DE102006045303B3 - Vehicle`s absolute inclination angle recognition method, involves determining absolute inclination angle of vehicle based on acceleration, temporal conduction of speed and yaw rate, which is determined by using yaw rate sensor - Google Patents

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Abstract

The method involves determining an acceleration of a vehicle (1) in a direction of an axis by using a residual acceleration sensor (2), where the axis is orthogonal to a vertical axis of the vehicle. Speed of the vehicle in the direction of respective axes is determined by using a sensor (15). A yaw rate of the vehicle is detected by using a yaw rate sensor (16), and a temporal conduction of one speed is determined. An absolute inclination angle of the vehicle is determined based on the acceleration, the temporal conduction of the speed and the yaw rate. An independent claim is also included for a device for an absolute inclination determination of a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absolutneigungserkennung eines Fahrzeugs mit einer Beschleunigungserfassungseinheit, die eine Beschleunigung des Fahrzeugs in Richtung einer ersten Achse misst, die zur Hochachse des Fahrzeugs orthogonal ist. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Gierratenerfassungseinheit und eine Geschwindigkeitserfassungseinheit, die Geschwindigkeiten in Richtung der ersten Achse und in Richtung einer zweiten Achse bestimmt, wobei die zweite Achse senkrecht zur Hochachse und nicht parallel zur ersten Achse verläuft. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Absolutneigungserkennung solch eines Fahrzeugs.The The invention relates to a method for absolute tilt detection of a Vehicle with an acceleration detection unit, which is an acceleration of the vehicle in the direction of a first axis, that to the vertical axis of the vehicle is orthogonal. The vehicle further includes a yaw rate detection unit and a speed detection unit, the speeds in the direction of the first axis and in the direction of a second axis determined, with the second axis perpendicular to the vertical axis and not parallel to the first axis. The invention further relates to a device for absolute tilt detection such of a vehicle.

In Fahrzeugen können Maßnahmen vorgesehen sein, um die Sicherheit der Fahrzeuginsassen im Falle eines Überschlags, der auch als "Rollover" bezeichnet wird, zu erhöhen. Zu diesen Maßnahmen können gehören, Gurte zu straffen, Airbags auszulösen oder einen Überrollbügel auszufahren. Es ist erforderlich, das Überschlagen des Fahrzeugs rechtzeitig und sicher zu erkennen, um diese Maßnahmen einleiten zu können.In Vehicles can activities be provided to the safety of the vehicle occupants in case a rollover, which is also called "Rollover", to increase. To these measures can belong, Tighten straps, trigger airbags or extend a roll bar. It is necessary to rollover to recognize the vehicle in a timely and secure manner to take these actions to be able to initiate.

In konventionellen Ansätzen zur Überschlagserkennung werden für verschiedene Unfalltypen Charakteristika für Sensorsignale vorgegeben und diesbezüglich mit den erfassten Sensorsignalen verglichen, um zu erkennen, ob einer dieser Unfalltypen, insbesondere Überschlagstypen, auftritt. Die Güte dieser Detektionsverfahren hängt von der Parametrisierung ab, bei der zwischen der Gefahr von falsch positiv oder falsch negativer Überschlagserkennung abzuwägen ist. Fehlentscheidungen können zu einer Fehlauslösung des Airbags führen. Die Parametrisierung erfolgt deshalb konservativ, was bedeutet, dass unter Umständen Lücken im Auslöseverhalten entstehen und es zu Situationen kommen kann, in denen der Airbag beim Überschlag nicht auslöst.In conventional approaches for rollover detection be for various accident types Characteristics for sensor signals specified and in this regard compared with the detected sensor signals to see if one of these accident types, especially rollover types, occurs. The goodness this detection method depends from the parameterization, where between the risk of wrong positive or false negative rollover detection weigh is. Wrong decisions can to a false trip of the airbag. The parameterization is therefore conservative, which means that under certain circumstances Gaps in the triggering behavior arise and situations can occur in which the airbag not in the rollover triggers.

Im Allgemeinen werden in Systemen zur Erkennung von Überschlagszuständen basierend auf den vorhandenen Sensorsignalen Unterscheidungen hinsichtlich des auftretenden Falles vorgenommen. Die Unterscheidbarkeit der möglichen Fälle hängt sehr stark vom jeweiligen Fahrzeug und den Genauigkeitsanforderungen des Fahrzeugherstellers ab. Die Unterscheidungskriterien werden für jeden Fahrzeugtyp empirisch ermittelt.in the Generally, systems are based on detection of rollover conditions on the existing sensor signals distinctions regarding the case occurring made. The distinctness of the potential Cases depends a lot strongly from the respective vehicle and the accuracy requirements from the vehicle manufacturer. The distinguishing criteria will be for each Vehicle type determined empirically.

Die DE 100 44 567 B4 beschreibt ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Vielzahl von Sensoren, die jeweils ein Sensorsignal bereitstellen, umfassend mindestens einen Beschleunigungssensor, mit einer Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten der Vielzahl von Sensorsignalen sowie einer Steuervorrichtung zum Ansteuern mindestens einer Sicherheitsvorrichtung, wenn die Verarbeitungsvorrichtung ein Auslösesignal liefert, das mit einer Situation korreliert ist, in der für das Kraftfahrzeug zumindest die Gefahr eines Überrollvorgangs besteht. Die Vielzahl von Sensoren umfassen mindestens einen Wegsensor, wobei mit dem mindestens einem Wegsensor ein Sensorsignal bereitstellbar ist, das mit der Entfernung zwischen einem Rad des Kraftfahrzeugs und der Karosserie des Kraftfahrzeugs korreliert ist. In der Verarbeitungseinheit werden die Sensorsignale, mit oder ohne vorherige Verknüpfung miteinander, zur Bereitstellung mindestens eines potentiellen Auslösesignals verarbeitet, wobei das mindestens eine potentielle Auslösesignal gegen ein zugehöriges Schwellensignal verglichen wird und, wenn ein Überschreiten des zugehörigen Schwellensignals festgestellt wird, ein Auslösesignal an die Steuervorrichtung erzeugt wird, wobei mindestens eines der Schwellensignale im Hinblick auf mindestens ein Signal modifizierbar ist, das mit einem Sensorsignal eines der Wegsensoren korreliert ist.The DE 100 44 567 B4 describes a safety system for a motor vehicle having a plurality of sensors each providing a sensor signal comprising at least one acceleration sensor, processing means for processing the plurality of sensor signals, and a control device for driving at least one safety device when the processing device provides a triggering signal associated with correlated to a situation in which there is at least the risk of a rollover process for the motor vehicle. The plurality of sensors comprise at least one displacement sensor, wherein with the at least one displacement sensor, a sensor signal is provided, which is correlated with the distance between a wheel of the motor vehicle and the body of the motor vehicle. In the processing unit, the sensor signals, with or without prior association with each other, are processed to provide at least one potential trigger signal, wherein the at least one potential trigger signal is compared against an associated threshold signal and, if an exceeding of the associated threshold signal is detected, a trigger signal to the control device wherein at least one of the threshold signals is modifiable with respect to at least one signal that is correlated with a sensor signal of one of the displacement sensors.

Die US 5,825,284 offenbart ein Fahrzeugüberschlagerkennungssystem mit einem Beschleunigungssensor, der ein Signal bereitstellt, das eine seitliche Beschleunigung des Fahrzeugs anzeigt. Ein Prozessor berechnet ein Rollmoment, basierend auf dem Sensorsignal und liefert eine visuelle Anzeige, die die Wahrscheinlichkeit eines Fahrzeugüberschlags anzeigt.The US 5,825,284 discloses a vehicle rollover detection system having an acceleration sensor that provides a signal indicative of lateral acceleration of the vehicle. A processor calculates a roll moment based on the sensor signal and provides a visual indication indicating the likelihood of a vehicle rollover.

In der DE 10019418 A1 ist eine Anordnung beschrieben, die einen Beschleunigungssensor aufweist, der eine Beschleunigung des Fahrzeugs in Richtung seiner Hochachse misst. Es ist ein Klassifikator vorhanden, der, wenn die gemessene Beschleunigung oberhalb einer Schwelle von 1 G liegt, auf ein Fahrmanöver entscheidet, bei dem das Fahrzeug, wie bei einer Rampenüberfahrt, einseitig nach oben abhebt. Liegt die gemessene Beschleunigung zwischen 0 G und 1 G, so entscheidet der Klassifikator auf ein Fahrmanöver, bei dem das Fahrzeug, wie bei einer Fahrt über eine Böschung, einseitig nach unten kippt.In the DE 10019418 A1 an arrangement is described which has an acceleration sensor which measures an acceleration of the vehicle in the direction of its vertical axis. There is a classifier which, if the measured acceleration is above a threshold of 1 G, decides on a maneuver in which the vehicle, as in a ramp crossing, lifts off unilaterally upwards. If the measured acceleration lies between 0 G and 1 G, the classifier decides on a driving maneuver in which the vehicle tilts down on one side, as in the case of a drive over an embankment.

