(57)【要約】【課題】測定の際に、より高い精度が達成される、単一軌道の車両の少なくとも一つの傾斜角度の測定方法及び装置を提供する。【解決手段】単一軌道の車両の少なくとも一つの傾斜角度の測定方法において、少なくとも二つの回転レートセンサ（２００、２０１、２０２）を用いて、車両の異なる二つの軸の周りの少なくとも二つの回転レート（ωｘ、ωｙ、ωｚ）が測定され、少なくとも二つの回転速度（ωｘ、ωｙ、ωｚ）から、車両のロール角度（α）及びピッチ角度（β）の少なくともいずれかが求められる。【選択図】図１
2008523403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの回転レートセンサ（２００、２０１、２０２）を用いて、車両の異なる二つの軸の周りの少なくとも二つの回転レート（ωｘ、ωｙ、ωｚ）が測定されること、及び
少なくとも二つの回転速度（ωｘ、ωｙ、ωｚ）から、車両のロール角度（α）及びピッチ角度（β）の少なくともいずれかが求められること、
からなる、単一軌道の車両の少なくとも一つの傾斜角度の測定方法。
【請求項２】
ロール角度（α）の測定とピッチ角度（β）の測定において、それぞれ二つの回転レート（ωｘ、ωｙ、ωｚ）が取り入れられることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
少なくとも二つの回転レート（ωｘ、ωｙ、ωｚ）から、車両のロールレート及びピッチレートの少なくともいずれかが測定されること、及び
かかる測定から、車両のロール角度（α）或いはピッチ角度（β）が測定されること、
を特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項４】
前記少なくとも二つの回転レートセンサを用いて、ロールレート及びピッチレートの少なくともいずれかに関する生の値が測定される（１０１）こと、
前記ロールレートの生の値のフィルタリングによってロールレートが求められること、或いは前記ピッチレートの生の値のフィルタリングによってピッチレートが求められること、及び
ロール角度（α）或いはピッチ角度（β）の測定が車両のロールレート或いはピッチレートの時間積分によって行われる（１０２）こと、
を特徴とする請求項２に記載の測定方法。
【請求項５】
時間積分（１０２）によって、車両のロール角度及びピッチ角度の少なくともいずれかに関する生の値が測定されること、及び
前記ロール角度の生の値のフィルタリング（１０３）によってロール角度（α）が測定されること、或いは前記ピッチ角度の生の値のフィルタリングによってピッチ角度（β）が測定されること、
を特徴とする請求項２に記載の測定方法。
【請求項６】
前記フィルタリング（１０３）が、帯域フィルタリングであることを特徴とする請求項４又は５に記載の測定方法。
【請求項７】
前記帯域フィルタリングが、二次の帯域フィルタリングであることを特徴とする請求項６に記載の測定方法。
【請求項８】
前記ロールレート及びピッチレートの少なくともいずれかの測定が、微分方程式の系の数値解によって行われる（１０１）ことを特徴とする請求項３に記載の測定方法。
【請求項９】
前記少なくとも二つの回転レートセンサを用いて、前記ロールレートと前記ピッチレートが測定されることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項１０】
三つの回転レートセンサによって、車両の異なる三つの軸の周りの三つの回転レートが測定されること、及び
前記三つの回転レートから、車両のロール角度（α）及びピッチ角度（β）の少なくともいずれかが測定されること、
を特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項１１】
前記三つ回転レートセンサによって、前記ロールレート、前記ピッチレート、及び前記ヨーレートが測定されることを特徴とする請求項１０に記載の測定方法。
【請求項１２】
直進走行が行われている際に、求められたロール角（α）のオフセット補正が行われることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項１３】
少なくとも
車両の操舵角度が、予め定められている下方の操舵角度閾値を下回っているとき、且つ
単一軌道の車両の速度が、予め定められている速度閾値をオーバーしているとき、
前記直進走行が行われていることが検知されることを特徴とする請求項１２に記載の測定方法。
【請求項１４】
車両の異なる軸の周りで、少なくとも二つの回転レートを測定するための少なくとも二つの回転レートセンサ（２００、２０１、２０２）と、
前記少なくとも二つの回転レートから、車両のロール角度及びピッチ角度の少なくともいずれかを求めるための計算手段（２０３）と、
