CN1576068A - 车辆倾翻判别装置及车辆倾翻判别方法 - Google Patents

车辆倾翻判别装置及车辆倾翻判别方法 Download PDF

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Abstract

本发明能提供一种不受车辆的倾斜影响、能迅速而且正确地判别车辆的倾翻、简易而且具有通用性的车辆倾翻判别装置。该装置包括，分别检测车辆的横向加速度、上下加速度、侧倾角速度的传感器1、2、3；对侧倾角速度进行积分处理计算出车辆侧倾角的装置41；利用横向加速度和侧倾角速度对车辆的侧倾角的零点进行校正的装置42；根据横向加速度和上下加速度的合成加速度判别倾翻的形态的装置43；根据倾翻的形态相应决定车辆的倾翻判定阈值图的装置44；根据横向加速度和上下加速度的合成加速度决定倾翻发生程度的装置45；根据发生程度校正倾翻判定阈值图的阈值的装置46；及根据校正阈值后的倾翻判定阈值图判定发生倾翻的装置47。

Description

车辆倾翻判别装置及车辆倾翻判别方法
技术领域
本发明涉及检测车辆倾翻(横向滚翻)的车辆倾翻判别装置及车辆倾翻判别方法。
背景技术
以往，作为倾翻检测方法中最一般的方法有根据车辆的侧倾角θ、和侧倾角速度ω的二维图判定倾翻的方法(例如参照专利文献1)。但，用专利文献1所述的判定法存在的问题是，在最终导致倾翻的事例中，当侧倾角速度非常大时或急激变大时，用ω-θ的二维图判定的时间慢。为了解决这一问题提出了一种方法，该方法是根据利用加速度传感器(Y轴及/或Z轴)检测出的加速度大小对发生倾翻的形态分类，采用符合各发生形态的倾翻判定阈值图。根据上述方法，将Y轴传感器、Z轴传感器的检测值分别用于倾翻判定(例如参照专利文献2及3)。
[专利文献1]特开平7-164985号公报
[专利文献2]特开2001-83172号公报。
[专利文献3]特开2002-200951号公报。
但在上述专利文献2及3所述的方法存在以下问题，即当车辆侧倾时，由于传感器的检测轴也倾斜，所以无法正确地检测出实际横向上发生的加速度的大小，另外的问题是，在用Y轴加速度传感器检测离心力、用Z轴加速度传感器检测重力加速度、上下振动的加速度时，由于车辆倾斜加速度、离心力能互相在Y轴、Z轴两个方向上检测出，很难将各传感器检测出的加速度分别与倾翻的原因联系起来。
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于通过检测作用于车辆的各种加速度之总和，根据其检测出的加速度的方向与大小判断将会发生的倾翻形态，由该形态决定适当的倾翻判定基准，从而能获得一种不受车辆倾斜的影响、能迅速并正确判别车辆倾翻的简易和具有通用性的车辆倾翻判别装置及车辆倾翻判别方法。
发明内容
本发明涉及的车辆倾翻判别装置包括将作用于车辆横向的加速度作为横向加速度进行检测的横向加速度检测装置；将作用于车辆上下方向的加速度作为上下加速度进行检测的上下加速度检测装置；将作用于车辆前后方向轴系的旋转角速度作为侧倾角速度进行检测的侧倾角速度检测装置；对侧倾角速度进行积分处理计算出车辆侧倾角的侧倾角计算装置；根据横向加速度和侧倾角速度进行车辆侧倾角零点校正的侧倾角零点校正装置；将横向加速度和上下加速度合成、并根据该合成加速度判别倾翻形态的倾翻形态判别阈值图决定装置；根据所判别的倾翻形态相应地决定车辆的倾翻判定阈值图的倾翻判定装置、对横向加速度和上下加速度进行合成、并根据该合成速度的大小决定倾翻的发生程度的倾翻发生程度决定装置；根据决定好的发生程度校正倾翻判定阈值图的阈值的图阈值校正装置；及根据用该图阈值校正装置校正阈值后的倾翻判定阈值图判定倾翻的发生的倾翻发生判定装置。
