DE112016006443T5

DE112016006443T5 - Erfassung leichter Aufpralle für Fahrzeuge unter Einsatz eines geringen Rechenaufwands

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Publication number: DE112016006443T5
Application number: DE112016006443.8T
Authority: DE
Inventors: Smruti R. Panigrahi; Jianbo Lu; Sanghyun Hong; Jonathan Scott; Dimitar P. Filev
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2018-12-20
Also published as: US20190088134A1; CN110139780A; WO2017160275A1; US10417913B2; CN110139780B

Abstract

Es werden leichte oder mittlere Aufpralle gegen ein Fahrzeug erfasst. Eine gemessene Beschleunigung und Gierrate werden mit Grundschwellenwerten in einem Grundzustand verglichen. Wenn die Beschleunigung über dem Schwellenwert liegt, wird eine Entfernung von einer geschätzten Aufprallposition zu einem Schwerpunkt des Fahrzeugs bestimmt. Ist die bestimmte Entfernung kleiner als eine Entfernung zu einer Fahrzeugkante, erfolgt der Übergang in einen Zustand Aufprall-vermutet, wenn wenigstens eine von der Beschleunigung und der Gierrate für eine vorbestimmte Dauer über dem entsprechenden Schwellenwert liegen. Im Zustand Aufprall-vermutet werden eine Vielzahl von dynamischen Fahrzeugverhaltensweisen überwacht, um das Auftreten des leichten Aufpralls zu bestätigen. Es erfolgt eine Rückkehr zum Grundzustand, wenn die Beschleunigung und die Gierrate nicht über dem entsprechenden Schwellenwert bleiben oder wenn die berechnete Entfernung nicht kleiner als die Entfernung zur Fahrzeugkante bleibt. Der Aufprall wird erfasst, wenn wenigstens eine der Verhaltensweisen das Auftreten bestätigt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Kraftfahrzeugzusammenstoßerfassung und im Besonderen das Erfassen des Auftretens eines leichten bis mittleren Aufprallereignisses, dessen Schweregrad geringer ist als der eines Aufpralls, der das Auslösen einer passiven Rückhaltevorrichtung, wie etwa eines Airbags, auslösen sollte.
Die Fahrzeugzusammenstoßerfassung ist eine gut entwickelte Technologie im Zusammenhang mit passiven Rückhaltesystemen, die bei einem Zusammenstoß auslösen, um die Fahrzeuginsassen zu schützen. Spezialisierte Sensoren und robuste Erfassungsalgorithmen stellen eine hohe Zuverlässigkeit beim Erfassen des Beginns eines Zusammenstoßes, der einen ausreichenden Schweregrad aufweist, um eine passive Rückhaltevorrichtung automatisch zu aktivieren, bereit.
Ein übliches Zusammenstoßerfassungssystem kann zum Beispiel aus einem Array von Beschleunigungsmessern bestehen. Längs- und Querbeschleunigungssensorsignale von den Beschleunigungsmessern können in einem Rückhaltesteuerungsmodul (Restraints Control Module - RCM), das eine Auslöseentscheidung trifft, erzeugt werden oder an dieses kommuniziert werden. In dem RCM montierte Beschleunigungsmesser weisen Erfassungsreichweiten von etwa -50 g bis etwa +50 g auf. Satelliten-Beschleunigungsmesser, die in der Vorderseite und den Seiten des Fahrzeugs entfernt angeordnet sind, weisen üblicherweise Reichweiten von etwa -250 g bis etwa +250 g auf. Leichte bis moderate Aufpralle, die geringere Beschleunigungsniveaus beinhalten, können unter Verwendung der vorhandenen Beschleunigungsmesser nicht zuverlässig erfasst werden. Es wäre jedoch vorteilhaft, über eine Möglichkeit zu verfügen, um leichte Aufpralle zu erfassen, d. h. wenn der Schweregrad des Aufpralls geringer ist als der Schweregrad, der von dem RCM-Modul verwendet wird, um das Auslösen einer Rückhaltevorrichtung zu initiieren.
Auch wenn leichte Aufpralle zwischen Fahrzeugen nicht direkt zu erheblichen Schäden für den Fahrer oder den Beifahrer führen, könnten sie eine Kette von Auswirkungen nach dem Aufprall auslösen, die zu unerwünschten Ergebnissen, wie etwa weiteren Aufprallen oder Überrollereignissen führen können. Demzufolge kann das Erfassen und Aufzeichnen des Auftretens leichter Aufprallkollisionen für Fahrzeughalter, Fahrzeugflottenbetreiber, Strafverfolgungspersonal und Versicherungsanbieter von Interesse sein. Diese Erfindung offenbart Techniken und Systeme zum Erfassen leichter Aufpralle, um viele verschiedene Arten von Reaktionen zu ermöglichen, wie etwa eine modifizierte Fahrzeugsteuerung, die Alarmierung von Dritten in Echtzeit (z. B. Versicherung, Flotte und Strafverfolgungsbehörden), und zum Aufzeichnen/Speichern von Vorfallinformationen in dem Fahrzeug zur späteren Verwendung durch Flottenbetreiber und Strafverfolgungsbehörden zur Unfallrekonstruktion.
