DE69921067T2 - Rollagesensorsystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich Rollsensoren für Fahrzeuge. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Nutzung der Winkelgeschwindigkeit zum Erfassen eines Fahrzeugrollzustands und die Verwendung von Winkelgeschwindigkeitssensoren und Neigungssensoren, um genau anzuzeigen, dass bei einem Landfahrzeug ein Rollzustand aufgetreten ist.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • In der Vergangenheit wurden bekanntlich Beschleunigungsmesser oder andere Sensoren zum Erfassen von Fahrzeugrollzuständen eingesetzt. Das Patent GB 23 14 187 von Bostrom beschreibt die Erfassung eines Rollwinkels und einer Winkelgeschwindigkeit zum Bestimmen der Aktivierung eines Sicherheitssystems, um ein Rollen des Fahrzeugs verhüten zu helfen. Unter bestimmten Umständen wäre es jedoch wünschenswert, einen Winkelgeschwindigkeitssensor in Kombination mit einem Neigungssensor zu verwenden, um einen Rollzustand akkurater vorherzusehen und ein Sicherheitssystem zu aktivieren, bevor das Fahrzeug überrollt.
  • In der Vergangenheit wurden in Landfahrzeugen Gyros verwendet, um bei der Navigation zu helfen. Bei diesen Systemen hat sich jedoch herausgestellt, dass der Ausgang des Gyros im Laufe der Zeit aufgrund von Temperatur und anderen Faktoren abweicht. Es sind zwar extrem präzise Gyros erhältlich, die Drift minimal halten, aber diese können sehr teuer sein. Es hat in der Vergangenheit Patente gegeben, die Gyros für die Navigationssteuerung eines Fahrzeugs einsetzten und die Systeme zum Kompensieren der Abweichung oder des Drifts im Gyroausgang bereitstellten. So offenbart beispielsweise das US-Patent Nr. 5,270,969 von Matsuzaki et al. mit dem Titel BIAS CORRECTION APPARATUS OF GYRO die Verwendung eines Gyros, unter anderen Elementen, in einem Fahrzeugnavigationssystem, wobei die Gyroausgangsabweichung mittels einer Abweichung korrigiert wird, die im Pufferspeicher gespeichert wird, wenn das Fahrzeug stillsteht. Darüber hinaus beschreibt das US-Patent Nr. 4,321,678 von Krogmann die Verwendung eines Gyros zum Erfassen der Position eines Fahrzeugs. In diesem Patent wird ein Schätzwert des Gyro-Drifts in einem Filter durch Vergleichen mit einem Magnetkopf erhalten und berücksichtigt.
  • Es besteht Bedarf an einem Landfahrzeug-Rollsensorsystem, das Daten erfassen, Logik zum Unterscheiden zwischen Roll- und Nichtrollzuständen verwenden und eine akkurate Feststellung der Tatsache ermöglichen kann, dass ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist.
  • Diese sowie andere Aufgaben werden in der nachfolgend offenbarten vorliegenden Erfindung der Anmelderin gelöst.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Erfindung wird ein Fahrzeugrollsensorsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Korrigieren von Drift im Ausgang eines Winkelgeschwindigkeitssensors mit allen Merkmalen von Anspruch 13 bereit. Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Winkelgeschwindigkeitssensors in einem Rollsensorsystem für ein Landfahrzeug, um ein Fahrzeugrollen vorherzusehen und ein Fahrzeugsicherheitssystem unter Rollbedingungen zu aktivieren. In dieser Ausgestaltung wird Drift im Winkelgeschwindigkeitssensorausgang periodisch kompensiert, einschließlich dann, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist.
  • In bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung verwendet das Rollsensorsystem sowohl einen Neigungssensor als auch einen Winkelgeschwindigkeitssensor, um Fahrzeugrollzustände akkuat vorherzusagen und zu erfassen.
  • In anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird zum Gewährleisten der Genauigkeit ein Neigungssensorausgang und/oder ein von dem Neigungssensorausgang abgeleitetes Signal mit einem Wert verglichen, der von einem Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten und/oder abgeleitet wurde, um zu bestimmen, ob der Neigungssensorausgang gültig ist. Wenn ja, dann wird der Neigungssensorausgang referenziert, um zu ermitteln, ob ein Fahrzeugsicherheitssystem ausgelöst werden muss.
  • Verwandte Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine teilweise weggeschnittene Zeichnung eines mit einem Sicherheitssystem ausgestatteten Nutzfahrzeugs oder Lkws, wie z.B. ein kommerzieller Lkw;
  • 2 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, über die Richtungsachsen gelegt wurden;
  • 3 ist ein Blockdiagramm eines Rollsensorsystems, das in Verbindung mit einem Sicherheitssystem nützlich ist;
  • 4 ist ein Fließschema des Betriebs von einem Rollsensor;
  • 5 ist ein Diagramm, das bestimmte geometrische Beziehungen zwischen einem Rollwinkel und einem erfassten Winkel zeigt;
  • 6 ist ein Fließschema des Betriebs einer Ausgestaltung eines Rollsensorsystems;
  • 7 ist ein Fließschema des Betriebs einer Ausgestaltung eines Rollsensorsystems.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
  • Um ein Verständnis der Grundsätze der Erfindung zu vermitteln, wird nunmehr auf die in den Zeichnungen illustrierten Ausgestaltungen Bezug genommen, und es wurde zu deren Beschreibung eine bestimmte Sprache verwendet.
  • 1 zeigt eine teilweise weggeschnittene Zeichnung eines Nutzfahrzeugs wie z.B. des Lkw 10 mit einem Sicherheitssystem 20. Die vorliegende Erfindung kann in jedem beliebigen Typ von Landfahrzeug, wie z.B. in Lkws, schweren Maschinen (z.B. in landwirtschaftlichen Maschinen oder Baumaschinen), sowie Pkws zum Einsatz kommen, wie in 3 gezeigt ist. Viele der oben aufgeführten Fahrzeugtypen haben Sicherheitssysteme wie z.B. Vorspanner, Sitzgurte und Airbags. Die vorliegende Erfindung kann zum Aktivieren solcher Sicherheitssysteme verwendet werden, wenn das Rollsensorsystem 30 feststellt, dass das Fahrzeug überrollt. Eine Feststellung durch das Rollsensorsystem, wie nachfolgend erläutert, dass das Fahrzeug um wenigstens eine Rollachse rollt und dass infolgedessen die Aktivierung des Fahrzeugsicherheitssystems erwünscht ist, wird nachfolgend als Trigger-Event oder Aktivierungsevent bezeichnet.
  • Ein Sicherheitssystem, das mit der derzeitigen Erfindung nützlich ist, ist im US-Patent Nr. 5,451,094 von Templin et al. offenbart, das hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Das Patent von Templin et al. offenbart ein Sitz- und Sicherheitssystem zum Bewegen eines Fahrzeugsitzes und dessen Insassen in Richtung auf den Fahrzeugboden nach der Feststellung bestimmter Fahrzeugbedingungen. Das Patent von Templin et al. ist jedoch lediglich ein Beispiel für ein Sicherheitssystem, das mit der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Obwohl nicht dargestellt, so können doch auch andere Sicherheitssysteme wie z.B. Vorspanner, vordere und seitliche Airbags und/oder Dachairbags bei Bedarf anstatt oder zusätzlich zu dem oben beschriebenen Sicherheitssystem aktiviert werden. 1 zeigt ein Sicherheitssystem mit einem beweglichen Sitz, wie im Patent von Templin et al. offenbart ist.
