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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum
Detektieren eines Fahrzeugüberschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignisses,
das einem Überschlag
eines Fahrzeugs vorausgehen kann.
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Systeme
dieser Art werden zum Einsatz von Insassen-Schutzvorrichtungen verwendet, wie zum Beispiel
Sitzgurtstraffer, Aufklappüberrollbügel oder Airbags,
insbesondere Airbags, welche die Köpfe der Insassen während eines Überschlagunfalls
schützen.
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Die
Mehrzahl der bekannten Ansätze
zum Detektieren von Fahrzeugüberschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignissen
verwenden verschiedene Sensoren, deren Signale von dem Überschlagsalgorithmus
verarbeitet werden und das Ausgangsaktivierungssignal auf der Basis
der Algorithmusbewertung erzeugt wird. Der Algorithmus ist normalerweise als
Software des Mikrocontrollers implementiert, der Teil derselben
elektronischen Steuereinheit (ECU) ist, an der die Sensoren installiert
sind. Die Sensoren der ECU umfassen normalerweise mindestens einen Beschleunigungsmesser,
der die seitliche und vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs misst,
und einen Winkelratensensor (ARS), der die Rollrate des Fahrzeugs
um seine Langsachse misst. Beispiele für solche Module sind in den
US-Patenten Nr. 6,433,681 ,
6,535,800 , US-Patentanmeldung
Nr. 10/319,325 oder der Publikation
WO
03/010034 offenbart. Andere Systeme, wie die in der internationalen
Publikation
WO 99/47384 oder
dem
US-Patent 6,292,759 offenbarten,
nutzen andere Signale, die von externen Sensoren bereitgestellt
werden, welche bereits im Fahrzeug installiert sind, zum Beispiel
die Fahrzeuggeschwindigkeit, die vom Tachometer geliefert wird,
das Insassenanwesenheitssignal oder den Lenkradwinkel.
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Andere
Lösungen,
die vorhandene Fahrzeugsensoren, insbesondere Radsensoren, verwenden,
sind in den deutschen Patentanmeldungen
DE 102 34 593 A1 und
DE 100 15 267 A1 offenbart.
Die Patentanmeldung
DE
102 34 593 A1 offenbart zum Beispiel eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Detektieren von Fahrzeugüberschlagsereignissen durch
die Verwendung von Sensoren, die in Fahrzeugreifen platziert sind,
welches die Schritte des Messens von Reifendrücken, Reifentemperaturen oder Reifenrotationsgeschwindigkeiten
und das Ausführen
der Beurteilung der Drücke
und das Erzeugen des Ausgangsaktivierungssignals umfasst, welches das
Fahrzeugüberschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignis
feststellt, wenn die Bewertung positiv ist, d. h. die gemessenen
Signale die vorgegebenen Schwellenwerte übersteigen. In der Patentanmeldung
DE 100 15 267 A1 wird
vorgeschlagen, Daten, die von Sensoren an Fahrzeugreifen geliefert
werden, zur Berechnung von Lageänderungen
eines Fahrzeugs zu verwenden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes und
zuverlässigeres
Verfahren und System zum Detektieren eines Fahrzeugüberschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignisses
bereitzustellen, die insbesondere nur die Signale von vorhandenen
Fahrzeugsensoren verwenden, insbesondere von Reifendrucksensoren,
und die leicht in einem vorhandenen Fahrzeug-Mikrocontroller oder einem
anderen System implementiert werden können.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
und System zum Detektieren eines Fahrzeugüberschlags- oder Beinahe-Überschlagsereignisses bereitzustellen,
das als zusätzliches
Sicherungs- oder
Scharfschaltungssystem in vorhandene Fahrzeugüberschlagsdetektionsanordnungen
integriert werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
und System für
die aufeinander folgende Aktivierung verschiedener Arten von Schutzvorrichtungen,
die rücksetzbare
Schutzvorrichtungen (wie Sitzgurtstraffer oder Überrollbügel umfassen), in Abhängigkeit
von der geschätzten Überschlagswahrscheinlichkeit
bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion eines Fahrzeugüberschlags- oder
Beinahe-Überschlagsereignisses
bereitgestellt, das die Schritte des Messens der Drücke mindestens eines
rechten Fahrzeugreifens und mindestens eines linken Fahrzeugreifens,
des Durchführens
der Beurteilung der Drücke
und des Erzeugens eines Ausgangsaktivierungssignals umfasst, welches
das Fahrzeugüberschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignis
bestimmt, wenn die Beurteilung positiv ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Beurteilung der Drücke
ein Vergleichen der gemessenen Druckkennlinien, die in einem vordefinierten
Zeitfenster registriert wurden, mit gespeicherten Druckvorlagen
umfasst, welche Modelle von Überschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignissen
darstellen, und die Beurteilung positiv ist, wenn die gemessenen
Druckkennlinien mit einer vordefinierten Genauigkeit mindestens
einer der Druckvorlagen entsprechen.
