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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einer Kollision eines Fahrzeuges mit einem Hindernis, wobei bei einer erfassten Kollision oder bei einer nicht vermeidbaren Kollision zumindest ein Airbag zur Rückhaltung des Fahrzeuginsassen ausgelöst wird und bei Auslösung des Airbags ein erstes Schallereignis erzeugt wird.
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Aus dem Stand der Technik sind so genannte Pre-Safe-Mechanismen bekannt, mittels welcher die Fahrzeuginsassen zeitlich kurz vor der Kollision auf diese vorbereitet werden. Diese Pre-Safe-Mechanismen umfassen eine Ansteuerung verschiedener Pre-Safe-Vorrichtungen, welche eine optimierte Positionierung und einen optimierten Schutz der Fahrzeuginsassen innerhalb des Fahrzeugs bei der Kollision ermöglichen sollen.
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Einen derartigen Pre-Safe-Mechanismus zur Ansteuerung eines reversiblen Insassenschutzmittels in einem Kraftfahrzeug beschreibt die
DE 101 21 386 C1 . Das Kraftfahrzeug weist eine Sensorik, welche Fahrzustandsdaten erfasst, und das reversible Insassenschutzmittel auf, wobei das reversible Insassenschutzmittel vor einem Kollisionszeitpunkt auslöst und dadurch in Wirkstellung gebracht wird. Die Fahrzustandsdaten werden hinsichtlich eines Zustands Notbremsung überwacht und bei ermitteltem Zustand Notbremsung wird das Insassenschutzmittel ausgelöst, wobei die Fahrzustandsdaten zusätzlich hinsichtlich eines Zustands Übersteuern und eines Zustands Untersteuern überwacht werden und bei ermitteltem Zustand Notbremsung und Übersteuern und Untersteuern das Insassenschutzsystem ausgelöst wird. Mittels der Zustände Notbremsung, Untersteuern und Übersteuern wird eine Richtung ermittelt, aus welcher eine maximale Gefährdung zu erwarten ist und das Insassenschutzsystem wird derart angesteuert, dass eine Schutzwirkung entsprechend der Richtung maximaler Gefährdung erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einer Kollision eines Fahrzeuges mit einem Hindernis anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Verfahren zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einer Kollision eines Fahrzeuges mit einem Hindernis sieht vor, dass bei einer erfassten Kollision oder bei einer nicht vermeidbaren Kollision ein Airbag zur Rückhaltung des Fahrzeuginsassen ausgelöst wird und durch die Auslösung des Airbags ein erstes Schallereignis erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird ein potentielles Kollisionsobjekt erfasst, wobei zumindest eine Objektart und daraus eine Kollisionsschwere in Abhängigkeit welcher der Airbag ausgelöst wird, ermittelt werden und anhand erfasster Signale ein Kollisionszeitpunkt ermittelt wird, wobei ein zweites Schallereignis zur Auslösung eines Stapediusreflexes in Abhängigkeit des ermittelten Kollisionszeitpunktes und der ermittelten Kollisionsschwere ausgegeben wird.
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Mittels des Verfahrens wird in besonders vorteilhafter Weise sichergestellt, dass das erste Schallereignis nur dann ausgegeben wird, wenn sicher vorhersagbar ist, dass die Kollision eintritt und der Airbag als Insassenrückhaltevorrichtung ausgelöst wird. Dadurch ist das Risiko, dass das erste Schallereignis als Falschalarm, d. h. ohne nachfolgende Auslösung des Airbags ausgegeben wird, zumindest verringert.
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Bei der Insassenrückhaltevorrichtung handelt es sich insbesondere um im Fahrzeug angeordnete Airbags, welche pyrotechnisch auslösbar sind, wobei bei deren Auslösung schlagartig Energie freigesetzt wird und dadurch ein Knall als Schallereignis auftritt.
