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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs im Falle einer Gefahrensituation sowie ein Kraftfahrzeug, mit dem dieses Verfahren durchführbar ist.
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Die in modernen Kraftfahrzeugen heute vorhandenen Sicherheitssysteme zielen in erster Linie darauf ab, direkt bei oder nach Eintreten einer bestimmten Unfallsituation, beispielsweise direkt im Falle eines Aufpralls, eine solche Situation zu detektieren und Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise einen Airbag oder einen Gurtstraffer, auszulösen. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Verletzungsgefahr von Insassen des Fahrzeugs im Falle des Unfalls soweit wie möglich abzumildern. Des Weiteren gibt es in der Praxis Sicherheitssysteme, die dazu dienen, einen Unfall möglichst im Vorfeld zu vermeiden, beispielsweise Antiblockiersysteme (ABS), Dynamische Stabilitätskontrollsysteme (DSC) etc. Darüber hinaus gibt es aber Situationen, in denen das Fahrzeug nicht mehr (automatisch) so zu steuern ist, dass eine Kollision bzw. ein Unfall noch verhindert werden kann, d. h. dass ein Unfall unvermeidbar ist, aber dennoch durch eine rechtzeitige Einleitung von Maßnahmen schon vor dem eigentlichen Unfall die späteren Unfallfolgen reduziert werden könnten. Hierfür ist eine vorausschauende Betrachtung der Umgebung und Abschätzung der Unfallwahrscheinlichkeit erforderlich. Ein Verfahren und ein System zur Schätzung von Echtzeit-Fahrzeugunfallparametern wird beispielsweise in der
DE 10 2012 222 382 A1 beschrieben. Hierbei werden interne Fahrzeugunfallparameter des Kraftfahrzeugs bestimmt, Informationen im Zusammenhang mit in der Nähe befindlichen Fahrzeugen oder Infrastrukturteilen ermittelt und daraus die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mit den betreffenden Fahrzeugen oder der Infrastruktur berechnet. Ggf. werden dann Maßnahmen zur Abschwächung der Verletzung von Insassen bzw. der Beschädigung des Fahrzeugs berechnet und eingeleitet.
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Das dort beschriebene Verfahren ist in erster Linie darauf ausgerichtet, das Kraftfahrzeug selber und dessen Insassen zu schützen. Die Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs werden beispielsweise mit Ultraschall-, Infrarot-, Laser- oder Radarsystemen ermittelt, und zusätzlich werden zur Analyse Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachrichten und Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Informationen genutzt, die beispielsweise aus externen Quellen sowie unter Verwendung von GPS-Informationen ermittelt werden. Dabei ist das System für eine gute Abschätzung der drohenden Situationen auf derartige externe Informationen angewiesen. Sofern über das potentielle Unfallobjekt bzw. Unfallsubjekt keine solchen externen Informationen zur Verfügung stehen bzw. das Unfallobjekt oder Unfallsubjekt keine Nachrichten übersenden kann, können die Vorteile des Verfahrens nicht in vollem Umfang genutzt werden.
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Zudem beschreibt die
DE 102 43 397 A1 ein Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger. Das Sensorsystem umfasst Precrash-Sensoren, die durch einen Mehrbereichabstandssensor nach dem Laufzeitverfahren elektromagnetischer Impulse realisiert sind, und einem bildverarbeitenden Sensor, der angesteuert vom Abstandssensor jeweils ein Bild von der Szene aufnimmt. Dadurch, dass durch die Kombination aus Mehrbereichsabstandsensor und Bildsensor sowohl die Annäherungsdaten als auch die Objektdaten und Begegnungswinkel zur Verfügung stehen, können die Signale der Precrash-Sensoren zu folgenden Daten ausgewertet werden: Annäherungsgeschwindigkeit, Objektausdehnung, Objektart, voraussichtlicher Aufprallwinkel und voraussichtlicher Aufprallort am Fahrzeug.
