WO2001044020A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen des absolutdrehwinkels eines sich um eine etwa waagerechte drehachse drehenden gegenstandes - Google Patents

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WO2001044020A1
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Telmo Glaser
Florian Wolf
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    • B60R2021/01327—Angular velocity or angular acceleration

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the absolute angle of rotation of an object rotating about an approximately horizontal axis of rotation, in particular of a motor vehicle rotating about its longitudinal axis.
  • the task is to know the absolute angle of rotation of the vehicle in the event of a rollover around the longitudinal axis, so that a timely ignition decision can be made by restraint devices or other protective devices.
  • a rotation rate sensor detects the angular velocity of the rotation of the vehicle about its longitudinal axis.
  • Three acceleration sensors record the longitudinal acceleration, the lateral acceleration and the vertical acceleration of the vehicle.
  • the output signal of the rotation rate sensor is integrated and, if it lies above a threshold value, is fed to an OR gate, so that a pyrotechnic ignition device is triggered.
  • the integration of the output signal of the rotation rate sensor does not take place continuously, but only during a time window that is determined by the output signals of the acceleration sensors.
  • the invention is based on the object of providing a method and a device for determining the absolute angle of rotation of an object rotating about an approximately horizontal axis of rotation, in particular of a motor vehicle rotating about its longitudinal axis, with which or with simpler Feasibility or simple structure of the absolute angle of rotation can be determined quickly and accurately.
  • the change in acceleration due to gravity in the direction of the vertical axis of the vehicle and the angle by which the vehicle rotates about its longitudinal axis are determined within a time interval.
  • the absolute angle of rotation of the vehicle i.e. whose absolute rotary position can be calculated. Because only differences of signals are considered, no absolute sensor values are decisive, so that no expensive, highly stable acceleration sensors have to be used, but simple sensors can be used in their construction.
  • Claim 2 is directed to an advantageous embodiment of the method according to the invention.
  • the claim 3 characterizes the basic structure of a device for solving the relevant part of the object of the invention.
  • Claim 6 characterizes an advantageous example of the function of a computing unit.
  • Claim 7 is directed to an advantageous sequence of the calculations carried out in the computing unit.
  • the invention can be advantageously used wherever it is important to determine the absolute angular position of a nem gravity field to determine a rotating object inclined to the direction of gravity.
  • the invention makes use of the fact that the gravity component or acceleration component changes in the direction of an object-fixed axis rotating during rotation relative to the direction of gravity, in a sine or cosine function, so that from the change in the gravity component and the angle of rotation of the object its absolute angle of rotation or its rotational position can be inferred in a fixed coordinate system.
  • the invention is particularly suitable for use in motor vehicles in order to appropriately trigger safety devices there which protect against the consequences of a rollover.
  • FIG. 3 shows the basic physical principle of an acceleration sensor for detecting the acceleration component acting in the direction of the vertical axis of the object and dependent on the absolute angle of rotation of the object
  • a rotation rate sensor 2 and an acceleration sensor 4 are attached in a motor vehicle
  • Control device 6 are connected, which in turn is connected to occupant protection devices 8, for example belt tensioners, head airbags or, in particular in convertibles, roll-out bars which can be extended from the seat frame or body parts, etc. Furthermore, the effectiveness of the system increases
  • FIG. 2 indicates the basic physical principle of a rotation rate sensor: within a housing 10 there is an inertial body 12, for example a ball. If the housing 10 connected to the motor vehicle suddenly rotates at the rate of rotation or angular velocity ⁇ , the inertial body 12 remains at rest, so that the relative rotation between the inertial body 12 and the housing 10 can be detected and as an output signal ⁇ proportional to the rate of rotation, for example in Form of pulses per unit of time is output, each pulse corresponds to a rotation by a predetermined angular amount.
  • FIG. 3 shows the basic principle of an acceleration sensor 4.
  • a mass body 16 is arranged within a housing 14 and is pressed upwards by a spring 18 according to FIG. 3.
  • the entire gravitational acceleration or the weight of the mass body 16 counteracts the spring force.
