DE19632363C1 - Method of detecting angular acceleration of motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Winkelbeschleuni gungen eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 sowie eine Verwendung dieses Verfahrens zur Auslösung einer pas siven Sicherheitsvorrichtung, insbesondere Überrollbügel und Gurtstraffer, für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit der Neigung des Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for the detection of angular accelerations conditions of a motor vehicle according to the preamble of the claims 1 and 2 and a use of this method to trigger a pas sive safety device, in particular roll bar and belt tensioner, for motor vehicles depending on the inclination of the motor vehicle.
Um eingebaute Sicherheitseinrichtungen in einem Kraftfahrzeug auszulö sen, insbesondere einen Überrollbügel oder Gurtstraffer, sind Beschleuni gungs- oder Neigungssensoren eingebaut, so daß ein kritischer Neigungswinkel, der sog. Kippwinkel, oder auch derjenige Zustand, bei dem das Fahr zeug von der Fahrbahn abgehoben hat, erkannt werden. Als "kritischen Nei gungswinkel" oder "Kippwinkel" wird derjenige Winkel bezeichnet, den ein Fahrzeug dann einnimmt, wenn es gerade umzukippen beginnt. Der Kipp winkel eines Fahrzeugs liegt im allgemeinen zwischen 50° und 70° Neigung.To trigger built-in safety devices in a motor vehicle sen, especially a roll bar or belt tensioner, are accelerators tion or inclination sensors installed, so that a critical inclination angle, the so-called tilt angle, or the state in which the driving has lifted off the road, can be recognized. As a "critical nei angle "or" tilt angle "is the angle that a Vehicle when it is about to tip over. The tipping The angle of a vehicle is generally between 50 ° and 70 °.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 15 938 A1 wird ein Beschleuni gungssensor nach dem Stand der Technik beschrieben. Diesen Beschleuni gungssensor kennzeichnet eine Röhren-Libelle als Gehäuse, die relativ zu der zu bestimmenden Beschleunigung ausgebildet ist. Ein Detektor spricht auf eine definierte Lage an, die ein Anzeigemedium (Luftblase) innerhalb einer Flüssigkeit in der Röhren-Libelle bei dem zu detektierenden Beschleuni gungswert annimmt.In the German patent application DE 38 15 938 A1 an accelerator tion sensor described in the prior art. This acceleration sensor identifies a tube level as a housing that is relative to the acceleration to be determined is formed. A detector speaks a defined position that a display medium (air bubble) within a Liquid in the tube vial at the acceleration to be detected value assumes.
Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß in denjenigem Zustand, in dem das Fahrzeug keinen oder nur noch einen sehr verringerten Bodenkontakt aufweist, die auf der Gravitationskraft beruhende Bewegung des Anzeige mediums in der Röhren-Libelle nicht mehr detektierbar ist. Das bedeutet, daß in diesem Zustand, beispielsweise nach Überfahren einer Schwelle und anschließendem freien Flug, eine kritische Situation nicht erkannt wird und deshalb Sicherheitseinrichtungen nicht aktiviert werden. Weiterhin wirken im dynamischen Fahrbetrieb zusätzliche Beschleunigungskräfte auf die Li belle, so daß die Messung des tatsächlichen Neigungswinkels verfälscht wird.The disadvantage of this arrangement is that in the state in which the vehicle has little or no contact with the ground has the movement of the display based on the gravitational force medium in the tube dragonfly is no longer detectable. That means, that in this state, for example after crossing a threshold and subsequent free flight, a critical situation is not recognized and therefore safety devices are not activated. Continue to work in dynamic driving operation additional acceleration forces on the Li belle, so that the measurement of the actual angle of inclination is falsified.
Bekannt sind auch solche Anordnungen, bei denen eine derartige Röhren- Libelle mit einem in der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 03 360 A1 be schriebenen und als "G-Sensor" bezeichneten Beschleunigungssensor kom biniert wird. Eine derartige Anordnung erfordert einen erheblichen Auf wand an Sensorik und Auswertung.Such arrangements are also known in which such a tube Dragonfly with a be in the German patent application DE 40 03 360 A1 wrote and called "G-sensor" accelerometer kom is binated. Such an arrangement requires a considerable amount of money turned to sensors and evaluation.
