DE102009000656A1

DE102009000656A1 - Verfahren und Steuergerät zur Ansteuerung einer Sicherheitsaktuatorik eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009000656A1
Application number: DE102009000656A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lich; Gian Antonio D'addetta
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-07
Also published as: DE102009000656B9; DE102009000656B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer Sicherheitsaktuatorik (416) eines Fahrzeugs vorgeschlagen, das einen Schritt des Bestimmens einer auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden zukünftigen Gurtkraft (106), basierend auf aktuellen und/oder zeitlich vorangegangenen Werten (102) gemäß einer Bestimmungsvorschrift (104), einen Schritt des Ermittelns eines Ansteuersignals (110), basierend auf der zukünftigen Gurtkraft (106), wobei das Ansteuersignal (110) geeignet ist, um die Sicherheitsaktuatorik (416) anzusteuern, und einen Schritt des Bereitstellens des Ansteuersignals (110) an einer Schnittstelle umfasst.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 12, ein Gurtsystem für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 13 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 14.
Immer deutlicher wird, dass wir uns neben der Zusammenführung der aktiven und passiven Sicherheit zur integrierten Sicherheit, an einer Schwelle zum Übergang von der ”standardisierten” passiven Sicherheit zur ”individuellen Sicherheit” befinden. Die zukünftigen Entwicklungen werden weg von ”standardisierten”, für jeden Insassen gleichen Schutzsystemen, zu einem an Crashsituation und Insassen bestmöglich angepassten individuellem Sicherheitskonzept geführt. Standardisierte Lösungen werden in Zukunft, wenn überhaupt, nur noch als Rückfallebene übrig bleiben. Allerdings werden mit ansteigendem Individualisierungsgrad der Insassenschutzsysteme immer größere Ansprüche an die verwendeten Systeme der passiven wie auch der aktiven Sicherheit gestellt.
Ein typisches Beispiel zur Erhöhung des Individualisierungsgrades im Rahmen passiver Sicherheitssysteme stellt der zumeist im Gurtaufroller integrierte (mechanische) Gurtkraftbegrenzer dar. Er ist ein wesentliches Mittel zur Reduktion der Insassenbelastungen bei einem Crash. Der Gurtkraftbegrenzer mildert bei typischen Euro NCAP oder US NCAP Crashtests, aber noch viel mehr bei realen Crashs mit höheren Geschwindigkeiten vornehmlich die Belastungen im Thoraxbereich ab. Weiterhin erlauben Gurtkraftbegrenzer eine kontinuierliche Übergabe des Insassen während des Crashverlaufs vom Gurtsystem als primäres, rückhaltendes System an das Airbagsystem als primäres rückhaltendes System. Das Grundprinzip sieht dabei eine Freigabe des Gurtbandes ab einer bestimmten Gurtbandkraft F (z. B. F > 3.0–4.5 kN) vor. Dabei wird gewährleistet, dass die Energieaufnahme bei gleichbleibender Gurtkraft mittels zunehmender Vorverlagerung des Insassen erfolgt, d. h. das der Frontairbag je nach Crashfall ab einem bestimmten Zeitpunkt t ~ 40–60 ms den Insassen vom Gurtsystem ”übernimmt”. Die häufigste technische Umsetzung zur Gurtkraftbegrenzung beinhaltet eine Mechanik auf Basis eines oder mehrerer gekoppelter Torsionsstäbe.
Nachteil der heute üblichen Gurtkraftbegrenzersysteme ist, dass eine Kraftbegrenzung durch Torsionsstäbe bereits bei der Entwicklung entsprechend konstruktiv und materialbehaftet betrachtet werden muss. Übliche Systeme erlauben daher nur geringe Variationen in ihrem Begrenzerniveau und dürfen in Bezug auf das Material sehr geringe Toleranzen aufweisen. Damit werden in heutigen (nicht variablen) Systemen schon während des Entwicklungsprozesses und damit weit vor dem potentiellen Crashzeitpunkt die maximal zulässige Gurtkraft und damit die maximal wirkende Kraft auf den Oberkörper des Insassen festgelegt. Damit spielen weder die Insassengröße, sein Gewicht, seine Sitzposition, wie auch die Schwere und vor allem der Verlauf des Crashes bei der Anpassung der Rückhaltungsmöglichkeiten durch den Gurt eine Rolle. Der Individualisierung des Sicherheitsbedürfnisses eines Insassen sind damit in Form des Gurtkraftbegrenzers klare Grenzen gesetzt.
Allerdings wird immer stärker an individualisierten und damit adaptierbaren Gurtkraftbegrenzern gearbeitet. Zumeist verbirgt sich dahinter eine pre-crash Adaption die z. B. insassenrelevante Größen wie Sitzposition, Gewicht oder Alter einschließt. Denkbar sind hier Systeme, die im einfachsten Fall zwischen zwei einstellbaren Kraftniveaucharakteristiken schaltbar sind, bis hin zu Systemen die eine durchgängige Einstellungen der Kraftniveaus erlauben.
