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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät bzw. ein Verfahren zur
Ansteuerung von Personenschutzmitteln mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche.
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Aus
EP 0 305 654 A2 ist
bereits eine Einrichtung zur Auslösung einer Sicherheitsvorrichtung
bekannt. Dabei wird durch eine Zuordnung von Schall und/oder Körperschall
erreicht, einen Aufprall auf Hindernisse von sonstigen entsprechenden
Geräuschen und Störungen bei kritischen Fahrbedingungen
zu unterscheiden und auszuwerten. Dabei wird ein Spektrumanalyser
verwendet, der aus akustischen Leistungsspektren den Frequenzinhalt
und die Leistungsdichte pro Frequenz, sowie den Phasenunterschied
zwischen den Signalen bestimmt und daraus Richtungen und Art des
Aufpralls ermittelt. Die so gewonnenen Informationen werden an den
Auslöseprozessor weiter übertragen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät zur Ansteuerung
von Personenschutzmitteln bzw. das erfindungsgemäße
Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln mit den Merkmalen
der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber
den Vorteil, dass die Frequenzanalyse dadurch durchgeführt
wird, dass Daten für die Frequenzanalyse in Abhängigkeit
von Crashboxen in einem Speicher abgespeichert sind und durch eine
Frequenzanalyse in Abhängigkeit von diesen Daten ein Auslösesignal
erzeugt werden kann. Die Daten sind dabei charakteristisch für
eine jeweilige Crashbox. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein,
dass bei zur Fahrzeuglängsachse symmetrisch vorgesehenen
Crashboxen, diese Crashboxen gegeneinander verstimmt sind, so dass
dann eine Unterscheidung der Richtung leicht möglich ist.
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Die
Daten geben beispielsweise an, in welchen Frequenzbereichen die
jeweilige Crashbox mehr oder weniger Energie erzeugt. Auch als Daten gelten
Signalsignaturen, die die jeweilige Crashbox erzeugt. Dann kann
durch Vergleich einer abgespeicherten Signalsignatur mit der von
der Crashbox erzeugten Signalsignatur auf die Crashrichtung geschlossen
werden.
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Bei
der Schnittstelle, die das wenigstens ein Körperschallsignal
bereitstellt, kann es sich um eine hardwaremäßige
oder softwaremäßige, realisierte Schnittstelle
handeln. Bei der Auswerteschaltung handelt es sich vorzugsweise
um einen Mikrocontroller, der das zentrale Element des Steuergeräts
ist. Es ist möglich, dass andere Prozessortypen integrierten Schaltungen
oder diskreten Schalterengen als Auswerteschalterung verwendet werden
können. Als Speicher kann vorliegend ein fest verdrahteter
oder ein wiederbeschreibbarer Speicher verwendet werden, in den
die Daten für die jeweilige Crashbox abgespeichert sind.
Die Ansteuerschaltung ist üblicherweise eine Zündkreisschaltung
die als integrierter Leistungsbaustein vorgesehen ist und entsprechende
Leistungsschalter aufweist. Bei den Personenschutzmitteln handelt
es sich vorzugsweise um Airbags, Gurtstraffer und Fußgängerschutzmittel,
wie eine anhebbare Fronthaube.