Die DE 10019416 A1 offenbart Mittel, welche die Plausibilität einer Überrollentscheidung signalisieren, wenn entweder eine in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs gemessene Beschleunigung oberhalb eines vorgegebenen oberen Schwellwerts oder unterhalb eines vorgegebenen unteren Schwellwerts liegt, oder wenn die in Richtung der Hochachse gemessene Beschleunigung zwischen den beiden Schwellen liegt, aber eine in Richtung der Querachse des Fahrzeugs gemessene Beschleunigung eine Schwelle überschreitet, welche von der in Richtung der Hochachse gemessenen Beschleunigung abhängt.The DE 10019416 A1 discloses means which signal the plausibility of a rollover decision when either an acceleration measured in the direction of the vehicle's vertical axis is above a predetermined upper threshold or below a predetermined lower threshold, or when the acceleration measured in the direction of the vertical axis lies between the two thresholds, but an acceleration measured in the direction of the transverse axis of the vehicle exceeds a threshold, which depends on the acceleration measured in the direction of the vertical axis.

Eine Unterscheidung zwischen Situationen, in denen das Fahrzeug sich überschlägt oder nicht überschlägt, welche auch als „Fire"- beziehungsweise „No-Fire"-Situationen bezeichnet werden, ist ohne Kenntnis eines Absolutneigungswinkels des Fahrzeugs auf Grund einer Fahrbahnneigung schwierig und fehlerträchtig.A Distinguish between situations in which the vehicle overturns or do not think over which ones also referred to as "fire" - or "no-fire" situations is without knowledge of an absolute inclination angle of the vehicle due to a roadway inclination difficult and error prone.

Es stellt sich die Aufgabe, den Absolutneigungswinkel zur Verbesserung der Überschlagserkennung bereitzustellen und ein entsprechendes Verfahren vorzusehen.It the task is to improve the absolute inclination angle to provide rollover detection and to provide a corresponding method.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und auch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Task is by a method and also a device with the Characteristics of the independent claims solved. Advantageous developments emerge from the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe sind ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zur Absolutneigungswinkelerkennung eines Fahrzeugs vorgesehen. Das Fahrzeug hat eine Beschleunigungserfassungseinheit, die eine Beschleunigung des Fahrzeugs in Richtung einer ersten Achse misst, die zur Hochachse des Fahrzeugs orthogonal ist. Das Fahrzeug hat ferner eine Gier ratenerfassungseinheit und eine Geschwindigkeitserfassungseinheit, die Geschwindigkeiten in Richtung der ersten Achse und in Richtung einer zweiten Achse bestimmt, wobei die zweite Achse senkrecht zur Hochachse und nicht parallel zur ersten Achse verläuft. Die Beschleunigung des Fahrzeugs wird in Richtung der ersten Achse erfasst. Eine erste und eine zweite Geschwindigkeit des Fahrzeugs werden in Richtung der ersten Achse beziehungsweise der zweiten Achse erfasst. Ferner wird eine Gierrate des Fahrzeugs erfasst und die zeitliche Ableitung der ersten Geschwindigkeit bestimmt. Der Absolutneigungswinkel wird basierend auf der Beschleunigung, der zeitlichen Ableitung der ersten Geschwindigkeit, der zweiten Geschwindigkeit und der Gierrate bestimmt.to solution The object is a method and a corresponding device provided for the absolute inclination angle detection of a vehicle. The Vehicle has an acceleration detection unit, which is an acceleration of the vehicle in the direction of a first axis, that to the vertical axis of the vehicle is orthogonal. The vehicle also has a yaw rate detection unit and a speed detection unit, the speeds in the direction of the first axis and in the direction of a second axis determined, with the second axis perpendicular to the vertical axis and not parallel to the first axis. The Acceleration of the vehicle is detected in the direction of the first axis. A first and a second speed of the vehicle will be detected in the direction of the first axis or the second axis. Furthermore, a yaw rate of the vehicle is detected and the temporal Derivation of the first speed determined. The absolute inclination angle is based on the acceleration, the time derivative the first speed, the second speed and the Yaw rate determined.

Es sei bemerkt, dass unter Erfassen auch das Einlesen von Messwerten über Schnittstellen fällt. Die Erfassungseinheiten können Sensoren zur direkten Erfassung der Größen sein oder über andere ermittelte Betriebsgrößen den zu erfassenden Wert indirekt bestimmen oder schätzen.It It should be noted that under acquisition also the reading of measured values via interfaces falls. The detection units can Sensors for directly detecting the sizes or others determined company sizes the indirectly determine or estimate the value to be captured.

So steht mit dem ermittelten Absolutneigungswinkel des Fahrzeugs ein Indikator bereit, anhand dessen ein Überschlag besser detektierbar ist.So stands with the determined absolute inclination angle of the vehicle Indicator ready, by means of which a rollover better detectable is.

Vorteilhafterweise wird im Rahmen der Absolutneigungswinkelbestimmung ein Gravitationsanteil der erfassten Beschleunigung ermittelt, indem von der ermittelten Beschleunigung ein fahrdynamischer Anteil abgezogen wird, wobei der fahrdynamische Anteil die zeitliche Ableitung der ersten Geschwindigkeit sowie das Produkt aus der zweiten Geschwindigkeit und der Gierrate umfasst. Der Absolutneigungswinkel kann dann über trigonometrische Zusammenhänge aus dem ermittelten Gravi tationsanteil und der erfassten Beschleunigung bestimmt werden.advantageously, becomes a gravitational component within the absolute inclination angle determination the detected acceleration determined by the determined Acceleration is deducted a driving dynamic proportion, where the driving dynamics component the time derivative of the first speed as well as the product of the second speed and the yaw rate includes. The absolute tilt angle can then be based on trigonometric relationships the determined proportion of gravitation and the detected acceleration be determined.

Vorteilhafterweise wird zur Überschlagdetektion eine kritische Winkelgeschwindigkeit basierend auf einem Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium bestimmt, in das der Absolutneigungswinkel eingeht. Die kritische Winkelgeschwindigkeit ist eine minimale Winkelgeschwindigkeit zu Beginn eines Fahrzeugaufkippens, sodass das Fahrzeug umkippt. Damit kann im Fall einer Quer- oder einer Längsneigung des Fahrzeugs, wie sie beispielsweise bei Fahrten entlang einer Böschung beziehungsweise über abschüssige Wege auftreten, ohne Weiteres das Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium zur Überschlagserkennung angewandt werden.advantageously, becomes rollover detection a critical angular velocity based on an angular velocity energy criterion determines, which enters the absolute inclination angle. The critical Angular velocity is a minimum angular velocity too Start of a vehicle tipping so that the vehicle tilts over. In order to can in the case of a lateral or longitudinal inclination of the vehicle, as they for example, when driving along a slope or over sloping paths readily, the angular velocity energy criterion for rollover detection be applied.

In einer vorteilhaften Verfahrensausgestaltung wird eine Anhebung des Fahrzeugschwerpunkts basierend auf dem ermittelten Absolutneigungswinkel bestimmt, der für das Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium erforderlich ist. Somit fließt die Fahrzeugneigung in die Überschlagsdetektion ein.In An advantageous embodiment of the method is an increase in the Vehicle center of gravity based on the determined absolute tilt angle definitely, for the angular velocity energy criterion is required. Consequently flows the vehicle inclination in the rollover detection one.

Vorteilhafterweise wird eine Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst und diese mit der kritischen Winkelgeschwindigkeit verglichen, um zu ermitteln, ob das Fahrzeug bei der ermittelten Winkelgeschwindigkeit umkippt. In Folge eines derart detektierten Überschlags können geeignete Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.advantageously, An angular velocity of the vehicle is detected and this compared with the critical angular velocity to determine whether the vehicle tilts over at the determined angular velocity. As a result of such detected rollover may be appropriate Safety measures be initiated.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung geht die erfasste Winkelgeschwindigkeit in das Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium ein, um einen kritischen Winkel zu Beginn des Fahrzeugaufkippens zu ermitteln, bei dem das Fahrzeug umkippt. Dieser wird mit dem ermittelten Absolutneigungswinkel verglichen, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug umkippt. In Folge eines derart detektierten Überschlags werden geeignete Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt.In a further advantageous embodiment, the detected angular velocity enters the angular velocity energy criterion in order to determine a critical angle at the beginning of the vehicle tip-over, in which the vehicle tilts. This is compared to the determined absolute tilt angle to determine if the vehicle is tipping over. As a result of such detected rollover will be appropriate Security measures carried out.