  • the force of the spring 18 counteracts the force of gravity only with a component m • g • cos, where m is the mass of the mass body 16, g the final acceleration and ⁇ the absolute angle of rotation.
  • the acceleration sensor 4 can be constructed such that essentially only the absolute rotational position ⁇ is detected and accelerations of the vehicle itself, which occur, for example, when driving over obstacles, etc., are largely suppressed. It goes without saying that such acceleration peaks can also be suppressed by appropriate filtering of the output signal.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the device according to the invention.
  • the rotation rate sensor 2 is connected to an integrator 22 via a high-pass filter 20.
  • the acceleration sensor 4 is connected to a differential element 26 via a high-pass filter 24.
  • the integrator 22 and the differential element 26 are connected to a computing unit 28, the output signal of which is fed to a unit 30 which, in accordance with algorithms pre-stored in it, evaluates, if necessary, further input signals, and determines whether an output signal for triggering appropriate occupant protection devices is generated at its output 32 becomes. It goes without saying that several algorithms can be stored in unit 30 and unit 30 can generate several output signals with which individual safety devices can be triggered individually. The safety devices can be triggered, triggered magnetically or activated in some other way.
  • the units 22, 26, 28 and 30 are advantageously accommodated in the control device 6, which can also accommodate the filters 20 and 24, which can alternatively also be integrated directly into the sensors 2 and 4.
  • microprocessor-controlled control unit 6 The structure of the microprocessor-controlled control unit 6 is known per se and is therefore not explained.
  • the rotation rate sensor 2 determines the time-dependent rotation speed ⁇ (t) of the time-dependent rotation of the vehicle about its longitudinal axis. After filtering the output signal of the rotation rate sensor 2 in the high-pass filter 20, an output signal ⁇ (t) largely free of zero drifts of the rotation rate sensor 2 is available.
  • the acceleration sensor 4 generates a signal, which corresponds to the absolute angle of rotation, but is rather imprecise and, after its high-pass filtering, is available as a time-dependent acceleration a z (t) acting in the direction of the vertical axis of the vehicle.
  • the integrator can pay pulses sent directly by the rotation rate sensor during a time interval, so that a value corresponding to the angle of rotation is available during the time interval, provided that each pulse has a pre- corresponds to a certain angle of rotation and e is paid up or down depending on the direction of rotation.
  • This difference formation largely compensates for zero point fluctuations and drifts of the acceleration sensor 4.
  • the above steps are repeated with updated data, with offsets of the sensors being compensated. For example, if the angle ⁇ changes by 10 ° and the acceleration in the z direction changes by 0.1 g, the absolute value of ⁇ is determined to be 29.5 °. The exact calculation was 30 °. The value of the absolute angle of rotation ⁇ calculated according to the above method is supplied to the unit 30 and is there as a sufficiently precise value of the absolute Rotation angle ⁇ , which indicates the rotational position of the vehicle relative to the vertical, available for further evaluation.
  • the curves show the absolute angle of rotation ⁇ as a function of ⁇ a z / g for various values of ⁇ as parameters.
  • ⁇ a z ° can be calculated using Formula 1 and is:
  • the slope near the zero point can also be calculated:
  • Computing capacity can be calculated from the output signals of the two sensors 2 and 4 (FIG. 4).
  • the input variables ⁇ and ⁇ z can only be measured within a certain error range.
  • the rotation rate sensor has a tolerance band of + 5%.
  • an ideal acceleration sensor for detecting accelerations in the z direction cannot theoretically distinguish between external accelerations and gravity.
  • a distinction is possible, however, with the help of an algorithm that monitors the stability of the acceleration signal over time and correlates with other variables, if necessary.
  • attention must be paid to this source of error.
  • the curves of FIG. 6 show the error F ⁇ of the absolute angle of rotation ⁇ in degrees as a function of the absolute angle of rotation ⁇ for different sensor tolerances. An angle change of 10 ° was assumed for the display.
  • the system described can be modified in a variety of ways.
  • the vehicle-mounted acceleration sensor can also be oriented differently than parallel to the vertical axis of the vehicle.

