DE102008002243A1

DE102008002243A1 - Verfahren und Steuergerät zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102008002243A1
Application number: DE102008002243A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lich; Olaf Koerner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: DE102008002243B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs vorgeschlagen, das einen Schritt des Bereitstellens (102) von Modellparametern eines Rückhaltesystems des Fahrzeugs, einen Schritt des Erfassens (104) einer Verzögerung des Fahrzeugs und einen Schritt des Bestimmens (106) der Beschleunigung des Insassen gemäß einer Bestimmungsvorschrift aus den Modellparametern und der Fahrzeugverzögerung umfasst.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 10, sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11.
Seit der Einführung der gesetzlichen Gurtanlegepflicht im Jahre 1977 sowie der Einführung des Sicherheitsgurts in den 70er Jahren und des Airbags in den 80er Jahren, konnte die Zahl der Getöteten von 21000 auf 5000 deutlich reduziert werden. Neben anderen Rückhaltesystemen besitzt der Gurt jedoch nahezu 75%–80% der Rückhaltewirkung für den Insassen im Falle eines Unfalls. Eine Weiterentwicklung in diesem Bereich war die Einführung von Systemen mit irreversiblen Gurtstraffem im Jahre 1985–86. In den letzten Jahren wurde an Systeme gearbeitet, die mit ihren Konzepten einem Unfall vorbeugen und die Unfallschwere mildern sollen. Dabei werden Systeme entwickelt, die von der Innenraumsensierung bis zu Pre-Crash-Erfassungssystemen reichen.
Da der Insasse bei einem Unfall möglichst frühzeitig an die Fahrzeugverzögerung angekoppelt werden soll, wird typischerweise die überschüssige Gurtlose, z. B. aus dicker Kleidung bzw. komfortbedingt, durch eine pyrotechnische Straffung nach Crashbeginn beseitigt. Neuerdings werden reversible mechanische Aktuatoren (EMA, reversible Gurtstraffer) eingesetzt, die in einer kritischen Fahrsituation oder durch Umfeldsensierung aktiviert werden und somit ein Mehr an überflüssiger Gurtlose beseitigen sollen, da sie vor dem Crash zum Einsatz kommen. Kommt es dennoch zu einer Kollision, wird zusätzlich die pyrotechnische Gurtstraffung aktiviert.
Durch die gezielte Ankopplung kommt es zu sehr starken Belastungen für den Insassen vorwiegend im Kopf- und Thoraxbereich. Diese Belastungsspitzen führen zu teilweise schweren Verletzungen und sollen z. B. durch Gurtkraftbegrenzer reduziert werden. Das Prinzip dabei basiert auf einer Freigabe des Gurtbandes ab einer bestimmten Gurtband kraft F, z. B. F > 3.0–4.5 kN. Generell kann die Kraftbegrenzung durch mechanische Energiewandlungsprinzipien erfolgen. Mögliche Energiewandlungsprinzipien können auf einer Zerstörung, z. B. durch Reißnähte am Gurtband oder Reißbleche, einer Verformung, z. B. durch Torsionsstäbe im Aufroller, teilweise auch mehrstufig oder einer Reibung, z. B. durch Lamellenbremsen basieren.
Es muss gewährleistet sein, dass die Energieaufnahme bei gleichbleibender Gurtkraft mittels zunehmender Vorverlagerung des Insassen erfolgt, d. h. das der Frontairbag ab einem bestimmten Zeitpunkt t ~ 40–60 ms den Insassen vom Gurtsystem ”übernimmt”. Dabei soll die kinetische Energie des Insassen beim Crash möglichst günstig auf die Komponenten des Insassenschutzsystems und des Innenraums verteilt werden.
Die heute eingesetzten Systeme reduzieren die Gurtkraft beispielsweise über eine Mechanik auf Basis eines gekoppelten Torsionsstabs oder über eine Keilbremse. Beispielsweise wird in der DE 4436810 A1 ein Sicherheitsgurtaufroller vorgeschlagen, bei dem ein energieabsorbierendes Element als Kraftbegrenzungseinrichtung vorgesehen ist. Dabei wird der Oberkörper wieder freigegeben, so dass die Insassenbelastung auf den Brustbereich reduziert wird. Dadurch kommt es zur weiteren Vorverlagerung des Insassen.
Im Rahmen der Einführung des Beifahrerairbags ist die Notwendigkeit entstanden, aus sicherheitstechnischen und versicherungstechnischen Gründen, einen mit einer Person belegten Beifahrersitz zu erkennen. Bei einem Unfall und nicht belegtem Beifahrersitz ist kein Insasse zu schützen und es würden unnötige Reparaturkosten entstehen, wenn sich der Airbag öffnet.
Die Sitzbelegungserkennung sowie die Insassenklassifizierung und die Erfassung der Gurtschlossstatus ist heute Stand der Technik der Innenraumsensierung. Es existieren technische Lösungen für die automatische Kindersitzerkennung und es werden bereits optische Systeme eingesetzt, die eine Klassifizierung des Insassen ermöglichen. Ebenfalls ist es bereits Stand der Technik die Gurtschlossinformation zu erfassen und die in einzelnen Fällen die Position des Sitzes in Bezug zum Airbag-Modul.
Beispielsweise wird in der DE 102 46 055 A1 die Insassentrajektorie der Insassen mittels Kraftmessbolzen oder anderer Innenraumsensorik erfasst, um damit die Rückhaltemittel auszulösen.
