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STAND DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum
Steuern einer Personenschutzvorrichtung eines Fahrzeugs.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Problematik wird nachfolgend beispielhaft
für ein
Airbag-Steuerungsgerät beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist jedoch für
vielfältige
Steuerungssysteme verwendbar.
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Airbags
werden heute in Fahrzeugen eingebaut, um eine Person bei einem Unfall
vor Verletzungen zu schützen.
Ein Steuergerät
soll zweckmäßigerweise
den Airbag auslösen,
wenn das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist. Nach einem Auslösen ist
ein Airbag nicht wieder verwendbar, sondern muss ausgetauscht werden.
Hierbei entstehen erhebliche Kosten für den Halter des Fahrzeuges.
Daher sollte das Airbag-Steuergerät den Airbag nur auslösen, wenn
der zu erwartende Unfall für
die Insassen eine kritische Gefährdungsstufe
erreicht. Handelt es sich z.B. um einen leichten Auffahrunfall,
sind in der Regel die passiven Schutzsysteme, wie ein Gurt, ausreichend
zum Schutz der Insassen vor Verletzungen. In diesem Fall wäre ein Auslösen des
Airbags unnötig.
Daher wird ein Airbag-Steuergerät
benötigt,
welches mit ausreichend hoher Genauigkeit zwischen Unfällen mit
einer kritischen Gefährdungsstufe
und einer unkritischen Gefährdungsstufe
unterscheiden kann.
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Eine
Verbesserung des Airbag-Steuergeräts kann durch eine Vergrößerung der
Anzahl zu verarbeitender Signale und der verwendeten Sensoren erreicht
werden. Allerdings steigt damit auch die Komplexität der Datenverarbeitung
innerhalb des Airbag-Steuergeräts.
Aufgrund der hohen Sicherheitsrelevanz des Airbag-Steuergeräts ist es
notwendig, dass ein Fachmann die Funktionstüchtigkeit und Zuverlässigkeit
des Airbag-Steuergeräts
beurteilen kann. Mit zunehmender Anzahl der gleichzeitig verarbeiteten
Signale sinkt für
ihn jedoch die Übersichtlichkeit
und Nachvollziehbarkeit des Verhaltens des Airbag-Steuergeräts. Problematisch ist
hierbei unter anderem, dass ab einer kritischen Anzahl es unter
anderem nicht mehr möglich
ist, die hochdimensionalen Kennlinien oder Kennflächen des
Airbag-Steuergeräts
graphisch darzustellen, welche das Schaltverhalten des Steuergeräts beschreiben.
Daher wird die Anzahl der verarbeitenden Signale beschränkt.
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VORTEILE
DER ERFINDUNG
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 steuert eine Personenschutzvorrichtung
basierend auf einer Vielzahl von verschiedenen Sensorsignalen verarbeitet.
Zugleich wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass ein Fachmann
nachvollziehen kann, in welcher Weise ein einzelnes Sensorsignal
das Steuerungsverhalten beeinflusst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht zum Steuern einer Personenschutzvorrichtung eines Fahrzeug
nachfolgende Schritte vor. Es wird einer Mehrzahl von Modellen bereitgestellt,
die wenigstens einen Unfallparameter einschließlich eines ersten Unfallparameter
beinhalten, eine nachgestellte Unfallsituation und ein der Unfallsituation
zugehöriges
gewünschtes
Reaktionsverhalten der Personenschutzvorrichtung beschreiben und
denen eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet ist, mit welcher bei der
nachgestellten Unfallsituation ein Merkmal eines Sensorsignals einen
vorbestimmten Wert annimmt. Während
einer realen Unfallsituation des Fahrzeuges wird das Sensorsignal
empfangen. Die den Modellen zugeordneten Wahrscheinlichkeit wird
in Abhängigkeit
bestimmt, ob das Merkmal des Sensorsignals den vorbestimmten Wert
annimmt. Dann wird automatisch ein Schätzwert entsprechend der Unfallsituation
basierend auf den ersten Unfallparametern und der den Modellen zugeordneten
Wahrscheinlichkeiten ermittelt. Abschließend wird eine Personenschutzvorrichtung ansprechend
auf den Schätzwert
gesteuert.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt darin, dass eine Mehrzahl von Modellen verwendet werden. Jedes
dieser Modelle ist durch den mindestens einen Unfallparameter bestimmt.
