专利名称：形成用于一个回拉系统的触发判断的方法
背景技术：
本发明涉及一种按独立权利要求的前序部分所述的形成用于一个回拉系统的触发判断的方法。
从本申请人未提前公开的申请DE 101 49 112中已知一种用于回拉系统的、特别是用于土地上行驶的触发判断的形成方法。所谓“土地上行驶”指的是这种情况汽车在一次离心过程后横向滑动，然后陷入摩擦系数大的路基上、例如行车路面旁边的一个不坚实的路基上。如果汽车例如向右滑动，如图1所示，即汽车1a在路面2上，那么右侧轮胎在点1b时产生严重滞后，这种滞后使汽车在不坚实的路基3上产生一个转矩。到时刻1c时，汽车已经完全处于翻车过程。在DE 10149 112中根据行驶动力学数据决定触发判断，其中，结合一个汽车横向速度和一个汽车翻转运动使用一个浮动角作为行驶动力学数据。通过相应的阈值比较即可形成所述触发判断。
由WO 99/47384 A1已知，根据围绕汽车纵轴线的速率、一个汽车速度和一个汽车横向加速度来形成在土地上行驶翻车时的触发判断。这里汽车横向加速度与一个固定的阈值进行比较。只有在超过这个固定阈值时，才可能作出触发判断。
本发明的优点与之相比，具有独立权利要求特征的、按照本发明的形成用于一个回拉系统的触发判断的方法具有这样的优点在土地上行驶的情况下可实现提前触发。该方法不但根据汽车横向加速度与上述旋转速率的结合，而且汽车横向加速度还附加地与一个阈值进行比较，该阈值是根据汽车重心速度的至少一个分量调节的。通过该阈值的匹配可达到对事故状态的较好的适配。这种匹配可连续地或在较长的时间间隔内进行。这种阈值判断在下面理解为，由汽车横向加速度和最好汽车横向速度的所组成的一个值对与一条特性曲线进行比较。但也可以使用汽车重心速度的其它分量来估计横向的汽车速度。当然这里也可使用汽车纵向速度，因为例如在离心过程情况下，重心速度在离心的第一阶段中大致保持不变，但在一个纵向速度之前转换成一个横向速度。亦即使用通过一个运动学的传感装置探测的信号。下面结合汽车横向速度来说明本发明。
土地行驶车辆试验的测试表明，汽车横向速度对最大到达的滚动角度并由此对汽车的翻转性能起决定性的影响。对于一个触发判断的形成来说在任何情况下都有利的是，采集围绕汽车纵轴线的用于旋转的一个旋转速率传感器的信号并与沿汽车横向的加速度传感器的信号相结合。这在较早的触发可能性时导致较高的可靠性。汽车横向加速度之所以适用，是因为如上所述在土地上行驶时在轮胎上产生横向制动并引起翻车过程。
此外，为了在同时很提前进行触发判断的情况下对触发判断达到高度的可靠性，既可采用汽车横向速度又可采用汽车横向加速度，还可采用围绕汽车纵轴线的旋转速率。
通过在各项从属权利要求中提出的措施和改进方案，可对独立权利要求中给出的用于形成用于一个回拉系统的触发判断的方法进行有利的改进。
汽车横向速度、汽车横向加速度和必要时围绕汽车纵轴线的旋转速率的组合这样进行是特有利的所述汽车横向加速度和旋转速率与用于形成触发判断的值对进行比较。这些值对是根据作为一个参数的汽车横向速度而形成的。在这种情况下有利的是，对于所述值对根据例如作为特性曲线的汽车横向速度先在汽车内存储在一个适当的存储单元中，然后可进行比较。如果汽车横向速度借助于汽车行驶动力学数据来确定，而该速度又位于由存储器内的特性曲线所覆盖的范围之外，则这可通过现有特性曲线的适当的外插法进行补偿。
该特性曲线可以是连续的，但也可作为一组值对存在，在这些值对之间必要时可进行内插，其中“组”的概念可看成是一般概念。对汽车横向速度来说，最好将它与一个预定的阈值进行比较，该阈值与选定的车型有关，并只有在超出该阈值时才可能产生翻车过程。如果汽车横向速度低于这个阈值，则触发判断总是否定的，即不发生触发。
