DE60205328T2

DE60205328T2 - Adaptive Vorrichtung und Methode zur Überschlagserkennung

Info

Publication number: DE60205328T2
Application number: DE60205328T
Authority: DE
Inventors: Peter J. Schubert; Charles A. Cluff
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: EP1312515A1; US20030093201A1; US20030088349A1; US6714848B2; US6584388B2; EP1312515B1; DE60205328D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Überschlagsensoren und insbesondere auf eine kostengünstige Fahrzeugüberschlagerfassung mit verringerter Sensorhardware und verbesserter Überschlagentscheidung zum Abfühlen eines Überschlagzustands eines Fahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Kraftfahrzeuge sind zunehmend mit sicherheitsbezogenen Vorrichtungen ausgestattet, die eingesetzt werden, um einen zusätzlichen Schutz für die Insassen des Fahrzeugs zu schaffen, falls das Fahrzeug einen Überschlag erfährt. Zum Beispiel kann bei der Erfassung einer Fahrzeugüberschlagbedingung ein hochklappender Überrollbügel eingesetzt werden, so dass der Überrollbügel, wenn er aktiviert ist, weiter vertikal nach außen verläuft, um die Höhe der Unterstützung zu erhöhen, die während eines Überschlagereignisses durch den Überrollbügel geschaffen wird. Weitere steuerbare Merkmale können den Einsatz eines oder mehrerer Airbags wie etwa Frontairbags, Seitenairbags und Kopfairbags oder das Betätigen eines Straffers zum Straffen einer Haltevorrichtung wie etwa eines Sicherheitsgurts oder Auffanggurts umfassen, um zu verhindern, dass die Insassen des Fahrzeugs während eines Überschlagereignisses aus dem Fahrzeug herausgeschleudert werden oder gegen das Dach des Fahrzeugs stoßen.
In der Vergangenheit wurden in Fahrzeugen zur Messung der Winkelstellung des Fahrzeugs mechanisch gestützte Überschlagsensoren verwendet, aus denen eine Überschlagbedingung bestimmt werden kann. Die mechanischen Sensoren umfassen die Verwendung eines Pendels, das normalerweise wegen der Schwerkraft der Erde vertikal nach unten aufgehängt ist. Viele mechanische Kraftfahrzeugabfühlvorrichtungen werden einfach verwendet, um die Winkelstellung des Fahrzeugs in Bezug auf eine horizontal ebene Bodenlage zu überwachen. Folglich unterliegen diese mechanischen Kraftfahrzeugsensoren allgemein einem Fehler, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt oder schwebt, in welchem Fall die Schwerkraft der Erde, auf die sich der Sensor stützt, durch andere Kräfte überwunden werden kann.
Anspruchsvollere Vorgehensweisen der Überschlagabfühlung erfordern die Verwendung von bis zu sechs Sensoren einschließlich dreier Beschleunigungsmessern und dreier Winkelgeschwindigkeitssensoren, die auch als Kreiselkompasse bezeichnet werden, und eines Mikroprozessors zur Verarbeitung der abgefühlten Signale. Die drei Beschleunigungsmesser liefern allgemein Quer-, Längs- und Vertikalbeschleunigungsmesswerte des Fahrzeugs, während die drei Kreiselkompasse die Winkelneigungsgeschwindigkeit, die Winkelrollgeschwindigkeit und die Winkelgiergeschwindigkeit messen. Allerdings erfordern diese anspruchsvollen Vorgehensweisen der Überschlagabfühlung allgemein eine große Anzahl von Sensoren, die zu den Kosten und zur Kompliziertheit des Gesamtsystems beitragen. Außerdem sind viele bekannte anspruchsvolle Abfühlsysteme allgemein anfällig für kumulative Driftfehler und müssen somit gelegentlich zurückgesetzt werden.
In einem Versuch, die Anzahl der erforderlichen Sensoren zu minimieren, verwenden einige herkömmliche Vorgehensweisen der Überschlagabfüh lung wenigstens sowohl einen Winkelrollgeschwindigkeitssensor als auch einen Querbeschleunigungsmesser (siehe z. B. EP-A-1006026, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt); für diese Sensoren, die sowohl zum Erfassen von Seitwärtsüberschlagereignissen als auch von Vorwärtsüberschlagereignissen konstruiert sind, werden typisch ein Winkelgeschwindigkeitssensor und ein Längsbeschleunigungsmesser hinzugefügt. Obgleich der Winkelgeschwindigkeitssensor zur Berechnung eines Rollwinkels integriert werden kann, erzeugen Winkelgeschwindigkeitssensoren in der Praxis typisch selbst bei Abwesenheit einer Rollgeschwindigkeit ein von null verschiedenes zeitlich veränderliches Ausgangssignal. Diese systematische Abweichung kann einen erheblichen Fehler in dem durch die Integration erzeugten Rollwinkel veranlassen, wobei diese systematische Abweichung kompensiert werden muss, um einen genauen abgefühlten Messwert zu liefern. Dementsprechend erfordern viele herkömmliche Vorgehensweisen der Überschlagabfühlung außer dem Winkelgeschwindigkeitssensor typisch Hilfssensoren, um die in vielen Winkelgeschwindigkeitssensoren inhärenten systematischen Abweichungen bei der Eingabe von null zu kompensieren.
Eine weitere Vorgehensweise der Überschlagabfühlung ist in der verwandten Anmeldung Nr. 09/725,645 mit dem Titel "VEHICLE ROLLOVER DETECTION APPARATUS AND METHOD", eingereicht am 29. November 2000, die gemeinsam auf den Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen ist, offenbart. Die oben erwähnte Vorgehensweise verwendet einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der ein abgefühltes Rollgeschwindigkeitssignal erzeugt, das integriert wird, um einen Rollwinkel zu erzeugen. Der Rollwinkel und das abgefühlte Rollgeschwindigkeitssignal werden durch eine mikroprozessorgestützte Steuereinheit verarbeitet, um ein Überschlageinsatzsignal zu erzeugen. Außerdem verwendet diese Vorgehensweise eine Vorrichtung zur Entfernung der systematischen Abwei chung, die die systematische Abweichung entfernt. Allerdings kann diese Vorgehensweise ein teilweises Rücksetzen erfordern, wenn das Integrationsfenster verengt wird, was dem Mikroprozessor eine große Rechenbelastung auferlegt. Außerdem begrenzen Mikroprozessornebenbedingungen an den Grenzwert des Schreib-Lese-Speichers (RAM) die Breite des Integrationsfensters, das einen oberen Grenzwert an die maximale Dauer eines Überschlagereignisses anbringt, das richtig abgefühlt werden kann. Dies kann allgemein zu kleinen Fehlern in dem Rollwinkel führen, was eine Wirkung auf verkettete Ereignisse wie etwa Zweiphasenüberschläge mit gekreuzter Neigung haben könnte. Außerdem bleibt es schwierig, für bestimmte sehr nahe Beinahe-Überschlagereiginesse ein bevorstehendes Überschlagereignis sicherzustellen.
Dementsprechend ist es somit wünschenswert, eine genaue und kostengünstige Überschlagerfassungsvorrichtung und ein genaues und kostengünstiges Überschlagerfassungsverfahren zu schaffen, die die systematische Abweichung des Signals minimieren. Ferner ist es wünschenswert, eine Überschlagerfassungsvorrichtung und ein Überschlagerfassungsverfahren zu schaffen, die während Beinahe-Überschlag-Ereignissen eine verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber Nicht-Überschlagbedingungen liefern, um falsche Überschlageinsätze während dieser Fahrereignisse zu verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden eine Fahrzeugüberschlag-Abfühlvorrichtung und ein Fahrzeugüberschlag-Abfühlverfahren zum Erfassen einer erwarteten Umkippbedingung eines Fahrzeugs geschaffen, die somit den rechtzeitigen Einsatz sicherheitsbezogener Vorrichtungen ermöglichen. Die Überschlagerfassungsvorrichtung enthält einen Winkelgeschwindigkeitssensor zum Erfassen der Lageänderungsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs und zum Erzeugen eines Winkelgeschwindigkeitssignals, das sie angibt, und einen Vertikalbeschleunigungsmesser zum Abfühlen der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs und zum Erzeugen eines Vertikalbeschleunigungssignals, das sie angibt. Außerdem besitzt die Überschlagerfassungsvorrichtung eine Steuereinheit, die ein Integrierglied zum Integrieren des Lagegeschwindigkeitssignals und zum Erzeugen eines Lagewinkels enthält. Die Steuereinheit bestimmt anhand des Vertikalbeschleunigungssignals einen Neigungswinkel des Fahrzeugs und stellt den Rollwinkel als eine Funktion des bestimmten Neigungswinkels ein. Ferner enthält die Steuereinheit eine Einsatzlogik zum Vergleichen des eingestellten Lagewinkel- und Winkelgeschwindigkeitssignals mit einem Schwellenwert und zum Liefern eines Fahrzeugüberschlagbedingungssignals anhand des Vergleichs.
Dementsprechend schaffen die Überschlagerfassungsvorrichtung und das Überschlagerfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eine verbesserte Überschlagerfassung mit einer minimalen Anzahl von Sensoren zum Erfassen einer Umkippbedingung (z. B. einer Überschlagbedingung) des Fahrzeugs. Es ist zu würdigen, dass die Vorrichtung und das Verfahren einen Winkelgeschwindigkeitssensor und einen Vertikalbeschleunigungsmesser verwenden, ohne weitere Hilfssensoren zu erfordern, um eine kostengünstige und genaue Überschlagerfassung zu erreichen. Es ist weiter zu würdigen, dass die Vorrichtung und das Verfahren eine verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber falschen Überschlagereignissen wie etwa jenen Ereignissen, die sich an eine Beinahe-Überschlagbedingung annähern, schaffen.
Diese und weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann auf dem Gebiet mit Bezug auf die folgende Beschreibung, auf die Ansprüche und auf die beigefügten Zeichnungen weiter verständlich und klar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockschaltplan eines Überschlagerfassungsmoduls zum Erfassen eines Fahrzeugüberschlags gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Blockschaltplan ist, der die Überschlagerfassung gemäß der vorliegenden Erfindung weiter veranschaulicht;
3 ein Blockschaltplan/Ablaufplan ist, der einen Überschlagerfassungsalgorithmus zum Erfassen eines Fahrzeugüberschlags mit dem Überschlagerfassungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 eine graphische Darstellung ist, die Betriebsgebiete der adaptiven Logik zur Entfernung der systematischen Abweichung mit Ausgabeminimum (ABROM-Logik) veranschaulicht;
5A und 5B ein Ablaufplan sind, der die zentrale Routine für das Integrierglied mit intelligenter Driftentfernung veranschaulicht;
6 eine graphische Darstellung ist, die einen von der Einsatzlogik verwendeten Grauzonendauerindikator veranschaulicht;
7A und 7B ein Ablaufplan sind, der die zentrale Routine für die Einsatzlogik mit Grauzonendauerindikator und Beinahe-Überschlag-Unempfindlichkeit veranschaulicht;
8 ein Ablaufplan ist, der die zentrale Routine für die adaptive Logik zur Entfernung der systematischen Abweichung mit Ausgabeminimum veranschaulicht;
9 eine graphische Darstellung ist, die die Entfernung der systematischen Abweichung aus einem abgefühlten Signal veranschaulicht, die mit einer adaptiven Logik zur Entfernung der systematischen Abweichung mit Ausgabeminimum erreicht wird; und
10 eine graphische Darstellung ist, die die Entfernung der systematischen Abweichung aus einem abgefühlten Signal, die mit der adaptiven Logik zur Entfernung der systematischen Abweichung mit Ausgabeminimum erreicht wird, weiter veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In 1 ist ein Überschlagabfühlmodul 10 zur Verwendung beim Abfühlen der Rollwinkelgeschwindigkeit eines Fahrzeugs und beim Erfassen einer Überschlagbedingung eines (nicht gezeigten) Kraftfahrzeugs veranschaulicht. Vorzugsweise ist das Überschlagerfassungsmodul 10 der vorliegenden Erfindung in ein Kraftfahrzeug eingebaut und wird dazu verwendet, ein zukünftiges Überschlagereignis (eine zukünftige Überschlagbedingung) des Fahrzeugs im Voraus zu erfassen. Eine Fahrzeugüberschlagbedingung, wie sie hier in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, kann eine seitliche Drehung des Fahrzeugs um die Längsachse des Fahrzeugs, die üblicherweise als ein "Seitwärts fahrzeugüberschlag" bezeichnet wird, oder eine Vorwärtsdrehung um die Querachse des Fahrzeugs, die üblicherweise als ein "Vorwärtsfahrzeugüberschlag" bezeichnet wird, oder eine Kombination von Seitwärtsüberschlag und Vorwärtsüberschlag enthalten. Zur Beschreibung der Überschlagabfühlung der vorliegenden Erfindung wird zur Bezugnahme entweder auf eine Seitwärtsüberschlagbedingung oder auf eine Vorwärtsüberschlagbedingung allgemein der Begriff "Überschlag" verwendet.
