DE10125871A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Überschlags bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Überschlags bei einem Kraftfahrzeug

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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.
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.
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.
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.
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.
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