング速度センサ（１）の準備処理された出力信号がヨーイング速 度調整器（１０）の入力側へフィードバックされる、請求項１記載の回路装置。 ５．非駆動車軸において測定された車輪回転数値から基準ヨーイング速度（Ψ_{re f} ）が算出される、請求項１記載の回路装置。 ６．確率的にばらついている車輪回転数信号のためのろ波された値は、車輪回転 速度の時間導関数におけ 求項７記載の回路装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．たとえば車両（４）における走行安定性調整のため、調整回路（５）内でヨ ーイング速度センサの信号を評価する回路装置において、 ヨーイング速度センサ（１）の温度を捕捉する温度センサ（７）と、第１の 評価手段と、第２の評価手段とが設けられており、 前記第１の評価手段により、前記のヨーイング速度センサ（１）と温度セン サ（７）の電気信号からセンサ信号の温度依存性が補償されて目下のヨーイング 速度が算出され、 前記第２の評価手段により、温度に依存してヨーイング速度センサ（１）に おけるセンサ固有の特性曲線パラメータ（ａ，ｂ）が求められることを特徴とす る、 ヨーイング速度センサの信号を評価する回路装置。 ２．前記第１の評価手段により、１つの調整サイクル内でヨーイング速度に対す る測定値が式 Ψ_ist.M＝ａ_M ^*Ｕ^* _Ψ＋ｂ_M に従って算出され、ここで、Ｕ^* _Ψは、温度に依存するセンサ信号のろ波され た値であり、ａ_Mは、反転されたセンサ信号特性曲線の補間された温度に依存す る勾配であり、ｂ_Mは、反転されたセンサ信号 特性曲線の補間された温度に依存するゼロ点値である、請求項１記載の回路装置 。 ３．前記第２の評価手段により、ヨーイング速度センサの特性曲線パラメータ（ ａ^-1，−ｂ・ａ^-1）が適応的に求められる、請求項１記載の回路装置。 ４．測定された車輪回転数値ｖ₁およびｖ_rから式 Ψ_ref＝（ｖ₁−ｖ_r）／Ｉ_spurw に従って基準ヨーイング速度Ψ_refが算出され、ここでＩ_spurwは、非駆動軸に おける各車輪の両方の路面接触中心点間の間隔を表す、請求項１記載の回路装置 。 ５．前記基準ヨーイング速度（Ψ_ref）に対する妥当性値Ｇ（Ψ_ref）がファジィ ルールベースにより算出される、請求項４記載の回路装置。 ６．前記ヨーイング速度センサ（１）の準備処理された出力信号がヨーイング速 度調整器（１０）の入力側へフィードバックされる、請求項１記載の回路装置。 ７．非駆動車軸において測定された車輪回転数値から基準ヨーイング速度（Ψ_{re f} ）が算出される、請求項１記載の回路装置。 ８．確率的にばらついている車輪回転数信号のためのろ波された値は、車輪回転 速度の時間導関数におけ 求項７記載の回路装置。