JPS61500748A

JPS61500748A - 回転速度測定値発生器の出力信号のノイズの少ない信号への変換方法

Info

Publication number: JPS61500748A
Application number: JP85500392A
Authority: JP
Inventors: フアン　ツアンテン，アントン
Original assignee: ロ−ベルト　ボツシユ　ゲゼルシヤフト　ミツト　ベシユレンクテル　ハフツング
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1984-12-15
Publication date: 1986-04-17
Also published as: DE3445966A1; DE3464731D1; EP0147754A3; US4764871A; WO1985002591A1; EP0147754B1; EP0147754A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】回転速度測定値発生器の出力信号のノイズの少ない信号への変換方法不発明は、振幅および周ｉ数が検出すべき回転速度に依存する、回転速度１ＩｌｌＩ定発生器のノイズの多い正弦波状の出力信号シノイズの少ない信号に質保てるだめの方法に関する。

ロック防止システムにおいて車輪ａ度が利用される。

そのために従来のシステムにおいては大抵！出側定値発生器が使用される。この発生器は、歯付円板と＆極ビンとから氏ろ。歯付円板は車輪に固定されておりかつ車輪とともに回転する。６悌ビンは和に一定されている。車輪回転のｖＡａ極ビンに又流電圧が誘起される。

父流電圧の周ｔｆｔＦｉは、車輪速度および歯付円板の歯数によって決められる。歯付円板の歯がｉ＆ビンに対向しているとぎ、亀、圧は正でありかつ逆に、１闇蘭詠が昌極ビンに幻回しているとき、電圧は負である。その際この特性は、２つの反対方向に連続する零点通過間の時間がニリ足されるようにし℃利用される。この時間は、車輪速度に比例する。

零点通過の時間６ｉｌ１１足に対して又流電圧が増幅され、かつ電圧な上方および下方へ制限する制限器を介して退出される６項幅係数は非常に大きく選択され、その結果矩形信号が生じる。それから零点通過は電圧の跳躍的変化によって信号化される。又＃：、電圧中のノイズが漬り定に影響な及ぼさないように、増幅入力側はヒステリシスな有している。

５ｃ流電圧の振幅は一５車輪速度の他に、＠極と歯付円板との間の態量にも依存する。５！流電圧の畿幅は、車輪速度とともに増加しかつ隙間の拡大につれて減少する。父流電圧係号に含まれ℃いる情報は電圧制限によって増＠器において一部消去される。問題は、センサ剖・分？製作する際の許容公差である。これにより歯付円板の歯闇蘭隔は精確に等しくなく、かつ速度が高い場合計算される車輪速度に大きな跳躍的変化が生じる可能性がある。物理的な法則に基く固有の論理に別がこれらの跳躍的変化を制限しがっこのようにして車輪速度なろ波する。別の問題は、丁度増幅器の入力閾値な上回るノイズである。このノイズの周波数は人ぎいが、し理検食のｈノイズとして鯰臓される株には大さくないとさ、このノイズは車輪速度の計算に対し℃評価されかつこのためにロック防止１Ｆ＆ｌ！１ｉ装置の誤った作動を米だ丁おそれがある。

本発明によって、これら問題点を取除くが、ｆたは少なくとも低減することができる方法が提案される。

そのために、統計的な監視器、いわゆるカルマンフィルタが利用される。このフィルタの主焚啓成部分はダイナミック車輪回転のンミュレイ７ヨン部とセンサ父流電圧信号のシミユレータ部とである。その際フィルタは車輪回転のシミュレイションによって自動的に物理法則を有している。増幅された信号の制限は省略され、その結果周波数の他に信号の振幅に含筐れている情報もそこで有利にもトｇ！ＩＪされる。従来の測定方法によって可能であったよりも精確な速に信号が検出される。その結果としてセンサ部分の＆遺において比較的大きな許容公差な許容することができるようになる。

矩形の横断面を有する従来の歯形とは別の歯形、または信号な数学的に甲し分なくシミュレートすることができる全く別のセンサが許容されている。

丸に車輪ｎＯ速度の後置接続された計算部が省略される。というのは、この童もカルマンフィルタによって推定されるｔ・うである。不発明の方法は、アナ−ログおよびデジタル回路手段によって実状することができる、図面の実施例に基いて本発明の詳細な説明する。その際第１図は、＠以って計３１Ｌされた定数のカルマン増幅係数が仮定されている不発明の第１実施例な示し、第２図は、カルマン増幅係数が連続的に新たに計算される実施すな示し、第６図〜第５図は、説明のためのダイアグラムな示す。

