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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Heutige Auslöseverfahren für Personenschutzmittel in einem Fahrzeug basieren im Wesentlichen auf Fensterintegralen über Beschleunigungssignale, die bestimmte Schwellen überschreiten müssen, damit ein Personenschutzmittel angesteuert wird. Meistens wird in dem Verfahren ein Kernverfahren auf tiefapssgefilterten Beschleunignalen ausgewertet. Um dann die erforderliche Gesamtperformance, sprich maximale Zeit bis zum Ansteuern der Personenschutzmittel, zu erreichen, werden zahlreiche Zusatzverfahren genutzt. Hierbei steigt mit jedem Zusatzverfahren die Anzahl der zu applizierenden Parameter der Verfahren, die sich zudem gegenseitig beeinflussen. Dadurch steigt der Applikationsaufwand erheblich.
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Aus der
DE 100 65 518 A1 ist ein Verfahren zum Auslösen von Rückhaltemitteln in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem der zeitliche Verlauf der Beschleunigung in Form mindestens eines Beschleunigungssignals erfasst wird. Aus dem Beschleunigungssignal wird der zeitliche Verlauf einer Geschwindigkeit generiert. Als terium wird dann ein Schwellwert für die Geschwindigkeit bestimmt. Dazu werden mit Hilfe einer Precrashsensorik schon vor dem Aufprall die Aufprallgeschwindigkeit und der Aufprallzeitpunkt ermittelt. Anhand der Aufprallgeschwindigkeit wird die Aufprallsituation klassifiziert. Mit Hilfe der Klassifizierung der Aufprallsituation wird ein Auslösefenster bestimmt, in welchemd er zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit generiert wird und parallel dazu wird aus dem Beschleunigungssignal der Schwellwert für die Geschwindigkeit ermittel, wobei die Klassifizierung der Aufprallsituation berücksichtigt wird.
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Aus der
DE 10 2008 009 906 A1 ein Verfahren und ein Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug bekannt, wobei wenigstens ein Sensosignal von einer Unfallsensorik bereitgestellt wird. Aus diesem wenigstens einen Sensorsignal wird ein Merkmal abgeleitet, und aus diesem ersten Merkmal wird in Bezug zu wenigstens einen zweiten Merkmal eine Flachheit bestimmt. Der Crashtyp wird dann in Abhängigkeit von dieser Flachheit bestimmt. Das Ansteuern der Personenschutzmittel erfolgt in Abhängigkeit von diesem Crashtyp.
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Kern und Vorteile der Erfindung
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Kern der Erfindung ist, die wenigen Merkmale bis zu einem ersten Bruchprozess zu finden und optimal anzuwenden. Es werden dafür alle Signale bzw. alle aus den Signalen abgeleiteten Größen bis zu einem ersten Bruchprozess in einer Strukturkomponente des Fahrzeugs genutzt, um aus dem Kurvenverlauf der Signale bzw. der Größen den Crashtyp zu bestimmen. Des weiteren lässt sich aus dem Kurvenverlauf die Relativgeschwindigkeit ableiten.
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Basierend auf dem Crashtyp und der Relativgeschwindigkeit kann einem Personenschutzmittel ein Auslösezeitpunkt zur Ansteuerung zugeordnet werden.
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Dabei kann das Systemverhalten des Fahrzeugs im Crash vollständig beschrieben werden und es entfallen komplizierte Zusatzverfahren, die einen erheblichen Aufwand in der Parametrisierung bedeuten.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Erfindungsgemäß wird mindestens ein Personenschutzmittel in einem Fahrzeug, im Falle einer Kollision in Abhängigkeit von einem Crashtyp bzw. einer Relativgeschwindigkeit der Kollision angesteuert. Dazu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechende Mittel auf. Unter einem Fahrzeug können vorliegend insbesondere Kraftfahrzeuge für die Straße verstanden werden.
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Unter einem Personenschutzmittel kann vorliegend jegliches Mittel verstanden werden, das dazu geeignet ist die Folgen eines Aufpralls für einen Insassen des Fahrzeugs oder für einen weiteren Verkehrsteilnehmer zu verringern oder vermeiden. Insbesondere zählen dazu Airbags (Innen- und Außenairbags), Gurtstraffer und aktive Fahrzeugsitze, die dazu ausgebildet sind einen Insassen in eine optimale Position für einen Aufprall zu bringen, aktive Kopfstützen, die dazu ausgebildet sind den sogenannten Peitschenschlageffekt (Whip-Lash-Effekt) zu mildern oder zu vermeinden, austellbare Motorhauben, die dazu ausgebildet sind einen Aufprall eines Fußgängers oder Zwei-Rad-Fahrers auf das Fahrzeug abzumildern. Mittels eines Gurtstraffers lässt sich ein Insasse im Falle einer Kollision in eine optimale Position bringen, sodass weitere Personenschutzmittel ihre optimale Schutzwirkung entfalten können. Mittels eines Airbags lässt sich im Falle einer Kollision die für einen Insassen schädliche Vorverlagerung, hervorgerufen durch die Massenträgheit des Insassen und der erhöhten Verzögerung des Fahrzeugs, abmildern. Heutige Airbags lassen sich angepasst auf den zu schützenden Insassen betreiben.
