專利名稱:車輛傾翻檢測的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本發(fā)明的實施例總體上涉及一種車輛傾翻事故檢測的系統(tǒng)和方法。
背景技術:
十年間,在美國每年發(fā)生的重大事故的數(shù)目是大約40, 000起左右。安 全組織、政府以及工業(yè)資方正試圖努力將上述數(shù)字減小到30, 000?;趦A 翻的事故大約占輕型車輛重大事故的30%。 一部分車輛傾翻可歸因于'硬地 行駛(hard trip )',意思是車輛行駛過路緣或者障礙物之后進入傾翻狀態(tài)。其 它車輛傾翻可歸因于'軟地行駛(soft trip )',意思是車輛行駛過沙地或者草 地之后進入傾翻狀態(tài)。
考慮到與傾翻事故相關的災難的數(shù)量,原始設備制造商(OEM)持續(xù)開 發(fā)用于檢測車輛傾翻的感測算法,并實現(xiàn)各種先進的抑制系統(tǒng),以減輕當車 輛遭遇傾翻事故時乘客被扔出車外而受的傷害。
發(fā)明內容
在至少一個實施例中,公開了一種用于^H則車輛的傾翻的系統(tǒng),所述車 輛包括布置在車輛的至少一個車輪周圍的至少一個車輪反作用力感測裝置, 所述至少一個車輪反作用力感測裝置用于傳輸指示施加在車輛的所述至少一 個車輪上的力的量的車輪反作用力信號。所述系統(tǒng)包括可操作地連接到至少 一個車輪反作用力感測裝置的控制器,并且所述控制器包括至少一個加速度 傳感器,所述至少一個加速度傳感器用于傳輸指示關于車輛的至少一個軸的 車身加速度的加速度信號。所述控制器被構造成響應于所述車輪反作用力 信號確定第一力指數(shù);響應于所述加速度信號確定車輛的第一橫向加速度; 將第一力指數(shù)與閾值力指數(shù)進行比較,并將第一橫向加速度與閾值橫向加速 度進行比較;基于基于第一力指數(shù)與閾值力指數(shù)的比較的結果以及第一橫向 加速度與閾值橫向加速度的比較的結果觸發(fā)抑制系統(tǒng)。
圖1示出了處于平穩(wěn)狀態(tài)條件的四分之一車輛懸架(quarter-model vehicle suspension );
圖2示出了在懸浮的車輛上的翻滾反作用(roll reaction );
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的輪的反作用力;
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傾翻檢測系統(tǒng);
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第一傾翻檢測方法;
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的力指數(shù)(force index)闊值和橫向
加速度閾值的圖形;
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二傾翻檢測方法;
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的力指數(shù)閾值和翻滾速率(rollrate)
閾值的圖形;
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的力指數(shù)與翻滾角的圖形。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1,示出了處于平穩(wěn)狀態(tài)條件下的四分之一車輛懸架10。如 圖1所示,通過對簧上質量(sprung mass)和簧下質量(unsprung mass)應 用牛頓第二定律可獲得四分之一車輛懸架10的動態(tài)行為(dynamic behavior )。 例如,對于簧下質量的動量等式是