附图说明
图1为表示本发明实施形态1的车辆倾翻判别装置的功能方框图。
图2为供说明本发明实施形态1的车辆倾翻判别装置的动作用的流程图。
图3为供说明本发明实施形态1的倾翻形态用的示意图。
图4为表示本发明实施形态1的倾翻形态的示意图。
图5为表示本发明实施形态1的倾翻形态判定图的示意图。
图6为表示本发明实施形态1的各倾翻判定阈值图的示意图。
标号说明
1，横向加速度传感器、2上下加速度传感器、3角速度传感器、4判定装置、5保护装置、41侧倾角计算装置、42侧倾角零点校正装置、43侧翻形态判定装置、44、倾翻判定阈值图决定装置、45倾翻发生程度决定装置、46图阈值校正装置、47倾翻发生判定装置。
具体实施方式
以下说明本发明的一实施形态。
实施形态1
图1为表示本发明实施形态1的车辆倾翻判别装置的功能方框图，图2为供说明本发明实施形态1的车辆倾翻判别装置动作用的流程图，图3为供说明本发明实施形态1的倾翻形态用的示意图，图4为表示本发明实施形态1的各种倾翻形态的示意图，图5为表示本发明实施形态1的倾翻形态判定图的示意图，图6为表示本发明实施形态1的倾翻判定阈值图的示意图。
图1中，在判定装置4的输入一侧设置作为检测沿车辆的横向作用的加速度即横向加速度的横向加速度检测装置的横向加速度传感器1、作为检测沿车辆上下方向作用的加速度即上下加速度的上下加速度检测装置的上下加速度传感器2、及作为检测沿车辆前后方向轴系作用的旋转角速度(侧倾速率)即倾测角速度的侧倾角速度检测装置的角速度传感器3。
判定装置4包括对来自角速度传感器3的侧倾角速度作积分处理而计算出车辆侧倾角的侧倾角计算装置41；根据来自横向加速度传感器1的横向加速度和角速度传感器3的侧倾角速度进行车辆侧倾角零点校正的侧倾角零点校正装置42；根据横向加速度传感器1的横向加速度和上下加速度传感器2的上下加速度判别倾翻形态的倾翻形态判别装置43；对横向加速度传感器1的横向加速度和上下加速度传感器2的上下加速度进行合成、并根据其大小决定发生倾翻的程度的倾翻发生程度决定装置45；根据由倾翻形态判别装置43判别的倾翻形态并基于横向加速度、上下加速度、侧倾角速度、车辆侧倾角度中的任何两个测量值间的关系决定车辆的倾翻判定阈值图的倾翻判定阈值图决定装置44；根据由倾翻发生程度决定装置45决定的发生程度校正倾翻判定阈值图决定装置44中的倾翻判定阈值图的阈值的图阈值校正装置46；以及根据由倾翻判定阈值图决定装置44选择的两个测量值的关系判定倾翻发生的倾翻发生判定装置47。
倾翻发生判定装置47的倾翻判定输出作为起动信号供给包括设在外部的侧安全气囊装置等在内的保护装置5，由此，在倾翻时保护装置5打开侧安全气囊，保护驾驶位置及副驾驶位置上的乘坐人员。
以下，参照图2～图6说明动作。
在步骤ST1，横向加速度传感器1检测出的作用于车辆横向的加速度作为横向加速度Gy，另外上下加速度传感器2检测出的作用于车辆上下方向的加速度作为上下加速度Gz，再有角速度传感器3检测出的作用于车辆前后方向轴系的旋转角速度作为侧倾角速度ω，将它们输入判定装置4。
在步骤ST2，角速度传感器3检测出的侧倾角速度ω用侧倾角计算装置41对时间积分，计算出侧倾角θ。
