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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Rückhaltesysteme im Fahrzeug stellen im Allgemeinen ein zentrales Instrument zur Minderung des Verletzungsrisikos von Fahrzeuginsassen während einer Kollision dar. Die Entwicklung der Rückhalteeinrichtungen erfolgt aktuell auf Basis standardisierter experimenteller Prüfszenarien und entsprechender, standardisierter Messmittel, wie z. B. sogenannte Dummys, die gemittelte Fahrzeuginsassen repräsentieren. Die Rückhalteeinrichtung ist somit für diese Prüfszenarien ausgelegt. Im Realunfallgeschehen, in dem insassen- und kollisionsspezifische Parameter von diesen Prüfszenarien abweichen können, löst die Rückhalteeinrichtung gemäß der zuvor entwickelten Aktivierungsstrategie aus.
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Zur Anpassung der Aktivierungsstrategie an insassenspezifische Parameter ist aus der
DE 41 12 579 C2 eine Einrichtung zur Milderung der Folgen einer Kollision für Fahrzeuginsassen bekannt, mittels welcher das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhalten eines Fahrzeuginsassen für eine zu erwartende Kollision bestimmt wird, indem körperspezifische Daten des Fahrzeuginsassen, die mittels einer Dateneingabeeinrichtung eingegeben wurden oder zuvor gespeichert wurden, mittels eines Insassenverhaltens-Simulationsprogramms weiterverarbeitet werden. In Abhängigkeit von den Resultaten des Simulationsprogramms sowie der nachgewiesenen augenblicklichen Position des Fahrzeuginsassen werden Betätigungseinrichtungen für die Rückhalteelemente betätigt. Dabei werden bei der Verstellung der Rückhalteelemente die tatsächliche Statur des Fahrzeuginsassen sowie die Position des Fahrzeuginsassen miteinbezogen. Durch die Weiterverarbeitung über ein Simulationsprogramm wird rechentechnisch das Bewegungsverhalten des Fahrzeuginsassen bei einer Kollision simuliert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Betrieb eines Fahrzeugs anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs wird eine dem Fahrzeug bevorstehende Kollision oder eine Kollision des Fahrzeugs erfasst und in Abhängigkeit der erfassten bevorstehenden Kollision bzw. der erfassten Kollision zumindest ein Insassen-Rückhaltemittel angesteuert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer erfassten, bevorstehenden Kollision oder bei einer erfassten Kollision des Fahrzeugs ein Fahrzeug-Kollisionsweg prädiktiert wird, welcher aus einem von einem Fahrzeuginsassen zurückgelegten Weg innerhalb des Fahrzeugs und einem Verschiebungs- und Deformationsweg des Fahrzeugs jeweils von Beginn der Kollision bis zum Ende der Kollision gebildet ist, wobei anhand des prädiktierten Fahrzeug-Kollisionswegs eine Führungsgröße zur Ansteuerung des Insassen-Rückhaltemittels generiert wird.
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Mittels des Verfahrens kann die Wegstrecke, die das Fahrzeug nach Abschluss des Kollisionsvorgangs zurückgelegt haben wird, oder deren zeitlicher Verlauf simuliert werden. Durch Vorherbestimmung des Fahrzeug-Kollisionsweges ist eine optimale, auf das Kollisionsszenario angepasste Ansteuerung mindestens eines Insassen-Rückhaltemittels möglich. Damit ist das Risiko für kollisionsbedingte Verletzungen des Insassen gegenüber dem Stand der Technik auf ein Minimum reduzierbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Insassen-Rückhaltesystems für ein Fahrzeug,
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2 schematisch ein Fahrzeug mit einem als Punktmasse dargestellten Fahrzeuginsassen in Draufsicht und einen Verschiebungsweg des Fahrzeugs nach einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt und
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3 ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm des Fahrzeugs zum Abgleichen eines während einer Kollision verlaufenden Geschwindigkeitsgradienten des Fahrzeugs mit Gradienten zweier bekannter und zuvor bestimmter Grenzkurven.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Insassen-Rückhaltesystem 1 für ein Fahrzeug 2 gezeigt.