第１図におい℃センサｌ／ｌは、　ここでは車輪速度に比例する電圧な発生する。ブロック３においてこの電圧は増幅されかつ震侠話４においてデシタル化される。

変換器４の出力側におけるセンサ信号Ｚ（Ｋ＋１）から減算器５においてシミュレートされた測定信号令（Ｋ＋１）が引算される。差信号Ｚ（Ｋ＋１　’）け、カルマン増幅ベクトルにとブロック６において乗算される７、＆はシステム状態のシミュレイションにおける推定されたエラー、ｘ（Ｋ＋１／Ｋ）である。７ＸＩＪ’　！　ｉｃおいて、この補正はシミュレートされたシステム状態△ Ｘ　（Ｋ　＋　１　／　Ｋ　）に７＋１］寞される。和は、推定されたシステム状態’２　（Ｋ＋１／に＋１　）、丁なわち、偽がたがノイズの汗なう恢出丁べき測定値な含んでいる信号である。

この推定されたシステム状態は推移マトリクスとブロック８において乗Ｘされかつ挟仝（Ｋ　＋２／に＋１　）がメモリー０に供給されろ。ブロック９におい℃ この積はさらに測定ベクトルＨとｊ！ｅ′ｓされかつその結果、推定されたセンサ信号Ｑ（Ｋ＋２）はメモリ１１に記憶される、それから次のサイクルが始まる。

センサーろが蛛）形に設計され℃いると仮定することによって、この場合、ｎｉ幅ベクトルにな足畝と低足し、前極って計算しかつブロック６に記憶することができる。この−足のベクトルはＫ　（Ｋ）の漸近像、テな第２図は別の笑ＰＩｆＩＪを示す。計算はこの場合５つの区分■〜Ｖに分割されている。これら区分は第２図において水平方向に＆ＩＩｖｉＩで示された腺によって示されている。計算は区分Ｉにおいて始まりかつ区分■、璽、■を経て区分Ｖに至る。区分Ｖ佐久のサイクルにおいて再び区分■が絣〈。第２図の左下に、センサ部分、回付円板２１および己位ピン２２が略示さねている。

誘起さ八た一ンサ交流電圧は増幅器２３において増幅されて・つ変換器２４＆Ｃ＃いてデジタル化される。ぞｔｌからこのデジタル化された１ンサ父Ｍ（電圧はセンサ化％ｚ（＞：＋１）と称される。ｅ、算器２５においてセンサ信号ＺＣＫ＋、１）からメ七り５６からの７ミユレーヘトされたでン＋ｒ６号ｚ　（Ｋ＋　ｉ　）が引算される。この差信号Ｚ　（Ｋ　＋１　）に乗に器２６にぢい℃ベクトルＦＣ（Ｘ〒１）で懺わされる刀ルマンｒ４幅展と乗算さｒる。出力頁は差ベクトルン：　（Ｋ　、−１／乙÷１）である。

すなわちこ１℃は、り畝の努」イ１の１ｈ号から放る。ＤＯ算器２７ＶＣおいて差ベクトルＣ・こ、エミュレートされた状態ベクトル会（Ｋ　＋１　／　Ｋ　）　、τなわちメモリ５７の出力か卵Ｊｔさｎ７Ｊ・つしたがって亘しの推定された状態☆（Ｋ　＝　１　／　）’−−１）か形成される。この信号は雑音が取り除プ・・れためら１する３、ＩＩＩ足霊な富んでいる。推定さ１１−た状態と副足ペクト°ルＨ（Ｋ＋１　）との乗算によって雑音が収り除かれた車輪速度に相応する一１ｊ定化号が；Ｆ＠らｒる。

ベクトルＫ（Ｋ＋１）は、カルマン増＠友と称される。増幅度は時間に依存し、かつ雑ｔ２よび測定信号ｉｃｇｉ存し℃計′Ｓされる。可夏のカルマン増幅度の時間に依存する計算のために、区分１−１ｔおよび■が用いられる。

