ES2676629T3

ES2676629T3 - Procedimiento y aparato de control para controlar medios para la protección de personas para un vehículo

Info

Publication number: ES2676629T3
Application number: ES08872592.4T
Authority: ES
Inventors: Alfons Doerr; Holger Denz; Marcel Maur
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2018-07-23
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: WO2009103374A1; CN101945781A; US8548688B2; DE102008010560A1; DE102008010560B4; CN101945781B; EP2247470B1; US20110040453A1; EP2247470A1

Abstract

Procedimiento para el control de medios para la protección de personas (PS) para un vehículo (FZ) en función de un proceso de vuelco que se detecta en función de variables de rotación y cinemáticas de adhesión y de un factor de estabilidad estático, caracterizado porque mediante una velocidad de oscilación (ωx) y un ángulo de oscilación (Φx) se determina un estado de rotación, de modo que a partir de una aceleración transversal del vehículo (ay) y de una aceleración vertical del vehículo (az) se determina un estado de adhesión, de manera que mediante el estado de rotación y el estado de adhesión se detecta un proceso de vuelco, donde la adhesión es al menos 120% del factor de estabilidad estático, donde en función del proceso de vuelco se genera una señal de control y los medios para la protección de personas (PS) son controlados en función de la señal de control.

Description

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DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato de control para controlar medios para la protección de personas para un vehículo Estado del arte

La invención hace referencia a un procedimiento, así como a un aparato de control, para el control de medios para la protección de personas según el género de las reivindicaciones independientes.

Por la solicitud DE 10 2006 018 029 A1 que conforma el género se conoce ya un dispositivo, así como un procedimiento, para el control de medios para la protección de personas, donde un proceso de vuelco conduce a un control de los medios para la protección de personas. Ese proceso de vuelco se determina en función de un coeficiente de adhesión y de un factor de estabilidad.

Descripción de la invención

El procedimiento según la invención, así como el aparato de control según la invención, para el control de medios para la protección de personas con las características de las reivindicaciones independientes, sin embargo, ofrece la ventaja de que el proceso de vuelco se detecta a través de una asociación del estado de rotación que se determina a partir de la velocidad de oscilación y del ángulo de oscilación, y del estado de adhesión que se determina a partir de la aceleración transversal del vehículo y de la aceleración vertical del vehículo. De este modo, la adhesión es mucho más elevada que el factor de estabilidad estático. De este modo, por ejemplo, puede evitarse un así llamado observador de la dinámica de vehículos. La invención es adecuada en particular para la detección de procesos de vuelco en el rango inferior del ángulo de oscilación, de menos de 10 grados. De acuerdo con la invención no es necesario que el análisis de la dinámica actual del vehículo tenga lugar en base a datos de sensor que son típicos para un sistema de dinámica de vehículos (ESP). Más bien, una evaluación del estado de la dinámica actual de vehículos tiene lugar de forma indirecta, solamente mediante las fuerzas que actúan y los pares de rotación. De este modo, la presente invención simplifica la detección de los procesos de vuelco de esa clase, al mismo tiempo con una fiabilidad elevada de la detección del vuelco.

Un aparato de control se trata en este caso de un aparato eléctrico que procesa señales de sensor y emite señales de control correspondientes. Usualmente, el presente aparato de control dispone de una carcasa propia, por ejemplo de metal y/o plástico.

En este caso, control significa la activación de medios para la protección de personas que en este caso están realizados de forma pasiva, como airbags, pretensores de los cinturones de seguridad, etc.

Como variables cinemáticas y de rotación deben entenderse en este caso aceleraciones y la velocidad de oscilación, así como el ángulo de oscilación.

La adhesión, conocida también como coeficiente de fricción, en este caso, tal como se describe en una reivindicación dependiente, se determina a partir de la aceleración transversal del vehículo y de la aceleración vertical del vehículo.