Der Unfallparameter kann z.B. nur einen ersten Unfallparameter beinhalten,
welcher dann in der Unfallsituation geschätzt werden soll, aber auch
einer Mehrzahl von Unfallparametern. Dies erlaubt eine große Freiheit
hinsichtlich der verwendeten Modelle, da sowohl sehr generell beschreibende,
aber auch sehr detailliert beschreibende Modelle herangezogen werden
können.
In einer Unfall-Situation erfolgt eine Thesenprüfung aller Modelle. Hierbei wird überprüft, ob ein
dem Modell zugeordnetes Merkmal einen vorbestimmten Wert annimmt.
Je wahrscheinlicher das Modell der Unfallsituation entspricht, um
so höher
wird dann das Vorliegen des das Modell beschreibenden ersten Unfallparameters
angenommen. Eine Plausibilisierung der einzelnen Modelle ist aufgrund
derer einfachen Gestaltung mit nur einem zugeordneten Merkmal aus
den Sensorsignalen sehr einfach. Das gesamte Verfahren kann durch Überprüfen aller
einzelnen Modelle erfolgen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist auf: eine Datenspeichereinrichtung, in welcher eine Mehrzahl
von Modellen gespeichert sind, die wenigstens einen Unfallparameter
einschließlich
eines ersten Unfallparameter beinhalten, eine nachgestellte Unfallsituation
und ein zugehöriges
Reaktionsverhalten beschreiben und denen eine Wahrscheinlichkeit
zugeordnet ist, dass bei der nachgestellten Unfallsitua tion ein
Merkmal eines Sensorsignals einen vorbestimmten Wert annimmt, einen
Sensor zum Empfangen des Sensorsignals während einer Unfallsituation
des Fahrzeuges, eine Datenverarbeitungseinrichtung zum automatischen
Ermitteln eines Schätzwertes
basierend auf den ersten Unfallparametern und den zugeordneten Wahrscheinlichkeiten,
und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Personenschutzeinrichtung
ansprechend auf den Schätzwert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und
den Ausführungsbeispielen
angegeben.
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Gemäß einer
Ausgestaltung beschreibt der erste Unfallparameter das der Unfallsituation
zugehörige gewünschte Reaktionsverhalten
der Personenschutzvorrichtung. Dies kann eine Auslöse- oder
Nichtauslöseentscheidung,
eine Auslösezeit,
eine Auslösestärke, eine
Art auszulösender
Personenschutzelemente, eine Anzahl auszulösender Personenschutzelemente
eine Gefährdungsstufe
von Fahrzeuginsassen umfassen. Die Auslösezeit kann die Verzögerung zwischen
dem Aufprall und der Auslösung
angeben. Die Auslösestärke umfasst
z. B. wie hart ein Airbag nach dem Entfalten aufgeblasen ist.
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Gemäß einer
Ausgestaltung sind die verbleibenden Unfallparameter eine Beschleunigung
und/oder eine Aufprallgeschwindigkeit und/oder einen Aufprallwinkel
und/oder einen Überlappungsgrad
des Fahrzeuges mit einem Unfallgegner und/oder eine physische Beschaffenheit
des Unfallgegners.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass der Schätzwert mittels eines Bayes-Klassifikators
bestimmt wird.
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ZEICHNUNG
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Es
zeigen:
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1 ein
Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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2 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Typischerweise
wird bei einem Crashversuch eine bestimmte Unfallsituation unter
Laborbedingungen nachgestellt. Hierbei werden Unfallparameter z.B.
eine Aufprallgeschwindigkeit, ein Aufprallwinkel, ein Überlappungsgrad
des Fahrzeuges mit dem Hindernis, die Beschaffenheit des Hindernisses
vorgegeben. Anhand der Verformungen des Fahrzeuges und Messsignalen
z.B. von Dummies wird ermittelt, wie Schutzmaßnahmen für Fahrzeuginsassen gestaltet
werden sollten. Für
aktive Systeme, z.B. Airbags oder Gurtstraffer, wird dazu das günstigste
Auslöseverhalten
ermittelt. Das Auslöseverhalten
umfasst die Entscheidung, ob und gegebenenfalls zu welchem Zeitpunkt
und mit welchem Auslösemechanismus
ausgelöst
werden soll. Manche Airbag-System können in beschleunigter Weise
mit zusätzlichen
Sprengkapseln entfaltet werden. Da diese allerdings selbst eine
Gefährdung
für die
Insassen darstellen, sollen sie nur in speziellen Situationen verwendet werden.
