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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen für Fahrzeuge
und insbesondere auf Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung eines Überschlagens
von Fahrzeugen und zur Aktivierung von Fahrzeuginsassenrückhaltevorrichtungen.
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Infolge
des zunehmenden Einsatzes von Fahrzeuginsassenrückhaltevorrichtungen konnten
in den letzten Jahren bei Unfällen
zahlreiche Menschenleben gerettet werden. Es sind verschiedene Fahrzeuginsassenrückhaltevorrichtungen
bekannt, zu denen typischerweise aufblasbare Rückhaltevorrichtungen, Fahrer-
und Beifahrerfrontairbags, Seitenairbags sowie Seitenvorhang-Airbags
(side curtain airbags) gehören.
Daneben sind nichtaufblasbare Rückhaltevorrichtungen
bekannt, darunter mit den Sicherheitsgurten verbundene Gurtstraffersysteme, welche
zum Strammziehen des Sicherheitsgurtes dienen. Diese verschiedenen
Insassenrückhaltevorrichtungen
spielen für
den Schutz von Fahrzeuginsassen bei Unfällen alle eine wichtige Rolle;
sie sind jedoch nur so gut wie die Auslösesteuerungsvorrichtungen,
welche die Aufgabe haben, die Insassenrückhaltevorrichtungen zu erkennen
und auszulösen.
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Auslösesteuerungsvorrichtungen
lösen Insassenrückhaltevorrichtungen
typischerweise dann aus, wenn sie mittels bestimmter Signale von
Sensoren, die über
das gesamte Kraftfahrzeug verteilt sind, ermitteln, dass bestimmte
zuvor festge legte Schwellenwerte erreicht sind. Diese vorbestimmten
Schwellenwerte erhält
man üblicherweise
dadurch, dass bei simulierten Unfall- und Überschlagsereignissen gewonnene
Testdaten analysiert werden. Nachdem die zuvor festgelegten Schwellenwerte
auf diese Weise gewonnen wurden, werden sie in Auslösesteuerungsvorrichtungen
einprogrammiert. Die programmierten Erfassungs- und Auslösesteuerungsvorrichtungen
bestimmen auf der Basis eingehender Sensordaten, ob eine Insassenrückhaltevorrichtung
auszulösen
ist oder nicht. Die z. Zt. gängigen
Erfassungs- und Auslösvorrichtungen
bieten zahlreichen Fahrzeuginsassen Schutz vor den Folgen eines
Unfalls. Ein Nachteil dieser Vorrichtungen besteht jedoch zum einen
darin, dass die Auslöseschwellenwerte
nicht in regelmäßigen Abständen mittels
Echtzeitdaten aktualisiert werden und zum anderen darin, dass keine
mehrstufigen Überschlagserfassungsvorrichtungen
eingesetzt werden. Darüber
hinaus kann es bei den bekannten Erfassungs- und Auslösvorrichtungen
vorkommen, dass Insassenrückhaltevorrichtungen
unbeabsichtigt ausgelöst
werden, was zum einen zur Folge haben kann, dass Fahrzeuginsassen
zu Schaden kommen oder erschreckt werden und dann einen Verkehrsunfall
verursachen, und zum anderen, dass hohe Kosten dadurch auftreten, dass
die Insassenrückhaltevorrichtung
wieder in ihre Ausgangsposition gebracht werden muss. Bei gängigen Auslösvorrichtungen
kann es überdies
vorkommen, dass bei einem Überschlagereignis
versehentlich Überschlagsrückhaltevorrichtungen
statt Aufprallrückhaltevorrichtungen
oder Aufprallrückhaltevorrichtungen
bei einem Überschlagsereignis
ausgelöst
werden.
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Aus
der gattungsgemäßen
DE 100 44 567 A1 ist
ein Sicherheitssystem für
ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem verschiedene Sensorsignale mit
mehreren anpassbaren Schwellensignalen für das Auslösen einer Fahrzeugsicherheitseinrichtung
verglichen werden. Die Auslösung
der Fahrzeugsicherheitseinrichtung erfolgt, wenn mindestens zwei
Schwellenwerte überschritten
werden.
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Aus
der
DE 602 01 093
T2 oder der
DE
699 11 083 T2 ist es ebenfalls bekannt, eine Fahrzeugsicherheitseinrichtung
nur beim gleichzeitigen Überschreiten
zweier verschiedener Schwellenwerte auszulösen.
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Aus
der
DE 699 16 697
T2 ist es bekannt, die Auslösung zweier passiver Sicherheitseinrichtungen mit
verschiedenen Prioritäten
durchzuführen.