Generell gilt allerdings, dass die sensorische Erfassung der Gurtkraft insgesamt aufwändig ist und daher in der Umsetzung meistens zu teuer ist. Daher sind einfachere und günstigere Möglichkeiten zur Gurtkraftmessung bzw. Gurtkraftabschätzung vonnöten.
Die DE 10 2007 021 700 A1 befasst sich mit einem Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln. Dabei wird die Ansteuerung der Personenschutzmittel in Abhängigkeit von einer Gurtauszugslängeninformation durchgeführt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein Gurtsystem sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Kern der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Gurtkraftbegrenzers. Der Gurtkraftbegrenzer kann in einem Gurtautomaten oder in einer anderen Komponente integriert sein. Weiterhin ist es ein Kern der Erfindung, anhand einer gemessenen und/oder geschätzten Gurtkraft die Steuerung eines adaptiv ansteuerbaren Gurtkraftbegrenzers zu übernehmen. Dabei ist ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung die Schätzung der Gurtkraft zu einem in der Zukunft liegenden Zeitpunkt, so dass eine Steuer- bzw. Regelstrategie aufgesetzt werden kann. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Steuerung oder eine Regelung eines Gurtkraftbegrenzers anhand einer gemessenen und/oder geschätzten Gurtkraft bereit.
Die Steuerung und/oder Regelung des Gurtkraftbegrenzers wird anhand der gemessenen und/oder geschätzten Größe ermöglicht. Weiterhin kann anhand eines Insassenmodells bzw. anhand einer Insassenbeschleunigung ein Maß für die auf den Insassen wirkenden Gurtkraft ermittelt werden. Die Bestimmung dieser Gurtkraft kann auf der Schätzung der Insassenbeschleunigung basieren, die entweder in einem Insassenmodell und/oder über die Gurtauszugslänge und/oder als direkt erfasste Sensorgröße ermittelt werden kann. Die Ermittlung lässt sich beispielsweise über einen Hallsensor am Gurtautomaten realisieren.
Wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Reduktion der Verletzungsschwere im Frontcrashfall. Insbesondere ermöglicht der erfindungsgemäße Ansatz eine Verbesserung der Brustbelastung.
Erfindungsgemäß werden die rapiden Entwicklungen in der Informationstechnologie zu immer kürzeren Datenlaufzeiten ausgenutzt, um im Bereich der Kraftbegrenzung ganz neue Möglichkeiten zu eröffnen. Als wichtiges Kriterium wird dabei neben der Entwicklung der entsprechenden mechanischen Konzepte auch die Entwicklung praktischer und zukunftsfähiger Ansteuerungsalgorithmen gesehen. Erfindungsgemäß können auch nach Crashbeginn noch crashverlaufspezifische Anpassungen an den Rückhaltesystemen insgesamt und an den Kraftbegrenzer im Besonderen erfolgen. Dies macht eine stabile Prädiktion des Crashverlaufs notwendig. Dies gilt nicht nur für den Crashpuls selbst, sondern erst Recht für die Insassenvorverlagerung wie auch die vorhersehbaren Insassenbeschleunigungen. Damit sehr eng verbunden ist die Abschätzung der Kraft im Gurt, dem primären mit dem Insassen verbundenen Rückhaltemittel.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Sicherheitsaktuatorik eines Fahrzeugs, das die folgenenden Schritte aufweist: Bestimmen einer auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden zukünftigen Gurtkraft, basierend auf aktuellen und/oder zeitlich vorangegangenen Werten gemäß einer Bestimmungsvorschrift; Ermitteln eines Ansteuersignals basierend auf der zukünftigen Gurtkraft, wobei das Ansteuersignal geeignet ist, um die Sicherheitsaktuatorik anzusteuern; und Bereitstellen des Ansteuersignals an einer Schnittstelle.
Die Sicherheitsaktuatorik kann beispielsweise Rückhaltemittel oder generell Insassenschutzmittel, wie beispielsweise einen Kraftbegrenzer oder einen Airbag umfassen. Bei der Gurtkraft kann es sich um eine, durch ein Gurtband auf einen Insassen ausgeübte Rückhaltekraft handeln. Bei den aktuellen und/oder zeitlich vorangegangene liegenden Werten kann es sich beispielsweise um gemessene, berechnete oder geschätzte Daten, wie eine Insassenbeschleunigung, eine Fahrzeugbeschleunigung, eine Information aus der Insassengewichtsmessung, eine Gurtauszugslänge oder eine Gurtkraft handeln, die sich zur Bestimmung der zukünftigen Gurtkraft eignen. Die Werte können über eine Schnittstelle empfangen werden und beispielsweise von einem Sensor bereitgestellt werden. Das Ansteuersignal kann beispielsweise unter Verwendung eines Algorithmus oder einer Logikverknüpfung aus der zukünftigen Gurtkraft ermittelt werden. Das Ansteuersignal kann geeignet sein, um die Sicherheitsaktuatorik direkt anzusteuern oder um Daten bereitzustellen, die zum Ansteuern der Sicherheitsaktuatorik ein gesetzt werden können. Beispielsweise können basierend auf dem Ansteuersignal Rückhaltekräfte oder Auslösezeiten eingestellt werden.