+ C^ + (《+= c》+《z++《. (等式1)
其中,M是質量;Z是簧上質量的位移;Zu是簧下質量的位移;Z「是道 路位移;Fw是作用在簧下質量上的力;Ks是懸架的剛度(stiffness); Kt是車
輪的剛度;c;是懸架的阻尼系數(shù)。
通過忽略高階項可簡化等式1。這樣,作用在簧下質量上的力可被改寫
為
- /(Z,Z ,Zr)=(《+-《Z-尺(Z,. +冊 (等式2 )
通常,當車輛在水平表面上平穩(wěn)地運動時,車輛的左側和右側的負載(或 者作用在簧下質量上的力)相等。然而,當車輛經歷傾翻事故時,作用在簧 下質量(例如,車輛的左側和右側)上的負載不同。在這種情況下,車輛會不平穩(wěn)并傾斜以使車輛的一側翻滾。車輛的傾斜側的負載會變高,而車輛的 另一側的負載會接近為零。
現(xiàn)在參照圖2,總體上示出了在懸浮的車輛12上的翻滾反作用。懸浮的
車輛12包括質量為m的主體部分14。多個彈簧16和18結合到主體部分14 上。彈簧16和18將主體部分14結合到具有車輪22和24的軸20上。車輛 12的主體部分14包括翻滾中心,該翻滾中心提供用于主體部分14的樞轉點, 其中,橫向力被從軸20傳遞到主體部分14。通過計算關于車輪24接觸地面 的點的力矩并假設車輪22的拖拽側(trailing side )負載等于零(例如,車輪 離開地面)來提供以下等式
L ) L2 "'」 (等式3)
根據(jù)等式3,橫向加速度(例如,^)為:
(等式4)
如等式4所示,不平穩(wěn)的橫向加速度通常取決于車輛軌道(vehicle track) 寬度t、重心(g)、高度h、翻滾中心hr以及翻滾角4)。
如上所示,在傾翻事故過程中,橫向加速度起重要作用。雖然討論了作 用在車輛前部的力,但也等價于討論了作用在車輛后部的后部力或者作用在 整個車輛的前部力和后部力的合力。當車輛在行駛(例如,硬地行駛或者軟 地行駛)中遭遇傾翻事故時,在車輛的引導側(leading side)的車輪24 (例 如,車輛的引導側可包括在車輛的前部的 一 個車|侖或者在車輛的前部和后部 的兩個或者多個車輪)可早于車輛的拖拽側的車輪22 (例如,車輛的拖拽側 可包括在車輛的前部的一個車輪或者在車輛的前部和后部的兩個或者多個車 輪)受到力,并且車輪24受到力(例如Fv!和/或Fzl)大于車輪22受到的力 (Fz》。例如,作用在車輪的前部的兩側上的力的平均值或者作用在前輪和后 輪的兩側上的力的平均值可按照下面的等式測量
<formula>formula see original document page 6</formula>這里,F(xiàn)mean對應于在檢測到傾翻事故之前在車輪上的力的平均值。Fzl 可對應于作用在車輛的前部的左車輪上或者作用在車輛的前部和后部二者的
兩個或者多個左車輪上的左車輪反作用力。Fa可對應于作用在車輛的前部的
右車輪上的右車輪反作用力或者作用在車輛的前部和后部二者的兩個或者多 個右車輪上的右車輪反作用力。通常,車輪反作用力是通過車輪(例如,由 于簧上質量而導致輪胎、輪緣和/或懸架的組件)傳遞的負載。力指數(shù)可按照
下面的等式進行計算
Fzl+Fzr-2Fn, 0
其中,指數(shù)f^0
其中,指數(shù),o
(等式6)
其中,在一個示例中,指數(shù)f通常是大于零且小于2的值。如果指數(shù)p 大于0.5,則左側的一個或者兩個車輪會從地面上被升起,右側的其它的車輪 會與道路接觸。類似地,如果指數(shù)f大于0.5,則右側的一個或者兩個車輪會 從地面上被升起,左側的其它的車輪會與地面接觸。如果指數(shù)f為零,則車 輛會凈皮認為是空載(airbron)的。
圖3示出了作用在車輛的前側的車輪上的車輪反作用力。與左前車輪的 引導側的車輪反作用力(例如,見等式5中的FJ對應的值通常被示出為25。 與左前車輪的拖拽側的車輪反作用力(例如,見等式5中的F^)對應的值通 常被示出為27。與車輪反作用力的預先計算的平均值(例如,見等式5中的 Fmean)對應的值通常被示出為29。
