DE102005026188A1 - Steuerverfahren für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug, wobei Signale in einem breiten Frequenzbereich mit wenigstens einem schwingungsempfindlichen Sensor sensiert werden, die in dem Körperschallfrequenzbereich liegenden Ausgangssignale und die niederfrequenten Ausgangssignale des Sensors mittels einer Auswerteschaltung ausgewertet werden und eine Aktivierung der Unfallschutzeinrichtung in Abhängigkeit von der Auswertung der Ausgangssignale durch ein Steuergerät erfolgt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Ausgangssignale des Sensors in einem Frequenzbereich zwischen 400 Hz und 5 kHz ausgewertet werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Aus der DE 100 15 273 A1 ist eine Steuervorrichtung für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug bekannt, welche wenigstens einen Beschleunigungssensor, eine Auswerteschaltung zur Auswertung der Ausgangssignale des Beschleunigungssensors und ein Steuergerät umfasst, welches Elemente der Unfallschutzeinrichtung bei Vorliegen vorbestimmter Bedingungen aktiviert. Der Beschleunigungssensor ist in einem breiten Frequenzbereich empfindlich, welcher von Frequenzen unter 5 Hz bis über 10kHz reicht. In der Auswerteschaltung werden auch die im Körperschallfrequenzbereich liegenden Ausgangssignale ausgewertet. Dadurch wird ermöglicht, die bei einem Crash entstehenden höherfrequenten Körperschallsignale zusätzlich zu den niederfrequenten Signalen auszuwerten, welche die Fahrzeugbeschleunigung insgesamt erfassen. Hierdurch soll ein Crash sicher und rechtzeitig erkannt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden mittels eines Tiefpassfilters Frequenzen unterhalb von 300 Hz und mittels eines Hochpassfilters Frequenzen über 4 kHz der Auswerteschaltung zur Verfügung gestellt, welche der jeweiligen Fahrzeugbeschleunigung und dem jeweiligen Körperschall entsprechen.
• Außerdem wird in der DE 102 27 061 A1 ein Rückhaltesystem mit Rückhaltemitteln beschrieben, mit mindestens einem beschleunigungsempfindlichen Sensor und mindestens einem Ultraschallsensor. Der Ultraschallsensor ist für die bei einem Crash entstehenden Ultraschallwellen empfindlich, wobei aus dessen Ausgangssignal ein Auslösekriterium für die Rückhaltemittel abgeleitet wird.
• Crashtests, bei welchen keine Unfallschutzeinrichtungen, insbesondere Rückhaltesysteme, aktiviert werden sollen, werden als NON-Fire Lastfälle bezeichnet. Dem gegenüber werden alle Versuche, bei welchen eine Auslösung der Rückhaltesysteme notwendig ist, als Fire Lastfälle bezeichnet. Bei den marktüblichen Verfahren zur Analyse der Beschleunigungssignale existiert stets das Problem die rechtzeitige Auslösung bestimmter Fire Lastfälle zu gewährleisten, ohne zugleich auch die NON-Fire Lastfälle auszulösen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Steuervorrichtungen wird zur Lösung dieses Problems die zusätzliche Auswertung eins höherfrequenteren Körperschallanteils vorgeschlagen. Dabei wird aber seitens der Anmelderin als nachteilig angesehen, dass mit dem empfohlenen Frequenzbereich von 4 kHz bis 20 kHz eine zuverlässige Trennung von NON-Fire Lastfällen und Fire Lastfällen erst relativ spät möglich ist, insbesondere frühestens ab 30 ms. Frühere Zündzeitpunkte im Bereich von 10 ms können daher nicht für alle relevanten Fire Lastfälle mit einem hohen Sicherheitsfaktor angegeben werden. Es ist somit keine ausreichende Sicherheit gegen unerwünschte Fehlauslösungen gegeben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverfahren für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug anzugeben, welches eine gegenüber dem Stand der Technik zuverlässigere und optimierte Auslösung der Unfallschutzeinrichtung gewährleistet.
• Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuerverfahren für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug, bei dem Signale in einem breiten Frequenzbereich mit wenigstens einem schwingungsempfindlichen Sensor sensiert werden, die in dem Körperschallfrequenzbereich liegenden Ausgangssignale und die niederfrequenten Ausgangssignale des Sensors mittels einer Auswerteschaltung ausgewertet werden und eine Aktivierung der Unfallschutzeinrichtung in Abhängigkeit von der Auswertung der Ausgangssignale durch ein Steuergerät erfolgt, mit den Merkmalen des Patenanspruches 1.