Bekannte Verfahren zum Erfassen von Aufprallen in Rückhaltesystemen eignen sich unter Umständen nicht zum Erfassen leichter Aufpralle, weil sie üblicherweise verschiedene Sensoren erfordern, die unter Umständen nicht für das Erfassen von leichten Zusammenstößen geeignet sind und sie können erhebliche Rechenressourcen und/oder Datenübertragung erfordern. Eine übliche Kraftfahrzeugelektronikarchitektur umfasst eine Vielzahl von verteilten Steuerungsmodulen und Sensorvorrichtungen, die als Knoten in einem Multiplexkommunikationsnetzwerk verbunden sind. Angesichts der letztlichen Verwendungszwecke, für die die Erfassung eines leichten Aufpralls eingesetzt würde, würde bei einer optimalen Umsetzung die Funktion der Erfassung eines leichten Aufpralls üblicherweise in einem anderem Steuermodul als einem Rückhaltevorrichtungssteuermodul angesiedelt (z. B. in einem Karosseriesteuermodul oder einem Antriebsstrangsteuermodul), in dem Rechenressourcen knapp sein können. Demzufolge wäre es wünschenswert, eine zuverlässige Erfassung leichter Aufprallereignisse unter Einsatz eines geringen Rechenaufwands bei Verbrauch einer minimalen Menge an Datenverkehr über ein Multiplexsteuerungsnetzwerk zu erzielen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In dem Algorithmus zur Erfassung eines leichten Aufpralls werden die Längs- und Querbeschleunigung des Fahrzeugs, die Gierrate und die Fahrzeuggeschwindigkeit, die üblicherweise von verschiedenen Modulen über einen Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus gemeinsam genutzt werden, verwendet. Ein Karosseriesteuermodul (Body Control Module - BCM) stellt eine bevorzugte Position für die Umsetzung der Erfassung leichter Aufpralle bereit. Sensorsignale von Beschleunigungsmessern des Typs, die als Teil eines Fahrzeugdynamiksystems (z. B. einer Antriebsstrangsteuerung oder einer Antriebsschlupfregelung oder eines Bremssystems) installiert sind, verfügen üblicherweise über einen Bereich zwischen circa -10 g bis etwa +10 g, was ausreicht um leichte Aufpralle zu erfassen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann von der Radgeschwindigkeit oder von einer getriebebasierten Fahrzeuggeschwindigkeit abgeleitet werden. Eine zusammengeführte Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage der Kombination aus Fahrzeuggeschwindigkeitsschätzungen von verschiedenen Fahrzeugsystemen kann wünschenswert sein. Die Fahrzeuggierrate (ebenfalls über einen CAN-Bus von verschiedenen Bewegungssensoren verfügbar) wird überwacht, um eine ungewöhnliche oder unerwünschte Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung zu erfassen, die mit Bedingungen eines leichten Aufpralls verbunden wären. Bewegungssensorinformationen zur Rollgeschwindigkeit können ebenfalls überwacht/aufgezeichnet werden, um den dynamischen Zustand im Fall eines Überschlags des Fahrzeugs zu melden. Die Steuerungsabsicht eines Fahrers, wie etwa die Drosselstellung, der Weg des Fahrerbremspedals, der Fahrerlenkwinkel usw., kann ebenfalls von dem Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus aufgezeichnet werden, um Informationen zum Verhalten des Fahrers vor, während und nach einem leichten Aufprall zu erlangen.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen eines leichten Aufpralls gegen ein Fahrzeug bereitgestellt. Eine gemessene Beschleunigung und eine gemessene Gierrate werden mit entsprechenden Grundschwellenwerten in einem Grundzustand verglichen. Liegt die Beschleunigung über dem entsprechenden Grundschwellenwert, wird eine Entfernung von Schwerpunkt zu Aufprall gemäß einer Masse des Fahrzeugs, einem Trägheitsmoment des Fahrzeugs, der gemessenen Beschleunigung des Fahrzeugs und der gemessenen Gierrate des Fahrzeugs bestimmt. Ist die bestimmte Entfernung kleiner als eine Entfernung zu einer Fahrzeugkante, erfolgt der Übergang in einen Zustand Aufprall-vermutet, wenn wenigstens eine von der Beschleunigung und der Gierrate für eine erste vorbestimmte Dauer über dem entsprechenden Grundschwellenwert liegen. Im Zustand Aufprall-vermutet werden eine Vielzahl von dynamischen Fahrzeugverhaltensweisen überwacht, um das Auftreten des leichten Aufpralls zu bestätigen, wobei das Verfahren zum Grundzustand zurückkehrt, wenn die Beschleunigung und die Gierrate nicht über dem entsprechenden Grundschwellenwert bleiben oder wenn die berechnete Entfernung nicht kleiner als die Entfernung zur Fahrzeugkante bleibt. Ein leichter Aufprall wird erfasst, wenn wenigstens eine der Verhaltensweisen das Auftreten bestätigt.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem Erfassungs- und -aufzeichnungssystem für leichte Aufpralle.
2 zeigt ein Spektrum des Schweregrads eines Aufpralls von leichten Aufprallen zu Aufprallen mit einem hohen Schweregrad, die zum Auslösen von passiven Rückhaltevorrichtungen führen.
3 bildet abgestufte Erfassungsstufen ab, die einen sich schrittweise erhöhenden Einsatz von Rechen- und Datenübertragungsressourcen verwenden, wenn die Bedingungen zunehmend auf die Möglichkeit hindeuten, dass gerade ein leichter Aufprall stattfindet.
