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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung eines Aufpralls
und/oder Verringerung der Schwere eines Aufpralls bei einem Auffahrunfall
auf ein Heck eines ersten Fahrzeugs durch ein nachfolgendes zweites
Fahrzeug.
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Auffahrunfälle
in niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen werden häufig
durch Unaufmerksamkeit verursacht. Oft wird die Eigengeschwindigkeit
beziehungsweise die Relativgeschwindigkeit unter- oder die mögliche
Eigenverzögerung überschätzt und deswegen
ein zu geringer Sicherheitsabstand gehalten. Daher sind bereits
Systeme bekannt, wie zum Beispiel ein Bremsassistenzsystem (auch Advanced
Brake Assist genannt) oder ein Antikollisionssystem (auch Collision
Mitigation System genannt), die den Fahrer unterstützen,
nicht auf ein vorausfahrendes Fahrzeug aufzufahren.
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Das
Antikollisionssystem umfasst beispielsweise Maßnahmen,
die auf Grundlage einer Umfeldsensorik bei einer bevorstehenden
Kollision durch Warnung und Eingriff in Fahrwerksysteme die Unfallschwere
für alle Unfallpartner reduzieren, wobei eine autonome
Teilverzögerung, eine Notbremsung zum Energieabbau und
dergleichen verwendet wird. Das Antikollisionssystem bewertet unter
Einbeziehung der Sensorinformationen eines Fernbereichsradars und,
falls vorhanden, einer Nahbereichssensorik beispielsweise eines
Parkassistenten sowie fahrzeugimmanenter Bewegungsinformationen
wie Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigung, Giergeschwindigkeit und
dergleichen, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision. Wird eine drohende
Kollision erkannt, erfolgt ein gestuftes Warn- beziehungsweise Eingriffskonzept:
1. Optische und akustische Fahrerwarnung, 2. Haptische Warnung durch
zyklische Erhöhung der Gurtkraft, 3. Autonome Teilbremsung
mit 4 m/s2 bis 5 m/s2 mit
Fahrerfixierung durch Gurtstraffung, 4. Übergang in die
Steuerung durch ein Bremsassistenzsystem, wenn der Fahrer eingreift.
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Beim
Advanced Brake Assist System handelt es sich um einen erweiterten
Bremsassistent, der auf Grundlage einer Umfeldsensorik die Bremskraft eines
Fahrzeugs so einstellt, dass einerseits ein Auffahren vermieden
wird und andererseits möglichst weich gebremst wird, indem
der Relativabstand und die Relativgeschwindigkeit zu einem vorausfahrenden
Fahrzeug einbezogen werden.
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Aus
der
DE 10 2004
062 497 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung
der Gefahr eines Auffahrunfalls auf ein Heck eines ersten Fahrzeugs
durch ein nachfolgendes zweites Fahrzeug, insbesondere zur Vermeidung
und/oder Verringerung der Schwere eines Aufpralls, bekannt. Dabei werden
ein Abstand und eine Relativgeschwindigkeit des nachfolgenden zweiten
Fahrzeugs ermittelt und anhand des Abstands und der Relativgeschwindigkeit
ermittelt, ob ein Aufprall des zweiten Fahrzeugs auf das Heck des
ersten Fahrzeugs droht. Wird ein drohender Aufprall identifiziert,
werden unter anderem Warnsignale an das zweite Fahrzeug ausgesandt,
Insassenschutzmaßnahmen ausgelöst und das Bremsmoment
des ersten Fahrzeuges der Verkehrssituation angepasst.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein verbessertes Verfahren
zur Vermeidung eines Aufpralls und/oder Verringerung der Schwere
eines Aufpralls bei einem Auffahrunfall auf ein Heck eines Fahrzeugs
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale
aufweist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermeidung
eines Aufpralls und/oder Verringerung der Schwere eines Aufpralls
bei einem Auffahrunfall auf ein Heck eines ersten Fahrzeugs durch
ein nachfolgendes zweites Fahrzeug werden ein Abstand und eine Relativgeschwindigkeit
des nachfolgenden zweiten Fahrzeugs zu dem ersten Fahrzeug ermittelt. Anhand
des Abstands und der Relativgeschwindigkeit wird weiterhin ermittelt,
ob ein Aufprall des zweiten Fahrzeugs auf das Heck des ersten Fahrzeugs droht.