Insbesondere kann das Ansteuersignal geeignet sein, um eine Kraftbegrenzung eines Gurtkraftbegrenzers einzustellen. Dadurch kann der Gurtkraftbegrenzer an eine aktuelle Situation angepasst werden.
Gemäß der Bestimmungsvorschrift kann eine Extrapolation der Werte durchgeführt werden, um die zukünftige Gurtkraft zu bestimmen. Auf diese Weise kann die zukünftige Gurtkraft mittels eines gängigen Verfahrens aus bereits vorliegenden Daten bestimmt werden.
Dabei kann die zukünftige Gurtkraft basierend auf einer Beschleunigungsinformation bestimmt werden. Die Beschleunigungsinformation kann von einem Beschleunigungssensor, z. B. aus dem Airbagsteuergerät, bereitgestellt werden.
Auch kann mittels eines Insassenmodells eine Insassenbeschleunigung ermittelt werden und die zukünftige Gurtkraft kann basierend auf der Insassenbeschleunigung bestimmt werden. Die Möglichkeit der Verwendung eines Insassenmodells ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf Grund der Vorteile eines solchen Insassenmodells kann eine Implementierung des zugehörigen Algorithmus in einem Kernauslösealgorithmus vorgesehen werden, so dass ein geringer Entwicklungsaufwand mit einer hohen Penetrationsrate einhergeht. Auf Basis des Insassenmodells kann die auf den Insassen wirkende Beschleunigung und daraus abgeleitet seine Geschwindigkeit und seine Vorverlagerung in Bezug zum Fahrzeug berechnet werden. Das darin integrierte Insassenmodell beschreibt damit ein deutlich genaueres Modell als die heute üblichen Konzepte auf Basis einer frei fliegenden Masse. Im weiteren Verlauf kann nun diese geschätzte Insassenbeschleunigung weiter ausgewertet werden, um die Gurtkraft abzuschätzen. Damit ermöglicht das Insassenmodell in Kombination mit der vorliegenden Erfindung eine Ermittlung der Schulterkraft für jeden Insassen.
Ferner kann die zukünftige Gurtkraft basierend auf einer aktuellen Gurtkraft und/oder der Historie der Gurtkraft bestimmt werden. Die aktuelle Gurtkraft bietet einen guten Anhaltspunkt, um die zukünftige Gurtkraft abzuschätzen.
Beispielsweise kann die aktuelle Gurtkraft basierend auf einem Sensorsignal bestimmt werden. Eine Erfassung der Gurtkraft über einen Sensor bietet eine hohe Genauigkeit.
Alternativ oder zusätzlich kann die aktuelle Gurtkraft gemäß der folgenden Formel bestimmt werden: FGurt = (mOCC·aOCC)/FAKTOR_1mit

F_Gurt:: aktuelle Gurtkraft
m_OCC:: Insassenmasse
a_OCC:: Insassenbeschleunigung
FAKTOR_1:: Parameter.

Auch kann die zukünftige Gurtkraft ferner basierend auf einem von der Sicherheitsaktuatorik bereitgestellten Rückkoppelsignal bestimmt werden. Auf diese Weise wird eine Regelungsmöglichkeit geschaffen.
Das Ansteuersignal kann durch einen Vergleich der zukünftigen Gurtkraft mit mindestens einem Schwellwert ermittelt werden. Ein solcher Vergleich ist einfach und kostengünstig zu realisieren.
Erfindungsgemäß kann das Ansteuersignal geeignet sein, um ein Insassenschutzmittel eines Fahrzeugs anzusteuern. Somit kann das Verfahren vorteilhaft im Zusammenhang mit bestehenden Insassenschutzmitteln eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann einen Algorithmus vorsehen, der in einem Steuergerät, vorzugsweise das Airbagsteuergerät verarbeitet werden kann. Andere Steuergeräte die beispielsweise direkt am Gurtautomaten angebracht sind, sind ebenfalls denkbar.
Somit schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Steuergerät, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen bei spielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Gurtsystem für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen: einem Gurtkraftbegrenzer, der ausgebildet ist, um ein Gurtband zum Rückhalten eines Insassen bei einer einstellbaren maximalen Gurtkraft freizugeben; und einem erfindungsgemäßen Steuergerät, das ausgebildet ist, um ein Ansteuersignal an den Gurtkraftbegrenzer bereitzustellen, wobei das Ansteuersignal ausgebildet ist, um die maximale Gurtkraft einzustellen. Ein solches Gurtsystem ermöglicht einen hohen Individualisierungsgrad.
