SE534602C2 - Förfarande och anordning för att styra ett aktivt och/eller passivt säkerhetssystem i ett motorfordon - Google Patents

Description

25 30 534 502 Om fordonet dock är inom ramen för de körfysikaliska gränser, som inte år stabiliserbara, kan dock sådana ingrepp leda till att fordonet blir kvar onödigt länge i ett för passagerarna kritiskt rörelsetillstånd, speciellt i tvärriktningen.

Så kan en situation uppkomma i det att fordonets rotationsrörelse stoppas genom kördynamikregleringen men att fordonet kanar vidare i tvärriktningen.

Utan ingripandet av kördynamikregleringen skulle fordonet ytterligare vridas kring vertikalaxeln och i anslutning till detta exempelvis ytterligare rulla bakåt.

Denna situation skulle för passagerarna vara väsentligt mindre riskabel än att fordonet kanar i tvärriktningen med faran för en sidokollision. Kännedomen om de framtida rotationsförhållandena (eventuellt under antagande av ett bestämt stabiliseringsingripande) är härmed väsentligt för en ytterligare för- bättring av passagerarskyddet.

Beskrivning av uppfinningen Det är härmed ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett för- farande, såväl som en anordning medelst detta resp. denna att förutsäga den framtida rotationsrörelsen hos fordonet i en okontrollerad körsituation.

Detta syfte löses enligt uppfinningen genom de i patentkrav 1 såväl som i patentkrav 8 angivna särdragen. Ytterligare utföringsforrner av uppfinningen erhålls genom underkraven.

En väsentlig aspekt av uppfinningen består i att mäta en storhet som beskri- ver gir- resp. rotationsrörelsen hos fordonet och mata in denna storhet i en matematisk modell, som därifrån - under antagande av bestämda fysikaliska förhållanden och valbart även ett bestämt ingripande av en fordonsregulator -fastställer en information om den framtida rotationsrörelsen hos fordonet.

Denna information används slutligen för att driva minst ett fordonssäkerhets- system beroende av situationen. Då den modellbaserade uppskattningen av den framtida rotationsrörelsen exempelvis resulterar i, att fordonet även vid fullständigt ingripande av kördynamikregleringen kommer att kana itvärrikt- 10 15 20 25 30 534 602 ningen en längre tid, kan ingripandet av kördynamikregleringen exempelvis reduceras så långt, att fordonet roterar mer än 90° och rotationen exempelvis kommer att hamna vid 180° vridning. För passagerarna medger detta en vä- sentligen mindre risk för en kritisk sidokollision. Oberoende av en modifiering av ingreppsstrategin hos kördynamikregleringen kan även andra fordonssä- kerhetssystem, speciellt av passiv teknik, som exempelvis passagerarstöd- system, krockkuddesystem eller ett aktivt sidokollisionsskydd, aktiveras tidigt eller förberedas för en kort förestående insats.

Den uppfinningsenliga matematiska modellen är företrädesvis så utformad att det framtida förloppet av en vinkelawikelse eller girvinkel, en maximal vinkel, en tidslängd för att nå en maximal vinkel, en vinkelacceleration och/eller en annan karakteristisk storhet kan förutsägas, som beskriver for- donets framtida rotationsrörelse. Speciellt erhålles upplysning över det fram- tida förloppet av awikelse resp. girvinkeln eller deras maximala värden, om fordonet kommer i ett framtida körtillstånd, i vilket det kanar tvärs tyngd- punktsbanan.

Som ingångsstorhet för den matematiska modellen kan exempelvis mätvär- den av de aktuella resp. hittills uppkomna girhastigheten, awikelsevinkeln eller andra, beskrivande storheter för fordonets rotationsrörelse användas.

Denna storhet eller storheter uppmäts företrädesvis medelst motsvarande sensorer eller genom uppskattning av lämpliga algoritmer.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen uppmäts den hittills upp- komna girhastigheten hos fordonet och bearbetas av en matematisk modell.

