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Verfahren und Vorrichtung zum Schutz eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende ausgestaltete Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Zum Schutz eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei Kollisionen können eine Vielzahl verschiedener Verfahren und Vorrichtungen zum Einsatz kommen. Zum einen ist beispielsweise bekannt, Airbags zu verwenden, welche bei Eintritt einer Kollision ausgelöst werden und sich entfalten. So können beispielsweise durch einen an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs angebrachten Airbag Verletzungen durch einen Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad vermieden werden.
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Darüber hinaus sind auch so genannte Pre-Crash-Systeme bekannt, bei welchen eine bevorstehende Kollision erfasst wird und bereits vor Eintritt der Kollision ein Eingriff beispielsweise in ein Bremssystem oder Lenksystem des Fahrzeugs erfolgt, so dass die bevorstehende Kollision verhindert oder zumindest deren Auswirkungen verringert werden können.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2009 037 749 A1 ein Pre-Crash-System für Kraftfahrzeuge, bei welchem ein bevorstehender Seitenaufprall erfasst wird und mittels einer aktiven Fahrzeuglenkung eine Lenkbewegung veranlasst wird, durch welche die Auswirkungen des Seiteaufpralls vermindert werden können. Der Lenkeingriff kann beispielsweise mittels einer Überlagerungslenkung erfolgen.
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Die
DE 10 2007 043 419 A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem ein fahrerunabhängiger Brems- oder Lenkvorgang bei einer möglichen Kollision ausgelöst werden kann. Auch in diesem Fall kann eine Überlagerungslenkung zum Einsatz kommen, um den Lenkeingriff zu bewirken.
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Aus der
DE 198 29 237 A1 ist ein im Falle eines Eintritts einer Kollision verlagerbares Lenkrad bekannt. Speziell wird hierbei das Lenkrad entlang einer Lenksäule versenkt, um es aus dem Aufprallbereich eines Kopfes des Fahrers heraus zu bewegen.
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Aus der
DE 10 2009 002 821 A1 ist ein Verfahren zur Betätigung eines Lenkakuators in einem Lenksystem eines Fahrzeugs bekannt, bei welchem mittels eines Überlagerungslenkgetriebes ein Zusatzlenkmoment erzeugt wird. Auf diese Weise kann einem Fahrer eine Information oder eine Empfehlung übermittelt werden, um ihn bezüglich eines Zustands oder einer Zustandsänderung des Fahrzeugs zu informieren oder ihn zu einer gewünschten Reaktion zu veranlassen.
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Aus der
DE 10 2004 007 253 B3 ist wiederum ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist, um beispielsweise einen Abstand des Fahrers oder eine Annäherungsgeschwindigkeit des Fahrers bezüglich des Lenkrades zu erfassen. Auf Grundlage der erfassten Informationen können wiederum Sicherheitseinrichtungen des Kraftfahrzeugs gesteuert werden. Insbesondere kann die Auslösung eines an dem Lenkrad angebrachten Fahrer-Airbags bei Eintritt einer Kollision verhindert werden, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gering ist.
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Die
DE 10 2008 000 783 A1 beschreibt einen Fahrassistenten mit einer Zusatzfunktion zur Vermeidung von Kollisionen mit Teilüberdeckung. Hierbei wird im Falle einer unvermeidbaren Kollision beispielsweise durch einen Lenkeingriff ein Giermoment erzeugt, durch welches das Fahrzeug so ausgerichtet wird, dass eine größere Überdeckung zwischen Fahrzeug und Hindernis entsteht. Ungünstige Teilüberdeckungen zwischen Fahrzeug und Hindernis können somit vermieden werden.
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Die
DE 10 2008 008 182 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug, dessen Lenksystem über ein Überlagerungsgetriebe verfügt. Mittels des Überlagerungsgetriebes kann ein durch das Drehen des Lenkrads erzeugter Drehwinkel mit einem über einen Stellmotor erzeugten Drehwinkel zur Erzeugung einer Bewegung der Steuerstange des Lenksystems überlagert werden.