  • 2 zeigt einen Pkw 40, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Eine longitudinale X-Achse 42 verläuft durch die Länge des Fahrzeugs 40. Lotrecht zur X-Achse 42 verläuft eine longitudinale Y-Achse 44 durch die Breite des Fahrzeugs 40. Darüber hinaus ist eine z-Achse dargestellt, die lotrecht sowohl zur X-Achse 42 als auch zur Y-Achse 44 in der z-Ebene von 2 verläuft. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann die X-Achse 42 zusätzlich als "X-Rollachse" des Fahrzeugs bezeichnet werden, während die Y-Achse 44 bei Bedarf als zusätzliche Y-Rollachse überwacht werden kann. Sowohl die X-Achse als auch die Y-Achse sind parallel zur Erdoberfläche oder einer Bodenebene als Referenz fixiert.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Rollsensorsystems 30, das in einem Fahrzeug zum Aktivieren eines Sicherheitssystems wie dem in 1 gezeigten verwendet werden kann. Das Rollsensorsystem 30 kann unter dem Insassen-Sitzbodenblech (20 in 1), vorzugsweise unter dem Beifahrer oder dem Fahrer, montiert werden. Das Rollsensorsystem 30 hat einen Winkelgeschwindigkeitssensor 150, der so an dem Fahrzeug montiert wird, dass er auf Bewegungen um die X-Achse (42 von 2) des Fahrzeugs anspricht. Bei Bedarf kann ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) so an dem Fahrzeug montiert werden, dass er auf Bewegungen um die Y-Achse (44 von 2) anspricht.
  • Der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 erzeugt kontinuierlich ein Ausgangssignal zur CPU, das für eine Winkelgeschwindigkeit der Bewegung um die X-Rollachse 42 des Fahrzeugs repräsentativ ist. Sowohl der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 als auch die CPU 160 können von der Fahrzeugbatterie gespeist werden oder auch eine separate Stromversorgung haben. Wenn die Fahrzeugbatterie zum Speisen des Rollsensorsystems 30 verwendet wird, dann wird das System nach dem Einschalten der Fahrzeugzündung zunächst über die Stromleitung 174 in den Ein-/Ausgangscontroller 170 mit Strom versorgt. Das distale Ende der Stromleitung 174 ist mit einer Stromversorgung (nicht dargestellt) verbunden. Ferner ist der Ein-/Ausgangscontroller 170 über die Leitung 172 in elektrischer Verbindung mit der Sicherheitssystem-Aktivierungssteuereinheit (auch nicht dargestellt). So kann die CPU 160 ein Trigger-Signal zu der/den Aktivierungssteuereinheit(en) (DCU) über die E/A-Einheit 170 übertragen, wenn das Sicherheitssystem aktiviert werden soll. Bei Bedarf kann der Ein-Ausgangscontroller 170 über eine Signalleitung 176 ein Ausgangssignal zu einem Diagnostiksystem, das zum Überwachen der Funktionen des Rollsensorsystems 30 verwendet wird, und zu Indikatoren auf dem Armaturenbrett senden, wenn dies gewünscht wird.
  • Es kann jeder geeignete Winkelgeschwindigkeitssensor als der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 von 3 verwendet werden, mit dem die Winkelgeschwindigkeit ermittelt werden kann. So wird beispielsweise in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Festkörpergyro zum Bestimmen der Winkelgeschwindigkeit verwendet. Dies ist aber nicht begrenzend zu verstehen, da auch andere Vorrichtungen zum Ermitteln der Winkelgeschwindigkeit bekannt sind und in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, einschließlich anderer Festkörpergeräte. Für die Zwecke des vorliegenden Beispiels ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 von einem Typ, der eine Spannung erzeugt, die für eine Winkeländerungsgeschwindigkeit um die X-Rollachse des Fahrzeugs repräsentativ ist. Wie oben erwähnt, kann bei Bedarf auch die Winkelgeschwindigkeit um eine zusätzliche Y-Rollachse überwacht werden. Ein solcher Winkelgeschwindigkeitssensor, der mit der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, ist im US-Patent Nr. 5,375,336 von Nakamura beschrieben, das hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Um die Winkelgeschwindigkeit zu erhalten, nimmt die CPU 160 in regelmäßigen Abständen Spannungswerte vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150. So beträgt beispielsweise in einem solchen Winkelgeschwindigkeitssensor der Gyrospannungsausgang zunächst nominell 2,50 V. Wenn die Winkelgeschwindigkeit auf +80 Grad geht, dann geht der Ausgang auf 5,00 V. Wenn der Ausgang auf –80 Grad geht, dann geht der Ausgang auf 0,00 V.
  • Darüber hinaus kann das vorliegende Fahrzeugrollsensorsystem 30 einen Neigungssensor 140 aufweisen, der eine Spannung zur CPU 160 sendet, die für ein Kipp- oder Neigungssignal repräsentativ ist. Es kann jeder geeignete Neigungssensor, wie z.B. ein Beschleunigungsmesser, der Beschleunigungen aufgrund von Schwerkraft entlang einer Achse messen kann, als Neigungssensor 140 gewählt werden. Für die Zwecke dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Neigungssensor 140 als Beschleunigungsmesser gewählt werden, wie z.B. der ADXL202, der von ANALOG DEVICES vermarktet wird. Der ADXL202 kann so montiert werden, dass er entlang der Y-Achse 44 anspricht und lotrecht zur Schwerkraft ist. Aufgrund dieser Beziehung ist, wenn das Fahrzeug auf einer flachen Oberfläche steht, der Ausgang des ADXL202-Beschleunigungsmessers 0G. So variiert beispielsweise mit dem ADXL202, wenn das Fahrzeug um die X-Achse und in einer Richtung entlang der -Y-Achse gekippt ist, der Ausgang auf bekannte Weise zwischen 0G und –1,00G, je nach dem Kippgrad (–1,00G entspricht –90 Grad relativ zur Y-Achse). Dementsprechend variiert, wenn das Fahrzeug um die Y-Achse in der der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung gekippt ist, der Ausgang zwischen 0G und +1,00G, je nach dem Kippgrad (+1,00G entspricht 90 Grad relativ zur Y-Achse). Darüber hinaus kann der jeweilige beispielhafte Beschleunigungsmesser bei Bedarf zusätzlich so ausgerichtet werden, dass er einen Ausgang erzeugt, der für eine Neigung relativ zur Y-Achse des Fahrzeugs (zusätzlich zu einem X-Achsen-Ausgang) repräsentativ ist. Die Merkmale des oben erwähnten Beschleunigungsmessers werden hierin als Beispiel benutzt, aber dies ist nicht als begrenzend anzusehen, da auch andere Beschleunigungsmesser und/oder Neigungssensoren mit der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung zum Einsatz kommen können. Ferner können alternativ zwei oder mehrere separate Neigungssensoren verwendet werden, um bei Bedarf eine Neigung relativ zu anderen Achsen zu erfassen.
  • Das Rollsensorsystem 30 von 3 funktioniert wie folgt. Die CPU 160 empfängt ein Eingangssignal, das für eine Winkelgeschwindigkeit repräsentativ ist, vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150, und ein Eingangssignal, das für den Neigungswinkel entlang der Y-Achse (um die X-Achse) repräsentativ ist, vom Neigungssensor 140. Wie oben erwähnt, können bei Bedarf zusätzliche Winkelgeschwindigkeits- und Neigungssignalquellen (in 3 nicht dargestellt) vorgesehen werden, um ein Rollen um die Y-Achse zu erfassen. Der Betrieb dieser Vorrichtungen wäre derselbe, wie in Verbindung mit dem Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und dem Neigungssensor 140 beschrieben wurde. Die CPU 160 ermittelt auf der Basis der Signale von Winkelgeschwindigkeitssensor und Neigungssensor, ob ein Fahrzeugrollzustand auftritt oder ob ein Rollen bevorsteht. Nach einer solchen Ermittlung sendet die CPU 160 ein Aktivierungssignal über das E/A-Gerät und die Leitung 172 zum Sicherheitssystem.
