DE102012103182A1

DE102012103182A1 - Verfahren zur Aufprallerkennung anhand eines Drucksignals eines Drucksensors

Info

Publication number: DE102012103182A1
Application number: DE201210103182
Authority: DE
Inventors: Björn Haupt; Tobias Tyroller; Michael Feser
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-14
Also published as: DE102012103182B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Aufprallerkennung anhand des Signals eines Drucksensors vorgestellt, bei dem als Drucksignal eine auf den Umgebungsluftdruck normierte Druckänderung ausgewertet wird und das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert und dieser Wert bei der Ableitung berücksichtigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufprallerkennung anhand eines Drucksignals eines Drucksensors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der EP 0 937 612 A2 sind beispielsweise verschiedene Ausgestaltungen von Aufprallerkennungsvorrichtungen für Fahrzeuge zu entnehmen, bei der unter anderem auch ein Drucksensor vorgeschlagen wird, welcher den Druck in einem deformierbaren Hohlraum im Außenbereich eines Fahrzeugs erfasst.
Alle Drucksensoren sind permanent im Umgebungsdruck ausgesetzt und wird daher von den Sensoren zwangsweise bei einem Aufprall durch Volumenänderung im Hohlraum immer der relative Druckanstieg gegenüber einem Referenzdruck, vorzugsweise dem Umgebungsluftdruck, erfasst. Da jedoch der Umgebungsluftdruck nicht konstant ist sondern sich insbesondere aufgrund der Wetterlage und der Höhe des Fahrzeugs über dem Meeresspiegel ändert, sich andererseits auch die Druckänderung bei einem Aufprall aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Luft nicht konstant verhält, erweist es sich als sinnvoll, die Druckänderung entsprechend auf den Umgebungsluftdruck zu normieren. Zur Normierung kann dabei die Bildung einer Differenz aus aktuellem Druck und Umgebungsdruck, eine Quotientenbildung oder eine Kombination aus beidem verwendet werden. So ist beispielsweise aus der DE 196 19 468 C1 ein entsprechendes Verfahren zum Auslösen eines Rückhaltemittel Seitenaufprallschutz in einem Fahrzeug zu entnehmen, bei dem als Drucksignal eine auf den Umgebungsluftdruck normierte Druckänderung verwendet wird. Die Erzeugung dieses normierten Drucksignals, genauer noch Druckänderungssignals kann dabei unmittelbar in den in die Fahrzeugaußenzone ausgelagerten Drucksensoren erfolgen, jedoch alternativ auch erst in einem zentralen Steuergerät im Rahmen der Signalverarbeitung dort.
Für die Auslösung von Schutzeinrichtungen für Insassen oder auch Fußgänger ist dabei entscheidend, dass neben der Stärke des Aufpralls auch die Art des Aufpralls möglichst frühzeitig korrekt erkannt wird, um ausschließlich die geeigneten Schutzeinrichtungen auszulösen und alle für diesen Aufprall nicht erforderlichen Schutzeinrichtungen entsprechend auch und ausgelöst zu lassen.
Aus der DE 101 14 465 A1 ist dazu beispielsweise ein Kontaktsensor zu entnehmen, bei der beispielsweise aus der Amplitude des Signals des Drucksensors und der Anstiegsgeschwindigkeit Rückschlüsse auf die Art des Aufpralls gewonnen werden. Auch aus der DE 10 2004 012 550 A1 werden für ein Fußgängerschutzsystem Informationen über den Aufprall aus dem zeitlichen Verlauf der Änderung des Kollisionsbereichs abgeleitet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Verfahren zur Aufprallerkennung so weiterzuentwickeln, dass noch genauere Rückschlüsse über die Art des Aufpralls sowie geeignete Parameter zur Auslösung von Schutzeinrichtungen sowie ein entsprechendes Schutzsystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass dieses Drucksignal, also das auf die auf den Umgebungsluftdruck normierte Druckänderung, integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert und dieser Wert bei der Ableitung berücksichtigt wird. Integration und Summation stellen dabei äquivalente Varianten dar, wobei bei Verarbeitung analoger Signale in der Regel eine entsprechend analoge Integration möglich ist, während bei abgetasteten, digitalen Signalen eine Summenbildung bevorzugt wird. Wenn nachfolgend also vom integral bzw. Integralwert gesprochen wird, so ist dementsprechend für digitale Signale auch die Summe bzw. der Summenwert anzusetzen.
Mag der Wert Integrals des Drucksignals über den gesamten Aufprall hinweg natürlich die System theoretisch geeignetste Größe zur Beschreibung der Schwere des Aufpralls sein, so kann die Auslösung von Schutzeinrichtungen doch nicht auf das Abklingen des Aufpralls warten. Dennoch haben Versuche gezeigt, dass bereits der Wert des Integrals zu einem deutlich früheren Zeitpunkt, also insbesondere auch vor Erreichen des absoluten Maximums der Druckänderung ausreicht, um die Schwere des Aufpralls und beispielsweise die Masse des Kollisionsobjekts abzuschätzen.
