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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät
zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
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Aus
DE 102 004 057 064
A1 ist bereits ein Airbagsteuergerät mit Beschleunigungssensoren
als Unfallsensoren bekannt. Weiterhin ist eine Sensorik für eine Insassenposition
vorhanden, die beispielsweise kapazitiv ausgebildet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät zur Ansteuerung
von Personenschutzmitteln mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
hat demgegenüber
den Vorteil, dass das Steuergerät
nicht nur zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln dient, sondern über das
Gehäuse
direkt mit einer bildgebenden Vorrichtung verbunden ist, indem die bildgebende
Vorrichtung am Gehäuse
befestigt ist. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass das Steuergerät Unfallsignale
nur von außerhalb
des Steuergeräts
befindlichen Unfallsensoren über
die Schnittstelle, die software- oder hardwaremäßig ausgebildet sein kann,
bekommt. Die Auswerteschaltung verarbeitet sowohl die Signale der
bildgebenden Vorrichtung, als auch die Signale der Unfallsensorik,
um die Personenschutzmittel anzusteuern.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgezeigten
Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Steuergeräts
zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Auswerteschaltung wenigstens zwei Prozessoren
aufweist. Für
die Auswertung des Signals der bildgebenden Sensorik ist ein leistungsfähiger Prozessor
notwendig. Aufgrund dieser Leistungsfähigkeit ist es möglich, dass
dieser Prozessor auch zusätzlich
die Signale der Unfallsensorik verarbeitet und dass damit der Algorithmus
zur Ansteuerung der Personenschutzmittel auf diesen Hochleistungsprozessor
abläuft.
Alternativ ist es jedoch möglich,
dass diese Aufgaben auf zwei Prozessoren verteilt werden. Eine Kommunikation
und Überwachung
zwischen den Prozessoren ist so möglich. Watchdogfunktionen können damit
durch die jeweiligen Prozessoren übernommen werden. Das Steuergerät weist
damit zwei getrennte Hardwarepfade auf, wobei der Hardwarepfad zur
Ansteuerung der Personenschutzmittel neben der Schnittstelle den
ersten oder zweiten Prozessor eine parallele Verarbeitung der Sensorsignale
in einem Sicherheitshalbleiterspeicher und eine Zündkreisschaltung
mit Leistungsendstufen aufweist. Auch andere für den Betrieb eines Airbagsteuergeräts notwendige
Komponenten sind vorgesehen. Der Hardwarepfad für die Verarbeitung des Signals
der bildgebenden Sensorik weist vorteilhafter Weise neben dem Prozessor
Speicher auf, in dem insbesondere Daten hinterlegt werden, um Objekte
zu klassifizieren. Diese Objektklassifikation kann dann den Prozessor
im Hardwarepfad für
die Ansteuerung der Personenschutzmittel übermittelt werden.
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Vorteilhafter
Weise weist das erfindungsgemäße Steuergerät Befestigungsmittel
zum Einbau in ein Fahrzeugdach auf. Durch die Vermeidung von Unfallsensoren
im Steuergerät
ist es möglich,
dieses Steuergerät
frei im Fahrzeug zu verbauen. Da das Fahrzeugdach ein besonders
günstiger
Einbauort für eine
bildgebende Vorrichtung ist, bietet sich dieser Einbauort an. Die
Befestigungsmittel können
Klemmen, Schraubverbindungen, Klebebereiche oder andere geeignete
Befestigungsmaßnahmen
sein.
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Vorteilhafter
Weise dient die bildgebende Sensorik zur Überwachung des Außenraums.
Damit kann eine Precrash-Funktion erfüllt werden. D. h. Objekte,
die sich außerhalb
des Fahrzeugs befinden, werden bezüglich ihres Gefährdungspotentials
im Hinblick auf das Fahrzeug klassifiziert. Dieses Gefährdungspotential
kann sich aus der Relativgeschwindigkeit, dem Geschwindigkeitsvektor,
der Beschleunigung, der Größe des Objekts
und anderen Parametern, die über
die bildgebende Sensorik ermittelbar sind, ergeben. Die bildgebende
Sensorik kann dabei insbesondere als Videosensorik ausgebildet sein,
die Mono- oder Stereoaufnahmen ermöglicht. Statt einer videobasierten
Bildaufnahmeeinrichtung kann auch ein sogenannter „Range
Imager" verwendet
werden. Es handelt sich hierbei um ein optisches Messprinzip, das
eine Matrix aufzeichnet, die wie beim Videobild Grauwerte enthält. Jedem
Matrixelement wird aber zusätzlich
auch ein Tiefenwert zugeordnet. Das physikalische Prinzip Time of
Flight zur Tiefenwertbestimmung ist die Bestimmung der Laufzeit
eines ausgesendeten Lichtsignals. Unter Einbeziehung der Lichtgeschwindigkeit
wird in einem weiteren Schritt die Entfernung bestimmt.