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Ferner offenbart die
DE 103 36 638 A1 eine Vorrichtung zur Klassifizierung von wenigstens einem Objekt in einem Fahrzeugumfeld mittels einer Umfeldsensorik, wobei die Vorrichtung das wenigstens eine Objekt anhand seiner Form und seiner Abmessungen klassifiziert. Anhand der Form und der Abmessungen können potenzielle Unfallgegner eindeutig identifiziert werden. In Abhängigkeit davon können dann Schutzmaßnahmen oder andere Fahrzeugfunktionen aktiviert werden. Die Vorrichtung kann zusätzlich eine Geschwindigkeit des wenigstens einen Objekts bei der Klassifizierung berücksichtigen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs im Falle einer Gefahrensituation sowie ein entsprechendes Steuerungssystem und ein Kraftfahrzeug hierzu anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie die Gegenstände der Patentansprüche 10 und 11 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sowie die weitere Beschreibung enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, wobei insbesondere auch die Ansprüche einer Kategorie entsprechend den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet werden können. Ebenso können Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Hilfe eines Auswertungssystems mit einer Anzahl von Detektionseinheiten, beispielsweise Sensoren und/oder Informationsempfangseinheiten, mindestens ein potentielles Unfallobjekt und/oder Unfallsubjekt erkannt. Unter einem Unfallobjekt wird im Sinne dieser Erfindung ein Gegenstand, beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug oder sonstiges Objekt wie beispielsweise ein Infrastrukturobjekt wie Leitplanken, Gebäude, Lichtmasten, aber auch Bäume oder beliebige andere Objekte, verstanden, mit denen das Kraftfahrzeug kollidieren könnte. Unter dem Begriff „Unfallsubjekt“ wird im Rahmen der Erfindung eine Person, beispielsweise ein Fußgänger, ein Rad- oder Motorradfahrer etc., oder ein Tier verstanden. Eine Erkennung des Unfallobjekts und/oder Unfallsubjekts ist hier so zu verstehen, dass die Art des Unfallobjekts bzw. -subjekts erkannt wird, beispielsweise, dass es sich bei dem potentiellen Unfallobjekt um einen LKW oder einen PKW handelt mit einer bestimmten Größe und ggf. eines bestimmten Typs oder dass es sich bei dem potentiellen Unfallsubjekt beispielsweise um einen Menschen oder ein Tier handelt, bzw. im bevorzugten Fall noch genauer, ob es sich bei einem Menschen um einen Erwachsenen oder ein Kind handelt etc.
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Auf Basis der Erkennung werden dann automatische Steuerbefehle generiert, die den Betrieb des Kraftfahrzeugs schadenreduzierend beeinflussen. Der Begriff „schadenreduzierend“ ist hierbei so zu verstehen, dass - wie nachfolgend noch ausführlich erläutert wird - bevorzugt versucht wird, den Gesamtschaden zu begrenzen, wobei, wenn es sich um ein potentielles Unfallsubjekt, insbesondere einen Menschen handelt, der mögliche Schaden für das Unfallsubjekt in besonderer Weise mit berücksichtigt wird. Dabei ist das Auswertungssystem vorteilhafterweise so ausgebildet, dass es im Betrieb mindestens Werte zu allen folgenden Parametern des Unfallobjekts und/oder Unfallsubjekts ermittelt:
- - Abmessung,
- - Form,
- - räumliche Lage, d. h. die Position und/oder die Ausrichtung des Unfallobjekts und/oder Unfallsubjekts,
- - Geschwindigkeit,
- - Bewegungsrichtung.
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Mit diesen Werten ist auch ohne externe Informationen eine besonders genaue Charakterisierung des Unfallgegners möglich. Dadurch sind gezielte Schritte zur Anpassung des Unfalls an den „Unfallgegner“ möglich. Das heißt, all diese Werte werden bei der automatischen Generierung der Steuerbefehle berücksichtigt, um den Gesamtschaden - wenn möglich auch für den Unfallgegner - soweit wie möglich zu reduzieren, wie dies nachfolgend noch anhand von Ausführungsbeispielen erläutert wird. Hierzu können auf Basis der ermittelten Daten für verschiedene mögliche Szenarien, die bei Ausführung verschiedener möglichen Steuerbefehle oder ohne weitere Eingriffe auftreten können, Schadenswerte berechnet bzw. geschätzt werden. Die Schadenswerte können dabei auf Basis der Art und/oder Anzahl der möglichen Schädigungen und /oder Zerstörungen und/oder durch die Stärke einer Beschädigung, z. B. die Eindringtiefe eines Unfallgegner-Objekts in das Kfz, insbesondere in den Fahrgastraum, ermittelt werden.
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Auch mehrere Unfallobjekte bzw. Unfallsubjekte können im Rahmen der Erfindung berücksichtigt werden und die Steuerung kann dann z.B. auch unter Berücksichtigung einen Bewertung des Gesamtschadens erfolgen.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens benötigt ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem zumindest ein Auswertesystem mit einer Anzahl von Detektionseinheiten, welches im Betrieb ein potentielles Unfallobjekt und/oder Unfallsubjekt erkennt, sowie eine Steuerbefehls-Generierungseinheit, die ausgebildet ist, um automatisch auf Basis der Erkennung Steuerbefehle zu generieren, die den Betrieb des Kraftfahrzeugs schadenreduzierend beeinflussen. Dabei ist das Auswertungssystem so ausgebildet, dass es im Betrieb mindestens Werte zu den oben aufgelisteten Parametern des Unfallobjekts und/oder Unfallsubjekts ermittelt. Die Ermittlung der Werte zu den Parametern des Unfallobjekts und/oder Unfallsubjekts erfolgt idealerweise jeweils in Echtzeit, d. h. mindestens so schnell und in einer solchen ausreichenden Häufigkeit, dass die nachfolgenden erforderlichen Maßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden können. Das Auswertungssystem ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass es Schadensprognosen bzw. Schadensabschätzungen und Schadensbewertungen für verschiedene Steuerungsszenarien durchführt und die automatischen Steuerbefehle unter Berücksichtigung der Schadensbewertungen generiert. Unter verschiedenen Steuerungsszenarien sind dabei Szenarien zu verstehen, die bei Einstellung verschiedener Steuerbefehle bzw. Steuerbefehlssätze vermutlich eintreten werden, wobei in den Szenarien jeweils auch die nicht beeinflussbaren Parameter, wie das Verhalten von potentiellen Unfallgegner, abgeschätzt und mitberücksichtigt werden können.