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Die
Druckkennlinie ist vorzugsweise ein gleitender Mittelwert einer
Anzahl von Differenzen zwischen aufeinander folgenden linken und
rechten Reifendruckabtastwerten, und die Druckvorlage ist ein Schwellenwert,
und die Beurteilung ist positiv, wenn der Mittelwert den Schwellenwert überschreitet.
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Die
Druckvorlagen werden in günstiger
Weise durch Computersimulationen erhalten, während realer Überschlagsereignisse
aufgezeichnet und/oder durch Experten prognostiziert.
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Vor
der Erzeugung des Ausgangsaktivierungssignals umfasst das Verfahren
vorteilhafterweise den Schritt der Ausführung der zusätzlichen
Beurteilung mindestens eines weiteren Signals auf der Basis dessen,
dass Kennlinien dieses Signals den Überschlags- oder Beinahe-Überschlagsereignissen entsprechen.
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Die
weiteren Signale umfassen Fahrzeugbeschleunigungssignale.
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Es
ist zu bemerken, dass die Beurteilungsparameter, d. h. Schwellenwerte,
Genauigkeit und/oder die Länge
des Zeitfensters, innerhalb dessen die Beurteilungen vorgenommen
werden, entweder fest sind oder während des Betriebs des Fahrzeugs
dynamisch aktualisiert werden können.
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Die
dynamische Aktualisierung ist vorteilhafterweise eine Funktion des
Nenndrucks jedes Reifens, des tiefpassgefilterten Drucks jedes Reifens, der
Fahrzeuggeschwindigkeit, der linearen Beschleunigung, technischer
Fahrzeugparameter, der Form der Druckkurve im vorgegebenen Zeitfenster und/oder
der Gewichtsverteilung des Fahrzeugs.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst günstigerweise den zusätzlichen
Schritt der Aktivierung von mindestens einer Schutzvorrichtung für einen
Insassen des Fahrzeugs, wobei das Signal, das die Schutzvorrichtungen
aktiviert, zusätzlich
verarbeitet werden kann, z. B. mit einem weiteren Aktivierungssignal,
das von einem Hilfssicherungsalgorithmus bereitgestellt wird, logisch
UND-verknüpft werden
kann.
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Die
Schutzvorrichtungen können
vorteilhaft nacheinander aktiviert werden, wobei je nach der geschätzten Überschlagswahrscheinlichkeit
mit den rücksetzbaren
Schutzvorrichtungen begonnen wird.
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Gemäß einer
weiteren Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System
zur Detektion eines Fahrzeugüberschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignisses
bereitgestellt, das einen Controller umfasst, der mit mindestens
einem rechten und mindestens einem linken Fahrzeugreifendrucksensor
verbunden ist, das die Beurteilung von Drucksignalen ausführt und
ein Ausgangsaktivierungssignal erzeugt, welches das Fahrzeugüberschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignis
bestimmt, wenn die Beurteilung positiv ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Beurteilung der Drucksignale das Vergleichen der gemessenen
Drucksignalkennlinien, die in einem vordefinierten Zeitfenster registriert wurden,
mit gespeicherten Druckvorlagen umfasst, welche Modelle von Überschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignissen
darstellen, und die Beurteilung positiv ist, wenn die gemessenen
Druckkennlinien mindestens einer der Druckvorlagen mit einer vordefinierten
Genauigkeit entsprechen.
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Die
Druckkennlinie ist vorzugsweise ein gleitender Mittelwert einer
Anzahl von Differenzen zwischen aufeinander folgenden linken und
rechten Reifendruckabtastwerten, und die Druckvorlage ist ein Schwellenwert,
und die Beurteilung ist positiv, wenn der Mittelwert den Schwellenwert überschreitet.
