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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
von Fahrzeuginsassen-Schutzsystemen, insbesondere zur Steuerung von
Airbags und Gurtstraffern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen
dienen vorwiegend zur Optimierung der Rückhaltekraft verschiedener
Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme
sowie der zeitlichen Optimierung der Auslösung dieser Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme.
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Stand der
Technik
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Verletzungen
von Fahrzeuginsassen bei Unfällen
resultieren in der Regel daher, dass die freie Masse der Fahrzeuginsassen
weitgehend frei beweglich relativ zum Schwerpunkt des Fahrzeuges
ist. Wird bei einem Unfall, insbesondere bei einem Aufprall auf
ein Hindernis, das Fahrzeug abrupt abgebremst, so prallt, sofern
keine Rückhaltesysteme
eingesetzt werden, der sich noch weitgehend mit der ursprünglichen
Geschwindigkeit des Fahrzeuges bewegende Körper eines Fahrzeuginsassen
auf eine Innenfläche
des Fahrzeugs, beispielsweise das Armaturenbrett oder das Lenkrad,
auf.
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Moderne
Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme
haben die Aufgabe, mittels geeigneter Sensoren derartige Unfälle zu erkennen
und die Bewegung der Fahrzeuginsassen möglichst sanft, d. h. unter
Minimierung der auftretenden Kräfte
auf den menschlichen Körper,
abzubremsen. Neben den "traditionellen" Sicherheitsgurten,
welche zur Minimierung der wirkenden Spitzenkräfte bei einem Unfall zumeist
mit Gurtstraffern ausgestattet sind, sind Airbags in ihren verschiedenen
Ausgestaltungen (beispielsweise Frontairbags, Seitenairbags oder
Kopfairbags) heute die wichtigsten Rückhaltesysteme. Airbags bestehen i.
d. R. aus dünnem
Nylongewebe und werden im Falle eines entsprechenden Aufpralls mittels
eines Gasgenerators innerhalb einer Zeit von ca. 10 bis 40 ms (verglichen
mit einer typischen Aufpralldauer von ca. 150 ms) zu einem Luftkissen
aufgeblasen, welches den Aufprall des Körpers eines Fahrzeuginsassen dämpfen soll.
Je nach Airbagtyp entweicht während oder
nach dem Aufprall des Fahrzeuginsassen auf den Airbag die Gasfüllung über sogenannte "Vent Holes" (Lüftungslöcher) oder
auch (in moderneren Airbags) über
Ventile.
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Bislang
werden als Gasgeneratoren für
Airbags sogenannte Zündpillen
verwendet, welche nach einem ähnlichen
Prinzip wie Feststoffraketen funktionieren und mittels einer chemischen
Reaktion (beispielsweise der Reaktion von Natriumazid mit Kaliumnitrat)
Gas (z. B. Stickstoff) freisetzen.
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Modernere
Gasgeneratoren und Airbags sind so ausgestaltet, dass mehrere "Zündstufen" gezündet
werden können.
So kann beispielsweise bei einem Aufprall mit relativ niedriger
Geschwindigkeit lediglich die erste Stufe eines Airbags gezündet werden,
wobei der Airbag zu einem kleinen, festen Luftkissen aufgeblasen
wird. Bei einem schwereren Unfall wird (zusätzlich) die zweite Stufe mit
einem größeren Airbagvolumen
gezündet.
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Diese "stufenweise" Zündung des
Airbags wird jedoch in der nahen Zukunft ersetzt durch eine stufenlose
Anpassung der Airbagfüllung
an die Aufprallgeschwindigkeit. Zu diesem Zweck werden derzeit analoge,
stufenlos regelbare Gasgeneratoren entwickelt.
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Die
bei einem Unfall auf einen Insassen einwirkenden Kräfte bzw.
die Beschleunigung der freien Masse des Insassen können nur
schwer direkt gemessen werden. Daher sind modernere Kraftfahrzeuge
mit einer Reihe von Sensoren, insbesondere Bewegungs- und Beschleunigungssensoren,
ausgestattet. So ist beispielsweise in das zentrale Airbagsteuergerät (Electronic
Control Unit, ECU) ein Beschleunigungssensor integriert. Oft sind
weitere Sensoren integriert im Frontbereich oder in den Seitenteilen
des Fahrzeugs für
die Messung der Beschleunigung in Fahrtrichtung oder auch quer zur
Fahrtrichtung.
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Die
verschiedenen Rückhaltesysteme
werden i. d. R. mittels geeigneter Computersysteme, zumeist so genannter
eingebetteter Systeme (Echtzeitsysteme), welche meist einen Mikrocomputer
enthalten, gesteuert. Diese Steuerungen (welche im folgenden vereinfacht
als Airbag-Steuerung bezeichnet werden) verarbeiten die Signale
der verschiedenen Sensoren und entscheiden danach mittels verschiedener
bekannter Algorithmen (im einfachsten Fall durch Vergleich der Sensorsignale
mit vorgegebenen Grenzwerten), ob bestimmte Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme ausgelöst werden
sollen oder nicht. Weiterhin kann der optimale Zeitpunkt der Auslösung berechnet
werden sowie, im Falle von stufenweise funktionierenden Rückhaltesystemen,
welche Stufe jeweils ausgelöst
werden soll.
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An
diese Airbag-Steuerungen werden extreme Anforderungen bezüglich der
Geschwindigkeit der Rechenoperationen gestellt. So müssen typischerweise
innerhalb von weniger als 30 Mikrosekunden nach Beginn eines Aufpralls
die entsprechenden Entscheidungen getroffen worden sein. Die in
typischen Echtzeitsystemen für
Airbag-Steuerungen zur Verfügung
stehenden Hardwareressourcen sind jedoch vergleichsweise gering:
Typischerweise werden beispielsweise 32 bit-Prozessoren mit einer Taktfrequenz
von 32 MHz und einem Arbeitsspeicher von 4–6 kByte eingesetzt. Aufgrund
der enormen Echtzeitanforderungen kommt daher einer Optimierung
der entsprechenden Algorithmen bei der Airbag-Steuerung eine besondere
Bedeutung zu.
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In
der
EP 0 675 819 B2 wird
ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuginsassen-Schutzsystems
beschrieben, welches bei einem genügend starken Unfall das Schutzsystem
auslöst.
Eine Steuereinheit enthält
mehrere Sensoren sowie eine Recheneinheit, welche während eines
Unfalles anhand der Sensorsignale einen oder mehrere, den Unfallverlauf
charakterisierende ISTwerte berechnet. Durch Vergleich der ISTwerte
mit zugeordneten Auslöseschwellwerten
wird entschieden, welche Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme wie angesteuert werden.
Dabei sind die Auslöseschwellwerte
selbst vom Momentanwert der ISTwerte abhängig und werden ständig neu
berechnet. Als charakteristische ISTwerte werden verschiedene Kenngrößen verwendet,
wie beispielsweise ein aktueller Verzögerungsmittelwert oder ein
partieller Geschwindigkeitsverlust.