  • Nachfolgend wird eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ausführlicher in Verbindung mit den 3 und 4 erörtert. Mit Bezug auf die 3 und 4, zunächst wird Strom zum Rollsensorsystem 30 gespeist (Schritt 81). Der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 kann die Rollgeschwindigkeit nur ermitteln, indem er eine Änderung zwischen einem Anfangswinkel und einem aktuellen Winkel ermittelt. In den ersten paar Sekunden des Zuführens von Strom zum Rollsensorsystem 30 wird der anfängliche Ausgangswert vom Winkelgeschwindigkeitssensor mehrere Male (d.h. 50 – 100 Mal pro Sekunde) gemittelt, um eine anfängliche Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzspannung zu erhalten, die für den durchschnittlichen anfänglichen Gyro-Versatzwert repräsentativ ist. Diesen anfänglichen Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzspannungswert V0 speichert die CPU 160 in ihrem Speicher.
  • Nach dem Speichern des anfänglichen Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwertes wird eine erste Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangsspannung zur CPU 160 gesendet. Im vorliegenden Beispiel ermittelt die CPU 160 die Winkelgeschwindigkeitssensor-Winkelgeschwindigkeit durch Subtrahieren des Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwertes V0 vom aktuellen Winkelgeschwindigkeitssensorausgang V (Schritt 82). Wie oben erläutert, sind diese Spannungen für die Winkelgeschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors um die X- oder Rollachse des Fahrzeugs dahingehend repräsentativ, dass die Differenz V – V0 für die Änderung von Winkelgeschwindigkeitssensor/Fahrzeugwinkel ab dem Zeitpunkt repräsentativ ist, an dem anfänglich Strom zugeführt wird.
  • Wie in Schritt 83 gezeigt, verwendet die CPU 60 die Spannungssignale, die für die vom Winkelgeschwindigkeitssensorausgang erhaltene Winkelgeschwindigkeit repräsentativ sind, und integriert sie über die Zeit, um den Winkelgeschwindigkeitssensor/Fahrzeugwinkel relativ zur X-Achse zu ermitteln. Im Allgemeinen ermittelt die CPU 160 den Fahrzeugwinkel relativ zur X-Achse anhand der folgenden Gleichung: alpha = SIGMA R × t "(1)"wobei alpha = Winkel, R = Winkelgeschwindigkeit und t = Zeit sind.
  • Spezifischer ausgedrückt, ermittelt die CPU den Winkel anhand der folgenden Gleichung: alpha = SIGMA [(V – V0)/C] × (1/S) "(2)"
  • Dabei gilt: alpha = Winkel, V = Winkelgeschwindigkeitssensor-Spannungswert, V0 = Anfangsruhespannung, C = Winkelgeschwindigkeitssensor-Verstärkungskonstante und S = Abtastrate. Die Winkelgeschwindigkeitssensor-Verstärkungskonstante C wird individuell für jeden Winkelgeschwindigkeitssensor 150 ermittelt und ist ein im Werk eingestellter Wert. Die Abtastrate S liegt im Bereich zwischen einmal und tausend Mal pro Sekunde. Die Winkelgeschwindigkeitssensorspannung wird vorzugsweise 25 bis 200 Mal pro Sekunde abgetastet. Bevorzugter wird die Winkelgeschwindigkeitssensorspannung 50 – 100 Mal pro Sekunde abgetastet. Im vorliegenden Beispiel wird die Winkelgeschwindigkeitssensorspannung 100 Mal pro Sekunde abgetastet. Die werksseitig ermittelten Konstanten C und S können kombiniert werden, so dass sich Folgendes ergibt: alpha = SIGMA (V – V0)/G "(3)"
  • Dabei gilt: alpha = Winkel, V = Winkelgeschwindigkeitssensor-Spannungswert, V0 = Anfangsruhespannung, G = Verstärkungsfaktor, wobei der Verstärkungsfaktor G berechnet und bei der Produktion im Werk eingestellt wird. Die Summierung erfolgt für jede Abtastung über die Zeitperiode, während der Strom zugeführt wird. Wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor für sich alleine verwendet wird, dann wird, wenn anfänglich Strom zum System 30 gespeist wird, der addierte Winkelgeschwindigkeitssensor-Winkelgeschwindigkeitsakkumulationswert in der CPU 160 auf null gestellt. Wenn, wie in der derzeitigen Ausgestaltung von 3, der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 in Verbindung mit einem Neigungswinkel verwendet wird, um bei der Ermittlung des Winkelgeschwindigkeitssensordrifts zu helfen, dann kann der anfängliche Akkumulatorwert mit einem erfassten Anfangswert vom Neigungssensor, in eine Rate konvertiert, eingestellt werden.
  • Nach dem Einstellen des Akkumulatorwertes wird für jede Abtastprobe danach die Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit (V – V0) zum Wert des Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulators addiert und als der neue Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwert gespeichert. Danach wird der aktuelle Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel erhalten, indem der Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwert durch den Winkelgeschwindigkeitssensor-Verstärkungsfaktor G (wie oben erläutert im Werk eingestellt) dividiert wird, so dass die Winkelgeschwindigkeit in einen Winkel umgewandelt wird.
  • Dann errechnet die CPU 160 sowohl den Winkel (vom Winkelgeschwindigkeitssignal abgeleitet) als auch das Signal, das für die Winkelgeschwindigkeit (V – V0) für die aktuelle Spannung V repräsentativ ist. Wenn festgestellt wird, dass sowohl der aktuelle errechnete Winkel als auch die in Schritt 82 ermittelte aktuelle Winkelgeschwindigkeit einem Fahrzeugrollzustand oder einem Sicherheitssystem-Trigger-Event entsprechen, dann sendet die CPU 160 ein Signal zur Aktivierungssteuereinheit (DCU) des Sicherheitssystems, um es zu aktivieren. Winkelgeschwindigkeit und Winkel können dann einem Trigger-Event entsprechen, wenn sie gleich oder höher als in der CPU 160 gespeicherte bestimmte Schwellenwerte sind. In einer Ausgestaltung werden die Winkel und Winkelgeschwindigkeiten für Sicherheitssystem-Trigger-Events in einer Lookup-Tabelle korreliert, die in einem für die CPU 160 zugängigen Speicher gespeichert ist.
  • Die Erfindung soll jedoch nicht auf die Verwendung einer solchen Lookup-Tabelle beschränkt sein, da die vorliegende Erfindung auch andere Mittel zum Speichern von Informationen vorsieht, um ein Trigger-Event zu erfassen. So können beispielsweise Winkel und Winkelgeschwindigkeit auf geeignete Weise mit einer Formel in der CPU gewichtet und errechnet werden, deren Ergebnis, wenn es einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, einem Sicherheitssystem-Trigger-Event entsprechen würde.
  • Die Aktivierungssteuereinheit kann von einem in der Technik bekannten Typ sein, um die Aktivierung des Sicherheitssystems zu steuern, und kann zum Aktivieren eines pyrotechnischen Gasgenerators, einer Druckfluidquelle und/oder anderen bekannten Sicherheitssystem-Aktivatoren einschließlich denen verwendet werden, die i m US-Patent Nr. 5,451,094 dargestellt sind (oben durch Bezugnahme eingeschlossen).
  • Wenn der von der Winkelgeschwindigkeit abgeleitete Winkel und das Signal, das für die aktuelle Winkelgeschwindigkeit repräsentativ ist, keinem Trigger-Event entsprechen, dann kehrt das Rollsensorsystem 130 zu Schritt 82 zurück, um die neue aktuelle Winkelgeschwindigkeit zu errechnen und den Prozess ab den Schritten 82–85 zu wiederholen. Somit wird die neue Winkelgeschwindigkeit zum akkumulierten Winkelgeschwindigkeitswert addiert und durch den Verstärkungsfaktor G dividiert, und der resultierende Winkel und das neue Winkelgeschwindigkeitssignal werden von der CPU 160 benutzt, um zu ermitteln, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist. Dieser Zyklus wird für die gesamte Periode wiederholt, während der das Rollsensorsystem 130 mit Strom versorgt wird oder bis ein Trigger-Event-Signal erzeugt wurde.
