JPH11509155A - 安全性上臨界の測定量の検出および評価 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 安全性上臨界の測定量、例えば自動車のコントロール装置の入力量としてヨーレイト（ＧＲ）を検出および評価するために、測定量が互いに独立した２つの測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）によって得られ、この測定チャンネルの一つ（Ｍ１）が測定範囲全体を捕らえ、他の測定チャンネル（Ｍ２）が部分測定範囲を捕らえる。エラーを認識するために、測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）の出力量が測定チャンネルによって検出された測定量の相関関係およびまたは測定結果の妥当性をチェックされる。

Description

【発明の詳細な説明】 安全上臨界の測定量の検出および評価 本発明は、安全性上臨界の（安全にとって臨界のまたは安全臨界の）測定量を 検出および評価するための方法と装置に関する。この測定量は特に、自動車のコ ントロール装置の入力量として必要である、自動車のヨーイング角度運動を示す 測定量である。この種のコントロール装置には特に、走行安定性コントロールシ ステム（ＦＳＲまたはＡＳＭＳ、すなわち自動安定性管理システム）、アンチロ ックコントロールシステム（ＡＢＳ）、トラクションスリップコントロールシス テム（ＡＳＲ）等が含まれる。 不所望な車両ヨーイング運動、すなわち車両垂直軸線回りの運動を制御および 制限するための方法と装置は公知である。このようなシステムの場合、センサに よって、操舵角度、アクセルペダル位置、個々の車輪のブレーキ圧力および回転 状態が測定される。この測定値に基づいて、運転者の希望が推論され、車両の目 標ヨーイング運動またはヨーレイトが算出される。同時に、他のセンサによって 、車両に作用する横方向加速度とヨーレイトが検出される。目標ヨーイング運動 からの車両の実際のヨーイング運動の偏差が、車両安定性を損なう所定の値を上 回ると、システムを用いて適切にブレーキ管理およびまたはエンジン管理をする ことによって安定するよう介入され、ヨーイング運動が許容値に制限される。 走行安定性コントロールシステムのような車両コントロールシステムでは基本 的には、高い安全性および信頼性が要求される。なぜなら、誤動作、例えば間違 った時点でのブレーキ操作またはブレーキ圧力低下が、危険な状況をもたらし得 るからである。安全性および信頼性に関する同じ要求は勿論、このようなコント ロールシステムのための入力量を供給するセンサについても当てはまる。入力量 が間違っていたり、不確かまたは不正確である場合には、信頼性のある確実で効 果的なコントロールが不可能である。従って、少なくとも間違った方向のコント ロール、例えば誤ったブレーキ圧力低下を防止するために、センサの動作を常に 監視し、欠陥を信号化するかまたは欠陥の発生時にコントロールを停止する必要 がある。 ヨーレイトセンサは特に走行安定性コントロールシステム（ＦＳＲ（ＤＳＣ） ，ＡＳＭＳ）のために必要である。この用途では、ヨーレイトセンサは安全性上 臨界の情報または測定量を供給する。なぜなら、間違った信号によって開始され るブレーキ介入が車両にとって危険となるからである。このようなコントロール システムに適した公知のヨーレイトセンサは複雑であり、かつ比較的に高価であ る。なぜなら、高い測定正確さ、高精度および信頼性が要求されるからである。 誤動作の認識は同様に困難である。ならなら、システムとセンサを校正するため に適したヨーイング速度を発生する所定の車両運動を生じることができないから である。車両停止状態でしか、零点からの偏差を認識および補正することができ ない。 本発明の根底をなす課題は、信頼性を維持または高めると同時に、このような 安全性上臨界の測定量を検出（捕捉）および評価するための必要なコストを制限 または低減することである。 この課題は、請求項１記載の方法によって解決される。