DE10234593A1

DE10234593A1 - Vorrichtung zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags

Info

Publication number: DE10234593A1
Application number: DE10234593A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: WO2004016484A1; US20060238026A1; DE10234593B4; US7483776B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnen, dass Signale von Reifensensoren zur Plausibilisierung der Erkennung eines Fahrzeugüberschlags verwendet werden.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags und einem Verfahren zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.

Aus der SAE-Veröffentlichung W. Krantz et al.: Estimation of Side Slip Angle using Measured Tire Forces, 2002-01-0969, SAE 2002 World Congress, 4.–7.03.2002, Detroit ist es bekannt, mit Reifenkraftsensoren eine Schleuderbewegung zu detektieren.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass mittels Reifensensoren ein Fahrzeugüberschlag erkannt wird. Damit ist insbesondere die Plausibilisierung der Detektion eines Überrollvorganges mittels Inertialsensoren, wie es Drehraten- und Beschleunigungssensoren sind, möglich. Damit wird dann insgesamt die Überrollsensierung verbessert.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Vorrichtung bzw. Verfahren zur Erkennung eines Überrollvorganges eines Fahrzeugs.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Reifensensoren als Drucksensoren ausgebildet sind. Solche Drucksensoren sind meist sowieso schon vorhanden und durch die Auswertung des Druckverhältnisses von gegenüberliegenden Fahrzeugseiten der Reifen ist eine einfache Plausibilisierung eines Überrollvorgangs um die Fahrzeuglängsachse möglich. Auch bei einem Überrollvorgang über die Fahrzeugquerachse, also die y-Achse, ermöglicht ein Vergleich der Druckverhältnisse der Reifenpaare vorne und hinten hier eine einfache Detektion. Zusätzlich oder anstatt ist es möglich, die Temperaturerhöhung eines blockierenden Reifens auszuwerten. Insbesondere die Reifen, die bei einem Überrollvorgang einer hohen Belastung ausgesetzt sind, werden eine weit höhere Temperatur aufweisen, als die, die auf der Fahrzeugseite sind, die abhebt. Damit kann auch hier durch eine Verhältnisbildung ein Hinweis auf einen Fahrzeugüberschlag erkannt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung des Fahrbahnkontakts mit den Reifen könnte die Auswertung des Drehzahlsignals sein. Die frei drehbaren Räder verhalten sich anders, als die Räder, die blockiert bzw. mit der Fahrbahn verbunden sind. Da der Reifendruck ebenfalls auf dem Drehzahlsignal ermittelt werden kann, ist hier eine mögliche redundante Information gewinnbar, so dass die Drehzahlmessung alternativ oder anstatt einer absoluten Druckmessung möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Endung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 einen beispielhaften Überrollvorgang um die Fahrzeuglängsachse.
sAus den USA ist bekannt, dass im Jahr 1998 die Hälfte aller tödlichen Einzelfahrzeugunfälle auf einen Überschlag zurück zu führen war. Im gesamten Unfallgeschehen nimmt der Fahrzeugüberschlag einen Anteil von rund 20% ein.
Es wurden Konzepte zur Detektion eines Überrollvorgangs entwickelt, um einen solchen Fahrzeugüberschlag bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt zu erkennen. Dies gewährleistet, dass Sicherheitsvorrichtungen wie Gurtstraffer, Kopfairbag und Überrollbügel rechtzeitig aktiviert werden und somit das Verletzungsrisiko verringert werden kann. Solche Algorithmen zur Überrollerkennung basieren auf Sensorsignalen von Inertialsensoren. Dazu gehören insbesondere Drehratensensoren, Neigungssensoren aber auch Beschleunigungssensoren. Der Drehratensensor ermittelt nach dem Kreiselprinzip die Rotationsgeschwindigkeit um die Fahrzeuglängsachse. Die Beschleunigungssensoren messen dabei zusätzlich die Fahrzeugbeschleunigung in Quer- und Hochrichtung. Im Hauptalgorithmus wird dabei die Drehrate ausgewertet. Mit den Messwerten der Beschleunigungssensoren lassen sich um einen die Art des Überschlags erkennen, zum anderen dienen diese Werte der Plausibilitätsüberprüfung. Erkennt der Drehratenalgorithmus einen Überschlag, werden die Sicherheitsvorrichtungen nur bei gleichzeitiger Freigabe durch die Plausibilitätskontrolle aktiviert.
