DE10125871A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Überschlags bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Überschlags bei einem KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Zur Bestimmung des Auslösezeitpunktes von in einem Fahrzeug (10) eingesetzten Rückhaltevorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32) ist ein Überschlags-Erfassungssystem (12) vorgesehen. Dieses weist Querbeschleunigungssensoren (22), einen Wankratensensor (18) und einen Wankwinkeldetektor (20) auf. Eine Reglerschaltung (16) legt in Reaktion auf die Wankrate und den Wankwinkeldetektor (20) einen bestimmten Überschlags-Grenzwert fest und berechnet in Abhängigkeit von dem bestimmten Überschlags-Grenzwert und der Querbeschleunigung einen angepassten Grenzwert. In Reaktion auf den angepassten Grenzweit erzeugt die Reglerschaltung (16) ein Steuersignal.
Description
Die Erfindung betrifft die Erfassung eines Überschlags bei
einem Kraftfahrzeug, insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung, welches bzw. welche speziell dahingehend ausge
bildet ist, bei der Erfassung eines Überschlags ein Insas
sen-Rückhaltesystem auszulösen.
Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen Insassen-Rückhaltesysteme
und insbesondere aufblasbare Insassen-Rückhaltesysteme ein
zubauen, so z. B. Front-Airbags für Fahrer und Beifahrer.
Auch Seiten-Airbags werden zunehmend in Fahrzeugen einge
setzt. Seiten-Airbags erfassen über Querbeschleunigungssen
soren eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs und somit einen
Seitenaufprall. Die Seiten-Airbags werden in Reaktion auf
die Querbeschleunigung ausgelöst.
Als neuere Bauart aufblasbarer Rückhaltesysteme sind Seiten
vorhang-Airbags (side curtain airbags) bekannt geworden.
Diese entfalten sich von der Decke oder von einem Bereich in
der Nähe des Dachholms und dehnen sich vor den Seitenfen
stern des Fahrzeugs nach unten aus und sind dazu vorgesehen,
Insassen bei Überschlägen zu schützen.
Als nicht aufblasbares Rückhaltesystem ist ein mit den Si
cherheitsgurten verbundenes Gurtstraffersystem bekannt,
durch dessen Wirkung im Falle einer Sensorauslösung der
Spielraum der Sicherheitsgurte verringert wird.
Alle vorstehend genannten Systeme können bei einem Über
schlag des Fahrzeugs potentiell zum Einsatz kommen. Im All
gemeinen wird auf der Grundlage eines energiebasierten Mo
dells bestimmt, wann ein Überschlag stattfindet. Es ist wün
schenswert, eine präzise Überschlagsdiagnose zu erhalten, um
auf deren Basis festzulegen, wann die Rückhaltesysteme aus
zulösen sind.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Über
schlags-Erfassungssystem geschaffen, das dazu eingesetzt
werden kann, festzulegen, wann die Rückhaltesysteme des
Fahrzeugs auszulösen sind. Das Überschlags-Erfassungssystem
weist Querbeschleunigungssensoren, einen Wankratensensor
(roll rate sensor) und einen Wankwinkeldetektor auf. Eine
Reglerschaltung legt in Reaktion auf die Wankraten- und
Wankwinkelerfassung einen bestimmten Überschlags-Grenzwert
fest und berechnet in Abhängigkeit von dem bestimmten Über
schlags-Grenzwert und der Querbeschleunigung einen angepass
ten Grenzwert. Die Reglerschaltung erzeugt in Reaktion auf
den angepassten Grenzwert ein Steuersignal.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Über
schlags-Erfassungssystem dazu dienen, für ein Insassen-
Rückhaltesystem festzulegen, wann dessen Auslösung zu erfol
gen hat.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das ver
fahren zur Überschlagserfassung bei einem Fahrzeug folgende
Schritte:
Festlegen eines energiebasierten Überschlags-Grenzwerts;
Festlegen eines in Abhängigkeit von dem energiebasierten Überschlags-Grenzwert und der Querbeschleunigung angepassten Grenzwerts, und
Erzeugen eines Steuersignals in Reaktion auf den angepassten Grenzwert.
Festlegen eines energiebasierten Überschlags-Grenzwerts;
Festlegen eines in Abhängigkeit von dem energiebasierten Überschlags-Grenzwert und der Querbeschleunigung angepassten Grenzwerts, und
Erzeugen eines Steuersignals in Reaktion auf den angepassten Grenzwert.
