JP4112805B2 - ロールオーバー過程における車両内の安全装置のためのトリガ信号発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、ロールオーバー過程における車両内の安全装置のためのトリガ信号発生装置に関しており、この場合、第１の手段が設けられており、該第１の手段は、車両の縦軸周りで測定された回転レートから、車両内の安全装置のトリガのための第１の決定基準を導出される。さらに第２の手段が設けられており、該第２の手段は、前記第１の手段に依存することなく車両の横軸方向で測定された加速度から、前記安全装置のトリガのための第２の決定基準を導出する。
【０００２】
車両が転覆事故を起こした際には、車両内に装備されている全ての乗員保護装置が適時にトリガされなければならない。これらの乗員保護装置には例えばロールバー、ベルトテンショナー、運転席および助手席エアバックなどが属している。これらの全ての保護装置を適時にトリガできるようにするためには、車両の縦軸、横軸、旋回軸周りの回転が転覆につながる恐れがあるかどうかを可及的に迅速に識別しなければならない。通常は車両の縦軸周りのロールオーバー過程が生じた場合には、車両の旋回軸周りと横軸周りの回転が生じることはまれである。車両の安全装置は、車両が本当に転覆状態に移行しようとしている場合にのみトリガされるべきである。
【０００３】
冒頭に述べたような形式のロールオーバー過程における車両内の安全装置のためのトリガ信号発生装置は、ヨーロッパ特許出願 EP 0 430 813 A1 明細書に基づいている。種々異なる車両のロールオーバー過程の検出のためには、回転レートセンサと３つの加速度センサの出力信号が評価される。ロールオーバー過程の様々な種類を識別し得るためには、４つのセンサ信号の多様な組合わせが必要である。異なるセンサ信号評価から生じるトリガ信号は、ＯＲゲートに供給され、ここにおいて生じ得るトリガ信号のうちの１つでも入力側に印加された場合には、ロールバーに対する点火装置の点火命令や他の安全装置への命令が転送される。
低い障害物、例えば縁石などに対する車両の側方衝突が生じた場合でも、その衝撃で車両がロールオーバーになりかねないような強い反動を被ることがある。ここにおいて本発明の課題は、冒頭に述べたようの形式の装置において、前述したようなケースにおいて車両のロールオーバー過程を適時にかつ高い信頼性でもって識別できるように改善を行うことである。
【０００４】
発明の利点
前記課題は請求項１の特徴部分に記載された本発明により、車両の縦軸周りの回転レートと、横軸方向の車両加速度がそれぞれ同時に１つの閾値を上回った場合に、回路がトリガ信号を形成し、前記回転レートに対する閾値と、加速度に対する閾値は、低い障害物、例えば縁石などに対する車両の側方衝突が生じた場合に当該安全装置がトリガされるように選択されるように構成されて解決される。
【０００５】
また従属請求項に記載のように有利には、前記回路は、縦軸周りの回転レートと横軸方向の加速度の閾値決定に並行して横軸方向の加速度に関する第２の閾値決定を実施し、この場合該第２の閾値決定は、第１の閾値決定よりも低い加速度閾値を基準にし、この低めの加速度閾値を所定の期間だけ上回った場合には直ちに並行分岐によって安全装置のトリガが決定され、前記回路はトリガ信号を、２つの回路分岐において同時にトリガが決定された場合にのみ送出される。
【０００６】
有利には、前記第２の決定基準の形成が、回転レートおよび/または加速度に対する前記第１の決定基準導出のために用いられた測定信号とは別の測定信号から行われる。また前記第２の手段は、第２の決定基準を、回転レートおよび/または加速度の測定信号から、前記第１の手段が第１の決定基準を導出したのとは別のアルゴリズムに従って導出してもよい。
【０００７】