Nachteilig daran ist, dass die Zeit für die Auslösung unter Umständen zu spät erfolgt, da die Insassen im Fall eines sogenannten Soil-Trips durch die Blockierung der Räder auf einer Fahrzeugseite und dem auftretenden Moment in Richtung der Fensterscheibe gedrückt werden, bevor das Fahrzeug den Überrollvorgang erkennt.
Es wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags eine schnellere Methode zur Plausibilisierung der Erkennung eines Fahrzeugüberschlags bereit gestellt. Diese frühere Erkennung wird dadurch erreicht, dass der Zustand des Fahrzeugs auf der Fahrbahn überwacht wird. Konkret bedeutet dies, bei einem Überrollvorgang sind die Reifen einer Fahrzeugseite nicht mit der Fahrbahn verbunden. Die Möglichkeit, den Kontakt zur Fahrbahn zu überwachen, kann dabei auf mehrere Arten über Reifensensoren festgestellt werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit der Überwachung des Reifendrucks. Bei Ablösen der beiden Reifen einer Fahrzeugseite entsteht in den Reifen selbst ein anderes Druckverhältnis im Vergleich zu der anderen, nicht ablösenden Fahrzeugseite. Ebenfalls kann durch Überwachung des relativen Drucks, und zwar des Drucks vorne rechts und des Drucks hinten rechts, sowie durch den eigentlichen Absolutdruckgradient des Drucks Aussagen darüber gemacht werden. Darüber hinaus kann, falls der Sensor dies unterstützt, die Temperatur verwendet werden. Dabei ist es wichtig, dass bei blockierenden Reifen eine deutliche Temperaturerhöhung gegeben ist. Dies ist jedoch stark abhängig von der Fahrbahnoberfläche bzw. des Geländes. Dies stellt jedoch eine Alternative bzw. eine zusätzliche Plausibilisierung für die Erkennung eines Überrollvorgangs dar. ^` Eine weitere Alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Erfassung des Fahrbahnkontakts ist die Auswertung des Drehzahlsignals der einzelnen Reifen. Wie oben dargestellt verhalten sich die frei drehbaren Räder anders als solche Räder, welche blockiert bzw. mit der Fahrbahn in Kontakt stehen. Da der Reifendruck ebenfalls aus dem Drehzahlsignal ermittelt werden kann ist es hier möglich, redundante Informationen zu erzeugen, so dass eventuell die Absolutdruckmessung nicht durchgeführt werden muss.
Ein Sensor zur Erfassung des Reifendrucks funktioniert basierend auf folgendem Prinzip: ein innen am Reifenventil montierter Sensor misst in regelmäßigen Abständen den Reifendruck und die Reifentemperatur. Die Daten werden danach zu einem zentralen Steuergerät übertragen. Die Übertragung kann vorzugsweise drahtlos vorgenommen werden. Auch eine induktive Übertragung ist hier im Prinzip möglich. Insbesondere können dabei auch passive Sensoren eingesetzt werden.
Eine Auswertung für die Erkennung eines Fahrzeugüberschlags kann unter anderem wie folgt vorgenommen werden:
R_vl := Reifendruck vorne links
R_vr := Reifendruck vorne rechts
R_hl := Reifendruck hinten links
R_hr := Reifendruck hinten rechts
Im Fahrzeugnormalbetrieb, d.h. es liegt kein sogenannter Soil-Trip oder Rollovervorgang vor, ergibt sich folgendes Verhältnis:
Durch eine Druckverschiebung auf einer Fahrzeugseite im Falle, dass die rechte Fahrzeugseite die Fahrbahnoberfläche verläßt, entsteht folgendes Verhältnis:
Da der Druck in der rechten Seite sinkt, die Reifen also entlastet werden und auf der linken Seite belastet werden, also der Druck im Reifen tendenziell steigt, ergibt sich hieraus ein Missverhältnis zum Normalbetrieb. Erfolgt das Verlassen der Oberfläche auf der linken Seite, geht dieses Verhältnis gegen Null, also die Umkehrung der Verhältnisse:
Durch die logische Verknüpfung mit dem Drehratensensor kann die Auslösezeit entscheidend verbessert werden.
