TW490417B - Apparatus and method for a pitch state estimator for a personal vehicle - Google Patents

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A7 五、發明說明（）1 本申請案根據本文提及謹供參之199.9年6月3〇曰h 出申請之美國暫時申請案60/142,007號，請求優先2 曰。 曱請 鼓術領域 本發明係有關於旨在控制車輛，用來評估個人車 俯仰角狀態之裝置及方法。 之 目前有種種測量車輛俯仰角之方法及裝置。俯仰角被 界定為一以R標示之特定車輛之實質上固定垂直轴與重力 所界定之真實垂直軸之間，標以Θ之角度。R可例如由一 椅背或其他車輛固定結構來界定。俯仰角一詞與下文及後 附申請專利範圍中的傾斜度同義。俯仰角感測裝置包含加_ 速度計、磁傾計、亦稱之為傾斜感測器之擺動參考感測器 以及測距探針。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 單軸狀態估值器（SASEs)可在大部份預期條件下提供 車輛於規則路面上之俯仰角估值。惟，車輛在方向上作某 些改變，例如在一傾斜路面上轉彎時，俯仰角狀態即變得 不正確。於此情形下，一 SASE可指出，即使車輛面朝 下，磁傾計理應指示一負俯仰角，車輛仍有一正俯仰角。 若俯仰角突然改變以致於俯仰角比值(pitch rate)高於裝置 可測出改變之瞬時門限值(temporal threshold)感測器即飽 和。

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）88499A/9DEKA 490417 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對 五、發明說明（2) 發明概要 根據本發明一實施例，提供一俯仰角估值計用裝置及 方法。俯仰角；]大態估值產生-俯仰角狀態信號，用來建立 一陸行車輛控制用方位。車輛具有一用來支承最好是坐乘 人之負荷之支承部。於一實施例中，俯仰角狀態感測器包 含-連接於車輛之俯仰角感測器，產生一代表車柄之俯仰 角估值之俯仰角信號。俯仰角與—參考重力之座標系統結 合。俯仰角估值計亦包含至少一連接於車輛之慣性參考 測器，產生一有關車輛之慣性方位信號。進一步包含一狀 悲估值為模組，其用來接收俯仰角信號及慣性方位信號， 並由慣性方位信號以及俯仰角信號計算一俯仰角狀^作 號。俯仰角狀態信號供至車輛之控制回路以動態維持車輛 之穩定度。 於另一實施例中，根據俯仰角信號及慣性方位信號士 算一俯仰角錯誤信號，並反饋狀態估值器模組以調 方位信號。於另一實施例中，至少一慣性參考感测器 陀螺儀。 &乐〜 俯仰角狀怨估值器可進一步包含一虛擬陀螺儀配置 組，用來接收陀螺儀之慣性方位信號，並將三轉速率作二 (rotation rate signals)輸出至狀態估值器模組。各轉速^ = 號代表繞三垂直軸之一軸之轉速率，此三垂直軸均源自& 輛之重力中心。 車 狀悲估值器模組可進一步包含一旋轉校正模組，其 換三轉速率信號，產生三校正轉速率，俾三轉速率信號 -4 - ------------ Μ-----r---^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格⑵〇 X 297公餐7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（3 f俯仰角信號之座標系統。 來根據二枋 馆—衩、、且亦可包含一斥 及一接收卢+ 積刀态楱組， 包含一陟碑A 狀怨估值态模組進一步 度，計置;分器，至少根據俯仰角信號及方位角 施例中了將,、J 此偏置信號輸出至域11。於此實 、f加法為之輸出信號反饋至旋轉校正模組。 另—相1實施例中包含—錯誤檢測模組，用來檢測 一貝广參考感測5所產生的錯誤慣性方位信號。—旦檢出 誤償II方位k號，錯誤檢測模組即判定陀螺儀失誤。 於另-實施例中，若-陀螺儀失誤，狀態估值器模組 即執行一俯仰角狀態之單軸評估。 於一實施例中，可使用一傾斜感測器，先計量車輛相 對於重力之評估俯仰角，藉此產生一俯仰角狀態信號。將 所評估之俯仰角測量值轉換成一數位評估俯仰角信號，接 著使用位於至少三個車輛之明確方位之至少三個慣性感測 器’測量慣性方位比（inertia orientati〇nra㈣。將至少三個 慣性方位感測器之慣性方位比測量值轉換或至少三個數位 f貝性方位信號。