Das Überschlagerfassungsmodul 10 ist so konstruiert, dass es sich in einem Kraftfahrzeug befindet, um die Fahrzeugdynamik abzufühlen und eine Überschlagbedingung des Fahrzeugs zu erfassen. Beim Erfassen einer Fahrzeugüberschlagbedingung liefert das Überschlagabfühlmodul 10 ein Überschlageinsatz-Anweisungssignal, das die erfasste Überschlagbedingung angibt. Das Überschlageinsatz-Anweisungssignal kann einer oder mehreren ausgewählten Fahrzeugvorrichtungen wie etwa sicherheitsbezogenen Vorrichtungen zugeführt werden, um die Vorrichtung bzw. die Vorrichtungen in Erwartung eines bevorstehenden Überschlagereignisses einzusetzen. Das Ausgangssignal der erfassten Überschlagbedingung kann verwendet werden, um einen Hochklapp-Überrollbügel einzusetzen und so einen vertikalen Zwischenraum für die Insassen des Fahrzeugs zu schaffen, während sich das Fahrzeug überschlägt. Ähnlich kann das erfasste Überschlageinsatz-Ausgangssignal eine Insassenhaltevorrichtung wie etwa einen Sicherheitsgurt- oder Auffanggurtstraffer betätigen, um kurz vor Eintritt des Fahrzeugüberschlagereignisses überschüssigen Spielraum in der Haltevorrichtung zu beseitigen. Weitere Steuerfunktionen umfassen den Einsatz des Front-, Seiten- oder Kopf- (Seitengardinen)Einsatzairbags zum Schutz der Fahrzeuginsassen während eines Fahrzeugüberschlags. Diese und weitere Vorrichtungen können in Reaktion auf das Überschlageinsatz-Ausgangssignal gesteuert werden.
Das Überschlagerfassungsmodul 10 enthält zwei Sensoren zum Erfassen einer Überschlagbedingung und zum Erzeugen einer Überschlageinsatzentscheidung, wobei beide Sensoren vorzugsweise zu einem Modul 10 zusammengesetzt sind und jeder Sensor so orientiert ist, dass er die beabsichtigte Abfühloperation ausführt. Die Sensoren enthalten einen Rollwinkelgeschwindigkeitssensor 12 und einen Vertikalbeschleunigungsmesser 14 für niedriges g zur Verwendung bei der Erfassung eines Fahrzeugüberschlags. Der Rollwinkelgeschwindigkeitssensor 12 misst die Zeitrate des Winkelrollens um die Längsachse des Fahrzeugs. Der Vertikalbeschleunigungsmesser 14 für niedriges g misst insbesondere für Beschleunigungen mit niedrigem g die vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs. Gemäß einem Beispiel können Beschleunigungen mit niedrigem g minus fünf (–5) bis plus fünf (+5) g umfassen. Außerdem ist ein Querbeschleunigungsmesser 16 für hohes g gezeigt, der im Modul 10 montiert ist, um insbesondere für Beschleunigungen mit hohem g eine Querbeschleunigung (seitliche Beschleunigung) des Fahrzeugs zu erfassen. Gemäß einem Beispiel können Beschleunigungen mit hohem g minus fünfunddreißig (–35) g bis plus fünfunddreißig (+35) g umfassen. Das Querbeschleunigungssignal wird als eine Eingabe in einen Scharfschaltalgorithmus verwendet, der zur Bestimmung des Überschlageinsatz-Anweisungssignals verwendet werden kann oder nicht verwendet werden kann.
Obgleich hier die Überschlagerfassung der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung des Fahrzeugüberschlags um die Längsachse des Fahrzeugs beschrieben ist, ist klar, dass eine weitere Vorrichtung konfiguriert sein kann, um eine Vorwärtsüberschlagerfassung um die Querachse des Fahrzeugs zu liefern. Um eine Vorwärtsüberschlagerfassung zu liefern, würde anstelle des Rollwinkelgeschwindigkeitssensors 12 ein Neigungswinkelgeschwindigkeitssensor verwendet und der Querbeschleunigungsmesser für hohes g durch einen Längsbeschleunigungsmesser für hohes g ersetzt, um die Eingabe in die Scharfschaltfunktion zu liefern. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist leicht klar, dass die Vorwärtsüberschlagerfassung im Gegensatz zur Seitwärtsüberschlagerfassung andere Schwellenwerte erfordern kann. Ferner ist klar, dass sowohl die Seitwärtsüberschlagerfassung als auch die Vorwärtsüberschlagerfassung sowohl unter Verwendung von Rollwinkelgeschwindigkeitssensoren als auch unter Verwendung von Neigungswinkelgeschwindigkeitssensoren erreicht werden kann.
Ferner enthält das Überschlagabfühlmodul 10 eine Mikroprozessorsteuereinheit (MCU) 20 zum Verarbeiten abgefühlter Fahrzeugparameter gemäß einem Überschlagerfassungsalgorithmus zum Erfassen von Fahrzeugüberschlagbedingungen. Die MCU 20 ist vorzugsweise eine mikroprozessorgestützte Steuereinheit und kann gemäß einem Beispiel das Modell Nr. 68HC08 enthalten, das von Motorola zur Verfügung gestellt wird. Der MCU 20 ist ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) 22 zugeordnet, der verschiedene programmierte Kalibrierungen zum Ausführen des wie hier erläuterten Überschlagerfassungsalgorithmus speichert. Der EEPROM 22 kann mit der MCU 20 integriert oder außerhalb davon vorgesehen sein.
Außerdem enthält das Überschlagerfassungsmodul 10 eine Leistungs- und Kommunikationsschnittstelle 26 zum Empfangen eines Zündsignals (IGN-Signals) auf der Leitung 28 und zum Übermitteln über serielle Daten (SDATA) auf dem seriellen Datenbus 32. Ferner ist das Überschlagerfassungsmodul 10 über die Masseleitung (GND-Leitung) 30 geerdet. Die Leistungs- und Kommunikationsschnittstelle 26 setzt ein eingegebenes Gleichspannungs-IGN-Signal von etwa 12 Volt zur Verwendung als eine Leistungsversorgung für die versorgten Komponenten im Modul 10 in 5 Volt Gleichspannung um. Die auf dem seriellen Datenbus 32 übermittel ten seriellen Daten können einzelne Sensorausgaben und Prozessorausgaben sowie programmierte Eingaben umfassen.
Die MCU 20 empfängt als Eingaben Signale von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 12, von dem Vertikalbeschleunigungsmesser 14 und von dem Querbeschleunigungsmesser 16. Außerdem kann die MCU 22 verschiedene weitere Eingaben empfangen, die, obgleich sie nicht erforderlich sind, in Verbindung mit der Überschlagerfassung und mit dem Überschlageinsatz der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Diese weiteren Eingaben können ein Beifahreranwesenheitssignal, das als eine abgefühlte Ausgabe von einem Beifahreranwesenheitssensor zur Erfassung der Anwesenheit eines Beifahrers erzeugt werden kann, sowie ein Fahrersicherheitsgurtsignal (DSB-Signal) und ein Beifahrersicherheitsgurtsignal (PSB-Signal), die die Verwendung des Fahrersicherheitsgurts bzw. des Beifahrersicherheitsgurts bzw. der Beifahrersicherheitsgurte angeben, enthalten.
Die MCU 20 verarbeitet die verschiedenen Eingangssignale, wie im Folgenden erläutert wird, und erzeugt ein Überschlageinsatz-Anweisungssignal 56, das eine erfasste Fahrzeugüberschlagbedingung angibt. Außerdem liefert die MCU 20 auf der Leitung 18 das erfasste Überschlageinsatz-Anweisungssignal zum Steuern bestimmter Bordsteuervorrichtungen wie etwa einer Sicherheitsgurtwicklersteuerung 34, einer Sicherheitsgurtstraffersteuerung 36 und einer Sicherheitsgurtaufrollvorrichtungssteuerung 40. Die Sicherheitsgurtwicklersteuerung 34 steuert über jeweilige Signale DREL und PREL, wie sie in den Ausgangssignalen 44 bzw. 46 geliefert werden, den Sicherheitsgurtwickler sowohl für die Fahrerseite als auch für die Beifahrerseite. Gleichfalls steuert die Sicherheitsgurtstraffersteuerung 36 über Signale DPRET und PPRET, wie sie auf der Ausgangsleitung 48 bzw. 50 geliefert werden, den Sicherheitsgurtstraffer für die Fahrerseite und für die Beifahrerseite. Eine Diagnosestromquel le und -senke 38 ermöglichen, Diagnosetests der Sicherheitsgurtwicklersteuerung 34 und der Sicherheitsgurtstraffersteuerung 36. Die Sicherheitsgurtaufrollvorrichtungssteuerung 40 steuert über Signale DRET und PRET, wie sie auf den Leitungen 52 und 54 geliefert werden, Aufrollvorrichtungsverriegelungen, die sowohl dem Sicherheitsgurt für den Fahrersitz als auch dem Sicherheitsgurt für den Beifahrersitz zugeordnet sind.
Die Überschlagerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist weiter in 2 gezeigt. Es sind Antialiasingfilter 60a–60c enthalten, die jeweils mit dem Ausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors 12, des Vertikalbeschleunigungsmessers 14 und des Querbeschleunigungsmessers 16 gekoppelt sind. Die Antialiasingfilter 60a–60c verwenden jeweils ein Tiefpassfilter zum Entfernen des Hochfrequenzsignalinhalts und dadurch zum Beseitigen wenigstens einer gewissen Verfälschung der abgefühlten Signale. Die Überschlagerfassungsvorrichtung enthält einen Überschlagerfassungsalgorithmus 58 zum Erzeugen einer Überschlageinsatzentscheidung als eine Funktion des gefilterten Winkelgeschwindigkeitssignals und des Vertikalbeschleunigungssignals. Außerdem ist ein Scharfschaltalgorithmus 65 gezeigt, der das Vertikalbeschleunigungssignal und das Querbeschleunigungssignal empfängt. Wie im Gebiet bekannt ist, dient der Scharfschaltalgorithmus während eines Überschlagereignisses als eine Redundanzprüfung vor dem Einsatz von Vorrichtungen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein Entscheidungsblock 68 verwendet wird, der ein UND-Logikgatter zur logischen UND-Verknüpfung des Scharfschaltsignals mit der Überschlageinsatzentscheidung enthalten kann. Die Ausgabe des Entscheidungsblocks 68 liefert das Überschlageinsatz-Anweisungssignal 56. Es ist klar, dass die Antialiasingfilter 60a–60c, der Überschlagerfassungsalgorithmus 58, der Scharfschaltalgorithmus 65 und der Entscheidungsblock 68 in Software implementiert sein können, die durch die MCU 20 verarbeitet wird. Ferner kann der Entscheidungs block 68 auf Wunsch weitere mögliche Signale wie etwa Rücksetzungen, Überschreibungen oder Falsch-Indikatoren empfangen und anhand dieser Signale das Überschlaganweisungssignal 56 steuern.
