專利名稱：確定汽車圍繞汽車豎軸線的旋轉(zhuǎn)中心的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照獨(dú)立權(quán)利要求前序部分所述的確定汽車圍繞汽車豎軸線的旋轉(zhuǎn)中心的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
按本發(fā)明的用于確定汽車圍繞汽車豎軸線的旋轉(zhuǎn)中心的裝置具有的優(yōu)點(diǎn)在于，本裝置可檢測旋轉(zhuǎn)中心的移位，因此，行駛動力參數(shù)關(guān)系到實際正確的旋轉(zhuǎn)中心。在圍繞汽車豎軸線的離心運(yùn)動中開始時旋轉(zhuǎn)中心總是在汽車前部的區(qū)域中。在離心運(yùn)動的過程中旋轉(zhuǎn)中心則朝向汽車的重心運(yùn)動。此時該旋轉(zhuǎn)中心移動可以以有利的方式被應(yīng)用于正確地確定行駛動力參數(shù)。因此主動的調(diào)節(jié)系統(tǒng)如行駛動力調(diào)節(jié)裝置(ESP)就可以更安全地調(diào)節(jié)并且人員保護(hù)裝置如安全帶拉緊器或氣囊也可以明顯更高安全并更可靠地被激活。特別是對于包含了主動和被動安全性的聯(lián)系的翻滾感測來說，按本發(fā)明的裝置是特別適用的。在此，尤其重要的是，正確地獲得汽車重心上的橫向速度，從而就可以避免在一個翻滾過程情況中相應(yīng)的錯誤-和/或過早的激發(fā)。有利的是，該旋轉(zhuǎn)中心移動根據(jù)浮動角和偏航率來確定。該浮動角可確定汽車縱軸和速度矢量之間的夾角。偏航率是汽車圍繞汽車豎軸線的轉(zhuǎn)動。
通過在從屬權(quán)利要求中描述的措施和改進(jìn)方案就能實現(xiàn)對獨(dú)立權(quán)利要求中說明的裝置的有利改進(jìn)，所述裝置用于確定汽車圍繞它的汽車豎軸線的旋轉(zhuǎn)中心。
特別有利的是，該裝置在確定旋轉(zhuǎn)中心時附加地考慮浮動角隨著時間的變化。一大的浮動角變化表示了汽車的失控并且可以應(yīng)用于啟動旋轉(zhuǎn)中心的計算。
有利的是，不僅偏航率而且浮動角都可以通過另外的行駛動力參數(shù)如汽車橫向加速度或汽車橫向速度和汽車縱向加速度和汽車縱向速度被確定。特別是浮動角可以通過在汽車縱向上和汽車橫向上的行駛動力參數(shù)被等效地確定。因此測量偏航率和浮動角就不是必需的了。
另外有利的是，在汽車尾部的區(qū)域中設(shè)置用于檢測浮動角的傳感機(jī)構(gòu)。作為選擇可也可以將這種傳感機(jī)構(gòu)設(shè)置在汽車的前部中。這種傳感機(jī)構(gòu)優(yōu)選是光學(xué)的。也就是說，測量原理是光學(xué)的。對此作為例子可以使用一個光學(xué)的傳感機(jī)構(gòu)，其監(jiān)視這個可行駛的路基。在此，道路表面的隨機(jī)的微型結(jié)構(gòu)被成象到傳感器中一個周期性的棱形格柵(Prismagitter)上。通過將變化了的微型結(jié)構(gòu)乘以格柵的周期性的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的暫時的頻率則通過傳感器場被積分，以便獲得一個平均值。為了使測量精度最佳，格柵周期一般位于100和800微米之間并與可行駛路面的測位頻率光譜(Ortsfrequenzspektram)相一致。通過進(jìn)一步的信號處理即通過與汽車所駛過的距離成比例的信號周期的數(shù)量就可以求出該速度。特別是通過格柵表面的分塊就能實現(xiàn)對速度在兩維方向上的確定。另外的方案是，識別該行駛方向并因此可識別浮動角。但是另外的用于確定浮動角的測量方法也是可以的。為此一般說來所有能夠在路基上實施速度測量或位置測量的傳感器原理都是算數(shù)的。除了光學(xué)的傳感器外此處同樣可能的是基于雷達(dá)的傳感器或超聲波傳感器。另一種用于獲得浮動角的測量方法還可以基于一個測位系統(tǒng)例如全球定位系統(tǒng)。