Zur Erhöhung der Genauigkeit umfasst eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, die Masse des Fahrzeugs in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebsgröße und/oder die Höhe des Fahrzeugschwerpunkts in Abhängigkeit von zumindest derselben oder einer anderen Betriebsgröße zu schätzen.to increase the accuracy comprises a further advantageous embodiment, the mass of the vehicle in dependence of at least one company size and / or the height of the vehicle center of gravity depending on of at least the same or a different size of business.

Alternativ oder zusätzlich ist eine Verbesserung der Genauigkeit zu erreichen, wenn eine relative Verkippung des Fahrgestells und des Fahrzeugaufbaus erfasst wird und in die Bestimmung der Beschleunigung einfließt.alternative or additionally is to achieve an improvement in accuracy when a relative Tilting of the chassis and the vehicle body is detected and enters the determination of acceleration.

Vorteilhafterweise werden Abstandsveränderungen des Fahrzeugaufbaus relativ zu Radaufhängungen des Fahrwerks ermittelt, anhand derer die Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird. Dieses dient zur Stützung der Neigungswinkelinformation.advantageously, become distance changes of the vehicle body relative to the wheel suspensions of the chassis, by which the angular velocity is determined. This serves in support of the Inclination angle information.

Vorteilhafterweise wird die Beschleunigung in Abhängigkeit erfasster Reifenkräfte bestimmt. Vorteilhafterweise wird die Gierrate in Abhängigkeit erfasster Reifenkräfte bestimmt. Dieses Vorgehen ermöglicht Plausibilitätsabschätzungen.advantageously, the acceleration becomes dependent detected tire forces certainly. Advantageously, the yaw rate is dependent detected tire forces certainly. This procedure enables plausibility assessments.

Zur vorteilhaften Erkennung von seitlichem Umkippen ist die erste Achse eine Fahrzeugquerachse und die Winkelgeschwindigkeit ist eine Wankgeschwindigkeit. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, zur vorteilhaften Detektion von Überschlägen um die Querachse, ist die erste Achse eine Fahrzeuglängsachse und die Winkelgeschwindigkeit eine Nickgeschwindigkeit. Auch diese selten auftretende Form des Überschlags zu erkennen, erhöht die Fahrzeugsicherheit.to Advantageous lateral tilt detection is the first axis a vehicle transverse axis and the angular velocity is a rolling velocity. In a further advantageous embodiment, for advantageous Detection of flashovers around the Transverse axis, the first axis is a vehicle longitudinal axis and the angular velocity a pitching speed. Also this rare form of rollover to recognize increased the vehicle safety.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dient der absolute Nickwinkel als Eingangsgröße einer adaptiven Getriebesteuerung, um den Fahrzeugkomfort an die Neigung des Untergrundes anzupassen, beispielsweise durch automatisches Hoch- und Runterschalten in hügeligem Gelände.In In another advantageous embodiment, the absolute pitch angle is used as an input variable of an adaptive Transmission control to improve the comfort of the vehicle to the slope of the ground adapt, for example by automatic up and down in hilly Terrain.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen erklärt.following the invention will be described with reference to the schematic drawings based on embodiments explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf horizontaler und auf quer geneigter Fahrbahn, 1 a schematic representation of a vehicle on a horizontal and transverse inclined roadway,

2 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs auf der horizontalen Fahrbahn, auf der quer geneigten Fahrbahn und quer aufkippend, 2 a schematic representation of the vehicle on the horizontal road, on the transversely inclined roadway and tipping transversely,

3 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs auf einer längs geneigten Fahrbahn, 3 a schematic representation of the vehicle on a longitudinally inclined roadway,

4 eine schematische Darstellung eines Überschlagerkenners, 4 a schematic representation of a rollover recognizer,

5 eine kritische Wankgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines Absolutneigungswinkels bei einem ersten Fahrzeugtyp in verschiedenen Beladungssituationen und 5 a critical roll speed as a function of an absolute angle of inclination for a first vehicle type in different loading situations and

6 die kritische Wankgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Absolutneigungswinkels bei einem zweiten Fahrzeugtyp in verschiedenen Beladungssituationen. 6 the critical roll speed as a function of the absolute tilt angle in a second vehicle type in different loading situations.

1 zeigt, mit I gekennzeichnet, ein Fahrzeug 1 mit einem Schwerpunkt 4 auf einer horizontalen Fahrbahn 10. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrgestell 11 und einen Fahrzeugaufbau 12. 1 shows, marked I, a vehicle 1 with a focus 4 on a horizontal lane 10 , The vehicle 1 includes a chassis 11 and a vehicle body 12 ,

Zur Veranschaulichung dienen im Folgenden ein ortsfestes Koordinatensystem und ein fahrzeugfestes Koordinatensystem. Das ortsfeste Koordinatensystem X, Y, Z hat eine Hochachse Z in Gegenrichtung der Gravitationsrichtung.to Illustrative serve in the following a fixed coordinate system and a vehicle-fixed coordinate system. The stationary coordinate system X, Y, Z has a vertical axis Z in the opposite direction of the gravitational direction.

Die horizontale Fahrbahn 10 ist in der X-Y-Ebene ausgerichtet. Das fahrzeugfeste Koordinatensystem XV, YV, ZV mit einer Fahrzeughochachse ZH, einer Fahrzeugquerachse YV und einer Fahrzeuglängsachse XV, ist in gleicher Weise wie das ortsfeste Koordinatensystem X, Y, Z ausgerichtet.The horizontal roadway 10 is aligned in the XY plane. The vehicle-fixed coordinate system XV, YV, ZV with a vehicle vertical axis ZH, a vehicle transverse axis YV and a vehicle longitudinal axis XV, is aligned in the same way as the stationary coordinate system X, Y, Z.

Bei einer Kurvenfahrt in der Ebene auftretende Beschleunigungen sind in 1, I dargestellt. Neben der Erdbeschleunigung g wirkt eine dazu senkrechte Querbeschleunigung ayh in Richtung der Y-Achse.When cornering in the plane occurring accelerations are in 1 , I presented. In addition to the gravitational acceleration g, a perpendicular transverse acceleration ayh acts in the direction of the Y-axis.

Reifenkraftsensoren 3 messen Reifenkräfte, in der 1 I beispielhaft mit F gekennzeichnet, aus denen bei bekannter Fahrzeugmasse m die Querbeschleunigung ayh mittels folgender Gleichung ermittelt werden kann: ay·m = FLV_L·sin(δLV) + FRV_L·sin(δRV) + FLV_Q·cos(δLV) + FRV_Q·cos(δRV) + FLH + FRH. Tire force sensors 3 measure tire forces in the 1 I by way of example with F, from which, given a known vehicle mass m, the lateral acceleration ayh can be determined by means of the following equation: ay * m = FLV_L * sin (δLV) + FRV_L * sin (δRV) + FLV_Q * cos (δLV) + FRV_Q * cos (δRV) + FLH + FRH.

FLV_L ist eine Reifenlängskraft auf das vordere linke Rad. FLV_Q ist eine Reifenquerkraft auf das vordere linke Rad. δLV ist ein Lenkwinkel vorne links. FRV_Q ist eine Reifenquer kraft auf das vordere rechte Rad. FRV_L ist eine Reifenlängskraft auf das vordere rechte Rad. δLV ist ein Lenkwinkel vorne rechts. FLH ist eine Reifenquerkraft auf das hintere linke Rad. FRH ist eine Reifenquerkraft auf das hintere rechte Rad. ay·m ist eine Querkraft Fay, die auf das Fahrzeug 1 wirkt.FLV_L is a tire longitudinal force on the front left wheel. FLV_Q is a tire lateral force on the front left wheel. ΔLV is a front left steering angle. FRV_Q is a tire lateral force on the front right wheel. FRV_L is a tire longitudinal force on the front right wheel. ΔLV is a front right steering angle. FLH is a tire lateral force on the rear left wheel. FRH is a tire lateral force on the rear right wheel. Ay · m is a lateral force Fay imposed on the vehicle 1 acts.