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Wenngleich
aus den genannten Dokumenten die Auswertung verschiedener Schwellenwerte bekannt
ist, ist es jedoch nicht bekannt, verschiedene Schwellenwerte abhängig vom
Vorliegen verschiedener Fahrzeugbedingungen – insbesondere hinsichtlich
des Anschnallstatus und/oder des Öffnungsstatus von Fahrzeugfenstern – anzuwenden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin,
die jeweiligen Auslöseschwellenwerte
bzw. deren Auswahl an den tatsächlich
herrschenden Fahrzeugzuständen
zu orientieren.
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Die
Lösung
der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels einer Überschlagserfassungsvorrichtung mit
den Merkmalen der Patentansprüche
1 bzw. 12 sowie mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches
11.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Zur
Behebung dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Überschlagserfassungs-
und Auslösesteuerungsvorrichtung
sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mittels derer bzw.
mittels dessen Schwellenwerte für Überschlagsereignisse
mittels Echtzeitdaten aktualisiert werden können und damit ein Auslösen von
Insassenrückhaltevorrichtungen
auf der Basis sich ändernder
Fahrzeugeigenschaften ermöglicht
werden kann. Außerdem
wird die Schaffung einer Auslösesteuerungsvorrichtung
angestrebt, mittels derer zwischen Aufprall-, Überschlags- und ungefährlichen
Ereignissen unterschieden werden kann, um eine Fehlauslösung von
Aufprall- und Überschlagsinsassenrückhaltevorrichtungen
zu verhindern. Der Einsatz einer derartigen "intelligenten" mehrstufigen Überschlagserfassungsvorrichtung
würde kostspielige Fehlauslösungen von
Auslösevorrichtungen
verhindern und die Genauigkeit der Erfassung von Überschlagsereignissen
erhöhen.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Überschlagserfassungsvorrichtung
geschaffen, mittels derer bestimmt werden kann, wann verschiedene
Insassenrückhaltevorrichtungen
auszulösen
sind. Einige Ausführungsformen
der Überschlagserfassungsvorrichtung
können
einen Längsbeschleunigungssensor,
einen Seitenbeschleunigungssensor, einen Vertikalbeschleunigungssensor, einen
Querbeschleunigungssensor, einen Wankratensensor (roll rate sensor),
einen Initialwankwinkeldetektor, einen Gierratensensor (yaw rate
sensor), einen Schlupfwinkeldetektor, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor,
einen Fahrzeugmassensensor, einen Reifendrucksensor und Trägheitsmomentdetektoren
aufweisen. Einige Ausführungsformen der Überschlagserfassungsvorrichtung
können
so ausgebildet sein, dass in Reaktion auf Datensollwerte ein Initialüberschlagsschwellenwert
bestimmt und in Reaktion auf Änderungen
des Fahrzeugzustands ein aktualisierter Schwellenwert ermittelt
wird. Wiederum andere Ausführungsformen
der Überschlagserfassungsvorrichtung
können
außerdem
so ausgebildet sein, dass bei der Entscheidung für ein Auslösen verschiedener Insassenrückhaltevorrichtungen zwischen
mehreren Schwellenwerten ein oder mehrere Überschlagsschwellenwerte ausgewählt wird bzw.
werden. Manche Ausführungsformen
der Überschlagserfassungsvorrichtungen
und -verfahren können
ferner so ausgebildet sein, dass sie in unterschiedlichen Betriebsarten
betrieben werden und in den unterschiedlichen Betriebsarten verschiedene Insassenrückhaltevorrichtungen
ausgelöst
werden können.
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Einige
Ausführungsformen
der Fahrzeugüberschlagserfassungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
eine Regelschaltung aufweisen, die so ausgebildet ist, dass ein
Initialwankwinkelsignal, ein Beschleunigungssignal, ein Wankratensignal,
ein Gierratensignal, ein Reifendrucksignal, ein Fahrerabsichtssignal,
ein Fahrzeugschwimmwinkelsignal, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
sowie ein Lenkwinkelsignal empfangen wird. Die Regelschaltung kann
so ausgebildet sein, dass in Reaktion auf das Initialwankwinkelsignal,
das Beschleuni gungssignal, das Wankratensignal, das Gierratensignal,
das Reifendrucksignal, oder das Fahrerabsichtssignal ein Fahrzeuginstabilitätssignal erzeugt
wird. Die Regelschaltung kann außerdem so ausgebildet sein,
dass ein erster und ein zweiter Schwellenwert bestimmt und in Reaktion
auf mindestens einen Schwellenwert, also in Reaktion auf den ersten
und/oder den zweiten Schwellenwert, ein Überschlagerfassungssignal erzeugt
wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Kraftfahrzeug, das mit einer Ausführungsform einer Überschlagerfassungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist;
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2 ein
vereinfachtes Modell eines Fahrzeugs während eines Überschlags;
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3 einen
zweidimensionalen Plot der Wankrate im Verhältnis zum Wankwinkel zur Darstellung
eines kinetischen energiebasierten Überschlagsschwellenwertes,
und
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4A und 4B ein
logisches Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Nachfolgend
werden Verfahren und Vorrichtungen zum Erfassen von Überschlagsereignissen bei
Kraftfahrzeugen und zum Auslösen
von Insassenrückhaltevorrichtungen
anhand verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Einige Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
in Kraftfahrzeugen unterschiedlicher Bauart eingesetzt werden, um
zu bestimmen, ob ein Überschlagsereignis
stattfindet. Andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
dazu eingesetzt werden, bei einem Erfassen (oder Ermitteln) eines Überschlagsereignisses
zum Schutz der Fahrzeuginsassen eine oder mehrere Insassenrückhaltevorrichtungen
auszulösen.