在步骤ST3，侧倾角零点校正装置42判别|Gy|≤k、并且|ω|≤r(k、r为常数)是否经过一定时间以上，在持续一定时间以上时，作为车辆未倾斜、处于稳定的水平状态，再返回ST2，将到此为止由侧倾角计算装置41用侧倾角速度ω的时间积分求得的车辆侧倾角θ复位为0，进行车辆的侧倾角零点校正。
另在步骤ST3，若|Gy|≤k并且|ω|≤r(k、r为常数)没有经过一定时间以上时，因车辆倾斜处于不是稳定的水平状态，所以，在步骤ST4中，根据由倾翻形态判定装置43根据用横向加速度传感器1检测出的横向加速度Gy和用上下加速度传感器2检测出的上下加速度Gz判别其倾翻形态。
这里，参考图3～图5说明倾翻的形态及其判别方法。
通常，倾翻时车辆的行为是相当复杂的，各种各种的因素都对车辆的行为产生影响。首先在图3中，图3(a)表示车辆处于水平状态的情况，图3(b)表示车辆处于倾翻状态的情况，对这时车辆上产生的力及速度进行定义。侧倾角(θ)为车辆相对于地面的倾角，侧倾角速度(侧倾速率：ω)为作用于车辆前后方向轴系的旋转速度，横向加速度(Gy)为相对于车辆的横向的加速度，上下加速度(Gz)为相对于车辆的上下(垂直)方向的加速度。还有，图3(b)中的虚线箭头表示横向加速度(Gy)和上下加速度(Gz)的合成加速度。
因此，图3(a)中，横向加速度传感器1检测出的Y轴方向加速度即横向加速度Gy为Y轴：0(G)，上下加速度传感器2检测出的Z轴方向的加速度即上下加速度Gz为Z轴：1(G)，合计(合成加速度)：0+1＝1。另外，在图3(b)中，横向加速度传感器1检测出的横向加速度Gy为Y轴：sinθ(G)，上下加速度传感器2检测出的上下加速度Gz为Z轴：cosθ(G)，合计(合成加速度)：
sin 2 θ + cos 2 θ = 1 .
以下，在图4中对倾翻的形态进行分类，就其产生原因、特征等进行说明。
图4(a)为侧倾翻转的情形，中在行驶中，一侧的车轮陷于沟等中时产生，横向加速度Gy小但侧倾角速度ω大。图4(b)为转弯翻转的情况，是车辆在急转弯时，由于路面和轮胎间的摩擦而产生，横向加速度Gy和侧倾角θ近似呈正比关系。图4(c)为碰撞翻转(flip-over)，是在行驶中，一侧车轮碰到障碍物或斜面时发生，在倾翻的整个过程中横向加速度Gy小，侧倾角θ大。图4(d)为绊倒翻转(trip-over)的情形，这种情形是在横向滑行中，由于撞向路缘石等面产生力时发生，侧倾开始时横向加速度Gy大，侧倾角θ小、倾侧角速度ω大，图4(e)为摆动翻转的情形，这种情形是在行驶中，与障碍物相撞时发生。图4(f)为爬高翻转(climb over)的情形，这种情形是在车辆开上突起物，爬越后翻倒时发生，横向加速度Gy小。
图5表示该倾翻形态判别装置43所用的倾翻形态判别图。还有，在图5中，各区域a～f中斜线间隔越是密密充满的部分，也就是倾翻发生程度高的情形。
图中，区域a表示侧倾翻转的情形，通常车辆上承受重力加速度，横向和上下加速度G合计至少其大小应大于1G，所以，若检测出的横向和上下加速度的矢量和的大小小于1G，则判断为自由落下状态(悬空状态)，矢量和的大小越接近于0，发生倾翻的可能增大。
区域b表示转弯翻转的情况，横向(Y轴)加速度传感器1检测出横向加速度Gy和侧倾角计算装置41计算出的侧倾角θ有近似正比的关系，随着车辆的侧倾产生的传感器检测轴的倾斜，上下(Z轴)加速度传感器2检测出的上下加速度(重力加速度)Gz和横向加速度Gy互相抵消，Z轴方向的加速度Gz沿1→OG方向变化，越接近OG，倾翻的发生可能增大。另外，Y轴方向同样，由于车辆的侧倾沿相同的方向承受重力加速度和旋转加速度，其值越大，倾翻的发生可能亦增大。