区分ＩにおいてΦ０、ΦおよびｒｏｒＴは定数マトリクスであり、その際Φ１゛はΦの転置マトリクスである。

Ｐ　（Ｋ／Ｋ　）は変数マトリクスである。ブロック３の為らのΦ７はＰ　（Ｋ／Ｋ　”）と（ブロック３１　ｔｃおいて乗算さｒ、かつその積は引続い℃さらにもう−にブロック３２においてのと乗算される。その結果はＩＪｏ算器３３においてブロック３４からのマトリクスＦＱ）０°に／７０算される、和Ｐ（Ｋ＋１／Ｋ）は、ブロック３６および４６に記憶される、これにより区分ｌにおける計算は終了する。

区分ＩＩ　ＶＣオイテＥ（（Ｋ）、およびＰ（Ｋ＋１／Ｋ）ＨＴ（Ｋ）は変数ベクトルであり、：）（Ｋ＋１／Ｋ）は没畝マ）　ＩＪクスでありかつＲ＜Ｋ）ｈｖｂスカラーである。

ブロック３５からのベクトル）］”（Ｋ）はブロック３６のマトリクスＰ（Ｋ＋１．／Ｋ）と乗算され、かつその結果＆；、ブロック４１　ｔｃおいて西己憚さ１し、また：！ｔＫ）と７”ｏツク３７において乗算される、ブロック３１の出力は、ブロック３９区（おいてブロック３８からのスカラー　Ｒ（Ｋ）　Ｉ’ｍ　１１８％　’：：れろスカラーである。ブロック４０において、この和Ｓｕの逆数上が形成される。

ｕ区分■における計算は、ブロック４１からのベクトルＰ　ＣＫ　＋１　／　ｘ　）　ＨＴ（Ｋ）とスカラー逆数上との乗算ｕおよび積Ｋ（Ｋ＋１）のブロック４３および２６への記憶によって終了する。

区分璽においてＩは一定の単位マトリクスである。

Ｐ（Ｋ＋１／Ｋ）およびＩ　−Ｋ　（Ｋ＋１　）Ｈ（Ｋ）は、ｆｆｌマトリクスである。ブロック４２からのベクトルＨ（Ｋ）はブロック４３においてベクトルＫ（Ｋ＋１　）と乗算されかつその槓であるマトリクスは、ブロック４４からの一定のＪＩＬ位マトリクスＩからブロック４５において減３！される。差１−Ｋ　（Ｋ＋１　）Ｈ（Ｋ）は、メモリ５８に記憶される。そｎから、ブロック４６からのマトリクスＰ（Ｋ＋１／Ｋ）はブロック５８においてこの差マトリクスと乗３ｉＬされかつその結果ｐ　（ｘ＋１　／に＋１　））！ブｏ７り３１＆Ｃおいて記１１される。

区分■における既述の計算の終了後、区分■におい△ て推定された状Ｂｘ（Ｋ＋１７ｘ＋１　）がブロック４１においてベクトルＳと乗３１Ｌされかつその積のスカラーが、ＤＯ算器４８においてブロック４９のスカラーＲＯｉｃ　ｊＸＩ　算される、和＼Ｒ（Ｋ＋１　）はブロック３８に記憶される。、さらにベクトルＨ（Ｋ＋１）が計算すれる。そのためＶＣｙ　ミュレートされたセンナ信号Δ ｚ（Ｋ＋１）および推定された状態仝（Ｋ＋１／に＋１＞が用いられる。ブロック５０におい℃シミュレートされたセンナ信号令（Ｋ＋１　’Ｉが記憶される。

これはブロック５２においてベクトルＭ（Ｋ＋１）と乗算される。ベクトルＭ（Ｋ＋１）はメモリ５１に記憶されている推定値仝（Ｋ＋１／に＋１　）、および定数スカラーω０（ブロック５３）、　Ａ（ブロック５４）、およヒＮＺ（ブロック５５）から計算される。その積は、ブロック２９．３５．３７および４２［１１込まれる新しいベクトルＨ（Ｋ＋１　）である。推定値仝（Ｋ＋１／に＋１　）はさらにブロック２８において、軍！ｉｉｉ特性なシミュレートする推移マトリクスΦと乗３１Ｌ′：！−れる。