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.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine graphische Darstellung eines Vergleichs einer erfindungsgemäßen Schätzung mit einer Messung;
3 eine graphische Darstellung unterschiedlicher Vorrausschätzungszeiträume;
4 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
6 ein Blockschaltbild eines Steuerungsblock gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. 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. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung eventuell unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei eine Nennung dieser Maße und Dimensionen nicht dahingehend zu verstehen ist, dass die Erfindung auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Sicherheitsaktuatorik eines Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Über eine Schnittstelle können aktuelle und/oder zeitlich vorangegangene Werte 102 empfangen werden. Aus den Werten 102 kann in einem ersten Verfahrensschritt 104 eine auf einen Fahrzeuginsassen wirkende zukünftige Gurtkraft 106 bestimmt werden. In einem zweiten Verfahrensschritt 108 kann basierend auf der zukünftigen Gurtkraft 106 ein Ansteuersignal 110 ermittelt werden. Das Ansteuersignal 110 kann über eine weitere Schnittstelle bereitgestellt werden, um die Sicherheitsaktuatorik anzusteuern.
Die Werte 102 können beispielsweise aus einem Speicher bereitgestellt werden oder von dem erfindungsgemäßen Verfahren selbst ermittelt werden. Bei den Werten 102 kann es sich um Messwerte, berechnete Werte oder um Schätzwerte handeln. Die Werte 102 können beispielsweise eine Information über eine Insassenbeschleunigung, eine Fahrzeugbeschleunigung, aus einem (dynamischen) Insassengewichtsmesssystem (Kraftmessbolzen, sitzmattenbasierte Systeme), eine Gurtauszugslänge oder eine Gurtkraft umfassen.
Die zukünftige Gurtkraft 106 kann aus den Werten 102 gemäß einer Bestimmungsvorschrift ermittelt werden. Gemäß der Bestimmungsvorschrift kann eine Extrapolation durchgeführt werden, die auf den Werten 102 basiert. Andere bekannte Schätzverfahren können ebenfalls zum Bestimmen der zukünftigen Gurtkraft eingesetzt werden. Beispielsweise kann auch auf Daten typischer Gurtkraftverläufe zurückgegriffen werden, die von einem Speicher bereitgestellt werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel basiert das erfindungsgemäße Verfahren auf der Schätzung der Gurtkraft auf Basis eines Insassenmodells. Das Insassenmodell liefert eine Insassenbeschleunigung, die als Basis für die Schätzung der am Insassen angreifenden Gurtkraft herangezogen werden kann. Dabei findet auch eine Berücksichtigung der Insassenmasse statt, womit eine individuelle Berechnung der Schulterkraft prinzipiell möglich wird.
Ausgehend von dieser Insassenbeschleunigung wird nun eine Gurtkraft geschätzt, die an der Schulter des Insassen anliegt. Falls diese als sensorische Größe vorliegt, kann in einer alternativen Ausführung die gemessene Gurtkraft verwendet werden. Andererseits ist in einer alternativen Ausführungsform auch ein kombiniertes Schätz-/Messsystem möglich, bei dem die Schätzung auf Basis einer, in längeren zeitlich Abständen durchgeführten Messung korrigiert wird. Die zeitlichen Abstände können sich dabei je nach Abtastrate ergeben.
Da sich die Insassenbeschleunigung im Crashfall vorwiegend aus der Beschleunigung des Oberkörpers mit dem Kopf zusammensetzt, lässt sich diese Beschleunigung als Berechnungsgröße verwenden. Daraus ergibt sich folgender Zusammenhang:
Es werden folgende Koordinaten/Beschleunigungen zugrunde gelegt:
Insasse: x_occ, y_occ, a_o
Fahrzeug: x_veh, y_veh, a_veh
Die Fahrzeugbeschleunigung a_veh kann die aus dem Airbag-Steuergerät gemessene Beschleunigung sein und daher als bekannt anzunehmen sein. Es ergeben sich die Relativgrößen zu:
Insasse relativ zum Fahrzeug: xrel = xocc – xveh yrel = yocc – yveh arel = aocc – aveh
Die Insassenbeschleunigung a_occ lässt sich aus dem Insassenmodell ermitteln. Die Gurtkraft an der Schulter lässt sich nun ermitteln zu: FSchulter_Gurt = [(mO + mK)·aocc]/FAKTOR_1mit

m_O + m_K: die Massen des Oberkörpers und des Kopfes,
a_occ: die Insassenbeschleunigung,
FAKTOR_1: Parameter vorzugsweise im Intervall von [2,5 ... 4,5].

Der angegebene FAKTOR_1 stellt eine fahrzeugspezifische Größe dar und wird zur Normierung der Schulterkraft herangezogen. Dieser Normierungsfaktor wird für eine bestimmte Konfiguration und für ein bestimmtes Fahrzeug während des Applikationsvorgangs bestimmt und als Information im EEPROM abgelegt. Weiterhin können in diesen Normierungsfaktor zusätzliche (Sensor-)Messwerte wie Sitzlehnenneigung oder Insassengeometrie oder auch (dynamisches) Insassengewicht einfließen.