可以借助偏航率和浮動角確定旋轉(zhuǎn)中心，即將為此所儲存的偏航率和浮動角的數(shù)值設(shè)置在一個表格中，以便以后由此來確定該旋轉(zhuǎn)中心。也就是說，用相應(yīng)的汽車事先進(jìn)行實驗，以便由此求出這些在以后能夠訪問的用于確定實際的旋轉(zhuǎn)中心的數(shù)值。作為選擇可能的是，以實驗方式或者以解析方式確定一個表達(dá)浮動角和偏航率以及實際的旋轉(zhuǎn)中心之間相互關(guān)系的函數(shù)。
如上面所述，實際的旋轉(zhuǎn)中心對于行駛動力調(diào)節(jié)裝置是有用的，因為該行駛動力調(diào)節(jié)裝置借助實際的旋轉(zhuǎn)中心就可以更精確地確定行駛動力參數(shù)、特別是汽車橫向速度。因此就可以使汽車調(diào)節(jié)裝置獲得關(guān)于實際行駛狀態(tài)的更精確的計算并確保相比現(xiàn)有技術(shù)更安全可靠的汽車的調(diào)節(jié)。而且對于一個操控該人員保護(hù)裝置如安全帶拉緊器和氣囊的人員保護(hù)系統(tǒng)來說，實際旋轉(zhuǎn)中心的獲知對于最佳的操控是有巨大優(yōu)點(diǎn)的，因為此處行駛動力參數(shù)也可以輸入到激發(fā)算法中并因此使這些行駛動力參數(shù)可以更好地被確定。


在附圖中描述本發(fā)明的實施例并在下面的說明書中作詳細(xì)解釋。
附圖示出圖1是按本發(fā)明裝置的方框線路圖，圖2是一個流程圖，圖3是汽車的浮動角，圖4是汽車的離心運(yùn)動，和圖5是在離心運(yùn)動期間旋轉(zhuǎn)中心的移動。
具體實施例方式
來自USA的數(shù)據(jù)證明了在汽車傾翻時被動安全性的意義。在1998年中所有死亡性單車事故的一半都要追溯到傾翻事故上。在總的事故發(fā)生中汽車傾翻占據(jù)了約20％的份額。但是在臨界的行駛機(jī)動性中則由于汽車結(jié)構(gòu)的原因會強(qiáng)制地產(chǎn)生下面的情況如果汽車基于外部的環(huán)境進(jìn)入了離心狀態(tài)，則因此汽車的旋轉(zhuǎn)中心總是開始于前輪上。按照情況則由于旋轉(zhuǎn)速率可能導(dǎo)致，汽車可以完全地通過前輪轉(zhuǎn)動或者該旋轉(zhuǎn)中心移動。通常，旋轉(zhuǎn)中心在沿汽車重心的方向上移動，也就是說汽車圍繞重心轉(zhuǎn)動。但是也存在的方案是，旋轉(zhuǎn)中心甚至在沿后橋的方向上移動。因此按照本發(fā)明建議，應(yīng)確定旋轉(zhuǎn)中心移位，以便使這個旋轉(zhuǎn)中心移位可以考慮用于確定行駛動力的參數(shù)。因此就能實現(xiàn)根據(jù)隨時間改變的旋轉(zhuǎn)中心相對一個任意的在汽車幾何形狀中存在的點(diǎn)例如汽車重心來正確描繪行駛動力參數(shù)例如浮動角。首先這適用于為了確定浮動角應(yīng)用傳感器的情況，其中將測得的參數(shù)相對一個在汽車幾何形狀中存在的參考點(diǎn)例如汽車重心作變換。由此獲得的優(yōu)點(diǎn)在于，可以實現(xiàn)相對參考點(diǎn)亦即汽車重心正確地計算該行駛動力參數(shù)。這導(dǎo)致的結(jié)果是，可能的人員保護(hù)裝置如安全帶拉緊器或者頭部氣囊可能明顯更安全地并且以更高的可靠性被激活。另外這對于一個翻滾感測來說是至關(guān)重要的，翻滾感測則包含著主動與被動安全性的聯(lián)系。對此重要的是，應(yīng)該正確的獲知在重心上橫向的速度，依此可以避免相應(yīng)的錯誤-和過早激發(fā)。