Bei der Erfindung ist vorteilhaft, dass zur Verbesserung ei
ner energiebasierten Überschlagsvoraussage eine solide und
zuverlässige Überschlagsdiagnose genutzt wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge
ben sich aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung
anhand der Zeichnungen. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugs
mit einem Überschlags-Erfassungssystem gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeug
hecks in Ruhestellung gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeug
hecks bei einem Überschlag;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Wankrate im Verhält
nis zum Wankwinkel mit einem energiebasierten Über
schlags-Grenzwert für ein Fahrzeug;
Fig. 5 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Auslöseablaufs
auf der Basis eines Überschlags-Erfassungssystems ge
mäß der Erfindung, und
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Wankrate im Verhält
nis zum Wankwinkel für einen energiebasierten Grenz
wert und einen anhand der Querbeschleunigungsdaten
angepassten Grenzwert.
In den Figuren sind identische Komponenten in den verschie
denen Darstellungen mit gleichen Bezugszeichen gekennzeich
net. Wie vorstehend erläutert, ist das Überschlags-
Erfassungssystem insbesondere zum Einsatz in Verbindung mit
einem Insassen-Rückhaltesystem geeignet. Das Überschlags-
Erfassungssystem kann jedoch auch in dynamische Steuersyste
me anders ausgerüsteter Fahrzeuge sowie in andere Systeme
integriert werden.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, das über ein
Überschlags-Erfassungssystem 12 verfügt, welches mit einem
Insassen-Rückhaltesystem 14 gekoppelt ist. Das Überschlags-
Erfassungssystem 12 beinhaltet eine Reglerschaltung 16. Die
Reglerschaltung 16 arbeitet vorzugsweise mit einem Mikropro
zessor. Die Steuerung des Insassen-Rückhaltesystems 14 kann
über die Reglerschaltung 16 erfolgen. Das Insassen-
Rückhaltesystem 14 kann jedoch auch eine eigene Steuerung
aufweisen. Das Überschlags-Erfassungssystem 12 umfasst einen
Wankratensensor 18, einen Wankwinkeldetektor 20 sowie zwei
Querbeschleunigungssensoren 22.
Der Wankratensensor 18 liefert ein Wankratensignal, das der
Wankrate des Fahrzeugs um die Wankachse entspricht. Wankra
tensensoren sind in verschiedenen Bauarten bekannt.
Der Wankwinkeldetektor 20 liefert ein Signal, das den Wank
winkel des Fahrzeugs anzeigt. Der Wankwinkel gibt an, wie
stark ein Fahrzeug sich aus seiner horizontalen Lage seit
lich neigt. Der Wankwinkeldetektor 20 kann entweder als Sen
sor ausgebildet sein, oder es kann sich um eine Berechnung
auf der Basis des Wankratensensors 18 handeln. Wenn z. B. die
Wankrate über die Zeit integriert wird, kann die Wankstärke
im Vergleich zur Ruheposition bestimmt werden. Wenn das
Fahrzeug allerdings in der Ruheposition bereits eine Neigung
aufweist, führt das Integrieren des Wankratensignals mögli
cherweise zwar zu keinem vollständig exakten, jedoch zu ei
nem akzeptablen Ergebnis. Eine Bestimmung von Wankrate und
Wankwinkel unabhängig voneinander ist jedoch vorzuziehen.
Wie ersichtlich, sind zwei Querbeschleunigungssensoren 22
vorgesehen. Diese können Bestandteil eines Seitenaufprall-
Erfassungssystems sein oder Sensoren, die speziell für das
Überschlags-Erfassungssystem 12 bestimmt sind. Als Querbe
schleunigungssensoren sind piezoelektrische und mikrogefer
tigte Silizium-Geräte bekannt. Es ist natürlich auch mög
lich, nur einen Querbeschleunigungssensor 22 einzusetzen.
Die Querbeschleunigungssensoren 22 erzeugen ein Querbe
schleunigungssignal, das der Quer- oder Seitenbewegung des
Fahrzeugs entspricht. Das Querbeschleunigungssignal zeigt
die Heftigkeit einer Seitenbewegung des Fahrzeugs an. Der
Querbeschleunigungssensor 22 kann daher die Heftigkeit und
die Geschwindigkeit eines Seitenaufpralls oder Überschlags
angeben.
Mit der Reglerschaltung 16 kann in Reaktion auf das Wankra
tensignal und das Wankwinkelsignal ein Überschlags-Grenzwert
festgelegt werden. Der Überschlags-Grenzwert zeigt auf Ener
giebasis den Überschlag des Fahrzeugs an. Mit der Regler
schaltung 16 kann auch anhand des Querbeschleunigungssignals
und des energiebasierten Überschlags-Grenzwerts ein ange
passter Grenzwert berechnet werden. Außerdem kann das Insas
sen-Rückhaltesystem 14 über die Reglerschaltung 16 gesteuert
werden.