Für die oben dargestellte Gurtkraftabschätzung ist die Insassenbeschleunigung a_occ und damit die Beschleunigung des Oberkörpers maßgeblich. Dabei spiegelt der entsprechende Faktor den geometrischen Einfluss wieder. Die Umsetzung der Division (FAKTOR_1) in obiger Formel innerhalb eines Steuergeräts könnte auf einer Rechts-Verschiebe-Operation um den Faktor 2 basieren. Dies entspräche einer Division durch 4. Dadurch ist der oben angegebene Bereich mehr oder weniger exakt wiedergegeben, wenn die Umsetzung in einem Steuergerät berücksichtigt wird, und kann daher von dem angegebenen Intervall abweichen.
Zu beachten gilt es, dass das System generell sowohl mit Informationen aus einem Schätzalgorithmus wie auch durch eine insassenmassenbasierte Innenraumsensierung angesteuert werden kann. Falls eine Innenraumsensierung vor handen ist wird die entsprechende Information einer Massenschätzung vorgezogen. Alternativ kann diese auch aus dem Insassenmodell auf Basis eines vorhandenen Algorithmus erfolgen, falls dort entsprechend eine Sensorinformation verarbeitet wird und ggf. an andere Algorithmen weitergeleitet werden kann. Eine weitere Alternative sieht eine Nutzung von Informationen aus einem Speicher, beispielsweise einem EEPROM vor. Solche Informationen können beispielsweise feststehende Parameter und/oder Kennlinien beinhalten.
Damit liegt zu einem bestimmten Zeitpunkt t₀ auf Basis der Beschleunigungsinformation und weiterer Informationen zu eben diesem Zeitpunkt t₀ die Gurtkraft an der Schulter eines Insassen vor. Ziel ist es jedoch auch für weitere Rückhaltesysteme eine für die Ansteuerung notwendige Abschätzung der Schulterkraft zu einem in der Zukunft liegenden Zeitpunkt vorzunehmen. Hintergrund ist dabei, dass eine Ansteuerung entsprechender Aktuatoren rechtzeitig ermöglicht werden soll.
Dazu wird nun in einem weiteren Verfahrensschritt der vorliegenden Erfindung eine Schätzung der Gurtkraft durchgeführt und im Anschluss im Stile eines Prädiktor-Korrektor Verfahrens durch die berechnete Größe entsprechend korrigiert. Alternativ kann auch auf einen Kalman Filter oder lernende Verfahren zurückgegriffen werden. Die Schätzung der Gurtkraft kann beispielsweise durch Extrapolation bereits ermittelter bzw. bekannter Werte erfolgen.
Eine mögliche Alternativentwicklung, den Algorithmus betreffend, schließt seine Lernfähigkeit ein. Denkbar wäre der Einsatz eines lernenden Algorithmus der auf Basis der vergangenen Zeitschritte eine Anpassung der Gewichtung des Fehlers zwischen (alter) Schätzung und aktueller Berechnung mit einbezieht und damit die Stabilität der Schätzung deutlich verbessern kann.
In der Summe lässt sich damit in einem bestimmten, vorgegebenen Zeitraster eine Schätzung der möglichen Gurtkraft durchführen. Damit kann sowohl abgeschätzt werden zu welchem Zeitpunkt eine bestimmte Gurtkraft erreicht wird, aber auch eine Kontrolle der Auswirkungen des Crashverlaufs auf den Insassen durchgeführt werden. Auf dieser Basis erfolgt dann eine Echtzeit-Ansteuerung eines schaltbaren Kraftbegrenzers. Dabei darf zwischen dem Zeitpunkt für die Entscheidung ein bestimmtes Kraftniveau zu begrenzen und der Erreichung eben dieses Kraftniveaus eine maximal zulässige Zeit t* verstreichen. t* ist vor allem von der Schaltungsdauer des Kraftbegrenzers t_s abhängig. Je nach Schaltungstechnik für die Kraftbegrenzung, z. B. pyrotechnisch, elektromechanisch, hydraulisch usw., ist bauartbedingt und aus physikalischen Gründen eine Mindestzeit erforderlich. Weiterhin muss auch für die Übermittlung des Schaltimpulses vom entsprechenden Steuergerät an den Kraftbegrenzers ein Zeitversatz t_i eingerechnet werden, so dass gilt: t* = ts + ti
2 zeigt eine graphische Darstellung eines Vergleichs von Schätzungen gegenüber einer Messung. Gezeigt ist eine gemessene Gurtkraft 231 am Dummy, eine Schätzung der Gurtkraft 232 auf Basis eines Modells und eine Prädiktion der Gurtkraft 233.