In 3 ist der Überschlagerfassungsalgorithmus 58 zum Erfassen eines Fahrzeugüberschlags um die Längsachse des Fahrzeugs gezeigt. Der Überschlagerfassungsalgorithmus 58 ist vorzugsweise in Software implementiert, die in einem in der MCU 20 internen Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert ist. Allerdings ist klar, dass der Algorithmus zum Erfassen einer Überschlagbedingung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer analogen Schaltungsanordnung und/oder mit einer digitalen Verarbeitung implementiert werden kann. Obgleich durch den Überschlagerfassungsalgorithmus eine Fahrzeugüberschlagbedingung um die Längsachse des Fahrzeugs erfasst wird, ist außerdem klar, dass der Algorithmus durch Abfühlen der Neigungswinkelgeschwindigkeit anstelle der Rollwinkelgeschwindigkeit gleichfalls zum Erfassen eines Vorwärtsfahrzeugüberschlags um die Querachse des Fahrzeugs verwendet werden kann.
Der Fahrzeugüberschlag-Erfassungsalgorithmus 58 empfängt das abgefühlte Winkelgeschwindigkeitssignal (z. B. Rollgeschwindigkeitssignal) ϕ, das durch den Rollwinkelgeschwindigkeitssensor 12 erfasst wird, und empfängt ferner das abgefühlte Vertikalbeschleunigungssignal für niedriges g, das durch den Vertikalbeschleunigungsmesser 14 erzeugt wird, und verarbeitet das Rollgeschwindigkeitssignal und das Vertikalbeschleunigungsmessersignal, um eine Fahrzeugüberschlag-Einsatzentscheidung zu erzeugen. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 12 liefert ein Signal, das proportional zur Geschwindigkeit der Winkeldrehung um die Abfühlachse wie etwa zur Rollgeschwindigkeit um die Längsachse des Fahrzeugs ist.
Bei herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensoren enthält das abgefühlte Geschwindigkeitssignal typisch eine von null verschiedene systematische Abweichung, selbst wenn das Fahrzeug in Ruhe ist, die falsch die Anwesenheit einer Rollgeschwindigkeit angeben kann. Außerdem kann sich die von null verschiedene systematische Abweichung mit der Temperatur des Rollgeschwindigkeitssensors 12 erheblich ändern und in Bezug auf den Wert weiter driften, während der Sensor altert.
Der Überschlagerfassungsalgorithmus 58 nutzt eine adaptive Logik 62 zur Entfernung der systematischen Abweichung mit Ausgabeminimum (ABROM-Logik) zum Beseitigen einer systematischen Abweichung und zum weiteren Verringern des Rauschens, das dem abgefühlten Winkelgeschwindigkeitssignal zugeordnet ist. Die ABROM-Logik 62 entfernt wirksam eine konstante und langsam veränderliche systematische Versatzabweichung sowie Signale mit kleiner Amplitude und beseitigt dadurch unerwünschtes Rauschen und Nicht-Überschlagsignale mit niedrigem Pegel, wie sie etwa auf rauen Straßen oder während Fahrzeugmissbrauchs-Fahrbedingungen auftreten können. Wie hier im Folgenden in Verbindung mit den 8–10 ausführlich beschrieben wird, verwendet der Überschlagerfassungsalgorithmus vorzugsweise die ABROM-Logik 62.
Kurz anhand von 4 sind darin die verschiedenen Betriebsgebiete für ein Beispiel einer Amplitudenantwort der ABROM-Logik 62 veranschaulicht. Das abgefühlte Winkelgeschwindigkeits-Eingangssignal ϕ ist in getrennte Gebiete unterteilt, die das Winkelgeschwindigkeits-Ausgangssignal ϕ bestimmen. Wie durch die Linie 72 gezeigt ist, erzeugt die ABROM-Logik 62 ein Ausgangssignal ϕ, das gleich null gesetzt wird, wenn das Winkelgeschwindigkeits-Eingangssignal unter einem Minimalwert ist, der ein Ausgangsminimalgebiet definiert. Gemäß einem Beispiel kann der Minimalwert gleich ±fünf Grad/Sekunde sein. Wenn die Winkelgeschwindigkeitseingabe den Ausgangsminimalwert überschreitet, ist das Ausgangssignal der ABROM-Logik 62, wie durch die Linien 70 und 74 gezeigt ist, über das Allpassfiltergebiet im Wesentlichen linear und für Signale mit einem Frequenzinhalt, der wesentlich höher als die Abschneidefrequenz des Hochpassfilters ist, über die Hochpassfiltergebiete im Wesentlichen linear. Das Hochpassfiltergebiet entfernt konstante Signale mit niedrigem Pegel oder langsam veränderliche Signale aus dem Ausgangsgeschwindigkeitssignal. Gemäß einer Ausführungsform besitzt das Hochpassfilter eine sehr niedrige Abschneidefrequenz (z. B. 0,1 Hz), um die Effekte der thermischen Drift und der Alterung des Sensors zu entfernen.
Das Allpassfiltergebiet beseitigt die systematische Abweichung für Signale mit hoher Amplitude, während denen die Wahrscheinlichkeit eines Überschlagereignisses wahrscheinlicher auftritt. Das Allpassfiltergebiet übergibt die Eingangsgeschwindigkeit ϕ mit entfernter systematischer Abweichung, aber ohne Filterung, an den Ausgang. Somit gibt es bei Signalen mit höherem Pegel, wie sie etwa während eines Überschlagereignisses auftreten können, keine Verzögerung oder Dämpfung des Winkelgeschwindigkeits-Ausgangssignals ϕ. Die Betriebsgebiete werden integriert, um über den gesamten Betriebsbereich einen problemlosen Betrieb zu liefern, um Mängel in dem Winkelgeschwindigkeitssensor zu verringern, so dass die resultierenden Ereignisse des Algorithmus eine erhöhte Zuverlässigkeit erreichen.
Nun wieder anhand von 3 verwendet der Überschlagerfassungsalgorithmus 58 ein Integrierglied 64 mit intelligenter Driftentfernung, um anhand der Winkelrollgeschwindigkeitshistorie einen vom Fahrzeug ak kumulierten Rollwinkel ϕ 62 zu berechnen. Das Integrierglied 64 enthält vorzugsweise ein Integrierglied mit unendlicher Impulsantwort (IIR-Integrierglied), das eine Rückwärtsintegration ausführt, wie sie für den Fachmann auf dem Gebiet leicht sichtbar ist. Wie hier erläutert wird, wird das Integral (der Rollwinkel ϕ) periodisch überwacht und eingestellt, um systematische Abweichungen zu entfernen, die das Signal verfälscht haben können. Die Dynamik dieser Integration schafft eine Unempfindlichkeit gegenüber verbleibenden systematischen Sensorabweichungen, Rauschen und Nicht-Überschlagereignissen, während sie eine angemessene Erfassung langsamer Überschlagereignisse und zweistufiger Überschläge schafft, die im Fahrzeuggebrauch festgestellt werden können.
Ferner enthält der Überschlagerfassungsalgorithmus 58 eine Einsatzlogik 66 mit einem Grauzonendauerindikator und Beinahe-Überschlag-Unempfindlichkeit, die den Rollwinkel ϕ und die abgefühlte und verarbeitete Winkelgeschwindigkeit ϕ verarbeitet und eine Überschlageinsatzentscheidung erzeugt. Die Kombination des Rollwinkels ϕ und des verarbeiteten Winkelgeschwindigkeitssignals ϕ wird mit zwei Schwellenwertkurven verglichen, um zu bestimmen, ob das Überschlageinsatzsignal 56 erzeugt werden soll oder nicht. Falls die Kombination des Rollwinkels ϕ und des Winkelgeschwindigkeitssignals ϕ eine obere Kurve überschreitet, wird ein Einsatz angewiesen. Falls die Kombination des Rollwinkels ϕ und des Winkelgeschwindigkeitssignals ϕ kleiner als eine untere Kurve ist, wird nie ein Einsatz angewiesen. Falls die Kombination des Rollwinkels ϕ und des Geschwindigkeitssignals ϕ in einer Grauzone zwischen der oberen und der unteren Kurve liegt, überwacht aber die Einsatzlogik 66 die Signaldauer innerhalb der Grauzone, wobei sie die obere Kurve dynamisch in Bezug auf die untere Kurve einstellt, um in bestimmten Fahrzeugmanö vern einen rechtzeitigen Einsatz zu ermöglichen. Ferner überwacht die Einsatzlogik 66 die Dynamik des Fahrzeugs, um Fahrbedingungen zu erfassen, bei denen ein Beinahe-Überschlagereignis auftreten kann, wobei sie für bestimmte erfasste Beinahe-Überschlagereignisse eine Überschlageinsatzunempfindlichkeit liefert. Wenn sich ein Fahrzeug z. B. dem statischen Stabilitätsrollwinkel des Fahrzeugs nähert, ihn aber nicht überschreitet, und schnell auf das Bodenniveau zurückfällt, kann die Einsatzlogik 66 z. B. den minimalen Einsatzwinkel einstellen, bei dem der Einsatz richtig ist, um eine Unempfindlichkeit gegenüber solchen Beinahe-Überschlagereignissen zu schaffen. Außerdem kann die Einsatzlogik 66 die Einsatzanforderungen für Überschlagereignisse, die in verschiedenen Richtungen auftreten, z. B. Drehungen in Uhrzeigerrichtung gegenüber Drehungen entgegen der Uhrzeigerrichtung des Fahrzeugs, einstellen.
Integrierglied mit intelligenter Driftentfernung (IIDR)
Das Integrierglied 64 mit intelligenter Driftentfernung berechnet durch ununterbrochenes Rückwärtsintegrieren der gemessenen Winkelrollgeschwindigkeit ϕ mit einer Integration mit unendlicher Impulsantwort anhand der Historie der Winkelrollgeschwindigkeit ϕ den Fahrzeugrollwinkel ϕ. Die gemessene Winkelrollgeschwindigkeit wird in regelmäßigen Zeitintervallen (z. B. i-2, i-1, i usw.) abgetastet, wobei in die Integration eine unbegrenzte Anzahl von Rollgeschwindigkeitsabtastwerten aufgenommen werden können. Ferner stellt das Integrierglied 64 den Rollwinkel ϕ ein, um eine systematische Abweichung zu entfernen, wobei es die vertikale Beschleunigung überwacht und anhand eines bestimmten Fahrzeugneigungswinkels die Rollwinkeleinstellung steuert.