最後，局部根據數位慣性方位信號及數位 俯仰角信號，於一狀態估值器模組中計算一俯仰角狀態信 途0 I 式之簡箪說明 參考以下配合附圖所作說明，本發明將更加暸然，其 中： 本紙張尺度適 國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公复y —— ^-----r------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490417 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 第1圖係用來動態控制一車輛縱面穩定性之習知控制 回路之方塊圖。 第2圖係一顯示一以陸地用車輛，出現一俯仰角度之 對應車輛系（vehicle frame)(V系）座標軸，以及地面之地面 系（Earth frame)(E系）座標軸之圖式。 第3圖係一顯示俯仰角為〇及起伏角非為〇時e系與 v系之關係之圖式。 第4圖係顯示本發明一實施例之系統配置之方塊圖。 第5圖係錯誤檢測模組之方塊圖。 第6圖係本發明一實施例中三軸狀態估值器模組功能 性方塊圖。 實施例之詳細說明 美國專利第5,701，965號及5,791，425號揭露一種須測 量瞬間俯仰角狀態俾動態控制車輛穩定度之個人車輛。本 文為求完備提及此等專利性俾供參考。本文所揭露用來評 估車輛俯仰角狀態之種種方法及裝置實施例可配合此等車 輛使用。本說明及後附申請專利範圍所用「俯仰角狀態」 包含縱面俯仰角及車輛之俯仰角比，亦即@及0r，係 Θ之時間變率。 此種車輛可包含第1圖所示之一控制回路，其用來動 態維持車輛之縱面穩定度，俾車輛保持端正。此控制回路 須輸入俯仰角狀態。 第1圖之设備等於一單一電動機所驅動之一機車系統 -6 · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------批衣------、玎------線 (請先閱讀背面之注意事項再頊4本頁) 490417 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（5) 之運動機構。T代表車輪轉矩。除了俯仰角外，符號Θ代 表縱向傾斜度，亦即俯仰角度，χ代表沿平面，相對於一 乡考點之縱向位移，且符號r標示一有關時間之微分值。 圖式之其他部份係用來動態控制及確m之穩定性，並 且為了保持系統於平面之一參考點附近，設定本實施例 之車輪轉矩，使其滿足以下方程式： T= k10+k20r+k3 X +k4 xr 上支曰；hhh及h依控制回路之設定、系統之參數 及諸如重力之其他作用而定。 車輛之動態性能可參考一座標系統來說明。使用二個 此種座標系統來說明車輛於不規則平面上之運動：地面參 考系，即「E系」，以及車輛參考系，即「V系」。 E系界定垂直軸Z與重力方向於同—直線上，並穿過 1 2圖所不有人車輛之重力中心。重力中心附近的軸心原 ^置係隨意選擇，熟於此技藝人士當知，此原點可位在 =上的其他點。E轉定起伏軸χ為正交錢轴之運動 2=量Υ;其穿過有人車柄重力^，而Ε系則係界 ^俯仰軸Υ為正ζ及χ軸者，且其穿過有 角度「ψ」表示，^ π Χ角度「Φ」表示，亦稱為起伏角度。繞γ 軸之旋轉以角度「㊀」表示，亦稱為俯仰角度 V糸之軸之原點位於車輛之重力中心。於其他實施例 本紙張尺度適用中 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^-----^----^---------球' 490417 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（6 ) 中，轴原點可位於車輛上之其他 ^ 相對垂直軸係-特定車輛之實質上固定垂直轴，。 穿過車輛及車輛之支承部/靠背/操作者頭部之重 之線來界疋。相對於水平轴p垂直於相對垂直輪 = -平行於車輛運動方向之分量1三轴Q /、有