Jegliche andere Information oder Berechnungsvorschrift dieser Information kann verwendet werden. So ist es beispielsweise denkbar, auch diagonale Verhältnisse entsprechend auszuwerten.
1 zeigt die erfidungsgemäße Vorrichtung in einem Blockschaltbild. Es sind hier vier Reifensensoren 1 bis 4 dargestellt, die jeweils mit einem Prozessor 5 verbunden sind. Der Prozessor 5 ist mit einer Zündkreisansteuerung 6 verbunden, die wiederum mit Rückhaltemitteln 7 verbunden ist. Der Einfachheit halber wurden hier Inertialsensoren wie Beschleunigungs- und Drehratensensoren weggelassen, um sich lediglich auf die erfindungsgemäße Erkennung eines Fahrzeugüberschlags zu konzentrieren. Die Reifensensoren 1 bis 4 liefern hier bereits digitale Signale an den Prozessor 5. Es ist alternativ möglich, dass externe Analog-Digital-Wandler vorgesehen sind, die die Sensorsignale digitalisieren. Der Prozessor 5 ermittelt in Abhängigkeit, wie oben dargestellt, aus den Reifendruckverhältnissen bzw. Drehzahlverhältnissen bzw. Temperaturverhältnissen, ob ein Abheben einer Fahrzeugseite oder der Fahrzeugfront oder der Fahrzeugrückseite vorliegt. Damit liegt dann ein Hinweis auf einen Fahrzeugüberschlag vor. Ist dies der Fall, dann gibt der Prozessor 5 die Zündvorrichtung 6 frei, so dass, wenn die Inertialsensoren ebenfalls einen Fahrzeugüberschlag erkennen, die Rückhaltemittel 7 angesteuert werden können.
2 zeigt als Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren. In Verfahrensschritt 8 wird mit Inertialsensoren die Beschleunigung und die Drehraten im Fahrzeug ermittelt. Im Verfahrensschritt 9 führt der Prozessor 5 eine Überprüfung dieser Messwerte durch und vergleicht sie mit vorgegebenen Schwellwerten, die adaptiv berechenbar sind. Wird durch den Vergleich im Verfahrensschritt 9 ein Fahrzeugüberschlag erkannt, dann wird zu Verfahrensschritt 10 weitergegangen, um über die Reifensensoren 1–4 festzustellen, ob diese ebenfalls einen Fahrzeugüberschlag erkennen. Wurde jedoch im Verfahrensschritt 9 festgestellt, dass die Inertialsensoren keinen Fahrzeugüberschlag erkennen, wird zurück zum Verfahrensschritt 8 gesprungen und weiter gemessen. Liegt jedoch anhand der Messwerte der Inertialsensoren ein Fahrzeugüberschlag vor, dann werden im Verfahrensschritt 11 die Mess-Signale der Reifensensoren 1 bis 4 durch den Prozessor 5 ausgewertet. Erkennt der Prozessor 5 anhand dieser Messwerte, dass diese auch einen Fahrzeugüberschlag anzeigen, dann wird zu Verfahrensschritt 12 gesprungen und es kommt zur Auslösung der Rückhaltemittel 7 über die Zündkreisansteuerung 6. Wurde jedoch in Verfahrensschritt 11 erkannt, dass die Reifensensoren 1–4 keinen Fahrzeugüberschlag anzeigen, dann wird zurück zu Verfahrensschritt 8 gesprungen, und es wird weiter mit den Inertialsensoren gemessen.
In 3 ist in einem Blockschaltbild das erfindungsgemäße Verfahren detailliert dargestellt. Ein Drehratensensor 13 überträgt an einen Filter 14 die gemessene Drehrate. Vom Filter 14 wird diese gefilterte Drehrate einerseits von einem Integrator 15 aufgenommen und andererseits von einem Vergleicher 19. Der Vergleicher 19 vergleicht den Betrag der gefilterten Drehrate mit einer vorgegebenen Drehrate, die sich aus den Blöcken 17 und 18 berechnet. Wurde im Block 19 erkannt, dass die gefilterte Drehrate über dieser Schwelle liegt, dann geht eine logische 1 an ein UND-Gatter 27, das zur Bildung der Auslöseentscheidung verwendet wird.