Wieder andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
dazu eingesetzt werden, zwischen Überschlags- und Nichtüberschlagsereignissen
zu unterscheiden, indem ein Betrieb in unterschiedlichen Betriebsarten
erfolgt, sowie dazu, wie weiter unten erläutert werden wird, dass in
unterschiedlichen Betriebsarten unterschiedliche Insassenrückhaltevorrichtungen
ausgelöst
werden.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines mit einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Überschlagserfassungsvorrichtung
ausgestatten Kraftfahrzeugs. Wie ersichtlich, weist das mit 100 bezeichnete
Fahrzeug eine mit einer Insassenrückhaltevorrichtung 110 gekoppelte Überschlagserfassungsvorrichtung 105 auf.
Obwohl das Fahrzeug 100 als Personenkraftfahrzeug dargestellt
ist, kann es sich bei dem Fahrzeug 100 um ein Fahrzeug
beliebiger Bauart handeln, beispielsweise um einen Lastkraftwagen,
einen Van, ein Freizeitfahrzeug oder ein anderes Kraftfahrzeug.
Die Überschlagserfassungsvorrichtung 105 kann
eine Regelschaltung 115 (wobei die Regelschaltung (control
circuit) auch als Steuermodul (control module) oder als Steuergerät (controller)
ausgebildet sein kann), einen Wankratensensor 120, einen
Wankwinkeldetektor 125, einen Längsbeschleunigungsmesser 130,
einen Seitenbeschleunigungsmesser 135, einen Vertikalbeschleunigungsmesser 140,
einen Gierratensensor 145, einen Schwimmwinkelsensor 150,
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 155, einen Fahrzeuggewichtssensor 160,
einen Querbeschleunigungsmesser 165, einen Fahrhöhensensor
(ride height sensor) 170, einen Reifendrucksensor 170 und
einen Trägheitssensor 175 aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen der
Erfindung können
auch andere Sensoren eingesetzt werden, so z. B. ein Fensterzustandssensor (window
status sensor) 180, ein Sicherheitsgurtschlosszustandssensor
(seatbelt buckle status sensor) (nicht dargestellt), eines Lenkradsensor
(nicht dargestellt) und Radzustandssensoren (wheel status sensors)
(nicht dargestellt). Die in 1 dargestellte Sensoranordnung
dient lediglich zu Informationszwecken. Die tatsächliche Anordnung derartiger
Sensoren kann daher je nach Ausführungsform
unterschiedlich sein. Einige Sensoren können dazu eingesetzt werden,
Eingangssignale für
Hilfsalgorithmen zu erzeugen oder Daten zu berechnen, die auf den Sensorsignalen
basieren, welche bei einigen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden können.
So können
zum Beispiel Wankwinkel- und Schwimmwinkeldaten direkt erfasst werden
oder Ergebnisse von Berechnungen sein, die auf einem oder mehreren
anderen Sensorsignalen basieren. Ebenso können verschiedene Trägheitsmomentsignale
und Beschleunigungssignale unter Verwendung anderer Signale berechnet
werden, um diese Werte zu bestimmen. Außerdem können in bekannter Weise einige
Fahrzeugdatensignale berechnet und erfasst werden, um x-Achsen-,
y Achsen- und z-Achsenwerte zu bestimmen.
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Überdies
können
die gemäß den verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung verwendeten Sensoren weiter unterteilt ausgebildet
sein, derart, dass die Sensoren Daten von verschiedenen Teilen des
Fahrzeugs 100 erfassen können. So kann z. B. der Querbeschleunigungsmesser 165 zwei
Sensoren 165a und 165b aufweisen, und der Fahrzeuggewichtssensor 160 kann
mehrere Sensoren 160a, 160b, 160c (nicht
dargestellt), 160d (nicht dargestellt) aufweisen, um Fahrzeuggewichtsdaten
in unterschiedlichen Bereichen des Fahrzeugs 100 zu registrieren.