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Die
KR 2003 0083991 A beschreibt eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Armposition eines Fahrers bei einer Kollision des Fahrzeugs. Hierbei wird mittels eines Drucksensors die Position einer Hand erfasst, mit welcher der Fahrer das Lenkrad umfasst, und bei Erfassen einer Kollision durch einen Crash-Sensor ein Steuersignal erzeugt, um eine Verstellung des Lenkrades in eine vorgegebene Position zu bewirken. Die Verstellung des Lenkrades in die vorgegebene Position erfolgt mittels eines dafür vorgesehenen Aktuators. Durch Verstellung des Lenkrades in die vorgegebene Position können Verletzungen des Fahrers vermieden werden, welche durch eine ungünstige Handposition bei Auslösung eines an dem Lenkrad angebrachten Airbags verursacht werden könnten.
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Bei dem zuletzt genannten System zur Vermeidung von Verletzungen des Fahrers durch den sich entfaltenden Airbag am Lenkrad bestehen jedoch Probleme dahingehend, dass der Eingriff in die Stellung des Lenkrades erst bei Erfassen der Kollision durch einen Crash-Sensor erfolgt. Auf diese Weise sind sowohl die zur Verfügung stehende Zeit als auch der mögliche Umfang für den Eingriff in die Stellung des Lenkrades begrenzt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren sowie Vorrichtungen und Fahrzeuge mit solchen Vorrichtungen bereitzustellen, durch welche ein verbesserter Schutz des Fahrers ermöglicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 13. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird somit eine bevorstehende Kollision eines Kraftfahrzeugs durch ein Pre-Crash-System erfasst. Um beispielsweise Verletzungen des Fahrers durch eine ungünstige Lenkstellung eines Lenkrades des Kraftfahrzeugs oder eine ungünstige Position einer oder beider Hände des Fahrers an dem Lenkrad zu vermeiden, wird eine Soll-Stellung des Lenkrades bestimmt und bereits vor Eintritt der Kollision ein Eingriff in eine Lenkstellung des Lenkrades vorgenommen. Zu diesem Zweck wird eine Überlagerungslenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs angesteuert, um eine Drehung des Lenkrades in die Soll-Lenkstellung zu bewirken. Auf diese Weise kann somit frühzeitig ein Eingriff in die Lenkstellung des Lenkrades erfolgen und Verletzungen des Fahrers durch eine ungünstige Lenkstellung des Lenkrades oder eine ungünstige Position der Hände des Fahrers an dem Lenkrad können effektiv vermieden werden. Gleichzeitig wird vermieden, dass durch den frühzeitigen Eingriff in die Lenkstellung eine unerwünschte oder nachteilige Änderung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hervorgerufen wird.
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Wie bereits erwähnt, kann die Soll-Lenkstellung derart bestimmt werden, dass Verletzungen des Fahrers vermieden werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Position einer oder beider Hände des Fahrers an dem Lenkrad erfasst werden und die Soll-Lenkstellung abhängig von der erfassten Position der Hand bzw. der Hände bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine momentane Lenkstellung des Lenkrades erfasst werden und die Soll-Lenkstellung abhängig von der erfassten momentanen Lenkstellung bestimmt werden. Zur Erfassung der Position der Hände des Fahrers an dem Lenkrad kann eine entsprechend ausgestaltete Innenraumsensorik des Kraftfahrzeugs verwendet werden, beispielsweise in Form von Sensoren an dem Lenkrad oder einer Innenraumkamera des Kraftfahrzeugs. Die momentane Lenkstellung des Lenkrades kann über das Lenksystem des Kraftfahrzeugs erfasst werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Erfindung insbesondere verwendet werden, um Verletzungen des Fahrers durch einen an dem Lenkrad angebrachten Airbag zu vermeiden. In diesem Fall wird auch ein Eintritt der Kollision erfasst, und der an dem Lenkrad angebrachte Airbag bei Erfassen des Eintritts der Kollision ausgelöst. Da der Eingriff in die Lenkstellung des Lenkrades bereits vor Eintritt der Kollision erfolgt ist, können Verletzungen des Fahrers durch den sich entfaltenden Airbag effektiv vermieden werden.
