DE4117811A1 - Verfahren zur aufprallerkennung bei fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufprallerkennung bei Fahrzeu­ gen, insbesondere Kraftfahrzeugen.

Bei bekannten Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Aufprallerkennung und Bewertung in Fahrzeugen mit Personenrückhaltesystem erfolgt im we­ sentlichen die Bewertung durch Integration oder mehrfache Integration von Beschleunigungsmeßwerten, bis vorherbestimmte Schwellwerte erreicht werden. Die Schwellwerte sind meist Erfahrungswerte und sollen dazu die­ nen, z. B. einen Frontalaufprall von einem Seitenaufprall oder rückwärti­ gen Auffahren oder Hammerschlag oder Fahrbetrieb über Schlechtwegstrec­ ken oder Bordsteinberührung zu unterscheiden, mit anderen Worten, die gefährlichsten Auffahrunfälle, nämlich im wesentlichen den Frontalauf­ prall unter einem Winkel bis etwa 45° zur Fahrrichtung, zu erkennen. Ei­ ne solche Einrichtung ist z. B. beschrieben in der DE-OS 38 16 587 der Anmelderin.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die eine ho­ he Sicherheit für die Aufprallerkennung aufweist, einen einfachen Algo­ rithmus anwendet, der in einem Mikrorechner oder Mikrocontroller unter­ bringbar ist, aufweist und es gestattet, Schwellwerte nach Belieben ein­ zustellen, insbesondere zu erhöhen.

Die Lösung der Erfindung ist in Anspruch 1 oder Anspruch 2 enthalten. Das Grundprinzip nach Fig. 1 beruht darauf, zunächst einen Aufprall zu erkennen, dessen Intensität etwas unterhalb der geforderten Auslöse­ schwelle liegt. Dadurch wird eine hohe Sicherheit gegen Beeinflussung des Verfahrens durch den Fahrbetrieb (Schlechtwegstrecke, Bordsteinbe­ rührung usw.) sowie gegen Mißbrauch (Hammerschlag usw.) erreicht. Mit 10 ist die Meßeinrichtung, mit 11 die Auswerteeinrichtung mit Rechner, mit 12 der A/D-Wandler, mit 13 der Integrator, mit 14 der First-in-First-out Schiebespeicher, mit 15 der Subtrahierer, mit 16 der Schwellwertschalter und mit 17 der Auslöser (Zündpille) bezeichnet.

Dadurch bewertet das Verfahren, ob der Abbau der Fahrzeuggeschwindigkeit In der Anfangsphase rasch erfolgt (diese entspricht einem Frontal auf­ prall) oder ob der Abbau der Fahrzeuggeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum erfolgt (dies entspricht einem Schrägaufprall).

Ist eines der beiden Kriterien mit ausreichender Intensität erfüllt, so erfolgt die Auslösung des Rückhaltesystems, wobei die Intensitätsbedin­ gungen für Frontal- und Schrägaufprall, d. h. die relevanten Auslösepara­ meter, abhängig vom Beschleunigungsanstieg vor der Aufprallerkennung, verändert werden.

Insbesondere durch die Unterscheidung in Frontal- und Schrägaufprall ist eine einfache Adaption des Verfahrens an die geforderte Auslöseschwelle möglich.

Die Erfassung der Aufprallintensität erfolgt durch Bewertung der soge­ nannten partiellen Geschwindigkeitsdifferenz Δv gemäß Fig. 2a. Darun­ ter wird die Differenz zwischen der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) und der Fahrzeuggeschwindigkeit v(t-tp) zum Zeitpunkt t-Δp verstanden, d. h.

Δv = v(t)-v(t-Δp).

Das Signal Δv ist somit ein Maß für die abgebaute Fahrzeuggeschwindig­ keit innerhalb des Zeitraums Δp.

Das Verfahren läßt sich gemäß dem Grundprinzip der Erfindung in die Funktionen Aufprallerkennung, Schrägaufprall- und Frontalaufprallerken­ nung unterteilen. Ein Blockschaltbild hierfür ist in Fig. 3 enthalten.