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Das erfindungsgemäße Steuerungssystem kann auf verschiedenen Komponenten im Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sein. Beispielsweise können die Detektionseinheiten wie beispielsweise verschiedene Sensoren, insbesondere Kameras und dergleichen, an verschiedenen Positionen im Fahrzeug angeordnet sein, um die gesamte Umgebung und den Innenraum zu überwachen. Dabei können auch bereits ohnehin schon im Fahrzeug vorhandene Detektionseinheiten, die für andere Zwecke eingesetzt werden, mitbenutzt werden bzw. einen Teil des Auswertungssystems bilden. Eine Auswertungseinheit, welche die von den Detektionseinheiten gelieferten Daten, insbesondere die Werte zu den genannten Parametern, auswertet, kann beispielsweise in Form von Software auf einem Bordrechner des Kraftfahrzeugs realisiert sein, ebenso wie die Steuerbefehls-Generierungseinheit. Dabei können auch Teile des Steuerungssystems außerhalb des Kfz angeordnet, beispielsweise außenseitig angebracht, sein.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein solches Steuerungssystem.
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Besonders bevorzugt umfasst das Auswertungssystem eine Anzahl von optischen Sensoren als Detektionseinheiten. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei diesen optischen Sensoren um Kameras, wobei vorzugsweise normale Kameras verwendet werden, die im sichtbaren Bereich arbeiten, aber u. U. auch Nachtsichtkameras, die insbesondere bei Dunkelfahrten besonders hilfreich sind. Weiterhin kann es sich bei den optischen Sensoren um Infrarotsensoren handeln. Ebenso als Detektionseinheiten nutzbare Sensoren können beispielsweise Radarsensoren sein oder Drucksensoren, welche beispielsweise die Besetzung von Plätzen im Innenraum ermitteln, etc.
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Insbesondere bei Verwendung von Kameras besteht die Möglichkeit, mit herkömmlichen Bilderkennungsverfahren alle notwendigen Werte der erfindungsgemäß genutzten Parameter des Unfallobjekts und/oder Unfallsubjekts wie Abmessung, Form, räumliche Lage, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung autark zu ermitteln, ohne dass externe Informationen, beispielsweise aus einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Benachrichtigung, benötigt werden. Somit hat dieses Verfahren besondere Vorteile, wenn es um Kollisionen mit Fußgängern, Radfahrern etc. geht. Damit können aber noch weitere Informationen über externe Quellen wie z. B. Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Benachrichtigung zusätzlich verwendet werden.
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Besonders bevorzugt gehen zusätzlich mindestens in die Generierung der automatischen Steuerbefehle noch weitere zusätzliche Informationen zum Unfallobjekt und/oder Unfallsubjekt und/oder zusätzliche Informationen zum Kraftfahrzeug selber ein. Diese zusätzlichen Informationen umfassen bevorzugt mindestens einen der folgenden Parameter:
- - Gewicht,
- - Material,
- - Beschaffenheit,
- - Struktur,
- - Beladungszustand,
- - Passagieranzahl und/oder Passagieranordnung, also beispielsweise eine Passagierverteilung im Kfz selbst oder in einem möglichen Unfallgegner-Kfz,
- - Passagiergröße und/oder Passagiergewicht,
- - besonders gefährdete Zonen, beispielsweise ob ein Aufprall im Kopfbereich einer Person zu erwarten ist oder im Fußbereich etc.
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Mit Hilfe dieser Daten ist eine noch bessere Gefahreneinschätzung für Personen innerhalb des Kraftfahrzeugs, aber auch außerhalb des Kraftfahrzeugs und/oder besonders gefährdete Stellen am Unfallobjekt bzw. Unfallsubjekt möglich, so dass die einzuleitenden Maßnahmen hinsichtlich dieser Gefahreneinschätzung optimiert werden können.
