DE60307356T2

DE60307356T2 - Rollsensor für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE60307356T2
Application number: DE60307356T
Authority: DE
Inventors: Ralph M. Fishers Weaver; Michael L. Carmel Miller
Original assignee: Indiana Mills and Manufacturing Inc
Current assignee: Indiana Mills and Manufacturing Inc
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: EP1362748A3; US6600985B2; CA2421482A1; US20020165654A1; EP1362748B1; JP2004029008A; AU2003204017A1; AU2003204017B2; EP1362748A2; DE60307356D1; CA2421482C

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Rollagesensoren für Fahrzeuge. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung von Winkelgeschwindigkeit zur Bestimmung des Rollzustandes eines Fahrzeugs und den Einsatz von Winkelgeschwindigkeitssensoren und Neigungssensoren für die genaue Bestimmung, dass ein Landfahrzeug-Rollzustand aufgetreten ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bisher wurden Beschleunigungsmesser zur Feststellung des Fahrzeug-Rollzustandes eingesetzt. Unter gewissen Bedingungen wäre es jedoch wünschenswert, einen Winkelgeschwindigkeitssensor allein oder gemeinsam mit einem Neigungssensor einzusetzen um den Rollzustand genau voraus zu bestimmen und eine Sicherheitsvorrichtung einzuschalten, bevor sich das Fahrzeug überschlägt.
In der Vergangenheit wurden Gyroskope in Landfahrzeugen eingesetzt um die Navigation zu unterstützen. Es wurde festgestellt, dass in diesen Systemen im Lauf der Zeit der Messwert des Gyroskops, bedingt durch Temperatur und andere Faktoren, von Drift beeinträchtigt wird. Äußerst genaue Gyroskope, die Drift auf ein Mindestmaß beschränken, sind verfügbar, können aber teuer sein. In der Vergangenheit gab es Patente, in denen Gyroskope für die Navigationskontrolle eines Fahrzeugs eingesetzt wurden und durch die ein System entstand, das systemabhängige Fehler oder Drift im Messwert des Gyroskopskops ausglich. Zum Beispiel beschreibt U.S.-Patent Nr. 5,270,969 an Matsuzaki et al. mit dem Titel BIAS CORRECTION APPARATUS OF GYRO, u. a. den Einsatz eines Gyroskops in einem Fahrzeug-Navigationssystem, bei dem der systemabhängige Fehler des Gyroskops unter Verwendung eines im Zwischenspeicher während des Fahrzeug-Stillstands gespeicherten Bias korrigiert wird. Ferner benutzt U.S.-Patent Nr. 4,321,678 an Krogmann ein Gyroskop zur Bestimmung der Fahrzeugposition. Bei diesem Patent wird ein Schätzwert für Gyroskopdrift in einem Filter durch Vergleich mit einem magnetischen Steuerkurs erhalten und berücksichtigt.
Es besteht Bedarf an einem Landfahrzeug-Rollagesensor, der Daten erfassen und Logik anwenden kann um zwischen Roll- und Nichtroll-Zuständen zu unterscheiden und der die genaue Bestimmung dafür vornehmen kann, dass die Auslösung der Sicherheitsvorrichtung stattgefunden hat. Ein derartiges Sensorsystem wird in EP 1245458 auf den Namen des Anmelders offenbart, das ein System mit einem Winkelgeschwindigkeitssensor in Verbindung mit einem oder mehreren Neigungssensoren so beschreibt, dass die Sensor-Ausgangssignale verglichen werden können um Rollen des Fahrzeugs zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung des Systems von EP 1245458 dar um Fahrzeugneigung genauer auszugleichen.
Dokument EP 1245458 ist nach Art. 54(3) und (4) EPC als ein Stand der Technik zu betrachten. Dieses Dokument offenbart folgendes:
Ein Landfahrzeug-Rollagesensorsystem zum Festellen eines Fahrzeug-Rollzustandes und zum Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung als Reaktion darauf, bestehend aus:
Einem Landfahrzeug-Rollagesensor zur Feststellung eines Fahrzeug-Rollzustandes und zum Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung als Reaktion darauf, bestehend aus:
einem Winkelgeschwindigkeitssensor für mindestens eine Rollachse des Fahrzeugs, wobei der besagte Winkelgeschwindigkeitssensor ein Winkelgeschwindigkeits-Ausgangssignal erzeugt, das repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit um die besagte mindestens eine Rollachse ist;
einem Integrator, einschl. einem Ausgangs- und Eingangssignal, wobei der besagte Integrator das besagte Ausgangssignal für Winkelgeschwindigkeit am besagten Integratoreingang empfängt und das besagte Ausgangssignal für Winkelgeschwindigkeit im Laufe der Zeit integriert wird um einen integrierten Winkel zu erzeugen;
einem ersten Neigungssensor, der auf mindestens einer Neigungsachse misst, die senkrecht zur besagten mindestens einen Rollachse des Landfahrzeugs verläuft, wobei die besagte mindestens eine Neigungsachse entweder die X -Achse oder die Y -Achse des Landfahrzeugs ist, wobei der besagte erste Neigungssensor ein erstes Neigungssensor-Ausgangssignal erzeugt;
einem zweiten Neigungssensor, wobei der besagte zweite Neigungssensor die Z-Achse des Landfahrzeugs misst, wobei der besagte zweite Neigungssensor ein zweites Neigungssensor-Ausgangssignal erzeugt,
einem Prozessor, der so angeschlossen ist, dass er den besagten integrierten Winkel, das besagte Ausgangssignal für Winkelgeschwindigkeit, das besagte erste Ausgangssignal des Neigungssensors und das besagte zweite Ausgangssignal des Neigungssensors empfängt und zur Berechnung eines jeweiligen Neigungswinkels anhand der besagten ersten und besagten zweiten Neigungssensor-Ausgangssignale, wobei der besagte Prozessor den jeweiligen besagten Neigungswinkel mit dem besagten integrierten Winkel vergleicht und den besagten integrierten Winkel anpasst um Drift auszugleichen, wenn die Differenz zwischen dem besagten jeweiligen Neigungswinkel und dem besagten integrierten Winkel größer als ein vorbestimmter Wert ist, wobei der besagte Prozessor ferner ein Auslösesignal für die Sicherheitsvorrichtung erzeugt, wenn nach dem Vergleich mindestens der besagte integrierte Winkel mit einem Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung korreliert und
mindestens einer Bedienungsvorrichtung für die Sicherheitsvorrichtung, die operativ so angeschlossen ist, dass das besagte Auslösesignal vom besagten Prozessor empfangen wird und um die Sicherheitsvorrichtung, beruhend auf dem Empfang des Auslösesignals, zu betätigen.
Diese Ziele und andere werden von den nachstehend beschriebenen, vom Anmelder vorgestellten Erfindungen erfüllt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Einsatz von sowohl der Winkelgeschwindigkeit wie auch eines Winkels, der von der Winkelgeschwindigkeit abgeleitet wird um zu bestimmen, ob ein von einer Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung ausglöstes Auslöseereignis aufgetreten ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf den Einsatz eines Winkelgeschwindigkeitsmessers für ein Landfahrzeug um Fahrzeugrollage vorauszubestimmen und eine Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung unter Rollbedingungen auszulösen. Bei diesem Ausführungsbespiel wird Drift im Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitsmessers von Zeit zu Zeit ausgeglichen, auch wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, indem ein Gewichtsfaktor angewandt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindungen beruht eine Rollagemessvorrichtung auf einem Neigungssensor wie auch einem Winkelgeschwindigkeitssensor um Fahrzeug-Rollbedingungen genau vorausbestimmen und feststellen zu können.
In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindungen wird zur Gewährleistung der Genauigkeit ein Neigungssensor-Ausgangssignal bzw. ein Signal, das von einem Neigungssensor-Ausgangssignal abgleitet wurde, mit dem vom gewichteten Neigungssensor-Ausgangssignal erhaltenen bzw. abgeleiteten Wert verglichen um zu bestimmen, ob das Neigungssensor-Ausgangssignal gültig ist. Wenn es gültig ist, wird Bezug auf das Neigungssensor-Ausgangssignal genommen um zu bestimmen, ob die Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung ausgelöst werden soll oder nicht.
Die mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Ziele und Vorteile sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise Darstellung einer Ausschnittzeichnung eines Nutz- oder schweren Fahrzeugs wie eines schweren Lkws, einschl. einer Sicherheitsvorrichtung.
2 ist eine Aufsicht eines Fahrzeugs mit darin eingeblendeten Richtungsachsen.
3 ist ein Blockdiagramm eines Rollagesensors, der in Verbindung mit einer Sicherheitsvorrichtung nützlich ist.
4 ist ein Ablaufdiagramm für den Betrieb eines Rollagesensors.
5 ist ein Diagramm, das gewisse geometrische Verhältnisse zwischen einem Rollwinkel und einem gemessenen Winkel darstellt.
6 ist ein Ablaufdiagramm für den Betrieb eines Ausführungsbeispiels eines Rollagesensors.
7 ist ein Ablaufdiagramm für den Betrieb eines Ausführungsbeispiels eines Rollagesensors.
8 ist ein Ablaufdiagramm für den Betrieb eines Ausführungsbeispiels eines Rollagesensors in Verbindung mit einer Sicherheitsvorrichtung.