Girhastigheten uppmäts företrädesvis medelst en girhastighetssensor, som ändå redan är inbyggd i de flesta fordon. Användningen av girhastigheten som ingångsstorhet har därmed fördelen, att denna enkelt och kostnadsef- fektivt kan erhållas i fordonet. 10 15 20 25 30 534 B02 Den matematiska modellen tar hänsyn till friktionsförhållandet mellan hjul och vägbana och även ingreppet hos minst ett stabiliseringssystem, som exem- pelvis ESP. Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen fastställer den matematiska modellen informationen om den framtida rotationsrörelsen hos fordonet under antagandet av ett maximalt ingrepp av ett stabiliserings- system, exempelvis ett maximalt bromsingrepp hos ESP.

För att beräkna den önskade informationen innehåller den matematiska mo- dellen företrädesvis en funktion, som avbildar avklingandet av en vid ett tillfäl- le förekommande rotationsrörelse. Enligt en föredragen utföringsform av upp- finningen är denna funktion realiserad som en parabelfunktion. Andra mate- matiska beskrivningar, som så noggrant som möjligt approximerar rotations- förhållandet, är likaledes tänkbara.

Ovanstående beskrivna algoritm kan i princip appliceras i varje valfri styrap- parat hos fordonet. Företrädesvis är den matematiska modellen integrerad i kördynamikregleringens styrapparat.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen skall i det efterföljande närmare förklaras som exempel med hjälp av bifogade ritningar. De visar: Fig. 1 en schematisk vy av ett system för att styra aktiva eller passiva for- donssäkerhetssystem med hänsyn taget till fordonets framtida upp- skattade rotationsrörelser; och Fig. 2 förloppet av giraccelerationen (Fig, 2a), girhastigheten (Fig. 2b) och girvinkeln (Fig. 2c) under en åksituation, i vilken fordonet roterar kring vertikalaxeln. 10 15 20 25 30 534 G02 Utföringsformer av uppfinningen Fig. 1 visar ett schematiskt blockschema för olika fordonssäkerhetssystem, som drivs med hänsyn taget till olika uppskattade framtida rotationsrörelser hos fordonet. Anordningen omfattar en kördynamikreglering 1, som medelst en eller flera aktuatorer, som exempelvis fordonsbromsarna, kan ingripa i fordonskörningen, för att stabilisera fordonet. Aktuatorerna som tillhör kördy- namikregleringen 1 är sammanfattat i ett block 4. Den aktuella körsituationen övervakas medelst sensorerna 2 och 3. Dessa är i regel speciellt en girhas- tighetssensor 2 och ytterligare sensorer som exempelvis hjul-varvtals- sensorer, styrvinkelsensor och tväraccelerationssensor, som i ritningen sammanfattas med siffran 3. Flera sensorer kan ytterligare anordnas i ut- forrnningen av systemet.

Regleringen 1 uppskattar på bestämt sätt awikelsevinkeln ß hos fordonet och ger detta värde såväl som värdet av den aktuella girhastigheten dpsi/dt vidare till en enhet 5, som omfattar en matematisk modell, som uppskattar informationen om fordonets framtida rotationsrörelse. Awikelsevinkelprogno- sen baserar sig här på en girvinkeländring, och som prognostiseras på basis av en uppmätt girhastighet. Den från enheten 5 uppskattade informationen som i det visade utföringsexemplet är en maximal avvikelsevinkel Bmx, kan även också vara varje valfri annan information, som exempelvis förloppet av den framtida rotationsrörelsen.

