DE10100880B4 - Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug

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Abstract

Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug (8), wobei mit Precrash-Sensoren (1, 2) ein Aufprall mit einem Aufprallobjekt (7) frühzeitig erkannt wird, wobei in Abhängigkeit von Precrash-Signalen eine Knautschzonenverlängerung (6) in Aufprallrichtung ausgefahren wird, wobei die Knautschzonenverlängerung (6) eine vorgegebene Rückhaltekraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Precrash-Sensorsignale und der Rückhaltekraft eine effektive Masse des Aufprallobjekts (7) zur adaptiven Zündung von Rückhaltemitteln (4) bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
  • Die Sensierung eines Aufpralls erfolgt heute mit Hilfe von Beschleunigungssensoren, die entweder zentral oder ausgelagert im Fahrzeug angebracht sind. Bei einer dezentralen Sensierung mit ein bis zwei peripheren Beschleunigungssensoren pro Fahrzeugseite befinden sich die Beschleunigungssensoren näher am Objekt-Aufprallort. Dies vermeidet Signalverzögerungen und – abschwächungen. Bestimmte Fahrmanöver, bei denen keine Auslösung der Rückhaltemittel erwünscht ist, erzeugen hierbei jedoch Signale, die denen echter Kollisionen sehr ähnlich sind. Bei einem Frontaufprall ist nur ein Schutz bis ca. 65 km/h möglich, da zum einen die Deformations- oder Knautschzone zu gering ist und zum anderen die Entfaltung der Rückhaltemittel eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt. Bei einem Seitenaufprall ist dabei die Situation noch kritischer.
  • In US-4,518,183 A wird ein Fahrzeug mit einer Knautschzonenverlängerung und einer Precrash-Sensorik zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Aufprallobjekts beschrieben. In der Offenlegungsschrift DE 21 20 075 A wird eine Auslösevorrichtung für eine Sicherheitsvorrichtung beschrieben, bei der eine Knautschzonenverlängerung in Form der Stoßstange ausfahrbar ist. Die Offenlegungsschrift DE 44 26 090 A1 beschreibt ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem Knautschzonenverlängerungen, wie ausfahrbare Teile der Stoßstange, vorhanden sind. Weiterhin sind Abstandssensoren am Fahrzeug angeordnet. DE 198 18 586 C1 lehrt zum einen ausfahrbare Trägerteile zur Knautschzonenverlängerung und zum anderen einen Massenerkennungssensor, der vorzugsweise als Druckdifferenzsensor ausgebildet ist. In Abhängigkeit von der erkannten Masse des Aufprallobjekts wird eine Rückhalteeinrichtung ausgelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass bei höheren Geschwindigkeiten ein besserer Schutz für die Fahrzeuginsassen erreicht wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die gesamte Knautschzone durch die ausfahrbare Knautschzone verlängert wird. Durch die Bestimmung der effektiven Masse des Aufprallobjekts ist die Erkennung von leichteren Objekten möglich, um beispielsweise bei einem Fußgänger entsprechende Rückhaltemittel an der Außenhaut des Fahrzeugs auszulösen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei auch zu einer geringeren Schädigung des Fahrzeugs bei einer Kollision führen und damit die potentiellen Reparaturkosten vermindern. Die ausfahrbare Knautschzone weist einfache Eigenschaften auf, da eine annähernd konstante Kraft für diese ausfahrbare Knautschzone angenommen wird.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Verfahrens zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass entweder ein Frontalaufprall oder ein Seitenaufprall erkannt wird. Insbesondere ein Seitenaufprall durch die äußerst geringe Deformationszone ist in dieser Hinsicht besonders kritisch und profitiert so noch stärker als ein Frontalaufprall von dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Darüber hinaus wird die Rückhaltekraft der Knautschzonenverlängerung so gewählt, so dass sie der Rückhaltekraft der Knautschzone entspricht.
  • Desweiteren ist es von Vorteil, dass die Relativbeschleunigung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Aufprallobjekt aus den Precrash-Signalen bestimmt wird, wobei aus der Relativbeschleunigung und der Rückhaltekraft die effektive Masse bestimmt wird.
