JP2005536393A - 車両横転を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

走行動特性データを検出するセンサ系（１）を備えた車両横転を検出するための装置であって、前記センサ系（１）が、走行動特性データと横転センサ系とに依存して車両横転を検出するように構成されたプロセッサ（２）と接続することができるものである形式の装置において、前記プロセッサ（２）は車両の走行状態を時間的に連続したフェーズ（に区分する手段を有しており、前記プロセッサ（２）は各フェーズに関して横滑り角と車両横速度とを走行動特性横転データとから求める手段を有しており、横滑り角と車両横速度は車両横転を検出する横転センサ系のデータと組み合わせて使用することができる。

Description

本発明は走行動特性データと横転データとを検出するセンサ系（１）を備えた車両横転を検出するための装置に関する。

公開公報ＤＥ １９９ １０ ５９６ Ａ１から、車両動特性に依存して拘束手段をトリガすることはすでに公知である。とりわけ、この種のデータはＥＳＰシステムで使用することができる。

事前公開されていないドイツ国特許出願ＤＥ １０１ ４９ １１２からは、横滑り角と、車両横速度と、車両傾斜角とに依存してトリガ決定を行う、車両内の拘束手段のトリガ決定を行う方法が公知である。到達可能な最大の車両傾斜角は車両横加速度及び／又は車両横速度によって特徴づけられる。さらに、乗員識別も使用することができる。
発明の利点
これに対して、独立請求項に記載された特徴を備えた本発明による車両横転を検出するための装置は、走行状態を時間的に連続したフェーズに分割することにより、個々のフェーズに関して横滑り角を相応して求めることが可能であるという利点を有している。すなわち、各フェーズに関して、横滑り角に個別の計算規則が適用される。これによって特に１０°より大きな角度範囲の横滑り角を求めることが可能になる。また横速度も求められる。したがって、横転センサ系（縦軸まわりの回転速度ω_ｘ、車両横加速度ａ_ｙ、及び選択的に車両垂直加速度ａ_ｚ）との共同によって、横加速度の高い車両横転の際に、揺れ角がまだ非常に小さなときにすでに確実なトリガ決定を下すことができる。これにより、従来のシステムと比べて乗員保護の著しい改善が可能になる。これは、横速度及び暗には横滑り角がソイルトリップの場合の横転に決定的な影響を与えることに由来している。次に、横滑り角と横速度が多段論理回路により決定されなければならない。このために、様々な計算手続きが組み合わされ、それぞれの計算手続きの選択の具体化が指定されなければならない。その際、この指定は縦速度、ヨーレート、すなわち、車両のｚ軸まわりの回転速度、横加速度、ならびに、選択的にはホイール回転数、縦加速度、操舵角、及び横滑り角の推定値の検出によって特徴づけられる。

車両の走行状態は通知目的で３つのカテゴリに分けられる。車両は横滑り過程においてこの３つのカテゴリを通過する。つまり、この３つのカテゴリは時間的に連続したフェーズである。しかし、進展したフェーズから再び以前の状態へ変化することも起こりうる。この状態とはここでは特に安定走行状態、ドリフト状態とも呼びうる横滑り運動、スピンないしスピン状態である。

本発明による装置の別の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

特に有利には、安定走行状態は小さな、横転検出の意味ではほぼ一定の横滑り角によって特徴づけられ、横滑り運動は横滑り角の大きな変化によって特徴づけられ、スピンは所定の閾値を超えた横滑り角によって特徴づけられる。これによりこれらのフェーズを識別することが可能になり、横滑り角に相応した計算規則を選択される。

上述のように、センサ系は、車両縦速度、ヨーレート、及び車両横加速度のような測定及び推定もしくは計算された走行動特性を求めるだけでなく、ホイール回転数、車両長手方向の加速度、操舵角、及び、例えば走行動特性制御のための制御装置により求められた横滑り角のような別の計算又は測定された量も評価する。しかし、横滑り角の値は今日の走行動特性制御システムでは横滑り角が小さな場合にしか有効性を有していない。というのも、度数の小さな横滑り角の場合にしか走行状態に対して効果的に影響を与えることができず、したがってまた、この範囲だけで制御すればよいからである。さらに、横滑り角及び／又は車両横速度を測定する装置を使用してもよい。

最後に、本発明による装置が横転の検出に依存してプロセッサにより駆動される拘束システムに接続可能であるとまた有利である。これにより特に、横転センサ系（ω_ｘ、ａ_ｙ、及びａ_ｚ）に加えて、本発明にしたがって横滑り角βと車両横速度ｖ_ｙを使用することにより、このような拘束手段のトリガはより正確にかつ状況に即応したものになる。
図面
本発明の実施例を図に示し、以下の記述においてより詳細に説明する。