El factor de estabilidad estático, abreviado usualmente como SSF, se trata de un valor de cálculo que indica la resistencia contra un proceso de vuelco. Por lo tanto, para su cálculo se utilizan propiedades geométricas del vehículo. Puede decirse que el factor de estabilidad estático es una medida para la tendencia a picado de un vehículo. El factor de estabilidad puede determinarse por ejemplo a partir de una anchura del vehículo y de la altura del centro de gravedad. La anchura se da por ejemplo a través de la distancia del neumático derecho e izquierdo que están dispuestos sobre un eje. El centro de gravedad se determina usualmente en el laboratorio, donde, tanto menor es el factor de estabilidad estático, tanto mayor es la probabilidad de que el vehículo se voltee en un accidente.

La velocidad de oscilación es la velocidad de rotación alrededor del eje longitudinal del vehículo, donde un vehículo, cuando gira, gira alrededor del mencionado eje longitudinal del vehículo, en la mayoría de los casos. El ángulo de oscilación es una velocidad de oscilación integrada, donde el ángulo de oscilación puede medirse también de forma directa. Hay también sensores de la aceleración de rotación que pueden utilizarse para determinar la velocidad de oscilación y el ángulo de oscilación a través de una integración correspondiente. El térmico "integración" se considera de forma pragmática, en donde se trata entonces de una integración habitual. El estado de rotación se caracteriza por ese par de valores, por esos dos parámetros, a saber, la velocidad de oscilación y el ángulo de oscilación.

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El estado de adhesión se define en cambio a través del par de valores formado por la aceleración transversal del vehículo y la aceleración vertical del vehículo. De este modo, la adhesión se determina en la dirección lateral del vehículo. Por lo tanto, el estado de adhesión es igual a la adhesión o una variable derivada directamente de la adhesión.

Como condición secundaria, según la invención, se determinó que la adhesión debe ser mucho mayor que el factor de estabilidad estático, para poder aplicar de forma ventajosa el procedimiento según la invención.

La interfaz puede estar diseñada conforme al hardware y/o al software. En particular, la misma puede estar distribuida para proporcionar las diferentes señales de sensor, a saber, la aceleración transversal del vehículo y la aceleración vertical del vehículo, así como la velocidad de oscilación y el ángulo de oscilación. Tal como se indicó anteriormente, el ángulo de oscilación puede medirse o calcularse. Esto aplica también para la velocidad de oscilación.

El circuito de evaluación puede tratarse de un procesador, como un microcontrolador u otro tipo de procesador. Son posibles también en particular tipos de procesador multinúcleo. Sin embargo, el circuito de evaluación puede ser también un circuito de hardware correspondiente que está diseñado para un fin determinado, por ejemplo como un circuito de conmutación integrado. En este caso es posible también una realización al menos parcialmente discreta. El módulo del estado de adhesión, el módulo del estado de rotación, el módulo de fusión, el módulo de control, así como el módulo de clasificación de la reivindicación dependiente, están diseñados de forma correspondiente conforme al hardware y/o al software. Es decir, que en un microcontrolador esos módulos pueden tratarse de módulos de software. Sin embargo, si el circuito de evaluación está diseñado como circuito sólo de hardware, puede tratarse de una sección de circuito.

El circuito de control es un bloque de conmutación usualmente separado del circuito de evaluación, el cual está diseñado también como circuito de conmutación integrado, por ejemplo como parte de un sistema ASIC que contiene diferentes funciones del aparato de control. El circuito de control presenta disyuntores que pueden controlarse eléctricamente, los cuales usualmente liberan una corriente de encendido para un elemento de encendido para un airbag en un caso de control.

A través de las medidas indicadas en las reivindicaciones dependientes y de los perfeccionamientos son posibles mejoras ventajosas del procedimiento, así como del dispositivo de control, indicados en las reivindicaciones independientes, para el control de medios para la protección de personas para un vehículo.

Se considera ventajoso que la adhesión se determine en función de una división de la aceleración transversal del vehículo por la aceleración vertical del vehículo. Esto puede complementarse además a través de una corrección correspondiente, de factores o sumandos, que precisan el resultado. De este modo se caracteriza la adhesión en la dirección transversal del vehículo, la cual debe considerarse como especialmente importante para el vuelco sucedido. De forma alternativa con respecto a la división son posibles también expresiones de aproximación en las cuales no se prevé una división.

