CN108290553B - 车辆运动检测设备 - Google Patents

Abstract

待解决的问题：本发明提供一种车辆运动检测设备，其可以利用简单的结构并以低廉的成本来满足所需要的检测精度，并且还维持所应用的外部设备的可靠性。解决方案：本发明的车辆运动检测设备100具有检测车辆的运动的运动检测区段10和检测运动检测区段10的故障的故障检测区段20，并且其特征在于，运动检测区段10是作为第一多轴惯性传感器的六轴惯性传感器，其能够检测沿三个轴的方向的加速度和绕三个轴的角速度。

Description

车辆运动检测设备

技术领域

本发明涉及车辆运动检测设备，并且具体地涉及用于两轮式车辆的制动控制系统的车辆运动检测设备。

背景技术

一些常规的车辆制动控制系统装有三轴惯性传感器，并且此三轴惯性传感器包括例如两个加速度传感器和一个旋转传感器。此三轴惯性传感器分别检测加速度和角速度，并且分别检测例如纵向（前后）方向加速度、侧向加速度和偏航率（yaw rate）。该常规制动控制系统从分别通过此三轴惯性传感器获得的加速度和角速度的检测值或其他传感器的检测值来检测车辆的状态，并且通常使用这些检测结果来实施对车辆的稳定性控制。

关于惯性传感器，广泛使用以下各者：使用分别由多个弹簧支撑的质量块并基于该质量块的位移来检测加速度和角速度的类型的传感器；以及梳状电容器形成于质量块的侧部上并且由电子电路将静电电容的变化转化为对应于加速度或角速度的电信号的类型的传感器。然而，会存在如下情况：具有此类结构的传感器由于诸如质量块被卡住之类的原因而变得不能够准确检测车辆的状态并且制动控制系统无法执行稳定化控制。

例如，专利文献1公开了一种用于惯性传感器的失效确定设备，其在不提供任何特殊的检测器件的情况下可以在机动车的姿态控制设备中由在传感器输出被使用的侧部处的装置来确定三轴惯性传感器中的故障，所述三轴惯性传感器具有纵向加速度传感器、侧向加速度传感器和旋转传感器，所述传感器输出被使用以使得基于车辆速度信息、每个车轮的车轮旋转信息（旋转差异信息）和转向角信息来估计三个轴的加速度或角速度，并且将这些估计值与通过三轴惯性传感器获得的检测值相比较。

专利文献1中所公开的用于惯性传感器的失效确定设备在机动车中检测具有三种类型的传感器（即，纵向方向加速度传感器、侧向加速度传感器和偏航率传感器）的车辆的状态，并且在控制单元侧上确定这三种类型的传感器中是否存在失效。

用于车辆的惯性传感器需要高可靠性，因为车辆（特别是两轮式车辆）可在其车身大幅倾斜的情况下行驶以从弯道上转弯、或可用于在不平整的道路上行驶、以及可在对车身有相当大冲击的情况下使用。因此，用于车辆的常规的惯性传感器需要抵抗外力的高可靠性，并例如即使长时间经受外力检测精度也不减小，并且即使施加大的外力也仍维持检测性能。为了满足这些要求，用于车辆的常规的惯性传感器需要满足抵抗外力的高可靠性且因此是昂贵的。

两轮式车辆例如在从弯道上转弯时在其车身向内倾斜的情况下行驶，且与四轮式车辆相比车身更有可能达到不稳定状态。因此，通过利用前述三轴惯性传感器来仅检测两个加速度和一个角速度（即，纵向加速度、侧向加速度和偏航率）无法充分执行对车辆的运动稳定性制动控制。因此，优选的是，通过检测两个或三个轴的加速度以及三个或两个轴的角速度（进一步包括侧倾率、俯仰率和竖直方向加速度）来更准确地控制车辆状态。

文献列表

（一篇或多篇）专利文献

专利文献1：日本特许专利公开No. 2002-22766。

发明内容

技术问题

然而，当如上文所描述的通过检测五个或六个轴的加速度或角速度来控制车辆状态时，就要求车辆装备有用于车辆的五个或六个非常昂贵的惯性传感器。因此，也存在车辆运动检测设备也变得昂贵这一问题。