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Abstract

Der Absolutdrehwinkel eines sich um seine Längsachse drehenden Kraftfahrzeugs wird bestimmt, indem durch Integration des Ausgangssignals eines Drehratensensors eine Drehwinkeländerung Δα ermittelt wird, mittels eines Beschleunigungssensors eine in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs wirksame Beschleunigungskomponente Az erfaßt und die mit der Drehwinkeländerung einhergehende Änderung Δaz der Beschleunigungskomponente ermittelt wird und mittels einer Recheneinheit aus der Drehwinkeländerung Δα und der damit einhergehenden Änderung Δaz der Beschleunigungskomponente der Absolutdrehwinkel α des Fahrzeugs berechnet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Absolutdrehwinkels eines sich um eine etwa waagerechte Drehachse drehenden Gegenstandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Absolutdrehwinkels eines sich um eine etwa waagerechte Drehachse drehenden Gegenstandes, insbesondere eines sich um seine Langsachse drehenden Kraftfahrzeugs.
In modernen Insassenschutzsystemen für Kraftfahrzeuge stellt sich die Aufgabe, bei einem Überschlag um die Langsachse den Absolutdrehwinkel des Fahrzeugs zu kennen, damit eine zei- trichtige Zundentscheidung von Ruckhaltemitteln oder anderen Schutzmitteln getroffen werden kann.
Aus der gattungsbildenden EP 0 430 813 Bl ist ein Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge bekannt, welches mit vier Sen- soren arbeitet. Ein Drehratensensor erfaßt die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Fahrzeugs um seine Langsachse. Drei Beschleunigungssensoren erfassen die Langsbeschleuni- gung, die Querbeschleunigung und die senkrechte Beschleunigung des Fahrzeugs. Das Ausgangssignal des Drehratensensors wird integriert und, sofern es über einem Schwellwert liegt, einem ODER-Glied zugeführt, so daß eine pyrotechnische Zündeinrichtung ausgelost wird. Die Integration des Ausgangssignals des Drehratensensors erfolgt nicht standig, sondern nur wahrend eines Zeitfensters, das durch die Ausgangssignale der Beschleunigungssensoren bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Absolutdrehwinkels eines sich um eine etwa waagerechte Drehachse drehenden Gegenstan- des, msbesonderes eines sich um seine Langsachse drehenden Kraftfahrzeuges, zu schaffen, mit dem bzw. der bei einfacher Durchführbarkeit bzw. einfachem Aufbau der Absolutdrehwinkel rasch und genau bestimmt werden kann.
Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost.
Erfmdungsgemaß werden die durch Schwerkraft bedingte Änderung der Beschleunigung in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs sowie der Winkel, um den das Fahrzeug um seine Langs- achse dreht, innerhalb eines Zeitintervalls bestimmt. Aus beiden Informationen kann der Absolutdrehwinkel des Fahrzeugs, d.h. dessen absolute Drehstellung, errechnet werden. Dadurch, daß nur Differenzen von Signalen betrachtet werden, sind keine absoluten Sensorwerte entscheidend, so daß keine teuren, hochgradig stabilen Beschleunigungssensoren verwendet werden müssen, sondern in ihrem Aufbau einfache Sensoren eingesetzt werden können.
Der Anspruch 2 ist auf eine vorteilhafte Durchfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens gerichtet.
Der Anspruch 3 kennzeichnet den grundsatzlichen Aufbau einer Vorrichtung zur Losung des diesbezüglichen Teils der Erfindungsaufgabe .
Mit den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 ist es in einfacher Weise möglich, Nullpunktsverschiebungen der Sensoren nachzufuhren.
Der Anspruch 6 kennzeichnet ein vorteilhaftes Beispiel der Funktion einer Recheneinheit.
Der Anspruch 7 ist auf einen vorteilhaften Ablauf der m der Recheneinheit durchgeführten Rechnungen gerichtet.