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Die Überlagerungslenkeinrichtung ermöglicht eine Änderung der Lenkstellung des Lenkrades, d.h. der Winkelstellung des Lenkrades im Bezug auf Drehungen des Lenkrades um eine Lenkachse, unabhängig von einer Lenkrichtung des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise kann beispielsweise der Eingriff in die Lenkstellung derart erfolgen, dass durch die Drehung des Lenkrades in die Soll-Lenkstellung keine Lenkrichtungsänderung des Kraftfahrzeugs hervorgerufen wird. Vom Fahrer nicht erwünschte Fahrtrichtungsänderungen können somit vermieden werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann weiterhin eine Soll-Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bestimmt werden, durch welche beispielsweise die bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs vermieden werden kann oder Auswirkungen der bevorstehenden Kollision verringert werden können. In diesem Fall kann die Überlagerungslenkeinrichtung auch derart angesteuert werden, dass unabhängig von der Drehung des Lenkrades in die Soll-Lenkstellung eine Lenkrichtungsänderung des Kraftfahrzeugs in die Soll-Fahrtrichtung hervorgerufen wird.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug, bei welchem eine Vorrichtung zum Schutz des Fahrers bei Kollisionen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist.
- 2A und 2B veranschaulichen schematisch einen beispielhaften Eingriff in die Lenkstellung eines Lenkrades gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schutz eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs 100 bei einer Kollision und ein die Vorrichtung verwendendes Verfahren. Bei dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug 100 um einen Personenkraftwagen. Es versteht sich jedoch, dass die hierin beschriebenen Konzepte auch auf andere Kraftfahrzeugtypen übertragbar sind, z.B. auf Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen.
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Wie in 1 dargestellt ist das Kraftfahrzeug 100 mit einem Lenksystem 200 ausgestattet. Das Lenksystem 200 beinhaltet ein Lenkrad 220, über welches der Fahrer das Lenksystem betätigen kann, sowie eine Überlagerungslenkeinrichtung 240. Mittels der Überlagerungslenkeinrichtung 240 kann eine Umsetzung einer Lenkstellung des Lenkrades 220 in eine Lenkrichtung des Kraftfahrzeugs variabel angepasst werden. Weiterhin ist die Überlagerungslenkeinrichtung 240 auch dazu geeignet, aktiv die Lenkstellung des Lenkrades 220 zu beeinflussen. Zu diesem Zweck können beispielsweise in der Überlagerungslenkeinrichtung 240 vorgesehene Motoren zum Einsatz kommen. Hierdurch kann die Überlagerungslenkeinrichtung 240 beispielsweise ein Drehmoment im Bereich von 5 Nm bis 20 Nm auf das Lenkrad 220 ausüben.
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Darüber hinaus umfasst das Kraftfahrzeug 100 ein Pre-Crash-System 400. Das Pre-Crash-System 400 ist dazu ausgestaltet, eine bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeuges zu erfassen. Typischerweise erfolgt die Erfassung der bevorstehenden Kollision wenigstens 500 ms vor dem erwarteten Eintritt der Kollision. Auf diese Weise kann das Pre-Crash-System 400 frühzeitig Sicherheitsmaßnahmen einleiten, um Auswirkungen der Kollision zu vermindern oder sogar die Kollision zu verhindern. Hierzu können beispielsweise Eingriffe in ein Bremssystem des Kraftfahrzeugs 100 gehören sowie Eingriffe in das Lenksystem 200 mittels der Überlagerungslenkeinrichtung 240. Zur Erfassung der bevorstehenden Kollision ist das Pre-Crash-System 400 mit einer geeigneten Pre-Crash-Sensorik 410 ausgestattet, welche einen oder mehrere Pre-Crash-Sensoren aufweisen kann. Beispielsweise kann die Pre-Crash-Sensorik 410 auf einer Umgebungserfassung des Kraftfahrzeugs 100 durch die Pre-Crash-Sensoren basieren. Zu diesem Zweck können die Pre-Crash-Sensoren beispielsweise eine Kamera zur Erfassung der Fahrzeugumgebung umfassen. Darüber hinaus können der Pre-Crash-Sensorik 410 auch von anderen Systemen ermittelte Umgebungsinformationen zugeführt werden, beispielsweise auf Grundlage einer Umgebungskarte eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs 100.
