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Die
Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Ansteuerung von einer
Schutzvorrichtung in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
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Aus
DE 44 09 711 A1 ist
bereits eine Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen bekannt,
bei der in Abhängigkeit
von einem mit einem Lastsensor gemessenen Gewicht eine Rückhalteeinrichtung
angesteuert wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zur Ansteuerung von einer Schutzvorrichtung in einem Fahrzeug mit
den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass nun der Beladungszustand bzw. die daraus folgende Wankneigung
mittels einer Inertialsensorik ermittelt wird. Dies bedeutet, dass
ein Lastsensor nunmehr nicht mehr notwendig ist, da die Inertialsensorik
zur Erfassung des Bewegungszustands des Fahrzeugs als Crashsensorik
bei Systemen zur Überschlagerkennung
sowieso vorhanden ist. Damit ist es möglich, aus bestehenden Sensorwerten
einen weiteren Nutzen zu ziehen und eine weitere Information abzuleiten.
Diese Information kann beispielsweise auch von Fahrdynamikregelsystemen
zur Anpassung des Reglerverhaltens an den Beladungszustand/die Wankstabilität des Fahrzeuges
genutzt werden.
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Damit
können
dann Rückhaltemittel
angesteuert und/oder Fahrstabilitätsmaßnahmen eingeleitet werden.
Unter der Schutzvorrichtung werden hier also Rückhaltemittel und/oder Fahrdynamikregelungen
verstanden.
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In
den abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Anordnung zur Ansteuerung von einer Schutzvorrichtung
in einem Fahrzeug angegeben.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Inertialsensorik zur Ermittlung einer
Querbeschleunigung und einer Wankrate konfiguriert ist. Aus diesen
beiden Werten ist es möglich,
auf den Beladungszustand zu schließen, wobei hier insbesondere
der Schwerpunkt, und zwar dabei die Höhe des Fahrzeugschwerpunkts,
bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass
die Inertialsensorik zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung und der Nickrate
ausgebildet ist. Auch aus diesen beiden Werten ist es möglich, die
Höhe des
Fahrzeugschwerpunkts zu bestimmen. Die Höhe des Fahrzeugschwerpunkts dient
dabei also als Merkmal für
den Beladungszustand bzw. die Wankstabilität, die beispielsweise auch
durch defekte Stoßdämpfer beeinflusst
wird.. Unter der Wankrate versteht man die Drehgeschwindigkeit des
Fahrzeugs um seine Längsachse,
während
die Nickrate die Drehgeschwindigkeit um die Fahrzeugquerachse angibt.
Die Wankstabilität
ist ein Maß dafür, wie stark
eine lateral auf das Fahrzeug wirkende Kraft zu einem Wanken des
Fahrzeugs führt.
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Vorteilhafterweise
hat die Anordnung zur Messung der Beschleunigung bzw. Drehraten
wenigstens einen Beschleunigungssensor und wenigstens einen Drehratensensor
aufzuweisen. Anstatt eines Drehratensensors ist es auch möglich, einen Drehwinkelsensor
zu verwenden oder die Drehrate aus im Fahrzeug verteilten Beschleunigungssensoren
abzuschätzen.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen 1 ein Blockschaltbild
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und 2 ein zweites Blockschaltbild
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beschreibung
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Bei
den heutigen Rückhaltesystemen
wird bei der Entscheidung über
die Auslösung
von Rückhaltemitteln
zum Insassenschutz im Crashfall der Beladungszustand des Fahrzeugs
nicht explizit mitberücksichtigt.
Aus der Literatur sind Methoden bekannt, um den Beladungszustand
des Fahrzeugs zu messen. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, diesen
Beladungszustand über
Sensorwerte einer bereits vorhandenen Inertialsensorik, die zur
Erfassung von fahrdynamischen Zuständen vorgesehen ist, zu erfassen.
Diese Inertialsensorik kann entweder in einem Rückhaltesystem oder in einem
Fahrdynamiksystem wie ESP angeordnet sein. Insbesondere aus der
lateralen, also der Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie aus der
Wankrate ist es möglich,
den Beladungszustand bzw. die Wankstabilität zu charakterisieren. Dies
wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Höhe des Fahrzeugschwerpunkts damit
bestimmt wird. Auch die Fahrzeuglängsbeschleunigung und die Nickrate
ermöglichen
die Bestimmung der Höhe
des Fahrzeugschwerpunkts. Da der Beladungszustand bzw. die Wankstabilität einen wesentlichen
Einfluss auf das Fahrzeugverhalten während eines Unfalls haben können, insbesondere bei
Fahzeugüberschlägen, ermöglicht diese
Zusatzinformation insgesamt eine bessere Ansteuerung von Rückhaltemitteln
bzw. einer Fahrdynamikregelung.