Obgleich die ABROM-Logik 62 langsam veränderliche systematische Abweichungen entfernt, die in Winkelgeschwindigkeitssensoren der Kraftfahrzeugklasse typisch vorhanden sind, müssen eine praktische Implementierung der Steueralgorithmen und preiswertere Festkommamikroprozessoren allgemein an weitere Fehlerquellen angepasst werden. In der Festkommamathematik gibt es typisch eine begrenzte Anzahl von Auflösungsbits, die verfügbar gemacht werden. Als eine Folge muss die numerische Darstellung der Signale (Variablen) allgemein ausgeglichen werden, indem zwischen dem verfügbaren Bereich und der kleinsten Auflösung der Variablen abgewogen wird. Allgemein gesagt muss die Mindestauflösung der Variablen umso größer sein, je breiter der richtige Bereich ist. Für Variable mit breiten Dynamikbereichen wie etwa bei dem Winkelgeschwindigkeitssignal bedeutet der größere erforderliche Bereich einen niedrigeren Grenzwert an die Auflösung. Somit bieten erschwingliche preiswerte Mikroprozessoren weniger Verarbeitungsbits, so dass die Auflösung allgemein ebenfalls schlechter ist. Wegen der begrenzten Auflösung entsteht bei der Integration des Winkelgeschwindigkeitssignals zur Bestimmung des Rollwinkels eine Schwierigkeit, wobei es in jedem Signal typisch kleine Fehler gibt. Da der Integrationsprozess eine Summieroperation ist, können sich diese kleinen Fehler mit der Zeit zusammensetzen. Über eine ausreichend lange Zeitdauer können sich die zusammengesetzten Fehler zu einem merklichen Fehler in dem Rollwinkelsignal addieren. Außerdem ist klar, dass weitere Rauschquellen und Fehler auf ähnliche Weise ebenfalls zu den Rollwinkelfehlern beitragen können. Dementsprechend können inhärente Fehler in dem Mikroprozessor zusammenkommen, um einen Fehler in der Signalverarbeitung zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine preiswerte Überschlagerfassungsvorrichtung, die das Integral periodisch einstellt, um die systematischen Abweichungen zu entfernen, die das Signal verfälscht haben können, und die somit die Verwendung einer minimalen Anzahl von Sensoren und einer erschwinglichen Steuereinheit ermöglicht. Ferner überwacht die Überschlagerfassungsvorrichtung über eine lange Zeitdauer die vertikale Beschleunigung, wobei sie bestimmt, ob das Fahrzeug in einem erheblichen Neigungswinkel ist. Falls das Fahrzeug in einem erheblichen Neigungswinkel ist, wird die Einstellung des Rollwinkels angehalten. Somit schafft die Verwendung des Vertikalbeschleunigungssignals zum Anhalten der Rollwinkeleinstellung ein adaptives Verfahren, um, wie etwa wenn das Fahrzeug während einer erheblichen Zeitdauer auf einer geneigten Fahrbahn fährt, richtige Signale aufrechtzuerhalten, die einen Neigungswinkel des Fahrzeugs berücksichtigen. Dies kann insbesondere dann wahr sein, wenn das Fahrzeug in hügeligem Gelände fährt.
Anhand der 5A und 5B ist eine Routine 100 zum Ausführen der Integration des Winkelgeschwindigkeitssignals ϕ veranschaulicht, um den Rollwinkel ϕ zu erzeugen und den Rollwinkel zum Beseitigen einer systematischen Abweichung einzustellen, während die Einstellung angehalten wird, wenn durch den Vertikalbeschleunigungsmesser ein Langzeitneigungswinkel des Fahrzeugs erfasst wird. Die Routine 100 startet in Schritt 102 und geht zu Schritt 104 über, um die von der ABROM-Logik 62 empfangene Winkelgeschwindigkeitseingabe zu messen. Nachfolgend führt die Routine 100 in Schritt 106 eine mathematische Integration des gemessenen Winkelgeschwindigkeitssignals aus, um einen Rollwinkel im momentanen Zeitschritt i zu erzeugen. Die Integration berechnet das Produkt der momentanen Geschwindigkeit (i) und der Schleifenzeit und summiert das Produkt mit den vorangehenden Integrationswerten für die Zeiten i-1, i-2 usw. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass der Integrationsprozess eine Rückwärtsintegration ist.
Nach dem Integrationsschritt 106 geht die Routine 100 zu Schritt 108 über, um einen Systematische-Abweichung-Zähler zu inkrementieren. Nachfolgend wird in den Entscheidungsschritten 110 und 112 der Rollwinkel mit null Grad verglichen. Falls der Rollwinkel in Schritt 110 größer als null Grad ist, geht die Routine 100 in Schritt 114 zum Inkrementieren eines Systematische-Abweichung-größer-als-Zählers (Systematische-Abweichung-GT-Zählers) über. Falls der Winkel kleiner als null Grad ist, geht die Routine 100 in Schritt 116 zum Inkrementieren eines Systematische-Abweichung-kleiner-als-Zählers (Systematische-Abweichung-LT-Zählers) über. Nach einem der Inkrementierungsschritte 114 oder 116 oder falls der Winkel gleich null Grad ist, geht die Routine 100 zum Entscheidungsschritt 118 über, um zu prüfen, ob der Systematische-Abweichung-Zähler einen eingestellten Periodengrenzwert mit einem vorgegebenen Zeitwert wie etwa zwanzig (20) Sekunden, der die Langzeitperiode für die Erfassung des Fahrzeugrollneigungswinkels festsetzt, überschritten hat. Tatsächlich wirkt der Systematische-Abweichung-Zähler als ein Zeitgeber, so dass die Steuerung an die Spitze der Steuerroutine 100 zurückgegeben wird, falls der Zeitgrenzwert nicht erreicht worden ist.
Beim Vergleich des Rollwinkels mit dem Bodenniveauwert von null Grad in den Entscheidungsschritten 110 und 112 wird angenommen, dass das Fahrzeug über eine ausreichend lange Zeitdauer zu einem Rollwinkel von etwa null Grad zurückkehrt. Unter dieser Annahme ist die Überschlagerfassung über einen weiten Bereich von Fahrszenarien gültig, ohne dass zusätzliche Sensoren und somit Kosten für die Überschlagerfassungsvorrichtung erforderlich sind.
Falls der Systematische-Abweichung-Zähler die Einstellzeitdauer überschreitet, wird in Schritt 120 die vertikale Beschleunigung A_Z des Fahr zeugs gemessen und in Schritt 122 weiter tiefpass-nachlaufgefiltert. Das Tiefpass-Nachlauffilter liefert eine Tiefpassfilterung mit Koeffizienten, die so konstruiert sind, dass sie kurzzeitige Änderungen und Straßenrauschen entfernen. Es kann eine typische Tiefpass-Nachlauffilterverzögerung im Bereich von etwa 0,3 bis 0,5 Sekunden verwendet werden. Die Filterverzögerung sollte kürzer als eine Einstellzeitdauer sein. Die tiefpass-nachlaufgefilterte Beschleunigungseingabe wird daraufhin im Entscheidungsschritt 124 mit der Summe eines Nennwerts und eines Versatzwerts verglichen, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug momentan in einem Rollneigungswinkel ist, der ausreichend von einem Bodenniveau von null Grad weggedreht ist. Der Nennwert ist der erwartete Wert während des ebenen Fahrens des Fahrzeugs und kann einen typischen Wert von –1 g (d. h. 9,8 Meter/Sekunde/Sekunde) enthalten, der die Schwerebeschleunigung auf der Erdoberfläche repräsentiert. Alternativ kann mit dem Nennwert ein integrierter Nennwert von 0 g verwendet werden. Der Versatzwert ist der ungünstigste Grenzwert aller Sensorfehler einschließlich der Summe aus Herstellungstoleranzen, Temperatureffekten, Alterungseffekten und weiteren nichtsignalbezogenen systematischen Abweichungen. Die Größe des Versatzwerts kann einen typischen Wert im Bereich von etwa 0,5 bis 0,01 g enthalten. Allerdings ist klar, dass weitere Verfeinerungen in Bezug auf die Sensoren oder in Bezug auf die Kompensation der systematischen Abweichung den Versatzwert weiter verringern können.
Falls der Wert der gefilterten vertikalen Beschleunigung A_Z für niedriges g kleiner als die Summe des Nennwerts und des Versatzwerts ist, wird bestimmt, dass das Fahrzeug nicht in einem erheblichen Rollneigungswinkel ist, wobei die Routine 100 zur Lieferung einer Einstellung an dem Rollwinkel übergeht. Um eine Einstellung für den Rollwinkel zu liefern, prüft die Routine 100 in Entscheidungsschritt 126, ob der Systematische- Abweichung-LT-Zähler größer als die Hälfte der Einstellzeitdauer ist. Falls der Systematische-Abweichung-LT-Zähler größer als eine halbe Einstellzeitdauer ist, wird der Rollwinkel in Schritt 128 in der Weise eingestellt, dass er um einen Winkeleinstellwert erhöht wird. Falls der Systematische-Abweichung-LT-Zähler nicht größer als eine halbe Einstellzeitdauer ist, geht die Routine 100 zu Entscheidungsschritt 130 über, um zu prüfen, ob der Systematische-Abweichung-GT-Zähler größer als eine halbe Einstellzeitdauer ist, wobei er den Winkel einstellt, um den Winkeleinstellwert zu subtrahieren, wenn das der Fall ist. Nach der Einstellung in Schritt 128 oder in Schritt 132 oder falls sowohl der Systematische-Abweichung-GT-Zähler als auch der Systematische-Abweichung-LT-Zähler die halbe Einstellzeitdauer nicht überschreitet, wird der Zähler in Schritt 134 zurückgesetzt, woraufhin die Steuerung an die Spitze der Steuerschleife zurückgegeben wird.
Falls der gefilterte Wert der vertikalen Beschleunigung für niedriges g, wie in Entscheidungsschritt 124 bestimmt wird, größer oder gleich der Summe des Nennwerts und des Versatzwerts ist, bestimmt die Routine 100, dass das Fahrzeug in einem erheblichen Rollneigungswinkel positioniert ist. Falls bestimmt wird, dass das Fahrzeug in einem erheblichen Rollneigungswinkel positioniert ist, führt die Routine 100 keine Einstellung an dem Rollwinkel aus, sondern geht stattdessen direkt zu Schritt 134 über, um alle Zähler auf null zurückzusetzen. Nach Schritt 134 kehrt die Routine 100 an die Spitze der Steuerschleife zurück.
Dementsprechend überwachen das Integrierglied 64 mit intelligenter Driftentfernung und seine Steuerroutine 100 den Rollwinkel ϕ und stellen ihn periodisch ein, um systematische Abweichungen zu entfernen, die das Rollwinkelsignal verfälschen können, wenn die gefilterte vertikale Beschleunigung A_Z kleiner als die Summe des Nennwerts und des Versatz werts ist. Immer dann, wenn die gefilterte vertikale Beschleunigung A_Z die Summe des Nennwerts und des Versatzwerts erreicht, was einen von dem Fahrzeug erfahrenen erheblichen Langzeitrollneigungswinkel angibt, wird die periodische Einstellung der systematischen Abweichung verhindert. Somit wird der erhebliche Rollneigungswinkel in dem Rollwinkel berücksichtigt und verwendet, um ein bevorstehendes Überschlagereignis des Fahrzeugs zu erwarten. Dadurch, dass eine weitere Einstellung des Rollwinkels verhindert wird, während das Fahrzeug einen erheblichen Rollneigungswinkel erfährt, werden richtige Rollwinkelsignale erhalten, die mit der Einsatzschwellenwertkurve verglichen werden, um die Überschlageinsatzentscheidung zu bestimmen. Dies führt zu einer adaptiven Rollwinkeleinstellung.
Die Implementierung des Abfalls ist in Bezug auf Mikroprozessorbetriebsmittel hocheffizient. Die Verwendung des gefilterten Vertikalbeschleunigungsmessersignals A_Z zum Anhalten der Einstellung schafft ein adaptives Verfahren, um richtige Signale aufrechtzuerhalten, die für die richtige Funktion der Überschlageinsatzanweisung wichtig sein können. Dementsprechend erfasst der Vertikalbeschleunigungsmesser einen erheblichen Rollneigungswinkel und verhindert die Einstellung an dem Integrationsausgangswinkel, während er die Entfernung der systematischen Abweichung aufrechterhält, solange das Fahrzeug keinen erheblichen Rollneigungswinkel erfährt. Das Vertikalbeschleunigungssignal A_Z wird tiefpassgefiltert, um Hochfrequenzsignale zu entfernen. Somit schafft das gefilterte Vertikalbeschleunigungssignal einen Langzeitdurchschnittswert, der die auf das Fahrzeug in Bezug auf die Orientierung des Fahrzeugs ausgeübten vertikalen Kräfte angibt. Während einer Normalniveaufahrbedingung ist die Vertikalkraft gleich der Schwerebeschleunigung auf der Erdoberfläche, die etwa 9,8 Meter/Sekunde/Sekunde beträgt. Wenn sich der abgefühlte Vertikalbeschleunigungswert zu einem kleineren Wert unterschei det, wird angenommen, dass das Fahrzeug in einer Neigung orientiert ist. Die Größe der erzeugten Kraft kann durch einen Kosinus des Neigungswinkels, multipliziert mit der Schwerkraft der Erde, repräsentiert werden. Obgleich hier ein Vertikalbeschleunigungsmesser zur Bestimmung eines Fahrzeugrollneigungswinkels gezeigt und beschrieben wurde, ist klar, dass ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen weitere Sensoren verwendet werden können, um eine Angabe der Neigung des Fahrzeugs zu liefern.