交。車輛傾斜時，r、p、q系之相對方位隨及P正 系改變。如第2圖所示，Q與Y軸在同一直線上 與z，以及Xh則否。於此情形下，車插 R 動」’並且Θ具有—非㈣。第3圖顯示運 直線上，R與Ζ以及Q與γ則否。於此圖式中φ : 起伏角度。 #0 以下等式顯示在標以符號Γ之個別轉速率之小角度斤 似值下Ε系與V之間的比值轉換。此等轉換分別稱= 角度尤勒轉換(SEATs)及逆SAEFs。 ’ 1 ΘΦ -Θ Ρ·: ΘΓ 二 0 1 Φ Qr ΨΓ 0 -Φ 1 ρ: 1 0 Θ Qr = 0 1 - Φ ΘΓ Rr. 0 φ 1 Ψ, 使用諸如角度變率感測器或後文稱為陀螺儀之變率陀 螺儀之變率感測器（rate sensors)，將俯仰狀態資訊提供給 車輛。變率感測器測量V系之車輛方位變率並產生一代表 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------- ^-----r---訂-------— -線、 . 請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 490417 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7) 車輛及俯仰角、起伏角、橫搖肖之變率。由於將 器會漂移，故變率感測器須定期調整。因此，將傾斜t 器置入系統中，提供可補償變率碭钏架 4列 又千仏測态之偏置錯誤。 較佳實施例中，變率感測器係陀螺禮 ^ ^ 、 1匕螺儀，惟於其他實施例 中，則可為其他慣性測量裝置。如以Τ^ 如从下闡釋，透過各種 號轉換，用以局部根據得自方位感測器之俯仰角變率H 傾斜計之俯仰信號正確測量俯仰角狀態之系統 第4圖顯示本發明-實施例之系統配置。絕對參考感 測器發出信號至轉換髓4〇1，於此，感測器所產生 之信號轉換成有用的數位資料格式，並就已知錯誤源加以 調整。本身加計特殊例子之絕對參考感湘糊包含測量 有關Ε系之數量之感測器，例如亦稱為傾斜感測器之擺動 參考感測器。絕對參考感測器亦包含可測量車輪旋轉以產 生輪速微分信號之感測器。 轉換柄組401將除了重力，車輛不加速時之俯仰角度 ^起伏角度讀織訊，以及輪速微分值提供給狀態估值 益402。假设輪子不打滑，輪速微分值即提供橫搖比之絕 對值。 相對參考感測器403計量有關v系之數量，並可包含 諸如機械或固態陀螺儀之陀螺儀。為了提供三個方位資 Λ，需要至少二個單軸陀螺儀。可加設陀螺儀，使用其來 提供錯誤公差能力。第4圖顯示本發明一實施例，其中相 對參考感測器4〇3包含陀螺儀L4〇4、陀螺儀D4〇5、陀螺 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----l·---訂---------線一 -9 - 4^U41 / A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 儀E406及陀螺儀F4〇7。於較佳實施例中使用四分之一自 由度陀螺儀。陀螺儀L4〇4可安裝於車輛以測量車輛之 Qr於此貫施例中，將剩下的陀螺儀405、406、407安 =在車輛的各個方位，並測量—組Qr、匕及艮。安裝方位 平衡口素的選擇包括諸如感測器信號範圍及JE確性。陀螺 儀可置於車輛主軸上，惟於一較佳實施例中，陀螺儀置於 軸外，且彼此不在同一直線上。這提供陀螺儀間的隨意選 ^。若一陀螺儀故障，由於其他陀螺儀測量Pr、Qr及Rr 刀里’故仍可計算Pr、Qr或Rr值。此外，由於車輛的可 ^〖生可此大於陀螺儀的測量範圍，故較佳實施例將陀螺儀 置於軸外。例如，急轉期間，角度變率可能超出陀螺儀之 測里範圍。藉由陀螺儀傾斜，以旋轉軸與傾斜轴間之餘弦 描繪計得變率，亦產生其他正交變率分量之交叉藕對。 相對參考感測器403將感測到的角度變率轉換成一代 表角度變率之數位信號，其將信號傳送至一虛擬陀螺儀配 置模組408。由於陀螺儀的方位可能不對齊Q、p及R 軸，故陀螺儀所產生各信號可包括多軸之變率資訊。虛擬 陀螺儀配置模組408將信號轉換，產生對應於三虛擬陀螺 儀定向以測量繞P、Q及R軸之旋轉所產生的信號的三個 輸出信號。這種陀螺儀信號的操作產生虛擬陀螺儀Qr、Pr 及Rr資訊。虛擬陀螺儀執行矩陣方程式V=MG，其;vf 為虛擬陀螺儀向量，G為陀螺儀輸出向量，且M為一將 四個陀螺儀信號G轉換成虛擬陀螺儀向量v之3χ4組合 矩陣。此組合矩陣並非唯一，可為逆最小平方解，或四個 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-----^----訂---------線： -10 - 490417 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（9) 陀螺儀十三個陀螺儀的任何四個組合，或任何电人 輛測，期間決定組合矩陣之係數，其包含陀螺儀二準及個 別^螺儀特性之校正。於較佳實施例中，組合矩陣透 自最小平方解之組合及四三陀螺儀 ° ^ M F之較大錯誤公差。螺儀D、 儀錯誤檢難組物之陀螺儀錯誤檢測信 號亦產生自原始信號。以下配合第 測模組。 T配口弟5圖祝明陀螺儀錯誤檢 狀態估值計402自虛擬陀螺儀組合模組撕、 錯誤檢測模組4〇9以及測量·轉換模組彻取得i、、 評估車輛之俯仰角狀態。