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Das Rückhaltesystem 1 umfasst als zentrale Systemkomponente eine Datenverarbeitungseinheit 3, innerhalb welcher ein Regelalgorithmus ausgeführt wird und die eine Regler-Vorsteuerungseinheit 3.1 und eine Regler-Rückführungseinheit 3.2 umfasst. Die Eingangsgrößen für die Datenverarbeitungseinheit 3 werden von einer Sensoreinheit 4 und einer Prädiktionseinheit 5 bereitgestellt.
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Die Sensoreinheit 4 erfasst alle notwendigen Informationsgrößen vor und während einer Kollision des Fahrzeugs 2 mit einem Kollisionsobjekt und stellt diese der Regler-Rückführungseinheit 3.2 als Regelgröße zur Verfügung. Die Informationsgrößen umfassen insbesondere dynamische Parameter einer Umwelt 6 des Fahrzeugs 2, eines Fahrzeuginsassen 7 und des Fahrzeugs 2.
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Die Umwelt 6 kann dabei einen beliebigen Kollisionspartner darstellen. Dies schließt sowohl starre Hindernisse wie etwa eine Wand, einen Pfahl oder die Fahrbahn als auch Kollisionsobjekte ein, die eine geringere Steifigkeit oder Masse besitzen. Entscheidend für die Erfassung umweltspezifischer Informationsgrößen sind die bei der Kollision auf das Fahrzeug 2 einwirkenden Kräfte, die eine Deformation und eine Verzögerung des Fahrzeugs 2 hervorrufen, da während der Kollision das Fahrzeug 2 und seine unmittelbare Umgebung in Wechselwirkung zueinander stehen.
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Insassenspezifische Informationsgrößen sind dabei z. B. eine Position des Fahrzeuginsassen 7 im Fahrzeug 2 und/oder eine Beschleunigung des Kopfes des Fahrzeuginsassen 7, während als fahrzeugspezifische Informationsgrößen insbesondere dynamische Parameter, wie z. B. eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung des Fahrzeugs 2 und dergleichen mehr, erfasst werden.
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Zur Erfassung dieser Informationsgrößen umfasst die Sensoreinheit 4 eine Anzahl geeigneter Sensoren, die in und/oder an dem Fahrzeug 2 angeordnet sind.
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Mittels der Prädiktionseinheit 5 werden der Datenverarbeitungseinheit 3 Führungsgrößen bereitgestellt, die hinsichtlich einer Insassenbelastung während der Kollision ein Optimum darstellen. Insbesondere werden der Regler-Vorsteuerungseinheit 3.2 entsprechende Führungsgrößen zur Verfügung gestellt, wobei eine Bereitstellung der Führungsgrößen u. a. in Abhängigkeit der mittels der Sensoreinheit 4 bereitgestellten Informationsgrößen erfolgt.
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Die Generierung der Führungsgrößen erfolgt weiterhin unter Berücksichtigung kollisionsrelevanter Fahrzeugparameter, bei denen es sich um fahrzeugspezifische Konstanten handelt und deren Erfassung mittels der Sensoreinheit 4 nicht nötig oder nicht möglich ist. Diese Fahrzeugparameter werden der Prädiktionseinheit 5 als statische fahrzeugspezifische Informationsgrößen durch eine Speichereinheit 8 zur Verfügung gestellt. Zusätzlich können auch insassenspezifische Informationsgrößen gespeichert werden, beispielsweise in Form einer Nutzerdatenbank, wie es in einem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
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Der in der Datenverarbeitungseinheit 3 implementierte Regelalgorithmus gleicht die Regelgrößen mit den Führungsgrößen ab und generiert in Abhängigkeit der Regeldifferenzen zwischen den Führungsgrößen und den Regelgrößen eine Stellgröße u, welche an eine Rückhalte-Aktuatorik 9 zur Betätigung eines nicht dargestellten Insassen-Rückhaltemittels übermittelt wird. Auf den Regelalgorithmus wird dabei in der Beschreibung der 4 näher eingegangen.