Einsatzlogik mit Grauzonendauerindikator
Die Einsatzlogik 66 mit dem Grauzonendauerindikator und der Beinahe-Überschlag-Unempfindlichkeit erzeugt ein Überschlageinsatzsignal, das auf dem Rollwinkel ϕ und auf der abgetasteten Winkelgeschwindigkeit ϕ beruht, die von der ABROM-Logik 62 ausgegeben werden. Anhand von 6 ist hier ein Beispiel einer Grauzone 150 veranschaulicht. Die Einsatzlogik 66 vergleicht die abgefühlte Winkelgeschwindigkeit ϕ und den Rollwinkel ϕ mit zwei Schwellenwertkurven, d. h. mit einer (oberen) Volleinsatzkurve (Volleinsatzlinie) 156a, jenseits derer immer ein Einsatz angewiesen wird, und mit einer (unteren) Nichteinsatzkurve (Nichteinsatzlinie) 156e, unterhalb derer nie ein Einsatz angewiesen wird. Das Gebiet zwischen diesen zwei Kurven wird die Grauzone 150 genannt. Die Einsatzlogik überwacht die Signaldauer in der Grauzone 150 und stellt die Volleinsatzkurve dynamisch näher zu der Nichteinsatzkurve ein. Dies ermöglicht den rechtzeitigen Einsatz bei einem schraubenförmigen Ereignis und anderen Ereignissen, die komplizierte Fahrzeugbewegungen umfassen, während ein Verzögerungsfaktor Unempfindlichkeit gegenüber Schwellenwert-Nichtauslöseereignissen wie etwa Rampensprüngen oder Geländefahrbedingungen schafft.
Die vertikale Achse des Grauzonendauerindikators ist der Momentanwert der Winkelrollgeschwindigkeit ϕ nach der Verarbeitung durch die ABROM-Logik 62. Die horizontale Achse ist der Momentanwert des Rollwinkels ϕ, wie er durch das Integrierglied 64 bestimmt wird. Zur zweckmäßigen Beschreibung werden hier sowohl die Rollgeschwindigkeit ϕ als auch der Rollwinkel ϕ als Absolutwerte betrachtet, wobei diese Werte im Allgemeinen aber entweder positive oder negative Zahlen sein können. Außerdem ist klar, dass Überschläge in Uhrzeigerrichtung und entgegen der Uhrzeigerrichtung verschiedene Anforderungen haben können und somit mit kleinen Änderungen an der Einsatzlogik und einer kleinen Zunahme der Anzahl der Einstellparameter getrennte Kalibrierungen verwenden können.
Die in 6 veranschaulichten Kurvenwege repräsentieren die Spur paarweiser Punkte (Winkel ϕ, Geschwindigkeit ϕ) für mehrere repräsentative Überschlag- und Beinahe-Überschlagereignisse. Die Wege 160 zeigen Nicht-Überschlagereignisse, während die Wege 170 und 172 Überschlagereignisse zeigen. Auf der horizontalen Achse, die den momentanen Rollwinkelwert ϕ repräsentiert, befindet sich der statische Stabilitätswinkel 180, der derjenige Rollwinkel ist, bei dem das Fahrzeug auf zwei Rädern (auf der gleichen Seite des Fahrzeugs) ideal im Gleichgewicht ist, wobei jede weitere Zunahme des Winkels dazu führt, dass das Fahrzeug auf seine Seite umkippt. Für einen typischen PKW kann der statische Stabilitätswinkel 180 für Überschläge je nach Fahrzeug von sechsundvierzig (46) bis siebzig (70) Grad liegen. Auf der vertikalen Achse, die die Rollgeschwindigkeit ϕ repräsentiert, befindet sich die Impulsüberschlaggeschwindigkeit 182, die, wenn sie auf einen Winkel von null Grad angewendet wird, veranlasst, dass das Fahrzeug den statischen Stabilitätswin kel und den Überschlag durchläuft. Zwischen den zwei Extremwerten 180 und 182 und typisch mit einem kleineren Betrag liegt die Volleinsatzlinie (Volleinsatzkurve) wie etwa die Linie 156a, die Paare aus Winkel und Geschwindigkeit repräsentiert, so dass irgendein Paar aus Winkel und Geschwindigkeit auf oder über der Volleinsatzlinie nominell eine Einsatzbedingung angibt. Die Volleinsatzlinie ist hier als eine Gerade gezeigt, wobei die Betrachtung der Fahrzeugfederungsdynamik und weiterer nichtlinearer Bedingungen in der Fahrzeugkonstruktion aber zusammenwirken können, um dieser Grenze eine komplizierte Form zu verleihen. Die Form und die Neigung dieser Linie können ebenfalls von zusätzlichen Eingangssignalen wie etwa von dem Vertikal- oder von dem Querbeschleunigungssignal abhängen. Allerdings wird für die Einfachheit der Diskussion angenommen, dass die Volleinsatzlinie linear ist und eine einzige Neigung besitzt. Es wird angemerkt, dass sich die momentane Erfindung auf beliebige, komplizierte Formen der Volleinsatzlinie erstreckt, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Innerhalb der Grauzone 150 können paarweise Punkte aus Geschwindigkeit und Winkel entweder Überschlagereignisse, die noch nicht ausreichend Energie für den Überschlag akkumuliert haben, oder sehr schwere Nicht-Überschlagereignisse umfassen. Die Grauzone 150 wird als eine beliebig dünne Linie zwischen Einsatz- und Nichteinsatzereignissen betrachtet. Faktoren wie etwa eine Schwankung von Fahrzeug zu Fahrzeug und Herstellungstoleranzen in Bezug auf die Bauteile erfordern bei der Kalibrierung des Überschlagerfassungsalgorithmus einen Grad der Trennung zwischen Volleinsatereignissen und Nichteinsatzereignissen.
Um Unempfindlichkeit gegenüber Paaren aus Winkel und Geschwindigkeit zu schaffen, die momentan die Volleinsatzlinie überschreiten können, aber nicht von ausreichender Schwere sind, um einen Einsatz anzuweisen, ist die Grauzone 150 an den Achsen oder von den Achsen entfernt begrenzt. Die linke Grenze 152 der Grauzone 150 ist durch einen unteren Grenzewert des minimalen Rollwinkels definiert, der erforderlich ist, bevor ein Einsatz zugelassen wird. Die untere Grenze 158 der Grauzone 150 ist durch eine minimale Winkelrollgeschwindigkeit definiert, bei der zugelassen wird, dass der Überschlagerfassungsalgorithmus die Überschlagentscheidung einsetzt, und wird verwendet, um den Einsatz bei sehr langsamen Rollereignissen wie etwa einem in einem Senkloch eines Parkplatzes erfahrenen Rollen zu verhindern. Der minimale Rollwinkel 152 und die Rollgeschwindigkeit 158 sind kalibrierbare Parameter, die in dem Überschlagerfassungsalgorithmus eingestellt werden.
Fahrzeugereignissen, die veranlassen, dass das Winkel-Geschwindigkeit-Paar eine beträchtliche Zeitdauer innerhalb der Grauzone 150 verbringt, wird besondere Beachtung gewidmet. In Zusammenstoßereignissen kann das Fahrzeug komplizierte Bewegungen erfahren, bevor es sich schließlich überschlägt. Falls die Zeitdauer innerhalb der Grauzone 150 beträchtlich ist, wird die Fähigkeit zugelassen, die Volleinsatzlinie dynamisch einzustellen. Für diese Ereignistypen wird die Grauzonenzeitdauer verwendet, um die Volleinsatzlinie näher zur Nichteinsatzlinie abzusenken. Je länger die Zeitdauer in der Grauzone ist, desto wahrscheinlicher löst das Ereignis den Einsatz von Sicherheitsvorrichtungen aus.
Der minimale Einsatzwinkel besitzt einen durch die Linie 152 gezeigten unteren Grenzwert, der als der Standardgrenzwert dient. Während des normalen Fahrzeugbetriebs ist der minimale Einsatzwinkel auf den minimalen Grenzwert 152 eingestellt. Während bestimmter Beinahe-Überschlagereignisse wird der minimale Einsatzwinkel um Delta Δ zur Linie 152a erhöht, um den Einsatz eines Überschlaganweisungssignals während des Beinahe-Überschlagereignisses zu verhindern. Wenn das Beinahe-Überschlagereignis vorüber ist und das Fahrzeug zu einem Normalbetrieb zurückkehrt, kehrt der minimale Einsatzwinkel zu einer Minimalgrenzen-Standardeinstellung auf der Linie 152 zurück. Dementsprechend kann durch Verschieben des minimalen Einsatzwinkels auf die Linie 152a verhindert werden, dass schwere Ereignisse, die ein Beinahe-Überschlagen verursachen, bei denen aber ein Überschlagereignis fehlt, insbesondere während des Stoßes im Zusammenhang mit der Rückkehr auf eine ebene Oberfläche den Einsatz eines Überschlaganweisungssignals auslösen.
Die Einsatzlogik 66 verarbeitet vorzugsweise ausreichend vor Auftreten eines tatsächlichen Überschlags den integrierten Winkel ϕ und die Winkelgeschwindigkeit ϕ mit einer Logik, die angibt, ob diese Signale zusammen ein bevorstehendes Überschlagereignis angeben. Um den Überschlagerfassungsalgorithmus empfindlich genug zu machen, um eine Überschlagbedingung während der Frühphasen eines solchen Ereignisses zu erfassen, besteht in vielen Systemen das Risiko, dass der Überschlagerfassungsalgorithmus die Überschlagentscheidung bei bestimmten Nicht-Überschlagereignissen ausreichender Schwere einsetzen kann. Ein Beispiel ist wie oben erläutert die Rückkehr des Fahrzeugs von einem Beinahe-Überschlagereignis in eine ebene Lage.
Ein Fahrzeug kann durch den statischen Stabilitätswinkel, d. h. durch denjenigen Rollwinkel, bei dem der Fahrzeugschwerpunkt über der Linie zwischen zwei Reifen auf der gleichen Seite des Fahrzeugs gerichtet ist, charakterisiert werden, der je nach Typ des Fahrzeugs typisch etwa fünfundvierzig (45) bis siebzig (70) Grad beträgt. Unter bestimmten Fahrbedingungen kann ein Fahrzeug einen erhöhten Rollwinkel nahezu bis zu dem statischen Stabilitätswinkel halten, ohne dass das Überschlagein satz-Anweisungssignal ausgelöst wird. Falls sich eine Seite des Fahrzeugs aufrichtet, wenn das Fahrzeug nahezu auf den statischen Stabilitätswinkel gerollt ist, kann das Fahrzeug plötzlich auf eine im Wesentlichen ebene Oberfläche zurückfallen. Dieser Fall kann eine große Geschwindigkeit auf der nach unten zurückkehrenden Seite des Fahrzeugs entwickeln, wobei die Sensoren ein sehr schweres Ereignis aufzeichnen können, wenn das Fahrzeug auf den Boden auftrifft. Tatsächlich kann das Fahrzeug hart genug in die Federung aufschlagen, dass es sich bis zu den harten Stoßfängeranschlägen des Fahrzeugs bewegt, wobei es sich möglicherweise noch weiter dreht, während sich die Reifen zusammendrücken und die Fahrzeugfederung biegt. Diese Überbewegung kann bis zu zehn Grad oder mehr Drehung gegenüber dem ursprünglichen Hochsteigen betragen und hängt mit hohen Winkelgeschwindigkeits und großen Beschleunigungswerten sowohl in Querrichtung als auch in der vertikalen Richtung zusammen. Da in diesem Beinahe-Überschlagszenarium kein Fahrzeugüberschlag stattgefunden hat, wäre es geeignet, wenn die Überschlagerfassungsvorrichtung kein Überschlaganweisungssignal einsetzt. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird der minimale Winkel, bei dem der Einsatz richtig ist, so eingestellt, dass die Überschlagerfassung unempfindlich gegenüber diesen Typen von Beinahe-Überschlagereignissen ist.