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In
der
DE 199 09 538
A1 wird ein Verfahren zur Steuerung der Auslösung eines
Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystems beschrieben sowie ein hieran angepasstes
Insassenschutzsystem. Bei dem Verfahren wird bei einem Unfall die
Unfallart bestimmt, also z. B. ob es sich um einen Frontalaufprall
auf eine starre Wand, ein Aufprall auf ein starres Hindernis mit Teilüberdeckung,
um einen Aufprall in einem spitzen Winkel oder einen Aufprall auf
ein deformierbares Hindernis mit Teilüberdeckung ("Offset Deformable Barrier", ODB) handelt. Sofern
aus den Signalverläufen
der Sensorsignale nicht eindeutig auf eine bestimmte Unfallart geschlossen
werden kann, wird ein Wahrscheinlichkeitswert gebildet, der die
Wahrscheinlichkeit widerspiegelt, mit der ein Unfall zu einem bestimmten
Unfalltyp gehört.
Der Auslösealgorithmus
für die
Auslösung
des Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystems wird entsprechend dem erkannten
Unfalltyp angepasst.
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Die
DE 100 59 426 A1 schlägt ein Verfahren zur
Auslösung
von Rückhaltemitteln
in einem Kraftfahrzeug vor, bei welchem unabhängig voneinander die Ermittlung
einer Unfallschwere und eine Insassenklassifikation durchgeführt wird.
Durch eine Verknüpfung
der Unfallschwere mit der Insassenklassifizierung werden die für den Fahrzeuginsassen
notwendigen Rückhaltemittel
ausgelöst.
Die Unfallschwere wird nach den Auslöseereignissen Frontaufprall,
Seitenaufprall, Heckaufprall oder Fahrzeugüberschlag eingeteilt.
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Die
in der
DE 101 07 272
A1 beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung
von Fahrzeuginsassenrückhaltesystemen,
bei dem mittels einer Auswerteeinheit aus den von Sensoren erfassten
Daten der Abstand und die Relativgeschwindigkeit eines Hindernisses
in Bezug auf das eigene Fahrzeug ermittelt wird und bei Unterschreitung
eines Grenzwertes, bei dem ein Aufprall des Fahrzeuges auf das Hindernis
als unvermeidlich erkannt wird, die Fahrzeuginsassenrückhaltesysteme
aktiviert werden. Dabei können
die Fahrzeuginsassenrückhaltesysteme
in Abhängigkeit
von einem vorausermittelten Unfallschweregrad mit unterschiedlichen Größen derart
aktiviert werden, dass die auf die Fahrzeuginsassen einwirkenden
Rückhaltekräfte entsprechend
dem ermittelten Unfallschweregrad eingestellt werden.
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In
der
DE 198 16 989
A1 wird ein Verfahren zur Auslösung eines zweistufigen Airbag-Gasgenerators
in einem Kraftfahrzeug beschrieben, bei welchem ein Beschleunigungssignal
gemessen, aufbereitet und hinsichtlich der Unfallschwere gemäß eines
ersten Bewertungsverfahrens bewertet wird. Dabei wird in Abhängigkeit
von der ermittelten Unfallschwere eine Auslöseentscheidung für die Auslösung einer
ersten Stufe des Gasgenerators getroffen. In Abhängigkeit von der ermittelten
Unfallschwere kann durch ein zweites Bewertungsverfahren entschieden
werden, dass auf der Grundlage vorgegebener Auslösebedingungen eine Auslöseentscheidung
zur Zündung
der zweiten Stufe des Gasgenerators getroffen wird.
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Die
in der
DE 102 12 963 beschriebene
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ansteuerung
von insbesondere reversibel ansteuerbaren Rückhaltemitteln für Personen
in einem Sitz in einem Fahrzeug bei der Erfassung einer Situation, bei
der mit einer Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt zu
rechnen ist. Um bei einfachem Aufbau eine sichere, d. h. rechtzeitige
und weitgehend fehlerfreie, Ansteuerung sowohl der reversibel als
auch der irreversibel ansteuerbaren Rückhaltemittel zu ermöglichen,
wird der Abstand des Fahrzeuges von dem Objekt kontinuierlich erfasst.
Der erfasste Abstand und die statistisch ermittelten und hinsichtlich
der jeweiligen Unfallschwere klassifizierten entsprechenden Unfalldaten
werden miteinander verglichen, sodass abhängig von dem Vergleichsergebnis
auf die Unfallschwere einer möglichen
bevorstehenden Kollision zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt geschlossen
wird.
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Die
in der
DE 101 23 921
C1 beschriebene Erfindung betrifft ein Insassenrückhaltesystem
in einem Kraftfahrzeug, mit einem Sicherheitsgurt und einer Gurtkraftbegrenzungsvorrichtung,
bei welcher das Rückhaltekraftniveau
durch ein Steuersignal veränderbar
ist. Die Gurtkraftbegrenzungsvorrichtung wird durch ein Steuersignal
dann von einem niedrigeren Rückhaltekraftniveau
auf ein höheres
Rückhaltekraftniveau
geschaltet, wenn von einer Gefährdungsermittlungsstufe
ermittelt wird, dass eine Gefährdung des
Insassen in Gestalt eines möglichen
Aufpralls des Insassen auf ein vor ihm befindliches Fahrzeuginnenraumbauteil
vorliegt.
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Die
bekannten und die beschriebenen Verfahren und Algorithmen zur Steuerung
von Insassenschutzsystemen weisen verschiedene Nachteile auf.
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Viele
dieser Verfahren basieren auf einer Art Mustererkennung, wobei für den Unfall
charakteristische Kenngrößen in ihrem
Verlauf analysiert werden und dann aufgrund ihrer "Ähnlichkeit" mit vorgegebenen Verläufen die
entsprechenden Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme gesteuert werden.
Derartige Algo rithmen erfordern enormen Speicher- und Zeitaufwand
und sind in typischen Echtzeitsystemen daher häufig nicht praktikabel.
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Weiterhin
müssen
bei den bekannten Verfahren die Auslösealgorithmen jeweils stark
an das jeweilige Kraftfahrzeug und an die darin vorhandenen Sensortypen
angepasst werden. Dies erfordert zahlreiche Neuentwicklungen für neue Kraftfahrzeugtypen.
Vorteilhaft wäre
hingegen ein generischer Algorithmus, an den neue Sensor- und Fahrzeugtypen leicht
und ohne größere Modifikation
von Algorithmen oder Parametern integriert werden können.
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Zudem
generieren die bekannten Algorithmen meist nur digitale Entscheidungen,
also Entscheidungen darüber,
ob (und ggf. wann) bestimmte Schutzsysteme ausgelöst werden
sollen. Für
die Steuerung analoger Schutzsysteme, bei denen die Schutzwirkung
stufenlos eingestellt werden kann, sind derartige Algorithmen nicht
geeignet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen anzugeben,
welche leicht den Bedingungen am und im Kraftfahrzeug angepasst
werden sollen. Weiterhin soll auch die Steuerung analoger Schutzsysteme
ermöglicht
werden.
