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WO2005065997A1 - Verfahren zur erkennung kritischer fahrsituationen eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur erkennung kritischer fahrsituationen eines fahrzeugs Download PDF

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WO2005065997A1
WO2005065997A1 PCT/EP2004/013478 EP2004013478W WO2005065997A1 WO 2005065997 A1 WO2005065997 A1 WO 2005065997A1 EP 2004013478 W EP2004013478 W EP 2004013478W WO 2005065997 A1 WO2005065997 A1 WO 2005065997A1
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WO
WIPO (PCT)
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vehicle
angle
rotation
measured
values
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2004/013478
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Auer
Horst Brauner
Ludger Dragon
Lutz Kiessling
Hans-Dieter Multhaupt
Hans RÖHM
Erwin Schmid
Thomas Unselt
Alfred Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B60W30/04—Control of vehicle driving stability related to roll-over prevention
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    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/08—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to drivers or passengers
    • B60W40/09—Driving style or behaviour
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/08—Interaction between the driver and the control system
    • B60W50/12—Limiting control by the driver depending on vehicle state, e.g. interlocking means for the control input for preventing unsafe operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/08—Interaction between the driver and the control system
    • B60W50/14—Means for informing the driver, warning the driver or prompting a driver intervention

Definitions

  • the invention relates to a method for recognizing critical driving situations of a vehicle, in particular for identifying an impending vehicle rollover.
  • vehicle dynamics systems are known in particular, which are designed either as brake control systems to influence the longitudinal and lateral dynamics of the vehicle, or as chassis control systems that are used as comfort systems to improve driving comfort engage the landing gear.
  • a method for detecting a vehicle rollover is known, which is used to trigger occupant protection devices, such as roll bars, belt tensioners, front and side airbags.
  • the accelerations acting on the vehicle in the vehicle longitudinal direction, vehicle transverse direction and in the vehicle vertical direction are measured with corresponding acceleration sensors in order to calculate an acceleration vector.
  • a rotation rate sensor is also provided, which detects the angular velocity of the vehicle with respect to its longitudinal or roll axis.
  • a second rotation rate sensor may also be provided, which measures the angular velocity of the vehicle with respect to its transverse or pitch axis.
  • the acceleration vector is compared with threshold values as a function of the detected roll and possibly pitch speed in order to make a decision about an impending vehicle rollover.
  • a triggering algorithm is known from DE 1O0 25 259 C2 which processes the sensor signal of a rotation rate sensor provided in a safety system of a motor vehicle in order to make a triggering decision for triggering at least one occupant protection or safety device of a safety system.
  • the trigger algorithm also processes the output signal of an acceleration sensor, which detects the acceleration acting on the vehicle in the vertical direction, and an output signal of an inclination sensor.
  • an acceleration sensor that detects lateral accelerations can also be provided.
  • a reversible belt tensioner is known from DE 1O0 05 010 C2, which is actuated in advance of a possible accident, i.e. when a critical driving situation is detected, in order to bring vehicle occupants into a position before a dangerous impact or rollover there is a comparatively low risk of injury.
  • the vehicle speed, the steering angle, the yaw angle, the yaw speed, etc. are also determined for the purpose of detection in order to decide whether the reversible belt tensioner is actuated.
  • a method for controlling a reversible occupant protection means in a motor vehicle in which the steering angle, the wheel speeds, the yaw rate and the lateral acceleration are measured in a vehicle in order to prevent the vehicle from starting to spin as a result of oversteer or To be able to close understeer.
  • a brake light switch and an output signal of a brake assist system which indicates that this system is active, emergency braking can also be concluded, so that the various reversible occupant protection means, such as belt tensioners, seat adjustment and seat displacement and the like, can be activated.
  • the known methods each require corresponding sensors in order to obtain the necessary information about the respective driving situation.
  • Special yaw rate sensors are required in particular for the detection of rollovers.
  • the devices described like airbag systems, anti-lock and / or anti-slip brake control systems, as well as vehicle dynamics and chassis control systems, are essentially stand-alone solutions between which information exchange does not take place, or at most only to a limited extent.
  • the object of the invention is to develop a method of the type mentioned at the outset in such a way that it does not need its own specific sensors, in particular without special sensors to detect the risk of a vehicle rollover, in order to control corresponding safety systems, for example occupant protection systems or driving safety systems (active steering, braking or chassis systems).
  • corresponding safety systems for example occupant protection systems or driving safety systems (active steering, braking or chassis systems).
  • movement situation-dependent movement variables of the vehicle are measured at at least two locations that are spaced from each other on one side of a normally horizontal axis of rotation of the vehicle; that from the measured movement quantities and the distance between the locations of the measurements, an angle of rotation, e.g. a roll and / or pitch angle, and a rotational angular velocity, e.g. a roll and / or pitch rate of the vehicle with respect to this normally horizontal axis of rotation; and that the calculated values for angle of rotation and angle of rotation speed are evaluated as a function of vehicle-specific threshold values in order to generate and output control signals for actuating safety systems in the vehicle.