Mit Hilfe eines solchen "G-Sensors" allein, der zur Existenzbestimmung einer konstanten Beschleunigung, der Erdbeschleunigung, dient, läßt sich mit ge ringem mechanischem Aufwand feststellen, daß sich beispielsweise ein Fahrzeug ausschließlich unter dem Einfluß der Erdbeschleunigung bewegt. Es ist hingegen nicht möglich, mit Hilfe eines einzigen, derartigen Be schleunigungssensors den kritischen Neigungswinkel, beispielsweise eines Fahrzeugs, festzustellen.With the help of such a "G-sensor" alone, which is used to determine the existence of a constant acceleration, the acceleration due to gravity, can be used with ge find little mechanical effort that, for example, a Vehicle only moves under the influence of gravitational acceleration. However, it is not possible with the help of a single such Be acceleration sensor the critical angle of inclination, for example one Vehicle.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Detektion von Winkelbeschleunigungen eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das die vorge nannten Nachteile vermeidet.It is therefore an object of the invention to provide a method for the detection of Specify angular accelerations of a motor vehicle that the pre mentioned disadvantages avoided.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Detektion von Winkelbe schleunigungen eines Kraftfahrzeugs bezüglich dessen Längsachse und be züglich dessen Querachse als auch zur Detektion einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in senkrechter Richtung zur Fahrbahnebene mit einem er sten, zweiten und dritten, jeweils ein Sensorsignal erzeugenden und eine Empfindlichkeitsachse aufweisen den Sensor, bei dem der erste und zweite Sensor in einer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs senkrechten ersten Ebene derart angeordnet sind, daß die Empfindlichkeitsachsen in dieser Ebene lie gen, und der dritte Sensor in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene liegt, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:This object is achieved by a method for the detection of Winkelbe accelerations of a motor vehicle with respect to its longitudinal axis and be regarding its transverse axis as well as for the detection of an acceleration of the Motor vehicle in the vertical direction to the road level with a he most, second and third, each generating a sensor signal and one Sensitivity axis have the sensor in which the first and second Sensor in a first plane perpendicular to the longitudinal axis of the motor vehicle are arranged such that the sensitivity axes lie in this plane gene, and the third sensor in a second parallel to the first plane Level, whereby the following procedural steps are carried out:
- - Differenzbildung aus dem jeweils vom ersten und zweiten Sensor gebildeten Sensorsignal zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung um die Längsachse des Kraftfahrzeugs, - Difference formation from that of the first and second sensor formed sensor signal for determining the angular acceleration around the longitudinal axis of the motor vehicle,
- - Summenbildung aus den Sensorsignalen des ersten, zweiten und dritten Sensors zur Bestimmung der Beschleunigung senkrecht zur Fahrbahnebene,- Sum formation from the sensor signals of the first, second and third sensor for determining the acceleration perpendicular to Road level,
- - Mittelwertbildung aus dem ersten und zweiten Sensorsignal und an schließend Differenzbildung aus der Summe der Sensorsignale des ersten und zweiten Sensors und des Signals des dritten Sensors zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung um die Querachse des Kraft fahrzeugs.- Averaging from the first and second sensor signals and on finally forming the difference from the sum of the sensor signals of the first and second sensor and the signal of the third sensor for Determination of the angular acceleration around the transverse axis of the force vehicle.
Die zweite Lösung beschreibt ein Verfahren zur Detektion von Winkelbe schleunigungen eines Kraftfahrzeugs bezüglich dessen Längsachse und be züglich dessen Querachse als auch zur Detektion einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in senkrechter Richtung zur Fahrbahnebene mit einem er sten, zweiten, dritten und vierten, jeweils ein Sensorsignal erzeugenden und eine Empfindlichkeitsachse aufweisen den Sensor, bei dem der erste und zweite Sensor in einer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs senkrechten ersten Ebene derart angeordnet sind, daß die Empfindlichkeitsachsen in dieser Ebene liegen, und der dritte und vierte Sensor in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene liegen, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:The second solution describes a method for the detection of Winkelbe accelerations of a motor vehicle with respect to its longitudinal axis and be regarding its transverse axis as well as for the detection of an acceleration of the Motor vehicle in the vertical direction to the road level with a he most, second, third and fourth, each generating a sensor signal and a sensitivity axis have the sensor in which the first and second sensor in a perpendicular to the longitudinal axis of the motor vehicle first level are arranged such that the sensitivity axes in this level, and the third and fourth sensors in one to the first Level parallel second level, with the following process steps be performed:
- - Bildung einer ersten Summe aus den Sensorsignalen des ersten und zweiten Sensors,- Formation of a first sum from the sensor signals of the first and second sensor,
- - Bildung einer zweiten Summe aus den Sensorsignalen des ersten und dritten Sensors,- Formation of a second sum from the sensor signals of the first and third sensor,
- - Bildung einer dritten Summe aus den Sensorsignalen des dritten und vierten Sensors,- Formation of a third sum from the sensor signals of the third and fourth sensor,
- - Bildung einer vierten Summe aus den Sensorsignalen des zweiten und vierten Sensors,- Formation of a fourth sum from the sensor signals of the second and fourth sensor,
- - Summenbildung aus den Sensorsignalen aller vier Sensoren zur Be stimmung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrbahnebene, - Sum formation from the sensor signals of all four sensors for loading tuning the acceleration of the motor vehicle perpendicular to Road level,
- - Differenzbildung aus der dritten Summe und der ersten Summe zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung in Längsrichtung des Kraft fahrzeugs und- Difference formation from the third sum and the first sum to Determination of the angular acceleration in the longitudinal direction of the force vehicle and
- - Differenzbildung aus der vierten Summe und der zweiten Summe zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung um die Längsachse des Kraft fahrzeugs.- Difference formation from the fourth sum and the second sum to Determination of the angular acceleration around the longitudinal axis of the force vehicle.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are in the subclaims described.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Signale von bereits in ei nem Fahrzeug eingebauten Sensoren, zum Beispiel zur Fahrwerksregelung, verwendet werden können. Außerdem wird eine kritische Situation bereits in einem sehr frühen Stadium erkannt, so daß genügend Zeit zum Auslösen von Sicherheitssystemen bleibt.The advantages of the invention are that the signals from already in egg sensors installed in the vehicle, e.g. for chassis control, can be used. It also becomes a critical situation Detected at a very early stage so that there is enough time to fire of security systems remains.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend ausführlich erläu tert und anhand der Figuren dargestellt.An embodiment of the invention is explained in detail below tert and shown using the figures.
