DE102011118658A1

DE102011118658A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Schutzsystems in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011118658A1
Application number: DE201110118658
Authority: DE
Inventors: Martin Randler; Gregory Baratoff; Raimund Burgmeier; Michael Feser; Stephan Tobias; Peter van der Vegte
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Automotive GmbH
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines Schutzsystems eines Fahrzeugs (2), insbesondere eines Insassen- und/oder eines Fußgängerschutzsystems, wobei die Steuerung des Schutzsystems in Abhängigkeit der Parameter Ausdehnung des Kollisionsobjektes (b), Kollisionsgeschwindigkeit (v) und/oder Kollisionsüberdeckung erfolgt und zur Bestimmung der Parameter Daten wenigstens eines Kontaktsensors (5) und wenigstens einer Kamera (1) verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines Schutzsystems in einem Fahrzeug, mit wenigstens einem Kontaktsensor und wenigstens einer Kamera.
Systeme zur Kollisions- bzw. zur Aufprallerkennung werden in einem Fahrzeug u. a. dafür eingesetzt, um bei einer erkannten Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis oder einem anderen Verkehrsteilnehmer geeignete Schutzfunktionen im Fahrzeug auszulösen. Je nach Fahrzeugausstattung gehören zu diesen Schutzfunktionen beispielsweise Insassenschutzsysteme wie Airbags oder Gurtstraffer sowie Fußgängerschutzsysteme wie Scheibenairbags oder eine aktive Motorhaube.
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Systeme bekannt, bei denen zur Kollisionserkennung Kontaktsensoren, die in der Fahrzeugfront angeordnet sind (sogenannte ”up-front”-Sensoren), in Verbindung mit Beschleunigungssensoren eingesetzt werden. Mittels dieser Sensoren kann jedoch nur der Aufprall bzw. das Kollisionsereignis selbst erkannt werden. Die Bestimmung weiterer Messgrößen über den Kollisionshergang bzw. die Kollisionssituationen, insbesondere zur zielgerichteten Steuerung von Schutzfunktionen des Fahrzeugs, ist hingegen nicht möglich.
Es sind daher ebenfalls bereits Systeme bekannt, bei denen bei einem Aufprall weitere Messgrößen über das Kollisionsereignis gewannen werden können. Hierzu sind aber bislang umfangreiche und entsprechend teure Sensorsysteme erforderlich.
In der US 2009/0152041 A1 ist beispielsweise ein System für ein Fahrzeug beschrieben, mit einem Außenairbag zum Schutz von Fußgängern vor Verletzungen bzw. zur Abmilderung der Unfallfolgen bei einem Aufprall eines Fußgängers auf die Motorhaube des Fahrzeugs. Zur Auslösung des Airbags wird dabei die Verwendung eines Sensorsystems vorgeschlagen, welches einen Radarsensor und eine Kamera umfasst, wobei der Radarsensor zur Erfassung eines Objekts sowie zur Bestimmung dessen Abstand zum Fahrzeug dient, und wobei die Kamera zur Erfassung der Form bzw. des Profils des Objekts eingesetzt wird.
Ein ähnliches System zeigt die US 2003/0076981 A1 , wobei zur Objekterfassung und zur Bestimmung von Abstand, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Objekts ebenfalls ein Radarsensor sowie eine Kamerasystem, umfassend eine Front- sowie zwei Seitenkameras, eingesetzt werden müssen. In Abhängigkeit von den ermittelten Messgrößen werden daraufhin Schutzmaßnahmen wie beispielsweise Insassenairbags ausgelöst.
