(57)【要約】      （修正有）【課題】 その車両のロールまたはヨーを測定するために必ずしも専用でないセンサーを使用して車両の車体状態を推定するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】  このシステムは、その車両に設置された少なくとも２つのセンサを有する。このセンサは、その車両の動的量または動力学（dynamics）に対応する測定された車両状態信号を発生する。信号アジャスタは、その測定された車体状態をセンサ調整システムからその車両と関連する車体調整システムに変換する。フィルタは、その信号アジャスタから変換された測定車両状態を受け、その測定信号を、例えばその車両の横速度、ヨーレート、ロール角、ロールレートのようなその車両の状態推定に処理する。【選択図】図１
2005271914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設置された少なくとも２つのセンサであって、このセンサは車両のダイナミクスに対応する測定された車両信号を発生するものと、測定された車両状態信号をセンサ調整システムから車両と関連する車体調整システムに変換する信号アジャスタと、前記変換された測定信号を前記信号アジャスタから受け、前記測定された信号を前記車両の車体状態推定量に処理するフィルタとを有する車両の車体状態を推定するためのシステム。
【請求項２】
前記フィルタは、前記車両ダイナミクスのモデルと前記センサのモデルとを有し、前記状態推定量は、前記変換された測定信号と前記車両ダイナミクスおよびセンサのモデルとに基づく前記請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記フィルタは、エスチメータを有し、アルゴリズムが、前記エスチメータで実行されて、前記変換された測定信号と前記車両ダイナミクスおよびセンサのモデルとを処理し、前記状態推定量を発生する前記請求項３記載のシステム。
【請求項４】
前記センサは、リニア加速度計である前記請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記センサの１つは、角速度センサである前記請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記センサは、第１の方向の加速度を測定する２つの加速度計と、第２の方向の加速度を測定する２つの加速度計とを有する前記請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記センサは、さらに第３の方向の加速度を測定する２つの加速度計を有する前記請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記センサは、横加速度を測定する２つの加速度計と、前記車両の前記ヨーレートを測定する１つのセンサとを有する前記請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記センサは、前記車両の縦加速度を測定する２つの加速度計を有する前記請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記車両推定量は、前記車両の横速度と、ヨーレートと、ロール角と、ロールレートとに関連する前記請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記信号アジャスタは、さらに前記センサと関連する重量バイアスのための補償を供与する前記請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
少なくとも２つのセンサを有する車両のダイナミクスに対応する測定された車両状態信号を発生すること、前記測定された車両状態信号をセンサ調整システムから前記車両と関連する車体調整システムに変換すること、前記測定された信号を前記車両の車体状態推定量に処理することを有する車両の車体状態を推定するための方法。
【請求項１３】
前記処理することは、前記車両ダイナミクスおよびセンサをモデル化することを有する前記請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記発生することは、リニア加速度を測定することを有する前記請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記発生することは、前記車両の角速度を測定することを有する前記請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記状態推定は、前記車両の横速度、ヨーレート、ロール角、ロールレートに関する前記請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記変換することは、前記センサと関連する重量バイアスのための補償を提供することを有する前記請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の車体状態（body  states）を推定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイナミック制御システムが、車両の車体状態を測定し、その測定された車体状態に基づく車両のダイナミックス（dynamics）すなわち、動的量を制御するために、近年、自動車において紹介されてきている。