Andere Verfahren nutzen das zweite Integral der Beschleunigung als Maß für die Vorverlagerung des Insassen bei einer Kollision. Damit ist es möglich die Auslöseentscheidung auf Grundlage dessen zu Beeinflussen.
Allen Anmeldungen ist es gemeinsam, entweder eine Vorverlagerung einer frei fliegenden Masse auf Basis des zweiten Integrals zu bestimmen oder aber unter Zuhilfenahme von Innenraumsensierungssystemen genauere Informationen über die Insassenposition zu erreichen. Dabei ist es zum einen von Nachteil, dass die Verfahren eine Innenraumsensierung benötigen, zum anderen, falls die Innenraumsensierug nicht benötigt wird, ergibt sich ein großer Fehler für die Vorverlagerung, da das zweite Integral für eine frei fliegende Masse nicht den Zustand des Insassen genau wiedergibt, da das Gurtsystem sowie der Airbag nicht berücksichtigt werden. Die Verwendung einer frei fliegenden Masse als Vorverlagerung hat eine erhöhte Ungenauigkeit der Berechnung zur Folge. Daraus resultiert eine erhöhte Gefahr einer Auslösung von Rückhaltesystemen bei fortgeschrittenem Crashverlauf. Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme mit Innenraumsensierung ist die erhöhte Komplexität durch die vielseitige Zusatzinformation und den erhöhten Rechenaufwand der dabei zugrunde liegenden Modelle. Beispielsweise müssen die Innenrauminformationen erfasst, ausgewertet und den Modellen als Eingabe zur Verfügung gestellt werden. Im Weiteren führt dann das Modell, z. B. ein Kaiman-Filter oder ähnliches, rechenintensive Operationen aus, so dass hier entsprechende Hardware zur Verfügung gestellt werden muss. Aufgrund der Erfassung durch die der Sensorik als auch durch die zusätzliche Koordination erhöhen sich die Steuergerätekosten.
Beschreibung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur verbesserten Bestimmung einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 10 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich auf Basis eines Insassenmodells eine auf den Insassen wirkende Beschleunigung und daraus abgeleitet seine Geschwindigkeit und seine Vorverlagerung in Bezug zum Fahrzeug zu berechnen lassen. Auf Basis dieser Information kann eine detaillierte Auslöseentscheidung bzw. Unterdrückung für die Rückhaltemittel des Fahrzeugs getroffen werden. Dabei kann ein genaueres Modell, als eine frei fliegende Masse zum Einsatz kommen, das über wenige Parameter an das jeweilige Fahrzeug adaptiert werden kann. Trotz allem bleibt die Komplexität auf einen Beschleunigungsverlauf des Fahrzeugs und evtl. einer Information über ein Gurtschloss beschränkt. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Vorteil gegenüber bekannten Verfahren.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs. Das Verfahren weist einen Schritt des Bereitstellens von Modellparametern eines Rückhaltesystems des Fahrzeugs, einen Schritt des Erfassens einer Verzögerung des Fahrzeugs und einen Schritt des Bestimmens der Beschleunigung des Insassen gemäß einer Bestimmungsvorschrift aus den Modellparametern und der Verzögerung des Fahrzeugs auf.
Vorteilhafterweise kommt die Erfindung ohne weitere Innenraumsensorik aus, um verlässliche und ausreichende Prognosen durchzuführen. Daher ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren einen Kostenvorteil gegenüber Systemen, die zusätzliche Innenraumsensorik benötigen, da neben der Sensorik auch die entsprechend Hardware zur Datenerfassung und Signalaufbereitung bereitgestellt werden muss. Ferner ermöglicht der erfindungsgemäße Ansatz eine Schätzung von typischen Verletzungswerten, wie beispielsweise des HIC-Wertes, der als Maß für die Kopfbeschleunigung dient. Andere Abschätzungen für Verletzungen können ebenfalls daraus abgeleitet werden. Dies kann weiteren Systemen wie beispielsweise eCallSystemen übermittelt werden, die diese Information an Rettungsleitstellen übermitteln können.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Bestimmungsvorschrift ausgebildet sein, um eine auf den Insassen wirkende Rückhaltekraft des Rückhaltesystems zu ermitteln, um die Beschleunigung des Insassen zu bestimmen. Die Berücksichtigung der Rückhaltekraft ermöglicht eine genauere Bestimmung der Beschleunigung des Insassen.
Ferner kann die Bestimmungsvorschrift ausgebildet sein, um aus der Beschleunigung weitere Zustandsdaten des Insassen zu bestimmen, die von der Beschleunigung abgeleitet werden kennen. Beispielsweise kann die Bestimmungsvorschrift ausgebildet sein, um basierend auf der Beschleunigung des Insassen eine Vorverlagerung und/oder eine Geschwindigkeit des Insassen zu bestimmen. Die ausschließliche Berücksichtung des Beschleunigungssignals als Maß für die Vorverlagerung des Insassen sowie evtl. der Zustand des Gurtschlosses, ist ein weiterer Vorteil der Erfindung. Auf Basis dieser Berechnung lässt sich eine Vorhersage durchführen, zu welchem Zeitpunkt der Insassen beispielsweise nahe dem Airbagmodul ist. Der Einsatz hierfür ist zur Unterdrückung des Rückhaltesystems bei entsprechend langsamen Kollisionen oder zur Unterdrückung der zweiten Airbagstufe aufgrund des fortgeschrittenen Crashverlaufs geeignet.
