JP2004138605A - 車両のフロート角度の決定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　ヨーレートセンサによって車両（自動車）のヨーレートが決定される、高い精度の車両のフロート角度の決定方法および装置を提供する。
【解決手段】　ヨーレートセンサによって車両のヨーレート（ωｇｉｅｒ）が求められる（１０１）、車両のフロート角度（β）の決定方法において、車両の重心における速度（ｖ）の方向が、車載のＧＰＳ受信器によって受信された信号の周波数分析によって求められ、少なくともヨーレート（ωｇｉｅｒ）と車両の速度（ｖ）の方向との関数として、フロート角度（β）が求められる（１１２）。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、車両（自動車）のフロート角度を決定するための方法及び装置に関する。

　ドイツ特許公開第１００ ０８ ５５０号から、車両の運動パラメータを決定するための方法及び装置が知られており、その際、差ナビゲーションシステム（Ｄ−ＧＰＳ、Differenz-Navigationssystem）を利用して、特に実際の速度ベクトルと、車両の長軸と速度ベクトルとの間の角度（フロート角度）とを決定するための制御装置が用いられる。差ナビゲーションシステム（Ｄ−ＧＰＳ）は、自動車に用いられている‘通常の’ナビゲーションシステムよりも遥かに正確な位置データをもたらすことから、自動車の速度ベクトルの決定もより高い精度で行うことができる。このことは、特に滑らかな路面の上で、自動車が横滑りをするか或いは車輪センサの測定データが最早信頼できなくなったときに、当てはまる。別の実施例では、ナビゲーションシステムによってもたらされたデータが、センサデータの制御及び監視にも援用されるということが工夫されている。予め定められた限界値を上書きする際には、それに対応するエラーメッセージが出される。

　ドイツ特許公開第１９９ ４５ １１９号には、路程長さの値が車輪の回転数によって測定される、スリップしていない車両をナビゲートするための方法が示されている。この場合に、利用者はナビゲーションのためにより正確な情報を使うことができればと思うであろう。路程長さの値は、少なくとも一つの外部位置センサによって較正される。

　ドイツ特許公開第１９７ ４８ １２７号からは、別の場所の確定方法の他に推測航法による位置決定も利用している、自動車のためのナビゲーション装置が知られている。その際、推測航法のための路程測定のために、好ましくはナビゲーション方向に組み込まれた加速度センサが備えられており、該センサの出力信号が二重積分される。更に推測航法のための進路確定のためにヨーセンサが備えられている。

　本発明の上位概念のメルクマールは、ドイツ特許公開第１００ ０８ ５５０号から明らかとなる。

　本発明は、ヨーレートセンサによって車両（自動車）のヨーレートが決定される、高い精度の車両のフロート角度の決定方法および装置を提供する。

　本発明によれば、ヨーレートセンサによって車両のヨーレートが求められる、車両のフロート角度の決定方法において、車両の重心における速度の方向が、車載のＧＰＳ受信器によって受信された信号の周波数分析によって求めら、および少なくともヨーレートと車両の速度の方向との関数として、フロート角度が求められる。

　また、本発明によれば、車両のヨーレートを測定するためのヨーレートセンサを含む、車両のフロート角度の決定装置は、受信された信号の周波数分析によって、車両の重心における速度の方向を決定するための車載のＧＰＳ受信器、および少なくともヨーレートと車両の速度の方向とからフロート角度を求めるための決定手段を備えている。

　本発明による車両のフロート角度の決定方法および装置の利点は、その高い精度にある。何故なら、ＧＰＳシステムは、車両の長手（前後）方向の速度並びにその方向を非常に高い精度で求めるからである。

　本発明の一つの有利な実施例によれば、ＧＰＳ受信器を介して求められた速度から角速度が求められ、且つ角速度がフロート角度の決定に採り入れられる。
　このように角速度を求めることによって、ヨー速度と同じ物理的次元を持つ値を利用することができるようになり、この値はヨー速度と簡単な方法で結び合わせ、且つ比較することができる。

　また、本発明の一つの有利な実施例によれば、角速度が、速度を表しているベクトルの回転速度を表していることを特徴としている。速度を表しているベクトルの回転速度を知ることは、フロート角度の決定を著しく簡単にする。

　また、本発明のもう一つの有利な実施例によれば、ヨーレートと角速度との間の差が求められ、且つフロート角度がこの差からその時間積分によって求められることを特徴としている。