  • Es ist weiterhin von Vorteil, dass die effektive Masse mit vorgegebenen Schwellwerten zur Klassifizierung des Aufprallobjekts verglichen wird, um so anhand der Klassifizierung die Rückhaltemittel und die Knautschzonenverlängerung adaptiv auszufahren bzw. zu zünden. Somit wird beispielsweise verhindert, dass ein Fußgänger durch die ausfahrbare Knautschzone nicht zusätzlich in Mitleidenschaft gezogen wird, sondern dass zu seinem Schutz Rückhaltemittel wie ein Außenairbag eingesetzt werden, um die Verletzungen möglichst gering zu halten. Auch die Rückhaltemittel innerhalb des Kraftfahrzeugs werden somit optimal eingesetzt, da anhand des Aufprallobjekts bestimmt werden kann, wie die Unfallschwere sein wird. Damit wird ein erhöhter Schutz für die Fahrzeuginsassen gewährleistet.
  • Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens zwei Precrash-Sensoren, um die Aufprallrichtung zu bestimmen, ein Steuergerät für die Rückhaltemittel zur Verarbeiten der Precrash-Sensorsignale und zur Ansteuerung der Rückhaltemittel bzw. der Knautschzonenverlängerung, die ausfahrbare Knautschzonenverlängerung an sich, die vorzugsweise zumindest Teile der Stoßstange des Kraftfahrzeugs aufweist, und die Rückhaltemittel selbst aufweist. Die Precrash-Sensoren können dabei als Radarsensoren ausgebildet werden. Es sind jedoch auch optische oder Ultraschallsensoren verwendbar.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
  • 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 eine Aufprallsituation und
  • 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Bei einem Aufprall eines Kraftfahrzeugs mit einem Aufprallobjekt ist die Länge der Deformationszone des Fahrzeugs für die Unfallschwere bestimmend. Dazu kommen noch die effektive Masse des Aufprallobjekts und die Aufprallgeschwindigkeit bzw. -energie als die die Unfallschwere bestimmenden Parameter. Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das in Abhängigkeit von der effektiven Masse des Aufprallobjekts eine Knautschzonenverlängerung ausfährt und adaptiv Rückhaltemittel zündet. Dies ist sowohl für einen Frontal – als auch für einen Seitenaufprall möglich.
  • In 1 ist als Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Zwei Precrash-Sensoren 1 und 2 sind an einem ersten und zweiten Eingang eines Steuergeräts 3 angeschlossen. An einem ersten Datenausgang des Steuergeräts 3 sind Rückhaltemittel 4 angeschlossen. An einen zweiten Datenausgang des Steuergeräts 3 ist eine Signalverarbeitung 5 angeschlossen, an deren Datenausgang wiederum eine Knautschzonenverlängerung 6 angeschlossen ist.
  • Die Rückhaltemittel 4 sind hier Airbags und Gurtstraffer, die in Stufen eingesetzt werden können. D.h. die Rückhaltekraft, die durch die Rückhaltemittel aufgewendet wird, ist einstellbar.
  • Vor einem Aufprall wird die Annäherung eines Aufprallobjekts an das Fahrzeug, in dem sich die erfindungsgemäße Vorrichtung befindet von den Precrash-Sensoren 1 und 2 erfasst und verfolgt. Die Precrash-Sensoren 1 und 2 sind hier als Radarsensoren mit einer Sichtweite von üblicherweise 7m ausgelegt. Nähert sich das Aufprallobjekt auf weniger als 1,5m, so kann mit einer großen Sicherheit von einer Kollision ausgegangen werden. Die Precrash-Sensoren 1 und 2 geben nicht nur Informationen über die radiale Annäherungsgeschwindigkeit, sondern auch über die Richtung und die Relativgeschwindgkeit des Objekts in Richtung der Längsachse des Fahrzeugs an. Aufgrund dieser Informationen wird dann die Knautschzonenverlängerung 6 von dem Steuergerät 3 über die Signalverarbeitung 5 ausgefahren. Die Knautschzonenverlängerung 6 stellt sich dann dem annähernden Aufprallobjekt mit einer möglichst konstanten Kraft F entgegen. Diese Kraft F wird über die Verformungseigenschaften der Knautschzonenverlängerung 6 oder ihrer Befestigung so gewählt, so dass sie in etwa der Kraft entspricht, die die eigentliche Knautschzone über ihre Steifigkeit erzeugt und über den Verformungsweg weitgehend konstant bleibt. Dabei ist jedoch durch konstruktive Maßnahmen sicherzustellen, dass sich zuerst die Knautschzonenverlängerung und erst dann die Knautschzone selbst verformt, wobei die Knautschzonenverlängerung sehr schnell ausfahrbar sein muß. Dafür sind geeignete Aktuatoren vorhanden, die elektrisch gesteuert sind. Beispielsweise kann hier eine Feder zum Ausfahren verwendet werden.
