DE102009012407B3

DE102009012407B3 - Rückhaltesystem-Steuerung basierend auf berechneten Beschleunigungsdaten

Info

Publication number: DE102009012407B3
Application number: DE200910012407
Authority: DE
Inventors: Arno Eichberger; Daniel Wallner
Original assignee: Technische Universitaet Graz
Current assignee: TECHNISCHE UNIVERSITAET GRAZ, AT
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: DE102009012407B8

Abstract

Vorrichtung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung eine Recheneinheit zum prädikativen Berechnen einer Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt, eine Modelliereinheit zum physikalischen Modellieren des Insassen und zum Modellieren einer physikalischen Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug, und eine Steuereinheit zum Steuern des adaptiven Rückhaltesystems basierend auf Ergebnissen der Recheneinheit und/oder der Modelliereinheit aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs.
Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Programm-Element.
Der Begriff Rückhaltesystem beschreibt insbesondere Vorrichtungen der passiven Sicherheit in einem Fahrzeug, die dazu geeignet sind, Fahrzeuginsassen in ihrer Fahrgastzelle vor Folgen eines Unfalls zu schützen. Vorrichtungen der passiven Sicherheit dienen dazu, die Folgen eines Unfalls für daran Beteiligte zu reduzieren. Rückhaltesysteme kommen zum Beispiel in Land-, Luft- und Seefahrzeugen zum Einsatz.
Rückhaltesysteme verfolgen insbesondere zwei Ziele. Zum einen sollen Fahrzeuginsassen durch gezieltes Verzögern vor der Wirkung zu großer Beschleunigungen und im Extremfall dem Herausschleudern aus dem Fahrzeug geschützt werden. Darüber hinaus werden Insassen vor dem Zusammenprall mit Bestandteilen des Fahrzeuginnenraumes wie Lenkrad oder Armaturenbrett, Türrahmen etc. geschützt. Im Zusammenspiel mit den anderen Komponenten der passiven Sicherheit wie konstruktiven Verbesserungen der Fahrzeugstrukturen kann das Verletzungs- und Todesrisiko der Fahrzeuginsassen durch das Rückhaltesystem reduziert werden.
DE 10 2005 005 959 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Fahrzeugs mit einem Precrash-Sensor, der mehrere getrennt auswertbare Erfassungsbereiche aufweist, zur Detektion von Kollisionsobjekten und einer Steuereinheit zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um Kollisionsobjekten aufgrund charakteristischer Merkmale in einem vom Precrash-Sensor gemessenen Signalverlauf bestimmte Objektklassen zuzuordnen und die Auslösezeit(en) und/oder Auslöseintensität(en) von einem oder mehreren Schutzmitteln der Sicherheitsvorrichtung abhängig von den zugeordneten Objektklassen einzustellen.
DE 10 2004 031 557 A1 offenbart ein Verfahren zur insassengefährdungsrelevanten Aktivierung von Insassen-Schutzeinrichtungen in einem Kraftfahrzeug bei Crashfällen, bei dem mithilfe eines prozessorgestützten Auslösesystems Signale von Crash-Sensoren ausgewertet und die Insassen-Schutzeinrichtungen angesteuert werden, mit den Schritten: Erfassung und Vorverarbeitung von durch Einwirkungen auf die Fahrzeugkarosserie erzeugten Signaturen mittels eines Crash-Sensorensystems, bestehend aus einer Mehrzahl von gleichartigen multifunktionalen, an verschiedenen Stellen der Fahrzeugkarosserie angeordneten peripheren Crash-Sensoren, unmittelbar an den Crash-Sensor-Montagestellen, Auswertung der vorverarbeiteten Signaturen oder daraus abgeleiteter Größen mithilfe eines dem Auslösesystem zugeordneten Crash-Algorithmus, nach Art, Intensität, Richtung und Zeit von Crash-Signaturen und/oder Insassen-Gefahrensignaturen, und Auslösung der crash-relevanten Insassen-Schutzeinrichtungen zu einem jeweiligen, nach der erzielbaren Insassen-Schutzwirkung der Insassen-Schutzeinrichtungen bestimmten Zeitpunkt, bei einer Überschreitung eines Insassen-Gefährdungsschwellwertes.
DE 102 02 908 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines Detektionsbereiches eines Pre-Crash-Sensorsystems eines Fahrzeuges, bei dem ein maximaler Detektionsabstand ermittelt wird in Abhängigkeit von mindestens einer Ansprechzeit einer Sicherheitseinrichtung des Fahrzeuges, und einer ermittelten Fahrzeugzustandsgröße des Fahrzeuges. Es wird somit die Ermittlung eines Detektionsbereiches ermöglicht, der hinreichende Sensorsignale für eine sichere Pre-Crash-Sensierung ermöglicht und dennoch die Datenmenge sinnvoll begrenzt.
DE 197 05 431 A1 offenbart ein intelligentes Rückhaltesystem, das in Abhängigkeit von der Unfallschwere und -art und von der Sitzbelegung für jede von mehreren Rückhalteeinrichtungen eine variable, individuelle Auslösecharakteristik erzeugt, und weist einen zentralen Gasgenerator auf, dessen Zündung von einem zentralen Steuergerät ausgelöst wird. Der Gasgenerator ist über ein Gasleitungssystem mit den Rückhalteeinrichtungen verbunden. In den Gaszuleitungen zu den Rückhalteeinrichtungen sind elektrisch steuerbare Ventile angeordnet. Die Steuerung der Ventile erfolgt über ein Bussystem vom zentralen Steuergerät.
WO 2006/108576 A1 und DE 10 2005 017 349 A1 offenbaren ein Verfahren zur Ansteuerung eines adaptiven Rückhaltesystems in Abhängigkeit von einem Insassengewicht und einer Insassenposition, wobei wenigstens eine Sitzposition sensorisch erfasst wird. Es wird offenbart, dass bei Erfassung einer vorderen Sitzposition auf das Insassengewicht und die Insassenposition geschlossen wird und bei Erfassung einer hinteren Sitzposition allein auf die Insassenposition geschlossen wird.
Es ist immer noch schwierig, adaptive Rückhaltesysteme ausreichend schnell und zuverlässig zu steuern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein adaptives Rückhaltesystem ausreichend schnell und zuverlässig zu steuern.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs, durch ein Verfahren zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems, durch ein computerlesbares Speichermedium und durch ein Programm-Element mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems (das eine oder mehrere Komponenten der passiven Fahrzeugsicherheit aufweisen kann) zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs (zum Beispiel vor Verletzungen bei einem drohenden Unfall) bereitgestellt, wobei die Vorrichtung optional eine Ermittlungseinheit (zum Beispiel einen Prozessor oder ein Teil eines Prozessors) zum Ermitteln (zum Beispiel auf der Basis von erfassten Sensordaten der Umgebung, optional in Kombination mit dem Erkennen von Charakteristika der Umgebung, zum Beispiel der Identifizierung eines potentiell mit dem Fahrzeug kollidierenden Kollisionsobjekts) eines bevorstehenden Unfalls (bzw. der Gefahr eines drohenden Unfalls) des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt, eine Recheneinheit (zum Beispiel einen Prozessor oder ein Teil eines Prozessors) zum prädikativen Berechnen (zum Beispiel zum analytischen oder numerischen Vorausberechnen ggf. unter Zugriff auf eine Datenbank zum unterstützenden Verwenden von Kraftparametern und/oder Deformationsparametern) einer Beschleunigungscharakteristik (zum Beispiel eines Beschleunigungs- oder Kraftverlaufs von Fahrzeug, Kollisionsobjekt und/oder einem gekoppelten System Fahrzeug-Kollisionsobjekt) eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt, eine Modelliereinheit (zum Beispiel einen Prozessor oder ein Teil eines Prozessors) zum physikalischen Modellieren (d. h. zum vereinfachenden Modellbilden des kinematischen Systems Insasse-Fahrzeug-Kollisionsobjekt basierend auf physikalischen Gesetzen wie der Newton-Mechanik oder der Lagrange-Mechanik) des Insassen und zum Modellieren einer physikalischen Kopplung (d. h. zum vereinfachenden Modellbilden der Kraftkopplung in dem System Insasse-Fahrzeug-Kollisionsobjekt basierend auf physikalischen Gesetzen wie der Newton-Mechanik oder der Lagrange-Mechanik) des Insassen mit dem Fahrzeug, und eine Steuereinheit (zum Beispiel einen Prozessor oder ein Teil eines Prozessors) zum Steuern des adaptiven Rückhaltesystems basierend auf Ergebnissen der Recheneinheit und/oder der Modelliereinheit aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug geschaffen, das eine Vorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen des Fahrzeugs aufweist.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems (zum Beispiel in und/oder an einem Fahrzeug) zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren eine Beschleunigungscharakteristik eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt prädikativ berechnet wird, der Insasse (oder die Insassen) physikalisch modelliert wird und eine physikalische Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug modelliert wird, und das adaptive Rückhaltesystem (insbesondere zeitlich vor dem Unfall) basierend auf Ergebnissen des Berechnens und/oder des Modellierens gesteuert wird.