区域c表示碰撞翻转的情形，发生碰撞翻转(螺旋行车)时，由于一侧车轮被顶起来，从而能检测出Z轴方向的加速度Gz(朝着图5的下方)。车辆由于被顶起来而旋转直至横向滚翻。这时传感器检测出的加速度方向根据车辆的倾斜而在Y轴方向上也能检测出。定义为该区域的Y轴及Z轴方向上发生的加速度的大小越大(越近椭圆的外侧)，倾翻的发生可能越高。
被顶起来的单侧车轮离开路面后，在车辆上除了重力加速度以外没有别的力作用，处于半着地半悬空的状态，由于推侧检测出的重力加速度变小，所以区域定义为以0点为中心的圆形(椭圆)。
区域d表示绊倒翻转的情形，该绊倒翻转是在横向滑行中车轮撞上路缘石产生。通过碰撞检测出的加速度例如即使是轻微的碰撞也远比通常行驶时产生的振动、转向产生的加速度要大，所以在Y轴方向上检测出较大的加速度时判断为绊倒翻转方式。图5中的区域d使其上侧有一定的宽度是考虑到在横向滑行中因为车身通常正在侧倾，因此当以侧倾的状态受到水平方向上加速度时，则在图中Z轴方向上也能检测出加速度。
区域e表示摆动翻转的情形，该摆动翻转中，对于车辆在横向产生冲撞，此时的撞击和避振系统的弹簧引起的反复摇摆产生横向滚翻。这时和绊倒翻转的情形比较，即使由于冲撞受到撞击的方向相同，车身侧倾的方向及横向滚翻的方向在摆动翻转中变成相反。因此，在图内的区域中定义为Y轴方向的加速度大、在Z轴下方具有展宽的区域(不一定和绊倒翻转的情形对称)。
区域f表示爬高翻转的情形，该爬高翻转由于车辆底盘开上障碍物而发生。这是由于上下方向的碰撞，所以将爬高翻转方式的区域定义为Z轴方向上检测出非常大的加速度的情况，再在车辆开上障碍物时，考虑到车身侧倾的情形，使该区域横向展宽。
区域g表示正常行驶状态的情形，承受重力加速度(1G)的状态。
因此，如上所述，在步骤ST4判定倾翻的状态，接着，就在步骤ST5用倾翻判定阈值图决定装置44选择与所判别的各倾翻形态对应的、如图6所示的倾翻判定阈值图。即倾翻判定阈值图决定装置44根据所判别的倾翻形态选择如图6的例子所示的适当的倾翻阈值判定图。该倾翻判定阈值图是对于每种倾翻形态都预先存在存储装置(图中未示出)。
图6中，图6(a)为与图5中区域a表示的侧倾翻转的形态对应的侧倾翻转用图，图6(b)为与图5中区域b表示的转弯翻转的形态对应的转弯翻转用图，另外也是区域g的通常行驶状态的基本判定用图。另外，图6(c)为与图5中区域c表示的碰撞翻转及区域f表示的爬高翻转的形态对应的爬高翻转、碰撞翻转用图，图6(d)为与图5中区域d表示的绊倒翻转及区域e表示的摆动翻转的形态对应的绊倒翻转、摆动翻转用图。还有，图中的斜线部分表示倾翻发生判定区域。
然后，在步骤ST6，由倾翻发生程度决定装置45将横向加速度和上下加速度合成，根据其大小判别倾翻发生程度的高低。这里，倾翻发生程度决定装置45设横向加速度的大小为|Gy|、上下加速度的大小为|Gz|，将上述两加速度合成得到[(|Gy|2+|Gz|2)1/2]，从而可以作出以下判断，即所得的全体的加速度(合成加速度)的大小越大，倾翻的发生可能越高。因此，在步骤ST6判断倾翻的发生可能高时，就在以后的步骤ST7，图阈值校正装置46进行校正，使得倾翻的发生可能越高，则倾翻判定阈值图决定装置44选择的倾翻判定阈值图的阈值校正得越低(例如参照图6(b))。即横向加速度Gy和上下加速度Gz变化，进入图5中别的区域时，改变倾翻判定用的阈值图。
然后，在步骤ST8，由倾翻发生判别装置47判别倾翻发生与否，若没有发生，则返回步骤ST1，反复以上动作，若已发生，则在步骤ST9，驱动保护装置5内的侧安全气囊。