例えば、制御システムとして広く知られる、ある動的安定性制御システム（dynamic  stability  control  systems）は、そのステアリングホイール角、進行方向およびその他の入力に基づくその車両の望ましい方向を比較し、その車両の種々のホイールにおけるブレーキング作用を制御することによって、その車両のヨーを制御する。各ホイールに加えられるブレーキトルクの量を調整することによって、望ましい進行方向が維持される。そのようなシステムの市販例は、ダイナミックスタビリティプログラム（ＤＳＰ）、または電子安定性プログラム（ＥＳＰ）として知られている。
【０００３】
その他のシステムは、車両の横転（rollover）を防止し、チルト（車体ロール）制御のために、車両特性を測定している。チルト制御は、平面または道路表面とほぼ平行な平面にその車体を維持し、横転制御は、その道路表面上にその車両のホイールを維持する。あるシステムは、ヨー制御とチルト制御との組合せを使用して、旋回中の車体の水平を維持する。これらの市販例は、アクティブ横転防止（ＡＲＰ）および横転安定性制御（ＲＳＣ）システムとして知られている。
【０００４】
典型的に、ここにダイナミック安定性制御システムとして集合的に参照されたこのような制御システムは、その車両のヨーまたはロールを測定する専用のセンサを使用している。しかしながら、ヨーレートおよびロールレートセンサは、高価である。
【特許文献１】米国特許出願公開２００１／０００８９８６  Ａ１
【特許文献２】米国特許出願公開２００２／０１３９５９９  Ａ１
【特許文献３】米国特許出願公開２００３／００６５４３０  Ａ１
【特許文献４】米国特許出願公開２００３／０１００９７９  Ａ１
【特許文献５】米国特許出願公開２００３／０１３０７７５  Ａ１
【特許文献６】米国特許出願公開２００３／０１３０７７８  Ａ１
【特許文献７】米国特許No.５７４２９１８
【特許文献８】米国特許No.５７４２９１９
【特許文献９】米国特許No.５７８７３７５
【特許文献１０】米国特許No.５７９０９６６
【特許文献１１】米国特許No.５８０９４３４
【特許文献１２】米国特許No.５８５２７８７
【特許文献１３】米国特許No.５９４８０２７
【特許文献１４】米国特許No.５９７１５０３
【特許文献１５】米国特許No.６１２２５６８
【特許文献１６】米国特許No.６１５８２７４
【特許文献１７】米国特許No.６１６９９３９
【特許文献１８】米国特許No.６２２００９５
【特許文献１９】米国特許No.６２３３５０５
【特許文献２０】米国特許No.６２４９７２１
【特許文献２１】米国特許No.６２６３２６１
【特許文献２２】米国特許No.６２８２４７４
【特許文献２３】米国特許No.６３２４４４６
【特許文献２４】米国特許No.６３２７５２６
【特許文献２５】米国特許No.６３３０４９６
【特許文献２６】米国特許No.６３３２１０４
【特許文献２７】米国特許No.６３３８０１２
【特許文献２８】米国特許No.６３４７５４１
【特許文献２９】米国特許No.６３５１６９４
【特許文献３０】米国特許No.６３５３７７７
【特許文献３１】米国特許No.６３５６１８８
【特許文献３２】米国特許No.６３６４４３５
【特許文献３３】米国特許No.６３６６８４４
【特許文献３４】米国特許No.６３７４１６３
【特許文献３５】米国特許No.６３９７１２７
【特許文献３６】米国特許No.６４０９２８６
【特許文献３７】米国特許No.６４２４９０７
【特許文献３８】米国特許No.６４３４４５１
【特許文献３９】米国特許No.６４３５６２６
【特許文献４０】米国特許No.６４３８４６４
【特許文献４１】米国特許No.６４７１２１８
【特許文献４２】米国特許No.６４７７４８０
【特許文献４３】米国特許No.６４９６７５８
【特許文献４４】米国特許No.６５２６３３４
【特許文献４５】米国特許No.６５２６３４２
【特許文献４６】米国特許No.６５２９８０３
【特許文献４７】米国特許No.６５５４２９３
【特許文献４８】米国特許No.６５５６９０８
【特許文献４９】米国特許No.６５９３８４９
【特許文献５０】米国特許No.６６１４３４３
【特許文献５１】米国特許No.６６３１３１７
【特許文献５２】米国特許No.６６５４６７４
【特許文献５３】米国特許No.６６７１５９５
【特許文献５４】国際出願ＷＯ９７／４７４８５
【特許文献５５】国際出願ＷＯ９９／３０９４１
【特許文献５６】国際出願ＷＯ９９／３０９４２
【特許文献５７】国際出願ＷＯ００／０３８８７