  • an angle of rotation e.g. a roll and / or pitch angle
  • a rotational angular velocity e.g. a roll and / or pitch rate of the vehicle with respect to this normally horizontal axis of rotation
  • the calculated values for angle of rotation and angle of rotation speed are evaluated as a function of vehicle-specific threshold values in order to generate and output control signals for actu
  • the method according to the present invention makes it possible to recognize critical driving conditions, in particular using the detection of movement variables dependent on the driving situation for other vehicle systems, so that no separate measurements are required for this. If necessary, rotation angle and / or rotation angle speed sensors that are otherwise present can therefore be saved.
  • Accelerations are expediently used as movement variables depending on the driving situation, in particular on the vehicle body acting accelerations measured, which act on the vehicle in its vertical direction.
  • One method consists in first determining the rotational angular velocity from the accelerations measured, in order to subsequently determine the rotational angle therefrom, the rotational angular velocity and rotational angle being calculated by means of integration or by means of condition monitoring using Kaiman filters.
  • an absolute vehicle inclination or rotation angle is calculated from the measured accelerations, taking into account the acceleration due to gravity, using trigonometric relationships.
  • spring travel in the area of the vehicle wheels is measured as movement-dependent movement variables.
  • One method is that the angular velocities of the vehicle about its longitudinal and / or transverse axis are determined by deriving the spring travel according to the time, taking into account the distances between the corresponding locations at which the spring travel was measured, with the continuously determined values for the rotational speeds of the vehicle whose angle of rotation are determined.
  • a relative vehicle inclination or rotation angle it is also possible for a relative vehicle inclination or rotation angle to be calculated directly from the spring travel.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the values for the angle of rotation and the angle of rotation speed are determined in different ways, and that all the values determined are taken into account for plausibility checking of the values for the angle of rotation and the angle of rotation speed.
  • critical values for roll and / or pitch angle as well as for roll and / or pitch rate can be verified very early, so that despite early activation of security systems, early protection and thus a very low false trigger rate is obtained.
  • FIG. 1 shows a schematic, simplified plan view of a motor vehicle to illustrate installation locations for sensors for detecting movement variables dependent on the driving situation
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram to illustrate a system according to the invention for actuating security systems.
  • a large number of sensors are installed in a typical arrangement in a motor vehicle in order to detect different movement variables depending on the driving situation.
  • all four vehicle wheels have speed sensors Sdrz whose output signals drz_vr, drz_vl, drz_hr and drz_hl correspond to the speed of the vehicle wheels front right, front left, rear right and rear left.
  • yaw rate sensor S ⁇ and a signal ay_esp for lateral acceleration by a likewise centrally located lateral acceleration sensor
  • spring travel sensors Sfw are arranged on all four wheels, which deliver signals fw_vr, fw_vl, fw_hr, fw_hl corresponding to the spring travel when the wheels spring on and rebound.
  • acceleration sensors Saz are provided on the left and right front wheels and on the right rear wheel, which provide acceleration signals az_vr, az_vl, az_hr corresponding to the body acceleration at these locations.
  • the travel and body accelerations are used, for example, to control the chassis to improve driving comfort and driving safety.
  • the accelerations ax_ab, ay_ab acting in the longitudinal and transverse directions of the vehicle and the roll rate ⁇ x with a corresponding roll rate sensor are also recorded.
  • the outputs of the individual sensors S are applied to a roll and pitch angle calculation unit 11 via an interface 10.
  • the interface works according to the so-called "plug and play method", ie the interface 10 recognizes which sensors S in the vehicle the corresponding monitoring and control algorithms for controlling the individual active and passive protective devices, such as airbags, belt tensioners, brakes, etc. are actually available and connected.
  • the roll and pitch angle calculation unit 11 supplies the roll rate ⁇ x and the pitch rate ⁇ y corresponding signals to a rollover detection unit 12, to a detection unit 13 of dangerous driving situations and, in a manner not shown, to other devices which influence driving safety, driving dynamics and driving comfort.
  • a rollover is recognized due to impermissibly high roll and / or pitch rates ⁇ x, ⁇ y, a roll bar and / or belt tensioner and possibly also the airbags are activated via the control 14 for the protective systems.
  • reversible occupant protection systems such as belt tensioners and seat adjustment are activated by the control unit 14 for protection systems on the basis of a corresponding output signal of the detection unit 13 for the detection of dangerous driving situations when dangerous driving situations are detected.
  • ESP interventions can also be better coordinated, e.g. by more precise statements about the wheel load distribution.
  • active driving safety systems can also be activated (braking, steering intervention or chassis intervention).
  • the signals supplied by the body acceleration sensors Saz and / or spring travel sensors Sfw for the various body accelerations az and the various spring paths fw are used to calculate the roll and pitch angles and the roll and pitch rates.
  • the roll angle acceleration ⁇ "in turn results from the difference between the body accelerations az_l and az_r on the left and right side of the vehicle and the distance between the sensors Saz according to the following equation:
  • ⁇ "" (az_vl-az_vr) / distance sensors
  • the integrals can be calculated in a time-discriminated manner.