最好根据对于汽车横向速度的估计的精度来影响所述组的值对。亦即如果速度估计具有10公里/小时的不精确性，则需要可靠的估计和后续处理来形成触发判断，可靠区间的下限值选择在该速度估计附近，以避免错误触发或太早触发。另一种方案是，在所述速度估计相对精确即不绝对精确的情况下、例如为10％时，标定汽车横向速度的值。
为了形成触发判断，旋转速率可进行一个阈值比较，其中该阈值是固定的，或根据汽车重心速度的至少一个分量进行调节。
本发明的实施例在附图中示出，并在下面的描述中进行详细说明。
附图示出图1所谓的土地上行驶；图2一种根据本发明的装置的方框图；图3根据本发明的一种第一方法的方框图；图4根据本发明的一种第二方法的方框图；图5根据本发明的一种第三方法的方框图；图6用于形成触发判断的加速度-速度曲线图；图7一个另外的加速度-速度曲线图；图8一个第三加速度-速度曲线图；和图9一个第四加速度-速度曲线图；描述翻车事故的现代感测系统利用微观力学的旋转速率传感器进行工作，这种感测系统通过数字积分也可进行旋转角度的计算。旋转速率和转角信息的组合可进行翻车预报，并因此一个触发判断比通过一个倾斜传感器的一个固定的角度阈值的触发要稳健和灵活得多。所以基于旋转速率传感器的翻车感测系统除了可用于翻车传感系统的本来的应用、即软篷轿车的可逆的翻车保护弓架的触发外，也可用于诸如烟火技术的安全带拉紧器和车窗气囊之类的不可逆的回拉装置的触发。一个典型的翻车过程是这样引起的汽车在一直向前行驶的过程中，由于环境的特性强制使其在Z方向、即在垂直方向运动，该运动导致汽车的旋转，这种情况的典型例子是路面旁边有大的坡度以及斜坡，该斜坡实际上是通过横向导板(Leit-planke)给定的。在这种操纵时，产生的横向加速度相对较低，乘客实际上稍后才陷入所谓的“离位”状态，所以乘客保护系统的触发只有在相对迟的时刻才需要。这里所谓“‘离位’状态”是指乘客不位于他通过回拉装置可进行最佳保护的座椅位置内。
但在所谓的土地上行驶倾翻时则是另一种情况。在这种情况中，汽车在一个离心过程后横向滑出，并随即陷入摩擦系数大的路基上，例如图1所示行驶路面旁边的不坚实的路基。如该图所示，如果汽车向右滑动，则右侧的轮胎产生严重的滞延，该滞延引起汽车的一个旋转冲量。与前述翻车过程的根本区别在于，乘客由于汽车的大的横向滞延而很早陷入“离位”状态。亦即乘客需要在很早的时刻通过合适的保护装置、例如车窗气囊的启动来进行保护，以免由于碰撞到B立柱或车窗玻璃上而受伤。不冒在许多非触发情况中无意地点燃回拉装置的危险，用现有系统进行这种提前触发是不可能的。而本发明提出的方法则可在土地上行驶的情况下实现提前的触发时刻。
为了在土地行驶情况中实现这样一种提前的触发，本发明除了采用y方向及z方向的旋转速率和加速度参数外，还采用以适当的方式确定的沿y方向的汽车速度即汽车横向速度。但也可以是汽车重心速度的其它作为汽车横向速度的近似值用的分量。
汽车在土地上行驶的试验表明，汽车横向速度对达到的最大滚动角度并由此对土地上行驶过程中的汽车的翻车状态起决定性的影响。汽车横向速度在这里是借助于汽车动力学系统例如ESP的数据来确定的。但也可用别的方法来确定汽车横向速度。
根据本发明触发判断是这样形成的除了旋转速度和汽车横向加速度的组合外，还对汽车横向加速度进行阈值判断，其中该阈值根据汽车重心速度的至少一个分量进行调节。为此最好采用汽车横向速度。