9 ist ein Diagramm, das das geometrische Verhältnis zwischen einem Rollwinkel und gemessenen Winkeln darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zur Verbesserung des Verständnisses der Prinzipien der Erfindungen wird nachstehend Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele genommen und zur Beschreibung derselben wird eine spezifische Sprache verwendet. Trotzdem versteht sich, dass damit keine Beschränkung im Umfang der Erfindungen beabsichtigt wird, wobei derartige Änderungen und weitere Anpassungen des Prinzips der Erfindungen, wie darin dargestellt, beabsichtigt sind, die normalerweise bei einem Fachmann auftreten würden, auf den sich die Erfindungen beziehen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine teilweise Ausschnittzeichnung eines Nutzfahrzeugs wie eines schweren Lkws 10 dargestellt, einschl. einer Sicherheitsvorrichtung 20. Die vorliegenden Erfindungen können in Landfahrzeugen jeder Art wie schweren Lkws, schweren Maschinen (z.B. landwirtschaftlichen Maschinen oder Baumaschinen) eingesetzt werden sowie in Personenfahrzeugen, wie in 3 dargestellt. Viele dieser vorstehend aufgeführten Fahrzeugarten haben Sicherheitsvorrichtungen wie Gurtstrammer, Sitzgurte und Airbags. Die vorliegenden Erfindungen können dazu benutzt werden um eine derartige Sicherheitsvorrichtung zu bedienen, wenn der Rollagesensor 30 feststellt, dass das Fahrzeug überschlägt. Die Messung durch Rollagesensoren, wie nachstehend erklärt, dass das Fahrzeug mindestens um eine Rollachse eine Rollbewegung ausführt und dass die Betätigung der Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung daher wünschenswert ist, wird nachstehend als Auslöseereignis oder Betätigungsereignis bezeichnet.
Eine Sicherheitsvorrichtung, die in Verbindung mit den vorliegenden Erfindungen nützlich ist, wurde in U.S. Patent Nr. 5,451,094 an Templin et al. beschrieben, wobei das Patent hierin durch Bezugnahme völlig eingeschlossen wird. Das Patent von Templin et al. beschreibt eine Sitz- und Sicherheitsvorrichtung zum Bewegen eines Fahrzeugsitzes und seines Insassen auf den Fahrzeugboden zu, wenn bestimmte Fahrzeugbedingungen festgestellt wurden. Das Patent von Templin et al. ist jedoch lediglich ein Beispiel für eine Sicherheitsvorrichtung, die in Verbindung mit den vorliegenden Erfindungen nützlich ist. Obgleich diese nicht dargestellt wurden, können auch andere Sicherheitsvorrichtungen wie Gurtstrammer, vordere und Seiten-Airbags auf Wunsch an Stelle der oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Sicherheitsvorrichtungen bedient werden, falls dies gewünscht wird. 1 ist die Darstellung einer Sicherheitsvorrichtung mit einem beweglichen Sitz, wie im Patent von Templin et al. beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Autositz 40 dargestellt, in dem die vorliegende Erfindung benutzt werden kann. Über die Länge des Fahrzeugs 40 verläuft eine X-Längsachse 42. Senkrecht zu der X-Achse 42 verläuft eine Y-Längsachse 44 über die Breite des Fahrzeugs 40. Ferner ist eine Z-Achse dargestellt, die senkrecht sowohl zur X-Achse 42 wie auch zur Y-Achse 44 auf der Z-Ebene von 2 verläuft. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung kann die X-Achse 42 hierin auch zusätzlich die „X-Rollachse" des Fahrzeugs genannt werden, während die Y-Achse 44 nach Wahl als zusätzliche Y-Rollachse kontrolliert werden kann. Die Y-Achse und die Y-Achse sind beide parallel zur Erdoberfläche oder einer Grundebene als Bezug angebracht.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Blockdiagramm eines Rollagesensors 30 dargestellt, der in einem Fahrzeug benutzt werden kann um die Sicherheitsvorrichtung zu bedienen, wie die in 1 dargestellte. Der Rollagesensor 30 kann unter einer Autositzplatte des Fahrzeugs (20 in 1) befestigt werden, vorzugsweise unter dem Sitz des Beifahrers oder Fahrers. Der Rollagesensor 30 besteht aus einem Winkelgeschwindigkeitssensor 150, der so am Fahrzeug befestigt ist, dass er die Bewegung um die X-Achse (42 von 2) des Fahrzeugs messen kann. Es kann auch ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) am Fahrzeug befestigt werden, der die Bewegung um die Y-Achse (44 von 2) misst.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 sendet kontinuierlich ein Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeit der Bewegung um die C-Rollachse 42 des Fahrzeugs an den Zentralprozessor (CPU). Sowohl der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 wie auch die CPU 160 können von der Fahrzeugbatterie mit Strom versorgt oder mit einer getrennten Stromversorgung ausgestattet werden. Wenn die Fahrzeugbatterie zur Speisung des Rollagesensors 30 benutzt wird, wird die Vorrichtung zuerst mit Strom zum Eingangs/Ausgangsregler 170 versorgt, wenn die Zündung des Fahrzeugs über das Stromkabel 174 eingeschaltet wird. Die distale Seite des Stromkabels 174 ist an eine Stromversorgung angeschlossen (nicht dargestellt). Ferner ist der Eingangs/Ausgangsregler 170 elektrisch mit dem Einsatzregler der Sicherheitsvorrichtung über die Leitung 172 (zusätzlich, nicht dargestellt) verbunden. Die CPU 160 kann daher ein Ausgangssignal zu den Einsatzreglern (DCU) über den E/A-Regler 170 übertragen, wenn die Sicherheitsvorrichtung eingesetzt werden soll. Alternativ kann auch der E/A-Regler 170 ein Ausgangssignal über die Signalleitung 176 an ein Diagnosesystem abgeben, das nach Wunsch zur Kontrolle der Funktionalität des Rollagesensors 30 und der Anzeigen auf dem Armaturenbrett eingesetzt wird.
Jeder geeignete Winkelgeschwindigkeitssensor, mit dem die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit vorgenommen werden kann, kann als Winkelgeschwindigkeitssensor 150 nach 3 eingesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung z.B. wird ein Festkörper-Gyroskop eingesetzt um die Winkelgeschwindigkeit anzuzeigen. Das soll jedoch nicht begrenzend sein, da auch andere Vorrichtungen zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit bekannt sind und in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, einschl. anderer Festkörperinstrumente. Zum Zweck des vorliegenden Beispiels ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 ein Instrument, das eine Spannung erzeugt, die die Winkelgeschwindigkeit der Veränderung um die X-Rollachse des Fahrzeugs anzeigt. Wie vorstehend erwähnt, kann auch die Winkelgeschwindigkeit um eine zusätzliche Y-Rollachse kontrolliert werden, falls dies gewünscht wird. Ein derartiger Winkelgeschwindigkeitssensor, der mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, wird im amerikanischen Patent Nr. 5,375,336 an Nakamura beschrieben, wobei dieses Patent vollständig durch Bezug auf dieses hierin eingeschlossen wird. Um die Winkelgeschwindigkeit zu erhalten, werden von der CPU 160 über den Winkelgeschwindigkeitssensor gelegentlich Spannungsmessungen vorgenommen. In einem solchen Winkelgeschwindigkeitssensor zum Beispiel beträgt anfänglich das Ausgangsnennsignal des Gyroskops 2,50 V. Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit auf +80 Grad/s ändert, erhöht sich das Ausgangssignal auf 5,00 V. Wenn sich das Ausgangssignal auf –80 Grad/s ändert, ändert sich der Messwert auf 0,00 V.
Ferner kann der vorliegende Fahrzeug-Rollagegeschwindigkeitssensor 30 einen Neigungssensor 140 enthalten, der eine Spannung misst, die das Kipp- oder Neigungssignal an die CPU 160 darstellt. Jeder entsprechende Neigungssensor wie ein Beschleunigungsmesser, der Beschleunigungen, bedingt durch Schwergewicht auf einer Achse messen kann, kann als Neigungssensor 140 gewählt werden. Zum Zweck dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann der Neigungssensor 140 als ein Beschleunigungsmesser gewählt werden, wie z.B. der ADXL202 von der Firma ANALOG DEVICES. Der ADXL202 kann so eingebaut werden, dass er auf der Y-Achse 44 misst und senkrecht zur Schwerkraft verläuft. Durch dieses Verhältnis ist der Messwert des Beschleunigungsmessers ADXL202 0 G, wenn sich das Fahrzeug auf einer ebenen Fläche befindet. Wenn das ADXL202 zum Beispiel benutzt wird, wenn das Fahrzeug um die X-Achse geneigt ist und in Richtung entlang der Y-Achse, schwankt das Ausgangssignal in bekannter Weise von 0 G bis –1,00 G, abhängig vom Neigungsgrad (–1,00 G entsprechend –90 Grad im Verhältnis zur Y-Achse). Wenn daher das Fahrzeug um die X-Achse in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung geneigt wird, schwankt das Ausgangssignal zwischen 0 G und +1,00 G abhängig vom Neigungsgrad (+1,00 G entspricht dabei 90 Grad im Verhältnis zur Y-Achse). Ferner kann der spezifische Beschleunigungsmesser des Beispiels so ausgerichtet werden, dass er ein Ausgangssignal erzeugt, das, falls gewünscht, für die der Y-Achse entsprechende Neigung repräsentativ ist (abgesehen von einem Ausgangssignal für die X-Achse. Die Eigenschaften des vorstehend beschriebenen Beschleunigungsmessers werden hier als Beispiel benutzt. Dieses ist jedoch nicht beschränkend, da auch andere Beschleunigungsmesser bzw. Neigungssensoren in den vorliegenden Ausführungsbeispielen der Erfindungen benutzt werden können. Ferner können alternativ zwei oder mehr getrennte Neigungssensoren benutzt werden um auf Wunsch Neigung im Verhältnis zu anderen Achsen zu messen.