  • g represents the acceleration due to gravity.
  • the full acceleration due to gravity no longer acts in the detection direction of the acceleration sensor Saz, so that it provides an output signal that increases with increasing angle of inclination or roll until the acceleration due to gravity acts on the acceleration build-up sensor perpendicular to its detection direction.
  • the acceleration body sensors that detect the body acceleration, it is thus possible to detect an absolute vehicle inclination angle in both the roll and pitch directions, that is, a vehicle inclination angle relative to the direction of gravity acceleration.
  • Stationary processes can advantageously be defined and detected since the acceleration of gravity is also measured in the sensors.
  • the calculation of ⁇ _stat can also be carried out in the dynamic case for each measurement or sampling time in the same way as in the static case.
  • the determination of the roll angle ⁇ can then be checked for plausibility by comparing ⁇ _stat (N) with ⁇ _N.
  • the measurement and calculation of the pitch angle and the pitch angle rate ⁇ y and their plausibility check are carried out in a corresponding manner by, for example,
  • the output signals of a front and a rear acceleration sensor Saz_vr or Saz_hr are used, so that the angular acceleration about the vehicle transverse or pitch axis Ay is determined for the further calculations ,
  • the system dynamics can also be included in the evaluation of the determined values.
  • An advantage of the invention compared to a roll or pitch rate sensor is also that the roll axis and the pitch axis can be detected in their course in the vehicle, which is important in rollover detection.
  • a roll rate sensor does not detect where the roll axis is in the vehicle.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung kritischer Fahrsituationen eines Fahrzeugs, insbesondere zur Erkennung eines drohenden Fahrzeugüberschlags, bei dem fahrsituationsabhängige Bewegungsgrößen (az_vr;az_vl;az_hr;az_hl;fw_vr;fw_vl;fw_hr;fw_hl) des Fahrzeugs an zumindest zwei Orten gemessen werden, die mit Abstand zueinander jeweils auf einer Seite einer normalerweise horizontalen Drehachse des Fahrzeugs liegen, aus den gemessenen Bewegungsgrößen und dem Abstand der Orte der Messungen ein Drehwinkel und eine Drehwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich dieser normalerweise horizontalen Drehachse berechnet werden, und die berechneten Werte für Drehwinkel und Drehwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von fahrzeugspezifischen Schwellenwerten bewertet werden, um Steuersignale zur Ansteuerung von Sicherheitssystemen im Fahrzeug zu erzeugen und auszugeben.

Description

Verfahren zur Erkennung kritischer Fahrsituationen eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung kritischer Fahrsituationen eines Fahrzeugs, insbesondere zur Erkennung eines drohenden Fahrzeuguberschlags.
In heutigen Kraftfahrzeugen sind eine Vielzahl von Überwachungs- Steuer- und Regelsystemen integriert, die in das Fahrwerk und das Bremssystem eingreifen sowie reversible und irreversible Insassenschutzmittel und -Systeme steuern, um die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort zu erhöhen bzw. um die Insassen eines Fahrzeugs im Falle eines gefährlichen Aufpralls oder eines Überschlags möglichst zu schützen.
Neben herkömmlichen Bremsregelsystemen, die ein Blockieren der Fahrzeugräder bei einer Notfall- oder Panikbremsung verhindern, sind insbesondere Fahrdynamiksysteme bekannt, die entweder als BremsregelSysteme zur Beeinflussung der Längs- und Querdynamik des Fahrzeugs, oder als FahrwerksregelSysteme ausgelegt sind, die als Komforsysteme zur Verbesserung des Fahrkomforts in das Fahrwerk eingreifen.
Aus der DE 196 09 176 AI ist ein Verfahren zum Erkennen eines Fahrzeuguberschlags bekannt, das zur Auslösung von Insassen- Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise Überrollbügel, Gurtstraffer, Front- und Seitenairbags, dient. Zur Erkennung eines Fahrzeuguberschlags werden die in Fahrzeuglängsrichtung, Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeughochrichtung auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen mit entsprechenden Beschleunigungsfühlern erfast, um einen Beschleunigungsvektor zu berechnen. Ferner ist ein Drehratensensor vorgesehen, der die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich seiner Längs- oder Wankachse erfasst . Eventuell kann zusätzlich auch noch ein zweiter Drehratensensor vorgesehen sein, der für die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich seiner Quer- oder Nickachse misst. Der Beschleunigungsvektor wird in Abhängigkeit von der erfassten Wank- und gegebenenfalls Nickgeschwindigkeit mit Schwellwerten verglichen, um eine Entscheidung über einen bevorstehenden Fahrzeugüberschlag zu treffen.
