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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit
zwischen einem Kollisionsobjekt und einem Fahrzeug gemäß Anspruch
1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 7.
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In
vielen Unfallsituationen ist es vorteilhaft, bereits vor einer Kollision
Informationen über
die Geschwindigkeit, die Position oder die Größe des Kollisionsobjektes zu
erhalten. Insbesondere Messwerte der Relativgeschwindigkeit zwischen
einem Kollisionsobjektes und einem Fahrzeug können für einen gezielten und an eine
Unfallsituation optimal angepassten Einsatz von Insassenschutzsystemen,
insbesondere Rückhaltesystemen,
verwendet werden. Deshalb werden in Kraftfahrzeugen zunehmend Precrash-Sensorsysteme
eingesetzt, die auf Radar-, Ultraschall- oder Bilderfassung basieren und Informationen über eine
bevorstehende Unfallsituation liefern, insbesondere über den
Abstand zu einem potentiellen Kollisionsobjekt und die Relativgeschwindigkeit.
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Aus
der
DE 102 35 164 ist
eine Vorrichtung zur Erkennung von Pfahlcrashs bekannt, bei der
anhand einer gemessenen Aufprallgeschwindigkeit und Beschleunigung
ein Pfahlcrash erkannt wird und in Abhängigkeit davon Rückhaltemittel
des Fahrzeugs gesteuert werden. Beim Eindringen des Pfahls in die Fahrzeugfront
tritt zuerst eine geringe Verzögerung auf.
Erst wenn der Pfahl auf den Motorblock trifft, tritt eine starke
Verzögerung
auf, die ein Auslösen
der Rückhaltemittel
erfordert. Aus der gemessenen Aufprallgeschwindigkeit und der bekannten
Distanz zwischen Stoßstange
und Motorblock kann der Zeitpunkt berechnet werden, ab dem hohe
Verzögerungswerte
auftreten und eine Auslösung
der Rückhaltemittel
notwendig ist.
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In
der
US 6 728 617 B2 wird
ein Precrash-Sensorsystem beschrieben, bei dem ein Sensor den Abstand
und die Relativgeschwindigkeit zwischen einem Kollisionsobjekt und
einem Fahrzeug erfasst. Außerdem
wird eine Objektklassifizierung des Kollisionsobjektes vorgenommen
und die Länge und
die Breite des Kollisionsobjektes bestimmt. In Abhängigkeit
der Länge
und der Breite des Kollisionsobjektes sowie des Abstandes und der
Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kollisionsobjekt und dem Fahrzeug
werden beispielsweise Rückhaltemittel
des Fahrzeugs gesteuert.
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Mit
hochauflösenden
Precrash-Sensoren, insbesondere Kamerasystemen oder Laserscannern,
können
Kontur und Geschwindigkeit potentieller Kollisionsobjekte relativ
genau bestimmt werden. Low-Cost-Sensoren hingegen erfassen aufgrund
ihrer geringen Auflösung
nur die Geschwindigkeit eines Kollisionsobjektes bezogen auf seinen
Reflexionsschwerpunkt. Der Reflexionsschwerpunkt des Kollisionsobjektes
kann sich jedoch aufgrund der Veränderung des Winkels ändern, mit
dem ein derartiger Sensor das Kollisionsobjekt erfasst. Dies geschieht
beispielsweise, wenn sich das Kollisionsobjekt in Richtung auf das
Fahrzeug bewegt. Eine derartige Änderung
des Reflexionsschwerpunktes kann zu ungenauen Messwerten beispielsweise
der Geschwindigkeit oder des Abstandes zwischen Kollisionsobjekt
und Fahrzeug und damit zu einer ungenauen Bestimmung des voraussichtlichen
Kollisionszeitpunktes führen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Erfassung
der Relativgeschwindigkeit zwischen einem Kollisionsobjekt und einem
Fahrzeug und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, die eine
möglichst
genaue Erfassung der Relativgeschwindigkeit insbesondere zum Zeitpunkt
der Kollision ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit
zwischen einem Kollisionsobjekt und einem Fahrzeug mit den Merkmalen
von Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen
von Anspruch 7 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass im Verlauf
eines Annäherungsvorgangs
eines Kollisionsobjektes an ein Fahrzeug mehrere Messungen des Abstandes
und der Relativgeschwindigkeit zwischen Kollisionsobjekt und Fahrzeug
durchgeführt
werden. Daraus werden mögliche Kollisionszeitpunkte
vorausberechnet, die für
einen späteren
Vergleich mit einem tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt zusammen mit dem entsprechenden Abstand und
der Relativgeschwindigkeit gespeichert werden können. Als geeigneter Wert für die Relativgeschwindigkeit
wird dann derjenige ausgewählt,
bei dem der dazugehörende
berechnete Kollisionszeitpunkt die geringste Abweichung von einem
gemessenen tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt aufweist. Durch die geeignete Auswahl eines
vorausberechneten Kollisionszeitpunktes und damit des dazugehörigen Messwertes
der Relativgeschwindigkeit im Fall der Kollision lässt sich
die Messgenauigkeit der Relativgeschwindigkeit verbessern, wodurch
der Einsatz von Schutzmitteln eines Sicherheitssystems eines Fahrzeugs
besser an eine Unfallsituation angepasst werden kann.