通常,闡述于此的用于檢測車輛傾翻事故的系統(tǒng)和方法可考慮指數(shù)p和
橫向加速度二者,以確定車輛是否經歷傾翻事故。指數(shù)f和橫向加速度可提 供車輛經歷硬地行馬史或者軟地行駛的傾翻事故的早期檢測。此外,其它特征 (例如,翻滾速率和翻滾角)可用于檢測車輛是否經歷車輛傾翻的早期檢觀寸。 現(xiàn)在參照圖4,示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傾翻檢測系統(tǒng)30。所 述系統(tǒng)30包括抑制控制器32和懸架控制器34。多路通信總線36可操作地 連接在抑制控制器32和懸架控制器34之間,以便于二者之間的數(shù)據(jù)通信。 所述總線36可被實現(xiàn)為高速或者中速控制局域網(wǎng)(CAN)通信數(shù)據(jù)鏈接。所 述總線36可被實現(xiàn)為通常被布置成在車輛中的任何兩個控制器之間傳輸數(shù)據(jù)的任何這樣的通信數(shù)據(jù)鏈接。
多個車輪反作用力感測裝置38a-38n與懸架控制器34電通信。每個車輪 反作用力感測裝置38a-38n通常布置在車輛的每個車輪/輪胎的懸架系統(tǒng)周 圍。通常,車輪反作用力感測裝置38a-38n通常被構造成感測與施加在車輛 的一個或者多個車輪上的各種負載有關的力。懸架控制器34接收這樣的信息 以確定每個車輪的車輛反作用力(例如,F(xiàn)z,和Fzr)。在另一示例中,車輪反 作用力感測裝置38a-38n可測量來自壓力傳感器和/或加速度傳感器的信號, 并將這樣的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)綉壹芸刂破?4以確定每個車輪的車輪反作用力。 車輪反作用力感測裝置38a-38n的其它示例可包括布置在主動空氣懸架 (active air suspension )從而可測量力的壓力傳感器、應變儀、車輪橫向力傳 感器、車輪縱向力傳感器、輪胎豎直力傳感器、輪胎加速度傳感器或者輪胎 側壁扭矩傳感器。
如結合圖2進行的描述,懸架控制器34可包括存儲在存儲器中的Fmean (例如,在傾翻事故之前,車輛的前車輪和/或后車輪上的力的平均值)。懸 架控制器34響應于這樣的信息并通過所述總線36將這樣的信息傳輸給抑制 控制器32來計算車輛的前部和/或后部的車輪的力指數(shù)(例如,見等式6)。
抑制控制器32包括位于其中的多個加速度傳感器40。加速度傳感器40 被構造成測量相對于x軸的車身加速度(縱向加速度)、測量相對于y軸的車 身加速度(橫向加速度)以及測量相對于z軸的車身加速度(垂直加速度)。 為了描述的目的,可在車輛上施加右手坐標系。車輛的x軸可被限定為在車 輛的縱向部分之間延伸的軸。x軸的正向可以是指向車輛的前方的方向。車 輛的y軸可被限定為從車輛的乘客方延伸到車輛的駕駛員方的軸(例如,沿 著車輛的寬度延伸的軸)。車輛的z軸可以被限定為從車輛的底部延伸到頂部 的軸。y軸和z軸的正向可分別被設定為指向駕駛員方和朝著向上方向。
關于橫向加速度,加速度傳感器40可將與車身的橫向加速度對應的硬鏈 接的數(shù)據(jù)(hardwired date )傳輸給抑制控制器32。如結合等式4進行的描述, 抑制控制器32可計算橫向加速度。抑制控制器32可使用橫向加速度和力指 數(shù)作為指示器以確定車輛是否處于傾翻事故。抑制控制器32可響應于橫向加 速度和力指數(shù)超過預定閾值觸發(fā)抑制系統(tǒng)以保護車輛中的乘客。抑制系統(tǒng)可 包括用于保護乘客的窗簾(curtain)和/或側面碰撞氣嚢。42可測量車輛的翻滾速率。通常,車輛的翻滾速率被限定為當車輛繞著車輛 的x軸旋轉時車輛的角速度。抑制控制器32可響應于從翻滾速率傳感器42 接收的翻滾速率計算車輛的翻滾角c})(如結合圖2進行的描述)。抑制控制器 32可使用車輛的橫向加速度、翻滾角和翻滾速率中的任何一個或者多個以及 力指數(shù)來確定車輛何時處于傾翻狀態(tài)。