有利には、第１の手段は、３つの全ての車両軸周りで測定された回転レートから、水平面に投影される車両固定点の位置を決定し、該投影された点が、同じように水平面に投影される車両固定面の境界を上回った場合に、安全装置のトリガを決定する。それと並行して、前記第１の手段は、３つの全ての車両軸周りで測定された回転レートから、車両の回転エネルギを算出し、該回転エネルギが閾値を上回った場合に、安全装置のトリガを決定するようにしてもよい。この過程は、特に可及的に迅速な安全装置のトリガが求められる場合に効果的である。
【０００８】
温度や経年変化に依存する回転レートセンサのオフセットエラーが誤った決定に結び付かないようにするために、測定された回転レートの積分（そこから車両のロール角度とピッチ角度が第１の決定基準の導出のために結果的に得られる）は、回転レートの絶対値が最小値を上回った場合に初めて開始される。
【０００９】
前記第２の手段は有利には次のように構成されてもよい。すなわち旋回軸方向と横軸方向で測定された加速度からロール角度を算出し、および/または旋回軸方向と縦軸方向で測定された加速度からピッチ角度を算出し、前記ロール角度またはピッチ角度が閾値を上回った場合に安全装置（２）のトリガを決定するように構成されてもよい。また前記第２の手段は、旋回軸方向で測定された加速度（ａｚ）の絶対値の閾値決定を実施し、当該加速度が重力加速度の０.２倍値を下回った場合に、安全装置のトリガを決定するように構成されてもよい。それにより、車両が路面からの浮き上がりにより重心を失った場合に第２の決定基準が形成されることが確実となる。
【００１０】
車両の安全装置は、車両が比較的低い障害物、例えば縁石等に対して側面衝突した場合にもトリガされる方がよい。この場合は必ずしも転覆に結び付ける必要はない。この目的のために、縦軸周りの回転レートと横軸方向の車両加速度がそれぞれ１つの閾値を同時に上回った場合にトリガ信号を形成する回路が設けられる。ここにおいても誤った決定を除外するために有利には、１つの決定基準に委ねるのではなく、別のさらなる決定基準で支援される。それに対して有利には、前記回路は、縦軸周りの回転レートと横軸方向の加速度の閾値決定に並行して横軸方向の加速度に関する第２の閾値決定を実施し、この場合該第２の閾値決定は、第１の閾値決定よりも低い加速度閾値を基準にし、この低めの加速度閾値を所定の期間だけ上回った場合には直ちに並行分岐によって安全装置のトリガが決定され、前記回路はトリガ信号を、２つの回路分岐において同時にトリガが決定された場合にのみ送出する。
【００１１】
実施例の説明
次に本発明を図面に示されている複数の実施例に基づいて以下の明細書で詳細に説明する。この場合
図１は、車両のロールオーバー過程の際の安全装置に対するトリガ信号発生装置のブロック回路図であり、
図２は、第１の方式による車両のロール位置の算出のためのジオメトリを用いて概略的に車両を示した図であり、
図３は、第２の方式による車両のロール位置の算出のためのジオメトリを用いて概略的に車両を示した図であり、
図４は、ロールオーバー情報の算出のためのフローチャートを示したものである。
【００１２】
図１から見て取れるように、第１の信号分岐の入力側には、車両の縦軸ｘ、横軸ｙ、旋回軸ｚ周りで回転レートセンサから測定された回転レート信号ωｘ、ωｙ、ωｚが供給されている。これらの回転レート信号ωｘ、ωｙ、ωｚは、積分器を備えた回路ブロック１に供給されて、そこでこれらの回転レートからそれぞれの軸に対する傾斜角度が形成される。これらの傾斜角度からは、以下の明細書で詳細に説明する回路ブロック１の計算ユニットにおいて、安全装置２（これは例えば１つまたは複数のエアバックやベルトプリテンショナーなどであり得る）のトリガのための第１の決定基準が導出される。
【００１３】
