DE10108848C2 - Verfahren zur Steuerung von Insassenschutzeinrichtungen in einem Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Insassenschutzeinrichtungen in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise der DE 196 16 836 A1 zu entnehmen. Dabei wird von einer Sensoreinheit ein Beschleunigungssignal richtungsselektiv in einander entgegengesetzte Richtungen auf einer Achse, dort der Fahrzeug­ längsachse, erfasst. Ziel ist es, aus diesem Beschleunigungssignal mit Haupt­ empfindlichkeit in Längsrichtung auch einen Seitenaufprall zu erkennen und die Steuerung entsprechend anzupassen. Dabei wird die Schwingungsneigung des Beschleunigungssignals in X-Richtung beim Seitenaufprall ausgenutzt. Dazu wird ein richtungsselektiver Parameter abgeleitet, indem die positiven und negativen Anteile des Beschleunigungssignals getrennt voneinander jeweils aufintegriert und das Verhältnis zwischen diesen bestimmt wird. In Abhängigkeit von diesem Verhältnis als richtungsselektiven Parameter wird die Auslöseschwelle vorgegeben be­ ziehungsweise angepasst, auf deren Grundlage eine Entscheidung über die Auslösung der Insassenschutzeinrichtungen getroffen wird.

Gerade im Bereich der Erfassung eines Seitenaufpralls treten durch Fahrbahn­ unebenheiten, sei es durch das Durchfahren von Schlaglöchern oder das frontale oder seitliche Auftreffen auf eine Bordsteinkante erhebliche Störungen auf. Die dabei erreichten Amplituden der jeweiligen Beschleunigungssignale bzw. der daraus abgeleiteten Signale erreichen Bereiche, in denen die üblicherweise als Auslöse­ bedingungen verwendeten Auslöseschwellen erreicht oder überschritten werden, obwohl keine dementsprechende Insassengefährdung vorliegt. Besonders problema­ tisch ist dabei, dass bereits sehr frühzeitig über die Auslösung einzelner Insassen­ schutzeinrichtungen entschieden werden muß, damit diese ihre Schutzwirkung voll entfalten können. Demzufolge müssen die Signale bereits sehr früh bewertet werden. Ein Abwarten des weiteren, für die Auslöseentscheidung möglicherweise signifikanteren Verlaufs ist nicht möglich. Die Fehlauslösungen erschrecken den Insassen, führen neben kleineren Verletzungen aufgrund der eigentlichen Wirkung der Insassenschutzeinrichtungen auch zu einer Einschränkung im Reaktionsvermögen und gefährden so die Insassen sowie andere Verkehrs­ teilnehmer.

Aus der DE 198 06 836 C1 ist zudem ein Verfahren zur Steuerung von Insassen­ schutzeinrichtungen zu entnehmen, bei dem zur Gewinnung eines die Insassen­ schutzeinrichtungen auslösenden Steuersignals die lokalen Maximal- und Minimalwerte jeweils getrennt voneinander aufsummiert werden. Die Minimalwerte entsprechen dabei den lokalen Maximalwerten in die Gegenrichtung. Dabei wird die Neigung des Beschleunigungssignals zu Schwingungen um den Nullpunkt bei sogenannten Misuse-Fällen ausgenutzt. Dieses Steuersignal kann zudem mit einem in einem zusätzlichen Beschleunigungssensor im Zentralbereich des Fahrzeugs logisch verknüpft werden. Die Aufsummierung lokaler Maxima ist jedoch für eine Reihe von Unfallverläufen und entsprechenden Beschleunigungssignaturen zu ungenau und zudem sehr aufwendig. Problematisch ist insbesondere, dass Beschleunigungssignale erst nach einer gewissen Zeitdauer eine die Auslösung berechtigende Signifikanz aufweisen, so dass sich die Fehler durch die Summierung lokaler Maximalwerte gegenüber einer Integration entsprechend verstärken.

Zur Vermeidung von Fehlauslösungen in Misuse-Fällen wird in der DE 196 09 077 C1 zudem eine zeitabhängige Gewichtung des aufzuintegrierenden Beschleu­ nigungssignals sowie eine rein zeitabhängige Anpassung der Auslöseschwelle vorgeschlagen.

Der DE 42 20 720 A1 und DE 44 20 114 A1 sind zudem Auslöseverfahren zu entnehmen, bei neben der Stärke der auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigungskräfte auch deren Richtung und andere Einflußgrößen bewertet werden und das Auslöseverhalten, insbesondere der Auslösezeitpunkt, entsprechend angepaßt wird.

