DE19650629A1 - Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren zum Messen der Neigung eines FahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahr
zeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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.
Einen Neigungssensor nach dem Stand der Technik beschreibt die deut
sche Patentschrift DE 41 14 992 C1. In einem Sensorgehäuse ist konusförmig
mit der Spitze nach unten ein Hohlraum ausgebildet, an dessen Innenfläche
Kontaktstücke angeordnet sind. In diesem Hohlraum befindet sich ein lage
veränderlicher Kontaktkörper, in der Regel ein Quecksilbertropfen, dessen
Lage der Fahrzeugneigung entspricht und dessen Gestalt sich bei Annähe
rung an die Schwerelosigkeit von linsenförmig nach kugelförmig verändert.
Nachteilig ist bei diesem Sensor, daß aufgrund der vielen, an der Hohlraum-
Innenfläche angeordneten Kontaktstücke zum einen ein sehr toleranzarmer
und damit teurer Herstellungsprozeß erforderlich ist. Zum anderen erfor
dert dieser Sensor eine sehr aufwendige und dadurch ebenfalls teure Aus
werteschaltung. Zudem handelt es sich bei dem meistens verwendeten
Quecksilber um ein giftiges Schwermetall, dessen Einsatz aus Umweltschutz
gründen vermieden werden sollte. Weiterhin ist zur exakten Auswertung
eine Filterung der Sensorsignale erforderlich, so daß eine Reaktion, bei
spielsweise die Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen, nur verzögert
erfolgt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges und leicht zu reali
sierendes Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Messen der Neigung ei
nes Fahrzeugs gegenüber einer Fahrbahnebene, insbesondere bei einem
Kraftfahrzeug, indem wenigstens an zwei Stellen des Fahrzeugs der lichte
Abstand zur Fahrbahnebene ermittelt wird.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß aufgrund der frühzeitigen Er
kennung einer Gefahrensituation stufenweise Vorrichtungen wie Gurtstraf
fer, Überrollbügel oder Airbags zum Schutz der Insassen ausgelöst werden
können.
Anspruch 2 beschreibt ein Verfahren, bei dem mittels wenigstens zweier
Abstandssensoren der Abstand der Anordnung zum Fahrbahnebene ermittelt
und ein Signal erzeugt wird, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Ab
stands und das Zeitintegral über der Abstandsänderung jeweils einen vor
gegebenen Wert überschreiten.
Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß beispielsweise eine für Kraftfahr
zeuginsassen gefährliche Situation bereits in ihrem Anfangsstadium erkannt
wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren
Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend ausführlich erläu
tert und anhand der Figuren dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 ein Fahrzeug mit eingebauten Abstandssensoren und einer Auswerte
einheit und
Fig. 2 ein dem Auslösealgorithmus zugrunde liegendes Ablaufdiagramm.
Die Fig. 1 zeigt ein räumlich dargestelltes Fahrzeugs 1, dessen linkes Hinter
rad mit 2 und dessen rechtes Hinterrad mit 3 bezeichnet ist. Das linke Vor
derrad ist mit 15, das rechte Vorderrad mit 16 bezeichnet. Am Chassis des
Fahrzeugs 1 ist hinter dem Hinterrad 2 bzw. 3 ein Abstandssensor 4 bzw. 5
in Form einer Sende- und Empfangseinheit angeordnet.
In jeder Sende- und Empfangseinheit 4 bzw. 5 ist jeweils ein Sender und ein
korrespondierender Empfänger angeordnet, wobei es sich um Radar-, Ultra
schall-, kapazitive und/oder optische Sende- und Empfangseinrichtungen
handeln kann. Die Sende- und Empfangseinheiten 4 und 5 tauschen mittels
Verbindungsleitungen 6a, 6b, 6c und 6d Signale mit einer zentralen Steuer
einheit 7 aus, die im Fahrzeug 1 an einer geschützten Stelle untergebracht
ist. Mittels einer Fokusiereinrichtung 8 bzw. 9, bei der es sich zum Beispiel
bei optischen Sendern um eine Linse handeln kann, werden die gesendeten
Strahlen gebündelt, so daß sich eine Sendekeule 10 bzw. 11 mit jeweils ei
ner Hauptempfindlichkeitsachse 12 bzw. 13 ausbildet. Das Fahrzeug 1 bewe
ge sich auf einer Fahrbahnebene 14.