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Unter einem Crashtyp können vorliegend sogenannte Flat Frontal, also Frontalaufpralle mit großer, d. h. mindestens 50%-iger Überdeckung, ODB (Offset Deformable Barrier), also Aufpralle bei denen die Unfallgegner weniger als 50% Überdeckung aufweisen, Pole Aufpralle, also Aufpralle auf ein besonders schmales Objekt wie einen Laternenpfahl oder einen Baum, verstanden werden.
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Unter einer Relativgeschwindigkeit wird vorliegend die Geschwindigkeitsdifferenz zwischem dem Fahrzeug und dem Aufprallobjekt verstanden.
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Über den Crashtyp bzw. die Relativgeschwindigkeit kann dem mindestens einen Personenschutzmittel eindeutig ein Auslösezeitpunkt zugeordnet werden. So kann das mindestens eine Personenschutzmittel seine Schutzwirkung optimal entfalten
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Crashtyp bzw. die Relativgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Auswertung mindestens eines Kurvenverlaufs mindestens eines Signals mindestens einer Unfallsensorik bzw. mindestens einer von dem mindestens einem Signal abgeleiteten Größe bestimmt. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend gestaltete Mittel auf, um die Signale mindestens einer Unfallsensorik aufzunehmen.
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Unter einer Unfallsensorik kann vorliegend jeglicher Sensor bzw. jegliches Sensorsystem verstanden werden, dass im Falle einer Kollision relevante Größen erfasst, anhand derer auf das vorliegend einer Kollision geschlossen werden kann. Dazu zählen unter anderem Beschleunigungssensoren auf dem Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmittel (Zentralsensor), sogenannte periphere Sensoren bspw. an der oder im Bereich der Stoßstange, an oder in der Seitentüre zur Erfassung von Beschleunigungen oder Drücken oder Kontakten udgl., sogenannte ausgelagerte Sensoren, d. h Sensoren, die nicht auf dem Steuergerät angeordnet sind, vorausschauende Sensorik, insbesondere basierend auf Radar, Ultraschall, Video, Infrarot, Laser, Lidar udgl.
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Unter einer von dem Signal einer Unfallsensorik abgeleiteten Größe kann vorliegend jeglicher Wert verstanden werden, der bei einer Signalverarbeitung entstehen kann. Insbesondere zählen darunter Integrationen (bspw. Integration mittels gleitenden Fenstern), Filterungen auf bestimmte Frequenzen bzw. Frequenzbänder (Hochpass-, Tiefpassfilterungen), Transformationen, Diskretisierungen udgl.
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Unter einem Kurvenverlauf eines Signals einer Unfallsensorik bzw. einer aus dem Signal abgeleiteten Größe kann vorliegend u. a. verstanden werden,
- • ein zeitlicher Verlauf eines Signals bzw. einer Größe (bspw. ein Beschleunigungs-Zeit-Verlauf (a-t-Diagramm))
- • ein Verlauf eines ersten Signals bzw. einer Größe in Relation mindestens einem zweiten Signal bzw. einer Größe (bspw. ein Geschwindigkeitsabbau-zu-Beschleunigungs-Verlauf (ΔV-a-Diagramm))
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Aus dem Kurvenverlauf des Signals einer Unfallsensorik bzw. einer aus dem Signal abgeleiteten Größe kann in einfacher Weise ein Crashtyp bzw. eine Relativgeschwindigkeit bestimmt werden. So lässt sich ein effizientes Verfahren und damit schnelles zur Ansteuerung von Personenschutzmittel implementieren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Erfassung des mindestens einen Kurvenverlaufs das mindestens eine Signal bzw. die mindestens Größe gespeichert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Vorrichtung entsprechende Mittel zur Speicherung auf.