In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs gespeichert, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte aufweist bzw. durchführt.
Ein Programm-Element (Computerprogramm-Element) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs weist die oben beschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. führt diese durch), wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann zunächst ein bevorstehender Unfall oder eine Gefahrensituation ermittelt werden, wobei insbesondere ein möglicher Unfallgegner (zum Beispiel ein anderes Fahrzeug) bestimmt werden kann und in die weiteren Berechnungen miteinbezogen werden kann. Hierzu können zum Beispiel Messdaten von Sensoren zur Fahrumgebungserfassung in Betracht gezogen werden. Ein Beschleunigungsverhalten der Fahrgastzelle bei einem Aufprall des möglichen Unfallgegners kann dann (zum Beispiel rein) rechnerisch vorausgesagt bzw. vorausbestimmt werden, so dass das System Fahrzeug-Kollisionsobjekt hinsichtlich des noch bevorstehenden Unfalls virtuell durchgerechnet und somit hinsichtlich des zu erwartenden Beschleunigungsverlaufs charakterisiert werden kann. Es kann zum Beispiel mittels eines vereinfachenden Mehrkörpersimulationsmodells (MKS) zur Simulation von Fahrzeug und Unfallgegner die zu erwartende Krafteinwirkung auf das Fahrzeug berechnet werden. Die zu erwartende Fahrzeugdeformation aufgrund der Kollision des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt kann zum Beispiel unter Verwendung nichtlinearer Federn mit Hystereseverhalten simuliert werden. Zum Beispiel kann die Charakteristik solcher Federn einer Crashversuchdatenbank entnommen werden, die empirische bzw. experimentelle Daten über das Crashverhalten bestimmter Fahrzeuge oder Fahrzeugtypen enthalten kann. Ein Insasse des eigenen Fahrzeugs kann zum Beispiel mittels eines vereinfachten Massenpunktmodells modelliert werden, wofür zum Beispiel lediglich Masse und Position des Insassen bestimmt werden oder bekannt sein müssen. Günstige oder optimale Kraftniveaus und Auslösezeiten eines adaptiven Rückhaltesystems wie zum Beispiel eines Gurtstraffers oder eines Airbags können dann basierend auf den vorangegangenen Ergebnissen berechnet werden, so dass zum Beispiel die auf den Insassen einwirkende Beschleunigung minimiert werden kann. Hierzu können zum Beispiel genetische und gradientbasierte Optimierungsalgorithmen eingesetzt werden. Weiters können anstelle der Optimierung in Kennfelder abgelegte Parameter zur Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems verwendet werden. Mit einer solcher Vorgehensweise können beispielsweise aktive und passive Fahrzeugsicherheitssysteme insbesondere für Frontalkollisionen integriert werden, um Folgen von Verkehrsunfällen so gering wie möglich zu halten.
Das Voraussagen eines zukünftigen Beschleunigungsverlaufs mittels rechnerischer Lösung einer Bewegungsgleichung kann in verbesserter Weise, zuverlässiger und vor allem schneller eine a priori Bestimmung eines zukünftigen Unfallszenarios ermöglichen als rein beschleunigungssensorische Systeme. Insbesondere bei einer ausreichend starken Vereinfachung des kinematischen Systems Fahrzeug-Kollisionsobjekt-Insasse unter Verwendung einfacher Kraftelementmodelle (zum Beispiel Federmodelle, Dämpfer, etc.) – und Massepunktmodelle kann eine schnelle und dennoch ausreichend präzise Charakterisierung eines bevorstehenden Unfalls ermöglicht werden, auf deren Basis dann ein adaptives Rückhaltesystem des Fahrzeugs zielgerichtet auf eine minimale Belastung des Insassen hin gesteuert oder geregelt werden kann.
Im Weiteren werden weitere exemplarische Ausführungsbeispiele der Vorrichtung beschrieben. Diese gelten auch für das Fahrzeug, das Verfahren, das Programmelement und das computerlesbare Speichermedium.
Das adaptive Rückhaltesystem einen adaptiven Sicherheitsgurt (mit oder ohne Gurtkraftbegrenzer bzw. mit oder ohne Gurtstraffer), einen adaptiven Airbag, eine adaptive Steifigkeitssteuereinrichtung einer Fahrgastzelle, eine adaptive Submarining Stütze, eine adaptive Kopfstütze und/oder ein Rollstuhlrückhaltesystem oder ähnliches aufweisen. Die Charakteristik solcher passiver Rückhaltesysteme kann erfindungsgemäß bei einer drohenden Kollision oder eines anderen Unfalls derart angepasst werden, dass die Auswirkungen auf einen Insassen reduziert und der Schutz des Insassen vor Verletzung erhöht werden kann. Konkrete Beispiele für Rückhaltesysteme, die erfindungsgemäß angesteuert werden können, sind Mehrpunktsicherheitsgurte mit Gurtstraffern auf Sitzen, Airbags (zum Beispiel Fahrerairbag, Beifahrerairbag, Seitenairbag, Kopfairbag, Kniebag, Windowbag, etc.), Sitzfunktionen (zum Beispiel eine aktive Sitzstütze) oder Rollstuhlrückhaltesysteme in Fahrzeugen zum Behindertentransport.
Die Ermittlungseinheit kann zum Klassifizieren einer Art und/oder Schwere des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt eingerichtet sein. Das Kollisionsobjekt kann zum Beispiel ein anderes Kraftfahrzeug, eine Leitplanke, eine Hauswand, etc. sein. Als Basis für die nachfolgende Steuerung der Rückhaltesysteme kann sowohl die Unfallart einer von mehreren vorbestimmten Klassen zugeordnet werden (zum Beispiel Frontalzusammenstoß, seitliche Kollision, etc.), und selbiges kann auch mit der Schwere des zu erwartenden Unfalls bzw. der Gefahrensituation erfolgen.
Die Ermittlungseinheit kann insbesondere zum Identifizieren des Kollisionsobjekts eingerichtet sein. Mit anderen Worten kann die Ermittlungseinheit zum Beispiel sensorisch feststellen, um welches Kollisionsobjekt es sich handelt. Als Kollisionsobjekt kann zum Beispiel ein Fahrzeug eines bestimmten Herstellers oder Typs identifiziert werden. Die Identifizierung des Fahrzeugs kann darüber hinaus auch die Einordnung eines bestimmten Fahrzeugs in eine von mehreren vorgegebenen Klassen (zum Beispiel Gewichtsklassen) enthalten. Auch kann die Identifizierung die Unterscheidung des Typs des Kollisionsobjekts (zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs, eines Fußgängers, eines Radfahrers oder eines feststehenden Elements wie zum Beispiel einer Wand) enthalten, um eine optimale Steuerung des Rückhaltesystems oder eine Reduktion der Gesamtschäden eines Unfalls zu ermöglichen.
Die Ermittlungseinheit kann zum Ermitteln einer Eigenschaft des Kollisionsobjekts eingerichtet sein. Eine solche Eigenschaft kann zum Beispiel eine Masse, eine geometrische Form, eine Geschwindigkeit, eine Bewegungsrichtung, ein Hersteller eines entsprechenden Automobils, etc. sein.
Insbesondere kann die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt mittels Modellierens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts als gekoppelte Federn eingerichtet sein. Die Darstellung des Systems Fahrzeug-Kollisionsobjekt als gekoppelte Federn erlaubt es, das System realistisch darzustellen und es durch ein leicht und mit geringem Rechenaufwand berechenbares Model zu vereinfachen, was dann eine Echtzeitsimulation eines bevorstehenden Unfalls und somit eine prädikative Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems ermöglichen kann. Gerade die starke Vereinfachung des Systems Fahrzeug-Kollisionsobjekt als System gekoppelter Kraftelemente (Feder oder Dämpfer) stellt somit ein ausreichend schnelles analytisches Berechnen des Systemverhaltens sicher.
Insbesondere kann die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik der Fahrgastzelle (zum Beispiel gemessen an einem Sitzbefestigungspunkt des betrachteten Insassen) des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt mittels Modellierens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts als nichtlineare Feder mit Hystereseverhalten eingerichtet sein. Eine solche nichtlineare Federcharakteristik, d. h. eine Feder mit von hookschen Kraftgesetzen abweichender Charakteristik, erlaubt eine realistische und zugleich ausreichend einfache Darstellung der kollidierenden Objekte, die zusätzlich zu einem Bereich mit einem linearen Kraftverlauf auch nichtlineare Komponenten bzw. plastische Deformationscharakteristiken aufweisen können. Insbesondere kann eine solche Modellierung unter Berücksichtigung eines Hystereseverhaltens der Federn erfolgen.