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Fahrzeug
besitzen je nach Beladungszustand unterschiedliche Fahr- und Crasheigenschaften.
Beispielsweise zeigt ein Fahrzeug mit einer Dachlast bei Kurvenfahrten
deutlich höhere
Wankwinkel – es
kommt also zu einer Verkippung des Fahrzeugs um seine Längsachse – sowie
beim Bremsen spürbar
höhere
Nickwinkel – d.
h. eine Verkippung um die Fahrzeugquerachse – als ein entsprechendes unbeladenes
Fahrzeug. Darüber
hinaus besitzen voll beladene Fahrzeuge einen längeren Bremsweg als unbeladene,
was besonders bei Transportern relevant ist. Für Fahrdynamiksysteme wie ABS,
ASR und ESP hat ein durch Beladung verändertes Fahrzeugverhalten einen
Einfluss auf die optimale Regeleingriffs- und Auslösestrategie.
Für Rückhaltesysteme
kann die Beladung einen Einfluss auf die optimale Auslösestrategie
von Rückhaltemitteln
zum Schutz des Insassen haben. Ein besonders prägnantes Beispiel ist die Auslösung von
Rückhaltemitteln
bei Fahrzeugüberschlägen. Fahrzeuge,
deren Masseschwerpunkt durch eine zusätzliche Beladung erhöht ist,
z. B. durch eine Dachlast, neigen deutlich stärker zum Wanken und sind damit
einer höheren Gefahr
eines Überschlags
um die Fahrzeuglängsachse
ausgesetzt. Ebenso können
schadhafte Stoßdämpfer das
Wankverhalten des Fahrzeugs negativ beeinflussen. Ist das Fahrzeug
mit einem System zur Überrollerkennung
ausgestattet, dann ist dieses System in der Regel derart realisiert,
dass eine Erkennung des Überrollvorgangs
durch die Analyse der Beziehung zwischen aktueller Wankrate und
aktuellem Wankwinkel stattfindet. Masseschwerpunktlage und Trägheitssensor
des Fahrzeugs haben einen entscheidenden Einfluss auf diese Beziehung
und sind vom Beladungszustand abhängig. Bei der Auslegung des
Systems wird in der Regel von Standardwerten ausgegangen. Durch
die Berücksichtigung des
tatsächlichen
Beladungszustands kann eine angepasste und schnellere Auslösung der
Rückhaltemittel
im Überschlagsfall
erfolgen.
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Prinzipiell
gibt es unterschiedliche Möglichkeiten,
um zu einer Aussage über
den Beladungszustand zu kommen. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt
zur Beladungserkennung den Zusammenhang, der zwischen der auf ein
Fahrzeug wirkenden Fahrzeugquerbeschleunigung und dem Wankverhalten, also
der Wankbeschleunigung, der Wankrate oder dem Wankwinkel des Fahrzeugs,
besteht. Es gilt, dass bei jedem Fahrzeug ohne aktive Federung eine im
Fahrzeugschwerpunkt angreifende Kraft in Richtung der Querachse
des Fahrzeugs zu einer Verkippung der gefederten Fahrzeugmasse um
die Fahrzeuglängsachse
führt.
In stabilen Kurvenfahrten greift eine laterale Kraft im Fahrzeugschwerpunkt
an, die von der lateral wirkenden Zetripetalbeschleunigung herrührt. Diese
ist wiederum abhängig
von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem gefahrenen Kurvenradius.
Das bedeutet, dass während
jeder Kurvenfahrt die Möglichkeit
besteht, den obengenannten Zusammenhang zwischen Lateralbeschleunigung und
Drehrate bzw. Drehwinkel auszuwerten und somit eine Aussage über den
Beladungszustand, genauer über
die Höhe
des Fahrzeugschwerpunktes, zu machen.
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Da
ein Wankratensensor in Kombination mit einem Beschleunigungssensor
in Airbagsteuergeräten
mit Überrollerkennung
bereits heute verbaut ist, kann mit solchen Systemen eine Beladungserkennung
ohne zusätzlichen
Sensoraufwand realisiert werden. In Fahrzeugen mit ESP steht ein
Beschleunigungssensor zur Messung der lateralen Beschleunigung zur
Verfügung.
Ein solches System müsste
für die
erfindungsgemäße Beladungserkennung
mit einem zusätzlichen
Wankratensensor ausgerüstet
werden. Entsprechend ist ein System mit einem Längsbeschleunigungssensor und
einem Nickwinkelsensor realisierbar.