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Durch das Speichern lassen sich alle Signale bzw. alle Kurvenverläufe seit Beginn der Kollision auswerten, um einen Crashtyp bzw. eine Relativgeschwindigkeit zu bestimmen. Das Verfahren kann daher wesentlich genauer durchgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mit der Speicherung des mindestens einen Signals bzw. der mindestens einen Größe begonnen, wenn das Signal bzw. die Größe einen vorbestimmten ersten Schwellenwert (Rauschschwelle) überschreitet.
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Der erste Schwellenwert, die sogenannte Rauschschwelle, wird vorliegend so vorbestimmt, dass er nur überschritten wird, wenn das Vorliegen einer Kollision höchstwahrscheinlich wird. Dadurch wird effektiv verhindert, dass das Verfahren bspw. wenn es basierend auf Beschleunigungen arbeitet, bei jeder Erschütterung, die beim dem normalen Fahren mit dem Fahrzeug auftritt, beginnt zu arbeiten bzw. zu speichern. Dadurch lassen kleinere und effizienter Speicher und Rechenmittel einsetzen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mit der Auswertung des mindestens einen Kurvenverlaufs begonnen, wenn das Signal bzw. die Größe unter mindestens einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert sinkt.
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In einer darüber hinaus vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der mindestens eine zweite Schwellenwert in Abhängigkeit von einer Strukturkomponente des Fahrzeugs bestimmt, die bei einer Kollision des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem zu bestimmenden Crashtyp als erstes bricht.
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In einer darüber hinaus vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der gesamte gespeicherte mindestens eine Kurvenlauf ausgewertet.
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In einer darüber hinasuu vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in Abhängigkeit von dem Crashtyp und/oder der Relativgeschwindigkeit ein Auslösezeitpunkt für das mindestens eine Personenschutzmittel bestimmt wird und das mindestens eine Personenschutzmittel zu dem Auslösezeitpunkt angesteuert.
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Im Falle einer Kollision werden die daran beteiligten Strukturkomponenten eines Fahrzeugs zunächst elastisch verformt, dann plastisch verformt, schließlich kommt es zu einem Bruchprozess. Typischerweise nimmmt die Intensität des Signals einer Unfallsensorik bzw. einer von dem Signal abgleiteten Größe während der elastischen Verfromung zu, verharrt während der plastischen Verformung im Wesentlichen auf einenm Nivau und nimmt mit Einsetzen des Bruchprozesses schlagartig ab. Der zweite Schwellenwert wird vorliegend so vorbestimmt, dass das Signal der Unfallsensor bzw. die von dem Signal abgeleitete Größe während der elastischen Verformung diesen Schwellenwert überschreitet, während der plastischen Verformung oberhalb dieses Schwellwertes verharrt und bei Einsetzen des Bruchprozesses unter diesen Schwellwert absinkt.
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Unter einer Strukturkomponente eines Fahrzeugs kann vorliegend ein Quer- oder Längsträger, ein Karroserieteil udgl. verstanden werden.
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Dadurch, dass mit dem Absinken des Signals bzw. der Größe unter den zweiten Schwellenwert die Auswertung des Kurvenverlaufs begonnen wird, können alle erfassten Sensorsignale seit Beginn der Kollision bis zum Einsetzen des ersten Bruchprozesses ausgewertet werden. Allein aus dem Kurvenverlauf des Signals bzw. der Größe, der bis dahin entstanden ist, lässt sich auf einfache und effiziente Weise der Crashtyp bzw. die Realtivgeschwindikeit bestimmen und damit die Ansteuerung der Personenschutzmittel zu einem besonders frühen Zeitpunkt durchgeführt werden.
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Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät für Personenschutzmittel eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Computerprogrammprodukt gespeichert, das auf einem Rechenmittel, insbesondere auf einem Mikroprozessor, Signalprozessor oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Computerprogrammprodukt realisiert, so dass dieses mit dem Computerprogrammprodukt versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Computerprogrammprodukt geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
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Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
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1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
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2 einen schmatischen Kurvenverlauf einer Verfomung von Metallen
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3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 11, typischweise ein Airbagsteuergerät. Aus der Darstellung ist zu erkennen, dass die Vorrichtung 11 Mittel 111 aufweist, die dazu ausgebildet sind Signale einer Unfallsensorik 12 bzw. von diesen Signalen abgeleiteten Größen aufzunehmen. Diese Mittel 111 sind in Form einer Schnittstelle dargestellt. Typischerweise wird eine Schnittstelle nach dem PSI5 Standard oder dem SPI Standard verwendet. PSI5 wird typischerweise bei ausgelagerter oder peripherer Unfallsensorik 12 verwendet. SPI wird typischerweise bei auf oder nahe der Vorrichtung 11 angeordneter Unfallsensorik 12 verwendet. Auch denkbar sind Schnittstellen nach dem CAN Standard oder Schnittstellen, die rein in Software implementiert sind.