Die gemäß den verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung verwendeten Sensoren können elektrisch oder drahtlos
an die Regelschaltung 115, an einen beliebigen anderen
Sensor oder an weitere Fahrzeugdatensysteme gekoppelt sein.
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Zur
Steuerung der Überschlagserfassungsvorrichtung 105 kann
die Regelschaltung 115 verschiedene Merkmale aufweisen.
Abhängig
von der Implementierung der Überschlagserfassungsvorrichtung 105 kann
die Regelschaltung 115 eine beliebige Anzahl von Eingangs-
und Ausgangssignaleingängen
aufweisen. Die Regelschaltung 115 kann mikroprozessorbasiert
oder kann mit Software, Hardware oder einer Kombination aus beiden
implementiert sein. Zusätzlich
kann die Regelschaltung 115 ggf. dahingehend ausgebildet
sein, drahtlose Signale von den Sensoren zu empfangen und an diese
zu übermitteln
oder drahtlose Signale an andere drahtlose Vorrichtungen, wie etwa
ein Notrufsystem oder ein Fahrzeugreparatursystem (automotive repair
system) zu senden und von diesen zu empfangen. Die Regelschaltung 115 kann
von der Überschlagserfassungsvorrichtung 105 und
der Insassenrückhaltevorrichtung
gemeinsam genutzt werden; die Insassenrückhaltevorrichtung 110 kann
aber auch ihr eigenes Steuergerät
besitzen. Die Regel schaltung 115 kann so ausgebildet sein,
dass sie einen Initialüberschlagsschwellenwert
in Reaktion auf Fahrzeugsollwerte bestimmt, einschließlich Schwerpunkthöhe, Spurweite,
Fahrzeugmasse (einschließlich
Zuladung), Fahrzeugträgheitsmoment,
Feder-Masse-Trägheitsmoment
(sprung mass moment of inertia) und Aufhängungseigenschaften. Bei einigen
Ausführungsformen
können
diese Fahrzeugsollwerte von unterschiedlichen Datensensoren erfasst
werden. Die Regelschaltung 115 kann überdies so ausgebildet sein,
dass der Initialschwellenwert so aktualisiert wird, dass darin alle Änderungen
in der Überschlagsneigung
des Fahrzeugs und alle zur Überschlagserfassung
verwendeten Schwellenwerte berücksichtigt
werden. Ferner kann die Regelschaltung 115 so ausgebildet
sein, dass der aktualisierte Schwellenwert reduziert wird. Bei einigen
Ausführungsformen
kann die Regelschaltung 115 überdies so ausgebildet sein,
dass beim Ermitteln des Auftretens eines Überrollereignisses eine Auswahl
zwischen einem aktualisierten Schwellenwert und einem reduzierten
Schwellenwert erfolgt.
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Die Überschlagsschwellenwerte
können
dynamische Schwellenwerte, statische Schwellenwerte oder beides
sein. Ein erster Schwellenwert kann ein energiebasierter Schwellenwert
sein, und ein Überschlag
kann mittels dieses Schwellenwertes erfasst werden, indem ein Fahrzeugmassesignal,
Trägheitsmomentsignale
und ein Schwerpunktshöhensignal überwacht
werden. Außerdem
kann ein zweiter Schwellenwert verwendet werden, bei dem es sich um
einen reduzierten Schwellenwert handeln kann, der niedriger ist
als der aktualisierte Schwellenwert. Dabei kann der Reduktionsbetrag
von den Gegebenheiten des speziell eingesetzten Fahrzeugs oder von der
Implementierung einer Überschlagserfassungsvorrichtung
in dem Fahrzeug abhängen.
Außerdem kann
der Grad der Reduktion von einem Initialfahrzeugwinkelsignal (vehicle
initial angle signal), einem Geschwindigkeitssignal, einem Fahrzeugbeschleunigungssignal,
einem Reifendrucksignal, sowie einem Lenkradzustandssignal (steering
wheel status signal) abhängen.
Der reduzierte Schwellenwert kann eine Funktion eines Wankwinkelsignals,
eines Wankratensignals und eines Querbeschleunigungssignals sein.
Wie vorstehend erwähnt,
können
einige Ausführungsformen
der Erfindung dahingehend ausgebildet sein, bei der Bestimmung,
wann ein Überschlagsereignis
erfasst wird, zwischen mehreren Schwellenwerten auszuwählen. Eine
solche Auswahl kann als Reaktion auf ein oder mehrere Datensignale erfolgen,
einschließlich
eines Fensterzustandssignals und eines Sicherheitsgurtzustandssignals.