それからその出力はシミュレートされた車輪状態Δ Ｘ（Ｋ＋２／に＋１）である。ブロック２９においてシミュレートされた車輪状態Ｑ　（Ｋ＋２／に＋１　＞が測定ベクトルＨ（Ｋ＋１）と乗算され℃、メモリ５０および５６に対するシミュレートされたセンサ信号△ ｚ　（Ｋ＋２　）が得られる。

次のサイクルが始まるときようやく、ＡＤ変換器２４がトリがされかつセンサ信号Ｚ　（Ｋ＋２　）の新しい値が記憶される。丁なわちＡＤｆ換器の周波数は全体ノ計算値の計算速度に整合されなけれはならない。

しかし侶号周期内の標本化時点の引き受けられる数に達するまでに、標本化周波数は甲し分なく高く選択されなげればならない。薗付円板が５０の歯を■し、かつ車輪の最大回転数が毎秒６０回転な上回らないことから出発てるとき、極めて高い速度の場合にもフィルタの確実な機能な保証するために、標本化ｍｉ数は少なくとも６　ＫＨｚなければならない。このことは、計算機がＬｌ、１６　ｍｓ円に１サイクルの計算な実見しなければならないことも意味する。この判断基準にしたがって計算機な選択しなければならない。回転数が低くかつ歯数が低い場合、標本化周波数は相応に低く選択することができる。

第１図および第２図においてブロック間の単一で示す接続線は単線であり、２隻に示す接ａ線は多重接続線ｔｉわ丁。個々のマ）　ＩＪクスおよびベクトルは付録■に示されている。個々に使用のシンボルは、付録ｌに示されている。

例第６図および第４図に、ダイヤグラムが図示されている。

両方の図にて、上側の曲線は、ＡＤ質洪器の後のセンサ電圧であり、その際デジタル値は相互に直線的に廷ひ付けられている。これら曲線は副足検出値である。

七／す電圧の下方に、カルマンフィルタによって計算される車輪の周速度が図示されている。第３図は、高い標本化速度における結果な示し、−１第４区１に低い標本化速度における結果な示す。両方の計算におい℃ベクトルにおいてＳＲＩ　＝　ＩＪが選択されている。

第３図の例において車輪は９０　ｍｓと３　Ｌｌ　１１　ｍｓとの間でロックされる。カルマンフィルタはこのことをまさに甲し分なく指示する。フィルタ作用の開始時における速度の著しい振動は、フィルタの立ち上り過渡振動である。

第４図の９ちにおいて車輪は１１０ｍ５と２１（］ｍＳとの間でロックされる。

この場合も、カルマンフィルタは低い標本化速度にも拘わらず甲し分なく機能する。

次にカルマンフィルタの計算について説明する。システムの推定値は次の通りである。

Ｘ１＝車−一回転角区Ｘ、　＝車輪一回転速度Ｘ３＝車輪−ト　ルクｘ４＝センサーイヤング間隔の逆欽次のシステム式が成立つその際Ｗ１およびＷ２は車輪のトルクのｉｔレベルないしセンサーギャップ間隔の逆数である。

個別システム解は次の通りである：Ｘ（Ｋ十ｉ　）＝Φ（Ｋ＋１／Ｋ）−Ｘ（Ｋ）＋ｒ　（Ｋ＋Ｍ：＜）−Ｗ（Ｋ）センサ信号は矢のように表わされる：その阪ｒ＜ｔ＞は、測定信号における雑音信号である。