Wird ein drohender Aufprall identifiziert, so wird für
eine Bremse eines jeden Rades des ersten Fahrzeugs eine spezifische
Aufprall-Brems-Kennlinie erstellt und die Bremse des jeweiligen
Rades individuell entsprechend der spezifischen Aufprall-Brems-Kennlinie
vor, während und/oder kurz nach dem Aufprall angesteuert.
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Der
Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die bei einem Heckaufprall
auftretende kinetische Energie variabel zu absorbieren. Hierbei
wird davon ausgegangen, dass bei einem Aufprall auf ein Heck eines
ersten Fahrzeugs durch ein nachfolgendes zweites Fahrzeug der den
Aufprall repräsentierende Stoß aus einer elastischen
und einer plastischen Stoßkomponente besteht. Dabei wird
die kinetische Energie des zweiten Fahrzeuges teilweise in Verformungsarbeit
an beiden Fahrzeugen (an Stoßstange, Karosserie, Fahrzeugrahmen,
etc.) umgewandelt und teilweise dem ersten Fahrzeug übertragen,
teilweise erhält das zweite Fahrzeug kinetische Energie zurück.
Das heißt, bei einem derartigen Aufprall kommt es zur Verformung
am Heck des ersten Fahrzeugs und an der Front des zweiten Fahrzeugs
und das erste Fahrzeug wird zu einer Bewegung in Aufprallrichtung
angestoßen.
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Durch
den erfindungsgemäßen Rad individuellen, Kennlinien
geführten Bremseingriff vor, während und/oder
nach dem Aufprall wird ein Teil der aufgenommenen kinetischen Energie über
Reibungsarbeit an den Radbremsen in entsprechende Wärmeenergie
umgewandelt. Die individuelle Steuerung jeder einzelnen Radbremse
(gezieltes Öffnen und Schließen der Bremsen bei
einem Aufprall) optimiert somit in besonders vorteilhafter Weise
die Absorption der kinetischen Energie durch Verteilung der Reibungskraft
und sorgt für eine notwendige Fahrzeugstabilität.
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Für
die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, insbesondere eine Identifikation eines drohenden Auffahrunfalls,
werden in einfacher Art und Weise bereits verfügbare Systeme
zur Überwachung einer Fahrzeugumgebung eingesetzt.
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Ausführungsbeispiele
werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Situation mit drohendem Heckaufprall zwischen zwei Fahrzeugen,
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2 eine
weitere Situation mit drohendem Heckaufprall zwischen zwei Fahrzeugen
wobei das zweite Fahrzeug unter einem Eintreffwinkel auf das erste
Fahrzeug auffährt, und
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3 ein
Diagramm mit einem Ausführungsbeispiel für eine
Aufprall-Brems-Kennlinie.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In
den 1 und 2 sind jeweils zwei Fahrzeuge 1 und 2 im
Straßenverkehr dargestellt, wobei ein Aufprall des zweiten
Fahrzeugs 2 auf ein Heck des ersten Fahrzeugs 1 droht.
In 2 sind die Fahrtrichtungen beider Fahrzeuge 1 und 2 nicht
parallel was in einem Eintreffwinkel α des zweiten Fahrzeugs 2 auf
das Heck des ersten Fahrzeugs 1 zum Ausdruck kommt.
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Das
erste Fahrzeug 1 ist mit einer nach hinten ausgerichteten
Sensorik 3 zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung ausgestattet,
die über eine Steuereinheit 4 mit den Bremsen 5.1 bis 5.4 verbunden
ist.