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Die Vorrichtung 11 weist darüberhinaus Mittel 112 zum Speichern der Signale der Unfallsensorik 12 oder von diesen Signalen abgeleitete Größen auf. Als Mittel 112 zum Speichern können EEPROM, Flashspeicher, Festplattenspeicher udgl. verwendet werden.
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Zudem ist in 1 dargestellt, dass die Vorrichtung 11 Mittel 113 zur Auswertung der (abgespeicherten) Signale bzw. der abgespeicherten von den Signalen abgeleiteten Größen auf. Als Mittel 113 zur Auswertung können Mikrokontroller (μC), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) udgl. verwendet werden. Die Mittel 113 zur Auswertung können zudem aus mehreren voneinander unabhängigen Hardwarepfaden bestehen, wobei mindestens ein Hardwarepfad dazu genutzt wird, um eine Plausibilisierung der Signale, der Größen oder der Auswertung durchzuführen.
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Kommt die Auswertung der Signale bzw. Größen zu dem Ergebnis, dass Personenschutzmittel 13 ansteuern sind, so werden die Personenschutzmittel nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel von den Mitteln 114 angesteuert. Die Ansteuerung kann durch die Aktivierung einer sogenannten Zündpille zur Erzeugung von Gas für einen Airbag geschehen. Typischerweise wird dazu mindestens ein High-Side- und ein Low-Side-Schalter geschlossen, die dem jeweiligen Personenschutzmittel 13 zugeordnet sind. Einer der Schalter wird dabei typischerweise als Ergebnis der Plausibilisierung geschlossen und der andere Schalter als Ergebnis der Auswertung.
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Die Ansteuerung kann auch in Folge mittels der Ansteuerung einer spulenbasierenden Aktuatorik wie beispielsweise für reversible Kopfstützen erfolgen.
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Auch denkbar ist eine Ansteuerung eines Motors, der beispielsweise für die Einstellung eines aktivierbaren Fahrzeugsitzes ausgebildet ist.
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2 zeigt einen schmatischen Kurvenverlauf einer Verfomung von Metallen. Auf der Abszisse ist die Verlängerung ΔL eines Metallstücks aufgetragen. Dabei ist zu bemerken, dass bei einer Kollision die Metallteile in einem Fahrzeug zumeist verbogen werden. An der Biegestelle findet dabei eine einseitige Verlängerung des Metallstücks statt. Auf der Ordinate ist die dabei wirkende Kraft F aufgetragen. Der Kurvenverlauf zeigt dabei sehr deutlich den Bereich der elastischen Verformung A, der vor Beginn der Plastizität liegt, dargestellt. Verformungen in diesem Bereich für dazu, dass sich das Metallstück in seine ursprüngliche Form zurückbewegt. Mit steigender Verlängerung erhöht sich auch der Kraftbeitrag. Der Beginn der Plastizität, dass heißt des Bereichs, in dem Verformungen dauerhaft bleiben, startet mit einem Bereich der homogenenen Verfomung B. Sobald die Verlängerung in den inhomogenen Verformungsbereich C übergeht, reduziert sich der Kraftbeitrag im Verhältnis zu Verlängerung des Metallstücks. Bis an dem Bruchpunkt das Metallstück zu brechen beginnt. Diese typischen Verformungsabläufe in Metallen führt zu charakteristischen Beschleunigungs-Zeit-Diagrammen, die von einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt wird, um auf den Crashtyp bzw. die Relativgeschwindigkeit zu schließen und basierend darauf die Personenschutzmittel auszulösen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300.
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In dem Schritt 310 werden Signale einer Unfallsensorik 12 bzw. von den Signalen abgeleitete Größen aufgenommen und zur Erfassung eines Kurvenverlaufs abgespeichert, wenn die Intensität des Signals bzw. der Größe einen ersten Schwellenwert ThNoise überschreitet.
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In einem Schritt 320 wird der erfasste Kurvenverlauf ausgewertet und ein Crashtyp bzw. eine Relativgeschwindigkeit bestimmt, wenn die Intensität des Signals bzw. der Größe unter einen zweiten Schwellenwert ThBreak absinkt durchgeführt.
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In einem Schritt 330 wird mindestens ein Personenschutzmittel 13 in Abhängigkeit von dem bestimmten Crashtyp bzw. der bestimmten Relativgeschwindigkeit angesteuert.
