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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bestimmen einer Aufprallgeschwindigkeit eines Objekts für ein Sicherheitssystem,
insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Steuergerät, mindestens
einem Sensor und mit mindestens einem Videosystem, und ein Sicherheitssystem
mit einer solchen Vorrichtung.
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Derzeit
werden in Kraftfahrzeugen Mono-Videosysteme zur Fahrerassistenz
für verschiedene Funktionen
eingesetzt, beispielsweise zur Unterstützung beim Einparken oder Spurverlassenswarnung. Als
Beispiel zur Illustration sei
DE 103 24 895 A1 genannt.
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Sensoren
werden für
Sicherheitssysteme in Kraftfahrzeugen in unterschiedlichen Ausführungen, beispielsweise
als Beschleunigungssensoren, für
die Funktion von Crashsensoren u. a. zur Erkennung von Seitenaufprallen,
Frontcrashs oder auch zur Crashschwere-Erkennung im Frontbereich
bereits seit Jahren verwendet. Ein Beispiel zur Illustration gibt
DE 102 31 364 A1 .
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Kontaktsensoren
finden Einsatz eher in der Arbeitsplatzsicherheit, aber auch im
Fahrzeug für
die Verwendung zum Beispiel für
den aktiven Fußgängerschutz.
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Mit
Videosystemen ist zum Beispiel die Bestimmung einer Größe eines
Objekts oder seiner Relativgeschwindigkeit nur sehr begrenzt möglich. Ein hierfür wichtiger
fehlender Parameter ist die Entfernung des Objekts. Die Relativgeschwindigkeit
des Objekts ist jedoch für
die Realisierung einer verbesserten Rückhaltemittelsteuerung eine
sehr wichtige Größe.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Bestimmen einer Aufprallgeschwindigkeit eines Objekts für ein Sicherheitssystem,
insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ermöglicht demgegenüber durch
eine Synthese der Informationen aus dem Videosystem und der Beschleunigungs-
oder Kontaktsensorik eine Bestimmung der Aufprallgeschwindigkeit
des Objekts durchzuführen.
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Daraus
ergibt sich der Vorteil, dass Sicherheitsmittel bei unterschiedlichen
Aufprallgeschwindigkeiten so gezielt angepasst eingesetzt werden können, dass
sie dabei jeweils ihre optimale Sicherheitswirkung entfalten.
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Die
Grundidee der Erfindung wird im Folgenden erläutert.
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Aus
der Information einer Größenveränderung
von einem durch ein Videosystem erfassten und in dessen Bildebene
abgebildeten Objekt ist eine Zeit bestimmbar, die das Objekt bei
konstanter Bewegung benötigt,
um die Bildebene zu erreichen. Zusammen mit einer Abstandsinformation
kann daraus die momentane Annäherungsgeschwindigkeit
des Objekts bestimmt werden. Erfindungsgemäß wird aus der Sensorik des
in einem Fahrzeug vorhandenen Sicherheitssystems der Kontaktzeitpunkt
des Objekts mit dem Fahrzeug im Zeitpunkt der Kollision ermittelt.
Aus der Fahrzeuggeometrie und der relativen Position des Videosystems
ergibt sich der Abstand der Bildebene zu dem Objekt im Zeitpunkt
der Kollision, da die Position des korrespondierenden Sensors in
der Geometrie des Fahrzeugs bekannt ist. Im einfachsten Fall ergibt
sich aus der Division dieses Abstands durch die restliche Zeit vom
Zeitpunkt der Kollision des Objekts bis zu seinem Erreichen der
Bildebene die momentane Annäherungs-
bzw. Aufprallgeschwindigkeit des Objekts im Zeitpunkt der Kollision.