Wiedergegeben ist die gemessene Gurtkraft 231 bei einem ODB (Offset Deformable Barrier) 64 km/h Crash für den Beifahrerdummy. Im Weiteren wurde auf Basis eines Modells eine Schätzung der Gurtkraft 232 durchgeführt. Auf Basis dieses Schätzsignals 232 wurde eine Prädiktion 233 durchgeführt, so dass eine Aussage über die Gurtkraft zu einem zeitlich in der Zukunft liegenden Zeitpunkt vorliegt. Dieses Signal 233 kann weiterhin algorithmisch ausgewertet werden und dient als Basis für eine Steuerung/Regelung einer Kraftbegrenzeraktorik.
3 zeigt einen Vergleich der Gurtkräfte für unterschiedliche Vorrausschätzungszeiträume. Gezeigt ist eine gemessene Gurtkraft 341 am Dummy im Crashtest, eine Schätzung der Gurtkraft 342 auf Basis eines Modells, eine 20 ms Vorausschätzung der Gurtkraft 343, eine 10 ms Vorausschätzung der Gurtkraft 344 und eine 5 ms Vorausschätzung der Gurtkraft 345. Die dargestellte Gegenüberstellung unterschiedlicher Prädiktionen 342, 343, 344, 345 vermittelt den Einfluss des Zeithorizonts der Prädiktion.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Vorausschätzungsqualität ist die Auswertung für verschiedene Vorausschätzungszeiten. Wie in 3 deutlich wird, verkleinert sich mit kürzerer Vorausschätzungszeit der Unterschied zwischen Schätzung 342, 343, 344, 345 und tatsächlicher Messung 341. Zu beach ten gilt es, dass die Vorausschätzungszeit den Zeitraum zwischen dem Schätzzeitpunkt und dem zu schätzenden Zeitpunkt darstellt.
Eine weitere mögliche Umsetzung der Erfindung sieht die parallele Verwendung verschiedener Vorausschätzungen mit gleichzeitiger kontinuierlicher Anpassung und Korrektur, z. B. mit einem lernfähigen Algorithmus vor. Ebenfalls ist es denkbar übliche Methoden aus dem Bereich der Klassifizierungs- und Identifikations-Verfahren einzusetzen, hierzu gehören z. B. auch Fuzzy-Systeme, Hidden-Markov-Modelle oder andere gängige mathematische Methoden.
Die Information aus dem Schätzalgorithmus inklusive der entsprechenden Nachkorrektur bzw. weiterer Verbesserungsalgorithmen kann dann zur Ansteuerung entsprechender Aktuatorik verwendet werden. Besonders von Vorteil ist das Verfahren zum Einsatz in Kombination mit einem Gurtkraftbegrenzer. Mittels des Algorithmus lässt sich in optimaler Weise die Aktivierung und Steuerung der unterschiedlichen Kraftniveaus eines adaptiven Gurtkraftbegrenzers vornehmen. Weiterhin können auch die Airbagansteuerung, wie auch die Ansteuerung sitzintegrierter Rückhaltesysteme auf Basis des vorgeschlagenen Vorgehens durchgeführt werden. Damit eingeschlossen sind jegliche Art von Rückhaltemittel, wie z. B. auch Kniebags, reversible Seitenschutzmechanismen usw. Zu beachten gilt es, dass die geschätzte Gurtkraft auch als Maßwert und erweiterte Information für die Crashschwerenbestimmung herangezogen werden kann.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer Gurtkraftbegrenzersteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Wert 102, der einer Schätzung der Insassenbeschleunigung a_occ entspricht, von einer Einrichtung zur Gurtkraftschätzung 104 empfangen. Die Einrichtung zur Gurtkraftschätzung 104 ist ausgebildet, um einen Wert einer zukünftigen Gurtkraft 106 in Form einer Gurtkraftschätzung F_{occ_belt} zu bestimmen und an eine Einrichtung 108 zur Steuerung und/oder Regelung bereitzustellen. Die Einrichtung 108 zur Steuerung und/oder Regelung ist ausgebildet, um ein Ansteuersignal 110 in Form eines Steuersignals und/oder Regelsignals zu ermitteln und bereitzustellen.
Die Insassenbeschleunigung 102 kann mittels eines Insassenmodells 412 auf Basis eines Sensorsignals 413 bestimmt werden. Das Sensorsignal 413 kann z. B. eine Beschleunigung a_x bereitstellen. Aus einem Speicher 414, z. B. in Form eines EEPROM können ein oder eine Mehrzahl von Parametern 415 an die Einrichtung zur Gurtkraftschätzung 104 bereitgestellt werden. Die Einrichtung zur Gurtkraftschätzung 104 kann ausgebildet sein, um die Gurtkraftabschätzung 106 basierend auf dem Parameter 415 und der Schätzung der Insassenbeschleunigung 102 durchzuführen.