Anhand der 7A und 7B ist die Einsatzlogikroutine 200 zum Einstellen der minimalen Einsatzlinie und zum Einstellen der Volleinsatzlinie anhand einer Grauzonenzeitdauer veranschaulicht. Die Einsatzlogikroutine 200 startet in Schritt 202 und geht zu Schritt 204 über, um die durch das Integrierglied 64 verarbeitete Winkeleingabe zu bestimmen. Nachfolgend wird in Schritt 206 auf den Winkel ein Tiefpass-Nachlauffilter angewendet, so dass das Winkelsignal um eine Zeitdauer von etwa 0,3 bis 0,5 Sekunden verzögert wird. Somit kann das Tiefpassfilter mit einer Gruppenverzö gerung in dem Bereich für Signale mit einem Frequenzinhalt von etwa 0,01 Hz bis 2,0 Hz konstruiert sein. Die Tiefpassfilterung verhindert außerdem eine falsche Auslösung anhand kurzzeitiger Spitzen, die in dem Integrationsausgangswinkel auftreten können.
In Schritt 208 berechnet die Einsatzlogikroutine 200 den Wert Delta Δ, der als die Differenz des Absolutwerts des Momentanwinkels, subtrahiert von dem Absolutwert der Differenz zwischen dem Momentanwinkelwert und dem gruppenverzögerten (gefilterten) Wert, definiert ist. Somit erreicht die Berechnung von Delta Δ einen Wert, der nur dann, wenn der gruppenverzögerte Wert eine Polarität und der Momentanwinkel eine entgegengesetzte Polarität hat, und nur dann, wenn diese Differenz über Dauern kürzer als die gruppenverzögerte Zeitdauer vorhanden ist, positiv ist.
Nachfolgend prüft die Routine 200 in Entscheidungsschritt 210, ob Delta Δ größer als ein im Voraus spezifizierter Delta-Max-Grenzwert ist, wobei sie in Schritt 212 Delta Δ gleich dem Delta-Max-Grenzwert einstellt, wenn das der Fall ist. Nach den Schritten 210 und 212 geht die Routine 200 zur Prüfung über, ob Delta Δ größer als null ist, wobei sie in Schritt 216 den minimalen Einsatzwinkel gleich dem minimalen Einsatzwinkel, erhöht um Delta Δ, einstellt, wenn das der Fall ist. Andernfalls wird der minimale Einsatzwinkel in Schritt 218 gleich dem unteren Grenzwert des minimalen Einsatzwinkel eingestellt. Somit ist Delta Δ gleich einem Wert null, falls das Fahrzeug in dem momentanen Zeitpunkt in einem Rollwinkel ist, vor sehr kurzer Zeit aber unter einem Rollwinkel null war. Falls das Fahrzeug einen Rollwinkel hat, der über eine Dauer, die mit der Gruppenverzögerungszeit des Filters vergleichbar ist, stationär zugenommen hat, ist Delta Δ negativ. Somit wird der minimale Einsatzwinkel auf den Standardminimalwert eingestellt, falls Delta Δ null oder kleiner ist. Falls Delta Δ dage gen positiv ist, was angibt, dass das Fahrzeug aus einem Beinahe-Überschlagzustand zurückkehrt, wird der Wert von Delta Δ zu dem Standardminimalwert addiert, um die momentane Einstellung des minimalen Einsatzwinkels zu bestimmen. Somit erhöht sich der minimale Einsatzwinkel während einer Zeitdauer wie etwa 0,3 bis 0,5 Sekunden nach einem Beinahe-Überschlagereignis vorübergehend, wodurch eine zusätzliche Unempfindlichkeit gegenüber diesem schweren Ereignis, aber Nicht-Überschlagereignis, gegeben wird.
Nach der Einstellung der Minimaleinsatzlinie geht die Einsatzlogikroutine 200 zu den in 7B gezeigten Schritten über, um anhand der Grauzonenzeitdauer die Volleinsatzlinie einzustellen. Im Entscheidungsblock 220 prüft die Einsatzlogikroutine 200, ob die folgenden Bedingungen erfüllt sind: (1) Die Winkelgeschwindigkeit liegt über dem Minimalgeschwindigkeitswert; und (2) der berechnete Rollwinkel liegt über dem minimalen Winkelwert. Der Klarheit halber werden hier nur positive Werte betrachtet, wobei das Konzept aber gleichfalls für negative Werte und für negative Geschwindigkeiten gültig ist. Nachfolgend prüft die Einsatzlogikroutine 200 im Entscheidungsschritt 222, ob die paarweise Kombination des Rollwinkels und der Geschwindigkeit die Volleinsatzlinie überschreitet. Falls die Volleinsatzlinie überschritten ist, prüft der Entscheidungsschritt 224, ob der Rollwinkel seit der vorangehenden Iteration durch die Einsatzschleife tatsächlich zugenommen hat. Dieses Konzept der Verwendung früherer Iterationen zur Suche nach einem zunehmenden Winkel kann erweitert werden, so dass es eine gewichtete Summe mehrerer früherer Abtastwerte des Rollwinkels ϕ enthält. Sofern der Rollwinkel ϕ zugenommen hat, wird in Schritt 226 eine Überschlageinsatzentscheidung erzeugt. Andernfalls geht die Routine 200 zum Entscheidungsschritt 228 über.
Die in Schritt 224 vorgesehene Prüfung stellt sicher, dass der Einsatz lediglich zu einem Zeitpunkt angewiesen wird, zu dem der Rollwinkel ϕ tatsächlich zu dem Überschlagpunkt zunimmt. Außerdem schafft diese Prüfung eine zusätzliche Unempfindlichkeit gegenüber einer Klasse von Fahrzeugbewegungen, bei denen bereits ein wesentlicher Winkel akkumuliert worden ist, woraufhin das Fahrzeug eine scharfe Winkelgeschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung erfährt. Ohne diese Prüfung könnte ein solches Nicht-Überschlag-Fahrerszenarium möglicherweise zu einem versehentlichen Einsatz führen. In einer Ausführungsform, in der für Überschläge in Uhrzeigerrichtung und für Überschläge entgegen der Uhrzeigerrichtung getrennte Kalibrierungen verwendet werden, wird die Logik, die prüft, ob der Rollwinkel zunimmt, stattdessen zu einer Prüfung, die überprüft, dass der Rollwinkel und die Rollgeschwindigkeit das gleiche Vorzeichen haben.
Falls die paarweise Kombination des Rollwinkels und der Rollgeschwindigkeit unter der momentanen Einsatzlinie liegen oder falls der Rollwinkel nicht zunimmt, prüft der Entscheidungsschritt 228, ob sich das Rollwinkel-Rollgeschwindigkeit-Paar innerhalb der Grauzone ändert, indem es über der Nichteinsatzlinie liegt. Falls das Winkel-Geschwindigkeit-Paar innerhalb der Grauzone liegt, wird in Schritt 230 der Dauer-Zähler inkrementiert und in Schritt 232 anhand der Dauer-Zählung die Volleinsatzlinie eingestellt. Die Einstellung der Volleinsatzlinie der Dauer-Zählung anhand dessen, dass das Rollwinkel-Rollgeschwindigkeit-Paar innerhalb der Grauzone liegt, schafft für einen weiten Bereich von Überschlagereignissen einen rechtzeitigen Einsatz. In Szenarien, in denen der Überschlag plötzlich, sogar heftig beginnt, wie etwa beim seitlichen Ausscheren an die Bordsteinkante oder bei einem Zusammenstoß, bei dem das Fahrzeug angehoben wird und sich überschlägt, steigt das Rollwinkel-Rollgeschwindigkeit-Paar rasch an und überschreitet schnell die Voll einsatzlinie. Allerdings kann das Fahrzeug während Überschlägen, die komplizierte Bewegungen umfassen wie etwa schraubenförmige, bestimmte Arten des Umkippens, Überschläge während Geländefahrten oder verkettete Ereignisse, die zu einem Überschlag führen, kurz schweben oder zusätzliche Stöße durchmachen, bevor es einen kritischen Punkt erreicht, der einen Einsatz erfordert. Falls sich die Fahrzeuglage momentan innerhalb der Grauzone bewegt, daraufhin aber in eine im Wesentlichen ebene Stellung zurückkehrt, ist typisch kein Einsatz erforderlich. Allerdings kann eine länger andauernde Dauer in der Grauzone angeben, dass ein schweres Ereignis im Gang ist, wobei in diesen Fällen, wenn die Fahrzeugbewegung schließlich unaufhaltsam zum Überschlag fortschreitet, häufig ohne Verzögerung der Einsatz erforderlich ist. Um diese Ziele zu erreichen, verringert der Grauzonendauerindikator allmählich die Volleinsatzlinie wie etwa von der Linie 156a zur Linie 156b oder weiter zu irgendeiner der Linien 156c–156h, wodurch die Grauzone effektiv zusammenfällt, um zu ermöglichen, dass diese Klasse von Ereignissen bei Bedarf einen rechtzeitigen Einsatz erreicht.
Die Einstellung der Volleinsatzlinie kann als eine lineare Interpolation der Endpunkte der Volleinsatzlinie zur Nichteinsatzlinie betrachtet werden. Jeder Fortschritt der Volleinsatzlinie näher zur Nichteinsatzlinie erfolgt anhand der Dauer der paarweisen Abtastwerte von Winkel und Geschwindigkeit, die innerhalb der Grauzone liegen. Eine ausreichend lange Dauer innerhalb der Grauzone weist schließlich einen Einsatz an. Die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Volleinsatzlinie zur Nichteinsatzlinie ist ein einstellbarer oder kalibrierbarer Parameter des Algorithmus. Gemäß einem Beispiel sind drei bis fünf Abtastwerte innerhalb der Grauzone erforderlich, bevor die Volleinsatzlinie und die Nichteinsatzlinie zusammenfallen. Obgleich hier eine lineare Geradeninterpolation beschrieben ist, erstreckt sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf eine nichtlineare Interpolation und auf stückweise lineare Grenzen der Grauzone. Nachdem ein Beinahe-Überschlagereignis abgeschossen ist, sollte die Einstellung der Volleinsatzlinie auf den ursprünglichen Standardwert zurückgesetzt werden.
Falls wie in Schritt 228 bestimmt worden ist, dass die paarweise Kombination aus Rollwinkel und Winkelgeschwindigkeit nicht über der Nichteinsatzlinie liegt, wird die Steuerung an den Entscheidungsschritt 234 übergeben, um zu sehen, ob die Dauer-Zählung größer als eins ist. Falls die Dauer-Zählung eins nicht überschreitet, geht die Routine 200 zur Einstellung der Volleinsatzlinie in Schritt 232 über. Falls die Dauer-Zählung andernfalls einen Wert eins überschreitet, inkrementiert die Routine 200 die Abfall-Zählung in Schritt 236 und geht daraufhin zu Entscheidungsschritt 238 über, um zu prüfen, ob die Abfall-Zählung größer als ein Abfall-Zählungs-Maximalwert ist. Wenn der Abfall-Zähler eine voreingestellte maximale Zählung erreicht, wird die Dauer-Zählung in Schritt 240 dekrementiert und anhand der Dauer-Zählung in Schritt 232 die Volleinsatzlinie eingestellt. Der Zweck der Abfall-Zählung ist es, die Dauer-Zählung während einer kurzen Zeitdauer aufrechtzuerhalten, falls die Fahrzeugbewegung für einen Moment aus der Grauzone herausgeht. Der Abfall-Zählungs-Maximalwert wird so eingestellt, dass verkettete Ereignisse einen rechtzeitigen Einsatz erfahren, während eine raue Straße oder Beinahe-Überschlagereignisse mit lediglich periodischen Auslenkungen in die Grauzone die Unempfindlichkeit erhalten, die der Standard-Volleinsatzschwellenwert bietet. Nachdem die Einstellungen an der Volleinsatzlinie vorgenommen worden sind, wird die Steuerung für die nächste Schleife der Abtastwertiterationen für die Routine 200 an den Schritt 204 zurückgegeben.