以适当方式滤波的沿汽车横向方向的加速度ay特别适用于阈值判断，因为在轮胎上产生的一个横向加速度导致翻车过程。正如根据汽车试验所证明的那样，要使汽车翻转，就必须在降低汽车横向速度vy的情况下增加横向加速度ay。在正常情况下，这种关系不是线性的，并通过阈值判断进行考虑。确切地说，临界横向加速度、即引起倾翻的横向加速度作为汽车横向速度的函数表明，汽车横向速度从较高速度以来越接近所谓的“临界滑动速度(CSV)”，则坡度越大。临界滑动速度定义为汽车的横向速度，低于该临界滑动速度时，根据基本的物理原理、即能量平衡原理，汽车的倾翻是不可能的。特性曲线的精确形状取决于车型和对系统的要求。但在下面的例子中，总是从这样的前提出发特性曲线、即临界横向加速度的绝对值作为汽车横向速度的函数在vy值递减时单调地增加。
除ay处，按适当方式滤波的围绕汽车纵轴线的旋转速率ωx也适用于在这里作为组合用的阈值判定。虽然用ωx不很直观，因为它是引起土地上行驶过程的横向滞延，但相应的汽车试验的研究表明，在适当滤波的情况下，ωx和ay都适合作为触发阈值的量。
如果首先从汽车横向速度vy的时间连续的几乎精确的确定开始，则在用于所述算法的一个起始条件满足之后，ay、ωx和vy的感测值变成连续的，即在算法的每个循环中都与以一条特性曲线形式存储的临界值进行比较。如果值对(ay，vy)在某一时刻t超过特性曲线的临界值，则满足了主触发条件。此外必须保证横向加速度确实引起了旋转，这在下面还要进一步说明。除ay外，ωx也可与一个根据vy调节的阈值进行比较，或者可将根据vy的阈值作为ωx的函数进行变化。
下面总是从这样的前提出发ay为负，即滞延，和vy以及旋转速率ωx为正。如果ay由气囊控制设备中的一个传感器来确定，则符号取决于由于横向滑动引起的在土地上行驶是可能向左还是向右。同样，vy的符号取决于在确定vy时所作的约定。在微控制器中即在气囊控制设备的处理器中进行变换时按下述方法进行由全部量vy、ay和ωx中构成所述值。此外，通过一种符号检验来保证vy、ay和ωx作为沿着相同方向的翻车过程的条件。
导致汽车倾翻的横向加速度主要由汽车重心位置和轮距来确定，并用静态稳定系数(SSF)以计算方式确定。轿车和运动用车辆的典型的SSF值约在1.0至1.7的范围中。SSF相当于单位为g的横向加速度，这个加速度是汽车倾翻必要的。因此|ay|比vy的一条特性曲线作为最低的触发阈值总有一个值，该值对于相应的汽车位于以g为单位的SSF值的上方。但根据路基的状况，也可能在全部轮胎上产生高的加速度，亦即在侧面向右或向左滑动时不只是在右或左轮胎上发生这种情况，因此汽车虽然侧向滑动，但没有引起足够大的扭矩来使汽车翻转。如果在触发判断时只相信超过用于|ay|作为vy的函数的一个阈值，则在大的汽车横向加速度的情况下，在最不利的情况中可能没有大的倾翻角就导致触发。为了阻止在这种情况中触发，最好在旋转速率信号上连接一个附加的触发条件。作为旋转速率信号的附加考虑的可能的实现方案有如下几种方法a)作为附加的触发条件，在按适当方式滤波的旋转速率方面必须超过一个阈值。
b)作为附加的触发条件，在积分的旋转速率、即超过产生的角度方面必须超过一个阈值，其中在旋转速率方面超过一个阈值最好连接积分的开始。
c)此外，开始一个旋转速率的积分可与超出汽车横向加速度的一个阈值相连接。在这种情况中，如果按适当方式滤波的汽车横向加速度位于一定值的上方，则只进行旋转速率的积分。在这种情况下，作为附加的触发条件要求具有一个角度量纲的得到的积分必须超过一个阈值。
如果以ωx作为vy的函数来考虑触发阈值，则不存在上述问题。但即使在非土地行驶相关的驾驶操纵时、例如在窄的和快速的转弯行驶时，尤其在很高旋转速率的情况下也可能导致错误触发。所以在这种情况中最好附加地引入一个基于汽车横向加速度的传感器信号的阈值。类似基于旋转速率信号的前述的附加触发条件，现在对一种转换的下列例子进行说明a)作为附加的触发条件，在按适当方式滤波的汽车横向加速度方面必须超过一个阈值。