另一個優(yōu)點(diǎn)則產(chǎn)生于浮動角為一種行駛動力學(xué)上支持的調(diào)節(jié)方式。因為此處必需一種合適的相對汽車軸線的變換，故可以實現(xiàn)一種改進(jìn)的調(diào)節(jié)參數(shù)的估算并且汽車的穩(wěn)定性得以提高。
圖1表示了按本發(fā)明裝置的一個方框線路圖。一個浮動角傳感器S被連接在處理器10的第一數(shù)據(jù)入口上。這個處理器10可以是一個微型處理器或微型控制器。特別是處理器10可以被安置在一個控制裝置中，例如一個用于行駛動力調(diào)節(jié)或人員保護(hù)系統(tǒng)的控制裝置中。在處理器10的一個第二數(shù)據(jù)入口上連接一個駛偏傳感器11。通過一個第一數(shù)據(jù)入-/出口該處理器10與一個貯存器12連接。在貯存器12中可持久地貯存數(shù)據(jù)。貯存器12也可以具有一個瞬時的貯存器區(qū)域。通過一個第二數(shù)據(jù)入-/出口，該處理器10與一個人員保護(hù)系統(tǒng)RHS連接。因此可以將實際的旋轉(zhuǎn)中心傳輸?shù)饺藛T保護(hù)系統(tǒng)RHS去，以便根據(jù)其可以激活如空氣囊或安全帶拉緊器或翻車保護(hù)弓形架的人員保護(hù)裝置。還有一個行駛動力調(diào)節(jié)裝置EPS通過一個第三數(shù)據(jù)入口與處理器10連接，以便獲知實際的旋轉(zhuǎn)中心。而且對于由行駛動力調(diào)節(jié)裝置負(fù)責(zé)的汽車穩(wěn)定性來說，這個實際旋轉(zhuǎn)中心的獲知是有巨大優(yōu)點(diǎn)的。
基于實際的浮動角和偏航率，處理器10通過應(yīng)用一個儲存在貯存器12中的表格就可確定實際的旋轉(zhuǎn)中心。
對于浮動角變化 適用于下面的等式β·=ωz-ayvx*cos2(β)-axvx*sin(β)*cos(β)]]>由此人們可以通過積分計算浮動角β=β0+∫β·dt.]]>其中參數(shù)ωz表示偏航率，αy表示橫向的加速度，αx表示縱向的加速度，vx表示縱向上的速度和β表示浮動角。在正常的行駛狀態(tài)中浮動角處在4°到8°的范圍內(nèi)并且是一個對于回拉系統(tǒng)的算法并非關(guān)鍵的參數(shù)。而且在這個區(qū)域中行駛動力調(diào)節(jié)裝置ESP起調(diào)節(jié)作用，因此危險狀態(tài)被識別并且在相應(yīng)的汽車面臨失控威脅的狀況下通過精確地制動單個車輪使汽車穩(wěn)定。在行駛動力調(diào)節(jié)裝置ESP不再可能調(diào)節(jié)的情況中則汽車肯定失控行駛，導(dǎo)致浮動角大于10°并且因此導(dǎo)致汽車圍繞其豎軸線地旋轉(zhuǎn)，同時汽車或者平移或者沒有平移。
為了確定變化的旋轉(zhuǎn)中心可以應(yīng)用一個類似形式的算法，其根據(jù)浮動角建立、浮動角變化可主動地調(diào)用。因為通常在前部區(qū)域中發(fā)生(greift)旋轉(zhuǎn)時，就可以通過浮動角以及偏航率建立一個函數(shù)即例如從一個浮動角為例如25°和一個偏航率為50°/每秒起該轉(zhuǎn)動的重心向汽車重心移動。在增長的浮動角和偏航率情況下就會強(qiáng)制性地產(chǎn)生汽車圍繞汽車重心的旋轉(zhuǎn)。因此旋轉(zhuǎn)中心的變化也可以描述為浮動角、偏航率和必要時該浮動角變化的函數(shù)。
在一個失控過程被獲知以后，為了確定旋轉(zhuǎn)中心的變化可以應(yīng)用一個簡單的查找表格(Look-Up-Table)，它首先描述了在汽車重心至旋轉(zhuǎn)中心的間距和偏航率之間線性的關(guān)系。也就是說，浮動角用作識別失控過程的條件，同時偏航率因此被用于確定實際的旋轉(zhuǎn)中心。下面的表格提供了一個例子用于偏航率和檢測浮動角的傳感器至旋轉(zhuǎn)中心的間距。由這個間距和傳感器至重心的間距就獲得實際的旋轉(zhuǎn)中心離重心的間距。