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Dabei werden die automatischen Steuerbefehle bevorzugt so generiert, dass ein gemäß vorgegebenen bzw. zuvor definierten Bewegungsregeln maximaler Schutz von Lebewesen innerhalb und/oder außerhalb des Kraftfahrzeugs bei einer Kollision zu erwarten ist. Das heißt, die gesamte Orientierung des Verfahrens erfolgt nicht in erster Linie hinsichtlich eines minimalen Schadens am Material bzw. Objekt, sondern an Subjekten, d. h. Lebewesen, insbesondere Menschen, aber ggf. auch Tieren, wobei unterschiedliche Gewichtungen berücksichtigt werden können, das heißt, dass beispielsweise eine Reduzierung der Schadenswirkung für die beteiligten Personen immer die höchste Priorität hat.
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Insbesondere können dabei die automatischen Steuerbefehle so generiert werden, dass eine bei einem Unfall erwartungsgemäß auftretende Energieabsorption durch das Kraftfahrzeug und/oder das Unfallobjekt im Vergleich zu einer Beibehaltung mindestens eines ausgewählten Betriebsparameters gezielt erhöht wird. In der Regel ist es so, dass durch eine stärkere Materialzerstörung besonders gut Energie absorbiert werden kann, wodurch u. U. Personen besser geschützt werden können. Dies gilt insbesondere auch, wie später noch anhand von Ausführungsbeispielen dargelegt wird, für externe Unfallsubjekte, die auf das Fahrzeug auftreffen.
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Eine bevorzugte Vorgehensweise, um die Energieabsorption durch das Fahrzeug gezielt zu erhöhen bzw. zu optimieren, kann darin bestehen, dass das Kraftfahrzeug aufgrund der automatischen Steuerbefehle so umgelenkt wird - beispielsweise durch Steuerbefehle auf die Lenkung bzw. die Radstellung, soweit dies möglich ist - dass das Kraftfahrzeug an einer Stelle auf das Unfallobjekt und/oder Unfallsubjekt auftrifft, so dass der Schaden geringer ist als bei einer Beibehaltung seiner gegenwärtigen Fahrtrichtung und/oder umgekehrt, dass das Unfallobjekt und/oder Unfallsubjekt mit dem Kraftfahrzeug an einer Stelle kollidiert, an der der Schaden geringer ist als bei Beibehaltung der gegenwärtigen Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Dabei ist die Schadenshöhe wieder so zu berücksichtigen, dass in erster Linie der Schaden an Unfallsubjekten, z. B. an Insassen des Kraftfahrzeugs, minimiert wird und nicht der materielle Schaden, und dass, wenn möglich, die Knautschzone des Fahrzeugs optimal ausgenutzt wird.
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Ein bevorzugtes Beispiel hierfür ist, dass das Kraftfahrzeug aufgrund der automatischen Steuerbefehle so umgelenkt wird, dass es frontaler auf das Unfallobjekt auftritt als bei Beibehaltung seiner gegenwärtigen Fahrtrichtung und/oder dass das Unfallobjekt frontaler mit dem Kraftfahrzeug kollidiert als bei Beibehaltung der gegenwärtigen Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. „Frontaler“ ist hier so zu verstehen, dass der Aufprall mittiger in Bezug auf den Motorraum erfolgt, vor allem bei Fahrzeugen, bei denen der Verbrennungsmotor vorne angeordnet ist und bei denen entsprechende Längsträger zur Verfügung stehen, die die Energie eines frontalen Aufpralls am besten aufnehmen. Das Kraftfahrzeug wird dann dort getroffen, wo es am meisten Knautschzone bietet und die Energie am besten absorbiert wird.
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Bevorzugt wird bei den eingeleiteten Maßnahmen bzw. der Generierung der Steuerbefehle, insbesondere bei den Maßnahmen zur Umlenkung des Kraftfahrzeugs, die Situation im Inneren des Kraftfahrzeugs mit berücksichtigt, d. h. an welchen Positionen sich im Kraftfahrzeug Insassen befinden. Beispielsweise ist es möglich, wenn sich keine Insassen auf der Beifahrerseite im Fahrzeug befinden, das Fahrzeug so zu lenken, dass der Aufprall bevorzugt im Bereich der Beifahrerseite erfolgt und somit ein maximaler Weg bis zum Fahrerbereich der Fahrgastkabine zurückzulegen ist. So steht möglichst viel Knautschzone zur Energieabsorption zur Verfügung.