複数の回転レートセンサから供給された出力信号は、大抵の場合種々異なる特性量、例えば温度や経年変化に依存したオフセットを含んでいる。このオフセットのために、回転レート信号の継続的な積分は、次のような傾斜角度に結び付く。すなわち車両の回転によってではなく、このオフセットに起因する傾斜角度に結び付く。このようなエラーを避けるために、回路ブロック１の積分器には次のようなスタート信号ｓｔが供給される。すなわちどのような回転レートから積分を開始すべきかを指示するスタート信号が供給される。このスタート信号ｓｔは、回路ブロック３によって形成され、このブロックは回転レート信号ωｘ、ωｙ、ωｚをフィルタリングの後で閾値と比較する。回転レートの絶対値がこの経験的に求められた閾値を上回った場合には、スタート信号ｓｔが積分器１に送出される。それによって回転レート測定に対する影響、例えば前述したようなオフセットの影響や意図的なブレーキングないし加速操作の影響などが積分から取り除かれる。
【００１４】
次に図２、図３および図４に基づいて、回路ブロックの計算ユニットにおいて、安全装置２のトリガに対する第１の決定基準を求めるのに使用可能な適切なアルゴリズムの説明を行う。
【００１５】
図２には、車両ＦＺが概略的に示されており、この車両ＦＺは、水平面ＦＥ、有利には走行路面上に傾斜した位置に存在している。車両ＦＺ内には、回転レートセンサＤＳｘ、ＤＳy、ＤＳｚが設けられており、これらが傾斜した状態の車両の縦軸ｘ、横軸ｙおよび垂直軸ｚ周りの角速度ωｘ、ωｙ、ωｚを測定する。この座標系の中心は、仮定的に選択された車両固定点Ｓ、有利には車両重心である。図４に示されているフローチャートによれば、これらの角速度ωｘ、ωｙ、ωｚの測定は方法ステップ２０で実施される。
【００１６】
方法ステップ２１では、前記角速度ωｘ、ωｙ、ωｚから以下の式（１）に従って、縦軸ｘと横軸ｙに関する、カルダン角度φｘ、φｙの時間的変更量Δφｘ、Δφｙが算出される。
【００１７】
【数１】

【００１８】
カルダン角度φｚは、ロールオーバーの際の車両の垂直軸ｚ周りの回転は実際には重要ではないので必要ない。方法ステップ２２ではカルダン角度の時間的変更量Δφｘ、Δφｙの積分によって、カルダン角度φｘ、φｙが算出される。方法ステップ２３ではこれらのカルダン角度φｘ、φｙから以下の式２に従って変換間トリックＴが算出される。
【００１９】
【数２】

【００２０】
さらなる計算のためには、前述した車両重心Ｓの他に車両固定面が設けられる。この車両固定面は図２において点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の間で展開される。この場合これらの点は例えば車輪の接地点であってもよい。車両特有の座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に関する前記点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の座標は、ベクトルによって表すことができ、これは車両固定面内に存在する出発点Ｄから出発する。図２では例えば符号“→ａ２”は、出発点Ｄからコーナー点Ａ２までのベクトルを示している。この出発点Ｄからコーナー点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４まで延びるベクトルは、ｘ成分とｙ成分しか含まない。なぜならそれらの出発点Ｄは、座標交点Ｓの投影によってコーナー点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の間で展開される面上に生じるからである。出発点Ｄから点Ｓまでのベクトル“→ｓ”は、ｚ成分しかふくまない。このベクトル“→ｓ”や“→ａｉ”(ｉ＝１，２，３，４）の選択によって最小のベクトル成分が生じる。これによりさらなる全ての計算が大幅に簡素化される。
【００２１】