Der Rollagesensor 30 von 3 funktioniert wie folgt: Die CPU 160 empfängt ein Eingangssignal für eine Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und ein Eingangssignal für den Neigungswinkel des Fahrzeugs auf der Y-Achse (um die X-Achse) vom Neigungssensor 140. Wie bereits erwähnt, können zusätzliche Quellen für Winkelgeschwindigkeits- und Neigungssignale vorgesehen werden (in 3 nicht dargestellt) um bei Bedarf Rollage um die Y-Achse zu messen. Der Betrieb dieser Instrumente entspräche dem in Verbindung mit dem Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und Neigungssensor 140 beschriebenen. Die CPU 160 nimmt die Messung anhand von Signalen vom Winkelgeschwindigkeitssensor und Neigungssensor vor um zu bestimmen, ob ein Fahrzeug-Rollzustand auftritt oder dass Rollage bevorsteht. Bei einer solchen Bestimmung sendet die CPU 160 ein Betätigungssignal an die Sicherheitsvorrichtung über das E/A-Element und Kabel 172.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindungen (nicht beansprucht) wird nachstehend im Einzelnen in Verbindung mit 3 und 4 besprochen. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 wird zuerst der Strom zum Rollagesensor 30 (Schritt 81) eingeschaltet. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 kann nur die Rollagegeschwindigkeit durch Messen der Veränderung von einem Anfangswinkel auf den jetzigen Winkel bestimmen. In den ersten Sekunden, in denen der Strom zum Rollagesensor 30 eingeschaltet ist, wird der Durchschnitt des anfänglichen Ausgangssignal-Wertes vom Winkelgeschwindigkeitssensor mehrere Male errechnet (d.h. 50–100 mal pro Sekunde) um eine anfängliche Offsetspannung für den Winkelgeschwindigkeitssensor zu erhalten, die dem durchschnittlichen anfänglichen Offsetwert des Gyroskops entspricht. Dieser anfängliche Spannungswert V₀ des Winkelgeschwindigkeitssensors wird im Speicher der CPU 160 gespeichert.
Nachdem der anfängliche Offsetwert für den Winkelgeschwindigkeitssensor gespeichert ist, wird an die CPU 160 eine erste Ausgangs-Signalspannung des Winkelgeschwindigkeitssensors gesandt. Im vorliegenden Beispiel bestimmt die CPU 160 die Winkelgeschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors durch Abziehen des Offsetwertes V₀ vom jeweiligen Ausgangssignal V des Winkelgeschwindigkeitssensors (Schritt 82). Wie vorstehend erklärt, sind diese Spannungen repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors um die X- oder Rollachse des Fahrzeugs, da der Unterschied V–V₀ repräsentativ für die Veränderung des Winkels des Winkelgeschwindigkeitssensors/Fahrzeugwinkels von dem Zeitpunkt an ist, zu dem anfänglich Strom eingeschaltet wird.
Wie in Schritt 83 dargestellt, benutzt die CPU 60 die Spannungssignale, die für die Winkelgeschwindigkeit repräsentativ sind, die vom Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors im Laufe der Zeit erhalten werden, zur Bestimmung des Winkels des Winkelgeschwindigkeitssensors/Fahrzeugwinkels im Verhältnis zur X-Achse. Allgemein misst die CPU 160 den Fahrzeugwinkel im Verhältnis zur X-Achse unter Verwendung folgender Werte: ∞ = Σ R × t (1)wobei ∞ = Winkel, R = Winkelgeschwindigkeit und t = Zeit ist.
Genauer gesagt, misst die CPU den Winkel durch folgende Werte:
wobei ∞ = der Winkel ist, V = der Ausgangssignalwert des Winkelgeschwindigkeitssensors, V₀ = die anfängliche Ruhespannung, C = die Verstärkungskonstante des Winkelgeschwindigkeitssensors und S = die Sampling-Frequenz. Die Verstärkungskonstante des Winkelgeschwindigkeitssensors C wird einzeln für jeden Winkelgeschwindigkeitssensor 50 bestimmt und der Wert wird im Werk eingestellt. Die Sampling-Frequenz S liegt zwischen ein und eintausend mal pro Sekunde. Vorzugsweise erfolgt die Stichprobenahme vom Winkelgeschwindigkeitssensor 25 bis 200 mal pro Sekunde oder besser 50 bis 100 mal pro Sekunde. Bei dem vorliegenden Beispiel erfolgt die Probenahme der Spannung des Winkel- Winkelgeschwindigkeitssensors 100 mal pro Sekunde. Die im Werk bestimmten Kostanten C und S werden miteinander kombiniert, so dass folgendes Ergebnis entsteht:
wobei ∞ = der Winkel, V = der Spannungswert des Winkelgeschwindigkeitssensors, V₀ = die anfängliche Ruhespannung, G = die Verstärkung, wobei die Verstärkung G im Werk während der Produktion berechnet und eingestellt wird. Die Summierung erfolgt für jede Probe für den Zeitraum, während dem die Stromversorgung erfolgt. Wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor allein eingesetzt wird, wenn zuerst Strom zum System 30 eingeschaltet wird, wird der Winkel-Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors in der CPU 160 auf null eingestellt. Wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 in der CPU 160 wie im vorliegenden Ausführungsbespiel von 3 in Verbindung mit einem Neigungssensor benutzt wird um die Drift des Winkelgeschwindigkeitssensors zu bestimmen, kann der anfängliche Akkumulatorwert unter Verwendung eines anfänglich von einem Neigungssensor gemessenen Werts eingestellt werden.
Nach Einstellen des Akkumulatorwerts für jede Probe danach, wird die Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors (V–V₀) für jede Probe dem Wert des Akkumulatorwerts des Winkelgeschwindigkeitssensors zugerechnet, der als der neue Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors gespeichert wird. Dann wird der jeweilige Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors erhalten, indem der Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors durch die Verstärkung G des Winkelgeschwindigkeitssensors geteilt wird (der, wie vorstehend beschrieben, im Werk eingestellt wird), der die Winkelgeschwindigkeit in einen Winkel umwandelt.
Dann werden der Winkel (der vom Winkelgeschwindigkeitssignal abgeleitet wurde) und das Signal für die Winkelgeschwindigkeit (V–V₀) für die jeweilige Spannung V von der CPU 160 errechnet. Wenn sowohl der jeweilige berechnete Winkel und die jeweilige in Schritt 82 gemessene Winkelgeschwindigkeit so gemessen werden, dass sie einem Fahrzeug-Rollzustand oder einem Auslöseereignis der Sicherheitsvorrichtung entsprechen, wird das Signal von der CPU 160 an die Bedienungssteuerung (DCU) der Sicherheitsvorrichtung gesandt um die Sicherheitsvorrichtung zu betätigen. Die Winkelgeschwindigkeit und der Winkel können einem Auslöseereignis entsprechen, wenn sie gewissen Schwellenwerten entsprechen oder diese übersteigen, die in der CPU 160 gespeichert sind. In einem Ausführungsbeispiel werden die Winkel und Winkelgeschwindigkeiten von Auslöseereignissen für die Sicherheitsvorrichtung in einer Nachschlagtabelle korreliert, die in einem von der CPU 160 erreichbaren Speicher gespeichert wurde. Es wird jedoch nicht beabsichtigt, dass die Erfindungen auf den Einsatz der Nachschlagtabelle als ein anderes Mittel zum Speichern von Informationen zur Bestimmung eines Auslöseereignisses durch die vorliegenden Erfindungen beschränkt sind. Der Winkel und die Winkelgeschwindigkeit können zum Beispiel entsprechend durch Anwendung einer Formel gewichtet und in der CPU errechnet werden, deren Ergebnis einem Sicherheitsauslöseereignis entspräche, wenn eine vorbestimmte Schwelle überstiegen würde.
Die Einsatzsteuerung kann eine allgemein bekannte Ausführung sein um den Einsatz der Sicherheitsvorrichtung zu steuern und kann benutzt werden um einen pyrotechnischen Gaserzeuger zu bedienen, eine Quelle von unter Druck stehender Flüssigkeit bzw. andere bekannte Betätigungsvorrichtungen für Sicherheitsvorrichtungen, einschließlich der im amerikanischen Patent Nr. 5,451,094 vorstehend beschriebenen, sind durch Bezugnahme hierin eingeschlossenen.
Wenn der von der Winkelgeschwindigkeit abgeleitete Winkel und das für die jeweilige Winkelgeschwindigkeit repräsentative Signal nicht einem Auslöseereignis entsprechen, kehrt der Rollagesensor 130 zu Schritt 82 zurück um die neue jeweilige Winkelgeschwindigkeit zu berechnen und wiederholt das Verfahren ab Schritt 82–85. Damit wird die neue Winkelgeschwindigkeit zum Wert der akkumulierten Winkelgeschwindigkeit addiert und durch die Verstärkung G geteilt. Der sich ergebende Winkel und das neue Signal für Winkelgeschwindigkeit werden dabei von der CPU 160 zu der Bestimmung benutzt, ob ein Auslöseereignis der Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist. Dieser Zyklus wird während der ganzen Zeit wiederholt, während der der Rollagesensor 130 mit Strom versorgt wird oder bis ein Auslöseereignis-Signal erzeugt wurde.