Es zeigenShow it
Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in ei nem Fahrzeug zur Neigungsdetektierung mit drei Beschleuni gungsaufnehmern, FIG. 1 shows a first embodiment of a sensor assembly in gungsaufnehmern ei nem vehicle for Neigungsdetektierung with three Accelerati,
Fig. 2: eine prinzipielle Schaltungsanordnung zur Auswertung der Sensorsignale, Fig. 2 shows a basic circuit arrangement for evaluating the sensor signals,
Fig. 3: eine prinzipielle Schaltungsanordnung zur Auslösung eines In sassenschutzsystems, FIG. 3 shows a basic circuit arrangement for triggering an occupant protection system in,
Fig. 4: ein Flußdiagramm eines in einer Steuereinheit ablaufenden Algorithmuses, FIG. 4 shows a flow chart of a program running in a controller algorithm,
Fig. 5a: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in ei nem Fahrzeug zur Neigungsdetektierung mit vier Beschleuni gungsaufnehmern und Fig. 5a: a second embodiment of a sensor arrangement in a vehicle for inclination detection with four acceleration sensors and
Fig. 5b: eine Auswerteschaltung für die Sensoranordnung nach Fig. 5a. Fig. 5b: an evaluation circuit for the sensor arrangement of FIG. 5a.
Die Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einer Längsachse 24, einer Querachse 25 und einem Insassenschutzsystem, bestehend im wesentlichen aus einer Steuer- und Auswerteeinheit 2, Beschleunigungsaufnehmern 3a, 3b und 3c und Verbindungsleitungen 4. Zum Schutz der Insassen bei einem Unfall sind im Fahrzeug 1 bekannte Schutzeinrichtungen wie Gurtstraffer 5, Prallkissen 6, seitliche Prallkissen 7 (Doorbag, Sidebag) und ein aufstellbarer Überroll bügel 8 angeordnet. Der aufgestellte Überrollbügel 8′ ist gestrichelt einge zeichnet. Alle Schutzeinrichtungen werden von der Steuer- und Auswerte einheit 2 ausgelöst. Fig. 1 shows a vehicle 1 having a longitudinal axis 24, a transverse axis 25, and an occupant protection system, essentially comprising a control and evaluation unit 2, accelerometers 3 a, 3 b and 3 c and connecting lines 4. To protect the occupants in an accident 1 known protective devices such as belt tensioners 5 , impact cushion 6 , side impact cushion 7 (door bag, sidebag) and an adjustable roll bar 8 are arranged. The roll bar 8 'is drawn in dashed lines. All protective devices are triggered by the control and evaluation unit 2 .
Mittels der drei Beschleunigungsaufnehmer 3a, 3b und 3c mit in gleiche Richtung weisen den Empfindlichkeitsachsen (Z-Richtung bzw. Hochachse) können folgende Zustände des Fahrzeugs 1 festgestellt werden: Abheben (in Z-Richtung), Rollen (Überschlag in X-Richtung, d. h. Beschleunigung um die Längsachse 24) und Nicken (Überschlag Y-Richtung, d. h. Beschleunigung um die Querachse 25). Hierzu sind die Beschleunigungsaufnehmer 3a, 3b und 3c in der Fahrzeugebene vorzugsweise in Form eines liegenden und gleich schenkligen Dreiecks angeordnet, wobei der Beschleunigungsaufnehmer 3a die Spitze dieses Dreiecks bildet, und die beiden Beschleunigungsaufnehmer 3b und 3c die Grundseite des Dreiecks bilden und sich ungefähr im Bereich der Hinterachse des Fahrzeugs 1 befinden.The following states of the vehicle 1 can be determined by means of the three accelerometers 3 a, 3 b and 3 c with the sensitivity axes pointing in the same direction (Z direction or vertical axis): lifting (in the Z direction), rolling (rollover in X- Direction, ie acceleration about the longitudinal axis 24 ) and pitch (rollover Y direction, ie acceleration about the transverse axis 25 ). For this purpose, the accelerometers 3 a, 3 b and 3 c are preferably arranged in the vehicle plane in the form of a lying and isosceles triangle, the accelerometer 3 a forming the tip of this triangle, and the two accelerometers 3 b and 3 c the base side of the triangle form and are located approximately in the area of the rear axle of vehicle 1 .
Der Beschleunigungsaufnehmer 3c ist in einem Abstand B vom Beschleuni gungsaufnehmer 3b angeordnet, und der Beschleunigungsaufnehmer 3a weist einen Abstand L zur Verbindungslinie zwischen den Beschleunigungs aufnehmern 3b und 3c auf. Um die Auswertung der Sensorsignale möglichst einfach durchführen zu können, wird bei der Anordnung der Beschleuni gungsaufnehmer 3a, 3b und 3c der Abstand L gleich groß wie der Abstand B gewählt. The accelerometer 3 c is arranged at a distance B from the accelerometer 3 b, and the accelerometer 3 a has a distance L to the connecting line between the accelerometers 3 b and 3 c. In order to be able to carry out the evaluation of the sensor signals as simply as possible, the distance L is chosen to be the same size as the distance B in the arrangement of the acceleration sensors 3 a, 3 b and 3 c.
Die Fig. 2 stellt einen ersten Teil 9 einer prinzipiellen Schaltungsanordnung zur Auswertung von Signalen A, B und C der Beschleunigungsaufnehmer 3a, 3b und 3c dar. Jedes von den Beschleunigungsaufnehmern 3a, 3b und 3c kommende Signal A, B und C wird jeweils zuerst einem Tiefpaß 10a, 10b und 10c zugeführt, um hochfrequente Signale auszufiltern, die aufgrund von Vibrationen beim Fahrbetrieb auftreten. Nach der Filterung sich erge bende Signale A′, B′ und C′ werden derart miteinander verknüpft, daß aus Ausgangssignalen X, Y und Z die bereits genannten Zustände Abheben, Rollen und Nicken des Fahrzeugs 1 (Fig. 1) erkannt werden. FIG. 2 shows a first part 9 of a basic circuit arrangement for evaluating signals A, B and C of the accelerometers 3 a, 3 b and 3 c. Each signal A, B coming from the accelerometers 3 a, 3 b and 3 c and C is first fed to a low-pass filter 10 a, 10 b and 10 c in order to filter out high-frequency signals that occur due to vibrations during driving. After filtering resulting signals A ', B' and C 'are linked together in such a way that the above-mentioned conditions of lifting, rolling and pitching of the vehicle 1 ( FIG. 1) are recognized from output signals X, Y and Z.