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Die
Steuereinheit 4 erfasst fortlaufend anhand der Signale
der Sensorik 3 einen Abstand d12 und
eine Relativgeschwindigkeit v12 des nachfolgenden
zweiten Fahrzeugs 2 zum ersten Fahrzeug 1 und prüft
anhand dieser Daten, ob ein Aufprall droht. Wird ein drohender Aufprall
identifiziert, erstellt die Steuereinheit 4 für
eine Bremse 5.1 bis 5.4 eines jeden Rades des
ersten Fahrzeugs 1 eine spezifische Aufprall-Brems-Kennlinie
und steuert jede Bremse 5.1 bis 5.4 vor, während
und/oder nach dem Aufprall individuell entsprechend der Aufprall-Brems-Kennlinie und
somit Kennlinien geführt.
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Als
Sensorik 3 kann beispielsweise ein nach hinten gerichtetes
Nahbereichsradar und/oder Ultraschallsensoren einer Einparkhilfe
genutzt werden, womit bordinterne Systeme bzw. bereits gängige Systeme
zur Objekterkennung zum Einsatz kommen und keine aufwändige
Neuentwicklung notwendig ist.
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Die
Ultraschallsensoren der Einparkhilfe sind beispielsweise an einer
Heckstoßstange des ersten Fahrzeugs 1 angeordnet
und bilden ein dreidimensionales Ultraschallfeld mit einer Reichweite
von ca. 1,5 m. Diese Reichweite definiert das Aufprallerkennungsfeld.
Eine Anzahl von beispielsweise vier Ultraschallsensoren dient einer
Plausibilitätsprüfung des sich nähernden
zweiten Fahrzeugs 2 und der Redundanz, um möglichen
Fehldetektionen oder Sensorausfällen vorzubeugen.
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Das
Nahbereichsradar kann zusätzlich oder alternativ als Sensorik 3 eingesetzt
werden. Damit vergrößert sich vorteilhafter Weise
die Reichweite auf ca. 30 m, was eine bessere bzw. zeitigere Erkennung des
zweiten Fahrzeugs 2 ermöglicht und somit einen Zeitraum
für eine Vorkonditionierung des ersten Fahrzeuges 1 bezüglich
des drohenden Aufpralls vergrößert und wiederum
die Redundanz der Sensorik 3 erhöht.
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Mit
dem Einsatz des Nahbereichsradars allein oder in Kombination mit
den Ultraschallsensoren der Einparkhilfe als Sensorik 3 ist
die Steuereinheit 4 in der Lage Relativgeschwindigkeiten
V12 bis zu 250 km/h zu erfassen und auf
diese zu reagieren.
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Neben
der Relativgeschwindigkeit v12 und dem Abstand
d12 des zweiten Fahrzeugs 2 zum
ersten Fahrzeug 1 bestimmt die Steuereinheit 4 vorteilhafter
Weise einen horizontalen Eintreffwinkel α und eine Breite
b des zweiten Fahrzeugs 2. Mit diesen Werten Relativgeschwindigkeit
v12, Abstand d12,
Eintreffwinkel α, Breite b, Masse m1 des
eigenen, ersten Fahrzeugs 1 und/oder Masse m2 des
zweiten Fahrzeugs 2, ermittelt die Steuereinheit 4 im
weiteren Verlauf eine spezifische Aufprall-Brems-Kennlinie, wie sie
in 3 dargestellt ist, der Bremse 5.1 bis 5.4 eines
jeden Rades des ersten Fahrzeugs 1 und einen Startzeitpunkt
zur Durchführung des Verfahrens zur Vermeidung eines Aufpralls
und/oder Verringerung der Schwere eines Aufpralls bei einem Auffahrunfall durch
so genannte Schockabsorption.