Durch Verwendung von Winkel und Winkelgeschwindigkeit zu der Bestimmung, wann die Sicherheitsvorrichtung ausgelöst werden soll, ist keine einzelne Variable in der Erwartung eines Rollzustandes bestimmend. Auf diese Weise kann die Reaktion auf andere Rollage-Winkelgeschwindigkeit-Kombinationen unterschiedlich sein und durch eine Formel oder Nachschlagtabelle geplant werden. Wenn zum Beispiel sowohl der Winkel wie auch die Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor benutzt werden, kann eine Nachschlagtabelle programmiert werden um ein Signal für ein Auslöseereignis zu erzeugen, obgleich der Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors klein ist, wenn bestimmt wird, dass das Signal, das für die Winkelgeschwindigkeit repräsentativ ist, groß ist und sich damit das Fahrzeug schnell überschlägt. Ferner kann die Nachschlagtabelle eines Systems so eingerichtet werden, dass ein Auslösesignal für den umgekehrten Zustand entsteht, ein Messwinkel bei einem größeren Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors, jedoch bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit. Durch Verwendung von Winkel und Winkelgeschwindigkeit können daher verschiedene Auslösepunkte festgelegt werden, so dass ein schnell rollendes Fahrzeug (großer Wert V–V₀) die Auslösung zu einem früheren Zeitpunkt in der Rollage auslösen kann (bei einem kleineren relativen Winkel ∞) als bei einem langsamer rollenden Fahrzeug ( kleiner Wert V–V₀). Das bietet dem langsamer rollenden Fahrzeug Gelegenheit, sich evtl. zu korrigieren, bevor die Sicherheitsvorrichtung ausgelöst wird.
Es ist ferner bekannt, dass das Ausgangssignal der meisten Winkelgeschwindigkeitssensoren im Laufe der Zeit Drift unterliegt, bedingt durch Temperatur- und andere Schwankungen. Wenn das vorliegende System das Signal integriert, das repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit im Verlaufe der Zeit ist, wird jeder Geschwindigkeitsfehler bedingt durch Drift ständig zum Winkel addiert, so dass aus einem großen Integrationsfehler ein kleiner Geschwindigkeitsfehler entsteht. Wie bereits vorstehend erwähnt, enthält der Rollagesensor 30 (1 und 3), der hinsichtlich Drift kompensiert ist, einen Neigungssensor 140 zusätzlich zu einem Winkelgeschwindigkeitssensor 150.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Neigungssensor 140 so eingebaut, dass er auf der Y-Achse misst, so dass ein Ausgangssignal, das nicht null ist, geliefert wird, wenn das Fahrzeug in Richtung +/– Y um seine X-Achse geneigt wird. Wie hier gesagt, kann jedoch der gewählte Neigungssensor zusätzlich auf anderen Achsen messen, zum Beispiel um ein zweites Ausgangssignal abzugeben, wenn das Fahrzeug in Richtung +/– X um seine Y-Achse geneigt wird. In gleicher Weise kann ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor benutzt werden um ein Ausgangssignal zu liefern, das in Richtung +/– X repräsentativ für die Neigung um die Y-Achse ist. In einem solchen Fall würde ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor (ähnlich wie der Winkelgeschwindigkeitssensor 150) vorgesehen um ein auf der Y-Achse gemessenes Winkelgeschwindigkeitssignal zu liefern. Das Ausgangssignal vom zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor und das Neigungssignal in Richtung +/– X würde zusätzlich von der CPU 160 geliefert. Der Betrieb dieser Elemente würde praktisch gleich dem hierin beschriebenen in Verbindung mit dem Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und dem Neigungssensor 140 in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sein.
Der Neigungssensor 140 kann benutzt werden um unter anderem den anfänglichen Neigungswinkel des Fahrzeugs im Verhältnis zur Y-Achse zu bestimmen, wenn der Rollagesensor 130 anfänglich mit Strom versorgt wird. Außerdem können die Signale vom Neigungssensor 140 von der CPU 160 dazu benutzt werden um Drift des Winkelgeschwindigkeitssensors auszugleichen, die im Laufe der Zeit entstehen kann. Bei Einsatz eines Neigungssensors 140 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann Drift im Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors ausgeglichen werden, während das Fahrzeug in Bewegung ist.
Wenn der Rollagesensor 130 zuerst mit Strom versorgt wird, hat der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 keinen festen Bezugswert. Daher wird unabhängig von der Neigung, die evtl. anfänglich für das Fahrzeug gilt, ein Ausgangssignal für die anfängliche Neigungsgeschwindigkeit erzeugt. Wie vorstehende beschrieben, kann bei einem bestimmten Beispiel ein Winkelgeschwindigkeitssensor ein anfängliches Spannungsausgangssignal von nominellen 2,50 V aufweisen. Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit auf +80 Grad/s ändert, ändert sich das Ausgangssignal auf 5,00 V. Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit auf –80 Grad/s ändert, ändert sich das Ausgangssignal auf 0,00 V. Jede spätere Spannungsänderung im Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors würde dabei der Änderung von der anfänglichen Position des Winkelgeschwindigkeitssensors entsprechen oder könnte das Ergebnis von Drift sein.
Bei Einsatz des Neigungssensors 140 kann der anfängliche Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors wie folgt bestimmt werden. Unter Bezugnahme auf 5, wenn der Neigungssensor oder der Beschleunigungsmesser so eingebaut ist, dass er auf der Y-Achse 44 des Fahrzeugs misst, ist der anfängliche Fahrzeugwinkel y = x = Asin (R), wobei R die Beschleunigung in G ist, die der Beschleunigungsmesser misst. In 5 entspricht der Winkel y dem Fahrzeug-Rollwinkel in Bezug auf die Y-Achse 44, der wie vorstehend beschrieben parallel zum Boden gehalten wird. Ferner ist g die Beschleunigung durch Schwergewicht. R ist der G-Wert, den der Beschleunigungsmesser auf der Y-Achse misst. Wenn daher anfänglich zum ersten Mal Strom zum Rollagesensor 130 eingeschaltet wird, wenn das Fahrzeug steht, kann ein anfänglich angezeigter Winkel für Fahrzeugneigung mit dem Neigungssensor 140 bestimmt werden. Dieser anfängliche Neigungswinkel y wird im Speicher der CPU 160 gespeichert um einen Bezugswert für den Einsatz in Verbindung mit dem Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors zu erhalten um die anfängliche Fahrzeugneigung zu bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel wird der anfängliche Neigungswinkel y mit dem im Werk eingestellten Verstärkungsfaktor G des Winkelgeschwindigkeitssensors multipliziert und als der anfängliche Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors gespeichert um einen anfänglichen Referenzwinkel für den Winkelgeschwindigkeitssensor zu erhalten.
Während das Fahrzeug in Betrieb ist, kann Drift im Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors ferner vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 in der CPU 160 unter Verwendung des Ausgangssignals des Neigungssensors 140 ausgeglichen werden. Der gemessene Winkel des Neigungssensors 140 wird zum Beispiel an die CPU 160 gesandt, wo er mit dem berechneten Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen wird. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegendem Erfindungen wird zum Ausgleich von lateralen Beschleunigungen, deren Durchschnitt 1 angfristig gesehen 0 beträgt, der Durchschnitt des Ausgangssignals des Neigungssensors 140 über einen langen Zeitraum errechnet und das Ergebnis wird benutzt um Drift des Winkelgeschwindigkeitssensors zu korrigieren. Zum Beispiel wird, anstatt den jeweiligen Winkel des Neigungssensors (der von einem Moment zum anderen starken Schwankungen unterliegen kann) mit dem berechneten Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors zu vergleichen, ein Wert des Neigungssensors 140, dessen Durchschnitt im Laufe der Zeit beruhend auf früheren durchschnittlichen Neigungssensor-Winkeln berechnet wird, mit dem berechneten angezeigten Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen. Wie nachstehend genauer in Verbindung mit 8 besprochen, kann alternativ ein jeweiliger Winkel des Neigungssensors, der keine laterale Beschleunigungskomponente enthält, abgeleitet und an Stelle des Neigungssensor-Durchschnittswinkels benutzt werden. Wenn sich die beiden berechneten Winkel um mehr als einen vorbestimmten Wert unterscheiden, wird der Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors um einen Teil der Differenz zwischen dem Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors und dem durchschnittlichen Neigungssensor-Winkel angepasst um Drift zu kompensieren. Dieser um Drift kompensierte Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors wird benutzt um zu bestimmen, ob ein Auslösevorgang der Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist.
Alternativ wird zu gewissen Zeiten zum Beispiel, wenn der jeweilige Neigungssensor-Winkel null entspricht, jedes Netto-Ausgangssignal für den Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors 150 als Drift bestimmt und die Höhe der Drift wird in der CPU 160 gespeichert. Dieser Driftwert wird vom Messwert des Winkelgeschwindigkeitssensors 150 in Abzug gebracht um Drift zu kompensieren. Ferner, wie nachstehend in Verbindung mit 6 beschrieben, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Durchschnitt des Ausgangssignals des Winkelgeschwindigkeitssensors über einen langen Zeitraum berechnet und benutzt um den anfänglichen Offsetmesswert des Winkelgeschwindigkeitssensors zu bestimmen.