  • Indem Winkel und Winkelgeschwindigkeit zum Bestimmen verwendet werden, wann der Insasse getriggert wird, ist keine einzelne Variable beim Vorhersehen eines Rollzustands determinativ. Auf diese Weise kann die Reaktion auf verschiedene Kombinationen von Rollwinkel und Winkelgeschwindigkeit variiert und mit einer Formel oder einer Lookup-Tabelle geplant werden. So kann beispielsweise anhand von Winkel und Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor eine Lookup-Tabelle so programmiert werden, dass ein Trigger-Event-Signal selbst dann erzeugt wird, wenn der Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel klein ist, wenn ermittelt wird, dass das für die Winkelgeschwindigkeit repräsentative Signal groß ist und somit das Fahrzeug schnell überrollt. Darüber hinaus kann eine Lookup-Tabelle des Systems so eingestellt werden, dass ein Trigger-Signal für den umgekehrten Fall erzeugt wird, d.h. ein größerer Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel, aber eine geringere Winkelgeschwindigkeit. Somit können mit Hilfe von Winkel und Winkelgeschwindigkeit verschiedene Trigger-Punkte so eingestellt werden, dass ein schnell rollendes Fahrzeug (V – V0 ist groß) zu einem früheren Zeitpunkt im Rollvorgang (kleiner relativer Winkel alpha) ausgelöst werden kann als der bei einem langsamer rollenden Fahrzeug (V – V0 ist klein). Dies gibt dem langsamer rollenden Fahrzeug die Möglichkeit, sich möglicherweise selbst zu korrigieren, bevor das Sicherheitssystem ausgelöst wird.
  • Darüber hinaus ist bekannt, dass der Ausgang der meisten Winkelgeschwindigkeitssensoren im Laufe der Zeit infolge von Temperatur und anderen Variationen abweicht. Da das vorliegende System das für die Winkelgeschwindigkeit repräsentative Signal im Laufe der Zeit integriert, wird jeder eventuelle Geschwindigkeitsfehler aufgrund von Drift kontinuierlich zum Winkel addiert, so dass ein kleiner Geschwindigkeitsfehler in einen großen Integrationsfehler umgesetzt wird. Somit beinhaltet, wie oben angegeben, das driftkompensierte Rollsensorsystem 30 ( 1 und 3) einen Neigungssensor 140 zusätzlich zu einem Winkelgeschwindigkeitssensor 150.
  • In der vorliegenden Ausgestaltung ist der Neigungssensor 140 so montiert, dass er entlang der Y-Achse anspricht, so dass ein Nicht-Null-Ausgang erzeugt wird, wenn das Fahrzeug in der +/– Y-Richtung um seine X-Achse gekippt wird. Wie jedoch hierin angegeben, kann bei Bedarf der Neigungssensor so gewählt werden, dass er zusätzlich entlang anderen Achsen anspricht, z.B. um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Fahrzeug in der +/– x-Richtung um die Y-Achse gekippt wird. Ebenso kann ein zweiter Neigungssensor verwendet werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das für eine Neigung in der +/– X-Richtung um die Y-Achse repräsentativ ist. In einem solchen Fall würde ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor (ähnlich dem Winkelgeschwindigkeitssensor 150) bereitgestellt, um einen um die Y-Achse ansprechenden Winkelgeschwindigkeitsausgang zu erzeugen. Der Ausgang von dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor und das Neigungssignal in der +/– x-Richtung würden zusätzlich zur CPU 160 gesendet. Der Betrieb dieser Geräte wäre praktisch identisch mit dem Betrieb, der hierin in Verbindung mit dem Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und dem Neigungssensor 140 in Verbindung mit der derzeitigen Ausgestaltung beschrieben wurde.
  • Der Neigungssensor 140 kann verwendet werden, um unter anderem den anfänglichen Neigungswinkel des Fahrzeugs relativ zur Y-Achse zu ermitteln, wenn das Rollsensorsystem 130 anfänglich mit Strom gespeist wird. Zusätzlich kann die CPU 160 Signale vom Neigungssensor 140 zum Kompensieren von Drift verwenden, den der Winkelgeschwindigkeitssensor möglicherweise im Laufe der Zeit erfährt. Bei Verwendung eines Neigungssensors 140 gemäß der vorliegenden Ausgestaltung kann der Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangsdrift kompensiert werden, während das Fahrzeug in Bewegung ist.
  • Wenn das Rollsensorsystem 130 anfänglich mit Strom versorgt wird, dann hat der Winkelgeschwindigkeitssensor 150 keine feste Referenz. Somit wird ein anfänglicher Winkelgeschwindigkeitssensorausgang unabhängig von einer eventuellen Neigung erzeugt, die das Fahrzeug anfangs möglicherweise erfährt. Wie oben erwähnt, kann ein Winkelgeschwindigkeitssensor in einem besonderen Beispiel einen anfänglichen Spannungsausgang von nominell 2,50 V haben. Wenn die Winkelgeschwindigkeit auf + 80 Grad geht, dann geht der Ausgang auf 5,00 V. Wenn die Winkelgeschwindigkeit auf – 80 Grad geht, dann geht der Ausgang auf 0,00 V. Jede nachfolgende Spannungsänderung im Winkelgeschwindigkeitssensorausgang würde einer Änderung der Anfangsposition des Winkelgeschwindigkeitssensors entsprechen oder könnte die Folge von Drift sein.
  • Der anfängliche Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel kann mittels des Neigungssensors 140 wie folgt ermittelt werden. Mit Bezug auf 5, wenn der Neigungssensor oder Beschleunigungsmesser so montiert ist, dass er entlang der Y-Achse 44 des Fahrzeugs anspricht, dann ist der anfängliche Fahrzeugwinkel y = x = Asin (R), wobei R die Beschleunigung in G ist, die vom Beschleunigungsmesser erfasst wird. In 5 entspricht der Winkel y dem Fahrzeugrollwinkel relativ zur Y-Achse 44, die, wie oben angegeben, parallel zur Erde gehalten wird. Darüber hinaus ist g die schwerkraftbedingte Beschleunigung. R ist die Menge an G, die der Beschleunigungsmesser entlang der Y-Achse erfasst. Somit kann, wenn das Rollsensorsystem 130 anfänglich mit Strom versorgt wird, wenn das Fahrzeug im Ruhezustand ist, ein anfänglicher Startwinkel für ein Kippen des Fahrzeugs mit dem Neigungssensor 140 ermittelt werden. Dieser im Speicher in der CPU 160 gespeicherte anfängliche Neigungswinkel y dient als Referenz für die Verwendung in Kombination mit dem Winkelgeschwindigkeitssensorausgang, um den Kippwinkel des Fahrzeugs zu ermitteln. In einer Ausgestaltung wird der anfängliche Kippwinkel y mit dem werksseitig eingestellten Winkelgeschwindigkeitssensor-Verstärkungsfaktor G multipliziert und als anfänglicher Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwert gespeichert, so dass sich ein anfänglicher Referenzwinkel für den Winkelgeschwindigkeitssensor ergibt.
