DE102004057603A1

DE102004057603A1 - Verfahren für ein Sicherheitssystem in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004057603A1
Application number: DE200410057603
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Baumann (Fh); Michael Dipl.-Ing. Fehring (Fh); Rainer Dipl.-Ing. Justen (Fh); Rodolfo Dr. Ing. Schöneburg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Sicherheitssystem in einem Fahrzeug, bei dem Umfelddaten einer Umfeldsensorik laufend hinsichtlich einer drohenden Kollision mit einem Hindernis ausgewertet werden (1) und, wenn die Auswertung der Umfelddaten auf eine drohende, aber noch nicht zwingend stattfindende Kollision schließen lässt, die Bremsanlage des Fahrzeugs vorgespannt wird (2), indem ein Bremsdruck aufgebaut wird, welcher die Leerwege in der Bremsanlage beseitigt. Damit wird bei Erkennen einer kritischen Verkehrssituation die Bremsanlage z. B. auf eine Notbremsung vorbereitet. Weitere Aspekte betreffen die Unterdrückung einer autonomen Notbremsung bei kritischer Querdynamik.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren für ein Sicherheitssystem in einem Fahrzeug, bei dem Umfelddaten einer Umfeldsensorik laufend hinsichtlich einer drohenden Kollision mit einem Hindernis ausgewertet und bei einer drohenden Kollision präventive Schutzmaßnahmen eingeleitet werden.

Aus der DE 36 37 165 A1 ist ein Verfahren zum Verhindern von Zusammenstößen im Straßenverkehr bekannt, bei dem mittels Sensorsystemen Situations-, Fahrzeug- und Umweltparameter erfasst werden, welche hinsichtlich dem Vorliegen einer Gefahrensituation ausgewertet, einem ermittelten Gefährlichkeitsgrad angepasste Alarmstufen ausgelöst und Gegenmaßnahmen veranlasst werden. Das Sensorsystem umfasst eine Umfeldsensorik auf der Basis von Radarstrahlen, Infrarotlicht oder Kameraoptik mit Bildverarbeitung. Aus der ermittelten relativen Annäherungsgeschwindigkeit zu einem Kollisionsobjekt wird die theoretische Zeitspanne bis zum Aufprall, die momentan erforderliche Bremsverzögerung zur Verhinderung des Aufpralls, die mögliche Bremsverzögerung unter Berücksichtigung der erfassten Fahrzeug- und Umweltparameter und der Beginn und die Bremskraft einer die Kollision verhindernden Bremsung ermittelt. Abhängig von dieser Auswertung wird bei Unterschreitung eines ersten Sicherheitsabstandes eine Warnung an den Fahrer veranlasst (Alarmstufe I). Bei weiterer Unterschreitung des Sicherheitsabstandes ohne ausreichende Reaktion des Fahrers, wird zusätzlich eine selbsttätige Aktivierung des Bremssystems mit zuvor berechneter Bremskraft veranlasst (Alarmstufe II). Bei erheblicher Unterschreitung des Sicherheitsabstandes durch ein plötzlich in dem Umfeld des Fahrzeugs erscheinenden Objektes, z.B. durch ein plötzlich in die eigene Fahrspur einscherendes Fahrzeug, wird eine maximale Aktivierung des Bremssystems (Notbremsung) veranlasst (Alarmstufe III), welche von der Aktivierung zusätzlicher Sicherheitseinrichtungen, wie z.B. Ausfahren von Stoßfängern oder Straffen der Sicherheitsgurte begleitet ist.

Ein weiterer Ansatz zur Ansteuerung von Sicherheitseinrichtungen besteht in der Auswertung von Fahrzustandsdaten. Ein Kraftfahrzeug mit einem derart arbeitenden präventiv wirkenden Schutzsystem ist z. B. in der DE 101 21 386 C1 offenbart. Hierbei werden die Fahrzustandsdaten hinsichtlich eines Zustands Notbremsungsanforderung durch den Fahrer überwacht, und bei angeforderter Notbremsung das Insassenschutzsystem angesteuert. Von einer Datenverarbeitungseinrichtung wird zusätzlich ein Zustand Übersteuern und ein Zustand Untersteuern ermittelt, welche eine kritische Querdynamik anzeigen. Wenn von der Datenverarbeitungseinrichtung der Zustand Notbremsungsanforderung und/oder der Zustand Übersteuern und/oder der Zustand Untersteuern erkannt wird, wird das reversible Insassenschutzsystem angesteuert. Die Sensorik zur Erfassung der hierfür ausgewerteten Fahrzustandsdaten kann einen Lenkwinkelsensor, einen Pedalwegsensor, einen Bremsdrucksensor, einen Raddrehzahlsensor, einen Beschleunigungssensor und einen Gierratensensor umfassen.