Ein Aufprall wird erkannt, wenn eine partielle Geschwindigkeitsdifferenz vp1 (gebildet über die zeit Δp1) eine Schwelle S1 überschreitet. Da­ durch werden die UND-Glieder 1 und 2 freigegeben, so daß das Schräg- und Frontalaufprallkriterium wirksam werden kann.

Ein Frontalaufprall liegt vor, wenn das Signal vp1 eine Schwelle S2 (S2 < S1) überschreitet und gleichzeitig die abgebaute Fahrzeuggeschwin­ digkeit v = vp1 ist. In diesem Fall erfolgt eine Auslösung über das UND-Gatter 2.

Ein Schrägaufprall wird erkannt, wenn das Signal vp1 eine Schwelle S3 (S3 < S2) innerhalb einer Zeitspanne td, gemessen vom Zeitpunkt der Auf­ prallerkennung, überschreitet. Zum Zeitpunkt der Aufprallerkennung wird daher ein Latch gesetzt, das über ein nachtriggerbares Monoflop das UND-Glied 1 für die Zeit td freigibt.

Die Rücksetzung des Latches erfolgt, wenn ein Signal vp2 (gebildet über die Zeit tp2, wobei tp2 < tp1) die Schwelle S4 unterschreitet. Damit wird das Aufprallende erkannt.

Nach der Aufprallerkennung werden die Auslöseschwellen S2 und S3 abhän­ gig von dem Anstieg der Beschleunigung vor der Aufprallerkennung verän­ dert.

Die Erfassung des Beschleunigungsanstiegs erfolgt durch die Bildung ei­ ner partiellen Beschleunigungsdifferenz ap innerhalb des Zeitraums tap (Prinzip der Fig. 2). Die Veränderung der Schwellen S2 und S3 erfolgt durch Vergleich des Signals ap mit einer Schwelle aS.

Überschreitet das Signal ap einen Wert aS + daS, so werden die Schwellen S2 und S3 jeweils um einen Betrag dS2- bzw. dS3- erniedrigt. Dementspre­ chend werden die Schwellen S2 und S3 um einen Betrag dS2+ bzw. dS3+ er­ höht, wenn ap den Wert aS-daS unterschreitet.

Ergibt sich eine Beschleunigungsdifferenz ap zwischen den Werten aS-daS bzw. aS+daS, so bleiben die Schwellen S2 und S3 unverändert.

Die Adaption des Verfahrens an die geforderte Auslöseschwelle erfolgt in wesentlichen in drei Schritten:

• Wahl von tp1 bzw. S2 so, daß noch beim langsamsten geforderten 0°-Aufprall eine Auslösung über das Kriterium "Frontalaufprall" er­ folgt,
  Wahl von S3 und td so, daß beim langsamsten 30°-Aufprall eine Auslö­ sung über das Kriterium "Schrägaufprall" erfolgt,
  Wahl von S1 so, daß beim langsamsten zulässigen 0°- bzw. 30°-Auf­ prall dieser sicher erkannt wird und
  Wahl von aS so, daß beim langsamen Aufprall aS unterschritten, beim schnellen Aufprall aS überschritten wird. ∡-Angaben in ° zur Längsmittelachse des Fahrzeugs).

Zur Bildung der partiellen Geschwindigkeitsdifferenz ist die Fahrzeugge­ schwindigkelt v(t) erforderlich. Diese wurde im Vorhergehenden aus Grün­ den der Übersichtlichkeit durch Integration aus der Beschleunigung er­ zeugt.

In der Praxis ist bei einer solchen Beschleunigungsintergration mit einem Wegdriften des Integrators aufgrund von Offsetfehlern u.ä. zu rechnen, so daß zusätzliche Stabilisierungsmaßnahmen notwendig werden können.

Der Fig. 2 ist auch zu entnehmen, wie eine partielle Geschwindigkeits­ differenz auch durch Integration einer partiellen Beschleunigungsdiffe­ renz Δa

Δa = a(t)-a(t-Δp),

gebildet werden kann.