Wie vorstehend beschrieben, analysiert die CPU 160 nach Erhalt eines um Drift kompensierten Winkels des Winkelgeschwindigkeitssensors, mindestens diesen Winkel um zu bestimmen, ob es angebracht ist, die Sicherheitsvorrichtung zu bedienen. In einem bevorzugten Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung werden sowohl die Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors wie auch der Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors, der um Drift kompensiert wurde, in der CPU 160 analysiert und es wird bestimmt, ob ein Auslöseereignis der Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist. Wie vorstehend beschrieben, kann die Vorrichtung eine voreingestellte Nachschlagtabelle im Speicher benutzten, die von der CPU erreichbar ist oder die CPU kann eine Berechnung ausführen um festzustellen, ob die Sicherheitsvorrichtung ausgelöst wurde. Wenn die CPU 160 feststellt, dass sowohl der Winkel wie auch die Winkelgeschwindigkeit einem Ereignis entsprechen, für das die Auslösung der Sicherheitsvorrichtung wünschenswert sein würde, wird ein Auslösesignal über das E/A-Element 170 an die Einschaltsteuerungen) gesandt, die die Sicherheitsvorrichtung mit einem pyrotechnischen Gasgenerator oder einer anderen bekannten Vorrichtung für die Sicherheitsvorrichtung betätigen. Obgleich im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Neigungssensor zur Bestimmung des anfänglichen Winkels des Winkelgeschwindigkeitssensors bzw. von Drift benutzt werden kann, wird das Ausgangssignal des Neigungssensors nicht direkt zur Auslösung der Sicherheitsvorrichtung benutzt. Statt dessen werden Winkelgeschwindigkeit und der Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors, die beide vom Winkelgeschwindigkeitssensor abgeleitet wurden, obgleich sie möglicherweise unter Verwendung des Neigungssensor-Wertes angepasst wurden, benutzt um zu bestimmen, ob die Sicherheitsvorrichtung ausgelöst werden soll oder nicht.
Unter weiterer Bezugnahme auf 6 zeigt diese ein Ablaufdiagramm 230 des spezifischen Vorgangs eines Rollagesensors wie dem hierin beschriebenen Rollagesensor 30. Der Rollagesensor besteht aus einem Winkelgeschwindigkeitssensor, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus einem Festkörper-Winkelgeschwindigkeitssensor wie einem Festkörper-Gyroskop besteht sowie einem Neigungssensor zur Bestimmung der Lage eines Fahrzeugs im Verhältnis zur Rollachse. Wenn anfänglich Strom eingeschaltet wird, hat ein Winkelgeschwindigkeitssensor 231 ein Ausgangssignal mit einer Spannung, die für das Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors an die Verarbeitungsschaltung repräsentativ ist.
In Schritt 232 speichert die Verarbeitungsschaltung die anfänglichen wenigen Ausgangsspannungen des Winkelgeschwindigkeitssensors und errechnet ihren Durchschnitt während ungefähr der ersten wenigen Sekunden, in denen der Strom zum Rollagesensor eingeschaltet ist. Die während des ersten Zeitraums erhaltene Durchschnittsspannung wird als die Anfangsspannung des Winkelgeschwindigkeitssensors oder die Offsetspannung des Winkelgeschwindigkeitssensors gespeichert.
Nach dem anfänglichen Speichern einer Offsetspannung des Winkelgeschwindigkeitssensors berechnet der Prozessor die Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors in Schritt 233. Die Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors wird als der Anzeige-Rohwert des Winkelgeschwindigkeitssensors minus den gespeicherten Offsetwert des Winkelgeschwindigkeitssensors berechnet.
Wie in 6 dargestellt, wird dann die in Schritt 233 berechnete Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors für den Einsatz in Schritt 234, 235 und 244 zur Verfügung gestellt. In Schritt 234 und 238 wird die Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors entsprechend der Zeit integriert und der Winkel wird, wie vorstehend beschrieben, in Verbindung mit den Gleichungen (1)–(3) berechnet. Genauer gesagt, wenn der Strom anfänglich zum Rollagesensor eingeschaltet wird, stellt der Prozessor einen Akkumulatorwert für den Winkelgeschwindigkeitssensor so ein, dass der Verstärkung des Winkelgeschwindigkeitssensors entspricht (bei dem es sich um den im Werk voreingestellten Kalibrierwert handelt, der zur Umwandlung eines Messwerts des Winkelgeschwindigkeitssensors in einen Winkel benutzt wird, wie vorstehend in Verbindung mit Gleichung (1)–(3) beschrieben, multipliziert mit dem Beschleunigungswinkel. Damit erhält der Prozessor einen anfänglichen Bezugswinkel für den Winkelgeschwindigkeitssensor. Dann wird der Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors in Schritt 234 und 238 aktualisiert, indem die Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors (bei dem es sich um den rohen Messwert des Winkelgeschwindigkeitssensors minus dem Offsetwert des Winkelgeschwindigkeitssensors handelt) zum existierenden Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors addiert wird. Dann wird in Schritt 238 der Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors bestimmt, indem der Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors durch die Verstärkung des Winkelgeschwindigkeitssensors geteilt wird. Dieser Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors wird in Schritt 239 so zur Verfügung gestellt, so dass Offsetdrift berechnet und kompensiert werden kann.
Zu dem gleichen Zeitzpunkt, wo der Winkelgeschwindigkeitssensor Ausgangssignale an den Prozessor sendet, liefert ein Neigungssensor, bei dem es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Beschleunigungsmesser in Schritt 240 handelt, ein Ausgangssignal an den Prozessor. Alternativ, wie dies noch genauer in Verbindung mit 8 und 9 besprochen wird, können zwei Neigungssensoren benutzt werden um einen jeweiligen Neigungswinkel zu berechnen, der repräsentativ für die momentane Neigung des Fahrzeugs auf einer Neigungsachse ist und frei von der Seiten-Beschleunigungskomponente. In Schritt 241 verwandelt der Beschleunigungsmesser die Ausgangsspannung in einen Winkel. In einem Ausführungsbeispiel wird der Winkel des Beschleunigungsmessers wie folgt berechnet: Beschleunigungswinkel = asin (Beschl.wertoffset/*Beschleunigungsverstärkung) (4)wobei der Beschleunigungsmesswert der rohe jeweilige Messwert des Beschleunigungsmessers ist und der Offsetwert des Beschleunigungsmessers und die Verstärkung des Beschleunigungsmessers im Werk voreingestellte Kalibrierwerte sind, die zur Umwandlung des Beschleunigungsmesser-Messwertes in einen Winkel benutzt wurden. Dann wird der sich ergebende Beschleunigungsmesser-Winkel in Schritt 242 tiefpassgefiltert und das Ergebnis wird vom Prozessor benutzt um den Offsetdrift-Komponentenwert zu berechnen um Drift des Winkelgeschwindigkeitssensors auszugleichen.
Wie vorstehend in Verbindung mit 5 beschrieben, wird der Durchschnitt des Beschleunigungsmesser-Winkels berechnet, der sich nach Tiefpassfiltern ergibt, beruhend auf allen früheren Winkelmesswerten des Beschleunigungsmessers, worauf der Durchschnittswert mit dem Winkelwert des Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen wird, der sich aus Schritt 238 ergibt. Wenn die Differenz zwischen den beiden Winkeln größer als der voreingestellte Wert ist, wird die Differenz Drift zugeschrieben. In Schritt 243 wird ein um Drift kompensierter Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors berechnet, wobei der in Schritt 239 berechnete Winkelwert, der Drift zugeschrieben wird, von dem in Schritt 234 und 238 berechneten Winkel des in Schritt 239 berechneten abgezogen wird.
In Schritt 244 des vorliegenden Ausführungsbeispiels vergleicht der Prozessor den in Schritt 243 um Drift kompensierten Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors und die in Schritt 233 berechnete Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors mit einer Nachschlagtabelle. Beim spezifischen Betrieb des Ausführungsbeispiels von 6 wird eine Nachschlagtabelle benutzt um zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung stattgefunden hat. Wenn Winkel und Geschwindigkeit beide einem Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung entsprechen, wie in der Nachschlagtabelle verzeichnet, sendet der Prozessor ein Signal an die Einschaltsteuerungen) der Sicherheitsvorrichtung. Die Sicherheitsvorrichtung kann eine wie um amerikanischen Patent Nr. 5,451,094 an Templin et al. beschriebene Ausführung sein oder kann Vorspanner, normale Insassen-Airbags oder andere Sicherheitsvorrichtungen einschließen. Wenn Geschwindigkeit und Winkel nicht einem Auslöseereignis entsprechen, setzt sicht der Vorgang fort, indem in Schritt 231 ein neuer Geschwindigkeitsmesswert des Winkelgeschwindigkeitssensors erhalten wird und in Schritt 240 ein neuer roher Messwert des Beschleunigungsmessers.
Wie vorstehend in Verbindung mit 5 beschrieben, wird zusätzlich der Durchschnitt vom Messwert des Winkelgeschwindigkeitssensors über einen langen Zeitraum errechnet und benutzt um den Anfangswert des Winkelgeschwindigkeitssensors oder den Offsetwert des Winkelgeschwindigkeitssensors zu aktualisieren, der in Schritt 232 benutzt wurde. Wie in 6 dargestellt, wird die in Schritt 233 berechnete Geschwindigkeit in Schritt 235 tiefpassgefiltert. Wenn die Ausgangsspannung, die in Schritt 233 repräsentativ für die Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors ist, in einem bestimmten Bereich des Offsetwertes des Winkelgeschwindigkeitssensors liegt, wird der neue Offsetwert des Winkelgeschwindigkeitssensors so eingestellt, dass er die Geschwindigkeit des tiefpassgefilterten Winkelgeschwindigkeitssensors ist.
Wenn ferner ein neuer Offsetwert des Winkelgeschwindigkeitssensors gespeichert wird, wird zusätzlich der Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors wie folgt aktualisiert:
Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors = Akkumulatorwert des Winkelgeschwindigkeitssensors – F3 (Geschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors – Offset des Winkelgeschwindigkeitssensors (5)
wobei F3 eine zusätzliche Tiefpassfilter-Funktion darstellt und der Offsetwert des Winkelgeschwindigkeitssensors der neu berechnete Offsetwert des Winkelgeschwindigkeitssensors ist.