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Die Steuerbefehle können im Prinzip beliebige aktive Veränderung des Fahrzeugs selber und/oder seiner Bewegungsparameter, wie Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung etc. betreffen. Beispielsweise können einige Steuerbefehle Lenkbefehle oder Beschleunigungs- oder Bremsbefehle umfassen. Ebenso ist eine Beeinflussung des Höhenstands oder anderer Gesamtfahrzeugsparameter möglich. Zudem umfassen die Steuerbefehle also auch Befehle zur automatischen strukturellen Anpassung von zumindest Teilen des Kraftfahrzeugs vor und/oder simultan mit einem Eintreten einer Kollision mit dem potentiellen Unfallobjekt und/oder Unfallsubjekt. Beispielsweise können, wie später noch erläutert wird, durch mechanische, chemische, pyrotechnische, elektrische oder thermische Modifikationen von tragenden Strukturen bzw. Teilen wie Längsträgern etc. Lastpfade optimiert werden, um so insbesondere den Schutz für die Insassen des Kraftfahrzeugs, aber u. U. auch den Schutz für beteiligte externe Unfallsubjekte so weit wie möglich zu maximieren. Dabei ist eine gesteuerte Trennung oder Schwächung bestimmter Lastpfade möglich und gleichzeitig eine gesteuerte Verstärkung der Lastpfade in anderen Richtungen.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches insbesondere dem Schutz eines extern beteiligten Unfallsubjekts, also beispielsweise eines Fußgängers, Radfahrers etc., dienen kann, ist durch die strukturelle Anpassung in Form einer gezielten, mindestens partiellen Zerstörung einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe, des Kraftfahrzeugs möglich. Beispielsweise kann mit Hilfe eines geeigneten Kamerasystems ein Unfallsubjekt, das sich in Richtung einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs bewegt, dahingehend identifiziert werden, ob es sich um einen Menschen oder um ein Objekt handelt. Wenn es sich um einen Menschen handelt, kann dabei auch erkannt werden, in welcher Lage bzw. Orientierung der Mensch voraussichtlich auf die Scheibe auftreffen wird. Handelt es sich beispielsweise um einen Menschen, der mit dem Kopf voraus in Richtung der Windschutzscheibe auftreffen wird, kann vorab die Scheibe zerstört werden, wobei die Zerstörung so erfolgt, dass die Scheibe insgesamt strukturell in sich zusammenhängend bleibt, beispielsweise durch ein eingearbeitetes stabiles Gitter, aber für das auftreffende Unfallsubjekt nachgibt und wie eine Art Auffangnetz wirkt. Dabei kann auch berücksichtigt werden, mit welcher Geschwindigkeit das Unfallsubjekt ankommt und ob es beispielsweise auf eine Stelle auftrifft, an der sich im Inneren des Fahrzeugs kein Passagier befindet. Dabei ist auch eine nur teilweise Zerstörung der Windschutzscheibe, beispielsweise in einem mittleren Bereich zwischen Fahrer und Beifahrer oder nur auf der Beifahrerseite etc., möglich, um die Insassen nicht zu gefährden.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist hierzu bevorzugt neben dem Steuerungssystem auch Aktoren zur strukturellen Anpassung von zumindest Teilen des Kraftfahrzeugs auf, wobei diese Aktoren mit dem Steuerungssystem verbunden sind, zur Ansteuerung der Aktoren im Einsatzfall, d. h. vor und/oder simultan mit dem Eintreten der Kollision. Diese Aktoren können beispielsweise mechanische Verstelleinrichtungen, pyrotechnische Einrichtungen etc. sein, insbesondere bevorzugt auch entsprechende Einrichtungen zur gezielten, mindestens partiellen Zerstörung einer Scheibe, insbesondere Windschutzscheibe.
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Wie dieses Beispiel zeigt, ist die Erfindung vorteilhafterweise nicht nur auf die Optimierung der Folgen für das Kraftfahrzeug bzw. die Insassen des Kraftfahrzeugs beschränkt, sondern zielt auch auf eine Reduzierung der Unfallfolgen für den Unfallgegner ab.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens,
- 2 bis 4 eine schematische Darstellung eines Aufpralls einer Person auf ein Kraftfahrzeug zur Verdeutlichung der Unfallfolgenreduzierung mit Hilfe einer möglichen erfindungsgemäßen Vorgehensweise, und
- 5 eine schematische Darstellung einer tragenden Struktur eines Kraftfahrzeugs zur Verdeutlichung einer möglichen Beeinflussung der Lastpfade.
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Das Verfahren gemäß 1 beginnt im Schritt I mit einer Datenerhebung, Dabei werden die Umgebung sowie andere Verkehrsteilnehmer mithilfe der vorhandenen Detektionseinheiten, d. h. der im Fahrzeug mitgeführten Sensorik wie Kameras etc., beobachtet. Zusätzlich ist auch ein Austausch von Informationen mit anderen Objekten und weiteren Datenquellen wie einem Backendserver etc. möglich, um beispielsweise so viele Informationen wie möglich über Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs zu erhalten.
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Im Schritt II werden all diese Daten analysiert, wobei situationsrelevante weitere Parameter von verschiedenen Objekten und Subjekten inkl. des betreffenden Kraftfahrzeugs selbst ermittelt werden. Hierzu zählen Bewegungstrajektorien, Geschwindigkeiten, Masse, Größe, Form, räumliche Lage, Beladungssituation, Belegung der Sitze mit Passagieren, Eigenschaften der Passagiere, Festigkeit von Objekten, strukturelle weitere Eigenschaften sowie zur Verfügung stehende Funktionen und Einrichtungen zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen oder Informationen über bereits eingeleitete Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere Maßnahmen, die die Unfallfolgen reduzieren können.
