JP2001501315A - 車両の慣性状態を求める方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によれば、ダイナミックな車両の動きとは無関係に慣性状態を求めることができる。この場合、車両の加速度（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を、その長手方向軸（ｘ’）と横方向軸（ｙ’）と垂直方向軸（ｚ’）の方向で測定する。そして３つの加速度成分（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）から結果として得られた加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）を形成する。この加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）を、重力加速度（ｇ）の上方と下方に位置する閾値（ｃｏ，ｃｕ）により制限された窓と比較する。加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）が窓の中に位置しているときにのみ、車両の長手方向軸（ｘ’）に関する目下の配向角度（φx）および／または車両の横方向軸（ｙ’）に関する目下の配向角度（φy）を求める。しかしそうでなければ、先行して求められた配向角度に保持させる。

Description

【発明の詳細な説明】 車両の慣性状態を求める方法および装置 従来の技術 未公開のドイツ連邦共和国特許出願196 09 717.1には、車両におけるロールオ ーバー（roll over）事象を検出する装置が記載されている。車両が回転して転 覆してしまうとき、車両に装備されているすべての乗員保護機構を適時にトリガ しなければならない。そのような乗員保護機構として、セーフガードボー、シー トベルトリトラクタおよび種々のエアバッグが挙げられる。それらの保護機構を すべて適時にトリガできるようにするためには、垂直方向軸、長手方向軸または 横方向軸を中心とした車両の旋回によって転覆に至るか否かを、できるかぎり早 期に識別しなければならない。ロールオーバ事象の誤判定はできるかぎり排除し なければならず、そのようにすればたとえば、車両が険しい斜面にあるときやカ ーブ走行においてゆっくりとした旋回事象を行ってるとき、乗員サポート機構が トリガされないようになる。ロールオーバー検出時に誤った判定とはならないよ うにするためには、慣性状態すなわち地上を基準とする座標系である地上座標系 （earth fixed coordinate system）に対する車両のホームポジションが既知で なければならない。たと えばカーブ走行や制動または加速事象などダイナミックな車両の動きは、慣性状 態を求める際に妨害を及ぼすように作用する可能性がある。したがって本発明の 課題は、車両の慣性状態を求める方法および装置を提供することであって、その 際、ダイナミックな車両の動きによる妨害の影響をできるかぎり十分に排除する ことである。 発明の利点 上記の課題は、請求項１または請求項６の特徴部分に記載の構成により解決さ れる。すなわち、まずはじめに車両の加速度をその長手方向軸と横方向軸と垂直 方向軸の方向で測定する。次に、３つの加速度成分から結果として得られた加速 度ベクトルの絶対値を形成し、閾値判定によりこの絶対値を、重力加速度の上方 と下方に位置する閾値により制限された窓と比較する。加速度ベクトルの絶対値 が窓の中に位置しているときにのみ、車両の長手方向軸に関する目下の配向角度 および／または車両の横方向軸に関する目下の配向角度を求める。しかし加速度 ベクトルの絶対値が窓の外に位置していれば、先行して求められた長手方向軸に 関する配向角度および／または横方向軸に関する配向角度に保持させる。 この方法あるいはこの方法を実施するための相応の装置の場合、慣性状態を求 める際に窓関数を用いることで、車両のダイナミックな加速度成分が排除される 。車両がまったく動いていなければ、あるいは単調に動いているのであれば、慣 性状態の配向角度を３つの加速度センサによって適正に測定することができる。 ダイナミックな配向変化が車両に加わっているときには、目下の配向角度は求め られず、先行して求められたダイナミックな配向変化の影響を受けていない配向 角度を再び起用する。 １つの従属請求項によれば、窓の上方の閾値を重力加速度よりも約１０％大き くし、下方の閾値を重力加速度よりも約１０％小さくする。１つの従属請求項に よれば、時間的に相前後して形成されたそれぞれ２つの加速度ベクトルを用いて 閾値判定を実行すれば、慣性状態を求める際に障害量をいっそう効果的に抑圧す ることができる。また、目下の配向角度を、先行して求められた配向角度の成分 と、目下測定された加速度から導出された配向角度の成分とから形成すれば、有 利なことに短期間の障害をきわめて良好に抑圧することができる。 ロールオーバーは車両の非常に急速な状態変化であり、最もよいのはこれを旋 回レート測定により捕捉できるようにすることである。この場合、測定された旋 回レートから配向角度を積分により導出し、それらの配向角度に基づき、車両の ロールオーバーが発生したか否かが判定される。