Die Erfassung der Beschleunigung über die Reifenkräfte kann auch bei geneigter Fahrbahn angewandt werden, um die Fahrzeugquerbeschleunigung ay zu erfassen.The Acquisition of acceleration over the tire forces can also be applied on inclined roads to the vehicle lateral acceleration ay to capture.

Auf diese Weise kann alternativ oder zusätzlich die Querbeschleunigung durch Reifenkraftsensoren 3 ermittelt werden. Bei einer Ermittelung der Querbeschleunigung ayh auf zwei verschiedenen Wegen, können die Ergebnisse zur Erhöhung der Genauigkeit gemäß ihrer Qualität gewichtet gemittelt werden oder einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden.In this way, alternatively or additionally, the lateral acceleration by tire force sensors 3 be determined. In a determination of the lateral acceleration ayh in two different ways, the results can be weighted according to their quality weighted or subject to a plausibility check to increase the accuracy.

In der 1, gekennzeichnet mit II, ist das Fahrzeug 1 bei einer Kurvenfahrt auf geneigter Fahrbahn 10 dargestellt. Die Fahrbahn 10 ist um den Fahrbahnwinkel α um die X-Achse geneigt. Durch die Neigung der Fahrbahn 10 ist auch das Fahrzeug, wenn es mit beiden Rädern die Fahrbahn 10 berührt, um einen Winkel, der mit dem Fahrbahnwinkel α übereinstimmt, geneigt.In the 1 , marked II, is the vehicle 1 when cornering on an inclined road 10 shown. The roadway 10 is inclined by the roadway angle α about the X-axis. Due to the inclination of the roadway 10 is also the vehicle when it is with both wheels the roadway 10 touched by an angle that coincides with the roadway angle α, inclined.

Neben der Erdbeschleunigung g tritt eine Querbeschleunigung ayh senkrecht dazu auf.Next the gravitational acceleration g occurs a lateral acceleration ayh perpendicular on it.

Eine Fahrzeugquerbeschleunigung ay wirkt in Richtung der Fahrzeugquerachse YV. Die Fahrzeugquerbeschleunigung ay hat einen Gravitationsanteil ayg. Die Fahrzeugquerbeschleunigung ay kann durch den Querbeschleunigungssensor 2 gemessen werden, der im Fahrzeugaufbau 12 montiert ist. Es sei bemerkt, dass der Querbeschleunigungssensor 2 auch bei einer Geradeausfahrt entlang der quer geneigten Fahrbahn 10 eine von Null verschiedene Fahrzeugquerbeschleunigung ay anzeigt, die vom Gravitationsanteil herrührt. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugquerbeschleunigung ay auch mittels der Reifenkraftsensoren 3 ermittelt werden. Auch andere Ausgestaltungen des Querbeschleunigungssensors sind denkbar.A vehicle lateral acceleration ay acts in the direction of the vehicle transverse axis YV. The vehicle lateral acceleration ay has a gravitational component ayg. The vehicle lateral acceleration ay can be detected by the lateral acceleration sensor 2 be measured in the vehicle body 12 is mounted. It should be noted that the lateral acceleration sensor 2 even when driving straight ahead along the transversely inclined roadway 10 indicates a non-zero vehicle lateral acceleration ay resulting from the gravitational component. Alternatively or additionally, the vehicle lateral acceleration ay can also be determined by means of the tire force sensors 3 be determined. Other embodiments of the lateral acceleration sensor are conceivable.

Anhand des Gravitationsanteils ayg der ermittelten Fahrzeugquerbeschleunigung ay kann auf den Absolutneigungswinkel α geschlossen werden. Um diesen Gravitationsanteil ayg zu bestimmen, ist es erforderlich, einen so genannten fahrdynamischen Anteil von der ermittelten Fahrzeugquerbeschleunigung ay abzuziehen. Dieser fahrdynamische Anteil setzt sich zusammen aus der zeitlichen Ableitung einer Quergeschwindigkeit vy des Fahrzeugs 1 und dem Produkt der Längsgeschwindigkeit vx und der Gierrate des Fahrzeugs 1 bezogen auf das fahrzeugfeste Koordinatensystem XV, YV, ZV.Based on the gravitational component ayg of the determined vehicle lateral acceleration ay, it is possible to deduce the absolute inclination angle α. In order to determine this gravitational component ayg, it is necessary to deduct a so-called driving dynamic component from the determined vehicle lateral acceleration ay. This dynamic component is composed of the time derivation of a lateral velocity vy of the vehicle 1 and the product of the longitudinal velocity vx and the yaw rate of the vehicle 1 based on the vehicle-fixed coordinate system XV, YV, ZV.

Zur Erfassung der für die Bestimmung des Gravitationsanteils ayg erforderlichen Größen sind im Fahrzeug 1 ein Sensor 15 zur Erfassung der Längs- und Quergeschwindigkeit vx, vy vorgesehen. Zum selben Zweck kann alternativ auch eine entsprechende Schätzvorrichtung vorgesehen sein. Aus der ermittelten Quergeschwindigkeit vy wird deren zeitliche Ableitung bestimmt. Die Quergeschwindigkeit vy kann beispielsweise durch einen so genannten Schwimmwinkelschätzer bestimmt werden.To capture the quantities required for the determination of the gravitational component ayg are in the vehicle 1 a sensor 15 for detecting the longitudinal and lateral velocity vx, vy provided. Alternatively, a corresponding estimating device may be provided for the same purpose. From the determined lateral velocity vy whose time derivative is determined. The lateral velocity vy can be determined, for example, by a so-called float angle estimator.

Zur Bestimmung der Gierrate ist ein Gierratensensor 16 vorgesehen, der die Drehung des Fahrzeugs 1 um die Fahrzeughochachse ZV bestimmt.To determine the yaw rate is a yaw rate sensor 16 provided the rotation of the vehicle 1 determined by the vehicle's vertical axis ZV.

Anhand des Anteils des derart ermittelten Gravitationsanteils ayg an der ermittelten Fahrzeugquerbeschleunigung ay lässt sich der Absolutneigungswinkel α, beispielsweise über trigonometrische Zusammenhänge, bestimmen. Im einfachsten Fall, bei horizontaler Fahrbahn, verschwindet der Gravitationsanteil ayg.Based the proportion of the thus determined gravitational component ayg at the determined vehicle lateral acceleration ay can be the absolute inclination angle α, for example via trigonometric Relationships, determine. In the simplest case, with horizontal carriageway, disappears the gravitational part ayg.

2 zeigt die Veränderung einer Schwerpunkthöhe h des Fahrzeugs 1 auf der horizontalen Fahrbahn 10, was mit I gekennzeichnet ist, auf der geneigten Fahrbahn 10, was mit II gekennzeichnet ist, und beim Umkippen, was mit III gekennzeichnet ist. 2 shows the change of a center of gravity height h of the vehicle 1 on the horizontal lane 10 , which is marked with I, on the inclined roadway 10 , which is marked with II, and at Tip over, which is marked with III.

Der Schwerpunkt 4 hat bei der horizontalen Fahrbahn 10 eine Höhe h über der X-Y-Ebene, siehe I. Bei der Fahrt auf einer um den Fahrbahnwinkel α geneigten Fahrbahn 10 erhöht sich die Höhe des Schwerpunktes 4 um eine Höhendifferenz Δh', wie in II dargestellt. Die geneigte Fahrbahn führt zu einer Neigung des Fahrzeugs 1 um einen Kipprotationspunkt K.The focus 4 has at the horizontal lane 10 a height h above the XY plane, see I. When driving on a lane inclined by the roadway angle α 10 increases the height of the center of gravity 4 by a height difference Δh ', as shown in II. The inclined road leads to a tilt of the vehicle 1 about a Kipprotationspunkt K.

Des Weiteren ist in 2, II dargestellt, dass ein Winkel χ zwischen der Verbindungslinie vom Schwerpunkt 4 und dem Kipprotationspunkt K sowie der Verbindungslinie der Radaufstandspunkte des Fahrzeugs 1 auf der geneigten Fahrbahn 2 aufgespannt ist.Furthermore, in 2 , II illustrated that an angle χ between the connecting line from the center of gravity 4 and the Kipprotationspunkt K and the line connecting the wheel contact points of the vehicle 1 on the sloping road 2 is stretched.