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Durch
den in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vor der ersten Verbesserung
des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen
Steuergeräts zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln
bzw. das in den unabhängigen Patentansprüchen
angegebenen Verfahrens zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass für die Erzeugung des Ansteuersignals
mittels der Frequenzanalyse eine Crashschwere und eine Crashrichtung
bestimmt wird. Ein Körperschallsignal wird bezüglich der
Amplituden und der auftretenden Frequenzen durch die Crashschwere
beeinflusst. Mittels abgespeicherter Daten kann so die Crashschwere
bestimmt werden. Die Crashrichtung kann wie oben dargestellt anhand
der abgespeicherten Daten über die Crashboxen festgestellt
werden. Insbesondere wenn dabei die Crashboxen bezüglich
des Körperschalls gegeneinander verstimmt sind. Das heißt
die Crashboxen sind so gestaltet, dass sie bei einem Aufprallsignal
unterschiedliche Körperschallsignale erzeugen. Diese Unterschiede
können sich in unterschiedlichen Frequenzbereichen oder
in einem unterschiedlichen zeitlichen Signalverlauf ausdrucken. Dies
ermöglicht die Identifizierung der Crashrichtung. Durch
die Verwendung derart gestalteter Crashboxen wird eine verbesserte
Ansteuerung der Personenschutzmittel erreicht und damit eine erhöhte
Sicherheit der Fahrzeuginsassen und von anderen Verkehrsteilnehmern
gewährleistet. Durch die Verwendung eines Körperschallsignals
ist es insbesondere möglich, auch zumindest einen Teil
von ausgelagerten Beschleunigungssensoren, wie von UpFrontSensoren
zu verzichten.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, dass die Körperschallsensorik
im Steuergerät angeordnet ist. Damit kann auf ausgelagerte
Sensoren bezüglich der Funktion der Erfindung völlig
verzichtet werden. Dies ermöglicht einen kostengünstigen
und kompakten Einbau. Dieser Einbau wird üblicherweise
auf dem Fahrzeugtunnel vorgenommen.
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Die
Körperschallsensorik kann vorteilhafter Weise mit einem
ein- oder zweikanaligen Beschleunigungssensor zu einem Bauelement
als ein mehrkanaliger Sensor kombiniert werden. Damit ist die Crashschwerebestimmung
sowohl über die Körperschallsensorik als auch über
das tiefpassgefilterte Beschleunigungssignal in herkömmlicher
Art und Weise möglich.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, dass, wenn eine Filterung des Körperschallsignals
vorgesehen ist, sie zu einer Zerlegung in Frequenzanteile führt
oder damit eine Signalsignatur ermittelt wird. Die Filterung kann
hardwaremäßig und/oder softwaremäßig
ausgeführt werden. Auf Basis dieser unterschiedlichen Frequenzanteile
beziehungsweise der Signalsignaturen im Körperschallsignal
kann die Crashrichtung und Crashschwere sehr einfach erkannt werden.
Diese Frequenzanteile beziehungsweise Signalsignaturen entstehen
im Körperschallsignal hierbei nicht zufällig,
sondern auf wohl definierte Weise, beispielsweise durch ein geeignetes
Design der Crashboxen. Es ist auch möglich, vorhandene
Crashboxen entsprechend zu charakterisieren. Durch die Kenntnis über
die Crashrichtung kann gezielt der jeweils linke oder rechte Kopfairbag
gezündet werden. Ferner hilft die Offset-Erkennung bei
der Crashschwereerkennung und kann bei vielen bereits existierenden
Crashalgorithmen integriert werden.
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Die
Signalsignatur kann eine Darstellung des Energieinhalts eines Frequenzbereichs
des Körperschallsignals sein oder mit diesem Frequenzbereich eng
korrelieren.
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Eine
Erkennung der Crashrichtung ist insbesondere durch einen zeitlichen
Vergleich der Frequenzanteile möglich. Ein so genannter
Offset, also ein Schrägaufprall spiegelt sich hierbei durch
ein zeitlich retardiertes Auftreten des crashboxspezifischen hochfrequenten
Signalanteils wieder. Bei einem Null-Grad-Crash treten beide Frequenzen
zeitgleich auf. Das Ergebnis der Crashrichtung wird vorteilhafter
Weise an einen Hauptalgorithmus weitergegeben und zur Ansteuerung
der geeigneten Personenschutzmittel sowie zur Crashschwerebestimmung verwendet.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, dass die Filterung ein Differenzsignal
der Frequenzanteile ausgibt. Damit könnte man mit einem
zweikanaligen Sensor Offset-Erkennung und Crashschwereerkennung
betreiben. Dafür kann vorteilhafter Weise auch eine Signifikanzschwelle
verwendet werden, mit der das Differenzsignal verglichen wird. Wird
diese Signifikanzschwelle, die einen vorgegebenen Wert aufweist, nicht überschritten,
liegt ein Null-Grad-Crash vor, also ein Frontalcrash ohne eine Versetzung.