Somit kann die Bestimmungsvorschrift ebenfalls ausgebildet sein, um basierend auf der Beschleunigung des Insassen eine Auslöseentscheidung für ein Rückhaltemittel des Fahrzeugs zu bestimmen. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, bei denen der Insasse als frei fliegende Masse angesehen wird, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine verbesserte Auslösestrategie. Dies hat letztendlich auch Auswirkung auf die Auslösezeit und damit auf die Verletzungsschwere. Ein weiterer Vorteil ist die damit verbundene bessere und robustere Auslöseentscheidung der Rückhaltemittel. Dies kann sich in der Performance des Systems widerspiegeln. Ein weiterer Vorteil ist die Reduktion der Verletzungen im Falle einer gewünschten Aktivierung der zweiten Airbagstufe, die jedoch aufgrund eines fortgeschrittenen Kollisionsverlaufs nicht mehr notwendig ist.
Gemäß einer Ausgestaltung können die Modellparameter Parameter eines Gurtsystems des Fahrzeugs umfassen und die Bestimmungsvorschrift kann ausgebildet sein, um eine auf den Insassen wirkende Rückhaltekraft des Gurtsystems zu bestimmen. Dabei kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens eines Schließzustands des Gurtsystems umfassen, wobei die Bestimmungsvorschrift ausgebildet ist, um die Beschleunigung des Insassen abhängig von dem Schließzustand zu bestimmen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die Modellparameter Parameter eines Fahrzeugsitzes, Parameter eines Airbags und/oder Parameter einer Armatur und/oder Parameter des Lenkrades und dessen Position des Fahrzeugs aufweisen und die Bestimmungsvorschrift kann ausgebildet sein, um eine auf den Insassen wirkende Rückhaltekraft des Fahrzeugsitzes, des Airbags und/oder der Armatur und/oder des Lenkrades zu bestimmen. Die verbesserte Berücksichtigung des Gurt- und evtl. des Airbagsystems, sowie der Gurtlose und der Dehnung des Gurtbandes ist von Vorteil. Im Vergleich zu einer einfachen frei fliegenden Masse, die keinerlei Gegenkraft erfährt, können erfindungsgemäß Komponenten berücksichtigt werden, mit denen der Insasse bei einer Vorverlagerung in Kontakt kommen kann, bzw. die während der Kollision auf den Insassen wirken, um somit relevante Energien abzubauen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mindestens einer der Modellparameter von einem Speicher bereitgestellt werden. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Sensoren zur Bereitstellung aktueller Messwerte als Modellparameter angewiesen, sondern kann auf vorab bereitgestellte Modellparameter zurückgreifen. Die Modellparameter können fahrzeugspezifisch oder komponentenspezifisch sein und beispielsweise von einem Hersteller des Fahrzeugs oder der Komponenten im Vorfeld bereitgestellt werden. Die Modellparameter können somit vorab einmalig bestimmt werden. Eine Ermittlung der Modellparameter während des Betriebs des Fahrzeugs ist nicht erforderlich. Zur Bestimmung der Modellparameter kann beispielsweise auf Daten zurückgegriffen werden, die während eines Crashtests ermittelt werden. Sofern im Fahrzeug eine geeignete Sensorik bereitgestellt wird, können von der Sensorik erfasste Daten eingesetzt werden, um die vorab bereitgestellen Modellparameter zu überprüfen bzw. anzupassen.
Zusätzlich oder alternativ kann mindestens einer der Modellparameter von einem Sensor bereitgestellt werden. Somit ist der erfindungsgemäße Ansatz modular erweiterbar, falls das Fahrzeug aufgrund anderer Umstände, beispielsweise der Erfüllung der FMVSS 208, oder Gesetzesanforderungen mit einer Innenraumsensorik ausgestattet ist. Es ist daher möglich, eine Information, beispielsweise eines Sitzpositionschalters oder über die Gewichtsklasse, einfach zu integrieren. Dies kann insbesondere ohne zusätzlichen Hardware- und Softwareaufwand erfolgen, da die genutzte Information aus anderen Gründen bereits vorliegen kann. Damit ist ein deutlicher Mehrnutzen für die Sensorik gegeben.