Zusätzlich zu der Reglerschaltung 16 kann das Insassen-
Rückhaltesystem 14 Rückhaltevorrichtungen aufweisen, wie
z. B. einen aufblasbaren Seitenvorhang-Airbag 24, einen
Front-Airbag auf der Fahrerseite 26, einen Front-Airbag auf
der Beifahrerseite 28, einen Seiten-Airbag 30 und einen
Gurtaufroller 32 (belt retractor). Natürlich kann bzw. kön
nen bei dem Rückhaltesystem 14 eine oder mehrere der Rück
haltevorrichtungen zur Anwendung kommen. Die Betätigung je
der der Rückhaltevorrichtungen 24 bis 32 kann über die Reg
lerschaltung 16 gesteuert werden. Die einzelnen Rückhalte
vorrichtungen 24 bis 32 können auch über verschiedene andere
Sensoren und getrennte Steuerungen gesteuert werden.
Aus den Fig. 2 und 3 sind energiebasierte Kriterien für
einen starren Körper auf der Basis der Fahrzeugkinematik an
hand der Darstellung des Hecks eines Fahrzeugs 10 ersicht
lich. Dabei ist die potentielle Energie, die dazu benötigt
wird, das Fahrzeug zum Kippen zu bringen, von der Höhenände
rung des Massenzentrums O, ΔH abhängig. Diese Energie kann
wie folgt ausgedrückt werden:
E1 = ΔH.m.g = (L-h).mg
wobei m der Masse des Fahrzeugs entspricht und g der Erdbe
schleunigung.
Die Gesamtenergie, über die ein Fahrzeug verfügt, setzt sich
aus der potentiellen und der kinetischen Energie zusammen:
wobei θ die Winkelverlagerung, Io das Trägheitsmoment des
Fahrzeugs in Bezug auf den Punkt O, das Massenzentrum, und ω
die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
Das Kraftfahrzeug wird sich überschlagen, wenn die Gesamte
nergie E2 größer ist als die potentielle Energie E1. Ein In
dex (oder Maß) kann wie folgt definiert werden:
IIndex = E1 - E2
Setzt man die oben aufgeführten Ausdrücke eins, so ergibt
sich:
wobei α = a tan(2h/T) ist, was dem sogenannten "Stabilität
sindex" für die Überschlagsneigung entspricht, wobei die Hö
he des Fahrzeugschwerpunkts CG und die Spurweite als Parame
ter dienen.
In Fig. 5 ist das Funktions-Blockdiagramm eines Auslösesy
stems gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Block "Auslöse
zeit" 40 empfängt Eingaben von einem Block "energiebasierter
Überschlags-Grenzwert" 34, einem Block "Zwischenraum" 36 und
einem Block "Querbeschleunigungssensor-Datenauswertung" 38.
Der energiebasierte Überschlags-Grenzwert wird wie vorste
hend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben
bestimmt. Der Zwischenraum 36 bezeichnet die Größe des Ab
stands zwischen dem Körper des Fahrzeuginsassen und der In
nenseite des Fahrzeugs. Je nach der speziell eingesetzten
Insassen-Rückhaltevorrichtung kann der "Zwischenraum" als
der Abstand des Kopfes des Insassen oder als der Abstand der
Schulter des Insassen von der Innenseite des Fahrzeugs defi
niert werden.
Die Daten eines Querbeschleunigungsdaten-Blocks 38 werden
von den Querbeschleunigungssensoren abgeleitet, wobei vor
zugsweise das Signal der Querbeschleunigungssensoren gefil
tert werden sollte. Die Querbeschleunigungssensor-Daten des
Blocks 38 geben einen Hinweis auf die Heftigkeit und Ge
schwindigkeit einer Seitenbewegung eines Fahrzeugs und somit
darauf, wie schnell der Insasse zum Ende des "Zwischenraums"
hin bewegt wird.