4 ist ein Zustandsdiagramm, das einen bevorzugten Prozess der Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das einen Fahrzeugschwerpunkt, einen Aufprallpunkt und eine Aufprallentfernung abbildet.
Die 6A-6E sind Graphen, die beispielhafte Fahrzeugdynamikmessungen, Berechnungen und Erfassungs-Flags zeigen, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein bevorzugtes Verfahren der Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Fahrzeug 10 (wie etwa ein Benzin-, Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug oder Truck) ein Steuerungsnetzwerk 11, das verschiedene Steuerungsmodule, Sensoren und einen Multiplexbus 12 (z. B. einen CAN-Bus) zum Übertragen von Datensignalen zwischen den verschiedenen Modulen und Sensoren aufweist. Steuerungsmodule, die an der Umsetzung der vorliegenden Erfindung beteiligt sein können, beinhalten ein Rückhaltesteuerungsmodul (Restraints Control Module - RCM) 13 mit dazugehörigen Sensoren 14, wie etwa Beschleunigungsmessern. Das passive Rückhaltesystem würde zudem Aktoren, wie etwa Airbags (nicht gezeigt), die in dem gesamten Fahrzeug 10 angeordnet und mit dem RCM 13 verbunden sind, beinhalten.
Ein Karosseriesteuermodul (Body Control Module - BCM) 15, das an den Bus 12 gekoppelt ist, ist üblicherweise in einer elektrischen Fahrzeugarchitektur zum Durchführen allgemeiner Fahrzeugfunktionen vorhanden. Das BCM 15 stellt eine vorteilhafte Position für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Erfassung leichter Aufpralle bereit. Das Steuerungsnetzwerk 11 beinhaltet ferner eine Antriebsstrangsteuerung, die in dieser Ausführungsform als Motorsteuermodul (Engine Control Module - ECM) 16 gezeigt istund die an verschiedene Antriebsstrangsensoren 17, wie etwa einen Geschwindigkeitssensor, gekoppelt ist. Das Fahrzeug kann außerdem ein Antriebsschlupfregelmodul aufweisen, das aus einem Antiblockiersystemmodul (ABS-Modul) 18 besteht, das mit dazugehörigen Sensoren, wie etwa Radgeschwindigkeitssensoren, verbunden ist.
Das BCM 15 kann einen nichtflüchtigen Arbeitsspeicher oder Speicher 20 beinhalten oder daran gekoppelt sein, der in Verbindung mit der Erfassung und Meldung von Zusammenstößen verwendet werden soll. Zum Zwecke des Zugriffs auf entfernte Daten und der Meldung von Aufprallereignissen in Echtzeit an entfernte Systeme (z. B. Strafverfolgungsbehörden oder Versicherungsunternehmen), kann außerdem ein drahtloses Kommunikationsmodul 21 mit dem Bus 12 verbunden sein, um mit dem BCM 15 zusammenzuarbeiten. Eine Antenne 22 ist mit dem drahtlosen Kommunikationsmodul 21 verbunden, um einen Datenkommunikationskanal (z. B. eine Mobilfunkdatenverbindung) herzustellen.
Der Zweck der Funktion zur Erfassung leichter Aufpralle besteht darin, einen Aufprall so schnell wie möglich zu erfassen, der, auch wenn er nicht ausreichend schwer ist, um das Auslösen einer passiven Rückhaltevorrichtung zu bewirken, eine Fahrzeuginstabilität erzeugen könnte oder die ursprüngliche kinetische Energie (entweder Rotations- oder Linearmoment) des Fahrzeugs erheblich ändern könnte. Diese Funktion ist nicht dazu vorgesehen, Airbags oder beliebige andere passive Rückhaltevorrichtungen auszulösen. Die Empfindlichkeit gegenüber Aufprallen muss jedoch wesentlich höher sein als sie derzeit in Verbindung mit den Steuerungen von Rückhaltevorrichtungen verwendet wird. 2 zeigt den Unterschied zwischen dem von der Funktion zur Erfassung leichter Aufpralle gegenüber der Funktion zum Auslösen des Airbags zu erfassenden Aufprallschweregrads. Der Schweregrad des Aufpralls ist proportional zu einer berechneten Änderung der Geschwindigkeit ΔV während eines Ereignisses. Ein Bereich Aufprall mit Auslösung 26 liegt bei einem hohen ΔV über einem RCM-Schwellenwert. Ein Bereich Kein Aufprall 25 liegt bei einem niedrigen ΔV. Ein Bereich Leichter Aufprall 26 liegt zwischen den Bereichen 25 und 27.
Um den konkurrierenden Zielen einer schnellen, genauen Erfassung und eines minimalen Einsatzes von Rechen-/Multiplexingressourcen gerecht zu werden, verwendet die Erfindung eine mehrstufige Erfassungsstrategie, wie in 3 gezeigt. In der in Block 30 gezeigten Stufe 1 werden eine Reihe von empfindlich reagierenden Ausgangs- oder Grundbedingungen überwacht, die grob anzeigen, dass ein Aufprall stattfinden könnte. Insbesondere können die Fahrzeugbeschleunigung und/oder Gierrate verwendet werden, um eine solche grobe Anzeige bereitzustellen. Sie können derart mit den entsprechenden Schwellenwerten verglichen werden, dass die rechenaufwändigeren Vorgänge zum genauen Erfassen eines leichten Aufpralls nicht ausgeführt werden, wenn die Beschleunigung und die Gierrate so niedrig sind, dass eindeutig kein Aufprall stattfindet. Stufe 1 beinhaltet vorzugsweise außerdem eine Gültigkeitsprüfung auf Grundlage einer berechneten Aufprallentfernung zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und einer geschätzten Aufpralllinie, wie nachstehend näher beschrieben.