Aus der EP 0819 591 A1 ist ein Verfahren zur Durchführung eines automatischen Bremsvorgangs bekannt, bei dem dann, wenn die Rücknahmegeschwindigkeit des Gaspedals einen Schwellen wert überschreitet und ein Umsetzen des Fußes des Fahrers vom Gaspedal auf das Bremspedal festgestellt wird, ein automatischer Bremsvorgang ausgelöst wird, bei dem die Bremsbeläge an den Bremsscheiben anliegen und lediglich die Luftspiele überwunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es die Schutzwirkung eines Sicherheitssystems der eingangs genanten Art zu verbessern. Mit dem erfindungsgemäßen Eskalationsmodell werden die verschienen Schutzmaßnahmen im Fahrzeug in eine sinnvolle Abhängigkeit gebracht.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass bereits wenn die Auswertung der Umfelddaten auf eine drohende aber noch nicht zwingend stattfindende, also noch vermeidbare oder nicht sicher feststehende Kollision schließen lässt, die Bremsanlage vorgespannt wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass ein Bremsdruck aufgebaut wird, welcher die Leerwege in der Bremsanlage beseitigt. Dies bereitet die Bremsanlage auf eine möglicherweise folgenden Bremsvorgang mit spürbare Verzögerung vor, welcher entweder autonom als Teil- oder Vollbremsung durchgeführt wird oder durch den Fahrer angefordert wird.

Mit diesem Vorspannen wird in den Radbremsen ein solcher Bremsdruck erzeugt, dass die Bremsbeläge an die Bremsscheiben leicht angelegt werden. Das Vorspannen dient der Kompensation des Lüftspiels, welches normalerweise zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe einer Bremse vorhanden ist. Dieses Lüftspiel vergrößert sich bei Abnutzung der Bremsbeläge. Auch bei Kurvenfahrt vergrößert sich das Lüftspiel aufgrund der Zentrifugalkraft auf die verschiebbar gelagerten Bremsbacken. Das Lüftspiel hat den Nachteil, dass es bei jedem Bremsvorgang zunächst überwunden werden muss, damit die Bremse greifen kann. Mit dem Vorspannen wird zwar keine wesentliche Verzögerung des Fahrzeugs erreicht, jedoch ist aufgrund der Überbrückung der Leerwege der Bremsanlage nachfolgend ein rascherer Bremsdruckaufbau möglich. Die Bremswirkung kann daher unverzüglich einsetzen, sobald ein Bremsbefehl vorliegt.

Nach dem Vorspannen der Bremsanlage und spätestens wenn die Auswertung der Umfelddaten auf eine nicht vermeidbare Kollision schließen lässt, wird eine autonome Notbremsung eingeleitet, die aufgrund der Vorspannung der Bremsanlage ihre Bremswirkung schneller entfalten kann.

Die autonome, aufprallzeitnahe Notbremsung ist eine Vollbremsung mit ungefähr 1 g oder bis zur Schlupfgrenze in einer Phase, ab der ein Aufprall mit Sicherheit unvermeidbar ist. Die entspricht einer Zeitspanne von ungefähr 600-500 ms vor dem prognostizierten Aufprallbeginn. Diese Phase wird auch als PRE-CRASH Phase bezeichnet.

Wenn nach dem Vorspannen der Bremsanlage keine Kollision mehr droht, kann der Bremsvorgang, welcher mit dem Vorspannen eingeleitet wurde, abgebrochen werden. Da die Vorspannung der Bremsanlage für die Fahrzeuginsassen kaum wahrnehmbar ist, geht auch keinerlei Irritation von der präventiv eingeleiteten Maßnahme aus.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenn nach Einleiten einer Notbremsung die Kollision nicht innerhalb eines Zeitfensters von ungefähr 50 ms nach einem aus den Umgebungsdaten im voraus berechneten Kollisionszeitpunkt eintritt, der Bremsvorgang abgebrochen wird. Der Notbremsvorgang ist damit zeitlich auf einige 100ms begrenzt. Für den Fall, dass es zu keiner mit einer kritischen Verzögerung einhergehenden Kollision kommt, z.B. beim Aufprall gegen einen leeren Pappkarton, nimmt ein Insasse den kurzen Bremspuls als vorübergehenden Ruck wahr, sofern der Notbremsung nicht eine längere Phase einer autonomen Teilbremsung vorausgegangen ist. Die Notbremsung mit vorangehender Vorspannung der Bremsanlage ist daher eine wirkungsvolle Schutzmaßnahme, welche sehr schnell präventiv eingesetzt werden kann, auch in Verkehrsituationen, in denen keine vorangehende Beobachtung des Kollisionsobjekt und autonom eingeleitete Teilbremsung mit nur z.B. 0,4g, welche auch der Fahrerwarnung dient, durchgeführt werden kann.