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Die Rückhalte-Aktuatorik 9 und das nicht dargestellte Insassen-Rückhaltemittel bilden zusammen eine Insassen-Rückhalteeinrichtung, die in Wechselwirkung mit dem Fahrzeuginsassen 7 steht. Ein Insassen-Rückhaltemittel ist beispielsweise ein Gurt, ein Airbag und/oder ein Fahrzeugsitz. Dabei ist es möglich, dass die Datenverarbeitungseinheit 3 mit einer Rückhalte-Aktuatorik 9 eines Insassen-Rückhaltemittel oder mit mehreren Rückhalte-Aktuatoriken 9 gekoppelt ist, die jeweils einem Insassen-Rückhaltemittel zugeordnet sind. Eine Rückhalte-Aktuatorik 9 für den Gurt als Insassen-Rückhaltemittel ist beispielsweise durch eine verstellbare Klemmhalterung und eine Vorbelastungseinrichtung, die in eine Aufrolleinrichtung des Gurts integriert sind, und eine Explosivvorbelastungseinrichtung, die in einer Schulterverankerung des Gurts angeordnet ist, gebildet.
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Durch die zuvor beschriebene, geregelte Anpassung der Insassen-Rückhalteelemente wird der Fahrzeuginsasse 7 optimal zurückgehalten. Durch Erfassung und Rückführung der Regelgrößen, wie es beispielhaft in 4 gezeigt ist, bildet das Insassen-Rückhaltesystem 1 einen geschlossenen Regelkreis.
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Das derart ausgebildete und voll adaptive Insassen-Rückhaltesystem 1 ist in der Lage, eine dem aktuellen Kollisionsverlauf angepasste Insassenrückhaltung umzusetzen, so dass eine Generierung der Stellgröße u in Abhängigkeit zuvor entwickelter Prüfszenarien nicht notwendig ist. Das Insassen-Rückhaltesystem 1 kann damit als modulares System, umfassend die Sensoreinheit 4, die Rückhalte-Aktuatorik 9 und die Datenverarbeitungseinheit 3, gemäß eines sogenannten Plug-and-Play-Prinzips in nahezu jedes Fahrzeug 2 integriert werden.
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Damit verbleiben als grundlegende Entwicklungsaufgaben des Insassen-Rückhaltesystems 1 das Erstellen des Regelalgorithmus und die Bestimmung notwendiger Parameter, insbesondere statischer Kennwerte des Fahrzeugs 2, wie z. B. das Strukturverhalten des aktuellen Fahrzeugs 2, und das Leistungsvermögen der Insassen-Rückhaltemittel.
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Zur Erstellung des Regelalgorithmus für das in 1 beschriebene Insassen-Rückhaltesystem 1 ist insbesondere die Generierung der Führungsgrößen von Bedeutung. Dazu ist die Kenntnis über einen zurückgelegten Weg und/oder ein zeitlicher Verlauf des zurückgelegten Weges des Fahrzeugs 2, den das Fahrzeug 2 nach Abschluss des Kollisionsvorgangs zurückgelegt hat, sowie ein Vorverlagerungsweg xIns des Fahrzeuginsassen 7 innerhalb des Fahrzeugs 2 notwendig.
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Zweckmäßigerweise ist der zurückgelegte Weg des Fahrzeugs 2 und der Vorverlagerungsweg xIns des Fahrzeuginsassen 7 zur Aktivierung der Rückhalte-Aktuatorik 9 bereits vor Abschluss des Kollisionsvorgangs bekannt. Dazu ist in den nachfolgenden 2 und 3 eine ein Verfahren beschrieben, mittels welchem ein aus dem nach Abschluss des Kollisionsvorgangs zurückgelegter Weg des Fahrzeugs 2 und ein dem Vorverlagerungsweg xIns des Fahrzeuginsassen 7 gebildeter Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg vorherbestimmt wird.
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2 zeigt dazu ein stark vereinfacht dargestelltes Fahrzeug 2 mit einem als Punktmasse dargestellten Fahrzeuginsassen 7 zum Beginn eines Kollisionsvorgangs.