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Zusätzlich oder
anstatt ist es vorteilhafter Weise möglich, die bildgebende Sensorik
zur Innenraumüberwachung
zu verwenden. Dies ermöglicht die
Beobachtung der Fahrzeuginsassen und damit wichtige Daten für die Ansteuerung
der Personenschutzmittel in einem Auslösefall zu erzeugen. Dabei können insbesondere
solche Parameter wie Out-of-position, Schwere des Fahrzeuginsassen,
die Klassifizierung des Fahrzeuginsassen usw. ermittelt werden.
Mit diesen Daten ist dann eine gezielte Ansteuerung der Personenschutzmittel
möglich.
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Das
Steuergerät
kann zusätzlich über die Auswerteschaltung
zur Fahrdynamikregelung konfiguriert sein. Dafür kann ein weiterer zusätzlicher
Prozessor vorhanden sein. Es ist jedoch möglich, dies auch in dem vorhandenen
oder den vorhandenen Prozessoren zu integrieren. Eine Verbindung
zu Fahrdynamikmitteln, wie den Bremsen, ist dafür erforderlich.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass die Auswerteschaltung auch zur Chassisansteuerung
verwendet wird. Beispiele sind Active Suspension (Aktive Dämpferregelung)
und Active Front Steering.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung und
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2 eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung und
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3 zeigt
ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts.
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Die
Ausführungsformen
der 1 und 2 unterscheiden sich dadurch,
dass gemäß 1 die bildgebende
Sensorik zur Außenraumüberwachung nach
vorne dient und gemäß 2 zur
Innenraumüberwachung.
Eine Kombination dieser beiden Konfigurationen ist möglich.
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1 zeigt
ein Fahrzeug FZ, das zentral im Fahrzeug eine Sensorbox ISC aufweist,
die beispielsweise auf dem Fahrzeugtunnel angeordnet ist. Diese
Sensorbox ISC weist beispielsweise Beschleunigungssensoren auf,
die die Bewegung des Fahrzeugs in den Raumrichtungen erkennen können. Zusätzlich können auch
Drehratensensoren vorhanden sein, um auf Drehbewegungen des Fahrzeugs
zu ermitteln. Andere vergleichbare Sensoren können ebenfalls integriert sein.
Die Sensorbox ISC weist zumindest Schnittstellen auf, um seine Daten
an ein Steuergerät
SG zu übermitteln.
Diese Schnittstelle kann beispielsweise als die sogenannte PSI-Schnittstelle
ausgebildet sein, das ist eine Stromschnittstelle, die auf einem
vom Steuergerät
SG bereitgestellten Strom seine Daten durch Strommodulationen aufprägt. Die
Schnittstelle PSI kann unidirektional von der Sensorbox ISC zum
Steuergerät
SG oder bidirektional oder quasibidirektional ausgebildet sein. Anstatt
dieser Stromschnittstelle PSI ist es möglich, auch eine Busverbindung
CAN3, die hier gestrichelt dargestellt ist, zu verwenden.
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Die
Sensoren in der Sensorbox ISC sind üblicherweise mikromechanisch
hergestellt. Neben den erwähnten
Beschleunigungs- und Drehratensensoren sind auch Körperschallsensoren
möglich,
wobei hierfür
insbesondere Beschleunigungssensoren verwendet werden können. An
die Sensorbox ISC ist neben dem Steuergerät SG, das erfindungsgemäß geschützt ist, über Busverbindungen
CAN1 und CAN2 jeweils ein Steuergerät zur Fahrdynamikregelung ESP
und ein Steuergerät
zur Ansteuerung von Chassisfunktionen CS angeschlossen. Auch diese
Steuergeräte
CS und ESP führen
ihre Funktion in Abhängigkeit
von Signalen der Sensorbox ISC aus.
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Im
Fahrzeug sind jedoch noch weitere Sensoren vorhanden, die das Steuergerät SG verwendet,
um einen Unfall zu erkennen. Dazu zählen Luftdrucksensoren PSS1
und PSS2, Beschleunigungssensoren BS1 bis BS7, wobei die Beschleunigungssensoren
BS1 und BS2 in den Fahrzeugseiten angeordnet sind und in Fahrzeugquer-
und Fahrzeuglängsrichtung
empfindlich sind. Die Beschleunigungssensoren BS3 und BS4 sind in
Fahrzeugquerrichtung empfindlich und die Beschleunigungssensoren
BS7 bis BS5 sind hinter dem Stoßfänger angeordnet
und dienen als Fußgängeraufprallsensoren, sowie als
Upfrontsensoren, das sind solche Sensoren, die für einen Frontaufprall besonders
geeignet sind, da sie an der Fahrzeugfront angeordnet sind. Diese
Sensoren können über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
oder Busverbindungen oder Quasibusverbindungen mit dem Steuergerät SG verbunden
sein. Die Luftdruckrucksensoren PSS1 und PSS2 sind in den Fahrzeugseitenteilen
angeordnet, um einen Seitenaufprall infolge einer Druckkompression
in dem Seitenteil zu erkennen. Auch diese Luftdrucksensoren, für die beispielsweise
die Sensoren BS3 und BS4 Plausibilitätssensoren sind, können über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
oder Busverbindungen mit dem Steuergerät SG verbunden sein. Diese Verbindungen
sind der Einfachheit halber hier nicht dargestellt, aber sie sind
vorzugsweise, wenn es sich um Punkt-zu-Punkt-Verbindungen handelt,
als Stromschnittstellten ausgebildet.