Die Kollision als solche kann mittels eines Verzögerungssignals erkannt werden, welches aus dem Signal des Beschleunigungssensors des Airbagsteuergerätes gewonnen wird. Alternativ oder ergänzend können zur Aufprallerkennung eine Kontaktsensorik, ausgelagerte Beschleunigungssensoren oder Deformationssensoren herangezogen werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenn die Kollision eintritt, der Bremsvorgang aufrechterhalten wird, bis aus den Beschleunigungssignalen eines Beschleunigungssensors auf das Ende der Kollision geschlossen wird. Damit bleibt die Bremswirkung während des gesamten Crashverlaufes aufrecht erhalten.

In einer alternativen Ausgestaltung wird der Bremsvorgang für eine vorgegebene Zeitspanne nach der Kollision aufrechterhalten. Das macht den Abbruch des Bremsvorganges von der Auswertung eines Beschleunigungssignals unabhängig, womit dieses Verfahren robuster gegen äußere Störungen ist.

In einer Weiterbildung wird eine Notbremsung unterdrückt, wenn eine fahrdynamischkritische Fahrsituation, insbesondere hinsichtlich der Querdynamik des Fahrzeugs vorliegt. Die Erfassung querdynamisch kritischer Situationen wie Untersteuern und Übersteuern ist z.B. in der DE 101 21 386 C1 beschrieben. Es kann aber auch eine Abschätzung der Querdynamik allein aus einer Beobachtung der Lenkradbetätigung einbezogen werden. So könnte eine Notbremsung unterdrückt werden, wenn gleichzeitig ein starker oder schneller Lenkradeinschlag festgestellt würde, da eine gleichzeitige Notbremsung zu einem Ausbrechen des Fahrzeugs führen könnte.

In einer Weiterbildung wird eine Notbremsung unterdrückt, wenn eine Grenzgeschwindigkeit von z.B. 100-120 km/h vorliegt. Damit kann berücksichtigt werden, dass beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit die Aufmerksamkeit des Fahrers in der Regel deutlich erhöht ist und die Möglichkeit eines autonomen Notbremseingriffes nicht bereitgestellt werden muss. Zum anderen errecht auch die Auflösung eines gängigen Nachbereichsradars bei diesen Geschwindigkeiten ihre Grenzen.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem Zeitintervall (geschlossenes Intervall) zwischen dem Vorspannen der Bremsanlage und der Notbremsung reversible Rückhaltemittel, wie z.B. elektrischer Gurtvorstraffer, ausfahrbare Polster, z.B. Kniepolster oder andere reversible Schutzmaßnahmen wie Sitzverstellung, Kopfstützenaktivierung oder Schließung von Fensteröffnungen eingeleitet werden. Des Weiteren können auch dem Schutz von Kollisionspartnern wie Fußgängern oder Radfahrern dienende Schutzmittel aktiviert werden, wie z.B. eine aufstellbare Motorhaube, verfahrbare Stoßfänger und härteverstellbare Prallelemente an der Fahrzeugaußenhaut. Auch können Eingriffe in die Niveauregulierung vorgesehen sein.

Die Umfeldsensorik kann mit jeglicher Art umgebungserfassender Sensoren arbeiten. Hierbei ist die Verwendung von Sensoren auf elektromagnetischer Basis, die mit Radarwellen, Milli- und Mikrometerwellen arbeiten, auf optischer Basis, wie Lidar-Systeme oder Infrarot-Systeme, und auf bildgebender Basis, wie z. B. Video in Mono oder Stereo, möglich. Selbstverständlich kann auch eine Kombination derartiger Sensoren und der hieraus gewonnenen Informationen zur Verbesserung der Aussagequalität Anwendung finden. Die Umfeldsensorik muss die physikalischen Größen Abstand und/oder Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Kollisionsobjekt liefern, wobei jeweils eine der Größen über mathematische Differentiation oder Integration errechnet werden kann. Um die präventiv wirkenden Sicherheitsmaßnahmen möglichst nur im Bereich unvermeidbarer Kollisionen auszulösen, muss die Umfeldsensorik möglichst genaue Informationen über die Position des Kollisionsobjektes liefern, welche mit Informationen über die eigene Fahrspur eine Unterscheidung zwischen einer engen Vorbeifahrt, einem Ausweichmanöver und einer vorstehenden Kollision mit Bestimmung des Grades der Überdeckung ermöglicht.