Erfindungsgemäß kann vorteilhaft sein, dass zukünftige Beschleunigungsverläufe im Voraus errechnet werden können, da als Eingangswerte ein Kollisionsobjekt, eine Geschwindigkeit, etc. ausgemessen werden können und ein Algorithmus a priori einen Beschleunigungsverlauf bei einer möglicherweise in der Zukunft stattfindenden Kollision vorausberechnet. In einem vereinfachten mechanischen Modell können Fahrzeug und Objekt dann durch nichtlineare Federn ersetzt werden, welche zum Beispiel eine Knautschzonencharakteristik simulieren können. Eine solche Federkennung kann aus einer Datenbank entnommen werden und mit einer vorbekannten oder vorbestimmten Kollisionscharakteristik des Fahrzeugs kombiniert werden. Somit können die Bewegungsgleichungen der Kollision aufgestellt und rechnerisch vor dem Stattfinden der Kollision gelöst werden. Zum Beispiel kann das System Fahrzeug-Kollisionsobjekt als ein Zweimassensystem angenähert werden, dessen Einzelkomponenten mittels einer oder mehrerer nichtlinearer Federn gekoppelt sein können. Dadurch kann ein rechtzeitiges Aktivieren eines Rückhaltesystems ermöglicht werden.
Die Vorrichtung kann eine Crashversuch-Datenbank mit Deformationscharakteristika aus Crashversuchen enthalten. Eine solche Crashversuch-Datenbank kann empirische bzw. experimentelle Daten enthalten, die in einem elektronischen Speicher gespeichert sind. Auf diesen Speicher kann ein Prozessor mit anderen funktionellen Komponenten der Vorrichtung zugreifen, um die dort gespeicherten Daten abzurufen. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können vorbekannte Ergebnisse aus Crashversuchen vorteilhaft eingesetzt werden, um die Modellierung von kollidierenden Objekten mittels nichtlinearer Federn mit Hysterese realitätsnah zu gestalten und zugehörige Parameter eines solchen Federmodells mit Werten zu besetzen (zum Beispiel Federhärten und/oder andere Parameter zur Charakterisierung einer Feder mit einer komplexen Nichtlinearität und optional einem Hysteresemerkmal). Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Systems weiter erhöht. Die Recheneinheit kann somit eingerichtet sein, Kenngrößen des Federsystems aus der Crashversuch-Datenbank zu entnehmen. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, Daten aus der National Highway and Traffic Safety Administration Research and Development Database (NHTSA) zu entnehmen, die öffentlich zugänglich ist (zum Beispiel http://www-nrd.nhtsa.dot.gov).
Die Recheneinheit kann zum prädikativen (d. h. voraussagenden) Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden oder drohenden Unfalls zeitlich vor dem bevorstehenden Unfall eingerichtet sein. Mit anderen Worten kann die Recheneinheit ihre Rechenarbeit bereits aufnehmen bevor ein Unfall sich tatsächlich ereignet hat, so dass ein ausreichender Vorlauf zum Berechnen einer optimalen Ansteuerung adaptiver Rückhaltesysteme gewährleistet ist.
Insbesondere kann die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls mittels rein analytischen Lösens einer Bewegungsgleichung des Systems Fahrzeug-Kollisionsobjekt eingerichtet sein. Als Bewegungsgleichung kann eine Differentialgleichung verstanden werden, bei der alle auf das System einwirkenden Kräfte in Ansatz gebracht werden. Eine Lösung der Bewegungsgleichung liefert dann die Zeitabhängigkeit der Bewegung der kollidierenden Objekte. Mit anderen Worten kann es erfindungsgemäß entbehrlich sein, eine beschleunigungssensorische Erfassung eines kinematischen Systems durchzuführen, die nicht vor sondern erst während des Auftretens eines Unfalls Aufschluss über denselben gibt. Statt dessen kann es erfindungsgemäß ausreichend sein, eine Bewegungsgleichung unter Einsatz bekannter Naturgesetze (Newton-Mechanik, Lagrange-Mechanik, etc.) rechnerisch zu lösen, so dass eine sehr schnelle geschlossene Lösung eines solchen Gleichungssystems eine Steuerung der adaptiven Rückhaltesysteme in Echtzeit ermöglicht. Vorteilhaft ist, dass mit einer solchen Berechnung bereits ausreichend lange vor dem eigentlichen Unfall begonnen werden kann, was eine frühzeitige Aktivierung der adaptiven Rückhaltesysteme erlaubt.
Die Recheneinheit kann zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik innerhalb einer Fahrgastzelle eingerichtet sein. Wenn die Dynamik des kollidierenden Systems Fahrzeug-Kollisionsobjekts ermittelt ist, kann der zeitliche Beschleunigungsverlauf ermittelt: werden, der in einer Fahrgastzelle oder einem Fahrgastraum des Fahrzeugs auf einen oder mehrere Insassen einwirkt.
Zu diesem Zweck kann die Modelliereinheit zum Modellieren eines Insassen als Massenpunkt an einer zugeordneten Position innerhalb der Fahrgastzelle eingerichtet sein. Anders ausgedrückt kann ein Insasse als unendlich klein ausgedehnte Masse m an einer Stelle r modelliert werden. Selbstverständlich stellt die Darstellung des Insassen als Massenpunkt eine starke Vereinfachung dar. Mit dieser starken Vereinfachung können zuverlässige und realitätsnahe Ergebnisse erreicht werden, und zwar mit einem sehr geringen rechnerischen Aufwand, so dass eine besonders schnelle Berechnung optimaler Steuercharakteristika für die Rückhaltesysteme ermöglicht wird. Dem Massepunkt wird eine Position zugeordnet, die zum Beispiel einem Masseschwerpunkt des eigentlich dreidimensional ausgedehnten Insassen entsprechen kann.
Die Modelliereinheit kann zum Modellieren des Insassen zu einem Mehrkörpersystem eingerichtet werden. Die Modellbildung des Insassen kann somit auch auf ein einfaches Mehrkörpersystem (z. B. getrennt in Rumpf und Kopf durch ein Gelenk mit entsprechenden Eigenschaften wie Masse, Trägheitsmomente und Gelenkseigenschaften) erweitert werden.
Informationen bezüglich Masse und/oder Position des Insassen können zum Beispiel durch eine in einem Fahrersitz integrierte Sensorik ermittelt werden, die Sitzposition und Gewicht des Insassen erfassen kann.
Somit kann eine Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Masse und/oder einer Position des Insassen innerhalb der Fahrgastzelle und zum Bereitstellen entsprechender Detektionsergebnisse an die Modelliereinheit vorgesehen sein. Mit diesen beiden Parametern ist eine physikalisch sinnvolle und dennoch stark vereinfachte und daher numerisch leicht berechenbare Modellierung des Insassen ermöglicht, die eine Echtzeitapplikation ermöglichen kann.
Die Modelliereinheit kann zum Modellieren einer Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug mittels eines Kraftelements oder mittels mehrerer Kraftelemente eingerichtet sein. Somit kann auch die Kraftkopplung zwischen Insasse und Fahrzeug theoretisch simuliert werden, wozu eines oder mehrere Kraftelemente angesetzt werden können. Ein solches Kraftelement kann zum Beispiel eine Feder sein. Auch kann eine numerische Simulation dieser Kraftkopplung unter Verwendung numerischer Methoden, zum Beispiel von Finite-Elemente-Analysen eingesetzt werden, sofern diese numerisch ausreichend vereinfacht ist, um eine schnelle Berechnung durchzuführen und somit für einen bevorstehenden Unfall noch rechtzeitig die entsprechenden Vorsorgemaßnahmen treffen zu können.
Bei der Vorrichtung kann eine Optimierungseinheit vorgesehen sein (die zum Beispiel als Prozessor ausgebildet sein kann oder als ein Teil eines Prozessors), welche zum Ermitteln einer Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems derart eingerichtet sein kann, dass eine auf den Insassen während des Unfalls einwirkende Beschleunigung minimiert (oder unter einen vorgegebenen Schwellwert abgesenkt) wird. Die Optimierungseinheit kann somit eine Stärke, eine zeitliche Aktivierungssequenz des Auslösens eines adaptiven Rückhaltemittels oder das Zusammenspiel unterschiedlicher adaptiver Rückhalteelemente so berechnen, dass die Beschleunigung oder Krafteinwirkung auf den Insassen minimiert ist. Eine solche Minimierung kann unter Optimierung eines oder mehrerer Optimierungsparameter erfolgen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine auf den Insassen maximal einwirkende Beschleunigung während des drohenden Unfalls minimiert werden, so dass Beschleunigungsspitzen, welche besonders verletzungsgefährdend sind, vermieden werden können. Alternativ oder ergänzend kann eine auf den Insassen einwirkende durchschnittliche Beschleunigung während eines Unfallverlaufs minimiert werden, so dass integriert über einen Unfallverlauf die Belastung des Benutzers möglichst gering gehalten werden kann. Diese und alternativ oder ergänzend weitere Optimierungsparameter können getrennt für jeden von mehreren Insassen oder für mehrere oder alle Insassen gemeinsam durchgeführt werden.