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3 zeigt
dabei als spezifische Aufprall-Brems-Kennlinie eine individuell
an einer der Bremsen 5.1 bis 5.4 einzustellende
Bremskraft FB über die Zeit.
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Nachfolgend
wird die Ermittlung und Verwendung der dargestellten Aufprall-Brems-Kennlinie näher
beschrieben.
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Im
Betrieb des eigenen ersten Fahrzeugs 1 wird, wie oben näher
beschrieben, die Fahrzeugumgebung fortlaufend überwacht
und bei Identifizierung des zweiten Fahrzeugs 2 für
dieses eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt,
bei welcher das sich nähernde zweite Fahrzeug 2 identifiziert
und die Gefahr eines drohenden Aufpralls ermittelt wird. Dabei wird mittels
der Plausibilitätsprüfung unter anderem eine Störung
der Überwachung ausgeschlossen, das zweite Fahrzeug 2 anhand
von erfassten Objektmerkmalen, wie z. B. der Breite b, als Nutzfahrzeug, Personenkraftfahrzeug,
Motorrad oder Fahrrad identifiziert, ein möglicher Aufprall-
oder Eintreffwinkel α und/oder die Geschwindigkeit v2 des zweiten Fahrzeugs 2, insbesondere
dessen Geschwindigkeit relativ zur Geschwindigkeit des eigenen ersten
Fahrzeugs 1 und somit die Relativgeschwindigkeit v12 ermittelt.
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Anschließend
wird die vektorielle Geschwindigkeit v des zweiten Fahrzeugs 2 anhand
des Betrags der Geschwindigkeit v2 und des
ermittelten möglichen Eintreffwinkel α in der
Ebene bestimmt.
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Anhand
dieser ermittelten Daten, wie aus der Fahrzeugbreite b abgeleitetem
Fahrzeugtyp, Relativgeschwindigkeit v12,
Abstand d12, horizontaler Eintreffwinkel α des
zweiten Fahrzeugs 2 wird für eine jede Bremse 5.1 bis 5.4 die
zugehörige individuelle Aufprall-Brems-Kennlinie sowie
ein mögliche Aufprallzeitpunkt T0 ermittelt. Mit Eintritt
des Aufprallzeitpunktes T0 werden mittels der Steuereinheit 4 die
ermittelten Rad individuellen Aufprall-Brems-Kennlinien aktiviert
und die jeweilige Bremse 5.1 bis 5.4 entsprechend
der zugehörigen Aufprall-Brems-Kennlinie gesteuert. Dabei
wird das jeweilige Bremsmoment des ersten Fahrzeugs 1 durch
individuelle, abwechselnde Reduzierung und Erhöhung der
Bremskraft FB der Bremsen 5.1 bis 5.4 erst
verringert und dann wieder erhöht. Hierdurch erfolgt im
dem Aufprallzeitpunkt T0 folgenden ersten Zeitbereich T1 eine statische
Verformung der Karosserie der Fahrzeuge 1, 2 und
im daran anschließenden zweiten Zeitbereich T2 eine Umwandlung
der kinetischen Energie in Reibungskraft der Bremsen 5.1 bis 5.4.