Ausgehend vom Integrator 15 wird die integrierte Drehrate, also der Drehwinkel, entweder zur Bildung einer Energieschwelle oder zur Bildung einer Momentenschwelle verwendet. Dies wird durch einen Block 16 entschieden, der einen Schalter betätigt, der zwischen diesen beiden Blöcken 17 und 18 hin und her schaltet. Dies führt der Block 16 in Abhängigkeit von einem Signal, das von einem Filter 22 kommt, wobei das Signal das gefilterte Beschleunigungssignal in Fahrzeugvertikalrichtung ist. Dieses Signal wird durch den Sensor 21, einem Beschleunigungssensor für niedrige Beschleunigungen, ermittelt. Der Integrator 15 überträgt aber den Drehwinkel nicht nur zur Bildung der Schwelle für das Überrollkriterium, sondern auch zu einem Vergleicher 20, der den Drehwinkel mit einer Winkelschwelle vergleicht.
Wird im Vergleicher 20 festgestellt, dass der integrierte Winkel betragsmäßig über der vorgegebenen Schwelle liegt, dann wird eine logische 1 an das UND-Gatter 27 abgegeben. Die gefilterte Beschleunigung in Fahrzeugvertikalrichtung wird vom Filter 22 nicht nur zum Block 16, sondern auch zu einem Block 26 übertragen, der für die Plausibilisierung der Überrollentscheidung verantwortlich ist. Dafür wird auch die Beschleunigung in Fahrzeugquenichtung verwendet, die von einem Filter 23 zur Plausibilität 26 übertragen wird. Der Filter 23 erhält von einem Sensor 22, der die Beschleunigung in Fahrzeugquerrichtung aufnimmt, sein Signal. In die Plausibilität geht nun erfindungsgemäß auch ein Signal, das von den Reifensensoren abhängt, ein. Dies wird vom Block 25 geliefert, der die Filterung und Berechnung übernimmt. Der Block 25 erhält von den Reifensensoren 24 sein Signal, und nur wenn auch die Plausibilität 26 eine logische 1 liefert, dann gibt das UND-Gatter 27 eine logische 1 ab, so dass eine Auslöseentscheidung 28 dann vorliegt.
4 zeigt einen typischen Fall eines Fahrzeugüberschlags um die Fahrzeuglängsrichtung. Ein Fahrzeug 33 befindet sich auf einer Fahrbahn 30 und führt einen Überschlag um die Fahrzeuglängsrichtung aus. Dabei sind die Reifen 29 durch die einseitige Belastung durch eine Druckzunahme gekennzeichnet, während die Reifen 31, die sich in der Luft befinden, entlastet wurden und damit auch eine Druckentlastung aufweisen. Damit ist klar, dass durch einen einfachen Vergleich der unterschiedlichen Drücke ein Hinweis auf einen Fahrzeugüberschlag getroffen werden kann. Die Reifensensoren liefern jedoch nicht ein abschließendes Signal darüber, ob ein Fahrzeugüberschlag wirklich stattfindet, sie können nur ein Abheben von der Fahrbahn feststellen. Daher sind die Signale von Reifensensoren dazu vorzüglich geeignet, um eine Plausibilität einer Erkennung eines Fahrzeugüberschlags durch Inertialsensoren zu liefern.

Claims

Vorrichtung zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Vorrichtung mittels Reifensensoren (1 bis 4) den Fahrzeugüberschlag erkennt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifensensoren (1 bis 4) als Drucksensoren ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifensensoren als Temperatursensoren ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifensensoren (1 bis 4) als Drehzahlsensoren ausgebildet sind.
Verfahren zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags, wobei der Fahrzeugüberschlag mittels Signalen von Inertialsensoren bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plausibilisierung der Erkennung eines Fahrzeugüberschlags mittels Signalen von Reifensensoren durchgeführt wird.