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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. Die EP 0 305 654 A2 zeigt eine Einrichtung zur Auslösung von Rückhaltesystemen in einem Fahrzeug unter Verwendung von Körperschallsensoren.
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Die
DE 102 06 351 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug. Die Vorrichtung kann einen Körperschallsensor umfassen, dessen Signale in einer Signalverarbeitungseinheit mittels einer Zeit-Frequenz-Analyse verarbeitet und mit in einem Datenspeicher hinterlegten Mustern verglichen werden können, um eine Art oder Schwere eines Aufpralls zu erkennen. In Abhängigkeit von einem Ergebnis dieses Mustervergleichs kann ein Meldesignal zur Aktivierung fahrzeugeigener Schutzeinrichtungen erzeugt werden.
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Die
DE 10 2004 022 831 A1 zeigt einen Auslösesensor für Unfallschutzeinrichtungen in einem Fahrzeug. Mittels des Auslösesensors können Körperschallsignale erfasst werden und einer Richtungsauswertung zugeführt werden.
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Die
DE 198 28 409 A1 zeigt eine Schaltung, die ausgebildet ist, um unter Verwendung eines aus einem Schallsignal gebildeten Differenzsignals und durch einen Vergleich dreidimensionaler Muster ein Unfallgeräusch zu erkennen.
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Die
DE 10 2005 024 319 B3 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines Personenschutzsystems eines Fahrzeugs, bei dem Körperschallsignale mittels einer Normierung einer jeweiligen Signalenergie der Körperschallsignale ausgewertet werden können, um einen Aufprall zu erkennen.
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Die
DE 198 55 452 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Steuern eines Insassenschutzmittels eines Fahrzeugs unter Verwendung eines Körperschallsensors.
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Die
DE 10 2005 032 460 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung eines Fußgängers mit einem Fahrzeug unter Verwendung einer in einem Stoßfänger des Fahrzeugs angeordneten Aufprallsensorik.
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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 Schalterungen 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 ausdrücken. 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 bezüglich 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 Steuergerät 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 auch 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 einem 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.