測定された旋回レートの積分に あたり、ロールオーバーに関してはクリティカルでな いダイナミックな車両の動きもいっしよに含まれてしまい、結果として生じる配 向角度によって誤ったロールオーバー判定が下されないようにする目的で、旋回 レートの積分を本発明に従って導出された慣性配向角度からスタートさせるのが 好適である。 図面 次に、図面に示された実施例に基づき本発明について詳しく説明する。 図１は、地上を基準とする地上座標系と車両を基準とする車両座標系を示す図 である。 図２は、車両の慣性状態を導出するための機能ブロック図である。 図３は、窓関数を示す図である。 実施例の説明 図１には、地上を基準とする地上座標系ｘ，ｙ，ｚが書き込まれており、これ は重力加速度ｇがｚ軸の方向に働くように配向されている。さらに図１には、車 両を基準とする車両座標系ｘ’，ｙ’，ｚ’も書き込まれており、これは地上座 標系に対し所定の傾斜位をもっている。車両座標系の場合、ｘ’は車両の長手方 向軸であり、ｙ’はその横方向軸、さらにｚ軸はその垂直方向軸である。車両内 には加速度センサが設けられており、それらによって長手方向軸ｘ’、横方向軸 ｙ’および垂直方向軸ｚ’の方向における車両の加速度成分が測定される。重力 加速度ｇは、車両座標系ｘ ’，ｙ’，ｚ’の位置に応じて個々の加速度成分ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’に分け られる。その際、ダイナミックな車両の動きによって、重力加速度ｇに１つまた は複数の別の重力加速度成分が重畳されていると、測定された加速度成分ａｘ’ ，ａｙ’，ａｚ’から、地上座標系に対し相対的な実際の配向角度を誤りなく求 めるのは、もはや不可能である。通常、車両の慣性状態を記述するには、配向角 度φx（これは地上座標系のｘ軸を中心とした車両座標系の旋回角度である）と 、配向角度φy（これは地上座標系のｙ軸を中心とした車両座標系の旋回角度で ある）が必要とされる。図４を参照しながらさらに説明するように、これら両方 の配向角度φxとφyは、三角関数により加速度成分ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’およ び重力加速度ｇから導出できる。その際、ダイナミックな車両の動きにより加速 度成分ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’に障害量が重畳されていると、車両の配向角度φ xとφyが誤ったものになってしまう。 次に、図２に示した機能ダイアグラムを参照しながら、車両内で測定された加 速度成分ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’から、ダイナミックな車両の動きによる障害量 の影響が十分に抑圧されている配向角度φxとφyを求める方法について説明する 。機能ブロック１において、測定された加速度成分ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’に対 しフィルタリング処理が施される。このフィルタ リングは、個々の加速度成分における小さい障害を取り除くために用いられる。 適切なフィルタはたとえば、メジアンフィルタあるいはローパス特性をもつ他の デイジタルフィルタである。メジアンフィルタの場合、各加速度成分ａｘ’，ａ ｙ’，ａｚ’が所定の期間にわたりサンプリングされ、すべてのサンプリング値 が複数のデータ組に分けられる。そして各データ組から平均サンプリング値が求 められる。この場合、各加速度成分ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’のｉ個のデータ組が 存在するとすれば、フィルタ１の出力側にはフィルタリングされた加速度成分ａ ｘ’（ｉ），ａｙ’（ｉ），ａｚ’（ｉ）が生じる。 第２の機能ブロック２において、フィルタリングされた加速度成分ａｘ’（ｉ ），ａｙ’（ｉ），ａｚ’（ｉ）から、結果として生じる加速度ベクトルが形成 され、それから絶対値 が形成される。 回路ブロック３において、加速度ベクトルの値｜a'(i)｜に対し閾値判定が下 される。図３に示されているように、ここでは窓関数が用いられている。この窓 は、上方の閾値ｃｏと下方の閾値ｃｕを有している。ここで、上方の閾値ｃｏは 重力加速度ｇよりも約１０％大きく、下方の閾値は重力加速度ｇよりも約１０％ 小さい。つまりこの窓関数によって、加速度ベクトルの絶対 値が重力加速度ｇの絶対値にほぼ対応しているか否かが判定される。加速度ベク トルの絶対値が、閾値ｃｏおよびｃｕにより設定された所定の量だけ重力加速度 ｇと異なっているならば、車両において測定された加速度成分ａｘ’，ａｙ’， ａｚ’に対し、ダイナミックな車両の動きに起因して障害成分が重畳されている ものとしなければならない。加速度ベクトルの絶対値が窓内にあるとき、回路ブ ロック３はその出力信号ｈを１にセットし、加速度ベクトルの絶対値が窓の外に あるときには、その出力信号ｈを０にセットする。また、図３に示されているよ うに、時間的に相前後して回路ブロック３に到来する２つの加速度ベクトルを、 所定の窓内のその位置に関して観察することもできる。つまり、時点ｉと時点ｉ −１に到来した加速度ベクトルの絶対値が両方ともに所定の窓内にあるときにか ぎり、信号ｈは１にセットされ、そうでないときは０にセットされる。 機能ブロック４において、以下で述べる計算手順を用いて加速度成分ａｘ’と ａｙ’から配向角度φxとφyが導き出される。