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Die
Filterung, die softwaremäßig oder hardwaremäßig
ausgeführt sein kann, kann auch gleich die Crashrichtung
als Ergebnis ausgeben. Dies erspart eine weitere Verarbeitung in
der Auswerteschaltung. Es ist jedoch möglich, dass die
Filterung als Softwarefilter auf der Auswerteschaltung beispielsweise
den Mikrocontroller vorhanden ist.
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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 die Fahrzeugelemente, die zur Erzeugung des
Körperschallsignals sowie zu deren Verarbeitung notwendig
sind, 2 ein Blockschalbild des erfindungsgemäßen
Steuergeräts, 3 zwei Amplitudenfrequenzdiagramme, 4 ein
Signalablaufdiagramm, 5 drei Amplitudenzeitdiagramme, 6 drei Amplitudenzeitdiagramme, 7 drei weitere Amplitudenzeitdiagramme, 8 weitere drei Amplitudenzeitdiagramme
und 9 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
den Aufbau beim Fahrzeug der körperschallerzeugenden und
verarbeitenden Komponenten. Das Fahrzeug FZ weist an der Vorderseite einen
Querträger Q auf, hinter dem zwei gleichartige Crashboxen
auf der linken und rechten Seite CB1 und CB2 angeordnet sind. Vom
Design her sind beide Crashboxen gegeneinander in Bezug auf die
Erzeugung von Körperschall verstimmt, d. h. bei einem gleichen
Aufprallsignal liefern die Crashboxen CB1 und CB2 unterschiedliche
Spektren bezuglich des Körperschalls. Dieser Körperschall
wird dann zum Fahrzeugtunnel T geleitet, auf dem sich das erfindungsgemäße
Steuergerät ECU befindet. Der Körperschall kann
dann von den Crashboxen CB1 und CB2 zum Steuergerät ECU
wandern. Es ist möglich, die Körperschallsensorik
im Steuergerät ECU vorzusehen, oder auch ausgelagert in
der Nähe der Crashboxen. Auch eine Kombination von externen
und steuergeräteinternen Sensoren ist möglich.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergerätes
ECU mit den für das Verständnis der Erfindung
notwendigen Elemente. Das Steuergerät ECU weist für
seinen eigentlichen Betrieb weitere Elemente auf, die der Einfachhalt
halber hier weggelassen wurden.
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Eine
Körperschallsensorik KS, die beispielsweise ein Beschleunigungssensor
ist, ist mit dem Fahrzeugschassis im Steuergerat derart verbunden, dass
eine leichte Übertragung der Körperschallsignale
von den Crashboxen CB1 und CB2 möglich ist. Das Körperschallsignal
wird gefiltert oder ungefiltert an eine Schnittstelle IF1 übergeben,
die dann das Körperschallsignal an einen Mikrocontroller μC
als der Auswerteschaltung überträgt. Die Übertragung im
Steuergerät kann digital erfolgen, so dass die Körperschallsensorik
oder die Schnittstelle IF1 eine Analog-Digital-Wandlung aufweisen
muss. Es ist möglich aber auch einen Analogeingang des
Mikrocontrollers μC zu verwenden. Die Schnittstelle kann
sich auf dem Mikrocontroller μC als Softwareelement befinden.
An einen zweiten Eingang des Mikrocontrollers μC ist eine
weitere Schnittstelle IF2 angeschlossen, die die Signale einer Beschleunigungssensorik
BS bereitstellt. Diese Beschleunigungssensorik BS ist hier optional
und kann zu einer herkömmlichen Crashschwerebestimmung
verwendet werden Es ist möglich, die Körperschallsensorik
KS und die Beschleunigungssensorik BS zu einem Bauelement zu vereinen.
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Der
Mikrocontroller μC verarbeitet die Sensorsignale mittels
eines im Speicher S abgespeicherten Algorithmus und verwendet auch
Daten aus dem Speicher S um die Frequenzteile des Körperschallsignals
zu identifizieren. Anhand der aufgetretenen Frequenzanteile kann
die Crashrichtung und auch die Crashschwere bestimmt werden. Damit
ist dann eine gezielte Ansteuerung der Personenschutzmittel über
die Ansteuerschaltung FLIC möglich. Bei den Personenschutzmitteln
PC handelt es sich um Airbagsgurtstraffer, crashaktive Kopfstützen
und Überrollbügel.
