DE10037220A1 - Verfahren und Einrichtung zur situationsgerechten Ansteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur situationsgerechten Ansteuerung der Sicherheitssysteme in einem Kraftfahrzeug, bei welchem die Ansteuerung der Sicherheitssysteme abhängig von der Sitzbelegung und ggf. von der Sitzposition erfolgt, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6. Um hierbei zu erreichen, daß die Sicherheit insbesondere bei Auslösung der Sicherheitssysteme genauer auf die Situation abgestimmt ist, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Sitzposition und/oder die Sitzbelegung mit Hilfe eines gepulsten Laserstrahles abgescannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur situationsgerechten Ansteuerung der Sicherheitssysteme in einem Kraftfahrzeug, bei welchem die Ansteuerung der Sicherheitssysteme abhängig von der Sitzbelegung und ggf. von der Sitzposition erfolgt, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.

In Kraftfahrzeugen sind mittlerweile eine Vielzahl von Sicherheitssystemen eingebaut. Hierzu gehört der gesetzlich eingeführte Airbag, der das nach vorne Schleudern der Insassen bei einem Aufprall dämpfen soll. Hierbei sind mittlerweile nicht nur die vorne belegten Plätze mit Airbag dieser Art gesichert, sondern die Fondpassagiere sind mittlerweile gleichermaßen durch entsprechende Airbags geschützt bzw. zu schützen.

Darüber hinausgehend existieren Airbagsysteme, die auch seitliche Aufprallsituationen sowohl im Hüft- als auch im Kopfbereich durch sog. Sideairbags und/oder Windowbags berücksichtigen. Die besagten Windowbags schützen darüber hinausgehend den Kopf der Insassen vor dem bei einem Crash auftretenden Glasbruch.

Airbagsysteme dieser Art sind begleitet von Gurtstraffsystemen, die im Falle eines registrierten Aufpralles den Fahrzeuginsassen in einer günstigen Position im Fahrzeugsitz gesichert halten.

Airbagsysteme dieser Art sind mit sog. Crash-Sensoren, die am Fahrzeug verteilt angeordnet sind, zusammenwirkend. Im Falle eines Unfalls ermitteln die Crash-Sensoren zum einen die Kraftvektoren, zum anderen aber auch die vektoriellen Kraftgrößen der Negativbeschleunigung in ihrem Absolutwert. Darauf abgestimmt können Airbagsysteme auch dosiert werden, da die Airbags als solche mit einem Raketentreibsatz gezündet bzw. gefüllt werden. Daraus ist ersichtlich, daß der Airbag eine Phase bewirkt, in der er ausgesprochen hart ist und möglichst nicht in Situationen, die als "out of position" gekennzeichnet werden, auslösen, was die Insassen eher gefährden, als schützen würde.

Solche Situationen, in denen die zu schützenden Insassen "out of position" sind, können dadurch entstehen, daß die Insassen beispielsweise Bedieneinheiten bedienen, sich hierzu vorbeugen oder aber im Handschuhfach oder in den Sitztaschen Gegenstände suchen oder hervorholen. In solchen Situationen ist der betreffende Insasse nicht in seiner gewünschten Sollposition, und er befindet sich zumeist mit seinem Kopf innerhalb des sozusagen bezeichenbaren Detonationsbereiches des Airbags, so daß der Airbag in der Aufstellphase beispielsweise dem Insassen gegen den Kopf prallt. Hierdurch können Beaufschlagungen entstehen, die zu erheblichen Verletzungen führen.

Darüber hinausgehend gibt es jedoch Situationen, wie beispielsweise mitgeführte Kindersitze, die entgegen der Fahrtrichtung aufgestellt werden, die bei einer Detonation oder beim Aufstellen des Airbags das Genick des Kindes so stark belasten, daß es bricht oder brechen kann. In der Vergangenheit hat es hierzu bereits tragische Unfälle zu Ungunsten der Insassen gegeben.

Darüber hinausgehend gibt es Bedarf darin, den Airbag als solches zu dosieren. Bei leichteren Unfällen sollte der Aufstelldruck innerhalb des Airbags ggf. kleiner sein, wobei bei größeren Crashs aufgrund der aufzunehmenden höheren Beschleunigungsenergie der Airbag dann stärker gefüllt werden sollte.