Hierbei ergibt sich als erstes das Ausgangssignal X (entspricht dem Rollen des Fahrzeugs) durch die Subtraktion Signal C′ minus Signal B′ mittels einer Subtrahierschaltung 18. Durch die Addition der drei Signale A′ plus B′ plus C′, wobei zuerst die Addition B′ plus C′ mittels einer Addierschaltung 21 vorgenommen wird und hinterher das Ergebnis B′ + C′ mittels einer Ad dierschaltung 19 zum Signal A′ addiert wird, ergibt sich die dreifache mitt lere Beschleunigung in Z-Richtung, d. h. das Ausgangssignal Z (entspricht dem Abheben des Fahrzeugs).The first output signal X (corresponds to the rolling of the vehicle) is obtained by subtracting signal C 'minus signal B' by means of a subtracting circuit 18 . By adding the three signals A 'plus B' plus C ', first adding B' plus C 'using an adder circuit 21 and then adding the result B' + C 'using an ad dier circuit 19 to the signal A' , there is three times the mean acceleration in the Z direction, ie the output signal Z (corresponds to the lifting of the vehicle).
Das Ausgangssignal Y (entspricht dem Nicken des Fahrzeugs) erhält man durch die folgende Verknüpfung der drei Signale A′, B′ und C′: zuerst wird die mittels der Addierschaltung 21 gebildete Summe B′ + C′ mittels eines Spannungsteilers 16, bestehend aus zwei Widerständen R₁ und R₂, mit ei nem bestimmten Teilungsfaktor geteilt. Allgemein gilt, daß der Teilungsfak tor der Anzahl aller in X-Richtung angeordneter Aufnehmer entsprechen muß. Für den vorliegenden Fall heißt das, daß zwei Aufnehmer 3b und 3c in X-Richtung (Fig. 1) angeordnet sind und deshalb der Teilungsfaktor 2 mittels des Spannungsteilers 16 eingestellt wird.The output signal Y (corresponds to the pitching of the vehicle) is obtained by the following combination of the three signals A ', B' and C ': first, the sum B' + C 'formed by means of the adder circuit 21 by means of a voltage divider 16 consisting of two Resistors R₁ and R₂, divided by a certain division factor. In general, the division factor must correspond to the number of all transducers arranged in the X direction. For the present case, this means that two transducers 3 b and 3 c are arranged in the X direction ( FIG. 1) and therefore the division factor 2 is set by means of the voltage divider 16 .
Das wiederum bedeutet, daß die Summe B′+C′ halbiert wird und deshalb R₁ gleich groß wie R₂ sein muß. Das Zwischenergebnis ½ * (B′+C′) wird mittels einer Subtrahierschaltung 20 vom Signal A′ subtrahiert, und das sich erge bende Signal A′ - [½ * (B′+C′)] einem Verstärker 17 zugeführt. Die Verstär kung des Verstärkers 17 richtet sich nach dem Verhältnis B: L der Abstände B und L der Aufnehmer 3a, 3b und 3c (Fig. 1), wobei für Abstand B gleich groß wie Abstand L die Verstärkung eins gilt. Durch diese Verstärkung wird erreicht, daß für gleich große Kippwinkel in Y- oder X-Richtung auch gleich große Signale Y oder X hervorgerufen werden, auch wenn die Abstände B und L zwischen den Aufnehmern 3a, 3b und 3c (Fig. 1) nicht gleich groß sind.This in turn means that the sum B '+ C' is halved and therefore R₁ must be the same size as R₂. The intermediate result ½ * (B '+ C') is subtracted from the signal A 'by means of a subtracting circuit 20 , and the resultant signal A' - [½ * (B '+ C')] is fed to an amplifier 17 . The Verstär effect of the amplifier 17 is determined by the ratio B: the distances L and B L of the pickup 3 a, 3 b and 3 c (Fig. 1), where for a distance B is equal to the distance L is considered unity gain. This amplification ensures that signals Y or X of the same size are produced for tilting angles of the same size in the Y or X direction, even if the distances B and L between the sensors 3 a, 3 b and 3 c ( FIG. 1 ) are not the same size.
Ein zweiter Teil 11 der prinzipiellen Schaltungsanordnung ist in Fig. 3 dar gestellt. Gezeigt wird lediglich eine Auswertung für die Signale X und Z aus Fig. 2.; eine Auswerteschaltung für die Signale Y und Z ist entsprechend auf zubauen, wobei die Komponenten zur Auswertung des Signals Y mit denen zur Auswertung des Signals X übereinstimmen.A second part 11 of the basic circuit arrangement is shown in FIG. 3. Only an evaluation for the signals X and Z from FIG. 2 is shown; An evaluation circuit for the signals Y and Z is to be constructed accordingly, the components for evaluating the signal Y corresponding to those for evaluating the signal X.