Die Erfindung ist überall dort vorteilhaft anwendbar, wo es darauf ankommt, die absolute Winkelstellung eines sich m ei- nem Schwerkraftfeld um eine zur Schwerkraftrichtung geneigte Drehachse drehenden Gegenstandes zu bestimmen. Die Erfindung macht sich zunutze, daß die Schwerkraftkomponente bzw. Beschleunigungskomponente in Richtung einer sich bei der Drehung relativ zur Richtung der Schwerkraft drehenden, gegenstandsfesten Achse sich m einer Sinus- bzw. Kosinusfunktion ändert, so daß aus der Änderung der Schwerkraftkomponente und dem Drehwinkel des Gegenstandes auf dessen Absolutdrehwinkel bzw. dessen Drehstellung in einem ortsfesten Koordinatensystem ge- schlössen werden kann. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, um dort Sicherheitsemrich- tungen, die vor den Folgen eines Überschlags schützen, zweckentsprechend auszulosen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und in weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit darin angeordneten Sensoren,
Fig. 2 das physikalische Grundprinzip eines Drehratensensors,
Fig. 3 das physikalische Grundprinzip eines Beschleunigungssensors zum Erfassen der in Richtung der Hochachse des Gegenstandes wirkenden, von dem Absolutdrehwinkel des Gegenstandes abhangigen Beschleunigungskomponente,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemaßen Vorrichtung,
Fig. 5 Kurven zur Erläuterung der Absolutdrehwmkelberech- nung und Fig. 6 Kurven zur Erläuterung der Genauigkeit der erfin- dungsgemaß durchgeführten Berechnung.
Gemäß Fig. 1 sind in einem Kraftfahrzeug ein Drehratensensor 2 und ein Beschleunigungssensor 4 angebracht, die mit einem
Steuergerat 6 verbunden sind, das wiederum mit Insassenschutzeinrichtungen 8 verbunden ist, beispielsweise Gurtstraffern, Kopf-Airbags oder auch, insbesondere bei Cabrios, aus dem Sitzrahmen oder Karosserieteilen ausfahrbaren Uberrollbugel, usw. Im weiteren wird das System in seiner Wirksamkeit bei
Überschlagen bzw. bei einem Überrollen erläutert, bei dem sich das Fahrzeug um seine Langsachse x dreht. In der Stellung z der Hochachse des Fahrzeugs (Normalstellung des Fahrzeugs auf waagerechtem Grund) stimmt die Hochachse z des Fahrzeugs mit der ortsfesten Senkrechten uberein. Nach einer Drehung um die Langsachse um den Winkel bildet die Hochachse z' des Fahrzeugs mit der ortsfesten senkrechten Richtung einen Winkel α, der im Folgenden als Absolutdrehwinkel bezeichnet ist.
Fig. 2 deutet das physikalische Grundprinzip eines Drehratensensors an: innerhalb eines Gehäuses 10 befindet sich ein Tragheitskorper 12, beispielsweise eine Kugel. Wenn das mit dem Kraftfahrzeug verbundene Gehäuse 10 sich plötzlich mit der Drehrate bzw. Drehwinkelgeschwindigkeit ω dreht, bleibt der Tragheitskorper 12 in Ruhe, so daß die Relativdrehung zwischen dem Tragheitskorper 12 und dem Gehäuse 10 erfaßt werden kann und als Drehraten-proportionales Ausgangssignal ω beispielsweise in Form von Impulsen je Zeiteinheit ausgegeben wird, wobei jedem Impuls eine Drehung um einen vorbestimmten Winkelbe- trag entspricht.
Fig. 3 zeigt das Grundprinzip eines Beschleunigungssensors 4. Innerhalb eines Gehäuses 14 ist ein Massenkorper 16 angeordnet, der von einer Feder 18 gemäß Fig. 3 nach oben gedruckt wird. In der dargestellten Senkrechtstellung des Gehäuses 14 wirkt der Federkraft die gesamte Erdbeschleunigung bzw. das Gewicht des Massenkorpers 16 entgegen. Wenn das Gehäuse 14 um dem Winkel aus der Senkrechten verdreht wird, wird der Kraft der Feder 18 die Schwerkraft nur noch mit einer Komponente m • g • cos entgegen, wobei m die Masse des Massenkörpers 16 ist, g die Endbeschleunigung und α der Absolutdrehwinkel. Durch Er- fassung der in Richtung der Beweglichkeit des Massenkörpers 16 wirksamen Kraft kann somit ein Ausgangssignal erzeugt werden, das dem Absolutdrehwinkel α proportional ist. Durch entsprechende Bedämpfung der Bewegbarkeit des Massenkörpers 16 läßt sich der Beschleunigungssensor 4 derart bauen, daß im wesent- liehen nur die Absolutdrehstellung α erfaßt wird und Beschleunigungen des Fahrzeugs selbst, die beispielsweise beim Überfahren von Hindernissen usw. auftreten, weitgehend unterdrückt werden. Es versteht sich, daß solche Beschleunigungsspitzen auch durch entsprechende Filterung des Ausgangssignals unter- drückt werden können.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung .
Der Drehratensensor 2 ist über ein Hochpaßfilter 20 mit einem Integrator 22 verbunden. Der Beschleunigungssensor 4 ist über ein Hochpaßfilter 24 mit einem Differenzglied 26 verbunden.
Der Integrator 22 und das Differenzglied 26 sind mit einer Re- cheneinheit 28 verbunden, deren Ausgangssignal einer Einheit 30 zugeführt wird, die entsprechend in ihr vorgespeicherten Algorithmen unter Auswertung ggf. weiterer Eingangssignale bestimmt, ob an ihrem Ausgang 32 ein Ausgangssignal zum Auslösen entsprechender Insassenschutzeinrichtungen erzeugt wird. Es versteht sich, daß in der Einheit 30 mehrere Algorithmen gespeichert sein können und die Einheit 30 mehrere Ausgangssignale erzeugen kann, mit denen einzelne Sicherheitseinrichtungen individuell ausgelöst werden können. Die Sicherheitseinrichtungen können gezündet, magnetisch ausgelöst oder sonstwie aktiviert werden. Die Einheiten 22, 26, 28 und 30 sind vorteilhafterweise in dem Steuergerät 6 untergebracht, das ggf. auch die Filter 20 und 24 aufnehmen kann, die alternativ auch unmittelbar in die Sensoren 2 und 4 integriert sein können.
Der Aufbau des Mikroprozessor-gesteuerten Steuergerätes 6 ist an sich bekannt und wird daher nicht erläutert.
Im Folgenden wird die Funktion der Vorrichtung gemäß Fig. 4 anhand der von den Sensoren erfaßten Großen und deren weiterer Verarbeitung unter zeitlicher Steuerung des nicht dargestellten Mikroprozessors erläutert:
A. Vom Drehratensensor 2 wird die zeitabhängige Wmkelge- schwindigkeit ω(t) der zeitabhängigen Drehung des Fahrzeugs um seine Langsachse bestimmt. Nach Filterung des Ausgangssignals des Drehratensensors 2 im Hochpaßfilter 20 steht ein von Nullpunktdriften des Drehratensensors 2 weitgehend freies Ausgangssignal ω(t) zur Verfugung.
Ahnlich wird vom Beschleunigungssensor 4 ein dem Absolutdrehwinkel entsprechendes, jedoch recht ungenaues Signal erzeugt, das nach seiner Hochpaßfilterung als zeitabhängige, in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs wirkende Beschleunigung az(t) zur Verfugung steht.
B. In dem Integrator 22 wird die Änderung des Drehwinkels innerhalb des Zeitintervals T bestimmt zu:
T Δα(T) = ω(t)dt. 0
Alternativ kann der Integrator unmittelbar von dem Drehratensensor wahrend eines Zeitintervalls gesendete Impulse zahlen, so daß ein dem Drehwinkel wahrend des Zeitintervalls entsprechender Wert zur Verfugung steht, sofern jedem Impuls ein vor- bestimmter Drehwinkel entspricht und e nach Drehrichtung aufwärts oder abwärts gezahlt wird.
In dem Differenzglied 26 wird die Änderung der Beschleuni- gungskomponente az innerhalb des Zeitintervalls T berechnet zu:
Δaz(T) = az(T) - az(0)
Durch diese Differenzbildung werden Nullpunktschwankungen und Drifts des Beschleunigungssensors 4 weitgehend ausgeglichen.