Das Ansteuersignal 110 kann von einer Aktorik 416 empfangen werden. Bei der Aktorik 416 kann es sich beispielsweise um einen Airbag oder einen Kraftbegrenzer 416 handeln. Bei einer Ausführungsform mit einer Regelung kann ein Rückkoppelsignal 417 von der Aktorik 416 bereitgestellt werden und von der Einrichtung 108 zur Steuerung und/oder Regelung empfangen werden. Das Rückkoppelsignal 417 kann zur Ermittlung des Ansteuersignals 110 eingesetzt werden.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels wird anhand des Insassenmodells 412 eine Schätzung der Insassenbeschleunigung 102 durchgeführt. In einem weiteren Verarbeitungsschritt 104 erfolgt die Schätzung der Gurtkraft 106. Die notwendigen Parameter 415 werden durch ein EEPROM 414 zur Verfügung gestellt.
Als Ausgabesignal 106 aus dem Block Gurtkraftschätzung 104 ergibt sich ein Maß für die am Insassen anliegenden Gurtkräfte. Dieses Signal 106 wird in einem weiteren Verfahrensschritt 108 zur Steuerung/Regelung 108 der Aktorik verwendet, die nach erfolgter Bearbeitung das Stell-/Regelsignal 110 an die Aktorik 416 übermittelt.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer Gurtkraftbegrenzersteuerung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel können gemäß diesem Ausführungsbeispiels zusätzliche Informationen von einer Zusatzsensorik 521, beispielsweise einer Innenraumsensierung 521 erfasst und eingesetzt werden. Die Innenraumsensierung 521 ist ausgebildet, um Sensorsignale 522 zu empfangen und beispielsweise Informationen über die Masse m_o oder das Alter des Insassen oder über den Gurtanzug zu ermitteln und als Signal 523 an die Einrichtung zur Gurtkraftschätzung 104 und/oder die Einrichtung 108 zur Steuerung und/oder Regelung bereitzustellen.
Bei einer vorhandenen Innenraumsensorik 521 können je nach Ausführung bzw. zur Verfügung stehender Sensorsignale die entsprechenden Zusatzinformationen 523 genutzt werden. Beispielsweise lässt sich die Masse des Insassen sowohl in der Schätzung 104 der Gurtkraft als auch für die Steuereinheit 108 verwenden. Alternativ lässt sich beispielsweise auch das Alter der Insassen berücksichtigen oder andere Größen wie Sitzposition des Insassen, Stellung des Sitzes in allen drei Raumrichtungen sowie der Rückenlehne in Bezug zur Vertikalen.
Ist ein Regelungsmechanismus vorhanden kann entsprechend der Definition eines Regelkreises eine Rückkopplung des Signals 417 aus der Regeleinheit stattfinden. Dieser optionale Vorgang ist in den 4 und 5 durch ein gestricheltes Rückkoppelsignal gekennzeichnet.
6 zeigt ein Blockschaltbild des in den 4 und 5 gezeigten Block Steuerung 108, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird eine Gurtkraft 606a zum Zeitpunkt (t) und eine Gurtkraft 606b zum Zeitpunkt (t – 1) gegenüber einem Schwellwert T1 verglichen. Der Schwellwert T1 kann beispielsweise aus einem EEPROM 414 ermittelt werden oder aber als Kennlinie ausgebildet sein, welche ggf. durch weitere Größen einen adaptiven Schwellwert zur Verfügung stellt. Damit wird in der einfachsten Form sichergestellt, dass kurzeitige Signalsprünge bspw. Schätzungsfehler zu stark berücksichtigt werden.
Weitere Zeithorizonte sind ebenfalls denkbar, so dass das Signal ggf. mehr als zwei Zeitschritte über einem Schwellwert liegen muss, bevor es weiter verarbeitet wird. Die Ausgänge des Schwellwertvergleiches werden in einer logischen Einheit 671 entsprechend verknüpft. Diese Logik 671 kann beispielsweise eine UND-Verknüpfung darstellen. Um sicherzustellen, dass keine Misuseanwendung vorhanden ist, muss ein weiteres Signal an der Logik 671 bereitstehen. Dies kann beispielsweise ein FLAG aus dem Airbagalgorithmus 673 sein, der sicherstellt, dass auch eine signifikante Beschleunigung am Fahrzeug vorhanden ist. Alternativ kann eine eigene Auswertung des Beschleunigungssignals durchgeführt werden. Dies ist als allg. Plausibilitätssignal ausgebildet.
Der Ausgang der Logik 671 wird einer Zählschaltung ”Z = Z + 1” zugeführt, die bei jeder positiven Bedingung einen Zählerwert Z um den Wert 1 oder aber auch einen frei parametrierbare Wert zum Wert Z addiert und diesen darin für den nächsten Zeitschritt sichert. In einem weiteren Verfahrenschritt wird der Zählerwert Z gegenüber einer weiteren zweiten Schwelle T2 verglichen. Analog lässt sich dies als Parameter aus einem EEPROM 414 oder aber eine aus einer Kennlinie ermittelten Größe gewinnen. Ist der Schwellwertvergleich positiv wird der Zähler zurückgesetzt „Z = 0” und es erfolgt die Ausgabe des Steuersignals 110 an die Aktuatorik 416, die beispielsweise der Gurtkraftbegrenzer sein kann.
