JP2012533478A - 転覆を検出する方法 - Google Patents

Abstract

車両横加速度、車両横速度及び車両縦軸線の周りの少なくとも１つの回転状態量を考慮して転覆を検出する方法が紹介され、車両横速度から並進エネルギ値を求め、回転状態量から回転エネルギ値を求め、これらのエネルギ値から修正パラメータを求めることによって、車両横速度及び／又は車両横加速度のための修正パラメータが求められる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の転覆を検出する方法に関する。

車両転覆は、他の事故形式と比べてまれにしか起こらないが、乗客の致命的又はいっそう重大な負傷の高い割合を持っている。衝突の際始動すべきエアバッグ、ロールバー等のような受動乗客保護手段は、転覆過程を適時に予報することができる時、これらの負傷を減少することができる。他方これらの安全装置が側面衝突の場合動作せしめられず、特に転覆の危険のない側面衝突の場合及び低いエネルギの場合動作せしめられないようにする転覆アルゴリズムへの要求がある。

古典的な転覆検出方法は、ローリング速度、横加速度及び垂直加速度の測定に基いている。縁石稜への側方衝突又は車道縁にあるゆるい路床への車輪の側方埋込みのような特定の転覆シナリオに対して、適時の検出への高度の要求があり、今までの方法を受付けない。

多くの場合、車両速度による転覆検出を改善するため、例えば横加速度を介する横速度の写像が行われる（ｖｙ−ａｙマップ）。

この場合転覆を早期に検出するために非常に低い閾値が必要であり、それが非始動側面衝突事象においても高い感度及び誤始動の危険に帰着する。

欧州特許第１１０１６５８号明細書のドイツ語翻訳第６００２７３８６号から、車両転覆の検出方法が公知であり、エネルギ基準又はエネルギ閾値が、回転角及び横方向の加速度から誘導される乗数及び所定の定数から成る一次方程式によって求められる。

車両の現在の角変化速度が、続いてこのエネルギ基準と比較され、このエネルギ基準により転覆の開始が推論される。従ってエネルギ基準は、転覆検出の動的閾値を形成し、車両横加速度又は車両横速度の修正には用いられない。

更にドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７４４０８３号明細書から、転覆過程における車両の安全装置が公知であり、１つの方法段階において、回転エネルギが付加的に始動決定のために利用される。更に低い障害物への車両の衝突とその際始まる傾倒運動による転覆を考慮するため、横加速度も考慮される。しかしこの場合も交易局エネルギ値は求められず、これらのエネルギ値から車両横速度又は車両横加速度の修正パラメータも誘導されない。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０９７１７号明細書から、車両における追越し過程を検出する装置が公知であり、複数の回転速度センサから車両の回転エネルギが誘導される。並進エネルギ値の考慮もこれらのエネルギ値に基づく車両横加速度又は車両横速度の適合も行われない。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０３０９号明細書から車両の転覆検出方法が公知であり、転覆が車両横方向の運動能力、位置エネルギ及びローリングエネルギに関係して検出され、その際ローリングエネルギへ運動能力の移行が求められるように、運動能力が考慮される。従ってローリングエネルギの値が、並進エネルギの特定の値だけ、ここでは運動能力の形で補足されて、この運動能力を始動閾値と比較する。しかしこれらのエネルギ値に基く車両横加速度又は車両横速度の適合は行われない。

従って本発明の課題は、一層確実で速やかな区別を可能にする転覆検出方法を提示することである。

この課題は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明の有利な展開は従属請求項からわかり、個々の特徴の組合わせ及び展開も考えられる。

本発明の重要な思想は、車両横加速度又は（しばしばこれから積分により求められる）車両横速度から並進エネルギ値を求め、回転状態量から回転エネルギ値を求め、これらのエネルギ値から修正パラメータを求めることによって、車両横速度及び／又は車両横加速度のための修正パレメータが求められることである。