狀態估值器搬亦評估^之起 伏狀態及橫搖狀態，惟，於本發明之較佳實施例中， 輛之俯仰狀態傳送至控制回路，俾繞車輛之重力中心平衡 車輛。 、 雖然第4圖顯示使用四個陀螺儀於本發明一實施 中，惟可使用三個以上之數目來增加系統之錯誤容^ 力0 b 第5圖提供顯示有多數錯誤檢測器之錯誤檢測模組 409之細部圖式。四個陀螺儀各產生一信號，其為來自陀 螺儀之原始信號。原始信號傳經標以8〇5、8〇6、8们及 808之濾波為。濾波态之係數成組，俾理想地，於加法器 1得總和為G。若陀螺儀未對準，漂移離開特定點，或: 障，總和即等於〇。於較佳實施例中，輸入加法器者係二 俯仰角變率之差。根據四個陀螺儀中三個陀螺儀之俯仰^ -11 - 表紙張尺度綱巾關家標準（CNS)A4規格（ϋ"_χ 297公爱） I I — — — — ^ · I I I l· I I I « — — — — — — I— r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、發明說明（10) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 分量之選擇來決定俯仰角變率。接著於810比較自809所 得總和與一變率錯誤門限值811。若俯仰角變率超過最壞 情形之俯仰角錯誤比，即宣稱有一陀螺儀誤失，且此系統 退至一單軸狀態估值器模式。 將得自加法器809之總和傳送至加法器812，並接著 合計以產生一俯仰角錯誤值。接著於角度比較器814比較 俯仰角度與角度誤差門限值815。角度誤差門限值815容 許因陀螺儀經年使用產生之錯誤，或雖不被接受卻可校 正，乃至於若無法校正卻仍宣稱一陀螺儀誤失之角度偏 移。如以下闡釋，陀螺儀漂移一次又一次藉包含信衰減器 560之第6圖所示反饋回路濾波器減少。如同漂移誤差， 經年使用等致之角度誤差透過相同反饋回路逐漸減少。於 較佳實施例中，設有反饋回路來補償數分鐘的錯誤。若陀 螺儀喪失太多感度，且變得不正確，俯仰角度即會在濾波 器補償不正確的數分鐘内造成使用者不舒適及不安全。因 此，即使誤差可在所給予夠長時間内得到補償，此系統卻 承認，大的俯仰角度指出一陀螺儀故障。雖然系統可根據 車輛方位作各式各樣的錯誤角度門限值調整，較佳實施例 卻依使用者舒適度及安全性來決定錯誤角度門限值，並將 其設定為3.2度。將門限值設定為較低範圍需要更多的分 量，而這會造成更多的陀螺儀失誤。較高的門限值會造成 車父少的陀螺儀錯誤，而這對乘車者來說極顯而易見。 若超過錯誤角度，即宣稱有一陀螺儀失誤，且系統轉 至一單軸狀態估值器模式。 -12 -

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 $Γ^1〇 x 297公餐J -----------' r ---I L----訂---------線： Ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 五、發明說明（ 專利申請案第89102379號 ROC Patent Appln. N〇.89102379 中文說明書修正頁-附件 AmenHpH Page in rhinese ~ 11、 (民國91年4月日送呈L (Submitted on April (ί]，2002) 將二增設渡波器置於模組816及817中。此等滅波器 刀別與弟5圖之彳吕说哀減器540及560相同。接著於增益 器817中將角度輸出衰減，而後於積分器818中合計，產 生偏置調整。濾波器817負責長時間的偏置漂移。濾波器 816提供送回加法器812之角度信號之衰減，並用來穩定 三度濾波器，避免其振盪。 如以下闡釋，自狀態估值器提供多數變率偏置校正信 號，且其包含來自積分器570之P、q及r信號，以及來 自局部陀螺儀偏置錯誤模組650之局部陀螺儀偏置錯誤。 於偏置比較器819比較變率偏置校正信號與一最大校正比 值。在一變率偏置校正信號超過最大校正比值時，宣稱一 陀螺儀故P早。藉此比較找出逐漸失效或業已不符規定之陀 螺儀。於較佳實施例中，所容許最大校正比值大於每秒1〇 度，雖則可使用其他最大校正比值。若超過門限值，即宣 稱一陀螺儀失誤，且系統轉成單軸評估模式。 第6圖顯示狀態估值器4〇2之一功能性方塊圖。來 自虛擬陀螺儀組合408之以Pr、Qr& Rr表示之轉速率 信號501首先傳送至一加法器5〇2，其經由一反饋回路 板正偏置錯誤。使用一小角度尤勒轉換（SAET) 503，自 V系將校正之旋轉速率對等轉換成E系，藉此產生標以 ©r、ΦΓ及ψΓ之e系俯仰角變率、起伏角變率及橫搖變 率資成504 ’ 0r接著被供至車輛之控制回路。將來自 SAET 503之E系轉速比傳送至一加法器52〇，並接著