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Lösung
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Diese
Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Es
wird ein Verfahren zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen
in einem Kraftfahrzeug bei einem Unfall vorgeschlagen. Weiterhin
wird eine Anordnung vorgeschlagen, mit welcher das vorgeschlagene
Verfahren in einer seiner beschriebenen Varianten umgesetzt werden
kann.
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Bei
dem vorgeschlagenen Verfahren erfassen ein oder mehrere Sensoren
eine oder mehrere vorgegebene physikalische Messgrößen, insbesondere
eine Beschleunigung parallel und/oder quer zu einer Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs und/oder ein Drucksignal und/oder Körperschall
und/oder eine Deformation des Kraftfahrzeugs als Funktion einer
ersten Fortschrittsvariablen. Aus diesen physikalischen Messgrößen wird
ein gemeinsamer Unfallschwerefaktor berechnet, welcher die bei dem
Unfall auftretende Verletzungsschwere eines Kraftfahrzeuginsassen
charakterisiert. Entsprechend dem Wert des gemeinsamen Unfallschwerefaktors
werden die Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme
gesteuert.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Verfahren zusätzlich folgende
Schritte auf, wobei die Schritte nicht notwendig in der angegebenen
Reihenfolge durchgeführt
werden müssen
und wobei auch zusätzliche
Verfahrensschritte, die hier nicht genannt sind, durchgeführt werden
können.
Die Durchführung
der angegebenen Verfahrensschritte kann zeitlich auch überlappen.
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Zunächst werden
aus der bzw. den physikalischen Messgrößen ein oder mehrere charakteristische
Kriterien abgeleitet. Diese charakteristischen Kriterien werden
als Funktion einer zweiten Fortschrittsvariablen mit einem oder
mehreren Schwellwerten als Funktion derselben zweiten Fortschrittsvariablen
verglichen. Die Differenz dieser beiden Funktionen wird über ein
vorgegebenes Intervall der zweiten Fortschrittsvariablen integriert,
wobei die Ergebnisse dieser Integration unfalltypische Haupt- und Nebenterme
bilden.
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Mittels
einer oder mehrerer logischen Verknüpfungen von Nebentermen werden
eine oder mehrere unfallcharakteristische Bedingungen abgeleitet.
Abhängig
von den unfallcharakteristischen Bedingungen wird dann aus einem
oder mehreren bekannten Zusammenhängen zwischen dem bzw. den Haupttermen
und einer Verletzungsschwere für
jeden Hauptterm ein Unfallschwerefaktor abgeleitet.
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Aus
den ermittelten Unfallschwerefaktoren wird abhängig von den unfallcharakteristischen
Bedingungen der gemeinsame Unfallschwerefaktor als Funktion einer
dritten Fortschrittsvariablen ermittelt.
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Bei
den charakteristischen Kriterien kann es sich um eine Reihe verschiedener
Kriterien handeln, welche teilweise eine anschauliche physikalische
Bedeutung haben. Beispiele für
derartige charakteristische Kriterien sind in der
EP 0 675 819 B2 beschrieben.
So kann beispielsweise aus einer über einen gewissen Zeitverlauf
hinweg gemessenen Beschleunigung durch Mittelung über eine
vorgegebene Anzahl von Messwerten eine "aktuelle Verzögerungsmittelwert"-Funktion bestimmt
werden. Auch eine seit dem Startzeitpunkt des Unfalls (welcher beispielsweise durch
einen plötzlichen
Anstieg einer gemessenen Verzögerung
charakterisiert bzw. detektiert werden kann) eingetretene "aktuelle Geschwindigkeitsverlust"-Funktion kann durch
Integration des gemessenen Beschleunigungssignals bestimmt werden.
Weiterhin kann auch über
kürzere
Zeiten integriert werden. Außerdem
kann eine sogenannte "Acceleration Rise"-Funktion ermittelt
werden, welche die zeitliche Änderung
der Beschleunigung charakterisiert, sowie eine "Signaldynamik"-Funktion, welche beispielsweise Oszillationen
der Beschleunigung innerhalb eines bestimmten Spektralbereichs charakterisiert.
Hierbei kann, wo der Terminus "Zeit" verwendet wird,
analog auch eine weitere Fortschrittsvariable verwendet werden.
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Bei
der bzw. den Fortschrittsvariablen handelt es sich i. d. R. um eine
Zeitvariable, beispielsweise um die interne Zeit ("Clock") eines Mikrocomputers
eines Airbag-Steuerungsgeräts.
Auch andere periodische Signale, beispielsweise Signale, welche aus
einem Signal der Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs abgeleitet sind,
lassen sich einsetzen. Es kann sich jedoch auch um andere Arten
von Fortschrittsvariablen handeln, welche charakteristisch sind
für das
Stadium des Unfalls, in welchem sich das Kraftfahrzeug befindet.
So kann beispielsweise auch eine gemessene Deformation des Kraftfahrzeuges
oder von Teilen des selben als Fortschrittsvariable eingesetzt werden.
Bei der erwähnten
ersten, zweiten und dritten Fortschrittsvariablen muss es sich nicht
notwendigerweise um verschiedene Fortschrittsvariablen handeln,
es kann beispielsweise auch in jedem Fall eine Zeit als Fortschrittsvariable
eingesetzt werden.
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Vor
Ableitung der charakteristischen Kriterien ist es vorteilhaft, die
erfassten physikalischen Messgrößen einer
Signalverarbeitung zu unterziehen. Insbesondere bietet sich dabei
eine Frequenzfilterung an sowie eine Mittelwertbildung über jeweils mehrere
Messwerte. So kann beispielsweise eine physikalische Messgröße mit einer
Abtastrate von 4 kHz erfasst und anschließend durch Frequenzfilterung
in ein Signal mit einer Abtastrate von 1 kHz umgewandelt werden.
Auch die Kombination mehrerer verschiedener Signalverarbeitungsschritte
ist denkbar. Insbesondere bietet sich auch an, bei der Signalverarbeitung
die Kenntnisse über
strukturmechanische Größen des
Kraftfahrzeugs einfließen
zu lassen, beispielsweise bekannte Eigenfrequenzen oder die Steifheit
und Verformbarkeit des Kraftfahrzeugs in verschiedenen Raumrichtungen.
So lassen sich beispielsweise Artefakte infolge von Eigenschwingungen
des Kraftfahrzeugs eliminieren oder verringern, indem z. B. die
charakteristischen Eigenfrequenzen des Kraftfahrzeugs durch Frequenzfilterung in
den erfassten physikalischen Messgrößen unterdrückt werden. Erst nach dieser "Bereinigung" der physikalischen
Messgrößen werden
aus dem bzw. den bereinigten Signalen das bzw. die charakteristischen
Kriterien abgeleitet.
