JP2008502530A - 自動車の転覆状態を検出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

状態量として、車両の縦軸周りの回転速度（ω）と車両の横方向の傾斜角（Θ）を求める。状態量により張られた状態平面内で状態量がトリガ閾値特性曲線（ＴＨＤ）を超えた場合に、転覆状態が検出される。

Description

本発明は自動車の転覆状態を検出する方法および装置に関する。

自動車はますます、例えばシートベルトプリテンショナー、カーテンサイドエアバッグ、頭部エアバッグ、フロントエアバッグのような受動的拘束手段を備えるようになってきている。車両の各乗員の安全にとって重要なことは、それぞれの拘束手段が使われるべき事故状況を確実に検出することである。さらに、修理が必要になることがないように、拘束手段の誤ったトリガが広範囲にわたって確実に防止されなければならない。

車両乗員にとって特に危険な事故状況は車両縦軸周りの転覆である。

ＥＰ ０ ３２７ ８５３ Ｂ１からは、自動車内の乗員を保護する安全システムを活動化させる方法が公知である。加速度センサの信号から二重積分によって車両乗員の前方移動を表す警報信号が導出される。このために、将来のある時点において乗員が車両に対して為しているであろう移動の経路が予測される。この経路は、初期位置から現在時点までにすでに移動した距離、速度、加速度、および加速度の１回時間微分から構成されている。これらはそれぞれ適当な係数によって重み付けされ、時間積分される。方向に依存した前方移動は、一方で縦加速度を測定し、他方で横加速度を測定する加速度センサの信号を適切に考慮することにより求められる。それから、予測された前方移動に依存して、相応する拘束手段が活動化される、つまり、例えばエアバッグがトリガされる。本発明の課題は、車両の転覆状態を検出する方法および装置において、転覆状態のロバストかつ確実な検出を可能にすることである。

本発明は、車両の転覆状態を検出する方法および相応する装置において、状態量として車両縦軸周りの回転速度と車両の横方向の傾斜角を求めることを特徴としている。この目的のために、有利には、車両内に適切なセンサが配置されており、これらのセンサの測定信号に従って回転速度と傾斜角が求められる。転覆状態は、状態量によって張られた状態平面内において状態量がトリガ閾値特性曲線を超えたときに検出される。このようにして、典型的なテスト転覆状態とは異なっていても、多くのさまざまな転覆状態の確実な検出が容易に可能となる。ここでは、典型的な転覆状態とは、例えば車両が軟らかな土壌へと横方向にドリフトしたり、縁石に横方向からぶつかったりするような所定の事故シナリオを意味している。このようにして、非常に容易に、転覆状態のロバストかつ確実な検出が保証される。さらには、簡単なキャリブレーションも可能である。

本発明の１つの有利な実施形態では、トリガ閾値特性曲線は状態平面内で動的な転覆ポイントと静的な転覆ポイントの間を直線的に走っている。個々のトリガ閾値は、状態平面内の個々の点において車両の転覆が生じるのに必要な転覆エネルギーを表している。静的な転覆ポイントとは、実質的に車両のポテンシャルエネルギーによって転覆が生じるポイントである。動的な転覆ポイントとは、実質的に車両の運動エネルギーによって車両の転覆が生じるポイントである。トリガ閾値特性曲線は静的転覆ポイントと動的転覆ポイントの間を直線的に走るものなので非常に容易に形成されるが、それにもかかわらず、車両の転覆が予想される個々の状態を非常に正確に表す。

本発明の別の有利な実施形態によれば、車両の傾斜角が予測される。これにより、車両の差し迫った転覆を特に早期に検出することが可能であり、このことは、相応する拘束手段を適切に活動化させるのに十分な時間をとることができるという利点を有している。

これに関連して、車両の測定された横加速度または垂直加速度に依存して傾斜角の予測を行うと有利である。このようにして、高品質の予測を行うことができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、回転速度が予測される。これにより、車両の差し迫った転覆を特に早期に検出することが可能であり、このことは、相応する拘束手段を適切に活動化させるのに十分な時間をとることができるという利点を有している。

