DE102014226966A1 - Security system for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem (3) für ein Fahrzeug (1) mit einer Umfeldsensorik (12) zur Erfassung von mindestens einer crashrelevanten physikalischen Größe im Fahrzeugumfeld und einer Auswerte- und Steuereinheit (10), welche die von der Umfeldsensorik (12) erfassten physikalischen Größen zur Bewertung einer aktuellen Fahrsituation und zur Pre-Crash-Erkennung auswertet. Erfindungsgemäß aktiviert die Auswerte- und Steuereinheit (10) am Zeitpunkt (TU) der Erkennung eines unvermeidbaren Aufpralls eine bewegliche Fühlerstruktur (16) an einer Außenhaut des Fahrzeugs (1), welche das Fahrzeug (1) am zu erwartenden Aufprallbereich verlängert, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (10) mittels einer Kontaktsensorik (14) das Bewegungsverhalten der aktivierten Fühlerstruktur (16) erfasst und auswertet, um einen Kontakt der Fühlerstruktur (16) mit einem Crashgegner (20) zu erkennen und zu klassifizieren, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (10) nach Erkennung eines solchen Kontakts in Abhängigkeit von der Klassifizierung korrespondierende Personenschutzmittel (9) aktiviert.The invention relates to a safety system (3) for a vehicle (1) having an environmental sensor system (12) for detecting at least one crashrelevanten physical size in the vehicle environment and an evaluation and control unit (10), the physical Evaluate variables for evaluating a current driving situation and for pre-crash detection. According to the invention, the evaluation and control unit (10) at the time (TU) of detecting an unavoidable impact activates a movable sensor structure (16) on an outer skin of the vehicle (1) which extends the vehicle (1) at the expected impact area, the evaluations - And control unit (10) by means of a contact sensor (14) the movement behavior of the activated sensor structure (16) detects and evaluates to detect a contact of the sensor structure (16) with a crash opponent (20) and classify, wherein the evaluation and control unit (10) after detection of such a contact depending on the classification corresponding personal protection means (9) activated.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Sicherheitssystem für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to a safety system for a vehicle according to the preamble of independent claim 1.
Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme der passiven Sicherheit bestehen in der Regel aus Kontaktsensoren zur Erkennung eines Aufpralls, Gurtsystemen, Airbags, welche hauptsächlich irreversibel sind und pyrotechnisch nach einem erkannten Aufprall aktiviert werden, und einer Fahrzeugstruktur, welche konstruktiv auf die Crasheigenschaften eingestellt ist. Zudem sind Pre-Crash-Systeme bekannt, bei welchen mittels einer Umfeldsensorik vor dem Crash Informationen an ein Steuergerät ausgegeben werden, um entweder die oben genannten Personenschutzmittel bzw. Rückhaltemittel während eines Crashs noch genauer auszulösen oder reversible Rückhaltemittel, wie beispielsweise motorisierte Gurtstraffer, schon vor einem bevorstehenden Aufprall auszulösen.Systems of passive safety known from the prior art generally consist of contact sensors for detecting an impact, belt systems, airbags, which are mainly irreversible and are activated pyrotechnically after a detected impact, and a vehicle structure, which is constructively adjusted to the crash characteristics. In addition, pre-crash systems are known in which by means of an environmental sensor before the crash information is output to a controller to either more accurately trigger the above-mentioned personal protection means or retention means during a crash or reversible retaining means, such as motorized belt tensioners, before to trigger an imminent impact.
Des Weiteren gibt es Vorschläge adaptive Strukturen zu verwenden, welche die Dämpfungseigenschaften der Crashzone eines Fahrzeugs an die Situation anpassen, oder verbessern. Bei den Vorschlägen handelt es sich entweder um reversible oder irreversible Strukturanpassungen.Furthermore, there are proposals to use adaptive structures which adapt or improve the damping properties of the crash zone of a vehicle to the situation. The proposals are either reversible or irreversible structural adjustments.
Ein bisher ungelöstes Problem besteht darin, dass ein irreversibler Eingriff sowohl in die Fahrzeugstruktur als auch die Zündung des klassischen Airbags im Innenraum nicht allein auf Basis der Informationen von Umfeldsensoren erfolgen darf und somit also auch nicht vor dem Aufprall stattfinden kann. Dies liegt daran, dass dafür eine bisher nicht darstellbare Robustheit bezüglich der sicheren Erkennung (Detection Rate) eines Aufpralls bzw. einer sicheren Vermeidung von Fehlinterpretationen (False Positives) mittels der Umfeldsensorik gefordert wird. A hitherto unresolved problem is that an irreversible intervention in both the vehicle structure and the ignition of the classic airbag in the interior may not be based solely on the information from environment sensors and thus therefore can not take place before the impact. This is due to the fact that a robustness with respect to the detection (detection rate) of an impact or a reliable avoidance of misinterpretations (false positives) by means of environment sensors is not required.