Dies führt
zu einer Überschlagserfassungsvorrichtung,
die in der Lage ist, die Position eines Fahrzeuginsassen innerhalb
des Fahrzeugs zu bestimmen und auf der Basis dieser Information
eine Insassenrückhaltevorrichtung
auszulösen.
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Die
Regelschaltung 115 kann überdies eine Insassenrückhaltevorrichtung 110 gemäß den verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung steuern und auslösen.
Der Überschlagserfassungsvorrichtung 105 und
der Insassenrückhaltevorrichtung 110 können verschiedene
Rückhaltevorrichtungen zugeordnet
sein, die u. a. einen Seitenvorhangairbag (side curtain airbag) 205,
einen Front-Airbag auf der Fahrerseite 210, einen Front-Airbag
auf der Beifahrerseite 215, einen Seitenairbag 220,
einen Gurtaufroller (belt retractor) (nicht dargestellt) oder einen
pyrotechnischen Gurtstraffer (pyro-buckle pretensioner) (nicht dargestellt)
aufweisen können.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
eine oder mehrere dieser Rückhaltevorrichtungen
zum Einsatz kommen und die Regelschaltung 115 kann so ausgebildet
sein, dass die Rückhaltevorrichtungen
gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeitpunkten aktiviert werden. Überdies kann
die Regelschaltung 115 dazu eingesetzt werden, die Auslösung jeder
einzelnen der Insassenrückhaltevorrichtungen
zu steuern. Bei manchen Ausführungsformen
können
zur Steuerung der Insassenrückhaltevorrichtungen
auch verschiedene andere Sensoren und separate Steuergeräte eingesetzt werden.
Die Regelschaltung 115 kann die Insassenrückhaltevorrichtungen
auslösen,
indem in Reaktion auf eine Vielzahl von Überschlagserfassungsschwellenwerten
ein oder mehrere Steuersignale erzeugt werden.
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Einige
Ausführungsformen
der Erfindung können
so ausgebildet sein, dass sie bei einer Bestimmung, in welcher Reihenfolge
ein oder mehrere Insassenrückhaltevorrichtungen
auszulösen
sind, in zwei oder mehreren Betriebsarten betrieben werden. Beispielsweise
kann die Regelschaltung 115 so konfiguriert sein, dass
sie in einem Zwei-Betriebsarten-Modus arbeitet, um zu gewährleisten,
dass ein Überschlagsvorhang
(rollover curtain), ein Seitenvorhang (side curtain) oder andere Überschlagsinsassenrückhaltevorrichtungen
ausgelöst
werden, wenn ein Über schlagsereignis
auftritt. In dieser Hinsicht kann die Regelschaltung 115 so
konfiguriert sein, dass eine Mehrzahl von Datensignalen überwacht und
in einem ersten Betriebsmodus in Reaktion auf die Datensignale ein
Fahrzeugstabilitätssignal
bereitgestellt wird. Ein Fahrzeugstabilitätssignal kann anzeigen, dass
ein Fahrzeug ggf. einem instabilen Ereignis ausgesetzt oder ausgesetzt
gewesen ist. Bei einigen Ausführungsformen
kann das Fahrzeugstabilitätssignal
als Reaktion auf ein Fahrerabsichtsalgorithmussignal, ein Fahrzeugschwimmwinkelsignal, ein
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, ein Initialwinkelsensorsignal (initial
angle sensor signal), ein Gier-/Neigungsratensignal (yaw/pitch rate
signal), ein Fahrzeugbeschleunigungssignal, ein Lenkwinkel-/Lenkratensignal
(steering angle/rate signal), ein Wankratensignal und ein Reifendrucksignal
erfolgen. In Reaktion auf das Fahrzeugstabilitätssignal kann eine erste Insassenrückhaltevorrichtung,
z. B. eine Gurtaufrolleinrichtung, ausgelöst werden, um zu versuchen,
einen Fahrzeuginsassen in Position zu halten und ihn nicht mit anderen
Insassenrückhaltevorrichtungen
in Kontakt kommen zu lassen. Die Regelschaltung 115 kann
so ausgebildet sein, dass sie, nachdem eine erste Insassenrückhaltevorrichtung ausgelöst wurde,
den Status eines Fahrzeuginstabilitätsereignisses kontinuierlich überwacht
und ermittelt. Geht ein solches Ereignis vorbei, so kann die Regelschaltung 115 so
ausgebildet sein, dass sie das Ereignis unberücksichtigt lässt oder
die erste Insassenrückhaltevorrichtung
nicht auslöst.