Aus der DE 1O0 25 259 C2 ist ein Auslösealgorithmus bekannt, der das Sensorsignal eines in einem Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeuges vorgesehenen Drehratensensors verarbeitet, um eine Auslöseentscheidung zur Auslösung von wenigstens einer Insassenschutz- oder Sicherheitseinrichtung eines Sicherheitssystems zu treffen. Der Auslosealgorithmus verarbeitet neben dem Ausgangssignal des Drehratensensors zum Treffen einer Auslöseentscheidung auch das Ausgangssignal eines Beschleunigungssensors, der die in Hochrichtung auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigung erfasst sowie ein Ausgangssignal eines Neigungssensors. Daneben oder anstelle des Neigungssensors kann auch noch ein Querbeschleunigungen erfassender Beschleunigungssensor vorgesehen sein.
Aus der DE 1O0 05 010 C2 ist ein reversibler Gurtstraffer bekannt, der bereits im Vorfeld eines möglichen Unfalls, also wenn eine kritische Fahrsituation erkannt wird, betätigt wird, um Fahrzeuginsassen bereits vor einem gefährlichen Aufprall oder Überschlag in eine Position zu bringen, in der ein vergleichsweise geringes Verletzunsrisiko besteht. Zur Erfassung werden dabei neben den Bewegungen der Fahrzeuginsassen, die beispielsweise durch eine Bildverarbeitung oder mittels einer Gurtauszug-Ermittelungseinrichtung erfasst werden, auch die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel, der Gierwinkel, die Giergeschwindigkeit usw. ermittelt, um über eine Betätigung des reversiblen Gurtstraffers zu entscheiden.
Aus der DE 101 21 386 Cl ist ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines reversiblen Insassenschutzmittels in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem der Lenkwinkel, die Raddrehzahlen, die Giergeschwindigkeit und die Querbeschleunigung in einem Fahrzeug gemessen werden, um auf ein einsetzendes Schleudern in Folge von Übersteuern oder Untersteuern schließen zu können. Mit Hilfe eines Bremslichtschalters und eines Ausgangssignals eines Bremsassistentensystems, das anzeigt, dass dieses System aktiv ist, kann ferner auf eine Notbremsung geschlossen werden, sodass die verschiedenen reversiblen Insassenschutzmittel, wie Gurtstraffer, Sitzverstellung und Sitzverschiebung und dergleichen aktiviert werden können.
Zur Ansteuerung der verschiedenen Insassenschutzsysteme benötigen die bekannten Verfahren jeweils entsprechende Sensoren, um die nötige Information über die jeweilige Fahrsituation zu erhalten. Insbesondere für die Erkennung von Überschlägen sind dabei spezielle Drehratensensoren erforderlich.
Die beschriebenen Einrichtungen stellen ebenso wie Airbagsyste- me, Antiblockier- und/oder Antischlupfbremsregelsysteme, sowie Fahrdynamik- und FahrwerksregelSysteme im Wesentlichen Insellösungen dar, zwischen denen ein Informationsaustausch nicht oder allenfalls eingeschränkt stattfindet.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass es ohne eigene spezifische Sensoren, insbesondere ohne spezielle Sensoren zur Erkennung der Gefahr eines Fahrzeuguberschlags auskommt, um entsprechende Sicherheitssysteme z.B. Insassenschutzsysteme oder Fahrsicherheitssysteme (aktive Lenkungs-, Bremsoder Fahrwerkssysteme) anzusteuern.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist also bei einem Verfahren zur Erkennung kritischer- Fahrsituationen eines Fahrzeugs vorgesehen, dass fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen des Fahrzeugs an zumindest zwei Orten gemessen werden, die mit Abstand zueinander jeweils auf einer Seite einer normalerweise horizontalen Drehachse des Fahrzeugs liegen; dass aus den gemessenen Bewegungsgrößen und dem Abstand der Orte der Messungen ein Drehwinkel, z.B. ein Wank- und/oder Nickwinkel, und eine Drehwinkelgeschwindigkeit, z.B. eine Wank- und/oder Nickrate, des Fahrzeugs bezüglich dieser normalerweise horizontalen Drehachse berechnet werden; und dass die berechneten Werte für Drehwinkel und Drehwinkelge- schwin igkeit in Abhängigkeit von fahrzeugspezifischen Schwellenwerten bewertet werden, um Steuersignale zur Ansteuerung von Sicherheitssystemen im Fahrzeug zu erzeugen und auszugeben.
Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich kritische Fahrzustände, insbesondere unter Ausnutzung der Erfassung von fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen für andere Fahrzeugsysteme, erkennen, so dass keine eigenen Messungen hierfür erforderlich sind. Gegebenfalls können daher sonst vorhandene Drehwinkel- und/oder Drehwinkelgeschwindigkeitssensoren eingespart werden.
Zweckmäßigerweise werden als fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen Beschleunigungen, insbesondere auf den Fahrzeugaufbau wirkende Beschleunigungen gemessen, die auf das Fahrzeug in dessen Hochrichtung wirken.