現(xiàn)在參照圖5,示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第一傾翻檢測方法50。 在塊52中,抑制控制器32從翻滾速率傳感器42接收測量的車輛的翻滾速率, 并對這樣的信息進行過濾和調節(jié),以確定翻滾速率。
在塊54中,抑制控制器32確定檢測的車輛的翻滾速率是否已經超過了 預定翻滾速率值。上述翻滾速率值可被存儲在抑制控制器32的存儲器中。所 述預定翻滾速率值可以是被校準的值,并且該值基于所使用的車輛的類型而 改變。抑制控制器32將檢測的翻滾速率與預定翻滾速率值進行比較。如果檢 測的翻滾速率不大于預定翻滾速率值,則方法50返回到塊52。如果檢測的 翻滾速率大于預定翻滾速率值,則方法50進行到塊56和58。
在塊56中,抑制控制器32計算結合等式5描述的Fmean。抑制控制器32 通過所述總線36從懸架控制器34接收F^和Fzr。
在塊60中,抑制控制器32計算結合等式6描述的力指數(shù)。
在塊62中,抑制控制器32確定橫向加速度。抑制控制器32響應于由加 速度傳感器40傳輸?shù)男畔⒂嬎銠M向加速度(見等式4 )。
在塊64中,抑制控制器32確定計算的力指數(shù)和計算的橫向加速度是否 分別超過力指數(shù)閾值和橫向加速度閾值。圖6示出了以90表示的橫向加速度 闊值和力指數(shù)閾值。力指數(shù)閾值和橫向加速度閾值通常是被校準的值,并可 根據(jù)使用的車輛的類型而改變(例如,與圖6中示出的力指數(shù)閾值和橫向加 速度閾值不同)??赏ㄟ^下面的等式獲得力指數(shù)和橫向加速度的閾值90:
l一 ,
(等式7)
其中,響應于對特定車輛進行車輛傾翻測試而得到(獲得)變量a和b。
變量a和b可以根據(jù)使用的車輛的類型改變。變量x和y可對應于橫向加速
度和力指數(shù)的值,c是可基于閾值請求改變的常量。
可指示車輛處于傾翻狀態(tài)的與計算的力指數(shù)和計算的橫向加速度對應的值總體上由92表示。可指示車輛不處于傾翻狀態(tài)的與計算的力指數(shù)和計算的
橫向加速度對應的值總體上由94表示。
參照圖5,當執(zhí)行塊56、 60、 62和64時,為了進行確認,可同時執(zhí)行 塊58和66,以確認車輛處于傾翻狀態(tài)。通常,塊58和66可作為第二次測 量被執(zhí)行,以確認車輛處于傾翻狀態(tài)。
在塊58中,抑制控制器32也執(zhí)行安全功能。通過這樣的操作,抑制控 制器32確定橫向加速度和垂直加速度,以確定該值是否指示車輛正處于傾翻 狀態(tài)。
在塊66中,抑制控制器32確定橫向加速度和垂直加速度是否超過了預 定安全值(例如,預定的橫向加速度和垂直加速度安全值)。預定橫向加速度 安全值是可以與結合塊64描述的橫向加速度閾值相同或者不同的值。如果橫 向加速度和垂直加速度沒有超過預定安全值,則方法50返回到塊58。如果 橫向加速度和垂直加速度超過了預定安全值,則方法50進行到塊68。
在塊68中,抑制控制器32確定計算的力指數(shù)和計算的橫向加速度是否 分別超過了力指數(shù)閾值和橫向加速度閾值,并確定橫向加速度和垂直加速度 是否超過了預定安全值。如果兩種情況均滿足,則方法50進行到塊70。如 果塊64和66 二者的情況均不滿足或者二者的情況只滿足一個,則方法50返 回到起始狀態(tài)。
在塊70中,抑制控制器32觸發(fā)先進的抑制系統(tǒng),以保護乘客。 現(xiàn)在參照圖7,示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二傾翻檢測方法 100。塊52、 54、 56、 58、 60和66與圖5的塊52、 54、 56、 58、 60和66類似。