Die DE 39 24 507 A1 beschreibt ein Verfahren zur Auslösung, bei dem die als Auslösebedingung dienenden Schwellwerte in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern des Fahrzeuges veränderbar sind, um die Auslöseempfind­ lichkeit der Rückhaltemittel zu vergrößern. Die dabei angewendete Herabsetzung der Auslöseschwellen verstärkt jedoch auch die Anzahl von Fehlauslösungen.

Aus der EP 0 693 404 B1 ist ein Verfahren zur Steuerung von Seitenairbags einer passiven Sicherheitseinrichtung für Kraftfahrzeuge zu entnehmen, bei dem zur Erkennung eines Seitenaufpralls die Signale zweier gerade entgegensetzt zueinander auf jeweils eine Fahrzeugseite gerichteter bidirektionaler Kollisionssensoren miteinander verglichen werden. Als Kollisionssensoren werden dabei üblicherweise Beschleunigungssensoren eingesetzt, die Beschleunigungssignale oder daraus abgeleitete Signale, insbesondere ein Beschleunigungsintegralsignal erzeugen. Für die Erfassung der Beschleunigung in beide Richtungen können dabei neben zwei entsprechend entgegengesetzt gerichteten Beschleunigungssensoren auch Sensoren mit Sensitivität in beide Richtungen eingesetzt werden, wie sie beispiels­ weise aus der DE 28 46 371 A1 oder DE 44 11 130 A1 bekannt sind.

Während der auf der Seite des Aufpralls befindliche Sensor ein relativ starkes Beschleunigungssignal erzeugt, weist der Beschleunigungssensor an der entgegengesetzten Fahrzeugseite zur gleichen Zeit ein entsprechend entgegen­ gesetzt gerichtetes Beschleunigungssignal niedrigerer Amplitude auf.

Eine Reihe von Verfahren zur Steuerung von Insassenschutzeinrichtungen, wie bspw. aus der EP 0 567 900 B1, der DE 195 34 760 A1, der US 5,948,032 oder US 5,339,242 versuchen daher durch Analyse des Frequenzspektrums oder bestimmter Frequenzanteile der Beschleunigungssignale bzw. der daraus abgeleiteten Signale, solche Störungen zu erkennen. Der Aufwand für eine solche Analyse ist relativ hoch und die Fehlerrate demgegenüber nicht zufriedenstellend. Insbesondere überlagern sich die Frequenzbereiche von Störungen aufgrund Fahrbahnunebenheiten mit den Frequenzbereichen, bei denen auslöserelevante Beschleunigungsverläufe zugrunde liegen, so dass eine beispielsweise in der DE 195 34 760 A1 vorgeschlagene Herausfilterung durch einen Tiefpass nicht möglich erscheint.

Der WO 00/13944 A1 kann eine Erfassung eines eine Mindestschwelle übersteigenden Beschleunigungssignalverlaufs entnommen werden.

Die DE 198 06 836 C1 beschreibt eine Rücksetzung einer Auslöseunterdrückung bei Unterschreitung einer Mindestschwelle für eine Zeitdauer durch das Beschleunigungssignal.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zur Steuerung von Insassenschutzeinrichtungen vorzustellen, welches mit einfachen Mitteln einen Großteil der fahrbahnbedingten Störungen erkennt und Fehlauslösungen verhindert oder zumindest reduziert. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Grundgedanke auch dieses Verfahrens ist, dass Fahrbahnunebenheiten signifikante Schwingungen des Fahrzeugs und damit ein zeitlich abfolgendes Auslenken der Beschleunigungssignale, der daraus abgeleiteten Signale oder entsprechender Signalteile in jeweils einander entgegengesetzte Richtungen auf einer Achse um eine beschleunigungsfreie Nullage hervorrufen.

Dazu wird eine erste Zeitdauer erfasst in der die Beschleunigung bzw. die daraus abgeleiteten Signale in eine der Richtungen eine Mindestschwelle über­ steigen. Übersteigt diese erste Zeitdauer einen vorgegebenen Wert und wechselt nachfolgend die Beschleunigung bzw. die daraus abgeleitete Signale in die ent­ gegengesetzte Richtung, so werden die Auslöseschwellen erhöht oder es wird die Auslöse­ entscheidung ganz unterdrückt, wenn die Beschleunigung bzw. die daraus ab­ geleiteten Signale in die entgegengesetzte Richtung die Mindestschwelle für mindestens eine zweite Zeitdauer übersteigen.