これに関連して、さらに、車両の測定された横加速度および／または垂直加速度に依存して回転速度の予測を行うと有利である。ここで、垂直加速度とは、車両の垂直軸の方向における加速度を意味しており、横加速度とは、車両の横軸の方向における加速度を意味している。このようにして、高品質の予測が容易に保証される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、典型的な転覆状態が検出されると、トリガ閾値特性曲線を超えるように一方の状態量が補正される。これにより、典型的な転覆状態のときには確実にそれぞれの拘束手段がトリガされることが容易に保証される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、最終的に転覆状態が検出される別の前提条件として、車両の測定された横加速度および／または垂直加速度に依存して妥当性検査が行われる。このようにして、転覆状態が誤って検出される確率を容易に低下させることができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、傾斜角は回転速度に依存して求められる。これは、とりわけ、回転速度の積分によって容易に行うことができる。このようにして、状態量は少数のセンサによって、有利には、ただ１つのセンサによって求めることができる。

以下では、本発明の実施例を概略的な図面に基づいて説明する。
図１は、転覆状態を検出する装置を備えた車両を示したものであり、
図２は、転覆状態を検出する装置のブロック図を示したものである。

車両１（図１）はとりわけ自動車であり、縦軸ｘ、横軸ｙ、および垂直軸ｚを有している。回転速度ωは車両縦軸ｘ周りの回転の角速度である。車両内には、有利には、回転速度ωを測定する回転速度センサ３が配置されている。択一的に、回転速度ωを他の適切な測定量によって求めてもよい。

さらに、横加速度ｇ_ｙを測定する第１の加速度センサ５も設けられている。さらには、垂直加速度ｇ_ｚを測定する第２の加速度センサ７も設けられている。さらに、車両内には、制御装置９が配置されている。制御装置９は、車両１の転覆状態を検出するように、さらには、１つまたは複数の受動的拘束手段を、例えば１つまたは複数のシートベルトプリテンショナー、１つまたは複数のカーテンサイドエアバッグ、頭部エアバッグ、またはその他のエアバッグのような受動的拘束手段を活動化させる１つまたは複数のアクチュエータ１１を適切に制御するように構成されている。

制御装置９については、以下で、転覆状態の検出に関連して、図２のブロック回路図に基づいてより詳細に説明される。

ブロックＢ１には、入力量として、回転速度ω、横加速度ｇ_ｙ、および垂直加速度ｇ_ｚが供給される。ブロックＢ１は制御装置に記憶されたプログラムを含んでおり、このプログラムは車両の動作中にロードされ、処理される。このプログラムはステップＳ１において開始され、その際、必要ならば、変数が初期化される。

ステップＳ２では、回転速度ωが求められる。これは、有利には、回転速度センサ３の測定信号の相応のサンプリングによって行われる。

つづいてステップＳ４では、車両１の横方向における傾斜角Θが求められる。これは、専用のセンサが設けられていない場合には、回転速度ωの時間積分によって容易に十分な精度で行うことができる。

ステップＳ６では、第１および／または第２および／または第３の補正係数ｋ1，ｋ2，ｋ3が求められる。これらの補正係数は固定的に設定してもよいが、横加速度ｇ_ｙおよび／または垂直加速度ｇ_ｚに依存するものであってもよい。

第１から第３の補正係数ｋ1，ｋ2，ｋ3は、有利には、事前に車両での相応のテストまたはシミュレーションによって求められた特性マップを用いて、横加速度ｇ_ｙおよび／または垂直加速度ｇ_ｚに依存して求められる。しかし、択一的に、適切な解析的関数によって割当てを行ってもよい。

ステップＳ８では、予測回転速度ω_predが求められる。これはステップＳ８に示されている式にしたがって行われる。

は回転速度ωの時間微分を表す。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はテスト転覆状態を表す項である。この種のテスト転覆状態とは、特定のケースに対してあらかじめ定められた典型的な転覆状態である。こうして、例えば第１項Ｔ１は、車両１が軟らかな土壌へ横方向にドリフトする場合を特徴づけるものである。この場合、垂直加速度ｇ_ｚは初期的にはゼロに等しく、横加速度ｇ_ｙはほぼ一定の値を有しており、始めは回転速度ωも小さな値を有している。しかし、垂直加速度ｇ_ｚ、横方向加速度ｇ_ｙ、および回転速度ωが相応する特徴的な推移を示す場合には、この状況において転覆が予測され、第１項Ｔ１には特性値が割り当てられる。