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Im III. Schritt werden diese Daten weiterhin zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mit einem der Objekte bzw. Subjekte in der Umgebung analysiert. Außerdem wird im Schritt IV ein situationsabhängiger (z.B. abhängig von Wetterlage, Straßenzustand, Fahrgeschwindigkeit, potentiellem Kollisionspartner) Schwellenwert (bzw. Wahrscheinlichkeitsgrenzwert) ermittelt, mit dem dann im Schritt V der Wahrscheinlichkeitswert für einen Zusammenstoß verglichen wird.
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Wird im Schritt V ermittelt, dass der vorgegebene Schwellenwert der Zusammenstoßwahrscheinlichkeit überschritten wird (Abzweig „j“), so wird im Schritt VI weiterverfahren, andernfalls (Abzweig „n“) erfolgt eine weitere Datenerhebung, wie im Schritt I beschrieben, eine Analyse dieser Daten gemäß den Schritten II und III und ggf. auch eine weitere Ermittlung von situationsabhängigen Schwellenwerten gemäß Schritt IV. Diese Schritte I, II, III und IV sowie V werden also während einer Fahrt des Fahrzeugs regelmäßig bzw. permanent, vorzugsweise in Echtzeit, durchgeführt, wobei parallel zu den Analysen in den Schritten II und III ständig weiter Daten im Schritt I erhoben werden. Auch die Datenanalysen der Schritte II und III können zum Teil parallel erfolgen bzw. es kann die Wahrscheinlichkeitsermittlung im Schritt III permanent während der neuen Datenerhebung und der Datenanalyse im Schritt II erfolgen, ebenso wie die Ermittlung des situationsabhängigen Schwellenwerts und der anschließende Vergleich im Schritt V.
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Wird in einer bestimmten Situation der Schwellwert der Zusammenstoßwahrscheinlichkeit überschritten, so erfolgt im Schritt VI eine weitere Analyse der Daten bzw. der Situation dahingehend, dass die crashrelevanten (aufprallrelevanten) Parameter der beteiligten Objekte und Subjekte so weit wie möglich ermittelt werden, insbesondere bevorzugt des Kontaktpunkts, die Stärke des Kontakts und die Schwere des Aufpralls, also beispielsweise, mit welcher Energie der Aufprall voraussichtlich erfolgen wird.
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Im Schritt VII erfolgt dann eine Schadensbewertung, d. h. es werden die erwarteten Belastungen bei der prognostizierten Art des Zusammenstoßes für Personen und Fahrzeuge ermittelt. Parallel wird in einem Schritt VIII eine solche Schadensbewertung für verschiedene Situationen durchgeführt, wenn bestimmte schadensbegrenzende Maßnahmen durchgeführt werden, beispielsweise bei einem bestimmten Lenkeingriff zur Optimierung der Lastpfade, insbesondere ein Eingriff in das Fahrregelungswerks zur Optimierung des Aufprallorts, bei einer Schwächung der Aufprallflächen für ein beteiligtes Unfallsubjekt, d. h. einen Fußgänger, Radfahrer, Motorradfahrer etc., indem beispielsweise strukturell die Härte von Aufprallflächen verändert wird etc.
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Hierbei werden im Schritt VIII bevorzugt mehrere Szenarien durchgespielt und die jeweilig eintretenden Schadenswerte ermittelt. Diese Ermittlung der Schadenswerte erfolgt nach bestimmten Kriterien wie beispielsweise direkte Aufprallenergiewerte für beteiligte Personen, Eindringtiefe von externen Objekten in den Fahrgastraum etc. Eine Berechnung dieser Werte ist beispielsweise mit Hilfe von Expertensystemen möglich oder unter Verwendung von Datenbanksystemen, die für verschiedene Szenarien Modellwerte und/oder statistische Werte zur Verfügung stellen, die mit Hilfe früherer (realer) Unfallszenarien und/oder verschiedener Tests oder virtuellen Untersuchungen, wie z.B. echten oder simulierten Crashversuchen, ermittelt wurden.