Der Controller kann vorzugsweise mit mindestens einem zusätzlichen
Sensor verbunden sein und kann die zusätzliche Beurteilung dieses
Sensorsignals auf der Basis dieser Signalkennlinie, die Überschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignissen
entspricht, ausführen.
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Die
zusätzlichen
Sensoren umfassen vorteilhaft Beschleunigungsmesser und/oder Tachometer.
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Das
System ist vorteilhaft mit mindestens einer Schutzvorrichtung für einen
Insassen eines Fahrzeugs verbunden, und das Aktivierungssignal ist
ein direktes Signal zum Aktivieren der Schutzvorrichtungen oder
wird zusätzlich
vor der Aktivierung der Schutzvorrichtungen verarbeitet.
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Die
Schutzvorrichtungen können
natürlich nacheinander
aktiviert werden, wobei je nach der geschätzten Überschlagswahrscheinlichkeit
mit den rücksetzbaren
Schutzvorrichtungen begonnen wird.
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Die
Erfindung wird unten detailliert mit Bezug auf die als Beispiel
dienenden Ausführungsformen und
Zeichnungen dargestellt, bei denen
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit den Hauptkomponenten
des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2a, 2b und 2c typische zeitabhängige Kurven von Reifendruckschwankungen
von rechten und linken Fahrzeugreifen beim Parken, Fahren bzw. einem Überschlagsereignis
sind;
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3 ein
Block- und Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform eines Überschlagsdetektierungssystems
ist, das Reifendrucksignale verwendet;
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4 ein
Block- und Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist;
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5 ein
Block- und Schaltungsdiagramm einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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Die
allgemeine Idee des Überschlagsdetektionsansatzes
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 1 illustriert, die schematisch
eine Fahrzeugkarosserie 1 zeigt. Wie gezeigt, ist jeder
Reifen 2 des Fahrzeugs mit einem Reifendrucksensor 3 verbunden.
Die Signale 4 der Sensoren 3, die den gemessenen
Drücken
der Reifen 2 entsprechen, werden an den Mikrocontroller 5 übertragen,
in dem der Überschlagsdetektionsalgorithmus
abläuft.
Der Mikrocontroller verarbeitet die Signale, wobei deren Beurteilung
auf der Basis der Druckkennlinien ausgeführt wird, die den Überschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignissen
entsprechen.
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Ein
Beispiel für
Reifendrucksensoren 3 sind die integrierten Sensoren Motorola
MPXY8020A, die eine dynamische Reaktion bezüglich der Änderungen des Drucks haben,
die im Vergleich zur Dauer von Überschlagereignissen
vernachlässigbar
ist, normalerweise im Bereich von 300 ms (schnelles Überschlagereignis,
z. B. Fahrt über
die Bordsteinkante) bis 1000 ms (langsames Überschlagereignis, z. B. Umkippen
in den Graben). Der typische Bereich der Reifendruckwerte, der am
Kommunikationsbus (CAN) im Fall eines Kraftfahrzeugs verfügbar ist,
beträgt
0–4,0
bar mit einer Auflösung
von 0,05 bar, was für
die Zwecke der Erfindung mehr als ausreichend ist. Es sollte erwähnt werden,
dass viele moderne Fahrzeuge ab Werk mit Reifendrucksensoren ausgestattet
sind, die zum Detektieren einer Reifenpanne verwendet werden und
dem Fahrer helfen, den optimalen Druck der Reifen aufrechtzuerhalten.
Daher ist es möglich,
die vorhandenen Fahrzeugschutzsysteme, die bereits mit den Reifendrucksensoren
verbunden sind, durch den Überschlagsdetektionsansatz der
Erfindung aufzurüsten,
lediglich durch Implementierung des Algorithmus im vorhandenen Mikrocontroller.