第２項の例は、縁石または同様の障害物への横方向からの衝突である。この場合、すでに大きな横加速度ｇ_ｙが生じていても、回転速度ωはまだほぼゼロである。この場合、第２項Ｔ２は特性値に設定される。第３項の例は、例えば道路にガードレールがある場合にありうるように、車両１が例えば片側の１つまたは２つの車輪で傾斜路に乗り上げた状態である。この場合、車両１はまず垂直軸方向に大きな加速度、すなわち、垂直加速度ｇ_ｚを経験し、回転速度ωはその後になってはじめて上昇する。回転速度ωと垂直加速度ｇ_ｚが相応の値を示せば、第３項に特性値が割り当てられる。

項Ｔ１−Ｔ３のうちの少なくとも１つが特性値を有している場合、予測回転速度ω_predを求める際に、事前設定可能な高い補足値が本来の予測回転速度ω_predに加算される。予測回転速度ω_predを求める際、制御装置９の実施形態に応じて、項Ｔ１−Ｔ３を考慮するようにしてもよいし、しなくてもよい。有利には、ステップＳ８において、予測回転速度ω_predを求める際に項Ｔ１−Ｔ３を考慮する。

ステップＳ１０では、予測傾斜角Θ_predが求められる。これは有利にはステップＳ１０に示されている式にしたがって行われる。傾斜角Θは、第３の補正係数ｋ3と回転速度ωの時間微分

との積を考慮することによって特に容易に予測される。しかし、簡単な実施形態においては、この積の考慮を省いてもよい。

つづいて、プログラムは、ステップＳ１２において、ステップＳ２における処理が再開される前に、事前設定可能な待ち時間Ｔ＿Ｗの間休止する。なお、この待ち時間は、例えば、１ｍｓであってよい。待ち時間Ｔ＿Ｗの間、有利には他の機能が制御装置９において処理される。特に簡単なプログラムの実施形態では、ステップＳ６−Ｓ１０を省いてもよいし、または、ステップＳ６−Ｓ１０のうちの１つもしくは複数を省いてもよい。

ブロックＢ２は入力量として予測回転速度ω_predと傾斜角Θを有している。予測回転速度ω_predと傾斜角Θは状態量を形成し、状態平面を張る。トリガ閾値特性曲線ＴＨＤは静的転覆ポイントＳＴと動的転覆ポイントＤの間を直線的に走っている。トリガ閾値特性曲線は、静的転覆ポイントＳＴを始点として、傾斜角Θの増大する方向に向かって、予測回転速度ω_predに関してほぼ不変の推移を、とりわけ不変の推移を示す。トリガ閾値特性曲線は、動的転覆ポイントＤを始点として、予測回転速度ω_predの増加する方向に向かって、傾斜角Θに関してほぼ不変の推移を、とりわけ不変の推移を示す。状態量がトリガ閾値特性曲線ＴＨＤを超えると、第１の転覆フラグＵ１がセットされる。これは例えば点１２において生じている。ブロックＢ２には状態平面の第１象限が示されている。同じことは、傾斜角Θと予測回転速度ω_predが両方ともマイナス符合を有する状態平面の第３象限にも当てはまる。

さらには、垂直加速度ｇ_ｚと横加速度ｇ_ｙを入力量とするブロックＢ４も設けられている。ブロックＢ４では、転覆状態の検出のための妥当性検査値が求められ、この妥当性検査値が妥当性のある転覆状態を示唆している場合には、ブロックＢ４の出力側において第２の転覆フラグＵ２がセットされる。ブロックＢ５はＡＮＤ素子であり、第１の転覆フラグＵ１と第２の転覆フラグＵ２が両方ともセットされているならば、出力側において第３の転覆フラグＵ３がセットされる。ブロックＢ５の入力側は、調整可能な保持期間の間、ＡＮＤ素子の入力値として第１および第２の転覆フラグのセット状態を保持する調整可能な保持期間をもつ保持素子を有していてもよい。