圖2以一個流程圖解釋了本發(fā)明裝置實現(xiàn)的過程。在方法步驟200中借助傳感器S檢測浮動角。在方法步驟201中檢查，這個浮動角是否超過一個確定的界限，此處作為界限是10°。但是也可以采用8°或一個近似值。如果浮動角處于這個值之下，則因此沒有出現(xiàn)離心過程，并被跳回到方法步驟200去。但是如果浮動角在10°之上，則因此跳到方法步驟202去，以便應(yīng)用如上所述的偏航率來確定實際的旋轉(zhuǎn)中心。為此在方法步驟203中借助上面所述的表格或一個等式來確定旋轉(zhuǎn)中心變化，以便確定相應(yīng)的數(shù)值，例如重心至旋轉(zhuǎn)中心的間距，進(jìn)而能夠最佳地實現(xiàn)行駛動力參數(shù)的轉(zhuǎn)換。在方法步驟204中確定旋轉(zhuǎn)中心，即假設(shè)在汽車的前部區(qū)域中的起始旋轉(zhuǎn)中心和旋轉(zhuǎn)中心變化相互是關(guān)聯(lián)的，從而確定實際的旋轉(zhuǎn)中心。
圖3表示了此處要被考慮的基本的行駛動力參數(shù)。汽車30沿著一個軌跡31運(yùn)動。汽車30具有一個在汽車縱向上的速度分量Vx和一個在汽車橫向上的速度分量Vy。這兩個參數(shù)產(chǎn)生一個描述軌跡31上切向的矢量VcM。在矢量VcM和Vx之間存在夾角β。這個夾角即是浮動角。
圖4描述了在離心運(yùn)動中的初始狀態(tài)和末端狀態(tài)。在圖4a中一個汽車40設(shè)有一個重心CM和一個檢測浮動角的傳感器S，其中傳感器S被安置在汽車尾部例如尾部保險杠上。傳感器S至重心CM的間距通過在汽車縱向上的參數(shù)1x和在汽車橫向上的1y來確定。此時圖4b表示了汽車圍繞前橋的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)中心D在汽車41的汽車前部上給出。重心CM、當(dāng)然還有傳感器S的安裝地點(diǎn)都是不變的。傳感器S至旋轉(zhuǎn)中心D相對縱向來說此處具有間距1d。但是旋轉(zhuǎn)中心D在離心運(yùn)動期間是移動的，因此在圖4c中描述這個末端狀態(tài)，在那里旋轉(zhuǎn)中心D與重心CM相吻合。傳感器S因此至重心CM或旋轉(zhuǎn)中心D在縱向上具有相同的間距，也就是說1x＝1d。
傳感器S位于汽車尾部上并例如測量該縱向的速度Vx，傳感器和橫向速度Vy，傳感器。傳感器具有至前橋的間距 和至重心的間距 由此在考慮了傳感器位置的條件下即可得出重心的速度VCMvCM＝v傳感器+ωz·ι傳感器，CM在此基本的假定是，旋轉(zhuǎn)圍繞重心開始。這在一個離心過程的開始時是不符合的并且在離心運(yùn)動期間也不定是必然符合的。更確切的說產(chǎn)生一個確定的取決于當(dāng)時相應(yīng)偏航率的依賴關(guān)系，即，使汽車轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動能量是否足夠。這就意味著，上面被推導(dǎo)出的速度使旋轉(zhuǎn)的份額失真了，因為旋轉(zhuǎn)中心至傳感器的間距是一個與時間相關(guān)的參數(shù)vCM＝v傳感器+ωz·ι傳感器，旋轉(zhuǎn)中心(t，ωz)。
在開始離心時基本上得出傳感器至前橋的差值作為間距，因為汽車的旋轉(zhuǎn)總是圍繞前輪能被導(dǎo)入的。按照地基、偏航率等存在的方案是，汽車圍繞前橋旋轉(zhuǎn)但是旋轉(zhuǎn)中心被從前橋向重心地移動。如果這個情況出現(xiàn)了，則因此汽車將圍繞著重心旋轉(zhuǎn)并且上面的原始公式又符合了。