Ein Block "Auslösezeit" 40 wird vorzugsweise durch die Reg
lerschaltung 16 gebildet. Der Zündzeitpunkt wird aus dem
energiebasierten Überschlags-Grenzwert und dem Block 34 ab
geleitet. In Block 34 wird außerdem auf der Basis der Anfor
derung des Zwischenraums ein Zündzeitpunkt bestimmt. Von dem
Block "Auslösezeitpunkt" 40 wird somit ein Auslösezeitpunkt
bereit gestellt, der sich aus dem energiebasierten Über
schlags-Grenzwert und dem Erfordernis des Zwischenraums 36
ergibt. Bei der praktischen Realisierung werden diese beiden
Elemente bei der Festlegung eines Gesamt-Auslösezeitpunkts
berücksichtigt. Die Querbeschleunigungssensor-Daten des
Blocks 38 geben einen Hinweis auf die Heftigkeit des Vor
falls. Wenn die von den Querbeschleunigungssensoren ange
zeigte Heftigkeit des Vorfalls ein bestimmtes Niveau über
steigt, ist es möglicherweise erforderlich, den energieba
sierten Grenzwert um einen festgelegten Wert zu reduzieren.
Wenn die Querbeschleunigungssensor-Daten höher sind als eine
vorgegebene innere Beschleunigung (internal acceleration),
wird der energiebasierte Grenzwert um einen vorgegebenen Be
trag reduziert, so dass sich die Auslösezeit verkürzt. Der
Betrag, um den reduziert wird, hängt von der speziellen
Fahrzeugdynamik und -konstruktion ab.
Bei einer werkseitigen Einstellung können die verschiedenen
Parameter in einer Referenztabelle innerhalb der Regler
schaltung 16 gespeichert werden. So können der auf der Ener
gie des Fahrzeugs basierende Zündzeitpunkt oder Grenzwert
und der Zwischenraum um einen festgelegten Wert in Abhängig
keit von den Querbeschleunigungssensor-Daten reduziert wer
den.
Eine graphische Darstellung eines energiebasierten Grenz
werts 50 (wie in Block 34 und 40 oben festgelegt) entspre
chend Fig. 6 kann auch die Anforderung des Zwischenraums
als Faktor einbeziehen. Wenn jedoch die Querbeschleunigung
einen vorgegebenen Wert übersteigt, kann ein angepasster
Grenzwert 52 zur Festlegung des Auslösezeitpunktes einge
setzt werden. Wie in Fig. 6 dargestellt, kann die Steigung
des energiebasierten Grenzwerts vermindert werden, um den
angepassten Grenzwert 52 zu erhalten.
Claims (21)
1. Überschlags-Erfassungssystem (12), mit:
einem Querbeschleunigungssensor (22), der ein Quer beschleunigungssignal erzeugt,
einem Wankratensensor (18), der ein Wankratensignal erzeugt,
einem Wankwinkeldetektor (20), der ein Wankwinkel signal erzeugt, und mit
einer Reglerschaltung (16), die in Reaktion auf den Wankratensensor und den Wankwinkeldetektor einen be stimmten Überschlags-Grenzwert festlegt, und die einen angepassten Grenzwert als Funktion des bestimmten Überschlags-Grenzwerts und der Querbeschleunigung be rechnet und in Reaktion auf den angepassten Grenzwert ein Steuersignal erzeugt.
einem Querbeschleunigungssensor (22), der ein Quer beschleunigungssignal erzeugt,
einem Wankratensensor (18), der ein Wankratensignal erzeugt,
einem Wankwinkeldetektor (20), der ein Wankwinkel signal erzeugt, und mit
einer Reglerschaltung (16), die in Reaktion auf den Wankratensensor und den Wankwinkeldetektor einen be stimmten Überschlags-Grenzwert festlegt, und die einen angepassten Grenzwert als Funktion des bestimmten Überschlags-Grenzwerts und der Querbeschleunigung be rechnet und in Reaktion auf den angepassten Grenzwert ein Steuersignal erzeugt.
2. Überschlags-Erfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der bestimmte Überschlags-
Grenzwert energiebasiert ist.
3. Überschlags-Erfassungssystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der angepasste Grenzwert
in Abhängigkeit von der wankrate, dem Wankwinkel und
der Querbeschleunigung bestimmt wird.
4. Überschlags-Erfassungssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überschlags-
Grenzwert einem bestimmten Auslösezeitpunkt ent
spricht.
5. Überschlags-Erfassungssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankrate und
der Wankwinkel unabhängig voneinander bestimmt werden.
6. Überschlags-Erfassungssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerschal
tung (16) den angepassten Grenzwert dann bestimmt,
wenn das Querbeschleunigungssignal eine vorgegebene
Querbeschleunigung übersteigt.
7. Überschlags-Erfassungssystem nach einem der Ansprüche
2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der energieba
sierte Grenzwert eine Funktion einer Zwischenrauman
forderung ist.