Der Übergang zu der in Block 31 gezeigten Stufe 2 erfolgt, wenn die in Stufe 1 überwachte Beschleunigung oder Gierrate die entsprechenden Schwellenwerte übersteigen (und die Gültigkeitsprüfung ein Aufprallereignis nicht ausschließt). Stufe 2 stellt eine verzögerte Reaktion bereit, indem sie sicherstellt, dass die Beschleunigung/Gierrate für eine vorbestimmte Dauer über dem Schwellenwert bleibt (z. B. drei aufeinanderfolgende Werte), bevor der Schluss gezogen wird, dass das Eintreten eines Aufpralls vermutet wird. Dies trägt dazu bei, zu vermeiden, dass vorübergehende Fehler der gemessenen Beschleunigung oder Gierrate den Komplettüberwachungszustand auslösen, der in der in Block 32 gezeigten Stufe 3 eingenommen wird. Nachdem der Übergang zu Stufe 3 erfolgt ist, wird bei dem Versuch, zu bestätigen, ob ein leichter Aufprall erfolgt ist, eine rechenintensivere Überwachung ausgeführt.
4 zeigt ein Zustandsdiagramm gemäß einer bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Grundzustand 33 führt die Ausgangsüberwachung aus, wobei die Fahrzeugbeschleunigung und/oder Gierraten mit entsprechenden vorbestimmten Schwellenwerten verglichen werden. Insbesondere kann eine Gesamtfahrzeugbeschleunigung a vorzugsweise auf Grundlage einer Quadratwurzel der Summe der Quadrate der gemessenen Längsbeschleunigung a_x und einer gemessenen Querbeschleunigung a_y bestimmt werden. Die gemessenen Beschleunigungen können vom Karosseriesteuermodul über den CAN-Bus zum Beispiel von einem Antriebsstrangsteuermodul erlangt werden. Die Beschleunigungsschwellenwerte BeschleunigungKalibrationl und BeschleunigungKalibration2, und der Gierratenschwellenwert GierrateKalibration1 können als Bedingungen verwendet werden, um die Aufprallerfassungslogik der Stufe 1 auszulösen. Förmlicher ausgedrückt kann eine Bedingung „in Aufprall“ gemäß dem folgenden Pseudocode in einem Steuerungsmodul erfasst werden:
wobei z ein Zeitindex ist, wobei die Zeiten z₁ , z₂ und z₃ aufeinanderfolgende Werte sind, die in einem Zeitschrittintervall ΔT erhoben werden, und wobei z₂ der aktuelle Wert ist und z₁ der vorherige Wert ist, g die Schwerkraftkonstante ist und InAufprall ein Flag ist, das dazu verwendet wird, eine Dauer, für die die Bedingung wahr bleibt, zu erfassen.
In Zustand 34 wird eine Gültigkeitsprüfung auf Grundlage einer Aufprallentfernung ausgeführt, d. h. wenn die Aufprallentfernung nicht innerhalb der Grenzkanten des Fahrzeugs liegt, dann würde die Fahrzeugdynamik einem außerhalb des Fahrzeugumkreises stattfindenden Aufprall entsprechen, was nicht möglich ist. Somit trägt die Gültigkeitsprüfung dazu bei, jegliche falsche Aufprallerfassung zu vermeiden. Die Gültigkeitsprüfung kann entweder vor oder nach dem vorgenannten Test zum Bestimmen des Setzens des Flags InAufprall ausgeführt werden. Wird sie ausgeführt, nachdem das Flag InAufprall gesetzt wurde, und findet die Gültigkeitsprüfung ein ungültiges Ergebnis, wird das Flag InAufprall für den aktuellen Erfassungszeitraum z auf 0 zurückgesetzt. Wird sie vor dem InAufprall-Vergleich ausgeführt, müsste ein zusätzlicher Test vor der Gültigkeitsprüfung eingefügt werden, um sicherzustellen, dass die Beschleunigung a über einem Schwellenwert BeschleunigungKalibrationl liegt, um undefinierte Werte wie nachstehend beschrieben zu vermeiden. Somit kann es zu bevorzugen sein, die Gültigkeitsprüfung nach dem Setzen des Flags InAufprall auszuführen, wie in gezeigt.
Die Konzepte für das Überprüfen der Aufprallentfernung sind in veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 weist einen Schwerpunkt (Center of Gravity - CG) 40 auf, der üblicherweise leicht vor dem Mittelpunkt des Fahrzeugs 10 liegt. Ein aufprallendes Objekt 41 trifft an einem Aufprallpunkt 42 auf das Fahrzeug 10 auf, wenn es sich entlang einer Aufpralllinie 43 bewegt. Eine Aufprallentfernung 44 ist die kürzeste Entfernung vom CG 40 zu der Linie 43, und ist mit d_CG bezeichnet. Die Entfernung d_CG is notwendigerweise kleiner als die längste Entfernung vom CG 40 zu einer Fahrzeugkante, die als die Hälfte einer diagonalen Länge L des Fahrzeugs angenähert werden kann. 5 zeigt auch die Längsbeschleunigung a_x , die Querbeschleunigung a_y , und die Gierrate ω, die in Bezug auf den CG 40 definiert werden, und eine Fahrzeugvorwärtsgeschwindigkeit V_x .