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Die
Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit
zwischen einem Kollisionsobjekt und einem Fahrzeug, bei dem eine
Relativgeschwindigkeit und ein Abstand zwischen dem Kollisionsobjekt
und dem Fahrzeug zu verschiedenen Messzeiten während eines Annäherungsvorgangs
des Kollisionsobjekts an das Fahrzeug erfasst wird, mögliche Kollisionszeitpunkte
anhand von Messwerten der Relativgeschwindigkeit und des Abstandes
vorausberechnet werden, die Messwerte der Relativgeschwindigkeit
und des Abstandes und/oder vorausberechnete Kollisionszeitpunkte
zusammen mit den Messzeiten gespeichert werden, ein tatsächlicher
Kollisionszeitpunkt erfasst wird, der tatsächliche Kollisionszeitpunkt
mit den berechneten Kollisionszeitpunkten verglichen und der Messwert
der Relativgeschwindigkeit ausgewählt wird, dessen zugehöriger berechneter
Kollisionszeitpunkt die geringste Abweichung vom tatsächlichen Kollisionszeitpunkt
aufweist. Dadurch kann der Einfluß von Ungenauigkeiten in der
Messung der Relativgeschwindigkeit auf die Steuerung von Schutzmitteln
verringert werden, die durch wechselnde Reflexionsschwerpunkte des
Kollisionsobjektes entstehen. Eine Änderung des vom Precrash-Sensor
erfassten Reflexionsschwerpunktes eines Kollisionsobjektes entsteht
in der Regel vor allem dann, wenn sich der Erfassungswinkel des
Sensors ändert,
insbesondere da sich nicht nur das Fahrzeug in Bewegung befindet,
sondern auch das Kollisionsobjekt in Bewegung befinden kann. Dieser
Effekt kann durch die Erfindung im Wesentlichen kompensiert werden.
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Insbesondere
ist das Verfahren ausgebildet, bei der Vorausberechnung der möglichen
Kollisionszeitpunkte anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit
und des Abstandes vorherige Geschwindigkeitsänderungen von Fahrzeug und/oder Kollisionsobjekt
zu berücksichtigen.
Beispielsweise kann eine ungewöhnlich
starke Verzögerung
oder Beschleunigung beim Fahrzeug oder beim Kollisionsobjekt eine
entsprechend große Änderung
der Relativgeschwindigkeit innerhalb einer bestimmten Zeitspanne
bewirken. Die Berücksichtigung
dieser Änderungen
der Relativgeschwindigkeit kann nun für eine genaue Bestimmung der
Relativgeschwindigkeit zum Zeitpunkt einer Kollision von großer Bedeutung sein
und somit die Messgenauigkeit erhöhen.
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Außerdem kann
das Verfahren zur Korrektur der möglichen Kollisionszeitpunkte
anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit und des Abstandes
nachfolgende Geschwindigkeitsänderungen des
Fahrzeugs und/oder des Kollisionsobjekts berücksichtigen. Änderungen
im nachfolgenden Geschwindigkeitsverlauf, insbesondere große Änderungen
der Geschwindigkeit oder Relativgeschwindigkeit können eine
Anpassung des berechneten möglichen
Kollisionszeitpunktes an die neue Geschwindigkeit des Fahrzeugs
beziehungsweise des Kollisionsobjektes notwendig werden lassen,
um die Genauigkeit der Bestimmung des Kollisionszeitpunktes zu erhöhen.
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Weiterhin
kann zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Vorausberechnung der
möglichen Kollisionszeitpunkte
anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit und des Abstandes
eine Messtoleranz der Relativgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
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Eine
Verbesserung der Genauigkeit kann ferner dadurch erzielt werden,
daß bei
der Vorausberechnung der möglichen
Kollisionszeitpunkte anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit
und des Abstandes eine Messtoleranz des Abstandes berücksichtigt
wird.
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Außerdem kann
zur Verbesserung der Genauigkeit auch die Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder
die Relativbeschleunigung zwischen dem Fahrzeug und dem Kollisionsobjekt
berücksichtigt werden.
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Falls
der vorausberechnete mögliche
Kollisionszeitpunkt einer Messung und der tatsächliche Kollisionszeitpunkt
voneinander abweichen, kann anhand dieser Abweichung eine Messtoleranz
sowohl bei der Messung der Relativgeschwindigkeit als auch des Abstandes
bestimmt werden und in die Vorausberechnung von möglichen
Kollisionszeitpunkten einbezogen werden. Tritt beispielsweise eine
Kollision früher
als berechnet ein, kann dies auf einem zu geringen Messwert der
Relativgeschwindigkeit beruhen. Umgekehrt kann ein zu hoher Messwert
der Relativgeschwindigkeit dadurch erkannt werden, dass die Kollision
später
als berechnet eintritt. Der Messwert der Relativgeschwindigkeit
kann dann entsprechend korrigiert werden. Analog dazu können die Messwerte
des Abstandes korrigiert werden, wenn beispielsweise ein zu hoher
Messwert des Abstandes aufgrund der Tatsache erkannt wird, dass
eine Kollision früher
als vorausberechnet eintritt, oder ein zu geringer Messwert des
Abstandes aufgrund der Tatsache erkannt wird, dass eine Kollision
später
als vorausberechnet eintritt.
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Außerdem kann
das Verfahren derart ausgebildet sein, dass eine Zuordnung der vorausberechneten
möglichen
Kollisionszeitpunkte in vorher definierten Zeitintervallen erfolgt,
um die Anzahl der vorausberechneten möglichen Kollisionszeitpunkte
pro definiertem Zeitintervall statistisch auszuwerten, einen statistisch
ermittelten wahrscheinlichsten Kollisionszeitpunkt mit dem tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt zu vergleichen und eine Abweichung zwischen statistisch
ermitteltem wahrscheinlichstem Kollisionszeitpunkt und tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt als Messtoleranz des Abstandes zu interpretieren.