另一方面，可商购的消费型五轴或六轴惯性传感器（其不是用于车辆的前述惯性传感器）被广泛用于诸如车载式导航系统和移动车载信息（telematics）系统之类的产品中，其中不期望施加到该系统的大的外力。虽然这类消费型五轴或六轴惯性传感器可以以低成本购得，但是它们并未经受苛刻的环境条件的验证测试以便在用于稳定化车辆运动的制动控制系统中使用。因此，当根据车辆的操作条件或路面的条件施加大的外力时，会存在出现失效或传输错误的传感器信号的情况。因此，在将此类消费型五轴或六轴惯性传感器用作用于稳定化车辆运动的制动控制系统的传感器时，难以保证制动控制系统的可靠性。

此外，已知一种常规的车辆运动稳定化制动控制设备，其使用更少的惯性传感器的检测值以通过计算来计算其余的一个或多个惯性值。然而，所计算的加速度和角速度的惯性值不像直接通过惯性传感器检测到的惯性值那么准确，并且在这种类型的车辆运动稳定化制动控制系统中存在控制精度降低的问题。

本发明的目标是提供一种车辆运动检测设备，其可以利用简单的结构并以低廉的成本来满足所需要的检测精度，并且还可以维持所应用的外部设备的可靠性。

问题的解决方案

为了实现前述目标，本发明的主题如下：

(1)一种车辆运动检测设备，包括：

运动检测区段，所述运动检测区段检测车辆的运动；以及

故障检测区段，所述故障检测区段用于检测所述运动检测区段的故障，

其特征在于，所述运动检测区段包括第一多轴惯性传感器，所述第一多轴惯性传感器能够沿互相正交的三个轴分别检测沿所述三个轴的方向的加速度和绕所述三个轴中的至少两个的角速度，并且

所述故障检测区段包括计算区段和多个其他传感器，其中，所述计算区段在电连接到所述计算区段的所述第一多轴惯性传感器的检测值与所述多个其他传感器的检测值之间执行比较操作，并且从通过所述比较操作获得的比较操作值辨别所述第一多轴惯性传感器的故障。

(2)根据前述(1)所述的车辆运动检测设备，其特征在于，所述多个其他传感器包括：第二多轴惯性传感器，所述第二多轴惯性传感器能够至少检测沿竖直方向的加速度、沿侧向方向的加速度以及车辆的侧倾率；车轮转速传感器；以及压力传感器。

(3)根据前述(2)所述的车辆运动检测设备，其特征在于，所述故障检测区段利用所述第一多轴加速度传感器的检测值与所述多个其他传感器的检测值执行所述比较操作，所述多个其他传感器的检测值是通过所述第二多轴惯性传感器、所述车轮转速传感器和所述压力传感器中的至少一者获得的检测值。

(4)根据前述(2)或(3)所述的车辆运动检测设备，其特征在于，所述压力传感器是能够感测所述车辆的制动液压力的制动液压力传感器，所述制动液压力传感器被提供在所述车辆运动检测设备用于其的制动控制系统中。

(5)根据前述(4)所述的车辆运动检测设备，其特征在于，在所述故障检测区段已断定存在故障的情况下，所述制动控制系统被强制停止。

(6)根据前述(2)至(5)中任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，所述车辆是两轮式车辆，并且所述车轮转速传感器能够检测所述两轮式车辆的车轮转速中的至少一者。

(7)根据前述(1)至(6)中任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置向驾驶员报告所述故障检测区段的辨别结果。

(8)根据前述(1)至(7)中任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，还包括传感器校正器件，所述传感器校正器件根据所述故障检测区段的辨别结果来校正所述第一多轴惯性传感器的输出值。

(9)根据前述(1)至(8)中任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，在所述故障检测区段已断定存在故障的情况下，所述运动检测区段不发送所述第一多轴惯性传感器的至少一个检测值。