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Der Stapediusreflex ist ein Reflexmechanismus des Gehörs, der eine Belastung des Innenohrs durch zu hohe Schalldruckpegel reduzieren kann. Bei dem Stapediusreflex kontrahiert der Musculus stapedius aufgrund eines Reflexes, der durch einen hohen Schalldruckpegel ausgelöst wird. Der Steigbügelmuskel zieht sich zusammen, was dazu führt, dass Geräusche weniger stark ins Innenohr übertragen werden. Der Stapediusreflex weist eine bestimmte Gesamtansprechdauer von 200 ms bis 300 ms auf, die sich aus der Latenzzeil und der Muskelkontraktionsdauer zusammensetzt. Mittels des Stapediusreflexes kann sich das Gehör in bestimmten Fällen und in bestimmten Grenzen vor einem zu hohen Schalldruckpegel schützen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einer Kollision des Fahrzeuges mit einem Hindernis.
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In 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einer Vorrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen in dem Fahrzeug 1 dargestellt.
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Die Vorrichtung umfasst eine Sensorik 2, eine Steuereinheit 3, eine Audioanlage 4 mit einem Verstärker sowie eine Schallquelle 5.
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In dem Fahrzeug 1 ist eine Insassenschutzvorrichtung in Form eines ansteuerbaren und auslösbaren Airbags 6 angeordnet, wobei der Airbag 6 mit einem Airbagsteuergerät 7 verbunden ist.
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Der Airbag 6 ist pyrotechnisch auslösbar, wobei bei Auslösung des Airbags 6 schlagartig Energie freigesetzt wird und dadurch ein Knall als erstes Schallereignis E1 auftritt.
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Die Sensorik 2 umfasst am und im Fahrzeug 1 angeordnete nicht gezeigte Erfassungseinheiten. Dabei umfasst die Sensorik 2 eine Anzahl von Erfassungseinheiten, mittels derer eine Umgebung des Fahrzeuges 1 erfassbar ist. Dazu sind die Erfassungseinheiten zur Umgebungserfassung als Radargerät, Lidargerät und/oder als Bild auswertende Kameravorrichtung ausgeführt.
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Des Weiteren wird mittels einer Kippsensorik, welche beispielsweise Neigungssensoren, einen Lenkwinkelsensor, Quer- und Längsbeschleunigungssensoren umfasst, ein Kippen und/oder Schwanken des Fahrzeuges 1, insbesondere um dessen Längsachse, erfasst.
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Mittels der Erfassungseinheiten der Umgebungserfassung ist die Umgebung des Fahrzeuges 1, insbesondere in Bezug auf ein potentielles Kollisionsobjekt überwachbar.
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Erfasste Signale S der Umgebungserfassung als Bestandteil der Sensorik 2 sind der Steuereinheit 3 zuführbar, in der die Signale S ausgewertet und verarbeitet werden.
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Wird mittels der Erfassungseinheiten der Umgebungserfassung ein potentielles Kollisionsobjekt erfasst, so wird ein Abstand zwischen dem Fahrzeug 1 und dem potentielles Kollisionsobjekt, eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug 1 und dem potentielles Kollisionsobjekt und eine Bewegungsrichtung des potentiellen Kollisionsobjektes ermittelt.
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Dabei wird die Relativgeschwindigkeit mittels einer momentanen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges 1 und einer momentanen Geschwindigkeit des potentiellen Kollisionsobjektes ermittelt.
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Des Weiteren wird das erfasste potentielle Kollisionsobjekt einer Objektart zugeordnet, wobei zur Unterscheidung von Objekten beispielsweise Vorlagen in der Steuereinheit 3 hinterlegt sind.
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Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, hinsichtlich der Objektart zumindest zwischen einem bewegten und einem unbewegten Objekt als potentielles Kollisionsobjekt zu unterscheiden.
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Mittels der Zuordnung des potentiellen Kollisionsobjektes zu einer Objektart und der Kenntnis der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug 1 und dem potentiellen Kollisionsobjekt ist es möglich, eine Kollisionsschwere für das Fahrzeug 1 zu bestimmen. Bevorzugt wird die Kollisionsschwere anhand der Masse und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges 1 selbst und des der Objektart zugeordneten potentiellen Kollisionsobjektes ermittelt.
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Denkbar ist auch, dass eine Kollisionsgeschwindigkeit zur Ermittlung der Kollisionsschwere bestimmt wird.