Besteht ein Fahrzeuginstabilitätsereignis
fort, so kann die Regelschaltung 115 dahingehend ausgebildet
sein, dass mehrere Datensignale überwacht
werden, um ein Überschlagsereignis
zu erfassen und in einer zweiten Betriebsart eine Insassenrückhaltevorrichtung auszulösen.
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Bei
dem Schwellenwert, mittels dessen ein Überschlagsereignis erfasst
wird, kann es sich um einen energiebasierten Schwellenwert handeln.
In den 2 und 3 ist unter Bezugnahme auf das
Fahrzeug 100 ein kinetisches energiebasiertes Kriterium für einen
starren Körper
auf der Basis der Fahrzeugkinematik dargestellt. Dieser Schwellenwert
basiert auf der Menge an potentieller Energie, die dazu benötigt wird,
die kinetische Energie eines Fahrzeugs zu überwinden, um das Fahrzeug
zum Kippen zu bringen. Dabei ist die potentielle Energie, die dazu benötigt wird,
das Fahrzeug zum Kippen zu bringen, abhängig von der Höhenänderung (ΔH) des Massenschwerpunkts
(O) aus einer normalen Ruheposition (nicht dargestellt). Diese Energie
kann wie folgt ausgedrückt
werden: E1 = ΔHmg
= (L – h)mgwobei
m der Masse des Fahrzeugs entspricht, g der Erdbeschleunigung, L
dem Abstand zwischen dem Massenschwerpunkt und dem Überschlagspunkt
B und h der Entfernung zwischen dem Massenschwerpunkt (O) und der
Straßenoberfläche unter
normalen Betriebsbedingungen. Außerdem setzt sich die Gesamtenergie, über die
ein Fahrzeug verfügt,
aus der potentiellen und der kinetischen Energie zusammen, wobei
die kinetische Energie ausgedrückt
werden kann als: E2 = (L × sin(α + θ) – h)mg + ((Ioω2)/2)wobei θ die Winkelverlagerung, Io das Trägheitsmoment
des Fahrzeugs in Bezug auf den Massenschwerpunkt (O) und ω die Winkelgeschwindigkeit des
Fahrzeugs oder die Wankrate ist. Das Kraftfahrzeug wird sich überschlagen,
wenn die kinetische Energie E2 größer ist als die potentielle
Energie E1. Um unter Verwendung eines energiebasierten Schwellenwerts
die Bedingungen zu bestimmen, unter denen ein Überschlagsereignis auftreten
kann, kann ein Index (oder Maß)
IIndex wie folgt definiert werden: IIndex = E1 – E2
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Setzt
man die oben aufgeführten
Ausdrücke ein,
so ergibt sich: IIndex =
L(1 – sin(α + θ)mg – ((Ioω2)/2),wobei α = a·tan(2hcg/T)
ist, was einem Stabilitätsindex
zur Bestimmung des Fallpunktes (tripping point) (oder Überschlagspunktes)
eines Fahrzeugs entspricht. Die in 3 dargestellte
Graphik zeigt die Wankrate (ω)
gegenüber
dem Wankwinkel (θ),
um zu veranschaulichen, dass der Überschlags-/Nichtüberschlags schwellenwert
nahezu linear ist. Mit anderen Worten, der kinetische Energieschwellenwert
ist ein nahezu linearer Schwellenwert, und ein Überschlagsereignis oder ein
Nichtüberschlagsereignis
bei einem Fahrzeug, wird, wie in 3 dargestellt,
auf der Basis des Schwellenwertes der Wankrate im Verhältnis zum
Wankwinkel bestimmt. Ein solcher Schwellenwert kann bei den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, um zu erfassen,
wann ein Überschlagsereignis
erfolgt. Nach der oben dargestellten Energiegleichung sind die Massenschwerpunkthöhe, die
Spurbreite, die Abmessungen der Reifen (Reifenbreite, wirksamer Lastradius),
die Fahrzeugmasse (einschließlich
der Zuladungsmasse), das Fahrzeugträgheitsmoment sowie der Initialwankwinkel
eines Fahrzeugs insgesamt Faktoren, die Einfluss auf einen energiebasierten
Fahrzeugüberschlagsschwellenwert
haben. Bei einigen Ausführungsformen
kann in Reaktion auf Änderungen
in den o. g. in Faktoren ein aktualisierter Überschlagsschwellenwert bestimmt
werden, da solche Änderungen
den Betrieb von Überschlagserfassungs-
und Insassenrückhaltevorrichtungen
drastisch beeinflussen können.