Ein Aufkippen des Fahrzeugs 1 um den Kipprotationspunkt K ist unter III dargestellt. Beim Aufkippen des Fahrzeugs 1 heben die höher stehenden Räder des Fahrzeugs 1 ab, sodass das Fahrzeug 1 um einen Aufkippwinkel β zwischen der Verbindungslinie der Radunterseiten und der geneigten Fahrbahn 10 aufkippt. Dabei wird auch der Schwerpunkt 4 weiter angehoben.An upset of the vehicle 1 around the Kipprotationspunkt K is shown under III. When tipping the vehicle 1 lift the higher standing wheels of the vehicle 1 off, so the vehicle 1 a Aufklippwinkel β between the line connecting the Radunterseiten and the inclined roadway 10 aufkippt. This is also the focus 4 further raised.

Eine maximale Schwerpunktshöhe hmax tritt auf, wenn der Schwerpunkt 4 senkrecht über dem Kipprotationspunkt K steht, wie unter III dargestellt. In diesem Fall tritt auch eine maximale Höhendifferenz Δh auf.A maximum center of gravity height hmax occurs when the center of gravity 4 is perpendicular to the Kipprotationspunkt K, as shown under III. In this case, a maximum height difference Δh also occurs.

Erfolgt das Aufkippen derart, dass die maximale Schwerpunktshöhe hmax nicht erreicht wird, so kippt das Fahrzeug 1 üblicherweise mit allen Rädern zurück auf die Fahrbahn 10. Dies ist ein Effekt, der bei rasanter Kurvenfahrt auftreten kann, bei der kurzzeitig zwei Räder abheben. Erfolgt das Aufkippen jedoch derart, dass die maximale Schwerpunktshöhe hmax überschritten wird, so kippt das Fahrzeug 1 um. Dieser Effekt soll detektiert werden, um geeignete Sicherheitsmaßnahmen einleiten zu können.If the tipping so that the maximum center of gravity height hmax is not reached, the vehicle tilts 1 usually with all wheels back on the road 10 , This is an effect that can occur during rapid cornering, in which briefly take off two wheels. However, if the tipping is such that the maximum center of gravity height hmax is exceeded, the vehicle tilts 1 around. This effect should be detected in order to initiate suitable safety measures.

Das Umkippen des Fahrzeugs 1 tritt nicht nur in Form von seitlichem Umkippen, das oben beschrieben ist, auf. Das Fahrzeug 1 kann sich auch über die Fahrzeugfront überschlagen, was jedoch eine selten auftretende Form des Überschlags ist.The overturning of the vehicle 1 not only occurs in the form of lateral overturning, which is described above. The vehicle 1 can also overturn on the vehicle front, but this is a rare form of rollover.

3 zeigt eine Fahrsituation, die zu solch einem Überschlag führen kann. Das Fahrzeug 1 fährt auf einer abschüssigen Fahrbahn 2, die gegenüber der Y-Achse um den Fahrbahnwinkel α geneigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel basiert die Absolutneigungswinkelerkennung auf der sensorisch ermittelten Fahrzeuglängsbeschleunigung ax und/oder den ermittelten Reifenkräften F, aus denen die Fahrzeuglängsbeschleunigung ax ermittelt wird. 3 shows a driving situation that can lead to such a rollover. The vehicle 1 drives on a sloping road 2 , which is inclined relative to the Y-axis by the roadway angle α. In this exemplary embodiment, the absolute inclination angle detection is based on the sensor-determined longitudinal vehicle acceleration ax and / or the determined tire forces F, from which the vehicle longitudinal acceleration ax is determined.

In diesem Fall ist der fahrdynamische Anteil, der von der ermittelten Fahrzeuglängsbeschleunigung ax abzuziehen ist, die zeitliche Ableitung der Längsgeschwindigkeit vx des Fahrzeugs 1 abzüglich dem Produkt seiner Quergeschwindigkeit vy und der Gierrate.In this case, the vehicle dynamic component, which is to be subtracted from the determined longitudinal vehicle acceleration ax, is the time derivative of the longitudinal speed vx of the vehicle 1 minus the product of its lateral velocity vy and the yaw rate.

Die Detektion des Absolutneigungswinkels ist nicht nur zur Überschlagserkennung geeignet. Alternativ oder zusätzlich kann der erfasste Winkel α als Eingang auch für eine adaptive Getriebesteuerung 9 verwendet werden, um die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort insbesondere in hügeligem Gelände zu verbessern.The detection of the absolute inclination angle is not only suitable for rollover detection. Alternatively or additionally, the detected angle α as an input for an adaptive transmission control 9 used to improve driving safety and comfort, especially in hilly terrain.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Überschlagerkenners 6 mit einem Neigungswinkeldetektor 5 zur Ermittlung des Absolutneigungswinkels α. 4 shows a schematic representation of a rollover identifier 6 with a tilt angle detector 5 for determining the absolute inclination angle α.

Die Funktionsweise des Überschlagerkenners 6 wird exemplarisch zunächst für die Bestimmung eines Wankwinkels α um die Fahrzeuglängsachse XV beschrieben.The operation of the rollover recognizer 6 is first described by way of example for the determination of a roll angle α about the vehicle longitudinal axis XV.

Die Absolutneigungswinkelbestimmung erfolgt durch einen Winkeldetektor 5. Eingangsseitig liegt ein vom Querbeschleunigungssensor 2 erfasstes Fahrzeugquerbeschleunigungssignal ay an. Dieses Signal ay kann direkt von einem entsprechenden Sensor und/oder mittelbar über die Reifenkräfte bereitgestellt werden. Des Weiteren liegen am Winkeldetektor 5 eingangsseitig die Längs- und die Quergeschwindigkeit vx, vy sowie die Gierrate gr an, die von den entsprechenden Erfassungseinheiten 15, 16 bereitgestellt werden.The absolute tilt angle determination is performed by an angle detector 5 , On the input side is a from the lateral acceleration sensor 2 detected vehicle lateral acceleration signal ay. This signal ay can be provided directly by a corresponding sensor and / or indirectly via the tire forces. Furthermore, the angle detector is located 5 On the input side, the longitudinal and transverse velocities vx, vy and the yaw rate gr at which the corresponding detection units 15 . 16 to be provided.

Die Bestimmung des Fahrbahnneigungswinkels α erfolgt durch den Winkeldetektor 5 in der zuvor genannten Weise. Die Genauigkeit der Winkelbestimmung hängt von der Genauigkeit der Beschleunigungsmessung ab. Um für letzt genanten eine ausreichende Güte zu erreichen, sind eine Sensor-Offseterkennung und eine entsprechende Kompensation des Offsets erforderlich. Die Kompensation erfolgt üblicherweise mittels einer Offsetabgleichfunktion, die bei genügend langer Fahrt in vordefinierten Situationen, beispielsweise der Fahrt in der Ebene, erfolgt, um den Sensor-Offset zu bestimmen und diesen vom aktuellen Sensormesswert zu subtrahieren. Die vordefinierten Situationen können durch andere Sensoren und/oder Plausibilitätsbetrachtungen ermittelt werden.The determination of the roadway inclination angle α is carried out by the angle detector 5 in the aforementioned manner. The accuracy of the angle determination depends on the accuracy of the acceleration measurement. In order to achieve sufficient quality for the last mentioned, a sensor offset detection and a corresponding compensation of the offset are required. The compensation is usually carried out by means of an offset adjustment function, which in sufficiently long driving in predefined situations, such as In-plane travel is to determine the sensor offset and to subtract it from the current sensor reading. The predefined situations can be determined by other sensors and / or plausibility considerations.

Ferner ist ein Mittel 61 zur Bereitstellung der Fahrzeugmasse m vorgesehen. Der bereitgestellte Wert kann fix sein oder in Abhängigkeit von Kenngrößen des Fahrzeugs 1 geschätzt werden. Eine denkbare Schätzung basiert auf einer beladungsabhängigen Veränderung des Abstandes zwischen dem Fahrzeugaufbau 12 und dem Fahrwerk 11, die durch Federwegsensoren ermittelbar ist.Further, it is a means 61 provided for providing the vehicle mass m. The provided value may be fixed or depending on characteristics of the vehicle 1 to be appreciated. A conceivable estimate is based on a load-dependent change in the distance between the vehicle body 12 and the chassis 11 , which can be determined by spring travel sensors.

Der Winkel α wird einer Vergleichseinrichtung 8 zugeführt, an der eingangsseitig ferner ein Wankgeschwindigkeitssignal av_wank anliegt. Die Wankgeschwindigkeit av_wank, auch als Rollrate bezeichnet, wird durch einen Wankratensensor 7 ermittelt.The angle α becomes a comparison device 8th fed to the input side further a roll speed signal av_wank is applied. The roll speed av_wank, also referred to as roll rate, is determined by a roll rate sensor 7 determined.