Die Aufprallentfernung d_CG wird bevorzugt aus dem Trägheitsmoment des Fahrzeugs anhand der folgenden Formel berechnet: $d_{C G} = \frac{J (\frac{ω [z_{2}] - ω [z_{1}]}{t [z_{2}] - t [z_{1}]})}{m \sqrt{a_{x} {[z_{2}]}^{2} + a_{y} {[z_{2}]}^{2}}}$
wobei m die Masse des Fahrzeugs ist und J das Trägheitsmoment um den CG 40 ist. Die Aufprallentfernung wird nur berechnet, wenn die Gesamtbeschleunigung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, sodass die vorstehende Berechnung kein Dividieren durch Null beinhaltet.
Um das Rauschen in der Berechnung (aufgrund von Eigenrauschen in den CAN-Busbasierten Beschleunigungs- und Gierratensignalen) zu reduzieren und für eine genauere Schätzung des Aufprallabstands, wird bei der Berechnung der Aufprallentfernung vom CG bevorzugt ein Algorithmus rekursiver kleinster Quadrate (Recursive Least Square algorithm - RLS-Algorithmus) verwendet. Somit kann die Gültigkeitsprüfung folgendermaßen erfolgen:
wobei das Ergebnis -1 verwendet wird, um anzuzeigen, dass kein Aufprall vorliegt (da keine Aufprallentfernung berechnet werden kann). Wenn der Echtzeit-RLS-Algorithmus einen berechneten Wert ausgibt, wird dieser mit der Fahrzeugkantenentfernung (z. B. L/2) verglichen und wenn d_CG größer als L/2 ist, dann wird InAufprall[z₂] auf null gesetzt.
Im Zustand 35 in 4 wird eine verzögerte Bestätigung des Flags InAufprall verwendet, um den Wert eines Flags Aufprall_Vermutet zu bestimmen. Wenn die letzten drei aufeinanderfolgenden Flags InAufprall 1 sind, ändert sich das Flag Aufprall Vermutet von 0 zu 1. In dem folgenden Pseudocode sind z₁, z₂ und z₃ die letzten drei Werte und die aufeinanderfolgenden Aufprall-Flags sind InAufprall[z₁], InAufprall[z₂] und InAufprall[z₃]:
Wenn Aufprall_Vermutet[z₃] gleich 1 ist, geht das Verfahren zu Zustand 36 über, ansonsten kehrt es zum Ausgangszustand 33 zurück.
Im Zustand 36 wird das Flag Aufprall Vermutet verwendet, um Tests verschiedener dynamischer Verhaltensweisen auszulösen, die rechenintensiver sind, aber das Auftreten eines leichten Aufpralls bestätigen können. Die dynamischen Verhaltensweisen können zum Beispiel das Überprüfen auf Schwellenwerte des Schleuderns der Vorder- und Hinterreifen, Änderungen der Längs- und Quergeschwindigkeit, eine anhaltende übermäßige Beschleunigung oder Gierrate und eine Spurabweichungsgeschwindigkeit beinhalten. Jede dieser Verhaltensweisen wird nachfolgend ausführlicher beschrieben. Falls eine der Verhaltensweisen erfasst wird, erfolgt ein Übergang zu einem Zustand Aufprall-bestätigt 37. Im Zustand 37 können Einzelheiten über das Auftreten gespeichert, zu Berichterstattungszwecken fahrzeugextern oder drahtlos zum Warnen sich in der Nähe befindlicher Fahrzeuge übertragen werden oder verwendet werden, um den Betrieb des Host-Fahrzeugs zu verändern, wie etwa durch Ändern der Antriebsstrangeigenschaften oder Ändern des Betriebs des passiven Rückhaltesystems, da die Wahrscheinlichkeit eines größeren sekundären Aufpralls erhöht sein kann.
Ein erstes dynamisches Verhalten ist eine „kürzeste plausible Zeit“, wobei das Flag Aufprall_Vermutet im Zeitverlauf integriert wird, gekennzeichnet durch ZeitInAufprall. Ein Aufprall wird bestätigt, wenn das Flag Aufprall_Vermutet aktiviert ist und die ZeitInAufprall einen vordefinierten Schwellenwert AufprallDauerKalibration1 überschreitet. Zum Beispiel wurde bei einem Erfassungsintervall ΔT ein Integrationsschwellenwert AufprallDauerKalibration1 (>ΔT) verwendet.
Ein weiteres dynamisches Verhalten ist eine Veränderung der Längsgeschwindigkeit. Diese wird durch Integrieren der Längsgeschwindigkeit a_x wie folgt berechnet: $L o n g V c h a n g e = \int_{0}^{t} a_{x} d t$
Wenn ein Aufprall vermutet wird, wird LängsGVeränderung mit einem Schwellenwert GeschwindigkeitVeränderungKalibrationl verglichen. Wenn die Bedingung abs(LängsGVeränderung) > GeschwindigkeitVeränderungKalibration1 erfüllt ist, ändert sich das Flag Aufprall_Bestätigt von 0 zu 1.