这里，如以数学式表示倾翻发生判定装置47的倾翻判定基准，则该式为以下形式，
fi(α，β)≥0(i：a～g，α、β为GY、GZ、ω、θ中的任何两个量    (1)
上述式(1)中，a～g表示图5中各区域。
再有，本实施形态中，还设定各倾翻形态中倾翻的发生程度，该发生程度基本上为矢量G(横向加速度Gy和上下加速度Gz的矢量和)的大小越大(越是为图5的各区域a～f中斜线间隔密密充满的部分)则越高，因此，若设矢量G的大小为a，则倾翻判定基准实际上能如下式所示。
fi(α-sia，β-tia)                                              (2)
在上式(2)中，i：a～f，si、ti：为取决于倾翻形态的常数。
因此，倾翻发生判定装置47在各传感器检测出的α、β(Y轴、Z轴方向的加速度、侧倾速率、侧倾角度中的任何两个量)满足上述式(2)的关系时判断发生倾翻。
如上所述，以往在检测作用于车辆上的加速度时，用分别只对Y轴、只对Z轴、或Y轴及Z轴进行监视的装置，这样有时作为倾翻的形态判定要素不够充分，或者由于车辆发生倾斜，尽管是相同方向相同大小的加速度但检测值不同，而根据本实施形态1，由于是将车辆检测的Y轴和Z轴的加速度即横向加速度和上下加速度合成为一个量，根据其方向和大小判定倾翻形态，因此不受车辆倾斜的影响，能正确地判断倾翻的形态。
另外，因采用Y轴和Z轴传感器，即横向加速度传感器和上下加速度传感器，将作用于车辆的各种加速度合成为一个量处理，所以具有的效果是，能只根据一个矢量的方向和大小这两个要素考虑所有方向上的加速度，与分别处理Y轴、Z轴检测出的加速度相比，要简单并具有通用性，能迅速、正确地作出判定，还有合成求出的加速度大小不受车辆倾斜的影响。
实施形态2
上述实施形态1中是采用横向加速度传感器、上下加速度传感器检测加在车辆上的加速度，但并不限于横向加速度传感器、上下加速度传感器，只要是能够检测出成为车辆倾斜原因的各个方向的加速度的组合，则也可以是其它的组合。另外，安装方向也可以不一定要沿相对于车辆的Y轴、Z轴安装。
另外，在选择适合各倾翻形态的倾翻判定阈值图之际，准备的二维图为ω-θ图的改变倾翻判定区域的形状的图。另外，也可以不限于ω-θ图，而选用ω～横向加速度的图等，改变倾翻判定用的要素。
另外，对于倾翻形态判定图，其倾翻形态的分类、各种形态的范围、边界等未必限于图5的形状。
再有，上述实施形态1中，检测出的加速度方向是以车辆的横轴、上下轴为基准，但也可以和路面倾斜角、车辆的侧倾角检测装置组合，合成加在车辆上的加速度而得到的加速度方向作为以水平路面为基准的方向构成倾翻形态判定图。
另外，实施形态2除能获得和上述实施形态1同样的效果外，还能适应各种形态的倾翻判定，能使其判定方法具有通用性。
如上所述，根据本发明，由于包括对侧倾角速度进行积分处理计算出车辆的侧倾角的侧倾角计算装置；根据作用于车辆的横向的横向加速度和侧倾角速度进行车辆的侧倾角零点校正的侧倾角零点校正装置；将横向加速度和作用于车辆上下方向的上下加速度合成、并根据这一合成加速度判别倾翻形态的倾翻形态判别装置；根据所判别的倾翻形态决定车辆倾翻判定阈值图的倾翻判定阈值图决定装置；根据横向加速度和上下加速度的合成加速度的大小决定倾翻发生程度的倾翻发生程度决定装置；根据所决定的倾翻发生程度校正倾翻判定阈值图的阈值的图阈值校正装置；以及根据该图阈值校正装置校正阈值后的倾翻判定阈值图判定发生倾翻的倾翻发生判定装置，所以其效果为，能不受车辆倾斜的影响，能迅速、正确地判别车辆的倾翻，能获得简易、具有通用性的车辆倾翻判别装置。