方法ステップ２４では、先に算出された変換マトリックスＴを用いて実施される、コーナー点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の間で展開された車両固定面と車両固定点Ｓの変換によって、車両固定面と車両固定点Ｓが水平面に投影される。その際この水平面内には、破線で囲んだ面が生じ、この面は、前記コーナー点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に属する投影点Ａ１ｐ，Ａ２ｐ，Ａ３ｐ，Ａ４ｐの間で展開している。同じ水平面内には車両固定点Ｓに属する投影点Ｓｐも存在する。水平面に投影される点Ｄは、軸ｘ′,ｙ′、ｚ′を備えた座標系の起点を形成し、この場合ｚ′軸は投影方向に存在する。この座標系ｘ′、ｙ′、ｚ′の起点から出発し、コーナー点Ａ１ｐ、Ａ２ｐ、Ａ３ｐ、Ａ４ｐまで投影面上を導かれるベクトル“→ａｉｐ”（ｉ＝１，２，３，４）は、車両固有の座標嫌悪相応のベクトル“→ａｉ”と式（２）による変換マトリックスＴとの積から生じる。同じように投影点Ｓｐの箇所を表すベクトル“→ｓｐ”は変換マトリックスＴと、車両固有の座標系のベクトル“→ｓ”との積によって形成される。ベクトル“→ａｉｐ”とベクトル“→ｓｐ”を用いて方法ステップ２５では、点Ｓｐが投影点Ａ１ｐ，Ａ２ｐ，Ａ３ｐ，Ａ４ｐの間で展開している面の内部にあるのかそれとも外部にあるのかが決定される。前記点Ｓｐがこの面の外部にある場合には、車両のロールオーバーに確実に結び付けられる。それに応じて方法ステップ２６ではロールオーバーが信号化され、つまり第１の決定基準ｅ１が安全装置２のトリガのために送出される。
【００２２】
図４では、方法ステップ２５に続いてさらに３つのさらなる方法ステップ２７，２８，２９に結び付けられることが見て取れる。これらの３つの方法ステップ２７，２８，２９では、ロールオーバーに対する基準が別の手法に従って導出される。これらの方法ステップは、図４に示されているように先に記載されている計算手法に依存するかまたは他の手法もしくは別の手法と並行して実施されることなく単独で行ってもよい。
【００２３】
方法ステップ２７では、車両をその目下の位置から転覆状態に至らしめる不安定な位置へもたらす所要のポテンシャルエネルギΔＵが算出される。図３に示されているように、車両固定点Ｓは、図示の目下の位置から水平面ＦＥに対するその間隔を絶対値Δｈ分だけ拡大しなければならない。それによって車両固定点は水平面ＦＥに対するその最大間隔を達成し得る。車両固定点が水平面ＦＥに対する最大間隔に達する位に回転するならば、車両のロールオーバーの危険性は免れられない。このポテンシャルエネルギΔＵは、方法ステップ２７において以下の式（３）に従って算出される。
【００２４】
ΔＵ＝ｍ・ｇ・Δｈ （３）
この場合前記ｍは、車両の既知の重量であり、前記ｇは、重力加速度である。水平面ＦＥに対する車両固定点Ｓの目下の間隔と前述した最大間隔との間の差分Δｈは、車両寸法と先に計算された変換マトリックスＴから簡単なジオメトリ計算によって求めることができる。次の方法ステップ２８では、車両の回転エネルギΔＷが以下の式（４）に従って算出される。
【００２５】
ΔＷ＝１/２・Θ・ω² （４）
この場合前記符号Θは車両質量の慣性モーメントを表しており、前記ωは回転レートセンサによって測定された車両軸周りの角速度である。方法ステップ２９では、回転エネルギΔＷがポテンシャルエネルギΔＵよりも大きいかどうかが決定される。回転エネルギΔＷがポテンシャルエネルギΔＵよりも大きい場合には、車両のロールオーバーに確実に結び付けられる。それに応じてロールオーバーが信号化され、この場合は決定基準ｅ１が充される。
【００２６】
方法ステップ２７，２８，２９で適用されているエネルギ観察によれば、早期時点で車両のロールオーバーを予測することが可能である。それにより実際のロールオーバーが生じる前に安全装置を適時にトリガすることができる。
【００２７】
前述した第１の信号経路に並行して第２の信号経路も存在しており、これは縦軸ｘ、横軸ｙ、垂直軸ｚ方向の加速度ａｘ，ａｙ，ａｚを第２の決定基準に結び付けるべく処理する。この信号経路は、計算ユニット５と閾値決定器６を含んでいる。計算ユニット５では、垂直軸ｚ方向で測定された加速度と、横軸方向で測定された加速度ａｙから車両の縦軸に対するロール角度φｘが以下の式に従って算出される。
【００２８】
φｘ＝ａｒｃｔａｎ（ａｙ／ａｚ） （５）
車両の横軸ｙ周りのピッチ角度も算出されるべき場合には、以下の式（６）に従ってその算出が行われる。
【００２９】
φｙ＝ａｒｃｔａｎ（ａｘ／ａｚ） （６）