Eine statistische Auswertung kann die Zuverlässigkeit bei der Auswahl der
Messdaten der Relativgeschwindigkeit oder des Abstandes erhöhen.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit
zwischen einem Kollisionsobjekt und einem Fahrzeug, umfassend mindestens
einen Precrash-Sensor zur Erfassung einer Relativgeschwindigkeit
und eines Abstandes zwischen dem Kollisionsobjekt und dem Fahrzeug
zu verschiedenen Messzeiten während
eines Annäherungsvorgangs
des Kollisionsobjekts an das Fahrzeug, mindestens einen Crashsensor
zur Erfassung eines tatsächlichen
Kollisionszeitpunkts einer Kollision des Fahrzeugs, und eine Verarbeitungseinheit
zur Vorausberechnung von möglichen
Kollisionszeitpunkten anhand von Messwerten der Relativgeschwindigkeit
und des Abstandes, zur Speicherung der Messwerte der Relativgeschwindigkeit
und des Abstandes und/oder vorausberechneter möglicher Kollisionszeitpunkte
zusammen mit den Messzeiten, zum Vergleich des tatsächlichen
Kollisionszeitpunktes mit den vorausberechneten möglichen
Kollisionszeitpunkten, und zur Auswahl des Messwertes der Relativgeschwindigkeit,
dessen zugehöriger
vorausberechneter möglicher
Kollisionszeitpunkt die geringste Abweichung zum tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt aufweist. Eine genaue Erfassung der Relativgeschwindigkeit
kann nicht nur vorteilhaft für
die Auslösung
von Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeugs sein. Die Messwerte der
Relativgeschwindigkeit können
ebenfalls zur Klassifizierung des Kollisionsobjektes wie beispielsweise
eines Fußgängers oder
eines anderen Fahrzeugs verwendet werden. Aufgrund der Messwerte
der Relativgeschwindigkeit und Messdaten der Geschwindigkeit des
Fahrzeugs, die beispielsweise durch andere Sensoren wie Raddrehzahlsensoren
erfasst werden können,
kann die Geschwindigkeit des Kollisionsobjektes relativ genau bestimmt
werden und damit eine Aussage über
die mögliche
Art des Kollisionsobjektes getroffen werden.
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Insbesondere
ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, zur Vorausberechnung der
möglichen Kollisionszeitpunkte
anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit und des Abstandes
vorherige Geschwindigkeitsänderungen
von Fahrzeug und/oder Kollisionsobjekt zu berücksichtigen. Die Berücksichtigung
vorheriger Geschwindigkeitsänderungen
kann die Messgenauigkeit bei der Bestimmung der Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Kollisionsobjekt und dem Fahrzeug erhöhen. Dazu
können
sowohl die erfassten Messdaten der Relativgeschwindigkeit des Precrash-Sensors
als auch Messdaten anderer Sensoren wie beispielsweise Raddrehzahlsensoren
des Fahrzeugs verwendet werden.
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Außerdem kann
die Verarbeitungseinheit ausgebildet sein, zur nachträglichen
Korrektur der möglichen
Kollisionszeitpunkte anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit
und des Abstandes nachfolgende Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs und/oder
des Kollisionsobjekts zu berücksichtigen.
Die Berücksichtigung
nachfolgender Geschwindigkeitsänderungen
beziehungsweise den Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs oder des Kollisionsobjektes
kann ebenfalls die Messgenauigkeit bei der Bestimmung der Relativgeschwindigkeit zwischen
dem Kollisionsobjekt und dem Fahrzeug erhöhen.
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Weiterhin
kann die Verarbeitungseinheit ausgebildet sein, zur Vorausberechnung
der möglichen Kollisionszeitpunkte
anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit und des Abstandes
eine Messtoleranz der Relativgeschwindigkeit zu berücksichtigen.
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Ferner
kann die Verarbeitungseinheit ausgebildet sein, zur Vorausberechnung
der möglichen Kollisionszeitpunkte
anhand der Messwerte der Relativgeschwindigkeit und des Abstandes
eine Messtoleranz des Abstandes zu berücksichtigen.
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Die
Verarbeitungseinheit kann außerdem ausgebildet
sein, eine Zuordnung der vorausberechneten möglichen Kollisionszeitpunkte
in vorher definierten Zeitintervallen vorzunehmen, um die Anzahl der
vorausberechneten möglichen
Kollisionszeitpunkte pro definiertem Zeitintervall statistisch auszuwerten,
einen statistisch ermittelten Kollisionszeitpunkt mit dem tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt zu vergleichen und eine Abweichung zwischen
statistisch ermitteltem Kollisionszeitpunkt und tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt als Messtoleranz des Abstandes zu interpretieren.
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Damit
der Precrash-Sensor variabel an verschiedenen Orten im Fahrzeug
eingesetzt beziehungsweise an die geometrischen Eigenschaften verschiedener
Fahrzeuge angepasst werden kann, kann die Vorrichtung derart ausgebildet
sein, dass ein Abstand zwischen dem mindestens einen Precrash-Sensor
und einem Kollisionsort am Fahrzeug als variabler Parameter programmierbar
ist. Dadurch kann genau eingestellt werden, in welchem Abstand vom
Precrash-Sensor eine Kollision zu erwarten ist. Im besonderen kann
dies der Abstand zwischen Precrash-Sensor und einem Punkt an der
Stoßstange des
Fahrzeugs sein.
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Insbesondere
kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass außerdem der
Abstand zwischen dem mindestens einen Precrash-Sensor und einem
Kollisionsort am Fahrzeug in Abhängigkeit
eines Winkels, mit dem das Kollisionsobjekt vom Precrash-Sensor
erfasst wird, programmierbar ist. Damit ist es möglich, unterschiedliche Abstände zwischen dem
Precrash-Sensor und dem Kollisionsort am Fahrzeug zu definieren,
die in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Kollisionsarten, insbesondere geraden oder
schrägen
Kollisionen in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse, berücksichtigt
werden müssen.