於個積分模組505中予以合計，產生標以Θ、❿之E 91. 2 I--I--!-裝 i — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) · •線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490417 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（12) 系方位角度506，接著將其傳送至第i圖之車輛控制回 路。積分模組505於加法器525分別取得@與俯仰角 度507,以及Φ與起伏角度5〇7之差，以產生俯仰及起 伏錯誤信號530。傾斜感測器4〇〇提供俯仰角度及起伏 角度507。接著將錯誤信號530及Ε系方位角度@、 Φ506傳送至逆尤勤轉換5〇8。亦反饋俯仰角及起伏錯 誤佗號530，並將其傳經一衰減信號強度之濾波器 540。衰減之#號傳入加法器52〇。提供反饋回路，校 正瞬變造成的錯誤，俾沿傾斜感測方向挪動輸出讀數 506。提供信號衰減器54〇之衰減，以限制大的錯誤絕 對參考感測值影響Ε系方位角度。大的錯誤絕對參考感 測值會例如在車輛突然巾晃動時發生。車輛經歷悅動時， 絕對參考感測裔會產生瞬變形式之錯誤信號，其錯誤地 反映俯仰率及俯仰角度。 於逆SAET 508中，對俯仰角、起伏及橫搖誤差資訊 進行逆SAET。於逆轉換中，以@r、將俯仰角及起伏 之錯誤信號530***逆方程式中，以％將橫搖錯誤信 號580***，以期求出相關比率。自加法器62〇提供 ΨΓ作為Rr間之差以及輪子55〇速度間之差，對誤差信 號而非比率進行逆SAET具有隔開錯誤資訊之效能。逆 SAET將E系信號轉換成v系座標系統。接著信號傳經 一衰減濾波器560。信號傳入衰減濾波器560後，傳入 一積分器570,接著傳回加法器502。此反饋回路免責 陀螺儀之長期偏置漂移。衰減濾波器560容許傾斜感測 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -----------<t-----^----訂---------線.Ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490417 A7

五、發明說明（14) 專利第5,701，9635號及5,791，425號所揭露之俯仰角狀態 之單軸評估。如第6圖所示，使用三軸狀態估值器之相 同部件及渡波器於單轴估值器中。於單軸評估情形下， 將一選自虛擬陀螺儀組合模組408之陀螺儀之俯仰角度 變率傳至方塊501内。另一特點在於，於單軸狀態估值 器中’將提供橫搖率變之輪速與三軸狀態估值器之比率 之差用於單軸狀態估值器中，其僅用來協助補償陀螺儀 之俯仰角度之未對準。一限制器用於此橫搖變率以克服 輪子打滑之狀況。於單軸估值器中，得自輪速差之橫搖 角度傳至一加法器，自計算中除去此分量，將其傳至方 塊501。此外，於方塊501中加設一校準模組，其用來 校正陀螺儀之未對準。為提供三軸狀態估值器與單軸狀 態估值器間之平穩轉換，局部陀螺儀偏置指示器65〇提 供積分器570之初始條件於單軸模式中。三軸狀態估值 裔與單軸狀態估值器間之另一不同點在於，由於相對於 一維系統在單一平面操作時，無需將v系之俯仰角 度換成E系俯仰角，單轴狀態估值器須假設Q = er，故 無SAET橫組503及逆Saet模組5〇8。此外，較佳者 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為又軸搖動感測裔，提供俯仰角及起伏二者之信號之傾 斜感測器僅用於俯仰角信號，起伏信號則略去。 於較佳貫施例中有六個陀螺儀。三個陀螺儀配置 或繞v系之俯仰軸，剩下的三個陀螺儀則沿V系之起 伏及橫搖軸組設置。於此種配置形式下，局部提供三個 儿餘口卜％繞俯仰轴的各個陀螺儀是有連設之處理器及 -16 - 490417 五、發明說明（15) 二，器可由連設之陀螺儀及傾斜❹ 二1 估值。處理器接收來自連設之陀螺儀 之“ ’以及來自安裝成感測繞橫搖及起伏軸之旋轉: =陀螺=信號。冗餘部提供另一用於車輛之 !統;：個處理器各僅使用連設之陀螺儀於單轴狀態坪 ，或使用連設之陀螺及三個用於三㈣態評估之陀螺 =獨立#估俯仰角狀態。若所有陀螺儀適 :處理器所產生之狀態器所產生之狀態: 陀螺儀故障，三個處理器所產生之狀二 值不B -致。可制—投票機構， 理器本身關掉。