Zusätzlich oder alternativ kann mindesten einer der Modellparameter von einem Sensor bereitgestellt werden, der beispielsweise den Druck der Airbagmoduls erfasst. Somit ist der erfindungsgemäße Ansatz modular erweiterbar, falls das Fahrzeug weitere Sensorsysteme zur Erfassung des Airbagaufblasvorgangs enthält. Diese Information lässt sich daher ohne zusätzlichen Hardware- und Softwareaufwand integrieren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs. Des Steuergerät weist eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen von Modellparametern eines Rückhaltesystems des Fahrzeugs, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verzögerung des Fahrzeugs und eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung des Insassen gemäß einer Bestimmungsvorschrift aus den Modellparametern und der Fahrzeugverzögerung auf. Das Steuergerät ermöglicht eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Prinzipdarstellung von Geschwindigkeitsverläufen;
3 einen Modellansatz eines Insassen;
4 einen Modellansatz eines bewegten Insassen;
5 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 ein Modell für einen Gurt;
7 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens;
8 eine Darstellung eines Beschleunigungsverlaufs bei einem Unfall; und
9 eine Darstellung eines Beschleunigungsverlaufs bei einem Unfall.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen 102 von Modellparametern eines Rückhaltesystems des Fahrzeugs. Bei dem Rückhaltesystem kann es sich um ein bekanntes Sicherheitssystem handeln, das den Insassen des Fahrzeugs bei einem Unfall sichert. Komponenten des Rückhaltesystems können beispielsweise einen Sicherheitsgurt, einen Fahrzeugsitz, einen Airbag, eine Armatur, ein Lenkrad und verfahrbare Innenraumelemente (z. B. Kniepolster) umfassen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können einzelne, mehrere bzw. alle Komponenten des Rückhaltesystems berücksichtigt werden. Die Modellparameter können vorbestimmt sein und in einem Speicher abgelegt sein. In diesem Fall können die Modellparameter aus dem Speicher zur Weiterverarbeitung ausgelesen werden. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Modellparameter auch von einem oder mehreren Sensoren erfasst werden und dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt zur Weiterverarbeitung bereitgestellt oder zur Weiterverarbeitung zwischengespeichert werden. Die Modellparameter können das Rückhaltesystem so spezifizieren, dass sich eine durch das Rückhaltesystem erzeugbare Rückhaltekraft, die auf den Insassen wirken kann, bestimmen lässt. Ferner können die Modellparameter auch Parameter des Insassen umfassen. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Erfassen 104 einer Verzögerung des Fahrzeugs. Die Verzögerung kann beispielsweise durch einen Unfall ausgelöst sein. Zum Erfassen 104 der Verzögerung können bekannte Sensorprinzipien wie beispielsweise Beschleunigungssensoren oder aber auch Klopf- und/oder Drucksensoren eingesetzt werden. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Bestimmen 106 der Beschleunigung des Insassen. Erfindungsgemäß wird die Beschleunigung des Insassen gemäß einer Bestimmungsvorschrift aus den Modellparametern und der Fahrzeugverzögerung bestimmt. Beispielsweise lässt sich die Beschleunigung des Insassen aus der Rückhaltekraft und der Verzögerung des Fahrzeugs ermitteln. Die Bestimmungsvorschrift kann einen Algorithmus aufweisen, der beispielsweise von einer Logikeinheit ausgeführt werden kann. Ein mittels der Bestimmungsvorschrift bestimmter Wert der Beschleunigung des Insassen kann ausgegeben oder zur Ermittlung weiterer Werte weiterverarbeitet werden. Beispielsweise können basierend auf dem Wert der Beschleunigung eine Vorverlagerung des Insassen ermittelt oder eine Entscheidung bezüglich einer Auslösung eines Sicherheitsmittels getroffen werden. Erfindungsgemäß können die Verfahrensschritte 102, 104, 106 mehrfach durchlaufen werden oder iterativ ausgeführt werden. Dabei können die Verfahrensschritte 102, 104, 106 auch in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann von einem Steuergerät zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs ausgeführt werden. Das Steuergerät kann eine Bereitstellungseinrichtung, eine Erfassungseinrichtung und eine Bestimmungseinrichtung aufweisen. Die Bereitstellungseinrichtung kann ein Speicher oder ein Sensor sein und kann ausgebildet sein, um Modellparametern des Rückhaltesystems des Fahrzeugs bereitzustellen. Die Erfassungseinrichtung kann ein Beschleunigungssensor sein und kann ausgebildet sein, um eine Verzögerung des Fahrzeugs zu erfassen. Die Bestimmungseinrichtung kann eine Recheneinheit sein und ausgebildet sein, um die Beschleunigung des Insassen gemäß einer Bestimmungsvorschrift aus den Modellparametern und der Fahrzeugverzögerung zu bestimmen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Berechnung der Vorverlagerung des Insassen im Falle einer Frontkollision anhand eines Modells auf Basis eines Feder-Dämpfer Masse Systems mit Hilfe der Fahrzeugverzögerung und dem Gurtschlossstatus erfolgen. Daraus resultierend lässt sich die Relativbeschleunigung des Insassen zum Fahrzeug ermitteln, die durch ein- bzw. zweimalige Integration der Insassengeschwindigkeit bzw. dessen Vorverlagerung berechnet werden kann.
2 zeigt in eine Prinzipdarstellung der Geschwindigkeitsverlaufe bei einem Unfall. Gezeigt ist ein Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs 211, eines angegurteten Fahrers 212 und eines nicht angegurteten. Fahrers 213 über die Zeit t. Die Ausgangsgeschwindigkeit beträgt 64 km/h. 2 verdeutlicht, dass ein nicht angegurteter Insasse, also eine frei fliegende Masse keine Gegenkraft durch den Gurt erfährt. Somit würde der Weg der Vorverlagerung tendenziell falsch berechnet werden, wenn die Vorverlagerung auf dieser Basis berechnet werden würde. Um diesen Fehler auszuschließen kann erfindungsgemäß die Gegenkraft des Gurtes und/oder anderer Rückhaltemittel berücksichtigt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel setzt eine Umsetzung der Erfindung ein Insassenmodell vor, das als Eingabegrößen ein Beschleunigungssignal des Fahrzeugs sowie einen üblichen Gurtschlossschalter benötigt. Der Gurtschlossschalter gibt an, ob sich der Insasse gegurtet oder nicht gegurtet hat.