Abhängig
von der Geometrie des Fahrzeugs, insbesondere beispielsweise der
Geometrie der Stoßstange, und
vom Anbringungsort des Precrash-Sensors können sich unterschiedliche
Abstände
zwischen Precrash-Sensor
und dem erwarteten Kollisionsort ergeben. Für einen im vorderen Fahrzeugteil
angebrachten Precrash-Sensor können
sich je nach Ausrichtungswinkel beziehungsweise Ausrichtungsbereich des
Precrash-Sensors
beispielsweise unterschiedliche Abstände zu verschiedenen äußeren Punkten der
Stoßstange
ergeben. Beispielsweise kann ein Punkt an der Ecke der Stoßstange
weiter von einem mittig hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angebrachten
Precrash-Sensor entfernt sein als ein Punkt in der Mitte der Stoßstange.
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Bevorzugt
umfasst der Precrash-Sensor ein Radar-, Laser- oder Ultraschallsensor.
Dieser Sensor kann vorteilhaft ebenso in weiteren Anwendungen wie
beispielsweise in Assistenzsystemen zum Einparken, in Systemen zur
Kollisionswarnung oder in Systemen zur Längsdynamikbeeinflussung eingesetzt
werden.
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Der
Precrash-Sensor kann durch Messungen der Laufzeit eines ausgesendeten
und an dem Kollisionsobjekt reflektierten Signals und/oder durch Messungen
der Phasen- oder Frequenzverschiebung zwischen dem gesendeten und
dem reflektierten empfangenen Signal die Relativgeschwindigkeit beziehungsweise
den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Kollisionsobjekt erfassen.
Er kann bevorzugt im Bereich der Windschutzscheibe des Fahrzeugs
oder im Bereich der Frontscheinwerfer angebracht sein, um frontale
Kollisionen zu erfassen. Zur Erfassung von schrägen oder seitlichen Kollisionen kann
er ebenso seitlich ausgerichtet werden. Zur Erfassung von Heckkollisionen
wie beispielsweise beim Auffahren eines anderen Fahrzeugs kann er
auch nach hinten ausgerichtet werden.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Vorrichtung zur Steuerung einer Sicherheitseinrichtung eines
Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit
zwischen einem Kollisionsobjekt und einem Fahrzeug gemäß vorliegender Erfindung.
Die Vorrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit zwischen
einem Kollisionsobjekt und einem Fahrzeug wird hierbei insbesondere
zur Steuerung von Auslöseschwellen
der Sicherheitseinrichtung eingesetzt. Sie kann dadurch einen gezielten
und optimal an ein Unfallgeschehen angepassten Einsatz von Schutzmitteln
wie Airbags, Gurtstraffern oder auch Fußgängerschutzsystemen ermöglichen. So
kann beispielsweise bei einer sehr hohen gemessenen Relativgeschwindigkeit
die Sicherheitseinrichtung früher
ausgelöst
werden. Außerdem
kann eine Auslösung
eines Rückhaltemittels
wie beispielsweise eines Gurtstraffers nicht nur vorzeitig initiiert,
sondern die Stärke
der Gurtstraffung kann ebenfalls erhöht werden. Analog dazu kann
bei einer geringen gemessenen Relativgeschwindigkeit die Auslösung der
Sicherheitseinrichtung verzögert
oder die Intensität
ihrer Schutzmittel verringert werden. Es ist sogar möglich, dass
die Auslösung
eines Schutzmittels in diesem Fall verhindert wird, wie es beispielsweise
bei einem Airbag erforderlich sein kann.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Steuergerät für eine Sicherheitseinrichtung
eines Fahrzeugs, welches eine Vorrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit
zwischen einem Kollisionsobjekt und einem Fahrzeug gemäß vorliegender
Erfindung umfasst. Das Steuergerät
kann beispielsweise eine Mikrokontroller und eine Speichereinrichtung
umfassen, in der ein Programm abgelegt ist, welches das erfindungsgemäße Verfahren
implementiert. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann auch in Hardware durch entsprechende Logikschaltungen oder
einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) implementiert
sein. In der Regel wird im Steuergerät ein komplexes Steuerprogramm
implementiert sein, welches die Sicherheitseinrichtung steuern kann,
d.h. Auslösesignale
für Schutzmittel
der Sicherheitseinrichtung erzeugt. Hierzu verarbeitet es mit speziellen Algorithmen
Eingangssignale vom Sensoren, die es über entsprechende Schnittstellen
für Sensoren
wie Crash- oder Precrash-Sensoren empfängt. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann nun als Teil des komplexen Steuerprogramms ausgebildet sein,
beispielsweise als spezielle Funktion.
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Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In
der Beschreibung, in den Ansprüchen,
in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der
hinten angeführten
Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen
verwendet.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 ein
Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Kollisionsobjekt,
dem sich frontal an weiteres Fahrzeug als Kollisionsobjekt nähert;
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2 ein
von oben dargestelltes Szenario, bei dem sich einem Fahrzeug mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein erstes Fahrzeug frontal als Kollisionsobjekt und ein zweites
Fahrzeug von schräg
vorne nähert;
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3 ein
Diagramm zur Darstellung der Vorausberechnung eines möglichen
Kollisionszeitpunktes;
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4 ein
Diagramm zur Darstellung der Bestimmung der wahrscheinlichsten Relativgeschwindigkeit;
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5 ein
Diagramm zur Darstellung der Bestimmung der wahrscheinlichsten Relativgeschwindigkeit
unter Berücksichtigung
einer Messtoleranz bei der Geschwindigkeitsmessung;
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6 ein
Diagramm zur Darstellung der Bestimmung der wahrscheinlichsten Relativgeschwindigkeit
unter Berücksichtigung
einer Messtoleranz bei der Abstandsmessung und unter Anwendung einer
statistischen Auswertungsmethode.
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1 zeigt
ein Fahrzeug 10 mit einer Vorrichtung zur Erfassung der
Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug 10 und einem
dem Fahrzeug 10 frontal entgegenkommendem Kollisionsobjekt 11.