Ein Verfahren besteht darin, dass aus den gemessenen Beschleunigungen zunächst die Drehwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird, um aus dieser nachfolgend den Drehwinkel zu bestimmen, wobei die Berechnung von Drehwinkelgeschwindigkeit und Drehwinkel mittels Integration oder mittels Zustandsbeobachtung unter Verwendung von Kaiman Filtern erfolgt .
Da es in statischen, quasi-stationären und stationären Zuständen des Fahrzeugs schwierig oder nahezu unmöglich ist, aus den relativ geringen Werten für die Wank- oder Nickrate, also für die Drehwinkelgeschwindigkeit um die Fahrzeuglängs- bzw. um die Fahrzeugquerachse zuverlässige Werte für den Wank- bzw. Nickwinkel zu erhalten, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass aus den gemessenen Beschleunigungen ein absoluter Fahrzeugneigungs- oder Drehwinkel unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung mittels trigonometrischer Beziehungen berechnet wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden als fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen Federwege im Bereich der Fährzeugräder gemessen.
Ein Verfahren besteht darin, dass Drehwinkelgeschwindigkeiten des Fahrzeugs um seine Längs- und/oder Querachse durch Ableitung der Federwege nach der Zeit unter Berüchsichtigung der Abstände der entsprechenden Orte ermittelt wird, an denen die Federwege gemessen wurden, wobei aus den fortlaufend ermittelten Werten für die Drehgeschwindigkeiten des Fahrzeugs dessen Drehwinkel ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass aus den Federwegen unmittelbar ein relativer Fahrzeugneigungs- oder Drehwinkel berechnet wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Werte für Drehwinkel und Drehwinkelgeschwindigkeit auf verschiedene Weise ermittelt werden, und dass zur Plausibilisierung der Werte für Drehwinkel und Drehwinkelgeschwindigkeit alle ermittelten Werte berücksichtigt werden. Hierdurch können sehr frühzeitig kritische Werte für Wank- und/oder Nickwinkel sowie für Wank- und/oder Nickrate verifiziert werden, so dass trotz früher Aktivierung von Sicherheitssysteme eine frühzeitige Absicherung und damit sehr geringe Fehlauslösungsrate erhalten wird.
Eine andere Möglichkeit eine verbesserte Früherkennung kritischer Fahrsituationen zu erhalten besteht darin, dass bei der Bewertung der berechneten Werte für Drehwinkel und Drehwinkelgeschwindigkeit die Fahrdynamik beschreibende Größen, wie Fahrzeugquerbeschleunigung, Giergeschwindigkeit, Schwimmwinkelgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische vereinfachte Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug zur Veranschaulichung von Einbauorten für Sensoren zur Erfassung fahrsituationsabhängiger Bewegungsgrößen; und
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Systems zur Ansteuerung von Sicherheitssystemen. Wie in Figur 1 dargestellt ist, sind in einem Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Sensoren in einer typischen Anordnung eingebaut, um verschiedene fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen zu erfassen. Insbesondere befinden sich an allen vier Fahrzeugrädern Drehzahlsensoren Sdrz, deren Ausgangssignale drz_vr, drz_vl , drz_hr und drz_hl der Drehzahl der Fahrzeugräder vorne rechts, vorne links, hinten rechts bzw. hinten links entsprechen. Diese Signale werden zusammen mit einem der Gierrate Ωz von einem zentral angeordneten Gierratensensor SΩ und einem Signal ay_esp für eine Querbeschleunigung von einem ebenfalls zentral angeordneten Querbeschleunigungssensor Say zur Bewertung und aktiven Kontrolle der Fahrsicherheit und Fahrdynamik genutzt. Ferner sind an allen vier Rädern Federwegsensoren Sfw angeordnet, die dem Federweg beim An- und Ausfedern der Räder entsprechende Signale fw_vr, fw_vl, fw_hr, fw_hl liefern. Des weiteren sind Beschleunigungssensoren Saz am linken und rechten Vorderrad sowie am rechten Hinterrad vorgesehen, die der Aufbaubeschleunigung an diesen Orten entsprechende Beschleunigungssignale az_vr, az_vl, az_hr bereitstellen. Andere Anordnungen sind auch denkbar. Die Federwege und Aufbaubeschleunigungen werden beispielsweise zur Steuerung des Fahrwerks verwendet, um Fahrkomfort und Fahrsicherheit zu verbessern.
Zur Aktivierung von Insassenschutzsystemen im Falle einer gefährlichen Fahrsituation und/oder eines Unfalls mit Überschlag und/oder gefährlichem Aufprall werden noch die in Fahrzeuglängsund Fahrzeugquerrichtung wirkenden Beschleunigungen ax_ab, ay_ab sowie mit einem entsprechenden Wankratensensor die Wankrate Ωx erfasst .
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden die Ausgänge der einzelnen Sensoren S über eine Schnittstelle 10 an eine Wank- und Nickwinkelberechnungseinheit 11 angelegt. Die Schnittstelle arbeitet dabei nach dem sogenannten "plug and play-Verfahren" , d.h. die Schnittstelle 10 erkennt welche Sensoren S im Fahrzeug tatsächlich vorhanden und angeschlossen sind und konfiguriert die entsprechenden Überwachungs- und Steueralgorithmen für die Ansteuerung der einzelnen aktiven und passiven Schutzeinrichtungen, wie Airbags, Gurtstraffer, Bremsen, usw.