本发明的有利效果

根据本发明，在第一多轴惯性传感器中，可以改进加速度和角速度的检测精度，因为沿三个轴的方向的加速度和绕这三个轴中的至少两个的角速度利用至少五个惯性传感器来分别检测，并且这些加速度和角速度中的每一者分别通过这些惯性传感器来直接检测。此外，由于在故障检测区段中检测第一多轴惯性传感器的故障，所以在检测到故障的情况下，可以避免在外部使用该惯性传感器的检测值。因此，即使将低成本消费型惯性传感器（其不期望在使用时接收大的外力）用作第一多轴惯性传感器，在检测到惯性传感器由于作用于该惯性传感器上的大的外力的缘故而发生故障的情况下，该惯性传感器的此检测值将不在外部被使用。以这种方式，可以防止采用运动检测设备的外部设备根据具有故障的惯性传感器的检测值来操作。因此，根据本发明的车辆运动检测设备可以利用简单的结构并以低廉的成本来实现维持外部设备的可靠性。

具体地，在将本发明的车辆运动检测设备用于车辆的制动控制系统的情况下，即使用于例如车载式导航系统和移动车载信息系统中的消费型低成本惯性传感器被用作本发明的第一多轴惯性传感器，仍可以防止车辆的制动控制系统基于具有故障的惯性传感器的检测值来操作，并且可以维持车辆的制动控制系统的可靠性。

以这种方式，根据本发明的车辆运动检测设备，可以利用简单的结构并以低廉的成本来满足所需要的检测精度，并且也可以维持所应用的外部设备的可靠性。

附图说明

图1是示意性地示出根据本发明的实施例的车辆运动检测设备的构型的框图。

具体实施方式

现将参考图1来描述本发明的实施例。下文所描述的部件和布置结构不应被视为限制本发明，而是可在本发明的范围内加以更改和修改。

图1中所示的车辆运动检测设备100被用于车辆（具体地，两轮式车辆）的制动控制系统70，并且包括：运动检测区段10，其检测车辆的运动；以及故障检测区段20，其用于检测运动检测区段10的故障。要注意的是，在图1中，车辆运动检测设备100由被虚线环绕的区域指示。

运动检测区段10包括第一多轴惯性传感器11，第一多轴惯性传感器11能够针对互相正交的三个轴分别检测沿这三个轴的方向的加速度和绕这三个轴当中的至少两个轴的角速度。将车辆的纵向（前后）方向限定为x轴方向、并且将侧向（左右）方向限定为y轴方向、以及将竖直（上下）方向限定为z轴方向，第一多轴惯性传感器11是充当多轴惯性传感器的六轴惯性传感器，其能够检测三个轴的加速度a_x1、a_y1、a_z1和绕三个轴的角速度Ω_x1、Ω_y1、Ω_z1，三个轴的加速度和绕三个轴的角速度由沿三个轴的方向的加速度（即，x轴方向加速度a_x1、y轴方向加速度a_y1、以及z轴方向加速度a_z1）以及绕三个轴的角速度（即，绕x轴的角速度（侧倾率）Ωx、绕y轴的角速度（俯仰率）Ωy、以及绕z轴的角速度（偏航率）Ωz）组成。作为六轴惯性传感器的第一多轴惯性传感器11包括三个加速度传感器和三个角速度传感器，并且这六个传感器中的每一者分别检测这三个轴的加速度a_x1、a_y1、a_z1和绕这三个轴的角速度Ω_x1、Ω_y1、Ω_z1。为了特别地降低器材成本，第一多轴惯性传感器11优选地是设有三个加速度传感器和三个角速度传感器的低成本消费型六轴惯性传感器，其用于例如车辆导航系统和移动车载信息系统中。

故障检测区段20包括多个传感器（其他传感器）。优选的是，故障检测区段20包括：三轴惯性传感器（第二多轴惯性传感器）30，其能够检测在三个轴的加速度a_x2、a_y2、a_z2和绕三个轴的角速度Ω_x2、Ω_y2、Ω_z2当中的绕x轴的角速度Ω_x2、y轴方向加速度a_y2和z轴方向加速度a_z2；车轮转速传感器40；以及压力传感器50。