Zuerst liefert eine erste Integration der Winkelbeschleunigung als Signal X mittels eines Integrators 12 ein Signal X′ als die Änderung der Winkelge schwindigkeit, mit der beispielsweise das Fahrzeug 1 (Fig. 1) um seine Längs achse 24 (in X-Richtung) zu rollen beginnt. Winkelbeschleunigungswerte, die unterhalb einer Schwelle S₁ liegen, werden nicht integriert, um einen Überlauf des Integrators 12 zu verhindern.First, a first integration of the angular acceleration as a signal X by means of an integrator 12 provides a signal X 'as the change in the angular velocity with which, for example, the vehicle 1 ( FIG. 1) begins to roll about its longitudinal axis 24 (in the X direction) . Angular acceleration values that are below a threshold S 1 are not integrated in order to prevent the integrator 12 from overflowing.
Eine zweite Integration der Winkelbeschleunigung als Signal X mittels eines Integrators 13, was gleichbedeutend ist mit einer ersten Integration der Winkelgeschwindigkeit als Signal X′, liefert ein Signal X′′, was einem Winkel bzw. einer Winkeländerung gegenüber einem Anfangswinkel entspricht. Auch bei dieser Integration kann mittels einer Schwelle S₂ ein Überlaufen des Integrators 13 verhindert werden, indem Signale X′, die kleiner sind als S₂, nicht integriert werden. Das Signal X′′ wird anschließend dem nichtin vertierenden Eingang eines Komparators K₁ zugeführt und mit einer Schwelle S₃, die dem invertierenden Eingang des Komparators K₁ zugeführt wird, verglichen. Die Schwelle S₃ entspricht dabei dem Winkel der maximal zulässigen Schräglage in Fahrtrichtung, den das Fahrzeug einnehmen kann, ohne umzukippen. Das Ausgangssignal des Komparators K₁ wird einer Ad dierschaltung 15 mit einem Ausgangssignal ALS zugeführt.A second integration of the angular acceleration as a signal X by means of an integrator 13 , which is synonymous with a first integration of the angular velocity as a signal X ', provides a signal X'', which corresponds to an angle or an angle change compared to an initial angle. Even with this integration, an overflow of the integrator 13 can be prevented by means of a threshold S₂ by signals X 'which are smaller than S₂ are not integrated. The signal X '' is then fed to the non-vertizing input of a comparator K₁ and compared with a threshold S₃, which is fed to the inverting input of the comparator K₁. The threshold S₃ corresponds to the angle of the maximum permissible inclination in the direction of travel that the vehicle can take without tipping over. The output signal of the comparator K 1 is fed to an ad circuit 15 with an output signal ALS.
Das Signal X′ am Ausgang des Integrators 12, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht, wird auch dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators K₂ zugeführt und mit einer Schwelle S₄ verglichen. Dabei entspricht die Schwelle S₄ einer Winkelgeschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug um seine Längsachse 24 dreht. Erreicht diese Winkelgeschwindigkeit einen be stimmten Wert, ist mit einem Überschlag (in X-Richtung) um die Längsachse 24 des Fahrzeugs zu rechnen. Das Ausgangssignal des Komparators K₂ wird ebenfalls der Addierschaltung 15 zugeführt.The signal X 'at the output of the integrator 12 , which corresponds to the angular velocity, is also fed to the non-inverting input of a comparator K₂ and compared with a threshold S₄. The threshold S₄ corresponds to an angular velocity at which the vehicle rotates about its longitudinal axis 24 . If this angular velocity reaches a certain value, a rollover (in the X direction) around the longitudinal axis 24 of the vehicle is to be expected. The output signal of the comparator K₂ is also fed to the adder circuit 15 .
Das Signal Z, das der Beschleunigung in Z-Richtung entspricht (Abheben des Fahrzeugs), wird einer zentralen Steuereinheit 14, vorzugsweise einem Mi kroprozessor, mit Schwellen S₅ und S₆ (Fig. 4) zugeführt.The signal Z, which corresponds to the acceleration in the Z direction (lifting of the vehicle), is fed to a central control unit 14 , preferably a microprocessor, with thresholds S₅ and S₆ ( FIG. 4).
Das Ausgangssignal der Steuereinheit 14 wird ebenso wie das Ausgangs signal des Komparators K₁ (Winkel) und das Ausgangssignal des Komparators K₂ (Winkelgeschwindigkeit) der Addierschaltung 15 zugeführt. Die Verknüp fung der drei Signale erfolgt derart, daß dem Ausgang ALS der Addierschal tung 15 immer dann ein Signal zugeführt wird, wenn eines der drei Ein gangssignale von Null verschieden ist. Wird das Ausgangssignal ALS der Ad dierschaltung 15 einer Auslösevorrichtung beispielsweise für einen Gurt straffer oder einen Überrollbügel zugeführt, so erfolgt demgemäß eine Auslösung, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:The output signal of the control unit 14 is supplied as well as the output signal of the comparator K₁ (angle) and the output signal of the comparator K₂ (angular velocity) of the adding circuit 15 . The linkage of the three signals takes place in such a way that a signal is supplied to the output ALS of the adder circuit 15 whenever one of the three input signals is different from zero. If the output signal ALS of the ad dier circuit 15 is fed to a triggering device, for example for a belt tightener or a roll bar, then triggering takes place accordingly if at least one of the following conditions is met:
- - Schwellwert für die Winkelbeschleunigung überschritten,- threshold value for angular acceleration exceeded,
- - Schwellwert für die Winkelgeschwindigkeit überschritten oder- Threshold value for the angular velocity exceeded or
- - Schwellwert für die mittlere Beschleunigung in Z-Richtung für eine bestimmte Dauer überschritten.- Threshold for the average acceleration in the Z direction for a certain duration exceeded.