Alternativ können auch Ersatzwerte bereitgestellt werden, die aus anderen Sensorsignalen ermittelt werden. Beispielsweise ist es denkbar, die Wankgeschwindigkeit av_wank in erster Näherung auf horizontaler Fahrbahn mittels der Federwegsensoren zu ermitteln, die Abstandsveränderungen LF zwischen Radaufhängungen und dem Fahrzeugaufbau 12 zu detektieren.Alternatively, substitute values can also be provided, which are determined from other sensor signals. For example, it is conceivable to determine the roll speed av_wank in a first approximation on a horizontal roadway by means of the spring travel sensors, the distance changes LF between the wheel suspensions and the vehicle body 12 to detect.

Die ermittelte Wankgeschwindigkeit av_wank wird als Eingang eines so genannten Winkelgeschwindigkeitsenergiekriteriums verwendet. Im Folgenden wird das Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium beispielhaft für die Wankgeschwindigkeit erläu tert, sodass von „Wankgeschwindigkeitsenergiekriterium", auch als Rollenergiekriterium bezeichnet, die Rede ist.The determined roll speed av_wank is considered the input of such called angular velocity energy criterion used. in the Next, the angular velocity energy criterion becomes exemplary for the Rolling speed explains, so from "rolling speed energy criterion", also as a rolling energy criterion referred to, is the speech.

In das Wankgeschwindigkeitsenergiekriterium gehen auch die Fahrzeugmasse m und die Schwerpunktshöhe h ein, die von entsprechenden Mitteln 61, 62 bereitgestellt werden.In the rolling speed energy criterion, the vehicle mass m and the center of gravity height h are also included, which by appropriate means 61 . 62 to be provided.

Mit einem von Null verschiedenen Neigungswinkel α erhöht sich der Schwerpunkt 4 um Δh'. Befindet sich das Fahrzeug 1 mit allen Rädern auf der Fahrbahn, entspricht der Neigungswinkel α des Fahrzeugaufbaus 12 bei Nichtberücksichtigung eines Verkippungswinkels zwischen Fahrzeugaufbau 12 und Fahrwerk 11 dem Straßenquerneigungswinkel α, wie in 2, II veranschaulicht. Ist das Fahrzeug aufgekippt, setzt sich der Winkel zusammen aus dem Fahrbahnneigungswinkel α und dem Aufkippwinkel β, wie in 2, III veranschaulicht.With a non-zero inclination angle α, the center of gravity increases 4 by Δh '. Is the vehicle located 1 with all wheels on the road, the inclination angle α corresponds to the vehicle body 12 when ignoring a tilt angle between vehicle body 12 and suspension 11 the road bank angle α, as in 2 II illustrates. If the vehicle is tilted, the angle is composed of the roadway inclination angle α and the Aufkippwinkel β, as in 2 , III illustrates.

Das Fahrzeug 1 kippt um, wenn eine Wankenergie größer ist als die Differenz der potentiellen Energie vor Beginn des Aufkippens und der potentiellen Energie beim Kippen bis zur maximalen Schwerpunkthöhe hmax. Folgende Ungleichung muss erfüllt sein, damit das Fahrzeug 1 umkippt: 1/2·Θ·av_wank2 > m·g·Δhe. The vehicle 1 Tilts when a roll energy is greater than the difference in potential energy before the upset starts and the potential energy when tilting up to the maximum center of gravity height hmax. The following inequality must be satisfied in order for the vehicle 1 tipping: 1/2 · Θ · av_wank 2 > m · g · Δhe.

Der linke Term gibt die Wankgeschwindigkeitsenergie an. Der rechte Term gibt die Differenz der potentiellen Energien an. Θ ist ein fahrzeugspezifisches Massenträgheitsmoment um den Kipprotationspunkt K. Δhe ist die noch erforderliche Anhebung des Schwerpunktes 4 bis zur maximalen Schwerpunktshöhe hmax.The left term indicates the roll rate energy. The right term indicates the difference of potential energies. Θ is a vehicle-specific mass moment of inertia about the Kipprotationspunkt K. Δhe is the still required increase in the center of gravity 4 up to the maximum center of gravity height hmax.

Die erforderliche Anhebung Δhe des Schwerpunktes 4 zu Beginn des Aufkippens, damit das Fahrzeug umkippt, ergibt sich aus folgendem Zusammenhang: Δhe = hmax – hmax·sin(χ + α). The required increase Δhe of the center of gravity 4 at the beginning of tipping, so that the vehicle tilts, resulting from the following relationship: Δhe = hmax - hmax · sin (χ + α).

Die maximale Schwerpunkthöhe hmax ist

Figure 00170001
The maximum center of gravity height hmax is
Figure 00170001

c ist eine fahrzeuggeometrische Konstante, die die Entfernung des Kipprotationspunkts K vom Schwerpunkt 4 in Richtung der Y-Achse angibt.c is a vehicle geometric constant representing the distance of the Kipprotationspunkts K from the center of gravity 4 in the direction of the Y-axis.

Der Winkel χ ergibt sich damit zu χ = arctan(h/c). The angle χ thus results χ = arctane (h / c).

Durch Einsetzen obiger Zusammenhänge in das Wankgeschwindigkeitsenergiekriterium ergibt sich 1/2·Θ·av_wank2 > m·g·hmax·(1 – sin (χ + α)). By using the above relationships in the roll speed energy criterion results 1/2 · Θ · av_wank 2 > m · g · hmax · (1 - sin (χ + α)).

Durch Umformen ergibt sich für eine kritische Wankgeschwindigkeit

Figure 00170002
By forming results for a critical roll speed
Figure 00170002

Bei einer Wankgeschwindigkeit av_wank, die größer als die kritische Wankgeschwindigkeit av_wank_k ist, kippt das Fahrzeug 1 um.At a roll speed av_wank, which is greater than the critical roll speed av_wank_k, the vehicle tilts 1 around.

Natürlich ist auch die Auflösung des Wankgeschwindigkeitsenergiekriteriums nach anderen Größen denkbar, beispielsweise nach dem Winkel α. In diesem Fall kann basierend auf der aktuellen Wankgeschwindigkeit av_wank ein kritischer Neigungswinkel α_k bestimmt werden, oberhalb dessen das Fahrzeug 1 umkippt.Of course, the resolution of the Wankgeschwindigkeitsenergiekriterium for other sizes is conceivable, for example, after the angle α. In this case, based on the current roll speed av_wank, a critical inclination angle α_k can be determined, above which the vehicle 1 tip over.

In das Wankgeschwindigkeitsenergiekriterium gehen die Masse m und die Schwerpunktshöhe h ein. Die Schwerpunktshöhe h kann als konstant angenommen werden. Weitere Verbesserungen hinsichtlich der Genauigkeit lassen sich erreichen, wenn die Schwerpunktshöhe h geschätzt wird und/oder die Masse m geschätzt wird. Dies hat insbesondere bei Geländelimousinen, auch als Sport Utility Vehicles oder kurz SUV bezeichnet, sowie Kleinlastwagen einen entscheidenden Einfluss auf die Aussagegenauigkeit.In the roll rate energy criterion go the mass m and the Gravity height h. The center of gravity h can be assumed to be constant. Further improvements regarding Accuracy can be achieved when the center of gravity height h is estimated and / or the mass m estimated becomes. This has especially in off-road sedans, also as a sport Utility Vehicles or SUV for short, as well as pickup trucks a decisive influence on the accuracy.

In 5 sind die kritischen Wankgeschwindigkeiten gegen den kritischen Neigungswinkel aufgetragen. Die Kurve 21 steht für ein SUV mit Fahrer. Die Kurve 22 steht für ein SUV mit Fahrer und Dachlast. Die Kurve 23 steht für ein voll beladenes SUV. Wie zu erkennen ist, variiert die kritische Rollrate bei Sport Utility Vehicles zwischen zirka 200°/s (unbeladen) und zirka 220°/s (beladen), wohingegen der kritische Fahrbahnneigungswinkel zwischen zirka 50° (beladen) und zirka 54° (unbeladen) variiert.In 5 the critical roll speeds are plotted against the critical angle of inclination. The curve 21 stands for an SUV with driver. The curve 22 stands for an SUV with driver and roof load. The curve 23 stands for a fully loaded SUV. As can be seen, the critical roll rate of Sport Utility Vehicles varies between about 200 ° / s (unloaded) and about 220 ° / s (laden), whereas the critical roadway angle between about 50 ° (loaded) and about 54 ° (unloaded) varied.