Der Integralwert kann also entweder unmittelbar zur Ableitung der Art oder eines Parameters herangezogen oder dieser Wert bei der Ableitung berücksichtigt werden. Vorzugsweise wird ab dem Überschreiten einer Mindestschwelle des Drucksignals das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert, wobei es für das vorliegende Verfahren unerheblich ist, ob diese berücksichtigte Mindestschwelle von dem auf summierten Drucksignal permanent abgezogen und somit im Summenwert nicht berücksichtigt wird oder nur als Startschwelle dient, da dieser Unterschied durch Anpassung der entsprechenden Schwellen ausgeglichen werden kann.
Vorzugsweise wird das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert werden, bis ein vorgegebener Schwellwert erreicht wird. Mit Erreichen dieses Schwellwerts werden Schutzeinrichtungen ausgelöst.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass zumindest bis zum Erreichen eines lokalen Maximums des Drucksignals das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert werden oder ist ein Zeitfenster ab Überschreiten der Mindestschwelle vorgegeben und innerhalb dieses Zeitfensters der das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert werden, wobei vorzugsweise wiederum das Zeitfenster variabel ist, insbesondere anhand des Drucksignalverlaufs und/oder der zuvor ermittelten Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs oder Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Aufprallobjekt angepasst wird.
Zudem wird bei der Ableitung der Wert der Summe bzw. des Integrals anhand der zuvor ermittelten Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs oder Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Aufprallobjekt bewertet.
Dieses Verfahren eignet sich sowohl für ein Fußgängerschutzsystem mit wenigstens einer Fußgängerschutzeinrichtung als auch ein Insassenschutzsystem mit wenigstens einer Insassenschutzeinrichtung sowie ein kombiniertes Schutzsystem für Insassen und Fußgänger, wobei die Vergleichsgrößen und Schwellwerte für den Summen- bzw. Integralwert oder daraus abgeleitete Parameter selbst verständlich unterschiedlich sein können.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein. Es zeigen
1: typischer Verlauf des Drucksignals und Visualisierung des Integralwerts.
Die 1 skizziert einen typischen Verlauf des Drucksignals, wobei nochmals darauf hingewiesen sei, dass es sich bei diesem Drucksignal um eine auf den Umgebungsluftdruck normierte Druckänderung aufgrund des Aufpralls des Kollisionsobjekts auf den Hohlraum im Außenbereich des Fahrzeugs handelt.
So steigt mit dem Eindringen des Kollisionsobjekts der Druck im Hohlraum schlagartig an, wobei die Änderung dieses Druck(änderungs-)signals in aller Regel frühzeitig den Maximalwert (Max) dieser Änderung dieses Drucksignals erreicht, welcher also hier in diesem Beispiel zum Zeitpunkt t1 und damit deutlich vor dem Erreichen des absoluten Maximalwerts Δp_max auftritt.
Auch der Integralwert A steigt mit dem Überschreiten des Minimalwerts Δp0 zügig an und ist deutlich vor dem Erreichen des absoluten Maximalwerts Δp_max bereits hinreichend aussagekräftig für die Schwere des Aufpralls, so dass durch einen Vergleich mit entsprechenden Schwellwerten ein frühzeitiger Rückschluss beispielsweise im hier gezeigten Zeitpunkt t1 auf einen kritischen Fußgängeraufprall und damit das Erfordernis der Auslösung von Schutzeinrichtungen für Fußgänger gegeben ist.
Aus dem so ermittelten Integralwert des Drucksignals kann in guter Näherung auf die Masse des Aufprallobjekts geschlossen werden, insbesondere wenn man die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Aufprallobjekt und dem Fahrzeug aus der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs annähern kann. Geht man nämlich von einem Fußgängeraufprall aus, so ist die Eigengeschwindigkeit des Fußgängers relativ gering gegenüber der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs und somit die Relativgeschwindigkeit zwischen den Kollisionsobjekten hinreichend durch die über den CAN verfügbare Information über die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs anzunähern. Dies lässt sich auch anhand eines physikalischen Modells eines Feder-Masse-Systems ableiten. Betrachtet man folgende Größen:
m: Massen-Dichte bzgl der Breite des Impaktors [ kg / m]
M: Masse des Impaktors [kg]
B: Breite des Impaktors [m]
k: Federsteifigkeits-Breiten-Dichte [ N / m²]
K: Feder-Steifigkeit des gesamten getroffenen Bereichs [ N / m]
τ: Oszillationsdauer eines Feder-Massen-System Segments [s]
T: Oszillationsdauer des Feder-Massen-Systems des gesamten getroffenen Bereichs [s]
x_max: maximale Intrusion eines Feder-Massen-System Segments [m]
X_max: maximale Intrusion des Feder-Massen-Systems des gesamten getroffenen Bereichs [m]
V₀: Relativgeschwindigkeit zwischen Impaktor und Frontend zum Zeitpunkt des ersten Kontakts [ m / s]
U: Proportionalitätsfaktor [ bar / m²]
P_max: Maximaler Gesamt(über)druck im PPS-System [bar]
und folgende an sich aus der Physik bekannte Zusammenhänge:
Für die Masse des Aufprallobjekts ergibt sich folgender Zusammenhang:
wobei k ein Maß für die Elastizität des Frontends ist.
