(57)【要約】【課題】ＸＹＺ直交３軸の角速度または角度を検知できる自動車用角速度または自動車用角度センサ、ならびにそれらの故障検出方法の提供【解決手段】直交３軸座標系において、ジャイロの測定軸と水平平面とがなす角度が相互に等しく、１つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度をαとするとき、他の３つのジャイロの角度がそれぞれ180°−α、180°＋αおよび360°−αである４つのジャイロから構成される自動車用角速度（角度）センサの制御方法であって、それぞれのジャイロで角速度ω1、ω2、ω3およびω4を測定し、ローパスフィルタにより高周波数のノイズ成分を除去した値を比較してジャイロの故障の有無を判断し、故障と判断されたジャイロがある場合には次善の角速度を出力する自動車用角速度（角度）センサの制御方法。  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交するＸ軸とＹ軸を含む水平平面とこの平面に垂直なＺ軸からなる直交３軸座標系において、下記の(a)および(b)の条件を満足する４つのジャイロから構成される自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法であって、それぞれのジャイロで角速度ω1、ω2、ω3およびω4を測定し、ローパスフィルタにより高周波数のノイズ成分を除去した値を比較してジャイロの故障の有無を判断し、故障と判断されたジャイロがある場合には下記の(1)〜(3)式のそれぞれにおいて２つの解のうちから故障と判断されたジャイロの測定値を含まない方の解を選択して角速度として出力し、故障と判断されたジャイロがない場合には下記の(4)〜(6)式のそれぞれにおける解を角速度として出力することを特徴とする、自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法。  
(a)上記４つのジャイロの測定軸と水平平面とがなす角度をθ1、θ2、θ3およびθ4（但し、θ1、θ2、θ3およびθ4はいずれも90°未満）とするとき、これらの角度θ1、θ2、θ3およびθ4が相互に等しいこと、
(b)上記４つのジャイロのうちの１つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度をαとするとき、他の３つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度がそれぞれ180°−α、180°＋αおよび360°−αであること。
Ωx＝（ω1−ω2）／（２cosαcosθ）または（ω4−ω3）／（２cosαcosθ）(1)  
Ωy＝（ω2−ω3）／（２sinαcosθ）または（ω1−ω4）／（２sinαcosθ）(2)  
Ωz＝（ω1＋ω3）／（２sinθ）または（ω2＋ω4）／（２sinθ）(3)
Ωx＝（ω1−ω2−ω3＋ω4）／（４cosαcosθ）  (4)  
Ωy＝（ω1＋ω2−ω3−ω4）／（４sinαcosθ）  (5)
Ωz＝（ω1＋ω2＋ω3＋ω4）／（４sinθ）      (6)
但し、Ωx、ΩyおよびΩz は、自動車の回転運動についての角速度のＸ軸成分、Ｙ軸成分およびＺ軸成分をそれぞれ意味する。
【請求項２】
上記の角度θ1、θ2、θ3およびθ4が25°〜55°の範囲内の角度であり、且つ、上記の角度αが35°〜55°の範囲内における角度であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車には、ビークルダイナミックスシステム（路面状態に応じて自動車を安全に走行させるシステム）、アクティブサスペンションシステム、アクティブ後輪操舵システム、ロールオーバー検出システムなど走行の安全性を高めるためのシステムが多く採用されている。これらのシステムは、車体に取り付けられた角速度センサ、加速度センサなどの測定データに基づいて自動車の動作を制御することとしている。
【０００３】