従って横加速度を介する横速度の写像において、特性曲線推移がこの修正パラメータにより変化され、その際原則的に車両横速度及び／又は車両横加速度の修正が考えられ、そのつど適切な修正パラメータの具体的な計算の問題のみである。同様にこの修正は、横速度を介して横加速度の写像のためにも使用される。

従ってどれ位横方向エネルギがローリングエネルギに変換されたか又は現在変換されるか又は変換可能であるか、又は車両構造又は衝突相手によりどれ位まだ吸収可能であるかを記述するエネルギ項によって、評価を改善することが提案される。

この項は、第１近似で、どれ位の横方向運動エネルギが走行方向に対して横向きに走行方向軸線周りのローリング運動に変換されているかを測定する。このエネルギ値は、特定の臨界ローリング角で転覆に至る臨界エネルギ値に関係せしめられる。他方このエネルギ値は、車両の横方向のエネルギ吸収を記述する。

横速度及び横加速度は、動的条件において転覆の危険の良好な予報を可能にするが、純粋な側面衝突の場合又は非常に極端な操縦の場合誤評価を生じる可能性がある。側面衝突は、車両構造におけるエネルギ吸収のため高い加速度値を生じるが、転覆を生じることは少ない。修正パラメータにより、信号は結果において低いままであり、側面衝突の際誤始動を防止することができる。この項の考慮は予報精度を著しく高める。

このエネルギ収支考察は、ローリング仕事つまり傾倒方向への重心の移動により消滅されるエネルギ、及び並進仕事つまり特に走行方向に対して横向きの車両の横移動により摩擦を介して消滅されるエネルギ、及び車両の垂直軸線の周りに作用するヨーイング量即ちヨーイングエネルギによって、なお改善可能であり、これらの影響量は著しく減少する影響を持っているので、回転エネルギ及び並進エネルギの考慮が予報精度の著しい改善を行う。

その際並進又は回転エネルギ値を物理的意味で正確に計算することは、まったく必要でない。横方向エネルギ値が車両横速度の２乗に少なくとも近似的に比例し、回転エネルギ値が回転速度の２乗に少なくとも近似的に比例していると評価される場合、良好な近似が行われる。物理的数式において考慮されるその他の係数は、質量及び質量慣性のような車両の一定な量であり、従って少なくとも近似的に一定と仮定することができる。これらの量は、計算の際適当に定数として入るか、又は臨界エネルギ値の規定に等しく算出されるので、修正パラメータは結局何も変化しない

エネルギ値の２乗関係は、部分的に直線化される特性曲線又は表の値によって変えることもできる。

並進エネルギ値及び回転エネルギ値がそれぞれ臨界エネルギ値に対して評価され、それから修正パラメータが求められる、その際臨界エネルギ値が車両に特有なものとして規定される。

本発明が図により実施例について以下に詳細に説明される。以下機能的に同じ素子及び／又は同じ素子は同じ符号で示される。

方法のブロック図を示す。 転覆過程のエネルギ収支分析を示す。 横加速度に関する横速度の図及び修正パラメータを考慮した転覆限界を示す。 古典的アルゴリズム及び本発明によるアルゴリズムの始動線図の比較を示す。 異なる実験及びアルゴリズムにおける始動時間及び始動特性を示す。

図１はエネルギ吸収を最適化される積極的な転覆予報の好ましい構成のブロック図を示す。原則的に車両における方向はＸＹＺ座標系として記述され、ここでＸは走行方向、Ｙは走行方向及び車道に対して直角な方向、Ｚは垂直軸線従って車道に対して直角な方向に相当する。

この実施例において、次の要因が修正パラメータの計算に入る。
まず一般に加速度センサにより求められる横加速度の積分によって得られる横速度から求められる並進エネルギ。その代わりに例えば光センサ横速度を直接測定することができる。
更に例えば（ここではなるべく低域フィルタで濾波されるローリング速度から得られる少なくとも回転エネルギ。
特別な展開として更に既に実行されたローリング仕事が、例えば得られれた絶対ローリング角から検出されて考慮され、ローリング角が一般に再び回転速度から積分により得られる。