Insgesamt laufen die Aufstellmechanismen des explosionsartigen Aufstellens und Füllens des Airbags in Millisekunden ab, so daß noch während des Ablaufs eines Crashs auch bei hoher Geschwindigkeit so viel Zeit, d. h. so viele Millisekunden bleiben, daß in dieser Zeit der Aufprall sensorisch erfaßt, der Airbag angesteuert, der Airbag gefüllt und erst anschließend der entsprechende Insasse durch Negativbeschleunigung in den dann weicher werdenden Airbag einsinkt. Alle diese chronologisch aufeinander folgenden Einzelphasen laufen in der Regel in einigen, deutlich weniger als 10 Millisekunden ab. Dies gilt zumindest in den meisten Unfallsituationen.

Um nun auf ggf. das Insassengewicht auch eine Airbagdosierung vornehmen zu können, oder bei Unterschreiten eines bestimmten Gewichtes, die logische Schlußfolgerung eines Kindersitzes auf dem entsprechenden Sitz eine Airbagauslösung ganz zu unterdrücken ist in mehreren Verfahren bereits bekannt.

So ist aus der DE 196 37 108 A1 eine Sensoreinrichtung auf der Basis von Radar, Licht oder Ultraschall angegeben, bei der feste Abstände zu Fixpunkten, beispielsweise in Kopfhöhe, in Brusthöhe etc. den Abstand des Fahrzeuginsassen punktuell ermitteln. Auf die besagte punktuelle Ermittlung erfolgt somit die Bewertung einer Situation, ob der Fahrzeuginsasse für eine Airbagauslösung in richtiger oder falscher Position ist und somit eine Airbagauslösung vermindert oder ganz unterdrückt wird.

Aus der US 5 993 015 ist ein optisches Triangulationsverfahren mit Lichtstrahlen im allgemeinen angegeben und somit bekannt, um den Fahrzeuginsassen zumindest punktuell zu vermessen und so seine Position zu ermitteln.

Aus der US 6 027 138 ist eine Airbagsteuerung durch optische Vermessung entsprechender Insassen im allgemeinen bekannt. Auch hierbei erfolgt lediglich eine punktuelle Ermittlung bestimmter Fixpunkte, aus denen auf eine entsprechende Position des Insassen im Kraftfahrzeug geschlossen wird.

Aus der EP 0 734 921 A2 ist eine Sitzpositionsermittlung optischer Art bekannt, bei der ggf. auch ein Ultraschallsensor eingesetzt wird. In diesem Stand der Technik wird die Sitzpositionsermittlung zur Airbagsteuerung herangezogen.

Aus der US 5 446 661 ist eine Überwachungseinrichtung der Sitzposition zur Airbagsteuerung in gleichartiger Weise, wie oben bereits beschrieben, angegeben.

Einrichtungen dieser Art sind ebenso aus der US 5 490 069 und WO 94/23 974 bekannt.

Der Nachteil herkömmlicher Methoden und Einrichtungen ist im oben genannten Stand der Technik gleichermaßen, daß die Auswertung und die Erfassung der Sitzposition noch immer fehlerbehaftet ist und nicht jede Situation, die insbesondere ein "out of position" betreffen erfassen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit insbesondere bei Auslösung der Sicherheitssysteme genauer auf die Situation abzustimmen.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren sowie der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2-5 angegeben.

Im Hinblick auf eine erfindungsgemäße Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.

In verfahrensgemäßer Hinsicht ist Kern der Erfindung, daß die Sitzposition und/oder die Sitzbelegung mit Hilfe eines geplulsten Laserstrahl abgescannt wird. Hierbei liegt die Betonung zum einen auf 'Laserstrahl' und zum anderen auf 'gepulst'. Ein weiterer Hauptaugenmerk liegt auf dem Begriff des Abscannens. Der Laserstrahl als solches tastet somit entweder entlang einer vertikalen Schnittlinie ab, oder aber er kann auch in horizontaler Ebene zeilenweise den Sitz bzw. Sitzposition oder Sitzbelegung des entsprechend überwachten Sitzes abscannen.

Weiterhin ist wesentlich, daß der Laserstrahl gepulst ist. Dies bedeutet nun in summe nicht die Aggregation mehrerer Merkmale, sondern die funktionalen sowie die strukturellen Merkmale in Gänze bewirken einen Zusammenhang der in seiner Gesamtfunktion über die Summe der Einzelfunktionen hinausgeht. So wird durch das Abscannen eine korrekte und zuverlässige Sitzpositions- und Belegungserkennung ermöglicht.