角速度センサとしてはジャイロが用いられる。従来、例えば、特許文献１に示されるように、ビークルダイナミクスシステムにおいては、他のセンサ（例えば、車速センサ、ステアリングの舵角センサ等）を併用することによりフェールセーフ構築されており、角速度センサは垂直軸（Ｚ軸）周りの角速度の検知ができればよいこととされていた。このため、自動車用角速度センサとしては、１つのジャイロをその測定軸がＺ軸と平行になるように車体に設置したものが用いられてきた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８２５５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、最近では、より高い精度と信頼性をもって自動車の走行状態を検知し、上述の車両制御システムにフィードバックすることが求められてきている。このため、垂直軸（Ｚ軸）と平行方向の角速度だけでなく、ＸＹＺ直交３軸座標系の３軸それぞれの角速度も検知できる角速度センサへの要請が強くなっている。また、角速度ではなく、角度も出力するセンサ、または角速度および角度を出力するセンサも求められている。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ＸＹＺ直交３軸座標系の３軸それぞれの角速度および角度も検知できる自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、下記（Ａ）の自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法を要旨とする。
【０００８】
（Ａ）直交するＸ軸とＹ軸を含む水平平面とこの平面に垂直なＺ軸からなる直交３軸座標系において、下記の(a)および(b)の条件を満足する４つのジャイロから構成される自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法であって、それぞれのジャイロで角速度ω1、ω2、ω3およびω4を測定し、ローパスフィルタにより高周波数のノイズ成分を除去した値を比較してジャイロの故障の有無を判断し、故障と判断されたジャイロがある場合には下記の(1)〜(3)式のそれぞれにおいて２つの解のうちから故障と判断されたジャイロの測定値を含まない方の解を選択して角速度として出力し、故障と判断されたジャイロがない場合には下記の(4)〜(6)式のそれぞれにおける解を角速度として出力することを特徴とする自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法。
(a)上記４つのジャイロの測定軸と水平平面とがなす角度をθ1、θ2、θ3およびθ4（但し、θ1、θ2、θ3およびθ4はいずれも90°未満）とするとき、これらの角度θ1、θ2、θ3およびθ4が相互に等しいこと、
(b)上記４つのジャイロのうちの１つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度をαとするとき、他の３つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度がそれぞれ180°−α、180°＋αおよび360°−αであること                  
Ωx＝（ω1−ω2）／（２cosαcosθ）または（ω4−ω3）／（２cosαcosθ）(1)  
Ωy＝（ω2−ω3）／（２sinαcosθ）または（ω1−ω4）／（２sinαcosθ）(2)  
Ωz＝（ω1＋ω3）／（２sinθ）または（ω2＋ω4）／（２sinθ）(3)
Ωx＝（ω1−ω2−ω3＋ω4）／（４cosαcosθ）  (4)  
Ωy＝（ω1＋ω2−ω3−ω4）／（４sinαcosθ）  (5)
Ωz＝（ω1＋ω2＋ω3＋ω4）／（４sinθ）  (6)
【０００９】
但し、Ωx、ΩyおよびΩz は、自動車の回転運動についての角速度のＸ軸成分、Ｙ軸成分およびＺ軸成分をそれぞれ意味する。
【００１０】
上記（Ａ）において、上記の角度θ1、θ2、θ3およびθ4は、25°〜55°の範囲で相互に等しいことが望ましく、上記の角度αは35°〜55°の範囲内にあることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．自動車用角速度または自動車用角度センサについて
自動車用角速度センサは、自動車の角速度信号を検知、出力するセンサであり、自動車用角度センサは、検知された角速度信号を積分して得られる角度を出力するセンサである。従って、これらのセンサの検知手段は共通し、その制御方法も共通するので、以下の説明では自動車用角速度センサについて述べる。
【００１２】
図１は、本発明に係る自動車用角速度センサの一例を模式的に表した斜視図であり、図２は、その上面図である。
【００１３】