Vorzugsweise wird die zweite Zeitdauer aus der erste Zeitdauer der Beschleunigung bzw. daraus abgeleiteten Größe in die entgegengesetzte Richtung abgeleitet.

Die Auslöseschwellen und/oder die Auslöseentscheidung werden für alle oder bestimmte Insassenschutzeinrichtungen angepasst. Vorzugsweise erfolgt diese Anpassung, bspw. das Erhöhen von Auslöseschwellen nur zeitweise oder in Abhängigkeit vom weiteren Beschleunigungsverlauf, so dass auch Unfälle mit am Anfang schwingendem Verlauf erkannt und eine Auslösung noch rechtzeitig aktiviert werden. Zu berücksichtigen ist dabei immer der relativ frühe Zeitpunkt, in dem eine Auslöseentscheidung getroffen werden muß.

Im Seitencrashbereich ergaben Versuche nämlich einen hervorzuhebenen Sonder­ fall, in dem ein Fahrzeug deutlich oberhalb des Schwerpunktes seitlich von einem Objekt getroffen wird, bspw. dem Fahrerhaus eines Lkw. Es kommt dabei zunächst zu einer Kippbewegung, die bei Sensoren unterhalb des Schwerpunkts, ins­ besondere im Karosserietunnel zu einer entgegengesetzten Auslenkung führt, an die sich jedoch dann ein wiederum für einen Unfall signifikant starker Anstieg in die entgegengesetzte Richtung anschließt. Der Anfangsverlauf des Beschleunigungs­ signals bzw. der daraus abgeleiteten Signale weist einen für Schwingungen charakteristischen Verlauf auf. Zur Vermeidung bzw. Verringerung von Verletzung bei den Insassen ist dennoch eine Auslösung der Insassenschutzeinrichtungen erforderlich. Aus diesem Grund erweist es sich als besonders bevorzugt, entweder mit erhöhten Auslöseschwellen zu arbeiten oder die Sperrung der Auslösung wieder aufzuheben, sofern die Beschleunigung in eine der Richtungen einen unfalltypischen einseitigen Anstieg annimmt, auch wenn zuvor ein Schwingen beobachtet wurde. Die genaue Dimensionierung der Schwellen und Zeitfenster ist dabei in starkem Maße von den individuellen Fahrzeugeigenschaften abhängig, insbesondere von der Auslegung der Federung, der Karosseriesteifigkeit und der Größe der Knautsch­ zonen. Die bisherigen Fehlauslösungen aufgrund von Fahrbahnunebenheiten können weitestgehend vermieden werden, ohne dass die Auslösung bei üblichen oder diesen besonderen Unfallsituationen behindert würde.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 Skizzierung der bei einer Fahrbahnunebenheit auftretenden Beschleunigungskräfte an einem Fahrzeug

Fig. 2 Verlauf der Beschleunigungssignale für verschiedene im Fahrzeug angeordnete und gerichtete Beschleunigungssensoren

Fig. 3 Skizze eines atypischen Seitencrashs oberhalb des Fahrzeug­ schwerpunkts

Fig. 4 Beschleunigungssignal und Beschleunigungsintegralsignal beim Seitencrash gemäß Fig. 4

Die Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem Insassenschutzsystem, wobei unterschiedliche Möglichkeiten der Anordnung der Beschleunigungssensoren S1, S2, S3 und eine Zentraleinheit 2 gezeigt wurden, auf die Darstellung der Insassenschutzeinrichtungen, wie Airbags, Gurtstrammer etc. jedoch verzichtet wurde. Die Beschleunigungssensoren können beispielsweise zentral im Karosserietunnel angeordnet sein, wie bei S1 der Fall, oder in den seitlichen Außenbereichen des Fahrzeugs, wie bei S2 und S3 gezeigt. Alle hier betrachteten Sensoren sind auf die Y-Achse senkrecht zur Fahrtrichtung X ausgerichtet. Selbst­ verständlich kann eine solche Betrachtung aufgrund des Superpositionsprinzips auch für beliebige andere Achsen durchgeführt werden. Für Fahrbahnunebenheiten ist der Beschleunigungsverlauf in der Y-Achse jedoch besonders deutlich und weitgehend frei von anderen Einflußgrößen.

