Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Auslöseverfahren zur Aktivierung einer Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Zahlen aus den USA belegen die Bedeutung der passiven Sicherheit bei Fahrzeugüberschlägen. Im Jahr 1998 war die Hälfte aller tödlichen Einzelfahrzeugunfälle auf einen Überschlag zurückzuführen. Im gesamten Unfallgeschehen nimmt der Fahrzeugüberschlag einen Anteil von rund 20 Prozent ein.

Herkömmliche Systeme zur Überschlagserkennung betrachten die Wankbewegung und die Beschleunigungen in x-, y- und z-Richtung des Fahrzeugs. Auf dieser Basis ist eine sichere Erkennung eines Fahrzeugüberschlags möglich, wobei die Entscheidung, ob ein Überschlag vorliegt, jedoch erst zu einem späten Zeitpunkt des Überschlags sicher getroffen wird. Bei bestimmten Fällen von Fahrzeugüberschlägen, welchen ein fahrdynamisches Manöver vorausgeht, erfährt der Insasse hohe laterale Beschleunigungen. Derartige Manöver können beispielsweise zu so genannten Soil-Trip-Überschlägen führen. Diesbezüglich besteht hinsichtlich des Auslöseverhaltens noch Potential für zukünftige Insassenschutzsysteme.

Bekannte Verfahren beruhen beispielsweise auf der Auswertung eines Drehratensensors und zwei Beschleunigungssensoren, welche in einem zentralen Airbagsteuergerät integriert sind. Der Drehratensensor ermittelt nach dem Kreiselprinzip die Rotationsgeschwindigkeit um die Fahrzeuglängsachse und die Beschleunigungssensoren messen zusätzlich die Fahrzeugbeschleunigung in Quer- und Hochrichtung. Im Hauptalgorithmus wird dann die Drehrate ausgewertet. Mit den Messwerten der Beschleunigungssensoren lässt sich zum einen die Art des

Überschlags erkennen, zum anderen dienen diese Werte der Plausibilitätsprüfung. Erkennt der Drehratenalgorithmus einen Überschlag, werden die Sicherheitsvorrichtungen nur bei gleichzeitiger Freigabe durch die Plausibilitätskontrolle aktiviert.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird eine rechtzeitige Auslöseentscheidung bei Überschlägen mit hoher lateraler Beschleunigung dadurch ermöglicht, dass ein Schwimmwinkel und die laterale Geschwindigkeit des Fahrzeugs einbezogen werden. Bei einem bekannten Verfahren zur erweiterten Überrollerkennung wird aus einer Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit in longitudinaler Richtung unter Berücksichtigung der lateralen Beschleunigung eine Schätzung für die laterale Geschwindigkeit durchgeführt, welche beim seitlichen Abdriften in den Grünstreifen ein Maß für die Überrollwahrscheinlichkeit des Fahrzeugs darstellt. Zur Bestimmung der lateralen Geschwindigkeit wird ebenfalls der so genannte Schwimmwinkel herangezogen.

Die Bestimmung des Schwimmwinkels in größeren Winkelbereichen und die Schätzung der lateralen Geschwindigkeit basierend auf dem bestimmten Schwimmwinkel, wie sie für die Überschlagserkennung benötigt werden, können jedoch nicht durch bekannte Verfahren durchgeführt werden, welche beispielsweise in der Fahrdynamikregelung eingesetzt werden. Da diese sind nur für Winkelbereiche unterhalb von 10° geeignet sind. Der geringe Gültigkeitsbereich ist darin begründet, dass eine Fahrdynamikregelung bei höheren Schwimmwinkeln nicht mehr erfolgreich durchgeführt werden kann.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Auslöseverfahren zur Aktivierung einer Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass Fahrzeugüberschläge bereits zu einem frühen Zeitpunkt erkannt werden. Dadurch ist gewährleistet, dass Sicherheitsvorrichtungen wie Gurtstraffer, Kopfairbag und Überrollbügel rechtzeitig aktiviert werden und sich somit das Verletzungsrisiko verringert. In vorteilhafter Weise ermöglicht das erfϊndungsgemäße Auslöseverfahren durch eine Straßenzustandserkennung und eine Über- und Untersteuerungserkennung, welche jeweils mit Hilfe fahrdynamischer Größen durchgeführt werden, eine sichere Aktivierung des Lateralgeschwindigkeitsschätzers für alle Straßenoberflächen. Dies gilt sowohl bei Nieder- als auch für Hochreibwert behaftete Straßenverhältnisse. Dadurch wird bei einem Ausbrechen des Fahrzeugs auf Niederreibwertstrecken eine Lateralgeschwindigkeitsschätzung durchgeführt und damit kann im Falle eines anschließenden Unfalls, d.h. eines Seitencrash und/oder eines Überrollvorgangs, in vorteilhafter Weise die Lateralgeschwindigkeit für die Auslösestrategie

eingesetzt werden. Damit erhöht sich die Robustheit des Algorithmus im Gesamtsystem, da durch das erfindungsgemäße Auslöseverfahren die Wahrscheinlichkeit von Fehlauslösungen verringert wird.