Die Anordnung der Abstandssensoren 4 bzw. 5 hinter den Hinterrädern 2
und 3 oder aber auch hinter den Vorderrädern 15 bzw. 16 soll sicherstellen,
daß der Abstand zur Fahrbahn 14 in der Spur genießen wird, in der sich die
Räder bewegen. Ansonsten könnten Gräben oder Öffnungen in der Fahr
bahn 14, aber auch das Befahren beispielsweise einer Inspektions- oder
Schmiergrube, bei denen lediglich zwei Fahrspuren im Bereich der Räder
vorhanden sind, ein falsches Meßergebnis zur Folge haben und zum Beispiel
eine Insassenschutzvorrichtung auslösen. Ein Algorithmus in der Steuerein
heit 7 soll so ausgelegt sein, daß Abstandsänderungen, die durch ein Schlag
loch in der Fahrbahn 14 oder auch das Anheben des Fahrzeugs 1 mittels ei
ner Hebebühne verursacht werden, ebenfalls nicht zu einer Auslösung füh
ren.
Ein Signal zur Auslösung beispielsweise einer Insassenschutzvorrichtung soll
nur dann erzeugt werden, wenn das Fahrzeugs 1 auf einer Seite für längere
Zeit die Fahrbahn 14 verlassen hat, genauer, wenn eine minimale Ände
rungsgeschwindigkeit des Abstandes vorliegt und das Zeitintegral über die
Abstandsänderung einen bestimmten Wert überschreitet. Dabei orientiert
sich der Wert der minimalen Änderungsgeschwindigkeit vorzugsweise an
den langsamsten Überrollvorgängen und an den schnellsten Hebebühnen
und der Wert des Zeitintegrals an der Zeit, die zum Durchfahren von extrem
großen Schlaglöchern benötigt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anhand der Winkelgeschwin
digkeit der Drehbewegung, die das Fahrzeug 1 vollführt, wenn es sich auf
einer Seite von der Fahrbahn 14 wegbewegt, der optimale Zeitpunkt zum
Auslösen einer Insassenschutzvorrichtung ermittelt. Daher kann ein Überroll
vorgang sehr früh erkannt und ein Signal zum Auslösen einer Insassen
schutzvorrichtung erzeugt werden. Werden mittels der Abstandssensoren 4
und 5 und der Steuereinheit 7 Messungen in schneller Reihenfolge vorge
nommen, so kann auch die Winkelbeschleunigung der Drehbewegung des
Fahrzeugs 1 ermittelt werden. Mittels der Masse und den Abmessungen des
Fahrzeugs 1 und dem Anbringungsort der Abstandssensoren 4 und 5 kann
errechnet werden, ob die ermittelte Winkelbeschleunigung zu einem Über
schlag führt. Zudem kann sehr leicht erfaßt werden, in welcher Richtung
sich das Fahrzeug 1 in Längsrichtung dreht.
Die Abstandssensoren 4 und 5 können auch zur Fahrwerksregelung des
Fahrzeugs 1 verwendet werden. Aus den Meßwerten des linken bzw. rech
ten Abstandssensors 4 bzw. 5 kann die Neigung des Fahrzeugs 1 abgeleitet
werden. Abhängig von dieser Neigung verändert die Fahrwerksregelung die
Dämpfungseigenschaften der Fahrwerkselemente, so daß das Fahrzeug 1 in
einer stabilen Lage gehalten wird.