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Im Schritt IX werden dann die verschiedenen Schadensbewertungen aus den Schritten VII und VIII verglichen, um zu ermitteln, ob der erwartete Schaden bei einem oder mehreren beteiligten Personen und Fahrzeugen durch eine schadenbegrenzende Maßnahme oder eine Kombination schadenbegrenzender Maßnahmen reduziert werden kann. Sollte dies nicht der Fall sein, so wird das Verfahren im Schritt X abgeschlossen, indem keine weiteren Maßnahmen durchgeführt werden. Andernfalls werden im Schritt XI die schadensbegrenzenden Maßnahmen durchgeführt, beispielsweise Steuerbefehle für einen Lenk- und Fahrwerksregeleingriff, um den prognostizierten Aufprall auf einen Baum an einer harten Stelle des Fahrzeugs zu erreichen, um so ein Eindringen des Baums in den Fahrgastinnenraum so unwahrscheinlich wie möglich zu machen oder umgekehrt, um eine äußere Fläche so weich wie möglich zu machen, um einen Aufprall einer extern beteiligten Person so gut wie möglich abzufedern.
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Ein Beispiel hierfür ist anhand der 2 bis 4 dargestellt. Gezeigt ist hier grob schematisch der vordere Teil eines Kraftfahrzeugs 1 und ein Fußgänger als beteiligtes externes Unfallsubjekt US. Innerhalb des Kraftfahrzeugs 1 sind hier auch die verschiedenen Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems 2 grob schematisch dargestellt. Dieses Steuerungssystem 2 umfasst zum einen ein Auswertungssystem 3 mit einer Auswertungseinheit 4 und einer Vielzahl daran angeschlossener Detektionseinheiten 7, wobei hier der Einfachheit halber nur eine Detektionseinheit 7 in Form einer Kamera 7 dargestellt ist, die sich oben im Bereich der Windschutzscheibe 8 des Kraftfahrzeugs 1 befindet und die Umgebung vor dem Fahrzeug 1 beobachtet. Die Auswerteeinheit 4 führt beispielsweise die anhand von 1 erläuterten Verfahrensschritte I bis IX durch. Ein weiterer Teil des Steuerungssystems 2 ist hier eine Steuerungsbefehl-Generierungseinheit 5, die in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung durch die Auswerteeinheit 4 die schadensbegrenzenden Maßnahmen einleitet und entsprechende Steuerungsbefehle SL, SZ, SST für verschiedene Einheiten bzw. Aktoren des Fahrzeugs 1 generiert, und diese an verschiedene Aktoren im Fahrzeug versendet, beispielsweise an eine Scheibenzerstörungseinheit 10, oder an ein Lenk- bzw. Fahrwerkregelsystem, was hier durch einen gestrichelten Pfeil in Richtung eines Rads des Kraftfahrzeugs schematisch symbolisiert ist. Die Auswerteeinheit 4 und die Steuerungsbefehl-Generierungseinheit 5 sind hier z. B. in Form von Software auf einem Bordrechner 6 des Kraftfahrzeugs realisiert.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bewegt sich eine Person US mit dem Kopf voran auf eine Windschutzscheibe 8 des Kraftfahrzeugs 1 zu, was mit Hilfe der Kamera 7 detektiert wird, die ihre Bilder an die Auswerteeinheit 4 übermittelt. Die Auswerteeinheit 4 kann mit Hilfe einer geeigneten Bilderkennungssoftware erkennen, dass es sich bei dem heranfliegenden Unfallsubjekt um einen Menschen handelt, der sich mit dem Kopf voran auf die Windschutzscheibe 8 zubewegt. Um die Folgen für diese Person US so weit wie möglich zu reduzieren, wird die Steuerungsbefehl-Generierungseinheit 5 nach entsprechendem Erhalt der Informationen durch die Auswerteeinheit 4 einen Scheibenzerstörungsbefehl SZ an die Scheibenzerstörungseinheit 10 ausgeben, beispielsweise eine pyrotechnische Einheit. Diese sprengt daraufhin die Windschutzscheibe 8, was in 3 durch die schraffierte Struktur der Windschutzscheibe 8 schematisch dargestellt ist. Diese Zerstörung erfolgt so weit, dass die Scheibe noch in sich durch ein integriertes Gitter fest zusammengehalten wird und somit keine Gefahr für die Insassen des Fahrzeugs besteht. Jedoch wurde die Windschutzscheibe 8 dadurch weicher gemacht, so dass die herannahende Person von der Windschutzscheibe 8 federnd abgefangen wird, wie dies in 4 dargestellt ist. Zusätzlich könnte beispielsweise durch einen Lenkungsbefehl SL von der Steuerungsbefehl-Generierungseinheit 5 dafür gesorgt werden, dass das Fahrzeug 1 die Fahrtrichtung so ändert, dass die Person US möglichst in der Mitte zwischen Fahrer und Beifahrer auf die Windschutzscheibe 8 auftrifft, da dort die maximale Dehnung möglich ist, ohne die Insassen zu gefährden, da der Insassenschutz des Fahrzeugs die höchste Priorität hat.
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Insbesondere ist es auch möglich, ein Unfallsubjekt US von einem herannahenden Stein zu unterscheiden. In diesem Fall wird keine Sprengung der Windschutzscheibe durchgeführt, sondern die Scheibe bleibt hart, um den Aufprall des Steins so gut wie möglich abzuwehren und die Gefährdung der Insassen zu reduzieren.