Nachteilig bei den bekannten System zur Aufprallerkennung bzw. zur Kollisionsermittlung ist somit, dass diese Systeme entweder derart ausgebildet sind, dass nur das Kollisionsereignis selbst erfasst werden kann, oder aber, dass komplexe und speziell ausgestaltete Sensorsysteme erforderlich sind, um zusätzliche Informationen über die Kollisionssituation gewinnen und Schutzmaßnahmen zielgerichtet auslösen zu können.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, wobei bereits mittels eines einfach ausgestalteten Sensorsystems alle notwendigen Parameter zur gezielten Steuerung von Schutzsystemen in einem Fahrzeug gewonnen werden können und bei der auf eine komplexe Sensoranordnung verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch Vorrichtungen mit den Merkmalen nach den Ansprüchen 14 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, mittels wenigstens eines Kontaktsensors und mittels wenigstens einer Kamera, insbesondere mittels einer einfachen Monokamera, die Parameter zu bestimmen, die für eine gezielte Steuerung von Schutzsystemen erforderlichen sind. Besonders vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung nur ein einzelner Kontaktsensor und nur eine einfache Monokamera ausreichend sind, um alle relevanten Informationen über eine Kollision zu bestimmen, insbesondere die Ausdehnung bzw. die Größe eines Kollisionsobjektes, die Kollisionsgeschwindigkeit und die Kollisionsüberdeckung. Alle bisher aus dem Stand der Technik bekannten Systeme benötigen hierfür komplexere und aufwändigere Sensoranordnungen. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass für das erfindungsgemäße Verfahren sowie für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bevorzugt keine separaten Sensoren in einem Fahrzeug angeordnet werden müssen, sondern dass beispielsweise Kontaktsensoren, die bereits zur Auslösung von Insassenairbags im Fahrzeug angeordnet sind, und eine Kamera, die beispielsweise bereits für ein Fahrerassistenzsystem zur Fahrspur- und/oder Verkehrszeichenerkennung im Fahrzeug angeordnet ist, verwendet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient vorzugsweise zur Steuerung wenigstens eines Schutzsystems in einem Fahrzeug, insbesondere zur Steuerung eines Systems zum Schutze von Fahrzeuginsassen und/oder anderer Verkehrsteilnehmer. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dabei mittels wenigstens einer Kamera Bilddaten aus einer Fahrzeugumgebung erfasst, insbesondere aus einem Vorausbereich vor dem Fahrzeug. Mittels wenigstens eines Kontaktsensors, der in einer bestimmten Distanz zur Kamera angeordnet ist, wird ein Kontakt mit einem Objekt ermittelt. Das Objekt wird im Folgenden als Kollisionsobjekt und der Zeitpunkt des ermittelten Kontakts als Kollisionszeitpunkt bezeichnet. Der Kontaktsensor ist bevorzugt in der Fahrzeugfront angeordnet, z. B. im Bereich des vorderen Stoßfängers des Fahrzeugs.
Erfindungsgemäß werden mittels der Kamera zu wenigstens zwei Zeitpunkten Bilddaten erfasst, wobei ein Zeitpunkt der Kollisionszeitpunkt und wenigstens ein weiterer Zeitpunkt ein Zeitpunkt vor dem Kollisionszeitpunkt ist. Aus den erfassten Bilddaten und anhand des ermittelten Kontakts wird erfindungsgemäß wenigstens einer der folgenden Parameter bestimmt:

– Ausdehnung des Kollisionsobjekts
– Kollisionsgeschwindigkeit
– Kollisionsüberdeckung

Die Steuerung des Schutzsystems erfolgt dabei in Abhängigkeit wenigstes eines der bestimmten Parameter.
Unter der Ausdehnung des Kollisionsobjekts kann beispielsweise die Breite und/oder die Nähe des Kollisionsobjekts verstanden werden, d. h. die vertikale und/oder horizontale Ausdehnung bezogen auf die Horizontebene.
Unter der Kollisionsgeschwindigkeit kann die relative oder absolute Geschwindigkeit, mit der sich das Kollisionsobjekt zum Kollisionszeitpunkt auf das Fahrzeug zubewegt, verstanden werden, insbesondere die durchschnittliche Näherungsgeschwindigkeit des Kollisionsobjekts zwischen den wenigstens zwei Zeitpunkten, zu denen Bilddaten erfasst wurden.