Der Überlauf des Integrators 13 in Fig. 2 wird dadurch verhindert, daß Δv erst nach Durchlauf durch ein Hochpaßfilter 18 abgespeichert wird. Das Integrationsergebnis existiert somit lediglich als temporärer Zwi­ schenwert.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ergibt sich, wenn man beachtet, daß die Beschleunigung a als 1-Byte-Wert vorliegt, während für die Ge­ schwindigkeit eine Auflösung von 2-Byte notwendig ist.

Die Ausführung nach Anspruch 1 erfordert demnach einen Speicher für Δp mit einer Breite von 2 Byte sowie eine Differenzbildung zwischen 2-Byte-Werten. Bei der Realisierung nach Anspruch 2 genügt jeweils eine Auflösung von einem Byte.

Zur Erzeugung der Signale Vp1, vp2 und ap ist nur ein einziger Speicher erforderlich, dessen Tiefe der längsten Verzögerungszeit, also tp2, ent­ sprechen muß.

Für das Frontalaufprallkriterium ist der Vergleich von abgebauter Fahr­ zeuggeschwindigkeit v mit dem Signal vp1 erforderlich. Beachtet man je­ doch, daß ein Signal vp, gebildet aus v über die Zeit tp, innerhalb ei­ nes Zeitraums 0 < t < tp identisch mit dem Signal v ist, so läßt sich das Geschwindigkeitssignal v ersetzen durch ein Signal vp mit entspre­ chend großer Zeit tp.

Im vorliegenden Fall ist tp2 entsprechend groß, so daß v = vp2 gesetzt werden kann.

Eine gezielte Ausführung ist Fig. 3 zu entnehmen. Der Beschleunigungs­ sensor 10a, z. B. ein piezoelektrischer Sensor, erfaßt die Beschleunigung (hier negativ) a (t). Das Meßsignal wird gemäß Fig. 3 aufgespalten in drei Pfade, einem ersten Pfad 1 . . . m . . ., einem zweiten oder mittleren Pfad, welcher wie der erste zu einem Summationspunkt 15 und dann zu ei­ nem Integrator 13 führt, letzterer zur Gewinnung von vp1 und ersterer zur Gewinnung von vp2.

Der dritte Tellpfad aus dem Meßsignal vom Sensor 10a führt über den Sum­ mationspunkt 15 zur Differenzierung der Beschleunigung in einem Baustein 15′. Dieser ist mit Vorteil zur Schwellenveränderung mit einem Schwell­ wertschalter 16′ für S2+dS2 verbunden. Im Mittelteil des Blockschalt­ bilds (Fig. 3) ist erkennbar, daß das nicht in die Pfade 1 bis 3 abge­ spaltene Meßsignal gerade zum ersten Summationspunkt 15 und zum ersten Intergator 13 führt und von dort über den Knotenpunkt vp2 zu einem wei­ teren Summationspunkt 15, der seinerseits mit einem Sperrglied 16′′ ver­ bunden ist, das eine Sperrung bei langsamem Crash veranlaßt und mit ei­ nem UND-Glied 2 der Schaltung verbunden ist. Der Knotenpunkt vp2 ist verbunden mit einem Schwellwert S4, einem Reset bei vp2 < S4, mit einem Latch L und einem Zeitglied td zur Freigabe eines Signals über diesen Langsamcrashpfad, indem dieser direkt mit dem UND-Glied 1 verbunden ist. Das Latch L ist seinerseits über einen Zweigpfad S zum Setzen desselben mit einem weiteren, in Fig. 3 horizontalen mittleren Pfad, für das Si­ gnal vp1 verbunden und einem diesen zugeordneten Schwellwertschalter S1. Ferner ist ein Knotenpunkt 19 verbunden mit einem Schwellwertglied S3+aS3, der seinerseits über einen Pfad für langsamen Crash mit dem UND-Glied 1 in Fig. 3 oben verbunden ist. Der Knotenpunkt 19 ist ande­ rerseits verbunden mit einem Schwellwertschalter S2±aS2 und dieser Schwellwertschalter direkt mit einem UND-Glied 2, das seinerseits einen Pfad für einen schnellen Crash mit einem ODER-Glied 20 verbindet, der direkt mit dem Auslöseglied 17, wie Zündpille eines Airbags oder eines anderen Rückhaltesystems, verbunden ist. Wie aus Fig. 3 weiter ersicht­ lich ist, dienen die oberen drei Pfade zur Verknüpfung mit dem Glied 1 und die unteren drei Pfade zur Verknüpfung mit Glied 2, weil letzteres mit dem ODER-Glied 20 verbunden ist. Der unterste dient nur der Sperrung bei langsamen Crash mit Hilfe des auf einen vorbestimmten Schwellwert eingestellten Sperrglieds 16′, seinerseits verbunden mit dem Summa­ tionspunkt 15, dem vom ersten und vom zweiten Integrator 13 zuführbar sind. Die optionelle Schwellenveränderung kann mit dem Glied as+daS an den Gliedern S2+dS2 und S3+dS3 erfolgen.