Es wird daher ein Rollagesensor zur Betätigung einer Sicherheitsvorrichtung bei Auftreten eines Rollage-Auslöseereignisses beschrieben, das unter Verwendung eines Winkelgeschwindigkeitssensors festgestellt wird. Wie vorstehend beschrieben, kann die Winkelgeschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors sowie der von der Winkelgeschwindigkeit abgeleitete Rollwinkel benutzt werden um zu bestimmen, wann die Sicherheitsvorrichtung in einem Landfahrzeug ausgelöst wird. Ferner und wie hier beschrieben, wurde ein Rollagesensor mit einem Winkelgeschwindigkeitssensor vorgesehen um den Rollwinkel und die Rollagegeschwindigkeit zu messen, wobei der anfängliche Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors und die Drift des Winkelgeschwindigkeitssensors für den Einsatz eines Neigungssensors kompensiert werden, wobei jedoch das Ausgangssignal des Neigungssensors nicht direkt benutzt wird um die Sicherheitsvorrichtung auszulösen. Ferner kann die Berechnung der Driftkompensation genau erfolgen, während das Fahrzeug in Bewegung ist.
Wenn ein genauer Winkelgeschwindigkeitssensor benutzt wird, der nicht Drift unterliegt, kann der Neigungssensor (140 von 3) auch ausgelassen werden. Bei einem derartigen System berechnet die CPU 160 das Auftreten des Fahrzeug-Rollzustandes unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensoren im Voraus bzw. bestimmt sein Auftreten und nimmt seine Integration im Verhältnis zur Zeit vor um den Fahrzeugwinkel zu bestimmen. Die CPU (160 von 3) würde dann ein Auslöseereignis-Signal erzeugen, das auf der Winkelgeschwindigkeit und dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel beruht, wie vorstehend beschrieben. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann es jedoch trotzdem wünschenswert sein, einen Neigungssensor zur Verfügung zu stellen um den anfänglichen Fahrzeugwinkel hinsichtlich der gewünschten Rollachse zu bestimmen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Fahrzeug-Rollagesensor, wie in 1 und 3 dargestellt, zur Verfügung gestellt, bei dem das Ausgangssignal des Neigungssensors benutzt wird um zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis der Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist und bei dem ein Winkelgeschwindigkeitssensor benutzt wird um einen Kontrollmechanismus für den Neigungssensor zu erhalten. Bei gewissen Wendezuständen mit hohem G-Wert zum Beispiel kann die vom Neigungssensor gemessene Seitenbeschleunigung künstlich einen Fahrzeug-Rollwinkel von einiger Bedeutung anzeigen. Um diesen Zustand beim vorliegend beschriebenen Fahrzeug-Rollagesensor zu kompensieren, wird der Winkel des Neigungssensors benutzt um eine Sicherheitsvorrichtung nur dann zu betätigen, wenn festgestellt wird, dass sie für einen Winkel gilt, der vom Signal des Winkelgeschwindigkeitssensoren ableitet wurde.
Unter weiterer Bezugnahme auf 7 wird nun ein Ablaufdiagramm 180 von einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in dem früher in Verbindung mit 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel dargelegt, werden, wenn die Vorrichtung mit Strom versorgt wird (Schritt 181), der Neigungssensor-Winkel und die Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten (Schritt 182). Der Neigungssensor-Winkel kann benutzt wurden um den anfänglichen Fahrzeugwinkel an die CPU 160 zu liefern, wie vorstehend in Verbindung mit 5 beschrieben. Dieser anfängliche Fahrzeugwinkel würde für den Einsatz mit dem Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 gespeichert.
Die CPU 160 empfängt das Winkelgeschwindigkeitssignal vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und integriert es im Verhältnis zur Zeit, wie vorstehend beschrieben, um einen von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel zu erhalten (Schritt 183). Die CPU 160 kontrolliert ständig das Ausgangssignal des Neigungssensors 160 um den Neigungswinkel des Fahrzeugs vom Neigungssensor zu bestimmen. Ferner vergleicht die CPU den Neigungswinkel des Fahrzeugs mit dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel (Schritt 184). Wenn der Unterschied zwischen den beiden Werten unter einem vorbestimmten Gültigkeitsschwellenwert liegt, bestimmt die CPU, dass das Ausgangssignal des Neigungssensors gültig ist (Schritt 185). Wenn er gültig ist, kann das Ausgangssignal des Neigungssensors benutzt wurden um zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis für die Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist (Schritt 186). Wenn der Neigungswinkel zum Beispiel größer als der Schwellenwert ist und wenn zusätzlich durch Vergleich mit dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel festgestellt wird, dass er gültig ist, kann die CPU 160 veranlassen, dass ein Auslösesignal für die Sicherheitsvorrichtung erzeugt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das benutzte Neigungswinkel-Signal entweder der momentan gemessene Neigungswinkel sein oder nach Winsch ein gefiltertes Neigungswinkelsignal mit Durchschnittsberechnung. Wahlweise kann, wie in Schritt 186 dargestellt, zusätzlich die Winkelgeschwindigkeit in Verbindung mit dem Neigungswinkel benutzt werden, wenn er als gültig betrachtet wird um zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis aufgetreten ist. Wenn zum Beispiel festgestellt wird, dass der Neigungswinkel gültig ist, kann die CPU 160 den Neigungswinkel und die Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor mit einer Nachschlagtabelle vergleichen oder durch Anwendung einer Formel berechnen, ob ein Auslöseereiginis aufgetreten ist. Es versteht sich jedoch, dass auf Wunsch Schritt 186 nur den Neigungswinkel benutzen könnte um zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist.
Wenn die CPU 160 bestimmt, dass der Vergleich zwischen dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel und dem Winkel des Neigungssensors größere als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird der Winkel des Neigungssensors als ungültig bestimmt. Alternativ kann die CPU den von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel bzw. die Winkelgeschwindigkeit benutzen um zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis aufgetreten ist (Schritt 187).
Ferner und wie vorstehend in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel von 6 beschrieben, kann vom Neigungswinkel, der im Vergleich zum von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel als gültig betrachtet wird, der Durchschnitt im Verhältnis zur Zeit errechnet und benutzt werden um Drift, die durch externe Faktoren im Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors verursacht wird, auszugleichen.
Alternativ kann der Neigungswinkel für kurze Zeiten differenziert werden, anstatt den Neigungswinkel mit einem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel zu vergleichen, wie in Schritt 183 von 7 beschrieben (der jeweilige Neigungswinkel – die durchschnittlichen früheren Neigungswinkel/die voreingestellte Zeit) um eine vom Neigungswinkel abgeleitete Geschwindigkeit zu erhalten. Anstatt dann die abgeleiteten Winkel in Schritt 184 zu vergleichen, kann die vom Neigungswinkel abgeleitete Geschwindigkeit dann mit dem momentanen Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen werden um zu bestimmen, ob der Neigungswinkel gültig ist. Wenn die Differenz zwischen der vom Neigungswinkel abgeleiteten Geschwindigkeit und der momentanen Winkelgeschwindigkeit gültig ist und die momentane Winkelgeschwindigkeit kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, kann der Neigungswinkel von der CPU benutzt werden um zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist. Wenn die Differenz größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Neigungswinkel ungültig ist. Wenn er gültig ist, kann ihn dann die CPU 160 integrieren um einen von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel zu erhalten und diesen bzw. die Winkelgeschwindigkeit benutzen um zu bestimmen ob ein Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist oder durch ein anderes Mittel. Durch Verwendung einer momentanen Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor wird es unnötig, den Winkel hinsichtlich Drift zu kompensieren.
Es ist verständlich, dass während des Einsatzes in einem fahrenden Fahrzeug das Ausgangssignal eines Neigungssensors bedingt durch Zustände wie Schwingungen durch holprige Straßen auf Fahrzeugbeschleunigungen reagiert, durch die seine Fähigkeit, den Fahrzeug-Neigungswinkel von Messung zu Messung genau zu messen, reduziert wird. Für das Ausgangssignal eines Neigungsmessers kann jedoch der Durchschnitt über eine lange Zeit errechnet werden um einen genauen durchschnittlichen Fahrzeug-Neigungswinkel zu erhalten. Der Neigungsmesser an sich eignet sich daher allgemein z um Messen eines genauen durchschnittlichen Fahrzeug-Neigungswinkels, eignet sich aber allgemein nicht für die Messung des Fahrzeug-Neigungswinkels bei einem relativ schnellen Vorgang wie Überschlagen eines Fahrzeugs.
Es ist ferner verständlich, dass das Ausgangssignal eines Winkelgeschwindigkeitssensors gegen Beschleunigungen, bedingt durch Fahrzeugschwingungen, relativ immun ist und dass das integrierte Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors während eines relativ schnellen Ereignisses wie Überschlagen eines Fahrzeugs sehr genau ist. Andererseits können Drift im Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors und die darauf folgenden Integrationsfehler-Akkumulierungen Driftfehler im berechneten Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors verursachen. Folglich eignet sich der Winkelgeschwindigkeitssensor als solcher zum Messen von Veränderungen im Winkel und in der Winkelgeschwindigkeit während eines relativ schnellen Ereignisses wie Überschlagen eines Fahrzeugs, ist jedoch nicht allgemein zum Messen des Fahrzeug-Neigungswinkels über einen längeren Zeitraum geeignet.