Fig. 2 zeigt ein dem Auslösealgorithmus zugrunde liegendes Ablaufdia
gramm. Zu Beginn werden aktuelle Abstandswerte are und ali zwischen der
Fahrbahn 14 (Fig. 1) und den Abstandssensoren 4 und 5 gemessen. Nach ei
nem vorgegebenen Zeitintervall wird die Messung wiederholt und aus den
ersten und zweiten Meßwerten die rechte bzw. linke Abstandsänderung
Δare bzw. Δali berechnet. Sind aufeinanderfolgende rechte Abstandsände
rungen Δare und linke Abstandsänderungen Δali nicht gleich groß, ergibt sich
daraus eine Winkeländerung Δω des Fahrzeugs 1 (Fig. 1) gegenüber der
Fahrbahn 14. Aus dieser Winkeländerung Δω wird ein daraus sich ergeben
der Drehwinkel ω berechnet.
Im nächsten Schritt wird untersucht, ob die rechte bzw. die linke Abstands
änderung Δare bzw. Δali auf einen Überschlag dem Fahrzeugs 1 hindeutet, d. h.
ob Δare bzw. Δali einen ersten vorgegebenen und in der Steuereinheit 7
(Fig. 1) abgelegten Grenzwert überschritten haben und über einen längeren
Zeitraum wirken. Ist dies der Fall, wird zur Plausibilitätsprüfung verzweigt.
Liegt keine Grenzwertüberschreitung vor, wird untersucht, ob die rechte
bzw. die linke Abstandsänderung Δare bzw. Δali auf ein Kippen des Fahrzeugs
1 hindeuten. Hierzu wird geprüft, ob die rechte bzw. die linke Abstandsän
derung Δare bzw. Δali einen zweiten Vorgegebenen und in der Steuereinheit
7 abgelegten Grenzwert überschreiten. Ist dies der Fall, wird wiederum zur
Plausibilitätsprüfung verzweigt.
Liegt keine Grenzwertüberschreitung vor, wird untersucht, ob die Winkel
änderung Δω oder der Drehwinkel ω auf einen Überschlag hindeuten. Wenn
die Winkeländerung Δω bzw. der Drehwinkel ω einen dritten bzw. vierten
vorgegebenen und in der Steuereinheit 7 abgelegten Grenzwert überschrei
tet, wird auch in diesem Fall zur Plausibilitätsprüfung verzweigt. Liegt keine
Grenzwertüberschreitung von Winkeländerung Δω oder Drehwinkel ω vor,
wird zum Programmende verzweigt.
Bei der Plausibilitätsprüfung wird geprüft, ob überhaupt ein Kippen oder
Überschlagen des Fahrzeugs 1 vorliegen kann, oder ob die Überschreitung
von Grenzwerten zum Beispiel auf eine mit Schlaglöchern behaftete Fahr
bahn 14 zurückzuführen ist. Fällt das Ergebnis der Plausibilitätsprüfung ne
gativ aus, wird zum Programmende verzweigt; bei positivem Ergebnis wer
den von der Steuereinheit 7 Schutzvorrichtungen ausgelöst. Anschließend
wird zum Programmende verzweigt.
Die folgende Erläuterung soll typische Überroll- bzw. Überschlagvorgänge
aufzeigen und verdeutlichen, daß mit den von den Abstandssensoren 4 und
5 gemessenen Abständen are und ali und Abstandsänderungen Δare und Δali
jegliche Art von Überschlag detektiert werden kann.
Das Fahrzeug 1 rollt, d. h. es überschlägt sich um seine Längsachse,
wobei je nach Überschlagsrichtung die linken Räder 2 und 15 oder
die rechten Räder 3 und 16 wenigstens zunächst auf der Fahrbahn 14
bleiben.