Die Optimierungseinheit kann zum Ermitteln einer Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems unter simultaner Berücksichtigung mindestens einer Randbedingung eingerichtet sein. Mit anderen Worten kann zusätzlich zu dem Erfordernis der Minimierung eines Optimierungsparameters (wie der maximalen oder durchschnittlichen Beschleunigung) eine oder weitere Randbedingungen berücksichtigt werden, bei deren Nichterfüllung ein Ergebnis verworfen werden kann. Anders ausgedrückt werden bei einem solchen Ausführungsbeispiel nur Ergebnisse akzeptiert, welche die eine oder mehr Randbedingungen erfüllen.
Eine solche Randbedingung kann somit zum Beispiel sein, dass der Insasse, insbesondere besonders empfindliche Körperteile wie zum Beispiel der Kopf des Insassen, während einer Kollision nicht mit dem Fahrzeuginnenraum kollidiert. So kann zum Beispiel eine mathematisch optimierte aber praktisch gefährliche Lösung verworfen werden, bei der zwar insgesamt eine Beschleunigung über einen Unfallverlauf hinweg minimiert wird, aber zwischenzeitlich der Kopf des Insassen gegen eine harte Komponente innerhalb der Fahrgastzelle prallt. Eine andere Randbedingung, die berücksichtigt werden kann, besteht darin, dass vorbestimmte Grenzen von bestimmten Parametern nicht überschritten werden dürfen, zum Beispiel dass eine Krafteinwirkung auf den Insassen zu keinem Zeitpunkt einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten soll. Auch ein Mindest-Restweg (oder Restabstand) eines Insassen bis zum Aufprall auf eine Fahrgastzelle kann als Rahmenbedingung oder Randbedingung berücksichtigt werden und kann nur dann als erfüllt angesehen werden, wenn ein solcher Restweg oder Abstand des Insassen zu einer Fahrgastzelle stets einen vorgegebenen Schwellwert (zum Beispiel von 10 cm) überschreitet.
Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit zum Ermitteln einer Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems unter Zugriff auf eine Steuerungscharakteristik-Datenbank eingerichtet sein. Eine solche Steuerungscharakteristik-Datenbank kann als ein entsprechender elektronischer Speicher eingerichtet sein, in dem empirisch oder rechnerisch ermittelte Auswirkungen von Steuerungscharakteristika von adaptiven Rückhaltesystemen mit bestimmten Beschleunigungscharakteristika korreliert sind. Solche Daten können a priori zum Beispiel experimentell oder theoretisch gewonnen werden. Wenn ein bestimmter Beschleunigungsverlauf prädikativ ermittelt worden ist, kann in der Datenbank nach derjenigen Steuerungscharakteristik für eines oder mehrere adaptive Rückhaltesysteme gesucht werden, für welche bei der vorliegenden Beschleunigungscharakteristik des Insassen ein optimaler Schutz des Insassen ermöglicht ist.
Es können zum Beispiel a priori viele Beschleunigungsverläufe durchgespielt werden und entsprechende Informationen in einer Datenbank hinterlegt werden. Dann kann in dieser Datenbank nachgeschlagen werden, welche Steuerung eines Rückhaltesystems für einen berechneten Beschleunigungsverlauf ideal ist. Es ist auch möglich, solche Beschleunigungsverläufe Online zu hinterlegen, wobei dann ein Online-Zugriff auf eine entsprechende Datenbank stattfinden kann.
Die Vorrichtung kann ferner eine Umgebungssensorik aufweisen, die zum Detektieren von Daten zur Charakterisierung einer Umgebung des Fahrzeugs und zum Übermitteln dieser Daten an die Ermittlungseinheit eingerichtet ist. Die Ermittlungseinheit kann basierend darauf dann die Klassifikation von Art und/oder Schwere des Unfalls vornehmen. Zum Beispiel kann eine solche Umgebungssensorik eine optische Abstandsmessung, eventuell verbunden auch mit anderen Detektionsmechanismen wie zum Beispiel einer Ultraschallmessung, vorsehen. Die Umgebungssensorik kann auch mit einer Bildverarbeitungslogik korreliert sein, welche zum Beispiel mittels Mustererkennung potentielle Kollisionsobjekte erkennen oder sogar identifizieren kann.
Wenn der Steuereinheit die Ergebnisse der Berechnung übermittelt worden sind, kann die Steuereinheit das oder die adaptiven Rückhaltesysteme entsprechend ansteuern. Hierbei können einwirkende Kraftgrößen und/oder Auslösezeitpunkte zum Aktivieren einer bestimmten Komponente des adaptiven (insbesondere passiven) Rückhaltesystems ermittelt werden. Es kann auch eine Sequenz einer zum Beispiel variablen Krafteinwirkung über einen Aktivierungszeitverlauf hinweg eingestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Steuerungslogik nicht nur einen bevorstehenden Unfall akzeptieren und dieses so milde wie möglich gestalten, sondern es kann zusätzlich bei einem erkannten drohenden Unfall eine Maßnahme zur Vermeidung des Unfalls getroffen werden (zum Beispiel eine automatische Bremsfunktion oder Ähnliches). Für beide Aspekte der Erhöhung der Fahrgastsicherheit kann das System zum Beispiel auf dieselben Sensordaten zugreifen. Ziel von erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Reduktion der Verletzung bzw. Verletzungsschwere eines Insassen eines Fahrzeugs bei einem Unfall durch eine Integration von aktiven und/oder passiven Komponenten der Sicherheit. Als aktive Komponenten der Sicherheit können Maßnahmen am Fahrzeug, an Mensch oder Umwelt bezeichnet werden, die aktiv einen Unfall verhindern (zum Beispiel ein Antiblockiersystem, ein Querführungsstabilitätsprogramm wie ESP, ein Notbremsassistent basierend auf einer Abstandsmessung, etc.). Solche aktiven Komponenten können mit passiven Komponenten der Sicherheit gekoppelt werden, welche die maximale Sicherheit selbst bei Auftreten einer Kollision erhöhen können. Beispiele hierfür sind ein Gurtstraffer, ein Airbag, die Steifigkeit einer Fahrgastzelle oder die Führung einer Kraftstoffleitung innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
Erfindungsgemäß kann die Kollision bezüglich ihrer Schwere vorausgesagt werden und basierend darauf ein Rückhaltesystem ideal eingestellt werden. Hierfür kann die Erkennung der Unfallschwere bzw. deren Voraussagen erfolgen. Hierzu können zum Beispiel Sensoren eingesetzt werden, mit denen zum Beispiel erkennbar ist, mit welcher Relativgeschwindigkeit ein Unfall möglicherweise stattfinden wird. Eine solche Voraussage kann rechnerisch vor dem tatsächlichen Erfolgen der Kollision durchgeführt werden, beispielsweise basierend auf Informationen über Kollisionsobjekte bzw. Relativgeschwindigkeiten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Sollwertgeber für ein adaptives Rückhaltesystem geschaffen werden. Mittels Sensordaten der aktiven Sicherheit (Fahrumgebungserfassung, Radar, Lidar, Video, etc.) kann eine potentiell gefährliche Situation erkannt werden. Ferner kann der Unfallgegner und die Unfallart klassifiziert werden. Mittels einer Sensorik im Innenraum kann die Position des Insassen erkannt werden. Zusätzlich kann über eine Gewichtserkennung im Sitz das Gewicht des Insassen bestimmt werden. Durch ein solches System kann nun die optimale Abstimmung der adaptiven Rückhaltesysteme ermittelt und damit das Verletzungsrisiko des Insassen minimiert werden.
Erfindungsgemäß kann eine prädikative Berechnung der Beschleunigung der Fahrgastzelle in einem bestimmten Unfallszenario durch Ermittlung von Deformationscharakteristika (Kraftwegkurven) aus Crashversuchen durchgeführt werden. Dadurch können Kenngrößen bzw. Beschleunigungsdaten (zum Beispiel aus einer NHTSA Internet Datenbank) auf Kraftwegkurven umgerechnet werden. Das unterschiedliche Verformungsverhalten von unterschiedlichen Fahrzeugen bzw. Fahrzeugteilen kann durch Quasi-Serienschaltung der Kraftwegkurven errechnet werden. Ein solches Rückhaltesystem kann über Modellierung durch Kraftelemente vereinfacht werden und über diese an die Beschleunigung der Fahrgastzelle (die vereinfacht als Massenpunkt darstellbar ist) gekoppelt werden. Der Insasse kann als Massenpunkt oder MKS-Modell vereinfacht und über die Kraftelemente des Rückhaltesystems mit dem Fahrzeug gekoppelt werden. Nach Erkennung einer Unfallschwere auf Basis der Auswertung der Umfeldsensorik kann erfindungsgemäß der Beschleunigungsverlauf der Fahrgastzelle errechnet werden. Ein Optimierungsalgorithmus kann eine durchschnittliche bzw. maximale Beschleunigung des Insassenmassenpunktes durch geeignete Wahl der Parameter der Kraftelemente unter Beachtung von vorgebbaren Randbedingungen (Grenzen der Parameter, Restweg der Insassen bis zum Aufprall auf den Fahrzeuginnenraum, etc.) minimieren.