Das Fahrzeug 10 ist mit einem Crashsensor 14 ausgestattet,
der in der Stoßstange
des Fahrzeugs angebracht ist. Weiterhin ist ein Precrash-Sensor 13 zur
Erfassung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem
Kollisionsobjekt direkt hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs 10 angebracht.
Eine Verarbeitungseinheit 12 ist mit dem Precrash-Sensor 13 und
dem Crashsensor 14 kommunikationsmäßig verbunden. Sie empfängt von
den beiden Sensoren 13 und 14 jeweils ein Sensorsignal 18 bzw. 19,
verarbeitet die empfangenden Sensorsignale 18 und 19 und
erzeugt abhängig
von der Verarbeitung ein (nicht dargestelltes) Steuersignal für ein (nicht
dargestelltes) Sicherheitssystem des Fahrzeugs 10.
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Das
Fahrzeug 10 bewegt sich auf das Kollisionsobjekt 11 zu,
das in diesem Fall ein frontal entgegenkommendes Fahrzeug ist. Der
Precrash-Sensor 13, der als Radar-, Laser- oder Ultraschallsensor ausgeführt sein
kann, erfasst die Relativgeschwindigkeit und den Abstand 15 zwischen
dem Fahrzeug 10 und dem Kollisionsobjekt 11. Die
Verarbeitungseinheit 12 berechnet anhand des Sensorsignals 18 des
Precrash-Sensors 13 und anhand der bekannten geometrischen
Daten des Fahrzeugs 10 den Abstand 16 zwischen
der Stoßstange
des Fahrzeugs 10 und dem frontal entgegenkommenden Kollisionsobjekt 11.
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Die
Abstandsmessung erfolgt hierbei beispielsweise nach dem Prinzip
der Laufzeiterfassung zwischen dem vom Precrash-Sensor 13 ausgesandtem
Signal und dem vom Kollisionsobjekt 11 reflektierten und
wieder vom Precrash-Sensor 13 empfangenen Signal. Hierbei
wird die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens des Signals
und dem Zeitpunkt des Empfangens des am Kollisionsobjekt 11 reflektierten
Signals gemessen. Anhand der gemessenen Zeitdauer und der bekannten
Signalgeschwindigkeit wird die durch das Signal zurückgelegte
Strecke und damit der Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 10 und
dem Kollisionsobjekt 11 berechnet. Die Geschwindigkeit
des Kollisionsobjektes 11 beziehungsweise die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Fahrzeug 10 und dem Kollisionsobjekt 11 lässt sich
beispielsweise anhand des Dopplerverfahrens messen, bei dem eine
durch ein bewegtes Objekt, hier das Kollisionsobjekt 11,
erzeugte Frequenz- oder Phasenverschiebung des vom Precrash-Sensor 13 ausgesandtem
Signals gemessen wird und aus dieser die Relativgeschwindigkeit
bzw. der Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 10 und
dem Kollisionsobjekt 11 abgeleitet wird.
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Während eines
Annäherungsvorgangs
des Fahrzeugs 10 an das Kollisionsobjekt 11 werden mehrere
Messungen des Abstandes 16 zwischen dem Fahrzeug 10 und
dem Kollisionsobjekt 11 und der Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Fahrzeug 10 und dem Kollisionsobjekt 11 durchgeführt, die
sich auf unterschiedliche Reflexionssschwerpunkte des Kollisionsobjektes 11 beziehen,
da sich das Kollisionsobjekt 11 in Bewegung befindet. Aus
dem Abstand 16 und der Relativgeschwindigkeit lassen sich zu
erwartende, d.h. mögliche
Kollisionszeitpunkte – wie
im folgenden noch genauer erläutert
wird – vorausberechnen.
Die vorausberechneten Kollisionszeitpunkte und dazugehörigen Messwerte
von Abstand und Relativgeschwindigkeit werden abgespeichert.
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Der
Crashsensor 14, der beispielsweise als Kontaktsensor, Kraftsensor
oder Beschleunigungsnehmer ausgebildet ist, erfasst den tatsächlichen Zeitpunkt
einer Kollision. Der tatsächliche
Kollisionszeitpunkt kann dann mit den vorausberechneten und abgespeicherten
möglichen
Kollisionszeitpunkten verglichen werden. Anhand des Vergleichs wird
derjenige Wert der Relativgeschwindigkeit ausgewählt, dessen dazugehöriger vorausberechneter
möglicher Kollisionszeitpunkt
die geringste Abweichung von dem tatsächlichen Kollisionszeitpunkt
aufweist. Dadurch ist zum tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt oder kurz danach die Relativgeschwindigkeit
zwischen Fahrzeug 10 und Kollisionsobjekt 1 bekannt,
was für den
optimalen Einsatz von Schutzmitteln des Sicherheitssystems ausgenutzt
werden kann.
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Insbesondere
kann die Verarbeitungseinheit 12 mit Hilfe der bereits
erfassten Daten über
die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kollisionsobjekt 11 und
dem Fahrzeug 10 eine an das Unfallgeschehen angepasste
Steuerung der Sicherheitssysteme des Fahrzeugs 10 durchführen. So
kann beispielsweise die Auslösung
eines Rückhaltemittels
wie z. B. eines Gurtstraffers des Fahrzeugs 10 bei sehr
hohen Relativgeschwindigkeiten auf einen früheren Zeitpunkt vorverlegt
werden oder die Intensität
eines Rückhaltemittels
erhöht
werden. Umgekehrt kann bei einer niedrigen Relativgeschwindigkeit
die Auslösung
eines Sicherheitssystems verzögert
werden oder sogar verhindert werden, beispielsweise um eine unnötige Auslösung des
Airbags zu verhindern.