Ein weiteres dynamisches Verhalten ist eine Veränderung der Quergeschwindigkeit. Diese wird durch Integrieren der Quergeschwindigkeit a_y berechnet: $Q u e r G V e r ä n d e r u n g = \int_{0}^{t} a_{y} d t .$
Wenn ein Aufprall vermutet wird, wird QuerGVeränderung mit einem Schwellenwert GeschwindigkeitVeränderungKalibration2 verglichen. Wenn die Bedingung abs(QuerGVeränderung) > GeschwindigkeitVeränderungKalibration2 erfüllt ist, ändert sich das Flag Aufprall Bestätigt von 0 zu 1.
Das nächste dynamische Verhalten ist die Rate des Seitenschlupfes aufgrund der Gierbewegung und Querbeschleunigung. Dieses Flag überprüft, ob die Vorder- oder die Hinterreifen einen vordefinierten Seitenschlupfschwellenwert überschreiten. Die Berechnungen des Seitenschlupfes erfolgen anhand des folgenden physikalisch basierten Modells. Zuerst wird die Querbeschleunigung a_quer anhand der gemessenen Sensordaten a_y , ω_z und ν_x berechnet, sodass $a_{quer} = a_{y} - ω_{z} \times v_{x} .$
Dann ist die Quergeschwindigkeit $v_{q u e r} = \int_{0}^{t} a_{q u e r} d t .$
Die Quergeschwindigkeit aufgrund der Gierwinkelrate, ω_z , ist $v_{Winkel F T} = ω \times d_{F T}$
für Vorderreifen, und $v_{Winkel R T} = ω \times d_{R T}$
für Hinterreifen.
Die Gesamtquergeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterreifen sind $v_{q u e r F T} = v_{q u e r} + v_{W i n k e l F T}$
für Vorderreifen, und $v_{q u e r R T} = v_{q u e r} + v_{W i n k e l R T}$
für Hinterreifen.
Somit sind die Seitenschlupfverhältnisse für den Vorderreifen und den Hinterreifen $S e i t e n s c h l u p f_{F T} = v_{q u e r F T} / v_{x}$
für Vorderreifen, und $S e i t e n s c h l u p f_{R T} = v_{q u e r R T} / v_{x}$
für Hinterreifen.
Dann wird die Aufprallbestätigung durch Verwendung der vordefinierten Schwellenwerte, SejtenschlupfKalibration1 und SeitenschlupfKalibration2, der Seitenschlupfverhältnisse für die Vorder- und die Hinterachsen erhalten.
Für die Vorderachse lautet der entsprechende Pseudocode
und für die Hinterachse lautet er
Ein weiteres dynamisches Verhalten ist ein Gierratenschwellenwert. Dieser Schwellenwert wird für die Gierrate gesetzt, sodass eine ungewöhnlich hohe Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs folgendermaßen erfasst wird:
Der vorbestimmte Wert für den Schwellenwert GierrateKalibration2 kann zum Beispiel ungefähr 1 Radiant pro Sekunde betragen.
Ein weiteres dynamisches Verhalten zum Bestätigen eines leichten Aufpralls ist der Schwellenwert für die Spurabweichungsbeschleunigung. Die Spurabweichungsbeschleunigung wird durch Multiplizieren der Gierrate und der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet. Wenn diese Querbeschleunigung einen Schwellenwert BeschleunigungKalibration3 überschreitet, wird ein Aufprall wie folgt bestätigt:
Jede der vorstehend beschriebenen Fahrzeugdynamikverhaltensweisen ist ausreichend, um zu schließen, dass ein leichter Aufprall erfolgt ist. Jedes Verhalten kann unter Verwendung gemessener Variablen überwacht werden, die gewöhnlich in einem Steuerungsnetzwerk über einen Multiplexbus in einem Fahrzeug verfügbar sind. Andere Dynamikverhaltensweisen können in Abhängigkeit von den verfügbaren Sensoreingaben ebenfalls verwendet werden.
Die 6A-6F zeigen beispielhafte Wellenformen für verschiedene Signale während des erfindungsgemäßen Betriebs. 6A bildet die Gesamtfahrzeugbeschleunigung a ab, die über eine Trajektorie 50 von einem Wert null zu einem höheren Wert ansteigt. In dem abgebildeten Beispiel steigt die Beschleunigung über den entsprechenden Schwellenwert, sodass ein leichter Aufprall vermutet wird. 6B zeigt die Gierrate, die sich anfangs nicht sehr stark ändert. Eine Gierrate, die nicht mit dem aktuellen Kurs des Fahrzeugs übereinstimmt und nicht mit dem Schwerpunkt übereinstimmt, würde stärker auf einen Aufprall hindeuten. 6C zeigt das Flag InAufprall, das bei Segment 51 von einem Logikpegel 0 zu einem Logikpegel 1 übergeht, was mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem die Beschleunigung in 6A über den entsprechenden Schwellenwert steigt. In 6A bleibt die Beschleunigung für eine bestimmte Zeitspanne hoch, bis die gemessene Beschleunigung entlang einer Trajektorie 53 sinkt. Infolgedessen geht das Flag InAufprall bei 54 in 6C wieder zu 0 über. In 6A steigt die Beschleunigung dann wieder entlang einer Trajektorie 56, was dazu führt, dass das Flag InAufprall in 6C bei 57 zurück zu einem Wert 1 geht.