Unter der Kollisionsüberdeckung kann insbesondere eine geometrische Betrachtung verstanden werden, in welchem Winkel, mit welchem Anteil seiner gesamten Ausdehnung (z. B. als prozentualer Anteil) und/oder in welchem Bereich das Kollisionsobjekt zum Kollisionszeitpunkt auf das Fahrzeug auftrifft. Hieraus lässt sich insbesondere bestimmen, ob es sich bei der Kollision beispielsweise um einen Winkelaufprall oder Frontalaufprall des Kollisionsobjektes auf das Fahrzeug handelt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bilddaten aus der Fahrzeugumgebung mittels einer Monokamera erfasst. Die Anordnung von Kameras in Fahrzeugen, beispielsweise zur Umsetzung von verschiedenen Fahrerassistenzfunktionen, ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Somit kann für das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise eine bereits im Fahrzeug vorhandene und/oder eine ebenfalls für andere Fahrerassistenzfunktionen eingesetzte Kamera verwendet werden, beispielsweise eine Kamera zur Fahrspur-, Regen- und/oder Verkehrszeichenerkennung. Derartige Fahrzeugkameras sind in der Regel im Innenraum des Fahrzeugs und bevorzugt mit Blickrichtung durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs hindurch entweder am Rückspiegel, unterhalb des Dachhimmels oder direkt an der Windschutzscheibe angeordnet.
Die Ausdehnung des Kollisionsobjektes wird vorzugsweise nach der folgenden Gleichung (G1) berechnet:
(× steht im Folgenden für Multiplikation)
Dabei ist b die Ausdehnung des Kollisionsobjekts. α₀ ist die Winkelausdehnung des Kollisionsobjektes bezogen auf die Kamera, d. h. die Winkelausdehnung des Kollisionsobjektes im Kamerabild zum Kollisionszeitpunkt. r₀ ist der Abstand bzw. die Distanz zwischen der Kamera und dem Kontaktsensor.
Die Kollisionsgeschwindigkeit wird vorzugsweise nach der folgenden Gleichung (G2) berechnet: v = Δr / Δt (G2)
Dabei ist v die Kollisionsgeschwindigkeit, Δt der Zeitraum zwischen den wenigstens zwei Zeitpunkten, zu denen mittels der Kamera Bilddaten erfasst wurden, und Δr die Distanz, die das Kollisionsobjekt zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgelegt hat. Die Distanz Δr wird dabei vorzugsweise nach folgender Gleichung (G3) berechnet:
Dabei ist α₁ die Winkelausdehnung des Kollisionsobjektes zur Kamera bzw. die Winkelausdehnung im Kamerabild zum wenigstens einen Zeitpunkt vor dem Kollisionszeitpunkt zu dem Bilddaten erfasst wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der Ausdehnung des Kollisionsobjekts um die Höhe und/oder Breite des Kollisionsobjektes. Ist die Ausdehnung des Kollisionsobjektes bekannt, kann daraufhin beispielsweise eine Klassifizierung des Kollisionsobjektes erfolgen, insbesondere dahingehend, ob es sich bei dem Kollisionsobjekt um ein feststehendes Hindernis, ein Fahrzeug oder einen Fußgänger handelt. Desweiteren kann ausgehend von der Ausdehnung und der Klassifizierung des Kollisionsobjektes weitergehend auf die Art des Kollisionsobjektes innerhalb seiner Klasse geschlossen werden, beispielsweise ob es sich bei einem als Fahrzeug klassifizierten Kollisionsobjekt um einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen handelt oder ob es sich bei einem als Fußgänger klassifizierten Kollisionsobjekt um einen Erwachsenen oder ein Kind handelt. Mittels der Ausdehnung, der Klasse und/oder der Art des Kollisionsobjektes kann weiterhin beispielsweise die Masse des Kollisionsobjektes geschätzt werden, worauf eines oder mehrere Schutzsysteme des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise zielgerichtet angesteuert bzw. ausgelöst werden können.