In der einzigen Figur ist ein in einem Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Das Verfahren wird in Schritt 1 gestartet, wenn über die Umfeldsensorik eine drohende Kollision erkannt wird und zwar zu einem Zeitpunkt, bei dem keine Fahrerwarnung oder einleitende Teilbremsung mehr durchgeführt werden kann.
Schritt 2: Sobald eine drohende Kollision erkannt wird, spätestens 750-650 ms vor Aufprallbeginn wird die Bremsanlage vorkonditioniert, also die Bremsanlage auf die folgende Vollbremsung vorbereitet wird. Es wird bereits Bremsdruck aufge baut, um im Verlauf weiterer Eskalation die Bremsung schneller einleiten zu können.
Schritt 3: Ungefähr 650-600 ms vor zu erwartendem Aufprall, dies entspricht einer Annäherung auf ungefähr 10 m bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 64 km/h, werden die reversiblen Gurt-Vorstraffer aktiviert, sodass die Gurtlose aus dem Gurtsystem der Insassen entfernt ist, falls die Bremsung stattfindet. Da zu diesem Zeitpunkt noch keine Fahrzeugbeschleunigung vorliegt, sind keine großen Straffkräfte erforderlich. Daneben können ausfahrbare reversible Polster aktiviert werden. Die Umfeldsensorik beobachtet weiter, ob die Situation eskaliert.
Alternativ können die Gurt-Vorstraffer auch später, nämlich gleichzeitig mit der autonomen Crashbremsung in Schritt 6 eingeleitet werden.
Schritt 4: Ist über die Umfeldsensorik keine weitere Eskalation der Situation zu erkennen, wird in Schritt 5 der Bremsvorgang abgebrochen. Wenn eine weitere Eskalation der Gefahrensituation zu erkennen ist, wird 600-500 ms vor dem zu erwartenden Aufprall, der zu diesem Zeitpunkt unvermeidbar ist, in Schritt 6 eine autonome Crashbremsung (Notbremsung) eingeleitet. Eine weitere Bedingung ist, dass alle Insassen im Fahrzeug über den Gurt gesichert sind. Für den Fahrer wird der Gurtschlosszustand abgefragt, für die Beifahrerplätzen zusätzlich auch der Sitzbelegungszustand. Eine weitere Bedingung ist, dass ein fahrdynamisch problemloser Zustand vorliegt, um eine Auslösung der Notbremsung bei Kurvenfahrt oder sehr hoher Fahrgeschwindigkeit zu vermeiden. Insbesondere bei kritischer Fahrzeugquerdynamik, z.B. bei hohen Querbeschleunigungskräften, Untersteuern, Übersteuern oder Ansprechen des ESP, wird die Notbremsung unterdrückt.
Aus der gemessenen Annäherungsgeschwindigkeit und dem Abstand zum Hindernis wird der voraussichtliche Aufprallzeitpunkt (time to collision TTC) bestimmt. Eine einfache Berechnung für den Aufprallzeitpunkt ergibt sich, wenn dieser aus dem Quotienten eines Relativabstandes und einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kollisionsobjekt und dem eigenen Fahrzeug ermittelt wird. Es sind jedoch auch aufwendigere Algorithmen einsetzbar, welche z.B. Massenträgheit, Bremswirkung und Reibwert einbeziehen.
Schritt 7: Folgt dieser Notbremsung nicht spätestens 600 ms nach Einsetzen der Notbremsung oder ungefähr 50 ms nach dem prognostizierten Aufprallbeginn ein signifikanter Aufprall, handelt es sich offensichtlich um eine Falschauslösung. In diesem Fall wird in Schritt 8 die Bremse automatisch wieder gelöst. Die Aufprallsensierung kann über vorhandene Systeme wie eine Kontaktsensorik am Stoßfänger vorn, welche gleichzeitig als Fußgängeraufprallsensor dienen kann, oder über das Beschleunigungssignal des Airbagsensors erfolgen.
Sollte es sich um eine ungewollte oder nicht notwendige Auslösung gehandelt haben, ist die Vollbremsung also spätestens nach 650 ms beendet. Die Situation wird vom Fahrer zwar als Ruck wahrgenommen, beeinträchtigt aber die Fahrsicherheit nicht.
Folgt der autonomen Notbremsung im zu erwartenden Zeitfenster ein Aufprall, so bleibt in Schritt 9 die Bremse eine vorbestimmte Zeitspanne oder bis zum Aufprallende blockiert. Das Aufprallende ist am Abklingen des Beschleunigungsimpulses erkennbar, welcher im Airbagsteuergerät mit dem zentralen Beschleunigungssensors gemessen wird.
In Schritt 10 ist das Verfahren beendet, wobei die Bremse wieder gelöst wird oder auf eine gegenüber der Notbremsung verminderte Bremswirkung eingestellt wird, sofern ein Aufprall mit großer Unfallschwere erkannt wurde. Letzteres hätte den Vorteil, dass das verunfallte Fahrzeug weiterhin abgebremst würde.
Durch die beschriebene schrittweise Eskalation der aufprallzeitnahen Aktivitäten werden folgende Vorteile erzielt.
Aufgrund des zusätzlichen Energieabbaus vor und bei dem Aufprall wird die Unfallschwere und die daraus resultierende Belastung für die Fahrzeuginsassen reduziert. Im Falle eines Unfalls mit einem entgegenkommenden Fahrzeug profitiert auch der Unfallpartner. Aufgrund der Notbremsung vor dem Aufprall ist auch jede Gurtlose beseitigt und der Insasse nimmt vom Aufprallbeginn an der Fahrzeugverzögerung teil, was eine zusätzliche Belastungsreduktion der Fahrzeuginsassen bewirkt.