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Weiterhin
können
Daten über
die Relativgeschwindigkeit des Kollisionsobjektes 11 für eine Klassifizierung
des Kollisionsobjektes verwendet werden. Werden beispielsweise Daten
von anderen Sensoren wie Raddrehzahlsensoren des Fahrzeugs 10 ausgewertet,
die eine realtiv genaue Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeug 10 ermöglichen,
kann anhand der durch den Precrash-Sensor 13 gemessenen
Relativgeschwindigkeit und der durch den Raddrehzahlsensor bestimmten
Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 die Geschwindigkeit des
Kollisionsobjektes 11 bestimmt werden. Die Höhe dieser
Geschwindigkeit lässt
Rückschlüsse auf
die Art des Kollisionsobjektes wie beispielsweise einen Fußgänger oder
ein anderes Auto zu.
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Der
Precrash-Sensor 13 lässt
sich außerdem
gleichzeitig für
andere Zwecke einsetzen. Die von dem Precrash-Sensor 13 erfassten
Messwerte der Relativgeschwindigkeit und des Abstandes 16 zwischen
dem Kollisionsobjekt 11 und dem Fahrzeug 10 können beispielsweise
von Assistenzsystemen zum Einparken, von Systemen zur Kollisionswarnung oder
Systemen zur Längsdynamikbeeinflussung
verwendet werden. Der Precrash-Sensor 13 wird bevorzugt
in einem Bereich hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder
im Bereich der Frontscheinwerfer montiert, um frontale Kollisionen
erfassen zu können.
Um schräge
oder seitliche Kollisionen zu erfassen, kann der Precrash-Sensor
seitlich ausgerichtet sein.
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2 zeigt
ein von oben dargestelltes Szenario, bei dem sich einem Fahrzeug
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem ersten Fall ein erstes Fahrzeug frontal als Kollisionsobjekt
und in einem zweiten Fall ein zweites Fahrzeug von schräg vorne
nähert
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Das
Fahrzeug 10 bewegt sich im ersten Fall auf ein frontal
entgegenkommendes Fahrzeug 11 zu. Der Precrash-Sensor 13 misst
den Abstand 15 zwischen dem Precrash-Sensor 13 und
dem frontal entgegenkommenden Kollisionsobjekt 11. In einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Precrash-Sensor 13 derart ausgebildet, dass der
Abstand zwischen dem Precrash-Sensor 13 und einem Kollisionsort 20 am
Fahrzeug 10 als variabler Parameter in Abhängigkeit
von den geometrischen Abmessungen des Fahrzeugs 10 programmierbar
ist. Je nach Anbringung des Precrash-Sensors 13 lässt sich
also der genaue Abstand programmieren, der sich zwischen dem Anbringungsort
des Precrash-Sensors 13 und beispielsweise der Stoßstange
des Fahrzeugs 10 als Kollisionsort 20 befindet.
Damit lässt
sich dieser Sensor universell an jedem für eine Precrasherfassung geeigneten
Ort am Fahrzeug 10 einsetzen. Anhand des gemessenen Abstands 15 zwischen
dem Precrash-Sensor 13 und dem frontal entgegenkommenden
Kollisionsobjekt 11 und dem programmierten Abstand zwischen
dem Precrash-Sensor 13 und dem Kollisionsort 20 am
Fahrzeug 10 errechnet die Verarbeitungseinheit 12 nun
den Abstand 16 zwischen dem Kollisionsort 20 des
Fahrzeugs 10 und dem frontal entgegenkommenden Kollisionsobjekt 11.
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Im
zweiten Fall bewegt sich ein schräg entgegenkommendes Fahrzeug 17 als
Kollisionsobjekt auf das Fahrzeug 10 zu. Auch hier misst
der Precrash-Sensor 13 einen Abstand 15.1 zwischen
dem Precrash-Sensor 13 und dem frontal entgegenkommenden
Kollisionsobjekt 17. Der Abstand zwischen dem Precrash-Sensor 13 und
einem Kollisionsort 20.1 ist in diesem Fall größer als
der Abstand zwischen dem Precrash-Sensor 13 und dem Kollisionsort 20 für das frontal
entgegenkommenden Fahrzeug 11, denn die Ecke der Stoßstange
als Kollisionsort 20.1 ist weiter entfernt vom Precrash-Sensor 13 als die
Mitte der Stoßstange
als Kollisionsort 20. Um diesen größeren Abstand zu berücksichtigen,
ist der Abstand zwischen dem Precrash-Sensor 13 und dem Kollisionsort 20 bzw. 20.1 am
Fahrzeug 10 in Abhängigkeit
eines Winkels 21, mit dem das Kollisionsobjekt 11 bzw. 17 vom
Precrash-Sensor 13 erfasst wird, programmiert. Anders ausgedrückt werden
bei einer Erfassung der Signale, die mit dem Einfallswinkel 21 zur
Fahrzeuglängsachse
vom Precrash-Sensor 13 erfasst werden, automatisch abhängig vom
Einfallswinkel 21 ein entsprechend programmierter Abstand zwischen
dem Precrash-Sensor 13 und dem Kollisionsort 20.1 am
Fahrzeug 10 berücksichtigt.
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Die
Verarbeitungseinheit 12 berechnet daher den Abstand 16.1 zwischen
dem Kollisionsort 20.1 des Fahrzeugs 10 und dem
schräg
entgegenkommenden Kollisionsobjekt 17 aus dem gemessenen Abstand 15.1 zwischen
dem Precrash-Sensor 13 und dem schräg entgegenkommenden Kollisionsobjekt 11 und
dem in Abhängigkeit
von dem Winkel 21 programmierten Abstand zwischen dem Precrash-Sensor 13 und
dem Kollisionsort 20.1 am Fahrzeug 10.