Die Kollisionsüberdeckung wird in einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine Projektion von Flussvektoren von Bildpunkten, die das Kollisionsobjekt betreffen, ermittelt, insbesondere durch Projektion von Flussvektoren aus den mittels der Kamera erfassten Bilddaten auf die Front des Fahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich kann die Kollisionsüberdeckung auch direkt durch eine geometrische Betrachtung der zum Kollisionszeitpunkt erfassten Bilddaten bzw. des zum Kollisionszeitpunkt erfassten Kamerabildes bestimmt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem wenigstens einen Schutzsystem um ein Fußgängerschutzsystem, insbesondere um eine aktive Motorhaube oder einen Scheibenairbag. Das Fußgängerschutzsystem ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, um bei einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Fußgänger innerhalb von Bruchteilen von Sekunden einen oder mehrere im Bereich der Motorhaube und/oder im Bereich der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs angeordnete Airbags zu zünden und/oder einen Bereich des Fahrzeugs anzuheben, insbesondere die Motorhaube des Fahrzeugs, so dass eine nachgebende Knautschzone für einen Aufprall des Fußgängers geschaffen wird. Besonders vorteilhaft an der Steuerung derartiger Fußgängerschutzsysteme mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Tatsache, dass die Schutzsysteme auf Grundlage eines oder mehrerer, der mittels des Verfahrens bestimmten Parameter, zielgerichtet eingesetzt werden können. Für die Auslösung eines Fußgänger- bzw. eines Scheibenairbags ist beispielsweise eine Steuerung in Abhängigkeit der Ausdehnung bzw. der Größe des Kollisionsobjektes vorteilhaft. Ein Scheibenairbag zur Minderung von Verletzungen bei einem Kopfaufprall auf der Windschutzscheibe oder auf der A-Säule des Fahrzeugs ist bevorzugt nur dann zu aktivieren, wenn der Fußgänger aufgrund seiner Größe auch auf die genannten Bereiche des Fahrzeugs aufschlagen kann. Bei kleineren Fußgängern hingegen, z. B. bei Kindern, ist in der Regel die Aktivierung der aktiven Motorhaube ausreichend.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem wenigstens einen Schutzsystem um ein Insassenschutzsystem, insbesondere um einen oder mehrere Airbags und/oder Gurtstraffer für Fahrzeuginsassen. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Parameter, insbesondere die Kollisionsgeschwindigkeit und die Kollisionsüberdeckung, können dabei in vorteilhafter Weise genutzt werden, um die genannten Insassenschutzsystem zielgerichtet und effizient anzusteuern. Moderne Insassenschutzsysteme, insbesondere Rückhaltesysteme wie Airbag und Gurtstraffer, bieten heutzutage häufig die Möglichkeit einer mehrstufigen Auslösung, d. h. beispielsweise eine Anpassung der Kräfte der Rückhaltesysteme an die Kollisionsschwere. Kollisionsgeschwindigkeit und Kollisionsüberdeckung können in dem Fall als Maßgrößen genutzt werden, um die Kollisionsschwere abzuschätzen und entsprechend den Ablauf der Aktivierung von Insassenschutzsystemen und damit deren Schutzwirkung zu optimieren. Mittels der bestimmten Parameter lassen sich beispielsweise neben der Kollisionsart (z. B. Winkelaufprall oder Frontalaufprall) komplexe Kollisionssituationen erfassen. Im Falle eines Winkelaufpralles oder im Falle einer Kollision mit nur geringer Überdeckung ist es vorteilhaft, neben einem Frontairbag auch Seitenairbags und Airbags vor den Fahrzeugscheiben (sogenannte Curtain-Airbags) zu aktivieren, insbesondere um bei einer auftretenden Rotation des Fahrzeugs einen zusätzlichen Schutz für die Köpfe von Insassen des Fahrzeugs zu erreichen.
Bevorzugt werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens(Windschutz-)Scheibenairbags des Fahrzeugs zum Schutz von Fußgängern, insbesondere Airbags zur Vermeidung bzw. zur Abmilderung des Aufpralls eines Fußgängers auf die Windschutzscheibe und/oder A-Säule des Fahrzeugs, in Abhängigkeit der Ausdehnung des Kollisionsobjektes gesteuert bzw. ausgelöst. Die Vorteile einer derart gezielten Auslösung wurden bereits vorangehend beschrieben. Unter der Ausdehnung wird hierbei insbesondere die vertikale Ausdehnung, d. h. die Größe des Kollisionsobjektes berücksichtigt. Bevorzugt wird dabei ein (Windschutz-)Scheibenairbag nur dann ausgelöst, wenn die Ausdehnung des Kollisionsobjektes eine bestimmte Höhe überschreitet.