Das Flußdiagramm der Fig. 4 zeigt den im Mikroprozessor 14 ablaufenden Algorithmus. Zuerst wird das Ausgangssignal Z der Addierschaltung 19 (Fig. 2), das die dreifache mittlere Beschleunigung in Z-Richtung darstellt (entspricht dem Abheben des Fahrzeugs), durch drei geteilt, um die tat sächliche Beschleunigung Z₁ des Fahrzeugs in Z-Richtung zu erhalten. An schließend wird das Signal Z₁ mit einer Schwelle S₅ verglichen, die nahe bei 0 liegt. Liegt das Signal Z₁ unterhalb der Schwelle S₅, so wird ein Zähler im Mikroprozessor 14 (Fig. 3) um einen Zählschritt ZS₂ (Dekrement) herabge setzt. Der kleinste Wert des Zählers soll Null betragen, deshalb wird der Zähler bei einem Zählerstand von Null und einem weiteren, hinzukommen den Dekrement ZS₂ anschließend wieder auf Null gesetzt. Danach wird ein erneuter Durchlauf des Algorithmus gestartet. The flowchart of Fig. 4 shows the running in the microprocessor 14 algorithm. First, the output signal Z of the adder circuit 19 ( Fig. 2), which represents three times the average acceleration in the Z direction (corresponds to the lifting of the vehicle), divided by three in order to obtain the actual acceleration Z 1 of the vehicle in the Z direction . At closing the signal Z₁ is compared with a threshold S₅, which is close to 0. If the signal Z₁ is below the threshold S₅, a counter in the microprocessor 14 ( FIG. 3) is set down by a counting step ZS₂ (decrement). The smallest value of the counter should be zero, which is why the counter is reset to zero when the counter is zero and another, plus the decrement ZS₂. Then a new run of the algorithm is started.
Überschreitet das Signal Z₁ die Schwelle S₅, so wird der interne Zähler im Mikroprozessor 14 (Fig. 3) um einen Zählschritt ZS₁ (Inkrement) heraufge setzt, wobei der Zählschritt ZS₁ kleiner oder gleich dem Wert des Zähl schritts ZS₂ ist. Im nächsten Schritt wird der Zählerstand mit einer weiteren Schwelle, der Auslöseschwelle S₆ verglichen. Solange die Auslöseschwelle S₆ noch nicht errichtet ist, wird ein erneuter Durchlauf des Algorithmus gestar tet; hingegen wird beim Erreichen der Auslöseschwelle S₆ dem Eingang der Addierschaltung 15 (Fig. 3) ein Auslösesignal zugeführt.If the signal Z₁ exceeds the threshold S₅, the internal counter in the microprocessor 14 ( FIG. 3) is incremented by a counting step ZS₁ (increment), the counting step ZS₁ being less than or equal to the value of the counting step ZS₂. In the next step, the counter reading is compared with another threshold, the trigger threshold S₆. As long as the trigger threshold S₆ has not yet been established, a new run of the algorithm is started; however, a trigger signal is supplied to the input of the adder circuit 15 ( FIG. 3) when the trigger threshold S Aus is reached.
Die Fig. 5a und 5b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Sensoranordnung in einem Fahrzeug 1′ mit Längsachse 24′ und Querachse 25′. Normalerweise genügen zur Detektion der Zustände Abhe ben (in Z-Richtung), Nicken (in Y-Richtung, d. h. Beschleunigung um die Quer achse 25′) und Rollen (in X-Richtung, d. h. Beschleunigung um die Längsachse 24′) drei Beschleunigungssensoren, wie im ersten Ausführungsbeispiel ge zeigt wird. In Fig. 5a sind jedoch vier Beschleunigungsaufnehmer VL, VR, HL und HR im Fahrzeug 1′ angeordnet, wobei diese vier Beschleunigungsauf nehmer VL, VR, HL und HR beispielsweise auch zur Fahrwerksregelung ver wendet werden. Die vier Aufnehmer VL, VR, HL und HR mit nach oben wei sender Empfindlichkeitsachse sind in einem Rechteck angeordnet, und der Abstand zwischen den Aufnehmern VL und VR bzw. HL und HR wird mit B′ und der Abstand zwischen den Aufnehmern VL und HL bzw. VR und HR mit L′ bezeichnet. FIGS. 5a and 5b show a further embodiment of the sensor according to the Invention in a vehicle assembly 1 'with the longitudinal axis 24' and transverse axis 25 '. Normally, lifting (in the Z direction), pitching (in the Y direction, ie acceleration about the transverse axis 25 ′) and rolling (in the X direction, ie acceleration about the longitudinal axis 24 ′) are sufficient to detect the states lifting, as shown in the first embodiment. In Fig. 5a, however, four accelerometers VL, VR, HL and HR are arranged in the vehicle 1 ', these four accelerometers VL, VR, HL and HR also being used, for example, for chassis control. The four transducers VL, VR, HL and HR with the sensitivity axis pointing upwards are arranged in a rectangle, and the distance between the transducers VL and VR or HL and HR is B 'and the distance between the transducers VL and HL or VR and HR denoted by L ′.