Ein solcher Algorithmus kann zum Beispiel in Matlab/Simulink umgesetzt werden. Er kann aber auch als echtzeitfähiges System ausgeführt werden. Hierbei kann die Optimierung durch Kennfelder ersetzt werden und der Algorithmus zum Beispiel auch in höheren Programmiersprachen umgesetzt werden. Ein anderes Ausführungsbeispiel integriert eine Methode zur Ermittlung des Haftbeiwertes zwischen Reifen und Fahrbahn in die Prädikation der Unfallschwere.
Insbesondere kann erfindungsgemäß eine Umfelderfassung in das Rückhaltesystem integriert werden. Es kann auch eine Klassifizierung des Unfallgegners und/oder der Unfallart erfolgen. Eine Umfelderkennung kann mit Rückhaltesystemen integriert werden. Dadurch kann das Verletzungsrisiko eines Insassen reduziert werden. Ein solches Rückhaltesystem kann an den über Umfeldsensorik vorausgesagten Realunfall angepasst werden, im Gegensatz zu herkömmlich üblichen an Laborcrashtestdaten angepassten Rückhaltesystemen. Vor allem für körperliche schwächere Personen, wie zum Beispiel Kinder und ältere Menschen, kann somit gegenüber herkömmlichen Systemen eine wesentliche Erhöhung der Sicherheit erreicht werden.
Es kann somit eine Anpassung von adaptiven Rückhaltesystemen basierend auf Unfallart, Unfallschwere, Position und Gewicht des Insassen erfolgen. Dadurch kann eine verbesserte Schutzwirkung für die Insassen aufgrund der optimalen Ausnutzung der Rückhaltesysteme erreicht werden. Hierzu kann eine Verzögerung der Fahrgastzelle prognostiziert werden und die optimale Abstimmung der Rückhaltesysteme durch stark vereinfachte Modellbildung von Rückhaltesystem und Insasse berechnet werden. Dies kann eine Echtzeitanwendung ermöglichen.
Die Steuerung eines adaptiven Rückhaltesystems kann gemäß einem Ausführungsbeispiel basierend auf einer Kombination von Ergebnissen der Recheneinheit und der Modelliereinheit mit Ergebnissen eines UpFront-Sensorsystems bzw. eines Beschleunigungssensors erfolgen. Die Zuverlässigkeit der Steuerung kann somit weiter gesteigert werden, wenn die rechnerischen Ergebnisse mit sensorischen Ergebnissen kombiniert werden. Die Gefahr eines falschen Auslösens eines adaptiven Rückhaltesystems ohne Unfallgefahr oder die Gefahr eines fehlenden Auslösens eines adaptiven Rückhaltesystems bei Unfallgefahr kann dadurch weiter verringert werden.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fahrzeugs beschrieben. Diese gelten auch für die Vorrichtung, für das Verfahren, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.
Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Automobil (zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug) sein. Es ist aber auch möglich, das erfindungsgemäße Steuersystem in einem Zug, in einem Luftfahrzeug (zum Beispiel einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einem Zeppelin) oder in einem Schiff zu implementieren.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.
1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen des Fahrzeugs gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt ein Steuerdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
3 zeigt eine Beschleunigungs-Zeit-Charakteristik von als Deformationsfeder modellierten Fahrzeugen basierend auf Daten aus Crashversuchen, die zur weiteren Verwendung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung einer Filterung bzw. einer Mittelwertbildung unterzogen sind.
4 und 5 zeigen zwei Beispiele einer Kraft-Weg-Charakteristik von als Deformationsfedern modellierten einzelnen Fahrzeugen sowie von den als kombinierten Deformationsfedern modellierten Fahrzeugen.
6 zeigt ein vereinfachtes Massenpunktmodell eines Insassen in einem Fahrzeug gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt eine Aufstellung unterschiedlicher, in einer Datenbank enthaltener Automobile sowie eine Zuordnung dieser Automobile in unterschiedliche Gewichtsklassen.
8 und 9 zeigen zwei Beispiele einer Kraft-Weg-Charakteristik von als Deformationsfedern modellierten Fahrzeugen aus unterschiedlichen Massenklassen, wobei die in 8 gezeigte Klasse 2 Fahrzeuge in einem Massenbereich zwischen 1200 kg und 1400 kg und die in 9 gezeigte Klasse 5 Fahrzeuge in einem Massenbereich zwischen 2000 kg und 2500 kg zeigt.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
1 zeigt ein Fahrzeug 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Fahrzeug 100 enthält ein System zum Steuern eines schematisch dargestellten Airbags 102 (bzw. auch/oder eines Frontairbags 102b) als ein adaptives Rückhaltesystem zum Schützen eines Insassen 104 des Fahrzeugs 100 bei einer Kollision mit einem Kollisionsobjekt 106, im gezeigten Beispiel eine Wand.
Das Fahrzeug 100 enthält eine Sensoreinheit (Kamera, Radar, etc.) 108 zum Erfassen der Umgebung des Fahrzeugs 100, das heißt zum Detektieren von Daten zur Charakterisierung der Umgebung des Fahrzeugs 100 und zum Übermitteln dieser Daten an eine Ermittlungseinheit 110. Die Ermittlungseinheit 110 ermittelt das Ereignis eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs 100 mit dem Kollisionsobjekt 106. Insbesondere kann die Ermittlungseinheit 110 basierend auf den Sensordaten der Kamera 108 eine Art und/oder eine Schwere des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs 100 mit dem Kollisionsobjekt 106 ermitteln. Art und Schwere können zum Beispiel abgeschätzt werden, indem Parameterwerte (zum Beispiel Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug 100 und Kollisionsobjekt 106, Masse des Kollisionsobjekts 106) als Entscheidungskriterien verwendet werden können, die oder deren Kombination zur Einstufung von Art bzw. Schwere des Unfalls dienen können. Zum Beispiel können eine Mehrzahl von Klassen für Art und für Schwere definiert werden, in die ein konkret bevorstehender Unfall einklassifiziert werden kann. Hierfür kann die Ermittlungseinheit auch auf eine Datenbank 112 (zum Beispiel ein elektronischer Massenspeicher) zugreifen, in der entsprechende Daten als Kriterien für die Klassifizierung von Art bzw. Schwere des Unfalls gespeichert sein können. Auch kann die Ermittlungseinheit das Kollisionsobjekt 106 identifizieren, das heißt im vorliegenden Beispiel feststellen, dass das Kollisionsobjekt 106 eine feststehende Wand ist. Auch könnte die Ermittlungseinheit 110, in einem Fall, in dem das Kollisionsobjekt 106 ein anderes Fahrzeug ist, dieses zum Beispiel hinsichtlich Typ bzw. Hersteller identifizieren. Damit kann eine oder können mehrere Eigenschaften des Kollisionsobjekts 106, zum Beispiel eine Form, ein Gewichts, ein Material, etc. ermittelt werden und für die weitere Beurteilung eingesetzt werden.