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1 zeigt in einem ersten Blockschaltbild die
erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Einheit 1 zur Beladungserkennung bzw. Wank- und/oder Nickstabilitätserkennung
auf. Die Einheit 1 ist an ein Steuergerät 3 angeschlossen.
Weiterhin ist eine Inertialsensorik 2 an das Steuergerät 3 angeschlossen.
Das Steuergerät 3 ist über einen
Datenausgang mit Rückhaltemitteln 4 verbunden.
Erfindungsgemäß können nun die
Einheiten 1 und 2 miteinander verschmelzen, sodass
nur eine einzige Inertialsensorik zur Beladungserkennung verwendet
wird. In Abhängigkeit
von dieser Beladungserkennung, die durch die Höhe des Fahrzeugschwerpunkts
charakterisiert wird, steuert das Steuergerät 3 die Rückhaltemittel 4 an.
Dies ist insbesondere bei einem Überrollvorgang
wichtig, um hier zeitgenau die Rückhaltemittel
für die
betroffenen Insassen anzusteuern, um deren Schutz zu optimieren.
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Die
Sensorik 1 weist wenigstens 2 Sensorkomponenten auf und
gegebenenfalls eine Auswerteelektronik. Die erste Sensorkomponente
hat die Aufgabe, die Querdynamik des Fahrzeugs zu erfassen. Dafür wird vorzugsweise
ein Beschleunigungssensor eingesetzt, der die im Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung
erfasst. Die zweite Sensorkomponente erfasst die Wankdynamik des
Fahrzeugs. Hierfür
wird vorzugsweise ein Drehratensensor eingesetzt, der die im Fahrzeug
wirkende Drehrate um die Fahrzeuglängsachse, also die Wankrate,
misst. Statt eines Drehratensensors kann auch ein Drehbeschleunigungssensor
eingesetzt werden, dessen Ausgangssignal durch zeitliche Integration
in ein Drehratensignal umgerechnet wird. Ebenso ist es möglich, statt
des Drehratensensors einen Drehwinkelsensor zu verwenden und durch
Ableitung des Drehwinkelsensors eine Drehrate zu berechnen. Weiterhin
ist es auch möglich,
aus im Fahrzeug verteilten Beschleunigungssensoren, welche Beschleunigung
vorzugsweise in Richtung der Fahrzeughochachse messen, eine Drehrate
um die Fahrzeuglängsachse
zu schätzen.
Alle beschriebenen Alternativen haben das gleiche Ziel, nämlich eine
Aussage über das
Wankverhalten des Fahrzeugs zu machen.
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Die
Auswerteeinheit erhält
die Ausgangsgrößen der
Sensorkomponenten als Eingangsgrößen zur
Verfügung.
Aus diesem Zusammenhang zwischen der in der Vergangenheit erfassten
Querdynamik des Fahrzeugs und der aktuellen Wankrate oder auch des
Wankwinkels wird von der Auswerteeinheit auf den Beladungszustand
bzw. die Wankstabilität des
Fahrzeugs geschlossen. Eine bevorzugte Möglichkeit, um zu einer Aussage
zu kommen, ist die direkte Auswertung des Zusammenhangs zwischen Lateralbeschleunigung
und dem Wankwinkel. Prinzipiell ist auch eine Auswertung der zeitlich
abgeleiteten Größen denkbar,
z. B. der Wankrate gegenüber der
Beschleunigungsänderung.
Statt eines analytischen Zusammenhangs ist hier auch die Auswertung eines
Kennfeldes möglich.
In diesem Fall werden für das
Fahrzeug in der Applikationsphase des Systems, d. h. die Anpassung
des Systems an den Kunden bzw. Fahrzeuganforderungen, Kurvenfahrten
mit unterschiedlichen Beladungszuständen durchgeführt und
die Zusammenhänge
zwischen Querbeschleunigung und Wankrate in einem Kennfeld abgespeichert.
Dass sich ein Fahrzeug tatsächlich
in einer Kurvenfahrt befindet, kann zusätzlich über ESP-Standardsensorgrößen wie
Lenkwinkel, Raddrehzahlen und Gierrate plausibilisiert werden. Die Auswerteeinheit
kann entweder in Block 1 oder in Block 3 integriert
sein.
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2 zeigt in einem zweiten
Blockschaltbild, wie die Recheneinheit oder Auswerteeinheit 5 aus der
Fahrzeugquerbeschleunigung ay und der Wankrate
um die Fahrzeuglängsachse
wx auf den Beladungszustand schließt. Wie
oben dargestellt ist es möglich,
dass anstatt einer Crashsensorik die Größen wie Fahrzeugquerbeschleunigung
und Wankrate auch mittels einer anderen Fahrdynamikregelung wie
ESP ermittelt werden können.