Des Weiteren kann die Information über eine Ausbrechsituation des Fahrzeugs anderen Rückhaltesystemen zur Verfügung gestellt werden, so dass beispielsweise bei einer lateralen Bewegung des Fahrzeugs und anschließendem Seitencrash diese Information im Auslöseverhalten des Seitenalgorithmus eingesetzt werden kann.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Auslöseverfahrens zur Aktivierung einer Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass während des Über- und Untersteuerungserkennungsvorgangs aus einem aktuellen Lenkwinkel, einer aktuellen Längsgeschwindigkeit und einem vorgegebenen Fahrzeugradstand eine theoretische Ackermann-Gierrate berechnet wird, welche zur Detektion eines Übersteuerungs- bzw. Untersteuerungsmanövers mit einer gemessenen aktuellen Gierrate verglichen werden kann.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass während des Über- und Untersteuerungserkennungsvorgang aus einer Lateralbeschleunigung, einer Längsgeschwindigkeit und der aktuell gemessenen Gierrate eine Schwimmwinkeländerung berechnet werden kann. Dadurch kann das Risiko von Fehlerkennungen von Übersteuerungs- bzw. Untersteuerungsmanöver reduziert werden.

Die Schwimmwinkeländerung wird ausgehend von einem Startschwimmwinkel ermittelt, welcher vorzugsweise fortlaufend mittels einer Langzeitintegration bestimmt wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass zur Erzeugung eines Über- und Untersteuerungsflagsignals während des Über- und Untersteuerungserkennungsvorgangs die Ackermann-Gierrate, die Schwimmwinkeländerung und die aktuell gemessene Gierrate durch eine erste Logikschaltung miteinander kombiniert und ausgewertet werden. Die erste Logikschaltung setzt das Über- und Untersteuerungsflagsignal, wenn bei der Auswertung eine Über- oder Untersteuerung des Fahrzeugs ermittelt wird. Dadurch kann das Risiko von Fehlerkennungen von Übersteuerungsbzw. Untersteuerungsmanöver weiter reduziert werden. Zudem kann das Über- und Untersteuerungsflagsignal anderen Rückhaltesystemen zur Verfügung gestellt werden.

- A -

Die aktuelle Gierrate kann beispielsweise mit einem Gierratensensor und/oder mit zwei linearen Beschleunigungssensoren und/oder mit einem im Schwerpunkt angeordneten Sensor gemessen werden, welcher eine lineare Beschleunigung in mindestens zwei Raumachsen misst.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass während des Straßenzustandserkennungsvorgangs aus der aktuell gemessenen Gierrate und der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs eine theoretische Lateralbeschleunigung berechnet wird, welche zur Detektion eines Reibwertes der augenblicklich befahrenen Straßenoberfläche mit der gemessenen aktuellen Gierrate verglichen werden kann.

Zur Erzeugung eines Low-μ-Flagsignals während des Straßenzustandserkennungsvorgang werden in vorteilhafter Weise die theoretische Lateralbeschleunigung, die aktuell gemessene Lateralbeschleunigung und das Über- und Untersteuerungsflag durch eine zweite Logikschaltung miteinander kombiniert und ausgewertet, wodurch eine Fahrt auf einer Niederreibwertstrecke, einer Mittelreibwertstrecke und/oder einer Hochreibwertstrecke erkannt werden kann.

Die zweite Logikschaltung setzt beispielsweise das Low-μ-Flagsignal, wenn bei der Auswertung ein niedriger oder mittlerer Reibwert für die befahrene Straße ermittelt wird.