Eine Möglichkeit die sich aus dem erfindungsgemäßen Ansatz ergibt ist die Ansteuerung des Gurtkraftbegrenzers zur Erhöhung des Gurtkraftniveaus bei unerwartet hohen Gurtkräften und damit deutlich über dem Standardlastfall liegender Crashschwere. Eine Basisansteuerung ist durch die vorhandene Crashsensorik gegeben, die in einem ersten Schritt das Ansteuersignal generiert. Eine weitere möglich Ansteuerungsinformation setzt allerdings den Verbau entsprechender alterserkennender Sensorik bzw. einer im System abgelegten und damit dem Steuergerät zur Verfügung stehenden Altersinformation der Insassen voraus. Dies hätte zur Folge, dass bei relativ schweren Crashs und relativ jungen Insassen die Gurtkraft auf z. B. 6 kN oder mehr geregelt werden würde und damit deutlich über den heutigen Standardsystemen mit maximal 4 kN liegen würde. In gleicher Art und Weise kann bei einem leichten Crash verfahren werden, wenn ein maximales Gurtkraftniveau von 2 kN zur Minimierung der Insassenbelastung und damit der Verletzungswerte ausreichend wäre.
Ein weiterer Vorteil der sich aus der Nutzung einer Gurtkraftschätzung ergibt liegt in der generellen Möglichkeit eine optimale Aufteilung der durch den Insassen während des Crashs zu disspierende Energie zwischen Kopf und Brustbereich vorzunehmen. Auch hier ist das Ziel die Insassenbelastung und das Verletzungsrisiko so gering wie möglich zu halten. Der erfindungsgemäße Ansatz ermöglicht dazu eine individuelle Auslösezeit für einen Insassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von Sicherheitsaktuatorik auf Basis einer Gurtkraftschätzung oder -messung kann beispielsweise für einen Gurtautomaten mit einem adaptiven Gurtkraftbegrenzer genutzt werden, für den eine Steuerung des Kraftbegrenzers benötigt wird. Als Eingangssignal kann dabei auch ein von einer Gurtauszugslängenmessung bereitgestellter Wert dienen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007021700 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Sicherheitsaktuatorik (416) eines Fahrzeugs, das die folgenenden Schritte aufweist: Bestimmen einer auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden zukünftigen Gurtkraft (106), basierend auf aktuellen und/oder zeitlich vorangegangenen Werten (102) gemäß einer Bestimmungsvorschrift (104); Ermitteln eines Ansteuersignals (110) basierend auf der zukünftigen Gurtkraft, wobei das Ansteuersignal geeignet ist, um die Sicherheitsaktuatorik anzusteuern; und Bereitstellen des Ansteuersignals an einer Schnittstelle.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Ansteuersignal (110) geeignet ist, um eine Kraftbegrenzung eines Gurtkraftbegrenzers (416) einzustellen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem gemäß der Bestimmungsvorschrift (104) eine Extrapolation der Werte durchgeführt wird, um die zukünftige Gurtkraft (106) zu bestimmen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die zukünftige Gurtkraft (106) basierend auf einer Beschleunigungsinformation (102) bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem mittels eines Insassenmodells (412) eine Insassenbeschleunigung (102) ermittelt wird und die zukünftige Gurtkraft (106) basierend auf der Insassenbeschleunigung bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die zukünftige Gurtkraft (106) basierend auf einer aktuellen Gurtkraft und/oder einer Historie der aktuellen Gurtkraft bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die aktuelle Gurtkraft basierend auf einem Sensorsignal bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die aktuelle Gurtkraft gemäß der folgenden Formel bestimmt wird: FGurt = (mOCC·aOCC)/FAKTOR_1mit F_Gurt: aktuelle Gurtkraft m_OCC: Insassenmasse a_OCC: Insassenbeschleunigung FAKTOR_1: Parameter.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die zukünftige Gurtkraft (106) ferner basierend auf einem von der Sicherheitsaktuatorik (416) bereitgestellten Rückkoppelsignal (417) bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Ansteuersignal (110) durch einen Vergleich der zukünftigen Gurtkraft mit mindestens einem Schwellwert ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Ansteuersignal (110) geeignet ist, um ein Insassenschutzmittel (416) eines Fahrzeugs anzusteuern.
Steuergerät um die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
Gurtsystem für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen: einem Gurtkraftbegrenzer (416), der ausgebildet ist, um ein Gurtband zum Rückhalten eines Insassen bei einer einstellbaren maximalen Gurtkraft freizugeben; und einem Steuergerät gemäß Anspruch 12, das ausgebildet ist, um ein Ansteuersignal (110) an den Gurtkraftbegrenzer bereitzustellen, wobei das Ansteuersignal ausgebildet ist, um die maximale Gurtkraft einzustellen.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.