• Erfindungsgemäß werden die Ausgangssignale des Sensors in einem Frequenzbereich zwischen 400 Hz und 5 kHz ausgewertet. Eine Frequenzanalyse zeigt deutlich, dass die meisten mit dem Beschleunigungssensor erfassten Signale unterhalb von 5 kHz liegen. Die Signale bis zu 400 Hz werden üblicherweise bei konventionellen Beschleunigungssensoren für eine Erfassung der Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugs herangezogen. In dem Frequenzbereich von 400 Hz bis 5 kHz sind damit die für eine zuverlässige Lastfallunterscheidung signifikanten Körperschallinformationen enthalten.
• Dabei ist es von Vorteil, dass der Körperschall in einem engen Frequenzband ausgewertet wird, welches von dem Fahrzeugtyp abhängig ist. Programmtechnisch kann ein geeignetes Frequenzband bezüglich Lage und Bandbreite ermittelt werden, für welches eine optimale Trennung zwischen Fire- und NON-Fire Lastfällen realisiert werden kann und somit eine zeitlich optimale Aktivierung der Unfallschutzeinrichtung gewährleistet ist. Inhalt des Programms ist die systematische Untersuchung aller Stellmöglichkeiten zur Optimierung der Trennung zwischen Fire und NON-Fire Versuchen. Dafür wurde ein geeignetes Bewertungskriterium geschaffen, welches den Quotienten der jeweils ungünstigsten Kombination aus Fire und NON-Fire Signalen repräsentiert. Es wird der zu jedem Zeitpunkt des Crashverlaufs jeweils kleinste Integralwert der Fire Versuche durch den maximalen Integralwert der NON-Fire Versuche geteilt. Dadurch erhält man den Größenfaktor zwischen beiden. Für Sicherheitsfaktoren größer gleich eins ist eine Tren nungsmöglichkeit gegeben und der Faktor repräsentiert das prozentuale Signalverhältnis zwischen beiden. Wenn der Faktor eins oder kleiner eins ist, dann ist die Trennung zwischen Fire und NON-Fire Versuchen nicht möglich. Dabei wird von einer festen Bandpassbreite ausgegangen, welche schrittweise durch den Frequenzbereich bis 20 kHz geschoben wird. Dadurch erhält man dann für die Bandpassbreite den Sicherheitsfaktor zu entsprechend benannten Zeitpunkten. Dafür werden die Signale gefiltert, die Integrale gebildet und die Werte zu den jeweiligen Zeitpunkten gespeichert. Diese werden als Ergebnis in einem Sicherheitsfaktor zwischen NON-Fire und Fire-Versuchen ausgedrückt. In der Praxis hat sich für das enge Frequenzband eine Bandbreite von ca. 500 Hz bis 2 kHz bei einer Lage um die 2 kHz besonders bewährt.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 ein Blockschaltbild einer Steuerung für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug;
• 2 ein Frequenzanalysespektrum eines schwingungsempfindlichen Sensors für einen Frontalaufprall;
• 3a und 3b jeweils Signalamplituden eines Sensor in Abhängigkeit vom Crashzeitpunkt und der Frequenz; und
• 4a und 4b jeweils Integrale für eine Bandpassfilterung.
• 1 zeigt eine Steuerung 1 für eine Unfallschutzeinrichtung 2, insbesondere einem Rückhaltesystem, beispielsweise einem Airbagsystem, in einem nicht weiter dargestellten Fahrzeug. Die Steuerung 1 weist einen schwingungsempfindlichen Sensor 3 mit einem integrierten Vorverstärker, welchem in diesem Ausführungsbeispiel ein Zwischenverstärker 4 zum Abgleich des Ausgangssignals des Sensors 3 nachgeschaltet ist. Der Sensor 3 kann insbesondere ein Ultraschallsensor, ein Beschleunigungssensor und/oder ein Körperschallsensor sein. Mit dem Sensor 3 wird während eines Crashs der im Fahrzeug erzeugte Schall sowie eine Fahrzeugverzögerung erfasst. Es können auch mehrere Sensoren 3 zur Sensierung des niederfrequenten Frequenzbereiches und/oder des höherfrequenten Frequenzbereiches als Bestandteil einer Vorrichtung vorgesehen sein. Als Schall werden allgemein Schwingungen im Frequenzbereich zwischen 16 und 16 kHz bezeichnet. Je nach dem Medium, in welchem die periodische Schwingung sensiert wird, kann es sich um Luftschall, Flüssigkeitsschall und Körperschall handeln.