Die Wank- und Nickwinkelberechnungseinheit 11 liefert der Wankrate Ωx und der Nickrate Ωy entsprechende Signale an eine Überschlagserkennungseinheit 12, an eine Erkennungseinheit 13 gefährlicher Fahrsituationen sowie in nicht näher dargestellter Weise gegebenenfalls auch an weitere die Fahrsicherheit, Fahrdynamik und den Fahrkomfort beeinflussende Einrichtungen.
Wird ein Überschlag aufgrund unzulässig hoher Wank- und/oder Nickraten Ωx, Ωy erkannt, so wird über die Ansteuerung 14 für die Schutzsysteme ein Überrollbügel und/oder Gurtstraffer sowie gegebenenfalls auch die Airbags aktiviert.
In entsprechender Weise werden bei der Erkennung gefährlicher Fahrsituationen reversible Insassenschutzsystem wie Gurtstraffer und Sitzverstellung aufgrund eines entsprechenden Ausgangssignal der Erkennungseinheit 13 zur Erkennung gefährlicher Fahrsituationen von der Ansteuerung 14 für Schutzsysteme aktiviert. Auch können ESP-Eingriffe besser abgestimmt werden, durch z.B. präzisere Aussagen über die Radlastverteilung.
Bei Erkennung eines drohenden Überschlags oder gefährlichen Fahrsituation können auch aktive Fahrsicherheitssysteme aktiviert werden (Brems-, Lenkungseingriff oder Fahrwerkseingriff) .
Erfindungsgemäß werden zur Berechnung der Wank- und Nickwinkel sowie der Wank- und Nickraten die von den Aufbaubeschleunigungs- sensoren Saz und/oder Federwegsensoren Sfw gelieferten Signale für die verschiedenen Aufbaubeschleunigungen az und die verschiedenen Federwege fw gelieferten Signale verwendet. Die Berechnung des Wankwinkels φ erfolgt aus der Fahrzeugaufbaubeschleunigung az über das Doppel-Integral über die Wankwinkel- beschleunigung φ " = (φ2p/dt2) , also über die Winkelbeschleunigung relativ zur Fahrzeug-Längsachse Ax.
Die Wankwinkelbeschleunigung φ" wiederum ergibt sich aus der Differenz der Aufbaubeschleunigungen az_l und az_r auf der linken bzw. rechten Seite des Fahrzeugs und dem Abstand der Sensoren Saz gemäß der folgenden Gleichung:
φ""= (az_vl-az_vr) /AbstandSensoren
Die Integrale können in zeitdiskreditiert berechnet werden.
Durch Multiplikation der einzelnen Wankwinkelbeschleunigungswer- te mit der Zeit T_sample zwischen zwei Erfassungszeitpunkten lässt sich die Wankgeschwindigkeit φ'=(dφ/dt) bzw. die Wankrate Ωx ermitteln. Durch erneute Multiplikation mit der Zeit T_sample zwischen zwei Abtast- und Messwerterfas-sungszeitpunkten ergibt sich dann der Wankwinkel zum Zeitpunkt tN+ι. gemäß den folgenden Gleichungen:
φ'_N+l = φ"_N+l * T_sample + φ'_x φ_N+l = φ"_N+l * T_sample + φ_x
Dabei gilt bei dynamischen Vorgängen
φ_x = φ_N φ"_x = φ'_N
während bei stationären Vorgängen φ_x = φ_stat φ"_x = (φ_stat (N) - φ_stat(N-l)) / T_sample
gilt.
Die Berechnung von φ_stat erfolgt im statischen Fall oder auch im quasi stationären Fall durch einfache trigonometrische Beziehungen gemäß folgender Gleichung:
cos (φ_stat) = (g - az_gemessen) / g
wobei g die Erdbeschleunigung darstellt. Hierbei wird insbesondere berücksichtigt, dass die Beschleunigungssensoren Saz zur Erfassung der Aufbaubeschleunigung in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs, also in z-Richtung so ausgelegt sind, dass ihr Ausgangswert gleich Null, also az=0 ist, wenn das Fahrzeug auf einer horizontalen Ebene steht und außer der Erdbeschleunigung keine weiteren Beschleunigungen auf es einwirken.
Ist das Fahrzeug jedoch gegen die Horizontale geneigt, z.B. auf einer schrägen Fahrbahn, so wirkt nicht mehr die volle Erdbeschleunigung in Erfassungsrichtung des Beschleunigungssensors Saz, sodass dieser ein Ausgangssignal liefert, das mit wachsendem Neigungs- oder Wankwinkel zunimmt bis die Erdbeschleunigung senkrecht zu seiner Erfassungsrichtung auf den Beschleunigungsaufbausensor einwirkt. Mit Hilfe der die Aufbaubeschleunigung erfassenden Beschleunigungsaufbausensoren ist es somit möglich, einen absoluten Fahrzeugneigungswinkel sowohl in Wank- als auch in Nickrichtung zu erfassen, also einen FahrZeugneigungswinkel relativ zur Richtung der Schwerebeschleunigung.