　これと共に有利な方法で、フロート角度の決定のために簡単で且つ制御装置において容易に実行することのできる、フロート角度の決定のための方法を利用することができる。
　また、本発明のもう一つの有利な実施例によれば、速度（ｖ）の方向の決定が物理的ドップラー効果の利用に基づいていることを特徴としている。

　今日では、走行力学（ビークルダイナミクス）的な限界状況（例えば、走行力学的に危険な状況）の下で、車両の走行状態を安定化させるシステムがますます重要になって来ている。それ等のシステムは、例えばここではアンチブロックシステム（ＡＢＳ）やビークルダイナミクスコントロールシステム（例えば、ＥＳＰ“電子的走行安定プログラム”）と呼ばれる。その様なシステムの基礎となっているセンサ装置には、主として次のものがある。
−　ヨーレートセンサ、
−　横方向加速度センサ、
−　車輪回転数センサ、
−　一つ又は複数のブレーキ圧センサ、及び
−　操舵角度センサ。

　これ等のセンサを用いて
−　ドライバーの意図が測定され、また
−　車両の運動状態が確認される。

　走行力学に関係しているフロート角度は、通常はこれ等のセンサによってもたらされるデータから見積もられる。その際、フロート角度という概念は、車両の長軸と車両の重心における速度の方向との間の角度であると理解される。

　本発明では、フロート角度は車載のただ１本のＧＰＳアンテナとヨーレートセンサとを用いて求められる。その際、この様にして求められた値は全て、センサ装置から見積もられたフロート角度の裏づけ或いは補正のためにも利用することができる。

　ドップラー効果（ドップラー効果という概念は、放射線源と放射線受信器との相互間の相対運動の際の周波数偏移であると理解されている）を通して、ＧＰＳ信号から車載のＧＰＳアンテナとそれに対応しているＧＰＳ衛星との間の相対速度を計算することができる。４基の衛星と直接接触している場合には、ＧＰＳセンサ装置によって、探知周波数１０Ｈｚの場合に、０．１ｍ／秒のオーダーの精度で３Ｄ速度ベクトル（ｖｘ、ｖｙ、ｖｚ）を求めることができる。この速度ベクトルの決定は、車両の運動によって生じるドップラー効果を求めて評価する周波数分析によって行われる。その際、この高精度の速度決定に比べると、ＧＰＳシステムを用いた場所の確定の精度は劣っている（１０ｍのオーダーの精度が得られる）。

　その際、自動車の重心における速度ベクトル（即ち、重心速度）を求めることが重要である。このことは、ＧＰＳシステム（このシステムは、衛星によって送り出された信号をアンテナによって受信し、且つその信号を評価することに基づいている）では少なくとも次の２つの異なる方法で達成される。
１．ＧＰＳ受信器が、車両の重心を通る車両の垂直軸上にある。車両の重心を通る垂直軸はしばしばインパネの近くにある。それ故、この場合にはインパネ内へのＧＰＳ受信器の組み込みが考えられる。ＧＰＳアンテナのためのもう一つの適切な組み込み場所は、車両のフロントガラスとボディーとの間の接触線である。
２．車両の重心近くへの組み込みが可能でない場合には、ＧＰＳ受信器で求められた重心における速度成分が変換されてしまうことがある。この変換は、以下の変換規則によって行われる。

ここで際、ｖｘ＿ｓｐ及びｖｙ＿ｓｐは、車両の重心における速度成分であり、ｖｘ及びｖｙは、ＧＰＳアンテナの組み込み場所での速度成分であり、ωｇｉｅｒは、例としてヨーレートセンサを用いて測定された車両のヨーレートである。Ｒｘ又はＲｙは、車両の重心からのＧＰＳ受信器の長手方向又は横方向の間隔を意味している。補正項 ωｇｉｅｒ・Ｒｘ と ωｇｉｅｒ・Ｒｙ は、ｖｘ或いはｖｙよりも遙かに小さいので、しばしば無視することができる。

　以下に、ｘ−ｙ平面に対するこの３Ｄ速度ベクトルの投影が考察されるが、その際、ｚ方向の速度成分（ｖｚ）は無視される。一定の直線走行の際には、ベクトルはその大きさも方向も変化しない。一定の速度での危険の無いカーブ走行の際には、このベクトルはｘ−ｙ平面内で車両と共に角速度ωｇｐｓで回転する。この状況下で、車両自体の中ではヨーレートωｇｉｅｒｍｅｓｓがヨーレートセンサによって測定される。