• An den Zwischenverstärker 4 ist ein Endverstärker 5 mit einem Tiefpassfilter angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Steuergerät 6 verbunden ist. Mit dem Steuergerät wird die Unfallschutzeinrichtung 2 angesteuert.
• Parallel zu dem Endverstärker 5 ist eine Auswerteeinheit 7 angeordnet, welcher das Ausgangssignal des Zwischenverstärkers 4 zugeführt wird. Die Auswerteeinheit 7 kann eine Bandpassfilterung zur Herausfilterung eines geeigneten Frequenzbereiches und einen Tiefpassfilter für eine Hüllkurvenbildung umfassen. Die Auswerteeinheit 7 ist ebenfalls mit dem Steuergerät 6 verbunden. Der Zwischenverstärker 4, der Endverstärker 5 und die Auswerteeinheit 7 sind Bestandteil einer Auswerteschaltung 4, 5, 7.
• Bei einem Steuerverfahren für die Unfallschutzeinrichtung 2 werden Signale in einem breiten Frequenzbereich mit dem schwingungsempfindlichen Sensor 3 sensiert. Die in dem Körperschallfrequenzbereich liegenden Ausgangssignale und die niederfrequenten Ausgangssignale des Sensors 3 werden mittels der Auswerteschaltung 4, 5, 7 ausgewertet. Der hochfrequente Schall, welcher bei einem Crash des Fahrzeuges entsteht, wird mittels der Auswerteeinheit 7 aus dem Ausgangssignal des Sensors 3 herausgefiltert und dem Steuergerät 6 zur Verfügung gestellt. Die über den Endverstärker 5 mit dem integrierten Tiefpassfilter aus dem Ausgangssignal des Sensors 3 sondierten niederfrequenten Ausgangssignale geben die Fahrzeugverzögerung insgesamt an. Es wird somit eine Körperschallinformation und eine Beschleunigungsinformation dem Steuerverfahren zur Verfügung gestellt. Eine Aktivierung der Unfallschutzeinrichtung 2 erfolgt in Abhängigkeit von der Auswertung der Ausgangssignale durch das Steuergerät 6.
• Erfindungsgemäß wird der Körperschall in dem Frequenzbereich von 400 Hz bis 5 kHz ausgewertet. 2 zeigt ein Frequenzanalysespektrum des Sensors 3 für einen Frontalaufprall nach Bearbeitung mit einer Fast-Fourier-Transformation (FFT). Bei dieser Frequenzanalyse wird deutlich, dass die meisten Signale nicht im oberen Frequenzbereich vorzufinden sind, sondern unterhalb von 5 kHz liegen. Die Signale im Frequenzbereich zwischen 0 und 400 Hz entsprechen denen eines konventionellen Sensors 3 für die Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugs. Der Crashinformationen enthaltende Frequenzbereich liegt daher zwischen 400 Hz und 5 kHz, insbesondere zwischen 400 Hz und 4 kHz.
• Für den signifikanten Frequenzbereich muss sichergestellt sein, dass sich bei einer Integration von Signalen aus diesem Frequenzbereich allein oder in Verbindung mit den Signalen der Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugs eine Trennungsmöglichkeit zwischen NON-Fire Lastfällen und Fire Lastfällen ergibt und somit eine Sicherheit gegenüber unerwünschten Fehlauslösungen gewährleistet ist. In den Diagrammen der 3a und 3b ist jeweils die Signalamplitude des Sensors 3 in Abhängigkeit vom Crashzeitpunkt und von der Frequenz aufgezeigt, wobei 3a einen Fire Lastfall und 3b einen NON-Fire Lastfall darstellt. In einem unteren Frequenzbereich bis ungefähr 5 kHz ist der wesentliche Signaleintrag gegeben. Durch eine geeignete Datenaufbereitung ist für diesen unteren Frequenzbereich der Signaleintrag für den Fire Lastfall eindeutig von dem Signaleintrag für den NON-Fire Lastfall zu unterscheiden. Eine Trennung von Fire Lastfällen und NON-Fire Lastfällen ist dadurch für diesen unteren Frequenzbereich mit einem hohen Sicherheitsfaktor, welcher ein Maß für die Güte der Trennung ist, gegeben. Demgegenüber ist deutlich zu erkennen, dass für den in der DE 100 15 273 A1 angegebenen Körperschallfrequenzbereich oberhalb von 5 kHz keine zuverlässige Trennung von Fire Lastfällen und NON-Fire Lastfällen möglich ist und damit keine Sicherheit gegenüber Fehlauslösungen der Unfallschutzeinrichtung 2 gewährleistet ist.
