DE102009037749B4

DE102009037749B4 - Pre-Crash-System für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Seitenaufprallschutz von Kraftfahrzeuginsassen

Info

Publication number: DE102009037749B4
Application number: DE102009037749.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Karmrodt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: DE102009037749A1

Abstract

Pre-Crash-System für Kraftfahrzeuge, umfassend:
eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) zur Erfassung eines bevorstehenden Seitenaufpralls, und
eine aktive Fahrzeuglenkung (20), mittels der unabhängig von einem Lenkbefehl eines Fahrers eine Lenkbewegung am Fahrzeug darstellbar ist,
wobei die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) mit der aktiven Fahrzeuglenkung (20) derart verknüpft ist, dass bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls durch die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) die aktive Fahrzeuglenkung (20) zu einer Lenkbewegung in Richtung der Seite des bevorstehenden Seitenaufpralls veranlasst wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Seitenaufprallschutzes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Pre-Crash-System für Kraftfahrzeuge sowie weiterhin auf ein Verfahren zum Seitenaufprallschutz von Kraftfahrzeuginsassen.
Die Seitenstrukturen von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen, weisen bauartbedingt in der Regel eine sehr geringe Knautschzone auf. Insbesondere ist die Seitenstruktur oberhalb der Schweller zumeist sehr weich, so dass bei einem Seitenaufprall oberhalb der Schweller ein kollidierendes Fahrzeug verhältnismäßig weit in die Fahrgastzelle eindringen kann.
Herkömmliche Seitencrashtests werden zumeist in der Konstruktionslage des Fahrzeugs durchgeführt und bilden nicht alle in der Realität auftretenden Seitencrasharten wirklich gut ab. Insbesondere wird bei solchen Crashtests ein fahrerindividuelles Verhalten nicht berücksichtigt. Bei einem Seitenaufprall neigen viele Fahrer dazu, nach Erkennen eines bevorstehenden, unvermeidlichen Unfalls von der Unfallursache weg zu lenken. Im Fall eines Seitenaufpralls führt eine solche Lenkbewegung des Fahrers zu einem Wanken des Fahrzeugs um die Fahrzeuglängsachse, wie dies in 2 für das Fahrzeug 1 dargestellt ist. Infolgedessen neigt sich die Fahrzeugkarosserie zur kurvenäußeren Seite hin, so dass crashsteife Strukturen wie die Schweller auf der Seite des Seitenaufpralls abgesenkt, das heißt in Richtung Fahrbahn bewegt werden. Dies hat wiederum zur Folge, dass das kollidierende Fahrzeug 2 in weiche Strukturen oberhalb der Schweller eindringt, wodurch bei einem Real-Seitencrash durch die instinktive Lenkbewegung des Fahrers der Insassenschutz im Vergleich zu standardisierten Crashtests verschlechtert wird.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Sicherheitssysteme bekannt, welche vor einem möglichen Unfall präventiv wirksam sind, um eine.bevorstehende Kollision zu prognostizieren und die Zeit vor dem eigentlichen Aufprall zu nutzen, um die Unfallschwere mindernde Maßnahmen zu ergreifen.
Wie in der DE 103 37 620 A1 ausgeführt wird, kommt daher der sogenannten Pre-Crash-Phase eine besondere Bedeutung zu. Hierunter wird der Zeitraum ab Erkennen einer hohen Unfallwahrscheinlichkeit durch eine entsprechende Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung bis zum eigentlichen Aufprall des kollidierenden Fahrzeugs verstanden. Dieser Zeitraum ist in vielen Fällen ausreichend lang, um Zeit und Ort des nachfolgenden Aufpralls zu prognostizieren.
In der DE 103 37 620 A1 wird zur Verminderung der Unfallschwere vorgeschlagen, zum Zeitpunkt des Seitenaufpralls durch eine Betätigung von Federungs- und Dämpfungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs das Fahrzeugniveau insgesamt hubartig anzuheben. Hierdurch wird eine Stoßeinleitung in crashsteifere Seitenstrukturabschnitte bewirkt, so dass die Aufprallenergie stärker durch das Deformationspotential der Fahrzeugkarosserie aufgefangen wird. Das kollidierende Fahrzeug dringt so weniger tief in die Fahrgastzelle ein. Eine entsprechende Lösung ist ferner aus der DE 198 41 751 A1 bekannt.