【特許文献５８】国際出願ＷＯ００／０３９００
【特許文献５９】国際公開ＷＯ０１／１２４８３Ａ１
【特許文献６０】国際公開ＷＯ０２／１００６９６Ａ１
【特許文献６１】国際公開ＷＯ０２／３６４０１Ａ１
【特許文献６２】国際公開ＷＯ０３／００２３９２Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、一般のセンサ、すなわち、その車両のロールまたはヨーを測定するために必ずしも専用でないセンサを使用して車両のあらゆる車体状態を測定することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、この発明は、車両の車体状態を推定するためのシステムおよび方法を特徴とする。このシステムは、その車体に設置された少なくとも２つのセンサを有する。これらのセンサは、その車両の動的状態（dynamic  states）に対応する測定された信号を発生する。信号アジャスタまたは信号コンディショナは、その測定された車両状態を、センサ調整システムからその車両と関連する車体調整システムに変換する。フィルタは、その信号アジャスタから変換された測定車両状態を受け、その測定信号を、例えばその車両の横速度、ヨーレート、ロール角、ロールレートのようなその車両の状態推定量（estimates）に処理する。
【０００７】
そのフィルタは、その状態推定量が、変換された測定信号および車両ダイナミクスとセンサとのモデルに基づいているようなその車両ダイナミクスのモデルおよびセンサのモデルを有することができる。そのフィルタは、また、変換された測定車両状態および車両ダイナミクスのモデルおよびセンサのモデルを処理し、その状態推定量を発生するアルゴリズムで実行されるエスチメータを有することもできる。
【０００８】
この発明は、専用のロールまたはヨーレートセンサのような高価でない種々のタイプのセンサで車両の車体状態を測定することができる。例えば、それらのセンサは、すべてリニア加速度計であってよい。しかしながら、ある実施においては、リニア加速度計と組合せて角速度（angular  rate）センサを用いることが望ましい。
【０００９】
その他の特徴および利点は、以下の図面、詳細な説明、請求項から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の実施例によれば、図１は、ブロック１２として確認される車両の車両状態を測定するシステム１０を例証している。特に、システム１０は、例えば、ステアリングホイールの角度δが変化するときに、生じた車両ダイナミック、すなわち、車両の動力学または動的量１６の車両状態の構成要素に関連する部分を有する信号を測定する複数のセンサ１４を有する。
【００１１】
システム１０は、また、センサ１４から測定された信号を受ける信号コンディショナまたはアジャスタ１８、および、信号アジャスタ１８から調節された信号を受けるフィルタ２０を有する。ある実施例において、フィルタ２０は、車両ダイナミクス２２のモデルおよびセンサ２４のモデルを有するカルマンフィルタである。これらのモデルは、以下に、より詳細に説明される。
【００１２】
車両ダイナミクス２２のモデルと関連するこの信号アジャスタ１８とセンサモデル２４とは、エスチメータ２６に入力を供与する。フィードバックループ２８を有するアルゴリズムは、エスチメータ２６内で実行されて、その車両ダイナミクスとセンサとのモデルで変換された信号を処理する。エスチメータ２６からの出力は、状態推定量である。この車体状態推定量は、他の車体状態と同様に、ロール角、ロールレート、ヨーレート、横速度を有することができる。
【００１３】
ある実施例において、センサ１４は、そのセンサが車両に設置されている特別な位置で、リニア加速度を測定する。このセンサが、対象の軸に直角な平面内に一直線に整列されない場合には、その測定された値は、他の軸のまわりに角速度に比例するバイアスを含む。同様に、センシング装置の測定軸が一致せず、車体関連軸の間に設置されていないときは、測定された値は、センサの設置角度およびその車両の車体傾斜角における差異に左右される特異な重量バイアスを含む。
【００１４】
これらのバイアスを処理するために、図２に例証されるように、システム１０の通常の実行が用いられる。ここにセンサ１４（Ｓ１およびＳ２として独立して認識される）は、車体１２における既知の、かつ固定された位置にあり、そのセンサＳ１およびＳ２の測定軸の方向は、既知であり、固定されている。特に、センサＳ１の位置と方向とは、関係式
【数１】
2005271914.tif 000003
【００１５】
によって提供される。ここに、ｘｉ、ｙｉ、zｉは、センサＳｉの空間座標であり、θｉは、センサヨー角、すなわち、そのＸＢ軸に関するＸＢ、ＹＢ面内におけるセンサの測定軸の向きであり、χｉは、センサピッチ角、すなわち、ＸＢ、ＹＢ面に関するセンサの測定軸の向きであり、φｉは、そのセンサのロール角であって、それは、それぞれの測定軸のまわりの回転である。