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Die Überschlagsbeurteilung
umfasst das Vergleichen von zeitabhängigen Schwankungen von Reifendrücken mit
Druckvorlagen, die in der Bibliothek der Überschlagsereignisse gespeichert
sind, vorher von Fachleuten prognostiziert, während realer Überschlagsereignisse
aufgezeichnet wurden oder das Ergebnis von Computersimulationen
sind; das Vergleichen der gemessenen Drücke mit individuell ausgewählten Schwellenwerten;
das Ausführen
der Analyse des gleitenden Durchschnitts und/oder das Ausführen anderer
Arten von Berechnungen, deren ausgewählte Arten in einem weiteren
Teil dieses Dokumentes mit Bezug auf als Beispiel dienende Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben werden. Falls die Beurteilung positiv
ist, erzeugt der Mikrocontroller 5 ein Ausgangs-Aktivierungssignal,
welches das Überschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignis anzeigt,
welches direkt eine entsprechende Schutzvorrichtung 6 für den Insassen
des Fahrzeugs verwendet und/oder anderen elektronischen Systemen des
Fahrzeugs zugeführt
wird.
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Typische
Druckkennlinien von Fahrzeugreifen beim Parken, Fahren oder einem Überschlagereignis
werden schematisch in 2 gezeigt.
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Wie
in 2a gezeigt, sind die Drücke in allen
Reifen nahe beim Nenndruckwert PN, wenn
das Auto parkt. Die Drücke
in linken und rechten Reifen können
sich auf Grund der Fahrzeugneigung, ungleichmäßiger Beladung des Fahrzeugs
sowie anderer Faktoren unterscheiden, jedoch sind diese Unterschiede
im Vergleich zum Nenndruckwert PN vernachlässigbar.
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Während das
Auto fährt,
schwankt der Druck um den Nenndruckwert PN herum,
was schematisch in 2b dargestellt
ist. Wegen der Straßenoberfläche, verschiedenen
Fahrmanövern
und anderen dynamischen Kräften
unterliegen offensichtlich die Drücke der linken und rechten
Reifen leichten Änderungen.
Die Drücke
variieren um den Nenndruckwert PN herum,
und dies findet normalerweise nicht in längeren Zeiträumen statt.
In diesem Beispiel können
wir beobachten, dass das Fahrzeug zwischen 0,5 s und 2,0 s auf einer
holprigen Straße
gefahren wurde.
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Als
Beispiel dienende Fluktuationen der Reifendrücke während des Überschlagsereignisses sind in 2c dargestellt. Wie gezeigt, wird das Überschlagereignis
dadurch charakterisiert, dass die Räder derselben Seite des Fahrzeugs,
in diesem Beispiel die linken Räder,
angehoben werden und folglich der Druck in den linksseitigen Reifen
schnell fällt und
sich in kurzer Zeit auf einen konstanten Wert stabilisiert, der
niedriger als der Nenndruck PN ist. Zur selben
Zeit ist der Druck in den übrigen
rechtsseitigen Reifen höher
als der Nennwert, da das ganze Gewicht des Fahrzeugs auf diese Seite
des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Der Druck der rechten, belasteten
Reifen schwankt auf Grund der dynamischen Natur des Überschlags,
ist aber größer als
der Druck der linken, angehobenen Reifen. Wenn ein erhöhter Druck
und/oder Hochdruckspitzen auf einer Seite des Fahrzeugs detektiert
werden und auf der anderen Seite der Druck beträchtlich sinkt, überschlägt sich
sehr wahrscheinlich das Fahrzeug gerade. In diesem Beispiel wird
angenommen, dass es keinen Druckabfall auf Grund eines Reifenschadens,
wie zum Beispiel ein Nagel oder eine Schraube im Reifen, gibt. Gemäß der Erfindung
werden Szenarios, wie ein langsamer Druckabfall, durch Vorverarbeitungsmodule
detektiert. Sobald unzuverlässige
Signale detektiert werden, kann der Überschlagsdetektionsalgorithmus
deaktiviert werden, um einen fehlerhaften Betrieb zu vermeiden.
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3 zeigt
eine Implementierung eines Überschlagsdetektionsalgorithmus,
der Reifendrucksignale verwendet. Die Eingangssignale 4 werden von
vorderen und hinteren Reifendrucksensoren bereitgestellt (vgl. 1).
Wie in 3 gezeigt, wird die Funktion des Algorithmus auf
zwei getrennten parallelen Pfaden realisiert, die den vorderen und
hinteren Rädern 2 (vgl. 1)
des Fahrzeugs entsprechen. Der Algorithmus vergleicht alle Drucksignale 4 mit dem
ersten Schwellenwert 6 (THR_LOW) und dem zweiten Schwellenwert 7 (THR_HIGH),
der höher
als der erste Schwellenwert ist, in einer Weise, die unten beschrieben
wird.