Claims

Verfahren für ein Sicherheitssystem in einem Fahrzeug, bei dem Umfelddaten einer Umfeldsensorik laufend hinsichtlich einer drohenden Kollision mit einem Hindernis ausgewertet (1) und bei einer drohenden Kollision präventive Schutzmaßnahmen eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Auswertung der Umfelddaten auf eine drohende aber noch nicht zwingend stattfindende Kollision schließen lässt, die Bremsanlage des Fahrzeugs in der Weise vorgespannt wird (2), dass die Leerwege in der Bremsanlage beseitigt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn nach dem Vorspannen der Bremsanlage (2) keine Kollision mehr droht, der Bremsvorgang abgebrochen wird (5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn nach dem Vorspannen der Bremsanlage (2) weiterhin die Kollision droht und nicht vermeidbar ist, eine Notbremsung eingeleitet wird (6).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Kollision nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters, insbesondere von ungefähr 50 ms, nach einem aus den Umgebungsdaten im voraus berechneten Kollisionszeitpunkt eintritt (7), der Bremsvorgang abgebrochen wird (8).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Kollision eintritt, der Bremsvorgang aufrecht erhalten wird (9), bis aus den Beschleunigungssignalen eines Beschleunigungssensors auf das Ende der Kollision geschlossen wird (1).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Kollision eintritt, der Bremsvorgang für eine vorgegebene Zeitspanne nach der Kollision aufrecht erhalten wird (9).
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung der Notbremsung der Bremsvorgang mit einer gegenüber der Notbremsung verminderten Bremswirkung fortgesetzt wird (10), sofern ein Aufprall mit großer Unfallschwere erkannt wurde.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notbremsung (6) unterdrückt oder nur mit reduzierter Bremswirkung ausgeführt wird, wenn eine fahrdynamischkritische Fahrsituation, insbesondere hinsichtlich der Querdynamik des Fahrzeugs, vorliegt und/oder eine Grenzgeschwindigkeit überschritten ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notbremsung (6) unterdrückt oder nur mit reduzierter Bremswirkung ausgeführt wird, wenn eine Abfrage ergibt, dass nicht alle Insassen im Fahrzeug über einen Gurt gesichert sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Vorspannen der Bremsanlage oder danach, insbesondere in dem Zeitraum zwischen dem Vorspannen der Bremsanlage (2) und der Notbremsung (6), reversible Schutzmaßnahmen aktiviert werden (3).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Notbremsung (6) ein reversibler Gurt-Vorstraffer aktiviert wird