　その際、値ωｇｐｓとωｇｉｅｒｍｅｓｓとは、次の様な具体的な意味を持っている。
　ωｇｐｓ：この値は、車両の重心の速度ベクトルが回転する角速度を表している。
　ωｇｉｅｒｍｅｓｓ：この値は、車両のヨーレートセンサで測定されたヨーレート、即ち車両の長手軸が回転する角速度を表している。

　車両内で測定されたヨーレートωｇｉｅｒｍｅｓｓは、平坦な車道の場合には、フロート角度が発生しない限り、ωｇｐｓと一致する。しかしながら、これ等の二つの値が互いにずれた場合には、その差は、以下のように、フロート角度の時間微分、即ち時間間隔ｄｔで除されたフロート角度ｄβの変化、に等しい。

ここで、値ωｇｉｅｒは、精度、感度、及び車道の横方向傾斜に関して補正されたωｇｉｅｒｍｅｓｓの値である。この点に関する詳細は、図１の説明に関連して述べられる。
　以下のように、値ｄβ／ｄｔを時間積分することによってフロート角度が得られる。

ここで、“∫”は、積分記号を意味している。
　本発明に基づくフロート角度を決定するための方法の一実施例が、図１に流れ図で示されている。

　その際、ブロック１０１では、ヨーレートωｇｉｅｒｍｅｓｓがヨーレートセンサによって測定される。この値は、結節ブロック１０３に送られる。ブロック１０３では、以下の差が形成される。

その際、ωｇｉｅｒｏｆｆは、ヨーレートセンサによって測定されたヨーレートの、ブロック１０２によって用意されたオフセット値を示している。ブロック１０３の出力信号はその先の結節ブロック１０４に送られる。ブロック１０４では、以下の掛け算が行われる。

ここで、ωｇｉｅｒｓｅｎｓは、ブロック１０５で用意された無次元の値であり、ヨーレートセンサの感度を示している。ブロック１０４の計算結果は更にブロック１０６に送られる。ブロック１０６では車道の横方向の傾斜角度αが用意される。

　ブロック１０６の結果は更にブロック１０７に送られる。
　ブロック１０７では、測定されたヨーレート或いは車道の横方向の傾斜が補正される。このことは、横方向に傾斜した車道の場合には、ヨーレートセンサが物理的に存在しているヨーレートではなく、小さ過ぎる値を測定してしまうということと関係している。

　ブロック１０７で行われる補正は、次の式で表される。

　ここで、ブロック１０２、１０３、１０４、及び１０５の機能は、測定されたヨーレートωｇｉｅｒｍｅｓｓ或いはオフセットと感度の補正だけに係わっているに過ぎないということが強調されるべきである。

　ブロック１０８では、ＧＰＳシステムを介して速度成分ｖｘ及びｖｙが求められる。この決定は、周波数変化と、放射線送信器および放射線受信器間の相対運動との間の関係を表している、ドップラー効果を利用することによって行われる。

　ブロック１０７の出力信号（ωｇｉｅｒ）とブロック１０９の出力信号（ωｇｐｓ）はブロック１１０に送られる。ブロック１１０では、差 ωｇｉｅｒ−ωｇｐｓ が形成される。この差は更にブロック１１１に送られ、そこでこの差に値ｄβ／ｄｔが割り当てられる。

　ブロック１１１に続いてブロック１１２では、値ｄβが時間積分（或いは積算）され、これによってブロック１１２でフロート角度βが得られる。
　フロート角度を決定するための装置の構成が図２に示されている。

　ブロック２０１は、ヨーレートωｇｉｅｒｍｅｓｓ又はωｇｉｅｒを測定するヨーレートセンサを表している。更にブロック２０２は、自動車の速度の大きさと方向を受信するためのＧＰＳシステムを表している。これ等の二つのブロックの出力信号は、フロート角度の決定手段２０３に送られる。ブロック２０３ではフロート角度βが求められる。このフロート角度は更にブロック２０４へ送られる。ブロック２０４の対象としては、例えば、
−　ブレーキアクチュエータを更に制御する、走行力学制御システム、或いは
−　可逆式のシートベルトテンショナーの起動閾値が引下げられる、安全ベルトシステム、或いは
−　予測的走行力学制御（例えば、ＡＣＣ“アクティブクルーズコントロール”）のシステム
を挙げることができる。