Den i enheten 5 innehållande modellen förmedlar den framtida rotationsrö- relsen med hänsyn till bestämda fysikaliska förhållanden, speciellt friktions- förhållandet mellan hjul och väg och företrädesvis också under antagandet av ett bestämt ingrepp av fordonregleringen 1. För avtagandet av en rota- tionsrörelse (med hänsyn till nämnda storheter) kan exempelvis en parabel- funktion ansättas, som relativt bra approximerar förloppet av girhastigheten. I detta fall gäller för girhastigheten dpsi/dt: dpsi/dt = ai-tz + art + aa (1) 10 15 20 25 30 534 602 därvid är a1, a; och a; parametrar och t är tiden. Som utgångsvärde ag insätts företrädesvis det aktuella mätvärdet av girhastigheten dpsi/dt. Därmed gäller: dpsildt(t=0) = a; =dpsioldt Girvinkeln psi erhålles genom tidsintegrationen av girhastigheten (1) till: psilt) = inudpsi/dtldt + psio = 1/s-a1-tß + wzaz-t” + aß-t + psio (2) För förfarandet antages att för awikelsevinkeln ß z -psi gäller, att awikelse- vinkeln alltså beloppsmässigt tillnärrnelsevis motsvarar girvinkeln. För girvin- kelns ingångsvärde psio används härvid företrädesvis det aktuella negativa mät- resp. uppskattade värdet av avvikelsevinkeln -ß0. Således gäller: Psio = -ßo För giraccelerationen dzpsi/dtz gäller: dzpsi/dt* = 2-a1-t + az- (3) Giraccelerationen kan exempelvis uppskattas från hjulkrafterna och moment- utjämningsvikten dzpsildtz = Mz/J, varvid Mz är i beroende av awikelsevin- keln högsta, genom broms- och styringrepp uppnåbara ginnomentet Mlmaxfišo), och J är masströghetsmomentet. För koefficienten az i ekvationen (1) gäller således: dzpsvdttlev) = az = Mzmaxißo).

I körmanöverförloppet kan uppskattningen av den maximala awikelsevinkeln förbättras, genom att den aktuella giraccelerationen med hjälp av girhastig- hetsmätvärdet fastställs.

Således är enbart parametem a1 i ekvationen (1) obestämd. En möjlighet att fastställa parametern a1 består däri att bestämma detta som en multipel av az. Så kan exempelvis 81 = -a2'Û,85 10 15 20 25 30 534 B02 ansättas. l stället för det exemplifierade värdet 0,85 kan även ett annat värde ansättas. Därigenom kan det antagas att det från kördynamikregleringens 1 alstrade girmomentet till början av en kritisk körsituation, i vilken awikelse- vinkeln är liten, blir större vid en större awikelsevinkel, vid vilken broms- och även styringrepp enbart har mycket små påverkningar av girrörelsen.

Därmed är alla koefficienter från ekvationen (1) bestämda. Den maximala awikelsevinkeln erhålles när girhastigheten blir noll alltså när: dpsi/dt = 0 Från ekvationen (1) ges två lösningar för tidpunkten då den maximala awi- kelsevinkeln uppträder: term = 1/2/a1'('a2 ' (az ' 4'31'a3)1,2) (48) fena: = 1/2/811-22 '*' (32 ' ”farasf/z) Mb) Den maximala girvinkeln psiend erhålles slutligen från ekvationen 2 för t = tend, psiend = war-rem? + wz-az-tendz + afraid - ßo och därigenom den sökta maximala awikelsevinkeln Bmx till: ßmax = 'psiend Den så beräknade maximala awikelsevinkeln Bm, kan nu tillföras exempel- vis kördynamikregleringen, för att situationsberoende styra denna. När den modellbaserade uppskattningen av den framtida rotationsrörelsen exempel- vis erhålles, att fordonet även vid fullständigt ingrepp av kördynamikre- gleringen även kommer att kana tvärs färdriktningen en längre tid, kan in- greppet av kördynamikregleringen exempelvis reduceras så långt att fordonet roterar mer än 90° och att rotationen kommer att stanna vid exempelvis 180° vridning. För passagerarna ernås därigenom en väsentligen mindre risk för en kritisk sidokollision. 10 15 20 534 602 vetskapen om den maximala awikelsevinkeln Bm, kan därigenom också utnyttjas, för att förbereda ett stödsystem 6 på en möjlig kollision. Alternativt kan även ett körassistanssystem 7 leda till en nödbromsning.