Dementsprechend schafft die Einsatzlogik 66 einen veränderlichen Schwellenwert für den Vergleich mit dem Rollwinkel, um zu bestimmen, ob eine Überschlagentscheidung einzusetzen ist. Die Veränderlichkeit des Überschlagschwellenwerts ermöglicht die rechtzeitige Erfassung bestimmter Fahrzeugfahrereignisse, um ein bevorstehendes Überschlagereignis vorher vorauszusagen. Der veränderliche Schwellenwert ermöglicht ferner die Erfassung sehr naher Beinahe-Überschlagereignisse, bei denen kein tatsächliches Überschlagereignis vorliegt, so dass die Überschlagerfassung keine Überschlagentscheidung eingesetzt.
Adaptive Logik zur Entfernung der systematischen Abweichung mit Minimumausgabe (ABROM-Logik)
Die ABROM-Logik 62 verarbeitet digital abgetastete Eingangssignale in der Weise, dass konstante oder langsam veränderliche systematische Abweichungen entfernt werden, kleine Rauschsignale beseitigt werden und Signale mit großer Amplitude mit einer eingestellten systematischen Abweichung übergeben werden, um Signale mit optimaler Genauigkeit zu erhalten. Die ABROM-Logik 62 ist besonders nützlich zur Verarbeitung von Signalen, die zur Verwendung in der Überschlagerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung über einen Winkelgeschwindigkeitssensor abgefühlt werden. Allerdings ist klar, dass die ABROM-Logik 62 ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen ebenfalls nützlich für die Verarbeitung von Signalen ist, die durch andere Abfühlvorrichtungen zur Verwendung in verschiedenen Anwendungen erzeugt werden.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform besitzt die ABROM-Logik 62 drei Hauptbetriebsgebiete. Diese drei Hauptbetriebsgebiete sind in 4 gezeigt. In dem Hochpassfiltergebiet wird für Signale mit kleiner Amplitude unter einem adaptiven Schwellenwert ein Hochpassfilter angewendet. In dem Allpassgebiet werden die Signale für Signale mit größerer Amplitude über dem adaptiven Schwellenwert mit Ausnahme der Entfernung der jüngsten Schätzung der systematischen Abweichung, die von dem Hochpassfilter abgeleitet ist, ungeändert übergeben. Falls die Ausgabe des Hochpassfilters unter einem minimalen Ausgangspegel liegt, wird die Ausgabe in einem Ausgangsminimumbereich auf null gezwungen.
Der Betrieb der ABROM-Logik 62 liefert durch die Bereitstellung der Entfernung einer statischen oder langsam veränderlichen systematischen Abweichung aus einem durch den Sensor erzeugten Signal eine Anzahl von Vorteilen. Ferner schafft die Minimumausgabefunktion im Vergleich zu herkömmlichen Filtervorgehensweisen eine schnellere Erholung von driftenden Eingangswerten. Das Allpassgebiet über dem adaptiven Schwellenwert korrigiert systematische Sensorabweichungen, übergibt das Eingangssignal ansonsten aber an den Ausgang. Dies vermeidet Filterverzögerungen im Zusammenhang mit Digitalfiltern und die Dämpfung von Niederfrequenzkomponenten des Signals über dem adaptiven Schwellenwert. Die ABROM-Logik 62 ist insbesondere dort, wo Änderungen der systematischen Abweichung oder des Versatzes schlecht toleriert werden, auf Systeme anwendbar, die auf aussetzende, asynchrone Signale überwacht werden. Die ABROM-Logik 62 ermöglicht für Überschlagerfassungsalgorithmen und insbesondere für jene, die eine Integration eines durch einen Sensor erzeugten Signals verwenden, schnelle Reaktionszeiten bei minimalen Fehlern.
In 8 ist eine ABROM-Steuerroutine 300 veranschaulicht. Die Routine 300 beginnt in Schritt 302 und prüft in Entscheidungsschritt 304, ob die Winkelgeschwindigkeitssensoreingabe (ARS-Eingabe) größer als ein adaptiver Schwellenwert ist. Auf Wunsch können der Absolutwert der Eingabe oder verschiedene Schwellenwerte beiderseits von null verwendet werden.
Die in Entscheidungsschritt 304 ausgeführte Prüfung verringert die Mikroprozessorverarbeitungszeit, wenn eine Signalauslenkung über den adaptiven Schwellenwert auftritt. Dies sind Ereignisse, die erfasst oder gemessen werden sollen, wobei das Ereignis so rasch wie möglich verarbeitet werden sollte, wenn solche Ereignisse beginnen.
Wenn der erste Signalabtastwert den adaptiven Schwellenwert überschreitet, wird eine laufende systematische Abweichung festgesetzt und gespeichert, bis die Signalamplitude unter den adaptiven Schwellenwert fällt. Dies wird dadurch erreicht, dass in Schritt 306 geprüft wird, ob der erste Abtastwert über einem adaptiven Schwellenwert liegt, wobei in Schritt 308 eine laufende systematische Abweichung erfasst wird, die gleich der Differenz der Eingabe (i-1) minus der Ausgabe (i-1) ist, wenn das der Fall ist. Andernfalls wird die ABROM-Ausgabe in Schritt 310 gleich der Differenz der Eingabe minus der laufenden systematischen Abweichung eingestellt, falls der erste Abtastwert nicht über dem adaptiven Schwellenwert liegt. Der laufende Abtastwert wird dadurch berechnet, dass in dem letzten früheren Zeitschritt das Eingangssignal von der Hochpassfilterausgabe subtrahiert wird. Die Frequenzantwort des Hochpassfilters ist derart, dass konstante oder langsam veränderliche systematische Abweichungen aus der Eingabe entfernt werden, so dass die Hochpassfilterausgabe (in Abwesenheit von Signalen mit großer Amplitude) bei oder nahe dem Nennnullwert liegt.
Besonders nützlich ist die ABROM-Logik für Situationen, in denen die interessierenden Signale eine verhältnismäßig große Amplitude und im Vergleich zur Zeitkonstanten des Hochpassfilters eine verhältnismäßig kurze Dauer haben. In diesen Fällen ist die laufende systematische Abweichung eine gute Näherung der wahren systematischen Abweichung. Je länger die Dauer dieser Auslenkungen ist, desto mehr Fehler können unter Verwendung der laufenden systematischen Abweichung auftreten. Obgleich frühere Signalauslenkungen über den adaptiven Schwellenwert veranlassen könnten, dass die laufende systematische Abweichung von der wahren systematischen Abweichung abweicht, werden zwei Verfahren verwendet, d. h. (1) Neuinitialisieren des Hochpassfilters nach einer großen Amplitudenablenkung; und (2) Verwenden des Ausgangsminimums wie im Folgenden beschrieben, um diese Wirkungen zu minimieren.
Abtastwerte über dem adaptiven Schwellenwert (einem Absolutwert) werden ohne Dämpfung oder Verzögerung übergeben, jedoch durch Subtrahieren der laufenden systematischen Abweichung korrigiert, so dass sich die Niederfrequenzkomponenten der Signale mit großer Amplitude in der Ausgabe genau widerspiegeln. Für Eingangssignale, die den adaptiven Schwellenwert nicht überschreiten, geht die Routine 300 zu Schritt 312 über, um zu prüfen, ob der erste Abtastwert unter dem adaptiven Schwellenwert liegt. Wenn der erste Abtastwert unter dem adaptiven Schwellenwert liegt, wird das Filter in Schritt 314 mit der laufenden systematischen Abweichung initialisiert, bevor zu Entscheidungsschritt 318 übergegangen wird. Falls der erste Abtastwert dagegen nicht unter dem adaptiven Schwellenwert liegt, wird in Schritt 316 eine Hochpassdigitalfilterung ausgeführt, bevor zu Entscheidungsschritt 318 übergegangen wird. Der Entscheidungsschritt 318 prüft, ob die Filterausgabe unter einer minimalen Ausgabe liegt, wobei die Routine 300 zu Schritt 304 zurückkehrt, wenn das nicht der Fall ist. Dagegen geht die Routine 300 vor der Rückkehr zu Schritt 304 zu Schritt 320 über, um die ABROM-Ausgabe gleich null einzustellen, falls die Filterausgabe unter der minimalen Ausgabe liegt.
Die laufende systematische Abweichung ist die beste Schätzung der wahren systematischen Abweichung, obgleich sie sich für die Dauer der Sig nalauslenkung leicht ändern kann. Dadurch, dass die laufende systematische Abweichung als ein Startpunkt für das Hochpassfilter verwendet wird, ist der einzige Fehler, den das Hochpassfilter korrigieren muss, der kleine Betrag der Verschiebung der systematischen Abweichung, die während der kurzen Signalauslenkung über den adaptiven Schwellenwert aufgetreten sein kann, wodurch es erforderlich wird, bei der Initialisierung den vollen Betrag der systematischen Abweichung auf einen Nullwert zu korrigieren, bevor ein erhebliches Überschwingen stattfindet, falls das Filter für die gesamte Signalauslenkung verwendet wurde.
Vorzugsweise ist das Hochpassfilter ein IIR-Filter erster Ordnung wie etwa ein Butterworth-Filter. Allerdings kann die ABROM-Logik unter Verwendung aufeinander folgender Zeitschritte auf Filter irgendeiner Ordnung angewendet werden, um aufeinander folgende Terme des Digitalfilters zu initialisieren. Das Neuinitialisieren des Filters mit der laufenden systematischen Abweichung startet das Filter effektiv dort, wo es beim Start der Signalablenkung über dem adaptiven Schwellenwert aufgehört hatte. Irgendeine Verschiebung der systematischen Abweichung, die aufgetreten ist, oder irgendeine Signaldämpfung unter den adaptiven Schwellenwert ist alles, was für das Hochpassfilter zu entfernen bleibt. Da die Verschiebungen klein sind, erfolgt die Erholung im Allgemeinen viel rascher als bei herkömmlichen Hochpassfiltern.
Wie im Folgenden beschrieben wird, kann die Erholungszeit mit einer Minimalausgabeverarbeitungstechnik verringert werden. Falls die Eingabe größer als der adaptive Schwellenwert ist, ist die Zwischenausgabe der ABROM-Logik entweder die Hochpassfilterausgabe oder das in Bezug auf die systematische Abweichung eingestellte Signal. Falls die Ausgabe unter einen minimalen Ausgangspegel fällt, wird die Ausgabe gleich null eingestellt. Diese Operation ermöglicht eine schnelle Erholung von irgendwel chen längeren Zeitdauern von Eingaben mit großer Amplitude und verringert Fehler, wenn die ABROM-Ausgabe wie etwa zur Überschlagabfühlung integriert wird.