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Das
Steuergerät
SG weist gemäß 1 zwei
bildgebende Sensoren, vorliegend Videosensoren V1 und V2 auf, die
den Außenraum
nach vorne überwachen.
Diese bildgebende Sensorik ist direkt am Gehäuse des Steuergeräts angebaut.
Damit bildet die bildgebende Sensorik und das Steuergerät eine bauliche
Einheit.
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2 weist
die gleichen Komponenten auf wie in 1, so dass
diese hier nicht mehr beschrieben werden. 2 unterscheidet
sich, wie oben dargestellt, dahingehend, dass die Videosensoren
V1 und V2 nun dahingehend konfiguriert sind, dass sie zur Innenraumüberwachung
dienen und daher ihre Blickrichtung auf den Innenraum gerichtet
ist.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts SG. Das
Steuergerät SG
weist zwei Prozessoren μC
1 und μC
2 auf, wobei μC
1 ein mächtigerer
Rechner als μC
2 ist, da μC
1 zur Verarbeitung der Videosignale konfiguriert ist und μC 2 zur Verarbeitung
der Unfallsignale und zur Bildung der Auslöseentscheidung. Bei μC 2 handelt
es sich beispielsweise um einen Mikrocontroller, während μC 1 ein Mikroprozessor
ist. Die Signale, die μC 2
verarbeitet, stellt vorliegend die Schnittstelle IF bereit, die
als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist. Alternativ ist es
möglich,
die Schnittstelle IF als Softwareschnittstelle auszubilden. Die
Schnittstelle IF erhält über die
Leitung PSI, also hier eine Stromschnittstelle, von der Sensorbox
ISC die Signale. Der Einfachheit halber wurden die anderen Sensoren
mit ihren Schnittstellen weggelassen. Die Sensorsignale werden von
der Schnittstelle IF umformatiert und sowohl an den Mikrocontroller μC2, als auch
an einen Sicherheitshalbleiter SCON weitergeleitet. Der Mikrocontroller μC2 weist
einen Algorithmus auf, den er aus dem Speicher S2 geladen hat, der
es ihm ermöglicht,
anhand der Sensorsignale sehr genau zu bestimmen, ob eine Ansteuerung
der Personenschutzmittel notwendig ist. Der Sicherheitshalbleiter
SCON hingegen weist beispielsweise nur feste Schwellen auf, mit
denen er die Sensorsignale vergleicht. Es müssen jedoch sowohl der Sicherheitshalbleiter SCON,
als auch der Mikrocontroller μC2
eine Ansteuerungsentscheidung als Ergebnis ausgeben, damit die Personenschutzmittel
angesteuert werden können.
Der Mikrocontroller μC2
berücksichtigt
jedoch zusätzlich
auch die Signale des Mikrocontrollers μC1. Dieser Mikrocontroller μC1 erhält von der
Videosensorik V1 und V2 Signale, die das Umfeld im Frontbereich
des Fahrzeugs charakterisieren, so dass eine Precrash-Funktion realisiert
ist. Damit werden also mögliche
Kollisionsobjekte klassifiziert und ein entsprechendes Ergebnis
oder ein Zwischenergebnis wird vom Mikrocontroller μC1 dem Mikrocontroller μC2 übertragen.
Zu den Parametern, die aufgrund der Precrashfunktion möglich sind,
zählen
beispielsweise ein Gefährdungspotenzial,
eine mögliche
Unfallschwere, eine Unfallrichtung und ein Unfalltyp.
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Der
Mikrocontroller μC2
erzeugt ein Ansteuersignal in Abhängigkeit von all diesen Sensordaten und
versendet das Ansteuersignal an eine Zündkreisschaltung oder Ansteuerungsschaltung
FLIC. Auch der Sicherheitshalbleiter überträgt eine Ansteuerungsentscheidung,
wenn seine Auswertung der Sensorsignale dies so ergibt. Der Sicherheitshalbleiter
SCON kann zusätzlich
auch Watchdogfunktionen für
den Mikrocontroller μC2
aufweisen. Die Zündkreisschaltung
FLIC weist Leistungsschalter, vorliegend als Leistungstransistoren
konfiguriert, auf, um einen Ansteuerungsstrom an die Personenschutzmittel
PS, wie Airbags, Gurtstraffer oder Überrollbügel weiterzuleiten. Die Zündkreisschaltung
FLIC kann aus einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen aufgebaut
sein. Es ist auch möglich,
sie diskret aufzubauen. Der Ansteuerungs- oder Zündstrom wird vorzugsweise von
einer Energiereserve, beispielsweise einem Kondensator, bereitgestellt.
Dies kann jedoch auch aus dem Bordnetz, insbesondere bei Hybridfahrzeugen,
kommen.