而且，优选的是，故障检测区段20包括微计算机，其作为在内部或外部电连接到故障检测区段20的计算区段（如图1中所示）。在这个计算区段处，在图1中，优选的是，提供两个微计算机60和60A，并且优选的是，微计算机60设有用于接收以下两者并在这两者之间执行比较操作的算法：通过第一多轴惯性传感器11获得的六轴的加速度和角速度的检测值a_x1、a_y1、a_z1、Ω_x1、Ω_y1、Ω_z1；以及通过故障检测区段20获得的检测值a_x2、a_y2、a_z2、Ω_x2、Ω_y2、Ω_z2。

例如，在图1中所示的实施例中，故障检测区段20包括：三轴惯性传感器30，其优选地用于车辆的运动稳定性制动控制；车轮转速传感器40；以及压力传感器50。三轴惯性传感器30直接检测两个轴的加速度和绕一个轴的角速度（即，绕x轴的角速度Ω_x2、y轴方向加速度a_y2和z轴方向加速度a_z2）。车轮转速传感器40测量至少两个车轮的车轮转速v_x，并且通过在第二CPU 60A（其是微计算机）中对所测量的车速v_x关于时间求微分来检测x轴方向加速度a_x2。并且，压力传感器50（其优选地为制动液压力传感器50，制动液压力传感器50是制动控制系统70的组成部分）可以通过比较前轮和后轮的所测量的制动液压力P来估计绕车身的y轴的角速度Ω_y2。第一CPU 60接收以下两者并在这两者之间执行比较操作：通过三轴加速度传感器30检测到的绕x轴的角速度Ω_x2、y轴方向加速度a_y2和z轴方向加速度a_z2、通过车轮转速传感器40检测到的x轴方向加速度a_x2、以及由制动液压力传感器50估计出的绕y轴的角速度Ω_y2；以及通过运动检测区段10的第一多轴惯性传感器11获得的加速度和角速度中的每一者的检测值a_x1、a_y1、a_z1、Ω_x1、Ω_y1、Ω_z1，以由此辨别第一多轴惯性传感器11的故障。

在图1中，说明了如下的实施例，在所述实施例中，为了提高故障检测精度，使在故障检测区段20中获得的检测值经受与利用三轴惯性传感器30、车轮转速传感器40和压力传感器50获得的所有检测值的比较操作。然而，根据本发明，可将构型改变成如下的构型，在所述构型中，使用通过三轴惯性传感器30、车轮转速传感器40和压力传感器50中的至少一者获得的检测值来执行比较操作。

因此，在第一CPU 60中的比较操作的结果显示来自运动检测区段10和故障检测区段20且彼此对应的检测值之间出现预定的失配的情况下，第一CPU 60确定通过第一多轴惯性传感器11（其为六轴惯性传感器）检测到的加速度和角速度的检测值异常。在这种情况下，将命令从第一CPU 60提交到制动控制系统70，从而以失效安全模式来操作。

在第一CPU 60确定通过第一多轴惯性传感器11检测到的加速度和角速度的检测值中的至少一者异常的情况下，不将通过第一多轴惯性传感器11检测到的加速度和角速度的检测值发送到制动控制系统70。在这种情况下，将第一多轴惯性传感器11的所有检测值都不发送到制动控制系统70，或不将已指示第一多轴惯性传感器11的故障的至少一个检测值发送到制动控制系统70。而且，在这种情况下，制动控制系统70可停止制动控制并且向驾驶员报告制动控制的停止。因此，可以避免由制动控制系统70基于两车轮式车辆的运动的错误检测结果进行制动控制，并且也可以防止制动控制系统70损害安全性和可靠性。

要注意的是，图1示出了包括两个微计算机（即，第一CPU 60和第二CPU 60A）的构型，但所述构型可仅包括一个微计算机（即，第一CPU 60）。

作为另一个实施例，三轴惯性传感器30可以是所谓的三轴陀螺仪传感器（三轴角速度传感器），其检测绕三个轴的角速度，即绕x轴的角速度（侧倾率）Ω_x1、绕y轴的角速度（俯仰率）Ω_y1、以及绕z轴的角速度（偏航率）Ω_z1。