Das Problem der Umfeldsensorik ist, dass sie nicht wie die Beschleunigungssensorik alle relevanten Größen zur Beurteilung einer Crashschwere sensieren kann. Die Aufprallgeschwindigkeit kann sehr gut detektiert werden, die Massen und Steifigkeiten der Unfallgegner jedoch nicht bzw. höchstens indirekt über ein Modell, wobei hier wieder das Problem der hohen Robustheitsforderung bestehen bleibt.The problem with environment sensors is that they can not sense all the relevant variables for assessing crash severity, just like the acceleration sensors. The impact speed can be detected very well, but the masses and stiffnesses of the accident opponents are not or at most indirectly via a model, whereby here the problem of high robustness requirement remains.
Die hohen Robustheitsforderungen ergeben sich aus der hohen Sicherheitsforderung gegenüber „Fehlauslösungen“ (False Positives) aufgrund der Gefahren- und Risikobetrachtung und einer sehr geringen Akzeptanz für Fehlauslösungen, da selbst ohne Sicherheitsrisiko bei Fehlauslösungen eine Reparatur erforderlich ist, was Kosten und Verärgerung erzeugt. Bei einer fehlerhaften bzw. unnötigen Auslösung muss das Fahrzeug repariert werden, was zu Kosten und Endkunden-Unzufriedenheit aber zu keiner Gefährdung führt. Hierfür wird sicher eine hohe aber nicht sehr hohe Robustheit gefordert. Eine fehlerhafte bzw. unnötige Auslösung eines Rückhaltesystems welches mit dem Insassen oder gar Fahrer interagiert, kann diesen irritieren oder gar verletzen. Deshalb werden für solche Eingriffe die höchsten Robustheiten gefordert.The high robustness requirements result from the high security demand against "false positives" due to the hazard and risk assessment and a very low acceptance for false triggering, since even without security risk in case of false triggering a repair is required, which generates costs and annoyance. In case of a faulty or unnecessary triggering the vehicle must be repaired, which leads to cost and end customer dissatisfaction but no danger. This certainly requires a high but not very high robustness. A faulty or unnecessary triggering of a restraint system which interacts with the occupant or even the driver can irritate or even injure him. Therefore, the highest robustness is required for such interventions.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Pre-Crash-Erkennung aus Informationen der Umfeldsensorik vor dem Aufprall mit einer beweglichen Fühlerstruktur an der „Außenhaut" des Fahrzeugs und einer Kontaktsensorik so kombiniert werden, dass eine Aktivierung sicherheitskritischer und irreversibler Rückhaltesysteme noch vor dem eigentlichen Aufprall mit sehr hohen Robustheitsanforderungen (z.B. ASIL B-D Level) erfolgen kann.The safety system according to the invention for a vehicle with the features of independent claim 1 has the advantage that a pre-crash detection from information of environment sensors prior to impact with a movable sensor structure on the "outer skin" of the vehicle and a contact sensors are combined so that activation of safety-critical and irreversible restraint systems can take place before the actual impact with very high robustness requirements (eg ASIL BD Level).
Die Motivation für solche fortschrittliche Schutzsysteme der integralen Sicherheit ergibt sich aus dem Trend zu sehr kleinen und leichten und damit steifen Fahrzeugen, welche die Deformationszonen heutiger typischer Fahrzeuge vermissen lassen und vor allem bei Fahrzeug-Fahrzeug-Unfällen mit deutlich schwereren Crashgegnern einen deutlich höheren Crashimpuls auf den Insassen erfahren als heute üblich ist.The motivation for such advanced protection systems of integral safety results from the trend towards very small and light and thus stiff vehicles, which miss the deformation zones of today's typical vehicles and especially in vehicle-vehicle accidents with significantly heavier crash opponents to a much higher crash pulse experience the inmates as is common today.