Abwandlungen der Erfindung

Eine Verfeinerung des durch Anspruch 2 beschriebenen Verfahrens kann er­ folgen zur Unterscheidung von Hochgeschwindigkeitscrashes (z. B.≧ 35 km/h) und Niedergeschwindigkeitscrashes (z. B. ≦ 23 km/h), bei denen in der Anfangsphase innerhalb der maximal zulässigen Auslösezeit (oder Nichtauslösezeit) fast die gleich große partielle Geschwindigkeitsdiffe­ renz anfällt, dadurch, daß die Beschleunigung a gemäß Fig. 3 differen­ ziert wird und mit Hilfe dieses Wertes Schwellwertveränderungen für sol­ che Schwellen vorgenommen werden, bei deren überschreiten der partiellen Geschwindigkeit vp1 die Auslösung initiiert wird.

Bei Hochgeschwindigkeitscrashes (Fig. 5) ist erfahrungsgemäß die Wellig­ kelt des Beschleunigungssignals größer als bei Niedriggeschwindigkeits­ crashes (Fig. 4).

In Fig. 4 und Fig. 5 sind solche Aufprallfälle und ihre mögliche Auswer­ tung beispielhaft dargestellt. In Fig. 4 hat dabei die obere Kurve die abgebaute Fahrzeuggeschwindigkeit zum Gegenstand und die untere die Be­ schleunigung. Die Kurve für die Fahrzeuggeschwindigkeit v ist in Fig. 4 und Fig. 5 bezüglich des Flankenanstiegs zunächst gleich und ändert sich erst später. Die Kurve für die Beschleunigung a ist, wie der Vergleich von Fig. 4 und Fig. 5 zeigt, bezüglich der Beschleunigung in Fig. 5 mit einer höheren Welligkeit (Amplitude) gemessen worden. In die Fig. 5 ein­ gezeichnet ist ein Sollwert als spätes zulässige Auslösezeit und eine Istzeit ist als tatsächliche Auslösezeit erheblich darunterliegend ange­ geben. Dabei ist die x-Achse die Zeitachse und die y-Achse die Geschwin­ digkeit oder die Beschleunigung angebend, wobei die Beschleunigung in 10 g angegeben ist (1 g = 9,81 ms Erdbeschleunigung).

Eine weitere Abwandlung des in Anspruch 2 beschriebenen Verfahrens/Vor­ richtung kann erfolgen zur Unterscheidung von langsamen (schrägen) (Fig. 7) und schnellen (Frontal-)Crash′s (Fig. 6) dadurch, daß eine partielle Geschwindigkeitsdifferenz vp1 verglichen wird mit einer, der abgebauten Fahrzeuggeschwindigkeit ähnlichen partiellen Geschwindigkeitsdifferenz (wird erreicht durch ein sehr langes Δp2).

Beim schnellen Crash ist die partielle Geschwindigkeit vp1 in der An­ fangsphase gleich groß wie die abgebaute Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Auslösung beim schnellen Crash erfolgt über einen Pfad mit der niedrige­ ren Auslöseschwelle S2 als beim langsamen Crash mit der höheren Auslöse­ schwelle S3 (S2 < S3).