  • Zusätzlich kann, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, Drift im Winkelgeschwindigkeitssensorausgang vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 in der CPU 160 mittels des Ausgangs des Neigungssensors 140 kompensiert werden. So wird z.B. der erfasste Winkel des Neigungssensors 140 zur CPU 160 gesendet und dort mit dem errechneten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel verglichen. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang des Neigungssensors 140 über eine lange Zeitperiode gemittelt, und das Ergebnis wird zum Korrigieren des Winkelgeschwindigkeitssensordrifts verwendet. So wird beispielsweise, anstatt den aktuellen Neigungssensorwinkel (der von einem Moment zum anderen stark variieren kann) mit dem errechneten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel zu vergleichen, ein Wert des Neigungssensors 140, der mit den vorherigen gemittelten Neigungssensorwinkeln über die Zeit gemittelt wird, mit dem errechneten Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangswinkel verglichen. Wenn die beiden errechneten Winkel sich um mehr als einen vorbestimmten Betrag unterscheiden, dann wird der Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel um die Differenz zwischen dem Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel und dem gemittelten Neigungssensorwinkel justiert, um Drift zu kompensieren. Anhand dieses driftkompensierten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels wird ermittelt, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist.
  • Alternativ wird zu bestimmten Zeiten, z.B. dann, wenn der aktuelle Neigungssensorwinkel gleich null ist, jeder Nettowinkelausgang vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 als Drift ermittelt, und der Driftbetrag wird in der CPU 160 gespeichert. Dieser Driftwert wird vom Ausgangswinkelwert des Winkelgeschwindigkeitssensors 150 subtrahiert, um Drift zu kompensieren. Darüber hinaus wird in der derzeitigen Ausgestaltung, wie nachfolgend in Verbindung mit 6 beschrieben wird, der Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangswert über eine lange Zeitperiode gemittelt und zum Aktualisieren des anfänglichen Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwertes verwendet, um die Winkelgeschwindigkeitssensor-Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln.
  • Wie oben beschrieben, analysiert die CPU 160 nach dem Erhalten des driftkompensierten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels wenigstens diesen Winkel, um zu ermitteln, ob es angemessen ist, eine Sicherheitsvorrichtung zu aktivieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden sowohl die Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit als auch der driftkompensierte Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel in der CPU 160 analysiert und es wird ermittelt, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist. Wie oben erwähnt, kann das System eine voreingestellte Lookup-Tabelle verwenden, die in einem für die CPU zugängigen Speicher gespeichert ist, oder die CPU kann Berechnungen durchführen, um das Auftreten eines Sicherheitssystem-Trigger-Events zu ermitteln. Wenn die CPU 160 ermittelt, dass sowohl der Winkel als auch die Winkelgeschwindigkeit einem Event entsprechen, in dem eine Aktivierung des Sicherheitssystems wünschenswert wäre, dann wird ein Trigger-Signal über das Ein-/Ausgabe- (E/A-) Gerät 170 zu der/den Aktivierungssteuereinheit(en) gesendet, die das Sicherheitssystem mit einem pyrotechnischen Gasgenerator oder einer anderen bekannten Sicherheitsaktivierungsvorrichtung aktiviert/aktivieren. In der vorliegenden Ausgestaltung wird der Neigungssensorausgang, obwohl ein Neigungssensor zum Ermitteln des anfänglichen Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels und/oder Drifts verwendet werden kann, nicht direkt zum Auslösen eines Sicherheitssystems verwendet. Stattdessen werden Winkelgeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel, beide vom Winkelgeschwindigkeitssensor abgeleitet, obwohl auch möglicherweise mit dem Neigungssensorwert justiert, verwendet um zu bestimmen, ob das Sicherheitssystem ausgelöst werden soll.
  • 6 zeigt ein Fließschema 230 des besonderen Betriebs eines Rollsensorsystems wie z.B. dem hierin beschriebenen Rollsensorsystem 30. Das Rollsensorsystem beinhaltet einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der in der vorliegenden Ausgestaltung vorzugsweise ein Festkörper-Winkelgeschwindigkeitssensor wie z.B. ein Festkörpergyro ist, und einen Neigungssensor zum Ermitteln der Position eines Fahrzeugs relativ zur Rollachse. Zunächst sendet ein Winkelgeschwindigkeitssensor 231 nach dem anfänglichen Zuführen von Strom einen Spannungsausgang, der für die anfängliche Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangsspannung repräsentativ ist, zur Verarbeitungsschaltung.
  • In Schritt 232 speichert und mittelt die Verarbeitungsschaltung die anfänglichen Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangsspannungen für etwa die ersten paar Sekunden, während der dem Rollsensorsystem Strom zugeführt wird. Die in dieser ersten Zeitperiode erhaltene Durchschnittsspannung wird als die Winkelgeschwindigkeitssensor-Anfangsspannung oder die Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzspannung gespeichert.
  • Nach dem ersten Speichern eines Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzspannungswertes errechnet der Prozessor in Schritt 233 die Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit. Die Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit wird als Winkelgeschwindigkeitssensorausgangs- Rohwert minus dem gespeicherten Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert errechnet.
  • Gemäß 6 wird dann die in Schritt 233 berechnete Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit für die Verwendung in den Schritten 234, 235 und 244 bereitgestellt. In den Schritten 234 und 235 wird die Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit über die Zeit integriert und der Winkel wird wie oben in Verbindung mit den Gleichungen (1) – (3) beschrieben berechnet. Spezifischer ausgedrückt, nach dem anfänglichen Zuführen von Strom zum Rollsensorsystem stellt der Prozessor einen anfänglichen Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwert so ein, dass er gleich dem Winkelgeschwindigkeitssensor-Verstärkungsfaktor (der ein im Werk voreingestellter Kalibrationswert ist, der zum Umwandeln eines Winkelgeschwindigkeitssensorwertes in einen Winkel verwendet wird, wie oben in Verbindung mit den Gleichungen (1) – (3) beschrieben wurde) multipliziert mit dem Beschleunigungsmesserwinkel ist. So erhält der Prozessor einen Anfangsreferenzwinkel für den Winkelgeschwindigkeitssensor. Danach wird der Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwert in den Schritten 234 und 238 aktualisiert, indem die Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit (die der Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangsrohwert minus dem Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert ist) zum existierenden Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwert addiert wird. Dann wird der Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel in Schritt 238 durch Dividieren des Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwertes durch den Winkelgeschwindigkeitssensor-Verstärkungsfaktor ermittelt. Anhand dieses Winkelgeschwindigkeitssensorwertes wird in Schritt 239 der Versatzdrift errechnet und entfernt.
  • Zur selben Zeit, in der der Winkelgeschwindigkeitssensor Ausgangsinformationen zum Prozessor sendet, sendet ein Neigungssensor, der in der vorliegenden Ausgestaltung der Beschleunigungsmesser in Schritt 240 ist, einen Spannungsausgang zum Prozessor. In Schritt 241 wandelt der Prozessor die Beschleunigungsmesserausgangsspannung in einen Winkel um. In einer Ausgestaltung wird der Beschleunigungsmesserwinkel wie folgt berechnet: Beschl.Winkel= asin((Beschl.Wert – Beschl.Versatz)·Beschl.Verstärkung) "(4)"wobei der Beschleunigungsmesserwert der aktuelle Ableserohwert from Beschleunigungsmesser ist und wobei Beschleunigungsmesserversatz und Beschleunigungsmesserverstärkungsfaktor die werksseitig eingestellten Kalibrationswerte sind, die zum Umwandeln des Beschleunigungsmesserwertes in einen Winkel verwendet werden. Dann wird der resultierende Beschleunigungsmesserwinkel in Schritt 242 tiefpassgefiltert, und das Ergebnis wird vom Prozessor zum Berechnen des Versatzdriftkomponentenwertes verwendet, um den Winkelgeschwindigkeitssensordrift zu kompensieren.
  • Wie oben in Verbindung mit 5 erwähnt, wird der Beschleunigungsmesserwinkel vom Tiefpassfilter mit allen vorherigen Beschleunigungsmesserwinkelwerten gemittelt, und der Mittelwert wird mit dem Winkelgeschwindigkeitssensor-Winkelwert aus Schritt 238 verglichen. Ist die Differenz zwischen den beiden Winkeln größer ist als ein voreingestellter Wert, dann wird die Differenz auf Drift zurückgeführt. In Schritt 243 wird ein driftkompensierter Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel berechnet, wobei der in Schritt 239 berechnete Winkelwert, der auf Drift zurückzuführen ist, von dem in den Schritten 234 und 238 errechneten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel subtrahiert wird.