この方法の特徴は、測 定量が互いに独立した２個以上の測定チャンネルによって得られ、この測定チャ ンネルの一つが測定範囲全体を捕らえ、１個または複数の他の測定チャンネルが 部分測定範囲を捕らえることにある。エラーを認識するために、測定チャンネル の出力量がロジック的に結合され、複数の測定チャンネルによって捕らえられた 測定範囲内での測定量の相関関係（一致）およびまたは測定量または測定結果の 妥当性がチェックされる。方法を実施するための装置と、この装置の有利な実際 形は同様に請求項に記載されている。 本発明は、車両安定性コントロールのためのヨーレイト測定の例に関して、個 々のヨーレイトセンサまたはヨーレイト測定チャンネルによって、充分な動作確 実性および信頼性が達成できないことに基づいている。なぜ達成できないかとい うと、最高の製作コストをかけても、所定の部品欠陥によって、認識できない“ 潜行性”のエラーが生じるからである。このような欠陥は例えば欠陥のあるキャ パシタ、開放型高抵抗の半導体入力部、間欠接点等である。このエラー（欠陥） の認識は、ヨーイングに多少間接的に関連する因果関係または妥当性判断基準と 補助量から得られる徴候によって間接的に行わなければならない。従って、認識 機構はその原理に従って、直接的な比較方法の場合よりも小さな分解能および大 きな慣性で応答する。この欠点を補償するためには、細かく測定する必要がある 。そのためには、精密なヨーレイトセンサを使用する必要がある。この精密なヨ ーレイトセンサは、広い測定範囲と、小さいヨーレイトから中間のヨーレイトま での範囲において高い分解能と高い精度に対する要求を満足しなければならない 。しかし、達成可能な精度と技術的コストの関係がつり合わないほど技術的コス トが増大する。高いコストにもかかわらず、センサの誤動作を確実に認識するこ とはできない。従って、間違った情報やコントロールによる危険を防止するため に、誤動作の疑いがあるときに既に、コントロールシステムを直ちに停止しなけ ればならない。コントロール中にこのような欠陥が生じると、システムの働きは 不確かとなる。このような誤動作の発生確率を低減するためには、部品の信頼性 とセンサの自己診断機能に対する最高の要求が必要である。 同一の２個の測定チャンネルまたはヨーレイトセンサを備えた冗長的なヨーレ イト測定と、相関関係のある測定結果の比較によって、公知のシステムの上記の 技術的欠点の一部を除去することができる。偏差が小さい場合、直ちに停止しな ければならない。両ヨーレイトセンサは高い精度で測定範囲全体を捕らえなけれ ばならない。このような２個のヨーレイトセンサのコストは非常に高い。 そこで、本発明は他の解決策を提供する。互いに独立した完備した２個（また はそれ以上）の測定チャンネルが使用され、そのうちの一つだけが測定範囲全体 にセットされ、他の測定チャンネルがはるかに高い分解能で測定範囲の一部だけ を捕らえる。 本発明による方法と対応する構造によって得られる効果は多彩である。先ず最 初に、２個の測定チャンネルの並列運転により、冗長的なヨーレイト測定のすべ ての利点が生じる。独立した両測定チャンネルの交互の監視が可能であり、同期 して検出されたヨーレイト測定値の程度を、ヨーレイトセンサの信頼性のための 直接的なパラメータとして評価することができる。この監視は永続的に行うこと ができる。この監視は、両センサまたは測定チャンネルの一つでゆっくり進行す る部品欠陥を直接的にかつ確実に認識することを可能にする。所定の状況、例え ばコントロールの外の状況と、所定の欠陥の場合には、直ちに停止される。他の 状況、例えば両測定チャンネルの一つが所定の全体故障を示すときには、非常時 動作時間中、残りの測定チャンネルだけでコントロールシステムを運転すること ができる。 他の重要な効果は、両測定チャンネルの異なる形成または採寸に存する。一方 の測定チャンネルは測定範囲全体を捕らえる。しかし、他の測定チャンネルは測 定範囲全体の一部だけを観察し、あたかも拡大鏡のように拡大し、技術的コスト を高めることなく、特性曲線の大きな傾斜または高い分解能によって、ヨーレイ ト検出の精度を自動的に高める。 添付の図に基づく実施の形態の次の説明から本発明の他の詳細が明らかになる 。 