Die kritischen Wankgeschwindigkeiten gegen den kritischen Neigungswinkel werden in 6 für einen Kleinlastwagen dargestellt. Die Kurve 26 steht für einen Kleinlastwagen mit Fahrer. Die Kurve 25 steht für einen Kleinlastwagen mit Fahrer und 1000 kg Zuladung. Die Kurve 24 steht für einen voll beladenen Kleinlastwagen. Hierbei variiert die kritische Rollrate zwischen zirka 190°/s (unbeladen) und zirka 325°/s (beladen). Der kritische Rollwinkel variiert zwischen 40° (beladen) und 50° (unbeladen).The critical roll speeds against the critical angle of inclination are in 6 shown for a pickup truck. The curve 26 stands for a pickup truck with driver. The curve 25 stands for a pick-up truck with driver and 1000 kg payload. The curve 24 stands for a fully loaded pickup truck. Here, the critical roll rate varies between about 190 ° / s (unloaded) and about 325 ° / s (loaded). The critical roll angle varies between 40 ° (loaded) and 50 ° (unloaded).

Es ist also bei einigen Fahrzeugtypen von Vorteil, sowohl den Fahrbahnneigungswinkel als auch den Fahrzeugschwerpunkt zu kennen, um die Aussagegüte zu verbessern.It is therefore advantageous for some types of vehicles, both the roadway angle as well as to know the vehicle's center of gravity, in order to improve the statement quality.

Vorteilhafterweise kann auch berücksichtigt werden, dass bei einer Straßenquerneigung das Fahrwerk 11 gegen den Fahrzeugaufbau 12 verkippt ist. Diese Verkippung kann mit einem Federmodell berechnet werden, welches beispielsweise als Eingangsgröße das Ausgangssignal des Querbeschleunigungssensors 2 hat. Dabei wird der Verkippungswinkel zwischen dem Fahrwerk 11 und dem Fahrzeugaufbau 12 in einfacher Näherung als proportional zur Querbeschleunigung angenommen. Die Proportionalitätskonstante ist fahrzeugspezifisch. Weitere Ausführungsbeispiele nutzen als Eingangsgröße die Federwegsensorsignale oder das Ausgangssignal des Wankgeschwindigkeitssensors 7.Advantageously, it can also be considered that at a road bank, the chassis 11 against the vehicle body 12 is tilted. This tilting can be calculated with a spring model, which, for example, as an input variable, the output signal of the lateral acceleration sensor 2 Has. In the process, the tilt angle between the chassis becomes 11 and the vehicle body 12 assumed in a simple approximation as proportional to the lateral acceleration. The proportionality constant is vehicle-specific. Other embodiments use as input the spring travel sensor signals or the output signal of the roll speed sensor 7 ,

Alternativ oder zusätzlich zur Wankgeschwindigkeitsenergiebedingung kann eine Nickgeschwindigkeitsenergiebedingung betrachtet werden. In diese Bedingung gehen die Fahrbahnlängsneigung sowie das Massenschrägheitsmoment um den Überschlagrotationspunkt bei der Fahrzeugfront ein.alternative or additionally to the roll rate energy condition may be a pitching speed power condition to be viewed as. In this condition go the lane gradient and the mass moment of inertia around the roll over point at the front of the vehicle.

Das oben beschriebene Vorgehen kann in entsprechender Weise zur Überschlagsdetektion für diesen Fall eingesetzt werden. Anstatt der Wankgeschwindigkeit av_wank wird eine Nickgeschwindigkeit av_nick, anstatt des Neigungswinkels α wird ein Nickwinkel und anstatt der Fahrzeugquerbeschleunigung ay wird die Fahrzeuglängsbeschleunigung ax sowie angepasste Fahrzeugparameter c, Θ und χ betrachtet.The The procedure described above can be used in a similar way to rollover detection in this case be used. Instead of the roll speed av_wank will a pitching speed av_nick instead of the pitching angle α becomes Pitch angle and instead of the vehicle lateral acceleration ay becomes the vehicle longitudinal acceleration ax and adjusted vehicle parameters c, Θ and χ considered.

Ferner kann natürlich auch eine Kombination beider Überschlagsszenarien berücksichtigt werden. Dabei wird sowohl das Wankgeschwindigkeitsenergiekriterium als auch das Nickgeschwindigkeitsenergiekriterium berücksichtigt.Further can of course also a combination of both rollover scenarios considered become. In this case, both the rolling speed energy criterion as well as the pitching speed energy criterion.

Claims (16)

