DE102004057604A1 - Verfahren für ein Sicherheitssystem in einem Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
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 nicht vermeidbaren Kollision eine autonome Notbremsung eingeleitet wird.
- 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 beruht auf 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. - Aufgabe der Erfindung ist ein Sicherheitssystem der eingangs genannten Art zu verbessern.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Notbremsung nur bis zum Eintritt eines vordefinierten Ereignisses aufrechterhalten wird. Wie beispielhaft ausgeführt wird, kann das vordefinierte Ereignis der Zeitablauf einer vorausberechneten Zeit bis zur Kollision oder der tatsächlich sensoriell festgestellte Aufprall sein.
- 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.
- Mit der Erfindung wird eine Abbruchbedingung vorgesehen, welche dazu führt, dass eine autonome Notbremsung wieder beendet und die Bremsen geöffnet werden. Ohne Abbruchbedingung würde bei jeder Notbremsung eine Abbremsung bis zum Stillstand erfolgen, was insbesondere dann unerwünscht ist, wenn die Notbremsung aufgrund einer Falschauslösung erfolgt ist, z.B. ausgelöst durch einen auf der Straße liegenden leeren Pappkarton.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das die Notbremsung beendende Ereignis in dem zeitlichen Ablauf des aus den Umgebungsdaten im voraus berechneten Kollisionszeitpunktes, welcher z.B. mittels eines Zeitzählers festgestellt wird, wobei ein geringfügiger Zeitzuschlag einbezogen werden kann. Auch kann der berechnete Kollisionspunkt noch während der Notbremsung laufend korrigiert werden. In dieser Weise wird bei einem voraus liegenden Kollisionszeitpunkt von einigen 100 ms die Bremse nur für diesen Zeitraum geschlossen und öffnet danach, ohne dass das Öffnen der Bremsen an weitere Bedingungen geknüpft ist. Kommt es zu einer Kollision, so wird die Bremse zum Aufprallbeginn gerade geöffnet. Der Lösevorgang der Bremse ist dann am Ende der Kollision (ungefähr 100 ms) noch nicht abgeschlossen, so dass die Notbremsung auch noch im Crash den Energieabbau unterstützt. Erfolgt keine signifikante Kollision, handelt es sich also um eine Falschauslösung, so ist durch die zeitliche Befristung der Bremsvorgang nur als Bremspuls wahrnehmbar, sofern der Notbremsung keine längere Teilbremsung vorausging. Die zeitliche Befristung des Bremsvorganges auf den von der Umfeldsensorik prognostizierten Wert für den Kollisionszeitpunkt hat also den Vorteil, dass das Sicherheitssystem tolerant gegenüber Falschauslösungen wird, weil der Bremspuls in jedem Fall zeitlich begrenzt bleibt. Da ein Zeitzähler einfach zu implementieren ist, ist diese Lösung auch sehr kostengünstig und robust.
- In einer anderen Ausgestaltung 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. Wenn es zu keiner Kollision kommt, ist der Notbremsvorgang damit zeitlich auf einige 100 ms 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, gegebenenfalls mit einer 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. 0,4 g, 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 anderen 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 überschritten wird. 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 erreicht auch die Auflösung eines gängigen Nachbereichsradars bei diesen Geschwindigkeiten ihre Grenzen.
- In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mit der Notbremsung reversible Rückhaltemittel, wie z.B. elektrischer Gurt-Vorstraffer, 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.
- Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus Unteransprüchen und den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels. -
2 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels - In der
1 wird das Verfahren in Schritt1 gestartet, wenn über die Umfeldsensorik eine drohende Kollision erkannt wird. - Schritt
2 : Sofern der Kollisionszeitpunkt noch im Sekundenbereich voraus liegt, kann zunächst eine Fahrerwarnung, z.B. optisch, akustisch oder haptisch durchgeführt werden, an welche sich eine autonom eingeleitete Teilbremsung anschließt, sofern weiterhin eine Kollision droht. Gleichzeitig können reversible Schutzmaßnahmen eingeleitet werden, z.B. sollten mit einer Bremsung auch der Gurt-Vorstraffer aktiviert werden. Bereits mit der Fahrerwarnung oder der Teilbremsung je doch spätestens 750–650 ms vor Aufprallbeginn, wird die Bremsanlage vorkonditioniert, also die Bremsanlage auf die folgende Vollbremsung vorbereitet, indem die Leerwege in der Bremsanlage beseitigt werden. Es wird bereits geringer Bremsdruck aufgebaut, um im Verlauf weiterer Eskalation die Bremsung schneller einleiten zu können. - Schritt
3 : Ungefähr 650–600 ms vor dem zu erwartenden Aufprall, dies entspricht einer Annäherung auf ungefähr 10 m bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 64 km/h, werden die reversiblen Gurt-Vorstraffer aktiviert, sofern diese nicht bereits mit einer vorangehenden Teilbremsung aktiviert wurden, so dass die Gurtlose aus dem Gurtsystem der Insassen entfernt ist, falls die Notbremsung stattfindet. 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 Schritt5 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 Schritt8 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. Sofern keine Teilbremsung vorausging, wird die Situation 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 vorbe stimmte 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. - Das Verfahren in
2 folgt gleichen Schritten1 bis6 wie das zuvor geschilderte Verfahren in1 . Daher wurden für diese Schritte die gleichen Positionszeichen gewählt. - Der Aktivierung der Notbremsung in Schritt
6 folgt in Schritt11 eine Aufrechterhaltung der Notbremsung bis zum Ablauf der zuvor berechneten Zeit bis zum Aufprall (TTC), das heißt bis der theoretische Aufprallzeitpunkt (Kollisionszeitpunkt) erreicht ist. - Nach Ablauf die Zeit wird in Schritt
12 das Verfahren beendet, wobei die Bremse wieder gelöst wird. - 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 (10)
- Verfahren für ein Sicherheitssystem in einem Fahrzeug, bei dem Umfelddaten einer Umfeldsensorik laufend hinsichtlich einer drohenden Kollision mit einem Hindernis ausgewertet (
1 ) werden und bei einer nicht vermeidbaren Kollision eine autonome Notbremsung eingeleitet wird (6 ) dadurch gekennzeichnet, dass die Notbremsung bis zum Eintritt eines vordefinierten Ereignisses (7 ;11 ) aufrecht erhalten wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsvorgang bis zu dem aus den Umgebungsdaten im voraus berechneten Kollisionszeitpunkt aufrecht erhalten wird (
11 ) und danach die Bremse geöffnet wird (12 ). - Verfahren nach Anspruch 1, 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 (
7 ), der Bremsvorgang aufrecht erhalten wird (9 ), bis aus den Beschleunigungssignalen eines Beschleunigungssensors auf das Ende der Kollision geschlossen wird (10 ). - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Kollision eintritt (
7 ), der Bremsvorgang für eine vorgegebene Zeitspanne nach der Kollision aufrecht erhalten wird (9 ). - Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, 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 einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintreten der Kollision (
7 ) mittels einer Kontaktsensorik, ausgelagerten Beschleunigungssensoren oder Deformationssensoren und/oder mittels eines Beschleunigungssensors eines Airbagsteuergerätes festgestellt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, 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 1, 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, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Notbremsung (
6 ) reversible Schutzmaßnahmen, insbesondere ein reversibler Gurt-Vorstraffer aktiviert werden.
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