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In
dieser Ausführungsform
wurde THR_LOW auf 2,0 bar, THR_HIGH auf 2,4 bar gesetzt, und der Nenndruck
PN betrug 2,2 bar.
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Wenn
der Reifendruck vorn links unter dem ersten Schwellenwert 6 liegt
und gleichzeitig der Reifendruck vorn rechts den zweiten Schwellenwert 7 übersteigt,
werden die Komparatoren 8 und 9 aktiviert, und
folglich liefert das UND-Gatter 10 ein Aktivierungssignal.
Wenn gleichzeitig der Reifendruck hinten links unter dem ersten
Schwellenwert 6 liegt und gleichzeitig der Reifendruck
hinten rechts den zweiten Schwellenwert 7 übersteigt,
werden die Komparatoren 11 und 12 aktiviert, und
das UND-Gatter 13 liefert ein Aktivierungssignal. Wenn
beide Gatter 10 und 13 aktiv sind, liefert ein
weiteres UND-Gatter 14 ein Aktivierungssignal, welches
eine Eingabe für
das Zeitgebermodul 15 ist.
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Das
Zeitgebermodul 15 kontrolliert kontinuierlich, ob die Aktivierungsbedingungen
während
eines vorgegebenen Zeitfensters konstant vorhanden sind. In diesem
Beispiel startet das Zeitgebermodul 15 jedes Mal, wenn
das UND-Gatter 14 den Zustand auf "aktiv" (binäre "1") ändert, und
kontrolliert, wie lange das Gatter aktiv bleibt. Wenn die linken
Räder angehoben
und die rechten Räder
eine ausreichend lange Zeit belastet werden, soll das Zeitgebermodul 15 das
Aktivierungssignal übertragen,
was den Überschlag
eines Fahrzeugs nach rechts anzeigt. In dieser Ausführungsform
variiert das Aktivierungssignal innerhalb des Bereichs von 0,0 bis
1,0 (0–100%), was
der Überschlagswahrscheinlichkeit
entspricht, die proportional zur Dauer des Aktivierungszustandes
des Gatters 14 ist. Das Null-Aktivierungssignal des Zeitgebers 15 zeigt
das Fehlen einer Aktivierung des Gatters 14 an, und das
100%-Aktivierungssignal entspricht einer Situation, wenn das Gatter 14 1000 ms
lang aktiv gewesen ist.
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Das
Aktivierungssignal des Zeitgebers 15 ist der Eingang des Überschlagsdiskriminierungsblocks 24,
der je nach dem Wert des Aktivierungssignals eine geeignete Schutzvorrichtung
verwendet, die im Fall, dass das Aktivierungssignal größer als
20% ist, rücksetzbare
Sitzgurte sein soll, bei größer als
70% Überrollbügel sein
sollen und im Fall, dass das Aktivierungssignal größer als
90% ist, die Airbags sein sollen.
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Es
versteht sich, dass das Zeitfenster des Zeitgebermoduls 15 fest
sein kann, z. B. innerhalb des Bereichs von etwa 100 ms bis etwa
1000 ms, in welchem Fall nur ein Aktivierungssignal bereitgestellt werden
soll, oder dass das Zeitfenster dynamisch während des Fahrzeugbetriebs
aktualisiert werden kann. Eine solche dynamische Einstellung kann
auf den Informationen über
die Straßenoberfläche, Fahrbedingungen,
Durchschnittswert der Reifendrücke
im vorgegebenen Zeitfenster usw. beruhen. Der Zweck solcher Einstellungen
ist es, den Algorithmus je nach den Umgebungsbedingungen mehr oder
weniger empfindlich zu machen. Im Ergebnis dessen kann ein besserer
Kompromiss zwischen einer falschen Überschlagsdiskriminierung,
die zu einer unbeabsichtigten Auslösung von Schutzvorrichtungen
führen
kann, und entweder verzögerter
oder fehlender Überschlagsdiskriminierung
erreicht werden.
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Das
Schema, das dem obigen entspricht, gilt auch für den Überschlag eines Fahrzeugs nach
links, d. h. wenn die rechten Räder
angehoben und die linken Räder
belastet werden, in welchem Fall die Komparatoren 16 und 17 und
das UND-Gatter 18, das den Vorderrädern entspricht, und gleichzeitig
die Komparatoren 19 und 20 und das UND-Gatter 21 aktiv
werden, wodurch das UND-Gatter 22 aktiviert wird, dessen
Ausgang ein Eingang des Zeitgebermoduls 23 ist. Das Funktionsprinzip
des Zeitgebermoduls 23 ist dasselbe wie für das Zeitgebermodul 15.