Beim langsamen Crash ist die partielle Geschwindigkeitsdifferenz vp1 nach Ablauf von Δp1 seit Crashbeginn kleiner als die abgebaute Fahr­ zeuggeschwindigkeit (∼vp2). In diesem Fall muß der Pfad für die schnelle Crash-Bewertung gesperrt werden. Die Schwelle S3 für die Bewer­ tung des langsamen Crash ist deswegen höher angesetzt als die Schnell­ crashschwelle S2, damit eine gute Unterscheidung vom Niedriggeschwindig­ keltscrash (Nichtauslösung) möglich ist.

Beim langsamen Crash darf eine eventuelle Auslösung nur in einem be­ grenzten Zeitraum td nach Erkennung eines Crashbeginns mittels Schwelle S1 (S1 < S2) zugelassen werden, weil sonst der dann schon weit vorgela­ gerte Fahrzeuginsasse durch den sich aufblasenden Airbag entweder wieder in den Sitz geschleudert wird, oder der Kopf durch den Airbag in den Hals gedrückt wird.

Die aufgenommenen Kurven der Fig. 6 und 7 entsprechen tatsächlichen Ver­ suchen. Das Koordinatensystem und die beispielhaften Dimensionsangaben sind im gleichen 15-System wie Fig. 4 und 5 angegeben. Die Vorteile der Anwendung des erfindungsgemäßen Gleitschwellenverfahrens sind hier be­ sonders deutlich erkennbar.

Claims (4)

1. Verfahren zur Aufprallerkennung bei Fahrzeugen zum Zwecke der Ak­ tivierung eines Personenrückhaltesystems, wobei die Erkennung mit Hilfe einer Schaltungsanordnung erfolgt, bei dem Sensor/Sensoren Beschleuni­ gungs- bzw. Verzögerungssignale erfassen, die ausgewertet werden, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) über eine be­ stimmte Zeitdauer durch Beschleunigungsintegration in äquidistanten Zeltabschnitten (dt) gemessen und gespeichert wird mit Hilfe eines Rech­ ners, mit dem auch diese ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem um einen Zeitabschnitt (Δtp) zurückliegenden Geschwindigkeitswert v (t-Δtp) durch Subtrahieren vermindert wird und die so errechnete Dif­ ferenzgeschwindigkeit (Δv) bei Überschreitung eines Schwellwertes (Δvs) die gewünschte Aktivierung des Personenrückhaltesystems einlei­ tet.

2. Verfahren zur Aufprallerkennung bei Fahrzeugen, die mit einem Personenrückhaltesystem und einer Auslöseschaltung hierfür ausgerüstet sind, welche ein Zünder des Rückhaltesystems nur nach Erkennung eines bestimmten Aufpralls aktiviert, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schleunigung des Fahrzeugs über eine bestimmte Zeitdauer in äquidistan­ ten Zeitabschnitten (dt) gemessen und gespeichert wird mit Hilfe eines Rechners, mit dem auch diese um eine um einen Zeitabschnitt (Δp) zu­ rückliegende Beschleunigung a (t-Δtp) vermindert wird und die so er­ rechnete Differenzbeschleunigung (Δa) einem Integrator zur Ermittlung der in einem Zeitabschnitt (Δtp) entstandenen Differenzgeschwindigkeit (Δv) zugeführt wird, um bei überschreiten eines Schwellwerts (Δvs) die Aktivierung des Personenrückhaltesystems einzuleiten.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die in Zeitabschnitten (dt) gemessenen Fahr­ zeuggeschwindigkeiten (v) in dem Speicher (RAM) eines Rechners abgespeichert und für die Berechnung einer Geschwindigkeitsdifferenz (Δv) zur Verfügung stehen.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die in bestimmten Zeltabschnitten (dt) gemes­ sene Fahrzeugbeschleunigung in einem Speicher (RAM), wie Halbleiterspei­ cher, für die Bewertung bereitgehalten wird und in einem Rechnerintegra­ tor eine Geschwindigkeltsdifferenz (Δv) hierfür errechnet wird.