この式は、歯数ＮＺ、ギャップ間ｆ４Ｘ４０逆数および回転Ｌｘ、とともにセン＋ｊ電圧の一般の経過を示す。

′５Ｃ流寛圧振幅ｔＪｓｓの、車輪回転数ωおよびギヤツブ間隔ｓＶＣ幻する依存度が第５図に示されている。

個別センサ信号は、ｚ（Ｋ＋１）　＝　Ｈ（Ｋ）　・ｘ（Ｆ、＋１）　＋　ｒ（Ｋ）である。

車輪加速Ｈｂ（Ｋ）については仄の式が成立つ、ｂ　（ｋ）　＝　ｘ３　（Ｋ）／　Ｊしたがってこの場合も簡単な方法で車輪加速度なめることができる。

推定アルゴリズム共分散マトリクス（Ｋｏｖａｖｉａｎｚ　ｍａｚｒｉｘ　）　：Ｐ（Ｋ＋１／Ｘ）＝　Φ　・　？（バニ７１（）　・　ΦＴ　−ノ゛　・　Ｑ　・　ノ゛Ｔカルマン坩幅度：Ｋ（Ｋ＋１　）＝ＰＣＫ士ｉ／Ｋ）・Ｈ”　（Ｋ）・〔三（Ｋ）・Ｐ（Ｋ士ｉ／Ｋ）ｉｔ′Ｔ（Ｋ）十Ｒ（Ｋ））−”共分散マトリクス：Ｆ（Ｋ＋１／”；−＋１　）−〔Ｚ−Ｋ（Ｋ＋１　）　・）Ｍ（Ｋ））　・ＰＣＫ＋１／’Ｋ）システム状Ｂ：イ＞（Ｋ÷１バー＝、１）＝Φ・イ＼（二＋−十１４こ）”−、Ｋ（Ｋ・ｉ−１／”Ｋ）・〔５，（Ｋｍｌ）−壬づ（？、）・ψ・≦；（７V／−４）〕付碌ｌ使用量の記号Ｔ　サイクル時間Ｊ　箪恢の詞歪区間の慣性モーメントＱ１　モーメントの変数０２　ギャップ間隔の逆数の変数Ｒセンサ信号雑音のＫｖ。

ｘｌ　推定値車輪回転角度ｘ２〃　車輪回転速度Ｘ７　ｎ　車輪トルクＸ　４／／　センサギャンプ間隔の逆数Ｒ０センサ信号雑音の基本変数ＷＯでンサ定数（第５図から恒量可能）Ａ　センサ定ｆｉ（第５図から検出可能）ＮＺ　センサの回転子の歯数Ｒ１センサ定数（センサ信号雑音の速度に依存する変ａ）Ｐ、　ｌ　状態変数の初期変数Ｐ４＋　状態変数の初期変数Ｗｌ　車輪トルクの雑音レベルＷ２　センサギャンプ間隔の逆数値の雑音レベルｒ　（ｚ　）　６ｉ１ｉ＋定傷号における雑音信号ｂ（ｘ）　車に、００速度変数は適切に選択されなけれはならない。

付録■ １）定数ブロックのｔＪ当以下、Ｔはサイクル時間であり、Ｊは車輪の、その単輪細線な中心としたモーメントの変数、Ｑ２はセンサの磁極ビンと歯付円板との間のギャップの逆数の変数、Ｒはセンサ信号雑音の変数である。ｘｌ　−Ｘ４は、車輪の推定値である。マトリクスまたはベクトルに対する右上肩文字は、転置マトリクスないしベクトルである（例えばΦＴ）。