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Der Vorverlagerungsweg xIns des Fahrzeuginsassen 7 ist der Weg, den der Fahrzeuginsasse 7 während des Kollisionsvorgangs innerhalb einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs 2 relativ zu dieser zurücklegen kann. Eine Erfassung eines Abstands des Fahrzeuginsassen 7 zu hier nicht dargestellten kritischen Innenraumbauteilen ist mittels aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren, z. B. Radar-, Ultraschall- und/oder videobasierten Sensoren, möglich. Kritische Innenraumbauteile werden hierbei als Bauteile definiert, die ein Verletzungsrisiko für den Fahrzeuginsassen 7 darstellen.
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Der Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg umfasst dabei eine Wegstrecke, die durch eine kollisionsbedingte Deformation des eigenen Fahrzeugs 2 freigegeben wird und eine Wegstrecke, die durch eine kollisionsbedingte Deformation des Kollisionspartners und einer gemeinsamen Verschiebung, z. B bei einer Kollision mit einem sich noch bewegenden Hindernis, zurückgelegt werden. Diese Wegstrecken werden als Verformungs- und Verschiebungsweg xFzg zusammengefasst. Die in der 2 dargestellte, gestrichelte Linie stellt eine Endposition des Fahrzeugs 2 nach dem Kollisionsvorgang dar.
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Zur Vorherbestimmung, auch Prädiktion genannt, des Fahrzeug-Kollisionswegs sFzg wird auf Grundlage einer Deformationscharakteristik des Fahrzeuges 2 und unter Berücksichtigung des bisherigen Kollisionsverlaufs ein Wert für den zu erwartenden Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg ermittelt.
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Die Vorherbestimmung basiert auf einem Abgleich eines Geschwindigkeitsgradienten 10 eines aktuellen Geschwindigkeitsverlaufes des Fahrzeugs 2 während des Kollisionsvorgangs mit den Gradienten zweier bekannten Grenzkurven 11, 12, die in 3 dargestellt sind.
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3 zeigt dazu ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm mit einer Ordinate und einer Abszisse, wobei der Ordinate eine Fahrzeuggeschwindigkeit vFzg und der Abszisse die Zeit t zugeordnet ist. In dem Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm sind die Grenzkurven 11, 12 und der Geschwindigkeitsgradient 10 mit einem kontinuierlichen Verlauf dargestellt.
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Eine erste Grenzkurve 11 ist eine in Richtung der Ordinate oberhalb des Geschwindigkeitsgradienten 10 verlaufende Kurve, die einen im Wesentlichen unkritischen anzunehmenden Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs 2 repräsentiert. Als unkritisch wird hierbei ein Geschwindigkeitsverlauf bezeichnet, bei dem eine Rückhaltewirkung reversibler Insassen-Rückhaltemittel, z. B. des Gurtes, hinsichtlich einer Insassenbelastung gerade noch ausreicht. Dem Gradienten der ersten Grenzkurve 11 sind ein zweiter Wichtungsfaktor wnoncrit, z. B. wnoncrit = 0, sowie ein bestimmter Wert für einen simulierten Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg-noncrit des Gradienten der ersten Grenzkurve 11 zugeordnet. Damit stellt die erste Grenzkurve 11 eine Schwellenkurve dar, die kritische von nicht kritischen Kollisionsvorgängen trennt.
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Eine zweite Grenzkurve 12 ist eine in Richtung der Ordinate unterhalb des Geschwindigkeitsgradienten 10 verlaufende Kurve, die einen schlechtesten oder ungünstigsten anzunehmenden Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs 2 repräsentiert. Beispielsweise stellt die zweite Grenzkurve 12 einen Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs 2 nach einer Frontalkollision mit einem Kollisionspartner dar, welcher sich wie ein nicht deformierbarer Kollisionspartner mit einer unendlich großen Masse verhält, wie z. B. eine starre Wand. Dem Gradienten der zweiten Grenzkurve 12 sind ein erster Wichtungsfaktor wworst, z. B. wworst = 1, sowie ein bestimmter Wert für einen simulierten Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg_worst des Gradienten der zweiten Grenzkurve 12 zugeordnet.