Die Fig. 5b zeigt eine zugehörige Auswerteschaltung 9′ zur Auswertung der Signale der Aufnehmer HL, HR, VL und VR, die zunächst jeweils einem Tief paß 10d, 10e, 10f und 10g zur Eliminierung hochfrequenter Signale zuge führt werden. Durch Addition aller vier Signale in einer Addierschaltung 22a erhält man ein Ausgangssignal Z′′ für den Zustand Abheben (in Z-Richtung) des Fahrzeugs 1′. Durch Addition der Signale HL und HR in einer Addierschal tung 22b ergibt sich ein Signal HI. Fig. 5b shows an associated evaluation circuit 9 'for evaluating the signals of the transducers HL, HR, VL and VR, which first each have a low pass 10 d, 10 e, 10 f and 10 g to eliminate high-frequency signals. By adding all four signals in an adding circuit 22 a, an output signal Z '' is obtained for the state of lifting (in the Z direction) of the vehicle 1 '. By adding the signals HL and HR in an adding circuit 22 b results in a signal HI.
Die Signale VL bzw. VR werden jeweils einem Verstärker V₁ bzw. V₂ zuge führt, deren jeweilige Verstärkung vom Verhältnis der Abstände B′ und L′ abhängig ist: V₁ = V₂ = B′: L′. Demnach gilt, bei Abstand B′ gleich groß wie Abstand L′, V₁ = V₂ = 1. Man strebt im allgemeinen an, für gleiche Winkel beschleunigungen beim Nicken (in Y-Richtung) und Rollen (in X-Richtung) auch gleich große Sensorsignale zu erhalten. Dies setzt voraus, daß die Ab stände B′ und L′ auch gleich groß sind. Da eine derartige geometrische An ordnung nicht immer möglich ist, wird die Gleichmäßigkeit der Signale durch die zusätzliche Verstärkung von zwei der vier Signale herbeigeführt, wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel erläutert wird.The signals VL and VR are each an amplifier V₁ or V₂ supplied leads, their respective amplification from the ratio of the distances B ′ and L ′ depends on: V₁ = V₂ = B ′: L ′. Accordingly, at distance B 'the same size as Distance L ', V₁ = V₂ = 1. One generally strives for the same angle acceleration when nodding (in the Y direction) and rolling (in the X direction) to receive equally large sensor signals. This presupposes that the Ab stands B 'and L' are also the same size. Since such a geometric approach order is not always possible, the uniformity of the signals brought about by the additional amplification of two of the four signals, as already explained in the first embodiment.
Das mit dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers V₁ verstärkte Signal VL und das Signal HL werden einer Addierschaltung 22c zugeführt; das Ergebnis ist ein Signal LI. Durch Addition in einer Addierschaltung 22d ergibt sich aus den jeweils verstärkten Signalen VL und VR ein Signal VO, von dem in einer Subtrahierschaltung 23a das Signal HI subtrahiert wird. Dem Ausgang der Subtrahierschaltung 23a wird als Ergebnis ein Signal Y′′ zugeführt, das das Nicken des Fahrzeugs 1′ (in Y-Richtung) darstellt.The amplified with the gain factor of the amplifier V₁ signal VL and the signal HL are fed to an adder circuit 22 c; the result is a signal LI. By addition in an adder circuit 22 d is obtained from the respective amplified signals VL and VR a signal VO from the subtracting circuit 23 in a signal HI is subtracted. The output of the subtracting circuit 23 a is a signal Y '' supplied as a result, which represents the pitch of the vehicle 1 '(in the Y direction).
Aus der Addition des unverstärkten Signals HR und des mit dem Verstär kungsfaktor des Verstärkers V₂ verstärkten Signals VR mittels einer Addier schaltung 22e ergibt sich ein Signal RE, von dem in einer Subtrahierschal tung 23b das Signal LI subtrahiert wird. Als Ergebnis am Ausgang der Sub trahierschaltung 23b erhält man ein Signal X′′, das das Rollen des Fahrzeugs 1′ (in X-Richtung) darstellt.From the addition of the unamplified signal HR and the signal VR amplified with the amplification factor of the amplifier V₂ by means of an adding circuit 22 e results in a signal RE, from which the signal LI is subtracted in a subtractor circuit 23 b. As a result at the output of the sub traction circuit 23 b, a signal X '' is obtained which represents the rolling of the vehicle 1 '(in the X direction).
Die Ausgangssignale X′′, Y′′ und Z′′ der Schaltungsanordnung 9′ werden zur weiteren Auswertung beispielsweise der Schaltungsanordnung 11 (Fig. 3) zugeführt, wobei der Schaltungsanordnung 11 statt des Signals X das Signal X′′ und statt des Signal Z das Signal Z′′ zuzuführen ist. Die einzelnen Kompo nenten zur Auswertung des Signals Y′′ entsprechen denen für das Signal X′′, wie bereits ausgeführt wurde.The output signals X '', Y '' and Z '' of the circuit arrangement 9 'are supplied for further evaluation, for example, the circuit arrangement 11 ( Fig. 3), the circuit arrangement 11 instead of the signal X, the signal X''and instead of the signal Z the signal Z '' is to be supplied. The individual components for evaluating the signal Y '' correspond to those for the signal X '', as has already been explained.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Neigungsdetektierung findet ihren Einsatz insbesondere zur Auslösung von Sicherheitseinrichtungen wie Gurtstraffer oder Überrollbügel in Fahrzeugen, wobei frühzeitig eine für die Insassen gefährliche Situation erkannt wird und die genannten Sicherheits einrichtungen ausgelöst werden können.The sensor arrangement according to the invention for tilt detection takes place their use in particular to trigger safety devices such as Belt tensioners or roll bars in vehicles, one for the early Occupant dangerous situation is recognized and the security mentioned facilities can be triggered.