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Die
Schwellenwerte 6 (THR_LOW) und 7 (THR_HIGH) können konstante
Wert sein oder können
während
des Betriebs des Fahrzeugs dynamisch eingestellt werden. Eine solche
Einstellung ermöglicht
die Berücksichtigung
von Änderungen
des Nenndrucks jedes Reifens, die zum Beispiel durch Temperatureinfluss
sowie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Querbeschleunigung des
Fahrzeugs, Gewichtsverteilung und andere Umstände verursacht werden, welche
während
des Betriebs des Fahrzeugs auftreten. Die Schwellenwerte können auch
auf der Basis der Ergebnisse der Reifendruckdiagnose aktualisiert
werden. Die Tatsache, dass die Reifen zum Beispiel nicht symmetrisch
mit Luft gefüllt sind
(unterschiedliche Drücke
in Reifen beim Parken), darf die Überschlagsdetektionsleistung
nicht beeinträchtigen.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
eines Überschlagsdetektionsalgorithmus
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ähnlich
wie in der Ausführungsform
von 3, werden die Eingangssignale 4 des Algorithmus
von den vorderen und hinteren Reifendrucksensoren 3 geliefert,
und analog arbeitet der Algorithmus in zwei getrennten, parallelen
Pfaden, die den vorderen und hinteren Rädern 2 des Fahrzeugs entsprechen.
Hier wird die Druckbeurteilung in den Modulen 27 und 29 realisiert,
die den Vorder- und Hinterrädern 2 des
Fahrzeugs entsprechen. Die gleichzeitige Aktivierung dieser zwei
Module führt
zur Aktivierung von UND-Gatter 31, das eine geeignete Schutzvorrichtung
für den
Insassen des Fahrzeugs verwenden kann oder Überschlagdiskriminierungssignale
für andere
Fahrzeugsysteme bereitstellen kann.
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Die
Implementierungen des Druckverlaufsanalysators, der nicht detailliert
beschrieben wird, können
auf der Form des Druckverlaufs beruhen, der durch Aufzeichnen einer
bestimmten Zahl von fortlaufenden Abtastwer ten, die das Zeitfenster
bilden, erhalten wird. In solch einer Einheit kann die Analyse der
Druckmesswerte den Vergleich des Verlaufs von registrierten Druckänderungen
mit vielen Standardvorlagen von Druckänderungsverläufen, die
viele Fälle
von Überschlagereignissen
charakterisieren, und das Erzeugen eines Ausgangs-Aktivierungssignals
umfassen, wenn der registrierte Verlauf von Druckänderungen
mit der gewünschten
Genauigkeit mindestens einem gespeicherten Standardverlauf entspricht.
Alle Standards von Druckänderungsverläufen können im
nicht-flüchtigen
Speicher (z. B. EEPROM) des Mikrocontrollers gespeichert sein, wo
der Algorithmus implementiert ist. Die Länge des Zeitfensters kann fest
sein oder kann durch den Anpassungsalgorithmus kontinuierlich aktualisiert
werden, der viele zusätzliche
Bedingungen berücksichtigen kann,
wie ungleiche Gewichtsverteilung, Reifendruckabfall etc. Der Anpassungsalgorithmus
kann auch die Anzahl der Standards begrenzen, die im Vergleichsprozess
verwendet werden, um die Funktion des Algorithmus schneller und
zuverlässiger
zu machen.
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Alternativ
kann das Modul 27 aus einem Differenzialknoten 33,
an den linke pL- und rechte pR-Reifendrucksignale
geliefert werden; einem Block 34, der den gleitenden Durchschnittswert
der absoluten Druckdifferenzen berechnet, und einem Komparator 35 bestehen.
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Der
gleitende Durchschnitt wird nach der folgenden Formel berechnet:
wobei d
i =
(p
L – p
R) die Druckdifferenz ist, n die Anzahl der
aufeinander folgenden, rückwärts gezählten Abtastwerte
bezeichnet, die der Länge
des Zeitfensters entsprechen, in dem die Druckdifferenzen berechnet werden,
i = 0 ein Index für
den jüngsten
Abtastwert ist (vgl.