3 zeigt einen Modellansatz eines Insassen mit Kopf 315 und Oberkörper 316. Der Kopf 315 ist als Kreis mit einem Radius b_K dargestellt und weist eine Masse m_K auf. Der Oberkörper 316 ist als Ellipse mit den Ellipsenparametern e_O, f_O dargestellt und weist eine Masse m_O auf.
4 zeigt den in 3 gezeigten Modellansatz bei einer Vorverlagerung des Insassen. Dabei weist der Kopf 315 einen Neigungswinkel von ρ_K und der Oberkörper einen Neigungswinkel von ρ_O auf. Eine Kopplung zwischen Kopf 315 und Oberkörper 316 ergibt sich zu ρ_H = ρ_O – ρ_K. Zur Beschreibung der Bewegung kann ein Lagrange-Ansatz angewendet werden:
Eine erste mögliche Umsetzung sieht ein über eine Torsionsfeder gekoppeltes Zwei-Massensystem vor, wobei eine Masse den Oberkörper 316 und die andere Masse den Kopf 315 beschreibt. Aus dem Aufbau des Modells ergeben sich die beschriebenen Bewegungsgleichungen für den Bewegungsablauf. Der dargestellte Lagrange-Ansatz lässt sich entsprechend umsetzen und als iteratives Lösungsverfahren in einem Algorithmus darstellen. Für die Parameter wie Masse des Oberkörpers 316 oder des Kopfes 315 lassen sich Standardwerte einstellen. Diese Lösung dient als Basis für weitere Modelle.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht ein einfaches Modell des Insassen vor. Dabei entspricht der Insasse mit der Masse m einem einzelnen Massepunkt. Der Massepunkt gibt jedoch den Oberkörper und den Kopf wieder. Die Masse des Insassen reduziert sich daher typischerweise auf 2/3 der Gesamtmasse m des Insassen. Beispielsweise ergibt sich somit für eine 78 kg schwere Person eine Masse von 52 kg.
Der Insasse kann eine Wechselwirkung mit einem Sitz, einem Gurt, einem Airbag und einer Instrumententafel oder einem Lenkrad haben. Diese Wechselwirkungen beeinflussen den Bewegungsablauf des Insassen während einer Kollision.
Eine konkrete Realisierung unter Berücksichtigung der am Insassen angreifenden Kräfte ergibt sich aus dem folgenden Zusammenhang.
Dabei ergeben sich die negativen Kräfte die auf den Insassen wirken, also eine bremsende Wirkung auf den Insassen entfalten, aus der Formal: FInsasse = FSitz + FGurt + FAirbag + FIP
Dabei werden nun folgende Koordinaten/Beschleunigungen zugrunde gelegt, wobei „occ” den Insassen und „veh” das Fahrzeug bezeichnet:
Insasse: x_occ, y_occ, a_occ
Fahrzeug: x_Veh, y_veh, a_veh
Die Fahrzeugbeschleunigung a_veh ist die aus dem Airbag-Steuergerät gemessene Beschleunigung und daher als bekannt anzunehmen. Daraus lassen sich nun folgende Relativgrößen ermitteln:
Insasse relativ zum Fahrzeug:xrel = xocc – xveh yrel = yocc – yveh arel = aocc – aveh
Durch Integration der Beschleunigung ergibt sich somit auch die Relativbewegung des Insassen zum Fahrzeug.
Zur Beschreibung des Modells wenden nun die einzelnen Kraftkomponenten modelliert.
Zunächst wird die Kraftkomponente des Sitzes des Insassen betrachtet. Die Reibung auf dem Sitz ist proportional zur Insassenmasse und proportional zur Relativgeschwindigkeit des Insassen zum Fahrzeug. Daraus resultiert nun FSitz = –μSitz·g·(mO + mK)·vrel, wobei μ_Sitz eine Reibungskonstante, g die Erdbeschleunigung 9.81 m/s² (~10) und m_O + m_K die Massen des Oberkörpers und des Kopfes beschreiben. Diese sind frei zu wählende Parameter die beispielsweise in einem EEPROM eingestellt werden können. Falls die Masse des Insassen über ein Insassenklassifizierungssystem verfügbar ist, dann kann die Masse entsprechend einem frei zu wählenden Parameter z. B. 2/3 im Modell berücksichtigt werden.
Im Folgenden wird die Kraftkomponente des Sicherheitsgurtes des Insassen betrachtet. Die durch den Gurt entgegenwirkende Kraft wird als Feder-Dämpfersystem beschrieben. Der Gurt sperrt den Insassen in Abhängigkeit einer Beschleunigung, wenn diese größer als 0.45 m/s² beträgt. Dabei wird ein fahrzeugsensitiver und/oder gurtbandsensitiver Sperrmechanismus aktiviert und fixiert den Insassen am Gurt. Der Gurtstraffer wird an einem bestimmten Zündzeitpunkt, der in der Regel bekannt ist aktiviert und beseitigt die Gurtlose x_Gurtlose bevor eine Ankopplung des Insassen an den Gurt stattfindet. Das Modell sieht einen linearen Gurtbandeinzug x_Aufzug vor, bis eine maximale Aufzugslänge erreicht wird. Der Gurtkraftbegrenzer F_Gurt·Max, der ebenfalls als Parameter ausgebildet wird, begrenzt die Kraft F_Gurt auf derzeit 4000 N.