Es können bidirektionale Sensoren wie S1 eingesetzt werden, die ein entsprechend vorzeichenbehaftetes Signal erzeugen, oder einfache Sensoren, die nur in eine Richtung operieren, wie S2 und S3, die jedoch zusammengenommen genauso in der Lage sind, die erforderlichen Signale für die Bewertung der Beschleunigung in einander entgegengesetzte Richtungen zu liefern. Die entsprechenden Verläufe der Beschleunigungssignale für die verschiedenen Beschleunigungssensoren sind in Fig. 2 anhand einer Schlaglochdurchfahrt gezeigt.

Wie skizzenhaft angedeutet, führt eine Fahrbahnunebenheit, bspw. ein Schlagloch, zu einer Krafteinwirkung auf die Radaufhängung und damit die Karosserie senkrecht zur Fahrtrichtung X. Dies verursacht je nach Lage und Ausrichtung der Beschleu­ nigungssensoren eine Signalauslenkung.

Wie Fig. 2 zeigt, kommt es dabei in einem ersten Zeitabschnitt zu einer Auslenkung in die Richtung +Y gefolgt von einem noch stärkeren Rückschwingen nach -Y und einem nachfolgenden Abklingen. Für eine Zeitdauer T1 überschreitet dabei das Beschleunigungssignal die Mindestschwelle Y0. Die Mindestschwelle dient dabei einer Beschränkung auf Beschleunigungskräfte, die geeignet sind, eine auslöserelevante Dimension anzunehmen. Die Zeitdauer T1 übersteigt dabei einen vorgegebenen Wert Tsoll1.

Bei einer üblichen Crashsignatur würden weitere lokale Maxima in Richtung +Y ohne Nulldurchgang folgen. Hier jedoch erfolgt in t13 ein Nulldurchgang und ein entsprechend starker Anstieg in die entgegengesetzte Richtung -Y.

Zum Zeitpunkt t21 überschreitet die Amplitude betragsmäßig die Mindestschwelle Y0 in entgegengesetzte Richtung -Y. Das Beschleunigungssignal übersteigt dabei für eine vorgegebene zweite Zeitdauer dieser Mindestschwelle y0, so dass von einem signifikanten Schwingen der Beschleunigung um die beschleunigungsfreie Nulllage hinweg ausgegangen werden kann. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Anpassung der Auslösebedingungen, insbesondere der Auslöseschwelle vorgenommen.

Zu einem verhältnismäßig frühen Zeitpunkt im Beschleunigungsverlauf eines Unfalls muß bereits über die Auslösung bzw. Nichtauslösung der Insassenschutz­ einrichtungen entscheiden werden. Selbst bei Hochgeschwindigkeitsunfällen ist die bis dahin eingetretene Verzögerung deutlich kleiner als die Gesamtverzögerung. Demzufolge sind auch die Auslöseschwellen Yfire0 entsprechend niedrig. Fahrzeuge mit elastischen Dämpfungsverhalten erreichen bei Schlaglochdurchfahrten Beschleunigungsamplituden in vergleichbarer Größenordnung, was zur ungewollten Auslösung führen kann. Aus diesem Grund erweist es sich als äußerst vorteilhaft, die Auslösebedingungen beim Auftreten solcher Schwingungen anzupassen. In Fig. 2 wird die Auslöseschwelle auf Yfire1 in t22 hochgesetzt, so dass auch ein nachfolgendes lokale Maximum in diese Richtung -Y diese erhöhte Auslöseschwelle Yfire1 nicht übersteigt.

In t23 ist dann wieder ein Nulldurchgang in die entgegengesetzte Richtung zu beobachten, der für die Schwingungscharakteristik ebenfalls signifikant ist. Er liegt jedoch in den bisher untersuchten Fällen nach dem spätestmöglichen Auslöse­ zeitpunkt tmax und kann daher nicht zur Entscheidung herangezogen werden.

Sollten bestimmte Fahrzuge innerhalb des Auslösezeitraums mehrere Schwingungen in einander entgegengesetzte Richtungen aufweisen, könnten noch weitere Halbwellen beobachtet und zur Bewertung herangezogen werden. Entscheidend für die Abgrenzung zwischen Stössen aufgrund von Fahrbahnunebenheiten und Unfällen ist der jeweils um die Nulllage schwingende Verlauf, während Unfälle einen einseitig dominanten Verlauf aufweisen.

Wie die Fig. 2 bereits verdeutlicht, können sowohl die der jeweiligen Richtung zuzuordnenden Signalteile (+Y, -Y) des Beschleunigungssignals S1 als auch getrennte Signale, wie S2 und S3, entsprechend ihrer Richtung zur Auswertung verwendet werden.