在塊102中,抑制控制器32響應于由翻滾速率傳感器42發(fā)送的信息獲 得車輛的翻滾速率。塊102通常與塊52中的操作類似。
在塊104中,抑制控制器32確定計算的力指數(shù)和計算的翻滾速率是否分 別超過了力指數(shù)閾值和橫向加速度閾值。圖8示出了以150表示的力指數(shù)閾 值和翻滾速率閾值。力指數(shù)閾值和翻滾速率閾值通常是被校準的值,并可根 據(jù)使用的車輛的類型改變(例如,可與圖8中示出的力指數(shù)閾值和翻滾速率 閾值不同)。如上所述,力指數(shù)和翻滾速率各自的闊值150可通過使用等式7 得到。
根據(jù)等式7所示的變量x和y可對應于翻滾速率和力指數(shù)的值。響應于對特定車輛進行車輛傾翻測試而得到(獲得)變量a和b, C是可基于閾值
請求改變的常量(例如,如果c小于l,則這種情況可對應于如圖8所示的上 突出部152,如果c大于l,則這種情況可對應于如圖8所示的下突出部153)。 可指示車輛處于傾翻狀態(tài)的與計算的力指數(shù)和計算的翻滾速率對應的值
總體上由圖8中的152表示??芍甘拒囕v不處于傾翻狀態(tài)的與計算的力指數(shù) 和計算的翻滾速率對應的值總體上由圖8中的154表示。
在塊106中,抑制控制器32確定計算的力指數(shù)和計算的翻滾速率是否超 過了力指數(shù)閾值和翻滾速率閾值,并確定橫向加速度和垂直加速度是否超過 了預定安全值。如果兩種情況均滿足,則方法100進行到塊108。如果所述 情況均不滿足或者所述情況只滿足一個,則方法100返回到起始狀態(tài)。
在塊108中,抑制控制器32觸發(fā)先進的抑制系統(tǒng),以保護乘客。
在另一實施例中,抑制控制器32參照結合塊102、 104和106描述的翻 滾速率可由翻滾角代替。例如,塊102可計算車輛的翻滾角而不計算車輛的 翻滾速率。翻滾角通常被限定為車身的角位移。翻滾速率通過是車身的角速 度。與具有翻滾速率閾值(見塊104)相反,翻滾角閾值可與力指數(shù)閾值一 起被獲得。在這樣的示例中,抑制控制器32可確定計算的力指數(shù)和計算的翻 滾角是否分別超過了力指數(shù)闞值和翻滾角闊值(由圖9中的200表示)。圖9 示出了以200表示的力指數(shù)閾值和翻滾角閾值。力指數(shù)閾值和翻滾角閾值通 常是被校準的值,并可根據(jù)使用的車輛的類型改變(例如,可與圖9中示出 的力指數(shù)閾值和翻滾角閾值不同)。力指數(shù)和翻滾角各自的閾值200可通過如 上所述的等式7獲得。
可指示車輛處于傾翻狀態(tài)的與計算的力指數(shù)和計算的翻滾角對應的值總 體上由202表示??芍甘拒囕v不處于傾翻狀態(tài)的與計算的力指數(shù)和計算的翻 滾角對應的值總體上由204表示。
雖然已經示出并描述了本發(fā)明的實施例,但是這些實施例旨在示出和描 述本發(fā)明所有可能的形式。此外,在說明書中使用的術語是描述性的而不是 限制性的,應該理解,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,可進行各種 改變。
權利要求
1、一種用于檢測車輛的傾翻的系統(tǒng),所述車輛包括布置在車輛的至少一個車輪周圍的至少一個車輪反作用力感測裝置,所述至少一個車輪反作用力感測裝置用于傳輸指示施加在車輛的所述至少一個車輪上的力的量的車輪反作用力信號,所述系統(tǒng)包括控制器,可操作地連接到至少一個車輪反作用力感測裝置,并包括至少一個加速度傳感器,所述至少一個加速度傳感器用于傳輸指示關于車輛的至少一個軸的車身加速度的加速度信號,所述控制器被構造成響應于所述車輪反作用力信號確定第一力指數(shù);響應于所述加速度信號確定車輛的第一橫向加速度;將第一力指數(shù)與閾值力指數(shù)進行比較,并將第一橫向加速度與閾值橫向加速度進行比較;基于第一力指數(shù)與閾值力指數(shù)的比較的結果以及第一橫向加速度與閾值橫向加速度的比較的結果觸發(fā)抑制系統(tǒng)。