2c). Die Länge des
Zeitfensters (n) kann individuell für jede Anwendung eingestellt
werden und fest sein. Anderenfalls kann sie dynamisch während des
Betriebs des Fahrzeugs aktualisiert werden, wobei die z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit,
die lineare Fahrzeugbeschleunigung und/oder andere Parameter des
Fahrzeugs berücksichtigt
werden. In dieser Ausführungsform
ist n = 500 und die Abtastrate ist auf 1000 Hz gesetzt. Der absolute
Wert der Differenzen wird auf Grund der Symmetrie des Überschlagsereignisses
bereitgestellt. Daher sind im Gegensatz zur Lösung von
3 nur
zwei Überschlagsabschätzungsmodule
erforderlich. Wenn der Wert d, der von Block
34 berechnet
wird, größer als
der Schwellenwert
30 (AV_THR) ist, was eine Druckvorlage
als einen gleitenden Durchschnitt repräsentiert, der dem Überschlags-
oder Beinahe-Überschlagsereignis entspricht,
wird Komparator
35 aktiviert, was entweder einen linken
oder einen rechten Überschlag
des Fahrzeugs anzeigt.
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Das
Funktionsprinzip von Modul 29 ist dem von Modul 27 ähnlich.
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Fachleute
auf dem Gebiet werden erkennen, dass die obigen Implementierungen
keine numerisch komplizierten Berechnungen oder einen großen Speicher
erfordern und mittels der wenigen einfachen logischen Elemente leicht
realisiert werden können.
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5 stellt
ein Diagramm einer als Beispiel dienenden Mikrocontrollerimplementierung
der Erfindung dar. Im ersten Schritt der Algorithmusarbeit werden
die erforderlichen Signale in den Blöcken 36 und 37 vorverarbeitet,
um das Rauschen und die Drucksignaldrift zu entfernen und die Tiefpassfilterung durchzuführen. Block 36 initiiert
den ersten Verarbeitungspfad, während
Block 37 den zweiten Scharfschaltungspfad initiiert und
zusätzliche
Signale für Block 39 bereitstellt.
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Die
Signale des ersten Pfades werden nach der Vorverarbeitung dem Diagnoseblock 38 zugeführt, wo
sie in Bezug auf ihre Erreichbarkeit und Zuverlässigkeit analysiert werden.
Wenn die Analyse negativ ist, d. h. ein oder mehrere Signale außerhalb des
vorgegebenen Bereichs liegen, deaktiviert der Block 38 die
potenzielle Aktivierung von Schutzvorrichtungen, indem er die Signale
nicht überträgt oder Nullsignalwerte
zur weiteren Verarbeitung überträgt.
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Wenn
die Analyse von Block 38 positiv ist, werden Signale dem Überschlagsbeurteilungsblock 39 zugeführt, der
die Überschlagswahrscheinlichkeit als
einen Wert zwischen 0 und 100% abschätzt. Der Block 39 kann
in ähnlicher
Weise wie diejenigen, die oben mit Bezug auf 3 oder 4 beschrieben sind,
implementiert werden. In diesem Beispiel umfasst der Block 39 vier
Ausgänge,
wobei jeder Ausgang dem individuellen Schwellenwert der Überschlagswahrscheinlichkeit
entspricht, bei dessen Überschreitung
er aktiv wird. Der als Beispiel dienende Wert dieser Schwellenwerte
kann, je nach der Art der Schutzvorrichtung, 20% für rücksetzbare
Sitzgurte, 70% für Überrollbügel und
90% für
Airbags betragen. Wie gezeigt, wird die Überschlagsdiskriminierungswahrscheinlichkeit
auch für
andere Fahrzeugsysteme bereitgestellt.
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Andere
vorverarbeitete Signale, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkelwert und/oder
lineare Beschleunigungswerte, werden ebenfalls dem Block 39 zugeführt. Auf
Grund dessen kann der Wert der Überschlagswahrscheinlichkeit
zur genaueren Bestimmung der Fahrbedingungen zusätzlich modifiziert werden.
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Es
ist auch vorteilhaft, dass der Block 39 auch Abhebezustände des
Fahr zeugs detektieren kann. Da der Abhebezustand (alle Reifen haben
den Kontakt zur Straßenoberfläche verloren)
auch während Überschlagsereignisssen
auftritt, sollten zusätzliche
Signale zur geeigneten Diskriminierung verwendet werden, ob ein
Abhebeereignis oder ein Überschlagereignis
vorliegt.