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Charakteristisch
für die Auswertung des Mikrocontrollers μC ist,
dass Frequenzanteile mit abgespeicherten Daten dahingehend untersucht
werden, zu welcher Crashbox diese Frequenzanteile mit hoher Wahrscheinlichkeit
gehören. Kann diese Zuordnung durchgeführt werden,
dann ist in einfacher Art und Weise die Crashrichtung bestimmbar.
Die Crashschwere kann beispielsweise über die auftretenden Amplituden
und/oder das auftretende Gesamtfrequenzspektrum bestimmt werden.
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Weitere
Sensoren, Auswertebausteine usw. können vorgesehen sein.
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3 zeigt in Abschnitten a und b jeweils
ein Signalfrequenzdiagramm. Beim gleichen Aufprallsignal entstehen
verschiedene Spektren mit den Mittenfrequenzen F1 und F2, die ungleich
zueinander sind. Damit kann die jeweilige Crashbox anhand ihres
Signals identifiziert und auch charakterisiert werden.
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4 zeigt
in einem Ablaufdiagramm die Verarbeitung des Körperschallsignals.
Das Körperschallsignal KS geht in einen zweikanaligen Körperschallsensor
zk. Dort sind zwei Filter F1 und F2 vorgesehen, die unterschiedliche
Frequenzanteile aus dem Körperschallsignal herausfiltern.
Solche Filter sind beispielsweise Bandpässe. Diese Bandpässe können
insbesondere digital implementiert sein. Dazu ist ein entsprechender
Signalprozessor notwendig. Die so herausgefilterten Frequenzanteile werden
zu einen Signalvergleich 40 übertragen, der aus
dem Vergleich der Signale die Crashschwere und auch die Crashrichtung
bestimmt.
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5 zeigt drei Signalzeitdiagramme. Im oberen
Diagramm wird ein rechtsseitiger Aufprall dargestellt, da das Signal
der rechten Crashbox F1 dem Signal der linken Crashbox F2 vorauseilt.
In 5b ist ein in weiten Bereichen vorliegendes Überdecken der
Signale F1 und F2 erkennbar, so dass hier von einem mittigen Crash
ausgegangen werden muss. 5c zeigt
das Gegenteil zu 5a, nämlich einen linksseitigen
Crash, so dass nunmehr das Signal F2 vorauseilt.
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6 zeigt drei weitere Signalzeitdiagramme.
In 6a wird ein linksseitiger Crash dargestellt. 6b eilt
nämlich der 6a voraus. Entsprechend sieht
das Differenzsignal der beiden Signale 6c aus.
Es liegt also ein linksseitiger Crash vor. 7a bis
c zeigen dagegen einen rechtsseitigen Crash und das entsprechende
Differenzsignal.
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Die 8a bis
c zeigen einen mittigen Crash, dessen Differenzsignal unter einer
Signifikanzschwelle liegt und damit liegt ein Offset-Crash mit dem
Winkel 0 vor. Die Signifikanzschwelle ist vorliegend in positiven
Bereichen mit 80 und im negativen Bereich mit 81 gekennzeichnet.
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9 zeigt
ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Verfahrensschritt 900 wird das Körperschallsignal
mittels der Körperschallsensorik erzeugt. Dieses Signal
wird gemäß Verfahrensschritt 901 gefiltert.
Dabei ist es möglich, die verschiedenen Frequenzanteile
zu trennen. Diese Frequenzanteile werden im Verfahrensschritt 902 verarbeitet.
Die Verarbeitung ist die Frequenzanalyse und nutzt Daten aus dem
Speicher S um die Frequenzanteile den jeweiligen Crashboxen zuordnen
zu können. Dies führt dann in Verfahrensschritt 903 zur Identifikation
des Crashs bezüglich seiner Crashrichtung und Crashschwere.
Diese werden dann im Verfahrensschritt 904 ausgegeben.
Die Crashschwere und die Crashrichtung dienen dann zur Erzeugung des
Ansteuersignals, das an die Ansteuerschaltung übertragen
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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