Además, se considera ventajoso que el estado de rotación y el estado de adhesión se dividan respectivamente en al menos 3 clases. El proceso de vuelco se determina en función de esas clasificaciones. Tiene lugar por tanto una fusión de las clasificaciones para formar una clasificación total. Para ello puede utilizarse el módulo de clasificación indicado según la invención.

Del modo antes indicado, el procedimiento se utiliza preferentemente en el caso de un ángulo de oscilación inferior a 15 grados. Es decir que si el ángulo de oscilación es más grande pueden emplearse otros procedimientos.

Se considera ventajoso además que para un par de valores formado por la velocidad de oscilación y el ángulo de oscilación se predeterminen al menos tres rangos. Un primer rango comprende primeros pares de valores que, independientemente de la aceleración transversal del vehículo, de la aceleración vertical del vehículo (las fuerzas que actúan actualmente en la dirección lateral y vertical), así como de los pares de rotación, indican el proceso de vuelco. Es decir que ese primer rango describe sucesos que en todo caso conducirán a un proceso de vuelco. Ya no se puede retroceder normalmente. Un segundo rango comprende dos pares de valores que no indican un proceso de vuelco. Es decir que en ese rango no se produce generalmente un proceso de vuelco. El tercer rango que comprende terceros pares de valores indica entonces sólo un proceso de vuelco cuando el estado de rotación y el estado de adhesión condicionan el proceso de vuelco en la totalidad. De este modo, el límite entre el segundo y el tercer rango puede determinarse en función de variables estáticas del vehículo, de la aceleración vertical del vehículo, del ángulo de oscilación y de la adhesión.

Además, se considera ventajoso que las variables estáticas del vehículo sean el factor de estabilidad estático, la masa del vehículo, la altura del centro de gravedad en el estado de reposo y un par de inercia en la dirección de oscilación.

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De manera ventajosa, el sistema de sensores de oscilación y el sistema de sensores de aceleración para la detección de la aceleración transversal o vertical del vehículo están incorporados en el aparato de control.

En el dibujo se representan ejemplos de ejecución de la invención, los cuales se explican en detalle en la siguiente descripción.

Las figuras muestran:

Figura 1: un diagrama de bloques del aparato de control según la invención con componentes conectados en un vehículo,

Figura 2: una configuración a modo de ejemplo de módulos de software en un microcontrolador,

Figura 3: un diagrama de flujo de señal del procedimiento según la invención, y Figura 4: un diagrama del ángulo de oscilación y de la velocidad de oscilación.

La figura 1 muestra un diagrama de bloques con el dispositivo de control ABSG según la invención con componentes conectados a un vehículo FZ. En este caso, al aparato de control ABSG está conectado un aparato de control del sensor DCU. El aparato de control del airbag ABSG está conectado a su vez a los medios para la protección de personas PS, como airbags o pretensores de los cinturones de seguridad. El aparato de control del sensor DCU aloja al menos el sistema de sensores necesario según la invención, a saber, un sistema de sensores de la velocidad de oscilación WR, un sistema de sensores de la aceleración para detectar la aceleración transversal del vehículo FQ y otro sistema de sensores de la aceleración para detectar la aceleración vertical del vehículo FV. En el aparato de control DCU pueden estar contenidos otros sensores de aceleración y otros sensores, como también un sistema de sensores del ruido de impacto. De forma alternativa es posible que al menos partes del sistema de sensores de aceleración estén dispuestas en el aparato de control del airbag ABSG o también separados como sensores periféricos en distintos puntos en el vehículo FZ.

Los datos de sensor de los sensores WR, FQ y FV, en este caso, se transmiten mediante la interfaz IF1 al aparato de control del airbag ABSG y de ese modo a la interfaz IF2. Las interfaces pueden estar realizadas como conexión de punto a punto o como conexión de bus. Además, puede preverse ya un procesamiento previo en el aparato de control DCU, de las señales de sensor. Forma parte de ello por ejemplo la derivación del ángulo de oscilación, a partir de la velocidad de oscilación, a través de integración.