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Bei
der Integration der Differenz der charakteristischen Kriterien und
der jeweiligen Schwellwertfunktionen über ein vorgegebenes Intervall
der zweiten Fortschrittsvariablen kann sinngemäß auch eine Integration über den
Betrag dieser Differenz durchgeführt
werden oder eine bedingte Integration, bei der beispielsweise nur
integriert wird, wenn die Schwellwertfunktion oberhalb oder unterhalb
des charakteristischen Kriteriums verläuft. Das jeweilige Intervall der
zweiten Fortschrittsvariablen, über
welches integriert werden soll, muss nicht fest vorgegeben sein, sondern
kann auch der Unfallsituation angepasst werden oder auch von anderen
Kriterien abhängen. So
kann beispielsweise ein charakteristisches Kriterium auch nur bis
zu einem bestimmten Wert der zweiten Fortschrittsvariablen berechnet
werden, und die Integration erfolgt lediglich bis zu diesem Wert.
Weiterhin kann dieses Intervall auch beispielsweise genau eine Einheit
betragen, was im Ergebnis zur Differenzbildung der charakteristischen
Kriterien und der jeweiligen Schwellwertfunktionen für einen
bestimmten Wert der zweiten Fortschrittsvariablen führt.
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Ein
wesentlicher Vorteil des Vergleichs zwischen den charakteristischen
Kriterien und den Schwellwertfunktionen in Form einer Integration
der Differenz dieser Funktionen liegt darin, dass diese Art des
Vergleichs wenig anfällig
ist gegenüber
statistischen Schwankungen (Rauschen) der charakteristischen Kriterien
sowie gegenüber
Verschiebungen der zweiten Fortschrittsvariablen.
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Die
Klassifizierung der durch diese Integration ermittelten Terme in
Haupt- und Nebenterme muss nicht notwendigerweise eindeutig sein.
So kann ein bestimmter Term für
eine logische Verknüpfung
und die Prüfung
auf Vorliegen einer ersten unfallcharakteristischen Bedingung Nebenterm
sein, für eine
andere logische Verknüpfung
und die Prüfung auf
Vorliegen einer zweiten unfallcharakteristischen Bedingung (UB)
jedoch Hauptterm.
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So
könnte
eine einfache logische Verknüpfung
beispielsweise lauten:
"Wenn
Term1 + 2·Term2 < Term3, dann UB1
= TRUE,
Sonst: UB1 = FALSE"
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Nur
wenn die unfallcharakteristische Bedingung UB1 den Wert "TRUE" annimmt, wird dann
aus dem bzw. den bekannten Zusammenhängen zwischen dem der unfallcharakteristischen
Bedingung UB1 zugeordneten Hauptterm und einer Verletzungsschwere
ein Unfallschwerefaktor abgeleitet. Aus diesen Unfallschwerefaktoren
kann dann beispielsweise durch Bildung eines gewichteten Mittelwertes
ein gemeinsamer Unfallschwerefaktor abgeleitet werden. Die Wichtungsfaktoren
für diese
Mittelwertbildung können
beispielsweise wiederum aus bestimmten unfallcharakteristischen
Bedingungen ermittelt werden.
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Es
bietet sich alternativ auch an, als unfallcharakteristische Bedingungen
keine einfachen "TRUE-FALSE-Bedingungen" einzusetzen, sondern "weiche" Bedingungen wie
z. B. Fuzzy Logic und/oder der Einsatz von neuronalen Netzen. Je nachdem,
wie "gut" bestimmte Bedingungen
erfüllt sind
(z. B. "Bedingung
UB1 ist zu 90% erfüllt"), wird den zugeordneten
Haupttermen eine bestimmte Signifikanz zugewiesenen. Da nun nicht
mehr "hart" zwischen "TRUE" und "FALSE" hin- und hergeschaltet wird,
lässt sich
auf diese Weise insbesondere auch ein stetiger Verlauf des gemeinsamen
Unfallschwerefaktors als Funktion einer dritten Fortschrittsvariablen
sicherstellen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn als gemeinsamer Unfallschwerefaktor der
sogenannte Injury Severity Index (IrSiX) verwendet wird. Dieser
stellt einen gewichteten Mittelwert der Verhältnisse der Belastungen vorgegebener
Körperpartien
("Load Value") zu einer maximalen
Belastung ("Load
Limit") dieser Körperpartien
dar:
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Dabei
wird die Summe über
alle relevanten Körperpartien
gebildet, welche jeweils unterschiedlich gewichtet werden (wi). Die Tatsache, dass die jeweiligen Belastungen
unterschiedliche physikalische Einheiten haben (beispielsweise Kräfte und
Momente, die auf den Hals wirken, Beschleunigung des Kopfes etc.)
wird durch Bezugnahme auf die jeweils zulässigen maximalen Belastungen
ausgeglichen.
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Der
IrSiX ist eine auch bei Crashtests häufig verwendete und experimentell
ermittelbare Größe, so dass
der durch den beschriebenen Algorithmus ermittelte gemeinsame Unfallschwerefaktor
experimentell überprüft werden
kann. Auf diese Weise lässt sich
durch entsprechende Änderung
der Parametrisierung der Algorithmus kalibrieren und den tatsächlichen
Gegebenheiten, also der Verletzungsschwere bei einem Unfall anpassen.
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Entsprechend
dem Wert des gemeinsamen Unfallschwerefaktors können auch Informationen über den
Unfall an eine Notfallzentrale übermittelt werden.
So kann beispielsweise, falls der gemeinsame Unfallschwerefaktor
einen bestimmten Wert überschreitet,
automatisch ein Funksignal an einen Rettungsdienst abgeschickt werden,
welches Informationen beispielsweise über die Unfallschwere, den
Ort des Unfalls (z. B. ermittelt über ein GPS-Signal) und die
Anzahl der betroffenen Kraftfahrzeuginsassen abschickt.
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Der
bzw. die Zusammenhänge
zwischen dem bzw. den Haupttermen und der Unfallschwere lassen sich
besonders vorteilhaft aus Simulationsrechnungen, insbesondere FE-
oder Starrkörpersimulationen,
ableiten. Vorteilhafterweise werden diese Zusammenhänge in einer
Matrix oder einer "Lookup-Table" hinterlegt. Dabei
können
die Zusammenhänge
diskretisiert, d. h. in Wertebereich-Intervalle eingeteilt werden.
Diese Hinterlegung hat den Vorteil, dass keine erneuten Rechenoperationen durchge führt werden
müssen,
was wiederum die knappen Ressourcen in Echtzeitsystemen schont und
den Algorithmus erheblich beschleunigt.
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Der
gemeinsame Unfallschwerefaktor wird zur Steuerung der vorhandenen
Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme genutzt. Von besonderem Vorteil ist
dabei, dass es sich bei dem gemeinsamen Unfallschwerefaktor um eine "analoge" Größe, also
eine Funktion einer dritten Fortschrittsvariablen mit zumindest
teilweise kontinuierlichem Wertebereich handelt. Dies erlaubt verschiedene
Varianten der Steuerung der Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme.