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Mit
anderen Worten: Das Bremsmoment des ersten Fahrzeugs 1 wird
vor, während und/oder kurz nach dem Aufprall derart geregelt,
dass durch die individuelle Ansteuerung der Bremse 5.1 bis 5.4 eines jeden
Rades entsprechend ihrer vorher ermittelten spezifischen Aufprall-Brems-Kennlinie
das Bremsmoment des ersten Fahrzeugs 1 erst verringert
wird, um die relative kinetische Energie zwischen beiden Fahrzeugen 1 und 2 zu
reduzieren, und dann wieder erhöht wird, um die verbleibende
kinetische Energie über die Reibungsarbeit der einzelnen
Bremsen 5.1 bis 5.4 abzubauen. Mit anderen Worten:
Beim ersten Fahrzeug 1 werden die einzelnen Bremsen 5.1 bis 5.4 individuell
geöffnet und/oder geschlossen. Die Ansteuerung der Bremsen 5.1 bis 5.4 erfolgt
dabei über die Steuereinheit 4 auf die Bremsanlage
mit Bremskraftregler.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können
in einer Speichereinheit der Steuereinheit 4 Fahrzeugklassen
hinterlegt sein, anhand derer das zweite Fahrzeug 2 klassifiziert
wird. Somit kann zum Beispiel unterschieden werden, ob beispielsweise
ein Nutzfahrzeug, ein Personenkraftfahrzeug oder ein Fahrrad droht,
auf das erste Fahrzeug 1 aufzufahren. Insbesondere wird
dem zweiten Fahrzeug 2 anhand der Breite b über
die hinterlegte Fahrzeugklasse eine Masse m2 zugeordnet.
Anhand der so ermittelten Masse m2 des zweiten
Fahrzeugs 2 sowie der Masse m1 des
eigenen ersten Fahrzeugs 1 und der ermittelten Relativgeschwindigkeit
v12 kann die kinetische Energie, welche
beim Aufprall umgesetzt wird bzw. von den Bremsen 5.1 bis 5.4 über
zu verrichtende Reibungsarbeit abgebaut werden muss, bestimmt werden.
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Der
Eintreffwinkel α gibt darüber hinaus Auskunft über
den Winkel unter dem das zweite Fahrzeug 2 auf das Heck
des ersten Fahrzeugs 1 eintrifft und den Ort und ermöglicht
die Berechnung der senkrechten und parallelen Komponente der Relativgeschwindigkeit
v12. Über die parallele Komponente der
Relativgeschwindigkeit v12 wird eine Querbeschleunigung
bestimmt, die das erste Fahrzeug 1 beim Aufprall erfährt.
Die Kenntnis über die ermittelte kinetische Energie und
diese Querbeschleunigung fließt in die Bestimmung der spezifischen
Aufprall-Brems-Kennlinien der Bremsen 5.1 bis 5.4 des ersten
Fahrzeuges 1 ein, wodurch in besonders vorteilhafter Weise
das erste Fahrzeug 1 nach dem Heckaufprall stabil gehalten
wird und nicht ins Schleudern kommt.
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Als
Steuereinheit 4 wird beispielsweise ein Steuergerät
der Einparkhilfe eingesetzt. Weiterhin kann ein Steuergerät
zur Durchführung eines elektronischen Stabilitätsprogramms
als Steuereinheit 4 genutzt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in nicht näher
ausgeführter Weise ein vorderer Abstand zu einem dem ersten
Fahrzeug 1 vorausfahrenden dritten Fahrzeug (nicht dargestellt)
geprüft. Falls dieser Abstand größer
als ein vorgebbarer Mindestabstand ist, wird die Relativgeschwindigkeit v12 zu dem zweiten Fahrzeug 2 verringert.
Auf diese Weise wird die bei einem Auffahrunfall auftretende relative
kinetische Energie zwischen beiden Fahrzeugen 1 und 2 verringert,
wodurch vorzugsweise eine Schwere des Aufpralls verringert wird.
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Die
Relativgeschwindigkeit v12 wird beispielsweise
verringert, indem ein Bremsmoment des ersten Fahrzeugs 1 vor
dem Aufprall verringert wird.
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Alternativ
oder zusätzlich kann das erste Fahrzeug 1 unmittelbar
vor einem Aufprall beschleunigt werden, um die Relativgeschwindigkeit
v12 zu verringern.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden, falls ein drohender
Aufprall identifiziert wird, Maßnahmen zum Schutz der Insassen
des ersten Fahrzeugs 1 ausgelöst. Beispielsweise
können die Gurte gestrafft und die Airbags vorkonditioniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004062497
A1 [0005]