Die Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, mittels einer Umfeldsensorik, welche beispielsweise Radar- oder Videosensoren aufweist, in Front-, Seiten- oder Heck-Richtung einen drohenden oder möglichen Aufprall deutlich vor dem Crash zu erkennen. So kann beispielsweise bei einem Frontcrash für einen Großteil der Szenarien ca. 600ms vor dem Aufprall festgestellt werden, dass der bevorstehende Aufprall nicht mehr zu vermeiden ist. Zu diesem Zeitpunkt einer hohen Sicherheit bezüglich eines prädizierten Crashs kann dann vor dem Aufprall die Fühlerstruktur aktiviert werden. Wie bereits ausgeführt wurde, hat diese Aktivierung aufgrund der Irreversibilität eine hohe aber keine sehr hohe Robustheitsanforderung, da eine Fehlaktivierung nicht sicherheitskritisch wäre. Mit der Fühlerstruktur ist eine Kontaktsensorik verbunden sowie ein Modell gespeichert, welches vorgibt, wie die von der Kontaktsensorik erfasste mindestens eine physikalische Größe bei ungehinderter Entfaltung bzw. Bewegung der Fühlerstruktur verlaufen würde. Die Auswerte- und Steuereinheit prüft laufend, ob der aktuelle Wert der physikalischen Größe davon abweichende Werte annimmt. Umfasst die Kontaktsensorik beispielsweise einen Drucksensor, dann kann ein erhöhter Druck darauf hindeuten, dass die Fühlerstruktur von einem Objekt bzw. Crashgegner getroffen wurde. Durch die genauere Auswertung dieser Abweichung können Objekte bzw. Szenarien, wie beispielsweise ein Aufprall eines Fußgängers oder ein Aufprall eines anderen Fahrzeugs ohne Fußgängerbeteiligung erkannt und unterschieden werden. Mit diesen Informationen können dann Rückhaltesysteme im Innenraum des Fahrzeugs aktiviert werden. Der große Vorteil gegenüber einer reinen Kontaktsensorik bzw. einer reinen Umfeldsensorik besteht darin, dass der Aufprall früher als mit einer konventionellen Kontaktsensorik sicher erkannt wird. Nämlich mindestens um die in Zeit umgerechnete „Fahrzeugverlängerung" durch die Fühlerstruktur früher. Des Weiteren weist die Auslöseentscheidung der Auswerte- und Steuereinheit in vorteilhafter Weise nicht die Robustheit einer Umfeldsensorik sondern die sehr hohe Robustheit einer Kontaktsensorik auf. Es werden also die Vorteile beider Prinzipien kombiniert.The core idea of the present invention is to recognize an impending or possible impact clearly before the crash by means of an environmental sensor system, which has, for example, radar or video sensors, in the front, side or rear direction. For example, in a frontal crash for the majority of the scenarios about 600 ms before the impact, it can be determined that the imminent impact can no longer be avoided. At this point in time of a high degree of certainty regarding a predicted crash, the sensor structure can then be activated before the impact. As already stated, this activation has a high but not very high value due to irreversibility high robustness requirement, since a false activation would not be safety-critical. A contact sensor system is connected to the sensor structure, and a model is stored which specifies how the at least one physical variable detected by the contact sensor would run with unimpeded deployment or movement of the sensor structure. The evaluation and control unit continuously checks whether the current value of the physical variable assumes deviating values from it. For example, if the contact sensor includes a pressure sensor, then increased pressure may indicate that the sensor structure has been hit by an object or crash opponent. By more precisely evaluating this deviation, objects or scenarios, such as, for example, a collision of a pedestrian or an impact of another vehicle without pedestrian involvement, can be detected and distinguished. With this information, restraint systems can then be activated in the interior of the vehicle. The big advantage over a pure contact sensor or a pure environment sensor is that the impact is detected earlier than with a conventional contact sensors safely. Furthermore, the triggering decision of the evaluation and control unit advantageously does not have the robustness of an environment sensor system but the very high robustness of a contact sensor system, thus combining the advantages of both principles ,
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems für ein Fahrzeug besteht darin, dass der Großteil der dafür erforderlichen Komponenten bereits aus anderen Anwendungen im Fahrzeug verfügbar wäre. So sind die Rückhaltesysteme, welche beispielsweise Airbags für den Insassenschutz umfassen, sowie die Umfeldsensorik in modernen Fahrzeugen bereits vorhanden.A further advantage of the safety system according to the invention for a vehicle is that the majority of the components required for it would already be available from other applications in the vehicle. Thus, the restraint systems, which include, for example, airbags for occupant protection, as well as the environment sensors in modern vehicles already exist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug mit einer Umfeldsensorik zur Erfassung von mindestens einer crashrelevanten physikalischen Größe im Fahrzeugumfeld und einer Auswerte- und Steuereinheit zur Verfügung, welche die von der Umfeldsensorik erfassten physikalischen Größen zur Bewertung einer aktuellen Fahrsituation und