Los datos de sensor recibidos, se transmiten desde la interfaz IF2 hacia el circuito de evaluación, en este caso un microcontrolador pC, de modo que el procedimiento según la invención puede aplicarse entonces en los datos de sensor. En este caso se representan sólo los componentes necesarios para la invención. Otros componentes que son necesarios para el funcionamiento de los aparatos de control individuales, pero que no contribuyen a la comprensión de la invención, han sido omitidos con el fin de una simplificación.

La transmisión desde la interfaz IF2 hacia el circuito de evaluación pC puede tener lugar por ejemplo mediante el así llamado bus SPI (Serial Peripherial Interface, interfaz periférica serial). El microcontrolador pC deriva el ángulo de oscilación desde la velocidad de oscilación cuando éste ya no se proporciona y, en base a la velocidad de oscilación y al ángulo de oscilación, determina el estado de rotación del vehículo FZ. Además, a partir de la aceleración transversal del vehículo y la aceleración vertical del vehículo, el microcontrolador pC determina el estado de adhesión del vehículo FZ en la dirección vertical del vehículo. El estado de rotación y el estado de adhesión se clasifican entonces en una de respectivamente al menos tres clases. Los estados de rotación y de adhesión clasificados se fusionan entonces, para detectar si un proceso de vuelco se encuentra o no presente. Esa fusión puede realizarse de diferentes modos. Por ejemplo, puede predeterminarse qué combinaciones de clasificaciones del estado de rotación y del estado de adhesión indican un proceso de vuelco. Sin embargo, esto puede también precisarse aún más, por ejemplo evaluando una vez más las clasificaciones.

En función del proceso de vuelco detectado, la señal de control es generada entonces a través de un módulo de control, la cual igualmente se transmite mediante una interfaz SPI hacia el circuito de control FLIC, de manera que el circuito de control controla los medios para la protección de personas PD que se encuentran fuera del aparato de control ABSG, conmutando por ejemplo una corriente de encendido hacia los elementos de encendido del airbag que debe ser controlado. La señal de control indica qué medios para la protección de personas deben controlarse para el proceso de vuelco dado.

La figura 2 muestra una configuración a modo de ejemplo de módulos de software en el microcontrolador pC. Una interfaz IF3 proporciona los datos necesarios para el procedimiento según la invención. Entre ellos, junto con la velocidad de oscilación, y el ángulo de oscilación, se encuentran la aceleración transversal del vehículo y la aceleración vertical del vehículo. Otros datos que son específicos del vehículo, como la masa, la altura del centro de

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gravedad del vehículo, el factor estático de estabilidad, etc., se cargan desde una memoria. El microcontrolador gC puede calcular el ángulo de oscilación a partir de la velocidad de oscilación, en un módulo que no se encuentra representado. En el módulo de estado de adhesión HM, el estado de adhesión se determina a partir de la aceleración transversal del vehículo y de la aceleración vertical del vehículo, a través de la división de esas dos variables. La determinación puede precisarse aún más a través de factores o sumandos de corrección. La adhesión que se determina de ese modo, por lo tanto, debe ser mucho mayor que el factor de estabilidad estático, de lo contrario no se encuentra presente un proceso de vuelco. En este caso, conforme a ello, esa comparación se realiza en el módulo de adhesión HM. El estado de adhesión se suministra entonces a un módulo de clasificación KM que divide el estado de adhesión en una de al menos tres clases. En el módulo del estado de rotación RM se ingresan como parámetros la velocidad de oscilación y el ángulo de oscilación. Se utiliza para ello a modo de ejemplo el diagrama de la figura 4. Sobre la abscisa se marca el ángulo de oscilación y sobre la ordenada la velocidad de oscilación. Se prevén tres rangos: 400, 401 y 402, los cuales asignan de forma unívoca los pares de valores formados por la velocidad de oscilación ux y el ángulo de oscilación $x. En el rango 400 se encuentra presente el estado crítico de vuelco, es decir que ese rango comprende pares de valores que sólo indican un proceso de vuelco cuando el estado de rotación y el estado de adhesión condicionan el proceso de vuelco. En el rango 402 se encuentra presente siempre un proceso de vuelco; ya no es necesaria una observación del estado de adhesión. En el rango 401 no se encuentra presente un proceso de vuelco.