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Ein
Verfahren zum Bestimmen einer Aufprallgeschwindigkeit eines Objekts
für ein
Sicherheitssystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens
einem Steuergerät,
mindestens einem Sensor und mit mindestens einem Videosystem, weist
folgende Verfahrensschritte auf:
- (S1) Erfassen
des Objekts mittels des Videosystems durch Abbilden in dessen Bildebene
zum Analysieren einer Größenveränderung
des Objekts zum Bestimmen eines Zielzeitpunkts, an dem das Objekt
die Bildebene durchquert;
- (S2) Ermitteln von weiteren Daten des Objekts und Übertragen
dieser mit den im Verfahrensschritt (S1) bestimmten Daten an eine
Auswerteeinrichtung im Steuergerät;
- (S3) Bestimmen des Kontaktzeitpunkts der Kollision des Objekts
mit dem Kraftfahrzeug anhand von Signalwerten des mindestens einen
Sensors durch die Auswerteeinrichtung im Steuergerät; und
- (S4) Bestimmen der Aufprallgeschwindigkeit des Objekts durch
die Auswerteeinrichtung im Steuergerät anhand des Kontaktzeitpunkts
der Kollision und der vom Videosystem übertragenen Daten.
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Im
Verfahrensschritt (S1) wird bevorzugt die zeitliche Veränderung
eines Objektwinkels, den das Objekt überstreicht, zum Bestimmen
des Zielzeitpunkts verwendet. Diese ist vorteilhaft, da die Hauptstrahlen
des Objekts durch dessen Kontur in der Bildebene relativ einfach
zu erfassen sind.
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Im
Verfahrensschritt (S1) wird ein Startzeitpunkt beim Erfassen des
Objekts als Bezugspunkt für das
Bestimmen des Zielzeitpunkts bestimmt, woraus sich erforderliche
Zeitdifferenzen zu weiteren Zeitpunkten leicht bestimmen lassen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, im Verfahrensschritt (S2) als weitere Daten
des Objekts eine prozentuale Überdeckung
der Bildebene, die durch das Bild des Objektes entsteht, zu ermitteln.
Hierdurch ist eine vorteilhafte zusätzliche Möglichkeit geschaffen, den Zielzeitpunkt
zu ermitteln bzw. zu bestätigen.
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In
bevorzugter Ausgestaltung weist der Verfahrensschritt (S4) folgende
Teilschritte auf:
- (S4-1) Bestimmen eines ersten
Abstands der Bildebene zu dem Objekt im Kontaktzeitpunkt der Kollision
anhand des Objektwinkels, der Einbauposition einer Kamera des Videosystems
und der Geometrie des Kraftfahrzeugs;
- (S4-2) Bestimmen einer Zeitdifferenz zwischen dem im Verfahrensschritt
(S1) bestimmten Zielzeitpunkt und dem im Verfahrensschritt (S3)
bestimmten Kontaktzeitpunkt der Kollision des Objekts mit dem Kraftfahrzeug;
- (S4-3) Bestimmen der Aufprallgeschwindigkeit des Objekts durch
Division des ersten Abstands durch die Zeitdifferenz; und
- (S4-4) Übergeben
des Wertes der Aufprallgeschwindigkeit des Objekts an einen Auslösealgorithmus
für Sicherheitsmittel.
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Somit
wird in einer vorteilhaft einfachen Berechnung die Aufprallgeschwindigkeit
ermittelt.
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Es
ist bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung Bestandteil der Software
des Steuergeräts
ist, da somit kein erneuter Bauraum beansprucht wird.
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In
einer weiteren Ausführung
werden die in den Verfahrensschritten (S1) und (S2) ermittelten Daten
in einer Speichereinrichtung gespeichert, so dass sie jederzeit
zur Auswertung zur Verfügung
stehen.
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Eine
Vorrichtung zur Bestimmung einer Aufprallgeschwindigkeit eines Objekts
für ein
Sicherheitssystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens
einem Steuergerät,
mindestens einem Sensor und mit mindestens einem Videosystem ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung
zur Auswertung von Daten des Videosystems zur Bestimmung einer Aufprallgeschwindigkeit
des Objekts aufweist, wobei das Videosystem mit der Auswerteeinrichtung
und diese mit dem Steuergerät
in Verbindung steht.