有關於故障防止之進一 年…曰提出申請，名稱為「個二;輛： 止結構」，律師檔案號碼1062/B65,申請宰於 咖，_之美國專利暫時申請案。 月案唬 自動另一貫施例中，若檢測出陀螺儀故障，即 比二:電動機之信號’以限制車輛之最大轉速 估值旋轉比會限制橫搖變率，並減少使用單轴 估值益所產生之錯誤。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^明另—實施例中，持續追踪對應於地面坡度 及起動後王部旋轉量之估值之維持。 藉此評估起伏角度。例如，若地面坡度經評估而在轉1〇。 以上，機器即在轉9〇。，起伏可評估為向左1〇。。 〜==佳。實施例可作為一與電腦系統或處理器配 口 “恥桎式產品來實施。此種實施可包含一系列 -17 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490417 A7 B7 五、發明說明（16) 電腦指令，其固定於請如一電腦可讀媒體（例如磁片、 CD-ROM、ROM或固定磁碟）之有形媒體，或經由諸如 透過一媒體連接於一網路之通信配接器之調變解調器或 其他介面裝置，可傳輸至電腦系統或處理器。媒體可為 一有形媒體（例如光學或類比通信線），或以無線技術（例 如微波、紅外線或其他傳輸技術）實施之媒體。電腦指 令系列將本文於前面就俯仰角估值器功能性說明之全部 或部份具體化。熟於此技藝人士當知，此種電腦指令可 配合若干電腦設備或操作系統寫成多數程式語言。甚 且，此種指令可存儲於諸如半導體、磁片、光學或其他 記憶裝置中，並可使用諸如光學、紅外線、微波或其他 傳輸技術傳輸。期望此種電腦程產品可作為一種附有印 刷或電子文件（例如縮捲軟體），預載有一電腦系統（例如 ROM系統或固定磁碟）之可更換媒體予以行銷，或可由 服務器或網路之電子佈告欄（例如網際網路或世界網路) 予以行銷。 雖然本發明參考若干較佳實施例說明，惟熟於此技 藝人士當知，在不悖離如以下申請專利範圍所載本發明 精神及範涛下，可作種種變更。 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------，裝-----：----訂---------線 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 專利申請案第89102379號 ROC Patent Appln. No.89102379 修正之申請專利範圍中文本—附件 Amended Claims in Chinese - Rnd. (民國91年4月（「/日送呈)~ (Submitted on April (1] ? 2002) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1· 一種陸行車輛之俯仰角狀態評估用系統，包括： 一傾斜感測器，連接於車輛，產生一 E來考系中 代表車輛俯仰角狀態評估值之俯仰角信號； 至少一慣性參考感測器， 參考系之慣性方俅信號；以及 一狀態估值器模組，接收俯仰角信號及慣性方位 信號，並由慣性方位信號及俯仰角信號計算一俯仰角 狀態信號； 其中將俯仰角狀態信號提供至用來動態維持車柄 穩定度之車辆控制回路。 2·如申請專利範圍第1項之系統，其中根據俯仰角信號 及慣性方位信號計算俯仰角度錯誤信號，並將其反饋 至狀態估值器模組以調整慣性方位信號。 3·如申請專利範圍第丨項之系統’其中至少一慣性參考 感測器係一陀螺儀。 4·如申請專利範圍第丨項之系統 感測器包括至少三個陀螺儀。 5·如申請專利範圍第4項之系統 陀螺儀組合模組，用來接收至少三個陀螺儀之慣性方 位信號’並將三個轉速率信號輸出至狀態估值器模 產生一 V 其中至少一慣性參考 其進一步包括一虛擬 —--------------------訂---------線 C請先閱讀背面之>i意事項再填寫本頁} -19 88499B 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490417 A8 B8 C8 D8 六、申請.專利範圍 組，其中各轉速率信號代表繞三垂直軸中一軸之轉速 率0 6.如申請專利範圍第5項之系統，其中狀態估值器進一 步包括： 一旋轉轉換模組，其轉換三個轉速率信號，產生 三個E系參皇轉速率信號；以及 一積分器模組，用來根據三個轉速率信號產生方 位角度。 7·如申請專利範圍第6項之系統，其中旋轉轉換模組進 行一小角度尤勒(Euler)轉換。 8·如申請專利範圍第8項之系統，其中狀態估值器進一 步包括一接收方位角度及一傾斜感測器信號之加法 器，此加法器輸出一誤差信號。 