Insbesondere ist es von Vorteil, dass zur Aktivierung der Lateralgeschwindigkeitsschätzung das Low-μ-Flagsignal des Straßenzustandserkennungsvorgangs, das Über- und Untersteuerungsflagsignal des Über- und Untersteuerungserkennungsvorgangs, die aktuell gemessenen Gierrate, die gemessene Lateralbeschleunigung und die berechnete Schwimmwinkeländerung durch eine dritte Logikschaltung miteinander kombiniert und ausgewertet werden, wobei die Lateralgeschwindigkeitsschätzung aktiviert wird, wenn bei der Auswertung eine Ausbrechsituation bei einem niedrigen und/oder mittleren Reibwert ermittelt wird. Dadurch kann eine Aktivierung des Lateralgeschwindigkeitsschätzers auch bei einem Ausbruchvorgang auf einer Niederreibwertfahrbahn ermöglicht werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zur Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen,

Figur 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Über- und Untersteuerungserkennungsvorgangs, Figur 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Straßenzustandserkennungsvorgangs, Figur 4 ein schematisches Blockdiagramm eines Auslöseverfahrens zur Aktivierung einer

Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen, Figur 5 eine schematischer Verlauf einer Lateralbeschleunigung, einer Schwimmwinkeländerung und einer Gierrate, und Figur 6 eine schematischer Verlauf eines Schwimmwinkelalgorithmus und eines

Referenzschwimmwinkels.

Beschreibung

Ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung von Schwimmwinkeln, welche größer als der Wert 10° sind, sowie einer aus den Schwimmwinkeln abgeleiteten lateralen Geschwindigkeit basiert darauf, dass ein hoher Reibwert der Fahrbahn vorausgesetzt wird. Aus der Gleichung (1)

ß » ω ^y - für kleine ß (1)

ergibt sich die Schwimmwinkeländerung, welche ein Maß für eine Ausbrechsituation darstellt. Diese Beziehung ist jedoch bei ausreichend großen Lateral- und Gierbeschleunigungen aussagekräftig, so dass die Schwimmwinkeländerung relativ groß wird gegenüber nicht gefährlichen Fahrsituationen. Ein Nachteil des Verfahrens kann darin gesehen werden, dass bei Eis- und Schneebedeckter Fahrbahn sehr geringe Straßenreibwerte auftreten können.

Beim Ausbrechen eines Fahrzeugs auf diesen Untergrundverhältnissen treten aufgrund der niederen Reibwerfverhältnisse sehr geringe Querbeschleunigungen und Gierraten auf. In Fig. 5 sind die Querbeschleunigungen und Gierraten bei einem Schleudermanöver auf Eis dargestellt. Die gestrichelte Kurve zeigt die berechnete Schwimmwinkeländerung gemäß Gleichung 1. Die strichpunktierten Linien markieren Aktivierungsschwellen des Lateralgeschwindigkeitsschätzers, welche durch die Schwimmwinkeländerungen überschritten werden müssen um eine Aktivierung des Lateralgeschwindigkeitsschätzers zu bewirken. Die Aktivierungsschwellen werden aber nur auf Strasse mit einem höheren Reibwert überschritten. Fig. 2 zeigt die Reaktion des o.g. Verfahrens. Der Referenzschwimmwinkel baut sich auf und ist nach wenigen Sekunden schon deutlich über 10°. Ein Fahrdynamikregelsystem hat hier keine Regelmöglichkeit und es kommt unweigerlich zu der Situation, dass das Fahrzeug nach wenigen Sekunden eine hohe Lateralgeschwindigkeit aufbauen kann. Die Ausgabe des Schwimmwinkelschätzers bleibt hingegen bei 0, da diese Situation nicht erfasst wird. Das Verfahren kann das Ausbrechen des Fahrzeugs nicht erkennen. Durch eine andere Einstellung der Aktivierungsschwellen erhöht sich jedoch die Anfälligkeit

gegenüber Fehlaktivierungen des Lateralgeschwindigkeitsschäters, so dass es zu einer unerwünschten Aktivierung von Rückhaltemitteln kommen könnte.

Erfindungsgemäß wird daher ein Auslöseverfahren zur Aktivierung einer

Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen angegeben, welches basierend auf erfassten fahrdynamischen Größen einen Über- und Untersteuerungserkennungsvorgang und einen Straßenzustandserkennungsvorgang ausführt, welche zur Aktivierung der Lateralgeschwindigkeitsschätzung ausgewertet werden.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zur

Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind ein Über- und Untersteuerungserkennungsvorgang 30 sowie ein