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Anhand von 5 wird ein Beispiel gegeben, wie mithilfe von weiteren Aktoren 11, 12, 13 Lastpfade bei einer Krafteinwirkung beeinflusst werden, um so beispielsweise Personen innerhalb des Kraftfahrzeugs besser zu schützen.
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Dargestellt ist hier schematisch eine Wabenstruktur, die eine tragende Struktur im Bereich des Motorraums eines Kraftfahrzeugs sympolisieren soll. In den meisten Fällen steht nicht eine solche Wabenstruktur zur Verfügung. Dennoch gibt es in vielen Kraftfahrzeugtypen verschiedene Träger, die Lastpfade in die verschiedensten Richtungen bieten und auf die Einfluss genommen werden könnte, sodass schematisch auf diese Darstellung zurückgegriffen werden kann.
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Für das Beispiel gemäß 5 wird davon ausgegangen, dass eine externe Kraft, symbolisiert durch die dicken schwarzen Pfeile, frontal von vorne kommt und sich der Fahrgastraum auf der dem Auftreffen der externen Kraft gegenüberliegenden Seite befindet. Verschiedene Elemente der Wabenstruktur sind hier mit Aktoren 11, 12 ausgestattet, die die Struktur an der jeweiligen Stelle bewusst gesteuert, beispielsweise durch mechanische, chemische, pyrotechnische oder elektrisch-thermische Veränderungen, insbesondere Zerstörung von Materialien wie Glas, Kunststoff oder Metall, trennen oder schwächen. An anderen Stellen können sich Aktoren 13 befinden, welche bewusst gesteuert den jeweiligen Lastpfad verstärken, wobei ebenfalls mechanische, chemische, pyrotechnische, elektrische oder thermische Veränderungen von Materialien genutzt werden können.
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Werden von der Steuerbefehl-Generierungseinheit 5 entsprechende strukturverändernde Steuerbefehle SST an die in 5 dargestellten Aktoren 11, 12, 13 ausgegeben, so werden hier die beiden mittleren Waben jeweils an ihrer zur eintreffenden Kraftrichtung weisenden Kante strukturell geschwächt, so dass dort ggf. Deformierungen leichter eintreten können. Andererseits wird die letzte Wabenzelle auf ihrer nach vorne weisenden Kante gestärkt, um hier einen besonders starken Lastpfad bereitzustellen. Dies führt dazu, dass der Gesamt-Lastpfad bevorzugt die Richtung gemäß der dicken Pfeile nimmt und beispielsweise die beiden mittleren Waben, insbesondere die in 5 oben dargestellte Wabe, leichter einknicken können, um eine Knautschzone zu bieten und um möglichst viel Energie zu absorbieren, wobei die letzte (rechte) Wabe der Wabenstruktur 9 im Frontbereich besonders gestärkt ist und ein dahinter im Fahrgastraum befindlicher Fahrer besonders gut geschützt ist.
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In die Entscheidung, ob und wie eine strukturelle Verstärkung des erfindungsgemäß ausgestatteten Kraftfahrzeugs selbst sinnvoll ist oder nicht, können beispielsweise auch Abschätzungen, Erfahrungswerte bzw. Berechnungen möglicher Unfallfolgen für das beteiligte andere Unfallobjekt mit eingehen. So kann beispielsweise bei einem zu erwartenden Aufprall mit dem Heck eines LKWs eine Verstärkung der eigenen Fahrzeugstruktur sehr sinnvoll sein, wogegen bei einer Kollision eines bereits schon strukturell stabilen, großen und schweren erfindungsgemäß ausgestatteten Kraftfahrzeugs mit einem anderen Kleinwagen eine solche Strukturverstärkung nicht notwendig ist, sondern sogar ohne Folgen für die Insassen des Kraftfahrzeugs ein strukturelles „Aufweichen“ der Karosserie an einem möglichen Kollisionspunkt sinnvoll sein kann, um möglichst viel Energie in der eigenen Kraftfahrzeugkarosserie zu absorbieren, so dass insbesondere auch die Personenschäden im beteiligten anderen Fahrzeug so gering wie möglich gehalten werden.
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Diese Ausführungsbeispiele zeigen exemplarisch, wie es mit Hilfe der Erfindung in vorteilhafter Weise möglich ist, Unfallfolgen durch eine vorausschauende Betrachtung zu reduzieren, insbesondere auch in solchen Situationen, in denen ein Aufprall bereits unvermeidbar ist und nicht mit üblichen Sicherheitsmaßnahmen reduziert werden kann. In vielen Fällen können mit Hilfe des Verfahrens nicht nur die Insassen des in der erfindungsgemäßen Weise ausgestatteten Kraftfahrzeugs, sondern auch externe Unfallgegner besser geschützt werden.