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Im
Fall einer Kollision steuert die Verarbeitungseinheit 12 mit
Hilfe der bereits erfassten Daten über die Relativgeschwindigkeit
und des Abstandes 16.1 zwischen dem Kollisionsobjekt 17 und
dem Fahrzeug 10 die Sicherheitssysteme des Fahrzeugs 10 auf
die Weise, wie es in Zusammenhang mit 1 bereits
oben beschrieben wurde.
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3 zeigt
anhand eines Diagramms die Vorausberechnung eines möglichen
Kollisionszeitpunktes anhand eines gemessenen Abstands 16 zwischen
dem Fahrzeug 10 und dem Kollisionsobjekt 11 und
der Relativgeschwindigkeit 2 des Kollisionsobjekts 11.
Die gestrichelten Linie 3 zeigt den Abstand As,
der dem Abstand zwischen dem Stoßfänger des Fahrzeugs 10 und
damit dem zu erwartenden Kollisionsort 20 und dem Precrash-Sensor 13 entspricht. Zum
Zeitpunkt einer Messung wird der Abstand 15 eines Reflexionsschwerpunktes 1 des
Kollisionsobjektes 11 und die Relativgeschwindigkeit 2 des
Kollisionsobjektes 11 gemessen. Anhand des Abstandes 15 beziehungsweise
des daraus ermittelten Abstandes 16 und der Relativgeschwindigkeit 2 kann
nun aufgrund des Weg-Zeit-Gesetzes der zu erwartende, d.h. mögliche Kollisionszeitpunkt 4 vorausberechnet werden.
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Zur
Ermittlung der wahrscheinlichsten Relativgeschwindigkeit werden
nun mehrere Messungen des Abstandes 16 zwischen dem Fahrzeug 10 und dem
Kollisionsobjekt 11 und der Relativgeschwindigkeit 2 des
Kollisionsobjektes 11 durchgeführt. 4 zeigt
anhand eines Diagramms die Bestimmung der wahrscheinlichsten Relativgeschwindigkeit 6.
Hierzu wird zu unterschiedlichen Messzeitpunkten der Abstand 16 zu
den unterschiedlichen Reflexionsschwerpunkten 1 des Kollisionsobjekts 11 und
die dazugehörige
Relativgeschwindigkeit 2 gemessen. Aus den Messwerten des
Abstandes 16 und der Relativgeschwindigkeit 2 wird
nun anhand des Weg-Zeit-Gesetzes ein jeweils dazugehöriger möglicher
Kollisionszeitpunkt 4 vorausberechnet und abgespeichert.
Wenn der Crashsensor 14 eine Kollision erfasst, wird der
tatsächliche
Kollisionszeitpunkt tk 5 mit den
vorausberechneten möglichen
Kollisionszeitpunkten 4 verglichen. Es wird derjenige Messwert 6 der
Relativgeschwindigkeit 2 ausgewählt, dessen dazugehöriger berechneter
möglicher
Kollisionszeitpunkt 4 die geringste Abweichung zum tatsächlichen Kollisionszeitpunkt
tk 5 aufweist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird der Verlauf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 oder
des Kollisionsobjektes 11 in die Berechnung der zu erwartenden
Kollisionszeitpunkte 4 einbezogen. Dabei werden die Beschleunigung
beziehungsweise die Verzögerung
des Fahrzeugs 10 oder des Kollisionsobjektes 11 beispielsweise
aus den Messwerten des Precrash-Sensors bestimmt. Die Beschleunigung
oder Verzögerung
des Fahrzeugs 10 kann außerdem durch andere Sensoren wie
beispielsweise Raddrehzahlsensoren bestimmt werden. Unter Berücksichtigung
dieser Messwerte der Beschleunigung oder Verzögerung können die berechneten Kollisionszeitpunkte
an den Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs 10 beziehungsweise des
Kollisionsobjektes 11 angepasst werden. Beispielsweise
können
hierfür
speziell für
die Fahrzeugkinematik entwickelte Rechenmodelle eingesetzt werden.
-
5 zeigt
anhand eines weiteren Diagramms die Bestimmung der wahrscheinlichsten
Relativgeschwindigkeit 6 unter Berücksichtigung einer Messtoleranz
bei der Geschwindigkeitsmessung. Bei Abweichungen der vorausberechneten
möglichen Kollisionszeitpunkte 4 mit
dem tatsächlichen
Kollisionszeitpunkt tk 5 kann eine
Messtoleranz der Relativgeschwindigkeit 2 in die Auswahl
des wahrscheinlichsten Messwerts der Relativgeschwindigkeit 6 einbezogen
werden. 5 zeigt im Diagramm sowohl die
gemessene Relativgeschwindigkeit 2 des Reflexionsschwerpunktes 1 des
Kollisionsobjektes 11 als auch die nach oben und unten
abweichenden Relativgeschwindigkeiten 2.1, wenn eine Messtoleranz berücksichtigt
wird. Für
jeden Messwert der Relativgeschwindigkeit 2 und 2.1 wird
ein möglicher
Kollisionszeitpunkt 4 beziehungsweise 4.1 vorausberechnet.
Im Fall einer Kollision zum Zeitpunkt tk 5 wird
der tatsächliche
Kollisionszeitpunkt tk 5 mit den
vorausberechneten möglichen
Kollisionszeitpunkten 4 und 4.1 verglichen.
-
Liegt
der tatsächliche
Kollisionszeitpunkt tk 5 näher an einem
vorausberechneten möglichen
Kollisionszeitpunkt 4.1, der zu einem Messwert der Relativgeschwindigkeit 2.1 gehört, welcher
eine Messtoleranz beinhaltet, ist diese Relativgeschwindigkeit 2.1 die
wahrscheinlichste Relativgeschwindigkeit 6. Dies lässt Rückschlüsse auf
die Höhe
der Messtoleranz zu. Tritt eine Kollision früher als vorausberechnet ein,
kann dies auf einem zu geringen Messwert der Relativgeschwindigkeit 2 beruhen.