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Zusätzlich kann mittels der Erfassungseinheiten der Umgebungserfassung eine Kurvenkrümmung eines dem Fahrzeug 1 und dem Kollisionsobjekt vorausliegenden Straßenverlaufes ermittelt werden. Dazu können zusätzlich auch Daten einer im Fahrzeug 1 vorhandenen digitalen Straßenkarte verwendet werde.
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Mittels der Umgebungserfassung sowie der digitalen Straßenkarte ist es möglich, eine eigene Fahrtrajektorie und eine Fahrtrajektorie des potentiellen Kollisionsobjektes zu ermitteln. Anhand einer Auswertung der eigenen Fahrtrajektorie und der Bewertung der Fahrtrajektorie des potentiellen Kollisionsobjektes sowie des Straßenverlaufes kann ermittelt werden, ob dem Fahrzeug 1 eine Kollision mit dem potentiellen Kollisionsobjekt bevorsteht.
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Weiterhin können zur Ermittlung, ob das Fahrzeug 1 mit dem potentiellen Kollisionsobjekt kollidiert, weitere Eingangsgrößen, wie z. B. ein momentaner Lenkwinkel und eine Gierrate herangezogen werden. Dazu sind weitere Erfassungseinheiten erforderlich, die Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems und Bestandteil der Sensorik 2 sind.
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Wird ermittelt, dass unter den gegebenen Voraussetzungen eine Kollision des Fahrzeuges 1 mit dem potentiellen Kollisionsobjekt unvermeidbar ist, wird in der Steuereinheit 3 ein Kollisionszeitpunkt bestimmt. Der Kollisionszeitpunkt gibt dabei den Zeitpunkt an, zu welchem die Kollision eintritt.
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Ist das erfasste potentielle Kollisionsobjekt in die Objektart Fahrzeug eingeteilt und überschreitet die ermittelte Kollisionsschwere einen in dem Airbagsteuergerät 7 hinterlegten Schwellwert, so dass der Airbag 6 ausgelöst wird, wird mittels der Steuereinheit 3 ein erstes Steuersignal S1 erzeugt. Das erste Steuersignal S1 wird der Audioanlage 4 und anschließend der Schallquelle 5, beispielsweise in Form von im Fahrzeug 1 angeordneten Lautsprechern zugeführt.
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Der Kollisionszeitpunkt ist bekannt, so dass ein zweites Schallereignis E2, ein so genanntes Vorgeräusch, beispielsweise 300 ms vor dem Kollisionszeitpunkt mittels der Schallquelle 5 ausgebbar ist.
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Das zweite Schallereignis E2 wird beispielsweise 300 ms vor dem Eintreten der Kollision und zeitlich vor dem Auslösen des Airbags 6, welches mit der Erzeugung des ersten Schallereignisses E1 verbunden ist, und für eine Dauer von z. B. 400 ms ausgegeben, um den Stapediusreflex bei einem Fahrzeuginsassen auszulösen.
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Bei dem Stapediusreflex handelt es sich um einen Reflex des Gehörs, der eine Belastung des Innenohrs durch einen zu hohen Schalldruckpegel, der durch das Auslösen des Airbags 6 als Insassenschutzvorrichtung als erstes Schallereignis E1 entsteht, reduzieren kann. Der Steigbügelmuskel zieht sich zusammen, so dass das erste Schallereignis E1 bei Auslösen des Airbags 6 im Innenohr weniger stark übertragen wird und leiser erscheint.
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Dadurch, dass das zweite Schallereignis E2 für die Dauer von 400 ms ausgegeben wird, ist es möglich, Abweichungen hinsichtlich des ermittelten Kollisionszeitpunktes und eines tatsächlichen Kollisionszeitpunktes auszugleichen. Beispielsweise kann der tatsächliche Kollisionszeitpunkt betragsmäßig um 100 ms zu dem ermittelten Kollisionszeitpunkt abweichen, so dass Genauigkeitsanforderungen an die Erfassungseinheiten der Umgebungserfassung der Sensorik 2 verringert werden können.
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Durch die relativ lange Dauer der Ausgabe des zweiten Schallereignisses E2 kann ein Schalldruckpegel an einer unteren Grenze eines Bereiches liegen, innerhalb welchem der Stapediusreflex ausgelöst wird und in dem der Stapediusreflex eine hohe Latenzzeit von beispielsweise 100 ms aufweist.