Straßenzustandserkennungsvorgang 40 Hintergrundprozesse während einer Phase 1 des Verfahrens zur Lateralgeschwindigkeitsschätzung, d.h. während eines stabilen Zustande des Fahrzeugs. Zudem werden in dieser Phase 1 von einem Speicher, beispielsweise einem EEPROM, fahrzeugabhängige Werte wie Schwellwerte, Radstand, Startschwimmwinkel ß _start usw. zur Verfügung gestellt. Der Startschwimmwinkel ß _start wird beispielsweise ausgehend vom gespeicherten Wert fortlaufend mittels einer Langzeitintegration bestimmt und einer fallabhängigen Schätzung 50 des Initialschwimmwinkels ß ₀ zur Verfügung gestellt. Im Block 60 wird eine Ausbrechsituation bei einer Fahrt auf Straßen mit einem hohen Reibwert μ erkannt, z.B. durch Anwendung der Gleichung (1), und im Block 70 wird durch Anwenden des erfindungsgemäßen Auslöseverfahrens in Abhängigkeit des Über- und Untersteuerungserkennungsvorgangs 30 und des Straßenzustandserkennungsvorgangs 40 eine Ausbrechsituation auf Straßen mit einem niedrigen bzw. einem mittelten Reibwert μ erkannt. Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird während Phase 2, d.h. beim Vorliegen eines gefährlichen Zustandes, im Block 80 das Verfahren zur Schwimmwinkelbestimmung und zur Lateralgeschwindigkeitsschätzung aktiviert, wobei die Aktivierung durch die im Block 60 oder im Block 70 erkannte Ausbrechsituation ausgelöst wird.

Figur 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Über- und

Untersteuerungserkennungsvorgangs 30. Für die Über- und Untersteuerungserkennung 30 wird die so genannte Ackermann-Gierrate CÖ _ZA herangezogen, welche im Block 110 durch Gleichung (2) berechnet und mit einer aktuellen Gierrate ω _z verglichen wird, welche von einem oder mehreren Sensoren gemessen und zur Verfügung gestellt wird. Dabei bezeichnet LW den Lenkwinkel, welcher von einem Fahrdynamiksystem und/oder einem Sensor bereitgestellt wird, V _x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit im normalen Fahrbetrieb und l _a den so genannten Radstand, welcher ein Parameter ist, der im Speicher 20 bereitgestellt wird. Mit der Gleichung (2) lässt sich die theoretische Gierrate eines Fahrzeugs bei stationärer Kreisfahrt berechnen.

LW*v _x ω _rf = (2)

Um nun einen Übersteuerungs- bzw. Untersteuerungsmanöver zu detektieren wird in einer ersten Logikschaltung 130 die theoretische berechnete Gierrate ω _zA mit der gemessenen aktuellen Gierrate ω _z verglichen. Hierbei kann die Ist-Gierrate ω _z von einem Sensor, z.B. einem Gierratensensor, von zwei linearen Beschleunigungssensoren oder von einem im Schwerpunkt angeordneten Sensor zur Verfügung gestellt werden, welcher lineare Beschleunigung in mindestens zwei Raumachsen misst, vorzugsweise in die x- und y-Richtung. Außerdem ist es möglich, dass die aktuelle Gierrate ω _z über ein Bussystem von einem anderen System, z.B. einem ESP-System bereitgestellt wird.

Für den Vergleich wird gemäß Gleichung (3) die Differenz der beiden Größen ω _zA und ω _z berechnet und der Betrag gebildet, so dass sowohl ein Übersteuermanöver als auch ein Untersteuermanöver umfasst sind. Dabei kann das Vorzeichen gesichert werden, um die Situation für spätere Analysen verwenden zu können. Diese berechnete Größe wird dann mit einem Schwellwert verglichen, welcher vom Speicher 20 zur Verfügung gestellt wird.

|ω _zA - ω _z | > Schwellwert (3)

Zur Vermeidung von Fehlaktivierungen können noch weitere Bedingungen vorausgesetzt werden. So kann beispielsweise im Block 150 die Vorzeichengleichheit einer Lateralbeschleunigung a _y und der gemessenen aktuellen Gierrate ω _z überprüft werden. Durch die gestrichelte Darstellung wird gezeigt, dass die Überprüfung im Block 150 optional ist. Zudem wird im Block 120 aus der gemessenen Lateralbeschleunigung a _y , einer aktuellen Längsgeschwindigkeit v _x und der aktuell gemessenen Gierrate ω _z eine Schwimmwinkeländerung ß bestimmt, welche in der ersten

Logikschaltung 130 mit einem vom Speicher 20 zur Verfügung gestellten Schwellwert verglichen wird, wobei die berechnete Schwimmwinkeländerung ß zur Erfüllung der Bedingung kleiner oder gleich einem Schwellwert ist. Zudem sollte die Längsgeschwindigkeit V _x eine vom Speicher 20 vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit überschreiten. Zur Erzeugung eines Über- und