Außerdem
kann bei einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung der aktualisierte Schwellenwert in Reaktion
auf ein Fensterzustandssignal oder ein Sicherheitsgurtschlosszustandssignal
reduziert werden, um schnell ein Überschlagsereignis von einem
Nichtüberschlagsereignis
zu unterscheiden und eine Insassenrückhaltevorrichtung auszulösen. Ein
reduzierter Schwellenwert kann unter Verwendung eines Initialwankwinkelsignals,
eines Wankratensignals und eines Querbeschleunigungssignal bestimmt
werden. Ein Verfahren zur Verwendung mehrfacher Überschlagsschwellenwerte ist
in den 4A und 4B dargestellt.
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Die 4A und 4B zeigen
ein logisches Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 400 der
vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei Schritt 405,
in welchem mittels Fahrzeugsolldaten ein Initialüberschlagsschwellenwert bestimmt
wird. Nach der Bestimmung eines Initialschwellenwertes können bei 410 mehrere
Datensignale von verschiedenen Sensoren empfangen werden. Diese
Datensignale können
Fahrzeuginformationen enthalten und Informationen über den
gegenwärtigen
Fahrzeugbetriebsstatus anzeigen. So können z. B. einige Datensignale
die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugmasse (einschließlich Zuladung),
Trägheitsmomentberechnungen,
die Querbeschleunigung, den Initialwankwinkel und Wankratendaten
darstellen. Bei Empfang der verschiedenen Datensignale kann bei 415 ein
aktualisierter Überschlagsschwellenwert
bestimmt oder berechnet werden, der einen geeigneten Überschlagsschwellenwert
für die
jeweils gerade bestehenden Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs darstellt.
Bei 420 und 430 können Daten von den Datensignalen überwacht und
analysiert werden, um zu bestimmen, ob ein Fahrzeuginstabilitätsereignis
auftreten kann. Tritt ein solches Ereignis nicht auf, so können die
Datensignale weiterhin überwacht
werden, um ein solches Ereignis dann zu erfassen, wenn es ggf. auftritt.
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Bei 440 kann
bei Auftreten eines Fahrzeuginstabilitätsereignisses in einem ersten
Betriebsmodus eine erste Insassenrückhaltevorrichtung aktiviert werden.
Ein Fahrzeuginstabilitätsereignis
kann auftreten, wenn: (a) ein Initialfahrzeugwankwinkel größer als
drei Grad ist; (b) eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs größer ist
als 0,25 G; (c) ermittelt wird, dass das Fahrzeug ins Rutschen gerät; (d) ein Reifen
des Fahrzeugs von der Fahrtfläche
abgehoben wird; (e) die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als
88,5 km/h (55 Meilen pro Stunde) und ein Eingangssignal durch das
Fahrzeuglenkrad größer ist als
300° pro
Sekunde; (f) ein Fahrzeug nicht in die vom Fahrer beabsichtigte
Richtung fährt;
(g) der Reifendruck so erheblich abfällt, dass der Druckabfallwert
weit von seinem Sollwert entfernt ist; und einige andere ähnliche
zuvor festgelegte Ereignisse auftreten. Wird bei 430 eines
oder mehrere dieser Ereignisse erfasst, so können bei 440 eine
oder mehrere erste Insassenrückhaltevorrichtungen
ausgelöst
werden. In manchen Ausführungsformen
kann eine erste Insassenrückhaltevorrichtung
Gurtstraffer ausgebildet sein, der den Sicherheitsgurt eines Fahrzeuginsassen
strafft, um diesen auf seinem Platz zu halten und um zu verhindern,
dass der Insasse mit anderen Insassenrückhaltevorrichtungen in Kontakt
kommt. Bei anderen Ausführungsformen
können
bei Erfassen eines Fahrzeuginstabilitätsereignisses andere Insassenrückhaltevorrichtungen
ausgelöst
werden. Die Insassenrückhaltevorrichtungen
können
bei anderen Ausführungsformen
gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgelöst und aktiviert
werden.