b)作为附加的触发条件，在积分的汽车横向加速度方面、即在减速方面必须超过一个阈值，其中最好是使一个阈值超过汽车横向加速度与积分的开始相连接。
c)此外，汽车横向加速度的积分可与旋转速率的一个阈值的超过相连接在这种情况中，如果按适当方式滤波的旋转速率位于一个限定值的上方，则只进行汽车横向加速度的积分。在这种情况下，作为附加的触发条件要求具有一个速度量纲的得到的积分超过一定的阈值。
所以，对触发判断来说，将一个旋转速率传感器和一个加速度传感器的信号进行连接在任何情况下都是有利的。到现在为止所述的方法都是基于ay和ωx的特性曲线作出主触发判断，然后一个附加的较弱的触发条件基于ωx和ay特性进行似然化。当然也可以是ay和ωx的同等的触发判断，亦即既确定ay又确定ωx的特性曲线，它们的触发判断按适当的方式进行组合，例如通过一个简单的逻辑“与”。此外，ay和ωx可按适当方式处理(例如滤波和积分)和组合。
图2作为方框图表示根据本发明的装置。布置在用于回拉装置的一个控制设备中的一个处理器、一个微控制器或一个微处理器μC通过一个数据输入/输出机构与一个存储器mem连接，在该存储器中存储有阈值和特性曲线族。传感器数据由一个用于汽车横向加速度ay的传感器和一个旋转速率传感器ωx提供。另一种方案是，旋转速率借助于若干加速度传感器来确定。单个传感器通常具有测量值的放大和数字化用的自身的电子机构。用于汽车横向加速率vy来自另一个传感器，或由一个外部单元例如ESP计算，或由一个外部单元提供原始数据，从这些原始数据中用一种在微处理器中的相应的算法来估算汽车横向速度。微处理器μC与回拉装置RS例如安全气囊、安全带拉紧器或乘客保护系统例如一个翻车保护弓架连接。在微处理器μC中不断运行的算法的一个相应判断的情况下，回拉装置RS被触发，其中还可附加使用一个车内感测装置IS，以便相应地匹配触发状态。与此抑制例如副驾驶员座椅的安全带拉紧器或车窗气囊的触发，如果该座椅未占用的话。可用重量传感器或形成图形的传感器来作为用于车内感测的装置。
图3作为方框图表示根据本发明方法的一种优选方案。在上方主路径中，从相应传感器数据推导出的用于汽车横向加速度ay的值以及用于汽车横向速度vy的估计值与特性曲线KL进行比较。得出的触发判断可通过一个保持元件HG1保持，以便与下方的似然性路径相关达到最佳化。在似然性路径中，从ay和按适当方式处理的用于旋转速率ωx的传感器信号通过适当的计算(例如滤波和积分)和组合VK作出似然性判断。该判断可通过一个保持元件HG2保持。从保持元件HG1和HG2输出的判断(“是”为肯定的触发判断或似然性性断)在元件“&”中通过一个逻辑“与”组合，并将得出的判断(触发“是”/“不是”)传送到配属的回拉装置中。
图4作为另一个方框图表示根据本发明方法的另一种优选方案。在下方主路径中，从相应传感器数据推导出的用于旋转速率ωx的值以及用于汽车横向速度vy的估计值与特性曲线KL进行比较。得出的触发判断可通过一个保持元件HG2保持，以便与上方的似然性路径相关达到最佳化。在似然性路径中，从ωx和按适当方式处理的用于汽车横向加速度ay的传感器信号通过适当计算(例如滤波和积分)和组合VK作出似然性判断。该似然性判断通过一个保持元件HG1保持。从保持元件HG 1和HG 2输出的判断在元件“&”中通过一个逻辑“与”组合，并将得出的判断(触发“是”/“不是””)传送到相应的回拉装置。