La ecuación de movimiento para un movimiento de rotación alrededor del eje longitudinal del vehículo, en el caso de un movimiento lateral del vehículo, se muestra a través de las ecuaciones de la 1 a la 3. De este modo, Jx es el par de inercia alrededor del punto de rotación actual, hcM es la altura actual del centro de gravedad del vehículo, g es la adhesión que puede asociarse al movimiento lateral del vehículo, m es la masa del vehículo, ux es la velocidad de oscilación, $ es el ángulo de oscilación, az es la aceleración vertical y SSF es el factor de estabilidad estático del vehículo. Las ecuaciones son las siguientes:

Jx(ú = Fxr (Ecuación 1)

=> có = —hCM ■ (¡j. - SSF)- a_ (Ecuación 2) J\

imagen1

De manera implícita, en las ecuaciones se describe una velocidad lateral del vehículo. Si la velocidad lateral del vehículo supera una velocidad crítica, entonces, bajo ciertas condiciones previas al superarse una curva de valor de límites de la velocidad de oscilación seleccionada de forma adecuada (ecuación 3), puede partirse de un estado de rotación crítico de vuelco del vehículo.

Si el estado de rotación actual se ubica en el rango 400 en la figura 4, entonces en el caso de un movimiento lateral del vehículo bajo condiciones previas dadas, debe contarse con un vuelco del vehículo. El límite inferior del rango

400 es propiciado también a través de la ecuación de movimiento 3. La condición previa de esa suposición es que la aceleración lateral actual, junto con la aceleración vertical actual, no puede atribuirse a una fuerza de guiado lateral típica, en tanto se cumple de forma segura con la condición previa para la relación física antes indicada, a través de m mucho mayor que SSF. En este caso, lo mencionado debe cumplirse en el caso de al menos una adhesión de 120% del SSF.

Si el vehículo FZ, en cualquier momento, alcanza un rango 400 crítico de vuelco, entonces puede partirse de un vuelco próximo del vehículo, independientemente de si se atraviesan estados de rotación a corto plazo en el rango

401 crítico de vuelco. El paso a través de rangos críticos de vuelco (pares de valores) debe ser estable en el tiempo. Es decir que eventualmente deben pasarse a través de varios pares de valores críticos de vuelco unos detrás de otros, antes de que tenga lugar una decisión de control. La duración temporal necesaria para una decisión de control en el rango crítico de vuelco puede diferir en función de la distancia desde la curva del valor de límites.

El estado de rotación se clasifica por ejemplo a través de los rangos 400, 401 y 402 en el módulo de clasificación KM. En el módulo de fusión FM las clasificaciones se fusionan entonces unas con otras, para establecer si un proceso de vuelco se encuentra o no presente. Esto puede suceder en toda clase de formas. Por ejemplo, puede efectuarse una asociación fija con respecto al proceso de vuelco de las combinaciones de clases del estado de adhesión y del estado de rotación. En este caso son posibles también sin embargo otras posibilidades factibles de la

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fusión. Si se establece un proceso de vuelco, entonces en el módulo de control AM se genera una señal de control que, mediante la interfaz IF4, por ejemplo mediante el bus SPI, se transmite al circuito de control FLIC.

La figura 3 muestra un diagrama de flujo de señal del procedimiento según la invención. La velocidad de oscilación ux y el ángulo de oscilación $ x se incluyen en el bloque 300, en donde se efectúa una evaluación del estado de 5 rotación. Esto puede suceder por ejemplo mediante la figura 4. La aceleración transversal del vehículo ay y la aceleración vertical del vehículo az se incluyen en el bloque 301, en donde la evaluación de la adhesión se efectúa con respecto al movimiento lateral. En el bloque 302 tiene lugar la evaluación común del estado de rotación y del estado de adhesión. En el bloque 303 tiene lugar con ello la detección de un vuelco del vehículo debido a un movimiento lateral del vehículo. En el bloque 304 tiene lugar entonces el control de los medios para la protección de 10 personas.