zur PreCrash-Erkennung auswertet. Erfindungsgemäß aktiviert die Auswerte- und Steuereinheit am Zeitpunkt der Erkennung eines unvermeidbaren Aufpralls eine bewegliche Fühlerstruktur an einer Außenhaut des Fahrzeugs, welche das Fahrzeug am zu erwartenden Aufprallbereich verlängert, wobei die Auswerte- und Steuereinheit mittels einer Kontaktsensorik das Bewegungsverhalten der aktivierten Fühlerstruktur erfasst und auswertet, um einen Kontakt der Fühlerstruktur mit einem Crashgegner zu erkennen und zu klassifizieren, und wobei die Auswerte- und Steuereinheit nach Erkennung eines solchen Kontakts in Abhängigkeit von der Klassifizierung korrespondierende Personenschutzmittel aktiviert.Embodiments of the present invention provide a safety system for a vehicle with an environment sensor system for detecting at least one crash-relevant physical variable in the vehicle environment and an evaluation and control unit, which measures the physical variables detected by the environmental sensor system for evaluating a current driving situation and for PreCrash detection evaluates. According to the invention, the evaluation and control unit activates at the time of detection of an unavoidable impact a movable sensor structure on an outer skin of the vehicle, which extends the vehicle on the expected impact area, wherein the evaluation and control unit detects and evaluates the movement behavior of the activated sensor structure by means of a contact sensor, in order to detect and classify a contact of the sensor structure with a crash opponent, and wherein the evaluation and control unit activates corresponding personal protection means as a function of the classification after recognition of such a contact.
Zudem wird ein Fahrzeug mit einem solchen Sicherheitssystem vorgeschlagen, welches mehrere bewegliche Fühlerstrukturen mit korrespondierenden Kontaktsensoriken umfasst, welche verteilt an der Außenhaut des Fahrzeugs angeordnet sind. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug zumindest in einer Fahrertür und einer Beifahrertür jeweils eine solche bewegliche Fühlerstruktur mit korrespondierender Kontaktsensorik. Zusätzlich können am Fahrzeugheck und/oder am Frontend solche bewegliche Fühlerstrukturen mit korrespondierenden Kontaktsensoriken angeordnet werden.In addition, a vehicle with such a safety system is proposed, which comprises a plurality of movable sensor structures with corresponding contact sensor systems, which are arranged distributed on the outer skin of the vehicle. Preferably, the vehicle comprises at least in a driver's door and a passenger door each such a movable sensor structure with corresponding contact sensor. In addition, such movable sensor structures with corresponding contact sensor systems can be arranged on the rear of the vehicle and / or on the front end.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sicherheitssystems für ein Fahrzeug möglich.The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 security system for a vehicle are possible.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Fühlerstruktur als aufblasbare Struktur und/oder als Airbag ausgeführt ist. Dies ermöglicht eine einfach und schnelle Implementierung der Fühlerstruktur am Fahrzeug. Zur Aktivierung des „aufblasbaren" Elements können beispielsweise pyrotechnische, pneumatische und/oder hydraulische Aktivierungssysteme eingesetzt werden, wobei pyrotechnische Aktivierungssysteme eine sehr schnelle Aktivierung ermöglichen und pneumatische bzw. hydraulische Aktivierungssysteme sogar als reversible Systeme ausgeführt werden können.It is particularly advantageous that the sensor structure is designed as an inflatable structure and / or as an airbag. This allows an easy and quick implementation of the sensor structure on the vehicle. For example, pyrotechnic, pneumatic and / or hydraulic activation systems can be used to activate the "inflatable" element, wherein pyrotechnic activation systems enable very rapid activation and pneumatic or hydraulic activation systems can even be designed as reversible systems.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems kann die Auswerte- und Steuereinheit Informationen von mindestens einem Sensor der Umfeldsensorik als Kontaktsensorik zur Erfassung des Bewegungsverhaltens der Fühlerstruktur auswerten. Die Umfeldsensorik zur Erfassung eines drohenden Aufpralls kann beispielsweise Radar-, Video-, Ultraschall- und/oder Lidar-Systeme und/oder aktive oder passive optische Sensoren und/oder kapazitive oder induktive Sensoren umfassen. Damit ist es in vorteilhafter Weise möglich, Form bzw. Ausdehnung bzw. Eindrückung bzw. Deformation der Fühlerstruktur zu überwachen und durch deren Änderung das aufprallende Objekt bzw. den Crashgegner zu klassifizieren. So kann die Auswerte- und Steuereinheit die Informationen von mindestens einem Sensor der Umfeldsensorik beispielsweise zur Beobachtung der Deformation der Fühlerstruktur auswerten und aus der Deformation der Fühlerstruktur Aufprallschwere und/oder Masse und/oder Größe des Crashgegners abschätzen.In an advantageous embodiment of the security system according to the invention, the evaluation and control unit can evaluate information from at least one sensor of the environment sensor as a contact sensor for detecting the movement behavior of the sensor structure. The environment sensor system for detecting an imminent impact may include, for example, radar, video, ultrasound and / or lidar systems and / or active or passive optical sensors and / or capacitive or inductive sensors. Thus, it is advantageously possible to monitor the shape or extent or indentation or deformation of the sensor structure and to classify the impacting object or the crash opponent by changing it. Thus, the evaluation and control unit can evaluate the information from at least one sensor of the environment sensor, for example, to observe the deformation of the sensor structure and estimate from the deformation of the sensor structure impact severity and / or mass and / or size of the crash opponent.