図１Ａは車両とその垂直軸線を象徴的に示す図、 図１Ｂは本発明による方式の構造を概略的に示す図、 図２は図１Ｂ記載の測定チャンネルの異なる特性曲線または測定範囲を示すた めのグラフである。 図１Ａは車両１のヨーイング、すなわち車両１の垂直軸線Ｚ回りの矢印ＧＲに 沿った回転運動を示すためにのみ役立つ。 車両１内には、車両のヨーイングを検出および評価するめの装置２が設けられ ている。破線で示した、矢印を有する円は、装置２によって検出すべきヨーイン グまたはヨーレイトを象徴的に示している。 装置２全体または少なくともヨーレイトセンサは勿論、ヨーレイトセンサが車 両と同様に測定すべきヨーイングを行うように、車両１内に位置決めされて配置 されている。 装置２は実質的に、ヨーレイトセンサＳ１，Ｓ２を備えた２つの測定チャンネ ルＭ１，Ｍ２と、電子回路３からなっている。この電子回路はマイクロプロセッ サ、マイクロコンピュータ等のようなプログラミングされた回路およびまたはハ ードワイヤード回路を含んでいる。本実施の形態では、この回路３は走行安定性 コントロールシステム（ドライビングスタビリティコントロールシステム）の構 成要素である。この走行安定性コントロールシステムには、他のセンサ（横方向 加速度センサ、操舵角センサ、ブレーキ圧力センサ等）の信号Ｓｎまたは付加的 な測定量が供給される。回路３自体は図示していない他のコントローラステージ または車両のコントロールシステムに信号Ｓｍを供給する。 実際のヨーレイトセンサＳ１，Ｓ２は測定チャンネルＭ１，Ｍ１の構成要素で ある。この測定チャンネルは本実施の形態ではセンサＳ１，Ｓ２のほかに、関連 する信号増幅回路４，５を含んでいる。勿論、実際にはこの信号増幅回路は回路 ３の構成要素として形成可能である。 図１Ｂに示す本実施の形態では、測定チャンネルＭ１は、装置２によって検出 されるヨーレイト測定範囲全体にセットされたチャンネルである。測定チャンネ ルＭ１は好ましくは、約±７５度／秒（度／秒は１秒あたりの角度の一般的な記 載方法である）の測定範囲にセットされている。これに対して、測定チャンネル Ｍ２は約±２５度／秒の測定範囲、すなわち測定チャンネルＭ１の測定範囲の３ 分の１にセットされている。 測定チャンネルＭ１，Ｍ２の形成に関して、基本的には、複数の方法がある。 本発明の好ましい一実施の形態では、同じ物理的原理に従って同じように構成さ れた同種のヨーレイトセンサＳ１，Ｓ２が使用され、このヨーレイトセンサは関 連する信号増幅回路４，５を適当に設計することによって異なる測定範囲にセッ トされる。例えば、音さ発振器になるように適当な電子的励起回路で補われる水 晶製音さを備えたヨーレイトセンサが、本発明による方法を実施するために適し ている。このようなヨーレイトセンサは信号増幅倍率を適当に調節することによ って所望の測定範囲にセットすることが可能である。 本発明の一実施の形態では、信号増幅回路４，５によって一定に調節された異 なる倍率で運転される、この種の同じような２個のヨーレイトセンサＳ１，Ｓ２ が使用される。 両測定チャンネルＭ１，Ｍ２を介して得られるヨーレイト測定量は並列に検出 され、電子回路３で評価される。ヨーレイトセンサＳ１または測定チャンネルＭ １は、測定範囲全体にわたって分解能を有する。これに対して、センサＳ２また は測定範囲Ｍ２は比較的に狭い測定範囲にセットされているが、非常に高い分解 能を有する。分解能を示す倍率は、両チャンネルをセットした測定範囲に逆比例 する。 本実施の形態では、両測定範囲の零点は一致している。 図２はこのような実施の形態に該当するものであり、ヨーレイトセンサＳ１， Ｓ２または測定チャンネルＭ１，Ｍ２のための異なるように設定された測定範囲 の作用を示している。ヨーレイトＧＲに対する測定チャンネルＭ１，Ｍ２の特性 曲線または電圧出力Ｖ_Bが示してある。両測定チャンネルの移行特性曲線の傾斜 は図示例では３：１の比を有する。なぜなら、測定チャンネルＭ１の場合出力電 圧範囲Ｖ_B全体が±７５度／秒の分解能のために使用され、これに対して測定チ ャンネルＭ２の場合±２５度／秒の検出および分解能のために使用されるからで ある。