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Auf
diese Weise lassen sich die Informationen des Videosystems in vorteilhaft
einfacher Weise für
den Algorithmus des Steuergeräts
des Sicherheitssystems aufbereiten und einfügen.
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In
einer Ausführungsform
ist die Auswerteeinrichtung im Steuergerät oder in einem Videosteuergerät angeordnet,
wobei es hinsichtlich eines Einbauraums von Vorteil ist, dass die
Auswerteeinrichtung als Bestandteil der Software des Steuergeräts oder
des Videosteuergeräts
ausgebildet ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Videosystem eine Speichereinrichtung zur Speicherung von
ermittelten Daten des Objekts auf, um diese jederzeit zur Auswertung
oder nachträglichen
Auswertung zur Verfügung
zu stellen.
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Ein
Sicherheitssystem für
ein Kraftfahrzeug weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
auf.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigt dabei:
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1 eine
schematische Darstellung einer Erfassung eines Objekts mit einem
Videosystem eines Kraftfahrzeugs in einem ersten Zeitpunkt zur Bestimmung
einer Aufprallgeschwindigkeit;
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2 eine
weitere schematische Darstellung der Erfassung des Objekts nach 1 in
einem zweiten Zeitpunkt;
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3 eine
weitere schematische Darstellung der Erfassung des Objekts nach 1 in
einem zweiten Zeitpunkt; und
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4 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
Bestimmung einer Aufprallgeschwindigkeit vc eines
Objekts auf ein Fahrzeug ist für
eine gesteuerte Auslösung
von Sicherheitsmitteln, wie beispielsweise Airbags, von großer Bedeutung,
denn die Sicherheitsmittel können
dann bei unterschiedlichen Aufprallgeschwindigkeiten so gezielt
eingesetzt werden, dass sie dabei jeweils ihre optimale Sicherheitswirkung
entfalten können.
Das bedeutet auch, dass bei einem Aufprall von geringer Schwere
ein entsprechendes Sicherheitsmittel mit angepasster Wirkung ausgelöst wird,
denn hierbei kann ein Sicherheitsmittel in einer unangepassten Wirkungsweise
zu Schaden und/oder Verletzungen führen, die ein geringer Aufprall
nicht verursachen würde.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Erfassung des Objekts 11 mit
einem Videosystem 3 eines Kraftfahrzeugs 10 in
einem Startzeitpunkt t0, wobei sich das
Kraftfahrzeug 10 in x-Richtung des angegebenen Koordinatensystems
bewegt.
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Das
Kraftfahrzeug 10 ist weiterhin mit einem Sicherheitssystem
ausgerüstet,
welches beispielsweise ein Steuergerät 2 zur Auslösung von
Rückhaltemitteln,
wie zum Beispiel ein Airbag, mit einem zugehörigen Sensor 4 ist.
Der Sensor 4 befindet sich typischerweise im Frontbereich
des Kraftfahrzeugs 10 und kann ein bekannter Frontsensor
zur Sensierung eines Frontaufpralls sein.
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Das
Videosystem 3 ist mit dem Steuergerät 2 des Sicherheitssystems über eine
geeignete Übertragungsstrecke 18 verbunden,
welche zum Beispiel ein CAN-Bus ist.
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Das
Objekt 11 befindet sich als Hindernis in der Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs 10 in dessen Fahrspur oder am Rand der
Fahrspur auf einem Kollisionskurs. Es kann ein entgegenkommendes
Fahrzeug sein. Das Objekt 11 wird von dem Videosystem 3 in
dessen Erfassungsbereich 13 in einem bestimmten Winkel
zwischen der optischen Achse 16 des Videosystems 3 und
einem Hauptstrahl des Objekts 11 erfasst. Dieser Winkel
wird als Objekt- oder Feldwinkel 14 bezeichnet. Das Objekt 11 wird
in bekannter Weise durch eine Optik (nicht dargestellt) des Videosystems 3 auf
dessen Bildebene 15 abgebildet.