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Frontairbag als Schutzsystem für Fahrzeuginsassen, insbesondere ein Frontairbag für den Fahrzeugführer und/oder Beifahrer, in Abhängigkeit von der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Kollisionsgeschwindigkeit gesteuert und insbesondere nur dann ausgelöst, wenn die Kollisionsgeschwindigkeit einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden einer oder mehrere Gurtstraffer, als Schutzsysteme für Fahrzeuginsassen, in Abhängigkeit von der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Kollisionsgeschwindigkeit gesteuert. Bevorzugt wird dabei die Stärke, mit der der eine oder die mehreren Gurtstraffer Insassen zurückhalten sollen, an die Kollisionsgeschwindigkeit angepasst.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden einer oder mehrere Seitenairbags, als Schutzsystem für Fahrzeuginsassen, insbesondere sogenannte Curtain-Airbags, in Abhängigkeit der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Kollisionsüberdeckung gesteuert und beispielsweise nur dann ausgelöst, wenn aufgrund der bestimmten Kollisionsüberdeckung die Gefahr besteht, dass das Fahrzeug ins Schleudern oder in Rotation gerät.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet und dient zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehend beschriebenen Ausführungen und damit zur Steuerung wenigstens eines Schutzsystems eines Fahrzeugs.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dabei vorzugsweise wenigstens eine Monokamera, mittels derer Bilddaten aus der Fahrzeugumgebung erfasst werden können, insbesondere aus der in Fahrtrichtung vorausliegenden Fahrzeugumgebung. Die Vorrichtung umfasst weiterhin wenigstens einen Kontaktsensor, der in einem bestimmten Abstand zu Kamera, vorzugsweise in der Fahrzeugfront z. B. im Bereich der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs, angeordnet ist. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass mittels des Kontaktsensors zu einem Kollisionszeitpunkt ein Kontakt mit einem Kollisionsobjekt ermittelt wird. Mittels der Kamera werden bevorzugt kontinuierlich Bilddaten aus der Fahrzeugumgebung erfasst, zumindest jedoch zu zwei Zeitpunkten, wobei ein Zeitpunkt der Kollisionszeitpunkt und ein weiterer Zeitpunkt ein Zeitpunkt vor dem Kollisionszeitpunkt ist. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass aus den erfassten Bilddaten und anhand des ermittelten Kontakts wenigstens einer der folgenden Parameter bestimmt wird:

Zur Bestimmung eines oder mehrerer der genannten Parameter kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise eine Auswerteeinrichtung umfassen, welcher Informationen von dem Kontaktsensor, insbesondere der Kollisionszeitpunkt, sowie Daten von der Kamera, insbesondere die zu den wenigstens zwei Zeitpunkten erfassten Bilddaten, zugeführt werden. In der Auswerteeinrichtung kann zudem der Abstand zwischen dem Kontaktsensor und der Kamera hinterlegt sein, so dass die Auswerteeinrichtung die genannten Parameter, insbesondere nach den Gleichungen (G1), (G2) und (G3) ermitteln kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin in geeigneter Weise mit Auslöse- und oder Steuerungseinrichtungen von Schutzsysteme des Fahrzeugs verbunden sein, zur Steuerung der Schutzsysteme in Abhängigkeit zumindest eines der bestimmten Parameter.
Weitere Vorteile und optionale Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den folgenden Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung hervor. Die Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt ein Beispiel, wie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Parameter zur Steuerung von Schutzsystemen bestimmt werden können, d. h. insbesondere die Ausdehnung des Kollisionsobjekts, die Kollisionsgeschwindigkeit und die Kollisionsüberdeckung.
Eine Monokamera 1, die in einem Fahrzeug 2 angeordnet ist, hat einen Sichtbereich 3. Der Sichtbereich 3 ist im Beispiel aus 1 ein in Fahrtrichtung 4 des Fahrzeugs 2 vorausliegender Umgebungsbereich. Die Monokamera 1 kann beispielweise mit Blickrichtung durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs 2 hindurch im Innenraum des Fahrzeugs 2, z. B. direkt an der Windschutzscheibe angeordnet sein. Mittels der Monokamera 1 werden vorzugsweise kontinuierlich Bilddaten aus dem Sichtbereich 3 erfasst.