圖5以一種快速圖表來解釋旋轉(zhuǎn)中心的移動。在開始時汽車在位置50中具有重心59和旋轉(zhuǎn)中心58及傳感器S。此處至傳感器的間距是最大的。在下一個步驟中旋轉(zhuǎn)中心已運(yùn)動至點(diǎn)501，因此目前汽車51圍繞著旋轉(zhuǎn)中心501轉(zhuǎn)動。在圖52中旋轉(zhuǎn)中心移動至位置502并且此時是進(jìn)一步向重心59移動靠近了。在圖53中旋轉(zhuǎn)中心又己經(jīng)稍稍進(jìn)一步移動了，而且在圖54中，旋轉(zhuǎn)中心504己經(jīng)是在風(fēng)擋玻璃的區(qū)域中了。在圖56中旋轉(zhuǎn)中心505進(jìn)一步靠近重心59了，然后在圖57中旋轉(zhuǎn)中心506就到達(dá)了重心59處。在偏航率和浮動角增長的情況下旋轉(zhuǎn)中心就朝汽車重心的方向移動。
權(quán)利要求
1.用于確定汽車(30)圍繞汽車豎軸線的旋轉(zhuǎn)中心(D)的裝置，其中配置該裝置，以便該裝置根據(jù)一個偏航率和一個浮動角(β)確定旋轉(zhuǎn)中心(D)。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于確定旋轉(zhuǎn)中心(D)的裝置附加地考慮浮動角變化(β)和/或橫向的速度(Vy)。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述裝置根據(jù)線性的行駛動力參數(shù)確定偏航率。
4.按權(quán)利要求1或3所述的裝置，其特征在于所述裝置根據(jù)線性的行駛動力參數(shù)確定浮動角。
5.按權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于為了檢測浮動角(β)在汽車尾部的區(qū)域中設(shè)置一個傳感機(jī)構(gòu)(S)。
6.按權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述傳感機(jī)構(gòu)(S)是為光學(xué)的和/或基于超聲波的和/或基于雷達(dá)的和/或基于測位的。
7.按前面權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于所述裝置具有一個存儲器(12)，其中貯存了關(guān)于偏航率和浮動角(β)的數(shù)據(jù)，同時所述裝置根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定旋轉(zhuǎn)中心(D)。
8.按前面權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于所述裝置與一個行駛動力調(diào)節(jié)裝置(ESP)耦連，以便該行駛動力調(diào)節(jié)裝置(ESP)在確定行駛動力參數(shù)時考慮旋該旋轉(zhuǎn)中心。
9.按前面權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于所述裝置與一個人員保護(hù)系統(tǒng)(RHS)耦連，以便該人員保護(hù)系統(tǒng)(RHS)在控制人員保護(hù)裝置時考慮該旋轉(zhuǎn)中心(D)。
全文摘要
本發(fā)明建議一種確定汽車圍繞汽車豎軸線的旋轉(zhuǎn)中心的裝置，其根據(jù)一個偏航率和一個浮動角確定該旋轉(zhuǎn)中心。
文檔編號B62D37/00GK1874919SQ200480032191
公開日2006年12月6日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者T·利希, M·施米德 申請人:羅伯特.博世有限公司