Weiterhin erfährt das Gurtband eine bestimmte Dehnung, die bei 11 kN rund 10% beträgt. Die entsprechenden Werte lassen sich in das Modell einfließen. Der Gurt selbst wird nur aktiviert wenn das Gurtschloss den Status gesteckt anzeigt. Sollte dies nicht der Fall sein, so wirken keine Gurtkräfte und diese werden zu F_Gurt = 0 N gesetzt. Daraus ergibt sich folgende Modellierung: FGurt = –DGurt·(xrel + xAufzug – xGurtlose) – kGurt·(vrel + vAufzug),wobei D_Gurt eine Federkonstante und k_Gurt eine Dämpferkonstante beschreibt.
Im Folgenden wird die Kraftkomponente des Armaturenbretts (IP) betrachtet. Die sich durch das Armaturenbrett ergebende Kraft ist nur wirksam wenn der Insasse Kontakt mit dem Armaturenbrett hat. Diese tritt nur auf, wenn die Differenz Insasse zu Instrumententafel negativ x_Occ·IP wird, ansonsten wird F_IP = 0 gesetzt. Die Instrumententafel lässt sich als Feder-Dämpfersystem wie oben darstellen. Daraus resultiert die Kraft: FIP = +DIP·XOcc·IP – kIP·vrel,wobei D_IP eine Federkonstante und k_IP eine Dämpferkonstante beschreibt. Alternativ kann eine für die Fahrerseite Anpassung der Parameter erfolgen, da der Einfluss des Lenkrades Auswirkungen auf die Modellparameter besitzt.
Im Folgenden wird die Kraftkomponente des Airbags betrachtet. Der Airbag ist als einfaches Modell ausgebildet, bei dem der Zündzeitpunkt vorgegeben ist bzw. aus den Fire-Flag des Algorithmus ermittelt werden kann. Im Weiteren lässt sich die Standzeit des Airbags je nach Fahrer oder Beifahrerseite als Parameter im Vorfeld angeben. Anschließend gibt es einen Abfall des Airbags und damit die durch den Airbag wirkende Kraft auf den Insassen. Die durch den Airbag wirkende Kraft kann entweder als Fläche·Druck ausgeprägt sein oder aber durch einen einfachen Dämpfungsparameter wie bei der Gurtkraft modelliert werden: FAB = –DAB·xrel,oder FAB = –pAB·FlächeAB,wobei D_M die Dämpfung durch den Airbag, p_AB der Airbaginnendruck und Fläche_AB die Fläche des Airbags beschreibt. Der Airbaginnendruck sowie die Fläche des Airbags oder alternativ die Dämpfung sind als Parameter ausgeprägt. Falls der Airbaginnendruck über ein Sensorsystem verfügbar ist, dann kann der Druck entsprechend einem frei zu wählenden Parameter z. B. 0.9 im Modell berücksichtigt werden.
Es lässt sich nun anhand dieser Modellierung die Kraft auf den Insassen gemäß der Formel FInsasse = FSitz + FGurt + FAirbag + FIP errechnen. Da ebenso gilt FInsasse = mocc·aocc folgt daraus mocc·aocc = FSitz + FGurt + FAirbag + FIP.
Damit lässt sich nun die Beschleunigung die auf den Insassen wirkt berechnen zu: aocc(t) = (FSitz + FGurt + FAirbag + FIP)/mocc.
Durch Integration erhält man daraus die Geschwindigkeit des Insassen zum Zeitpunkt t: vocc(t) = vocc(t – 1) + aocc(t)·dt
Durch zweimalige Integration erhält man daraus den Weg des Insassen zum Zeitpunkt t: xocc(t) = xocc(t – 1) + vocc(t)·dt
Entsprechend der Integration für den Insassen lässt sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie der Weg des Fahrzeugs entsprechend durch Integration der aus dem Beschleunigungssensor gemessenen Fahrzeugbeschleunigung gewinnen, man erhält also: aveh(t) = Messung aus dem Beschleunigungssensor vveh(t) = vveh(t – 1) + aveh(t)·dt xveh(t) = xveh(t – 1) + vveh(t)·dt
Daraus lassen sich nun die Kräfte für den nächsten Zeitschritt berechnen, da gilt xrel = xocc – xveh yrel = yocc – yveh arel = aocc – aveh
5 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sind alle Komponenten berücksichtigt die auf den Insassen einwirken.
Die Parameter für den Algorithmus werden über einen Speicher 520 zur Verfügung gestellt. Sollte eine entsprechende Sensorik 521 eine bessere Information liefern, so lässt sich alternativ der Speicherwert des Speichers 520 ersetzen durch die Sensorinformation der Sensorik 521. Beispielsweise bei optionaler Verfügbarkeit einer Innenraumsensierung lässt sich die Masse des Insassen entweder direkt in den Algorithmus integrieren oder aber, falls nur eine Gewichtsklasse existiert, kann der für diese Klasse verwendete Standardwerte eingetragen werden. Beispielsweise:
> Klasse 2: 40 < x < 60 kg -> m := 48 kg
> Klasse 3: 60 < x < 90 kg -> m := 78 kg
> Klasse 4: x > 90 kg -> m := 105 kg
Im Weiteren lässt sich die Insassenposition integrieren, falls die Information über einen Sitzpositionssensor verfügbar ist. Die Abfrage ob das Gurtschloss gesteckt ist, erfolgt im Algorithmus und ist in 5 nicht dargestellt.