9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中狀態估值器進一 步包括一接收誤差信號與方位角度之逆小角度尤勒轉 換模組，以產生一分布的錯誤信號。 10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中狀態估值器進一 步包含一至少根據分布的錯誤信號及方位角度變率以 計算一偏置信號之陀螺儀偏積分器，將偏置信號輸出 至加法器。 11·如申請專利範圍第1項之系統，其中車輛具有至少二 輪子，狀態估值器模組接收代表相對輪速之輪速信 號，狀態估值器使用輪速信號來計算車輛之橫搖。 12.如申請專利範圍第1項之系統，進一步包括： -20 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 --------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490417 A8 B8 C8 D8 六、申請.專利範圍 一錯誤檢測模組，用來檢測由至少一慣性參考感 測器所產生之錯誤慣性方位信號。 13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中錯誤檢測模組 響應一錯誤慣性方位信號，產生一錯誤信號。 14. 如申請專利範圍第13項之系統，其中若錯誤檢測模組 產生一錯誤信號，狀態估值器模組即自俯仰角狀態 之三故評估切換成單軸評估。 15. —種陸行車輛控制用俯仰角狀態信號之產生方法， 此方法包括：* 使用一傾斜感測器測量車輛相對於重力之傾斜； 將傾斜測量值轉換成一數位傾斜信號； 使用位於至少三個非同在車輛之線性方位上之至 少三個慣性方位感測器，測量車輛之慣性方位變率； 將至少三個慣性方位感測器之慣性方位變率測量 值轉換成至少三個數位慣性方位信號； 局部根據數位慣性方位信號及數位傾斜信號，於 一狀態估值器模組中計算一俯仰角狀態信號。 16·如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包括： 局部根據數位傾斜信號及數位慣性方位信號，於 一狀態估值器模組中計算一角度錯誤信號；以及 將角度誤差信號反饋至狀態值器模組。 17.如申請專利範圍第16項之方法，其進一步包括： 將俯仰角狀態信號供至一車輛控制回路，俾動態 維持車輛穩定度。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 ---------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490417 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   其中處理器 六、申請專利範圍 18·如申請專利範圍第15項之方法，其中計算步驟包含以 下步驟： 將慣性方位信號轉換成三軸慣性方位信號，俾各 信號對應於三垂直轴中一轴； 將三軸慣性方位信號轉換成根據重力之方位信 號，俾各信號對應於一根據重力之方位系統； 將三個根據重力之方位信號轉換成三個角度信 號，每一信號代表俯仰角；以及 將俯仰角提供給車輛控制回路，俾動態維持車輛 穩定度。 19. 一種車輛俯仰角狀態評估用狀態估值器，此狀態估 值器包括： 一處理器，用來自各個複數相對參考感測器接收 一相對參考信號，以及自一絕對參考感測器接收一絕 對參考信號，並判定車輛之三軸俯仰角狀態； 其中若處理器宣稱發生錯誤，即自動轉換為單軸 狀態評估。 20. 如申請專利範圍第19項之狀態估值器，其中狀態估 值器進一步包括： 複數相對參考感測器，各產生一傳至處理器之相 對參考信號；以及 一絕對參考感測器，用來產生一傳至處理器之絕 對參考信號。 21·如申請專利範圍第20項之狀^ -22 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 ---------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 490417 A8 B8 C8 D8 六、申請.專利範圍 進一步包括： 一虛擬陀螺儀組合模組，用來將來自相對參考感 測器之信號轉換成代表反映三個垂直軸各軸之相對參 考信號之信號。 22. 如申請專利範圍第21項之狀態估值器，其中虛擬陀 螺儀組合模組藉由相對參考感測器信號乘以一組合 矩陣進行一矩陣轉換； 其中組合矩陣由選自一最小逆平方解之係數與代 表相對參考感測器信號之係數組合。 