Fig. 2a visar giraccelerationsförloppet hos ett fordon, som har utsatts för en sidokollision vid bakvagnen och därigenom genomfört en rotationsrörelse kring fordonets vertikalaxel. Vad som framgår, antar giraccelerationen genom sidokollisionen först ett stort positivt värde, så att girhastigheten i Fig. 2b snabbt stiger. När kollisionen upphör, blir giraccelerationen p g a friktionen och ingreppet från kördynamikregleringen 1 negativ och girhastigheten avtar vidare.

Fig. 2b visar förloppet av fordonets tillhörande girhastighet. Som framgår, ökar detta så länge som till ett maximum uppnås vid ungefär efter 1,45 s.

Därefter avtar girhastigheten dpsi/dt kontinuerligt, d v s rotationsrörelsen in- bromsar.

Fig. 2c visar förloppet av girvinkeln 10 och simuleringsresultatet 11 av girvin- kelpredikteringen. Som framgår, kan redan vid den tidpunkten när den maxi- mala girhastigheten dpsi/dt uppnås, den förväntade maximala girvinkeln Lpma, förutsågas mycket bra. Detta motsvarar tillnärmelsevis negativa maximala awikelsevinkeln Bm, som tidigare förklarats. Således är det redan vid en mycket tidig tidpunkt möjligt, att situationsriktigt anpassa fordonsreglerings- systemet ochleller stödsystemen.

Claims (9)

534 602 Patentkrav

1. F örfarande för att styra ett aktivt och/eller passivt fordonssäkerhetssystem (1, 4, 6, 7) i en körsituation, i vilken fordonet genomför en rotationsrörelse kring fordonets vertikalaxel, kännetecknat av att en storhet (dpsi/dt) som beskriver rotationsrörelsen uppmäts och denna storhet bearbetas i en mate- matisk modell (5), vilken innehåller antaganden om fördröjning av rotationsrö- relsen genom friktion och även genom ingrepp av minst ett stabiliseringssy- stem (ESP), och vilken matematisk modell (5) genom dessa antaganden fastställer information (psi(t), ßmax, tmax) om fordonets framtida rotationsrörel- se, och att minst ett fordonssäkerhetssystem (1, 4, 6, 7) styrs i beroende av den fastställda informationen.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den matematiska modellen av det framtida förloppet bestämmer en vinkelawikelse eller girvinkel, en maximal vinkelawikelse eller girvinkel hos fordonet, en tidslängd för att nå en maximal vinkel, en vinkelacceleration eller en annan karakteristisk storhet, som beskriver fordonets rotationsrörelse.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att minst en tidpunkt för den aktuella girhastigheten (dpsi/dt), awikelsevinkeln, eller ett annat beskri- vande värde för fordonets rotationsrörelse uppmäts och bearbetas av den matematiska modellen.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att den matematiska modellen antar ett maximalt ingrepp från minst ett stabiliseringssystem (1 , 4).

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att den ma- tematiska modellen omfattar en parabelfunktion, som beskriver fordonets framtida rotationsrörelse. 534 B02

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetacknat av att den från den matematiska modellen bestämda storheten (psi(t), ßmax, tmax) utnyttjas så att ett aktivt eller passivt fordonssäkerhetssystem styrs eller regleras i bero- ende av denna storhet.

7. Styrapparat (8) för genomförande av förfarandet enligt något av föregåen- de krav, innefattande en enhet (5) som omfattar sagda matematiska modell, samt en kördynamikreglerlng (1) som medelst en eller flera aktuatorer, som exempelvis fordonsbromsar, kan ingripa ifordonskörningen.

8. Styrapparat enligt krav 7, kännetecknad av att styrapparaten är förbunden med en girhastighets- eller en annan sensor, som uppmäter en fordonets rotationsrörelse beskrivande storhet.

9. Styrapparat enligt krav 7 eller 8, kännetecknad av att styrapparatens är en beståndsdel i ett fordonssäkerhetssystem, speciellt ett stöd-, krockkudde-, stabiliserings- eller bromssystem.