図１は、本発明による装置のブロック回路図を示している。
図２は、本発明による装置が辿るシーケンスの流れ図を示している。
図３は、本発明による装置のシーケンスの状態図を示している。
図４は、安定走行状態の特性を示すパラメータを指定するためのブロック図を示している。
図５は、安定走行状態の特性を記述する第２のブロック図を示している。
図６は、ドリフト状態の特性を記述する第１のブロック図を示している。
図７は、ドリフト状態の特性を記述する第２のブロック図を示している。
図８は、スピン状態の特性を記述する第１のブロック図を示している。
図９は、スピン状態の特性を記述する第２のブロック図を示している。
説明
現代の車両は、例えばウィンドウエアバッグや安全ベルトなどのような、車両が横転したときに乗員の保護を可能にする拘束手段が装備されている。横転検出のための従来のシステムは車両のｘ、ｙ、及びｚ方向における揺れ運動と加速度を考慮する。車両横転の確実な検出はこれに基づいて可能となっている。しかしながら、通常は揺れ角が２０°〜４０°である横転の遅い時点にならなければ、確実に決定を下すことはできない。車両横転のある特定のケース、いわゆるソイルトリップの場合には、これでは乗員を十分に保護するには遅すぎる。というのも、乗員は高い横加速度によってすでに脇の方へ移動してしまっており、例えばウィンドウエアバッグの効果が強く制限されてしまうからである。従来技術において示されているように、横滑り角と車両横加速度を取り入れることによって、横加速度が高いときに時宜にかなったトリガ決定を可能にする方法がすでに公知である。

横転検出のために使用しなければならない２０°よりも大きな角度範囲の横滑り角と横速度とを求めるために、本発明にしたがって、車両の走行状態を時間的に連続したフェーズに分け、各フェーズに関して横滑り角と車両横速度を走行動特性から求め、横滑り角と車両横速度の求め方が個々のフェーズで異なっているような装置が提案される。

この求め方、例えば計算法は、それぞれのフェーズに正確に割り当てられており、これらのフェーズの物理的与件を顧慮する。とりわけ、安定走行状態、ドリフト状態とも呼びうる横滑り運動、スピンそのもの、つまりスピン状態の３つのフェーズが区別される。

つぎには、横滑り角と横速度が多段論理回路により求められなければならない。このために、さまざまな計算手続が組み合わされ、各手続の選択の具体化が指定される。

図１は本発明による装置のブロック回路図を示している。センサ系１はデータ出力側を介してプロセッサ２に接続されている。メモリ手段も有するプロセッサ２は、データ出力側を介して拘束手段３に接続されている。センサ系１は走行動特性データと横転データ（ヨーレート及び水平加速度）を供給する。このために、センサ系１は加速度及び回転数センサを有している。ホイール回転数及び操舵角の検出もセンサ系１で行うことができる。センサ系１は車両内に分散させて及び／又は中央制御装置内に集中させてもよい。センサ系１はすでにディジタル化された信号をプロセッサ２に供給する。一般的には、すでにディジタル化されたセンサ信号を出力するディジタルセンサが使用される。

アナログセンサを使用し、その信号をプロセッサ２において又は特別なアナログディジタル変換器によりディジタル化することも可能である。ディジタル化は別の処理のためにも必要である。同じようにセンサ系１は、角度が小さいときにも横滑り角の推定値を示すことのできる走行動特性制御用の制御装置を有していてもよい。このような走行動特性制御は通常、例えばタイヤ特性と横束縛応力とから成るモデルを使用する方法のように、１０°未満の角度範囲に対してしか適していない。走行動特性制御はとりわけ横滑り角が大きいときには効果的に実行され得ない。同じようにセンサ系１は、例えば車両縦速度のような計算された又は処理された量を供給する制御装置を有していてもよい。

センサ系１は、上で示されたように、プロセッサ２内にあるケーシングの外部に配置することができる。センサ系１とプロセッサ２との間の電気的接続はバスによって又は１つの２線式線路もしくは多数の２線式線路によって実現することができる。特に、２線式線路の場合には、情報の流れをセンサ系１からプロセッサ２に向かって単方向に固定することが可能である。

プロセッサ２は従来の横転センサ系（ω_ｘ、ａ_ｙ、及びａ_ｚ）に加えてセンサ系１の走行動特性データを評価し、これらから横滑り角と車両横速度の算出によって車両横転を検出することができる。横滑り角と車両横加速度はここでは走行状態の固定フェーズに依存して求められる。各フェーズに対して、個別の計算規則が定められている。ここでは、特に３つのフェーズ、より詳細には、安定走行状態、ドリフト状態、及びスピン状態が定められている。原則的には３つのフェーズよりも多くの又は少ないフェーズへの細分も可能である。