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Das
Auslöseverhalten
kann ebenfalls den Unfallparametern zugeordnet werden. Letztlich
werden diese bei den nachgestellten Unfallsituationen mit berücksichtigt.
Dies kann wie beschrieben im Nachhinein nach einem Crashtest erfolgen.
Oder das Schutzsystem ist beim Crashtest bereits aktiviert und es
werden die Auslöseverhalten
registriert, welche bei den nachgestellten Unfallsituationen die
gewünschte
Wirkung zeigen.
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Die
Crashtests können
physisch realisiert oder rechnergestützt simuliert werden.
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In
einem Fahrzeug ist eine Mehrzahl von Sensoren angeordnet. Hierunter
fallen in nicht beschränkender
Auflistung: Beschleunigungssensoren, Drucksensoren an der Fahrzeugkarosserie,
Echo- und Radarsysteme zur Bestimmung einer Entfernung zu Objekten
in der Umgebung und Kameras mit nachgeschalteten Bilderfassungssystemen.
Diese Sensoren stellen eine Vielzahl von Sensorsignalen bereit,
welche zur Bestimmung eines Steuersignals für eine Personenschutzeinrichtung
herangezogen werden.
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Bei
einem Crashversuch werden die Sensorsignale der Mehrzahl von Sensoren
aufgezeichnet. Die Sensorsignale werden dann in der Regel aufbereitet.
Hierbei werden charakteristische Merkmale der Sensorsignale bestimmt.
Hierzu wird das Eingangssignal z. B. integriert, doppelt integriert,
dessen maximale Steigung bestimmt oder der Mittelwert innerhalb
eines gleitenden Fensters bestimmt. Somit erhält man einen Wert des Merkmals.
Das Merkmal des Sensorsignals kann kontinuierliche Werte annehmen.
Andere Merkmale ergeben direkte, z. B. nur zwei mögliche Werte.
Das Merkmal kann das Vorliegen eines Überschreitens eines Schwellwertes,
einer maximalen Steilheit eines Signals eines Beschleunigungssensors
oder eines komplexen Musters eines Signals prüfen. Zu jedem Crashversuch
wird bestimmt, ob der entsprechende Wert des Merkmals (Merkmalwert)
vorliegt oder nicht vorliegt. Wird ein Crashversuch mit gleichen
Unfallparametern mehrfach wiederholt, ergibt sich meist eine Streuung
für das
Vorliegen eines bestimmten Merkmalwertes. Daher ist es zweckmäßig einem
Typ von Crashtest mit gleichen Unfallparametern eine Wahrscheinlichkeit
für ein
Vorliegen des Merkmalwertes zuzuordnen.
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Je
mehr Sensorsignale oder Merkmale zur Charakterisierung einer Unfallsituation
und Bestimmung eines Steuersignals für ein Personenschutzsystem
herangezogen werden, um so genauer wird im Prinzip die Zuverlässigkeit
des Personenschutzsystems und die Genauigkeit einer Schätzung der
realen Situation. Dazu kann ein allgemeingültiges Modell erstellt werden,
welches alle verschiedenen Unfallsituationen berücksichtigt. Allerdings ist
dessen Komplexität
sehr groß.
Eine mögliche
Fehlerquelle in dem allgemeinen Modell kann daher nur schwer lokalisiert
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bedient sich nicht eines einzigen Modells, welche alle möglichen
Unfallsituation allgemein beschreibt sondern einer Mehrzahl von
Modellen. Jedes der einzelnen Modelle ist so ausgelegt, dass es
bei einem realen oder simulierten Crashversuch einfach nachvollzogen
werden kann. Jedes der Modelle wird mit wenigstens einem Unfallparameter
beschrieben. Die Anzahl der verwendeten Unfallparameter kann für jedes
Modell frei gewählt
werden. Vorzugsweise wird deren Anzahl gering gehalten, da ein solches
Modell relativ einfach zu überschauen
und nachzuvollziehen ist. Welche Unfallparameter zur Beschreibung
des Crashversuches herangezogen werden ist ebenfalls für jedes
Modell unabhängig
wählbar.