23. 如申請專利範圍第19項之狀態估值器，其中代表一 車輛參考系之轉速率之相對參考信號經由處理器中 之小角度尤勒轉換，轉換成一絕對參考系。 24. —種陸行車輛俯仰角狀態測量用狀態估值器，此狀態 估值器包括： 一二階濾波器，自各個複數相對參考感測器接收 一相對參考信號，自一絕對參考感測器接收一絕對參 考信號，並輸出車輛之一俯仰角狀態估值。 25. 如申請專利範圍第24項之狀態估值器，其中濾波器 係處理器之一部件。. 26. 如申請專利範圍第25項之狀態估值器，其中若至少 一個相對參考感測器被判定為錯誤，處理器即可在 一三軸俯仰角評估與一單軸俯仰角狀態評估之間轉 換。 27. 如申請專利範圍第19項之狀態估值器，其中處理器 -23 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 --------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490417 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 、申請.專利範圍 藉由比較一包括一相對參考感測器信號組合之信號 與一存儲於連接處理器之記憶器之預定值，判定是 否一相對參考感測器正在產生一錯誤信號。 28.如申請專利範圍第27項之狀態估值器，其中組合信 號對時間積分，且預定值代表一角度。 29·如申請專利範圍第27項之狀態估值器，其中預定值 代表一角度。 30. 如申請專利範圍第26項之狀態估值器，其中預定值 代表一最大比值 31. —種用於一電腦系統以判定陸行車輛俯仰角狀態之 電腦程式製品，此電腦程式製品包括一具有電腦可 讀取程式碼之可供電腦使用之媒體，此電腦可讀取 程式碼包含： 用來接收一俯仰角信號及一慣性方位信號之電腦 碼； 用來自俯仰角信號及慣性方位信號計算一俯仰角 狀態信號之電腦碼；以及 用來將俯仰角狀態信號送至一車輛控制回路以動 態維持車輛穩定度之電腦碼。 32·如申請專利範圍第31項之電腦程式製品，其進一步 包括： 用來局部根據慣性方位信號判定慣性方位感測器 是否故障之電腦碼； 用來在慣性方位感測器故障時，自一三轴俯仰角 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 ---------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490417 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 狀態評估轉換成一單軸俯仰角狀態評估之電腦碼。 33. 如申請專利範圍第32項之電腦程式製品，其進一步 包括： 用來將慣性方位信號轉換成代表三垂直軸各軸之 慣性方位信號之信號。 34. 如申請專利範圍第32項之電腦程式製品，其進一步 包括： 一電腦碼，用來根據俯仰角信號及慣性方位信號 計算一俯仰角度錯誤信號，並將俯仰角度錯誤信號反 饋至接收一俯仰角度錯誤信號，及一慣性方位信號之 電腦碼，以調整慣性方位信號。 35·如申請專利範圍第32項之電腦程式製品，其中慣性 方位信號接收用電腦碼接收三個慣性方位信號，自三 個慣性方位感測器各接收一慣性方位信號； 此電腦程式製品進一步包括： 一電腦碼，用來根據三個慣性方位信號計算三個 轉速信號，其中各轉速信號代表繞三垂直軸中一軸之 轉速。 36·如申請專利範圍第35項之電腦程式製品，其進一步 包括： 用來積分轉速信號以產生方位角度信號之電腦 碼。 37·如申請專利範圍第35項之電腦程式製品，其進一步 包括： -25 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 --------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490417 A8 B8 C8 D8 六、申請.專利範圍 用來至少根據俯仰角信號及方位角度信號計算一 偏置信號之電腦碼，將偏置信號輸出至用來接收信號 之電腦碼。 38.如申請專利範圍第36項之電腦程式製品，其進一步 包括： 用來偵測錯誤慣性方位信號，並響應錯誤慣性方 位信號之檢測，產生一錯誤信號。 39·如申請專利範圍第38項之電腦程式製品，其進一步 包括： * 在發生一錯誤信號時，用來自一俯仰角狀態之三 轴評估轉換成俯仰角狀態之單軸評估。 --------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000