それから計算ブロックにおいて、修正パラメータがなるべく次式によって求められ

ここでＫは修正パラメータ、Ｅｎｅｒｇｉｅ_Ｒｏｔｘは回転エネルギ値、Ｅｎｅｒｇｉｅ_{Ｔｒａｎｓｙ}は並進エネルギ値、Ａｒｂｅｉｔ_Ｒｏｔｘは行われる回転仕事の値、Ｅｎｅｒｇｉｅ_Ｋｒｉｔは臨界エネルギ値である。

臨界エネルギ値の事前設定は、車両形式について個々に行われ、車両の重量分布及び重心位置、及び弾性懸架及び減衰のような車両の運動特性に強く関係している。この臨界エネルギ値は、一般に開発段階において、適当な車両における転覆実験により求められる。

必要な場合修正パラメータは、更に標準化点によりスケーリングすることができる。

その場合修正項は、いわゆるｖｙ−ａｙマッピング、従って横加速度の写像において、横速度を介して考慮され、速度がなるべく修正パラメータと乗算される。

図２は、今や成分に応じて変換される始動エネルギを規定する車両の初期横運動ｖ_ｉから始まって、転覆過程のエネルギ収支を示す。

まず並進エネルギの成分が常に維持され、即ち車両自身が転覆中に引続き横方向（Ｙ）の運動を行うであろう。従って転覆の予報のため、まだ変換されない現在の並進エネルギの強さが重要である。

ローリングエネルギは、すでにローリング運動に変換され、即ち走行方向軸線の周りの角速度に帰着するエネルギ成分を記述する。両方の量は、臨界エネルギ値に関係して、転覆確率の程度を形成する。

既に行われたローリング仕事を考慮することによって、この評価をもう一度著しく改善することができる。この場合車両重心の持上げΔｈは、ローリング速度従って走行方向軸線又はそれに対して平行な軸線の周りにおける車両の傾倒によって生じる。

これに対して一般に、可能性のある転覆の危険に対する他のエネルギ成分は、むしろ重大ではなく、即ち車両のＸ軸周りの転覆に対して危険でないエネルギ又は仕事へのエネルギ変換を生じる。

なお並進仕事即ち摩擦係数を考慮して行程ｄだけ横方向への車両の移動、及び車両の質量と重力加速度から定義される垂線力がある。この摩擦仕事はそれ自体転覆の危険を高めず、場合によってはそれにより引き起こされる車両自体の傾倒危険のみを高めるが、それはローリングエネルギ及びなるべくローリング仕事によって直接検出される。

力は一般に車両重心に対して対称に作用せず、特に質量分布従って質量慣性が対称ではないので、なおヨーイングの影響即ち車両の垂直軸線Ｚの周りの回転が生じ、従って始動エネルギの成分がヨーイング仕事及びヨーイングエネルギにも変換される。これらのヨーイング仕事及びエネルギは、走行安定性によって極めて危険で、例えば車両を投げ飛ばすかも知れないが、転覆の直接検出にとっては取るに足りない。

側面衝突の際のエネルギの結局最大の成分は、車両の塑性変形に変換される。しかしこの成分も同様に転覆の危険を高めない。

全体としてその結果、例えば横速度における係数として修正パラメータの導入により、横加速度を介して横速度の形成（ｖｙ−ａｙマップ）の新しい評価が生じる。図３には、転覆限界の新しい経過が明らかに認められる。ここでｆ１（ｔ）は、非始動の場合の加速度及びエネルギで重み付けされる速度の値対の時間的経過を示し、ｆ２（ｔ）により、逆方向における転覆の経過の例が示され、転覆限界への最初の到達により、転覆の不可避なことが確認され、適当な安全装置を始動させることができる。

図４ａ及び４ｂは、回転角及び回転速度に基く古典的な転覆アルゴリズム、及びエネルギに基く修正パラメータを考慮して横速度及び横加速度のここで使用される評価において、異なる評価量及び限界線をもう一度示す。