6D zeigt das Flag Aufprall_Vermutet, das bei einem Übergang 52 von 0 zu 1 übergeht, was damit zusammenfällt, dass das Flag InAufprall für die vorbestimmte Dauer, wie etwa drei aufeinanderfolgende Erfassungszeiträume, bei dem hohen Logikpegel geblieben ist. Das Flag Aufprall Vermutet kehrt bei 55 gleichzeitig mit dem negativen Übergang des Flags InAufprall bei 54 in 6C zu einem Wert 0 zurück. Nachdem das Flag InAufprall nach dem Übergang bei 57 für den vorbestimmten Zeitraum auf einem hohen Logikpegel 1 geblieben ist, kehrt das Flag Aufprall_Vermutet auch zu einem hohen Logikpegelwert 1 bei Übergang 58 in 6D zurück.
6E bildet ein Fahrzeugdynamikverhalten zum Bestätigen eines leichten Aufpralls ab, wobei das Flag Aufprall_Vermutet integriert ist. Wenn somit das Signal in 6D einen hohen Logikpegel aufweist, erhöht sich der Integrationswert in 6E wie bei Segment 59 gezeigt. Ein Flag Aufprall Bestätigt kann gesetzt werden, wenn der integrierte Wert in 6E den entsprechenden Schwellenwert übersteigt. Dieses Verhalten entspricht dem Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn wenigstens eine von der Beschleunigung oder der Gierrate für eine zweite vorbestimmte Dauer, die größer als die erste vorbestimmte Dauer ist, über dem entsprechenden Grundschwellenwert bleibt.
In 7 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt, wobei die Beschleunigung und die Gierrate in Schritt 70 gemessen werden. In Schritt 71 wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Gesamtfahrzeugbeschleunigung oder Gierrate die entsprechenden Grundschwellenwerte überschreiten. Wenn nicht, erfolgt die Rückkehr zu Schritt 70, um zusätzliche Messungen zu erlangen. Wenn ein Schwellenwert überschritten ist, wird in Schritt 72 eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Aufprallentfernung kleiner ist als die Fahrzeugkantenentfernung. Wenn sie dies nicht ist, zeigt die übermäßige Beschleunigung oder Gierrate keinen gültigen Aufprall an und es erfolgt eine Rückkehr zu Schritt 70. Ist die Aufprallentfernung kleiner als die Fahrzeugkantenentfernung (und nicht gleich -1, wenn dies verwendet wird, um anzuzeigen, dass die Aufprallentfernung nicht bestimmt werden kann), wird in Schritt 73 das Flag InAufprall gesetzt. Bei Schritt 74 wird dann eine Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die drei neuesten Werte alle dazu geführt haben, dass das Flag InAufprall auf 1 gesetzt wird. Wenn nicht, erfolgt die Rückkehr zu Schritt 70 für weitere Messungen.
Wenn in Schritt 74 bei drei aufeinanderfolgenden Erfassungszeiträumen das Flag InAufprall gesetzt wurde, wird das Flag Aufprall_Vermutet in Schritt 75 gesetzt. Dann werden in Schritt 76 die dynamischen Fahrzeugverhaltensweisen untersucht, um zu bestimmen, ob eines davon einen Aufprall bestätigt. Wenn nicht, wird in Schritt 77 eine Prüfung ausgeführt, um zu bestimmen, ob das mögliche Vorhandensein eines Aufpralls noch immer vermutet wird, und falls ja, erfolgt eine Rückkehr zu Schritt 76, um das Überwachen der dynamischen Verhaltensweisen fortzusetzen. Andernfalls erfolgt die Rückkehr zu Schritt 70. Falls ein dynamisches Verhalten einen Aufprall bestätigt, wird in Schritt 78 das Flag Aufprall Bestätigt gesetzt. Dann können Einzelheiten des leichten Aufpralls gespeichert oder gemeldet werden oder verwendet werden, um die Fahrzeugbetriebsparameter in Schritt 79 zu ändern.