8. Insassen-Rückhaltesystem (14) mit:
einer Insassen-Rückhaltevorrichtung (24, 26, 28, 30, 32),
einer mit der Insassen-Rückhaltevorrichtung verbunde nen Auslöseschaltung (16),
einem Querbeschleunigungssensor (22), der ein Quer beschleunigungssignal erzeugt,
einem Wankratensensor (18), der ein Wankratensignal erzeugt,
einem Wankwinkeldetektor (20), der ein Wankwinkel signal erzeugt, und mit
einer Reglerschaltung (16), die in Reaktion auf den Wankratensensor und den Wankwinkeldetektor einen be stimmten Überschlags-Grenzwert festlegt und einen an gepassten Grenzwert als Funktion des bestimmten Über schlags-Grenzwerts und der Querbeschleunigung berech net und in Reaktion auf den angepassten Grenzwert ein Steuersignal erzeugt.
einer Insassen-Rückhaltevorrichtung (24, 26, 28, 30, 32),
einer mit der Insassen-Rückhaltevorrichtung verbunde nen Auslöseschaltung (16),
einem Querbeschleunigungssensor (22), der ein Quer beschleunigungssignal erzeugt,
einem Wankratensensor (18), der ein Wankratensignal erzeugt,
einem Wankwinkeldetektor (20), der ein Wankwinkel signal erzeugt, und mit
einer Reglerschaltung (16), die in Reaktion auf den Wankratensensor und den Wankwinkeldetektor einen be stimmten Überschlags-Grenzwert festlegt und einen an gepassten Grenzwert als Funktion des bestimmten Über schlags-Grenzwerts und der Querbeschleunigung berech net und in Reaktion auf den angepassten Grenzwert ein Steuersignal erzeugt.
9. Insassen-Rückhaltesystem nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Rückhaltevorrichtung einen auf
blasbaren Seitenvorhang-Airbag (24), einen Front-
Airbag (26) auf der Fahrerseite, einen Front-
Airbag (28) auf der Beifahrerseite, einen Gurtaufrol
ler (32) und/oder einen Seiten-Airbag (30) aufweist.
10. Insassen-Rückhaltesystem nach Anspruch 8 oder 9, da
durch gekennzeichnet, dass der bestimmte Überschlags-
Grenzwert energiebasiert ist.
11. Insassen-Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 8
bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der angepasste
Grenzwert eine Funktion der Wankrate, des Wankwinkels
und der Querbeschleunigung ist.
12. Insassen-Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 8
bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überschlags-
Grenzwert dem Auslösezeitpunkt entspricht.
13. Insassen-Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 8
bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankrate und
der Wankwinkel unabhängig voneinander bestimmt werden.
14. Insassen-Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 8
bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerschal
tung (16) den angepassten Grenzwert dann bestimmt,
wenn das Querbeschleunigungssignal eine festgelegte
Querbeschleunigung übersteigt.
15. Insassen-Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 9
bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der energieba
sierte Grenzwert von einer Zwischenraumanforderung ab
hängig ist.
16. Verfahren zur Erfassung eines Überschlags bei einem
Fahrzeug (10), umfassend die folgenden Schritte:
Bestimmen eines energiebasierten Überschlags- Grenzwerts;
Bestimmen eines als Funktion des energiebasierten Überschlags-Grenzwerts und der Querbeschleunigung an gepassten Grenzwerts, und
Erzeugen eines Steuersignals in Reaktion auf den ange passten Grenzwert.
Bestimmen eines energiebasierten Überschlags- Grenzwerts;
Bestimmen eines als Funktion des energiebasierten Überschlags-Grenzwerts und der Querbeschleunigung an gepassten Grenzwerts, und
Erzeugen eines Steuersignals in Reaktion auf den ange passten Grenzwert.
17. verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
dass ein angepasster Grenzwert dann bestimmt wird,
wenn die Querbeschleunigung einen vorgegebenen Querbe
schleunigungswert übersteigt.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn
zeichnet, dass der energiebasierte Überschlags-
Grenzwert eine Funktion eines Zwischenraums ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass das Bestimmen eines angepassten
Grenzwerts beinhaltet, dass die Querbeschleunigung von
einem Seitenaufprall-Beschleunigungsmesser (22) er
fasst wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass der energiebasierte Über
schlags-Grenzwert von der Wankrate und dem Wankwinkel
abhängig ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wankrate und der Wankwinkel
unabhängig voneinander bestimmt werden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10125871A Expired - Lifetime DE10125871C2 (de) | 2000-06-04 | 2001-05-26 | Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Überschlags bei einem Kraftfahrzeug |
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