Ferner enthält das Steuersystem eine Recheneinheit 114 zum rechnerischen Vorraussagen einer Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs 100 mit dem Kollisionsobjekt 106. Die Recheneinheit 114 kann als Eingaben Information der Ermittlungseinheit 110, optional auch der Umgebungssensorik 108 erhalten. Die Recheneinheit 114 berechnet die Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs 100 mit dem Kollisionsobjekt 106 mittels vereinfachenden Modellierens des Fahrzeugs 100 und des Kollisionsobjekts 106 als Massensystem, die über mechanische Federn miteinander gekoppelt sind, wobei zum Beispiel nichtlineare Federn mit einem Hystereseverhalten angesetzt werden können, die eine Kollisionscharakteristik unter Beteiligung eines Kraftfahrzeugs realistisch nachbilden. Für ein entsprechendes Federmodell kann die Recheneinheit 114 der Datenbank 112 Parameter zur Festlegung der entsprechenden Federcharakteristik entnehmen. In der Datenbank 112 können solche Informationen gespeichert sein, die aus Crashtests stammen können. Somit kann die Datenbank 112 die Informationen bezüglich einer Deformationscharakteristik aus Crashversuchen enthalten kann eingerichtet sein, Kenngrößen der Federn zur modellhaften Koppelung des Fahrzeugs 100 mit dem Kollisionsobjekt 106 zu entnehmen. Die Recheneinheit 114 berechnet dann prädikativ die Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls zeitlich vor dem bevorstehenden Unfall. Somit bestimmt die Recheneinheit 114 durch Lösen der entsprechenden Bewegungsgleichungen (d. h. einer rechnerischen Lösung von Differentialgleichungen) unter Einsatz des Federmodells die zu erwartende Beschleunigungscharakteristik, das heißt die Kinematik des Zusammenstoßes von Fahrzeug 100 und Wand 106. Hierfür löst die Recheneinheit 114 die entsprechenden Bewegungsgleichungen numerisch oder in manchen Fällen analytisch, das heißt sehr schnell und mit geringem Aufwand, wobei physikalische Gesetze wie zum Beispiel die Newtonsche Mechanik oder die Lagrange-Mechanik zum Aufstellen der Bewegungsgleichungen herangezogen werden können.
Eine Modelliereinheit 116 kann den Insassen 104 sowie dessen physikalische Kopplung mit der Fahrgastzelle 118 des Fahrzeugs 100 modellieren. Hierfür kann die Modelliereinheit 116 vereinfachende Annahmen über die physikalischen Eigenschaften des Insassen 104 treffen, zum Beispiel kann sie den Insassen 104 als einen Massenpunkt an einer zugeordneten Position innerhalb der Fahrgastzelle 118 annehmen. Um die Masse des Insassen 104 zu bestimmen, kann zum Beispiel in dem Sitz 120 ein Massesensor 122 integriert sein, welcher die Masse des Insassen 104 bestimmt. Eine Kameraeinheit 124 kann Bilder des Innenraums der Fahrgastzelle 118 aufnehmen und kann somit eine Position des Insassen 104 berechnen. Hierfür können zum Beispiel Mustererkennungsalgorithmen und Bilderkennungsalgorithmen eingesetzt werden. Ist die Position des Insassen 104 bestimmt, so kann ein Massenschwerpunkt des Insassen 104 in der Fahrgastzelle 118 ermittelt werden und der Modelliereinheit 116 bereitgestellt werden.
Die Modelliereinheit 116 kann nunmehr eine Kopplung des Insassen 104 (modelliert als Massenpunkt an einer bestimmten Position innerhalb der Fahrgastzelle 118) modellieren, wobei dieser Massenpunkt mittels eines Kraftelements (zum Beispiel einer Feder) mit Komponenten der Fahrgastzelle 118 gekoppelt werden kann. Dann kann bestimmt werden, welche Kräfte während der vorausgesagten Kollision auf den Insassen 104 voraussichtlich einwirken werden.
Eine Optimierungseinheit 118 kann dann berechnen, wie das Rückhaltesystem (z. B. Airbag 102) am besten zeitlich gesteuert werden könnte, um die Verletzungsgefahr des Insassen 104 so gering wie möglich zu halten. Hierfür kann die Optimierungseinheit 118 auch auf Daten der Datenbank 112 zurückgreifen. Es kann zum Beispiel die auf den Insassen 104 über den vorausberechneten Unfallverlauf hinweg einwirkende durchschnittliche und/oder maximale Beschleunigung minimiert werden, wobei Auslösezeitpunkt, Stärke der Wirkung bzw. zeitabhängiger Wirkungsverlauf des Airbags 102 als einstellbare Designparameter verwendet werden können. Hierfür können eine oder mehrere Randbedingungen berücksichtigt werden. Zum Beispiel sollten vorbestimmte Abstände des Insassen 104 von Komponenten der Fahrgastzelle 118 nicht einen bestimmen Schwellwert unterschreiten. Es ist auch möglich, dass die Optimierungseinheit 118 eine aus Experimenten bekannte Steuerungscharakteristik der Datenbank 112 entnimmt, die für eine bestimmte Beschleunigungscharakteristik des Systems Fahrzeug 100-Insasse 104-Kollisionsobjekt 106 (berechnet mittels der Einheiten 110, 114 und 116) eine günstige oder optimale Steuerungscharakteristik des Airbags 102 enthält. Nun kann die Optimierungseinheit 118 aus der Datenbank 112 die Konfiguration des Airbags 102 entnehmen oder berechnen, für welche der Verlauf optimal ist.
Basierend auf den Ergebnissen der Recheneinheit 114, der Modelliereinheit 116 bzw. der Optimierungseinheit 118 kann eine Steuereinheit 130 den Airbag 102 optimal steuern.
2 zeigt ein Blockdiagramm 200, das eine Steuerlogik eines erfindungsgemäßen Systems zeigt.
Eine Rückhaltesystem-Steuerung 202 erhält als Eingabe zum Beispiel relative Bewegungsgrößen (entsprechend einer Position des Insassen, etc.). Die Ausgabe der Rückhaltesystem-Steuereinheit 202, nämlich Daten 204, zeigen Kräfte an, welche bei einer möglichen Kollision auf einen Insassen wirken. Diese werden einer Multiplikatoreinheit 206 zugeführt, welche als Ausgabe eine Insassenbeschleunigung 208 enthält. Ein erster Integrator 210 kann zum Ermitteln einer Geschwindigkeit des Insassen durch zeitliche Integration der Insassenbeschleunigung eingerichtet sein. Ein zweiter Integrator 212, der dem ersten Integrator 210 nachgeschaltet ist, kann zum Ermitteln einer Ortsabhängigkeit der Position des Insassen durch zeitliche Integration der Insassengeschwindigkeit eingerichtet sein. Eine Lösung der Bewegungsgleichung kann dann dem Block 214 zugeführt werden, der wiederum relative Bewegungsgrößen 216 in rückkoppelnder Architektur an die Rückhaltesystem-Steuerung 202 zurückliefert.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Aktive Sicherheitssysteme wie zum Beispiel elektronische Stabilitätskontrolle, Notbremsassistent und Spurhaltesteuerung können dazu beitragen, Kollisionen zu vermeiden bzw. deren Schwere gering zu halten. Passive Sicherheitssysteme können mittels elektronischer Steuereinheiten aktiviert werden, die zum Beispiel Beschleunigungen, Rollraten und den Türdruck während eines Unfalls evaluieren. Die Anpassung von passiven Sicherheitssystemen auf einen Unfall ist im Wesentlichen auf niedrige und hohe Unfallschweren begrenzt. Die Integration von aktiven und passiven Sicherheitssystemen und die Adaption ihrer Funktionalität an die gegenwärtige Kollision kann verbesserte Verkehrssicherheit ermöglichen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein System bereitgestellt, das aktive und passive Sicherheitssysteme integriert, indem ein Algorithmus eingesetzt wird, bei dem Kraftniveaus und Auslösezeiten von Sicherheitskomponenten eines frontalen Fahrzeugbereichs (Lenksäule, Gurtstraffer, adaptive Gurtbelastungsbegrenzer, adaptive vorderseitige Airbags, zum Beispiel Frontairbag, Knieairbag) basierend auf dem gegenwärtigen Kollisionsszenario vordefiniert werden. Referenzwerte für diese Kraftniveaus können erzeugt werden, um die Belastung für den Insassen gering zu halten oder zu minimieren. Diese Werte können für aktive und adaptive passive Sicherheitssysteme eingegeben werden.
Das im obigen Absatz beschriebene Ausführungsbeispiel ist auch auf andere Lastfälle wie Heck- und Seitenkollision erweiterbar oder anwendbar.
Ein Aspekt ist das Bereitstellen eines Algorithmus, der die Schwere einer Kollision berücksichtigt. Dies kann mittels einer Vorhersage der auf eine Insassenfahrzeugzelle einwirkenden Beschleunigungspulse erfolgen, basierend auf einer Voraussage von Kollisionsgeschwindigkeit, Masse und Steifheit der kollidierenden Fahrzeuge. Die Berechnung von Masse und Kollisionsgeschwindigkeit kann hierfür vorgenommen werden. Die Erkennung der Kollisionsobjektmasse kann mittels eines videobasierten Umgebungsdetektionssystem erfolgen, welches Hersteller und Modell des Objektes ermittelt. Die Kollisionsgeschwindigkeit kann mittels Voraussagens von Trajektorien des Kollisionsfahrzeugs berechnet werden, wie es mittels Umgebungserkennsystemen gemessen werden kann. Die Bewegung des eigenen Fahrzeugs kann mittels eines longitudinalen Fahrzeugdynamikmodells inklusive aktiver Sicherheitssysteme berücksichtigt werden.