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Ein Geräuschspektrum des zweiten Schallereignisses E2, auch als Schallspektrum bezeichnet, wird nicht schmalbandig, sondern möglichst breitbandig gewählt, um möglichst viel Schallenergie zu übertragen und einen erforderlichen Schalldruckpegel zusätzlich abzusenken.
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Eine Schwelle zur Auslösung des Stapediusreflexes mittels Tönen liegt mit annähernd 90 dB bis 100 dB hinsichtlich des Schalldruckpegels um mindestens 20 dB über einer entsprechenden Schwelle bei einem Breitbandrauschen mit annäherungsweise 70 dB bis 75 dB in Bezug auf den Schalldruckpegel.
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Der Schalldruckpegel zur sicheren Auslösung des Stapediusreflexes kann also bei etwa 75 dB bis 80 dB liegen, was einem normalen, im Straßenverkehr auftretenden Geräuschpegel entspricht, wobei ein derartiger Schalldruckpegel mittels der im Fahrzeug 1 angeordneten Lautsprecher der Audioanlage als Schallquelle 5 ausgebbar ist.
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Steht dem Fahrzeug 1 eine Frontalkollision mit dem potentiellen Kollisionsobjekt bevor, wird das zweite Schallereignis E2 erst bei einer ermittelten Mindestrelativgeschwindigkeit, die z. B. 20 km beträgt, ausgegeben, da in einem solchen Fall die Insassenrückhaltevorrichtung in Form eines Frontairbags nicht ausgelöst wird.
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Steht dem Fahrzeug 1 eine seitliche Kollision bevor, wird das zweite Schallereignis E2 bei einer Relativgeschwindigkeit unterhalb eines Schwellwertes zur Auslösung von Seitenairbags ebenfalls nicht ausgelöst.
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Erfolgt eine Kollision mit einem potentiellen Kollisionsobjekt in einem Winkelbereich von 45° +/– 20° im Frontbereich des Fahrzeuges 1, d. h. vorn rechts oder vorn links, wird die Kollision von der Sensorik 2 erkannt. Dazu kann beispielsweise in der Steuereinheit 3 in einer Tabelle eine Auslöseschwelle für die Front- und Seitenairbags in Abhängigkeit der ermittelten Kollisionsschwere hinterlegt sein und das zweite Schallereignis E2 entsprechend ausgelöst werden.
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Dabei wird die Kollisionsschwere im Wesentlichen anhand der ermittelten Relativgeschwindigkeit und eines Kollisionswinkels, der sich aus der Position des Fahrzeuges 1 zu dem Kollisionsobjekt ergibt, ermittelt.
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Ist die Audioanlage 4 des Fahrzeuges 1 abgeschaltet oder befindet sich der Verstärker in einem Stromsparmodus, wird von der Steuereinheit 3 ein weiteres Steuersignal S2 erzeugt und dem Verstärker z. B. eine Sekunde vor der Ausgabe des zweiten Schallereignisses E2 zugeführt. Die Audioanlage 4 sowie der Verstärker werden aktiviert also eingeschaltet. Beispielsweise werden die Audioanlage 4 und der Verstärker mittels des weiteren Steuersignals S2 für weniger als eine Minute eingeschaltet.
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Dieser Vorgang kann durch erfasste Signale S der Sensorik 2, insbesondere der Erfassungseinheiten der Umgebungserfassung oder in der Steuereinheit 3 durch Verarbeitung der erfassten Signale S erfolgen. Dabei wird das weitere Steuersignal S2 beispielsweise 1,3 Sekunden vor einer erwarteten Kollision der Audioanlage 4 des Fahrzeuges 1 zugeführt. Mittels des weiteren Steuersignals S2 kann ein Falschalarm insofern ausgelöst werden, dass die Audioanlage 4 und der Verstärker aktiviert werden, ohne dass die Kollision tatsächlich eintritt, da das Eintreten der Kollision 1,3 Sekunden im Voraus nicht sicher bestimmt werden kann.