初めは、車両は走行状態にある。これには横滑り角の小さなカーブ走行も含まれる。この状態が生じている場合には、横滑り角と横速度は横転検出にとっては重要ではない。というのも、これらは横転運動を引き起こすには小さすぎるからである。したがって、推定された横速度ｖ_ｙ０として値ゼロが得られる。推定された横滑り角β_０は横転検出のこのフェーズにおいては一定と見なされる。ただし、この定数は車両に依存しており、カーブ走行のときに到達可能な最大の横滑り角によって決定される。変種として、例えばタイヤ特性モデルを用いて制御装置において計算されるような横滑り角Β_ｅｓｐを次の状態への引渡し値として使用することも可能である。さらに別の変種は、フェーズ２への移行の際に使用すべき横滑り角β_０を例えば必要に応じて適切にフィルタリングされた操舵角、ヨーレート、及び車両横加速度に基づいた走行状態の推定によって求めることである。

第２のフェーズは横滑り運動の開始によってマークされる。横滑り運動の開始は、例えば横滑り角の変化が大きいとき又は以前に比較的長く持続していた横加速度が急激に低下するときに識別される。これは、とりわけ、カーブ走行のときの横束縛応力が車両を安定に保つにはもはや十分でなく、車輪が横滑りするときに、スピンが生じることに由来している。

横滑り角の変化は次式によって計算される：

このフェーズでは、横滑り角β_１は横滑り角の変化の積分によって求めることができる。その際、出発値として、フェーズ１から最後に求められた値β_０が採用される。これは次式に従って求められる：

横速度ｖ_ｙは横滑り角β_１と車両の縦速度ｖ_ｘとによって求められる：
ｖ_ｙ，１＝ｖ_ｘｔａｎ（β_１）
第３のフェーズは車両のスピンによって特徴づけられる。これは、例えば横滑り角β_１が所定の閾値β_ｍｉｎを超えることによって、及び／又はヨーレートω_ｚが最小ヨーレートω_ｚｍｉｎよりも大きいときに車輪がブロックされることによって検出することができる。

横滑り角β_２はヨーレートの積分により計算される。その際、出発値として、フェーズ２から最後に求められた値β_１が採用される：

横速度は横滑り角と車両の重心速度ｖ_ｓｐとにより求められる：
ｖ_ｙ，２＝ｖ_ｓｐｓｉｎ（β_２）
なお、重心速度は、初期縦速度、初期横速度、及び横加速度ａ_ｙ、ならびに選択的には縦加速度ａ_ｘから求められる。

図２には、図１の本発明による装置が辿るシーケンスのフローチャートが視覚化されている。方法ステップ４では、センサ系１が走行動特性データをプロセッサ２に送出する。方法ステップ５では、安定状態を過ぎたか否か、つまり、ドリフト状態が生じているか否かが調べられる。プロセッサ２は走行動特性データに基づいてこれを調べる。ドリフト状態が生じていなければ、方法ステップ４にジャンプする。ドリフト状態が生じている場合には、方法ステップ６においてドリフト状態が識別され、上述のように、横滑り角が求められる。このことは車両横速度についても当てはまる。方法ステップ７では、フェーズ３、すなわち、スピン状態に達しているか否かが調べられる。スピン状態に達していなければ、方法ステップ５にジャンプする。スピン状態に達していれば、方法ステップ８にジャンプし、スピン状態にあることが識別され、横滑り角と車両横速度が上述のように求められる。方法ステップ９では、走行動特性データと横転センサ系（ω_ｘ、ａ_ｙ、及びａ_ｚ）とに基づいて車両横転が検出されているか否かが調べられる。車両横転が検出されていなければ、方法ステップ５にジャンプする。車両横転が検出されている場合には、方法ステップ１０にジャンプし、拘束手段３がプロセッサ２により駆動される。拘束手段３は、車両横転の場合には、例えば特に頭部を保護するエアバッグ、ロールバー、衝突のときに乗員が滑り落ちること、つまり、サブマリン現象を防ぐ安全ベルトである。

図３は、本発明による装置によって実行される状態図を示している。装置は、上で示されたように、ドリフトが識別されている場合には、安定走行状態１１からドリフト状態１２に達する。引渡しパラメータとしてここでは横滑り角β_０が引き渡される。ドリフト状態１２においては、安定状態が検出されるのか又はスピン状態が生じているのかが調べられる。安定走行状態が検出された場合には、スピン状態１２から安定走行状態１１にジャンプする。スピン状態が検出された場合には、スピン状態である状態１３にジャンプし、横滑り角β_１がパラメータとして引き渡される。