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Weiterhin ist bei dem Kraftfahrzeug 100 auch eine Kollisionssensorik 300 vorgesehen, welche zur Erfassung des tatsächlichen Eintritts einer Kollision ausgestaltet ist. Die Kollisionssensorik 300 kann beispielsweise auf Aufprallsensoren oder Verformungssensoren im Bereich von Stoßfängern des Kraftfahrzeugs 100 beruhen. Mittels der Kollisionssensorik 300 können weitere Sicherheitsvorrichtungen des Kraftfahrzeugs 100 gesteuert werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird insbesondere davon ausgegangen, dass durch die Kollisionssensorik 300 ein an dem Lenkrad 220 angebrachter Airbag (in 1 nicht dargestellt) ausgelöst werden kann.
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Weiterhin ist bei dem Kraftfahrzeug 100 auch eine Innenraumsensorik 420 vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Innenraumsensorik 420 eingesetzt, um die Position einer oder beider Hände des Fahrers des Kraftfahrzeugs 100 an dem Lenkrad 220 zu erfassen. Zu diesem Zweck kann die Innenraumsensorik 420 beispielsweise in Form einer Innenraumkamera zur optischen Erfassung des Innenraums einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs 100 ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich könnte die Innenraumsensorik 420 auch mit Sensoren an dem Lenkrad 220 ausgestattet sein, z.B. in Form von Druck- oder Berührungssensoren.
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Mittels des Pre-Crash-Systems 400 und der Überlagerungslenkeinrichtung 240 können Verletzungen des Fahrers des Kraftfahrzeugs 100 auf effektive Weise vermieden werden, indem bei Erfassen einer bevorstehenden Kollision des Kraftfahrzeugs 100 durch das Pre-Crash-System 400 eine geeignete Soll-Lenkstellung des Lenkrades 220 bestimmt wird, bei welcher Verletzungen des Fahrers vermieden werden können. Insbesondere kann die Soll-Lenkstellung derart ausgewählt werden, dass Verletzungen der Hände oder Arme des Fahrers durch Entfaltung des an dem Lenkrad 220 angebrachten Airbags vermieden werden. Darüber hinaus können auch Verletzungen vermieden werden, welche unter Umständen dadurch hervorgerufen werden, dass der Fahrer im Falle einer Kollision auf seine an dem Lenkrad 220 positionierten Hände oder Arme aufprallt. Die Soll-Lenkstellung kann beispielsweise einer Lenkstellung des Lenkrades 220 bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs 100 entsprechen. Abhängig von der Position der Hände des Fahrers an dem Lenkrad 220 können jedoch auch andere Soll-Lenkstellungen ausgewählt werden.
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Das Pre-Crash-System 400 steuert dann die Überlagerungslenkeinrichtung 240 derart an, dass eine Drehung des Lenkrades 220 in die Soll-Lenkstellung hervorgerufen wird. Hierbei werden typischerweise die das Lenkrad 220 umfassenden Hände des Fahrers mitbewegt, so dass nicht nur das Lenkrad 220, sondern auch die Hände des Fahrers in eine zur Vermeidung von Verletzungen günstige Position gebracht werden können. Dies ist in 2A und 2B näher veranschaulicht. In 2A und 2B ist auch der an dem Lenkrad 220 angebrachte Airbag 230 dargestellt.
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2A zeigt beispielhaft eine Lenkstellung des Lenkrades 220, welche bei Erfassung einer bevorstehenden Kollision durch das Pre-Crash-System 400 auftreten kann. Bei dem dargestellten Beispiel greift eine linke Hand 50L des Fahrers über das Lenkrad 220, wohingegen eine rechte Hand 50R des Fahrers das Lenkrad 220 im unteren Bereich greift. Die Lenkstellung des Lenkrades 220 ist um ca. 45° nach rechts verdreht, beispielsweise um eine Fahrtrichtungsänderung des Kraftfahrzeugs 100 nach rechts zu bewirken. Bei Eintritt einer Kollision in der in 2A dargestellten Konfiguration kann es zu Verletzungen insbesondere der linken Hand 50L durch den sich entfaltenden Airbag 230 oder Aufprall des Kopfes des Fahrers auf die linke Hand 50L kommen. Das Pre-Crash-System 400 veranlasst daher frühzeitig über die Überlagerungslenkeinrichtung 240 einen Eingriff in die Lenkstellung des Lenkrades 220, um eine Drehung, veranschaulicht durch den Pfeil in 2A, in die in 2B dargestellte Soll-Lenkstellung zu bewirken. Hierbei werden die Hände 50L, 50R des Fahrers mitbewegt, so dass sie in eine Position gebracht werden, bei welcher Verletzungen durch den sich entfaltenden Airbag 230 oder Aufprall des Fahrers vermieden werden können. Bei dem in 2B dargestellten Beispiel entspricht die Soll-Lenkstellung einem Geradeausfahren des Kraftfahrzeugs 100. Da jedoch der Eingriff in die Lenkstellung mittels der Überlagerungslenkvorrichtung 240 vorgenommen wurde, kann tatsächlich die vom Fahrer mit der Lenkstellung von 2A vorgegebene Lenkrichtung beibehalten werden, so dass keine unerwünschten Fahrtrichtungsänderungen des Kraftfahrzeugs 100 hervorgerufen werden. Alternativ kann das Pre-Crash-System 400 auch eine Soll-Fahrtrichtung bestimmen, beispielsweise um der Kollision auszuweichen oder Auswirkungen der Kollision zu vermindern, und unabhängig von der Drehung des Lenkrads 220 in die in 2B dargestellte Soll-Lenkstellung eine Lenkrichtungsänderung in die Soll-Fahrtrichtung bewirken.