Claims (7)
- a) Differenzbildung (C′-B′) aus dem jeweils vom ersten (3b) und zweiten (3c) Sensor gebildeten Sensorsignal (B′, C′) zur Bestimmung der Win kelbeschleunigung (X) um die Längsachse (24) des Kraftfahrzeugs (1),
- b) Summenbildung (A′+B′+C′) aus den Sensorsignalen des ersten (3b), zweiten (3c) und dritten (3a) Sensors zur Bestimmung der Beschleu nigung (Z) senkrecht zur Fahrbahnebene,
- c) Mittelwertbildung (½ * [B′+C′]) aus dem ersten (B′) und zweiten (C′) Sensorsignal und anschließend Differenzbildung (A′-½ * [B′ + C′]) aus der Summe der Sensorsignale (B′+C′) des ersten (3b) und zweiten (3c) Sensors und des Signals (A′) des dritten Sensors (3a) zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung (Y) um die Querachse (25) des Kraftfahr zeugs (1).
- a) Difference formation (C'-B ') from each of the first ( 3 b) and second ( 3 c) sensor formed sensor signal (B', C ') for determining the angular acceleration (X) about the longitudinal axis ( 24 ) of Motor vehicle ( 1 ),
- b) Sum formation (A ′ + B ′ + C ′) from the sensor signals of the first ( 3 b), second ( 3 c) and third ( 3 a) sensors for determining the acceleration (Z) perpendicular to the road surface,
- c) Averaging (½ * [B ′ + C ′]) from the first (B ′) and second (C ′) sensor signal and then forming the difference (A′-½ * [B ′ + C ′]) from the sum of the sensor signals (B ′ + C ′) of the first ( 3 b) and second ( 3 c) sensors and the signal (A ′) of the third sensor ( 3 a) for determining the angular acceleration (Y) about the transverse axis ( 25 ) of the motor vehicle ( 1 ).
- a) Bildung einer ersten Summe (HI) aus den Sensorsignalen des ersten (HL) und zweiten (HR) Sensors,
- b) Bildung einer zweiten Summe (LI) aus den Sensorsignalen des ersten (HL) und dritten (VL) Sensors,
- c) Bildung einer dritten Summe (VO) aus den Sensorsignalen des dritten (VL) und vierten (VR) Sensors,
- d) Bildung einer vierten Summe (RE) aus den Sensorsignalen des zweiten (HR) und vierten (VR) Sensors,
- e) Summenbildung aus den Sensorsignalen aller vier Sensoren (HL, HR, VL, VR) zur Bestimmung der Beschleunigung (Z′′) des Kraftfahrzeugs (1′) senkrecht zur Fahrbahnebene,
- f) Differenzbildung (VO-HI) aus der dritten Summe (VO) und der ersten Summe (HI) zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung (Y′′) um die Querachse (25′) des Kraftfahrzeugs (1′) und
- g) Differenzbildung (RE-LI) aus der vierten Summe (RE) und der zweiten Summe (LI) zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung (X′′) um die Längsachse (24′) des Kraftfahrzeugs (1′).
- a) formation of a first sum (HI) from the sensor signals of the first (HL) and second (HR) sensors,
- b) formation of a second sum (LI) from the sensor signals of the first (HL) and third (VL) sensors,
- c) formation of a third sum (VO) from the sensor signals of the third (VL) and fourth (VR) sensor,
- d) formation of a fourth sum (RE) from the sensor signals of the second (HR) and fourth (VR) sensor,
- e) Sum formation from the sensor signals of all four sensors (HL, HR, VL, VR) for determining the acceleration (Z ′ ′) of the motor vehicle ( 1 ′) perpendicular to the plane of the road,
- f) difference formation (VO-HI) from the third sum (VO) and the first sum (HI) to determine the angular acceleration (Y '') about the transverse axis ( 25 ') of the motor vehicle ( 1 ') and
- g) difference formation (RE-LI) from the fourth sum (RE) and the second sum (LI) to determine the angular acceleration (X '') about the longitudinal axis ( 24 ') of the motor vehicle ( 1 ').
- a) eine erste Integration (12) zweier von den Sensoren (3a, 3b, 3c; HL, HR, VL, VR) gebildeter Winkelbeschleunigungssignale (X, Y; X′′, Y′′) und Vergleich des integrierten Wertes (X′) mit einer ersten Schwelle (S₄),
- b) eine zweite Integration (13) der von den Sensoren (3a, 3b, 3c; HL, HR, VL, VR) gebildeten Winkelbeschleunigungssignale (X, Y; X′′, Y′′) und Vergleich des integrierten Wertes (X*) mit einer zweiten Schwelle (S₃),
- c) Bestimmung der Zeitdauer der senkrecht zur Fahrbahnebene anste henden Beschleunigung (Z; Z′′) und Vergleich mit einer Zeitschwelle (S₆),
- d) Zuführen eines Auslösesignals (ALS) zur Sicherheitsvorrichtung, falls die erste (S₄) oder zweite (S₃) Schwelle oder die Zeitschwelle (S₆) er reicht werden.
- a) a first integration ( 12 ) of two angular acceleration signals (X, Y; X ′ ′, Y ′ ′) formed by the sensors ( 3 a, 3 b, 3 c; HL, HR, VL, VR) and comparison of the integrated value (X ′) with a first threshold (S₄),
- b) a second integration ( 13 ) of the angular acceleration signals (X, Y; X ′ ′, Y ′ ′) formed by the sensors ( 3 a, 3 b, 3 c; HL, HR, VL, VR) and comparison of the integrated value (X *) with a second threshold (S₃),
- c) determination of the duration of the acceleration perpendicular to the road surface (Z; Z ′ ′) and comparison with a time threshold (S₆),
- d) supplying a trigger signal (ALS) to the safety device if the first (S₄) or second (S₃) threshold or the time threshold (S₆) it reaches.
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