图5表示具有上下两个主路径的根据本发明方法又一优选方案的方框图。所述主路径相当于图3和4中的主路径。同样可用类似于图3和4的似然性路径，该似然性路径从ωx和ay通过适当计算(例如滤波和积分)和组合KV作出似然性判断。从保持元件HG1、HG2和HG3输出的判断在元件“与”中通过一个逻辑“与”组合，并将得出的判断传送到配置的回拉装置。也可给定一条特性曲线来代替这两条特性曲线KL1和KL2，那么这条特性曲线计算一个根据vy和ωx的临界值ay、或一个根据vy和ay的临界值ωx。
图6表示作为汽车横向速度vy的函数的横向加速度ay的绝对值用的特性曲线，其中该特性曲线首先被假定为是足够精确已知的和时间连续的。在所谓的临界滑动速度(CSV)的下方一般都被阻止触发。但如果vy大于CSV，则特性曲线在触发和不触发之间建立隔离，这是以vy实际上是精确已知为前提的。CSV由与纵坐标即与汽车横向加速度轴平行的直线4来表示。特性曲线5表示对于汽车横向加速度ay的阈值，必须超过它才可作出触发判断。对于围绕纵轴线的旋转速率ωx的阈值的形成按相同的方式进行。
图7表示一种只是近似的和/或不是时间连续确定的横向速度的一般情况。这里在一个加速度一速度曲线图中采用ay(或按等效方式得出的ωx)作为横向速度Δvy(而不是vy)的函数的适合的特性曲线。Δvy从汽车内测定的汽车横向加速度ay的积分中通过综合来确定。为了在对于横向汽车速度不是时间连续的估计时在两次估计之间补偿相应的估计值的当前的误差，这是有利的。这种综合在必要时可校正在汽车坐标系统相对于地球固定的坐标系统翻转时的重力加速度的影响。为了考虑触发判断与绝对汽车横向速度vy的关系，或者存储用于vy的不同值的多条特性曲线并在这些特性曲线之间进行外插，或者使一条特性曲线根据vy的估计值进行移动。在图7中，用水平的双箭头表示这条特性曲线根据横向速度进行移动。图8表示该特性曲线移动的一种可能性。
对一种汽车来说，CSV是从理论计算或从适当的试验中确定的。低于这个汽车横向速度时，所述算法阻止所述触发。该特性曲线的取样(Stuetzstellen)为值对(vy，|ay|)，其中vy的最低值一般等于CSV。在图8中给出了示范性的速度值。超过速度vy max时，触发阈值为常数。这里vy max等于50公里/小时。特性曲线是这样移动的，到速度估计的时刻t0时，特性曲线的值对(vy，|ay|)与Δvy轴的零点吻合。亦即在时刻t0时，从值对(vy，|ay|)中得出触发阈值。特性曲线的移动在一个微控制器中可很简单地通过偏移到Δvy的相加来实现。为清楚起见，下面只说明该特性曲线的一次移动。图8表示精确确定的速度的列出。在这种情况中，触发特性过渡到图6所示的|ay|对vy的特性曲线情况。但ay一般用一个比vy高的速度进行确定，亦即不存在vy的时间连续的测量，并在两次估计vy之间的时间内该特性曲线保持不变，而Δvy则是连续计算的，且测出的ay值与配属的阈值进行比较。估计vy的时刻t0确定积分的始点。只要有一个新的vy值，该特性曲线就相应移动，而且Δvy重新置零，亦即重新确定t0。
图9表示该特性曲线的移动的另一种方案，即在没有精确已知汽车横向速度的情况下进行。在此实施例中，确定的汽车横向速度具有±10公里/小时的精度。在这里这种策略是一种保守的触发，亦即用一个不精确的速度估计只容许延迟所述触发，但不产生错误触发或提前触发。如果估计的速度例如为具有±10公里/小时精确度的60公里/小时，则真实的速度介于50和70公里/小时之间。最保守的调节为50公里/小时，且该特性曲线相应地在50公里/小时移到Δvy＝0。在图9中，同样示出了60公里/小时精确速度的特性曲线(虚线)和70公里/小时的精确速度的特性曲线(点画线)。可以看出，50公里/小时的调节是最保守的，亦即对相同的Δvy值来说，在较高|ay|值时产生触发。