Ein Rollagesensor nach der vorliegenden Erfindung gleicht Winkeldriftfehler für den Winkelgeschwindigkeitssensor durch ein Neigungssensor-Ausgangssignal während des Fahrzeugbetriebs aus. Die CPU 160 zeichnet die Ausgangssignale vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und Neigungssensor 140 bei einer Messfrequenz S von typisch 25 bis 200 mal pro Sekunde auf. Die Veränderung im Fahrzeug-Neigungswinkel während einer Messperiode kann berechnet werden, indem die berechnete Winkelgeschwindigkeit für die Messung durch die Messgeschwindigkeit S geteilt wird ΔA = ω/S (6)wobei ΔA die Winkelveränderung in Grad für eine Messung ist, w die Winkelgeschwindigkeit in Grad pro Sekunde und S die Messgeschwindigkeit in Messungen pro Sekunde. Der neue Fahrzeug-Neigungswinkel nach der ersten Messzeit kann berechnet werden, indem die Veränderung im Winkel zum anfänglichen Neigungswinkel addiert wird, die von der CPU 160 vom Neigungssensor errechnet und im Speicher gespeichert wurde: A(1) = ΔA (1) + A(0) (7)wobei A(1) der berechnete Winkel bei Messung 1, ΔA (1) die Veränderung im Winkel in Grad während Messung 1, wie in Gleichung 4 vorstehend berechnet und A(0) der anfängliche Neigungswinkel ist. Weitere Fahrzeug-Neigungswinkel können durch Addieren der Winkelveränderung zum zuvor berechneten Winkel des Winkelgeschwindigkeitsmessers errechnet wurden: A(n) = ΔA (n) + A(n-1) (8) wobei n die jeweilige Nummer der Messung ist und n-1 die Nummer der vorhergehenden Messung. Bei diesen Messungen treten Driftfehler auf, wie vorstehend beschrieben, wenn sie nicht durch den Winkel des Neigungsmessers 140 korrigiert werden. Ersetzen des zuvor berechneten Fahrzeug-Neigungswinkels in Gleichung 8 durch einen korrigierten Fahrzeug-Neigungswinkel ergibt einen um Drift korrigierten Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors: Ac(n-1) = [k*A(n-1)] + [(1-k)*Ai(n-1)] (9)wobei A_c(n-1) der um Drift korrigierte Fahrzeug-Neigungswinkel für Messung (n-1) ist, A_i(n-1) der Neigungssensor-Winkel für Messung n-1 und k der Gewichtsfaktor zwischen 0 und 1. Bei Ersatz von (9) gegen (8) ergibt sich: A(n) = ΔA(n) + [k*A(n-1)] + [(1-k)*Ai(n-1)] (10)
Der Gewichtsfaktor k kann für den erforderlichen Korrekturwert des Neigungswinkelsensors für den Winkel des Neigungswinkelsensors gewählt werden und für die Zeit, während der der Durchschnitt des Neigungssensors errechnet wird. Wenn zum Beispiel k = 0,995 gewählt wird, beträgt die Winkelkorrektur des Neigungswinkelsensors 1-k oder 0,005. mal den angezeigten Winkelmesswert des Neigungswinkelsensors für jede Messung. Es kann bewiesen werden, dass für einen konstanten Ausgangssignalwert des Neigungssensors die Winkelkorrektur des Neigungswinkelsensors nach 200 Messiterationen etwa 0,63 mal das Ausgangssignal des Neigungssensors sein würde. Die Berechnungsmethode für die Winkelkorrektur ist daher bei Benutzung des Gewichtsfaktors k ein Durchschnittsverfahren, das effektiv einen Niederpassfilter-Vorgang am Winkel des Neigungssensors ausführt, beruhend mit einer Zeitkonstanten δ von: δ = (1-k)/S (11)
Der Gewichtsfaktor k kann daher so gewählt werden, dass bei einem Fahrzeugüberschlag, der normalerweise unter fünf Sekunden dauert und typischer etwa eine Sekunde, der berechnete Winkel des Neigungswinkelsensors in erster Linie durch die Winkelintegration des Neigungswinkelsensors bedingt ist. Ferner ist während des normalen Fahrzeugbetriebs der berechnete Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors hauptsächlich bedingt durch ein durchschnittliches Ausgangssignal des Neigungswinkelsensors, wobei Integrationsdrift des Neigungswinkelsensors effektiv ausgeglichen wird.
Es ist verständlich, dass die Wahl des Gewichtsfaktors k von mehreren Faktoren beeinflusst wird, einschließlich der Driftmerkmale des Neigungswinkelsensors, der Genauigkeit des Neigungswinkelsensors, der erwarteten Dauer des Überschlagereignisses für das Fahrzeug und die Sensor-Messfrequenz.
In gewissen Ausführungsbeispielen ist der Gewichtsfaktor k variabel, was sich beim normalen Betrieb des Fahrzeugs ändert. Wenn zum Beispiel in einem dieser Ausführungsbeispiele die CPU 160 das Ausgangssignal des Neigungswinkelsensors im Verhältnis zur Zeit misst und Berechnungen darauf hinweisen, dass eine geringe Messabweichung vorliegt, wird der Gewichtsfaktor k so angepasst, dass eine größere Beeinflussung der Winkelberechnung des Neigungswinkelsensors durch den Neigungswinkelsensor 140 möglich ist. Das verbessert die Messgenauigkeit des Fahrzeug-Neigungswinkels zum Beispiel während das Fahrzeug auf einer ebenen Straße eingesetzt wird. Wenn das Fahrzeug auf holprigem Gelände eingesetzt wird, das die Ausgangssignal-Veränderung des Neigungswinkelsensors erhöht, wird der Gewichtsfaktor k so angepasst, dass eine größere Beeinflussung vom Neigungswinkelsensor 150 in der Winkelberechnung des Neigungswinkelsensors möglich ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 8 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die unter 300 dargestellt wurde, gezeigt, bei der ein Neigungssensorwinkel abgeleitet wird, der zur Kompensation von Drift im Winkelgeschwindigkeitssensor 150 benutzt wird. In dem Ausführungsbeispiel von 8 wird der Neigungssensor 140 durch einen X/Y-Neigungssensor 310 und einen Z-Neigungssensor 320 ersetzt. Die Neigungssensor 310 und 320 werden kombiniert eingesetzt um die jeweilige Neigung des Fahrzeugs abzuleiten und den Fehler in der Neigungsberechnung bedingt durch Seitenbeschleunigung. Der X/Z-Neigungsmesser 310 misst auf der X-Achse oder Y-Achse (abhängig von der gewählten Rollachse des Fahrzeugs) und der Z-Neigungsmesser misst auf der Z-Achse das Fahrzeugs. Die Neigungssensoren 310 und 320 können Beschleunigungsmesser sein, wie vorstehend beschrieben. Wie ebenfalls vorstehend beschrieben, kann ein Beschleunigungsmesser mit doppeltem Ausgangssignal eingesetzt werden (wie das ADXL202 von Analog Devices), so dass Beschleunigungsmesser-Ausgangssignale, die für die Neigung auf der X- und Y-Achse des Landfahrzeugs repräsentativ sind, auf Wunsch eingesetzt werden können. In einem derartigen Ausführungsbeispiel kann ferner ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) enthalten sein.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es in erster Linie wünschenswert, Rollen um die X-Achse des Fahrzeugs festzustellen. In einem derartigen Ausführungsbeispiel würde der Neigungssensor 310 so ausgerichtet, dass ein Ausgangssignal entsteht, das Neigung auf der Y-Achse des Fahrzeugs anzeigt.
Unter weiterer Bezugnahme auf 9 in Verbindung mit 8 wird ein Fahrzeug gezeigt, das geneigt ist. Wenn die Seitenbeschleunigung L null beträgt, kann der Neigungswinkel A unter Anwendung der folgenden Formel berechnet werden: A = tan–1 (Y/Z) (12)wobei Y die auf der Y-Achse gemessene Beschleunigung ist und Z die auf der Z-Achse gemessene.
Wenn Seitenbeschleunigung L auf das Fahrzeug wirkt, ergibt sich durch Kombination der Seitenbeschleunigung L und Beschleunigung bedingt durch Schwerkraft G der entstehende Beschleunigungsvektor R. Der sich ergebende R-Wert ist auch der Vektor, der sich durch Y und Z von den Neigungssensoren 310 und 320 ergibt. Angenommen, dass G = 1 g, kann der Neigungswinkel A unter Verwendung der folgenden Formeln errechnet werden: L = ± √Y2 + Z2 – 1 (13) A = tan–1 (Y/Z) – tan–1 L (14)
Es ist verständlich, dass das Zeichen für Seitenbeschleunigung L nicht von den Werten Z und Z von den Neigungsmessern bestimmt werden kann. In dem zur Zeit bevorzugten Ausführungsbespiel kann Seitenbeschleunigung L als Fehleranzeige benutzt werden um die Genauigkeit des Neigungswinkels A zu prüfen. Wenn die Seitenbeschleunigung L steigt, nimmt die Genauigkeit des Neigungswinkels A ab. Wenn die Seitenbeschleunigung L einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, kann die Berechnung des Neigungswinkels a vorübergehend ihren Einsatz für die Kompensation von Offsetdrift unterbrechen. Wenn die Seitenbeschleunigung L bis unter den Schwellenwert abnimmt, wird der Neigungswinkel A wieder für die Kompensation von Offsetdrift benutzt. Falls gewünscht, kann die auf diese Weise berechnete Seitenbeschleunigungskomponente für andere Fahrzeugsysteme zur Verfügung gestellt werden wie ABS oder andere Komponenten, die auch durch Seitenbeschleunigung beeinträchtigt werden.
Außerdem kann die sich ergebende Beschleunigung R unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: R = ± √Y2 + Z2 (15)
In dem zur Zeit bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der sich ergebende R-Wert zur Prüfung des richtigen Funktionierens der Neigungssensoren 310 und 311 benutzt werden. Da die Beschleunigung durch Schwerkraft G stets eine Komponente von R ist, muss der langfristige Durchschnitt des sich ergebenden R-Wertes stets 1 g entsprechen oder höher sein. Wenn der langfristige Durchschnitt des sich ergebenden R-Wertes unter 1 g sinkt, weist dies auf eine Fehlfunktion eines oder beider Neigungssensoren 310 bzw. 320 hin.