Aus der DE 199 23 708 A1 ist weiterhin bekannt, im Unterschied zu der in der DE 103 37 620 A1 vorgeschlagen Lösung eine Anhebung oder Absenkung der Fahrzeugkarosserie lediglich auf der Seite des Seitenaufpralls vorzunehmen, so dass der Aufprall in einer vorteilhaften Höhe des Fahrzeugs erfolgt. Um eine schnelle Lageverstellung der Karosserie im Fall eines drohenden Aufpralls sicherzustellen, ist die Federungs- und Dämpfungseinrichtung des Kraftfahrzeuges mit pyrotechnischen Verstelleinrichtungen ausgestattet. Hierdurch wird das in der DE 199 23 708 A1 vorgeschlagene System jedoch aufwändig.
Ein weiteres System zur Verbesserung des Seitenaufprallschutzes über eine im Crashfall aktivierte Niveauregulierung ist aus der WO 2006/032365 A1 bekannt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Seitenaufprallschutz weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Pre-Crash-System gemäß Patentanspruch 1 sowie weiterhin durch ein Verfahren zum Seitenaufprallschutz von Kraftfahrzeuginsassen gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Die Erfindung nutzt eine aktive Fahrzeuglenkung, welche heutzutage an den meisten Kraftfahrzeugen ohnehin vorhanden ist, um im Zeitpunkt eines Seitenaufpralls durch eine gezielte Einleitung einer Wankbewegung die Fahrzeugkarosserie auf der Seite des Aufpralls temporär anzuheben, so dass ein unvermeidlicher Aufprall im Bereich steiferer Strukturabschnitte erfolgt. Hierdurch wird das Verletzungsrisiko für die Fahrzeuginsassen vermindert.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass diese an Fahrzeugen, welche mit einer aktiven Fahrzeuglenkung ausgestattet sind, durch softwaretechnische Maßnahmen realisiert werden kann. Das Fahrzeug muss weder mit einer aufwändigeren Niveauregulierung oder gar pyrotechnischen Aktuatoren ausgestattet sein. Die Erfindung bietet somit eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Verbesserung des Seitenaufprallschutzes.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Hinsichtlich der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung kann auf aus dem Stand der Technik bekannte Näherungssensorik zurückgegriffen werden, welche nachfolgend beispielhaft kurz dargestellt wird.
So ist es möglich, eine aus der EP 0 952 459 A2 bekannte Vorrichtung zur Objekterfassung einzusetzen, welche eine Vielzahl die Umgebung des Fahrzeugs abtastenden Abstandssensoren aufweist. In einer Auswertungseinheit werden aus den Signalen der Abstandssensoren die Bewegungsbahn und die Geschwindigkeit eines kollidierenden Objekts relativ zum Fahrzeug ermittelt, wobei die Abstandssensoren wahlweise durch die Auswertungseinheit ansteuerbar und die Reichweite und/oder die Messwiederholfrequenz und/oder die Auflösung und/oder die Betriebsart der Abstandssensoren veränderbar sind.
Die Auswertung entsprechender Sensorsignale kann, wie beispielsweise in der DE 197 29 960 A1 beschrieben, derart erfolgen, dass die Änderung der Relativgeschwindigkeit und/oder des Relativabstandes von Objekten innerhalb eines vorgegebenen Nahbereichs der Fahrzeugumgebung überwacht wird. Falls die erfasste Änderung der Relativgeschwindigkeit zumindest einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und/oder der Relativabstand einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, wird dies als ein sicherheitskritischer Zustand erkannt. Es werden dann ein Aufprallzeitpunkt und gegebenenfalls zusätzlich ein Aufprallort prognostiziert und in Abhängigkeit hiervon die Fahrzeuglenkung angesteuert, um eine Wankbewegung der Fahrzeugkarosserie zu initiieren.