妨害電圧、信号処理回路の不正確さ等によって生じる同じ量のオフセット ΔＶは、測定チャンネルＭ２の急な特性曲線の場合には、比較的に小さなエラー ｆ₂となり、測定範囲全体に全体にセットされた測定チャンネルＭ１の傾斜の緩 やかな特性曲線の場合の同様なオフセットは、エラーを含むかなり大きなヨーレ イトｆ₁を表示することになる。すなわち、ヨーレイトセンサＳ２または測定チ ャンネルＭ２は拡大鏡のように作用する。なぜなら、部分測定範囲（本実施の形 態では±２５度／秒）にセットすることにより、非常に高い分解能が得られるか らである。これは測定精度と精密さを高めることになる。 本発明では更に、物理的に異なる機能原理に基づくヨーレイトセンサＳ１，Ｓ ′または異なる工業技術的または科学技術的構造を有するヨーレイトセンサＳ１ ，Ｓ′を使用することができる。更に、測定範囲全体または部分測定範囲（測定 範囲の一部）にセットすることは、関連する信号処理回路によって行うことがで き、また信号を評価する場合には回路３によって行うことができる。他方では、 構造に基づいて異なる測定範囲を検出するヨーレイトセンサも使用することがで きる。 ヨーレイトセンサと測定チャンネルを形成するための他の方法は、倍率を一定 に調節したセンサＳ１または測定チャンネルＭ１を測定範囲全体にセットするこ と、すなわち例えば±７５度／秒にセットし、倍率を変更可能にかつ制御可能に センサＳ２または測定チャンネルＭ２を形成することにある。運転スタート時に 、好ましくは、測定チャンネルＭ２″の倍率が測定チャンネルＭ１の倍率にセッ トされるので、同様に測定範囲全体の分解能が生じる。その後、分解能をその都 度効果的な最適値に調節するために、ヨーイング動作のダイナミクスまたはその 都度の走行状況またはコントロール状況での必要な分解能に依存して、測定チャ ンネルＭ２の倍率は小さな値に低下する。 測定チャンネルＭ１，Ｍ２の他の形成によれば、測定チャンネルＭ２の分解能 の範囲の中心がヨーイングのヨーレイトの平均値となるように、ヨーイングのダ イナミクスに依存して第２の測定チャンネルの倍率が変更される。ヨーレイトの 平均値が３０度／秒であるとき、例えば測定チェンネルＭ２は、±２５度／秒の 部分範囲でなく、５〜５５度／秒の範囲で分解能を有するように、その作動点ま たは零点をスライドさせる。 本発明による方法は、ヨーレイトを検出するために適しているだけでなく、安 全性上臨界の他の種類の測定量を検出および評価するために同じように使用可能 である。走行安定性コントロールシステムの場合、同じ方法で車両の横方向加速 度を検出することができる。この場合、好ましくは、第１の測定チャンネルが例 えば±１．５ｇの測定範囲にセットされ、第２の測定チャンネルが±０．５ｇの 測定範囲にセットされる。その際、ｇは重力加速度である。 本発明による方法は基本的には、安全上の理由から測定量の冗長的な検出が必 要でありかつ測定範囲の分解能が重要であるシステムの場合に、測定量を検出お よび評価するために適している。 本発明による方法は、安全性上臨界の測定量の検出（捕捉または取得）および 評価の際に、エラーを認識するために適しているだけでなく、一般的に、簡単な 手段による測定範囲の非常に高い分解能を生じることを可能にする。これは互い に独立した測定チャンネルによって測定量を上記のように検出することによって 達成される。この測定チャンネルの一方は測定範囲全体にセットされ、１個また は複数の他の測定チャンネルは部分測定範囲にセットされる。“拡大鏡”によっ て部分測定範囲を分解および検査することにより、拡大の結果として、高い分解 能が部分測定範囲で達成される。 部分測定範囲は測定範囲全体と同じ零点にセット可能である。この場合、多数 の測定システムまたはコントロールシステムにおいて大部分のコントロール動作 が測定範囲全体の比較的に狭い所定の区間においてのみ生じることが利用される 。部分測定範囲は勿論、上記のように、例えば測定量の平均値にセットしなおす ことが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｐ 21/00 Ｇ０１Ｐ 21/00 (72)発明者 ブルクハルト・ローラント ドイツ連邦共和国、Ｄ−60439 フランク フルト・アム・マイン、カステルストラー セ、32