１．１＝システムの推移マトリクスφ １．２＝ブロツク３４のマトリクス（１’・Ｑ　−／”°）は次の通りである。

１．５：ｌｋ５リマ　ト　リ　り　ス　■ブロック（２９）’Ｒｏ（センサ信号雑音の基本変ｉ）ブロック（３３）：Ｗｏ（センサ定ｒｊ、）ブロック（３４）：Ａ（セ／す定数）ブロック（３５）：ＮＺ（歯数）１．５＝ベクトルＳ２）変数ブロックの割当２．１：転置された測定ベクトルＨＴ２．２：ブロック３１の初期値その際Ｐｌ　−Ｐ、は状態変数のｖＪ期変数である。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．振幅および周波数が、検出すべき、変化する回転速度に依存する、回転速度測定値発生器の雑音が混在する正弦波状出力信号を、雑音の少ない信号に変換する方法において、カルマンフイルタを次のように使用する、すなわちａ）前以つて決められた時間間隔において測定値発生器の出力信号（Ｚ（Ｋ＋１））と先行の測定に基いてカルマンフイルタにおいて検出されたシミユレーシヨン値（Ｚ（Ｋ＋１））との間の差を形成し、かつｂ）前記差（Ｚ（Ｋ＋１））をベクトルを表わすカルマン増幅係数Ｋとの乗算によつてその都度差ベクトル■（Ｋ＋１／Ｋ＋１）に変換し、かつｃ）前記差ベクトル■（Ｋ＋１／Ｋ＋１）とシミユレーシヨンベクトル■（Ｋ＋１／Ｋ）との和を形成し、ｄ）所望の雑音の少ない信号を含んでいる前紀和ベクトル■（Ｋ＋１／Ｋ＋１）を、推移マトリクスφとの乗算後メモリに引続く和形成に対するシミユレーシヨン−ベクトル■（Ｋ＋２／Ｋ＋１）として記憶し、かつｅ）前記シミユレーシヨンベクトル■（Ｋ＋２／Ｋ＋１）を測定ベクトルＨとの乗算後引続く測定に対するシミユレーシヨン値■（Ｋ＋２）として記憶、し、その際括孤（ｋ＋ｎ）ないし（ｋ＋ｍ／ｋ＋ｎ）は、相応の量が評価クロツク（ｋ＋ｍ）において使用されかつ評価クロツク（ｋ＋ｎ）において得られたことを指示し、また推移マトリクスφおよび測定マトリクスベクトルＨが付録ＩＩから明らかであり、またＴはサイクル時間でありかつＪは調整区間の慣性モーメントであることを特徴とする回転速度測定値発生器の出力信号を雑音の少ない信号に変換する方法。
２．カルマン増幅係数が前以つて計算された、定数ベクトルＫである請求の範囲第１項記載の方法。
３．カルマン増幅係数Ｋ（ｋ＋ｍ）をその都度次の式に従つて求める：ａ）転置された推移マトリクスφＴを前サイクルで求められた共分散マトリクスＰ（Ｋ／Ｋ）と乗算しかつこの積を推移マトリクスφと乗算し、ｂ）この積を、新しい共分散マトリクスＰ（Ｋ＋１／Ｋ）に対する予測値を得るために、定数マトリクスΓ・ｏ・ΓＴに加算し、ｃ）前記予測値を、転置変数測定ベクトルＨＴ（Ｋ）と乗算した後生じたベクトルＰ（Ｋ＋１／Ｋ）・ＨＴ（Ｋ）を一方において記憶しかつ他方において測定ベクトルＨ（Ｋ）と乗算しｄ）それからその際生じたスカラーを別の可変スカラーＲ（Ｋ）に加算しかつ生じた和Ｓｕから逆数を形成しｅ）この逆数を記憶されたベクトルＰ（Ｋ十１／Ｋ）・ＨＴ（Ｋ）と乗算し、これによりカルマン増幅ベクトルＫ（Ｋ＋１）が生じるようにしｆ）これを一方において差■（Ｋ＋１）との乗算のために利用しかつ他方において変数測定ベクトルＨ（Ｋ）と乗算し、ｇ）生じた積Ｋ（Ｋ＋１）・Ｈ（Ｋ）を一定のマトリクス１から引算しｈ）この差１−Ｋ（Ｋ＋１）・Ｈ（Ｋ）をｂ）により求められた、共分散マトリクスＰ（Ｋ＋１／Ｋ）に対する予測値と乗算しかつ積を新しく求められた共分散マトリクスＰ（Ｋ＋１／Ｋ＋１）として次のケイクルに対して使用しｉ）次のサイクルに対する変数スカラーＲ（Ｋ＋１）をシミユレーシヨンベクトル■（Ｋ＋１／Ｋ＋１）と定数ベクトルＳとの乗算およびスカラーＲ０と該乗算により符られるスカラー■（Ｋ＋１／Ｋ＋１）・Ｓとの加算により得、ｋ）次のサイクルに対する変数測定ベクトルＨ（Ｋ＋１）を求められたシミユレーシヨン値■（Ｋ＋１）とベクトルＭ（Ｋ＋１）との乗算によつて得、その除ベクトルＭ（Ｋ＋１）は推定値■（Ｋ＋１／Ｋ＋１）および定数スカラーωｏ・ＡおよびＮＺから生じる請求の範囲第１項記載の方法。
４．車輪加速度ｂ（Ｋ）を次の式 ▲数式、化学式、表等があります▼ から求め、その除ｘ３は■（Ｋ／Ｋ）から生じる請求の範囲第１項から第３項までのいづれか１項記載の方法。