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Nach
dem Auslösen
oder der Aktivierung einer oder mehrerer erster Insassenrückhaltevorrichtungen
kann bei manchen Ausführungsformen
bei 445 weiterhin ermittelt werden, ob ein Fahrzeuginstabilitätsereignis
auftritt. Sollte ein Fahrzeuginstabilitätsereignis vorübergehen,
so können
die eine oder die mehreren ersten Insassenrückhaltevorrichtungen deaktiviert
werden. Bei manchen Ausführungsformen können die
ersten Insassenrückhaltevorrichtungen gleichzeitig,
zu unterschiedlichen Zeitpunkten, oder in einer gewissen zuvor festgelegten
Reihenfolge deaktiviert werden. Einige Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung können
so ausgebildet sein, dass eine oder mehrere erste Insassenrückhaltevorrichtungen
mit Zeitverzögerung
deaktiviert werden, um zu gewährleisten,
dass dies erst dann erfolgt, wenn das Fahrzeuginstabilitätsereignis
tatsächlich nicht
mehr besteht, oder um zu gewährleisten,
dass die Rückhaltevorrichtungen
bei einem ggf. auftretenden weiteren Fahrzeuginstabilitätsereignis
weiterhin aktiviert sind. Tritt ein Fahrzeuginstabilitätsereignis auf,
so kann bei einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung während
einer zweiten Betriebsart bei 450 eine andere Gruppe von
Signalen überwacht
werden. Bei anderen Ausführungsformen
können
die in der ersten Betriebsart zur Erfassung von Fahrzeuginstabilitätsereignissen überwachten
Signale die gleichen oder andere als die während einer zweiten Betriebsart überwachten
Signale sein Beispielsweise kann, wie in 4B dargestellt,
bei einigen Ausführungsformen
ein Fensterzustandssignal und ein Sicherheitsgurtzustandssignal überwacht werden.
Ein Fensterzustandssignal kann anzeigen, ob sich ein Fahrzeugfenster
oben, unten oder in einer Zwischenposition befindet. Ein Sicherheitsgurtzustandssignal
kann ferner anzeigen, ob ein Sicherheitsgurt geschlossen oder nicht
geschlossen ist. Einige Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
mehrere Fenster- und Sicherheitsgurtsensoren aufweisen, um den Zustand
eines Fahrzeugfensters oder eines Sicherheitsgurtes zu bestimmen. Nach
der Bestimmung des Zustands eines oder mehrerer Fenster und eines
oder mehrere Sicherheitsgurte in einem Fahrzeug kann bei diesen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zwischen mehreren vorbestimmten Überschlagsschwellenwerten
gewählt
werden, um ein Überschlagsereignis
zu erfassen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
ein energiebasierter Schwellenwert und ein reduzierter Schwellenwert eingesetzt
werden. Bei anderen Ausführungsformen können mehrere
Schwellenwerte oder Schwellenwerte, die anders sind als die beiden
genannten berechneten Schwellenwerte, eingesetzt werden. Bei 460 wird
zur Erfassung eines Überschlagsereignisses
ein reduzierter Schwellenwert verwendet, und bei 465 wird
hierzu ein energiebasierter Schwellenwert verwendet. Bei einigen
Ausführungsformen kann
der energiebasierte Schwellenwert ein aktualisierter Schwellenwert
sein, der bestimmt wird, indem Änderungen
in der Überschlagsneigung
eines Fahrzeugs erfasst werden, während der energiebasierte Schwellenwert
bei anderen Ausführungsformen
ein Schwellenwert sein kann, der Änderungen in der Überschlagsneigung
eines Fahrzeugs nicht widerspiegelt. Bei 470 kann mittels
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines oder mehrerer Überschlagsschwellenwerte
bestimmt oder erfasst werden, ob ein Überschlagsereignis stattfindet.
Wird ein Überschlagsereignis
nicht erfasst, so kann bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung zur ersten Betriebsart zurückgekehrt und bei 445 bestimmt
werden, ob ein Fahrzeuginstabilitätsereignis vorliegt. Wird ein Überschlagsereignis
erfasst, so kann bei 480 eine zweite Insassenrückhaltevorrichtung
aktiviert werden. Solche Insassenrückhaltevorrichtungen können einen Gurtstraffer,
einen Airbag, einen Vorhangairbag, einen Seitenairbag und einen
pyrotechnischen Gurtstraffer umfassen. Das Verfahren 400 zum
Erfassen von Überschlagsereignissen
kann ersichtlich auch in anderer Abfolge ausgeführt werden.
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Mit
den unterschiedlichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden Überschlagserfassungsvorrichtungen
bereitgestellt, die in der Lage sind, Überschlagsereignisse von Nichtüberschlagsereignissen
zu unterscheiden und während eines
tatsächlichen Überschlagsereignisses
Insassenrückhaltevorrichtungen
auszulösen.
Dabei können
einige Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in einer zweifachen Betriebsart betrieben werden,
so dass Überschlagsrückhaltevorrichtungen nur
in einer zweiten Betriebsart ausgelöst und Insassenrückhaltevorrichtungen
nur in einer ersten Betriebsart ausgelöst werden. Mit der vorliegenden
Erfindung werden "intelligente" Fahrzeugüberschlagserfassungsvorrichtungen
und -verfahren geschaffen, die in der Lage sind, Daten zur Aktualisierung
von Überschlagsschwellenwerten
zu überwachen,
da sich die Überschlagsneigung
eines Fahrzeug bei normalem Betrieb ändern kann.