Die Rotation des Fahrzeugs 1 um die Längsachse wird dadurch festge
stellt, daß die von einem Abstandssensor 4 oder 5 zur Fahrbahn 14
gemessene Abstandsänderung Δali oder Δare größer als Null ist, wäh
rend die vom anderen Abstandssensor gemessene Abstandsänderung
ungefähr gleich Null ist (solange sich das Fahrzeug 1 nicht mehr als
ca. 45° neigt). Aufgrund der Größe der Abstandsänderung Δali oder
Δare oder der Größe des Abstandes are oder ali des sich schneller von
der Fahrbahn entfernen den Abstandssensors 4 oder 5 kann auf einen
in Kürze folgenden Überschlag geschlossen werden, weshalb Schutz
systeme für Insassen und Fahrzeug 1 möglichst schnell aktiviert wer
den müssen.
Bewegt sich die Winkeländerung Δω in einem Grenzbereich, so er
folgt der Überschlag in einem weniger kurzen Zeitabstand und die
Auslösung der Schutzsysteme kann zum Beispiel erst dann erfolgen,
wenn der weiter von der Fahrbahn 14 entfernte Abstandssensor 4
oder 5 in die Ferne leuchtet und keine Abstandmessung mehr durch
geführt werden kann, oder auch wenn der weniger weit von der
Fahrbahn 14 entfernte Abstandssensor in die Ferne leuchtet und kei
ne Abstandsmessung mehr durchführen kann.
Das Fahrzeug 1 kippt, d. h. es überschlägt sich in Fahrtrichtung, so
daß die vorderen Räder 15 und 16 sich überhaupt nicht von der Fahr
bahn 14 entfernen oder aber wesentlich langsamer als die hinteren
Räder 2 und 3.
In diesem Fall wird bei beiden Abstandssensoren 4 und 5 eine Ab
standsänderung Δali bzw. Δare festgestellt. Sobald der Abstand ali bzw.
are oder die Abstandsänderung Δali bzw. Δare einen jeweils vorgegebe
nen Grenzwert übersteigt, so sind die Schutzsysteme auszulösen.
Das Fahrzeug 1 überschlägt sich über Eck, d. h. es liegt eine Kombina
tion aus Fall 1 und Fall 2 vor.
In diesem speziellen Fall werden sowohl unterschiedliche Abstände
are und ali als auch unterschiedliche Abstandsänderungen Δare und Δali
der Abstandssensoren 4 und 5 gegenüber der Fahrbahn 14 ermittelt.
Eine Auslösung der Schutzsysteme erfolgt, sobald ein vorgegebener
Grenzwert aus Fall 1 oder Fall 2 überschritten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erkennt eine gefährliche Fahrsituation,
insbesondere einen Überrollvorgang bereits im Anfangsstadium und eignet
sich vorzugsweise zur frühzeitigen Auslösung einer Insassenschutzvorrich
tung (Gurtstraffer, Airbag, Überrollbügel, Absendung von Notrufsignalen) in
einem Fahrzeug.
Claims (7)
1. Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahrzeugs (1) gegenüber einer
Fahrbahnebene (14), insbesondere eines Kraftfahrzeugs (1), dadurch ge
kennzeichnet, daß wenigstens an zwei Stellen des Fahrzeugs (1) der lichte
Abstand (are, ali) zur Fahrbahnebene (14) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels we
nigstens zweier Abstandssensoren (4, 5) der Abstand (are, alii) der Anordnung
zur Fahrbahnebene (14) ermittelt und ein Signal erzeugt wird, wenn die Än
derungsgeschwindigkeit des Abstands (Δare, Δali) und das Zeitintegral über
der Abstandsänderung (Δare, Δali) jeweils einen vorgegebenen Wert über
schreiten.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß zwei oder vier Abstandssensoren (4, 5) verwen
det werden.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (4, 5) hinter den Hinter
rädern (2, 3) des Fahrzeugs (1) angeordnet sind.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (4, 5) hinter den Vorder
rädern (15, 16) des Fahrzeugs (1) angeordnet sind,
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, 3, 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Abstandssensoren (4, 5)
um Radar-, Ultraschall-, kapazitive und/oder optische Sensoren handelt.
7. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Auslösung einer
Insassenschutzvorrichtung (Gurtstraffer, Airbag, Überrollbügel, Absendung
von Notrufsignalen) in einem Fahrzeug (1).
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