Ein Sensor „a_x” 522 kann eine Beschleunigung „a_veh” 523 des Fahrzeugs erfassen und bereitstellen. Durch Integration dv_veh = v_veh kann in einem Block 524 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Durch Integration ds_veh = x_veh kann in einem Block 525 der Weg des Fahrzeugs bestimmt werden.
Der Speicher 520 kann als EEPROM ausgeführt sein und kann Modellparameter bereitstellen. Insbesondere kann der Speicher 520 einen Modellparameter für eine Masse eines Insassen an einen Block 528 bereitstellen, der eine Beschleunigung des Insassen gemäß
bestimmen kann. Durch Integration dv_occ = v_occ kann in einem Block 529 die Geschwindigkeit des Insassen bestimmt werden. Durch Integration ds_occ = x_occ kann in einem Block 530 der Weg des Insassen bestimmt werden.
In einem Block 526 kann ein Vergleich ds_occ > Thd durchgeführt werden und somit der Weg des Fahrzeugs mit einem Schwellwert verglichen werden. Das Vergleichsergebnis kann an einen Block 527 „Adapt TTF” bereitgestellt werden, um eine Adaption der Auslösezeiten der Rückhaltesysteme zu ermöglichen.
Der Speicher 520 ist ausgebildet, um Modellparameter an einen Block 540 bereitzustellen. Ferner werden die Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Block 524, der Fahrzeugweg von dem Block 525, die Insassengeschwindigkeit von dem Block 529, der Insassenweg von dem Block 530 sowie optional die Sitzposition s_occ(0) und die Masse m_occ des Insassen von dem Block 521 der optionalen Sitzposition- und Innenraumsensierung an den Block 540 bereitgestellt. Der Block 540 ist ausgebildet, um die auf den Insassen wirkende Kraft F_occ zu bestimmen und an den Block 528 bereitzustellen.
Dazu weist der Block 540 einen Block 541 zum Bestimmen der Sitzkraft, einen Block 542 zum Bestimmen der Armaturenbrettkraft oder Lenkradkraft, einen Block 543 zum Bestimmen der Gurtkraft und einen Block 544 zum Bestimmen der Airbagkraft auf.
Der Block 541 ist ausgebildet, um die Sitzkraft gemäß FSitz = –μSitz·g·mocc·(vocc – vveh)zu bestimmen.
Der Block 542 ist ausgebildet, um die Armaturenbrettkraft gemäß WENN xocc·IP < 0 DANN FIP = +DIP·xocc·IP – kIP·(vocc – vveh) SONST FIP = 0zu bestimmen. Somit ist die Armaturenbrettkraft solange Null, bis der Insasse das Armaturenbrett erreicht hat.
Der Block 543 ist ausgebildet, um die Gurtkraft gemäß FGurt = –DGurt·(xocc – xveh) – kGurt·(vocc – vveh)WENN Gurtstraffer nicht ausgelöst UND x_occ < Gurtlose DANN F_Gurt = 0
WENN Airbag nicht ausgelöst UND F_Gurt > Gurtkraftlimit DANN F_Gurt = Gurtkraftlimit zu bestimmen.
Der Block 544 ist ausgebildet, um die Airbagkraft gemäß FAB = –(p1 + p2)·FlächeAB WENN xrel – xAB > d0 WENN x_rel – x_AB < d₀ DANN F_AB = 0
zu bestimmen.
6 zeigt ein einfaches Modell für den Gurt 651 als Feder/Dämpfersystem, für die Gurtlose 652 und für den Gurtkraftbegrenzer 653. Anhand des in 6 gezeigten Modells lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit einer einfacheren Berechnung durchführen. Das Modell berücksichtigt einen Insassen 654 als Punktmasse sowie den Gurt 651 inklusive Gurtstraffer 652 und Gurtkraftbegrenzer 653 als entgegenwirkende Kraft. Der Airbag, der Sitz und die Armaturenbrett Tafel werden nicht als Gegenkraft berücksichtigt.
7 zeigt ein Blockschaltbild einer einfachen Variante des Insassenmodells bei der die Gurtkraft, wie in 6 gezeigt wirkt. Der Algorithmus reduziert sich dadurch auf die Berechnung der durch den Gurt ausgeübten Kraft. Als Ziel wird die geschätzte Vorverlagerung ds_occ gegenüber einem Schwellwert verglichen und entsprechend dessen kann eine Adaption der Auslösezeiten der Rückhaltesysteme erfolgen.
Ein Sensor 522 kann eine Beschleunigung „a_veh” 523 des Fahrzeugs erfassen und durch eine Vorverarbeitung, vorzugsweise einen Tiefpassfilter, vorverarbeitet bereitstellen. Durch Integration dv_veh kann in einem Block 524 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Durch Integration ds_veh kann in einem Block 525 der Weg des Fahrzeugs bestimmt werden.
Ein Block 528 kann eine Beschleunigung des Insassen gemäß
bestimmen.