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．安全性上臨界の測定量を検出および評価するための方法において、測定量が 互いに独立した２個以上の測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）によって得られ、この 測定チャンネルの一つ（Ｍ１）が測定範囲全体を捕らえ、１個または複数の他の 測定チャンネルが部分測定範囲を捕らえることを特徴とする方法。 ２．エラーを検出するために、測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）の出力量がロジッ ク的に結合され、複数の測定チャンネルによって捕らえられた測定範囲内での測 定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）の出力量の相関関係およびまたは測定量または測定 結果の妥当性がチェックされることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．請求項１または２記載の方法を実施するための装置、特に自動車コントロー ル装置の入力量として自動車のヨーレイトまたはヨーイング角運動を検出および 評価するための装置において、自動車のヨーレイトを測定するために、互いに独 立した２個以上の測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）が設けられ、１個の測定チャン ネル（Ｍ１）が測定範囲全体にセットされ、他の１個または複数の測定チャンネ ル（Ｍ２）が部分測定範囲にセットされ、測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）の出力 信号が、プログラム制御されるかまたはハードワイヤードのコンローラロジック （３）において、測定チャンネルによって得られた測定結果の相関関係およびま たは妥当性を監視されることを特徴とする装置。 ４．測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）がヨーレイトセンサ（Ｓ１，Ｓ２）と信号増 幅回路（４，５）を含んでいることを特徴とする請求項３記載の装置。 ５．２個の測定チャンネル（Ｍ１，Ｍ２）が設けられ、この測定チャンネルが物 理的に同種のヨーレイトセンサ（Ｓ１，Ｓ２）を含み、かつ関連する信号増幅回 路（４，５）の設計によって異なる測定範囲にセットされていることを特徴とす る請求項４記載の装置。 ６．ヨーレイトセンサ（Ｓ１，Ｓ２）が音さ発振器として形成され、この音さ発 振器の音さが水晶からなっていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つ または複数に記載の装置。 ７．２個の測定チャンネルを備えた、請求項３〜６のいずれか一つまたは複数に 記載の装置において、測定範囲全体にセットされた測定チャンネル（Ｍ１）が± ６５〜±８５度／秒のオーダーのヨーレイトのための測定範囲を含み、部分測定 範囲にセットされた測定チャンネル（Ｍ２）が±２０〜±３０度／秒のオーダー のヨーレイトのための測定範囲を含み、両ヨーレイトセンサまたは測定チャンネ ルが同じ零点にセット可能であることを特徴とする装置。 ８．２個の測定チャンネルを備えた、請求項３〜７のいずれか一つまたは複数に 記載の装置において、測定範囲全体にセットされた測定チャンネル（Ｍ１）が一 定の倍率を有するヨーレイトセンサ（Ｓ１）を備え、部分測定範囲にセットされ た測定チャンネル（Ｍ２）が制御可能な可変の倍率を有するヨーレイトセンサ（ Ｓ２）を備えていることを特徴とする装置。 ９．可変の倍率がヨーイングに依存して、すなわちその都度の状況に依存してあ るいはその都度の状況で必要とされる信号分解能に依存して制御可能であること を特徴とする請求項８記載の装置。 10．部分測定範囲にセットされた測定チャンネル（Ｍ２）の中心または零点が、 実際のヨーイングのヨーレイトの平均値にセットしなおすことが可能であること を特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載の装置。