此外，第一多轴惯性传感器11可具有五轴惯性传感器，所述五轴惯性传感器分别检测三个轴的加速度和绕两个轴的角速度，包括沿三个方向的加速度（即，x轴方向加速度a_x1、y轴方向加速度a_y1、以及z轴方向加速度a_z1）以及绕三个轴中的两个的角速度（即，绕x轴的角速度（侧倾率）Ωx、绕y轴的角速度（俯仰率）Ωy、以及绕z轴的角速度（偏航率）Ωz）。

从降低器材成本等等的观点来看，故障检测区段20的压力传感器50优选地为制动控制系统的制动液压力传感器。此外，为了向驾驶员报告检测到第一多轴惯性传感器11的故障，优选的是，故障检测区段20还设有例如报警器件80，诸如警报显示器和警报音。

工业实用性

根据本发明，可以提供用于车辆（具体地，两轮式车辆）的制动控制系统的车辆运动检测设备，其可以通过如下方式利用简单的结构和以低廉的成本来检测多轴惯性传感器的故障：采用用于例如车辆导航系统和移动车载信息系统中的消费型低成本六轴惯性传感器作为用于车辆的制动控制系统的多轴传感器，以及采用检测六轴惯性传感器的故障的故障检测区段。

附图标记列表

10 运动检测区段

11 第一多轴惯性传感器

20 故障检测区段

30 三轴加速度传感器

40 车轮转速传感器

50 压力传感器（或制动液压力传感器）

60 微计算机（或第一CPU）

60A 微计算机（或第二CPU）

70 制动控制系统（或ABS ECU）

80 报警器件

90 输出信号

100 车辆运动检测设备。

Claims (7)

1.一种车辆运动检测设备，包括：

运动检测区段，所述运动检测区段检测车辆的运动；以及

故障检测区段，所述故障检测区段用于检测所述运动检测区段的故障，

其特征在于，所述运动检测区段包括第一多轴惯性传感器，所述第一多轴惯性传感器能够针对互相正交的三个轴分别检测沿所述三个轴的方向的加速度和绕所述三个轴中的至少两个的角速度，并且

所述故障检测区段包括计算区段和多个其他传感器，其中，所述计算区段在电连接到所述计算区段的所述第一多轴惯性传感器的检测值与所述多个其他传感器的检测值之间执行比较操作，并且从通过所述比较操作获得的比较操作值辨别所述第一多轴惯性传感器的故障，

其中，所述多个其他传感器包括：

第二多轴惯性传感器，所述第二多轴惯性传感器能够至少检测沿竖直方向的加速度、沿侧向方向的加速度以及车辆的侧倾率；

车轮转速传感器；以及

压力传感器，并且

其中，所述故障检测区段利用所述第一多轴惯性传感器的检测值与所述多个其他传感器的检测值执行所述比较操作，所述多个其他传感器的检测值是通过所述第二多轴惯性传感器、所述车轮转速传感器和所述压力传感器中的至少一者获得的检测值。

2.根据权利要求1所述的车辆运动检测设备，其特征在于，所述压力传感器是能够感测所述车辆的制动液压力的制动液压力传感器，所述制动液压力传感器被提供在所述车辆运动检测设备用于其的制动控制系统中。

3.根据权利要求2所述的车辆运动检测设备，其特征在于，在所述故障检测区段已断定存在故障的情况下，所述制动控制系统被强制停止。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，所述车辆是两轮式车辆，并且所述车轮转速传感器能够检测所述两轮式车辆的车轮转速中的至少一者。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置向驾驶员报告所述故障检测区段的辨别结果。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，还包括传感器校正器件，所述传感器校正器件根据所述故障检测区段的辨别结果来校正所述第一多轴惯性传感器的输出值。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆运动检测设备，其特征在于，在所述故障检测区段已断定存在故障的情况下，所述运动检测区段不发送所述第一多轴惯性传感器的至少一个检测值。

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