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Im
Startzeitpunkt t0 des Erfassens des Objekts 11 befindet
sich dieses in einem bestimmten Abstand von der Bildebene 15 des
Videosystems 3. Dieser bestimmte Abstand setzt sich zusammen
aus einem ersten Abstand d1 zwischen der
Bildebene 15 des Videosystems 3 und der Frontseite
des Kraftfahrzeugs 10 und einem zweiten Abstand d2 zwischen der Vorderkante des Kraftfahrzeugs 10 und
der dem Kraftfahrzeug 10 zugewandten Seite des Objekts 11, wobei
sich der zweite Abstand d2 durch Annähern des
Kraftfahrzeugs 10 und des Objekts 11 zueinander
verkleinert.
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Bei
dieser Bewegung vergrößert sich
der Objektwinkel 14, der dann 180° betragen würde, wenn das Objekt 11 die
Bildebene 15 des Videosystems 3 erreicht.
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Dazu
zeigt 2 die Anordnung nach 1 in einem
zweiten, späteren
Zeitpunkt. Hierbei hat sich der zweite Abstand d2 auf
den zweiten Abstand d2' verkleinert und der Objektwinkel 14 auf
den Objektwinkel 14' vergrößert.
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Gleichzeitig
vergrößert sich
die Abbildung des Objekts 11 in der Bildebene 15 des
Videosystems 3, welches unter Annahme einer konstanten Bewegung
des Objekts 11 die Größenveränderung des
Objektbildes und die Veränderung
des Objektwinkels 14 in Abhängigkeit von der ablaufenden
Zeit mit dem Bezugszeitpunkt t0 in bekannter
Weise analysiert. Dabei wird der theoretische Zielzeitpunkt t1 bestimmt, an dem das Objekt 11 die
Bildebene 15 des Videosystems 3 erreicht. Damit
ergibt sich eine bestimmte Zeitspanne vom Startzeitpunkt t0 des Erfassens des Objekts 11 bis
zum Zielzeitpunkt t1 des Erreichens der
Bildebene 15 durch das Objekt 11.
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Weiterhin
wird ein so genannter Überdeckungsgrad
ermittelt, der eine prozentuale Überdeckung
der Abbildung des Objekts 11 auf der Bildebene 15 des
Videosystems 3 darstellt. Auch dieser prozentuale Überdeckungsgrad
vergrößert sich,
wenn sich das Kraftfahrzeug 10 und das Objekt 11 aufeinander
zu bewegen, und kann zur weiteren Auswertung herangezogen werden.
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Das
Videosystem 3 überträgt die Zeitpunkte t0 und t1 sowie Datenwerte
des prozentualen Überdeckungsgrads über die Übertragungsstrecke 18 an das
Steuergerät 2 des
Sicherheitssystems.
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In
einem Kontaktzeitpunkt tc (siehe 3) erfolgt
eine Kollision des Objekts 11 mit dem Kraftfahrzeug 10,
welche von dem Sensor 4 erfasst und in bekannter Weise
dem Steuergerät 2 übermittelt
wird. Dieser Kontaktzeitpunkt tc wird von
dem Steuergerät 2 bestimmt
und zur weiteren Auswertung herangezogen, die im Folgenden erläutert wird.
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Der
Objektwinkel 14, 14',
die Einbauposition des Videosystems 3 und somit die Lage
der Bildebene 15 und die Fahrzeuggeometrie werden zusammen
mit der prozentualen Überdeckung
ausgewertet, um den erste Abstand d1 der
Bildebene 15 zum Objekt 11 zu ermitteln, der im
Kontaktzeitpunkt tc der Kollision vorhanden
war. Diese Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinrichtung 12 des
Steuergeräts 2 (siehe 4)
in folgender Weise und ergibt die momentane Aufprallgeschwindigkeit
vc des Objekts 11 im Kontaktzeitpunkt
tc der Kollision.