式（３）には、車両において測定 された加速度成分ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’と、地上座標系ｘ，ｙ，ｚに関する加 速度成分との三角関 数関係が示されている。重力加速度ｇは地上座標系のｚ軸方向にしか働かないの で、地上座標系のｘ軸とｙ軸の方向における加速度ａｘとａｙは０である。した がって次式が成り立つ： しかし窓信号ｈ＝１のときであっても、配向角度の計算にあたり誤りの生じる 可能性があり、これはたとえば、障害を及ぼす加速度と重力加速度から結果とし て得られるベクトルが、偶然に１ｇという値をとるときである。このような誤り が発生しないようにするために、各々の新たな配向角度φx_neuとφy_neuを、選考 して求められた配向角度φx_altとφy_altの成分と、目下測定された加速度により 導出された配向角度φx_neuとφy_neuの成分から、再帰的に計算するのが好適であ る。 式（７）、（８）中の重み付け係数ｃ１とｃ２は経験的に求める必要がある。 これらは０〜１の間にあり、ローパス特性をもつものである。 車両のロールオーバー事象をセンシングすべき場合、機能ブロック５が設けら れており、これは車両の長手方向軸ｘ’、横方向軸ｙ’および垂直方向軸ｚ’を 中心として測定された旋回レートωｘ’，ωｙ’，ωｚ’の積分により、地上を 基準とするｘ軸とｙ軸を中心とする車両の旋回角度αｘおよびαｙを求める。積 分によって車両の僅かなダイナミックな変化もいっしょに含められてしまわない ようにする目的で、その前に求められた配向角度φxとφyから積分をスタートさ せる。それというのもこれらの配向角度φxとφyについては、ダイナミックな車 両の動き（たとえばカーブ走行、加速／制動事象）による影響が十分に抑えられ ているからである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．車両の慣性状態を求める方法において、 車両の加速度（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を、その長手方向軸（ｘ’）と横 方向軸（ｙ’）と垂直方向軸（ｚ’）の方向で測定し、 閾値判定手段（３）によって加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）を、重 力加速度（ｇ）の上方と下方に位置する閾値（ｃｏ，ｃｕ）により制限された窓 と比較し、 前記加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）が前記窓の中に位置していると きにのみ、車両の長手方向軸（ｘ’）に関する目下の配向角度（φx）および／ または車両の横方向軸（ｙ’）に関する目下の配向角度（φy）を求め、 前記加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）が前記窓の外に位置していれば 、先行して求められた長手方向軸（ｘ’）に関する配向角度（φx）および／ま たは横方向軸（ｙ’）に関する配向角度（φy）に保持させることを特徴とする 、 車両の慣性状態を求める方法。 ２．上方の閾値（ｃｏ）を重力加速度（ｇ）よりも約１０％大きくし、下方の閾 値（ｃｕ）を重力加速度（ｇ）よりも約１０％小さくする、請求項１記載の方法 。 ３．それぞれ時間的に相前後して形成される２つの加速度ベクトル（ａ’（ｉ） ，ａ’（ｉ−１））を用いて閾値判定を実行し、両方の加速度ベクトルの絶対値 （｜a'(i)｜，｜a'(i-1)｜）がともに前記窓内にあるときのみ、長手方向軸（ｘ ’）に関する目下の配向角度（φx）および／または横方向軸（ｙ’）に関する 目下の配向角度（φy）を求める、請求項１記載の方法。 ４．先行して求められた配向角度の成分と、目下測定された加速度から導出され た配向角度の成分とから、目下の配向角度を再帰的に形成する、請求項１または ３記載の方法。 ５．車両長手方向軸を中心とした旋回角度（αx）および／または車両横方向軸 を中心とした旋回角度（αｙ）を、１つまたは複数の測定された旋回レート（ω ｘ’，ωｙ’，ωｚ’）の積分により導出するにあたり、求められた配向角度（ φx，φy）を用いて積分をスタートさせる、請求項１〜４のいずれか１項記載の 方法。 ６．車両の慣性状態を求める装置において、 加速度センサが設けられており、該加速度センサは車両の加速度（ａｘ’， ａｙ’，ａｚ’）を、その長手方向軸（ｘ’）と横方向軸（ｙ’）と垂直方向軸 （ｚ’）の方向で測定し、 測定された３つの加速度成分（ａｘ’，ａｙ’， ａｚ’）から結果として得られた加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）を形成 する手段（２）と、 閾値判定により前記加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）を、重力加速度（ ｇ）の上方と下方に位置する閾値（ｃｏ，ｃｕ）により制限された窓と比較する 手段と、 前記加速度ベクトルの絶対値（｜a'(i)｜）が前記窓の中に位置しているとき にのみ、車両の長手方向軸（ｘ’）に関する目下の配向角度（φx）および／ま たは車両の横方向軸（ｙ’）に関する目下の配向角度（φy）を求め、そうでな ければ先行して求められた配向角度を保持させる手段（４）が設けられているこ とを特徴とする、 車両の慣性状態を求める装置。