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Dem aktuellen Geschwindigkeitsgradienten 10 wird entsprechend dem bisherigen Geschwindigkeitsverlauf auf oder zwischen den Grenzkurven 11, 12 ein dritter Wichtungsfaktor w zugeordnet, welcher zwischen den Wichtungsfaktoren wworst, wnoncrit der Grenzkurven 11, 12 liegt, z. B. wird dem Geschwindigkeitsgradienten 10 ein Wichtungsfaktor w zwischen Null und Eins zugeordnet.
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Da der Abgleich des Geschwindigkeitsgradienten 10 erst nach einer gewissen Kollisionszeit und nur in bestimmten Zeitschritten erfolgen kann, ist zu Kollisionsbeginn vom kritischsten Lastfall auszugehen, so dass den Grenzkurven 11, 12 und dem aktuellen Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs 2 der gleiche Ausgangswert auf der Ordinate zugeordnet ist.
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Der Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg für die aktuelle Kollision wird dann nach folgender Wichtungsfunktion abgeschätzt: sFzg = w·sFzg_noncrit + (1 – w)·sFzg-worst (1).
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Die Bestimmung der Grenzkurven 11, 12 erfolgt auf Grundlage vorangehender Untersuchungen und Simulationen, die eine genaue Beschreibung eines nicht kritischen Lastfalls eingrenzen.
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Zur Umsetzung der Vorherbestimmung des Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg muss eine geeignete Zahl von Grenzkurven 11, 12 im Insassen-Rückhaltesystem 1 hinterlegt werden, die fahrzeugspezifische Geschwindigkeitsverläufe für unterschiedliche Kollisionsgeschwindigkeiten als Referenz beschreiben, da ein Strukturverhalten des Fahrzeugs 2 u. a. geschwindigkeitsabhängig ist.
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Dies kann sowohl durch experimentelle wie auch rechnerische Simulationsverfahren geschehen. Die Auswahl und Anpassung der Grenzkurven 11, 12 auf ein aktuelles Kollisionsszenario erfolgt durch einen geeigneten Algorithmus, auf den hier nicht näher eingegangen wird.
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Zur Erhöhung einer Prädiktionsgüte ist es denkbar, neben den Grenzkurven 11, 12 weiterer Referenzkurven mit einzubeziehen, denen weitere Wichtungsfaktoren zwischen 0 und 1 zugeordnet sind.
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Die Auswahl der Grenzkurven 11, 12 kann auch unter Berücksichtigung weiterer Informationsgrößen, die vor oder während der Kollision zur Verfügung stehen, eingegrenzt werden. Auch sind Plausibilitätsprüfungen zur Abschätzung des folgenden Geschwindigkeitsverlaufes denkbar.
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Weiterhin kann der Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg auch um einen Bremsweg vor der Kollision erweitert werden, wenn durch eine sogenannte Pre-Crash-Sensorik eine bevorstehende Kollision als unvermeidbar gilt. Dies kann eine geregelte Rückhaltung des Fahrzeuginsassen 7 schon vor der Kollision ermöglichen.
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Das hier beschriebene Verfahren stellt eine Möglichkeit für eine zuverlässige Vorhersage des Fahrzeug-Kollisionsweges sFzg dar. Das Verfahren basiert dabei auf der Auswertung des bisherigen Kollisionsverlaufs mit im Insassen-Rückhaltesystem 1 hinterlegten Kennwerten und nicht auf Messwerten zum aktuellen Zeitpunkt, wie z. B. einer Fahrzeugverzögerung. Aufgrund der o. g. Wichtungsfunktion (1) ändert sich der prädizierte Fahrzeug-Kollisionsweg sFzg bzw. dessen zeitlicher Verlauf stetig und nur in gewissen Grenzen, wodurch Unstetigkeiten der Ausgangsgröße des Fahrzeug-Kollisionsweges sFzg vermeidbar sind oder zumindest minimierbar sind.
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Damit steht dem Insassen-Rückhaltesystem 1 eine zusätzliche, dynamische Informationsgröße zur Verfügung, die zur weiteren Verarbeitung genutzt werden kann. Dadurch kann die Führungsgröße für das Insassen-Rückhaltesystem 1 zuverlässig und genau bestimmt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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