  • In Schritt 244 der vorliegenden Ausgestaltung vergleicht der Prozessor den in Schritt 243 abgeleiteten driftkompensierten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel und die in Schritt 233 errechnete Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit mit einer voreingestellten Lookup-Tabelle. In dem besonderen Betrieb der Ausgestaltung von 6 wird anhand einer Lookup-Tabelle ermittelt, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist. Wenn sowohl Winkel als auch Geschwindigkeit gemäß der Lookup-Tabelle einem Sicherheitssystem-Trigger-Event entsprechen, dann sendet der Prozessor ein Signal zu der/den Sicherheitssystem- Aktivierungssteuereinheit(en). Das Sicherheitssystem kann von dem Typ sein, der im US-Patent Nr. 5,451,094 von Templin et al. beschrieben ist, oder kann Vorspanner, standardmäßige Insassenairbags oder andere bekannte Sicherheitssysteme beinhalten. Wenn Geschwindigkeit und Winkel keinem Trigger-Event entsprechen, dann wird der Prozess fortgesetzt, indem ein neuer Winkelgeschwindigkeitssensor-Winkelrohwert in Schritt 231 und in Schritt 240 ein neuer Beschleunigungsmesserrohwert erhalten werden.
  • Wie oben in Verbindung mit 5 erwähnt, wird der Winkelgeschwindigkeitssensorwert zusätzlich über eine lange Zeitperiode gemittelt und verwendet, um den in Schritt 232 verwendeten Winkelgeschwindigkeitssensor-Anfangswert oder Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert zu aktualisieren. Wie in 6 gezeigt, wird die in Schritt 233 errechnete Geschwindigkeit in Schritt 235 tiefpassgefiltert. Wenn die Ausgangsspannung, die in Schritt 233 für die Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit repräsentativ ist, innerhalb eines bestimmten Bereiches des Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwertes liegt, dann wird der neue Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert auf die tiefpassgefilterte Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit eingestellt. Darüber hinaus wird, wenn ein neuer Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert gespeichert wird, der Winkelgeschwindigkeitssensor-Akkumulatorwert zusätzlich wie folgt aktualisiert: Winkelgeschwindigkeitssensorakkumulator = Winkelgeschwindigkeitssensorakkumulator – F3 (Winkelgeschwindigkeitssensorgeschwindigkeit – Winkelgeschwindigkeitssensorversatz) "(5)"wobei F3 eine zusätzliche Tiefpassfilterfunktion repräsentiert und der Winkelgeschwindigkeitssensorversatz der neu berechnete Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert ist. Somit wird ein Rollsensorsystem zum Aktivieren eines Sicherheitssystems nach dem Auftreten eines mit einem Winkelgeschwindigkeitssensor erfassten Überroll-Trigger-Events beschrieben. Wie oben beschrieben, können die Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor sowie der von der Winkelgeschwindigkeit abgeleitete Rollwinkel zum Bestimmen verwendet werden, ob das Sicherheitssystem in einem Landfahrzeug ausgelöst werden soll. Außerdem wird, wie hierin beschrieben, ein Rollsensorsystem mit einem Winkelgeschwindigkeitssensor zum Erfassen eines Rollwinkels und einer Rollgeschwindigkeit bereitgestellt, wobei ein anfänglicher Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel und ein Winkelgeschwindigkeitssensordrift mit Hilfe eines Neigungssensors kompensiert werden, aber wobei der Ausgang des Neigungssensors nicht direkt zum Auslösen des Sicherheitssystems verwendet wird. Darüber hinaus kann die Driftkompensationsberechnung auch während der Bewegung des Fahrzeugs akkurat erfolgen.
  • Bei Bedarf kann, wenn ein präziser Winkelgeschwindigkeitssensor verwendet wird, der keinem Drift unterliegt, der Neigungssensor (140 von 3) auch weggelassen werden. In einem solchen System sagt die CPU 160 das Auftreten eines Fahrzeugrollzustands anhand der Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor voraus und/oder ermittelt es und integriert es über die Zeit, um den Fahrzeugwinkel zu ermitteln. Die CPU (160 von 3) würde dann ein Trigger-Event-Signal auf der Basis der Winkelgeschwindigkeit und des von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkels wie oben beschrieben erzeugen. In einer solchen Ausgestaltung wäre es jedoch weiterhin wünschenswert, einen Neigungssensor bereitzustellen, um den anfänglichen Fahrzeugwinkel in Bezug auf die gewünschte Rollachse zu ermitteln.
  • In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugrollsensorsystem wie in den 1 und 3 gezeigt bereitgestellt, wobei der Neigungssensorausgang zum Bestimmen verwendet wird, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist, und wobei der Winkelgeschwindigkeitssensor zum Bereitstellen eines Prüfmechanismus für den Neigungssensor verwendet wird. So kann beispielsweise unter bestimmten Wendebedingungen mit hohem G-Wert eine vom Neigungssensor erfahrene laterale Beschleunigung künstlich einen Fahrzeugrollwinkel von einiger Signifikanz anzeigen. Um dies in dem derzeit beschriebenen Fahrzeugrollsensorsystem zu kompensieren, wird der Neigungssensorwinkel nur dann zum Aktivieren eines Sicherheitssystems verwendet, wenn er relativ zu einem Winkel als gültig befunden wird, der vom Winkelgeschwindigkeitssensorsignal abgeleitet wurde.
  • So zeigt beispielsweise 7 ein Fließschema 180 einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Wie in der in Verbindung mit 6 beschriebenen früheren Ausgestaltung beschrieben, wenn das System mit Strom gespeist wird (Schritt 181), dann werden der Neigungssensorwinkel und die Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten (Schritt 182). Der Neigungssensorwinkel kann zum Bereitstellen eines Anfangsfahrzeugwinkels zur CPU 160 wie oben in Verbindung mit 5 beschrieben verwendet werden. Dieser Anfangsfahrzeugwinkel würde für die Verwendung mit dem Winkelgeschwindigkeitssensorausgang vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 gespeichert.
  • Die CPU 160 empfängt das Winkelgeschwindigkeitssignal vom Winkelgeschwindigkeitssensor 150 und integriert es wie oben beschrieben über die Zeit, um einen von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel zu erhalten (Schritt 183). Die CPU 160 überwacht kontinuierlich den Ausgang des Neigungssensors 160, um den Fahrzeugneigungswinkel vom Neigungssensor zu ermitteln. Darüber hinaus vergleicht die CPU den Fahrzeugneigungswinkel mit dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel (Schritt 184). Wenn die Diskrepanz zwischen den beiden Werten unter einem vorbestimmten Gültigkeitsschwellenwert liegt, dann stellt die CPU fest, dass der Neigungssensorausgang gültig ist (Schritt 185). Wenn dies der Fall ist, dann kann der Neigungssensorausgang zum Bestimmen verwendet werden, ob ein Fahrzeugsicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist (Schritt 186). Wenn beispielsweise der Neigungswinkel größer ist als ein Schwellenwert und wenn er zusätzlich durch Vergleichen mit dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel als gültig befunden wird, dann kann die CPU 160 veranlassen, dass ein Sicherheitssystem-Trigger-Signal erzeugt wird. In der vorliegenden Ausgestaltung kann als das Neigungswinkelsignal je nach Bedarf entweder der momentane gemessene Neigungswinkel oder ein gefiltertes, gemitteltes Neigungswinkelsignal verwendet werden. Bei Bedarf kann, wie in Schritt 186 beschrieben, die Winkelgeschwindigkeit zusätzlich in Kombination mit dem Neigungswinkel verwendet werden, wenn dieser als gültig befunden wurde, um zu ermitteln, ob ein Trigger-Event aufgetreten ist. So kann die CPU 160 beispielsweise, wenn der Neigungswinkel als gültig befunden wurde, den Neigungswinkel und die Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor mit einer Lookup-Tabelle vergleichen oder kann anhand einer Formel errechnen, ob ein Trigger-Event aufgetreten ist. Es ist jedoch zu verstehen, dass bei Bedarf in Schritt 186 nur der Neigungswinkel verwendet werden könnte, um zu ermitteln, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist.