Durch Integration dv_occ kann in einem Block 529 die Geschwindigkeit des Insassen bestimmt werden. Durch Integration ds_occ kann in einem Block 530 den Weg des Insassen bestimmt werden. Nach einem Vergleich ds_veh > thd kann in einem Block 527 „Adapt TTF” eine Anpassung der Auslösezeiten der Rückhaltesysteme durchgeführt werden.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann von dem Block 524, der Fahrzeugweg von dem Block 525, die Insassengeschwindigkeit von dem Block 529 und der Insassenweg kann von dem Block 530 an einen Block 543 bereitgestellt werden. Der Block 543 ist ausgebildet, um die auf den Insassen wirkende Gurtkraft F_Gurt zu bestimmen und an den Block 528 bereitzustellen.
Der Block 543 kann ausgebildet sein, um die Gurtkraft gemäß der Bestimmungsvorschrift FGurt = –kGurt·(dvveh – dvocc) – DGurt·(dsveh – dsocc)WENN Gurtstraffer nicht ausgelöst UND ds_occ < Gurtlose DANN F_Gurt = 0
WENN Airbag nicht ausgelöst UND F_Gurt > Gurtkraftlimit DANN Gurtkraftlimit
zu bestimmen.
Die 8 und 9 zeigen die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Algorithmus. 8 zeigt dabei einen Crashversuch bei einem 25 km/h Crash und 9 zeigt einen Crashversuch bei einem 64 km/h ODB Crash. Dabei ist die Beschleunigung a in der Einheit der Erdbeschleunigung g über die Zeit s aufgetragen.
Insbesondere zeigen die 8 und 9 eine gegebene Fahrzeugbeschleunigung 861 sowie eine Brustbeschleunigung 862 des Dummys, die in erster Näherung die Vorverlagerung des Insassen liefert. Das erfindungsgemäße Insassenmodell 863 startet zu einem Zeitpunkt 871, nach dem die Gurtlose beseitigt wurde und eine Rückhaltung durch den Gurt eintritt. Der Dummy erfährt somit die oben ausgerechnete Gurtkraft. Ab einem bestimmten Zeitpunkt 872 ist die Gurtkraft größer als 4 kN und ein Gurtkraftbegrenzer wird aktiv, dies bedeutet in erster Näherung, dass die Gurtkraft auf 4 kN begrenzt wird und der Insasse sich weiter vorverlagern kann, bei gleich bleibender Rückhaltekraft. Ebenfalls nicht exakt sichtbar ist die Wirkungsweise des Airbags zu einem Zeitpunkt 873. Der Airbag hat hier keine Rückhaltewirkung. Trotz allem spiegelt dieser Verlauf sehr gut den Ablauf im realen Crashgeschehen wieder.
Der erfindungsgemäße Ansatz kann zur Beeinflussung des Airbagauslöseverhaltens, beispielsweise der Auslösezeit des Frontairbags und für eine an die jeweiligen Insassen angepasste Auslösestrategie eingesetzt werden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4436810 A1 [0006]
- DE 10246055 A1 [0009]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (102) von Modellparametern eines Rückhaltesystems des Fahrzeugs; Erfassen (104) einer Verzögerung des Fahrzeugs; und Bestimmen (106) der Beschleunigung des Insassen gemäß einer Bestimmungsvorschrift (540) aus den Modellparametern und der Verzögerung des Fahrzeugs.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Bestimmungsvorschrift (540) ausgebildet ist, um eine auf den Insassen wirkende Rückhaltekraft des Rückhaltesystems zu ermitteln, um die Beschleunigung des Insassen zu bestimmen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Bestimmungsvorschrift (540) ausgebildet ist, um aus der Beschleunigung des Insassen eine Geschwindigkeit und/oder eine Vorverlagerung des Insassen zu bestimmen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Bestimmungsvorschrift (540) ausgebildet ist, um basierend auf der Beschleunigung und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Vorverlagerung des Insassen eine Auslöseentscheidung für ein Rückhaltemittel des Fahrzeugs zu bestimmen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Modellparameter Parameter eines Gurtsystems (651, 652, 653) des Fahrzeugs umfassen und die Bestimmungsvorschrift (543) ausgebildet ist, um eine auf den Insassen wirkende Rückhaltekraft des Gurtsystems zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 5, mit einem Schritt des Erfassens eines Schließzustands des Gurtsystems, wobei die Bestimmungsvorschrift (543) ausgebildet ist, um die Beschleunigung des Insassen abhängig von dem Schließzustand zu bestimmen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Modellparameter Parameter eines Fahrzeugsitzes, Parameter eines Airbags und/oder Parameter einer Armatur des Fahrzeugs aufweisen und die Bestimmungsvorschrift (540) ausgebildet ist, um eine auf den Insassen wirkende Rückhaltekraft des Fahrzeugsitzes, des Airbags und/oder der Armatur zu bestimmen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem mindestens einer der Modellparameter von einem Speicher (520) bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem mindestens einer der Modellparameter von einem Sensor (521) bereitgestellt wird.
Steuergerät zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Insassen eines Fahrzeugs, das folgende Merkmale umfasst: eine Bereitstellungseinrichtung (520, 521) zum Bereitstellen von Modellparametern eines Rückhaltesystems des Fahrzeugs; eine Erfassungseinrichtung (522) zum Erfassen einer Verzögerung des Fahrzeugs; und eine Bestimmungseinrichtung (540) zum Bestimmen der Beschleunigung des Insassen gemäß einer Bestimmungsvorschrift aus den Modellparametern und der Fahrzeugverzögerung.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.