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng),其中,控制器還被構造成在觸發(fā)抑制系統(tǒng) 之前,通過所述加速度信號執(zhí)行安全功能。
3、 如權利要求2所述的系統(tǒng),其中,控制器被構造成響應于所述加速度 信號確定第一垂直加速度,并通過第一橫向加速度和第一垂直加速度執(zhí)行安 全功能。
4、 如權利要求l所述的系統(tǒng),其中,第一力指數(shù)對應于在車輛的一個或 者多個左車輪上測量的第一力、在車輛的一個或者多個右車輪上測量的第二 力和車輛的所述一個或者多個左車輪與所述一個或者多個右車輪之間的平均 力。
5、 如權利要求l所述的系統(tǒng),其中,控制器還包括至少一個翻滾角傳感 器,所述翻滾角傳感器用于傳輸指示車身的角位移的翻滾角信號。
6、 如權利要求5所述的系統(tǒng),其中,控制器還被配置成響應于所述翻滾 角信號確定第一翻滾角,將第一翻滾角與閾值翻滾角進行比較,并響應于第 一力指數(shù)與閾值力指數(shù)的比較的結果以及第一翻滾角與閾值翻滾角的比較的 結果觸發(fā)抑制系統(tǒng)。
7、 如權利要求5所述的系統(tǒng),其中,控制器還被配置成響應于所述翻滾角信號確定第一翻滾速率,將第一翻滾速率與閾值翻滾速率進行比較,并響 應于第一力指數(shù)與閾值力指數(shù)的比較的結果以及第一翻滾速率與閾值翻滾速 率的比較的結果觸發(fā)抑制系統(tǒng)。
8、 一種用于檢測車輛的傾翻的方法,所述方法包括以下步驟 接收指示施加在車輛的至少一個車輪上的力的量的車輪反作用力信號; 接收指示關于車輛的至少 一個軸的車身加速度的加速度信號; 接收指示車身的角位移的翻滾角信號; 響應于所述車輪反作用力信號確定第一力指數(shù);響應于所述加速度信號確定車輛的第 一橫向加速度; 響應于所述翻滾角信號確定車輛的第一翻滾角和第一翻滾速率中的至少 一個;將第一力指數(shù)與閾值力指數(shù)、第一橫向加速度與閾值橫向加速度、第一 翻滾速率與閾值翻滾速率以及第一翻滾角與閾值翻滾角中的至少一種進行比 較,以確定是否觸發(fā)抑制系統(tǒng)。
9、 如權利要求8所述的方法,還包括在觸發(fā)抑制系統(tǒng)之前通過所述加速 度信號執(zhí)行安全功能。
10、 如權利要求8所述的方法,還包括響應于所述加速度信號確定第一 垂直加速度,并通過第一橫向加速度和第一垂直加速度執(zhí)行安全功能。
11、 如權利要求8所述的方法,其中,第一力指數(shù)對應于在車輛的一個 或者多個左車輪上測量的第一力、在車輛的一個或者多個右車輪上測量的第 二力和車輛的所述一個或者多個左車輪與所述一個或者多個右車輪之間的平 均力。
全文摘要
本發(fā)明公開一種車輛傾翻檢測的系統(tǒng)和方法,所述車輛包括用于傳輸指示施加在車輛的至少一個車輪上的力的量的車輪反作用力信號的至少一個車輪反作用力感測裝置。所述系統(tǒng)包括控制器,該控制器可操作地連接到至少一個車輪反作用力感測裝置,并包括用于傳輸加速度信號的至少一個加速度傳感器。所述控制器被構造成響應于所述車輪反作用力信號確定第一力指數(shù);響應于所述加速度信號確定車輛的第一橫向加速度;將第一力指數(shù)與閾值力指數(shù)進行比較,并將第一橫向加速度與閾值橫向加速度進行比較;基于比較的結果觸發(fā)抑制系統(tǒng)。
文檔編號B60R21/013GK101585349SQ20091013747
公開日2009年11月25日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權日2008年5月22日
發(fā)明者樂嘉良, 周啟峰, 薩伊德·大衛(wèi)·巴貝特 申請人:福特全球技術公司