In diesem Fall kann eine entsprechend höhere Relativgeschwindigkeit
als wahrscheinlich angenommen werden. Tritt eine Kollision dagegen
später
als vorausberechnet ein, kann dies wiederum auf einem zu hohen Messwert
der Relativgeschwindigkeit 2 beruhen. Hier kann eine entsprechend
geringere Relativwahrscheinlichkeit als wahrscheinlich angenommen
werden.
-
Analog
dazu kann eine Messtoleranz des gemessenen Abstandes 16 berücksichtigt
werden. Tritt eine Kollision früher
als vorausberechnet ein, kann dies auf einem zu hohen Messwert des
Abstandes 16 beruhen. Deshalb ist ein geringerer Abstand
als wahrscheinlicher anzunehmen. Tritt eine Kollision später als
vorausberechnet ein, kann dies auf einem zu geringen Messwert des
Abstandes 16 beruhen. Dann ist ein höherer Abstand wahrscheinlicher.
In einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens können
die vorausberechneten Kollisionszeitpunkte mit statistischen Methoden
ausgewertet werden.
-
Dazu
ist in 6 ein Diagramm dargestellt, mit dem die Bestimmung
der wahrscheinlichsten Relativgeschwindigkeit unter Berücksichtigung
einer Messtoleranz bei der Abstandsmessung und unter Anwendung einer
statistischen Auswertungsmethode erläutert wird. Es werden mehrere
Messungen des Abstandes 16 zwischen dem Fahrzeug 10 und dem
Kollisionsobjekt 11 und der Relativgeschwindigkeit 2 von
Reflexionsschwerpunkten 1 des Kollisionsobjektes 11 zu
verschiedenen Messezeitpunkten durchgeführt. Aus den Messwerten des
Abstandes 16 und der Relativgeschwindigkeit 2 werden
jeweils die zu erwartenden, d.h. möglichen Kollisionszeitpunkte 4 vorausberechnet.
Die Anzahl der Kollisionszeitpunkte 4 pro definiertem Zeitintervall
wird nun ermittelt beziehungsweise statistisch ausgewertet.
-
Anhand
dieser Auswertung wird eine Häufung
von vorausberechneten Kollisionszeitpunkten zum Zeitpunkt 4.2 ermittelt.
Im Fall einer Kollision wird nun anhand des tatsächlichen Kollisionszeitpunktes
tk 5 und dem statistisch ermittelten
wahrscheinlichsten Kollisionszeitpunkt 4.2 eine Zeitdifferenz 7 ermittelt,
welche die Abweichung zwischen wahrscheinlichstem Kollisionszeitpunkt
und tatsächlichem
Kollisionszeitpunkt tk 5 darstellt.
Aus dieser Abweichung 7 kann wiederum auf eine Abweichung
des Abstandes beziehungsweise eine Messwerttoleranz der Abstandsmessung
geschlossen werden, die bei der Ermittlung des Abstandes berücksichtigt
werden kann.
-
- 1
- Reflexionsschwerpunkt
eines Kollisionsobjektes zu einem
-
- bestimmten
Messzeitpunkt
- 2
- Messwert
der Relativgeschwindigkeit zu einem bestimmten
-
- Messzeitpunkt
- 2.1
- Messwert
der Relativgeschwindigkeit zu einem bestimmten
-
- Messzeitpunkt
unter Berücksichtigung
einer Messwerttoleranz
- 3
- Abstand
des Stoßfängers As zum Precrash-Sensor
- 4
- aus
den Messwerten eines bestimmten Messzeitpunktes
-
- vorausberechneter
möglicher
Kollisionszeitpunkt
- 4.1
- aus
den Messwerten eines bestimmten Messzeitpunktes
-
- vorausberechneter
möglicher
Kollisionszeitpunkt unter
-
- Berücksichtigung
einer Messwerttoleranz der
-
- Geschwindigkeitsmessung
- 4.2
- statistisch
ermittelter wahrscheinlichster Kollisionszeitpunkt
- 5
- tatsächlicher
Kollisionszeitpunkt tk
- 6
- wahrscheinlichster
Messwert der Relativgeschwindigkeit
- 7
- Abweichung
zwischen wahrscheinlichstem Kollisionszeitpunkt
-
- und
tatsächlichem
Kollisionszeitpunkt
- 8
- Abweichung
des Abstandes beziehungsweise Messwerttoleranz
-
- der
Abstandsmessung
- 10
- Fahrzeug
- 11
- frontal
entgegenkommendes Kollisionsobjekt
- 12
- Verarbeitungseinheit
- 13
- Precrash-Sensor
- 14
- Crashsensor
- 15
- Abstand
zwischen Precrash-Sensor des Fahrzeugs und frontal
-
- entgegenkommendem
Kollisionsobjekt
- 15.1
- Abstand
zwischen Precrash-Sensor des Fahrzeugs und schräg
-
- entgegenkommendem
Kollisionsobjekt
- 16
- Abstand
zwischen Fahrzeug und frontal entgegenkommendem
-
- Kollisionsobjekt
- 16.1
- Abstand
zwischen Fahrzeug und schräg
entgegenkommendem
-
- Kollisionsobjekt
- 17
- schräg entgegenkommendes
Kollisionsobjekt
- 18
- Sensorsignal
des Precrash-Sensors
- 19
- Sensorsignal
des Crashsensors
- 20
- Kollisionsort
am Fahrzeug bei einem frontal
-
- entgegenkommenden
Kollisionsobjekt
- 20.1
- Kollisionsort
am Fahrzeug bei einem schräg
-
- entgegenkommenden
Kollisionsobjekt
- 21
- Winkel,
in dem ein entgegenkommendes Kollisionsobjekt erfasst
-
- wird