を備えた、単一軌道の車両の少なくとも一つの傾斜角度の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一軌道の車両の少なくとも一つの傾斜角度の測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オートバイは傾斜角度センサを備えていない。従って、将来の可能な採用に関する情報は欠落している。傾斜角度の測定のためには、理論的にカメラをベースとしたシステム或いは在来の傾斜計を使用することができる。しかしながら、これらのものは実験室装置として構想されたものであり、従って、オートバイの量産に採用するためには大き過ぎるし又価格も高い。更に、機械測定方法の場合には、オートバイの走行の際の遠心力から生じる悪影響が加わる。
【０００３】
ＤＥ １０２ ３５ ３７８ Ａ１ から、単一軌道の車両におけるブレーキ制御のための方法及び装置が知られている。そこでは、ヨーレートセンサを用いて車両の横方向傾斜が測定される。この横方向傾斜に応じてブレーキ制御が行われる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、
少なくとも二つの回転レートセンサを用いて、車両の異なる二つの軸の周りの少なくとも二つの回転レートを測定し、且つ
少なくとも二つの回転レートから、車両のロール角度及び／又はピッチ角度が求められる、
単一軌道の車両の少なくとも一つの傾斜角度の測定方法及び装置に関する。
【０００５】
その際、二つ回転レートセンサは、それ等の測定方向が互いに直交するように配置されるのが好ましい。
本発明の一つの有利な実施態様は、ロール角度の測定とピッチ角度の測定において、それぞれ両方の回転レートが取り入れられることを特徴としている。それによって、角度の測定の際に、より高い精度が達成される。
【０００６】
本発明の一つの有利な実施態様は、
少なくとも二つの回転レートから、車両のロールレート及び／又はピッチレートが測定されること、及び
そこから、車両のロール角度或いはピッチ角度が測定されること、
を特徴としている。
【０００７】
本発明の一つの有利な実施態様は、
少なくとも二つの回転レートセンサを用いて、ロールレート及び／又はピッチレートに関する生の値が測定されること、
ロールレートの生の値のフィルタリングによってロールレートが求められること、或いはピッチレートの生の値のフィルタリングによってピッチレートが求められること、及び
ロール角度或いはピッチ角度の測定が、車両のロールレート或いはピッチレートの時間積分によって行われること、
を特徴としている。
【０００８】
このフィルタリングによって、信号の妨害成分が除去される。
本発明の一つの有利な実施態様は、
時間積分によって、車両のロール角度及び／又はピッチ角度に関する生の値が測定されること、及び
ロール角度の生の値のフィルタリングによってロール角度が測定され、或いはピッチ角度の生の値のフィルタリングによってピッチ角度が測定されること、
を特徴としている。
【０００９】
前記の最後の二つの実施態様では、フィルタリングと積分の順序が入れ替えられている。
本発明の一つの有利な実施態様は、前記のフィルタリングが帯域フィルタリングであることを特徴としている。
【００１０】
本発明の一つの有利な実施態様は、前記の帯域フィルタリングが二次の帯域フィルタリングであることを特徴としている。
本発明の一つの有利な実施態様は、ロールレート及び／又はピッチレートの測定が微分方程式、特に連立微分方程式の系の数値解によって行われることを特徴としている。それ等の微分方程式は、式中に含まれている正弦関数及び余弦関数によって非線形微分方程式となる。更に、それ等の微分方程式は一次の微分方程式となる。
【００１１】
本発明の一つの有利な実施態様は、少なくとも二つの回転レートセンサを用いてロールレート及びピッチレートが測定されることを特徴としている。
本発明の一つの有利な実施態様は、
三つの回転レートセンサによって、車両の異なる三つの軸の周りの三つの回転レートが測定されること、及び
三つの回転レートから、車両のロール角度及び／又はピッチ角度が測定されること、
を特徴としている。
【００１２】
これによって、二つだけのセンサの使用の場合と比べて、この方法のより高い精度が達成される。
本発明の一つの有利な実施態様は、三つ回転レートセンサによって、ロールレート、ピッチレート、及びヨーレートが測定されることを特徴としている。
【００１３】
本発明の一つの有利な実施態様は、
直進走行が行われている際に、求められたロール角度のオフセット補正が行われることを特徴としている。
【００１４】
本発明の一つの有利な実施態様は、少なくとも
オートバイの操舵角度が、予め定められている下方の操舵角度閾値を下回るとき、且つ
オートバイの速度が、予め定められている速度閾値をオーバーしているとき、
直進走行が行われていることが検知されること、
を特徴としている。
【００１５】
前記の操舵角度閾値は、操舵角度ゼロ或いはほとんどゼロを検知することができるように選ばれる。
更に、本発明は、
車両の異なる軸の周りで、少なくとも二つの回転レートを測定するための少なくとも二つの（特に、それ等の測定方向に関して互いに垂直に配置された）回転レートセンサ、及び
少なくとも二つの回転レートから、車両のロール角度及び／又はピッチ角度を求めるための計算手段、
を含んでいる、単一軌道の車両の少なくとも一つの傾斜角度の測定装置を含んでいる。
【００１６】