Untersteuerungsflagsignals 140 während des Über- und Untersteuerungserkennungsvorgangs 30 werden die Ackermanng-Gierrate (U _7A , die Schwimmwinkeländerung ß und die aktuell gemessene

Gierrate ω _z durch die erste Logikschaltung 130 miteinander kombiniert und ausgewertet, wobei die erste Logikschaltung 130 das Über- und Untersteuerungsflagsignal 140 setzt, wenn bei der Auswertung eine Über- oder Untersteuerung des Fahrzeugs ermittelt wird, d.h. eine kritische Fahrsituation vorliegt. Dieses Flagsignal wird dann im Weiteren ausgewertet um eine Aktivierung des Lateralgeschwindigkeitsschätzers vorzunehmen.

Figur 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Straßenzustandserkennungsvorgangs 40. Für die Straßenzustandserkennung bzw. ob eine Fahrt auf einer Straße mit Niederreibwert oder Schnee durchgeführt wird, wird neben der Information aus der Über- und Untersteuerungserkennung 30

auch eine theoretische Lateralbeschleunigung a _y τ _heo herangezogen, welche aus der aktuell gemessenen Gierrate ω _z und der Längsgeschwindigkeit V _x berechnet wird. Zur Erzeugung eines Low-μ-Flagsignals 220 während des Straßenzustandserkennungsvorgang 40 werden die theoretische Lateralbeschleunigung a _yTheo , die aktuell gemessene Lateralbeschleunigung (a _y ) und das Über- und Unter steuerungsflag 140 durch die zweite Logikschaltung 210 miteinander kombiniert und ausgewertet. Die zweite Logikschaltung 210 setzt das Low-μ-Flagsignal 220, wenn bei der Auswertung ein niedriger oder mittlerer Reibwert μ für die befahrene Straße ermittelt wird.

Die zweite Logikschaltung 210 vergleicht beispielsweise die theoretische Lateralbeschleunigung a _yTheo mit einer gemessenen aktuellen Lateralbeschleunigung a _y gemäß Gleichung (4). Weicht die betragsmäßige Differenz von einem vom Speicher 20 vorgegebenen Schwellwert ab und liegt die gemessene aktuelle Lateralbeschleunigung a _y gemäß Gleichung (5) über einem vorgegebenen weiteren Schwellwert, dann befindet sich das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit hohem Reibwert.

|a _y - a _yT heo| > Schwellwert (4) und

|a _y | > Schwellwert (5)

Sind diese Bedingung nicht erfüllt, dann liegt eine Fahrt auf einer Niederreibwertstrecke vor. Die zweite Logikschaltung 210 überprüft, welche Bedingung während einer zugehörigen Über- und Untersteuersituation zeitmäßig länger anhält und setzt in Abhängigkeit von der Überprüfung das Low-μ-Flagsignal 220, welches anzeigt, dass das Fahrzeug auf einer Niederreibwertstrecke fährt. Dadurch wird noch keine Ausbrechsituation detektiert sondern lediglich festegestellt, dass das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit einem niedrigen Reibwert fährt.

Figur 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Auslöseverfahrens zur Aktivierung einer Lateralgeschwindigkeitsschätzung für Insassenschutzvorrichtungen. Durch die erste und zweite Logikschaltung 130 und 210 werden die wesentlichen Komponenten zur Erkennung eines Ausbruchsvorgangs auf einer Niederreibwertfahrbahn berechnet. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden zur Aktivierung der Lateralgeschwindigkeitsschätzung 80 das Low-μ-Flagsignal 220 des Straßenzustandserkennungsvorgangs 40, das Über- und Untersteuerungsflagsignal 140 des Über- und Untersteuerungserkennungsvorgangs 30, die aktuell gemessenen Gierrate ω _z , die gemessene Lateralbeschleunigung a _y und die berechnete Schwimmwinkeländerung ß durch eine dritte

Logikschaltung 300 miteinander kombiniert und ausgewertet werden, wobei die Lateralgeschwindigkeitsschätzung aktiviert wird, wenn bei der Auswertung eine Ausbrechsituation bei einem niedrigen und/oder mittleren Reibwert ermittelt wird.

Die gemessenen aktuellen Werte, wie die Gierrate, Fahrzeuggeschwindigkeit usw., können von anderen Fahrzeugsystemen, beispielsweise vom ESP-Steuergerät, über ein Fahrzeugbussystem zur Verfügung gestellt werden.