Verfahren zur Absolutneigungswinkelerkennung eines Fahrzeugs (1) mit einer Beschleunigungserfassungseinheit (2), die eine Beschleunigung (ay, ax) des Fahrzeugs in Richtung einer ersten Achse (YV, XV) misst, die zur Hochachse (ZV) des Fahrzeugs (1) orthogonal ist, einer Gierratenerfassungseinheit (16) und einer Geschwindigkeitserfassungseinheit (15), die Geschwindigkeiten (vy, vx) in Richtung der ersten Achse (YV, XV) und in Richtung einer zweiten Achse (XV, YV) bestimmt, wobei die zweite Achse (XV, YV) senkrecht zu der Hochachse (ZV) und nicht parallel zur ersten Achse (YV, XV) verläuft, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Erfassen der Beschleunigung (ay, ax) des Fahrzeugs (1) in Richtung der ersten Achse (YV, XV), – Erfassen einer ersten Geschwindigkeit (vy, vx) des Fahrzeugs (1) in Richtung der ersten Achse (YV, XV), – Erfassen einer zweiten Geschwindigkeit (vx, vy) des Fahrzeugs (1) in Richtung der zweiten Achse (XV, YV), – Erfassen einer Gierrate (gr) des Fahrzeugs (1), – Bestimmen der zeitlichen Ableitung der ersten Geschwindigkeit (vy, vx), – Bestimmen des Absolutneigungswinkels (α) basierend auf der Beschleunigung (ay, ax), der zeitlichen Ableitung der ersten Geschwindigkeit (vy, vx), der zweiten Geschwindigkeit (vx, vy) und der Gierrate (gr).Method for absolute inclination angle detection of a vehicle ( 1 ) with a Beschleunigungserfas sung unit ( 2 ), which measures an acceleration (ay, ax) of the vehicle in the direction of a first axis (YV, XV), which is perpendicular to the vertical axis (ZV) of the vehicle (ZV). 1 ) is orthogonal, a yaw rate detection unit ( 16 ) and a speed detection unit ( 15 ), the velocities (vy, vx) in the direction of the first axis (YV, XV) and in the direction of a second axis (XV, YV), the second axis (XV, YV) being perpendicular to the vertical axis (ZV) and not parallel to the first axis (YV, XV), and wherein the method comprises the steps of: - detecting the acceleration (ay, ax) of the vehicle ( 1 ) in the direction of the first axis (YV, XV), - detecting a first speed (vy, vx) of the vehicle ( 1 ) in the direction of the first axis (YV, XV), - detecting a second speed (vx, vy) of the vehicle ( 1 ) in the direction of the second axis (XV, YV), - detecting a yaw rate (gr) of the vehicle ( 1 ), Determining the time derivative of the first speed (vy, vx), determining the absolute tilt angle (α) based on the acceleration (ay, ax), the time derivative of the first speed (vy, vx), the second speed (vx , vy) and the yaw rate (gr). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gravitationsanteil (ayg, axg) der erfassten Beschleunigung (ay, ax) ermittelt wird, indem von der ermittelten Beschleunigung (ay, ax) ein fahrdynamischer Anteil abgezogen wird, wobei der fahrdynamische Anteil die zeitliche Ableitung der ersten Geschwindigkeit (vy, vx) sowie das Produkt aus der zweiten Geschwindigkeit (vx, vy) und der Gierrate (gr) umfasst.Method according to claim 1, characterized in that that a gravitational component (ayg, axg) of the detected acceleration (ay, ax) is determined by the acceleration determined (ay, ax) a driving dynamic proportion is subtracted, the driving dynamic Share the time derivative of the first speed (vy, vx) as well as the product of the second speed (vx, vy) and the Yaw rate (gr) includes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine kritische Winkelgeschwindigkeit (av_wank_k, av_nick_k) basierend auf einem Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium bestimmt wird, in das der Absolutneigungswinkel (α) eingeht, wobei die kritische Winkelgeschwindigkeit (av_roll_k, av_nick_k) eine minimale Winkelgeschwindigkeit zu Beginn eines Fahrzeugaufkippens angibt, sodass das Fahrzeug (1) umkippt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a critical angular velocity (av_wank_k, av_nick_k) is determined based on an angular velocity energy criterion into which the absolute inclination angle (α) enters, the critical angular velocity (av_roll_k, av_nick_k) being a minimum angular velocity at the beginning of a Vehicle tipping so that the vehicle ( 1 ) tips over. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein für das Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium erforderlicher Wert für eine Anhebung eines Schwerpunkts (4) des Fahrzeugs (1), bei dem das Fahrzeug (1) umkippt, in Abhängigkeit des Absolutneigungswinkels (α) bestimmt wird.Method according to claim 3, characterized in that a value for an increase of a center of gravity required for the angular velocity energy criterion ( 4 ) of the vehicle ( 1 ), where the vehicle ( 1 ), depending on the absolute inclination angle (α) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Winkelgeschwindigkeit (av_wank, av_nick) des Fahrzeugs (1) erfasst wird und mit der kritischen Winkelgeschwindigkeit (av_wank_k, av_nick_k) verglichen wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that an angular velocity (av_wank, av_nick) of the vehicle ( 1 ) and compared with the critical angular velocity (av_wank_k, av_nick_k). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit (av_wank, av_nick) des Fahrzeugs (1) erfasst wird und basierend auf dem Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium ein kritischer Winkel (α_k) zu Beginn eines Fahrzeugaufkippens bestimmt wird, wobei beim Fahrzeugaufkippen das Fahrzeug (1) umkippt, und dass der kritische Winkel (αk) mit dem ermittelten Absolutneigungswinkel (α) verglichen wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the angular velocity (av_wank, av_nick) of the vehicle ( 1 ) is determined and based on the angular velocity energy criterion, a critical angle (α_k) is determined at the beginning of a vehicle tipping, wherein when the vehicle tilts the vehicle ( 1 ) and that the critical angle (αk) is compared with the determined absolute inclination angle (α). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse (m) des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit von einer erfassten Betriebsgröße geschätzt wird, wobei die Masse (m) in die Bestimmung der zweiten Beschleunigung (ayh, axh) und/oder das Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium eingeht.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a mass (m) of the vehicle ( 1 ) is estimated as a function of a detected operating variable, wherein the mass (m) is included in the determination of the second acceleration (ayh, axh) and / or the angular velocity energy criterion. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (h) für einen Schwerpunkt (4) des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit von einer erfassten Betriebsgröße geschätzt wird, wobei die Höhe in das Winkelgeschwindigkeitsenergiekriterium eingeht.Method according to one of claims 3 to 7, characterized in that a height (h) for a center of gravity ( 4 ) of the vehicle ( 1 ) is estimated as a function of a detected operating variable, the height being included in the angular velocity energy criterion. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein Fahrgestell (11) und einen Aufbau (12) umfasst, und dass eine Verkippung des Fahrgestells (11) gegen den Aufbau (12) erfasst wird und in die Bestimmung der Beschleunigung (ay, ax) einfließt.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the vehicle ( 1 ) a chassis ( 11 ) and a structure ( 12 ) and that a tilting of the chassis ( 11 ) against the structure ( 12 ) and is included in the determination of the acceleration (ay, ax). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Abstandsveränderungen des Fahrzeugaufbaus (12) relativ zu Radaufhängungen des Fahrwerks (11) ermittelt werden, anhand derer die Winkelgeschwindigkeit (av_wank, av_nick) ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that changes in the distance of the vehicle body ( 12 ) relative to suspension of the chassis ( 11 ) are determined, based on which the angular velocity (av_wank, av_nick) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung (ay, ax) in Abhängigkeit erfasster Reifenkräfte bestimmt wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized that the acceleration (ay, ax) determined in dependence of detected tire forces becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gierrate (gr) in Abhängigkeit erfasster Reifenkräfte bestimmt wird.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the yaw rate (gr) in Ab determined tire force. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse eine Querachse (YV) ist und die Winkelgeschwindigkeit eine Wankgeschwindigkeit (av_wank) umfasst.Method according to one of claims 1 to 12, characterized that the first axis is a transverse axis (YV) and the angular velocity a roll rate (av_wank). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse eine Längsachse (XV) ist und die Winkelgeschwindigkeit (av_nick) eine Nickgeschwindigkeit umfasst.Method according to one of claims 1 to 13, characterized that the first axis is a longitudinal axis (XV) and the angular velocity (av_nick) is a pitching speed includes. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der absolute Neigungswinkel (α) als Eingangsgröße einer adaptiven Getriebesteuerung (9) des Fahrzeugs (1) verwendet wird.Method according to Claim 1, 2, 13 or 14, characterized in that the absolute angle of inclination (α) as input variable of an adaptive transmission control system ( 9 ) of the vehicle ( 1 ) is used. Vorrichtung zur Absolutneigungswinkelerkennung eines Fahrzeugs (1) mit einer Beschleunigungserfassungseinheit (2), die eine Beschleunigung (ay, ax) des Fahrzeugs in Richtung einer ersten Achse (YV, XV) misst, die zur Hochachse (ZV) des Fahrzeugs (1) orthogonal ist, einer Gierratenerfassungseinheit (16) und einer Geschwindigkeitserfassungseinheit (15), die Geschwindigkeiten (vy, vx) in Richtung der ersten Achse (YV, XV) und in Richtung einer zweiten Achse (XV, YV) bestimmt, wobei die zweite Achse (XV, YV) senkrecht zur Hochach se (ZV) und nicht parallel zur ersten Achse (YV, XV) verläuft, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine erste Schnittstelle, an der ein erstes Signal anlegbar ist, das die Beschleunigung (ay, ax) des Fahrzeugs (1) in Richtung der ersten Achse (YV, XV) angibt, – eine zweite Schnittstelle, an der ein zweites Signal anlegbar ist, das eine erste Geschwindigkeit (vy, vx) des Fahrzeugs (1) in Richtung der ersten Achse (YV, XV) angibt, – eine dritte Schnittstelle, an der ein drittes Signal anlegbar ist, das eine zweite Geschwindigkeit (vx, vy) des Fahrzeugs (1) in Richtung der zweiten Achse (XV, YV) angibt, – eine vierte Schnittstelle, an der ein viertes Signal anlegbar ist, das eine Gierrate (gr) des Fahrzeugs (1) angibt, – eine Verarbeitungsvorrichtung (5), die an die erste, die zweite, die dritte und die vierte Schnittstelle gekoppelt ist und die ausgebildet ist, die zeitliche Ableitung der ersten Geschwindigkeit (vy, vx) zu bestimmen und den Absolutneigungswinkels (α) basierend auf der Beschleunigung (ay, ax), der zeitlichen Ableitung der ersten Geschwindigkeit (vy, vx), der zweiten Geschwindigkeit (vx, vy) und der Gierrate (gr) zu bestimmen.Device for absolute inclination angle detection of a vehicle ( 1 ) with an acceleration detection unit ( 2 ), which measures an acceleration (ay, ax) of the vehicle in the direction of a first axis (YV, XV), which is perpendicular to the vertical axis (ZV) of the vehicle (ZV). 1 ) is orthogonal, a yaw rate detection unit ( 16 ) and a speed detection unit ( 15 ), the velocities (vy, vx) in the direction of the first axis (YV, XV) and in the direction of a second axis (XV, YV), the second axis (XV, YV) perpendicular to the Hochach se (ZV) and not parallel to the first axis (YV, XV), the device comprising: - a first interface to which a first signal can be applied, which is the acceleration (ay, ax) of the vehicle ( 1 ) in the direction of the first axis (YV, XV), - a second interface to which a second signal can be applied, which is a first speed (vy, vx) of the vehicle ( 1 ) in the direction of the first axis (YV, XV), - a third interface on which a third signal can be applied, which is a second speed (vx, vy) of the vehicle ( 1 ) in the direction of the second axis (XV, YV), - a fourth interface, to which a fourth signal can be applied, the yaw rate (gr) of the vehicle ( 1 ) indicates a processing device ( 5 ) coupled to the first, second, third and fourth interfaces and configured to determine the time derivative of the first velocity (vy, vx) and the absolute inclination angle (α) based on the acceleration (ay, ax ), the time derivative of the first speed (vy, vx), the second speed (vx, vy) and the yaw rate (gr).
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