さて図５は、ここでは能動転覆と称される、回転速度に基く古典的アルゴリズム及び本発明によるアルゴリズムにおける種々の実験の際の始動時間又は始動特性を、比較して示す。評価のため、黒い棒としてそれぞれ所望の始動特性又は始動時間が示され、即ち黒い棒がない場合、始動が望まれない。

低い速度による土壌走行実験は、まだ両方のアルゴリズムにより明らかに非始動事例と認識される。しかし約３０ｋｍ／ｈ横速度から、土壌走行実験は一般に転覆を生じるけれども、転覆は古典的なアルゴリズムにより場合によっては望んだより遅く検出され、これに反しエネルギに基くアルゴリズムでは、修正パラメータの高い運動エネルギが、横速度を対応して一層高く従って一層転覆の危険があるものと評価し、従って一層早く始動させる。

舗道走行実験もエネルギに基くアルゴリズムの利点を示し、アルゴリズムはここでは特に２２ｋｍ／ｈ実験を非始動事例として一層明らかに検出し、一方古典的アルゴリズムはここでは衝突の際短時間高い回転速度のため誤始動を生じる。

土壌走行及び舗道走行は所定の転覆シナリオである。土壌走行により、ゆるい路床への車輪の側方埋込みが記述されかつ模擬され、一方舗道走行により、その際存在する横速度に応じて増大する転覆の危険を持つ縁石の側方突き飛ばしを記述する。その際明らかにわかるように、特に土壌走行の場合古典的アルゴリズムは、場合によっては所望の始動時間より遅く、横加速度及び横速度に基いてエネルギ値で修正される新しいアルゴリズムは、乗客の負傷値の著しい改善を生じることができる利点を与える。

この方法の別の利点は、制御装置が車両横加速度及び回転速度を求める従来のセンサで足りることであり、これらの横加速度及び回転速度の信号から、アルゴリズムのために必要なすべての量を誘導することができ、従って方法の変更は制御装置に補足されるソフトウエアを必要とするだけである。

Claims (9)

1. 車両横加速度、車両横速度及び車両縦軸線の周りの少なくとも１つの回転状態量を考慮して転覆を検出する方法において、車両横速度から並進エネルギ値を求め、回転状態量から回転エネルギ値を求め、これらのエネルギ値から修正パラメータを求めることによって、車両横速度及び／又は車両横加速度のための修正パラメータが求められることを特徴とする、方法。
2. 並進エネルギ値が車両速度の２乗に少なくとも近似的に比例していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 回転エネルギ値が回転速度の２乗に少なくとも近似的に比例していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 回転エネルギ値が、ローリングエネルギのほかに、車両縦軸線の周りに行われたローリング仕事を考慮することを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の方法。
5. 修正パラメータに、車両に特有に規定される臨界エネルギ値が入ることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の方法。
6. 並進エネルギ値及び回転エネルギ値がそれぞれ臨界エネルギ値に対して評価され、それから修正パラメータが求められることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 修正パラメータが
   

   

   によって求められ、ここでＫは修正パラメータ、Ｅｎｅｒｇｉｅ_Ｒｏｔｘは回転エネルギ値、Ｅｎｅｒｇｉｅ_{Ｔｒａｎｓｙ}は並進エネルギ値、Ｅｎｅｒｇｉｅ_Ｋｒｉｔは臨界エネルギ値であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 修正パラメータを求める際、更に行われる回転仕事の値が次式
   

   

   により考慮され、ここでＡｒｂｅｉｔ_Ｒｏｔｘは行われる回転仕事の値であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 乗客保護システム用制御装置であって、制御装置が車両横加速度、車両横速度及び走行方向軸線の周りの少なくとも１つの回転状態量を求めるためのセンサ、及び先行する請求項の１つに記載の転覆検出方法を持っている、制御装置。

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