両方のうちのどちらも生じていない場合には、ドリフト状態１２に留まる。スピン状態においては、ふたたび安定走行状態が生じていないかどうかが調べられる。安定走行状態が生じている場合には、状態１３から安定走行状態１１にジャンプする。さらに、拘束手段をトリガすべきか否かが調べられる。

図４は、安定走行状態の出力パラメータとして横滑り角β_０とゼロの車両横速度とが生じることを示している。図５は、走行動特性制御によって横滑り角Β_ｅｓｐが供給されるような変種を表している。またその場合、出力パラメータとして、横滑り角β_０と、同じくゼロの車両横速度ｖ_ｙとが生じる。

図６には、ドリフト状態において横滑り角β_１と車両横速度ｖ_ｙ１を求めるために、どんなパラメータが入力されるかが示されている。ドリフト状態において横滑り角β_１と車両横速度ｖ_ｙ１を求めるためには、安定走行状態からの横滑り角β_０と、車両縦速度ｖ_ｘと、ヨーレートω_ｚと、車両横加速度ａ_ｙと、車両縦加速度ａ_ｘとが必要である。図７に示されているように、車両縦加速度を使用せずに、車両縦速度ｖ_ｘと、ヨーレートω_ｚと、車両横加速度ａ_ｙとだけを用いて、横滑り角β_１と車両横速度ｖ_ｙ１を求めることも可能である。

図８には、スピン状態において横滑り角β_２と車両横速度ｖ_ｙ２を求めるためにどんなパラメータが必要であるかが示されている。この場合、必要なパラメータは、横滑り角β_１、車両縦速度ｖ_ｘ、ヨーレートω_ｚ、車両横速度ｖ_ｙ１、車両縦加速度ａ_ｘ、及び車両横加速度ａ_ｙである。図９に示されているように、択一的に、車両縦加速度を使用しないことも可能である。

本発明による装置のブロック回路図を示す。 本発明による装置が辿るシーケンスの流れ図を示す。 本発明による装置のシーケンスの状態図を示す。 安定走行状態の特性を示すパラメータを指定するためのブロック図を示す。 安定走行状態の特性を記述する第２のブロック図を示す。 ドリフト状態の特性を記述する第１のブロック図を示す。 ドリフト状態の特性を記述する第２のブロック図を示す。 スピン状態の特性を記述する第１のブロック図を示す。 スピン状態の特性を記述する第２のブロック図を示す。

Claims (6)

1. 走行動特性データと横転データ（ｖ_ｘ，ω_ｚ，ａ_ｙ，ω_ｘ，β_ＥＳＰ）とを検出するセンサ系（１）を備えた車両横転を識別するための装置であって、前記センサ系（１）が、前記走行動特性データと前記横転データ（ｖ_ｘ，ω_ｚ，ａ_ｙ，ω_ｘ，β_ＥＳＰ）とに依存して車両横転を識別するように構成されたプロセッサ（２）と接続することができるものである形式の装置において、
   前記プロセッサ（２）は車両の走行状態を時間的に連続したフェーズ（１１〜１３）に区分する手段を有しており、前記プロセッサ（２）は各フェーズに関して横滑り角と車両横速度とを前記走行動特性データと前記横転データ（ｖ_ｘ，ω_ｚ，ａ_ｙ，ω_ｘ，β_ＥＳＰ）とから求める手段を有しており、車両横転の検出は横滑り角（β_０，β_１，β_２）と車両横速度（ｖ_ｙ０，ｖ_ｙ１，ｖ_ｙ２）とに依存して行われることを特徴とする、車両横転を検出するための装置。
2. 走行状態を区分する前記手段は、安定走行状態（１１）、横滑り運動（１２）、及びスピン（１３）の、３つのフェーズを区別するように構成されており、前記安定走行状態（１１）はほぼ一定の横滑り角（β_０）により特徴づけられ、前記横滑り運動は横滑り角の大きな変化により特徴づけられ、前記スピンは所定の閾値（β_ｍｉｎ）よりも大きな横滑り角（β_２）により特徴づけられる、請求項１記載の装置。
3. 前記センサ系（１）は走行動特性データとして車両縦速度（ｖ_ｘ）及び／又はヨーレート（ω_ｘ）及び／又は車両横加速度（ａ_ｙ）を検出する、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記センサ系（１）はさらにホイール回転数及び／又は車両縦加速度（ａ_ｘ）及び／又は操舵角及び／又は横滑り角の推定値（β_ＥＳＰ）を出力する、請求項３記載の装置。
5. 前記装置は、横転の検出に依存してプロセッサにより駆動される拘束システム（３）に接続することができる、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
6. 車両横速度の変わりに車両重心速度を使用することができる、請求項１から５のいずれか１項記載の装置。

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