【００１６】
センサＳｉは、位置Ｐｉにおけるリニア加速度を測定する。すなわち、
【数２】
2005271914.tif 000004
【００１７】
センサＳｉによって測定された加速度ａｉは、センサ調整システムにおける加速度であるから、その測定された加速度は、車体調整システムに変換される。ある実施例において、推量されることは、一連の単一軸の加速度計において、各加速度計は、χsensor軸として参照される測定軸を有する。したがって、センサ調整システムから車体調整システムへの変換は、数式
【数３】
2005271914.tif 000005
【００１８】
によって与えられる。
【００１９】
その間、χsensorは、単一軸の加速度計のそれぞれのための測定軸であると推量される。
【００２０】
注目すべきは、等式（２）において確認される変換は、典型的に、信号アジャスタ１８（図１）において実行されることである。この信号アジャスタ１８は、また、上述したバイアスのための補償をするために、直流バイアスオフセットを供与してもよい。
【００２１】
カルマンフィルタ２０に関して、状態ベクトル
【数４】
2005271914.tif 000006
【００２２】
のための車両ダイナミクス２２のモデルは、数式
【数５】
2005271914.tif 000007
【００２３】
2005271914.tif 000008
【００２４】
によって与えられる。
【００２５】
センサ２４のモデルについて、この横向きのセンサのモデルは数式
【数６】
2005271914.tif 000009
【００２６】
で与えられる。
【００２７】
ここにａklは、行列Ａのｋ列（row）およびｌ行（column）における要素であり、ｄxtoYAは、センサからｘ軸に沿ってヨー軸までの距離であり、ｄztoRAは、センサからｚ軸に沿ってロール軸までの距離である。）
縦向きのセンサのモデルは、
【数７】
2005271914.tif 000010
【００２８】
である。
【００２９】
ここに等式（２）および（５）から、
【数８】
2005271914.tif 000011
【００３０】
であり、ここにｄytoRAは、ｙ軸に沿ってロール軸までの距離である。
【００３１】
そして、長手方向向きのセンサのために、そのセンサモデルは、数式
【数９】
2005271914.tif 000012
【００３２】
で与えられる。
【００３３】
ここにｄdytoYAは、ｙ軸に沿ってヨー軸までの距離であり、ｂ21は、第２行における要素と、行列Bの第１列である。
【００３４】
エスチメータ２６内で実行されたアルゴリズムは、等式（７）（９）（１１）から数式を処理して、フィルタ（推定アルゴリズム）を通して、状態ベクトルのための推定量
【数１０】
2005271914.tif 000013
【００３５】
ここに、ｋは、ｋthタイムステップを確認し、その行列ＡおよびＢは、近似式
Aｄ＝Iｎ＋Δｋ・A
および  Bｄ＝Δｋ・Bによって、打切られる。
【００３６】
ここで、Iｎは、ｎ番目の恒等行列式（the  nth  identity  matrix）であって、この場合には、４番目の恒等行列式であり、Δｋは、そのタイムステップである。
【００３７】
上の実施例は、リニア加速度計を設置されたセンサに向けられているが、ハイブリッドセンサセットが意図されている。例えば、角速度センサは、車両１２内で使用され、そのセンサのモデルは、カルマンフィルタボックス２０内で用いることができる。特に、ヨーレートセンサのために、モデルは、［０１００］であり、すなわち、そのセンサは、ヨーレートだけを測定する。
【００３８】
ここに、そこでヨーレートおよびロールレート／角測定することが有用である安定性制御において、４つの加速度計を、センサ１４用に用いることができる。代りに、ハイブリッドシステム用には、２つの加速度計と角速度センサを用いることができる。ハイブリッドシステムの他の例は、それに限定されないが、２つの横方向の、および２つの縦方向の加速度計、２つの横方向の、２つの長手の、および２つの垂直の加速度計、さらには、２つの横の、２つの垂直の、および角速度センサを有することができる。
【００３９】
他の実施例は、それらの請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明による車両状態の処理のブロックダイアグラム。
【図２】車両の車体状態を測定するための一般的な一連のセンサを示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・システム、１２・・・車両状態の測定ブロック、１４・・・センサ、１６・・・車両ダイナミック、動力学、動的量、１８・・・信号アジャスタ、信号調整、２０・・・フィルタ、２２・・・車両動力学のモデル、２４・・・センサのモデル、２６・・・エスチメータ、２８・・・フィードバックループ
【図１】
2005271914.tif 000014
【図２】
2005271914.tif 000015