Obgleich die Erfindungen in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung im Einzelnen illustriert und beschrieben wurden, werden diese der Art nach nicht als illustrativ oder beschränkend betrachtet, wobei es sich versteht, dass nur bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben wurden.

Claims

Rollagesensor für Landfahrzeuge zur Feststellung der Rolllage eines Fahrzeugs und zum Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung als Reaktion auf diese, bestehend aus: Einem Winkelgeschwindigkeitssensor (150) zum Messen um mindestens eine Rollachse des Fahrzeugs (40), wobei der besagte Winkelgeschwindigkeitssensor ein Ausgangssignal für Winkelgeschwindigkeit entsprechend der Winkelgeschwindigkeit um die besagte mindestens eine Rollachse abgibt; und einem Integrator (234) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der besagte Integrator ein Ausgangssignal für die besagte Winkelgeschwindigkeit am besagten Integratoreingang empfängt und das besagte Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeit im Verhältnis zur Zeit integriert, so dass ein integrierter Winkel entsteht; einem erster Neigungssensor (310), der mindestens eine Neigungsachse m isst, die senkrecht zur besagten mindestens einen Rollachse verläuft, wobei die besagte Neigungsachse mindestens entweder die X-Achse oder die Y-Achse des Landfahrzeugs ist, wobei der erste Neigungssensor ein erstes Neigungssensor-Ausgangssignal abgibt. einem zweiten Neigungssensor (320), wobei der besagte Neigungssensor die Z-Achse des Landfahrzeugs misst und der besagte zweite Neigungssensor ein zweites Neigungssensor-Ausgangssignal erzeugt; einem Prozessor (160), der zum Empfang des besagten integrierten Winkels, des besagten Ausgangssignals für die Winkelgeschwindigkeit, das besagte erste Neigungssensor-Ausgangssignal und das besagte zweite Neigungssensor-Ausgangssignal angeschlossen ist und um den jeweiligen Neigungswinkel anhand der Ausgangssignale des besagten ersten und besagten zweiten Neigungssensors zu berechnen, wobei der besagte Prozessor den besagten jeweiligen Neigungswinkel mit dem besagten integrierten Winkel vergleicht und den besagten integrierten Winkel anpasst um Drift zu kompensieren, wenn die Differenz zwischen dem besagten jeweiligen Neigungswinkel und dem besagten integrierten Winkel höher als der vorbestimmte Wert ist, wobei die besagte Anpassung aus der Anwendung eines Gewichtsfaktors für den integrierten Winkel besteht, beruhend auf dem Neigungswinkel, wobei der Gewichtsfaktor während des Betriebs des Fahrzeugs variabel ist um holperigen Boden während der Fahrt des Fahrzeugs zu berücksichtigen, wobei der besagte Prozessor zusätzlich ein Auslösesignal für die Sicherheitsvorrichtung erzeugt, wenn nach dem Vergleich mindestens der besagte integrierte Winkel mit einem gewünschten Auslöseereignis (188) korreliert und mindestens eine Einsatzsteuerung (170) der Sicherheitsvorrichtung operativ so angeschlossen ist, dass das besagte Auslösesignal vom besagten Prozessor empfangen wird und um die Sicherheitsvorrichtung, beruhend auf dem Empfang eines Auslösesignals, zu einzuschalten.
Rollagesensor für Landfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (160) ein Auslösesignal für eine Sicherheitsvorrichtung erzeugt, wenn nach dem Vergleich die besagte um Drift kompensierte Winkelgeschwindigkeit des Sensorwinkels und die besagte Winkelgeschwindigkeit einem Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung (188) entsprechen.
Rollagesensor für Landfahrzeuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Rollachse die X-Achse des Landfahrzeugs (40) ist und die besagte erste Neigungsachse die Y-Achse.
Rollagesensor-System für Landfahrzeuge nach Anspruch 3, das zusätzlich einen zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (150) enthält, der die Y-Rollachse des Fahrzeugs misst, wobei der zweite Winkelgeschwindigkeitssensor ein zweites Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeit erzeugt, das der Winkelgeschwindigkeit um die besagte Y-Rollachse entspricht, wobei das besagte zweite Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeit zusätzlich zum besagten Integrator (234) gesandt wird um einen zweiten integrierten Winkel zu erzeugen.
Rollagesensor für Landfahrzeuge nach Anspruch 4, der zusätzlich einen dritten Neigungssensor (310) enthält, der entlang der X-Achse des Fahrzeugs (40) misst und ein Ausgangssignal für die X-Achse erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter jeweiliger Neigungswinkel von dem besagten Prozessor (160) unter Verwendung des besagten zweiten Neigungswinkel-Ausgangssignals und des besagten X-Achsen-Ausgangssignals erzeugt wird und wobei der besagte zweite integrierte Winkel so angepasst wird, dass Drift kompensiert wird, wenn die Differenz zwischen dem besagten zweiten jeweiligen Neigungswinkel und dem besagten zweiten integrierten Winkel größer als ein vorbestimmter Wert ist, wobei der besagte Prozessor (160) zusätzlich ein Auslösesignal für die Sicherheitsvorrichtung erzeugt, wenn nach dem Vergleich das besagte zweite Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeit und der besagte integrierte Winkel eine Korrelation zu einem gewünschten Auslöseereignis (188) für das Einschalten der Sicherheitsvorrichtung darstellen.
Verfahren zur Korrektur von Drift im Ausgangssignal eines Neigungswinkelsensors, der in einem Fahrzeug-Rollagesensor zur Feststellung des Rollzustandes eines Landfahrzeugs eingesetzt wurde um eine Sicherheitsvorrichtung als Reaktion darauf zu einzuschalten, bestehend aus: (a) einem Winkelgeschwindigkeitssensor (150), der die Bewegung um mindestens eine Rollachse des Landfahrzeugs misst; (b) einem ersten Neigungssensor (310), der die Messung auf mindestes einer Neigungsachse vornimmt, wobei die besagte Neigungsachse senkrecht zu mindestens einer besagten Rollachse des Landfahrzeugs (40) verläuft. (c) einem zweiten Neigungssensor (320), der die Z-Achse des Landfahrzeugs misst. (d) dem Erzeugen eines Ausgangssignals von einem Winkelgeschwindigkeitssensor (150), das für die Winkelgeschwindigkeit der Veränderung um die besagte Rollachse repräsentativ ist; (e) der Integration des besagten Ausgangssignals, das für die besagte Winkelgeschwindigkeit im Verhältnis zur Zeit repräsentativ ist um ein Ausgangssignal zu erhalten, das für den Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors repräsentativ ist; (f) dem Erzeugen eines Signals des besagten ersten (310) und zweiten (320) Neigungssensors, das für die momentane Neigung auf der besagten mindestens einen Neigungsachse repräsentativ ist; (g) dem Vergleich des besagten Winkels des Winkelgeschwindigkeitssensors mit dem besagten momentanen Neigungswinkel um einen Differenzwert zu erhalten; (h) der Anpassung des besagten Winkels des Winkelgeschwindigkeitssensors um mindestens einen Teil des besagten Differenzwertes mit einem Gewichtsfaktor, beruhend auf dem Neigungswinkel, um Drift zu kompensieren. wobei der Gewichtsfaktor während des Betriebs des Fahrzeugs variabel ist um einen Ausgleich beim Befahren von holprigen Straßen mit dem Fahrzeug zu schaffen; (i) der Bestimmung, ob mindestens der besagte um Drift kompensierte Winkel des Winkelgeschwindigkeitssensors einem Auslöseereignis für die Sicherheitsvorrichtung entspricht und (j) der Erzeugung eines Auslösesignals für die Sicherheitsvorrichtung, wenn bei dem besagten Schritt der Bestimmung festgestellt wird, dass ein Auslöseereignis (188) für die Sicherheitsvorrichtung aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte bestimmende Schritt bestimmt, ob der um Drift kompensierte Winkel des Winkelgeschwindigkeitsmessers und die besagte Winkelgeschwindigkeit einem Auslöseereignis (188) für die Sicherheitsvorrichtung entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte bestimmende Schritt (i) ferner den Schritt des Vergleichs des besagten driftkompensierten Winkels des Winkelgeschwindigkeitsmessers einschließt und der besagten Winkelgeschwindigkeit mit einer Kontrolltabelle um das besagte Auslösesignal zu erzeugen, wenn sowohl der besagte um Drift kompensierte Winkel des Winkelgeschwindigkeitsmessers und die besagte Winkelgeschwindigkeit einem Auslöseereignis (188) laut der Kontrolltabelle entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Anpassungsschritt nur auftritt, wenn der besagte Differenzwinkel größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der besagte Erzeugungsschritt kein Auslösesignal (188) erzeugt, die Schritte (a)–(i) wiederholt werden und dadurch gekennzeichnet, dass beim besagten nächsten Mal, wenn die besagten Schritte (a)–(i) ausgeführt werden, der besagte Differenzwinkel in einen Differenzwinkel umgewandelt wird und das besagte Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeit, das in Schritt (c) erhalten wurde, zur Kompensation von Drift um die besagte Differenzgeschwindigkeit angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Neigungswinkel nach der folgenden Formel berechnet wird: momentaner Neigungswinkel = 90 – (cos–1(1/√Z2 + Y2) + cos–1 (Y/√Z2 + Y2))dadurch gekennzeichnet, dass Y ein Winkel ist, der dem ersten Ausgangssignal des besagten ersten Neigungssensors (310) entspricht und Z ein Winkel ist, der dem zweiten Ausgangssignal des besagten zweiten Neigungssensors (320) entspricht.