So können
beispielsweise durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellwertfunktionen
(welche nicht notwendig konstant sein müssen, sondern auch mit dem Wert
der dritten Fortschrittsvariablen variieren können) eine oder mehrere "digitale" Entscheidungen für jedes
Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem
getroffen werden. Beispielsweise kann bei Überschreiten eines ersten Schwellwertes
die erste Stufe eines Airbags gezündet werden, bei Überschreiten
eines zweiten Schwellwertes die zweite Stufe. Alternativ kann jedoch
der gemeinsame Unfallschwerefaktor auch zur analogen Steuerung genutzt
werden. So kann beispielsweise ein Gurtkraftbegrenzer auf die Unfallschwere
eingestellt werden. Oder bei Airbags mit analogem Gasgenerator kann
das Aufblasverhalten analog durch den gemeinsamen Unfallschwerefaktor
gesteuert werden.
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Neben
der Entscheidung, ob ein bestimmtes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem
bei dem jeweiligen Unfall eingesetzt wird, ist auch die Entscheidung über den
jeweiligen optimalen Auslösezeitpunkt von
entscheidender Bedeutung. Wiederum ist dabei der Begriff "Zeitpunkt" nicht notwendigerweise
wörtlich
als "Zeit" zu verstehen, sondern
es kann sich wiederum um eine der oben beschriebenen Fortschrittsvariablen
handeln.
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Zum
Zweck der Bestimmung des optimalen Auslösezeitpunkts kann der beschriebene
Algorithmus erweitert werden durch Verfahrensschritte, bei denen
aus entsprechenden Sensorsignalen (beispielsweise der gemessenen
Beschleunigung bzw. Verzögerung
beim Unfall) die wahrscheinlichste Position eines Fahrzeuginsassen
als Funktion einer Fortschrittsvariablen für eine vorgegebenes Intervall der
Fortschrittsvariablen im Voraus berechnet wird. Dementsprechend
kann dann vorhergesagt werden, zu welchem Zeitpunkt die Position
eines Fahrzeuginsassen einen bestimmten vorgegebenen Schwellwert
oder eine (nicht notwendigerweise konstante) Schwellwertfunktion
erreicht oder überschreitet.
Daraus lässt
sich für
jedes Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
der optimale Zeitpunkt für
die Auslösung
berechnen.
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Der
Zusatzalgorithmus zur Bestimmung der optimalen Auslösezeitpunkte
lässt sich
beispielsweise durch eine oder mehrere logische Verknüpfungen mit
dem oben beschriebenen Algorithmus zur Beantwortung der Frage, ob
die jeweiligen Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme ausgelöst werden
sollen, verknüpfen.
So kann beispielsweise aus dem gemeinsamen Unfallschwerefaktor abgeleitet
worden sein, dass die erste Stufe eines Airbags gezündet werden soll.
Erst wenn der Zusatzalgorithmus zur Bestimmung des optimalen Auslösezeitpunkts
der ersten Stufe des Airbags meldet, dass der optimale Auslösezeitpunkt
erreicht ist, wird diese erste Stufe dann tatsächlich gezündet (einfache logische "UND"-Verknüpfung).
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Neben
dem Zusatzalgorithmus zur Bestimmung der optimalen Auslösezeitpunkte
lassen sich auch noch weitere Zusatzalgorithmen mit dem oben beschriebenen
Algorithmus verknüpfen.
So kann beispielsweise zusätzlich
ein "Safing/Plausibility"-Algorithmus logisch mit dem bzw. den
beschriebenen Algorithmen verknüpft
werden, welcher beispielsweise die physikalischen Messgrößen, insbesondere
die von einem oder mehreren Sensoren gemessene Beschleunigung, einer
Plausibilitätsuntersuchung
unterzieht, durch welche beispielsweise Fehlfunktionen des bzw.
der Sensoren erkannt werden können.
Auch Fehlfunktionen im Computersystem können (beispielsweise durch
eine parallele Vergleichsrechnung) erkannt werden. Wird eine derartige
Fehlfunktion erkannt, so kann beispielsweise durch eine logische Verknüpfung mit
den anderen Algorithmen eine Auslösung bestimmter Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme
verhindert werden.
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Weiterhin
kann das Verfahren auch so modifiziert werden, dass beispielsweise
das Gewicht und/oder die augenblickliche Position eines Fahrzeuginsassen
berücksichtigt
werden. Diese Informationen lassen sich in modernen Kraftfahrzeugen
beispielsweise durch Auswertung von Sensoren im Sitz oder Auswertung
von Innenraumkameras gewinnen. Befindet sich beispielsweise ein
Fahrzeuginsasse zum Zeitpunkt eines Aufpralls dicht vor dem Armaturenbrett,
so kann es Sinn machen, den entsprechenden Airbag gar nicht oder
nur sehr schwach zu zünden.
Auch das Gewicht des Fahrzeuginsassen kann diese Entscheidung beeinflussen.
Entsprechend haben Informationen über die Position und das Gewicht des
Fahrzeuginsassen auch Einfluss auf die Berechnung des optimalen
Auslösezeitpunkts
eines bestimmten Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystems.
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Die
genannten Informationen über
die Position und das Gewicht eines Fahrzeuginsassen können auf
verschiedene Weise in dem beschriebenen Verfahren berücksichtigt
werden. So können
die genannten Informationen beispielsweise in die Ableitung der
unfallcharakteristischen Bedingungen aus den Nebentermen einfließen. Beispielsweise
kann eine bestimmte unfallcharakteristische Bedingung, wenn sich
ein Fahrzeuginsasse zu dicht vor dem Armaturenbrett befindet, automatisch
auf "FALSE" gesetzt werden.
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Weiterhin
können
die genannten Informationen auch in die Zusammenhänge zwischen
den Haupttermen und der Unfallschwere einfließen. So können die genannten Simulationsrechnungen
beispielsweise für
verschiedene Positionen und Insassengewichte durchgeführt werden.
In diesem Fall werden die Zusammenhänge zwischen den Haupttermen
und der Unfallschwere beispielsweise in mehrdimensionalen Matrizen
hinterlegt, wobei eine zusätzliche
Dimension für
das Insassengewicht und eine weitere zusätzliche Position für die Insassenposition
eingeführt
wird.
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Als
dritte Möglichkeit
können
die genannten Informationen auch direkt in die Art der Steuerung der
Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme einfließen, So kann beispielsweise
direkt die Auslösung
eines Airbags verhindert werden, wenn sich ein Insasse zu dicht
vor dem Armaturenbrett befindet.
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Das
beschriebene Verfahren in einer seiner Varianten bietet gegenüber herkömmlichen
Algorithmen zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen
zahlreiche Vorteile. So basiert das Verfahren auf messbaren physikalischen
(mechanischen) Größen und
nicht, wie oben beschrieben, auf einer Mustererkennung. Dies spart
kostbare Rechenzeit und Ressourcen. Zusätzliche Informationen, wie
beispielsweise Insassengewicht oder Insassenposition, lassen sich
leicht in den Algorithmus integrieren. Auch neue Sensorinformationen
lassen sich leicht verarbeiten ohne dass der Algorithmus geändert werden
muss. Dies erleichtert eine Anpassung auf verschiedene Fahrzeugtypen.