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el control de medios para la protección de personas (PS) para un vehículo (FZ) en función de un proceso de vuelco que se detecta en función de variables de rotación y cinemáticas de adhesión y de un factor de estabilidad estático, caracterizado porque mediante una velocidad de oscilación (wx) y un ángulo de oscilación ($x) se determina un estado de rotación, de modo que a partir de una aceleración transversal del vehículo (ay) y de una aceleración vertical del vehículo (az) se determina un estado de adhesión, de manera que mediante el estado de rotación y el estado de adhesión se detecta un proceso de vuelco, donde la adhesión es al menos 120% del factor de estabilidad estático, donde en función del proceso de vuelco se genera una señal de control y los medios para la protección de personas (PS) son controlados en función de la señal de control.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la adhesión se determina en función de una división de la aceleración transversal del vehículo por la aceleración vertical del vehículo (az).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el estado de rotación y el estado de adhesión se dividen respectivamente en al menos una de tres clases, donde el proceso de vuelco se determina en función de las respectivas clasificaciones.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el procedimiento se utiliza en el caso del ángulo de oscilación de <15 grados.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para un par de valores compuesto por la velocidad de oscilación (wx) y el ángulo de oscilación ($x) se predeterminan al menos tres rangos 400 a 402, donde un primer rango (402) comprende primeros pares de valores que, independientemente de la aceleración transversal del vehículo (ay) y de la aceleración vertical del vehículo (az), así como de pares de rotación, indican el proceso de vuelco, donde un segundo rango (400) comprende segundos pares de valores que no indican un proceso de vuelco, donde un tercer rango (400) comprende terceros pares de valores que sólo indican un proceso de vuelco cuando el estado de rotación y el estado de adhesión condicionan el proceso de vuelco.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se determina un límite entre el segundo y el tercer rango en función de variables estáticas del vehículo, de la aceleración vertical del vehículo (az), del ángulo de oscilación ($x) y de la adhesión (p).
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque las variables estáticas del vehículo son el factor de estabilidad estático (SSF), la masa del vehículo (m), la altura del centro de gravedad (hcM) en el estado de reposo y un par de inercia (J).
8. Aparato de control (ABSG) para controlar medios para la protección de personas (PS) para un vehículo (FZ) con:

una interfaz (IF2) que proporciona una aceleración transversal del vehículo (ay), una aceleración vertical del vehículo (az), una velocidad de oscilación (wx) y un ángulo de oscilación ($x)

un circuito de evaluación (pC) con un módulo de estado de adhesión (HM), de modo que un estado de adhesión se determina en función de la aceleración transversal del vehículo (ay) y de la aceleración vertical del vehículo (az), con un módulo de estado de rotación (RM) que determina un estado de rotación en función de la velocidad de oscilación (wx) y del ángulo de oscilación ($x), con un módulo de fusión (FM) que, en función del estado de adhesión y del estado de rotación, detecta un proceso de vuelco sólo cuando una adhesión es al menos 120 % del factor de estabilidad estático, con un módulo de control (AM), de modo que en función del proceso de vuelco se genera una señal de control

un circuito de control (FLIC) que en función de la señal de control controla los medios para la protección de personas (PS).
9. Aparato de control según la reivindicación 8, caracterizado porque el circuito de evaluación presenta un módulo de clasificación (KM) que clasifica respectivamente el estado de adhesión y el estado de rotación para el módulo de fusión (FM) en una de al menos tres clases.
10. Aparato de control según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque un sistema sensor de la velocidad de oscilación (WR) y un sistema sensor de la aceleración transversal, así como vertical, del vehículo (FQ, FV) están dispuestos en el aparato de control (ABSG).