ロール角度φｘおよび/またはピッチ角度φｙの算出の後では、これらに閾値判定６が施される。ロール角度φｘおよび/またはピッチ角度φｙが経験的に求められた閾値を上回った場合には、第２の決定基準ｅ２が充たされる。すなわち第１の信号経路と第２の信号経路において２つの決定基準ｅ１およびｅ２が安全装置のトリガのために種々異なる方式で求められる。さらに異なるセンサ信号が利用されてもよく、例えばそのうちの一方は回転レート信号であり他方は加速度信号であってもよい。それにより２つの信号経路の一方において現れたセンサ信号エラーが安全装置２の誤ったトリガに結びつく可能性がなくなる。また２つの信号経路の決定基準ｅ１，ｅ２の計算に種々異なるアルゴリズムが用いられてもよいので、計算ユニット内の１つの障害が安全装置の誤ったトリガに結びつく可能性もない。ここにおいてＡＮＤゲート７を介して結合される２つの決定基準ｅ１およびｅ２が充たされた場合に、ＡＮＤゲート７はその出力側から安全装置２に対するトリガ信号ａｓ１を送出する。
【００３０】
車両が路面から持ち上がり、それに伴って重心を失った場合には、車両の縦軸および横軸方向の加速度の測定はもはやできなくなり得る。このような場合でも第２の決定基準ｅ２を求めることができるようにするために、閾値判定器８が設けられており、これは垂直軸ｚ方向で測定された加速度のａｚの絶対値が、重力加速度の０.２倍の値を下回った場合に、安全装置２のトリガに対する決定を下す。２つの閾値判定器６および８の出力信号はＯＲゲート９の入力側に供給される。このＯＲゲートは、回路ブロック６または回路ブロック８ないしはこれらの２つの回路ブロックにおいてそれぞれの閾値に同時に達している場合には、その出力側から第２の決定基準ｅ２を送出する。
【００３１】
比較的低い障害物、例えば縁石などに対する車両の側方衝突の際には、乗員が既に最初の高い加速のもとで傷害の危険性を伴う動きの中におかれる。この場合は、たとえ車両の転覆に至らなくても安全装置はトリガされ、図１に示されているように、トリガ信号ａｓ２を形成する固有の回路が設けられている。この回路は、２つの閾値判別器１０，１１を含んでおり、これらの閾値判別器はＡＮＤゲート１２を介して相互に論理結合される。閾値判別器１０は入力信号として車両の縦軸ｘ周りで測定された回転レートωｘを受け取る。第２の閾値判別器１１は、車両の横軸ｙ方向で高い加速度（１０Ｇ以上）を測定する加速度センサの測定信号ａｙを受け取る。回転レートωｘと加速度ａｙが、経験的に求められたそれぞれの所定の閾値を上回った場合には、比較的低い障害物に対する車両の側方衝突が、乗員保護のための安全装置のトリガを必要とする位に加速されたロール運動に結びつく可能性が高いものとみなされる。それに応じてＡＮＤゲート１２の出力側はトリガ信号を準備する。
【００３２】
このような回路で例えばエラーを含んだ測定信号による誤ったトリガを避けるために、２つの閾値判別器１３，１４を備えた並列分岐が設けられる。これらの出力信号は、ＡＮＤゲート１２の出力信号と一緒にさらなるＡＮＤゲート１５に供給される。この並列分岐では、トリガ信号ａｓ２に対する第２の基準が形成される。そしてＡＮＤゲート１５の入力側に接続される２つの信号分岐によって安全装置のトリガが決定された場合に初めて、当該ＡＮＤゲート１５はトリガ信号ａｓ２を送出する。
【００３３】
前記並列分岐の閾値判別器１３には横軸ｙ方向で測定する加速度センサの比較的僅かな車両加速度（３Ｇまで）の測定信号ａｙ′が供給される。この比較的僅かな加速度ａｙ′が、経験的に求められる所定の閾値を上回りかつ測定された加速度ａｙ′が経験的に求められる最小持続時間に対して閾値上方にある場合には、安全装置のトリガに対する第２の基準が満たされる。第２の閾値判別器１４は、測定された加速度ａｙ′がその所定の閾値を最小時間だけ上回ったか否かを検査する。２つの信号分岐で求められた、安全装置２のトリガに対する基準が同時に充たされた場合には、トリガ信号ａｓ２がエラーのないセンシングに基づいて送出されたものとみなすことができる。