Fig. 3 skizziert den bereits eingangs beschriebenen atypischen Seitencrash, bei dem das Fahrzeug 1 deutlich oberhalb des Schwerpunktes seitlich von einem Objekt getroffen wird, bspw. dem Fahrerhaus eines Lkw. Es kommt dabei zunächst zu einer Kippbewegung, die bei einem Sensor S1 im Karosserietunnel unterhalb des Schwerpunkts zu einer entgegengesetzten Auslenkung führt, an die sich jedoch dann ein wiederum für einen Unfall signifikant starker Anstieg in die entgegen­ gesetzte Richtung anschließt. Der Anfangsverlauf des Beschleunigungssignals bzw. der daraus abgeleiteten Signale weist, wie in Fig. 4 dargestellt, einen für Schwingungen charakteristischen Verlauf auf. Deshalb wird zunächst in t22 mit Erreichen von der zweiten Zeitdauer T2soll in die entgegengesetzte Richtung die Auslöseschwelle von Yfire0 auf Yfire1 gesetzt. Erst im späteren Verlauf nach t4 wird die einseitige Dominanz in +Y-Richtung deutlich, führt dann aber noch in t3 rechtzeitig zur Auslösung des Insassenschutzsystems.

Die genaue Dimensionierung der Schwellen und Zeitfenster ist dabei in starkem Maße von den individuellen Fahrzeugeigenschaften abhängig, insbesondere von der Auslegung der Federung, der Karosseriesteifigkeit und der Größe der Knautsch­ zonen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung von Insassenschutzeinrichtungen in einem Fahrzeug (1), bei dem

• a) von einer oder mehreren Sensoreinheiten (s1, s2, s3) richtungsselektiv Be­ schleunigungssignale (s1, s2, s3, a(t)) in einander entgegengesetzte Richtungen (±y) auf einer Achse (y) erfasst und aus diesen Beschleunigungssignalen richtungsselektiv Parameter abgeleitet werden,
• b) diese Beschleunigungssignale und/oder daraus abgeleiteten Parameter mit einer Auslöseschwelle (Yfire) verglichen und eine Entscheidung über die Auslösung der Insassenschutzeinrichtungen getroffen wird,
• c) wobei die Auslöseschwelle (Yfire) oder die Auslösung in Abhängigkeit von den richtungsselektiven Parametern angepasst werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

• a) eine erste Zeitdauer (T1) erfasst wird, in der die Beschleunigung bzw. die daraus abgeleiteten Parameter in eine der Richtungen eine Mindestschwelle (y0) übersteigen,
• b) und die Auslöseschwelle(n) (Yfire0 =< Yfire1) erhöht wird/(werden) oder die Auslösung unterdrückt wird, wenn
  • 1. diese erste Zeitdauer (T1) einen vorgegebenen Wert übersteigt,
  • 2. nachfolgend die Beschleunigungssignale (s1, s2, s3, a(t)) bzw. die daraus abgeleiteter Parameter in die entgegengesetzte Richtung wechseln und in die entgegengesetzte Richtung die Mindestschwelle (y0) für mindestens eine zweite vorgegebene Zeitdauer (T2soll) übersteigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert für die zweite Zeitdauer (T2soll := f(T1)) aus der ersten Zeitdauer (T1) der Beschleunigungssignale (s1, s2, s3, a(t)) bzw. daraus abgeleiteten Parameter in die entgegengesetzte Richtung abgeleitet wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Auslöseschwelle(n) oder die Unterdrückung der Auslösung nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (T3) oder in Abhängigkeit vom weiteren Verlauf der Beschleunigung bzw. der daraus abgeleiteten Parameter wieder zurückgesetzt (Yfire1 =< Yfire0) werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Auslöseschwelle(n) oder die Unterdrückung der Auslösung wieder zurückgesetzt (Yfire1 =< Yfire0) werden, wenn die Beschleunigungssignale (s1, s2, s3, a(t)) bzw. die daraus abgeleitetem Parameter eine Mindestschwelle (y0) für eine vorgegebene Zeitdauer unterschreiten.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) die Erhöhung der Auslöseschwelle(n) oder die Unterdrückung der Auslösung wieder zurückgesetzt (Yfire1 =< Yfire0) werden, wenn die Beschleunigungs­ signale (s1, s2, s3, a(t)) bzw. die daraus abgeleiteten Parameter
  • 1. eine erste obere Schwelle für eine vorgegebene Zeitdauer oder
  • 2. eine gegenüber der erste Schwelle noch größere zweite Schwelle überschreitet.