  • Wenn die CPU 160 ermittelt, dass der Vergleich zwischen dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel und dem Neigungssensorwinkel größer als ein vorbestimmter Schwellenbetrag ist, dann wird der Neigungssensorwinkel als ungültig befunden. Bei Bedarf kann die CPU anhand des von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit ermitteln, ob ein Trigger-Event aufgetreten ist (Schritt 187).
  • Zusätzlich kann der Neigungswinkel, wie oben in Verbindung mit der Ausgestaltung von 6 beschrieben, wenn er im Vergleich zu dem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel als gültig befunden wurde, über die Zeit gemittelt und zum Kompensieren von durch externe Faktoren verursachten Drift im Winkelgeschwindigkeitssensorausgang verwendet werden.
  • Alternativ kann, anstatt den Neigungswinkel mit einem von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel zu vergleichen, wie in Verbindung mit Schritt 183 von 7 beschrieben wurde, der Neigungswinkel über kurze Zeitperioden differenziert werden (aktueller Neigungswinkel minus gemittelter früherer Neigungswinkel/voreingestellter Zeitperiode), um eine vom Neigungswinkel abgeleitete Geschwindigkeit zu erhalten. Dann kann, anstatt die beiden Winkel in Schritt 184 zu vergleichen, die vom Neigungswinkel abgeleitete Geschwindigkeit mit dem momentanen Ausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen werden, um zu ermitteln, ob der Neigungswinkel gültig ist. Wenn die Differenz zwischen der vom Neigungswinkel abgeleiteten Geschwindigkeit und der momentanen Winkelgeschwindigkeit geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, dann kann der Neigungswinkel von der CPU verwendet werden, um zu ermitteln, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist. Wenn die Differenz größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, dann kann der Neigungswinkel als ungültig befunden werden. Wenn er ungültig ist, dann kann die CPU 160 integrieren, um einen von einer Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel zu erhalten, und kann diesen und/oder die Winkelgeschwindigkeit benutzen, um zu ermitteln, ob ein Sicherheitssystem-Trigger-Event aufgetreten ist, oder kann ein anderes Mittel verwenden. Wenn die momentane Winkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor verwendet wird, dann braucht kein Drift mehr im Winkelgeschwindigkeitssensor kompensiert zu werden.

Claims (29)

  1. Fahrzeugrollsensorsystem (30) zum Erfassen eines Rollzustands eines Landfahrzeugs und zum Aktivieren eines Sicherheitssystems (20) als Reaktion darauf, wobei das System Folgendes umfasst: einen Winkelgeschwindigkeitssensor (30), der so ausgerichtet ist, dass er um wenigstens eine Rollachse des Landfahrzeugs (40) anspricht, wobei der genannte Winkelgeschwindigkeitssensor (30) ein Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangssignal erzeugt, wobei das genannte Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangssignal driftempfindlich ist; und gekennzeichnet durch einen Neigungssensor (140), der entlang wenigstens einer Achse lotrecht zu der genannten wenigstens einen Rollachse anspricht, wobei der genannte Neigungssensor ein Neigungssensorausgangssignal erzeugt; einen Prozessor (160), der mit dem genannten Winkelgeschwindigkeitssensor (30) und dem genannten Neigungssensor (140) verbunden ist, wobei der genannte Prozessor (160) das genannte Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangssignal und das genannte Neigungssensorausgangssignal empfängt, wobei der genannte Prozessor (160) das genannte Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangssignal verarbeitet, so dass ein Signal entsteht, das für die Winkelgeschwindigkeit des genannten Winkelgeschwindigkeitssensors (30) und einen von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel repräsentativ ist, der dem genannten Winkelgeschwindigkeitssensorausgang integriert über die Zeit entspricht; wobei der genannte Prozessor (160) darüber hinaus das genannte Neigungssensorsignal verarbeitet, so dass ein Signal entsteht, das für den Neigungswinkel entlang der wenigstens einen Neigungsachse repräsentativ ist; einen Komparator zum periodischen Vergleichen des Neigungswinkels mit dem Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel, um einen Differenzwinkelwert zu erhalten; eine Driftwinkelkompensationsschaltung zum Erzeugen eines Fahrzeugrollwinkels durch Justieren des genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels um den genannten Driftwinkelwert, um die genannte Driftkomponente des genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels zu kompensieren; Aktivierungslogikschaltung einschließlich einer Vergleichsschaltung, wobei die genannte Aktivierungslogikschaltung in Kommunikation mit der genannten Driftwinkelkompensationsschaltung wenigstens den genannten Fahrzeugrollwinkel empfängt, wobei die genannte Aktivierungslogikschaltung das Sicherheitssystem aktiviert, wenn der genannte Fahrzeugrollwinkel größer ist als ein Rollwinkelschwellenwert.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel im Vergleich zum Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel ein durchschnittlicher Neigungswinkel ist, erzeugt durch Durchschnittsbildung am aktuellen Neigungswinkel mit dem vorherigen durchschnittlichen Neigungswinkel über die Zeit.
  3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzsignal errechnet wird, wenn das aktuelle Neigungswinkelsignal null ist.
  4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessor zum Erzeugen eines Ausgangssignals von dem Winkelgeschwindigkeitssensor und zum Subtrahieren eines Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzbetrags vorgesehen ist, so dass ein Signal entsteht, das für die Winkeländerungsgeschwindigkeit repräsentativ ist, die von dem genannten Winkelgeschwindigkeitssensor (30) um die genannte Rollachse erfasst wird, wobei der genannte Prozessor darüber hinaus ein Signal von dem genannten Neigungssensor (140) empfängt, das für den genannten Neigungswinkel entlang der genannten Neigungsachse repräsentativ ist, und das genannte Signal mit vorherigen Neigungswinkelsignalen mittelt, um ein durchschnittliches Neigungswinkelsignal zu erzeugen.
  5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Integrationsmittel zum Integrieren des genannten Winkelgeschwindigkeitssensor-Winkelgeschwindigkeitssignals über die Zeit vorgesehen ist, so dass ein Ausgangssignal entsteht, das für einen Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel repräsentativ ist; wobei der genannte Prozessor den genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel mit dem genannten durchschnittlichen Neigungswinkelsignal vergleicht, um einen Differenzwinkel zu erzeugen; wobei der genannte Prozessor (160) zusätzlich den genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel um den genannten Referenzwinkel justiert, um Drift zu kompensieren; und wobei der genannte Prozessor (160) ein Sicherheitssystem-Triggersignal generiert, wenn wenigstens der genannte driftkompensierte Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel einem Sicherheitssystem-Triggerevent in einer von dem genannten Prozessor (160) gespeicherten Lookup-Tabelle entspricht.
  6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Komparator eine Differenzschaltung umfasst, um den genannten Neigungswinkel mit dem genannten von der Winkelgeschwindigkeit abgeleiteten Winkel zu vergleichen, um einen Differenzwinkelwert zu ermitteln.
  7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vergleichsschaltung den genannten Differenzwinkelwert mit einem vorbestimmten Schwellendifferenzwinkelwert vergleicht, um zu ermitteln, ob der genannte Neigungswinkel gültig ist.