Im Frontbereich des Fahrzeugs 2 ist weiterhin ein Kontaktsensor 5 angeordnet, beispielsweise in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 2. Der Kontaktsensor 5 hat dabei einen bekannten Abstand r₀ zur Monokamera 1 und ist derart ausgebildet, dass er einen Kontakt mit einem Kollisionsobjekt 6 und damit den Zeitpunkt t₀ eines Kontakts mit einem Kollisionsobjekt 6 erfasst. Der Zeitpunkt t₀ des Kontakts wird dabei auch als Kollisionszeitpunkt bezeichnet. Erfindungsgemäß können auch zwei oder mehr Kontaktsensoren 5 im Frontbereich des Fahrzeugs 2 angeordnet sein. Die zwei oder mehreren Kontaktsensoren 5 sind in dem Fall vorzugsweise über den gesamten vorderen und/oder den seitlichen Bereich der Fahrzeugfront verteilt angeordnet, insbesondere derart, dass Kontakte mit Kollisionsobjekten 6 aus unterschiedlichen Aufprallwinkeln erfasst werden können.
Als Kontaktsensoren 5 können erfindungsgemäß alle aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren verwendet werden, insbesondere Crash-Sensoren oder Aufprallsensoren, die in einem Fahrzeug 2, insbesondere im Bereich der Fahrzeugfront, angeordnet werden können und die in der Lage sind, einen Kontakt mit einem Kollisionsobjekt 6 bzw. eine Zusammenstoß des Fahrzeugs 2 mit einem Objekt 6 zu erfassen.
Mittels der Monokamera 1 werden zu wenigstens zwei Zeitpunkten t₁ und t₀ Bilddaten erfasst, wobei der Zeitpunkt t₁ ein Zeitpunkt vor dem Kollisionszeitpunkt t₀ ist.
Der ermittelte Kontakt bzw. der Kollisionszeitpunkt t₀ sowie die Bilddaten von den Zeitpunkten t₁ und t₀ werden beispielsweise einer Auswerteeinrichtung zugeführt. Die Auswerteeinrichtung (in 1 nicht dargestellt) kann beliebig ausgestaltet und im Fahrzeug 2 angeordnet sein und beispielsweise auch direkt in die Monokamera 1 integriert sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Kamera 1 fortlaufend Bilddaten aus dem Sichtbereich 3 erfasst und die erfassten Bilddaten auf einem flüchtigen Speicher ablegt. Wird mittels des Kontaktsensors 5 zum Zeitpunkt t₀ ein Kontakt mit einem Kollisionsobjekt 6 erfasst, können der Auswerteeinrichtung sowohl die Bilddaten des Kollisionszeitpunkts t₀ als auch Bilddaten, die zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt t₁ vor dem Kollisionszeitpunkt t₀ erfasst wurden, aus dem flüchtigen Speicher zugeführt werden. Der Zeitraum zwischen t₀ und t₁ kann dabei beliebig gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs 2. Grundsätzlich können auch Bilddaten, die zu weiteren Zeitpunkten vor und/oder nach dem Kollisionszeitpunkt t₀ erfasst wurden, in die Auswertung mit einbezogen werden.
Aus den Bilddaten und dem ermittelten Kontakt bzw. dem ermittelten Kollisionszeitpunkt t₀ bestimmt die Auswerteeinrichtung erfindungsgemäß wenigstens einen der folgenden Parameter:

– Ausdehnung des Kollisionsobjektes b
– Kollisionsgeschwindigkeit v
– Kollisionsüberdeckung

₀

1

t₀ Kollisionszeitpunkt, bestimmt durch den Kontaktsensor 5
r₀ Abstand bzw. Distanz zwischen Monokamera 1 und Kontaktsensor 5
Δt Zeitlicher Abstand zwischen den erfassten Bilddaten, d. h. zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₀
α_i Winkelausdehnung des Kollisionsobjektes 6 im Kamerabild bzw. in den zu den Zeitpunkten t_i erfassten Bilddaten, mit i = 0 und i = 1, d. h. der Sichtwinkel, unter dem die Ausdehnung b des Kollisionsobjektes 6 zu den Zeitpunkten t_i im Kamerabild erscheint.