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In
einem ersten Schritt S1 wird durch den Crashversuch ermittelt, welche
Merkmale bei den gewählten Unfallparametern
auftreten bzw. mit welcher Wahrscheinlichkeit sie auftreten. Einem
Modell wird nun ein einziges Merkmal und dessen Wahrscheinlichkeit
zugeordnet, mit welcher das Merkmal für die Unfallparameter des Modells
auftreten. Dies soll im Folgenden durch die symbolische Schreibweise
abgekürzt
werden: p(f | g1, ..., gn). (1)
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Dabei
bezeichnet p die Wahrscheinlichkeit, f ein Merkmal aus der Mehrzahl
von Merkmalen und g1, ..., gn Unfallparameter, welche zur Beschreibung
des Modells herangezogen werden. Die Wahrscheinlichkeit p entspricht
einer Wahrscheinlichkeit, mit welcher das Modell mit den Unfallparametern
einer Unfallsituation entspricht, wenn zugleich das Merkmal f erfasst
wird. Besonderes Augenmerk ist darauf zu richten, dass nur ein einziges
Merkmal f einem Modell zugeordnet ist. Auf diese Weise wird das
Modell sehr einfach gehalten. Insbesondere lässt sich bei Betrachtung des
einzelnen Merkmals f schnell plausibel erkennen, ob dieses zusammen
mit den gewählten
Unfallparametern g1, ..., gn und gegebenenfalls mit welcher Wahrscheinlichkeit auftreten
könnte.
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1 zeigt
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
eine zugehörige
Steuervorrichtung ist in 2 dargestellt. Während eines
realen Unfalls soll aus den Modellen und den ihnen zugeordneten
Wahrscheinlichkeiten ein Schätzwert
für einen
der Unfallparameter g1 ermittelt werden. Dieser Schätzwert wird
dann zur Ermittlung einer Auslöseentscheidung
oder eines Auslöseverhaltens
der Personenschutzeinrichtung herangezogen. Nachfolgend sei beispielsweise
der Unfallparameter g1, nachfolgend erster Unfallparameter genannt,
zur Ermittlung der Auslöseentscheidung
von Interesse. In einem ersten Schritt werden zum Einrichten einer
Steuervorrichtung dazu zunächst
alle Modelle M ausgewählt,
in deren Beschreibung der erste Unfallparameter g1 enthalten ist
und die Modelle M in geeigneter Weise in einer Datenspeichereinrichtung 7 abgelegt
(S1).
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Eine
Sensoreinrichtung 1 erfasst Signale des mindestens einen
Sensors 2 des Fahrzeuges 3 (S2). Die entsprechenden
nachgeschaltenen Filtereinrichtungen 4 ermitteln aus den
Sensorsignalen S die Merkmale bzw. bestimmen, ob die Merkmale vorliegen
oder nicht vorliegen (S3).
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Eine
Datenverarbeitungseinrichtung 6 liest die Modelle aus der
Datenspeichereinrichtung 7 aus. Zu jedem Modell erfasst
die Datenverarbeitungseinrichtung 6, ob das dem Modell
zugeordnete Merkmal f vorliegt, und bestimmt darauf ansprechend
die Wahrscheinlichkeit p für
das Vorliegen des Modells (S4). Da das Modell durch seine Unfallparameter
g1, ..., gn beschrieben wird, ist die Wahrscheinlichkeit p auch
diesen einzelnen Unfallparametern g1, ..., gn zugeordnet. Die Schätzung des
realen Wertes 8 des ersten Unfallparameters g1 erfolgt
daher basierend auf dem Wert des ersten Unfallparameters g1 in allen
Modellen gewichtet mit den Wahrscheinlichkeiten p, welche für die Modelle
bestimmt wurden (S5). Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 leitet
den geschätzten
Unfallparameter g1 an eine Steuereinrichtung 8 weiter,
welche daraus ein Steuersignal für
eine Personenschutzeinrichtung 9 generiert (S6).