  8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte System eine Triggersignalerzeugungsschaltung zum Erzeugen und Ausgeben eines Triggersignals beinhaltet, wenn der genannte Neigungswinkel gültig ist und wenn ermittelt wird, dass der genannte Neigungswinkel anzeigt, dass ein Sicherheitssystem-Triggerevent aufgetreten ist.
  9. System nach Anspruch 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die genannte Differenzschaltung, die genannte Vergleichsschaltung und die genannte Triggersignalerzeugungsschaltung in dem genannten Prozessor (160) enthalten sind.
  10. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Neigungswinkel gültig ist, wenn der genannte Differenzwinkel kleiner ist als der genannte vorbestimmte Differenzschwellenwert.
  11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggersignalerzeugungsschaltung ein Triggersignal erzeugt, wenn der genannte Neigungswinkel gültig ist und wenn der genannte Neigungswinkel größer ist als eine vorbestimmte Neigungswinkelschwellenwertgrenze.
  12. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Drift in dem genannten Winkelgeschwindigkeitssensor (30) dann kompensiert wird, wenn der genannte Neigungswinkel gültig ist und wenn der genannte Differenzwinkel einen vorbestimmten Driftschwellenwert überschreitet.
  13. Verfahren zum Korrigieren von Drift im Ausgang eines Winkelgeschwindigkeitssensors (150), der in einem Fahrzeugrollsensorsystem (30) verwendet wird, um einen Rollzustand in einem Landfahrzeug zu erfassen, um ein Sicherheitssystem (20) als Reaktion darauf zu aktivieren, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines Winkelgeschwindigkeitssensors (30), der auf Bewegungen um wenigstens eine Rollachse des Landfahrzeugs (40) anspricht; (b) und gekennzeichnet durch die Bereitstellung eines Neigungssensors (140), der entlang wenigstens einer Neigungsachse anspricht, wobei die genannte Neigungsachse lotrecht zu der genannten wenigstens einen Rollachse des Landfahrzeugs (40) ist; (c) Erhalten eines Ausgangssignals von dem Winkelgeschwindigkeitssensor (30), das für die Winkeländerungsgeschwindigkeit um die genannte Rollachse repräsentativ ist; (d) Integrieren des genannten Ausgangssignals, das für die genannte Winkelgeschwindigkeit über die Zeit repräsentativ ist, so dass ein Ausgangssignal entsteht, das für den genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel repräsentativ ist; (e) Erhalten eines Signals von dem genannten Neigungssensor (140), das für einen Neigungswinkel entlang der genannten wenigstens einen Neigungsachse repräsentativ ist; (f) Vergleichen des genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels mit dem genannten Neigungswinkel, um einen Differenzwinkel zu erhalten; (g) Justieren des genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels um den genannten Differenzwinkel zum Kompensieren von Drift; (h) Ermitteln, ob wenigstens der genannte driftkompensierte Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel einem Sicherheitssystem-Triggerevent entspricht; und (i) Erzeugen eines Sicherheitssystem-Triggersignals, wenn in dem genannten Ermittlungsschritt ermittelt wird, dass ein Sicherheitssystem-Triggerevent aufgetreten ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Ermittlungsschritt ermittelt, ob der genannte driftkompensierte Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel und die genannte Winkelgeschwindigkeit einem Sicherheitssystem-Triggerevent entspricht.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Erhaltungsschritt (e) ferner den Schritt des Durchschnittbildens an dem genannten aktuellen Neigungswinkel mit einem akkumulierten Neigungswinkel umfasst, wobei der genannte Vergleichsschritt (f) den genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel mit dem genannten gemittelten Neigungswinkel vergleicht und der genannte Differenzwinkel die Differenz zwischen dem genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel und dem genannten gemittelten Neigungswinkel ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Erzeugungsschritt (h) ferner den Schritt des Vergleichens des genannten driftkompensierten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkels und der genannten Winkelgeschwindigkeit mit einer Lookup-Tabelle beinhaltet, um das genannte Triggersignal zu erzeugen, wenn sowohl der genannte driftkompensierte Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel als auch die genannte Winkelgeschwindigkeit einem Triggerevent in der genannten Lookup-Tabelle entsprechen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte anfängliche Neigungssensorausgangssignal für den Anfangswinkel des genannten Fahrzeugs repräsentativ ist und der genannte anfängliche Neigungswinkel einen Startreferenzwinkel für den genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel bereitstellt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Justierschritt nur dann auftritt, wenn der genannte Differenzwinkel größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der genannte Erzeugungsschritt kein Triggersignal erzeugt, die Schritte (a) – (h) wiederholt werden, und beim nächsten Durchlaufen der genannten Schritte (a) – (h) der genannte Differenzwinkel in eine Differenzgeschwindigkeit umgewandelt wird und die genannte, in Schritt (c) erhaltene Ausgangswinkelgeschwindigkeit um die genannte Differenzgeschwindigkeit zum Kompensieren von Drift justiert wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitssystem-Triggersignal erzeugt wird, wenn sowohl der genannte driftkompensierte Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel als auch die genannte Winkelgeschwindigkeit einem gewünschten Triggerevent in einer Lookup-Tabelle entsprechen.
  21. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das anfängliche Neigungssensorausgangssignal für den anfänglichen Neigungswinkel des genannten Fahrzeugs repräsentativ ist und der genannte anfängliche Neigungswinkel einen Startreferenzwinkel für den genannten Winkelgeschwindigkeitssensorwinkel, den Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert erzeugt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Winkelgeschwindigkeitssensor-Versatzwert über die Zeit gemittelt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Vergleichen des genannten Differenzwinkels mit einem vorbestimmten Schwellendifferenzwinkelwert, um zu ermitteln, ob der genannte Neigungswinkel gültig ist; Erzeugen und Ausgeben eines Triggersignals, wenn der genannte Neigungswinkel gültig ist und wenn ermittelt wird, dass der genannte Neigungswinkel anzeigt, dass ein Sicherheitssystem-Triggerevent aufgetreten ist; und Aktivieren des Fahrzeugssicherheitssystems als Reaktion auf die Erzeugung eines Triggersignals.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Neigungswinkel gültig ist, wenn der genannte Differenzwinkel kleiner ist als der genannte vorbestimmte Differenzschwellenwert.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Erzeugungsschritt ein Triggersignal erzeugt, wenn der genannte Neigungswinkel gültig ist und wenn der genannte Neigungswinkel größer ist als eine vorbestimmte Neigungswinkelschwellenwertgrenze.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Kompensierens von Drift in dem genannten Winkelgeschwindigkeitssignal beinhaltet, wenn der genannte Neigungswinkel gültig ist und wenn der genannte Differenzwinkel einen vorbestimmten Driftschwellenwert überschreitet.
  27. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Differenzieren des genannten Signals, das für den Neigungswinkel repräsentativ ist, über die Zeit, um eine Neigungswinkelgeschwindigkeit zu erhalten; Vergleichen der genannten Neigungswinkelgeschwindigkeit mit der genannten Winkelgeschwindigkeit, um einen Differenzgeschwindigkeitswert zu erhalten; Vergleichen des genannten Differenzgeschwindigkeitswertes mit einem vorbestimmten Differenzgeschwindigkeitsschwellenwert, um zu ermitteln, ob der genannte Neigungswinkel gültig ist; Erzeugen und Ausgeben eines Triggersignals, wenn der genannte Neigungswinkel gültig ist und wenn ermittelt wird, dass der genannte Neigungswinkel anzeigt, dass ein Sicherheitssystem-Triggerevent aufgetreten ist; und Aktivieren des Fahrzeugsicherheitssystems als Reaktion auf die Erzeugung eines Triggersignals.
  28. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensorwinkel nur zum Kompensieren von Drift in dem genannten Winkelgeschwindigkeitsausgangssignal verwendet wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Winkelgeschwindigkeitsausgangssignal zum Prüfen der Gültigkeit des genannten Neigungssensorwinkels verwendet wird.
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