Claims (8)

1、一种车辆倾翻判别装置，其特征在于，包括
将作用于车辆横向的加速度作为横向加速度进行检测的横向加速度检测装置、
将作用于车辆上下方向的加速度作为上下加速度进行检测的上下加速度检测装置、
将作用于车辆前后方向轴系的旋转角速度作为侧倾角速度进行检测的侧倾角速度检测装置、
对该侧倾角速度检测装置检测出的侧倾角速度进行积分处理计算出车辆侧倾角的侧倾角计算装置、
根据所述横向加速度检测装置检测出的横向加速度和所述侧倾角速度检测装置检测出的侧倾角速度对所述车辆进行侧倾角零点校正的侧倾角零点校正装置、
对所述横向加速度检测装置检测出的横向加速度和所述上下加速度检测装置检测出的上下加速度进行合成并根据该合成加速度判别倾翻形态的倾翻形态判别装置、
根据该倾翻形态判别装置判别的倾翻形态决定车辆的倾翻判定阈值图的倾翻判定阈值图决定装置、
对所述横向加速度检测装置检测出的横向加速度和所述上下加速度检测装置检测出的上下加速度进行合成并根据该合成加速度的大小决定倾翻的发生程度的倾翻发生程度决定装置、
根据该倾翻发生程度决定装置决定的倾翻发生程度校正所述倾翻判定阈值图的阈值的图阈值校正装置、以及
根据该图阈值校正装置校正阈值后的倾翻判定阈值图判定发生倾翻的倾翻发生判定装置。
2、如权利要求1所述的车辆倾翻判别装置，其特征在于，
倾翻形态判别装置根据合成加速度的方向和大小判别倾翻的形态。
3、如权利要求2所述的车辆倾翻判别装置，其特征在于，
倾翻判定阈值图决定装置根据倾翻形态判别装置判别的倾翻形态，基于从横向加速度、上下加速度、侧倾角速度、车辆的侧倾角中选择任何两个测定量的关系决定车辆的倾翻判定阈值图。
4、如权利要求3所述的车辆倾翻判别装置，其特征在于，
倾翻发生判定装置根据所选的两个测定量的关系判定倾翻的发生。
5、如权利要求1或2所述的车辆倾翻判别装置，其特征在于，
倾翻形态判别装置以矢量和或算术和形式合成横向加速度检测装置检测出的横向加速度和上下加速度检测装置检测出的上下加速度。
6、如权利要求1或2所述的车辆倾翻判别装置，其特征在于
倾翻形态判别装置具有由分类为绊倒翻转、转弯翻转、碰撞翻转、摆动翻转、爬高翻转、侧倾翻转的二维图组成的倾翻形态判定图，采用该倾翻形态判定图，根据平时检测出的横向加速度和上下加速度的合成速度判别倾翻的形态。
7、一种车辆倾翻判别方法，其特征在于，包括
将作用于车辆横向的加速度及作用于车辆上下方向的加速度及作用于车辆的前后方向轴系的旋转角速度分别作为横向加速度及上下加速度及侧倾角速度进行检测的步骤、
对所述侧倾角速度进行积分处理计算出车辆的侧倾角的步骤、
在所述横向加速度和所述侧倾角速度的值小于规定值的状态下持续一定时间以上时对所述车辆的侧倾角进行零点校正的步骤、
合成所述横向加速度和所述上下加速度并根据该合成加速度的方向和大小判别倾翻的形态的步骤、
根据所述倾翻形态决定车辆的倾翻判定阈值图的步骤、
合成所述横向加速度和所述上下加速度并根据合成加速度的大小决定倾翻发生程度的步骤、
进行校正使得所述发生程度越高所述倾翻判定阈值图的阈值越低的步骤、以及
根据校正该阈值后的倾翻判定阈值图判定倾翻发生的步骤。
8、如权利要求7所述的车辆倾翻判别方法，其特征在于，
采用所述横向加速度和所述上下加速度，在将车辆侧倾轴作为法线的平面内检测施加于车辆的加速度。
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