図１および図２に示すように、本発明の制御方法に用いる自動車用角速度センサ１は、４つのジャイロG1、G2、G3およびG4から構成されている。そして、ＸＹＺ直交３軸座標系において、これらのジャイロG1、G2、G3およびG4は、その測定軸と水平平面（ＸＹ平面）とがなす角度をθ1、θ2、θ3およびθ4（但し、θ1、θ2、θ3およびθ4はいずれも90°未満）とするとき、これらの角度θ1、θ2、θ3およびθ4が相互に等しくなるように設置される（以下、これらの角度をθとする）。また、ジャイロG1の測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度をαとするとき、他の３つのジャイロG2、G3およびG4の測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度がそれぞれ180°−α、180°＋αおよび360°−αとなるように設置される。この自動車用角速度センサは、このような構成を有するので、Ｚ軸方向の回転の検知だけでなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の回転の検知もできる。
【００１４】
各ジャイロG1、G2、G3およびG4の角度αは35°〜55°が望ましく、角度θは25°〜55°が望ましい。その理由は下記のとおりである。
【００１５】
図３および図４は、角度αおよびθと３軸それぞれの角速度誤差（σＸ、σＹおよびσＺ）との関係を示す図であり、図３は、角度θを45°一定に保った状態で角度αを変化させたときの結果であり、図４は、角度αを45°一定に保った状態で角度θを変化させたときの結果である。なお、角速度誤差の許容範囲は、通常のジャイロ単体の角速度誤差と同程度である1.2以下を良好な範囲とする。
【００１６】
図３に示すように、Ｚ軸方向の角速度誤差σＺは、角度αの値によって変動しないが、Ｙ軸方向の角速度誤差σＹは、角度αが35°未満では1.2を超え、Ｘ軸方向の角速度誤差σＸは、角度αが55°を超えると1.2を超える。また、図４に示すように、σＺは、角度αが25°未満で1.2を超え、σＸおよびσＹは、角度θが55°を超えると1.2を超える。従って、上記の角度αは35°〜55°が望ましく、角度θは25°〜55°が望ましい。
【００１７】
なお、４つのジャイロを設置する支持台としては、図１および図２に示すような正四角錐形のものに限定されることはなく、例えば、円錐形のものであってもよい。
【００１８】
２．自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法
本発明の制御方法においては、まず、ローパスフィルタにより高周波数のノイズ成分を除去した値を比較することによりジャイロの故障の有無が判断される。即ち、走行中の自動車の回転運動は、主としてＺ軸についての回転運動であり、Ｘ軸やＹ軸についての回転は少ない。Ｘ軸およびＹ軸については、走行する路面状況に応じて生じる高周波振動がほとんどである。
【００１９】
図１および図２に示す自動車用角速度センサにおいて、各ジャイロG1、G2、G3およびG4で検出される角速度ω1、ω2、ω3およびω4は、自動車の回転運動についての角速度のＸ軸成分（ロール角速度）Ωx、Ｙ軸成分（ピッチ角速度）ΩyおよびＺ軸成分（ヨー角速度）Ωz を用いて、下記の(a)〜(d)式により求められる。
ω1＝（Ωx cosα＋Ωy sinα）cosθ＋Ωz sinθ  ・・・(a)
ω2＝（−Ωx cosα＋Ωy sinα）cosθ＋Ωz sinθ  ・・(b)
ω3＝（−Ωx cosα−Ωy sinα）cosθ＋Ωz sinθ  ・・(c)
ω4＝（Ωx cosα−Ωy sinα）cosθ＋Ωz sinθ  ・・・(d)
【００２０】
ここで、上記のように、自動車の回転運動についての角速度のＸ軸成分ΩxおよびＹ軸成分Ωyについては、高周波振動であることから、これをローパスフィルタで除去すれば、通常、角速度のＸ軸成分ΩxおよびＹ軸成分Ωyは０となる。
【００２１】
そうすると、各ジャイロG1、G2、G3およびG4で検出される角速度ω1、ω2、ω3およびω4は、通常の場合、「Ωz sinθ」で相互に一致することになる。しかし、これらのジャイロのいずれかに故障が発生した場合には、見かけ上、他の３つのジャイロとは異なる角速度が検出されることになる。ジャイロの故障の有無の判断は、例えば下記のような方法で行えばよい。
【００２２】
予め、自動車用角速度センサの確度の標準偏差が１deg/s以下となるように、ジャイロ自体の誤差、ジャイロの取り付け角度とその誤差、信号処理誤差などを調整しておく。その上で、例えば、各ジャイロで検出された角速度（ローパスフィルタにより高周波数のノイズ成分を除去した値）のうち二番目に大きい値と三番目に大きい値との平均値を求め、これを中間値とする。そして、各ジャイロで検出された角速度と中間値との差が予め設定した範囲を超える場合を故障とする方法である。