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems kann die Kontaktsensorik mindestens einen Drucksensor und/oder mindestens einen Messstreifen und/oder mindestens ein kraftmessendes Element umfassen. Das mindestens eine kraftmessende Element kann beispielsweise als Piezo-Element; Bi-Metall-Element und/oder als Formgedächtnisstruktur ausgeführt werden. Der mindestens eine Drucksensor kann beispielsweise in einer Innenstruktur einer Fahrzeugtür angeordnet werden und einen Druckverlauf in der Fühlerstruktur erfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der mindestens eine Messstreifen im Inneren der Fühlerstruktur angeordnet werden und sich in Abhängigkeit der Deformation der Fühlerstruktur verformen. Zudem kann mindestens ein kraftmessendes Element zusätzlich oder alternativ an der Fühlerstruktur angeordnet werden und bei der Deformation der Fühlerstruktur wirkende Kräfte erfassen.In a further advantageous embodiment of the security system according to the invention, the Contact sensor at least one pressure sensor and / or at least one measuring strip and / or at least one force-measuring element. The at least one force-measuring element can, for example, as a piezoelectric element; Bi-metal element and / or designed as a shape memory structure. The at least one pressure sensor can be arranged for example in an inner structure of a vehicle door and detect a pressure curve in the sensor structure. Additionally or alternatively, the at least one measuring strip can be arranged in the interior of the sensor structure and deform as a function of the deformation of the sensor structure. In addition, at least one force-measuring element can additionally or alternatively be arranged on the sensor structure and detect forces acting on the deformation of the sensor structure.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems kann die Auswerte- und Steuereinheit einen Verlauf von mindestens einer physikalischen Größe, welche die Kontaktsensorik aktuell erfasst, mit einem gespeicherten Verlauf dieser physikalischen Größe bei ungehinderter Entfaltung der Fühlerstruktur vergleichen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit erkannte Abweichungen zur Kontakterkennung und Crashklassifizierung auswerten und aus den Abweichungen Aufprallschwere und/oder Masse und/oder Größe des Crashgegners abschätzen kann. Der Vorteil hierbei wäre, dass das Verhalten der Fühlerstruktur beim Aufprall eines Objektes im Vorfeld analysiert und gespeichert werden kann und das gespeicherte Verhalten dann zur Erkennung bzw. Klassifizierung des Objektes genutzt werden kann.In a further advantageous embodiment of the security system according to the invention, the evaluation and control unit can compare a course of at least one physical variable, which currently detects the contact sensor, with a stored history of this physical variable at unhindered unfolding of the sensor structure, wherein the evaluation and control unit detected deviations Evaluate contact recognition and crash classification and can estimate from the deviations impact severity and / or mass and / or size of the crash opponent. The advantage here would be that the behavior of the sensor structure in the impact of an object can be analyzed and stored in advance and the stored behavior can then be used to detect or classify the object.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description. In the drawings, like reference numerals designate components that perform the same or analog functions.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Wie aus
Im dargestellten Ausführungsbeispiel vergleicht die Auswerte- und Steuereinheit
In
Die Umfeldsensorik
Die Fühlerstruktur
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Kontaktsensorik
Zusätzlich oder alternativ kann die Kontaktsensorik
Des Weiteren kann die Auswerte- und Steuereinheit
Wie aus
Wie aus
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug zur Verfügung, welches in vorteilhafter Weise den Nutzen der Umfeldsensorik und der Kontaktsensorik für die passive Sicherheit bei kleinen und leichten Stadtfahrzeugen steigert.Embodiments of the present invention provide a safety system for a vehicle that advantageously enhances the benefits of environmental sensing and contact sensor technology for passive safety in small and light city vehicles.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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| DE102014226966B4 (en) | 2023-07-06 |
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