Der Term P_max·T liegt natürlich eigentlich erst mit dem Ende des Aufpralls vor.
Es kann jedoch mathematisch gezeigt werden, dass unter den getroffenen Annahmen (harmonischer Oszillator), der Term P_max·T dem Term
proportional ist. Die Berechnung
hat den Vorteil, daß diese schon zu einem früheren Zeitpunkt im Anpralls-Vorgang hinreichend genau bekannt ist und auch durch den frühzeitigen Drucksignalverlauf gut angenähert werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist die Robustheit dieser Berechnung gegenüber Signal-Varianzen. Außerdem lässt sich die Summation bzw. Integration sehr einfach in einem Mikro-Controller realisieren.
Es lässt sich also auch modellseitlich die besondere Relevanz der Größe des Integralwerts des Drucksignals für die Abschätzung der Masse des Kollisionsobjekts darstellen und so beispielsweise ein Aufprall eines Fußgängers mit einer üblicherweise kleinen Breite B gegenüber der Breite der Fahrzeugfront und geringen Eigengeschwindigkeit von einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug unterscheiden, wobei die Näherung der Relativgeschwindigkeit durch die Eigengeschwindigkeit deshalb für diese Betrachtung unerheblich ist.
Somit kann in einem Fußgängerschutzsystem eine Fußgängerschutzeinrichtung ausgelöst werden, wenn die Auswerteeinheit einen Integralwert des Drucksignals ermittelt und mit wenigstens einem Vorgabewert für den Fußgängerschutz vergleicht. So wird beispielsweise für den Integralwert des Drucksignals oder die daraus abgeleitete Masse des Aufprallobjekts neben einer Untergrenze für die Erkennung eines relevanten Aufpralls auch eine Obergrenze für die Zuordnung eines für einen Fußgängeraufprall zu starken Aufpralls vorgesehen und die Fußgängerschutzeinrichtung nur in dem dazwischen liegenden Bereich ausgelöst.
Vorzugsweise wird bei der Ableitung der Integralwert also anhand der zuvor ermittelten Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs oder einer mittels eines Umgebungserfassungssensors ermittelten Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Aufprallobjekt bewertet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0937612 A2 [0002]
DE 19619468 C1 [0003]
DE 10114465 A1 [0005]
DE 102004012550 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Aufprallerkennung anhand des Signals eines Drucksensors, welcher den Druck in einem deformierbaren Hohlraum im Außenbereich eines Fahrzeugs erfasst und als Drucksignal eine auf den Umgebungsluftdruck normierte Druckänderung ausgewertet wird, und daraus auf die Art oder einen Parameter des Aufpralls abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert und dieser Wert bei der Ableitung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ab dem Überschreiten einer Mindestschwelle des Drucksignals das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert werden, bis ein vorgegebener Schwellwert erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bis zum Erreichen eines lokalen Maximums des Drucksignals das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitfenster ab Überschreiten der Mindestschwelle vorgegeben ist und innerhalb dieses Zeitfensters der das Drucksignal integriert bzw. Abtastwerte des Drucksignals summiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster variabel ist, insbesondere anhand des Drucksignalverlaufs und/oder der zuvor ermittelten Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs oder Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Aufprallobjekt angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ableitung der Wert der Summe bzw. des Integrals anhand der zuvor ermittelten Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs oder Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Aufprallobjekt bewertet wird.
Fußgängerschutzsystem mit wenigstens einer Fußgängerschutzeinrichtung sowie einem Drucksensor, wobei als Drucksignal eine auf den Umgebungsluftdruck normierte Druckänderung in einem deformierbaren Hohlraum im Außenbereich eines Fahrzeugs erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, um das Drucksignal zu integrieren bzw. Abtastwerte des Drucksignals zu summieren und diesen Wert bei der Ableitung zu berücksichtigen, beispielsweise mit wenigstens einem Vorgabewert für den Fußgängerschutz zu vergleichen und in Abhängigkeit davon die Fußgängerschutzeinrichtung auslösbar ist.
Insassenschutzsystem mit wenigstens einer Insassenschutzeinrichtung sowie einem Drucksensor, wobei als Drucksignal eine auf den Umgebungsluftdruck normierte Druckänderung in einem deformierbaren Hohlraum im Außenbereich eines Fahrzeugs erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, um das Drucksignal zu integrieren bzw. Abtastwerte des Drucksignals zu summieren und diesen Wert bei der Ableitung zu berücksichtigen, beispielsweise mit wenigstens einem Vorgabewert für den Fußgängerschutz zu vergleichen und in Abhängigkeit davon die Fußgängerschutzeinrichtung auslösbar ist.