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Weiterhin
wird sich, insbesondere in zukünftigen
Fahrzeuginsassen-Schutzsystemen, die analoge Natur des gemeinsamen
Unfallschwerefaktors bei der analogen Steuerung entsprechender Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme
positiv bemerkbar machen. Die analoge Natur verringert bereits jetzt
den Rechenaufwand bei der Entscheidung über die Auslösung verschiedener
Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme erheblich. Alle Entscheidungen basieren
auf ein und demselben gemeinsamen Unfallschwerefaktor, welcher für die einzelnen
Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme lediglich mit verschiedenen Schwellwerten verglichen
werden muss. Die Speicherung neuer Schwellwerte benötigt jedoch
verschwindend geringe Ressourcen eines Mikrocomputers, so dass nun praktisch
eine unbegrenzte Anzahl von Schwellwerten verwendet werden kann.
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Die
Adaption des beschriebenen Algorithmus auf neue Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme macht
also i. d. R. lediglich eine Änderung
der beschriebenen Schwellwerte erforderlich. Ggf. ist zusätzlich auch
der hinterlegte Zusammenhang zwischen den Haupttermen und der Unfallschwere
(also beispielsweise eine einfache Matrix) anzupassen. Auch dies
ist im Vergleich zu der in früheren
Algorithmen erforderlichen komplett neuen Anpassung des Algorithmus
ein verschwindend geringer Aufwand.
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Auch
die Tatsache, dass die optimalen Auslösezeitpunkte für die einzelnen
Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme unabhängig von der Berechnung des
gemeinsamen Unfallschwerefaktors berechnet werden, macht sich positiv
bemerkbar. Wiederum erleichtert dies eine Anpassung auf verschiedene
Fahrzeugtypen sowie die Verarbeitung neuer zusätzliche Informationen, wie
beispielsweise Insassengewicht oder Insassenposition. Auch eine
auf verschiedene Computersysteme verteilte Berechnung ist denkbar.
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Ferner
gehört
zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf
einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren
in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
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Weiterhin
gehört
zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um
das erfindungsgemäße Verfahren
in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf
einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die
Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert
sein.
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Außerdem gehört zum Umfang
der Erfindung ein Datenträger,
auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden
in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes
das erfindungsgemäße Verfahren in
einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.
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Auch
gehört
zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren
Träger
gespeicherten Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren
in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf
einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
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Dabei
wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares
Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen,
so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und
kann insbesondere über
ein Datenübertragungsnetz
verteilt werden.
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Schließlich gehört zum Umfang
der Erfindung ein moduliertes Datensignal, welches von einem Computersystem
oder Computernetzwerk ausführbare
Instruktionen zum Ausführen
eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche enthält.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die
in den Figuren schematisch dargestellt sind. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf die Beispiele beschränkt.
Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei
gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen
einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der Ermittlung charakteristischer Kriterien
aus physikalischen Messgrößen und
die Bildung unfalltypischer Terme;
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2 eine
schematische Darstellung einer Ableitung von Unfallschwerefaktoren
aus den unfalltypischen Termen sowie eine Ermittlung eines gemeinsamen
Unfallschwe refaktors und der Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten;
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3 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zur Berechnung von Zusammenhängen zwischen
unfalltypischen Termen und einer Verletzungsschwere;
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4 eine
schematische Darstellung der logischen Verknüpfung eines Verfahrens zur
Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen, eines Verfahrens
zur Berechnung optimaler Auslösezeitpunkte
und eines Sicherungsalgorithmus.
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In 1 ist
schematisch dargestellt, wie aus physikalischen Messgrößen 110 (welche
hier als "Input
Signals 4 KHz" bezeichnet
sind) in mehreren Schritten unfalltypische Terme 112 (in
diesem Beispiel Term 1 bis Term 8) abgeleitet werden. Die dazu erforderlichen
Verfahrensschritte sind in die Abschnitte Signalverarbeitung 114 (hier "Input Data Filtering"), Kriterienbildung 116 (hier "Calculation of Measures"), Kriterienauswertung 118 (hier: "Evaluation of Measures") und Termbildung 120 (hier: "Terms") unterteilt.
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Im
ersten Verfahrensschritte 114 wird zunächst das bzw. die physikalischen
Messgrößen 110 gefiltert.
Es handelt sich in diesem einfachen Beispiel um das Signal eines
Beschleunigungssensors. Bei der Signalverarbeitung 114 wird
dieses Eingangssignal 110, welches mit einer Abtastrate
von 4 kHz aufgenommen wird, durch Frequenzfilterung (Tiefpass) in
ein aufbereitetes Beschleunigungssignal 122 als Funktion
der Zeit umgewandelt, welches eine Abtastrate von nur noch 1 kHz
aufweist.
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Anschließend werden
in Schritt 116 aus diesem aufbereiteten Beschleunigungssignal
vier unfallcharakteristische Kriterien berechnet, nämlich die Fenstergeschwindigkeit 126 (hier: "Window Velocity"), die differentielle
Geschwindigkeit 128 (hier: "Delta Velocity"), der Beschleunigungsanstieg 130 (hier: "Acceleration Rise") und die Signaldynamik 132 (hier: "Signal Dynamik"). Diese Größen sind
hier jeweils als Funktion der Zeit (als Beispiel einer Fortschrittsvariablen)
schematisch dargestellt.
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Die
Fenstergeschwindigkeit 126 ergibt sich durch Integration
des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122 über eine
vorgegebene Zeitspanne. Die differentielle Geschwindigkeit 128 berechnet sich ähnlich,
jedoch durch Integration über
eine im Vergleich zur Berechnung der Fenstergeschwindigkeit 126 kürzere vorgegebene
Zeitspanne.
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Der
Beschleunigungsanstieg 130 stellt den Betrag der Ableitung
des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122 als Funktion
der Zeit dar. Die Signaldynamik 132 ist das Ergebnis einer
spektralen Zerlegung des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122.
Die Signaldynamik 132 ist proportional zur Oszillationsamplitude
des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122 innerhalb
eines bestimmten, vorgegebenen Spektralbereichs.
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Die
so berechneten charakteristischen Kriterien werden dann in Schritt 118 mit
vorgegebenen Schwellwertfunktionen verglichen. In Graph 134 ist dies
als Beispiel für
die Fenstergeschwindigkeit 126 dargestellt. In diesem Fall
ist die Fenstergeschwindigkeit 126 und die Schwellwertfunktion 136 wieder als
Funktion der Zeit dargestellt. Es könnte jedoch analog (wie oben
beschriebenen) auch eine andere Fortschrittsvariable verwendet werden.