Der Beschleunigungspuls, welcher die Basis für die Berechnung der Referenzwerte ist, kann mittels eines Massenpunktmodells der Einwirkung angenähert werden. Masse und Geschwindigkeit des Kollisionsobjekts können als bekannt angenommen werden, und die gemeinsame Steifigkeit, die das Deformationsverhalten repräsentiert, kann mittels einer nichtlinearen Feder mit Hystereseverhalten angenähert werden. Die Federcharakteristik kann von publizierten Crashtests abgeleitet werden, zum Beispiel gemäß NHTSA.
3 zeigt ein Diagramm 300 mit einer Abszisse 302, entlang welcher die Zeit in Sekunden aufgetragen ist. Entlang einer Ordinate 304 ist eine Beschleunigung in Vielfachen der Erdbeschleunigung g aufgetragen. 3 zeigt die Ergebnisse einer Analyse von 39 Fahrzeugen. 3 sind zunächst Originaldaten 306 zu entnehmen, genauso wie mit CFC 180 gefilterte Daten 308, mit CFC 60 gefilterte Daten 310, ein Mittelwert gemäß CFC 180 (siehe Bezugszeichen 312) sowie ein Mittelwert gemäß CFC 60, bezeichnet mit Bezugszeichen 314. Die Originaldaten 306 sind aus der NHTSA Datenbank entnommen, die gefilterten Daten 308, 310, 312, 314 können die Basis für ein erfindungsgemäßes Verfahren bilden.
Im Falle einer Frontalkollision mit voller Überlappung kann ein Verfahren eingesetzt werden, die individuellen Steifigkeiten der Kollisionsobjekte in einer einzelnen Feder zusammenzufassen, mit unterschiedlichen Kraft-Auslenk-Charakteristika, vergleiche 4 und 5.
4 zeigt ein Diagramm 400 mit einer Abszisse 402, entlang welcher eine Auslenkung in Metern gezeigt ist. Entlang einer Ordinate 404 ist eine einwirkende Kraft in Kilonewton angegeben.
5 zeigt ein entsprechendes Diagramm 500. Die Kurven in den Diagrammen 400, 500 beziehen sich auf die dort angegebenen Fahrzeuge bzw. Federmodelle.
Der Insasse des eigenen Fahrzeugs kann ebenfalls mittels eines vereinfachenden Massenpunktmodells modelliert werden, unter Berücksichtigung der Masse und der Sitzposition des Insassen. Diesbezüglich wird auf 6 Bezug genommen, in der eine Ansicht des Fahrzeugs 100 aus 1 zu sehen ist. 6 stellt somit dar, wie Insasse 104 und die Kollision zwischen Fahrzeug 100 und Kollisionsobjekt 106 modelliert werden können. Die Kraft F_air ist die Kraft, welche ein Airbag auf den Insassen 104 bei der Kollision ausübt. Entsprechend ist F_Gurt eine Kraft, die ein Gurt auf den Insassen 104 bei der Kollision ausübt. F_Lenk gibt eine Kraft einer Lenksäule an, die auf den Insassen 104 während der Kollision einwirkt. Ferner ist eine Kraft F_Sitz gezeigt, welche die Krafteinwirkung eines Sitzes 120 während der Kollision auf den Insassen 104 bewirkt. Ferner ist eine Bewegungsgröße x_Ins gezeigt, welche die Bewegung des Insassen 104 charakterisiert. Eine Bewegungsgröße x_Fzg bezeichnet die Verformung bzw. die Position des Fahrzeugs 100. Eine Differenz zwischen Insassenposition relativ zur Fahrzeugposition ist als x_rel bezeichnet.
In einem Kollisionsbereich 600 zwischen Fahrzeug 100 und Kollisionswand 106 kann ein komplexes Federmodell eingesetzt werden.
Zur rechnerischen Vereinfachung können Rückhaltesysteme mittels Kraftelementen abgebildet werden, die auf den zur Punktmasse reduzierten Insassen 104 wirken. Hierfür können insbesondere folgende Koordinatensysteme definiert werden:

– Globales, ortsfestes Koordinatensystem: Der Ursprung wird in einem fest gewählten, nicht bewegten Punkt festgelegt.
– Fahrzeugfestes Koordinatensystem: Der Ursprung ist der Schwerpunkt des Fahrzeuges, wobei die x-Richtung der Längsachse und die z-Richtung der Hochachse des Fahrzeuges 100 entsprechen.
– Insassenfestes Koordinatensystem: Der Ursprung ist der Schwerpunkt des Insassen 104. Die Richtungsvektoren der Achsen entsprechen denen des fahrzeugfesten Koordinatensystems.

Zusätzlich kann auch die relative Bewegung zwischen diesen Koordinatensystemen verwendet werden. Da in dem Insassenmodell nur die Zustandsgrößen in Richtung der x-Achse benötigt werden, können diese entsprechend definiert werden.
Unter Verwendung der Nomenklatur von 6 folgt mittels des Impulssatzes eine zum Beispiel mit Simulink abzubildende Bewegungsgleichung: mIns·ẍIns = Fair + FGurt + FLenk + FSitz = FRHS
Der Insasse 104 des eigenen Fahrzeugs 100 kann vereinfacht als Massenpunkt angesehen werden, wobei seine Masse und Sitzposition verwendet werden kann (vgl. 1 und zugehörige Beschreibung). Ein Optimierungsalgorithmus ermittelt geeignete Kraftlniveaus und bestimmt die Auslösezeiten des adaptiven Rückhaltesystems. Dies kann zum Beispiel basierend auf dem Kriterium des Minimierens der maximalen bzw. durchschnittlichen Beschleunigung des Insassen erfolgen, wobei gleichzeitig vermieden werden soll, dass Rahmenbedingungen oder Randbedingungen aus sinnvollen oder medizinisch notwendigen Bereichen herauslaufen. Zum Beispiel können genetische oder gradientbasierte Optimierungsalgorithmen eingesetzt werden.
Zur Vereinfachung können zum Beispiel nur geradlinige Frontalkollisionen mit voller Überdeckung berücksichtigt werden. Das Verfahren kann im Wesentlichen für andere Einwirkungsszenarios wie zum Beispiel Auffahrunfälle durch ein hinteres Fahrzeug oder Seiteneinwirkungen angewendet werden. Der Algorithmus kann, aufgrund des Einsatzes von vereinfachenden mechanischen Modellen, als Echtzeitapplikation ausgeführt sein.
Unterschiedliche Konfigurationen mit unterschiedlichen Schweregraden einer Kollision und unterschiedlichen Insassenmassen können untersucht werden. Die Schwere einer Kollision in einem Bereich einer Kollisionsgeschwindigkeit zwischen 20 kph und 56 kph klassifiziert werden. Unterschiedliche Massen des Insassenfahrzeugs rangieren von A-Segmentfahrzeugen (700 kg) bis zu Luxusklasseautos (3000 kg). Für das Gewicht des Insassen kann ein Bereich von 30 kg bis 125 kg gewählt werden, um die meisten Insassen repräsentieren zu können. Ein Rückhaltesystem, optimiert für FMVSS 208 Erfordernisse, kann mit einem adaptiven Rückhaltesystem verglichen werden, das mittels eines erfindungsgemäßen Algorithmus gesteuert wird.
7 zeigt eine Tabelle 800 mit 39 unterschiedlichen Fahrzeugen unterschiedlicher Hersteller und Klassen sowie Fahrzeugmassen, die in eine Datenbank gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einbezogen werden können. Die Datenbank gemäß 7 unterscheidet zwischen sechs unterschiedlichen Massenklassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Einfluss der Steifigkeit oder der Knautschzone berücksichtigt werden. Die Fahrzeuge können gemäß ihrer Massen klassifiziert werden. Als Nächstes kann die Steifigkeit der Federn, die diesen Fahrzeugen zugeordnet werden, verglichen werden und mit einer durchschnittlichen Kraft-Ablenkungs-Kurve verglichen werden, siehe 8 und 9.