Da sich die Ausdehnung b des Kollisionsobjektes 6 nicht ändert und zum Kollisionszeitpunkt t₀ der Abstand r₀ bekannt ist, kann die Ausdehnung b des Kollisionsobjektes 6 gemäß Gleichung (G1) bestimmt werden:
aus:
Desweiteren gilt:
aus:
Daraus kann erfindungsgemäß die Kollisionsgeschwindigkeit v bzw. die Näherungsgeschwindigkeit des Kollisionsobjekts 6 gemäß Gleichung (G2) bestimmt werden: v = Δr / Δt (G2) bzw. gemäß (G2.1):
Die Kollisionsüberdeckung wird bevorzugt durch eine Betrachtung des optischen Flusses, d. h. durch eine Auswertung der Bewegungsrichtung und der Geschwindigkeit von Bildpunkten in Bildsequenzen der mittels der Kamera 5 gewonnenen Bilddaten bestimmt, insbesondere durch eine Projektion der Flussvektoren von Bildpunkten, die dem Kollisionsobjekt 6 zugeordnet werden können, auf die Fahrzeugfront. Alternativ oder zusätzlich kann die Kollisionsüberdeckung auch direkt zum Kollisionszeitpunkt t₀ bestimmt werden, durch eine geometrische Betrachtung der zum Kollisionszeitpunkt t₀ gewonnenen Bilddaten.
Erfindungsgemäß können auch nur einer oder nur zwei der genannten Parameter, d. h. die Ausdehnung b des Kollisionsobjektes 6, die Kollisionsgeschwindigkeit v und/oder die Kollisionsüberdeckung, zur Steuerung eines oder mehrerer Schutzsysteme des Fahrzeugs 2 bestimmt bzw. herangezogen werden. Bevorzugt werden jedoch jedes Mal alle drei Parameter bestimmt. Es ist insbesondere vorteilhaft zur Bestimmung der Kollisionsgeschwindigkeit v vorab zunächst die Ausdehnung b des Kollisionsobjektes 6 nach Gleichung (G1) zu berechnen.
Erfindungsgemäß können alle bekannten Schutzsysteme, die zum Schutze von Fahrzeuginsassen und/oder anderer Verkehrsteilnehmer ausgebildet und in einem Fahrzeug angeordnet sind, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteuert werden. Als Fußgängerschutzsysteme bzw. Aufprallschutzsysteme für Fußgänger sind derzeit insbesondere Fußgänger-Airbags und das Anheben der Motorhaube eines Fahrzeugs bei einem Aufprall bekannt. Das Anheben der Motorhaube kann beispielsweise mittels hydraulischer oder mechanischer Hubvorrichtungen unterhalb der Motorhaube erfolgen, durch Hubvorrichtung am Fahrwerk bzw. im Bereich der Stoßdämpfer und/oder durch eine Erhöhung des Reifendrucks bei einem Aufprall.
Zu bekannten Schutzsystemen für Fahrzeuginsassen zählen derzeit insbesondere Front- und Seitenairbags für Fahrzeuginsassen, Airbags vor Seiten- oder Heckscheiben (sogenannte Curtain-Airbags), (ausfahrbare/aufstellbare) Überrollbügel und Gurtstraffer bzw. Gurtkraftbegrenzer. Zudem können zum Schutze von Fahrzeuginsassen bei einem drohenden oder akuten Aufprall weitere aktive Schutzmaßnahmen ergriffen werden, z. B. ein Ausrichten von Sitzen und/oder Nackenstütze in eine geeignete Unfallposition oder beispielsweise ein Schließen von Fahrzeugdach und/oder Seitenscheiben.