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Die
Schwellwertfunktion 136 ist im vorgegebenen Beispiel nicht
konstant, verläuft
jedoch abschnittsweise linear. Dies erleichtert die Parametrisierung
dieser Schwellwertfunktion erheblich, da nun beispielsweise bei
einer Kalibrierung nur eine Konstante angepasst werden müsste.
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In
diesem Beispiel wird die Differenz zwischen Schwellwertfunktion 136 und
Fenstergeschwindigkeit 126 integriert ab dem Zeitpunkt
t*, in dem die Fenstergeschwindigkeit 126 die Schwellwertfunktion 136 unterschreitet.
Die Integration wird durchgeführt
bis zum Zeitpunkt T, in dem die Schwellwertfunktion 136 abbricht
(d. h. in dem der Definitionsbereich endet). Das Integral dieser
Differenz ist in 1 als schraffierte Fläche 138 symbolisch
dargestellt.
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Dieses
Integral bildet den Term 1 der unfalltypischen Terme 112.
Analog werden weitere unfalltypische Terme gebildet, wobei die Anzahl
der Terme nicht notwendigerweise der Anzahl der charakteristischen
Kriterien (in diesem Beispiel 5) entsprechend muss. So können beispielsweise
mehrere Schwellwertfunktionen mit den charakteristischen Kriterien verglichen
werden.
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In 2 ist
dargestellt, wie aus den in 1 generierten
Termen 112 auf einen gemeinsamen Unfallschwerefaktor 210 geschlossen
wird. Die dafür
erforderlichen Verfahrensschritte werden eingeteilt in einen Verfahrensschritt
der Termauswertung 212 (hier: "Evaluation"), einen Abbildungsschritt 214 (hier: "Mapping Function") und eine Unfallschwereanalyse 216 (hier: "Crash Severity").
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Zunächst werden
die Terme 112 in mehrere Cluster 218 eingeteilt,
welche jeweils einen Hauptterm (im oberen dargestellten Cluster
der Term 4, im unteren Cluster der Term 5) und mehrere Nebenterme
enthalten. Einzelne Terme können
dabei in mehreren Clustern gleichzeitig auftreten. Es kann auch ein
Term in einem Cluster gleichzeitig als Haupt- und als Nebenterm
auftreten.
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Jedem
Cluster ist ein logischer Bedingungsblock 220, 222 ("Conditions") zugeordnet, in
welchem die Nebenterme ausgewertet und logisch verknüpft werden.
Diese Auswertung und Verknüpfung ist
Bestandteil des Auswertungsschritts 212. In Abhängigkeit
von dem Ergebnis dieses Auswertungsschritts 212 wird entschieden,
ob der jeweilige Hauptterm eines Clusters einem Abbildungsschritt 214 unterworfen
wird oder nicht. In diesem einfachen Beispiel ist dies durch einen "Schalter" 224, 226 symbolisiert.
Ein Schalter stellt ein Beispiel für eine digitale Logik dar,
das heißt
in Abhängigkeit
von der Erfüllung bestimmter
Bedingungen in den Bedingungsblöcken 220, 222 wird
der jeweils zugehörige "Schalter" 224, 226 entweder
geöffnet
oder geschlossen. Dementsprechend wird dann für den jeweiligen Hauptterm der
Abbildungsschritt 214 nicht durchgeführt oder durchgeführt.
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Alternativ
könnte,
wie oben dargestellt, auch eine Fuzzy-Logik verwendet werden, bei welcher
die Erfüllung
bestimmter Bedingungen der Bedingungsblöcke 220, 222 nicht
digital beurteilt wird, sondern entsprechend einer Abweichung von
der Erfüllung dieser
Bedingungen den jeweiligen Haupttermen Relevanzfaktoren zugeordnet
werden. Dabei könnte beispielsweise
ein Relevanzfaktor von "1" (100%) einer vollständigen Erfüllung der
jeweiligen Bedingung entsprechen, ein Relevanzfaktor von "0" (0%) einer absoluten Nichterfüllung dieser
Bedingung. Wie oben beschrieben ist diese "weiche Logik" zu bevorzugen, da auf diese Weise vergleichsweise
einfach ein stetiger Verlauf des später zu ermittelnden gemeinsamen Unfallschwerefaktors
sichergestellt werden kann.
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Entsprechend
der Erfüllung
der Bedingungen 220, 222 im Auswertungsschritt 212 wird
dann in Abbildungsschritt 214 für jeden Hauptterm ein Unfallschwerefaktor
abgeleitet. Dabei wird jeweils ein bekannter Zusammenhang zwischen
dem jeweiligen Hauptterm und der Unfallschwere ausgenutzt. Diese Zusammenhänge sind
in den Grafen 228, 230 symbolisch dargestellt.
Jedem Wert eines Hauptterms wird ein bestimmter Wert eines Unfallschwerefaktors zugeordnet.
Auf diese Weise wird aus jedem Hauptterm ein separater Unfallschwerefaktor
hergeleitet.
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Diese
separat ermittelten Unfallschwerefaktoren werden anschließend zu
einem gemeinsamen Unfallschwerefaktor kombiniert (in 2 symbolisch dargestellt
durch die Zusammenfügungspfeile 232). Dabei
werden in einer bevorzugten Ausfüh rungsform die
oben erwähnten
Relevanzfaktoren mit eingerechnet. So könnte sich beispielsweise ergeben,
dass der über
den oberen der beiden dargestellten Termcluster 218 aus
dem Zusammenhang 228 ermittelte Unfallschwerefaktor eine
Relevanz von 90% hat, der aus dem unteren dargestellten Termcluster 218 aus dem
Zusammenhang 230 ermittelte Unfallschwerefaktoren hingegen
lediglich eine Relevanz von 20%. Dementsprechend kann nun durch
eine gewichtete Mittelwertbildung oder durch eine Maximalwertbildung
aus diesen Unfallschwerefaktoren der gemeinsame Unfallschwerefaktor 210 berechnet
werden.
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Der
so ermittelte gemeinsame Unfallschwerefaktor 210 ist im
Grafen 234 als Funktion der Zeit (es könnte wiederum auch eine andere
Fortschrittsvariable verwendet werden) dargestellt und als "Crash Severity" bezeichnet. Anhand
dieses gemeinsamen Unfallschwerefaktors 210 wird nun in Schritt 216 die
eigentliche Unfallschwereanalyse 216 durchgeführt und
dementsprechend eine Entscheidung über die Steuerung der Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme
getroffen.
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Diese
Entscheidung erfolgt in dem in 2 dargestellten
einfachen Beispiel anhand von drei konstanten Schwellwerten 236, 238, 240.
Dabei entspricht der Schwellwert 236 einer Auslösung eines Gurtstraffers
("Belt Pretensioner"). Sobald der gemeinsame
Unfallschwerefaktor 210 diesen Schwellwert 236 überschreitet,
wird die Entscheidung getroffen, dass bei diesem Unfall die Gurtstraffung
ausgelöst
werden soll. Analog wird bei einem Überschreiten der Schwellwerte 238 und 240 die
erste bzw. zweite Stufe (Stage 1, Stage 2) eines Airbags gezündet.