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Die
verbleibende Zeit vom Kontaktzeitpunkt tc der
Kollision bis zum Zielzeitpunkt t1 des Erreichens der
Bildebene 15 durch das Objekt 11 wird als eine Zeitdifferenz Δt1 zwischen dem Zielzeitpunkt t1 und dem
Kontaktzeitpunkt tC bestimmt. Daraufhin
wird ein Bestimmen der Aufprallgeschwindigkeit vc des
Objekts 11 durch Division des ersten Abstands d1 durch die Zeitdifferenz Δt1 vorgenommen.
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Die
so ermittelte Aufprallgeschwindigkeit vc wird
nun dem Algorithmus zur Auslösung
von Sicherheitsmitteln des Steuergeräts 2 übergeben.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in
einem Kraftfahrzeug 10, wobei das Videosystem 3 eine
Videokamera 7, ein Videosteuergerät 8 und eine Speichereinrichtung 9 aufweist,
die miteinander in Verbindung stehen. Das Videosteuergerät 8 ist über die Übertragungsstrecke 18 mit
der Auswerteeinrichtung 12 im Steuergerät 2 verbunden.
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Das
Steuergerät 2 weist
in dieser Ausführungsform
mehrere angeschlossene Sensoren auf ein Sensor 4 zur Frontcrashsensierung,
der mit dem Videosystem 3 zusammenwirkt, zwei Seitensensoren 6, 6' zur Erfassung
von Seitencrashes und einen Hecksensor 5 zur Erfassung
eines Heckaufpralls. Die Sensoren 5, 6, 6' arbeiten in
diesem Beispiel nur mit dem Steuergerät 2 zusammen. Es ist
aber selbstverständlich
möglich,
diese Sensoren 5, 6, 6' auch mit korrespondierenden Seiten-
und Heck-Videosystemen
(nicht dargestellt) zusammenwirken zu lassen. Insbesondere sind
Heckvideosysteme zur Fahrerunterstützung bereits bekannt und können somit
leicht integriert werden.
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Mit
der Erfindung ist es möglich,
die momentane Aufprallgeschwindigkeit vc des
Objekts 11 zu bestimmen, um somit die Auslösung von
entsprechenden Sicherheitsmitteln in Abhängigkeit von dieser Aufprallgeschwindigkeit
optimal durchzuführen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern auf vielfältige
Art und Weise modifizierbar.
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So
ist es beispielsweise denkbar, dass die Übertragung der Datenwerte des
Videosystems 3 kontinuierlich erfolgt oder bei Änderung
der zuvor übertragenen
Datenwerte zur Aktualisierung vorgenommen wird.
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Die
Datenwerte des Videosystems 3 können auch in dessen Speichereinrichtung 9 gespeichert werden,
um zu jedem Zeitpunkt, auch nachträglich, von dem Steuergerät 2 bzw.
der Auswerteeinrichtung 12 abrufbar zu sein.
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Bei
einer Anordnung von mehreren Sensoren kann der Kontaktzeitpunkt
tc durch das erste Sensorsignal festgelegt
werden.
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Die
Art der Crashsensoren ist unabhängig von
dem Videosystem 3. Es können
zum Beispiel Beschleunigungs-, Kontakt-, oder Drucksensoren sein. Aber
es sind auch andere Ausführungen
denkbar.
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Die
Auswerteeinrichtung 12 kann auch im Videosystem 3 angeordnet
sein. Sie kann als Software ausgebildet ein Bestandteil der Software
des Videosystems 3 oder des Steuergeräts 2 sein. Es ist
auch möglich,
die Auswerteeinrichtung 12 als separates Gerät anzuordnen.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist die Art des Videosystems 3 ein Mono-Videosystem. Andere
Ausführungen
sind ebenfalls denkbar.