  • Die bekannte Kraft F entspricht der Kraft, die zwischen dem Aufprallobjekt und dem Fahrzeug wirkt. Dadurch verringert sich die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Aufprallobjekt. Diese Verringerung wird von den Precrashsensoren 1 und 2 gemessen, woraus sich die Relativverzögerung arx ergibt. Durch die einfachen Eigenschaften der synthetischen Knautschzonenverlängerung 6, die annähernd konstante Kraft, lässt sich deren Verhalten genau vorhersagen und kann somit für die Bestimmung der Unfallschwere verwendet werden. Auf das Aufprallobjekt und das Fahrzeug wirkt die Kraft F, die sich sowohl aus der Masse m und der Verzögerung a des Fahrzeugs als auch aus der effektiven Masse und Beschleunigung des Objekts ergibt zu F = m·a = – meff·aeff (1)
  • Die Bezeichnung effektiv wurde gewählt, da es sich nicht um die tatsächliche Masse bzw. Beschleunigung des Masseschwerpunktes des Aufprallobjekts handelt, sondern um die Beschleunigung bzw. Verzögerung der von den Precrash-Sensoren 1 und 2 erfassten Fläche und der Masse bietet sich aufgrund der Verformungseigenschaften des Objekts ergibt.
  • Dabei ist es dann auch klar, dass die Precrash-Sensoren 1 und 2 nach dem Kontakt des Aufprallobjekts mit der Knautschzonenverlängerung 6 nur jene Teile des Aufprallobjekts erfassen dürfen, die von der Knautschzonenverlängerung 6 verdeckt und somit weggeschoben werden können. Ansonsten kann es passieren, dass beispielsweise ein Fußgänger, dessen Beine von der Verlängerung weggeschoben werden, dessen Schwerpunkt anfänglich fast keine Beschleunigung erfährt, als Objekt mit sehr großer Masse detektiert wird.
  • Die effektive Beschleunigung ergibt sich aus der Relativverzögerung und der Verzögerung des Fahrzeugs: aeff = arx – a (2)
  • Mit Hilfe von Gleichung 1 erhält man dann die effektive Masse:
    Figure 00080001
  • Zur Berechnung der effektiven Masse bestehen also damit zwei Möglichkeiten. Zum einen aus der durch die Beschleunigungssensoren im Fahrzeug gemessenen Beschleunigung a und zum anderen aus der Kraft F. Die effektive Masse ist zusammen mit der Relativgeschwindigkeit ein Maß für die Unfallschwere. In Abhängigkeit von diesen Größen können dann die Rückhaltemittel adaptiv, also an die Unfallschwere angepaßt, gezündet werden. Wird nun durch den Wert der effektiven Masse ein Fußgänger detektiert, indem das Steuergerät 3 die Berechnung der effektiven Masse und Beschleunigung durchführt und diese mit Schwellwerten vergleicht, so können für den Fußgänger dann entsprechende Rückhaltemittel 4 aktiviert werden, beispielsweise das Anstellen der Motorhaube oder das Betätigen eines Außenairbags.