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Der
Block 39 kann mehr als einen unabhängigen Überschlagsdetektionsverarbeitungspfad
realisieren, zum Beispiel:
- – Detektion des Überschlagsereignisses
auf der Basis der Reifendruckasymmetrie, wie im Fall der Ausführungsformen,
die in 3 und 4 dargestellt sind,
- – Detektion
des Überschlagsereignisses
auf der Basis des hohen Querbeschleunigungswertes (z. B. größer als
3 g), gefolgt vom Abhebezustand (plötzlicher Druckabfall in allen
Reifen),
- – Detektion
des Überschlagsereignisses
auf der Basis von Änderungen
der vertikalen und/oder Quer-Niedrig-G-Beschleunigungsmesserwerte, gefolgt
vom Abhebezustand (plötzlicher
Druckabfall in allen Reifen).
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Im
Allgemeinen kann der Block 39 Reifendruckkennlinien mit
anderen Signalen kombinieren, die im Fahrzeug verfügbar sind,
um die Überschlagereignisprognose
genauer zu machen.
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Um
unbeabsichtigte und in einigen Fällen
gefährliche
Aktivierungen von Schutzvorrichtungen zu verhüten, tritt die Aktivierung
jeder Schutzvorrichtung nur dann auf, wenn abgesehen von der Überschreitung
des Schwellenwertes für
die Überschlagswahrscheinlichkeit
das Auftreten des Überschlagsereignisses
durch eine zusätzliche
Scharfschaltungslogik 40 bestätigt wird. Die Scharfschaltungslogik 40 kann in
vielerlei Weisen implementiert werden, die dem Fachmann auf diesem
Gebiet bekannt sind (zum Beispiel in der US-Patentanmeldung Nr.
09/769,037 offenbart). Da in fast allen modern Autos ein Quer- und Längs-Hoch-G-Beschleunigungsmesser
(normalerweise als eine Zweiachsenvorrichtung) zur Detektion von
Seiten-, Vorder- und Hinterkollisionen für den Einsatz von Airbags vorhanden
ist, ist es vernünftig, die
Querbeschleunigung, die den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet,
als minimales Scharfschaltungssignal zu verwenden, was ohne Kosten
erfolgen kann. Die Koinzidenz dieser zwei Bedingungen wird an den
Ausgängen
der drei UND-Gatter 41, 42 und 43 signalisiert,
die direkt mit den speziellen Schutzvorrichtungen 44, 45 und 46 verbunden
sind.
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In
diesem Beispiel werden alle benötigten
Signale (einschließlich
der Reifendruckwerte) durch den Fahrzeugkommunikationsbus 47 zugeführt.
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Der
vorgestellte Überschlagsdetektionsansatz
kann in allen Arten von Autos ausgeführt werden, besonders in denen,
die bereits mit den Drucksensoren ausgestattet sind. Die Kosten
einer solchen Ausführungsform
sind relativ gering, da nur ein zusätzlicher Mikrocontroller im
System installiert zu werden braucht, oder sie ist sogar ganz ohne
Hardwarekosten möglich,
wenn der Algorithmus im vorhandenen Mikrocontroller des Fahrzeugs
(z. B. Karosseriecomputer oder andere ECUs) implementiert werden
soll. Die Anordnung der vorliegenden Erfindung ermöglicht das
Detektieren eines Überschlags in
einem frühren
Stadium desselben.
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Es
ist offensichtlich, dass viele Parameter und Faktoren richtig gewählt werden
müssen,
um das Überschlagsdetektionssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem gegebenen Fahrzeug zu implementieren. Sol che
Faktoren umfassen ohne Einschränkung
Gewicht, Geometrie und Art des Fahrzeugs, installierte Schutzvorrichtungen,
Schwerpunkt und Vorhandensein anderer Überschlagsdetektionssysteme,
in welchem Fall das System der Erfindung lediglich als Hilfssicherheitslogik
arbeiten kann. Diese und andere Faktoren dürfen jedoch nicht als Einschränkung für den Geist
der Erfindung angesehen werden, dessen beabsichtigter Schutzbereich
in den beigefügten
Ansprüchen
angegeben ist.