In vorteilhafter Weise können stationäre Vorgänge definiert und detektiert werden, da die Erdbeschleunigung in den Sensoren mit- gemessen wird. Die Berechnung von φ_stat kann auch im dynamischen Fall für jeden Meß- oder Abtastzeitpunkt in der gleichen Weise vorgenommen werden, wie im statischen Fall. Durch den Vergleich von φ_stat (N) mit φ_N läßt sich dann die Ermittlung des Wankwinkels φ plausibilisieren.
Die Lösung der obigen Gleichungen zur Berechnung von Wankwinkel φ und Wankrate φ " oder Ωx erfolgt über die Integration oder mittels sogenannter Zustandsbeobachter, wie beispielsweise Kaiman Filtern oder dergleichen.
Die Messung und Berechnung des Nickwinkels und der Nickwinkelrate Ωy sowie deren Plausibilisierung erfolgt in entsprechender Weise dadurch, dass z.B. anstelle der AusgangsSignale der linken und rechten vorderen Aufbaubeschleunigungssensoren Saz_vl, Saz__vr des Ausführungsbeipiels in Fig. 1 die AusgangsSignale eines vorderen und eines hinteren Aufbeschleunigungssensors Saz_vr bzw. Saz_hr verwendet werden, so dass die Winkelbeschleunigung um die Fahrzeugquer- oder Nickachse Ay für die weiteren Berechnungen ermittelt wird.
Solange das Fahrzeug mit allen vier Rädern den Boden berührt, ist es ferner möglich relative Wank- und Nickwinkel aus den Federwegen fw_vr fw_vl, fw_hr und fw_hl sowie aus den wechselseitigen Abständen der entsprechenden Federwegsensoren Sfw zu berechnen. Dabei ist es ferner möglich, dass sowohl für Nickwinkel als auch für Wankwinkel jeweils ein rechter und ein linker Nickwinkelwert bzw. ein vorder und ein hintere Wankwinkelwert ermittelt werden können.
Hierbei ist also zu berücksichtigen, dass aus den Federwegwerten nur relative Wank- oder Neigungswinkel bestimmt werden können, während aus der Aufbaubeschleunigung absolute Wank- oder Nei- gungswinkel insbesondere auch für ein stehendes Fahrzeug ermittelt werden kann.
Um aus den ermittelten Werten für Wank- und Nickwinkel sowie aus Wank- und Nickwinkelrate möglichst frühzeitig auf eine gefährliche Fahrsituation, insbesondere auf einen drohenden Überschlag schließen zu können, lässt sich für die Bewertung der ermittelten Werte auch die Systemdynamik einbeziehen.
Beispielsweise lässt sich so unterscheiden, ob ein Fahrzeug eine bestimmte Schräglage einnimmt, weil es einseitig eine Rampe oder eine Steilwandkurve befährt .
Im ersteren Fall ist zu berücksichtigen, dass hier das Fahrzeug bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten bereits aufgrund der Rampenanfahrt kippt, während es im stationären oder quasi stationären Fall, also bei sehr langsamen Geschwindigkeiten erst dann kippt, wenn die absolute Schräglage des Fahrzeugs einen kritischen Wert übersteigt .
Beim Befahren einer Steilkurve sind hohe Fahrzeuggeschwindigkei- ten die Voraussetzung für ein sicheres Befahren, da niedrige FahrZeuggeschwindigkeiten zum Unfall führen.
Ferner kann anhand der gemessenen Federwege und berechneten Federweggeschwindigkeiten auch unterschieden werden, ob eine Schräglage des Fahrzeugs durch ein Abkippen auf der einen Seite, zum Beispiel wegen einer rechtsseitigen Böschung oder durch Abheben auf der anderen Seite, beispielsweise aufgrund einer linksseitigen Rampe oder eines rechtsseitigen Einhackens bei hohem Schwimmwinkel vorliegt.
Aus den einzelnen im Bereich der Fahrzeugräder gemessenen Beschleunigungen az die in Hochrichtung des Fahrzeugs auf dessen Aufbau wirken, und den Federwegen fw an den einzelnen Rädern können somit nicht nur durch Nicken und Wanken erfasst werden, sondern auch Zusatzinformationen darüber wo und in welcher Richtung Kräfte auf das Fahrzeug einwirken und ob hierdurch eine gefährliche Fahrsituation hervorgerufen wird, die möglicherweise zu einem Überschlag führen kann.