  • Die Precrash-Sensoren 1 und 2, die hier als Radarsensoren ausgebildet sind, weisen Elektronik zur Signalverarbeitung auf. Die Digitalisierung kann dabei entweder in den Precrash-Sensoren 1 und 2 selbst erfolgen oder im Steuergerät 3. Die Rückhaltemittel 4 sind sowohl Rückhaltemittel in der Fahrgastzelle als auch Rückhaltemittel, die gegebenenfalls an das Fahrzeughaus angebracht sind, um Fußgänger zu schützen. Die Knautschzonenverlängerung 6 ist hier als ausfahrbare Stoßstange ausgebildet, es sind jedoch auch andere Konstruktionen möglich, wobei auch nur Teile der Stoßstange die Knautschzonenverlängerung 6 bilden können.
  • 2 zeigt eine Aufprallsituation. Ein Aufprallobjekt 7, beispielsweise eine Mauer wird von den Precrash-Sensoren 1 und 2 erfasst und das Steuergerät 3 erkennt, dass ein Aufprall sehr wahrscheinlich ist. Daher wird die Knautschzonenverlängerung 6 ausgefahren, um die Deformationszone des Fahrzeugs 8 zu verlängern. Gleichzeitig werden die Rückhaltemittel 4 für die Fahrzeuginsassen adaptiv gezündet. Entscheidend ist dabei die relative Masse des Aufprallobjekts 7 und die relative Aufprallgeschwindigkeit in Richtung der Knautschzonenverlängerung (im Fall des senkrechten Aufpralls auf eine Mauer ist dies die Fahrzeuggeschwindigkeit vx).
  • In 3 ist als Flußdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug dargestellt. In Verfahrensschritt 9 erkennen die Precrash-Sensoren 1 und 2, die auch durch weitere Precrash-Sensoren ergänzt werden können, ein Aufprallobjekt. Dabei werden die Precrash-Signale an das Steuergerät 3 übertragen. In Verfahrensschritt 10 überprüft das Steuergerät 3, ob ein Aufprall sehr wahrscheinlich ist oder nicht. Ist das Aufprallobjekt mit einer Entfernung von maximal 1,5m und einer Geschwindigkeit über einem vorgegebenen Schwellwert erkannt worden, dann erkennt das Steuergerät 3 auf eine mögliche Kollision und verfährt in Verfahrensschritt 11 weiter, um die effektive Masse des Aufprallobjekts 7 zu bestimmen. Dazu wird die Knautschzonenverlängerung ausgefahren.
  • In Verfahrensschritt 12 wird anhand der effektiven Masse und der Relativgeschwindigkeit entschieden, ob ein kritischer Aufprall mit Notwendigkeit zur Auslösung von Rückhaltemitteln stattfindet. Wird auf keinen kritischen Aufprall erkannt, dann wird zu Verfahrensschritt 9 zurückgesprungen und die Knautschzonenverlängerung wieder eingefahren. Anderenfalls werden in Schritt 13 die Rückhaltemittel 4 entsprechend der effektiven Masse und der Relativgeschwindigkeit bzw. der Aufprallenergie gezündet. Dabei können auch Außenairbags gezündet werden, um Fußgänger zu schützen.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug (8), wobei mit Precrash-Sensoren (1, 2) ein Aufprall mit einem Aufprallobjekt (7) frühzeitig erkannt wird, wobei in Abhängigkeit von Precrash-Signalen eine Knautschzonenverlängerung (6) in Aufprallrichtung ausgefahren wird, wobei die Knautschzonenverlängerung (6) eine vorgegebene Rückhaltekraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Precrash-Sensorsignale und der Rückhaltekraft eine effektive Masse des Aufprallobjekts (7) zur adaptiven Zündung von Rückhaltemitteln (4) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frontalaufprall und/oder ein Seitenaufprall erkannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltekraft der Knautschzonenverlängerung (6) so gewählt wird, dass sie der Rückhaltekraft der Knautschzone entspricht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbeschleunigung zwischen dem Kraftfahrzeug (8) und dem Aufprallobjekt (7) aus den Precrash-Signalen bestimmt wird, wobei aus der Relativbeschleunigung und der Rückhaltekraft die effektive Masse bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Masse mit vorgegebenen Schwellwerten zur Klassifizierung des Aufprallobjekts (7) verglichen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Klassifizierung des Aufprallobjekts (7) die Rückhaltemittel (4) eingesetzt werden.
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