本発明によるフロート角度を決定するための方法の流れを示す。 本発明によるフロート角度を決定するための装置の構成を示す。

符号の説明

１０１…ヨーレートωｇｉｅｒｍｅｓｓを測定するヨーレートセンサ
１０２…測定されたヨーレートのオフセット値ωｇｉｅｒｏｆｆを用意するブロック
１０３…ヨーレートの測定値とオフセット値の差を形成するブロック
１０４…１０３の差とヨーレートセンサの感度ωｇｉｅｒｓｅｎｓとの積を形成するブロック
１０５…ヨーレートセンサの感度ωｇｉｅｒｓｅｎｓを表す無次元の値を用意するブロック
１０６…道路の横方向の傾斜角αを用意するブロック
１０７…測定されたヨーレートωｇｉｅｒ或いは道路の横方向の傾斜角度を補正するブロック
１０８…ＧＰＳシステムを介して速度成分ｖｘとｖｙを求めるブロック
１０９…角速度ωｇｐｓを求めるブロック
１１０…ヨーレートωｇｉｅｒ と角速度ωｇｐｓとの差を形成するブロック
１１１…１１０の差に値ｄβ／ｄｔを割り当てるブロック
１１２…値ｄβを時間積分することによってフロート角度βが得られるブロック
２０１…ヨーレートセンサ
２０２…ＧＰＳシステム
２０３…フロート角度βの決定手段
２０４…走行力学制御システム、安全ベルトシステム、或いはアクティブクルーズコントロールシステム等

Claims (9)

1. 　ヨーレートセンサによって車両のヨーレート（ωｇｉｅｒ）が求められる（１０１）、車両のフロート角度（β）の決定方法において、
   　車両の重心における速度（ｖ）の方向が、車載のＧＰＳ受信器によって受信された信号の周波数分析によって求められること（１０８）、および
   　少なくともヨーレート（ωｇｉｅｒ）と車両の速度（ｖ）の方向との関数として、フロート角度（β）が求められること（１１２）、
   を特徴とする車両のフロート角度の決定方法。
2. 　前記ＧＰＳ受信器を介して求められた速度（ｖ）の方向から角速度（ωｇｐｓ）が求められること、および
   　角速度（ωｇｐｓ）が、フロート角度（β）を求めるときに採り入れられること、
   を特徴とする請求項１に記載の決定方法。
3. 　角速度（ωｇｐｓ）が、速度（ｖ）を表しているベクトルの回転速度を表していることを特徴とする請求項２に記載の決定方法。
4. 　ヨーレート（ωｇｉｅｒ）と角速度（ωｇｐｓ）との間の差が求められること、および
   　フロート角度（β）が、前記差からその時間積分によって求められること、
   を特徴とする請求項３に記載の決定方法。
5. 　速度（ｖ）の方向の決定が、物理的ドップラー効果の利用に基づいていることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
6. 　車両のヨーレート（ωｇｉｅｒ）を測定するためのヨーレートセンサ（２０１）を含む、車両のフロート角度（β）の決定装置において、
   　受信された信号の周波数分析によって、車両の重心における速度（ｖ）の方向を決定するための車載のＧＰＳ受信器（２０２）、および
   　少なくともヨーレート（ωｇｉｅｒ）と車両の速度（ｖ）の方向とからフロート角度（β）を求めるための決定手段（２０３）、
   を備えたことを特徴とする車両のフロート角度（β）の決定装置。
7. 　決定手段（２０３）は、
   　ＧＰＳ受信器（２０２）を介して求められた速度（ｖ）から角速度（ωｇｐｓ）を求め、且つ
   　角速度（ωｇｐｓ）がフロート角度（β）の決定に採り入れられる、
   ように構成されることを特徴とする請求項６に記載の決定装置。
8. 　角速度（ωｇｐｓ）が、速度（ｖ）を表しているベクトルの回転速度を表していることを特徴とする請求項７に記載の決定装置。
9. 　決定手段（２０３）は、
   　ヨーレート（ωｇｉｅｒ）と角速度（ωｇｐｓ）との間の差を求め、且つ
   　フロート角度（β）が、前記差からその時間積分によって求められる、
   ように構成されることを特徴とする請求項８に記載の決定装置。

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