9 veranschaulicht die Ergebnisse der ABROM-Logik zum Entfernen einer systematischen Abweichung, wenn die systematische Abweichung gemäß einem Beispiel rasch auf einen hohen Wert driftet, kurz auf dem hohen Wert ruht und daraufhin auf null zurückdriftet. Die durchgezogene Linie 330 repräsentiert die Eingabe in die ABROM-Logik, während die Strichlinie 332 die Ausgabe repräsentiert. Bei den frühen Anstiegspegeln bleibt die Ausgabe 332 gemäß der Minimumausgabefunktion null. Während das Eingangssignal 330 weiter steigt, beginnt die Ausgabe 332 gemäß der Funktion des Hochpassfilters gedämpft zu werden, was das asymptotische Verhalten bis zu dem Plateau des Eingangssignals 330 bei einer Zeitdauer von etwa fünfzig (50) Sekunden veranschaulicht. Wenn die systematische Abweichung auf dem hohen Pegel bleibt, veranlasst das Hochpassfilter, dass die Ausgabe auf null abfällt, bis die Ausgabe 332 unter die minimale Ausgabe fällt und daraufhin sofort auf null fällt. Dies veranschaulicht eine schnelle Erholungszeit. Wenn die Eingabe 330 bei etwa 100 Sekunden zu fallen beginnt, wird mit Ausnahme der umgekehrten Polarität das gleiche Verhalten gezeigt. Dementsprechend ist die abwärtsgerichtete Flanke des Eingangssignals 330 größer als die Eingangsflanke, was zu einer höheren Ausgabe 332 führt, die von null abweicht. Dementsprechend erfolgt die Entfernung der systematischen Abweichung der ABROM-Logik für Signale mit größerer Amplitude wie im Folgenden beschrieben nicht auf Kosten der Signalformtreue.
In 10 ist eine Signalauslenkung mit großer Amplitude gezeigt, die einer konstanten systematischen Abweichung überlagert ist. Die konstante systematische Abweichung ist auf eine Rate von etwa minus zehn (–10) eingestellt, wobei an diesem Punkt die ABROM-Logik initialisiert wird. Die Signalauslenkung tritt bei etwa vierzig (40) Sekunden auf und besitzt eine Spitzenamplitudengeschwindigkeit von etwa sechzig (60), auf die als die systematische Abweichung Bezug genommen wird. Der maximale Signalpegel wird innerhalb von etwa zwei Sekunden erreicht und besitzt daraufhin während mehrerer Sekunden ein Plateau, bevor er zurück auf den Pegel der systematischen Abweichung abfällt. Gemäß diesem Beispiel wird der adaptive Schwellengrenzwert auf einen Wert von etwa zwanzig (20) eingestellt, während der minimale Ausgangspegel auf einen Wert von etwa zwei (2) eingestellt wird. Die durchgezogene Linie 340 repräsentiert das Eingangssignal und die Strichlinie 342 die Ausgabe. Zur Zeit null wird die Ausgabe 342 auf das erste Signal mit einem Wert von etwa minus zehn (–10) initialisiert, woraufhin sie aber mit einer für das Hochpassfilter charakteristischen Zeitkonstanten auf einen Nullwert korrigiert wird. Bei etwa einundzwanzig (21) Sekunden fällt die Ausgabe 342 (ein Absolutwert) unter die minimale Ausgabe, wobei die Ausgabe 342 auf null geht. Wenn bei fünfunddreißig (35) Sekunden die Signalauslenkung beginnt, beginnt die Ausgabe zu steigen, wobei sie mit Ausnahme der Verschiebung gleich der laufenden systematischen Abweichung genau an das Eingangssignal angepasst ist. Die laufende systematische Abweichung ist die momentane Differenz zwischen der Eingabe 340 und der Ausgabe 342 in dem Moment, in dem das Signal den adaptiven Schwellenwert überschreitet. Die laufende systematische Abweichung wird festgehalten, bis das Signal unter den adaptiven Schwellenwert zurückkehrt.
Es ist wichtig anzumerken, dass es während des Plateaus des Eingangssignals um vierzig (40) Sekunden im Wesentlichen keine Signalverzerrung gibt. Wenn das Signal wieder unter den adaptiven Schwellenwert zurückkehrt, wird die laufende systematische Abweichung verwendet, um das Hochpassfilter zu initialisieren. Wegen der Wirkung des Hochpassfilters, das das Signal dämpft, während es zu steigen beginnt, jedoch bevor der adaptive Schwellenwert erreicht worden ist, kann weiter eine gewisse Erholung erforderlich sein. Dieses Überschwingen kann dadurch weiter verringert werden, dass unter der Annahme, dass es keine Historie weiterer Ereignisse gibt, die laufende systematische Abweichung in dem Abtastpunkt weiter zurück in der Zeit berechnet wird. Als eine Option kann gemäß einer Logik, die die Anwesenheit/Abwesenheit einer früheren Signalhistorie erfasst, die laufende systematische Abweichung zu irgendeinem Zeitpunkt in der Vergangenheit oder ein Durchschnitt dieser Punkte berechnet werden. Obgleich in Verbindung mit der Überschlagerfassungsvorrichtung hier die ABROM-Logik gezeigt und beschrieben worden ist, ist klar, dass eine alternative systematische Logik zur Entfernung einer systematischen Abweichung verwendet werden kann, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der wie hier beschriebene Überschlagerfassungsalgorithmus schafft eine verbesserte Funktionalität gegenüber einem weiten Bereich von Überschlagereignissen, während er eine kleine Anzahl von Sensoren verwendet. Das Integrierglied 64 mit einer intelligenten Driftentfernung und die Einsatzlogik 66 mit der hier beschriebenen Beinahe-Überschlag-Unempfindlichkeit schaffen eine Flexibilität, die einen rechtzeitigen Einsatz bei Überschlagereignissen und eine angemessene Unempfindlichkeit gegenüber Nicht-Überschlagereignissen und Beinahe-Überschlagereignissen sicherstellt. Die Leistungsfähigkeit der Überschlagerfassung schafft eine verbesserte Leistungsfähigkeit für eine preiswerte Implementierung und macht sie somit erwünscht für Massenmarktanwendungen wie etwa für die Kraftfahrzeugindustrie.

Claims

Überschlagerfassungsvorrichtung (10) zum Erfassen einer erwarteten Überschlagbedingung für ein Fahrzeug, wobei die Überschlagerfassungsvorrichtung (10) einen Winkelgeschwindigkeitssensor (12) zum Abfühlen einer Lageänderungsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs und zum Erzeugen eines Winkelgeschwindigkeitssignals (ϕ), das sie angibt, und eine Steuereinheit (20) umfasst, die ein Integrierglied (64) zum Integrieren des Winkelgeschwindigkeitssignals (ϕ) und zum Erzeugen eines Lagewinkels (ϕ) sowie eine Einsatzlogik zum Liefern eines Fahrzeugüberschlagbedingungssignals als eine Funktion des Lagewinkels (ϕ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschlagerfassungsvorrichtung ferner einen Vertikalbeschleunigungsmesser (14) zum Abfühlen der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs und zum Erzeugen eines Vertikalbeschleunigungssignals (A_Z), das sie angibt, umfasst, wobei die Steuereinheit (20) ferner anhand des Vertikalbeschleunigungssignals (A_Z) einen Neigungswinkel des Fahrzeugs bestimmt und den Lagewinkel (ϕ) einstellt, um eine systematische Abweichung zu entfernen, bis ein erheblicher Neigungswinkel bestimmt wird, wobei die Einsatzlogik (66) den eingestellten Lagewinkel (ϕ) und das Winkelgeschwindigkeitssignal (ϕ) mit einer Schwellenwertkurve vergleicht und in Abhängigkeit von dem Vergleich das Fahrzeugüberschlagbedingungs-Ausgangssignal liefert.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (20) ferner den Lagewinkel (ϕ) einstellt, um eine systematische Abweichung zu entfernen, wenn der Fahrzeugneigungswinkel unter einem ersten Grenzwert liegt, während die Steuereinheit (20) eine Zunahme oder Abnahme des Lagewinkels (ϕ) verhindert, wenn der Neigungswinkel über dem ersten Grenzwert liegt.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Integrierglied (64) ein Integrierglied mit unendlicher Impulsantwort umfasst.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einsatzlogik (66) den Lagewinkel (ϕ) und das Winkelgeschwindigkeitssignal (ϕ) mit einer veränderlichen Schwellenwertkurve vergleicht, die sich anhand des Winkelgeschwindigkeitssignals (ϕ) und des Lagewinkels (ϕ) ändert.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Winkelgeschwindigkeitssensor (12) die Rollwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs abfühlt und die Steuereinheit (20) eine Überschlagbedingung des Fahrzeugs um eine Längsachse des Fahrzeugs bestimmt.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Logik (62) zum Entfernen einer systematischen Abweichung umfasst, um aus dem abgefühlten Winkelgeschwindigkeitssignal (ϕ) eine systematische Abweichung zu entfernen.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Antialiasingfilter (60a) umfasst, das mit dem Ausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors (12) gekoppelt ist.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der die Einsatzlogik (66) den Lagewinkel (ϕ) und das abgefühlte Winkelgeschwindigkeitssignal (ϕ) mit einer veränderlichen Schwellenwertkurve (156) vergleicht.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Schwellenwertkurve (156) anhand einer während eines Beinahe-Überschlagereignisses vergangenen Zeitdauer veränderlich ist.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (20) ein Fahrereignis erfasst, das eine große Lagegeschwindigkeit und/oder einen großen Lagewinkel veranlasst, wobei sie ferner einen minimalen Einsatzwinkel (152) einstellt, um einen Einsatz eines Fahrzeugüberschlagbedingungssignals während des Fahrereignisses zu verhindern.
Überschlagerfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Fahrereignis ein Beinahe-Überschlagereignis umfasst.
Verfahren zum Erfassen einer erwarteten Überschlagbedingung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Schritte des Abfühlens (104) einer Lageänderungsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs und des Erzeugens eines Winkelgeschwindigkeitssignals (ϕ), das sie angibt, des Integrierens (106) des Winkelgeschwindigkeitssignals (ϕ) und des Erzeugens eines Lagewinkels (ϕ); und des Lieferns eines Fahrzeugüberschlagbedingungs-Ausgangssignals umfasst, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte des Abfühlens (120) der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs und des Erzeugens eines Vertikalbeschleunigungssignals (A_Z), das sie angibt, des Bestimmens (124) eines Neigungswinkels des Fahrzeugs anhand des abgefühlten Vertikalbeschleunigungssignals, des Einstellens des Lagewinkels zum Entfernen einer systematischen Abweichung, bis ein erheblicher Neigungswinkel bestimmt wird, des Vergleichens (220) des eingestellten Lagewinkels mit einem Schwellenwertpegel, und des Lieferns (226) des Fahrzeugüberschlagbedingungs-Ausgangssignals als eine Funktion des Vergleichs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Einstellens des Lagewinkels das Einstellen des Lagewinkels zum Entfernen einer systematischen Abweichung, wenn der Fahrzeugneigungswinkel unter einem ersten Grenzwert liegt, und das Verhindern des Einstellens des Lagewinkels, wenn der Neigungswinkel über dem ersten Grenzwert liegt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Integrierens (106) das Ausführen einer Integration mit unendlicher Impulsantwort umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Vergleichens (220) des Lagewinkels mit einem Schwellenwertpegel das Vergleichen des Lagewinkels und des Winkelgeschwindigkeitssignals mit einer veränderlichen Schwellenwertkurve umfasst, die sich anhand des Winkelgeschwindigkeitssignals und der Lagegeschwindigkeit ändert.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Abfühlens (104) der Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs das Abfühlen der Rollwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs und das Liefern einer Überschlagbedingung des Fahrzeugs um eine Längsachse des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner den Schritt des Entfernens der systematischen Abweichung aus dem abgefühlten Winkelgeschwindigkeitssignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Vergleichens (220) das Vergleichen des Lagewinkels und des abgefühlten Winkelgeschwindigkeitssignals mit einer Schwellenwertkurve umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner den Schritt des Änderns der Schwellenwertkurve anhand einer während eines Beinahe-Überschlagereignisses vergangenen Zeitdauer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner den Schritt des Erfassens eines Fahrereignisses, das eine große Lagegeschwindigkeit und/oder einen großen Lagewinkel veranlasst, und des Einstellens eines minimalen Einsatzwinkels, um den Einsatz eines Fahrzeugüberschlagbedingungssignals während des Fahrereignisses zu verhindern, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Fahrereignis ein Beinahe-Überschlagereignis umfasst.