【００３４】
２つのトリガ信号ａｓ１およびａｓ２は、ＯＲゲート１６に供給される。この２つのトリガ信号ａｓ１，ａｓ２のうちの１つがＯＲゲート１６に印加された場合には、安全装置２は本来のトリガ信号ａｓを受け取る。
【００３５】
車両の車輪が縁石に対して側方衝突を起こした場合には、比較的高い横方向加速度が生じる。これは乗員の急速な側方移動に作用する。メイントリガ基準（横軸ｙ方向の加速度ａｙ）が付加的にさらに回転レートωｘに結合されるのであれば、ロールオーバー過程の危険性の有無が高い信頼性でもって検出できる。そのようなケースでは、車両の回転角度が最初に１０°に達した時点で既に安全装置のトリガが行われていなければならない。比較的低い障害物（縁石）に対する側方衝突とは別の影響に起因する車両回転の際には、１０°の僅かな回転角度のもとではまだ安全装置のトリガが行われるべきではない。その限りでは有利には、前述したセンサシステムが専ら低い障害物に対する側方衝突の識別のために設けることができる。ωｘ、ａｙおよびａｙ′に対する閾値の選択によって、乗員の側方移動を考慮することができる。安全装置は、次のように適時にトリガされなければならない。すなわち例えばベルトテンショナーがまだ効果を残すように、つまりベルトから乗員が抜け出すことのないように、トリガされなければならない。基本的には、乗員は過度に側方移動されるべきではない。
【００３６】
なお前記明細書中、
【００３７】
【外１】

【００３８】
を表すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両のロールオーバー過程の際の安全装置に対するトリガ信号発生装置のブロック回路図である。
【図２】 第１の方式による車両のロール位置の算出のためのジオメトリを用いて概略的に車両を示した図である。
【図３】 第２の方式による車両のロール位置の算出のためのジオメトリを用いて概略的に車両を示した図である。
【図４】 ロールオーバー情報の算出のためのフローチャートを示したものである。

Claims (2)

1. ロールオーバー過程における車両内の安全装置のためのトリガ信号発生装置であって、
   第１の手段（１）が設けられており、該第１の手段（１）は、車両（ＦＺ）の縦軸（ｘ）周りで測定された回転レート（ωｘ）から、車両（ＦＺ）内の安全装置（２）のトリガのための第１の決定基準（ｅ１）を導出し、
   第２の手段（５，６）が設けられており、該第２の手段（５，６）は、第１の手段（１）に依存することなく少なくとも車両（ＦＺ）の横軸（ｙ）方向で測定された加速度（ａｙ）から第２の決定基準（ｅ２）を形成している形式の装置において、
   前記２つの決定基準（ｅ１，ｅ２）が同時に充たされた場合に、第１の回路（７）によって安全装置（２）に対するトリガ信号（ａｓ１）が送出され、
   縦軸（ｘ）周りの回転レート（ωｘ）と横軸（ｙ）方向の車両加速度（ａｙ）がそれぞれの所定の閾値を同時に上回った場合に、第２の回路（１０，１１，１２）が第２のトリガ信号（ａｓ２）を形成し、この場合前記回転レート（ωｘ）に対する閾値と、加速度（ａｙ）に対する閾値は、比較的低い障害物、例えば縁石等に対する車両の側面衝突が生じた場合にトリガ信号（ａｓ２）が形成されるように選択されることを特徴とする装置。
2. 前記回路は、縦軸（ｘ）周りの回転レート（ωｘ）と横軸（ｙ）方向の加速度（ａｙ）の閾値決定（１０，１１）に並行して横軸（ｙ）方向の加速度（ａｙ′）に関する第２の閾値決定（１３）を実施し、この場合該第２の閾値決定（１３）は、第１の閾値決定（１１）よりも低い加速度閾値を基準にし、この低めの加速度閾値を所定の期間だけ上回った場合には直ちに並行分岐によって安全装置（２）のトリガが決定され、前記回路（１０，１１，１２，１３，１４，１５）は第２のトリガ信号（ａｓ２）を、２つの回路分岐において同時にトリガが決定された場合にのみ送出する、請求項１記載の装置。

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