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Ein solcher Falschalarm in Form des Erzeugens und Aussendens des weiteren Steuersignals S2 wird von einem Insassen des Fahrzeuges 1 nicht wahrgenommen. Ist die Kollision innerhalb einer vorgegebenen Zeit von beispielsweise 5 Sekunden nicht eingetreten, kann zumindest der Verstärker der Audioanlage 4 wieder in den Stromsparmodus versetzt werden.
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Verbleibt bis zu einem ermittelten Kollisionszeitpunkt ein ausreichender Zeitpuffer bis zur Auslösung des zweiten Schallereignisses E2, kann eine Lautstärke dessen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls von Null bis auf einen Maximalwert angepasst werden. Dadurch kann vermieden werden, dass der Fahrzeuginsasse bei einem ausgelösten Falschalarm, d. h. bei Ausgabe des zweiten Schallereignisses E2, ohne dass eine Kollision eintritt, erschrickt und durch reflexartige Handlungen sich und andere Verkehrsteilnehmer gefährdet.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das zweite Schallereignis E2 als typisches Geräusch eines vorbeifahrenden Fahrzeuges ausgegeben wird. Das Geräusch wird vorzugsweise mit einem Rauschen angereichert. Somit ist es möglich, den Stapediusreflex mittels eines bekannten Geräusches als natürlich wirkende Schallursache vergleichsweise schnell auszulösen. Ein solch intuitiv sinnfälliges Geräusch als zweites Schallereignis E2, wie z. B. auch ein Bremsgeräusch, kann von dem Fahrzeuginsassen relativ schnell verarbeitet werden, ohne eine erschreckende Wirkung hervorzurufen.
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Denkbar ist auch, dass die Lautstärke bei Ausgabe des zweiten Schallereignisses E2 an eine Innenraumsituation des Fahrzeuges 1 angepasst wird. Ist z. B. ein Fenster geöffnet und/oder die Audioanlage 4 eingeschaltet und im Vergleich laut eingestellt, so kann das zweite Schallereignis E2 mit einem höheren Schalldruckpegel ausgegeben werden, um eine schnelle Auslösung des Stapediusreflexes sicherzustellen. Dazu ist es erforderlich, dass derartige Fahrzeuginformationen F erfasst und der Steuereinheit 3 zugeführt werden.
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Auch kann das zweite Schallereignis E2 mit einem erhöhten Schalldruckpegel bei einem als Cabriolet ausgeführten Fahrzeug mit geöffnetem Verdeck ausgegeben werden, d. h. entsprechend angepasst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Schallereignis E2 in Abhängigkeit einer Sitzbelegung des Fahrzeuges 1 ausgegeben werden. Dabei werden die Lautsprecher als Schallquelle 5 gezielt angesteuert, welche dem Fahrzeuginsassen am nächsten angeordnet sind und/oder deren Abstrahlrichtung auf die belegten Fahrzeugsitze gerichtet ist.
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Die Lautstärke der Ausgabe des zweiten Schallereignisses E2 kann stufenweise bis zu dem Maximalwert erhöht und dann für die Dauer von 400 ms mit dem Maximalwert ausgegeben werden.
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Alternativ dazu kann die Ausgabe des zweiten Schallereignisses E2 kontinuierlich erhöht werden, in Intervallen gesteuert oder mit einem Anstieg der Lautstärke in Abhängigkeit einer Kollisionswahrscheinlichkeit und der Kollisionsschwere erfolgen.
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Wird die Ausgabe des zweiten Schallereignisses E2 bei einem Falschalarm, also bei Nichteintreten einer Kollision, für den Fahrzeuginsassen des Fahrzeuges 1 als wenig störend und mit nicht erschreckender Wirkung wahrgenommen, kann die Sensorik 2 und die Verarbeitung sowie die Auswertung der erfassten Signale S wesentlich einfacher ausgeführt sein.
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Beispielsweise kann dabei die Umgebungserfassung mittels nur einer als Radargerät oder Kamera ausgeführten Erfassungseinheit durchgeführt werden. Zudem wäre es nicht erforderlich, ein erfasstes potentielles Kollisionsobjekt einer Objektart zuzuordnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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