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In 3 ist
symbolisch dargestellt, wie die in 2 dargestellten
Zusammenhänge 228, 230 zwischen
den Haupttermen und der Unfallschwere ermittelt werden. Dabei werden
zunächst
Bedingungen für
einen bestimmten Unfall angenommen. Üblicherweise werden dabei standardisierte
Bedingungen gewählt,
wel che sich bei Crashtests international durchgesetzt haben. So
sind typische Unfallbedingungen:
- – ein Aufprall
auf eine starre Wand in einem Winkel (Fahrtrichtung relativ zur
Senkrechten zur Wand) von 0°,
- – einen
versetzter Aufprall auf einen bewegliches Hindernis mit Teilüberdeckung
("Offset Deformable
Barrier", ODB – entspricht
einem versetzen Frontalzusammenstoß),
- – Aufprall
auf einen starren Pfosten (Pole) und
- – Aufprall
auf eine starre Wand in einem Winkel von 30°.
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Diese
Unfallbedingungen, gemeinsam mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
vor dem Aufprall, bilden die in Schritt 310 festzulegenden
Unfallbedingungen ("Crash
Configuration").
Aus diesen Unfallbedingungen wird der Impulsübertrag 312 (Crashpulse)
auf das Kraftfahrzeug berechnet.
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Aus
diesen Eingangsgrößen wird
dann in Schritt 314 das Verhalten des Kraftfahrzeugs mitsamt einem
oder mehreren Insassen simuliert. Für diese Simulationsrechnungen
können
in der Kraftfahrzeugentwicklung standardmäßig eingesetzte kommerzielle
Simulationsprogramme 316 verwendet werden. Dabei handelt
es sich üblicherweise
um Starrkörpersimulationsprogramme
oder Finite-Elemente-Simulationsprogramme, wie beispielsweise die
Simulationssoftware "Madymo". Diese Simulationsprogramme berechnen
das Verhalten eines Kraftfahrzeuginsassen ("Dummy"), unter Einwirkung eines Airbags, der Sicherheitsgurte
("Belt"), des Sitzes ("Seat"), des Armaturenbretts
("Dashboard") und der Autoinnenverkleidung
("Car Interior") beim Aufprall.
Dabei werden verschiedene Randbedingungen, wie beispielsweise Materialdaten
("Material Data") berücksichtigt.
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Aus
diesem Simulationsmodell kann dann in Schritt 316 die Belastung
eines Kraftfahrzeuginsassen bei diesem speziellen Unfall abgeleitet
werden. Dabei werden, wie oben beschrieben, die verschiedenen Körperpartien
separat betrachtet und die jeweiligen Belastungen 318 dieser
Körperpartien
berechnet. So werden beispielsweise die Beschleunigung des Kopfes
("Head Acceleration"), sonstige Kopfbelastungen
("Head Injury Criteria", HIC), die Beschleunigung
des Brustkorbes ("Chest
Acceleration"),
die Verformung des Brustkorbes ("Chest
Deflection"), die
Beckenbeschleunigung ("Pelvis
Acceleration"),
die Oberschenkelbelastung ("Femur
Loads") und weitere,
zumeist international bei Crashtests standardmäßig verwendete Belastungen
von Körperpartien
berechnet. Diese Belastungen werden jeweils mit Wichtungsfaktoren 320 ("Weighting Factors") versehen und aufsummiert,
so dass als gewichteter Mittelwert der "Injury Severity Index" IrSiX 322 (siehe oben)
entsteht. Alternativ könnten
statt des Injury Severity Index auch andere, die Unfallschwere charakterisierende
Größen verwendet
werden.
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Auf
diese Weise wird nun für
eine hohe Zahl von verschiedenen Unfällen (verschiedene Unfalltypen,
verschiedene Geschwindigkeiten – siehe
oben) der Unfallschwerefaktor IrSiX 322 berechnet und jeweils
elektronisch in einer Tabelle (Lookup-Table) gespeichert. Die Terme 112 in 1 werden
so gewählt,
dass ein Hauptterm jeweils einem Unfalltyp entspricht, so dass durch
Vergleich des Hauptterms mit den in der Lookup-Table hinterlegten Werten jeweils der
Unfallschwerefaktor abgelesen werden kann.
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In 4 ist
schematisch dargestellt, wie drei Algorithmen kombiniert werden,
um entsprechende Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme zu steuern. Im oberen
Teil 410 wird, wie oben beschrieben, mittels der vorhergesagten
Unfallschwere (Crash Severity Judgement) entschieden, ob bestimmte
Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme ausgelöst werden sollen oder nicht.
In diesem einfachen Beispiel handelt es sich um die erste und die
zweite Stufe eines Airbags (Stage 1, Stage 2) und um einen Gurtstraffer.
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Analog
wird im untersten schematisch abgebildeten Algorithmus 412 entsprechend
dem oben beschriebenen Verfahren aus einer vorhergesagten Kraftfahrzeuginsassen-Bewegung
("Occupant Mo vement", "Predicted Displacement") der optimale Auslösezeitpunkt
für jedes
Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem berechnet.
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Parallel
zu diesen beiden beschriebenen Algorithmen wird in diesem Beispiel
noch ein weiterer Sicherheitsalgorithmus 414 durchgeführt, welcher die
Eingangssignale einer Plausibilitätsbetrachtung ("Safing/Plausibility") unterzieht. Wie
oben beschrieben, können
mittels dieses Algorithmus beispielsweise Fehlfunktionen der Sensorsysteme
oder des Rechnersystems erkannt und somit eine unerwünschtes
Auslösen
von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen verhindert werden.
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Die
Ergebnisse dieser drei Algorithmen 410, 412, 414 werden
schließlich
in Schritt 416 logisch miteinander verknüpft und
daraus zu jedem Zeitpunkt entschieden, ob ein bestimmtes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem
ausgelöst
werden soll oder nicht ("Fire
OR No Fire", 418).
Diese logische Verknüpfung ist
in 4 symbolisch durch ein "&" dargestellt, wobei
es sich jedoch auch häufig
um komplexere logische Verknüpfungen
als ein logisches UND handelt. Im einfachsten und hier dargestellten
Fall ist ein logisches UND jedoch ausreichend.
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Erst
wenn alle drei Algorithmen positive Ergebnisse liefern, wird ein
bestimmtes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem ausgelöst. So erfolgt beispielsweise
die Zündung
der ersten Stufe eines Airbags erst, wenn in Algorithmus 410 entschieden wurde,
dass diese erste Stufe gezündet
werden soll und wenn Algorithmus 412 das Ergebnis liefert,
dass nun der optimale Zeitpunkt der Auslösung dieser ersten Stufe gekommen
ist und wenn Algorithmus 414 eine Freigabe dahingehend
liefert, dass keine Fehlfunktion vorliegt.