本発明に基づく方法の有利な実施態様は又本発明に基づく装置の有利な実施態様として、又その逆として、示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ＤＥ １０２ ３５ ３７８ Ａ1 に記載されている方法の精度が、本発明によって引上げられるであろう。このことは、大きな圧縮動程を持つ、特にオートバイ（例えば、オフロード用オートバイ）で且つ大きなピッチ運動と結び付いた走行状況の際に当てはまる。
【００１８】
その背景には、オートバイのロール角度は、オートバイのロールレートの測定だけから、必ずしも必然的にではないが、高い精度で求めることができるという事実がある。このことは、オートバイの場合には、ピッチ運動、ロール運動、及びヨー運動が重なっていることと関係している。大きなバネレートを持つ、特にオフロード用オートバイの場合には、ロール運動（制動過程でのオートバイのバネの圧縮）も又顕著である。追加の大きなヨー運動の例として、障害物の手前でのオートバイの突然の回避運動について説明しておく。本発明では、オートバイのピッチ運動及びオプションとしてそれに加えてヨー運動は、追加の回転レートセンサによって測定され、その出力は、他のデータと共に評価アルゴリズムで利用される。三つのセンサ（ロールレート、ピッチレート、ヨーレート）を用いる場合には、走行の物理に基づく運動学上の関係が全て考慮される。二つのセンサ（ロールレート、ピッチレート）だけを使用する場合には、垂直軸周りの運動（狭いカーブ走行）が考慮されない。センサ（ロールレート）を一つしか使用しない場合には、ピッチ運動も垂直軸運動も考慮されない。
【００１９】
本発明によれば、マイクロメカニックなセンサを用いて回転レート信号が測定され、そこからオートバイの傾斜角度が計算される。傾斜角度は、将来のオートバイシステムにとって有用なパラメータであるが、現在のシステムの改良のためにも有用である。それに加えて或いはそれに代わるものとして、更にピッチ角度を求めることもできるであろう。
【００２０】
以下に本発明が二つの実施例に基づいて説明される。第一の実施例は、三つの回転レートセンサの出力の利用に基づいており、第二の実施例は、二つの回転レートセンサの利用に基づいている。
【００２１】
第一の実施例：
三つの回転レートセンサが、回転レートの成分ωｘ、ωｙ、及びωｚを測定する。そこから数値積分器と二次の帯域フィルタとの運動アルゴリズムと結び合わせて、傾斜角度が見積もられる。オートバイには、直交するように取付けられた三つのマイクロメカニックな回転レートセンサが固定結合されている。オートバイのｘ軸は走行方向を指し、ｙ軸は横軸であり、ｚ軸は垂直軸である。軸の方向は、オートバイの座標系として時計回りの系が得られるように配置されるものとする。回転角度は、数学的に正の方向に定められている。その際、三つのセンサはオートバイの次の運動を測定する。
【００２２】
第一のセンサ（ωｘセンサ）は、オートバイのx軸周りの回転、即ちロール運動或いはロールレートを測定する。
第二のセンサ（ωｙセンサ）は、オートバイのｙ軸周りの回転、即ちピッチ運動或いはピッチレートを測定する。
【００２３】
第三のセンサ（ωｚセンサ）は、オートバイのｚ軸周りの回転、即ちヨー運動或いはヨーレートを測定する。
しかしながら、求められた三つの回転速度ωｘ、ωｙ、及びωｚの加算は、可能ではない、
何故なら、一つの軸の周りの一つ一つの回転によって座標系の回転が行われ、又
次の回転速度が、回転された座標系の中で（即ち、回転されたセンサを用いて）測定される、
からである。
【００２４】
それ故、以下の説明では固定座標系（慣性系）に基づく二つの基本回転速度α＊とβ＊が考察される。その際、α＊はオートバイの長軸周りの回転速度（α＝ロール角度）を意味し、β＊はオートバイの横軸周りの回転速度（β＝ピッチ角度）を意味している。
【００２５】
基本回転速度α＊及びβ＊については、行列式の形で記述された次の連立微分方程式が成り立つ。
【００２６】
【数１】
2008523403.tif 000003
【００２７】
この式から、測定された値ωｘ、ωｙ、及びωｚの取り込みと数値積分とによって、基本回転α及びβが得られる。回転の順序はカルダン角度を用いた記載に対して幾らか変更された。このことは、数値的な利点（通常のオートバイ走行の際の運動方程式の中に特異点が無い）を持つと共に、αが直接ロール角度を示すという更なる利点をも持っている。これによって、上記の微分方程式の数値解によってロール角度の計算が原理的に可能となる。測定精度（例えば、オフセットエラー）の故に、その後に信号処理を行うことが有利である。ここでは角速度信号α＊とβ＊が二次の帯域フィルタでフィルタリングされる。これによって、実際のピッチ運動及びロール運動は決して任意に速くなることはできないという事実が考慮される。帯域フィルタの上下の限界周波数の決定は、車両に応じて、例えばテストによって決定することができる。上方の限界周波数の上方の測定信号の高周波妨害が除去される。オフセットエラーは下方の限界周波数の下側で認められるが、これも上と同様に除去することができる。この様にして計算されたピッチ角度及びロール角度は、新しい基本回転速度α＊とβ＊の計算のために再び必要となる。このことは、図１においてフィードバックループで示されている。