【００２３】
例えば、各ジャイロG1、G2、G3およびG4で検出された角速度がそれぞれ22 deg/s、21 deg/s、19 deg/sおよび14deg/sであった場合、中間値は20deg/sであり、各ジャイロで検出された角速度と中間値との差（絶対値）は、それぞれ、2 deg/s、1 deg/s、1 deg/sおよび6deg/sである。そして、例えば、この差の絶対値が3deg/s以内であることを基準として判断すると、４つのジャイロのうちG1、G2およびG3は正常で、G4が故障であると判断することができる。
【００２４】
なお、ローパスフィルタにより除去すべき高周波振動は、自動車の種類、サスペンション等の性能により異なるため、特に限定はしないが、例えば、一般公道での走行を主とする普通乗用車の場合、0.1Hz以上の高周波振動を除去すればよい。
【００２５】
自動車の回転運動についての角速度のＸ軸成分Ωx、Ｙ軸成分ΩyおよびＺ軸成分Ωz は、上述のω1、ω2、ω3およびω4を使って下記の(1)〜(3)式のように表される。
Ωx＝（ω1−ω2）／（２cosαcosθ）または（ω4−ω3）／（２cosαcosθ）  ・・(1)  
Ωy＝（ω2−ω3）／（２sinαcosθ）または（ω1−ω4）／（２sinαcosθ）  ・・(2)  
Ωz＝（ω1＋ω3）／（２sinθ）または（ω2＋ω4）／（２sinθ）  ・・(3)
【００２６】
上記の(1)〜(3)式に示すように、Ωx、ΩyおよびΩz の解は２ずつ得られるが、故障と判断されたジャイロがない場合には下記の(4)〜(6)式に示す平均値を各軸方向の角速度とする。
Ωx＝（ω1−ω2−ω3＋ω4）／（４cosαcosθ）  ・・(4)  
Ωy＝（ω1＋ω2−ω3−ω4）／（４sinαcosθ）  ・・(5)
Ωz＝（ω1＋ω2＋ω3＋ω4）／（４sinθ）      ・・(6)
【００２７】
一方、故障と判断されたジャイロがある場合には、上記の(1)〜(3)式に示すいずれかの一方の解を角速度として採用すればよい。例えば、ジャイロG1が故障であると判断された場合には、検出された角速度ω1を用いない解、即ち、下記の(7)〜(8)式に示す値をそれぞれの軸方向の角速度とすればよい。
Ωx＝（ω4−ω3）／（２cosαcosθ）  ・・(7)  
Ωy＝（ω2−ω3）／（２sinαcosθ）  ・・(8)  
Ωz＝（ω2＋ω4）／（２sinθ）      ・・(9)
【００２８】
このように、上述の位置関係を有する４つのジャイロからなる自動車用角速度センサを用いて以下に示す制御を行えば、一部のジャイロに故障が発生したときでも、次善の角速度を出力することができるので、冗長性（redundancy）の観点から非常に有用である。
【００２９】
これに対して、自動車用角速度センサとしては、３つのジャイロを夫々の測定軸がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向と並行となるように設置したものも考えられる。しかし、このような３つのジャイロから構成されるセンサでは、一部のジャイロに故障が発生したときには、その方向の角速度を測定することができなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の自動車用角速度または自動車用角度センサの制御方法によれば、ジャイロの故障を検知することができ、しかも、一部のジャイロに故障が発生した場合には次善の角速度または角度を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る自動車用角速度センサの一例を模式的に表した斜視図である。
【図２】本発明に係る自動車用角速度センサの一例を模式的に表した上面図である。
【図３】角度θを45°の一定に保った状態で角度αを変化させたときの角度αと３軸それぞれの角速度誤差（σＸ、σＹおよびσＺ）との関係を示す図である。
【図４】角度αを45°の一定に保った状態で角度θを変化させたときの角度θと３軸それぞれの角速度誤差（σＸ、σＹおよびσＺ）との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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