• Ein mögliches enges Frequenzband weist eine bevorzugte Breite von etwa 500 Hz bis 1,5 kHz auf und ist im Bereich von 2 kHz angeordnet. 4a zeigt Integrale von Sensoren 3 für eine Bandpassfilterung von 1850 Hz und 2350 Hz mit anschließender Absolutwertbildung. Die durchgezogenen Linien entsprechen Fire Lastfällen und die gestrichelten Linien NON-Fire Lastfällen. Jede Linie entspricht einem definierten Frontalcrashszenario. Ein solches enges Frequenzband entspricht den Anforderungen eines hohen Sicherheitsfaktors für den gesamten für eine Auslösung der Unfallschutzeinrichtung 2 relevanten zeitlichen Crashverlauf. Es ist eine deutliche Trennung der Signale von Fire Lastfällen und NON-Fire Lastfällen im gesamten Zeitbereich ab ungefähr 10 ms zu sehen. Hingegen überschneiden sich gemäß 4b die Fire Lastfälle und NON-Fire Lastfälle für die in der DE 100 15 273 A1 angegebene Hochpassfilterung von größer 5 kHz bei den frühen Zündzeiten. Mit dem im Stand der Technik angegebenen Frequenzbereich für den Körperschall kann daher eine zuverlässige Trennung zwischen Fire Lastfällen und NON-Fire Lastfällen nicht erreicht werden. Der Körperschall kann somit vorzugsweise in einem engen Frequenzband ausgewertet werden, wobei die optimale Auswahl von dem speziellen Fahrzeugtyp abhängig ist.
• Mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren für die Unfallschutzeinrichtung 2 können somit Körperschallsignale und Gesamtbeschleunigungssignale zuverlässig ausgewertet werden. Schwer detektierbare Crashs, beispielsweise Schrägaufprall-Crashs, Crashs mit deformierbaren Hindernissen oder Pole-Crashs, können mit hoher Sicherheit frühzeitig im Fahrzeug zentral sensiert werden, ohne dass aufwendige, ausgelagerte Sensoren erforderlich sind.

Claims (6)

1. Steuerverfahren für eine Unfallschutzeinrichtung (2) in einem Fahrzeug, wobei Signale in einem breiten Frequenzbereich mit wenigstens einem schwingungsempfindlichen Sensor (3) sensiert werden, die in dem Körperschallfrequenzbereich liegenden Ausgangssignale und die niederfrequenten Ausgangssignale des Sensors (3) mittels einer Auswerteschaltung (4, 5, 7) ausgewertet werden und eine Aktivierung der Unfallschutzeinrichtung (2) in Abhängigkeit von der Auswertung der Ausgangssignale durch ein Steuergerät (6) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale des Sensors (3) in einem Frequenzbereich zwischen 400 Hz und 5 kHz ausgewertet werden.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale des Sensors (3) unterhalb von 4 kHz ausgewertet werden.
3. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass programmtechnisch ein geeignetes Frequenzband bezüglich Lage und Bandbreite ermittelt wird, für welches zwischen Fire- und NON-Fire Lastfällen in einem für die Aktivierung der Unfallschutzeinrichtung (2) relevanten Zeitintervall unterschieden werden kann.
4. Steuerverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperschall in einem engen Frequenzband ausgewertet wird, welcher von dem Fahrzeugtyp abhängig ist.
5. Steuerverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das enge Frequenzband eine Bandbreite von ca. 500 Hz bis 2 kHz bei einer Lage um die 2 kHz aufweist.
6. Vorrichtung zur Durchführung eines Steuerverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen schwingungsempfindlichen Sensor (3) zur Sensierung eines niederfrequenten Frequenzbereiches und wenigstens einen schwingungsempfindlichen Sensor (3) zur Sensierung eines höherfrequenten Frequenzbereiches umfasst.