Durch die Berechnung von Nick- und Wankverhalten sowohl aus den Aufbaubeschleunigungen az und den Federwegen fw ergibt sich eine zuverlässigere und damit frühere Erkennung insbesondere eines bevorstehenden Überschlags, sodass beispielsweise ein entsprechender Überschlagssensor zur Aktivierung eines Überrollbügels entfallen kann. Die Bewertung des Wank- und Nickverhaltens aufgrund unterschiedlicher Messwerte macht also die Erkennung eines Überschlags plausibler und ermöglich damit einen frühzeitigen und rechtzeitigen Einsatz der Insassenschutzsysteme wie Airbag, Gurtstraffer, Sitzverstellungen und dergleichen.
Ein Vorteil der Erfindung gegenüber einem Wank- oder einem Nickratensensor besteht auch darin, dass die Wankachse und die Nickachse in ihrem Verlauf im Fahrzeug erfasst werden können, was bei der Überschlags-Erkennung (Rollover) wichtig ist. Ein Wankratensensor erfasst nicht, wo die Wankachse im Fahrzeug verläuft.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
Verfahren zur Erkennung kritischer Fahrsituationen eines Fahrzeugs, bei dem fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen (az_r, az__l ; az_v, az_h; fw_vr, fw_vl ; fw_hr, fw_hl ; fw__vr, fw_hr; fw_vl , fw__hl) des Fahrzeugs an zumindest zwei Orten gemessen werden, die mit Abstand (d) zueinander jeweils auf einer Seite einer normalerweise horizontalen Drehachse (Ax; Ay) des Fahrzeugs liegen, aus den gemessenen Bewegungsgrδßen (az_r, az_l; az_v, az_h; fw_vr, fw_vl ; fw_hr, fw_hl ; fw_vr, fw_hr; fw_vl , fw_hl) und dem Abstand (d) der Orte der Messungen ein Drehwinkel (φ) und eine Drehwinkelgeschwindigkeit ( des Fahrzeugs bezüglich dieser normalerweise horizontalen Drehachse (Ax; Ay) berechnet werden, und die berechneten Werte für Drehwinkel (Φ) und Drehwinkelgeschwindigkeit (φ') in Abhängigkeit von f hrzeugspezifischen Schwellenwerten bewertet werden, um Steuersignale zur Ansteuerung von Sicherheitssystemen im Fahrzeug zu erzeugen und auszugeben.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen Beschleunigungen (az_r, az_l; az_v, az_h) gemessen werden, die auf das Fahrzeug in dessen Hochrichtung wirken.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass auf den Fahrzeugaufbau wirkende Beschleunigungen (az_r, az__l; az__v, az_h) gemessen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Beschleunigungen (az_r, az_l; az_v, az_h) zunächst die Drehwinkelgeschwindigkeit (φ') ermittelt wird, um aus dieser nachfolgend den Drehwinkel (Φ) zu bestimmen.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung von Drehwinkelgeschwindigkeit (φ") und Drehwinkel (Φ) mittels Integration oder mittels Zustandsbeo- bachtung unter Verwendung von Kaiman Filtern erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Beschleunigungen (az_r, az_l; az_v, az_h) ein absoluter Fahrzeugneigungs- oder Drehwinkel (Φ) unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung (g) mittels trigonometrischer Beziehungen berechnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als fahrsituationsabhangige Bewegungsgrößen Federwege (fw_vr, fw_vl; fw_hr, fw_hl ; fw_vr, fw_hr; fw_vl , fw_hl) im Bereich der Fahrzeugräder gemessen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass Drehwinkelgeschwindigkeiten (φ") des Fahrzeugs um seine Längs- und/oder Querachse (Ax, Ay) durch Ableitung der Federwege (fw_vr, fw_vl ; fw_hr, fw_hl ; f _vr, fw_hr; fw_vl , fw_hl) nach der Zeit unter Berüchsichtigung der Abstände der entsprechenden Orte ermittelt wird, an denen die Federwege (fw_yr, fw_vl; fw_hr, fw_hl ; fw_vr, fw_hr; fw_vl , fw_hl) gemessen wurden.
9. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus den fortlaufend ermittelten Werten für die Drehgeschwindigkeiten (φ') des Fahrzeugs dessen Drehwinkel (φ) ermittelt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Federwegen (fw_vr, fw_vl ; fw_hr, fw_hl ; fw_vr, fw_hr; fw_vl, fw_hl) ein relativer Fahrzeugneigungs- oder Drehwinkel (φ) berechnet wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte für Drehwinkel (Φ) und Drehwinkelgeschwindigkeit (φ') auf verschiedliche Weise ermittelt werden, und dass zur Plausibilisierung der Werte für Drehwinkel (Φ) und Drehwinkelgeschwindigkeit (φ') alle ermittelten Werte berücksichtigt werden.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewertung der berechneten Werte für Drehwinkel (Φ) und Drehwinkelgeschwindigkeit (cp") die Fahrdynamik beschreibende Größen, wie Fahrzeugquerbeschleunigung (ay) , Giergeschwindigkeit, Schwimmwinkelgeschwindigkeit, Fahrzeug- geschwindigkeit (V_Fzg) und dergleichen berücksichtigt werden.
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