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Der
Schätzwert
g von g1 kann auf verschiedene Weisen bestimmt werden. Eine erstes
Verfahren basiert auf einem MAP-Bayes Klassifikator. Der erste Schätzwert g
ist der Wert des ersten Parameters g1 der eine aufsummierten Wahrscheinlichkeit
P(g1) maximiert. Die aufsummierte Wahrscheinlichkeit bestimmt sich nach:
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Das
Produkt erfolgt über
alle Modelle, welche durch die Unfallparameter g1, .., gn festgelegt
sind. Dabei werden zugleich alle Modelle berücksichtigt, welche mit verschiedenen
Merkmalen f verknüpft
sind. Die Menge aller verschiedenen Merkmale f sei mit F bezeichnet.
Die Summe erfolgt über
verschiedene Unfallparameterkombinationen g1, ..., gn, also Modelle,
welche durch verschiedene Unfallparameter beschrieben werden. Die
Gesamtheit aller möglichen
Unfallparameterkombinationen wird als G bezeichnet. Die Matrix n
kann zu Gewichtung der einzelnen Summationsterme verwendet werden.
Besonders relevante Modelle können
somit stärker
zum Gesamtwert der aufsummierten Wahrscheinlichkeit beitragen.
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Ein
zweites Verfahren basiert auf einem MMSE Bayes Klassifikator. Der
Schätzwert
g von g1 kann auch durch eine gewichtete Summe gemäß der nachfolgenden
Gleichung bestimmt werden:
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Dabei
bezeichnet G1 die Menge aller verschiedener Werte für den ersten
Parameter g1. Die Summe erfolgt somit über die verschiedenen diskreten
Werte des ersten Parameters g1, wie er in den Modellen M angegeben
ist.
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Ein
drittes Verfahren bestimmt für
jeden Wert des ersten Unfallparameters g1 die aufsummierte Wahrscheinlichkeit.
Es wird dann der Wert des ersten Unfallparameters g1 als Schätzgröße g gewählt, dessen
aufsummierte Wahrscheinlichkeit P(g1) im Verhältnis zu allen anderen aufsummierten
Wahrscheinlichkeiten größer als
ein vorgegebener Schwellwert ist.
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Ein
viertes Verfahren reduziert den Berechnungsaufwand in der Datenverarbeitungseinrichtung
durch eine Vorabsummierung. Hierbei wird die Summierung in der Gleichung
(2) vor der Produktbildung berechnet.
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Der
Vorteil liegt darin, dass die Summe über alle möglichen Unfallparameterkombinationen
G für die möglichen
verschiedenen Merkmale f vorab berechnet werden können. Die
Summen werden dann in der Datenspeichereinrichtung 7 abgelegt.
Entsprechend muss die Datenverarbeitungseinrichtung 6 nur
ansprechend auf die erfassten Merkmale die richtigen Summen auslesen
und miteinander multiplizieren. Gegenüber der Berechnung (3) werden
somit eine wesentliche Anzahl von Berechnungsschritten in der Datenverarbeitungseinrichtung
eingespart.
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Ein
bevorzugter erste Unfallparameter g1 beschreibt das Auslöseverhalten,
also Entfaltung, Nicht-Entfaltung,
Auslösezeit
etc. Ansprechend auf dieser Schätzgröße wird
dann eine Steuereinrichtung des Personenschutzsystems aktiviert.
Der erste Unfallparameter kann jedoch auch ein klassischer Unfallparameter,
wie z.B. die Aufprallgeschwindigkeit sein. Aus diesem kann in eindeutiger
Weise abgeleitet werden, ob und wie die Steuereinrichtung das Personenschutzsystem
anzusteuern hat.
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Entsprechend
der Eigenschaften des ersten Unfallparameters g1 und des zugehörigen Schätzwertes g
ist dieser eine kontinuierliche Variable z.B. eine Aufprallgeschwindigkeit
oder eine diskrete Größe z.B.
eine Entfaltungs/Nichtentfaltungsentscheidung.
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