有利には、さらに、回転速度ωと予測傾斜角Θ_predを入力量とするブロックＢ７が設けられている。ブロックＢ７はブロックＢ２と同様に構成されており、入力量だけが相応して変えられている。それに応じて、ブロックＢ７は、その状態量がトリガ閾値特性曲線ＴＨＤを超えると、第４の転覆フラグＵ４をセットするように構成されている。

さらに、ブロックＢ４に相応する転覆状態の妥当性検査を行うブロックＢ８が設けられており、この妥当性検査にしたがって、転覆状態が妥当性を有していれば、第５の転覆フラグＵ５がセットされる。ブロックＢ９はＡＮＤ素子であり、入力側で第４の転覆フラグＵ４と第５の転覆フラグＵ５が両方ともセットされているならば、出力側において第６の転覆フラグＵ６がセットされる。ここで、入力側に相応の保持素子を設けてもよい。

ブロックＢ１１はＯＲ素子であり、第３および第６の転覆フラグＵ３，Ｕ６のうちの少なくとも一方がセットされていれば、出力側において第７の転覆フラグＵ７がセットされる。ブロックＢ１２は安全目的で設けられた制御装置を表している。この制御装置は、場合によっては冗長であるが、同様に転覆状態を検出すると、第８の転覆フラグＵ８をセットする。この冗長な制御装置は、有利には、図２のブロック回路図に示されているシステムとまったく同様に構成されている。ブロックＢ１４に第７および第８の転覆フラグＵ７，Ｕ８の両方が印加されると、アクチュエータ１１に対する動作信号が形成され、これが例えばカーテンエアバッグのトリガをもたらす。場合によっては、制御装置９がブロックＢ２，Ｂ４，Ｂ５ないしはブロックＢ７，Ｂ８，Ｂ９により形成された１つのパスのみを含むようにしてもよい。

転覆状態を検出する装置を備えた車両を示す。 転覆状態を検出する装置のブロック図を示す。

Claims (10)

1. 車両の転覆状態を検出する方法において、
   状態量として、車両（１）の縦軸（ｘ）周りの回転速度（ω）と車両（１）の横方向の傾斜角（Θ）を求め、
   状態量により張られた状態平面内で状態量がトリガ閾値特性曲線（ＴＨＤ）を超えた場合に転覆状態が検出されることを特徴とする、車両の転覆状態を検出する方法。
2. トリガ閾値特性曲線（ＴＨＤ）は状態平面内の動的転覆ポイントと静的転覆ポイント（ＳＴ，Ｄ）の間を直線的に走る、請求項１記載の方法。
3. 車両の傾斜角（Θ）を予測する、請求項１または２記載の方法。
4. 傾斜角（Θ）の予測を車両（１）の測定された横加速度および／または垂直加速度（ｇ_ｙ，ｇ_ｚ）に依存して行う、請求項３記載の方法。
5. 回転速度（ω）を予測する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 回転速度（ω）の予測を車両（１）の測定された横加速度および／または垂直加速度（ｇ_ｙ，ｇ_ｚ）に依存して行う、請求項５記載の方法。
7. 典型的な転覆状態が検出されたときには、トリガ閾値特性曲線（ＴＨＤ）を超えるように状態量のうちの一方を補正する、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
8. 最終的に転覆状態が検出される別の前提条件として、車両（１）の測定された横加速度および／または垂直加速度（ｇ_ｙ，ｇ_ｚ）に依存して妥当性検査を行う、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
9. 傾斜角（Θ）を回転速度（ω）に依存して求める、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
10. 車両の転覆状態を検出する装置において、状態量として、車両の縦軸（ｘ）周りの回転速度（ω）と車両（１）の横方向の傾斜角（Θ）を求め、状態量により張られた状態平面内で状態量がトリガ閾値特性曲線（ＴＨＤ）を超えた場合に転覆状態が検出されるように構成されていることを特徴とする、車両の転覆状態を検出する装置。

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