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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.
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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.
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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.
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Airbagsysteme
dieser Art sind begleitet von Gurtstraffsystemen, die im Falle eines
registrierten Aufpralles den Fahrzeuginsassen in einer günstigen Position
im Fahrzeugsitz gesichert halten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
US 5 993 015 A 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.
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Aus
der
US 6 027 138 A 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.
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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.
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Aus
der
US 5 446 661 A ist
eine Überwachungseinrichtung
der Sitzposition zur Airbagsteuerung in gleichartiger Weise, wie
oben bereits beschrieben, angegeben.
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Einrichtungen
dieser Art sind ebenso aus der
US 5 490 069 A und
WO 94/23 974 A1 bekannt.
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Die
gattungsbildende Druckschrift
DE 197 57 595 A1 beschreibt eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes
eines räumlichen
Objektes, beispielsweise zur Erkennung der aktuellen Belegung von
Sitzen eines Kraftfahrzeugs, mittels einer Kurzzeitbelichtung des Objektes.
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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.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit insbesondere
bei Auslösung der
Sicherheitssysteme genauer auf die Situation abzustimmen.
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Die
gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren sowie der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
abhängigen
Ansprüchen
2–5 angegeben.
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Im
Hinblick auf eine erfindungsgemäße Einrichtung
der gattungsgemäßen Art
ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In
verfahrensgemäßer Hinsicht
ist Kern der Erfindung, daß die
Sitzposition und/oder die Sitzbelegung mit Hilfe eines gepulsten
Laserstrahls abgescannt wird. Hierbei liegt die Betonung zum einen
auf 'Laserstrahl' und zum anderen
auf 'gepulst'. Dabei tastet der
Laserstrahl als solches 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Hinblick auf die erfindungsgemäße Einrichtung
ist ein entsprechender gepulster Laserscanner in der entsprechenden
Weise im Innenraum des Fahrzeug platziert bzw. fest angeordnet,
wobei der besagte erfindungsgemäße Scanner
im Innenspiegel angeordnet bzw. integriert ist, so daß kein zusätzlicher
Bauraum benötigt
wird, oder der gepulste Laserscanner in der Dachkonsole integriert
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
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Es
zeigt:
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1:
Schemenhafte Innenraumteildarstellung in einem Kraftfahrzeug.
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2:
Darstellung der logischen Funktionen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.