改变特性曲线的其它的可能性这里还列出如下三种方案a)除了汽车横向速度外，如果还要估计其精确度，例如估计以上下误差区间形式的精确度，则上述的方法可作如下的修改使在一次新的估计时，估计出的横向速度减小相应的实际精确度，即不是一个固定值，且特性曲线移动被减小的值。这样的结果是，汽车横向速度不会过高估计，所以汽车横向速度的精确确定不会导致提前的或不希望的触发。
b)估计的vy(t)值也可标定来代替一个量的减法，例如vy*(t)＝CSV+x(vy(t)-CSV)，其中0＜x≤1；vy*是移动到Δvy＝0的特性曲线的速度值。在极限值X＝0时，触发被完全抑制。在X＝1的情况中，vy*＝vy，亦即又过渡到vy精确确定的情况。
c)另一种方案是情况a)和b)的结合。
权利要求
1.用于形成一个触发判断的方法，其中该触发判断根据行驶动力学数据(vy，ay，ωx)来形成，其中将至少一个汽车横向加速度(ay)和一个围绕汽车纵轴线的旋转速率(ωx)相互组合作为所述行驶动力学数据，以便形成所述触发判断，其特征在于，汽车横向加速度(ay)附加地进行阈值判断，用于形成该触发判断，其中相应的阈值至少根据汽车重心速度(vy)的至少一个分量进行调节。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合是这样进行的汽车横向加速度(ay)和/或旋转速率(ωx)与用于形成触发判断的值对进行比较，该值对根据汽车重心速度(vy)的所述至少一个分量来形成。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，存储用于汽车重心速度的所述至少一个分量的至少一组值对，其中一组新的值对通过从所述至少一组值对的外插来获得。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，汽车重心速度(vy)的所述至少一个分量附加地与一个预定的阈值进行比较，该阈值取决于一种所应用的车型，其中在低于该阈值时不可以触发。
5.按权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据对于汽车重心速度的所述至少一个分量的速度估计精度来影响所述至少一组值。
6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述旋转速率(ωx)与一个固定阈值进行比较用来形成触发判断。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述旋转速率(ωx)与一个阈值进行比较用来形成触发判断，该阈值根据汽车重心速度的所述至少一个分量进行调节。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述阈值根据旋转速率(ωx)进行变化。
全文摘要
本发明提出一种形成用于一个回拉系统的触发判断的方法，该方法的特征是，所述触发判断根据汽车横向加速度和一个旋转速率的一种组合来形成。该汽车横向加速度附加地进行阈值判断，其中相应的阈值根据汽车重心速度的至少一个分量来调节。
文档编号B60R21/01GK1692041SQ200380100493
公开日2005年11月2日 申请日期2003年10月6日 优先权日2003年1月28日
发明者M·克罗宁格, M·施密德, R·拉曼 申请人:罗伯特-博希股份公司