Claims

Verfahren zum Erfassen eines leichten Aufpralls gegen ein Fahrzeug, umfassend. (a) das Vergleichen einer gemessenen Beschleunigung und einer gemessenen Gierrate mit entsprechenden Grundschwellenwerten in einem Grundzustand; (b) wenn die Beschleunigung über dem entsprechenden Grundschwellenwert liegt, das Bestimmen einer Entfernung von Schwerpunkt zu Aufprall gemäß einer Masse des Fahrzeugs, einem Trägheitsmoment des Fahrzeugs, der gemessenen Beschleunigung des Fahrzeugs und der gemessenen Gierrate des Fahrzeugs; (c) wenn die bestimmte Entfernung kleiner als eine Entfernung zu einer Fahrzeugkante ist, das Übergehen in einen Zustand Aufprall-vermutet, wenn wenigstens eine von der Beschleunigung und der Gierrate für eine erste vorbestimmte Dauer über dem entsprechenden Grundschwellenwert liegen; (d) im Zustand Aufprall-vermutet das Überwachen einer Vielzahl von dynamischen Fahrzeugverhaltensweisen, um das Auftreten des leichten Aufpralls zu bestätigen, wobei das Verfahren zum Grundzustand zurückkehrt, wenn die Beschleunigung und die Gierrate nicht über dem entsprechenden Grundschwellenwert bleiben oder wenn die bestimmte Entfernung nicht kleiner als die Entfernung zur Fahrzeugkante bleibt; und (e) das Erfassen des leichten Aufpralls, wenn wenigstens eine der Verhaltensweisen das Auftreten bestätigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn wenigsten eine von der Beschleunigung und der Gierrate für eine zweite vorbestimmte Dauer, die größer als die erste vorbestimmte Dauer ist, über dem entsprechenden Grundschwellenwert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestimmen eines Unterschieds in Bezug auf Fahrzeuggeschwindigkeiten, die zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen wurden; und das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn der Unterschied größer als ein vorbestimmter Unterschied ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeiten Längsgeschwindigkeiten sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeiten Quergeschwindigkeiten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestimmen eines Seitenschlupfverhältnisses jeweils für eine Vorderachse und eine Hinterachse des Fahrzeugs; und das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn wenigstens eines von den Seitenschlupfverhältnissen größer als ein vorbestimmtes Seitenschlupfverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn die Gierrate eine vorbestimmte maximale Winkelgeschwindigkeit übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestimmen einer Spurabweichungsbeschleunigung als Reaktion auf die Gierrate und eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn die Spurabweichungsbeschleunigung einen Spurabweichungsschwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entfernung von Schwerpunkt zu Aufprall ferner gemäß eines Ausgleiches nach der Methode der rekursiven kleinsten Quadrate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gemessene Beschleunigung aus einer Gesamtbeschleunigung besteht, die von der gemessenen Längsbeschleunigung und der gemessenen Querbeschleunigung abgeleitet ist.
Fahrzeugvorrichtung, umfassend: Fahrzeugdynamiksensoren, die die Fahrzeugbeschleunigung und Gierbewegung messen; ein Steuerungsnetzwerk mit wenigstens einem Steuerungsmodul, das kommunikativ mit den Dynamiksensoren gekoppelt ist, wobei das Steuerungsnetzwerk: a) eine gemessene Beschleunigung und eine gemessene Gierrate mit entsprechenden Grundschwellenwerten in einem Grundzustand vergleicht; (b) wenn die Beschleunigung über dem entsprechenden Grundschwellenwert liegt, eine Entfernung von Schwerpunkt zu Aufprall gemäß einer Masse des Fahrzeugs, einem Trägheitsmoment des Fahrzeugs, der gemessenen Beschleunigung des Fahrzeugs und der gemessenen Gierrate des Fahrzeugs bestimmt; (c) wenn die bestimmte Entfernung kleiner als eine Entfernung zu einer Fahrzeugkante ist, in einen Zustand Aufprall-vermutet übergeht, wenn wenigstens eine von der Beschleunigung und der Gierrate für eine erste vorbestimmte Dauer über dem entsprechenden Grundschwellenwert liegen; (d) im Zustand Aufprall-vermutet eine Vielzahl von dynamischen Fahrzeugverhaltensweisen überwacht, um das Auftreten des leichten Aufpralls zu bestätigen, wobei das Steuerungsnetzwerk zum Grundzustand zurückkehrt, wenn die gemessene Beschleunigung und die Gierrate nicht über dem entsprechenden Grundschwellenwert bleiben oder wenn die bestimmte Entfernung nicht kleiner als die Entfernung zur Fahrzeugkante bleibt; und (e) den leichten Aufprall erfasst, wenn wenigstens eine der Verhaltensweisen das Auftreten bestätigt.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, ferner umfassend einen nichtflüchtigen Speicher zum Aufzeichnen von Daten, die mit dem bestätigten leichten Aufprall verbunden sind, einschließlich einer Zeit, eines Datums und einer Position.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, ferner beinhaltend ein passives Rückhaltesystem, das als Reaktion auf Aufpralle mit einem Schweregrad, der größer als ein Schweregrad des leichten Aufpralls ist, ausgelöst wird, wobei das passive Rückhaltesystem eine Aufprallerfassungsfunktion ausführt, die als Reaktion auf die Bestätigung eines leichten Aufpralls angepasst wird.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn wenigsten eine von der Beschleunigung und der Gierrate für eine zweite vorbestimmte Dauer, die größer als die erste vorbestimmte Dauer ist, über dem entsprechenden Grundschwellenwert bleibt.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestimmen eines Unterschieds in Bezug auf Fahrzeuggeschwindigkeiten, die zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen wurden; und das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn der Unterschied größer als ein vorbestimmter Unterschied ist.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestimmen eines Seitenschlupfverhältnisses jeweils für eine Vorderachse und eine Hinterachse des Fahrzeugs; und das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn wenigstens eines von den Seitenschlupfverhältnissen größer als ein vorbestimmtes Seitenschlupfverhältnis ist.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn die Gierrate eine vorbestimmte maximale Winkelgeschwindigkeit übersteigt.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Verhaltensweisen Folgendes beinhalten: das Bestimmen einer Spurabweichungsbeschleunigung als Reaktion auf die Gierrate und eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und das Bestätigen des leichten Aufpralls, wenn die Spurabweichungsbeschleunigung einen Spurabweichungsschwellenwert übersteigt.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Entfernung von Schwerpunkt zu Aufprall gemäß eines Ausgleiches nach der Methode der rekursiven kleinsten Quadrate berechnet wird.
Fahrzeugvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die gemessene Beschleunigung aus einer Gesamtbeschleunigung besteht, die von der gemessenen Längsbeschleunigung und der gemessenen Querbeschleunigung abgeleitet ist.