Bezugszeichenliste

1: Kamera
2: Fahrzeug
3: Sichtbereich
4: Fahrtrichtung
5: Kontaktsensor
6: Kollisionsobjekt
t₀: Kollisionszeitpunkt
t₁: Zeitpunkt vor t₀
Δt: Zeitraum zwischen t₁ und t₀
b: Ausdehnung des Kollisionsobjekts
v: Kollisionsgeschwindigkeit
r₀: Distanz zwischen Kontaktsensor und Kamera
r₁: Distanz zwischen Kollisionsobjekt und Kamera zum Zeitpunkt t₁
Δr: Distanz zwischen Fahrzeug und Kollisionsobjekt zum Zeitpunkt t₁ bzw. Distanz r₁ – r₀
α₀: Winkelausdehnung des Kollisionsobjekts im Kamerabild zum Zeitpunkt t₀
α₁: Winkelausdehnung des Kollisionsobjekts im Kamerabild zum Zeitpunkt t₁

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0152041 A1 [0005]
US 2003/0076981 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Steuerung wenigstens eines Schutzsystems eines Fahrzeugs (2), bei dem mittels wenigstens eines Kontaktsensors (5) ein Kontakt mit einem Kollisionsobjekt (6) zu einem Kollisionszeitpunkt t₀ ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens einer Kamera (1), die in einer bestimmten Distanz r₀ zu dem wenigstens einen Kontaktsensor (5) im Fahrzeug (2) angeordnet ist, zu wenigstens zwei Zeitpunkten t₁ und t₀ Bilddaten aus einer Fahrzeugumgebung erfasst werden, wobei t₁ ein Zeitpunkt vor dem Kollisionszeitpunkt t₀ ist, aus den erfasst Bilddaten und anhand des ermittelten Kontakts wenigstens einer der folgenden Parameter bestimmt wird: – Ausdehnung des Kollisionsobjekts b – Kollisionsgeschwindigkeit v – Kollisionsüberdeckung und die Steuerung des Schutzsystems in Abhängigkeit wenigstens eines der bestimmten Parameter erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kamera (1) um eine Monokamera handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung b des Kollisionsobjektes (6) nach der folgenden Gleichung (G1) bestimmt wird:
wobei α₀ eine Winkelausdehnung des Kollisionsobjekts (6) zum Kollisionszeitpunkt t₀ ist, die aus den Bilddaten der Kamera (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollisionsgeschwindigkeit v nach der folgenden Gleichung (G2) bestimmt wird: v = Δr / Δt (G2) wobei Δt ein Zeitabstand zwischen t₁ und t₀ und Δr eine Distanz ist, die das Kollisionsobjekt (6) zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₀ zurückgelegt hat und die nach der folgenden Gleichung (G3) bestimmt wird:
wobei α₁ eine Winkelausdehnung des Kollisionsobjektes (6) zum Zeitpunkt t₁ ist, die aus den Bilddaten der Kamera (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ausdehnung b des Kollisionsobjekts (6) um eine Höhe und/oder Breite des Kollisionsobjektes (6) handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollisionsüberdeckung durch eine Projektion von Flussvektoren von Bildpunkten, die das Kollisionsobjekt (6) betreffen, auf die Fahrzeugfront des Fahrzeugs (2) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wenigstens einen Schutzsystem um ein Fußgängerschutzsystem handelt, insbesondere um eine aktive Motorhaube oder einen Scheibenairbag.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wenigstens einen Schutzsystem um ein Insassenschutzsystem handelt, insbesondere um einen Airbag oder Gurtstraffer.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Ausdehnung b des Kollisionsobjektes (6) ein Scheibenairbag gesteuert wird, der zur Vermeidung eines Aufpralls des Kollisionsobjektes (6) auf eine Windschutzscheibe und/oder A-Säule des Fahrzeugs (2) dient.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenairbag nur dann ausgelöst wird, wenn die Ausdehnung b des Kollisionsobjekts (6) eine bestimmte Höhe überschreitet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Kollisionsgeschwindigkeit v ein Frontairbag für einen Fahrzeuginsassen gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Kollisionsgeschwindigkeit v eine Stärke eines Gurtstraffers gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Kollisionsüberdeckung ein Seitenairbag gesteuert wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines Schutzsystems eines Fahrzeugs (2), umfassend wenigstens einen Kontaktsensor (5), der in einer Fahrzeugfront des Fahrzeugs (2) angeordnet ist, zur Ermittlung eines Kontakts des Fahrzeugs (2) mit einem Kollisionsobjekt (6) zu einem Kollisionszeitpunkt t₀, wenigstens eine Monokamera (1), die in einer bestimmten Distanz r₀ zu dem wenigstens einen Kontaktsensor (5) im Fahrzeug (2) angeordnet ist, zur Erfassung von Bilddaten aus einer Fahrzeugumgebung zu wenigstens zwei Zeitpunkten t₁ und t₀, wobei t₁ ein Zeitpunkt vor dem Kollisionszeitpunkt t₀ ist, wenigstens eine Auswerteeinrichtung, die zur Bestimmung wenigstens eines der Parameter: – Ausdehnung des Kollisionsobjekts b – Kollisionsgeschwindigkeit v – Kollisionsüberdeckung aus den erfasst Bilddaten und anhand des ermittelten Kontakts dient, wobei die Vorrichtung zur Steuerung des wenigstens einen Schutzsystems in Abhängigkeit wenigstens eines der bestimmten Parameter ausgebildet ist.