【００２８】
第二の実施例：
三つの回転信号ωｘ、ωｙ、及びωｚの全てが存在していた第一の実施例の代わりとして、回転信号ωｘとωｙだけをベースとしたアルゴリズムも考えることができる。ωｚの値が欠けているので、第一の実施例の行列式における第三列はなくなる。従って、次のような形の式となる。
【００２９】
【数２】
2008523403.tif 000004
【００３０】
計算の精度は当然幾分低下する、何故なら、垂直軸周りの回転に基づく値ωｚが欠けているからである。
本発明に基づく方法の流れが図１に示されている。ブロック１００では、センサ信号ωｘ、ωｙ、及びωｚが求められる。代わりの手法として、第二の実施例に従って信号ωｘとωｙだけを求めることもできる。続いてブロック１０１では、連立微分方程式の系を解くための数値アルゴリズムが実行され、基本回転速度α＊とβ＊が求められる。次いで、ブロック１０２で時間積分が行われ、フィルタリングされていない基本回転角度（“生の信号”）が求められる。ここで、基本回転角度というのは慣性系内の固定軸の周りの回転角度である。この基本回転は、運動学上の関係を通じてオートバイの座標系での回転と関係している。運動学上の関係は、相対座標系内の固体の回転運動に関する法則性を適用することによって得られる。
【００３１】
次いで、ブロック１０３では帯域フィルタによるフィルタリングが行われる。これによって、基本回転角度のオフセット値と高周波の妨害が除去される。ブロック１０３の出力信号として、基本回転角度α（ロール角度）及びβ（ピッチ角度）が得られる。これ等の値は同時にブロック１０１へフィードバックされ、ブロック１０１の行列式の中へ取り込まれる。
【００３２】
図１に示されている流れに対する代わりの手法として、帯域フィルタによるフィルタリングを積分の前に行うこともできる。こうすれば、例えオフセットエラーがあっても、積分の中へは取り込まれなくなる。
【００３３】
オートバイにおいて、更に別のセンサ手段が備えられる場合には、傾斜の測定の際のオフセット値（即ち、ロール角度のオフセット値）はまた、帯域フィルタによるフィルタリングの補足として、或いは代わりの手法として、別の方法を用いて測定し且つ取除くこともできる。
【００３４】
四輪の車両の場合には、例えば回転センサ（ヨー運動）の校正のために車両のスタートの際のリセットが行われる。多くの場合、その際には停止している車両、従ってヨーレート値ゼロを前提とすることができる。この情報は、センサの全耐用期間を通じて追加のリセット機能によってオフセット校正のために利用することができる。この事情は、オートバイの場合には異なっている。オートバイのスタートの際には横方向の傾斜角度が不定である。何故なら、オートバイは、例えばサイドスタンドの上に未だ傾斜した状態で支えられているかも知れないからである。従って、スタートの時点は、横方向の角度の校正のために追加のリセットをするには適当ではない。追加のリセットのための適当な時点は、安定した直進走行の際に得られる。
【００３５】
その際には、例えば安定した直進走行の際には、オートバイは垂直に立っているという特性を利用することができる。これによって、オフセット補正の問題が直進走行の検知の問題へと転移する。直進走行の際に、操舵角度はゼロである。操舵角度センサが備えられていれば、それによって直進走行状態にあることを検知することができる。追加として更に車輪回転数を評価することもできる。その場合、
操舵角度がゼロであり、且つ
速度がなお定義されるべき速度よりも大きいときに、
直進走行となる。これによって、オートバイが横方向に傾斜していない、安定した直進走行の状態にあることが確認される。これをもって、今や傾斜測定のオフセット補正を行うことができる。
【００３６】
本発明に基づく装置の構成が、図２に示されている。センサ２００、２０１、及び２０２が回転速度ωｘ、ωｙ、及びωｚを測定し、この情報を制御装置或いは計算手段２０３へ送り、制御装置２０３が、オートバイのロール角度及び／又はピッチ角度を計算する。いずれにせよ知られているこのロール角度に応じて、例えばアクチュエータ２０４が制御され或いは影響を受ける。この操作は、例えばオートバイのためのアンチロック制御の枠組みの中で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に基づく方法の一実施例の流れを示す。
【図２】本発明に基づく装置の構成を示す。
【図１】
2008523403.tif 000005
【図２】
2008523403.tif 000006
【国際調査報告】
2008523403.tif 000007
2008523403.tif 000008
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2008523403.tif 000010
2008523403.tif 000011
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