Als Näherungssensoren zur Aufprallerkennung können alternativ oder ergänzend zu den oben genannten Abstandssensoren auch Radarsensoren, Infrarotsensoren, optische Sensoren und Bilderfassungseinrichtungen zum Einsatz kommen.
Ist das Fahrzeug mit einem aktiven Fahrwerk-Dämpfersystem ausgestattet, kann dieses bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls wankunterstützend angesteuert werden. Hierdurch kann die Anhebung des Fahrzeugs auf der Seite des Aufpralls weiter erhöht werden bzw. der aktive Lenkungseingriff geringer ausfallen.
Vorzugsweise ist das System so konfiguriert, dass der aktive Lenkeingriff nur mit einer solchen Stärke erfolgt, dass das Fahrzeug jederzeit im Rahmen der fahrdynamischen Grenzen für den Fall einer fehlerhaften Auslösung beherrschbar bleibt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung eines Pre-Crash-Systems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Darstellung der Pre-Crash-Phase eines Seitenaufpralls ohne Pre-Crash-System, und in
3 eine Darstellung der Pre-Crash-Phase eines Seitenaufpralls mit Pre-Crash-System.

Das Ausführungsbeispiel zeigt ein Pre-Crash-System für ein Personenkraftfahrzeug, mit dem der Seitenaufprallschutz verbessert werden kann. Das erfindungsgemäße System-umfasst zunächst eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung 10 zur Erfassung eines bevorstehenden Seitenaufpralls. Diese weist unter anderem am Fahrzeug applizierte Näherungssensoren 11 sowie Auswertungsmittel 12 zum Auswerten der von den Näherungssensoren 11 bereitgestellten Signale auf.
Die Näherungssensoren 11 überwachen zumindest ein Nahfeld um das Fahrzeug hinsichtlich sich dem Fahrzeug nähernder Objekte, wobei unterschiedliche Messprinzipien zum Einsatz kommen können. Insbesondere können die Näherungssensoren 11 als Abstandssensoren, Radarsensoren, Infrarotsensoren, optische Sensoren und/oder Bilderfassungseinrichtungen ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist je Fahrzeugseite jeweils ein Sensor am Vorderwagen, am Fahrzeugheck sowie in Fahrzeugmitte, beispielsweise im Bereich einer B-Säule angeordnet. Jedoch können Anzahl und Anbringungsort der Sensoren von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen. Ferner ist es möglich, Fahrzeuge mit Sender/Empfänger-Einrichtungen auszustatten, die, beispielsweise bei Unterschreitung eines bestimmten Abstands, miteinander kommunizieren. Derartige Einrichtungen werden vorliegend ebenfalls als Näherungssensoren 11 im Sinne der Erfindung angesehen.
In den Auswertungsmitteln 12 laufen die Informationen der Näherungssensoren 11 zusammen. Durch eine fortlaufende Auswertung entsprechender Signale sowie weiterer Fahrzeugparameter wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Fahrzeugsbeschleunigung a und des Gierwinkels g oder der Gierrate kann die Wahrscheinlichkeit einer Kollision bestimmt und für einen solchen Fall der Aufprallzeitpunkt sowie der Aufprallort am Fahrzeug prognostiziert werden. Letzteres ermöglicht eine Differenzierung zwischen Seitenaufprallen im Bereich der Fahrgastzelle, des Vorderwagens und des Fahrzeughecks, so dass gegebenenfalls auch in Abhängigkeit des Aufprallorts unterschiedliche Schutzmaßnahmen ergriffen werden können, beispielsweise dahingehend, dass ein gezieltes Wanken nur für einen Aufprall im Bereich der Fahrgastzelle initiiert wird.
Weiterhin umfasst das Pre-Crash-System eine aktive Fahrzeuglenkung 20, mittels der unabhängig von einem Lenkbefehl eines Fahrers eine Lenkbewegung am Fahrzeug darstellbar ist. Die Fahrzeuglenkung 20 kann beispielsweise als elektromechanische Lenkung ausgeführt sein, bei der der Fahrer durch einen Elektromotor beim Lenken unterstützt wird. Die aktive Fahrzeuglenkung kann auch als Überlagerungslenkung oder als Steer-by-wire-System ausgeführt sein. Ferner kann eine hydraulische Servolenkung zum Einsatz kommen.