C. Wenn Δα kleiner ist als eine Konstante Cl oder Δaz großer ist als eine Konstante C2, bedeutet dies, daß die Signale nicht zur nachfolgenden Berechnung des Absolutdrehwinkels geeignet sind, da die Winkeldrehung zu klein war oder die Änderung der Beschleunigungskomponente zu groß war, was auf externe Störungen schließen läßt, so daß das System zur oben genannten Stufe A zurückkehrt. Wenn die beiden genannten Bedin- gungen nicht erfüllt sind, geht das System zur nächsten Stufe D über.
D. Es wird der Absolutwert unter Verwendung folgender Formeln berechnet :
α = m -(Δaz-Δaz°), wobei m = C3/Δα, Δαz° = 1 - cos (Δα)
Die vorstehenden Schritte werden jeweils mit aktualisierten Daten wiederholt, wobei Offsets der Sensoren kompensiert sind. Wenn der Winkel α sich beispielsweise um 10° ändert und die Beschleunigung in z-Richtung sich um 0,1 g ändert, wird der Absolutwert von α mit 29,5° bestimmt. Die genaue Berechnung wurde 30° ergeben. Der nach dem vorstehenden Verfahren berech- nete Wert des Absolutdrehwinkels α wird der Einheit 30 zugeführt und steht dort als ausreichend genauer Wert des Absolut- drehwinkels α, der die Drehstellung des Fahrzeugs relativ zur Senkrechten angibt, für die weitere Auswertung zur Verfügung.
Im Folgenden werden die in den obigen Schritten genannten 5 Formeln hergeleitet :
Wie anhand der Fig. 3 erläutert, beträgt az = g • cosα. Daraus ergibt sich, daß
0 Δa2 = g • (cosα - cosα0) und α - α0 = Δα = ωdt.
Die Kombination der vorgenannten Formeln ergibt :
Δa cosa =—s-+cos(αr-Δαr) (1) 5 8
Die Auflösung der Formel 1 nach α ergibt :
= ±Arc∞s ±4 , ,^Δ y - Δ t Δaz Cos(A ) + l(2-A z 1 - 2 - Cos(A )) (Sin(Aa))2)
Wenn der Absolutdrehwinkel auf das Intervall von -90° bis +90° beschränkt wird, ergibt sich das Bild der Fig. 5: 5
Im Diagramm der Fig. 5 zeigen die Kurven den Absolutdrehwinkel α in Abhängigkeit von Δaz/g für verschiedene Werte von Δα als Parameter an.
0 Wie ersichtlich, kann für Δaz nahe dem Nullpunkt Δaz° oder große Werte von Δα eine lineare Approximation vorgenommen werden. Δaz° kann mit der Formel 1 berechnet werden und beträgt :
5 ΔΛ°=1-COSΔOT. (2) (Es sei darauf hingewiesen, daß diese Formel gut durch eine Parabel angenähert werden kann, wenn die Berechnung der Cosinus- Funktion aufgrund geringer Rechenkapazität des Systems nicht möglich ist.)
Die Steigung nahe dem Nullpunkt kann ebenfalls berechnet werden :
Figure imgf000011_0001
Eine gute Annäherung ist eine Hyperbel mit
Figure imgf000011_0002
Zusammenfassend ergibt sich aus dem Vorstehenden, daß der Absolutdrehwinke1 α mit hoher Genauigkeit und begrenzter
Rechenkapazität aus den Ausgangssignalen der beiden Sensoren 2 und 4 (Fig. 4) errechnet werden kann.
Fehlerbetrachtung;
Die Messung der Eingangsgrößen Δα und Δz kann nur innerhalb einer bestimmten Fehlerbandbreite erfolgen. Beispielsweise habe der Drehratensensor ein Toleranzband von + 5%. Des weiteren kann selbst ein idealer Beschleunigungssensor zur Erfas- sung von Beschleunigungen in z-Richtung theoretisch nicht zwischen externen Beschleunigungen und der Schwerkraft unterscheiden. Eine Unterscheidung ist jedoch mit Hilfe eines Algorithmus, der beispielsweise die Stabilität des Beschleuni- gungssignals über die Zeit überwacht und ggf. mit anderen Größen korreliert, möglich. Auf diese Fehlerquelle muß jedoch geachtet werden. Die Kurven der Fig. 6 zeigen den Fehler Fα des Absolutdrehwinkels α in Grad in Abhängigkeit vom Absolutdrehwinkel α für verschiedene Sensortoleranzen. Für die Darstellung wurde eine Winkelanderung von 10° angenommen. Wenn die Berechnung bei ei- nem anfanglichen Absolutdrehwinkel von 50° beginnt und bei einem Absolutdrehwinkel von 60° endet, dann wurde die Annäherung bei perfekten Sensoren zum Ergebnis von 55° (anstelle von 60°) führen. Eine 5%-ige Ungenauigkeit beider Sensoren wurde zu 61° fuhren und ein 10%-ιger Fehler wurde zu einem Absolutdrehwin- kel von 67° fuhren.