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3 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Veranschaulichung eines auf den obigen Konzepten beruhenden Verfahrens.
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Bei dem Verfahren erfolgt zunächst in Schritt 310 die Erfassung der bevorstehenden Kollision durch das Pre-Crash-System 400. Dies geschieht typischerweise wenigstens 500 ms vor dem erwarteten Eintritt der Kollision. Zu diesem Zweck kann das Pre-Crash-System 400 über die Pre-Crash-Sensorik 410 gewonnene Informationen auswerten, z.B. über eine Kamera erfasste Bilder der Umgebung des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich können beispielsweise Informationen aus einer Karte der Umgebung des Kraftfahrzeugs herangezogen werden, welche beispielsweise von einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden können.
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In Schritt 320 erfolgt die Bestimmung der Soll-Lenkstellung, was beispielsweise auf Grundlage der Position einer oder beider Hände an dem Lenkrad 220 erfolgen kann. Darüber hinaus kann die Soll-Lenkstellung auch in Abhängigkeit von der momentanen Lenkstellung bestimmt werden. Die momentane Lenkstellung kann beispielsweise durch die Überlagerungslenkeinrichtung 240 erfasst werden.
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In Schritt 330 erfolgt der Eingriff in die Lenkstellung durch die Überlagerungslenkeinrichtung 240. Zu Diesem Zweck wird die Überlagerungslenkeinrichtung 240 durch das Pre-Crash-System 240 derart angesteuert, dass eine Drehung des Lenkrades 220 in die Soll-Lenkstellung hervorgerufen wird. Durch Verwendung der Überlagerungslenkeinrichtung 240 kann dies unabhängig von einer Lenkrichtungsänderung des Kraftfahrzeugs 100 geschehen. Durch den Eingriff in die Lenkstellung von Schritt 330 kann das Lenkrad 220 beispielsweise aus der in 2A dargestellten Lenkstellung in die in 2B dargestellte Lenkstellung gebracht werden.
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In Schritt 340 kann dann der Eintritt der Kollision erfasst werden, beispielsweise durch die Kollisionssensorik 300, was dann bei Schritt 350 zu einer Auslösung des an dem Lenkrad 220 angebrachten Airbags führen kann. Das jedoch die Hände des Fahrers und das Lenkrad 220 bereits durch den frühzeitigen Eingriff über die Überlagerungslenkeinrichtung in eine günstige Position gebracht wurden, können Verletzungen des Fahrers durch die Kollision oder Entfaltung des Airbags 230 vermieden werden.
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Es versteht sich, dass bei den dargestellten Konzepten verschiedene Modifikationen möglich sind. So können beispielsweise verschiedene Formen von Pre-Crash-Systemen oder Überlagerungslenkeinrichtungen eingesetzt werden. Weiterhin können die Konzepte auch im Zusammenhang mit verschiedenen Typen von Lenksystemen eingesetzt werden, z.B. Lenksysteme mit Vorderachslenkung, Lenksysteme mit Hinterachslenkung, Lenksysteme mit Vorderachs- und Hinterachslenkung.