Dies erfolgt hierbei nicht durch einen starr, feststehenden Laserstrahl, sondern dieser scannt einen räumlichen Ausschnitt ab und erkennt somit die Sitzposition gegenüber dem eingangs beschriebenen Stand der Technik nicht nur anhand von einigen Fixpunkten, von denen aus auf eine bestimmte Sitzposition geschlossen wird, sondern er erfaßt die Gesamtkontur als solches. Die Laserscannung bewirkt jedoch im herkömmlichen Sinne einen Laserstrahl, der möglichst hochaufgelöste Informationen durch eine entsprechende Intensität liefert.

Im Kraftfahrzeug sind jedoch Laserstrahler üblicher Laserscanner nicht einsetzbar, da sie zum einen den Fahrzeuginsassen, insbesondere den Fahrzeugführer visuell behindern, und zum anderen vor allen Dingen im Kopfbereich auch die Augen und somit die Netzhaut beaufschlagen. Um dies insgesamt zu verhindern, ist der Laserstrahl bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren auch in erfindungsgemäßer Weise gepulst. Durch die Verwendung von gepulstem Laserlicht läßt sich die Bedenklichkeit für die Augen völlig eliminieren, weil die Gesamtleistung und somit die integrale Leistung so klein ist, daß sie weder eine visuelle Behinderung, noch eine gesundheitsbedenkliche Gefährdung der Augen der Insassen bewirken würde.

Auf diese Weise kann in der besagten erfindungsgemäßen Verfahrensweise ein Laserstrahlscanner eingesetzt werden, ohne visuelle Behinderung und ohne bedenkliche Beeinträchtigung der Augen der Fahrzeuginsassen, wenn dieser gepulst wird. Darüber hinausgehend wird ein zuverlässiges Sitzpositionsabbild ermittelt und die Sicherheitssysteme können tatsächlich situationsgerecht und gegenüber den Verfahren aus dem Stand der Technik deutlich sicherer betrieben werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt über diese gepulste Laserstrahlscannung eine Konturen- und/oder eine Positionsermittlung desjenigen Fahrzeuginsassen, der mit dem daraufhin gesteuerten Sicherheitssystem im Falle eines Unfalles gesichert werden soll.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß durch den erfindungsgemäß gepulsten Laserstrahlscanner auch eine Größenermittlung des entsprechenden Fahrzeuginsassen vorgenommen werden kann, und auf diese Bewertung hin die Sicherheitssysteme im Bedarfsfalle optimiert angesteuert werden können.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist angegeben, daß eine entsprechende Kombination der Konturen- und/oder Positionsermittlung und/oder Größenermittlung mit einer Gewichtsermittlung vorgenommen werden kann. Hierdurch kann ein komplettes Situationsbild elektronisch, logisch erstellt werden, das beispielsweise auch das Gewicht und damit die auftretenden Beschleunigungskräfte eines Kraftfahrzeuginsassen berücksichtigt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß eine selektive, dosierte, angemessene Ansteuerung der Sicherheitssysteme auf diese Weise vorgenommen wird, d. h. in Auswertung der besagten erfindungsgemäß ermittelten Position- und/oder Konturen- und/oder Größenermittlung, ggf. in Kombination mit einer Gewichtsermittlung dies zu einer selektiven, dosierten, angemessenen Ansteuerung der Sicherheitssysteme führt. Dabei wird bzw. werden die Sicherheitssysteme so angesteuert, wie es aufgrund von Gewicht, Position, Kontur, Größe und dgl. des betreffenden Fahrzeuginsassen im Falle eines entsprechend über Crash-Sensoren ermittelten Crashs angemessen ist. Hierzu kann in einem Mikrorechner ein entsprechend schneller Rechenvorgang initiiert werden, der aufgrund der Leistungsfähigkeit heutiger Mikroelektronik keine nennenswerte Verzögerung im oben bereits beschriebenen, komplizierten Airbagauslösezeitablauf bewirken würde.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren sind, daß die Pulse im Bereich von Nanosekunden sind und somit nur kleine Energien erzeugen, die unschädlich für die Augen sind, dennoch eine sehr genaue Vermeßbarkeit liefern.

Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Einrichtung ist ein entsprechender gepulster Laserscanner in der entsprechenden Weise im Innenraum des Fahrzeug plaziert bzw. fest angeordnet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der besagte erfindungsgemäße Scanner im Innenspiegel angeordnet bzw. integriert, so daß kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.

Eine weitere Integrationsmöglichkeit besteht darin, daß der gepulste Laserscanner in der Dachkonsole integriert sein kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß ein Gewichtssensor an dem oder in den Sitzen angeordnet ist, der signaltechnisch kombiniert wird mit dem logisch ausgewerteten Scannersignal.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß eine gesonderte Auswerteeinheit sowohl für Scanner, als auch für Gewichtssensor vorgesehen ist, um eine entsprechend leistungsfähige Auswertung in der oben bereits beschriebenen Weise durchführen zu können.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß eine anschließende kumulative Musterauswertung vor Ansteuerung des Airbagsteuergerätes erfolgt. Hierbei werden die oben bereits beschriebenen Parameter, wie Kontur, Position, Größe ggf. Gewicht kumulativ, d. h. insgesamt in einem Muster bewertet, und es werden die entsprechenden Daten vor Ansteuerung des Airbags an das entsprechende Airbagsteuergerät gegeben, worauf der Airbag ggf. dosiert angesteuert oder ggf. in seiner Auslösung unterdrückt wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß eine anschließende kumulative Auswertung direkt im Airbagsteuergerät erfolgen kann. Das heißt, die entsprechende Musterauswertung erfolgt nicht in einer separaten Auswerteeinheit, die vom Airbagsteuergerät getrennt wäre, sondern die Auswertung bzw. die Auswerteeinheit ist im Airbagsteuergerät integriert.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1: Schemenhafte Innenraumteildarstellung in einem Kraftfahrzeug.

Fig. 2: Darstellung der logischen Funktionen.

Fig. 1 zeigt schemenhaft und nur in Teildarstellung einen Teilausschnitt eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges. Dabei ist ein Sitz 1 in entsprechender Weise angeordnet. Vor dem Sitz ist in einer entsprechenden Armatur ein Airbag 2 integriert, der im Falle eines Crashes auslösen soll. Vor dem Sitz, aber oberhalb desselben ist der Laserscanner 3 beispielsweise in einer Dachkonsole integriert. Er erzeugt ein entsprechendes Laserbild durch entweder ausschließliche Scannung in Vertikalrichtung oder aber der Scanner kann in der üblichen Weise eines Laserscanners betrieben sein und zeilenweise mit einer entsprechenden Vertikalauflösung ein komplettes Raumbild erfassen.

In diesem Beispiel ist außerdem dargestellt die Einbindung eines Kindersitzes auf dem entsprechenden Fahrzeugsitz 1, in welchem im übrigen auch ein Gewichtssensor 4 in die Sitzfläche integriert ist. Der Kindersitz ist hierbei mit einem Gurt 5 gesichert, der ansonsten von einem Fahrzeuginsassen direkt angelegt wäre. Insofern sind zwei Situationen zu berücksichtigen.

• 1. Die Anordnung eines Kindersitzes,
• 2. die direkte Platznahme eines Insassens auf dem Fahrzeugsitz.

Hierbei soll angedeutet werden, daß über das Laserscannerbild die gesamte Sicherheitseinrichtung bestehend aus Airbagsystem sowie auch Gurtstraffersystem beeinflussbar ist. Hierbei erzeugt der Laserscanner nunmehr ein Bild und erfaßt somit insgesamt, ob auf dem Fahrzeugsitz entweder ein Kindersitz angeordnet ist oder die Gestalt einer erwachsenen Person. Das Laserscannerbild läßt somit anhand von Musterauswertungen sehr genau auswerten, so daß auf diese Weise, erfindungsgemäß genau die Sitzposition, als auch die Sitzbelegung und die Größenermittlung erfolgen kann. Situationen wie "out of position" oder die Anordnung eines Kindersitzes können somit genauestens optisch erfaßt werden.

Eine weitere Unterstützung liefert hierbei der Gewichtssensor, der zu den Kontur- und den Positionsdaten auch noch das Gewicht liefert und somit auch dynamische Daten in die Auslösung oder Unterdrückung oder Steuerung des Airbagsystemes und/oder des Gurtstraffersystemes liefert.