Die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung 10 ist mit der aktiven Fahrzeuglenkung 20 derart verknüpft, dass bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls durch die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung 10 die aktive Fahrzeuglenkung 20 zu einer Lenkbewegung in Richtung der Seite des bevorstehenden Seitenayfpralls veranlasst wird. Wie oben ausgeführt, prognostiziert die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung den Aufprallzeitpunkt sowie gegebenenfalls auch den Aufprallort. Die Ansteuerung der Fahrzeuglenkung 20 wird in Abhängigkeit der Fahrzeugkonfiguration sowie der Fahrsituation derart vorgenommen, dass aus der Lenkbewegung zum kollidierenden Objekt hin ein Wanken der Fahrzeugkarosserie resultiert, so dass die Fahrzeugkarosserie auf der Seite des Seitenaufpralls zum Zeitpunkt des prognostizierten Seitenaufpralls angehoben ist. Hierdurch wird ein unvermeidlicher Seitenaufprall verstärkt in für die Fahrzeuginsassen weniger kritische Abschnitte der Fahrzeugkarosserie, beispielsweise in den Bereich der Schweller eingeleitet.
Weist das Fahrzeug ein aktives Fahrwerk-Dämpfersystem auf, kann dieses für den Zeitpunkt des Seitenaufpralls optional wankunterstützend angesteuert werden.
Ferner ist es möglich, durch einen selektiven Bremseingriff an den einzelnen Fahrzeugrädern ein Wanken der Fahrzeugkarosserie zu erzeugen. Auch dies kann unterstützend vorgesehen werden. Es ist ferner denkbar, die das Wanken auslösende Lenkbewegung allein durch einen selektiven Bremseingriff zu erzeugen.
Der aktive Lenkeingriff kann in seiner Stärke beschränkt werden, welche sich danach richtet, dass das Fahrzeug durch den Fahrer jederzeit im Rahmen der fahrdynamischen Grenzen beherrschbar bleibt. Diese bietet für den Fall einer fehlerhaften Auslösung eine zusätzliche Sicherheit. Es ist jedoch auch denkbar, das Fahrzeug auf einen tatsächlichen Seitenaufprall hin zu überwachen und für den Fall, dass zu dem prognostizierten Aufprallzeitpunkt oder innerhalb eines definierten Intervalls um diesen Aufprallzeitpunkt keine Kollision stattfindet, sofort den aktiven Lenkungseingriff korrigierende bzw. das Fahrzeug stabilisierende Maßnahmen einzuleiten. Insbesondere kann hierzu auf ein elektronisches Stabilitätsprogramm zugegriffen werden. Dies gestattet es, auch stärkere Lenkeingriffe als oben beschrieben vorzunehmen oder sogar für ein definiertes Zeitintervall in der Pre-Crash-Phase die Einwirkmöglichkeiten des Fahrers zu vermindern oder ganz auszuschalten.
Durch das vorstehend erläuterte Pre-Crash-System kann das Umfeld eines Kraftfahrzeugs auf einen bevorstehenden Seitenaufprall durch ein anderes Kraftfahrzeug überwacht werden, wobei bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls automatisch eine Lenkbewegung in Richtung der Seite des bevorstehenden Seitenaufpralls derart veranlasst wird, dass durch die Lenkbewegung und ein hieraus resultierendes Wanken der Fahrzeugkarosserie eine Anhebung der Fahrzeugkarosserie auf der Seite des Aufpralls erfolgt, wie dies in 3 für das Fahrzeug 1 dargestellt ist. Die Lenkbewegung kann über die Fahrzeuglenkung 20 und/oder durch eine selektive Betätigung der Radbremsen bewirkt werden.
Bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls wird eine Prognose über den Aufprallzeitpunkt vorgenommen und die Lenkbewegung auf den Aufprallzeitpunkt abgestimmt, so dass im prognostizierten Aufprallzeitpunkt die Fahrzeugkarosserie auf der Seite des Aufpralls durch ein Wanken derselben angehoben ist.
Dadurch werden steife und damit für die Einleitung der Aufprallenergie besser geeignete Fahrzeugstrukturen wie der Seitenschweller auf der Aufprallseite angehoben. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass das kollidierende Fahrzeug 2 nicht in weiche Strukturen wie Türen oder einen oberen Abschnitt der B-Säule eindringt, wodurch das Verletzungsrisiko für die Insassen bei einem Seitenaufprall vermindert wird.
Die Erfindung ist daher nicht auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: kollidierendes Fahrzeug
10: Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung
11: Näherungssensor
12: Auswertungsmittel
20: aktive Fahrzeuglenkung

Claims

Pre-Crash-System für Kraftfahrzeuge, umfassend: eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) zur Erfassung eines bevorstehenden Seitenaufpralls, und eine aktive Fahrzeuglenkung (20), mittels der unabhängig von einem Lenkbefehl eines Fahrers eine Lenkbewegung am Fahrzeug darstellbar ist, wobei die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) mit der aktiven Fahrzeuglenkung (20) derart verknüpft ist, dass bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls durch die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) die aktive Fahrzeuglenkung (20) zu einer Lenkbewegung in Richtung der Seite des bevorstehenden Seitenaufpralls veranlasst wird.
Pre-Crash-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) Näherungssensoren (11) aufweist.
Pre-Crash-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) Auswertungsmittel (12) aufweist, welche auf der Grundlage von Signalen der Näherungssensoren (11) einen Aufprallzeitpunkt ermitteln.
Pre-Crash-System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (10) Auswertungsmittel (12) aufweist, welche auf der Grundlage von Signalen der Näherungssensoren einen Aufprallort ermitteln.
Pre-Crash-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein aktives Fahrwerk-Dämpfersystem umfasst, das wankunterstützend ansteuerbar ist.
Pre-Crash-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Lenkeingriff nur mit einer solchen Stärke erfolgt, dass das Fahrzeug für einen Fahrer jederzeit im Rahmen der fahrdynamischen Grenzen beherrschbar bleibt.
Pre-Crash-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Fahrzeugbremssystem umfasst, das wankunterstützend ansteuerbar ist.
Pre-Crash-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Fahrzeugbremssystem mit selektiv betätigbaren Radbremsen umfasst und die Lenkbewegung in Richtung der Seite des bevorstehenden Seitenaufpralls anstatt durch die aktive Fahrzeuglenkung (20) durch selektive Betätigung der Radbremsen veranlasst wird.
Kraftfahrzeug, umfassend ein Pre-Crash-System nach einem der vorgenannten Ansprüche.
Verfahren zum Seitenaufprallschutz von Kraftfahrzeuginsassen, bei dem das Umfeld eines Kraftfahrzeugs (1) auf einen bevorstehenden Seitenaufprall durch ein anderes Kraftfahrzeug (2) überwacht wird, und bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls eine automatische Lenkbewegung in Richtung der Seite des bevorstehenden Seitenaufpralls derart veranlasst wird, dass durch die Lenkbewegung und ein hieraus resultierendes Wanken der Fahrzeugkarosserie eine Anhebung der Fahrzeugkarosserie auf der Seite des Aufpralls erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls eine Prognose über den Aufprallzeitpunkt erfolgt und die Lenkbewegung auf den Aufprallzeitpunkt abgestimmt wird, so dass im prognostizierten Aufprallzeitpunkt die Fahrzeugkarosserie auf der Seite des Aufpralls durch ein Wanken derselben angehoben ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines bevorstehenden Seitenaufpralls ein aktives Fahrwerk-Dämpfersystem wankunterstützend angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbewegung mittels einer aktiven Fahrzeuglenkung (20) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbewegung durch eine selektive Betätigung der Radbremsen des Fahrzeugs erzeugt wird.