8 zeigt ein Diagramm 1000 mit einer Abszisse 1002, entlang welcher eine Auslenkung in Metern gezeigt ist. Entlang einer Ordinate 1004 ist eine Kraft in 10⁵ Newton gezeigt. Entsprechendes ist in einem Diagramm 1100 in 9 gezeigt. 8 bezieht sich auf ein Automobil der Klasse 2, wohingegen sich 9 auf ein Automobil der Klasse 5 bezieht. Entsprechend der Massenklassen sind die Deformationscharakteristika unterschiedlicher Fahrzeuge ähnlich. Der Grund dafür ist, dass Fahrzeugstrukturen zum Erfüllen von Erfordernissen von Standardlaborcrashtests gestaltet sind, wo Masse einen Einfluss auf die absorbierte Energie hat. Randbedingungen können gestaltet werden, um Verletzungskriterien von Dummy-Ergebnissen in diesen Testen zu erfüllen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Algorithmus für Echtzeitanwendungen bereitgestellt, der Referenzwerte für ein adaptives Rückhaltesystem mittels Berechnens von Kraftniveaus von Rückhaltekomponenten erzeugt. Kraftniveaus können bezüglich einer maximalen und mittleren Beschleunigung des Insassen optimiert werden. Vereinfachte Modelle können verwendet werden, um Echtzeitanwendungen durchzuführen. Der Algorithmus kann bei vollüberlappenden frontalen Kollisionen eingesetzt werden, unter Berücksichtigung von Masse und Kollisionsgeschwindigkeit des Gegners, welche mittels eines geeigneten Umgebungserkennungssystems bereitgestellt werden können. Das Modell berücksichtigt die Dynamik eines Fahrzeugs und longitudinale Fahrerassistenzsysteme des eigenen Fahrzeugs. Eine signifikante Verbesserung von bis zu 90% bezüglich einer maximalen und mittleren Beschleunigung, die auf den Insassen einwirkt, kann für viele Crashszenarios erreicht werden. Der Einfluss von Masse und Steifigkeit kann ermittelt werden, um Erfordernisse für ein Umgebungserkennungssystem zu ermitteln.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Recheneinheit zum prädikativen Berechnen einer Beschleunigungscharakteristik eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt; eine Modelliereinheit zum physikalischen Modellieren des Insassen und zum Modellieren einer physikalischen Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug; und eine Steuereinheit zum Steuern des adaptiven Rückhaltesystems basierend auf Ergebnissen der Recheneinheit und/oder der Modelliereinheit; eine Crashversuch-Datenbank mit Deformationscharakteristika aus Crashversuchen, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, Kenngrößen zum Charakterisieren eines mechanischen Verhaltens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts, insbesondere Kenngrößen zum Charakterisieren eines Deformationsverhaltens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts bei einer Kollision, aus der Crashversuch-Datenbank zu entnehmen.
Vorrichtung zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Recheneinheit zum prädikativen Berechnen einer Beschleunigungscharakteristik eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt; eine Modelliereinheit zum physikalischen Modellieren des Insassen und zum Modellieren einer physikalischen Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug; und eine Steuereinheit zum Steuern des adaptiven Rückhaltesystems basierend auf Ergebnissen der Recheneinheit und/oder der Modelliereinheit; wobei die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt mittels Modellierens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts als gekoppeltes Federsystem eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das adaptive Rückhaltesystem ein Gurtsystem aus einem Drei- oder Mehrpunkt-Gurt und/oder Gurtstraffer und/oder Gurtkraftbegrenzer, einen Airbag oder mehrere Airbags, eine Steifigkeitssteuerung einer Fahrgastzelle, eine adaptive Submarining Stütze, eine adaptive Kopfstütze und/oder ein Rollstuhlrückhaltesystem aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ermittlungseinheit zum Klassifizieren einer Art und/oder Schwere des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Ermittlungseinheit zum Identifizieren des Kollisionsobjekts eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer Eigenschaft des Kollisionsobjekts eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt mittels Modellierens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts als gekoppeltes Federsystem eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt mittels Modellierens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts als nichtlineare Federn mit Hystereseverhalten eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Modelliereinheit zum theoretischen Simulieren einer Kraftkopplung zwischen dem Insassen und dem Fahrzeug eingerichtet ist, wobei für eine numerische Simulation dieser Kraftkopplung Finite-Elemente-Analysen eingesetzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, aufweisend eine Crashversuch-Datenbank mit Deformationscharakteristika aus Crashversuchen, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, Kenngrößen zum Charakterisieren eines mechanischen Verhaltens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts, insbesondere Kenngrößen zum Charakterisieren eines Deformationsverhaltens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts bei einer Kollision, aus der Crashversuch-Datenbank zu entnehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Recheneinheit zum prädikativen Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls zeitlich vor dem bevorstehenden Unfall eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls mittels numerischen und/oder analytischen Lösens einer Bewegungsgleichung eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Recheneinheit zum Berechnen der Beschleunigungscharakteristik einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Modelliereinheit zum Modellieren des Insassen als Massenpunkt an einer zugeordneten räumlichen Position innerhalb einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, aufweisend eine Detektionseinrichtung zum Detektieren der Masse und/oder der Position des Insassen innerhalb der Fahrgastzelle und zum Bereitstellung entsprechender Detektionsergebnisse an die Modelliereinheit.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Modelliereinheit zum Modellieren einer Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug mittels eines Kraftelements, insbesondere mittels einer Feder, eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, aufweisend eine Optimierungseinheit, die zum Ermitteln einer Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems derart eingerichtet ist, dass eine auf den Insassen während des Unfalls einwirkende Beschleunigung minimiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Optimierungseinheit zum Ermitteln einer Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems derart eingerichtet ist, dass eine auf den Insassen während des Unfalls einwirkende durchschnittliche Beschleunigung und/oder maximale Beschleunigung minimiert ist
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Optimierungseinheit zum Ermitteln einer Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems unter simultaner Berücksichtigung mindestens einer vorgebbaren Randbedingung eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die mindestens eine Randbedingung eine Randbedingung, dass der Insasse während des Unfalls von einer Kollision mit Komponenten innerhalb einer Fahrgastzelle frei ist, eine Randbedingung, dass zumindest ein kinematischer Parameter innerhalb vorbestimmter Grenzen bleibt, und/oder eine Randbedingung aufweist, dass mindestens ein vorgebbarer Restweg eines Insassen bis zum Aufprall auf eine Komponente der Fahrgastzelle verbleibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Steuereinheit zum Ermitteln einer Steuerung des adaptiven Rückhaltesystems unter Zugriff auf eine Steuerungscharakteristik-Datenbank derart eingerichtet ist, dass für die berechnete Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls der Steuerungscharakteristik-Datenbank eine Steuerungscharakteristik des adaptiven Rückhaltesystems entnommen wird, für die eine Verletzungsgefahr des Insassen während des Unfalls minimiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, aufweisend eine Umgebungssensorik, die zum Detektieren von Daten zur Charakterisierung einer Umgebung des Fahrzeugs und zum Übermitteln dieser Daten an die Ermittlungseinheit eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Steuereinheit zum Einstellen mindestens einer Kraftgröße und/oder eines Aktivierungszeitverlaufs des adaptiven Rückhaltesystems eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 24, aufweisend eine Haftbeiwertermittlungseinheit zum Ermitteln eines Haftbeiwertes zwischen einem Reifen des Fahrzeugs und einer Fahrbahn; wobei die Ermittlungseinheit zum Klassifizieren der Schwere des bevorstehenden Unfalls basierend auf dem ermittelten Haftbeiwert eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, aufweisend mindestens einen Beschleunigungssensor zum Detektieren einer Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt; wobei die Steuereinheit zum Steuern des adaptiven Rückhaltesystems basierend auf der detektierten Beschleunigungscharakteristik in Kombination mit den Ergebnissen der Recheneinheit und/oder der Modelliereinheit eingerichtet ist.
Fahrzeug, aufweisend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen von einem oder mehreren Insassen des Fahrzeugs.
Fahrzeug nach Anspruch 27, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Automobil, einem Personenkraftfahrzeug, einem Lastkraftfahrzeug, einem Bus, einem Zug, einem Luftfahrzeug und einem Schiff.
Verfahren zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren aufweist: prädikatives Berechnen einer Beschleunigungscharakteristik eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt; physikalisches Modellieren des Insassen und Modellieren einer physikalischen Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug; und Steuern des adaptiven Rückhaltesystems basierend auf Ergebnissen des Berechnens und/oder des Modellierens; Bereitstellen einer Crashversuch-Datenbank mit Deformationscharakteristika aus Crashversuchen, wobei Kenngrößen zum Charakterisieren eines mechanischen Verhaltens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts, insbesondere Kenngrößen zum Charakterisieren eines Deformationsverhaltens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts bei einer Kollision, aus der Crashversuch-Datenbank entnommen.
Verfahren zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren aufweist: prädikatives Berechnen einer Beschleunigungscharakteristik eines bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt; physikalisches Modellieren des Insassen und Modellieren einer physikalischen Kopplung des Insassen mit dem Fahrzeug; und Steuern des adaptiven Rückhaltesystems basierend auf Ergebnissen des Berechnens und/oder des Modellierens; Berechnen der Beschleunigungscharakteristik des bevorstehenden Unfalls des Fahrzeugs mit dem Kollisionsobjekt mittels Modellierens des Fahrzeugs und des Kollisionsobjekts als gekoppeltes Federsystem.
Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs gespeichert ist, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren nach Anspruch 29 oder 30 ausführt oder steuert.
Programm-Element zum Steuern eines adaptiven Rückhaltesystems zum Schützen eines Insassen eines Fahrzeugs, welches Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren nach Anspruch 29 oder 30 ausführt oder steuert.