Fig. 2 zeigt die logische Einbindung der einzelnen Elemente. Ausgehend von einem Laserscanner 3 ist dieser nachfolgend mit einer Auswerteeinheit 13 versehen, in der musterbewertend die Position und im übrigen auch die Gesamtsituation wie "out of position" oder 'Kindersitz' oder 'kleine oder große Gestalt' etc. erkannt und somit logisch, elektronisch auswertbar ist.

Erst nachfolgend wird die entsprechende Auswertung wiederum in eine weitere Auswerteeinheit 15 eingespeist. Diese weitere, oder besser die zentrale Auswerteeinheit 15 ist somit wiederum mit der Auswerteeinheit 14 eines Gewichtssensors 4 verbunden, um aus dem Gewicht entsprechende Informationen als Signal zu erzeugen.

Erst beide vorausgewerteten Parameter, nämlich das Laserscannbild sowie der Gewichtssensorwert werden in der entsprechenden zentralen Auswerteeinheit 15 insgesamt kumulativ berücksichtigt. Am Ausgang dieser kumulativen Berücksichtigung, sprich dieser finalen Auswerteeinheit wird nun ein Steuersignal für ein Steuergerät 16 erzeugt. Dieses Steuergerät 16 steuert beispielsweise den Airbag 2, beispielsweise auch das Gurtsystem 5 etc. an. Das Steuergerät 16 selbst erzeugt entsprechende Airbagauslösungen, die im übrigen von dem Initialwert der Crash-Sensoren abhängt.

Eine andere Topologie wäre hierbei denkbar, bei der die Meßsignale direkt vom Airbagsteuergerät 16 ausgewertet werden, d. h. die hierbei dargestellten Zwischenauswerteeinheiten 13 und 14, und die finale Auswerteeinheit 15 sind zusammengefaßt integriert in das Steuergerät 16 des Airbags 2.

Wichtig ist hierbei, daß der Laserscanner über einen gepulsten Laser verfügt, der nur kleine Energien erzeugt, durch sehr kurze Pulse im Nanosekundenbereich. Hierdurch wird weder eine visuelle Ablenkung, noch eine opto-sensorische Gefährdung der Augen des betreffenden Fahrzeuginsassen bewirkt. Trotzdem wird ein hochaufgelöstes sicheres Bild erzeugt, aus dem alle oben genannten Daten und Parameter in Bezug auf die Sitzposition gegeben sind. Die Verwendung eines Laserscanners ist hierbei deutlich wertvoller im Ergebnis, als die Auswertung eines Kamerabildes, welches ggf. von Lichtverhältnissen abhängig sein kann.

Claims (13)

1. Verfahren zur situationsgerechten Ansteuerung der Sicherheitssysteme in einem Kraftfahrzeug, bei welchem die Ansteuerung der Sicherheitssysteme abhängig von der Sitzbelegung und ggf. von der Sitzposition erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzposition und/oder die Sitzbelegung mit Hilfe eines gepulsten Laserstrahls abgescannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ausschließlich vertikaler Richtung, oder zeilenweise abgescannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf diese Weise eine Konturenermittlung und/oder eine Positionsermittlung des besagten Fahrzeuginsassen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf diese Weise eine Größenermittlung des Fahrzeuginsassen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination mit einer Gewichtsermittlung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine selektive, dosierte, angemessene Ansteuerung der Sicherheitssysteme generiert wird bzw. erfolgt.

7. Einrichtung zur situationsgerechten Ansteuerung des Sicherheitssystems in einem Kraftfahrzeug, bei welchem die Ansteuerung der Sicherheitssysteme abhängig von der Sitzbelegung und ggf. von der Sitzposition erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Sitzposition und/oder der Sitzbelegung ein fest installierter, gepulsten Laserscanner (3) eingesetzt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserscanner (3) im Innenspiegel integriert angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserscanner (3) in der Dachkonsole integriert angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewichtssensor (4) im entsprechenden Sitz (4) angeordnet ist bzw. in den Sitzen angeordnet ist, wobei das Gewichtssensorsignal mit dem Scannersignal in einer entsprechenden Auswerteeinheit (15) kombinierbar ist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gesonderte Auswerteeinheit (13 bzw. (14) jeweils sowohl für den Scanner (3), als auch jeweils für den Gewichtssensor (4) vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine anschließende, kumulative Musterauswertung vor Ansteuerung des Airbagsteuergerätes (16) erfolgt.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine anschließende kumulative Auswertung direkt im Airbagsteuergerät erfolgt.