Es versteht sich, daß das beschriebene System in vielfaltiger Weise abgeändert werden kann. Beispielsweise kann der fahrzeugfeste Beschleunigungssensor auch anders ausgerichtet sein als parallel zur Hochachse des Fahrzeugs.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen des Absolutdrehwinkels eines sich um eine etwa waagerechte Drehachse drehenden Gegenstan- des, insbesondere eines sich um seine Langsachse drehenden Kraftfahrzeugs, bei welchem Verfahren eine wahrend eines Zeitintervalls erfolgende Drehwinkeländerung Δα des Gegenstandes bestimmt wird und die in Richtung der Hochachse des Gegenstandes wir- kende Beschleunigungskomponente az bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wahrend des Zeitintervalls erfolgende Änderung Δaz der in Richtung der Hochachse des Gegenstandes wirkenden Beschleunigungskomponente bestimmt wird und daß aus der Drehwinkeländerung Δα und der Änderung Δaz der in Richtung der Hochachse des Gegenstandes wirkenden Beschleunigungskomponente der Absolutdrehwinkel α des Gegenstandes berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereichnung des Absolutdrehwinkels α folgende Formeln verwendet werden:
α = m • (Δaz - αaz°) , wobei = C3/Δα, Δαz° = 1-cos (Δα) und C3 eine Konstante ist.
3. Vorrichtung zum Bestimmen des Absolutdrehwinkels eines sich um eine etwa waagerechte Drehachse drehenden Gegenstan- des, insbesondere eines sich um seine Langsachse drehenden Kraftfahrzeugs, enthaltend einen Drehratensensor (2) zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit ω des sich um die Drehachse drehenden Gegenstandes, einen Integrator (22) zum Integrieren der Winkelgeschwindig- keit und Bestimmen einer Drehwinkeländerung Δα, einen Beschleunigungssensor (4) zum Erfassen der in Richtung der Hochachse des Gegenstandes wirkenden Beschleunigungskomponente az, gekennzeichnet durch ein Differenzglied (26) zur Bestimmung der mit einer Drehwinkeländerung Δα einhergehenden Änderung Δaz der in Richtung der Hochachse wirksamen Beschleunigungskomponente und eine Recheneinheit (28), die aus der Drehwinkeländerung Δα und der damit einhergehenden Änderung Δaz der Beschleuni- gungskomponente den Absolutdrehwinkel α des Gegenstandes berechnet .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drehratensensor (2) und dem Integrator (22) ein Hochpaßfilter (20) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Beschleunigungssen- sor (4) und dem Differenzglied (26) ein Hochpaßfilter (24) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (28) mit folgenden Formeln arbeitet:
α = m (Δa7 αa∑ wobei m = C3/Δα, Δαz° = 1-cos (Δα) und C3 eine Konstante ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (28) entsprechened folgendem Ablauf arbeitet) :
A) erfasse ω(t) und az(t), wobei t = Zeit T
B) bestimme Δα(T) = ω(t)dt, wobei T = Zeitintervall
0
berechne Δaz = az(T) - az(0)
C) wenn Δα < Cl, wobei Cl eine Konstante, oder
Δaz > C2, wobei C2 eine Konstante, gehe zu A
D) berechne α = m ■ ( Δaz - Δaz° ) , wobei m = C3 /Δα, Δαz° = 1 - cos (Δα) und C3 eine Konstante ist .
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